CN103842839A

CN103842839A - 用于机动车辆的凸轮轴传感器的自动校准方法

Info

Publication number: CN103842839A
Application number: CN201280048771.7A
Authority: CN
Inventors: L.卡尔博纳; M-N.拉吕; O.马尔勒
Original assignee: Continental Automotive GmbH; Continental Automotive France SAS
Current assignee: Continental Automotive GmbH; Continental Automotive France SAS
Priority date: 2011-08-04
Filing date: 2012-07-20
Publication date: 2014-06-04
Anticipated expiration: 2032-07-20
Also published as: US9644997B2; CN103842839B; US20140195186A1; FR2978833B1; WO2013017211A1; FR2978833A1

Abstract

本发明的主题是一种用于机动车辆的凸轮轴传感器的自动校准方法，所述车辆具有至少一个凸轮轴（16）、与这个凸轮轴关联的带齿编码的目标（或者磁性编码器）（14）和磁场传感器（10），该磁场传感器被置于目标附近，以便探测由目标的齿在传感器附近经过造成的磁场变化，所述传感器传递被预定探测阈值K所校正的信号。根据本发明，所述方法包括：在目标的至少一圈回转期间连续测量磁场的大小；确定在所述回转期间测量的场的最大幅值A_max；确定在所述回转期间测量的场的最小幅值A_min；找到幅值的比率；以及利用下述公式、考虑到目标的几何不完美来确定被应用到从磁性传感器所发出的信号的自适应校正系数K’：。

Description

用于机动车辆的凸轮轴传感器的自动校准方法

技术领域

本发明涉及用于机动车辆凸轮轴传感器的自动校准方法。更具体地，本发明涉及自动确定被安装在机动车辆发动机的凸轮轴的端部处的齿轮（也被称为目标）的“不圆度”。

背景技术

凸轮轴传感器被用于机动车辆中，以确定各汽缸在发动机燃烧循环中的位置；换言之，以确定在每个汽缸内是发生进气冲程、压缩冲程、膨胀冲程还是排气冲程。这种类型的传感器包括磁场发生器（例如永磁体）、磁场探测器件（例如霍耳效应电池、磁阻（MR）电池、巨磁阻（GMR）电池或者其他类型）和用于处理由磁场探测器件接收到的信号的电子电路。所谓的有源传感器的这些传感器将数字信号传递到中央计算机以便处理。

磁场发生器也可以是由磁性材料制成的且具有交替的南和北极的目标。在这种情况下，取决于所用的探测器件，传感器可以包括或者可以不包括永磁体。在下文中，南和北极被看作等效于机械目标的齿和间隔。

凸轮轴传感器以公知方式关联于固定到凸轮轴的目标。这个目标采取具有带齿周边的盘的形式。这些齿全部具有相同高度，但是具有不同的间距（间隔）和长度，从而提供编码汽缸在机动车辆的内燃发动机的燃烧循环内的定位的器件（就其本身而言是公知的）。

传感器中存在的磁场探测器件探测目标的齿在传感器前方的经过，并且得到信号能够被用于以公知方式确定每个汽缸相对于发动机的燃烧循环的位置。

通过观察在目标的一圈回转期间凸轮轴传感器所感测的磁场的变化的曲线来确定每个汽缸在发动机循环内的位置。这个曲线具有一系列峰值，每个峰值对应于目标的一个齿。通过测量每个峰值和下一峰值之间的间距以及每个峰值的持续时间，能够相对于发动机燃烧循环确定每个汽缸的位置。为此目的，因此重要的是，确保传感器所产生的信号的电气边缘的位置相对于目标的机械边缘的位置来说的准确性。其电气边缘中的每个电气边缘均代表目标机械边缘的经过。目的是最小化由传感器和目标之间的可变间距导致的信号的相位偏移。当磁信号跨过与其幅值成比例的预定阈值时，传感器所产生的电气信号改变状态（高或者低）。为此目的，设定这个阈值（设定为75%，这对应于在电气边缘相对于大多数现有目标的机械边缘的准确性方面的最佳水平），以便确定限定齿的每个边缘的经过的瞬时。因此，只要探测到感测的磁场的第一最大值和第一最小值，对应于这个幅值的75%的阈值被确认，并且假定如果磁场的测量值下降到低于这个阈值则探测到下降沿，并且相反地如果磁场的测量值上升高于这个阈值则感测到上升沿（或者反之亦可）。借此，优化了边缘探测的时刻。然而，这种方法预先假设，所有齿具有相同高度并且各种齿之间没有几何差异。因此预先假设，目标的几何构型几乎完美的。

