KR102251547B1 - 주기적 신호에서의 오프셋 드리프트를 수정하기 위한 알고리즘 - Google Patents

주기적 신호에서의 오프셋 드리프트를 수정하기 위한 알고리즘 Download PDF

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Abstract

주기적인 감지에서 사용되는 센서에서의 오프셋 드리프트를 수정하기 위한 방법이 제시된다. 상기 방법은, 센서의 감지 사이클들 사이에서 신호의 파라메타에 대한 목표값을 식별하는 단계, 목표값과 신호에 대한 측정값 사이의 차이를 확인하는 단계, 감지 사이클들 사이의 유지시간을 확인하는 단계, 상기 차이 및 유지시간을 이용하여 측정값으로부터 목표값에 도달하기 위한 스텝(step)의 개수를 계산하는 단계, 및 목표값과 실질적으로 일치하도록 상기 개수의 스텝만큼 측정값을 조정하는 단계를 포함한다. 압력 센서가 개시된다.

Description

주기적 신호에서의 오프셋 드리프트를 수정하기 위한 알고리즘{ALGORITHM TO CORRECT FOR OFFSET DRIFT IN CYCLIC SIGNALS}
본 발명은 주기적인 입력 신호에 대한 보상 방법(method of compensation)에 관한 것이다. 추가적인 양태에 있어서, 본 발명은 주기적인 입력 신호의 보상을 위한 장치에 관한 것이다. 본 발명은, 센서의 작동 중에, 예컨대 주위 온도 변화로 인한, 오프셋 및 민감도와 같은, 센서 거동의 변화를 보상하기 위한 엔진 제어에서 구체적인 용례를 찾을 수 있다.
압력 센서는 연소 시스템에서 광범위하게 사용된다. 압력 센서가 가혹한 환경에서 종종 사용되기 때문에, 작동 조건을 고려한 데이터 수정을 위한 기법이 종종 요구된다.
압력 센서는 오프셋 전압(offset voltage)을 나타내는데, 이는 어떠한 압력도 인가되지 않을 때의 센서의 출력 전압이다. 상기 출력 전압은 온도에 따라 변한다(즉, 특정한 "오프셋 전압 온도 특성"을 나타냄). 이러한 오프셋 전압 온도 특성은, 주위 온도의 변화에 따른 센서의 오프셋 전압의 변동을 규정한다.
최신 엔진은 CO2 또는 배출물 저감과 같은 여러 가지 이유로 폐루프 연소(closed loop combustion)를 이용한다. 실린더 내부의 압력은 연소의 타이밍, 청결도 및 효과성에 관한 정보를 제공한다. 실린더 압력에 대한 지식을 이용하면, NOx 및 입자상 배출물, 열 방출 및 토크를 측정 및 제어할 수 있으며, 연소 개시 및 이와 같은 다른 파라메타를 결정하기가 매우 용이하다. 연소 파라메타에 대한 잘 알려진 예로는, 열 방출점 및 IMEP(Indicated Mean Effective Pressure) 값이 있다.
작동 중에 발생하는 변동에 대해 압력 센서의 출력을 보상하기 위한 일 방법은, 발명의 명칭이 "연소 장치 및 그 작동을 위한 방법(Compensation Arrangement and Method for Operation thereof)"인 미국 특허 제7,913,536호에서 제시되며, 이 미국 특허의 전체 개시내용은 인용함으로써 전체로서 본 명세서에 포함된다. 종래 기술에 비해 개선점을 제시하는 기법들이 제안되었지만, 사이클이 좀 더 신속한 방식으로 발생하는 경우 압력 센서로부터의 신호에서의 드리프트(drift)를 고려하는 것이 유리하다.
압력 센서의 오프셋 드리프트의 수정을 개선하기 위한 방법 및 장치가 요구된다.
본 발명의 과제는, 주기적인 입력 신호에 대한 보상 방법, 그리고 주기적인 입력 신호의 보상을 위한 장치를 제공하는 것이다.
일 실시예에 있어서, 주기적인 감지에서 사용되는 센서의 오프셋 드리프트를 수정하기 위한 방법이 제시된다. 상기 방법은, 센서의 감지 사이클들 사이에서 신호의 파라메타에 대한 목표값을 식별하는 단계, 목표값과 신호에 대한 측정값 사이의 차이를 확인하는 단계, 감지 사이클들 사이의 유지시간을 확인하는 단계, 상기 차이 및 유지시간을 이용하여 측정값으로부터 목표값에 도달하기 위한 스텝(step)의 개수를 계산하는 단계, 및 목표값과 실질적으로 일치하도록 상기 개수의 스텝만큼 측정값을 조정하는 단계를 포함한다.
