專利名稱：確定渦輪增壓機傳感器位置系統(tǒng)診斷極限的基于模型的統(tǒng)計方法
技術領域：
本發(fā)明涉及位置傳感診斷，尤其是確定校準極限和執(zhí)行渦輪增壓機中位置傳感器的診斷。
背景技術：
渦輪增壓發(fā)動機一般包括廢氣驅(qū)動渦輪增壓機，其通過增加氣缸的氣流來增加發(fā)動機輸出。因此，渦輪增壓發(fā)動機與相同尺寸的不增壓發(fā)動機相比可提供增加的馬力。
一種渦輪增壓機的設計包括可調(diào)噴嘴渦輪增壓機(VNT)。VNT包括可變位置葉片，該可變位置葉片調(diào)節(jié)通過VNT輸送的空氣量。葉片位置的范圍從全開位置到全閉位置。在全閉位置，VNT向發(fā)動機輸送最大量的氣流。在全開位置，VNT向發(fā)動機輸送最小量的氣流。葉片可放置在全開和全閉位置之間，以便為發(fā)動機提供中間量的氣流。葉片致動器基于控制信號調(diào)節(jié)葉片位置，葉片位置傳感器產(chǎn)生指示葉片實際位置的信號，該信號用于反饋控制。
執(zhí)行診斷，以便確保VNT和葉片位置傳感器的正確操作。傳統(tǒng)地，確定全開和全閉位置的診斷極限。這些診斷極限最初基于VNT技術參數(shù)和物理系統(tǒng)電平測量確定，該物理系統(tǒng)電平測量使用系統(tǒng)/組件的試驗和研制。診斷極限通過試驗和誤差測試方法調(diào)節(jié)。因此，診斷極限典型地不能正確解決VNT老化效應、位置傳感器和控制器的互相作用效應或者制造差異。此外，傳統(tǒng)診斷不包括用于全開和全閉位置之間范圍或區(qū)間的診斷極限。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明提供一種確定安裝在可調(diào)噴嘴渦輪增壓機(VNT)中的葉片位置傳感系統(tǒng)的診斷極限的方法。該方法包括定義所述VNT的機械輸入概率分布函數(shù)(PDF)，根據(jù)組件模型描述所述葉片位置傳感系統(tǒng)，定義與所述組件模型相關的參數(shù)的組件參數(shù)PDF?；谒鰴C械輸入PDF、所述組件模型和所述組件參數(shù)PDF生成葉片位置信號PDF，以及基于所述葉片位置信號PDF設置所述葉片位置傳感系統(tǒng)的診斷極限。
在一個特征中，生成葉片位置信號PDF的步驟包括使用蒙特卡羅分析法(MCA)處理所述組件參數(shù)PDF和所述組件模型。
在另一個特征中，組件模型包括控制電路模型和信號處理模型，定義組件參數(shù)PDF的步驟包括使用蒙特卡羅分析法(MCA)處理所述控制電路模型和所述信號處理模型。
在另一個特征中，生成葉片位置信號PDF的步驟包括使用蒙特卡羅分析法(MCA)處理組件參數(shù)PDF、葉片位置傳感器模型、線束模型、控制電路模型和信號處理模型。
還是在另一個特征中，設置診斷極限的步驟包括基于葉片位置信號PDF和機械輸入PDF確定全開傳感器位置范圍，以及基于葉片位置信號PDF和機械輸入PDF確定全閉傳感器位置范圍?；诜直媛?、控制穩(wěn)定性和允許滯后定義全開和全閉傳感器位置范圍之間的區(qū)間極限。
此外本發(fā)明的適用范圍將從下文提供的詳細說明書中變得明晰。應理解詳細說明書和指示本發(fā)明優(yōu)選實施例的特定示例僅用于解釋的目的，不用于限制本發(fā)明的范圍。


