补偿装置及其操作方法

专利名称：补偿装置及其操作方法
技术领域：
本发明涉及对循环输入信号进行补偿的方法。另一方面，本发明 涉及对循环输入信号进行补偿的装置。本发明特别适用于发动机控制 以补偿传感器在工作期间由于例如环境温度改变而引起的该传感器 的诸如偏置和灵敏度之类的特性改变。
背景技术：
压力传感器是众所周知的传感器。压力传感器具有偏置电压，偏 置电压是在没有压力施加到传感器上时传感器的输出电压。此外，压 力传感器具有偏置电压温度特性。这个特性定义了偏置电压随传感器 的环境温度改变的情况。均质充量压缩点燃(HCCI)发动机具有将火花点燃发动机与压 缩点燃发动机的优点结合起来的潜力。这些发动机需要主动的燃烧控 制。燃烧的最精确和可靠的信号或指示是汽缸内压力。采用标准的热 释放方程，可以非常容易从循环压力信号中提取燃烧开始情况等。用 于燃烧定相控制的可用参数是热释放为50%时的曲柄角。HR50点是 与热释放为50%的时刻相应的曲柄角。HR5点是与热释放为5%的时 刻相应的曲柄角。US2005/0061063揭示了 一种用于柴油发动机的压力发热塞。压 力发热塞被配置成使得发热塞内的加热杆可以以轴向滑动方式位移， 从而将气缸燃烧室内的压力传递给压力传感器。发明内容本发明的目的是提供一种得到改善的对循环输入信号特别是气 缸压力信号进行补偿的补偿方法。按照本发明，这种对循环输入信号进行补偿的补偿方法包括检测循环输出信号中的第 一事件；产生补偿信号；将补偿信号与循环输入信号组合在一起，得到循环输出信号，其 中补偿信号在与检测到第一事件具有确定关系的时刻被调整。本发明是基于以下的认识。已知的压力发热塞工作原理是基于可 动发热杆传递气缸压力所引起的力。此运动转换成传感器的传感件的 电输出。可动发热杆顶侧焊接到传感件上，而下侧焊接到金属膜片上。 发热杆和传感器本体具有不同的温度系数。此外，温度在传感器各处 也是不均匀的。这样的一些因素将导致在压力发热塞的温度改变时从 传感件得到的信号中的偏置改变。业已发现，对于进一步处理偏置得 到补偿的信号来说改变偏置值的时刻是关键性的，即使是步长为满标 度的0.125%。例如，如果偏置在255。到295。的曲柄角之间调整，在 确定HR5和HR50点时可以出现高达3°-5°的曲柄角误差；如果偏置 在295。到480。的曲柄角之间调整，在确定HR5和HR50点时可以出 现0.5。左右的曲柄角误差；而如果偏置在480。到255。的曲柄角之间调 整，在确定HR5和HR50点时将出现可忽略的曲柄角误差。根据压 力传感器信号可以确定曲柄角。业已发现，压力降到一个确定值之下 的时刻可用来定义与执行对补偿信号的调整的时刻的关系，使得偏置 在480°到255。曲柄角之间调整。这种方法的优点是执行补偿只需要来 自可动发热塞的信号而不需要来自其他处理单元的信号，诸如曲柄角 传感器所得到的表示曲柄角的信号。这使补偿电路能集成入压力发热 塞，而对外界只有四个连接，即与地的连接、与补偿装置的电源的连 接、提供循环输出信号的连接和与发热杆的电源的连接。通过将补偿 装置集成在压力发热塞内，就可以提供被温度补偿的发热塞，这种发 热塞还可以被补偿由于将压力发热塞安装在发动机内而可能引入的 偏置。在本发明的另一个实施例中，补偿信号在检测到第一事件后经过 一段延迟时间被调整。在这段延迟时间后执行调整可以减小在确定HR50和HR5中的误差。检测到第 一事件与曲柄角之间的关系应该是 可靠的。业已发现，可靠地检测到第一事件的时刻不是执行补偿信号 调整的最佳时刻。压力曲线与曲柄角之间的关系在压力峰值期间因此 在气缸受到压力时是可靠的。执行调整的最佳时刻是在两个相继的压 力峰值之间的某个时刻，因此是在气缸内几乎没有压力时。在本发明的另 一个实施例中，该方法包括确定相继检测到事件之 间的时段的步骤，其中延迟时间与所述时段有关。使用确定相继检测 到事件之间的时段的步骤可以得到发动机转速与延迟时间的关系。这 使得这种方法稳健，而且与转速范围无关。实际上，这个特征使得能 在检测到第一事件后曲柄再转过预定角度时(与检测到压力峰值相 应)执行调整。在本发明的另 一个实施例中，补偿信号响应于检测到第一事件并 且在检测到第 一事件后的这个时段内检测到循环输出信号中的第二 事件并且随后再检测到第 一事件而产生。利用所述特征可以减小确定 补偿信号的值需执行的计算的复杂度。检测到第二事件的一个例子是 检测循环输出信号在一个循环内是否低于一个预定值。如果信号低于 所述预定值，则补偿信号的值必须减小一个步长值，否则补偿信号的值必须增大所述步长值。在这个例子中，假^:从循环输入信号中减去补偿信号的值。在本发明的另一个实施例中，补偿信号响应于检测到第一事件并 且在检测到第 一事件后的这个时段内检测到在循环输出信号中第二 事件和第三事件并且随后再检测到第一事件而产生。利用检测到第二 和第三事件就有可能不必每个循环都要改变补偿信号的值。例如，当循环输出信号低于值A时检测到第二事件而当循环输出信号低于值B 时检测到第三事件，其中A〈B。如果检测到第二事件，就必须减小补 偿信号的值。在这种情况下，在一个循环内， 一个循环内的输出信号 的最小值低于所希望的最小值A。如果第二事件和第三事件都没有检 测到，就必须增大补偿信号的值。在这种情况下，在一个循环内，输 出信号的最小值过高，因此将通过增大补偿信号的值予以减小。在所有其他情况下，补偿信号将不会改变。在本发明的另 一个实施例中，补偿信号响应于检测到第 一事件和 另一个输入信号而产生。利用检测到第一事件和这另一个输入信号的 组合可以使调整的时刻取决于输出信号而补偿信号取决于来自传感 器的这另一个信号。例如，压力传感器可以用四个电阻器构成，被配 置成使压力传感器的输出信号与温度无关。然而，电阻器是与温度相 关的。这个温度相关性很容易测量，并且可以用于偏置、灵敏度和非 线性补偿。在本发明的另一个实施例中，第一事件由循环输出信号的下降沿 经过预定输出值确定。使用下降沿具有相应的曲柄角大致可知的优点。与满标度的16%相应的值被认为是合适的。在本发明的另 一个实施例中，在循环输出信号低于另 一个预定输 出值时检测到第二事件。利用这另一个预定输出值就可以确定补偿信 号的当前值是过低还是过高。业已发现，这种方法非常适合来自气缸 压力传感器的信号。在本发明的另一个实施例中，补偿信号是用数字 信号控制的。使用数字信号而不是模拟信号可以具有极为可预测和可 重复的结果，而且可以节省成本。本发明的另 一个目的是提供一种装置，用于提供对诸如来自气缸 压力传感器的传感器信号和要提供给马达管理系统或发动机控制单 元的输出信号之类的循环输入信号的改进补偿。按照本发明的这种装置包括检测循环输出信号内的第一事件的第一检测单元；产生补偿信号的补偿信号产生单元；以及将补偿信号与循环输入信号组合起来得到循环输出信号的信号 组合单元，其中所述补偿信号产生单元被配置成在与检测到第一事件 具有确定关系的时刻调整补偿信号。使用这种装置可以在对进一步处理输出信号没有多大影响的时 刻执行对补偿信号的调整。


以下将结合附图就一些典型实施例对本发明进行详细说明，在这些附图中图1示出了按照本发明的补偿装置的第 一实施例的简化框图； 图2示出了按照本发明的补偿装置的第二实施例的简化框图； 图3为压力发热塞的剖视图； 图4为示出按照本发明的方法运行的时序图。
