JP4109195B2 - 時間的な充填状態信号の計算方法 - Google Patents
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Description
本発明は、液体の充填状態レベルの検出のための充填状態センサのセンサ信号から時間的な充填状態信号を計算するための方法に関する。
【0002】
本発明は更に、本発明の方法を実施するための、液体の充填状態レベルの検出のための少なくとも1つの充填状態センサと、該少なくとも1つの充填状態センサのセンサ信号から時間的な充填状態信号を計算するための計算ユニットとを備えている充填状態測定システムに関する。
【0003】
液体に浸かっている充填状態センサを備えた充填状態測定システムは殊に自動車において使用されかつよく知られている。液体の充填状態の検出は例えば容量的な充填状態センサによって行われ、その際センサ構造体の容量は液体のレベルによって並びに液体の誘電特性によって影響を受ける。
【0004】
しかし時間的な充填状態信号を突き止める際、例えば自動車が移動している場合充填状態が著しく変動するという問題がしばしば生じる。
【0005】
それ故に通例は、結果的に生じた充填状態信号の時間的な算出が行われて、例えばエンジンオイルまたは燃料量のような存在している燃料量が推定される。
【0006】
充填状態センサは、検出すべき充填状態レベル領域に沿ってセンサ構造体を備えている細長いセンサとして実現されている。粘度の高い液体の場合には殊に、液体の状態が変動すると、短時間濡らされたセンサ表面に液体の膜が形成されるという問題が生じる。この液体の膜が原因で、例えばアナログ式の容量または熱的充填状態センサでは正のエラー信号が生じる。その場合瞬時的な充填状態レベルを計算するためのセンサ信号は液体の膜が残っていることに基づいて著しく大きい。
【0007】
暫くするとこの液体の膜は、濃度および粘度のような液体特性に依存して再びなくなる。これによりエラー信号は消失する。しかし充填状態レベルが変動すると、この液体の膜は規則的に新たに作られるので、平均される時間的な充填状態信号は正のエラーを有している。
【0008】
それ故に本発明の課題は、充填状態を著しく正確に突き止めることができる、充填状態センサのセンサ信号から時間的な充填状態信号を計算するための改良された、冒頭に述べた形式の方法を提供することである。
【0009】
この課題は本発明によれば、時間的な充填状態信号を、センサ信号と、液体の粘度、液体の濃度、液体センサの表面特性、液体の温度の少なくとも1つから得られる、充填状態センサにおける液体の特性経過と、充填状態センサにおける液体の膜がセンサ信号に及ぼす作用効果との関数として計算することによって解決される。
【0010】
変動する液体量の充填状態計算の際に充填状態信号をそのまま時間的に平均化するという従来の方法とは異なって、本発明によれば、形成される液体の膜が原因で生じるエラーが考慮される。このために、充填状態センサの表面の液体の経過特性がモデル化されかつセンサ信号と一緒に、時間的な充填状態信号を計算するための関数として使用される。
【0011】
充填状態センサにおける液体の経過特性に対するモデルは実質的に、例えば粘度および濃度のような液体の材料特性、充填状態センサの材料特性、殊に表面特性、液体の温度のような外部の影響にも依存するようにしている。これらパラメータは予め設定しておくこともできるが、別のセンサによって突き止めることもできる。
【0012】
本発明では更に、時間的な充填状態信号を計算するために、充填状態センサにおける液体の膜がセンサ信号及ぼす作用効果を使用している。このことで例えば液体の膜の不均質性を考慮することができる。液体の膜がセンサ信号及ぼす作用効果は有利にはモデル化されている。
【0013】
システム特性は通例は非線形であるので、計算は有利には相応の近似によって行われる。すなわち、時間的に測定された充填状態信号から補正信号を減算すると特別に有利である。この場合補正信号は充填状態レベルの時間的な変動の関数である。従って補正信号は充填状態の最後に観測された変動に依存している。これらの変動は例えば、連続する時間的なばらつきσ(s)によって特徴付けることができるので、補正信号は連続する時間的なばらつきの関数とすることができる。
【0014】
上で既に説明したように、補正信号は液体の粘度、液体の濃度および/または液体の温度などの関数とすることができる。
