具有可调整加权因数的指数加权移动平均滤波器的制造方法
【专利摘要】提供了具有可调整加权因数的指数加权移动平均滤波器。一种增加指数加权移动平均(“EWMA”)滤波器的加权因数的方法。该方法包括监视包括原始数据值的数据流，以及由电子控制模块基于该数据流确定EWMA值。该方法包括确定该EWMA值是否在预定的最大错误阈值和预定最小错误阈值之间。该方法包括基于在第一原始数据值和之前计算的超出校准值的过滤值之间的差值，增加该EWMA滤波器的加权因数以更加加重该数据流输入原始数据值的加权。
【专利说明】具有可调整加权因数的指数加权移动平均滤波器
相关应用的交叉引用
[0001]本专利申请要求2012年10月25提交的序列号为61/718409的美国临时专利申请的优先权，由此其全文通过引用被结合于本文。
发明领域
[0002]本发明的示例性实施例涉及增加指数加权移动平均(Exponentially WeightedMoving Averaging, “EWMA”)滤波器的加权因数的系统和方法，以及更特别地，涉及增加加权因数以更加加重地加权数据流的输入原始数据值的系统和方法。
【背景技术】
[0003]指数加权移动平均(“EWMA”)滤波是一种被用于减少在一段时间内监控的数据输入流可变性的数据处理技术。EWMA滤波器基于从数据输入流收集的原始数据点计算平均或过滤值。在一种方法中，EWMA滤波可被用来过滤由氧化氮(“NOx”)传感器收集的过滤数据。NOx传感器可以位于排气处理系统的排气管内，并且被用于生成信号，所述信号指示从内燃机排出的排气中NOx含量。EWMA滤波器监控由NOx传感器收集的数据以确定过滤值。
[0004]在诊断测试期间，由EWMA滤波器确定的过滤值超出最大阈值或低于最小阈值的情况下，诊断故障代码(diagnostic trouble code,“DTC”)可被设置成失效状态。失效状态可以表明NOx传感器有问题(例如，传感器中的元件破裂或被污染)，并且故障指示灯(malfunction indicator light, “MIL”)可以闪烁以指示该故障。校正措施可以被采取以修理或更换该NOx传感器。但是，如果存储在车辆计算机中的失效状态在校正措施后没有被手动清除，那么在由EWMA滤波器确定的过滤值小于故障阈值后该MIL灯将最终被关闭或停用，并且诊断测试被经过预定数目的次数。特别地，某些类型的规则需要在MIL被允许在第四关键周期开始时停用之前该诊断测试经过三个关键或点火周期。
[0005]EWMA滤波可以延迟停用MIL。这是因为EWMA滤波趋向于将显著的重点放在从NOx传感器收集的表明失效状态的相对较旧的数据上。因此，由EWMA滤波器计算的过滤值可能超出阈值，即使在NOx传感器已经被修复或更换后。相应地，希望为EWMA滤波提供一种方法，其提供具有增强准确性的过滤值。
【发明内容】
[0006]在本发明的一个示例性实施例中，提供了一种增加指数加权移动平均(“EWMA”)滤波器的加权因数的方法。该方法包括监控包括原始数据值的数据流，以及由电子控制模块基于该数据流确定EWMA值。该方法包括确定该EWMA值是否在预定的最大故障阈值和预定的最小故障阈值之间。该方法包括基于第一原始数据值和之前计算的超出校准值的过滤值之间的差值，增加EWMA滤波器的加权因数以更加加重加权该数据流的输入原始数据值。在一个实施例中，加权因数被经验地确定。
方案1.一种增加指数加权移动平均(“EWMA”)滤波器的加权因数的方法，包括: 监控包括原始数据值的数据流并且由包括操作逻辑的电子控制模块基于数据流确定EWMA 值；
确定EWMA值是否在预定的最大故障阈值和预定的最小故障阈值之间；以及
基于第一原始数据值和之前计算的超出校准值的过滤数据值之间的差值，增加EWMA滤波器的加权因数至调整的加权因数以更加加重地加权数据流的输入原始数据值。
方案2.方案I的方法，其中EWMA滤波器基于公式EWMA (tO) = λ , Yto+(1-λ ’)(EWMA)η....α_λ，) (EWMA) t_n确定调整的过滤值。
