CN106525306B - 发动机扭矩检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发动机扭矩检测装置，第一信号齿盘安装在发动机曲轴或飞轮上，第一转速传感器对应安装在第一信号齿盘处，第二信号齿盘安装在扭转减震器到变速箱之间的变速箱输入轴上或扭转减震器壳体的变速箱输入轴侧，第二转速传感器对应安装在第二信号齿盘处，第一转速传感器、第二转速传感器分别输出转速信号到控制器，控制器根据该两个转速信号计算输出发动机的指示扭矩。本发明还公开了一种发动机扭矩检测方法。本发明的发动机扭矩检测装置及方法，利用现有的曲轴转速传感器，加上另外安装在扭转减震器后侧的转速传感器，即可实时准确的获取发动机的输出扭矩，不需要额外增加扭矩传感器，成本低，系统简单，便于安装。

Description

发动机扭矩检测装置及方法

技术领域

本发明涉及发动机控制技术，特别涉及一种发动机扭矩检测装置及方法。

背景技术

现有的发动机实时扭矩检测装置，一般通过安装扭矩传感器的方式来测量，如图1所示，这样需要额外安装扭矩传感器，且因为发动机的转轴处于旋转状态，扭矩传感器和测量设备间无法直接连线，还需要安装无线通讯装置。

现有的发动机实时扭矩检测装置，需要额外增加扭矩传感器，既增加了成本，也增加了系统的复杂度，而且一般发动机曲轴因为空间的问题，也难以安装扭矩传感器。

另外现有的发动机失火诊断方法，一般通过在飞轮上安装曲轴位置传感器，利用瞬时转速来进行评估失火情况，但是对于安装了双质量飞轮或者集成了电动机的混动系统，该方法因为受到轴系扭振特性的变化，曲轴减扭器在某些工况下振幅很大，对瞬时速度的信号干扰很大，此时诊断的可靠性很低。现有的发动机失火诊断方法，因为瞬时曲轴转速与失火的相关性在有些工况下不够强，需要进行复杂的标定，且难以保证检测的准确性。

转速传感器主要有三种类型：磁电感应式、霍尔效应式和光电式。

(1)磁电感应式：

磁电感应式转速传感器和曲轴位置传感器分上、下两层安装在分电器内。传感器由永磁感应检测线圈和转子(正时转子和转速转子)组成，转子随分电器轴一起旋转。正时转子有一、二或四个齿等多种形式，转速转子为36-2或60-2齿等多种形式。永磁感应检测线圈固定在分电器体上。若已知转速传感器信号和曲轴位置传感器信号，以及各缸的工作顺序，就可知道各缸的曲轴位置。磁电感应式转速传感器和曲轴位置传感器的转子信号盘也可安装在曲轴或凸轮轴上。

(2)霍尔效应式：

霍尔效应式转速传感器是一种利用霍尔效应的信号发生器。霍尔信号发生器安装在分电器内，与分火头同轴，由封装的霍尔芯片和永久磁铁做成整体固定在分电器盘上。触发叶轮上的缺口数和发动机气缸数相同。当触发叶轮上的叶片进入永久磁铁与霍尔元件之间，霍尔触发器的磁场被叶片旁路，这时不产生霍尔电压，传感器无输出信号；当触发叶轮上的缺口部分进入永久磁铁和霍尔元件之间时，磁力线进入霍尔元件，霍尔电压升高，传感器输出电压信号。

(3)光电式：

光电式转速传感器一般装在分电器内，由信号发生器和带光孔的信号盘组成。其信号盘与分电器轴一起转动，信号盘外圈有360条光刻缝隙，产生曲轴转角1°的信号；稍靠内有间隔60°均布的6个光孔，产生曲轴转角120°的信号，其中1个光孔较宽，用以产生相对于1缸上止点的信号。信号发生器安装在分电器壳体上，由二只发光二极管、二只光敏二极管和电路组成。发光二极管正对着光敏二极管。信号盘位于发光二极管和光敏二极管之间，由于信号盘上有光孔，则产生透光和遮光交替变化现象。当发光二极管的光束照到光敏二极管时，光敏二极管产生电压；当发光二极管光束被档住时，光敏二极管电压为0。这些电压信号经电路部分整形放大后，即向控制器输送曲轴转角为1°和120°时的信号，控制器根据这些信号计算发动机转速和曲轴位置。

扭转减震器是汽车离合器中的重要元件，主要由弹性元件和阻尼元件等组成，其中弹簧元件用以降低传动系的首端扭转刚度，从而降低传动系扭转系统的某阶固有频率，改变系统的固有振型，使之能避开由发动机转矩主谐量激励引起的激励；阻尼元件用以有效耗散振动能量。

