CN106170683A - 车辆液体容纳系统和验证其完整性的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种车辆液体容纳系统，其包括储箱(1)、用于检测储箱(1)中的蒸汽顶室中的压强的压强传感器(7)、至少两个用于检测储箱(1)中的多个位置处的温度的热敏电阻，以及可操控地连接到压强传感器(7)和热敏电阻的泄露检测逻辑元件。该泄露检测逻辑被配置为：‑使用第一热敏电阻(3”)实施测量储箱(1)中的蒸汽顶室中的温度的第一测量值；‑应用至少该第一温度测量值来估算期望的压强变化；‑监控由压强传感器(7)检测的压强，‑判定被监控的压强是否偏离该期望的压强变化，以及‑根据所述判定，产生泄露状态信号。

Description

车辆液体容纳系统和验证其完整性的方法
技术领域
本发明涉及车辆液体容纳系统、尤其是燃料存储系统的领域，特别是涉及泄露检测系统。
背景技术
在车辆燃料系统的领域中，已知使用燃料储箱内的热敏电阻阵列通过检测阵列的不同热敏电阻处的温度差来确定所存储的液体燃料的液位。该差别是由某些热敏电阻浸没在液体燃料中而其它则处于液体表面上方的蒸汽顶室中、从而使得它们被具有不同的热容的媒质围绕的事实所造成的。
US 7,698,939公开了一种用于感应燃料液位的系统，其包括感应燃料液位的传感器和在预定时间内将恒定的电压施加给传感器的电压源。该系统包括在该预定时间的开始和结束时测量传感器的输出的控制模块。该控制模块基于上述输出确定浸没在燃料或空气中的传感器的数量并基于该浸没在燃料或空气中的传感器的数量来计算燃料液位。
US 6,662,650公开了一种在大的运行温度范围上检测珠状双热敏电阻传感器的干/湿状态的方法，该方法包括以下步骤：使第一和第二预定电流分别通过传感器的热敏电阻珠的一个和另一个，第二预定电流明显小于第一预定电流；测量该一个热敏电阻珠上的响应第一预定电流的第一电压，并产生表征该第一电压的第一信号；测量该另一个热敏电阻珠上的响应第二预定电流的第二电压，并产生表征该第二电压的第二信号；通过偏移和增益来修改第二信号以产生第三信号；以及，基于第一和第三信号在该大的运行温度范围上检测该传感器的干/湿的状态。第一预定电流以使得该一个热敏电阻珠成为检测热敏电阻珠的平均电流通过该一个热敏电阻珠，并且第二预定电流以使得该另一个热敏电阻珠成为参照热敏电阻珠的平均电流通过该另一个热敏电阻珠。
US 2004/0200277公开了一种流体存储储箱的液位检测器，其包括微处理器、串联或并联连接的阻抗元件的网络，以及多个位于其之间的导体元件，这些导体元件被连接到电源。阻抗元件具有高温度系数，并且通过使高电流通过这些元件而被加热，在该高电流通过之后，低电流通过这样元件，这些元件之间的电压被微处理器取样。阻抗元件通过传导而丧失热量，这样能够检测出冷却不同的一对阻抗元件，这是由其邻近储箱内的空处或储箱内的流体而在两者之间产生的不同结果。由此能够确定存储储箱内的流体液位的近似值并远程地发出信号。
US 6,098,457公开了一种流体液位检测器，其包括由绝热材料构成的基板和一个或多个位于该基板上的热敏电阻传感器元件，该基板适于被浸没在流体中。电流源被连接到传感器元件以产生能在预定时期周期通过传感器的电流。电流加热传感器元件并至少在该时间周期导致传感器元件上的电压变化。在该时间周期的电压变化量能反映流体液位，这是因为流体起到传感器元件的散热器的作用。传感器元件上的电压被测量，并确定电压斜率。所确定的电压斜率指示流体液位。
