CN104412095B - 用于同步时间对准和膨胀的尾气采样系统和方法 - Google Patents

Abstract

提供一种用于同步尾气采样系统的第一信号和第二信号的系统和方法。第一信号由第一仪器生成，且包括尾气流率分量和第一仪器时间戳分量。第二信号由第二仪器生成，且包括污染物浓度分量和第二仪器时间戳分量。第二仪器还生成第三信号，第三信号已经被第一信号影响且包括第二仪器时间戳分量。同步模块通过将第一信号的第一流率分量和第一仪器时间戳分量与第三信号和第三信号的第二仪器时间戳分量相比较，确定用于同步第一信号和第二信号的时间关系。该同步提供污染物质量流率的准确计算。

Description

用于同步时间对准和膨胀的尾气采样系统和方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2012年6月11日提交的美国临时申请No.61/658,050的权益，该美国临时申请的全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本公开涉及对多个携带数据的信号的时间对准和时间采样率进行同步的尾气采样系统和方法。

背景技术

内燃机的排放物控制近年来已经成为优先之事，排放物控制规章继续对当代引擎产生的排放物设置更加严格的标准。更具体地，这些规章通常针对在由内燃机产生的尾气中包含的排放物，这些排放物包括一氧化碳、二氧化碳、NOx、未燃烧的碳氢化合物以及微粒物质(其主要是烟灰)。因此，压燃式引擎和火花点火式引擎的制造商类似地开发出多种排放物控制设备。这样的排放物控制设备包括尾气氧化催化剂以及尾气微粒过滤器，尾气氧化催化剂去除一氧化碳、碳氢化合物以及NOx排放物，尾气微粒过滤器去除微粒物质。

在针对排放物符合度对引擎进行测试时，期望确定由引擎产生的排放物中污染物的质量。然而，当污染物浓度和尾气流率的测量时间未正确同步时，污染物质量的准确计算是有问题的。

多种仪器被用来测量用于计算污染物质量的必要参数，这些参数包括例如尾气流率和烟灰浓度。多个仪器生成在时间上不容易同步的信号，因为由这些仪器生成的信号可能由不同的记录器捕获和/或可能在时间上开始就未对准。此外，如果时钟速率稍有不同，则在测试时间间隔内进行测量时，信号之间可能存在时间快或慢。在没有首先对携带尾气流率和污染物浓度数据的信号进行同步的情况下，不可能准确地计算污染物质量。所需要的是一种用于在测试时间间隔的起始时间点以及在沿该时间间隔发生的全部时间点上同步这些信号的系统和方法，使得可以计算准确的污染物质量值。

发明内容

通常说，本主题公开提供一种用于同步多个携带数据的信号的时间对准和采样率的尾气采样系统和方法。

在一种形式中，提供一种用于对引擎所产生的尾气进行采样的系统。该系统包括第一仪器，第一仪器测量经过第一仪器的尾气的第一流率。响应于测量第一流率，第一仪器生成第一信号。第一信号包括第一流率分量和第一仪器时间戳分量。第一流率分量指示由第一仪器测量的第一流率。第一仪器时间戳分量与在第一时间对尾气的采样相关联。更具体地，由第一仪器测量的第一流率可以是离开引擎的尾气的尾气流率。因此，第一信号的第一流率分量可以更具体地被限定为尾气流率分量。

该系统还包括第二仪器。第二仪器测量经过第二仪器的尾气的污染物浓度。响应于测量尾气的污染物浓度，第二仪器生成第二信号。第二信号包括污染物浓度分量和第二仪器时间戳分量。污染物浓度分量指示由第二仪器测量的污染物浓度。第二仪器时间戳分量与在第一时间对尾气的采样相关联。

在测量污染物浓度时，第二仪器生成第三信号。第三信号包括第二仪器时间戳分量，使得第二仪器时间戳分量被第二信号和第三信号共享。第三信号指示具有受第一仪器所测量的流率影响的分量的信号。更具体地，由第二仪器测量的第三信号可以是在尾气微粒过滤器附近流动的样本的过滤器流率。因此，第三信号的流率分量可以更具体地被限定为过滤器流率分量，并且其受第一仪器所测量的第一变量影响。其还可以是该仪器内部用于确定过滤器流量的压力的压力测量值，或者用于监视目的或进行所测量信号的校正目的的另一压力的压力测量值。

该系统还包括同步模块。同步模块接收并处理第一信号、第二信号和第三信号以确定第一信号和第二信号之间的时间关系。同步模块通过将第一信号的第一流率分量和第一仪器时间戳分量与第三信号的第二仪器第三信号和第二仪器时间戳分量相比较，确定第一信号和第二信号之间的时间关系。通过确定该时间关系，第一信号和第二信号的同步是可能的。

在另一形式中，提供一种同步尾气采样系统的信号的方法。该方法包括从第一仪器检测第一信号的步骤。第一信号包括表示来自引擎的尾气流率的尾气流率分量。第一信号还包括与在第一时间对尾气的采样相关联的第一仪器时间戳分量。该方法还包括从第二仪器检测第二信号的步骤。第二信号包括指示经过第二仪器的尾气的污染物浓度的污染物浓度分量。第二信号还包括与在第一时间对尾气的采样相关联的第二仪器时间戳分量。

该方法还包括从第二仪器检测第三信号的步骤。第三信号包括指示第二仪器中的样本尾气的流率的过滤器流率分量，从而使第三信号表现来自第一仪器的第一信号的影响。第三信号可替代地包括表现第一仪器的第一信号的影响的压力测量值。第三信号还包括第二仪器时间戳分量。