扭转减震器，从动盘工作时，两侧摩擦片所受摩擦力矩首先传到从动盘本体和减震器盘上，再经若干个减震器弹簧传给从动盘毂。这时弹簧被压缩，因为减震器弹簧的缓冲作用，传动系统所受的冲击大大减小。传动系统中的扭转振动会使从动盘毂相对于从动盘本体和减震器盘往复摆动，借助夹在它们之间的阻尼片的摩擦来消耗扭转振动的能量，使扭转振动迅速衰减，减小传动系统所受的交变应力。为了更有效地避免传动系统共振，降低传动系统噪声，有些汽车离合器从动盘中采用两组或更多组刚度不同的减震器弹簧，并将装弹簧的窗口长度做成尺寸不一，利用弹簧先后起作用的办法获得变刚度特性。一种采用两级减振装置从动盘，第一级为预减振装置，它的角刚度很小，主要是减小由于发动机怠速不稳而引起的变速器中常啮合齿轮间的冲击和噪声。另外，当传动系统在小转矩负荷下工作(包括减速滑行)时，也能减小变速器和主减速器内齿轮和系统内其他机件的扭转振动和噪声。第二级减震器弹簧用与发动机气门弹簧同样的钢丝制成，刚度较大，它只有在从动盘毂与从动盘本体正向(发动机带动传动系统)转过5°，或反向(传动系统带动发动机)转过2.5°时才起作用。它能够降低发动机曲轴与传动系统接合部分的扭转刚度，调谐传动系统扭转固有频率，使传动系统共振应力下降，并改善离合器的接合柔和性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种发动机扭矩检测装置及方法，能实时准确的获取发动机的输出扭矩，不需要额外增加扭矩传感器，成本低，系统简单，便于安装。

为解决上述技术问题，本发明提供的发动机扭矩检测装置，发动机曲轴依次经飞轮、扭转减震器输出扭矩到变速箱，所述发动机扭矩检测装置包括第一信号齿盘、第一转速传感器、第二信号齿盘、第二转速传感器、控制器；

所述第一信号齿盘，安装在发动机曲轴或飞轮上；

所述第一转速传感器，对应安装在所述第一信号齿盘处；

所述第二信号齿盘，安装在所述扭转减震器到变速箱之间的变速箱输入轴上或扭转减震器壳体的变速箱输入轴侧；

所述第二转速传感器，对应安装在所述第二信号齿盘处；

所述第一转速传感器、第二转速传感器，分别输出转速信号到所述控制器；

所述控制器，根据所述第一转速传感器、第二转速传感器分别输出的转速信号，计算输出发动机的指示扭矩。

较佳的，所述控制器，为发动机电子控制单元。

较佳的，所述控制器，根据第一转速传感器输出的转速信号，得到位于所述扭转减震器前侧的曲轴的实时角度位置θ1，并得到发动机曲轴的瞬时转速ω；根据第二转速传感器输出的转速信号，得到位于所述扭转减震器后侧的变速箱输入轴的角度位置θ2；

所述控制器计算输出的发动机指示扭矩为：

M＝W+V,V＝J*(dω/dt)，W＝κ*β+Tp+F，β＝θ1-θ2；F＝S*C，S＝dβ/dt；

其中，M为指示扭矩，W为扭转减震器输出扭矩，V为惯性力矩，J为发动机等效转动惯量，κ为扭转减震器的扭转弹性系数，β为扭转减震器的形变角度，Tp为扭转减震器的弹簧预紧扭矩，F为阻尼力，S为扭转减震器两侧的相对角速度，C为扭转减震器的阻尼系数。

较佳的，第一转速传感器、第二转速传感器，为双向霍尔式转速传感器。

为解决上述技术问题，本发明提供的发动机扭矩检测方法，发动机曲轴依次经飞轮、扭转减震器输出扭矩到变速箱；

通过第一转速传感器，采集扭转减震器前侧的发动机曲轴转速信号；

通过第二转速传感器，采集扭转减震器后侧的变速箱输入轴转速信号；

根据所述第一转速传感器、第二转速传感器分别采集转速信号，计算输出发动机的指示扭矩。

较佳的，根据第一转速传感器的采集的发动机曲轴转速信号，得到位于所述扭转减震器前侧的曲轴的实时角度位置θ1，并得到发动机曲轴的瞬时转速ω；根据第二转速传感器的变速箱输入轴转速信号，得到位于所述扭转减震器后侧的变速箱输入轴的角度位置θ2；

