СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УГЛОВОГО ПОЛОЖЕНИЯ КОЛЕНЧАТОГО ВАЛА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
METHOD OF DETERMINATION OF ICE CRANKSHAFT ANGULAR POSITION

Уровень техники
Настоящее изобретение относится к способу определения углового положения коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания (ДВС), с каковым коленчатым валом неподвижно, без возможности вращения относительно него соединен вращающийся с частотой вращения коленчатого вала элемент, имеющий множество однотипных меток, а также по меньшей мере одну отличимую от них метку, и при вращении какового коленчатого вала датчиком, функционально связанным с вращающимся с частотой вращения коленчатого вала элементом, для каждой из множества однотипных меток при ее прохождении мимо датчика формируется сигнал.
В подобных ДВС для определения углового положения их коленчатого вала обычно путем сканирования установленного на коленчатом валу зубчатого диска, имеющего, например, 60-2 зубьев формируется центральный опорный сигнал, несущий информацию об угле поворота коленчатого вала двигателя. Исходя из увеличенного промежутка между зубьями (-2) на основании количества зубьев можно определить мгновенный угол поворота коленчатого вала, а тем самым и его фактическое угловое положение. При прохождении зубьев зубчатого диска мимо сканирующего его датчика им формируются поступающие в контроллер блока управления двигателем внутреннего сгорания сигналы прерывания высокого приоритета. На основании таких сигналов вычисляются и/или выдаются с точной привязкой к конкретному угловому положению коленчатого вала различные сигналы. Чем выше частота вращения коленчатого вала, тем выше также связанная с обработкой прерываний нагрузка на систему, что приводит к снижению точности из-за проблем, обусловленных увеличением времени вычислений.
Связанная с обработкой прерываний нагрузка определяется программными счетчиками, показания которых уменьшаются при появлении сигнала, соответственно прерывания, формируемого при прохождении зуба мимо датчика. Однако в обычных системах обычно фактически в ответ на прерывания происходит лишь малое количество событий за один рабочий такт, и поэтому подавляющее количество сформированных сигналов прерывания должно обрабатываться без дальнейшего наступления событий в ответ на них и служит лишь для уменьшения показаний программного счетчика.
Недостаток описанного выше уровня техники состоит в том, что связанная с обработкой прерываний нагрузка на программное обеспечение блока управления в подобных ДВС значительна и прежде всего при высокой частоте вращения коленчатого вала двигателя может приводить к проблемам при критической с точки зрения времени обработке сигналов.
Краткое изложение сущности изобретения
Исходя из вышеизложенного, в основу настоящего изобретения была положена задача разработать новый способ и новое устройство, которые позволили бы снизить нагрузку на программное обеспечение и прежде всего связанную с обработкой прерываний нагрузку на блок управления двигателем внутреннего сгорания.
Указанная задача решается с помощью способа определения углового положения коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания, с каковым коленчатым валом неподвижно, без возможности вращения относительно него соединен вращающийся с частотой вращения коленчатого вала элемент, имеющий множество однотипных меток, а также по меньшей мере одну отличимую от них метку, и при вращении какового коленчатого вала датчиком, функционально связанным с вращающимся с частотой вращения коленчатого вала элементом, для каждой из множества однотипных меток при ее прохождении мимо датчика формируется сигнал, отличающийся тем, что только для тех сигналов, которые формируются для заданного количества однотипных меток до и/или после отличимой от них метки, формируют по соответствующему сигналу прерывания.
Изобретение позволяет, таким образом, уменьшить количество формируемых сигналов прерывания, а тем самым и уменьшить связанную с их обработкой нагрузку на блок управления двигателем внутреннего сгорания.
В одном из вариантов осуществления изобретения в качестве вращающегося с частотой вращения коленчатого вала элемента используют зубчатый диск, который в качестве однотипных меток имеет следующие друг за другом идентичные комбинации "зуб/промежуток между зубьями", а в качестве отличимой метки имеет промежуток между зубьями увеличенной протяженности по сравнению с промежутком между зубьями на участке с однотипными метками. При этом датчиком для каждого проходящего мимо него при вращении коленчатого вала зуба комбинации "зуб/промежуток между зубьями" формируется импульс с возрастающим от исходного уровня фронтом и вновь снижающимся до этого же исходного уровня срезом с формированием при этом импульсного сигнала датчика, каковой сигнал имеет высокий уровень в местах расположения зубьев комбинаций "зуб/промежуток между зубьями" и исходный уровень в местах расположения всех промежутков между зубьями в комбинациях "зуб/промежуток между зубьями" и в месте расположения увеличенного промежутка между зубьями.
