外部空氣溫度測量設(shè)備和方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及外部空氣溫度測量設(shè)備和方法。用于車輛的外部空氣溫度測量裝置和方法在車輛移動開始的數(shù)秒內(nèi)得出外部空氣溫度的可用最終值，通過發(fā)展針對指數(shù)數(shù)據(jù)序列的數(shù)學(xué)表達(dá)式（即，模型），同時(shí)辨別存在于測量數(shù)據(jù)中的熱噪聲成分。
【專利說明】外部空氣溫度測量設(shè)備和方法
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本站里申請要求2013年3月14日遞交的題為“OUTSIDE AIR TEMPERATUREMEAUSREMENT DEVICE AND METHOD”的共同未決美國臨時(shí)申請N0.61/781，978，通過引用將其全部結(jié)合在這里。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本發(fā)明涉及特別用于車輛的外部空氣溫度測量設(shè)備和方法。

【背景技術(shù)】
[0004]測量外測溫度(“0ΑΤ”)的值的能力是對于采用自動溫度控制(“ATC”算法)的車輛支持在加熱通風(fēng)和空氣調(diào)節(jié)(“HVAC”)中獲得座艙舒適的關(guān)鍵處理。此外，精確的OAT值還由HVAC電子控制模塊內(nèi)ATC算法之外的多種算法需要，并且最終，OAT由車輛內(nèi)的其他電子模塊需要，諸如中控面板溫度顯示模塊或控制諸如類似于車輛的遠(yuǎn)程啟動的特征的模塊。
[0005]由于存在于車輛的發(fā)動機(jī)艙內(nèi)的大量熱噪聲，并且環(huán)境溫度感測裝置通常由于經(jīng)濟(jì)性原因而位于發(fā)動機(jī)艙內(nèi)，所以一旦車輛停止移動持續(xù)即使很短的時(shí)間，都難以獲得外部環(huán)境溫度的及時(shí)和準(zhǔn)確的估計(jì)。這種困難來自于溫度傳感器(通常是一種熱敏電阻)不僅測量溫度的期望環(huán)境空氣溫度成分，并且其還測量由于缺乏在感測裝置上以及附近流過的空氣而積累的發(fā)動機(jī)產(chǎn)生熱量的不期望的“噪聲”成分。除了直接從發(fā)動機(jī)輻射的熱量之夕卜，注意，車輛的冷卻風(fēng)扇正在從散熱器鰭片提取發(fā)動機(jī)熱量，并且這種熱量在發(fā)動機(jī)艙內(nèi)流動。當(dāng)車輛停止時(shí)，也不存在沖擊氣來排出熱空氣。但是一旦車輛獲得了足夠的速度，來自發(fā)動機(jī)艙外部的沖擊氣在傳感器上流動并冷卻傳感器，從而導(dǎo)致溫度測量結(jié)果的一系列指數(shù)降低。在OAT過濾處理的現(xiàn)有技術(shù)中，溫度測量算法不預(yù)測這種瞬態(tài)的、衰減的數(shù)據(jù)序列。相反，當(dāng)前實(shí)施的算法維持OAT的最后知道的、受信任的值，直到諸如車輛速度、冷卻劑溫度和發(fā)動機(jī)關(guān)閉時(shí)間等的環(huán)境條件指示傳感器可能被清除了熱噪聲并且被認(rèn)為將要提供環(huán)境溫度的接近精確的表示為止。然而，當(dāng)車輛速度足夠高來從感測元件沖洗掉剩余熱噪聲時(shí)，在數(shù)值收斂可以開始具體化到環(huán)境溫度的最后已知的、受信任的值與當(dāng)前報(bào)告的環(huán)境傳感器值之間之前，必須經(jīng)過數(shù)分鐘。在這段時(shí)間，由于缺乏精確的OAT溫度，車輛的座艙可能對于溫度、座艙空氣的清新度和座艙空氣的含水量是不舒適的。
[0006]使用牛頓冷卻定律來從熱監(jiān)視的發(fā)動機(jī)艙預(yù)測指數(shù)衰減的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)序列的最終值的技術(shù)沒有能夠可以接受地成功得出精確的數(shù)值熱模型參數(shù)。這種失敗是由于在這些汽車熱系統(tǒng)中不能表征的高階噪聲因子使傳感器的數(shù)據(jù)序列元素明顯地偏離理想指數(shù)數(shù)據(jù)序列，從而導(dǎo)致明顯上沖或下沖真實(shí)環(huán)境溫度值的不穩(wěn)定的數(shù)據(jù)預(yù)測。這些因子的實(shí)際特征由熱指數(shù)模型的時(shí)間常數(shù)對于車輛速度的依賴性而惡化。
[0007]已有的線性曲線擬合和最終值估計(jì)方法(諸如可以經(jīng)由牛頓冷卻定律利用的那些)擅長從在熱瞬態(tài)響應(yīng)完成之后可以獲得的完整的、已有的數(shù)據(jù)集建立模型參數(shù)，但是不擅長預(yù)測改善座艙溫度所需的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的輸出。
