CN108798877B - 用于自适应地确定涡轮增压器速度的系统和方法 - Google Patents

Abstract

提供了用于确定涡轮增压器的转速的涡轮增压器系统及相关方法和设备。速度感测设备被安装到涡轮增压器并且包括加速度感测装置和声学感测装置。当基于加速度的速度稳定时，速度感测设备输出基于加速度的速度值作为当前涡轮速度，以及另外，如果基于声学的速度值稳定，则输出基于声学的速度值作为当前涡轮速度，或者当基于加速度和基于声学的速度都不稳定时输出估计值作为当前涡轮速度。在示例性实施例中，在共同基底上提供加速度感测装置和声学感测装置。

Description

用于自适应地确定涡轮增压器速度的系统和方法

技术领域

本文所述的主题一般地涉及涡轮机，并且更具体地涉及使用不同传感器的组合自适应地确定涡轮机或压缩机的转速。

背景技术

涡轮增压器系统经常用于提高内燃机的效率。监测或诊断涡轮增压器的性能通常涉及测量涡轮增压器的转速。然而，速度传感器可能相对昂贵，并且尺寸、封装、组装或安装限制可能会令人望而却步。例如，一些速度传感器需要在压缩机壳体的外形表面上钻孔。而加速度传感器已被提出用于基于比例关系测量转速，测量的准确度和可靠性随着转速增加而受损失。因此，期望提供一种构件，该构件用于以在涡轮增压器速度范围内准确和可靠的方式确定涡轮增压器的转速，同时最小化成本和封装和/或安装限制。

发明内容

提供了用于确定与涡轮增压器相关联的转速的方法和系统。一个示例性系统包括涡轮增压器装置和安装到涡轮增压器装置的速度感测设备。速度感测设备包括加速度感测装置、声学感测装置、用于输出当前速度值的通信接口以及耦合到加速度感测装置、声学感测装置和通信接口的控制模块。当加速度速度值稳定时，控制模块向通信接口提供加速度速度值作为当前速度值，当加速度速度值不稳定并且声学速度值稳定时，控制模块向通信接口提供声学速度值作为当前速度值，以及当加速度速度值和声学速度值二者都不稳定时，控制模块向通信接口提供估计的速度值作为当前速度值。

在一个实施例中，提供了一种用于速度感测设备的装备。速度感测设备包括：基底；基底上的加速度感测装置，用于输出测量的加速度输出信号；基底上的声学感测装置，用于输出测量的声学输出信号；通信接口；和控制模块，耦合到加速度感测装置、声学感测装置和通信接口，控制模块用于至少部分地基于测量的加速度输出信号来确定加速度速度值，至少部分地基于测量的声学输出信号确定声学速度值，当加速度速度值稳定时将加速度速度值提供给通信接口以作为当前速度值输出，当加速度速度值不稳定并且声学速度值稳定时将声学速度值提供给通信接口以作为当前速度值输出，以及当加速度速度值和声学速度值二者都不稳定时向通信接口提供估计的速度值以作为当前速度值输出。

在另一实施例中，用于确定与涡轮增压器相关联的转速的方法涉及：基于来自安装到涡轮增压器的设备的加速度感测装置的第一输出信号确定第一速度值，基于来自所述设备的声学感测装置的第二输出信号确定第二速度值，当所述第一速度值稳定时，输出所述第一速度值作为所述转速，以及当所述第一速度值不稳定时，当所述第二速度值稳定时输出所述第二速度值作为转速，或者当第一和第二速度值二者都不稳定时，输出估计值作为转速。

附图说明

在下文中将结合以下绘制的附图描述本主题的实施例，其中相似的附图标记表示相似的元件，并且：

图1描绘了在示例性实施例中的涡轮增压器系统的框图；

图2描绘了在示例性实施例中适于用作图1的涡轮增压器系统中的涡轮速度感测设备的设备的框图；

图3是根据一个或多个示例性实施例的适于利用图1的涡轮增压器系统实现的示例性涡轮速度监测过程的流程图；

图4是根据一个或多个示例性实施例的适于结合图3的涡轮速度监测过程实现的示例性涡轮速度确定过程的流程图；

图5是描绘根据图4的涡轮速度确定过程的一个实施例的加速度计涡轮速度值和时间之间的示例性关系的图；

图6是描绘根据图4的涡轮速度确定过程的一个实施例的声学涡轮速度值和时间之间的示例性关系的图，该示例性关系与图5的加速度计涡轮速度值和时间之间的关系对应；以及

图7是描绘根据图5-6中描绘的实施例的由图4的涡轮速度确定过程输出的涡轮速度相对于时间之间的示例性关系的图。

具体实施方式

本文所述主题的实施例涉及自适应地确定与涡轮增压器相关联的速度度量，诸如例如涡轮机叶轮的转速。虽然本文中为了解释的目的可以在涡轮机叶轮的转速的情境中描述速度度量，但是应当理解，本主题不一定限于涡轮机叶轮的转速，并且在实践中，速度度量可以被实现为如下各项的转速：压缩机叶轮、将涡轮机叶轮耦合到压缩机叶轮的旋转轴或涡轮增压器组件的另一个旋转部件。类似地，本主题不一定限于转速或角速度，并且可以用于确定受到转速影响或与转速相关的其他度量（诸如旋转加速度）的值。为了解释的目的，但非限制，“涡轮速度”或其变体在本文中可以用于指代与涡轮机或涡轮增压器组件的另一旋转部件相关联的转速。

