CN111433447A - 用于漂移补偿的电荷放大器和测量系统以及漂移补偿方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于漂移补偿的方法，特别是用于补偿在内燃机上接收到的燃烧室压力信号的零点漂移的方法，涉及带有用于漂移补偿的计算单元(3)的电荷放大器(1)，并且涉及包括此电荷放大器(1)的测量系统，其中确定在第二曲柄角位置处所计算出的第二燃烧室压力p2,计算和所接收的第二燃烧室压力p2,接收之间的偏差等，并且在所述电荷放大器(1)的输出电压信号中通过产生漂移补偿电流来补偿所确定的偏差，所述漂移补偿电流以加或减的方式被供给到所述电荷放大器(1)的电荷/电压变换器级的输入，以此产生被漂移补偿的燃烧室压力信号，使得以一定的时间常数补偿所述偏差，所述时间常数尤其是等于一个或多个工作循环的当前的持续时间或等于一个限定的或可限定的时间。
Description
技术领域
本发明涉及根据独立权利要求的前序部分的用于漂移补偿的方法，特别是用于补偿在内燃机上接收到的燃烧室压力信号的零点漂移的方法。此外，本发明涉及带有用于漂移补偿的计算单元的电荷放大器和包括电荷放大器的测量系统。
背景技术
为精确测量内燃机的燃烧室压力，以已知的方式使用压电传感器以及电荷放大器。此传感器的特征是其精确性，但是此传感器的缺点是仅可以检测压力改变而不可以检测绝对压力。在压力载荷下由传感器产生的电荷量被电荷放大器转变为可容易地进一步处理的电压信号。由于包括传感器、电缆、电荷放大器的真实测量结构的并非理想的绝缘，小的电荷量在其在电荷放大器内被转化之前已穿过绝缘连续地流出。这导致电荷放大器的输出信号的零点漂移，仅可以通过对应的漂移补偿调控回路反作用于所述电荷放大器，以避免信号零点缓慢地移动到饱和并且因此不能进一步检测电荷信号。传感器的热状态的改变，例如在内燃机的负荷改变时的情况，也导致出现附加的电荷量，所述电荷量也将移动输出信号的信号零点。
如前所述，漂移补偿是设计用于压电燃烧室传感器的电荷放大器时的关键的挑战。从现有技术中已知两种用于漂移补偿的方法。
a.所谓的“连续漂移补偿”，其也已知为“持续漂移补偿”。在此，在原理上将通过低通滤波器过滤后的信号用作漂移补偿调控回路的调控偏差，并且由此产生对应的补偿电流，所述补偿电流以反向的形式被加到电荷放大器的输入电流。以此导致电荷放大器的输出信号的中心值达到零值。通过低通滤波器的时间常数可以确定调控的激进性，即“长”与“短”。在此方法中，缺点是低通滤波器根据发动机的转速不同地起作用，并且尤其是在较慢的转速下以降低的方式影响信号自身。
b.此外，在EP 0 325 903中描述了所谓的“周期性漂移补偿”。通过对应的设备为电荷放大器提供触发信号，所述触发信号在内燃机工作循环中限定一定的曲轴位置，并且由此限定活塞位置。优选地，此位置处于进气阶段中，其中压力不受到燃烧的影响。触发位置可以从曲柄角度传感器导出，或从压力曲线自身例如通过对应地被跟踪的阈值产生。漂移补偿调控装置现在在触发位置中从电荷放大器的输出信号历程中获取一个值，这可以根据EP 0 325 903通过采样和保持电路来实现。此值现在用作用于漂移补偿调控回路的调控偏差，即从此值获得对应的反向的补偿电流，所述补偿电流如同在持续漂移补偿方法中以添加的方式被供给到电荷放大器的输入。因为值在每个工作循环中仅被加一次，所以由此将对于工作循环来说恒定的电流作为补偿加到所述工作循环。以此方式，排除了如在第一方法中的对于信号的取决于转速的幅值影响。
但是，如下文所述，两个类型的漂移补偿对于精确的测量也都具有明显的缺点。
如前所述，真实的电荷放大器的零点由于结构的非理想的绝缘而发生漂移，所述漂移必须被补偿以避免缓慢漂移到饱和中。此外，在压电传感器的温度水平改变时出现附加的漂移，因为在此例如传感器的压力膜膨胀或收拢，并且因此在传感器输出部上产生附加的正的或负的电荷量。此不希望的零点改变必须与真实的零点改变区分开。所述真实的零点改变尤其是由于通过涡轮增压器导致的取决于工作点的充气压力的改变而出现。此外，在汽油机的情况中，节气门位置的迅速改变可能导致绝对压力水平的高动态的改变，并且因此导致电荷放大器输出信号的零点位置的高动态的改变。当现在应补偿由于非理想的绝缘和由于热变化导致的改变时，正确的是不应补偿压力水平的真实改变。然而，上述的漂移补偿电路不能区分导致零点改变的各种原因，并且因此也将真正的压力水平改变调平到零。
虽然在进一步处理电荷放大器的输出信号的数据检测和评估系统(即，所谓的指示系统，indicating systems)的软件中总是也存在通过热力学方法或通过参考进气管内的传感器来确定绝对压力水平的逻辑，但是由于通过漂移补偿电路进行的对于真实压力水平改变的错误的调平，导致气缸压力曲线的一定的倾斜位置，因为恒定的修正电流的馈送导致斜坡形的输出信号改变。虽然气缸压力曲线的此畸变可能在随后的评估中以计算方式被消除，但是其对于实时的迅速评估，例如对于与用于控制随后的燃烧循环的参数的确定，并且对于高精确的进一步评估，例如充气变化分析，此方式具有很大缺点。因此，有意义的是避免此效应。
