CN102384762A - 用于校正传感器的实际限值的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于校正传感器的实际限值的方法和设备。公开了校正传感器信号的实际限值70、92的控制单元124和方法，其中在极限值以上或以下识别出传感器的特定状态，该方法包括如下步骤：确定传感器的新限值66、87；确定稳定性标准50，以判定是否利用所述新限值66、87来校正实际限值70、92；以及当满足条件时使实际限值70、92接近新限值66、87，以针对所述传感器校正实际限值70、92。

Description

用于校正传感器的实际限值的方法和设备

技术领域

本发明涉及一种校正传感器信号的实际限值的技术，并且通常适用于所有种类的传感器。

背景技术

传感器具有在最低信号值（例如0V）和最高信号值（例如5V）之间上升的输出信号。典型地，最低和最高传感器信号值之间的子集范围用于测量传感器位置。子范围在大于或等于最低信号值的下限值与小于或等于最高信号值的上限值之间。对于大于上限值的传感器信号，识别出特定的状态，例如油门踏板位置的满负荷。对于下限值以下的传感器信号，识别出特定的状态，例如油门踏板位置的低怠速位置。油门踏板位置传感器将位置转化为可由发动机控制单元使用的电压信号。传感器具有因制造工艺引起的公差。这里有针对2个传感器的实例：公差表示传感器输出信号在所测量的属性的上限值和下限值处的特定变化。在传感器的极限值处，识别出传感器的在传感器信号的极限值以上或以下的特定状态。极限值对于不同的传感器是不同的。例如，由制造商针对油门踏板位置传感器指定的上限公差是5V 情况下的89%+/-3.9%（4.255V至4.645V）。传感器1的限值可能在该公差中的任何位置（5V情况下的 85.1%至92.9%）（从4.255V至4.645V）。假设传感器1的实际限值在85.1%处（Uppl1 4.255V）。类似地，具有相同公差的另一传感器2的实际限值可以在89%处（Uppl2 4.45V）。尽管这两个传感器都来自同一制造商，但是由于制造工艺，每个传感器均具有不同的上限值和下限值。在图1中针对传感器1和传感器2示出了特性曲线和实际极限。101表示针对传感器1的特性曲线，而102表示特性曲线2。在应用中，每个传感器都可以被校准到上限值或下限值的实际限值，以取得好的精度。但是必须针对上限和下限单独测量该实际限值，并且对该实际限值进行校准。这种单独地测量实际限值的过程是高成本的并且在汽车应用中是不利的。该问题的另一解决方案是比较两个传感器并且根据公差范围的上限设定极限值的最差情况，使得两个传感器都可以到达油门踏板的满负荷。在该实例中，4.255V（5V情况下的85.1%）可以是极限值。该值随后可以被设定为所有油门踏板位置传感器的实际限值。潜在的问题在于，传感器使从下限值到上限值的输出范围（Δ）变得松散（loose）。在该实例中，第二传感器输出信号在4.255V处而不是在4.45V处达到上限值。下面的发明解决了该特定问题并且不考虑制造工艺而自动地扩展传感器的可用输出范围。

发明内容

本发明的目的在于校正实际限值并且扩展可用的传感器范围。该方法针对每个传感器检测新限值而且自已学习该新限值，并且因此校正了传感器的实际限值。

公开了校正传感器信号的实际限值70、92的控制单元124和方法，其中在极限值以上或以下识别出传感器的特定状态，该方法包括如下步骤：确定传感器的新限值66、87；确定稳定性标准50，以判定是否利用所述新限值66、87来校正实际限值70、92；并且当满足条件时使实际限值70、92接近新限值66、87，以针对所述传感器校正实际限值70、92。

本发明提供了一种校正传感器的实际限值的技术。该技术自动地检测每个传感器的新限值而且自己学习该新限值，并且因此不考虑制造工艺来校正传感器的实际限值，并且该技术有利地补偿了传感器的老化。

