[发明专利]引擎曲轴转角与转速的估测方法

说明书

技术领域

本发明提供一种引擎曲轴转角与转速的估测方法，特别涉及一种利用时间基础法以处理量测取得的曲轴讯号，并利用极点配置法、解黎卡提方程式及解黎卡提的无穷时间域等方法，以取得所需的回馈增益值矩阵，进行闭回路状态估测曲轴转角与转速。本发明也包含使用一曲轴行程判别方法，以辅助处理曲轴动态取样讯号的计算。

背景技术

一般广泛用于市场上且属较为先进的内燃机(即引擎)，大都配设有一引擎控制单元(Engine Control Unit，ECU)，用以读取相关引擎的曲轴转角、转速、加速度...等等基本讯号。其中曲轴转角讯号可提供点火正时及燃油正时的控制，而曲轴转速及加速度讯号则可用以预估引擎指示扭力及进行故障诊断。且知，ECU是通过曲轴旁侧一能同步运转的飞轮，通过飞轮上设置的曲轴转角感知器，以检知上述曲轴运转讯号。但由于感知器的讯号容易受到外界杂讯的干扰，导致计算结果并不可靠。

在处理暨计算曲轴讯号的先前技术中，包含有：

一种位置基础法(Position-Based)，需要得知飞轮上较多的齿数讯号(例如180或360齿)，才能得到一较精确的曲轴转角位置，也因此需求较大的ECU处理能力，以避免因齿数讯号过多而导致程序在运算时发生中断或记忆空间不足的问题，但此方法所需设备成本较高，故有利用上的困扰。

另一种时间基础法(Time-Based)，可以配合较少的齿数讯号(例如1、4、24或32齿)，以计算得知引擎曲轴转角的位置，故不易发生上述问题，因此基于经济上的考虑，业内较多采用此法以进行引擎的曲轴旋转动态预估，以取得曲轴转角、转速及加速度等讯号。但当有杂讯介入曲轴讯号时，此方法易产生错误的预估结果，因此如何防止杂讯干扰，就成为处理曲轴讯号的首要问题。

为了防止杂讯干扰曲轴讯号，业内有一种利用低通滤波器(Low Pass Filter，LPF)来过滤曲轴转角感知器中杂讯干扰的方法，以便当曲轴讯号经过LPF计算后所输出的讯号大于预设值时，滤波器会立即输出一电压讯号；但此滤波器会产生延迟的效应，且当杂讯过大时，滤波器则会把该杂讯当作实际讯号输出，预估误差的能力显有不足。

此外，本发明人在台湾公告第I243904号专利技术中，也揭示有一种使用卡尔曼滤波器以预估曲轴转角及转速的方法，包含将一含有预估方程式及观测矩阵的卡尔曼滤波器，装置于引擎的一旋转动态预估系统内，并利用上述一电路讯号处理系统所量测的曲轴转角θ、一引擎扭力预估系统所得知的引擎扭力预估值以及一引擎扭力负载预估系统所得知的负载扭力预估值进而预估曲轴的转角及转速，以便当杂讯干扰曲轴位置感知器时，可减少对于引擎控制的影响。但此方法需使用引擎的旋转惯性及黏滞系数参数，当此参数有误差时，将会影响到滤波器的预估精确性及系统强健性。

再者，有关极点配置及解黎卡提(Riccati)方程式等取得回馈增益值矩阵的计算方法，以及判别曲轴运转行程的方法，虽属已公开的先前数理运算技术，但尚未见及在引擎曲轴转角与转速的闭回路估测上以及辅助处理曲轴动态取样讯号上被应用，并予陈明。

发明内容

本发明的目的是根据传统时间基础量测法所估测出的曲轴位置，进行闭回路的估测及修正，特别是在外界杂讯干扰感知器所检知的曲轴讯号情况下，可以取得较为精确的曲轴转角与转速。并且，本发明无需借助进气歧管压力讯号及引擎参数，即可进行曲轴转角与转速的估测，故能有效降低外界杂讯可能造成的干扰源，同时也能降低估测设备处理讯号的负荷，进而降低设备成本，并可直接应用在不同的引擎上。

为能达到上述目的，本发明的技术内容包含使用：

一讯号处理单元，自引擎启动运转时令计时器开始计时，以读取感知器检知的曲轴齿讯，及各齿讯之间由计时器读取的时间差，并计算取得曲轴转速ω_k与加速度α_k，且在上述计时器归零并重新计时后，根据曲轴转速ω_k及曲轴加速度α_k，计算取得动态曲轴取样转角θ_m、转速ω_m及加速度α_m；及

一由离散(Discrete)动态模型设计而成的估测单元，包含由一估测器配合另一回馈增益值矩阵，进行闭回路状态估测，用以滤除杂讯干扰，并估测取得曲轴转角与转速。

且，上述回馈增益值矩阵，可由下列方法制成：

其一，使用一极点配置法搭配另一比较系数法，以得到估测器观测系统动态，并比较极点配置与比较系数二方法所取得的回馈增益值矩阵，以取得上述估测单元所需的一回馈增益值矩阵值。