KR20010053369A - 내연 기관의 센서 작동을 모니터링하기 위한 방법 및 그방법에 따라 작동하는 전자 제어기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내연 기관의 센서 작동을 모니터링하기 위한 방법 및 그 방법에 따라 작동하는 전자 제어기에 관한 것이다. 기준 값은 탐지기의 출력 신호로부터 발생된다. 슬라이딩 평균(비교 값)은 대단히 큰 수의 기준 값으로부터 계산된다. 비교 값에 대한 기준 값의 진폭 분포의 함수로서 센서의 작동이 진단된다. 오기능이 탐지되면 오류 메세지는 운전자에 전달되고 비상 운전 모드가 내연 기관에 대해 시작된다.

Description

내연 기관의 센서 작동을 모니터링하기 위한 방법 및 그 방법에 따라 작동하는 전자 제어기 {METHOD FOR MONITORING THE FUNCTION OF DETECTORS IN AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE AND ELECTRONIC CONTROL DEVICE WORKING IN ACCORDANCE WITH SAID METHOD}

자동차에서 전자 제어 시스템의 -점화, 분사 및 노킹 제어와 같은-기본 기능들에 대한 의존성이 늘어가는 것은 그들의 신뢰성이 아주 극도로 엄격하게 필요하게 되었으며 결함 상황(fault situation)에 대한 복원 실행 프로그램(reversionary running program)을 요구한다. 그리하여 자가-진단은 현대 마이크로-제어 시스템에서 기본적인 기능중 하나이다. 그러한 제어 시스템에서 자가-진단의 목적은 결함을 발견하고 그 결함을 진단하여 평가하고, 적합한 복원 실행 프로그램에 의해 위험한 구성 소자를 보호하고, 복원 실행을 위해 필요한 어떤 대용 변수를 제공하며, 운전자에게 결함 메세지를 전달한다.

센서의 경우에, 통상적으로 평가 회로에서 센서 신호로부터 측정 값-예컨대, 센서 신호에 비례하는 전압 또는 전류-을 유추하고 개연성 한계값(plausibility limit value)에 의해 개연성에 대한 이러한 측정값을 체크한다. 센서의 성질에 의존하여, 개연성 한계값이 다수의 측정 사이클에 대해 어느 한쪽으로 이탈된다면, 센서의 오기능으로 진단된다.

노킹 제어(knocking control)와 관련된 방법이 DE 41 26 961 A1호로부터 공지되어 있다. 내연 기관에서 노킹을 저지하기 위해, 내연 기관의 엔진 사이클에 의해 정의되는 시간 간격에 동기화하여 주기적으로, 노킹 센서의 센서 신호로부터 측정값이 평가 회로에서 발생된다.

그리고나서 이러한 측정값은 일정한 개연성 한계 값과 비교된다. 이러한 경우에 측정값이 예정된 다수의 엔진 사이클에 걸쳐 개연성 한계 값보다 작다면, 노킹 센서의 오기능으로 진단되어 노킹을 저지하기 위하여 점화가 지연된다.

그러나, 이와같은 방법에서, 결함 발생시의 측정값이 정확히 작동하는 센서에 의해 관리되는 개연성 범위를 벗어날 때에만 결함 확인이 가능하다.

본 발명은 청구항 제 1항에서 청구된 방법 및 청구항 제 10항의 전제부에 청구된 전자 제어기에 관한 것이다.

본 발명의 예시적 실시예는 도면을 참조한 노킹 센서와 관련하여 설명된다.

도 1은 자동차의 내연 기관에서 노킹 제어를 위한 제어기의 블록 다이어그램이며,

도 2는 평가 회로에서 엔진 노이즈 및 전자 노이즈의 진폭 분포를 나타내는 정성적(qualitative) 그래프이며,

도 3은 노킹 센서의 작동을 모니터링하기 위한 본발명에 따른 방법의 제 1실시예의 흐름도이며,

도 4는 노킹 센서의 작동을 모니터링하기 위한 본 발명에 따른 방법의 제 2실시예의 흐름도이다.

그러므로 본 발명은 결함 발생시의 측정값이 센서의 개연성 범위 내에 있는 경우에도 내연 기관에서 센서의 오기능이 정확하게 탐지달 수 있는 방법을 발전시키는 문제에 기초하고 있다.

본 발명에 따라, 이러한 문제는 제 1항의 특징을 갖는 방법에 의해, 그리고 제 10항에 청구된 제어기에 의해 해결된다. 본 발명의 유익한 장점들은 종속항에서 특징되어 있다.

