切换设备、切换系统和切换方法.pdf

本发明涉及切换设备、切换系统和切换方法。本公开涉及切换装置，该切换装置包括：用于传感器信号的输入，该传感器信号具有传感器信号幅度；和处理电路系统，该处理电路系统基于传感器信号幅度和取决于所述传感器信号幅度的权重因子来确定切换阈值并且当传感器信号的水平越过切换阈值时生成切换信号。

权利要求书
1.   一种切换装置，包括：
用于传感器信号的输入，所述传感器信号具有传感器信号幅度；以及
处理电路系统，基于传感器信号幅度和取决于所述传感器信号幅度的权重因子来确定切换阈值并且当传感器信号的水平越过切换阈值时生成切换信号。

2.   权利要求1的所述切换装置，其中所述处理电路系统被配置成使权重因子与传感器信号幅度随着时间的变化适配。

3.   权利要求1的所述切换装置，其中所述传感器信号幅度是在传感器信号的最小值与相邻的最大值之间的峰到峰幅度。

4.   权利要求1的所述切换装置，其中所述权重因子与传感器信号幅度成反比例。

5.   权利要求1的所述切换装置，其中所述处理电路系统被配置成基于传感器信号的最小值与权重因子和传感器信号幅度的乘积的和来确定阈值。

6.   权利要求1的所述切换装置，其中所述输入向磁场传感器提供接口，所述磁场传感器提供表示感测的磁场的传感器信号。

7.   权利要求6的所述切换装置，其中所述磁场通过放置在磁场传感器后面的背偏置磁体或通过磁化环形轮来生成。

8.   权利要求1的所述切换装置，其中所述传感器信号幅度取决于提供传感器信号的磁场传感器与可旋转目标体之间的间隙。

9.   权利要求1的所述切换装置，其中所述传感器信号表示被附着到凸轮轴或曲轴的部分或是凸轮轴或曲轴的部分的可旋转目标体的角度位置。

10.   权利要求1的所述切换装置，其中所述处理电路系统包括用于切换信号的输出，其中所述输出向内燃机的阀门控制器、燃料注入控制器或点火控制器的组中的至少一个致动器提供接口。

11.   一种切换系统，包括：
与可旋转目标体以间隙间隔开的磁场传感器，所述磁场传感器被配置成输出表示振荡磁场的传感器信号，所述振荡磁场指示可旋转目标体的角度位置，所述传感器信号具有取决于间隙的宽度的传感器信号幅度；以及
处理电路系统，基于传感器信号幅度和取决于所述传感器信号幅度的权重因子来确定切换阈值并且当所述传感器信号的水平越过切换阈值时生成切换信号。

12.   权利要求11的所述切换系统，其中所述切换系统进一步包括存储对于所有传感器信号幅度均恒定的固定的切换阈值的存储器或存储当前权重因子的存储器中的至少一个。

13.   权利要求11的所述切换系统，其中所述可旋转目标体包括附着到可旋转轴或可旋转轴的部分的轮，其中所述可旋转轴是凸轮轴，所述凸轮轴被配置成致动内燃机的燃烧室的至少进气口或出气口，其中切换信号适于控制该引擎的至少燃料注入装置或其中所述可旋转轴是曲轴，所述曲轴被配置成致动内燃机的至少活塞，其中所述切换信号适于控制该引擎的至少点火装置。

14.   权利要求11的所述切换系统，其中所述可旋转目标体包括编码样式，所述编码样式含有反向磁极的区、孔、槽或齿的组中的至少一个。

15.   权利要求11的所述切换系统，其中所述可旋转目标体包括金属材料并且系统进一步包括布置在与可旋转目标体相对的磁场传感器的侧处的至少一个磁体或其中所述可旋转目标体包括磁性材料。

16.   一种切换方法，包括：
接收传感器信号，所述传感器信号具有传感器信号幅度；
基于传感器信号幅度和取决于所述传感器信号幅度的权重因子来确定切换阈值；以及
当所述传感器信号的水平越过切换阈值时，生成切换信号。

17.   权利要求16的所述切换方法，其中所述权重因子适于传感器信号幅度随着时间的变化。

18.   权利要求16的所述切换方法，进一步包括以下步骤：在开始方法之后在传感器信号的第一最大值被检测之前在存储的固定的切换阈值的基础上生成切换信号，检测传感器信号的第一最大值以及在固定的阈值和检测的最大值的基础上确定权重因子以生成切换信号直到检测到第一最小值。

19.   权利要求16的所述切换方法，进一步包括以下步骤：在开始方法之后检测传感器信号的第一最大值和第一最小值以及在对应于第一最大值和第一最小值的幅度的基础上确定权重因子。

20.   权利要求16的所述切换方法，其中接收传感器信号包括利用与可旋转轴以间隙间隔开的磁场传感器来测量磁场，所述磁场指示可旋转轴的角度位置，并且传感器信号具有取决于所述间隙的传感器信号幅度。

21.   权利要求16的所述切换方法，其中所述权重因子被确定为与传感器信号幅度成反比例。

22.   权利要求16的所述切换方法，其中生成切换信号包括当传感器信号的水平落到切换阈值以下时确定或将感测信号与对应于切换阈值的偏移叠加并且将叠加的传感器信号与零点比较。

