CN114174792A - 物理量检测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种物理量检测装置，能够在抑制存储器容量增加的同时提高运算分辨率。本发明的物理量检测装置(100)的特征在于，包括：物理量检测传感器，其检测被测量气体的物理量；保存部，其记录有与物理量检测传感器的检测值对应的校正量；和运算部(110)，其使用检测值和校正量进行检测值的输出调整，其中，保存部(120)的分辨率低于运算部(110)的运算分辨率。

Description

物理量检测装置
技术领域
本发明涉及物理量检测装置。
背景技术
专利文献1中，关于偏置电压校正装置记载了这样的内容，“偏置电压校正装置包括：EEPROM，其存储与将规定温度范围按规定间隔划分得到的每个校正对象温度对应的校正数据；温度传感器，其检测加速度传感器的温度；ROM I/F，其从EEPROM读取与检测出的检测温度相邻且低于检测温度的第一校正对象温度的对应的第一校正数据、和相邻且高于检测温度的第二校正对象温度的对应的第二校正数据；和校正运算电路，其对读取的第一校正数据与第二校正数据的差，除以从温度传感器的输出值的全部比特中减去校正数据中使用的比特后得到的剩余比特数，将计算得到的值用作检测温度的校正数据”。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2004-294110号公报
发明内容
发明要解决的技术问题
在用于检测吸入到内燃机中的吸入空气的流量的物理量检测装置(例如空气流量传感器等)中，当吸入空气的流量较小时，对于由表示该流量的输入值经AD转换得到的相当于16比特的数字值来说，该数字值的变化量非常小，会发生因分辨率不够导致的输出特性的误差。因此，可以考虑通过提高物理量检测装置的LSI(Large Scale IntegratedCircuit)中的DSP(Digital Signal Processor)的运算分辨率来减小输出特性的误差的方法。
在运算分辨率从现有的16比特提高到20比特的情况下，通常来说，用于保存运算中使用的常数等的LSI内部的存储器也使用20比特的容量。该情况下，需要使用与现有的存储器(16比特)相比具有16倍容量的存储器，所以对于要求的规格要具备高性能的存储器，成本会升高。因此，需要能够在抑制存储器的规格的同时提高运算分辨率。
专利文献1记载的偏置电压校正装置中，将校正映射图(correction map，即规定校正值的表数据)输入值分割为温度值和插补运算值，对校正映射图的格点之间的差除以插补运算值而计算出插补值，由此削减存储器(EEPROM)中保存的校正映射图的数据个数(容量)。但是，存储器和校正运算电路均为相同分辨率(16比特)，所以该文献并未考虑在抑制存储器的规格的同时提高运算分辨率。
本发明是鉴于上述问题点而作出的，其目的在于提供一种能够在抑制存储器容量增加的同时提高运算分辨率的物理量检测装置。
解决问题的技术手段
用于解决上述问题的本发明的物理量检测装置的特征在于，包括：物理量检测传感器，其检测被测量气体的物理量；保存部，其记录有与该物理量检测传感器的检测值对应的校正量；和运算部，其使用所述检测值和所述校正量，进行所述检测值的输出调整，其中，所述保存部的分辨率低于所述运算部的运算分辨率。
发明效果
采用本发明，能够在抑制存储器容量增加的同时提高运算分辨率。与本发明相关的其他特征可通过本说明书的记载和附图变得明确。上述以外的技术问题、技术特征和技术效果可通过下文实施方式的说明而变得明确。
附图说明
图1是表示第一实施方式的物理量检测装置(空气流量传感器)的内部结构之一例的图。
图2是表示运算部的内部结构之一例的图。
图3是表示20比特的数据宽度中输入值的分配状况之一例的图。
图4是表示空气流量传感器的传感器特性之一例的图。
图5是表示图4中的校正量(校正映射图的输出值)ΔX与吸入的空气流量的关系之一例的图。
图6是表示第二实施方式的空气流量传感器中的运算部的内部结构概要之一例的图。
图7是表示20比特的数据宽度中输入值的分配状况之一例的图。
图8是表示通过增益项的切换而得到的校正量特性之一例的图。
图9是表示关于吸入的空气流量的检测误差的改善之一例的图。
图10是表示空气流量传感器中的运算部的内部结构之一例的图。
具体实施方式
下面对本发明的一个实施方式进行说明。
