專利名稱：提高傳感器信號(hào)的準(zhǔn)確度的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開(kāi)涉及用于提高傳感器信號(hào)的準(zhǔn)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(kāi)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(cè)系統(tǒng)的各個(gè)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(mén)(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(hào)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(hào)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(yù)定的延遲。
已經(jīng)有人建議將新近開(kāi)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?jī)?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(zhǔn)脈沖和傳感器信號(hào)。傳感器信號(hào)是可變脈沖寬度數(shù)字信號(hào)， 其包括在下降沿到下降沿的倍數(shù)測(cè)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(hào)所需的時(shí)間量取決于被測(cè)量的實(shí)際傳感器值。除了這個(gè)可變延遲 外，由于處理延時(shí)還會(huì)產(chǎn)生附加的可變延遲。
例如， 一些車輛每T毫秒對(duì)節(jié)氣門(mén)位置進(jìn)行采樣以用于電子節(jié)氣門(mén) 控制(ETC)目的。從讀取傳感器的時(shí)間到T毫秒循環(huán)在中央處理單元 (CPU)或發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊(ECM)中開(kāi)始存在可變的時(shí)延。最后一個(gè)完 整的樣本是在CPU或ECM發(fā)出請(qǐng)求時(shí)從接口獲得的。結(jié)果，在向CPU或 ECM中的應(yīng)用軟件報(bào)告節(jié)氣門(mén)位置時(shí)可能存在與實(shí)際讀取傳感器時(shí)間的 可變延時(shí)。通過(guò)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(shí)周期。當(dāng)應(yīng)用程序正在讀取硬件接口時(shí)，另一個(gè)采樣可 能正在進(jìn)行，這可能加入了第二延時(shí)周期。延時(shí)是可變的，因?yàn)閿?shù)據(jù)是
與任何基于時(shí)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(cè)系統(tǒng)包括傳感器，該傳感器生成校準(zhǔn)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(zhǔn)脈沖 和請(qǐng)求傳感器數(shù)據(jù)的時(shí)間之間的時(shí)間差確定第 一傳感器數(shù)據(jù)的存在時(shí) 間(age),基于N個(gè)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(shí)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(jiàn)。 應(yīng)該理解本描述和具體例子只打算用作說(shuō)明的目的，并不打算限制本公 開(kāi)的范圍。


本文描迷的附圖只用于說(shuō)明目的，并不打算以任何方式限制本公開(kāi) 的范圍。
圖1A是根據(jù)本公開(kāi)的感測(cè)系統(tǒng)的功能框圖1B是包括根據(jù)本公開(kāi)的感測(cè)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(hào)圖2B是與圖1的CPU相關(guān)聯(lián)的外推(extrapolating)模塊的信號(hào)
圖3圖解說(shuō)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(gè)示例性控制模塊的功能框圖。
具體實(shí)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(kāi)、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(yǔ)模塊指的是專用集成電路USIC)、電子電路、 執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)軟件或固件程序的處理器(共享、專用或成組的)及存儲(chǔ)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(kāi)描述了可以在硬件接口、CPU和/或ECM中實(shí)現(xiàn)以補(bǔ)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(mén)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(mén)位 置，但本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)認(rèn)識(shí)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(zhǔn)脈沖和傳感器數(shù)據(jù)。所迷系統(tǒng)和方法生成校準(zhǔn)脈沖 開(kāi)始時(shí)的時(shí)間戳和CPU或ECM請(qǐng)求傳感器數(shù)據(jù)的當(dāng)前時(shí)間的時(shí)間戳。時(shí) 間差用來(lái)外推傳感器數(shù)據(jù)，使得當(dāng)CPU或ECM實(shí)際使用傳感器數(shù)據(jù)時(shí)， 這些數(shù)據(jù)能更加準(zhǔn)確地表示實(shí)際傳感器值(諸如節(jié)氣門(mén)位置)。
例如，N個(gè)先前的傳感器數(shù)據(jù)值可以用來(lái)建立變化速率，其中N是 大于零的整數(shù)。時(shí)間差和變化速率可以用來(lái)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(shí)時(shí)"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(guò)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(huì)引起穩(wěn)定性問(wèn)題。
