CN107097737A - 车辆传感器输出处理 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了车辆传感器输出处理。一种车辆控制系统包括处理器，所述处理器被配置为：根据恢复的信号控制车辆子系统，所述恢复的信号根据传感器的输出信号以及滤波后的所述输出信号相对于时间的变化与所述传感器的时间常数的乘积而被产生，使得所述恢复的信号的幅值和相位接近于所述传感器的输入信号的幅值和相位。

Description

车辆传感器输出处理
技术领域
本公开涉及用于根据从传感器的输出产生的恢复的信号来控制车辆子系统的系统和方法。
背景技术
车辆可包括与车辆操作相关的多个车辆子系统，诸如，空调子系统、推进子系统、排放子系统、制动子系统、转向子系统、燃料喷射子系统等等。车辆子系统可包括一个或更多个组件，所述一个或更多个组件包括电路组件、硬件组件和软件组件，诸如，阀门、管道、软管、夹具、喷射器、泵、控制器、逻辑门、无源半导体器件、有源半导体器件等等。传感器可用于监测这些组件。
发明内容
一种车辆控制系统包括处理器，所述处理器被配置为：根据恢复的信号来控制车辆子系统，所述恢复的信号根据传感器的输出信号以及滤波后的所述输出信号相对于时间的变化与所述传感器的时间常数的乘积而被产生，使得所述恢复的信号的幅值和相位接近于所述传感器的输入信号的幅值和相位。
一种车辆系统控制器包括：输入信道，被配置为：接收传感器的输出信号；输出信道，被配置为：根据恢复的信号控制车辆子系统；控制逻辑单元，被配置为：根据所述输出信号以及滤波后的相对于时间的所述输出信号的变化与所述传感器的时间常数的乘积而产生所述恢复的信号，使得所述恢复的信号的幅值和相位接近于所述传感器的输入信号的幅值和相位。
根据本发明的一个实施例，所述传感器是慢动态响应传感器。
根据本发明的一个实施例，所述慢动态响应传感器是温度传感器，并且控制车辆子系统包括控制高电压电池冷却子系统。
根据本发明的一个实施例，所述慢动态响应传感器是氧气传感器，并且控制车辆子系统包括控制燃料喷射子系统。
根据本发明的一个实施例，所述滤波后的变化因对所述输出信号的变化应用低通滤波器而被产生。
根据本发明的一个实施例，所述恢复的信号的幅值和相位与所述传感器的输入信号的幅值和相位之间的第一差小于所述输入信号的幅值和相位与所述输出信号的幅值和相位之间的第二差。
根据本发明的一个实施例，所述恢复的信号的幅值和相位与所述传感器的输入信号的幅值和相位相同。
一种方法包括：由处理器根据恢复的信号控制车辆子系统，所述恢复的信号根据传感器的输出信号以及滤波后的所述输出信号相对于时间的变化与所述传感器的时间常数的乘积而被产生，使得所述恢复的信号的幅值和相位接近于所述传感器的输入信号的幅值和相位。
根据本发明的一个实施例，所述传感器是慢动态响应传感器。
根据本发明的一个实施例，所述慢动态响应传感器是温度传感器，并且控制车辆子系统的步骤包括：控制高电压电池冷却子系统。
根据本发明的一个实施例，所述慢动态响应传感器是氧气传感器，并且控制车辆子系统的步骤包括：控制燃料喷射子系统。
根据本发明的一个实施例，所述滤波后的变化因对所述输出信号的变化应用低通滤波器而被产生。
根据本发明的一个实施例，所述恢复的信号的幅值和相位与所述传感器的输入信号的幅值和相位之间的第一差小于所述输入信号的幅值和相位与所述输出信号的幅值和相位之间的第二差。
附图说明
图1是示出用于根据传感器的输出信号控制车辆子系统的包括处理器的车辆控制系统的车辆的框图；
图2A至图2B是示出包括传感器的车辆控制系统的框图；
图2C是示出具有慢动态响应的传感器的输出的曲线图；
图3A至图3B是示出具有信号恢复控制器的车辆控制系统的框图；
