CN105736157B - 电控柴油发动机凸轮轴信号处理和快速确定相位的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种电控柴油发动机凸轮轴信号处理和快速确定相位的方法，发动机电控单元获取到曲轴和凸轮轴原始信号后，生成曲轴及凸轮轴初始信号，凸轮轴初始信号包括凸轮轴信号实测分段长度、实测分段极性、实测凸轮轴信号沿极性、实测分段内是否存在曲轴缺齿信号信息，经进一步处理生成与分段信息结构及定义一致的实测分段信息；实测分段信息与设置的分段信息数组中每一个分段信息按照比对开关参数设置值进行逐个比对，输出比对结果及凸轮轴信号状态；当实测分段信息比对结果唯一时，输出分段号，利用分段号计算确定凸轮轴相位，判断发动机缸号。本方法无需发动机本体部件改动，只需要进行软件程序参数和流程设计就可以实现，成本低，兼容性强。
Description
技术领域
本发明涉及一种电控柴油发动机凸轮轴信号处理和快速确定相位的方法，用于柴油发动机电控***。
背景技术
凸轮轴位置传感器是柴油机电控***中重要的传感器之一。凸轮轴位置信号主要用于发动机相位确认及判缸，是柴油机喷油/点火控制的基本信号。
已公布方法及装置中：非特意设计的单齿凸轮轴信号轮需要判定凸轮轴单齿信号后才能确定相位及判缸；z+1齿凸轮轴信号轮需要在判别多齿（即“+1”齿）后才能确定相位和判缸，判别多齿的方法通常为凸轮轴齿宽小于前一齿宽的1/2；z+k(z为均分齿个数，k为多齿个数) 凸轮轴信号轮在检测到特征齿后才能确定相位和判缸；同时存在一些为实现快速启动，更改凸轮轴信号轮设计的方法及装置。
但上述方法及装置存在凸轮轴信号轮设计复杂、执行效率低的问题，并且均未能实现相互兼容的凸轮轴信号处理全面解决方案设计或***化的合理处理状态流程设计。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种电控柴油发动机凸轮轴信号处理和快速确定相位的方法，在不改***件的基础上，兼容多种类型的凸轮轴信号轮，通过软件程序参数匹配标定和流程设计，对凸轮轴信号进行处理，实现快速识别凸轮轴相位和判缸。
本发明的信号获取装置包括发动机曲轴信号盘、凸轮轴信号轮，曲轴信号盘上装有曲轴位置传感器，获取的曲轴信号；凸轮轴信号轮装有凸轮轴位置传感器，获取凸轮轴信号。曲轴和凸轮轴原始信号通过发动机线束送入发动机电控单元。
曲轴信号盘为m-n（齿或槽）类型；凸轮轴信号轮为常用的单齿、z＋1齿、z+k齿或快速启动（凸轮轴信号齿形不规则，与曲轴信号相位经特殊匹配设计）信号轮；发动机曲轴信号盘与凸轮轴信号轮相对位置固定。
按照本发明提供的技术方案，首先在获得曲轴和凸轮轴信号之前，根据设计的曲轴和凸轮轴信号相位图，在电控单元软件中对两种信号特征和相位进行配置（曲轴信号参数配置非本文重点不作详述）：
1.分别设置需要捕获的曲轴信号沿及凸轮轴信号沿类型（上升沿或下降沿），则设置的凸轮轴信号沿在一个发动机工作循环（四冲程发动机为720°、二冲程发动机为360°）内把凸轮轴信号分成多个区间称为凸轮轴分段，分段与分段号一一对应；
2.设置参数写入第1缸上止点与其后首个凸轮轴信号沿的角度；
3.设置凸轮轴信号分段长度数组存储不同的分段长度，凸轮轴信号分段长度以曲轴转角度数表示；
4.设置凸轮轴信号分段长度偏差数组，数组结构与分段长度数组结构一致；
5.分段信息由分段长度对应分段长度数组的索引、凸轮轴信号分段极性、凸轮轴信号沿极性、分段内是否存在曲轴缺齿信号、是否是等距边沿信息以二进制位定义组成，分段信息数值以十进制数值显示；
