CN109342919B - 一种车用喷油器电磁阀驱动电路的故障诊断***及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种车用喷油器电磁阀驱动电路的故障诊断***及方法。该故障诊断***包括MC33PT2000芯片和微控制器，微控制器通过串行外设接口(SPI)与MC33PT2000芯片通信，MC33PT2000芯片与驱动电路相连接。该故障诊断方法通过MC33PT2000芯片的微码编程诊断以及微控制器的分析判断，实现了对驱动电路经常发生的十种故障的诊断，且具有诊断速度快、诊断精度高和占用微控制器资源少的特点。

Description

一种车用喷油器电磁阀驱动电路的故障诊断***及方法
技术领域
本发明涉及发动机电控燃油喷射***的故障诊断领域，特别是涉及一种车用喷油器电磁阀驱动电路的故障诊断***及方法。
背景技术
为满足日益严格的排放法规要求，高压共轨柴油机已经广泛流行，而高速开关电磁阀及其驱动电路是电控高压共轨柴油机中最核心的组成部分。在电磁阀上亿次开关的工作寿命中，其可靠性、稳定性是电控柴油机重要指标之一，而且驱动电路的故障必然会影响电磁阀工作，所以在工作过程中，喷油器电磁阀驱动电路的故障诊断也十分重要。为了满足高速电磁阀的响应特性，提高***稳定性，驱动电路常设计为高低端电压分时驱动。传统的对喷油电路诊断常采用两种方式：(1)间接诊断：检测发动机瞬时转速，计算各缸喷油的不均匀性，再由软件判断故障状态，该方法占用CPU资源量大，响应速度慢，且判断准确性差；(2)直接方式：直接检测电磁阀电流，通过检测电流到达不同参考值的时间，采用单片机逻辑判断诊断电磁阀故障状态，虽能够直接快速检测出故障，但故障只限于电磁阀短路和开路的情况。而在工作过程中，由于控制器存在碰撞、振动等因素，这使得高端BOOST MOS管、高端BATMOS管、低端MOS管和电磁阀都有断路、短路的可能，并且因为电磁阀是外接的，电磁阀高端短路到GND和电磁阀低端短路到VBOOAT或VBAT也会发生，所以喷油器电路故障状态总数共有10种，但是到目前为止还没有一种可以诊断10种故障的算法。例如中国专利CN102486131公开了一种喷油器驱动诊断与保护电路，该诊断与保护电路包括电压比较器和两个锁存器电路。它是接收来自诊断与保护电路的反馈信号，根据反馈信号判别出故障模式，这种方案虽然响应速度快，控制适应性好，但是只能检测驱动电路6种故障，且电路十分复杂更是降低了控制器的可靠性。
发明内容
本发明的目的是提供一种车用喷油器电磁阀驱动电路的故障诊断***及方法，能够快速、准确的检测出驱动电路的十种故障。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种车用喷油器电磁阀驱动电路的故障诊断***，所述***包括MC33PT2000芯片和微控制器，所述微控制器通过串行外设接口与所述MC33PT2000芯片通信，所述MC33PT2000芯片的G_HSx引脚与驱动电路的高端MOS管的栅极相连，所述MC33PT2000芯片的S_HSx引脚与驱动电路的高端MOS管的源极相连，所述MC33PT2000芯片的D_LSx引脚与驱动电路的低端MOS管的漏极相连，所述MC33PT2000芯片的G_LSx引脚与驱动电路的低端MOS管的栅极相连，所述MC33PT2000芯片的G_LS7/8引脚与驱动电路用于驱动电压变换的MOS管的栅极相连。
可选的，所述MC33PT2000芯片的IRQB引脚与所述微控制器的触发引脚相连，所述触发引脚用于检测所述IRQB引脚的电平，当所述电平拉低，所述微控制器通过串行外设接口获取所述MC33PT2000芯片检测到的故障信息。
可选的，所述微控制器的ETPU引脚与所述MC33PT2000芯片的START引脚相连。