响应于检测第一信号、第二信号和第三信号，该方法继续确定第一信号和第二信号之间的时间关系的步骤。检测第一信号对第三信号的影响，并将该影响与第一信号比较。有利地，该时间关系可以用于在时间上将第一信号和第二信号对准，以允许更准确地计算尾气的污染物质量。

更多适用范围将从本文提供的描述中变得清楚。在此发明内容中的描述和特定示例仅是为说明目的提供的，而不旨在限制本公开的范围。

附图说明

上面描述的特征和优势以及本公开的其它特征和优势将容易被理解，因为这些在结合附图进行思考时通过参考下面的具体实施方式变得更容易理解。这些附图仅用于所选择的实施例的说明用途，而不用于说明所有可能的实现方式，并且不意在限制本公开的范围，其中：

图1是图示根据主题公开而构造的示例性尾气采样系统的示意图；

图2A是图示根据主题公开的用于同步多个信号的时间对准的示例性方法的流程图；

图2B是图2A的流程图的延续，并且图示根据主题公开的用于同步多个信号的时间对准的示例性方法；并且

图3是图示根据主题公开的用于同步两个记录器的时钟速率和多个信号的时间膨胀的示例性方法的流程图。

具体实施方式

提供示例实施例，使得本公开将全面并且将本公开的范围完整地传达给本领域技术人员。阐述多个特定细节，如特定组件、设备和方法的示例，以提供本公开的实施例的充分理解。对本领域技术人员将显而易见的是，不需要使用具体细节，示例实施例可以以多种不同形式体现并且这两种情况都不应被解释为限制本公开的范围。在一些示例实施例中，未详细描述众所周知的过程、众所周知的设备结构以及众所周知的技术。

本发明中使用的术语仅用于描述特定示例实施例用途，而不旨在作为限制。单数形式“一”、“该”、“此”，当其在本发明中使用时，可以旨在还包括复数形式，除非上下文明确地表示别的含义。术语“包括”、“包含”、“涵盖”和“具有”是包括性的，因此规定所介绍的特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但是不排除存在或增加一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或它们的组合。本发明中描述的方法步骤、过程和操作不应被解释为必须要求以所介绍或所图示的特定顺序表现，除非特定地被标识为表现的顺序。还应理解，可以采用附加步骤或可替代的步骤。

当元件或层被称为“位于另一元件或层上”、“与另一元件或层接合”、“与另一元件或层连接”或者“与另一元件或层联接”时，其可以直接位于另一元件或层上、直接与另一元件或层接合、直接与另一元件或层连接或者直接与另一元件或层联接，或者可以存在介于中间的元件或层。相比之下，当元件被称为“直接位于另一元件或层上”、“直接与另一元件或层接合”、“直接与另一元件或层连接”或者“直接与另一元件或层联接”时，可以没有介于中间的元件或层存在。用来描述元件之间关系的其它词语应当以类似的方式去解释(例如“在……之间”对“直接在……之间”、“与……相邻”对“与……直接相邻”等)。术语“和/或”，当在本发明中使用时，包括相关联列出的项目中的一个或多个项目的任一组合和全部组合。

虽然在本发明中可以使用术语“第一”、“第二”、“第三”等来描述多个元件、部件、区域、层和/或部分，但是这些元件、部件、区域、层和/或部分不应受这些术语限制。这些术语可以仅用来将一个元件、部件、区域、层或部分与另一区域、层或部分区分开。像“第一”、“第二”和其它数字术语这样的术语，当其在本发明中使用时，不指顺序或次序，除非上下文清楚地这样表示。因此，下面介绍的第一元件、第一组件、第一区域、第一层或第一部分可以被称为第二元件、第二组件、第二区域、第二层或第二部分，而不背离示例实施例的教导。

为了便于描述，在本发明中可以使用像“内”、“外”、“下面”、“下方”、“下”、“上面”、“上”等等这样的与空间有关的术语来描述附图中所示的一个元件或特征与另一元件或特征的关系。空间有关的术语可以旨在涵盖在使用中或在操作中的设备除附图所示的方向以外的不同方向。例如，如果附图中的设备翻转，那么被描述为“位于其它元件或特征下方”或“位于其它元件或特征下面”的元件将朝向“其它元件或特征上方”。因此，示例术语“下面”可以包括上面和下面两个朝向。设备可以朝向别的方向(旋转90度或朝向其它方向)，相应地解释本发明中使用的与空间有关的描述词。

参考图1，公开了用于测量由引擎22产生的尾气中的污染物质量的系统20。系统20通常在尾气通过包括从引擎22引出的一个或多个管道的尾气路径24时对尾气进行采样。应当理解，尾气在通常离开引擎22并朝向尾气路径24的出口26的流动方向上穿过尾气路径24。本文公开的系统和方法同样地适用于压燃式引擎(如柴油机)和火花点火式引擎(如汽油机)。相应地，可以沿尾气路径24设置各种排放物控制设备。例如，可以在相对于尾气流动方向的引擎22下游沿尾气路径24设置尾气微粒过滤器28。尾气微粒过滤器28通常从通过尾气路径24的尾气中去除微粒物质(还被称为烟灰)。应当理解，当尾气微粒过滤器28被包含在压燃式引擎的尾气路径24中时，尾气微粒过滤器28可以是柴油机微粒过滤器(DPF)。