本发明的其他优点在于，单独地处理每个传感器，并且针对极限值确定适当的值。传感器的极限值被校正，由此传感器的工作范围增加。

附图说明

图1是油门踏板的位置与油门踏板信号输出电压的关系曲线的图形表示。

图2是用于校正新限值的带有传感器的ECU的框图。

图3是用于确定传感器的平均限值的框图。

图4是用于确定稳定性标准的框图。

图5是用于确定传感器的新限值并且利用预定的阈值限值使实际限值接近新限值的框图。

图6是将实际限值校正到新限值的图形表示。

图7是用于因传感器老化而校正实际限值的框图。

图8是用于确定传感器的针对下限值的新限值并且利用针对传感器的下限值的预定阈值限值使实际限值接近新限值的框图。

图9是将实际限值校正到针对传感器的下限值的新限值的图形表示。

图10是用于确定平均限值和稳定性标准的流程图。

图11是用于使实际限值接近新限值的流程图。

图12是用于因漂移而校正传感器的实际限值的流程图。

图13是用于检查传感器的极限值的流程图。

具体实施方式

针对油门踏板位置传感器讨论了本发明。然而本发明也可以应用于其他类型的传感器。

图2示出了ECU 126与传感器122的连接。油门踏板位置传感器122被连接到油门踏板121。油门踏板121具有机械移动部分127。油门踏板位置传感器122将油门踏板移动和位置转换为实际传感器值123。油门踏板位置传感器122的实际传感器值123由控制单元124测量。根据这些实际传感器值123，控制单元124能够确定油门踏板121的位置。

控制单元124包括用于确定传感器的新限值的装置、用于确定稳定性标准50以判定是否利用新限值校正实际限值的装置以及用于当满足条件时使实际限值接近新限值以针对传感器校正实际限值的装置。

该控制单元124可以是ECU 126的部分或者在ECU 126外部。控制单元124的输出125被连接到ECU 126。控制单元124与ECU 126交互，以进行如同发动机扭矩增加等的适当判定。

图3图示了控制单元124的部分。如图3中所示，控制单元124进一步包括环形缓冲区32和用于确定平均值以计算平均限值35的装置34。控制单元124时间合理地（timewisely）测量油门踏板位置传感器122的实际传感器值123并且将这些实际传感器值123存储到环形缓冲区32中。典型地，控制单元124以10至20ms的时间周期测量传感器值。为了提高平均值的精度，环形缓冲区32被设定为不均匀的尺寸。典型地，环形缓冲区32的尺寸被设定为5或7。所存储的传感器值33随后在取平均装置34中被取平均，以取得传感器的平均限值35。

控制单元124包括另外的用于确定稳定性标准50的装置。

图4图示了用于确定稳定性标准50的装置。控制单元124时间合理地测量油门踏板位置传感器122的实际传感器值123。实际传感器值123和在前传感器值41的差42被存储在环形缓冲区43中。典型地，控制单元124以10至20ms的时间周期测量传感器值。为了提高平均值的精度，环形缓冲区43被设定为不均匀的尺寸。典型地，环形缓冲区43的尺寸被设定为5或7。所存储的差值43随后在取平均装置44中被取平均，以取得平均差值45。由绝对值计算装置46在该平均差值45上确定传感器值的绝对差47。比较装置49将传感器值的绝对差47与预定的稳定性阈值48进行比较，以设定或清除（unset）稳定性标准50。

当传感器值的绝对差47小于预定的稳定性阈值48时，稳定性标准50被设定（真），否则被清除（假）。典型地，预定阈值的值在100mV以下。

图5图示了控制单元124的部分。如图5中所示，控制单元进一步包括用于确定传感器的新限值66的装置200和用于使实际限值70接近新限值66的装置201。如图5中所示，由比较装置61比较平均限值35和实际限值70。比较装置61的输出62、稳定性标准50和其他条件64由逻辑“与”运算装置63进行逻辑“与”连接，以生成用于进行是否将新限值66设定到平均限值35的适当判定的有效条件72。只有当稳定性标准50、输出62和其他条件64均为真时，逻辑“与”运算装置63才生成有效条件72。当平均限值35大于实际限值70时，比较装置61的输出62为真。

