内驱电控点火系统的故障诊断电路及其故障诊断方法
【专利摘要】本发明揭示了一内驱电控点火系统的故障诊断电路，包括：采样模块，用于对流经功率开关管的电流进行采样，得到采样电流值；计算模块，接收所述采样电流，根据所述采样电流进行计算得到一能量积分；比较模块，接收所述采样电流和能量积分，将所述采样电流与一电流阈值进行比较，并将所述能量积分与能量阈值进行比较；以及判断模块，连接所述比较模块，根据所述比较模块的比较结果，判断所述点火线圈所在的缸是否出现故障。本发明还揭示了一种内驱电控点火系统的故障诊断方法。所述内驱电控点火系统的故障诊断电路及其故障诊断方法，可以在全工况下有效地诊断多种故障，电路结构简单，方法实现方便。
【专利说明】
内驱电控点火系统的故障诊断电路及其故障诊断方法
技术领域
[0001]本发明涉及发动机的电控点火技术领域，特别是涉及一种内驱电控点火系统的故障诊断电路及其故障诊断方法。
【背景技术】
[0002]随着汽车工业的蓬勃发展，车辆综合成本的增加和排放相关的环境保护受到越来越多的关注。汽车工业加速研究新的动力系统以降低燃油消耗、提高功率密度和增强车辆鲁棒性。作为汽车动力系统的重要部分，点火系统对系统效率的提高、排放污染的降低和鲁棒性的增加做出了显著贡献。
[0003]线圈点火是当前汽油发动机、天然气发发动机、氢气发动机和其他燃料发动机的主要点火形式。线圈点火系统的点火控制通过电子控制单元(Electronic Control Unit，简称ECU)中的微处理器来控制，依靠曲轴传感器和凸轮轴传感器提供的发动机位置信息实现点火正时的精确控制。线圈点火系统主要由点火线圈、点火驱动功率级(即功率开关管)、E⑶和火花塞组成。
[0004]按照点火驱动功率级的所在位置分为内驱和外驱两种。内驱就是点火线圈的驱动功率级在ECU内部，外驱就是点火线圈的驱动功率在点火线圈内部。对于内驱，目前市场上发动机管理系统的ECU大部分都不具备内驱点火的诊断功能和保护功能，若长时间或多次发生过流、短路等故障，会导致ECU内部的点火驱动器件烧毁，从而导致整个ECU报废，在车辆运行中，甚至带来安全风险。相对于仅其他部件如点火线圈的损毁，内驱点火无诊断保护功能造成的损害更大，维修成本更高。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于，提供一种内驱电控点火系统的故障诊断电路及其故障诊断方法，可以在全工况下有效地诊断多种故障，电路结构简单，方法实现方便。
[0006]为解决上述技术问题，本发明提供一种内驱电控点火系统的故障诊断电路，
[0007]所述内驱电控点火系统包括微处理器、预驱动元件以及功率开关管，所述微处理器的一输出端通过所述预驱动元件连接所述功率开关管的栅极或基极，所述功率开关管的集电极连接一点火线圈，所述功率开关管的发射极接地，所述故障诊断电路包括:
[0008]采样模块，用于对流经所述功率开关管的电流进行采样，得到采样电流值；
[0009]计算模块，接收所述采样电流，根据所述采样电流进行计算得到一能量积分；
[0010]比较模块，接收所述采样电流和能量积分，将所述采样电流与一电流阈值进行比较，并将所述能量积分与能量阈值进行比较；以及
[0011]判断模块，连接所述比较模块，根据所述比较模块的比较结果，判断所述点火线圈所在的缸是否出现故障。
[0012]进一步的，在所述内驱电控点火系统的故障诊断电路中，
[0013]在所述功率开关管的充电期间:
[0014]所述比较模块接收所述采样电流，将所述采样电流与电流阈值进行比较，所述判断模块根据所述采样电流是否大于等于所述电流阈值，判断所述点火线圈所在的缸是否出现短路故障；同时，所述计算模块接收所述采样电流，所述计算模块根据所述采样电流进行计算得到一过流积分，所述比较模块接收所述过流积分，将所述过流积分与一过流阈值进行比较，所述判断模块根据所述过流积分是否大于等于所述过流阈值，判断所述点火线圈所在的缸是否出现过流故障；
[0015]在所述功率开关管的放电期间:
[0016]所述计算模块接收所述采样电流，所述计算模块根据所述采样电流进行计算得到一过能量积分，所述比较模块接收所述过能量积分，将所述过能量积分与一过能量阈值进行比较，所述判断模块根据所述过能量积分是否大于等于所述过能量阈值，判断所述点火线圈所在的缸是否出现过能量故障。
[0017]进一步的，在所述内驱电控点火系统的故障诊断电路中，在所述功率开关管的充电期间，所述判断模块还根据所述点火线圈是否无电流，判断所述点火线圈所在的缸是否出现开路故障。