具体实施方式
图1示出了按照本发明的补偿装置2的第一实施例的简化框图。 这个实施例将结合对循环输入信号中的偏置进行补偿予以说明。装置 2包括接收循环输入信号的输入端4。循环输入信号可以从例如测量 发动机气缸内压力的压力传感器6得到。装置还包括信号组合单元8， 它具有与装置的输入端4连接的第一输入端10和与偏置信号产生器 单元14的输出端连接的第二输入端12。信号组合单元8被配置成将 偏置信号与循环输入信号组合起来得到循环输出信号。信号组合单元 8通常被配置成从循环输入信号中减去偏置信号。然而，如果偏置信 号产生器14产生反向的偏置信号，信号组合单元8就被配置成将这 两个输入信号相加。循环输出信号施加到装置2的输出端16上。循 环输出信号可以由诸如发动机控制单元之类的外部处理器18进一步 处理。外部处理器18可以用来从循环输出信号得出热释放和随后得 出HR50和HR5点的相应曲柄角点。循环输出信号还提供给用于检 测循环输出信号中的第一事件的第一检测单元20。优选的是，第一事 件是与发动机的曲柄角有或多或少可预测关系的循环输入信号的特 征。业已发现，对于发动机控制来说压力水平通常在满标度的16%是 非常适合峰值检测的。在压力曲线下降经过所述满标度的16。/。的值C 时检测到第一事件。这是成本非常低也非常简单的检测方法。应指出 的是，可以用更为复杂的检测算法来检测循环输出信号中的峰值。此外，装置2还包括第二检测单元22和第三检测单元24。优选的是，第二检测单元22用来检测在压力循环期间压力降到水平B以 下的事件。在一个有益的实施例中，水平B与通常为满标度的12% 的水平相应。优选的是，第三检测单元24用来检测在压力循环期间 压力降到水平A以下的事件。在一个典型的实施例中，水平A与通 常为满标度的11%的水平相应。应指出的是，第二和第三检测单元的 检测局限于在一个循环内的检测，但是也可以扩展到在多于一个循 环。第一、第二和第三检测单元20、 22、 24将相应的第一、第二和 第三检测信号提供给偏置信号产生单元14。偏置信号产生单元用来在 与检测到第一事件有确定关系的时刻调整偏置信号。业已发现，在两 个压力峰值之间执行偏置调整在根据热释放曲线确定HR50和HR5 的曲柄角时导致很小的误差甚至没有误差。有时，外部处理器18用来处理来自两个气缸的压力信号。外部 处理器18交替接入两个压力信号中的一个信号。这样就可以根据相 应压力信号中的每个峰值确定热释放曲线。在这种情况下，调整偏置 信号必须在外部处理器18正在处理另一个压力信号时执行。业已发 现，在检测时刻与调整之间的固定延迟是非常简单而且经济的适当解 决方案。20 ms的延迟适合在850-4000 rpm的范围内正常运行的发动 机。然而，如果必须支持更宽的范围，偏置信号产生器可以包括确定相继检测到第一事件之间的时段的时段确定单元15，其中延迟时间与所述时段有关。这就可以按照曲柄角得到延迟，而不是通过首先确定发动机转速再将一个常数除以该转速得到的时间。这样，调整在检测 到第一事件后曲柄再转过固定的角度时执行。发动机的转速也可以由循环输出信号的一个循环内两个特定事件(例如压力曲线向上和向下经过为满标度的20%的水平的时刻)之间的时段确定。因为压力曲线与曲柄角之间有清晰的关系，因此可以这样做。在这个实施例中，装置2应该包括检测两个特定事件的时刻的单元(未示出)。时段确定单元15应被配置成根据所述两个相继检测到事件的时刻确定延迟时间。