专利名称：使用规范化分析的不平整道路检测系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及发动机系统，并且更具体地涉及一种用于区分不平整 道路操作与发动机失火的方法.
背景技术：
车辆包括产生驱动转矩的内燃机。更具体地，内燃机吸入空气并 将空气与燃料混合以形成燃烧混合气。燃烧混合气在气釭内被压缩并 燃烧以驱动活塞.活塞转动地驱动曲轴，曲轴将驱动转矩传递到变速 器和车轮。当内燃机失火时，气缸的燃烧混合气根本不燃烧或仅部分 地燃烧，并且会造成内燃机振动和传动系振荡。随机的失火典型地发 生在不同气缸上，而与它们是否来自连贯的内燃机循环无关，
当发生失火时，活塞的速度会受到影响，由此降低和/或升高内燃 机速度。不平整道路也可造成内燃机速度上的变化，该变化在量级上 类似于由内燃机失火事件产生的内燃机速度上的变化。因此，不平整 道路会使内燃机失火检测系统错误地检测到内燃机失火事件。
中心极限定理指出，随机的行为和/或扰动典型地遵循正态分布. 更具体地，即使从其外推出的分布不是正态的，数据集的随机采样的 平均值也是正态的。随机的内燃机失火和/或由不平整道路情况造成的 扰动典型地遵循正态分布，但能够被区分。
发明内容
一种用于具有曲轴的发动机的不平整道路检测系统包括控制模块 和比较模块。该控制模块接收曲轴速度信号并且确定曲轴转动时间和 曲轴加速度和冲击度.曲轴转动时间是基于曲轴速度信号，曲轴加速 度和曲轴冲击度是基于曲轴转动时间。控制模块基于曲轴加速度和冲 击度检测曲轴扰动，并且对多个曲轴扰动计数。比较模块基于曲轴扰 动确定离散度值和不对称值，并且基于第 一和第二比较判断是否存在 不平整道路情况.笫一比较是在离散度值与笫一预定阈值之间.笫二 比较是在不对称值与第二预定阈值之间， 在其它特征中，当离散度值超过第一阈值并且当不对称值小于第 二阈值时，存在不平整道路情况。
在其它特征中，控制模块按照第一、第二、第三、笫四、第五、 第六、第七和第八预定类别中的至少一个将曲轴扰动分类。第一、第 二、笫三、第四、第五、笫六、第七和第八预定类别是基于曲轴加速 度和曲轴冲击度。
在其它特征中，当曲轴加速度和曲轴冲击度为正，并且曲轴加速 度小于曲轴冲击度时，曲轴扰动归为第一类别中.当曲轴加速度和曲 轴冲击度为正，并且曲轴加速度超过曲轴冲击度时，曲轴扰动归为第 二类别中。当曲轴加速度为正，曲轴冲击度为负，并且曲轴加速度超 过曲轴冲击度的绝对值时，曲轴扰动归为第三,别中.当曲轴加速度 为正，曲轴冲击度为负，并且曲轴加速度小于曲轴冲击度的绝对值时， 曲轴扰动归为第四类別中。当曲轴加速度为辨，曲轴冲击度为负，并 且曲轴加速度的绝对值小于曲轴冲击度的绝对值时，曲轴扰动归为第 五类别中。当曲轴加速度为负，曲轴冲击度为负，并且曲轴加速度的 绝对值超过曲轴冲击度的绝对值时，曲轴扰动归为笫六类别中。当曲 轴加速度为负，曲轴冲击度为正，并且曲轴加速度的绝对值超过曲轴 冲击度的绝对值时，曲轴扰动归为第七类别中，当曲轴加速度为负， 曲轴冲击度为正，并且曲轴加速度的绝对值小于曲轴冲击度的绝对值 时，曲轴扰动归为第八类别中。
在其它特征中， 一种系统包括不平整道路检测系统，并且还包括 具有失火检测模块的气釭失火检测系统，该失火检测模块与控制模块 和比较模块通讯，并且基于曲轴扰动检测气缸失火事件。当存在不平 整道路情况时，气缸失火模块忽略来自预定序列的发动机循环的曲轴 扰动。
在其它特征中，不平整道路检测系统还包括去除曲轴转动时间中 的瞬态过程的滤波模块.滤波模块基于预定的近似计算去除周期性曲 轴扰动.预定的近似计算是基于傅立叶级数。
本发明将从详细说明和附图而变得被较完全地理解，其中
图1是具有根据本发明的不平整道路检测系统的示例性车辆的功 能方块图2是示出由本发明的不平整道路检测系统执行的示例性步骤的 流程图3A和3B是分别由不平整道路情况和失火事件造成的曲轴扰动 的示例性标绘图；以及
图4是曲轴冲击度对曲轴加速度的示例性标绘图。
具体实施例方式
