CN103670874B

CN103670874B - 汽车用控制装置和汽车用控制装置的周期测量方法

Info

Publication number: CN103670874B
Application number: CN201310395271.7A
Authority: CN
Inventors: 山崎贤史; 长谷川直人
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2012-09-19
Filing date: 2013-09-03
Publication date: 2017-01-04
Anticipated expiration: 2033-09-03
Also published as: DE102013014847A1; US9239014B2; CN103670874A; JP5940945B2; DE102013014847A8; DE102013014847B4; JP2014058947A; US20140081557A1

Abstract

本发明涉及测量从外部输入的脉冲信号的周期的汽车用控制装置和周期测量方法。在汽车用控制装置中，对从外部输入的脉冲信号由模拟滤波器进行处理，并且并行地由数字滤波器进行处理。然后，在模拟滤波器的输出信号的周期的测量值与数字滤波器的输出信号的周期的测量值之差小于阈值的情况下，将模拟滤波器的输出信号的周期的测量值选择为所述脉冲信号的周期。另一方面，在测量值之差大于阈值的情况下，将数字滤波器的输出信号的周期的测量值选择为脉冲信号的周期。

Description

汽车用控制装置和汽车用控制装置的周期测量方法

技术领域

本发明涉及在汽车用控制装置中测量从外部输入的脉冲信号的周期的技术。

背景技术

在日本特开2008-309067号公报中公开了：在输入根据内燃机的凸轮轴的角度而周期性地变化的脉冲信号的内燃机的控制装置中，具备用于去除所述脉冲信号的噪声分量的滤波器。

如果作为用于去除脉冲信号的噪声分量的滤波器而使用数字滤波器，能够高精度地进行噪声分量的去除。但是，由于数字滤波器周期性地进行动作，因此在所输入的脉冲信号的上升或下降的定时与数字滤波器的动作定时之间产生偏差。因此存在如下问题：所输入的脉冲信号的周期与数字滤波器的输出周期之间产生误差，周期的测量精度下降。

发明内容

因此，本申请的发明的目的在于，提供一种能够抑制噪声的影响且高精度地进行周期的测量的汽车用控制装置和汽车用控制装置的周期测量方法。

为了实现上述目的，本发明的汽车用控制装置包括：用于处理从外部输入的脉冲信号的数字滤波器；用于处理所述脉冲信号的模拟滤波器；以及周期测量部，输入所述数字滤波器的输出信号和所述模拟滤波器的输出信号，输出所述脉冲信号的周期的测量值。

此外，在本发明的汽车用控制装置的周期测量方法中，通过数字信号处理从自外部输入的脉冲信号取出规定的频率分量，通过模拟信号处理从所述脉冲信号取出规定的频率分量，并且基于所述数字信号处理后的信号和所述模拟信号处理后的信号来测量所述脉冲信号的周期。

为了实现上述目的，本发明的汽车用控制装置具备：第1滤波器部件，通过数字信号处理从自外部输入的脉冲信号取出规定的频率分量；第2滤波器部件，通过模拟信号处理从所述脉冲信号取出规定的频率分量；以及周期测量部件，输入所述第1滤波器部件的输出信号和所述第2滤波器部件的输出信号，测量所述脉冲信号的周期。

根据参照附图的下述的说明，本发明的其他目的和特征会变得清楚。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式中的汽车用控制装置的结构的方框图。

图2是表示本发明的实施方式中的基于数字滤波器处理后的信号的交错（割り込み）处理的流程图。

图3是用于说明本发明的实施方式中的周期测量的特性的时序图。

图4是用于说明本发明的实施方式中的通过时间测量的角度检测的处理的时序图。

具体实施方式

作为本发明的汽车用控制装置的一例，图1表示用于控制车辆用内燃机100的控制装置200。

包括微计算机的控制装置200具备：输入电路210、模拟滤波器电路220、输出电路230、用于模拟信号处理的边沿检测电路240、用于数字信号处理的边沿检测电路250、CPU（Central Processing Unit，中央处理单元）260等。

输入电路210从外部输入由在内燃机100中设置的曲柄角传感器101等的传感器输出的信号。

曲柄角传感器101输出与内燃机100的曲柄轴102的旋转同步而周期性地变化的脉冲信号POS。脉冲信号POS是，在曲柄轴102每旋转一定角度量时其输出变化的模拟的脉冲信号。

