专利名称：电子节气门控制系统和方法
技术领域：
本发明涉及发动机控制系统，更具体地涉及电子节气门控制(ETC)系统和方法。
背景技术：
本文中提供的背景技术描述用于大体呈现本发明的提出背景。本背景技术部分描 述的本发明的发明人所做的工作，以及说明书中记载的那些在本申请的申请日时不能被确 定是现有技术的方面，不能被公开地或隐含地当作现有技术来反对本发明。内燃机在汽缸内燃烧空气和燃料的混合物(A/F)，用以驱动活塞产生驱动转矩。节 气门用于调节进入汽缸的空气流。节气门可以是由机械控制也可以由电子控制。机械节气 门控制系统可包括拉索，其将加速器(例如，踏板组件)与节气门中的阀门机械连接。例如， 踩下所述加速器可打开节气阀，使得空气进入发动机。
电子节气门控制(ETC)系统可切断加速器和节气门之间的机械连接。例如，ETC系 统可基于例如加速踏板位置、发动机转速和/或汽车速度等因素确定所需的节气门位置。 ETC系统可包括电动机(S卩，ETC电机)用以控制节气阀的位置。仅仅作为示例，ETC电机 可以指令节气阀到达由ETC系统计算出的所需位置。与机械节气门控制系统相比，ETC系 统可改善排放、提高燃油效率、加强发动机稳定性控制和/或发动机牵引控制。
发明内容
一种发动机控制系统包括状态判定模块和节气门驱动模块。所述状态判定模块判 定第一和第二节气门位置传感器(TPS)的状态，其中故障状态包括第一和第二节气门位置 传感器中的一个在比第一预定时间段长的时期内超出预定范围或者与第一和第二节气门 位置传感器中的另一个不相关的情形。当发动机歧管绝对压力(MAP)小于预定的MAP阈值， 第一和第二节气门位置传感器中的至少一个处于故障状态，并且第一和第二节气门位置传 感器中的另一个从转变成故障状态开始处于第二预定时间段内时，所述节气门驱动模块打 开节气门。一种方法包括判定第一和第二节气门位置传感器(TPS)的状态，其中故障状态包 括第一和第二节气门位置传感器中的一个在比第一预定时间段长的时期内超出预定范围 或者与第一和第二节气门位置传感器中的另一个不相关的情形；并且当发动机歧管绝对压 力(MAP)小于预定的MAP阈值，第一和第二节气门位置传感器中的至少一个处于故障状态， 并且第一和第二节气门位置传感器中的另一个从转变成故障状态开始处于第二预定时间 段内时，打开节气门。在本发明的一个方面，提供一种发动机控制系统，包括状态判定模块，所述状态 判定模块判定第一和第二节气门位置传感器的状态，其中故障状态包括第一和第二节气门 位置传感器中的一个在比第一预定时间段长的时期内，超出预定范围或者与第一和第二 节气门位置传感器中的另一个不相关的情形；和节气门驱动模块，当发动机歧管绝对压力 (MAP)小于预定的MAP阈值时，第一和第二节气门位置传感器中的至少一个处于故障状态，并且第一和第二节气门位置传感器中的另一个从转变成故障状态开始处于第二预定时间 段内时，所述节气门驱动模块打开节气门。根据上述的发动机控制系统中，所述故障状态包括第一和第二节气门位置传感器 中的一个在大于第三预定时间段的预定百分比的时间中间断地超出预定范围的情形。根据上述的发动机控制系统还包括故障计数模块，当所述第一和第二节气门位 置传感器中的至少一个处于故障状态、并且所述第一和第二节气门位置传感器中的另一个 处于从转变为故障状态起的第二预定时间段内时，所述故障计数模块增加故障数。根据上述的发动机控制系统中，当所述故障数大于或等于故障数阈值时，所述节 气门驱动模块打开所述节气门。根据上述的发动机控制系统中，所述故障数阈值为二。根据上述的发动机控制系统中，在打开节气门后，所述节气门驱动模块使电子节 气门控制(ETC)电机停止工作。根据上述的发动机控制系统中，所述第二预定时间段基于指令ETC电机和打开节 气门之间的延迟。根据上述的发动机控制系统中，在ETC电机停止工作后，所述发动机控制系统设 置节气门到默认位置。