根據(jù)詳細說明書和附圖，本發(fā)明能更加全面地理解，其中 圖1是根據(jù)本發(fā)明車輛發(fā)動機系統(tǒng)的示意圖； 圖2是闡述根據(jù)本發(fā)明診斷極限確定系統(tǒng)的步驟的流程圖； 圖3是闡述基于診斷極限確定系統(tǒng)輸出的傳感器信號概率分布的圖表；以及 圖4是闡述根據(jù)本發(fā)明葉片定位診斷系統(tǒng)的步驟的流程圖。
具體實施例方式下面對優(yōu)選實施例的說明本質(zhì)上只是示例性的，并不用于限制本發(fā)明，限制本發(fā)明的應用或使用。為了清楚，附圖中使用的相同附圖標記代表相同的元件。正如此處使用的，術語蒙特卡羅分析法(Monte Carlo Analysis，MCA)指統(tǒng)計仿真方法，其基于影響系統(tǒng)響應的參數(shù)的概率密度函數(shù)(probability density functions，PDF)直接仿真物理系統(tǒng)。更為特殊的是，MCA從每個參數(shù)的PDF中隨機抽樣，生成物理系統(tǒng)的一系列解法。該解法定義物理系統(tǒng)的解法PDF。
現(xiàn)在參考圖1，示意性闡述根據(jù)本發(fā)明的示例性發(fā)動機系統(tǒng)10。發(fā)動機系統(tǒng)10包括發(fā)動機12、進氣歧管14、共軌燃料噴射系統(tǒng)16和渦輪增壓機18。示例性發(fā)動機12包括6個氣缸20，該6個氣缸以V型布局構(gòu)造為鄰近的氣缸組22、24。雖然圖1描述了6個氣缸(N＝6)，但是可意識到發(fā)動機12可包括更多或更少的氣缸20。例如，可考慮具有2、4、5、8、10、12和16個氣缸的發(fā)動機。可以預料發(fā)動機12可具有直線型氣缸構(gòu)造。
由發(fā)動機進氣沖程導致的進氣真空將空氣抽吸到進氣歧管14中?？諝鈴倪M氣歧管14中被抽吸到各個氣缸20中，在氣缸中被壓縮。燃料和空氣一起被共軌噴射系統(tǒng)16噴射，壓縮空氣的熱和/或電能點燃空氣/燃料混合物。廢氣通過排氣導管26從氣缸20中排出。廢氣驅(qū)動渦輪增壓機18，其將額外的空氣輸送到氣缸20中用于燃料。
渦輪增壓機18優(yōu)選地為可調(diào)噴嘴渦輪增壓機(VNT)。渦輪增壓機18包括若干可變位置葉片19，該葉片調(diào)節(jié)輸送的空氣量。更為特殊地，葉片在全開位置和全閉位置之間可移動。當葉片處于全閉位置時，渦輪增壓機18將最大量的額外氣流輸送到發(fā)動機12中。當葉片處于全開位置時，渦輪增壓機18將最小量的額外氣流輸送到發(fā)動機12中。通過在全開和全閉位置之間選擇性地定位葉片，可調(diào)節(jié)輸送的氣流量。渦輪增壓機18包括葉片致動器28，其機械地操作葉片位置。葉片位置傳感器30基于葉片的物理位置生成葉片位置信號。
控制器32控制發(fā)動機系統(tǒng)10的所有運轉(zhuǎn)。更為特殊地，控制器32基于各種參數(shù)控制發(fā)動機系統(tǒng)運轉(zhuǎn)，該參數(shù)包括但不局限于駕駛員輸入、穩(wěn)定性控制等等。控制器32描述為發(fā)動機控制模塊(ECM)。控制器32還執(zhí)行發(fā)動機系統(tǒng)診斷，該診斷包括根據(jù)本發(fā)明的葉片位置系統(tǒng)診斷。更為特殊地，控制器32通過向葉片致動器28通訊命令信號而調(diào)節(jié)渦輪增壓機18的運轉(zhuǎn)。葉片位置傳感器30生成葉片位置信號，該信號被控制器32處理，以便確定渦輪增壓機18是否按照命令運轉(zhuǎn)。