计算输出发动机的指示扭矩为：

M＝W+V,V＝J*(dω/dt)，W＝κ*β+Tp+F，β＝θ1-θ2；F＝S*C，S＝dβ/dt；

其中，M为指示扭矩，W为扭转减震器输出扭矩，V为惯性力矩，J为发动机等效转动惯量，κ为扭转减震器的扭转弹性系数，β为扭转减震器的形变角度，Tp为扭转减震器的弹簧预紧扭矩，F为阻尼力，S为扭转减震器两侧的相对角速度，C为扭转减震器的阻尼系数。

较佳的，在发动机曲轴或飞轮上安装第一信号齿盘，在对应所述第一信号齿盘处安装第一转速传感器；

在所述扭转减震器到变速箱之间的变速箱输入轴上或扭转减震器壳体的变速箱输入轴侧安装第二信号齿盘，在对应所述第二信号齿盘处安装第二转速传感器；

所述第一转速传感器、第二转速传感器，分别输出转速信号到一控制器；

所述控制器，根据所述第一转速传感器、第二转速传感器分别输出的转速信号，计算输出发动机的指示扭矩。

较佳的，所述控制器，为发动机电子控制单元。

较佳的，第一转速传感器、第二转速传感器，采用双向霍尔式转速传感器。

本发明的发动机扭矩检测装置及方法，可以用发动机曲轴到变速箱的扭矩传动路径位于扭转减震器前侧的中的飞轮作为第一信号齿盘，可以用对应飞轮安装的已有曲轴位置传感器作为第一转速传感器，仅需在位于所述扭转减震器后侧到变速箱之间的变速箱输入轴上安装第二信号齿盘，并对应第二信号齿盘安装第二转速传感器(如果变速箱输入轴原本有转速传感器则可以直接使用)；第一转速传感器及第二转速传感器输出的转速信号均发送到控制器，控制器可以是发动机电子控制单元(ECU)或者其他控制单元；控制器通过对两转速信号处理，可以得到发动机的指示扭矩，实现发动机扭矩的实时准确检测。本发明的发动机扭矩检测装置及方法，利用现有的曲轴转速传感器，加上另外安装在扭转减震器后侧的转速传感器，即可实时准确的获取发动机的输出扭矩，不需要额外增加扭矩传感器，成本低，系统简单，便于安装。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面对本发明所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有的发动机实时扭矩检测装置示意图；

图2是本发明的发动机扭矩检测装置一实施例示意图；

图3是本发明的发动机扭矩检测装置一实施例所述控制器计算发动机的指示扭矩的示意图；

图4是本发明的发动机扭矩检测装置一实施例的第一转速传感器示意图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

发动机扭矩检测装置，如图2所示，发动机曲轴1依次经飞轮2、扭转减震器3输出扭矩到变速箱4，发动机扭矩检测装置包括第一信号齿盘、第一转速传感器6、第二信号齿盘7、第二转速传感器8、控制器9；

所述第一信号齿盘，安装在发动机曲轴1或飞轮2上；

所述第一转速传感器6，对应安装在所述第一信号齿盘处；

所述第二信号齿盘7，安装在所述扭转减震器3到变速箱4之间的变速箱输入轴上或扭转减震器壳体的变速箱输入轴侧；

所述第二转速传感器8，对应安装在所述第二信号齿盘7处；

所述第一转速传感器6、第二转速传感器8，分别输出转速信号到所述控制器9；

所述控制器9，根据所述第一转速传感器6、第二转速传感器8分别输出的转速信号，计算输出发动机的指示扭矩。

实施例一的发动机扭矩检测装置，可以用发动机曲轴1到变速箱4的扭矩传动路径位于扭转减震器3前侧的飞轮2作为第一信号齿盘，可以用对应飞轮2安装的已有曲轴位置传感器作为第一转速传感器6，仅需在位于所述扭转减震器3后侧到变速箱4之间的变速箱输入轴上安装第二信号齿盘7，并对应第二信号齿盘7安装第二转速传感器8(如果变速箱输入轴原本有转速传感器则可以直接使用)；第一转速传感器6及第二转速传感器8输出的转速信号均发送到控制器9，控制器9可以是发动机电子控制单元(ECU)或者其他控制单元；控制器9通过对两转速信号处理，可以得到发动机的指示扭矩，实现发动机扭矩的实时准确检测。

实施例一的发动机扭矩检测装置，利用现有的曲轴转速传感器，加上另外安装在扭转减震器3后侧的转速传感器，即可实时准确的获取发动机的输出扭矩，不需要额外增加扭矩传感器，成本低，系统简单，便于安装。

