專利名稱：用于確定發(fā)動機旋向的反轉(zhuǎn)的方法
用于確定發(fā)動機旋向的反轉(zhuǎn)的方法技術(shù)領(lǐng)域一般而言，本發(fā)明凈皮定位于用于機動車輛的內(nèi)燃機領(lǐng)域中。 更精確地，本發(fā)明涉及發(fā)動機停止領(lǐng)域，尤其是，本發(fā)明涉及用于 確定裝備了曲軸的內(nèi)燃機的旋向反轉(zhuǎn)的方法，該曲軸配備了包括了其中 之一為長齒的一些齒的靶子、傳遞用來計數(shù)齒的信號的單向的曲軸位置 傳感器、齒計數(shù)器、以及包括了計算器和失速狀態(tài)的發(fā)動機工況模型的 發(fā)動機管理裝置，所述方法包括以下步驟 記錄來自曲軸位置傳感器的信號，并測量該信號的兩個連續(xù)前 沿之間的每次的時間差， 在模型的基礎(chǔ)上，由來自曲軸位置傳感器的信號的各前沿間的 時間差而計算發(fā)動機位置的隨時間的變化，和 估測發(fā)動機的停止位置。
背景技術(shù)：
若干年來，機動車輛已被考慮過若干創(chuàng)新的解決方案，用于減少來 自私家車的二氧化碳排放。最近研發(fā)的被稱為"停止并開始，，的系統(tǒng)直 接地符合了這種愿景。該"停止并開始，，系統(tǒng)的特征是，在車輛流動性降低(交通信號燈、 交通擁堵，等等)即將發(fā)生之前或在發(fā)生期間使發(fā)動機停機。例如當(dāng)駕 駛員希望啟動時，該系統(tǒng)的重啟動是自動的、且是在"釋放"剎車踏板 時即刻發(fā)生的。該系統(tǒng)在于當(dāng)發(fā)動機非必需時使發(fā)動機停轉(zhuǎn)、且一旦駕駛員需要 則重啟動發(fā)動才幾。此系統(tǒng)的應(yīng)用需要對內(nèi)燃才幾過長的啟動時間加以改進。此啟動時間可以-故分解為兩段時間在起動器的首次旋轉(zhuǎn)與首次燃 燒之間延續(xù)的、用于"發(fā)動機正時(engme phasmg )，，的第一時間；和 從首次點火起、以穩(wěn)定較低速度結(jié)束的用于"速度爬升"的第二時間。在現(xiàn)有系統(tǒng)上，發(fā)動機正時(phasmgtime)不可能是非常短的、并且在目前的系統(tǒng)上受到發(fā)動機管理裝置的計算器的用于計算發(fā)動機的 位置所需的時間限制。為了實現(xiàn)此功能，通常使用配備有傳感器/靶子組件的裝置。典型情 況下，安裝到曲軸上的靶子包括以相等角度間隔開的每個齒對應(yīng)于6個 曲軸角度的60個齒并包括被稱為"長齒"的角度參考基準(zhǔn)，該參考基 準(zhǔn)由兩個被除去的齒所限定。現(xiàn)在，管理為發(fā)動機安裝的若干系統(tǒng)使用此長齒來對彼此同步。換 句話說，當(dāng)啟動時，系統(tǒng)在控制首次點火之前必須等待見到此長齒。根 據(jù)發(fā)動機的停止位置，達(dá)到所述長齒所需的時間是可變的，這對于發(fā)動 機起動時間是不利的，使得起動時間更長。為了減少起動時間， 一種解決方案要點在于了解發(fā)動機的停止位置。借助于常規(guī)的單向曲軸位置傳感器難以完成此任務(wù)，因為常規(guī)的單 向曲軸位置傳感器不能夠確定發(fā)動機的旋向。問題在于，當(dāng)發(fā)動機停轉(zhuǎn) 時，發(fā)動機可以多次改變旋向，且隨后被單向傳感器計數(shù)的總數(shù)是十分 有瑕瘋的。目前存在兩種主要的方法用于確定此發(fā)動機停止位置 -使用雙向傳感器，或-使用與齒計數(shù)方法(算法)相結(jié)合的單向傳感器。 然而，使用雙向傳感器導(dǎo)致額外的制造成本。