內驅電控點火系統(tǒng)的故障診斷電路及其故障診斷方法
【專利摘要】本發(fā)明揭示了一內驅電控點火系統(tǒng)的故障診斷電路，包括：采樣模塊，用于對流經功率開關管的電流進行采樣，得到采樣電流值；計算模塊，接收所述采樣電流，根據所述采樣電流進行計算得到一能量積分；比較模塊，接收所述采樣電流和能量積分，將所述采樣電流與一電流閾值進行比較，并將所述能量積分與能量閾值進行比較；以及判斷模塊，連接所述比較模塊，根據所述比較模塊的比較結果，判斷所述點火線圈所在的缸是否出現(xiàn)故障。本發(fā)明還揭示了一種內驅電控點火系統(tǒng)的故障診斷方法。所述內驅電控點火系統(tǒng)的故障診斷電路及其故障診斷方法，可以在全工況下有效地診斷多種故障，電路結構簡單，方法實現(xiàn)方便。
【專利說明】
內驅電控點火系統(tǒng)的故障診斷電路及其故障診斷方法
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及發(fā)動機的電控點火技術領域，特別是涉及一種內驅電控點火系統(tǒng)的故障診斷電路及其故障診斷方法。
【背景技術】
[0002]隨著汽車工業(yè)的蓬勃發(fā)展，車輛綜合成本的增加和排放相關的環(huán)境保護受到越來越多的關注。汽車工業(yè)加速研究新的動力系統(tǒng)以降低燃油消耗、提高功率密度和增強車輛魯棒性。作為汽車動力系統(tǒng)的重要部分，點火系統(tǒng)對系統(tǒng)效率的提高、排放污染的降低和魯棒性的增加做出了顯著貢獻。
[0003]線圈點火是當前汽油發(fā)動機、天然氣發(fā)發(fā)動機、氫氣發(fā)動機和其他燃料發(fā)動機的主要點火形式。線圈點火系統(tǒng)的點火控制通過電子控制單元(Electronic Control Unit，簡稱ECU)中的微處理器來控制，依靠曲軸傳感器和凸輪軸傳感器提供的發(fā)動機位置信息實現(xiàn)點火正時的精確控制。線圈點火系統(tǒng)主要由點火線圈、點火驅動功率級(即功率開關管)、E⑶和火花塞組成。
[0004]按照點火驅動功率級的所在位置分為內驅和外驅兩種。內驅就是點火線圈的驅動功率級在ECU內部，外驅就是點火線圈的驅動功率在點火線圈內部。對于內驅，目前市場上發(fā)動機管理系統(tǒng)的ECU大部分都不具備內驅點火的診斷功能和保護功能，若長時間或多次發(fā)生過流、短路等故障，會導致ECU內部的點火驅動器件燒毀，從而導致整個ECU報廢，在車輛運行中，甚至帶來安全風險。相對于僅其他部件如點火線圈的損毀，內驅點火無診斷保護功能造成的損害更大，維修成本更高。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明的目的在于，提供一種內驅電控點火系統(tǒng)的故障診斷電路及其故障診斷方法，可以在全工況下有效地診斷多種故障，電路結構簡單，方法實現(xiàn)方便。
[0006]為解決上述技術問題，本發(fā)明提供一種內驅電控點火系統(tǒng)的故障診斷電路，
[0007]所述內驅電控點火系統(tǒng)包括微處理器、預驅動元件以及功率開關管，所述微處理器的一輸出端通過所述預驅動元件連接所述功率開關管的柵極或基極，所述功率開關管的集電極連接一點火線圈，所述功率開關管的發(fā)射極接地，所述故障診斷電路包括:
[0008]采樣模塊，用于對流經所述功率開關管的電流進行采樣，得到采樣電流值；
[0009]計算模塊，接收所述采樣電流，根據所述采樣電流進行計算得到一能量積分；
[0010]比較模塊，接收所述采樣電流和能量積分，將所述采樣電流與一電流閾值進行比較，并將所述能量積分與能量閾值進行比較；以及
[0011]判斷模塊，連接所述比較模塊，根據所述比較模塊的比較結果，判斷所述點火線圈所在的缸是否出現(xiàn)故障。
[0012]進一步的，在所述內驅電控點火系統(tǒng)的故障診斷電路中，
[0013]在所述功率開關管的充電期間:
[0014]所述比較模塊接收所述采樣電流，將所述采樣電流與電流閾值進行比較，所述判斷模塊根據所述采樣電流是否大于等于所述電流閾值，判斷所述點火線圈所在的缸是否出現(xiàn)短路故障；同時，所述計算模塊接收所述采樣電流，所述計算模塊根據所述采樣電流進行計算得到一過流積分，所述比較模塊接收所述過流積分，將所述過流積分與一過流閾值進行比較，所述判斷模塊根據所述過流積分是否大于等于所述過流閾值，判斷所述點火線圈所在的缸是否出現(xiàn)過流故障；
[0015]在所述功率開關管的放電期間:
[0016]所述計算模塊接收所述采樣電流，所述計算模塊根據所述采樣電流進行計算得到一過能量積分，所述比較模塊接收所述過能量積分，將所述過能量積分與一過能量閾值進行比較，所述判斷模塊根據所述過能量積分是否大于等于所述過能量閾值，判斷所述點火線圈所在的缸是否出現(xiàn)過能量故障。
