CN112041552A - 用于机动车辆的高压传感器的诊断的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于诊断机动车辆中的高压传感器的方法和装置。在所述方法中，由高压传感器提供压力测量信号并将其提供给控制单元。控制单元评估压力信号并确定用于要喷射的燃料量的控制信号。此外，控制单元被设计成执行高压传感器诊断，在此期间‑检查由高压传感器提供的压力测量信号的两个连续值之间的差是否大于计算的最大差值，以及‑检查在一时间段内测量的最小压力测量信号与在相同时间段内测量的最大压力测量信号之间的差是否小于由高压传感器提供的压力测量信号的预期变化，以及‑检查测量的压力梯度是否小于预期的压力梯度。

Description

用于机动车辆的高压传感器的诊断的方法及装置

技术领域

本发明涉及一种用于诊断机动车辆的高压传感器的方法和装置。

背景技术

这种高压传感器尤其用于汽车工业。例如，现代的机动车辆使用具有高压燃料贮存器（轨道）的燃料喷射***，通过使用喷射器将处于高压下的燃料从该高压燃料贮存器（轨道）喷射到相应机动车辆的燃烧室中。基于由轨压传感器提供的轨压信号，使用控制回路控制高压燃料贮存器中的燃料压力。

轨压传感器通常产生呈信号电压V_输出形式的轨压信号，该轨压信号被馈送给控制单元。轨压传感器由控制单元供给电压，该控制单元为轨压传感器提供供电电压和接地信号。由轨压传感器提供的信号电压取决于存储在轨压传感器的ASIC中的预先编程的传递函数。控制单元通过评估所接收的信号电压V_输出和所存储的传感器校准来计算轨压。

上述过程的缺点在于，所测量的轨压信号在实践中经受漂移，使得所测量的轨压信号以不期望的方式偏离轨压信号的实际存在值。这例如可以具有如下效果，在测量的轨压信号过低的情况下，在实际的***中出现过压，这导致***爆裂。

原则上，所述漂移可以是恒定的正漂移或负漂移，使得所测量的轨压值向上或向下偏离实际存在的轨压值一恒定值。替代地，所述漂移也可以是正漂移或负漂移，使得随着轨压的升高，所测量的轨压值的偏差越来越多地从实际存在的轨压值向上或向下偏移。

如果即使实际轨压值继续稳定地上升，所测量的轨压值也保持不变或定格，则会出现所述过程的另一缺点。这也可能导致***爆裂。

此外，已知装置的缺点在于，所测量的轨压值可能具有不规则的跳变或不规则的噪声。

所述过程的另一缺点在于，从高压传感器到控制单元的输出信号的传输可能受到干扰。由于由高压传感器传输的信号以电信号电压的形式传输，因此信号的发送器与信号的接收器之间的任何信号干扰都可以表现为漂移信号。

如果所测量的轨压值与实际存在的轨压值不同，但仍处于高压***的允许值范围内，则存在所测量的轨压信号的所谓的范围内误差（in-range error）。如果所测量的轨压值偏离实际存在的轨压值并且位于高压***的允许值范围之外，则存在所测量的轨压信号的所谓的范围外误差（out-of-range error）。由于在控制单元中使用上拉电阻（pull-upresistor）时例如为5V的信号电压不再位于高压传感器的值范围内，所以可以相对容易地检测所测量的轨压值的这种范围外的误差。

所测量的轨压信号的范围内的误差例如可以具有以下原因，所述误差可能导致在高压***中存在过压或者甚至导致高压***的爆裂：

-所述高压***的电缆束中的电阻的增加；

-当前电缆束中的部分短路；

-高压***中的随后改变；

-所述高压传感器的供电电压位于所允许的范围之外。

电缆束中、特别是供电电缆中的电阻的所述增加导致所测量的高压信号的不期望的漂移，这可能导致高压***中的过压或甚至导致高压***爆裂。这些不期望的结果也可能由高压传感器的供电电压的不期望的降低引起。

接地短路通常导致电压被下拉，并且如果信号电压位于特定的低短路诊断范围内，则控制单元可以检测到该短路。另一方面，部分短路可能导致电压被拉低，这在控制单元的短路诊断期间不能被控制单元检测到。这种部分短路意味着所测量的轨压低于实际存在的轨压。这可能导致高压***中的过压或者甚至导致高压***爆裂。

经常进行高压***的随后改变，以便改善相应的机动车辆发动机的性能。然而，在机动车辆开始运行之前，高压传感器被调节到正常的车辆运行。结果，它提供了太低的测量电压。结果，本控制***增加了流过相应喷射器的喷射燃料量。这又可能导致高压***中的过压或者甚至导致高压***爆裂。

