CN108351235A - 空气流量测定装置 - Google Patents

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Abstract

在以往的空气流量测定装置中，在脉动误差的校正中使用快速傅里叶变换，所以，由于快速傅里叶变换所需的观测时间和运算时间，校正变迟，难以快速地跟随脉动状态的变化。本发明的空气流量测定装置由如下部件构成：产生与所测定的空气流量相应的输出信号(Vsen)的空气流量检测器(2)、从输出信号(Vsen)检测脉动振幅(Vp)的振幅检测器(3)、根据脉动振幅(Vp)的值而截止频率变化的LPF(4)以及进行LPF(4)的输出信号(Vlpf)和输出信号(Vsen)的波形运算的波形运算器(5)。此外，波形运算器(5)由乘法器(6、7)、加法器(8)和条件判定处理(9)构成。另外，LPF(4)由减法器(10)、乘法器(11)、加法器(12)、延迟元件(13)构成，通过使乘法器(11)的增益根据脉动振幅(Vp)而变化，从而截止频率根据脉动振幅(Vp)而变化。

Description

空气流量测定装置
技术领域
本发明涉及一种根据空气流量检测器的输出信号而输出空气流量信号的空气流量测定装置，特别涉及一种能够降低由于脉动而产生的脉动误差的空气流量测定装置。
背景技术
作为在空气流量测定装置中降低脉动误差的方法，例如存在专利文献1所记载的方法。根据专利文献1，基于来自空气流量检测器的信号，由平均处理部求出平均值，通过高周波分析部利用快速傅里叶变换来求出频率和脉动振幅，根据由此得到的平均值、频率、脉动振幅来计算校正量，校正来自空气流量检测器的信号的由于脉动而产生的脉动误差。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开平2012-112716号公报
发明内容
发明要解决的技术问题
在专利文献1的技术中，在高周波分析部中使用快速傅里叶变换。在快速傅里叶变换中，如果想要得到期望的频率分析范围和分辨率，则需要规定长度的观测时间和采样频率，运算量也根据频率分析范围和分辨率而以指数方式增加。因此，直至输出快速傅里叶变换的结果为止，需要规定的观测时间和规定的运算时间，所以，直至计算出校正量为止需要长时间，无法跟随脉动状态的变化。即，在专利文献1的技术中，针对脉动状态的变化，仍留有研究的余地。
本发明是鉴于上述情形而完成的，其目的在于，提供一种具有能够快速地跟随脉动状态的变化的脉动误差校正处理的空气流量测定装置。
解决技术问题的技术手段
为了解决上述技术问题，通过如下方式而达成：对根据所述空气流量检测器的输出信号的代表值而特性发生变化的滤波器的输出信号进行波形运算，基于波形运算而得到的输出，输出空气流量信号。
发明效果
根据本发明，能够提供一种具有能够快速地跟随脉动状态的变化的脉动误差校正处理的空气流量测定装置。
附图说明
图1是示出第1实施例的空气流量测定装置的构成的图。
图2是示出LPF(低通滤波器)4的构成的图。
图3是示出空气流量测定装置1向进气管的配置的图。
图4是示出各部的动作波形的图。
图5是示出校正量的脉动频率依赖性的图。
图6是示出第2实施例的空气流量测定装置的构成的图。
图7是示出各部的动作波形的图。
图8是示出校正量的脉动频率依赖性的图。
图9是示出第3实施例的空气流量测定装置的构成的图。
图10是示出LPF 40的频率特性的图。
图11是示出校正量的脉动频率依赖性的图。
图12是示出第4实施例的空气流量测定装置的构成的图。
图13是示出脉动判定器48的构成的图。
图14是示出最大值检测器33和最小检测器34的输出波形的图。
图15是示出各种状态下的Vsen-Vmax以及Vsen-Vmin的图。
图16是示出第5实施例的空气流量测定装置的构成的图。