결함 발생시, 측정값은 평가 회로내의 전자 노이즈에 의해 좌우된다. 이러한 경우에, 전자 노이즈의 진폭 분포는 간섭성 원점(coherent origin)을 가지므로 매우 좁다. 이에 비해, 센서가 정확하게 작동할 때, 특히 넓은 출력 신호 동적 범위를 갖는 센서-노킹 센서, 밸브 작동을 위한 자기 위치 센서 또는 공기 질량 유량계와 같은-의 경우에 측정값은 상당히 넓은 진폭 분포를 갖는다. 이러한 특징이 센서의 작동을 모니터링하는데 이용된다면, 측정값의 진폭 레벨은 더 이상 무관해져, 결함 발생시 측정값의 진폭이 대략 정상적인 작동 범위 내에 있다 하여도 신뢰할 수 있는 결함 확인이 보장된다.

하나 이상의 노킹 센서(1)는 자동차(3) 내의 내연 기관(2)의 적합한 부착지점에서 -바람직하게는 실린더에서 직접- 구조적으로 발생하는(structure-borne) 소리를 기록하고 이것을 전자 제어기(4)에 제공되는 전자 센서 신호로 변경한다. 제어기(4) 내의 평가회로(5)는 센서 신호에 비례하는 출력 전압(측정 값)을 발생시킨다. 미리 형성된 측정값은 미리 형성된 측정값의 예정된 수로부터 바람직하게 슬라이딩 평균으로서 비교 값을 계산하는데 이용된다. 최신 측정값과 비교값에 의존하는 노킹 임계값의 비교는 노킹이 발생하는지에 대하여 결정하게 된다. 그리고 나서 제어 회로(6)는 최종 제어 구성 소자(7)를 통하여 내연 기관(2)에 영향을 주어 노킹이 사라진다. 점화 시간은 매우 빠른 작동을 허용하기 때문에, 조절 변수로서 이용하기 특히 적합하다. 노킹이 발생할 때, 점화 시간은 예정된 사이클의 수 동안 지연되고 나서, 다시 한번 원래의 값으로 점진적으로 돌아간다.

노킹 센서가 정확하게 작동하고 엔진이 어떤 노킹없이 작동한다면, 측정값은 엔진(엔진 노이즈)의 고유 노이즈의 측정값이다. 그러나, 현대 엔진은 훨씬 작은 고유 노이즈를 발생시켜서, 노킹 센서가 작동할 때 측정값의 진폭은 비교값의 진폭과 마찬가지로 초기의 모델에서 보다 상당히 더 낮다. 더우기, 통상의 평가 회로의 고유 특징은 증가된 전자 노이즈가 어떤 입력 신호의 부재로 즉, 노킹 센서가 결함 있거나 배터리 또는 그라운드에 단락-회로가 있을 때 발생한다는 것이다. 그리하여 엔진 노이즈와 평가 회로로부터의 전기 노이즈 사이의 간격은 감소된다. 서투른 구성-조용한 엔진과 심각한 노이즈 평가 회로-으로 결함 발생시 측정값의 진폭은 엔진 노이즈의 범위 내에 있을 수 있어서, 개연성 한계값과의 비교에 의해 결함 진단은 더이상 바람직하지 않다.

엔진 영역의 수많은 노이즈 소스-예컨대 밸브 닫힘이나 크랭크축 운동-와 계속하여 변화하는 작동 조건 때문에, 도 2의 곡선 (2a)에 의해 도시된 대로 엔진 노이즈는 매우 넓은 진폭 분포를 가진다. 이에 비하여, 곡선(2b)은 결함 발생시 평가회로로부터 전자 노이즈의 진폭 스펙트럼을 도시하고, 이는 -예컨대, 측정 채널의 고주파수 제어 신호들사이에서의 용량성 누화(capacitive crosstalk)로부터-간섭성 원점 때문에 좁다. 노킹 센서가 정확히 작동할 때 비교값 주위의 측정값의 변동(fluctuation) 범위는 상대적으로 넓으나, 측정값의 진폭은 결함이 발생할 경우의 비교값 주위의 좁은 범위 내에서만 변동한다.

도 3의 흐름도는 본 발명에 따른 방법의 제 1실시예를 설명하는데 현재 이용될 것이고, 본 발명은 측정값의 진폭 스펙트럼의 함수(function)로서 모니터링된다 하여도 노킹 센서의 작동은 진폭의 레벨에 대해 독립적으로 모니터링되도록 허용한다. 최신의 측정값(MW)은 먼저 단계(F31)에서 결정된다. 비교값(VW)과 최신 측정값(MW)사이의 차이 값의 절대값(DW)은 단계(F32)에서 계산된다.

