專利名稱：提高傳感器信號的準確度的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開涉及用于提高傳感器信號的準確度的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
本部分的陳述只提供與本公開有關(guān)的背景信息，并不構(gòu)成現(xiàn)有技術(shù)。
模擬傳感器通常用在控制系統(tǒng)中以感測系統(tǒng)的各個參數(shù)。例如，車 輛系統(tǒng)監(jiān)控諸如但不局限于排氣溫度、節(jié)氣門(throttle)位置、流體 壓力或空氣壓力等的參數(shù)。由這些模擬傳感器生成的信號通常被輸出到 模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器，A/D轉(zhuǎn)換器將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字值。A/D轉(zhuǎn)換器
在傳感器輸出和相應(yīng)的數(shù)字表示之間通常具有預定的延遲。
已經(jīng)有人建議將新近開發(fā)的協(xié)議，如單邊半字節(jié)傳輸(Single Edge Nibble Transmission (SENT))協(xié)議(例如S. A, E. J2716中描述的， 其全部內(nèi)容在此引入以供參考)用在車輛中。在這些系統(tǒng)中，數(shù)字傳感
器輸出校準脈沖和傳感器信號。傳感器信號是可變脈沖寬度數(shù)字信號， 其包括在下降沿到下降沿的倍數(shù)測量數(shù)據(jù)的(with data measured as falling edge to falling edge times) —列脈沖。結(jié)果，傳輸傳感器 信號所需的時間量取決于被測量的實際傳感器值。除了這個可變延遲 外，由于處理延時還會產(chǎn)生附加的可變延遲。
例如， 一些車輛每T毫秒對節(jié)氣門位置進行采樣以用于電子節(jié)氣門 控制(ETC)目的。從讀取傳感器的時間到T毫秒循環(huán)在中央處理單元 (CPU)或發(fā)動機控制模塊(ECM)中開始存在可變的時延。最后一個完 整的樣本是在CPU或ECM發(fā)出請求時從接口獲得的。結(jié)果，在向CPU或 ECM中的應(yīng)用軟件報告節(jié)氣門位置時可能存在與實際讀取傳感器時間的 可變延時。通過SENT協(xié)議在從傳感器到CPU或ECM的完整傳輸之間可
4能需要第一延時周期。當應(yīng)用程序正在讀取硬件接口時，另一個采樣可 能正在進行，這可能加入了第二延時周期。延時是可變的，因為數(shù)據(jù)是
與任何基于時間或基于事件的軟件循環(huán)異步地傳輸?shù)紺PU或ECM的。

發(fā)明內(nèi)容
一種感測系統(tǒng)包括傳感器，該傳感器生成校準脈沖和第一傳感器數(shù) 據(jù)，并使用可變脈沖寬度傳輸?shù)谝粋鞲衅鲾?shù)據(jù)?？刂颇K基于校準脈沖 和請求傳感器數(shù)據(jù)的時間之間的時間差確定第 一傳感器數(shù)據(jù)的存在時 間(age),基于N個先前的傳感器數(shù)據(jù)樣本和第一傳感器數(shù)據(jù)樣本確定
傳感器數(shù)據(jù)的變化速率，并基于該時間差和變化速率調(diào)節(jié)第一傳感器數(shù) 據(jù)。
根據(jù)本文提供的描述，本發(fā)明的其它適用性領(lǐng)域?qū)⒆兊蔑@而易見。 應(yīng)該理解本描述和具體例子只打算用作說明的目的，并不打算限制本公 開的范圍。


本文描迷的附圖只用于說明目的，并不打算以任何方式限制本公開 的范圍。
圖1A是根據(jù)本公開的感測系統(tǒng)的功能框圖1B是包括根據(jù)本公開的感測系統(tǒng)的車輛的功能框圖2A是到圖1的接口的輸入的信號圖2B是與圖1的CPU相關(guān)聯(lián)的外推(extrapolating)模塊的信號
圖3圖解說明在具有可變延遲的系統(tǒng)中外推傳感器數(shù)據(jù)的方法的各 ' 圖4是另一個示例性控制模塊的功能框圖。
具體實施例方式
以下描述本質(zhì)上只是示例性的，并不旨在限制本公開、應(yīng)用或用途。 應(yīng)該理解在所有附圖中，相應(yīng)的參考數(shù)字表示相同或相應(yīng)的部件和零 件。如本文使用的，術(shù)語模塊指的是專用集成電路USIC)、電子電路、 執(zhí)行一個或多個軟件或固件程序的處理器(共享、專用或成組的)及存儲器、組合邏輯電路和/或提供期望功能性的其它適用部件。
