CN113107694A - 一种轨压传感器故障处理方法及共轨*** - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种轨压传感器故障处理方法及共轨***，涉及发动机技术领域。包括以下步骤：S1、确定轨压传感器处于故障状态，虚拟传感器根据轨压传感器发生故障前的轨压实际值估算虚拟轨压值；S2、虚拟传感器将估算的虚拟轨压值输送至输入模块，输入模块根据虚拟轨压值与轨压设定值形成轨压控制信号并发送至PID控制器；S3、PID控制器收到轨压控制信号后计算油量计量单元控制占空比以控制共轨***；S4、虚拟传感器根据虚拟轨压值估算下一个虚拟轨压值，然后重复执行步骤S2～S4。该方法通过虚拟传感器能保证在轨压传感器故障的情况下仍能实现闭环控制，解决了轨压传感器损坏时的轨压控制问题，延长了共轨***的使用寿命。

Description

一种轨压传感器故障处理方法及共轨***
技术领域
本发明涉及发动机技术领域，尤其涉及一种轨压传感器故障处理方法及共轨***。
背景技术
高压共轨***是一种用于柴油发动机的供油***。该***在高压油泵、实时压力传感器和电子控制单元组成的闭环***中，可以将喷射压力的产生和喷射过程彼此完全分开。它是由高压油泵将高压燃油输送到共轨管中，通过实时压力传感器测量共轨管内的压力来实现精确控制，使得共轨管内的压力大小与发动机的转速无关，从而大幅度减小柴油发动机共轨管内的压力随发动机转速变化的程度。电子控制单元控制喷油器的喷油量，喷油量的大小取决于共轨管压力和电磁阀开启时间的长短。通常，将共轨管内的压力称为共轨压力，或者简称为轨压。在共轨***中，共轨压力不仅决定了喷油压力的高低，而且是喷油计量的重要参数，其稳定性和过渡响应直接影响发动机启动、怠速和加速等性能，所以确保精确地对轨压信号进行采样、滤波和控制具有重要意义。目前多数使用轨压传感器对轨压信号进行监控，但当轨压传感器损坏或者受到强电磁干扰信号不可信时将对***正常工作产生较大的影响。目前现有技术中，当轨压传感器出现故障或受到强电磁干扰信号不可信时，切换闭环控制为开环控制，在最大供油量的情况下让共轨***泄压阀打开，保证轨压在某个固定值基本不变。但是频繁打开泄压阀会降低共轨***的寿命，同时打开泄压阀后轨压基本不变会使排放和经济性恶化。
发明内容
本发明的目的在于提供一种轨压传感器故障处理方法及共轨***，能够解决轨压传感器损坏或者受到强电磁干扰信号不可信时的轨压控制问题，保证了共轨***的正常工作，延长了***的使用寿命。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种轨压传感器故障处理方法，包括以下步骤：
S1、确定轨压传感器处于故障状态，虚拟传感器根据轨压传感器发生故障前的轨压实际值估算虚拟轨压值；
S2、所述虚拟传感器将估算的所述虚拟轨压值输送至输入模块，所述输入模块根据所述虚拟轨压值与轨压设定值形成轨压控制信号并发送至PID控制器；
S3、所述PID控制器收到所述轨压控制信号后计算油量计量单元控制占空比以控制共轨***；
S4、所述虚拟传感器根据所述虚拟轨压值估算下一个虚拟轨压值，然后重复执行步骤S2～S4。
可选地，步骤S1具体包括：判断所述轨压传感器是否处于故障状态，若是，则所述虚拟传感器根据所述轨压传感器发生故障前的所述轨压实际值估算所述虚拟轨压值并执行步骤S2；若否，则执行步骤S11后重复执行步骤S11和步骤S3。
S11、所述共轨***将所述轨压实际值发送至所述输入模块，所述输入模块根据所述轨压实际值与所述轨压设定值形成所述轨压控制信号并发送至所述PID控制器；然后执行步骤S3后重复执行步骤S11和步骤S3。
可选地，当执行步骤S11时，所述轨压实际值对所述虚拟传感器持续进行初始化，当判断所述轨压传感器处于故障状态时，停止初始化。
可选地，步骤S11中所述轨压控制信号等于所述轨压设定值减去所述轨压实际值。