本發(fā)明因此被定位為在使用與齒計數(shù)方法相結(jié)合的單向傳感器的 裝置的情況下使用。這一解決方案的優(yōu)點在于，相對于傳統(tǒng)裝置而言，它不需要額外的 構(gòu)件，只因為一種算法被裝入發(fā)動機管理裝置的應(yīng)用層。由現(xiàn)有技術(shù)已知這樣的算法，例如，從名為"停機時發(fā)動機位置跟 蹤，，的SAE 2005-01-0048的文件得知。在此文件中，該方法是基于對安裝到曲軸上的傳感器所傳遞的信號 的觀測。該方法計算了根據(jù)二階外推法估算出的發(fā)動機速度，將這個估 算出的速度與實際速度對比，如果觀測到很大差異(換句話說，超過了 閾值)，該方法iL為已發(fā)生了發(fā)動才幾旋向的反轉(zhuǎn)。與這一方法相關(guān)聯(lián)的問題，是與對探測到的發(fā)動機旋向反轉(zhuǎn)所超過 的限定值的標(biāo)定明顯相關(guān)的。另外，需要許多數(shù)學(xué)運算,就發(fā)動機管理系統(tǒng)的計算器中使用的資源而言，這些運算花費4艮大。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明旨在通過提出 一種簡單易行的解決方案來克服這些問題。 為此，根據(jù)本發(fā)明的、且進一步根據(jù)說明書開頭處提出的通用定義 的方法，其特征在于發(fā)動機工況的模型是時間的二階多項式函數(shù)，且在 于發(fā)動機的旋向的反轉(zhuǎn)位置是由對此二階多項式函數(shù)的峰值位置的計 算而估算到的。使用由二階多項式函數(shù)組成的解決方案，數(shù)學(xué)運算的數(shù)量及所需資 源是有限的。有利地，二階多項式函數(shù)的峰值根據(jù)來自曲軸位置傳感器的信號的 至少三個連續(xù)前沿^f皮估算。在優(yōu)選實施例中，根據(jù)該二階多項式函數(shù)的峰值的發(fā)動機旋向反轉(zhuǎn) 的理論時間是此函數(shù)的 一階導(dǎo)數(shù)為零處的時間。階多項式函數(shù)的峰值估算中所用的最后前沿之后的新前沿處的時間的 函數(shù)與發(fā)動機的旋向反轉(zhuǎn)的理論時間的函數(shù)相比。因而，當(dāng)確定反轉(zhuǎn)測試的變量為負(fù)時，發(fā)動機管理裝置認(rèn)為已發(fā)生 旋向反轉(zhuǎn)，并從而處理來自曲軸位置傳感器的信號，來確定發(fā)動機的位置。在 一 個優(yōu)選實施例中，當(dāng)確定發(fā)動機旋向反轉(zhuǎn)的測試的變量為負(fù) 時，齒計數(shù)器被分成兩個計數(shù)器，當(dāng)認(rèn)為反轉(zhuǎn)真實發(fā)生時，僅其中之一計數(shù)，且發(fā)動機管理裝置的計算器對其進行鎖定跟蹤(lock onto)，來計 算發(fā)動機位置；根據(jù)本發(fā)明的該方法還包括 一 個確證步驟(val i dati on step),如果探測到長齒遠(yuǎn)離了由計算器進行鎖定跟蹤的計數(shù)器的預(yù)期 所在位置，則計算器對另一個計數(shù)器進行鎖定跟蹤。優(yōu)選地，無論使用那一個實施例，對峰值位置的計算在來自曲軸位 置傳感器的信號的每個前沿處被更新。另外且優(yōu)選地，當(dāng)發(fā)動機轉(zhuǎn)速降到閾值(特別是低于或等于500轉(zhuǎn) /分鐘的值)以下時，實施根據(jù)本發(fā)明的方法。


