专利名称：多缸内燃机的控制方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及多缸内燃机的控制方法和系统，尤其，用作船舶上的 推进器的多缸船用柴油机。更具体地说，本发明针对的是响应在引擎每转期间随时间变化的 控制参数，在多缸内燃机的每个气缸的每个燃烧循环期间电子控制操 作事件的执行。通常，但非穷尽，在每个燃烧循环期间按时控制其执 行的操作事件可以包含燃料喷射、点火、致动进入门和排气门、和将 滑润剂和压缩空气提供给气缸的实例。控制参数通常是如通过至少一个传感器装置在规则分布在曲轴 周围的多个分立感测点上所捕获的曲轴瞬时角位置。
背景技术：
本发明所涉及的那种控制方法和系统在现有技术中是众所周知的，例如，可以从属于本申请人的日本专利JP 3483743 B2中了解到， 该日本专利JP 3483743 B2公开了主要目的是取得高容错度，以便使 控制系统或它的关键部分的故障引起的操作中断风险降到最低的控制 系统。这些目的是通过构造像完全冗余系统那样的现有技术系统达到 的，完全冗余系统包含两个中央引擎控制单元、检测引擎曲轴的角位 置和速度的两个分开的传感器装置、和在中央引擎控制单元和单个气 缸控制单元之间的两条分开的通信线。由于在每个气缸的每个燃烧循环期间执行操作事件的准确定时 和控制是非常关键的，并且，依赖于曲轴的瞬时角位置的最新和准确 信息，所述的现有技术系统依赖于对控制参数的实时数据发送的不可 缺少要求，控制参数包含位于曲轴附近和每一个包含多个单独光检测 器部件的传感器装置高精度确定的曲轴分立瞬时位置值。这些检测器部件通过单独专用信号线与引擎和气缸控制单元连接。取决于用在传 感器装置中的检测器部件的实际编码形式和类型，每个传感器装置中 检测器部件的数量，从而，从每个传感器装置到引擎和气缸控制单元的单独专用信号线的数量通常可以在4到12条分开的信号线之间变 化。虽然这个现有技术控制系统被证明可以为多缸内燃机提供非常 可靠和自动防故障电子控制模式，但需要许多从每个传感器装置到引 擎和气缸控制单元的单独专用信号线则意味着存在严重缺陷，尤其， 将推进器安装在船舶上。由于引擎气缸的数量通常可以从4个到14 个，这样的推进器是非常复杂和庞大的系统，其中，捕获来自曲轴和 引擎和气缸控制单元的信号的传感器装置被布置成在物理位置上分得很开，致使单独专用信号线不得不相应延伸^f艮长距离和与许多单元连 接。此外，船舶机舱中的物理和化学环境对用于这样信号线的电缆的 质量提出很高要求。这种缺陷因如下事实而进一步加重，对于包括在推进器与各种引 擎辅助设施和如位于桥上或位于紧急操作站的外部操作和/或监视终 端之间传送引擎控制命令和操作状态消息的船舶上其它类型的数据发 送，现有技术利用大量节点终端之间的消息通信可能对按标准网络协 议操作和控制的单条共享通信线产生影响的标准通信总线网络。使用这样基于网络通信系统的例子包括，如WO 2005/124161所 公开的那样，将总线模块用于控制射流阀；如WO 2005/119974所公 开的那样，将标准CAN (控制器区域网)协议用于在分布式过程控制 系统中传送数据，或如美国专利申请第US 2004/0010349号和第US 2004/0042401号和美国专利第6，629，247号所公开的那样，将标准CAN 协议用于汽车或电源系统中的发电机组监视或技术数据通信；和如丹 麦专利第168807号所公开的那样，将船舶上的高度冗余局部数据通信 网络用于监视和自动化目的，或如EP 1 591 649所7〉开的那样，将船 舶上的高度冗余局部数据通信网络用于柴油机控制。但是，这些现有 技术公布没有一个包括与多缸引擎的气缸中的燃烧过程的关键电子控制有关的任何类型信息。 发明内容基于上面概括的背景，本发明的一般目的是提供在至少在与现有 技术系统相当的水平上保持可靠和自动防故障操作性能的同时，克服在JP 3483743 B2中公开的现有技术控制系统的所述不足和缺陷、在 多缸内燃机的每个气缸中的每个燃烧循环期间控制操作事件的方法和 系统。本发明的进一步目的是提供在使气缸控制单元在每个燃烧循环 期间对操作事件实现的定时和控制保持在相同准确水平上，就像事实 上实时传送控制参数数据那样的同时，可以省却现有技术中将控制参 数数据从一个或多个传感器装置实时传送到多缸内燃机的引擎和气缸 控制单元的实际和有效要求的控制方法和系统。为了达到这些和其它目的，正如可从如下描述中明显看出的那 样，才艮据本发明的第一方面，提供了响应在引擎每转期间随时间变化 的控制参数，在多缸内燃机的每个气缸的每个燃烧循环期间控制操作 事件的执行的方法，该方法包含如下步骤通过至少一个传感器装置 在引擎每转期间的多个分立时刻捕获控制参数的值；和将所述参数值 作为数字参数信号传送到所述内燃机的控制单元，以便在每个气釭的 每个燃烧循环期间定时和控制所述操作事件的执行。根据本发明，这种控制方法的特征在于包括如下步骤将来自至少一个传感器装置的所述数字参数信号提供给形成标 准通信总线网络中的节点的至少一个编码器接口模块，标准通信总线 网络的其它节点分别由与所述控制单元相关联的控制器接口模块形 成；将所述参数信号包括到数据消息中，以便经由所述总线网络发送；通过经由所述总线网络的同时广播发送，将所述数据消息传送到 每个所述控制器接口模块；和可选地，通过将补偿数据包括到所述数据消息中，并对每个控制 器接口模块计算控制器接口模块接收相继数据消息之间的每个间隔中 所述控制参数的估计值，补偿经所述标准通信总线网络发送引起的与 实时传送所述参数信号的偏差，所述计算根据控制参数的值和包括在 每个发送消息中的所述补偿数据进行。为了实现这种控制方法，根据本发明的进一步方面，提供了响应 在引擎每转期间随时间变化的控制参数，在多缸内燃机的每个气缸的每个燃烧循环期间控制操作事件的执行的系统，该系统包含至少一 个传感器装置，用于在引擎每转期间的多个分立时刻捕获控制参数的 参数值；和通信装置，用于将捕获的控制参数值作为数字参数信号传 送到所述内燃机的控制单元，以便在气缸的每个燃烧循环期间定时和 控制所述操作事件的执行。根据本发明，这种控制系统的特征在于所述至少一个传感器装置与对其提供所述数字参数的至少一个 编码器接口模块连接，所述编码器接口模块形成标准通信总线网络中 的节点，标准通信总线网络的其它节点分别由与所述控制单元相关联 的控制器接口模块形成；配备了生成包括所述数字参数信号的数据消息的消息生成装置、 和传送所述数据消息的发送装置，以便通过经所述总线网络同时广播 所述数据消息，将所述数据消息传送到每个所述控制器接口模块；和可选地，在所述编码器接口模块中配备了生成补偿数据的装置， 以便附加地将所述补偿数据包括到所述消息生成装置生成的数据消息 中，并且通过每个控制器接口模块配备了补偿装置，以便通过计算控 制器接口模块接收相继数据消息之间的每个间隔中所述控制参数的估 计值，补偿经所述标准通信总线网络发送引起的与实时传送所述参数 信号的偏差，所述计算根据控制参数的值和包括在每个发送消息中的 所述补偿数据进行。通过进行包括在也可以用于其它通信目的的同一标准通信总线 网络上将来自编码器设备的控制参数数据传送到引擎和/或气缸控制单元、与如尤其用作船舶中的推进器那样的内燃机的控制，以及引擎 附属部件的控制有关的所有数据通信，可以省却现有技术中利用大量 单独专用信号线将数据从每个传感器装置的所有检测器部件传送到引 擎和气缸控制单元的要求，其结果是，可以大幅度简化引擎设施和节 省大量费用。与在内燃机中的气缸的燃烧循环期间执行的操作事件的传统机械控制，以及JP 3483743 B2的现有技术系统的情况一样，用在本发 明的控制方法和系统中的控制参数最好是与引擎的所有气缸的活塞部 件连接的引擎曲轴的瞬时角位置。