可选地，步骤S4中，所述虚拟传感器能够接收所述油量计量单元控制占空比和所述共轨***输出的所述虚拟轨压值，并结合发动机转速以及喷油器加电时间估算下一个虚拟轨压值。
可选地，所述虚拟传感器通过公式P1’＝β(Q1-Q2)/V估算所述虚拟轨压值；
其中：P1’为虚拟轨压值的一阶导数；β为燃油弹性模量；Q1为高压油泵平均供油量；Q2为喷油器平均喷油量；V为共轨管体积。
可选地，所述Q1＝-k1D+b；
其中：D为油量计量单元控制占空比；K1为常数；b为常数。
可选地，所述Q2＝k2TnP；
其中：k2为常数；n为发动机转速；T为喷油器加电时间；P为上一个虚拟轨压值。
可选地，步骤S2中所述轨压控制信号等于所述轨压设定值减去所述虚拟轨压值。
一种共轨***，包括轨压传感器，当所述轨压传感器发生故障时，所述共轨***采用上所述的轨压传感器故障处理方法进行轨压控制。
本发明的有益效果：本发明提供的轨压传感器故障处理方法，首先确定轨压传感器处于故障状态，虚拟传感器根据轨压传感器发生故障前的轨压实际值估算虚拟轨压值；然后虚拟传感器将估算的虚拟轨压值输送至输入模块，输入模块根据虚拟轨压值与轨压设定值形成轨压控制信号并发送至PID控制器；接下来PID控制器收到轨压控制信号后计算油量计量单元控制占空比以控制共轨***；最后虚拟传感器根据虚拟轨压值估算下一个虚拟轨压值，然后重复执行步骤S2～S4。该处理方法通过虚拟传感器，能够保证在轨压传感器故障的情况下仍能实现闭环控制，解决了轨压传感器损坏或者受到强电磁干扰信号不可信时的轨压控制问题，延长了共轨***的使用寿命。
本发明提供的共轨***，包括轨压传感器，当轨压传感器故障时，该共轨***能继续工作，延长了***的使用寿命。
附图说明
图1是本发明实施例提供的轨压传感器故障处理方法的主要步骤流程图；
图2是本发明实施例提供的轨压传感器故障处理方法的详细步骤流程图；
图3是本发明实施例提供的轨压传感器故障处理方法的控制流程图。
图中：
1-虚拟传感器；2-输入模块；3-PID控制器；4-共轨***。
具体实施方式
为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案做进一步的详细描述，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。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
如图1和图3所示，该轨压传感器故障处理方法主要包括以下步骤：
S1、确定轨压传感器处于故障状态，虚拟传感器1根据轨压传感器发生故障前的轨压实际值估算虚拟轨压值；
S2、虚拟传感器1将估算的虚拟轨压值输送至输入模块2，输入模块2根据虚拟轨压值与输入模块2输入的轨压设定值形成轨压控制信号并发送至PID控制器3；
S3、PID控制器3收到轨压控制信号后计算油量计量单元控制占空比以控制共轨***4；
S4、虚拟传感器1根据虚拟轨压值估算下一个虚拟轨压值，然后重复执行步骤S2～S4。
可以理解的是，该轨压传感器故障处理方法通过虚拟传感器1，能够保证在轨压传感器故障的情况下仍能实现闭环控制，解决了轨压传感器损坏或者受到强电磁干扰信号不可信时的轨压控制问题，延长了共轨***4的使用寿命。
本实施例中，油量计量单元即为高压油泵的入口节流阀，其控制占空比能够控制入口节流阀的开度，从而能够控制进入共轨***4的共轨管的油量，从而调节轨压的大小。至于具体控制过程和原理均已为现有技术，在此不再进行赘述。PID控制器3采用PID控制，包含比例环节，积分环节以及微分环节，构建***闭环控制。至于PID控制器3的具体结构以及控制原理均已为现有技术，在此不再进行赘述。
如图2和图3所示，该轨压传感器故障处理方法具体包括以下步骤：
S1、判断轨压传感器是否处于故障状态，若是，则虚拟传感器1根据轨压传感器发生故障前的轨压实际值估算虚拟轨压值并执行步骤S2；若否，则执行步骤S11；
S11、共轨***4将轨压实际值发送至输入模块2，输入模块2根据轨压实际值与轨压设定值形成轨压控制信号并发送至PID控制器3；然后执行步骤S3后重复执行步骤S11和步骤S3。