[0017]進一步的，在所述內驅電控點火系統(tǒng)的故障診斷電路中，在所述功率開關管的充電期間，所述判斷模塊還根據所述點火線圈是否無電流，判斷所述點火線圈所在的缸是否出現(xiàn)開路故障。
[0018]進一步的，在所述內驅電控點火系統(tǒng)的故障診斷電路中，所述故障診斷電路還包括一選擇模塊，所述選擇模塊根據一過流對象參數(shù)表選擇對過流最薄弱的部件進行選擇，所述過流對象參數(shù)表包括在不同工況下過流最薄弱的部件，所述選擇模塊連接所述計算模塊，所述計算模塊根據所述選擇模塊的選擇結果，計算所述最薄弱的部件的過流積分。
[0019]進一步的，在所述內驅電控點火系統(tǒng)的故障診斷電路中，所述最薄弱的部件為功率開關管，所述計算模塊計算過流積分的公式為:
[0020]Wl = kl f Ic (t) dt
[0021]其中，Wl為所述功率開關管的過流積分，kl為常數(shù)，Ic為所述采樣電流，t為時間。
[0022]進一步的，在所述內驅電控點火系統(tǒng)的故障診斷電路中，所述最薄弱的部件為電阻，所述計算模塊計算過流積分的公式為:
[0023]Wl' = Rf Ic2(t)dt
[0024]其中，W1’為所述電阻的過流積分，R為所述電阻的阻值，Ic為所述采樣電流，t為時間。
[0025]進一步的，在所述內驅電控點火系統(tǒng)的故障診斷電路中，所述計算模塊計算過能量積分的公式為:
[0026]W2 = k2 f Ic (t) dt
[0027]其中，W2為所述功率開關管的能量積分，k2為常數(shù)，Ic為所述采樣電流，t為時間。
[0028]進一步的，在所述內驅電控點火系統(tǒng)的故障診斷電路中，所述采樣模塊包括一采樣電阻，所述采樣電阻的一端連接在所述功率開關管的源極或發(fā)射極，所述采樣電阻的另一端接地。
[0029]進一步的，在所述內驅電控點火系統(tǒng)的故障診斷電路中，所述采樣模塊還包括一模數(shù)轉換器，所述模數(shù)轉換器連接所述采樣電阻、計算模塊和比較模塊，所述模數(shù)轉換器為所述微處理器的模數(shù)轉換器，所述計算模塊為所述微處理器的計算模塊，所述比較模塊為所述微處理器的比較模塊，所述判斷模塊為所述微處理器的判斷模塊。
[0030]進一步的，在所述內驅電控點火系統(tǒng)的故障診斷電路中，所述內驅電控點火系統(tǒng)包括多個所述功率開關管，所有的所述功率開關管共用同一個所述采樣模塊；或，多個所述功率開關管各自單獨連接一個所述采樣模塊；或，依次間隔的所述功率開關管共用同一個所述采樣模塊。
[0031]根據本發(fā)明的另一面，還提供一種內驅電控點火系統(tǒng)的故障診斷方法，所述內驅電控點火系統(tǒng)包括微處理器、預驅動元件以及功率開關管，所述微處理器的一輸出端通過所述預驅動元件連接所述功率開關管的柵極或基極，所述功率開關管的集電極連接一點火線圈，所述功率開關管的發(fā)射極接地，所述故障診斷方法包括:
[0032]對流經所述功率開關管的電流進行采樣，得到采樣電流值；
[0033]根據所述采樣電流進行計算得到一能量積分；
[0034]將所述采樣電流與電流閾值進行比較，并將所述能量積分與能量閾值進行比較；以及
[0035]根據所述采樣電流以及能量積分的比較的結果，判斷所述點火線圈所在的缸是否出現(xiàn)故障。
[0036]進一步的，在所述內驅電控點火系統(tǒng)的故障診斷方法中，
[0037]在所述功率開關管的充電期間:
[0038]將所述采樣電流與電流閾值進行比較，根據所述采樣電流是否大于等于所述電流閾值，判斷所述點火線圈所在的缸是否出現(xiàn)短路故障；同時，根據所述采樣電流進行計算得到一過流積分，將所述過流積分與一過流閾值進行比較，根據所述過流積分是否大于等于所述過流閾值，判斷所述點火線圈所在的缸是否出現(xiàn)過流故障；
[0039]在所述功率開關管的放電期間:
[0040]根據所述采樣電流進行計算得到一過能量積分，將所述過能量積分與一過能量閾值進行比較，根據所述過能量積分是否大于等于所述過能量閾值，判斷所述點火線圈所在的缸是否出現(xiàn)過能量故障。
[0041]進一步的，在所述內驅電控點火系統(tǒng)的故障診斷方法中，在所述功率開關管的充電期間，還根據所述點火線圈是否無電流，判斷所述點火線圈所在的缸是否出現(xiàn)開路故障。
[0042]進一步的，在所述內驅電控點火系統(tǒng)的故障診斷方法中，在根據所述采樣電流進行計算得到一過流積分的步驟中，根據一過流對象參數(shù)表選擇對過流最薄弱的部件進行選擇，所述過流對象參數(shù)表包括在不同工況下過流最薄弱的部件，并根據所述選擇模塊的選擇結果，計算所述最薄弱的部件的過流積分。
[0043]進一步的，在所述內驅電控點火系統(tǒng)的故障診斷方法中，所述最薄弱的部件為功率開關管，計算過流積分的公式為:
[0044]Wl = kl f Ic (t) dt
[0045]其中，Wl為所述功率開關管的過流積分，kl為常數(shù)，Ic為所述采樣電流，t為時間。