如下面更详细地描述的那样，基于不同感测装置的输出根据该输出的相对稳定性来自适应地确定涡轮速度的当前值。例如，当基于加速度的速度值基于一个或多个在前基于加速度的速度值而相对稳定时，基于来自加速度感测装置（或加速度传感器或加速度计）的输出信号确定的速度度量可以被设置为当前涡轮速度。当当前基于加速度的速度值不足够稳定时，当基于声学的速度值基于一个或多个在前基于声学的速度值而相对稳定时，可以将基于来自声学感测装置（或麦克风）的输出信号确定的速度度量设置为当前涡轮速度。当当前基于加速度的速度值或当前基于声学的速度值都不稳定时，至少部分地基于对应于基于加速度的速度值和基于声学的速度值中最稳定的任一值的在前值来确定估计的速度值。因此，对于涡轮机速度范围或传感器输出可能不稳定的其他操作条件，估计的速度可以提供针对当前涡轮机速度的更可靠的测量值。在实践中，基于加速度的速度值在较低的涡轮机速度（例如，小于特定频率）情况下相对稳定和可靠，并且基于声学的速度值在较高涡轮机速度（例如，大于特定频率）情况下相对稳定和可靠，随着涡轮机速度在基于传感器的速度值的可靠速度范围之间波动，估计的速度值提供可靠的过渡。在示例性实施例中，传感器输出信号也基于先前确定的涡轮速度值被自适应地滤波，从而在基于传感器输出信号确定当前速度值时提高效率和准确度。

在示例性实施例中，不同的感测装置被安装或以其他方式提供在公共支撑结构或基底上，所述公共支撑结构或基底继而安装在涡轮增压器组件上。在一个或多个实施例中，基底还支撑控制模块以及无线通信接口，控制模块接收并处理来自感测装置的输出信号，无线通信接口可用于将由控制模块确定的当前涡轮速度值发送到位于发动机舱外部的外部计算设备。例如，不同的感测装置、控制模块和无线通信接口可以被封装或包含在公共设备壳体或封装中，该公共设备壳体或封装然后被安装在涡轮增压器的部件上。在一个或多个实施例中，还可以利用一个或多个附加的辅助感测装置来检测环境条件，在该检测期间，传感器之一不应当用于确定涡轮速度的目的。例如，温度感测装置也可以提供在基底上或以其它方式与涡轮速度感测设备合并，以测量其它感测装置的温度，目的是检测何时温度违反感测装置的可接受操作范围。

应当注意，虽然本文可能主要在加速度和声学感测装置的情境中描述主题，但是本文所描述的主题并不旨在限于可以用于确定涡轮速度的感测装置的任何特定类型、数量或组合。例如，可以利用来自附加感测装置的输出信号来确定另一基于传感器的速度值，该速度值基于其相对于其它速度值（例如，基于加速度的速度值，基于声学的速度值等）的稳定性或可靠性可以选择性地用作当前涡轮速度（或作为估计的涡轮速度的基础）。类似地，虽然本文可能主要在用于当特定基于传感器的速度不应当被利用时检测环境条件的温度感测装置的情境中描述主题，但是本文所描述的主题并不旨在限于可以用于检测环境条件以便从考虑中选择性地排除特定基于传感器的速度的感测装置的任何特定类型、数量或组合。

图1描绘了涡轮增压器系统100的示例性实施例，涡轮增压器系统100包括被配置为提高发动机106的效率的涡轮增压器装置101，发动机106可以被设计用于任何种类的车辆（诸如例如重型或性能机动车辆到轻型机动车辆）并且与任何种类的车辆一起使用。涡轮增压器101包括压缩机112，压缩机112具有布置成在空气过滤器102的下游接收环境空气的入口，并且压缩机112执行压缩以便为车辆发动机106的气缸提供增压空气。所示实施例包括增压空气冷却器104，增压空气冷却器104接收来自压缩机112的加压吸入空气流并且耗散来自加压空气流中的热量，从而增加其密度，所得到的冷却和加压空气流被提供给发动机106的吸入歧管，发动机106可以是例如内燃机。

涡轮增压器101还包括具有涡轮机叶轮的涡轮机114，涡轮机叶轮经由公共旋转轴113安装或以其它方式耦合到压缩机112的叶轮（或波轮），使得涡轮机叶轮和压缩机叶轮（和轴113）基本上以基本上相同的转速一致地旋转。在这方面，在一些实施例中，涡轮机114与压缩机112同轴并同心地对准。涡轮机114的入口接收来自发动机106的废气，并且来自涡轮机114的出口的废气流被提供给一个或多个下游排放设备108，诸如例如催化转换器或类似的排放控制设备。

在图1的实施例中，涡轮增压器系统100包括设备120，设备120被配置为测量或以其他方式确定与涡轮增压器101相关联的当前转速度量，为了说明的目的，在本文中设备120可替代地被称为涡轮速度传感器。在这方面，涡轮速度传感器120输出或以其它方式提供表示压缩机叶轮、涡轮机叶轮或轴113中的任何一个的旋转速率的当前值。在示例性实施例中，涡轮速度传感器120安装或以其他方式固定到压缩机112的壳体，然而，在替代实施例中，涡轮速度传感器120可以安装在涡轮增压器装置101的致动器或某个其他元件或特征上。也就是说，为了说明的目的，本文中可以在涡轮速度传感器120被安装在压缩机壳体上的情境下描述本主题。

