CN102444486A - 用于校正传感器的传感器量以及用于运行执行机构的调节的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于校正用于检测气态介质或液态介质的状态量的传感器、尤其是机动车的空气系统中的传感器的传感器量的方法，其中，所述气态介质或液态介质被加载了预给定频率的脉动，其中，通过加载至少一个单独生成的、周期性的补偿量来校正所述传感器量。

Description

用于校正传感器的传感器量以及用于运行执行机构的调节的方法和装置
技术领域
本发明总体上涉及用于检测气态介质或液态介质的状态量的传感器的传感器量的校正，所述气态介质或液体介质被加载了预给定频率的脉动(Pulsation)。本发明还涉及调节器、尤其是具有执行机构(Stellglied)的调节器的调节，所述执行机构的位置应当通过位置调节进行调节。本发明尤其涉及汽车领域中用于气态介质或液态介质的活门调节器，所述气体介质或液态介质由于内燃机的运行而经受脉动，从而由活门调节器操作的活门(执行机构)的位置受到影响。
背景技术
在机动车的内燃机中通常使用大量的活门调节器(Klappensteller)，其控制设置在气体管路中的活门以便控制气流。由于内燃机的周期运行，吸入到气缸中的空气或者从气缸中排出的废气在相应的气体管路中间歇地随着脉动频率运动。脉动频率由内燃机通过以凸轮轴频率乘以气缸数来打开排气阀或打开和闭合进气阀的运行得出。用于位于气体管路中的活门的活门调节器由于所述气体脉动以及由于其他的发动机振动进行移动。
通常借助于活门调节来控制活门调节器，所述活门调节实现受控制的活门的位置的位置调节。为此，活门的当前位置反馈给活门调节，以便在那里确定调节偏差。所述调节偏差受到气体脉动损害，由此降低了调节品质，因为调节通常由于其高频率而不能调节掉所述脉动。
在这些情况下，往往借助于带阻滤波器过滤关于活门位置的位置反馈作为位置调节的实际量，以便截止脉动频率和振荡频率，也就是说，从实际量中去除相应的干扰部分。在没有所述带阻滤波器的情况下，位置调节器由于其采样率在内燃机的低转速范围内对脉动频率做出反应，这导致不利的调节器特性。
目前使用具有使用带阻滤波器的位置调节的活门调节器用于空气量传感器和增压传感器以及涡轮增压器旁通阀，因为它们受到气流中的脉动的损害。
对于使用带阻滤波器，不利的是，带阻滤波器如同任意低通滤波器那样产生实际量(即位置信号)的相移。在截止频率处，相位紧接着偏移180°并且在更小的频率下相位已经偏移，使得位置调节器趋于振荡。在车辆中的测量中，已经确定在2100U/min的转速时振荡为8Hz。在2100U/min时带阻滤波器例如具有70Hz的截止频率，其中，在位置调节以8Hz振荡时由于带阻滤波器出现约20°的相移。
位置调节器的这种振荡是不期望的，因为它使调节品质显著恶化，并且因此期望的是设置具有经改进的位置调节的活门调节器。
发明内容
总体上，本发明的任务在于，提供用于检测气态介质或液态介质的状态量的传感器的传感器量，其中，可以从传感器量中消除具有预给定频率的气态介质或液态介质的脉动。本发明的任务还在于，提供一种调节器的位置调节，从而借助于位置调节如此控制以干扰量加载的执行机构(其干扰尤其是以已知的频率振荡)，从而可以避免由于例如反馈信号的由于滤波器造成的相移导致的起振。
所述任务通过根据权利要求1所述的用于校正用于检测气态介质或液态介质的状态量的传感器的传感器量的方法以及通过根据并列权利要求所述的装置和发动机系统解决。
在从属权利要求中说明了其他有利构型。
根据第一方面，提出一种用于校正用于检测气态介质或液态介质的状态量的传感器、尤其是机动车的空气系统中的传感器的传感器量的方法，其中，所述气态介质或液态介质被加载了预给定频率的脉动，其中，通过加载至少一个单独生成的、周期性的补偿量来校正传感器量。
以上方法的构思在于，如此校正用于检测气态介质或液态介质的状态量、尤其是质量流量或压力的传感器的传感器量，使得在尽可能无滤波的情况下从传感器量中去除叠加传感器量的周期性的干扰，其方式是，由传感器量计算出传感器量的由于干扰造成的变化。例如可以通过借助于所测量的实际位置的由于干扰造成的干扰部分的频率、相位和传感器量的干扰部分的振幅的知识产生周期性的补偿量来以简单方式——例如相加或相减从信号中去除干扰部分。
根据另一方面，提出一种用于运行用于控制气态介质或液态介质的流动的调节器、尤其是机动车中的活门调节器的调节的方法，其中，所述流动被加载了预给定频率的脉动。所述方法包括以下步骤：