通過非限制性實施例、參考附圖，本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點將在下 面呈示的其說明書中變得更加顯而易見，其中_圖1示意性地示出了當(dāng)使用根據(jù)本發(fā)明的方法時，停轉(zhuǎn)期間發(fā)動機曲軸位置隨時間的變化；以及-圖2示出了本發(fā)明所基于的數(shù)學(xué)模型。
具體實施方式
配備有發(fā)動機管理裝置的傳統(tǒng)內(nèi)燃機包括齒計數(shù)器。此齒計數(shù)器被 用于表示發(fā)動機的位置，換句話說，即曲軸關(guān)于固定參考物所處于的角 度位置。該齒計數(shù)器通常為脈沖計數(shù)器，這些脈沖代表在曲軸位置傳感 器前方與曲軸成為一體的靶子的齒的通過。在調(diào)節(jié)時，發(fā)動機以一種差不多隨才幾的方式而一次或多次改變旋 向例如，發(fā)動機在調(diào)節(jié)時可以改變旋向兩次，且再次調(diào)節(jié)時可以改變 旋向三次。而且，對于同樣的發(fā)動機，兩次不同的調(diào)節(jié)最終不會同時導(dǎo)致發(fā)動 機旋向的反轉(zhuǎn)。因此不可能構(gòu)造出基于發(fā)動機旋向反轉(zhuǎn)的可能次序的算法。 根據(jù)本發(fā)明的方法允許通過提供用于預(yù)測以及甚至于確認(rèn)旋向反 轉(zhuǎn)時刻而不論反轉(zhuǎn)何時發(fā)生的解決方案，來去除此約束。如果確實考慮到了所述發(fā)動機的旋向反轉(zhuǎn)，圖l示出了被齒計數(shù)器所取的、作為發(fā)動機停止階段期間的時間函數(shù)的值。通過圖示給出的橫 坐標(biāo)上的值是以秒表示的。在縱軸上，繪制出了與曲軸成一體的靶子上 的齒數(shù)，所述齒任意地從參考長齒開始而被計數(shù)。直到t=2.05s時，發(fā)動機在正向內(nèi)旋轉(zhuǎn)，且齒計數(shù)器隨著來自曲軸 傳感器的信號的前沿通過而增加量值。在t=2.05s和t=2.1s之間，發(fā)動機通過零速度點并在齒號32附近處 改變旋向。隨后齒計數(shù)器遞減。新的旋向改變發(fā)生在介于齒號20的t=2.15s和t=2.2s之間；另 一個 新的旋向改變發(fā)生在介于齒號28的t二2.25s和t二2.3s之間。因此，在圖1中所示的整個發(fā)動機停轉(zhuǎn)階段期間，發(fā)動機三次改變 旋向并在齒號26上停止。在沒有確定旋向改變的方法的情況下，齒計數(shù)器只能以單向方式增量，且由齒計數(shù)器所考慮的發(fā)動機的停止位置不會是齒號26,但更有可能是齒號54 (介于每次反轉(zhuǎn)之間所計出的齒號的絕對值相加而得到的值)，相對于實際幾乎是發(fā)動機的半轉(zhuǎn)。因此，問題是及時確定發(fā)動機改變轉(zhuǎn)向的時刻，換句話說即圖1中 所示曲線的拐點處。型。、 此數(shù)學(xué)模型被裝入發(fā)動機管理裝置的應(yīng)用層，也被稱為ECU(Electronic Control Unit)。裝入的數(shù)學(xué)沖莫型必須加以優(yōu)化，以便十分正確地表示發(fā)動機的真實在這方面，裝入的模型包括通過二階多項式函數(shù)(換句話說，拋物 線)來代表發(fā)動機旋向反轉(zhuǎn)附近的發(fā)動機工況。為此，發(fā)動機位置y被如下定義為時間t的函數(shù) y =a. t2+ b.t + c 其中，a,b和c是三個實數(shù)。 此數(shù)學(xué)近似法在圖2中示出。靶子與包括60個齒的曲軸成一體，每個齒代表6。的曲軸旋轉(zhuǎn)。