经由输入电路210取入至控制装置200的脉冲信号POS被并行输出到模拟滤波器电路220和边沿检测电路250。

模拟滤波器电路220是，通过模拟信号处理来去除在脉冲信号POS中包含的高频分量（噪声）的低通滤波器。通过模拟滤波器电路220去除了高频分量后的脉冲信号POSAF被输出到边沿检测电路240。

边沿检测电路240通过比较脉冲信号POSAF的输出电平与阈值，检测脉冲信号POSAF的边沿，将表示边沿的检测结果的2值信号（矩形脉冲信号）POSAFS输出到CPU260。

另一方面，边沿检测电路250通过比较脉冲信号POS的输出电平与阈值，检测脉冲信号POS的边沿，将表示边沿的检测结果的2值信号（矩形脉冲信号）POSD输出到CPU260。

CPU260通过软件而具备数字滤波器部261、周期测量部262等的功能。

数字滤波器部261作为如下的低通滤波器发挥作用：通过数字滤波器处理（数字信号处理），去除在脉冲信号POSD中包含的高频分量（噪声）。

另外，代替数字滤波器部261，也可以在控制装置200中设置作为数字滤波器发挥作用的DSP（Digital Signal Processor，数字信号处理器）。

周期测量部262输入通过在数字滤波器部261中的处理去除了高频分量后的脉冲信号POSDF、作为边沿检测电路240的输出的脉冲信号POSAFS，基于这些信号来测量脉冲信号POS的周期TPOS（ms）。

脉冲信号POS是在每个一定的曲柄角度输出的信号，因此脉冲信号POS的周期TPOS是与内燃机100的旋转速度NE相关的状态量，能够基于周期TPOS来计算内燃机100的旋转速度NE（rpm），进而能够基于旋转速度NE将曲柄角度换算为时间。

控制装置200通过从基准曲柄角度的脉冲信号POS的计数、和以脉冲信号POS为起点的时间测量，检测内燃机100的火花塞103的点火的控制定时，根据检测出的控制定时生成点火控制信号，并经由输出电路230将该点火控制信号输出到火花塞103的点火电路。这里，控制装置200将从脉冲信号POS至点火的控制定时为止的角度，基于旋转速度NE而换算为时间。

控制装置200通过基于旋转速度NE将曲柄角度换算为时间，从而能够检测点火控制定时，此外还能够检测省略图示的燃料喷射阀的燃料喷射定时。

另外，控制装置200将基于周期TPOS来运算出的旋转速度NE（rpm）使用于点火时期和燃料喷射量的运算，因此周期TPOS的检测精度会影响点火时期和燃料喷射量的运算精度。

在数字滤波器中能够高精度地去除高频分量，但是在数字滤波器处理后的脉冲信号POSDF与从曲柄角传感器101输出的脉冲信号POS之间产生因数字处理中的离散的动作定时引起的偏差。因此，在数字滤波器处理后的脉冲信号POSDF的周期TPOSDF与从曲柄角传感器101输出的脉冲信号POS的周期TPOS之间产生误差。

另一方面，虽然模拟滤波器的高频分量的去除性能比数字滤波器低，但是脉冲信号POSAFS的周期TPOSAF的精度比脉冲信号POSDF的周期TPOSDF高。

即，模拟滤波器处理后的脉冲信号POSAFS成为具有与从曲柄角传感器101输出的脉冲信号POS的周期TPOS高精度地同步的边沿的信号，但是在脉冲信号POSAFS中可能产生被噪声分量影响的边沿。

因此，控制装置200的周期测量部262基于数字滤波器处理后的脉冲信号POSDF来判断模拟滤波器处理后的脉冲信号POSAFS的边沿是否为被噪声影响的边沿。然后，控制装置200决定是否将周期TPOSAF作为脉冲信号的周期TPOS来选择，换言之决定是否将周期TPOSAF用于内燃机100的控制。