-根据偏差实施调节；
-根据可通过调节器操作的执行机构的经校正的实际位置来求得所述偏差；以及
-通过以至少一个周期性的补偿量加载执行机构的所测量的实际位置来求得经校正的实际位置。
本发明的构思在于，如此运行调节器的调节，使得在尽可能无滤波的情况下从所测量的实际位置中去除叠加所测量的实际位置的周期性的干扰，其方式是，由所测量的实际位置计算出所测量的实际位置由于干扰造成的变化。例如可以通过借助于所测量的实际位置的由于干扰造成的干扰部分的频率、相位和所测量的实际位置的干扰部分的振幅的知识产生周期性的补偿量来以简单方式——例如相加或相减从信号中去除干扰部分。
此外，可以生成至少一个周期性的补偿量，其方式是，从传感器量或所测量的实际位置中滤除干扰量，其中，如此生成周期性的补偿量，使得其具有与干扰量相同的频率、相位和振幅。
特别地，尤其是借助于PLL电路由传感器量或所测量的实际位置导出周期性的补偿量。
根据一种实施方式，可以借助于带通滤波器从传感器量或所测量的实际位置中滤除干扰量，所述带通滤波器的滤波频率取决于脉动的频率，尤其是取决于借助调节器运行的内燃机的转速。
可以由所求得的干扰量的有效值导出干扰量的振幅。
根据另一方面，提出一种用于校正用于检测气态介质或液态介质的状态量的传感器、尤其是机动车的空气系统中的传感器的传感器量的装置，其中，所述气态介质或液态介质被加载了预给定频率的脉动，所述装置包括：
-传感器，其用于提供传感器量；
-补偿单元，其用于以至少一个单独生成的、周期性的补偿量加载传感器量，以便校正传感器量。
根据另一方面，提出一种用于运行用于控制气态介质或液态介质的流动的调节器、尤其是机动车中的活门调节器的调节的装置，所述流动被加载了预给定频率的脉动。所述装置包括：
-求差环节，其用于根据可通过调节器操作的执行机构的经校正的实际位置确定偏差；
-调节级，其用于根据所述偏差实施位置调节以及用于提供用于控制所述调节器的调节量；
-探测器，其用于提供所述执行机构的所测量的实际位置；
-补偿单元，其用于通过以至少一个周期性的补偿量加载所测量的实际位置来提供经校正的实际位置。
此外，补偿单元可以包括振荡器，以便根据预给定的振幅、相位误差数据和频率产生周期性的补偿量。
补偿单元可以具有带通滤波器，所述带通滤波器具有可与脉动的频率相匹配的可变频率，从而可以由所测量的实际位置提供干扰信号。
补偿单元此外还具有鉴相器，以便向振荡器提供相位误差数据，其中，鉴相器被构造用于根据由振荡器提供的补偿量以及根据干扰信号来求得相位误差数据。
根据另一方面，提出一种具有调节器和以上装置的调节器系统，所述调节器具有执行机构。
附图说明
以下借助附图详细说明本发明的优选实施方式。其中：
图1：具有位置反馈的活门调节器系统的示意横截面图，其中，活门调节器可借助于控制单元进行调节；
图2：用于说明图1的活门调节器的位置调节功能的功能图；以及
图3：用于说明用于消除用于图2的位置调节中的测量信号的周期性干扰影响的功能的功能图。
具体实施方式
图1示出用于气体管路2的活门调节器系统1，用于例如向内燃机输送空气或者从内燃机排出废气。活门调节器系统1包括活门调节器3，所述活门调节器具有可移动地设置在流动通道中的活门4，所述活门是活门调节器3的执行机构。取代用于气态介质的活门调节器3，也可以设有用于液态介质的活门调节器。
通过伺服电动机5控制活门4，所述伺服电动机例如通过传动机构或者机械装置与活门4连接。通过预给定调节量——例如控制电流等来控制伺服电动机5，以便使活门4移到确定的部位或位置上。伺服电动机5优选如此构造，使得所施加的调节量相应于活门4的位置。
此外设有位置探测器6，借助所述位置探测器可以探测活门4的真实位置(实际位置Sist)作为传感器量。为此在控制单元8中可以集成调节，所述调节为了调节活门4的位置而提供调节量。为了实现活门4的位置的调节，控制单元8从位置探测器6接收关于实际位置的数据并且根据由外部预给定的额定位置Ssoll和所测量的实际位置Sist实现相应的位置调节。
在设置用于输送内燃机中的空气或废气的气体管路中，在内燃机运行时出现气流的脉动，所述脉动由内燃机的周期运行产生。脉动由进气阀或排气阀的打开和闭合引起并且因此是周期性的并且直接取决于内燃机的转速。脉动导致以变化的力交替地、同样周期性地加载活门4，由此根据伺服电动机5的调节力或保持力实现活门4从已经占据的额定位置中移出或不利地影响活门4的移动，从而仅仅延迟地移到额定位置Ssoll。