方案3.方案I的方法，还包括:传送调整的过滤值至诊断模块。
方案4.方案3的方法，还包括:将最大故障阈值和最小故障阈值与调整的过滤值比较。
方案5.方案3的方法，还包括:如果调整的过滤值小于最小故障阈值，则发出通过信号。
方案6.依照方案I的方法，还包括:向可接受最差执行(WPA)模块提供用于EWMA滤波器的WPA最大水平和WPA最小水平。
方案7.依照方案I的方法，还包括:
将原始数据值与WPA最大水平和WPA最小水平比较；以及
如果原始值大于WPA最小水平且小于WPA最大水平则生成快速修复逻辑信号，快速修复逻辑信号表明潜在校正措施的存在。
方案8.—种诊断系统包括:
传感器；
操作地连接至传感器的指数加权移动平均(“EWMA”)滤波器；以及
操作地连接至EWMA滤波器的控制模块，控制模块被配置和设置以增加EWMA滤波器的加权因数至调整的加权因数以更加加重地加权数据流的输入原始数据值。
方案9.依照方案8的诊断系统，其中EWMA滤波器被配置和设置以建立基于公式EWMA (tO) = λ ’ Yttl+(1-入 ’ )(EWMA)H....(1_入 ’)(EWMA) t_n 的调整的过滤值。
方案10.依照方案8的诊断系统，还包括:操作地连接至控制模块的诊断模块，诊断模块被配置和设置以确定调整的过滤值是否在预定的最大故障阈值和预定的最小故障阈值之间。
方案11.依照方案10的诊断系统，其中诊断模块被配置和设置以将调整的过滤值与最大故障阈值和最小故障阈值比较。
方案12.依照方案8的诊断系统，还包括:
操作地连接至控制模块的最差执行可接受(WPA)模块，WPA模块包括用于EWMA滤波器的WPA最大水平以及WPA最小水平。
方案13.依照方案11的诊断系统，其中WPA模块被配置和设置成如果传送至EWMA滤波器的原始数据值大于WPA最小水平且小于WPA最大水平则生成快速修复逻辑信号，快速修复逻辑信号表明传感器潜在校正措施的存在。
方案14.依照方案8的诊断系统，其中传感器包括NOx传感器。
方案15.—种排气处理系统包括:
排气管；
操作地连接至排气管的传感器； 操作地连接至传感器的指数加权移动平均(“EWMA”)滤波器；以及操作地连接至EWMA滤波器的控制模块，控制模块被配置和设置以增加EWMA滤波器的加权因数至调整的加权因数以更加加重地加权数据流的输入原始数据值。
方案16.依照方案15的排气处理系统，其中EWMA滤波器被配置和设置以建立基于公式 EWMA (tO) = λ ’ Yto+(1-λ ’ ) (EWMA)H....(1_λ ’)(EWMA) t_n 的调整的过滤值。
方案17.依照方案16的排气处理系统，还包括:操作地连接至控制模块的诊断模块，诊断模块被配置和设置以确定调整的过滤值是否在预定的最大故障阈值和预定的最小故障阈值之间。
方案18.依照方案17的排气处理系统，其中诊断模块被配置和设置以将调整的过滤值与最大故障阈值和最小故障阈值比较。
方案19.依照方案15的排气处理系统，还包括:操作地连接至控制模块的最差执行可接受(WPA)模块，WPA模块包括用于EWMA滤波器的WPA最大水平以及WPA最小水平。
[0007]方案20.依照方案19的排气处理系统，其中WPA模块被配置和设置成如果传送至EWMA滤波器的原始数据值大于WPA最小水平且小于WPA最大水平则生成快速修复逻辑信号，快速修复逻辑信号表明传感器潜在校正措施的存在。
[0008]当结合所附附图考虑时，上述特征和优点以及本发明其他特征和优点根据本发明下述详细描述容易变得显而易见。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]在实施例的下述详细描述中其他特征、优点和细节仅仅通过示例的方式出现，详细描述参考附图，其中:
[0010]图1是包括传感器和控制模块的诊断系统的示例性示意图；
[0011]图2是描述了由图1中传感器收集的原始值以及由EWMA滤波器计算的平均或过滤值的图形；以及
