CN106537102B - 用于确定储箱中的液位的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于利用超声波液位传感器(3)和至少两个用于反射由超声波液位传感器(3)发出的超声波的参考面(1、2)确定在用于液体的储箱(4)中的液位(17)的方法，其中，第一参考面(1)布置在第二参考面(2)之下。在方法步骤a)中确定超声波在从超声波液位传感器到第一参考面(1)的第一测量路径(5)上在液体中的第一传播速度(9)。在方法步骤b)中确定超声波在从第一参考面(1)到第二参考面(2)的第二测量路径(6)上在液体中的第二传播速度(10)。在方法步骤c)中测量超声波从超声波液位传感器(3)到在储箱(4)中的液体的液面(7)的飞行时间(8)。在方法步骤d)中根据至少一个选择标准(11、12、13)选择第一传播速度(9)或第二传播速度(10)。接着在步骤e)中利用在步骤c)中测得的飞行时间(8)和在步骤d)中选择的传播速度(9、10)计算液位(17)。

Description

用于确定储箱中的液位的方法
技术领域
本发明涉及一种用于确定在用于液体的储箱中的液位的方法。该方法特别是可用于确定在机动车中的储箱中的液位，在储箱中储存有用于排气净化的液态添加剂。
背景技术
具有排气处理装置的机动车是广泛已知的，为了净化排气，将液态添加剂添加到排气处理装置中。尤其常常见到这样的排气处理装置，在其中进行选择性催化还原方法(SCR方法，SCR＝选择性催化还原)。在该方法中，利用氨气将排气中的氮氧化物化合物还原成无害的物质，如氮气、水和CO2。在机动车中，通常不是直接储备氨气，而是以液态添加剂的形式进行储备，液态添加剂可储存在储箱中。用于排气净化的这种液态添加剂然后在排气外部在为其设置的反应器中或者在排气内部在排气处理装置之内转化成氨气。特别是经常使用尿素水溶液作为液态添加剂。可购买到牌的具有按重量计算为32.5％重量百分比的尿素含量的尿素水溶液。
常常需要获得关于在用于液态添加剂的储箱中的液位的信息。关于液位的信息可用于，获得用于填充储箱的合适时刻。此外可防止，在运行期间储箱完全被清空。
为了确定在用于液态添加剂的储箱中的液位，已经提出了超声波液位传感器。超声波液位传感器通常具有超声波发射单元和超声波接收单元。超声波发射单元发射出超声波，超声波在储箱内的液体表面处被反射并且从该处返回到超声波液位传感器，并且被超声波液位传感器的超声波接收单元接收。超声波在储箱中的液体中的传播速度或者已知，或者利用参考测量来获得。由超声波从超声波液位传感器到液面并且返回到超声波液位传感器的飞行时间和超声波在液体中的传播速度计算出在储箱中的液位。
超声波液位传感器的优点是，其不具有可动的部件。此外，利用超声波液位传感器能用相同的传感器结构形式在不同的储箱高度时测量在储箱中的填充高度。在储箱中的可能的填充高度方面的区别仅须储存在评估单元中，利用该评估单元评估由超声波接收单元接收的超声波。起源于由超声波发射单元发射出的超声波且例如在液体表面上反射了的、由超声波接收单元接收的超声波以下也被称为信号或响应信号，其由超声波接收单元或由超声波液位传感器接收。
已知超声波液位传感器在储箱中的两种不同的布置方案。根据一种已知的布置方案，超声波从上侧被发送到储箱中的液面上并且从该处向上反射回超声波液位传感器。在另一已知的布置方案中，超声波从在储箱的底部处的超声波液位传感器通过液体被发送到储箱中的液面处，并且在液面处反射回位于储箱底部处的超声波液位传感器。
以上已经解释了，为了确定超声波在液体中的传播速度，可进行参考测量。已知的是，对于参考测量，确定超声波沿着已知的测量路径在液体中的飞行时间。例如，测量路径可实施成具有至少一个参考面，超声波在参考面处反射。优选地，准确地已知参考面的位置或在两个参考面之间的距离。根据超声波到参考面的飞行时间或者根据超声波到多个(例如两个)参考面的飞行时间差，可获得超声波在液体中的行进速度。
在进行这种参考测量时的问题是，由至少一个参考面设置的测量路径必须完全布置在液体之内。这特别是在储箱中的液位和液体填充高度变化时是成问题的。因此已知的是，如此布置参考面，使得用于确定超声波行进速度的测量路径水平地布置，优选布置在储箱底部附近。由此可保证，在液位非常低时也可进行飞行时间测量。不利的是，测量路径的水平布置方案需要在储箱底部处相对多的结构空间。