[0018]进一步的，在所述内驱电控点火系统的故障诊断电路中，所述故障诊断电路还包括一选择模块，所述选择模块根据一过流对象参数表选择对过流最薄弱的部件进行选择，所述过流对象参数表包括在不同工况下过流最薄弱的部件，所述选择模块连接所述计算模块，所述计算模块根据所述选择模块的选择结果，计算所述最薄弱的部件的过流积分。
[0019]进一步的，在所述内驱电控点火系统的故障诊断电路中，所述最薄弱的部件为功率开关管，所述计算模块计算过流积分的公式为:
[0020]Wl = kl f Ic (t) dt
[0021]其中，Wl为所述功率开关管的过流积分，kl为常数，Ic为所述采样电流，t为时间。
[0022]进一步的，在所述内驱电控点火系统的故障诊断电路中，所述最薄弱的部件为电阻，所述计算模块计算过流积分的公式为:
[0023]Wl' = Rf Ic2(t)dt
[0024]其中，W1’为所述电阻的过流积分，R为所述电阻的阻值，Ic为所述采样电流，t为时间。
[0025]进一步的，在所述内驱电控点火系统的故障诊断电路中，所述计算模块计算过能量积分的公式为:
[0026]W2 = k2 f Ic (t) dt
[0027]其中，W2为所述功率开关管的能量积分，k2为常数，Ic为所述采样电流，t为时间。
[0028]进一步的，在所述内驱电控点火系统的故障诊断电路中，所述采样模块包括一采样电阻，所述采样电阻的一端连接在所述功率开关管的源极或发射极，所述采样电阻的另一端接地。
[0029]进一步的，在所述内驱电控点火系统的故障诊断电路中，所述采样模块还包括一模数转换器，所述模数转换器连接所述采样电阻、计算模块和比较模块，所述模数转换器为所述微处理器的模数转换器，所述计算模块为所述微处理器的计算模块，所述比较模块为所述微处理器的比较模块，所述判断模块为所述微处理器的判断模块。
[0030]进一步的，在所述内驱电控点火系统的故障诊断电路中，所述内驱电控点火系统包括多个所述功率开关管，所有的所述功率开关管共用同一个所述采样模块；或，多个所述功率开关管各自单独连接一个所述采样模块；或，依次间隔的所述功率开关管共用同一个所述采样模块。
[0031]根据本发明的另一面，还提供一种内驱电控点火系统的故障诊断方法，所述内驱电控点火系统包括微处理器、预驱动元件以及功率开关管，所述微处理器的一输出端通过所述预驱动元件连接所述功率开关管的栅极或基极，所述功率开关管的集电极连接一点火线圈，所述功率开关管的发射极接地，所述故障诊断方法包括:
[0032]对流经所述功率开关管的电流进行采样，得到采样电流值；
[0033]根据所述采样电流进行计算得到一能量积分；
[0034]将所述采样电流与电流阈值进行比较，并将所述能量积分与能量阈值进行比较；以及
[0035]根据所述采样电流以及能量积分的比较的结果，判断所述点火线圈所在的缸是否出现故障。
[0036]进一步的，在所述内驱电控点火系统的故障诊断方法中，
[0037]在所述功率开关管的充电期间:
[0038]将所述采样电流与电流阈值进行比较，根据所述采样电流是否大于等于所述电流阈值，判断所述点火线圈所在的缸是否出现短路故障；同时，根据所述采样电流进行计算得到一过流积分，将所述过流积分与一过流阈值进行比较，根据所述过流积分是否大于等于所述过流阈值，判断所述点火线圈所在的缸是否出现过流故障；
[0039]在所述功率开关管的放电期间:
[0040]根据所述采样电流进行计算得到一过能量积分，将所述过能量积分与一过能量阈值进行比较，根据所述过能量积分是否大于等于所述过能量阈值，判断所述点火线圈所在的缸是否出现过能量故障。
[0041]进一步的，在所述内驱电控点火系统的故障诊断方法中，在所述功率开关管的充电期间，还根据所述点火线圈是否无电流，判断所述点火线圈所在的缸是否出现开路故障。
[0042]进一步的，在所述内驱电控点火系统的故障诊断方法中，在根据所述采样电流进行计算得到一过流积分的步骤中，根据一过流对象参数表选择对过流最薄弱的部件进行选择，所述过流对象参数表包括在不同工况下过流最薄弱的部件，并根据所述选择模块的选择结果，计算所述最薄弱的部件的过流积分。
[0043]进一步的，在所述内驱电控点火系统的故障诊断方法中，所述最薄弱的部件为功率开关管，计算过流积分的公式为:
[0044]Wl = kl f Ic (t) dt
[0045]其中，Wl为所述功率开关管的过流积分，kl为常数，Ic为所述采样电流，t为时间。
[0046]进一步的，在所述内驱电控点火系统的故障诊断方法中，所述最薄弱的部件为电阻，计算过流积分的公式为:
