CN115126615A - 数据处理方法 - Google Patents
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Abstract
一种数据处理方法，将从传感器以第1周期发送的变动的测定数据以比所述第1周期长的第2周期进行运算处理，包括：以比所述第1周期长且比所述第2周期短的第3周期取得所述测定数据，以所述第2周期算出所取得的所述测定数据的平均值而进行运算处理。
Description
技术领域
本发明涉及数据处理方法。
背景技术
例如关于汽油发动机等的内燃机的控制，作为一例，ECU(Electronic ControlUnit：电子控制单元)通过SENT(Single Edge Nibble Transmission)通信从空气流量计(airflow meter)取得与进气量相关的测定数据，执行与燃料喷射阀的喷射量的控制相关的运算处理(例如日本特开2018－159369)。此外，测定数据也有时从压力传感器被发送至ECU。
发明内容
ECU为了抑制运算处理的负荷，以比空气流量计的数据发送周期长的周期执行数据处理。因此，ECU取得数据进行运算处理的时机(timing)相对于数据发送时机而延迟，该延迟时间进行周期性变动。
另外，在内燃机中通过活塞的往复运动和/或进气阀的开闭动作而在进气管内发生进气脉动。因此，从空气流量计发送的测定数据值也随着进气脉动而变动。由于该进气脉动的周期、以及数据处理的延迟时间的周期性变动，ECU取得的测定数据值产生误差，会发生由运算处理得到的数值以短周期变动的起伏现象。
由此，运算处理的精度降低而有可能对控制产生影响。对此，若缩短ECU的处理周期，则延迟时间减少而能够抑制起伏现象，但是由于运算处理的负荷增加，所以需要高性能的ECU而成本增加。这样的问题并不限于内燃机的进气量，如上所述也存在于变动的其他数据中。
因此本发明是鉴于上述的问题而提出的，提供一种在抑制变动的测定数据的运算处理的负荷的同时能够提高运算处理的精度的数据处理方法。
本发明的技术方案，涉及一种将从传感器以第1周期发送的变动的测定数据以比所述第1周期长的第2周期进行运算处理的数据处理方法。所述数据处理方法是以比所述第1周期长且比所述第2周期短的第3周期取得所述测定数据，以所述第2周期算出所取得的所述测定数据的平均值而进行运算处理的方法。
在上述技术方案的数据处理方法中，所述测定数据的平均值也可以通过进行所述测定数据的加法运算以及位位移(bit shift)而求出。
在上述技术方案的数据处理方法中，所述测定数据也可以表示内燃机的运转状态。
在上述构成的数据处理方法中，所述测定数据也可以是与所述内燃机的进气量相关的数据。
在上述技术方案的数据处理方法中，所述数据处理方法为了把握由发动机的旋转而产生的脉动频率的起伏现象而被使用。
根据本发明的数据处理方法，能够在抑制变动的测定数据的运算处理的负荷的同时，提高运算处理的精度。
附图说明
以下，参照附图说明本发明的示例性实施例的特征、优点以及技术上和工业上的意义，其中，同一附图标记表示同一要素，并且其中：
图1是表示适用本发明的实施方式的数据处理方法的汽油发动机的进气系统的构成图。
图2是表示所述数据处理方法的比较例中的ECU的数据处理的图。
图3是表示测定数据的发送时机以及处理时机的一例的时间图(time chart)。
图4是表示所述汽油发动机所具备的空气流量计发送的测定数据值的时刻变化的一例的图。
图5是表示所述比较例中的保存部取得的测定数据值的时刻变化的一例的图。
图6是表示所述比较例中的延迟时间频率的强度的频谱(Spectral)图。
图7是表示所述比较例中的起伏的频率相对于进气脉动的频率的变化的一例的图。
图8是表示由按所述汽油发动机的每个转速以及每个节气门开度的吸入负荷率的时间变化而产生起伏现象的例子的图。
图9是表示所述实施方式中的ECU的数据处理的图。
图10是表示所述实施方式中的保存部取得的测定数据值(取得值)的时刻变化的一例的图。
图11是表示所述实施方式中的延迟时间频率的强度的频谱图。
