CN111591276B - 一种汽车真空泵的故障诊断及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种汽车真空泵系统的故障诊断及控制方法，包括：在车辆启动后且在制动踏板未踩下时，进入真空泵系统的启动故障检测步骤，分别检测真空泵系统中的低压蓄电池、助力系统控制器、真空泵、真空度传感器的故障状态并存储故障代码、给出故障提醒。本发明的优点在于：诊断准确率高，控制合理，能够更加全面可靠的实现真空泵系统的控制和诊断。

Description

一种汽车真空泵的故障诊断及控制方法
技术领域
本发明涉及汽车真空系统技术领域，特别涉及一种汽车真空泵的故障诊断及控制方法。
背景技术
目前，关于汽车真空泵的控制及故障诊断研究更多是偏向于硬件优化方面发展，在策略这一领域的研究不够完善。目前硬件技术已相对成熟，继续优化硬件对于汽车研究来说成本相对较高，达到的预期效果不太显著；传统真空泵的控制及诊断策略在输入环节、中间控制环节(如故障处理)、输出环节等还不够完善，不能安全高效快捷地保证真空泵的正常工作；传统真空泵将控制、诊断两个流程综合在一起考虑，导致真空泵在非故障阶段运行时的控制流程过于繁琐；传统真空泵故障诊断范围过于狭小，无法满足故障诊断需求；传统真空泵故障诊断程度过于浅显且无法向检修人员提供具体的故障原因。基于次，本发明提出了一套更加完整高效的真空泵控制及诊断策略。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种汽车真空泵的故障诊断及控制方法，用于实现真空泵的故障诊断、以及进一步地进行可靠安全的控制其工作。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种汽车真空泵系统的故障诊断及控制方法，包括：
在车辆启动后且在制动踏板未踩下时，进入真空泵系统的启动故障检测步骤，分别检测真空泵系统中的低压蓄电池、助力系统控制器、真空泵、真空度传感器的故障状态并存储故障代码、给出故障提醒。
在低压蓄电池、助力系统控制器、真空泵中任一出现故障时，此时判断为真空泵控制系统处于第一故障状态，在处于第一故障状态时，若此时检测到踏板踩下信号，则控制真空泵按照每间隔周期时间T1工作第一设定时间t1,直至车辆熄火停车。
在启动故障检测步骤中，当检测到真空度传感器故障时，此时判断为真空泵控制系统处于第二故障状态，在处于第二故障状态时，若此时检测到踏板踩下信号，则在每次踩下制动踏板时，控制真空泵工作第二设定时间t2后停止。
在处于第一故障状态时，通过红色报警灯给出报警信号，在处于第二故障状态时，通过黄色报警灯给出报警信号。
在启动故障检测步骤，低压蓄电池、助力系统控制器、真空泵、真空度传感器均未检测出故障，此时进入真空泵控制流程步骤，在此步骤中，根据踏板信号控制真空度系统的工作。
在真空泵控制流程步骤中，若检测到制动踏板信号，此时控制真空泵工作并根据监控的设定时间内真空度是否小于设定阈值来判断此时真空泵是否存在故障。
当监控的设定时间内真空度小于设定阈值时，此时真空泵系统正常；否则，判断真空泵系统处于故障状态。
设置的真空度阈值为真空泵开启压力阈值。
当根据监控的设定时间内真空度是否小于设定阈值判断真空泵系统处于故障状态时，若真空度大于真空泵开启压力阈值，则此时处于第一故障状态；若此时真空度大于真空泵关闭压力阀值且小于真空泵开启压力阀值时，此时处于第三故障状态。
当真空泵系统处于第三故障状态时，此时通过绿灯闪烁给出提醒；和或在此时故障状态下，检测到踏板信号后，控制真空泵工作设定时间t3后关闭真空泵。
本发明的优点在于：诊断准确率高，控制合理，能够更加全面可靠的实现真空泵系统的控制和诊断；具体有点包括：
1、本发明更侧重于汽车真空泵控制及故障诊断策略方面的优化，相对于硬件研究方面优化，成本更低，可发展性更强。
2、本发明采用的控制策略在输入条件及中间控制做了大幅度优化，能够达到高效、快捷地进行真空泵控制以及故障诊断，大幅度提高汽车的安全性能及制动性能。
