温度传感器诊断.pdf

本公开涉及内燃机，更具体地说，涉及温度传感器诊断。尤其涉及一种用于车辆的温度传感器诊断系统，其包括：偏差计算模块，其基于温度传感器的时间常数和在所述温度传感器所测量的第一温度和第二温度之间的周期而计算偏差系数，其中所述第二温度在所述第一温度之后进行测量；范围确定模块，其基于所述第一温度和所述偏差系数而确定温度上限和温度下限；和故障诊断模块，当所述第二温度是大于所述温度上限和小于所述温度下限的温度中的一个时，其选择性地诊断所述温度传感器中的故障。

1.  一种用于车辆的温度传感器诊断系统，其包括：
偏差计算模块，其基于温度传感器的时间常数和在所述温度传感器所测量的第一温度和第二温度之间的周期而计算偏差系数，其中所述第二温度在所述第一温度之后进行测量；
范围确定模块，其基于所述第一温度和所述偏差系数而确定温度上限和温度下限；和
故障诊断模块，当所述第二温度是大于所述温度上限和小于所述温度下限的温度中的一个时，其选择性地诊断所述温度传感器中的故障。

2.  根据权利要求1所述的温度传感器诊断系统，其特征在于，所述温度传感器诊断系统还包括温度输出模块，其基于所述诊断而选择所述第一温度和所述第二温度中的一个，并且输出所述第一温度和所述第二温度中的所述选定的温度。

3.  根据权利要求2所述的温度传感器诊断系统，其特征在于，当诊断出所述故障时，所述温度输出模块选择所述第一温度。

4.  根据权利要求2所述的温度传感器诊断系统，其特征在于，当诊断出所述故障时，所述温度输出模块基于第二温度传感器测量的温度而估算当前温度，并输出所述当前温度。

5.  一种系统，其包括：
根据权利要求2所述的温度传感器诊断系统；
温度传感器；和
发动机控制模块，其基于所述第一温度和所述第二温度中的所述选定的温度而调整发动机参数。

6.  根据权利要求1所述的温度传感器诊断系统，其特征在于，进一步地，分别基于第一预定温度和第二预定温度而确定所述温度上限和所述温度下限，
其中所述第一预定温度和所述第二预定温度与所述温度传感器的最大温度和最小温度相对应，且
其中所述第一预定温度大于所述第二预定温度。

7.  根据权利要求1所述的温度传感器诊断系统，其特征在于，还包括先前温度模块，其在没有诊断出所述故障时，基于所述第二温度而更新所述先前温度。

8.  根据权利要求1所述的温度传感器诊断系统，其特征在于，所述温度传感器是第一级温度传感器。

9.  根据权利要求8所述的温度传感器诊断系统，其特征在于，所述温度传感器是冷却液温度传感器、进气温度传感器、油温度传感器、变速器油温度传感器和大气温度传感器中的一种。

