CN108474670B - 用于机动车辆马达的凸轮轴传感器的自动校准方法 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于一种自动校准用于机动车辆的马达的凸轮轴传感器（10）的方法，所述传感器测量磁场（B）的值的变化并且在磁场的值在上升沿上转变到切换阈值（S1）以上之后递送具有高状态（I）的电信号（Se），并且在磁场的值在下降沿上转变到切换阈值（S1）以下之后递送具有低状态（II）的电信号（Se），本发明提出：在磁场的值转变到切换阈值（S1）以上并且测量了新的最大值（Bmax2）之后，只要磁场的值大于滞后阈值（S_H），电信号就保持在高状态（I）中，所述滞后阈值与利用所测量的新的最大值计算的磁场的幅度有关，在磁场的值转变到滞后阈值（S_H）以下之后，根据新的最大值来计算新的切换阈值（S2）。

Description

用于机动车辆马达的凸轮轴传感器的自动校准方法

本发明涉及一种自动校准用于机动车辆的凸轮轴传感器的方法。更特别地，其涉及以自动的方式确定被装配在机动车辆的马达的凸轮轴的端部上的齿轮（还被称为目标）的“不圆度（faux rond）”。

凸轮轴传感器在机动车辆中被用于确定不同柱体在马达的燃烧循环中的定位，也就是说确定每个柱体是在进气阶段、在压缩阶段、在膨胀阶段还是在排气阶段。这些传感器包括磁场发生器（例如：永磁体）、磁场检测装置（例如霍尔效应单元、MR磁阻单元、GMR巨磁阻单元等等）以及处理由磁场检测装置接收的信号的电子电路。这些传感器（被称为有源传感器）将数字信号递送到中央计算机以用于处理。

磁场发生器也可以是目标，其由磁性材料组成，呈现南极和北极的交替。在该情况下，根据所使用的检测装置，传感器集成或不集成永磁体。在下文中，将南极和北极看作类似于机械目标的齿和槽。

以已知的方式，凸轮轴传感器关联于凸轮轴的连成一体的目标。该目标以盘的形式呈现，所述盘的周界带齿。这些齿具有相同的高度，但是具有不同的间隔（槽）和长度以便实现柱体在用于机动车辆的热马达的燃烧循环中的定位的编码（本身已知）。

存在于传感器中的磁场检测装置对目标的齿在其前方的经过进行检测，并且从中产生的信号使得能够以本身已知的方式确定每个柱体关于马达的燃烧循环的定位。

为了确定每个柱体在马达循环中的定位，观察在目标的一圈期间由凸轮轴传感器感知的磁场的值的变化曲线。该曲线呈现各自对应于目标的齿的一系列空隙。通过测量每个空隙间的间隔以及它们中每个的持续时间，可能的是确定每个柱体关于马达燃烧循环的定位。为此，因此重要的是确保由传感器生成的信号的电气上的沿关于目标的机械沿的定位的定位精度。这些电气上的沿中的每个表示齿的机械沿的经过。目的是把由于传感器和目标被以可变方式相对于彼此隔开这一事实所致的信号的相移降低到最小。当磁信号跨过与其幅度成比例的预定切换阈值的时候，由传感器生成的电信号改变状态（高或低）。为做到这点，使该切换阈值固定（于例如幅度的75%，其对应于关于针对大部分的现存目标的电气上的沿/机械沿之间的精度的最优值），以用于确定对齿进行限定的每个沿的经过时刻。因此一旦所感知的磁场的第一最大值和第一最小值被检测到，就确定哪个切换阈值对应于该幅度的75%，并且考虑到：如果所测量的磁场的值转到该阈值的下方则检测到下降沿，并且相反地如果所测量的磁场的值转到该切换阈值的上方则检测到上升沿（或反之亦然）。

通过这样做，优化沿的检测时刻。然而，该方法预先假定所有齿具有相同的高度并且不存在（传感器和目标）几何形状的缺陷。然而，传感器呈现以下不便：对目标在凸轮轴上的定位灵敏以及对该目标的几何形状灵敏。

为了成本的问题，作为配备有预定的间隔和尺寸的齿的简单金属零件的目标是以大批量实现的，并且经常呈现不完美的几何形状。尤其是齿不总是呈现相对于目标中心的相同高度。该缺陷被称为“不圆度”。为此结果是目标的每个齿的上部分并未被放置于以凸轮轴为中心的同一圆上。由此称谓“不圆度”被给予该问题。目标的该制造不圆度可以被加到凸轮轴上的目标的装配不圆度。还存在有在传感器和目标之间的间隙缺陷，这些缺陷随时间变化并且对温度灵敏。

