用于在压力容器中确定压力测量的误差的方法和设备与流程

本发明涉及用于在存储流体的蓄压器中确定借助压力传感器测量的压力的误差的方法和设备，所述流体能经由阀门从蓄压器排出。此外本发明涉及或者包括这种设备或者与这种设备通信以由此更有效地控制内燃机的发动机控制装置。

背景技术：
具有内燃机的汽车还包括蓄压器（也称为共轨），以存储燃料并且以受控的方式将燃料喷射到一个或多个气缸中。常见的共轨系统主要由以下部件组成：•蓄压器（共轨），其存储在特定压力下的燃料，•高压泵，其向蓄压器输送燃料，•对应的阀门，其可以由发动机控制装置控制并且经由对燃料流入蓄压器中的操纵或者燃料排出蓄压器的操纵来实现在共轨中对压力的调节，•压力传感器，其测量共轨中的当前压力（下面称为轨压），并且必要时可以显示有误差的值，•一个或多个喷射阀门（喷射器），其将共轨分别与内燃机的一个汽缸连接并且可以由发动机控制装置打开和关闭。在打开的状态下，共轨与气缸之间的压力差引起特定的燃料量被喷射到气缸中，其中该燃料量取决于喷射器的打开持续时间和轨压，•必要时还有Lambda传感器，•发动机控制装置，其主要1.为发动机的当前运行状态预先给定轨压的额定值，2.借助压力传感器确定轨压P，3.将压力额定值与实际值P进行比较，并且借助合适的调节算法和对上述阀门的对应控制尝试将所测量的压力调节到对应的额定值，4.针对发动机的当前运行状态计算待喷射的燃料量M，5.至少由参数M和P计算喷射器的打开持续时间t，该打开持续时间适用于还实际实现期望量M，由此压力传感器具有测量当前轨压P并且提供给发动机控制装置所用的任务。发动机控制装置在使用该测量值的条件下确定实现预先给定的待喷射燃料量所需要的参数。由此（例如由于漂移效应）的有故障的压力传感器可以引起有误差的喷射。为了减小该风险，需要定期对由传感器确定的值进行真实性检验。根据法律规定，汽车中的传感器必须接受真实性检验，以检查传感器是否正确工作。尤其是已知对蓄压器中的压力传感器的真实性测试。按照常规的方式，为了对压力传感器进行真实性检验首先下面两种方法是常见的：第一种方法在液压系统的以下状态中分析压力传感器的测量值，在所述状态中实际压力必须为零（例如在关闭高压泵之后足够长的时间）。但是如果压力传感器仍然提供不等于零的值，则可以推断出传感器的误差。该方法的缺点是其仅对压力零点的测量是灵敏的。因此不改变零点的误差是不能检测到的。第二种方法首先在具有Lambda传感器（尤其是汽油发动机）的系统中使用。在此充分利用以下事实，即当轨压存在测量误差时比达到期望的待喷射燃料量所需要的更长或更短地打开喷射阀门。由此实际喷射的量与所提供的空气量不匹配。结果是Lambda偏离目标值。该方法的缺点（主要）是，其灵敏度随着压力增加而下降。压力传感器的主要在较高压力下作用的测量误差由此无法被检测到。

技术实现要素：
本发明的任务是提供一种方法和一种设备，它们可以确定在蓄压器中所测量的压力的误差，以由此特别是能够以更高的精确度和更好的效率来执行发动机控制。尤其是本发明的任务是提供一种用于确定所测量的压力的误差的方法，其中可以在大的可测量压力范围上确定误差，由此也能在蓄压器内部存在不同压力时以更大的精确度执行发动机控制。该任务通过用于在存储流体的蓄压器中确定借助压力传感器测量的压力的误差的方法、通过用于在存储流体的蓄压器中确定借助压力传感器测量的压力的误差的设备以及通过发动机控制装置来解决。根据本发明提供一种用于在存储流体的蓄压器中确定借助压力传感器测量的压力的误差的方法，该流体尤其是燃料，所述流体可以经由阀门、尤其是喷射阀门从蓄压器中排出，尤其是可以喷射到气缸中，其中该方法包括：确定第一压力、时间间隔和第二压力的至少两个三元组（或多个三元组，例如10至500个，尤其是20至100个），其中每个第一压力都用压力传感器来测量；其中每次在测量了第一压力之后打开阀门一段时间间隔；其中每次在打开阀门该时间间隔之后用压力传感器测量第二压力；并且从至少两个三元组中确定所测量的压力的误差。