发动机位置管理系统和管理方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及发动机，特别是涉及一种发动机位置管理系统；本发明还涉及一种发动机位置管理系统的管理方法。
【背景技术】
[0002]当代发动机为了提高其经济性、稳定性和改善其排放性，采用先进的电子控制单元已经成为必然趋势。发动机的控制重点在于准确快速找到发动机的机械位置，电控系统控制精度很大程度上取决于发动机运转位置的准确性和精度。目前业内主要通过同时采集曲轴信号和凸轮轴信号，并将两个信号结合起来做为发动机位置测量的主要手段。曲轴信号是通过曲轴传感器读取的，凸轮轴信号是通过凸轮轴传感器读取的。曲轴传感器包含安装在发动机曲轴尾端的一个圆形金属转盘，及固定安装在转盘附近的磁电式或霍尔式传感器。凸轮轴位置传感器包含安装在发动机凸轮轴末端的一个圆形金属转盘以及固定安装在其附近的磁电或者霍尔传感器组成。曲轴传感器转盘边沿均匀的分布着一些金属突起，去掉其中特定突起后形成了转盘上的缺齿部分。
[0003]当曲轴或者凸轮轴传感器发生故障时，如果不能有效识别故障或者识别故障后不能采取有效措施，发动机将失去位置信息而无法控制，轻则引起汽车抛锚，重则损坏发动机甚至引起交通事故。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题是提供一种发动机位置管理系统，能实现对发动机的快速判缸和同步，同步后能提供高精度的角度控制信息；在位置传感器发生故障时能精确判断出各传感器的故障类型；同时在某一传感器故障情况下能利用另一传感器实现判缸同步并提供有限精度的角度信息，实现发动机的跛行回家。为此，本发明还提供一种发动机位置管理系统的管理方法。
[0005]为解决上述技术问题，本发明提供的发动机位置管理系统包括:
[0006]曲轴信号盘，设置在发动机的曲轴上并随所述曲轴转动，所述曲轴信号盘的外圆周形成有多个第一凸齿，两个相邻的所述第一凸齿之间形成第一齿缺，所述第一齿缺包括一个第一大齿缺和多个第一小齿缺，各所述第一凸齿的圆心角相同，各所述第一小齿缺的圆心角都和各所述第一凸齿的圆心角相同，所述第一大齿缺的圆心角为I个所述第一凸齿的圆心角的5倍。
[0007]曲轴位置传感器，用于在所述曲轴信号盘随所述曲轴转动时对所述第一凸齿和所述第一齿缺进行探测并形成曲轴信号，所述曲轴信号用于指示所述发动机的曲轴转角信息和曲轴位置信息。
[0008]凸轮轴信号盘，设置在所述发动机的凸轮轴上并随所述凸轮轴转动，所述凸轮轴信号盘的外圆周形成有3个第二凸齿，两个相邻的所述第二凸齿之间形成第二齿缺，各所述第二凸齿的圆心角各不相同，各所述第二齿缺的圆心角也各不相同。
[0009]凸轮轴位置传感器，用于在所述凸轮轴信号盘随所述曲轴转动时对所述第二凸齿和所述第二齿缺进行探测并形成凸轮轴信号；所述凸轮轴信号用于指示所述发动机的运转循环位置信息。
[0010]增强型定时处理单元(eTPU)控制单元，所述eTPU控制单元包括曲轴信号处理模块，曲轴故障诊断模块，凸轮轴信号处理模块，凸轮轴故障诊断模块，跛行回家与同步逻辑处理模块。
[0011]所述曲轴信号处理模块连接所述曲轴位置传感器并接收所述曲轴信号，所述曲轴信号处理模块用于对所述曲轴信号进行处理并识别出各所述第一凸齿和各所述第一齿缺的位置信息；所述曲轴位置传感器正常时，处理后的所述曲轴信号由高低电平组成，各所述第一凸齿的位置信息对应于所述曲轴信号的高电平脉冲，各所述第一齿缺的位置信息对应于所述曲轴信号的低电平脉冲，所述曲轴信号的各所述低电平脉冲和其后面相邻的所述高电平脉冲组成一个齿周期，令所述第一大齿缺的位置信息所对应的所述低电平脉冲为第一低电平脉冲，所述第一低电平脉冲所对应的齿周期为第一齿周期，所述第一低电平脉冲的前一个所述低电平脉冲所对应的齿周期为第二齿周期，所述第一低电平脉冲的后一个所述低电平脉冲所对应的齿周期为第三齿周期，所述第一齿周期乘以一个小于I的缺齿校验系数后分别大于所述第二齿周期和所述第三齿周期。