根据上述的发动机控制系统中，所述默认位置为30%的节气门全开(WOT)。根据上述的发动机控制系统中，所述节气门驱动模块基于节气门全开(WOT)脉冲 宽度调制(PWM)信号打开节气门。在本发明的另一方面，提供一种方法，包括判定第一和第二节气门位置传感器的 状态，其中故障状态包括第一和第二节气门位置传感器中的一个在比第一预定时间段长的 时期内超出预定范围或者与第一和第二节气门位置传感器中的另一个不相关的情形；以及 当发动机歧管绝对压力(MAP)小于预定的MAP阈值，第一和第二节气门位置传感器中的至 少一个处于故障状态，并且第一和第二节气门位置传感器中的另一个从转变成故障状态开 始处于第二预定时间段内时，打开节气门。在根据上述的方法中，所述故障状态包括第一和第二节气门位置传感器中的一个 在大于第三预定时间段的预定百分比的时间中间断地超出预定范围的情形。根据上述的方法还包括当所述第一和第二节气门位置传感器中的至少一个处于 故障状态、并且所述第一和第二节气门位置传感器中的另一个处于从转变为故障状态起的 第二预定时间段内时，增加故障数。根据上述的方法还包括当所述故障数大于或等于故障数阈值时，打开所述节气 门。在根据上述的方法中，所述故障数阈值为二。根据上述的方法还包括在打开节气门后，使电子节气门控制(ETC)电机停止工作。在根据上述的方法中，所述第二预定时间段基于指令ETC电机和打开节气门之间 的延迟。根据上述的方法还包括在ETC电机停止工作后，设置节气门到默认位置。在根据上述的方法中，所述默认位置为30%节气门全开(WOT)。
在根据上述的方法中，基于节气门开度(WOT)脉冲宽度调制(PWM)信号打开节气 门。从下文提供的详细描述可以得知本发明进一步的应用领域。应当理解，这些详细描述和特定实施例仅是为了示例的目的，并不意欲限制本发明的范围。
从下文的详细描述并结合附图可以更加全面地理解本发明，其中图1是根据本发明的发动机系统的功能框图；图2是根据本发明的控制模块的功能框图；和图3是根据本发明的电子节气门控制(ETC)方法的流程图。
具体实施例方式以下描述实质上仅是示例性的，并非意欲限制本发明或本发明的应用和使用。为 了简明起见，附图中采用相同的附图标记表示相同的部件。如本文中所使用的，短语A、B和 C中的至少一个应当采用非排他逻辑“或”解释为表示逻辑(A或B或C)。应当理解，方法 中的各步骤在不影响本发明原则的前提下可以不同的顺序执行。如本文中所使用的，术语“模块”表示特定用途集成电路(ASIC)、电子电路、执行一 个或多个软件或固件程序的处理机(共用处理机、专用处理机或群处理机)和存储器、组合 逻辑电路和/或提供所描述功能的其它合适的部件。传统的电子节气门控制(ETC)系统可包括多个节气门位置传感器(TPSs)。例如， 仅作为示例，传统的ETC系统可以包括两个TPSs。多个TPSs的应用可以提高系统性能、冗 余度和/或安全性。然而，由于ETC系统非常依赖传感器反馈，因此传统的ETC系统可能由于TPS故障 状态而不能正常工作和/或失效。例如，当TPS故障状态发生时，传统的ETC系统会触发TPS 故障模式，该模式指令默认的节气门位置。TPS故障模式，下文中将称之为“默认节气门授 权”(DTA)，将使驾驶员在发动机气流等于高怠速条件(例如，30%的节气门全开(Wide-open throttle)或WOT)下“跛行回家”。在DTA期间，ETC系统停用，并且节气门在节气门回位弹簧的作用下回到默认位置 (例如，30% WOT)。因此，通过切断各个汽缸的燃料和/或延迟点火控制发动机转矩。然而，当TPSs处于故障状态时，传统的ETC系统可能使发动机失速。换言之，来自 一个或多个TPSs的错误读数可能使得ETC系统在发动机运转期间意外关闭节气门片。