CN116754130A - 爆震传感器故障检测电路及方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种爆震传感器故障检测电路及方法，涉及发动机技术领域，用于解决爆震传感器故障检测准确率低的问题。其中，检测电路包括模数转换模块、信号采集电路、及判断模块；信号采集电路与模数转换模块的输入端连接，判断模块与数模转换模块的输出端连接；信号采集电路，用于采集爆震信号，并将爆震信息输入模数转换模块；模数转换模块，用于将爆震信号转换成数字信号；判断模块，用于基于数字信号，确定检测电路的等效电容，并基于等效电容，判断爆震传感器是否发生故障。基于该检测电路进行故障检测时，利用等效电容充放电时的电压变化平滑特性，优先避免气缸震动引起的检测误判，提高检测准确率。

Description

爆震传感器故障检测电路及方法

技术领域

本申请涉及发动机技术领域，特别是涉及一种爆震传感器故障诊断电路及方法。

背景技术

在汽油发动机气缸内的温度过高时，混合气在火花塞点火之前，会被燃烧室内的炽热点引燃，从而导致混合气提前燃烧，这种现象称之为早燃。而早燃现象会进一步引起发动机爆震，从而严重影响发动机的燃烧稳定性以及使用寿命，甚至直接造成发动机损坏。

为了防止爆震对汽油发动机造成的影响，一般是通过爆震传感器对汽油发动机进行爆震监测，并在监测到爆震时，对发动机进行退点火或者断油等操作，从而保证汽油发动机的安全使用。在这个过程中，如果爆震传感器发生故障，将严重影响发动机的使用安全，因此，亟需一种技术方案，对爆震传感器进行故障检测。

相关技术方案中，在对爆震传感器进行故障检测时，一般是通过对爆震传感器的电压范围及电压波动频率进行检测，并根据检测结果，来判断爆震传感器是否存在故障。

然而，在气缸震动时，爆震传感器的电压范围及电压波动频率，也会发生变化，因此，按照上述对爆震传感器的故障检测方式，无法区分电压范围及电压波动频率的改变，是否为爆震传感器故障引起的，进而导致误判。

发明内容

本申请公开了一种爆震传感器故障检测电路及方法，用于解决现有对爆震传感器进行故障检测时，因为存在误判，而导致的检测准确率低的问题。

一方面，本申请实施例提供了一种爆震传感器故障检测电路，包括模数转换模块、信号采集电路、及判断模块；

所述信号采集电路与所述模数转换模块的输入端连接，所述判断模块与所述数模转换模块的输出端连接；

所述信号采集电路，用于采集爆震信号，并将所述爆震信息输入所述模数转换模块；

所述模数转换模块，用于将所述爆震信号转换成数字信号；

所述判断模块，用于基于所述数字信号，确定所述检测电路的等效电容，并基于所述等效电容，判断爆震传感器是否发生故障。

可选的，所述信号采集电路包括第一采集子电路和第二采集子电路；

所述第一采集子电路与所述模数转换模块的第一输入端连接，所述第二采集子电路与所述模数转换模块的第二输入端连接；所述第一输入端和所述第二输入端分别连接高电平和低电平；

所述第一采集子电路与所述第二采集子电路，用于将所述爆震信号以差分信号的形式，输入所述模数转换模块。

可选的，所述第一采集子电路包括第一信号采集端、第一电阻、第一对地电容、第二对地电容；所述第一信号采集端与所述第一电阻连接，所述第一电阻与所述模数转换模块的第一输入端连接；所述第一对地电容的非接地端，连接于所述第一信号采集端与所述第一电阻之间的连接线；所述第二对地电容的非接地端，连接于所述第一电阻与所述第一输入端之间的连接线。

可选的，所述第二采集子电路包括第二信号采集端、第二电阻、第三对地电容、第四对地电容；所述第二信号采集端与所述第二电阻连接，所述第二电阻与所述模数转换模块的第二输入端连接；所述第三对地电容的非接地端，连接于所述第二信号采集端与所述第二电阻之间的连接线；所述第四对地电容的非接地端，连接于所述第二电阻与所述第二输入端之间的连接线。