[0012]图3是图1中所示控制模块的数据流图。
【具体实施方式】
[0013]下述描述在本质上仅是示例性的而不是为了限制本公开、其应用或使用。应理解的是在全部附图中，相应附图标记标识类似或相应部分和特征。如在本文中所用的，术语“模块”是指特定用途集成电路(ASIC)、电子电路、处理器(共享、专用或成组)以及执行一个或多个软件或固件程序的存储器或组合逻辑电路。
[0014]现在参见图1，示例性实施例涉及用于排气处理系统12的诊断系统10，包括排气管20、氧化氮(“NOx”)传感器22、故障指示灯(“MIL”)26和控制模块30。控制模块30与NOx传感器22和MIL26通信。NOx传感器22监控由内燃机(未示出)产生的排气32，并且生成表明排气32中NOx含量的信号。控制模块30监控NOx传感器22以确定排气32中NOx的含量。控制模块30使用指数加权移动平均(“EWMA”)滤波器36以减少由NOx传感器22在一段时间内收集的数据流的变化性。
[0015]应注意的是尽管图1描绘了控制模块30监控NOx传感器22，但是诊断系统10可以被用于使用EWMA过滤以减少在一段时间收集的原始数据的变化性的任何类型诊断系统。例如，诊断系统10可以被用于过滤来自设备诸如像选择性催化还原(“SCR”)设备的催化剂测试数据。诊断系统10的某些其他例子可以包括空气质量系统。
[0016]在一个实施例中，NOx传感器22产生泵送电流比信号以表明NOx传感器22是否按预期地在运行。泵送电流比基于用于泵送百万分之一千氧气(“02”)到NOx传感器22的腔室(未示出)内所需的电流量，并且表明NOx传感器22是否有故障。例如，如果泵送电流比相对高，则这可能表明NOx传感器22的污染，以及如果泵送电流比相对低，则这可能表明破裂的NOx传感器22。EWMA滤波器36接收来自NOx传感器22的泵送电流比信号作为输入。泵送电流比信号是由NOx传感器22在一段时间内收集的原始数据值。EWMA滤波器36基于原始数据确定平均或过滤的泵送电流比值。
[0017]图2是描述了由NOx传感器22(图1)在一段时间t内收集的原始值40 (举例来说，泵送电流比(PCR)信号)流的示例性图形。每个原始值40表示诊断测试的结果(举例来说，每个原始值40表示一次诊断测试的结果，并且图2中的图形是十二次不同诊断测试的图示)。在一个实施例中，控制模块30 (图1)通过确定由NOx传感器22生成的泵送电流比信号是否表明NOx传感器22内的故障来执行自诊断测试。EWMA滤波器36 (图1)基于原始值40确定平均或过滤值42。该图形还描述了最大故障阈值50、最大再通过阈值52、可接受最差执行(“WPA”)最大水平54、WPA额定水平56、WPA最小水平58、最小再通过值57以及最小故障阈值59。
[0018]现在参见图1和图2，最大故障阈值50表示用于触发表明由于升高的泵送电流比诸如像NOx传感器22的污染引起的故障的控制模块30中的故障所需的最小泵送电流比。特别地，在诊断测试过程中，如果由EWMA滤波器36确定的具体过滤值42超过由最大故障阈值50表明的水平，那么诊断故障代码(“DTC”)可以由控制模块30设置成失效状态。失效状态表明NOx传感器22内的故障可能已经发生，并且因此MIL26可以由控制模块30点亮。最大再通过值52表示在过滤值42已经超出最大故障阈值50并且失效状态已经被设置后、在控制模块30可以重置DTC至通过状态前EWMA滤波器36所需要生成的过滤值42。
[0019]WPA最大水平54、WPA额定水平56以及WPA最小水平58表示可以由控制模块30在诊断测试过程中使用以确定诊断过程中通过状态结果的可接受原始值40的范围。特别地，超过WPA最大水平54或小于WPA最小水平58的任何原始值40都不被控制模块30使用以确定泵送电流比是否表明NOx传感器22(图1)中的故障。最小故障阈值59表示所需用于触发表明泵送电流比已经下降至相对低级的控制模块30中故障的最小泵送电流比值，并且可以表明NOx传感器22破裂。在诊断测试过程中，如果由EWMA滤波器36确定的具体过滤值42小于由最小故障阈值59表明的水平，那么DTC可以由控制模块30设置成失效状态。最小再通过值57表示在过滤值42已经下降至最小故障阈值59以下并且失效状态已经被设置后、在控制模块30可以重置DTC至通过状态前EWMA滤波器36所需要生成的过滤值42。
