專利名稱：基于狀態機和時間處理單元的柴油機正時控制系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種基于狀態機和時間處理單元(TPU)的柴油機正時控制系統，屬于 柴油機高壓共軌電控噴油系統領域的正時控制技術。
背景技術：
發動機正時控制系統由發動機相位管理、發動機同步、多次噴油控制、軌壓控制、 曲軸跛行回家、凸輪軸跛行回家等模塊組成。其中發動機相位關系的建立是燃油噴射的基礎。其準確性、可靠性能夠直接影響 發動機的性能。正常工作時，發動機需要輸入凸輪軸及曲軸兩個信號。一旦任何一個信號 失效或被嚴重干擾，發動機都將無法運轉。
發明內容
本發明目的在于提供一種基于狀態機和時間處理單元(TPU)的柴油機正時控制系 統。本發明解決了當曲軸或凸輪信號出現故障時發動機不能運轉的難題，提高了系統的穩 定性、魯棒性，并大大縮短了發動機的啟動時間，改善了車輛運轉的安全性、穩定性和可靠 性。本發明的技術方案是這樣實現的基于狀態機和時間處理單元(TPU)的柴油機正 時控制系統，其特征在于控制模式按以下步驟實現首先啟動發動機時，當凸輪處理模塊發 現的第一個增齒位置先于曲軸處理模塊發現的第一個缺齒位置時，發動機立刻進入單凸輪 軸模式，控制發動機運轉，當曲軸處理模塊發現的第一個缺齒位置先于凸輪軸處理模塊發 現的第一個增齒位置時，發動機立刻啟動單曲軸模式。當系統完成了曲軸和凸輪軸的同步， 即可直接進入、或從單曲軸模式、或單凸輪模式切換到同步模式；其次發動機正常運轉時， 當凸輪軸信號出現干擾或故障時為故障模式，系統會無縫切換到單曲軸模式；當曲軸信號 出現干擾或故障時為故障模式，系統會無縫切換到單凸輪軸模式。所述的單曲軸模式是當發動機啟動時，首先捕獲曲軸信號，當發現有效曲軸信號 時，進入POLLING狀態，此時由于凸輪軸故障，沒有發現有效凸輪軸信號，系統進入WAIT_ CAM狀態，在設定的故障次數2次內，曲軸和凸輪軸信號無法完成正常同步，正時系統啟動 試噴功能。試噴完畢后，系統進入VERIFY_INC狀態，檢測試噴的結果，如果發動機試噴后產 生的加速度大于設定的閾值，則表示試噴成功，系統進入SYN狀態。否則，系統進入WAIT_ CAM狀態，啟動下一次試噴。系統在SYN狀態時，發動機相位管理系統建立發動機相位，計算 當前缸號，進行發動機噴油控制，此時發動機在SYN狀態下運轉。所述的單凸輪軸模式是當發動機啟動時，首先捕獲曲軸信號，但此時由于曲軸信 號故障，沒有發現有效曲軸信號，系統首先發現有效凸輪信號，系統進入WAIT_CRANK狀態。 當檢測到凸輪增齒時，系統進入CAM_PHASE_CHECK狀態，在發動機兩個工作周期內，沒有完 成曲軸和凸輪軸信號的同步，此時系統進入START_BACKUP狀態，根據凸輪軸信號建立發動 機相位，計算發動機缸號，進行發動機噴油控制，此時發動機在BACKUP狀態下運轉。
本發明的積極效果是具備了發動機狀態的快速無縫切換、跛行回家等功能，大大 改善了車輛運轉的安全性、穩定性和可靠性。
圖1本發明的工作模式轉換狀態框圖。圖2本發明的發動機相位管理有限狀態機工作流程圖。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。如圖1所示，發動機相位管理模塊 根據輸入信號建立發動機相位，并通過狀態機管理系統實現軌壓控制和噴油控制，驅動發 動機運轉。當系統檢測到曲軸或凸輪軸故障時，通過狀態機的切換實現正常模式和故障模 式的管理。基于狀態機和時間處理單元(TPU)的柴油機正時控制系統，其特征在于控制模 式按以下步驟實現首先啟動發動機，當凸輪處理模塊發現的第一個增齒位置先于曲軸處 理模塊發現的第一個缺齒位置，則發動機立刻進入單凸輪軸模式，控制發動機運轉，當曲軸 處理模塊發現的第一個缺齒位置先于凸輪軸處理模塊發現的第一個增齒位置，則發動機立 刻啟動單曲軸模式。當系統完成了曲軸和凸輪軸的同步，即可直接進入、或從單曲軸模式、 或單凸輪模式切換到同步模式；其次發動機正常運轉時，當凸輪軸信號出現干擾或故障時 為故障模式，系統會無縫切換到單曲軸模式；當曲軸信號出現干擾或故障時為故障模式，系 統會無縫切換到單凸輪軸模式。如圖2所示，系統首先完成對曲軸和凸輪軸信號的診斷，主要包括以下幾種故障 曲軸信號超時在設定的時間內，沒有捕獲到曲軸信號時，判定為曲軸超時故障，據此
