CN105283768A - 确定发动机的角速度 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于确定内燃发动机的飞轮的角速度的系统。在所述飞轮上限定有至少两个测量点，并且测量单元被构造成当所述至少两个测量点中的每一个到达所述传感器的检测空间中时从所述传感器接收关于检测的信息，并且确定检测的时间点。此外，针对所述至少两个测量点中的每一个，确定测量点的首次检测与同一测量点的相继检测之间的时间差，并且至少部分地借助所述时间差，关于所述至少两个测量点中的每一个来计算所述飞轮的角速度。以这种方式，速度值总是基于完全旋转而确定的，使得因标记的不同或不规则角间距导致的误差得以避免。本发明还涉及一种用于确定所述角速度的方法。

Description

确定发动机的角速度

技术领域

本发明总体涉及测量装置的技术领域。特别地，本发明涉及发动机的角速度的测量。

背景技术

在发动机系统中，极其重要的是测量涉及发动机的运行的不同参数。重要测量参数的一个方面是发动机的旋转相关的参数，诸如发动机的飞轮的角速度。例如，一种类型的内燃发动机包括四个缸，每个缸均容纳机械联接到曲轴的相应活塞，以将因缸内的燃烧而产生的力传递给曲轴本身。飞轮被联接到曲轴，以储存来自发动机的运行的能量。

用于测量飞轮角速度的已知方法基于将飞轮上的孔或齿用作测量点。通过测量飞轮旋转一定数目的孔或齿所耗费的时间而测得飞轮的角速度。假定孔或齿以等距的方式加工，旋转角度可以根据下式计算：

当转角被确定时，飞轮的角速度且由此发动机的角速度可以根据下式计算：

通过在旋转期间计算一段时间内孔或齿的数量来确定飞轮角速度的缺点在于，飞轮中的孔或齿之间的距离可能变化。这是由于孔或齿的加工精度的公差造成的。在实践中，孔或齿位置的较小公差可能会引起相当大的角速度测量误差，这被称为几何误差。

图1图示了用于确定发动机(诸如内燃发动机)的飞轮101的角速度的已知解决方案。根据示例的飞轮包括四个孔103A-103D。孔103A-103C等距地定位，但孔103D的位置偏离等距位置，标有103D'。飞轮的旋转运动用传感器105和传感器系统测量，该传感器系统被构造成在旋转运动期间检测孔。由于孔103D的位置的几何误差(在图1中标记为Δe)，至少部分地基于孔103D的任何角速度测量都会产生相应的速度误差。每个孔或齿的定位公差会导致类似的不可预测的测量误差。

已经存在用于补偿角速度测量的几何误差的改进方法。所述改进方法通常基于数学方法，其中为发动机飞轮的孔或齿的几何误差定义了校正系数。当关于若干孔或齿测量飞轮的速度时，测量值用相应的校正系数校正。这样的方法的示例公开在US2011029267中。

发明内容

本发明的目的是提出一种用于确定飞轮的角速度的系统和方法。本发明的另一目的在于，所述系统和所述方法提供使角速度确定过程中的几何误差最小化的解决方案。

本发明的目的由各自独立权利要求限定的系统和方法实现。

根据第一方面，提供了一种用于确定内燃发动机的飞轮的角速度的系统。所述系统包括测量单元和至少一个传感器，其中在所述飞轮上限定有至少两个测量点，并且其中所述测量单元被构造成：在所述飞轮的角运动期间，当所述至少两个测量点中的每一个到达所述传感器的检测空间中时，从所述传感器接收关于检测的信息；确定检测的时间点；针对所述至少两个测量点中的每一个，确定由所述传感器对测量点进行的首次检测与由所述传感器对同一测量点进行的相继检测之间的时间差，以及通过以所确定的时间差除360度，关于所述至少两个测量点中的每一个来确定所述飞轮的角速度。