在AT 396 634中描述了用于修正电荷放大器的输出水平的方法，所述方法基于通过修正电压对于电荷放大器的输出信号的修正。此修正电压通过如下方式被确定：在绝对压力水平已知的一定的曲轴角位置下，将电荷放大器信号的当前值与此绝对压力水平进行比较。差异给出了修正压力，以所述修正压力修正输出信号。但是因为仅在非增压的柴油发动机的情况中绝对压力水平是已知的，即在进气阶段期间大致等于环境压力，所以在另外的发动机类型中，必须从安置在进气管内进气门附近的另外的传感器导出已知的压力。由此明显地增加了所需的成本。此外，此方法具有如下的明显缺点，即每个工作循环被匹配一次的修正电压导致输出信号的跳跃形的并且因此无物理意义的改变。虽然可以作为突然改变的替代考虑具有斜坡形状的缓慢的改变，如也在AT 396 634中所建议，但是仍存在不对应于真实性的被平缓的电压改变。与输出信号的此修正无关，无论如何都要求漂移补偿，因为否则电荷放大器的输出信号缓慢地漂移到饱和，并且因此在输出上的水平修正也不再有意义。
发明内容
现在，本发明的意义是克服现有技术的缺点。尤其是，本发明所要解决的技术问题是完成用于漂移补偿的方法，其中，将电荷放大器的输出信号调节为使其近似等于燃烧室绝对压力，并且不需要例如进气管压力传感器的附加的压力传感器。此外，本发明所要解决的技术问题特别是实现用于测量气缸压力的电荷放大器，所述电荷放大器的输出信号具有参考绝对压力的正确的输出信号水平，并且所述电荷放大器在修正输出电压时克服了现有技术的前述缺点。
尤其是，此电荷放大器应与所述AT 396 634相比不需要附加的压力传感器并且不需要预知的压力值。
根据本发明所要解决的技术问题尤其是通过独立权利要求的特征解决。
尤其是，本发明涉及用于漂移补偿的方法，特别是用于补偿在内燃机上接收到的燃烧室压力信号的零点漂移，其中所述方法包括如下步骤：
-在包括基本上进行实时计算的计算单元的电荷放大器内，将从布置在气缸内和/或气缸上的压电压力传感器产生的电荷量转变为输出电压信号，
-在第一工作循环的压缩阶段内在第一曲柄角位置处接收第一曲柄角度值和第一燃烧室压力值p1,接收，
-在第一工作循环的压缩阶段内在第二曲柄角位置处接收第二曲柄角度值和第二燃烧室压力值p2,接收，
-计算所接收到的第二燃烧室压力值p2,接收和所接收到的第一燃烧室压力值p1,接收之间的压力差Δp计算,2-1，
-通过所接收到的第一曲柄角度值计算第一曲柄角位置处的第一气缸体积V1，
-通过所接收到的第二曲柄角度值计算第二曲柄角位置处的第二气缸体积V2，
-根据如下公式计算第二燃烧室压力值p2,计算：
其中Δp计算,2-1是所计算出的压力差，V2是第二曲柄角位置处的气缸体积，V1是第一曲柄角位置处的气缸体积，并且kappa是多变指数，
-确定在第二曲柄角位置处的所计算出的第二燃烧室压力p2,计算和所接收到的第二燃烧室压力p2,接收之间的偏差，
-通过产生漂移补偿电流来补偿在电荷放大器的输出电压信号中所确定的偏差，所述漂移补偿电流以加或减的方式被供给到电荷放大器的电荷/电压变换器级的输入，以此产生被漂移补偿的燃烧室压力信号，使得以一定的时间常数补偿偏差，所述时间常数尤其是等于一个或多个工作循环的当前的持续时间或等于一个限定的或可限定的时间。
如必要则规定，将电荷放大器设置为将由压力传感器产生的电荷量转变为电压信号。
如必要则规定，将由压力传感器产生的电荷量在包括基本上进行实时计算的计算单元的电荷放大器内转换为输出电压信号，其中，电荷量尤其是通过压力传感器的压力载荷产生。
如必要则规定，该方法进一步包括如下步骤：
-在第一工作循环的压缩阶段内在第三曲柄角位置处接收第三曲柄角度值和第三燃烧室压力值p3,接收，
和/或
在第一工作循环的压缩阶段内在另外的多个第一曲柄角位置处接收另外的多个第一曲柄角度值和另外的多个第一燃烧室压力值pm,接收，
-在第一工作循环的压缩阶段内在第四曲柄角位置处接收第四曲柄角度值和第四燃烧室压力值p4,接收，
和/或
在第一工作循环的压缩阶段内在另外的多个第二曲柄角位置处接收另外的多个第二曲柄角度值和另外的多个第二燃烧室压力值pn,接收，
-计算所接收到的第四燃烧室压力p4,接收和所接收到的第三燃烧室压力p3,接收之间的另外的压力差Δp计算,4-3，
和/或
计算各个另外的第二燃烧室压力值pn,接收和各个另外的第一燃烧室压力值pm,接收之间的另外的压力差Δp计算,n-m，
-通过所接收到的第三曲柄角度值计算第三曲柄角位置处的第三气缸体积V3，
-通过各个另外的第一曲柄角度值计算在另外的多个第一曲柄角位置处的另外的多个第一气缸体积Vm，
-通过所接收到的第四曲柄角度值计算第四曲柄角位置处的第四气缸体积V4，
和/或
通过各个另外的第二曲柄角度值计算在多个另外的第二曲柄角位置处的多个另外的第二气缸体积Vn，
-根据如下公式计算第四燃烧室压力值p4,计算：
其中Δp计算,4-3是所计算出的另外的压力差，V3是第三曲柄角位置处的气缸体积，V4是第四曲柄角位置处的气缸体积，并且kappa是多变指数，
和/或
-根据如下公式计算各个另外的第二燃烧室压力值pn,计算：
其中Δp计算,n-m是所计算出的另外的压力差，Vm是各个另外的第一曲柄角位置处的气缸体积，Vn是各个另外的第二曲柄角位置处的气缸体积，并且kappa是多变指数，
-确定在第四曲柄角位置处所计算出的第四燃烧室压力值p4,计算和所接收到的第四燃烧室压力值p4,接收之间的偏差，
和/或
确定在各个另外的第二曲柄角位置处的所计算出的各个另外的第二燃烧室压力值pn,计算和所接收到的各个另外的第二燃烧室压力值pn,接收之间的偏差，