다른 실시예에 있어서, 주기적인 감지에서 사용하도록 구성된 압력 센서가 제시된다. 상기 센서는, 압력 및 출력 전압을 감지하도록 구성된 적어도 하나의 압전 저항 요소, 및 상기 압전 저항 요소의 출력 전압을 수신하도록 그리고 센서의 감지 사이클들 사이에 대해 전압에 관한 목표값을 식별하도록 구성된 회로를 포함하며, 상기 압전 저항 요소의 출력값과 목표값 사이의 차이를 확인하는 기능, 감지 사이클들 사이의 유지시간을 확인하는 기능, 상기 차이 및 유지시간을 이용하여 출력값으로부터 목표값을 달성하기 위한 스텝의 개수를 계산하는 기능, 목표값과 실질적으로 일치하도록 상기 개수의 스텝만큼 측정값을 조정하는 기능, 및 센서의 수정된 출력으로서 조정된 출력을 제공하는 기능을 수행한다.
본 발명의 특징 및 장점은 첨부 도면과 함께 이하의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.
도 1은 주기적인 환경에서 압력을 측정하기에 유용한 예시적인 압력 센서의 양태를 도시하는 등각 사시도이다.
도 2는 도 1의 압력 센서의 수정되지 않은 출력을 나타내는 그래프로서, 출력 전압이 시간에 따라 (임의의 단위로) 도시된 그래프이다.
도 3은 도 2의 그래프의 부분도이며, 출력은 시간(초 단위)에 따라 도시되어 있다.
도 4는 압력 센서에 대한 예시적인 출력을 나타내는 다른 그래프이다.
도 5는 도 4에 도시된 출력에 대해 수정된 출력의 예를 나타내는 그래프이다.
도 6은 압력 센서에 대한 출력 전압을 외부 트리거링 이벤트(external triggering event)에 따라 나타내는 그래프이다.
도 7은 압력 센서의 출력을 수정하기 위한 예시적인 회로를 나타내는 개략도이다.
여기서는 주기적인 환경에서 전개되는, 압력 센서의 출력을 수정하기 위한 기법이 개시된다. 유리하게는, 상기 기법은, 주위 온도의 변동이 데이터 신뢰도에 영향을 주는 환경에서 정확한 압력 측정 데이터를 제공한다. 구체적으로, 상기 기법은 높은 빈도로 수집된 데이터의 실시간 수정을 제공한다.
특정 용례에 있어서, 압력 센서의 출력(ASIC에 대한 입력 신호임)은 열 응력 및/또는 기계적 응력에 의해 유발되는 오프셋 드리프트를 겪게 된다. 이러한 오프셋에도 불구하고, 출력의 기준값은 특정 레벨에서 유지되어야 한다(즉, 외부 응력으로 인한 드리프트는 가능한 무시되어야 함). 다수의 실시의 동특성이 주어지면, 오프셋 드리프트에 대한 조정은 신호의 능동적 보상(active compensation)을 요구한다. 열 응력 및/또는 기계적 응력에 대한 이러한 보상은, 동적 오프셋 보상, 즉 "DOC(Dynamic Offset Compensation)"이라고 한다.
일반적으로, 여기 개시된 기법은, 압력 센서의 출력을 특징짓는 기법, 이러한 출력에 대해 동적 오프셋 보상(DOC)을 계산하는 기법, 및 압력 센서의 출력을 수정하기 위해 동적 오프셋 보상(DOC)을 실시하는 기법을 포함한다.
여기서 언급되는 바와 같이, 용어 "주기적"은 일반적으로 반복에 기초하여 상태가 변화하는 환경을 의미한다. 예시적인 실시예에 있어서, 샘플링 환경(sampling environment)은 내연 기관의 연소실이다. 이러한 실시예에 있어서, 내연 기관의 RPM(Revolutions-Per-Minute)을 증가시키면 사이클 시간(cycle time)은 감소하게 된다. 추가적으로, 고속 또는 저속에서 유지되는 작동은 실질적으로 상이한 작동 온도를 초래할 수 있다. 추가적으로, 임의의 주어진 사이클 동안, 또는 일련의 사이클 동안, 상기 환경의 온도는 증가할 수도 있고, 감소할 수도 있고, 미미한 변동과 함께 상대적으로 안정적인 상태를 유지할 수도 있다.
여기서 언급되는 바와 같이, 용어 "오프셋 드리프트", "오프셋", "드리프트" 및 다른 관련 용어는 일반적으로 임의의 주어진 파라메타에 대해 원하는 출력 또는 캘리브레이션(calibration)된 상태로부터의 출력의 변동을 의미한다. 상기 드리프트는 예측 가능할 수 있는 것으로 예상된다. 상기 오프셋 드리프트(예를 들어, 온도에 따른 변동)는 예측 가능할 수 있다. 예측 가능하든지 또는 그렇지 않든지, 주어진 파라메타에 대해 출력 데이터를 정상화(normalization)하기 위해 이러한 변동을 실질적으로 없애는 것이 대체로 바람직하다.