DW = ｜VW-MW｜

그리고 나서, 이 차이값의 절대값(DW)은 단계(F33)에서, 예정된 진폭 임계값, 예컨대 80mV와 비교된다. 이러한 임계값은 결함 발생시 측정값의 대역폭의 함수로서 정의되고, 결함이 발생할 경우의 어떤 가능한 차이값(DW)에 의해 도달되지 않는다. 진폭 임계값은 또한 엔진 속도의 함수로서 바람직하게 정의된다. 유사하게, 단계(F32) 및 단계(33)는 비교값을 포함하는 -이후에 간결함을 위해 진폭 윈도우로서 지칭되는-진폭 범위와 최신 측정값의 비교에 대응한다.

차이값의 절대값이 진폭 임계값보다 낮으면 즉, 측정값이 진폭 윈도우 내에 있으면, 단계(34)에서 결함 카운터는 상수값, 바람직하게는 1(unity)만큼씩 증가된다. 그러나, 차이값의 절대값이 진폭 임계값보다 높으면 즉, 측정값이 진폭 윈도우 밖에 있으면, 결함 카운터는 단계(F35)에서 리셋, 즉 0으로 세팅되거나 예정된 값으로 결정된다. 그리고나서, 단계(F36)에서, 결함 카운터의 카운트는 예정된 카운터 임계값, 예컨대 150과 비교된다. 이러한 경우 카운트가 카운터 임계값보다 낮으면, 모니터링 알고리즘은 새로운 측정 사이클의 시작때까지 대기 상태(waiting state)로 세팅된다. 그러나 카운트가 카운터 임계값을 초과하면, 노킹 센서의 오기능이 진단되고, 결함 메세지가 운전자에게 전달되고 - 예컨대 경고등의 작동에 의해 - 내연 기관의 복원 실행이 시작된다. 동시에, 노킹 제어는 작동하지 않게 되고, 점화 시간은 노킹이 일어나지 않는 밸브로 영구적으로 세팅된다. 이러한 실시예는 또한 변형될 수 있어서 모니터링 알고리즘은 결함 카운터의 카운트와 카운터 임계값의 비교(단계 36)없이 이것이 실행되기 전에 결함 카운터를 리셋(단계 F35)한 직후 대기 상태로 변화될 수 있다.

도 4의 흐름도는 본 발명에 따른 방법의 제 2실시예를 설명하는데 현재 이용될 것이다. 최신 측정값은 단계(F41)에서 결정된다. 단계(F42)에서, 신호 카운터는 각각의 들어오는 측정값에 대해, 상수값, 바람직하게는 1만큼씩 증가된다. 신호 카운터의 값은 단계(F43)에서 예정된 진단 임계값, 예컨대 150과 비교된다. 이경우의 값이 진단 임계값보다 낮으면, 제 1실시예에서 단계(F33)와 서로 유사한 단계(F44)에서 차이값의 절대값은 최신 측정값과 비교값 사이에서 형성된다.

단계(F45)에서, 이러한 차이값의 절대값은 예컨대 단순히 합산되는 누산기(accumulator)를 이용하여 누산된다. 그리고 나서 누산된 차이값은 단계(F46)에서 예정된 리셋값, 예컨대 8V와 비교된다. 이 리셋값은 결함이 발생할 경우 측정값의 대역폭의 함수으로서 정의된다. 리셋값은 또한 바람직하게는 엔진 속도의 함수로서 정의된다. 이 리셋값이 도달되지 않으면, 모니터링 알고리즘은 새로운 측정 사이클의 시작때까지 대기 상태로 변화된다. 만약 그렇지 않으면, 누산기 및 신호 카운터는 먼저 단계(F47)에서 리셋되고, 즉 다시 0으로 세팅되거나 예정된 값에 의해 감소되고 모니터링 알고리즘은 이것이 수행될 때까지 대기 상태로 변화되지 않는다. 그러나, 단계(F43)에서 수행되는 비교로 신호 카운터의 값이 진단 임계값에 도달하면, 센서의 오기능으로 진단되고, 제 1실시예에서와 서로 유사한 방법으로, 결함 메세지는 운전자에 전달되고 내연 기관의 복원 실행은 시작된다. 기술된 실시예에 대한 대안으로서, 신호 카운터의 값의 체크(단계 F43)는 또한 누산된 차이값을 체크(단계 F46 및 F47)한 후에 수행될 수 있다.

노킹 센서와 내연 기관의 단일 실린더와 관련되어 있다면, 측정 사이클이 시작되고 이렇게 측정된 값이 단지 다른 크랭크축의 회전마다, 즉 두번의 엔진 사이클마다 탐지된다. 엔진 블록의 적합한 지점에, 예컨대 실린더의 사이에 노킹 센서를 설치하여, 하나의 센서를 이용하는 수많은 독립적인 실린더로부터 구조적으로-발생하는 소리를 기록하는 것이 가능하다. 이러한 방법으로, 수많은 측정 사이클이 가능하여 각각의 엔진 사이클 동안 수많은 측정값이 탐지되어서, 임계값의 변화없이 필요한 진단 시간이 감소된다. 또한, 제 1실시예에서, 부정확하게 진단되는 센서 결함의 확률은 상이한 실린더로부터 측정값이 오기능을 지시할 때만, 즉 진폭 임계값보다 낮은 수많은 연속적인 차이값이 있을 때에만 결함 카운터를 증가시켜(단계 F34) 감소될 수 있다.