US 5,022,263公开了一种用于检测机动车或类似机器的燃料储箱内存留的燃料的量的燃料量检测器，其用于在任何环境温度或燃料温度下以低电流和高可靠性来准确地检测存留的燃料的量，并消除热敏电阻系统或金属丝系统检测器的缺陷。在支承基板上形成具有用于自生热的大的阻抗温度系数的热敏变阻泡，由于浸入燃料的部分被蒸发热量冷却而造成的热敏阻抗的改变被检测到，并以差分电压输出。在该支承基板上布置用于修正温度的热敏变阻泡，以防止由于对燃料储箱内温度的修正而可能造成该差分输出电压的任何误差。
现有解决方案仅被用于液位检测。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供了一种车辆液体容纳系统，其包括储箱、用于检测储箱内的蒸汽顶室中的压强的压强传感器、至少两个用于在储箱的多个位置处检测温度的热敏电阻，以及可操控地连接到该压强传感器和热敏电阻的泄露检测逻辑元件，该泄露检测逻辑被配置为：使用热敏电阻中的第一热敏电阻来实施检测储箱中的蒸汽顶室中的温度的第一测量值；应用至少该第一温度测量值来估算期望的压强变化；监控由压强传感器检测的压强；判定所监控的压强是否偏离期望的压强变化；以及，根据该判定，产生泄露状态信号。
在整个本申请中，该车辆液体容纳系统都尤其可以是车辆燃料存储系统。
本发明基于本发明人这样的认识：热敏电阻能够有利地被用于更准确地确定储箱中的流体(液体和蒸汽/空气)的状态，并且该状态信息能够产生对期望的压强变化的更好的预测。这降低了在用所观测到的压强变化来检测泄露状态时得到错误否定或错误肯定的概率。
在符合本发明的系统中，泄露检测逻辑元件还被配置为使用第二热敏电阻来实施测量包含在储箱中的液体体积中的温度的第二测量值，并且所述估算还应用至少该第二温度测量值。
如果蒸汽相和液相两者的温度都被考虑，就能够更准确地预测期望的压强变化。热敏电阻被布置在储箱中的不同位置处，使得正常地至少一个热敏电阻浸没在液体体积中(或处于储箱外的相应位置处)，并且至少一个热敏电阻暴露于蒸汽顶室(或处于储箱外的相应位置处)。
在一个具体实施例中，泄露检测逻辑元件还被配置为：
-在车辆不行驶的时(例如发动机熄火)，实施测量所述储箱中的液体量的测量值，
-另外还应用所述储箱中的液体量的所述测量值来估算所述期望的压强变化，
-检测对应于车辆启动的事件，
-如果检测到车辆启动，就检测对应于所述储箱中的液体的预定移动的事件(即预定的晃动事件，其优选地通过燃料移动指示来确定或通过车辆的加速来推断出)，
-如果检测到所述储箱中的液体的预定移动，就判定所述被监控的压强是否偏离所述期望的压强变化。
如果蒸汽相、液相和储箱中的液体量(即热质量)被考虑进去，就能够更准确地预测期望的压强变化。
在另一实施例中，符合本发明的车辆液体容纳系统还包括用于在所述储箱的液相中引入热量的装置，其中泄露检测逻辑元件还被配置为能够激活该用于引入热量的装置，并且其中压强的监控包括监控在激活所述用于引入热量的装置之后的压强。
在一个实施例中，符合本发明的车辆液体容纳系统还包括用于促进从储箱内的液相到储箱内的蒸汽相的热量传递的装置，其中泄露检测逻辑元件还被配置为能够激活该用于促进热量传递的装置，并且其中压强的监控包括监控在激活该用于促进热量传递的装置之后的压强。
当液体容纳系统中存在液体燃料时，不被液体燃料占据的空间会被包含一定量的燃料蒸汽的空气混合物填充，该一定量取决于燃料的温度和挥发性。该空间因此被称作“蒸汽顶室”。液体燃料部分将被称作“液相”，并且存在于液相上方的蒸汽顶室中的气态的燃料将被称作“蒸汽相”。
这些实施例的一个优点在于，储箱内的环境能够被设定成这样的状态，在该状态中，能够更容易地观察到异常情况(泄露)。例如，如果蒸汽顶室中的压强被人为地升高(通过将热量引入蒸汽顶室中或从液相传递热量给蒸汽顶室来提高蒸汽相的温度)，将能够观测到压强是否衰减、以何种速率衰减，并能够将该观测与非泄露状态比较。