【0015】
内燃機関におけるエンジンオイルの時間的な充填状態信号を計算するために、内燃機関において循環するエンジンオイルの量を求められた充填状態信号に加算することが提案される。この場合循環する量は内燃機関の回転数およびエンジンオイルの温度の関数として突き止めることができる。
【0016】
この課題は更に、上述した方法を実施するように構成されている充填状態測定システムによって解決される。
【0017】
次に本発明を添付図面に基づいて詳細に説明する。その際:
図1は、本発明の方法を実施するための充填状態測定システムの略図であり、
図2は、充填状態に跳躍的な変化があった場合の時間的な充填状態の経過を示す波形図であり、
図3は、図2の跳躍的な充填状態変化の場合の充填状態信号の時間的な変化の経過を示す波形図である。
【0018】
図1には、実質的に充填状態センサ1と、該充填状態センサ1のセンサ信号s(t)から時間的な充填状態信号h(t)を計算するための計算ユニット2とを有している充填状態測定システムの概略が分かるようになっている。時間的な充填状態信号h(t)は指示ユニット3に表示される。
【0019】
充填状態センサ1は公知のように細長いフィーラとして実現されている。それは容器5内の液体4に浸漬している。フィーラは検出すべき充填状態レベル領域にセンサ構造を有している。図示の例では充填状態センサ1はコム形式に噛み合っている構造を有する容量式センサとして実現されている。
【0020】
液体4は例えば容器5または容器5が組み込まれている自動車が動くと変動する。このために充填状態センサ信号s(t)の時間的な経過も同様に変動することになる。
【0021】
従来は、変動する充填状態センサ信号s(t)の時間的な平均化が行われて、容器5における液体4の実際の充填状態が突き止められる。
【0022】
【外4】
【0023】
充填状態信号h(t)を計算するための方法はここでは、液体センサ1における液体4の経過特性に対するモデルに基づいているアルゴリズムを使用している。このモデルはとりわけ、粘度および濃度のような液体4の材料特性、液体センサ1の材料特性、殊に表面特性、並びに例えば液体4の温度のような外部の影響にも依存している。液体4の温度は例えば、液体4に浸漬している温度センサ6を用いて突き止めることができる。温度センサ6はここでは計算ユニット2に接続されている。粘度ηおよび濃度ρはセンサ信号として計算ユニット2に供給されるかまたは前以て与えられている値である。
【0024】
計算ユニット2は例えば適当なプログラミングによって、時間的な充填状態信号h(t)がセンサ信号s(t)と、充填状態センサ1における液体4のモデル化された経過特性との関数として計算されるように構成されている。更に、時間的な充填状態信号h(t)を計算するための関数は、充填状態センサ1に付着している液体の膜がセンサ信号s(t)に及ぼすモデル化された作用効果にも依存している。
【0025】
この機能関係を以下に例に基づいて理論的に更に説明する。
【0026】
図2には、時間的に跳躍的に変化する理想化された充填状態信号h(t)の波形が時間tについて示されている。
【0027】
図3には、充填状態センサ1によってピックアップされる、充填状態信号h(t)に属しているセンサ信号s(t)の波形が示されている。
【0028】
一定の充填状態h1が非常に長く続いていると仮定して、所属の「スタチックな」センサ信号s1が生じる。時点t a で充填状態は突然値h2に跳躍的に変化する。細長い充填状態センサ1の表面において徐々に変化する液体の膜に基づいて、センサ信号s(t)は充填状態レベルの突然の低下に追従するが僅かに遅れを持っているので、所属のスタチックなセンサ信号s2は相応する時間後に漸く例えば漸近的に生じる。
【0029】
引き続く経過において、時点tbで充填状態信号h(t)が突然充填状態レベルh3に高められる例が破線で示されている。充填状態センサ1は直ちに濡らされるので、センサ信号s(t)は充填状態レベルのこの跳躍的な上昇に非常に迅速に追従する。図示の例では充填状態レベルh3は充填状態レベルh1より下方にあるので、充填状態レベルh3に属しているスタチックな値s3を上回るセンサ信号s(t)の「過剰化」が生じる。というのは、充填状態センサ1は充填状態レベル領域h3ないしh1においてまだ、時点taの濡れによる液体の膜の残りによって被覆されているからである。
