具有增加的分辨率的磁速度传感器
阅读说明：本技术 具有增加的分辨率的磁速度传感器 (Magnetic velocity sensor with increased resolution ) 是由 D·布斯卡伦 T·绍沙尔 于 2020-02-25 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种用于增加磁传感器的分辨率的方法,该磁传感器用于机动车辆的热力发动机。传感器递送同步电信号,该同步电信号包括连续的且间隔开的方波(13),其上升沿或下降沿中的一者对应于发动机的元件的相应旋转角度。同步电压范围(10)介于高电压调制范围(11)和低电压调制范围(12)之间,高电压调制范围(11)高于同步范围(10)的高电压,低电压调制范围(12)低于同步范围(10)的低电压,在低调制范围(12)和高调制范围(11)中的每一者内的电信号被调制成以便包括附加方波(14),所述附加方波补充同步信号的方波(13),所述附加方波对应于周期性时钟方波,其具有取决于发动机转速的周期,旋转角度由每个附加方波(14)的上升沿或下降沿中的一者来识别。(The invention relates to a method for increasing the resolution of a magnetic sensor for a heat engine of a motor vehicle. The sensor delivers a synchronous electrical signal comprising a continuous and spaced square wave (13), one of its rising or falling edges corresponding to the respective angle of rotation of the elements of the engine. The synchronization voltage range (10) is between a high voltage modulation range (11) and a low voltage modulation range (12), the high voltage modulation range (11) being higher than the high voltage of the synchronization range (10), the low voltage modulation range (12) being lower than the low voltage of the synchronization range (10), the electrical signal within each of the low modulation range (12) and the high modulation range (11) being modulated so as to comprise an additional square wave (14) complementing the square wave (13) of the synchronization signal, the additional square wave corresponding to a periodic clock square wave having a period depending on the engine speed, the rotation angle being identified by one of a rising edge or a falling edge of each additional square wave (14).)
技术领域
