用于传输传感器信号的方法和装置与流程

本发明涉及一种用于传输传感器信号的方法，其中借助于内燃机的至少一个气缸中的用于确定燃烧室压强的燃烧室压强传感器来产生与压强相对应的模拟电传感器信号，并且将其传输给用于控制所述内燃机的控制单元。

本发明也涉及一种用于传输传感器信号的装置，所述装置具有在内燃机的至少一个气缸中的燃烧室压强传感器，所述燃烧室压强传感器通过连接电缆与控制单元连接。

背景技术：

为了控制内燃机，尤其需要知道该内燃机的气缸的燃烧室内的当前充满着的（herrschend）压强。

为了该目的而采用所谓的燃烧室压强传感器，所述燃烧室压强传感器测量所述压强并且将所述压强转化成模拟电压。所述模拟电压值接着通过相对应的线路被传输到控制设备并且由所述控制设备来分析。

这样的传感器大多利用所测量的压强与所产生的模拟电压之间的线性关联来工作，因而对于控制设备来说可能的是，根据所述传感器的所接收到的模拟电压推断出燃烧室中的例如以巴（bar）为单位的压强。

以燃烧室压强为例，在依据预先给定的压强范围产生和传输模拟电压时计算出以伏特每巴（V/bar）为单位的分辨率。

在燃烧室中压强范围为200巴以及传感器的总电压提升为最大4.5V的情况下，得出22.5mV每巴的分辨率。

电压提升/压强范围=分辨率（4.5 V/200 bar = 22.5mV/1bar）。

这意味着，在燃烧室压强方面的小的改变只以几mV来呈现，并且因而所述电压值在传输线路上模拟地传输到控制设备时可能强烈地被干扰。

这样的干扰例如可能由相邻的电气或电子组件，如驱动电机、点火组件以及其它的组件造成。

因此，对参数（诸如压强、转速或其它参量）的小的改变的分析由于与有效信号叠加的干扰而变得困难或者变为不可能。

技术实现要素：

本发明的优点

与此相对，根据本发明的具有独立权利要求1的特征的方法具有如下优点，模拟电传感器信号借助于用于进行信号转化的装置转换成经转化的信号，并且所述经转化的信号被传输给控制设备。

本发明规定，在将模拟电传感器信号传输给控制设备之前对所述模拟电传感器信号进行转换并且作为经转化的信号进行传输，所述经转化的信号相对于作用到传输线路上的干扰较不易受干扰。因此，可以在控制设备中实现对传感器信号的可靠的分析。

通过在从属权利要求中所提及的措施，在权利要求1中所说明的方法的有利的扩展方案和改善方案是可能的。

这样，该方法的一有利的设计方案规定，所述经转化的信号由传感器信号形成，如下信号被加到所述传感器信号，所述信号表示至少一个能从传感器信号计算出的信息。所述能从传感器信号计算出的信息例如可以表征燃烧室压强。

通过添加包含至少一个能从传感器信号计算出的信息的信号，可能显著改善模拟信号传输的信息密度，因为从信息角度来看可以在一定程度上在一个线路上“以多信道的方式”进行发送。

所述至少一个从传感器信号计算出的信息可以以各种各样的方式和方法加载（aufpraegen）到所述信号上。一有利的设计方案规定，所述被添加的信号是调幅信号或调频信号。在幅度调制的情况下，以固定的载波频率使由传感器检测到的信号加载到信号的可变的幅度上。在频率调制的情况下，以保持不变的幅度大小使所述由传感器检测到的信号加载到信号的可变的频率上。在两种情况下，都实现了相对于外部出现的干扰的稳健性。

根据本发明的方法的一可替换的设计方案规定，所述经转化的信号由如下传感器信号形成，所述传感器信号在时间上移位，使得在至少一个被分配给低压回路的时间范围内的信号由被分配给之前的高圧回路的时间范围的信号替换。

