傳感器溫度漂移的自適應補償方法和系統的製作方法

2023-10-29 08:01:37 3

專利名稱：傳感器溫度漂移的自適應補償方法和系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於對機械設備中傳麟的糹鵬漂移自適應補償的方法和
系統，並且tt^i也用於在加工、生產線或糊中為由電動板發動機驅動的軸而 設計的辦E傳自。
更明確地，本申請涉及用於在汽車動力系中最小化轉矩傳感器中的偏移變 化的補償系統。
背景技術：
由於車輛戱排放所產生的頓汙染的日益加劇、對較低廢氣排娜蹄啲 新的M立法、對較低燃料消耗和增加的傳動平滑度的用戶需求，迫切需要改 善發動機和傳動的效率。同樣，在汽車運動領域中競賽非常激烈，應用最好技 術用於賽車發動機和其傳動系極為重要。
內燃機的電子控制系統包含用於確定各種發動t紅作割牛的多個傳繊和 系統。這些傳感器中的許多工作於苛刻的環境下並遭受變化相當大的工作條 件，對傳感器的要求在耐用性、長期穩定性、以及在大的溫度範圍上工作的能 力方面非常苛求。汽車應用中遇到的典型溫度範圍從40'C直到+15(TC。在這 個鵬範圍內，需對專繊在其^h^命中產生可靠的輸出信號。
對於溫度穩定性問題的一種解決方案是設計一種傳感器，該傳ii^在旨 溫度範圍中和在傳感器的旨壽命中充分穩定。這種傳感器的問題是，或者對 於汽車用途製造j^:太高，或者對m成在動力傳動系中過於龐大。
另一種解決方案是在生產中增加溫度校準步驟，其中通過調^#自或者 在電子設備中補償傳離的離特性。由於在生產中必須對每個與蟲傳織執 4m—操作，這增加了組件的額外i^。
另外的MW七是，用於汽車應用的轉矩傳感器通常由於實踐原因M兩個 分離的部件來設計，其中一個部件是承載軸，另一個部件是環繞軛(yoke), 只有在樹專^安裝到變速箱上時才將這兩個部件組合。傳感器的偏移漂移的 M^校準步驟必須對完整的傳感器執行而不會樹分離的部件進行。溫度校準解
決方案的另一問題是，沒有解決xt^特性的長期影響。
在應用中校準傳 偏移的一種直接的方式是當傳動系空載時在^^調檔 期間執行傳感器的零復位。這種方法的局限是，零復位僅在這^f寺定的糹鵬水 平有效。當Mit改變時，為了獲得可靠的傳繊繊必須執行新的零復你校準。
US 6,658,345描述了可以在應用中在安裝之後如何補償傳感器的溫度特 性。這種方法的問題是，需要單獨的溫度傳繊的輸入。另外，它還依賴於鑰
匙開規於啟動和停止，並且只會敏發動機的啟動或停止時更新傳ii^難。

發明內容
本發明的目的是解決上面指出的問題，並且樹共一種有效地補償傳繊信 號值的M^依賴性的方法禾係統，其中使用戶/fi十算的偏移值，並且由此改善傳 自信號的值。
本發明的另外的重要目的是以低^Jif共這樣的汽車組件。
根據本發明，M如在權利要求1中所描述的並且由其表徵的方法和如在 權利要求12中所描述並且由其表徵的系統、以及如在權利要求13中所描述並 且由其表徵的計嶽幾禾驕產品來實51^些以及其它目的。
本發明使用應用的自然出現的操作點，其中軸或者傳動系以及傳感器的加 載狀態是已知的。來自這徵作點的傳繊繊被存儲在存儲徵資料庫中，並 且被用於更新傳ii^特性的模型。在傳動系脫離並且傳感器已知處於空載或者 至少接近空載時，容易獲得在 調檔期間出現的這樣的操作點。
當軸或者傳動系空載時，在適當的濾波之後，收集傳感器數據和溫度m^