发明内容
基于此，本发明的目标是，解决或至少减轻所描述的技术问题。特别是，要提出特别有利的用于利用超声波传感器确定在用于液体的储箱中的液位的方法。
该目标通过根据权利要求1所述的特征的方法实现。在从属权利要求中给出该方法的其它有利的设计方案。在权利要求书中单个阐述的特征能以任意技术上合理的方式相互组合并且可通过说明书中阐释的事实进行补充，其中，示出方法的其它实施变型方案。
本发明涉及一种用于利用超声波液位传感器和至少两个用于反射由超声波液位传感器发射出的超声波的参考面来确定储箱中的液位的方法，其中，第一参考面布置在第二参考面下方，该方法具有以下步骤：
a)确定超声波在从超声波液位传感器到第一参考面的第一测量路径上在液体中的第一传播速度，
b)确定超声波在从第一参考面到第二参考面的第二测量路径上在液体中的第二传播速度，
c)测量超声波从超声波液位传感器到在储箱中的液体的液面的飞行时间，
d)根据至少一个选择标准选出第一传播速度或第二传播速度，以及
e)利用在步骤c)中测得的飞行时间和在步骤d)中选出的传播速度计算液位。
优选地，超声波传感器布置在储箱底部中或储箱底部附近。超声波液位传感器优选地垂直向上取向，从而超声波由超声波液位传感器垂直向上发射出。第一参考面和第二参考面优选地垂直地布置在超声波液位传感器上方。优选地，超声波液位传感器具有用于发射出超声波的发射单元和用于接收超声波的接收单元，其中，接收单元被设置用于接收由发射单元发射出并且在任意结构(参考面、储箱中的液面等)处被反射的超声波。
优选地至少部分地一起(同时)进行方法步骤a)、b)和c)。特别优选地，超声波液位传感器发射出超声波形式的信号。紧接着，超声波液位传感器接收三个被反射的响应信号，这些响应信号从被发射出的超声波中得到。第一信号被识别为在第一参考面处的反射。利用该信号实施步骤a)。第一测量路径的长度是已知的，并且从在发射出超声波和接收第一响应信号之间的时间间隔中可计算出第一传播速度。第二响应信号被识别为在第二参考面处的反射。第一响应信号和第二响应信号用于在步骤b)中确定第二传播速度。利用在接收第一响应信号的时刻与接收第二响应信号的时刻之间的差以及第二测量路径的(已知的)长度，可计算出第二传播速度。第三响应信号用于进行步骤c)并且确定超声波从液位传感器到在储箱中的液体的液面的飞行时间。从在发射出超声波和接收第三响应信号之间的时间间隔中得到该飞行时间。
如有必要，也可不同地(一起或以其它顺序)进行方法步骤a)、b)和c)。在此描述的对方法步骤a)、b)和c)的解释仅仅是示例性的。
通过在步骤d)中根据至少一个选择标准选出第一传播速度或第二传播速度，能够实现，当第二(上部)参考面未设置在储箱中的液体之内而是储箱中的液面定位在第一参考面与第二参考面之间时，也能确定储箱中的(当前)液位。特别是，如此定义选择标准，即，当储箱中的液面位于第二参考面之下时，利用第一传播速度确定液位。在液位更高(在第二参考面之上)时，选择第二传播速度用于确定液位。相对于第一传播速度，第二传播速度具有的优点是，第二传播速度可明显更准确地被确定。这是因为，与在超声波液位传感器与第一参考面之间的距离相比，能准确得多地确定在第一参考面和第二参考面之间的距离。这特别是由以下条件决定，即，第一参考面和第二参考面布置在(共同的)校准构件上。相对地，超声波传感器是相对于参考面(独立的)构件，从而与两个参考面之间的距离的公差相比，超声波液位传感器与第一参考面之间的距离的公差更不准确。与第二传播速度相比，第一传播速度具有的优点是，即便在液位位于第二参考面之下时第一传播速度也可被确定。
所描述的方法使得也能可靠地确定储箱中较低的液位并且同时保证了超声波液位传感器在储箱中的竖直布置。由此，显著降低了液位传感器在储箱底部处的空间需求。例如，竖直布置的超声波液位传感器以及参考面可装配在储箱底部处的小的开口中。相对地，超声波液位传感器以及水平布置的参考面需要更为复杂的装配和/或在储箱底部的这样的开口，即，该开口的直径至少与测量路径的长度同样大。
下述这样的方法是特别有利的，即，超声波液位传感器布置在储箱之外并且超声波液位传感器的超声波在进入储箱中的液体中之前经过联接层，其中，联接层包括储箱壁(特别是储箱壁的一部分)，并且在步骤a)中以修正系数考虑超声波在联接层中的飞行时间。