일반적으로, 여기서 언급되는 바와 같이 그리고 주기적 신호의 맥락에서, 용어 "신호"는 제안된 기법의 적용에 의해 원하는 결과를 얻을 수 있는 경우에 입력 신호, 출력 신호, 및 신호 체인(signal chain)의 임의의 부분을 의미한다.
이제 도 1을 참고하면, 예시적인 압력 센서(10)가 도시되어 있다. 여기서 논의를 위해, 예시적인 압력 센서는 4개의 영역으로 분할된다. 이때 각각의 영역은 일반적으로 이웃하는 영역들과 상이한 온도를 나타낸다. 예를 들면, 압력 센서(10)가 내연 기관에서 사용되는 경우, 영역 A는 일반적으로 외부 연결을 제공하며, 일반적으로 압력 센서(10)의 다른 영역들보다 낮은 온도를 나타낸다. 영역 A는 예컨대 엔진 격실에 노출될 수 있다. 영역 B는 일반적으로 압력 센서(10)의 장착을 위한 것이다. 영역 B는 예컨대 실린더 헤드 또는 엔진 블록에 노출될 수 있다. 영역 C는 일반적으로 영역 B(압력 센서가 장착될 수 있음)와 감지 환경(영역 D) 사이의 천이 구역을 나타낸다. 영역 D는, 감지가 요구되는 환경 내에 존재할 수 있다. 영역 D는, 예컨대 내연 기관의 연소실에 노출될 수 있다.
예시적인 압력 센서에 있어서, 단결정 실리카 변형 게이지(MSG; Monocrystalline silica Strain Gauges)가 감지 요소로서 사용된다. 이들 요소의 온도 의존도는 매우 클 수 있으며, MSG 감지 요소에서의 제조상 편차가 존재한다. 이에 따라, 제조 과정에서 캘리브레이션(calibration) 과정이 선택될 수 있으며, 이 과정에서 압력 센서(10)와 관련된 비휘발성 메모리에 다수의 파라메타가 기록될 것이다.
추측할 수 있는 바와 같이, 압력 센서(10)가 내연 기관에서 사용될 때, 압력 센서는 상당한 응력을 겪게 된다. 이러한 응력은 선행하는 온도 및 온도 구배의 결과로서 나타날 수 있다. 또한 응력은 진동 및 연소 폭발(combustion detonation)과 같은 기계적인 응력의 결과로서 나타날 수 있다.
일반적으로, 변형 게이지들은 압력 센서(10)의 출력을 증가시키기 위해 그리고 오류에 대한 감도를 저하시키기 위해 휘트스톤 브리지 회로(Wheatstone bridge circuit)를 형성하도록 연결된다. 예시적인 전기적 개략도가 도 7에 제시되며, 이하에서 추가로 설명된다.
이제 도 2를 참고하면, 예시적인, 압력 센서(10)로부터의 수정되지 않은 데이터[원 데이터(raw data)]가 도시되어 있다. 이 데이터는 연소 사이클의 반복 특성을 반영하고 있다. 즉, 압축 중에, 압력 센서(10)의 출력 전압은 급격히 증가한다. 연소에 후속하여, 압력 센서(10)의 출력 전압은 급격히 감소한다. 단지 공칭 압력을 갖는 환경에서(즉, 연소 사이클의 하부에서), 압력 센서(10)는 "목표" 전압(즉, 일반적으로 문제가 없는 작동과 상관되는 이상적인 전압)으로서 도시된 출력 전압을 발생시킨다. 광의의 용어에 있어서, "기준값"은 각각의 연소 압력 사이클 이후의 출력 전압에 대한 값이다. 알 수 있는 바와 같이, 압력 센서(10)의 "기준" 전압 또는 실제 출력 전압은 목표 전압보다 다소 높을 수도 있고 낮을 수도 있다. 이러한 불일치는, 다양한 인자들, 즉 주로 감지 요소에 영향을 미치는 온도 및 기계적 응력의 결과이다.
이제 도 2에 도시된 곡선의 일부의 부분도를 제시하는 도 3을 참고하라. 여기에서의 교시에 따르는 기준 전압의 동적 오프셋 수정(DOC)에 관한 알고리즘은, 2개의 연속적인 사이클의 유지시간이 크게 다르지 않다는 가정에서 시작한다. 즉, 하나의 사이클의 사이클 시간은 다음 사이클의 사이클 시간에 대한 양호한 근사값이 된다(즉, 주어진 사이클의 유지시간은 이전 사이클의 유지시간을 참고함으로써 예측될 수 있음). 규칙과 관련하여, 2개의 연속적인 정점 탐지 교차점(peak detection crossings) 사이의 시간(ti - ti - 1)이 사이클 시간(이러한 경우에 있어서, 분당 회전수, 즉 RPM)의 예측에 사용된다. 수정을 위한 샘플링 순간(tm,i)은, 최종 교차점(ti) 이후에 또는 ti 이후의 고정된 시간에서 전술한 시간(ti - ti - 1)의 백분율로서 선택될 수 있다. 이는, 출력값 V(tm,i)이 항상 저압 영역 또는 최저 압력(일반적으로, "m"으로 표시함)에 있는 것을 보장하기 위해 사용된다. 도 3은 연소 압력 신호에 대한 트리거 순간(trigger moment)을 도시한 것이다. 여기에서의 실시예에 있어서, DOC에 대한 샘플링 순간(sampling moment)은 최종 정점(ti)과 교차한 이후 시간의 백분율로서 주어진다.