图3C是示出信号恢复控制器基于具有慢动态响应的传感器的输出而产生的恢复的信号的曲线图；
图4是示出用于根据具有慢动态响应的传感器的输出而产生恢复的信号的算法的流程图。
具体实施方式
在此描述了本公开的实施例。然而，应该理解的是，所公开的实施例仅仅是示例，并且其它实施例可采用各种替代形式。附图不必按比例绘制；可夸大或最小化一些特征以示出特定组件的细节。因此，在此公开的具体结构和功能细节不应被解释为具有限制性，而仅仅作为用于教导本领域技术人员以多种方式利用本发明的代表性基础。如本领域普通技术人员将理解的是，参照任一附图示出并描述的各种特征可与在一个或更多个其它附图中示出的特征相结合，以产生未被明确示出或描述的实施例。示出的特征的组合提供用于典型应用的代表性实施例。然而，针对特定应用或实施方式，可期望与本公开的教导一致的特征的各种组合和修改。
参照图1，示出了具有车辆子系统12的车辆10。车辆子系统12可以是与车辆操作相关的子系统，诸如但不限于，空调子系统、高电压电池冷却子系统、推进子系统、排放子系统、制动子系统、转向子系统、燃料喷射子系统等等。车辆子系统12可包括一个或更多个子系统组件14，所述一个或更多个子系统组件14包括电路组件、硬件组件和软件组件，诸如但不限于，阀门、管道、软管、夹具、喷射器、泵、控制器、逻辑门、无源半导体器件、有源半导体器件等等。
在一个示例中，车辆子系统12可以是燃料喷射子系统，子系统组件14可以是燃料喷射器。在另一示例中，车辆子系统12可以是排放子系统，子系统组件14可以是排气阀。在另一示例中，车辆子系统12可以是空调子系统，子系统组件14可以是冷却剂阀。在另一示例中，车辆子系统12可以是高电压电池冷却子系统，子系统组件14可以是电池冷却剂阀。
传感器16可被配置为监测与车辆子系统12和/或一个或更多个子系统组件14相关的一个或更多个工作参数(或指示车辆子系统12和/或一个或更多个子系统组件14的一个或更多个状态的变量)。在一个示例中，传感器16可以是接触式传感器或非接触式传感器，诸如但不限于，热电偶。在这样的示例中，传感器16可被配置为测量(例如但不限于)燃料喷射子系统中的燃料的温度、或者排放子系统中的废气的温度、或者空调子系统中的冷却剂的温度、或者高电压电池冷却子系统中的冷却剂的温度，等等。在另一示例中，传感器16可以是诸如但不限于氮氧化物(NOx)传感器、氧气(O2)传感器等的传感器。
控制器18可被电连接到传感器16。控制器18可被配置为从传感器16接收指示测量的与车辆子系统12和/或一个或更多个子系统组件14相关的工作参数(例如，温度、氮氧化物水平、氧气水平等等)的输出信号。控制器18可被配置为：响应于接收到控制请求，基于从传感器16接收到的指示测量的工作参数的信号而控制车辆子系统12和/或一个或更多个子系统组件14。在一个示例中，响应于控制请求，控制器18可基于接收到的指示测量的工作参数的信号而控制车辆子系统12和/或一个或更多个子系统组件14的阀位、液体水平、气流水平、燃料喷射量等等。
传感器16可具有一个或更多个预定工作特性，诸如但不限于，工作范围、灵敏度、分辨率、动态响应、线性度、滞后现象、精确度等等。传感器16的工作特性可能受到一个或更多个因素(诸如但不限于，传感器设计、材料和制造方法)的影响。传感器16的动态特性可包括传感器16对输入变化的瞬态响应。传感器16对输入变化的瞬态响应可以是例如传感器16的热传导系数、热导率以及其它属性的函数。在一个示例中，如参照图2更详细地描述的，传感器16的动态特性可使传感器16的输出信号(即，感测信号)相对于传感器输入信号y具有减小的幅值和/或相移。