优选地，超声波液位传感器在储箱内腔之外布置在储箱壁的与液体相对置的侧上。优选地，除了储箱壁外，联接层还包括传递件，该传递件以可传导超声波的方式将超声波液位传感器联接到储箱壁上。传递件例如可包括传导膏或传导填料/传导垫，其布置在储箱壁和超声波传感器之间。在联接层之内，超声波通常具有与在储箱中的液体中不同的传播速度。因为已知联接层的结构，所以超声波在联接层中的速度可被计算出并且在步骤a)中作为修正系数来考虑。优选地，该修正系数具有时间量纲。优选地，超声波经过联接层所需的时间经验地/根据实验地确定并且以修正系数的形式储存在用于实施所描述的方法的控制器中。
此外，下述这样的方法是有利的，即，当在步骤d)中选择传播速度时考虑，在之前的方法迭代中选择了哪个传播速度。
所描述的方法通常(在机动车运行期间)以迭代的方式重复，以便总是能提供关于在储箱中的液体的液位的最新信息。在该方法中使用和求得的参数(特别是所选择的传播速度)分别被储存在机动车的控制器中。因此能实现，在方法迭代时使用在之前的方法迭代期间求得的参数。在步骤c)中，除了所述至少一个选择标准外，还使用关于在之前的方法迭代中选择的传播速度的信息，以选出传播速度中的一个。例如，当存在特定的条件时，可使在步骤d)中改变所选择的传播速度的可能性不起作用。“改变所选择的传播速度”在此指的是，在实施所述方法期间选择与在之前的方法迭代中不同的(第一或第二)传播速度。例如，基本上可防止从选择第一传播速度变(回)到选择第二传播速度。这意味着，在单次选择了第一传播速度的情况下，该方法不可能在下一方法迭代中跳回到第一传播速度。如果满足了附加的条件，则可再次实现变(回)到选择第二传播速度。
例如可设想，在步骤d)中选出第一传播速度，因为该至少一个选择标准可识别出：储箱中的液位下降到第二参考面之下。如果第一次是这种情况，则在储存器中储存对第一传播速度的选择。优选地，只要没有再次填充储箱，就一直保持选择第一传播速度。即使该至少一个选择标准实际上已经指定了改变回第二传播速度，也还是保持选择第一传播速度。
此外，下述这样的方法是有利的，即，在步骤e)中作为第一选择标准使用计算出的液位，其中，当液位位于液位限值之下时选择第一传播速度并且当液位位于液位限值之上时选择第二传播速度。
优选地，如此设置液位限值，即，当液位位于液位限值之上时两个参考面(一定)布置在液体之内，从而能毫无问题地在位于两个参考面之间的第二测量路径上确定第二传播速度。相应地，优选地将液位限值确定在第二参考面的高度上，或者几乎超过第二参考面。当液位位于液位限值之下时，优选地利用第二传播速度计算液位，从而液位的继续下降不影响液位确定。
此外，下述这样的方法是有利的，即，在步骤d)中作为第二选择标准在第一传播速度和第二传播速度之间进行比较，其中，当第一传播速度和第二传播速度之间的速度差超过限值时，选择第一传播速度。
以上已经阐述了，分别根据三个响应信号确定第一传播速度、第二传播速度和飞行时间，这些响应信号分别作为对同一个发射出的超声波信号的响应先后到达超声波液位传感器的接收单元处。如果液面下降到第二参考面之下，在第二参考面处不再反射超声波，因为所有超声波已经在液面处被反射。即，对于超声波液位传感器来说第二参考面不可见。代替地，液面被视为第二参考面，因为在第一参考面之后液面产生对发射出的超声波的第二响应信号。当液位位于第二参考面之下时，相应地，利用液位传感器确定的、在相应于第一参考面的响应信号与被超声波传感器理解成属于第二参考面的第二响应信号之间的飞行时间缩短。由此，当液位位于第二参考面之下时，在步骤b)中确定的第二传播速度与在步骤a)中确定的第一传播速度之间出现偏差。虽然由于在步骤a)和b)中的速度测量方面的不准确性，在液位位于第二参考面之上时在两个传播速度之间也可能出现速度差，但是该速度差相对较小。优选地，如此定义限值，即，仅仅检测由于液位下降到第二参考面之下引起的速度差。
如果液面下降到第二参考面之下，则通常对于步骤c)也需要适配的做法。特别是不再能够使用对发射出的超声波的第三响应信号来确定飞行时间。而是应该使用第二响应信号来确定到液面的飞行时间，因为当液面位于第二参考面之下时，超声波在液面处的反射典型地作为第二响应信号被超声波液位传感器接收。
第一选择标准和第二选择标准优选两者一起使用，以便从第一传播速度改变到第二传播速度。特别优选地，两个选择标准必须指定传播速度的相应改变，以便在步骤d)中也实际上进行该改变。
为了从第一传播速度改变(回)第二传播速度，优选地需要的是，附加地还有另一以下还要解释的(第三)选择标准指定相应的改变。
下述这样的方法是特别有利的，即，在步骤d)中作为第三选择标准检查在步骤c)中测得的飞行时间，其中，当所测得的飞行时间位于与到第二参考面的双倍飞行时间相当的时间间隔之外且在前一个方法迭代中选择了第一传播速度时，不选择第二传播速度。
以上已经描述了，为了确定第一传播速度、第二传播速度和飞行时间，分别可使用针对由超声波液位传感器发射出的超声波的三个响应信号。已经结合第二选择标准解释了，当液面位于第二参考面之下时，第二参考面可能对于超声波传感器来说不可见，这是因为在这种情况中，液面产生第二响应信号并且完全反射超声波。尽管如此，在这种情况中也得到第三响应信号，其能以错误的方式被理解成液面。该第三响应信号通过在储箱之内多次反射超声波得到。已表明，通过一个在返回超声波液位传感器之前首先在液面处、然后在储箱底部处并且接着再次在液面处被反射的超声波，能产生特别强的响应信号。由此，第三响应信号的超声波恰好四次经过从超声波液位传感器到液面的路径，而不是恰好两次。由此，飞行时间恰好是(来自第二参考面的)第二响应信号的飞行时间的两倍。如此定义时间间隔，即，该时间间隔识别出：到液面的飞行时间或第三响应信号与到第二参考面的飞行时间的两倍相当。优选地，该时间间隔以在5％和10％之间的公差覆盖所述两倍的飞行时间，从而也随之获得测量误差。如果已经根据第二传播速度计算了液位，并且同时将第三响应信号错误地理解成了到液面的飞行时间，则步骤e)得到的计算液位相应于在储箱中实际液位的两倍。为了可靠地避免该方法的这种错误结果，第三选择标准拦截相应的情况。
仅仅在从第一传播速度改变成第二传播速度时使用第三选择标准。第三选择标准由此也可被称为附加的控制标准。
此外，下述这样的方法是有利的，即，当在步骤e)中计算液位时使用以下子步骤：
i)基于所选择的传播速度计算液位；
ii)检查利用第二传播速度求得的液位是否相应于第二参考面的高度的两倍；
iii)获得在一时间间隔中在超声波液位传感器处第二参考面的第二响应信号的波动；
iv)检查第二响应信号的波动是否超过规定的限值；以及
v)当满足步骤ii)和步骤iv)时，将在步骤i)中计算出的液位修正为第二参考面(2)的高度。
在步骤iii)中使用的在超声波液位传感器处的第二响应信号优选地与第二参考面相关联，而第一响应信号与第一参考面相关联，第三响应信号与在储箱中的液面相关联。
然而，如以上解释的那样，当液面或液位位于第二参考面的高度上时，第三响应信号可能相应于超声波在液面处的双重反射。在子步骤ii)中识别存在这种情况的可能性。然而，借助子步骤ii)不能将这种情况与以下情况区分，即，液位实际上位于第二参考面的两倍高度上。这一点通过子步骤iii)和iv)实现。当液位位于第二参考面的高度上时，在子步骤iii)中第二响应信号的波动通过在储箱中的液体的振动和/或晃动来触发。其原因是，在晃动时，第二参考面也至少短时间位于液面上方并且由此液面引起第二响应信号。当液位相应于第二参考面的两倍高度时，不可能出现这种情况。第二参考面总是且一定完全被液体覆盖并且第二响应信号相应地恒定。通过观察第二响应信号在一时间间隔中的波动并且通过比较所观察到的(且必要时在时间上平均的)波动，由此可区分出，液位实际上相应于第二参考面的高度的两倍还是超声波在液体表面处双重反射(子步骤iii)和iv))。
此外，下述这样的方法是有利地的，即，仅当存在静态模式时，才在步骤d)中进行从第一传播速度改变到第二传播速度。
静态模式的特征是，实施该方法的机动车(在此期间)已经是不动的了或者不活动。静态模式的相反情况是动态模式，在动态模式中，(连续地)已经激活了或激活机动车。静态模式和动态模式之间的区分可在模式检查中进行。如果存在的是静态模式，则可能已经再次填充了储箱，因为再次填充储箱通常需要机动车(至少短时间)不动或者说停止。如果存在的是静态模式，即(原则上)可能的是：储箱中的液面升高了。相应地，(优选地)仅当存在静态模式或者至少已经呈现出静态模式时，才实现变回到第二传播速度。在机动车运行期间的动态模式中假设，已经通过储箱中的液体的晃动、通过储箱的位置倾斜或类似者引起了液面提高到第二参考面之上的值。相应地，改变回第二传播速度则是不合理的。
合理的是，特别是结合步骤e)的子步骤i)至v)区分静态模式和动态模式。可在子步骤iii)和iv)的范围中评估的波动通常仅在动态模式中出现，因为在静态模式中不会出现用以区分液位在第二参考面高度上还是在第二参考面的两倍高度上所需的、足够的液面晃动和/或振动。因此，子步骤i)至v)仅可在动态模式中使用并且必须为静态模式进行调整。那么在必要时，在静态模式中使用储存在存储器中的液位信息。
此外下述这样的方法是有利的，即，在步骤d)中使用的至少一个选择标准的输入信号用低通滤波器滤波。
该至少一个选择标准的输入信号例如是在步骤e)中在第一选择标准下和在第三选择标准下计算出的液位或者是在第二选择标准下的速度差。待滤波的输入信号例如也可为超声波的飞行时间。低通滤波器具有的性能是，滤掉选择标准的短期的波动的变化。通过低通滤波器例如可防止，储箱中的液体的晃动对所述至少一个选择标准具有影响。
此外下述这样的方法是有利的，即，在步骤d)中使用的至少一个选择标准的输入信号利用迟滞器或滞后函数滤波。
通过利用迟滞器为输入信号滤波，可有效地防止快速地改变所选择的传播速度。
在此也应描述一种具有用于工作液体的储箱的机动车，其具有用于确定在储箱中的液位的超声波液位传感器和用于反射由超声波液位传感器发射出的超声波的至少两个参考面，其中，第一参考面布置在第二参考面之下，机动车还具有至少一个控制器，该控制器被设置用于实施所描述的方法以确定液位。
结合所描述的方法阐述的特殊优点和设计特征能以类似的方式转移到机动车和超声波液位传感器(作为装置)上。
控制器可以是在用于输送和提供液态添加剂的装置中的、配设给超声波液位传感器的控制器。控制器也可以是机动车控制器的组成部分，在其中储存有软件用于实施所描述的方法。
附图说明
以下根据附图详细阐释本发明以及技术领域。附图示出了特别优选的实施例，然而本发明不限制在其上。特别应指出的是，附图和在图中示出的尺寸比例仅仅是示意性的。其中：
图1示出了储箱以及所描述的超声波液位传感器，
图2示出了用于提供参考面的构件，
图3示出了具有参考面的构件在超声波液位传感器处的布置结构，
图4示出了由超声波液位传感器发射出的超声波及其反射的图，
图5示出了所描述的方法的流程图，
图6示出了所描述的方法的逻辑线路图，
图7示出了第一选择标准，
图8示出了第二选择标准，
图9示出了第三选择标准，
图10a至图10d示出了在不同条件下在超声波液位传感器处的响应信号的图，以及
图11示出了具有储箱和可根据所描述的方法运行的超声波液位传感器的机动车。
具体实施方式
图1示出了储箱4，其中，在储箱的箱底部的区域中，取出单元27集成到储箱4的储箱壁15中。利用取出单元27可从储箱4中取出液体并且例如将其提供给(在此未示出的)排气处理装置。取出单元27的壳体至少部分地形成储箱壁15。在取出单元27中布置有超声波液位传感器3。在超声波液位传感器3上方设有第一参考面1和第二参考面2。储箱中的液体形成液面7，储箱4中的液体(向上)延伸到该液面处。
图2示出了校准构件29，其可被集成到储箱中以用于提供第一参考面1和第二参考面2。校准构件29优选地由金属制成并且因此可在准确保证第一参考面1和第二参考面2的距离和位置的公差的情况下制造。校准构件29优选地具有贴靠面28，其可在超声波液位传感器附近贴靠(在储箱壁15上)并且由此给出校准构件29的准确定位。优选地，校准构件29此外具有弹性区段30，其负责用于使校准构件29利用贴靠面28精确地在预设的位置中贴靠在储箱壁15上。由此，准确地给出了第一参考面1和第二参考面2相对于超声波液位传感器3的位置和取向。
在图3中可看出，校准构件29可如何布置在储箱4的储箱壁15处。校准构件29优选地利用至少一个螺钉32固定在储箱壁15上。通过弹性区段30，校准构件29的贴靠面28被牢固地压到储箱壁15的预设的部位处。超声波液位传感器3与校准构件29相对置地布置在储箱壁15上，并且在此例如同样利用至少一个螺钉32固定。通过超声波液位传感器3和校准构件29的定位，限定了从超声波液位传感器到第一参考面1的第一测量路径5和从第二参考面2到第一参考面1的第二测量路径6。