在示例性实施例中，涡轮速度传感器120包括通信接口，该通信接口被配置为支持通过无线通信网络124与客户端计算设备122的通信。根据该实施例，无线网络124可以被实现为专用无线网络、蓝牙网络、个人区域网络（PAN）、无线局域网（WLAN）、蜂窝网络或其他合适的无线网络。客户端计算设备122通常表示一电子设备，该电子设备可由用户利用以与涡轮速度传感器120进行通信，并且经由网络124从涡轮速度传感器120取回涡轮机速度值。在实践中，客户端设备122可以实现为任何种类的个人计算机、移动电话、平板计算机或其他支持网络的电子设备。在示例性实施例中，客户端设备122至少包括显示设备，诸如监测器、屏幕或其他常规电子显示器，该显示设备能够以图形方式呈现由涡轮速度传感器120以及用户输入设备（诸如触摸屏、触摸面板、键板、键盘、方向板等）提供的数据和/或信息，用户输入设备能够从客户端设备122的用户接收输入。在一些实施例中，客户端设备122执行与涡轮速度传感器120通信的客户端应用，在一些实施例中，该客户端应用可以被实现为web浏览器或类似应用，该web浏览器或类似应用使用合适的联网协议联系涡轮速度传感器120。

图2描绘了适于在图1的涡轮增压器系统100中用作涡轮速度传感器120的电子设备200的示例性实施例。所示设备200包括但不限于控制模块202、数据存储元件204（或存储器）、通信接口206以及多个不同的感测装置208、210、212。在示例性实施例中，控制模块202、存储器204、通信接口206和感测装置208、210、212被包装或以其他方式包含在公共壳体或设备封装内。在这方面，在一个或多个实施例中，设备200的部件202、204、206、208、210、212全部被形成或以其他方式提供在设备200的公共基底或支撑结构201（诸如例如，印刷电路板或类似的电子基底，引线框架或管芯焊盘等）上。在一个或多个示例性实施例中，设备基底201被安装或以其他方式固定到压缩机112的壳体，使得旋转力从压缩机壳体转移到基底201，基底201继而经由加速度感测装置208实现涡轮增压器101的转速的测量。

在示例性实施例中，加速度感测装置208被实现为在半导体基底上形成或以其他方式制造的加速度计的微机电系统（MEMS）类型，根据该实施例，半导体基底可以是基底201或随后被固定或以其他方式安装到设备基底201的不同基底。也即是说，应当理解，本文所述的主题不限于任何特定类型的加速度感测装置208。为了说明的目的，加速度感测装置208可替代地在本文中被称为加速度计，或更具体地，被称为MEMS加速度计。

所示的设备200还包括声学感测装置210（或麦克风），声学感测装置210也被提供在设备基底201上。在一个或多个实施例中，声学感测装置210还被实现为微机电系统（MEMS）类型麦克风，该麦克风被形成或以其他方式制造在半导体基底上，根据实施例，该半导体基底可以是设备基底201或者随后被固定或以其他方式安装到设备基底201的不同基底。在这方面，在一些实施例中，声学感测装置210和加速度感测装置208可以被制造在公共半导体基底上，该公共半导体基底随后被提供在基底201上。再次，应当理解，本文所述的主题不限于任何特定类型的声学感测装置210。为了说明的目的，声学感测装置210可替代地在本文中被称为麦克风，或更具体地，称为MEMS麦克风。如下面更详细描述的那样，麦克风210输出表示感测的声学信号（或声音或声压级别）的电信号，该电信号具有与如下参数相关或以其他方式对应的频率特性：与涡轮增压器101相关联的旋转速率。

在一个或多个实施例中，设备200还包括用于感测或以其它方式测量设备200所经历的环境条件的一个或多个附加感测装置212或用于测量涡轮速度的其它感测装置208、210。例如，在示例性实施例中，设备200包括温度感测装置212，温度感测装置212被配置为测量设备200和/或基底201的温度，该温度继而可被用于检测其它感测装置208、210之一可能不可靠的温度。根据实施例，温度感测装置212可以被制造或形成在设备基底201或者随后被固定或以其他方式安装到设备基底201的不同基底上。在这方面，在一些实施例中，温度感测装置212可以被制造在与一个或多个其它感测装置208、210共同共享的半导体基底上。再次，应当理解，本文所述的主题不限于任何特定类型或数量的环境感测装置212，并且在实践中，附加或不同的温度感测装置212可以用于检测或识别可能影响感测装置208、210之一的性能的任何数量的环境条件。

仍然参考图2，通信接口206通常表示被配置为支持去往/来自设备200的无线通信的硬件、电路、逻辑、固件和/或其他部件，并且可以包括例如一个或多个发射器、接收器、收发器等等。在这方面，根据实施例，通信接口206可以被实现为蜂窝收发器、无线适配器、蓝牙适配器或支持经由网络124与客户端设备122的通信的其他无线通信模块。

