用于修正循環(huán)信號(hào)中的偏置漂移的算法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種循環(huán)輸入信號(hào)的補(bǔ)償算法。在進(jìn)一步的方面中，本發(fā)明涉及一種 用于補(bǔ)償循環(huán)輸入信號(hào)的裝置。本發(fā)明具有發(fā)動(dòng)機(jī)控制方面的特別應(yīng)用，以補(bǔ)償傳感器的 行為變化，諸如由于例如環(huán)境溫度變化，所述傳感器的操作期間的偏置和敏感性。
【背景技術(shù)】
[0002] 壓力傳感器被廣泛用在燃燒系統(tǒng)中?？紤]到壓力傳感器常常用于惡劣環(huán)境中，因 此常常需要將操作條件考慮在內(nèi)的數(shù)據(jù)修正技術(shù)。
[0003] 壓力傳感器表現(xiàn)出偏置電壓，其是當(dāng)沒有施加壓力時(shí)傳感器的輸出電壓。輸出電 壓將隨溫度而變化(也就是說(shuō)，具有一定"偏置電壓-溫度特性"）。偏置電壓-溫度特性定義 了隨著傳感器的環(huán)境溫度改變，偏置電壓的變化。
[0004] 出于若干原因，像C02或者減排，現(xiàn)代發(fā)動(dòng)機(jī)可以使用閉環(huán)燃燒。氣缸內(nèi)的壓力給 出了關(guān)于燃燒的定時(shí)、清潔度以及效率的信息。通過(guò)了解氣缸壓力，可以測(cè)量和控制NOx和 顆粒排放、放熱和轉(zhuǎn)矩。很容易確定燃燒開始和其它這樣的參數(shù)。眾所周知的燃燒參數(shù)示例 為放熱點(diǎn)以及平均指示有效壓力（MEP)值。
[0005] 題為 "Compensation Arrangement and Method for Operation thereof" 的美國(guó) 專利No.7,913,536中提供了一種用于為操作期間出現(xiàn)的變化補(bǔ)償壓力傳感器的輸出的方 法，將其全部?jī)?nèi)容并入本文。盡管所提供的技術(shù)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)提供了改進(jìn)，有利的是考慮來(lái)自 壓力傳感器的信號(hào)中的漂移，其中循環(huán)以更快的方式發(fā)生。
[0006] 所需要的是改進(jìn)壓力傳感器偏置漂移的修正的方法和裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 在一個(gè)實(shí)施例中，提供了一種用于修正在循環(huán)傳感中所使用的傳感器的偏置漂移 的方法。該方法包括:識(shí)別傳感器的傳感循環(huán)之間的信號(hào)的參數(shù)的目標(biāo)值;確認(rèn)信號(hào)的測(cè)量 值和目標(biāo)值之間的差值;確認(rèn)傳感循環(huán)之間的持續(xù)時(shí)間；使用差值和持續(xù)時(shí)間，計(jì)算從測(cè)量 值得到目標(biāo)值的步長(zhǎng)數(shù);以及通過(guò)所述步長(zhǎng)數(shù)調(diào)整測(cè)量值，從而基本上與目標(biāo)值一致。
[0008] 在另一實(shí)施例中，提供了被配置為在循環(huán)傳感中使用的壓力傳感器。該傳感器包 括:至少一個(gè)壓阻元件，其被配置為傳感壓力和輸出電壓；電路，其被配置為接收元件的輸 出電壓和識(shí)別用于傳感器的傳感循環(huán)之間的電壓的目標(biāo)值;確認(rèn)元件的輸出值和目標(biāo)值之 間的差值;確認(rèn)傳感循環(huán)之間的持續(xù)時(shí)間；使用差值和持續(xù)時(shí)間，計(jì)算從輸出值得到目標(biāo)值 的步長(zhǎng)數(shù)；以及通過(guò)所述步長(zhǎng)數(shù)調(diào)整輸出，從而基本上與目標(biāo)值一致；以及提供調(diào)整后的輸 出作為傳感器的修正輸出。
【附圖說(shuō)明】
[0009] 從如下結(jié)合附圖考慮的說(shuō)明中，本發(fā)明的特征和優(yōu)勢(shì)將變得明顯，其中：