[0046]進一步的，在所述內驅電控點火系統(tǒng)的故障診斷方法中，所述最薄弱的部件為電阻，計算過流積分的公式為:
[0047]Wl' = Rf Ic2(t)dt
[0048]其中，W1’為所述電阻的過流積分，R為所述電阻的阻值，Ic為所述采樣電流，t為時間。
[0049]進一步的，在所述內驅電控點火系統(tǒng)的故障診斷方法中，所述計算模塊計算過能量積分的公式為:
[0050]W2 = k2 f Ic (t) dt
[0051]其中，W2為所述功率開關管的能量積分，k2為常數(shù)，Ic為所述采樣電流，t為時間。
[0052]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明提供的內驅電控點火系統(tǒng)的故障診斷電路及其故障診斷方法具有以下優(yōu)點:
[0053]在本發(fā)明提供的內驅電控點火系統(tǒng)的故障診斷電路及其故障診斷方法中，對流經所述功率開關管的電流進行采樣，得到采樣電流值，根據所述采樣電流進行計算得到一能量積分，將所述采樣電流與電流閾值進行比較，并將所述能量積分與能量閾值進行比較，從而可以根據所述采樣電流或由所述采樣電流計算得到的所述能量積分，在全工況下有效地診斷多種故障，并有效地保護所述內驅電控點火系統(tǒng)，故障診斷電路結構簡單，故障診斷方法實現(xiàn)方便。
【附圖說明】
[0054]圖1為本發(fā)明一實施例中內驅電控點火系統(tǒng)的故障診斷電路的示意圖；
[0055]圖2為本發(fā)明一實施例中內驅電控點火系統(tǒng)的故障診斷電路的原理圖；
[0056]圖3為本發(fā)明一實施例中內驅電控點火系統(tǒng)的故障診斷方法的示意圖；
[0057]圖4為本發(fā)明一實施例中內驅電控點火系統(tǒng)在功率開關管的充電開始時出現(xiàn)短路故障的電流不意圖；
[0058]圖5為本發(fā)明一實施例中內驅電控點火系統(tǒng)在功率開關管的充電期間出現(xiàn)短路故障的電流不意圖；
[0059]圖6為本發(fā)明一實施例中內驅電控點火系統(tǒng)在功率開關管的充電期間出現(xiàn)過流故障的電流不意圖；
[0060]圖7為本發(fā)明一實施例中內驅電控點火系統(tǒng)在功率開關管的放電期間出現(xiàn)過能量故障的電流示意圖。
【具體實施方式】
[0061]下面將結合示意圖對本發(fā)明的內驅電控點火系統(tǒng)的故障診斷電路及其故障診斷方法進行更詳細的描述，其中表示了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，應該理解本領域技術人員可以修改在此描述的本發(fā)明，而仍然實現(xiàn)本發(fā)明的有利效果。因此，下列描述應當被理解為對于本領域技術人員的廣泛知道，而并不作為對本發(fā)明的限制。
[0062]為了清楚，不描述實際實施例的全部特征。在下列描述中，不詳細描述公知的功能和結構，因為它們會使本發(fā)明由于不必要的細節(jié)而混亂。應當認為在任何實際實施例的開發(fā)中，必須做出大量實施細節(jié)以實現(xiàn)開發(fā)者的特定目標，例如按照有關系統(tǒng)或有關商業(yè)的限制，由一個實施例改變?yōu)榱硪粋€實施例。另外，應當認為這種開發(fā)工作可能是復雜和耗費時間的，但是對于本領域技術人員來說僅僅是常規(guī)工作。
[0063]在下列段落中參照附圖以舉例方式更具體地描述本發(fā)明。根據下面說明和權利要求書，本發(fā)明的優(yōu)點和特征將更清楚。需說明的是，附圖均采用非常簡化的形式且均使用非精準的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發(fā)明實施例的目的。
[0064]本發(fā)明的核心思想在于，提供一種內驅電控點火系統(tǒng)的故障診斷電路，所述內驅電控點火系統(tǒng)包括微處理器、預驅動元件以及功率開關管，所述微處理器的一輸出端通過所述預驅動元件連接所述功率開關管的柵極或基極，所述功率開關管的集電極連接一點火線圈，所述功率開關管的發(fā)射極接地，所述故障診斷電路包括:采樣模塊，用于對流經所述功率開關管的電流進行采樣，得到采樣電流值；計算模塊，接收所述采樣電流，根據所述采樣電流進行計算得到一能量積分；比較模塊，接收所述采樣電流和能量積分，將所述采樣電流與一電流閾值進行比較，并將所述能量積分與能量閾值進行比較；以及判斷模塊，連接所述比較模塊，根據所述比較模塊的比較結果，判斷所述點火線圈所在的缸是否出現(xiàn)故障。所述故障診斷電路可以在全工況下有效地診斷多種故障，并有效地保護所述內驅電控點火系統(tǒng)，故障診斷電路結構簡單，故障診斷方法實現(xiàn)方便。