一方面，本申请实施例提供了一种爆震传感器故障检测方法，基于上述任一项所述检测电路，所述方法包括：

在发动机处于预设工况时，按照预设采样时刻，分别采集所述发动机的各目标爆震信号；

针对所述各目标爆震信号，分别执行如下操作：

对一个目标爆震信号进行模数转换，得到所述一个目标爆震信号对应的数字信号；

基于各数字信号，确定所述检测电路的等效电容；

基于所述等效电容，判断爆震传感器是否发生故障。

可选的，所述按照预设采样时刻，分别采集所述发动机的各目标爆震信号，包括：

按照预设采样时刻，使用第一采集电路及第二采集电路，分别采集所述发动机的爆震信号；

将所述第一采集子电路采集得到的各第一爆震信号，以及所述第二采集子电路采集得到的各第二爆震信号，作为所述各目标爆震信号。

可选的，所述基于各数字信号，确定所述检测电路的等效电容，包括：

确定各数字信号对应的存储量，是否大于第一预设阈值；

若是，则基于所述各数字信号对应的采样点总个数，确定所述检测电路的等效电容；

若否，则继续对所述发动机的目标爆震信号，直至所述存储量大于所述第一预设阈值。

可选的，所述确定各数字信号对应的存储量，是否大于第一预设阈值，包括：

将所述各数字信号存入预设缓存区，并判断所述预设缓存区是否满负荷；

若是，则确定所述存储量大于所述第一预设阈值；

否则，确定所述存储量小于或等于所述第一预设阈值。

可选的，所述基于所述各数字信号对应的采样点总个数，确定所述检测电路的等效电容，包括：

获取所述各数字信号，对应的采样点的总个数；

基于所述总个数，以及所述预设采样时刻对应的采样时间间隔，确定所述等效电容。

可选的，所述基于所述等效电容，判断爆震传感器是否发生故障，包括：

判断所述等效电容是否大于第二预设阈值；

若是，则确定所述爆震传感器发生故障；

否则，确定所述爆震传感器无故障。

本申请技术方案所达到的技术效果如下：

本申请实施例提供的一种爆震传感器故障检测电路及方法，对发动机的爆震信号进行模数转换，得到数字信号。进一步，基于数字信号确定爆震传感器的等效电容，并基等效电容来判断爆震传感器是否发生故障。这种故障检测方式，利用电容充放电时电压变化的平滑特性，可以有效防止气缸震动时，引起的电压波动干扰，从而保障检测结果的准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请提供的一种爆震传感器故障检测电路示意图；

图2为本申请提供的另一种爆震传感器故障检测电路示意图；

图3为本申请提供的另一种爆震传感器故障检测电路示意图；

图4为本申请提供的另一种爆震传感器故障检测电路示意图；

图5为本申请提供的一种爆震传感器故障检测方法的流程图；

图6为本申请提供的一种等效电路图；

图7为本申请提供的一种充电电压与充电时间之间的关系示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请作进一步地详细描述。方法实施例中的具体操作方法也可以应用于装置实施例或系统实施例中。需要说明的是，在本申请的描述中“多个”理解为“至少两个”。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。A与B连接，可以表示：A与B直接连接和A与B通过C连接这两种情况。另外，在本申请的描述中，“第一”、“第二”等词汇，仅用于区分描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性，也不能理解为指示或暗示顺序。

下面结合附图，对本申请实施例进行详细描述。

为了防止爆震对汽油发动机造成的影响，一般是通过爆震传感器对汽油发动机进行爆震监测，并在监测到爆震时，对发动机进行退点火或者断油等操作，从而保证汽油发动机的安全使用。在这个过程中，如果爆震传感器发生故障，将严重影响发动机的使用安全，因此，亟需一种技术方案，对爆震传感器进行故障检测。

相关技术方案中，在对爆震传感器进行故障检测时，一般是通过对爆震传感器的电压范围及电压波动频率进行检测，并根据检测结果，来判断爆震传感器是否存在故障。

然而，在气缸震动时，爆震传感器的电压范围及电压波动频率，也会发生变化，因此，按照上述对爆震传感器的故障检测方式，无法区分电压范围及电压波动频率的改变，是否为爆震传感器故障引起的，进而导致误判。