-尤其是通过使用用于最小化误差平方和的方法和/或通过线性平均或平方平均，将确定的偏差或确定的多个偏差求平均，
-通过产生漂移补偿电流补偿电荷放大器的输出电压信号内的平均偏差，所述漂移补偿电流以加或减的方式被供给到电荷放大器的电荷/电压变换器级的输入，以此产生被漂移补偿的燃烧室压力信号，使得以一定的时间常数补偿偏差，所述时间常数尤其是等于一个或多个工作循环的当前的持续时间或等于一个限定的或可限定的时间。
如必要则规定，为将所确定的偏差或所确定的多个偏差求平均，使用最小二乘拟合法。
如必要则规定，压力差/多个压力差Δp计算,2-1和/或Δp计算,4-3和/或Δp计算,n-m的计算并且因此第二燃烧室压力值p2,计算和/或第四燃烧室压力值p4,计算和/或各个另外的第二燃烧室压力值pn,计算的计算以经滤波的燃烧室压力值或以多个经滤波的燃烧室压力值进行，并且经滤波的燃烧室压力值或以多个经滤波的燃烧室压力值p1,接收,滤波、p2,接收,滤波、p3,接收,滤波、p4,接收,滤波、pn,接收,滤波和/或pm,接收,滤波通过由模拟或数字低通滤波器(特别是FIR滤波器)对压力曲线进行滤波来形成和/或产生。
如必要则规定，压力差/多个压力差Δp计算,2-1和/或Δp计算,4-3和/或Δp计算,n-m的计算并且因此第二燃烧室压力值p2,计算和/或第四燃烧室压力值p4,计算和/或各个另外的第二燃烧室压力值pn,计算的计算以平均燃烧室压力值或多个平均燃烧室压力值进行，并且平均燃烧室压力值p1,接收,平均、p2,接收,平均、p3,接收,平均、p4,接收,平均、pn,接收,平均和/或pm,接收,平均通过对于多个燃烧室压力值的求平均得到，其中用于求平均的燃烧室压力值尤其是与接收到的燃烧室压力值或接收到的多个燃烧室压力值的曲柄角度偏差-5度至+5度。
如必要则规定，第一曲柄角度值和第一燃烧室压力值p1,接收在上止点前90°至120°的范围内、尤其是在上止点前100°被接收，并且/或者第二曲柄角度值和第二燃烧室压力值p2,接收在上止点前40°至70°的范围内、尤其是在上止点前50°被接收，并且/或者第三曲柄角度值和第三燃烧室压力值p3,接收在上止点前90°至120°的范围内、尤其是在上止点前100°被接收，并且/或者第四曲柄角度值和第四燃烧室压力值p4,接收在上止点前40°至70°的范围内、尤其是在上止点前50°被接收，并且/或者各个另外的第一曲柄角度值和各个另外的第一燃烧室压力值pm,接收在上止点前90°至120°的范围内、尤其是在上止点前100°被接收，并且/或者各个另外的第二曲柄角度值和各个另外的第二燃烧室压力值pn,接收在上止点前40°至70°的范围内、尤其是在上止点前50°被接收。
如必要，则由此可实现在如下范围内接收不同的值，特别是燃烧室压力值，即在所述范围内真实的燃烧室压力值近似等于所计算出的燃烧室压力值。如必要，则在此范围内出现最小的干扰影响，例如由于气门关闭导致的干扰影响，并且如必要传热损失仍小，使得物理定律很大程度上应被认为有效。
如必要则规定，曲柄角度值由曲柄角度接收设备接收，尤其是由曲柄角度传感器接收。
如必要则规定，方法包括如下另外的步骤：确定传感器和/或气缸的温度改变和与之关联的附加的传感器漂移，特别是通过确定能量值并且在模型函数中使用能量值来确定，
通过产生考虑到所确定的温度改变的修正的漂移补偿电流在电荷放大器的输出电压信号内补偿所确定的温度改变，所述漂移补偿电流以加或减的方式被供给到电荷放大器的电荷/电压变换器级的输入，以此产生被漂移补偿的燃烧室压力信号，使得以一定的时间常数补偿偏差，所述时间常数尤其是等于一个或多个工作循环的当前的持续时间或等于一个限定的或可限定的时间。
如必要则规定，产生修正的漂移补偿电流，使得不仅可以补偿所计算出的压力水平和所测量的压力水平之间的偏差，而且可以预测性地补偿由于温度改变而预期出现的附加的偏差。
如必要则规定，用于确定温度改变的方法包括如下步骤：通过第一工作循环的能量值Ex和另一工作循环的能量值Ey之间的能量值差异ΔEy-x计算温度特征值，其中温度特征值实现了对于气缸内的温度改变的推断并且如必要也实现了对于传感器的温度改变的推断，或者温度特征值等于气缸内的温度改变，并且/或者如必要也等于传感器的温度改变。
如必要则规定，用于计算第一工作循环的能量值Ex的方法包括如下步骤：在第一工作循环的压缩阶段内在引入到气缸内的燃料混合物燃烧开始之前的曲柄角位置处，尤其是在将燃料混合物喷射到气缸内之前的曲柄角位置处接收燃烧室压力值p前,x，其中曲柄角位置尤其是等于第一曲柄角位置，
在工作循环内的一个曲柄角位置处接收燃烧室压力值p后,x，其中，所述燃烧室压力值p后,x的曲柄角位置在上止点后，尤其是相对于燃烧室压力值p前,x的曲柄角位置的位置成镜面对称，
计算所接收到的燃烧室压力值p前,x和所接收到的燃烧室压力值p后,x之间的压力差Δp能量,x，
通过所确定的压力差Δp能量,x确定能量值Ex，其中所确定的能量值Ex实现了对于由于燃烧所释放的工作循环的能量的量的推断，或者所确定的能量值Ex等于工作循环的释放的能量的量。
如必要则规定，在第一工作循环内在燃料混合物的燃烧基本上结束之后的曲柄角位置处接收燃烧室压力值p后,x。
如必要则规定，用于计算另一工作循环的能量值Ey的方法包括如下步骤：在另一工作循环的压缩阶段内在引入到气缸内的燃料混合物燃烧开始之前的曲柄角位置处，尤其是在将燃料混合物喷射到气缸内之前的曲柄角位置处接收燃烧室压力值p前,y，其中曲柄角位置尤其是等于第一曲柄角位置，