並且將其用作關於該特定M^下傳感器偏移的信息。當至少兩個皿7K平的數 據被收集時，這個信息被用於確定傳感器模型中的參數，所述傳 模型描述 傳感器偏移的溫度依賴性。該傳,模型用於基於皿信號連續地計算傳感器 偏移。
優選地，通過測量傳感器電屬性的變化，從傳感器激勵/供電單元獲得溫 度信號，但也可以從外部溫度傳，或者通過來其它裝置A人監控系統獲得。可 以以多種不同方式獲得關於傳動系或傳感器何時空載的信息。在自動傳動或自 動化手動傳動情況下，當傳動系脫離時可以/，控系統獲得信號。對於手動傳 動，可以從離合器踏板和/或變速杆的開關i體獲得信號。這個信號也可以fflil 監測轉矩信號的特定特性獲得。
在本發明的又一實施例中，脫離的傳動系的觸發信號可以M分析傳感器
信號的特性來獲得，例如傳 信號導數(derivative)或者轉矩波動信息幅度 的突然變化，由於傳動中的遊隙，在轉矩傳,在結構上與傳動系脫離時所述 傳自信號導數或者徵巨波動信息幅度者咬化。
本發明最重要的特徵是當傳動系空敷脫離時使用至少兩個操作點，以確
定/;€§ 傳 偏移的^^依賴性的模型。
本發明的另一重要特徵是糊專感器的電屬性用作操作溫度的量度，這消除 了對外 ^傳感器的需要。
本發明的又一重要特徵是分析傳 信號的特性以獲得用於脫離的傳動系 的觸發信號。
本發明主要的優點在於，在制皿程中無需昂貴的或困難的皿校準步驟 的情況下，大大增強了傳感器的溫度特性。在應用中在操作期間執行自適應方 案。此外，保證在傳繊的齡驗中保謝專繊的離性能。
本發明的其它目的、特徵、以及優點根據結合所附附圖考慮的以下詳細說 明變得顯而易見並且M任一從屬權利要求來限定。


為了更好地働軍本發明，將參考附圖。
圖1為示意性框圖，並且給出了本發明,實施例的總覽。
圖2說明根據本發明的信號處理以及框圖。
圖3為本發明的流程圖。
圖4說明帶有傳繊信號偏移的魏調檔。
圖5說明帶有校正的傳繊信號偏移的變謹調檔。
圖6說明在高刺邸鵬下在零載荷時傳麟輸出的測量。
圖7說明在連繳顯變範圍時在零載荷時傳自輸出的測量。
圖8說明禾,緣性和高階傳繊模型在連^^範圍時在零載荷時傳繊
圖9說明傳感器初級電路的阻抗的四線制測量。
圖10說明在發動機嚙合和脫禽瞎況下徵巨波動的變化。
圖11說明在零周圍的總巨變化，其指示傳動中的遊隙(play)。
具體實施例方式
如圖1所示，本發明的，實施例包括總巨傳感器1，其位於 的傳動
系2中。轉矩傳繊1電連接到電子單元3，戶腿電子單元包括M單元4、A/D 轉換器5、計算或處理單元6和存儲器7。
電子單元3連接到變速箱控制單元(未示出)，戶，^箱控制單，審lJ/操 作傳動系2中的機械離合器17。當機械離合器17脫離時，傳動系2公知為空 載。這還可以m將在後面討論的其它方式獲得。
如在圖2中可以看出，給傳麟1劍共來自'鵬單元4的麵信號4a， 並且傳繊1產生輸出信號la，戶腿輸出信號la由A/D轉換器5採樣。來自 A/D轉換器5的數位訊號5a由計算單元6處理，以獲得線Rii^穩定的輸 出，該輸出指示轉矩傳繊1的辦巨載荷。計算單元6另夕卜包括離計算單元 8、參數計算單元9、解調單元IO、偏移補償單元ll、線性化單元12和輸出補 償單元B。
圖2中的解調單元10包括與激謝言號4a同步的信號5a的濾波和抽取。 還可能包 SS—步的濾波和處理，以改善解調信號10a的噪聲和穩定性。
