CN102741768B - 预测未来时间间隔的持续时间的方法和产生其的电路装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于预测未来时间间隔（16,28,30,32）的长度值的方法，在该未来时间间隔中物理参数会变化，其中考虑过去时间间隔（4,6,10,20,22,24）的长度的至少一个测量值以及当前时间间隔（12）的长度的当前测量值，其中将过去时间间隔（4,6,10,20,22,24）的长度的m个值相加，其中第一值由当前测量值往前追溯k-1个，第m个值由当前测量值往前追溯k-m个，以及其中m个相加的值除以由当前测量值往前追溯k个的过去时间间隔（4,6,10,20,22,24）的长度值，其中形成所提到的值的比例，以及其中为了确定待预测的值首先将平均误差与当前测量值相加，由此形成和并且随后将所形成的比例应用到该和上。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于预测未来时间间隔的持续时间的方法以及一种用于产生待预测的值的电路装置。
背景技术
为了控制发动机、典型的内燃机，存在显示发动机的运动部件（例如曲轴）的位置或状态的传感器。对于这样的发动机常见的是，通过固定地安装在曲轴上的感测轮总是在感测轮上的标记开始或结束时以特定的角度由传感器生成信号。
文献DE 10063755A1描述了一种用于确定和验证在矩形信号中出现奇异性的方法。在此当直接在奇异性之前和之后的预定信号间隔之间的时间之和小于出现奇异性时的时间的情况下，识别出奇异性。该方法例如被用于对与内燃机的曲轴或凸轮轴连接并且具有参考标记的旋转体的旋转进行分析。在此，该方法在内燃机的控制设备中实施。
为了能进行与当前发动机位置的同步化，在此通常在感测轮中省略一个或多个标记，这也在文献DE 100 63 755A1中描述了。但是由于标记位置仅非常粗略地再现当前的发动机位置，因此产生也能用于通过精确定义的、两个传感器信号相互之间的脉冲数量确定中间位置的角度基础。为此尤其需要预测下一个传感器信号之前的持续时间。
从文献DE 102005047922A1已知一种用于确定第一角度事件和第二角度事件之间的内燃机差角度的方法。在此，第一角度事件与第二角度事件之间具有定义的时间间隔。在执行该方法时，从第二角度事件的曲轴角度开始确定前面的轮齿的轮齿时间并且连续地与第一和第二角度事件之间的时间间隔相加，其中属于相应的轮齿时间的轮齿的轮齿角度与差角度相加并且将来自前面的工作时钟的轮齿时间的轮齿时间相乘并且用校正因子确定。
常见的是，从前面的时间间隔中推导出对瞬时时间间隔的预测。此外，利用所谓的、用于逐步地预测角度的IAP或增量角度预测方法做出了改善，所述改善也描述了传感器信号与曲轴的720o旋转的比例。此外为了计算喷射时间点也需要考虑多个未来时间间隔。为此使用所谓的MIAP算法（多增量角度预测）。在此也基于相应测量的过去的增量来计算未来的增量，如在文献DE 102005047922A1中所描述的。
发明内容
基于上述背景建议具有独立权利要求的特征的方法和电路装置。本发明的其它设计由从属权利要求和描述给出。
在本发明的范围中，可以预测未来时间间隔的长度值，在该未来时间间隔中物理参数通常周期性地变化。利用该物理参数例如可以描述技术设备（例如电机或发动机）的部件的运动。如果该部件周期性运动，则利用未来时间间隔可以确定所述部件运动的周期性。
根据所建议的本发明方法的一种实施方式，设定所述比例，一般是运行参数，至少对于发动机的各个部件周期性重复，例如这利用凸轮轴旋转或利用两次曲轴旋转来进行。这在以下情况下也是这样，即发动机加速或延迟。因此在所涉及的发动机位置上两个相邻时间间隔之间的比例最大程度地保持相同。但是，在加速或延迟的周期中出现提高的偏差。所述运行参数也包括所提到的部件的状态或位置。
通常，所述设备或发动机的其运动受到监视的部件具有与所述部件同步运动的标记。以传感技术检测标记的运动。要在本发明的范围中分析的当前时间间隔可以通过两个一般相邻的标记相对于作为参考点的确定位置的运动来定义。由此，当前时间间隔当第一标记位于该确定位置上和/或达到第一位置时开始，并且只要第二标记在该确定位置上和/或达到该确定位置时结束。典型地，通过两个连续的、与所述部件的运动关联的事件的出现来定义时间间隔并且由此还定义该时间间隔的持续时间或长度。所述事件通过标记的位置显示，并且可以通过对标记的观察来检测。