在另一工作循环内的一个曲柄角位置处接收燃烧室压力值p后,y，其中，所述燃烧室压力值p后,y的曲柄角位置在上止点之后相对于燃烧室压力值p前,y的曲柄角位置的位置成镜面对称，
计算接收到的燃烧室压力值p前,y和接收到的燃烧室压力值p后,y之间的压力差Δp能量,y，
通过所确定的压力差Δp能量,i确定能量值Ey，其中所确定的能量值Ey实现了对于另一工作循环的由于燃烧所释放的能量的量的推断，或者所确定的能量值Ey等于另一工作循环的所释放的能量的量。
如必要则规定，在另一工作循环内在燃料混合物的燃烧基本上结束之后的曲柄角位置处接收燃烧室压力值p后,y。
如必要则规定，压力差/多个压力差的计算并且因此能量值/多个能量值的计算以经滤波的燃烧室压力值或以经滤波的多个燃烧室压力值进行，并且经滤波的燃烧室压力值或经滤波的多个燃烧室压力值p前,x,滤波、p后,x,滤波、p前,y,滤波和/或p后,y,滤波通过由模拟低通滤波器或数字低通滤波器(特别是FIR滤波器)对于压力曲线滤波来形成和/或产生。
如必要则规定，压力差/多个压力差Δp能量,x和/或Δp能量,y的计算并且因此能量值/多个能量值的计算以平均燃烧室压力值或以多个平均燃烧室压力值进行，并且所述平均燃烧室压力值或多个平均燃烧室压力值p前,x,滤波、p后,x,滤波、p前,y,滤波和/或p后,y,滤波通过对多个燃烧室压力值求平均而实现，其中用于求平均的燃烧室压力值与所接收到的燃烧室压力值或所接收到的多个燃烧室压力值的曲柄角度尤其是偏差-5度至+5度。
如必要则规定，所确定的能量值用于识别带有相同类型的燃烧的工作循环，并且通过相同类型的工作循环的识别确定由压力传感器、电缆和/或电荷放大器组成的测量结构的特征漂移，使得即使在发动机静止时也可以产生抵消特征漂移的漂移补偿电流，并且因此防止电荷放大器的输出信号漂移开。
本发明尤其是涉及带有计算单元的电荷放大器，所述计算单元用于漂移补偿，尤其是用于补偿在内燃机上接收的燃烧室压力信号的零点漂移，其中电荷放大器被设置为将由压力传感器产生的电荷量转变为电压信号，所述电荷放大器包括：用于压力传感器的连接部，特别是用于压电压力传感器的连接部，如必要包括用于曲柄角度接收设备的连接部，特别是用于曲柄角度传感器的连接部。
如必要则规定，电荷放大器仅被供给以曲柄角度接收设备的信号，特别是曲柄角度传感器的信号。如必要则规定，电荷放大器不具有用于曲柄角度接收设备的连接部，尤其是不具有用于曲柄角度传感器的连接部。
如必要则规定，计算单元被设置为用于实施根据本发明的用于漂移补偿的方法。
如必要则规定，计算单元是基本上实时的计算单元，并且计算单元是电荷放大器的部分。
如必要则规定，电荷放大器和/或计算单元与模拟/数字转换器连接或可连接，并且模拟/数字转换器检测压力值。
如必要则规定，电荷放大器和/或计算单元与数字/模拟转换器连接或可连接，并且数字/模拟转换器产生调控电压并且由此产生要求的漂移补偿电流。
本发明尤其是涉及测量系统，所述测量系统包括根据本发明的电荷放大器。
本发明也涉及用于内燃机中的压电式燃烧室压力传感器的电荷放大器，其中，电荷放大器的输出信号同时等于绝对燃烧室压力，并且为此目的除电荷信号外仅需要关于至少两个曲柄角度位置的实时信息，但是不需要其它传感器的另外的信号或关于另外确定的或估计的例如在进气阶段中提供的绝对压力值的另外的信息。
如必要则规定，从用于检测曲柄角位置的单元向电荷放大器传递对于内燃机的压缩阶段中的至少两个曲柄角位置的触发信号，并且在与电荷放大器连接的实时计算单元中从此时刻检测到的相关的压力值以热力学方式确定两个触发时刻中的至少一者处的绝对压力水平，并且将电荷放大器的输出信号与此确定的绝对水平在对应的触发时刻的偏差用作电荷放大器的漂移补偿调控回路的调控量，使得电荷放大器的输出电压被调节到绝对水平上。
如必要则规定，压力值的检测通过ADC进行而调控电压的产生通过DAC进行，所述DAC与可实时工作的处理器单元连接，所述处理器单元也可以是FPGA的一部分。
如必要则规定，供给燃烧结束时的至少一个另外的触发信号，由所述触发信号进行对于在燃烧时释放的能量的估计，并且由与在先前的工作循环中释放的能量的比较推断气缸压力传感器的温度水平的改变，由此通过存储的模型函数断定预期的较高的漂移，并且对应地已在此时刻预见地将漂移补偿电流进行匹配。
如必要则规定，从发动机内的带有相同的能量释放的相继的循环来确定由压电式压力传感器、电缆和电荷放大器组成的测量结构的特征漂移，并且在发动机停止时施加对应的漂移补偿电流，使得消除特征漂移，并且也在行驶运行中在真实的、瞬态的测量中在停止-启动阶段中得到正确的绝对压力水平。
为解决本发明所要解决的技术问题，可以将绝对压力水平的热力学确定等与漂移补偿调控回路关联。
为此，可以将对于内燃机的压缩阶段内的至少两个曲柄角位置的触发信号供给到包含在电荷放大器结构内的可实时工作的计算单元。如必要，计算单元可以在此位置处获取信号值，并且可以通过从传感器敏感性和电荷放大器传递因数中预知的总比例因数(例如，kPa/V)将所述信号值转换为相对压力值。
由理想气体绝热状态方程：
p·Vn＝常数
其中p为绝对压力，V为体积，而n为多变指数，得到对于两个曲柄角位置1和2处的值的如下关系式：