[0008]同樣，由于預(yù)測數(shù)據(jù)序列的最終值的實(shí)時(shí)需要并且由于通常在指數(shù)數(shù)字模型的數(shù)據(jù)序列中發(fā)現(xiàn)的溫度偏移，必須應(yīng)用非線性曲線擬合方法。例如，指數(shù)衰減數(shù)值的值朝向恒定值(其可以但不一定為零值)衰減。當(dāng)恒定值為非零時(shí)，其通常被稱作為“偏移”或“最終值”。但是指數(shù)模型對于指數(shù)瞬態(tài)響應(yīng)中早期的數(shù)據(jù)的變化的敏感性使得充分利用非線性曲線擬合方法變得困難，并且有時(shí)不能夠得到解。由于數(shù)據(jù)從理想指數(shù)形式背離，隨著處理進(jìn)行，該解通常發(fā)散而非收斂。
[0009]諸如使用Kalman濾波器的其他方法基于模型參數(shù)相對于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)背離對預(yù)測進(jìn)行權(quán)衡，以提供“經(jīng)統(tǒng)計(jì)過濾”的數(shù)據(jù)。這種方法也不能實(shí)現(xiàn)對于該問題的完美解。由于上述數(shù)據(jù)偏離因子，建立統(tǒng)計(jì)參數(shù)所需的模型不能提前知道，在Kalma濾波器方法中仍需要校正當(dāng)前數(shù)據(jù)樣本和預(yù)測下一個(gè)數(shù)據(jù)樣本。此外，來自車輛的環(huán)境的熱數(shù)據(jù)沒有由表現(xiàn)出零平均值的統(tǒng)計(jì)中性噪聲偏離，而是由不能被在實(shí)踐上或經(jīng)濟(jì)地獲得的系統(tǒng)的熱特征偏離，并且這些噪聲因子通常具有正的偏移。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]根據(jù)本發(fā)明，快速外部空氣溫度(“0ΑΤ”)獲取處理將精確確定OAT的獲取時(shí)間從數(shù)分鐘減小到數(shù)秒鐘，使得相比于使用當(dāng)前采用的控制處理更迅速地實(shí)現(xiàn)座艙舒適以及溫度敏感應(yīng)用的響應(yīng)。本發(fā)明的控制處理脫離已有的曲線擬合方法，因?yàn)槠淇梢员粚?shí)時(shí)確定，而非在確定指數(shù)數(shù)學(xué)模型的特征參數(shù)之后。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的示例實(shí)施例，即使在系統(tǒng)中存在正偏置熱噪聲，OAT測量裝置和方法仍在車輛移動開始的數(shù)秒內(nèi)得出可用的OAT的最終值。因此，對于自動溫度控制系統(tǒng)，可以更迅速地獲得車廂舒適性。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，實(shí)時(shí)預(yù)測表現(xiàn)出一階指數(shù)衰減的溫度數(shù)據(jù)的序列的趨勢的最終值。本發(fā)明提供了從傳感器早期確定“真實(shí)”環(huán)境溫度，即使傳感器由來自于位于傳感器附近的發(fā)熱源的大量熱噪聲能量而浸透。處理通過對于指數(shù)數(shù)據(jù)序列發(fā)展數(shù)學(xué)表達(dá)式(即，模型)來預(yù)測指數(shù)數(shù)據(jù)序列的最終值，同時(shí)能夠辨別存在于數(shù)據(jù)中的熱噪聲成分。
[0013]具體地，本發(fā)明的方法產(chǎn)生與指數(shù)衰減數(shù)據(jù)序列相關(guān)聯(lián)并由其計(jì)算的三個(gè)面積(即，積分)。一個(gè)面積表示在相對于時(shí)間(獨(dú)立變量)的數(shù)據(jù)序列下方的面積，另一個(gè)面積表示涉及數(shù)據(jù)序列的峰值和當(dāng)前值相對于時(shí)間的面積，并且第三面積表示由與當(dāng)前數(shù)據(jù)交叉的、與水平軸線平行的水平線劃界的面積的一部分。第一和第二面積沿著表示指數(shù)衰減的邊界重疊，并且被結(jié)合以產(chǎn)生被標(biāo)記為“粗”分割的標(biāo)量。術(shù)語“粗面積”簡單地暗示數(shù)據(jù)最初是粗糙的，但是隨著數(shù)據(jù)序列的更多元素被接收而經(jīng)受大量迭代，并且在模型的曲線下方的面積被精煉。因此，這是與分析指數(shù)衰減下方得到的理想面積更緊密地相關(guān)聯(lián)的復(fù)合面積，而不具有在數(shù)字積分被單獨(dú)執(zhí)行時(shí)趨向于積累的數(shù)字錯(cuò)誤和正噪聲偏置。因此，粗分割趨向于緩和在僅使用數(shù)據(jù)序列下方的面積時(shí)將會發(fā)生的面積變化，從而提供一種質(zhì)量中心，由此用來使得數(shù)據(jù)序列的瞬態(tài)響應(yīng)部分的幅度的計(jì)算不敏感。該幅度被稱作為“步長”。
