CN107209025A - 机动车辆的凸轮轴或曲轴的传感器及此类传感器的诊断方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种凸轮轴或曲轴的传感器（10），其包括齿形的靶标（11）、适于提供原始信号的测量单元（12）和包括两种运行模式的处理模块（14）：测量模式，其中处理模块（14）适于在传感器（10）的输出端口（17）处提供表示靶标（11）的齿在测量单元（12）处的通过的时刻的测量信号，诊断模式，其中处理模块（14）适于在传感器（10）的输出端口（17）处提供诊断信号，所述诊断信号不同于测量信号且表示原始信号的振幅。本发明还涉及一种用于诊断这种传感器（10）的方法（50）和模块（40）。

Description

机动车辆的凸轮轴或曲轴的传感器及此类传感器的诊断方法

技术领域

本发明属于机动车辆的传感器领域，并且更具体地涉及凸轮轴或曲轴的传感器，以及此类凸轮轴或曲轴的传感器的诊断方法和模块。

背景技术

在机动车辆中使用凸轮轴或曲轴的传感器来确定机动车辆的发动机的凸轮轴或曲轴的角位置。

这种传感器包括安装在凸轮轴或曲轴上的靶标（cible）和测量单元（霍尔效应单元、磁阻单元、巨磁阻GMR单元等），该测量单元提供表示所述测量单元处的磁场强度的原始信号。由测量单元测量的磁场例如由靶标本身形成（如有需要，由磁性材料构成）或者由与靶标不同的磁场发生器形成，例如，永磁体。

靶标呈盘的形状，其周缘是齿形的。在传感器包括与靶标不同的磁场发生器的情况下，所述靶标是“几何地”齿形的，即所述靶标的周缘的几何形状具有齿和凹部。在磁场发生器是靶标的情况下，所述靶标是“磁性地”齿形的，即所述靶标的周缘具有交替的北极（下文中类似于齿）和南极（在下文中类似于凹部）。

靶标的齿通常具有相同的高度，但是可以具有不完全相同的间距（凹部）和长度，以便实现对靶标的角位置的编码。

因此，靶标的旋转将产生由测量单元所测量的磁场的变化，该变化可被分析以识别靶标的各个齿，并且对靶标的角位置进行解码，以及最终，对与所述靶标联结的凸轮轴或曲轴的角位置进行解码。

传感器还包括连接到测量单元的输出的处理模块。从由测量单元提供的原始信号开始，处理模块在传感器的输出端口提供测量信号，该测量信号表示靶标的齿经过测量单元前方的时刻。例如根据原始信号是高于还是低于预定阈值，则测量信号通常可以呈现两种状态。因此，靶标的一个齿经过测量单元前方对应于测量信号的一个脉冲（créneau）。因此，连接到输出端口的计算机可以基于测量信号的脉冲来识别靶标的各个齿，并对所述靶标的角位置进行解码。

为此，确保测量信号的上升沿和下降沿的时刻与靶标的几何的或磁性的上升沿和下降沿的角位置之间的良好的对应性是重要的。

然而，由于成本原因，靶标是批量生产的且经常具有制造缺陷，这导致对靶标的几何的或磁性的上升沿和下降沿的角位置的不理想的识别。特别地，齿相对于靶标的中心并不总是具有相同的高度（“假圆”）。其它的制造缺陷也是可能的，特别是磁性材料制成的靶标可能具有划痕，而该划痕可能会局部改变由靶标所产生的磁场。

对于靶标的这些制造缺陷可能是在将靶标安装在凸轮轴或曲轴上时所引入的缺陷。例如，在发动机的组装期间，凸轮轴或曲轴可能不会准确地穿过靶标的中心，以及/或者靶标还可能损坏。

由此产生的结果是，需要能够诊断凸轮轴或曲轴的传感器，特别是能够诊断该传感器的靶标，以便尽可能早地（通常在车辆行驶之前）识别可能需要更换的所述传感器的缺陷。

为此，已知还将测量单元的输出连接到专用于诊断的诊断端口。因此，通过将诊断装置连接到诊断端口，可以直接分析由测量单元提供的原始信号，以便检测靶标的缺陷。然而，传感器的这种诊断能力带来所述传感器的制造成本的大幅增加。

发明内容

本发明的目的是，通过提出一种允许诊断凸轮轴或曲轴的传感器同时相对于已知的传感器允许降低所述传感器的制造成本的解决方案来弥补对现有技术的解决方案（特别是上述解决方案）的全部或一部分的限制。

