用于车辆的进气加热系统的制作方法
本申请是2016年5月26日提交的美国专利申请号15/166,009的部分继续申请。上面引用的申请的全部公开内容通过引用并入。
本公开涉及内燃机中的进气加热系统，更具体地涉及进气加热系统的电子控制。
背景技术
用于内燃机的空气燃料混合物在冷的时候难以点燃，导致不完全燃烧和排放增加。一旦引擎升温，气缸可以充分加热空气燃料混合物。然而，在启动时，引擎可能没有热量来对空气燃料混合物做出贡献。当环境温度较低时，冷启动状况尤其严重。进气加热系统可用于加热到达引擎的空气。该系统可位于进气歧管内或之前。在试图启动引擎之前，进气加热系统可能会达到温度。
加热进气可以允许更易于点火并且可以更有效地保持燃料处于悬浮状态，导致更少的燃料液滴脱离悬浮在空气中。进气加热系统可以允许更快启动引擎，可以减少启动排放(有时以“白烟”的形式出现)，降低引擎磨损，减少启动过程中的总体电池消耗，并减少启动燃料消耗。
如图1所示，卡车100的非按比例示意图包括引擎104和空气加热器108。虽然未示出，但是引擎104的进气歧管可以包含空气加热器108。基于来自引擎控制器112的控制信号，空气加热器控制器116将电池120连接到空气加热器108。
例如，空气加热器控制器116可以包括机电继电器。空气加热器控制器116还可以包括计时器，使得空气加热器108不会达到过热状况。然而，如果引擎104从温暖状况启动，其中空气加热器108不冷而是温暖的，则该超时可能太长，并且空气加热器108可能经历过热状况。这样可能增加空气加热器108的磨损。
这里所提供的背景说明是为了总体上呈现本公开背景的目的。现在所称的发明人的工作，对于在该背景部分所描述的内容而言，以及提交时不符合作为现有技术的说明书的方面，既未明确也未隐含地被认为是对于本公开的现有技术。
技术实现要素：
用于车辆的进气加热系统包括电开关设备，该电开关设备用于选择性地将车辆的电池连接到与车辆的进气接触的加热器线圈。进气加热系统包括控制电路，该控制电路用于响应于来自引擎控制器的使能信号，驱动电开关设备以全电流(fullcurrent)将电池连接到加热器线圈。控制电路用于测量加热器线圈的电阻，该电阻指示加热器线圈的初始温度，并且响应于加热器线圈的估计温度超过期望温度值，调制电开关设备以减少从车辆的电池到加热器线圈的电流。
在其他特征中，控制电路用于基于加热器线圈的初始温度与温度升高的总和来估计加热器线圈的温度。在其它特征中，控制电路用于通过以下操作来估计温度升高：重复测量通过电开关设备的电流的电流值并且累积测量的电流值的平方值。
在其他特征中，控制电路用于基于由累积电流平方值索引的温度升高的查找表来估计温度升高。在其他特征中，控制电路用于基于感兴趣的时间段内加热器线圈的电阻的上升速率来估计加热器线圈的初始温度。在其他特征中，控制电路用于在估计加热器线圈的初始温度之前，通过(i)参考电流平方值与(ii)累积电流平方值的比率来缩放上升速率。
在其他特征中，控制电路用于通过以下操作来测量加热器线圈的电阻：测量通过电开关设备的电流的电流值和电开关设备的端子处的电压值，并且基于所测量的电压值与所测量的电流值的比率来计算电阻值。在其他特征中，控制电路用于在电开关设备断开时测量电开关设备的端子处的参考电压，并且在计算加热器线圈的电阻之前从测量的电压值中减去参考电压。
在其他特征中，电开关设备包括并联连接的多个晶体管。在其他特征中，控制电路用于使用脉冲宽度调制来驱动电开关设备。在其他特征中，该系统包括容纳电开关设备和控制电路的金属外壳。电开关设备热耦合到金属外壳，该金属外壳从电开关设备吸收热量。在其他特征中，该系统包括温度传感器，该温度传感器用于测量控制电路、电开关设备和金属外壳中的至少一个的温度。控制电路用于响应于测量的温度超过温度阈值而关闭电开关设备。
在其他特征中，该系统包括收发器，该收发器用于(i)通过通信总线从引擎控制器接收期望温度值并且(ii)向控制电路提供期望温度值。在其他特征中，收发器用于响应于通信总线上超过预定时间段不活动，命令控制电路进入低功率模式。收发器进一步用于响应于在通信总线上接收到预定信号，命令控制电路进入工作模式。控制电路在低功耗模式下比在工作模式下消耗更少的功率。
在其他特征中，电池由内阻来表征，并且控制电路用于在通过电开关设备将电池从加热器线圈断开时测量电池的第一电压。控制电路还用于一旦电开关设备将加热线圈连接到电池，就测量电池的第二电压并测量通过电开关设备的电流。控制电路还用于基于第一电压、第二电压和电流来确定内阻。
一种操作用于车辆的进气加热系统的方法包括：响应于来自引擎控制器的使能信号，驱动电开关设备以全电流将电池连接至加热器线圈。该方法包括测量指示加热器线圈的初始温度的加热器线圈的电阻。该方法包括，响应于加热器线圈的温度超过期望温度值，调制电开关设备以减少从车辆的电池到加热器线圈的电流。
在其他特征中，该方法包括基于加热器线圈的初始温度和温度升高的总和来估计加热器线圈的温度。在其他特征中，估计温度升高包括重复测量通过电开关设备的电流的电流值并且累积测量的电流值的平方值。