在 指令DTA后，高发动机真空水平(S卩，低歧管绝对压力或MAP)进而阻止节气门片打开，因此 导致发动机失速。例如，发动机真空基于大气压力和MAP之间的差值得到。因此，本发明提出一种用于ETC系统的系统和方法，可以在TPS故障状态被设定后 但在DTA被指令之前“拔开”(即，脉冲打开)节气门片。在指令DTA之前拔开节气门可以 恢复所需发动机真空水平，并且因此防止发动机失速。现在参考图1，图中示出发动机系统100。空气通过节气阀102被吸入进气歧管 104。通过从燃料喷射器106喷射燃料进入进气歧管104产生空气和燃料(A/F)混合物。A/ F混合物通过打开的进气阀108被吸入所示汽缸110。点火线圈112激励火花塞114点燃汽缸Iio内的A/F混合物。燃烧后，排气阀116打开使得汽缸110向排放系统118排出燃 烧产物(即，废气)。控制模块120接收来自节气门位置传感器(TPSs) 122和124的信号。例如，可以采 用多个TPSs 122,124以提高系统的性能、冗余度和/或安全性。尽管示出两个TPSs 122、 124，然而也可以采用多于两个的TPSs。控制模块120还从MAP传感器128接收歧管绝对压 力(MAP)信号。MAP传感器128测量进气歧管104内的绝对压力。控制模块120向电子节气门控制(ETC)电机126输出节气门控制信 号，所述电机 126打开节气阀102。控制模块120还控制燃料喷射器106和点火线圈112。控制模块120 监测各种输入信号，例如加速踏板(图中未示)位置，确定理想的节气门位置，并指示ETC 电机126驱动节气阀102到达理想的节气门位置。控制模块120可监测TPSs 122、124的状态。换言之，控制模块120可监测TPSs 122、124的错误状态和/或故障状态。例如，当TPS信号超出范围(OOR)时，TPS被设为错 误状态。换言之，当TPS产生一个超出预定位置范围的TPS信号(例如，0到5伏特)时， TPS被设置为错误状态。仅仅作为示例，TPS可能由于电压不足(高、低或在范围内)、TPS、 供电源和/或回路中的断路、以及更罕见的由于模数转换(A-D)故障而超出范围。因此，当 TPS与其他TPSs不相关时，该TPS可被设置为错误状态。当TPS处于错误状态持续预定时间时，TPS可被设置为故障状态。仅仅作为示例， 所述预定时间段可以是连续的200毫秒。因此，仅仅作为示例，当TPS在1秒间隔内间断地 处于错误状态超过50%时，TPS可被设置为故障状态。如果故障状态被设置，那么控制模块120不再保持对节气门进行电子控制。然而， 控制模块120会在指令DTA之前的行程期间等待多个故障状态发生。仅仅作为示例，控制 模块120可在一个行程期间在两个故障状态被设置之后指令DTA。在指令DTA之前，控制模块120判断是否需要打开(S卩，拔开)节气门以防止发动 机失速。仅仅作为示例，控制模块120可以判定MAP低于MAP阈值(S卩，发动机真空度高于 真空度阈值)的时间，以及两个TPSsl22和124都被设置为故障状态的时间。此外，仅仅作 为示例，控制模块120可以判定MAP低于MAP阈值(S卩，发动机真空度高于真空度阈值)的 时间，以及TPSs 122和124中的一个被设定为故障状态，另一个TPS被设定为错误状态并 处于从被设定为故障状态开始的预定时间阈值内的时间。所述预定时间阈值与指令ETC电机126打开节气阀102相关的延迟对应。仅仅作 为示例，所述延迟可以是40毫秒。换言之，当节气阀102打开太晚时，将产生不希望的空气 流量和转矩(即，太多动力)，这将使得驾驶员和/或车辆经历一次不期望发生的和/或未 曾预料的转矩冲击。一旦TPS被设置为故障状态，该故障状态将在一个驱动循环(即，驱动行程)的剩 余期间持续。控制模块120不能消除(即，“修复”)该故障状态。