診斷極限離線確定，被預先編程到與控制器32相關聯(lián)的存儲器33。診斷極限通常包括可接受運轉(zhuǎn)的全開區(qū)域、可接受運轉(zhuǎn)的全閉區(qū)域和可接受運轉(zhuǎn)的區(qū)間范圍。更為特殊地，當命令為全開位置時，如果葉片位置信號位于全開區(qū)域內(nèi)，則認為葉片處于全開位置。類似地，當命令為全閉位置時，如果葉片位置信號位于全閉區(qū)域內(nèi)，則認為葉片處于全閉位置。區(qū)間范圍指示全開和全閉區(qū)域之間可接受的葉片行程范圍。如果葉片位置信號在診斷極限之外，則認為葉片位置系統(tǒng)出現(xiàn)故障，下文將進一步詳細地描述。
診斷極限確定基于葉片位置系統(tǒng)組件的數(shù)學模型。組件包括但不局限于葉片位置傳感器、線束，該線束在葉片位置傳感器和控制器32之間提供電力，并實現(xiàn)信號傳遞。還包括信號處理函數(shù)。更為特殊地，每個模型的參數(shù)都設置有概率分布函數(shù)(PDF)。還提供了機械輸入PDF，當葉片處于全開和全閉位置時，該機械輸入PDF代表葉片的物理位置。機械輸入PDF由渦輪增壓機制造商提供，基于技術參數(shù)和試驗數(shù)據(jù)。使用蒙特卡羅分析法(MCA)處理PDF和組件模型。MCA的輸出是葉片位置信號PDF，該葉片位置信號PDF由控制器32解釋。
葉片位置傳感器模型解決預期的產(chǎn)品差異、溫度效應、老化效應和提供的參考電壓的差異。葉片位置傳感器模型參數(shù)包括但不局限于傳感器信號電壓、電路輸出電阻抗、電路板溫度和位置傳感器溫度。線束模型包括簡單的基于電阻估計的布線效應，解決電噪音(也就是，EMI)。線束模型參數(shù)包括但不局限于每個電線和連接的電阻值和故障模型的電阻值(也就是，與地短路或斷路)。
控制器模型解決傳感器模數(shù)轉(zhuǎn)換器參考電壓、電路溫度和提供給控制電路或軟件的信號量化的變化。控制器模型參數(shù)包括但不局限于電路溫度、葉片位置傳感器30的輸出電壓、模擬輸入電路(AIC)的輸出電壓、電壓饋送監(jiān)視器的輸出電壓、電壓饋送監(jiān)視器的電路溫度、AIC的電路溫度、AIC的電路電阻抗、AIC A/D轉(zhuǎn)換器抖動、A/D數(shù)字轉(zhuǎn)換器的誤差值和提供給控制器電路的電壓電平。
現(xiàn)在參考圖2和3，在步驟100中生成機械輸入PDF。在步驟102中生成葉片位置傳感系統(tǒng)中每個組件的組件模型。在步驟104中，生成與每個組件模型相關的參數(shù)的參數(shù)PDF。在步驟106中使用MCA處理機械輸入PDF、組件模型和參數(shù)PDF。更為特殊地，在步驟108中，從每個參數(shù)PDF中隨機抽樣，生成葉片位置傳感系統(tǒng)的一系列葉片位置信號。葉片位置信號定義葉片位置信號PDF。葉片位置信號PDF繪制在圖3的圖表中。在步驟110中，基于葉片位置信號PDF確定全開和全閉診斷極限。在步驟112中，確定區(qū)間診斷極限。
特別參考圖3，葉片位置信號PDF定義多個區(qū)域A、B、C、D、E、F和G。區(qū)域A、B、F和G是故障區(qū)域。如果葉片位置信號位于區(qū)域A、B、F或G之內(nèi)，則葉片位置系統(tǒng)出現(xiàn)故障。更為特殊地，區(qū)域A和G典型地指示電故障，區(qū)域B和F典型地指示機械故障。區(qū)域C指示全開區(qū)域，區(qū)域E指示全閉區(qū)域。當命令到全開位置時，如果葉片位置信號位于區(qū)域C之內(nèi)，則認為葉片位置為全開。當命令到全閉位置時，如果葉片位置信號位于區(qū)域E之內(nèi)，則認為葉片位置為全閉。區(qū)域D指示全開和全閉之間的中間葉片位置。