当然，由于凸轮轴传感器测量由齿在它前方经过所创建的磁场的可变值，所以如果一个齿比其它齿更低（或更高），则该齿和传感器之间的间距相对于其它齿而变化，并且引起所感测的磁场的变化。磁场的这些变化可能使所实现的测量劣化（电气上的沿相对于机械沿的定位精度的劣化），甚至不能被传感器解译（未检测到齿，磁场在切换阈值以下）。由凸轮轴传感器递送的信号于是是错误的并且每个柱体在马达循环中的定位的正确确定是错误的甚至是不可能的。

现有技术中已知为了缓解“不圆度”和/或“间隙缺陷”的这些现象，校准磁场检测装置以考虑该“不圆度”和/或该“间隙缺陷”，并且因此向中央计算机递送经修正的测量（更好的电气上的沿/机械沿精度以及未检测到齿的风险的消除），所述中央计算机负责确定每个柱体在马达循环中的定位。

为此目的，在经历每个新的齿的最大值和最小值之后，根据在齿每次经过传感器前方时所计算的磁场的新幅度来重新计算切换阈值。

因此在齿的每次经过之后根据所测量的磁场的最新的最大值和最新的最小值来重新计算切换阈值。然而，现有技术的自动校准凸轮轴传感器的该方法呈现重大不便。事实上，为了使所测量的最新的最大值或最新的最小值生效，仅是在经历所测量的最新的最大值或最新的最小值之时所引发的滞后之后才重新计算切换阈值。

滞后是磁场的值，其与在经历最新的极值之时所计算的新幅度有关。将其称为“滞后阈值”。

当测量到新极值时，利用该新极值来计算磁场的新幅度，然后计算出滞后阈值的值，在值上来说其是该新幅度的分数。

例如：

其中k：被包括在0和1之间的常量

A：在经历最新的极值之时所计算的磁场的幅度的最新的值。

如果磁场的值转变到滞后的值以下，则那么由此使最新的极值生效，并且利用极值的该最新的值来更新切换阈值。

滞后阈值首先被应用于使磁场最大值生效，因为所述最大值与最小值相比呈现更多的可变性。

事实上，在“不圆度”的情况下，尤其是最大值在变化。换言之，所测量的最新的最大值仅是在磁场的值转变到利用该最新的最大值所计算的滞后的值以下的时候才由此生效。

只要磁场的值不越过滞后阈值，新的最大值就不生效，并且被应用于磁信号B的切换阈值仍然是利用所测量的并且被使得生效的上一个最大值所计算的那个。

然而，如果例如新的最大值的值较之所测量的并且被使得生效的上一个最大值相当小，则可能的是磁场的信号甚至在越过利用新的最大值计算的滞后阈值之前越过先前利用所测量的并且被使得生效的上一个最大值所计算的切换阈值。

在图2中图示了这种情况。在图2的上部表示了在齿D2经过时磁场B的值的变化。根据从前一个齿D1测量并被使得生效的上一个最大值max1和上一个最小值min1来计算齿D2的切换阈值S1。

来自齿D2的新的最大值max2小于所测量的并且被使得生效的上一个最大值max1，以致于利用来自齿D2的新的最大值max2计算的滞后阈值S_H具有小于根据上一个最大值max1和上一个最小值min1计算的切换阈值S1的值。一旦磁场的信号B已越过滞后阈值S_H，就根据被使得生效的新的最大值max2（以及上一个最小值min1）来重新计算切换阈值，并且应用新的切换阈值S2。磁信号B于是转变到新的切换阈值S2以下。

在图2的下部表示了电信号Se，所述电信号Se表示电气上的上升沿和下降沿，所述电气上的上升沿和下降沿表示磁信号B转变到切换阈值S1、S2以下或以上。

因此在经历新的最大值max2之后，电信号Se切换两次，一次在磁信号B转变到切换阈值S1以下的时候，并且一次在它转变到新的切换阈值S2以下的时候。电信号Se表示寄生脉冲I，所述寄生脉冲I表示磁信号B相继经过这两个阈值S1、S2。