연소 압력 신호에 대하여, 일부 실시예에 있어서, 사이클 시간 기반의 타이밍은, ECU에 의해 트리거되고 압력 센서(10)에 의해 선택되는 이벤트에 기초할 수 있다. 이러한 이벤트는 고정된 크랭크 각도 위치에 대응하는 순간에서 이루어진다. 유리하게는, 상기 고정된 크랭크 각도 위치는, 온도, 드리프트, 또는 가변적인 RPM과 같은 양태에 의해 영향을 받지 않은 대상 파라메타이며, 용이하게 획득된다.
여기에 제시되는 실시예에 있어서, 동적 오프셋 수정(DOC)은 선형 조정에 기초한다. 디지털 임플리멘테이션(digital implementation)에 있어서, 동적 오프셋 수정(DOC)은 출력 전압에서 연속적으로 작은 스텝(small step), VDOCstep을 이용하여 출력 전압을 조정함으로써 구현될 수 있다. 일반적으로, 이러한 스텝의 크기 VDOCstep은 실질적으로 선형인 거동을 보장하기 위해 충분히 작게 선택된다. 다시 말하면, 스텝 크기는, 각각의 스텝이 출력 전압 신호의 통상적인 노이즈 레벨(noise-level)과 구분될 수 없을 정도로 충분히 작다. 기울기(slope)는, 수정된 출력이 사전에 정해진 기준 레벨(Vtarget) 또는 이상적인 전압을 향해 능동적으로 이동하도록 하기 위해 적합한 방법으로 결정될 수 있다. 수정에 관한 기울기는, 2개의 작은 스텝들 사이의 시간 및 작은 스텝들의 방향(상승하는 방향, 즉 +ΔV, 또는 하강하는 방향, 즉 -ΔV)을 변경함으로써 구현될 수 있다.
스텝의 크기 VDOCstep은 사전에 정해질 수 있으며, 상황에 따라 변경될 수 있다. 예를 들면, 스텝의 크기 VDOCstep은, 스텝의 크기 VDOCstep을 엔진의 RPM과 연관시키는 데이터 테이블(data table)에 마련될 수 있다. 대안으로, 스텝의 크기 VDOCstep은, 스텝의 크기 VDOCstep을 엔진의 RPM과 연관시키는 함수로서 마련될 수 있다. 요약하면, 스텝의 크기 VDOCstep의 결정 및 제공을 위한 다양한 기법이 구현될 수 있다. 일반적으로, 스텝의 크기 VDOCstep은, 동적 오프셋 수정(DOC)을 실시하기 위해 사용되는 내장형 ASIC(Application Specific Integrated Circuit)과 같은 메모리에 저장되는 파라메타로서 마련된다.
이러한 실시예에 있어서, 오프셋 드리프트는, 목표 전압 VDOCtarget과 시간 tm,i에 측정된 출력 전압 Vtm,i 사이의 차이 ΔV이며, 수학식 1에 따라 계산될 수 있다.
Figure 112015095101882-pat00001
목표 전압 VDOCtarget을 획득하기 위해 요구되는 스텝의 개수 nr.steps는, 수학식 2에 마련되는 바와 같이 파라메타 VDOCstep을 이용하여 계산될 수 있다.
Figure 112015095101882-pat00002
단일 스텝의 유지시간 dtfinal은 수학식 3에 따라 결정될 수 있다.
Figure 112015095101882-pat00003
ΔV의 부호는 상기 작은 스텝의 방향(양 또는 음)을 결정한다.
다른 실시예에 있어서, 피드백 제어 루프, 예컨대 PID(Proportional-Integral-Derivative) 제어 루프는, 수정 단계를 최적화하기 위해 이전의 기울기 값을 이용한다.
이제 시뮬레이션의 결과가 도시된 도 4 및 도 5를 참고하라. 도 4는 전형적인 (수정되지 않은) 출력 전압 곡선을 제시하는 반면, 도 5는 동일한 데이터 세트에 대해 수정된 곡선을 도시한다. 그래프에서 알 수 있는 바와 같이, 도 4에서의 데이터는 목표 출력 위로 향하는 반면, 도 5에서의 데이터는 목표 출력 전압 레벨을 가까이에서 따르고 있다.
