專利名稱：負(fù)載故障診斷檢測方法與裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種負(fù)載故障診斷檢測方法與裝置，可用于電控系統(tǒng)負(fù)載驅(qū)動(dòng)相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在采用電子控制的車輛及發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)中，有各種負(fù)載執(zhí)行器，例如電磁閥、馬達(dá)、 繼電器等，這些負(fù)載執(zhí)行器是整個(gè)電控系統(tǒng)的核心部件，執(zhí)行器性能的好壞直接影響車輛及發(fā)動(dòng)機(jī)性能，特別是對于燃油噴射系統(tǒng)執(zhí)行器，將直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)及整車功能。因此，必須在負(fù)載執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)過程中實(shí)時(shí)檢測其性能，一旦功能異常程序作出相應(yīng)故障處理及保護(hù)，以防止故障進(jìn)一步蔓延。負(fù)載執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)主要以開關(guān)信號或脈寬調(diào)制信號(PWM)為主，某些執(zhí)行器為提高響應(yīng)速度采用雙電壓驅(qū)動(dòng)，如高壓共軌系統(tǒng)噴油器電磁閥，該電磁閥在電流上升階段利用高壓(Boost電壓)驅(qū)動(dòng)，以獲得較快的電流上升速率，在保持階段利用低壓(如蓄電池電壓)電源作PWM驅(qū)動(dòng)，該類型驅(qū)動(dòng)實(shí)際是開關(guān)信號和PWM信號的組合驅(qū)動(dòng)方式。無論負(fù)載執(zhí)行器采用何種類型的驅(qū)動(dòng)方式，都必須在驅(qū)動(dòng)過程中實(shí)時(shí)檢測負(fù)載是否存在異常，如短路、斷路、負(fù)載超限等故障。專利CN1545650A公開了一種對PWM驅(qū)動(dòng)進(jìn)行故障檢測的方法，利用PWM驅(qū)動(dòng)時(shí)負(fù)載端產(chǎn)生的電壓信號積分值與基準(zhǔn)值比較的方法來判斷負(fù)載故障，該方法僅針對PWM方式驅(qū)動(dòng)型負(fù)載，同時(shí)，在判斷出負(fù)載短路到地故障時(shí)，無法及時(shí)切斷加載的驅(qū)動(dòng)電源，以確保系統(tǒng)安全；專利CN101542166A公開了另外一種診斷裝置，該診斷裝置適用于線性電磁閥，檢測電路驅(qū)動(dòng)時(shí)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)電源接通-斷開的切換次數(shù)，若切換次數(shù)在規(guī)定次數(shù)以下，則判斷為接地短路異常故障，該方法也是針對PWM方式驅(qū)動(dòng)型負(fù)載，對非PWM方式驅(qū)動(dòng)型負(fù)載，如開關(guān)或組合驅(qū)動(dòng)方式同樣無法準(zhǔn)確判斷，且當(dāng)負(fù)載發(fā)生短路到地故障時(shí)，同樣無法及時(shí)切斷加載的驅(qū)動(dòng)電源，以防止故障進(jìn)一步擴(kuò)散。實(shí)際應(yīng)用中，對各種負(fù)載執(zhí)行器而言，驅(qū)動(dòng)脈寬參數(shù)由于直接影響負(fù)載執(zhí)行器性能，因此，就控制而言必須確保實(shí)際電路輸出的脈寬與控制發(fā)出的數(shù)據(jù)嚴(yán)格一致。