专利名称：基于状态机和时间处理单元的柴油机正时控制系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种基于状态机和时间处理单元(TPU)的柴油机正时控制系统，属于 柴油机高压共轨电控喷油系统领域的正时控制技术。
背景技术：
发动机正时控制系统由发动机相位管理、发动机同步、多次喷油控制、轨压控制、 曲轴跛行回家、凸轮轴跛行回家等模块组成。其中发动机相位关系的建立是燃油喷射的基础。其准确性、可靠性能够直接影响 发动机的性能。正常工作时，发动机需要输入凸轮轴及曲轴两个信号。一旦任何一个信号 失效或被严重干扰，发动机都将无法运转。
发明内容
本发明目的在于提供一种基于状态机和时间处理单元(TPU)的柴油机正时控制系 统。本发明解决了当曲轴或凸轮信号出现故障时发动机不能运转的难题，提高了系统的稳 定性、鲁棒性，并大大缩短了发动机的启动时间，改善了车辆运转的安全性、稳定性和可靠 性。本发明的技术方案是这样实现的基于状态机和时间处理单元(TPU)的柴油机正 时控制系统，其特征在于控制模式按以下步骤实现首先启动发动机时，当凸轮处理模块发 现的第一个增齿位置先于曲轴处理模块发现的第一个缺齿位置时，发动机立刻进入单凸轮 轴模式，控制发动机运转，当曲轴处理模块发现的第一个缺齿位置先于凸轮轴处理模块发 现的第一个增齿位置时，发动机立刻启动单曲轴模式。当系统完成了曲轴和凸轮轴的同步， 即可直接进入、或从单曲轴模式、或单凸轮模式切换到同步模式；其次发动机正常运转时， 当凸轮轴信号出现干扰或故障时为故障模式，系统会无缝切换到单曲轴模式；当曲轴信号 出现干扰或故障时为故障模式，系统会无缝切换到单凸轮轴模式。所述的单曲轴模式是当发动机启动时，首先捕获曲轴信号，当发现有效曲轴信号 时，进入POLLING状态，此时由于凸轮轴故障，没有发现有效凸轮轴信号，系统进入WAIT_ CAM状态，在设定的故障次数2次内，曲轴和凸轮轴信号无法完成正常同步，正时系统启动 试喷功能。试喷完毕后，系统进入VERIFY_INC状态，检测试喷的结果，如果发动机试喷后产 生的加速度大于设定的阈值，则表示试喷成功，系统进入SYN状态。否则，系统进入WAIT_ CAM状态，启动下一次试喷。系统在SYN状态时，发动机相位管理系统建立发动机相位，计算 当前缸号，进行发动机喷油控制，此时发动机在SYN状态下运转。所述的单凸轮轴模式是当发动机启动时，首先捕获曲轴信号，但此时由于曲轴信 号故障，没有发现有效曲轴信号，系统首先发现有效凸轮信号，系统进入WAIT_CRANK状态。 当检测到凸轮增齿时，系统进入CAM_PHASE_CHECK状态，在发动机两个工作周期内，没有完 成曲轴和凸轮轴信号的同步，此时系统进入START_BACKUP状态，根据凸轮轴信号建立发动 机相位，计算发动机缸号，进行发动机喷油控制，此时发动机在BACKUP状态下运转。
本发明的积极效果是具备了发动机状态的快速无缝切换、跛行回家等功能，大大 改善了车辆运转的安全性、稳定性和可靠性。
图1本发明的工作模式转换状态框图。图2本发明的发动机相位管理有限状态机工作流程图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。如图1所示，发动机相位管理模块 根据输入信号建立发动机相位，并通过状态机管理系统实现轨压控制和喷油控制，驱动发 动机运转。当系统检测到曲轴或凸轮轴故障时，通过状态机的切换实现正常模式和故障模 式的管理。基于状态机和时间处理单元(TPU)的柴油机正时控制系统，其特征在于控制模 式按以下步骤实现首先启动发动机，当凸轮处理模块发现的第一个增齿位置先于曲轴处 理模块发现的第一个缺齿位置，则发动机立刻进入单凸轮轴模式，控制发动机运转，当曲轴 处理模块发现的第一个缺齿位置先于凸轮轴处理模块发现的第一个增齿位置，则发动机立 刻启动单曲轴模式。当系统完成了曲轴和凸轮轴的同步，即可直接进入、或从单曲轴模式、 或单凸轮模式切换到同步模式；其次发动机正常运转时，当凸轮轴信号出现干扰或故障时 为故障模式，系统会无缝切换到单曲轴模式；当曲轴信号出现干扰或故障时为故障模式，系 统会无缝切换到单凸轮轴模式。如图2所示，系统首先完成对曲轴和凸轮轴信号的诊断，主要包括以下几种故障 曲轴信号超时在设定的时间内，没有捕获到曲轴信号时，判定为曲轴超时故障，据此