温度传感器诊断
技术领域
本公开涉及内燃机，更具体地说，涉及温度传感器诊断。
背景技术
这里提供的背景描述是用于总地提出本发明公开内容的目的。目前提名的发明人的工作，就该背景章节中所描述的范围，以及可能在提交时没有获得当前技术认可的描述方面而言，其既非明确地也非隐含地认为当前技术违背了本发明公开。
现在参看图1，其显示了发动机系统100的功能框图。发动机102产生用于车辆的驱动扭矩。通过进气歧管104将空气抽吸到发动机102中。节流阀106改变了抽吸到进气歧管104中的空气体积。节流阀106的开度受到电子节流控制(ETC)电动机107的控制。空气与来自一个或多个燃料喷射器108的燃料混合，以形成空气和燃料(A/F)混合物。
A/F混合物在一个或多个发动机102的气缸，例如气缸110中进行燃烧。在各种发动机系统中，例如发动机系统100中，通过火花塞112提供的火花而启动燃烧。由于燃烧而引起的排气从气缸中排放至排气系统114中。A/F混合物的燃烧产生扭矩。发动机102可将扭矩传递给变速器116，其可将扭矩传递给一个或多个车轮。
发动机控制器130基于一个或多个温度传感器提供的温度而控制发动机102的扭矩输出。温度传感器各测量温度，并可定位在遍及发动机系统100的各种位置。例如发动机系统100可包括发动机冷却液温度(ECT)传感器118、进气温度(IAT)传感器120、油温度(OT)传感器122、变速器油温度传感器124和/或大气温度传感器(未显示)。
发明内容
从后文所提供的详细说明中将明晰本发明公开可适用的其它领域。应该懂得，详细描述和特定的示例仅仅只用于举例说明的目的，而并不意图限制本发明公开的范围。
附图说明
从详细说明和附图中将更完整地了解本发明公开，其中：
图1是根据当前技术的发动机系统的功能框图；
图2是根据本发明公开原理的典型发动机系统的功能框图；
图3是根据本发明公开原理的典型的温度传感器诊断模块的功能框图；
图4是流程图，其描绘了根据本发明公开原理的温度传感器诊断模块所执行的典型的步骤；和
图5是根据本发明公开原理的温度传感器诊断模块的操作的典型图例。
具体实施方式
以下描述在性质上仅仅是示例性的，并且并不意图限制本发明公开、其应用或用途。出于清晰的目的，相同标号将在图纸中用于标识相似的元件。如此处所用短语至少A、B和C中的其中一个应解释为其意味着一种利用非排斥性的“逻辑或”的逻辑(A或B或C)。应该懂得，在不改变本发明公开原理的条件下，方法中的步骤可以不同的顺序来执行。
如此处所用术语模块指专用集成电路(ASIC)、电子电路、执行一个或多个软件或固件程序的处理器(共享式、专用式或集群式)和存储器、组合式逻辑电路和/或其它提供所述功能的合适的构件。
发动机控制器基于温度传感器提供的温度而控制发动机的扭矩输出。然而，基于在温度传感器故障期间提供的温度来控制发动机，其可能造成扭矩产生意外的增加或降低和/或排放增加。
通常当温度传感器提供了处于温度操作范围之外的温度时，发生温度传感器故障。然而，即使当温度传感器提供了在操作范围内的温度时，也可能发生故障。例如，当温度传感器提供的第一和第二温度之间的变化超过了温度传感器能够测量的变化时，可能发生故障。
现在参看图2，其显示了典型的发动机系统200的功能框图。发动机系统200包括发动机102，其燃烧空气/燃料混合物以产生用于车辆的驱动扭矩。空气通过节流阀106抽吸到进气歧管104中。进气温度(IAT)传感器120测量抽吸到进气歧管104中的空气温度。
发动机控制模块(ECM)230通过电子节流控制(ETC)电动机107而控制节流阀106的开度，因此控制抽吸到进气歧管104和发动机102中的空气量。来自进气歧管104的空气被抽吸到发动机102的气缸中。虽然发动机102可包括多个气缸，但是出于举例说明的目的，只显示了典型的气缸110。例如发动机102可包括2，3，4，5，6，8，10和/或12个气缸。
ECM230还控制燃料喷射器108喷射的燃料数量。燃料喷射器108可将燃料注入到进气歧管104中的中心位置，或者可将燃料注入到进气歧管104中多个位置，例如各个气缸的进气阀附近。或者，燃料喷射器108可将燃料直接注入到气缸中。在不同的实现形式中，为每个气缸提供了一个燃料喷射器。
注入的燃料与空气混合，并产生空气/燃料混合物。活塞(未显示)压缩气缸110中的空气/燃料混合物。基于来自ECM230的信号激励火花塞112，从而点燃空气/燃料混合物。虽然描绘的发动机102包括火花塞112，但是发动机102可以是任何合适类型的发动机，例如压缩燃烧型发动机或混合型发动机，并且可不包括火花塞112。