如果高压传感器的供电电压位于允许的范围之外，则由于高压传感器的供电电压被用作高压传感器的传递函数的参考，这可能导致压力传感器输出电压以不期望的方式漂移。例如，过低的供电电压导致在测量值的方向上的过低的漂移。结果，本控制***不期望地增加了喷射的燃料量。这又可能导致高压***中的过压或者甚至导致高压***爆裂。

迄今为止，已经尝试通过在高压***中使用减压阀来消除上述问题。此外，迄今为止已经尝试通过使用附加的冗余压力传感器来消除上述问题。使用上述两种措施都涉及高压***的附加成本。

发明内容

本发明的目的是，执行机动车辆的高压传感器的诊断，使得可以在不增加附加部件的成本的情况下检测所测量的高压信号的范围内的误差。

该目的通过具有权利要求1中详细说明的特征的方法实现。本发明的有利改进和发展在从属权利要求2-7中详细说明。权利要求8涉及一种用于诊断机动车辆的高压传感器的装置。

在根据本发明的用于诊断机动车辆的高压传感器的方法中，其中，借助于高压传感器提供压力测量信号，该压力测量信号被馈送给控制单元，该控制单元评估该压力测量信号并且确定用于要喷射的燃料量的控制信号，

控制单元还设计用于执行高压传感器诊断，其中

-检查由所述高压传感器提供的压力测量信号的两个连续值之间的差是否大于计算的最大差值，以及

-检查在一时间段内测量的最小压力测量信号和在相同时间段内测量的最大压力测量信号之间的差是否小于由高压传感器提供的压力测量信号的预期变化，以及

-检查所测量的压力梯度是否小于预期的压力梯度。

本发明的优点特别在于，可以使用在任何情况下存在的组件在软件中执行机动车辆的高压传感器的诊断。对于机动车辆的高压传感器的诊断不需要附加的部件。借助于根据本发明的方法，可以可靠地检测高压传感器的输出信号中的范围内误差的存在，从而可以可靠地避免用于避免相应存在的高压***中的不期望的过压的可靠合适的措施，并且特别是也可以可靠地避免相应的高压***的爆裂的发生。

附图说明

本发明的其它有利特征将从以下基于附图对其进行的示例性解释中显现，在附图中，

图1示出了机动车辆的柴油共轨喷射***的框图，

图2示出了借助于电缆束连接到控制单元的输入电路的高压传感器的框图，

图3示出了用于说明高压传感器的传递函数的图，

图4示出了用于说明所测量的信号电压中的恒定漂移的图，

图5示出了用于说明在压力范围上增加的测量信号电压的漂移的图，

图6示出了用于说明所测量的信号电压的定格的图，

图7示出了用于说明在测量的信号电压中的不期望的跳变和不期望的噪声的图，

图8示出了用于解释第一检测策略的图，

图9示出了用于解释第二检测策略的图，以及

图10示出了用于解释第三检测策略的图。

具体实施方式

图1示出了机动车辆的燃料喷射***的框图。

所示的***是柴油共轨喷射***1。其具有燃料箱2，燃料从该燃料箱经由燃料过滤器3借助于燃料泵供给到高压泵装置6。在燃料过滤器3和高压泵装置6之间的区域中布置有旨在用于测量燃料压力的低压传感器4和旨在用于测量燃料温度的温度传感器5，其输出信号被供给到控制单元12。

高压泵装置6具有偏心室6a、入口过滤器6b、入口阀6c、具有高压活塞的高压缸6d以及出口阀6e。

由燃料过滤器3提供的燃料流过偏心室6a和入口过滤器6b，并从那里经由入口阀6c进入高压缸6d。在那里，燃料压力借助于高压活塞被提高到期望的高压。然后，压缩燃料经由出口阀6e离开高压泵装置6，以便经由轨道入口孔7到达高压贮存器或轨道8。通过使用燃料喷射器11将处于高压的燃料从轨道8喷射到相应机动车辆的燃烧室中。布置在燃料箱中的燃料泵的控制、高压泵装置6的入口阀6c的控制以及用于喷射到相应燃烧室中的过程的控制由控制单元12执行，该控制单元提供必要的控制信号。为了确定这些控制信号，控制单元12使用存储的工作程序、存储的数据字段和馈送给它的传感器信号，这些传感器信号包括由低压传感器4提供的传感器信号、由温度传感器5提供的传感器信号和由高压传感器9提供的传感器信号。借助于高压传感器9测量轨道8中的燃料的压力。

