СИСТЕМА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДОБРОТНОСТИ СИСТЕМЫ ДАТЧИКА ПОЛОЖЕНИЯ ВРАЩЕНИЯ
SYSTEM FOR DETERMINATION OF Q-FACTOR OF ROTATION POSITION SENSOR SYSTEM

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее описание относится к системе для улучшения определения добротности системы считывания положения вращения. Особенно эффективно система может использоваться для обеспечения того, что конкретная производственная сборка выполнена надлежащим образом, или для диагностирования систем датчиков с ухудшенными характеристиками в полевых условиях.
Уровень техники
Для многих случаев применения необходима точная и надежная информация, относящаяся к вращающимся предметам. Например, для эксплуатации двигателя с низкими выбросами и высокой эффективностью может быть важной информация о положении двигателя. В частности, зная точное положение двигателя, можно точно установить момент впрыска топлива и искры, а также обеспечить надлежащий контроль выбросов посредством высокоуровневых функций, таких как обнаружение пропусков зажигания методами мгновенного обнаружения пропусков зажигания. Поэтому необходимо обеспечить, чтобы система определения положения имела достаточный рабочий запас для выдачи правильной информации о положении в диапазоне потенциальных условий работы, включая вибрацию, температуру и высокие частоты вращения.
Одна из технологий считывания, используемая для определения положения двигателя, связана с использованием преобразователя с переменным магнитным сопротивлением. Датчики положения двигателя с переменным магнитным сопротивлением выдают синусоидальный сигнал, имеющий амплитуду и частоту, пропорциональные частоте вращения вращающегося объекта (например, маховика двигателя) относительно датчика положения. Однако на выходной сигнал датчика с переменным магнитным сопротивлением могут оказывать влияние многие переменные, включая близость датчика к движущемуся предмету, магнитная цепь в датчике и свойства измеряемой цели. Наиболее значительным фактором, иным, нежели частота вращения, является расстояние от датчика до цели, обычно называемое воздушным промежутком. Добротность системы с переменным магнитным сопротивлением легко проверить, поскольку напряжение датчика можно измерить при обычном функциональном испытании двигателя. Например, для того чтобы статистически отследить качественные характеристики системы датчиков двигателя, можно применять и использовать критерии приемки по напряжению. При использовании этого метода можно предусматривать ограничения пороговых значений напряжения, которые можно использовать для обнаружения погрешностей в добротности построения, например датчик, который не полностью установлен, или вращающаяся цель, которая повреждена.
В настоящее время технологии с переменным магнитным сопротивлением быстро вытесняются более передовыми технологиями датчиков. Одной из причин замены технологий с переменным магнитным сопротивлением является то, что они требуют более сложных входных цепей в блоке сопряжения, обычно в блоке управления двигателем или силовой передачей. Кроме того, датчики с переменным магнитным сопротивлением требуют более значительных усилий для определения характеристик и калибровки, чтобы обеспечить надлежащие эксплуатационные характеристики на протяжении всего срока службы.
С другой стороны, обычно применяемыми технологиями становятся датчики на эффекте Холла и гигантские магниторезистивные (GMR) датчики. Датчики на эффекте Холла и GMR-датчики обеспечивают более простой выходной сигнал, который позволяет упростить входную цепь в блоке управления, а также меньший объем усилий для определения характеристик и калибровки. Из-за упрощенных характеристик выходного сигнала датчиков обнаружение ухудшения характеристик системы датчиков по месту изготовления двигателей является не столь надежным, как для других типов датчиков. Сигнал датчика позволяет обнаружить, работает ли датчик в конкретных испытанных условиях, но нет переменных данных для гарантии того, что система считывания имеет достаточный запас для диапазона рабочих характеристик.
Во всех этих датчиках основной принцип считывания заключается в том, чтобы обнаруживать изменение магнитного поля вокруг чувствительного элемента, вызванное вращением металлической цели перед датчиком. В датчиках с переменным магнитным сопротивлением, как уже отмечалось, эта магнитная изменчивость может легко измеряться на готовой сборке двигателя. В случае технологий датчиков на эффекте Холла и GMR-технологий требуется получить информацию о магнитном профиле на готовой сборке двигателя. С этой целью автор предложил способ измерения магнитного профиля датчика частоты вращения.
Раскрытие изобретения
Автор настоящего изобретения учел вышеупомянутые проблемы современных технологий датчиков и разработал способ определения данных, связанных добротностью профиля магнитного датчика. В одном варианте осуществления предлагается способ оценки работы датчика положения, включающий следующие стадии: во время вращения объекта, считываемого датчиком положения, стадию, на которой сохраняют данные, связанные с добротностью профиля магнитного датчика, в датчике положения, и стадию, на которой выдают данные о положении через штырек датчика положения; и во время невращения этого объекта стадию, на которой выдают, по меньшей мере, часть данных, связанных добротностью профиля магнитного датчика, через штырек.
Путем сохранения данных, связанных с добротностью профиля магнитного датчика, в датчике положения можно лучше оценить работу усовершенствованного датчика положения, выдающего измененное положение объекта. Кроме того, датчик обладает способностью выдавать внутренне измеренные параметры и диагностические коды, что может сократить время на диагностику датчика с ухудшенными характеристиками. Кроме того, датчик, который выдает два разных типа информации в двух разных режимах работы через одиночный выход, может уменьшить расходы на электрическую проводку и сложность системы.