本发明涉及一种具有增加的分辨率的磁传感器（该磁传感器用于检测由热力发动机驱动的元件的速度）、一种用于增加磁传感器的分辨率的方法、以及一种用于控制与热力发动机相关联的功能的方法，该方法需要以被驱动元件的旋转角度来控制或激活要实施的功能。
非限制性地，这种磁场传感器可以是凸轮轴或曲轴（作为与热力发动机相关联的被驱动元件）的磁场传感器。
背景技术
在机动车辆中使用凸轮轴传感器来确定各个气缸在热力发动机的燃烧循环中的位置，即每个气缸是处于进气模式、压缩模式、燃烧模式还是排气模式。
同样，使用曲轴传感器来跟踪曲轴的旋转，这两个传感器的关联允许热力发动机被同步。作为本发明主题的磁场传感器还可执行其他功能，诸如例如当用作爆震传感器时。
热力发动机的同步在于精确地识别发动机组件和关联元件的活动部分（即，容纳在一个发动机气缸中的每个活塞、曲轴、以及负责管理进入燃烧室的进气和出自燃烧室的排气的凸轮轴（给定发动机的类型（二冲程或四冲程））的位置，以便允许被集成在电子控制单元中的发动机控制电子设备以所需的准确度和精度来管理发动机以实现其最佳操作。
因此，热力发动机必须是“定相的”，以便确定和优化在气缸中燃烧燃料的最佳时刻，这尤其允许优化排放和燃料消耗。
定相通常是通过组合由分别与曲轴和凸轮轴相关联的传感器递送的两条信息来实施的。
这些传感器包括磁场发生器（例如：永磁体）、用于检测磁场的装置（例如，霍尔效应单元、磁阻（MR）单元、巨磁阻（GMR）单元等）、以及用于处理由用于检测磁场的装置接收到的信号的电子电路。这些传感器（称为有源传感器）将数字信号递送到中央计算机以进行处理，该计算机形成电子控制单元的一部分。
正如所知的，磁场传感器与固定到凸轮轴的靶标相关联。该靶标采用盘的形式，其外围是带齿的。这些齿具有相同的高度但具有不同的间距或凹部和长度，以便对气缸在机动车辆热力发动机的燃烧循环中的位置进行编码。
用于检测传感器中存在的磁场的装置检测靶标的齿在传感器前方的经过情况，并且所得信号允许以本身已知的方式确定每个气缸相对于发动机的燃烧循环的位置。
为了确定每个气缸在发动机循环中的位置，观测在靶标转一圈期间由磁场传感器感知到的磁场变化的曲线。该曲线包括一系列方波（créneau），每个方波对应于靶标的一个齿。例如，对于凸轮轴传感器，通过测量每个方波之间的间距和每个方波的持续时间，有可能确定每个气缸相对于发动机燃烧循环的位置。
当磁信号与其幅度成比例的预定切换阈值交叉时，由传感器生成的电信号改变（高或低）状态。为此，该切换阈值优选地被设定为幅度的75%，这对应于关于电沿和大多数现有靶标的机械沿之间的精度的最佳值。然而，该阈值可例如在70%和80%之间变化，具体取决于确定限定一个齿的每个边缘的经过时间所期望的精度。
参考图1，该图将机械靶标的齿DC的在两个幅度信号上方的轮廓示为时间的函数。机械靶标的齿的构型为矩形形状，由此生成检测平台，这种平台是针对靶标的每个齿引入的，靶标有可能地是圆形的，并且齿DC可能地周向地分布在靶标的外围上。
由齿的检测产生的第一信号是通过磁场传感器实现的磁检测信号Smag。该磁检测信号Smag整体上跟踪齿DC的轮廓，其在检测到齿时从0变化到100%，区别之一是检测信号的上升没有齿DC的轮廓那么突然，且另一个区别是磁检测信号Smag的检测平台在检测期间并不保持恒定，这一点不同于齿DC的平台。
为了使磁检测信号Smag的检测间隔等于齿的平台期，确立切换阈值SC，其可等于最大检测幅度的70%或80%之间，其中0%对应于未检测，且100%对应于完全检测。
第二信号是由磁场传感器递送到电子控制单元的输出电信号Ss，该输出电信号对应于已达到切换阈值SC的指示，并且具有表示磁信号Smag保持超过该切换阈值SC所持续的平台。
与热力发动机相关的控制或指令功能正在越来越多地被开发出来，为了实施功能特定的控制和/或激活，所述功能需要知道由热力发动机驱动的元件的当前旋转角度。
这对于可变气门正时（VVT）功能是非限制性情况。能够实施VVT功能的热力发动机针对其每个气缸包括至少一个进气门和至少一个排气门，并且具有与进气门和排气门的开启挂钩的能力。