该寄生脉冲I使下降沿的角检测错误，因为它是在角α2处被检测到——对应于经过切换阈值S1，而它应该是在角α3处被检测到——对应于经过新的切换阈值S2。

在传感器的输出端处的该寄生脉冲I的存在可能例如在如下时候妨碍对凸轮轴的相移的检测：在所述凸轮轴被“VVT”（英语中为“Variable Valve Timing（可变阀定时）”）系统或阀门相位变换器控制时，也就是在说可变分布时。

本发明提出了一种自动校准凸轮轴的方法，其使得能够缓解该不便。在该情况中，根据本发明的校准方法使得能够在凸轮轴传感器的输出端递送信号，从而避免现有技术的错误检测并且然而使得能够确定并且修正目标的“不圆度”以及在传感器和目标之间的“间隙缺陷”。

本发明提出了一种自动校准用于机动车辆的马达的凸轮轴传感器的方法，所述马达包括至少一个凸轮轴、与该凸轮轴相关联的带齿的经编码的目标、以及磁场传感器，所述磁场传感器被放置于目标的邻近处以用于检测由目标的齿在传感器邻近处经过而感应出的磁场的值的变化，所述传感器测量磁场的值并且根据预定切换阈值而递送表示目标的齿和槽的电信号，所述预定切换阈值与所测量的磁场的幅度有关并且被应用到磁场的值的变化的上升沿和下降沿，所述电信号在磁场的值在上升沿上转变到切换阈值以上之后具有高状态，并且在磁场的值在下降沿上转变到切换阈值以下之后具有低状态，所述方法在于持续地测量磁场的值，所述方法值得注意之处在于：

·在磁场的值在上升沿上转变到切换阈值以上并且测量了磁场的新的最大值之后，只要磁场的值大于滞后阈值，电信号就保持在高状态中，所述滞后阈值与利用所测量的新的最大值计算的磁场的幅度有关，

·在磁场的值转变到滞后阈值以下之后，根据新的最大值来计算新的切换阈值。

在第一实施例中，在磁场的值在上升沿上转变到切换阈值以上之后并且只要磁场的值大于滞后阈值，切换阈值的值就被减小。

优选地，在磁场的值在上升沿上转变到切换阈值以上之后并且只要磁场的值大于滞后阈值，切换阈值的值就接近零。

在第二实施例中，在磁场的值在上升沿上转变到切换阈值以上之后并且只要磁场的值大于滞后阈值，电信号就被操控以保持在高状态中，所述滞后阈值与利用所测量的新的最大值计算的磁场的幅度有关。

本发明还涉及一种用于机动车辆的马达的凸轮轴传感器，所述马达包括至少一个凸轮轴、与该凸轮轴相关联的带齿的经编码的目标、以及磁场传感器，所述磁场传感器被放置于目标邻近处以用于检测由目标的齿在传感器邻近处经过而感应出的磁场的值，所述传感器持续地测量磁场的值并且根据预定切换阈值而递送表示目标的齿和槽的电信号，所述预定切换阈值与磁场的幅度有关，所述传感器值得注意之处在于它此外包括用于计算滞后阈值的装置、用于控制切换阈值的装置、以及用于操控电信号的装置。

本发明还适用于包括根据以上列举的特征中的任何一个的凸轮轴传感器的任何机动车辆。

在参照随附各图阅读随后（作为非限制性示例）的描述时，将更好地理解本发明的其它特征和优点，在各图中：

-图1是表示凸轮轴传感器及其相关联的目标的示意性截面图，

-图2图示根据现有技术的由与目标相关联的传感器感知的磁场B的值以及对应的电信号Se的值的变化曲线的示例，

-图3图示根据本发明的由与目标相关联的传感器感知的磁场B的值以及对应的电信号Se的值的变化曲线的示例。

根据在图1至图3中描述并且表示的实现形式，凸轮轴传感器10包括铁磁元件11以及用于检测磁场的装置12（例如霍尔效应单元）。该传感器10将数字信号递送到中央计算机13。

与该传感器10相关联的目标14以如下形式呈现：以连成一体的方式固定到凸轮轴16的金属盘15。该目标在其周界上带有多个齿D₁、D₂、D₃（在所表示的示例中是3个），所述齿D₁、D₂、D₃具有不同的高度h1、h2、h3以及可变的间隔（槽）s₁至s₃以及长度I₁至I₃。这些可变的间隔和长度以本身已知的方式构成编码。