此外，图1中所示的柴油共轨喷射***1具有连接到所述轨道8的减压阀10，其任务是当期望的压力降低不再能实现其在喷射器中降低的量时，将轨道8中存在的燃料压力降低到预定的压力值。在这种情况下，燃料从轨道8返回到燃料箱2中。

图2示出了一框图，从该框图中可以看到图1中所示的高压传感器9如何借助于电缆束13连接到图1中所示的控制单元12的输入电路12a。

可以看到，高压传感器9提供信号电压V_输出作为输出信号，该信号电压V_输出经由高压传感器9的连接点14被传输到控制单元12的输入电路12a的连接点15。此外，可以看到，高压传感器9经由控制单元12的输入电路12a被提供有能量，高压传感器9在其连接点14处被提供有供电电压V_s和接地信号GND。信号电压V_输出、供电电压V_s和接地信号GND经由电缆束13在连接点14和15之间传输。在输入电路12a的输出处提供信号电压V_Sig，并且该信号电压V_Sig被转递到控制单元12的模数转换器（未示出）。

从图2中还可以看到，控制单元12的输入电路12a具有用于供电电压Vs、电流路径I_负载和I_供电、电阻器R1和R2以及电容器C1和C2的输入。

高压传感器9的输出信号，即信号电压V_输出，根据存储在控制单元12的存储器中的传递函数来评估。这在图3中示出。其示出了用于说明高压传感器的传递函数的图，该传递函数基于不同的校准。信号电压V_输出向上绘制为供电电压Vs的百分比并且在右边绘制了压力（以巴（bar）为单位）。图3中所示的曲线K1示出了对应于高达1800巴的测量值范围的校准的传递函数。图3所示的曲线K2示出了对应于高达2000巴的测量值范围的校准的传递函数。图3所示的曲线K3示出了对应于高达2400巴的测量值范围的校准的传递函数。控制单元12通过评估所接收的信号电压V_输出和存储的校准值来计算燃料压力。

由控制单元计算的燃料压力可能发生漂移。这意味着所计算的燃料压力可能偏离实际存在的燃料压力。在上述高压***的情况下，这可能具有这样的效果，即如果所计算的燃料压力低于实际存在的燃料压力，则产生过压，在最坏的情况下，这可能导致高压***爆裂。

图4示出了用于说明所测量的信号电压中的恒定漂移的图。向上绘制信号电压V，并且向右绘制压力P。曲线K4示出了由高压传感器9输出的额定信号电压，其作为校准存储在控制单元的微控制器中。曲线K5示出了在存在正漂移的情况下由控制单元检测到的电压，在该情况下，所计算的燃料压力大于实际存在的燃料压力。在这种情况下，存在所需压力过低的风险。曲线K6示出了在存在负漂移的情况下由控制单元检测到的电压，在该情况下，所计算的燃料压力低于实际存在的燃料压力。在这种情况下，存在发生过压的风险。

图5示出了用于说明在压力范围上增加的测量信号电压的漂移的图。向上绘制信号电压V，并且向右绘制压力P。曲线K4示出了由高压传感器9输出的额定信号电压，其作为校准存储在控制单元的微控制器中。曲线K7示出了在存在正漂移的情况下由控制单元检测到的电压，在存在正漂移的情况下，随着燃料压力增加，所计算的燃料压力变得越来越大于实际存在的燃料压力。在这种情况下，存在所需压力过低的风险。曲线K8示出了在存在负漂移的情况下由控制单元检测到的电压，在存在负漂移的情况下，随着燃料压力的增加，所计算的燃料压力变得越来越低于实际存在的燃料压力。在这种情况下，存在发生过压的风险。

图6示出了用于说明所测量的信号电压的不期望定格（freezing）的图。时间t被绘制到右边。曲线K9描述了信号电压的设定点值的进程。曲线K10示出了测量的信号电压，其从某个时间点被定格在位于设定点值以下的较低电压值。曲线K12示出了在检测到过低的测量信号电压之后由控制单元提供的用于高压泵单元的控制信号，基于该控制信号，燃料压力将以再次与设定值匹配的方式增加。曲线K11示出了在轨道8中实际出现的燃料压力的进程，该进程基于上述控制信号而产生。由于该增加的压力由于定格的测量信号而不被控制单元检测到，所以轨道8中的实际燃料压力的增加可导致整个高压***爆裂。