Тем самым изобретение может быть реализовано простым и экономичным путем с применением уже существующих деталей и элементов.
Начиная с первого выбранного импульса, который начинает последовательность из первого заданного количества формируемых после него импульсов перед снижением уровня сигнала до исходного уровня, характеризующего первое появление увеличенного промежутка между зубьями, по каждому срезу последующего импульса формируют по сигналу прерывания.
Тем самым для уменьшения связанной с обработкой прерываний нагрузки на блок управления двигателем внутреннего сгорания изобретение позволяет при совершении коленчатом валом одного оборота подавлять формирование сигналов прерывания до того момента, пока мимо датчика при вращении зубчатого диска не пройдет зуб выбранной комбинации "зуб/промежуток между зубьями".
Начиная со второго выбранного импульса, который завершает последовательность из второго заданного количества импульсов, сформированных до него после снижения уровня сигнала до исходного уровня, характеризующего появление увеличенного промежутка между зубьями, формирование сигналов прерывания подавляют до тех пор, пока не будет выполнен заданный критерий.
Тем самым для уменьшения связанной с обработкой прерываний нагрузки на блок управления двигателем внутреннего сгорания формирование сигналов прерывания может подавляться при совершении коленчатом валом одного оборота с момента, соответственно после прохождения зуба выбранной комбинации "зуб/промежуток между зубьями" зубчатого диска мимо датчика.
В еще одном варианте осуществления изобретения при появлении второго выбранного импульса проверяют, снизился ли уровень сигнала до исходного уровня, характеризующего появление увеличенного промежутка между зубьями, и лишь при положительном результате такой проверки подавляют формирование сигналов прерывания. Второе заданное количество импульсов выбирают при этом таким образом, что оно позволяет определять появление увеличенного промежутка между зубьями на основании характеризующего его появление исходного уровня сигнала.
Тем самым изобретение обеспечивает возможность надежного и точного обнаружения появления увеличенного промежутка между зубьями.
Заданный критерий выбирают таким образом, что он выполняется при появлении третьего выбранного импульса, который начинает последовательность из заданного количества импульсов, формируемых после него перед следующим снижением уровня сигнала до исходного уровня, характеризующего появление увеличенного промежутка между зубьями, и который используют в качестве первого выбранного импульса.
Тем самым для уменьшения связанной с обработкой прерываний нагрузки на блок управления двигателем внутреннего сгорания формирование сигналов прерывания можно периодически подавлять, при этом подавление, соответственно формирование сигналов прерывания происходит циклически.
Указанная выше задача изобретения решается также с помощью компьютерной программы для осуществления способа определения углового положения коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания. С коленчатым валом неподвижно, без возможности вращения относительно него соединен вращающийся с частотой вращения коленчатого вала элемент, имеющий множество однотипных меток, а также по меньшей мере одну отличимую от них метку. При вращении коленчатого вала датчиком, функционально связанным с вращающимся с частотой вращения коленчатого вала элементом, для каждой из множества однотипных меток при ее прохождении мимо датчика формируется сигнал. Компьютерная программа только для тех сигналов, которые формируются для заданного количества однотипных меток до и/или после отличимой от них метки, формирует по соответствующему сигналу прерывания.
Указанная выше задача изобретения решается далее с помощью двигателя внутреннего сгорания с коленчатым валом, с которым неподвижно, без возможности вращения относительно него соединен вращающийся с частотой вращения коленчатого вала элемент, имеющий множество однотипных меток, а также по меньшей мере одну отличимую от них метку. При вращении коленчатого вала датчиком, функционально связанным с вращающимся с частотой вращения коленчатого вала элементом, для каждой из множества однотипных меток при ее прохождении мимо датчика формируется сигнал. При этом только для тех сигналов, которые формируются для заданного количества однотипных меток до и/или после отличимой от них метки, формируется по соответствующему сигналу прерывания.