其他条件64可以是传感器的工作条件、故障条件等。只有当有效条件72被满足时，新限值66才由验证装置65设定为平均限值35。

如图5中所示，控制单元包括用于使实际限值70接近新限值66的装置201。由加法装置73将预定的阈值限值67加到实际限值70。预定的阈值限值的典型值是50mV。由取小运算装置（minimum operation means）69将实际限值70和预定阈值的和68与新限值66进行比较。如果实际限值70和预定的阈值限值67的和小于新限值66，则实际限值70将被校正到新限值66。因此，实际限值70按预定的阈值限值67的步长接近新限值66。

图6图示了针对传感器的上限值的使实际限值70接近新限值66的图形表示。如图5中所解释的那样，新限值66由装置200确定。如果实际限值70和预定的阈值限值67的和小于新限值66，则实际限值70被校正到新限值66。因此，实际限值70按预定的阈值限值67的步长接近新限值66。示出了新的特性曲线112，该新的特性曲线112指示使实际极限70接近新限值66。这样，传感器工作范围113被增加到113’。

由于传感器的老化和/或使用，输出信号与所测量的属性无关地缓慢地改变，这被定义为漂移。例如，由于老化和/或使用，对于上限值，传感器信号的信号电平移位，并且由此不再达到实际限值70。该移位或漂移结果可能导致错误的传感器结果。因此，会高度期望提供一种有自动地校正漂移的能力的改进设备。

图7图示了控制单元124的用于因漂移而将实际限值70、92校正到新的实际限值508的部分。控制单元124具有周期计数器501，该周期计数器501针对每次“传感器的控制单元124的接通”而递增。周期计数器501被用于确定传感器的“年龄”。最初，该值将被设定为零，并且一旦周期计数器501的值达到所配置的最大周期计数502，则该周期计数器将被复位到零。为了简化，仅针对传感器的上限解释漂移校正。如图7中所示，利用预先定义的偏移校正因子506将传感器的实际限值70、92校正到新的实际限值508。

对于上述极限值，如果周期计数器501的值达到所配置的最大周期计数502，则装置507使实际限值70减少（“-”）预先定义的偏移校正因子506。如果实际传感器值123大于实际限值70，则周期计数器501也被复位到零。

图8和图9图示了针对传感器的下限值的校正，从而确定传感器的新限值以及将实际限值校正到新限值。

图8图示了控制单元124的部分。如图8中所示，控制单元进一步包括用于确定传感器的新限值87的装置300和用于使实际限值92接近该新限值87的装置301。如图8中所示，由比较装置81比较平均限值35和实际限值92。稳定性标准50、比较装置81的输出82和其他条件84由逻辑“与”运算装置83进行逻辑与，以生成用于进行是否将新限值87设定到平均限值35的适当判定的有效条件85。只有当稳定性标准50、输出82和其他条件84均为真时，逻辑“与”运算装置83才生成有效条件85。当平均限值35小于实际限值92时，比较装置81的输出82为真。其他条件可以是传感器的工作条件、故障条件等。只有当有效条件85被满足时，新限值87才由验证装置86设定为平均限值35。

如图8中所示，控制单元包括用于使实际限值92接近新限值87的装置301。由减法装置89将预定的阈值限值88从平均限值92中减去。预定的阈值限值的典型值是50mV。由取大运算装置（maximum operation means）91将实际限值92和预定阈值88的差值90与新限值87进行比较。如果实际限值92和预定的阈值限值88的差大于新限值87，则实际限值92被校正到新限值87。因此，实际限值92按预定的阈值限值88的步长接近新限值87。

图9图示了针对传感器的下限值的使实际限值92接近新限值87的图形表示。如图8中所解释的那样，新限值87由装置300确定。如果实际限值92和预定的阈值限值88的差大于新限值87，则实际限值92被校正到新限值87。因此，实际限值92按预定的阈值限值88的步长接近新限值87。示出了新的特性曲线310，该新的特性曲线310指示使实际极限92接近新限值87。这样，传感器工作范围313被增加到313’，并且因此更高的精度和更多的测量是可能的。

