CN101539436B

CN101539436B - 提高传感器信号的准确度的系统和方法

Info

Publication number: CN101539436B
Application number: CN2008101497603A
Authority: CN
Inventors: P·A·鲍尔勒
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2008-03-21
Filing date: 2008-09-25
Publication date: 2013-01-23
Anticipated expiration: 2028-09-25
Also published as: US7761251B2; CN101539436A; DE102008039587B4; US20080312860A1; DE102008039587A1

Abstract

本发明涉及提高传感器信号的准确度的系统和方法。一种感测系统包括传感器，该传感器生成校准脉冲和第一传感器数据，并使用可变脉冲宽度传输第一传感器数据。控制模块基于校准脉冲和传感器数据被接收和被使用的至少其中之一的时间之间的时间差确定第一传感器数据的存在时间，基于N个先前的传感器数据样本和第一传感器数据样本确定传感器数据的变化速率，并基于该时间差和变化速率调节第一传感器数据。

Description

提高传感器信号的准确度的系统和方法

对相关申请的交叉引用

本申请要求于2007年6月15日申请的美国临时申请号60/934,984的优先权。上述申请的公开内容在此全部引入以供参考。

技术领域

本公开涉及用于提高传感器信号的准确度的系统和方法。

背景技术

本部分的陈述只提供与本公开有关的背景信息，并不构成现有技术。

模拟传感器通常用在控制系统中以感测系统的各个参数。例如，车辆系统监控诸如但不局限于排气温度、节气门(throttle)位置、流体压力或空气压力等的参数。由这些模拟传感器生成的信号通常被输出到模数(A/D)转换器，A/D转换器将模拟信号转换成数字值。A/D转换器在传感器输出和相应的数字表示之间通常具有预定的延迟。

已经有人建议将新近开发的协议，如单边半字节传输(Single EdgeNibble Transmission(SENT))协议(例如S.A.E.J2716中描述的，其全部内容在此引入以供参考)用在车辆中。在这些系统中，数字传感器输出校准脉冲和传感器信号。传感器信号是可变脉冲宽度数字信号，其包括在下降沿到下降沿的倍数测量数据的(with data measured asfalling edge to falling edge times)一列脉冲。结果，传输传感器信号所需的时间量取决于被测量的实际传感器值。除了这个可变延迟外，由于处理延时还会产生附加的可变延迟。

例如，一些车辆每T毫秒对节气门位置进行采样以用于电子节气门控制(ETC)目的。从读取传感器的时间到T毫秒循环在中央处理单元(CPU)或发动机控制模块(ECM)中开始存在可变的时延。最后一个完整的样本是在CPU或ECM发出请求时从接口获得的。结果，在向CPU或ECM中的应用软件报告节气门位置时可能存在与实际读取传感器时间的可变延时。通过SENT协议在从传感器到CPU或ECM的完整传输之间可能需要第一延时周期。当应用程序正在读取硬件接口时，另一个采样可能正在进行，这可能加入了第二延时周期。延时是可变的，因为数据是与任何基于时间或基于事件的软件循环异步地传输到CPU或ECM的。

发明内容

一种感测系统包括传感器，该传感器生成校准脉冲和第一传感器数据，并使用可变脉冲宽度传输第一传感器数据。控制模块基于校准脉冲和请求传感器数据的时间之间的时间差确定第一传感器数据的存在时间(age)，基于N个先前的传感器数据样本和第一传感器数据样本确定传感器数据的变化速率，并基于该时间差和变化速率调节第一传感器数据。

根据本文提供的描述，本发明的其它适用性领域将变得显而易见。应该理解本描述和具体例子只打算用作说明的目的，并不打算限制本公开的范围。

附图说明

本文描述的附图只用于说明目的，并不打算以任何方式限制本公开的范围。

图1A是根据本公开的感测系统的功能框图；

图1B是包括根据本公开的感测系统的车辆的功能框图；

图2A是到图1的接口的输入的信号图；

图2B是与图1的CPU相关联的外推(extrapolating)模块的信号图；

图3图解说明在具有可变延迟的系统中外推传感器数据的方法的各步骤；和

图4是另一个示例性控制模块的功能框图。

具体实施方式

以下描述本质上只是示例性的，并不旨在限制本公开、应用或用途。应该理解在所有附图中，相应的参考数字表示相同或相应的部件和零件。如本文使用的，术语模块指的是专用集成电路(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、专用或成组的)及存储器、组合逻辑电路和/或提供期望功能性的其它适用部件。

