CN101600950A - 具有减少了的干扰噪声影响的处理内燃机爆震信号的设备及方法 - Google Patents
具有减少了的干扰噪声影响的处理内燃机爆震信号的设备及方法 Download PDFInfo
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Abstract
设备(D)专用于处理由耦合到引擎监控单元的内燃机的传感器所传送的模拟爆震信号(S1)。所述设备(D)包括处理装置(MT)，其负责将在已知的时刻由所述传感器采集的模拟信号的值转换成代表性的数字采样；然后暂时存储所述采样，所述采样的采集时刻包含在所选的时窗(FT)中；以及将所选的数字处理应用于所述所存储的采样，以便在所述时窗期间传送代表引擎(M)的爆震的数字输出信号(S2)。该处理装置(MT)还负责i)将所选的数字预处理应用于所存储的采样，所述采样的采集时刻与对引擎监控单元已知的在所述引擎中出现的产生干扰模拟信号(S1)的噪声的事件的出现时刻重合，以便降低所述所存储的采样对所述数字输出信号(S2)的相应贡献；以及ii)根据是重合的对象的所存储的采样的数量来适配所述数字处理中的至少一个。
Description
技术领域
本发明涉及监控内燃机的运行，并且更具体地涉及采集数字信号的方法，所述数字信号表征这样的引擎的爆震并且被使用用于监控其运行。
背景技术
如本领域的技术人员所公知的，某些内燃机的运行由引擎监控单元(或引擎控制单元，ECU(engine control unit))监控。该监控基于指令和/或命令(consigne)和代表引擎的当前运行和特别是代表其爆震(knock)的参数来执行。
代表引擎爆震的参数采取通过处理设备对由(耦合到引擎的)爆震传感器所传送的模拟信号(通常是电压)产生的数字信号的形式，该处理设备一般是引擎监控单元的一部分。
这样的处理设备更具体地包括处理装置，所述处理装置负责：将在已知时刻由传感器采集的模拟信号所采用的值转换成数字采样；然后暂时(在缓冲存储器中)存储所述采样，所述采样的采集时刻包含在所选的时窗中；以及最后将所选的数字处理操作应用于所存储的采样，以便在该时窗期间传送代表引擎爆震的数字输出信号。数字处理操作通常(并且以非限制的方式)在于滤波、整流和(使用所选的时间常数)积分所存储的采样。
这种类型的处理设备例如在FR 2 854 693中得以描述，其所描述的技术内容通过引用结合于此。
因为传感器被安装在以下环境中，在该环境中出现许多产生干扰噪声的事件，例如控制阀或释放阀或甚至喷射器的激励，其所采集的模拟信号因此由于这样的噪声而受到干扰。因此数字输出信号(通常表示能量)是“不可靠的”。更具体地，其电平一般比它应该所具有的电平高，这在某些情况下会引起对引擎监控单元上的爆震事件的错误检测。
至少提出了两个解决方案来试图补救这一缺点。第一解决方案在于适配(adapter)所存储的采样的滤波频率，以丢弃噪声而不删除有可能表示爆震事件的信息。第二解决方案(它可以与第一解决方案结合)在于对所选的分析时窗移位以便隔离噪声采样。然而，如果噪声和爆震事件展现类似的光谱特征和/或如果噪声没有在位于所选的分析时窗的两端之一的出现时刻出现，那么该噪声可能不被丢弃。
发明内容
因为没有完全令人满意的已知解决方案，所以本发明的目标是改进该情况。
为此，本发明提出一种设备，专门用于处理由耦合到引擎监控单元的内燃机的传感器所传送的模拟爆震信号，并且该设备包括处理装置，其负责将在已知时刻由传感器所采集的模拟信号的值转换成代表性的数字采样；然后暂时存储所述采样，所述采样的采集时刻包含在所选的时窗中；以及将所选的数字处理操作应用于所存储的采样，以便在该时窗期间传送代表引擎爆震的数字输出信号。
该设备的特征在于，其处理装置负责：
i)将所选的数字预处理操作应用于所存储的采样，所述采样的采集时刻与对引擎监控单元已知的在引擎中出现的产生干扰模拟信号的噪声的事件的出现时刻重合，以便降低是重合的对象(objet d’une
)的所述所存储的采样对数字输出信号的相应贡献(contribution)；以及
ii)根据是重合的对象的所存储的采样的数量来适配所述数字处理操作中的至少一个。