在一个具体实施例中，用于促进热量传递的装置包括泵，所述泵通过供给管线和布置在该供给管线的分支内的喷雾器将液体从储箱泵送到车辆系统，该喷雾器的出口设置在储箱内，泄露检测逻辑元件被配置为能够操控泵以激活喷雾器，并且压强的监控包括监控激活喷雾器之后的压强。
在一个实施例中，符合本发明的车辆液体容纳系统能够在已知系统为密封时，基于观测到的压强的升高来确定该系统中的液体的挥发性。
该实施例的一个优点在于该系统的各种观测到的状态变量(气体相的温度、压强)能够被用于准确地确定或预测储箱内的液相的挥发性，这是因为对于给定的燃料挥发性，期望的平衡蒸汽压强是已知的。该系统优选地包含传感器或寄存器，其能够跟踪各种输入和输出阀门的状态以在进行挥发性确判定时确定液体容纳体积处于密封状态。
在一个具体实施例中，热敏电阻被布置为构成热敏电阻阵列。本发明的一个优点在于现在能够将热敏电阻阵列(目前为止仅用于燃料液位检测并且其成本鉴于其单一目性经常是不可接受地高昂的)用作泄露检测系统的一部分，使得泄露检测系统大为更加准确。由此，本发明在已经存在热敏电阻阵列的车辆设计中尤其有利。
根据本发明的一个方面，提供了一种机动车，该机动车包括如上所述的车辆液体容纳系统。
根据本发明的一个方面，提供了一种用于验证车辆液体容纳系统的完整性的方法，其中所述车辆液体容纳系统包括储箱、用于检测储箱内的蒸汽顶室中的压强的压强传感器，以及至少两个热敏电阻，包括第一热敏电阻用于检测储箱的第一位置处的温度，和第二热敏电阻用于检测储箱的第二位置处的温度，该方法包括：使用第一热敏电阻来实施测量储箱中的蒸汽顶室中的温度的第一测量值，并使用第二热敏电阻来实施测量包含在储箱中的液体体积中的温度的第二测量值；应用至少该第一温度测量值和至少该第二温度测量值来估算期望的压强变化；监控由压强传感器检测的压强，并且判定所监控的压强是否偏离该期望的压强变化。
在一个实施例中，该方法还包括：
-在车辆不行驶的时，实施测量所述储箱中的液体量的测量值，
-另外还应用储箱中的液体量的测量值来估算所述期望的压强变化，
-检测对应于车辆启动的事件，
-如果检测到车辆启动，就检测对应于所述储箱中的液体的预定移动的事件，
-如果检测到所述储箱中的液体的预定移动，就判定所述被监控的压强是否偏离所述期望的压强变化。
优选地，通过使用热敏电阻来实施所述实施测量所述储箱中的液体量的测量值的步骤和所述检测对应于所述储箱中的液体的预定移动的事件的步骤。
在符合本发明的方法的一个实施例中，车辆液体容纳系统还包括用于将热量引入所述储箱的液相的装置，该方法还包括激活该用于引入热量的装置，其中压强监控包括监控在该用于引入热量的装置激活之后的压强。
在符合本发明的方法的一个实施例中，车辆液体容纳系统还包括用于促进从储箱内的液相到储箱内的蒸汽相的热量传递的装置，该方法还包括激活该用于促进热量传递的装置，其中压强监控包括监控在该用于促进热量传递的装置激活之后的压强。
在一个具体实施例中，用于促进热量传递的装置包括泵，该泵通过供给管线和布置在供给管线的分支内的喷雾器将液体从储箱泵送到车辆系统，该喷雾器的出口设置在储箱内，该方法包括操控泵以激活喷雾器，其中压强监控包括监控在喷雾器激活之后的压强。
在一个实施例中，符合本发明的方法还包括在已知系统为密封时，基于候所观测到的压强的升高来确定系统中的液体的挥发性。
根据本发明的一个方面，提供了一种计算机程序产品，其包括被配置为能够使处理器执行如上所述的方法的步骤的代码。
符合本发明的方法和计算机程序产品的实施例的技术效果和优点经必要改动对应于符合本发明的方法的相应实施例的技术效果和优点。