通常硬件系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)脈寬無反饋信號，即僅作開環(huán)控制，但在實(shí)際控制器處理信號時(shí)，若輸出控制脈寬任務(wù)執(zhí)行時(shí)碰到優(yōu)先級更高任務(wù)，則優(yōu)先級低任務(wù)將被系統(tǒng)暫時(shí)“掛起”，這會導(dǎo)致實(shí)際輸出與期望值不一致，若這種差異在一定范圍內(nèi)，則對系統(tǒng)性能的影響較小，但如果實(shí)際輸出脈寬和期望值差距較大，則可能對系統(tǒng)性能造成嚴(yán)重影響，甚至發(fā)生危險(xiǎn)，因此，有必要在負(fù)載驅(qū)動(dòng)過程中判斷實(shí)際輸出脈寬和期望值差異是否在可接受范圍內(nèi)，以監(jiān)控系統(tǒng)性能是否正常。從以上分析可見，對于短路、斷路故障的檢測很多專利已涉及，但對于短路故障通常無法區(qū)分是短路到電源還是短路到地，同時(shí)負(fù)載使用過程中易形成負(fù)載參數(shù)變化，如電感的匝間短路、焊接點(diǎn)性能退化等，這些將導(dǎo)致負(fù)載電參數(shù)變化，參數(shù)變化超過一定范圍將直接影響性能，因而，必須在負(fù)載驅(qū)動(dòng)過程中能夠判斷負(fù)載是否存在超限故障。為此，本發(fā)明的目的是提供能夠解決上述已有技術(shù)中的不足，提供一種負(fù)載故障診斷檢測方法與裝置，能適用于不同類型驅(qū)動(dòng)方式的負(fù)載執(zhí)行器，可檢測出短路、斷路、負(fù)載超限故障，并能在驅(qū)動(dòng)負(fù)載發(fā)生故障時(shí)軟件及時(shí)切斷驅(qū)動(dòng)電源，確保局部故障不蔓延至電控系統(tǒng)其它部分。

發(fā)明內(nèi)容
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是提供一種負(fù)載故障診斷檢測方法，通過負(fù)載驅(qū)動(dòng)上升階段電流波形采樣，并與預(yù)先設(shè)定的門檻閾值比較，超過門檻閾值診斷信號發(fā)生邏輯翻轉(zhuǎn)，檢測診斷信號邏輯翻轉(zhuǎn)時(shí)刻的時(shí)間，該時(shí)間與預(yù)先設(shè)定的基準(zhǔn)值對照分析，據(jù)此判斷負(fù)載是否存在故障，其特征是(1)通過負(fù)載執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)時(shí)診斷信號及低端放大輸出信號的邏輯真值表判斷負(fù)載是否發(fā)生短路及斷路故障，同時(shí)，對于短路故障能夠判斷出是短路到地還是短路到電源類型；(2)當(dāng)發(fā)生短路到地故障時(shí)，通過預(yù)先設(shè)定的故障處理程序關(guān)閉負(fù)載驅(qū)動(dòng)電源，確保故障不進(jìn)一步擴(kuò)散；(3)檢測負(fù)載驅(qū)動(dòng)上升階段的電流波形，通過測量診斷信號邏輯翻轉(zhuǎn)時(shí)刻的時(shí)間判斷負(fù)載超限故障；(4)通過測量驅(qū)動(dòng)開始及診斷信號結(jié)束翻轉(zhuǎn)時(shí)刻的時(shí)間，并與驅(qū)動(dòng)信號比較，據(jù)此判斷驅(qū)動(dòng)信號脈寬輸出是否存在異常。與現(xiàn)有技術(shù)不同，本發(fā)明采用高端MOSFET和驅(qū)動(dòng)M0SFET，通過負(fù)載執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)時(shí)診斷信號及低端放大輸出信號的邏輯真值表判斷負(fù)載是否發(fā)生短路及斷路故障，同時(shí)，對于短路故障能夠判斷出是短路到地還是短路到電源類型，且當(dāng)負(fù)載短路到地信號不經(jīng)過驅(qū)動(dòng)MOSFET時(shí)能及時(shí)切斷驅(qū)動(dòng)電源，以防止故障進(jìn)一步擴(kuò)散；通過測量驅(qū)動(dòng)開始及診斷信號結(jié)束翻轉(zhuǎn)時(shí)刻的時(shí)間，并與驅(qū)動(dòng)信號比較，據(jù)此判斷驅(qū)動(dòng)信號脈寬輸出是否存在異常。