在雌的實施例中，基於傳繊1的初級電路的特性確定鵬信號。該溫 度信號由計算單元6用於基於例如存儲在存儲器7中的數學模型補償傳感器1 的鵬票移。
當/媒控系統14 (例如變速箱控制單元)得知傳動系2空載時，收集傳 感器信號數敏值和M^信號數據準並且存儲在存儲器7中。在多個、至少兩 個不同的^^7jC平下所收集的來自零載荷條件的數據構成資料庫，所述資料庫 用於循環地更新傳感器模型。在圖1中，零載荷狀態被示為來自監控系統14 的觸發信號14a。
計算單元6的輸出信號可以被傳遞到^I箱控制單元(未示出講且由其用 使用，以便優化變速調檔、探測傳動組件的磨損等等，但其還可以由發動機管 理系統^頓，以便診斷、控制和優化發動機16。
基於針對多個不同，水平所監視和收集的數據，計算描述傳，偏移的 溫度漂移的參數9a、 9b、 9c。傳，信號的進一步處理尤其在線性化單元12 和輸船卜償單元13中進行，並且包含傳繊1的靈i(g/增益漂移的可能補償、 進一步的濾波禾P/或結果輸出信號Ba的輸出水平的適配。本發明所用的該應用 的一啊寺殊的操作點是在傳動系2空載時的^^調檔期間。
描述根據本發明的方法的流程圖在圖3中示出，並且包括^E側，賣運行 並且補償傳感器信號的^^偏移的一部分。流程的另一部分在右側在傳動系已 知為空載時運行。
流程的第一部分包括步驟測量來自傳感器的信號值，這意味著傳感器的 二級信號被轉換為指示轉矩載荷的數位訊號。這個步驟可能包括A/D轉換以及 可能在數字或模擬域中的信號解調步驟。流程的第二個步驟包括確定溫度值， 這在雌的實施例中M測量傳^^刀級電路的卩鵬變化來實現。通過知道阻 抗和糹鵬之間的關係，因此可以確定MMt。在第三個步驟，該鵬{細於計
算在這W寺定M下傳iill的t鵬偏移。這基於存儲在電子單元的資料庫中的
溫度和傳自偏移之間的關係來執行。在第四個步驟中，戶;H十算的傳^i偏移 值用於補償傳感器的輸出信號，從而獲得經溫度補償的輸出信號。在流程連續 部分的第五個和最後一個步驟中，檢測傳動系的狀態。
如果發現傳動系空載，則在存儲器/資料庫中存儲傳感器信號和溫度信號
的當前值。為了改善所存儲值的質量，這個步驟可以包括對溫度和傳SI信號
的選擇性濾波。在下一個步驟中，資料庫中的新的值與先前所測量的值一起用 於確定離值禾唯感器偏移值之間的關係。這個絲是用於在流程圖的連續部
分中計算傳mi偏移的戶;M^^。例如，禾,諸如"最小二菊去(least squares)" 的已知方法，這個關係可以ffl31確定傳感器偏移和，值之間的通式中的參數 來粒。
tt^i也，禾擁通用方》樹傳繊信號和鵬信號兩者滄波，以降低噪聲水 平、轉矩波動、轉矩振蕩或者信號上的其它幹擾。如果在系統中存在已知的諧 振，貝何以設計斷氐或者消除銜皆振的濾波器。
對被存儲在存儲器中，並且形成f^在不同溫度下傳S^偏移變化的 資料庫。每一次新的變速調檔或者收集數據時的其它時機，在資料庫中產生新 的數據對。在新的娜對被存儲在資料庫之前，可以包含對轉矩信號穩定性的 控制。如果不滿足特定的穩定性標準，則丟棄該娜對。
圖4說明同步，箱15的典型^I調檔，其中在傳自信號上存在偏移。 第一部分a顯示在啟動變速調檔之前的辦巨水平。在曲線的第二部分b中，在 離合器17脫離時總巨水平斷氐。當傳動系2完全脫離時，轉矩的下降在操作 變速調檔之前的一個短時段c內變平。在這個點處，傳動系並且從而轉矩傳感