在其他特征中，该方法包括基于感兴趣的时间段内加热器线圈的电阻的上升速率来估计加热器线圈的初始温度。在其他特征中，该方法包括在估计加热器线圈的初始温度之前，通过(i)参考电流平方值与(ii)累积电流平方值的比率来改变上升速率。
根据详细的说明书、权利要求书和附图，本公开的其它适用范围将变得清楚。详细描述和具体示例仅用于说明的目的，并不旨在限制本公开的范围。
附图说明
根据详细的说明和附图，将更加完全地理解本公开。
图1是具有进气加热系统的引擎的功能框图。
图2是示出选择的电源和接地连接的具有进气加热系统的引擎的功能框图。
图3a是空气加热器控制器的示例实施方式的功能框图。
图3b是空气加热器控制器的另一示例实施方式的功能框图。
图4是涉及启动具有进气加热系统的引擎的示例引擎控制器操作的流程图。
图5是用于启动具有进气加热系统的引擎的替代引擎控制器操作的流程图。
图6a和图6b共同是根据本公开的原理的空气加热器控制器的示例操作的流程图。
图7a和图7b共同是根据本公开的原理的空气加热器控制器的示例操作的另一流程图。
图8是显示基于温度的加热器电阻率变化的示例时间曲线图。
图9是各种状况下进气加热器的示例电流和电流导数轨迹的时间曲线。
在附图中，重复使用附图标记来识别相似和/或相同的元件。
具体实施方式
在现有技术中，引擎控制器可以在预定时间段内启动进气加热器系统，该预定时间段基于预期进气加热器系统升高到工作温度的时间量。这个固定的时间可能没有考虑到空气加热器可能比环境空气温暖的事实，并且不考虑到较温暖的环境温度允许空气加热器更快地升温。
根据本公开的空气加热器控制器能够确定空气加热器温度并控制提供给空气加热器的电流以达到并保持期望的工作温度。这样，即使引擎控制器启动空气加热器系统的时间超过了必要的时间，空气加热器也不会达到过热状况。
在空气加热器内放置温度传感器需要额外的部件和额外的接线—例如，从空气加热器控制器到空气加热器的一条或两条附加导线。此外，高温以及在某些情况下燃料的存在可能引起温度传感器的可靠性问题。本公开的发明人已认识到，空气加热器的电阻线圈本身用作热敏电阻的形式，随着温度改变而电阻发生改变。
加热器线圈电阻从冷环境起始温度到工作温度的这种变化可用于推断温度并相应地控制加热线圈。等同地，电阻本身可以用于控制并且与工作温度对应的目标电阻进行比较。
如果加热器线圈电阻的总变化大于空气加热器控制器与空气加热器之间的连接电阻的数量级，连接电阻可能会被忽略。这可能不是一个准确的假设，因此连接电阻被确定并考虑在内。对于空气加热器已知的电阻，第一种方法可能是简单地测量空气加热器的温度(不向空气加热器供电)，并且计算测量的电阻与已知的空气加热器电阻之间的差值是连接电阻。
然而，空气加热器的电阻会根据环境温度而变化。如果空气加热器控制器包括环境空气温度传感器或可以接收诸如来自引擎控制器的环境空气温度数据，则空气加热器控制器可以基于关于空气加热器在各种环境状况的电阻的预定经验数据来补偿该电阻变化。
即使采用这种环境补偿，空气加热器可能实际上并不处于环境温度。在温暖或热启动的情况下这可能是正确的，其中引擎没有在环境温度下“浸泡”足够长的时间以使所有引擎部件已经返回到环境温度，。如果引擎部件已经回到环境温度，例如当车辆停放过夜时，这被称为冷启动。在不知道空气加热器的温度的情况下，空气加热器控制器不能推断空气加热器的电阻以计算连接电阻。
在本公开中，将假定空气加热器的电阻随着温度升高而增加。电阻及其相对于温度的变化取决于空气加热器中使用的元件的化学性质。因此，明显增加的连接电阻可能实际上意味着空气加热器比环境温度高。
由于空气加热器的测量电阻增加可能意味着空气加热器比环境温度高或连接电阻较高，因此已开发了一种区分这些差异的方法。实验观察到，在空气加热器开始升温时电阻的变化率最大，并且随着空气加热器达到工作温度而减慢。因此，启动开始时空气加热器的温度可以根据启动期间电阻的变化率来推断。
一旦启动时的空气加热器温度被确定，其电阻可以是由空气加热器控制器存储的已知经验数据。然后可以从启动时的测量电阻中减去空气加热器的电阻，以确定连接电阻。因为与空气加热器的连接不像空气加热器本身那么热，所以连接电阻的温度依赖性在一些实施方式中可以忽略不计。
知道连接电阻并且已经预编程空气加热器在工作温度(例如，600℃)的电阻，空气加热器控制器能够调节供应到空气加热器的电流以实现期望的电阻。一旦测量的电阻等于目标加热器电阻加上连接电阻的总和，电流就可以降低以保持测量电阻在该水平。
测量电阻通常通过测量电压和电流并计算它们的比率来执行。另一个复杂因素是电压可能在空气加热器控制器上测得，但空气加热器控制器的接地参考可能不同于空气加热器看到的有效接地。如下面图2中更详细说明，引擎的其他电气特征(例如，电风扇或电子燃油喷射泵)可以与空气加热器共享接地连接。随着电压沿接地回到电池的连接而降低，空气加热器负侧的电压可能不会像空气加热器控制器所期望的那样处于零伏，而是处于较高的电压。此外，空气加热器控制器的接地参考也可能不在电池输出端子的零伏处。