由于发动机的非线性特性，转速与 延迟时间之间的关系也可能是非线性的。偏置信号的值可以用简单的双向计数器产生。如果用信号组合单元8来组合模拟信号，可以将计数器值提供给DA变换器。显然，优 选的是DA变换器的字长与计数器的字长相应。在这种情况下，减小 一个步长与DA变换器的-1 LSB相应，而增大一个步长与DA变换 器的+lLSB相应。业已发现，字长为11比特的DA变换器适合与压 力传感器配合使用。偏置信号产生器14被配置成如果在两个相继的调整时刻之间的 时段期间压力信号没有低于水平A而且也不总是高于水平B就保持偏 置信号不变。如果在两个相继的调整时刻之间的时段期间压力信号变 得低于水平A，就将偏置信号减小一个步长，而调整在检测到压力峰 值后进行。此外，如果在两个相继的调整时刻之间的时段期间压力信 号从未低于水平B，就将偏置信号增大一个步长，而调整在检测到压 力峰值后进行。这意味着，如果压力信号的最小值高于B，就必须增 大偏置，以降低循环输出信号，而如果压力信号的最小值低于A，就 必须减小偏置，以提高循环输出信号。通过这样做，压力信号的最小 值将保持在水平A与水平B之间，因为在水平A与水平B之间将存 在与0巴相应的水平。应指出的是，在一个特定实施例中装置不包括第三检测单元24。 在这个实施例中，由于没有第三检测单元24，在每次检测到第一事件 后都要调整循环偏置信号，也就是每个循环都要调整。上面所说明的这个实施例是本发明非常简单和经济的实现方式。 可以用一个检测单元来确定循环输出信号在最后循环内的最小值，而 不是用第二和第三两个检测单元22、 24进行水平检测。于是，偏置 信号产生单元14可以被配置成通过将当前偏置值加上当前循环的最 小值与上个循环的最小值之差来确定新的偏置值。图2示出了按照本发明的补偿装置2的第二实施例的筒化框图。 在这个实施例中不是用来自第二和第三检测单元的检测信号来确定偏置值，而是用从传感器加到装置的输入端28上的另一个信号来确 定偏置值。众所周知，压力传感器的Wheatstone电桥的电阻是与温 度相关的。这种与温度的相关性也适合对均匀温度情况下的偏置的补 偿。此外，对于压力发热塞来说，可以确定稳态和时变的温度与偏置 值之间的关系。这个关系可用来根据从传感器得到的另 一个输入信号 确定偏置值。因此，偏置产生器单元14与传感器连接，以得到与温 度有关的信号。与图1所示的第一实施例类似，在与检测到第一事件 具有确定关系的时刻例如在检测到第 一事件后20ms调整偏置信号。此外，应注意的是，传感件8的增益也是与温度有关的。可以根 据从传感器6得到的这另一个信号得出对增益或灵敏度的补偿。在这 种情况下，偏置产生器单元14更为广义地说是一个补偿信号产生单 元。单元14于是进一步被配置成根据这另一个信号确定新的增益值， 在与检测到第一事件具有确定关系的时刻将提供给信号组合单元8的 增益信号调整到该新的增益值。信号组合单元8于是被配置成在输入 端12上接收偏置信号和增益信号，并且施加偏置和灵敏度补偿。偏 置信号和增益信号将在基本上相同的时刻被调整。在图3中示出了与补偿装置配合使用的压力发热塞30的剖视图。 压力发热塞30包括加热杆31，它配置在发热塞本体内，其中发热塞 本体由两部分组成，上部32.2在连接处而下部32.1在燃烧室侧。膜 片37固定到加热杆31上。膜片37做成在发热塞30的连接端部方向 以气密方式密封补偿装置。传感件38例如呈现为应变片，径向配置 在柔性承载件39上。加热杆31 —侧焊接到柔性承载件39上，而另 一侧焊接到膜片37上。