在此，有利地规定，所述被分配给之前的高圧回路的时间范围的信号被编码、尤其是被放大和/或具有失调漂移。

适宜地，产生所述在时间上移位的信号，使得在高圧回路的时间范围内，传感器信号由用于进行信号转化的装置来检测，并且在低圧回路的时间范围内将所述经转化的信号传输给控制设备。

四冲程发动机具有两个工作回路、即包括压缩和燃烧冲程的高圧回路以及包括排气和吸气冲程的低圧回路。在高圧回路中，检测传感器元件（例如燃烧室压强传感器）的传感器信号。该信号借助于用于进行信号转化的装置被移位到低圧回路的时间范围内，并且在所述低压回路中被传输到控制设备。除此之外，所述用于进行信号转化的装置也可以在将信号传输给控制设备之前对信号进行放大。可替换地，所述信号也可以在低压回路中经调制地来传输。

例如规定，经转化的信号在移位到低圧回路中时以相加的方式叠加给所述低圧回路的信号，或者在所述低圧回路的时间范围内的信号由所述经转化的信号替换。

此外还有利的是，探测内燃机的气缸的上死点，用来识别高圧回路和低圧回路的时间范围。

该方法也规定了对高圧回路和/或低圧回路的探测。例如，为此在压缩冲程的时间变化过程中确定有关其中安装有传感器元件的气缸的上死点，并且这样来推断出高圧回路和低圧回路的时间分配。因此，可以对所述经转化的信号到低压回路中的信号传输进行同步。

为了探测，可以使用任意公知的方法，用于对压缩、峰值压强进行分析或利用对排气阀或进气阀的打开的探测来对换气进行分析。

适宜地，可以在用于进行信号转化的装置中预处理传感器元件的传感器信号。所述经预处理的信号接着作为经转化的信号被传输给控制设备。

有利地，在频带中的、例如在气缸压强信号的5-20kHz之间的范围内的能量可能是这样的预处理的结果，因为用于进行信号转化的装置被实施为ASIC，所述ASIC提供对于预处理所需的逻辑单元。

可替换地，在不同的频带中的能量也可能是所述预处理的结果。

同样可以提供上面的频带中的在数值方面的峰值，所述峰值可以用作针对“爆燃（Klopfen）”的参考。

为了传输给控制设备，也可以提供高压回路中的最大压强或最大压强梯度。

与此相对，根据本发明的具有独立权利要求7的特征的装置具有如下优点，在传感器元件与控制设备之间布置有用于进行信号转化的装置，所述装置包括输入侧的模拟数字转换器和输出侧的数字模拟转换器，其中所述输入侧的模拟数字转换器与传感器元件连接而所述输出侧的数字模拟转换器与控制设备连接。

根据本发明，例如是燃烧室压强传感器的传感器元件与用于进行信号转化的装置（诸如ASIC）直接连接。两个组件例如在传感器单元的外壳内的直接耦合防止了干扰信号可能对由传感器产生的电压值进行歪曲（verfaelschen）。所述用于进行信号转化的装置转化其输入信号并且产生稳健的经转化的信号，所述经转化的信号接着通过常见的传输线路被传输到控制设备用来进行分析。

但是，作用到传输线路上的干扰信号对所述经转化的信号没有影响或只具有微弱的影响，因为信息例如通过调制方法以编码的方式来传输。

此外还有利的是，所述用于进行信号转化的装置是ASIC。

所谓的专用集成电路（英文：application-specific integrated circuit，ASIC）是被实施为集成电路的电子电路。

ASIC被配置为专用的，并且大规模地例如被用于作为处理器在移动电话中使用，用于对信号进行编码或用于对数据进行编辑。这些电路提供大量的逻辑功能，并且大多也提供微处理器或信号处理器。