所述测量单元可包括处理器，所述处理器被构造成识别由所述传感器检测的所述测量点。所述识别可基于以下中的至少一者：所述测量点的身份信息；从所述传感器接收的检测的测量值；关于多个测量点的相继的测量值。

此外，所述测量单元可被构造成联接从所述传感器接收的每次检测的时间戳。所述时间差可基于相继检测的所述时间戳来确定。所述时间戳可接收自以下中的至少一者：所述测量单元中的时钟；外部时钟信号。

根据第二方面，提供了一种用于确定内燃发动机的飞轮的角速度的方法。所述方法包括以下步骤：监测所述飞轮的角运动；在所述飞轮的角运动期间，当布置在所述飞轮上的至少两个测量点中的每一个到达所述传感器的检测空间中时，进行检测；确定检测的时间点；针对所述至少两个测量点中的每一个，确定由所述传感器对测量点进行的首次检测与由所述传感器对同一测量点进行的相继检测之间的时间差，以及通过以所确定的时间差除360度，关于所述至少两个测量点中的每一个来确定所述飞轮的角速度。

该专利申请中提出的本发明的示例性实施方式不应被解释为构成所附权利要求书的适用性的限制。动词“包括”在本专利申请中用作开放性限制，其不排除存在也未记载的特征。除非另有明确陈述，否则从属权利要求中记载的特征可相互自由地组合。

考虑为本发明特点的新颖特征在所附权利要求书中特别阐述。然而，当结合附图阅读时根据具体实施方式的以下描述，本发明本身关于其结构及其运行方法两者连同其另外的目的和优点将得到最好地理解。

附图说明

图1图示了用于确定发动机飞轮角速度的现有技术解决方案；

图2图示了根据本发明的系统的示例；以及

图3图示了根据本发明的方法的示例。

具体实施方式

根据本发明，本发明的思想在于以新颖的方式布置发动机的飞轮或者代表发动机的旋转运动和操作的任何类似元件的角速度测量。在发动机的操作内，该思想要在发动机的飞轮中建立多个测量点并且测量它们的旋转运动。

图2中图示了根据本发明的示例的系统。测量系统包括测量单元205和至少一个传感器203。来自至少一个传感器203的测量值被构造成由测量单元205的处理器207读取。处理器被构造成联接从传感器203接收的每个测量值的时间戳。时间戳的时间值可从布置在测量单元205中的时钟209接收。相应时间戳的测量值可储存在测量单元205内的存储器211中。替代地或另外地，处理器207可被构造成确定代表发动机的运行的参数，诸如飞轮101的角速度，无需在存储器211中储存任何测量值。此外，处理器207可被构造成将代表发动机的运行的确定性参数储存至存储器211。在其最简单的形式中，测量值仅指示诸如脉冲信号的检测。

描述的处理器207可包括缓冲存储器，来自传感器203的测量值被构造成被阅读并被至少暂时地储存到缓冲存储器中。根据本发明的示例的测量值可包括布置在飞轮101中的预定测量点的检测信息。在具有多个测量点201A-201H的情况下，每个测量点均可被识别。可通过在测量点中引入标记作为识别物来布置该识别，然后由传感器进行检测。替代地或另外地，该检测可基于飞轮101且特别是用作测量点时的孔或齿的结构性实施方案，使得每个测量点均被布置成在传感器中产生不同测量值，该测量值由处理器207分析。

根据本发明的一些示例，当处理器207执行已将测量点的数量信息编码到其中的计算机程序代码时，测量点201A-201H的数量在处理器207中可能是已知的。测量点的数量可以例如是计算机程序代码的参数，该计算机程序代码在安装测量系统时由操作员插入。然后，处理器被构造成接收来自传感器203的测量值并且基于该实施方案中的测量点201A-201H的数量信息，处理器207被布置成组合来自某一测量点201A-201H的测量值。例如，如果存在布置在飞轮101中的两个测量点，则处理器207被构造成并且能够确定以下测量点的角速度：每一第二测量值的第一测量点以及从传感器203接收的其它每一第二测量值的第二测量点。由此，不需要对这种布置的测量点布置任何识别，而是关于测量点的数量通过相继的(即，顺次的)测量值来布置测量点的识别。计数器可布置在测量单元内(例如处理器中)，其每次在传感器中完成检测就增加一步。当计数器达到等于测量点数量的最大值时，重启该计数器。以这种方式，可以继续跟踪，诸如检测脉冲的测量值来自该测量点。