然而，（传感器和目标的）这些系统具有如下缺点：对目标在凸轮轴上的定位且对这个目标的几何构型敏感。

因为成本的原因，作为具有在预定间距处的预定尺寸的齿的简单金属部件的目标被连续地制造并且通常具有不完美几何构型。显然地，齿相对于目标中心并不总是具有相同高度。这种缺陷被称为“不圆度”。其结果是目标齿的上部没有被全部定位在居中在凸轮轴上的同一圆上。因此，这种问题被称为“不圆度”。制造的目标的这种不圆度会伴随有由于目标在凸轮轴上的组装而产生的不圆度。

显而易见地，因为凸轮轴传感器测量齿在其前方的经过所产生的磁场变化，因此如果一个齿比其他齿低（或高），则这个齿和传感器之间的间距相对其他齿来说变化并且导致感测的磁场的变化。磁场的这些变化会（通过降低电气边缘相对于机械边缘的位置的准确性）篡改做出的测量，或者甚至无法被传感器诠释（其中因为磁场在探测阈值之下，所以无法探测到齿）。则凸轮轴传感器所传递的信号是不正确的，并且每个汽缸在发动机循环中的位置的确定被扭曲，或者甚至不能被正确地执行。

US 2009/0001965描述了磁场传感器和用于校准这种传感器的方法，其中连续测量由目标旋转导致的磁场变化，以便确定接收到的最大和最小磁场值。然而，这种方法不能补偿不正确定位（或者补偿目标的不正确几何构型），这是因为转换阈值的计算不能探测到这些异常。

作为其一部分，US 6 967 477描述了自适应齿轮传感器。然而，这种传感器无法探测在齿轮的定位和几何构型方面的误差。

发明内容

本发明的目的是自动确定目标的不圆度从而校准磁场探测器件，以便考虑到这种不圆度并且因此将校正的测量（电气边缘相对于机械边缘具有更大准确度并且消除了不探测齿的风险）传递到中央计算机，所述中央计算机负责确定每个汽缸在发动机循环内的位置。

本发明的进一步目的是确定由于目标在发动机环境中的老化而导致的会在所述目标中出现的不圆度，并且自动校准与这个目标关联的传感器，以便考虑到由老化引起的这种不圆度。

为此目的，本发明提出一种用于所述发动机的自动校准方法，该发动机具有至少一个凸轮轴、与这个凸轮轴关联的带齿编码目标以及磁场传感器，所述磁场传感器被置于所述目标附近，以探测由所述目标的所述齿在所述传感器附近经过导致的磁场变化，所述传感器传递根据预定探测阈值K而定的代表所述目标的齿和间隔的电气信号，所述预定探测阈值K根据所述磁场的幅值而定，所述方法包括在对应于所述目标的至少一圈回转的时间期间连续测量所述磁场的值，所述方法的特征在于，所述方法包括：

*通过确定如下值来确定这个时间期间测量的场的最大幅值A_max：

–在所述目标的至少一圈回转期间所述传感器所接收的所述场的最小值B_min，

–在所述目标的至少一圈回转期间所述传感器所接收的所述场的最大值B_max-max，

–在所述目标的至少一圈回转期间针对该组齿所接收的所述场的最大值B_max-max和所接收的所述场的最小值B_min之间的差，和

*通过确定如下值来确定在所述时间期间测量的所述场的最小幅值A_min：

–在所述目标的至少一圈回转期间针对该组齿的最大场的最小值B_max-min，和

–在所述目标的至少一圈回转期间所接收的所述场的最小值B_max-min和所接收的所述场的最小值B_min之间的差，和

*根据下述公式，确定考虑到所述目标的几何和/或组装不完美度的、待被施加到从所述磁性传感器接收的所述信号的、探测所述目标的所述齿和间隔的自适应阈值K’：

Figure 2012800487717100002DEST_PATH_IMAGE002

。

因此显而易见的是，为了确定不圆度（换言之，由几何构型和组装造成的缺陷），仅需要测量在目标的至少一圈回转期间在齿的经过期间感测的磁场的最大和最小幅值，以便确定其比率，并且通过将先前使用的固定探测阈值K乘以这个幅值比率来校正所述阈值。