現(xiàn)在參考圖1A，它顯示了根據(jù)本公開(kāi)的感測(cè)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(hào)和校準(zhǔn)脈沖。傳感器IO可以包括生 成脈沖寬度調(diào)制信號(hào)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。可以認(rèn)識(shí)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(zhǔn)脈 沖。傳感器IO—開(kāi)始可以將校準(zhǔn)脈沖傳輸?shù)浇涌?16或CPU 24。傳感器 IO通過(guò)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(shí)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(zhǔn) 脈沖被接收的時(shí)間和傳感器數(shù)據(jù)被CPU 24請(qǐng)求或使用的時(shí)間之間的差 值生成數(shù)據(jù)的存在時(shí)間。CPU 24或外推模塊26基于傳感器數(shù)據(jù)的N個(gè) 先前值和當(dāng)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(shí)間上更為準(zhǔn)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(mén)位置單元(TPU) 54的發(fā) 動(dòng)機(jī)控制模塊(ECM) 52。 ECM 52和TPU 54執(zhí)行如本文描述的補(bǔ)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(gè)示例性實(shí)施方式中，接口 16計(jì)算傳感器數(shù)據(jù)的存在時(shí)間，并報(bào)告從消息被接收(依照校準(zhǔn)脈沖時(shí) 間戳的開(kāi)始)直到將其報(bào)告給CPU 24已逝去的時(shí)間。
CPU 24可以在新的樣本被接收之前再次請(qǐng)求傳感器樣本。如果還沒(méi) 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(bào)告。然而， 傳感器數(shù)據(jù)的存在時(shí)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(jì)算經(jīng)外推或經(jīng)補(bǔ)償?shù)膫?感器數(shù)據(jù)。CPU24和/或外推模塊26可以使用存在時(shí)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(shí)間的補(bǔ)償。只作為例子，適當(dāng) 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(shí)間-當(dāng)前存在時(shí)間)>-校準(zhǔn)#如果從最后 一次循環(huán)以來(lái)沒(méi)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(shí)間-當(dāng)前存在時(shí)間)
舊的傳感器數(shù)椐-傳感器數(shù)據(jù) ENDIF
最后存在時(shí)間=當(dāng)前存在時(shí)間
經(jīng)外推的傳感器數(shù)據(jù)=傳感器速率*外推因子*當(dāng)前存在時(shí)間+傳 感器數(shù)據(jù)
現(xiàn)在參考圖3，它顯示了用來(lái)在具有可變延遲的系統(tǒng)中外推傳感器 數(shù)據(jù)的方法。控制從步驟IOO開(kāi)始。在步驟108中，傳感器生成校準(zhǔn)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(shí)的時(shí)間戳?？商?代地，接口生成傳感器數(shù)據(jù)的存在時(shí)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(dāng)前傳感器讀數(shù)和一個(gè)或多個(gè)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(zhǔn)脈沖和時(shí)間戳之間的時(shí)間差。在步驟124中，CPU和/或外推模塊基于該變化速率和時(shí)間差調(diào)節(jié)當(dāng)前讀數(shù)。如果需要，如上文所述，外推因子
可以用來(lái)提供可變調(diào)節(jié)。控制在步驟128結(jié)束或返回。
可以認(rèn)識(shí)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(yù)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(duì)CPU 可用。同樣，TPU可以給來(lái)自兩個(gè)最新接收的SENT消息的兩組傳感器數(shù) 據(jù)加時(shí)間戳。
在另一種實(shí)施方式中，使用的是之前描述的方法。然而，當(dāng)從TPU 讀取傳感器數(shù)據(jù)時(shí)，TPU可以將從請(qǐng)求時(shí)間到對(duì)于一個(gè)時(shí)間戳的消息接 收時(shí)間之間的△時(shí)間，以及接收最后兩個(gè)SENT消息之間的△時(shí)間返回。