因此，VVT功能可经由踩下加速踏板来修改气门正时，即，气门开启所花费的时间，具体取决于发动机转速、负载和车辆加速要求，该车辆加速要求从驾驶员传输到电子控制单元。
这种VVT机构允许取决于某些发动机操作条件来控制气门的同步，这些条件可能地随着具有这种热力发动机的车辆被驱动而变化。因此，有可能改善车辆的燃料消耗以及车辆的废气排放。
也可采用更复杂的VVT功能，其中每个气缸有两个进气门和两个排气门。
正时经由相位调整器（déphaseur）对发动机的进气和排气两者的作用而变化。以本身已知的方式，经由应用位置设定点来控制相位调整器，所述位置设定点被限定为反映各种燃烧模式，且然后被修改以反映多个参数。这种正时变化允许控制换气并提供优化燃烧的机会。
由磁传感器（例如与凸轮轴相关联）递送的旋转角度指示有时对于与热力发动机相关联的这种功能的实施是不够的。这主要在低发动机转速下适用，这些低发动机转速的值取决于所使用的发动机，且例如低于每分钟3,000转。在这些低发动机转速下，没有足够的测量旋转角度可用。
本发明所基于的问题是：对于与由由热力发动机驱动的元件承载的带齿靶标相关联的磁场传感器，着眼于通过机动车辆中的电子控制单元使热力发动机同步，确保该传感器还递送对旋转角度位置的附加识别以补充经由靶标在传感器前方的经过所检测到的那些旋转角度位置。
发明内容
为此，本发明涉及一种用于增加磁传感器的分辨率的方法，该磁传感器用于机动车辆的热力发动机，包括交替的一系列齿和凹部的靶标与由热力发动机驱动的元件相关联，并且磁场传感器检测由靶标的齿在传感器附近的经过所引起的磁场变化，生成磁信号，然后将在同步电压范围内的输出电信号（称为同步电信号）周期性地递送到电子控制单元，以便使热力发动机同步，该同步电信号包括连续的且间隔开的方波，其上升沿或下降沿中的一者对应于靶标的齿的相应经过的开始或结束，所述相应经过产生于发动机的元件的相应旋转角度，其特征在于，同步电压范围介于高电压调制范围和低电压调制范围之间，高电压调制范围高于同步范围的高电压，低电压范围低于同步范围的低电压，在低调制范围和高调制范围中的每一者内的电信号被调制成以便包括附加方波，所述附加方波补充同步信号的方波，所述附加方波对应于周期性时钟方波，其具有取决于发动机转速的周期，旋转角度由每个附加方波的上升沿或下降沿中的一者来识别。
技术效果是：增加与由元件承载的带齿靶标相关联的磁传感器的分辨率，所述元件的旋转将被检测并且所述元件由热力发动机驱动，该传感器是所谓的增量式传感器。这是在不修改安装在电子控制单元上的发动机同步软件的情况下实现的，且因此无需特定调适就能利用现有的电子控制单元来实施。
同步阶段的参数保持不变，并且所述参数的处理在电子控制单元中保持相同。
对于现有技术的传感器，在低发动机转速下，未识别被跟踪元件的足够的旋转角度以实施要保证的与热力发动机相关联的功能，在同步范围内所识别的旋转角度的数量不足以激活或控制此功能。低调制相位和高调制相位的时钟方波允许增加被跟踪元件的旋转角度的识别次数。
结果，该同步范围内的信号调制与当前在根据现有技术的增量式磁传感器中使用的信号调制保持相同，这允许保持与现有架构和电子控制单元的兼容性。
有利地，对于电信号的从0变化到最大电压的总电压范围，在同步范围中间的电压等于最大电压的一半，并且在低调制范围中间的电压等于最大电压的三分之一，而在高调制范围中间的电压等于最大电压的三分之二。
本发明的解决方案在于采用一种输出协议，其中使用三个范围，即不变的同步范围和两个调制范围。也许有可能仅提供单个低调制范围或高调制范围，但这不是优选的。
低调制范围和高调制范围由用于调制在这些范围内的输出信号的电压电平限定。因此，在同步范围和调制范围之间不存在干扰。最大电压是这样的电压，即，在该电压的情况下，磁传感器输出被电子控制单元偏置。
有利地，超过由发动机驱动的元件的预定旋转速度，信号的低相位和高相位被消除并且同步范围占据整个电压范围。