根据本发明的处理设备，可以包括能够单独地或以组合方式被采用的其他特性，并且特别地：
-其处理装置可以负责应用数字处理操作，该数字处理操作在于用所选的替换值代替由是重合的对象的所存储的采样表示的值；
-该替换值可以例如被选择为等于零；
-在变型方案中，其处理装置一方面可以负责从暂时在每个是重合的对象的采样之前的所选数量的所存储的采样的值确定平均值；以及另一方面，可以负责对于是重合的对象的采样使用等于相应平均值的所选的替换值；
-在数字处理包括在应用数字处理操作之后利用所选的积分时间常数积分的情况下，其处理装置可以负责通过用根据是重合的对象的所存储的采样的数量而改变的积分时间常数代替所选的积分时间常数来适配积分；
-其处理装置可以负责根据所存储的采样的总数和是重合的对象的所存储的采样的数量之比来改变所选的积分时间常数；
-其处理装置可以负责通过将所选的积分时间常数乘以所存储的采样的总数和是重合的对象的所存储的采样的数量之比来改变所选的积分时间常数。
本发明还提出了用于监控内燃机的单元，其包括上述类型的处理设备。
本发明还提出了一种方法，专用于处理由耦合到引擎监控单元的内燃机的传感器所传送的模拟爆震信号，并且该方法在于将在已知的时刻由传感器所采集的模拟信号的值转换成代表性的数字采样；然后暂时存储该采样，所述采样的采集时刻包含在所选的时窗中；以及将所选的数字处理操作应用于所存储的采样，以便在所述时窗期间传送代表引擎的爆震的数字输出信号。
该方法的特征在于：
-所选的数字预处理操作被应用于所存储的采样，所述采样的采集时刻与对引擎监控单元已知的在引擎中出现的产生干扰模拟信号的噪声的事件的出现时刻重合，以便降低所述所存储的采样对数字输出信号的相应贡献；以及
-根据是重合的对象的所存储的采样的数量来适配所述数字处理操作中的至少一个。
根据本发明的处理方法可以包括能够单独地或以组合方式采取的其他特征，并且特别地：
-该数字处理操作可以在于用所选的替换值代替由是重合的对象的所存储的采样表示的值；
-该替换值可以例如被选择为等于零；
-作为变型方案，一方面有可能从暂时在是重合的对象的采样之前的所选数量的所存储的采样的值确定平均值；以及另一方面，对于是重合的对象的采样使用等于相应平均值的所选的替换值；
-在数字处理包括在应用数字预处理操作之后利用所选的积分时间常数积分的情况下，有可能通过用根据是重合的对象的所存储的采样的数量而改变的积分时间常数代替所选的积分时间常数来适配积分；
-有可能例如根据所存储的采样的总数和是重合的对象的所存储的采样的数量之比来改变所选的积分时间常数；
-有可能例如通过将所选的积分时间常数乘以所存储的采样的总数和是重合的对象的所存储的采样的数量之比来改变所选的积分时间常数。
附图说明
本发明的其他特性和优点将通过学习在下文中的详细描述和附图而变得显而易见，其中：
-图1高度示意性且功能性地示出了根据本发明耦合到配备有处理设备的引擎监控单元的引擎的一部分；
-图2高度示意性且功能性地示出了根据本发明的处理设备的示例性实施例；
-图3从顶部到底部示出了：
i)在时窗内由爆震传感器传送的信号S1的采样值的示例性时间趋势曲线，在时窗内的连续水平线(在参考时刻60和80之间延伸)表示将受噪声影响的采样设置为零值，以及
ii)分别在存在干扰噪声和在不存在根据本发明的预处理操作的情况(顶部的细曲线)、在不存在干扰噪声的情况(中间的粗曲线)、以及在存在干扰噪声和根据本发明的预处理操作的情况(底部的细曲线)数字输出信号S2的三个时间趋势曲线。
附图不仅能够被用来补充本发明，而且必要时还有助于其定义。
具体实施方式
本发明的目标是提供一种降低由内燃机的元件产生的某些干扰噪声对代表该引擎的爆震的信号的影响，从而降低假引擎爆震事件的检测的次数。
在下文中，以非限制性的实例来假设内燃机是机动车的一部分。然而，本发明不局限于这种类型的应用。
如图1中所示，内燃机M特别包括一个或多个连接到机轴V的汽缸CY，其中活塞PN可以在每个汽缸中移动。安装在引擎M(通常面向附接到机轴V的目标)中的传感器C传送代表引擎M的爆震的模拟信号S1。例如该传感器C是加速计(可能是压电型的)。传感器C的输出端被耦合到本发明处理设备D的输入端。