因此，为了得到空气加热器两端的电压的精确读数，空气加热器控制器可能需要测量空气加热器负极的电压。当没有电流流经空气加热器时，空气加热器的正侧和负侧将处于相同的电压。因此，空气加热器控制器可以(暂时)关闭空气加热器，测量电压，然后使用该电压作为空气加热器负电压的参考。
当将电流供应给空气加热器时，可以从空气加热器正侧的电压中减去参考值。根据加热器接地的预期波动，可以根据需要频繁地执行该参考(称为加热器接地)电压测量。例如，如果加热器接地中的感兴趣的波动发生在几秒而不是几毫秒的过程中，则加热器接地测量可以每秒执行一次。
回到附图，图2示出根据本公开的原理的配置有空气加热器控制器204和空气加热器208的卡车200中的选择接地和电力连接。空气加热器208选择性地加热提供给引擎212的空气。空气加热器控制器204可以由引擎控制器216激活。空气加热器控制器204从电池220向空气加热器208提供电流。启动器224选择性地旋转引擎的曲轴并且也由电池220供电。尽管使用不同的附图标记，但是空气加热器控制器204可以被配置为与图1的引擎控制器112和空气加热器108一起使用。换言之，为了与本公开的空气加热器控制器204一起工作，引擎控制器112可能不需要新的编程。
如虚线所示，电池220向启动器224、引擎控制器216以及空气加热器控制器204提供电力，空气加热器控制器204选择性地将该电力连接至空气加热器208。同时，实线示出电池与卡车200的框架200以及引擎控制器216的接地连接。在一些车辆中，引擎212被接地到框架228。这仅仅是例如所示的一个接地配置，并且本公开的原理不限于该配置。
诸如空气加热器208，启动器224以及附加电气特征232的其他部件可以通过引擎212(特别是引擎缸体)接地到框架228。结果，空气加热器208看到的有效接地电压基于接地路径返回电池220的电阻乘以跟随相同接地路径的电流。通常，启动器224将不会与空气加热器208同时运行。
然而，诸如电气特征232的其他电气特征可以与空气加热器208同时运行。由电气特征232汲取的电流可以导致空气加热器208的接地电压改变。例如，电气特征232可以是电风扇或电子燃料喷射的组件，例如燃料泵。如下面更详细描述，空气加热器208所见的接地电压的这种变化被测量并被移除。
在图3a中，空气加热器控制器204的示例实施方式包括将电池220选择性地连接到空气加热器208的一个或多个电源开关300。分流电阻器304可以与电路开关300串联放置，并且分流电阻器304两端的电压由电流监测器308测量以确定流过电源开关300的电流量。
电源开关300并联布置并且可以由相同的门信号控制。电源开关300可以包括在单个封装中或被热连接到热沉的多个封装中，诸如空气加热器控制器204的外壳。在图3a中为了说明示出了热连接312，并且可以采取直接的金属与金属接触或导热膏的形式。
为了防止反向电池连接，可以将二极管与电源开关300串联放置，以防止电流向电池220回流。该二极管可以采取多个并联的二极管的形式，并且每个二极管实际上可以是用于作为二极管工作的电开关。例如，可以控制并联连接的一组电开关，以便当该组电开关两端的电压指示电流正流向电池220时产生开路。
电源开关300由脉冲宽度调制(pwm)驱动器316来驱动。例如，在初始加电阶段期间，pwm的占空比可以被设置为100％，使得电源开关300保持不断地接通以向空气加热器208提供电力。pwm驱动器316可以控制电源开关300以产生整形脉冲以避免产生过多的电子发射。有关更多信息，请参见2009年1月6日公布的标题为“用于进气加热器的控制器”的美国专利7,472,695，律师案卷号为4898-000478-us-cpb，第一名发明人为andrewprust，其全部公开内容为通过引用并入。
电压监视器320测量负载电压——即，电源开关300与空气加热器208之间的节点处的电压。当确定由空气加热器208看到的有效接地电压时，电压监测器320可能需要测量与空气加热器控制器204的接地相差多达500mv的电压。
如果由电压监视器320测量的电压太低，则短路保护电路324向pwm驱动器316输出禁用信号。如果在空气加热器208中存在短路或部分短路，则由电压监测器320测量的电压将比正常低得多。例如，空气加热器208上的期望电压可以是10或11伏，并且阈值因此可以被设置为5伏。短路保护电路324可以在模拟域中操作并且提供比微处理器更快的响应，微处理器在评估来自电压监测器320的电压之前可能需要启动并执行引导代码。
在其他实施方式中，短路保护电路324可以基于由电流监测器308测量的电流来操作。例如，短路保护电路324可以响应于测量的电流超过阈值长于预定的时间段来识别短路。在各种实施方式中，短路保护电路324可以接收电压和电流，并基于发生的电压或电流状况来识别短路。