可以判定曲轴信号丢失。曲轴信号少齿当检测到曲轴缺齿位置，曲轴处理模块的齿计数器数值小于曲轴 实际齿数时，判定为曲轴信号少齿故障。曲轴信号多齿当检测到曲轴缺齿位置，曲轴处理模块的齿计数器数值大于曲轴 实际齿数时，判定为曲轴信号多齿故障。曲轴信号缺齿位置丢失曲轴处理模块始终没有检测到曲轴缺齿位置，此时判定 为曲轴信号缺齿位置丢失。凸轮信号超时在设定的时间内，没有捕获到凸轮轴信号时，出现凸轮轴超时故 障，据此可以判定凸轮轴信号丢失，如果曲轴信号和凸轮轴信号都出现超时故障，则可判定 发动机停机。凸轮信号少齿当检测到凸轮轴增齿位置，凸轮轴处理模块的齿计数器数值小于 凸轮轴实际齿数时，判定为凸轮轴信号少齿故障。凸轮信号多齿当检测到凸轮轴增齿位置，凸轮轴处理模块的齿计数器数值大于 凸轮轴实际齿数时，判定为凸轮轴信号多齿故障。凸轮信号增齿位置丢失凸轮轴处理模块始终没有检测到凸轮轴信号增齿位置， 此时判定为凸轮轴信号增齿位置丢失。实施例1 当曲轴和凸轮轴信号都正常时，发动机启动过程
当钥匙开关处于ON档，ECU上电，系统进入INIT初始状态，在设定的时间内，首先会出 现曲轴超时故障，此时系统进入TIMEOUT状态。当钥匙开关处于START档，电机带动发动机转动，一般情况下首先捕获到曲轴信号，当发现有效曲轴信号时，进入POLLING状态；当凸 轮捕获到有效信号时，进入VERIFY状态；当凸轮发现增齿时，验证曲轴和凸轮信号是否同 步，如果不同步，则继续等待，否则，系统进入SYN同步状态，此时发动机相位管理系统建立 发动机相位，计算当前缸号，进行发动机喷油控制，此时进入SYN状态。实施例2 当曲轴信号正常，凸轮轴故障时，发动机启动过程
当钥匙开关处于ON档，ECU上电，系统进入INIT初始状态。当在设定的时间内，首先会 出现曲轴超时故障，此时系统进入TIMEOUT状态。当钥匙开关处于START档，电机带动发动 机转动，一般情况下首先捕获到曲轴信号，当发现有效曲轴信号时，进入POLLING状态，此 时由于凸轮轴故障，没有发现有效凸轮轴信号，系统进入WAIT_CAM状态，在设定的故障次 数内，曲轴和凸轮轴信号无法完成正常同步，正时系统启动试喷功能，试喷完毕后，系统进 入VERIFY_INC状态，检测试喷的结果，如果发动机试喷后产生的加速度大于设定的阈值， 则表示试喷成功，系统进入SYN状态，否则，系统进入WAIT_CAM状态，启动下一次试喷。系 统在SYN状态时，发动机相位管理系统建立发动机相位，计算当前缸号，进行发动机喷油控 制，此时进入SYN状态。实施例3 当凸轮轴信号正常，曲轴故障时，发动机启动过程
当钥匙开关处于ON档，ECU上电，系统进入INIT初始状态。当在设定的时间内，首先 会出现曲轴超时故障，此时系统进入TIMEOUT状态。当钥匙开关处于START档，电机带动发 动机转动，一般情况下首先捕获到曲轴信号，但此时由于曲轴信号故障，没有发现有效曲轴 信号，系统首先发现有效凸轮信号，系统进入WAIT_CRANK状态，当检测到凸轮增齿时，系统 进入CAM_PHASE_CHECK状态，在设定的时间内，没有完成曲轴和凸轮轴信号的同步，此时系 统进入START_BACKUP状态，根据凸轮轴信号建立发动机相位，计算发动机缸号，进行发动 机喷油控制，此时进入BACKUP状态。实施例4 发动机处于SYN状态，此时出现凸轮轴故障，曲轴信号正常
