CN101470048A - 进气温度传感器诊断 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及进气温度传感器诊断。一种进气温度(IAT)传感器诊断模块包括测量噪声模块、预期噪声模块、过量噪声模块和IAT故障检测模块。该测量噪声模块测量来自车辆IAT传感器的IAT信号中的噪声。该预期噪声模块基于IAT信号确定预期噪声。该过量噪声模块基于测量噪声和预期噪声确定过量噪声值。该IAT故障检测模块基于过量噪声值和第一预定值的比较诊断IAT传感器中的故障。

Description

进气温度传感器诊断
交叉引用
本申请要求2007年10月19日提交的美国临时申请号60/981,267的优先权。上述申请的公开内容在此引入以供参考。
技术领域
本公开涉及内燃机，并且更具体地涉及进气温度传感器诊断。
背景技术
本文所提供的背景描述用来大致给出本公开的背景。目前指定的发明人的工作就其在该背景技术部分描述的程度而言，以及在提交之时不能作为现有技术的本描述的各方面，既不能明确地也不能隐含地认为是相对于本公开的现有技术。
现参考图1，示出了发动机系统100的功能框图。空气通过进气管道(intakeline)104和进气歧管106被吸入到发动机102中。节气阀108被电子节气门控制(ETC)电机109驱动以改变进入到发动机102中的空气量。
该空气与来自一个或多个燃料喷射器110的燃料混合以形成空气-燃料混合物。该空气-燃料混合物在发动机102的一个或多个汽缸112内燃烧。尽管燃料喷射器110被显示为将燃料喷射入汽缸112中，但是燃料也可在任何适宜的位置被喷射到例如进气管道104或进气歧管106。所产生的排气(exhaust gas)从汽缸112排出到排气系统114。空气-燃料混合物的燃烧产生扭矩。
进气温度(IAT)传感器116在进气系统中任何适当的点(例如在进气管道104或进气歧管106内)测量进气温度。发动机控制模块(ECM)120接收来自IAT传感器116的IAT信号，并且可以接收来自其它传感器122的信号。该其它传感器122可包括例如质量空气流量(MAF)传感器、歧管绝对压力(MAP)传感器和/或一个或多个节气门位置传感器(TPS)。ECM 120基于所接收的信号通过例如节气阀108和/或燃料喷射器110来控制空气-燃料混合物。
发明内容
一种进气温度(IAT)传感器诊断模块包括测量噪声模块、预期噪声模块、过量噪声模块和IAT故障检测模块。该测量噪声模块测量来自车辆中IAT传感器的IAT信号中的噪声。该预期噪声模块基于IAT信号确定预期噪声。该过量噪声模块基于测量噪声和预期噪声确定过量噪声值。该IAT故障检测模块基于过量噪声值和第一预定值的比较诊断IAT传感器中的故障。
在其它特征中，该预期噪声模块包括通过IAT信号索引的预期噪声查找表，并且该预期噪声模块基于IAT信号和该查找表确定预期噪声。在另外的其它特征中，该预期噪声模块包括对IAT信号进行滤波的滤波器模块，并且该预期噪声模块基于经过滤波的IAT信号确定预期噪声。该滤波器模块包括一阶延迟滤波器。
在进一步的特征中，该IAT传感器诊断模块进一步包括比较模块。该比较模块将过量噪声值和第一预定值进行比较，基于该比较产生第一信号和第二信号之一，并且当过量噪声值大于第一预定值时产生第一信号。
在又一些其他特征中，该IAT传感器诊断模块进一步包括具有第一计数器的计数器模块，当产生第一信号时，该第一计数器递增。当第一计数器大于第二预定值时，该IAT故障检测模块选择性地指示该IAT传感器中的故障。
在其它特征中，该计数器模块进一步包括第二计数器，当产生第一信号和第二信号的任一个时，该第二计数器递增。该IAT故障检测模块等待诊断IAT传感器中的故障，直到第二计数器等于第三预定值。在第二计数器等于第三预定值后，重置第一计数器和第二计数器。