동적 오프셋 수정(DOC)이 가능할 때, 감지 요소의 오프셋에 대한 온도 보상은 필요 없으며, 온도에 대한 이러한 오프셋 보상은 스위치 오프(switch off)될 수 있다. 감지 요소의 이득 오차(gain-error)에 대한 온도 수정의 업데이트는 계속될 수 있으며, 수정값의 업데이트는 트리거 순간 tm,i 직후에 적용될 수 있다.
동적 오프셋 수정(DOC)은 회로 수준에서 가능(enabled)할 수도 있고 불가능(disabled)할 수도 있다. 동적 오프셋 수정(DOC)을 위한 회로가 가능하다면, 이 회로는, 출력의 기준선이 특정한 목표 전압에 실질적으로 일치하게 되도록 압력 센서의 출력에 있어서의 오프셋을 자동적으로 보상할 것이다. 일부 실시예에 있어서, 이러한 회로가 불가능하다면, 입력 오프셋은 단지 MSG 감지 요소의 오프셋에 대해 보상될 것이다.
DOC 회로는 연소 펄스의 자동적인 탐지에 의해 트리거링될 수 있다. 이는 "내부 트리거링(internal triggering)"이라 한다. 내부 트리거링에 추가하여, DOC는 또한 "외부 트리거링(externally triggering)"될 수 있다. 외부 트리거링은, 예를 들어, 트리거링 입력의 인지를 초래하는 단축 출력 핀(shorted output-pin)을 통해 이루어질 수 있다.
외부 트리거링의 예시적인 펄스가 도 6에 제시되어 있다. 이러한 예에 있어서, 특정 시간에 대해 출력이 V1 미만의 레벨로 강제된다면, 이는 외부 트리거 펄스로서 인지된다. 출력의 단락(short circuit)이 제거될 때, DOC는 특징 시간 내에서 샘플을 취하게 되며, 일 스텝에서 출력을 보상하기 위해 샘플링된 레벨을 이용할 것이다. 이러한 로직(logic)을 실시하기 위한 예시적인 파라메타가 표 1에 제시되어 있다.
Figure 112015095101882-pat00004
내부 트리거링과 외부 트리거링의 조합을 이용하면, 센서가 사용되는 용례에서 다양한 모드를 선택하는 것이 가능하다. 예시적인 작동 모드가 표 2에 제시되어 있다.
Figure 112015095101882-pat00005
표 2에 나타낸 바와 같이, "센서 개시"는 엔진이 시동되기 이전의 순간에서의 압력 센서(10)의 부팅(booting)을 의미한다. "정상 작동"은 압력 센서(10)의 작동으로서, 정점 탐지 레벨(Vpeakdet)을 교차하는 연소 펄스 및 운전 엔진이 존재하는 작동을 의미한다.
ASIC이 개시될 때, 즉시 펄스가 나타나지 않을 수도 있다. ASIC 개시 또는 리부팅의 경우에 있어서, 오프셋은 파라메타 tDOC _start_up에 의해 정해지는 한정된 시간 내에서 보상될 것이다. 이러한 시간 내에서, 출력은 정확도 한계 내에서 출력 레벨에 도달할 것이다.
어떠한 연소 펄스도 탐지되지 않는 경우에 있어서, ASIC은 타임아웃 모드(time-out mode)에 진입할 것이다. 이러한 모드는, 특정 시간 이후에 DOC 수정 루프를 행하는 것으로서 설명될 수 있으며, 여기서 상기 특정 시간은 ASIC의 비휘발성 메모리에서 프로그래밍 가능할 수 있다. 타임아웃 모드에 진입하기 위한 문턱값은, 일정한 시간일 수도 있고 최종적으로 모니터링된 사이클 시간에 대한 특정 백분율일 수도 있다. 일단 타임아웃 모드에 있으면, DOC 수정 루프를 실시하는 빈도가 또한 일정한 시간에 의해 결정될 수도 있고 최종적으로 모니터링된 사이클 시간에 대한 특정 백분율에 의해 결정될 수도 있다.
도 7은 압력 센서 및 수반된 ASIC에 대한 예시적인 개략도를 도시한 것이다. 일반적으로, ASIC은 완전한 휘트스톤 구조 내에 연결된 압전 저항기에서의 작은 변화를 출력 전압의 큰 변화로 변환할 것이다. 상기 출력은 비율 척도(ratio metric)이며, 공급 전압에 대한 백분율이다. 도시된 개략도는 전형적인 용례에 대한 것이며 ASIC이 지원할 수 있는 다양한 용례를 반영한 것이 아니라는 것에 주의하라.