因此可能不仅要校正其最初安装时目标中存在的几何缺陷，而且只要出现所述几何缺陷就对其探测和校正（因此对在其使用期间目标老化的问题作出响应）。

根据本发明，自适应探测阈值被自动计算。有利地，能够连续地或者在传感器被接通时就执行这种计算。

通过在每个齿经过传感器前方时连续测量磁场而有利地确定在目标的一圈回转期间信号的最大幅值和最小幅值。间隔在传感器附近经过时感测的在目标的一圈回转期间的最小磁场被用于确定最大和最小幅值。这些幅值实际上被定义为齿在传感器前方经过期间感测的最大或最小场与间隔在传感器附近经过时感测的最小场之间的差。

有利地，没有几何缺陷的目标的探测阈值被设定成75%（或者任何其他的固定值，这取决于目标的几何构型）。最佳探测阈值必须是使得相对目标供应的传感器电气响应（关于电气边缘）显示出对于没有几何缺陷的目标来说所述电气响应针对传感器和目标之间的间距实际上没有变化。如果目标具有几何缺陷，则通过考虑到不圆度的已校正探测阈值来代替这个探测阈值。

附图说明

参考（通过非限制性示例）提供的附图，从下述描述中将更加清楚地理解本发明的其他的特征和优点，在附图中：

*图1是示出凸轮轴传感器和相关联的目标的示意性截面图，

*图2示出了由与不具有几何和/或组装缺陷的目标相关联的传感器感测的磁场的变化的曲线的示例，这些曲线相对于间隙（传感器和目标的齿之间的间距）被标准化，

*图3示出了由与具有几何和/或组装缺陷的目标相关联的传感器感测的磁场的变化的曲线的示例，这些曲线相对于间隙被标准化，

*以及图4是示出电气边缘的角度α的变化的示意图，所述角度根据不同间隙e并且根据探测阈值而定。

具体实施方式

在图1-4中所述和所示的实施例中，凸轮轴传感器10具有铁磁元件11和磁场探测器件12（例如霍耳效应电池）。这个传感器10将数字信号传递到中央计算机13。

与这个传感器10相关联的目标14采取被固定到凸轮轴16的金属盘15的形式。这个目标在其周边上带有多个齿D₁、D₂、D₃（在所示示例中存在三个齿），这些齿具有相同高度h（当目标具有理想几何构型时），但是具有不同的长度l₁至l₃和间距（间隔）s₁至s₃。这些不同的长度和间距以公知方式形成代码。

这个传感器和目标组件的操作在下文被描述。

当目标14被凸轮轴16旋转（箭头F，图1）时，传感器10感测一系列磁场变化，这代表在其前方经过的齿的长度l及其间距s。以此方式获得的曲线在图2中被示出。

在该图中，水平轴线示出了从0°变化到360°的发动机循环的角度α，并且竖直轴线示出了所感测的磁场的值B（该场根据间隙被标准化）。在图2示出的情况下，所有齿都具有相同高度，并且目标没有几何缺陷。因此，对于所有三个齿而言，每个齿经过期间传感器感测的最大场B_max-dent是相同的。在所示示例中，这个场的值是1。图2示出了三个齿的经过，前两个相对靠近在一起，且第一个比第二个宽，而第三齿的经过比第二齿更窄且更远离第二齿。这对应于图1所示的目标的几何构型。

如果目标的几何构型是完美的（如图2的情况），则一旦感测的磁场上升到高于或下降到低于与场的最大感测幅值成比例的预定阈值（例如B_max-dent-B_min的75%），就存在探测齿边缘经过的公知方式。在图2中由虚线示出了感测的场的这个阈值（最佳探测阈值，K₀）。

然而，与凸轮轴相关联的目标可以具有几何不完美。显然地，目标可以有一定程度的不圆度；换言之，其可以具有其高度h不相等的齿。在这种情况下，当使得不完美的目标旋转时，其齿在传感器10前方的经过导致磁场的变化，如图3所示的。以类似于图2的方式，这个曲线的水平轴线示出了发动机循环的角度α，而竖直轴线示出了磁场B，其根据传感器10所感测的间隙而被标准化。