现在参照图2A，示出了车辆10的示例性控制系统20。控制系统20可以是使用变量的测量值控制变量以使(例如)变量达到预定值的反馈控制系统或另一种类型的控制系统。控制系统20包括被配置为监测示例性车辆子系统22(在此为为设备(plant)22)的传感器16。传感器16被配置为感测与设备22相关的一个或更多个工作参数的变化，并发送指示感测到的所述一个或更多个工作参数的值的变化的信号(例如，感测信号)。控制器18被配置为：响应于接收到控制请求信号r，基于感测信号控制设备22(和/或设备22的一个或更多个组件)。
当一个或更多个状态变量不能用于反馈时，控制系统20可利用基于各种控制理论设计的观测器24。观测器24可从传感器16接收指示感测到的设备22的响应的变化的信号(例如，感测信号)。观测器24还可从控制器18接收控制命令信号u(即，控制输入)。观测器24可被配置为基于接收到的感测信号和接收到的控制命令信号u产生设备22的输出信号y的估计信号(例如，估计状态信号)。观测器24还可被配置为将估计状态信号发送到控制器18。控制器18可被配置为：响应于接收到控制请求信号r，基于从观测器24接收到的估计状态信号而产生输出到设备22的控制信号(例如，通过发送控制命令信号u)。虽然控制系统20包括观测器24，但是在一个示例中控制器18可被配置为基于感测信号控制设备22。
在一个示例中，传感器16可以是热电偶。热电偶可以是包括两个不同金属和/或金属合金(诸如，铁、铜、康铜等等)的接头的热电式传感器。所述两个接头可以是焊接在一起的或压接(crimp)在一起的，并可具有恒定电势差(例如，几毫伏(mV))。第一接头可以是基准(冷)接头且可保持在恒定温度。第二接头可以是测量(热)接头。由于热电效应而在两个接头之间产生的电压可以是温度变化的函数，从而可用于测量温度。
在图2B中示出了传感器16响应于接收到输入信号y而产生输出信号(例如，感测信号)的框图。传感器16的动态响应可以是响应于输入信号y的感测信号的变化。传感器16的动态响应可使用零阶系统、一阶系统和二阶系统中的至少一个来被表示，且使用零阶微分方程、一阶微分方程和二阶微分方程中的至少一个以数学术语来被表示。在一个示例中，传感器16(例如，热电偶)的动态响应可被表示为一阶低通滤波器且在拉普拉斯域中被表示为：
其中，τ1是传感器16的时间常数，s是拉普拉斯域的变量,s可被表示为复数变量s＝a+jω。时间常数τ1表征传感器16对一阶线性定常(LTI)系统的阶跃输入的响应，且可基于传感器16的测试数据或其它可用测量值而被确定。
传感器16(例如，热电偶)可由慢动态响应来表征，即，传感器16可缓慢地对迅速的输入变化进行响应。在一个示例中，产生感测信号的传感器16可能不能捕捉到在传感器16的带宽外的传感器输入信号y的一个或更多个频率分量。在这样的示例中，示例性感测信号的幅值和相位可能不同于示例性的传感器输入信号y 26的幅值和相位。在图2C中示出了具有慢动态响应的传感器16可响应于接收到示例性的传感器输入信号(设备输出信号)y 26而产生(输出)的示例性感测信号的时域曲线图。相对于示例性的传感器输入信号y 26的幅值和/或相位，传感器16产生的示例性感测信号具有减小的幅值和/或具有相移。
参照图3A，示出了用于处理传感器16的慢动态传感器输出的示例性处理系统30。示例性处理系统30包括被配置为接收感测信号的信号恢复控制器32。信号恢复控制器32可被配置为根据接收到的感测信号产生恢复的信号(例如，观测器的输入信号)信号恢复控制器32产生的恢复的信号可以是指示传感器输入信号y的信号。在一个示例中，恢复的信号的幅值和相位可接近于传感器输入信号y的幅值和相位。