控制模块202通常表示设备200的硬件、电路、处理逻辑、固件和/或其他部件，它们耦合到感测装置208、210、212和通信接口206并且被配置为支持确定和输出当前涡轮速度测量值，如下面更详细描述的。在示例性实施例中，控制模块202被实现为微控制器，然而，在替代实施例中，控制模块202可被实现为被设计为执行本文所述的功能的任何种类的通用处理器、控制器、微处理器、内容可寻址存储器、数字信号处理器、专用集成电路、现场可编程门阵列、任何合适的可编程逻辑器件、分立的门或晶体管逻辑、处理核心、分立的硬件部件或其任何组合。结合本文描述的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接体现在硬件中、固件中、由控制模块202执行的软件模块中，或其任何实际组合中。

根据一个或多个实施例，控制模块202包括或以其他方式访问数据存储元件204，诸如存储器、一个或多个寄存器或另一合适的非临时性的短期或长期计算机可读存储介质，该存储元件204能够存储计算机可执行编程指令或其他数据以供控制模块202执行。在示例性实施例中，当由控制模块202读取并执行时，这些指令使控制模块202生成或以其他方式实现滤波模块214、216、快速傅立叶变换（FFT）模块218、220和速度确定模块222，这些模块被配置为执行和施行本文所描述的过程任务、操作和/或功能中的一个或多个。

如下面在图3的情境中更详细描述的，FFT模块218、220对来自相应感测装置208、210的输出信号进行采样，并将输出信号转换成频域（或频谱表示）中的测量信号的对应表示。滤波模块214、216接收来自FFT模块218、220的输出信号，并使用一通带对测量信号进行带通滤波，该通带对应于可能包含涡轮增压器101的转速的频率范围。在示例性实施例中，滤波模块214、216实现自适应带通滤波器，该自适应带通滤波器具有以一个或多个先前确定的涡轮速度为中心的通带和受涡轮增压器101的最大涡轮速度影响的带宽。来自滤波模块214、216的经滤波的测量信号被提供给速度确定模块222，速度确定模块222继而分析该经滤波的测量信号以识别与该经滤波的测量信号相关联的峰值频率，即，具有最大幅度的经滤波的测量信号的频率分量。在这方面，具有最大幅度的经滤波的测量信号的频率分量对应于由相应感测装置208、210获得的涡轮增压器101的当前转速的相应测量值。因此，由滤波模块214输出的经滤波的加速度计信号的峰值频率分量对应于当前涡轮速度的基于加速度的测量值，并且本文中可以替代地称为加速度计涡轮速度值。类似地，由滤波模块216输出的经滤波的声学信号的峰值频率分量对应于当前涡轮速度的基于声学的测量值，并且在本文中可以替代地称为麦克风涡轮速度值。

如下文在图4的情境中更详细描述的，速度确定模块222在确定当前加速度计涡轮速度值和当前麦克风涡轮速度值之后，速度确定模块222基于当前测量的涡轮速度值与使用那些相应的感测装置208、210确定的先前涡轮速度值相比较来确定当前涡轮速度值以用于经由通信接口206输出。另外，在一个或多个实施例中，速度确定模块222接收来自设备200的任何其它感测装置212的输出，以检测如下环境条件：响应于检测到指示相应感测装置208、210不可靠或在其针对特定环境条件的工作范围之外操作的环境条件而应当将加速度计或麦克风速度值之一排除在作为当前涡轮速度值的考虑之外。

现在参考图3，并且继续参考图1-2，在示例性实施例中，涡轮增压器系统100中的涡轮速度传感器120、200被配置为执行涡轮速度监测过程300和下面描述的附加任务、功能和操作，以确定当前测量值，当前测量值表示与涡轮增压器101相关联的当前转速。可以使用硬件、固件、由处理电路执行的软件或其任何组合来实现与所示过程300相关地执行的各种任务。为了说明的目的，以下描述可以参考上面关于图1和2提到的元件。在实践中，涡轮速度监测过程300的各部分可以由涡轮增压器系统100的不同元件执行。也即是说，在示例性实施例中，涡轮速度监测过程300由涡轮速度传感器120、200来实现。应该理解的是，涡轮速度监测过程300的实际实施例可以包括任何数量的附加或替代任务，该任务不必以所示的顺序执行和/或该任务可以同时执行，和/或涡轮速度监测过程300可以被合并到具有本文中未详细描述的附加功能的更全面的程序或过程中。此外，在图3的情境中示出和描述的一个或多个任务可以从涡轮速度监测过程300的实际实施例中省略，只要预期的整体功能保持完整。

在示例性实施例中，涡轮速度监测过程300开始于识别或以其它方式获得最大涡轮速度值（任务302），最大涡轮速度值用于配置针对来自感测装置的输出信号的滤波器。例如，在一个或多个实施例中，涡轮增压器101的最大涡轮速度值由客户端设备122的用户输入或以其它方式提供，客户端设备122继而向涡轮速度传感器120、200传送或以其它方式提供该最大涡轮速度值。响应于从客户端设备122接收到最大涡轮速度值，控制模块202可以在存储器204中存储或以其他方式保持该最大涡轮速度值。也即是说，在没有输入最大涡轮速度值的情况下，存储器204可以存储或以其他方式保持默认最大涡轮速度值，以供控制模块202在后续操作期间引用。