Настоящее изобретение может обеспечить ряд преимуществ. Например, предусматриваются сбор и сообщение информации о добротности профиля магнитного датчика, которая иначе недоступна. Кроме того, данные о добротности сигнала могут включать информацию, относящуюся к каждому зубу считываемого объекта, так что ухудшение характеристик сигнала можно отнести к конкретным элементам системы датчика. Кроме того, предлагаемый способ позволяет проверять работу системы датчика после изготовления.
Вышеупомянутые и другие преимущества и отличительные признаки настоящего изобретения станут очевидными из последующего раздела «Подробное описание изобретения», взятого отдельно или вместе с прилагаемыми чертежами.
Следует понимать, что приведенное выше краткое описание преследует цель представить в упрощенном виде выбор концепций, дополнительно описываемых в подробном описании изобретения. Оно не преследует цель определить основные или существенные отличительные признаки заявленного предмета изобретения, объем которого однозначно определен формулой изобретения, следующей после подробного описания. Кроме того, заявленный предмет изобретения не ограничивается вариантами осуществления, устраняющими любые недостатки, отмеченные выше или в любой части настоящего описания.
Краткое описание чертежей
Преимущества, описанные в настоящем документе, будут полнее понятными при прочтении описания одного примера варианта осуществления в разделе «Подробное описание изобретения» отдельно или со ссылками на чертежи, на которых:
Фиг.1 представляет собой принципиальную схему двигателя и системы считывания положения двигателя;
Фиг.2 иллюстрирует моделированные сигналы системы считывания положения;
на Фиг.3 приведена примерная последовательность передачи данных между системой считывания положения и диагностическим контроллером;
Фиг.4 иллюстрирует моделированные сигналы датчика положения при остановке двигателя;
Фиг.5 представляет собой схему примерного датчика положения и схему примерного контроллера;
Фиг.6 представляет собой блок-схему способа использования датчика положения; и
Фиг.7 представляет собой примерную блок-схему способа использования внешнего контроллера, сообщающегося с датчиком положения.
Осуществление изобретения
Настоящее описание относится к датчику для определения добротности профиля магнитного датчика. В одном примере, не ограничивающем объем настоящего изобретения, показанном на Фиг.1, усовершенствованный датчик положения используется в системе двигателя. Фиг.2 иллюстрирует примерный профиль магнитного датчика и сигналы усовершенствованного датчика положения при считывании положения двигателя, например. Добротность профиля магнитного датчика может выдаваться во внешнюю систему или в контроллер, как показано на Фиг.3, схемой, показанной на Фиг.5. Данные датчика выдаются во внешнюю систему после считывания положения объекта, как показано на Фиг.4. На Фиг.4 показана примерная последовательность выходных данных из усовершенствованного датчика положения. Датчик положения и внешний контроллер, принимающий информацию датчика положения, могут использоваться по способам на Фиг.6 и 7.
На Фиг.1 двигатель 10 внутреннего сгорания, содержащий несколько цилиндров, из которых на Фиг.1 показан лишь, управляется электронным контроллером 12 двигателя. Двигатель 10 содержит камеру 30 сгорания, стенки 32 цилиндра с расположенным в нем поршнем 36, соединенным с коленчатым валом 40. Камера 30 сгорания показана сообщающейся с впускным коллектором 44 и выпускным коллектором 48 через соответствующие впускной клапан 52 и выпускной клапан 54. Каждый клапан - впускной и выпускной - могут управляться кулачком 51 впускного клапана и кулачком 53 выпускного клапана. Альтернативно один или несколько впускных и выпускных клапанов могут управляться узлом катушки и якоря клапана с электромеханическим управлением. Положение кулачка 51 впускного клапана может определяться датчиком 55 кулачка впускного клапана. Положение кулачка 53 выпускного клапана может определяться датчиком 57 кулачка впускного клапана.
Топливная форсунка 66 показана расположенной таким образом, чтобы впрыскивать топливо непосредственно в цилиндр 30, что известно специалистам как непосредственный впрыск. Альтернативно топливо может впрыскиваться во впускной канал, что известно специалистам как впрыск во впускной канал. Топливная форсунка 66 подает жидкое топливо пропорционально ширине импульса сигнала ШИВ из контроллера 12. Топливо в топливную форсунку 66 подается топливной системой (не показана), включающей топливный бак, топливный насос и направляющую - распределитель для топлива (не показаны). Топливная форсунка 66 получает рабочий ток из драйвера 68, который действует по команде контроллера 12. Кроме того, впускной коллектор 44 показан сообщающимся с факультативным электронным дросселем 62, который регулирует положение дроссельной заслонки 64 для управления потоком воздуха из воздухозаборника 42 во впускной коллектор 44. В одном примере может использоваться система непосредственного впрыска низкого давления, в которой давление топлива может подниматься примерно до 20-30 бар. Альтернативно для создания более высоких давлений топлива может использоваться двухступенчатая топливная система высокого давления.
Система 88 зажигания без распределителя подает искру зажигания в камеру 30 сгорания посредством свечи 92 зажигания в ответ на команду контроллера 12. Универсальный или широкодиапазонный датчик 126 кислорода в отработавших газах (UEGO) показан подключенным к выпускному коллектору 48 до каталитического нейтрализатора 70 отработавших газов. Альтернативно вместо датчика 126 UEGO может использоваться датчик кислорода в отработавших газах с двумя состояниями.