空气/燃料混合物的燃烧向下驱动活塞，可旋转地驱动曲轴(未显示)，从而产生扭矩。发动机102可通过曲轴而将扭矩传递给变速器116。然后变速器116可将扭矩传递给一个或多个车轮。燃烧的副产物(即，废气)从气缸110排入到排气系统114中。
ECM230可基于由一个或多个温度传感器提供的温度信号而调整发动机102的扭矩输出。例如，温度传感器可包括发动机冷却液温度(ECT)传感器118、油温度(OT)传感器122、变速器油温度传感器124、IAT传感器120和/或大气温度传感器(未显示)。
ECM230还可基于其它传感器234的信号而调整发动机102的扭矩输出，例如歧管绝对压力(MAP)传感器、质量空气流量(MAF)传感器和/或节流阀位置传感器(TPS)。在不同的实现形式中，ECM230可通过调整一个或多个发动机参数而调整发动机102的扭矩输出，例如节流阀106的开度、燃料喷射器108的燃料注入速率和/或火花正时。
只是出于便于解释的目的，本申请的原理将参照ECT传感器118进行论述。然而，本申请的原理同等地适用于任何第一级温度传感器，例如IAT传感器120、OT传感器122、变速器油温度传感器124和/或大气温度传感器。ECT传感器118测量发动机冷却液的温度。虽然描绘的ECT传感器118出于发动机102中，但是ECT传感器118可定位在发动机冷却液循环的任何地方，例如在散热器(未显示)中。
ECT传感器118产生ECT信号，其可由模拟-数字转换器(ADC)进行数字化。因此，ECT信号可包括各与发动机冷却液温度(ECT)相对应的数字值。在不同的实现形式中，可以预定的速率提供数字值，例如每隔100毫秒。虽然ECT信号将在下面以数字信号进行论述，但是ECT信号可以是模拟信号。
通常，ECT传感器118提供在预定的温度范围内的ECT。这个温度范围可称为ECT传感器118的操作范围。ECT传感器118的操作范围由上溢出(OOR)阀值和下OOR阀值来限定。例如，对于ECT传感器118，上OOR阀值可以是200.0℃，并且下OOR阀值可以是-60.0℃。因此，对于ECT传感器118的操作范围可包括位于-60.0℃和200.0℃之间的温度。
ECM230基于ECT与下OOR阀值和上OOR阀值的比较而诊断ECT传感器118的故障。更具体地说，当ECT小于或等于下OOR阀值时，以及当ECT大于或等于上OOR阀值时，ECM230可诊断故障。然而，即使ECT在操作范围内，也可能发生故障。
在预定的时段可限制ECT传感器118能够测量的ECT的变化。通过例如ECT传感器118的时间常数可施加这种限制。时间常数相当于在测量第一ECT之后，ECT传感器118能够测量第二ECT的时间。例如，对于ECT传感器的时间常数可以是20.0s。
ECM230包括温度传感器诊断模块232，其选择性地诊断ECT传感器118中的故障。更具体地说，温度传感器诊断模块232基于ECT与温度上限和温度下限的比较而诊断ECT传感器118中的故障。该ECT将称为当前ECT。
温度传感器诊断模块232基于上OOR阀值和下OOR阀值以及先前的ECT而分别确定温度上限和温度下限。例如，先前ECT可以是当没有发生故障时测量过的ECT。在不同的实现形式中，先前ECT是在最近没有发生故障的时间测量过的ECT。
温度传感器诊断模块232还基于可被称为α的偏差系数而确定温度上限和温度下限。在不同的实现形式中，α相当于如果ECT传感器118正确运转，ECT传感器118在先前ECT和当前ECT之间的时段内能够测量的ECT变化。例如，α可以是在0.0和1.0之间的值。
温度传感器诊断模块232基于ECT传感器118的时间常数和在先前ECT和当前ECT之间的时间周期而确定α。在不同的实现形式中，α随着先前ECT和当前ECT之间的周期增加而增加。例如，时间常数可以是预定值，例如20.0s。
如上所述，温度传感器诊断模块232基于当前ECT与温度上限和温度下限的比较而诊断ECT传感器118中的故障。例如，当当前ECT大于温度上限或当当前ECT小于温度下限时，温度传感器诊断模块232可诊断ECT传感器118中的故障。
温度传感器诊断模块232基于是否已经发生故障而选择当前ECT和先前ECT中的其中一个。温度传感器诊断模块232将选定的ECT输出给ECM230。例如，当没有发生故障时，温度传感器诊断模块232可输出当前ECT。在发生故障时，温度传感器诊断模块232可输出先前ECT。
在发生故障之后，温度传感器诊断模块232可继续输出先前ECT，直至下次温度传感器诊断模块232确定没有发生故障。然后，温度传感器诊断模块232可输出当前ECT。另外，当ECT传感器118没有发生故障时，温度传感器诊断模块232设置先前ECT等于当前ECT。通过这种方式，温度传感器诊断模块232将使用当前ECT(作为先前ECT)来确定温度上限和温度下限，其可用于诊断未来故障。