＜第一实施方式＞
图1是表示本实施方式的物理量检测装置中内部结构之一例的图。
设想本实施方式的物理量检测装置例如是检测吸入到内燃机中的吸入空气的流量的空气流量传感器100。空气流量传感器100包括检测吸入空气(被测量气体)的物理量并输出检测信号的物理量检测传感器，和LSI。
空气流量传感器100为了校正由物理量检测传感器检测出的空气流量的输出值(检测值)，通过LSI内部的运算部110进行校正运算。具体而言，空气流量传感器100利用LSI内的A/D转换器，将从物理量检测传感器输出的表示空气流量的检测信号(例如包括表示空气流量的电压值的信号)转换为数字值，在通过运算部110进行校正运算之后，进行信号变换并进行传感器输出。
LSI如图所示，包括运算部110(例如CPU：Central Processing Unit)和存储器120(例如EEPROM)，存储器120属于16比特运算区域，运算部110属于20比特运算区域。另外，在16比特运算区域内的存储器120中，保存(记录)了与检测出的空气流量的检测值对应的校正量，该校正量是在用于校正检测值的校正运算中使用的常数。即，作为信息保存部发挥作用的存储器120的校正量分辨率是16比特，它被设定为比运算部110的运算分辨率(20比特)低的分辨率。
运算部110进行校正运算来对检测出的空气流量的检测值进行校正，由此进行输出调整。运算部110在进行校正运算之前，通过表变换来参照存储器120内的校正量ΔX，进行用于减小16比特的存储器120与20比特的运算部110的分辨率差(4比特)的运算处理，计算出减小分辨率差后的校正量。另外，运算部110使用计算出的校正量的值进行检测值的校正运算。运算部110以高分辨率(20比特)进行检测值的运算处理，并在对运算结果的值Y进行信号变换从而作为最终输出值进行传感器输出时，尺度变换(scaling conversion)至输出分辨率(16比特)。
图2是表示运算部110的内部结构之一例的图。如图所示，运算部110对于A/D转换后的空气流量的检测值X进行尺度变换，计算出变换后的值X1。另外，运算部110参照16比特运算区域内的存储器120，将与空气流量的检测值X(或X1)对应的校正量ΔX保存在校正映射图150中。另外，运算部110对由校正量ΔX加上偏置项K1(160)得到的值ΔX1乘以增益项G1(170)，由此计算减小了存储器120与运算部110的分辨率差后的校正量ΔXn(图2中是ΔX4)。另外，关于与偏置项K1(160)求和的说明，使用后述图5进行。
图3是表示20比特的数据宽度中的输入值的分配状况之一例的图。如图所示，在20比特的数据宽度中，靠近比特编号19一侧是高位比特，靠近比特编号0一侧是低位比特。在以20比特的运算分辨率进行校正运算的情况下，将表达高流量区域的输入值分配到高位比特一侧，将表达低流量区域的输入值分配到低位比特一侧。另外，“*”表示对应的比特编号中输入了用于表示对应流量区域的值。
图3的行P表示，校正量ΔX是在比特编号0～15中具有输入值的16比特的信息，其不包括表达高流量区域的高位4比特的信息。
另外，校正量ΔX之所以不具有高位4比特的信息，是因为校正量ΔX是保存在16比特运算区域中的存储器120内的16比特的信息，是由与20比特运算区域内的运算部110的分辨率差而引起的。
此处，使用图2和图3说明用于减小存储器120与运算部110的分辨率差的运算处理。
运算部110使用从存储器120参照得到的校正映射图150计算校正量ΔX，对该计算出的校正量ΔX加上偏置项K1(160)求取ΔX1。然后，在对ΔX1乘以增益项G1(170)＝16的情况下，如图3的行Q所示，具有输入值的比特编号与ΔX1相比向左侧平移4比特。即，通过乘以增益项G1(170)，低位侧4比特(比特编号0～3)的信息丢失，EEPROM中常数的设定步幅不是1而是步幅为16(4bit)，但可以得到高位侧4比特(比特编号16～19)的信息。
另外，在对ΔX1乘以增益项G1(170)＝8的情况下，如图3的行R所示，具有输入值的比特编号与ΔX1相比向左侧平移3比特。即，通过乘以增益项G(170)，低位侧3比特(比特编号0～2)的信息丢失，但可以得到高位侧3比特(比特编号16～18)的信息。
另外，对ΔX1乘以规定值的增益项G1(170)的情况下，如图3的行S所示，具有输入值的比特位置与ΔX1相比向左侧平移2比特。即，通过乘以增益项G1(170)，能够使不具有输入值的比特位置在高位侧和低位侧分别各配置2比特。