说明书切换设备、切换系统和切换方法
技术领域
实施例涉及切换装置、切换设备和切换方法，该切换装置、切换设备和切换方法例如可以被用于马达管理应用。
背景技术
在汽车工程领域中，基于一个或多个传感器信号来操作致动器的切换装置的应用是通常所知的。特别地，当优化内燃机的操作时，可能必要的是：使燃料注入系统的操作与阀门的操作适配，所述阀门用于关闭和打开到燃烧室的一个或多个进气口或一个或多个出气口，其中所述阀门的操作由凸轮轴所引起；和/或使点火系统的操作与由曲轴来移动的活塞的操作适配。为了允许上面提到的操作的这样的适配，可以使用一个或多个切换信号。从而，切换信号可以基于传感器信号的水平来触发。
发明内容
根据第一方面，本公开提供切换装置。切换装置包括输入和处理电路系统（circuitry）。输入被配置成接收具有传感器信号幅度的传感器信号。处理电路系统被配置成基于传感器信号幅度和权重因子来确定切换阈值，其中该权重因子取决于确定的传感器信号幅度。处理电路系统进一步被配置成当传感器信号的水平越过切换阈值时生成切换信号。
在一些实施例中，处理电路系统可以被配置成使权重因子以及因此使切换阈值与传感器信号幅度随着时间的变化适配。
根据进一步方面，本公开提供切换系统，诸如例如用于提供对应于旋转运动的数字速度信号的切换系统。切换系统可以是速度传感器装置，诸如取自由以下组成的组中的速度传感器装置：磁凸轮轴速度传感器、磁曲轴速度传感器、磁ABS速度传感器、或磁传输速度传感器。切换系统包括与可旋转目标体以间隙间隔开的磁场传感器。进一步，切换系统包括处理电路系统。磁场传感器被配置成输出表示指示可旋转目标体的角度位置的振荡磁场的传感器信号。传感器信号可以是表示感测的磁场的值的模拟信号或数字信号。传感器信号具有取决于间隙宽度的传感器信号幅度。传感器信号幅度能够被认为是传感器信号的最大值与传感器信号的最小值之间的差。处理电路系统被配置成基于传感器信号幅度和取决于传感器信号幅度的权重因子来确定切换阈值。处理电路系统被进一步配置成当传感器信号的水平越过切换阈值时生成切换信号。因此，切换系统的数字输出信号当传感器信号越过切换阈值时从第一值切换到第二值。
根据本公开的又进一步方面，提供切换方法。根据所述切换方法，具有传感器信号幅度的传感器信号被接收。传感器信号幅度和取决于所述传感器信号幅度的权重因子被用来确定切换阈值。确定的切换阈值然后可以被用来当传感器信号下次越过确定的切换阈值时确定数字输出信号的下一个切换。当传感器信号的水平越过切换阈值时，生成切换信号。
一些实施例包括安装在切换装置内用于执行该方法的数字控制电路。例如数字信号处理器（DSP）的这样的数字控制电路需要被相应地编程。因此，又进一步实施例也提供具有程序代码的计算机程序，该程序代码用于在计算机程序在计算机或数字处理器上运行时执行该方法的实施例。
附图说明
设备和/或方法的一些实施例下面将仅通过示例的方式以及参考附图来描述，其中：
图1图示基于传感器信号幅度确定切换信号的切换装置；
图2图示与其旋转由传感器信号来指示的可旋转目标体相关的切换设备；
图3描绘图2的与可旋转目标体相关并且连接到致动器的切换设备；
图4，包括图4a和4b，图示提供有布置成控制燃料注入和点火的切换装置的内燃机；
图5显示对于可旋转体和传感器之间的不同空气间隙所记录的一系列传感器信号并且指示固定的切换阈值；
图6示出图5的传感器信号的归一化表示；
图7显示对于可旋转体和传感器之间的不同空气间隙所记录的一系列传感器信号并且指示基于传感器信号的幅度的调节的切换阈值；
图8表示调节的切换阈值与传感器信号峰到峰幅度的依赖性；
图9表示图1的切换装置的内部结构；
图10图示图1的切换装置的内部结构的另一个实施例；以及
图11图示基于传感器信号幅度来确定切换信号的切换方法的流程图。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述各种示例实施例，在该附图中图示一些示例实施例。在附图中，线、层和/或区的厚度可以为了清楚而被夸大。
相应地，尽管示例实施例能够具有各种修改和替代形式，但是其实施例通过示例的方式在附图中示出并且将在本文中详细地描述。然而，应当理解的是，没有将示例实施例限制于所公开的具体形式的意图，而是相反，示例实施例是覆盖落入本发明范围内的所有修改、等价物和替代方案。遍及附图的描述，同样的数字指代同样或类似的元件。
将理解的是，当元件被称为被“连接”或“耦合”到另一个元件时，它能够被直接连接或耦合到另一个元件或可以存在介入元件。相反，当元件被称为被“直接连接”或“直接耦合”到另一个元件时，不存在介入元件。用来描述元件之间的关系的其它词语应当以同样的方式来解释（例如，“在…之间”对“直接在…之间”、“邻近”对“直接邻近”等）。
在本文中使用的术语仅用于描述具体实施例的目的并且不旨在是示例实施例的限制。如本文中使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包含复数形式，除非上下文另外明确指示。将进一步理解的是，术语“包括”和/或“包含”在本文中使用时指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件的存在，而不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其群组的存在或添加。
除非另外定义，在本文中使用的所有术语（包含技术术语和科学术语）具有与示例实施例所属领域的一位普通技术人员通常理解的相同的含义。将进一步理解的是，术语（例如在通常使用的字典中定义的那些术语）应当被解释为具有与它们在相关技术的情境中的含义相一致的含义，并且将不以理想化或过于正式的意义来解释，除非在本文中如此明白地定义。
