CN111094900B - 用于检测曲轴传感器的联接反向的方法和装置 - Google Patents

用于检测曲轴传感器的联接反向的方法和装置 Download PDF

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Abstract

一种用于诊断曲轴传感器的反向的方法，其包括以下步骤：每次检测到齿时，通过曲轴传感器获取信号，确定自上次检测到齿以来经过的齿时间，每次检测到齿时，根据公式Ri=(Ti‑1)²/(Ti*Ti‑2)计算齿时间的比值Ri，其中Ri是比值，Ti是最后一个齿时间，Ti‑1是倒数第二个齿时间，并且Ti‑2是倒数第三个齿时间，将比值Ri与表示圈标记的低阈值Sb和表示没有反向的高阈值Sh进行比较，比值Ri包含在两个阈值Sb、Sh之间表示反向。

Description

用于检测曲轴传感器的联接反向的方法和装置
技术领域
本发明总体上涉及测量传感器领域。具体而言，本发明涉及一种用于检测磁性传感器的联接反向的方法和装置，所述磁性传感器是用于测量曲轴（例如车辆中的发动机曲轴）的角位置的类型。
背景技术
众所周知，为了精确地确定发动机（例如在机动车辆上使用的内燃机）的角位置，使用“曲轴传感器”，以下称为曲轴传感器。这种传感器一方面包括牢固连接到曲轴的齿轮，该齿轮包括在其外围规则间隔的齿和圈标记；另一方面包括牢固连接到框架的磁性传感元件，该磁性传感元件能够检测物质的存在和/或不存在，并且放置在所述齿轮的外围附近，以便当所述齿轮在传感元件的前面移动时，检测齿和/或圈标记的存在和/或不存在。
这种传感元件测量并提供在两个端子/导线上的电势差，电势差表示在传感元件中形成的电场，并且电势差因为附近齿的存在和/或不存在而改变。
这种曲轴传感器用于确定曲轴的角位置，从而确定发动机的角位置。该信息由发动机控制系统使用，例如用于在发动机循环过程中以正确的取向引入燃料。
在安装或更换这种传感器的过程中，在将传感器连接到计算机的线束的任何点都可能出现联接错误（包括两根导线的反向）。其结果是将观察到的信号反相。这将导致齿的检测（且尤其是圈标记的检测）以有害的方式发生角偏移。
因此，寻求一种用于诊断这种联接反向情况的方法。
发明内容
这个目的是通过一种用于诊断曲轴传感器的联接反向的方法来实现的，所述曲轴传感器一方面包括牢固连接到曲轴的齿轮，齿轮包括在其外围规则间隔的齿和圈标记；另一方面包括牢固连接到框架的磁性传感元件，其能够检测物质的存在和/或不存在，并且放置在所述齿轮的外围附近，用于当所述齿轮在传感元件前面移动时检测齿和/或圈标记的存在和/或不存在，该方法包括以下步骤：
· 当曲轴在发动机启动期间沿已知方向旋转时，通过曲轴传感器获取信号，
· 每次检测到齿时，确定自上次检测到齿以来经过的齿时间，
· 每次检测到齿时，根据公式Ri = (Ti-1)² / (Ti*Ti-2)计算齿时间的比值，其中Ri是比值，Ti是最后一个齿时间，Ti-1是倒数第二个齿时间，并且Ti-2是倒数第三个齿时间，
· 将该比值与表示圈标记的低阈值和表示没有联接反向的高阈值进行比较，
比值包含在两个阈值之间则表示联接反向。
因此，该解决方案使得实现上述目标成为可能。特别是，这要归功于高阈值和低阈值两个阈值的巧妙和有区别的使用，这两个阈值是明智地确定的。
根据另一个特征，低阈值包含在1和第一值之间，第一值等于使用联接反向的传感器获得的比值的最大值，高阈值包含在第一值和第二值之间，第二值等于使用正确连接的传感器获得的比值的最大值。
根据另一个特征，比值大于高阈值则表示没有反向。
根据另一个特征，比值包含在两个阈值之间的状况仅在一定数量的重复之后表示曲轴传感器的联接反向，数量优选地等于6。