6.设置凸轮轴信号分段信息数组，分段信息数值写入分段信息数组；
7.设置凸轮轴信号分段信息比对开关参数；
发动机电控单元获取到曲轴和凸轮轴原始信号后，进行硬件和软件的初始处理，生成曲轴及凸轮轴初始信号，凸轮轴初始信号包括凸轮轴信号实测分段长度、实测分段极性、实测凸轮轴信号沿极性、实测分段内是否存在曲轴缺齿信号信息，经进一步处理生成与分段信息结构及定义一致的实测分段信息；
实测分段信息与设置的分段信息数组中每一个分段信息按照比对开关参数设置值进行逐个比对，输出比对结果及凸轮轴信号状态；当实测分段信息比对结果唯一时，输出分段号，利用分段号计算确定凸轮轴相位，判断发动机缸号。
本发明具有以下优点：
①本方法无需发动机本体部件改动，只需要进行软件程序参数和流程设计就可以实现，成本低。并且可推广适应搭载电子调速、电控单体泵、电控分配泵、蓄压分配式共轨、高压共轨等燃油***的各类电控柴油机型。
②兼容多种类型的凸轮轴信号轮，使用常用的凸轮轴初始信号处理方法后，应用本方法，在单个发动机循环内、在多个凸轮轴位置点都能实现快速识别凸轮轴相位以及判缸。通过本方法提升了***的兼容性、准确性及判断效率。
③允许凸轮轴信号轮机械加工和安装一定范围内的偏差，增加了***的容错能力；通过凸轮轴信号状态输出，实现对凸轮轴信号监控，当出现相关故障时，能快速找到问题原因。通过本方法提升了***的稳定性及可靠性。
附图说明
图1 电控柴油发动曲轴信号与凸轮轴信号获取装置结构图。
图2 一款电控柴油发动机曲轴信号盘和凸轮轴信号轮相对位置图。
图3 曲轴信号和凸轮轴信号设计相位图。
图4 凸轮轴信号参数配置图。
图5 凸轮轴信号状态位定义图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，是一种电控柴油发动曲轴信号与凸轮轴信号获取装置，包括曲轴信号盘11，曲轴位置传感器12，凸轮轴信号轮13，凸轮轴位置传感器14，曲轴位置传感器12和凸轮轴位置传感器14通过线束15与电控单元(ECU)16连接。曲轴位置传感器12获取的曲轴信号，凸轮轴位置传感器14获取凸轮轴信号，曲轴和凸轮轴原始信号通过线束15送入发动机电控单元16。
为了更好的描述本发明，以一款四缸四冲程电控柴油发动机为例进行具体实施方式的说明。此款发动机具有以下特点：曲轴信号盘为60-2齿，4＋1齿凸轮轴信号轮，4齿均匀分布，物理点火缸序为1-3-4-2，曲轴与凸轮轴传动比为2:1。第1缸活塞达到压缩上止点（TDC1）时，曲轴信号盘和凸轮轴信号轮相对位置为图2。曲轴传感器与第1缸上止点角度21为60°曲轴转角；曲轴与凸轮轴中心连线角度22为45°曲轴转角；凸轮轴多齿与旋转方向前一齿的角度23为30°凸轮轴转角；凸轮轴传感器与多齿的角度24为108°凸轮轴转角。
设置曲轴和凸轮轴信号触发沿均为下降沿。设计相位图3由图2角度推算得到，其中凸轮轴转角角度均已转换成曲轴转角角度，文中角度未作特别说明处均为曲轴转角。设计相位图3在发动机设计时随着图2的定型就已确定，不会随着发动机工作而产生角度的改变。
图3中A表示曲轴信号；B表示凸轮轴信号；C表示凸轮轴信号分段；D表示（理论）逻辑上止点；E表示逻辑上止点对应实际发动机缸号；F表示凸轮轴信号分段信息（数值）。