图1呈现根据实施例的切换装置1的示意性图示。
切换装置1包括输入10。输入10适于接收具有传感器信号幅度的传感器信号2。进一步，切换装置1包括处理电路系统11，该处理电路系统11被配置成基于传感器信号幅度和基于权重因子来确定切换阈值，其中该权重因子它本身在至少一个时间间隔期间取决于所述传感器信号幅度来确定。处理电路系统11进一步可操作成在传感器信号的水平越过切换阈值时生成切换信号。权重因子可以被认为是对传感器信号幅度进行加权以确定或计算切换阈值的因子。尽管权重因子表示相对的切换阈值，但是产生的确定的切换阈值可以被认为是传感器信号的绝对切换阈值。
在一些实施例中，传感器信号对于给定的传感器装置和对于给定的环境条件（例如周围温度或磨损的变化）可以具有一个具体的传感器信号幅度，并且幅度相关的权重因子可以取决于这个具体的传感器信号幅度。在一些实施方式中，传感器信号幅度可以随着时间基本上恒定并且幅度相关的权重因子可以取决于所述基本上恒定的传感器信号幅度。在一些其它实施方式中，传感器信号幅度可以随着一段时间基本上恒定，在该段时间期间环境条件的显著变化不出现。权重因子因此可以在至少所述段时间内取决于基本上恒定的传感器信号幅度。术语“基本上恒定”可以被理解为包含传感器信号幅度的轻微变化，诸如小于传感器信号幅度的5％、小于传感器信号幅度的2％或小于传感器信号幅度的1％。
在实施例中，传感器信号幅度然而可以对于例如用于感测诸如磁场的物理量的不同的传感器装置而不同。在替代实施例中，物理量可以例如是温度或压力。
传感器信号可以是具有多个最小值和多个最大值的振荡信号。在一些实施例中，传感器信号的最小值可以具有基本上相同的最小的值并且最大值可以具有基本上相同的最大的值，从而导致传感器信号幅度随时间或至少一段时间基本上恒定，在该时间或至少一段时间期间不出现环境条件的显著变化。换言之，传感器信号的包络可以基本上恒定。术语“基本上”可以表达由于灵敏性和安装容差可以出现较小的变化。
在一些其它实施例中，振荡传感器信号的最大值中的至少一些或最小值中的一些可以具有不同的值，从而导致若干不同的传感器信号幅度。精确地，对应于成为幅度相关的权重因子基础的传感器信号幅度的不同传感器信号幅度的一个传感器信号幅度可以被用来确定切换阈值。这个传感器信号幅度可以是不同传感器信号幅度中的最高的、最低的或任何中间的传感器信号幅度。换言之，传感器信号可以分别以随后的间隔被划分，从而导致仅一个单个传感器信号幅度。间隔中的一个的传感器信号幅度在一些实施例中可以被用作传感器信号幅度来确定切换阈值。在一些其它实施方式中，平均的传感器信号幅度可以被用来确定权重因子和切换阈值。平均的传感器信号可以是许多随后确定的幅度、许多连续复现的幅度或许多所有确定的幅度上的平均。
在一些实施方式中，传感器信号幅度可以是在传感器信号的最小值与相邻最大值之间的峰到峰幅度。峰到峰幅度可以基于传感器信号的最大值与最小值的差来确定。最大值可以直接随后于传感器信号的最小值，并且反之亦然。导致切换阈值的幅度相关的权重因子可以取决于峰到峰幅度来确定——它可以是峰到峰幅度的函数。
可以基于传感器信号的最小值、传感器信号的最大值和幅度相关的权重因子得出切换阈值。在一些实施例中，阈值可以基于传感器信号的最小值和权重因子与传感器信号幅度的乘积的和来确定。换言之，切换阈值可以对应于以下来确定：
TS = Min + w * (Max - Min),
其中TS是切换阈值、Min是传感器信号的最小值、w是幅度相关的权重因子并且(Max - Min)是传感器信号的（峰到峰）幅度。
在一些实施例中，处理电路系统11可以被配置成确定与传感器信号幅度成比例的幅度相关的权重因子w。幅度相关的权重因子w可以是不同传感器信号的传感器信号幅度的线性函数。处理电路系统可以被配置成确定与传感器信号幅度成反比例的幅度相关的权重因子w。换言之，权重因子w可以是不同传感器信号的传感器信号幅度的线性函数。
在一些实施方式中，权重因子并且因此切换阈值可以适于传感器信号幅度随时间的变化并且当前适配的权重因子可以被直接用于确定当前阈值并且因此用于生成当前切换信号。在一些实施例中，传感器信号幅度可以被连续地或周期地确定以便于检测传感器信号幅度的变化。取决于传感器信号随时间的变化，权重因子可以在操作期间被适配。换言之，权重因子既不在通电的时刻也不在随后的操作期间被预确定。相反，权重因子可以是完全自适应的并且可以在可旋转目标体的第一转动期间或在随后的操作期间被改变。
在一些实施例中，传感器信号幅度可以例如表示感测的磁场。传感器信号幅度可以取决于提供传感器信号的磁场传感器与目标体之间的间隙的宽度，该目标体可以是可旋转的或正在旋转。从而，目标体由于其旋转和产生的角度位置可以对磁场强度的幅度有影响。因为在一些实施方式中传感器信号幅度可以随着磁场传感器与可旋转目标体之间的间隙的宽度而变化，所以幅度相关的权重因子w也可以取决于所述间隙的宽度。
在其中传感器信号2表示感测的磁场的一些实施例中，切换装置的输入10可以向提供传感器信号2的磁场传感器提供接口。从而，磁场传感器可以是以下组中的一个：霍尔传感器、磁阻传感器（XMR传感器）或其它合适的磁力计。霍尔传感器基于通常所知的霍尔效应的原理，而XMR传感器可以基于普通的磁阻（OMR）、巨磁阻（GMR）、超巨磁阻（CMR）或隧穿磁阻（TMR）中的原理。在一些实施例中，传感器信号2可以反映可旋转目标体的旋转并且可以允许确定可旋转目标体的角度位置。例如，可旋转目标体可以被附着到内燃机的凸轮轴或曲轴的部分或可以是内燃机的凸轮轴或曲轴的部分。感测的磁场可以通过放置在磁场传感器的后侧处的背偏置磁体来生成，该后侧被布置成与面向朝着可旋转目标体的侧相对。在其它实施例中，磁场可以通过可旋转目标体来生成，该可旋转目标体被形成为可以是极轮的磁化环形轮或被形成为可旋转轴的磁化圆柱部分。