因此認(rèn) 為所探測到的每個前沿(一個用于齒的開始處，另一個用于末端)代表 了 3°的曲軸旋轉(zhuǎn)。因而，在時間tl,在曲軸傳感器前方的齒d開始處 的通過產(chǎn)生了前沿(在此情況下為上升的)y。在時間t2,齒d的末端的通 過產(chǎn)生了前沿(在此情況下為下降的)y+3。。隨后，在時間t3,下一個齒 d+l的開始處的通過產(chǎn)生了前沿(在此情況下為下降的)y+6。。顯然，如果前沿y代表齒d的末端的通過，此推理是同樣可適用的。 在此情況下，前沿y+3。代表齒d+l的起始處，等等。點(tl,y) ，(t2, y+3。 ),(t3, y+6。)被用來計算通過這三個點的拋物線 的峰值的橫坐標(biāo)。<formula>formula see original document page 8</formula>此方程系統(tǒng)等于_y = ai， +6.6 +c <3l(,22-,12) +WO 3 = ".(/32 —/22) + 6.(^—/2)從該兩個公式，提取出將a和b聯(lián)系起來的公式a.《32 — 2《+《)二 一6.《3 _ 2/2 + A) 通過計算一階導(dǎo)數(shù)，二階多項式曲線的拐點可以被算出，其導(dǎo)數(shù)為奪。這樣，發(fā)動機管理系統(tǒng)計算出對應(yīng)于曲線的拐點S的理論時間tth, 并因此算出相應(yīng)的發(fā)動機位置(即，在圖2中，介于y+6°和y+9。之 間)。下一個前沿到達(dá)時間t4處。對應(yīng)于此時間t4的是 -若沒有發(fā)動機旋向反轉(zhuǎn)，則是產(chǎn)生前沿y+9。的齒d+l的末端， -若有反轉(zhuǎn)，則是產(chǎn)生前沿y+6。的齒d+l的再次開始。 因而，當(dāng)前沿到達(dá)時間t4時，此時間t4與理"i侖反轉(zhuǎn)時間t也之間的 正或負(fù)的差值確定了發(fā)動機是否已經(jīng)改變了旋向。在時間t4處完成，t4的值將與對應(yīng)于二階多項式函數(shù)的一階導(dǎo)數(shù)為零的 時間值相比4支，4灸句話說即2a 2(,3_2/2+"如果A為正，在當(dāng)前前沿t4之后估算拋物線峰值沒有發(fā)動機的 旋向反轉(zhuǎn)。如果A為負(fù)，拋物線峰值^皮估算為在當(dāng)前前沿t4之前有反轉(zhuǎn)。 然而，前述計算必須以絕對時間來完成，這給實施造成了困難。結(jié) 果，優(yōu)選地，本發(fā)明定義了包含測定各事件(齒通過產(chǎn)生曲軸信號的上 升沿和下降沿的傳感器的前方)之間的偏差的相對時間。 通常，為此，使用了在每個前沿處優(yōu)選更新的計時器。 在此模型中，因而對若干變量進行如下改變，來自曲軸位置傳感器 的信號的四個連續(xù)前沿分別到達(dá)的四個連續(xù)時間t" t2、 t3和t4:<formula>formula see original document page 10</formula>此外，為了簡化計算，可以認(rèn)為u等于0。測試變量A則變?yōu)?.最后得到<formula>formula see original document page 10</formula>.明的用于發(fā)動機的旋向反轉(zhuǎn)的測試中，t i是來自曲 軸位置傳感器的信號的前沿到達(dá)的時間，且11+1是來自曲軸位置傳感器的信號的下一前沿到達(dá)的時間；T工是信號的兩個連續(xù)前沿之間的時間 差，且T 1+1是其第一前沿為具有時間差的前沿的信號的兩個連續(xù)前 沿之間的時間差。此測試優(yōu)選在來自曲軸位置傳感器的信號的每個前沿處實施。