[0047]Wl' = Rf Ic2(t)dt
[0048]其中，W1’为所述电阻的过流积分，R为所述电阻的阻值，Ic为所述采样电流，t为时间。
[0049]进一步的，在所述内驱电控点火系统的故障诊断方法中，所述计算模块计算过能量积分的公式为:
[0050]W2 = k2 f Ic (t) dt
[0051]其中，W2为所述功率开关管的能量积分，k2为常数，Ic为所述采样电流，t为时间。
[0052]与现有技术相比，本发明提供的内驱电控点火系统的故障诊断电路及其故障诊断方法具有以下优点:
[0053]在本发明提供的内驱电控点火系统的故障诊断电路及其故障诊断方法中，对流经所述功率开关管的电流进行采样，得到采样电流值，根据所述采样电流进行计算得到一能量积分，将所述采样电流与电流阈值进行比较，并将所述能量积分与能量阈值进行比较，从而可以根据所述采样电流或由所述采样电流计算得到的所述能量积分，在全工况下有效地诊断多种故障，并有效地保护所述内驱电控点火系统，故障诊断电路结构简单，故障诊断方法实现方便。
【附图说明】
[0054]图1为本发明一实施例中内驱电控点火系统的故障诊断电路的示意图；
[0055]图2为本发明一实施例中内驱电控点火系统的故障诊断电路的原理图；
[0056]图3为本发明一实施例中内驱电控点火系统的故障诊断方法的示意图；
[0057]图4为本发明一实施例中内驱电控点火系统在功率开关管的充电开始时出现短路故障的电流不意图；
[0058]图5为本发明一实施例中内驱电控点火系统在功率开关管的充电期间出现短路故障的电流不意图；
[0059]图6为本发明一实施例中内驱电控点火系统在功率开关管的充电期间出现过流故障的电流不意图；
[0060]图7为本发明一实施例中内驱电控点火系统在功率开关管的放电期间出现过能量故障的电流示意图。
【具体实施方式】
[0061]下面将结合示意图对本发明的内驱电控点火系统的故障诊断电路及其故障诊断方法进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明，而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。
[0062]为了清楚，不描述实际实施例的全部特征。在下列描述中，不详细描述公知的功能和结构，因为它们会使本发明由于不必要的细节而混乱。应当认为在任何实际实施例的开发中，必须做出大量实施细节以实现开发者的特定目标，例如按照有关系统或有关商业的限制，由一个实施例改变为另一个实施例。另外，应当认为这种开发工作可能是复杂和耗费时间的，但是对于本领域技术人员来说仅仅是常规工作。
[0063]在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
[0064]本发明的核心思想在于，提供一种内驱电控点火系统的故障诊断电路，所述内驱电控点火系统包括微处理器、预驱动元件以及功率开关管，所述微处理器的一输出端通过所述预驱动元件连接所述功率开关管的栅极或基极，所述功率开关管的集电极连接一点火线圈，所述功率开关管的发射极接地，所述故障诊断电路包括:采样模块，用于对流经所述功率开关管的电流进行采样，得到采样电流值；计算模块，接收所述采样电流，根据所述采样电流进行计算得到一能量积分；比较模块，接收所述采样电流和能量积分，将所述采样电流与一电流阈值进行比较，并将所述能量积分与能量阈值进行比较；以及判断模块，连接所述比较模块，根据所述比较模块的比较结果，判断所述点火线圈所在的缸是否出现故障。所述故障诊断电路可以在全工况下有效地诊断多种故障，并有效地保护所述内驱电控点火系统，故障诊断电路结构简单，故障诊断方法实现方便。
[0065]结合本发明的核心思想，本发明还提供一种内驱电控点火系统的故障诊断方法，如图3所示，包括:
[0066]步骤S11、对流经所述功率开关管的电流进行采样，得到采样电流值；
[0067]步骤S12、根据所述采样电流进行计算得到一能量积分；
[0068]步骤S13、将所述采样电流与电流阈值进行比较，并将所述能量积分与能量阈值进行比较；以及
[0069]步骤S14、根据所述采样电流以及能量积分的比较的结果，判断所述点火线圈所在的缸是否出现故障。