В одном примере каталитический нейтрализатор 70 отработавших газов может содержать несколько «кирпичей» нейтрализатора. Еще в одном примере могут использоваться несколько устройств снижения токсичности отработавших газов, каждое с несколькими «кирпичами». В одном примере каталитический нейтрализатор 70 отработавших газов может быть трехкомпонентным нейтрализатором.
Контроллер 12 показан на Фиг.1 как обычный микрокомпьютер, содержащий: микропроцессор 102, порты ввода/вывода 104, постоянное запоминающее устройство 106, запоминающее устройство 108 с произвольной выборкой, энергонезависимое запоминающее устройство 110 и обычную шину данных. В дополнение к сигналам, рассмотренным ранее, контроллер 12 может получать различные сигналы от датчиков, подключенных к двигателю 10, включая температуру охлаждающей жидкости двигателя (ТОЖ) от датчика 112 температуры, подключенного к рукаву охлаждения 114; сигнал датчика 134 положения, подключенного к педали акселератора 130 для считывания силы, прикладываемое ногой 132; измерение абсолютного давления во впускном коллекторе двигателя (АДК) от датчика 122 давления, подключенного к впускному коллектору 44; измерение массового расхода воздуха, поступающего в двигатель, от датчика 120, и измерение положения дроссельной заслонки от датчика 58. Для обработки контроллером 12 может считываться и барометрическое давление (датчик не показан). В одном предпочтительном аспекте настоящего изобретения датчик 118 положения двигателя за каждый оборот коленчатого вала выдает заданное количество равноотстоящих импульсов, по которому можно определить частоту вращения (ЧВ) двигателя.
В некоторых примерах контроллер 12 находится в двунаправленном сообщении с датчиком положения 118 двигателя, который считывает положение коленчатого вала 40. Кроме того, в некоторых примерах датчик 118 положения двигателя находится в двунаправленном сообщении с диагностическим контроллером 150 (например, см. Фиг.3, на которой приведен пример схемы двунаправленного сообщения). В других вариантах осуществления диагностический контроллер 150 может сообщаться с контроллером 12 двигателя для поиска и извлечения данных, касающихся добротности профиля магнитного датчика.
Контролер 12 двигателя и диагностический контроллер 150 содержит выходы, которые могут регулировать состояние выхода датчика 118 положения двигателя. В одном примере датчик 118 положения двигателя имеет выход, который может принудительно переводиться на определенный логический уровень, когда датчик 118 положения двигателя не обнаруживает вращения объекта. Например, когда вращение объекта датчиком положения 118 двигателя не обнаруживается, выход датчика 118 положения двигателя может устанавливаться на высокий логический уровень. В одном примере высокий логический уровень обеспечивается посредством резистора, подключенного к напряжению высокого логического уровня. Кроме того, датчик 118 положения двигателя может конструктивно исполняться с входом, контролирующим состояние выхода датчика положения двигателя. В одном примере вход является входом в логический элемент - вентиль И или ИЛИ, например. Когда бы выход не менял состояние то ли действиями датчика положения, то ли внешним контроллером, вход датчика положения регистрирует это изменение состояния. Внешний контроллер может изменять состояние датчика 118 положения двигателя заземлением одной стороны резистора, подключенного к напряжению высокого логического уровня, например, через транзистор. Таким образом, когда транзистор во внешнем контроллере закрывается, внешний контроллер заставляет вход датчика 118 положения перейти в состояние низкоуровневой логики. Когда транзистор во внешнем контроллере находится в открытом состоянии, вход датчика 118 остается в состоянии высокоуровневой логики. Таким путем внешний контроллер может выдавать команды датчику 118 положения, когда датчик 118 положения не обнаруживает вращающийся объект.
В некоторых примерах двигатель может подключаться к системе электродвигателя/аккумуляторной батареи в гибридном транспортном средстве. Гибридное транспортное средство может иметь параллельное конструктивное исполнение, последовательное конструктивное исполнение или их вариант или сочетания. Кроме того, в некоторых вариантах осуществления могут использоваться другие конструктивные исполнения двигателя, например дизельный двигатель.
Обратимся теперь к Фиг.2, на которой показаны моделированные сигналы системы считывания положения. Датчик 202 положения обнаруживает металлические зубья 204 цели, проходящие рядом с датчиком 202 в прямом или обратном направлении. При этом датчик 202 положения создает магнитный профиль 206 цели. Из магнитного профиля 206 цели выводятся волны синусоидальной формы 208, представляющие канал частоты вращения и канал направления. Кроме того, цифровые выходные сигналы 210 выдают информацию о положении цели во внешние системы.
Датчик на Фиг.2 имеет усовершенствованные алгоритмы для оценки магнитного профиля цели (например, зубчатого колеса) и настройки внутреннего усиления и установления порога обработки сигналов. Датчик положения использует сочетание алгоритмов и откорректированных значений для создания обработанных сигналов прямоугольной формы (например, 210), которые являются выходом датчика. Обработка для получения прямоугольной формы маскирует фактическую форму волны магнитного профиля для цепи, которая была бы указанием состояния исправности сигнала. Таким образом, путем сохранения атрибутов магнитного профиля 206 цели можно определять, работает ли датчик положения как требуется.
Обратимся теперь к Фиг.3, на которой приведена примерная последовательность передачи данных между системой считывания положения и диагностическим контроллером. Сигнал сообщения 302 может передаваться по одному каналу связи между датчиком положения и диагностическим контроллером. Таблица 304 идентификации описывает импульсы сигнала 302 сообщения, расположенные непосредственно ниже. Длительность импульсов, которые представляют полубайты 1-8, может корректироваться для изменения данных, представленных полубайтами 1-8.