运算部110通过对校正量ΔX1乘以增益项G1(170)，能够适当调整不具有输入值的比特位置。
于是，通过对校正量ΔX1应用包含增益项G1(170)的运算式，能够计算出减小了低分辨率的存储器120与高分辨率的运算部110的分辨率差的校正量。
另外，运算部110在实施了包含偏置项K1(160)和增益项G1(170)的运算(运算式：ΔX4＝ΔX+K1×G1)之后，使用该校正量ΔX4和X1进行校正运算，求出值Y。
采用这样的空气流量传感器100，能够在抑制存储器容量增加的同时提高运算分辨率。特别是，空气流量传感器使用规定运算式，使用减小了低分辨率的存储器与高分辨率的运算部的分辨率差的校正量进行校正运算。由此，空气流量传感器能够在抑制存储器容量增加的同时实现运算分辨率的提高。图4是表示空气流量传感器100的传感器特性之一例的图。如图所示，横轴表示吸入的空气流量的大小Qair[Kg/h]，纵轴表示空气流量传感器的输出值AFS[digit]。另外，虚线所示的曲线表示尺度变换前的空气流量(原始数据)的检测值X，实线所示的曲线表示尺度变换后的检测值X1。另外，点划线所示的直线表示校正运算后的值Y的目标特性。
图5是表示图4中的校正量(校正映射图150的输出值)ΔX与吸入的空气流量的关系之一例的图。如图所示，横轴表示空气流量的大小Qair[Kg/h]，纵轴表示校正量[digit]。另外，虚线所示的曲线表示没有对检测值X进行尺度变换的情况下的校正量ΔX，实线所示的曲线表示对检测值X进行了尺度变换的情况下的校正量ΔX。
此处，使用图4和图5对图2所示的尺度变换(二点调整)的处理进行说明。如图4所示可知，虚线所示的检测值X与实线所示的值Y的目标特性之间隔开了比较宽的间隔，校正量ΔX较大。因此，如图5所示，在不进行尺度变换的情况下，校正量ΔX的范围A较宽，为了表达校正量ΔX需要使用20比特的数据范围。
与此相对，在对检测值X进行了尺度变换的情况下，图4中的虚线X被变换为实线X1。实线X1与不进行尺度变换的虚线X相比，与值Y的目标特性之间的间隔减小。这表示能够将校正量ΔX的值设定为较小，因此，如图5所示，能够使校正量ΔX的数据范围从范围A缩小为范围B，能够使校正量ΔX处于19比特的数据范围内。
即，通过对检测值X进行尺度变换，能够减小输入到校正映射图150时的输出特性X1与校正运算后的值Y的目标特性的差，其结果，能够缩小用于表达校正量ΔX的数据范围。因此，能够无需使用运算分辨率的全部数据范围(20比特)来表达校正量ΔX。于是，空气流量传感器100能够在抑制存储器容量增加的同时提高运算分辨率。
另外，尺度变换是通过对检测值X进行使用了n次表达式(n是整数)的运算而实现的。例如，图4所示的实线X1通过使用一次表达式(y＝ax+b，a、b是常数)的尺度变换而变换为虚线X。因为一次表达式是仅使用常数a、b的简单的运算式，所以具有易于处理的优点。另外，一次表达式的尺度变换中，使用的常数的数量少，所以具有能够抑制存储器容量增加、减轻运算部的处理负担的优点。
另外，在尺度变换中使用二次表达式(例如y＝ax2+bx+c)或者m次表达式(m是3以上的整数)的情况下，能够精细地调整尺度变换后的曲线的形状。因此，能够使与直线所示的值Y的目标特性之间的间隔缩小得更细，具有能够使校正量ΔX的数据宽度(数据范围)更小的优点。另外，一次表达式中使用了x＝流量的检测值X，而m次表达式的情况下例如可以使用x1＝流量的检测值α、x2＝温度β、x3＝湿度γ等与规定的要素对应的值。
此处，对于图2所示的使用了偏置项K1(160)的运算进行说明。如图5所示，表示尺度变换后的校正量ΔX的曲线在19比特的数据范围中也位于下半部。此处，若对校正量ΔX加上规定值的偏置项K1(160)，能够使校正量ΔX的曲线的位置在上下方向上平行地平移(移动)。具体而言，通过对校正量ΔX加上规定值的偏置项K1(160)，能够使校正量ΔX的曲线位置向上方向平移，调整为处于18比特的数据范围内。
这样，通过对校正量ΔX加上偏置项K1(160)，能够进一步缩小校正量ΔX使用的数据范围。即，通过使用偏置项K1(160)进行运算，能够减小与运算部的分辨率差，所以从结果来说，空气流量传感器100能够在抑制存储器容量增加的同时提高运算分辨率。
＜第二实施方式＞