本公開描述了可以在硬件接口、CPU和/或ECM中實現(xiàn)以補償可變延 遲的系統(tǒng)和方法。例如僅在車輛應(yīng)用中，數(shù)據(jù)可以由車輛傳感器產(chǎn)生， 所述車輛傳感器諸如但不限于節(jié)氣門位置傳感器(TPS)、空氣質(zhì)量流 量(MAF)傳感器或其它傳感器。盡管本文描述的是車輛中的節(jié)氣門位 置，但本領(lǐng)域技術(shù)人員會認識到可以使用其它任何傳感器，并且/或者 可以使用不同于車輛的環(huán)境。
傳感器生成校準脈沖和傳感器數(shù)據(jù)。所迷系統(tǒng)和方法生成校準脈沖 開始時的時間戳和CPU或ECM請求傳感器數(shù)據(jù)的當前時間的時間戳。時 間差用來外推傳感器數(shù)據(jù)，使得當CPU或ECM實際使用傳感器數(shù)據(jù)時， 這些數(shù)據(jù)能更加準確地表示實際傳感器值(諸如節(jié)氣門位置)。
例如，N個先前的傳感器數(shù)據(jù)值可以用來建立變化速率，其中N是 大于零的整數(shù)。時間差和變化速率可以用來建立新的值。例如，可以使 用諸如線性插值之類的插值(interpolation)。
結(jié)果，傳感器被近似"實時"地讀取，以便現(xiàn)有控制系統(tǒng)可以用這 些數(shù)據(jù)作為反饋，而通過諸如SENT數(shù)字通信鏈路的通信鏈路接收的數(shù) 據(jù)中的可變延遲不會引起穩(wěn)定性問題。
現(xiàn)在參考圖1A，它顯示了根據(jù)本公開的感測系統(tǒng)8。傳感器10生 成輸出到總線14的傳感器數(shù)據(jù)信號和校準脈沖。傳感器IO可以包括生 成脈沖寬度調(diào)制信號的數(shù)字傳感器。接口 16與總線14通信。中央處理 單元24包括外推模塊26?？梢哉J識到，如果需要接口 l6可以與CPU 24 集成到一起。只作為例子，CPU可以是ECM。
使用中，傳感器IO生成輸出到總線14的數(shù)字傳感器數(shù)據(jù)和校準脈 沖。傳感器IO—開始可以將校準脈沖傳輸?shù)浇涌?16或CPU 24。傳感器 IO通過使用可變脈沖寬度經(jīng)由總線14發(fā)送數(shù)字傳感器數(shù)據(jù)。例如，傳 感器IO可以遵從SENT協(xié)議?？勺冄舆t可能由數(shù)據(jù)值的變化和CPU需要 數(shù)據(jù)的時間差引起。
CPU 24、外推模塊26和/或接口 16接收傳感器數(shù)據(jù)，并基于校準 脈沖被接收的時間和傳感器數(shù)據(jù)被CPU 24請求或使用的時間之間的差 值生成數(shù)據(jù)的存在時間。CPU 24或外推模塊26基于傳感器數(shù)據(jù)的N個 先前值和當前的傳感器數(shù)據(jù)生成變化速率，其中N是大于零的整數(shù)。該 變化速率被應(yīng)用到該差值以生成時間上更為準確的傳感器數(shù)椐?，F(xiàn)在參考圖IB,車輛50包括具有節(jié)氣門位置單元(TPU) 54的發(fā) 動機控制模塊(ECM) 52。 ECM 52和TPU 54執(zhí)行如本文描述的補償。
現(xiàn)在參考圖2A和2B,它們分別顯示了到與圖1的CPU24相關(guān)聯(lián)的 接口 16和外推^t塊26的示例性輸入。在這個示例性實施方式中，接口 16計算傳感器數(shù)據(jù)的存在時間，并報告從消息被接收(依照校準脈沖時 間戳的開始)直到將其報告給CPU 24已逝去的時間。
CPU 24可以在新的樣本被接收之前再次請求傳感器樣本。如果還沒 有接收到新的有效樣本，則相同的傳感器數(shù)據(jù)可以被再次報告。然而， 傳感器數(shù)據(jù)的存在時間可以被更新以顯示該傳感器數(shù)據(jù)目前更"舊 (older)，，。
接口 16、 CPU 24和/或外推模塊26可以計算經(jīng)外推或經(jīng)補償?shù)膫?感器數(shù)據(jù)。CPU24和/或外推模塊26可以使用存在時間值，并根據(jù)外推 因子(諸如0和1之間的值)應(yīng)用基于時間的補償。只作為例子，適當 的方程為(不包括初始化，誤差和故障/使能條件)
IF (循環(huán)速率+最后存在時間-當前存在時間)>-校準#如果從最后 一次循環(huán)以來沒有新的傳感器數(shù)據(jù)，確保不被0除
THEN
傳感器速率-(傳感器數(shù)據(jù)-舊的傳感器數(shù)據(jù))/ (循環(huán)速率+最后 存在時間-當前存在時間)
舊的傳感器數(shù)椐-傳感器數(shù)據(jù) ENDIF
最后存在時間=當前存在時間
經(jīng)外推的傳感器數(shù)據(jù)=傳感器速率*外推因子*當前存在時間+傳 感器數(shù)據(jù)
現(xiàn)在參考圖3，它顯示了用來在具有可變延遲的系統(tǒng)中外推傳感器 數(shù)據(jù)的方法?？刂茝牟襟EIOO開始。在步驟108中，傳感器生成校準脈 沖。同樣在步驟108中，傳感器生成傳感器數(shù)據(jù)，并經(jīng)由總線傳輸該數(shù) 據(jù)。在步驟112中，接口讀取傳感器數(shù)據(jù)并生成接收時的時間戳?？商?代地，接口生成傳感器數(shù)據(jù)的存在時間，并將該數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到CPU。在步 驟116中，CPU和/或外推;漠塊還確定當前傳感器讀數(shù)和一個或多個先前 傳感器讀數(shù)之間的變化速率。在步驟120中，CPU和/或外推模塊確定校 準脈沖和時間戳之間的時間差。在步驟124中，CPU和/或外推模塊基于該變化速率和時間差調(diào)節(jié)當前讀數(shù)。如果需要，如上文所述，外推因子
可以用來提供可變調(diào)節(jié)?？刂圃诓襟E128結(jié)束或返回。
可以認識到的是，該系統(tǒng)和方法可以用在具有SENT協(xié)議的車輛系 統(tǒng)中。與ECM相關(guān)聯(lián)的TPU可以預處理接收的SENT數(shù)據(jù)，并使得表示 最新完成的SENT和之前完成的SENT消息的傳感器讀數(shù)值的數(shù)據(jù)對CPU 可用。同樣，TPU可以給來自兩個最新接收的SENT消息的兩組傳感器數(shù) 據(jù)加時間戳。
在另一種實施方式中，使用的是之前描述的方法。然而，當從TPU 讀取傳感器數(shù)據(jù)時，TPU可以將從請求時間到對于一個時間戳的消息接 收時間之間的△時間，以及接收最后兩個SENT消息之間的△時間返回。
在任何一種方法中，ECM和/或TPU可以使用該數(shù)椐來外推在向TPU 請求時傳感器的當前值或位置。該方法估計被兩個時間之間的△時間除 的傳感器值的△變化。讀取TPU以及讀取最新的消息之間的△時間與斜 率的乘積可以加到最新的傳感器讀數(shù)上以提供經(jīng)補償?shù)膫鞲衅髯x數(shù)，該 經(jīng)補償?shù)膫鞲衅髯x數(shù)傾向于更不易受TPU數(shù)據(jù)的可變延遲的影響。
0到1間的校準因子可以被輸入到TPU或用在ECM中以定義希望多 少外推。O可以對應(yīng)于無外推，l可以對應(yīng)于全線性外推。
現(xiàn)在參考圖4，它顯示了可替代的示例性控制模塊200?？刂颇K 200包括探測由以上描迷的傳感器傳輸?shù)男拭}沖的校準脈沖探測器 204?？刂颇K200包括存在時間確定模塊208,其基于校準脈沖與傳感 器數(shù)據(jù)被接收和使用的至少其中之一的時間之間的時間差確定第 一傳 感器數(shù)據(jù)的存在時間。速率確定模塊212基于N個先前的傳感器數(shù)據(jù)樣 本和第一傳感器數(shù)椐樣本確定傳感器數(shù)椐的變化速率。延遲補償模塊 216基于該時間差和變化速率對第一傳感器數(shù)據(jù)進行補償。延遲補償沖莫 塊216可以從外推模塊220接收外推因子，并可以基于該時間差，變化 速率和外推因子對第 一傳感器數(shù)據(jù)進行補償。
現(xiàn)在本領(lǐng)域技術(shù)人員從前述描述可以認識到本公開的寬泛教導可 以以各種形式實現(xiàn)。因此，盡管本公開包括具體的例子，但本公開的真 實范圍不應(yīng)該受此限制，因為在研究附圖，說明書和所附權(quán)利要求書之 后其它變形對于本領(lǐng)域技術(shù)人員將是顯而易見的。
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權(quán)利要求