В этом примере после того как событие вращения, наблюдаемое датчиком положения, закончилось, и пока датчик получает питание, датчик положения может входить в диагностический командный режим. Диагностический контроллер посылает оцифрованный сигнал с достаточным кодированием, чтобы диагностический командный режим не мог инициироваться случайным электрическим шумом. В частности, диагностический контроллер выдает импульс синхронизации для создания начального условия для «пробуждения» диагностического командного режима и для обеспечения временной основы для измерения всех последующих импульсов. За импульсом синхронизации следует полубайтовая информация из диагностического контроллера (например, блока считывания). Полубайтовая информация выдается с уникальной структурой, достаточно определенной, чтобы подтвердить, что сообщение - не шумовой импульс, а намеренный сигнал, выдаваемый датчику. В одном примере скорость этой сигнальной информации равна приблизительно 3 микросекундам на событие тика.
После действительного запроса информации датчик положения посылает запрошенную цифровую информацию обратно в диагностический контроллер. Процесс передачи сообщения из датчика положения в диагностический контроллер подобен начальной команде в диагностический контроллер. В частности, датчик положения посылает начальный импульс синхронизации в диагностический контроллер, а затем следуют данные датчика в виде полубайтовых наборов данных. В одном примере данные, переданные из датчика положения, указывают уровень усиления внутреннего алгоритма. Кроме того, в диагностический контроллер в последовательности посылается информация, касающаяся пиковых значений для каждого из магнитных зубьев цели. Данные предоставляются вплоть до числа зубьев колеса цели. В одном примере предоставляются 58 отличных наборов данных о зубьях.
Предусматриваются три условия выхода из диагностического командного режима, а именно отключение питания датчика, новый цифровой импульс из блока считывания, командующий датчику вернуться к нормальной функции, или повторное начало вращения двигателя, обнаруженное датчиком.
Вышеописанный подход с передачей сообщений действителен и для реализации в блоке управления производством (например, контроллер 12 на Фиг.1). Кроме того, предусмотрены элементы для посылки внутренней диагностической информации датчика положения обратно в диагностический контроллер. Кроме того, этот подход может использоваться для обновления значений калибровки датчика при необходимости в этом.
Обратимся теперь к Фиг.4, на которой показаны моделированные сигналы датчика положения при остановке двигателя. В частности, сигналы относятся к датчику положения двигателя, предназначенному для считывания положения вращающегося коленчатого вала двигателя. Первый сверху график на Фиг.4 показывает входной сигнал датчика зубьев колеса датчика положения датчику положения от маховика двигателя или другого зуба зубчатого колеса, например. Второй сверху график на Фиг.4 показывает пример расчетов, выполненных в датчике. В одном примере этими расчетами являются корректировки входных сигналов датчика зубьев колеса датчика положения для поправок на условия работы датчика положения. Например, края формы волны, созданной непосредственно по зубчатому колесу и воспринятой датчиком зуба колеса датчика положения, могут корректироваться с поправкой на частоту вращения объекта или двигателя, а также на другие условия, которые могут влиять на края формы волны. Третий сверху график на Фиг.4 показывает выходной сигнал положения двигателя датчика положения и сообщения между датчиком положения и диагностическим контроллером. Четвертый сверху график представляет частоту вращения двигателя. Ось Х для каждого графика представляет время, и время на Фиг.4 растет слева направо.
0
Во время левее Т двигатель вращается, поскольку частота вращения двигателя показана на высоком уровне. Кроме того, форма волны входного сигнала зуба колеса датчика положения меняет состояние с низкого уровня на высокий уровень в ответ на зубья маховика, проходящие перед датчиком положения при вращении двигателя. Края формы волны датчика зубьев колеса датчика положения обновляются в ответ на расчеты в датчике, как показано на втором сверху графике на Фиг.4. Каждая точка на кривой расчетов в датчике представляет обновление положения края. После того как края формы волны датчика зубьев колеса датчика положения откорректированы, форма волны положения двигателя является выходным сигналом датчика положения двигателя, как показано на третьем сверху графике на Фиг.4. Обратите внимание, что компенсация времени краев мала относительно периодов времени, показанных на Фиг.4. Поэтому временное корректировки краев между формой волны входного сигнала датчика и формой волны выходного сигнала датчика неотличимы.
0
1
Во время правее Т и продолжающееся до T двигатель замедляется до остановки. Во время замедления двигателя количество расчетов, выполняемых датчиком, уменьшается, поскольку датчик получает меньше информации о положении двигателя. Тем не менее, датчик положения продолжает выдавать форму волны, указывающую на положение двигателя.
1
В момент времени T в ответ на отсутствие входного сигнала от маховика расчеты датчиком прекращаются. В одном примере после заданного количества времени выход датчика положения переходит в высокоуровневое состояние. В одном примере состояние датчика положения переходит в высокоуровневое состояние после иного количества времени, если цель движется в прямом направлении по сравнению с обратным направлением.
1
2
Во время правее T и продолжающееся до Т датчик положения двигателя контролирует маховик на предмет входного сигнала. Но поскольку двигатель не вращается, датчик положения не обнаруживает зубьев маховика, и входной сигнал датчика зубьев колеса датчика положения остается высоким. Подобным образом высоким остается и выходной сигнал датчика положения из-за отсутствия входного сигнала датчику положения от внешнего контроллера (например, контроллера двигателя или диагностического контроллера).