所公开的系统20包括沿从引擎22引出的尾气路径24设置的第一仪器30和第二仪器32。第一仪器30可以在引擎22附近沿尾气路径24放置，以采样从引擎22中出来的尾气。因此，第一仪器30可以是单独的传感器或者是引擎管理系统的一部分。第一仪器30测量经过第一仪器30的尾气的第一流率。更具体地，第一流率可以是离开引擎22的尾气的尾气流率。

第一仪器30响应于测量尾气流率而生成第一信号。由第一仪器30生成的第一信号包括表示第一流率的第一流率分量。相应地，第一流率分量可以是表示离开引擎22的尾气的尾气流率的尾气流率分量。第一信号还可以包括与在第一时间对尾气的采样相关联的第一仪器时间戳分量。第一仪器时间戳分量可以由与第一仪器30关联的时钟生成。

第二仪器32可以与第一仪器30间隔开，使得第二仪器32相对于尾气流动方向被放置在第一仪器30下游。尽管将第二仪器32描述并示出为位于第一仪器30下游，但是第一仪器30和第二仪器32的相对位置不限于此。其还可以位于第一仪器30上游。

第二仪器32可以沿尾气路径24放置，并且可以是用于确定引擎22的尾气内的实时烟灰或微粒物质排放物或气态污染物排放物的排放物测量系统。在一种配置中，第二仪器32是由奥利地格拉茨的AVL制造并生产的AVL PM PEMS。相应地，第二仪器32可以包括在图1中各自被示意性地表示为与第二仪器32关联的微烟灰传感器33、过滤器35和流量计37。

在操作时，第二仪器32经由与设置在尾气路径24中的尾气流流体连通的管道39，从尾气路径接收尾气样本。第二仪器32测量仪器32内的烟灰浓度或气态污染物浓度以及流率或压力。第二仪器32响应于测量污染物浓度和第二流率，生成第二信号。尽管将第二信号描述为响应于第二流率而生成，但是第二信号可以实际响应于与尾气路径24中布置的尾气流相关的任何参数而生成。例如，第二信号可以响应于第二仪器32内的压力而生成，第二仪器32内的压力受第一流率(即，尾气路径24内的尾气流)影响。第二仪器32内的压力可以用于生成第二信号，因为第二仪器32内的压力实际上随着尾气路径24内的压力变化而即时变化。

无论用于生成第二信号的参数是什么(即，第二仪器32内的流率或压力)，第二信号都可以包括指示由第二仪器32测量的烟灰或气态污染物浓度的烟灰浓度或气态污染物分量以及与在第一时间对尾气的采样相关联的第二仪器时间戳分量。第二时间戳分量可以由与第二仪器32关联的时钟生成。第二仪器32还生成包括受第一仪器的流率影响的第二分量的第三信号。像第二信号一样，第三信号可以包括第二仪器时间戳分量。

第二仪器32可以以多种不同配置建构。重要的是第二仪器32测量第二仪器32内的第二流率或压力，以及经由管道39供应给第二仪器32的尾气的烟灰或气态污染物浓度。在一种配置中，第二仪器32包括用于检测第二流率的流率分支以及用于检测烟灰浓度的烟灰浓度分支。流率分支可以包括接收向第二仪器32供应的尾气样本的过滤器35。流率分支还可以包括位于过滤器35下游的临界流量孔(未示出)。流率分支可以进一步包括与临界流量孔相邻放置的用于测量通过临界流量孔的样本的流率的流量计37。

烟灰浓度分支连接至过滤器35的流率分支上游。烟灰浓度分支可以包括用于测量样本中的烟灰浓度的烟灰浓度传感器33。根据这些测量，第二仪器32确定向第二仪器32供应的尾气的第二流率(或压力)以及烟灰浓度。

有利地，尾气的烟灰质量流率可以使用第一信号的尾气流率分量以及第二信号的烟灰浓度分量来计算。作为示例，为了计算烟灰质量流率，两个分离的仪器30、32可以用于捕获所需的数据。第一仪器30捕获尾气流率，并且第二仪器32捕获烟灰浓度。

来自这些仪器30、32的信号可以在时间上被对准，以一起处理数据。来自第二仪器32的携带烟灰浓度C_Soot(t)的第二信号必须与来自第一仪器30的携带尾气流率Q_Exh(t’)的第一信号对准，以便计算烟灰质量流率其必须代表在与尾气流相同时间点的采样点处的浓度。更具体地，烟灰质量流率可以通过下面的表达式来计算：

根据上面的表达式，是可以具有克每秒(g/sec)的单位的烟灰质量流率。Q_Exh(t’)是可以具有立方米每分钟(m³/min)的单位的尾气流率。C_Soot(t)是可以具有毫克每立方米(mg/m³)的单位的烟灰浓度。一旦确定t和t’之间的关系，就可以执行该计算。

如所提到的，常常出现的问题是第一信号和第二信号在时间上不同步。也就是说，第一仪器30的第一时间戳分量与第二仪器32的第二时间戳分量不对准。这可以在与第一仪器30关联的时钟在与第二仪器32关联的时钟开始计数以前或以后开始计数时发生。其还可以在与第一仪器30关联的时钟在与第二仪器32所关联的时钟所使用的初始时间值不同的初始时间值处开始计数时发生。

如果对准偏离很小的量，那么在计算烟灰总质量时，积分误差变得很大，如通过对烟灰质量流率进行积分所示：

在上面的公式中，M_Soot是在整个测试期间积分的烟灰总质量。例如，在信号的时间对准沿任一方向偏离数秒或几分之一秒时，误差十分大。如果第二信号领先第一信号，则在尾气流率增加以前测量来自燃烧事件的烟灰。这是不真实的，所计算的烟灰质量流率将低得多。相反，在第二信号落后于第一信号时，烟灰浓度增加出现在尾气流率增加以后。结果，所计算的尾气质量流率将高得多。