[0014]此外，展現(xiàn)出非零最終值的指數(shù)數(shù)據(jù)序列的曲線擬合是困難的，因?yàn)樗矐B(tài)響應(yīng)的步長和指數(shù)衰減的時(shí)間常數(shù)都必須由數(shù)據(jù)序列同時(shí)估計(jì)(即，非零最終值或偏移，使得問題非線性化)。因此，因?yàn)槎叨疾恢溃员仨殞τ谄渲幸粋€(gè)或者另一個(gè)參數(shù)進(jìn)行良好的最初猜測。因?yàn)樽罱K值對于這兩個(gè)參數(shù)都非常敏感，所以一個(gè)參數(shù)的誤差借助于差的參測趨向于使得另一個(gè)參數(shù)的估計(jì)劣化，或者反之亦然，并且隨后最終值估計(jì)受到影響。然而，本發(fā)明的方法計(jì)算瞬態(tài)響應(yīng)的時(shí)間常數(shù)的獨(dú)立的、早期估計(jì)，這可以通過將三角學(xué)應(yīng)用到數(shù)個(gè)早期數(shù)據(jù)點(diǎn)來變的可能，由此消除了在其中嵌有最終值的分量(即，偏移)的各個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的線性問題，并且也由此改善了時(shí)間常數(shù)的初始估計(jì)的確定性。如果時(shí)間常數(shù)被精確地估計(jì)，步長和最終值的隨后估計(jì)的精確度被顯著地增強(qiáng)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是根據(jù)本發(fā)明的示例實(shí)施例的，實(shí)施用于測量外測溫度的手段/設(shè)備的HVAC電子控制系統(tǒng)內(nèi)的軟件算法的示意性框圖；
[0016]圖2是示出了根據(jù)本發(fā)明的示例實(shí)施例的控制處理的示意性框圖；
[0017]圖3是示出了根據(jù)本發(fā)明的示例實(shí)施例的指數(shù)衰減處理的最終值估計(jì)的流程圖；
[0018]圖4是從根據(jù)本發(fā)明的示例實(shí)施例的算法的模擬的輸出繪制的數(shù)據(jù)的示意圖；
[0019]圖4A-圖4H是圖4中示出的數(shù)據(jù)的各個(gè)示意圖；
[0020]圖5是從傳統(tǒng)算法的模擬的輸出的繪制的數(shù)據(jù)的示意圖。
[0021 ]圖5A-圖5C是圖5中示出的數(shù)據(jù)的各個(gè)示意圖；
[0022]圖6是從具有嵌入數(shù)據(jù)中的正偏置噪聲的模擬的輸出繪制的數(shù)據(jù)的示意圖；
[0023]圖6A-圖6C是圖6中示出的數(shù)據(jù)的各個(gè)示意圖；
[0024]圖7是從不具有嵌入數(shù)據(jù)中的正偏置噪聲的模擬的輸出繪制的數(shù)據(jù)的示意圖；
[0025]圖7A-圖7C是圖7中示出的數(shù)據(jù)的各個(gè)示意圖；以及
[0026]圖8是可以執(zhí)行指令的處理器。

【具體實(shí)施方式】
[0027]本發(fā)明提供了一種產(chǎn)生實(shí)時(shí)自適應(yīng)指數(shù)模型的設(shè)備和方法，其采用多種數(shù)據(jù)擬合技術(shù)，它們一同使得由于噪聲效應(yīng)引起的模型參數(shù)估計(jì)不敏感(desensitize)。這對于采用指數(shù)時(shí)間常數(shù)來確定對于估計(jì)OAT的最終值必要的步長(St印Size)溫度模型參數(shù)特別有用。
[0028]表示車輛的發(fā)動機(jī)艙內(nèi)的環(huán)境溫度的基礎(chǔ)溫度模型由以下指數(shù)衰減公式表示，該公式表示了初始條件溫度和溫度步長，如公式I所示:
[0029](公式I)當(dāng)前值⑴=初始值-步長*(1-exp (_t/ τ ))
[0030]其中當(dāng)前值(PresentValue)、初始值(InitialValue)和步長是溫度，τ是指數(shù)時(shí)間常數(shù)，并且t表示獨(dú)立變量時(shí)間。
[0031]熱系統(tǒng)通常表示瞬態(tài)溫度響應(yīng)以及穩(wěn)態(tài)溫度響應(yīng)。初始值是在時(shí)刻t=0時(shí)系統(tǒng)開始其瞬態(tài)響應(yīng)的數(shù)值。如公式Ia所示，穩(wěn)態(tài)響應(yīng)是“最終值(FinalValue)”，其為在瞬態(tài)響應(yīng)已經(jīng)從初始值衰減到當(dāng)前值在之后的時(shí)刻t具有相同溫度值的點(diǎn)之后存在的數(shù)值。這大約在時(shí)刻t=5*T的時(shí)刻發(fā)生。換言之，最終值是在系統(tǒng)均衡時(shí)的溫度值之后的尋求(sought)。
[0032]步長被限定為初始值與最終值之間的差的幅度，其可以由公式Ia表示:
[0033](公式Ia)步長=初始值-最終值。
[0034]作為示例，發(fā)動機(jī)艙溫度可以是85攝氏度，并且外部環(huán)境溫度是25攝氏度。期望的初始值的值將會是85攝氏度，并且期望的最終值將會是25攝氏度。因此，執(zhí)行公式Ia產(chǎn)生60攝氏度的步長。
[0035]在這里描述的算法中，步長和最終值以及時(shí)間常數(shù)τ都未知。因此，步長的估計(jì)是第一尋求(即，指數(shù)衰減的幅度)。一旦找到步長，最終值可以通過從初始值減去步長來計(jì)算。因此，從精確模型參數(shù)得到的量之后的尋求是最終值，其可以由公式Ib表示
[0036](公式Ib)最終值=最初值-步長
[0037]其中最終值是在熱噪聲和所存儲的熱能量已經(jīng)從傳感器環(huán)境消散之后，穩(wěn)定的狀態(tài)外部空氣溫度(OAT)值，從而僅留真實(shí)外部環(huán)境空氣溫度。