优选实施例的以下说明本质上仅是示例性的，决不是意在限制本 发明及其应用或使用。为了清楚的目的，在附图中将使用相同的附图 标记表示相同的部件.如在此使用的，术语模块是指专用集成电路 (ASIC)、电子电路、执行一个或多个软件或固件程序的处理器(共 享的、专用的和成组的)和存储器，组合逻辑电路和/或提供希望的功 能性的其它适当的部件。
现在参照图l,示出一示例性车辆IO，该车辆包括具有气缸16的 发动机12，该气釭具有相联的燃料喷射器18和火花塞20.虽然示出 单个气缸16，但发动机12可包括多个具有相联的燃料喷射器18和火 花塞20的气缸16.例如，发动机12可包括1、 2、 3、 4、 5、 6、 8、 10或12个气缸16。空气通过进气口 23被吸入发动机12的进气歧管 22.节气门24调节进入进气歧管22的空气流。燃料和空气在气缸16 中结合并通过火花塞20点火.来自燃烧的力驱动活塞(未示出)，活 塞最终驱动曲轴25.虽然火花塞20引发空气/燃料混合气的燃烧，但 发动机12可以是压缩点火式发动机，其中不用火花塞就引发空气/燃 料混合气的燃烧，
车辆10还包括控制模块26、曲轴位置传感器27和比较模块28。 控制模块26接收由曲轴位置传感器27输出的曲轴位置信号。比较模 块28与控制模块26通讯，并且判断是否存在不平整道路情况，这将 在下文中详细讨论。控制模块26还与分别产生MAF、 TPS和MAP信号 的质量空气流量(MAF)传感器32、节气门位置传感器(TPS) 33和歧 管绝对压力(MAP)传感器34通讯。车辆IO还可包括与控制模块26 和比较模块28通讯的失火检测模块36。失火检测模块36可基于在预 定数量的发动机循环上累积的一系列曲轴扰动检测发动机失火事件。
曲轴位置传感器27可响应于与曲轴25 —起转动的带齿的轮38。 带齿的轮38包括从其向外延伸的多个相等地间隔的齿40。可以缺少至 少一个齿40，以限定一缺口 (未示出)。例如，带齿的轮38可包括被 充分地设计尺寸和间隔的齿40，以容纳60个齿，然而，缺少两个齿， 从而使实际上总共58个齿布置在带齿的轮38周围。缺少的齿限定缺 口.在该示例中，每个齿40对应于曲轴25的6°的转动(即，360°/60 齿)。缺口对应于曲轴25相对于气缸16内的活塞位置的转动位置， 例如，缺口的端部可指示特定活塞在相应的气缸16内的上死点(TDC) 处.
当单个齿转过曲轴位置传感器27时，产生脉冲序列，脉冲序列中 的每个脉沖对应于带齿的轮38的一个齿40.对于上述示例性的带齿的 轮38，每个脉冲指示6。的曲轴转动.发动机速度信号(RPM)基于脉 冲序列确定。虽然说明了特定方法，但本领域的技术人员应理解，可 使用用于检测发动机速度的其它系统和方法。
控制模块26基于曲轴位置信号检测一个或多个曲轴扰动。虽然在 该示例中使用曲轴位置信号，但应理解，可使用任何对振动敏感的信 号。曲轴扰动可由周期性的扰动和/或随机扰动引起。诸如齿间变动、
气缸16上，并且发生在连贯的发动机循环上。诸如随机发动机失火和 由不平整道路情况造成的曲轴扰动之类的随机扰动通常出现在不同气 缸16上，而与它们是否来自连贯的发动机循环无关。
控制模块26可基于曲轴位置信号确定曲轴转动时间信号。曲轴转 动时间是曲轴25转过特定角度(例如30°、 60°、 90°、 120°)所需要 的时间量.例如，如果使用30。的角度，则控制模块26确定接收5个 脉冲的时间周期(即，5个脉冲x6。/脉冲-30。)。因而，曲轴转动时 间与曲轴25的角速度相对应。控制模块26还可对曲轴转动时间信号 进行滤波，并减小可能由瞬时(即，急加速和/或换档)和周期性的扰 动引起的错误的不平整道路检测的可能性。滤波方法可由傅立叶级数 或其它近似方法获得，如在授权于1997年9月16日的共同转让的美 国专利No. 5, 668, 725中详细讨论的，其全部7>开通过参考明确地包 含于此。
可基于曲轴转动时间信号计算曲轴加速度和/或曲轴冲击度。具体
地，控制模块26可计算曲轴转动时间滤波时间的一次和二次导数。一 次导数(d (t))指示曲轴加速度，二次导数(dd (t))指示曲轴沖 击度.控制模块26可通过在预定数量的发动机循环上周期性地计算d (t)和dd (t)产生一系列的曲轴扰动数据点(CRANKt。t")。规范化 分析继而可应用于CRANKT。m以判断是否存在不平整道路情况.