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是對于負(fù)載驅(qū)動(dòng)可測量短路、斷路及負(fù)載超限故障，對于短路故障能夠判斷出是短路到地還是短路到電源類型，并在發(fā)生短路到地故障時(shí)及時(shí)切斷負(fù)載驅(qū)動(dòng)電源，并能分析實(shí)際驅(qū)動(dòng)信號脈寬是否和期望值一致，為故障分析及診斷奠定基礎(chǔ)，可顯著提高負(fù)載執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)過程中的保護(hù)及控制可靠性。本技術(shù)方案的應(yīng)用特征和優(yōu)點(diǎn)將由下面對附圖示出的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不限于說明書和附圖的具體描述。在此，所有描述或所示特征本身形成本發(fā)明的內(nèi)容，它與權(quán)利要求中的概括或引用有關(guān)，而不僅限于說明書及附圖所展示的形式。


圖1是負(fù)載故障診斷檢測裝置原理框圖；圖2是采樣信號放大電路；圖3是負(fù)載故障診斷控制信號邏輯；圖4是負(fù)載故障檢測原理；圖5是驅(qū)動(dòng)信號故障檢測原理；圖6是短路、斷路判斷邏輯真值表；圖7是負(fù)載故障判斷流程圖。
圖中區(qū)域代號
10 高端MOSFET預(yù)驅(qū)電路
11 驅(qū)動(dòng)MOSFET預(yù)驅(qū)電路
12 信號差分放大電路
13 比較電路
14 反相電路
15 負(fù)載
圖中信號代號
100高端驅(qū)動(dòng)控制信號
101驅(qū)動(dòng)控制信號
102低端采樣信號
103診斷信號
104低端放大輸出信號
200負(fù)載驅(qū)動(dòng)電流特性曲線
201負(fù)載驅(qū)動(dòng)電流上限曲線
202負(fù)載驅(qū)動(dòng)電流下限曲線
300-T1特性曲線
301-T1上限曲線
302-T1下限曲線
圖中時(shí)間、器件參數(shù)代號
T 驅(qū)動(dòng)信號脈寬
T1:診斷控制信號脈寬
20 高端場效應(yīng)晶體管
21 驅(qū)動(dòng)場效應(yīng)晶體管
22、23、24 比較器
27 NPN型三極管
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明所述負(fù)載故障診斷檢測方法與裝置的工作原理、具體結(jié)構(gòu)及優(yōu)選的實(shí)施例。圖1是本發(fā)明所述負(fù)載故障診斷檢測裝置原理框圖，裝置中包括高端場效應(yīng)晶體管(MOSFET)預(yù)驅(qū)電路10、高端采樣電阻R5、驅(qū)動(dòng)MOSFET預(yù)驅(qū)電路11、低端采樣電阻R13、 信號差分放大電路12、比較電路13及反相電路14組成。高端MOSFET預(yù)驅(qū)電路10由信號 100控制，實(shí)現(xiàn)高端場效應(yīng)晶體管20驅(qū)動(dòng)控制，起到負(fù)載驅(qū)動(dòng)電源+V加載及斷開的作用。二極管Dl陽極連接高端場效應(yīng)晶體管20的信號輸出，陰極連接高端采樣電阻R5 電流輸入端，二極管Dl起單向?qū)ㄗ饔?，確保負(fù)載驅(qū)動(dòng)時(shí)電流信號只能從負(fù)載電源+V輸出，防止電流信號反向流動(dòng)。信號差分放大電路12把經(jīng)過高端采樣電阻R5的電流轉(zhuǎn)換為電壓信號后放大，信號放大倍數(shù)通過電阻R7、R2調(diào)整。采用差分信號放大電路可有效降低信號干擾，即當(dāng)信號存在干擾導(dǎo)致采樣電壓變化時(shí)，采樣電阻兩端由于干擾而引起的信號
5可相互抵消，因此對被測信號的影響大大降低，提高了信號的采樣精度，從而起到提高故障判斷準(zhǔn)確性的目的。負(fù)載15串聯(lián)在驅(qū)動(dòng)場效應(yīng)晶體管21的漏極和高端采樣電阻R5之間，續(xù)流二極管 D2的陽極連接在驅(qū)動(dòng)場效應(yīng)晶體管21漏極和負(fù)載之間，陰極連接驅(qū)動(dòng)負(fù)載電源+V，吸收驅(qū)動(dòng)場效應(yīng)晶體管21關(guān)閉時(shí)的反向電壓，并給負(fù)載電源+V充電，一方面可回收能量，另一方面防止驅(qū)動(dòng)關(guān)閉時(shí)過高的反向電壓擊穿M0SFET。