在发动机失速时稳健的同步方法与流程

本发明涉及一种基于凸轮轴靶标的齿的上升或下降沿的检测来同步内燃发动机，以便确定发动机的位置的方法。

本发明特别适用于在发动机的失速阶段稳健的同步方法的实施。

背景技术：

已知为了确定内燃发动机在发动机循环中的位置而既确定发动机曲轴的位置又确定至少一个发动机凸轮轴的位置。

为此，至少两个呈带齿的轮的形式的靶标分别牢固地安装在曲轴和凸轮轴上，并且在曲轴和凸轮轴旋转期间，相应的传感器分别检测每个靶标的齿的沿。随后对检测到的数据进行处理，以便从中推断发动机的位置。

关于凸轮轴，特定的同步方法针对其而旨在识别由传感器检测的靶标的每个沿，以便从中推断与速度（以每分钟转数为单位的发动机转速）和发动机位置相关的信息，该信息随后可以与曲轴位置数据进行比较，以便补齐和/或校正这些数据。

该同步方法仅考虑到基于凸轮轴靶标位置而获取到的信息来执行（即没有与曲轴相关的数据），以便在如果曲轴有故障的情况下允许发动机在降级模式下运行。

传统实施的同步方法包括，对于由传感器检测到的凸轮轴靶标的每个齿沿，确定该齿沿的时间显著值（signaturetemporelle），并且考虑到相对于理论显著值的容差，将该显著值与靶标的每个沿的预先计算的理论显著值进行比较。

如果该比较没有产生任何对应关系，则不执行同步。

如果该比较产生了单个对应关系，则执行同步，并且检测到的沿被识别为其理论显著值对应于检测到的沿的时间显著值的沿。

最后，如果该比较产生了几个对应关系，则对下一个沿重复该方法，以便细化对应关系。

然而，这种类型的同步方法并非对于发动机经历的所有情况均稳健。

第一个示例是发动机的反向旋转，其例如在车辆在齿轮啮合的情况下倒行时（例如在斜坡上）发生。

在这种情况下，由凸轮轴靶标的传感器测量的信号可能类似于车辆前进时会被测量的信号，并且其可能导致凸轮轴靶标的沿的错误识别。

例如，在图1a中就是这种情况，其在上部示出了发动机转速随时间变化的曲线（在这种情况下是负的），并且在下部示出了凸轮轴靶标的沿在传感器前面的行进，十字对应于在同步算法的实施过程中识别的沿。同步算法被配置为仅检测向前的前进。然而，在第一区域a1中观察到在反向旋转期间的大约二十个接续的错误检测，并且在第二区域a2中观察到大约二十个接续的其他错误检测，其每次对应于向前旋转，而实际上发动机处于反向旋转。

换言之，在这些区域中，凸轮轴向前旋转的行进被错误地检测到。

在这种情况下，由同步算法提供的信息与源自曲轴靶标位置分析的数据不匹配，这可能在发动机计算机处产生故障或者在确定曲轴位置时不恰当地检测到故障。

在曲轴位置的分析也是错误的情况下，发动机将仅基于凸轮轴的信号以降级模式运行。在这种情况下，如果错误地检测了旋转，则可能会授权燃料的喷射并且会损坏发动机。

另一个示例是发动机失速，即接近发动机停机的一个阶段，在此阶段中，发动机在停机之前，先在一个方向上进行多次回弹，然后在另一个方向上进行多次回弹。

在这种情况下，连续的回弹会导致通过同步算法检测到凸轮轴靶标的非常接近的沿，并且如果没有检测到回弹，则会给出发动机转速非常高的印象。那么，由同步算法确定的转速与发动机转速显著不同，这可以被检测为危及车辆及其驾驶员的安全。然后，计算发动机转速的计算机可能被认为是有缺陷的，这可能产生涉及更换发动机计算机的故障。