虽然通过经总线网络的同时广播将来自编码器接口模块的消息 传送到每个控制器接口模块可以通过像，例如，包括频分多路复用 (FDM )和时分多路复用(TDM )发送的多路复用方法那样的各种实 时发送模式实施，但根据本发明的方法的优选实现的特征在于，与至 少一个传感器装置捕获控制参数值和将所述数字参数信号提供给至少 一个编码器接口模块无关地实施所述数据消息经由总线网络的发送， 和包括在数据消息中的补偿数据包含第一和第二补偿数据，所述第一 补偿数据代表在捕获相应控制参数值的时刻包括在数据消息中的数字 参数信号的变化率，和所述第二补偿数据代表捕获相应控制参数值的 所述时刻与发送所述数据消息的时刻之间的时间偏移。正如可从如下描述中明显看出的那样，优选方法的性能测试确 认，通过补偿与从编码器接口模块到控制器接口模块的实时消息传送 的偏差，可以实现在每个燃烧循环期间对操作事件的控制，就可靠性 和精确度而言，这完全与在JP 3483743 B2中公开的现有技术控制系 统相当，而无需对系统施加严格的和困难的要求，譬如，在FDM发 送的情况下应用的带宽要求、和在TDM发送的情况下使系统的各个 单元准确时间同步的严厉要求。为了执行优选实现，本发明的控制系统的有益实施例的特性在 于，将所述通信总线网络安排和控制成与至少 一个传感器设备捕获控 制参数值和将所述数字参数信号提供给至少 一个编码器接口模块无关地实施所述数据消息经由总线网络的发送，和将生成补偿数据的所述 装置安排成生成第一和第二补偿数据，所述第一补偿数据代表在捕获所述第二补偿数据代表捕获相应控制参数值的所述时刻与发送所述数 据消息的时刻之间的时间偏移。根据这种控制方法和系统的相对简单和可靠实现，通过在提供给 编码器接口模块的数字参数信号每一次变化时重置的编码器计时器装置，在编码器接口模块中生成第一和第二补偿数据，所述笫一补偿数 据包含重置时所述编码器计时器装置的计时器计数，所述第二补偿数 据包含在相继重置所述计时器装置之间的间隔中发送数据消息的时刻 所述编码器计时器的计时器计数。虽然为每个控制器接口模块计算发送相继更新消息之间的每个 间隔中控制参数的估计值可以通过各种估计方法，例如，涉及应用模式预测和/或预测滤波器或卡尔曼(Kalman)滤波器的估计方法实施， 但通过相对简单和当前优选实现可以达到，通过将包括在从编码器接 口模块接收的每个数据消息中的所述控制参数的值线性外推，在每个 控制接口模块中计算控制参数的估计值。尽管将线性内插应用于更新间隔中参数值的估计同样既不考虑更新间隔中诸如加速度或减速度之 类的速率变化，也不考虑发送时间延迟，但这种相对简单估计手段的 精确度被证明十分令人满意。有益的是，这种外推包含重复加入代表在从包括在同一数据消息 中的补偿数据中计算的相等重复间隔中捕获所述控制参数的两个相继 分立时刻之间所述控制参数值的变化的常数，所述重复间隔是通过从 控制器接口模块中的估计器计时器装置中获得的重置计时器计数提供的，控制器接口模块接收到每个数据消息之后的第一重置计时器计数(Atestimati。W)通过从所述第一补偿数据(Atvel。dty)中减去所述第二补偿数据(At。ffset, At。ffset，m。d.)计算出来，并随后重置计时器计数(Atestimation，n )通过从前一次计算重置计时器计数(Atestimati叫")中减去所述第二补偿数据(At。ffset， At。ffset，mod.)计算出来。根据本发明的优选实施例，与至少 一个传感器装置捕获控制参数 值和将所述数字参数信号提供给至少一个编码器接口模块无关地发送 来自编码器接口模块的所述数据消息尤其可以利用基于令牌通信总线 网络实现，所述基于令牌通信总线网络在每一个接在由至少一个编码 器接口模块形成的网络节点接收的发送遨请令牌之后的发送时隙中发 送数据消息，除了所述数字控制参数信号和所述第 一和第二补偿数据 之外，每个数据消息还包括将所述网络节点标识成发送源的标识数据。 使用基于令牌总线网络提供了可以确定致使网络节点发送消息的相继 访问之间的最大时间间隔、和从发送节点开始发送到接收节点接收到 消息流逝的发送时间几乎不变的特殊优点。通过这样基于令牌标准通信总线网络的使用，最好，按照将各个节点ID指定给所述节点的顺序节点标识方案将发送邀请令牌传递给 通信总线网络的所有节点。关于这一点，在本发明的控制方法的优选 形式中，可以通过将不止一个节点ID指定给编码器接口模块，使从 编码器接口模块到控制器接口模块的相继更新消息之间的间隔显著缩 短。通过这种实现，例如，与利用两个编码器接口模块的冗余操作相 结合，可以在短时间内将总线网络的所有节点ID的指定给编码器接 口模块。虽然在标准通信总线网络的各种节点之间传送或交换的消息或 数据报通常按照也称为PAC的标准信息包格式格式化，除了要发送的 实用信息数据之外，标准信息包格式还包括各种类型的数字字段，譬 如，起始定界符(SD) 、 PAC帧标识符(FID)、源标识符(SiD)、 目的地标识符(DiD)、信息长度指示符(IL)、系统码(SC)和帧 检验顺序(FCS)，但通过根据本发明的方法和系统的进一步优选实 现，将与经由通信总线网络发送的标准消息相比长度缩短了的修正消 息格式用于发送来自与编码器接口模块连接的网络接口模块的消息， 可以进一步对缩短每个控制器接口模块的更新间隔作出贡献。由于从编码器接口模块到控制器接口模块的消息通过同时广播传送，和与编 码器接口模块连接的网络接口模块只用于到控制器接口模块的单向发送，标准格式中标识符字段的数量可以减少到将消息标识成"编码器信 息包，，的单个字段。因此， 一旦控制器接口模块接收到消息，就可以区分控制器接口模块使用的标准PAC数据报和可以直接路由到与每个 控制器接口模块相关联的估计装置的编码器信息包。结合来自编码器接口模块的更新消息的缩短长度的消息格式的 上述择优使用，本发明的控制系统的进一步优选实施例提供了为每个 控制器接口模块响应编码器接口模块的所述标识数据出现在这样的消 息中，将从编码器接口模块接收的消息直接路由到与控制器接口模块 相关联的估计装置。在本发明的控制方法和系统的特定优选实施例中，通过包括每一 个与独立编码器接口模块相关联的两个独立传感器装置，构造出进行 冗余操作的系统，所述独立编码器接口模块经由至少两个独立通信总 线网络发送消息，所有独立通信总线网络的其它节点由所述控制器接 口模块形成。因此，每个控制器接口模块可以从两个编码器接口模块 的每一个，并在每种情况下，通过经由至少两个独立通信总线网络的 更新消息发送，接收这样的消息，并且，达到与JP 3483743 B2的现 有技术系统相当的可靠和自动防故障操作水平。在这种实现的进一步有益发展中，可以取得每个所述独立编码器 接口模块与所有所述至少两个独立通信总线网络连接以便发送消息的有利交叉冗余。因此，获得了网络故障或失效不会导致从编码器到控 制单元的消息发送中断的优点。在这样冗余系统的实现中，更可取的是，对于每个控制器接口模 块，配备了独立估计装置，以便为经由所有所述独立网络发送的消息 生成控制参数的估计值，从来自单个所述独立编码器接口模块的消息 中获得的估计值的选择由与估计装置相关联的选择装置依照符合至少 一条选择准则作出。通过经这种措施提供的选择，可以把由如下事实 所致的系统的交叉冗余考虑进来，源自两个编码器设备每一个的消息 将经由所有至少两个独立总线网络传送，从而，来自单个编码器设备 的包括参数值的相同消息可以同时经由两个或更多个总线网络传送，以便可以选择两个编码器之一作为"有效"编码器。在本发明的控制方法和系统的优选实际实现中，将ArcNet (附 加资源计算机网络)协议用于所述标准总线网络上的一般数据通信， 为了发送来自与编码器接口模块连接的网络接口模块的所述消息，将 所述协议修改成将与标准ArcNet通信要求的偏差考虑进来。