2
3
В момент времени Т выход датчика положения переключается диагностическим контроллером. В одном примере цепь, показанная на Фиг.5, переводит выход датчика положения в низкое логическое состояние, как показано в момент времени Т. Датчик положения одновременно контролирует выход датчика положения и вход датчика зубьев колеса датчика положения. Если датчик обнаруживает изменение выхода датчика положения, не обнаруживая при этом входа на вход датчика зубьев колеса датчика положения, датчик положения интерпретирует выход датчика положения как команды от внешнего контроллера.
3
4
Во время правее Т и продолжающееся до Т датчик положения контролирует выход датчика положения на предмет импульса синхронизации. В некоторых примерах импульс синхронизации может иметь место, как описано на Фиг.3. В других примерах датчик положения может ждать отличной заданной последовательности в состоянии выхода датчика положения до перехода из рабочего режима выдачи положения двигателя в диагностический командный режим датчика. Импульс синхронизации заставляет датчик положения войти в диагностический командный режим. После входа в диагностический командный режим датчик положения ожидает команд от диагностического контроллера с запросом требуемых данных.
4
В момент времени Т диагностический контроллер посылает несколько командных импульсов, командующих датчику положения выдать иные типы данных датчика. Например, одна команда может затребовать уровень усиления магнитного профиля цели. Другая команда может затребовать пиковые значения для каждого из магнитных зубьев. Таким путем датчик положения может выдавать информацию, конкретно затребованную внешним контроллером.
5
6
6
6
7
Во время правее Т и продолжающееся до Т датчик положения выдает импульс синхронизации в диагностический контроллер, указывая тем самым, что сейчас последуют затребованные данные. После выдачи импульса синхронизации в момент времени Т датчик положения начинает передавать во внешний контроллер затребованные данные путем изменения состояния выхода датчика положения с момента времени Т по момент времени Т.
Следует отметить, что когда двигатель начинает вращаться, датчик положения может прекратить передавать данные, иные, нежели информация о положении, и начать передавать информацию о положении отслеживаемого объекта (например, коленчатого вала).
Обратимся теперь к Фиг.5, на которой показаны схема примерного датчика положения и схема примерного контроллера. Граница 500 заключает в себе некоторые примерные компоненты примерного датчика положения. В одном примере специализированная интегральная схема (ASIC) 502 содержит контроллер, запоминающее устройство, цифровые вводы и цифровые выводы. В некоторых примерах ASIC 502 содержит команды на корректировку времени краев, считанных с вращающегося объекта. Кроме того, ASIC 502 может хранить, извлекать и передавать диагностическую информацию датчика. Например, ASIC 502 может сообщать об отличии числа переходов входа датчика положения от числа переходов выхода датчика положения. Таким путем ASIC может определять, передает ли датчик положения точную информацию о положении. Кроме того, ASIC может создавать и выдавать информацию, относящуюся к внутренним расчетам, через выход датчика положения. Например, ASIC может выдавать средние и пиковые корректировки времени, внесенные в информацию входа датчика зубьев колеса датчика положения. Фиг.6 иллюстрирует один примерный способ, который ASIC 502 может выполнять.
В некоторых примерах выходные сигналы ASIC могут направляться в логические схемы управления 504 перед тем как окончательно направятся в выходной транзистор 508 или подобное устройство. Транзистор 508 показан как устройство с n-p-n-структурой, которое нормально открыто. Если транзистор 508 включен, транзистор 508 практически заземляет одну сторону резистора 515. Таким образом, коллектор транзистора 508 является выходом датчика, и когда транзистор 508 отключен, он принимает высокий логический уровень. Когда транзистор 508 включен, коллектор транзистора 508 принимает состояние низкого логического уровня. Выходной сигнал транзистора 508 направляется на вход ASIC И вентиль 510 и на вход внешнего контроллера 520. Выходной сигнал вентиля И 510 направляется во входные логические схемы 506 управления датчика положения перед тем как проходит в ASIC 502. В других примерах выходной сигнал транзистора 508 может вводиться непосредственно во входные логические схемы 506 управления датчика.
Граница 520 заключает в себе некоторые примерные компоненты примерного диагностического контроллера или контроллера двигателя. В частности, контроллер 516 подключен к входным логическим схемам 522 управления контроллера и выходным логическим схемам 518 управления контроллера. Кроме того, контроллер 516 сообщается с выходным транзистором 514 через выходные логические схемы 518 управления контроллера. Информация датчика положения вводится во входные логические схемы 522 управления и проходит на вход внешнего диагностического контроллера 516. Внешний диагностический контроллер 516 может управлять состоянием выхода датчика положения путем открывания и закрывания n-p-n-транзистора 514. Однако внешний диагностический контроллер 516 не закроет транзистор 514, если не произойдет заданный набор условий. В одном примере состояние выхода датчика положения должно быть на заданном логическом уровне в течение заданного количества времени, прежде чем транзистор 514 сработает. Например, выход датчика положения должен быть в высоком состоянии в течение заданного количества времени, прежде чем транзистор 514 сработает. Если транзистор 514 срабатывает и внешний контроллер 516 обнаруживает отличное число переходов выхода датчика положения в 522 по сравнению с числом переходов выхода транзистором 514, диагностический внешний контроллер 516 отключает транзистор 514 и выходит из диагностического командного режима датчика.