具体地，中心极限定理指出，即使从其外推的分布不是正态的， 随机采样的数据的平均值的分布也是正态的。因此，随机失火和不平 整道路扰动都可产生曲轴扰动的正态分布.然而，来自随机失火发动 机的分布由于气缸16在失火事件后的行为而可具有可预知的成分。不 平整道路情况通常不产生那些可预知的成分.失火分布与不平整道路 分布之间的对比示于图3A和3B,因此，分析曲轴扰动的集可判断是否 存在不平整道路情况，如下文较详细地说明。
控制模块26可将产生CRANKt。t"的曲轴扰动分为一个或多个类 别。类别预先编程在存储器中，并且基于曲轴加速度和曲轴冲击度。 例如，可使用八个类别区分多个曲轴扰动(见图4)。当曲轴加速度的 值为正，曲轴冲击度的值为正，并且曲轴冲击度的值超过曲轴加速度 的值时，曲轴扰动可被归为第一类别(CTGRYO .
当曲轴加速度的值为正，曲轴冲击度的值为正，并且曲轴冲击度 的值小于曲轴加速度的值时，曲轴扰动可被归为第二类别(CTGRYb)。 当曲轴加速度的值为正，曲轴冲击度的值为负，并且曲轴加速度的值 超过曲轴冲击度的绝对值时，曲轴扰动可被归为第三类别(CTGRYc)。
当曲轴加速度的值为正，曲轴冲击度的值为负，并且曲轴冲击度 的绝对值超过曲轴加速度的值时，曲轴扰动可被归为第四类别 (CTGRYd)。通过进行上述比较的类似变化，可将曲轴扰动分入其余 的四个类别(即，CTGRYb至CTGRY )。虽然曲轴扰动基于一次与二次 导数之间的比较而分类，但也可使用其它方法。在某些应用中，类别 (CTGRL至CTGRYO可顺时针转动或逆时针转动。例如，类别可被逆 时针转动22.5°，由此将CTGRL对准于图4的右上角中的失火上。
控制模块26可在预定的时间后将类别数据输出到比较模块28。比 较模块28基于CRANKT。T"确定离散度值(DISP)。离散度值指示整个 曲轴扰动中的集中度。比较模块28还基于类别之间的比较计算不对称 值(ASYMM)。具体地，笫一预定类别中的总数可与第二预定类别中的
总数结合，以形成较大的原理类别。在预定的原理类别之间取绝对差
以确定类别差。基于由以下方程描述的类别差的总和确定不对称值
「|CTGRYA - CTGRYE| + |CTGRYB - CTGRYF| +) asymmetry = 1, 1, 1, 1,
L |CTGRYC - CTGRYG | + |CTGRYD - CTGRYH |
离散度值与不对称值可提供一种方法，该方法用于分析检测到的 曲轴扰动的总数。可基于离散度值与第 一预定阈值(THIU )之间的第一 比较和不对称值与第二预定值(THRO之间的第二比较确定不平整道路 情况.具体地，比较模块28将DISP与THIL相比较，并将ASYMM与THRB 相比较，当DISP超过THRA并且ASYMM小于THIU时，比较模块28确定 存在不平整道路情况。随后，比较模块28可命令失火检测模块36忽 略来自预选的发动机循环组的采样，因此，可减少由不平整道路情况 引起的伪发动机失火事件，
现在参照图2，控制在步骤200中确定曲轴速度。在步骤202中， 控制基于曲轴速度确定曲轴转动时间(t)。在步骤204中，控制从曲 轴转动时间去除诸如急加速和换档的瞬态事件。在步骤206中，控制 从曲轴转动时间去除由于齿间变动、扭转冲击和连续的失火引起的周 期性的扰动。控制在步骤208中基于曲轴转动时间计算曲轴加速度(d (t))和曲轴冲击度(dd (t))。
在步骤210中，控制基于d ( t )和dd ( t )检测曲轴扰动。在步 骤212中，控制判断是否已发生可接受数量的发动机循环以产生精确 的结果。当没有发生预定数量的发动机循环时，控制返回到步骤200。 否则，控制进行到步骤214。在步骤214中，控制确定CRANLm"