图7示出了用于说明在测量的信号电压中的不期望的跳变和不期望的噪声的图。时间t再次被绘制到右边。曲线K9描述了信号电压的设定点值的进程。曲线K13描述了测量的信号电压，其在区域K13a中具有异常信号分布，这指示了存在不期望的信号跳变和/或不期望的噪声。曲线K11示出了在轨道8中实际出现的燃料压力的进程，该进程由于所示的曲线K13的进程而出现。在轨道8中实际出现的燃料压力的这种增加也可导致高压***爆裂。

图8示出了用于解释本发明中使用的第一检测策略的图。该第一检测策略的目的是检测所测量的压力信号中的不可信的信号跳变、不可信的噪声和不可信的峰值。

在该第一检测策略的情况下，使用由高压传感器9提供的高分辨率电压信号。检查该高分辨率电压信号的两个连续值之间的差是否大于或小于所计算的最大可允许差值。该最大可允许差值通过评估在高压***中发生的物理事件来计算。这包括执行的喷射过程、高压泵的活动、减压阀的打开等。喷射过程以及还有减压阀的打开因此总是与轨道中的燃料压力的降低相关联，而高压泵的活动总是与轨道中的燃料压力的增加相关联。

当高分辨率电压信号的连续值之间的差大于所计算的最大可允许差值时，检测到所测量的压力信号中的不可信的信号跳变、不可信的噪声和不可信的峰值。

这将在下面参照图8进行更详细的解释，这示出了用于解释上述第一检测策略的图。在该图中，时间t被绘制到右边。曲线K17描述了对应于低分辨率压力测量信号的平均压力值。曲线K16描述了可允许间隔的计算下限值，高分辨率电压信号的相应后续值可位于该可允许间隔中，以便被检测为没有测量压力信号的不可信的信号跳变、不可信的噪声和不可信的峰值。曲线K15描述了可允许间隔的计算上限值，高分辨率电压信号的相应后续值可位于该可允许间隔中，以便被检测为没有测量压力信号的不可信的信号跳变、不可信的噪声和不可信的峰值。由K14表示的各个值是高分辨率电压信号的连续值。

高分辨率电压信号的这些值中的一个在图8中由X1表示，随后的值由X2表示。对于值X2，检查该值是否位于为X2计算的可允许间隔内，该可允许间隔位于与值X2相关联的下限值和与值X2相关联的上限值之间。由这两个极限值给出的间隔在图8中由表示为B1的竖直线表示。可以看到，值X2位于该间隔B1内，使得在该点处的高分辨率电压信号被检测为没有测量压力信号的不可信的信号跳变、不可信的噪声和不可信的峰值。

高分辨率电压信号的这些值中的另一个在图8中由X3表示，并且随后的值由X4表示。对于值X4，检查该值是否位于为X4计算的可允许间隔内，该可允许间隔位于与值X4相关联的下限值和与值X4相关联的上限值之间。由这两个极限值给出的间隔在图8中由表示为B2的竖直线表示。可以看到，值X4位于该间隔B2之外，使得在该点处的高分辨率电压信号被检测为具有测量压力信号的不可信的信号跳变、不可信的噪声和不可信的峰值。

图9示出了用于解释用于本发明的第二检测策略的图。该第二检测策略的目的是检测高分辨率电压信号的不可信的定格。

在该第二检测策略的情况下，也使用由高压传感器9提供的高分辨率电压信号。检查在一时间段内存在的高分辨率电压信号的最小值和在相同时间段内存在的高分辨率电压信号的最大值之间的差是否小于基于物理事件的预期最小压力变化，所述物理事件例如燃料喷射过程或高压泵的活动。所述时间段例如是燃烧事件的持续时间，例如对于具有4个气缸和4个冲程的机动车辆来说是180°CRK。在一时间段内的期望的最小压力变化基于在每种情况下要喷射的燃料量和/或基于高压泵的燃料输送率来确定。

下面参照图9更详细地解释该第二检测策略。

在图9中，由K14表示的各个值也是高分辨率电压信号的连续值。连续时间段的持续时间可以从K18表示的进程中看出，这些时间段中的一个由S1表示，并且这些时间段中的第二个由S2表示。曲线K19描述了考虑安全裕度的相应时间段的压力的预期变化的进程。曲线K19描述了在时间段中存在的最小值和在相同时间段中存在的最大值之间的差的进程。曲线K21描述了在连续时间段内确定的最小值的进程，在每个时间段的结束处确定相应的最小值。曲线K22描述了在连续时间段内确定的最大值的进程，在每个时间段的结束处确定相应的最大值。