두개의 실시예에서, 센서 기능불량의 진단은 시간에 의존하는 것이 아니라 발생하는 엔진 사이클의 수에 의존한다. 이것은 진단을 위해 이용되는 측정값의 수가 엔진 속도에 의존하지 않는다는 장점을 가진다.

두개의 실시예에서, 노킹 센서의 기능불량을 진단할 때 추가적인 카운터를 시작하여 이러한 카운터의 값이 예정된 임계값, 예컨대 5를 초과할 때까지 결함 메세지 또는 복원 실행의 전송을 시작하지 않는 것이 가능하다. 이것은 잘못 진단된 센서 고장의 확률이 감소되도록 한다.

시스템의 견고성(robustness)은 하나의 제어기 내에 두개의 실시예를 적합하게 연결하여 상당히 증가될 수 있다. 센서 오기능이 서로 독립적인 두개의 알고리즘에 의해 진단되지 않는다면, 이러한 경우에, 결함은 운전자에게 알려지지 않고 또한 내연 기관의 복원 실행도 시작되지 않는다. 그러므로 결함의 오진단 확률이 상당히 감소된다.

본 발명은 예로서 노킹 제어와 관련하여 설명하였지만, 내연 기관의 다른 센서, 바람직하게는 밸브 작동을 위한 자기 위치 센서 또는 공기 질량 유량계와 같은 넓은 출력 신호 동적 범위를 갖는 센서들에 대해서도 전술한 발명에 대응하는 방법이 이용될 수 있다고 이해해야 한다.

Claims (10)

1. 내연 기관(2)의 센서(1) 작동을 모니터링하기 위한 방법으로서,

   평가 회로(5)의 센서 신호로부터 측정값을 생성하는 단계,

   미리 생성된 측정 값으로부터 비교값을 계산하는 단계, 및

   상기 비교값에 대한 측정 값의 진폭 분포의 함수로서 상기 센서(1)의 오기능을 진단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 비교 값은 미리 측정된 값으로부터 슬라이딩 평균값으로서 계산되는 방법.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 비교 값을 포함하는 진폭 윈도우가 정의되고,

   측정 값이 상기 진폭 윈도우 내에 있을 때 오류 카운터의 값이 증가되며,

   상기 측정 값이 상기 진폭 윈도우 밖에 있을 때 상기 오류 카운터의 값이 리셋되고,

   상기 오류 카운터의 값이 예정된 카운터 임계값을 초과할 때 상기 센서(1)의 오기능으로 진단되는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제 3항에 있어서, 상기 진폭 윈도우의 대역폭은 결함 발생시 상기 평가 회로에서 발생하는 전자 노이즈의 진폭 분포의 함수인 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제 4항에 있어서, 상기 진폭 윈도우의 대역폭은 상기 내연 기관(2)의 엔진 속도의 함수인 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 측정값과 비교값 사이의 차이값의 절대값이 계산되고,

   상기 차이값의 절대값이 누산기에 의해 누산되며,

   신호 카운터의 값이 각각의 새로운 측정값에 대해 증가되고,

   상기 누산된 차이값이 예정된 리셋 값을 초과할 때 상기 누산기의 값과 상기 신호 카운터의 값이 리셋되며,

   상기 신호 카운터의 값이 예정된 진단 임계값을 초과할 때 상기 센서(1)의 오기능으로 진단되는 것을 특징으로 하는 방법.
7. 제 6항에 있어서, 상기 리셋 값은 결함 발생시 상기 평가 회로(5)에서 발생하는 전자 노이즈의 진폭 분포의 함수인 것을 특징으로 하는 방법.
8. 제 7항에 있어서, 상기 리셋 값은 상기 내연 기관(2)의 엔진 속도의 함수인 것을 특징으로 하는 방법.
9. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 센서(1)의 오기능이 진단될 때, 결함 메세지가 운전자에 전달되고 상기 내연 기관(2)의 복원 실행이 시작되는 것을 특징으로 하는 방법.
10. 내연 기관(2)용 전자 제어기(4)로서,

    상기 제어기(4)는 제 3항 및 제 6항에 따른 방법에 따라서 평행하게 센서(1)의 기능 진단을 병렬로 수행하는 장치를 포함하며,

    상기 센서(1)의 오기능을 진단하는 경우에 결함 메세지가 상기 드라이버에 전달되고 상기 내연 기관(2)의 복원 실행이 시작되는 것을 특징으로 하는 전자 제어기.