如也由图1所指示的，切换装置1可以进一步具有用于输出确定的切换信号3的输出12。在一些实施方式中，输出12可以向内燃机的阀门控制器、燃料注入控制器或点火控制器的组中的至少一个致动器提供接口，以便于借助切换信号来控制所述致动器。
图2示意性图示根据实施例的切换系统4。
切换系统4包括磁场传感器40和切换装置1的实施例。磁场传感器40被布置成以可以是空气间隙的间隙42与可旋转目标体41间隔开，该磁场传感器40可以是霍尔传感器、XMR传感器或另一个合适的磁力计。可旋转目标体41确实在许多实施例中不需要是切换设备4的部分。
磁场传感器40被配置成输出表示由于目标体41的旋转所产生的振荡磁场的传感器信号2。振荡磁场并且因此传感器信号2可以指示旋转的目标体41的当前角度位置。传感器信号2可以具有基本上恒定的传感器信号幅度，该传感器信号幅度取决于间隙42的宽度。由于制造期间的安装容差，例如，间隙42可以具有在0.1 mm至3 mm范围内的宽度，更具体地在0.2 mm至2 mm范围内或甚至更具体地在0.2 mm至1.4 mm范围内。间隙42影响传感器信号幅度的量。
在其它实施方式中，目标体可以以如下的方式来设计：传感器信号2可以包括在目标体的一个转动后复现的若干不同的传感器信号幅度的序列。换言之，传感器信号可以包括振荡序列，每个振荡对应于目标体的槽等等的齿。振荡的序列对于目标体的每个转动重复。所述不同传感器信号幅度中的一个，或一些或所有传感器信号幅度的平均可以表示间隙42的宽度。
在一些其它实施例中，传感器信号幅度由于环境条件的变化或其它影响可以随时间而变化。因此，对检测的传感器信号幅度中的至少一些的平均可以被用作用于确定权重因子和切换阈值的基础。
在一些实施例中，可旋转目标体41可以包括附着到可旋转的轴或可旋转的轴的部分的轮。可旋转的轴可以是例如凸轮轴或曲轴，如将关于图4a更详细地解释。
可旋转目标体41可以包括编码样式，该编码样式含有反向磁极的区、孔、槽或齿410的组中的至少一个。在一些实施例中，可旋转目标体41具有表面411，该表面被形成像提供有一个或多个齿410的空心直圆柱体的外表面。在替代实施例中，可旋转目标体41的表面411可以提供有一个或多个槽。附加地或可替代地，可旋转目标体可以由磁性材料制成，其中其磁极可以在可旋转目标体41的一些区域中被反向。
在一些实施例中，编码样式可以包括基本上相同高度的齿或基本上相同高度的槽或基本上相同径向延伸的孔或具有基本上相同场强的反向磁极的区。术语“基本上”可以被理解为包含由于制作容差所产生的诸如齿或槽的高度、孔的径向延伸或反向极性区的磁场强度的量的变化，该变化为对应量的小于5％、优选小于2％、更优选小于1％。具有这样的编码样式的可旋转目标体的使用可以导致具有基本上恒定的传感器信号幅度的传感器信号。这可以导致仅具有一个基本上恒定的传感器信号幅度的传感器信号。
在一些其它实施例中，编码样式可以包括不同高度的齿或不同高度的槽或不同径向延伸的孔或具有不同场强的反向磁极的区。具有这样的编码样式的可旋转目标体的使用可以导致具有不同的传感器信号幅度的序列的传感器信号。然而，权重因子可以关于对应于反向磁极的具体的区、孔、槽或齿中的一个的传感器信号幅度来确定。
在一些应用中，可旋转目标体41可以包括金属材料，特别是铁质材料，同时磁场传感器40可以提供有磁体（未由附图示出）。在一些实施方式中，所述磁体可以是布置在磁场传感器40的侧处的背偏置磁体，该磁场传感器40的侧与面向朝着可旋转目标体41的磁场传感器40的侧相对。
在一些其它应用中，可旋转目标体41可以包括磁性材料或可以由磁性材料制成。在一些实施例中，可旋转目标体可以是磁化环形轮或可旋转轴的磁化部分。在这些应用中，磁体向磁场传感器40的提供可以不需要。
如之前已解释的，切换装置1的处理电路系统11被配置成基于传感器信号幅度和取决于所述传感器信号幅度的权重因子w来确定切换阈值。例如，传感器信号幅度可以是在传感器信号的最小值与最大值之间的峰到峰幅度。处理电路系统11可以被配置成基于峰到峰幅度来确定幅度相关的权重因子。处理电路系统11可以进一步被配置成基于传感器信号的最小值、传感器信号的最大值和幅度相关的权重因子w来确定切换阈值。在一些实施例中，处理电路系统11可以被配置成确定与传感器信号幅度成比例的幅度相关的权重因子w。在一些进一步实施例中，电路系统11可以被配置成确定与传感器信号幅度成反比例的幅度相关的权重因子。在一些实施方式中，处理电路系统11可以仅当传感器信号2下降到切换阈值以下时生成切换信号。在其它实施方式中，处理电路系统11可以仅当传感器信号2上升到切换阈值以上时生成切换信号，并且在进一步实施方式中，处理电路系统11可以当传感器信号2下降到切换阈值以下时以及当传感器信号2上升到切换阈值以上时生成切换信号。
切换系统4可以进一步包括存储器。存储器可以被提供以存储对于所有传感器信号幅度恒定的至少一个固定的切换阈值。固定的切换阈值可以被预见在接通切换系统之后或在处理电路系统不能够确定幅度相关的权重因子并且因此幅度相关的切换阈值的情况下直接使用。固定的切换阈值可以在汽车应用的领域中的一些实施例中是真实通电（TPO）值。
在一些实施例中，权重因子可以在操作期间被适配。处理电路系统可以被配置成在启动切换装置之后直接确定传感器信号的第一最大值和传感器信号的第一最小值并且计算第一峰到峰幅度作为用于确定可适应的权重因子的基础。在从权重因子确定幅度相关的切换阈值之后，处理电路当传感器信号越过幅度相关的切换阈值时生成切换信号。一旦第二最大值可以被确定，权重因子可以被适配于第一最小值和第二最大值的峰到峰幅度或被适配于平均幅度。