根据另一个特征，比值大于高阈值的状况仅在一定数量的重复之后表示曲轴传感器没有联接反向，数量优选地等于10。
根据另一个特征，检测到齿分别对应于信号的向下或向上的过零。
本发明还涉及一种用于诊断曲轴传感器的联接反向的装置，该装置包括至少一个计算机，曲轴传感器一方面包括牢固连接到曲轴的齿轮，该齿轮包括在其外围规则间隔的齿和圈标记，另一方面包括牢固连接到框架的磁性传感元件，该磁性传感元件能够检测物质的存在和/或不存在，并且放置在所述齿轮的外围附近，用于当所述齿轮在传感元件的前面移动时，检测齿和/或圈标记的存在和/或不存在，其特征在于，该装置被配置成实施根据本发明的方法。
附图说明
本发明的其他新颖特征和优点将在阅读下面的描述时显现，下面的描述是通过示意性而非限制性方式且参考附图而提供的，其中：
图1示出了由正确连接的曲轴传感器测量的信号，
图2示出了由反向连接的曲轴传感器测量的信号，
图3示出了分别对于正确连接的传感器和反向的传感器获得的齿时间和比值的值的表格，
图4示出了用于检测反向的方法的可能实施例的框图。
具体实施方式
为了更清楚，在所有附图中，相同或相似的元件用相同的附图标记表示。
本发明涉及一种用于诊断曲轴传感器的反向的方法。
曲轴传感器一方面包括牢固连接到曲轴的齿轮，该齿轮由铁磁材料制成，包括在其外围规则间隔的齿和圈标记；另一方面包括牢固连接到框架的磁性传感元件，该磁性传感元件能够检测物质的存在和/或不存在，并且放置在所述齿轮的外围附近，用于当所述齿轮在传感元件前面移动时，检测齿和/或圈标记的存在和/或不存在。
圈标记是通过故意的“异常”获得的，例如缺少至少一个齿。传统但非必要的实施例包括60个齿，这些齿根据恒定的直径节距成角度地均匀分布，一个圈标记包括2个缺失的齿，而使剩余的58个齿继续存在。
通常使用的传感元件是无源磁性传感元件，其类型也称为VR（可变磁阻）。这种传感元件测量并提供两个端子/导线上的电势差，该电势差表示在传感元件中形成的电场，该电势差因为附近齿的存在和/或不存在而改变。
这种曲轴传感器用于以大约一个齿的精度精确地确定曲轴的角位置，从而确定发动机的角位置。该信息由发动机控制系统使用，例如在发动机循环过程中以正确的取向引入燃料。
在安装或更换这种传感器的过程中，可能会出现联接错误，包括将所述传感器连接到计算机的线束的任何一点上的两根导线的反向。其结果是将观察到的信号反相。
因此，图1示出了使用正确连接的传感器获得的信号1，而图2示出了使用反向传感器获得的基本相反的信号2。
这些图示出了交流信号1、2，其最大值与缺失齿相关，最小值与存在齿相关。当圈标记G或“间隙”经过时，由于缺失两个齿，信号出现“中断”。
齿的检测通常是利用信号1、2，借助于容易识别且最重要的是容易检测的事件来进行的。在信号1、2上，与传感器的传感元件相对的齿的存在以最小值表示。这样的最小值构成可识别的事件，并且可以是检测到的事件。替代地，也可以使用最大值。然而，可以更容易地检测信号1、2的过零。曲轴角度的误差，在极值和紧邻的前一个（或后一个）过零点之间，可以忽略或校正，例如通过插值。因此，在本说明书的下文中，认为在信号1、2的过零期间产生了检测到齿的事件。此外，建议只考虑两个过零点中的一个：向上过零点或向下过零点。两种惯例都是可能的。根据所用传感器的类型，这两种惯例中的一种是有利的，因为它不会出现拐点，而拐点是有害的测量不精确的原因。在本说明书的下文中，如果必须要精确，则认为在向下的过零期间产生了检测到齿的事件。
作为所选择的过零惯例的结果，对于正确连接的传感器，圈标记G在振荡结束时被检测到，而对于反向的传感器，圈标记G在振荡的中间，在拐点处被检测到。相反的情况会发生在反向的惯例即向上过零时。因此，在传感器反向的情况下，圈标记的检测位置以有害的方式成角度偏移。