在图1中所示的非限制性示例性实施例中，设备D是引擎监控单元(或ECU或甚至车载电子装置)UC的一部分，用来根据代表引擎M的当前运行和特别是代表其爆震S2的指令和/或命令以及参数来确定并传送引擎M的设置(或运行)参数值。然而，在变型方案中，设备D可以被设想为在引擎监控单元UC的外部，同时与该引擎监控单元UC耦合。
如在图2中示意性且功能性示出的，设备D基本上包括处理模块MT。所述处理模块MT负责将在已知的时刻由传感器C采集的模拟信号S1转换成数字信号；然后暂时存储采样，所述采样的采集时刻被包含在所选的时窗(或“爆震窗(knock window)”)FT中；之后将所选的数字预处理操作应用于某些所存储的采样；以及最后将所选的数字处理操作应用于所存储的(以及应用于某些预处理的)采样，以便在该时窗FT期间传送代表引擎M的爆震的数字输出信号S2。该数字输出信号S2被交给引擎监控单元UC的管理模块MG。
数字预处理操作被应用于所存储的采样，其采集时刻与在对引擎监控单元UC已知的出现时刻在引擎M中出现的产生噪声的事件的出现时刻重合。这些(引擎)事件以非穷举的方式包括控制阀或释放阀(reliefvalve)或甚至喷射器的激励。因此，由传感器C采集的模拟信号S1在已知的时刻受噪声干扰，并且预处理操作用来限制该干扰噪声对数字输出信号S2(其通常表示能量)的影响。
更具体地，通过将预处理操作仅应用于所存储且受噪声影响(因为它们暂时与干扰引擎事件重合)的采样，有可能降低它们对数字输出信号S2的相应贡献。表述“降低”在此处应该被理解为意味着减少或甚至消除。
除了该预处理操作之外，处理模块MT也必须根据所存储且受噪声影响的采样(它们是重合的对象并且因此是预处理操作的对象)的数量来适配数字处理操作中的至少一个。
随后将返回并且更详细地描述所应用的数字预处理操作和数字处理操作。
如图2中示意性且功能性示出的，处理模块MT可以以模拟处理模块和/或数字处理模块的形式实施。
例如，首先模拟信号S1可以通过模拟放大器MA1被放大，所述模拟放大器的增益是可调的。在给定时刻要使用的增益值例如由引擎监控单元UC根据引擎M的旋转速度确定。
经放大的模拟信号相继地被馈送到模拟/数字转换器MC，以被连续地变换成数字采样。所述数字采样相继地被存储在缓冲存储器BA中。更具体地，对应于模拟信号S1的数字采样被逐步地存储在缓冲存储器BA中，其中所述模拟信号S1的采集时刻(由传感器C采集)被包含在所选的时窗FT中。在时窗FT中表示S1的连续采样值的示例性曲线CB1在图3的顶部部分示出。被包含在时窗FT的参考时刻60和80之间的参考区域ZB是受引擎事件噪声影响的区域，所述引擎事件的出现时刻对引擎监控单元UC是已知的。这些事件例如对应于在汽缸的爆震时窗FT期间或在另一汽缸的爆震时窗期间汽油到汽缸的喷射。这类事件展现了与爆震事件的光谱特征非常相似的光谱特征，并因此位于爆震时窗FT的几乎中央的区域，因此它产生的噪声传统上不能被消除。
包含受噪声影响的采样的受噪声影响的区域ZB的确定由耦合到引擎监控单元UC的管理模块MG的分析模块MAN来执行。为了实现这一点，分析模块MAN将模拟信号S1的采集时刻(其以第一近似对应于在缓冲存储器BA中的相应数字采样的存储时刻)与干扰引擎事件的出现时刻相比较。这些出现时刻通过管理模块MG或者在后者的初始化(initiative)时系统地提供给分析模块MAN或者根据请求提供给分析模块MAN。
一旦分析模块MAN识别出存储在缓冲存储器BA中(并因此包含在时窗FT中)的受噪声影响的采样，该分析模块就将数字预处理操作应用于这些采样。后者例如在于利用所选的替换值代替由受噪声影响的采样(重合的对象)表示的值。
例如，可以选择等于零的替换值。
这特别是在图3的顶部部分中所示出的实例中所实现的。在受噪声影响的区域ZB中在曲线CB1上叠加的零电平水平线LH表示受噪声影响的采样的替换值。
还可以使用其它的替换值，特别是非固定的值。实际上，分析模块MAN可以例如负责为每个受噪声影响的值确定替换值，该替换值等于由暂时在其之前的所选数量的所存储的采样所采取的值的平均值。例如，有可能从两个或三个(或甚至更多)先前非受噪声影响的采样的值来计算平均值。当受噪声影响的区域由多个连续的受噪声影响的采样组成时，后者的替换平均值可以例如全部等于针对该受噪声影响的区域ZB的最先受噪声影响的采样所确定的替换平均值。
然后，每个预处理的采样(即其值已被替换的采样)被再次存储在缓冲存储器BA中的其初始地方(以便保持其初始时间位置)。
一旦分析模块MAN已预处理了所有的受噪声影响的采样，该分析模块继续根据这些受噪声影响的采样的数量适配被应用于在预处理阶段之后所存储的采样的数字处理操作中的至少一个。
优选地，该适配涉及位于数字处理子系统的末端的积分模块MI。在图2所示的非限制性实例中，数字放大模块MA2、滤波模块MF以及整流模块(或全波整流器(full wave rectifier))MR在积分模块MI之前。
数字放大模块MA2负责放大在预处理之后存储在缓冲存储器BA中并且包含在有关的时窗FT中的采样。滤波模块MF负责对经放大的采样滤波。例如实施带通滤波器以便丢弃噪声而不消除有可能表示爆震事件的信息。整流模块(或整流器)MR负责对经滤波的采样进行整流，以使其能够计算能量。
积分模块MI负责对时窗FT的所有预处理的、经放大的、经滤波的以及经整流的采样积分。例如，积分在于用所选的积分时间常数(或其倒数)乘以有关的采样的值，然后将这一结果添加到在其之前的采样的值的总和上。
可替代的实施例在于相加所有的采样，然后用积分时间常数或其倒数乘以最终的和。
例如根据某些引擎参数(例如引擎M的旋转速度和/或引擎M的负载和/或引擎M的温度)来由引擎监控单元UC选择积分时间常数。
当数字处理操作的适配涉及积分模块MI时，分析模块MAN在应用数字预处理操作之后对于有关的时窗FT确定用来代替已选择的积分时间常数的经改变的积分时间常数(例如通过引擎监控单元UC)。根据有关的窗口包含的受噪声影响的采样的数量来进行该改变。
例如，分析模块MAN可以根据包含在有关的时窗FT中的采样的总数和包含在该相同时窗FT中的受噪声影响的采样的数量之比来改变所选的积分时间常数。更具体地，分析模块MAN可以通过用包含在有关的时窗FT中的采样的总数和包含在该相同时窗FT中的受噪声影响的采样的数量之比乘以所选的积分时间常数来改变该所选的积分时间常数。
该改变用来保持输出信号S2的电平尽可能地接近在不存在噪声和在不存在预处理的情况下应具有的电平。
图3的底部部分以非限制性实例的方式示出了数字输出信号S2的三个时间趋势曲线。第一(顶部)曲线CB1’表示在存在干扰噪声并且在不存在根据本发明的预处理操作的情况下数字输出信号S2的外形(appearance)。第二(中间的)曲线CB2’表示在不存在干扰噪声的情况下数字输出信号S2的外形。第三(底部)曲线CB3’表示在存在干扰噪声以及根据本发明的预处理操作的情况下数字输出信号S2的外形。如可以看出，第三曲线CB3’相当精确地跟随第二曲线CB2’的大部分，这意味着预处理操作使有可能降低受噪声影响的采样对数字输出信号S2的相应贡献。
应该注意，处理模块MT可以包括与以上参考图2所描述的模拟和/或数字处理模块不同的模拟和/或数字处理模块的组合。特别地，它可以呈现出在FR 2 854 693中所描述的这类处理模块的结构，补充了分析模块MAN以及其与积分模块MI的链路。
专门用于纯粹数字处理的处理模块MT的部分(BA、MAN、MA2、MF、MR和MI)可以以软件(或计算机)模块或电路和软件组合的形式实施。专门用于纯粹模拟处理的处理模块MT的其他部分(MA1和MC)可以以电子电路或电路和软件组合的形式实施。
重要的是注意本发明也可以从处理方法的角度来考虑，该处理方法的步骤例如可以由上述类型的处理设备D来实施。
本发明不局限于在上文中仅以实例的形式描述的处理设备、引擎监控单元和处理方法的实施例，而是包括本领域技术人员可以在本文后面的权利要求的框架内设想的所有变型方案。
Claims (14)
1、一种用于处理由耦合到引擎监控单元(UC)的内燃机(M)的传感器(C)所传送的模拟爆震信号的设备(D)，所述设备(D)包括处理装置(MT)，其被设置用以：将在已知时刻由所述传感器(C)采集的模拟信号的值转换成代表性的数字采样；然后暂时存储其采集时刻包含在所选的时窗(FT)中的采样；以及将所选的数字处理操作应用于所述所存储的采样，以便在所述时窗期间传送代表引擎(M)的爆震的数字输出信号，其特征在于，所述处理装置(MT)被设置：
