专利名称：提高传感器信号的准确度的系统和方法
技术领域：
本公开涉及用于提高传感器信号的准确度的系统和方法。
背景技术：
本部分的陈述只提供与本公开有关的背景信息，并不构成现有技术。
模拟传感器通常用在控制系统中以感测系统的各个参数。例如，车 辆系统监控诸如但不局限于排气温度、节气门(throttle)位置、流体 压力或空气压力等的参数。由这些模拟传感器生成的信号通常被输出到 模数(A/D)转换器，A/D转换器将模拟信号转换成数字值。A/D转换器
在传感器输出和相应的数字表示之间通常具有预定的延迟。
已经有人建议将新近开发的协议，如单边半字节传输(Single Edge Nibble Transmission (SENT))协议(例如S. A, E. J2716中描述的， 其全部内容在此引入以供参考)用在车辆中。在这些系统中，数字传感
器输出校准脉沖和传感器信号。传感器信号是可变脉沖宽度数字信号， 其包括在下降沿到下降沿的倍数测量数据的(with data measured as falling edge to falling edge times) —列脉冲。结果，传输传感器 信号所需的时间量取决于被测量的实际传感器值。除了这个可变延迟 外，由于处理延时还会产生附加的可变延迟。
例如， 一些车辆每T毫秒对节气门位置进行采样以用于电子节气门 控制(ETC)目的。从读取传感器的时间到T毫秒循环在中央处理单元 (CPU)或发动机控制模块(ECM)中开始存在可变的时延。最后一个完 整的样本是在CPU或ECM发出请求时从接口获得的。结果，在向CPU或 ECM中的应用软件报告节气门位置时可能存在与实际读取传感器时间的 可变延时。通过SENT协议在从传感器到CPU或ECM的完整传输之间可
4能需要第一延时周期。当应用程序正在读取硬件接口时，另一个采样可 能正在进行，这可能加入了第二延时周期。延时是可变的，因为数据是
与任何基于时间或基于事件的软件循环异步地传输到CPU或ECM的。
发明内容
一种感测系统包括传感器，该传感器生成校准脉沖和第一传感器数 据，并使用可变脉冲宽度传输第一传感器数据。控制模块基于校准脉冲 和请求传感器数据的时间之间的时间差确定第 一传感器数据的存在时 间(age),基于N个先前的传感器数据样本和第一传感器数据样本确定
传感器数据的变化速率，并基于该时间差和变化速率调节第一传感器数 据。
根据本文提供的描述，本发明的其它适用性领域将变得显而易见。 应该理解本描述和具体例子只打算用作说明的目的，并不打算限制本公 开的范围。
本文描迷的附图只用于说明目的，并不打算以任何方式限制本公开 的范围。
图1A是根据本公开的感测系统的功能框图1B是包括根据本公开的感测系统的车辆的功能框图2A是到图1的接口的输入的信号图2B是与图1的CPU相关联的外推(extrapolating)模块的信号
图3图解说明在具有可变延迟的系统中外推传感器数据的方法的各 ' 图4是另一个示例性控制模块的功能框图。
具体实施例方式
以下描述本质上只是示例性的，并不旨在限制本公开、应用或用途。 应该理解在所有附图中，相应的参考数字表示相同或相应的部件和零 件。如本文使用的，术语模块指的是专用集成电路USIC)、电子电路、 执行一个或多个软件或固件程序的处理器(共享、专用或成组的)及存储器、组合逻辑电路和/或提供期望功能性的其它适用部件。
本公开描述了可以在硬件接口、CPU和/或ECM中实现以补偿可变延 迟的系统和方法。例如仅在车辆应用中，数据可以由车辆传感器产生， 所述车辆传感器诸如但不限于节气门位置传感器(TPS)、空气质量流 量(MAF)传感器或其它传感器。尽管本文描述的是车辆中的节气门位 置，但本领域技术人员会认识到可以使用其它任何传感器，并且/或者 可以使用不同于车辆的环境。
传感器生成校准脉冲和传感器数据。所迷系统和方法生成校准脉冲 开始时的时间戳和CPU或ECM请求传感器数据的当前时间的时间戳。时 间差用来外推传感器数据，使得当CPU或ECM实际使用传感器数据时， 这些数据能更加准确地表示实际传感器值(诸如节气门位置)。
例如，N个先前的传感器数据值可以用来建立变化速率，其中N是 大于零的整数。时间差和变化速率可以用来建立新的值。例如，可以使 用诸如线性插值之类的插值(interpolation)。