为此，并且根据第一方面，本发明涉及一种用于机动车辆的凸轮轴或曲轴的传感器，所述传感器包括齿形的靶标、适于提供表示由靶标的旋转所引起的磁场变化的原始信号的测量单元以及原始信号的处理模块。根据本发明，处理模块包括两种运行模式：

•第一运行模式，称为“测量模式”，其中处理模块适于在传感器的输出端口处提供测量信号，所述测量信号表示靶标的齿在测量单元处的通过的时刻，

•第二运行模式，称为“诊断模式”，其中处理模块适于在传感器的输出端口处提供诊断信号，所述诊断信号不同于测量信号且表示原始信号的振幅。

因此，传感器的处理模块可以配置为测量模式或诊断模式。处理模块还使用传感器的同一个输出端口以在不同的时间间隔期间提供测量信号或诊断信号。因此，不需要提供专用于诊断的诊断端口，这允许相对于已知的传感器降低制造成本。因此，可以基于在传感器的输出端口处所接收的信号来确定靶标的角位置或诊断所述传感器。

在具体实施例中，凸轮轴或曲轴的传感器还可以包括以下特征中的一个或更多个，可以单独地或根据技术上可能的所有组合来采用这些特征。

在具体实施例中，处理模块适于通过传感器的输出端口和/或通过传感器的电力供应端口来进行配置。

使用输出端口和/或电力供应端口是有利地，因为这些端口在现有的传感器上总是存在的，并且因此确保处理模块的配置，而不需要专用的端口。

在具体实施例中，诊断信号对应于原始信号的局部极大值和/或局部极小值的一个或更多个值。

在诊断模式中，诊断信号表示原始信号的振幅。然而，在对原始信号进行采样的所有时刻提供振幅的值所需的比特率可能需要改变输出端口以增加其比特率。例如，开路集电极的输出级可能不能提供足够的比特率，并且如有需要可以由“推挽”级所代替，这在芯片的面积方面而言更昂贵且体积更大。通过给处理模块指派识别原始信号的局部极大值和/或局部极小值的任务，并且通过将诊断信号限制为所述局部极大值和/或局部极小值的单个值，所需的比特率显著降低。该比特率与成本较低且体积较小的输出端口的使用（例如，开路集电极的输出级）相兼容。此外，由于发送到输出端口上的这些值的数量非常少，所以有利地，局部极大值和/或局部极小值的值能够是非常精确的，即利用大量的比特进行编码。

在具体实施例中，诊断信号对应于所识别的最后一个局部极大值的值和/或所识别的最后一个局部极小值的值。

根据第二方面，本发明涉及根据本发明的任一实施例的诊断凸轮轴或曲轴的传感器的方法，所述方法包括：

• 配置步骤，在其中将处理模块配置为诊断模式，

• 循环步骤，在其中在输出端口处回收诊断信号，所述诊断信号对应于原始信号的局部极大值的值和/或局部极小值的值，

• 诊断步骤，在其中通过比较在传感器的输出端口处所回收的诊断信号来诊断传感器。

在所实施的具体实施例中，凸轮轴或曲轴的传感器的诊断方法还可以包括以下特征中的一个或更多个，可以单独地或根据技术上可能的所有组合来采用这些特征。

在所实施的具体实施例中，在根据靶标的旋转速度的预定的最大值所确定的多个时刻执行循环步骤，以便在靶标的一次旋转中，确保回收对应于所述靶标的每个齿的局部极大值的值和/或局部极小值的值。

在所实施的具体实施例中，在根据对靶标的实际旋转速度的估计所确定的多个时刻执行循环步骤，以便在靶标的一次旋转中，确保回收对应于所述靶标的每个齿的局部极大值的值和/或局部极小值的值。

在所实施的具体实施例中，在诊断步骤期间，当原始信号的局部极大值的最大值与最小值之间的比值高于预定阈值时，则认为传感器是发生故障的。

根据第三方面，本发明涉及凸轮轴或曲轴的传感器的诊断模块，其包括被配置为根据本发明的任一实施例的方法来诊断所述传感器的装置。处理模块例如被车载在其中安装有传感器的机动车辆的计算机（例如，发动机计算机）中，或者在所述机动车辆的外部诊断工具中并且旨在连接至其。