可以理解的是，当轨压传感器处于正常状态时，共轨***4将轨压传感器测得的轨压实际值发送至输入模块2，输入模块2通过输入的轨压设定值和轨压实际值形成轨压控制信号对PID控制器3进行控制，即此时未用到虚拟传感器1估算的虚拟轨压值。具体地，步骤S11中轨压控制信号等于轨压设定值减去轨压实际值。至于输入模块2的具体结构和原理均已为现有技术，同时，如何判断轨压传感器是否发生故障，已为现有技术，在此不再进行赘述。本实施例中，轨压传感器未发生故障时，通过轨压传感器测得轨压实际值以控制PID控制器3以进一步控制共轨***4也为闭环控制。
可选地，当执行步骤S11时，轨压实际值对虚拟传感器1持续进行初始化，当判断轨压传感器处于故障状态时，停止初始化。可以理解的是，当轨压传感器正常工作时，虽然此时未使用虚拟传感器1估算的虚拟轨压值，但在轨压传感器发生故障前，持续用共轨***4中的轨压传感器输出的轨压实际值对虚拟传感器1估算用的轨压实际值进行初始化，故障发生后停止初始化，能够保证虚拟传感器1对虚拟轨压值估算的准确性，因此能够提高故障模式下轨压控制的效果。
S2、虚拟传感器1将估算的虚拟轨压值输送至输入模块2，输入模块2根据虚拟轨压值与轨压设定值形成轨压控制信号并发送至PID控制器3。
具体地，步骤S2中轨压控制信号等于轨压设定值减去虚拟轨压值。可以理解的是，当轨压传感器发生故障后，虚拟传感器1将发挥作用，共轨***4将轨压传感器发生故障前的轨压传感器测得的轨压实际值输出至虚拟传感器1以估算虚拟轨压值并发送至输入模块2，此时轨压设定值减去虚拟轨压值作为PID控制器3的轨压控制信号。至于轨压设定值的具体数值，在此不做限定，可根据实际情况适应性设置；同时轨压实际值和虚拟轨压值也为实时变化的数值，在此不做限定。
S3、PID控制器3收到轨压控制信号后计算油量计量单元控制占空比以控制共轨***4。
可以理解的是，PID控制器3计算计算油量计量单元控制占空比后控制共轨***4，即能够控制入口节流阀的开度，从而达到控制轨压的目的。至于PID控制器3根据轨压控制信号计算油量计量单元控制占空比的具体计算过程和原理已为现有技术，在此不再进行赘述。
S4、虚拟传感器1根据虚拟轨压值估算下一个虚拟轨压值，然后重复执行步骤S2～S4。
可以理解的是，虚拟传感器1第一次估算虚拟轨压值时使用的是轨压传感器发生故障前一刻测得的轨压实际值，后续每一次估算虚拟轨压值都使用前一次的虚拟轨压值，然后继续通过PID控制器3对共轨***4进行控制，从而达到闭环控制的目的。
可选地，步骤S4中，虚拟传感器1能够接收油量计量单元控制占空比和共轨***4输出的虚拟轨压值，并结合发动机转速以及喷油器加电时间估算下一个虚拟轨压值。具体地，虚拟传感器1通过公式P1’＝β(Q1-Q2)/V估算虚拟轨压值；其中：P1’为虚拟轨压值的一阶导数；β为燃油弹性模量；Q1为高压油泵平均供油量；Q2为喷油器平均喷油量；V为共轨管体积。上述公式中忽略了共轨管体积变形和油液温度的变化率。
具体地，Q1＝-k1D+b；其中：D为油量计量单元控制占空比；k1为常数；b为常数。可以理解的是，高压油平均泵供油量Q1与油量计量单元控制占空比D成线性关系且斜率为负数，k1即为斜率的绝对值，其为常数，具体数值在此不做限定，不同型号的高压油泵的k1值不同；同时b为上述线性关系的截距，也为常数，不同型号的高压油泵的b值也不同。上述公式中k1和b的具体数值在此均不做限定，可根据实际情况查询高压油泵的参数表即可获得。
具体地，由于轨压远大于缸压，对流量方程进行泰勒展开，得到喷油器的平均喷油量Q2＝k2TnP；其中：k2为常数；n为发动机转速；T为喷油器加电时间；P为上一个虚拟轨压值。可以理解的是，通过上述公式获得的Q2为近似平均喷油量；k2的具体数值，在此不做限定，不同型号的喷油器的k2值不同，可根据实际情况查询喷油器的参数表即可获得。发动机转速n可通过转速传感器获取，喷油器加电时间T可通过共轨***4的控制单元获得，至于具体的获取方法及过程均已为现有技术，在此不再进行赘述。本实施例中，步骤S1中也采用上述公式估算虚拟轨压值，此时的P为轨压传感器发生故障前测得的轨压实际值。