本发明的益处基本在低发动机转速下获得，这种发动机转速暗示由热力发动机驱动的被跟踪元件的旋转角度的识别次数低，尤其是当靶标仅包括一个齿时。在相对高的发动机转速（例如，超过3,000 rpm的速度）下实施本发明可能是不必要的。
另外，这使提高传感器与现有解释系统的兼容性成为可能，所述解释系统尤其安装在电子控制单元上。这可通过使用在电子控制单元中形成寄存器的可编程只读存储器来实现。
有利地，可基于在同步电压范围内的两个连续方波的两个上升沿或两个下降沿之间的周期通过线性内插来确定低调制范围和高调制范围中的每一者的附加方波的上升沿或下降沿。
对于增量式磁靶标传感器，在调制区域中实施的信号调制将在恒定速度下经由线性内插来实施抑或使用靶标特定编码来实施。
有利地，附加方波的上升沿或下降沿的获得取决于机械靶标的旋转速度，所述速度是在同步电压范围内的两个连续方波的两个等距下降或上升机械沿之间计算得出的。
本发明还涉及一种用于操纵与热力发动机有关的功能的方法，该方法需要以由发动机驱动的元件的旋转角度控制或激活要实施的功能，其特征在于，在实施用于增加传感器的分辨率的这种方法期间，旋转角度由同步范围的方波以及低调制范围和高调制范围的附加方波来识别。
如先前提到的，本发明的目的是经由补充同步电信号的附加时钟信号的存在来识别更高数量的旋转角度。这使改善对要实施的功能的控制和激活成为可能。
有利地，该功能是可变气门正时功能，其根据作为由所述发动机驱动的元件的至少一个凸轮轴的旋转角度来调节进气流量。
本发明还涉及一种由至少一个磁场传感器和电子控制单元组成的组件，该至少一个磁场传感器用于机动车辆的热力发动机，所述至少一个传感器与包括交替的一系列齿和凹部的靶标相互作用，所述靶标与热力发动机的元件相关联，并且所述至少一个磁场传感器包括用于检测由靶标的齿在所述至少一个传感器附近的经过所引起的磁场变化的装置，包括用于根据所述变化生成磁信号的装置、以及用于将输出电信号周期性地传输到电子控制单元以便使热力发动机同步的装置，该组件实施用于增加磁传感器的分辨率的这种方法或这种操纵方法，其特征在于，所述至少一个传感器包括：用于针对其输出电信号来创建限定同步范围的低调制范围和高调制范围的装置；以及用于在低调制范围和高调制范围中的每一者的电信号中创建附加方波的装置，所述附加方波补充同步信号的方波，所述附加方波是具有取决于发动机转速的周期的周期性时钟方波；以及用于识别元件的旋转角度的装置，所述旋转角度对应于同步信号的方波和附加方波中的每一者的上升沿或下降沿，该电子控制单元包括用于接收低调制范围和高调制范围中的每一者的电信号、以及由传感器识别的旋转角度的装置。
有利地，电子控制单元包括用于以所识别的旋转角度控制或激活所实施的功能的装置。
本发明最后涉及一种机动车辆，其特征在于，它包括由至少一个磁场传感器和电子控制单元组成的这种组件。
附图说明
在阅读以下描述时，本发明的其他特征和优点将变得更加明显。该描述纯粹是图示性的，且必须参考附图阅读，其中：
[图1]：图1由一组三条曲线组成，这些曲线分别示出了磁场传感器的机械靶标的齿的构型、由磁场传感器递送的靶标检测磁信号、以及由磁场传感器递送到外部实体（尤其是电子控制单元）的输出电信号，磁场传感器可能地旨在用于热力发动机并且是现有技术和本发明所共有的，
[图2]：图2示出了电压范围，其具有介于高调制范围和低调制范围之间的同步范围，以着眼于根据根据本发明的分辨率增加方法来增加传感器在识别由热力发动机驱动的被跟踪元件的旋转角度方面的分辨率，
[图3]：图3示出了在实施根据本发明的方法中在同步范围的方波和低调制范围或高调制范围的附加方波之间的比较，
[图4]：图4示出了针对根据本发明的功能调节进入每个气缸的空气的质量流量的图，该功能用于根据用于操纵该功能的方法来激活和控制可变气门正时。应记住，附图是作为示例给出的，并且不限制本发明。它们是旨在促进对本发明的理解并且不一定按实际应用的比例的示意性概念表示。特别地，所图示的各种元件的尺寸并不代表现实情况。