附图说明

通过阅读下文作为非限制性示例给出的描述并参照附图将更好地理解本发明，在附图中：

- 图1是凸轮轴或曲轴的传感器的实施例的示意图，

- 图2是示出由测量单元提供的原始信号和基于所述原始信号所确定的测量信号的示例的曲线，

- 图3是示出执行凸轮轴或曲轴的传感器的诊断方法的示例的主要步骤的图。

具体实施方式

在这些图中，不同的图之间相同的附图标记表示相同或相似的元件。为了清楚起见，除非另有说明，所示出的元件不是按比例的。

图1示意性地示出机动车辆的凸轮轴或曲轴（图中未示出）的传感器10的实施例。

如图1所示，传感器10包括与凸轮轴或曲轴（图中未示出）联结的齿形的靶标11。传感器10还包括测量单元12（霍尔效应单元、磁阻单元、巨磁阻GMR单元等），该测量单元提供表示所述测量单元处的磁场强度的原始信号。

在图1所示的示例中，以非限制性的方式说明以下情况，在该情况中传感器10包括与靶标11分开的磁场发生器13，例如永磁体。因此，靶标11是“几何地”齿形的，并且呈盘形，其周缘包括多个齿D1、D2、D3、D4、D5，这些齿是以非限制性方式考虑的，例如当所述靶标11呈完美的几何形状时，所有的齿均具有相同的高度。在图1所示的示例中，靶标11包括长度不完全相同的五个齿D1、D2、D3、D4、D5。更具体地，齿D2、D3、D4和D5具有相同的长度，而齿D1的长度不同于且大于齿D2、D3、D4、D5的长度。在所示的示例中，齿之间的间距（即凹部的长度）对于所有的齿D1、D2、D3、D4、D5是相同的。

根据其它示例，无一例外地具有由靶标11产生的磁场，如有需要，靶标11是“磁性地”齿形的，即所述靶标的周缘具有交替的北极（类似于齿）和南极（类似于凹部）。

以常规方式，由发生器13产生的磁场通过与凸轮轴或曲轴联结的靶标11的旋转所改变。测量单元12提供模拟信号（称为“原始信号”），该信号表示由靶标11的旋转所引起的磁场的变化。

传感器10还包括原始信号的处理模块14以及三个端口：

• 传感器10的电力供应端口15，其连接到电力供应源20，

• 参考端口16，其连接到电气接地，

• 传感器10的输出端口17，处理模块14在该输出端口17上提供通过处理原始信号所获得的信号。

有利地，处理模块14包括两种运行模式：

• 称为“测量模式”的第一运行模式，其中，处理模块14适于在输出端口17处提供测量信号，该测量信号表示靶标11的齿D1-D5在测量单元12前方通过的时刻（并且可能地，在传感器10的特定实施例中，适于提供表示靶标11的旋转方向的测量信号），

• 称为“诊断模式”的第二运行模式，其中，处理模块14适于在输出端口17处提供诊断信号，该诊断信号与测量信号不同并且表示原始信号的振幅。

例如，处理模块14包括基于原始信号来提供数字信号的模拟/数字转换器。此外，处理模块14例如包括至少一个处理器和至少一个电子存储器，在该至少一个电子存储器中存储有计算机程序产品，其呈一组待执行的程序代码指令的形式，用以基于数字信号来形成测量信号和诊断信号。在变型中，处理模块14可替代地或补充地包括适于实施全部的或一部分的所需的操作的FPGA、PLD等类型的一个或更多个可编程逻辑回路和/或专用集成电路（ASIC），用以形成测量信号和诊断信号​​。

在其它方面中，处理模块14包括一组以软件方式配置的装置（特定的计算机程序产品）和/或以硬件方式配置的装置（FPGA、PLD、ASIC等），用以基于原始信号来形成测量信号和诊断信号​​。

因此，处理模块14在传感器10的同一端口（在此情况下为输出端口17）处根据处理模块14被配置为测量模式还是诊断模式来提供测量信号或诊断信号。在图1所示的示例中，传感器10的输出端口17连接到电子计算机30（例如，机动车辆的发动机计算机）以及连接到诊断模块40。

在传感器10的优选实施例中，处理模块14适于通过电力供应端口15、参考端口16和输出端口17中的一个或更多个端口被配置来处于测量模式或诊断模式。因此，无需专用于配置的额外的端口。

例如，如果在传感器10的启动之后，在电力供应端口15或输出端口17处接收到切换为诊断模式的预定的消息，则处理模块14能够被配置成使用诊断模式。如果在预定的持续时间区间内没有接收到切换成诊断模式的消息，则处理模块14使用测量模式。在这种情况下，从测量模式到诊断模式的切换因此需要例如通过暂时关停电力供应来重新启动传感器10，并将切换为诊断模式的消息发送到处理模块14。从测量模式到诊断模式的切换仅需要重新启动传感器10。然而，根据其它示例，无一例外地实现了允许传感器10在任何时刻从测量模式切换为诊断模式的通信协议。