[0070]以下请参考图1-图7来具体说明本实施例的内驱电控点火系统的故障诊断电路及其故障诊断方法。所述内驱电控点火系统包括微处理器MCU、预驱动元件以及功率开关管，所述微处理器MCU、预驱动元件以及功率开关管均位于电子控制单元ECU内。在本实施例中，以所述内驱电控点火系统用于4缸的发动机为例进行说明，所以在图1中画出4个点火线圈、4个预驱动元件以及4个功率开关管，在本发明的其它实施例中，所述内驱电控点火系统还可以用于I缸、2缸、3缸、5缸、6缸或8缸等的发动机，此为本领域的普通技术人员可以理解的，在此不作赘述。其中，所述功率开关管主要有BIP管(BIP=Bip0IarTransistors，双极型晶体管)、标准点火 IGBT 管(Insulated Gate Bipolar Transistor,绝缘栅双极型晶体管)、带智能功能的点火驱动功率级专用点火模块和带外部ASIC的点火功率级等。在本实施例中，以所述功率开关管为IGBT管为例进行说明，对于点火IGBT管，只要应用条件不超过规范，就能长期正常工作。对于确定的电子控制单元ECU，IGBT管的工作能力即规范就确定了，这不依赖于其外部负载(点火线圈)。当外部发生短路故障时，流过IGBT管的电流急剧增大；而发生过流或能量过剩(即过能量)时，IGBT管的温度快速上升，很容易超过其规范而导致损坏；当外部开路时，无电流流过IGBT管。由引可以通过检测流过IGBT的电流来设计点火内驱的诊断和保护功能。
[0071]如图1所示，所述微处理器MCU的4个输出端01、02、03、04分别依次连接4个预驱动元件D1、D2、D3、D4，4个预驱动元件D1、D2、D3、D4再分别依次连接4个IGBT管P1、P2、P3、P4的栅极g，4个IGBT管P1、P2、P3、P4的集电极c分别依次连接4个点火线圈C1、C2、〇3、04，4个1681'管？1、卩2、？3、卩4的发射极e均接地。
[0072]如图1所示，所述故障诊断电路I包括采样模块110、计算模块120、比较模块130和判断模块140。其中，所述采样模块110用于对流经IGBT管P1、P2、P3、P4的电流(即流经点火线圈的初级绕组的电流)进行采样，得到采样电流Ic的值。在本实施例中，所有的所述功率开关管P1、P2、P3、P4共用同一个所述采样模块110，从而可以简化电路，节约电路成本。在本发明的其它实施例中，还可以多个所述功率开关管Pl、P2、P3、P4各自单独连接一个所述采样模块110，以在多缸点火重叠时进行诊断；或，依次间隔的所述功率开关管共用同一个所述采样模块110，即所述功率开关管P1、P3共用同一个所述采样模块110，所述功率开关管P2、P4共用同一个所述采样模块110，既有利于节约电路成本，又可以在多缸点火重叠时进行诊断，从而有利于达到较佳的诊断效益。根据本发明的上述描述，多个所述功率开关管P1、P2、P3、P4各自单独连接一个所述采样模块110或依次间隔的所述功率开关管共用同一个所述采样模块110的方式为本领域的普通技术人员可以理解的，在此不作赘述。
[0073]较佳的，所述采样模块110包括一采样电阻111，所述采样电阻111的一端连接在所述IGBT管P1、P2、P3、P4的发射极e，所述采样电阻111的另一端接地，检测流经IGBT管P1、P2、P3、P4的电流。所述采样模块110还包括一模数转换器112，所述模数转换器112连接所述采样电阻111、计算模块120和比较模块130，在本实施例中，所述模数转换器112为所述微处理器MCU的模数转换器，所述计算模块120为所述微处理器MCU的计算模块，所述比较模块130为所述微处理器MCU的比较模块，所述判断模块140为所述微处理器MCU的判断模块，以增加电路的集成度。所述模数转换器112对电流进行采样，并将所述采样电流Ic输出给所述计算模块120和比较模块130，以方便所述计算模块120和比较模块130进行计算和比较。所述模数转换器112较佳的为快速模数转换器，以不小于100kS/S的采样率采集点火线圈的电流，即IGBT的集电极电流，得到采样电流Ic的值。在图1中，所述模数转换器112的一输入端FADCP连接所述采样电阻111的一端，所述模数转换器112的另一输入端FADCN连接所述采样电阻111的另一端，差分采样，以减小对采样的影响。
[0074]所述计算模块120连接所述采样模块110以接收所述采样电流Ic，根据所述采样电流Ic进行计算得到一能量积分。在本实施例中，所述能量积分包括过流积分和过能量积分，以分别用于诊断过流故障和过能量故障。
[0075]所述比较模块130连接所述采样模块110以接收所述采样电流Ic，将所述采样电流Ic与一电流阈值Ith_sc进行比较，所述电流阈值Ith_sc为允许通过所述IGBT管的最大短路电流。此外，所述比较模块130还连接所述计算模块120以接收所述能量积分，并将所述能量积分与能量阈值进行比较，所述能量阈值为一定时间内允许的最大热量。