以下，按照图2的流程图来说明周期测量部262中的周期TPOS的测量处理的一例。

另外，在图2的流程图所示的处理中，各滤波器处理的时间常数被设定成，数字滤波器处理后的脉冲信号POSDF的相位比模拟滤波器处理后的脉冲信号POSAFS延迟。

由周期测量部262对每个数字滤波器处理后的脉冲信号POSDF的边沿执行图2的流程图所示的程序（routine）。

首先，在步骤S601中，周期测量部262将上次执行本程序时保存的时间信息KTD设定为上次值KTDold。

在下一步骤S602中，周期测量部262将当前时刻的时间信息KTD保存为最新值。

然后，在步骤S603中，周期测量部262作为上次值KTDold与最新值KTD之差，运算数字滤波器处理后的脉冲信号POSDF的周期TPOSDF。

在步骤S604中，周期测量部262将上次执行本程序时作为最新值保存的、模拟滤波器处理后的脉冲信号POSAFS的边沿的时间信息KTA设定为上次值KTAold。

在下一步骤S605中，周期测量部262读取并保存在每次检测出模拟滤波器处理后的脉冲信号的POSAFS的边沿时更新的时间信息KTA的最新值。

然后，在步骤S606中，周期测量部262作为上次值KTAold与最新值KTA之差，运算模拟滤波器处理后的脉冲信号POSAFS的周期TPOSAF。

在步骤S607中，周期测量部262运算数字滤波器处理后的脉冲信号POSDF的周期TPOSDF与模拟滤波器处理后的脉冲信号POSAFS的周期TPOSAF之差△TPOS，并判断该差△TPOS的绝对值是否小于阈值SL。

阈值SL用于判断周期TPOSDF与周期TPOSAF之差是否充分小于因数字滤波器的动作定时引起的偏差所导致的程度，基于以数字滤波器的动作定时为起因的周期TPOSDF的误差，预先使该阈值SL合适。

换言之，阈值SL被设定成：如果周期TPOSAF不被噪声等影响而被测量，则两周期之差△TPOS小于阈值SL，如果在模拟滤波器处理中产生因没有去除噪声等而导致的周期TPOSAF的测量误差，则两周期之差△TPOS大于阈值SL。

因此，在差△TPOS的绝对值小于阈值SL的情况下，周期TPOSAF不被噪声等影响而被测量，相反，在差△TPOS的绝对值为阈值SL以上的情况下，因在模拟滤波器处理中没有去除的噪声而周期TPOSAF被误测量。

因此，周期测量部262如果在步骤S607中判断为差△TPOS的绝对值小于阈值SL，则进至步骤S608，作为脉冲信号POS的周期测量值选择模拟滤波器处理后的脉冲信号POSAFS的周期TPOSAF。

通过数字滤波器处理能够高精度地去除噪声，周期TPOSDF是难以受到噪声的影响的测量值。但是，在周期TPOSDF中产生因数字动作定时导致的误差，因此周期测量部262在能够估计为周期TPOSAF不被噪声等影响而被测量的情况下，将更高精度的测量结果即周期TPOSAF选择为用于内燃机100的控制的测量值。

因此，在模拟滤波器处理中能够去除噪声的情况、或者没有对脉冲信号POS的噪声的重叠的情况下，控制装置200能够基于高精度地测量的周期TPOSAF来控制内燃机100的点火时期等。

另一方面，周期测量部262在差△TPOS的绝对值为阈值SL以上的情况下，估计为周期TPOSAF受到噪声等的影响而被误测量，并进至步骤S609，将周期TPOSDF选择为用于内燃机100的控制的测量值。

周期TPOSDF的测量误差可能大于没有受到噪声的影响时的周期TPOSAF，但是周期TPOSDF比受到噪声的影响而被误测量时的周期TPOSAF更接近于实际的周期TPOS，因此，在周期TPOSAF因噪声的影响而被误测量的情况下，将周期TPOSDF选择为用于内燃机100的控制的测量值。

因此，能够抑制基于因噪声的影响而被误测量的周期TPOSAF来控制内燃机100的点火时期等的情形。

这里，如果控制装置200始终基于周期TPOSDF来控制内燃机100，则能够进行难以受到噪声的影响的控制，但是使用其误差比周期TPOSAF大的测量结果来进行控制。

另一方面，如果控制装置200始终基于周期TPOSAF来控制内燃机100，则在没有噪声的影响的情况下能够基于高精度的周期测量值来控制内燃机100，但是由模拟滤波器没有从脉冲信号POS去除噪声的情况下，基于与实际值不同的周期TPOSAF来误控制内燃机100。