然而，仅仅作为示例，当 扫描工具被安装并且该工具发出代码清除请求时，可以使故障状态“自修复”。并且，作为示 例，当发动机关闭超过预定修复时间时，当TPS不再处于错误状态时，故障状态可以“自修 复”。仅仅作为示例，所述预定修复时间可以是五秒。当故障条件为真时，控制模块120在指令DTA之前打开节气门以防止发动机失速。 仅仅作为示例，节气门打开可基于WOT脉冲宽度调制(PWM)信号。节气门在指令DTA之前打开可恢复正常的发动机真空压力，这可以防止发动机失速。现在参考图2，图中更加详细地显示出控制模块120。控制模块120可包括状态判 定模块200、故障计数模块210和节气门驱动模块220。所述状态判定模块200从TPSs 122和124接收信号。状态判定模块200可基于 来自TPSs 122和124的信号判定TPSs 122和124的状态。仅仅作为示例，当TPS处于OOR 时，状态判定模块200判定TPSs 122和124中的一个为错误状态。仅仅作为示例，当一个 TPS与另一个TPS不相关时，状态判定模块200也判定两个TPSs中的一个处于错误状态。当TPS处于错误状态持续预定时间时，状态判定模块200判定TPSsl22和124中 的一个处于故障状态。仅仅作为示例，所述预定时间可以是持续的200毫秒或者在1秒间 隔内间断地错误达50%。故障计数模块210接收来自状态判定模块200的TPS状态。故障计数模块210基 于预定的故障条件增加故障计数。仅仅作为示例，所述预定的故障条件可以是一个TPS处 于故障状态并且另一个TPS处于错误状态且在从转变为故障状态起的预定时间内。故障计 数模块210基于故障数和预定的故障数阈值生成ETC故障信号。仅仅作为示例，所述故障 计数阈值可以是在一个行程内两个故障状态被设置。因此，故障计数模块210可以通过一 个高的重置(RESET)信号被置零(例如，故障计数设定为零)。所述节气门驱动模块220可以接收来自故障计数模块210的ETC故障信号。节气 门驱动模块220基于ETC故障信号、来自MAP传感器的MAP信号和预定MAP阈值生成节气 门驱动信号。例如，当ETC故障信号处于高位并且MAP小于预定MAP阈值(即，发动机真空 度大于真空度阈值)时，节气门驱动模块220生成WOT脉冲宽度调制(PWM)信号。仅仅作 为示例，预定MAP阈值为50kPa。所述节气门驱动模块220可将节气门驱动信号传递给ETC电机126。ETC电机126 基于节气门驱动信号打开(即，拔开)节气阀102，这样可以防止发动机失速。在DTA被指 令后，ETC电机126可停止工作。现在参考图3，本发明ETC系统的操作方法的流程图从步骤300开始。在步骤302 中，控制模块120判定发动机是否运行。如果为“否”，则控制方法返回步骤302。如果为 “是”，则控制方法继续前进到步骤304。在步骤304中，控制模块120判定故障条件是否被满足。仅仅作为示例，所述故障 条件可以是一个TPS处于故障状态，并且另一个TPS从转变为故障状态起的预定时间内处 于错误状态。如果不满足，则控制方法返回步骤304。如果满足条件，则控制方法继续前进 到步骤306。在步骤306中，控制模块120增加故障计数。在步骤308中，控制模块120判定故 障数是否大于或等于预定故障数阈值。仅仅作为示例，所述预定故障数阈值可以是二。如 果判定结果为否定，则控制方法返回步骤304。如果判定结果为肯定，则控制方法继续前进 到步骤310。在步骤310中，控制模块120判定MAP是否小于预定的MAP阈值(即，发动机真空度大于真空度阈值)。仅仅作为示例，所述预定的MAP阈值可以是50kPa。如果判定结果为 否定，则控制方法前进到步骤314。如果判定结果为肯定，则控制方法前进到步骤312。在步 骤312中，控制模块120基于节气门驱动信号通过ETC电机126打开(即，拔开)节气门。仅仅作为示例，所述节气门驱动信号可以是WOT脉冲宽度调制(PWM)信号。