如图7中所示，如果周期计数器501的值达到所配置的最大周期计数502，则装置507使实际限值92增加（“+”）预先定义的偏移校正因子506。如果实际传感器值123小于实际限值92，则周期计数器501也被复位到零。

图10图示了针对油门踏板位置传感器122的与图3和图4相关联的处理步骤。在700，控制单元124时间合理地测量油门踏板位置传感器122的实际传感器值123。在701，实际传感器值123被存储在环形缓冲区32中。在702，所存储的传感器值33由取平均装置34取平均，以在703取得传感器的平均限值35。

图10进一步图示了用于确定稳定性标准50的处理步骤。在704，计算实际传感器值123与在前传感器值41的差42，并且在705将该差42存储在环形缓冲区43中。在706，所存储的差值43随后在取平均装置44中取平均，以取得平均差值45。在707，由绝对值计算装置46在该平均差值45上确定传感器值的绝对差47。由比较装置49将传感器值的绝对差47与预定的稳定性阈值48进行比较，以设定或清除稳定性标准50。当传感器值的绝对差47小于预定的稳定性阈值48时，设定稳定性标准50，否则清除稳定性标准50。

图11图示了针对上限值和下限值两种情况的用于确定新限值并且使实际限值接近新限值的处理步骤。为了简化，仅针对上限值解释用于使实际限值接近新限值的过程步骤。但是，在该流程图中也示出了针对下限值的类似步骤。在800，稳定性标准50和其他条件64由逻辑“与”运算装置63进行逻辑“与”连接，以生成用于进行适当判定的有效条件72。在801，完成检查，以了解判定是否针对上限值。在802，将平均限值35与实际限值70进行比较。在803，如果比较装置61的输出62为真，则确定新限值66。如果平均限值35大于实际限值70，则新限值被设定为平均限值35。在804，由取小运算装置69将实际限值70和预定阈值的和68与新限值66进行比较。在806，如果实际限值70和预定的阈值限值67的和小于新限值66，则实际限值70将被校正到新限值66。因此，实际限值70按预定的阈值限值67的步长接近新限值66。

图12解释了因漂移而校正实际限值。控制单元124具有周期计数器501。最初，该计数器的值被设定为零并且针对每次“传感器的控制单元124的接通”而递增。周期计数器501被用于确定传感器的“年龄”。在900，检查“控制单元124接通”。在901，将周期计数器501与最大周期计数502进行比较。如果周期计数器501大于最大周期计数502，则完成在903和906的进一步的检查，以了解是针对传感器的上限值的判定还是针对传感器的下限值的判定。在901，如果周期计数器501小于最大周期计数502，则使周期计数器501递增。

在904，如果针对传感器的上限值的判定是真，则利用预先定义的偏移校正因子506校正传感器的实际限值70。在904，使实际限值70减少（“-”）预先定义的偏移校正因子506。在905，如果周期计数器501的值达到所配置的最大周期计数502，则周期计数器501被复位到零。

在907，对于传感器的下限值，如果周期计数器501的值达到所配置的最大周期计数502，则使实际限值92增加（“+”）预先定义的偏移校正因子506。在905，如果周期计数器501的值达到所配置的最大周期计数502，则周期计数器501被复位到零。

如图13中所示，在908，完成检查以了解针对传感器的上限值的判定。如果判定是真，则在909，完成实际传感器值123是否大于实际限值70的检查。在910，如果实际传感器值123大于实际限值70，则周期计数器501被复位到零。

在911，完成检查以了解针对传感器的下限值的判定。如果判定是真，则在912，完成实际传感器值123是否小于实际限值92的检查。在910，如果实际传感器值123小于实际限值92，则周期计数器501被复位到零。

Claims (13)