本申请人未公开的申请号PCT/EP2013/076484的国际专利申请描述了一种车辆液体容纳系统，其包括储箱、通过供给管线将液体从该所述储箱泵送至车辆系统的泵、用于检测所述储箱内的蒸汽顶室中的压强的压强传感器，以及被布置在所述供给管线的分支内的喷雾器，所述喷雾器的出口被布置在所述储箱内。该申请还描述了一种用于验证如上所述的车辆液体容纳系统完整性的方法，该方法包括操控泵以激活喷雾器，监控所述压强传感器在所述喷雾器激活之后检测到的压强，以及判定所监控的压强是否偏离基于一个或更多个测量值的期望的压强变化。
附图说明
现在将参照附图更详细地描述本发明的这些和其它方面和优点，在附图中：
-图1示意性地示出了符合本发明的一个实施例的车辆液体容纳系统；以及
-图2提供了代表符合本发明的方法的一个实施例的流程图。
具体实施方式
在已知泄露检测方法中，经常难以准确地确定表征正常(非泄露)状态的压强变化，尤其是初始压强和/或压强衰减率。据此，需要改善这样的预测的准确性。本发明人发现，一种改善可预测的变化的准确性的方法在于使用储箱中的蒸汽的温度的信息，以及优选地还使用储箱中的液体的温度和体积的信息。本发明人还发现，热敏电阻能够有效地提供所有相关信息。
要指出的是，某些已知泄露检测方法依赖自然发生的温度循环，而其它方法则依赖有意将热量注入燃料储箱。在后一种类别中，某些系统依赖由车辆的内燃机的运行产生的热量，这样的系统明显不能够用于没有可用的内燃机或内燃机通常长时期保持不工作的情况(电动和混合动力车辆分别是这样的情况)。
在本发明的实施例中，一个或更多个热敏电阻被用于确定燃料储箱的蒸汽顶室中的蒸汽的特性，包括其相对于大部分燃料的温度，以及其相对于蒸汽顶室中的环境温度的热容，以推断出蒸汽空间中的碳氢化合物相对于空气的摩尔分数。这能够为泄露检测的目的预测蒸汽压强。
图1示出了本发明的一个实施例，其中燃料储箱1具有布置在其内部的热敏电阻阵列2。热敏电阻阵列3被用于通过测量热敏电阻3中每个的阻抗来确定储箱中的燃料4的液位。由于储箱中的液体部分5和蒸汽部分6的热容差异很大，相关相位3’、3”上的热敏电阻将在相同功率施加于其上时读取到不同的电压下降。
优选地，相同的热敏电阻3’、3”可用于被动模式中以确定液体部分6和蒸汽部分5中(以及可选地接近表面4处)的燃料的温度。基于这些温度，能够确定平衡温度。使用气体定律，能够预测由于蒸汽部分5中的温度变化造成的压强变化。该预测随后能被用于确定燃料储箱1的体积是真正的封闭体积还是说存在泄露。更重要地，该预测能够帮助确定所处的状态是否适于经由压强来测量泄露。
通过集成车辆的环境温度传感器8，能够确定储箱内的压强是稳定的还是可能经历过变化的。例如，如果液体温度、蒸汽温度和环境温度都相同，就能够预测在紧接的未来产生压强的概率比当这些温度中至少两个之间存在大的差别时更低。
本发明的包括用于设定蒸汽顶室的温度(以及由此的压强)的装置的实施例对于这些类别的车辆是特别有利的。这包括具有用于将燃料导入储箱的装置和/或用于促进从储箱内的液相到储箱内的蒸气相的热量传递的装置，这些装置尤其可以包括被激活以加热燃料储箱中的液体的燃料泵。在另一具体实施例中，该系统可以包括被布置为用于经由供给管线和布置在供给管线的分支内的喷雾器将液体从储箱泵送到车辆系统的泵，该喷雾器的出口布置在储箱内。这有利于在液相和蒸汽相之间传递热量。在本申请人名下的申请号PCT EP2013/076484的欧洲专利中更详细地描述了一种泵/喷雾器系统，该申请的内容、尤其是图1和图2的描述通过本引用被包括在此，以提供本实施例的细节。
在储箱内测量到的相位之间的温度差能够帮助预测加热燃料或将其喷到蒸汽顶室中对于在储箱内产生压强的有效性。如果液体燃料温度明显低于蒸汽温度，那么将燃料喷到蒸汽顶室中应会降低封闭体积中的压强。相反地，如果燃料温度高于蒸汽温度，蒸汽顶室中的压强则应会升高。基于热力学特性，这能够被进一步量化，以不仅确定系统中存在泄露，而且还能够推导出该泄露的尺寸。