涡轮速度监测过程300继续如下步骤：从机械耦合到涡轮增压器的感测装置接收或以其它方式获得原始测量信号，以及至少部分地基于在前涡轮速度值和最大涡轮速度值中的一个或多个来对该测量信号进行自适应滤波（任务304、306）。在这方面，控制模块202可以以特定采样频率周期性地对感测装置208、210的输出进行采样，以获得原始测量样本，该原始测量样本由FFT模块218、220处理以获得由感测装置208、210输出的测量信号的频谱表示。在一个或多个实施例中，感测装置208、210基本上同步地并以相同的采样频率被采样，使得与来自相应感测装置208、210的测量样本相关联的采样时间基本上彼此同时间发生。也可以基于最大涡轮速度值来计算或以其他方式确定采样频率（例如，至少两倍于最大涡轮速度值）。在一个示例性实施例中，感测装置208、210以约51.2kHz的频率被采样，并且FFT模块218、220实现4096的块大小以实现约12.5Hz的速度分辨率。滤波模块214、216对测量信号进行带通滤波以获得经滤波的测量信号，该经滤波的测量信号排除滤波器通带以外的频率分量。

在示例性实施例中，控制模块202将滤波模块214、216配置为具有作为最大涡轮速度值的一部分（例如，最大涡轮速度值的25％）的通带带宽。在这方面，限制通带带宽可以减轻谐振、噪声等对所确定的涡轮速度值的影响。一旦涡轮速度值超过阈值（例如，滤波模块214、216的带宽的50％），控制模块202就将滤波模块214、216配置为以一个或多个在前涡轮速度值（诸如例如，在最大涡轮速度值的25％的带宽情况下两个最新在前涡轮速度值的平均值）为中心。在这方面，通带带宽表示基于涡轮增压器101的在前速度的涡轮增压器101的可能或可行速度的范围。然而，在初始化时或当涡轮速度值低于阈值时，控制模块202将滤波模块214、216配置为具有期望通带带宽的低通滤波器。以这种方式，滤波模块214、216的通带适应于动态反映最前面的涡轮速度值。

涡轮速度监测过程300继续如下步骤：对经滤波的测量值执行频率分析，以识别峰值频率分量（任务308），峰值频率分量对应于由相应的感测装置测量的所述涡轮增压器的转速。例如，速度确定块222分析加速度计输出的经滤波的FFT，并且识别具有峰值幅度的频率分量作为涡轮速度的当前加速度计测量值。类似地，速度确定块222分析麦克风输出的经滤波的FFT，并且识别具有峰值幅度的频率分量作为涡轮速度的当前声学测量值。

在确定所述当前加速度计涡轮速度值和当前声学涡轮速度值之后，涡轮速度监测过程300继续如下步骤：基于所述加速度计和声学涡轮速度值的相对稳定性确定当前涡轮速度测量值（任务310）。在这方面，涡轮速度监测过程300确定当前加速度计涡轮速度值和当前声学涡轮速度值中哪一个最准确地量化涡轮增压器的实际转速，如在下面图4的情境中更详细描述的。在示例性实施例中，速度确定模块222优选地在如下情况下识别当前加速度计涡轮速度值作为当前涡轮速度测量值：由于加速度计208和压缩机112或涡轮增压器101的其它部件之间的机械耦合（经由加速度计208物理安装到基底201，基底201继而物理耦合到涡轮增压器101）而导致当前加速度计涡轮速度值基本上稳定。当加速度计涡轮速度值被认为不稳定时，当当前声学涡轮速度值基本上稳定时，速度确定模块222识别当前声学涡轮速度值作为当前涡轮速度测量值。当传感器速度值都不稳定时，速度确定模块222基于最稳定的传感器速度值确定估计的速度值。例如，在示例性实施例中，速度确定模块222利用卡尔曼滤波根据对应于最稳定的传感器速度值的在前传感器速度值确定估计的涡轮速度值。在一个或多个实施例中，速度确定模块222利用一个或多个环境传感器212根据分析来排除传感器速度值之一。例如，当当前温度超过加速度计208的操作范围的上限时，加速度计涡轮速度值可以从考虑中被排除，使得速度确定模块222确定所述声学涡轮速度值应该被用作涡轮速度测量值（如果稳定的话），否则使用在前声学涡轮速度值确定估计的涡轮速度值。

仍然参考图3，在针对所述涡轮速度监测过程300的当前迭代确定当前涡轮速度测量值之后，涡轮速度监测过程300输出或以其他方式提供当前涡轮速度测量值给客户端设备以用于进一步分析或呈现，并且与当前传感器速度值一起存储或者以其他方式保持当前涡轮速度测量值（任务312、314）。在这方面，由速度确定模块222确定的当前涡轮速度测量值被提供给通信接口206，通信接口206继而经由网络124传送或以其它方式发送当前涡轮速度测量值到客户端设备122。客户端设备122可以生成一个或多个图形用户界面（GUI）显示，该图形用户界面显示包括当前涡轮速度测量值和/或一个或多个在前涡轮速度测量值的图形表示，诸如例如，由涡轮速度传感器120，200输出的涡轮速度测量值的图形。另外，控制模块202在存储器204中存储或以其他方式保持该当前涡轮速度测量值以用于自适应地配置所述滤波模块214、216，同时还存储或保持当前加速度计速度值和当前声学速度值以用于确定随后的速度值是否基本上稳定。由任务304、306、308、310、312和314所定义的环路可以根据需要在涡轮增压器系统100的整个操作中重复，以便基本实时地连续监测和更新涡轮增压器101的转速的值。