예시적인 실시예에 있어서, 디커플링 커패시터(decoupling capacitor)(C1)는 전원(PWR)과 접지(GND) 사이에 배치될 수 있다. 외부의 전기적 외란에 대해 면역(immunity)을 향상시키기 위해 EMC 커패시터(C2 및 C3)가 통합될 수 있다. 필터 커패시터(C4)는, 출력 스테이지에 대한 제1차 RC 필터로서 내부 고정 저항기와 조합하여 사용될 수 있다. 일반적으로, RC 필터는 출력 전압(OUT)의 측정에 있어서 노이즈를 제한할 수 있다. 출력 라인에서의 소형 로우 옴(low-ohmic) 시리즈 저항(R1)은 센서의 EMC 성능을 개선시킨다.
주기적 신호에서의 오프셋 드리프트를 수정하기 위해 기법을 도입하는 경우, 일부 추가적인 양태가 제시된다.
이러한 기법은 압력 센서와 함께 사용하는 것으로 한정되지 않는다. 개시된 기법은 조건의 주기적 감지 중에 드리프트를 겪는 임의의 유형의 센서로부터의 데이터를 수정하는 데 사용될 수 있다. 예시적인 다른 유형의 센서에는, 힘 센서, 토크 센서, 위치 센서(선형 측정 또는 각도 측정을 위해 구성된 센서 등), 속력 센서(선형 측정 또는 각도 측정을 위해 구성된 센서 등), 가속도 센서(선형 측정 또는 각도 측정을 위해 구성된 센서 등), 회학 센서[수트(soot), NOx 및 무수한 다른 물질을 위해 구성된 센서 등], 온도 센서, 기류 센서, 전도도 센서, 알칼리도 센서(alkalinity sensor), 및 다른 유형의 센서가 포함된다.
이에 따라, "목표값"은 각각의 유형의 센서에 대해 식별될 수 있다. 여기에 제시된 실시예에 있어서, 목표값은 목표 전압이다. 그러나, 목표값은, 의미있는 것으로 간주되는 임의의 파라메타에 대해 선택될 수 있다. 예시적인 파라메타는, 전류, 전압, 주파수, 광학 출력 및 적용 가능한 것으로 간주되는 임의의 다른 유형의 센서 출력을 포함한다.
감지 기법은 임의의 하나 이상의 다양한 기법을 이용할 수 있다. 예를 들면, 감지 기법은, 압전 저항 시스템, 압전 시스템, 마이크로 전기 기계 시스템(mems), 용량성 시스템, 및 자기[홀(Hall)] 효과 감지뿐만 아니라 다른 것들을 이용할 수 있다.
센서 출력은, 예컨대 아날로그 출력 및/또는 디지털 출력을 포함할 수 있다. 예시적인 아날로그 출력은, 전압, 전류, 및 펄스 폭 변조(pulse width modulation)(PWM/주파수)를 포함한다. 예시적인 디지털 출력은, 예컨대 LIN-버스 출력, SENT-버스 출력, I2C-버스 출력, 및 CAN-버스 출력을 포함한다.
더욱이, 다른 구성요소가 포함될 수 있으며, 여기에서의 교시의 양태들을 제공하기 위해 다른 구성요소가 요구될 수 있다. 예를 들면, 추가적인 전자적 구성요소뿐만 아니라 소프트웨어, 전자적 구성요소들의 조합뿐만 아니라 소프트웨어의 조합 및/또는 그 생략은, 여기에서의 교시내용의 범위에 속하는 부가적인 실시예를 제공하기 위해 사용될 수 있다.
여기에서 언급되는 바와 같이, 용어 "소프트웨어"는 일반적으로 기계 판독 가능한 매체 상에 저장된 것과 같은 비-일시성(non-transitory) 신호로서 형성되는 기계 실행 가능한 명령으로서 마련되는 명령 세트를 의미한다. 일반적으로, 소프트웨어는, 동적 오프셋 수정 계산, 데이터 저장, 출력에 대한 조정, 트리거링의 제어, 및 다른 기능 중 적어도 하나를 제공할 수 있다. 여기에서 언급되는 바와 같이, "소프트웨어"는 압력 센서에 다운로드될 수도 있고(즉, ASIC에 기록됨), ASIC에 저장될 수도 있고, 달리 ASIC 내에 존재할 수 있다. 예를 들면, 소프트웨어는 통상적으로 "펌웨어"라고 하는 방식으로 ROM(Read Only Memory)에 마련될 수 있다.