以下描述这样的传感器10加上目标14整体的运转。

当目标14被凸轮轴16驱动旋转（图1的箭头F）时，传感器10感知对在它前方经过的齿D₁、D₂、D₃的长度I及它们的间隔s₁、s₂、s₃进行表示的磁场B的值的一系列变化。如此得到的曲线，例如在目标旋转的第一圈期间得到的曲线被表示在图2中。

在该图2中，从0°到360°变化的马达循环的角α位于横坐标上，并且所感知的磁场（被根据间隙规范化的场）的值B位于纵坐标上。如在图2中表示那样，例如，齿D₁、D₂不具有相同的高度h1、h2，并且目标14呈现微小的几何形状缺陷。由此，在齿D₁、D₂中的每个经过时由传感器10感知的最大场针对两个齿中的每个变化，并且分别取值为Bmax1、Bmax2。同样地，在齿D₁、D₂、D₃中的每个经过时由传感器10感知的最小场随齿而变化，并且分别取值为Bmin1、Bmin2。在该图2上辨认出齿D₁、D₂的两个经过，这前两个（D₁、D₂）对应于图1中表示的目标14的几何形状（第三个齿D₃的经过未被表示在图2中）。

已知的是一旦所感知的磁场B变成大于或小于预定切换阈值就检测齿的沿的经过，所述预定切换阈值与在齿经过时所感知的场的幅度成比例（例如（Bmax1-Bmin1）的75%）。

在图2中通过虚线具体化了阈值值。在第一齿D₁经过之后，例如根据如下的数学式计算针对第二齿的上升沿的切换阈值S1：

然后，在第二齿经过时经历磁场B的新的最大值Bmax2之后，例如针对第二齿D₂的下降沿计算新的切换阈值S2：

当磁场B的新的最大值或新的最小值已经被测量并且被使得生效时，在齿的每次经过时重复该方法。

要注意的是，对于每个齿而言，磁场B的最大值和最小值对应于所记录并且被使得生效的上几个最大值和最小值。

例如，为了计算第二齿的上升沿的切换阈值S1，在此涉及考虑所记录的磁场B的上几个最大值和最小值，也就是说Bmax1和Bmin1，即在第一齿D₁经过之后磁场B的最大值和最小值。

以类似的方式，为了计算第二齿的下降沿的切换阈值S2，使用所记录的上几个最大值和最小值，在此涉及Bmin1和Bmax2，即与第一齿D₁相关联的磁场B的最小值以及与第二齿D₂相关联的磁场的最大值。

然而，如先前解释那样，为了确保所测量的最新的极值（例如Bmax2）的确是极值，在经历该极值（Bmax2，参考图2）时计算滞后H的阈值S_H，并且只有当已经越过滞后阈值S_H时才根据该新的极值Bmax2重新计算新的切换阈值S2。

这为此具有如下结果：当新的最大值Bmax2小于所测量的最新的最大值Bmax1时，磁信号B经历相继的两个切换阈值S1和S2，而这在电信号Se上产生寄生脉冲I。

为了缓解这一缺点，根据本发明的自动校准凸轮轴传感器的方法提出如下步骤。

在磁场B的值在上升沿上转变到切换阈值S1以上并且测量了磁场B的新的最大值Bmax2之后，只要磁场B的值大于滞后阈值S_H，电信号Se就保持在高状态中，所述滞后阈值S_H与利用所测量的新的最大值Bmax2计算的磁场B的幅度有关。

在磁场B的值转变到滞后阈值S_H以下之后，根据新的最大值Bmax2来计算新的切换阈值S2。

因此，一旦磁场B的值在上升沿上转变到切换阈值S1以上，电信号Se就转变到高状态I中，并且只要新的最大值Bmax2尚未由于磁场B的值转变到滞后阈值S_H以下而被使得生效，电信号Se就保持在高状态I中，所述滞后阈值S_H是根据新的最大值Bmax2计算的。

一旦越过了滞后阈值S_H，就利用被使得生效的最新的最大值Bmax2来计算新的切换阈值S2。

在优选的实施例中，在磁场B的值在上升沿上转变到切换阈值S1以上之后，切换阈值S1的值被减小直到越过滞后阈值S_H为止。换言之，将切换阈值S1的值固定成小于其先前计算的值。

在另一实施例中，一旦磁场B的值在上升沿上转变到切换阈值S1以上并且只要新的最大值Bmax2尚未由于磁场B的值转变到滞后阈值S_H以下而被使得生效，就操控电信号Se以便其保持在高状态I中，并且这与下降沿上的切换阈值S1的值无关。