1.一種感測系統(tǒng)，包括傳感器，其生成校準脈沖和第一傳感器數(shù)據(jù)，并使用可變脈沖寬度傳輸所述第一傳感器數(shù)據(jù)；和控制模塊，其基于所述校準脈沖和所述傳感器數(shù)據(jù)被請求的時間之間的時間差確定所述第一傳感器數(shù)據(jù)的存在時間，基于N個先前的傳感器數(shù)據(jù)樣本和所述第一傳感器數(shù)據(jù)樣本確定所述傳感器數(shù)據(jù)的變化速率，并基于所述時間差和所述變化速率調(diào)節(jié)所述第一傳感器數(shù)據(jù)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的感測系統(tǒng)，其中所述控制模塊包括接口 和中央處理單元(CPU)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所迷的感測系統(tǒng)，其中所述接口生成所述第一 傳感器數(shù)據(jù)和所述時間差。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的感測系統(tǒng)，其中所述控制模塊接收外推 因子，并且其中所述控制模塊基于所述時間差，所述變化速率和所述外 推因子對所述第 一傳感器數(shù)據(jù)進行補償。
5. —種包括權(quán)利要求1所述的感測系統(tǒng)的車輛。
6. —種方法，包括 生成校準脈沖和第一傳感器數(shù)據(jù)；使用可變脈沖寬度傳輸所述第 一傳感器數(shù)據(jù)； 基于所述校準脈沖和所述傳感器數(shù)據(jù)被請求的時間之間的時間差 確定所述第一傳感器數(shù)據(jù)的存在時間；基于N個先前的傳感器數(shù)據(jù)樣本和所迷第一傳感器數(shù)據(jù)樣本確定所述傳感器數(shù)據(jù)的變化速率；基于所述時間差和所述變化速率調(diào)節(jié)所迷第 一傳感器數(shù)據(jù)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，進一步包括 接收外推因子；和基于所述時間差，所述變化速率和所述外推因子對所述第一傳感器 數(shù)據(jù)進行補償。
8. —種控制系統(tǒng)，包括存在時間確定模塊，其基于校準脈沖和所述傳感器數(shù)據(jù)被請求的時 間之間的時間差確定第 一傳感器數(shù)據(jù)的存在時間；速率確定模塊，其基于N個先前的傳感器數(shù)據(jù)樣本和所述第一傳感器數(shù)據(jù)樣本確定所述傳感器數(shù)據(jù)的變化速率；和延遲補償模塊，其基于所述時間差和所述變化速率對所述第一傳感 器數(shù)據(jù)進行補償。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的控制系統(tǒng)，其中所述延遲補償模塊接收 外推因子并基于所述時間差，所述變化速率和所述外推因子對所述第一 傳感器數(shù)據(jù)進行補償。
10. —種包括權(quán)利要求8所述的控制系統(tǒng)的車輛。
11. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的控制系統(tǒng)，進一步包括探測所述校準脈 沖的校準脈沖探測器模塊。
12. —種包括權(quán)利要求11所述的控制系統(tǒng)的感測系統(tǒng)，進一步包括傳感器，其生成所述校準脈沖和所述第一傳感器數(shù)據(jù)，并使用可變 脈沖寬度傳輸所述第 一傳感器數(shù)據(jù)。
全文摘要
本發(fā)明涉及提高傳感器信號的準確度的系統(tǒng)和方法。一種感測系統(tǒng)包括傳感器，該傳感器生成校準脈沖和第一傳感器數(shù)據(jù)，并使用可變脈沖寬度傳輸?shù)谝粋鞲衅鲾?shù)據(jù)?？刂颇K基于校準脈沖和傳感器數(shù)據(jù)被接收和被使用的至少其中之一的時間之間的時間差確定第一傳感器數(shù)據(jù)的存在時間，基于N個先前的傳感器數(shù)據(jù)樣本和第一傳感器數(shù)據(jù)樣本確定傳感器數(shù)據(jù)的變化速率，并基于該時間差和變化速率調(diào)節(jié)第一傳感器數(shù)據(jù)。
文檔編號G01D5/12GK101539436SQ200810149760
公開日2009年9月23日 申請日期2008年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月21日
發(fā)明者P·A·鮑爾勒 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作公司