如下所述的控制电路328可以是可编程逻辑器件、微处理器和存储器等，接收测量的电压和测量的电流并且以指令的占空比指示pwm驱动器316。pwm驱动器316可以发回关于电源开关300何时关闭的指示。控制电路328然后可以在电源开关300关闭的同时进行电压测量，以便确定由空气加热器208看到的有效接地电压。
控制电路328可以包括用于测量电流和电压的模拟-数字转换器(adc)。如果同一个adc被多路复用以测量电流和电压，那么当电压和电流相除以计算电阻时，可以抵消一些adc误差或非线性。
可以集成在控制电路328内的计时器电路332对控制电路328感兴趣的各个周期进行计时。例如，一个计时器可以测量空气加热器208为了空气加热器208的当前启动而已经加热的整个时间。另一个计时器可以跟踪空气加热器208的接地电压被检查的频率。另一个计时器可以测量电阻测量之间的周期。
响应于空气加热器控制器204的温度升高到阈值以上，温度切断336向pwm驱动器316提供禁用信号。例如，热敏电阻340可以测量空气加热器控制器204的外壳的温度，一个或多个电源开关300的封装的温度等。
控制电路328从引擎控制器216接收请求进气加热的信号。例如，从引擎控制器216到控制电路328的单个导体可以被认定请求进气加热，而在引擎控制器216和控制电路328之间的第二导体被用于控制电路328发送回故障状况的信号。
在一些实施方式中，提供给控制电路328的信号是二进制的，指示要求或不要求进气加热。在其他实施方式中，可以在模拟域或数字域中调制信号以指示所请求的加热程度，例如加热器的某个期望温度。
类似地，从控制电路328返回到引擎控制器216的信号可以是指示没有错误或存在错误的二进制信号。该返回信号也可以在模拟域或数字域中被调制，以指示错误的类型或者指示其他状况，例如空气加热器208已经达到工作温度。在一些实现中，收发器344允许控制电路328通过诸如控制器局域网(can)总线或j1939总线的车辆总线与引擎控制器216通信。
在各种实施方式中，空气加热器控制器204的组件(诸如，控制电路328)可以用于完全关闭或进入低功率状态。例如，收发器344可以响应于超过预定时间段内没有从引擎控制器216接收到信号，命令空气加热器控制器204的组件进入低功率状态。在将空气加热器控制器204返回到全功率模式之前，收发器344可以等待预定的唤醒信号或分组。当返回到全功率模式时，控制电路328可能需要在运行控制pwm驱动器316的操作代码之前执行启动例程。
在图3a中，尽管没有示出固有连接电阻，但空气加热器208中的元件的电阻示意性地示为电阻器348。同时，电池220可以由内部电阻(未示出)表征，该内部电阻可以是电池220的健康状况的一个指示。控制电路328可以在电源开关300关闭的情况下测量电池220的第一电压。例如，控制电路328可以接收由电流监测器308测量的分流电阻器304的端子中的一个端子的电压值。控制电路328然后可以接通电源开关300并测量电池220的第二电压和通过分流电阻器304的电流。然后，电池的内部电阻可以由控制电路328计算为第一和第二电压之间的差值除以电流。
当由电压监测器320测量的电压除以电流监测器308测量的电流时，所得到的电阻将近似等于电阻器348的电阻加上空气加热器控制器204与空气加热器208之间以及空气加热器208回到电池220所经历的连接电阻。
图3b是空气加热器控制器204的另一示例实施方式的框图，标记为204-2。空气加热器控制器204-2的许多部件类似于图3a中的空气加热器控制器204的部件。在图3b中，省略图3a中的电压监视器320。
此外，短路保护电路324被替换为短路电压检测电路380。当短路电压检测电路380检测到表示电阻器348两端短路的电压时，禁用信号被发送到pwm驱动器316。例如，短路电压检测电路380可以包括模拟电压比较器，其响应于在电阻器348两端测量的电压小于预定参考电压而生成禁用信号。
在图4中，与引擎控制器的引擎启动相关的示例操作在400处开始。如果例如由车辆的驾驶员作出引擎启动请求，则控制转移到404处；否则，控制保持在400处。在404处，控制重置计时器，该计时器从零开始并向上计数。在408处，控制命令进气加热器开启。
在412，执行可选动作。引擎控制器可以具有预定时间，在该预定时间内，预期进气加热器升高到工作温度。引擎控制器可基于上次的引擎启动时间和环境温度来调整该预定加热时间。当环境温度较高时，因为进气加热器将能够更快地达到操作温度，预定的加热时间减少。此外，如果上次引擎启动时间较近，则预定加热时间可以与上次引擎启动时间的近期程度成比例地减小。
在416处，控制将该计时器与预定时间进行比较，该预定时间可能已经在412处被调整。一旦计时器超过预定时间，控制转移到420处。在420处，控制命令进气加热器关闭，使得启动器可以使用电池容量。在424处，控制启动引擎。虽然对于引擎控制器而言是一个复杂的过程，但是引擎启动细节可能与进气加热器控制无关并且未示出。