Краткое описание чертежей
Ниже настоящее изобретение более подробно рассмотрено на примере одного из вариантов его осуществления со ссылкой на прилагаемые к описанию чертежи, на которых показано:
на фиг.1 - схематичный вид блока обработки, которым оснащен ДВС,
на фиг.2 - схематичный вид временной характеристики полученного с помощью изображенного на фиг.1 блока обработки сигнала датчика,
на фиг.3а и 3б - схематичный вид изображенной на фиг.2 временной характеристики сигнала датчика и сформированных на основании этого сигнала сигналов прерывания и
на фиг.4а и 4б - схематичный вид изображенной на фиг.2 временной характеристики сигнала датчика и сформированных на основании этого сигнала сигналов прерывания в увеличенном масштабе.
Описание варианта осуществления изобретения
На фиг.1 показан предназначенный для регистрации частоты вращения вала ДВС блок 100 обработки с выполненным в виде зубчатого диска вращающимся с частотой вращения коленчатого вала элементом ПО, который неподвижно, без возможности вращения соединен с коленчатым валом 32 не показанного на чертеже ДВС. Зубчатый диск 110 имеет множество однотипных меток 110а, образованных следующими одна за другой в окружном направлении зубчатого диска идентичными комбинациями "зуб/промежуток между зубьями". В качестве отличимой от однотипных меток 110а метки 110b на зубчатом диске 110 предусмотрен, как показано на фиг.1, промежуток 110b между зубьями, который имеет увеличенную протяженность по сравнению с промежутком между зубьями на участке с однотипными метками 110а. Зубчатый диск 110 выполнен, например, в виде зубчатого диска с количеством зубьев 60-2, имеющего увеличенный промежуток (-2) между зубьями в качестве отличимой метки 110b.
При вращении зубчатого диска 110 его зубья, соответственно промежутки (впадины) между ними сканируются датчиком 111 частоты вращения, который выполнен, например, в виде индуктивного датчика частоты вращения. Датчик 111 частоты вращения выдает пропорциональный частоте вращения коленчатого вала ДВС выходной сигнал, который в последующем контуре 112 формирования импульсов известным способом преобразуется в прямоугольный сигнал с в основном постоянной амплитудой. Такой сигнал датчика, показанный в качестве примера на фиг.2, подается в процессор 113 (фиг.1), который на основании этого сигнала путем вычислений определяет частоту вращения коленчатого вала.
При регистрации предусмотренного в целях синхронизации на зубчатом диске 110 увеличенного промежутка 110b между зубьями сигнал датчика имеет обозначенную на фиг.2 в каждом случае через t_1 временную характеристику, тогда как при регистрации комбинаций "зуб/промежуток между зубьями", образующих однотипные метки 110а, сигнал датчика имеет временную характеристику, которая соответствует остальной части показанной на фиг.2 и находящейся вне временных интервалов t_1 временной характеристике, о чем более подробно сказано ниже.
На фиг.2 показана диаграмма 200, отражающая на одном из примеров временную характеристику прямоугольного сигнала 210 датчика. Такой сигнал в одном из вариантов формируется в процессе работы соответствующего ДВС каскадом 112 формирования импульсов, показанным на фиг.1.
Указанная диаграмма 200 позволяет пояснить один из вариантов осуществления предлагаемого в изобретении способа определения углового положения коленчатого вала ДВС. В последующих пояснениях предполагается, что прямоугольный сигнал 210 датчика в рассматриваемом примере был получен при определении частоты вращения коленчатого вала 32, показанного на фиг.1.
В одном из вариантов осуществления изобретения показанный на фиг.1 датчик 111 для каждого проходящего мимо него при вращении коленчатого вала 32 зуба комбинации 110а "зуб/промежуток между зубьями" формирует импульс. Каждый из сформированных импульсов имеет по возрастающему от исходного уровня фронту и по вновь снижающемуся до этого же исходного уровня срезу. На основании импульсов, формируемых подобным образом датчиком 111, каскад 112 формирования импульсов формирует соответствующие прямоугольные импульсы, образующие прямоугольный сигнал 210 датчика.
На фиг.2 для упрощения показаны только прямоугольные импульсы 220, 222, 224, 226, 228, 230 и 270, форма которых ниже более подробно поясняется на примере импульса 230. Прямоугольный импульс 230 имеет возрастающий от исходного уровня 232 фронт 234 и вновь снижающийся до этого же исходного уровня 232 срез 236. Поскольку в рассматриваемом примере прямоугольные импульсы формируются только для проходящих мимо датчика 111 зубьев комбинаций 110а "зуб/промежуток между зубьями", сигнал 210 датчика в промежутках между зубьями комбинаций 110а "зуб/промежуток между зубьями" и в увеличенном промежутке 110b между зубьями имеет исходный уровень 232. Тем самым при каждом прохождении увеличенного промежутка 110b между зубьями мимо датчика 111 появляется увеличенный временной интервал t_1, в течение которого сигнал 210 датчика не имеет форму прямоугольного импульса, а имеет исключительно исходный уровень 232.