3、本发明分别对真空泵的控制、诊断两个流程进行独立分析，简化了真空泵在非故障阶段运行时的控制流程，提高了VCU的处理速度。同时在控制过程中做了一个简单的真空泵诊断，使得诊断更精确。
4、本发明采用的控制策略针对于“电压小幅浮动”、“电流小幅浮动”这一类小干扰、偶然性轻度故障做了单独的处理，偶然性故障可自行恢复正常运行，使真空泵运行更安全更稳定。电压小幅浮动”、“电流小幅浮动”这一类小干扰主要是指传感器的异常干扰。
5、本发明采用的故障诊断范围更广，涉及到“蓄电池”、“真空度传感器”、“真空泵”、“助力系统控制器”、“线路”等多个重要部件。能够更全面的进行故障诊断。
6、本发明采用的故障诊断程度更加深入全面，能够诊断出具体部件的故障原因。并且记录于本地，方便检修时查看。
附图说明
下面对本发明说明书各幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：
图1为本发明诊断及控制流程示意图；
图2为本发明启动诊断流程示意图；
图3为本发明刹车助力真空压力传感器输出电压转换特性曲线图。
具体实施方式
下面对照附图，通过对最优实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
本发明的目的是制定一套更全面的真空泵控制及诊断策略，高效、快捷地控制真空泵正常工作，更好地辅助汽车制动及保障安全。
真空助力系统，主要包括：汽车低压蓄电池、真空压力传感器、真空泵、助力系统控制器、制动踏板、汽车电源开关
方案如下：
VCU根据采集到的真空压力值控制真空泵的开关，将真空度维持在一定范围内，保证制动助力系统正常工作。此外，对真空压力传感器和真空泵进行故障诊断和处理，降低失效模式的安全隐患。
1、真空度测量
根据真空度压力传感器检测到的电压信号，计算真空助力器真空度值VACb。
真空度压力传感器的真空压力与电压特性图3所示：
真空度计算关系为：
Figure GDA0002583580190000051
式中：VACb：真空度值,KPa，
Vout：传感器输出电压值,V，
VCC：传感器电源电压(5V±0.1V)。
2、真空泵开启/关闭阀值
按标准大气压(101KPa)考虑。
真空泵开启压力阀值VACon＝-45KPa，可标定；
真空泵关闭压力阀值VACon＝-65KPa可标定。
3、真空泵状态判定
真空泵不仅要保证在其本身正常工作时，能够产生足够的助力，辅助驾驶员较为轻松地实现制动；在真空泵出现故障(真空泵压力不足)，不能产生足够助力时，也要工作一定时间，为驾驶员制动提供一定助力(此时需要较大的踏板力，驾驶员制动较为吃力)，同时向VCU反馈真空泵故障状态。
4、真空泵故障诊断在制动踏板未踩下时进行。真空泵控制系统状态分为正常状态、轻微故障状态、严重故障状态、失效状态(真空度传感器失效或线束故障，输出电压出现异常等)四种状态。后三种均为真空泵控制系统出现故障时的状态。
正常状态：当满足下列1)～4)所有条件时，VCU判定真空泵控制系统处于正常状态：
PowerMode≠OFF；
低压蓄电池电压正常(9～16V)；
真空泵无故障；
真空压力传感器无故障；
轻度故障状态/严重故障状态
正常情况下，真空泵工作3s左右就能将真空压力抽到-65Kpa以下,反之真空泵控制系统可能存在故障，触发诊断，判断真空泵故障状态。
Figure GDA0002583580190000061
失效状态：真空度传感器失效或线束故障，出现此故障时，系统无法接收到真空度信号。
5、真空泵控制
下面根据真空泵状态分别叙述。
正常状态：正常模式下VCU依据真空度压力信号，控制真空泵继电器断开和闭合，控制真空泵压力在指定范围内，并采用滞回控制避免真空泵在压力临界点频繁启停。此时真空泵控制策略如下：
当真空泵压力大于开启阀值时(-45kpa)，VCU控制真空泵打开；
当真空泵压力小于关闭阀值时(-65kpa)，VCU控制真空泵关闭；