[0020]现在参见图3，数据流图描述了可以被嵌入在控制模块30内的诊断系统10的各种实施例。诊断系统10的各种实施例，根据本公开，可以包括任何数量被嵌入在控制模块30内的子模块。正如可以理解的，图3中所示的子模块可以被组合和/或进一步被隔开以监控NOx传感器22 (图1)。至控制模块30的输入可以从NOx传感器22 (图1)接收、从其他控制模块(未示出)接收和/或由控制模块30内的其他子模块(未示出)确定/建模。在各种实施例中，控制模块30包括EWMA滤波器36、诊断模块60、原始值差值模块62、WPA模块64、EWMA加权因数模块66、测试模块68以及诊断报告模块69。
[0021]EWMA滤波器36接收表示由NOx传感器22 (图1)当前检测或观察到的泵送电流比信号的原始值40作为输入。在所讨论的方法中，原始值40表示在观察时间t = h (图2)由NOx传感器22 (图1)检测的当前泵送电流比信号。当前检测的原始值40在图2中被示为原始值40(t0)。EWMA滤波器36确定过滤值42，其在图2中被示为过滤值42 (tO)。当前过滤值42基于在观察时间t = t0检测的原始值40，以及之前已由EWMA滤波器36计算的过滤值42。特别地，过滤值42可以由公式I确定:
EWMA (t0) = λ Yto+(1- λ ) (EWMA) ^1....(1- λ ) (EWMA) t_n (公式 I)
其中 t = 1、2、....η
其中EWMA是在观察时间t = h被计算的过滤值42，λ是当前加权因数，Yto是在当前观察时间t = t0被输入至EWMA滤波器36的原始值40，(EWMA)w是之前在上一次观察时间t = t-Ι计算的过滤值42,并且η是观察的次数。
[0022]诊断模块60接收来自EWMA滤波器36的当前过滤值42 (或调整的过滤值90，其在下面讨论)作为输入。诊断模块60通过将当前过滤值42与最大故障阈值50和最小故障阈值59比较以执行诊断测试。在过滤值42大于故障阈值50或最小故障阈值59的情况下，这表明诊断测试未通过，并且由诊断模块60生成故障阈值信号82以表明失效状态。
[0023]一旦诊断测试未通过，诊断模块60还可以生成将DTC状态设置为失效的信号80。例如，参见图2-3，由于由EWMA滤波器36生成的过滤值42已经超过最大故障阈值50，所以信号80会在观察时间t = t-Ι由诊断模块60设置。
[0024]原始值差值模块62接收来自NOx传感器22 (图1)的原始值40以及来自诊断模块60的故障阈值信号82作为输入。如果接收到故障阈值信号82，那么原始值差值模块62比较当前检测的原始值40(举例来说，在当前观察时间t = t0)和保存在存储器中在上一次观察时间t = I测量的之前确定之前计算的过滤值42之间的差值。原始值差值模块62确定原始值40 (在当前观察时间t = t0)和之前确定之前计算的过滤值42 (在上一次观察时间t = t-Ι)之间的差值是否大于校准值C。这可以由公式2表示:
(EWMA)H-原始值(to) > C (公式 2)
其中(EWMA)w是在上一次观察时间t = t-Ι时的之前计算的过滤值42(42(t_D)并且原始值(tCi)是在当前观察时间t = t(i测量的原始值40(图2中所示的40(tcl))。
[0025]校准值C是预定值，其一般表明由过滤值42在t = h时表明的泵送电流比，其不在通过范围内并且可能超过最大阈值50或可能低于最小阈值59。如果之前计算的过滤值(EWMA) η和原始值(t(l)之间的差值大于校准值C，那么原始值差值模块62生成校准信号84。