现在参考图4，并继续参考图1-3，在示例性实施例中，在涡轮增压器系统100中的涡轮速度传感器120、200被配置成执行涡轮速度确定过程400和下面描述的附加任务、功能和操作，以确定表示与涡轮增压器101相关联的当前转速的当前测量值。在示例性实施例中，涡轮速度确定过程400连同图3的涡轮速度监测过程300一起由涡轮速度传感器120、200的速度确定模块222实现。再次，应该指出的是，涡轮速度确定过程400的实际实施例可以包括任何数量的附加或替代任务，该任务不必按所示的顺序执行和/或该任务可以同时执行，和/或在图4的情境中示出和描述的一个或多个任务可从涡轮速度确定过程400的实际实施例中被省略，只要预期的整体功能保持完整。

图示的涡轮速度确定过程400开始于：分析加速度计涡轮速度值以证实或以其他方式确定加速度计涡轮速度是否稳定，并且当加速度计涡轮速度稳定时，涡轮速度确定过程400将当前涡轮速度测量值设置为等于当前加速度计速度值（任务402、404）。在示例性实施例中，速度确定模块222将当前加速度计涡轮速度值与存储在存储器204中的在前加速度计涡轮速度值进行比较以确定相继的加速度计涡轮速度值之间的差异是否小于稳定性阈值。在一些实施例中，速度确定模块222还证实能够降低或影响加速度计涡轮速度值的可靠性的任何环境条件的不存在，该环境条件可经由辅助感测装置212检测，从而证实所述加速度计涡轮速度值既稳定又可靠。在这方面，响应于检测到可能影响加速度计涡轮速度值的可靠性的这种环境条件，涡轮速度确定过程400可以继续进行（例如，进行任务406）而不管所述加速度计涡轮速度的稳定性如何，从而排除或以其它方式防止加速度计涡轮速度值被用作当前涡轮速度值。

当当前加速度计涡轮速度值和在前加速度计涡轮速度值之间的差异小于该稳定性阈值并且不存在将使所述加速度计涡轮速度值不可靠的环境条件时，所述速度确定模块222确定加速度计涡轮速度是稳定的并经由通信接口206输出当前加速度计涡轮速度值作为当前涡轮速度测量值。速度确定模块222还在存储器204中存储当前加速度计涡轮速度值作为最新涡轮速度测量值，该最新涡轮速度测量值继而被用于自适应地调整滤波模块214、216，以用于如上所述的涡轮速度监测过程300的下一次迭代。

当加速度计涡轮速度不基本上稳定时，或者当存在使所述加速度计涡轮速度不可靠的环境条件时，涡轮速度确定过程400继续分析声学涡轮速度值以证实或以其他方式确定声学涡轮速度是否稳定，并且在该声学涡轮速度稳定时，涡轮速度确定过程400将当前涡轮速度测量设置为等于当前声学速度值（任务406、408）。在示例性实施例中，速度确定模块222将当前声学涡轮速度值与存储在存储器204中的在前声学涡轮速度值进行比较，以确定相继的声学涡轮速度值之间的差异是否小于稳定性阈值，该稳定性阈值可以等于或不同于用来评估加速度计涡轮速度值的稳定性的稳定性阈值。另外，在一些实施例中，速度确定模块222还证实可能会降低或影响声学涡轮速度值的可靠性的任何环境条件的不存在，从而证实所述声学涡轮速度值既稳定且可靠。当速度确定模块222确定声学涡轮速度稳定且可靠时，速度确定模块222经由通信接口206输出当前声学涡轮速度值作为当前涡轮速度测量值。速度确定模块222还在存储器204中存储当前声学涡轮速度值作为最新涡轮速度测量值，该最新涡轮速度测量值用于自适应地调整滤波模块214、216，以用于涡轮速度监测过程300的下一次迭代。

当涡轮速度确定过程400确定没有传感器速度值足够稳定和可靠时，涡轮速度确定过程400继续识别或以其它方式确定哪个传感器是最稳定的（任务410）。在示例性实施例中，速度确定模块222通过确定哪个传感器速度值相对于它的在前值具有最小的差异来识别哪个感测装置208、210是目前最稳定的。例如，在一个实施例中，速度确定模块222从当前加速度计速度值减去来自存储器204的先前加速度计速度值以获得加速度计速度差异，从当前声学速度值减去来自存储器204的先前声学速度值以获得声学速度差异，并且然后把加速度计速度差异和声学速度差异中较小的一个识别为对应于更稳定的传感器速度值。在又一些其它实施例中，速度确定模块222可将加速度计速度差异除以在前加速度计速度值，以获得加速度计速度百分比差异，将声学速度差异除以在前声学速度值，以获得声学速度百分比差异，然后把加速度计速度百分比差异和声学速度百分比差异中的较小者识别为对应于更稳定的速度传感器值。在这方面，应当理解，存在许多度量或统计量可以被用来分配相对稳定性给相应传感器速度值，并且本文所描述的主题不限于任何特定度量或统计量。