图6是表示第二实施方式的空气流量传感器100中的运算部110的内部结构之一例的图。如图所示，本实施方式的运算部110的特征是，按照从校正映射图150输出的校正量ΔX的大小，切换地选择运算中使用的增益项G1(180)和增益项G2(190)。另外，图示的K1与第一实施方式中说明的使用偏置项进行的运算处理相同，所以省略详细说明。
具体而言，运算部110对从校正映射图150输出的校正量ΔX与规定阈值(例如保存在存储器120内)进行比较。然后，在校正量ΔX为阈值以上的情况下，运算部110乘以增益项G2(190)，使不具有输入值的比特位置向高位比特一侧平移。另一方面，在校正量ΔX小于阈值的情况下，运算部110乘以增益项G1(180)，使不具有输入值的比特位置向低位比特一侧平移。另外，将使用了增益项G1(180)或G2(190)运算得到的校正量分别作为校正量ΔX1或ΔX2，图示的ΔX3表示ΔX1和ΔX2中的某一个校正量。
图7是表示20比特的数据宽度中的输入值的分配状况之一例的图。如该图的行Q1所示，通过对校正量ΔX乘以增益项G1(180)，能够使具有输入值的比特位置向高流量区域一侧平移。即，通过使用增益项G1(180)运算，运算部110能够将输入值分配到比特编号16～18等高位比特一侧。通过这样的运算，能够计算出可更重点地对高流量区域一侧进行校正的校正量ΔX1。
另外，如该图的行R1所示，通过对校正量ΔX乘以增益项G2(190)，能够使具有输入值的比特位置向低流量区域一侧平移。即，通过使用增益项G2(190)运算，运算部110能够将输入值分配到比特编号0～2等低位比特一侧。通过这样的运算，能够计算出可更重点地对低流量区域一侧进行校正的校正量ΔX2。
运算部110按照校正量ΔX的值适当地切换选择包含不同增益项的多个运算式。在校正量ΔX为阈值以上的情况下，选择对校正量ΔX乘以增益项G2(190)的运算式，将其运算结果即校正量ΔX2用作校正量ΔX3。在校正量ΔX小于阈值的情况下，选择对校正量ΔX乘以增益项G1(180)的运算式，将其运算结果即校正量ΔX1用作校正量ΔX3。由此，运算部110以在要求高运算精度的阈值以上的校正量区域中不使用高位比特的方式进行尺度变换，能够重点地提高运算分辨率。
图8是表示通过增益项的切换而得到的校正量特性之一例的图。如图所示，横轴表示吸入的空气流量的大小Qair[Kg/h]，纵轴表示校正量[digit]。基准线L1表示用于切换增益项的阈值(基准值)。实线302表示校正量ΔX3。虚线301表示校正量ΔX*G1。低流量区域的校正量ΔX2被高分辨率化(G1/G2)。点划线303表示校正量ΔX4。校正量ΔX4的曲线是对校正量ΔX3加上偏置项K2得到的，使校正量ΔX3的曲线向低位方向平移了偏置项K2。
如图所示，在校正量ΔX为阈值(基准值L1)以上的区域，校正量ΔX处于低流量区域。低流量区域能够用低位侧的16比特的数据范围表达。从而，运算部110为了将具有输入值的比特位置重点地分配至低位比特一侧，使用低流量区域用的增益项G2(190)计算校正量ΔX2(＝ΔX*G2)。由此，阈值以上的区域的校正量ΔX3如实线302所示，处于16比特的数据范围内。
另外，在校正量ΔX小于阈值(基准值L1)的区域，校正量ΔX处于比较高流量区域。该情况下，运算部110为了将具有输入值的比特位置重点地分配至高位比特一侧，将乘法运算中使用的对象切换为增益项G1(180)。即，选择使用高流量区域用的增益项G1(180)计算校正量ΔX1(＝ΔX*G1)的运算式。
运算部110将校正量ΔX乘以增益项G1(180)计算出的校正量ΔX1用作校正量ΔX3。如图8所示，小于阈值的区域的校正量ΔX3能够用实线302所示的曲线表示。
图9是表示关于吸入的空气流量的检测误差的改善之一例的图。如图所示，横轴表示吸入的空气流量的大小Qair[Kg/h]，纵轴表示空气流量的检测误差的大小dQ/Q[％]。另外，虚线所示的曲线311表示16比特运算精度，点划线所示的曲线312表示由与偏置项K1(160)相加的运算得到的相当于20比特的运算精度。另外，实线所示的曲线313表示由使用了低流量区域中的增益项G2(190)的运算而得到的相当于20比特的运算精度。另外，点划线的曲线312与实线的曲线313汇合的阶差314表示增益项的切换点。