本发明还提供了一种车用喷油器电磁阀驱动电路的故障诊断方法，所述方法应用于本发明提供的车用喷油器电磁阀驱动电路的故障诊断***，所述方法包括：
微控制器向MC33PT2000芯片发出开始诊断的命令；
MC33PT2000芯片将高端MOS管和低端MOS管关闭，将偏置电压打开，所述高端MOS管包括高端BOOSTMOS管和高端BATMOS管；
MC33PT2000芯片判断hsx_vds_vbat_fbk比较器是否输出低电平；
如果hsx_vds_vbat_fbk比较器输出低电平，则诊断为高端BATMOS管短路；
MC33PT2000芯片判断lsx_vds_fbk比较器是否输出低电平；
如果lsx_vds_fbk比较器输出低电平，则诊断为电磁阀断路；
MC33PT2000芯片判断hsx_src_vboost_fbk比较器是否输出低电平；
如果hsx_src_vboost_fbk比较器输出低电平，则将第一故障发生标志置位；
MC33PT2000芯片判断hsx_vds_vboost_fbk比较器是否输出低电平；
如果hsx_vds_vboost_fbk比较器输出低电平，则将第二故障发生标志置位；
MC33PT2000芯片保持偏置电压打开，并将低端MOS管导通；
MC33PT2000芯片判断lsx_vds_fbk是否输出高电平；
如果lsx_vds_fbk比较器输出高电平，则诊断为低端MOS管断路；
MC33PT2000芯片根据寄存器中存储的信息，对驱动电路进行故障检测，所述寄存器中存储的信息为初始化时配置的信息；
MC33PT2000芯片记录驱动信号以及所述驱动信号对应的各比较器的输出状态，记为检测信息；
微控制器获取所述检测信息以及故障发生标志，并根据所述检测信息以及软件故障发生标志确定驱动电路的故障类型。
可选的，所述MC33PT2000芯片根据寄存器中存储的信息，对驱动电路进行故障检测，具体包括：
检测当高端BOOSTMOS管导通时，hsx_vds_vboost_fbk比较器的输出状态，记为第一输出状态；
检测当低端MOS管关闭时，lsx_vds_fbk比较器的输出状态，记为第二输出状态；
检测当低端MOS管导通时，lsx_vds_fbk比较器的输出状态，记为第三输出状态；
检测当高端BOOSTMOS管关闭时，hsx_vds_vboost_fbk比较器的输出状态，记为第四输出状态；
检测当高端BATMOS管导通时，hsx_vds_vbat_fbk比较器的输出状态，记为第五输出状态；
将各输出状态与所述寄存器中存储的信息进行比对，不一致时，拉低所述IRQB引脚的电平。
可选的，所述微控制器获取所述检测信息以及软件故障发生标志，并根据所述检测信息以及软件故障发生标志确定驱动电路的故障类型，具体包括：
判断第一故障发生标志是否置位；
如果第一故障发生标志置位；
则判断所述第一输出状态是否为高电平；
如果所述第一输出状态为高电平，则诊断为电磁阀高端短路到GND；
如果所述第一输出状态为低电平，则判断所述第二输出状态是否为低电平；
如果所述第二输出状态为低电平，则诊断为低端MOS管短路；
如果第一故障发生标志没有置位，则判断第二故障发生标志是否置位；
如果第二故障发生标志置位；
判断所述第三输出状态是否为高电平；
如果所述第三输出状态为高电平；
则诊断为电磁阀低端短路到VBOOST或VBAT；
如果所述第三输出状态为低电平；
则判断所述第四输出状态是否为低电平；
如果所述第四输出状态为低电平；
则诊断为高端BOOST MOS管短路；
如果第二故障发生标志没有置位；
则判断所述第三输出状态是否为高电平；
如果所述第三输出状态为高电平；
则诊断为电磁阀短路；
判断所述第一输出状态是否为高电平；
如果所述第一输出状态为高电平；
则诊断为高端BOOST MOS管断路；
判断所述第五输出状态是否为高电平；
如果所述第五输出状态为高电平；
则诊断为高端BAT MOS管断路。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明提供的车用喷油器电磁阀驱动电路的故障诊断***及方法采用MC33PT2000芯片和微控制器相结合的方式对驱动电路的故障进行诊断，通过MC33PT2000芯片的微码编程诊断以及微控制器的分析判断，实现了对驱动电路经常发生的十种故障的诊断，且具有诊断速度快、针对精度高的特点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例车用喷油器电磁阀驱动电路的故障诊断***结构示意图；
图2为本发明实施例车用喷油器电磁阀驱动电路的故障诊断方法流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种车用喷油器电磁阀驱动电路的故障诊断***及方法，能够快速、准确的检测出驱动电路的十种故障。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明实施例车用喷油器电磁阀驱动电路的故障诊断***结构示意图，如图1所示，本发明提供的车用喷油器电磁阀驱动电路的故障诊断***包括MC33PT2000芯片和微控制器，微控制器通过串行外设接口(SPI)与MC33PT2000芯片通信，MC33PT2000芯片的G_HSx引脚与驱动电路的高端MOS管的栅极相连，MC33PT2000芯片的S_HSx引脚与驱动电路的高端MOS管的源极相连，MC33PT2000芯片的D_LSx引脚与驱动电路的低端MOS管的漏极相连，MC33PT2000芯片的G_LSx引脚与驱动电路的低端MOS管的栅极相连，MC33PT2000芯片的G_LS7/8引脚与驱动电路用于驱动电压变换(DC/DC)的MOS管的栅极相连，其转换电压VBOOST的最大值可达到72V，VSENSEPx与VSENSENx引脚分别与电流检测电阻的两端相连，实时检测电磁阀流过的电流，并反馈给微处理核，配合微码程序实现所需要的peak-hold电流波形。
微控制单元(MCU)通过串行外设接口(SPI)与MC33PT2000芯片进行数据交互，既可以向芯片中下载微码程序又可以读写芯片内部寄存器。MCU的8路增强型时间处理单元(ETPU)引脚与芯片START引脚相连，芯片内部微码可以通过检测START引脚的状态来控制喷油器的通断。MCU通过检测IRQB引脚状态来判断是否有故障发生，默认引脚状态为高电平，当引脚状态为低电平时有故障发生，微控制器通过串行外设接口(SPI)获取MC33PT2000芯片检测到的故障信息，所以为了能快速检故障状态，应将IRQB引脚与MCU能够实现输入捕捉功能的引脚相连。
在上述车用喷油器电磁阀驱动电路的故障诊断***的基础上，本发明提供了一种车用喷油器电磁阀驱动电路的故障诊断方法，图2为本发明实施例车用喷油器电磁阀驱动电路的故障诊断方法流程图，如图2所示，该方法包括：
步骤201：微控制器向MC33PT2000芯片发出开始诊断的命令；
步骤202：MC33PT2000芯片将高端MOS管和低端MOS管关闭，将偏置电压打开，高端MOS管包括高端BOOSTMOS管和高端BATMOS管；
步骤203：MC33PT2000芯片判断hsx_vds_vbat_fbk比较器是否输出低电平；
步骤204：如果hsx_vds_vbat_fbk比较器输出低电平，则诊断为高端BAT MOS管短路；
步骤205：MC33PT2000芯片判断lsx_vds_fbk比较器是否输出低电平；
步骤206：如果lsx_vds_fbk比较器输出低电平，则将诊断为电磁阀断路；
步骤207：MC33PT2000芯片判断hsx_src_vboost_fbk比较器是否输出低电平；
步骤208：如果hsx_src_vboost_fbk比较器输出低电平，则将第一故障发生标志置位；
步骤209：MC33PT2000芯片判断hsx_vds_vboost_fbk比较器是否输出低电平；
步骤210：如果hsx_vds_vboost_fbk比较器输出低电平，则将第二故障发生标志置位；
步骤211：MC33PT2000芯片保持偏置电压打开，并将低端MOS管导通；
步骤212：MC33PT2000芯片判断lsx_vds_fbk是否输出高电平；
步骤213：如果lsx_vds_fbk比较器输出高电平，则诊断为低端MOS管断路；
步骤214：MC33PT2000芯片根据寄存器中存储的信息，对驱动电路进行故障检测，寄存器中存储的信息为初始化时配置的信息；
步骤215：MC33PT2000芯片记录驱动信号以及驱动信号对应的各比较器的输出状态，记为检测信息；
步骤216：微控制器获取检测信息以及故障发生标志，并根据检测信息以及软件故障发生标志确定驱动电路的故障类型。
其中，步骤214具体包括：
检测当高端BOOSTMOS管导通时，hsx_vds_vboost_fbk比较器的输出状态，记为第一输出状态；检测当低端MOS管关闭时，lsx_vds_fbk比较器的输出状态，记为第二输出状态；检测当低端MOS管导通时，lsx_vds_fbk比较器的输出状态，记为第三输出状态；检测当高端BOOST MOS管关闭时，hsx_vds_vboost_fbk比较器的输出状态，记为第四输出状态；检测当高端BAT MOS管导通时，hsx_vds_vbat_fbk比较器的输出状态，记为第五输出状态；
将各输出状态与寄存器中存储的信息进行比对，不一致时，拉低所述IRQB引脚的电平，寄存器中存储的信息为初始化时预先配置的驱动电路正常时，各比较器的输出状态。
步骤216具体包括：
判断第一故障发生标志是否置位；
如果第一故障发生标志置位；
则判断第一输出状态是否为高电平；
如果第一输出状态为高电平，则诊断为电磁阀高端短路到GND；
如果第一输出状态为低电平，则判断第二输出状态是否为低电平；
如果第二输出状态为低电平，则诊断为低端MOS管短路；
如果第一故障发生标志没有置位，则判断第二故障发生标志是否置位；
如果第二故障发生标志置位；
判断第三输出状态是否为高电平；
如果第三输出状态为高电平；
则诊断为电磁阀低端短路到VBOOST或VBAT；
如果第三输出状态为低电平；
则判断第四输出状态是否为低电平；
如果第四输出状态为低电平；
则诊断为高端BOOSTMOS管短路；
如果第二故障发生标志没有置位；
则判断第三输出状态是否为高电平；
如果第三输出状态为高电平；
则诊断为电磁阀短路；
判断第一输出状态是否为高电平；
如果第一输出状态为高电平；
则诊断为高端BOOSTMOS管断路；
判断第五输出状态是否为高电平；
如果第五输出状态为高电平；
则诊断为高端BATMOS管断路。
所有诊断过程均通过MC33PT2000芯片的微码编程实现，将步骤201到步骤210定义为软件诊断，将步骤211到步骤213定义为附加诊断，将步骤214到步骤216定义为硬件自动诊断。当MC33PT2000芯片接到MCU的喷油触发信号时，软件诊断过程将使三个MOS管(高端BOOST MOS管、高端BATMOS管和低端MOS管)均处于关闭状态，打开3.8V偏置电压(由于此时电流很小，电磁阀不会动作)，并检测MC33PT2000芯片中所有比较器的输出状态，10种故障所对应的各比较器状态如表1所示(“1”代表比较器输出高电平，“x”表示与正常状态一样，无法区分)。从表1中可以看出，高端BAT MOS管短路时hsx_vds_bat_fbk比较器输出低电平，其余比较器均输出高电平；高端BATMOS管断路、高端BOOSTMOS管断路、低端MOS管断路及Load短路都与正常状态一样，不能区分；高端BOOST MOS管短路与电磁阀低端短路到VBOOST故障状态一样，即hsx_vds_boost_fbk比较器输出低电平，其余比较器输出高电平；LS短路与电磁阀高端短路到GND故障状态一致，比较器hsx_src_boost_fbk、hsx_src_bat_fbk、lsx_vds_fbk输出低电平，其余比较器输出高电平；Load断路时只有lsx_vds_fbk比较器输出低电平，其余比较器输出高电平。从以上分析中可以看出，高端BAT MOS管短路和Load断路故障状态唯一，可以在软件诊断中直接检测出来；由于高端BOOST MOS管短路和电磁阀低端短路到VBOOST故障状态一致，低端MOS管短路和电磁阀高端短路到GND故障状态一致，这4种故障会引起软件诊断，但不能准确诊断出发生的是何种故障。