【0030】
【外5】
【0031】
【外6】
【0032】
その際時間tは平均をとる際に考察される時間間隔に相応している。
【0033】
【外7】
【0034】
経過特性は更に、例えば表面特性のような充填状態センサ1の材料特性によって、および液体の温度Tempのような外部の影響によって規定される。
【0035】
これら2つのモデルに基づいて、充填状態信号h(t)を有する与えられている充填状態経過から充填状態センサ1のセンサ信号s(t)を推定することができる。形式的に解析するとこの関係は次式によって記述することができる:
【0036】
【数1】
【0037】
ここでFは汎関数でありかつh(τ)は変動に依存している充填状態信号である。
【0038】
【0039】
【外9】
【0040】
この方法は殊に、内燃機関におけるエンジンオイルの充填状態を突き止めるために適している。というのは、エンジンオイルの液体の膜は充填状態センサ1の表面で緩慢にしか経過しないからである。このようなおよび相応する適用分野において付加的に、内燃機関の作動時にはいつも、所定のエンジンオイルが循環状態にあるという問題が生じる。それ故に付加的に、充填状態信号h(t)またはセンサ信号s(t)に、循環しているエンジンオイル量を表している値を付加的に計算に組み込むことが提案される。この値は殊に、内縁機関の回転数およびエンジンオイルの温度Tempの関数として特定される。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の方法を実施するための充填状態測定システムの略図である。
【図2】 充填状態に跳躍的な変化があった場合の時間的な充填状態の経過を示す波形図である。
【図3】 図2の跳躍的な充填状態変化の場合の充填状態信号の時間的な変化の経過を示す波形図である。
Claims (8)
- 液体(4)の充填状態レベルの検出のための充填状態センサ(1)のセンサ信号(s(t))から時間的な充填状態信号(h(t))を計算するための方法において、
時間的な充填状態信号(h(t))を、センサ信号(s(t))と、液体の粘度(η)、液体の濃度(ρ)、液体センサの表面特性、液体の温度(Temp)の少なくとも1つから得られる、充填状態センサ(1)における液体の特性経過と、充填状態センサ(1)における液体の膜がセンサ信号(s(t))に及ぼす作用効果との関数として計算する
ことを特徴とする方法。 - 液体の粘度(η)、液体の濃度(ρ)、液体センサの表面特性、液体の温度(Temp)の少なくとも1つから得られる、充填状態センサ(1)における液体の特性経過および充填状態センサ(1)における液体の膜がセンサ信号(s(t))に及ぼす作用効果はモデル化されている
請求項1記載の方法。 - 計算する液体が内燃機関のエンジンオイルである場合、内燃機関において循環しているエンジンオイル量を求められた充填状態信号(h(t))に加算し、ここで循環している量は内燃機関の回転数と、エンジンオイルの温度との関数として特定される
請求項1から5までのいずれか1項記載の方法。 - 液体(4)の充填状態レベルの検出のための少なくとも1つの充填状態センサ(1)と、該少なくとも1つの充填状態センサ(1)のセンサ信号(s(t))から時間的な充填状態信号(h(t))計算するための計算ユニット(2)とを備えている充填状態測定システムにおいて、
前記計算ユニット(2)は時間的な充填状態信号(h(t))を、センサ信号(s(t))と、液体の粘度(η)、液体の濃度(ρ)、液体センサの表面特性、液体の温度(Temp)の少なくとも1つから得られる、充填状態センサ(1)における液体の特性経過と、充填状態センサ(1)における液体の膜がセンサ信号(s(t))に及ぼす作用効果 との関数として計算する
ことを特徴とする充填状態測定システム。 - 計算する液体が内燃機関のエンジンオイルである場合、該充填状態測定システムは内燃機関回転数測定装置に接続可能でありかつ内燃機関において循環しているエンジンオイル量が内燃機関の回転数およびエンジンオイルの温度の関数として特定されかつ、該特定された内燃機関において循環しているエンジンオイル量が前記計算された充填状態信号(h(t))に加算される
請求項7記載の充填状態測定システム。
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