[0010] 圖1是描繪可用于在循環(huán)環(huán)境中測(cè)量壓力的示例性壓力傳感器的各個(gè)方面的軸測(cè) 圖；
[0011] 圖2是描繪圖1中的壓力傳感器的未修正輸出的曲線圖，其中輸出電壓被作為時(shí)間 (任意單位)的函數(shù)示出；
[0012] 圖3是圖2的曲線圖的分解圖，其中輸出被作為時(shí)間(單位為秒)的函數(shù)示出；
[0013] 圖4是描繪壓力傳感器的示例性輸出的另一個(gè)曲線圖；
[0014] 圖5是描繪用于圖4中所描繪的輸出的示例性修正輸出的曲線圖；
[0015] 圖6是描繪壓力傳感器的輸出電壓作為外部觸發(fā)事件的函數(shù)的曲線圖；以及 [0016]圖7是描繪用于修正壓力傳感器的輸出的示例性電路的原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017] 本文所公開的技術(shù)用于修正在循環(huán)環(huán)境中部署的壓力傳感器的輸出。有利地，該 技術(shù)提供了在環(huán)境溫度的可變性影響數(shù)據(jù)可靠性的環(huán)境中準(zhǔn)確的壓力測(cè)量數(shù)據(jù)。特別地， 這些技術(shù)提供了高頻下采集的數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)修正。
[0018] 在某些應(yīng)用中，壓力傳感器的輸出（即給ASIC的輸入信號(hào)）發(fā)生偏置漂移，這是由 于熱應(yīng)力和/或機(jī)械應(yīng)力引起的。盡管發(fā)生偏置，輸出的基線值應(yīng)當(dāng)保持在特定水平(也就 是，如果可能的話應(yīng)當(dāng)不考慮由于外部應(yīng)力導(dǎo)致的漂移）。考慮到許多實(shí)現(xiàn)的動(dòng)態(tài)性，對(duì)偏 置漂移的調(diào)整需要信號(hào)的主動(dòng)補(bǔ)償。該熱應(yīng)力和/或機(jī)械應(yīng)力的補(bǔ)償被稱為動(dòng)態(tài)偏置補(bǔ)償， 或者"D0C"。
[0019]通常，本文所公開的技術(shù)包括以下技術(shù):用于表征壓力傳感器的輸出，計(jì)算用于輸 出的動(dòng)態(tài)偏置補(bǔ)償(D0C)，以及實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)偏置補(bǔ)償(D0C)從而修正壓力傳感器的輸出。
[0020]正如本文所討論的，術(shù)語(yǔ)"循環(huán)的"通常指的是其中條件在重復(fù)基礎(chǔ)上改變的環(huán) 境。在示例性實(shí)施例中，采樣環(huán)境為內(nèi)燃機(jī)的燃燒室。在該實(shí)施例中，增加內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)/分 鐘(RPM)導(dǎo)致循環(huán)時(shí)間下降。另外，高速或者低速的持續(xù)操作會(huì)引起顯著不同的操作溫度。 相應(yīng)地，在任意給定的循環(huán)，或者一系列循環(huán)中，環(huán)境溫度會(huì)增加，降低，或者保持相對(duì)穩(wěn) 定，只有較小的波動(dòng)。
[0021 ]正如本文所討論的，術(shù)語(yǔ)"偏置漂移"、"偏置"、"漂移"以及其它相關(guān)術(shù)語(yǔ)通常指的 是輸出相對(duì)任意給定參數(shù)的校準(zhǔn)條件或期望輸出的偏差?？梢灶A(yù)期漂移是可預(yù)測(cè)的。偏置 漂移是可預(yù)測(cè)的（例如，作為溫度的函數(shù)的偏差）。無(wú)論是否可預(yù)測(cè)，通常期望的是基本上消 除偏差從而標(biāo)準(zhǔn)化給定參數(shù)的輸出數(shù)據(jù)。
[0022] 通常，如本文所討論的并且在循環(huán)信號(hào)的語(yǔ)境下，術(shù)語(yǔ)"信號(hào)"指的是輸入信號(hào)、輸 出信號(hào)、以及其中所提供的技術(shù)的應(yīng)用將導(dǎo)致期望的結(jié)果的信號(hào)鏈的任意部分。