在此，压力传感器可以包括实际上对压力灵敏的传感器、导线、电子装置、模数转换器等。三元组包括任何顺序的第一压力、时间间隔和第二压力。由此包括在三元组中的第一压力、时间间隔和第二压力彼此交替地分配。对于至少两个三元组中的每一个，都用压力传感器测量第一压力，在测量了第一压力之后将阀门打开一段时间间隔，并且每次在打开该阀门所述时间间隔之后用压力测量器测量第二压力。在此，至少两个三元组中的时间间隔可以不同或相同。尤其是可以测量超过两个三元组，例如5,10,50-100个或50-1000个三元组。测量的三元组越多，就能更好地减小所测量的压力的统计误差。由此在确定该误差时考虑每个所测量的三元组的第一压力、时间间隔和第二压力。第一压力可以在不同的三元组中是不同的，以尽可能均匀地覆盖特定的压力范围。尤其是可以分别通过借助控制阀门将流体输送到蓄压器中或将流体从蓄压器中引出来调节第一压力。尤其是可以在大的压力范围上设置至少两个三元组的第一压力，从而第一压力覆盖例如0巴至300巴、尤其是0巴至200巴的压力范围。由此可以针对整个压力范围确定压力传感器的误差。尤其是确定所测量的压力范围或针对与汽车的蓄压器的典型运行状态相应的压力范围来确定误差。由此可以在大的压力范围上确定所测量的压力的误差，以由此也改善汽车的发动机控制。根据本发明的一种实施方式，对误差的确定包括确定误差模型的参数。设立用参数参数化或可用参数参数化的误差模型可以简化对误差的确定。尤其是实现在压力测量时对不同的压力出现或允许不同误差的误差模型。由此可以通过该误差模型检测许多典型的误差原因或误差理由或对许多典型的误差原因或误差理由进行建模。根据本发明的一种实施方式，假设误差模型是：P’=a+b*P，其中P’是所测量的压力，P是实际压力，a，b是待确定的参数。由此所测量的压力相对于实际压力通过位移a来描述并且以线性方式与实际压力有关。参量a和b可以是可以由三元组确定的恒定参数。在知道a以及b的情况下，一方面可以由实际压力确定压力传感器所测量的压力或者另一方面由压力传感器所测量的压力推导出实际压力。然后实际压力例如可以由发动机控制装置用于改善对喷射阀门的控制。由此提供简单的误差模型，该误差模型为了确定误差只需要确定两个参数a和b。根据其它实施方式，可以基于其它误差模型，例如具有多于两个参数的误差模型，例如将所测量的压力描述为实际压力的多项式或者将实际压力描述为所测量的压力的多项式的误差模型。由此除了线性关系之外还可以包括平方的、立方的关系，或者包括更高阶的关系。根据本发明的一种实施方式，通过将至少两个测量值对与压力扰动（Druckeinbruch）和压力之间的函数关系相匹配（拟合）来确定误差模型的参数，其中对每个三元组形成一个测量值对，其中测量值对的一个分量与第一和/或第二压力有关，并且测量值对的另一分量与第一压力和第二压力之差有关。尤其是可以由第一压力以及第一压力和第二压力之差（或第二压力和第一压力之差）来形成测量值对。所述函数关系可以通过数学公式来给定。函数关系也可以通过值对来给定，例如通过表格或图表。将至少两个测量值对（或者多于两个测量值对，例如5-10个，10-100个或50-1000个测量值对）与所述函数关系匹配可以包括最小问题解，例如确定参数，使得距离度量的和最小。在此例如可以将欧几里德距离度量用作平方误差和的根。通过匹配可以轻松地确定参数，其中可以采用已知的数学优化方法。由此简化了本方法。根据本发明的一种实施方式，依据（或基于或考虑）阀门（尤其是喷射阀门）的特性曲线来确定所述函数关系，其中该特性曲线设定在给定排出的流体质量的情况下所需要的（阀门的）打开时间，所述流体在压力容器中处于给定的压力下（与外部空间中或气缸中的压力相比）。该特性曲线由此使得可以在特定的预定流体质量情况下确定导致预定的待排出流体质量的打开时间，所述流体是将从压力容器中排出的流体，其中该流体处于给定的压力下。由此可以在考虑实际物理条件下的情况下设立函数关系，这可以改善本方法的精确度。根据本发明的一种实施方式，通过下式给定所述函数关系：，其中P1是第一压力，P2是第二压力，V是蓄压器的体积，ρ是流体的质量密度，E是流体的压缩模数，f(t)和g(P)是实数值函数，其中g(P)尤其是作为数学函数已知，f(t)尤其是至少通过值对已知，其中f(t)*g(P)说明在压力容器中的压力为P时相对于外部压力通过打开阀门一段持续时间t从压力容器中排出的流体的质量，其中该持续时间t分别等于在测量了第一压力之后阀门被打开的时间间隔。在此尤其是可以将阀门的反特性曲线描述或假设为f(t)和g(P)的乘积。该假设的优点是，在测量了第一压力之后阀门被打开的时间间隔对于不同的三元组可以是不同的。分别使用的时间间隔必须作为持续时间t用在上述等式中。由此在了解函数f(t)和g(P)的情况下，第一压力与第二压力之差和第一压力之间的函数关系被完全给定。由此本方法可以简单地执行。根据本发明的一种实施方式下式成立：其中sqrt表示平方根函数。在此假设流体从蓄压器的排出根据伯努利法则进行。将该公式代入所述函数关系的上述公式中进一步简化了所述函数关系。根据本发明的一种实施方式，通过下式给定所述函数关系：，其中P1是第一压力，P2是第二压力，V是蓄压器的体积，ρ是流体的质量密度，E是流体的压缩模数，gt(P)是实数值函数，其说明在压力容器中的压力为P时相对于外部压力通过打开阀门一段预定的持续时间从压力容器中排出的流体的质量，其中在测量了第一压力之后阀门被打开的时间间隔分别等于该预定的持续时间。在此没有假设反特性曲线可以被分解为与时间有关的分量和与压力有关的分量。而是在固定的打开持续时间的情况下（该打开持续时间等于在测量了第一压力之后阀门被打开的时间间隔）排出的流体质量的压力相关性作为gt(P)已知。在这种情况下，不同三元组的时间间隔总是相同，而且等于预定的持续时间。根据本发明的一种实施方式，考虑流体、尤其是燃料的质量密度ρ的压力相关性，和/或流体、尤其是燃料的压缩模数E的压力相关性。由此可以进一步改善确定误差的精确度。根据本发明的一种实施方式，提供一种用于在存储流体的蓄压器中确定借助压力传感器测量的压力的误差的装置，该流体尤其是燃料，所述流体可以经由阀门、尤其是喷射阀门从蓄压器中排出，尤其是可以喷射到气缸中，其中该装置包括：信号输入端，用于分别接收用压力传感器测量的第一压力的测量信号；控制输出端，用于分别在测量了第一压力之后将控制信号发送给阀门，以打开阀门一段时间间隔，其中每次在打开阀门该时间间隔之后由信号输入端接收用压力传感器测量的第二压力的测量信号；以及处理器，其构成为从至少两个三元组中确定所测量的压力的误差，其中每个三元组分别包括所测量的第一压力、所述时间间隔和所测量的第二压力。该装置尤其是可以构造用于实施根据上述实施方式之一所述的方法。应当注意到，单独的或者以与用于确定借助压力传感器测量的压力的误差的方法组合地提及、描述或者制定的特征也可以单独地或者以任意组合应用到用于确定借助压力传感器测量的压力的误差的设备中，或者反过来。根据本发明的一种实施方式，提供一种发动机控制装置，其包括根据上述实施方式的设备或者与该设备通信，其中发动机控制装置构成为依据特定的误差来控制阀门，使得期望的流体量（尤其是质量）从蓄压器排出，尤其是期望的燃料量（或燃料质量）被喷射到汽缸中，其中尤其是确定喷射阀门的为此需要的打开时间。此外，发动机控制装置可以构成为将控制信号发送给喷射阀门，所述控制信号促使该喷射阀门打开所需要的打开时间。附图说明现在参照附图阐述本发明的实施方式。本发明不限于所图解或所描述的实施方式。图1示意性示出与本发明的一种实施方式一致的用于确定借助压力传感器测量的压力的误差的设备，具有压力容器、喷射阀门和汽缸；图2示出用于显示测量结果的图表，所述测量结果是按照根据本发明的一种实施方式的用于确定借助压力传感器测量的压力的误差的方法来获得的；以及图3图解了图表，按照根据本发明的一种实施方式的用于确定借助压力传感器测量的压力的误差的方法分析该图表以确定所测量的压力的误差。具体实施方式在燃烧室中喷射一定的燃料量将根据以下方法由发动机控制装置执行：a)确定待喷射的燃料量M的额定值，b)测量共轨中的当前燃料压力P，c)从分量特性曲线K确定喷射器的合适的打开持续时间：d)借助合适的控制信号将喷射器打开所述持续时间t。由此喷射实际的燃料量：根据本发明的一种实施方式，反分量特性曲线K-1(t,P)可以假设为两个因子的乘积：假设燃料的流出遵循伯努利法则，则根据本发明的一种实施方式g(P)=sqrt(P)，也就是等于压力的平方根。但是对于本发明这一特性不是强制的前提条件。根据本发明的一种实施方式，只有以下假设成立：上述分解在良好的近似下是正确的。函数g(P)作为函数项已知（V）函数f(t)作为（值对）已知（例如由测量已知）（VI）在P=0时g(P=0)=0（VII）最后一个假设不是那么重要。该假设只是表明没有压力也不能进行喷射。在喷射时，从轨中吸取一定量M的燃料。由此轨中的压力下降了绝对值ΔP。对于M与ΔP之间的关系存在：ΔP=M*E/(V*ρ)(VIII)在此：E表示燃料的压缩模数，V表示整个高压体积，ρ表示燃料的密度。在等式（II）和（IV）的辅助下，可以按照以下方式表达压力扰动：如果传感器有缺陷并且不是显示实际压力P而是显示值P‘，则根据（I）确定的是持续时间t‘=K(M,P‘)。由此实际实现的量M‘=K-1(t‘,P)与期望的量M有偏差。根据本发明的一种实施方式进一步假设：已知在两个物理参量X和Y之间以函数项的形式存在以下函数关系：该函数关系除了变量X之外也还取决于其它参数k1,k2,...,kn，所述其它参数可能首先是未知的。但是如果（例如由测量）提供了足够合适的值对X1/Y1,X2/Y2,X3/Y3等，则参数k1,k2,...,kn可以通过合适的数学方法计算出来。这样的方法例如是“最小平方方法（leastsquarefit，最小平方拟合）”。只要通过所述方式确定了参数，就已知完整的函数关系Y=Fk1,k2,…kn(X)，并且例如可以用于内插或外推。在该方法中要考察值对必须全部涉及参数k1,k2,...,kn的相同的恒定的组。这些参数在测量期间的变化是不允许的。根据本发明的一种实施方式，进一步假设燃料压力传感器的这样的缺陷只能导致所显示的有错误的传感器值P‘通过偏移和/或上升与实际压力P关联，也就是P‘=a+b*P(XI)下面示出的方法的目的是确定参数a和b。如果参数a和b已知，则也确定了传感器的偏差。于是对于（有错的）所测量的压力扰动（由于喷射引起）下式成立：ΔP‘=b*ΔP(XII)如果将等式（IX）改写为借助压力传感器可测量的参量（即将XI和XII代入IX），则获得：或通过转换获得：等式（XIII）描述了在（错误测量的）压力水平P‘与由此关联的（错误测量的）轨中压力扰动ΔP‘之间的函数关系，在所述压力水平上执行喷射。常量a和b，以及可能的其它包含在函数f和g中的常量首先是未知的。根据本发明的一种实施方式，作为变量“没有分解”假设条件（IV）未被满足，也就是说反分量特性曲线K-1(t‘,P)不能被分解为与时间有关的分量和与压力有关的分量。相反，即使在喷射器具有固定打开持续时间t的情况下K-1(t‘,P)的压力依赖关系作为函数项是已知的也足够了，即其中函数项gt(P)是已知的。在这种情况下喷射全都必须以相同的打开持续时间t来执行。于是等式（XIV）简化为该方法的其余部分保持不变。根据本发明的一种实施方式，作为变量“非线性传感器误差”假设条件（XI）未被满足，也就是说错误的传感器值不仅通过偏移和/或上升与实际压力P关联，而且还具有更复杂的误差映射。例如，传感器可以仅点状地，例如在一定的压力范围上受到干扰，但在其它位置显示正确值。这样的误差图像导致上述“最小平方方法”只能差劲地工作。误差平方和是大的，因为测量值只能通过函数项（即通过理论模型）差劲地描述。如果误差平方和超过阈值，则可以推断存在误差。但是在这种情况下不再能够进行误差校正。借助附图进行实施方式的进一步阐述。图1示出布置100，该布置例如可以包括在汽车中，其中包括根据本发明的一种实施方式用于确定在存储流体107、尤其是燃料的蓄压器105中借助压力传感器103测量的压力的误差的设备101，该流体可以通过阀门109排出并且可以喷射到汽缸111中。蓄压器105包含燃料107，该燃料以受控的方式、也就是以限定的量或质量通过喷射阀门109喷射到汽缸111中。在此，所喷射的燃料107的质量尤其是取决于蓄压器105内的压力P。为了测量蓄压器105中的压力P，设置将对应的测量信号113传送到设备101的压力传感器103。由测量传感器103测量的压力P‘是有错误的，并且设备101被构成为执行根据本发明的实施方式的用于确定误差的方法。为此首先在压力容器105中通过未图解出的燃料的输入或燃料107的输出来调节特定的压力。然后（在考虑上述实施方式和等式的条件下）为了确定传感器值的真实性或确定传感器值的误差重复地执行：a)在不同的实际压力水平pi=p1,p2,p3,…（传感器在此显示压力）下，执行持续时间ti=t1,t2,t3,…的喷射。测量由此引起的压力扰动。b)从这些测量值中，借助等式（XIV）确定参数a和b。c)借助参数a和b，可根据等式(XI)确定传感器的显示误差。在传感器正确的情况下，预期a=0和b=1。与其有偏差就表示有误差。d)在了解a和b的情况下不仅能识别出传感器的误差，而且必要时还可以校正该误差。设备101具有存储参量的存储器117，所述参量由如上测量的第一压力、时间间隔和第二压力（或压力扰动）的至少两个三元组确定。该设备101此外具有信号输入端114，用于分别接收用压力传感器103测量的第一压力P1i’的测量信号；控制输出端116，用于分别在测量了第一压力之后将控制信号发送给阀门，以打开阀门109一段时间间隔ti，其中每次在打开阀门该时间间隔之后由信号输入端114接收用压力传感器测量的第二压力P2i’的测量信号；以及处理器，其构成为从至少两个三元组中确定所测量的压力的误差P’-P，其中每个三元组分别包括所测量的第一压力、所述时间间隔和所测量的第二压力。图2示出所测量的压力扰动与时间的函数关系的图表。在图2中横轴201示出以秒为单位的时间，纵轴203示出以巴为单位的压力，该压力是通过蓄压器105内的压力测量器103（参见图1）测量的。曲线205示出阶梯形的压力干扰。图3示出图表，其中横轴301显示以巴为单位的压力，纵轴303显示以巴为单位的压力扰动。曲线305表示由第一压力和第一压力与第二压力之差组成的值对，第一压力和第二压力是根据本发明的实施方式测量的。尤其是获得来自图2的曲线205的值对。假设燃料的流出遵循伯努利法则，例如g(P)=-sqrt(P)。于是等式（XIV）变成：图3中的实线307表示这种平方根函数，其参数是借助相同平方方法确定的。由此正如所看见的，根函数307与测量值对305的匹配以良好的方式实现。从根函数307的形式中可以计算参数a和b，并由此计算出传感器103的误差。尤其是针对值a获得大约12巴的值，其在图3中用附图标记309表示。所测量的值对305与根函数307之间良好的一致性也表明，所涉及的燃料的流出根据伯努利法则进行的模型假设是正确的。如从图3看出的，覆盖大约10巴至200巴的压力范围311。由此对于该压力范围确定压力传感器103的误差。由此，通过压力测量器或压力传感器103的压力测量的特定误差可以提供给发动机控制装置，以由此通过控制线路115控制进入或喷射阀门109更精确地打开，从而将期望的燃料质量从压力容器105喷射到气缸中。