在此 情況下，為前沿f測出的時間差T2變成了用于下一前沿f+l的時間差 Tl,時間差T3變?yōu)榱藭r間差T2，等等。對時間差T1、 T2、 T3等的測量結(jié)果被存儲在發(fā)動機管理裝置的存 儲器中。相應(yīng)的前沿用來產(chǎn)生信號的時間t4,或更精確地說，介于此前沿和 前面的前沿之間的時間差T4，故用于通過解出前述測試的變量A來估 算是否發(fā)生反轉(zhuǎn)。如以前的計算可見，根據(jù)本發(fā)明的用于估算發(fā)動機反轉(zhuǎn)的方法是基 于其中二階多項式函數(shù)的峰值S被估算為始于三個連續(xù)前沿的計算的。 該函數(shù)(在此情況中為拋物線)的峰值S同樣地由使用較多前沿的計算 確定，但這可能加長處理時間。因而，優(yōu)選地，使用三個連續(xù)前沿來執(zhí) 行該估算，且在隨后的第四前沿上執(zhí)行計算。因而，當(dāng)在用于反轉(zhuǎn)位置估算的若干前沿的最后前沿之后的前沿到達(dá)時，執(zhí)行對發(fā)動機旋向反轉(zhuǎn)的估算。在用于二階數(shù)學(xué)函數(shù)的峰值估算的若干前沿的最后前沿之后的新前沿到達(dá)時間的函數(shù)，與理i侖的發(fā)動才幾反轉(zhuǎn)時間的函數(shù)相比4支。因而， 優(yōu)選地，對應(yīng)于在用于多項式函數(shù)峰值S的估算的若干前沿的最后前沿 之后的新前沿、和用于多項式函數(shù)峰值S的估算的若干前沿的最后前沿 之間的時間差的真實時間差，與對應(yīng)于在^f艮據(jù)二階多項式函數(shù)峰值S的 估算時間、和用于估算發(fā)動機旋向反轉(zhuǎn)位置的若干前沿的最后前沿之間 的理論差值相比較。優(yōu)選地，以"運動"方式執(zhí)行反轉(zhuǎn)估算的計算，即，在來自曲軸位 置傳感器的信號的每個前沿處對峰值位置的計算進行更新。有利地，根據(jù)本發(fā)明的方法額外地包括確證步驟，其中當(dāng)反轉(zhuǎn)測試 為正時，齒計數(shù)器被分為兩個計數(shù)器，當(dāng)認(rèn)為發(fā)動機旋向反轉(zhuǎn)為真時， 僅其中之一計數(shù)，且發(fā)動機管理裝置的計算器在其上鎖定，來計算發(fā)動機位置；當(dāng)認(rèn)為發(fā)動機旋向反轉(zhuǎn)為假時，另一個計數(shù)器計數(shù)。如果長齒 在由計算器期望的一個位置之外被標(biāo)記，則計算器在另一個計數(shù)器上被鎖定。 、、 --、、，_'、、 ，曰 a、 一于500轉(zhuǎn)/分鐘的值)是有利地實施的。
權(quán)利要求
1.一種用于確定裝備了曲軸的內(nèi)燃機的旋向反轉(zhuǎn)的方法，該曲軸配備了包括其中之一為長齒的若干齒的靶子、傳遞用來計數(shù)齒的信號的單向的曲軸位置傳感器、齒計數(shù)器、以及包括了計算器和失速狀態(tài)的發(fā)動機工況模型的發(fā)動機管理裝置，所述方法包括以下步驟·記錄來自曲軸位置傳感器的信號，并測量該信號的兩個連續(xù)前沿之間的每個時間差，·在模型的基礎(chǔ)上，由來自曲軸位置傳感器的信號的前沿間的時間差而計算發(fā)動機位置的變化，·估測發(fā)動機的停止位置，其特征在于，發(fā)動機工況的模型是時間t的二階多項式函數(shù)，且發(fā)動機的旋向的反轉(zhuǎn)位置是根據(jù)對此類型的二階多項式函數(shù)的峰值S的位置的計算而估算的，y＝a.t2+b.t+c其中，a，b和c是三個實數(shù)。
2. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，二階多項式函數(shù)的峰值 S根據(jù)來自曲軸位置傳感器的信號的至少三個連續(xù)前沿被估算。
3. 如前述權(quán)利要求的任意一條所述的方法，其特征在于，對應(yīng)于二 階多項式函數(shù)的峰值S的發(fā)動機旋向反轉(zhuǎn)的理論時間，是令此函數(shù)的一 階導(dǎo)數(shù)為零時的時間。
4. 如權(quán)利要求3所述的方法，包括對發(fā)動機旋向反轉(zhuǎn)的測試，其中 在二階多項式函數(shù)的峰值S估算中所用的最后前沿之后的新前沿到達(dá)的
5. 如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，對發(fā)動機旋向反轉(zhuǎn)的測 試被下列變量A定義i t;t; r3+r2『 r3 _r22 4其中h、 t2、 t3和U是來自曲軸位置傳感器的信號的四個連續(xù)前沿分別到 達(dá)的四個連續(xù)時間。
6. 如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，當(dāng)反轉(zhuǎn)測試的變量A 為負(fù)時，發(fā)動機管理裝置認(rèn)為旋向反轉(zhuǎn)已發(fā)生，并相應(yīng)地處理來自曲軸 位置傳感器的信號，以便確定發(fā)動機的位置。
7. 如權(quán)利要求5和6中的任一條所述的方法，其特征在于，當(dāng)對發(fā) 動機旋向反轉(zhuǎn)的測試的變量A為負(fù)時，齒計數(shù)器被分為兩個計數(shù)器，當(dāng) 認(rèn)為反轉(zhuǎn)真實發(fā)生時，僅其中之一計數(shù)，且發(fā)動機管理裝置的計算器在 該其中之一的計數(shù)器上鎖定，來計算發(fā)動機位置，該方法還包括一個確證步驟，如果長齒在由計算器期望的位置之外 被標(biāo)記，則計算器在另一個計數(shù)器上被鎖定。
8. 如前述權(quán)利要求的任意一條所述的方法，其特征在于，對峰值S 位置的計算在來自曲軸位置傳感器的信號的每個前沿處被更新。
9. 如前述權(quán)利要求的任意一條所述的方法，其特征在于，根據(jù)發(fā)動 機轉(zhuǎn)速躍過閾值，特別是低于或等于500轉(zhuǎn)/分鐘的值，實施根據(jù)本發(fā)明 的方法。
全文摘要
一種用于確定裝備了曲軸的內(nèi)燃機的旋向反轉(zhuǎn)的方法，該曲軸配備了包括其中之一為長齒的若干齒的靶子、用于傳遞用來計數(shù)齒的信號的單向的曲軸位置傳感器、齒計數(shù)器、以及包括了計算器和失速狀態(tài)的發(fā)動機工況模型的發(fā)動機管理裝置，所述方法包括以下步驟記錄來自曲軸位置傳感器的信號，并測量該信號的兩個連續(xù)前沿之間的每次的時間差。在模型的基礎(chǔ)上，由來自曲軸位置傳感器的信號的各前沿間的時間差而計算發(fā)動機位置的隨時間的變化。估測發(fā)動機的停止位置。其特征在于，發(fā)動機工況的模型是時間t的二階多項式函數(shù)，且在于發(fā)動機的旋向的反轉(zhuǎn)位置是由對此二階多項式函數(shù)的峰值S的位置的計算而估算到的。
文檔編號F02D41/04GK101258314SQ200680032722
公開日2008年9月3日 申請日期2006年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月9日
發(fā)明者P·佐博夫, V·古澤恩, V·迪安 申請人:法國歐陸汽車公司