图17是示出第6实施例的空气流量测定装置的构成的图。
图18是示出校正量的脉动频率依赖性的图。
图19是示出第7实施例的空气流量测定装置的构成的图。
图20是示出空气流量测定装置1向进气管的配置的图。
具体实施方式
下面，参照附图，说明本发明的实施方式。
实施例1
首先，使用图1至图5，对作为本发明的第1实施例的空气流量测定装置进行说明。
本实施例的空气流量测定装置1具备：产生与所测定的空气流量相应的输出信号Vsen的空气流量检测器2、从输出信号Vsen检测脉动振幅Vp的振幅检测器3、根据脉动振幅Vp的值而截止频率发生变化的低通滤波器(下面记为LPF)4以及进行LPF 4的输出信号Vlpf和输出信号Vsen的波形运算的波形运算器5。波形运算器5具备乘法器6、7、加法器8和条件判定处理9。另外，如图2所示，LPF 4具备减法器10、乘法器11、加法器12和延迟元件13。通过使乘法器11的增益根据脉动振幅Vp而变化，从而LPF 4的截止频率根据脉动振幅Vp而变化。此外，在空气流量测定装置1的输出信号Vsen中，存在由于脉动而产生的脉动误差，该脉动误差受到平均流量、脉动振幅、脉动频率等的影响。
接下来，使用图3，说明空气流量测定装置1向进气管的配置。空气流流入到进气管14，在该进气管14安装有空气流量测定装置1。空气流量测定装置1由旁通通路16、配置于旁通通路16内的流量检测器2以及处理来自流量检测器2的信号的信号处理电路17构成。另外，配置有接受来自空气流量测定装置1的流量信号而进行各种控制的引擎控制单元19。
接下来，使用图4、5，说明空气流量测定装置1的动作。在空气量检测器2的输出信号Vsen为图4所示的脉动波形的情况下，LPF 4的输出信号Vlpf根据输出信号Vsen的频率和LPF 4的截止频率而振幅减少。在这里，输出信号Vsen和输出信号Vlpf通过波形运算器5进行波形运算，在k＝1的情况下，成为图4所示的空气流量测定装置1的输出信号Vout，成为波形的上半部弛缓的波形。其结果，输出信号Vout的平均值向正方向变化，通过该正方向的变化，校正由空气流量检测器2的脉动导致的误差，得到空气流量测定装置1的输出。此时，如图5所示，校正量通过脉动频率和LPF 4的截止频率fc来确定，如果使LPF 4的截止频率fc变高，则校正量减小，如果使LPF 4的截止频率fc降低，则校正量增加。即，由振幅检测器3从输出信号Vsen检测脉动振幅Vp，根据脉动振幅Vp而使LPF 4的截止频率fc变化，从而能够根据脉动振幅Vp和脉动频率而使校正量变化。
另外，在具有旁通通路16的空气流量测定装置中，如果脉动振幅变大(特别是，在脉动振幅为平均值的4倍以上的情况下)，则空气向旁通通路16的流入伴随着脉动频率的增加而减少。这是由于旁通通路16内部的空气的粘性比旁通通路16的外部的空气的粘性大而产生的。即，如果脉动振幅变大，则伴随着脉动频率的增加，空气向旁通通路16的流入减少，在空气量检测器2的输出信号Vsen中产生负误差。因此，通过使用本发明的空气流量测定装置1，能够在脉动振幅Vp大的情况下，根据脉动频率的增加而使向正方向的校正量增加，从而降低空气流量测定装置1的脉动误差。即，在脉动振幅Vp小的情况下，使LPF 4的截止频率fc变高而使校正量变小，在脉动振幅Vp大的情况下，使LPF 4的截止频率fc变低而使校正量变大。另外，如果脉动频率变高，则该校正量向正方向增加，所以，能够消除空气量检测器2的脉动误差。由此，能够降低空气流量测定装置1的脉动误差。
另外，在本发明的空气流量测定装置1中，利用LPF 4的频率特性来校正脉动误差的脉动频率依赖性，所以，针对脉动状态的变化，能够快速地跟随。