[0038]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的示例實(shí)施例的用于測量外部溫度的裝置100的示意性框圖。裝置100包括應(yīng)用層130，以提供處理和算法能力，包括OAT傳感器190。應(yīng)用層130居中位于第一硬件層110和第一界面層120與第二界面層140和第二硬件層150之間。本發(fā)明的裝置和方法提供了汽車熱系統(tǒng)關(guān)于OAT的指數(shù)衰減的最終值的精確估計(jì)，并且在車輛運(yùn)動的數(shù)秒內(nèi)(與此相比，對于傳統(tǒng)估計(jì)處理是車輛運(yùn)動的數(shù)分鐘內(nèi))提供該估計(jì)。本發(fā)明的裝置和方法提供了 HVAC系統(tǒng)性能關(guān)于時(shí)間-車廂舒適度的明顯改善，并且改善了自動OAT顯示的初始精確度，以及改善任何其他車輛系統(tǒng)依賴于OAT的早期和精確估計(jì)的性能。
[0039]圖2是根據(jù)本發(fā)明的示例實(shí)施例的控制處理的示意框圖200。傳感器210和220分別提供車輛速度和外部空氣溫度。如本發(fā)明所述的快速OAT算法在預(yù)收斂狀態(tài)230中執(zhí)行，以提供指數(shù)衰減的最終值估計(jì)?？焖貽AT算法將會在連接到一個(gè)或多個(gè)傳感器的微控制器和/或處理器中執(zhí)行。本領(lǐng)域技術(shù)人員將會明白，該算法也可以使用離散電路或使用特殊用途集成電路(ASIC)來執(zhí)行。環(huán)境過濾器240向車輛系統(tǒng)應(yīng)用250 (諸如顯示、遙控啟動等)提供了指數(shù)衰減的最終值估計(jì)。
[0040]圖3是示出了實(shí)施根據(jù)本發(fā)明的示例實(shí)施例的實(shí)施指數(shù)延遲的最終值估計(jì)的示例方法300的流程圖。本發(fā)明的處理借助于將數(shù)學(xué)模型曲線擬合到實(shí)時(shí)收集的數(shù)據(jù)來確定τ和步長，并且之后從這些參數(shù)確定最終值。這在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)獲取時(shí)越快實(shí)現(xiàn)，車廂環(huán)境條件會被越快調(diào)整來使得駕駛員和乘客舒適。
[0041]根據(jù)本發(fā)明的示例實(shí)施例的方法300在開始305處開始，在該處控制器被初始化，確定初始值。方法進(jìn)行到310來開始收集溫度數(shù)據(jù)310。如這里所討論的，外部空氣溫度傳感器通常位于發(fā)動機(jī)艙內(nèi)。在實(shí)施收集數(shù)據(jù)之后，指數(shù)衰減常數(shù)τ被確定320。τ是通過采用基于所收集的數(shù)據(jù)的一系列計(jì)算來確定的。例如，可以進(jìn)行基于三角學(xué)的τ估計(jì)，以從曲線擬合算法移除模型對于偏移(即，初始值減去步長)的依賴性。移除該依賴性允許將指數(shù)表達(dá)式線性化，并且因此消除對于固有的非線性函數(shù)進(jìn)行迭代曲線擬合的需要。計(jì)算τ的示例性方法開始于分析數(shù)據(jù)，如公式2所示:
[0042](公式2) Θ_ = tm'1{(datat(k,i} - daiawJ/ffw -1.,}}
[0043]其中，θ_φ是連接兩個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的線與水平線之間形成的角，該水平線與獨(dú)立變量軸平行并且連接這兩個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)之間的逝去時(shí)間；data(t)和(Iatatari)是從所收集的傳感器數(shù)據(jù)序列取得的兩個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)；并且t(t)和tt(k_D是與各個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)相關(guān)聯(lián)的時(shí)間值。一旦計(jì)算了
將其應(yīng)用到公式3:
[0044](公式3) τ = -t(_ / In (Θφ/Θο)
[0045]其中τ是指數(shù)延遲的時(shí)間常數(shù)；t(k)是從指數(shù)延遲開始處的時(shí)間零以來的時(shí)間值；?_>是從公式2在t(k)處計(jì)算的角;并且Θβ是初始角估計(jì)。換言之，公式3是從公式2應(yīng)用初始值和數(shù)據(jù)序列的第一數(shù)據(jù)點(diǎn)來產(chǎn)生的。根據(jù)具體應(yīng)用，τ也可以從δ數(shù)據(jù)與Θ的對的表格來估計(jì)。表格數(shù)據(jù)可以包括在實(shí)驗(yàn)測試期間獲得的經(jīng)驗(yàn)結(jié)果。在這點(diǎn)上，
實(shí)驗(yàn)地獲得并作為示例值列舉的車輛數(shù)據(jù)的廣泛示例可以作為查找表，由此簡化并加快可用數(shù)據(jù)的處理。