驅(qū)動(dòng)場效應(yīng)晶體管21由信號101實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)，低端采樣信號102通過低端采樣電阻 R13采集負(fù)載驅(qū)動(dòng)回路電流，R13—端接地，另一端接驅(qū)動(dòng)場效應(yīng)晶體管21的源極。比較電路13處理信號差分放大電路12的輸出信號，比較電路13中的比較器負(fù)端接差分放大電路 12的輸出信號，比較器正端接基準(zhǔn)門檻電壓信號，基準(zhǔn)門檻電壓信號通過電阻R12、R14調(diào)整，實(shí)現(xiàn)比較器翻轉(zhuǎn)閾值控制，比較電路13的另一作用是把采集到的電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，便于計(jì)算機(jī)后續(xù)分析處理。反相電路14實(shí)現(xiàn)比較電路13的輸出信號處理，即把比較電路13的輸出信號進(jìn)行邏輯反相，主要通過NPN型三極管27及上拉電阻R8實(shí)現(xiàn)，即當(dāng)比較電路13輸出高電平時(shí)三極管27導(dǎo)通，則診斷信號103輸出低電平；當(dāng)比較器電路13輸出低電平時(shí)三極管27截止，診斷信號103輸出高電平。反相電路除實(shí)現(xiàn)反相功能外，還有一目的就實(shí)現(xiàn)信號整形， 即通過反相電路后數(shù)字波形的上升時(shí)間及下降時(shí)間更短，有利于后續(xù)信號處理。從負(fù)載故障診斷檢測裝置原理框圖可見，若流過負(fù)載的電流增大，則流經(jīng)高端采樣電阻R5的信號增大，從而信號差分放大電路12的輸出信號增大，由于該信號輸入到比較電路13的反相端，當(dāng)輸入信號增大并超過正相輸入端的門檻電壓時(shí)，比較電路13的輸出信號為低電平，則經(jīng)過反相電路14的輸出診斷信號103為高電平，反之診斷信號103為低電平。圖2是采樣信號放大電路，由于低端采樣電阻R13的輸出電壓信號較小，不適合后續(xù)信號處理，因此低端采樣信號102輸入到比較器M的正相輸入端，并通過電阻R20、R19 實(shí)現(xiàn)負(fù)反饋，電壓信號經(jīng)過信號放大后輸出信號104，放大后的電壓信號連接后續(xù)處理電路實(shí)現(xiàn)單片機(jī)實(shí)時(shí)采樣。圖3是負(fù)載故障診斷控制信號邏輯，負(fù)載在驅(qū)動(dòng)過程形成如圖3所示的電流波形， 信號101為驅(qū)動(dòng)控制信號，其驅(qū)動(dòng)脈寬為T，信號100為高端驅(qū)動(dòng)控制信號，信號103為診斷信號。為敘述方便信號101、100僅以低電平有效為例進(jìn)行說明，實(shí)際根據(jù)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)及 MOSFET類型可實(shí)現(xiàn)不同有效電平狀態(tài)，但不影響實(shí)際的控制功能及原理。正常驅(qū)動(dòng)時(shí)信號 100、101同步，即僅在負(fù)載驅(qū)動(dòng)時(shí)才加載電源+V，起系統(tǒng)安全保護(hù)作用，即在不驅(qū)動(dòng)時(shí)無電源加載。圖3中、為根據(jù)負(fù)載及電路特性設(shè)定的門檻閾值，由于采樣電阻為定值，因此當(dāng) io確定后對應(yīng)的門檻電壓閾值隨之確定。圖中O為負(fù)載驅(qū)動(dòng)開始點(diǎn)，對應(yīng)的時(shí)刻為Ttj，當(dāng)驅(qū)動(dòng)電流達(dá)到門檻閾值后，診斷信號103翻轉(zhuǎn)輸出高電平，如圖3中Ta時(shí)刻所示，記從驅(qū)動(dòng)開始到翻轉(zhuǎn)時(shí)刻的時(shí)間為At ；當(dāng)驅(qū)動(dòng)到達(dá)Tb時(shí)刻，驅(qū)動(dòng)控制信號101及高驅(qū)動(dòng)控制信號100 無效，記Ta到Tb時(shí)刻的時(shí)間為Δ t2 ；當(dāng)信號101、100無效后，負(fù)載驅(qū)動(dòng)電流開始下降，當(dāng)達(dá)到電流波形C點(diǎn)，如圖3中T。