在现有例子中，需要引擎转速，所以，需要在能够容易地得到引擎转速的引擎控制单元19中配置进行脉动校正的处理电路。另一方面，在本发明中，不像现有例子那样需要引擎转速，所以，能够在空气流量测定装置1侧进行脉动校正，能够将校正了脉动误差的精度高的信号发送到引擎控制单元19。
另外，LPF 4针对多个频率信号，求出各频率的矢量和，所以，在降低由高次谐波的影响导致的脉动误差的方向上发挥作用。因此，在本发明中，当在脉动中存在高次谐波的情况下，也能够降低脉动误差。
接下来，通过图6至图8，对作为本发明的第2实施例的空气流量测定装置进行说明。此外，图6是第2实施例的空气流量测定装置的构成，图7是各部的动作波形，图8是校正量的脉动频率依赖性。
本实施例的空气流量测定装置20由如下部件构成：产生与所测定的空气流量相应的输出信号Vsen的空气流量检测器21、从输出信号Vsen检测脉动振幅Vp的振幅检测器22、根据脉动振幅Vp的值而截止频率变化的LPF 23、进行LPF 23的输出信号Vlpf和输出信号Vsen的波形运算的波形运算器24、放大波形运算器24的输出的乘法器28、使乘法器28的输出直流化的LPF 29以及将输出信号Vsen与LPF 29的输出相加的加法器30。此外，波形运算器24由减法器25、26和条件判定处理27构成。此外，LPF 23的构成是与第1实施例所示的LPF4相同的构成，截止频率根据脉动振幅Vp而变化。
接下来，使用图7、8，说明空气流量测定装置1的动作。在空气量检测器21的输出信号Vsen为图7所示的脉动波形的情况下，LPF 23的输出信号Vlpf根据输出信号Vsen的频率和LPF 23的截止频率而振幅减少。在这里，输出信号Vsen和输出信号Vlpf通过波形运算器24进行波形运算，在乘法器18的增益k是1的情况下，乘法器28的输出信号成为图7所示的全波整流的波形。乘法器28的输出信号通过LPF 29而直流化，成为图7所示的波形。该LPF 29的输出信号(校正信号)通过加法器30而与空气流量检测器21的输出信号Vsen相加，得到空气流量测定装置20的输出信号Vout。
第2实施例的空气流量测定装置是与第1实施例的空气流量测定装置基本相同的构成，但施加以下改进。在第2实施例的空气流量测定装置中，在波形运算器24中使全波整流那样的波形输出，使LPF 29中的直流化变得容易。另外，设置LPF 29而使校正信号直流化。由此，限制校正信号的信号频带。在采用在第1实施例中采用的那样的波形运算器5的情况下，在校正量小的期间内没有问题，但在使增益k增大而使校正量增大的情况下，由波形运算引起的噪声变大。与此相对地，在本实施例中，由LPF 29使校正信号直流化，所以，能够降低噪声的增加。
在本实施例中，也与第1实施例同样地，如图8所示，校正量通过脉动的频率和LPF23的截止频率fc来确定，如果使LPF 23的截止频率fc变高，则校正量减小，如果使LPF23的截止频率fc变低，则校正量增加。即，由振幅检测器22从输出信号Vsen检测脉动振幅Vp，根据脉动振幅Vp而使LPF 23的截止频率fc变化，从而能够根据脉动振幅Vp和频率而使校正量变化。另外，如先前说明的那样，在具有旁通通路的空气流量检测器中，在脉动振幅大的情况下，伴随着脉动频率的增加而产生负误差，所以，通过使用本发明的空气流量测定装置20，从而根据脉动频率而使校正量增加，所以，能够降低由于空气流量测定装置1的脉动而产生的脉动误差。
接下来，通过图9至图11，对作为本发明的第3实施例的空气流量测定装置进行说明。此外，图9是第3实施例的空气流量测定装置的构成，图10是LPF40的频率特性，图11是校正量的脉动频率依赖性。
本实施例的空气流量测定装置31由如下部件构成：产生与所测定的空气流量相应的输出信号Vsen的空气流量检测器32、从输出信号Vsen检测最大值的最大值检测电路33、从输出信号Vsen检测最小值的最小值检测电路34、求出最大值检测电路33与最小值检测电路34的输出之和的加法器35、使加法器35的输出变成1/2而求出中值Med的乘法器37、运算最大值检测电路33与最小值检测电路34的输出之差而求出振幅Amp的减法器36、将中值Med和振幅Amp作为输入而输出截止频率fc、放大率Gain和偏移值Offset的二维映射部(map)38、去除输出信号Vsen的直流分量的HPF(高通滤波器)39、根据从二维映射部38输出的截止频率fc而截止频率发生变化的LPF 40、对LPF 40的输出进行全波整流的整流器41、对HPF39的输出进行全波整流的整流器42、求出整流器41与整流器42的输出之差的减法器43、根据从二维映射部38输出的放大率Gain而使放大率变化来放大减法器43的输出的乘法器44、使乘法器44的输出直流化的LPF45、将从二维映射部38输出的偏移值Offset加到LPF 45的输出的加法器46以及将加法器46的输出加到输出信号Vsen而求出输出信号Vout的加法器47。此外，LPF 40的构成是与第1实施例所示的LPF4相同的构成，能够使截止频率根据从二维映射部38输出的截止频率fc而变化。
第3实施例的空气流量测定装置是与第2实施例的空气流量测定装置基本相同的构造，但施加以下改进。在第3实施例的空气流量测定装置中，设置最大值检测电路33和最小值检测电路34，通过对它们的输出进行运算而求出中值Med和振幅Amp，设置输入中值Med和振幅Amp的二维映射部38，输出截止频率fc、放大率Gain和偏移值Offset。由此，不仅如第2实施例那样利用输出信号Vsen的振幅信息，还能够利用中值Med和振幅Amp这2种信息来调整LPF 40的截止频率。另外，通过使用二维映射部38，能够更自由地控制校正量。此外，二维映射部38的输入是代表输出信号Vsen的特征的值即可，所以，也可以是输出信号Vsen的平均值、中值、振幅、最大值、最小值、最大值与最小值之和、最大值与最小值之差中的任一方。另外，在本实施例中，不仅能够操作LPF 40的截止频率，还能够操作放大率Gain和偏移值Offset，能够更自由地控制校正量。由此，能够进一步降低空气流量测定装置1的脉动误差。
另外，由脉动导致的误差存在着在低频率下几乎不产生，从特定的频率起误差增加的倾向。为了应对这一情况，在本实施例中，构成为对LPF 40和HPF 39的输出分别进行全波整流、并输出它们的差分。关于LPF 40的频率特性，如图10所示，在低频下增益为1且在超过规定的频率后，增益从1变小。因此，通过由减法器43求出对HPF 39的输出进行了全波整流的整流器42的信号与对LPF40的输出信号进行了全波整流的整流器41的信号之差，从而减法器43的输出特性变成图11所示的频率特性，在低频下校正量为0，当超过规定的频率后，校正量增加。由此，能够实现与脉动误差的频率特性更近似的频率特性，所以，能够进一步降低空气流量测定装置31的脉动误差。
另外，与第2实施例同样地，在存在高次谐波的情况下，也能够进一步降低脉动误差。
接下来，通过图12至图15，对作为本发明的第4实施例的空气流量测定装置进行说明。此外，图12是第4实施例的空气流量测定装置的构成，图13是脉动判定器48的构成，图14是最大值检测器33和最小检测器34的输出波形，图15是各种状态下的Vsen-Vmax以及Vsen-Vmin。
第4实施例的空气流量测定装置是与第3实施例的传感器装置基本相同的构造，但施加以下改进。在本实施例中，附加脉动判定器48，在不是脉动状态时，通过切换器49将校正信号设为0。
如图13所示，脉动判定器48由如下部件构成：求出输出信号Vsen与最大值检测器33的输出Vmax之差的减法器50、将减法器50的输出保持一定时间的保持电路51、判定保持电路51的输出大于还是小于规定值的比较器52、求出输出信号Vsen与最小值检测器34的输出Vmin之差的减法器54、将减法器54的输出保持一定时间的保持电路55、判定保持电路55的输出大于还是小于规定值的比较器56以及求出比较器52与比较器56的逻辑和的逻辑和电路53。
在输出信号Vsen的脉动振幅发生变化的情况下，如图14所示，最大值检测器33以及最小值检测器34的输出变化。在这里，最大值检测器33的上升沿早而下降沿迟。与此相对地，最小值检测器34的下降沿早而上升沿迟。通过该动作，相对于输出信号Vsen的振幅变化，最大值检测器33以及最小值检测器34发生动作延迟。其结果，在空气流的过渡状态下，有可能输出不需要的信号。这了防止这一情况，在本实施例中，附加脉动判定器48，在不是脉动状态时，通过切换器49将校正信号设为0。
在图15中示出各种状态下的Vsen-Vmax以及Vsen-Vmin。在脉动状态下，Vsen-Vmax以及Vsen-Vmin都大。与此相对地，在过渡状态下，仅Vsen-Vmax或者Vsen-Vmin中的一方变大。另外，在稳定状态下，Vsen-Vmax以及Vsen-Vmin都大致为0。利用这一点，由脉动判定器48判定脉动状态。即，将Vsen-Vmax以及Vsen-Vmin都大的时候判定为脉动状态，将除此以外的情况判定为不是脉动状态，在不是脉动状态时，将校正信号设为0，从而能够省去由于最大值检测器33以及最小值检测器34的动作延迟而有可能产生的不需要的校正。
接下来，通过图16，对作为本发明的第5实施例的空气流量测定装置进行说明。此外，图16是第5实施例的空气流量测定装置的构成。第5实施例的传感器装置是与第3实施例的传感器装置基本相同的构造，但施加以下改进。在本实施例中，附加稳定状态判定器54，在稳定状态时，通过切换器56，对输出信号Vout的信号路径附加LPF 55。稳定状态判定器54是与先前示出的脉动判定器48基本相同的构造，但利用如图15所示在稳定状态下Vsen-Vmax以及Vsen-Vmin都大致为0这一点，针对是稳定状态的情形进行判定。
在本实施例中，由稳定状态判定器54对是稳定状态的情形进行判定，在稳定状态的情况下，将LPF 55附加到输出信号Vout的信号路径，从而能够降低稳定状态下的输出信号Vout的噪声。另外，在过渡状态下，稳定状态判定器54不进行动作，所以，LPF 55不附加到输出信号Vout的信号路径。因此，能够不损害过渡状态下的响应性而降低稳定状态下的输出信号Vout的噪声。
接下来，通过图17、18，对作为本发明的第6实施例的空气流量测定装置进行说明。此外，图17是第6实施例的空气流量测定装置的构成，图18是校正量的脉动频率依赖性。第6实施例的传感器装置是与第3实施例的传感器装置基本相同的构造，但施加以下改进。
在本实施例中，配置二阶LPF 57和一阶全通滤波器58，由波形运算器59对二阶LPF57和一阶全通滤波器58的输出进行波形运算。此外，波形运算器59由减法器60、61和条件判定处理62构成。
在使二阶LPF 57的截止频率和一阶全通滤波器58的时间常数以恒定的比率进行变化的情况下，在低频下，二阶LPF 57的输出波形与一阶全通滤波器58的输出波形相同。因此，如图18所示，能够得到低频率下的校正量为0、当超过规定的频率后校正量急剧增加的特性。另外，脉动误差在低频率下几乎不产生，存在从特定的频率起误差增加的倾向，通过使用本实施例的空气流量测定装置，能够实现与脉动误差的频率特性更近似的频率特性，所以，能够进一步降低空气流量测定装置31的脉动误差。
使用图19、图20，说明本发明的各实施方式中的变形例。
如图19、图20所示，在引擎控制单元19中，配置有在各实施例中详细叙述的脉动校正处理电路64。也可以将由空气流量测定装置63的流量检测器65检测出的输出信号Vsen输入到引擎控制单元19，在引擎控制单元19侧进行脉动校正。
符号说明