表1软件诊断中10种故障所对应的比较器状态
附加诊断是在软件诊断结束后，偏置电压还在为回路供电时，将低端MOS管打开，在附加诊断中，正常情况下，比较器lsx_vds_fbk应该输出低电平，但是发生低端MOS管断路后，比较器lsx_vds_fbk将输出高电平，所以低端MOS管断路故障可以在附加诊断中检测出来。
硬件自动诊断是按表2-6配置MC33PT2000芯片的错误列表寄存器，当故障发生时，会出现驱动输出和相应反馈检查不一致的情况，而MC33PT2000芯片会记录各个时刻驱动信号与各比较器的输出状态，硬件会自动拉低IRQB引脚，再由MCU分析判断发生的是何种故障。除了软件诊断已经检测出的高端BATMOS管短路、Load断路和附加诊断检测出的低端MOS管断路外，剩下的7种故障需要在自动诊断中得到区分。这7种故障的故障特征如表7所示(“1”代表满足这种条件)。从表7中可以看出，在软件诊断中高端BOOST MOS管短路与电磁阀低端短路到VBOOST故障状态相同，低端MOS管短路与电磁阀高端短路到GND故障状态一样，但是这4种故障在自动诊断中可以得到很好的区分；且自动诊断中高端BATMOS管断路、高端BOOSTMOS管断路和Load短路的故障特征也是唯一，得以区分。
表2低端MOS管Vds错误列表
表3高端BAT MOS管Vds错误列表
表4高端BAT MOS管Vsrc错误列表
表5高端BOOST MOS管Vds错误列表
表6高端BOOST MOS管Vsrc错误列表
表7硬件自动诊断中7种故障的特征
本发明提供的车用喷油器电磁阀驱动电路的故障诊断***及方法，快速、准确地判别电磁阀的分时驱动电路经常发生的10种电路故障，且充分利用软硬件优势，具有占用CPU资源少、工作可靠性强的优势。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种车用喷油器电磁阀驱动电路的故障诊断***，其特征在于，所述***包括MC33PT2000芯片和微控制器，所述微控制器通过串行外设接口与所述MC33PT2000芯片通信，所述MC33PT2000芯片的G_HSx引脚与驱动电路的高端MOS管的栅极相连，所述MC33PT2000芯片的S_HSx引脚与驱动电路的高端MOS管的源极相连，所述MC33PT2000芯片的D_LSx引脚与驱动电路的低端MOS管的漏极相连，所述MC33PT2000芯片的G_LSx引脚与驱动电路的低端MOS管的栅极相连，所述MC33PT2000芯片的G_LS7/8引脚与驱动电路中的用于驱动电压变换的MOS管的栅极相连。
2.根据权利要求1所述的车用喷油器电磁阀驱动电路的故障诊断***，其特征在于，所述MC33PT2000芯片的IRQB引脚与所述微控制器的触发引脚相连，所述触发引脚用于检测所述IRQB引脚的电平，当所述电平拉低，所述微控制器通过串行外设接口获取所述MC33PT2000芯片检测到的故障信息。
3.根据权利要求1所述的车用喷油器电磁阀驱动电路的故障诊断***，其特征在于，所述微控制器的ETPU引脚与所述MC33PT2000芯片的START引脚相连。
4.一种车用喷油器电磁阀驱动电路的故障诊断方法，其特征在于，所述方法应用于如权利要求1-3任一项所述的车用喷油器电磁阀驱动电路的故障诊断***，所述方法包括：
微控制器向MC33PT2000芯片发出开始诊断的命令；
