車輛傳感器輸出處理的製作方法
2023-05-29 00:38:11
本公開涉及用於根據從傳感器的輸出產生的恢復的信號來控制車輛子系統的系統和方法。
背景技術：
車輛可包括與車輛操作相關的多個車輛子系統，諸如，空調子系統、推進子系統、排放子系統、制動子系統、轉向子系統、燃料噴射子系統等等。車輛子系統可包括一個或更多個組件，所述一個或更多個組件包括電路組件、硬體組件和軟體組件，諸如，閥門、管道、軟管、夾具、噴射器、泵、控制器、邏輯門、無源半導體器件、有源半導體器件等等。傳感器可用於監測這些組件。
技術實現要素：
一種車輛控制系統包括處理器，所述處理器被配置為：根據恢復的信號來控制車輛子系統，所述恢復的信號根據傳感器的輸出信號以及濾波後的所述輸出信號相對於時間的變化與所述傳感器的時間常數的乘積而被產生，使得所述恢復的信號的幅值和相位接近於所述傳感器的輸入信號的幅值和相位。
一種車輛系統控制器包括：輸入信道，被配置為：接收傳感器的輸出信號；輸出信道，被配置為：根據恢復的信號控制車輛子系統；控制邏輯單元，被配置為：根據所述輸出信號以及濾波後的相對於時間的所述輸出信號的變化與所述傳感器的時間常數的乘積而產生所述恢復的信號，使得所述恢復的信號的幅值和相位接近於所述傳感器的輸入信號的幅值和相位。
根據本發明的一個實施例，所述傳感器是慢動態響應傳感器。
根據本發明的一個實施例，所述慢動態響應傳感器是溫度傳感器，並且控制車輛子系統包括控制高電壓電池冷卻子系統。
根據本發明的一個實施例，所述慢動態響應傳感器是氧氣傳感器，並且控制車輛子系統包括控制燃料噴射子系統。
根據本發明的一個實施例，所述濾波後的變化因對所述輸出信號的變化應用低通濾波器而被產生。
根據本發明的一個實施例，所述恢復的信號的幅值和相位與所述傳感器的輸入信號的幅值和相位之間的第一差小於所述輸入信號的幅值和相位與所述輸出信號的幅值和相位之間的第二差。
根據本發明的一個實施例，所述恢復的信號的幅值和相位與所述傳感器的輸入信號的幅值和相位相同。
一種方法包括：由處理器根據恢復的信號控制車輛子系統，所述恢復的信號根據傳感器的輸出信號以及濾波後的所述輸出信號相對於時間的變化與所述傳感器的時間常數的乘積而被產生，使得所述恢復的信號的幅值和相位接近於所述傳感器的輸入信號的幅值和相位。
根據本發明的一個實施例，所述傳感器是慢動態響應傳感器。
根據本發明的一個實施例，所述慢動態響應傳感器是溫度傳感器，並且控制車輛子系統的步驟包括：控制高電壓電池冷卻子系統。
根據本發明的一個實施例，所述慢動態響應傳感器是氧氣傳感器，並且控制車輛子系統的步驟包括：控制燃料噴射子系統。
根據本發明的一個實施例，所述濾波後的變化因對所述輸出信號的變化應用低通濾波器而被產生。
根據本發明的一個實施例，所述恢復的信號的幅值和相位與所述傳感器的輸入信號的幅值和相位之間的第一差小於所述輸入信號的幅值和相位與所述輸出信號的幅值和相位之間的第二差。
附圖說明
圖1是示出用於根據傳感器的輸出信號控制車輛子系統的包括處理器的車輛控制系統的車輛的框圖；
圖2a至圖2b是示出包括傳感器的車輛控制系統的框圖；
圖2c是示出具有慢動態響應的傳感器的輸出的曲線圖；
圖3a至圖3b是示出具有信號恢復控制器的車輛控制系統的框圖；
圖3c是示出信號恢復控制器基於具有慢動態響應的傳感器的輸出而產生的恢復的信號的曲線圖；
圖4是示出用於根據具有慢動態響應的傳感器的輸出而產生恢復的信號的算法的流程圖。
具體實施方式
在此描述了本公開的實施例。然而，應該理解的是，所公開的實施例僅僅是示例，並且其它實施例可採用各種替代形式。附圖不必按比例繪製；可誇大或最小化一些特徵以示出特定組件的細節。因此，在此公開的具體結構和功能細節不應被解釋為具有限制性，而僅僅作為用於教導本領域技術人員以多種方式利用本發明的代表性基礎。如本領域普通技術人員將理解的是，參照任一附圖示出並描述的各種特徵可與在一個或更多個其它附圖中示出的特徵相結合，以產生未被明確示出或描述的實施例。示出的特徵的組合提供用於典型應用的代表性實施例。然而，針對特定應用或實施方式，可期望與本公開的教導一致的特徵的各種組合和修改。