图4示出了由超声波液位传感器发射出的且被储箱中的结构(例如第一参考面1或第二参考面2)反射的超声波或响应信号的不同飞行时间8。为了更好的理解，图4部分地示出了结构特征(例如超声波液位传感器3)并且部分地按照图表的形式来构造。图4在左下侧示出了超声波液位传感器3。在图4中还可看出储箱壁15、第一参考面1、第二参考面2和将超声波从超声波液位传感器3传递到储箱壁15上的传递件31。传递件31例如可为传递膏或传递填料并且与储箱壁15一起形成联接层14，超声波通过该联接层14从超声波液位传感器3被引入在此未示出的储箱中。从超声波液位传感器3到第一参考面1定义了第一测量路径5。从第一参考面1到第二参考面2定义了第二测量路径6。在图4中此外还示出了在此未示出的储箱中的液面7和由此得出的、储箱中的液位17。“(i)”表示超声波从超声波液位传感器3到液面7并且返回超声波液位传感器3的飞行时间8，“(ii)”表示由于超声波在第二参考面2处反射得到的飞行时间8，“(iii)”表示从第一参考面1得到的飞行时间8。用“(iii)”表示的飞行时间8可被分割成飞行时间(iv)和飞行时间(v)。这两个飞行时间8共同得到根据(iii)的飞行时间8。在此，“(v)”表示通过联接层14的飞行时间8，并且“(iv)”表示经过液体从储箱壁15直到第一参考面1的飞行时间8。“(vi)”表示从超声波液位传感器3到一(假想的)液面的(假想的)飞行时间8，该(假想的)液面位于第二参考面2的高度的两倍高度上。“(vi)”表示的飞行时间8通常不是由在该高度上的液面得到的，而是通过超声波在液面处和在储箱底部处的双重反射得到的。因此，“(vi)”表示假想的、非实际存在的状态，其被识别为对由超声波液位传感器接收的响应信号的错误理解。在利用“(vi)”表示的飞行时间8的区域中，定义一时间间隔21，其中，在第三选择标准的框架中考虑位于该时间间隔21的区域中的飞行时间8，以决定，是否应改变回第二传播速度。
图5示出了所描述的方法的流程图。可看到方法步骤a)、b)、c)、d)和e)。在方法步骤a)中，为了确定第一传播速度，考虑了到第一参考面的飞行时间8、所描述的用于联接层的修正系数16和第一测量路径5。显然，在此也可考虑其它参数和/或信号。在步骤b)中，为了确定第二传播速度10，考虑了相应的飞行时间8和第二测量路径6。在此，也可以考虑其它参数。在步骤c)中，确定与液面7相关联的飞行时间8。在步骤d)中，进行对第一传播速度9或第二传播速度10的选择。在步骤e)中，所选择的传播速度9/10和到液面7的飞行时间8一起用于计算液位17。
图6示出了逻辑线路图，其解释了用于选择第一传播速度9或第二传播速度10的单个选择标准11、12和13的结合律。在选择模块38中进行对传播速度9、10的选择。为了选择第一传播速度9，需要的是，不仅第一选择标准11而且第二选择标准12都指示出相应的选择。为此，在第一标准组合器34中通过AND运算使这两个选择标准11、12相互结合。第一标准组合器34的输出还被积分器36滤波。通过积分器36保证，在选择模块38进行相应的指定之前，第一标准组合器34指定了对于规定的最小时间间隔改变到第一传播速度9。为了选择第二传播速度10，需要的是，第一选择标准11和第二选择标准12以及附加的第三选择标准13都指定选择第二传播速度10。为此，三个选择标准11、12和13在第二标准组合器35中彼此满足NAND运算的形式。NAND运算表示，三个选择标准11、12、13中的每一个都不能指定选择第一传播速度9，以便选择第二传播速度10。第二标准组合器35的输出也被积分器36滤波，以保证，指定了至少对于一最小时间间隔选择第二传播速度10。在到达选择模块38之前，第二标准组合器35的输出附加地经过开关模块39。当模式检查33判断出动态模式23时，通过开关模块39可防止选择第二传播速度10。仅当出现静态模式22时，开关模块39才释放对第二传播速度10的选择。否则，选择模块38的相应的输入与去激活模块37相连接。
图7示出了第一选择标准11的流程图。可看出，液位17用作输入信号。液位17用低通滤波器27和迟滞器25滤波，之后用积分器36处理。通过积分器36可保证，必须对于规定的时间段满足第一选择标准，以引起在步骤d)中的在传播速度之间的转换。紧接着，将用于液位的被滤波的输入信号与液位限值相比较。