如图3所示，四缸机逻辑上止点在 D1、D2、D3、D4处，D1为第1缸上止点位置，基准角度为0°，对应实际的缸号E1、E2、E3、E4为第1缸、第3缸、第4缸、第2缸。第1缸上止点距曲轴缺齿信号后第二齿下降沿的角度31为60°。第1缸上止点距其后首个凸轮轴信号沿的角度32为84°。凸轮轴信号下降沿把720°凸轮轴信号分成5个分段C1、C2、C3、C4、C5，对应（设计）分段长度分别为：180°、180°、60°、120°、180°。
软件中设计凸轮轴信号分段长度数组CA1，数组索引从1到3，对应角度B411、B412、B413为180°、120°、60°。设计数组CA2，数组索引从1到3，对应容错角度B421、B422、B423为10°、10°、10°，此容错角度值设定按照发动机厂家对凸轮轴信号轮机械加工要求及安装时相位偏差的容忍度。
图4中CA1表示凸轮轴信号分段长度数组；CA2表示凸轮轴信号分段长度偏差数组；CA3表示凸轮轴信号分段信息数组；CA4表示凸轮轴信号分段比对标准数组；BT4表示凸轮轴信号分段信息二进制位定义。
分段信息数值二进制位定义如图4中BT4，其中451、452、453、454为分段长度对应索引（转换成二进制）标志位；455为凸轮轴信号沿极性标志位，0表示下降沿，1表示上升沿；456为凸轮轴信号分段极性标志位，0表示低电平、1表示高电平（此示例机型按信号触发沿为下降沿设置，分段内存在高/低电平，此种情况极性默认设置为0）；457为分段内是否存在曲轴缺齿信号标志位，0表示不存在曲轴缺齿信号，1表示存在曲轴缺齿信号；458为等距边沿标志位，0表示此分段起始信号沿非等距边沿，1表示此分段起始信号沿为等距边沿。
软件中设计凸轮轴信号分段信息数组CA3，数组索引从1到5，对应着C1到C5分段。根据分段信息数值二进制定义规则，则对应分段C1到C5的分段信息数组数值B431、B432、B433、B434、B435依次为：128、192、130、1、192。
设置凸轮轴信号分段信息比对参数来选择实测凸轮轴分段信息与凸轮轴分段信息数组中数值的比对项。此处设置的比对值为79，二进制表示为01001111，则表示比对项为分段长度、分段内是否存在曲轴缺齿信号。由凸轮轴信息数组CA3生成比对标准数组CA4，数组索引从1到5，对应着C1到C5分段比对标准值B441、B442、B443、B444、B445依次为：0、64、2、1、64。
发动机启动后，通过曲轴位置传感器获取曲轴信号，凸轮轴位置传感器获取凸轮轴信号，以曲轴信号作为角度度量基准，测量相邻凸轮轴信号沿的角度即为实测分段长度，检测分段内是否存在曲轴缺齿信号。从检测到第一个凸轮轴信号下降沿后，每当检测到凸轮轴信号下降沿，则触发中断，从凸轮轴信号缓冲区中读取信息。
获取到的实测分段长度通过与分段长度数组CA1和偏差数组CA2的决定的范围比较，确定在分段长度数组CA1中对应的索引。本例中，若实测分段长度在[50°，70°]，则对应CA1索引2；若实测分段长度在[110°，130°]，则对应CA1索引1；若实测分段长度在[170°，190°]，则对应CA1索引0。若实测分段长度不在这些角度范围内，则电控***记录错误，凸轮轴信号状态输出为552分段长度错误。
反查到的索引和获取的分段中曲轴缺齿信号信息及其他不需要比对标志位数值可构成一个与分段信息数值结构和定义一致的数值，即为分段信息实测值。反查比对标准数组CA4，得到凸轮轴信号状态BT5。
分段信息实测值在比对标准数组CA4唯一对应，即本例中实测值等于0、2或1时，则可确定当前凸轮轴相位，凸轮轴信号状态555置位。若实测值等于0时，对应标准数组CA4索引为1（即分段号），当前凸轮轴相位为84°＋180°=264°；若实测值等于2时，对应标准数组CA4索引为3，当前凸轮轴相位为84°＋180°＋180°＋60°=504°；若实测值等于1时，对应标准数组CA4索引为4，则当前凸轮轴相位为84°＋180°＋180°＋60°＋120°＝624°。