在如下的描述中，通过如示意图如例示的优选实施例进一步说明 本发明的控制方法和系统的结构和优点，在附图中图1一般性地例示了用于多缸船用柴油机的现有技术电子控制系统;图2是根据本发明的控制方法和系统的一个实施例的总基本方块图；图3例示了用在如图2所示的系统中的基于令牌通信总线网络的节点标识方案的一个例子；图4例示了经由如图3所示的总线网络发送的消息的消息格式的一个例子；图5和6例示了代表传送如图4所示的两个相继消息之间的更新间隔的持续时间的最终变化、传送如图4所示格式化的消息的例子；图7是根据本发明的控制系统的一个优选交叉冗余实施例的简化 示意性方块图；图8是如图7所示的交叉冗余控制系统的分立估计装置之间的选 择的方块图表示；图9是通过如图2或7所示的控制系统补偿捕获控制参数值和发送包括相同值的编码器消息之间的偏移或时间延迟的图形表示；图10是通过线性外推估计像如图2或7所示的控制系统中的相继控制参数编码器消息那样的控制系统中的相继控制参数编码器消息之间的更新间隔中的控制参数值的图形表示；和图ll是如图l到IO所示的控制方法和系统的总体操作的操作图表示,具体实施方式
图1中的示意性表示示出了公开在JP 3483743 B2中那种类型的 用于四缸船用柴油机的冗余电子控制系统。这种控制系统以如下的方式工作，代表引擎曲轴l的角位置的分 立瞬时参数值由两个典型光电传感器装置2和3的每一个中的多个检 测器部件检测和捕获，并作为数字控制参数信号经由单独专用信号线 4从每个传感器装置中的每个检测器部件传送到与四个引擎气缸7相 关联的两个中央引擎控制单元5和多个气缸控制单元6，以便依照从 传感器装置2和3接收的参数信号，定时和控制每个气缸中的燃烧过 程。每个中央引擎控制单元5 —方面经由通信总线网络8与每个气缸 控制单元6连接，另一方面与在图中通过两个PC符号例示的多个外 部命令和/或监视终端9的每一个连接。虽然控制和/或状态消息在引擎控制单元5、气缸控制单元6和外 部终端9之间的传送完全可以经由可以按标准网络协议操作和控制的 总线网络8进行，但是，在这种现有技术系统中，在每个引擎气缸7 中的每个燃烧循环期间各种操作事件的非常关键定时和控制依赖于来 自传感器装置2和3的所有检测器部件的控制参数信号从每个这样的 传感器部件经由单独信号线4到发动机和气缸控制单元5和6的实时 发送。与如图l所示的现有系统相比，本发明的控制方法和系统基于如 下i/v识，通过经由可以与用于如图1所示的系统的中央引擎控制单元的传送可以实现显著简化，从而省却了对为图1的现有技术系统规定 的许多单独专用信号线的需要。在图2中，用示意性方块图表示例示了根据本发明的电子引擎控 制系统的 一个优选实施例的主要构成。在这个系统中，代表引擎曲轴11的角位置的分立瞬时值的控制参数值由与编码器接口模块(EIM) 13连接的编码器设备12捕获。 编码器接口模块(EIM) 13与网络接口模块(NIM) 14连接， 网络接口模块(NIM) 14形成下面将参照图3作进一步描述的基于令 牌通信总线网络的单独节点。被安排成与引擎曲轴11相邻的编码器设备12可以包含包括与曲 轴11连接与之一起旋转的传感器盘和光源的本身已知的那种光电传 感器装置、和位于传感器盘每一侧的几个光电检测器的装置。为了高分辨率地在引擎每转期间的多个分立时刻捕获曲轴11的 瞬时角位置，传感器盘的适当形式可以是构造成通过携带编码模式 (pattern)进行绝对编码那种类型的，以便从光电检测器部件中生成 具有，例如，格雷(Gray)码形式的脉沖信号。举例来说，为了生成 12位绝对代码信号，传感器盘上的编码模式可以包含每一个带有交替 不透明和透明(translucent)扇区的十二个圆形同心轨道，交替不透 明和透明扇区沿着轨道的位置从一个轨道到下一个轨道是交替的。对 于12位绝对编码传感器盘，所得分辨率将对应于212 = 4096个对应于 0.088G的角分辨率沿着盘周边的可区分和等距测量点。对于所得绝对 参数信号，格雷码的使用提供了从一个测量点到下一个测量点信号中 只有一位发生变化的显著优点。为了将编码模式中的容限所致的不精确性考虑进来，提高通过利 用绝对编码光盘的绝对编码进行的位置检测的精确度，可以通过将单 个周围轨道携带用于二进制递增编码的编码模式的十二个圆形同心轨 道的所述绝对代码模式与与格雷码模式的分辨率相对应的多个交替不 透明和透明扇区相结合改善位置测量。通过将递增编码模式用于选通 来自绝对编码模式的信号，提高了位置确定的精确度，并且对于递增 编码模式，可以利用两个角分离检测器部件获得有关曲轴旋转方向的 信息。此外，将递增编码模式用于选通绝对编码模式通过保证在所有 位都稳定的位置上实施绝对编码模式的取样，消除了二进制绝对编码 的固有不精确性。通过与单轨道递增编码结合在一起使用曲轴角位置的12位绝对 编码参数信号，从编码器设备12提供到编码器接口模块13的所得信 号将是13位信号。在本发明的背景下，对于编码器接口模块的操作， 将相同角分辨率用于两个信号将导致进一步的优点，因为，信号的单 位递增部分的每次变化将指示绝对编码部分的单位变化，从而，指示 曲轴从一个测量点到下 一个测量点的角移动。编码器设备12中的检测器装置提供的所得13位信号可以有利地 在单位递增信号的每次选通移动时取样，从而，取样频率是2MHz， 并且，被提供给编码器接口模块(EIM)13，在编码器接口模块(EIM) 13中，将12位格雷码信号部分转换成二进制码值，并将其输入编码 器寄存器15的位置子寄存器15a中，作为如单位递增信号部分的变化 所代表的二进制码值的每次变化时曲轴的角位置的控制参数。由于如在下文中更详细所述的那样，在每个控制器接口模块中对 来自编码器接口模块的消息的相继发送之间的间隔的控制参数的估计 值进行的计算一方面基于与最近发送消息一起接收的控制参数值，另 一方面基于发送消息中补偿数据的插入，所以在编码器接口模块 (EIM) 13中配备了具有编码器计时器设备16形式的生成这样补偿 数据的装置。计时器设备16最好具有12位分辨率，并以等于用于取样来自编 码器设备12中的检测器装置的所得信号的取样频率，例如，2 MHz 的时钟频率工作。按照与单位递增信号结合在一起的在所有测量点中从一个角位置到下一个角位置只有单位发生变化的绝对编码参数信号的优选使 用，通过如所指的那样，在参数信号的每次变化时，例如，在单位递 增信号部分的每次变化时，重置编码器计时器设备16，并将在每次这 样的重置时编码器计时器设备16达到的计时器计数AUu^y输入编码 器寄存器15的补偿数据子寄存器15b中，提供代表曲轴11的转速的 第一种补偿数据。重置时计时器设备16达到的计时器计数A",。eity代表从一个测量点移动到下一个测量点时曲轴11的转速引起的参数信号的变化率。由于第一计时器设备16实际上以时钟频率进行计数操作，重置计时器设备时达到的计时器计数Atve,。eity与转速成反比。因此，对于较 低转速，重置时确定的计时器计数将较高。可以对转速设置可以获得第一种补偿数据的下限。利用提供总共4096种位组合、12位的计时 器分辨率和2 MHz的时钟频率的12位位置信号，可以计算出这个下 限RPMmin = 60x2xl06/40962 - 7，153 rpm。通过优选使用发送包括从编码器设备12获得的控制参数值的消 息的基于令牌标准通信总线网络，用于控制器接口模块计算估计位置 值的第二种补偿数据代表发送包括特定控制参数值的消息相对于编码 器i更备12捕获这个值的时间偏移或时间延迟。这个第二种补偿数据通过将编码器计时器设备16的计时器计数 连续输入编码器寄存器15的第2补偿数据子寄存器15c中，因此，其 内容在任何时刻都移动了编码器计时器设备的计时器计数的每次移动 而获得。虽然对于计数操作的每个步骤，编码器计时器设备16的实际计时器计数因此代表自获取最新曲轴位置值以来的偏移时间At。ffset,但将编码器消息经由通信总线发送到控制器接口模块时预期会出现的发送 延迟考虑进来也是可能的和有利的。