[0012]所述凸轮轴信号处理模块连接所述凸轮轴位置传感器并接收所述凸轮轴信号，所述凸轮轴信号处理模块用于对所述凸轮轴信号进行处理，所述凸轮轴位置传感器正常时，处理后的所述凸轮轴信号由高低电平组成，各所述第二凸齿的位置信息对应于所述凸轮轴信号的高电平脉冲，各所述第二齿缺的位置信息对应于所述凸轮轴信号的低电平脉冲。
[0013]所述曲轴故障诊断模块的输入端和所述曲轴信号处理模块相连接，用于判断所述曲轴位置传感器是否正常，所述曲轴位置传感器正常时，所述曲轴故障诊断模块的输出端将所述曲轴信号输入到所述跛行回家与同步逻辑处理模块中；所述曲轴位置传感器有故障时，所述曲轴信号不输入到所述跛行回家与同步逻辑处理模块中。
[0014]所述凸轮轴故障诊断模块的输入端和所述凸轮轴信号处理模块相连接，用于判断所述凸轮轴位置传感器是否正常，所述凸轮轴位置传感器正常时，所述凸轮轴故障诊断模块的输出端将所述凸轮轴信号输入到所述跛行回家与同步逻辑处理模块中；所述凸轮轴位置传感器有故障时，所述凸轮轴信号不输入到所述跛行回家与同步逻辑处理模块中。
[0015]所述跛行回家与同步逻辑处理模块用于对所述发动机进行同步和判缸:
[0016]在所述曲轴位置传感器和所述凸轮轴位置传感器都正常时，所述跛行回家与同步逻辑处理模块根据所述曲轴信号和所述凸轮轴信号进行快速同步和判缸，所述发动机的一个工作循环中所述曲轴旋转两圈、所述凸轮轴旋转一圈，由所述曲轴信号中的所述第一低电平脉冲和所述第一低电平脉冲位置处对应的所述凸轮轴信号的电平确定所述发动机的同步和位置信息，实现所述发动机的同步和判缸。
[0017]在所述曲轴位置传感器有故障、所述凸轮轴位置传感器正常时，所述跛行回家与同步逻辑处理模块根据所述凸轮轴信号进行同步和判缸，输出所述发动机控制所需要的同步与位置信息，实现在仅有所述凸轮轴信号状态下的跛行回家功能。
[0018]在所述曲轴位置传感器正常、所述凸轮轴位置传感器有故障时，所述跛行回家与同步逻辑处理模块根据所述曲轴信号并进行试喷实现同步和判缸，输出所述发动机控制所需要的同步与位置信息，实现在仅有所述曲轴信号状态下的跛行回家功能。
[0019]在所述曲轴位置传感器有故障和所述凸轮轴位置传感器都有故障时，所述跛行回家与同步逻辑处理模块禁止进行判缸工作，并在所述发动机停机后解除禁止。
[0020]进一步的改进是，所述曲轴信号盘上的所述第一凸齿的个数为58个，所述第一小齿缺的个数为57个,各所述第一凸齿和各所述第一小齿缺的圆心角都为3度,所述第一大齿缺的圆心角为15度；所述曲轴信号中一个所述第一小齿缺所对应的低电平脉冲和其后面相邻的所述高电平脉冲组成的齿周期的角度对应于6度，所述eTPU控制单元对所述曲轴信号进行倍频后提供精度为0.06度的曲轴转角控制信息。
[0021]进一步的改进是，所述曲轴信号处理模块对所述曲轴信号的处理和识别包括:
[0022]通过eTPU通道配置使能通道噪声滤波功能过滤掉所述曲轴信号的高频噪声。
[0023]在上电后检测所述曲轴信号的变沿，检测到所述曲轴信号的第一个边沿后进行时间滤波，时间滤波为对一段时间内的所述曲轴信号不读取，经过时间滤波所设定的时间后再检测所述曲轴信号的下一个跳变沿，而后进行齿号滤波。
[0024]齿号滤波继续检测所述曲轴信号，一个所述第一小齿缺所对应的低电平脉冲和其相邻的一个所述第一凸齿所对应的高电平脉冲所组成的齿周期对应一个齿信号，所述齿号滤波用于将一定数量的所述齿信号滤除，当捕获到所述齿号滤波所设定的数量的所述齿信号以后进行缺齿寻找，所述缺齿寻找用于确定所述第一低电平脉冲。