这种情况被图示在图3中，在图3的上部表示了在第二齿D1经过时的磁信号B。

在切换阈值S1的经过P0之后，阈值S1的值被减小并且在该示例中等于接近零的值，直到滞后阈值S_H的经过P2为止。

在滞后阈值S_H的经过P2之后，使得磁场的新的最大值Bmax2生效，并且根据该新的最大值Bmax2来计算新的切换阈值S2。

在图3的下部图示了在传感器10的输出端的电信号Se，其中磁信号B在下降沿上仅仅越过切换阈值，更确切地，仅越过新的切换阈值S2，所述信号在与经过新的切换阈值S2相对应的角α2处从表示齿D2的高状态I转变到表示槽s₂的低状态II。

电信号Se因此并不如现有技术中那样呈现寄生脉冲。

为此目的，凸轮轴传感器10此外包括用于计算滞后阈值的装置M1（参考图1），以及用于控制切换阈值S1以便在上升沿上越过切换阈值S1之后减小切换阈值S1的值的装置M2。

传感器10此外包括装置M3，其用于操控电信号Se以便在转变到切换阈值S1以上之后并且只要滞后阈值S_H尚未被越过就操控电信号Se到高状态。

用于计算滞后阈值的装置M1、用于进行控制的装置M2以及用于进行操控的装置M3例如是被集成在传感器10中的软件装置（参见图1）。

根据本发明的自动校准凸轮轴传感器10的方法因此使得能够在呈现不同的磁场最大值的齿的相继经过的时候、在该情况中当一个齿呈现比前一个齿的最大值更小的最大值时，避免电信号上的寄生脉冲。

已经在其中最大值随齿变化的情况中描述和图示了本发明，事实上目标的“不圆度”缺陷首先影响磁场的最大值，但是本发明还可以应用于相继的两个齿的最小值的变化，在该情况中为当一个槽的最小值大于前一个槽的最小值时。

Claims (4)

1.一种用于机动车辆的马达的凸轮轴传感器（10）的自动校准方法，所述马达包括至少一个凸轮轴（16）、与该凸轮轴（16）相关联的带齿的经编码的目标（14）、以及磁场传感器（10），所述磁场传感器（10）被放置于目标（14）的邻近处以用于检测由目标（14）的齿（D₁、D₂、D₃）在传感器（10）邻近处经过而感应出的磁场的值的变化，所述传感器（10）测量磁场（B）的值并且根据预定切换阈值（S1、S2）而递送表示目标（14）的齿（D₁、D₂、D₃）和槽（s₁、s₂、s₃）的电信号（Se），所述预定切换阈值与所测量的磁场（B）的幅度有关并且被应用到磁场（B）值的变化的上升沿和下降沿，所述电信号（Se）在磁场（B）值在上升沿上转变到切换阈值（S1）以上之后具有高状态（I），并且在磁场（B）值在下降沿上转变到切换阈值（S1）以下之后具有低状态（II），所述方法在于持续地测量磁场（B）的值，所述方法的特征在于：

在磁场（B）的值在上升沿上转变到切换阈值（S1）以上并且测量了磁场（B）的新的最大值（Bmax2）之后，只要磁场（B）的值大于滞后阈值（S_H），电信号（Se）就保持在高状态（I）中，所述滞后阈值（S_H）与利用所测量的新的最大值（Bmax2）计算的磁场（B）的幅度有关，

在磁场（B）的值转变到滞后阈值（S_H）以下之后，根据新的最大值（Bmax2）来计算新的切换阈值（S2）。

2.根据前项权利要求所述的自动校准方法，其特征在于在磁场（B）的值在上升沿上转变到切换阈值（S1）以上之后并且只要磁场（B）的值大于滞后阈值（S_H），切换阈值（S1）的值就被减小。

3.根据权利要求1所述的自动校准方法，其特征在于在磁场（B）的值在上升沿上转变到切换阈值（S1）以上之后并且只要磁场（B）的值大于滞后阈值（S_H），切换阈值（S1）的值就接近零。

4.根据权利要求1所述的自动校准方法，其特征在于在磁场（B）的值在上升沿上转变到切换阈值（S1）以上之后并且只要磁场（B）的值大于滞后阈值（S_H），电信号（Se）就被操控以保持在高状态（I）中，所述滞后阈值（S_H）与利用所测量的新的最大值（Bmax2）计算的磁场（B）的幅度有关。

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