在一些实施例中，幅度相关的权重因子可以在传感器信号的第一最大值已被检测到之后已经被确定。处理电路系统可以被配置成计算第一最大值与固定的切换阈值之间的差。这个差可以被用作第一传感器信号幅度以确定权重因子。一旦处理电路系统检测到传感器信号的第一最小值，权重因子被适配于对应于第一最大值和第一最小值的峰到峰幅度。随后，适配可以继续，如上面所描述。
在一些实施例中，切换系统可以包括进一步存储器以存储当前幅度相关的权重因子。因此，存储权重因子是可能的，该权重因子被使用直到切换系统最后一次被关断。当切换系统被重启时，基于存储的权重因子的切换阈值可以在处理电路系统检测到传感器信号的至少第一最大值之前被使用。
如在图3中所呈现，切换装置1的处理电路系统11可以被耦合到致动器5的输出12以从处理电路系统11传送切换信号3到致动器5。致动器5在一些实施例中可以是内燃机的阀门控制器、燃料注入控制器或点火控制器的组中的至少一个。例如，切换信号3可以控制致动器5的开关，诸如晶体管。
图4a图示根据实施例可以被耦合到切换装置的内燃机6。
内燃机6包括气缸体60a和气缸盖60b。气缸体60a容纳曲轴610和由曲轴610操作的活塞611。活塞611、气缸体60a和气缸盖60b一起形成燃烧室600，该燃烧室600通过活塞611的运动是可扩大的并且可收缩的。与燃烧室600连通的进气口622和出气口624在气缸盖60a中形成。进气口622和出气口624被分别提供有第一阀门620和第二阀门623以控制空气流动到燃烧室600并且从燃烧室600流动。第一阀门621和第二阀门623分别通过第一凸轮轴625和第二凸轮轴626来操作。在一些实施方式中，内燃机6可以具有多于一个进气口和多于一个出气口。在这些实施方式中，第一凸轮轴625和第二凸轮轴626可以被配置成操作多个一个阀门以控制空气从进气口流到出气口。
内燃机进一步包含点火装置630，该点火装置630在一些实施例中可以被布置在气缸盖60b中在第一和第二阀门621、623之间的区域中。此外，内燃机可以进一步包含燃料注入装置640，该燃料注入装置640可以在一些实施方式中可以被布置在气缸盖60b中接近第一阀门621。在接近燃烧室600和活塞611的区中，气缸体60a可以包含冷却水系统650。冷却水系统650可以通过温度传感器651来监测，以便于允许取决于冷却水的测量温度的冷却水系统650的控制。
在第二凸轮轴626的附近可以布置切换装置的磁场传感器40（未由图4a完全呈现）。磁场传感器40可以被配置成监测凸轮轴626的旋转并且输出表示凸轮轴626的旋转和/或角度位置的传感器信号2。在图4b的实施例中，与第二凸轮轴626有关的磁场传感器40被呈现在放大的图示中。图4b特别示出磁场传感器40可以通过空气间隙42与第二凸轮轴262间隔开。所述间隙42出于在引擎6或其部分的生产期间的安装容差的原因可以稍微变化。所述空气间隙42影响传感器信号的幅度，特别是其峰到峰幅度。
传感器信号2可以表示感测的磁场并且从而也表示第二凸轮轴626的角度位置。在一些实施方式中，传感器信号2可以被传送到根据实施例的切换装置，该切换装置被配置成确定幅度相关的切换阈值。切换阈值基于传感器信号幅度和权重因子w，该权重因子w其自身取决于传感器信号幅度。换言之，所述权重因子w取决于磁场传感器40与第二凸轮轴626之间的空气间隙42的宽度，并且因此可以补偿关于目标体与磁场传感器40之间的距离的安装容差。切换装置被进一步配置成当传感器信号2越过未预确定的（可变的）切换阈值时生成切换信号。根据一些实施例，由切换装置所提供的切换信号3可以被传送到燃料注入装置640的控制单元用于操作燃料注入装置640，特别以便于在合适的时刻向燃烧室600提供燃料。
在一些实施例中，切换装置的磁场传感器40’（未在图4a中完全描绘）可以被布置成接近曲轴610。因为关于曲轴610的磁场传感器40’的布置和操作与关于第二凸轮轴626的磁场传感器40的那些可比较，进一步的解释被省略。根据一些实施例，由磁场传感器40’输出的切换信号3’可以被传送到点火装置630的控制单元，以便于在合适的时刻发起点火。
要注意的是，第二凸轮轴和曲轴中的至少一个或甚至它们两者可以通过磁场传感器来监测，该磁场传感器被连接到切换装置以生成切换信号。在进一步实施例中，内燃机6的第一凸轮轴625或其它可旋转目标体也可以通过磁场传感器来监测，该磁场传感器被连接到切换装置以操作内燃机6的致动器。
图5描绘了对应于在0.2 mm至2 mm范围内的磁场传感器40与可旋转目标体41之间的空气间隙42的各种宽度的多个传感器信号序列。在这个示例中具有最高传感器信号幅度或最高峰到峰幅度A1的传感器信号20表示0.2 mm的空气间隙。在这个示例中具有最小传感器信号幅度或最小峰到峰幅度A2的传感器信号21表示2 mm的空气间隙。传感器信号22至27具有减少的传感器信号幅度并且对应于在0.2 mm与2 mm之间的中间空气间隙。
每个传感器信号20至27指示由具有齿的可旋转体的旋转所产生的感测磁场在旋转角度上的变化。在图5中，传感器信号20至27仅对于处在0°至98°范围内的旋转角度被图示。传感器信号20至27的最高水平表示可旋转目标体的表面，该可旋转目标体的表面可以被形成像空心直圆柱体的外表面，诸如例如在图2中的表面411。在大约20°的旋转角度处，在类柱形表面上提供的齿的边缘在磁场传感器的感测区域中开始旋转并且使得磁场减少。在大约38°的旋转角度处，齿完全在由传感器信号的最小值所指示的磁场传感器的感测区域中。在可旋转目标体的进一步旋转期间，齿旋转离开感测区域，使得传感器信号增加直到它达到指示可旋转目标体的类柱形表面的最大值。