控制在步骤216中基于CRANKT。T"确定DISP。控制在步骤218中基 于CRANKt。t"确定ASYMM.在步骤22 0中，控制判断DISP是否超过THR" 当DISP低于TH1L时，控制在步骤222中确定不存在不平整道路情况， 并且控制返回到步骤200。否则，控制在步骤224中确定ASYMM是否 低于THRb。当ASYMM超过T肌b时，控制在步骤222中确定不存在不平 整道路情况，并且控制返回到步骤200。否则，控制在步骤226中确定 存在不平整道路情况，在步骤228中，控制忽视来自预定数量发动机 循环的采样，并且控制返回到步骤200。
本领域的技术人员现在从上述说明应理解，可在各种形式中实施 本发明的宽泛教导。因此，虽然已结合其特定示例说明了本发明，但 本发明的实际范围不应如此限定，因为当研究附图、说明书和以下权 利要求书时，本发明的其它修改将对于本领域的技术人员变得明显，
权利要求
1.一种用于具有曲轴的发动机的不平整道路检测系统，包括控制模块，所述控制模块接收曲轴速度信号，基于所述曲轴速度信号确定曲轴转动时间，基于所述曲轴转动时间确定曲轴加速度和曲轴冲击度，基于所述曲轴加速度和曲轴冲击度检测曲轴扰动，并且对多个曲轴扰动计数；以及比较模块，所述比较模块与所述控制模块通讯，基于所述曲轴扰动确定离散度值和不对称值，并且基于第一和第二比较判断是否存在不平整道路情况，其中所述第一比较是在所述离散度值与第一预定阈值之间，并且其中所述第二比较是在所述不对称值与第二预定阈值之间。
2. 根据权利要求l所述的不平整道路检测系统，其特征在于，当 所述离散度值超过所述第 一阁值并且当所述不对称值小于所述第二阚 值时，存在所述不平整道路情况。
3. 根据权利要求l所述的不平整道路检测系统，其特征在于，所 述控制模块按照第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七和第八 预定类别中的至少一个将所述曲轴扰动分类，其中所述第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七和第八预 定类别是基于曲轴加速度和曲轴冲击度。
4. 根据权利要求l所述的不平整道路检测系统，其特征在于 当所述曲轴加速度和所述曲轴冲击度为正，并且所述曲轴加速度小于所述曲轴冲击度时，所述曲轴扰动归为所述第 一类别中，当所述曲轴加速度和所述曲轴冲击度为正，并且所述曲轴加速度超过所迷曲轴冲击度时，所述曲轴扰动归为所述第二类别中，当所述曲轴加速度为正，所述曲轴冲击度为负，并且所述曲轴加速度超过所述曲轴冲击度的绝对值时，所述曲轴扰动归为所述第三类别中，当所述曲轴加速度为正，所述曲轴冲击度为负，并且所述曲轴加 速度小于所述曲轴冲击度的绝对值时，所述曲轴扰动归为所述第四类 别中，当所述曲轴加速度为负，所述曲轴冲击度为负，并且所述曲轴加 速度的绝对值小于所述曲轴冲击度的绝对值时，所述曲轴扰动归为所 述第五类别中，当所述曲轴加速度为负，所述曲轴冲击度为负，并且所述曲轴加 速度的绝对值超过所述曲轴冲击度的绝对值时，所述曲轴扰动归为所 述第六类别中，当所述曲轴加速度为负，所述曲轴冲击度为正，并且所述曲轴加 速度的绝对值超过所述曲轴冲击度的绝对值时，所述曲轴扰动归为所 述第七类别中，以及当所述曲轴加速度为负，所述曲轴冲击度为正，并且所述曲轴加 速度的绝对值小于所述曲轴冲击度的绝对值时，所述曲轴扰动归为所 述第八类别中。
5. —种系统，包括根据权利要求1所述的不平整道路检测系统， 并且还包括具有失火检测模块的气缸失火检测系统，所述失火检测模 块与所述控制模块和所述比较模块通ifL，并且基于所述曲轴扰动检测 气缸失火事件。
6. 根据权利要求5所述的系统，其特征在于，当存在所述不平整 道路情况时，所述气缸失火模块忽略未自预定数量的发动机循环的所 述曲轴扰动
7. 根据权利要求l所述的不平整道路检测系统，其特征在于，所 述不平整道路检测系统还包括去除所述曲轴转动时间中的瞬态过程的 滤波模块.