相对于此，在图2的流程图所示的处理中，周期测量部262在由模拟滤波器没有去除噪声的情况下选择周期TPOSDF，在由模拟滤波器去除了噪声的情况下选择周期TPOSAF。因此，抑制基于受到噪声的影响而被误测量的周期TPOSAF来误控制内燃机100的情形，并且能够尽量增加使用高精度的周期TPOSAF来控制内燃机100的机会，能够提高内燃机100的控制性。

图3的时序图表示模拟滤波器处理后的脉冲信号POSAFS、数字滤波器处理后的脉冲信号POSDF、时间计数器、周期TPOSAF、周期TPOSDF的相关的一例。

如上所述，各滤波器处理的时间常数被设定成，数字滤波器处理后的脉冲信号POSDF的相位比模拟滤波器处理后的脉冲信号POSAFS延迟。

而且，在图2的流程图所示的处理中，周期测量部262基于数字滤波器处理后的脉冲信号POSDF的边沿紧前的模拟滤波器处理后的脉冲信号POSAFS的边沿，计算周期TPOSAF。

因此，在图3的时序图中，周期测量部262作为在时刻t1求出的时间信息KTAold与在时刻t2求出的时间信息KTA之差，在时刻t2紧后的脉冲信号POSDF的边沿产生定时即时刻t2’中求出周期TPOSAF。

另一方面，基于每个数字滤波器处理后的脉冲信号POSDF的边沿的时间信息，计算周期TPOSDF，在图3所示的例子中，周期测量部262作为通过时刻t1’中的交错处理求出的时间信息KTDold与通过时刻t2’中的交错处理求出的时间信息KTD之差，在时刻t2’中求出周期TPOSDF。

这里，在图3所示的例子中，在周期TPOSAF的测量区间即时刻t1与时刻t2之间，在模拟滤波器处理后的脉冲信号POSAFS中没有重叠噪声。因此，在时刻t2’中图2的流程图执行交错时之差△TPOS的判定中，周期测量部262判定为差△TPOS的绝对值小于阈值SL，从而将模拟滤波器处理后的脉冲信号POSAFS的周期TPOSAF选择为用于内燃机100的控制的周期测量值。

另一方面，在图3所示的例子中，从时刻t2至脉冲信号POS的一个周期量以后的时刻t4之间的时刻t3中，产生在模拟滤波器处理中没有去除的噪声，由边沿检测电路240误检测出模拟滤波器处理后的脉冲信号POSAFS的边沿。

在该情况下，在数字滤波器处理后的脉冲信号POSDF的边沿所产生的时刻t4’的紧前的时刻t4中，能够检测出模拟滤波器处理后的脉冲信号POSAFS的边沿，则在周期TPOSAF的计算中使用时刻t2的时间信息KTA和时刻t4的时间信息KTA，从而能够排除时刻t3中的噪声的影响而计算周期TPOSAF。

另一方面，在时刻t4附近产生噪声，从而在时刻t4没有检测出模拟滤波器处理后的脉冲信号POSAFS的边沿的情况下，周期TPOSAF被误检测。这时，由于差△TPOS的绝对值大于阈值SL，因此周期测量部262判断为周期TPOSAF是被噪声影响而被误测量的周期，代替周期TPOSAF而选择周期TPOSDF作为用于控制的测量值。因此，在该情况下，也得到排除了噪声的影响的周期TPOS的测量结果。

在图2的流程图的步骤S610中，控制装置200在通过以脉冲信号POSDF为基准的时间测量而检测出点火控制定时等的情况下，进行对脉冲信号POSDF的相位延迟补偿的处理。

如果基于周期TPOSAF将角度换算为时间TADV，则能够在时间测量中高精度地检测角度，此外如果作为时间测量的基准而使用脉冲信号POSDF，则能够抑制以噪声分量为基准来实施时间TADV的测量的情形。但是，脉冲信号POSDF的相位比脉冲信号POSAFS延迟，在角度位置的检测中产生该延迟量的误差。