由此通过变形得到如下关系式：
此等式意味着第二曲柄角位置处的绝对压力可以由第二位置处的压力和第一位置处的压力之间的与压力值的共同偏差无关的压力差以及与燃烧历程无关的因数来确定。此因数由两个位置时的相应的气缸体积和所谓的多变指数得到。对于一定的发动机，气缸体积可以被视作已知，因为所述气缸体积可以根据曲柄角度由气缸的排量、压缩比和曲柄连杆机构的推杆比来计算。如必要，作为第一位置可以采用上止点[OT]前的90°至120°的曲柄角度，特别是大约100°的曲柄角度，而作为第二位置可以采用上止点[OT]前的40°至70°的曲柄角度，特别是大约50°的曲柄角度，因为在此范围内真实的比例近似对应于理想绝热等式。
当然，计算也可以对于多于仅两个的曲柄角位置进行，并且在此也可以使用不同的数学方法来抑制信号干扰，例如已知的用于最小化误差平方和的方法[最小二乘法]或也包括简单的平均方法。
如必要则规定，在与电荷放大器关联的实时计算单元中实施此方法，使得将在一定的曲柄角度处实际出现的并且根据压力缩放的电荷放大器的相对输出信号与所属的通过热力学计算而确定的绝对压力的值进行比较，并且将从比较得到的压力差作为调控偏差用于漂移补偿调控回路，并且由此将所述压力差调控到零。
与现有技术相反，电荷放大器的输出信号在一定的曲柄角位置处的值因此将不被调控为零，而是优选地被调控到绝对压力的近似物理正确的值。电荷放大器因此可以区分应保持的物理的压力改变和应调平的干扰的漂移现象。
如必要则将调控循环的目标值连续地对应于热力学计算进行匹配，并且因为由此确定的补偿电流可以对于全部工作循环保持恒定，所以可以调平由于漂移导致的、具有在下一个完整的工作循环上持续的斜坡的形式的偏差。因此，可以避免由于将真实的压力改变错误调平而导致的输出信号历程的不希望的倾斜位置。但是由于漂移现象导致的输出信号历程的倾斜位置也可能以斜坡性地并且因此以最佳的方式被调平，并且可以避免所有的例如现有技术中的硬过渡。与现有技术不同，如必要则既不需要获知环境压力也不需要附加的压力传感器。
在本发明的一个实施方案中，为确定在至少第一和第二曲柄角位置处的相对压力值使用模拟/数字转换器，所述模拟/数字转换器连接到实时计算单元上并且在至少第一和第二位置处获得由准备单元从曲柄角度传感器信号对应地导出的触发信号。
在此实施方案中，漂移补偿电流的产生通过由实时计算单元控制的数字/模拟转换器进行，从所述数字/模拟转换器的输出电压通过相应大的串联电阻产生补偿电流，所述补偿电流被供给到电荷放大器的反向信号输入。
如上文已论述，此外存在两个原因，导致出现电荷放大器的输出信号的漂移。一方面的原因是电荷放大器电路(包括传感器和电缆)本身，其导致所谓的特征漂移；另一方面的原因是，压电传感器的发热和冷却也可能导致漂移，其中此所谓的载荷改变漂移在对于内燃机的一些工作循环的突然的温度改变时可能是很明显的。
因此，可能尤其是有利的是在此方法的扩展的实施方案中预计上述载荷改变并且预见性地调节提高的漂移补偿电流，以实际上完全阻止此效果。如必要，这可以以存储在实时计算单元内的模型函数并且以在实时计算单元内执行的载荷确定来实现。
载荷可以以已知的方法被精确地确定，但是为此目的近似的确定即可。有利地，为此可以将燃烧结束时的第三曲柄角位置时的另一触发供给到实时计算单元。如必要，所述另一触发具有与压缩阶段的第一位置相同的位置，仅不在上止点[OT]之前而是在上止点[OT]之后。如必要则规定，在第一工作循环内在上止点之前在第一曲柄角位置处接收燃烧室压力p前,x，并且在第一工作循环内在上止点之后在第二曲柄角位置处接收燃烧室压力p后,x。如必要则规定，燃烧室压力值p前,x在上止点之前90°至120°的范围内、尤其是在上止点之前100°被接收，而燃烧室压力值p后,x在上止点之后90°至120°的范围内、尤其是在上止点之后100°被接收。如必要则规定，燃烧室压力值p前,x和燃烧室压力值p后,x在上止点之前和之后的相同的曲柄角度下被接收，并且因此尤其是镜像对称地布置，或者尤其是围绕轴线或止点镜像地布置。
如必要则规定，燃烧室压力值p前,y在另一工作循环内在上止点之前在第一曲柄角位置处被接收，而燃烧室压力值p后,y在另一工作循环内在上止点之后在第二曲柄角位置处被接收。如必要则规定，燃烧室压力值p前,y在上止点之前90°至120°的范围内、尤其是在上止点之前100°被接收，而燃烧室压力值p后,y在上止点之后90°至120°的范围内、尤其是在上止点之后100°被接收。如必要则规定，燃烧室压力值p前,y和燃烧室压力值p后,y在上止点之前和之后相同的曲柄角度处被接收，并且由此尤其是镜像对称地布置，或者尤其是围绕轴线或止点镜像地布置。
通过也在此位置处获取压力值，可以确定与第一位置处的压力的压差，并且因此可以粗略地估计在燃烧时释放的能量的量。通过将此能量的量与前一个工作循环的能量的量进行比较，可以推断出气缸内的温度水平的改变，并且因此也推断出传感器的温度水平的改变，并且可以通过存储在实时计算单元内的模型函数推断出预期的升高的漂移。因此，实时计算单元已能够在第三时刻时(所述实时计算单元在第三时刻处得知)产生对应的升高的漂移补偿电流，并且因此几乎在诱发的同时预防了传感器信号的升高的漂移。然后可以通过从下一个工作循环的第一位置和第二位置确定真实的绝对水平并且通过生成匹配的补偿电流来补偿剩余的差异。