參照圖1，示出了具有車輛子系統12的車輛10。車輛子系統12可以是與車輛操作相關的子系統，諸如但不限於，空調子系統、高電壓電池冷卻子系統、推進子系統、排放子系統、制動子系統、轉向子系統、燃料噴射子系統等等。車輛子系統12可包括一個或更多個子系統組件14，所述一個或更多個子系統組件14包括電路組件、硬體組件和軟體組件，諸如但不限於，閥門、管道、軟管、夾具、噴射器、泵、控制器、邏輯門、無源半導體器件、有源半導體器件等等。
在一個示例中，車輛子系統12可以是燃料噴射子系統，子系統組件14可以是燃料噴射器。在另一示例中，車輛子系統12可以是排放子系統，子系統組件14可以是排氣閥。在另一示例中，車輛子系統12可以是空調子系統，子系統組件14可以是冷卻劑閥。在另一示例中，車輛子系統12可以是高電壓電池冷卻子系統，子系統組件14可以是電池冷卻劑閥。
傳感器16可被配置為監測與車輛子系統12和/或一個或更多個子系統組件14相關的一個或更多個工作參數(或指示車輛子系統12和/或一個或更多個子系統組件14的一個或更多個狀態的變量)。在一個示例中，傳感器16可以是接觸式傳感器或非接觸式傳感器，諸如但不限於，熱電偶。在這樣的示例中，傳感器16可被配置為測量(例如但不限於)燃料噴射子系統中的燃料的溫度、或者排放子系統中的廢氣的溫度、或者空調子系統中的冷卻劑的溫度、或者高電壓電池冷卻子系統中的冷卻劑的溫度，等等。在另一示例中，傳感器16可以是諸如但不限於氮氧化物(nox)傳感器、氧氣(o2)傳感器等的傳感器。
控制器18可被電連接到傳感器16。控制器18可被配置為從傳感器16接收指示測量的與車輛子系統12和/或一個或更多個子系統組件14相關的工作參數(例如，溫度、氮氧化物水平、氧氣水平等等)的輸出信號。控制器18可被配置為：響應於接收到控制請求，基於從傳感器16接收到的指示測量的工作參數的信號而控制車輛子系統12和/或一個或更多個子系統組件14。在一個示例中，響應於控制請求，控制器18可基於接收到的指示測量的工作參數的信號而控制車輛子系統12和/或一個或更多個子系統組件14的閥位、液體水平、氣流水平、燃料噴射量等等。
傳感器16可具有一個或更多個預定工作特性，諸如但不限於，工作範圍、靈敏度、解析度、動態響應、線性度、滯後現象、精確度等等。傳感器16的工作特性可能受到一個或更多個因素(諸如但不限於，傳感器設計、材料和製造方法)的影響。傳感器16的動態特性可包括傳感器16對輸入變化的瞬態響應。傳感器16對輸入變化的瞬態響應可以是例如傳感器16的熱傳導係數、熱導率以及其它屬性的函數。在一個示例中，如參照圖2更詳細地描述的，傳感器16的動態特性可使傳感器16的輸出信號(即，感測信號)相對於傳感器輸入信號y具有減小的幅值和/或相移。
現在參照圖2a，示出了車輛10的示例性控制系統20。控制系統20可以是使用變量的測量值控制變量以使(例如)變量達到預定值的反饋控制系統或另一種類型的控制系統。控制系統20包括被配置為監測示例性車輛子系統22(在此為為設備(plant)22)的傳感器16。傳感器16被配置為感測與設備22相關的一個或更多個工作參數的變化，並發送指示感測到的所述一個或更多個工作參數的值的變化的信號(例如，感測信號)。控制器18被配置為：響應於接收到控制請求信號r，基於感測信號控制設備22(和/或設備22的一個或更多個組件)。
當一個或更多個狀態變量不能用於反饋時，控制系統20可利用基於各種控制理論設計的觀測器24。觀測器24可從傳感器16接收指示感測到的設備22的響應的變化的信號(例如，感測信號)。觀測器24還可從控制器18接收控制命令信號u(即，控制輸入)。觀測器24可被配置為基於接收到的感測信號和接收到的控制命令信號u產生設備22的輸出信號y的估計信號(例如，估計狀態信號)。觀測器24還可被配置為將估計狀態信號發送到控制器18。控制器18可被配置為：響應於接收到控制請求信號r，基於從觀測器24接收到的估計狀態信號而產生輸出到設備22的控制信號(例如，通過發送控制命令信號u)。雖然控制系統20包括觀測器24，但是在一個示例中控制器18可被配置為基於感測信號控制設備22。