在从现有技术已知的方法中平均偏差不被考虑或者简单地加在一起，而利用本发明的实施方式能够实现：即使在时间间隔或相应增量的长度不同的情况下也可通过它们的商更为精确地预测其时间流程，因为在平均误差被引入到预测值中之前将平均误差与所述商相乘。
本发明的方法例如还可以用于控制电动发动机，例如永磁同步发动机（PMSM）。在此，机械旋转和/或位置可以通过用做标记的多个极对来确定。在此，可以对能够系统地相互不同的相应的电循环进行检查。此外由此引入所有附加机组的、在机械旋转期间系统地进行的作用。在这种情况下也以如下方式定义时间间隔，在何时第一标记以及随后的第二标记达到和/或通过作为参考点而设置的位置。
本发明可以用于发动机控制，但是也可以用于控制设备，对于所述设备物理参数以时间间隔定期变化。这尤其可以用于调节水位、质量块（例如被倒入例如火车车厢的容器中的粒状材料）的加载、相位精确地确定交流电源接入电网的接入点、预测最佳的时间点或通过观察具有过去的温度标记的时间点预测预定的温度。在此，通常重要的是对时间间隔或时间点的预测，但是从中推导出时间点的物理参数不限于发动机的旋转运动或线性运动，而是还可以涉及液体的温度和电平水平、粒状材料的质量或周期振动（例如电流或电压）的相位、或者还涉及摆的机械振动。
根据现有技术对时间间隔的预测是不精确的，因为在计算预测和测量之间的偏差时的平均误差不被考虑，如在文献DE 102005047922A1中所描述的方法那样，或者仅被相加。
在本发明的范围中，更为精确的预测尤其通过以下方式来进行，首先将误差与最后的测量值相加并且接着将该和与过去增量的比例或间隔的长度相乘。利用该措施还可以在部件的转数或速度非均匀变化的情况下实现更高的精确度。
为了存储来自过去或过去时间间隔的时间间隔的过去值或测量值，可以设置独立的存储区作为本发明电路装置的一种实施方式的部件。通常，通过两个同样可以被测量的时间点来限制时间间隔。在本发明的范围中也可以通过以下方式预测未来时间间隔，即预测限制未来时间间隔的未来时间点。
本发明使得可以预测未来时间间隔的长度或持续时间，并且可以用于控制发动机。还可以在混合动力汽车中设置应用作为电动发动机控制装置的本发明电路装置的数字变型的硬件解决方案。
本发明的电路装置被构成为，执行所建议的方法的全部步骤。在此，该方法的各个步骤也可以由所述电路装置的各个部件执行。此外，该电路装置的功能或该电路装置的各个部件的功能转用作该方法的步骤。此外可能的是，方法的步骤实现为电路装置或整个电路装置的至少一个部件的功能。
附图说明
本发明的其它优点和设计从描述和附图给出。
应该理解，上述以及下面还要阐述的特征不仅能以分别说明的组合、而且还能以其它组合或单独地使用，而不会脱离本发明的范围。
图1以示意图示出本发明方法的第一实施方式的图。
图2以示意图示出本发明方法的第二实施方式的图。
图3以示意图示出本发明电路装置的实施方式。
具体实施方式
借助附图中的实施方式示意性示出本发明并且下面参照附图详细描述本发明。
关联地和重叠地对附图进行描述，相同的附图标记表示相同的部件。
图1和图2的两个图分别包括沿着以下时间点的水平取向的时间轴2，在所述时间点以传感器检测内燃机的周期性运动部件的标记，通过虚线表示。在这些时间点之间示出时间间隔。即具有长度DT(-k)的第k个过去时间间隔4以及具有长度DT(-k+1)的第-k+1个过去时间间隔6，它们已经在过去被确定过。此外在两个图1和2的图中示出最后或当前测量的时间点8以及两个具有长度DT(-1)的直接事先确定的过去时间间隔10以及具有长度DT(0)的时间间隔12。此外，图1的图示出待预测的时间点14。待预测的未来时间间隔16的长度CDT(1)通过最后测量的时间点8和待预测的时间点14限制。
在这些图中，除了第-k+1个过去时间间隔6之外还示出3个其它随后的、过去时间间隔20，22,24，它们在图2的图中被组合为来自过去的总间隔26。图2还示出4个未来时间间隔16,28,30,32，它们被组合为具有长度DTA(m)的共同的预测值34。