信号恢复控制器32可被配置为执行一个或更多个信号处理操作以根据接收到的感测信号产生恢复的信号在图3B中示出了说明用于产生指示传感器输入信号y的恢复的信号的信号恢复控制器32的框图34。如块36所示，信号恢复控制器32可被配置为接收感测信号并产生接收到的感测信号相对于时间的微分信号在一个示例中，信号恢复控制器32可通过利用接收到的感测信号的导数(即，通过确定在接收到的感测信号的一个或更多个预定点处的切线函数的斜率)来产生所述微分信号
如块38所示，信号恢复控制器32可被配置为对微分信号滤波。在一个示例中，信号恢复控制器32可通过应用在拉普拉斯变换中定义的n阶传递函数或者使用根据z变换、离散傅里叶变换等定义的其它表达式，来对微分信号滤波。在一个示例中，传递函数可以是具有不同特性(诸如但不限于，低通特性、高通特性、带通特性、带阻特性等)的n阶滤波器。
如块40所示，信号恢复控制器32可被配置为使微分信号的动态响应曲线乘以时间常数τ1。时间常数τ1可以是传感器16的时间常数，但是，也考虑使用一个或更多个其它常数来补偿任何模型在表征传感器16方面的差异。
如块42所示，信号恢复控制器32可被配置为根据时间常数τ1和滤波后的微分信号的乘积与感测信号之和来产生恢复的信号信号恢复控制器32产生的恢复的信号可以是指示传感器输入信号y的信号。在一个示例中，信号恢复控制器32产生的恢复的信号的幅值和相位可接近于传感器输入信号y的幅值和相位。
参照图3C，示出了信号恢复控制器32可响应于接收到示例性感测信号而产生的示例性恢复的信号的时域曲线图。如图3C所示，与示例性感测信号相比，示例性恢复的信号是示例性传感器输入信号y 26的更精确的表示，即，信号恢复控制器32产生的示例性恢复的信号的幅值和相位比示例性感测信号的幅值和相位更接近于示例性传感器输入信号y 26的幅值和相位。
参照图4，示出了信号恢复处理46。信号恢复处理46可在块48开始，在块48处，信号恢复控制器32接收感测信号(即，传感器输出信号)。在一个示例中，感测信号可以是具有慢动态特性的传感器16响应于接收到传感器输入信号(设备输出信号)y而产生的信号。
在块50处，信号恢复控制器32对接收到的感测信号求微分以产生微分信号在一个示例中，信号恢复控制器32可通过利用接收到的感测信号相对于时间的导数(即，通过确定接收到的感测信号在一个或更多个预定时间步长处的切线函数的斜率)来产生所述微分信号
在块52处，信号恢复控制器32对微分信号滤波。在一个示例中，信号恢复控制器32可对微分信号应用传递函数(诸如但不限于，一阶传递函数)。信号恢复控制器32可使用利用拉普拉斯变换定义的传递函数，或使用利用诸如但不限于z变换、离散傅里叶变换等的变换定义的其它表达式。在一个示例中，传递函数可以代表n阶的模拟系统或数字系统，诸如但不限于，n阶的低通系统、高通系统、带通系统、带阻系统等。
在块54处，信号恢复控制器32使滤波后的微分信号乘以时间常数τ1。时间常数τ1可以是传感器16的时间常数，但是，也考虑使用一个或更多个其它常数来补偿任何模型在表征传感器16方面的差异。在块56处，信号恢复控制器32对时间常数τ1和滤波后的微分信号的乘积与感测信号进行求和，以产生恢复的信号信号恢复控制器32产生的恢复的信号可以指示传感器输入信号y，使得恢复的信号的幅值和相位可接近于传感器输入信号y的幅值和相位。
在块58处，信号恢复控制器32将产生的恢复的信号发送到观测器24。观测器24可响应于接收到产生的恢复的信号和控制命令信号u而产生估计状态信号在一个示例中，信号恢复控制器32将恢复的信号发送到子系统控制器，子系统控制器发出控制车辆子系统和/或车辆子系统的一个或更多个组件的控制命令。此时，信号恢复处理46可结束。在一个示例中，信号恢复处理46可响应于接收到感测信号或者响应于另一信号或请求而被重复执行。