[0065]結合本發(fā)明的核心思想，本發(fā)明還提供一種內驅電控點火系統(tǒng)的故障診斷方法，如圖3所示，包括:
[0066]步驟S11、對流經所述功率開關管的電流進行采樣，得到采樣電流值；
[0067]步驟S12、根據所述采樣電流進行計算得到一能量積分；
[0068]步驟S13、將所述采樣電流與電流閾值進行比較，并將所述能量積分與能量閾值進行比較；以及
[0069]步驟S14、根據所述采樣電流以及能量積分的比較的結果，判斷所述點火線圈所在的缸是否出現(xiàn)故障。
[0070]以下請參考圖1-圖7來具體說明本實施例的內驅電控點火系統(tǒng)的故障診斷電路及其故障診斷方法。所述內驅電控點火系統(tǒng)包括微處理器MCU、預驅動元件以及功率開關管，所述微處理器MCU、預驅動元件以及功率開關管均位于電子控制單元ECU內。在本實施例中，以所述內驅電控點火系統(tǒng)用于4缸的發(fā)動機為例進行說明，所以在圖1中畫出4個點火線圈、4個預驅動元件以及4個功率開關管，在本發(fā)明的其它實施例中，所述內驅電控點火系統(tǒng)還可以用于I缸、2缸、3缸、5缸、6缸或8缸等的發(fā)動機，此為本領域的普通技術人員可以理解的，在此不作贅述。其中，所述功率開關管主要有BIP管(BIP=Bip0IarTransistors，雙極型晶體管)、標準點火 IGBT 管(Insulated Gate Bipolar Transistor,絕緣柵雙極型晶體管)、帶智能功能的點火驅動功率級專用點火模塊和帶外部ASIC的點火功率級等。在本實施例中，以所述功率開關管為IGBT管為例進行說明，對于點火IGBT管，只要應用條件不超過規(guī)范，就能長期正常工作。對于確定的電子控制單元ECU，IGBT管的工作能力即規(guī)范就確定了，這不依賴于其外部負載(點火線圈)。當外部發(fā)生短路故障時，流過IGBT管的電流急劇增大；而發(fā)生過流或能量過剩(即過能量)時，IGBT管的溫度快速上升，很容易超過其規(guī)范而導致?lián)p壞；當外部開路時，無電流流過IGBT管。由引可以通過檢測流過IGBT的電流來設計點火內驅的診斷和保護功能。
[0071]如圖1所示，所述微處理器MCU的4個輸出端01、02、03、04分別依次連接4個預驅動元件D1、D2、D3、D4，4個預驅動元件D1、D2、D3、D4再分別依次連接4個IGBT管P1、P2、P3、P4的柵極g，4個IGBT管P1、P2、P3、P4的集電極c分別依次連接4個點火線圈C1、C2、〇3、04，4個1681'管？1、卩2、？3、卩4的發(fā)射極e均接地。
[0072]如圖1所示，所述故障診斷電路I包括采樣模塊110、計算模塊120、比較模塊130和判斷模塊140。其中，所述采樣模塊110用于對流經IGBT管P1、P2、P3、P4的電流(即流經點火線圈的初級繞組的電流)進行采樣，得到采樣電流Ic的值。在本實施例中，所有的所述功率開關管P1、P2、P3、P4共用同一個所述采樣模塊110，從而可以簡化電路，節(jié)約電路成本。在本發(fā)明的其它實施例中，還可以多個所述功率開關管Pl、P2、P3、P4各自單獨連接一個所述采樣模塊110，以在多缸點火重疊時進行診斷；或，依次間隔的所述功率開關管共用同一個所述采樣模塊110，即所述功率開關管P1、P3共用同一個所述采樣模塊110，所述功率開關管P2、P4共用同一個所述采樣模塊110，既有利于節(jié)約電路成本，又可以在多缸點火重疊時進行診斷，從而有利于達到較佳的診斷效益。根據本發(fā)明的上述描述，多個所述功率開關管P1、P2、P3、P4各自單獨連接一個所述采樣模塊110或依次間隔的所述功率開關管共用同一個所述采樣模塊110的方式為本領域的普通技術人員可以理解的，在此不作贅述。
[0073]較佳的，所述采樣模塊110包括一采樣電阻111，所述采樣電阻111的一端連接在所述IGBT管P1、P2、P3、P4的發(fā)射極e，所述采樣電阻111的另一端接地，檢測流經IGBT管P1、P2、P3、P4的電流。所述采樣模塊110還包括一模數(shù)轉換器112，所述模數(shù)轉換器112連接所述采樣電阻111、計算模塊120和比較模塊130，在本實施例中，所述模數(shù)轉換器112為所述微處理器MCU的模數(shù)轉換器，所述計算模塊120為所述微處理器MCU的計算模塊，所述比較模塊130為所述微處理器MCU的比較模塊，所述判斷模塊140為所述微處理器MCU的判斷模塊，以增加電路的集成度。所述模數(shù)轉換器112對電流進行采樣，并將所述采樣電流Ic輸出給所述計算模塊120和比較模塊130，以方便所述計算模塊120和比較模塊130進行計算和比較。所述模數(shù)轉換器112較佳的為快速模數(shù)轉換器，以不小于100kS/S的采樣率采集點火線圈的電流，即IGBT的集電極電流，得到采樣電流Ic的值。在圖1中，所述模數(shù)轉換器112的一輸入端FADCP連接所述采樣電阻111的一端，所述模數(shù)轉換器112的另一輸入端FADCN連接所述采樣電阻111的另一端，差分采樣，以減小對采樣的影響。