多個區(qū)域被轉(zhuǎn)換為本發(fā)明的傳感器診斷的診斷極限。全開診斷區(qū)域的上極限和全閉診斷區(qū)域的下極限基于大于特定閾值(例如，4.5)的統(tǒng)計Z標記(Z-score)。Z標記是標準公制，其基于統(tǒng)計分布描述連續(xù)的比率。更為特殊地，Z標記指示葉片位置信號在哪個方向上偏離其分布的平均值多遠，該分布平均值以其分布的標準偏差的單位表示。
全開診斷區(qū)域的下極限和全閉診斷區(qū)域的上極限由用于特定線束故障的故障診斷通過和故障診斷失敗的比率確定。更為特殊地，選擇全開或全閉概率分布，以致結(jié)果在無故障模式和特定故障模式分布之間給出最高數(shù)量的概率密度函數(shù)重疊面積。通過最小化這兩個分布之間的重疊面積確定相應的診斷極限。通常，全開和全閉診斷區(qū)域塌陷區(qū)域B和F。全開診斷區(qū)域的下極限位于區(qū)域A和C之間的面積(也就是，之前的區(qū)域B)。全閉診斷范圍的上極限位于區(qū)域E和G之間的面積(也就是，之前的區(qū)域F)。
基于VNT控制系統(tǒng)的規(guī)格確定區(qū)間診斷極限。更為特殊地，上和下區(qū)間診斷極限基于分辨率規(guī)格、控制系統(tǒng)穩(wěn)定性和允許系統(tǒng)滯后。為了確定區(qū)間范圍診斷極限，確定區(qū)間范圍，以便在發(fā)動機控制系統(tǒng)的整個運轉(zhuǎn)范圍內(nèi)(也就是，溫度、大氣壓力、和入口或出口流量限制)提供可按受的控制系統(tǒng)響應(例如，超調(diào)、峰值控制或位置誤差)。區(qū)間范圍最大值定義區(qū)間診斷上極限。確定最小區(qū)間范圍，以便提供可接受的控制系統(tǒng)響應。區(qū)間范圍最小值定義區(qū)間診斷下極限。通常，獨立于葉片位置信號PDF，確定區(qū)間診斷極限。
現(xiàn)在參考圖4，在葉片位置系統(tǒng)診斷中執(zhí)行得到的診斷極限。在步驟200中，控制邏輯命令葉片致動器28將葉片移動到全開位置。在步驟202中診斷邏輯確定葉片位置信號是否位于全開診斷區(qū)域之內(nèi)。如果葉片位置信號不位于全開診斷區(qū)域之內(nèi)，則在步驟204中指示失敗狀態(tài)，診斷邏輯結(jié)束。如果葉片位置信號位于全開診斷區(qū)域之內(nèi)，則在步驟206中繼續(xù)診斷邏輯。
在步驟206中，控制邏輯命令致動器將葉片移動到全閉位置。在步驟208中診斷邏輯確定葉片位置信號是否位于全閉診斷區(qū)域。如果葉片位置信號位于全閉診斷區(qū)域之內(nèi)，則在步驟204中指示失敗狀態(tài)，診斷邏輯結(jié)束。如果葉片位置信號不位于全閉診斷區(qū)域之內(nèi)，則在步驟210中繼續(xù)診斷邏輯。
在步驟210中，診斷邏輯確定信號區(qū)間值是否在區(qū)間診斷極限之內(nèi)。也就是說，診斷邏輯考慮全開和全閉信號之間的差值，確定差值是否在區(qū)間診斷極限之內(nèi)。如果信號區(qū)間值在區(qū)間診斷極限之內(nèi)，則在步驟212中診斷邏輯指示葉片位置系統(tǒng)的通過狀態(tài)，診斷結(jié)束。如果信號區(qū)間值不在區(qū)間診斷極限之內(nèi)，則在步驟204中診斷邏輯指示失敗狀態(tài)，診斷邏輯結(jié)束。