На фиг.2 для пояснения представлены два временных интервала t_1, соответствующие участкам 240, 250 сигнала. Поскольку зубчатый диск 110 имеет единственный увеличенный промежуток 110b между зубьями, коленчатый вал 32 совершает в промежуток времени между этими участками 240, 250 сигнала один полный оборот вокруг своей продольной оси, т.е. поворачивается на 360°.
В одном из вариантов осуществления изобретения начиная с выбранного первого импульса сигнала 210 датчика при каждом обороте коленчатого вала по каждому срезу следующего импульса формируется сигнал прерывания. При этом первый импульс выбирают таким образом, чтобы он начинал последовательность из первого заданного количества формируемых после него импульсов перед снижением уровня сигнала до исходного уровня 232, характеризующего первое появление увеличенного промежутка 110b между зубьями. В рассматриваемом примере в качестве первого импульса выбирают, например, тот прямоугольный импульс, который начинает последовательность из трех импульсов, предшествующих участку 240 сигнала. В соответствии с этим в качестве первого импульса выбирают прямоугольный импульс 220, начиная со среза которого формируются сигналы прерывания. Тем самым сначала по срезам прямоугольных импульсов 220, 222, 224 формируется в общей сложности три сигнала прерывания.
Затем в рассматриваемом примере начиная с выбранного второго импульса, который завершает последовательность из второго заданного количества импульсов, сформированных до него после участка 240 сигнала, формирование сигналов прерывания подавляется до тех пор, пока не будет выполнен заданный критерий. В качестве второго импульса выбирают, например, тот прямоугольный импульс, который завершает последовательность из двух импульсов, следующих после участка 240 сигнала, т.е. прямоугольный импульс 228. В соответствии с этим после формирования сигнала прерывания по срезу прямоугольного импульса 228 дальнейшее формирование сигналов прерывания подавляется до тех пор, пока не будет выполнен заданный критерий.
С целью обеспечить достоверное и точное определение углового положения коленчатого вала 32 при появлении выбранного второго импульса, т.е. прямоугольного импульса 228, проверяется, снизился ли уровень сигнала до исходного уровня 232, характеризующего появление увеличенного промежутка 110b между зубьями, т.е. имеет ли сигнал 210 датчика уровень, соответствующий уровню сигнала на его участке 240. Лишь при положительном результате такой проверки формирование сигналов прерывания подавляется до тех пор, пока не будет выполнен заданный критерий.
Подобная проверка необходима постольку, поскольку первый и второй импульсы выбирают таким образом, что они появляются непосредственно до, соответственно после участка 240 сигнала. Этот участок сигнала в свою очередь служит опорным участком сигнала 210 датчика в целях синхронизации при определении углового положения коленчатого вала 32. В связи с тем, что угловое положение комбинации 110а "зуб/промежуток между зубьями", соответствующей выбранному первому импульсу, согласно изобретению определяют не с использованием соответствующих сигналов прерывания, а вместо этого определяют путем экстраполяции, в каждом случае должно обеспечиваться распознавание участка 240 сигнала, а тем самым должно обеспечиваться и качество такой экстраполяции, поскольку в противном случае точное определение углового положения коленчатого вала 32 невозможно. Поэтому второе заданное количество импульсов выбирают таким образом, чтобы оно позволяло определять появление увеличенного промежутка 110b между зубьями по характеризующему его исходному уровню 232 сигнала.
В одном из вариантов осуществления изобретения описанный выше заданный критерий выбирают таким образом, чтобы он выполнялся при появлении выбранного третьего импульса, который в свою очередь начинает последовательность из заданного количества импульсов, формируемых после него перед снижением уровня сигнала до исходного уровня 232, характеризующего следующее появление увеличенного промежутка 110b между зубьями. В рассматриваемом примере подобный третий импульс выбирают таким образом, чтобы он был первым в последовательности из трех импульсов перед участком 250 сигнала. Тем самым заданный критерий выполняется в том случае, когда формируется прямоугольный импульс 270.