[0076]所述判断模块140连接所述比较模块130，根据所述比较模块130的比较结果，判断所述点火线圈Cl、C2、C3、C4所在的缸是否出现故障。
[0077]对于整个内驱电控点火系统的回路来说，最薄弱的部件不一定是IGBT管，还可能是所述采样电阻111，PCB(Printed Circuit Board，印刷线路板)走线，EOJ连接器针脚等，其中，采样电阻111，PCB(Printed Circuit Board，印刷线路板)走线，ECU连接器针脚均可以用电阻能量累计的方式来处理。较佳的，为了可以灵活的选择回路最薄弱的部件来进行判断和保护，所述故障诊断电路I还包括一选择模块150，所述选择模块150根据一过流对象参数表选择对过流最薄弱的部件进行选择，所述过流对象参数表包括在不同工况下过流最薄弱的部件，所述过流对象参数表可以为一个二维表。所述选择模块150连接所述计算模块120，所述计算模块120根据所述选择模块150的选择结果，计算所述最薄弱的部件的过流积分。
[0078]以下，结合内驱电控点火系统的故障诊断方法，具体说明所述故障诊断电路的使用方法。参考图2，以诊断所述点火线圈Cl所在的缸是否出现故障为例进行说明。当所述点火线圈Cl进行点火时，所述IGBT管Pl的栅极g接收的控制信号Vg为有效信号，所述IGBT管Pl进行充电。所述点火线圈Cl的初级绕组的一端连接电源B，所述点火线圈Cl的初级绕组的另一端连接所述IGBT管Pl的集电极C，所述点火线圈Cl的次级绕组的一端火花塞SI的一端，所述点火线圈Cl的次级绕组的另一端接地，火花塞SI的一另端接地。
[0079]具体的在本实施例中，在所述功率开关管Pl的充电期间，进行短路故障的诊断以及过流故障的诊断。
[0080]短路故障的诊断和保护:
[0081]在所述功率开关管的充电期间，所述采样模块110对流经IGBT管Pl的电流(即流经点火线圈的初级绕组的电流)进行采样，得到所述采样电流Ic。所述采样电流Ic经滤波后输送给所述比较模块130，所述比较模块130实时将所述采样电流Ic与电流阈值Ith_sc进行比较。所述判断模块140根据比较结果进行判断，如所述采样电流Ic大于等于所述电流阈值Ith_sc，等效于图2中的开关Kl闭合，即短路，则1us内快速关断所述IGBT管Pl以保护IGBT管Pl，并对此缸的短路计数器加I。若该缸连续检测到Xl次短路，则判断该缸为短路故障；若该缸连续Yl次没有发生短路故障，则清除已确认的短路故障。其中，X1、Y1为设定值，可以进行标定，并不做具体限制。
[0082]在本实施例中，无论短路故障发生在所述功率开关管Pl导通之前还是到通知后，均可以被诊断出来。参考图4、图5，在图4和图5中，横坐标均表示时间t。如图4所示，在tO时刻，控制信号Vg为无效信号，所述功率开关管Pl未导通；在tl时刻，控制信号Vg变为有效信号，所述功率开关管Pi导通，所述功率开关管Pi开始充电，此时，发生短路故障，所述采样电流Ic快速上升；在t2时刻，所述采样电流Ic达到峰值，1us内快速关断所述IGBT管Pl ;在t3时刻，控制信号Vg为无效信号，所述功率开关管Pl不导通。由图4可以看出，短路故障发生在所述功率开关管Pl导通之前，可以诊断出短路故障。
[0083]如图5所示，在t4时刻，控制信号Vg变为有效信号，所述功率开关管Pl导通，所述功率开关管Pl充电；在t5时刻，出现短路故障，所述采样电流Ic快速上升；在t6时刻，所述采样电流Ic达到峰值，1us内快速关断所述IGBT管P1。由图5可以看出，短路故障发生在所述功率开关管Pl导通期间，可以诊断出短路故障。
[0084]过流故障的诊断和保护:
[0085]在所述功率开关管的充电期间，所述采样模块110对流经IGBT管Pl的电流(即流经点火线圈的初级绕组的电流)进行采样，得到所述采样电流Ic。所述计算模块120接收所述采样电流Ic，所述计算模块120根据所述采样电流Ic进行计算得到所述过流积分。
[0086]在本实施例中，所述选择模块150先对过流最薄弱的部件进行选择，如果所述最薄弱的部件为IGBT管P1，对则IGBT管Pl的电流Ic与IGBT管Pl的集电极c到发射极e间的电压Vce的乘积对时间积分，来判断过流。
[0087]过流时，功率集聚，对IGBT管Pl可用电流对时间积分来表征。
[0088]IGBT 管 Pl 的功率 Pa = Vce X Ic