正如在下文中所说明的那样，这 可以通过修改第2补偿数据子寄存器15c的内容实现，如图2所示，由相加节点17将代表发送时间延迟Attr皿missi。n的常数加入编码器计时器设备16的计时器计数所代表的时间偏移值AWfset中，得出修正量△toffset'mod. 一 Atoffset + Attransmission于是，在提供来自编码器设备12的相继控制参数信号之间的每个间隔期间的任何时间点，编码器寄存器15的子寄存器15a、 15b、 和15c的内容分别包含如直接从编码器设备12获得和输入位置子寄存 器15a中的最近捕获曲轴位置值、如重置时计时器设备16的计时器计 数At。他et提供和输入第1补偿数据子寄存器15b中的最近测量曲轴速度的表示、和如计时器设备16的计时器计数At。伤et提供、和可能将代表发送时间延迟的常量Attransmission加入第2补偿数据子寄存器15c中 经过修改的自计时器设备16的最近重置以来经过的时间的表示，其结 果是，在每个时间点，包括到编码器消息包中通过经由总线网络的广 播从网络接口模块(NIM) 14发送到控制器接口模块(CIM)的所有 数据都被记录在编码器寄存器15中。正如图2示意性示出的那样，编码器消息包由网络接口模块 (NIM) 14中的消息生成器18响应由EIM和NIM模块13和14形 成的网络节点接收到发送邀请令牌，传送编码器寄存器15的子寄存器 15a-c的内容形成。在令牌可用的发送时隙中，消息生成器18生成的 每个数据消息经由消息发送器19传送到总线网络20。消息发送器19 是网络接口模块的标准部件，对于实际类型的通信总线网络20，通常 按网络协议的规定工作。虽然经由总线网络20从网络接口模块(NIM) 14发送的数据消 息通过同时广播传送到控制器接口模块(CIM) 22，但是，正如在下 文中参照图3到5讨论的那样，为了缩短从网络接口模块(NIM) 14 发送相继编码器消息包之间的时间间隔，可以提供基于标准网络协议 的规定的有利修改。控制方法和系统的一个这样有利特征是，与经由网络传送的标准 消息包(PAC)相比，使用了修改消息格式，使与控制器接口模块 (CIM) 22连接的网络接口模块(NIM ) 21能够将源自编码器接口模 块13的消息包直接路由到与控制器接口模块22相关联、但与其它部 分分离的估计器设备23。在估计器设备23中，将编码器数据消息输入估计器寄存器24中， 按照本发明的控制方法和系统的相对简单和当前优选实现，根据包括在消息中代表曲轴11的瞬时角位置的控制参数值，通过线性外推器25的外推生成代表曲轴的新位置的控制参数的估计值，但是，控制参 数值到达估计器设备23中延迟了编码器设备12捕获到这个控制参数 值和经由总线网络20发送它之间的时间间隔。根据本发明，这种只代表示范性实现的线性外推通过重复加入近 似等于与如上所述的编码器设备的角分辨率相对应和由曲轴11的旋 转引起的控制参数值的变化量的常量完成，这种常数的重复加入是以 与编码器计时器设备16相同的时钟频率进行计数操作的估计器计时 器设备26控制的重复间隔完成的。每当来自编码器接口模块13的数 据消息到达时，重置估计器计时器设备26，通过达到估计器计时器设 备26被再次重置的最高重置计时器计数的估计器计时器设备26的计数操作确定线性外推器25要使用的重复间隔AWi"。n，n的持续时间。在控制器接口模块(CIM) 22接收到每个编码器消息之后，首先通过 从接收消息中代表作为捕获可区分控制参数值的两个相继角位置之间 的曲轴旋转持续时间Atvel。dty测量的变化率的第 一种补偿数据中减去 包括在接收编码器消息中和代表捕获和发送控制参数值之间的偏移或时间延迟AWfset或修正偏移At。ffs一。d,的第二种补偿数据，确定估计器 计时器设备26的第一最高重置计时器计数Atesti咖ti。^。因此，通过将发送时间延迟Attransmissi。n考虑进来，可以计算出初始重复间隔△testimation'l - AtVelocity 一 ( Atoffset + Attransmission )在计算出第一重置计时器计数Atestimati。^之后，可以简单地计算 出随后的重置计时器计数Atestimation，n - Atestimation，n-l At0ffset通过将常数重复加入在外推器25中线性外推提供的控制参数的 接收值中，重复地计算出估计控制参数值。每当计算出新估计值时，就将它输入位置寄存器27中，并且，还将它输入估计器寄存器24中， 用作通过加入相同常数计算下一个估计值的基础，直到输入包括在经 由总线网络20从编码器接口模块13发送的下一个编码器消息中的真 正捕获控制参数值更新了估计器寄存器24为止。将来自估计器设备23的每个估计控制参数值经由控制器接口模 块(CIM) 22传送到控制单元28，控制单元28可以是中央引擎控制 单元的控制部分，或中央引擎控制单元或与一个或多个气缸相关联的 分布式气缸控制单元的控制部分，用于在一个或几个气缸的燃烧循环 期间定时和控制操作事件。图3是用在如图2所示的控制系统中的基于令牌总线网络20的 节点配置的一个例子的符号图形表示。每个圆形符号29代表通过各个 节点ID标识和指定给允许发送和接收经总线传送的消息的终端或模 块化单元的网络接口模块的节点，该总线构成用于形成网络节点的模 块、终端和单元之间的所有消息通信和交换的单条共享通信线。在基于令牌通信总线上，消息从特定节点21到一个或多个其它 特定节点的传送在可用于节点29的时隙内按顺序实现。对于每个节 点，可用于发送消息的时隙通过接收按顺序从一个节点传递到下一个 节点的发送邀请令牌30来启动，如果在接收到发送邀请令牌时，给定 节点29拥有等待发送的消息，现在就可以在可用发送时隙的选择时间 内实现和完成到总线的发送。该发送可以以如包括在消息格式中的目 的地标识符数据(DiD)所标识的一个或多个节点为目标。如果在接 收到令牌时，给定节点没有等待发送的消息，简单地按顺序将令牌传 递给下一个节点。为了将如图3所示的基于令牌通信总线20用在本发明的控制方 法和系统中，可以将各个节点ID指定给由，例如，根据本发明的冗 余控制系统的两个编码器接口模块(EIM1， EIM2)和几个控制器接 口模块(CIM)形成的节点。对于一些节点29,与各个节点ID号码 一起用圆形符号示出了指定EIM和CIM。如图3所示的标准通信总线网络20按照网络协议来控制和操作。在本发明的控制方法和系统的背景下，优选类型的标准通信总线网络20是众所周知的ArcNet (附加资源计算机网络)。在总线网络20中，可以将除了代表编码器和控制器接口模块 EIM和CIM的节点之外的其它节点分别指定给像如图1所示的外部 命令和/或监视终端那样的其它实体，只要与每个总线网络连接的模 块、终端或单元的总数保持在不影响在每个燃烧循环期间定时和控制 操作事件的可靠性和精确性的极限内即可，这是本发明的目标。关于将发送邀请令牌指定给总线网络的每个节点的顺序，显而易 见，在让发送邀请令牌经过网络的所有节点的持续时间内，只允许任 何节点在单个时隙中将消息发送到网络。由于节点数量可能相对较大， 例如，255个节点，对于本发明的控制方法和系统来说，如果只将单 个节点ID指定给编码器接口模块，有可能导致可用于编码器接口模 块(EIM)发送包括控制参数的更新值的消息包的相继发送时隙之间 的间隔相应较长。因此，为了避免由这种基于令牌发送方案引起的对控制系统的操 作的可靠性和精确性的限制，作为本发明的优先和有利特征，可以将 不止一个节点ID指定给每个编码器接口模块(EIM)。如图3所示， 例如，可以将总数当中每四个的节点ID指定给相同编码器接口模块 (EIM1， EIM2)。对于后面将描述其细节的如图7所示的交叉冗余 控制系统，如图3所示，这意味着在整个序列中可用于网络节点29 的所有发送时隙的百分之五十可用于发送来自这样冗余系统的两个编 码器接口模块(EIM1， EIM2)任何一个的更新消息。