在一個示例中，傳感器16可以是熱電偶。熱電偶可以是包括兩個不同金屬和/或金屬合金(諸如，鐵、銅、康銅等等)的接頭的熱電式傳感器。所述兩個接頭可以是焊接在一起的或壓接(crimp)在一起的，並可具有恆定電勢差(例如，幾毫伏(mv))。第一接頭可以是基準(冷)接頭且可保持在恆定溫度。第二接頭可以是測量(熱)接頭。由於熱電效應而在兩個接頭之間產生的電壓可以是溫度變化的函數，從而可用於測量溫度。
在圖2b中示出了傳感器16響應於接收到輸入信號y而產生輸出信號(例如，感測信號)的框圖。傳感器16的動態響應可以是響應於輸入信號y的感測信號的變化。傳感器16的動態響應可使用零階系統、一階系統和二階系統中的至少一個來被表示，且使用零階微分方程、一階微分方程和二階微分方程中的至少一個以數學術語來被表示。在一個示例中，傳感器16(例如，熱電偶)的動態響應可被表示為一階低通濾波器且在拉普拉斯域中被表示為：
其中，τ1是傳感器16的時間常數，s是拉普拉斯域的變量,s可被表示為複數變量s＝a+jω。時間常數τ1表徵傳感器16對一階線性定常(lti)系統的階躍輸入的響應，且可基於傳感器16的測試數據或其它可用測量值而被確定。
傳感器16(例如，熱電偶)可由慢動態響應來表徵，即，傳感器16可緩慢地對迅速的輸入變化進行響應。在一個示例中，產生感測信號的傳感器16可能不能捕捉到在傳感器16的帶寬外的傳感器輸入信號y的一個或更多個頻率分量。在這樣的示例中，示例性感測信號的幅值和相位可能不同於示例性的傳感器輸入信號y26的幅值和相位。在圖2c中示出了具有慢動態響應的傳感器16可響應於接收到示例性的傳感器輸入信號(設備輸出信號)y26而產生(輸出)的示例性感測信號的時域曲線圖。相對於示例性的傳感器輸入信號y26的幅值和/或相位，傳感器16產生的示例性感測信號具有減小的幅值和/或具有相移。
參照圖3a，示出了用於處理傳感器16的慢動態傳感器輸出的示例性處理系統30。示例性處理系統30包括被配置為接收感測信號的信號恢復控制器32。信號恢復控制器32可被配置為根據接收到的感測信號產生恢復的信號(例如，觀測器的輸入信號)信號恢復控制器32產生的恢復的信號可以是指示傳感器輸入信號y的信號。在一個示例中，恢復的信號的幅值和相位可接近於傳感器輸入信號y的幅值和相位。
信號恢復控制器32可被配置為執行一個或更多個信號處理操作以根據接收到的感測信號產生恢復的信號在圖3b中示出了說明用於產生指示傳感器輸入信號y的恢復的信號的信號恢復控制器32的框圖34。如塊36所示，信號恢復控制器32可被配置為接收感測信號並產生接收到的感測信號相對於時間的微分信號在一個示例中，信號恢復控制器32可通過利用接收到的感測信號的導數(即，通過確定在接收到的感測信號的一個或更多個預定點處的切線函數的斜率)來產生所述微分信號
如塊38所示，信號恢復控制器32可被配置為對微分信號濾波。在一個示例中，信號恢復控制器32可通過應用在拉普拉斯變換中定義的n階傳遞函數或者使用根據z變換、離散傅立葉變換等定義的其它表達式，來對微分信號濾波。在一個示例中，傳遞函數可以是具有不同特性(諸如但不限於，低通特性、高通特性、帶通特性、帶阻特性等)的n階濾波器。
如塊40所示，信號恢復控制器32可被配置為使微分信號的動態響應曲線乘以時間常數τ1。時間常數τ1可以是傳感器16的時間常數，但是，也考慮使用一個或更多個其它常數來補償任何模型在表徵傳感器16方面的差異。
如塊42所示，信號恢復控制器32可被配置為根據時間常數τ1和濾波後的微分信號的乘積與感測信號之和來產生恢復的信號信號恢復控制器32產生的恢復的信號可以是指示傳感器輸入信號y的信號。在一個示例中，信號恢復控制器32產生的恢復的信號的幅值和相位可接近於傳感器輸入信號y的幅值和相位。