仍参考图1，系统20包括同步模块34，同步模块34通过将第一信号与第二信号同步来解决时间对准的问题。同步模块34接收并处理第一信号、第二信号和第三信号。应当理解，可以使用用于将第一信号、第二信号和第三信号从第一仪器30和第二仪器32传递给同步模块34的任何方法或设备。例如，同步模块34可以电连接至第一仪器30和第二仪器32。响应于接收第一信号、第二信号和第三信号，同步模块34确定第一信号和第二信号之间的时间关系。同步模块34通过将第一信号的第一流率分量和第一仪器时间戳分量与第三信号和第三信号的第二仪器时间戳分量相比较来执行此任务。

同步模块34确定第一信号的第一仪器时间戳和第三信号的第二仪器时间戳隔开的时间移位值。同步模块34通过使第一信号和第二信号之间的时间关系等于第一信号和第三信号之间的时间移位值，来确定第一信号和第二信号之间的时间关系。当第一信号表示由第一仪器30测量的尾气流率，并且第三信号表示已经受第一信号影响的由第二仪器32测量的信号时，可以执行该操作，因为第一信号和第三信号是可比较的。相应地，第一信号的尾气流率分量影响第三信号的过滤器流率或压力分量，使得可以确定第一时间戳分量和第二时间戳分量之间的时间移位。

尽管将同步模块34描述为确定第一时间戳分量和第二时间戳分量之间的时间移位，但是同步模块34可以附加地或可替代地通过比较受位于尾气路径24内的尾气流影响的任何参数，确定第一信号和第二信号之间的时间移位。例如，同步模块34可以通过使用经过第一仪器30的尾气的压力和经由管道39的第二仪器32内的尾气压力之间的相关性来确定时间移位。尾气压力对第二仪器内的流率的影响可以被表达为：

根据上面的表达式，Q_f是第二仪器32内的尾气的第二流率。还参考上面的表达式，k是常数，P是第二仪器32内的尾气的压力，并且T是第二仪器32内的尾气的温度。如本表达式所示，每当第二流率波动时，第二仪器32内的尾气压力将波动。相应地，压力还可以用于确定第一信号和第二信号之间的时间移位。因此，尾气压力和尾气流率之间的相关性可以用于替代或用于验证使用第三信号确定的时间移位值。

同步模块34通过从第一信号的第一仪器时间戳分量中减去时间移位值，将第一信号与第二信号对准，从而生成具有同步的尾气流率分量的同步的第一信号。然后，同步模块34通过计算同步的第一信号的同步的尾气流率分量与第二信号的烟灰浓度分量之积，来计算烟灰质量流率。因此，第一信号和第二信号以第一时间进行时间对准。在一些情况下，在与第一仪器30关联的时钟以与第二仪器32所关联的时钟相同的频率计数时，这可能是足够的。然而，与第一仪器30关联的时钟和与第二仪器32关联的时钟之间经常存在快或慢。因此，即使第一信号和第二信号以第一时间对准，但是第一信号和第二信号也可能变得不同步或偏离。对此问题的补救可以被称为时间膨胀。

当记录到长时间间隔时，可能发生两个仪器30、32之一可能相对于这两个仪器30、32中的另一个仪器在时间上快或慢。然而，为获得正确而准确的结果，在计算时一起使用的来自不同仪器30、32的信号必须在所有时间点都准确地对准。在很多小时内快或慢数秒(这在通常的电子时序设备中是可预期的)，可能导致在测试时间间隔内来自后面时间的结果无效。

所公开的系统20和方法的优势是可以克服此类时钟速率问题。简单地说，所公开的系统20和方法可以在测试时间间隔开始时和测试时间间隔结束时匹配信号，然后如果观察到不同的时间移位，则可以根据所观察到的时间移位差异而伸展或收缩第一信号时间戳和第二信号时间戳之一，以使它们在整个测试时间间隔内以相同的时间移位对准。作为示例，测试时间间隔可以跨数秒、数分钟、数小时或数天。

为了解决第一信号和第二信号之间的不同时钟速率问题，第一仪器30沿测试时间间隔在不同时间测量尾气流率。响应于在不同时间测量尾气流率，第一仪器30生成第一阵列，第一阵列包含隔开第一时间标度的多个数据对。第一阵列的每个数据对表示尾气流率和对应的第一仪器时间戳。

第二仪器32沿测试时间间隔在不同时间测量烟灰浓度，以生成第二阵列，第二阵列包含隔开第二时间标度的多个数据对。第二阵列的每个数据对表示烟灰浓度和对应的第二仪器时间戳。第二仪器32还沿测试时间间隔在不同时间测量过滤器流率，以生成第三阵列，第三阵列包含隔开第二时间标度的多个数据对。第三阵列的每个数据对表示过滤器流率和对应的第二仪器时间戳。应当理解，在第一时间标度不同于第二时间标度时，第一信号和第二信号之间存在时间膨胀。

为了消除第一信号和第二信号之间的时间膨胀，同步模块34通过比较第一阵列和第二阵列，确定第一阵列和第二阵列之间的时间关系。响应于比较第一阵列和第二阵列，同步模块34基于第一阵列和第二阵列之间的时间关系将第一阵列转换至第二时间标度，并且因此转换而生成同步的第一阵列。然后，同步模块34可以通过计算同步的第一阵列与第二阵列之积，来计算沿测试时间间隔的不同时间的烟灰质量流率。