[0089]过流积分为
[0090]Wl = / Pa (t) dt = / Vce (t) X Ic (t) dt
[0091]IGBT管Pl特性表明过流时，Vce变化不大，设Vce = kl，kl为常数(量纲:伏特)，则过流积分为
[0092]Wl = / Pa (t) dt = / Vce (t) X Ic (t) dt = kl f Ic (t) dt
[0093]过流的检测简化为对电流对时间的积分，降低MCU资源需求。
[0094]所述比较模块130接收所述过流积分W1，将所述过流积分Wl与一过流阈值Wth_oc进行比较，所述过流阈值Wth_oc为所述IGBT管Pl允许的最大热量。所述判断模块140根据比较结果进行判断，如所述过流积分Wl大于等于所述过流阈值Wth_oc，即该缸过流，立即关断所述IGBT管P1，以保护所述IGBT管Pl，并对此缸的过流计数器加I。若该缸连续检测到X2次过流，则判断该缸为过流故障；若该缸连续Y2次没有发生过流故障，则清除已确认的过流故障。其中，X2、Y2为设定值，可以进行标定，并不做具体限制。
[0095]如果所述选择模块150选择所述最薄弱的部件为电阻，用电阻能量积累的方式来处理。对于电阻的能量消耗，可用电流平方乘以电阻对时间积分来表征。
[0096]电阻的功率为Pr = Ic2XR, R为电阻的阻值，
[0097]电阻的过流积分为
[0098]Wlr = / Pr (t) dt = f Ic2 (t) XRdt
[0099]在所述IGBT管Pl导通过程中，电阻的阻值变化很小，按电阻的阻值不变化近似，则电阻的过流积分为
[0100]Wl' =J Pr (t) dt = f Ic2 (t) X Rdt = Rf Ic2 (t) dt
[0101]这种算法，过流的检测简化为电流对时间的积分，降低MCU资源需求。
[0102]所述比较模块130接收所述过流积分Wl ’，将所述过流积分Wl ’与一过流阈值Woc_R进行比较，所述过流阈值Woc_RS所述电阻允许的最大热量。所述判断模块140根据比较结果进行判断，如所述过流积分W1’大于等于所述过流阈值Woc_R，即该缸过流，立即关断所述IGBT管Pl，以保护所述IGBT管Pl，并对此缸的过流计数器加I。若该缸连续检测到X3次过流，则判断该缸为过流故障；若该缸连续Y3次没有发生过流故障，则清除已确认的过流故障。其中，X3、Y3为设定值，可以进行标定，并不做具体限制。
[0103]参考图6，在图6中，横坐标均表示时间t。如图6所示，在t7时刻，控制信号Vg为无效信号，所述功率开关管Pl未导通；在t8时刻，控制信号Vg变为有效信号，所述功率开关管Pl导通，所述功率开关管Pl开始充电，过流I的采样电流和过流2的采样电流均大于正常充电时的采样电流；在t9时刻，控制信号Vg为无效信号，所述功率开关管Pl不导通。由图6可以看出，过流故障可以诊断被方便地检测出来。
[0104]过能量故障的诊断和保护:
[0105]对于过能量的诊断在所述功率开关管的充电期结束时刻开始的几十微秒内进行，即在控制信号Vg变为低后的几十微秒内进行。见图7。在图7中，横坐标均表示时间t。如图7所示，在tlO时刻，控制信号Vg为有效信号，所述功率开关管Pl导通，所述功率开关管Pl充电；在til时刻，控制信号Vg变为无效信号，所述功率开关管Pl关断，所述功率开关管Pl放电；在tl2时刻，能量释放完毕。如果点火线圈Cl中的能量若过多，不能完全通过次级释放，只能再次通过初级释放，对所述IGBT管Pl损耗非常大。
[0106]正常关断情况，采样电流Ic快速下降到0A，而次级不能完全释放能量的情况，采样电流Ic下降接近OA后，不一定完全降到0A，如图7，而是再次上升到很大的电流，接近关断时刻的电流，然后下降；有时还会多次降低、上升，此过程时间约几十微秒。而所述IGBT管Pl的集电极-发射极间电压Vce因为所述IGBT管Pl的箝位效应，保持很高的箝位电压，约400V，产生非常大的功率(Ic*Vce，几千瓦)，持续几十微秒，这些能量消耗在所述IGBT管Pl中，在所述IGBT管Pl上产生非常大的热量积聚。
[0107]在所述功率开关管的放电期间，所述采样模块110对流经IGBT管Pl的电流(即流经点火线圈的初级绕组的电流)进行采样，得到所述采样电流Ic。所述计算模块120接收所述采样电流Ic，所述计算模块120根据所述采样电流Ic进行计算得到所述过能量积分。
[0108]所述IGBT 管 Pl 的功率 Pb = VceXIc