图12是表示所述实施方式中的起伏频率相对于脉动频率的变化的一例的图。
具体实施方式
首先，对适用本发明的一实施方式的数据处理方法的汽油发动机的进气系统的构成例进行说明。图1是表示汽油发动机(以下，标记为发动机)20的进气系统的构成图。发动机20是内燃机的一例，但不限定于此，也可以代替发动机20而使用柴油发动机。发动机20使混合气在容纳有活塞24的汽缸体21上所设置的汽缸盖22内的燃烧室23内燃烧，使活塞24进行往复运动。活塞24的往复运动被转换为曲轴26的旋转运动。此外，作为发动机20，例如可以列举具有4个气缸的直列4气缸发动机，但不限于此。
发动机20的汽缸盖22按每个气缸设置有将进气口10i开闭的进气阀42、和将排气口30e开闭的排气阀44。另外，在汽缸盖22的顶部按每个气缸安装有用于将燃烧室23内的混合气点火的火花塞27。
各气缸的进气口10i经由每个气缸的支管与调压箱(surge tank)18连接。在调压箱18的上游侧连接有进气管10，在进气管10的上游端设有空气过滤器(air cleaner)19。而且在进气管10中从上游侧起按顺序设有用于检测进气量的空气流量计15、和电子控制式的节流阀13。
另外，在各气缸的进气口10i设置有将燃料向进气口10i内喷射的燃料喷射阀12。从燃料喷射阀12喷射出的燃料与吸入空气混合而生成混合气。该混合气在进气阀42的开阀时被吸入到燃烧室23，由活塞24压缩，由火花塞27点火而燃烧。燃烧后的混合气通过活塞24经由各气缸的排气口30e被排出至排气管30。
ECU6具备：CPU(Central Processing Unit)等处理器70、以及RAM(Random AccessMemory)以及ROM(Read Only Memory)等存储器71。处理器70将存储器71所存储的程序读入并执行。由此，ECU6控制发动机20。此外，ECU6也可以取代处理器70的软件，或与软件一起例如将FPGA(Field Programmable Gate Array：现场可编程门阵列)和/或ASIC(ApplicationSpecified Integrated Circuit：专用集成电路)等硬件(电路)用于发动机20的控制中。
ECU6与火花塞27、节流阀13、燃料喷射阀12、空气流量计15、以及节气门开度传感器14等的各种传感器电连接。节气门开度传感器14检测加速开度。ECU6基于各种传感器的检测值等，控制火花塞27、节流阀13、燃料喷射阀12等，并控制点火正时、燃料喷射量、燃料喷射正时、以及节气门开度等，以得到所希望的输出。
例如ECU6通过对从空气流量计15发送的与进气量相关的测定数据进行运算处理而控制燃料喷射阀12的燃料喷射量。ECU6根据测定数据生成与燃料喷射量相应的数据并向燃料喷射阀12输出。
空气流量计15是传感器的一例，作为一例将测定数据作为数字信号通过SENT通信向ECU6发送。作为与进气量相关的测定数据，例如可以列举与进气量相应的电压值，但不限于此，测定数据也可以是其他变动的数据。此外，也可以取代空气流量计15而使用压力传感器。该情况下，ECU6对从压力传感器发送的压力值进行运算处理。
接着，对所述实施方式的比较例的数据处理方法进行说明。图2是表示比较例中的ECU6的数据处理的图。空气流量计15作为一例以0.846(ms)的发送周期将测定数据向ECU6发送。在此，测定数据的发送周期是第1周期的一例。
ECU6通过处理器70将程序读入并执行，作为功能而形成通信处理部60、保存部61、以及运算处理部62。此外，通信处理部60、保存部61、以及运算处理部62之中至少一个也可以通过FPGA等电路而形成。
通信处理部60通过SENT通信从空气流量计15接收测定数据。通信处理部60从空气流量计15接收测定数据并保持。
保存部61作为一例以2(ms)的取得周期从通信处理部60取得测定数据。保存部61将从通信处理部60取得的测定数据例如暂时保存于存储器71。此外，符号Fa是与后述的实施方式不同的部分。