本文中使用的术语“模块”可以被术语“电路”替代。术语“模块”可以指、可以是以下中的一部分或可以包括：专用集成电路(ASIC)；数字、模拟或混合模拟/数字分立电路；数字、模拟或混合模拟/数字集成电路；组合逻辑电路；现场可编程门阵列(FPGA)；执行代码的处理器(共享的、专用的或组合的)；存储由处理器执行的代码的存储器(共享的、专用的或组合的)；提供所描述的功能的其它适合的硬件组件；或以上中一些或全部的结合，如在片上系统中。

上面使用的术语“代码”可以包括软件、固件和/或微代码，并且可以指程序、规程、函数、类和/或对象。术语“共享的处理器”包括执行多个模块中的一些或全部代码的单个处理器。术语“组合的处理器”包括与其它处理器结合执行一个或多个模块中的一些或全部代码的处理器。术语“共享的存储器”包括存储多个模块中的一些或全部代码的单个存储器。术语“组合的处理器”包括与其它存储器结合存储一个或多个模块中的一些或全部代码的存储器。术语“存储器”可以是术语“计算机可读介质”的子集。术语“计算机可读介质”不包含通过介质传播的瞬态电信号和电磁信号，以此可以被认为是有形的和非瞬态的。非瞬态有形计算机可读介质的非限制性示例包括非易失性存储器、易失性存储器、磁性存储器和光存储器。本公开还提出一种同步尾气采样系统(如上面描述的尾气采样系统20)的信号的方法。

此方法包括：首先整体同步第一信号和第二信号(即，在时间上对准第一信号和第二信号的位置)，然后伸展或压缩第一信号以匹配第二信号中的时间(或反之)。尽管将伸展或压缩第一信号和第二信号之一描述为是在第一信号和第二信号的对准之后执行的，但是有可能同时既对准第一信号和第二信号又伸展或压缩第一信号和第二信号之一。

参考图2A和图2B，该方法首先通过以第一时间对准第一信号和第二信号来实现同步。该方法包括从第一仪器30检测第一信号的步骤100。第一信号包括表示来自引擎22的尾气流率的尾气流率分量。第一信号还包括与在第一时间对尾气的采样相关联的第一仪器时间戳分量。该方法还提供从第二仪器32检测第二信号的步骤102。第二信号包括表示第二仪器32内的尾气的烟灰或气态污染物浓度的烟灰或气态污染物浓度分量。第二信号还包括与在第一时间对尾气的采样相关联的第二仪器时间戳分量。

该方法还包括从第二仪器32检测第三信号的步骤104。第三信号包括分别表示第二仪器32内的尾气的过滤器流率和/或内部压力的过滤器流率或压力分量。第三信号还包括第二仪器时间戳分量。该方法包括执行数学操作的几个步骤。该方法通过对使第一信号和第三信号相关的数学符合函数(mathematical coincidence function)进行积分，识别第一信号和第三信号之间的时间滞后。数学符合函数可以由下面的表达式表示，该表达式是时间滞后(τ)的函数：

f°g(τ)≡∫f(t)g(t-τ)dt

根据上面的表达式，f是第一信号，并且g是第三信号。Tau(τ)是第一信号和第二信号之间的时间延迟，该时间延迟可以具有秒(sec)的单位。下面描述如何确定Tau。

该方法包括响应于识别第一信号和第三信号之间的时间延迟，将第一信号和第三信号从基于时间的域转换为基于频率的域的步骤106。该转换步骤包括向第一信号和第三信号应用傅里叶变换。傅里叶变换可以由下面的表达式表示：

根据上面的表达式，f(t)是第一信号，g(t)是第三信号，它们二者都在基于时间的域内。F(ω)是基于频率的域内的第一信号，G(ω)是基于频率的域内的第三信号。用于表示傅里叶变换。

图2A和图2B所示的方法利用与尾气流率(第一信号)共享许多高频分量的过滤器流率(第三信号)。该物理特性还可以在其它信号中见到。例如且如上面描述的，第三信号可以基于第二仪器32内的压力而生成，因为尾气流压力的变化导致在第二仪器32内设置的尾气的相似且实际上即时的压力变化。

在系统20的第一仪器30和第二仪器32由车辆携带到较高和较低高度时可以发生随时间缓慢变化的环境气压变化。在步骤108中，通过截去第一信号和第三信号在基于频率的域内低于预定下限的部分来补偿这种低频压力差，以消除所导致的环境气压的缓慢变化。在低频处可观察到基于环境气压的变化，因此步骤108通过在基于频率的域内表示第一信号和第三信号时截去第一信号和第三信号的低频部分，来移除该潜在误差。作为示例，预定下限可以被设置为移除低于约0.00610赫兹(Hz)的频率。

在将第一信号和第三信号转换至基于频率的域并移除低频以后，该方法将第一信号的复共轭与第三信号相乘，以生成基于频率的域内的信号之积。响应于将第一信号和第三信号相乘，该方法包括将这些信号之积从基于频率的域转换回基于时间的域以生成滞后函数的步骤110。基于频率的域中的信号之积的傅里叶逆变换在数学上可以由下面的表达式表示：

根据上面的表达式，f是第一信号，g是第三信号，它们二者都在基于时间的域内。用于表示傅里叶变换，用于表示傅里叶逆变换，表示傅里叶变换的复共轭。

该方法继续识别滞后函数的峰值以确定时间移位值的步骤120。在这两个信号的尾气流影响完美匹配时，应当存在尖峰。换句话说，滞后函数的最高值或最大值代表时间移位值。在数学上，时间移位值可以由下面的表达式表示：