在428处，在引擎启动之后，控制确定环境温度是否小于冷启动阈值。如果是，控制转移到432处；否则，控制返回到400处。在432处，控制重置计时器并且还重置第二计时器timer2。计时器将用于跟踪额外的进气加热便于引擎在启动后预热。第二计时器timer2将用于跟踪进气加热系统的关闭时间。例如，引擎控制器可以确定进气加热器应保持打开两分钟。然而，进气加热系统可能包括30秒之后的内部关闭。因此，timer2跟踪该30秒间隔，并在每30秒后更新进气加热请求。
在436处，控制命令进气加热器开启。在440处，控制确定需要多少附加加热时间。该附加加热时间可以随着环境温度的降低而增加。在444处，控制将计时器与在440处确定的附加时间进行比较。如果附加时间已过，控制转移到448处；否则，控制转移到452处。在448处，进气加热的附加时间完成并且控制命令进气加热器关闭。控制然后返回到400处。
在452处，控制比较timer2与进气加热系统的关闭时间段。例如，关闭时间段可以是30秒。如果timer2超过关闭时间段，则控制转移到456处；否则，控制返回到444处。在456处，控制器命令进气加热器打开并复位计时器2。控制然后返回到444处。
在图5中，引擎控制器的操作可以基于由进气加热系统提供的反馈来适配。当进气加热系统能够指示加热器已经达到工作温度时，引擎控制器可以能够更快地启动引擎。来自图4的附图标记用于表示图5中类似的操作。在408处命令进气加热器开启之后，在500处控制确定是否接收到加热器完成的指示。如果接收到这样的加热器完成信号，控制转移到420处；否则，控制仍然在500处。
在图6a中，由进气加热系统执行的示例控制开始于600处。例如，图6a和图6b中执行的控制可以实现为如图3a或图3b的控制电路328中的编程，诸如计算机可读指令。在600处，在接收到进气加热请求之前，控制器例如通过使用0％占空比的脉冲宽度调制(pwm)驱动加热器来关闭加热器。在602处，如果已经接收到进气加热请求，则控制转到604处；否则，控制保持在600处。
在604处，控制措施测量加热器的电压。由于没有向加热器供应电流，因此加热器上的电压降是零，因此所测量的电压是加热器负侧的电压。如上所述，由于其他电流汲取与进气加热器行进通过相同的接地路径，此电压可能不为零。该测量的电压被称为加热器的接地电压。
在608处，控制以100％占空比的pwm驱动加热器。此外，控制启动三个计时器：总计时器、测量计时器(用于电阻测量之间的计时时间段)和电压计时器(接地电压测量之间的计时时间段)。在612处，如果电压计时器大于或等于预定的电压测量间隔(例如，一秒)，则控制转移到616处；否则，控制转移到620。在其它实施方式中，可以不设置电压测量间隔，并且如果开关元件处测量的电压以大于预定速率变化，则可以替代地执行接地电压测量。例如，200毫秒内超过50毫伏的电压变化可能表明需要重新获得接地电压。
在620处，控制确定测量计时器是否大于或等于预定的电阻测量间隔(诸如，50毫秒)。如果是，控制转移到624处；否则，控制转移到628处。
在628处，控制确定控制器的温度是否大于阈值。如果是，控制转移到632处；否则，控制在636处继续。在636，控制确定总计时器是否大于或等于预定启动窗口(例如，3.5秒)。如果是，控制转移到图6b的640；否则，控制返回到612处。需要注意的是，在不脱离本公开的教导的情况下，可以改变图6a和图6b中所示的操作顺序。作为具体示例，在612处和620处的测试可以在顺序上颠倒。
在616处，到了接地电压测量的时间。然而，由于加热器已经以100％占空比被驱动，所以没有关闭时间来测量接地电压。因此，pwm占空比被设置为90％。在644处，控制器在下一个pwm关闭时间期间(即，关闭搜索时的pwm周期的10％)测量加热器的接地电压。在648处，控制将pwm设置回到100％。在652处，控制重置电压计时器并且在620处继续。
在624，到了测量电阻的时间，因此测量电流和电压。在656处，还确定电流值的平方的累积。这将被使用在图6b中用于基于实验室测量中存在的条件来缩放电阻变化率的大小。
在660处，控制通过将测量的电压除以电流来计算电阻。然而，首先，通过最近测量的接地电压(在644或604处进行测量)来调整所测量的电压。测量的接地电压表示由加热器以外的电流汲取引起的连接电阻两端的电压。在664处，控制重置测量计时器并且在668处继续。如果测量的电阻超出预期范围(低于最小可能电阻，例如最低进气加热器电阻和零连接电阻，或者高于上限，例如最大预期加热器电阻加上最大预期连接电阻)，控制转移到632处；否则，控制转移到672。
在632处，控制将pwm设置为零，从而停止向空气加热器供应电流。控制还会向引擎控制器返回错误并结束。在672处，控制确定电阻是否指示过温状况。如果是，控制转移到632处；否则，控制转移到628处。过温状况通过测量电阻大于极限来指示。例如，该极限可以基于先前测量的连接电阻加上被认为太高的温度下的加热器电阻。可以将来自先前启动的连接电阻增加预定百分比(例如，10％或20％)以防止过温检查中的误报。