[0046]這種方法是有利的，因?yàn)槿菍W(xué)計(jì)算能夠忍受在其他情況下使得迭代地用在非線性方法中的τ的值偏離的數(shù)據(jù)變化。非線性方法也使其在不存在對于τ和步長中的一者或兩者的精確初始估計(jì)的情況下易遭受不可靠并且潛在不穩(wěn)定的結(jié)果。為了計(jì)算精確的最終值，特別是在給定針對車輛熱系統(tǒng)的初始值和穩(wěn)定時(shí)間的實(shí)際范圍的情況下，數(shù)值穩(wěn)定性在指數(shù)衰減的早期階段很關(guān)鍵，而τ的絕對精確度不是那么關(guān)鍵。換言之，初始角估計(jì)的可能值的適當(dāng)范圍(其是從潛在噪聲數(shù)據(jù)序列產(chǎn)生的)產(chǎn)生了 τ的合適估計(jì)。此外，τ的估計(jì)可以隨著數(shù)據(jù)序列進(jìn)展來限定。
[0047]根據(jù)本發(fā)明的其他實(shí)施例，也提供了用于τ的估計(jì)的可選方法。根據(jù)具體應(yīng)用(包括處理能力、設(shè)計(jì)要求和其他實(shí)際考慮)，可選方法可以非常有用。第一示例替換例在公示3a中提供:
[0048](公式3a) τ =-t(k)/((In (datat(k))-權(quán)重偏移- data。+步長)/ 步長)
[0049]其中，權(quán)重偏移(offset)被引入來支持看起來比模型當(dāng)前的趨勢更少偏離(skew)的數(shù)據(jù)元素。注意，公式3a是迭代計(jì)算。換言之，需要步長的良好估計(jì)來實(shí)現(xiàn)τ的合適值。第二替換例在公示3b中提供:
[0050](公式3b) τ = (t(k)—t(k/2)) /In ((data0 _ datat(k/2)) / (datat(k/2) ~~ datat(k)))
[0051]τ的值也可以通過測試并校準(zhǔn)任何具體車輛設(shè)計(jì)來經(jīng)驗(yàn)地確定。
[0052]一旦被計(jì)算出來，τ被平均到連續(xù)的行駛情況，使得τ與車輛速度被對于車輛的壽命適當(dāng)?shù)乇碚?。將車輛速度與τ相關(guān)聯(lián)的公式之后被用作為針對給定行駛情況對于τ的將來初始計(jì)算的調(diào)節(jié)器(moderator)。隨著數(shù)據(jù)在行駛情況下實(shí)時(shí)接收，τ的值之后由其實(shí)際值的最小二乘逼近來進(jìn)一步穩(wěn)定330。一旦獲得了 τ的估計(jì)，τ之后被用來估計(jì)步長340，步長是用于最終溫度值估計(jì)的必要模型參數(shù)。
[0053]幾何導(dǎo)向的計(jì)算(即，指數(shù)衰減進(jìn)展的積分)被應(yīng)用來計(jì)算指數(shù)模型的步長。例如，通過使用所選擇的與基礎(chǔ)模型相關(guān)的積分并且通過對傳感器數(shù)據(jù)序列執(zhí)行相應(yīng)的數(shù)值積分操作，執(zhí)行步長計(jì)算。
[0054]在實(shí)時(shí)指數(shù)衰減數(shù)據(jù)序列下的數(shù)值積分(“指數(shù)數(shù)據(jù)面積”(EDA))被計(jì)算，如公式4所示:
[0055](公式4) EDAt00 = Ση=1?Λ (datat(n) + (t ^)4(^)) + ( (datat(H)-Clatat(n))*(t(n)-t(
[0056]之后，根據(jù)公式5計(jì)算被稱作為“粗?jǐn)?shù)據(jù)面積”(GDA)的面積，其為當(dāng)前數(shù)據(jù)點(diǎn)與初始值之間的差乘以當(dāng)前數(shù)據(jù)點(diǎn)的逝去時(shí)間的乘積:
[0057](公式5) GDAt(k) = (data0~datat(k))(k)
[0058]結(jié)合公式4和公式5的結(jié)果，被稱作為“粗?jǐn)?shù)據(jù)分割”(OTS)的量可以通過取得兩個(gè)積分值之間的差的一半并且將其增加到粗?jǐn)?shù)據(jù)面積來計(jì)算，如公式6所示:
[0059](公式6) GDStao= ((EDAt0i廠GDAtao)/2)+GDAtao
[0060]當(dāng)隨著數(shù)據(jù)序列進(jìn)展比較粗?jǐn)?shù)據(jù)分割和粗模型分割時(shí)，它們形成基本重疊的兩根線，并且線的一致性是模型參數(shù)擬合的質(zhì)量的指示。雖然該一致性檢查在估計(jì)處理期間不一定執(zhí)行，其可以被用作為獨(dú)立或補(bǔ)充手段來調(diào)整步長估計(jì)，以及τ的估計(jì)。然而，估計(jì)τ的計(jì)算和方法被用來確保良好的估計(jì)。從GDS的重新布置獲得的公式7提供步長的估計(jì):
[0061](公式7)步長 t(k) =
[0062]((dataQ*t (k)) _ (2*⑶St (k))) / (( τ *exp (_t (k) / τ ) - τ + (t (k) *exp (_t (k) / τ ))