在本发明的某一实施方案中，可以在飞轮上布置一定数量的测量点。如果有改进的方式来识别如上面描述的测量点，则还可以布置使一些测量点在操作测量系统期间放弃使用或增添使用。这可以通过确定当时使用的测量点而实现。换一种说法，处理器可以例如布置成忽略来自确定性测量点的某些测量值。这种可调整的测量系统能在测量单元内根据需要优化计算资源。

在图2中图示的是，时钟209被布置在测量单元205中。替代地或另外地，用于创建时间戳的时钟信号可接收自提供时钟信号功能的外部实体。

如描述的，传感器203可被构造成检测发动机中的飞轮101的旋转。该检测可基于飞轮101的孔201A-201H或齿。替代地或另外地，该检测可基于除飞轮101之外的任何元件，只要该元件根据需要指示发动机的运行即可。例如，在本发明的一些示例中，测量盘可联接到发动机的曲轴，由此给出发动机的运行信息，即，联接到曲轴的活塞的速度。任何类似的布置是可行的。在本发明的一些实施方案中，诸如识别物的测量点可直接布置在曲轴的表面上。这样的识别物可例如布置有带标记(tapemarking)或者可以被紧固或标记在曲轴或飞轮上的任何类似标记。

接下来，将描述具有以下布置的测量系统的操作，其中测量点被布置在飞轮101的孔201A-201H中。然而，本发明的思想并非限于这样的实施方案。传感器203被构造成监测飞轮101的旋转，并且每次测量点穿过传感器203时，处理器207被构造成检测从传感器203接收的测量值的改变。处理器207被构造成当检测到测量值改变时基于来自时钟209的信息来确定时间点。在处理器207确定至少两个时间点t1和t2的情况下，当测量点已穿过传感器203时，布置成确定飞轮101的角速度。飞轮101的角速度然后依据下式：

本发明的上述示例可特别应用于转速不太高的发动机中。事实上，采样速率应当随发动机的假定标称角速度而调整，以便避免在测量期间混叠较高频率的分量。

根据本发明的一些示例，至少两个测量点被布置在飞轮中，或布置在代表发动机的旋转运动的类似元件中。通过增加测量点的数量，且由此实现独立的测量，可以实现较高的采样速率。如果基于飞轮中的孔或齿来确定角速度，则最大采样速率可以通过为飞轮101中的每一孔或齿布置独立的测量来实现。换一种说法，传感器203被构造成检测每个测量点的穿过次数，即，到达传感器的检测空间的测量点。可基于测量点数量的知识或从中接收测量值的测量点的识别来确定每个测量点的角速度。此外，可基于其中每个测量点均被构造成在检测时产生彼此可区别的测量值的实施方案来识别测量点。处理器207被构造成基于至少一个提到的方法来识别每个测量值的来源，即，测量点。

根据需要选择样本每一转需要的数量。例如，假定：被测量角速度的感兴趣的频率范围为从0到f_recHz。根据奈奎斯特理论，该频率范围所需要的采样速率为：

f_n＝2×f_rec

在实践中，据奈奎斯特理论，采样速率通常选择得高于需要，以经验法则选择采样速率：

f_s＝5×f_n＝5×2×f_rec＝10×f_rec

发动机的标称角速度下的采样速率为：

求解测量段的长度，即，诸如图2中的201A和201B的两个相继的测量点的相互距离：

将以下参数插入公式：

f_rec＝20Hz

标称速度＝600rpm

飞轮上的孔的总数量＝120，得出：

测量段的长度等于6。这意味着，每第六孔需要计算角速度的值，以便检测需要频率范围0-f_rec中的角速度的频率改变。由此，根据本发明，可以至少部分地基于测量被构造成执行的频率来确定测量点的数量。