这里，脉冲信号POSDF相对于脉冲信号POSAFS的相位延迟时间能够作为时间信息KTD与时间信息KTA之差而求出。

因此，在步骤S610中，控制装置200进行将基于周期TPOS换算角度而得到的时间TADV减算时间信息KTD与时间信息KTA之差分△KT量的校正，并以脉冲信号POSDF为基准来测量该校正后的时间TADV（TADV=TADV-△KT）。

由此，通过以脉冲信号POSDF为基准的时间测量，能够与以脉冲信号POSAFS为基准的情况同等地检测角度，例如在测量点火时期的情况下能够高精度地检测点火时期。

图4的时序图表示通过以脉冲信号POSDF为基准的时间测量检测角度的情况。

由于脉冲信号POSDF的边沿比脉冲信号POSAFS的边沿延迟△KT量，测量从脉冲信号POSAFS经过了时间TADV量的时刻的情况下，如果测量脉冲信号POSDF的边沿、时间“TADV-△KT”的经过，则其结果测量相同的角度。

以上，参照优选的实施方式来具体地说明了本发明的内容，但是本领域技术人员基于本发明的基本技术思想和启示能够采用各种变形方式是显而易见的。

在图3所示的例子中，脉冲信号POSDF的相位比脉冲信号POSAFS的相位延迟，但是相反地也可以为脉冲信号POSAFS的相位比脉冲信号POSDF的相位延迟。这时，周期测量部262在脉冲信号POSAFS的边沿的交错中，比较周期TPOSAF与周期TPOSDF，能够判断周期TPOSAF是否因噪声的影响而被误测量。

此外，进行周期测量的脉冲信号不限定于由曲柄角传感器101输出的脉冲信号POS，在由车速传感器输出的脉冲信号的周期的测量中也能够应用本发明。

此外，进行周期测量的脉冲信号不限定于以一定的角度周期输出的脉冲信号，也可以是角度周期变化的脉冲信号。

作为优先权基础的于2012年09月19日提交的日本专利申请第2012-205703号的全部内容通过引用合并到本申请。

虽然仅选择了一个优选的实施例来说明和描述本发明，但是根据上述公开，本领域技术人员能够进行各种改变和修改而不会脱离权利要求书所确定的本发明的范围是显而易见的。

进而，本发明的上述实施例的描述仅用于说明，并非用于限定本发明，本发明主张权利要求书及其等同。

Claims

1.一种汽车用控制装置，包括：

数字滤波器，处理从外部输入的脉冲信号；

模拟滤波器，处理所述脉冲信号；以及

周期测量部，输入所述数字滤波器的输出信号和所述模拟滤波器的输出信号，输出所述脉冲信号的周期的测量值，

所述从外部输入的脉冲信号是与旋转体的旋转同步地输出的脉冲信号，

所述汽车用控制装置还包括：

换算部，基于由所述周期测量部输出的周期的测量值，将所述旋转体的规定角度换算为时间；

校正部，基于所述模拟滤波器的输出信号与所述数字滤波器的输出信号的相位差来校正所述时间；以及

角度检测部，以所述数字滤波器的输出信号为基准测量由所述校正部校正后的时间，输出所述旋转体的角度的检测信号。

2.如权利要求1所述的汽车用控制装置，其中，

所述周期测量部基于所述数字滤波器的输出信号与所述模拟滤波器的输出信号的比较，决定是否输出所述模拟滤波器的输出信号的周期的测量值作为所述脉冲信号的周期。

3.如权利要求1所述的汽车用控制装置，其中，

所述周期测量部比较所述模拟滤波器的输出信号的周期的测量值与所述数字滤波器的输出信号的周期的测量值，输出所述周期的测量值的其中一方。

4.如权利要求1所述的汽车用控制装置，其中，

所述周期测量部基于所述模拟滤波器的输出信号的周期的测量值与所述数字滤波器的输出信号的周期的测量值之差，输出所述周期的测量值的其中一方。

5.如权利要求1所述的汽车用控制装置，其中，

所述周期测量部在所述模拟滤波器的输出信号的周期的测量值与所述数字滤波器的输出信号的周期的测量值之差小于设定值的情况下，输出所述模拟滤波器的输出信号的周期的测量值，在所述差大于所述设定值的情况下，输出所述数字滤波器的输出信号的周期的测量值。