计算得到当前的凸轮轴相位后，根据各缸上止点对应的角度即可判定下一个压缩上止点。本例中凸轮轴相位为264°时，下一个压缩上止点为D3，对应实际缸号为发动机第4缸；凸轮轴相位为504°时，下一个压缩上止点为D4，对应实际缸号为发动机第2缸；凸轮轴相位为624°时，下一个压缩上止点为D1，对应实际缸号为发动机第1缸。
图5中BT5表示凸轮轴信号状态二进制位定义，其中551表示无凸轮轴分段信息（初值状态）；552表示分段长度错误；553表示比对未成功，未找到对应值；554表示比对成功，但非唯一对应；555表示比对成功，唯一对应；556表示比对次数超过允许最大次数；556、557未使用（预留）。
此实施用例为优选示例，使用此方法及装置通过设置不同的参数及程序设计，可以实现快速确定凸轮轴相位和判缸。
Claims (3)
1.电控柴油发动机凸轮轴信号处理和快速确定相位的方法，其中发动机曲轴信号盘上装有曲轴位置传感器，获取曲轴信号；凸轮轴信号轮装有凸轮轴位置传感器，获取凸轮轴信号；曲轴和凸轮轴原始信号通过发动机线束送入发动机电控单元，其特征是，所述方法步骤如下：
步骤1，根据设计的曲轴和凸轮轴信号相位图，在电控单元软件中对两种信号特征和相位进行配置：
1.1分别设置需要捕获的曲轴信号沿及凸轮轴信号沿类型，则设置的凸轮轴信号沿在一个发动机工作循环内把凸轮轴信号分成多个区间称为凸轮轴分段，分段与分段号一一对应；
1.2设置参数写入第1缸上止点与其后首个凸轮轴信号沿的角度；
1.3设置凸轮轴信号分段长度数组存储不同的分段长度，凸轮轴信号分段长度以曲轴转角度数表示；
1.4设置凸轮轴信号分段长度偏差数组，数组结构与分段长度数组结构一致；
1.5分段信息由分段长度对应分段长度数组的索引、凸轮轴信号分段极性、凸轮轴信号沿极性、分段内是否存在曲轴缺齿信号、是否是等距边沿信息以二进制位定义组成，分段信息数值以十进制数值显示；
1.6设置凸轮轴信号分段信息数组，分段信息数值写入分段信息数组；
1.7设置凸轮轴信号分段信息比对开关参数；
步骤2，配置完成后，发动机电控单元获取到曲轴和凸轮轴原始信号，进行初始处理，生成曲轴及凸轮轴初始信号；凸轮轴初始信号包括：凸轮轴信号实测分段长度、实测分段极性、实测凸轮轴信号沿极性、实测分段内是否存在曲轴缺齿信号信息；经进一步处理生成与分段信息结构及定义一致的实测分段信息；
步骤3，实测分段信息与设置的分段信息数组中每一个分段信息按照比对开关参数设置值进行逐个比对，输出比对结果及凸轮轴信号状态；当实测分段信息比对结果唯一时，输出分段号，利用分段号计算确定凸轮轴相位，判断发动机缸号。
2.如权利要求1所述的电控柴油发动机凸轮轴信号处理和快速确定相位的方法，其特征是，所述发动机曲轴信号盘与凸轮轴信号轮相对位置为固定。
3.如权利要求1所述的电控柴油发动机凸轮轴信号处理和快速确定相位的方法，其特征是，所述曲轴信号盘为m-n齿类型，m为包含缺齿的信号齿总数，n为连续缺齿个数；凸轮轴信号轮为单齿、z＋1齿或z+k齿，z为均分齿个数，k为多齿个数。
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| CN105736157A (zh) | 2016-07-06 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |