用于机动车辆的凸轮轴传感器的自动校准方法
【专利摘要】本发明的主题是一种用于机动车辆的凸轮轴传感器的自动校准方法，所述车辆具有至少一个凸轮轴（16）、与这个凸轮轴关联的带齿编码的目标（或者磁性编码器）（14）和磁场传感器（10），该磁场传感器被置于目标附近，以便探测由目标的齿在传感器附近经过造成的磁场变化，所述传感器传递被预定探测阈值K所校正的信号。根据本发明，所述方法包括：在目标的至少一圈回转期间连续测量磁场的大小；确定在所述回转期间测量的场的最大幅值Amax；确定在所述回转期间测量的场的最小幅值Amin；找到幅值的比率；以及利用下述公式、考虑到目标的几何不完美来确定被应用到从磁性传感器所发出的信号的自适应校正系数K’：。
【专利说明】用于机动车辆的凸轮轴传感器的自动校准方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于机动车辆凸轮轴传感器的自动校准方法。更具体地，本发明涉及自动确定被安装在机动车辆发动机的凸轮轴的端部处的齿轮(也被称为目标)的“不圆度”。
【背景技术】
[0002]凸轮轴传感器被用于机动车辆中，以确定各汽缸在发动机燃烧循环中的位置；换言之，以确定在每个汽缸内是发生进气冲程、压缩冲程、膨胀冲程还是排气冲程。这种类型的传感器包括磁场发生器(例如永磁体)、磁场探测器件(例如霍耳效应电池、磁阻(MR)电池、巨磁阻(GMR)电池或者其他类型)和用于处理由磁场探测器件接收到的信号的电子电路。所谓的有源传感器的这些传感器将数字信号传递到中央计算机以便处理。
[0003]磁场发生器也可以是由磁性材料制成的且具有交替的南和北极的目标。在这种情况下，取决于所用的探测器件，传感器可以包括或者可以不包括永磁体。在下文中，南和北极被看作等效于机械目标的齿和间隔。
[0004]凸轮轴传感器以公知方式关联于固定到凸轮轴的目标。这个目标采取具有带齿周边的盘的形式。这些齿全部具有相同高度，但是具有不同的间距(间隔)和长度，从而提供编码汽缸在机动车辆的内燃发动机的燃烧循环内的定位的器件(就其本身而言是公知的)。
[0005]传感器中存在的磁场探测器件探测目标的齿在传感器前方的经过，并且得到信号能够被用于以公知方式确定每个汽缸相对于发动机的燃烧循环的位置。
[0006]通过观察在目标的一圈回转期间凸轮轴传感器所感测的磁场的变化的曲线来确定每个汽缸在发动机循环内的位置。这个曲线具有一系列峰值，每个峰值对应于目标的一个齿。通过测量每个峰值和下一峰值之间的间距以及每个峰值的持续时间，能够相对于发动机燃烧循环确定每个汽缸的位置。为此目的，因此重要的是，确保传感器所产生的信号的电气边缘的位置相对于目标的机械边缘的位置来说的准确性。其电气边缘中的每个电气边缘均代表目标机械边缘的经过。目的是最小化由传感器和目标之间的可变间距导致的信号的相位偏移。当磁信号跨过与其幅值成比例的预定阈值时，传感器所产生的电气信号改变状态(高或者低)。为此目的，设定这个阈值(设定为75%，这对应于在电气边缘相对于大多数现有目标的机械边缘的准确性方面的最佳水平)，以便确定限定齿的每个边缘的经过的瞬时。因此，只要探测到感测的磁场的第一最大值和第一最小值，对应于这个幅值的75%的阈值被确认，并且假定如果磁场的测量值下降到低于这个阈值则探测到下降沿，并且相反地如果磁场的测量值上升高于这个阈值则感测到上升沿(或者反之亦可)。借此，优化了边缘探测的时刻。然而，这种方法预先假设，所有齿具有相同高度并且各种齿之间没有几何差异。因此预先假设，目标的几何构型几乎完美的。
[0007]然而，(传感器和目标的)这些系统具有如下缺点:对目标在凸轮轴上的定位且对这个目标的几何构型敏感。
[0008]因为成本的原因，作为具有在预定间距处的预定尺寸的齿的简单金属部件的目标被连续地制造并且通常具有不完美几何构型。显然地，齿相对于目标中心并不总是具有相同高度。这种缺陷被称为“不圆度”。其结果是目标齿的上部没有被全部定位在居中在凸轮轴上的同一圆上。因此，这种问题被称为“不圆度”。制造的目标的这种不圆度会伴随有由于目标在凸轮轴上的组装而产生的不圆度。
[0009]显而易见地，因为凸轮轴传感器测量齿在其前方的经过所产生的磁场变化，因此如果一个齿比其他齿低(或高)，则这个齿和传感器之间的间距相对其他齿来说变化并且导致感测的磁场的变化。磁场的这些变化会(通过降低电气边缘相对于机械边缘的位置的准确性)篡改做出的测量，或者甚至无法被传感器诠释(其中因为磁场在探测阈值之下，所以无法探测到齿)。则凸轮轴传感器所传递的信号是不正确的，并且每个汽缸在发动机循环中的位置的确定被扭曲，或者甚至不能被正确地执行。
[0010]US 2009/0001965描述了磁场传感器和用于校准这种传感器的方法，其中连续测量由目标旋转导致的磁场变化，以便确定接收到的最大和最小磁场值。然而，这种方法不能补偿不正确定位(或者补偿目标的不正确几何构型)，这是因为转换阈值的计算不能探测到这些异常。
[0011]作为其一部分，US 6 967 477描述了自适应齿轮传感器。然而，这种传感器无法探测在齿轮的定位和几何构型方面的误差。
【发明内容】
[0012]本发明的目的是自动确定目标的不圆度从而校准磁场探测器件，以便考虑到这种不圆度并且因此将校正的测量(电气边缘相对于机械边缘具有更大准确度并且消除了不探测齿的风险)传递到中央计算机，所述中央计算机负责确定每个汽缸在发动机循环内的位置。
[0013]本发明的进一步目的是确定由于目标在发动机环境中的老化而导致的会在所述目标中出现的不圆度，并且自动校准与这个目标关联的传感器，以便考虑到由老化引起的这种不圆度。
[0014]为此目的，本发明提出一种用于所述发动机的自动校准方法，该发动机具有至少一个凸轮轴、与这个凸轮轴关联的带齿编码目标以及磁场传感器，所述磁场传感器被置于所述目标附近，以探测由所述目标的所述齿在所述传感器附近经过导致的磁场变化，所述传感器传递根据预定探测阈值K而定的代表所述目标的齿和间隔的电气信号，所述预定探测阈值K根据所述磁场的幅值而定，所述方法包括在对应于所述目标的至少一圈回转的时间期间连续测量所述磁场的值，所述方法的特征在于，所述方法包括:
*通过确定如下值来确定这个时间期间测量的场的最大幅值Amax:
-在所述目标的至少一圈回转期间所述传感器所接收的所述场的最小值Bmin,
-在所述目标的至少一圈回转期间所述传感器所接收的所述场的最大值Bmax_max，
-在所述目标的至少一圈回转期间针对该组齿所接收的所述场的最大值Bmax_max和所接收的所述场的最小值Bmin之间的差，和
*通过确定如下值来确定在所述时间期间测量的所述场的最小幅值Amin:
-在所述目标的至少一圈回转期间所述传感器所接收的所述场的最小值Bmin,
-在所述目标的至少一圈回转期间针对该组齿的最大场的最小值Bmax_min，和 -在所述目标的至少一圈回转期间所接收的所述场的最小值8___和所接收的所述测量磁场而有利地确定在目标的一圈回转:附近经过时感测的在目标的一圈回转期间丨值实际上被定义为齿在传感器前方经过期亡时感测的最小场之间的差。
值被设定成75% (或者任何其他的固定值，是使得相对目标供应的传感器电气响应(关:说所述电气响应针对传感器和目标之间的则通过考虑到不圆度的已校正探测阈值来
从下述描述中将更加清楚地理解本发明的3勺示意性截面图，