如图9中曲线311所示可知，在16比特的运算精度下，低流量区域中的分辨精度不足，所以运算误差大。另一方面，在使用了偏置项K1(160)进行的运算处理的情况下，如曲线312所示，可知低流量区域中的运算误差被改善为约一半程度。
进而，通过根据校正量ΔX与规定阈值(基准值)之间的大小而切换增益项的大小(G2、G1)，能够适当地将输入值分配到与要表达的流量区域对应的比特位置。因此，如曲线313所示，能够显著地减小检测流量的运算误差。
这样，采用本实施方式的空气流量传感器，根据校正量与阈值的大小而相应地适当切换增益项，能够适当地将输入值分配到要表达的流量区域的比特位置。由此，运算部能够在要求高运算精度的校正量区域重点地提高运算分辨率。
另外，运算部110也可以针对空气流量的检测值X(原始数据)具有阈值，按检测值为阈值以上即高流量的情况、和检测值小于阈值即低流量的情况，切换运算中使用的增益项。
采用这样的空气流量传感器，也与针对校正量ΔX具有阈值的情况同样地，运算部能够在要求高运算精度的校正量区域重点地提高运算分辨率。另外，也可以针对尺度变换后的检测值X1具有阈值。
图10是表示针对检测值X1具有阈值的情况下的空气流量传感器100中的运算部110的内部结构之一例的图。如图所示，运算部110按照尺度变换后的检测值X1为阈值以上的情况(即高流量的情况)、和小于阈值的情况(即低流量的情况)，切换运算中使用的增益项。采用这样的空气流量传感器，也能够在要求高运算精度的校正量区域中重点地提高运算分辨率。
另外，上述实施方式中，说明了对低流量区域和高流量区域重点地提高运算分辨率的情况，但本发明例如也能够对中流量区域重点地提高运算分辨率。具体而言，通过在上述尺度变换中，使用m次表达式(m是3以上的整数)而将尺度变换后的曲线形状调整为要求的形状，并进而设置针对校正量ΔX的阈值，由此能够在中流量区域重点地提高运算分辨率。
以上详细叙述了本发明的实施方式，但本发明不限定于上述实施方式，在不脱离本发明技术思想的范围内能够进行各种设计变更。例如，上述实施方式为了易于理解地说明本发明而详细进行了说明，但并不限定于必须具备所说明的全部结构。另外，能够将某个实施方式的结构的一部分置换为其他实施方式或变形例的结构，也能够在某个实施方式的结构上添加其他实施方式的结构。对于各实施方式的结构的一部分，能够追加、删除、置换其他结构。
附图标记说明
100……空气流量传感器(物理量检测装置)，110……运算部，120……存储器，150……校正映射图，160……偏置项，170、180、190……增益项

Claims (8)

1.一种物理量检测装置，其特征在于，包括：
物理量检测传感器，其检测被测量气体的物理量；
保存部，其记录有与该物理量检测传感器的检测值对应的校正量；和
运算部，其使用所述检测值和所述校正量，进行所述检测值的输出调整，其中，
所述保存部的分辨率低于所述运算部的运算分辨率。
2.如权利要求1所述的物理量检测装置，其特征在于：
在所述运算部中，
对从所述保存部参照得到的所述校正量进行减小所述保存部的分辨率与所述运算部的运算分辨率之间的分辨率差的运算。
3.如权利要求1所述的物理量检测装置，其特征在于：
在所述运算部中，
使用所述物理量检测传感器的检测值，进行使所述校正量的数据范围缩小的尺度变换。
4.如权利要求3所述的物理量检测装置，其特征在于：
在所述运算部中，
使用一次表达式进行所述尺度变换。
5.如权利要求2所述的物理量检测装置，其特征在于：
在所述运算部中，
根据所述校正量与针对该校正量的规定阈值之间的关系，切换所述运算中使用的规定运算式。
6.如权利要求2所述的物理量检测装置，其特征在于：
在所述运算部中，
根据所述物理量检测传感器的检测值与针对该检测值的规定阈值之间的关系，切换所述运算中使用的规定运算式。
7.如权利要求6所述的物理量检测装置，其特征在于：
在所述运算部中，
在所述检测值为所述阈值以上的情况下，选择用于将信息分配到运算分辨率的数据范围的低位比特一侧的所述运算式，
在所述检测值小于所述阈值的情况下，选择用于将信息分配到运算分辨率的数据范围的高位比特一侧的所述运算式。
8.如权利要求3所述的物理量检测装置，其特征在于：
在所述运算部中，
根据由所述尺度变换得到的计算值与针对该计算值的规定阈值之间的关系，切换所述运算中使用的规定运算式。
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