发动机气缸内的压力施加到加热杆31上使加 热杆31轴向位移，从而使柔性承载件39形变。这形变产生使传感件 38伸长的拉伸应力，引起可被检测和评估的信号改变。由于加热杆 31和发热塞本体32.2具有不同的温度系数，而且温度在压力发热塞 30各处会是不均勻的，所以温度增量将导致传感件38所测得的偏置 改变。此外，应注意的是，在将压力发热塞30安装在发动机内期间 也可能引起偏置改变。所有这些影响都可能导致传感器输出的偏置漂移。在传感件提供循环输入信号时，按照本发明的装置可以看作高通滤波器，阻滞DC改变和允许AC信号(压力曲线)通过。该装置通 过减小偏置漂移到大约1%来保持高的输出分辨率，而对增益并没有 影响。图4为示出按照本发明的方法的一个实施例的运行的时序图。该 图示出了五个气缸压力循环。压力曲线没有按比例示出，只是示意性 的。垂直轴将压力值表示为输出信号的最大值的百分比。标为C的水 平线示出了用来检测第一事件的水平。业已发现，这水平为满标度的 16%通常是合适的。在这个例子中，检测是基于峰值检测。下降沿经 过预定水平触发检测到第一事件。这适度地与峰值的预定部分被经过 的时刻相应。标为B和A的水平线分别表示用来检测第二和第三事件 的水平。业已发现对于水平B来说通常为满标度的12%的水平是合适 的，而对于水平A来说通常为满标度的11%的水平是合适的。实际 上，水平A与B之间的某个水平与压力为0巴相应。此外，图4示出了在第一个压力循环内压力降到水平B之下而 一直高于水平A。按照这种状况，在检测到第一事件时确定偏置不需 要调整。因此，可以看到在检测到第一事件后X ms输出信号没有改 变。业已发现，检测到压力曲线下降沿经过16%水平的时刻和20 ms 的延迟这个组合是非常合适的。对于熟悉该技术领域的人员来说，在 根据上升沿经过16。/。水平来检测第一事件时显然值X应作相应修改。 在第二个压力循环内，压力没有降到低于水平B和水平A。在检测到 第一事件时这种状况确定必须调整偏置。偏置值必须增大。由于从来自传感器的信号中减去偏置值，因此输出信号将减小。因此，可以看 到在检测到第一事件后X ms输出信号下跌。这步长是离散步长，与 偏置信号增大一个LSB相应。在第三个压力循环内，压力降到低于水 平B而一直高于水平A。因此，偏置值不改变。在第四个压力循环内， 压力没有降到低于水平B和水平A。因此，偏置值增大，可以看到在 检测到第一事件后X ms输出信号下跌。以上通过典型实施例对本发明的一些实施例作了说明。熟悉该技术领域的人员可以在不背离所附权利要求书所限定的本发明的范围 的情况下对就这些实施例所说明的各个部分作各种修改和变更。例 如，检测第 一事件可以是检测峰顶和相应时刻或者检测在一个循环内 具有可预测时刻的信号的任何其他特征。此外，本发明也可以适用于 只是对灵敏度进行补偿。
权利要求
1.一种对循环输入信号进行补偿的方法，包括检测循环输出信号中的第一事件；产生补偿信号；以及将补偿信号与循环输入信号组合在一起，以得到循环输出信号，其中所述补偿信号在与检测到第一事件具有确定关系的时刻被调整。
2. 按照权利要求1所述的补偿方法，其中所述补偿信号在检测 到第一事件后经过一段延迟时间被调整。
3. 按照权利要求2所述的补偿方法，还包括确定相继检测到事 件之间的时段，其中所述延迟时间与所述时段有关。
4. 按照权利要求l、 2和3中任一项所述的补偿方法，其中所述 补偿信号响应于检测到第一事件和在检测到第一事件后的所述时段 内检测到循环输出信号中的第二事件并且随后再检测到第一事件而产生。