以此方式也可以控制工作循环内的漂移现象，如在冷启动过程或冷发动机加速(即，踩下油门)时在特定程度上出现的漂移现象。
基于前述方法的特征，另一有利实施例是可能的。通过确定绝对压力水平，传感器可以区分真实的、物理的压力改变和通过由压电式压力传感器、连接电缆和电荷放大器所组成的测量结构的特征漂移所导致的表观的压力改变。通过上述对于每个工作循环释放的能量的估计，计算单元可以识别出带有相同类型的燃烧的相继的工作循环。在一系列的这种工作循环的情况下，如必要对于漂移调控仅精确地保留所必需的补偿电流，以仅补偿特征漂移。此电流的参数在可以从计算单元保存在存储器内。
如果发动机在测量期间停止，则不能再提供曲柄角触发。在这种情况下，目前通常的电荷放大器结构切换到连续的漂移补偿。然而，在此建议的结构可以通过前述对于系统的特征漂移的识别来施加此补偿电流，使得在发动机停止之后保持获得正确的绝对输出水平。如必要，大的优点在于，在停止-启动阶段期间，如在带有自动启停的车辆的情况中在城市运行中连续出现的所述停止-启动阶段期间，也可正确地分析缸压的行为，并且因此实现用于设计此系统的关键的信息，这尤其是也在混合动力驱动的情况中具有重大意义，其中为实现迅速的再次起动，当内燃机停止在一定的位置时由电动马达旋转所述内燃机。
附图说明
另外的根据本发明的特征从权利要求、实施例的描述和附图中得到。
图1示出了第一实施方案的示意图。
当未做另外说明时，对应的附图标号指示如下部件。
1电荷放大器、2模拟/数字转换器、3计算单元、4触发信号、5数字/模拟转换器、6串联电阻、7输入信号、8输出信号
具体实施方式
在此图中示意性地示出了电荷放大器级的结构，特别是电荷放大器1的结构。输出信号8通过模拟/数字转换器2被数字化，并且此值被供给到计算单元3。此单元从曲柄角处理单元获得关于限定的、对于热力学零点修正所需的曲柄角的触发信号4。此触发信号4代表参考时间。替代地也可以将此处理单元集成到计算单元内。计算单元将根据压力缩放的电荷放大器的输出信号8与两个参考时刻之一时的由热力学零点计算出的正确的压力值进行比较，并且根据两个压力值的差异(即，等于调控偏差)通过数字/模拟转换器5产生对应的输出信号8，所述输出信号8通过高阻值的串联电阻6被转换为对应的漂移补偿电流，其目的是将调控偏差进一步补偿到零。在此实施方案中，漂移补偿电流以加或减的方式被供给到电荷放大器1的电荷/电压变换器级的输入(即，所谓的输入信号7)，以此产生被漂移补偿的燃烧室压力信号，使得以一定的时间常数补偿偏差，所述时间常数尤其是等于一个或多个工作循环的当前的持续时间或等于一个限定的或可限定的时间。
本发明通过权利要求书的特征限定，并且不限于具体地图示的实施例，而是包括所有电荷放大器和/或测量系统，其本身或其部分包括适合于或被设置为用于执行根据本发明的方法的部件。
Claims (18)
1.一种用于漂移补偿的方法，特别是用于补偿在内燃机上接收到的燃烧室压力信号的零点漂移的方法，其中所述方法包括如下步骤：
-在包括基本上进行实时计算的计算单元(3)的电荷放大器(1)内，将从布置在气缸内和/或气缸上的压电压力传感器产生的电荷量转变为输出电压信号，
-在第一工作循环的压缩阶段内在第一曲柄角位置处接收第一曲柄角度值和第一燃烧室压力值p1,接收，
-在第一工作循环的压缩阶段内在第二曲柄角位置处接收第二曲柄角度值和第二燃烧室压力值p2,接收，
-计算所接收到的第二燃烧室压力值p2,接收和所接收到的第一燃烧室压力值p1,接收之间的压力差Δp计算,2-1，
-通过所接收到的第一曲柄角度值计算所述第一曲柄角位置处的第一气缸体积V1，
-通过所接收到的第二曲柄角度值计算所述第二曲柄角位置处的第二气缸体积V2，
-根据如下公式计算第二燃烧室压力值p2,计算：
其中Δp计算,2-1是所计算出的压力差，V2是所述第二曲柄角位置处的气缸体积，V1是所述第一曲柄角位置处的气缸体积，并且kappa是多变指数，
-确定在所述第二曲柄角位置处所计算出的第二燃烧室压力p2,计算和所接收到的第二燃烧室压力p2,接收之间的偏差，
-在所述电荷放大器(1)的输出电压信号中通过产生漂移补偿电流来补偿所确定的偏差，所述漂移补偿电流以加或减的方式被供给到所述电荷放大器(1)的电荷/电压变换器级的输入，以此产生被漂移补偿的燃烧室压力信号，使得以一定的时间常数补偿偏差，所述时间常数尤其是等于一个或多个工作循环的当前的持续时间或等于一个限定的或可限定的时间。
2.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括如下步骤：
-在所述第一工作循环的压缩阶段内在第三曲柄角位置处接收第三曲柄角度值和第三燃烧室压力值p3,接收，
和/或
-在所述第一工作循环的压缩阶段内在多个另外的第一曲柄角位置处接收多个另外的第一曲柄角度值和多个另外的第一燃烧室压力值pm,接收，
-在所述第一工作循环的压缩阶段内在第四曲柄角位置处接收第四曲柄角度值和第四燃烧室压力值p4,接收，
和/或
-在所述第一工作循环的压缩阶段内在多个另外的第二曲柄角位置处接收多个另外的第二曲柄角度值和多个另外的第二燃烧室压力值pn,接收，
-计算所接收到的第四燃烧室压力p4,接收和所接收到的第三燃烧室压力p3,接收之间的另外的压力差Δp计算,4-3，
和/或
-计算所接收到的各个另外的第二燃烧室压力值pn,接收和所接收到的各个另外的第一燃烧室压力值pm,接收之间的另外的压力差Δp计算,n-m，