[0023] 現(xiàn)在參考圖1，其中示出了示例性壓力傳感器10。本文為了討論的目的，示例性壓 力傳感器被分成四個(gè)區(qū)域。每個(gè)區(qū)域通常會(huì)經(jīng)歷與鄰近區(qū)域不同的溫度。例如，其中壓力傳 感器10被用于內(nèi)燃機(jī)中，區(qū)域A通常提供外部連接，并且通常經(jīng)歷比壓力傳感器10的其它部 分更低的溫度。區(qū)域A可以暴露于例如發(fā)動(dòng)機(jī)艙。區(qū)域B通常提供壓力傳感器10的安裝。區(qū)域 B可以暴露于例如氣缸蓋或者發(fā)動(dòng)機(jī)體。區(qū)域C通常表示區(qū)域B(其中壓力傳感器被安裝）以 及感測(cè)環(huán)境(區(qū)域D)之間的過(guò)渡區(qū)域。區(qū)域D可以停留在其中需要感測(cè)的環(huán)境中。區(qū)域D可以 暴露于例如內(nèi)燃機(jī)的燃燒室。
[0024] 在示例性壓力傳感器中，單晶硅應(yīng)變儀(MSG)作為傳感元件被使用。這些元件的溫 度依賴性可以很大，并且在MSG傳感元件中存在制造偏差。相應(yīng)地，校準(zhǔn)程序可以在制造過(guò) 程中采用，其中大量的參數(shù)將會(huì)被寫入與壓力傳感器10相關(guān)聯(lián)的非易失性存儲(chǔ)器中。
[0025]正如可以推測(cè)的，當(dāng)壓力傳感器10被用于內(nèi)燃機(jī)中時(shí)，其承受巨大的應(yīng)力。這種應(yīng) 力可以實(shí)現(xiàn)為前述溫度和溫度梯度的結(jié)果。應(yīng)力同樣可以實(shí)現(xiàn)為機(jī)械應(yīng)力(諸如來(lái)自振動(dòng) 和燃燒爆震的機(jī)械應(yīng)力）的結(jié)果。
[0026] 通常，多個(gè)應(yīng)變儀相連形成惠斯通電橋電路以增加壓力傳感器10的輸出并且降低 對(duì)誤差的敏感度。示例性電氣原理圖在圖7中提供，并在本文進(jìn)一步討論。
[0027] 現(xiàn)在參考圖2,其中示出了來(lái)自壓力傳感器10的示例性未修正(原始)數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù) 反應(yīng)了燃燒循環(huán)的重復(fù)性特性。也就是說(shuō)，在壓縮期間，壓力傳感器10的輸出電壓迅速增 加。在燃燒之后，壓力傳感器1 〇的輸出電壓快速下降。在僅有標(biāo)稱壓力的環(huán)境(即，在燃燒循 環(huán)的底部）中，壓力傳感器10應(yīng)該產(chǎn)生被示為"目標(biāo)"電壓（即，通常與無(wú)問(wèn)題操作相關(guān)的理 想電壓）的輸出電壓。廣義上，"基線"值是在每個(gè)燃燒壓力循環(huán)之后的輸出電壓值。正如所 見到的，"基線"電壓，或者壓力傳感器10的真實(shí)輸出電壓某種程度上可以高于或低于目標(biāo) 電壓。這種不一致是各種因素(主要是影響傳感元件的溫度和機(jī)械應(yīng)力）的結(jié)果。
[0028] 現(xiàn)在參考圖3,其提供了圖2中所示曲線部分的分解圖。用于與本文教導(dǎo)一致的基 線電壓的動(dòng)態(tài)偏置修正(D0C)的算法，從假設(shè)兩個(gè)連續(xù)循環(huán)的持續(xù)時(shí)間變化不大開始。也就 是說(shuō)，一個(gè)循環(huán)的循環(huán)時(shí)間很好的近似下一個(gè)循環(huán)的循環(huán)時(shí)間（即，通過(guò)參考先前循環(huán)的持 續(xù)時(shí)間可以估計(jì)給定循環(huán)的持續(xù)時(shí)間）。作為慣例，兩個(gè)連續(xù)峰值檢測(cè)交叉點(diǎn)之間的時(shí)間 (U-tH)被用于估計(jì)循環(huán)時(shí)間（在這種情況下，為轉(zhuǎn)數(shù)/分鐘，RPM)。用于修正的采樣時(shí)刻 (U,i)可以選為最新交叉點(diǎn)ti之后的時(shí)間（ti-tH)的百分比，或者ti之后的固定時(shí)亥I」。這可 以用于確保輸出值V(t m>1)總是在低壓區(qū)域，或者處于最小壓力（通常用"m"表示）。圖3示出 用于燃燒壓力信號(hào)的觸發(fā)時(shí)刻。在本文的實(shí)施例中，D0C的采樣時(shí)刻被給定為最新峰值交叉 點(diǎn)之后的時(shí)間的百分比。