适宜地，可以借助于专门为此所设立的计算机程序来执行用于传输传感器信号的方法的步骤，所述计算机程序包含能在数据处理装置上实施的程序代码。

此外还有利的是，将所述计算机程序存储在机器可读的存储介质上。

为此，所述用于传输传感器信号的方法例如可包括用于处理程序代码的处理器作为数据处理装置。为了存储程序代码，该装置配备有非易失性存储介质，如ROM（Read Only Memory，只读存储器）、EPROM（Electrical Programmable Read Only Memory，电可编程只读存储器）、EEPROM（Electrically Erasable PROM，电可擦可编程只读存储器）或者闪速EEPROM（Flash-EEPROM）。该存储介质为了传输数据（如程序代码）而与处理器连接。

附图说明

本发明的实施例在附图中予以示出并且在随后的描述中进一步予以阐述。

图1示出了根据本发明的用于传输传感器信号的装置，所述装置具有用于进行信号转化的装置；以及

图2示出了用于阐述根据本发明的方法的流程图。

具体实施方式

在图1中示出了根据本发明的用于进行信号转化的装置，在所述装置中，在传感器组件1中示出了传感器元件2、诸如燃烧室压强传感器。该传感器元件检测内燃机的气缸中的压强。

有利地，传感器元件2与所述用于进行信号转化的装置3直接连接，使得在两个组件之间没有能受干扰信号影响的长的连接线路。

所述用于进行信号转化的装置3具有输入侧的模拟数字转换器4，所述输入侧的模拟数字转换器4将传感器元件2的模拟电压信号转化成可由所述用于进行信号转化的装置3来处理的数字值。

所述用于进行信号转化的装置3实现根据本发明的用于进行信号转化的步骤，并且产生经转化的传感器信号。

所述用于信号转化的装置3具有输出侧的数字模拟转换器5，所述输出侧的数字模拟转换器5在将由所述用于进行信号转化的装置3转化的信号传输给控制设备7之前将其重新转换成模拟信号。

该信号通过传输线路6被传输到控制设备7。在进行所述传输时，要传输的信号可能如常见的那样被干扰。因为所传输的信号是经转化的信号，在所述经转化的信号中，不是在几mV的非常小的电压提升方面的信息、而是例如在信号的频率或者信号的幅度方面的信息以载波频率来传输，所以干扰对所述经转化的信号的传输几乎没有影响。

控制设备7拥有信号处理单元8，利用所述信号处理单元8来处理所传输的信号并且输出例如内燃机的气缸中的燃烧室压强的值。因为规定所述信号处理单元8以数字的方式工作，所以所传输的模拟信号在由所述信号处理单元8处理之前经过模拟数字转换。

这样的装置也可以用于传输任意的传感器2的信号。

本发明能够有利地利用传感器2的低频信号范围并且例如将信息叠加到未被利用的高频范围中。特别有利地，所述想法可以被应用到燃烧室压强信号上，所述燃烧室压强信号由于燃烧的基本的物理学而在随时间的信号变化过程中有规律地包含具有高频并且具有低频的部分。

以这种方式和方法，利用燃烧室压强传感器2检测的燃烧室压强信息（所述燃烧室压强信息与基本压强或峰值压强相比是小的并且因此几乎不能或完全不能在控制设备7中被检测）例如可以在传感器组件1的ASIC 3中从高压回路移到低压回路中。接着，所述燃烧室压强信息可以在控制设备7中以非常好的质量被检测。

由于将所述燃烧室压强信息从传感器2以模拟的方式传输到控制设备7，小的信号成分通过传输线路6强烈地被干扰，并且因此不能或仅能有缺陷地被分析（在图1中示意性地由箭头S来示出）。通过应用本发明，可以在控制设备7中以良好的质量来分析有关燃烧冲程或者高频的小的压强波动的燃烧室压强信息，所述燃烧冲程在柴油发动机的情况下由于提前喷射造成，所述高频的小的压强波动在汽油发动机的情况下由于爆燃造成。