-通过接收到的第三曲柄角度值计算第三曲柄角位置处的第三气缸体积V3，
-通过各个另外的第一曲柄角度值计算在多个另外的第一曲柄角位置处的多个另外的第一气缸体积Vm，
-通过所接收到的第四曲柄角度值计算所述第四曲柄角位置处的第四气缸体积V4，
和/或
-通过各个另外的第二曲柄角度值计算在多个另外的第二曲柄角位置处的多个另外的第二气缸体积Vn，
-根据如下公式计算第四燃烧室压力值p4,计算：
其中Δp计算,4-3是所计算出的另外的压力差，V3是第三曲柄角位置处的气缸体积，V4是第四曲柄角位置处的气缸体积，并且kappa是多变指数，
和/或
-根据如下公式计算各个另外的第二燃烧室压力值pn,计算：
其中Δp计算,n-m是所计算出的另外的压力差，Vm是各个另外的第一曲柄角位置处的气缸体积，Vn是各个另外的第二曲柄角位置处的气缸体积，并且kappa是多变指数，
-确定在第四曲柄角位置处所计算出的第四燃烧室压力值p4,计算和所接收到的第四燃烧室压力值p4,接收之间的偏差，
和/或
-确定在各个另外的第二曲柄角位置处的所计算出的各个另外的第二燃烧室压力值pn,计算和所接收到的各个另外的第二燃烧室压力值pn,接收之间的偏差，
-尤其是通过使用用于最小化误差平方和的方法和/或通过线性平均或平方平均，将确定的偏差或确定的多个偏差求平均，
-通过产生漂移补偿电流补偿所述电荷放大器(1)的输出电压信号内的平均偏差，所述漂移补偿电流以加或减的方式被供给到所述电荷放大器(1)的电荷/电压变换器级的输入，以此产生被漂移补偿的燃烧室压力信号，使得以一定的时间常数补偿偏差，所述时间常数尤其是等于一个或多个工作循环的当前的持续时间或等于一个限定的或可限定的时间。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，
-所述压力差/多个压力差Δp计算,2-1和/或Δp计算,4-3和/或Δp计算,n-m的计算并且因此所述第二燃烧室压力值p2,计算和/或所述第四燃烧室压力值p4,计算和/或各个另外的第二燃烧室压力值pn,计算的计算以经滤波的燃烧室压力值或以多个经滤波的燃烧室压力值进行，
-并且经滤波的燃烧室压力值或以多个经滤波的燃烧室压力值p1,接收,滤波、p2,接收,滤波、p3,接收,滤波、p4,接收,滤波、pn,接收,滤波和/或pm,接收,滤波通过由模拟低通滤波器或数字低通滤波器对压力曲线进行滤波来形成和/或产生，其中，所述模拟低通滤波器或数字低通滤波器尤其是FIR滤波器。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，
-所述压力差/多个压力差Δp计算,2-1和/或Δp计算,4-3和/或Δp计算,n-m的计算并且因此所述第二燃烧室压力值p2,计算和/或所述第四燃烧室压力值p4,计算和/或各个另外的第二燃烧室压力值pn,计算的计算以平均燃烧室压力值或多个平均燃烧室压力值进行，
-并且所述平均燃烧室压力值p1,接收,平均、p2,接收,平均、p3,接收,平均、p4,接收,平均、pn,接收,平均和/或pm,接收,平均通过对于多个燃烧室压力值的求平均进行，其中用于求平均的燃烧室压力值尤其是与接收到的燃烧室压力值或接收到的多个燃烧室压力值的曲柄角度偏差-5度至+5度。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，
-所述第一曲柄角度值和所述第一燃烧室压力值p1,接收在上止点前90°至120°的范围内、尤其是在上止点前100°被接收，
-并且/或者所述第二曲柄角度值和所述第二燃烧室压力值p2,接收在上止点前40°至70°的范围内、尤其是在上止点前50°被接收，
-并且/或者所述第三曲柄角度值和所述第三燃烧室压力值p3,接收在上止点前90°至120°的范围内、尤其是在上止点前100°被接收，
-并且/或者所述第四曲柄角度值和所述第四燃烧室压力值p4,接收在上止点前40°至70°的范围内、尤其是在上止点前50°被接收，
-并且/或者各个另外的第一曲柄角度和各个另外的第一燃烧室压力值pm,接收在上止点前90°至120°的范围内、尤其是在上止点前100°被接收，
-并且/或者各个另外的第二曲柄角度值和各个另外的第二燃烧室压力值pn,接收在上止点前40°至70°的范围内、尤其是在上止点前50°被接收。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，所述曲柄角度值由曲柄角度接收设备、特别是由曲柄角度传感器接收。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其包括如下的另外的步骤：
-确定传感器和/或气缸的温度改变和与之关联的附加的传感器漂移，特别是通过确定能量值并且在模型函数中使用能量值来进行确定，
-通过产生考虑到所确定的温度改变的修正的漂移补偿电流在所述电荷放大器(1)的输出电压信号内补偿所确定的温度改变，所述漂移补偿电流以加或减的方式被供给到所述电荷放大器(1)的电荷/电压变换器级的输入，以此产生被漂移补偿的燃烧室压力信号，使得以一定的时间常数补偿偏差，所述时间常数尤其是等于一个或多个工作循环的当前的持续时间或等于一个限定的或可限定的时间。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，确定温度改变包括如下步骤：