器空載(處於零轉矩水平)，並且可以進行傳感器信號和糹顯度信號的測量並且存 儲在資料庫中。因為這個例子中的傳離信號具有偏移，所以曲線部分C處的 傳感器值不等於零。曲線的下個部分顯示，當新的齒輪被加速或減速時，齒輪 傳動驢沫示出)的操作如何導致在徵巨曲線中負的折曲d。鄉擇齒輪之後，
離合器17嚙合，施加來自發動機16的轉矩e。魏調檔的瞬變通常導致轉矩
中的振蕩，曲線的f部分，戶腿振蕩緩漫降低。
在不使用離合器17的情況下執行z^I調檔的系統中，z，調檔可被設計， 使得變速箱15在第一齒輪脫離之後而新的齒輪嚙合之前處於空檔位置。這提
供了一個操作點，其中傳動系空載並且可以進行在零載荷下對傳/i^輸出的讀
取。這一方案還可以應用於通常變速而轉矩沒有倒可下降的自動 箱。在低 載荷下執行變速調檔的特定時機，可以有意地通過空檔操作變速箱，以便提供 操作點，其中傳動系空載並且可以進行在零載荷下對傳自輸出讀取。
傳感器輸出的偏移影響 ^操作範圍中的精度，但在低載荷下最明顯。在 圖4中，在曲線的部分c可以清楚看出傳，信號的偏移，為與零的偏差。
相比於圖4中未校正的偏移，圖5顯示了具有校正的傳自信號偏移的變 速調檔的例子。在這^H列子中，曲線部分c中的傳S^信號幾乎與實際值零相等。
圖6顯示在^^和高溫下傳繊輸出的觀糧的分布的例子。 ^鵬水平 下數據對的分散是由於不確定性，例如磁滯5嫁、噪聲、隨移動、驢梯度 等等。為了減小這種不確定性的影響，雌地在齡驢水平下^頓來自不同 時機的多個採樣。例如可以在發動機岡U剛啟動時在變速箱組件變熱之前採取低 ^^樣。從而可以在發動機已經運行一段時間並且達到其額定操作皿時採取 敲縣樣。
^及 的所有周期性變化中採取多個不同的操作點處的^^樣， 可以覆蓋旨操作範圍中傳自性能的模型。
圖7顯示在零載荷時在連續t顯度範圍的多個不同溫度下傳感器輸出的測 量。在該圖中，顯示了傳感器偏移和溫度之間的線性關係。
圖8顯示利用線性和高階傳^l模型在零載荷時在連糹m^範圍下傳麟 輸出的測量。
通過計算傳^I偏移相對鵬的M^中的參數，確定傳麟偏移對鵬漂
移依賴性的模型。在其最簡單的形式中，這由在圖6、 7和8中用直線描述的
線性關係表示，並且M:以下等式^^:formula see original document page 10
腫
& =傳感器的所計算的傳,偏移 A。,^建模參數
參數&，、通過等式1中的^i^對同ttt圖6、 7禾卩8中戶;f^在傳動系脫
離時所收集的傳感器信號和溫度信號的數據對的優化或者最佳擬合來確定。如
果有興W"在傳自偏移s。和溫度^之間更加複雜的^^建模，則可以在,
式中包含更高階的項，從而產生幾個參數&用以確定。這^f共了表示由圖8中
虛線所示的在傳 偏移和溫度之間的非線性關係的可能性。
確定參數對一組數據的最佳擬合的常見方法，例如是線性回歸方案或者最 小二乘法擬合。還可以設想其它的方案。在其最簡單的形式中，資料庫被限制 為僅兩個數據對，這使計算參數&^非常簡單。在這種瞎況下，可能需要附加 ^j牛以保證兩個採樣之間的溫度差別足夠大。對於這樣的方案，還可能要求不
直接更新參數/t。,A ，而^liM次皿。
通過每當執伊魏調檔時、或者當傳動系已知為空載時的齡其它時機重
,參ia,.的計算，連續地保持根據等式i的傳ii^l莫型，並且從而長期補償 例如傳 老化的影響。優選地，舊數據從資料庫中被移出或者通過加權函數 Md>，這保證傳S^f!M代表傳ii^的當前特性。