为了解决上述问题，本申请实施例提供的一种爆震传感器故障检测电路及方法，对发动机的爆震信号进行模数转换，得到数字信号。进一步，基于数字信号确定爆震传感器的等效电容，并基等效电容来判断爆震传感器是否发生故障。这种故障检测方式，利用电容充放电时电压的平滑特性，可以有效防止气缸震动时，引起的电压波动干扰，从而保障检测结果的准确性。

如图1所示，为本申请提供的一种爆震传感器故障检测电路，包括模数转换模块11、信号采集电路12、及判断模块13；信号采集电路12与模数转换模块11的输入端连接，判断模块13与数模转换模块11的输出端连接；

可选的，模数转换模块11、信号采集电路12、判断模块13之间的连接方式为电连接，其中，电连接的方式包括无线电连接，以及有线电连接。

在图1中，信号采集电路12，用于采集爆震信号，并将爆震信息输入模数转换模块11，其中，爆震信号为电压信号；模数转换模块11，用于将爆震信号转换成数字信号；判断模块13，用于基于数字信号，确定检测电路的等效电容，并基于等效电容，判断爆震传感器是否发生故障。

在一种可能的实施例中，如图2所示，信号采集电路12包括第一采集子电路21和第二采集子电路22；第一采集子电路21与模数转换模块11的第一输入端11a连接，第二采集子电路22与模数转换模块11的第二输入端11b连接；第一输入端11a和第二输入端11b连接的分别连接高电平和低电平；第一采集子电路21与第二采集子电路22，用于将爆震信号以差分信号的形式，输入模数转换模块11。

在一种可能的实施例中，如图3所示，第一采集子电路21包括第一信号采集端31、第一电阻32、第一对地电容33、第二对地电容34；第一信号采集端31与第一电阻32连接，第一电阻32与模数转换模块11的第一输入端11a连接；第一对地电容33的非接地端，连接于第一信号采集端31与第一电阻32之间的连接线；第二对地电容34的非接地端，连接于第一电阻32与模数转换模块11的第一输入端11a之间的连接线。

在一种可能的实施例中，如图4所示，第二采集子电路22包括第二信号采集端41、第二电阻42、第三对地电容43、第四对地电容44；第二信号采集端41与第二电阻42连接，第二电阻42与模数转换模块11的第二输入端11b连接；第三对地电容43的非接地端，连接于第二信号采集端41与第二电阻42之间的连接线；第四对地电容43的非接地端，连接于第二电阻42与模数转换模块11的第二输入端11b之间的连接线。

基于上述任一项所述检测电路，本申请实施例提供了一种爆震传感器故障检测方法，如图5所示，所述方法的执行流程包括如下步骤：

S51，在发动机处于预设工况时，按照预设采样时刻，分别采集发动机的各目标爆震信号；

在本申请实施例中，预设工况需同时满足如下两个条件：

条件一：当前时刻为发动机启动前。因为在发动机启动前，发动机处于静止状态，正常情况下，爆震传感器无爆震信号输出。此时，若爆震传感器出现故障，则在检测电路接入外设电源后，通过采集的爆震信号，可以检测出爆震传感器出现故障。反之，如果在发动机启动后，发动机会产生抖动，进而会引起爆震传感器产生爆震信号，此时，若爆震传感器产生故障，无法确定爆震信号是发动机抖动引起还是爆震传感器故障引起。

条件二：检测电路连接好外设电源。外设电源为检测电路中的模数转换模块的输入端提供高电平和低电平。

在满足条件一和条件二的情况下，按照预设的采样时刻，对发动机的目标爆震信号进行采集。

其中，预设的采样时刻，可以按照固定的时间间隔来设置，比如，每间隔0.05秒采集一次。也可以随机的时刻来设置，比如，第1个采样时刻为t1，第2个采样时刻t2为：t1+0.01，第3个采样时刻t3为：t1+0.02，第4个采样时刻t4为：t1+0.05等，每两个相邻采样时刻之间的时间间隔不是固定的数值，而是随机的。