[0063]此外，隨著實(shí)時(shí)接收數(shù)據(jù),步長t(k) (k=0到η)被重復(fù)地計(jì)算,并且步長t(k) (k=0到η)的連續(xù)值被包括在(理想直線的)最終值t(k) (k=0到η)的該最小二乘逼近中。
[0064]在活動車輛經(jīng)受重復(fù)停止并繼續(xù)行駛的典型形式條件的示例中，數(shù)據(jù)序列具有被稱作“鯊魚齒”或“鋸齒”的幾何特征，如圖4Α和圖5Α所示。這是由于當(dāng)車輛減小到非常慢的速度或停止時(shí)獲取熱環(huán)境中上升的溫度值，并且當(dāng)車輛再次獲得速度時(shí)這些值的損失(見圖4Η和圖5F)。相比于在高速公路條件下行駛，這通常是城市行駛的情況。通常難以將所建立的曲線擬合技術(shù)應(yīng)用到這種類型的原始數(shù)據(jù)，因此本發(fā)明的處理執(zhí)行數(shù)據(jù)壓縮(compact1n)。以此方式，在這種類型的行駛期間，溫度的上升值被丟棄，從而產(chǎn)生良態(tài)指數(shù)衰減波形。
[0065]通過采用以上技術(shù)和數(shù)據(jù)，衰減的理想最終值(“真實(shí)0ΑΤ”估計(jì))被通過從初始值減去步長來預(yù)測350。最終值之后被過濾360，以提供精確報(bào)告值。在算法的應(yīng)用中，報(bào)告值(即，算法輸出)是將算法的最后已知的報(bào)告值(即，在車輛最初停止并且數(shù)據(jù)被收集時(shí)的原始報(bào)告的0ΑΤ)和最終穩(wěn)定狀態(tài)值之間的轉(zhuǎn)變進(jìn)行平滑的指數(shù)過濾的結(jié)果。隨著處理迭代，方法從最終值的過濾360循環(huán)到溫度數(shù)據(jù)收集310，以產(chǎn)生并改善報(bào)告值。
[0066]圖4示出了從如這里所述的快速OAT算法的模擬的輸出繪制的數(shù)據(jù)的圖形表示400。傳感器數(shù)據(jù)410是以攝氏度為單位測量的溫度相對于以秒為單位的時(shí)間。圖形400示出了如這里描述的不同繪圖信息的關(guān)系，包括:溫度傳感器數(shù)據(jù)410、最終值估計(jì)420 ；Tau(τ )估計(jì)430 ;經(jīng)過濾的環(huán)境440 ;模型450 ;最終模型輸出460 ;經(jīng)過濾的環(huán)境31470 ；以及車輛速度480 (以每小時(shí)公里kph為單位測量的)。圖4A-圖4H示出了在圖4中提供的數(shù)據(jù)的各個(gè)圖形表示。
[0067]另外地，經(jīng)過濾的環(huán)境440是基于在車輛數(shù)據(jù)中提供的初始經(jīng)過濾的值，其在圖4和圖4D中示出為41攝氏度。所存儲的初始值不一定與當(dāng)前到達(dá)的最終值相關(guān)聯(lián)。這是由于存儲在車輛中的真實(shí)環(huán)境已經(jīng)在不同環(huán)境條件下被存儲。最終模型輸出460使用當(dāng)溫度傳感器數(shù)據(jù)和最終值首先收斂時(shí)計(jì)算的模型參數(shù)。最終模型輸出460表示在處理期間發(fā)現(xiàn)的最佳模型參數(shù)組。與全部可用數(shù)據(jù)擬合的是理想指數(shù)響應(yīng)。經(jīng)過濾的環(huán)境31470是在存儲在車輛存儲器中的初始溫度是31攝氏度時(shí)經(jīng)過濾的環(huán)境溫度，如圖4和圖4G所示。經(jīng)過濾的環(huán)境通常以車輛最后一次行駛存儲的值開始，并且因此隨著車輛移動而發(fā)展。注意，響應(yīng)時(shí)間是以秒為單位(在收斂前約為25秒)，而非分鐘。同樣，注意基本上沒有上沖。
[0068]圖5示出了從傳統(tǒng)算法的模擬的輸出繪制的數(shù)據(jù)的圖形表示500。圖形500示出了如這里所述的不同的繪制信息的關(guān)系，包括:環(huán)境原始(即，所收集的溫度數(shù)據(jù))510 ;經(jīng)過濾的、120秒沖刷520 ;以及車輛速度530。圖5A-圖5C示出了圖5中提供的數(shù)據(jù)的各個(gè)圖形表示。注意，響應(yīng)時(shí)間對于傳統(tǒng)方法接近4分鐘，具有約六度的上沖。
[0069]圖6是從本發(fā)明的模擬的輸出繪制的傳感器數(shù)據(jù)610的圖形表示600，其示出了幾何中心或“質(zhì)心(centroid)”，這是由導(dǎo)致步長和最終值的確定的數(shù)學(xué)面積計(jì)算引入的概念。該處理使用距水平朝向(并且具有恒定值)的最終值的平方的、逐點(diǎn)的垂直分量距離的總和。該幾何中心將其自身與集合中的每個(gè)點(diǎn)之間的平方歐幾里得距離的總和最小化。如圖6所示，由于系統(tǒng)中的噪聲，得到精確的最終值需要多次迭代。質(zhì)心被限定為連接每個(gè)最終值(k)數(shù)據(jù)點(diǎn)的線的幾何中心。因此，簡單最終值620估計(jì)的幾何中心的“水平”分量可觀地在50攝氏度的真實(shí)最終值630上方，并且將不會收斂到50攝氏度，而GDS最終值估計(jì)的水平分量在收集數(shù)據(jù)樣本的若干迭代內(nèi)處于約50攝氏度。