時(shí)刻所示，負(fù)載電流小于設(shè)定的門檻閾值，診斷信號103翻轉(zhuǎn)， 若記從B到C時(shí)刻的時(shí)間為At3，則在此之后診斷信號103輸出低電平。當(dāng)電路設(shè)計(jì)完畢及負(fù)載執(zhí)行器參數(shù)確定后，作為電路的固有特性保持不變，D點(diǎn)為負(fù)載執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)電流為零時(shí)刻，對應(yīng)的時(shí)刻為TD。從圖3分析可見，在實(shí)際負(fù)載驅(qū)動(dòng)過程中，記驅(qū)動(dòng)控制信號101的脈寬為T，則當(dāng)負(fù)載及電路正常工作時(shí)，診斷信號103延遲At后輸出高電平，當(dāng)?shù)竭_(dá)Tb時(shí)刻后再經(jīng)過At3 恢復(fù)輸出低電平，從而完成一次負(fù)載執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)完畢后，若負(fù)載及電路正常工作，則At、At3作為電器系統(tǒng)的固有特性保持不變，因此，可利用診斷信號103的輸出寬度判斷驅(qū)動(dòng)控制信號101的脈寬是否工作在正常范圍內(nèi)，記T1為診斷控制信號脈寬，其計(jì)算公式如下T1 = At2+At3-At(1)從公式(1)可見，當(dāng)電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)完畢后，若負(fù)載及電路正常工作，八U At3作為系統(tǒng)固有特性保持不變，而Δ t2隨驅(qū)動(dòng)信號脈寬T的變化而變化，則可通過T1與T值比較判斷驅(qū)動(dòng)控制信號101的脈寬是否正常。為判斷驅(qū)動(dòng)信號脈寬輸出是否存在異常，根據(jù)信號101的工作范圍，通過試驗(yàn)標(biāo)定不同T值時(shí)公式(1)所對應(yīng)時(shí)間T1的工作范圍，并作為標(biāo)定數(shù)據(jù)預(yù)存在電控單元(ECU) 中，實(shí)際工作時(shí)對應(yīng)不同驅(qū)動(dòng)信號脈寬T時(shí)，計(jì)算T1是否在規(guī)定范圍內(nèi)，若在規(guī)定范圍內(nèi)， 則說明系統(tǒng)正常，若超出規(guī)定范圍，則表明驅(qū)動(dòng)信號脈寬輸出異常，系統(tǒng)進(jìn)入故障處理模式。圖4是負(fù)載故障檢測原理，當(dāng)負(fù)載特性正常時(shí)，驅(qū)動(dòng)初始電流上升按負(fù)載驅(qū)動(dòng)電流特性曲線200工作，記電流到達(dá)A時(shí)刻的時(shí)間為At ；若由于某種故障導(dǎo)致負(fù)載阻抗變小，則在驅(qū)動(dòng)時(shí)電流上升過程具有加快趨勢，圖4曲線201為負(fù)載驅(qū)動(dòng)電流上限，在曲線上限位置A'時(shí)刻診斷信號103發(fā)生翻轉(zhuǎn)，此時(shí)對應(yīng)的時(shí)間為At'，顯然由于驅(qū)動(dòng)時(shí)電流上升更快，因此At' < At;若由于某種故障導(dǎo)致負(fù)載阻抗變大，則在驅(qū)動(dòng)時(shí)電流上升過程具有變緩趨勢，圖4曲線202為負(fù)載驅(qū)動(dòng)電流下限，在曲線下限位置A"時(shí)刻診斷信號103 發(fā)生翻轉(zhuǎn)，此時(shí)對應(yīng)的時(shí)間為At"，顯然由于驅(qū)動(dòng)過程電流上升放緩，則At" > At?？梢娫谪?fù)載執(zhí)行器正常情況下，考慮到系統(tǒng)加工及制造散差，電流上升過程的特性曲線如圖4 剖面線所示，即在曲線201和202的包絡(luò)線區(qū)間內(nèi)，正常狀態(tài)下驅(qū)動(dòng)過程診斷信號翻轉(zhuǎn)時(shí)間 Δt應(yīng)滿足下式At' ≤ At≤ At"(2)若At滿足式O)，則表明負(fù)載執(zhí)行器正常，若At不滿足式O)，則表明負(fù)載執(zhí)行器出現(xiàn)了功能異常。