如前所述，根据本发明的控制方法和系统的优选实际实现利用了 按Arc- Net (附加资源计算机网络)协议控制的标准通信总线网络。 正如已经描述过的那样，在这种协议下，利用除了要传送的实用信息 数据、和像起始定界符(SD )、信息长度指示符(IL )、系统码(SC ) 和帧检验顺序(FSC)那样的传统规定通信字段之外，还包括诸如PAC 帧标识符(FID)、源标识符(SiD)和目的地标识符(DiD)的多个 标识符字段、信息长度指示符(IL )、系统码(SC )和帧检验顺序(FCS )的标准信息包或PCA格式格式化要在各个节点之间传送的消息或数 据报，从而，总消息长度主要通过可以多达500多个字节的实用信息 确定。考虑到可以将包括控制参数值和补偿数据的编码器消息格式化 成长度缩短了的编码器消息包的本发明的控制方法和系统的基本特 征，考虑到编码器接口模块(EIM)的网络接口模块(NIM)只用于 以编码器信息包的形式发送消息，而不用于接收除了发送邀请令牌之 外的其它消息、和发送不是作为到识别接收器节点的目标传送实现， 而是通过到与气缸接口模块连接的所有节点的同时广播实现的事实， 通过省却一些标识符字段，只保留指示作为通信源的编码器接口模块 的SID类型字段，和使实用信息的长度保持在缩短标准长度，可以使 编码器信息包的长度与标准ArcNet信息包相比有一种程度缩短。在本发明的控制方法和系统的背景下使用的消息格式的例子显 示在图4中。该示范性格式包括如下数据字段SD:起始定界符(6位)；ECP:编码器消息的标识(8位)；P: 12位控制参数值(曲轴位置)；S: 12位变化率信息(第1补偿数据)；O: 12位发送时间偏移信息(第2补偿数据)；C:系统码(4位)；和FCS:帧检验顺序(16位)。将可以用于发送，例如，有关数据恶化或影响曲轴旋转方向的反 向的引擎控制命令的附加信息的4位系统码插入消息格式中源于根据 其以所有字节格式化数据信息包的ArcNet协议的优选使用。将这种 格式用于发送用在本发明的控制方法和系统中的实用信息数据，即， 总共形成3x12位的控制参数值和第1和第2补偿数据将提供可以用 于，例如，系统码的4位的可用余量。从图4中可明显看出，所得编码器信息包或消息由6位的SD字 段和每一个携带l个字节加3位的8个ISU (信息符号单位)字段构成，总共由94位构成，这与其长度可以达到505个字节、按照ArcNet 协议传送的标准PAC的平均长度相比，显著缩短了。从参照图3的说明中可以理解，将长度缩短了的消息格式用于编 码器消息将为缩短从总线网络的编码器节点发送相继更新消息之间的 时间间隔提供进一步的正面贡献。通过将ArcNet协议用于操作通信总线，总线频率通常是2.5 Mb/s，和对于变成总共94位的编码器消息的缩短格式，经由通信总 线发送编码器消息的理论发送延迟将是37.6 ps。通过让编码器和估计 器计时器设备16和26以2 MHz的时钟频率工作，可以将为了考虑发 送时间延迟而加入编码器计时器设备的计时器计数所代表的时间偏移 △t。ffset中修改第2补偿数据的常数Attransmission选择成编码器计时器设备16的70个计数步长。影响相继更新之间的间隔长度的进一步因素可以是用于发送除 了编码器信息包之外的其它消息的时隙的持续时间和频率，即，整个发送时隙序列未用于发送编码器信息包的部分。从图3中可明显看出，通过将不止一个ID指定给节点的编码器 节点，这个部分同样缩短了。从本发明的冗余控制系统中将所有可用 时隙的50%指定成发送编码器信息包的上述例子中可以明白，可用于 发送相继编码器消息的时隙被用于其它通信目的的不超过单个时隙分 开。图5和6中的图形表示分别用于例示不可将总线网络用于发送编 码器信息包的"最坏情况，，和"最好情况"的状况。在每种表示中，在发 送更新控制器接口模块的真正编码器消息之后将"邀请发送，，令牌 (ITT)传送到代表与编码器接口模块不同的模块、终端或其它单元 的节点，从而使下一个时隙可用于发送来自这个节点的消息。在图5 中，这种可用性用于发送最大长度的标准PAC,而在图6中，不准备 从接收到ITT信息的节点发送消息。对于在ArcNet协议下使用的标 准PAC的上述消息格式化，包括定时和通信延迟的可用于从不同于编 码器的节点发送的时隙的最长持续时间是大约600 fis，而当时隙未得到使用时的最短持续时间是大约100 ns。因此，从相同编码器发送两个相继数据消息之间的更新间隔的最 长持续时间是大约1200 ns,而对于如在下文中参照图7所述的完全交 叉冗余结构，更新间隔的最短持续时间是大约100 ns。根据这种背景， 可以预期，用新编码器信息包更新控制器接口模块的平均频率是大约 3000 Hz。在图7中，示出了本发明控制系统优选实施例的一个完全交叉冗 余结构例子的简化示意性方块图。在这种结构中，引擎旋转期间诸如瞬时曲轴位置的控制参数值由 两个独立编码器设备31和32捕获，两个独立编码器设备31和32与 各自和同样独立的编码器接口模块(EIM1， EIM2) 33和34连接， 编码器接口模块(EIM1， EIM2) 33和34的每一个以与如图2所示 相同的方式由编码器寄存器和第l和第2计时器设备构成。为了经由两个同样独立的总线网络39 (网络A)和40 (网络B) 从两个编码器设备31和32的每一个发送包括控制参数值的编码器消 息，编码器接口模块(EIM1， EIM2) 33和34的每一个包含两个独 立网络接口模块(NIM A， NIMB)35、 36和37、 38，网l^口模块 (NIM A) 35和37形成总线网络39 (通道A)的节点，网络接口模 块(NIMB)36和38形成总线网络40的节点，从而，也如图3所示， 使两个网络节点可用于在总线网络39和40的每一个上发送编码器信 息包。对于图7中的交叉冗余结构，控制系统是对于生成包括控制参数 值和第1和第2补偿数据的编码器消息以便实现本发明的控制方法有 关的主要操作与针对如图2所示的结构所述的相同。在控制单元这一侧，两个独立网络接口模块(NIM A， NIMB) 41和42的之一分别形成总线网络39 (通道A)和40 (通道B )的一 个或另一个的单个节点。但是，按照交叉冗余结构，网络接口模块41 和42的每一个与两个估计器43和44的二者连接。在两个估计器43和44的每一个中，如图2所示，为两个总线网络39 (通道A)和40 (通道B)的每一个提供了包括用于编码器消息 的寄存器、线性外推器、估计器计时器设备和用于估计位置的寄存器 的相同部件。作为将两个独立编码器设备31和32用于测量相同控制参数，即， 曲轴角位置的交叉冗余结构的结果，对于两个独立总线网络39 (通道 A)和40 (通道B)的每一个，在控制单元这一侧，需要在源自编码 器设备31和32的一个或另 一个的编码器消息之间作出选择。为了这 个目的，配备了具有编码器选择器45形式的选择设备，它一方面与网 络接口模块(NIM A， NIM B) 41和42的每一个连接，另一方面与 两个估计器43和44的每一个连接。在编码器选择器中，分析和评估所有到达编码器消息的信息数据 内容，和选择应该接受哪个编码器信号和相应估计值，以便按照上面 参照图2所述的操作和计算，用新的估计参数值更新互连在编码器选 择器45和控制单元47之间的位置寄存器46。这可以有利地用于选择 编码器设备31和32之一，作为另一个编码器设备处在备用状态时的 "有效"编码器设备。为了完成这种选择操作，如图8中的方块图所示，将输入估计器 43和44每一个中的位置寄存器27中的控制参数值提供给形成编码器 选择器45的一部分的选择器电路48,选择器电路48受多个选择准则 模块49、 50、 51和52控制，通过应用分析输入编码器消息的信息内 容数据的至少一条选择准则，在从编码器设备31和33到达和从估计 器43和44的任何一个提供给编码器选择器45的消息之间作出实际选 择。