根据本发明的用于诊断曲轴传感器反向的方法包括以下步骤：借助曲轴传感器在每次检测到齿时获取信号1、2，确定齿时间Ti，齿时间是在前一次检测到齿和随后检测到齿之间经过的时间，在每次检测到齿时，根据公式Ri = (Ti-1)² / (Ti*Ti-2)计算齿时间的比值Ri，其中Ri是比值，Ti是最后一个齿时间，Ti-1是倒数第二个齿时间，Ti-2是倒数第三个齿时间，将比值Ri与表示圈标记的低阈值Sb和表示没有反向的高阈值Sh进行比较，比值Ri在两个阈值Sb、Sh之间表示反向。
现在将详细讨论各个步骤。信号的获取使得获得具有图1的信号1或图2的信号2的形式的信号成为可能。对于每一次检测到齿，即如上所述的每一次向下过零，齿检测/过零事件都是有日期的。这样每次新检测到齿时，通过日期的差异，就可以确定对应于自上次检测到齿以来经过的持续时间的齿时间Ti。图1和图2示出了信号1、2的变化，其对应于圈标记G之前的七次检测到齿和七个对应的齿时间T1-T7，以及在圈标记G期间或之后的三次检测到齿和三个对应的齿时间T8-T10。
对于每次检测到齿，即，如上面针对每个向下的过零所详细描述的，再次根据公式Ri = (Ti-1)² / (Ti*Ti-2)计算齿时间的比值Ri。因此，例如，在检测到第四个齿的过程中，确定齿时间T4。相应的比值R4等于(T3*T3) / (T4*T2)。
齿时间Ti随着曲轴的旋转速度变化，随着所述速度的增加而变短。通过计算比值Ri，就能通过比较连续的齿时间来突出显示变化从而克服这种变化。
因此，当传感元件与规则齿相对（远离圈标记）时，连续的齿时间基本上等于：Ti≈Ti-1≈Ti-2。结果，比值Ri基本上等于1。
相比之下，当传感元件与圈标记G相对时，比值Ri向上和向下远离1。有利的是，比值Ri的表现对于正确连接的传感器和反向的传感器是不同的。本发明利用了这种特征差异。
图3的表格给出了接近圈标记/间隙G的标准化的齿时间Ti（除以相同的平均值）和对应的比值Ri的比较，首先是对于正确连接的传感器（顶部的线），其次是对于反向的传感器（底部的线）。
可以观察到，对于普通传感器，当齿轮以基本恒定的速度旋转时，比值Ri下降到1/3的值，然后再次上升到极高的第一值9。相比之下，对于反向的传感器，比值Ri下降到1/2的值，然后再次上升到明显较低的值2。这种不同的表现是可重复的，因此可以用来区分这两种情况。
在这两种情况下，当圈标记G经过时，比值Ri都远离1。当比值Ri变得小于一个小于1的阈值时和/或当比值Ri变得大于一个大于1的阈值时，这被用来检测圈标记G。
本发明利用了这样的事实，即比值Ri在圈标记经过时变得大于1，在存在反向的情况下，该比值具有第一值，在该示例中为2，在不存在反向的情况下，该比值具有大于第一值的第二值，在该示例中为9。
第一值是在整个测量范围内，即在曲轴轮转一圈内，用反向的传感器获得的比值Ri的最大值。以类似的方式，第二值是在整个测量范围内用正确连接的传感器获得的比值Ri的最大值。
因此，为了区分正常传感器和反向传感器这两种情况，使用了表示圈标记G的第一低阈值Sb。如上所述，表示圈标记的低阈值Sb意味着它大于1。进一步使用表示没有反向的第二高阈值Sh。如上所述，表示不存在反向的高阈值Sh意味着这使得能够产生区分，因此高阈值Sh小于第二值，即正常情况下比值Ri所取的最大高值，即示例中的9，并且大于第一值，即反向情况下比值Ri所取的最大高值，即示例中的2。低阈值Sb必须小于第一值。可以注意到，高阈值Sh大于低阈值Sb。
低阈值Sb在1和第一值之间。高阈值Sh在第一值和第二值之间。