在图6b中的640处，初始启动时间段已经过去，控制确定感兴趣时间段内测量电阻的最佳拟合线。例如，感兴趣的时间段可以是三秒钟标记前后的半秒(其中三秒钟是自从进气加热器第一次打开以来的时间量)。最佳拟合线提供斜率和截距。
利用最小二乘拟合的一种线性回归技术使用从点阵列到由y＝mx+b描述的线的垂直距离，其中m是线的斜率，并且b是y截距。该方法计算由yi–(mxi+b)描述的距离的平方并且最小化平方距离的总和。为了将线拟合到这些点，针对该组点进行计算下面的矩(moment)：
σxi2
σxi
σyi
σxiyi
n是点数总和，y截距b是：
斜率m是：
当空气加热器加热时，上面的计算可以通过每100毫秒计算r和t并将这些点放置在一个阵列中来执行。当数字n从1增加到15时，计算斜率为m。在阵列中有n＝15个点后，可以使用fifo(先进先出)过程来计算最近15个点的斜率。
控制在676处继续，其中从最佳拟合线确定的电阻斜率被缩放。为了考虑在当前加热循环期间提供给进气加热器的功率与实验室中执行的加热循环相比的差异，将电阻斜率乘以实验室中测量的功率(即，实验室中提供到空气加热器的电流的平方)除以所测量的功率(即电流平方的累积值)。
在680处，使用缩放的电阻斜率来确定热阻偏移。换句话说，这表示加热器在参考温度(诸如，20℃)的电阻和加热器启动时的电阻之间的差值。例如，查找表可以具有缩放电阻斜率的值的范围以及相应的一组热电阻偏移的值。可以使用线性或更高阶插值来插值落入查找表中的值之间的缩放电阻斜率的值。在其他实施方式中，数学表达式可以从将缩放的电阻映射到热阻偏移的经验数据确定。
查找表的示例如下：
在684，控制现在能够通过从启动时测量的电阻中减去参考温度(例如20℃)下的加热器电阻和热电阻偏移，来确定与空气加热器串联存在的连接电阻。在一些实施方式中，启动时的测量电阻可能不是在第一次读数时获取，而是在稍后的某个短时间(例如，250毫秒)进行，以避免由启动瞬态引起的误差。例如，短时间可能意味着少于一秒。
在688处，控制确定所计算的连接电阻是否与先前确定的连接电阻相差超出阈值。如果是，这可能表示连接松动并且控制转移到692。否则,控制在696处继续。在696处，当加热器达到目标操作温度时，控制器确定加热器的期望电阻(将被测量)。期望电阻可以计算为目标温度下的加热器电阻和计算出的连接电阻的总和。在各种实施方式中，可以从引擎控制模块(诸如，经由收发器在通信总线上)接收目标温度值。
控制在700处继续，如果进气加热请求仍然存在，则控制转移到704；否则，控制返回到图6a中的600处。在704处，如果总计时器已经超过关闭时段，则控制也返回到图6a的600处；否则，控制在708处继续。在708处，控制确定测量计时器是否大于或等于电阻测量间隔。如果是，控制转移到712处；否则，控制转移到716处。
在712处，控制措施测量电流和电压。在720处，控制在pwm关闭时间期间测量加热器的接地电压。如果仍以100％占空比驱动进气加热器，则控制器将在测量前将pwm设置为较低的百分比，诸如90％，然后将占空比返回至100％(如图6a的616和648处所示)。控制在724处继续，在该处计算电阻。在728处，控制重置测量计时器并且在732处继续。
在732处，如果计算出的电阻超出范围，则控制转移到692；否则，控制转移到736。在736，如果电阻指示过温状况，则控制转移到692；否则，控制在716处继续。在716处，如果控制器温度大于阈值，则控制转移到692；否则，控制在740处继续。
在740处，控制设置pwm占空比以使测量的电阻与来自696处的期望电阻之间的差值最小。换言之，这起到加热器温度的闭环控制以实现目标工作温度。例如，控制可以使用具有预定常数的比例积分或比例积分微分控制，其中品质因数是测量温度和期望温度之间的差值。控制然后返回到700进行闭环控制的另一次迭代。
在图7a至7b中，流程图描绘了与图6a至图6b类似的加热器控制。在图6a至图6b所述的方法中，估计连接电阻的误差可能导致估计加热器温度的误差。例如，估计连接电阻的误差以及测量接地与加热器接地之间的偏差可能导致估计误差高达100摄氏度或150摄氏度。估计连接电阻的目的是当加热器元件的接地从测量电路的接地(通过非零连接电阻两端的电压降)发生偏移时，使得与测量加热器元件两端电压相关的测量误差最小。
如果期望特定的加热器温度，但是测量误差可能导致估计温度高于实际温度，则当估计温度达到期望温度时，实际上可能不会实现期望温度。为了确保实际达到所需的温度，可以驱动加热器直到估计温度达到期望温度加上安全裕度。这可能会延长必须保证实现所需温度的时间量，这可能无法满足客户对于加热器应多快地升温的要求。引擎制造商可以基于引擎的启动参数和排放目标来确定加热器的目标温度。