一种方法包括测量来自车辆中IAT传感器的IAT信号中的噪声，基于该IAT信号确定预期噪声，基于测量噪声和预期噪声确定过量噪声值，以及基于过量噪声值和第一预定值的比较诊断IAT传感器中的故障。
在其它特征中，该方法还包括进一步基于通过IAT信号索引的预期噪声查找表确定预期噪声。在另外的其它特征中，该方法进一步包括对该IAT信号进行滤波以及基于经过滤波的IAT信号确定预期噪声。在进一步的特征中，该滤波包括应用一阶延迟滤波器。
在其它特征中，该方法进一步包括比较过量噪声值和第一预定值，基于该比较产生第一信号和第二信号之一，并且当过量噪声值大于第一预定值时，产生第一信号。
在进一步的特征中，该方法进一步包括：当产生第一信号时，递增第一计数器；以及当第一计数器大于第二预定值时，选择性地指示IAT传感器中的故障。该方法进一步包括：当产生第一信号和第二信号的任一个时，递增第二计数器；以及等待诊断IAT传感器中的故障，直到第二计数器等于第三预定值。该方法进一步包括在第二计数器等于第三预定值之后，重置第一计数器和第二计数器。
根据以下提供的具体描述，本公开的其他应用领域将变得显而易见。应该理解，该详细描述和具体示例仅打算用于举例说明的目的，并不打算限制本公开的范围。
附图说明
通过详细描述和附图，可以更全面地理解本公开，其中：
图1为根据现有技术的发动机系统的功能框图；
图2为根据本公开原理的示例性发动机系统的功能框图；
图3为根据本公开原理的进气温度传感器(IAT)诊断模块的示例性实施方式的功能框图；
图4A-4B为描述由根据本公开原理的IAT诊断模块执行的示例性步骤的流程图。
具体实施方式
下面的描述本质上仅仅是示例性的，决不打算限制本公开、本公开的应用或使用。为了清楚的目的，在附图中使用相同的参考数字来表示相似的元件。如本文所使用的，措词A、B和C中的至少一个应使用非排它的逻辑或来解释，意指逻辑(A或B或C)。应当理解，方法内的步骤可以不同的顺序执行而不改变本公开的原理。
如本文所使用的，术语模块指的是专用集成电路(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、专有的或成组的)和存储器、组合逻辑电路和/或提供所描述功能的其它合适部件。
基于来自有故障的IAT传感器的进气温度(IAT)信号对发动机进行控制，可能会导致扭矩产生的意料不到的增加或减少和/或排放的增加。当IAT信号在IAT传感器的工作范围之外时，IAT传感器可能有故障的。然而，即使IAT信号落在该工作范围之内，该IAT传感器也可能是有故障的。在此情况下，带有噪声的IAT信号可指示IAT传感器中的故障。然而，即便使用可靠的IAT传感器，也能预料到存在某些噪声。因而，IAT传感器中的故障可基于IAT信号中超出预期噪声的噪声量进行诊断。
现在参考图2，示出了示例性发动机系统200的功能框图。发动机102可为任何适当类型的内燃机，例如火花点火式发动机或压燃式发动机。该IAT传感器116产生IAT信号，该IAT信号可通过模数转换器(ADC)数字化。因此，该IAT信号可包括对应于进气温度的数字值。尽管该IAT信号在下文作为数字信号进行讨论，但是该IAT信号也可是模拟信号。
IAT与空气密度具有相反的关系。空气密度和产生诸如化学计量比(stoichiometric ratio)之类的期望空气-燃料比所必需的燃料量具有直接的关系。因此，IAT和产生该化学计量的空气-燃料比所必需的燃料量具有相反的关系。例如，对于给定的空气量，当IAT增加时，产生该化学计量的空气-燃料比所必需的燃料量减少。
发动机控制模块(ECM)220可基于IAT信号和/或来自其它传感器122的信号控制空气-燃料比。例如，该ECM220可通过控制燃料喷射器110和/或节气阀108来控制空气-燃料比。有故障的IAT传感器的IAT信号可能具有噪声。该噪声可致使ECM220提供错误(例如非化学计量的)的空气-燃料比。因而，IAT传感器116中的故障可引起扭矩产生的增加或减少，和/或发动机102的排放增加。