实施例二

基于实施例一的发动机扭矩检测装置，所述控制器9，根据第一转速传感器6输出的转速信号，得到位于所述扭转减震器3前侧的曲轴的实时角度位置θ1，并得到发动机曲轴的瞬时转速ω；根据第二转速传感器8输出的转速信号，得到位于所述扭转减震器3后侧的变速箱输入轴的角度位置θ2。

转速脉冲信号的跳变对应着发动机和传动轴的角度变化，同时曲轴信号齿盘上还有缺口，控制器根据缺口可以得到角度信号的基准相位信息，进而根据角度脉冲进行累加得到每个脉冲的具体相位；更进一步的，可以利用当前时刻与最近几个脉冲之间的时间规律，根据差分推算出当前时刻的精度远优于最小齿间隔的精确角度；

如图3所示，所述控制器9计算输出的发动机指示扭矩为：

M＝W+V,V＝J*(dω/dt)，W＝κ*β+Tp+F，β＝θ1-θ2；F＝S*C，S＝dβ/dt；

其中，M为指示扭矩，W为扭转减震器输出扭矩，V为惯性力矩，J为发动机等效转动惯量，κ为扭转减震器的扭转弹性系数，β为扭转减震器的形变角度，Tp为扭转减震器的弹簧预紧扭矩，F为阻尼力，S为扭转减震器两侧的相对角速度，C为扭转减震器的阻尼系数。普通的扭转减震器里，Tp和F相对于弹簧形变的扭矩基本可以忽略。

实施例二的发动机扭矩检测装置，控制器通过对扭转减震器3前后两侧转速信号的处理，得到扭转减震器前侧的曲轴的实时角度位置θ1和扭转减震器后侧的变速箱输入轴的角度位置θ2，并得到发动机曲轴的瞬时转速ω，之后计算得到扭转减震器的形变角度β、扭转减震器输出扭矩W、惯性力矩V，最后得出发动机的指示扭矩M。通过发动机的指示扭矩M，可以对发动机的做功能力以及燃烧情况进行准确评估，进一步的可以方便准确的对失火进行诊断。

实施例二的发动机扭矩检测装置，利用车辆已有的曲轴转速传感器作为第一转速传感器，加上另外安装在扭转减震器后侧的第二转速传感器，即可实时准确的获取发动机的指示扭矩。对于失火检测，因为指示扭矩可以非常直观的反映发动机的燃烧情况，仅需简单标定就可以准确的进行失火检测，无需进行复杂的标定，能够在各种复杂情况下，准确完成扭矩检测和失火诊断；

较佳的，第一转速传感器6、第二转速传感器8，为双向霍尔式转速传感器。第一转速传感器6如图4所示。

实施例三

发动机扭矩检测方法，发动机曲轴依次经飞轮、扭转减震器输出扭矩到变速箱；

通过第一转速传感器，采集扭转减震器前侧的发动机曲轴转速信号；

通过第二转速传感器，采集扭转减震器后侧的变速箱输入轴转速信号；

根据所述第一转速传感器、第二转速传感器分别采集转速信号，计算输出发动机的指示扭矩。

实施例四

基于实施例三的发动机扭矩检测方法，根据第一转速传感器的采集的发动机曲轴转速信号，得到位于所述扭转减震器前侧的曲轴的实时角度位置θ1，并得到发动机曲轴的瞬时转速ω；根据第二转速传感器的变速箱输入轴转速信号，得到位于所述扭转减震器后侧的变速箱输入轴的角度位置θ2；

计算输出发动机的指示扭矩为：

M＝W+V,V＝J*(dω/dt)，W＝κ*β+Tp+F，β＝θ1-θ2；F＝S*C，S＝dβ/dt；

其中，M为指示扭矩，W为扭转减震器输出扭矩，V为惯性力矩，J为发动机等效转动惯量，κ为扭转减震器的扭转弹性系数，β为扭转减震器的形变角度，Tp为扭转减震器的弹簧预紧扭矩，F为阻尼力，S为扭转减震器两侧的相对角速度，C为扭转减震器的阻尼系数。普通的扭转减震器里，Tp和F相对于弹簧形变的扭矩基本可以忽略。