[0109]所述IGBT管Pl的能量积分为
[0110]/ W2 = / Pb (t) dt = / Vce (t) X Ic (t) dt
[0111]Vce变化不大，设Vce = k2，k2为常数(量纲:伏特)，则所述IGBT管Pl的能量积分为
[0112]/ W2 = / Pb (t) dt = / Vce (t) X Ic (t) dt = k2 f Ic (t) dt
[0113]这种算法，可以将过能量的检测简化为对电流对时间的积分，降低MCU资源需求。
[0114]所述比较模块130接收所述过能量积分W2，将所述过能量积分W2与一过能量阈值Wth_oe进行比较，所述过能量阈值Wth_oe为所述IGBT管Pl允许的最大热量。所述判断模块140根据比较结果进行判断，如所述过能量积分W2大于等于所述过能量阈值Wth_oe,即该缸过能量，对此缸的过流计数器加1，并在下一循环减小此缸的充电时间，以减小充电能量。若该缸连续检测到X4次过能量，则判断该缸为过能量故障；若该缸连续Y4次没有发生过能量故障，则清除已确认的过能量故障。其中，X4、Y4为设定值，可以进行标定，并不做具体限制。
[0115]对于有故障缸，则关闭该缸的点火、喷油功能；若故障得到清除，则重新打开此缸的点火、喷油功能。
[0116]较佳的，在本实施例中，在所述功率开关管IGBT管Pl的充电期间，还根据所述点火线圈Cl是否无电流，判断所述点火线圈Cl所在的缸是否出现开路故障，当所述点火线圈Cl所在的缸是否出现开路故障时，等效于图2中的开关Κ2断开。
[0117]本领域的普通技术人员可以理解，当所述功率开关管为BIP管等时，亦可以采用相似的方法进行诊断，其具体实施步骤与思路和本发明的上述实施例相似，在本发明实施例的启示下，这一应用的延伸对本领域普通技术人员而言是易于理解和实现的，在此不再赘述。
[0118]显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
【主权项】
1.一种内驱电控点火系统的故障诊断电路，所述内驱电控点火系统包括微处理器、预驱动元件以及功率开关管，所述微处理器的一输出端通过所述预驱动元件连接所述功率开关管的栅极或基极，所述功率开关管的集电极连接一点火线圈，所述功率开关管的发射极接地，其特征在于，所述故障诊断电路包括: 采样模块，用于对流经所述功率开关管的电流进行采样，得到采样电流值； 计算模块，接收所述采样电流，根据所述采样电流进行计算得到一能量积分； 比较模块，接收所述采样电流和能量积分，将所述采样电流与一电流阈值进行比较，并将所述能量积分与能量阈值进行比较；以及 判断模块，连接所述比较模块，根据所述比较模块的比较结果，判断所述点火线圈所在的缸是否出现故障。2.如权利要求1所述的内驱电控点火系统的故障诊断电路，其特征在于， 在所述功率开关管的充电期间: 所述比较模块接收所述采样电流，将所述采样电流与电流阈值进行比较，所述判断模块根据所述采样电流是否大于等于所述电流阈值，判断所述点火线圈所在的缸是否出现短路故障；同时，所述计算模块接收所述采样电流，所述计算模块根据所述采样电流进行计算得到一过流积分，所述比较模块接收所述过流积分，将所述过流积分与一过流阈值进行比较，所述判断模块根据所述过流积分是否大于等于所述过流阈值，判断所述点火线圈所在的缸是否出现过流故障； 在所述功率开关管的放电期间: 所述计算模块接收所述采样电流，所述计算模块根据所述采样电流进行计算得到一过能量积分，所述比较模块接收所述过能量积分，将所述过能量积分与一过能量阈值进行比较，所述判断模块根据所述过能量积分是否大于等于所述过能量阈值，判断所述点火线圈所在的缸是否出现过能量故障。3.如权利要求2所述的内驱电控点火系统的故障诊断电路，其特征在于，在所述功率开关管的充电期间，所述判断模块还根据所述点火线圈是否无电流，判断所述点火线圈所在的缸是否出现开路故障。4.如权利要求2所述的内驱电控点火系统的故障诊断电路，其特征在于，所述故障诊断电路还包括一选择模块，所述选择模块根据一过流对象参数表选择对过流最薄弱的部件进行选择，所述过流对象参数表包括在不同工况下过流最薄弱的部件，所述选择模块连接所述计算模块，所述计算模块根据所述选择模块的选择结果，计算所述最薄弱的部件的过流积分。5.如权利要求4所述的内驱电控点火系统的故障诊断电路，其特征在于，所述最薄弱的部件为功率开关管，所述计算模块计算过流积分的公式为:Wl = kl f Ic(t)dt 其中，Wl为所述功率开关管的过流积分，kl为常数，Ic为所述采样电流，t为时间。