[0074]所述計算模塊120連接所述采樣模塊110以接收所述采樣電流Ic，根據所述采樣電流Ic進行計算得到一能量積分。在本實施例中，所述能量積分包括過流積分和過能量積分，以分別用于診斷過流故障和過能量故障。
[0075]所述比較模塊130連接所述采樣模塊110以接收所述采樣電流Ic，將所述采樣電流Ic與一電流閾值Ith_sc進行比較，所述電流閾值Ith_sc為允許通過所述IGBT管的最大短路電流。此外，所述比較模塊130還連接所述計算模塊120以接收所述能量積分，并將所述能量積分與能量閾值進行比較，所述能量閾值為一定時間內允許的最大熱量。
[0076]所述判斷模塊140連接所述比較模塊130，根據所述比較模塊130的比較結果，判斷所述點火線圈Cl、C2、C3、C4所在的缸是否出現(xiàn)故障。
[0077]對于整個內驅電控點火系統(tǒng)的回路來說，最薄弱的部件不一定是IGBT管，還可能是所述采樣電阻111，PCB(Printed Circuit Board，印刷線路板)走線，EOJ連接器針腳等，其中，采樣電阻111，PCB(Printed Circuit Board，印刷線路板)走線，ECU連接器針腳均可以用電阻能量累計的方式來處理。較佳的，為了可以靈活的選擇回路最薄弱的部件來進行判斷和保護，所述故障診斷電路I還包括一選擇模塊150，所述選擇模塊150根據一過流對象參數(shù)表選擇對過流最薄弱的部件進行選擇，所述過流對象參數(shù)表包括在不同工況下過流最薄弱的部件，所述過流對象參數(shù)表可以為一個二維表。所述選擇模塊150連接所述計算模塊120，所述計算模塊120根據所述選擇模塊150的選擇結果，計算所述最薄弱的部件的過流積分。
[0078]以下，結合內驅電控點火系統(tǒng)的故障診斷方法，具體說明所述故障診斷電路的使用方法。參考圖2，以診斷所述點火線圈Cl所在的缸是否出現(xiàn)故障為例進行說明。當所述點火線圈Cl進行點火時，所述IGBT管Pl的柵極g接收的控制信號Vg為有效信號，所述IGBT管Pl進行充電。所述點火線圈Cl的初級繞組的一端連接電源B，所述點火線圈Cl的初級繞組的另一端連接所述IGBT管Pl的集電極C，所述點火線圈Cl的次級繞組的一端火花塞SI的一端，所述點火線圈Cl的次級繞組的另一端接地，火花塞SI的一另端接地。
[0079]具體的在本實施例中，在所述功率開關管Pl的充電期間，進行短路故障的診斷以及過流故障的診斷。
[0080]短路故障的診斷和保護:
[0081]在所述功率開關管的充電期間，所述采樣模塊110對流經IGBT管Pl的電流(即流經點火線圈的初級繞組的電流)進行采樣，得到所述采樣電流Ic。所述采樣電流Ic經濾波后輸送給所述比較模塊130，所述比較模塊130實時將所述采樣電流Ic與電流閾值Ith_sc進行比較。所述判斷模塊140根據比較結果進行判斷，如所述采樣電流Ic大于等于所述電流閾值Ith_sc，等效于圖2中的開關Kl閉合，即短路，則1us內快速關斷所述IGBT管Pl以保護IGBT管Pl，并對此缸的短路計數(shù)器加I。若該缸連續(xù)檢測到Xl次短路，則判斷該缸為短路故障；若該缸連續(xù)Yl次沒有發(fā)生短路故障，則清除已確認的短路故障。其中，X1、Y1為設定值，可以進行標定，并不做具體限制。
[0082]在本實施例中，無論短路故障發(fā)生在所述功率開關管Pl導通之前還是到通知后，均可以被診斷出來。參考圖4、圖5，在圖4和圖5中，橫坐標均表示時間t。如圖4所示，在tO時刻，控制信號Vg為無效信號，所述功率開關管Pl未導通；在tl時刻，控制信號Vg變?yōu)橛行盘枺龉β书_關管Pi導通，所述功率開關管Pi開始充電，此時，發(fā)生短路故障，所述采樣電流Ic快速上升；在t2時刻，所述采樣電流Ic達到峰值，1us內快速關斷所述IGBT管Pl ;在t3時刻，控制信號Vg為無效信號，所述功率開關管Pl不導通。由圖4可以看出，短路故障發(fā)生在所述功率開關管Pl導通之前，可以診斷出短路故障。
[0083]如圖5所示，在t4時刻，控制信號Vg變?yōu)橛行盘?，所述功率開關管Pl導通，所述功率開關管Pl充電；在t5時刻，出現(xiàn)短路故障，所述采樣電流Ic快速上升；在t6時刻，所述采樣電流Ic達到峰值，1us內快速關斷所述IGBT管P1。由圖5可以看出，短路故障發(fā)生在所述功率開關管Pl導通期間，可以診斷出短路故障。
[0084]過流故障的診斷和保護:
[0085]在所述功率開關管的充電期間，所述采樣模塊110對流經IGBT管Pl的電流(即流經點火線圈的初級繞組的電流)進行采樣，得到所述采樣電流Ic。所述計算模塊120接收所述采樣電流Ic，所述計算模塊120根據所述采樣電流Ic進行計算得到所述過流積分。