如图8所示，可以通过包括如下的模块49-52单独或一起应用 各种类型的选择准则更新观察(模块49):对于被选为"有效，，编码器的编码器设备 31和32之一，可以观察从有效编码器到达的更新消息的频率，与从 备用或无效编码器设备到达的更新消息的频率相比较。如果后一种更 新消息显著高于前者，例如，是前者的三倍，这可以看作有效编码器出问题的指示，可以要求将先前备用编码器设备选择成有效的。位置变化观察(模块50):通过观察如包括在从所选有效编码器 设备到达的相继更新消息中的指示瞬时曲轴值的控制参数值的变化， 并将这种变化与包括在更新消息中的变化率信息相比较，可以检测到 在观察的控制参数值的变化与代表曲轴速度的变化率信息之间出现差 异。如果控制参数值的变化与实际速度相比明显较高或明显较低，例 如，高三倍或零，这就提供了有效发送编码器模块出错的指示，要求 将先前备用编码器设备选择成有效的。速度比较(模块51):通过观察作为第1补偿数据包括在从所选 有效编码器设备和备用编码器设备到达的更新消息中的变化率信息， 可以检测到在到达消息的这些部分之间出现差异。因此，来自有效编 码器设备的变化率信息出现大幅度突然变化，而从备用编码器设备接 收的变化率信息未接着出现相应变化将提供有效编码器设备出错的指 示，要求将先前备用编码器设备选择成有效的。系统码检验(模块52):由于可能已经发现在有效发送编码器模 块中出现了各种错误状况，可以通过设置消息模式的系统码字段(C) 中的位值通过发送的更新消息传送这样错误状况的指示，因此，通过 观察更新消息中的C字段，可以检验是否需要将先前备用编码器设备 选择成有效的。可在发送编码器模块中检测的错误状况的例子与控制 参数值的格雷编码位序列从一个曲轴测量点到下一个曲轴测量点的变 化有关。如果不止一位发生了变化或其值应该保持不变的位置中的位 值发生了变化，这就提供了错误状况的指示。上面只作为例子描述的选择准则可以单独或以任何组合用作在 控制系统的冗余结构的两个编码器模块之间作出选择的基础。但是，为了保证控制系统的所需操作稳定性，进一步希望由编码 器选择器45中的选择器电路48作出实际编码器选择，以保证所选编 码器设备在某个最小时间间隔内始终是有效编码器。为了这个目的， 选择计时器53可以进一步与选择器电路48连接，以便控制选择操作。一旦来自所选有效编码器设备31或32的更新编码器消息到达，就将包括在该消息中代表实际瞬时曲轴位置的控制参数值直接输入每个估计器设备中的位置寄存器27中，因此，作为编码器选择器45所 作的选择的结果，也在位置寄存器46中。在直到来自所选有效编码器的下一个更新消息到达的时间间隔 中，如上文所述，用所选有效编码器的估计位置值重复更新位置寄存 器46。通过从包括在来自所选有效编码器的最近更新消息中的第1补偿数据的值中减去第2补偿数据的值计算用估计位置值更新位置寄存器46的重复间隔的基础用图形表示例示在图9的上部和下部中，图9的 上部和下部分别代表包括在如编码器侧生成和发送和估计器侧接收的更新消息中的真正位置信息。在每个图形表示中，四个方波信号一起形成包括在消息中的位置 信息的部分表示，而包括在编码器侧生成和发送的消息中分别作为和第1和第2补偿数据的变化率信息At^。eity和时间信息信息At。ffset分别用表示"速度，，的虚线和表示"偏移，，的点线代表，并且用于在估计器侧 生成估计位置值的重复时间间隔用表示"速度—偏移"的粗线代表。但 是，应该注意到，这些指定只是旨在例示用于在估计器中生成估计位 置值的重复时间间隔实际上对应于如在编码器侧测量的实际曲轴速度 增加了补偿从捕获实际位置信息到发送实际位置信息的时间延迟，从 而补偿在发送时包含在编码器消息中的捕获位置信息的"老化"的数量 的简单表达。对于应用在在来自一个或几个编码器设备的相继更新消息之间 生成估计位置值的估计器43和44的每一个中的线性外推，将"速度-偏移，，值用作每个估计器设备中的估计器计时器26的最高重置计时器 计数意味着生成估计位置值的重复间隔将与两个相继更新编码器消息 之间的间隔保持相同，并在数值上对应于与前更新编码器消息一起传 送的以RPM为单位的实际捕获曲轴速度。于是，在每个更新编码器消息之后的间隔中生成估计位置值将考 虑与更新消息一起传送的速度变化，而不考虑可能由相继更新编码器消息之间的间隔中的加速或减速引起和潜在地影响曲轴实际角位置的 曲轴速度变化。人们针对从将启动空气提供给每个气缸启动引擎开始，以几乎恒 定引擎速度稳定工作的工作状况、和将"反向，，命令给予以特定速度工 作向前推进的引擎，要求刹住引擎曲轴停止下来和沿着相反旋转方向 重新开始的所谓"突然停止"状况检查了这样曲轴加速的潜在影响。在稳定工作下，在每一次发生在活塞接近TDC (上止点)位置 的时候的相继点火之间多气缸引擎的单个气缸的单个燃烧循环内曲轴 速度的典型变化可以用重叠正弦曲线近似得非常好地描述成调和变 化，其中，在TDC和BDC位置之间由加速引起的速度变化几乎是线 性的，并至少可以用二次多项式高度精确地近似.在极端"突然停止，，状况下，首先中止点火，通过也称为"自转"的 空转让曲轴速度显著降低，其次以使曲轴完全刹住的顺序将压缩空气 提供给气缸，使引擎停止下来，接着，沿着相反旋转方向加速到在气 缸中建立起规则点火的水平。 一旦气缸开始规则点火，曲轴速率再次 表现出几乎相同的调和变化。因此，对于实际应用，引擎以反推模式， 即，逆着由以前正向推进所致的水流工作的潜在影响可以忽略不计。只是为了例示的目的，由对于几个相继估计位置值连续的曲轴平 滑加速引起的理论潜在收集估计误差用图形表示例示在曲轴角位置P随时间变化的图10中。曲线Preai代表如图2中编码器iit备12或图7中的编码器设备31和32捕获位置值获得的实际曲轴位置，而点状位 置值Pestl - Pest4的每一个代表从与垂直轴相交的实际位置开始在下一 个更新消息到达时通过在上文中所述的线性外推LEI - LE4获得的估 计位置。应该观察到，图10中的例示夸大了实际情况，因为，正如从上 面的描述中看到的那样，对于，例如，60rpm的曲轴转速，引擎每转 预期接收到3000个更新编码器消息，从而使估计误差非常小。总而言之，上文所述的本发明的控制方法和系统的优选实现的总 体操作可以通过与如图7所示的完全交叉冗余系统配置有关的如图11所示的操作图例示。如图ll所示，包括12位格雷编码位置值和单位速度表示的真正 实际控制参数值由编码器1和2捕获。在与每个编码器连接的编码器 接口模块中，从捕获的速度表示中确定12位第l补偿数据，和通过连 续测量从最近捕获位置值以来经过的时间确定12位第2补偿数据。与 编码器ID和4位系统码一起，将包含位置和第1和第2补偿数据的 三个12位值包括在数据消息中，在数据消息中还包含了帧检验顺序 FCS，从而形成更新编码器消息。通过经由通信总线的广播，更新编码器消息被与总线网络连接的 每个控制器接口模块(CIM)接收并路由到估计器1和2，估计器1 和2通过线性外推从与更新编码器消息一起接收的真正位置值中生成 估计位置值。在当前优选实现中，本发明的控制方法和系统通过经由标准通信 总线网络传送数据消息，以完全与现有技术方法一致的精确性和可靠 性提供了在多缸内燃机的每个气缸的每个燃烧循环期间对操作事件的 控制，标准通信总线网络形成为所有涉及编码器和控制器接口模块所 共享的通信线，从而，省却了在现有技术控制方法中对来自传感器装 置的检测器部件的单独专用信号线的需要。虽然上文主要参照单个当前优选实现描述了本发明的控制方法 和系统，在这个当前优选实现中，通过使用，例如，基于令牌通信网 络，与参数的捕获无关地，即，存在时间延迟地传送包括控制参数值 的数据消息，但本发明的范围将包括在所附权利要求书提供的限定内 使用其它类型的标准通信网络和其它发送模式的可替代实施例。