熟悉本領域技術的人員現(xiàn)在從上述說明書意識到本發(fā)明廣泛的教導可以各種方式實現(xiàn)。因而，盡管結(jié)合本發(fā)明的特殊示例描述了本發(fā)明，但本發(fā)明的真正范圍沒有受限制，因為對熟悉的從業(yè)者而言，在研究附圖、說明書和下列權利要求書的基礎上其它修改是顯而易見的。
權利要求
1.一種確定安裝在可調(diào)噴嘴渦輪增壓機(VNT)中葉片位置傳感系統(tǒng)的診斷極限的方法，該方法包括定義所述VNT的機械輸入概率分布函數(shù)(PDF)；根據(jù)組件模型描述所述葉片位置傳感系統(tǒng)；定義與所述組件模型相關的參數(shù)的組件參數(shù)PDF；基于所述機械輸入PDF、所述組件模型和所述組件參數(shù)PDF生成葉片位置信號PDF；以及基于所述葉片位置信號PDF設置所述葉片位置傳感系統(tǒng)的診斷極限。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述生成葉片位置信號PDF的步驟包括使用蒙特卡羅分析法(MCA)處理所述組件參數(shù)PDF和所述組件模型。
3.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述組件模型包括控制電路模型和信號處理模型，所述定義所述組件參數(shù)PDF的步驟包括使用蒙特卡羅分析法(MCA)處理所述控制電路模型和所述信號處理模型。
4.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述生成葉片位置信號PDF的步驟包括使用蒙特卡羅分析法(MCA)處理所述組件參數(shù)PDF、葉片位置傳感器模型、線束模型、控制電路模型和信號處理模型。
5.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述設置所述診斷極限的步驟包括基于所述葉片位置信號PDF和所述機械輸入PDF確定全開傳感器位置范圍；以及基于所述葉片位置信號PDF和所述機械輸入PDF確定全閉傳感器位置范圍。
6.根據(jù)權利要求5所述的方法，其特征在于，所述設置所述診斷極限的步驟還包括基于分辨率、控制穩(wěn)定性和允許滯后定義所述全開和所述全閉傳感器位置范圍之間的區(qū)間極限。
7.一種診斷可調(diào)噴嘴渦輪增壓機(VNT)的葉片位置傳感系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)的方法，該方法包括基于葉片位置傳感器模型和模型參數(shù)PDF生成葉片位置信號概率分布函數(shù)(PDF)；基于所述葉片位置信號PDF確定所述葉片位置傳感器的全開和全閉診斷區(qū)域；命令所述VNT的葉片到全開位置；比較全開傳感器信號和所述全開診斷區(qū)域；命令所述VNT的葉片到全閉位置；以及比較全閉傳感器信號和所述全閉診斷區(qū)域。
8.根據(jù)權利要求7所述的方法，還包括如果所述全開傳感器信號不位于所述全開診斷區(qū)域之內(nèi)，則生成故障信號。
9.根據(jù)權利要求7所述的方法，還包括如果所述全閉傳感器信號不位于所述全閉診斷區(qū)域之內(nèi)，則生成故障信號。
10.根據(jù)權利要求7所述的方法，還包括確定所述全開傳感器信號和所述全閉傳感器信號之間的信號區(qū)間；以及比較所述信號區(qū)間和區(qū)間診斷區(qū)域。
11.根據(jù)權利要求10所述的方法，還包括如果所述信號區(qū)間不位于所述區(qū)間診斷區(qū)域之內(nèi)，則生成故障信號。