[0086]在本實施例中，所述選擇模塊150先對過流最薄弱的部件進行選擇，如果所述最薄弱的部件為IGBT管P1，對則IGBT管Pl的電流Ic與IGBT管Pl的集電極c到發(fā)射極e間的電壓Vce的乘積對時間積分，來判斷過流。
[0087]過流時，功率集聚，對IGBT管Pl可用電流對時間積分來表征。
[0088]IGBT 管 Pl 的功率 Pa = Vce X Ic
[0089]過流積分為
[0090]Wl = / Pa (t) dt = / Vce (t) X Ic (t) dt
[0091]IGBT管Pl特性表明過流時，Vce變化不大，設Vce = kl，kl為常數(shù)(量綱:伏特)，則過流積分為
[0092]Wl = / Pa (t) dt = / Vce (t) X Ic (t) dt = kl f Ic (t) dt
[0093]過流的檢測簡化為對電流對時間的積分，降低MCU資源需求。
[0094]所述比較模塊130接收所述過流積分W1，將所述過流積分Wl與一過流閾值Wth_oc進行比較，所述過流閾值Wth_oc為所述IGBT管Pl允許的最大熱量。所述判斷模塊140根據比較結果進行判斷，如所述過流積分Wl大于等于所述過流閾值Wth_oc，即該缸過流，立即關斷所述IGBT管P1，以保護所述IGBT管Pl，并對此缸的過流計數(shù)器加I。若該缸連續(xù)檢測到X2次過流，則判斷該缸為過流故障；若該缸連續(xù)Y2次沒有發(fā)生過流故障，則清除已確認的過流故障。其中，X2、Y2為設定值，可以進行標定，并不做具體限制。
[0095]如果所述選擇模塊150選擇所述最薄弱的部件為電阻，用電阻能量積累的方式來處理。對于電阻的能量消耗，可用電流平方乘以電阻對時間積分來表征。
[0096]電阻的功率為Pr = Ic2XR, R為電阻的阻值，
[0097]電阻的過流積分為
[0098]Wlr = / Pr (t) dt = f Ic2 (t) XRdt
[0099]在所述IGBT管Pl導通過程中，電阻的阻值變化很小，按電阻的阻值不變化近似，則電阻的過流積分為
[0100]Wl' =J Pr (t) dt = f Ic2 (t) X Rdt = Rf Ic2 (t) dt
[0101]這種算法，過流的檢測簡化為電流對時間的積分，降低MCU資源需求。
[0102]所述比較模塊130接收所述過流積分Wl ’，將所述過流積分Wl ’與一過流閾值Woc_R進行比較，所述過流閾值Woc_RS所述電阻允許的最大熱量。所述判斷模塊140根據比較結果進行判斷，如所述過流積分W1’大于等于所述過流閾值Woc_R，即該缸過流，立即關斷所述IGBT管Pl，以保護所述IGBT管Pl，并對此缸的過流計數(shù)器加I。若該缸連續(xù)檢測到X3次過流，則判斷該缸為過流故障；若該缸連續(xù)Y3次沒有發(fā)生過流故障，則清除已確認的過流故障。其中，X3、Y3為設定值，可以進行標定，并不做具體限制。
[0103]參考圖6，在圖6中，橫坐標均表示時間t。如圖6所示，在t7時刻，控制信號Vg為無效信號，所述功率開關管Pl未導通；在t8時刻，控制信號Vg變?yōu)橛行盘?，所述功率開關管Pl導通，所述功率開關管Pl開始充電，過流I的采樣電流和過流2的采樣電流均大于正常充電時的采樣電流；在t9時刻，控制信號Vg為無效信號，所述功率開關管Pl不導通。由圖6可以看出，過流故障可以診斷被方便地檢測出來。
[0104]過能量故障的診斷和保護:
[0105]對于過能量的診斷在所述功率開關管的充電期結束時刻開始的幾十微秒內進行，即在控制信號Vg變?yōu)榈秃蟮膸资⒚雰冗M行。見圖7。在圖7中，橫坐標均表示時間t。如圖7所示，在tlO時刻，控制信號Vg為有效信號，所述功率開關管Pl導通，所述功率開關管Pl充電；在til時刻，控制信號Vg變?yōu)闊o效信號，所述功率開關管Pl關斷，所述功率開關管Pl放電；在tl2時刻，能量釋放完畢。如果點火線圈Cl中的能量若過多，不能完全通過次級釋放，只能再次通過初級釋放，對所述IGBT管Pl損耗非常大。
[0106]正常關斷情況，采樣電流Ic快速下降到0A，而次級不能完全釋放能量的情況，采樣電流Ic下降接近OA后，不一定完全降到0A，如圖7，而是再次上升到很大的電流，接近關斷時刻的電流，然后下降；有時還會多次降低、上升，此過程時間約幾十微秒。而所述IGBT管Pl的集電極-發(fā)射極間電壓Vce因為所述IGBT管Pl的箝位效應，保持很高的箝位電壓，約400V，產生非常大的功率(Ic*Vce，幾千瓦)，持續(xù)幾十微秒，這些能量消耗在所述IGBT管Pl中，在所述IGBT管Pl上產生非常大的熱量積聚。
[0107]在所述功率開關管的放電期間，所述采樣模塊110對流經IGBT管Pl的電流(即流經點火線圈的初級繞組的電流)進行采樣，得到所述采樣電流Ic。所述計算模塊120接收所述采樣電流Ic，所述計算模塊120根據所述采樣電流Ic進行計算得到所述過能量積分。
[0108]所述IGBT 管 Pl 的功率 Pb = VceXIc