8. 根据权利要求7所述的不平整道路检测系统，其特征在于，所 述滤波模块基于预定的近似计算去除周期性曲轴扰动。
9. 根据权利要求8所述的不平整道路检测系统，其特征在于，所 述预定的近似近似是基于傅立叶级数。
10. —种用于检测不平整道路的方法，包括 接收曲轴速度信号；基于所述曲轴速度信号确定曲轴转动时间； 基于所述曲轴转动时间确定曲轴加速度和曲轴冲击度； 基于所述曲轴加速度和所述曲轴冲击度检测曲轴扰动； 对多个曲轴扰动计数；基于所述曲轴扰动确定离散度值和不对称值；以及 基于第一和第二比较判断是否存在不平整道路情况，其中所述第 一比较是在所述离散度值与第一预定阈值之间，并且其中所述第二比 较是在所述不对称值与第二预定阈值之间。
11. 根据权利要求10所述的方法，其特征在于，当所述离散度值超过所述第一阈值并且当所述不对称值小于所述第二阈值时，存在所 述不平整道路情况。
12. 根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述方法还包括 按照第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七和第八预定类别中 的至少一个将所述曲轴扰动分类，其中所述第一、第二、笫三、第四、 第五、第六、第七和第八预定类别是基于曲轴加速度和曲轴冲击度.
13. 根据权利要求IO所述的方法，其特征在于，所述方法还包括 当所述曲轴加速度和所述曲轴冲击度为正，并且所述曲轴加速度小于所述曲轴冲击度时，将所述曲轴扰动归为所述笫一类别中；当所述曲轴加速度和所述曲轴冲击度为正，并且所述曲轴加速度 超过所述曲轴冲击度时，将所述曲轴扰动归为所述第二类别中；当所述曲轴加速度为正，所述曲轴冲击度为负，并且所述曲轴加 速度超过所述曲轴冲击度的绝对值时，将所述曲轴扰动归为所述第三类别中；当所述曲轴加速度为正，所述曲轴冲击度为负，并且所述曲轴加 速度小于所述曲轴冲击度的绝对值时，将所逸曲轴扰动归为所述第四 类别中；当所述曲轴加速度为负，所述曲轴冲击度为负，并且所述曲轴加 速度的绝对值小于所述曲轴冲击度的绝对值时，将所述曲轴扰动归为 所述第五类别中；当所述曲轴加速度为负，所述曲轴冲击度为负，并且所述曲轴加 速度的绝对值超过所述曲轴冲击度的绝对值时，将所述曲轴扰动归为 所述第六类别中；当所述曲轴加速度为负，所述曲轴冲击度为正，并且所述曲轴加速度的绝对值超过所述曲轴冲击度的绝对值时，将所述曲轴扰动归为 所述第七类别中；以及当所述曲轴加速度为负，所述曲轴冲击度为正，并且所述曲轴加 速度的绝对值小于所述曲轴冲击度的绝对值时，将所述曲轴扰动归为 所述第八类别中.
14. 根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述方法还包括 基于所述曲轴扰动检测气缸失火事件.
15. 根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述方法还包括 当存在所述不平整道路情况时，忽略对于预定序列的发动机循环的所述曲轴扰动o
16. 根据权利要求10所述的方法，其特征在于，还包括从所述曲 轴转动时间去除瞬态过程。
17. 根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述方法还包括 基于预定的近似计算去除周期性的曲轴扰动。
18. 根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述预定的计算 是基于傅立叶级数.
全文摘要
本发明公开了一种用于具有曲轴的发动机的不平整道路检测系统，该不平整道路检测系统包括控制模块和比较模块。该控制模块接收曲轴速度信号并且确定曲轴转动时间和曲轴加速度和冲击度。曲轴转动时间是基于所述曲轴速度信号。曲轴加速度和曲轴冲击度是基于所述曲轴转动时间。控制模块基于所述曲轴加速度和冲击度检测曲轴扰动，并且对多个曲轴扰动计数。比较模块基于曲轴扰动确定离散度值和不对称值，并且基于第一和第二比较判断是否存在不平整道路情况。第一比较是在离散度值与第一预定阈值之间。第二比较是在不对称值与第二预定阈值之间。
文档编号G01M15/04GK101097172SQ200710126290
公开日2008年1月2日 申请日期2007年6月29日 优先权日2006年6月30日
发明者D·S·马休斯, S·M·奈克, T·K·阿萨夫 申请人:通用汽车环球科技运作公司