在其中多个测量点被布置在飞轮上的布置的情况下，可以增加采样速率。以这样的方式，可以实现飞轮的角速度的快速更新率，由此实现发动机的更复杂的控制方法。因为根据测量点的两个相应的测量值确定飞轮的角速度，可以消除几何误差。

图3图示了根据本发明的方法的示例。在该方法中，监测并测量301诸如发动机飞轮的目标的角运动。当测量点到达传感器的检测空间中时，检测303预定的测量点。测量单元的处理器被构造成确定每个所提到的检测305的时间点，并且基于检测时间而确定目标的角速度。为了确定角速度，布置如下：针对每个测量点307，确定由传感器(203)对测量点(201A-201H)进行的首次检测与由传感器(203)对同一测量点(201A-201H)进行的相继检测的时间差，并且通过数学计算确定309每个测量点的角速度。由测量系统内的处理器至少部分地执行和/或控制所公开的方法步骤。

在上面的描述中，主要讨论的是，测量点被布置在发动机的飞轮上。然而，出于类似的目的可使用任何其它类似的元件，诸如曲轴或测量盘。

根据本发明的一些有利实施方式在上面有所描述。本发明并非限于所描述的实施方式。在由所附权利要求书限定的范围内可以以多种方式应用本发明的思想。

Claims (7)

1.一种用于确定内燃发动机的飞轮的角速度的系统，所述系统包括：

-至少一个传感器(203)；

-测量单元(205)；

其中所述飞轮(101)上限定有至少两个测量点(201A-201H)，并且其中所述测量单元(205)被构造成：

-在所述飞轮(101)的角运动期间，当所述至少两个测量点(201A-201H)中的每一个到达所述传感器(203)的检测空间中时，从所述传感器(203)接收关于检测的信息，

-确定检测的时间点，

-针对所述至少两个测量点(201A-201H)中的每一个，确定由所述传感器(203)对测量点(201A-201H)进行的首次检测与由所述传感器(203)对同一测量点(201A-201H)进行的相继检测之间的时间差，以及

-通过以所确定的时间差除360度，关于所述至少两个测量点(201A-201H)中的每一个来确定所述飞轮(101)的角速度。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述测量单元(205)包括处理器(207)，所述处理器(207)被构造成识别由所述传感器(203)检测的所述测量点(201A-201)。

3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述识别基于以下中的至少一者：所述测量点(201A-201H)的身份信息；从所述传感器(203)接收的检测的测量值；关于多个测量点的相继的测量值。

4.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其中，所述测量单元(205)被构造成联接从所述传感器(203)接收的每次检测的时间戳。

5.根据权利要求4所述的系统，其中，所述时间差是基于相继检测的所述时间戳来确定的。

6.根据权利要求4或5所述的系统，其中，所述时间戳接收自以下中的至少一者：所述测量单元(205)中的时钟(209)；外部时钟信号。

7.一种用于确定内燃发动机的飞轮的角速度的方法，所述方法包括：

-监测(301)所述飞轮(101)的角运动，

-在所述飞轮(101)的角运动期间，当布置在所述飞轮(101)上的至少两个测量点(201A-201H)中的每一个到达所述传感器(203)的检测空间中时，进行检测(303)，

-确定(305)检测的时间点，

-针对所述至少两个测量点(201A-201H)中的每一个，确定由所述传感器(203)对测量点(201A-201H)进行的首次检测与由所述传感器(203)对同一测量点(201A-201H)进行的相继检测之间的时间差，以及

-通过以所确定的时间差除360度，关于所述至少两个测量点(201A-201H)中的每一个来确定所述飞轮(101)的角速度。