权利要求
1. 一种响应在引擎每转期间随时间变化的控制参数，在多缸内燃机的每个气缸的每个燃烧循环期间控制操作事件的执行的方法，该方法包含如下步骤通过至少一个传感器装置(12；31，32)在引擎每转期间的多个分立时刻捕获控制参数的值；和将所述参数值作为数字参数信号传送到所述内燃机的控制单元(28；47)，以便在每个气缸的每个燃烧循环期间定时和控制所述操作事件的执行，其特征在于包含如下步骤将来自至少一个传感器装置(12；31，32)的所述数字参数信号提供给形成标准通信总线网络(20；39，40)中的节点(29)的至少一个编码器接口模块(13；33，34)，标准通信总线网络的其它节点分别由与所述控制单元(28；47)相关联的控制器接口模块(22)形成；将所述参数信号包括到数据消息中，以便经由所述总线网络发送；通过经由所述总线网络(20；39，40)的同时广播发送，将所述数据消息传送到每个所述控制器接口模块(22)；和可选地，通过将补偿数据包括到所述数据消息中，并对每个控制器接口模块(22)计算控制器接口模块(22)接收相继数据消息之间的每个间隔中所述控制参数的估计值，补偿经所述标准通信总线网络(20；39，40)发送引起的与实时传送所述参数信号的偏差，所述计算根据控制参数的值和包括在每个发送消息中的所述补偿数据进行。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，控制参数值包含 与每个所述气缸的活塞部件连接的引擎曲轴(11)的瞬时角位置。
3. 根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，与至少一个 传感器装置(12; 31, 32)捕获控制参数值和将所述数字参数信号提供给至少一个编码器接口模块(13; 33， 34)无关地实现所述数据消 息经由所述总线网络(20; 39， 40)的发送，并且包括在数据消息中 的补偿数据包含第 一和第二补偿数据，所述第一补偿数据代表在捕获 相应控制参数值的时刻包括在数据消息中的数字参数信号的变化率 (Atvel。dty),所述第二补偿数据代表捕获相应控制参数值的所述时刻 与发送所述数据消息的时刻之间的时间偏移(At。ffset)。
4. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于，通过在提供给编 码器接口模块(13; 33, 34)的数字参数信号每一次变化时重置的编 码器计时器装置(16)，在编码器接口模块(13; 33， 34)中生成所 述第一和第二补偿数据，所述第一补偿数据包含重置时所述编码器计 时器装置(16)的时间计数，所述第二补偿数据包含在相继重置所述 计时器装置之间的间隔中发送数据消息的时刻所述编码器计时器(17 ) 的时间计数。
5. 根据权利要求4所述的方法，其特征在于，通过加入代表经 由所述总线网络发送所述数据消息的发送时间延迟(Attransmissi。n)的常 数修改所述第二补偿数据(At。ffset)。
6. 根据权利要求1到5的任何一项所述的方法，其特征在于， 通过从包括在从编码器接口模块(13; 33， 34)接收的每个数据消息 中的所述控制参数的值线性外推，在每个控制器接口模块中计算所述 估计值。
7. 根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述外推包含重 复加入代表在从包括在同 一数据消息中的补偿数据中计算的相等重复 间隔中捕获所述控制参数的两个相继分立时刻之间所述控制参数值的 变化的常数，所述重复间隔是通过控制器接口模块(22)中的估计器 计时器装置(26)的重置计时器计数(Atestimati。n,J提供的，控制器接口模块接收到每个数据消息之后第一重置计时器计数(Atesti咖ti。w )通 过从所述第一补偿数据(Atvel。dty)中减去所述第二补偿数据(At。ffset,At。ffset，m。d.)计算出来，并且随后重置计时器计数(Atestimati。n，n)通过从前一次计算重置计时器计数(Ates""。n，w )中减去所述第二补偿数据(Atoffset ， Atoffset，m。d.)计算出来。
8. 根据权利要求3到7的任何一项所述的方法，其特征在于， 基于令牌通信总线网络(20; 39, 40)用于在每一个接在由至少一个 编码器接口模块(13; 33， 34)形成的网络节点接收的发送邀请令牌(30)之后的发送时隙中发送所述数据消息，除了所述数字控制参数 信号和所述第一和第二补偿数据之外，每个数据消息还包括将所述网 络节点标识成发送源的标识数据。
9. 根据权利要求8所述的方法，其特征在于，按照将各个节点 ID指定给所述节点的顺序节点标识方案将所述发送邀请令牌传递给 所述通信总线网络(20; 39， 40)的所有节点(29 )，从而将不止一 个节点ID指定给所述至少一个编码器接口模块(13; 33， 34)。
10. 根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，所述网络接 口模块(14; 35-38)以与经由通信总线网络(20; 39, 40)发送的 标准消息相比长度缩短了的修正消息格式生成所述数据消息。
11. 根据权利要求8到IO的任何一项所述的方法，其特征在于， 响应在与控制器接口模块连接的网络接口模块(21; 41， 42)接收的 数据消息中出现编码器接口模块的所述标识数据，将这样的消息直接 路由到与气缸接口模块的其它部件分离的估计装置(43， 44)。
12. 根据权利要求1到11的任何一项所述的方法，其特征在于， 冗余操作包括使用每一个与独立编码器接口模块(33， 34)相关联的 两个独立传感器装置(31， 32)，所述编码器接口模块(33， 34)经 由至少两个独立通信总线网络(39， 40)发送消息，所述至少两个独 立通信总线网络(39， 40)每一个的所述其它节点由所述控制器接口 模块形成。
13. 根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述独立编码 器接口模块(33， 34)将数据消息发送到所有所述至少两个独立通信总线网络(39， 40)。
14. 根据权利要求12或13所述的方法，其特征在于，对于每个 控制器接口模块(22)，由独立估计装置(43, 44)为经由每个所述独立总线网络(39， 40)发送的消息生成控制参数的所述估计值，从 来自单个所述独立编码器接口模块(33， 34)的消息中获得的估计值 的选择由与估计装置(43， 44)相关联的选择装置(45)依照符合至 少一条选择准则作出。
15. 根据权利要求8到14的任何一项所述的方法，其特征在于， 将ArcNet协议用于所述标准总线网络(20; 39， 40)上的一般数据 通信，为了发送来自所述至少一个编码器接口模块的所述数据消息， 修改所述协议以考虑与标准ArcNet通信要求的偏差。