参考图1b，示出了伴随曲轴位置错误检测的发动机转速回弹的情况。在图1b的上部示出了发动机转速，可以看出，由于回弹，发动机转速交替地为正或为负。

在图1b的下部，观察到具有凸轮轴靶标的沿的四个错误检测的区域。这些检测发生在发动机处于与回弹相关的反向旋转阶段时。同样，该错误检测可能在发动机计算机处产生故障。

技术实现要素：

鉴于以上所述，本发明的目的是至少部分克服现有技术的缺点。特别地，本发明的目的是提出一种同步方法，该方法对于发动机失速的情况是稳健的。

为此，本发明的目的是一种用于同步内燃发动机的方法，该内燃发动机包括：

·至少一个凸轮轴，呈带齿的轮的形式的靶标安装在该凸轮轴上，每个齿包括上升沿和下降沿；

·凸轮轴位置传感器，适于检测靶标的齿的每个上升或下降沿；和

·用于处理由传感器生成的数据的处理单元；

该同步方法由处理单元实施，并且对于齿的每个检测到的沿，包括以下步骤的实施：

·计算检测到的沿的时间显著值；

·将检测到的沿的时间显著值与靶标的具有与检测到的沿相同的上升或下降类型的一组沿的理论显著值进行比较，该比较通过容差来实现；和

·根据比较结果来生成同步或同步故障信号，

该同步方法的特征在于，当发动机转速变得低于预定阈值时，被采纳用于将检测到的沿的时间显著值与靶标的沿的理论显著值进行比较的容差相对于在发动机转速下降到所述阈值以下之前被采纳用于进行相同比较的容差是缩减的。

在一个实施例中，每个理论显著值与如下所限定的容差值范围相关联：

其中，n是所考虑的沿的索引，τth（n）是索引为n的沿的理论显著值，且k是严格大于1的容差参数，

并且，通过确定检测到的沿的时间显著值是否包括在显著值相关联的容差值范围内，来执行检测到的沿的时间显著值与沿的理论显著值的比较。

有利地，缩减的容差由容差参数k'确定，该容差参数k'低于与初始容差值范围相关联的容差参数k，并且优选地比容差参数k的值小30%至50%。

当执行同步时，可以由处理单元基于由检测器提供的信息来确定发动机转速。

在一个实施例中，该方法还包括，当发动机转速变得低于预定阈值时，触发延时，并且当延时已经过去并且发动机转速再次变得高于预定阈值时，或者当生成同步故障信号时，与每个理论显著值相关联的容差值范围被恢复为相应的初始容差值范围。

在一个实施例中：

·如果检测到的沿的时间显著值对应于靶标的单个沿的理论显著值，则生成同步信号；

·如果检测到的沿的时间显著值不对应于靶标的与之比较的沿的任何理论显著值，则生成同步故障信号；且

·如果多个候选沿对应于检测到的沿n，则生成同步故障信号，并且在下一个沿n+1的检测期间，仅将对应于检测到的沿n的候选沿之后的沿的理论显著值与所述下一个沿的时间显著值进行比较。

有利地，但可选地，生成同步或同步故障信号的步骤也取决于由处理单元发送的先前的同步或同步故障信号而执行。

例如，在丧失同步的情况下，处理单元可以适于仅在后续检测到的沿的时间显著值和靶标的沿的理论显著值（后续检测到的沿的所述时间显著值与其进行比较）之间的预定数量n次的连续的单一对应的情况下才发送下一个同步信号。数量n优选地严格大于1，优选地等于靶标的沿的数量。

优选地，发动机转速阈值小于或等于600转每分。

本发明的另一个目的是一种计算机程序产品，当其由适于实现根据前面描述的同步方法的计算机实施时，其包括用于实施上述方法的代码指令。

本发明的另一个目的是一种内燃发动机，包括：

·至少一个凸轮轴，呈带齿的轮的形式的靶标安装在该凸轮轴上，每个齿包括上升沿和下降沿；

·凸轮轴位置传感器，其适于检测靶标的齿的每个上升沿或下降沿；和

·处理单元，其用于处理来自检测器的信号，并被配置为实施根据前面描述的同步方法。

当发动机转速变得低于预定阈值时，所提出的同步方法提出缩减与凸轮轴靶标的沿的理论显著值相关联的容差范围。

实际上，失速发生在从正常运行阶段开始的发动机停机阶段，即当发动机转速降低时。因此，缩减容差范围可以降低失速期间错误地进行同步的风险。

此外，该缩减的容差范围有利地在从发动机转速降至低于预定阈值的时刻开始触发的延时期间实施，直到对应于发动机的实际失速的同步丧失。之后，容差被恢复为其初始值，以允许在发动机的重新起动期间进行稳健的再同步。因此，这确保了在任何情况下，在将容差恢复为其初始值之前，发动机离开失速状态或低速状态。实际上，由于通过消除法通过识别沿来执行同步，因此消除了其显著值超出容差的沿，并且具有更高的容差使得同步更加稳健。总之，缩减的容差允许稳健的丧失同步，而增大的容差允许稳健的同步（或再同步）。