通过上述公式即可估算虚拟轨压值，同时通过轨压传感器发生故障前测得的轨压实际值对虚拟传感器1进行持续初始化，即轨压传感器发生故障前测得的轨压实际值可作为估算虚拟轨压值时的初始值，保证了虚拟传感器1数值估算的准确性。
本实施例提供的轨压传感器故障处理方法，通过物理模型构建了虚拟传感器1，同时在故障发生前用轨压实际值对虚拟传感器1进行持续初始化，故障发生后停止，保证了虚拟传感器1数值估算的准确性，提高了故障模式下轨压控制的效果。
本实施例中还提供了一种共轨***，包括轨压传感器，当所述轨压传感器发生故障时，共轨***4采用上述的轨压传感器故障处理方法进行轨压控制。当轨压传感器故障时，该共轨***4能继续工作，延长了***的使用寿命。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种轨压传感器故障处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、确定轨压传感器处于故障状态，虚拟传感器(1)根据轨压传感器发生故障前的轨压实际值估算虚拟轨压值；
S2、所述虚拟传感器(1)将估算的所述虚拟轨压值输送至输入模块(2)，所述输入模块(2)根据所述虚拟轨压值与轨压设定值形成轨压控制信号并发送至PID控制器(3)；
S3、所述PID控制器(3)收到所述轨压控制信号后计算油量计量单元控制占空比以控制共轨***(4)；
S4、所述虚拟传感器(1)根据所述虚拟轨压值估算下一个虚拟轨压值，然后重复执行步骤S2～S4。
2.根据权利要求1所述的轨压传感器故障处理方法，其特征在于，步骤S1具体包括：判断所述轨压传感器是否处于故障状态，若是，则所述虚拟传感器(1)根据所述轨压传感器发生故障前的所述轨压实际值估算所述虚拟轨压值并执行步骤S2；若否，则执行步骤S11；
S11、所述共轨***(4)将所述轨压实际值发送至所述输入模块(2)，所述输入模块(2)根据所述轨压实际值与所述轨压设定值形成所述轨压控制信号并发送至所述PID控制器(3)；然后执行步骤S3后重复执行步骤S11和步骤S3。
3.根据权利要求2所述的轨压传感器故障处理方法，其特征在于，当执行步骤S11时，所述轨压实际值对所述虚拟传感器(1)持续进行初始化，当判断所述轨压传感器处于故障状态时，停止初始化。
4.根据权利要求2所述的轨压传感器故障处理方法，其特征在于，步骤S11中所述轨压控制信号等于所述轨压设定值减去所述轨压实际值。
5.根据权利要求1所述的轨压传感器故障处理方法，其特征在于，步骤S4中，所述虚拟传感器(1)能够接收所述油量计量单元控制占空比和所述共轨***(4)输出的所述虚拟轨压值，并结合发动机转速以及喷油器加电时间估算下一个虚拟轨压值。
6.根据权利要求5所述的轨压传感器故障处理方法，其特征在于，所述虚拟传感器(1)通过公式P1’＝β(Q1-Q2)/V估算所述虚拟轨压值；
其中：P1’为虚拟轨压值的一阶导数；β为燃油弹性模量；Q1为高压油泵平均供油量；Q2为喷油器平均喷油量；V为共轨管体积。
7.根据权利要求6所述的轨压传感器故障处理方法，其特征在于，所述Q1＝-k1D+b；
其中：D为油量计量单元控制占空比；K1为常数；b为常数。
8.根据权利要求6所述的轨压传感器故障处理方法，其特征在于，所述Q2＝k2TnP；
其中：k2为常数；n为发动机转速；T为喷油器加电时间；P为上一个虚拟轨压值。
9.根据权利要求1所述的轨压传感器故障处理方法，其特征在于，步骤S2中所述轨压控制信号等于所述轨压设定值减去所述虚拟轨压值。
10.一种共轨***，其特征在于，包括轨压传感器，当所述轨压传感器发生故障时，所述共轨***(4)采用权利要求1-9任一项所述的轨压传感器故障处理方法进行轨压控制。
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