在此公开的处理、方法或算法可以交付给处理装置、控制器或计算机，或者通过处理装置、控制器或计算机来实现，其中，所述处理装置、控制器或计算机可包括任何现有的可编程电子控制单元或专用的电子控制单元。类似地，所述处理、方法或算法可以以多种形式被存储为可由控制器或计算机执行的数据和指令，其中，所述多种形式包括但不限于永久地存储在非可写存储介质(诸如，ROM装置)上的信息以及可变地存储在可写存储介质(诸如，软盘、磁带、CD、RAM装置和其它磁介质和光学介质)上的信息。所述处理、方法或算法也可以在软件可执行对象中被实现。可选地，可使用合适的硬件组件(诸如，专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、状态机、控制器或者其它硬件组件或装置)或硬件组件、软件组件和固件组件的组合来整体或部分地实现所述处理、方法或算法。
说明书中所使用的词语是描述性词语而非限制性词语，并且应理解的是，可在不脱离本公开的精神和范围的情况下做出各种改变。如前所述，可将各种实施例的特征进行组合以形成本发明的可能未被明确地描述或示出的进一步的实施例。尽管针对一个或更多个期望特性，各种实施例可能已经被描述为提供优点或优于其它实施例或现有技术实施方式，但是本领域的普通技术人员应认识到，根据特定的应用和实施方式，一个或更多个特征或特性可被折衷以实现期望的整体系统属性。这些属性可包括但不限于成本、强度、耐用性、生命周期成本、市场性、外观、包装、尺寸、可维护性、重量、可制造性、装配的容易性等。因此，被描述为在一个或更多个特性方面不如其它实施例或现有技术实施方式满足期望的实施例并非在本公开的范围之外，并可被期望用于特定的应用。

Claims (10)

1.一种车辆控制系统，包括：
处理器，被配置为：根据恢复的信号控制车辆子系统，所述恢复的信号根据传感器的输出信号以及滤波后的所述输出信号相对于时间的变化与所述传感器的时间常数的乘积而被产生，使得所述恢复的信号的幅值和相位接近于所述传感器的输入信号的幅值和相位。
2.如权利要求1所述的车辆控制系统，其中，所述传感器是慢动态响应传感器。
3.如权利要求2所述的车辆控制系统，其中，所述慢动态响应传感器是温度传感器，并且其中，控制车辆子系统包括控制高电压电池冷却子系统。
4.如权利要求2所述的车辆控制系统，其中，所述慢动态响应传感器是氧气传感器，并且其中，控制车辆子系统包括控制燃料喷射子系统。
5.如权利要求1所述的车辆控制系统，其中，所述滤波后的变化因对所述输出信号的变化应用低通滤波器而被产生。
6.如权利要求1所述的车辆控制系统，其中，所述恢复的信号的幅值和相位与所述传感器的输入信号的幅值和相位之间的第一差小于所述输入信号的幅值和相位与所述输出信号的幅值和相位之间的第二差。
7.如权利要求1所述的车辆控制系统，其中，所述恢复的信号的幅值和相位与所述传感器的输入信号的幅值和相位相同。
8.一种车辆系统控制器，包括：
输入信道，被配置为接收传感器的输出信号；
输出信道，被配置为根据恢复的信号控制车辆子系统；
控制逻辑单元，被配置为：根据所述输出信号以及滤波后的所述输出信号相对于时间的变化与所述传感器的时间常数的乘积而产生所述恢复的信号，使得所述恢复的信号的幅值和相位接近于所述传感器的输入信号的幅值和相位。
9.如权利要求8所述的控制器，其中，所述传感器是慢动态响应传感器。
10.一种方法，包括：
由处理器根据恢复的信号控制车辆子系统，所述恢复的信号根据传感器的输出信号以及滤波后的所述输出信号相对于时间的变化与所述传感器的时间常数的乘积而被产生，使得所述恢复的信号的幅值和相位接近于所述传感器的输入信号的幅值和相位。
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