轻度故障状态：VCU控制真空泵持续工作一定时间(5s)，然后关闭真空泵，待真空压力大于-45Kpa时再打开真空泵，如此循环工作。
严重故障状态:VCU控制真空泵每10s工作一段时间(5s)后关闭，如此循环工作。
失效状态:真空度传感器失或线束故障，系统无法接收到真空度信号时，每次踩下制动踏板，真空泵工作一定时间(7s)。
如图1所示，本申请将故障诊断和控制分别进行，首先在启动后立刻进行每一个模块的检测并进行报警，在启动检测全部正常后，进入控制步骤，在控制步骤中，车辆VCU控制真空泵的工作，同时监控真空泵在3s内能否达到降低至164kpa，以此在车辆控制过程中同时进行真空泵的故障诊断，由于真空泵在控制中启动很重要的作用，因此在检测整车各部件全部正常后在VCU控制车辆工作时需要进一步检测真空泵是否能够按照要求提供真空。
如图1所示，为真空泵的控制流程图，首先，车辆启动后检测是否踩下制动踏板，在车辆启动后且在制动踏板未踩下时，进入真空泵系统的启动故障检测步骤，在该步骤中，分别检测真空泵系统中的低压蓄电池、助力系统控制器、真空泵、真空度传感器的故障状态并存储故障代码、给出故障提醒。存储故障代码采用本地存储，且可以采用车载诊断系统与外部诊断设备之间通信读取故障代码。
在低压蓄电池、助力系统控制器、真空泵中任一出现故障时，此时判断为真空泵控制系统处于第一故障状态，此时称之为严重故障，在处于第一故障状态时，若此时检测到踏板踩下信号，则控制真空泵按照每间隔周期时间10s工作第一设定时间5s,直至车辆熄火停车。
在启动故障检测步骤中，当检测到真空度传感器故障时，此时判断为真空泵控制系统处于第二故障状态，此时将真空度传感器处于第二故障状态认定为失效故障，主要是由于真空度传感器无信号、或信号异常等，在处于第二故障状态时，若此时检测到踏板踩下信号，则在每次踩下制动踏板时，控制真空泵工作第二设定时间7s后停止。
在处于第一故障状态时，由于此时处于严重故障通过红色报警灯给出报警信号，在处于第二故障状态时，此时处于传感器失效通过黄色报警灯给出报警信号。
在启动故障检测步骤，低压蓄电池、助力系统控制器、真空泵、真空度传感器均未检测出故障，此时进入真空泵控制流程步骤，在此步骤中，根据踏板信号控制真空度系统的工作。
在真空泵控制流程步骤中，若检测到制动踏板信号，此时控制真空泵工作并根据监控的设定时间内真空度是否小于设定阈值来判断此时真空泵是否存在故障。设置的真空度阈值为真空泵开启压力阈值。
当监控的设定时间内真空度小于真空泵开启压力阈值时，此时真空泵系统正常，正常时，VCU控制真空泵工作并控制真空度达到一定范围进行保持以提供助力；同时由于在启动故障检测步骤中检测各模块没有故障信号，当然还有真空泵是否能够达到设定的工作要求，比如能够在工作3s中左右将真空度降低至-65kpa，故障在控制过程中，VCU控制真空泵工作后，VCU通过真空度传感器检测3s中是否降低至-65kp，若不是，判断真空泵处于故障状态。故障状态对应的控制方式就不能与正常方式的控制状态一致：
当根据监控的设定时间内真空度是否小于设定阈值判断真空泵系统处于故障状态时，若真空度大于真空泵开启压力阈值，则此时处于第一故障状态，也就是说此时处于严重故障状态，此时通过红色报警灯进行报警，并保存真空泵故障代码至本地存储，当此时制动踏板仍然踩下时，控制真空泵按照每间隔周期时间10s工作第一设定时间5s,直至车辆熄火停车。
若此时真空度大于真空泵关闭压力阀值且小于真空泵开启压力阀值时，此时处于第三故障状态，此时故障状态称之为轻微故障，很可能是由于电压受到干扰、电流收到干扰导致电压电流小幅度波动引起的，此时仍然要提供一部分助力以保证车辆的安全运行。当真空泵系统处于第三故障状态时，此时通过绿灯闪烁给出提醒；和或在此时故障状态下，检测到踏板信号后，控制真空泵工作设定时间5s后关闭真空泵，当传感器检测到真空度压力大于-45kpa时，再次启动提供助力。从而实现了在控制过程中，如果检测真空泵无法在3s内完成将真空度降低到-65Kpa时，及时发出报警并通过故障模式下的特殊控制方式来实现助力提供。