在对目标爆震信号进行采集时，是基于检测电路中的信号采集电路来实现的，基于信号采集电路，实现对目标爆震信号以差分信号的形式进行采集，具体来讲，可以是：

按照预设采样时刻，使用第一采集电路及第二采集电路，分别采发动机的爆震信号，并将第一采集子电路采集得到的各第一爆震信号，以及第二采集子电路采集得到的各第二爆震信号，作为各目标爆震信号。

其中，各目标爆震信号，是第一爆震信号与相应的第二爆震信号共同组成，通过将第一爆震信号接入高电平，将第二爆震信号接入低电平，实现各目标信号为差分信号。

S52，针对各目标爆震信号，分别执行如下操作：对一个目标爆震信号进行模数转换，得到一个目标爆震信号对应的数字信号；

在得到差分信号形式的各目标爆震信号以后，针对各目标爆震信号，分别执行如下操作：对一个目标爆震信号进行模数转换，得到一个目标爆震信号对应的数字信号。

例如，当前存在5个目标爆震信号，分别为爆震信号Sa、爆震信号Sb、爆震信号Sc、爆震信号Sd、爆震信号Se。在这5个爆震信号中，每采集到一个目标爆震信号，比如爆震信号Sa时，便对爆震信号进行模数转换。同理，在采集得到爆震信号Sb、Sc、Sd、Se时，做相同的处理，从而得到各目标爆震信号分别对应的数字信号。

S53，基于各数字信号，确定检测电路的等效电容；

在本申请实施例中，将爆震传感器按照电容来处理，基于电容的充放电特性，可以避免气缸震动引起的电压波动所带来的影响。

如图6所示，为图4所示的检测电路对应的一种等效电路图。在图6中，将爆震传感器等效为电容来处理，同时，因为检测电路中所有的组成部件都有电容效应，只是相对电容值较小，将检测电路中所有的组成部件等效为电容来处理。

基于上述等效电路图，确定等效电容的具体方法可以是：

确定各数字信号对应的存储量是否大于第一预设阈值。具体的，将各数字信号存入预设缓存区，并判断预设缓存区是否满负荷；若预设缓存区已经满负荷，则确定各数字信号的存储量大于第一预设阈值；若预设缓存区没有满负荷，则确定各数字信号的存储量小于或等于第一预设阈值。

在确定存储量大于第一预设阈值时，基于各数字信号对应的采样点总个数，确定检测电路的等效电容。具体的，获取各数字信号对应的采样点的总个数，并基于总个数，以及预设采样时刻对应的采样时间间隔，确定检测电路的充电时间，并根据充电时间与等效电容之间的物理关系，来确定等效电容。其中，充电时间与等效电容之间的物理关系可以通过公式（1）来表示：

（1）

在公式（1）中，t为等效电容的充电时间，C为等效电容，R为等效电阻，ln为自然底对数，V₁可以取值为5伏，V₂为充电时间t对应的电压。在等效电阻R为定值时，等效电容C的大小与充电时间t之间一一对应。

示例性的，参考图7，一种充电电压与充电时间之间的关系示例图。其中，充电时间可以通过采样点的总个数及采样时间间隔∆t来计算得到，比如，若每个时间间隔∆t都相等，则充电时间等于∆t乘以采样点总个数。然后，通过各个采样点对应的电压及采样每个采样点之间的时间间隔，拟合出充电电压与充电时间之间的函数曲线，并基于函数曲线得到等效电容。

在确定存储量小于或等于第一预设阈值时，则继续对发动机的目标爆震信号，直至存储量大于第一预设阈值后，按照上述方法确定爆震传感器的等效电容。

S54，基于等效电容，判断爆震传感器是否发生故障。

在确定出爆震传感器的等效电容以后，根据等效电容的大小，判断爆震传感器是否发生故障。具体的，判断等效电容是否大于第二预设阈值；若大于第二预设阈值，则确定爆震传感器发生故障；若小于或等于第二阈值，则确定爆震传感器无故障。