參照圖3c，示出了信號恢復控制器32可響應於接收到示例性感測信號而產生的示例性恢復的信號的時域曲線圖。如圖3c所示，與示例性感測信號相比，示例性恢復的信號是示例性傳感器輸入信號y26的更精確的表示，即，信號恢復控制器32產生的示例性恢復的信號的幅值和相位比示例性感測信號的幅值和相位更接近於示例性傳感器輸入信號y26的幅值和相位。
參照圖4，示出了信號恢復處理46。信號恢復處理46可在塊48開始，在塊48處，信號恢復控制器32接收感測信號(即，傳感器輸出信號)。在一個示例中，感測信號可以是具有慢動態特性的傳感器16響應於接收到傳感器輸入信號(設備輸出信號)y而產生的信號。
在塊50處，信號恢復控制器32對接收到的感測信號求微分以產生微分信號在一個示例中，信號恢復控制器32可通過利用接收到的感測信號相對於時間的導數(即，通過確定接收到的感測信號在一個或更多個預定時間步長處的切線函數的斜率)來產生所述微分信號
在塊52處，信號恢復控制器32對微分信號濾波。在一個示例中，信號恢復控制器32可對微分信號應用傳遞函數(諸如但不限於，一階傳遞函數)。信號恢復控制器32可使用利用拉普拉斯變換定義的傳遞函數，或使用利用諸如但不限於z變換、離散傅立葉變換等的變換定義的其它表達式。在一個示例中，傳遞函數可以代表n階的模擬系統或數字系統，諸如但不限於，n階的低通系統、高通系統、帶通系統、帶阻系統等。
在塊54處，信號恢復控制器32使濾波後的微分信號乘以時間常數τ1。時間常數τ1可以是傳感器16的時間常數，但是，也考慮使用一個或更多個其它常數來補償任何模型在表徵傳感器16方面的差異。在塊56處，信號恢復控制器32對時間常數τ1和濾波後的微分信號的乘積與感測信號進行求和，以產生恢復的信號信號恢復控制器32產生的恢復的信號可以指示傳感器輸入信號y，使得恢復的信號的幅值和相位可接近於傳感器輸入信號y的幅值和相位。
在塊58處，信號恢復控制器32將產生的恢復的信號發送到觀測器24。觀測器24可響應於接收到產生的恢復的信號和控制命令信號u而產生估計狀態信號在一個示例中，信號恢復控制器32將恢復的信號發送到子系統控制器，子系統控制器發出控制車輛子系統和/或車輛子系統的一個或更多個組件的控制命令。此時，信號恢復處理46可結束。在一個示例中，信號恢復處理46可響應於接收到感測信號或者響應於另一信號或請求而被重複執行。
在此公開的處理、方法或算法可以交付給處理裝置、控制器或計算機，或者通過處理裝置、控制器或計算機來實現，其中，所述處理裝置、控制器或計算機可包括任何現有的可編程電子控制單元或專用的電子控制單元。類似地，所述處理、方法或算法可以以多種形式被存儲為可由控制器或計算機執行的數據和指令，其中，所述多種形式包括但不限於永久地存儲在非可寫存儲介質(諸如，rom裝置)上的信息以及可變地存儲在可寫存儲介質(諸如，軟盤、磁帶、cd、ram裝置和其它磁介質和光學介質)上的信息。所述處理、方法或算法也可以在軟體可執行對象中被實現。可選地，可使用合適的硬體組件(諸如，專用集成電路(asic)、現場可編程門陣列(fpga)、狀態機、控制器或者其它硬體組件或裝置)或硬體組件、軟體組件和固件組件的組合來整體或部分地實現所述處理、方法或算法。
說明書中所使用的詞語是描述性詞語而非限制性詞語，並且應理解的是，可在不脫離本公開的精神和範圍的情況下做出各種改變。如前所述，可將各種實施例的特徵進行組合以形成本發明的可能未被明確地描述或示出的進一步的實施例。儘管針對一個或更多個期望特性，各種實施例可能已經被描述為提供優點或優於其它實施例或現有技術實施方式，但是本領域的普通技術人員應認識到，根據特定的應用和實施方式，一個或更多個特徵或特性可被折衷以實現期望的整體系統屬性。這些屬性可包括但不限於成本、強度、耐用性、生命周期成本、市場性、外觀、包裝、尺寸、可維護性、重量、可製造性、裝配的容易性等。因此，被描述為在一個或更多個特性方面不如其它實施例或現有技術實施方式滿足期望的實施例並非在本公開的範圍之外，並可被期望用於特定的應用。