可以预期IAT信号包括某些噪声。例如，IAT信号中的预期噪声可能会随着IAT接近IAT传感器116的工作温度范围的极限而增大。该噪声可归因于IAT信号的量化(数字化)。更具体而言，该IAT信号可通过例如具有预定数目的离散值的非线性ADC数字化。当IAT接近工作温度范围的极限时，这些离散值之间的间隔会增大。因此，在工作范围的极限附近，IAT的小波动会导致IAT信号的显著改变。
IAT传感器诊断模块230测量IAT信号中存在的噪声并确定IAT信号的预期噪声。该IAT传感器诊断模块230基于测量噪声和预期噪声确定IAT信号的过量噪声。该IAT传感器诊断模块230基于该过量噪声的幅度诊断IAT传感器116中的故障并据此产生IAT故障信号。该IAT故障信号指示是否在IAT传感器116中检测到故障。当IAT信号在IAT传感器116的工作范围之外时，IAT传感器诊断模块230也可指示IAT传感器116中的故障。
当在IAT传感器116中检测到故障时，ECM 220可采取补救动作。例如，当检测到故障时，ECM 220可基于IAT和/或次级IAT传感器(未示出)的建模值控制发动机102。另外，当在IAT传感器116中检测到故障时，ECM 220例如可以点亮“检查发动机灯”和/或设置错误标记。
现在参考图3，示出了IAT传感器诊断模块230的示例性实施方式的功能框图。在各种实施方式中，该IAT传感器诊断模块230包括滤波器模块302、加权模块304、测量噪声模块306，过量噪声模块308、比较模块310、IAT故障检测模块312和计数器模块314。
工作温度范围可分段成温度仓(temperature bin)，所述温度仓指示IAT位于工作温度范围内的什么地方。滤波器模块302提供经过滤波的IAT信号，该经过滤波的IAT信号可用来将IAT信号与其中一个温度仓相关。该滤波器可为低通滤波器或任何其它适宜的滤波器。该滤波器模块302提高相关过程中系统的稳定性。
在各种实施方式中，滤波器模块302可包括一阶延迟滤波器，其可描述为：
经过滤波的IAT＝Out+(In-Out)×FC
其中，Out指滤波器的先前输出，In为滤波器的当前输入，FC为滤波器系数。该滤波器系数是可校准的，例如可为0.1。
加权模块304基于经过滤波的IAT确定加权因子。该加权因子(例如0.0-1.0)与对应于该经过滤波的IAT的温度仓中的预期噪声相对应。在各种实施方式中，该加权模块304可从查找表确定加权因子，该查找表将温度仓映射到加权因子。
测量噪声模块306接收来自IAT传感器116的IAT信号并测量IAT信号中存在的噪声。例如，可使用如下方程计算测量噪声：
Figure A200810178543D00081
其中，IAT2为当前的IAT值，IAT1为先前的IAT值，t为IAT2和IAT1之间的时间长度。在各种实施方式中，IAT1可为在IAT2之前接收的IAT值。
过量噪声模块308基于测量噪声和加权因子确定IAT信号中存在的过量噪声。在各种实施方式中，过量噪声模块308可为乘法器，并且过量噪声可以是测量噪声乘以加权因子。
比较模块310将过量噪声和第一阈值进行比较，并基于该比较确定IAT信号是否有噪声。该第一阈值可设定为例如是可靠IAT传感器所允许的最大过量噪声值。比较模块310产生指示IAT信号是否有噪声的采样信号。例如，当过量噪声大于第一阈值时，比较模块310可通过该采样信号指示IAT信号有噪声。
每次产生采样信号，计数器模块314中的计数器都会递增，并且该计数器被称为总计数器。该总计数器跟踪所产生的采样信号的数目。该计数器模块314也可包括一个或多个附加计数器，例如有噪采样计数器。每当采样信号指示IAT信号有噪声，该有噪采样计数器就递增。因此，该有噪采样计数器跟踪指示IAT信号有噪声的采样信号的数目。