[0070]圖6示出了簡單最終值t(k)620的數(shù)值不穩(wěn)定估計(jì)與GDS最終值t(k)630的數(shù)值不穩(wěn)定估計(jì)的比較。注意，620和630的值表現(xiàn)出圍繞真實(shí)最終值平衡的水平中心。這是由于當(dāng)EDA的權(quán)重由于傳感器數(shù)據(jù)610中的正噪聲成分而增加時(shí)，僅基于EDA和GDA的⑶S中GDA的權(quán)重減小，產(chǎn)生從真實(shí)最終值僅在正方向上偏離的結(jié)果，并且可能不會收斂到真實(shí)最終值。這示出了由設(shè)計(jì)為對噪聲不敏感的本新穎處理中結(jié)合GDS來提供的優(yōu)點(diǎn)。該結(jié)果可以進(jìn)一步通過將最終值t(k)限制到不大于datat(k)的值來改進(jìn)，其效果可以某種程度上使具體最終值t(k)的精確度劣化，但是將會轉(zhuǎn)而改善隨后被應(yīng)用到最終值t(k)的移動平均過濾的結(jié)果。圖6A-圖6C示出了在圖6中提供的數(shù)據(jù)的各個(gè)圖形表示。
[0071]圖7是在圖6中展示的相同數(shù)據(jù)的圖形表示，但是不具有嵌入指數(shù)衰減中的噪聲成分。傳感器數(shù)據(jù)由710表示。簡單最終值估計(jì)720和GDS最終值估計(jì)730 二者都示出了與最終值全等的水平朝向的“中心”。因此，該圖形展示了正偏置噪聲被使用GDS積分處理抵消。此外，圖7A-圖7C示出了在圖7中提供的數(shù)據(jù)的各個(gè)圖形表示。
[0072]圖8是示出了能夠?qū)嵤﹫D1-圖4中公開的本發(fā)明的示例的組件的示例性系統(tǒng)600，諸如圖1中不出的父互重置系統(tǒng)。系統(tǒng)800可以包括各種系統(tǒng)和子系統(tǒng)。系統(tǒng)800例如可以是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、家用電器、特定用途集成電路(ASIC)、服務(wù)器、刀片服務(wù)器、服務(wù)器群或類似裝置。
[0073]系統(tǒng)800可以包括系統(tǒng)總線802、處理單元804、系統(tǒng)存儲器804、存儲器裝置808和810、通信接口 812 (例如，網(wǎng)絡(luò)接口)、通信鏈路814、顯示器816 (例如，視頻屏幕)和一個(gè)或多個(gè)輸入裝置818 (例如，圖2的車輛速度傳感器210和溫度傳感器220、鍵盤和/或鼠標(biāo)等)。系統(tǒng)總線802可以與處理單元804和系統(tǒng)存儲器806通信。附加的存儲器裝置808和810 (諸如硬盤驅(qū)動器、服務(wù)器、獨(dú)立數(shù)據(jù)庫或其他非易失性存儲器)也可以與系統(tǒng)總線802通信。系統(tǒng)總線802將處理系統(tǒng)804、存儲器裝置806-810、通信接口 812、顯示器816和輸入裝置818相互連接。在一些示例中，系統(tǒng)總線802也相互連接額外的端口(未示出)，諸如通用串行總線(USB)端口。處理單元804可以是連接到一個(gè)或多個(gè)輸入裝置818的計(jì)算裝置，以執(zhí)行這里描述的測量裝置的功能，并且可以包括特殊用途集成電路(ASIC)。以虛線輪廓示出的處理單元804被配置為執(zhí)行一組指令，來實(shí)施這里描述的示例的操作。處理單元804可以包括處理核心。
[0074]附加存儲器裝置806、808和810可以以文本或匯編形式存儲數(shù)據(jù)、程序、指令、數(shù)據(jù)庫查詢，以及操作計(jì)算機(jī)所需的任何其他信息。存儲器806、808和810可以被事實(shí)為非瞬態(tài)計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)(集成的或可移除的)，諸如存儲器卡、盤驅(qū)動器、緊湊型盤(CD)或可以通過網(wǎng)絡(luò)訪問的服務(wù)器。在特定示例中，存儲器806、808和810可以存儲文本、圖像、視頻和/或音頻，連同適當(dāng)?shù)闹噶?，以使得所存儲的?shù)據(jù)以人類可以理解的形式在相關(guān)聯(lián)的顯示器816處獲得。此外，存儲器裝置808和810可以作為用于圖1和圖2中示出的系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫或數(shù)據(jù)存儲器。附加地或另外地，系統(tǒng)800可以通過通信接口 812訪問外部數(shù)據(jù)源，該通信接口可以與系統(tǒng)總線802和通信鏈路814通信。
[0075]在操作期間，系統(tǒng)800可以被用來實(shí)施控制系統(tǒng)，其用于管理任何傳感器和相關(guān)聯(lián)的應(yīng)用之間的交互的系統(tǒng)。用于實(shí)施系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)可執(zhí)行邏輯位于根據(jù)特定實(shí)施例的一個(gè)或多個(gè)系統(tǒng)存儲器806和存儲器裝置808、810上。處理單元804執(zhí)行來自于系統(tǒng)存儲器806和存儲器裝置808和810的一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令。這里使用的術(shù)語“計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)”指的是參與向處理單元804提供用于執(zhí)行的指令的介質(zhì)，并且可以包括經(jīng)由適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)連接鏈接到處理器。