然而，在这种情况下，能够看出，在整个发动机循环上（换言之，在凸轮轴目标的一圈回转期间），针对每个齿所感测的最大场B_max-dent是不相同的。事实上，第一齿被探测成具有最大场B₁，第二齿具有最大场B₂，且第三齿具有最大场B₃。在所述情况下，B₃小于B₁，B₁本身小于B₂。在这种示例中，为了正确地探测三个齿的经过，必须将探测齿边缘经过的阈值减小到K₁=最大场的63%。这是因为，如果这个限制值被保持如在图2情况中的75%，则将无法探测第三齿的经过。

此时产生的问题是，如果所使用的边缘经过探测阈值具有固定值K₀（如这里的情况那样），则探测阈值K₁必须被设定成比最佳K₀更低的水平，以便探测到所有的齿经过。然而，设定一较低值K₁则降低了具有正确几何构型的齿的经过的探测准确性，这是因为磁场曲线根据它们经过探测阈值的点处的间隙而发散，这显然不是用于最优探测阈值的情况（如参考图4解释的）。

因为探测齿经过所需的探测阈值变得更低（参见K₂的示例，K₂在图4中被设定为场的30%），所以角度范围[α₁，α₂]变得更大。因此，在相同附图中，如果K₄被设定成标准化场的50%，则发动机角度范围[α’₁，α’₂]被显著减少，而如果探测阈值是K₀（等于75%），则不存在发动机角度范围，而是只有单个值α（因此其是非常准确的）。因此，如果探测阈值是大约75%，则角度α不根据间隙而变化；然而如果探测阈值是低的（例如，K₂），则角度α根据间隙e而变化。

因此，减小探测阈值以允许探测到齿的经过（以克服不完美齿的问题）对于确定在齿经过的时刻的发动机角度α的准确性具有不利影响。因此使用固定探测阈值来探测齿的经过是不令人满意的技术方案。

本发明的目的是自动地计算能够克服任意不圆度的磁场探测阈值，这个值是自适应的，且仍为齿的经过探测（电气信号边缘）提供最佳的可能准确性。

为此，本发明包括：

步骤1：在目标的整个一圈回转期间连续地测量磁场的值。以此方式，连续确定在每个齿的经过期间磁场的最大值B_max-dent。另外，只要目标完成一个完整回转（或者作为变型，在n个完整回转之后），就确定在目标的该回转期间所述场的最大值B_max-max。这个最大值B_max-max是在目标的一圈回转期间测量的值B_max-dent中的最大值。类似地，在目标的一圈回转期间确定最大的感测场值B_max-dent中的最小值B_max-min。

还确定在目标的一圈回转期间在目标的间隔中测量的磁场的最小值B_min。

在下表中给出了对于具有不圆度且具有四个齿的目标进行的测量的示例：

Figure 2012800487717100002DEST_PATH_IMAGE004

因此能够看出，对于目标和传感器之间0.2毫米的间距（或间隙e），传感器所感测的最大值是对应于齿1的66.81mT，并且这些最大值中的最小值是52.80mT，其对应于齿3。在上述表格中，针对传感器和目标之间的不同间距e做出测量。这些间距从0.2毫米变化到2毫米。公认地，在这个表格中所示的情况中，在测试台上做出测量。如果目标被安装在车辆上，则其位于预定间距处并且仅需要考量这个表格中的一列。这个表格的进一步目的是演示根据目标和传感器之间间距而定的测量场的变化。

步骤2：开始于步骤1中执行的测量和确定，确定在目标的这个回转期间测量场的最大幅值A_max。这个最大幅值等于在目标的至少一圈回转期间针对该组齿所接收的场的最大值B_max-max和所接收的场的最小值B_min之间的差。

例如，如果目标和传感器之间的间距是0.2毫米，则最大幅值等于66.81-4.15，即62.66mT。

步骤3：再次开始于先前执行的测量和确定，确定目标的这个回转期间测量的场的最小幅值A_min。这个最小幅值等于在目标的至少一圈回转期间所接收的场的最小值B_max-min和所接收的场的最小值B_min之间的差。