在不同的实现形式中，当已经发生故障时，温度传感器诊断模块232可估算当前ECT，并输出估算的ECT。例如，温度传感器诊断模块232可基于由另一温度传感器，例如大气温度传感器和/或IAT传感器120提供的温度而估算当前ECT。
在不同的实现形式中，温度传感器诊断模块232还可限制在已经发生故障之后输出从先前ECT至当前ECT的ECT变化的速率。这可防止ECT发生大的变化，其在发生故障之后可能存在于先前ECT和当前ECT之间。这种变化可能造成ECT230突然增加或降低发动机102的扭矩。
ECM230从温度传感器诊断模块232接受输出的ECT，并基于输出ECT而调整一个或多个发动机参数。通过这种方式，ECM230基于输出ECT而调整发动机102的扭矩输出。虽然描绘的温度传感器诊断模块232处于ECM230中，但是温度传感器诊断模块232可处于ECM230的外部。
现在参看图3，其呈现了温度传感器诊断模块232的典型实现形式的功能框图。温度传感器诊断模块232包括故障诊断模块302，其选择性地诊断ECT传感器118中的故障。更具体地说，故障诊断模块302基于当前ECT与温度上限和温度下限的比较而诊断ECT传感器118中的故障。故障诊断模块302基于比较而产生故障信号，其指示ECT传感器118中已经发生故障。例如当当前ECT大于温度上限或当前ECT小于温度下限时，可能发生故障。
先前温度模块304接受来自ECT传感器118的ECT信号(即，当前ECT)和来自故障诊断模块302的故障信号。当没有发生故障时，先前温度模块304输出先前ECT，并设置先前ECT等于当前ECT。通过这种方式，当没有发生故障时，先前温度模块304基于当前ECT而更新先前ECT。
温度传感器诊断模块232还包括故障计数器306和故障周期模块308。故障计数器306还接受故障信号，并且每当故障信号指示已经发生故障时进行递增。另外，当故障信号指示没有发生故障时，使故障计数器306复位。故障计数器306可复位成预定的复位值，例如零点。通过这种方式，故障计数器306跟踪自从先前ECT以来已经发生故障的次数。在不同的实现形式中，在已经发生预定次数的故障之后，故障计数器306还可指示ECM230点亮“检查发动机”灯光，或者在存储器中设置故障代码。
故障周期模块308确定先前ECT和当前ECT之间的周期。该周期可称为故障周期。故障周期模块308基于故障计数器306所指示的故障次数而确定故障周期。故障周期还可基于ECT信号的数字值之间的周期(例如100ms)进行确定。
偏差计算模块310基于ECT传感器118的时间常数而计算α(即偏差系数)。α相当于当ECT传感器118正确运转时，ECT传感器118能够测量的故障周期内的ECT变化的大小。例如，α可以是在0.0和1.0之间的值，并且偏差计算模块310可利用以下方程计算α：
(1)alpha＝1-exp(-(faultperiod+1)/TC)，
其中故障周期是在先前ECT和当前ECT之间的周期，exp是指数函数，并且TC是ECT传感器118的时间常数。ECT传感器118的时间常数可以存储在例如非易失性存储器312中。
范围确定模块314确定温度上限和温度下限，并且为故障诊断模块302提供范围。范围确定模块314可基于α和先前ECT而确定温度上限和温度下限。另外，基于上OOR阀值和下OOR阀值可分别确定温度上限和温度下限。例如，利用以下方程可确定温度上限和温度下限：
(2)Upper Temperature Limit＝alpha*upper OOR+(1-alpha)*lower OOR，和
(3)Lower Temperature Limit＝alpha*lower OOR+(1-alpha)*upper OOR，
其中上OOR是上OOR阀值，并且下OOR是下OOR阀值。例如，对于ECT传感器118，上OOR阀值可以是200.0℃，并且下OOR阀值可以是-60.0℃。
温度输出模块316基于故障信号而选择先前ECT或当前ECT，并将选定的ECT输出给ECM230。例如，当没有发生故障时，温度输出模块316可输出当前ECT。当ECT传感器118中已经发生故障时，温度输出模块316可输出先前ECT。
现在参看图4，其呈现了流程图，其描绘了由温度传感器诊断模块232执行的典型步骤。控制程序开始于步骤402，在该步骤中控制程序获取数据。例如，数据可包括上OOR阀值、下OOR阀值、ECT传感器118的时间常数和/或故障次数。在不同的实现形式中，控制程序可从非易失性存储器312中取回上OOR阀值和下OOR阀值和/或时间常数。控制程序可从例如故障计数器306中取回故障次数。