在雌的實施例中，在糹驢計算單元8中基於傳繊i的初級電路的特性
計算，信號8a。易於獲得的來自> 單元2的信號為 電流和 電壓。 可以結合激勵電流和激勵電壓的測量值以根據如下等式形成傳感器1的阻抗
(2)
腫
ZP =傳感器的初級電路的阻抗電流的其 它組合表示。
為了將機械載荷對鵬信號的影響最小化，可以在具有所施加的載荷的最
小影響的相角時選擇等式3中阻抗的表示。在阻抗的tm表示中可以觀察到，
與不同溫度的影響相比，所施加的載荷的影響在不同的相角影響阻抗信號。
然而由於某些原因，利用受，和載荷兩者影響的阻抗表示是有利的。這 種表示的一個例子是卩鵬的幅度。在這些瞎況下，根據圖1中的信號10a或信 號Ba，通過消除或者最小化載荷影響的線性化或者補償可以大大改善M^《言
號的性能。
優選的轉矩傳感器1為依照美國專利5646356或者未決美國申請 2002189372的磁謝申縮類型。
檢測傳動中零總巨水平的另一種方式皿一步處卿萬獲得的轉矩信號並且 鵬宗在離合器脫離期間轉矩的變化。如在圖5中可以看出，當在部分b中轉矩 的減小在部分c中變平時，總巨信號的斜率存在非常突然的變化。MH察轉 矩信號的導數或者通過檢測斜率變化和兩個階段之間的急劇變化的其它方法， 可以容易地檢測這種轉變。
可以用於檢測傳動系脫離的另一瞎性是辦巨信號波動含量(ripple content) 的變化。由於來自發動機的與蟲的燃燒，當傳動系機械連接到發動機時，轉矩 信號具有疊加在淨轉矩輸出上的轉矩波動或者振蕩的穩定量。當發動機脫離 時，這種轉矩波動顯著M^。所以波動含量的這種變化可以用作檢測傳統系是 否嚙合^從發動機脫離的手段。
檢測傳動系的零轉矩水平的另一方法甚至可以在無M箱操作的情況下使 用。當發動機和傳動系誕零載荷從負轉變到正載荷或者反之亦然運行時，在 轉矩信號中可以將傳動系經歷齒間隙或者傳動系的遊隙的部分檢測為轉矩變化 變平的階段。這可以明顯地看作轉矩信號在其經歷傳動中的遊隙或齒間隙時的 平穩段。
在圖11中，這，穩段出現在不同於零的水平處，其指示傳自信號的 偏移。在根據以上描述轉矩變平的部分中，傳動系的載荷已知為空載。
上面的倒可一種方法可以用於獨立地、組合地、或者以與來自^I箱控制 單元的觸發信號組合的方式檢測傳動中的零載荷。
在本發明的另一個實施例中，等式1中所4頓的鵬信號不僅包括根據等 式3從傳繊的初級電路戶;fi十算的糹鵬信號鄉誠，而且包括由監鵬制系統己 知的其它溫度信號、以及來自其它外M^傳感器的，信號。
應當指出，雖然上面描述了本發明的例示性實施例，但是存在在不脫離所 附的權禾腰求所限定的本發明範圍的情況下可以對所公開的解決方案進行的多 種改變和修改。
因此，本發明還可以應用於諸如煉鋼廠鵬紙廠的機械設備或加工線中的 力傳感器的溫度漂移的自適應補償。這種設備中的力傳感器可以用於例如測量 鋼板或紙幅的軋制力或紙幅張力。對於這些應用，傳感器空載的自然出現的操
作點的例子存在於板或幅退出加工線之後並且在新的板或紙幅iSA^前。 本發明還可以應用於汽車工業的其它應用、其它JQlk應用中或者其它領域
的應用中的轉矩傳感器或者力傳感器，其展現出具有傳 空載、接近空載的 自然出現的操作點或者在這徵作點可以通過任意裝置控制或者檢觀啲已知載 荷水平時的間歇式操作的性質。
權利要求