Затем выбранный третий импульс в предпочтительном варианте используется в качестве выбранного первого импульса, т.е. до появления нового второго импульса по срезам прямоугольных импульсов формируются сигналы прерывания до тех пор, пока их формирование вновь не будет подавлено. Тем самым подобный способ определения углового положения коленчатого вала 32 выполняется циклически, при этом в каждой из зон, примыкающих к участкам 240, 250 сигнала, формируются сигналы прерывания, а между этими зонами формирование сигналов прерывания подавляется. Тем самым удается эффективно уменьшить количество формируемых сигналов прерывания, а следовательно, и связанную с обработкой прерываний нагрузку на блок управления двигателем внутреннего сгорания.
На фиг.3а и 3б показана диаграмма 300, отражающая изображенную на фиг.2 временную характеристику прямоугольного сигнала 210 датчика, обозначенную буквой А, а также показаны временная характеристика соответствующего, несущего информацию об угловом положении коленчатого вала сигнала 310, обозначенная буквой В, и временная характеристика соответствующих пакетов 320 и 330 сигналов прерывания, обозначенная буквой С. На фиг.3б указанные временные характеристики показаны в увеличенном масштабе и обозначены через AZ, BZ и CZ, при этом AZ соответствует характеристике A, BZ соответствует характеристике В, a CZ соответствует характеристике С, показанным на фиг.3а.
Диаграмма 300 позволяет пояснить один из вариантов осуществления предлагаемого в изобретении способа определения углового положения коленчатого вала ДВС, для чего, как описано выше со ссылкой на фиг.2, формируется по три сигнала прерывания до и по два сигнала прерывания после снижения уровня сигнала 210 датчика до исходного уровня 232, характеризующего появление увеличенного промежутка 110b между зубьями в этом сигнале. На фиг.3б в качестве примера представлены сигналы 340, 342, 344, 346 и 348 прерывания из их пакета 320. Такие сигналы были сформированы по срезам прямоугольных импульсов 220, 222, 224, 226, соответственно 228. Помимо этого на диаграмме представлен также сигнал 380 прерывания из пакета 330 сигналов прерывания, сформированный по срезу прямоугольного импульса 270.
Как следует из приведенных на фиг.3а и 3б диаграмм, за один полный оборот показанного на фиг.1 коленчатого вала 32 вокруг своей продольной оси, т.е. за один его поворот на 360°, формируется лишь по пять сигналов прерывания, а именно: два сигнала прерывания после участка 240 сигнала и три сигнала прерывания перед участком 250 сигнала. В отличие от этого при обычной работе ДВС за один полный оборот его коленчатого вала 32 формировалось бы по 58 сигналов прерывания (60-2 зубьев зубчатого диска). Тем самым изобретение позволяет примерно на 60% уменьшить связанную с обработкой прерываний нагрузку на блок управления двигателем внутреннего сгорания.
На фиг.4а и 4б показана диаграмма 400, которая представляет собой увеличенный фрагмент приведенной на фиг.3 диаграммы. На фиг.4 так же, как и на фиг.3, показана изображенная на фиг.2 временная характеристика прямоугольного сигнала 210 датчика, а также показаны временная характеристика соответствующего, несущего информацию об угловом положении коленчатого вала сигнала 310 и временная характеристика соответствующих пакетов 320 и 330 сигналов прерывания. Обозначение таких временных характеристик через A, AZ, В, BZ, С, CZ соответствует таковому на фиг.3а и 3б. На фиг.46 приведены дополнительно увеличенные по сравнению с фиг.4а фрагменты временных характеристик. Отдельные прямоугольные сигналы, формируемые вблизи увеличенного промежутка между зубьями по обе стороны от него, который можно обнаружить по дольше сохраняющемуся низкому уровню 232, на фиг.4а и 4б, как и на фиг.3а и 3б, обозначены позициями 220, 222, 224, 226 и 228. Пакет 320 сигналов прерывания состоит из сигналов 340, 342, 344, 346 и 348 прерывания. Из приведенных на фиг.4а и 4б диаграмм со всей очевидностью также вытекает, что формируется только пять сигналов прерывания, а именно: три сигнала прерывания до и два сигнала прерывания после увеличенного промежутка между зубьями. По срезам остальных импульсов более не формируется никакое прерывание, которое маскируется со стороны блока управления.