然而，虽然这里关于精确的实施例来描述传感器信号，但是可以有在其中传感器信号的最小值可以指示在应用的可旋转目标体的类柱形表面中提供的槽的存在的实施方式。在其它实施例中，传感器信号可以具有表示齿或槽的最大水平和指示可旋转目标体的基本表面的最小水平。
图5示出在10 mT的值处的水平（水平线），其指示储存在存储器中的预确定的真实通电（TPO）值。TPO值在启动装置（在一些实施例中内燃机）之后被直接用作切换阈值。在可旋转目标体的一个或几个旋转周期之后，TPO被切换阈值代替，该切换阈值被适配于磁场传感器的布置，特别被适配于磁场传感器与可旋转目标体之间的空气间隙的宽度。此外，在空气间隙相关的切换阈值不可用的情况下，可以使用TPO。TPO值可以通常被选择成在传感器信号20、22至27的极值水平附近，使得所有可能的空气间隙越过TPO。在图5中，对于2 mm的空气间隙所感测的传感器信号21不越过TPO水平，使得在接通装置之后切换不能够直接被执行。
常规地，切换阈值可以被确定如下：图5的感测传感器信号20至27是关于它们的幅度归一化的，如由图6所示出的。如能够从图6得出，归一化的传感器信号具有类似的形式，但在曲线的每个边缘处只有一个匹配点70。对于以由图6所呈现的传感器信号20至27为基础的实施方式，匹配点可以被确定为0.75的恒定因子。因此，切换水平被确定为传感器信号的最小水平与传感器信号的峰到峰幅度的75％的和。换言之，切换水平SL通过公式SL = Min + (Max - Min)kj来确定，其中Min是传感器信号的最小值，Max – Min是传感器信号的峰到峰幅度并且k对于所有传感器信号幅度是恒定因子0.75。
然而，这个恒定因子取决于可旋转目标体的类型和设计或者确切地说根据磁场传感器的类型和结构可以变化。对于可旋转目标体并且确切地说是磁场传感器的其它结构和设计，匹配点可以变化并且恒定因子j可以在0.65至0.90的范围内。
转回到图5，可以见到在大约24.5°的旋转角度处的垂线71，该垂线71在对应于对应的传感器信号的最小值水平与对应的传感器信号的峰到峰幅度A1、A2的75%的和的值（即切换水平）处越过传感器信号20至27。如能够从图5得出，对于传感器信号20，切换阈值与在其中TPO越过传感器信号的点之间的相移δ对于空气间隙小于2 mm的传感器信号20、22至26随着峰到峰幅度的减少或空气间隙的宽度的减少而增加。特别地，对于在0.2mm至0.5mm的范围内的空气间隙，相移δ直到6°。这可能在用于确定切换信号的基础从TPO被改变到适配的切换阈值时的时刻导致内燃机的操作的不规则性。
与上面提到的相反，本公开提供一种不同方式以确定切换阈值。确定切换阈值的一个示例性方式由图7和8来呈现。图7呈现与在图5中呈现的那些传感器信号相同的传感器信号20至27和TPO水平。关于传感器信号的解释，参考上面关于图5和6所提到的细节。在一些其它实施例中，传感器信号20至27可以是平均的传感器信号。平均的传感器信号可以是对x个随后感测的振荡或传感器信号幅度的平均，其中x是自然数。在其它实施例中，平均的传感器信号可以是对所有测量的传感器信号的平均（滑动平均）。在一些其它实施例中，平均的传感器信号可以是对对应于编码样式的至少一个具体部分（例如，目标体的至少一个具体齿）的许多振荡的平均。
图7另外图示在28°的旋转角度处的垂线72。所述垂线72在对应的传感器信号的峰到峰幅度的不同比率处越过传感器信号20至27。然而，发现的是，垂线72和传感器信号20至27的交点彼此相关联。在图7中，示出的是，对于小的空气间隙从TPO到调节的切换点的相移与在图5中指示的相移相比是减少的。
在图8中，指示为传感器信号的峰到峰幅度的比率w1、w2的交点（线80）被呈现为在10 mT至60 mT的范围内的峰到峰幅度的函数。这个范围可以覆盖从2 mm（由10 mT的峰到峰幅度来表示）至0.2 mm（由60 mT的峰到峰幅度来表示）的空气间隙宽度的范围。所述比率w1、w2在一些实施例中可以被储存在查找表中作为幅度相关的权重因子。
为了确定切换阈值，传感器信号的最小值及其峰到峰幅度可以被确定并且切换阈值可以被计算为传感器信号的最小值与对应于确定的峰到峰幅度的比率并且因此幅度相关的权重因子与峰到峰幅度的乘积的和。换言之，切换阈值ST可以对应于：
(I)     ST = Min + (Max - Min) * w,
其中Min是传感器信号的最小值、Max – Min是峰到峰幅度并且w是幅度相关的权重因子，其可以是在查找表中储存并且对应于感测的传感器信号的比率w1、w2中的一个。要注意的是，w1、w2的值并且因此幅度相关的权重因子可以进一步取决于可旋转目标体和所使用的磁场传感器的设计和结构。
在其它实施例中，可以将交点w1、w2内插。所述内插可以导致由图8的内插线81所显示的峰到峰幅度的线性函数w(Max - Min)。换言之，能够从图8看出，对于正常使用的在0.2 mm与2 mm之间的空气间隙(60 mT至10 mT)，具有在0.2（处于低的空气间隙）与0.4（处于高的空气间隙）之间的比率的线性依赖性将输送足够精确的切换点。因此，在一些实施例中，切换阈值ST可以被确定为对应于：
(II)   ST = Min + (Max - Min) * w(Max-Min),
在由图8呈现的实施例中，w(Max-Min)是传感器信号的峰到峰幅度的线性函数。w(Max-Min)可以通过以下公式来计算：
(III)    w(Max-Min) = a + b / (Max-Min),
其中a和b是恒定值。在由图8呈现的实施例中，a可以是0.2并且b可以是2.5。然而，所述常数可以取决于可旋转目标体和磁场传感器的设计和结构而改变。