根据上面的表达式，Tau(τ)是第一信号和第二信号之间的时间延迟，其可以具有秒(sec)的单位。Tau移位(τ_shift)是第一信号和第三信号之间的时间移位，其可以具有秒(sec)的单位。Lag(τ)是滞后函数。最后，max表示该时间移位是滞后函数具有最大值的那个tau值。

该方法可以替代地执行通过比较与尾气流相关的任何参数来确定第一信号和第二信号之间的时间移位的步骤120。例如，同步模块34可以通过使用经过第一仪器30的尾气的压力和第二仪器32内的压力之间的相关性来确定时间移位。第二仪器内的尾气流量可以表达为：

根据上面的表达式，Q_f是第二仪器32内的尾气的第二流率。还参考上面的表达式，k是常数，P是第二仪器32内的尾气的压力，并且T是第二仪器32内的尾气的温度。如本表达式所示，每当第二仪器32内的尾气样本的内部压力波动时，第二仪器32内的尾气的第二流率将波动。相应地，压力还可以用于确定第一信号和第二信号之间的时间移位。因此，尾气压力和尾气流率之间的相关性可以用于替代步骤120或用于验证根据步骤120使用第三信号确定的时间移位值。

还参考图2A和图2B，该方法包括使第一信号和第二信号之间的时间关系等于第一信号和第三信号之间的时间移位值的步骤122。该步骤是适合的，因为第一信号和第三信号都包括受尾气流率影响的分量，因此彼此跟随。该方法包括步骤124，在步骤124中通过从第一信号的第一仪器时间戳分量中减去时间移位值而将第一信号与第二信号对准，从而生成具有同步的尾气流率分量的同步的第一信号。如果不需要膨胀，那么我们会在该点计算烟灰质量流率。通过生成同步的第一信号，该方法然后可以继续至步骤126，在步骤126中通过计算同步的第一信号的同步的尾气流率与第二信号的烟灰浓度分量之积，来计算烟灰质量流率。再次，可以通过下面的表达式的取积，来计算烟灰质量流率：

根据上面的表达式，是可以具有克每秒(g/sec)的单位的烟灰质量流率。Q_Exh(t’)是可以具有立方米每分钟(m³/min)的单位的尾气流率。C_Soot(t)是可以具有毫克每立方米(mg/m³)的单位的烟灰浓度。

现在参考图3，该方法通过相对于第二信号解决第一信号的时钟速率来实现同步。通过从第一信号和第三信号的开始和结束选择两个部分而开始(可能START部分会在总时间的5％处开始并在总时间的15％处结束，并且END部分会从85％至95％)。该方法进一步包括针对这两个部分中的每个部分重复方法的步骤100至步骤126的步骤128。注意，如果需要，可以使用多个部分的任意数目，而不仅一个。例如，因为电池电压或温度对设备的影响，计算机时钟之一可能因在一天过程中变慢而是非线性的。在此情况下，本方法可以用于将信号分裂成任意多个部分，并且对每个部分重复该方法。以下描述基于最简单的情况：具有两个端点的单个部分。

使Tau_start成为START时间段期间第一信号和第三信号之间的时间延迟。使Tau_end成为END时间段期间第一信号和第三信号之间的时间延迟。Tau_start和Tau_end之差示出第一信号和第三信号的间隔时间之差。例如，如果Tau_start和Tau_end相同，那么这两个信号在样本之间具有完全相同的时间，相同的时钟速率。另一方面，如果Tau_end-Tau_start＝4秒，则在第三信号的开始和结束之间流逝的时间比第一信号的开始和结束之间流逝的时间多4秒。

第一信号和第三信号之间的上述时间差异可以由用于记录第一信号和第三信号的分立计算机的稍不同的时钟速度引起。在上面的示例中，计算机的时钟之一可以相对于另一计算机的时钟在8小时的采样时间段期间慢4秒。下面的部分描述该过程的细节。

该方法包括沿测试时间间隔在不同时间采样第一信号以生成第一阵列的步骤130。第一阵列包含隔开第一时间标度的多个数据对。第一阵列中的每个数据对表示来自引擎22的尾气流率和对应的第一仪器时间戳。在步骤132中，该方法包括沿测试时间间隔在不同时间采样第二信号以生成第二阵列。第二阵列包含隔开与第一时间标度不同的第二时间标度的多个数据对。第二阵列中的每个数据对表示经过第二仪器的尾气的烟灰浓度和对应的第二仪器时间戳。

该方法包括在步骤134中沿测试时间间隔在不同时间采样第三信号以生成第三阵列。第三阵列包含隔开第二时间标度的多个数据对。因此，应当理解第二阵列和第三阵列具有相同的时间标度，并且第一阵列具有与第二阵列和第三阵列的时间标度不同的时间标度。第三阵列中的每个数据对表示第二仪器32内的过滤器流率或尾气压力以及对应的第二仪器时间戳。

响应于确定第一阵列、第二阵列和第三阵列，该方法继续至步骤136，在步骤136中通过比较第一阵列和第二阵列，确定第一阵列和第二阵列之间的时间关系。该方法再次包括执行数学操作的几个步骤。该方法包括通过将第一阵列和第三阵列限定为两个连续的时间函数来将第一阵列与第三阵列对准的步骤138。可以将这两个连续的时间函数限定为下面的表达式：

f_j＝f(jΔt+t₀) j＝1，...，n

g_i＝g(iΔt′+t₀′)i＝1,…,m

f′_k＝f(kΔt′+t₀′)k＝1,…,n

根据上面的表达式，f是第一信号，f_j是第一阵列的第j个元素。德尔塔t(Δt)是第一阵列的数据对隔开的时间单元，其可以具有秒(sec)的单位。还参考上面的表达式，g_i是第三阵列；德尔塔t撇(Δt’)是第三阵列的数据对隔开的时间单元，其可以具有秒(sec)的单位。f_k是在我们已经向第一阵列应用第三阵列的时间以后第一阵列的第k个元素。