[0026]WPA模块64接收原始值40和校准信号84作为输入。如果WPA模块64从原始值差值模块62接收校准信号84，则WPA模块64将原始值40与WPA最大水平54和WPA最小水平58比较。如果原始值40小于WPA最大水平54且大于WPA最小水平58，则WPA模块64生成快速修复逻辑信号86。快速修复逻辑信号86表明潜在的校正措施可能已经发生，并且NOx传感器22(图1)可能已经被修复或更换。
[0027]EWMA加权因数模块66接收来自WPA模块64的快速修复逻辑信号86作为输入。一旦收到快速修复逻辑信号86，EWMA加权因数模块66发送调整的加权因数λ ’至EWMA滤波器36。调整的加权因数λ，的值大于在上述公式I中使用的当前加权因数λ的值。现在参考图2-3，当被与当前加权因数λ相比较时，在相应过滤值42在时间tO (举例来说，图2中所示的42(ttl)、42(t+1)、42(t_2)和42(t+s)开始的计算过程中调整的加权因数λ ’会更加加重地加权从40(tQ)(举例来说，图2中所示的40(tQ)、40(t+1)、40(t+2)、40(t+3)以及40(t+4))开始的输入原始值40。因此，当快速修复逻辑激活时在EWMA滤波器36计算下一个过滤值42_时，在观察时间t = t0，过滤值42_ —般可以产生低于最大故障阈值50但是仍然高于再通过值52的值。该值仍然会表示故障结果。但是，该下一个过滤值42(t+1)会标明通过结果。新加权因数λ ’可能被经验地确定，并且可以基于特定应用被调整。
[0028]EWMA滤波器36基于在观察时间t = tO (图2中所示)检测的原始值使用新加权因数λ ’确定调整的过滤值90。特别地，调整的过滤值90可以由下列公式确定:
EWMA (tO) = λ，Yto+(1- λ，) (EWMA) ^1....(1- λ，)(EWMA) t_n (公式 3)
其中EWMA (tO)是在观察时间t = tO被计算的过滤值90，λ ’是新加权因数，Yto是在观察时间t = tO被输入至EWMA滤波器36内的原始值40，(EWMA) 是之前在上一次观察时间t = t-Ι计算的过滤值42,以及η是观察的次数。
[0029]诊断模块60接收来自EWMA滤波器36的调整的过滤值90作为输入。诊断模块60通过将调整的过滤值90与最大故障阈值50和最小故障阈值59比较以执行诊断测试。诊断模块60确定调整的过滤值90是否小于最大故障阈值50且大于最小故障阈值59。如果过滤值42小于最大故障阈值50，那么这是表明诊断测试已经通过，并且诊断模块60生成被发送至测试模块68的通过信号100。通过信号100表明由诊断模块60执行的诊断测试已经生成通过状态。 [0030]测试模块68接收由诊断模块60生成的故障阈值信号82和通过信号100，以及来自WPA模块64的快速修复逻辑信号86作为输入。一旦收到快速修复逻辑信号86，测试模块68会发送启动测试信号102返回至诊断模块60。启动测试信号102会促使诊断模块60在一段时间内执行增加数量的诊断测试。因此，故障阈值信号82或通过信号100会更频繁地从诊断模块60发送至测试模块68。
[0031 ] 测试模块68会继续监控诊断模块60以确定预定数量的诊断测试是否已经完成并且表明经过预定数量的点火周期的通过状态(举例来说，由通过信号100所表明的)。如果测试模块68确定预定数量的诊断测试已经通过经过预定数量的驱动周期，则重置信号110被发送至诊断报告模块69。在一个实施例中，测试模块68可能延迟发送重置信号110至诊断报告模块69直到预定数量的诊断测试已经被执行经过预定数量的驱动周期。例如，在一个实施例中，测试模块68监控用于预定数量的诊断测试的诊断模块60经过三个点火周期。如果诊断测试都生成通过结果，那么在第四次点火周期开始，重置信号110被发送至诊断报告模块69，并且MIL26(图1)被停用。