当发动机正常运转，系统处于SYN状态时，如果发现凸轮轴故障，此时由于发动机已经 完成了同步，根据曲轴建立了正确的发动机的相位，故凸轮故障不会影响到发动机的工作， 故此时系统仍然保留在SYN状态。实施例5 发动机处于SYN状态，此时出现曲轴故障，凸轮信号正常
当发动机正常运转，系统处于SYN状态时，如果发现曲轴故障，由于发动机的相位关系 是根据曲轴信号建立的，故曲轴故障的发现，打乱了发动机正确相位关系，发动机不能再根 据曲轴建立的相位关系工作，此时系统立刻切换到BACKUP模式，使用凸轮信号，建立发动 机的凸轮相位关系，完成发动机的各种控制，保证发动机正常运转。
权利要求
基于状态机和时间处理单元(TPU)的柴油机正时控制系统，其特征在于控制模式按以下步骤实现首先启动发动机，当凸轮处理模块发现的第一个增齿位置先于曲轴处理模块发现的第一个缺齿位置，则发动机立刻进入单凸轮轴模式，控制发动机运转，当曲轴处理模块发现的第一个缺齿位置先于凸轮轴处理模块发现的第一个增齿位置，则发动机立刻启动单曲轴模式，当系统完成了曲轴和凸轮轴的同步，即可直接进入、或从单曲轴模式、或单凸轮模式切换到同步模式；其次发动机正常运转，当凸轮轴信号出现干扰或故障时为故障模式，系统会无缝切换到单曲轴模式；当曲轴信号出现干扰或故障时为故障模式，系统会无缝切换到单凸轮轴模式。
2.根据权利要求1所述的基于状态机和时间处理单元(TPU)的柴油机正时控制系统， 其特征在于所述的单曲轴模式当发动机启动时，首先捕获曲轴信号，当发现有效曲轴信号 时，进入POLLING状态，此时由于凸轮轴故障，没有发现有效凸轮轴信号，系统进入WAIT_ CAM状态，在设定的故障次数2次内，曲轴和凸轮轴信号无法完成正常同步，正时系统启动 试喷功能，试喷完毕后，系统进入VERIFY_INC状态，检测试喷的结果，如果发动机试喷后产 生的加速度大于设定的阈值，则表示试喷成功，系统进入SYN状态，否则，系统进入WAIT_ CAM状态，启动下一次试喷。系统在SYN状态时，发动机相位管理系统建立发动机相位，计算 的当前缸号，进行发动机喷油控制，此时发动机在SYN状态下运转。
3.根据权利要求1所述的基于状态机和时间处理单元(TPU)的柴油机正时控制系统， 其特征在于所述的单凸轮轴模式，当发动机启动时，首先捕获曲轴信号，但此时由于曲轴信 号故障，没有发现有效曲轴信号，系统首先发现有效凸轮信号，系统进入WAIT_CRANK状态， 当检测到凸轮增齿时，系统进入CAM_PHASE_CHECK状态，在发动机两个工作周期内，没有完 成曲轴和凸轮轴信号的同步，此时系统进入START_BACKUP状态，根据凸轮轴信号建立发动 机相位，计算发动机缸号，进行发动机喷油控制，此时发动机在BACKUP状态下运转。
全文摘要
本发明涉及一种基于状态机和时间处理单元(TPU)的柴油机正时控制系统，其特征在于控制模式按以下步骤实现首先启动发动机，当凸轮处理模块发现的第一个增齿位置先于曲轴处理模块发现的第一个缺齿位置，则发动机立刻进入单凸轮轴模式，控制发动机运转，当曲轴处理模块发现的第一个缺齿位置先于凸轮轴处理模块发现的第一个增齿位置，则发动机立刻启动单曲轴模式，当系统完成了曲轴和凸轮轴的同步，即可直接进入、或从单曲轴模式、或单凸轮模式切换到同步模式；其次发动机正常运转，当凸轮轴信号出现干扰或故障时为故障模式，系统会无缝切换到单曲轴模式；当曲轴信号出现干扰或故障时为故障模式，系统会无缝切换到单凸轮轴模式。具备了发动机状态的快速无缝切换，跛行回家等功能，大大改善了车辆运转的安全性、稳定性和可靠性。
文档编号F02D41/38GK101994590SQ20101028222
公开日2011年3月30日 申请日期2010年9月15日 优先权日2010年9月15日
发明者刘时珍, 吕贵林, 郑岩 申请人:中国第一汽车集团公司