Следует упомянуть, что возможны и другие варианты осуществления схем и что Фиг.5 не предназначена для ограничения объема настоящего изобретения. Например, в некоторых вариантах осуществления n-p-n- транзисторы могут быть заменены p-n-p-транзисторами. В других вариантах осуществления биполярные транзисторы, показанные на Фиг.3, могут заменяться другими выходными устройствами.
Таким образом, системы на Фиг.1 и 5 содержат систему для определения добротности профиля магнитного датчика, содержащую: датчик, предназначенный для считывания положения объекта, причем этот датчик конструктивно исполнен с выходом, при вращении объекта выдающим информацию о положении объекта на одиночный выходной штырек, причем этот датчик предназначен выдавать данные, связанные с добротностью профиля магнитного датчика, иные, нежели информация о положении объекта, через одиночный выходной штырек, когда объект не вращается. Система отличается тем, что информация о положении представляет собой прямоугольную волну, связанную с положением объекта, и тем, что данные, связанные с добротностью профиля магнитного датчика, определяются на протяжении периода вращения объекта при заданных условиях. Система отличается тем, что данные, связанные с добротностью профиля магнитного датчика, передаются через одиночный выходной штырек во внешнюю систему. Система отличается тем, что внешней системой является контроллер или диагностический инструмент двигателя. Система отличается тем, что датчиком является датчик положения двигателя или датчик трансмиссии. Система отличается тем, что датчик содержит ASIC с командами на внесение корректировок в информацию о положении при вращении объекта перед выдачей информации о положении. Система отличается тем, что датчик содержит ASIC с командами на вход в диагностический режим после того, как внешняя система изменяет состояние одиночного выходного штырька, причем ASIC содержит дополнительные команды на передачу данных, связанных, по меньшей мере, с одним из следующего: внутренне хранимые данные о форме волны, диагностические коды и коды состояния датчика.
Кроме того, системы на Фиг.1 и 5 предусматривают систему для определения положения вращающегося объекта, содержащую: датчик с первым контроллером, имеющим команды на считывание положения объекта, причем первый контроллер имеет дополнительные команды на выдачу информации о положении объекта через одиночный выходной штырек, когда объект вращается, причем первый контроллер имеет дополнительные команды на выдачу данных, связанных с добротностью профиля магнитного датчика, иных, нежели информация о положении объекта, через одиночный выходной штырек, когда объект не вращается; и второй контроллер, причем второй контроллер является внешним по отношению к датчику и содержит команды на корректировку состояния одиночного выходного штырька после того как объект прекращает вращение. Система отличается тем, что второй контроллер содержит дополнительные команды на интерпретацию информации иной, нежели информация о положении. Система отличается тем, что второй контроллер содержит дополнительные команды на управление двигателем, включая остановку двигателя из состояния вращения, и тем, что второй контроллер корректирует состояние одиночного выходного штырька после остановки двигателя. Система отличается тем, что датчик выдает данные, связанные с добротностью профиля магнитного датчика, с одиночного выходного штырька в цифровой форме, и тем, что данными, связанными с добротностью профиля магнитного датчика, являются данные, относящиеся к вращению объекта, и тем, что данные, связанные с добротностью профиля магнитного датчика, определяются на протяжении периода вращения объекта при заданных условиях. Система отличается тем, что вторым контроллером является контроллер двигателя, диагностический контроллер или контроллер транспортного средства.
Обратимся теперь к Фиг.6, на которой показана блок-схема способа использования датчика положения. Способ на Фиг.6 может выполняться датчиком положения, показанным на Фиг.1 и 5.
На стадии 602 по способу 600 судят, включена ли система зажигания транспортного средства, или находится ли транспортное средство в состоянии, допускающем запуск двигателя. Если да, в способе 600 переходят к стадии 604. В противном случае в способе 600 следуют на выход.
На стадии 604 по способу 600 подают питание датчику положения. В одном примере питание датчику могут подавать от аккумуляторной батареи. В другом примере регулируемое питание подают датчику положения посредством контроллера (например, контроллера 10 на Фиг.1). После подачи питания датчику положения в способе 600 переходят к стадии 606.
На стадии 606 по способу 600 судят, обнаружено ли вращение считываемого объекта. Считываемым объектом может быть компонент трансмиссии (например, датчик турбины или датчик выходного вала) или компонент двигателя (например, кулачковый вал или коленчатый вал). Объект считывают входом датчика зубьев колеса датчика положения. В одном примере входом датчика зубьев колеса является устройство на эффекте Холла. Если в способе 600 решают, что вращающийся или движущийся объект обнаружен, в способе 600 переходят к стадии 608. В противном случае в способе 800 переходят к стадии 616.
На стадии 608 по способу 600 определяют положение вращающегося или движущегося объекта путем определения изменения логического уровня. Например, вход датчика может быть переведен из низкого состояния в высокое состояние, когда считывается зуб колеса или иной артефакт положения. После определения положения в способе 600 переходят к стадии 610.
На стадии 610 по способу отслеживают входной сигнал датчика положения от вращающегося или движущегося объекта путем сохранения информации о положении в запоминающее устройство. Информацию о положении отслеживают так, чтобы можно было определить такие переменные, как амплитуда, средняя частота, период и время сигнальных переходов. В одном примере отслеженную информацию могут использовать, чтобы предугадать краевой переход с тем, чтобы положение вращающегося объекта можно было сообщить внешнему контроллеру с небольшой задержкой или без задержки. Кроме того, могут отслеживать и другие данные о форме волны, такие как временные корректировки, которые датчик положения вносит в сигналы, представляющие положение вращающегося или движущегося объекта. После того как отслеживание формы волны завершают, в способе 600 переходят к стадии 612.