在进一步的步骤中，能够用一个或多个步骤在预定时间量内将经调节的电压提供给热敏电阻并测量热敏电阻在时间0和时间t的阻抗来测量蒸汽相的热容。
在另一步骤中，蒸汽部分中的数个热敏电阻能够并行地实施上述步骤以提高精确度。
为了检验传感器的功能并提高测量的可靠性，一个或每个具体部分(液体或蒸汽)中的多个传感器能够在给其提供能量之前并在此之后相互进行比较。
图2提供了表示符合本发明的方法的一个实施例的流程图。在第一步骤210中，第一热敏电阻3”被用于实施测量储箱1中的蒸汽顶室中的温度的第一测量值。在可选的第二步骤220(该步骤可以与第一步骤210(以任何顺序)顺序地或同时地实施)中，第二热敏电阻3被用于实施测量包含在储箱1中的液体体积中的温度的第二测量值。在步骤230中，根据至少该第一温度测量值和(可选地)该第二温度测量值估算期望的压强变化。可选地，借助于热敏电阻阵列实施的其它测量能够为该期望的压强变化的估算提供信息。这些测量值可以包括以上参照图1描述的体积和热容的测量值。在步骤240中，监控由压强传感器7检测的压强，以确定步骤250被监控的压强是否偏离该期望的压强变化。如果发现偏离，就可以发出泄露信号。
上述方法可以在作为专用硬件元件(例如ASIC)应用的逻辑元件、可配置逻辑元件(例如FPGA)、恰当编程的处理器或这些元件的组合的控制下实施。本发明还涉及软件，该软件在被处理器执行时可使处理器实施在此描述的方法。处理器可以被包括在车辆的ECU中。
尽管本发明在上文中是参照不同的系统和方法实施例描述的，这仅是为了说明清楚。本领域的技术人员可认识到，结合单独的系统或方法描述的特征也可以以相同的技术效果和优点应用于对应的方法或系统。而且，本发明的范围不限于这些实施例，而是由所附权利要求确定。

Claims (16)

1.一种车辆液体容纳系统，其包括储箱(1)、用于检测所述储箱(1)中的蒸汽顶室中的压强的压强传感器(7)、至少两个用于检测所述储箱(1)的多个位置处的温度的热敏电阻，以及可操控地连接到所述压强传感器(7)和所述热敏电阻的泄露检测逻辑元件，所述泄露检测逻辑元件被配置为：
-使用第一热敏电阻(3”)实施测量所述储箱(1)中的蒸汽顶室中的温度的第一测量值，并使用第二热敏电阻(3)实施测量包含在所述储箱(1)中的液体体积的温度的第二测量值；
-应用至少所述第一温度测量值和至少所述第二温度测量值来估算期望的压强变化；
-监控由所述压强传感器(7)检测的压强，
-判定所述被监控的压强是否偏离所述期望的压强变化，以及
-根据所述判定，产生泄露状态信号。
2.如权利要求1所述的车辆液体容纳系统，其中，所述泄露检测逻辑元件还被配置为：
-在车辆不行驶时，实施测量所述储箱(1)中液体量的测量值，
-还应用所述储箱(1)中液体量的所述测量值来估算所述期望的压强变化，
-检测对应于车辆启动的事件，
-如果检测到车辆启动，就检测对应于所述储箱(1)中液体的预定移动的事件，
-如果检测到所述储箱中液体的预定移动，就判定所述被监控的压强是否偏离所述期望的压强变化。
3.如权利要求1所述的车辆液体容纳系统，该系统还包括用于将热量引入所述储箱的液相的装置，其中所述泄露检测逻辑元件还被配置为能够激活所述用于引入热量的装置，并且其中所述压强的监控包括监控在所述用于引入热量的装置激活之后的所述压强。
4.如上述权利要求中任一项所述的车辆液体容纳系统，该系统还包括用于促进从所述储箱内的液相到所述储箱内的蒸汽相的热量传递的装置，其中所述泄露检测逻辑元件还被配置为用于激活所述用于促进热量传递的装置，并且其中所述压强的监控包括监控在所述用于促进热量传递的装置激活之后的所述压强。