在任何一種方法中，ECM和/或TPU可以使用該數(shù)椐來(lái)外推在向TPU 請(qǐng)求時(shí)傳感器的當(dāng)前值或位置。該方法估計(jì)被兩個(gè)時(shí)間之間的△時(shí)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(shí)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(bǔ)償?shù)膫鞲衅髯x數(shù)，該 經(jīng)補(bǔ)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(zhǔn)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(duì)應(yīng)于無(wú)外推，l可以對(duì)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(cè)由以上描迷的傳感器傳輸?shù)男?zhǔn)脈沖的校準(zhǔn)脈沖探測(cè)器 204?？刂颇K200包括存在時(shí)間確定模塊208,其基于校準(zhǔn)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(shí)間之間的時(shí)間差確定第 一傳 感器數(shù)據(jù)的存在時(shí)間。速率確定模塊212基于N個(gè)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(bǔ)償模塊 216基于該時(shí)間差和變化速率對(duì)第一傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)償。延遲補(bǔ)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(shí)間差，變化 速率和外推因子對(duì)第 一傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)償。
現(xiàn)在本領(lǐng)域技術(shù)人員從前述描述可以認(rèn)識(shí)到本公開(kāi)的寬泛教導(dǎo)可 以以各種形式實(shí)現(xiàn)。因此，盡管本公開(kāi)包括具體的例子，但本公開(kāi)的真 實(shí)范圍不應(yīng)該受此限制，因?yàn)樵谘芯扛綀D，說(shuō)明書(shū)和所附權(quán)利要求書(shū)之 后其它變形對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員將是顯而易見(jiàn)的。
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權(quán)利要求
1.一種感測(cè)系統(tǒng)，包括傳感器，其生成校準(zhǔn)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(zhǔn)脈沖和所述傳感器數(shù)據(jù)被請(qǐng)求的時(shí)間之間的時(shí)間差確定所述第一傳感器數(shù)據(jù)的存在時(shí)間，基于N個(gè)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(shí)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(cè)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(cè)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(shí)間差。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的感測(cè)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(shí)間差，所述變化速率和所述外 推因子對(duì)所述第 一傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)償。
5. —種包括權(quán)利要求1所述的感測(cè)系統(tǒng)的車輛。
6. —種方法，包括 生成校準(zhǔn)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(zhǔn)脈沖和所述傳感器數(shù)據(jù)被請(qǐng)求的時(shí)間之間的時(shí)間差 確定所述第一傳感器數(shù)據(jù)的存在時(shí)間；基于N個(gè)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(shí)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(jìn)一步包括 接收外推因子；和基于所述時(shí)間差，所述變化速率和所述外推因子對(duì)所述第一傳感器 數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)償。
8. —種控制系統(tǒng)，包括存在時(shí)間確定模塊，其基于校準(zhǔn)脈沖和所述傳感器數(shù)據(jù)被請(qǐng)求的時(shí) 間之間的時(shí)間差確定第 一傳感器數(shù)據(jù)的存在時(shí)間；速率確定模塊，其基于N個(gè)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(bǔ)償模塊，其基于所述時(shí)間差和所述變化速率對(duì)所述第一傳感 器數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)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(bǔ)償模塊接收 外推因子并基于所述時(shí)間差，所述變化速率和所述外推因子對(duì)所述第一 傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)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(jìn)一步包括探測(cè)所述校準(zhǔn)脈 沖的校準(zhǔn)脈沖探測(cè)器模塊。
12. —種包括權(quán)利要求11所述的控制系統(tǒng)的感測(cè)系統(tǒng)，進(jìn)一步包括傳感器，其生成所述校準(zhǔn)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(hào)的準(zhǔn)確度的系統(tǒng)和方法。一種感測(cè)系統(tǒng)包括傳感器，該傳感器生成校準(zhǔn)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(zhǔn)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(shí)間之間的時(shí)間差確定第一傳感器數(shù)據(jù)的存在時(shí)間，基于N個(gè)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(shí)間差和變化速率調(diào)節(jié)第一傳感器數(shù)據(jù)。
文檔編號(hào)G01D5/12GK101539436SQ200810149760
公開(kāi)日2009年9月23日 申請(qǐng)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(qǐng)人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作公司