本申请实施例提供的一种爆震传感器故障检测电路及方法，对发动机的爆震信号进行模数转换，得到数字信号。进一步，基于数字信号确定爆震传感器的等效电容，并基等效电容来判断爆震传感器是否发生故障。这种故障检测方式，利用电容充放电时电压变化的平滑特性，可以有效防止气缸震动时，引起的电压波动干扰，从而保障检测结果的准确性。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种爆震传感器故障检测电路，其特征在于，包括模数转换模块、信号采集电路、及判断模块；

所述信号采集电路与所述模数转换模块的输入端连接，所述判断模块与所述数模转换模块的输出端连接；

所述信号采集电路，用于采集爆震信号，并将所述爆震信息输入所述模数转换模块；

所述模数转换模块，用于将所述爆震信号转换成数字信号；

所述判断模块，用于基于所述数字信号，确定所述检测电路的等效电容，并基于所述等效电容，判断爆震传感器是否发生故障。

2.如权利要求1所述的检测电路，其特征在于，所述信号采集电路包括第一采集子电路和第二采集子电路；

所述第一采集子电路与所述模数转换模块的第一输入端连接，所述第二采集子电路与所述模数转换模块的第二输入端连接；所述第一输入端和所述第二输入端分别连接高电平和低电平；

所述第一采集子电路与所述第二采集子电路，用于将所述爆震信号以差分信号的形式，输入所述模数转换模块。

3.如权利要求2所述的检测电路，其特征在于，所述第一采集子电路包括第一信号采集端、第一电阻、第一对地电容、第二对地电容；所述第一信号采集端与所述第一电阻连接，所述第一电阻与所述模数转换模块的第一输入端连接；所述第一对地电容的非接地端，连接于所述第一信号采集端与所述第一电阻之间的连接线；所述第二对地电容的非接地端，连接于所述第一电阻与所述第一输入端之间的连接线。

4.如权利要求2所述的检测电路，其特征在于，所述第二采集子电路包括第二信号采集端、第二电阻、第三对地电容、第四对地电容；所述第二信号采集端与所述第二电阻连接，所述第二电阻与所述模数转换模块的第二输入端连接；所述第三对地电容的非接地端，连接于所述第二信号采集端与所述第二电阻之间的连接线；所述第四对地电容的非接地端，连接于所述第二电阻与所述第二输入端之间的连接线。

5.一种爆震传感器故障检测方法，基于权利要求1~4中任一项所述检测电路，其特征在于，所述方法包括：

在发动机处于预设工况时，按照预设采样时刻，分别采集所述发动机的各目标爆震信号；

针对所述各目标爆震信号，分别执行如下操作：对一个目标爆震信号进行模数转换，得到所述一个目标爆震信号对应的数字信号；

基于各数字信号，确定所述检测电路的等效电容；

基于所述等效电容，判断爆震传感器是否发生故障。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述按照预设采样时刻，分别采集所述发动机的各目标爆震信号，包括：

按照预设采样时刻，使用第一采集电路及第二采集电路，分别采集所述发动机的爆震信号；

将所述第一采集子电路采集得到的各第一爆震信号，以及所述第二采集子电路采集得到的各第二爆震信号，作为所述各目标爆震信号。

7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述基于各数字信号，确定所述检测电路的等效电容，包括：

确定各数字信号对应的存储量，是否大于第一预设阈值；

若是，则基于所述各数字信号对应的采样点总个数，确定所述检测电路的等效电容；

若否，则继续对所述发动机的目标爆震信号，直至所述存储量大于所述第一预设阈值。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述确定各数字信号对应的存储量，是否大于第一预设阈值，包括：

将所述各数字信号存入预设缓存区，并判断所述预设缓存区是否满负荷；

若是，则确定所述存储量大于所述第一预设阈值；

否则，确定所述存储量小于或等于所述第一预设阈值。

9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述基于所述各数字信号对应的采样点总个数，确定所述检测电路的等效电容，包括：

获取所述各数字信号，对应的采样点的总个数；

基于所述总个数，以及所述预设采样时刻对应的采样时间间隔，确定所述等效电容。

10.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述基于所述等效电容，判断爆震传感器是否发生故障，包括：

判断所述等效电容是否大于第二预设阈值；

若是，则确定所述爆震传感器发生故障；

否则，确定所述爆震传感器无故障。