1.一种校正传感器信号的实际限值（70、92）的方法，其中在极限值以上或以下识别出传感器的特定状态，所述方法包括以下步骤：

- 确定传感器的新限值（66、87）；

- 确定稳定性标准（50），以判定是否利用所述新限值（66、87）来校正实际限值（70、92）；以及

- 当满足条件时，使实际限值（70、92）接近新限值（66、87），以针对所述传感器校正实际限值（70、92）。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，在传感器信号的极限值以上识别出传感器的特定状态，其中传感器的新限值（66）通过如下操作来确定：

- 时间合理地测量实际传感器值（123）并且将所述实际传感器值（123）存储在缓冲器（32）中；

- 通过对所述缓冲器（32）中的所述所存储的实际传感器值取平均来确定平均限值（35）；以及

- 如果传感器的平均限值（35）大于实际限值（70），则将新限值（66）设定为传感器的所述平均限值。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，在传感器信号的极限值以下识别出传感器的特定状态，其中传感器的新限值（87）通过如下操作来确定：

- 时间合理地测量实际传感器值（123）并且将所述实际传感器值（123）存储在缓冲器（32）中；

- 通过对所述缓冲器（32）中的所述所存储的实际传感器值取平均来确定平均限值（35）；以及

- 如果传感器的平均限值（35）小于实际限值（92），则将新限值（87）设定为传感器的所述平均限值（35）。

4.根据权利要求2或3所述的方法，其中，缓冲器（32）是环形缓冲区（32）。

5.根据前述权利要求之一所述的方法，其中，确定稳定性标准（50）进一步包括以下步骤：

- 测量实际传感器值（123）；

- 计算实际传感器值（123）和在前实际传感器值（41）之间的差；

- 将所述传感器值的差存储在缓冲器（43）中；

- 计算所存储的差值的平均差值（45）；

- 确定传感器值的绝对差（47）；

- 将传感器值的所述绝对差（47）与预定的稳定性阈值（48）进行比较；以及

- 当传感器值的绝对差（47）大于预定的稳定性阈值（48）时，设定稳定性标准（50），否则清除稳定性标准（50）。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，缓冲器（43）是环形缓冲区。

7.根据权利要求2所述的方法，其中，使实际限值（70）接近新限值（66）包括以下步骤：

- 当实际限值（70）和预定的阈值限值（67）的和小于新限值（66）时，将预定的阈值限值（67）加到实际限值（70）。

8.根据权利要求3所述的方法，其中，使实际限值（92）接近新限值（87）包括以下步骤：

- 当实际限值（92）和预定的阈值限值（88）的差大于新限值（87）时，将预定的阈值限值（88）从实际限值（92）中减去。

9.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在传感器信号的极限值以上识别出传感器的特定状态，所述方法进一步包括以下步骤：

- 确定用于对传感器的控制单元的接通进行计数的周期计数器（501）；以及

- 当所述周期计数器达到最大周期计数极限（502）时，使实际限值（70）减少预定的偏移值（506）。

10.根据权利要求1或3所述的方法，其中，在传感器信号的极限值以下识别出传感器的特定状态，所述方法进一步包括以下步骤：

- 确定用于对传感器的控制单元（124）的接通进行计数的周期计数器（501）；以及

- 当所述周期计数器达到最大周期计数极限（502）时，使实际限值（92）增加预定的偏移值（506）。

11.根据权利要求9所述的方法，其中，当传感器的平均限值（35）大于实际限值（70）时，周期计数器（501）被复位为零。

12.根据权利要求10所述的方法，其中，当传感器的平均限值（35）小于实际限值（92）时，周期计数器（501）被复位为零。

13.一种用于传感器的控制单元（124），其中，如果传感器信号在极限值以上或以下，则控制单元（124）识别出传感器的特定状态，所述控制单元包括：

- 用于确定传感器的新限值（66、87）的装置；

- 用于确定稳定性标准（50）以判定是否利用所述新限值（66、87）来校正实际限值（70、92）的装置；以及

- 用于当满足条件（85）时使实际限值（70、92）接近新限值（66、87）以针对所述传感器校正实际限值的装置。

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