在一些其它实施例中，传感器信号与调节的垂线72的交点可以遵循传感器信号幅度的任何其它数学函数，例如双曲线函数、幂函数、指数函数或对数函数或任何其它合适的函数。
在一些实施例中，垂线72可以被设定在任何旋转角度处，在该旋转角度处切换信号应当被生成。旋转角度可以是任何旋转角度，在该旋转角度处可旋转目标体的编码样式在传感器信号中是可辨别的。在一些实施方式中，垂线72可以被选择成在处于旋转角度的中间范围内的旋转角度处，在该旋转角度处传感器信号越过TPO水平。如能够从图8看出，垂线72在28°的旋转角度处，并且传感器信号20、22至26与TOP水平的交点在范围从26°至30.5°内的角度处，使得垂线72被选择成基本上在传感器信号与TOP的交点的中间范围内。然而，在其它实施例中，调节的切换线（垂线72）可以取决于可旋转目标体和磁场传感器的基础设计而被选择在其它旋转角度处。
大体上说，切换阈值基于传感器信号幅度和权重因子，该权重因子其自身取决于所述传感器信号幅度。传感器信号幅度可以取决于可旋转目标体与磁场传感器之间的空气间隙的宽度。从而，自由确定可旋转目标体的在其中切换信号应当被生成的角度位置是可能的。在一些实施例中，在传感器信号与TPO水平的交点之间的进一步相移和在传感器信号与切换阈值之间的进一步相移能够对于空气间隙宽度的宽范围被减少。
下面描述由图1呈现的切换装置1的可能配置的两个示例。图9示出图1的切换装置的实施例，其中切换装置被耦合到磁场传感器40，该磁场传感器40在一些实施例中可以是斩波式霍尔传感器。处理电路系统11可以包含模数转换器110、确定单元111和比较器112。
模数转换器110可以被配置成将模拟传感器信号2转换成为数字传感器信号，该数字传感器信号被用来确定切换阈值。模数转换器110可以进一步被配置成确定传感器信号的最小值水平和最大值水平。
确定单元111可以包含存储器以存储幅度相关的权重因子。在一些实施例中，查找表可以被采用。查找表可以包含用于不同测量的传感器信号幅度的不同权重因子w。在替代实施例中，幅度相关的权重因子w可以被存储作为将一系列权重因子（例如比率w1、w2）内插的传感器信号幅度的函数。这个函数可以是峰到峰幅度的函数w(Max-Min)。确定单元111可以进一步被配置成确定对应于幅度相关的权重因子w和传感器信号幅度的切换阈值。传感器信号幅度可以在一些实施例中是最小值与最大值之间的差。在一些实施例中，切换阈值可以使用查找表通过公式（I）来计算，或使用w与传感器信号幅度之间的函数关系通过公式（II）来计算。确定单元111可以进一步被配置成向比较器112提供切换阈值。确定单元111可以包含贮存器或可以被连接到贮存器单元，其存储与TPO水平有关的信息和关于权重因子对传感器信号幅度的依赖性的信息。
比较器112可以具有配置成从磁场传感器40接收传感器信号的第一输入1120和配置成接收由确定单元111提供的切换阈值的第二输入1121。比较器112被配置成将传感器信号2与切换阈值ST比较并且生成切换信号3。
在一些实施例中，模数转换器110可以被省略。在这种情况下，确定传感器信号2的最大值和最小值的功能可以通过确定单元111来执行。
在其它实施例中，图1的切换装置1可以被实施，如由图10示例性示出。在图10的示例中，切换装置1再次被耦合到磁场传感器40。处理电路系统可以包含运算放大器113，该运算放大器113被配置成提供具有偏移的传感器信号2、模数转换器110、确定单元111和比较器114。
运算放大器113可以被配置成提供从磁场传感器40接收的具有偏移的传感器信号2。在一些实施例中，该偏移可以取决于传感器信号的幅度。运算放大器112可以进一步被配置成输出偏移传感器信号200。
模数转换器110可以被配置成将模拟偏移传感器信号200转换成为数字偏移传感器信号。该数字偏移传感器信号可以被用来确定切换阈值TS。模数转换器110可以进一步被配置成确定偏移传感器信号200的最小值水平和最大值水平。
确定单元111可以被配置成确定对应于权重因子和传感器信号幅度的切换阈值TS，该权重因子取决于传感器信号幅度。确定单元111可以包含贮存器或可以被连接到贮存器单元，其可以存储与TPO有关的信息和关于幅度相关的权重因子对传感器信号幅度的依赖性的信息。对于确定程序的进一步细节，参考图9的确定单元111。确定单元111可以被配置成基于传感器信号幅度和幅度相关来确定切换阈值TS并且将切换阈值ST输出到运算放大器113。在一些实施例中，处理电路系统可以进一步包括数模转换器以在向运算放大器113提供切换阈值之前将切换阈值ST转换成为模拟切换阈值信号。
运算放大器113可以被配置成提供具有对应于切换阈值TS的偏移的传感器信号2。在一些实施例中，偏移可以具有切换阈值的大小。如在图10中指示，数模转换器110和确定单元111可以被布置以形成反向回路并且切换阈值TS可以被输出到运算放大器113作为偏移。
在图10的实施例中的比较器114可以仅具有一个输入1140用于接收由运算放大器113输出的偏移传感器信号200（即按切换阈值偏移的传感器信号）。比较器114可以被配置成将接收的信号200与零点比较并且当偏移的传感器信号200越过零点时生成切换信号3。
对于技术人员将显而易见的是，图1的切换装置1及其先前描述的实施例可以被配置成执行对应的切换方法。方法的示例性实施例的流程图900被图示在图12中。
方法900包括接收传感器信号的第一步骤910。传感器信号具有传感器信号幅度。方法90进一步包含基于传感器信号幅度和取决于传感器信号幅度的权重因子来确定切换阈值的第二步骤920。进一步步骤930包括当传感器信号的水平越过切换阈值时生成切换信号。