其中若At< At'，則表明負(fù)載過??；At> At"，則表明負(fù)載過大， 其中At'、At"為通過預(yù)先標(biāo)定確定的限值，預(yù)存在E⑶存儲器中。圖5是驅(qū)動(dòng)信號故障檢測原理，其中300為診斷控制信號脈寬T1的特性曲線，301 及302為T1的上、下限曲線，在電路及負(fù)載執(zhí)行器性能正常情況下，按照式(1)計(jì)算本次驅(qū)動(dòng)診斷信號T1對應(yīng)的脈寬，根據(jù)驅(qū)動(dòng)脈寬T查表得到對應(yīng)曲線301及302的上、下限值，若 T1不超出對應(yīng)的上、下限值，則表明驅(qū)動(dòng)信號脈寬輸出正常，否則判斷為異常，軟件進(jìn)入異常處理，其中曲線301及302對應(yīng)的上、下限值為預(yù)先根據(jù)系統(tǒng)標(biāo)定確定數(shù)據(jù)，預(yù)存在ECU 存儲器中。圖6是短路、斷路判斷邏輯真值表，根據(jù)圖1所示的負(fù)載故障診斷檢測裝置原理框圖，按照診斷信號103及低端放大輸出信號104的組合，共分以下四種類型進(jìn)行分析。
模式1 診斷信號103無翻轉(zhuǎn)，低端放大輸出信號104無信號若在負(fù)載執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)過程中診斷信號103無翻轉(zhuǎn)，即△ t無測量值，低端放大輸出信號104無信號，則表明在負(fù)載輸入和輸出端都無測量信號，據(jù)此判斷為負(fù)載斷路故障。模式2 診斷信號103無翻轉(zhuǎn)，低端放大輸出信號104有信號若在負(fù)載執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)過程中診斷信號103無翻轉(zhuǎn)，即△ t無測量值，低端放大輸出信號104有信號。由于負(fù)載輸出端有信號，因此，在驅(qū)動(dòng)過程中負(fù)載電源+V存在加載，但由于負(fù)載與電源短路旁通了高端采樣電阻R5，從而導(dǎo)致診斷信號103無翻轉(zhuǎn)，據(jù)此判斷為負(fù)載短路到電源故障。當(dāng)發(fā)生負(fù)載短路到電源故障時(shí)，雖然從驅(qū)動(dòng)功能上無明顯影響，但存在較大故障風(fēng)險(xiǎn)，因此，必須進(jìn)行故障保護(hù)處理。模式3 診斷信號103有翻轉(zhuǎn)，低端放大輸出信號104無信號若在負(fù)載執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)過程中診斷信號103有翻轉(zhuǎn)，即△ t有測量值，但低端放大輸出信號104無信號，則在驅(qū)動(dòng)過程中負(fù)載電源+V存在加載，由于負(fù)載和地線短路旁通了低端采樣電阻R13，從而導(dǎo)致低端放大輸出信號104無信號，據(jù)此判斷為負(fù)載短路到地故障。當(dāng)發(fā)生負(fù)載短路到地故障時(shí)，由于不受驅(qū)動(dòng)場效應(yīng)晶體管21的控制，將導(dǎo)致負(fù)載流過的電流過大，故障風(fēng)險(xiǎn)極高，因此必須進(jìn)行故障保護(hù)處理，即在這種情況下通過高端 MOSFET切斷驅(qū)動(dòng)電源+V加載，從而起到系統(tǒng)保護(hù)作用，防止故障影響進(jìn)一步擴(kuò)散。模式4 診斷信號103有翻轉(zhuǎn)，低端放大輸出信號104有信號若在負(fù)載執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)過程中診斷信號103有翻轉(zhuǎn)，即△ t有測量值，低端放大輸出信號104有信號，即系統(tǒng)正常工作狀態(tài)，據(jù)此判斷為負(fù)載無短路、斷路故障，具體負(fù)載超限故障將通過At與基準(zhǔn)值對照分析得出。上述為根據(jù)診斷信號103及低端放大輸出信號104的組合邏輯真值表，判斷負(fù)載是否存在短路、斷路故障，同時(shí)在短路故障時(shí)能夠判斷出是短路到地線還是短路到電源類型。