响应于将第一阵列和第三阵列限定为两个连续的时间函数，该方法继续至步骤140，在步骤140中通过对下面的表达式求解，将第一阵列转换为第二时间标度：

jΔt≤kΔt′并且(j+1)Δt＞kΔt′

这里描述的是用于为阵列f’计算新f值的线性插值方法。对于每个k，选择j，使得第一公式为真。根据上面的表达式，f是第一信号，f_j是第一阵列的第j个元素。德尔塔t(Δt)是第一阵列的数据对隔开的时间单元，其可以具有秒(sec)的单位。还参考上面的表达式，f_k是第一阵列的第k个元素，其现在使用第二阵列的时间间隔。德尔塔t撇(Δt’)是第三阵列的数据对隔开的时间单元，其可以具有秒(sec)的单位。

该方法包括步骤142，在步骤142中基于第一阵列和第二阵列之间的时间关系将第一阵列转换至第二时间标度，以生成对准的且膨胀的第一阵列。响应于将第一阵列转换为第二时间标度，该方法继续至步骤144，在步骤144中通过对同步的第一阵列(尾气流)和第二阵列(烟灰浓度)取积，计算沿测试时间间隔的不同时间的烟灰质量流率。从排气管中排出的总烟灰将是烟灰质量流率在总采样时间内的积分。

本文描述的且在图2A、图2B和图3中示出的方法是为了说明和公开的目的提供的。如所附权利要求揭露的，该方法不局限于本文描述的且被标记为图2和图3中的附图标记100至144的所有步骤。因此，该方法可以通过仅执行这些步骤中的一些步骤来实践。此外，该方法不局限于本文公开的且在图2A、图2B和图3中图示的步骤的顺序。该方法可以通过以替代的顺序或次序执行这些步骤来实施，除非在权利要求中明确地另外指定。

为了说明和描述目的提供上面对实施例的描述。其不旨在是全面的或限制的。显而易见，根据上面的教导，本公开的许多修改和变型是可能的，并且可以与所具体描述的那样不同地实现，而在所附权利要求的范围内。在所附系统权利要求中使用的词语“所述”指先行词(其是明确记载)希望包含在系统权利要求的范围内，而词语前面的词语“该”不希望包含在系统权利要求的范围内。该惯例不适用于所附方法权利要求。

Claims (18)

1.一种用于对引擎所产生的尾气进行采样的系统，包括：

第一仪器，用于测量离开所述引擎的尾气的第一流率并且生成第一信号，所述第一信号包括表示所述第一流率的第一流率分量以及与在第一时间的采样相关联的第一仪器时间戳分量；

第二仪器，用于测量污染物浓度并且生成第二信号和第三信号，所述第二信号包括表示所述污染物浓度的污染物浓度分量和与在所述第一时间的采样相关联的第二仪器时间戳分量，所述第三信号包括表示已经被所述第一流率影响的参数的分量并且包括所述第二仪器时间戳分量；以及

同步模块，用于接收并处理所述第一信号、所述第二信号和所述第三信号，以通过将所述第一信号的所述第一流率分量和所述第一仪器时间戳分量与所述第三信号的被影响的参数分量和所述第二仪器时间戳分量相比较，来确定所述第一信号和所述第二信号之间的时间关系。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述同步模块确定所述第一信号的所述第一仪器时间戳与所述第三信号的所述第二仪器时间戳隔开的时间移位值。

3.根据权利要求2所述的系统，其中所述同步模块使所述第一信号和所述第二信号之间的所述时间关系等于所述第一信号和所述第三信号之间的所述时间移位值。

4.根据权利要求3所述的系统，其中所述同步模块通过从所述第一信号的所述第一仪器时间戳分量中减去所述时间移位值而将所述第一信号与所述第二信号对准，以生成具有同步的尾气流率分量的同步的第一信号。

5.根据权利要求4所述的系统，其中所述同步模块通过计算所述同步的第一信号的所述同步的尾气流率分量与所述第二信号的所述污染物浓度分量之积，来计算污染物质量流率。

6.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一仪器沿测试时间间隔在不同时间测量所述第一流率，并且生成包含隔开第一时间标度的多个数据对的第一阵列，所述第一阵列的每个数据对表示所述第一流率和所述第一仪器时间戳。

7.根据权利要求6所述的系统，其中所述第二仪器沿所述测试时间间隔在不同时间测量所述污染物浓度，以生成包含隔开第二时间标度的多个数据对的第二阵列，所述第二阵列的每个数据对表示所述污染物浓度和所述第二仪器时间戳。

8.根据权利要求7所述的系统，其中所述第二仪器沿所述测试时间间隔在不同时间测量所述第三信号，以生成包含隔开所述第二时间标度的多个数据对的第三阵列，所述第三阵列的每个数据对表示被影响的参数和所述第二仪器时间戳。

