CN103201504B - 用于测量角位置的传感器及测量补偿方法 - Google Patents

Abstract

用于对包括齿轮的类型的角位置传感器补偿参考测量的方法，所述参考测量包括在时间t1同时的角位置测量α和时间测量T1，其包括如下步骤：确定在需要参考测量时的时刻t1的对应角位置的第一测量α，触发软件采集功能，通过软件采集在时间t2基本上同时采集第二角位置测量αˊ和时间测量T2，估计误差ΔT，计算补偿后的时间测量，T1=T2–ΔT。包括齿轮的类型的用于测量角位置的传感器，其实现这种补偿方法。

Description

用于测量角位置的传感器及测量补偿方法

本发明涉及一种包括齿轮的类型的用于测量角位置的传感器以及一种用于补偿其测量的方法。

一种用于执行旋转元件的角位置的测量的已知的解决方案是通过以带有检测器的齿轮装备所述旋转元件，所述检测器被处理为在固定结构上面对它、被设计为检测齿的存在或不存在。当旋转元件旋转并因此齿轮旋转时，这种检测器允许获得在图1中的曲线图2上示出作为时间t的函数的类型的齿状（crenelated）信号c。为了获得在图1中的曲线图3上示出的作为时间t的函数的类型的信号α，可以通过积分或通过齿的计数来对这种信号c进行处理，所述信号α指示所述旋转元件的角位置α。

这种传感器传统上用于内燃机的控制的领域，其中齿轮通常包括60-2个齿（具有相等的角分布的60个齿以及两个连续缺失的齿以便形成索引）。这种由曲轴驱动的齿轮提供了发动机在其循环内的角位置的精确测量。

为了准确地控制诸如点火之类的事件，包括角位置的测量以及在所述角位置测量时刻的时间的测量的精确参考允许机械运动与发动机控制装置同步。

传统上由产生如图1中曲线图1所示的作为时间t的函数的类型的线性信号T的时钟来测量时间。

为了给角位置提供精确参考，在选择的给定时刻，必须可以同时获得时间的测量和角位置的测量。

获得这种然后可被处理单元使用的测量可以用多种已知的方式来执行。

根据第一方式，采用硬件采集设备来执行这种被称为硬件采集的采集。这种硬件采集设备有利地允许确定性且快速的采集，并因此允许采集的时间上的良好精度。同时采集时间和角位置两种测量需要两个这种设备。然而，这种硬件设备是昂贵的并且自然想要限制它们的数量。

根据被称为软件采集的第二方式，采用例如形成执行用于运行发动机控制程序的方法等的处理单元的软件采集设备来执行这种采集。这种采集方式不提高成本，由于其使用预先存在的软件设备。然而，如图1所示，这种软件设备遭受非确定性以及长等待时间或延迟5。因而，在时间t1触发的软件采集只执行在时间t2的角位置采集，从而导致相应的对操作不利的测量误差Δα。

存在其它高性能软件设备，其允许以比得上硬件设备性能特性的性能特性来执行软件采集。然而这种设备非常昂贵，并且因此由于成本的原因被排除在设想的解决方案之外。

由本发明解决的一个问题是利用具有标准性能特性的软件设备和至多一个硬件采集设备在给定的时间t1获得精确参考测量，包括同时的角位置测量和时间测量。

原理是用硬件采集设备在时间t1执行角位置的精确测量α，其中需要具有包括同时的角位置测量α和时间测量T1的参考。此外，双软件采集被触发，其包括在时间t2基本上同时的第二角位置测量α'和时间测量T2。然而，由于时间延迟5，这种采集只在较晚的时间t2执行并且导致错误的时间测量T2。为了确定在时间t1的时间测量T1的估计，对这种误差进行估计并且应用对角位置测量的补偿。