图7a至图7b中描述的方法依赖于将输送到加热器的电流的平方进行累积，而不太依赖于可能受到接地偏移等因素影响的电压测量。与图6a至图6b中的附图标记对应的图7a至图7b中的附图标记表示类似的操作。
在图7a中，控制与图6a类似地开始。在一些实现中，可以完全消除电压测量，这意味着与图6a相比可以省略块604、612、616、644、648和652。此外，框608将被修改以移除启动电压计时器。
在图7b中，框640和框676与图6b的框类似。在676处之后，控制在852处继续，在此估计初始加热器温度(即，在图7a中接收到进气加热请求并且控制转移到604处时)。基于676中计算的缩放电阻斜率来估计初始加热器温度。如上所示的表格可用于基于缩放电阻斜率来查找初始加热器温度。在其它实施方式中，可以评估作为缩放电阻斜率的函数的表达式以估计初始加热器温度。
在856处，控制确定进气加热请求是否仍然存在。如果是，控制转移到860；否则，控制返回到图7a中，其中通过以0％占空比驱动加热器来关闭加热器。在860处，如果总计时器已经超过关闭时间段，诸如30秒，则控制返回到图7a；否则，控制继续到864。在864处，如果测量计时器已经达到预定的时间段，例如50毫秒，则控制转移到868；否则，控制转移到872。
在868处，重置测量计时器。在876处，控制测量输送到加热器的电流。该测量可以是单个电流测量，或者可以表示自上次测量间隔以来在一段时间内测量的电流的平均值。计算所测量电流的平方并将其加到累积的电流平方。在880处，基于累积的电流平方来估计加热器温度上升。例如，可以使用具有预定系数的线性或多项式表达式来计算作为电流的累加平方的函数的加热器温度增量。
在884处，通过将温度升高与初始加热器温度相加来估计加热器温度。在888处，控制确定估计温度是否大于或等于目标温度。如果是，控制转移到图7a；否则，控制在872处继续。一旦达到所需的温度，将关闭加热器。在当实现所需温度时引擎可以不立即启动的实施方式中，可以执行闭环控制以保持温度。
例如，不是直接转到图7a，控制可以测量参考加热器电阻，其与被控制认为是期望温度的当前加热器温度对应。然后，控制能够对pwm占空比执行闭环控制，以使参考加热器电阻与定期(诸如每50毫秒)更新的测量的加热器电阻之间的差值最小。在执行闭环控制时，仍将执行关闭时间段检查(860)，控制器温度检查(872)和空气加热请求存在检查(852)。因为热量会散发到比加热器冷得多的周围的空气中，利用闭环控制可以近似保持加热器的温度。
在888处的控制可以在累积的电流平方的域中执行，而不需要转换为估计温度。例如，可以消除884并且可以通过确定要达到的目标累积电流平方值来补充852。然后，框888简单地将累加的电流平方值与目标值进行比较。一旦达到目标值，足够的电流就会输送到加热器，使加热器达到所需的温度。
在872处，如果控制器电路或壳体的温度大于诸如50摄氏度的阈值，则控制在892处继续；否则，控制器将转向856。控制器温度可以使用热敏电阻来测量。在892处，通过将占空比设置为0％来禁用加热器并指示故障。然后控制结束。
在图8中，曲线图示出35秒的启动期间的加热器电压、加热器安培数、加热器元件温度和加热器电阻(在电池处测量)。右侧轴(从0到900)表示以摄氏度表示的元件温度以及以安培表示的电流。左侧轴(从0到25)表示以伏特表示的电压以及以欧姆(ohms)表示的电阻的缩放和偏移值。为了以与电压相同的比例来拟合电池上测量的加热器电阻，从测量电阻中减去30毫欧姆(milliohms)，结果乘以2000。在该特定的测试中，连接电阻约为4毫欧姆，可能比实际实施方式中更高。
在图9中，绘制了电流随时间的绘制函数以及电流函数的导数。右侧轴(从-9到0)对应于以每秒安培表示的电流斜率。由于电压为11.0v(伏特)，电阻可以通过安培曲线计算得出。
第一电流轨迹904对应于在实验室测量中使用的参考温度(例如，20℃)处的标准互连电阻。第二电流轨迹908对应于增加的互连电阻。第三电流轨迹912对应于较低的温度启动。数学导数轨迹924、928和932分别对应于电流轨迹904、908和912。
虽然图示的电流斜率是负值，但对应的电阻斜率(由控制电路测得)是正值，因为欧姆定律相反。不看斜率，更多的互连电阻看起来与更热的启动线圈温度相同。因为电阻的变化率随着线圈升温而变慢，所以从非常低的温度开始的线圈的斜率低于从较高温度开始的线圈的斜率。因此，斜率可以区分观察到的电阻中多少是互连电阻以及加热器线圈中热量相关电阻增加的程度。
总结
上述描述本质上只是说明性的，并不旨在显示本公开、其用途或使用。本发明的广泛教导能够以各种形式进行实施。因此，虽然本公开包括特定的示例，但是本公开的真实范围不应当因此受限，当研究附图、说明书和下面的权利要求时，其他的变型将变得清楚。应当理解的是，在不改变本公开的原理的情况下，方法中的一个或多个步骤可以按照不同的顺序(或同时)执行。而且，虽然上面将每个实施例描述为具有特定特征，但是针对本公开的任何实施例所描述的那些特征中的任何一个或多个特征可以实现在任何其他实施例的特征中和/或与任何其他实施例的特征组合，即使组合没有明确描述。换言之，所描述的实施例不相互排斥，并且一个或多个实施例与一个其他实施例的置换仍然在本公开的范围内。