一旦总计数器等于第二阈值，IAT故障检测模块312就可诊断IAT传感器116中的故障。该第二阈值是可校准的，例如可为200。该IAT故障检测模块312基于有噪采样计数器与第三阈值的比较诊断IAT传感器116中的故障。该第三阈值是可校准的并可设定为例如150。例如，当有噪采样计数器大于第三阈值时，IAT故障检测模块312可检测IAT传感器116中的故障。该IAT故障检测模块312基于该比较产生IAT故障信号。
在各种实施方式中，IAT故障检测模块312可指示IAT传感器116中的故障而不需等待总计数器达到第二阈值。另外，IAT故障检测模块312可接收IAT信号，并且当IAT信号在IAT传感器116的工作范围之外时，指示IAT传感器116中的故障。
现在参考图4A，示出了描述由IAT传感器诊断模块230执行的示例性步骤的流程图。例如，在启动发动机102后，控制开始。在步骤404，控制重置总计数器和有噪采样计数器。控制可将总计数器和有噪采样计数器重置为预定重置值，比如0。控制在步骤408中继续，其中控制接收IAT信号。控制在步骤412中继续，其中控制递增总计数器。
在步骤416，控制将滤波器应用到IAT信号，从而提供经过滤波的IAT信号。例如，控制器可应用低通滤波器、一阶延迟滤波器或任何其它适宜的滤波器。控制继续到步骤420，其中控制确定IAT信号的预期噪声。控制可基于例如与经过滤波的IAT信号相对应的温度仓确定该预期噪声。例如，当IAT接近IAT传感器116的工作温度范围的极限时，该预期噪声会增加。
控制继续到步骤424，其中控制测量IAT信号中存在的噪声。例如，控制可使用如下方程计算该测量噪声：
Figure A200810178543D00091
其中，IAT2为当前的IAT值，IAT1为先前的IAT值，t为IAT2和IAT1之间的时间长度。在各种实施方式中，IAT1可为在IAT2之前接收的IAT值。
在步骤428控制确定IAT信号中存在的过量噪声。控制基于测量噪声和预期噪声确定该过量噪声。在步骤432，控制确定过量噪声是否大于第一阈值。如果是，控制继续到步骤436，否则，控制转移到步骤440。
在步骤436，控制递增有噪采样计数器。该有噪采样计数器跟踪已被确定为有噪声的IAT信号的次数。在步骤440，控制确定总计数器是否等于第二阈值。如果是，控制继续到步骤444，否则控制返回到步骤408。通过这种方式，控制等待诊断IAT传感器116中的故障，直到已经接收到预定数量的IAT信号。
在步骤444，控制确定有噪采样计数器是否大于或等于第三阈值。如果是，控制继续到步骤448，否则控制转移到步骤452。在步骤448，控制指示IAT传感器116中的故障并返回到步骤404。在步骤452，控制指示在IAT传感器116中未检测到故障并且控制返回步骤404。
现在参考图4B，示出了描述由IAT传感器诊断模块230执行的示例性步骤的另一流程图。在步骤432之前，控制类似于图4A中的控制。在步骤432，控制确定过量噪声是否大于第一阈值。如果是，控制继续到步骤436，否则控制转移到步骤480。
在步骤436，控制递增有噪采样计数器，并且控制继续到步骤480。在步骤480中，控制确定有噪采样计数器是否大于或等于第三阈值。如果是，控制继续到步骤484；否则，控制转移到步骤488。在步骤484，控制指示IAT传感器116中的故障并且控制返回到步骤404。通过这种方式，在总计数器等于第二阈值之前，控制可指示IAT传感器116中的故障。
在步骤488，控制确定总计数器是否等于第二阈值。如果是，控制继续到步骤492；否则控制返回到步骤408。在步骤492，控制指示在IAT传感器116中未检测到故障，且控制返回到步骤404。通过这种方式，只有当总计数器等于第二阈值时，控制才可以指示未检测到故障。