本领域的技术人员从上面可以理解，该方法可以用于任何类型的曲轴轮，而不管其总齿数、圈标记的数量以及每个这样的圈标记缺失的齿数。考虑到前面段落中给出的教导，知道如何根据比值的第一值和第二值来确定两个适当的低阈值Sb和高阈值Sh，这些值分别是针对反向传感器和正常传感器测量的。
例如，特别是用于图3的表格的轮是具有60个均匀分布的齿的轮，包括由没有2个齿组成的圈标记G。这种轮通常被标记为60-1x2或60-2，其中60是为了形成圈标记而移除齿之前的齿的初始总数，1是圈标记的数量，2是形成圈标记的缺失齿的数量。
对于这种60-2轮，第一值是2，第二值是9。因此，低阈值Sb在向上限值1和向下限值2之间，高阈值在向上限值2和向上限值9之间。为了考虑比值Ri的可能变化，并限制诊断误差，有利地遵守一定的余量，例如0.2：低阈值Sb有利地在1.2和1.8之间，高阈值Sb有利地在2.2和8.8之间。根据优选实施例，所选择的值是等于1.5的低阈值Sb和等于4.5的高阈值Sh。
通过比值Ri与低阈值Sb的比较，因此可以检测圈标记。通过比值Ri与高阈值Sh的比较，因此可以区分反向传感器（当比值Ri在两个阈值Sb、Sh之间时）与正常传感器（当比值Ri大于高阈值Sh时）。
根据一个实施例，一旦实现了两个条件之一，即Sb和Sh之间的Ri或大于Sh的Ri，就执行诊断。
相反，根据另一个实施例，为了对诊断提供保证，不在两种情况中的一种第一次出现时做出决定。因此，比值Ri在两个阈值Sb、Sh之间的状况仅在所述状况的数量Pmax的重复之后才表示反向。数量Pmax可以是任何数量。然而，通过使用定义的比值Ri，该方法是非常稳健的。低的值（例如Pmax = 6）是令人满意的。
类似地，比值Ri大于高阈值Sh的状况仅在所述状况的数量Mmax的重复之后才表示没有反向。数量Mmax可以是任何数量。然而，考虑到该方法的稳健性，低的值（例如Mmax =10）是令人满意的。
如图4所示，该框图显示了该方法的可能的实施例。在开始时，计数器M和P被复位。每次检测到齿时，计算齿时间Ti和比值Ri。比值Ri与低阈值Sb相比较。当比值Ri保持小于低阈值Sb（比值Ri基本上等于1）时，传感元件不与圈标记相对。如果比值Ri变得大于低阈值Sb，则检测到圈标记G。（圈标记）计数器M递增。然后将比值Ri与高阈值Sh进行比较。如果Ri大于高阈值Sh，则计数器M与数量Mmax进行比较。如果达到或超过该值，则得出的结论是传感器连接正常（未反向）。如果比值Ri小于高阈值Sh，则（反向）计数器P递增并与数量Pmax进行比较。如果达到或超过该值，则得出的结论是传感器反向。
为了确保诊断结果是中肯的，最好在曲轴以已知方向旋转时应用该诊断。至于内燃机的曲轴，它很少向错误的方向旋转，但这种情况是可能发生的。根据本发明的方法显然可以用于两个旋转方向。然而，建议已知这个方向，以便做出正确的诊断。为了产生这种已知的旋转方向状况，该方法有利地用于旋转方向确定已知的阶段：当发动机由起动器驱动时，即在起动期间。此外，由于导致反向的干预只能在发动机停止时发生，因此一旦发动机在第一次重启期间再次运行，尽早检测到反向是有利的。
从上面可以推断出，本发明可以有利地用于检测曲轴/发动机旋转方向的反向。
本发明还涉及一种用于诊断曲轴传感器反向的装置，该装置包括至少一个计算机（例如车辆上的发动机计算机），曲轴传感器（例如如上所述也在车辆上的曲轴传感器），该装置由软件配置成实现例如如上所述的方法。
通过工厂设备，本发明可用于生产线末端，以检查曲轴传感器是否正确连接。
替代地并且优选地，本发明可以集成到车辆上的计算机之一中，以便以重复的方式执行诊断，并且因此能够在首次安装时或者在使用寿命期间，在维护操作（例如更换曲轴传感器）之后，诊断曲轴传感器的反向。