6.如权利要求4所述的内驱电控点火系统的故障诊断电路，其特征在于，所述最薄弱的部件为电阻，所述计算模块计算过流积分的公式为: Wlr =Rf Ic2(t)dt 其中，W1’为所述电阻的过流积分，R为所述电阻的阻值，Ic为所述采样电流，t为时间。7.如权利要求2所述的内驱电控点火系统的故障诊断电路，其特征在于，所述计算模块计算过能量积分的公式为:W2 = k2 f Ic(t)dt 其中，W2为所述功率开关管的能量积分，k2为常数，Ic为所述采样电流，t为时间。8.如权利要求1所述的内驱电控点火系统的故障诊断电路，其特征在于，所述采样模块包括一采样电阻，所述采样电阻的一端连接在所述功率开关管的源极或发射极，所述采样电阻的另一端接地。9.如权利要求1所述的内驱电控点火系统的故障诊断电路，其特征在于，所述采样模块还包括一模数转换器，所述模数转换器连接所述采样电阻、计算模块和比较模块，所述模数转换器为所述微处理器的模数转换器，所述计算模块为所述微处理器的计算模块，所述比较模块为所述微处理器的比较模块，所述判断模块为所述微处理器的判断模块。10.如权利要求1至9中任意一项所述的内驱电控点火系统的故障诊断电路，其特征在于，所述内驱电控点火系统包括多个所述功率开关管，所有的所述功率开关管共用同一个所述采样模块；或，多个所述功率开关管各自单独连接一个所述采样模块；或，依次间隔的所述功率开关管共用同一个所述采样模块。11.一种内驱电控点火系统的故障诊断方法，所述内驱电控点火系统包括微处理器、预驱动元件以及功率开关管，所述微处理器的一输出端通过所述预驱动元件连接所述功率开关管的栅极或基极，所述功率开关管的集电极连接一点火线圈，所述功率开关管的发射极接地，其特征在于，所述故障诊断方法包括: 对流经所述功率开关管的电流进行采样，得到采样电流值； 根据所述采样电流进行计算得到一能量积分； 将所述采样电流与电流阈值进行比较，并将所述能量积分与能量阈值进行比较；以及 根据所述采样电流以及能量积分的比较的结果，判断所述点火线圈所在的缸是否出现故障。12.如权利要求11所述的内驱电控点火系统的故障诊断方法，其特征在于， 在所述功率开关管的充电期间: 将所述采样电流与电流阈值进行比较，根据所述采样电流是否大于等于所述电流阈值，判断所述点火线圈所在的缸是否出现短路故障；同时，根据所述采样电流进行计算得到一过流积分，将所述过流积分与一过流阈值进行比较，根据所述过流积分是否大于等于所述过流阈值，判断所述点火线圈所在的缸是否出现过流故障； 在所述功率开关管的放电期间: 根据所述采样电流进行计算得到一过能量积分，将所述过能量积分与一过能量阈值进行比较，根据所述过能量积分是否大于等于所述过能量阈值，判断所述点火线圈所在的缸是否出现过能量故障。13.如权利要求12所述的内驱电控点火系统的故障诊断方法，其特征在于，在所述功率开关管的充电期间，还根据所述点火线圈是否无电流，判断所述点火线圈所在的缸是否出现开路故障。14.如权利要求12所述的内驱电控点火系统的故障诊断方法，其特征在于，在根据所述采样电流进行计算得到一过流积分的步骤中，根据一过流对象参数表选择对过流最薄弱的部件进行选择，所述过流对象参数表包括在不同工况下过流最薄弱的部件，并根据所述选择模块的选择结果，计算所述最薄弱的部件的过流积分。15.如权利要求14所述的内驱电控点火系统的故障诊断方法，其特征在于，所述最薄弱的部件为功率开关管，计算过流积分的公式为:Wl = kl f Ic(t)dt 其中，Wl为所述功率开关管的过流积分，kl为常数，Ic为所述采样电流，t为时间。16.如权利要求14所述的内驱电控点火系统的故障诊断方法，其特征在于，所述最薄弱的部件为电阻，计算过流积分的公式为: Wlr =Rf Ic2(t)dt 其中，W1’为所述电阻的过流积分，R为所述电阻的阻值，Ic为所述采样电流，t为时间。17.如权利要求12所述的内驱电控点火系统的故障诊断方法，其特征在于，所述计算模块计算过能量积分的公式为:W2 = k2 f Ic(t)dt 其中，W2为所述功率开关管的能量积分，k2为常数，Ic为所述采样电流，t为时间。
【文档编号】G05B23/02GK105988463SQ201510375679
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2015年6月30日
【发明人】鲜志刚, 彭琴, 彭佳厚, 王帅, 张婵, 郝明德, 于世涛
【申请人】联合汽车电子有限公司