圖7是負(fù)載故障判斷流程圖，即在圖6所示模式4情況下，診斷信號103有翻轉(zhuǎn)， 低端放大輸出信號104有信號，需根據(jù)At判斷負(fù)載是否存在超限故障。步驟Sl測量0時(shí)刻至A時(shí)刻的時(shí)間Δ t，在圖3所示的負(fù)載故障診斷控制信號邏輯中，0為負(fù)載驅(qū)動(dòng)開始點(diǎn)，A為診斷信號低電平至高電平翻轉(zhuǎn)時(shí)刻點(diǎn)，At即代表負(fù)載在驅(qū)動(dòng)過程中電流到達(dá)比較器門檻閾值的時(shí)間。步驟S2根據(jù)采樣得到的時(shí)間At，判斷At彡At'是否成立，其中At'為預(yù)先通過標(biāo)定確定的比較時(shí)間下限值，若判斷成立，則進(jìn)入步驟S3 ；若判斷不成立，則進(jìn)入步驟 S10，本次驅(qū)動(dòng)診斷為負(fù)載過??；步驟Sll為故障確認(rèn)及處理，故障確認(rèn)方法為連續(xù)數(shù)次步驟Sll確認(rèn)為負(fù)載過小，并進(jìn)行相應(yīng)的故障處理，軟件控制流程進(jìn)入故障模式后轉(zhuǎn)入結(jié)束流程，本次故障判斷結(jié)束。步驟S3根據(jù)計(jì)算得到的時(shí)間At，判斷At彡At"是否成立，其中At"為預(yù)先通過標(biāo)定確定的比較時(shí)間上限值，若判斷成立，則進(jìn)入步驟S4 ；若判斷不成立，則進(jìn)入步驟 S12，本次驅(qū)動(dòng)診斷為負(fù)載過大；步驟S13為故障確認(rèn)及處理，故障確認(rèn)方法為連續(xù)數(shù)次步驟S13確認(rèn)為負(fù)載過大，并進(jìn)行相應(yīng)故障處理，軟件控制流程進(jìn)入故障模式后轉(zhuǎn)入結(jié)束流程，本次故障判斷結(jié)束。
步驟S4判斷為負(fù)載正常，即在驅(qū)動(dòng)過程中Δ t在預(yù)先通過標(biāo)定確定的系統(tǒng)上、下限值內(nèi)。步驟S5為計(jì)算A至B時(shí)刻的時(shí)間At2，即診斷信號翻轉(zhuǎn)至驅(qū)動(dòng)結(jié)束的時(shí)間。步驟 S6為計(jì)算B至C時(shí)刻的時(shí)間At3，即驅(qū)動(dòng)結(jié)束至診斷信號翻轉(zhuǎn)至初始狀態(tài)的時(shí)間。步驟S7 為計(jì)算T1，即根據(jù)式(1)計(jì)算診斷控制信號脈寬。步驟S8判斷T1是否在規(guī)定的范圍內(nèi)，即根據(jù)圖5所示的驅(qū)動(dòng)及電路故障檢測原理，在某個(gè)確定的驅(qū)動(dòng)信號脈寬T時(shí)，根據(jù)驅(qū)動(dòng)信號脈寬T查表得到對應(yīng)的曲線301、302的上、下限值，若T1不超出對應(yīng)的上、下限值，則表明驅(qū)動(dòng)信號脈寬輸出正常，進(jìn)入步驟S9，表明驅(qū)動(dòng)脈寬輸出正常；否則進(jìn)入步驟S14，判斷為驅(qū)動(dòng)脈寬輸出異常，步驟S15故障處理后流程結(jié)束。從以上的分析可見，本方法僅在負(fù)載執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)電路的基礎(chǔ)上增加診斷電路，附加成本較，能夠判斷負(fù)載是否存在短路、斷路及負(fù)載超限故障，同時(shí)，對于短路故障能夠判斷出是短路到地線還是短路到電源類型，可顯著提高負(fù)載執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)過程中的保護(hù)及控制可靠性，為負(fù)載驅(qū)動(dòng)分析及故障診斷奠定基礎(chǔ)。以上所述的具體實(shí)施方式
，包括所列舉的流程框圖，在本發(fā)明內(nèi)容和權(quán)利要求所覆蓋的范圍內(nèi)可有多種變型和改變，因此，所述的實(shí)施例并不構(gòu)成對本發(fā)明權(quán)利要求保護(hù)范圍的限制。
權(quán)利要求