[0109]所述IGBT管Pl的能量積分為
[0110]/ W2 = / Pb (t) dt = / Vce (t) X Ic (t) dt
[0111]Vce變化不大，設Vce = k2，k2為常數(shù)(量綱:伏特)，則所述IGBT管Pl的能量積分為
[0112]/ W2 = / Pb (t) dt = / Vce (t) X Ic (t) dt = k2 f Ic (t) dt
[0113]這種算法，可以將過能量的檢測簡化為對電流對時間的積分，降低MCU資源需求。
[0114]所述比較模塊130接收所述過能量積分W2，將所述過能量積分W2與一過能量閾值Wth_oe進行比較，所述過能量閾值Wth_oe為所述IGBT管Pl允許的最大熱量。所述判斷模塊140根據比較結果進行判斷，如所述過能量積分W2大于等于所述過能量閾值Wth_oe,即該缸過能量，對此缸的過流計數(shù)器加1，并在下一循環(huán)減小此缸的充電時間，以減小充電能量。若該缸連續(xù)檢測到X4次過能量，則判斷該缸為過能量故障；若該缸連續(xù)Y4次沒有發(fā)生過能量故障，則清除已確認的過能量故障。其中，X4、Y4為設定值，可以進行標定，并不做具體限制。
[0115]對于有故障缸，則關閉該缸的點火、噴油功能；若故障得到清除，則重新打開此缸的點火、噴油功能。
[0116]較佳的，在本實施例中，在所述功率開關管IGBT管Pl的充電期間，還根據所述點火線圈Cl是否無電流，判斷所述點火線圈Cl所在的缸是否出現(xiàn)開路故障，當所述點火線圈Cl所在的缸是否出現(xiàn)開路故障時，等效于圖2中的開關Κ2斷開。
[0117]本領域的普通技術人員可以理解，當所述功率開關管為BIP管等時，亦可以采用相似的方法進行診斷，其具體實施步驟與思路和本發(fā)明的上述實施例相似，在本發(fā)明實施例的啟示下，這一應用的延伸對本領域普通技術人員而言是易于理解和實現(xiàn)的，在此不再贅述。
[0118]顯然，本領域的技術人員可以對本發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權利要求及其等同技術的范圍之內，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內。
【主權項】
1.一種內驅電控點火系統(tǒng)的故障診斷電路，所述內驅電控點火系統(tǒng)包括微處理器、預驅動元件以及功率開關管，所述微處理器的一輸出端通過所述預驅動元件連接所述功率開關管的柵極或基極，所述功率開關管的集電極連接一點火線圈，所述功率開關管的發(fā)射極接地，其特征在于，所述故障診斷電路包括: 采樣模塊，用于對流經所述功率開關管的電流進行采樣，得到采樣電流值； 計算模塊，接收所述采樣電流，根據所述采樣電流進行計算得到一能量積分； 比較模塊，接收所述采樣電流和能量積分，將所述采樣電流與一電流閾值進行比較，并將所述能量積分與能量閾值進行比較；以及 判斷模塊，連接所述比較模塊，根據所述比較模塊的比較結果，判斷所述點火線圈所在的缸是否出現(xiàn)故障。2.如權利要求1所述的內驅電控點火系統(tǒng)的故障診斷電路，其特征在于， 在所述功率開關管的充電期間: 所述比較模塊接收所述采樣電流，將所述采樣電流與電流閾值進行比較，所述判斷模塊根據所述采樣電流是否大于等于所述電流閾值，判斷所述點火線圈所在的缸是否出現(xiàn)短路故障；同時，所述計算模塊接收所述采樣電流，所述計算模塊根據所述采樣電流進行計算得到一過流積分，所述比較模塊接收所述過流積分，將所述過流積分與一過流閾值進行比較，所述判斷模塊根據所述過流積分是否大于等于所述過流閾值，判斷所述點火線圈所在的缸是否出現(xiàn)過流故障； 在所述功率開關管的放電期間: 所述計算模塊接收所述采樣電流，所述計算模塊根據所述采樣電流進行計算得到一過能量積分，所述比較模塊接收所述過能量積分，將所述過能量積分與一過能量閾值進行比較，所述判斷模塊根據所述過能量積分是否大于等于所述過能量閾值，判斷所述點火線圈所在的缸是否出現(xiàn)過能量故障。3.如權利要求2所述的內驅電控點火系統(tǒng)的故障診斷電路，其特征在于，在所述功率開關管的充電期間，所述判斷模塊還根據所述點火線圈是否無電流，判斷所述點火線圈所在的缸是否出現(xiàn)開路故障。4.如權利要求2所述的內驅電控點火系統(tǒng)的故障診斷電路，其特征在于，所述故障診斷電路還包括一選擇模塊，所述選擇模塊根據一過流對象參數(shù)表選擇對過流最薄弱的部件進行選擇，所述過流對象參數(shù)表包括在不同工況下過流最薄弱的部件，所述選擇模塊連接所述計算模塊，所述計算模塊根據所述選擇模塊的選擇結果，計算所述最薄弱的部件的過流積分。5.如權利要求4所述的內驅電控點火系統(tǒng)的故障診斷電路，其特征在于，所述最薄弱的部件為功率開關管，所述計算模塊計算過流積分的公式為:Wl = kl f Ic(t)dt 其中，Wl為所述功率開關管的過流積分，kl為常數(shù)，Ic為所述采樣電流，t為時間。