如图2所示，为启动故障检测步骤中，分别包括电池故障诊断模块、助力系统控制器自诊断模块、真空泵诊断模块、真空度传感器诊断模块，电池故障诊断模式启动故障诊断，检测电池的电压、电流是否处于正常阈值范围，若是蓄电池处于正常状态，否则蓄电池诊断为蓄电池故障，此时判断为严重故障，红灯亮。
助力系统控制器自诊断模块，用于实现对控制器的启动后的自检程序，实现对于控制器自身的检测判断，当控制器故障后判断为严重故障，亮红灯发出提醒，保存故障码至本地存储。
真空泵诊断模块用于实现真空泵的诊断，真空泵的故障诊断通过采集真空泵的工作电压电流、温度来判断是否存在故障。首先通过电压电流采集真空泵的工作电压电流判断是否处于正常阈值，当真空泵电压、电流正常，此时判断真空泵正常，否则，进一步判断真空泵电流是否处于正常阈值，若是，此时判断为正常，否则真空泵处于故障状态，真空泵与蓄电池的电压差是否处于正常阈值，若是真空泵处于故障，否则蓄电池-真空泵您线路故障，保存故障码至本地，并且通过红色报警灯给出提醒。采集真空泵的温度数据，温度数据处于正常阈值时，真空泵工作温度正常，否则真空泵工作温度异常，此时保存真空泵温度异常报警并存储故障代码。
传感器故障诊断模块，检测传感器的电压/电流是否处于正常阈值，若是，传感器正常，若否，传感器电压电流处于异常，分别判断电流是否处于正常阈值以及电压是否处于正常阈值；当电流处于正常阈值时，传感器正常，否则传感器故障，保存故障代码至本地并通过黄色指示灯给出提醒。检测传感器与蓄电池电压差是否处于正常阈值，若是传感器故障，若否，蓄电池与传感器线路故障，保存故障代码，此时处于失效状态，通过黄色灯进行报警。
1、本发明将“真空泵控制”、“真空泵故障诊断”两个阶段分开考虑。即真空泵在非故障运行模式下不进行深入的故障诊断。极大提高了VCU的处理速度，减轻的VCU的工作负荷。
2、本发明采用的控制策略对于“电压小幅浮动”、“电流小幅浮动”这一类小干扰、偶然性轻度故障做了单独的处理，偶然性故障可自行恢复正常运行，使真空泵运行更安全更稳定。
3、本发明采用的控制策略故障诊断范围更广，涉及到“蓄电池”、“真空度传感器”、“真空泵”、“助力系统控制器”、“线路”等多个重要部件。能够更全面的进行故障诊断。
4、本发明采用的故障诊断程度更加深入全面，能够诊断出具体部件的故障原因。并且记录于本地，方便检修时查看。
显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，均在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种汽车真空泵系统的故障诊断及控制方法，其特征在于：
在车辆启动后且在制动踏板未踩下时，进入真空泵系统的启动故障检测步骤，分别检测真空泵系统中的低压蓄电池、助力系统控制器、真空泵、真空度传感器的故障状态并存储故障代码、给出故障提醒；
在启动故障检测步骤，低压蓄电池、助力系统控制器、真空泵、真空度传感器均未检测出故障，此时进入真空泵控制流程步骤，在此步骤中，根据踏板信号控制真空度系统的工作；
在真空泵控制流程步骤中，若检测到制动踏板信号，此时控制真空泵工作并根据监控的设定时间内真空度是否小于设定阈值来判断此时真空泵是否存在故障；
当根据监控的设定时间内真空度是否小于设定阈值判断真空泵系统处于故障状态时，若真空度大于真空泵开启压力阈值，则此时处于第一故障状态；若此时真空度大于真空泵关闭压力阀值且小于真空泵开启压力阀值时，此时处于第三故障状态。
2.如权利要求1所述的一种汽车真空泵系统的故障诊断及控制方法，其特征在于：在低压蓄电池、助力系统控制器、真空泵中任一出现故障时，此时判断为真空泵控制系统处于第一故障状态，在处于第一故障状态时，若此时检测到踏板踩下信号，则控制真空泵按照每间隔周期时间T1工作第一设定时间t1,直至车辆熄火停车。