最后，有利地，在确认再同步之前有必要进行若干次沿的识别，以避免当容差范围被恢复为其初始值时出现错误的同步。

附图说明

本发明的其他特征、目的和优点将从以下描述中变得明显，该描述纯粹是说明性的而非限制性的，并且必须参考附图来阅读，其中：

·已经描述的图1a示出了在发动机反向旋转的情况下现有技术的同步算法出错的情况；

·同样已经描述的图1b示出了在发动机失速的情况下现有技术的同步算法出错的情况；

·图2a示意性地示出了内燃发动机的示例，其中可以实现同步算法；

·图2b示意性示出了发动机计算机；

·图2c示出了凸轮轴靶标的示例；

·图3示意性示出了根据本发明一个实施例的同步方法的主要步骤；

·图4以流程图的形式示意性地示出了根据本发明一个实施例的方法的实施。

具体实施方式

内燃发动机

图2a示意性地示出了内燃发动机m，其包括一组可移动的活塞80，活塞80在各自的气缸82中在上死点和下死点之间移动，发动机m还包括曲轴9，借助于各自的连杆84，由气缸中活塞的运动驱动曲轴9。

曲轴通过正时皮带90使至少一个凸轮轴91旋转，凸轮轴91的旋转连续地导致进气阀92和排气阀93打开和关闭。

在一个实施例中（未示出），发动机m可以包括两个凸轮轴91，包括被称为进气凸轮轴的凸轮轴和被称为排气凸轮轴的凸轮轴，进气凸轮轴的旋转允许进气阀打开和关闭，而排气凸轮轴的旋转允许排气阀打开和关闭。

曲轴9包括带齿的轮93，带齿的轮93包括在其圆周上均匀分布的一组齿。曲轴角位置传感器94面向带齿的轮93定位，并适于检测轮的每个齿的通过，并由此推断曲轴的角位置。

呈带齿的轮1形式的靶标安装在凸轮轴91上或每个凸轮轴上，靶标的一个示例如图2c所示。靶标1包括分布在其周边上的一组齿，每个齿包括上升沿和下降沿。靶标的齿有利地是不均匀的，以允许从靶标的一组沿中单独识别每个沿。

凸轮轴位置传感器2（例如，霍尔效应单元、磁阻单元类型等）位于带齿的轮的前面，并适于检测靶标的齿的每个上升或下降沿。

参照图2b，发动机m还包括发动机计算机95，发动机计算机95包括处理单元21，处理单元21包括例如处理器22或微控制器以及存储器23，处理单元被配置为基于由传感器2检测到的上升沿或下降沿的原始信号，或者可选地基于由传感器预处理的信号（在传感器被称为活动传感器的情况下）来实现将在下文中进一步详细描述的同步方法，并且其中用于其执行的代码指令被存储在存储器23中。

为了实现同步方法，处理单元21有利地被配置为基于来自检测器的数据生成外部同步变量vsyn，其可以取指示同步的值（vsyn=synok）和指示同步故障的第二值（vsyn=wtsyn）。在发动机起动期间，同步变量被初始化为指示同步故障的值wtsyn。

外部变量指的是旨在由处理单元传输到发动机计算机95的功能块950或其他部件的变量，以便实施需要获知凸轮轴位置的方法，例如燃料喷射、点火、可变正时等。相反，接下来，将仅在由处理单元执行的算法中使用的且不被传输到发动机计算机的其他块的变量称为内部变量。

处理单元21还生成另一外部变量idft，该外部变量idft表示靶标的已经被识别为对应于由检测器检测到的沿的沿。

发动机计算机95有利地包括其他处理模块950，其适于接收曲轴9的角位置信号以及由处理单元21生成的外部变量，并由此推断每个时刻的发动机循环状态，并实施控制方法，例如燃料的喷射和点火。