여기에서 언급된 바와 같이, "동적 오프셋 수정"은 일반적으로 감지 요소의 출력에 대한 외부 응력의 영향을 감소시키는 것 또는 실질적으로 감소시키는 것을 의미한다. 예를 들어, 실질적으로 이러한 영향을 없애면, 특정 구성에 대한 허용 가능성 내에 있는 레벨 또는 설계자, 제조자, 사용자, 또는 다른 유사한 관계인의 관점으로부터의 레벨로 출력 드리프트를 감소시키는 결과를 얻게 된다. 대안으로, 외부 변화의 영향을 실질적으로 없애면, 경합하는 구성들(또는 양자의 구성)의 성능을 초과하는 레벨로 출력 드리프트를 감소시키는 결과를 얻게 된다.
다양한 다른 구성요소가 포함될 수 있으며, 여기에서의 교시의 양태들을 제공하기 위해 다양한 다른 구성요소가 요구될 수 있다. 예를 들면, 추가적인 재료, 재료들의 조합, 및/또는 재료의 생략은, 여기에서의 교시내용의 범위에 속하는 부가적인 실시예를 제공하기 위해 사용될 수 있다.
본 발명의 요소 또는 그 실시예를 언급할 때, 단수 표현은 하나 이상의 요소가 존재하는 것을 의미하려는 의도이다. 마찬가지로, 형용사 "다른 하나"는, 요소를 언급할 때 사용되는 경우 하나 이상의 요소를 의미하려는 의도이다. 용어 "포함하는" 및 "구비하는"은, 나열된 요소 이외의 추가적인 다른 요소가 존재할 수 있다는 것을 포괄하려는 의도이다.
예시적인 실시예를 참고하여 본 발명을 설명하였지만, 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않으면서 다양한 변형이 행해질 수 있으며 등가물이 해당 요소를 대체할 수 있다는 것을 당업자는 이해할 것이다. 추가적으로, 본 발명의 핵심적인 범위로부터 벗어나지 않으면서 구체적인 장비, 상황 또는 재료를 본 발명의 교시 내용에 적합하게 하기 위한 다수의 변형을 당업자는 이해할 것이다. 따라서, 본 발명은 본 발명을 수행하기 위해 고려되는 최적 모드로서 개시된 구체적인 실시예로 한정되지 않도록 의도되며, 오히려 본 발명은 첨부된 청구범위의 범위에 속하는 모든 실시예를 포함할 것이다.

Claims (18)

  1. 엔진에서의 주기적인 감지에서 사용되는 센서 조립체의 오프셋 드리프트(offset drift)를 수정하는 방법으로서,
    상기 엔진은, ASIC(application specific integrated circuit)과 통신하는 감지 요소를 갖는 센서 조립체와 통신하는 ECU(engine control unit)를 가지며,
    상기 방법은,
    상기 엔진의 성능 파라메타를 나타내는 주기적 신호를 발생시키는 단계로서, 상기 주기적 신호는, 엔진 주위 파라메타(ambient engine parameter)에 따라 변하여 주기적 신호에서의 오프셋 드리프트를 생성하는 것인 단계,
    상기 ASIC으로, 센서의 감지 사이클들 사이에서 상기 주기적 신호의 파라메타에 대한 목표값을 식별하는 단계로서, 상기 주기적 신호는 상기 센서 조립체에 의해 발생되는 것인 단계,
    상기 ASIC으로, 상기 목표값과 상기 주기적 신호에 대한 측정값 사이의 차이를 확인하는 단계,
    상기 ASIC으로, 감지 사이클들 사이의 유지시간을 확인하는 단계,
    상기 차이 및 상기 유지시간을 이용하여, 상기 측정값으로부터 상기 목표값을 획득하기 위한 스텝(step)의 개수를 상기 ASIC으로 계산하는 단계,
    상기 목표값과 실질적으로 일치시켜 상기 오프셋 드리프트를 제거함으로써 조정된 출력 신호를 생성하기 위해, 상기 개수의 스텝만큼, 상기 ASIC으로 상기 측정값을 조정하는 단계, 및
    ECU에 의해 상기 조정된 출력 신호를 이용하여, 상기 센서 조립체에 대한 엔진 주위 파라메타에 기초한 보상 없이 엔진의 작동 중에 엔진을 제어하는 단계
    를 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 센서는 압력 센서를 포함하고 상기 엔진 주위 파라메타는 온도인 것인 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 압력 센서는 휘트스톤 브리지(Wheatstone bridge)에 배치되는 복수 개의 압전 저항 요소를 포함하는 것인 방법.
  4. 제1항에 있어서, 하나의 스텝의 유지시간은, 사이클의 유지시간을 스텝의 개수로 나눈 것으로서 계산되는 것인 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 스텝의 유지시간은 피드백 제어 루프를 이용하여 조정되는 것인 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 출력은 전압, 전류, 펄스 폭 변조(PWM/주파수), LIN-버스 출력, SENT-버스 출력, I2C-버스 출력 및 CAN-버스 출력 중 하나를 포함하는 것인 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 유지시간을 확인하는 단계는 이전 사이클의 유지시간을 참고하는 것을 포함하는 것인 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 측정값은, 힘, 토크, 위치(positioning), 속력, 가속도, 화학 조성, 온도 및 유동 중 하나를 나타내는 것인 방법.