[0025]进一步的改进是，所述缺齿校验系数为0.5。
[0026]进一步的改进是，所述曲轴位置传感器的故障包括无曲轴信号故障和曲轴信号异常故障；所述无曲轴信号故障对应于所述曲轴位置传感器没有探测到所述曲轴信号；所述曲轴信号异常故障对应于所述曲轴位置传感器探测到所述曲轴信号、且所述探测到的所述曲轴信号中存在和所设定的各所述第一凸齿或各所述第一齿缺不相对应的脉冲。
[0027]进一步的改进是，所述凸轮轴位置传感器的故障包括无凸轮轴信号故障和凸轮轴信号异常故障；所述无凸轮轴信号故障对应于所述凸轮轴位置传感器没有探测到所述凸轮轴信号；所述凸轮轴信号异常故障对应于所述凸轮轴位置传感器探测到所述凸轮轴信号、且所述探测到的所述凸轮轴信号的跳变沿中存在偏离于所设定的识别窗口的情形。
[0028]进一步的改进是，在所述曲轴位置传感器正常、所述凸轮轴位置传感器有故障时，所述跛行回家与同步逻辑处理模块根据所述曲轴信号进行同步和判缸，在所述发动机的一个工作循环中所述曲轴旋转两圈、所述曲轴信号中的所述第一低电平脉冲出现两次，在所述曲轴信号的一个所述第一低电平脉冲处进行第一次试喷，所述第一次试喷后如果在设定的所述曲轴信号的周期数内所述发动机的转速达到设定值，所述第一次试喷的判缸结果正确；所述第一次试喷后如果在设定的所述曲轴信号的周期数内所述发动机的转速没有达到设定值，对所述第一次试喷的判缸结果进行翻转得到正确的判缸结果。
[0029]进一步的改进是，在所述曲轴位置传感器正常、所述凸轮轴位置传感器有故障时，所述跛行回家与同步逻辑处理模块根据所述曲轴信号进行同步和判缸中，所述第一次试喷后在4个所述曲轴信号的周期数内所述发动机的转速达到400rpm时所述第一次试喷的判缸结果正确；所述第一次试喷后在4个所述曲轴信号的周期数内所述发动机的转速未达到400rpm时对所述第一次试喷的判缸结果进行翻转得到正确的判缸结果。
[0030]进一步的改进是，当所述曲轴信号正常时，所述eTPU控制单元采用所述曲轴信号作为时钟源，提供角度时钟信息；当所述发动机启动时或者所述发动机运行过程中所述曲轴信号发生故障时，需要切断所述曲轴信号作为时钟源，切换为使用所述凸轮轴信号作为时钟源，提供角度时钟信息。
[0031]为解决上述技术问题，本发明提供的发动机位置管理系统的管理方法采用如下步骤确定所述发动机的位置:
[0032]所述发动机的曲轴转动并带动所述曲轴信号盘转动，所述曲轴位置传感器对所述第一凸齿和所述第一齿缺进行探测并形成所述曲轴信号。
[0033]所述发动机的凸轮轴转动并带动所述凸轮轴信号盘转动，所述凸轮轴转动的速率为所述曲轴转动的速率的一半。
[0034]所述曲轴信号处理模块对所述曲轴信号进行处理和识别。
[0035]所述凸轮轴信号处理模块对所述凸轮轴信号进行处理。
[0036]所述曲轴故障诊断模块判断所述曲轴位置传感器是否正常，在所述曲轴位置传感器正常时将所述曲轴信号输入到所述跛行回家与同步逻辑处理模块中；在所述曲轴位置传感器有故障时，所述曲轴信号不输入到所述跛行回家与同步逻辑处理模块中。
[0037]所述凸轮轴故障诊断模块判断所述凸轮轴位置传感器是否正常，在所述凸轮轴位置传感器正常时将所述凸轮轴信号输入到所述跛行回家与同步逻辑处理模块中；在所述凸轮轴位置传感器有故障时，所述凸轮轴信号不输入到所述跛行回家与同步逻辑处理模块中。
[0038]所述跛行回家与同步逻辑处理模块对所述发动机进行同步和判缸:
[0039]在所述曲轴位置传感器和所述凸轮轴位置传感器都正常时，所述跛行回家与同步逻辑处理模块根据所述曲轴信号和所述凸轮轴信号进行快速同步和判缸，所述发动机的一个工作循环中所述曲轴旋转两圈、所述凸轮轴旋转一圈，通过寻找所述曲轴信号中的所述第一低电平脉冲实现所述发动机的同步，通过读取所述曲轴信号中的所述第一低电平脉冲处对应的所述凸轮轴信号的电平大小进行判缸从而确