可以判定曲軸信號丟失。曲軸信號少齒當檢測到曲軸缺齒位置，曲軸處理模塊的齒計數器數值小于曲軸 實際齒數時，判定為曲軸信號少齒故障。曲軸信號多齒當檢測到曲軸缺齒位置，曲軸處理模塊的齒計數器數值大于曲軸 實際齒數時，判定為曲軸信號多齒故障。曲軸信號缺齒位置丟失曲軸處理模塊始終沒有檢測到曲軸缺齒位置，此時判定 為曲軸信號缺齒位置丟失。凸輪信號超時在設定的時間內，沒有捕獲到凸輪軸信號時，出現凸輪軸超時故 障，據此可以判定凸輪軸信號丟失，如果曲軸信號和凸輪軸信號都出現超時故障，則可判定 發動機停機。凸輪信號少齒當檢測到凸輪軸增齒位置，凸輪軸處理模塊的齒計數器數值小于 凸輪軸實際齒數時，判定為凸輪軸信號少齒故障。凸輪信號多齒當檢測到凸輪軸增齒位置，凸輪軸處理模塊的齒計數器數值大于 凸輪軸實際齒數時，判定為凸輪軸信號多齒故障。凸輪信號增齒位置丟失凸輪軸處理模塊始終沒有檢測到凸輪軸信號增齒位置， 此時判定為凸輪軸信號增齒位置丟失。實施例1 當曲軸和凸輪軸信號都正常時，發動機啟動過程
當鑰匙開關處于ON檔，ECU上電，系統進入INIT初始狀態，在設定的時間內，首先會出 現曲軸超時故障，此時系統進入TIMEOUT狀態。當鑰匙開關處于START檔，電機帶動發動機轉動，一般情況下首先捕獲到曲軸信號，當發現有效曲軸信號時，進入POLLING狀態；當凸 輪捕獲到有效信號時，進入VERIFY狀態；當凸輪發現增齒時，驗證曲軸和凸輪信號是否同 步，如果不同步，則繼續等待，否則，系統進入SYN同步狀態，此時發動機相位管理系統建立 發動機相位，計算當前缸號，進行發動機噴油控制，此時進入SYN狀態。實施例2 當曲軸信號正常，凸輪軸故障時，發動機啟動過程
當鑰匙開關處于ON檔，ECU上電，系統進入INIT初始狀態。當在設定的時間內，首先會 出現曲軸超時故障，此時系統進入TIMEOUT狀態。當鑰匙開關處于START檔，電機帶動發動 機轉動，一般情況下首先捕獲到曲軸信號，當發現有效曲軸信號時，進入POLLING狀態，此 時由于凸輪軸故障，沒有發現有效凸輪軸信號，系統進入WAIT_CAM狀態，在設定的故障次 數內，曲軸和凸輪軸信號無法完成正常同步，正時系統啟動試噴功能，試噴完畢后，系統進 入VERIFY_INC狀態，檢測試噴的結果，如果發動機試噴后產生的加速度大于設定的閾值， 則表示試噴成功，系統進入SYN狀態，否則，系統進入WAIT_CAM狀態，啟動下一次試噴。系 統在SYN狀態時，發動機相位管理系統建立發動機相位，計算當前缸號，進行發動機噴油控 制，此時進入SYN狀態。實施例3 當凸輪軸信號正常，曲軸故障時，發動機啟動過程
當鑰匙開關處于ON檔，ECU上電，系統進入INIT初始狀態。當在設定的時間內，首先 會出現曲軸超時故障，此時系統進入TIMEOUT狀態。當鑰匙開關處于START檔，電機帶動發 動機轉動，一般情況下首先捕獲到曲軸信號，但此時由于曲軸信號故障，沒有發現有效曲軸 信號，系統首先發現有效凸輪信號，系統進入WAIT_CRANK狀態，當檢測到凸輪增齒時，系統 進入CAM_PHASE_CHECK狀態，在設定的時間內，沒有完成曲軸和凸輪軸信號的同步，此時系 統進入START_BACKUP狀態，根據凸輪軸信號建立發動機相位，計算發動機缸號，進行發動 機噴油控制，此時進入BACKUP狀態。實施例4 發動機處于SYN狀態，此時出現凸輪軸故障，曲軸信號正常