16. —种通过根据权利要求1到15的任何一项所述的方法，响 应在引擎每转期间随时间变化的控制参数，在多缸内燃机的每个气缸 的每个燃烧循环期间控制操作事件的执行的系统，包含至少一个传感器装置(12; 31， 32)，用于在引擎每转期间的多 个分立时刻捕获控制参数的参数值；和通信装置，用于将捕获的控制参数值作为数字参数信号传送到所 述内燃机的控制单元(28， 47)，以便在气缸的每个燃烧循环期间定时和控制所述操作事件的执行， 其特征在于所述至少一个传感器装置(12; 31， 32)与对其提供所述数字参 数的至少一个编码器接口模块(13; 33， 34)连接，所述编码器接口 模块(13; 33， 34)形成标准通信总线网络(20; 39， 40)中的节点 (29)，所述标准通信总线网络(20; 39， 40)的其它节点分别由与 所述控制单元(28; 47)相关联的控制器接口模块(22)形成；消息生成装置(18)被提供，以便生成包括所述数字参数信号的 数据消息，并且发送装置(19)被提供，以便通过经所述总线网络(20; 39， 40)的同时广播，将所述数据消息传送到每个所述控制器接口模 块(22 );和可选地，在所述编码器接口模块(13; 33， 34)中提供生成补偿 数据的装置(16， 17)，以便附加地将所述补偿数据包括到所述消息 生成装置生成的数据消息中，并且通过每个控制器接口模块(22)提供补偿装置，以便通过计算控制器接口模块(22)接收相继数据消息 之间的每个间隔中所述控制参数的估计值，补偿经所述标准通信总线 网络发送引起的与实时传送所述参数信号的偏差，所述计算根据控制 参数的值和包括在每个发送消息中的所述补偿数据进行。
17. 根据权利要求16所述的系统，其特征在于，所述至少一个 传感器装置(12; 31, 32)被安排成捕获用作所述控制参数、与每个 所述气缸的活塞部件连接的引擎曲轴(11)的瞬时角位置的值。
18. 根据权利要求16或17所述的系统，其特征在于，所述通信 总线网络(20; 39， 40)被安排和控制成与至少一个传感器装置(12; 31, 32)捕获控制参数值和将所述数字参数信号提供给至少一个编码 器接口模块(13; 33， 34)无关地实现所述数据消息的发送，并且所 述生成补偿数据的装置被配置成生成第一和第二补偿数据，所述第一 补偿数据代表在捕获相应控制参数值的时刻包括在数据消息中的数字 参数信号的变化率(AU,。eity)，所述第二补偿数据代表捕获相应控制 参数值的所述时刻与发送所述数据消息的时刻之间的时间偏移(At。ffset )
19. 根据权利要求18所述的系统，其特征在于，所述生成所述 第一和第二补偿数据的装置包含编码器计时器装置(16)，重置装置 被提供用于在提供给编码器接口模块(13; 33， 34)的数字参数信号 每一次变化时重置所述编码器计时器装置(16)，所述第一补偿数据 是作为重置时所述编码器计时器装置(16)的计时器计数(Atvel city) 生成的，所述第二补偿数据是作为在相继重置所述编码器计时器装置(16)之间的间隔中发送数据消息时所述编码器计时器装置(16)的 计时器计数(At。ffset)生成的。
20. 根据权利要求18或19所述的系统，其特征在于，在编码器 接口模块中提供装置(17)，用于通过加入代表经由所述总线网络发 送所述数据消息的发送时间延迟(Attransmissi。n )的常数修改所述第二补 偿数据(Atoffset)。
21. 根据权利要求16到20的任何一项所述的系统，其特征在于，计算所述估计控制参数值的与每个控制器接口模块(22)相关联的估 计装置(23; 43， 44)包含外推装置(25)，用于通过从包括在从编 码器接口模块(13; 33, 34)接收的每个数据消息中的所述控制参数 的值线性外推，计算所述估计值。
22. 根据权利要求21所述的系统，其特征在于，所述外推包含 重复加入代表在从包括在同 一数据消息中的补偿数据中计算的重复间 隔中捕获所述控制参数的两个相继分立时刻之间所述控制参数值的变 化的常数，所述重复间隔是通过与所述外推装置(25)连接的重置计 时器计数(Atestimati。n,n)提供的，所述装置通过控制器接口模块被提供 以通过从所述第一补偿数据(Atvel。dty)中减去所述第二补偿数据(△t。ffset， At。ffset，，d.)，计算控制器接口模块接收到每个数据消息之后的第一重置计时器计数(Atest^"。w)，并通过从前一次计算重置计时)中减去所述第二补偿数据(At。ffset， At。ffset，mod.)，计算随后重置计时器计数(Atestimati。n，n )。
23. 根据权利要求18到22的任何一项所述的系统，其特征在于， 所述标准通信总线网络(20; 39， 40)是在每一个接在由编码器接口 模块形成的网络节点接收的发送邀请令牌(30)之后的发送时隙中发 送所述数据消息的基于令牌网络，除了所述数字控制参数信号和所述 第 一和第二补偿数据之外，每个消息还包括将所述网络节点标识成发 送源的标识数据。
24. 根据权利要求23所述的系统，其特征在于，所述基于令牌 网络(20; 39， 40)按照包括顺序节点标识方案的网络协议运行，其 中，将各个节点ID指定给网络的所有节点(29)，不止一个节点ID 指定给所述至少一个编码器接口模块(13; 33， 34)，从而将所述发 送邀请信息(30)依次传递给所有所述节点(29)。
25. 根据权利要求23或24所述的系统，其特征在于，所述消息 生成装置(18)由所述网络接口模块(14)提供和被安排成以与经由 通信总线网络(20; 39， 40)发送的标准消息相比长度缩短了的修正 消息格式生成所述数据消息。
26. 根据权利要求23到25的任何一项所述的系统，其特征在于， 对于每个控制器接口模块，包含与模块的其它部分分离的估计器设备(23; 43， 44)的估计装置被提供，与所述控制器接口模块相关联的 网络接口模块(21; 41， 42)包含响应在从编码器接口模块(13; 33， 34)接收的广播消息中出现所述标识数据，将这样的消息直接路由到 所述估计器设备(23; 43， 44)的装置。
27. 根据权利要求18到26的任何一项所述的系统，其特征在于， 对于冗余操作被构造为包括每一个与独立编码器接口模块(33， 34) 相关联的两个独立传感器装置(31， 32)，所述独立编码器接口模块 经由至少两个独立通信总线网络(39， 40)发送消息，所述至少两个 独立通信总线网络(39, 40)每一个的所述其它节点(29)由所述控 制器接口模块(22)形成。
28. 根据权利要求27所述的系统，其特征在于，每个所述独立 编码器接口模块(33， 34)被连接以与所有所述至少两个独立通信总 线网络(39， 40)进行消息通信。
29. 根据权利要求27或28所述的系统，其特征在于，对于每个 控制器接口模块(22)，独立估计装置(43， 44)被提供以为经由每 个所述独立总线网络(39， 40)发送的消息生成控制参数的估计值， 从来自单个所述独立编码器接口模块(33， 34)的消息中获得的估计 值的选择由与估计装置(43， 44)相关联的选择装置(45)依照符合 至少一条选择准则作出。
30. 根据权利要求18到29的任何一项所述的系统，其特征在于， 所述标准总线网络(20; 39， 40)的每个网络接口模块(35-38， 41， 42)包含对于总线网络上的一般数据通信按照ArcNet协议工作的 ArcNet控制器，为了发送来自编码器接口模块的所述消息，修改所述 协议以考虑与标准ArcNet通信要求的偏差。
全文摘要
多缸内燃机的控制方法将在引擎每转期间的多个分立时刻至少一个传感器装置捕获的控制参数的瞬时值传送到内燃机的控制单元，以便在每个气缸的每个燃烧循环期间定时和控制操作事件的执行，将捕获的参数信号提供给形成标准通信总线网络中的节点的至少一个编码器接口模块和使其包括到数据消息中，数据消息发送传送到总线网络的其它节点，总线网络的其它节点由与气缸控制单元相关联的控制器接口模块形成。使补偿数据包括到数据消息中，以便通过为每个控制器接口模块计算控制器接口模块接收相继数据消息之间的每个间隔中控制参数的估计值，补偿经标准通信总线网络发送引起的与实时消息传送的偏差，所述计算根据控制参数的值和所述补偿数据进行。
文档编号F02D43/00GK101265849SQ20071009658
公开日2008年9月17日 申请日期2007年4月16日 优先权日2007年3月12日
发明者埃里克·R·汉森, 拉斯·K·瑟伦森, 约恩·S·安德森 申请人:Man柴油发动机公司