上面通过示例描述了本发明。应当理解，本领域技术人员能够实现本发明的不同变型实施例，例如通过组合上述单独或组合的各种特征，而不脱离本发明的范围。

Claims (10)

1.一种用于诊断曲轴传感器的联接反向的方法，所述曲轴传感器一方面包括牢固连接到所述曲轴的齿轮，齿轮包括在其外围规则间隔的齿和圈标记；另一方面包括牢固连接到框架的磁性传感元件，其能够检测物质的存在和/或不存在，并且放置在所述齿轮的外围附近，用于当所述齿轮在所述传感元件前面移动时，检测齿和/或圈标记的存在和/或不存在，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
·当所述曲轴在发动机启动期间沿已知方向旋转时，通过曲轴传感器获取信号（1，2）,
·每次检测到齿时，确定自上次检测到齿以来经过的齿时间，
·每次检测到齿时，根据公式Ri = (Ti-1)² / (Ti*Ti-2)计算齿时间的比值（Ri），其中Ri是比值，Ti是最后一个齿时间，Ti-1是倒数第二个齿时间，并且Ti-2是倒数第三个齿时间，
·将所述比值（Ri）与表示圈标记（G）的低阈值（Sb）和表示不存在联接反向的高阈值（Sh）进行比较，
·比值（Ri）包含在所述低阈值与所述高阈值之间表示联接反向。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，低阈值（Sb）包含在1和第一值之间，第一值等于使用联接反向的传感器获得的比值（Ri）的最大值，并且高阈值（Sh）包含在所述第一值和第二值之间，第二值等于使用正确连接的传感器获得的比值（Ri）的最大值。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，比值（Ri）大于所述高阈值（Sh）表示没有反向。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，比值（Ri）在所述低阈值与所述高阈值之间的状况仅在一定数量（Pmax）的重复之后表示所述曲轴传感器的联接反向。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其中，比值（Ri）大于所述高阈值（Sh）的状况仅在一定数量（Mmax）的重复之后表示所述曲轴传感器没有联接反向。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其中，检测到齿对应于所述信号（1，2）的向下过零。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其中，检测到齿对应于所述信号（1，2）的向上过零。
8.根据权利要求4所 述的方法，其中，比值（Ri）在所述低阈值与所述高阈值之间的状况仅在6次重复之后表示所述曲轴传感器的联接反向。
9.根据权利要求5所述的方法，其中，比值（Ri）大于所述高阈值（Sh）的状况仅在10次重复之后表示所述曲轴传感器没有联接反向。
10.一种用于诊断曲轴传感器的联接反向的装置，其包括至少一个计算机，曲轴传感器一方面包括牢固连接到曲轴的齿轮，齿轮包括在其外围规则间隔的齿和圈标记；另一方面包括牢固连接到框架的磁性传感元件，其能够检测物质的存在和/或不存在，并且放置在所述齿轮的外围附近，用于当所述齿轮在所述传感元件的前面移动时，检测齿和/或圈标记的存在和/或不存在，其特征在于，该装置被配置成实施根据权利要求1至9中任一项所述的方法。
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