使用具有与内燃机的瞬时转速相匹配的截止频率的带阻滤波器导致说明实际位置的所测量的位置信号的相移，从而可能由于相移激励位置调节产生低频振荡。
为了避免这些，现在根据图2设有位置调节，其中，以补偿信号加载活门4的反馈的实际位置Sist，通过所述补偿信号可以消除脉动对活门4的作用或者由于发动机振动造成的干扰。
在图2中详细地示出了位置调节回路，所述位置调节回路具有求差环节11，以便将预给定的额定位置Ssoll与实际位置之间的位置偏差ΔS输送给调节级12，所述调节级12提供用于活门调节器3的伺服电动机5的调节量St。调节量St例如可以是电动机电流等等并且优选直接对应于活门4的位置。
活门调节器3的位置探测器6提供具有关于活门调节器3的活门4的实际位置Sist的数据的信号。在补偿单元13中如此以补偿量K加载所述实际位置Sist，使得由于气体通道中的脉动而产生的干扰——也就是说可以导致活门4移动的压力波动从说明实际位置Sist的信号中消除。在求差环节11中由预给定的额定位置S减去所述经补偿的实际位置信号Sist′。调节级12可以是传统的调节级并且具有P部分、I部分和/或D部分。
图3示意性地示出作为补偿环节13的示例的PLL电路的结构。PLL电路用于提供用于加载所测量的实际位置Sist的补偿量K。借助补偿量K可以通过相加或者相减或者通过其他方式来加载实际位置。在当前情形中，可以在减法环节35中由实际位置减去补偿量K。
PLL电路的核心是振荡器31，所述振荡器作为输出信号提供周期性的补偿量K，由位置信号Sist减去所述补偿量K。补偿量K应当具有正弦形的变化曲线并且具有与由于脉动振荡或由于发动机振动施加到执行机构的位置上的干扰相同的振幅、频率和相位。
振荡器31的输入量是关于转速n的转速数据、关于振幅X的振幅数据和关于相位误差的相位误差数据UF。由这些输入量产生作为补偿量K的正弦信号，其在频率、振幅和相位方面与脉动振荡相应。此外，产生具有与振荡器的正弦信号相同的频率并且具有振幅+/-1的矩形信号f2，所述矩形信号f2与补偿量K相位同步。矩形信号f2用作鉴相器32的输入信号，所述鉴相器从由实际位置信号Sist导出的信号f1与矩形信号f2之间的相差中检测相位并且输出相位误差数据UF，所述相位误差数据UF作为输入信号提供给振荡器31。
作为其他的输入量，向鉴相器32输送实际位置Sist的干扰部分作为相关信号。为此设有带通滤波器33，向所述带通滤波器33输送位置信号Sist以及关于内燃机的转速n的转速数据。带通滤波器33由转速数据求得干扰信号的频率并且将带通滤波器的滤波频率调节到所述频率上。获得干扰频率信号f1，所述干扰频率信号f1被输送给鉴相器32。在鉴相器32中作为相位误差数据UF求得干扰频率信号f1与矩形信号f2之间的相移。
详细地说，鉴相器32将两个输入信号f1、f2相乘，以便产生与相差成比例的信号。通过借助PT1和/或DT1滤波器的随后滤波，获得相位误差数据UF。有利地，始终在两个采样值之间插值相位误差数据UF，以便可以更准确地识别信号f1的相位。
带通滤波器33例如可以被构造为数字滤波器。例如带通滤波器33可以被构造为FIR滤波器(Final Impulse Response Filter：有限冲击响应滤波器)并且通过由实际位置Sist减去平均值形成。FIR滤波器的宽度必须覆盖干扰频率的360°并且以抽样的数量N进行说明。替代所述结构，也可以使用非递归(FIR)或递归(IIR)类型的带通滤波器或高通滤波器的其他算法。
经带通滤波的信号f1还输送给振幅测量块34，从而可以由经带通滤波的信号f1求得干扰部分的振幅X。通过计算有效值(通过干扰部分与
Figure BSA00000617602100071
相乘)计算干扰部分的振幅。通过有效值来计算干扰部分的振幅X是有利的，因为振幅峰值的测量一方面易受噪声的干扰而另一方面借助纯粹的正弦信号进行的补偿在振幅方面是不正确。
在内燃机的经位置调节的执行机构中，既出现由于脉动振荡造成的干扰，也出现由于发动机振动造成的干扰。以上所述的PLL电路补偿其频率相应于凸轮轴频率与气缸数量相乘的脉动振荡，而由于发动机振动造成的干扰具有加倍的频率。通过设置两个或两个以上的补偿环节，可以既补偿由脉动振荡触发的干扰也可以补偿由发动机振动触起的干扰。
取代活门调节器3的位置调节，以上方法可以应用于其他调节，例如用于调节位于增压装置下游的压力的增压调节。总体上，以上方法可应用于气态介质和液态介质的状态量的所有调节，其中，叠加了已知频率的周期性的干扰量。