  9. 연소 기관의 주기적인 감지에서 사용하도록 구성되는 제어 시스템으로서,
    ASIC을 포함하는 ECU, 및
    압력을 감지하고 주기적 신호를 출력하도록 구성된 적어도 하나의 압전 저항 요소를 포함하며, ECU와 통신하는 압력 센서
    를 포함하며,
    상기 주기적 신호는 엔진 주위 파라메타에 따라 변하여, 주기적 신호에서의 오프셋 드리프트를 생성하고,
    상기 ECU는,
    압전 저항 요소의 주기적 신호를 받아들이고, 센서의 감지 사이클들 사이에서 주기적 신호에 대한 목표값을 식별하도록,
    상기 목표값과 전압에 관한 측정값 사이의 차이를 확인하도록,
    감지 사이클들 사이의 유지시간을 확인하도록,
    상기 차이 및 상기 유지시간을 이용하여, 상기 측정값으로부터 상기 목표값을 달성하기 위한 스텝(step)의 개수를 계산하도록,
    상기 목표값과 실질적으로 일치시켜 오프셋 드리프트를 제거하기 위해 상기 개수의 스텝만큼 상기 주기적 신호를 조정하도록,
    센서의 수정된 출력으로서, 조정된 주기적 신호를 제공하도록, 그리고
    상기 조정된 주기적 신호를 이용함으로써, 센서 조립체에 대한 엔진 주위 파라메타에 기초한 보상 없이 연소 기관의 작동 중에 연소 기관을 제어하도록
    구성되는 것인 제어 시스템.
  10. 제9항에 있어서, 상기 적어도 하나의 압전 저항 요소는 휘트스톤 브리지 내의 압전 저항 요소들의 조합을 포함하는 것인 제어 시스템.
  11. 제10항에 있어서, 상기 ASIC은 타임아웃 모드(time-out mode)를 위해 구성 가능한 것인 제어 시스템.
  12. 제9항에 있어서, 상기 스텝의 크기는 데이터 저장부로부터 획득되는 것인 제어 시스템.
  13. 제9항에 있어서, 상기 스텝의 크기는 사이클 유지시간에 따라 계산되는 것인 제어 시스템.
  14. 제9항에 있어서, 상기 ASIC은 이벤트(event)의 탐지에 의해 내부적으로 트리거링(internally triggering)되도록 구성되는 것인 제어 시스템.
  15. 제9항에 있어서, 상기 ASIC은 외부적으로 트리거링(externally triggering)되도록 구성되는 것인 제어 시스템.
  16. 엔진의 주기적인 감지에서 사용되는 제어 시스템으로서,
    엔진의 성능 파라메타를 감지하도록 그리고 상기 성능 파라메타를 나타내는 주기적 신호를 출력하도록 구성되는 요소와 이 요소에 결합되는 회로를 포함하는 센서 조립체로서, 상기 주기적 신호는 엔진 주위 파라메타에 따라 변하여, 주기적 신호에서의 오프셋 드리프트를 생성하며, 상기 회로는 펌웨어(firmware)를 갖는 ASIC을 포함하는 것인 센서 조립체, 그리고
    상기 센서 조립체와 통신하는 엔진 제어 유닛
    을 포함하며, 상기 엔진 제어 유닛은
    엔진의 작동 중에 상기 주기적 신호를 받아들이도록,
    적어도 2개의 사이클 사이에서 측정되는, 주기적 신호의 기준값을 결정하도록,
    센서의 감지 사이클에 대한 상기 주기적 신호의 목표값을 저장하도록,
    오프셋 드리프트를 포함하는, 상기 기준값과 상기 목표값 사이의 차이를 확인하도록,
    상기 목표값을 달성하기 위해, 실질적으로 선형적인 거동으로 주기적 신호를 조정하기 위한 스텝의 개수를 계산하도록,
    오프셋 드리프트가 제거된 상태의 출력 신호를 생성하기 위해, 상기 개수의 스텝에 따라 엔진의 작동 중에 상기 주기적 신호를 조정하도록, 그리고
    상기 조정된 주기적 신호를 이용하여, 센서 조립체에 대한 엔진 파라메타에 기초한 보상 없이 엔진의 작동 중에 엔진을 제어하도록
    작동 가능한 것인 제어 시스템.
  17. 제16항에 있어서,
    각각의 스텝은, 상기 주기적 신호의 통상적인 노이즈 레벨(noise-level)과 구분될 수 없을 정도로 충분히 작은 것인 제어 시스템.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 스텝의 개수는, 적응형 방식(adaptive way)으로 결정되는 기울기를 갖는, 실질적으로 선형적인 거동을 발생시키는 것인 제어 시스템.
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