在步骤314中，控制模块120使ETC系统(即，ETC电机126)停止工作，并且指令 DTA运行。仅仅作为示例，DTA可包括通过节气门回位弹簧将节气门返回到默认位置。仅仅 作为示例，所述默认的节气门位置可以是30% WOT。控制方法在步骤316处结束。本领域技术人员从上文描述应当认可，本发明的广泛教导可以各种方式执行。因 此，尽管本说明书包括特定实施方式，然而本发明的实际范围不应当仅限于此，因为本领域 技术人员在认真研究附图、说明书和权利要求书后，能够明了其他改进方式。
权利要求
一种发动机控制系统，包括状态判定模块，所述状态判定模块判定第一和第二节气门位置传感器的状态，其中故障状态包括第一和第二节气门位置传感器中的一个在比第一预定时间段长的时期内，超出预定范围或者与第一和第二节气门位置传感器中的另一个不相关的情形；和节气门驱动模块，当发动机歧管绝对压力(MAP)小于预定的MAP阈值时，第一和第二节气门位置传感器中的至少一个处于故障状态，并且第一和第二节气门位置传感器中的另一个从转变成故障状态开始处于第二预定时间段内时，所述节气门驱动模块打开节气门。
2.如权利要求1所述的发动机控制系统，其中，所述故障状态包括第一和第二节气门 位置传感器中的一个在大于第三预定时间段的预定百分比的时间中间断地超出预定范围 的情形。
3.如权利要求1所述的发动机控制系统，还包括故障计数模块，当所述第一和第二节气门位置传感器中的至少一个处于故障状态、并 且所述第一和第二节气门位置传感器中的另一个处于从转变为故障状态起的第二预定时 间段内时，所述故障计数模块增加故障数。
4.如权利要求3所述的发动机控制系统，其中，当所述故障数大于或等于故障数阈值 时，所述节气门驱动模块打开所述节气门。
5.如权利要求4所述的发动机控制系统，其中，所述故障数阈值为二。
6.如权利要求1所述的发动机控制系统，其中，在打开节气门后，所述节气门驱动模块 使电子节气门控制(ETC)电机停止工作。
7.如权利要求6所述的发动机控制系统，其中，所述第二预定时间段基于指令ETC电机 和打开节气门之间的延迟。
8.如权利要求6所述的发动机控制系统，其中，在ETC电机停止工作后，所述发动机控 制系统设置节气门到默认位置。
9.如权利要求8所述的发动机控制系统，其中，所述默认位置为30%的节气门全开 (WOT)。
10.一种方法，包括判定第一和第二节气门位置传感器的状态，其中故障状态包括第一和第二节气门位置 传感器中的一个在比第一预定时间段长的时期内超出预定范围或者与第一和第二节气门 位置传感器中的另一个不相关的情形；以及当发动机歧管绝对压力(MAP)小于预定的MAP阈值，第一和第二节气门位置传感器中 的至少一个处于故障状态，并且第一和第二节气门位置传感器中的另一个从转变成故障状 态开始处于第二预定时间段内时，打开节气门。
全文摘要
本发明涉及电子节气门控制系统和方法。发动机控制系统包括状态判定模块，所述状态判定模块判定第一和第二节气门位置传感器(TPSs)的状态，其中故障状态包括第一和第二节气门位置传感器中的一个在比第一预定时间段长的时期内超出预定范围或者与第一和第二节气门位置传感器中的另一个不相关。当发动机歧管绝对压力(MAP)小于预定的MAP阈值，第一和第二节气门位置传感器中的至少一个处于故障状态，并且第一和第二节气门位置传感器中的另一个从转变成故障状态开始处于第二预定时间段内时，所述节气门驱动模块打开节气门。
文档编号F02D41/26GK101832192SQ201010135658
公开日2010年9月15日 申请日期2010年3月10日 优先权日2009年3月10日
发明者J·M·斯滕普尼克, J·帕卡, P·A·鲍尔勒 申请人:通用汽车环球科技运作公司