本领域技术人员可从前面的描述理解到，本公开的广义教导可以不同的形式实现。因而，尽管本公开包括特定的示例，本公开的真实范围不应该限于此，因为对于那些研究过附图、说明书和随后的权利要求书的本领域技术人员而言，本发明的其它修改是显而易见的。

Claims (16)

1、一种进气温度(IAT)传感器诊断模块，包括：
测量噪声模块，其测量来自车辆中IAT传感器的IAT信号中的噪声；
预期噪声模块，其基于所述IAT信号确定预期噪声；
过量噪声模块，其基于所述测量噪声和所述预期噪声确定过量噪声值；以及
IAT故障检测模块，其基于所述过量噪声值和第一预定值的比较诊断所述IAT传感器中的故障。
2、如权利要求1所述的IAT传感器诊断模块，其中所述预期噪声模块包括通过IAT信号索引的预期噪声查找表，以及
其中所述预期噪声模块进一步基于所述查找表确定所述预期噪声。
3、如权利要求1所述的IAT传感器诊断模块，其中所述预期噪声模块包括对所述IAT信号进行滤波的滤波器模块，以及
其中所述预期噪声模块基于所述经过滤波的IAT信号确定所述预期噪声。
4、如权利要求3所述的IAT传感器诊断模块，其中所述滤波器模块包括一阶延迟滤波器。
5、如权利要求1所述的IAT传感器诊断模块，进一步包括比较模块，该比较模块将所述过量噪声值和所述第一预定值进行比较并且基于所述比较产生第一信号和第二信号之一，
其中当所述过量噪声值大于所述第一预定值时，所述比较模块产生所述第一信号。
6、如权利要求5所述的IAT传感器诊断模块，进一步包括具有第一计数器的计数器模块，当产生所述第一信号时，该第一计数器递增，
其中当所述第一计数器大于第二预定值时，所述IAT故障检测模块选择性地指示所述IAT传感器中的故障。
7、如权利要求6所述的IAT传感器诊断模块，其中所述计数器模块进一步包括第二计数器，当产生所述第一信号和所述第二信号的任一个时，该第二计数器递增，并且
其中所述IAT故障检测模块等待诊断所述IAT传感器中的故障，直到所述第二计数器等于第三预定值。
8、如权利要求7所述的IAT传感器诊断模块，其中在所述第二计数器等于所述第三预定值之后，所述第一计数器和所述第二计数器被重置。
9、一种方法，包括：
测量来自车辆中IAT传感器的IAT信号中的噪声；
基于所述IAT信号确定预期噪声；
基于所述测量噪声和所述预期噪声确定过量噪声值；以及
基于所述过量噪声值和第一预定值的比较诊断所述IAT传感器中的故障。
10、如权利要求9所述的方法，还包括进一步基于通过IAT信号索引的预期噪声查找表确定所述预期噪声。
11、如权利要求9所述的方法，进一步包括：
对所述IAT信号进行滤波；以及
基于所述经过滤波的IAT信号确定所述预期噪声。
12、如权利要求11所述的方法，其中所述滤波包括应用一阶延迟滤波器。
13、如权利要求9所述的方法，进一步包括：
比较所述过量噪声值和所述第一预定值；以及
基于所述比较产生第一信号和第二信号之一；
其中当所述过量噪声值大于所述第一预定值时，产生所述第一信号。
14、如权利要求13所述的方法，进一步包括：
当产生所述第一信号时，递增第一计数器；以及
当所述第一计数器大于第二预定值时，选择性地指示所述IAT传感器中的故障。
15、如权利要求14所述的方法，进一步包括：
当产生所述第一信号和所述第二信号的任一个时，递增第二计数器；以及
等待诊断所述IAT传感器中的故障，直到所述第二计数器等于第三预定值。
16、如权利要求15所述的方法，进一步包括在所述第二计数器等于所述第三预定值之后，重置所述第一计数器和所述第二计数器。
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