3.如权利要求1所述的一种汽车真空泵系统的故障诊断及控制方法，其特征在于：在启动故障检测步骤中，当检测到真空度传感器故障时，此时判断为真空泵控制系统处于第二故障状态，在处于第二故障状态时，若此时检测到踏板踩下信号，则在每次踩下制动踏板时，控制真空泵工作第二设定时间t2后停止。
4.如权利要求2或3所述的一种汽车真空泵系统的故障诊断及控制方法，其特征在于：在处于第一故障状态时，通过红色报警灯给出报警信号，在处于第二故障状态时，通过黄色报警灯给出报警信号。
5.如权利要求1所述的一种汽车真空泵系统的故障诊断及控制方法，其特征在于：当监控的设定时间内真空度小于设定阈值时，此时真空泵系统正常；否则，判断真空泵系统处于故障状态。
6.如权利要求5所述的一种汽车真空泵系统的故障诊断及控制方法，其特征在于：设置的真空度阈值为真空泵开启压力阈值。
7.如权利要求1所述的一种汽车真空泵系统的故障诊断及控制方法，其特征在于：当真空泵系统处于第三故障状态时，此时通过绿灯闪烁给出提醒；和或在此时故障状态下，检测到踏板信号后，控制真空泵工作设定时间t3后关闭真空泵。
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GR01 Patent grant
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PE01 Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right
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Denomination of invention: A fault diagnosis and control method of automobile vacuum pump

Effective date of registration: 20220713

Granted publication date: 20210803

Pledgee: Yibin Development Holding Group Co.,Ltd.

Pledgor: YIBIN COWIN AUTO Co.,Ltd.

Registration number: Y2022510000190

PC01 Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right
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Date of cancellation: 20230809

Granted publication date: 20210803

Pledgee: Yibin Development Holding Group Co.,Ltd.

Pledgor: YIBIN COWIN AUTO Co.,Ltd.

Registration number: Y2022510000190

PE01 Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right
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Denomination of invention: A Fault Diagnosis and Control Method for Automotive Vacuum Pump

Granted publication date: 20210803

Pledgee: Yibin Development Holding Group Co.,Ltd.

Pledgor: YIBIN COWIN AUTO Co.,Ltd.

Registration number: Y2024510000007