涡轮速度确定过程400继续根据来自传感器的被识别为最稳定的一个或多个在前涡轮速度值来计算或以其它方式确定估计的涡轮速度值，以及把该估计值设置为当前涡轮速度值（任务412、414）。在示例性实施例中，速度确定模块222实现卡尔曼滤波以便根据来自传感器的被识别为最稳定的在前涡轮速度值以及来自该传感器的当前涡轮速度值来计算估计的涡轮速度值。例如，速度确定模块222可以使用卡尔曼滤波针对相应传感器根据其在前速度值计算估计的速度测量值，然后输出该估计的速度测量值，以代替来自传感器的当前涡轮速度值。应当指出的是，存在许多针对卡尔曼滤波的不同实现方式和用于确定估计值的众多替代方式，并且本主题并不限于任何特定方法来确定估计的涡轮速度值。例如，给定传感器的任何数量的在前涡轮速度值可以被存储和保持，并且然后被分析以便使用趋势线、曲线拟合或另一种外推技术来设计或估计未来值。

在过程400的替代实施例中，替代采用卡尔曼滤波，所述速度确定模块222作为加速度计涡轮速度值和声学涡轮速度值的加权平均值计算估计的涡轮速度值。在这方面上，在一些实施例中，分配给相应值的权重可对应于它们的相对稳定性，并且动态且自适应地随着过程400的每次迭代或更新而改变，从而从输出主要基于加速度计涡轮速度值的当前涡轮速度值过渡到主要基于声学涡轮速度值的涡轮速度值。在这方面，存在用于根据各个值的相对可靠性或准确度来滤波或以其它方式组合该各个值以便实现偏向或转向更可靠或准确的值的代表值的许多其它技术，并且本文描述的主题并不一定限于卡尔曼滤波、加权平均或任何特定技术。例如，在一些实施例中，速度确定模块222可简单地平均该加速度计涡轮速度值和声学涡轮速度值，以获得估计的涡轮速度值，直到所述加速度计涡轮速度值和声学涡轮速度值中的一个足够稳定。

如上面在图1-3的情境中所述的，由涡轮速度确定过程400设置为当前涡轮速度测量值的所得到的值可以由涡轮速度传感器120、200输出到客户端设备122以用于显示和诊断分析，同时也被涡轮速度传感器120、200存储或保持以用于如上面所述那样自适应地确定下一个涡轮速度测量值。在这方面，图7描述了由涡轮速度传感器120、200输出的涡轮速度在客户端设备122上的示例性图形表示，图5描述了基础加速度计涡轮速度值的图形表示，并且图6描述了基础声学涡轮速度值的图形表示。在所示的实施例中，加速度计涡轮速度值在较低速度处更加稳定和可靠，并且声学涡轮速度值在较高速度处更加稳定和可靠，从而使得涡轮速度确定过程400导致速度确定模块222在启动时输出来自加速度计208的加速度计涡轮速度值作为涡轮速度测量值（并且客户端设备122在图7中显示加速度计涡轮速度值），直到达到加速度计涡轮速度值的稳定性下降为低于稳定性阈值（在图5-7的所示示例中为大约1800Hz）时的速度。

当涡轮增压器101的速度增加超过该过渡速度时，涡轮速度确定过程400趋向于导致所述速度确定模块222输出估计的涡轮速度测量值，直到声学涡轮速度值稳定（在图5-7的所示示例中在2500Hz和4000Hz之间），在此时速度确定模块222趋向于输出来自麦克风210的声学涡轮速度值作为涡轮速度测量值（并且客户端设备122在图7中显示所述加速度计涡轮速度值）。当涡轮增压器101的速度最终开始下降时，速度确定模块222的输出和客户端设备122上的对应显示可以类似地从声学涡轮速度值过渡至加速度计涡轮速度值。这就是说，在加速度计涡轮速度在较高速度处稳定的情况期间，加速度计涡轮速度值可被输出作为当前涡轮速度测量值，这是由于加速度计涡轮速度值通过物理耦合到所述压缩机112或涡轮增压器101的其它部件而更可能表示实际转速。当转速下降时，速度确定模块222和/或涡轮速度确定过程400可以类似地过渡到输出基于声学涡轮速度值的估计的涡轮速度测量值，输出基于加速度计涡轮速度值的估计的涡轮速度测量值，以及一旦加速度计涡轮速度再次稳定则输出该加速度计涡轮速度值。

根据本文所述的主题，作为涡轮速度，最稳定的涡轮速度测量值可用于显示或诊断，其中当直接传感器测量值不基本上稳定时诸如卡尔曼滤波之类的估计算法被用于提供当前涡轮速度的可靠估计。得到的涡轮速度测量值也可以用于动态地适配滤波和其他信号处理，以提高后续测量的准确度和可靠性。利用MEMS技术允许不同的传感器以紧凑形状因子被封装在一起，从而在不修改涡轮增压器或其它引擎罩下部件的情况下以相对较低的成本促进非破坏性安装。另外，辅助传感器可被合并，以便根据环境条件动态地把一个或多个传感器速度测量值排除考虑，由此确保潜在不可靠的传感器速度测量值不被最终显示或用于诊断。