5.如权利要求4所述的车辆液体容纳系统，其中，所述用于促进热量传递的装置包括泵，所述泵通过供给管线和布置在所述供给管线的分支内的喷雾器将液体从所述储箱泵送到车辆系统，所述喷雾器的出口设置在所述储箱内，其中所述泄露检测逻辑元件被配置为能够操控泵以激活所述喷雾器，并且其中所述压强的监控包括监控在所述喷雾器激活之后的所述压强。
6.如上述权利要求中任一项所述的车辆液体容纳系统，该系统能够在已知所述系统为密封时，基于观测到的压强的上升来确定所述系统中的液体的挥发性。
7.如上述权利要求中任一项所述的车辆液体容纳系统，其中所述热敏电阻被布置为构成热敏电阻阵列(2)。
8.一种机动车，该机动车包括如上述权利要求中任一项所述的车辆液体容纳系统。
9.一种验证车辆液体容纳系统的完整性的方法，其中，所述车辆液体容纳系统包括储箱(1)、用于检测所述储箱(1)内的蒸汽顶室中的压强的压强传感器(7)，以及至少两个热敏电阻，包括第一热敏电阻(3”)用于检测所述储箱(1)的第一位置处的温度，和第二热敏电阻(3’)用于检测所述储箱(1)的第二位置处的温度，所述方法包括：
-使用(210)所述第一热敏电阻(3”)实施测量所述储箱(1)内的蒸汽顶室中的温度的第一测量值，并使用(220)所述第二热敏电阻(3)实施测量包含在所述储箱(1)中的液体体积中的温度的第二测量值；
-应用至少所述第一温度测量值和至少所述第二温度测量值估算(230)期望的压强变化；
-监控(240)由所述压强传感器(7)检测的压强，以及
-基于一个或更多个测量值判定(250)所述被监控的压强是否偏离所述期望的压强变化。
10.如权利要求9所述的方法，其中该方法还包括以下步骤：
-在所述车辆不行驶的时，实施测量所述储箱(1)中液体量的测量值，
-还应用所述储箱(1)中液体量的所述测量值来估算所述期望的压强变化，
-检测对应于车辆启动的事件，
-如果检测到车辆启动，就检测对应于所述储箱(1)中的液体的预定移动的事件，
-如果检测到所述储箱中的液体的预定移动，就判定所述被监控的压强是否偏离所述期望的压强变化。
11.如权利要求10所述的方法，其中，使用所述热敏电阻来实施所述实施测量所述储箱中液体量的测量值的步骤和所述检测对应于所述储箱中的液体的预定移动的事件的步骤。
12.如权利要求9所述的方法，其中，所述车辆液体容纳系统还包括用于将热量引入所述储箱的液相中的装置，所述方法还包括激活所述用于引入热量的装置，其中所述压强的监控包括监控在所述用于引入热量的装置激活之后的所述压强。
13.如权利要求9至12中任一项所述的方法，其中，所述车辆液体容纳系统还包括用于促进从所述储箱内的液相到所述储箱内的蒸汽相的热量传递的装置，所述方法还包括激活所述用于促进热量传递的装置，其中所述压强的监控(240)包括监控在所述用于促进热量传递的装置激活之后的所述压强。
14.如权利要求13的所述方法，其中，所述用于促进热量传递的装置包括泵，所述泵通过供给管线和布置在所述供给管线的分支内的喷雾器将液体从所述储箱泵送到车辆系统，所述喷雾器的出口设置在所述储箱内，所述方法包括操控所述泵以激活所述喷雾器，其中所述压强的监控(240)包括监控在所述喷雾器激活之后的所述压强。
15.如权利要求9至14中任一项所述的方法，该方法还包括在已知所述系统为密封时，基于观测到的压强的上升来确定所述系统中的液体的挥发性。
16.一种计算机程序产品，其包括被配置为能够使处理器执行如权利要求9至15中任一项所述的方法的步骤的代码。
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