控制程序继续至步骤404，在该步骤中，控制程序确定故障周期。在不同的实现形式中，控制程序基于故障次数和在ECT信号数字值之间的周期(例如，100ms)而确定故障周期。在步骤406中，控制程序计算α(即偏差系数)。例如，控制程序如上所述可利用方程(1)计算α。
控制程序继续至步骤408，在该步骤中，控制程序确定温度上限和温度下限。例如，如上所述，控制程序可分别利用方程(2)和(3)而确定温度上限和温度下限。在步骤410中，控制程序接受来自ECT传感器118的ECT。所接受的ECT可称为当前ECT。
然后控制程序继续至步骤412，在该步骤中，控制程序将当前ECT与温度上限和温度下限进行比较。如果当前ECT大于温度下限并且小于温度上限，控制程序继续至步骤414；否则，控制程序将转到步骤416。在步骤414中，控制程序选择当前ECT，并输出当前ECT。通过这种方式，控制程序在没有发生故障时输出当前ECT。然后控制程序继续至步骤418，在该步骤中控制程序设置先前ECT等于当前ECT。在步骤420中，控制程序使故障计数器(即，故障次数)复位，并且控制程序返回至步骤402。
又参看步骤412，当当前ECT大于温度上限或当前ECT小于温度下限时，控制程序从步骤412转至步骤416。在步骤416中，控制程序选择先前ECT，并输出先前ECT。通过这种方式，控制程序在已经发生故障时输出先前ECT。备选地，控制程序可估算当前ECT，并输出估算的ECT。例如，控制程序可基于由另一温度传感器提供的温度而估算当前ECT，例如IAT传感器120和/或大气温度传感器。
控制程序继续至步骤422，在该步骤中，控制程序使故障计数器(即故障次数)递增，并且控制程序返回至步骤402。通过这种方式，故障计数器跟踪在先前ECT和当前ECT之间已经发生的故障次数。如上所述，基于故障次数确定故障周期。更具体地说，故障次数的递增增加了故障周期。然后可在下一个控制循环中使用增加的故障周期，以确定用于未来ECT的温度上限和温度下限。
现在参看图5，其呈现了典型的温度传感器诊断模块232的操作图例。线502相当于由温度传感器诊断模块232输出的ECT。虚线504相当于当前ECT。虚线506和508分别与温度上限和温度下限相对应。
温度传感器诊断模块232可基于α和先前ECT而确定温度上限和温度下限。另外，基于上OOR阀值和下OOR阀值可分别确定温度上限和温度下限。例如，如上所述，温度传感器诊断模块232可分别利用方程(1)、(2)和(3)而确定α、温度上限和温度下限。
在时间T1先前，当前ECT大于温度下限(虚线508)并且小于温度上限(虚线506)。因此，温度传感器诊断模块232指示ECT传感器118中没有发生故障，并输出(线502)当前ECT。另外，每当没有发生故障时，温度传感器诊断模块232设置先前ECT等于当前ECT。
然而，在时间T1时，当前ECT(虚线504)变成小于温度下限(虚线508)。因此，温度传感器诊断模块232诊断ECT传感器118中的故障，并输出先前ECT。例如，当没有发生故障时，先前ECT可以是时间T1先前的ECT。
在时间T1和T2之间时，当前ECT仍保持小于温度下限。因此，故障周期随着时间经过T1之后而增加。随着故障周期增加，α增加。温度传感器诊断模块232基于这个增加的α而确定温度上限和温度下限。通过这种方式，随着时间经过时间T1和T2之间，温度上限增加，并且温度下限降低。因此如果ECT传感器118正确运转，温度上限和温度下限可与ECT传感器118能够测量的最大和最小的ECT相对应。
在时间T2时，当前ECT再次变成大于温度下限(虚线508)并且小于温度上限(虚线506)。因此，温度传感器诊断模块232指示没有发生故障，并输出当前ECT。然而，如标号510所示，温度传感器诊断模块232可限制输出ECT变化至当前ECT的速率。
在时间T2和T3之间，当前ECT仍保持大于温度下限，且小于温度上限。因此，温度传感器诊断模块232输出当前ECT直至时间T3。在时间时T3时，当前ECT(虚线504)变成大于温度上限(虚线506)。
然后温度传感器诊断模块232诊断ECT传感器118中已经发生故障，并输出先前ECT(例如时间T3先前的ECT)。然后温度传感器诊断模块232如上所述继续增加故障周期，并调整温度上限和温度下限。另外，如果故障周期超过预定的周期，那么例如，温度传感器诊断模块232可点亮“检查发动机”灯光。
本领域中的技术人员现在从前面的细节描述中应该懂得，本发明公开的广泛知识可由各种形式来实现。因此，虽然本发明公开包括特殊的示例，但是本发明公开的真实范围不应该受到这样的限制，因为在研究图纸、说明书和以下权利要求的条件下，熟练的技术人员将明晰其它变体。