为了简洁起见，与涡轮增压器系统有关的常规技术、感测、采样、滤波、信号处理、傅立叶变换和频率分析、卡尔曼滤波、MEMS，设备封装以及系统的其他功能方面（以及系统的各个操作部件）可以不在本文中详细描述。此外，本文中所包含的各个附图中所示的连接线意在表示各元件之间的示例性功能关系和/或物理耦合。应当指出的是，许多替代或附件功能关系或物理连接可以存在于本主题的实施例中。

可以在功能和/或逻辑块部件方面并且参考可以由各种计算部件或设备执行的操作、处理任务和功能的符号表示来在本文中描述本主题。应当理解，附图中所示的各种块部件可以由配置为执行指定功能的任何数量的硬件部件来实现。例如，系统或部件的实施例可采用各种集成电路部件，例如存储器元件、数字信号处理元件、逻辑元件、查找表等，它们可以在一个或多个微处理器或其它控制设备的控制下执行各种功能。此外，本文描述的主题的实施例可以在任何合适的非临时性计算机可读介质上被存储为、编码为或者以其它方式由任何合适的非临时性计算机可读介质体现为存储在所述非临时性计算机可读介质上的计算机可执行指令或数据，当该计算机可执行指令或数据被执行（例如，被处理系统执行）时，促进上述过程。

前面的描述可能涉及被“耦合”在一起的元件或节点或特征。如本文所使用的，除非另有明确说明，否则“耦合”意指一个元件/节点/特征被直接或间接地接合到另一个元件/节点/特征（或者直接或间接地与其通信），并且不一定以机械方式。因此，虽然附图可能描绘了元件的一个示例性布置，当附加的中间元件、设备、特征或部件可存在于所描绘的主题的实施例中。此外，某些术语也可仅出于参考的目的被用于本描述中，并且因此并不旨在限制。例如，涉及结构的术语“第一”、“第二”和其他这样的数字术语并不暗示次序或顺序，除非由上下文清楚地指出。

前面的详细描述在本质上仅仅是说明性的，并且不旨在限制本主题的实施例或这些实施例的应用和使用。如本文所使用的，词语“示例性”意指“充当示例、实例或说明”。本文中描述为示例性的任何实现方式不一定被解释为优选的或优于其它实现方式。此外，不旨在受在前述背景技术、发明内容或具体实施方式中提出的任何理论约束。

尽管至少一个示例性实施例已经在前面的详细描述中呈现，但应理解的是，存在大量的变型。还应当理解，一个或多个示例性实施例仅仅是示例，并且不旨在以任何方式限制本主题的范围、适用性或配置。相反，前面的详细描述将向本领域技术人员提供方便的路线图用于实现本主题的示例性实施例。应当理解，在不脱离所附权利要求中所阐述的本主题的范围的情况下，可以在示例性实施例中描述的元件功能和布置方面进行各种改变。因此，在不存在明确相反意图的情况下，示例性实施例或上述其他限制的细节不应被理解到权利要求书中。

Claims (8)

1.一种确定与涡轮增压器相关联的转速的方法，所述方法包括：

由安装到所述涡轮增压器的设备的控制模块基于来自所述设备的加速度感测装置的第一输出信号来确定第一速度值；

由所述控制模块基于来自所述设备的声学感测装置的第二输出信号来确定第二速度值；

当第一速度值稳定时，由所述控制模块经由所述设备的通信接口输出第一速度值作为所述转速；以及

当第一速度值不稳定时：

当第二速度值稳定时，由所述控制模块经由所述通信接口输出第二速度值作为所述转速；以及

当第二速度值不稳定时，由所述控制模块经由所述通信接口输出估计值作为所述转速。

2.如权利要求1所述的方法，还包括：

当第一速度值与基于第一输出信号确定的在前速度值之间的第一差异小于第一阈值时，确定第一速度值是稳定的；以及

当第二速度值与基于第二输出信号确定的在前速度值之间的第二差异小于第二阈值时，确定第二速度值是稳定的；以及

确定所述估计值包括：

当第一差异小于第二差异时至少部分地基于以下值来确定所述估计值：基于第一输出信号确定的在前速度值；以及

当第二差异小于第一差异时至少部分地基于以下值来确定所述估计值：基于第二输出信号确定的在前速度值。

3.如权利要求1所述的方法，还包括：

在确定第一速度值之前，至少部分地基于所述转速自适应地滤波第一输出信号；和

在确定第二速度值之前，至少部分地基于所述转速自适应地滤波第二输出信号。

4.如权利要求3所述的方法，还包括：由所述控制模块经由所述通信接口从客户端设备接收最大转速参考值，其中所述控制模块至少部分地基于所述转速和所述最大转速参考值来自适应地滤波第一和第二输出信号。

5.如权利要求1所述的方法，其中：

所述加速度感测装置包括微机电系统MEMS加速度计；

所述声学感测装置包括MEMS麦克风；以及

MEMS加速度计和MEMS麦克风被提供在公共基底上。

6.如权利要求1所述的方法，还包括：由所述控制模块从所述设备的第三感测装置获得指示环境条件的信号，其中输出第一速度值包括：当第一速度值在没有所述环境条件的情况下稳定时输出第一速度值作为所述转速。

7.如权利要求6所述的方法，还包括：响应于检测到所述环境条件而防止输出第一速度值作为所述转速。

8.一种计算机可读介质，具有存储在其上的指令，所述指令可由所述设备的控制模块执行以执行如权利要求1所述的方法。