На стадии 612 по способу 600 в запоминающее устройство сохраняют отслеженную информацию о форме волны с входа датчика положения, а также рассчитанные переменные. Эту информацию хранят и позже могут извлекать для пользования. В одном примере ASIC запоминает в запоминающее устройство информацию, относящуюся к каждому зубу считываемого целевого зубчатого колеса. После того как эту информацию запоминают в запоминающее устройство, в способе 600 переходят к стадии 614.
На стадии 614 по способу 600 выдают положение считываемого объекта. В одном примере информацию о положении выдают в виде последовательности цифровых импульсов. Моменты краевых переходов импульсов последовательности цифровых импульсов могут корректировать в ответ на частоту вращения считываемого объекта. Кроме того, в некоторых примерах моменты краевых переходов могут корректировать, чтобы учесть переменные окружения, такие как температура. После того как положение объекта обновлено, в способе 600 следуют на выход.
-1
-1
-1
На стадии 616 по способу 600 ожидают в течение определенного количества времени, прежде чем предпринять какое-либо действие после того как движение считываемого объекта не обнаружено. В одном примере это количество времени может быть увязано с самой низкой ожидаемой частотой вращения движущегося или вращающегося объекта. Например, можно ожидать, что при проворачивании коленчатого вала двигателя двигатель будет вращаться с частотой вращения более 200 мин. Поэтому, зная количество маркеров положения двигателя на один оборот двигателя, можно определить количество времени между маркерами положения двигателя для частот вращения двигателя более 200 мин. Если установленное время между маркерами двигателя намного больше времени между маркерами двигателя при частоте вращения 200 мин, можно определить, что двигатель или объект не движется. После истечения периода ожидания в способе 600 переходят к стадии 618.
На стадии 618 по способу 600 судят, вращается или движется ли отслеживаемый объект (например, коленчатый вал двигателя). Если нет, в способе 600 переходят к стадии 620. В противном случае в способе 600 возвращаются на стадию 606.
На стадии 620 по способу 600 контролируют выход датчика положения на предмет изменения состояния. Кроме того, в некоторых примерах по способу 600 продолжают контролировать вход датчика зубьев колеса датчика для определения, не начал ли отслеживаемый объект двигаться. Если отслеживаемый объект начал двигаться, в способе 600 возвращаются на стадию 606. Если по способу 600 устанавливают, что выход изменил состояние без входного сигнала с входа датчика зубьев колеса датчика, по способу 600 заключают, что внешний контроллер может запрашивать хранимые данные датчика. По способу 600 ожидают в течение, по меньшей мере, одной заданной последовательности их нескольких возможных последовательностей, после чего посылают информацию датчика на выход датчика (например, последовательность на Фиг.3). Если по способу 600 заключают, что на выходе датчика положения заданная последовательность соблюдается, в способе 600 переходят к стадии 622. В противном случае в способе 600 идут на выход с тем, чтобы способ 400 можно было выполнить снова.
В некоторых примерах, если по новой команде из диагностического контроллера датчик должен вернуться в рабочий режим, в способе 600 также могут вернуться к стадии 606. Кроме того, датчик положения возвращается в рабочий режим в ответ на потерю питания датчиком положения.
На стадии 622 в способе 600 выдают информацию датчика на выход датчика. В одном примере информация датчика положения представляет собой выходной сигнал в цифровой форме на выходной штырек датчика. По запросу от диагностического контроллера датчик может выдавать выбранную информацию в соответствии с запросом диагностического контроллера. Кроме того, в некоторых примерах датчик положения может выдавать всю хранимую датчиком положения информацию. Хранимая датчиком информация может включать диагностическую информацию (например, данные самоконтроля), информацию о состоянии (например, данные о внутреннем напряжении) и/или расчетную информацию о форме волны (например, корректировки времени краев сигналов, среднее время между входными импульсами, максимальное и минимальное время между импульсами и т.д.). После того как датчик положения посылает затребованную информацию, выход датчика устанавливают в требуемое состояние (например, состояние высоко- и низкоуровневой логики). После того как выход датчика положения устанавливают в требуемое состояние, в способе 600 идут к выходу.
Обратимся теперь к Фиг.7, на которой показана блок-схема способа использования внешнего контроллера, который сообщается с датчиком положения. На стадии 702 по способу 700 судят, обновляется ли информация о положении считываемого объекта датчиком положения. В одном примере в способе 700 сравнивают время между краями последовательности импульсов с заданным временем. Если время между краями импульсов выходного сигнала датчика положения меньше заданного времени, в способе 700 заключают, что положение объекта обновляется, и в способе 700 переходят к стадии 712. Если время между краями импульсов выходного сигнала датчика положения больше заданного времени, в способе 700 заключают, что положение объекта не обновляется, и, следовательно, объект должен быть в состоянии покоя. Если в способе 700 определяют, что информация о положении объекта не обновляется, в способе 700 переходят к стадии 704.
На стадии 704 по способу 700 судят, превышает ли время между краями импульсов выходного сигнала датчик положения заданное время. Если нет, в способе 700 возвращаются на стадию 702. В противном случае в способе 700 переходят к стадии 706.