i)用于将所选的数字预处理操作应用于所存储的采样，所述所存储的采样的采集时刻与对引擎监控单元(UC)已知的在所述引擎(M)中出现的产生干扰所述模拟信号的噪声的事件的出现时刻重合，以便降低所述所存储的采样对所述数字输出信号的相应贡献；以及
ii)用于根据是重合的对象的所存储的采样的数量来适配所述数字处理操作中的至少一个。
2、根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述处理装置(MT)被设置用于应用数字预处理操作，所述数字预处理操作在于用所选的替换值代替由是重合的对象的所存储的采样表示的值。
3、根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述替换值被选择为等于零。
4、根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述处理装置(MT)被设置用于从暂时在是重合的对象的采样之前的所选数量的所存储的采样的值确定平均值；以及对于是重合的对象的采样使用等于相应平均值的所选的替换值。
5、根据权利要求1至4之一所述的设备，其特征在于，所述处理装置(MT)被设置用于在数字处理包括在应用数字预处理操作之后利用所选的积分时间常数积分的情况下，通过用根据是重合的对象的所存储的采样的数量而改变的积分时间常数代替所述所选的积分时间常数来适配所述积分。
6、根据权利要求5所述的设备，其特征在于，所述处理装置(MT)被设置用于根据所存储的采样的总数与是重合的对象的所存储的采样的数量之比来改变所述所选的积分时间常数。
7、根据权利要求6所述的设备，其特征在于，所述处理装置(MT)被设置用于通过将所述所选的积分时间常数乘以所存储的采样的总数与是重合的对象的所存储的采样的数量之比来改变所述所选的积分时间常数。
8、一种用于监控内燃机(M)的单元(UC)，其特征在于，该单元(UC)包括在前述权利要求之一中所述的处理设备(D)。
9、一种用于处理由耦合到引擎监控单元(UC)的内燃机(M)的传感器(C)所传送的模拟爆震信号的方法，所述方法在于：将在已知时刻由所述传感器(C)采集的模拟信号的值转换成代表性的数字采样；然后暂时存储所述采样，所述采样的采集时刻包含在所选的时窗(FT)中；以及将所选的数字处理操作应用于所存储的采样，以便在所述时窗期间传送代表引擎(M)的爆震的数字输出信号，其特征在于：
i)所选的数字预处理操作被应用于所存储的采样，所述采样的采集时刻与对引擎监控单元(UC)已知的在所述引擎(M)中出现的产生干扰模拟信号的噪声的事件的出现时刻重合，以便降低所述所存储的采样对所述数字输出信号的相应贡献；以及
ii)根据是重合的对象的所存储的采样的数量来适配所述数字处理操作中的至少一个。
10、根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述数字预处理操作在于用所选的替换值代替由是重合的对象的所存储的采样表示的值。
根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述替换值被选择为等于零。
11、根据权利要求10所述的方法，其特征在于，从暂时在是重合的对象的采样之前的所选数量的所存储的采样的值确定平均值；以及对是重合的对象的采样使用等于相应平均值的所选的替换值。
12、根据权利要求9至11之一所述的方法，其特征在于，在数字处理包括在应用数字预处理操作之后利用所选的积分时间常数积分的情况下，通过用根据是重合的对象的所存储的采样的数量而改变的积分时间常数代替所述所选的积分时间常数来适配所述积分。
13、根据权利要求12所述的方法，其特征在于，根据所存储的采样的总数与是重合的对象的所存储的采样的数量之比来改变所述所选的积分时间常数。
14、根据权利要求13所述的方法，其特征在于，通过将所选的积分时间常数乘以所存储的采样的总数与是重合的对象的所存储的采样的数量之比来改变所述所选的积分时间常数。
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