高分辨率电压信号的这些值中的一个在图9中由X5表示，并且另一值由X6表示。

X5是时间段S1中的高分辨率电压信号的最小值。X6为时间段S1中的高分辨率电压信号的最大值。在时间段S1结束时，形成X6和X5之间的差。该差在图9中由B3表示。曲线K19和K20在时间段S1的结束处的比较表明，在该时间段S1的结束处计算的最大值X6和最小值X5之间的差大于针对时间段S1预期的最小差。在该点上，因此检测到高分辨率电压信号没有高分辨率电压信号的不可信定格。

高分辨率电压信号的另一个值在图9中由X7表示。X7是既是时间段S2中的高分辨率电压信号的最小值又是该时间段S2中的高分辨率电压信号的最大值的值。

曲线K19和K20在该点处的比较，即在时间段S2结束时，显示在该时间点，存在于该时间段内的高分辨率电压信号的最小值与存在于相同时间段内的高分辨率电压信号的最大值之间的差小于基于物理事件的预期最小压力变化。结果，在该点处，检测到存在高分辨率电压信号的不可信定格，因此必须采取适当的对策。

图10示出了用于解释本发明中使用的第三检测策略的图。该第三检测策略的目的是检测不可信压力梯度的存在。在该第三检测策略的情况下，评估在时间段中测量的压力的平均值以及轨压控制器输出信息。该诊断的原理基于质量平衡。引导到轨道中的燃料量的超过相关联的***消耗的任何附加增加必须伴随着压力的相关联的增加。燃料量的这种附加增加反映在轨压控制器中，并且因此可以被监测。可以基于控制值计算预期的压力梯度。所测量的压力梯度可以根据从时间段到时间段所测量的轨压来计算。

如果发现控制值大于校准的阈值，则通过将测量的压力梯度与基于控制值的预期压力梯度进行比较来检查压力梯度。如果测量的压力梯度小于预期的压力梯度，则基于质量平衡检测到存在不可信的压力梯度。

因此，图10中的曲线K23描述了轨压的设定点值随时间的进程。X8表示测量的轨压的平均值下降到轨压设定点值以下的时间点。所测量的轨压的该平均值由曲线K24描述。曲线K25描述了实际轨压的进程。该曲线K25在时间点X8之后上升。曲线K26示出了校准的控制器阈值。曲线K27示出了轨压控制器输出信号的进程，其具有比例和积分分量，但也可以具有微分分量。从时间点X8，轨压控制器试图通过增加由高压泵输送的燃料量来补偿测量的压力与从该时间点X8存在的设定点压力的偏差。从图10可以看到，在稍后的时间点，轨压控制器输出信号与校准的控制器阈值相交或超过校准的控制器阈值。在该时间点处，实现了基于质量平衡的压力梯度的检查。

曲线K28表示从时间段到时间段的所期望的压力梯度，其基于控制值。曲线K29描述了从时间段到时间段的所测量的压力梯度。在轨压控制器输出信号K27与校准的控制器阈值K26相交或超过校准的控制器阈值K26的时间点处，由曲线K29描述的所测量的压力梯度已经被检测为小于由曲线K28描述的所预期的压力梯度。这基于质量平衡证实了不可信的压力梯度的存在。

Claims (8)

1.一种用于诊断机动车辆的高压传感器的方法，其中，借助于所述高压传感器提供压力测量信号，将所述压力测量信号馈送给控制单元，所述控制单元评估所述压力测量信号并且确定用于要喷射的燃料量的控制信号，

其特征在于，所述控制单元还被设计用于执行高压传感器诊断，在所述高压传感器诊断中，

-检查由所述高压传感器提供的压力测量信号的两个连续值之间的差是否大于计算的最大差值，以及

-检查在一时间段内测量的最小压力测量信号和在相同时间段内测量的最大压力测量信号之间的差是否小于由所述高压传感器提供的压力测量信号的预期变化，以及

-检查所测量的压力梯度是否小于预期的压力梯度。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制单元基于这些检查来检测所述高压传感器的范围内误差的存在。

3.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，通过评估在高压***中发生的物理事件来确定由所述高压传感器提供的所述压力测量信号的所计算的最大差值。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，通过对所执行的喷射过程、高压泵的活动和/或减压阀的打开的评估来确定由所述高压传感器提供的所述压力测量信号的所计算的最大差值。

5.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，基于在每种情况下在一时间段内要喷射的燃料量和/或基于在一时间段内输送的高压泵的燃料量来确定所述预期变化。

6.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，评估在一时间段内测量的压力的平均值以及轨压控制器输出信息。

7.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，所述时间段是燃烧事件的持续时间。

8.一种用于诊断机动车辆的高压传感器的装置，其特征在于，所述装置具有控制单元（12），所述控制单元被设计成用于控制根据前述权利要求中的任一项所述的方法。

Images