同步方法

参照图3和图4，现在将描述一种同步方法，在每次由检测器检测到齿沿时，由凸轮轴位置传感器的处理单元实施该方法。

在第一步骤110期间，计算沿的时间显著值。

图2c示出了凸轮轴靶标的示例，并且在上部示出了由检测器生成的相应信号。由箭头指示靶标的正常旋转方向。在图的上部，靶标的上升沿的检测对应于电信号的下降沿。

在一个实施例中，检测到的沿的时间显著值由下式限定：

对于第二个和第三个检测到的沿：

其中，n是检测到的沿的索引，且tn是齿（或凹陷）的在沿n之前的持续时间，即沿n-1的检测和沿n的检测之间经过的时间。

在该实施例中，可以从第三个检测到的沿开始计算时间显著值。

在替代实施例中，检测到的沿的时间显著值由下式限定：

。

在该实施例中，只能从第五个检测到的沿开始计算时间显著值。

这两个实施例之间的选择是为给定的发动机设定的，并且取决于靶标上的沿的数量和/或齿的形状。例如，如果靶标包括少量的齿或者如果几个齿相同，则优选使用第一种方法。第二种方法则针对其他情况使用，因为它在加速和减速的情况下更稳健。

在步骤120期间，将检测到的沿的时间显著值与靶标的具有与检测到的沿相同类型的至少一个沿的预先计算并记录在存储器23中的理论显著值进行比较。有利地，在步骤120的第一次迭代期间，将检测到的沿的时间显著值与靶标的具有与检测到的沿相同类型的所有沿的理论显著值进行比较。如下文进一步详细描述的，在步骤120的后续迭代期间，该比较只能针对靶标的沿中的某一些来进行。

如前所述，靶标的齿有利地是不均匀的，使得沿的理论显著值可以允许识别该沿。沿的理论显著值不一定是唯一的，但是可以通过增加沿的类型（上升或下降）以及可选地也通过增加对序列的约束来使得可以进行识别。例如，可以找到具有相同值但对应于两种不同类型沿的两个理论显著值，使得单个理论显著值不对应于一个检测到的沿。

根据另一个实施例，可以找到两个理论显著值，它们具有相同值，但其后面（对于下一个沿，对于所考虑的旋转方向）是两个不同的理论显著值。然后可以通过消除法来识别该沿。

在第一实施例中，理论显著值由下式限定：

其中，αn是索引为n的沿与前一个沿之间的角度（图2c中考虑到沿z而示出了一些角度）。根据考虑靶标为向前旋转或反向旋转，在所考虑的沿之前的沿也是不同的，这也解释了针对每个旋转方向的理论显著值的计算。

反向旋转的靶标的沿的理论显著值也可以看作是向前旋转中反向靶标（或在镜子中看到的）的相同沿的理论显著值。

如果根据上述第一等式计算沿的时间显著值，则保留该实施例：

作为替代实施例，沿的理论显著值使用以下等式来计算：

该替代实施例是在如下的只能从第五个检测到的沿开始计算时间显著值的情况下实施的：

因此，对于每个沿，沿的理论显著值以及沿的类型（上升或下降）被存储在存储器23中。

有利地，为了将检测到的沿的时间显著值与靶标的同一类型沿的理论显著值进行比较，为每个理论显著值提供容差范围。

对于每个沿的理论显著值τth（n），该容差范围由限定，其中k是严格大于1的容差参数，有利地包括在2和3之间，且例如包括在2和2.5之间。

通过确定检测到的沿的时间显著值是否包括在容差范围内，来执行检测到的沿的时间显著值与沿的理论显著值的比较。

图3示出了步骤121，步骤121用于根据对应于检测到的沿的靶标的沿（即其的与理论显著值相关联的容差范围包含沿的时间显著值）的数量来区分一系列步骤。在图3中，“y”表示是，“n”表示否。

如果在步骤120完成时，检测到的沿不对应于靶标的同一类型沿的任何理论显著值，即检测到的沿的时间显著值不包括在靶标的具有相同上升或下降类型的沿的理论显著值的任何容差范围内，则该方法包括步骤130，其中检测到的沿没有被识别，并且外部同步变量取值wtsyn。该方法随后针对下一个检测到的沿在步骤110重新开始。作为替代实施例，该方法可以仅在检测到三个或五个沿（根据时间显著值和理论显著值的计算模式）之后在步骤110重新开始，以便不保留没有识别出任何沿的先前检测时间。