因而，本发明涉及一种用于对包括齿轮的类型的角位置传感器补偿参考测量的方法，所述参考测量包括在时间t1的同时的角位置测量α和时间测量T1，所述方法包括如下步骤：

确定在需要参考测量时的时刻t1的角位置的第一角位置测量α，

触发软件采集功能，考虑所述功能导致时间延迟Δt，

通过软件采集在时间t2基本上同时采集第二角位置测量α'和时间测量T2，

估计时间误差ΔT，

计算补偿后的时间测量，T1=T2–ΔT。

根据另一个特征，根据如下公式计算时间误差ΔT=T2–T1：

，其中：

ΔT=T2-T1=Δt，在需要参考测量时的时刻t1与执行第二角位置测量α'和时间测量T2时的时刻t2之间的时间测量的差异，

Dur_dent=一个齿的持续时间，

Res_dent=一个齿的角分辨率，是等于360°除以所述齿轮中齿的数量的常数。

根据另一个特征，确定第一角位置测量α包括由硬件设备在需要参考测量时的时刻t1执行角位置的值的采集而进行的硬件采集和软件读取由此采集的所述角位置测量α。

然而，根据另一个特征，所述硬件设备在时间t1生成中断，该中断用于触发所述软件采集功能。

本发明还涉及一种包括齿轮的类型的用于测量角位置的传感器，包括用于实现根据本发明所述的补偿方法的装置。

本发明还涉及将所述传感器应用到曲轴的角位置的测量。

实现的解决方案的其他特征、细节和优势根据此后参考附图以示例的形式给出的详细描述将会更显而易见，其中图1在比较的布局中呈现了作为时间t的函数的四个曲线图。

图1图示了示于曲线图中的上文中所用的各种量，作为时间t的函数被处理用于比较。

为了例如能够使机械事件与发动机控制软件应用同步，对于给定的时刻t1，在此假定获得了包括在此时间t1的时间测量T1和角位置测量α的双参考测量。

用产生如曲线图1所示的作为时间t的函数的线性信号T的计时器或时钟来获得时间测量T。这种信号T通常由计数器产生，所述计数器的值是按时间的函数有规律地增加。计数器通常包括24位，并因而允许以10²⁴的周期T₀在0和10²⁴-1之间计数。在该周期结束时，计数器重置为零，如曲线图1右侧所示，并且重新开始其计数。这种重置为零对操作不是有害的。鉴于周期与Δt相比是长的，确定的是在t2和t1之间至多能够发生一次重置为零。因而可以发生两种情况：要么，在时间t2的时间测量T2大于在时间t1的时间测量T1，并且ΔT=T2-T1。要么，例外地，如果其间发生重置为零，那么T2小于T1并且ΔT=T2'-T1，其中T2'=T2+T₀。这种情况已被解决，为了简单起见，在以下部分的描述中，考虑T2大于T1。类似地，计数器T不必以秒为单位测量时间，并且可能必须应用校正函数。为了简单起见，在以下部分的描述中，假定已应用该校正函数，并且至少有：

ΔT=T2-T1=Δt=t2-t1。

如前所述，通过以齿轮和检测器装备旋转元件来获得所述旋转元件的角位置测量，所述齿轮被处理为在固定结构上面对它，所述检测器被设计为检测齿的存在或不存在。这种检测器允许获得如图1中的曲线图2上所示的类型的齿状信号c。

为了获得如图1中的曲线图3上所示的类型的信号α，其指示所述旋转元件的角位置α，通过积分、通过齿的计数或通过任何其它更复杂的方法对这种信号c进行处理。

此外，表示为SW的曲线图4指示在相同时间尺度t上与软件设备相关的事件。

本发明为其提供解决方案的一个问题是在相同时间t1获得时间测量T1和角位置测量α的问题。此外，这一时间t1是强制的，因为其被例如通过外部事件确定。

如前所述，软件采集不允许在强制的时间t1执行采集。其原因为在软件采集请求被触发时的时刻与在其被有效执行时的时刻之间存在时间延迟5。这一延迟5，也被称为软件延迟、等待时间或“抖动”，与多个不受控制并不幸地不确定的因素有关；不可能预测其持续时间Δt。从而不可能设想为了采集在强制的时刻t1的测量而在t1-Δt触发软件采集。

硬件采集允许执行这种在强制的时间t1的测量。然而，由于目标是不采用超过一个的硬件采集设备，因此只能在时间t1获得单个测量，时间T1或角位置α任一。

提供的方法包括如下步骤。第一步骤包括对于需要参考测量的时间t1，在时间t1确定角位置测量α。

并行地，或在此之后，触发软件采集功能。这一软件采集功能负责在时间t2获得角位置测量α'和时间测量T2，这两个测量是同时的或基本上同时的。如前所见，即使所述软件采集功能的触发时间已知，例如t1，持续时间Δt的延迟5必然从这一触发时刻开始发生。为此，测量实际上在不同于t1的时间t2被采集，并且时间测量T2相对于所需要的测量T1具有误差ΔT。

测量α'和T2的采集从而被延迟了时间延迟5的持续时间Δt。软件功能如此起作用以使得角位置测量α'和时间测量T2是同时的或基本上同时的。“基本上同时”是指根据软件设备的能力准确的同时不一定是可能的，所述软件设备是或使用最通常为顺序的输入/输出设备。然而，与该问题的其他时间延迟相比，在两次软件采集之间的可能的时间差仍然是小的，并且可以被忽略。

因而，在基本上同时地通过软件采集在时间t2采集了第二角位置测量α'和时间测量T2后，该方法继续进行用于估计在时间t2的有效测量T2与在时间t1的所需测量T1之间的误差ΔT的步骤。

根据对误差ΔT的该估计，步骤计算补偿后的时间测量T1，通过从在时间t2的时间测量T2α'中减去所述估计的误差ΔT来估计在时刻t1的时间。

这种误差ΔT能够通过执行形式为Δt=k.Δα的线性外推法来计算，其中Δα=α'–α，是在需要参考测量时的时刻t1与执行软件测量的时间t2的角位置的值之间的角位置的差异，并且k是估计曲线t=f(α)的斜率的值。估计斜率的值k可以通过如下公式计算：