-通过所述第一工作循环的能量值Ex和所述第二工作循环的能量值Ey之间的能量值差异ΔEy-x计算温度特征值，
-其中温度特征值实现了对于气缸内的温度改变的推断并且必要时也对于传感器的温度改变的推断，或温度特征值等于气缸内的温度改变并且/或者必要时也等于传感器的温度改变。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其中计算所述第一工作循环的能量值Ex的方法包括如下步骤：
-在所述第一工作循环的压缩阶段内在引入到气缸内的燃料混合物燃烧开始之前的曲柄角位置处，尤其是在将燃料混合物喷射到气缸内之前的曲柄角位置处接收燃烧室压力值p前,x，其中，所述曲柄角位置尤其是等于所述第一曲柄角位置，
-在工作循环内的一个曲柄角位置处接收燃烧室压力值p后,x，其中，所述燃烧室压力值p后,x的曲柄角位置在上止点后，尤其是相对于接收燃烧室压力值p前,x的曲柄角位置的位置成镜面对称，
-计算接收到的燃烧室压力值p前,x和接收到的燃烧室压力值p后,x之间的压力差Δp能量,x，
-通过所确定的压力差Δp能量,x确定能量值Ex，其中所确定的能量值Ex实现了对于由于燃烧所释放的所述工作循环的能量的量的推断，或者所确定的能量值Ex等于所述工作循环的释放的能量的量。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的方法，其中，计算另一工作循环的能量值Ey包括如下步骤：
-在另一工作循环的压缩阶段内在引入到气缸内的燃料混合物燃烧开始之前的曲柄角位置处，尤其是在将燃料混合物喷射到气缸内之前的曲柄角位置处接收燃烧室压力值p前,y，其中所述曲柄角位置尤其是等于所述第一曲柄角位置，
-在另一工作循环内的一个曲柄角位置处接收燃烧室压力值p后,y，其中，所述燃烧室压力值p后,y的曲柄角位置在上止点后，尤其是相对于燃烧室压力值p前,y的曲柄角位置的位置成镜面对称，
-计算接收到的燃烧室压力值p前,y和接收到的燃烧室压力值p后,y之间的压力差Δp能量,y，
-通过所确定的压力差Δp能量,y确定能量值Ey，其中所确定的能量值Ey实现了对于由于燃烧所释放的另一工作循环的能量的量的推断，或者所确定的能量值Ey等于所述另一工作循环的释放的能量的量。
11.根据权利要求7至10中任一项所述的方法，其特征在于，
-所述压力差/多个压力差的计算并且因此所述能量值/多个能量值的计算以经滤波的燃烧室压力值或以经滤波的多个燃烧室压力值进行，
-并且所述经滤波的燃烧室压力值或经滤波的多个燃烧室压力值p前,x,滤波、p后,x,滤波、p前,y,滤波和/或p后,y,滤波通过由模拟低通过滤器或数字低通滤波器对压力曲线进行滤波来形成和/或产生，其中，所述模拟低通滤波器或数字低通滤波器尤其是FIR滤波器。
12.根据权利要求7至11中任一项所述的方法，其特征在于，
-所述压力差/多个压力差Δp能量,x和/或Δp能量,y的计算并且因此所述能量值/多个能量值的计算以平均燃烧室压力值或以多个平均燃烧室压力值进行，
-并且所述平均燃烧室压力值或多个平均燃烧室压力值p前,x,滤波、p后,x,滤波、p前,y,滤波和/或p后,y,滤波通过对多个燃烧室压力值求平均而实现，其中，用于求平均的燃烧室压力值尤其是与所述接收到的燃烧室压力值或所述接收到的多个燃烧室压力值的曲柄角度偏差-5度至+5度。
13.根据权利要求7至12中任一项所述方法，其特征在于，
-所确定的能量值用于识别带有相同类型的燃烧的工作循环，
-并且通过所述相同类型的工作循环的识别确定由压力传感器、电缆和/或所述电荷放大器(1)组成的测量结构的特征漂移，使得即使在发动机静止时也可以产生抵抗所述特征漂移的漂移补偿电流，并且因此防止所述电荷放大器(1)的输出信号(8)漂移开。
14.一种电荷放大器(1)，其带有计算单元(3)，所述计算单元(3)用于漂移补偿，尤其是用于补偿在内燃机上接收的燃烧室压力信号的零点漂移，其中，所述电荷放大器(1)被设置为将由压力传感器产生的电荷量转变为输出电压信号，所述电荷放大器(1)包括：
-用于所述压力传感器的连接部，特别是用于压电压力传感器的连接部，
-必要时，用于曲柄角度接收设备的连接部，特别是用于曲柄角度传感器的连接部，
其特征在于，所述计算单元(3)被设置为用于实施根据权利要求1至13中任一项所述的方法。
15.根据权利要求14所述的电荷放大器(1)，其特征在于，
-所述计算单元(3)是基本上实时的计算单元(3)，
-并且所述计算单元(3)是所述电荷放大器(1)的部分。
16.根据权利要求14或15所述的电荷放大器(1)，其特征在于，
-所述电荷放大器(1)和/或所述计算单元(3)与模拟/数字转换器(2)连接或能够连接，
-并且所述模拟/数字转换器(2)检测压力值。
17.根据权利要求14至16中任一项所述的电荷放大器(1)，其特征在于，
-所述电荷放大器(1)和/或所述计算单元(3)与数字/模拟转换器(5)连接或能够连接，
-并且所述数字/模拟转换器(5)产生调控电压并且由此产生要求的漂移补偿电流。
18.一种测量系统，其包括根据权利要求14至17中任一项所述的电荷放大器(1)。
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