在图8中可看到第二选择标准12。在此，利用速度比较器46比较第一传播速度9和第二传播速度10。从中得到的信号首先由低通滤波器24滤波。紧接着，对信号使用模糊逻辑47。通过模糊逻辑47放大了速度之间的小的持续出现的偏差。由此，模糊逻辑47改善了对由液面下降引起的速度差的识别。在模糊逻辑47之后，对信号使用迟滞器25。紧接着，还使用积分器36，以获取仅仅在较长的时间段上出现的、在第一传播速度9和第二传播速度10之间的偏差。
图9示出了所描述的方法的第三选择标准。液位17是该选择标准的输入。首先，在液位比较器18中将该液位17与相应于第二参考面的液位相比较。紧接着，使用数字绘图函数49，利用该数字绘图函数可看出，液位是否相当于第二参考面的双倍高度。在数字绘图函数49的输出信号上使用低通滤波器24和迟滞器25以及积分器36。
图10a至10d用于解释当储箱中的液位恰好相应于第二参考面的高度或第二参考面的双倍高度时出现的问题。在确定的条件下，超声波液位传感器不能区分这两个液位。但是，通过确定地分析在超声波液位传感器处的响应信号，可能区分两个液位。图10a至10b分别关于时间轴50在信号轴51上示出第一响应信号54、第二响应信号52和第三响应信号53。以上已经解释了，第一响应信号54通常与第一参考面相关联，而第二相应信号52与第二参考面相关联，并且第三响应信号53与储箱中的液体表面相关联，其中，液体表面相应于液位。
图10a和图10b分别示出了当液位刚好在第二参考面的高度上时得到的响应信号54、52、53。图10a示出了静态条件(以上也称为静态模式)，当机动车绝对静止并且储箱中的液体没有振动和/或晃动时，得到该静态条件。图10b示出了动态条件(以上也称为动态模式)，当机动车运动并且在储箱中出现振动和/或晃动时，得到该动态条件。可看出，与第一参考面有关的第一响应信号54不仅在图10a中在静态条件下而且在图10b中在动态条件下都是恒定的，并且在动态条件下，如果有的话，仅仅具有最小的波动。其原因是，第一参考面与动态模式无关地始终位于液位之下。然而，第二响应信号52和第三响应信号53在动态模式和静态模式之间具有区别。在静态模式(图10a)中，第二响应信号52基本上是恒定的，并且第三响应信号53具有少量的短时的偏差。以上已经解释了，当液位相应于第二参考面的高度时，第三响应信号53通过超声波在液面和储箱底部处的两次反射得到。在储箱中存在最小的振动和/或晃动时，液面也已经短时间地位于第二参考面之上。于是超声波在液面处的单次反射被理解成第三响应信号53，并且第三响应信号53短时下降。但是，在静态模式中该效应出现得不可靠，因为不能假设，可靠且均匀地出现最小振动和/或晃动。在动态模式(图10b)中，规则地出现振动和/或晃动。由此，液面有规律地位于第二参考面之上和之下。其影响是，不仅第二响应信号52而且第三响应信号53都经受强的波动。
图10c和图10d分别示出了当液位刚好位于第二参考面的两倍高度上时得到的响应信号54、52、53。在此，图10c相应于图10a示出静态条件，而图10d相应于图10b示出动态条件。可看出，不仅在静态条件下而且在动态条件下第二响应信号52都不出现波动。其原因是，第二参考面始终且与振动和晃动无关地位于液位之下。在动态条件(图10d)中，出现第三响应信号(53)的规则波动。
就此而言，可通过第二响应信号52的时间评估来区分，液位相应于第二参考面的两倍高度还是液位相应于第二参考面的高度。如果在时间评估第二响应信号52时识别出第二响应信号的波动，则液位相应于第二参考面的高度并且第三响应信号53无需作为关于液位的信息被评估。如果在时间评估时识别出第二响应信号52没有波动，则第三响应信号53相应于实际液位并且可相应地被评估。
图11示出了机动车26，其具有内燃机41和用于净化内燃机41的排气的排气处理装置43。在排气处理装置43中布置有SCR催化器44，利用SCR催化器可借助于选择性催化还原方法净化内燃机41的排气。为此，可通过喷射器42给排气处理装置43加入用于排气净化的液态添加剂。通过管路45由取出单元27从储箱4提供用于排气净化的液态添加剂。取出单元27具有超声波液位传感器3，其设定用于执行所描述的方法。相应的方法被储存在控制器40中。

Claims (10)