较佳的，在发动机曲轴或飞轮上安装第一信号齿盘，在对应所述第一信号齿盘处安装第一转速传感器；

在所述扭转减震器到变速箱之间的变速箱输入轴上或扭转减震器壳体的变速箱输入轴侧安装第二信号齿盘，在对应所述第二信号齿盘处安装第二转速传感器；

所述第一转速传感器、第二转速传感器，分别输出转速信号到一控制器；

所述控制器，根据所述第一转速传感器、第二转速传感器分别输出的转速信号，计算输出发动机的指示扭矩。

较佳的，所述控制器，为发动机电子控制单元。

较佳的，第一转速传感器、第二转速传感器，采用双向霍尔式转速传感器。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (7)

1.一种发动机扭矩检测装置，发动机曲轴依次经飞轮、扭转减震器输出扭矩到变速箱，其特征在于，所述发动机扭矩检测装置包括第一信号齿盘、第一转速传感器、第二信号齿盘、第二转速传感器、控制器；

所述第一信号齿盘，安装在发动机曲轴或飞轮上；

所述第一转速传感器，对应安装在所述第一信号齿盘处；

所述第二信号齿盘，安装在所述扭转减震器到变速箱之间的变速箱输入轴上或扭转减震器壳体的变速箱输入轴侧；

所述第二转速传感器，对应安装在所述第二信号齿盘处；

所述第一转速传感器、第二转速传感器，分别输出转速信号到所述控制器；

所述控制器，根据所述第一转速传感器、第二转速传感器分别输出的转速信号，计算输出发动机的指示扭矩；

所述控制器，根据第一转速传感器输出的转速信号，得到位于所述扭转减震器前侧的曲轴的实时角度位置θ1，并得到发动机曲轴的瞬时转速ω；根据第二转速传感器输出的转速信号，得到位于所述扭转减震器后侧的变速箱输入轴的角度位置θ2；

所述控制器计算输出的发动机指示扭矩为：

M＝W+V,V＝J*(dω/dt)，W＝κ*β+Tp+F，β＝θ1-θ2；F＝S*C，S＝dβ/dt；

其中，M为指示扭矩，W为扭转减震器输出扭矩，V为惯性力矩，J为发动机等效转动惯量，κ为扭转减震器的扭转弹性系数，β为扭转减震器的形变角度，Tp为扭转减震器的弹簧预紧扭矩，F为阻尼力，S为扭转减震器两侧的相对角速度，C为扭转减震器的阻尼系数。

2.根据权利要求1所述的发动机扭矩检测装置，其特征在于，

所述控制器，为发动机电子控制单元。

3.根据权利要求1所述的发动机扭矩检测装置，其特征在于，

第一转速传感器、第二转速传感器，为双向霍尔式转速传感器。

4.一种发动机扭矩检测方法，发动机曲轴依次经飞轮、扭转减震器输出扭矩到变速箱，其特征在于，

通过第一转速传感器，采集扭转减震器前侧的发动机曲轴转速信号；

通过第二转速传感器，采集扭转减震器后侧的变速箱输入轴转速信号；

根据第一转速传感器的采集的发动机曲轴转速信号，得到位于所述扭转减震器前侧的曲轴的实时角度位置θ1，并得到发动机曲轴的瞬时转速ω；根据第二转速传感器的变速箱输入轴转速信号，得到位于所述扭转减震器后侧的变速箱输入轴的角度位置θ2；

计算输出发动机的指示扭矩为：

M＝W+V,V＝J*(dω/dt)，W＝κ*β+Tp+F，β＝θ1-θ2；F＝S*C，S＝dβ/dt；

其中，M为指示扭矩，W为扭转减震器输出扭矩，V为惯性力矩，J为发动机等效转动惯量，κ为扭转减震器的扭转弹性系数，β为扭转减震器的形变角度，Tp为扭转减震器的弹簧预紧扭矩，F为阻尼力，S为扭转减震器两侧的相对角速度，C为扭转减震器的阻尼系数。

5.根据权利要求4所述的发动机扭矩检测方法，其特征在于，

在发动机曲轴或飞轮上安装第一信号齿盘，在对应所述第一信号齿盘处安装第一转速传感器；

在所述扭转减震器到变速箱之间的变速箱输入轴上或扭转减震器壳体的变速箱输入轴侧安装第二信号齿盘，在对应所述第二信号齿盘处安装第二转速传感器；

所述第一转速传感器、第二转速传感器，分别输出转速信号到一控制器；

所述控制器，根据所述第一转速传感器、第二转速传感器分别输出的转速信号，计算输出发动机的指示扭矩。

6.根据权利要求5所述的发动机扭矩检测方法，其特征在于，

所述控制器，为发动机电子控制单元。

7.根据权利要求4所述的发动机扭矩检测方法，其特征在于，

第一转速传感器、第二转速传感器，采用双向霍尔式转速传感器。

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