使用各种术语来描述元素之间(例如，模块、电路元件、半导体层等之间)的空间和功能关系，包括“连接”、“接合”、“耦合”、“相邻”、“接近”、“在……之上”、“在……上面”、“在……之下”和“处置”。当在上述公开中描述第一与第二元件之间的关系时，除非明确描述为“直接”，该关系包括第一与第二元件之间不存在其他的间隔元件的直接关系，也包括第一与第二元件之间(空间或功能上)存在一个或多个的间隔元件的间接关系。如在此所使用，短语a、b和c中的至少一个应当理解为逻辑的(a或b或c)，利用异或逻辑或(nonexclusivelogicalor)，并且不应当理解成意为“至少一个a、至少一个b、以及至少一个c”。
在附图中，如箭头所示的箭头的方向通常表示图示感兴趣的信息流(例如数据或指令)。例如，当元件a和元件b交换各种信息，但从元件a发送到元件b的信息与图示相关时，箭头可以从元件a指向元件b。此单向箭头并不意味着没有其他信息从元件b发送到元件a。此外，对于从元件a发送到元件b的信息，元件b可以向元件a发送信息的请求或接收确认。
在该申请中，包括以下的定义，术语“模块”或术语“控制器”可以由术语“电路”来代替。术语“模块”是指如下中的部分或者包括：专用集成电路(asic)；数字、模拟或混合的数字/模拟分立电路；模拟或混合的数字/模拟集成电路；组合逻辑电路；现场可编程门阵列(fpga)；执行代码的(共享、专用或分组的)处理器电路；存储由处理器电路来执行的代码的(共享、专用或分组的)存储器电路；提供所述功能的其他合适的硬件组件；或者以上所有或者一些的组合，诸如系统集成芯片(system-on-chip)。
模块可以包括一个或多个接口电路。在一些示例中，接口电路可以包括连接到局域网(lan)、因特网、广域网(wan)或其组合的有线或无线接口。本公开的任何给定模块的功能性可以在经由接口电路进行连接的多个模块之中进行分配。例如，多个模块可以允许负载平衡。在另外的示例中，服务器(也称为远程或云)模块可以完成代表客户模块的一些功能性。
如上所使用的术语“代码”，可以包括软件、固件、和/或微代码，并且可以指程序、例程、功能、类、数据结构和/或对象。术语“共享处理器电”路包含执行来自多个模块的一个或所有代码的单个处理器电路。术语“分组处理器电路”包含与另外的处理器电路相结合地执行来自一个或多个模块的一些或所有代码的处理器电路。对于多个处理器电路的引用包括分立管芯上的多个处理器电路、单个管芯上的多个处理器电路、单个处理器电路的多个内核、单个处理器的多个线程、或者以上的组合。术语“共享处理器电路”包含存储来自多个模块的一些或所有代码的单个处理器电路。术语“分组处理器电路”包含与另外的处理器电路相结合地存储来自一个或多个模块的一些或所有代码的存储器电路。
术语“存储器电路”是术语“计算机可读介质”的子集。如在此所使用的术语“计算机可读介质”，不包含传播经过介质的瞬态电或电磁信号(诸如，载波)；术语“计算机可读介质”因此可以认为是有形且非易失性的。非瞬态、有形计算机可读介质的非限制性示例是非易失性存储电路(诸如，闪速存储器电路、可擦除可编程只读存储电路、或掩膜只读存储器电路)，易失性存储器电路(诸如，静态随机存取存储器电路或动态随机存取存储器电路)，磁存存储介质(诸如，模拟或数字的磁盘或硬盘驱动器)，以及光存储介质(诸如，cd、dvd或蓝光光盘)。
本申请中所描述的装置和方法可以由专用计算机部分或全部地实现，其中的专用计算机通过配置普通计算机来执行体现在计算机程序中的一个或多个特定功能来创建。上述功能块、流程图要素作为软件规范，其能够通过技术人员或编程人员的常规工作而转译为计算机程序。
计算机程序包括存储在至少一个非易失性、有形的计算机可读介质上的处理器可执行指令。计算机程序也可以包括或者依靠被存储的数据。计算机程序可以包含与专用计算机的硬件进行交互的基本输入/输出系统(bios)，与专用计算机的特定设备进行交互的设备驱动器，一个或多个操作系统、用户应用、背景服务、背景应用等。
计算机程序可以包括：(i)要解析的描述性文本，诸如html(超文本标记语言)或xml(可扩展标记语言)，(ii)汇编代码，(iii)由编译器从源代码生成的目标代码，(iv)由解释器执行的源代码，(v)由即时编译器编译和执行的源代码等。仅作为示例，源代码可以使用来自包括c、c++、c#、objective-c、swift、haskell、go、sql、r、lisp、
除非使用短语“用于……的装置”明确记载元件，或者在方法权利要求使用术语“用于……操作”或“用于……步骤”的情况下，权利要求中引用的元件都不是35u.s.c.§112(f)的含义中的装置加功能元件。
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