1.一种用于利用超声波液位传感器(3)和至少两个用于反射由超声波液位传感器(3)发射出的超声波的参考面(1、2)确定用于液体的储箱(4)中的液位(17)的方法，其中，第一参考面(1)布置在第二参考面(2)下方，所述方法具有以下步骤：
a)确定超声波在从超声波液位传感器到第一参考面(1)的第一测量路径(5)上在液体中的第一传播速度(9)，
b)确定超声波在从第一参考面(1)到第二参考面(2)的第二测量路径(6)上在液体中的第二传播速度(10)，
c)测量超声波从超声波液位传感器(3)到在储箱(4)中的液体的液面(7)的飞行时间(8)，
d)根据至少一个选择标准(11、12、13)选择第一传播速度(9)或第二传播速度(10)，以及
e)利用在步骤c)中测得的飞行时间(8)和在步骤d)中选择的传播速度(9、10)计算液位(17)，
其中，在步骤d)中作为第二选择标准(12)在第一传播速度(9)和第二传播速度(10)之间进行比较，其中，当第一传播速度(9)和所述第二传播速度(10)之间的速度差(19)超过限值(20)时，选择第一传播速度(9)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，超声波液位传感器(3)布置在储箱(4)之外，超声波液位传感器(3)的超声波在进入储箱(4)中的液体中之前经过联接层(14)，其中，所述联接层(14)包括储箱壁(15)，超声波在所述联接层(14)中的飞行时间(8)在步骤a)中以修正系数(16)被考虑。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，以迭代的方式重复所述方法，当在步骤d)中选择所述传播速度(9、10)时考虑，在前一次方法迭代中选择了哪个传播速度(9、10)。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在步骤e)中作为第一选择标准(11)使用计算出的液位(17)，其中，在液位(17)位于液位限值(18)之下时选择第一传播速度(9)，而在液位(17)位于液位限值(18)以上时选择第二传播速度(10)。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在步骤d)中作为第三标准(13)检查在步骤c)中测得的飞行时间(8)，其中，当所测得的飞行时间(8)处于相应于到第二参考面(2)的双倍飞行时间(8)的时间间隔(21)之外且在前一次方法迭代中选择了第一传播速度(9)时，不选择第二传播速度(10)。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其中，当在步骤e)中计算液位(17)时使用以下子步骤：
i)基于所选择的传播速度(9、10)计算液位(17)；
ii)检查利用第二传播速度(10)求得的液位(17)是否相应于第二参考面(2)的两倍高度；
iii)确定在一时间间隔中在超声波液位传感器(3)处第二参考面(2)的第二响应信号(52)的波动；
iv)检查第二响应信号(52)的波动是否超过规定的限值；以及
v)当满足步骤ii)和步骤iv)时，将在步骤i)中计算出的液位(17)修正成第二参考面(2)的高度。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其中，仅当存在静态模式(22)时，才在步骤d)中进行从第一传播速度(9)变到第二传播速度(10)的改变。
8.根据权利要求1或2所述的方法，其中，用低通滤波器(24)对在步骤d)中所使用的至少一个选择标准(11、12、13)的输入信号进行滤波。
9.根据权利要求1或2所述的方法，其中，利用迟滞器(25)对在步骤d)中所使用的至少一个选择标准(11、12、13)的输入信号进行滤波。
10.一种具有用于工作液体的储箱(4)的机动车(26)，具有用于确定在所述储箱(4)中的液位(17)的超声波液位传感器(3)和至少两个用于反射由超声波液位传感器(3)发射出的超声波的参考面(1、2)，其中，第一参考面(1)布置在第二参考面(2)下方，所述机动车还具有至少一个控制器(40)，该控制器被设置用于实施根据上述权利要求中任一项所述的方法以确定液位。
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