具体实施方式
下文组合参考所有附图。关于对标示的附图标记的识别，当参考一个或多个特定图时，这些图应结合其他图来考虑。
参考所有附图，且尤其参考图1和图2，本发明涉及一种用于增加磁传感器的分辨率的方法，该磁传感器用于机动车辆的热力发动机，该传感器可能地是凸轮轴传感器或曲轴传感器。
对于这种磁传感器，包括交替的一系列齿DC和凹部的靶标与由热力发动机驱动的元件（例如，凸轮轴或曲轴）相关联。
磁场传感器检测由靶标的齿DC在传感器附近的经过所引起的磁场变化，生成磁信号Smag，然后将在同步电压范围10内的称为同步信号的输出电信号Ss周期性地递送到电子控制单元，以便使热力发动机同步。
如可在图2中看到的，同步电信号包括连续的且间隔开的方波13，其对应于靶标的齿的相应经过。
同步范围10的连续的且间隔开的方波13具有对应于靶标的齿的相应经过的开始或结束的上升沿或下降沿，所述相应经过产生于发动机的元件的相应旋转角度。
根据本发明，同步电压范围10介于高电压调制范围11和低电压调制范围12之间，高电压调制范围11高于同步范围10的高电压Vsup，低电压调制范围12低于同步范围10的低电压Vinf。
在低调制范围12和高调制范围11中的每一者内的电信号被调制成以便包括附加方波14，所述附加方波补充同步范围10的信号的方波13，所述附加方波对应于周期性时钟方波，周期性时钟方波具有取决于发动机转速的周期。有可能针对每个附加方波14的上升沿或下降沿中的每一者来识别一个旋转角度。
图2示出了根据本发明的电压范围，该电压范围包括介于高电压调制范围11和低电压调制范围12之间的同步电压范围10。
在低调制范围12和高调制范围11中的每一者内的电信号被调制成以便包括附加方波14，所述附加方波补充同步信号的方波13，所述附加方波对应于由热力发动机驱动的元件的限定的旋转角度。
设Vt（例如，等于5伏）是所有范围内的最大电信号电压，对于从0变化到最大电压Vt的总电信号电压范围，在同步范围10中间的电压可等于最大电压Vt的一半，即，对于5伏的非限制性最大电压Vt而言等于2.5伏。
根据本发明，在低调制范围12中间的电压可等于最大电压Vt的三分之一，即，例如等于1.25伏。在高调制范围11中间的电压可等于最大电压Vt的三分之二，即，对于5伏的最大电压而言等于3.75伏。
同步范围10非限制性地包括：四个方波A、B、C、D，其平台达到同步范围10的最大电压值；以及（介于方波A、B、C、D之间的）四个方波，其平台达到同步范围的最小电压值。低调制范围12可分别包括七个方波（附图标记为14）a、b、c、d、e、f和g，并且高调制范围11可分别包括在同步范围10的方波A、B、C、D的延伸部中的五个方波（附图标记为15）I、II、III、IV和V，其中在该图中间的高调制范围内，同步范围的一个方波被分割成两个附加方波（附图标记为II和III）。类似地存在同步范围10的三个方波，这三个方波各自在低调制范围内被分割成两个附加方波（附图标记为a、b、d、e、f和g）。
承载靶标的元件的旋转角度已在图2中进行了注释；例如，它们是0、90、180和270°。除了同步范围10的方波13之外，低调制范围12的附加方波14和高调制范围11的附加方波15的存在允许增加磁传感器的分辨率。
图3示出了同步范围10的方波13和低调制范围12的附加方波14。与同步范围10的方波13相比，低调制范围12的附加脉冲14允许识别由热力发动机驱动的被跟踪元件的更多旋转角度。附加方波14的下降沿例如位于0、90、180和270°处。
由于附加方波14的存在所致的传感器的更佳分辨率在低发动机转速下是特别有利的，但在高发动机转速下可能变得不必要，高发动机转速可能地取决于发动机的类型而变化，但例如高于每分钟3,000转。
超过由发动机驱动的元件的预定旋转速度，信号的低范围12和高范围11可被消除。然后，同步范围10占据整个电压范围，这可能地图示了本发明的默认模式。