例如，如果目标和传感器之间的间距是0.2毫米，则最小幅值等于52.80-4.15，即48.65mT。

步骤4：确定幅值的比率

。

例如，如果目标和传感器之间的间距是0.2毫米，则幅值的比率

等于0.77。

步骤5：根据下述公式，考虑到目标的几何不完美，确定被施加的自适应探测阈值K’：

。

当车辆第一次被起动时用于目标的齿和间隔的探测阈值K被设定成等于幅值的预定百分比。在上表中示出的情况下，取决于目标的几何构型，探测阈值K最初被看作是75%。

例如，如果目标和传感器之间的间距是0.2毫米，则阈值K'等于0.77x75，即57.7%。

如果检查上表，则将看出，为了以最大准确度来测量磁场变化，用于讨论中的在传感器和目标之间的间距为0.2毫米的目标的探测阈值是57.7%，而不是75%。

根据本发明，自动计算被施加到目标的探测阈值。因此，在对发动机循环中的汽缸定相角精度具有最小可能影响的情况下，由磁场传感器做出的测量将始终尽可能准确。

在车辆的随后起动中，在先前起动中计算的自适应探测阈值系数K'的值被用作计算新的自适应阈值的固定阈值。

应该注意，在车辆的每次起动时（因为此时必须知道每个汽缸的定相）能够使用这种自动校准方法。因此，如果由于目标或凸轮轴的老化造成出现任何不圆度或不圆度改变，则根据本发明的方法能够被用于自动再次计算探测阈值，以克服这个不圆度的影响。之后，这个探测阈值被应用到发动机的整个操作时期，直到发动机的下次停止。

在变型中，探测目标齿和间隔的自适应阈值K’在车辆的每次起动时被再次计算，并且之后在每个目标的n圈回转之后的车辆起动之后被再次计算，并且接着被更新并应用于发动机操作的整个时期，直到发动机的下次停止。

在变型中，在车辆的每次起动时将探测阈值K设定成由传感器接收到的磁场的幅值的预定百分比。

显而易见地，本发明不限于上述实施例。例如，在不背离本发明范围的情况下，预定固定探测阈值可以不是75%。类似地，用于计算B_max-min、B_max-max、B_min、A_max、A_min的目标的回转次数可以大于1。同样地，不必须在车辆的起动时执行计算，可以在传感器的整个操作时期连续地执行计算。

Claims

1. 一种用于机动车辆的凸轮轴传感器的自动校准方法，所述发动机具有至少一个凸轮轴（16）、与所述凸轮轴关联的带齿编码目标（14）以及磁场传感器（10），所述磁场传感器被置于所述目标附近，以探测由所述目标的所述齿在所述传感器附近经过导致的磁场变化，所述传感器传递根据预定探测阈值K而定的代表所述目标的齿和间隔的电气信号，所述预定探测阈值K根据所述磁场的幅值而定，所述方法包括在对应于所述目标的至少一圈回转的时间期间连续测量所述磁场的值，所述方法的特征在于，所述方法包括：

*通过确定如下值来确定在所述时间期间测量的所述场的最大幅值A_max：

*根据下述公式，确定考虑到所述目标的几何和/或组装不完美度的、待被施加到从所述磁性传感器接收的所述信号的、用于探测所述目标的所述齿和间隔的自适应阈值K’：

Figure 2012800487717100001DEST_PATH_IMAGE002

。

2. 根据权利要求1所述的自动校准方法，其特征在于，用于探测所述目标的所述齿和间隔的所述自适应阈值K’在所述车辆的每次起动时被再次计算，并且接着被应用于所述发动机的整个操作时期，直到所述发动机下次停止。

3. 根据权利要求1所述的自动校准方法，其特征在于，用于探测所述目标的所述齿和间隔的所述自适应阈值K’在所述车辆的每次起动时被再次计算，在所述目标的每n圈回转之后的所述车辆起动之后被再次计算，并且接着被更新并应用于所述发动机的整个操作时期，直到所述发动机下次停止。

4. 根据前述权利要求中任一项所述的自动校准方法，其特征在于，用于探测所述目标的所述齿和所述间隔的阈值K在所述车辆被第一次起动时被设定成所述幅值的预定百分比，并且在随后起动的时刻被设定成在前一起动时计算的自适应校正系数K’的值。

5. 根据权利要求1-3中任一项所述的自动校准方法，其特征在于，用于探测所述目标的所述齿和所述间隔的所述阈值K在所述车辆的每次起动时被设定成所述传感器接收到的所述磁场的所述幅值的预定百分比。