如上所述，测量信号表示靶标11的齿D1-D5在测量单元12前方通过的时刻。事实上，通过分析这些通过的时刻，计算机30能够区分所述齿D1-D5（特别是齿D1），且因此确定靶标11的角位置，并由此推断凸轮轴或曲轴的角位置。

图2的部分a）示出由测量单元12所提供的原始信号的示例，其表示由图1所示的靶标11的旋转所引起的磁场的变化。观察到，原始信号包括局部极大值和局部极小值的交替。更具体地：

• 当齿D2、D3、D4和D5通过测量单元12的前方时，测量信号基本上是正弦的，

• 当齿D1通过测量单元12的前方时，测量信号在局部极大值上保持较长。

图2的部分b）示意性地示出了测量信号的非限制性示例，其可以是基于部分a）上所示的原始信号由处理模块14所提供。在该示例中，根据原始信号（例如）是高于还是低于预定阈值VS，测量信号能够具有两种状态，即高状态V1和低状态V0。因此，测量信号是上升沿和下降沿的交替。靶标11的齿D1-D5在测量单元12的前方通过对应于测量信号的脉冲，并且所述脉冲对应于靶标11的周缘的几何形状的时间表示。因此理解到，计算机30可以基于测量信号的脉冲来区分靶标11的各个齿。特别地，持续时间最长的脉冲对应于靶标11的齿D1。

诊断信号表示原始信号的振幅。事实上，靶标11的齿D1-D5的形变将尤其通过原始信号的局部极大值和局部极小值的值的波动来反映。因此，主要基于原始信号的振幅，则诊断模块40能够诊断传感器10的靶标11。

诊断信号可以有多种形式。例如，诊断信号可以直接对应于在处理模块14的模拟/数字转换器的输出处所获得的数字信号。然而，将这种诊断信号传送到诊断模块40所需的比特率可能会被证实是高的。

在优选实施例中，诊断信号对应于原始信号的局部极大值的一个或更多个值。在其它方面中，处理模块14识别基于原始信号所获得的数字信号的局部极大值，并且诊断信号包括局部极大值的这些值。在这种情况下，待发送到诊断模块40的值的数量明显减少，并且也因此限制处理模块14与诊断模块40之间所需的比特率。

在下文的描述中，以非限制性的方式说明以下情况，在该情况中，诊断信号仅包括原始信号的局部极大值的值。

在诊断模式中，处理模块14（例如）可以在传感器的输出端口17处自动、连续地提供原始信号的局部极大值的连续值。根据另一个非限制性示例，处理模块14可以仅在诊断模块40的请求下才在输出端口17处提供原始信号的局部极大值的值。

图3示意性地示出了由诊断模块40所实施的凸轮轴或曲轴的传感器10的诊断方法50的主要步骤。

如图3所示，诊断方法50首先包括将处理模块14配置为诊断模式的步骤51，例如如上所述地通过电力供应端口15和/或输出端口17。

诊断方法50然后包括在输出端口17处回收诊断信号的循环步骤52。诊断信号的循环步骤52可以采用任何适当的通信协议，具体通信协议的选择仅是本发明的执行的变型。

诊断方法50然后包括传感器10的诊断步骤53，在该步骤中，处理模块14通过比较在传感器10的输出端口17处回收的诊断信号来确定传感器10是否发生故障（“假圆”等）。根据非限制性示例，当原始信号的局部极大值的最大值与最小值之间的比值大于预定阈值时，则认为传感器10是发生故障的。

在传感器10的优选实施例中，在诊断信号的循环步骤52的每次执行时，处理模块14仅提供由处理模块14所识别的最后一个局部极大值的值。这种设置是有利的，因为其在内存空间方面的需求非常小。事实上，处理模块14每次应该仅存储局部极大值的一个值。例如，处理模块14被配置为在寄存器中通过擦除所识别的前一个局部极大值的值来写入所识别的最后一个局部极大值的值。

在这种情况下，优选地以足够高的频率执行循环步骤52，以在靶标11的一次旋转中，确保回收对应于所述靶标11的每个齿D1-D5的局部极大值的值。

在特定实施例中，以随时间恒定的频率执行循环步骤52，该频率是根据靶标11的旋转速度的预定的最大值所确定。可替代地，可以估计所述靶标11的实际旋转速度，并且根据所述靶标11的实际旋转速度来以动态的方式调节循环步骤52的执行频率。