[0032]诊断报告模块69接收来自测试模块68的重置信号110，作为输入，并且生成更新DTC状态至通过的信号120，并且MIL26(图1)被停用(举例来说，灯被关闭)。
[0033]一般性地参见图1-3，如果控制模块30确定对NOx传感器22的校正措施在NOx传感器22表明故障后已经被执行，那么诊断系统10用调整的加权因数λ ’替换当前加权因数λ。当被与当前加权因数λ比较时，调整的加权因数λ ’会更加加重地加权由NOx传感器22生成的输入原始值40。因此，由于校正措施被执行，EWMA滤波器36能够消除从NOx传感器22收集的原始数据中的相对突然的改变。因此，EWMA滤波器36基本能够生成在NOx传感器22生成通过值后立即传送诊断测试的过滤值42 (举例来说，在图2中示为在观察时间t = t+Ι的过滤值42(t+1))。因此，DTC状态可以被更新至通过状态并且当被与当前可用的某些诊断系统比较时，MIL26可以在更少时间内(举例来说，更少的点火周期)被停用。
[0034]尽管本发明已经参考示例性实施例被描述，但是本领域技术人员可以理解的是可以做出各种改变以及等同物可以替代其相关元件而不脱离本发明的范围。此外，可以做出许多修改以适应本发明教导的特定情形或材料而不脱离其实质范围。因此，意图是本发明不受限于所揭示的特定实施例，而是本发明将包括落在本申请范围内的所有实施例。
【权利要求】
1.一种增加指数加权移动平均(“EWMA”)滤波器的加权因数的方法，包括: 监控包括原始数据值的数据流并且由包括操作逻辑的电子控制模块基于数据流确定EWMA 值； 确定EWMA值是否在预定的最大故障阈值和预定的最小故障阈值之间；以及基于第一原始数据值和之前计算的超出校准值的过滤数据值之间的差值，增加EWMA滤波器的加权因数至调整的加权因数以更加加重地加权数据流的输入原始数据值。
2.根据权利要求1所述的方法，其中EWMA滤波器基于公式EWMA(tO) = λ J Yto+(1-λ ’)(EWMA)H....(1-λ ’)(EWMA) t_n 确定调整的过滤值。
3.根据权利要求1所述的方法，还包括:传送调整的过滤值至诊断模块。
4.根据权利要求3所述的方法，还包括:将最大故障阈值和最小故障阈值与调整的过滤值比较。
5.根据权利要求3所述的方法，还包括:如果调整的过滤值小于最小故障阈值，则发出通过信号。
6.根据权利要求1所述的方法，还包括:向可接受最差执行(WPA)模块提供用于EWMA滤波器的WPA最大水平和WPA最小水平。
7.根据权利要求1所述的方法，还包括: 将原始数据值与WPA最大水平和WPA最小水平比较；以及 如果原始值大于WPA最小水平且小于WPA最大水平则生成快速修复逻辑信号，快速修复逻辑信号表明潜在校正措施的存在。
8.—种诊断系统包括: 传感器； 操作地连接至传感器的指数加权移动平均(“EWMA”)滤波器；以及操作地连接至EWMA滤波器的控制模块，控制模块被配置和设置以增加EWMA滤波器的加权因数至调整的加权因数以更加加重地加权数据流的输入原始数据值。
9.根据权利要求8所述的诊断系统，其中EWMA滤波器被配置和设置以建立基于公式EWMA (tO) = λ ’ Yttl+(1-入 ’ )(EWMA)H....(1_入 ’)(EWMA) t_n 的调整的过滤值。
10.一种排气处理系统包括: 排气管； 操作地连接至排气管的传感器； 操作地连接至传感器的指数加权移动平均(“EWMA”)滤波器；以及操作地连接至EWMA滤波器的控制模块，控制模块被配置和设置以增加EWMA滤波器的加权因数至调整的加权因数以更加加重地加权数据流的输入原始数据值。
【文档编号】H03H17/02GK103997313SQ201310757021
【公开日】2014年8月20日 申请日期:2013年10月25日 优先权日:2012年10月25日
【发明者】J·E·科瓦尔科夫斯基, I·安妮洛维奇, J·J·钟 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司