MC33PT2000芯片将高端MOS管和低端MOS管关闭，将偏置电压打开，所述高端MOS管包括高端BOOSTMOS管和高端BATMOS管；
MC33PT2000芯片判断hsx_vds_vbat_fbk比较器是否输出低电平；
如果hsx_vds_vbat_fbk比较器输出低电平，则诊断为高端BATMOS管短路；
MC33PT2000芯片判断lsx_vds_fbk比较器是否输出低电平；
如果lsx_vds_fbk比较器输出低电平，则诊断为电磁阀断路；
MC33PT2000芯片判断hsx_src_vboost_fbk比较器是否输出低电平；
如果hsx_src_vboost_fbk比较器输出低电平，则将第一故障发生标志置位；
MC33PT2000芯片判断hsx_vds_vboost_fbk比较器是否输出低电平；
如果hsx_vds_vboost_fbk比较器输出低电平，则将第二故障发生标志置位；
MC33PT2000芯片保持偏置电压打开，并将低端MOS管导通；
MC33PT2000芯片判断lsx_vds_fbk是否输出高电平；
如果lsx_vds_fbk比较器输出高电平，则诊断为低端MOS管断路；
MC33PT2000芯片根据寄存器中存储的信息，对驱动电路进行故障检测，所述寄存器中存储的信息为初始化时配置的信息；
MC33PT2000芯片记录驱动信号以及所述驱动信号对应的各比较器的输出状态，记为检测信息；
微控制器获取所述检测信息以及故障发生标志，并根据所述检测信息以及软件故障发生标志确定驱动电路的故障类型。
5.根据权利要求4所述的车用喷油器电磁阀驱动电路的故障诊断方法，其特征在于，所述MC33PT2000芯片根据寄存器中存储的信息，对驱动电路进行故障检测，具体包括：
检测当高端BOOSTMOS管导通时，hsx_vds_vboost_fbk比较器的输出状态，记为第一输出状态；
检测当低端MOS管关闭时，lsx_vds_fbk比较器的输出状态，记为第二输出状态；
检测当低端MOS管导通时，lsx_vds_fbk比较器的输出状态，记为第三输出状态；
检测当高端BOOSTMOS管关闭时，hsx_vds_vboost_fbk比较器的输出状态，记为第四输出状态；
检测当高端BATMOS管导通时，hsx_vds_vbat_fbk比较器的输出状态，记为第五输出状态；
将各输出状态与所述寄存器中存储的信息进行比对，不一致时，拉低IRQB引脚的电平。
6.根据权利要求5所述的车用喷油器电磁阀驱动电路的故障诊断方法，其特征在于，所述微控制器获取所述检测信息以及软件故障发生标志，并根据所述检测信息以及软件故障发生标志确定驱动电路的故障类型，具体包括：
判断第一故障发生标志是否置位；
如果第一故障发生标志置位；
则判断所述第一输出状态是否为高电平；
如果所述第一输出状态为高电平，则诊断为电磁阀高端短路到GND；
如果所述第一输出状态为低电平，则判断所述第二输出状态是否为低电平；
如果所述第二输出状态为低电平，则诊断为低端MOS管短路；
如果第一故障发生标志没有置位，则判断第二故障发生标志是否置位；
如果第二故障发生标志置位；
判断所述第三输出状态是否为高电平；
如果所述第三输出状态为高电平；
则诊断为电磁阀低端短路到VBOOST或VBAT；
如果所述第三输出状态为低电平；
则判断所述第四输出状态是否为低电平；
如果所述第四输出状态为低电平；
则诊断为高端BOOST MOS管短路；
如果第二故障发生标志没有置位；
则判断所述第三输出状态是否为高电平；
如果所述第三输出状态为高电平；
则诊断为电磁阀短路；
判断所述第一输出状态是否为高电平；
如果所述第一输出状态为高电平；
则诊断为高端BOOST MOS管断路；
判断所述第五输出状态是否为高电平；
如果所述第五输出状态为高电平；
则诊断为高端BAT MOS管断路。
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