CN112682188A - 一种柴油机进气压力传感器容错控制系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种柴油机进气压力传感器容错控制系统及其控制方法，包括大气压力传感器、进气压力传感器、进气温度传感器、空气流量计传感器和增压压力传感器，所述进气压力传感器、进气温度传感器、空气流量计传感器均固定至空气滤清器、压气机之间，空气滤清器另一端固定安装大气压力传感器，至压气机另一端固定安装增压压力传感器。本发明所述的一种柴油机进气压力传感器容错控制系统及其控制方法能够在柴油机进气压力传感器故障发生时及时地进行适当处理，为ECU控制策略提供合理的信号值，增强控制系统的容错控制能力。

Description

一种柴油机进气压力传感器容错控制系统及其控制方法

技术领域

本发明属于柴油机故障诊断技术领域，尤其是涉及一种柴油机进气压力传感器容错控制系统及其控制方法。

背景技术

柴油机空气进气量对柴油机燃烧有着重要的影响，气缸内空燃比降低会导致柴油机燃烧恶化、冒黑烟、功率下降等现象，因此有必要保证柴油机进气压力传感器的压力值是准确无误的，传统的ECU故障诊断模块诊断出进气压力传感器故障时，一般都采用标定值来代替传感器采样值，同时上报传感器故障状态。这种方式只能在短时间内使用且无法获取准确的传感器值，因此需要一种柴油机进气压力传感器容错控制系统及其控制方法，在进气压力传感器故障或失效时，通过模型重构实现进气压力值的准确估计，使得ECU控制策略正常运行保证柴油机稳定工作。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种柴油机进气压力传感器容错控制系统，以解决现有技术的不足。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种柴油机进气压力传感器容错控制系统，包括大气压力传感器、进气压力传感器、进气温度传感器、空气流量计传感器和增压压力传感器，所述进气压力传感器、进气温度传感器、空气流量计传感器均固定至空气滤清器、压气机之间，空气滤清器另一端固定安装大气压力传感器，至压气机另一端固定安装增压压力传感器，所述大气压力传感器、进气压力传感器、进气温度传感器、空气流量计传感器和增压压力传感器均信号连接至控制器。

进一步的，所述控制器为ECU，所述ECU设有检测单元、故障诊断单元、分析单元、控制单元和运算单元，检测单元信号连接至故障诊断单元，故障诊断单元信号连接至分析单元、分析单元信号连接至控制单元，控制单元信号连接至运算单元。

相对于现有技术，本发明所述的一种柴油机进气压力传感器容错控制系统及其控制方法具有以下优势：

(1)本发明所述的一种柴油机进气压力传感器容错控制系统能够在柴油机进气压力传感器故障发生时及时地进行适当处理，为ECU控制策略提供合理的信号值，增强控制系统的容错控制能力。

本发明的另一目的在于提出一种柴油机进气压力传感器容错控制方法，以解决现有技术的不足。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种柴油机进气压力传感器容错控制方法，包括以下步骤：

S1、检测单元实时获取进气压力传感器电压、电流等信号确定故障状态；

S2、故障诊断单元判断当前大气压力传感器是否存在故障，是，则进入步骤S3，否，则返回步骤S1；

S3、检测单元实时获取空气流量计传感器、进气温度传感器、大气压力传感器的故障状态；

S4、故障诊断单元判断这三个传感器是否存在故障，是，则进入步骤S5，否，则进入步骤S6；

S5、分析单元及运算单元实时获取增压压力传感器故障状态并进行，是，则以预先标定值代替传感器采集值并进入步骤S7，否，则运行进气压力解析冗余算法2并进入步骤S7；

S6、运算单元运行进气压力解析冗余算法1，并进入步骤S7；

S7、分析单元判断进气压力传感器的故障类型，判断故障类型是否为短路、断路、虚接等硬件型故障，否，则为软故障，故障不可消除，向整车发送停机检修指示，是，则为硬故障，运行故障判断单元，判断进气压力传感器是否恢复采集功能，是，则消除故障，使用进气压力传感器采集值，并进入步骤S8，否，则以解析冗余算法的进气压力预测值代替传感器采集值，并进入步骤S8；

S8、将分析单元输出的进气压力采集值或预测值传递给控制单元。

进一步的，在步骤S4中的所述进气压力解析冗余算法1包括以下计算步骤：

D1、检测单元实时获取采集空气滤清器前的大气压力传感器、空气滤清器后的进气空气流量和进气温度值；

D2、运算单元根据气体流量压力公式，即通过物体两端压力差和流量的平方成正比，继而得出空气滤清器两端的压力差，空气滤清器两端的压力差表达式为

其中，K为空气滤清器的阻力系数，Q为进气流量，p_ref为参考进气压力，T_ref为参考进气温度；

D3、运算单元根据步骤D1、步骤D2运算得到一号进气压力预测值，一号进气压力预测值表达式为p₁＝p₀-d_p。

进一步的，在步骤S4中的所述进气压力解析冗余算法2包括以下计算步骤：

E1、运算单元通过标定试验确定柴油机不同工况下压气机的增压比值，压气机的增压比表达式为π＝f(n_e,T_ind)，其中，π为增压比，n_e为柴油机转速，T_ind为柴油机指示扭矩；

E2、运算单元采用一阶低通滤波器对增压压力传感器值进行处理，并得出增压压力传感器处理值，增压压力传感器处理表达式为p_2filt,k＝p_2filt,k-1+(p_2,k-p_2filt,k)(1-e^-dt/T)，其中T为滤波时间常数；

E3、运算单元根据步骤E1、步骤E2计算得到二号进气压力预测值，二号进气压力预测值表达式为

相对于现有技术，本发明所述的一种柴油机进气压力传感器容错控制方法具有以下优势：

(1)本发明所述的一种柴油机进气压力传感器容错控制方法通过获取大气压力传感器、进气压力传感器、进气温度传感器、空气流量计传感器和增压压力传感器电压值；以传感器电压值、电流值为依据，从而可以快速判断传感器故障类型，而且操作方便，易于推广。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例所述的一种柴油机进气压力传感器容错控制系统其传感器安装示意图；

图2为本发明实施例所述的一种柴油机进气压力传感器容错控制系统及其控制方法其实施例1流程图；

图3为本发明实施例所述的一种柴油机进气压力传感器容错控制系统及其控制方法其实施例2流程图；

图4为本发明实施例所述的一种柴油机进气压力传感器容错控制系统及其控制方法其实施例3流程图。

附图标记说明：

1-大气压力传感器；2-进气压力传感器；3-进气温度传感器；4-空气流量计传感器；5-增压压力传感器；6-空气滤清器；7-压气机。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

名词解释：

ECU：ECU(Electronic Control Unit)电子控制单元，从用途上讲则是柴油机专用微机控制器。

如图1至图4所示，一种柴油机进气压力传感器容错控制系统，包括大气压力传感器1、进气压力传感器2、进气温度传感器3、空气流量计传感器4和增压压力传感器5，所述进气压力传感器2、进气温度传感器3、空气流量计传感器4均固定至空气滤清器6、压气机7之间，空气滤清器6另一端固定安装大气压力传感器1，至压气机7另一端固定安装增压压力传感器5，所述大气压力传感器1、进气压力传感器2、进气温度传感器3、空气流量计传感器4和增压压力传感器5均信号连接至控制器，在实际操作时，工作人员在ECU内部或者空气滤清器6前安装大气压力传感器1，用于测量大气压力p₀，在空气滤清器6后压气机7前安装空气流量计传感器(AMF)4、进气压力传感器2和进气温度传感器3，用于测量进气流量

p₁，T₁；在压气机7后安装增压压力传感器5，用于测量增压压力p₂。

所述控制器为ECU，所述ECU设有检测单元、故障诊断单元、分析单元、控制单元和运算单元，检测单元信号连接至故障诊断单元，故障诊断单元信号连接至分析单元、分析单元信号连接至控制单元，控制单元信号连接至运算单元；检测单元，用于实时获取进气压力传感器、进气流量计、进气温度传感器、大气压力传感器、增压压力传感器的电压和电流信号，并传输至故障诊断单元；故障诊断单元用于诊断进气压力传感器、进气流量计、进气温度传感器、大气压力传感器、增压压力传感器的各种故障状态，并传输到分析单元；分析单元用于检测传感器故障与否以及故障类型，进行传感器故障恢复判断，并判断是否启用运算单元预测进气压力值，将结果发送给ECU控制单元，运算单元用以运行进气压力解析冗余算法模型。

一种柴油机压气机前进气压力容错控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、检测单元实时获取进气压力传感器2电压、电流等信号确定故障状态；

S2、故障诊断单元判断当前大气压力传感器1是否存在故障，是，则进入步骤S3，否，则返回步骤S1；

S3、检测单元实时获取空气流量计传感器4、进气温度传感器3、大气压力传感器1的故障状态；

S4、故障诊断单元判断这三个传感器是否存在故障，是，则进入步骤S5，否，则进入步骤S6；

S5、分析单元及运算单元实时获取增压压力传感器5故障状态并进行，是，则以预先标定值代替传感器采集值并进入步骤S7，否，则运行进气压力解析冗余算法2并进入步骤S7；

S6、运算单元运行进气压力解析冗余算法1，并进入步骤S7；

S7、分析单元判断进气压力传感器2的故障类型，判断故障类型是否为短路、断路、虚接等硬件型故障，否，则为软故障，故障不可消除，向整车发送停机检修指示，是，则为硬故障，运行故障判断单元，判断进气压力传感器2是否恢复采集功能，是，则消除故障，使用进气压力传感器2采集值，并进入步骤S8，否，则以解析冗余算法的进气压力预测值代替传感器采集值，并进入步骤S8；

S8、将分析单元输出的进气压力采集值或预测值传递给控制单元。

该容错控制方法和控制系统获取大气压力传感器1、进气压力传感器2、进气温度传感器3、空气流量计传感器4和增压压力传感器5的电压值；以传感器电压值、电流值为依据，判断传感器故障类型。在实际使用过程中，根据上述传感器故障类型的组合来采取措施，判断采取何种进气压力解析冗余算法预测当前的进气压力值；根据传感器电压值进行故障恢复状态判断，确定故障类型并进行适当处理。

实施例1

如图2所示，一种柴油机进气压力传感器容错控制方法，包括以下步骤：

A1、获取体现进气压力传感器2的故障状态的参数信息；

A2、根据得到的参数信息，判断当前进气压力传感器2是否存在故障，若是，则进入步骤A3，若否，则返回步骤A1；

A3、获取体现安装在空气滤清器6前的大气压力传感器1、安装在空气滤清器6后的空气流量计传感器4和进气温度传感器3的故障状态的参数信息；

A4、根据步骤A3中的参数信息判断这三个传感器是否存在故障；

A5、若是，则运行进气压力解析冗余算法2得到进气压力的预测值；

A6、若否，则运行进气压力解析冗余算法1得到进气压力的预测值；

A7、已得到的预测值代替进气压力传感器2的采集值输入ECU。

具体的，如图2所示为该容错控制方法和控制系统的第一种具体实施方式的流程图。进气压力传感器2等的故障模式包括断路、断路、虚接、偏差、精度下降和信号漂移等，步骤A1获取进气压力传感器2的故障状态，步骤A2判断进气压力传感器2是否故障，如果无故障则返回步骤A1继续获取其故障状态，如果有故障则执行步骤A3获取空气流量计传感器4、进进气温度传感器3和大气压力传感器1的状态，步骤A4判断这三个传感器是否存在故障，若不存在故障则执行步骤A5运行进气压力解析冗余算法1，计算进气压力预测值，若存在故障则执行步骤A6运行进气压力解析冗余算法2，最终再执行步骤A7以预测值代替进气压力传感器2采集值。

实施例2

如图3所示，另一种柴油机进气压力传感器容错控制方法，包括以下步骤：

B1、获取体现进气压力传感器2的故障状态的参数信息；

B2、根据得到的参数信息，判断当前进气压力传感器2是否存在故障，若是，则进入步骤B3，若否，则返回步骤B1；

B3、获取安装在压气机7后的增压压力传感器5状态数据；

B4、根据得到的参数信息，判断增压压力传感器5是否存在故障；

B5、若是，则以预先设置的标定值代替传感器采集值输入ECU；

B6、若否，则运行进气压力解析冗余算法2得到进气压力的预测值；

B7、以得到的预测值代替进气压力传感器2的采集值输入ECU。

具体的，如图3所示，图3为该容错控制方法和控制系统的第二种具体实施方式的流程图。在步骤A6之前增加以下步骤：步骤B3获取增压压力传感器5的故障状态，并在步骤B4进行状态判断，若存在故障则执行步骤B5以出厂前的标定值来代替进气压力传感器2采集值，若不存在故障则执行步骤B6和步骤B7，这两个步骤与步骤A6和步骤A7类似，在此不再赘述。

实施例3

如图4所示，一种柴油机进气压力传感器故障恢复判断方法，包括如下步骤：

C1、获取体现进气压力传感器2的故障状态的参数信息；

C2、判断进气压力传感器2的故障类型是否为短路、断路、虚接等硬件故障，

若否，则发送停机检修指示，若是，则进入步骤C3；

C3、运行传感器故障恢复判断模块，判断传感器是否恢复采集功能，

C4、若是，则消除传感器故障，使用进气压力传感器2采集值；

C5、若否，则进入上述实施例1提供的方法的步骤A4，或者转入上述实施例2提供的方法的步骤B4。

具体的，考虑传感器故障状态可能存在误报、传感器硬件故障自动恢复等现象，如图4所示，步骤C1获取进气压力传感器2的故障类型，步骤C2对故障类型进行判断，若判断传感器的故障类型为软故障，则认为故障不可消除，发送停机检修指示，若判断传感器的故障类型为硬件故障，则执行步骤C3进行故障恢复判断，在步骤C3传感器采集功能恢复判定成功，则执行步骤C4消除故障，使用传感器采集值发送至ECU，若判断失败则执行步骤C5继续执行步骤A7或步骤B7以预测值代替传感器采集值发送至ECU。

在步骤S4中的所述进气压力解析冗余算法1包括以下计算步骤：

D1、检测单元实时获取采集空气滤清器6前的大气压力传感器1、空气滤清器6后的进气空气流量和进气温度值；

D2、运算单元根据气体流量压力公式，即通过物体两端压力差和流量的平方成正比，继而得出空气滤清器6两端的压力差，空气滤清器6两端的压力差表达式为

其中，K为空气滤清器的阻力系数，在实际使用时，K可以设成定值，也可以通过实验得出一个老化的阻力系数变化曲线，Q为进气流量，p_ref为参考进气压力，T_ref为参考进气温度；

D3、运算单元根据步骤D1、步骤D2运算得到一号进气压力预测值，一号进气压力预测值表达式为p₁＝p₀-d_p。

在步骤S4中的所述进气压力解析冗余算法2包括以下计算步骤：

E1、运算单元通过标定试验确定柴油机不同工况下压气机7的增压比值，压气机7的增压比表达式为π＝f(n_e,T_ind)，其中，π为增压比，n_e为柴油机转速，T_ind为柴油机指示扭矩；

E2、运算单元采用一阶低通滤波器对增压压力传感器5值进行处理，并得出增压压力传感器5处理值，增压压力传感器5处理表达式为p_2filt,k＝p_2filt,k-1+(p_2,k-p_2filt,k)(1-e^-dt/T)，其中T为滤波时间常数；

E3、运算单元根据步骤E1、步骤E2计算得到二号进气压力预测值，二号进气压力预测值表达式为

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，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种柴油机进气压力传感器容错控制系统，其特征在于：包括大气压力传感器(1)、进气压力传感器(2)、进气温度传感器(3)、空气流量计传感器(4)和增压压力传感器(5)，所述进气压力传感器(2)、进气温度传感器(3)、空气流量计传感器(4)均固定至空气滤清器(6)、压气机(7)之间，空气滤清器(6)另一端固定安装大气压力传感器(1)，至压气机(7)另一端固定安装增压压力传感器(5)，所述大气压力传感器(1)、进气压力传感器(2)、进气温度传感器(3)、空气流量计传感器(4)和增压压力传感器(5)均信号连接至控制器。

2.根据权利要求1所述的一种柴油机进气压力传感器容错控制系统，其特征在于：所述控制器为ECU，所述ECU设有检测单元、故障诊断单元、分析单元、控制单元和运算单元，检测单元信号连接至故障诊断单元，故障诊断单元信号连接至分析单元、分析单元信号连接至控制单元，控制单元信号连接至运算单元。

3.根据权利要求1至2任一所述的一种柴油机进气压力传感器容错控制系统的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1、检测单元实时获取进气压力传感器(2)电压、电流等信号确定故障状态；

S2、故障诊断单元判断当前大气压力传感器(1)是否存在故障，是，则进入步骤S3，否，则返回步骤S1；

S3、检测单元实时获取空气流量计传感器(4)、进气温度传感器(3)、大气压力传感器(1)的故障状态；

S4、故障诊断单元判断这三个传感器是否存在故障，是，则进入步骤S5，否，则进入步骤S6；

S5、分析单元及运算单元实时获取增压压力传感器(5)故障状态并进行，是，则以预先标定值代替传感器采集值并进入步骤S7，否，则运行进气压力解析冗余算法2并进入步骤S7；

S6、运算单元运行进气压力解析冗余算法1，并进入步骤S7；

S7、分析单元判断进气压力传感器(2)的故障类型，判断故障类型是否为短路、断路、虚接等硬件型故障，否，则为软故障，故障不可消除，向整车发送停机检修指示，是，则为硬故障，运行故障判断单元，判断进气压力传感器(2)是否恢复采集功能，是，则消除故障，使用进气压力传感器(2)采集值，并进入步骤S8，否，则以解析冗余算法的进气压力预测值代替传感器采集值，并进入步骤S8；

S8、将分析单元输出的进气压力采集值或预测值传递给控制单元。

4.根据权利要求3所述的一种柴油机进气压力传感器容错控制方法，其特征在于：在步骤S4中的所述进气压力解析冗余算法1包括以下计算步骤：

D1、检测单元实时获取采集空气滤清器(6)前的大气压力传感器(1)、空气滤清器(6)后的进气空气流量和进气温度值；

D2、运算单元根据气体流量压力公式，即通过物体两端压力差和流量的平方成正比，继而得出空气滤清器(6)两端的压力差，空气滤清器(6)两端的压力差表达式为

其中，K为空气滤清器的阻力系数，Q为进气流量，p_ref为参考进气压力，T_ref为参考进气温度；

D3、运算单元根据步骤D1、步骤D2运算得到一号进气压力预测值，一号进气压力预测值表达式为p₁＝p₀-d_p。

5.根据权利要求3所述的一种柴油机进气压力传感器容错控制方法，其特征在于：在步骤S4中的所述进气压力解析冗余算法2包括以下计算步骤：

E1、运算单元通过标定试验确定柴油机不同工况下压气机(7)的增压比值，压气机(7)的增压比表达式为π＝f(n_e,T_ind)，其中，π为增压比，n_e为柴油机转速，T_ind为柴油机指示扭矩；

E2、运算单元采用一阶低通滤波器对增压压力传感器(5)值进行处理，并得出增压压力传感器(5)处理值，增压压力传感器(5)处理表达式为p_2filt,k＝p_2filt,k-1+(p_2,k-p_2filt,k)(1-e^-dt/T)，其中T为滤波时间常数；

E3、运算单元根据步骤E1、步骤E2计算得到二号进气压力预测值，二号进气压力预测值表达式为

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