结果，传感器被近似"实时"地读取，以便现有控制系统可以用这 些数据作为反馈，而通过诸如SENT数字通信链路的通信链路接收的数 据中的可变延迟不会引起稳定性问题。
现在参考图1A，它显示了根据本公开的感测系统8。传感器10生 成输出到总线14的传感器数据信号和校准脉沖。传感器IO可以包括生 成脉冲宽度调制信号的数字传感器。接口 16与总线14通信。中央处理 单元24包括外推模块26。可以认识到，如果需要接口 l6可以与CPU 24 集成到一起。只作为例子，CPU可以是ECM。
使用中，传感器IO生成输出到总线14的数字传感器数据和校准脉 冲。传感器IO—开始可以将校准脉冲传输到接口 16或CPU 24。传感器 IO通过使用可变脉冲宽度经由总线14发送数字传感器数据。例如，传 感器IO可以遵从SENT协议。可变延迟可能由数据值的变化和CPU需要 数据的时间差引起。
CPU 24、外推模块26和/或接口 16接收传感器数据，并基于校准 脉冲被接收的时间和传感器数据被CPU 24请求或使用的时间之间的差 值生成数据的存在时间。CPU 24或外推模块26基于传感器数据的N个 先前值和当前的传感器数据生成变化速率，其中N是大于零的整数。该 变化速率被应用到该差值以生成时间上更为准确的传感器数椐。现在参考图IB,车辆50包括具有节气门位置单元(TPU) 54的发 动机控制模块(ECM) 52。 ECM 52和TPU 54执行如本文描述的补偿。
现在参考图2A和2B,它们分别显示了到与图1的CPU24相关联的 接口 16和外推^t块26的示例性输入。在这个示例性实施方式中，接口 16计算传感器数据的存在时间，并报告从消息被接收(依照校准脉冲时 间戳的开始)直到将其报告给CPU 24已逝去的时间。
CPU 24可以在新的样本被接收之前再次请求传感器样本。如果还没 有接收到新的有效样本，则相同的传感器数据可以被再次报告。然而， 传感器数据的存在时间可以被更新以显示该传感器数据目前更"旧 (older)，，。
接口 16、 CPU 24和/或外推模块26可以计算经外推或经补偿的传 感器数据。CPU24和/或外推模块26可以使用存在时间值，并根据外推 因子(诸如0和1之间的值)应用基于时间的补偿。只作为例子，适当 的方程为(不包括初始化，误差和故障/使能条件)
IF (循环速率+最后存在时间-当前存在时间)>-校准#如果从最后 一次循环以来没有新的传感器数据，确保不被0除
THEN
传感器速率-(传感器数据-旧的传感器数据)/ (循环速率+最后 存在时间-当前存在时间)
旧的传感器数椐-传感器数据 ENDIF
最后存在时间=当前存在时间
经外推的传感器数据=传感器速率*外推因子*当前存在时间+传 感器数据
现在参考图3，它显示了用来在具有可变延迟的系统中外推传感器 数据的方法。控制从步骤IOO开始。在步骤108中，传感器生成校准脉 沖。同样在步骤108中，传感器生成传感器数据，并经由总线传输该数 据。在步骤112中，接口读取传感器数据并生成接收时的时间戳。可替 代地，接口生成传感器数据的存在时间，并将该数据转发到CPU。在步 骤116中，CPU和/或外推;漠块还确定当前传感器读数和一个或多个先前 传感器读数之间的变化速率。在步骤120中，CPU和/或外推模块确定校 准脉冲和时间戳之间的时间差。在步骤124中，CPU和/或外推模块基于该变化速率和时间差调节当前读数。如果需要，如上文所述，外推因子
可以用来提供可变调节。控制在步骤128结束或返回。
可以认识到的是，该系统和方法可以用在具有SENT协议的车辆系 统中。与ECM相关联的TPU可以预处理接收的SENT数据，并使得表示 最新完成的SENT和之前完成的SENT消息的传感器读数值的数据对CPU 可用。同样，TPU可以给来自两个最新接收的SENT消息的两组传感器数 据加时间戳。
在另一种实施方式中，使用的是之前描述的方法。然而，当从TPU 读取传感器数据时，TPU可以将从请求时间到对于一个时间戳的消息接 收时间之间的△时间，以及接收最后两个SENT消息之间的△时间返回。
在任何一种方法中，ECM和/或TPU可以使用该数椐来外推在向TPU 请求时传感器的当前值或位置。该方法估计被两个时间之间的△时间除 的传感器值的△变化。读取TPU以及读取最新的消息之间的△时间与斜 率的乘积可以加到最新的传感器读数上以提供经补偿的传感器读数，该 经补偿的传感器读数倾向于更不易受TPU数据的可变延迟的影响。
0到1间的校准因子可以被输入到TPU或用在ECM中以定义希望多 少外推。O可以对应于无外推，l可以对应于全线性外推。
现在参考图4，它显示了可替代的示例性控制模块200。控制模块 200包括探测由以上描迷的传感器传输的校准脉冲的校准脉沖探测器 204。控制模块200包括存在时间确定模块208,其基于校准脉冲与传感 器数据被接收和使用的至少其中之一的时间之间的时间差确定第 一传 感器数据的存在时间。速率确定模块212基于N个先前的传感器数据样 本和第一传感器数椐样本确定传感器数椐的变化速率。延迟补偿模块 216基于该时间差和变化速率对第一传感器数据进行补偿。延迟补偿冲莫 块216可以从外推模块220接收外推因子，并可以基于该时间差，变化 速率和外推因子对第 一传感器数据进行补偿。
现在本领域技术人员从前述描述可以认识到本公开的宽泛教导可 以以各种形式实现。因此，尽管本公开包括具体的例子，但本公开的真 实范围不应该受此限制，因为在研究附图，说明书和所附权利要求书之 后其它变形对于本领域技术人员将是显而易见的。
8
权利要求
1.一种感测系统，包括传感器，其生成校准脉冲和第一传感器数据，并使用可变脉冲宽度传输所述第一传感器数据；和控制模块，其基于所述校准脉冲和所述传感器数据被请求的时间之间的时间差确定所述第一传感器数据的存在时间，基于N个先前的传感器数据样本和所述第一传感器数据样本确定所述传感器数据的变化速率，并基于所述时间差和所述变化速率调节所述第一传感器数据。
2. 根据权利要求1所述的感测系统，其中所述控制模块包括接口 和中央处理单元(CPU)。
3. 根据权利要求2所迷的感测系统，其中所述接口生成所述第一 传感器数据和所述时间差。
4. 根据权利要求1所述的感测系统，其中所述控制模块接收外推 因子，并且其中所述控制模块基于所述时间差，所述变化速率和所述外 推因子对所述第 一传感器数据进行补偿。
5. —种包括权利要求1所述的感测系统的车辆。
6. —种方法，包括 生成校准脉沖和第一传感器数据；使用可变脉冲宽度传输所述第 一传感器数据； 基于所述校准脉冲和所述传感器数据被请求的时间之间的时间差 确定所述第一传感器数据的存在时间；基于N个先前的传感器数据样本和所迷第一传感器数据样本确定所述传感器数据的变化速率；基于所述时间差和所述变化速率调节所迷第 一传感器数据。
7. 根据权利要求6所述的方法，进一步包括 接收外推因子；和基于所述时间差，所述变化速率和所述外推因子对所述第一传感器 数据进行补偿。
8. —种控制系统，包括存在时间确定模块，其基于校准脉冲和所述传感器数据被请求的时 间之间的时间差确定第 一传感器数据的存在时间；速率确定模块，其基于N个先前的传感器数据样本和所述第一传感器数据样本确定所述传感器数据的变化速率；和延迟补偿模块，其基于所述时间差和所述变化速率对所述第一传感 器数据进行补偿。
9. 根据权利要求8所述的控制系统，其中所述延迟补偿模块接收 外推因子并基于所述时间差，所述变化速率和所述外推因子对所述第一 传感器数据进行补偿。
10. —种包括权利要求8所述的控制系统的车辆。
11. 根据权利要求8所述的控制系统，进一步包括探测所述校准脉 沖的校准脉沖探测器模块。
12. —种包括权利要求11所述的控制系统的感测系统，进一步包括传感器，其生成所述校准脉沖和所述第一传感器数据，并使用可变 脉沖宽度传输所述第 一传感器数据。
全文摘要
本发明涉及提高传感器信号的准确度的系统和方法。一种感测系统包括传感器，该传感器生成校准脉冲和第一传感器数据，并使用可变脉冲宽度传输第一传感器数据。控制模块基于校准脉冲和传感器数据被接收和被使用的至少其中之一的时间之间的时间差确定第一传感器数据的存在时间，基于N个先前的传感器数据样本和第一传感器数据样本确定传感器数据的变化速率，并基于该时间差和变化速率调节第一传感器数据。
文档编号G01D5/12GK101539436SQ200810149760
公开日2009年9月23日 申请日期2008年9月25日 优先权日2008年3月21日
发明者P·A·鲍尔勒 申请人:通用汽车环球科技运作公司