将信息作为经转化的信号加载在低圧回路中可以以不同的方式和方法例如实现为信号变化过程或者实现为经计算的特征。

以这种方式和方法，可以显著改善模拟传输的真正的信息密度，因为从信息角度来看可以在一定程度上在一个线路上“以多信道的方式”进行发送。

移位到低圧回路中可以这样来实现，使得能在控制设备7中再次重建或不重建真实的低压回路。

在图2中示意性地示出了根据本发明的方法的用于一个示例性的实施方案的步骤。在第一步骤210，提供由传感器元件2输出的传感器信号。该传感器信号在步骤220予以处理，在所述步骤220中产生如下信号，所述信号表示能从燃烧室压强计算出的信息或者包含可被加载给一个信号的其它信息。所述信号是由传感器输出的信号210。在步骤220中被处理的信号可以在步骤230被添加到所述信号，并且这样可以产生经转化的信号。

可替换地，在步骤230可以在规定的时间段（例如被分配给低压回路的时间范围）内由在步骤220中被处理的信号来替换来自步骤210的被提供的信号。

接着，在步骤240输出在步骤230中产生的经转化的信号，并且所述信号是在经过数字模拟转换器5之后被传送给控制设备7的信号。

有利地，本发明的出发点是，通过在ASIC 3中对传感器元件2的压强信息的分析，例如可能大致地确定所指示的气缸的上死点（OT）的时间点，并且这样能够实现在低压回路与高压回路之间的区别。

这可以通过不同的方法来实现，比如借助于对压缩、峰值压强或换气进行分析来实现，所述换气可依据排气阀或进气阀的打开来探测。

可替换地，角度信息也可以由控制设备通过单独的线路来传输，从所述角度信息可以获得OT参考和关于低压回路和高压回路的信息。

所述对上死点的确定是将所述经转化的信号移位到低压回路中的基础。这样的移位可以以不同的方式来实现：

1. 通过计算高压回路中的特征并且紧接着编码/调制到低圧回路上或者通过紧接着的与高压回路或低压回路无关的编码/调制；

2. 通过提取高压回路中的时间变化过程，所述时间变化过程被放大和/或予以失调补偿并且替代被分配给低压回路的时间范围的信号被传输。

在此，编码/调制可以根据传感器组件1的本身公知的ASIC 3来实现，所述ASIC 3与传感器元件2（燃烧室压强传感器）连接。

针对点1，有利的是编码，在所述编码的情况下，所谓的特征实现成具有恒定频率的信号的幅度强度。在此，所述载波频率被选择为使得其至少大于可能在低压回路中出现的最高频率。可选地也高于在高压回路中出现的最高频率。

有利地，这样的载波频率为6kHz、8kHz或10kHz。所述经转化的信号的幅度接着例如通过线性关联根据被选择用于传输的特征来计算出。在控制设备7中，信息可以根据现有技术通过估计具有已知的频率的经转化的信号的幅度来实现。

术语“特征”例如应被理解为传感器元件2的由所述用于进行信号转化的装置3预处理的传感器信号。

这样的特征例如在汽油发动机的情况下是高压回路的重要区域内的气缸压强信号在5-20kHz的频带中的能量，所述气缸压强信号接着在低压回路中作为经转化的信号来传输。

可替换地，也可以传输不同频带的能量。

在此，在数值方面的峰值也可以在上面的频带中被传输，所述峰值可以用作针对“爆燃”的参考。

另一特征可以是高压回路中的最大压强或最大压强梯度。

可替换地，在点1处也可以进行调制，使得信息被编码到频率中，其中幅度保持恒定值。

在一特别的实施方案中规定，第一特征确定信号的频率而第二特征确定由第一特征确定的频率的幅度。

有利地，将所述经转化的信号例如加载到低压回路上的时长可以取决于内燃机的在ASIC中所计算出的转速、即可以与转速有关。

在另一实施方案中规定，来自低压回路的特征也被计算、即被预处理，并且作为经转化的信号被调制到其余的低压回路或者将来的高圧回路的信号上。