6.如权利要求1所述的汽车用控制装置，还包括：

第1边沿检测电路，检测来自外部的脉冲信号的边沿；以及

第2边沿检测电路；检测所述模拟滤波器的输出信号的边沿，

所述数字滤波器处理所述第1边沿检测电路的输出信号，

所述周期测量部输入所述数字滤波器的输出信号和所述第2边沿检测电路的输出信号。

7.如权利要求1所述的汽车用控制装置，其中，

所述模拟滤波器和所述数字滤波器是用于去除所述脉冲信号的高频分量的低通滤波器。

8.如权利要求1所述的汽车用控制装置，其中，

设定所述模拟滤波器和所述数字滤波器的时间常数，使得所述数字滤波器的输出信号的相位比所述模拟滤波器的输出信号的相位延迟。

9.一种周期测量方法，用于在汽车用控制装置中测量从外部输入的脉冲信号的周期，该周期测量方法包括以下的步骤：

通过数字信号处理从所述脉冲信号取出规定的频率分量；

通过模拟信号处理从所述脉冲信号取出规定的频率分量；以及

基于所述数字信号处理后的信号和所述模拟信号处理后的信号来测量所述脉冲信号的周期，

所述周期测量方法还包括以下步骤：

基于所述脉冲信号的周期的测量值，将所述旋转体的规定角度换算为时间；

基于所述数字信号处理后的信号与所述模拟信号处理后的信号的相位差，校正所述时间；

以所述数字信号处理后的信号为基准，测量所述校正后的时间；以及

通过所述时间测量来检测所述旋转体的角度。

10.如权利要求9所述的汽车用控制装置的周期测量方法，其中，

所述测量周期的步骤包括以下的步骤：

比较所述数字信号处理后的信号与所述模拟信号处理后的信号；

基于所述比较结果，选择所述模拟信号处理后的信号的周期的测量值与所述数字信号处理后的信号的周期的测量值的其中一方；以及

输出所述选择的测量值作为所述脉冲信号的周期。

11.如权利要求9所述的汽车用控制装置的周期测量方法，其中，

所述测量周期的步骤包括以下的步骤：

测量所述模拟信号处理后的信号的周期；

测量所述数字信号处理后的信号的周期；

比较所述模拟信号处理后的信号的周期的测量值与所述数字信号处理后的信号的周期的测量值；

输出所述选择的测量值作为所述脉冲信号的周期。

12.如权利要求9所述的汽车用控制装置的周期测量方法，其中，

所述测量周期的步骤包括以下的步骤：

测量所述模拟信号处理后的信号的周期；

测量所述数字信号处理后的信号的周期；

运算所述模拟信号处理后的信号的周期的测量值与所述数字信号处理后的信号的周期的测量值之差；

基于所述差，选择所述模拟信号处理后的信号的周期的测量值与所述数字信号处理后的信号的周期的测量值的其中一方；以及

输出所述选择的测量值作为所述脉冲信号的周期。

13.如权利要求9所述的汽车用控制装置的周期测量方法，其中，

所述测量周期的步骤包括以下的步骤：

测量所述模拟信号处理后的信号的周期；

测量所述数字信号处理后的信号的周期；

在所述差小于设定值的情况下，输出所述模拟信号处理后的信号的周期的测量值作为所述脉冲信号的周期；以及

在所述差大于所述设定值的情况下，输出所述数字信号处理后的信号的周期的测量值作为所述脉冲信号的周期。

14.如权利要求9所述的汽车用控制装置的周期测量方法，其中，

所述进行数字信号处理的步骤包括以下步骤：

通过数字信号处理去除所述脉冲信号的高频分量，

所述进行模拟信号处理的步骤包括以下步骤：

通过模拟信号处理来去除所述脉冲信号的高频分量。

15.如权利要求9所述的汽车用控制装置的周期测量方法，其中，

设定所述数字信号处理和所述模拟信号处理的时间常数，使得所述数字信号处理后的信号的相位比所述模拟信号处理后的信号的相位延迟。