На стадии 706 по способу судят, требуются ли данные датчика положения. В одном примере данные датчика положения запрашиваются через заданные интервалы, например через каждые десять циклов работы. В другом примере по способу 700 информацию датчика положения запрашивают, если было направлено требование запуска, двигателя, и ожидаемый выходной сигнал датчика положения не обнаружен. В еще одном примере информацию датчика могут запрашивать в ответ на запрос оператора из диагностического инструмента, например. Если по способу 700 устанавливают, что информация датчика не требуется, в способе 700 идут на выход. В противном случае в способе 700 переходят к стадии 708.
На стадии 708 по способу 700 изменяют состояние выхода датчика, чтобы указать датчику положения, что диагностический контроллер запрашивает информацию датчика положения. В одном примере по способу 700 выполняют заданную последовательность выходного сигнала, как показано на Фиг.3, чтобы запросить информацию датчика положения. После того как внешний контроллер корректирует состояние выхода датчика положения, в способе 700 переходят к стадии 710. В одном примере состояние выхода датчика положения изменяют схемой, описанной на Фиг.5.
На стадии 710 по способу 700 контролируют выходной сигнал датчика положения на предмет запрашиваемой информации датчика положения. В одном примере по способу 700 контролируют выходной сигнал датчика положения на предмет изменения выходного сигнала датчика положения в течение заданного количества времени после запроса информации датчика положения. В частности, по способу 700 ожидают в течение импульса синхронизации. Если информация датчика положения посылается датчиком положения посредством выходного сигнала датчика положения, по способу 700 считывают информацию датчика положения и сохраняют эту информацию в запоминающее устройство для последующей обработки. С другой стороны, если информация датчика положения на выходе датчика положения внешним контроллером не наблюдается, внешний контроллер может направить второй запрос на информацию датчика положения. После контроля выходного сигнала датчика положения на предмет запрашиваемой информации датчика положения в способе 700 идут на выход.
На стадии 712 по способу 700 обрабатывают информацию датчика положения о положении объекта. В одном примере по способу 700 по информации о положении, предоставленной датчиком положения, определяют вращательное положение считываемого объекта. Кроме того, по способу 700 по информации о положении объекта могут определять частоту вращения и ускорение считываемого объекта. После обработки информации о положении объекта в способе 700 идут на выход.
Следует отметить, что вышеприведенное описание предполагает и другие типы входов датчика положения, отличных от входов датчиков зубьев колеса. Например, датчики зубьев колеса могут быть заменены оптическими дисковыми датчиками.
Таким образом, способы на Фиг.6 и 7 предусматривают способ оценки добротности профиля магнитного датчика, включающий следующие стадии, на которых: во время вращения объекта, который считывают датчиком положения, сохраняют данные, связанные с добротностью профиля магнитного датчика, в датчике положения, и выдают данные о положении (например, прямоугольную волну, указывающую угловое положение вращающегося объекта, прямоугольную волну, представляющую положение зубьев, находящихся на вращающемся объекте); и во время невращения этого объекта стадию, на которой выдают, по меньшей мере, часть данных, связанных добротностью профиля магнитного датчика, через штырек. Способ отличается тем, что, по меньшей мере, часть данных, связанных с добротностью профиля магнитного датчика, выдают после того как внешней системой изменяют состояние выхода датчика положения, когда объект не вращается, и если датчик запитан. Способ отличается тем, что добротность профиля магнитного датчика включает данные, относящиеся к усилению магнитного профиля. Способ отличается тем, что в качестве объекта используют коленчатый вал двигателя, и тем, что данные, связанные с добротностью профиля магнитного датчика, выдают в контроллер двигателя или диагностический инструмент. Способ отличается тем, что, по меньшей мере, часть данных, связанных добротностью профиля магнитного датчика, относят к зубу объекта. Способ отличается тем, что, по меньшей мере, часть данных, связанных добротностью профиля магнитного датчика, выдают с цифрового выхода датчика положения, и тем, что цифровой выходной сигнал датчика положения направляют на вход датчика положения. Способ отличается тем, что внешним контроллером изменяют цифровой выход с первого логического состояния на второе логическое состояние после того как объект перестает вращаться, и тем, что датчиком положения выдают, по меньшей мере, часть данных, связанных с добротностью профиля магнитного датчика, после того как внешним контроллером изменяют цифровой выход с первого логического состояния. Способ отличается тем, что в качестве датчика положения используют датчик положения трансмиссии или датчик положения двигателя.
Как будет понятно специалисту в данной области, способы, описанные на Фиг.6-7, могут представлять одну или более из любого числа стратегий обработки, таких как событийно-управляемая, по прерыванию, многопоточная и т.п. При этом различные проиллюстрированные стадии или функции могут выполняться в проиллюстрированной последовательности, параллельно или в некоторых случаях упускаться. Аналогичным образом для достижения отличительных признаков и преимуществ, описанных в настоящем документе, не обязательно требуется проиллюстрированный порядок обработки - он приведен для легкости иллюстрации и описания. Хотя это явно не показано, специалисту в данной области будет очевидно, что одна или несколько из проиллюстрированных стадий или функций могут выполняться повторно в зависимости от конкретной используемой стратегии обработки.
На этом описание заканчивается. Прочитавшему его специалисту в данной области обязательно придут на ум многие изменения и модификации в пределах сущности и объема изобретения. Например, настоящее изобретение могло бы с успехом использоваться в трех-, четырех-, пятицилиндровых рядных двигателях, шести-, восьми-, десяти- и двенадцатицилиндровых двигателях с V-образным расположением цилиндров, работающих на природном газе, бензине, дизтопливе и альтернативном топливе.