[陷的目标相关联的传感器感测的磁场的变度h(当目标具有理想几何构型时)，但是具有不同的长度I1至I3和间距(间隔)Sl至s3。这些不同的长度和间距以公知方式形成代码。
[0023]这个传感器和目标组件的操作在下文被描述。
[0024]当目标14被凸轮轴16旋转(箭头F，图1)时，传感器10感测一系列磁场变化，这代表在其前方经过的齿的长度I及其间距S。以此方式获得的曲线在图2中被示出。
[0025]在该图中，水平轴线示出了从0°变化到360°的发动机循环的角度α，并且竖直轴线示出了所感测的磁场的值B (该场根据间隙被标准化)。在图2示出的情况下，所有齿都具有相同高度，并且目标没有几何缺陷。因此，对于所有三个齿而言，每个齿经过期间传感器感测的最大场Bmax_dmt是相同的。在所示示例中，这个场的值是I。图2示出了三个齿的经过，前两个相对靠近在一起，且第一个比第二个宽，而第三齿的经过比第二齿更窄且更远离第二齿。这对应于图1所示的目标的几何构型。
[0026]如果目标的几何构型是完美的(如图2的情况)，则一旦感测的磁场上升到高于或下降到低于与场的最大感测幅值成比例的预定阈值(例如Bmax_dent-Bmin的75%)，就存在探测齿边缘经过的公知方式。在图2中由虚线示出了感测的场的这个阈值(最佳探测阈值，KciX
[0027]然而，与凸轮轴相关联的目标可以具有几何不完美。显然地，目标可以有一定程度的不圆度；换言之，其可以具有其高度h不相等的齿。在这种情况下，当使得不完美的目标旋转时，其齿在传感器10前方的经过导致磁场的变化，如图3所示的。以类似于图2的方式，这个曲线的水平轴线示出了发动机循环的角度α，而竖直轴线示出了磁场B，其根据传感器10所感测的间隙而被标准化。
[0028]然而，在这种情况下，能够看出，在整个发动机循环上(换言之，在凸轮轴目标的一圈回转期间)，针对每个齿所感测的最大场Bmax_dmt是不相同的。事实上，第一齿被探测成具有最大场B1,第二齿具有最大场B2,且第三齿具有最大场B3。在所述情况下，B3小于B1, B1本身小于B2。在这种示例中，为了正确地探测三个齿的经过，必须将探测齿边缘经过的阈值减小到K1=最大场的63%。这是因为，如果这个限制值被保持如在图2情况中的75%，则将无法探测第三齿的经过。
[0029]此时产生的问题是，如果所使用的边缘经过探测阈值具有固定值Ktl (如这里的情况那样)，则探测阈值K1必须被设定成比最佳Ktl更低的水平，以便探测到所有的齿经过。然而，设定一较低值K1则降低了具有正确几何构型的齿的经过的探测准确性，这是因为磁场曲线根据它们经过探测阈值的点处的间隙而发散，这显然不是用于最优探测阈值的情况(如参考图4解释的)。
[0030]因为探测齿经过所需的探测阈值变得更低(参见K2的示例，K2在图4中被设定为场的30%)，所以角度范围[Ci1, α2]变得更大。因此，在相同附图中，如果K4被设定成标准化场的50%，则发动机角度范围[α ’ 1; α ’ 2]被显著减少，而如果探测阈值是Ktl (等于75%)，则不存在发动机角度范围，而是只有单个值α (因此其是非常准确的)。因此，如果探测阈值是大约75%，则角度α不根据间隙而变化；然而如果探测阈值是低的(例如，K2),则角度α根据间隙e而变化。
[0031]因此，减小探测阈值以允许探测到齿的经过(以克服不完美齿的问题)对于确定在齿经过的时刻的发动机角度α的准确性具有不利影响。因此使用固定探测阈值来探测齿的经过是不令人满意的技术方案。[0032]本发明的目的是自动地计算能够克服任意不圆度的磁场探测阈值，这个值是自适应的，且仍为齿的经过探测(电气信号边缘)提供最佳的可能准确性。
[0033]为此，本发明包括:
步骤1:在目标的整个一圈回转期间连续地测量磁场的值。以此方式，连续确定在每个齿的经过期间磁场的最大值Bmax_dmt。另外，只要目标完成一个完整回转(或者作为变型，在η个完整回转之后)，就确定在目标的该回转期间所述场的最大值Β___。这个最大值Β___是在目标的一圈回转期间测量的值Bmax_dmt中的最大值。类似地，在目标的一圈回转期间确定最大的感测场值BMX_de;nt中的最小值BniaxIintl
[0034]还确定在目标的一圈回转期间在目标的间隔中测量的磁场的最小值Bmin。
[0035]在下表中给出了对于具有不圆度且具有四个齿的目标进行的测量的示例:
【权利要求】
1.一种用于机动车辆的凸轮轴传感器的自动校准方法，所述发动机具有至少一个凸轮轴(16)、与所述凸轮轴关联的带齿编码目标(14)以及磁场传感器(10)，所述磁场传感器被置于所述目标附近，以探测由所述目标的所述齿在所述传感器附近经过导致的磁场变化，所述传感器传递根据预定探测阈值K而定的代表所述目标的齿和间隔的电气信号，所述预定探测阈值K根据所述磁场的幅值而定，所述方法包括在对应于所述目标的至少一圈回转的时间期间连续测量所述磁场的值，所述方法的特征在于，所述方法包括: *通过确定如下值来确定在所述时间期间测量的所述场的最大幅值Amax: -在所述目标的至少一圈回转期间所述传感器所接收的所述场的最小值Bmin, -在所述目标的至少一圈回转期间所述传感器所接收的所述场的最大值Bmax_max， -在所述目标的至少一圈回转期间针对该组齿所接收的所述场的最大值Bmax_max和所接收的所述场的最小值Bmin之间的差，和 *通过确定如下值来确定在所述时间期间测量的所述场的最小幅值Amin: -在所述目标的至少一圈回转期间所述传感器所接收的所述场的最小值Bmin, -在所述目标的至少一圈回转期间针对该组齿的最大场的最小值Bmax_min，和-在所述目标的至少一圈回转期间所接收的所述场的最小值8___和所接收的所述场的最小值Bmin之间的差，和 *根据下述公式，确定考虑到所述目标的几何和/或组装不完美度的、待被施加到从所述磁性传感器接收的所述信号的、用于探测所述目标的所述齿和间隔的自适应阈值K’: K=Amin/amax*k
2.根据权利要求1所述的自动校准方法，其特征在于，用于探测所述目标的所述齿和间隔的所述自适应阈值K’在所述车辆的每次起动时被再次计算，并且接着被应用于所述发动机的整个操作时期，直到所述发动机下次停止。
3.根据权利要求1所述的自动校准方法，其特征在于，用于探测所述目标的所述齿和间隔的所述自适应阈值K’在所述车辆的每次起动时被再次计算，在所述目标的每η圈回转之后的所述车辆起动之后被再次计算，并且接着被更新并应用于所述发动机的整个操作时期，直到所述发动机下次停止。
4.根据前述权利要求中任一项所述的自动校准方法，其特征在于，用于探测所述目标的所述齿和所述间隔的阈值K在所述车辆被第一次起动时被设定成所述幅值的预定百分t匕，并且在随后起动的时刻被设定成在前一起动时计算的自适应校正系数K’的值。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的自动校准方法，其特征在于，用于探测所述目标的所述齿和所述间隔的所述阈值K在所述车辆的每次起动时被设定成所述传感器接收到的所述磁场的所述幅值的预定百分比。
【文档编号】G01R33/09GK103842839SQ201280048771
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2012年7月20日 优先权日:2011年8月4日
【发明者】L.卡尔博纳, M-N.拉吕, O.马尔勒 申请人:法国大陆汽车公司, 欧陆汽车有限责任公司