如果在步骤120完成时，检测到的沿对应于靶标的同一类型的单个沿（即检测到的沿的时间显著值包括在同一类型沿的理论显著值的容差范围内），该方法包括步骤140，其中检测到的沿被识别为其理论显著值对应于该沿的时间显著值的沿，并且外部同步变量取第一值synok。处理单元还返回识别检测到的沿的信号。该方法随后针对下一个检测到的沿在步骤110重新开始。在特定实施例中，在步骤120的下一次迭代期间，检测到的沿的时间显著值可以仅与单个理论显著值相比较，该理论显著值是在先前识别的沿之后的沿的显著值。在没有对应的情况下，外部同步变量取值wtsyn（步骤130）。

如果在步骤120完成时，检测到的沿对应于靶标的多个候选沿，即检测到的沿的时间显著值被包括在多个沿的理论显著值的容差范围内，则外部同步变量取第二值wtsyn，并且通过为了步骤120的比较而仅使用紧接着候选沿的沿来对随后的沿再次执行步骤110和120。可以重复步骤110和120，直到出现唯一的对应140，或者直到没有出现任何对应130，在这种情况下，从下一个沿开始再次正常执行步骤110和120。

有利地，为了能够使同步方法对于发动机失速阶段仍稳健，将检测到的沿的时间显著值与靶标的沿的理论显著值进行比较的步骤120的实施考虑了发动机转速。实际上，发动机失速阶段通常发生在发动机停机止前不久，因此通常发生在发动机转速降低期间。

因此，在实施上述同步方法的同时，监控发动机转速，使得如果发动机转速变得低于预定阈值，则有利地以与上述标准情况下的容差范围相比缩减的容差范围来实施检测到的沿的时间显著值与靶标的所有沿的理论显著值的比较。

为此，有利地，在处理单元的存储器中，每个沿与称为标准容差范围的容差范围和称为缩减的容差范围的容差范围相关联，其中一个或另一个是根据发动机转速的发展而选择的。

对于缩减的容差范围，容差系数k'严格小于上面介绍的容差系数k。例如，容差系数k'有利地比标准容差范围的容差系数k小30%至50%。

发动机转速阈值（低于该阈值时，容差范围是缩减的）小于所考虑发动机的怠速转速。有利地，它小于或等于600转每分。

图4示意性地示出了在实施同步方法的同时监测发动机转速200的实施。在图4中，y表示是，n表示否。

有利地，基于与凸轮轴位置相关的数据，由处理单元21在同步阶段获得发动机转速信息。实际上，凸轮轴的沿的行进速度允许从中推导出旋转速度，并因此推导出发动机转速。

在第一步骤210期间，确定发动机转速是否变得低于预定阈值。

如果是这种情况，则在步骤230期间，应用于沿的理论显著值的容差范围的容差系数变成容差系数k'。

有利地，在步骤220期间还触发延时，使得容差系数保持在缩减水平（k'），直到延时已经过去并且发动机转速再次高于阈值，或者直到同步丧失已经有效地发生（步骤130）。图4中示出了用于验证这些条件的步骤240。如果这些条件被验证，则在步骤250中，容差系数再次取标准值（k）。否则，容差因子保持在缩减水平（k'）。

定时的持续时间有利地在初步校准步骤（未示出）期间确定，以便超过从发动机转速变得低于预定阈值的时刻开始的失速阶段的平均持续时间。

该延时允许在整个失速期间保持缩减的容差状态，以避免在此期间出现不正确的同步。

再次参考图3，在一个实施例中，一旦发生同步丧失（即当变量vsyn已经从值synok转变为值wtsyn时），仅当足够数量的连续的沿已经被识别出（即发现了唯一的对应140）时才执行同步的恢复。

为此，设置计数器cpt，例如具有初始值n，并且在针对随后的沿执行同步方法的过程中，如果在检测到的沿的时间显著值和靶标的沿的理论显著值之间进行比较的步骤120完成时，靶标的单个沿对应于检测到的沿（140），则外部同步变量vsyn的值的变化取决于计数器的值。

如果计数器具有非零值，则在步骤320期间计数器递减，但是外部同步变量保持同步故障值wtsyn。

仅当计数器的值变为零时（即仅当已经连续检测到多个沿时），外部同步变量才取同步值synok（步骤140）。当外部同步变量重新取值synok时或者当没有识别出任何沿（步骤130）时，计数器被重新初始化（未示出）。

计数器的初始值n大于或等于1，优选地严格大于1，例如，等于靶标的沿的数量。该计数器允许在确认同步之前验证发动机已确实退出失速阶段。

作为替代实施例，计数器cpt可以被初始化为0，并且递增，直到它达到最大值n，导致同步的恢复。