在执行本发明方法的两个所提到的实施方式时，设定所观察的区域包括最后k个过去时间间隔4,6,20,22,24，并且系统条件以k为周期重复，从而例如k可以是固定安装在曲轴上的感测轮的标记数量，如果对于曲轴旋转设定存在周期性的话。在此，如果可以确定误差并且通过附加的信息推断出缺乏的标记的数量，还可以一起考虑系统缺乏的标记。同样，可以用k确定用于凸轮轴旋转的标记的数量，因为不是每个曲轴旋转都具有相同的条件。
借助至少一个用信号通知在构成为感测轮的感测模块上存在标记的传感器，确定曲轴的位置。这典型地在以下情况下进行，即已知起始位置或者可以在进程中通过缺乏的标记确定所选择的位置。通过附加的凸轮轴信号，还一起观察该标记。
只要还没有识别出缺乏的标记，就可以首先设置为k=1，并且由此最后两个所测量的过去时间间隔的比例XDT(0)，在图1的实施方式的情况下是第1-k个过去时间间隔6(-k+1)的长度DT(-k＋1)与第k个过去时间间隔4的长度DT(-k)的比例，被转用于第一未来时间间隔16的待预测的长度CDT(1)与具有长度DT(0)的最后测量的当前时间间隔12的比例。
在此，还可以一起考虑加速度分量和延迟分量，其中设定这些加速度分量和延迟分量同样在未来继续。通过考虑平均误差可以进行校正。如果k=0并且两个直接连续的时间间隔的长度的比例设置为XDT(i)=1，则可以简单地设定，新的时间间隔与过去时间间隔正好一样长。
此外还可以选择该值K，使得该值与内燃机发动机的每个汽缸的标记数量相应。从而可以至少暂时地，例如在还未提供关于一个或两个曲轴旋转的信息时设定，近似地对于每个汽缸存在关于燃烧过程中的加速度或压缩时的延迟的相同条件。
在存储区中存储最后k个过去时间间隔4,6,10,20,22,24的长度DT(i)，即存储长度DT(-k)、DT(-k+1)、…DT(-1)，以由此预测具有上述周期性的、恰好开始的未来时间间隔16的当前持续时间或长度CDT(1)。
如下所示相应于时间间隔的索引k地从这些值中计算具有周期性k的、两个过去的、直接相继的时间间隔的长度的比例XDT：
。
所计算的比例XDT(0)或必要时仅倒数值RDT(-k)=1/DT(-k)可以被存储起来。
对于使用倒数值RDT(-k)的情况，可以省去除法，因为倒数值RDT(-k)也可以用于计算其它比例。
事先确定的和已经存储的前面过去时间间隔10的值XDT(-1)或RDT(-1)被用于预测当前开始的未来时间间隔16的长度或持续时间CDT(1)的值，其方式是将比例XDT(-1)与过去时间间隔10的长度DT(-1)相乘。在此设定，该比例在分别k个值之后周期性重复，如例如在图1的图中就是这样。在测量了最后的当前时间间隔12的长度DT(0)的实际值之后，其中该最后的当前时间间隔在当前测量的时间点8结束，用于预测的误差EDT(0)可以如下来确定：
以及由此利用
得到
。
对于k=1的情况，在设计中仅有一个过去的增量或时间间隔被用于计算，由此对于误差得到：
或
。
通过误差EDT与平均偏差MEDT递归相加以及除以2，得到具有MEDT(-∞)=0的新平均偏差：
。
从所有这些现在确定的值中如下确定未来时间间隔16的长度CDT(1)的新的预测值：
或者借助倒数值RDT
。
对于图1的示例，针对最后一个预测的误差得到：
。
该预测的加权的平均误差是：
。
由此对于预测值得到：
。
下个未来时间间隔16的持续时间或长度CDT(1)的预测值在加速或延迟时随着最后测量的当前时间间隔12的长度DT(0)的值而改变，并且考虑过去的测量的偏差以便进行更精确的预测。
如果k被选择为使得采用两个曲轴旋转的测量数据，则在内燃机中也考虑每单个汽缸的必要时不同的燃烧过程和压缩过程。由此附加机组的系统影响，例如液压泵的使用可以估算在内。通过将平均误差引入预测中，为了预测至少部分地一起考虑通过通常由油门提供的加速设定或者通过由发动机刹车产生的延迟对平均转数的改变。
由耦合器、传动装置、车轮、公路、风等导致的外部影响也对预测产生影响，而不会进行过度反应以及由此进行值的波动。这一般通过以下方式给定，即最后确定的偏差只有一半被引入新的计算中，并且过去的偏差分别具有更小的影响。该方法的实现可以借助主处理器（CPU）以软件进行和/或借助专用硬件作为本发明电路装置的实施方式的可能部件进行。