[0029]對(duì)于燃燒壓力信號(hào)，在一些實(shí)施例中，基于循環(huán)時(shí)間的定時(shí)可以基于由ECU觸發(fā)， 并且由壓力傳感器10拾取的事件。這一事件可以發(fā)生在對(duì)應(yīng)于固定曲柄角位置的時(shí)刻。有 利地，固定的曲柄角位置是客觀參數(shù)，其不受諸如溫度、漂移、變化轉(zhuǎn)數(shù)/分鐘的方面的影 響，并且容易獲得。
[0030]在本文提供的實(shí)施例中，動(dòng)態(tài)偏置修正(D0C)基于線性調(diào)整。在數(shù)字化實(shí)現(xiàn)中，在 輸出電壓中，動(dòng)態(tài)偏置修正(D0C)可以通過(guò)連續(xù)以小步長(zhǎng)VDQCstep調(diào)整輸出電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)。通 常，步長(zhǎng)V DQest(3P的大小被選為足夠小，從而確?；揪€性行為。換句話說(shuō)，步長(zhǎng)大小應(yīng)足夠 小，使得每一步長(zhǎng)都不會(huì)與輸出電壓信號(hào)的典型噪聲水平區(qū)分?？梢杂米赃m應(yīng)性方式確定 斜率，使得修正的輸出積極向預(yù)定參考水平(V target)或理想電壓移動(dòng)。修正的斜率通過(guò)改變 兩個(gè)小步長(zhǎng)之間的時(shí)間以及小步長(zhǎng)的方向（上升+ A V或下降_△ V)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0031 ]步長(zhǎng)VDQCstep的大小可以是預(yù)定的，并且根據(jù)條件可以變化。例如，步長(zhǎng)VDQCstep的大 小可以提供在將步長(zhǎng)VDQCstep大小與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速/分鐘(RPM)相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)表中。選擇性地， 步長(zhǎng)VDQCstep的大小可以作為將步長(zhǎng)VDQCstep大小與發(fā)動(dòng)機(jī)RPM相關(guān)聯(lián)的函數(shù)提供。簡(jiǎn)言之，用 于確定和提供步長(zhǎng)VDQCstep大小的多種技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)。通常，步長(zhǎng)VDQCstep大小被提供為參數(shù)， 其被存儲(chǔ)在(諸如裝在用于實(shí)施動(dòng)態(tài)偏置修正(D0C)的專用集成電路(ASIC)上的）存儲(chǔ)器 中。
[0032] 在該實(shí)施例中，偏置漂移是目標(biāo)電壓VDQCtarget和在時(shí)刻tm, i測(cè)量的輸出電壓Vtm, i之 間的差值A(chǔ) V，其可以根據(jù)等式(1)進(jìn)行計(jì)算：
[0033] Δ V = VDOCtarget-Vtm, i 等式（1)
[0034] 為了得到目標(biāo)電壓VDQCtarget所需的步長(zhǎng)數(shù)nr · Steps，可以采用參數(shù)VDQCstep進(jìn)行計(jì) 算，如等式(2)中提供的：
[0035] nr. steps = | Δ V/VD〇Cstep 等式（2)
[0036]單步長(zhǎng)的持續(xù)時(shí)間dtfinai可以根據(jù)等式(3)來(lái)確定：
[0037] dtfina