6.如權利要求4所述的內驅電控點火系統(tǒng)的故障診斷電路，其特征在于，所述最薄弱的部件為電阻，所述計算模塊計算過流積分的公式為: Wlr =Rf Ic2(t)dt 其中，W1’為所述電阻的過流積分，R為所述電阻的阻值，Ic為所述采樣電流，t為時間。7.如權利要求2所述的內驅電控點火系統(tǒng)的故障診斷電路，其特征在于，所述計算模塊計算過能量積分的公式為:W2 = k2 f Ic(t)dt 其中，W2為所述功率開關管的能量積分，k2為常數(shù)，Ic為所述采樣電流，t為時間。8.如權利要求1所述的內驅電控點火系統(tǒng)的故障診斷電路，其特征在于，所述采樣模塊包括一采樣電阻，所述采樣電阻的一端連接在所述功率開關管的源極或發(fā)射極，所述采樣電阻的另一端接地。9.如權利要求1所述的內驅電控點火系統(tǒng)的故障診斷電路，其特征在于，所述采樣模塊還包括一模數(shù)轉換器，所述模數(shù)轉換器連接所述采樣電阻、計算模塊和比較模塊，所述模數(shù)轉換器為所述微處理器的模數(shù)轉換器，所述計算模塊為所述微處理器的計算模塊，所述比較模塊為所述微處理器的比較模塊，所述判斷模塊為所述微處理器的判斷模塊。10.如權利要求1至9中任意一項所述的內驅電控點火系統(tǒng)的故障診斷電路，其特征在于，所述內驅電控點火系統(tǒng)包括多個所述功率開關管，所有的所述功率開關管共用同一個所述采樣模塊；或，多個所述功率開關管各自單獨連接一個所述采樣模塊；或，依次間隔的所述功率開關管共用同一個所述采樣模塊。11.一種內驅電控點火系統(tǒng)的故障診斷方法，所述內驅電控點火系統(tǒng)包括微處理器、預驅動元件以及功率開關管，所述微處理器的一輸出端通過所述預驅動元件連接所述功率開關管的柵極或基極，所述功率開關管的集電極連接一點火線圈，所述功率開關管的發(fā)射極接地，其特征在于，所述故障診斷方法包括: 對流經所述功率開關管的電流進行采樣，得到采樣電流值； 根據所述采樣電流進行計算得到一能量積分； 將所述采樣電流與電流閾值進行比較，并將所述能量積分與能量閾值進行比較；以及 根據所述采樣電流以及能量積分的比較的結果，判斷所述點火線圈所在的缸是否出現(xiàn)故障。12.如權利要求11所述的內驅電控點火系統(tǒng)的故障診斷方法，其特征在于， 在所述功率開關管的充電期間: 將所述采樣電流與電流閾值進行比較，根據所述采樣電流是否大于等于所述電流閾值，判斷所述點火線圈所在的缸是否出現(xiàn)短路故障；同時，根據所述采樣電流進行計算得到一過流積分，將所述過流積分與一過流閾值進行比較，根據所述過流積分是否大于等于所述過流閾值，判斷所述點火線圈所在的缸是否出現(xiàn)過流故障； 在所述功率開關管的放電期間: 根據所述采樣電流進行計算得到一過能量積分，將所述過能量積分與一過能量閾值進行比較，根據所述過能量積分是否大于等于所述過能量閾值，判斷所述點火線圈所在的缸是否出現(xiàn)過能量故障。13.如權利要求12所述的內驅電控點火系統(tǒng)的故障診斷方法，其特征在于，在所述功率開關管的充電期間，還根據所述點火線圈是否無電流，判斷所述點火線圈所在的缸是否出現(xiàn)開路故障。14.如權利要求12所述的內驅電控點火系統(tǒng)的故障診斷方法，其特征在于，在根據所述采樣電流進行計算得到一過流積分的步驟中，根據一過流對象參數(shù)表選擇對過流最薄弱的部件進行選擇，所述過流對象參數(shù)表包括在不同工況下過流最薄弱的部件，并根據所述選擇模塊的選擇結果，計算所述最薄弱的部件的過流積分。15.如權利要求14所述的內驅電控點火系統(tǒng)的故障診斷方法，其特征在于，所述最薄弱的部件為功率開關管，計算過流積分的公式為:Wl = kl f Ic(t)dt 其中，Wl為所述功率開關管的過流積分，kl為常數(shù)，Ic為所述采樣電流，t為時間。16.如權利要求14所述的內驅電控點火系統(tǒng)的故障診斷方法，其特征在于，所述最薄弱的部件為電阻，計算過流積分的公式為: Wlr =Rf Ic2(t)dt 其中，W1’為所述電阻的過流積分，R為所述電阻的阻值，Ic為所述采樣電流，t為時間。17.如權利要求12所述的內驅電控點火系統(tǒng)的故障診斷方法，其特征在于，所述計算模塊計算過能量積分的公式為:W2 = k2 f Ic(t)dt 其中，W2為所述功率開關管的能量積分，k2為常數(shù)，Ic為所述采樣電流，t為時間。
【文檔編號】G05B23/02GK105988463SQ201510375679
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2015年6月30日
【發(fā)明人】鮮志剛, 彭琴, 彭佳厚, 王帥, 張嬋, 郝明德, 于世濤
【申請人】聯(lián)合汽車電子有限公司