以上用于补偿或校正位置探测器的实际位置的方法也可以应用于用于检测气态介质或液态介质的状态量——如质量流量或压力的传感器的传感器量的纯粹调节。特别是可以借助以上处理方式来校正具有内燃机的发动机系统的空气系统中的空气流量传感器和增压传感器的传感器量。

Claims (13)

1.用于校正用于检测气态介质或液态介质的状态量的传感器(6)、尤其是机动车的空气系统中的传感器(6)的传感器量(Sist)的方法，其中，所述气态介质或液态介质被加载了预给定频率的脉动，其中，通过加载至少一个单独生成的、周期性的补偿量(K)来校正所述传感器量(Sist)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，生成具有一频率的至少一个周期性的补偿量(K)，所述频率相应于所述脉动的预给定频率。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，生成所述至少一个周期性的补偿量(K)的方式是，从所述传感器量(Sist)中滤除干扰量，其中，如此生成所述周期性的补偿量，使得其具有与所述干扰量相同的频率、相位和振幅。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，尤其是借助于PLL电路由所述传感器量导出所述周期性的补偿量(K)。
5.根据权利要求3或4所述的方法，其中，借助于带通滤波器从所述传感器量(Sist)中滤除所述干扰量，所述带通滤波器的滤波频率取决于所述脉动的频率，尤其是取决于借助调节器运行的内燃机的转速。
6.根据权利要求3至5中任一项所述的方法，其中，由所求得的干扰量的有效值导出所述干扰量的振幅。
7.用于运行调节的方法，所述调节用于调节控制气态介质或液态介质的流动的调节器(3)、尤其是用于调节机动车中的活门调节器(4)，其中，所述流动被加载了预给定频率的脉动，所述方法包括以下步骤：
-根据偏差实施所述调节；
-根据能够由所述调节器(3)操作的执行机构(4)的所检测的实际位置(Sist)求得所述偏差，其中，所述实际位置相应于根据权利要求1所述的方法进行校正的传感器量(Sist)。
8.用于校正用于检测气态介质或液态介质的状态量的传感器(6)、尤其是机动车的空气系统中的传感器(6)的传感器量(Sist)的装置，其中，所述气态介质或液态介质被加载了预给定频率的脉动，所述装置包括：
-传感器(6)，其用于提供传感器量(Sist)；
-补偿单元(13)，其用于以至少一个单独生成的、周期性的补偿量(K)加载所述传感器量(Sist)，以便校正所述传感器量(Sist)。
9.用于运行调节的装置，所述调节用于调节控制气态介质或液态介质的流动的调节器(3)、尤其是用于调节机动车中的活门调节器，所述流动被加载了预给定频率的脉动，所述装置包括：
-求差环节，其用于确定预给定的额定位置(Ssoll)与能够由所述调节器(3)操作的执行机构(4)的经校正的实际位置(Sist′)之间的偏差；
-调节级，其用于根据所述偏差实施所述调节以及用于提供用于控制所述调节器(3)的调节量；
-探测器(6)，其用于提供所述执行机构(4)的所测量的实际位置(Sist)；
-补偿单元(13)，其用于通过以至少一个周期性的补偿量(K)加载所测量的实际位置(Sist)来提供所述经校正的实际位置(Sist′)。
10.根据权利要求8或9所述的装置，其中，所述补偿单元(13)包括：
-振荡器(31)，以便根据预给定的振幅、相位误差数据和频率产生所述周期性的补偿量(K)。
11.根据权利要求8至10中任一项所述的装置，其中，所述补偿单元(13)具有带通滤波器，所述带通滤波器具有能够与所述脉动的频率相匹配的、可变的滤波频率，从而能够根据所述传感器量(Sist)或所测量的实际位置(Sist)提供所述干扰信号。
12.根据权利要求10和11中任一项所述的装置，其中，所述补偿单元(13)具有鉴相器(32)，以便向所述振荡器(31)提供所述相位误差数据，其中，所述鉴相器(32)被构造用于根据由所述振荡器(31)提供的补偿量(K)以及根据所述干扰信号求得所述相位误差数据。
13.调节系统，所述调节系统具有调节器(3)和根据权利要求9至12中任一项所述的装置，所述调节器具有执行机构(4)。
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