在本发明的另一设计中，如果来自过去的过去时间间隔6,20,22,24或增量的长度之和与来自过去的在前的过去时间间隔4的长度RDT(-k)成比例，可以预测多个未来增量或未来时间间隔16,28,30,32，它们一起形成预测值34。
由此对于m个未来时间间隔16,28,30,32，得到在图2的图中示出的比例PDT（m）以用于实施MIAP算法，利用该算法可以预测多个角度增量。由此可以相应于m个未来时间间隔16,28,30,32的长度DTA(m)的预测值预先计算随后的m个未来时间间隔16,28,30,32或增量的持续时间。
从而例如通过在本发明的设计中建议的对前面描述的倒数值而不是商进行存储，减小了所需要的除法的数量，因为倒数值通过与不同和值的乘法总是表明当前的比例值。因此，除法仅被执行一次。此外，分别只需要能以减小的硬件花费或以较小的计算时间来执行的乘法。
具体地，在借助图2示出的本发明方法的实施方式中首先确定一个周期的m个未来时间间隔16,28,30,32或增量的长度与至少一个在前的过去时间间隔的比例PDT(0)，其中对来自过去的在前的过去时间间隔4,6,10,20,22,24的长度求和并且除以来自过去的最后观察的过去时间间隔的长度DT(-k)：
。
对于最后预测的误差EDT(0)，类似于图1得到：
。
该预测的加权平均误差MEDT(0)例如是：
，
但是也可以以其它方式加权，例如：
或
或
等等。
总之，对于m个未来时间间隔的长度DTA(m)的预测值下式成立：
。
在本发明的一种变型中，可以不是对所描述的曲轴上或凸轮轴上的感测轮的标记作为标记来处理，而是还可以处理感测模块的由传感器检测并且设置在电动发动机（PMSM）上的信号，其中典型地设置三个将电循环划分为6个区域的传感器。同样可以针对周期性重复的线性左-右运动考虑感测杆（例如齿条）的运动的预测。
此外，还可以检查作为例如发动机的设备的部件的用于周期性填充和排出液体的液位感测器。当对于液位感测器来说应当从过去预测液位的达到时，液体的液位也可以由此得到调整。由此例如可以确定应当打开或关闭阀门的时间点。
通过连续地测量容器中部件的质量，其中在预定的离散质量值时分别输出信号，可以确定在什么时间点达到目标质量值，在该时间点停止对质量块的输入和/或送出。通过在温度感测器上输出信号，例如每1℃一个信号，可以确定必须停止正的或负的热输入的时间点以达到目标温度。通过在振荡的过零点和/或最大值或最小值时输出信号，可以预测期望相位的时间点，以例如用于接入交流电源，或者用于耦合入机械部件。
在另一种设计中，还可以将物理参数的选择值以及由此还将电子参数的选择值（例如模拟电压值、电流值、电阻值或电容值）看做感测模块的周期性变化的值。这例如涉及任意物理参数的正弦振荡的过零点、最大值或最小值。与针对哪一个技术模块来确定运动无关，这些技术模块设置有标记，标记的运动可以通过传感器检测。待测量的和/或待预测的未来时间间隔16,28,30,32通过两个事件的出现来定义，其中第一事件一般在第一标记达到定义位置时出现，以及其中第二事件在第二标记达到定义位置时出现。
图3以示意图示出本发明电路装置50的一种实施方式，该电路装置包括数据处理模块52以及存储区54，并且设置在内燃机的控制设备56中。电路装置50与传感器58连接。传感器58被构成为检测设置在周期性运动的、作为感测模块的感测轮62上的标记60。感测轮62与未示出的、内燃机的凸轮轴或曲轴连接。因此凸轮轴或曲轴的运动通过感测轮62的标记60再现。待测量以及待预测的时间间隔持续时间取决于在由运动的感测轮62的两个相邻标记60之间经历的时间。
利用电路装置50可以在考虑过去的高达k个测量值和一个附加的当前测量值的情况下预测未来时间间隔的持续时间。在此，这些测量值具有以下形式的为k的周期性，即相邻的测量值相互之间拥有特定的系统比例，该比例由于因结构或运行而产生的特性（在此是感测轮62的特性）导致。为了预测两个标记60之间的未来时间间隔，由当前测量值往前追溯k个的测量值与至少一个随后的测量值的比例用于从当前测量值中推导出随后的待预测的测量值，其中在将来自过去的测量值的比例应用于该和之前，将平均误差与最后的测量值相加。在此，可以从最后的、过去时间间隔的预测测量值和最后的、过去时间间隔的实际确定的测量值中通过形成差来确定偏差，其中该偏差引入到平均误差中。还规定，将最后预测的偏差引入到平均误差中，并且在此针对偏差的在时间上离得更远的值在过去追溯（zurueckliegen）得越远，这些值就拥有越小的权重。