在一些实施例中，传感器信号幅度可以是基本上恒定的。在其它实施例中，传感器信号幅度可以随时间或取决于目标体的设计而变化。权重因子可以适于传感器信号幅度在操作期间的变化。传感器信号幅度可以表示感测的磁场。第一步骤910可以在一些实施方式中包括利用与可旋转的轴以空气间隙间隔开的磁场传感器来测量磁场，该磁场指示可旋转轴的角度位置，并且传感器信号具有取决于空气间隙的传感器信号幅度。
第二步骤920可以包括确定与传感器信号幅度成比例的权重因子。在一些实施例中，权重因子被确定为与传感器信号幅度成反比例。在一些实施例中，切换阈值可以是传感器信号的最小值水平与传感器信号幅度乘以幅度相关的权重因子的和。
在一些实施例中，权重因子并且因此切换阈值可以适于传感器信号幅度随时间的变化。在一些实施方式中，传感器信号幅度可以被周期性验证并且在已改变传感器信号幅度的情况下权重因子可以被适配。在替代实施方式中，传感器信号幅度可以被连续地监测并且一旦传感器信号幅度变化，权重因子可以被适配。传感器信号幅度可以是测量的传感器信号幅度或测量的传感器信号幅度的平均。
在一些实施方式中，当传感器信号的水平落到切换阈值以下时，可以生成切换信号。在替代实施例中，步骤930可以包括将感测信号与对应于切换阈值的偏移叠加（overlay）并且将叠加的传感器信号与零点比较。
切换方法900可以被用来提供切换信号以控制内燃机的气缸的阀门、点火装置或注入装置的组中的至少一个。
在一些实施例中，切换方法900可以允许随时间适配切换阈值。可以在启动时间处启动切换阈值。传感器信号的第一最大值和第一最小值可以正好在启动时间之后被确定并且权重因子可以被确定。在从权重因子确定幅度相关的切换阈值之后，当传感器信号越过幅度相关的切换阈值时，可以提供切换信号。随后，第二最大值可以被确定并且权重因子可以适于第一最小值和第二最大值的幅度或平均幅度。
在一些实施例中，固定的切换阈值可以被用来正好在启动时间之后确定切换信号。幅度相关的权重因子然后可以在检测到操作的开始之后（例如在发动或加电之后）在传感器信号的第一最大值之后已经被确定。第一最大值与固定的切换阈值（诸如真实通电值（TPO））之间的差可以被计算。这个差可以被用作第一传感器信号幅度以确定权重因子。一旦传感器信号的第一最小值被检测到，权重因子可以适于对应于第一最大值和第一最小值的峰到峰幅度。随后，适配可以继续，如上面所描述。
在一些实施例中，权重因子可以被存储，该权重因子被使用直到切换系统最后一次被关断。当切换系统被重启时，基于存储的权重因子的切换阈值可以在处理电路系统检测到传感器信号的第一最大值之前被使用。
总而言之，实施例提供新颖的概念用于确定可用于控制致动器诸如燃料注入装置或注入装置的切换信号。一些实施例允许基于表示磁场传感器与可旋转目标体之间的距离的传感器信号幅度和权重因子来确定切换信号，其中该权重因子取决于传感器信号幅度。区别于例如仅提供切换阈值而不是权重因子的学习的其它概念，本文中的实施例能够提供权重因子的学习和适配。学习的或适配的权重因子然后与确定的信号幅度相结合被用来确定切换阈值。
利用可变的幅度相关的切换点，在已知幅度处的调节的切换相位能够被设定在宽的范围内而没有损失空气间隙上的精确性。如果调节的切换点被设定为接近初始的切换点，则从第一切换到最后切换的相位转变被最小化。切换水平能够从信号的最小值和最大值中来计算并且被用作用于比较器（图10）的参考水平。可替代地，切换水平能够从信号的最小值和最大值来计算并且在反馈回路中被用作偏移并且被调节，使得比较器在零点（图11）中切换。如果ADC被用作霍尔信号的直接输入，则比较器和幅度相关的切换点能够被实现在数字域中。幅度相关的切换点调节也能够针对齿的机械边缘而不是针对齿的磁边缘被优化。
描述和附图仅仅图示本发明的原理。因此将意识到的是，本领域技术人员将能够设计各种布置，该各种布置尽管在本文中未被明确地描述或示出但具体化本发明的原理并且被包含在本发明的精神和范围内。此外，在本文中陈述的所有示例主要明白地旨在仅用于教学目的以帮助读者理解对促进本领域由（一个或多个）发明人所贡献的概念和发明的原理，并且要被理解为没有限制到这样的具体陈述的示例和条件。而且，本文中的陈述本发明的原理、方面和实施例以及其特定示例的所有声明旨在涵盖其等价物。
本领域技术人员应当意识到的是，本文中的任何框图表示具体化本发明原理的说明性电路系统的概念视图。类似地，将意识到的是，任何流程图、作业图、状态转变图、伪代码等等表示各种过程，该各种过程可以被基本上表示在计算机可读介质中并且因此由计算机或处理器来运行，而无论这样的计算机或处理器是否明确地被示出。
此外，下面的权利要求据此被并入到具体实施方式中，其中每个权利要求可以独自作为分离的实施例。虽然每个权利要求可以独自作为分离的实施例，但是要注意的是，尽管从属权利要求可以在权利要求中指的是与一个或多个其它权利要求的特定结合，其它实施例也可以包含从属权利要求与每个其它从属权利要求的主题内容的结合。这样的结合在本文中被提出，除非声明特定结合不是预期的。此外，旨在也包含权利要求的特征到任何其它独立权利要求，即使这个权利要求不是直接从属于该独立权利要求。
进一步要注意的是，在说明书中或在权利要求中公开的方法可以由具有用于执行这些方法的每个相应步骤的器件的装置来实施。
进一步，要理解的是，在说明书或权利要求中公开的多个步骤或功能的公开可以不被理解为是在特定的顺序内。因此，多个步骤或功能的公开将不限制这些到具体的顺序，除非这样的步骤或功能出于技术原因不是可互换的。因此，在一些实施例中，单个步骤可以包含或可以被分裂成多个子步骤。这样的子步骤可以被包含并且是这个单个步骤的公开的部分，除非明确地被排除。