，其中

Dur_dent=一个齿的持续时间，以及

Res_dent=一个齿的角分辨率。

时间差Δt被认为等于时间测量的差异ΔT=T2-T1。

一个齿的持续时间是可变的。该时间是一个齿在检测器前面通过所花费的时间的最近测量。其为齿的“时间长度”，即曲线图2中的信号c保持在高位的时间段，在上升沿和紧跟着的下降沿之间。本方法的这种输入传统上由在传感器外部的设备提供，但是其也可以被集成到该传感器内。这种可变的齿持续时间通过任何给定的手段获得，例如通过对曲线图2中的信号c的处理。这可以是在检测器前面通过的最后一个齿的长度。能够对每个齿或有规律地对每n个齿刷新该值。其也可以是在最近时间窗内的该值的平均、过滤或非过滤的。

一个齿的角分辨率或角宽度是取决于角位置传感器所使用的齿轮的常数。其在角度上均匀并等于360°除以齿轮上齿的数量。在具有60减2个齿的齿轮的情况下，角分辨率等于360/60，或6°。

参数k从而在角速度的倒数上均匀，并且k.Δα在持续时间上均匀。得到的公式如下：

并且使得能够计算误差ΔT。

根据一个特征，在两个步骤中执行确定第一角位置测量α。第一步骤是由硬件设备执行的硬件采集。在时间t1触发的该设备通过采集在时间t1的角位置α的值来执行值α的采集。根据实施例，硬件设备由与t1相关的事件触发，或者硬件设备自己负责与t1相关的事件并决定何时该时刻发生。该采集被执行并将所述角位置α的值存储在存储装置中。软件设备能够读取该存储装置。在第二步骤中，为了获得角位置测量α，所述软件设备执行对该存储装置的软件读取。

根据另一个特征，对发生在时刻t1的事件负责的设备，硬件采集设备或触发硬件采集的设备任一，在时间t1产生旨在送往软件设备的中断。该中断可有利地被用以启动软件设备。响应于该中断，软件设备然后能够执行对存储装置的软件读取以便获得角位置测量α，并且额外地触发软件采集功能，以便在时刻t2获得角位置测量α'和时间测量T2。

时间t0也出现在图1中曲线图4上。根据一个实施例，软件设备提供硬件采集设备的配置、控制或编程，以使得硬件采集设备在时间t1执行角位置α的采集，并且在适当的情况下定义时间t1。该配置然后在初始时间t0开始。

在此推荐的方法，在其多个变形中，允许基于已知量或其他确定性的量通过误差的估计来补偿由延迟引起的错误的测量。这可由与单个硬件采集设备关联的标准软件设备执行。

该方法已成功应用于点火控制。时间t0是线圈充电的开始，而时间t1是所述充电的结束并因此是点火的实际产生。重要的是要了解确切地在该时刻t1的包括角位置α和时间T1的参考。定义t1的外部设备因此是负责线圈控制的设备。后者然后在时间t1发送针对角位置α的硬件采集的命令并且同时用中断通知该软件设备。作为响应，软件设备读取测量α并触发引起测量α'和T2的软件采集功能。在这种情况下，所使用的软件设备是微控制器Tricore?1762。

本发明进一步涉及一种包括齿轮的类型的用于测量角位置的传感器，其包括用于实现前述补偿方法的装置。在这种情况下，传感器可包含硬件设备和软件设备，所述设备各自或一致地被设计为执行所述补偿方法的各个步骤。

Claims (5)

1.一种用于对包括齿轮的类型的角位置传感器补偿参考测量的方法，所述参考测量包括在时刻t1的同时的第一角位置测量α和第一时间测量T1，特征在于，其包括如下步骤：

确定在需要参考测量时的时刻t1的所述第一角位置测量α，

触发软件采集功能，其考虑所述功能导致时间延迟Δt，

通过软件采集在时刻t2基本上同时采集第二角位置测量α'和第二时间测量T2，

估计时间误差ΔT，

计算第一时间测量，T1=T2–ΔT。

2.如权利要求1所述的方法，其中，根据如下公式计算时间误差ΔT=T2–T1：

，其中：

ΔT=T2-T1=Δt，是需要参考测量时的时刻t1与执行第二角位置测量α'和第二时间测量T2时的时刻t2之间的时间测量的差异，

Dur_dent=一个齿的持续时间，

Res_dent=一个齿的角分辨率，是等于360°除以所述齿轮中齿的数量的常数。

3.如权利要求1和2任一所述的方法，其中，确定第一角位置测量α包括由硬件设备在需要参考测量时的时刻t1执行角位置的值的采集而进行的硬件采集和软件读取由此采集的所述第一角位置测量α。

4.如权利要求3所述的方法，其中，所述硬件设备在时刻t1生成中断，该中断被用于触发所述软件采集功能。

5.一种包括齿轮的类型的用于测量角位置的传感器，特征在于，其包括用于实现前述权利要求中的任何一个所述的补偿方法的装置。