1‥空气流量测定装置；2‥空气流量检测器；3‥振幅检测器；4‥LPF(低通滤波器)；5‥波形运算器；6‥乘法器；7‥乘法器；8‥加法器；9‥条件判定处理；10‥减法器；11‥乘法器；12‥加法器；13‥延迟元件；14‥进气管；15‥空气流量传感器；16‥旁通通路；17‥信号处理电路；18‥流量检测元件；19‥引擎控制单元；20‥空气流量测定装置；21‥空气流量检测器；22‥振幅检测器；23‥LPF；24‥波形运算器；25‥减法器；26‥减法器；27‥条件判定处理；28‥乘法器；29‥LPF；30‥加法器；31‥空气流量测定装置；32‥空气流量检测器；33‥最大值检测电路；34‥最小值检测电路；35‥加法器；36‥减法器；37‥乘法器；38‥二维映射部；39‥HPF(高通滤波器)；40‥LPF；41‥整流器；42‥整流器；43‥减法器；44‥乘法器；45‥LPF；46‥加法器；47‥加法器；48‥脉动判定器；49‥切换器；50‥减法器；51‥保持电路；52‥比较器；53‥逻辑和电路；54‥减法器；55‥保持电路；56‥比较器；57‥二阶LPF；58‥一阶全通滤波器；59‥波形运算器；60‥减法器；61‥减法器；62‥条件判定处理。

Claims (9)

1.一种空气流量测定装置，其特征在于，具备：
空气流量检测器；
滤波器，其基于所述空气流量检测器的输出信号而特性发生变化，
基于所述空气流量检测器的输出以及经由所述滤波器的输出，输出空气流量信号。
2.根据权利要求1所述的空气流量测定装置，其特征在于，具备：
波形运算部，其对经由所述滤波器的输出进行波形运算；以及
加法部，其将经由所述波形运算部的输出与所述空气流量检测器的输出相加。
3.根据权利要求2所述的空气流量测定装置，其特征在于，
所述滤波器有多个，
所述波形运算单元被输入来自所述多个滤波器的信号，进行所述多个被输入的信号的波形运算。
4.根据权利要求1所述的空气流量测定装置，其特征在于，
所述滤波器根据所述空气流量检测器的输出信号的平均值、中值、振幅、最大值、最小值、最大值与最小值之和、最大值与最小值之差中的某一方而特性发生变化。
5.根据权利要求4所述的空气流量测定装置，其特征在于，具备：
代表值检测单元，其检测所述空气流量检测器的输出信号的平均值、中值、振幅、最大值、最小值、最大值与最小值之和、最大值与最小值之差中的某一方；以及
映射部，其输出调整量，所述调整量对与所述代表值检测单元的检测结果相应的所述滤波器的特性进行调整。
6.根据权利要求1所述的空气流量测定装置，其特征在于，
所述滤波器根据所述空气流量检测器的输出信号的脉动振幅，使截止频率变化。
7.根据权利要求1所述的空气流量测定装置，其特征在于，具备：
最大值检测器，其检测所述空气流量检测器的输出信号的最大值；以及
最小值检测器，其检测所述空气流量检测器的输出信号的最小值，
在所述空气流量检测器的输出信号与所述最大值检测器的输出信号之差大于规定值、并且所述空气流量检测器的输出信号与所述最小值检测器的输出信号之差大于规定值的情况下，使所述输出装置的输出信号与所述空气流量检测器的输出信号相同。
8.一种空气流量测定装置，其特征在于，具备：
最大值检测器，其检测所述空气流量检测器的输出信号的最大值；以及
最小值检测器，其检测所述空气流量检测器的输出信号的最小值，
在所述空气流量检测器的输出信号与所述最大值检测器的输出信号之差小于规定值、并且所述空气流量检测器的输出信号与所述最小值检测器的输出信号之差小于规定值的情况下，对所述输出装置的输出信号实施低通滤波器处理。
9.根据权利要求2所述的空气流量测定装置，其特征在于，
所述滤波器针对所述空气流量检测器的输出信号的多个频率信号，求出各频率的校正量的矢量和。
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