诊断模块40包括例如至少一个处理器和至少一个电子存储器，在该至少一个电子存储器中存储有计算机程序产品，其是以一组待执行的程序代码指令的形式，用以实施诊断方法50的步骤。在变型中，诊断模块40可替代地或补充地包括适于执行传感器10的诊断方法50的全部或一部分步骤的FPGA、PLD等类型的一个或更多个可编程逻辑回路和/或专用集成电路（ASIC）。

在其它方面中，诊断模块40包括一组以软件方式配置的装置（特定的计算机程序产品）和/或以硬件方式配置的装置（FPGA、PLD、ASIC等），以实施传感器10的诊断方法50。

在图1所示的示例中，诊断模块40与计算机30分开。例如，诊断模块40连接到传感器10的输出端口17，以进行控制操作，并且在已经进行了这些操作之后、在机动车辆行驶之前，断开连接。在其它示例中，无一例外地具有装载在机动车辆中的诊断模块40，以便定期监测传感器10的状态。在这种情况下，诊断模块40优选地集成到计算机30中。

更通常地，应当注意到，上文考虑的实施方式和实施例已经作为非限制性示例进行了描述，并因此可以设想出其它变型。

特别地，本发明已经描述了，通过考虑诊断信号仅包含原始信号的局部极大值的值来限制处理模块14与诊断模块40之间所需的比特率。根据其它示例，无一例外地考虑到诊断信号仅包括原始信号的局部极小值的值，或者仅包括原始信号的局部极大值和局部极小值的值等。如果由处理模块14提供的诊断信号对应于所识别的最后一个局部极大值的值和最后一个局部极小值的值，则这些值例如可以存储在不同的寄存器中（在这种情况下，诊断模块40能够同时回收这两个值），或存储在相同的寄存器中（在这种情况下，诊断模块40交替地回收所识别的最后一个局部极大值的值或所识别的最后一个局部极小值的值）。

Claims (9)

1.一种用于机动车辆的凸轮轴或曲轴的传感器（10），所述传感器包括齿形的靶标（11）、适于提供表示由所述靶标（11）的旋转所引起的磁场变化的原始信号的测量单元（12）以及所述原始信号的处理模块（14），其特征在于，所述处理模块（14）包括两种运行模式：

•第一运行模式，称为“测量模式”，其中，所述处理模块（14）适于在所述传感器（10）的输出端口（17）处提供测量信号，所述测量信号表示所述靶标（11）的齿在所述测量单元（12）处的通过的时刻，

•第二运行模式，称为“诊断模式”，其中，所述处理模块（14）适于在所述传感器（10）的输出端口（17）处提供诊断信号，所述诊断信号不同于测量信号，且所述诊断信号表示原始信号的振幅。

2.根据权利要求1所述的传感器（10），其特征在于，所述处理模块（14）适于通过所述传感器的输出端口（17）和/或通过所述传感器的电力供应端口（15）来被配置。

3.根据前述权利要求中任一项所述的传感器（10），其特征在于，所述诊断信号对应于所述原始信号的局部极大值和/或局部极小值的一个或更多个值。

4.根据权利要求3所述的传感器（10），其特征在于，所述诊断信号对应于所识别的最后一个局部极大值的值和/或所识别的最后一个局部极小值的值。

5.一种根据前述权利要求中任一项所述的诊断凸轮轴或曲轴的传感器（10）的方法（50），其特征在于，其包括：

•配置步骤（51），在其中将处理模块（14）配置为诊断模式，

•循环步骤（52），在其中在输出端口（17）处回收诊断信号，所述诊断信号对应于原始信号的局部极大值和/或局部极小值的值，

•诊断步骤（53），在其中通过比较在所述传感器的输出端口处回收的诊断信号来诊断传感器（10）。

6.根据权利要求5所述的方法（50），其特征在于，在根据所述靶标的旋转速度的预定的最大值所确定的多个时刻执行所述循环步骤（52），以便在所述靶标的一次旋转中，确保回收对应于所述靶标的每个齿的局部极大值的值和/或局部极小值的值。

7.根据权利要求5所述的方法（50），其特征在于，在根据对所述靶标的实际旋转速度的估计所确定的多个时刻执行所述循环步骤（52），以便在所述靶标的一次旋转中，确保回收对应于所述靶标的每个齿的局部极大值的值和/或局部极小值的值。

8.根据权利要求5至7中任一项所述的方法（50），其特征在于，在所述诊断步骤（53）期间，当所述原始信号的局部极大值的最大值与最小值之间的比值高于预定阈值时，则认为所述传感器（10）是发生故障的。

9.一种用于凸轮轴或曲轴的传感器（10）的诊断模块（40），其特征在于，其包括配置为根据权利要求5至8中任一项所述的方法（50）来诊断所述传感器（10）的装置。