5. 按照权利要求l、 2和3中任一项所述的补偿方法，其中所述 补偿信号响应于检测到第一事件和在检测到第一事件后的所述时段 内检测到循环输出信号中的第二事件和第三事件并且随后再检测到 第一事件而产生。
6. 按照权利要求l、 2和3中任一项所述的补偿方法，其中所述 补偿信号响应于检测到第 一事件和另 一个输入信号而产生。
7. 按照以上权利要求中任一项所述的补偿方法，其中所述第一 事件由循环输出信号的下降沿经过预定输出值确定。
8. 按照权利要求4或5所述的补偿方法，其中当循环输出信号 低于另一个预定输出值时检测到所述第二事件。
9. 按照以上权利要求中任一项所述的补偿方法，其中所述循环 输入信号是从气缸压力传感器得到的。
10. 按照以上权利要求中任一项所述的补偿方法，其中所述补偿 信号被用数字信号控制。
11. 一种对循环输入信号提供补偿的装置，包括 用于检测循环输出信号中的第一事件的第一检测单元(20); 用于产生补偿信号的补偿信号产生单元(14);以及 用于将补偿信号与循环输入信号组合起来以得到循环输出信号的信号组合单元(8),其中所述补偿信号产生单元(14)被配置成 在与检测到第一事件具有确定关系的时刻调整所述补偿信号。
12. 按照权利要求11所述的提供补偿的装置，其中所述补偿信 号在检测到第一事件后经过一段延迟时间被调整。
13. 按照权利要求12所述的提供补偿的装置，还包括用于确定 相继检测到事件之间的时段的时段确定单元(15)，其中所述延迟时 间与所述时段有关。
14. 按照权利要求11、12和13中任一项所述的提供补偿的装置， 其中所述补偿信号产生单元(14)被配置成响应于检测到第一事件和 在检测到第一事件后的所述时段内检测到循环输出信号中的第二事 件并且随后再检测到第一事件，产生补偿信号。
15. 按照权利要求11、12和13中任一项所述的提供补偿的装置， 其中所述补偿信号产生单元(14)被配置成响应于检测到第一事件和 在检测到第一事件后的所述时段内检测到循环输出信号中的第二事 件和第三事件并且随后再检测到第一事件，产生补偿信号。
16. 按照权利要求11、12和13中任一项所述的提供补偿的装置， 其中所述补偿信号产生单元(14)被配置成响应于检测到第一事件和 另一个输入信号而产生补偿信号。
17. 按照权利要求10-16中任一项所述的提供补偿的装置，其中 所述第一事件由循环输出信号的下降沿经过预定输出值确定。
18. 按照权利要求10-17中任一项所述的提供补偿的装置，其中 所述循环输入信号是从气缸压力传感器(30)得到的。
19. 按照权利要求10-18中任一项所述的提供补偿的装置，其中 所述补偿信号被用数字信号控制。
20. —种按照权利要求11-19中任一项所述的装置与在工作中向 所述装置提供循环输入信号的传感器的组合。
全文摘要
本发明揭示了一种向循环输入信号提供补偿的装置和方法。这种装置包括用于检测循环输出信号中的第一事件的第一检测单元(20)；用于产生补偿信号的补偿信号产生单元(14)；以及用于将补偿信号与循环输入信号组合起来得到循环输出信号的信号组合单元(8)。补偿信号产生单元(14)被配置成在与检测到第一事件具有确定关系的时刻调整补偿信号。通过在循环输出信号的循环内的适当时刻调整补偿信号，该调整不会影响对循环输出信号的进一步处理。本发明的方法可用来补偿传感器的偏置和灵敏度特性。
文档编号G01L27/00GK101258394SQ200580051237
公开日2008年9月3日 申请日期2005年7月29日 优先权日2005年7月29日
发明者保罗斯·T·J·杰尼森, 迪姆·迪克 申请人:森萨塔科技荷兰有限公司