當發動機正常運轉，系統處于SYN狀態時，如果發現凸輪軸故障，此時由于發動機已經 完成了同步，根據曲軸建立了正確的發動機的相位，故凸輪故障不會影響到發動機的工作， 故此時系統仍然保留在SYN狀態。實施例5 發動機處于SYN狀態，此時出現曲軸故障，凸輪信號正常
當發動機正常運轉，系統處于SYN狀態時，如果發現曲軸故障，由于發動機的相位關系 是根據曲軸信號建立的，故曲軸故障的發現，打亂了發動機正確相位關系，發動機不能再根 據曲軸建立的相位關系工作，此時系統立刻切換到BACKUP模式，使用凸輪信號，建立發動 機的凸輪相位關系，完成發動機的各種控制，保證發動機正常運轉。
權利要求
基于狀態機和時間處理單元(TPU)的柴油機正時控制系統，其特征在于控制模式按以下步驟實現首先啟動發動機，當凸輪處理模塊發現的第一個增齒位置先于曲軸處理模塊發現的第一個缺齒位置，則發動機立刻進入單凸輪軸模式，控制發動機運轉，當曲軸處理模塊發現的第一個缺齒位置先于凸輪軸處理模塊發現的第一個增齒位置，則發動機立刻啟動單曲軸模式，當系統完成了曲軸和凸輪軸的同步，即可直接進入、或從單曲軸模式、或單凸輪模式切換到同步模式；其次發動機正常運轉，當凸輪軸信號出現干擾或故障時為故障模式，系統會無縫切換到單曲軸模式；當曲軸信號出現干擾或故障時為故障模式，系統會無縫切換到單凸輪軸模式。
2.根據權利要求1所述的基于狀態機和時間處理單元(TPU)的柴油機正時控制系統， 其特征在于所述的單曲軸模式當發動機啟動時，首先捕獲曲軸信號，當發現有效曲軸信號 時，進入POLLING狀態，此時由于凸輪軸故障，沒有發現有效凸輪軸信號，系統進入WAIT_ CAM狀態，在設定的故障次數2次內，曲軸和凸輪軸信號無法完成正常同步，正時系統啟動 試噴功能，試噴完畢后，系統進入VERIFY_INC狀態，檢測試噴的結果，如果發動機試噴后產 生的加速度大于設定的閾值，則表示試噴成功，系統進入SYN狀態，否則，系統進入WAIT_ CAM狀態，啟動下一次試噴。系統在SYN狀態時，發動機相位管理系統建立發動機相位，計算 的當前缸號，進行發動機噴油控制，此時發動機在SYN狀態下運轉。
3.根據權利要求1所述的基于狀態機和時間處理單元(TPU)的柴油機正時控制系統， 其特征在于所述的單凸輪軸模式，當發動機啟動時，首先捕獲曲軸信號，但此時由于曲軸信 號故障，沒有發現有效曲軸信號，系統首先發現有效凸輪信號，系統進入WAIT_CRANK狀態， 當檢測到凸輪增齒時，系統進入CAM_PHASE_CHECK狀態，在發動機兩個工作周期內，沒有完 成曲軸和凸輪軸信號的同步，此時系統進入START_BACKUP狀態，根據凸輪軸信號建立發動 機相位，計算發動機缸號，進行發動機噴油控制，此時發動機在BACKUP狀態下運轉。
全文摘要
本發明涉及一種基于狀態機和時間處理單元(TPU)的柴油機正時控制系統，其特征在于控制模式按以下步驟實現首先啟動發動機，當凸輪處理模塊發現的第一個增齒位置先于曲軸處理模塊發現的第一個缺齒位置，則發動機立刻進入單凸輪軸模式，控制發動機運轉，當曲軸處理模塊發現的第一個缺齒位置先于凸輪軸處理模塊發現的第一個增齒位置，則發動機立刻啟動單曲軸模式，當系統完成了曲軸和凸輪軸的同步，即可直接進入、或從單曲軸模式、或單凸輪模式切換到同步模式；其次發動機正常運轉，當凸輪軸信號出現干擾或故障時為故障模式，系統會無縫切換到單曲軸模式；當曲軸信號出現干擾或故障時為故障模式，系統會無縫切換到單凸輪軸模式。具備了發動機狀態的快速無縫切換，跛行回家等功能，大大改善了車輛運轉的安全性、穩定性和可靠性。
文檔編號F02D41/38GK101994590SQ20101028222
公開日2011年3月30日 申請日期2010年9月15日 優先權日2010年9月15日
發明者劉時珍, 呂貴林, 鄭巖 申請人:中國第一汽車集團公司