1、一種用於對傳感器的溫度漂移自適應補償的方法，所述傳感器被設計用以在操作期間測量機械設備中軸或傳動系的轉矩或者力，其特徵在於循環地測量傳感器信號並且確定相關的溫度，基於所測量和存儲的數據根據溫度測量偏移值，利用所述計算的偏移值補償所測量的信號值，檢測傳感器何時空載或者接近空載，並且如果如此，則將傳感器信號值和相關的溫度值存儲在存儲器中並且更新傳感器偏移的模型。
2、 根據權利要求1戶艦的方法，其特徵在於基於來自控制單元或者控第係統的信號，檢測傳繊何時空載。
3、 根據權禾腰求1或2戶脫的方法，其特徵在於 基於開關的位置，檢測傳自何時空載。
4、 根據前面任意一項權利要求戶脫的方法，^#徵在於 M:監測傳感器信號的特性，檢測傳麟何時空載。
5、 根據前面任意一項權利要求戶，的方法，^f寺徵在於M:監測轉矩和/，矢薛4率的變俗轉變，檢測傳自何時空載。
6、 根據前面任意一項權利要求戶;M的方法，，徵在於通過監測轉矩信號的波動含量的變化，檢測傳麟何時空載。
7、 根據前面任意一項權利要求戶脫的方法，^#徵在於 通過監測轉矩的變化在傳動中何時變平，檢測傳 何時空載。
8、 根據前面任意一項權禾腰求戶艦的方法，其特徵在於 基於傳繊的初級電路的廣賊確定驢信號。
9、 根據前面任意一項權利要求戶;M的方法，^#徵在於基於傳感器的初級電路的電流、電壓和/或阻抗或者其組合來確定溫度信號。
10、 根據前面任意一項權利要求戶;M的方法，其特徵在於4頓來自外漸驢傳麟的糹鵬信號。
11、 根據前面任意一項權禾腰求戶脫的方法，^fT徵在於 對數據進行濾波以降低對信號的幹擾，例如噪聲、轉矩波動和/或轉矩 振蕩。
12、 一種用於對傳繊的糹鵬漂移自適應補償的系統，戶脫傳SII皮設計 用以在操作期間測量機械設備中軸或傳動系的傲巨或者力，其特徵在於用於測量傳繊轉矩和相關驗的體(l)，用於基於所測量和存儲的數據根據、溫度計算傳感器偏移值的裝置(6，7)，用於利用所述計算的偏移值彬嘗傳,信號值的^S(6， 7)，用於檢測傳繊l)和/或傳動系(2)何時空載並且如果如此貝鵬這^ 存儲在存儲微7)中的，(6， 7)，以及用於更新傳,模型從而#(專，信號的偏移最小化的，(6， 7)。
13、 一種包Si十^m禾OT代碼的計^t幾，，意,行根據權利要求1-11 中任意一項所述的方法的步驟。
14、 一種計穀幾可讀介質，其包括至少部分根據權利要求13所述的計算 機辦。
15、 根據權利要求13所述的電腦程式，其至少部分iMl網絡提供， 例如網際網路或者內聯網。
16、 一種邏輯敏各，期皮配置用於執行權利要求l-ll的步驟。
全文摘要
本發明涉及一種用於對傳感器的溫度漂移自適應補償的方法，所述傳感器被設計用以在操作期間測量機械設備中的軸或傳動系的轉矩或者力。本發明包含以下步驟循環地測量傳感器信號並且確定相關的溫度，基於所測量和存儲的數據根據溫度計算偏移值，利用所計算的偏移值補償所測量的信號值，檢測傳感器何時空載或者接近空載並且如果如此，則將傳感器信號值和相關的溫度值存儲在存儲器中並且更新傳感器偏移的模型。本發明還涉及用於對這種傳感器信號偏移的溫度漂移自適應補償的系統和電腦程式。
文檔編號G01L25/00GK101103260SQ200580045387
公開日2008年1月9日 申請日期2005年12月30日 優先權日2004年12月30日
發明者C·沃林 申請人:Abb股份有限公司