9.根据权利要求8所述的系统，其中所述同步模块通过比较所述第一阵列和所述第三阵列来确定所述第一阵列和所述第二阵列之间的时间关系，基于所述第一阵列和所述第二阵列之间的所述时间关系将所述第一阵列转换为所述第二时间标度，以生成同步的第一阵列，并且通过计算所述同步的第一阵列与所述第二阵列之积来计算沿所述测试时间间隔的所述不同时间的污染物质量流率。

10.一种同步尾气采样系统的信号的方法，包括：

从第一仪器检测第一信号，所述第一信号包括表示来自引擎的尾气的第一流率的第一流率分量以及与在第一时间的采样相关联的第一仪器时间戳分量；

从第二仪器检测第二信号，所述第二信号包括表示所述第二仪器内的尾气的污染物浓度的污染物浓度分量以及与在所述第一时间的采样相关联的第二仪器时间戳分量；

从所述第二仪器检测第三信号，所述第三信号包括表示已经被所述第一流率影响的参数的分量，并且包括所述第二仪器时间戳分量；以及

通过将所述第一信号的所述第一流率分量和所述第一仪器时间戳分量与所述第三信号的被影响的参数分量和所述第二仪器时间戳分量相比较，确定所述第一信号和所述第二信号之间的时间关系。

11.根据权利要求10所述的方法，进一步包括确定所述第一信号的所述第一仪器时间戳与所述第三信号的所述第二仪器时间戳隔开的时间移位值。

12.根据权利要求11所述的方法，进一步包括使所述第一信号和所述第二信号之间的时间关系等于所述第一信号和所述第三信号之间的所述时间移位值。

13.根据权利要求12所述的方法，进一步包括通过从所述第一信号的所述第一仪器时间戳分量中减去所述时间移位值而将所述第一信号与所述第二信号对准，以生成具有同步的尾气流率分量的同步的第一信号。

14.根据权利要求13所述的方法，进一步包括：通过计算所述同步的第一信号的所述同步的尾气流率分量与所述第二信号的所述污染物浓度分量之积，计算污染物质量流率。

15.根据权利要求14所述的方法，进一步包括通过对使所述第一信号和所述第三信号相关的数学符合函数进行积分，识别所述第一信号和所述第三信号之间的时间滞后，所述数学符合函数是f°g≡∫f(t)g(t-τ)dt，其中f是所述第一信号，g是所述第三信号，t是时间，并且τ是所述第一信号与所述第三信号之间的时间延迟；

通过向所述第一信号和所述第三信号应用傅里叶变换，将所述第一信号和所述第三信号从基于时间的域转换至基于频率的域，所述傅里叶变换是和其中F(ω)是频域中的所述第一信号，G(ω)是频域中的所述第三信号，并且表示傅里叶变换；

将所述频域中的所述第一信号的复共轭与所述频域中的所述第三信号相乘，以生成所述基于频率的域中的信号之积；

将所述信号之积从所述基于频率的域转换至所述基于时间的域以生成滞后函数，所述滞后函数被限定为其中Lag(t)是所述滞后函数，表示傅里叶逆变换，表示傅里叶变换的复共轭，并且f_{低频被去除}是低频分量被去除的所述第一信号；并且

识别所述滞后函数的峰值以确定所述时间移位值，所述时间移位值等于其中τ_shift是所述第一信号与所述第三信号之间的时间移位，并且max是所述滞后函数的最大值。

16.根据权利要求15所述的方法，进一步包括截去所述第一信号和所述第三信号在基于频率的域中低于预定下限的部分，以消除由环境气压变化导致的低频易变性。

17.根据权利要求14所述的方法，进一步包括：

在第二时间重复权利要求14中所述的方法的步骤，所述第二时间与所述第一时间隔开预定数目的时间单元以限定测试时间间隔；

沿所述测试时间间隔在不同时间采样所述第一信号以生成第一阵列，所述第一阵列包含隔开第一时间标度的多个数据对，每个数据对表示来自所述引擎的尾气流率以及对应的第一仪器时间戳；

沿所述测试时间间隔在不同时间采样所述第二信号以生成第二阵列，所述第二阵列包含隔开第二时间标度的多个数据对，每个数据对表示所述第二仪器内的尾气的烟灰浓度以及对应的第二仪器时间戳；

沿所述测试时间间隔在不同时间采样所述第三信号以生成第三阵列，所述第三阵列包含隔开所述第二时间标度的多个数据对，每个数据对表示所述第二仪器内的尾气的过滤器流率以及对应的第二仪器时间戳；

通过比较所述第一阵列和所述第三阵列，确定所述第一阵列和所述第二阵列之间的时间关系；

基于所述第一阵列和所述第二阵列之间的时间关系，将所述第一阵列转换为所述第二时间标度，以生成同步的第一阵列；并且

通过计算所述同步的第一阵列与所述第二阵列之积，计算沿所述测试时间间隔的不同时间的污染物质量流率。

18.根据权利要求17所述的方法，进一步包括：

通过将所述第一阵列和所述第三阵列限定为两个连续的时间函数，将所述第一阵列与所述第三阵列对准，所述两个连续的时间函数是f_j＝f(jΔt+t₀),j＝1，...，n和f_k＝f(kΔt′+t′₀),k＝1，...，m，其中f是所述第一信号，f_j是所述第一阵列的第j个元素，Δt是所述第一阵列的数据对隔开的时间单元，Δt’是所述第三阵列的数据对隔开的时间单元，f_k是向所述第一阵列应用所述第三阵列的时间以后所述第一阵列的第k个元素，t₀是所述第一阵列的初始时间值，且t’₀是所述第三阵列的初始时间值；并且

通过求解将所述第一阵列转换为所述第二时间标度。