本公开描述了可以在硬件接口、CPU和/或ECM中实现以补偿可变延迟的系统和方法。例如仅在车辆应用中，数据可以由车辆传感器产生，所述车辆传感器诸如但不限于节气门位置传感器(TPS)、空气质量流量(MAF)传感器或其它传感器。尽管本文描述的是车辆中的节气门位置，但本领域技术人员会认识到可以使用其它任何传感器，并且/或者可以使用不同于车辆的环境。

传感器生成校准脉冲和传感器数据。所述系统和方法生成校准脉冲开始时的时间戳和CPU或ECM请求传感器数据的当前时间的时间戳。时间差用来外推传感器数据，使得当CPU或ECM实际使用传感器数据时，这些数据能更加准确地表示实际传感器值(诸如节气门位置)。

例如，N个先前的传感器数据值可以用来建立变化速率，其中N是大于零的整数。时间差和变化速率可以用来建立新的值。例如，可以使用诸如线性插值之类的插值(interpolation)。

结果，传感器被近似“实时”地读取，以便现有控制系统可以用这些数据作为反馈，而通过诸如SENT数字通信链路的通信链路接收的数据中的可变延迟不会引起稳定性问题。

现在参考图1A，它显示了根据本公开的感测系统8。传感器10生成输出到总线14的传感器数据信号和校准脉冲。传感器10可以包括生成脉冲宽度调制信号的数字传感器。接口16与总线14通信。中央处理单元24包括外推模块26。可以认识到，如果需要接口16可以与CPU24集成到一起。只作为例子，CPU可以是ECM。

使用中，传感器10生成输出到总线14的数字传感器数据和校准脉冲。传感器10一开始可以将校准脉冲传输到接口16或CPU24。传感器10通过使用可变脉冲宽度经由总线14发送数字传感器数据。例如，传感器10可以遵从SENT协议。可变延迟可能由数据值的变化和CPU需要数据的时间差引起。

CPU24、外推模块26和/或接口16接收传感器数据，并基于校准脉冲被接收的时间和传感器数据被CPU24请求或使用的时间之间的差值生成数据的存在时间。CPU24或外推模块26基于传感器数据的N个先前值和当前的传感器数据生成变化速率，其中N是大于零的整数。该变化速率被应用到该差值以生成时间上更为准确的传感器数据。

现在参考图1B，车辆50包括具有节气门位置单元(TPU)54的发动机控制模块(ECM)52。ECM52和TPU54执行如本文描述的补偿。

现在参考图2A和2B，它们分别显示了到与图1的CPU24相关联的接口16和外推模块26的示例性输入。在这个示例性实施方式中，接口16计算传感器数据的存在时间，并报告从消息被接收(依照校准脉冲时间戳的开始)直到将其报告给CPU24已逝去的时间。

CPU24可以在新的样本被接收之前再次请求传感器样本。如果还没有接收到新的有效样本，则相同的传感器数据可以被再次报告。然而，传感器数据的存在时间可以被更新以显示该传感器数据目前更“旧(older)”。

接口16、CPU24和/或外推模块26可以计算经外推或经补偿的传感器数据。CPU24和/或外推模块26可以使用存在时间值，并根据外推因子(诸如0和1之间的值)应用基于时间的补偿。只作为例子，适当的方程为(不包括初始化，误差和故障/使能条件)：

IF(循环速率+最后存在时间-当前存在时间)>＝校准#如果从最后一次循环以来没有新的传感器数据，确保不被0除

THEN

传感器速率＝(传感器数据-旧的传感器数据)/(循环速率+最后存在时间-当前存在时间)

旧的传感器数据＝传感器数据

ENDIF

最后存在时间＝当前存在时间

经外推的传感器数据＝传感器速率*外推因子*当前存在时间+传感器数据

现在参考图3，它显示了用来在具有可变延迟的系统中外推传感器数据的方法。控制从步骤100开始。在步骤108中，传感器生成校准脉冲。同样在步骤108中，传感器生成传感器数据，并经由总线传输该数据。在步骤112中，接口读取传感器数据并生成接收时的时间戳。可替代地，接口生成传感器数据的存在时间，并将该数据转发到CPU。在步骤116中，CPU和/或外推模块还确定当前传感器读数和一个或多个先前传感器读数之间的变化速率。在步骤120中，CPU和/或外推模块确定校准脉冲和时间戳之间的时间差。在步骤124中，CPU和/或外推模块基于该变化速率和时间差调节当前读数。如果需要，如上文所述，外推因子可以用来提供可变调节。控制在步骤128结束或返回。