可基于在同步电压范围10内的两个连续方波13的两个上升沿或两个下降沿之间的周期通过线性内插来确定低调制范围12和高调制范围11中的每一者的附加方波14的上升沿或下降沿。
有利地，附加方波的上升沿或下降沿的获得取决于机械靶标的旋转速度，所述速度是在位于同步电压范围10内的两个连续方波13的两个下降或上升机械沿之间计算得出的。
优选地，但决非限制性地，可从同步范围10内的等距沿（即，在稳定发动机转速的阶段期间）实施用于执行线性内插的速度测量。可使用电可擦除可编程只读存储器（EEPROM）的参数来参数化等距沿。
该EEPROM存储器可以是可编程的，以便能够对应于机动车辆制造商的各种规格。下降沿或上升沿可分别用于等距沿之间的线性内插。
实现更佳的磁传感器分辨率的目的是更好地跟踪由热力发动机驱动的被跟踪元件的旋转角度，所述元件被跟踪以便取决于元件的旋转角度来控制或激活功能。
因此，本发明还涉及一种用于操纵与热力发动机有关的功能的方法，该方法需要以由发动机驱动的元件的旋转角度控制或激活要实施的功能。
在实施用于增加传感器的分辨率的方法期间，旋转角度由同步范围10的方波13、低调制范围12的附加方波14、以及高调制范围11的附加方波15来识别，该方法是诸如上文所描述的那样的。
主要参考图4，该功能可以是可变气门正时功能，其根据作为由发动机驱动的元件的至少一个凸轮轴的旋转角度来调节进气流量。
附图标记为1的参数是与热力发动机相关联的排气凸轮轴上的排气门的相位角。
附图标记为2的参数是与热力发动机相关联的进气凸轮轴上的进气门的相位角。
附图标记3指示热力发动机气缸中的入口压力和温度。
参数2和3允许在理论计算模块4中计算每单位体积的理想密度。
另外，考虑附图标记为6的外部压力和温度。外部压力和温度6允许在计算模块7中计算每单位体积的校正密度。
最后，考虑发动机转速（附图标记为5）。在比较理想密度与校正密度时，考虑发动机转速5。在调节模块8中，在计算和调节进入每个气缸的空气的质量流量时，还考虑发动机转速5。
通过由该调节模块8接收到的输入，考虑一方面设定排气凸轮轴上的排气门的相位角（该角在上文被附图标记为1）且另一方面比较理想密度和校正密度。
很明显，这种设定必须针对各种旋转角度尽可能频繁地发生，而不仅仅是针对通过由凸轮轴承载的靶标的齿在磁传感器前方的经过所识别的旋转角度。
参考所有附图，本发明涉及一种由用于机动车辆的热力发动机的至少一个磁场传感器和电子控制单元组成的组件。
所述一个或多个传感器与包括交替的一系列齿（DC）和凹部的靶标相互作用，所述靶标与热力发动机的元件（例如，特定于发动机中的进气和排气的一个或多个凸轮轴）相关联。
该或每个磁场传感器包括用于检测由靶标的齿DC在传感器附近的经过所引起的磁场变化的装置。
每个磁传感器包括用于根据所述变化生成磁信号Smag的装置、以及用于将输出电信号Ss周期性地传输到电子控制单元以便使热力发动机同步的装置。
该组件实施用于增加磁传感器的分辨率的方法或操纵方法（诸如，上文所描述的操纵方法）。
该或每个传感器包括用于在其输出电信号Ss中创建限定同步范围10的低调制范围12和高调制范围11的装置。
另外，每个传感器包括用于在低调制范围12和高调制范围11中的每一者的电信号中创建附加方波14、15的装置，所述附加方波补充同步信号的方波13，其中在上升沿或下降沿和由热力发动机驱动的元件的限定的旋转角度之间具有对应性。因此，每个传感器包括用于识别元件的对应于这些方波的旋转角度的装置。
电子控制单元包括用于接收低调制范围12和高调制范围11中的每一者的电信号、以及由传感器识别的旋转角度的装置。
电子控制单元可包括用于以所识别的旋转角度控制或激活所实施的功能的装置，此功能的实施是上文所描述的方法的主要目的。
此功能可以是用于机动车辆的热力发动机的可变气门正时的VVT功能。
本发明最后涉及一种机动车辆，其包括由至少一个磁场传感器和电子控制单元组成的这种组件。
本发明绝不限于所描述和图示的实施例，这些实施例仅作为示例给出。