12.根據(jù)權利要求10所述的方法，還包括如果所述全開傳感器信號位于所述全開診斷區(qū)域之內(nèi)，如果所述全閉傳感器信號位于所述全閉診斷區(qū)域之內(nèi)，以及如果所述信號區(qū)間位于所述區(qū)間診斷區(qū)域之內(nèi)，則生成通過信號。
13.根據(jù)權利要求7所述的方法，其特征在于，所述生成所述葉片位置信號PDF的步驟包括使用蒙特卡羅分析法(MCA)處理所述模型參數(shù)PDF、所述葉片位置傳感器模型、線束模型、控制電路模型和信號處理模型。
14.根據(jù)權利要求7所述的方法，其特征在于，所述確定所述全開和全閉診斷區(qū)域的步驟包括基于所述葉片位置信號PDF定義所述全開診斷區(qū)域的最小和最大極限；以及基于所述葉片位置信號PDF定義所述全閉診斷區(qū)域的最小和最大極限。
15.根據(jù)權利要求14所述的方法，還包括確定所述全開和所述全閉診斷區(qū)域之間的信號區(qū)間診斷區(qū)域。
16.一種確定葉片位置傳感系統(tǒng)的診斷極限的方法，該方法包括根據(jù)組件模型描述所述葉片位置傳感系統(tǒng)的組件；定義與每個所述組件模型相關的參數(shù)的組件參數(shù)概率分布函數(shù)(PDF)；定義機械輸入PDF；基于所述組件模型、所述組件參數(shù)PDF和所述機械輸入PDF生成傳感器位置信號PDF；以及基于所述傳感器位置PDF設置所述傳感器傳感系統(tǒng)的診斷極限。
17.根據(jù)權利要求16所述的方法，其特征在于，所述機械輸入PDF基于與機械系統(tǒng)相關的機械參數(shù)，所述機械系統(tǒng)由所述葉片位置傳感系統(tǒng)監(jiān)視。
18.根據(jù)權利要求16所述的方法，其特征在于，所述生成所述傳感器位置信號PDF的步驟包括使用蒙特卡羅分析法(MCA)處理所述組件參數(shù)PDF、所述組件模型和所述機械輸入PDF。
19.根據(jù)權利要求16所述的方法，其特征在于，所述組件模型包括位置傳感器模型和線束模型。
20.根據(jù)權利要求19所述的方法，其特征在于，所述組件模型還包括信號處理模型和控制電路模型。
21.根據(jù)權利要求16所述的方法，其特征在于，所述設置所述診斷極限的步驟包括基于所述傳感器位置信號PDF定義第一傳感器位置范圍；以及基于所述傳感器位置信號PDF定義第二傳感器位置范圍。
22.根據(jù)權利要求21所述的方法，其特征在于，所述設置所述診斷極限的步驟還包括定義所述第一和第二傳感器位置范圍之間的區(qū)間限制。
全文摘要
一種確定安裝在可調(diào)噴嘴渦輪增壓機(VNT)中葉片位置傳感系統(tǒng)的診斷極限的方法。該方法包括定義VNT的機械輸入概率分布函數(shù)(PDF)，根據(jù)組件模型描述葉片位置傳感系統(tǒng)，定義與組件模型相關的參數(shù)的組件參數(shù)PDF。葉片位置信號PDF基于機械輸入PDF、組件模型和組件參數(shù)PDF生成，基于葉片位置信號PDF設置葉片位置傳感系統(tǒng)的診斷極限。
文檔編號G01M99/00GK1865892SQ20061008241
公開日2006年11月22日 申請日期2006年5月16日 優(yōu)先權日2005年5月16日
發(fā)明者M·M·麥唐納, R·B·杰斯 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作公司