1.一種負(fù)載故障診斷檢測方法，通過負(fù)載驅(qū)動(dòng)上升階段電流波形采樣，并與預(yù)先設(shè)定的門檻閾值比較，超過門檻閾值診斷信號發(fā)生邏輯翻轉(zhuǎn)，檢測診斷信號邏輯翻轉(zhuǎn)時(shí)刻的時(shí)間，該時(shí)間與預(yù)先設(shè)定的基準(zhǔn)值對照分析，據(jù)此判斷負(fù)載是否存在故障，其特征是(1)通過負(fù)載執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)時(shí)診斷信號及低端放大輸出信號的邏輯真值表判斷負(fù)載是否發(fā)生短路及斷路故障，同時(shí)，對于短路故障能夠判斷出是短路到地還是短路到電源類型；(2)當(dāng)發(fā)生短路到地故障時(shí)，通過預(yù)先設(shè)定的故障處理程序關(guān)閉負(fù)載驅(qū)動(dòng)電源，確保故障不進(jìn)一步擴(kuò)散；(3)檢測負(fù)載驅(qū)動(dòng)上升階段的電流波形，通過測量診斷信號邏輯翻轉(zhuǎn)時(shí)刻的時(shí)間判斷負(fù)載超限故障；(4)通過測量驅(qū)動(dòng)開始及診斷信號結(jié)束翻轉(zhuǎn)時(shí)刻的時(shí)間，并與驅(qū)動(dòng)信號比較，據(jù)此判斷驅(qū)動(dòng)信號脈寬輸出是否存在異常。
2.一種負(fù)載故障診斷檢測裝置，用于診斷由驅(qū)動(dòng)裝置作驅(qū)動(dòng)的負(fù)載是否發(fā)生故障，裝置中包括高端MOSFET預(yù)驅(qū)電路、高端采樣電阻、低端采樣電阻、信號差分放大電路、比較電路及反相電路組成，其特征是這種診斷檢測裝置用于實(shí)施權(quán)利要求1所述的診斷檢測方法，分析判斷負(fù)載是否存在故障。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的負(fù)載故障診斷檢測裝置，其特征在于系統(tǒng)設(shè)置高端M0SFET，高端采樣電阻串聯(lián)在執(zhí)行器和高端MOSFET 輸出信號之間；驅(qū)動(dòng)MOSFET漏極及負(fù)載執(zhí)行器之間連接二極管陽極，二極管陰極連接負(fù)載驅(qū)動(dòng)電源，該二極管用于吸收負(fù)載執(zhí)行器關(guān)閉時(shí)刻的反向電動(dòng)勢。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的負(fù)載故障診斷檢測裝置，其特征在于所述的反相電路通過晶體三極管實(shí)現(xiàn)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種負(fù)載故障診斷檢測方法與裝置，通過負(fù)載驅(qū)動(dòng)上升階段電流波形采樣，并與預(yù)先設(shè)定的門檻閾值比較，超過門檻閾值診斷信號發(fā)生邏輯翻轉(zhuǎn)，檢測診斷信號邏輯翻轉(zhuǎn)時(shí)刻的時(shí)間，該時(shí)間與預(yù)先設(shè)定的基準(zhǔn)值對照分析，據(jù)此判斷負(fù)載是否存在短路、斷路及負(fù)載超限故障，同時(shí)，對于短路故障能夠判斷出是短路到地還是短路到電源類型；通過測量驅(qū)動(dòng)開始及診斷信號結(jié)束翻轉(zhuǎn)時(shí)刻的時(shí)間，并與驅(qū)動(dòng)信號比較，據(jù)此判斷驅(qū)動(dòng)信號脈寬輸出是否存在異常。本方法僅在負(fù)載執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)電路的基礎(chǔ)上增加診斷電路，附加成本較少，可顯著提高負(fù)載執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)過程中的保護(hù)及控制可靠性，從而為負(fù)載驅(qū)動(dòng)分析及故障診斷奠定基礎(chǔ)。
文檔編號H02H3/08GK102570377SQ201010584860
公開日2012年7月11日 申請日期2010年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月7日
發(fā)明者宋國民, 朱曉明 申請人:中國第一汽車集團(tuán)公司無錫油泵油嘴研究所