利用在本发明的范围中预测的、用所描述的算法确定的值，可以检查发动机的至少一个部件的功能并由此控制和/或调节所述功能，并且由此必要时也可以检查以及由此控制和/或调节整个发动机。
Claims (9)
1.一种用于预测未来时间间隔（16,28,30,32）的长度的值的方法，在该未来时间间隔中物理参数变化，其中
-考虑过去时间间隔（4,6,10,20,22,24）的长度的至少一个测量值以及当前时间间隔（12）的长度的测量值，
-将过去时间间隔（4,6,10,20,22,24）的长度的m个值相加，其中第一值由当前测量值往前追溯k-1个，第m个值由当前测量值往前追溯k-m个，以及其中m个相加的值除以由当前测量值往前追溯k个的过去时间间隔（4,6,10,20,22,24）的长度值，其中形成所提到的值的比例，以及其中
-为了确定待预测的值首先将平均误差与当前测量值相加，由此形成和并且随后将所形成的比例与该和相乘,
其中预测值被用于控制发动机、控制液体的液位、控制部件的质量、控制部件的温度和/或确定部件的预定相位，以便由此确定事件的时间点。
2.根据权利要求1所述的方法，其中m的值选择为大于等于1并且小于等于k。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中时间间隔（4,6,10,12,16，20,22,24，28,30,32）的长度值具有为k的周期性，以及其中相邻时间间隔（4,6,10,12,16，20,22,24，28,30,32）的长度值相互间具有系统比例。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其中对于至少一个过去时间间隔（4,6,10,20,22,24），从过去时间间隔（4,6,10,20,22,24）的长度的预测值和过去时间间隔（4,6,10,20,22,24）的长度的实际确定的值中通过形成差来确定偏差，其中将所确定的至少一个偏差引入到平均误差中。
5.根据权利要求4所述的方法，其中依据为过去时间间隔（4,6,10,20,22,24）形成的偏差在过去往前追溯到有多远来对所确定的多个偏差进行加权，其中在过去往前追溯得越远的偏差被越弱地加权。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其中规定，部件具有一定数量的标记（60），所述标记在所述部件运动时相对于定义位置（64）运动，其中时间间隔（4,6,10,12,16，20,22,24，28,30,32）的开始通过第一标记（60）运动经过定义位置（64）的时间点（8）来确定，以及其中时间间隔（4,6,10,12,16，20,22,24，28,30,32）的结束通过第二标记（60）运动经过定义位置（64）的时间点（8）来确定。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其中实施发动机的构成为感测模块的部件的值，该部件实施周期性运动。
8.一种用于产生待预测的值的电路装置，所述电路装置具有至少一个数据处理模块（52），其构成为确定未来时间间隔（16,28,30,32）的长度的值，在该未来时间间隔中物理参数变化，并且在此考虑过去时间间隔（4,6,10,20,22,24）的长度的至少一个测量值以及当前时间间隔（12）的长度的当前测量值，并且将过去时间间隔（4,6,10,20,22,24）的长度的m个值相加，其中第一值由当前测量值往前追溯k-1个，第m个值由当前测量值往前追溯k-m个，以及m个相加的值除以由当前测量值往前追溯k个的过去时间间隔（4,6,10,20,22,24）的长度值，并且在此形成所提到的值的比例，以及其中所述数据处理模块（52）构成为为了确定待预测的值首先将平均误差与当前测量值相加，由此形成和并且随后将所形成的比例应用到该和上。
9.根据权利要求8所述的电路装置，该电路装置构成为用于内燃机的控制设备（56）的模块。
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