可以认识到的是，该系统和方法可以用在具有SENT协议的车辆系统中。与ECM相关联的TPU可以预处理接收的SENT数据，并使得表示最新完成的SENT和之前完成的SENT消息的传感器读数值的数据对CPU可用。同样，TPU可以给来自两个最新接收的SENT消息的两组传感器数据加时间戳。

在另一种实施方式中，使用的是之前描述的方法。然而，当从TPU读取传感器数据时，TPU可以将从请求时间到对于一个时间戳的消息接收时间之间的Δ时间，以及接收最后两个SENT消息之间的Δ时间返回。

在任何一种方法中，ECM和/或TPU可以使用该数据来外推在向TPU请求时传感器的当前值或位置。该方法估计被两个时间之间的Δ时间除的传感器值的Δ变化。读取TPU以及读取最新的消息之间的Δ时间与斜率的乘积可以加到最新的传感器读数上以提供经补偿的传感器读数，该经补偿的传感器读数倾向于更不易受TPU数据的可变延迟的影响。

0到1间的校准因子可以被输入到TPU或用在ECM中以定义希望多少外推。0可以对应于无外推，1可以对应于全线性外推。

现在参考图4，它显示了可替代的示例性控制模块200。控制模块200包括探测由以上描述的传感器传输的校准脉冲的校准脉冲探测器204。控制模块200包括存在时间确定模块208，其基于校准脉冲与传感器数据被接收和使用的至少其中之一的时间之间的时间差确定第一传感器数据的存在时间。速率确定模块212基于N个先前的传感器数据样本和第一传感器数据样本确定传感器数据的变化速率。延迟补偿模块216基于该时间差和变化速率对第一传感器数据进行补偿。延迟补偿模块216可以从外推模块220接收外推因子，并可以基于该时间差，变化速率和外推因子对第一传感器数据进行补偿。

现在本领域技术人员从前述描述可以认识到本公开的宽泛教导可以以各种形式实现。因此，尽管本公开包括具体的例子，但本公开的真实范围不应该受此限制，因为在研究附图，说明书和所附权利要求书之后其它变形对于本领域技术人员将是显而易见的。

Claims

1.一种感测系统，包括：

传感器，其生成校准脉冲和第一传感器数据，并使用可变脉冲宽度传输所述第一传感器数据；和

控制模块，其基于所述校准脉冲和所述传感器数据被请求的时间之间的时间差确定所述第一传感器数据的存在时间，基于N个先前的传感器数据样本和所述第一传感器数据样本确定所述传感器数据的变化速率，其中N是大于零的整数，并基于所述时间差和所述变化速率调节所述第一传感器数据。

2.根据权利要求1所述的感测系统，其中所述控制模块包括接口和中央处理单元(CPU)。

3.根据权利要求2所述的感测系统，其中所述接口生成所述第一传感器数据和所述时间差。

4.根据权利要求1所述的感测系统，其中所述控制模块接收外推因子，并且其中所述控制模块基于所述时间差，所述变化速率和所述外推因子对所述第一传感器数据进行补偿。

5.一种包括权利要求1所述的感测系统的车辆。

6.一种感测方法，包括：

生成校准脉冲和第一传感器数据；

使用可变脉冲宽度传输所述第一传感器数据；

基于所述校准脉冲和所述传感器数据被请求的时间之间的时间差确定所述第一传感器数据的存在时间；

基于N个先前的传感器数据样本和所述第一传感器数据样本确定所述传感器数据的变化速率，其中N是大于零的整数；

基于所述时间差和所述变化速率调节所述第一传感器数据。

7.根据权利要求6所述的方法，进一步包括：

接收外推因子；和

基于所述时间差，所述变化速率和所述外推因子对所述第一传感器数据进行补偿。

8.一种控制系统，包括：

存在时间确定模块，其基于校准脉冲和所述传感器数据被请求的时间之间的时间差确定第一传感器数据的存在时间；

速率确定模块，其基于N个先前的传感器数据样本和所述第一传感器数据样本确定所述传感器数据的变化速率，其中N是大于零的整数；和

延迟补偿模块，其基于所述时间差和所述变化速率对所述第一传感器数据进行补偿。

9.根据权利要求8所述的控制系统，其中所述延迟补偿模块接收外推因子并基于所述时间差，所述变化速率和所述外推因子对所述第一传感器数据进行补偿。

10.一种包括权利要求8所述的控制系统的车辆。

11.根据权利要求8所述的控制系统，进一步包括探测所述校准脉冲的校准脉冲探测器模块。

12.一种包括权利要求11所述的控制系统的感测系统，进一步包括：

传感器，其生成所述校准脉冲和所述第一传感器数据，并使用可变脉冲宽度传输所述第一传感器数据。