[0076]從本發(fā)明的以上描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員將會想到改善、改變和調(diào)整。本領(lǐng)域內(nèi)的這種改善、改變和調(diào)整旨在由本發(fā)明覆蓋。
【權(quán)利要求】
1.一種用于測量外部空氣溫度的方法，包括以下步驟: 隨時(shí)間測量溫度值； 實(shí)時(shí)確定所測量的值的一階指數(shù)衰減； 使用數(shù)學(xué)模型預(yù)測指數(shù)衰減序列的最終值；以及 辨別存在于數(shù)據(jù)中的熱噪聲成分，以得到最終溫度值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述確定步驟還包括以下步驟: 確定連接給定數(shù)據(jù)點(diǎn)與另一數(shù)據(jù)點(diǎn)的線與水平線之間形成的角，數(shù)據(jù)點(diǎn)以逝去時(shí)間隔開；以及 基于所述角、初始角估計(jì)和逝去時(shí)間的值來確定所述一階指數(shù)衰減。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述確定一階指數(shù)衰減的步驟還包括通過公式T = 4_ /In (θφ/θο)來計(jì)算一階指數(shù)衰減，其中，τ是指數(shù)衰減的時(shí)間常數(shù)，t (k)是從時(shí)間零以來的時(shí)間值；et(k)是在t(k)處計(jì)算的角，并且09是初始角估計(jì)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述預(yù)測步驟還包括以下步驟: 通過計(jì)算指數(shù)衰減數(shù)據(jù)序列來確定給定面積； 通過計(jì)算給定數(shù)據(jù)點(diǎn)與另一數(shù)據(jù)點(diǎn)之間的差乘以逝去時(shí)間的乘積來確定另一面積；通過獲得給定面積與所述另一面積之間的差的一半并將其增加到所述另一面積來確定數(shù)據(jù)分割；以及 基于所述數(shù)據(jù)分割、所述一階指數(shù)衰減和初始數(shù)據(jù)值來預(yù)測瞬態(tài)響應(yīng)步長和最終值。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述預(yù)測步驟還包括通過應(yīng)用三角學(xué)模型來計(jì)算多個(gè)數(shù)據(jù)估計(jì)組，以穩(wěn)定數(shù)據(jù)的步驟。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述確定步驟還包括用所測量的值參照經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)來實(shí)時(shí)確定一階指數(shù)衰減的步驟。
7.一種用于測量外部空氣溫度的系統(tǒng)，包括: 用于隨時(shí)間測量溫度值的多個(gè)傳感器； 與所述多個(gè)傳感器通信的控制器，所述控制器 分析溫度值； 實(shí)時(shí)確定所測量的值的一階指數(shù)衰減； 通過應(yīng)用最小二乘逼近來穩(wěn)定指數(shù)時(shí)間衰減； 基于經(jīng)穩(wěn)定的指數(shù)時(shí)間衰減常數(shù)來估計(jì)步長； 使用數(shù)學(xué)模型預(yù)測指數(shù)衰減序列的最終值；以及 從預(yù)測的最終值過濾掉存在于數(shù)據(jù)中的熱噪聲成分以得到最終溫度值。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中，所述控制器通過執(zhí)行數(shù)據(jù)壓縮來產(chǎn)生良態(tài)的指數(shù)衰減波形，以進(jìn)行所述分析。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中，所述控制器通過用所測量的值參照經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)來實(shí)時(shí)確定所測量的值的一階指數(shù)衰減。
【文檔編號】G06F19/00GK104050349SQ201410095400
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年3月14日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月14日
【發(fā)明者】T·G·休伯特 申請人:凱爾西-海耶斯公司