运算处理部62作为一例以2(ms)的处理周期对测定数据进行运算处理。在此，测定数据的处理周期是比发送周期长的第2周期的一例。作为运算处理的一例，运算处理部62算出测定数据的值的移动平均值，进而按发动机20的每1行程进行平均化。运算处理部62输出将运算结果的值按每个运算期间保持而得到的阶梯状的量化数据。基于量化数据，根据各行程的平均值以及节气门开度等按照发动机20的瞬态响应特性生成脉冲信号。脉冲信号是表示燃料喷射量所对应的时间长度的信号，并被输出至燃料喷射阀12。
图3是表示测定数据的发送时机以及处理时机的一例的时间图。在图3中，横轴表示时间，实线表示空气流量计15发送测定数据的发送时机，虚线表示运算处理部62对测定数据进行运算处理的处理时机。
为了抑制运算处理的负荷，运算处理部62的处理周期比空气流量计15的发送周期要长、且不为空气流量计15的发送周期的整数倍。因此，处理时机相对于发送时机而延迟，该延迟时间发生周期性变动。
图4是表示空气流量计15发送的测定数据值(以下，标记为发送值)的时刻变化的一例的图，图5是表示比较例中的保存部61取得的测定数据值(以下，标记为取得值)的时刻变化的一例的图。在图4以及图5中，虚线表示空气流量计15的测定对象的实际的值(以下，标记为测定对象值)的时刻变化。
在发动机20中，通过活塞24的往复运动和/或进气阀42的开闭动作而在进气管10内发生进气脉动。因此，测定对象值随着进气脉动被表示为多个旋转阶次的正弦波的叠加波形。此外，在图4以及图5中，测定对象值示意性单纯表示为正弦波。空气流量计15为了按每个发送周期对测定对象值进行测定，向ECU6发送将测定对象值进行离散化后的发送值。
另外，由于保存部61按比发送周期长的每个取得周期从通信处理部60取得发送值，所以取得值成为对发送值进行间隔剔除后的值。因此，导致取得值的波形与发送值相比从原始测定对象值的波形严重变形。与该变形相应地，保存部61取得的取得值产生相对于测定对象值的误差。该误差依赖于测定数据的发送时机以及处理时机之间的延迟时间的周期性变动、以及根据进气脉动的周期而变动这一情况。
Gecu(t)＝A1sin{2πf1(t－ΣAisin(2πfit))}···(1)
保存部61从空气流量计15取得的测定数据值Gecu(t)例如通过上述式(1)而近似表示。在式(1)中，A1表示测定对象值的振幅，f1表示进气脉动的频率。另外，Ai表示延迟时间的振幅，fi表示延迟时间的变动的频率(以下，称为延迟时间频率)。
取得值的误差根据式(1)而依赖于延迟时间的周期性变动与进气脉动的频率之差。由此，发生由运算处理部62的运算处理得到的数值以短周期变动的起伏现象。
图6是表示比较例中的延迟时间频率(f1)的强度的频谱图。延迟时间频率的强度通过将延迟时间进行高速傅里叶变换而得到。在本例中，延迟时间频率在77.4(Hz)、128.2(Hz)、以及205.5(Hz)的附近强度要高。在强度高的频率附近起伏现象的影响要大。
图7是表示比较例中的起伏的频率(以下，标记为起伏频率)相对于进气脉动的频率(以下，标记为脉动频率)的变化的一例的图。在图7中，横轴表示脉动的频率，纵轴表示起伏频率。
符号G1表示77.4(Hz)的延迟时间频率的成分所对应的起伏频率，符号G2表示128.2(Hz)的延迟时间频率的成分所对应的起伏频率，符号G3表示205.5(Hz)的延迟时间频率的成分所对应的起伏频率。
运算处理部62在通过低通滤波器对测定数据进行了过滤(filtering)处理之后进行运算处理。因此，起伏频率的比低通滤波器的截止(cutoff)频率fc高的高次成分被除去，起伏频率的截止频率fc以下的成分成为运算处理产生大误差的要因。例如，在发动机20的转速为2000(rpm)的情况下，与2000(rpm)相应的脉动频率Fx(Hz)产生大约2(Hz)的起伏频率而产生误差。
图8是表示起伏现象的例子的图。图8示出了按每个转速(1000～3000(rpm))以及每个节气门开度TA(40°，87°)的发动机20的吸入负荷率(％)的时间变化。在发动机20的转速为2000(rpm)的情况下，发生由运算处理部算出的吸入负荷率大约以2(Hz)变动的起伏现象，但是在其他转速的情况下，起伏现象没有发生。
接着针对本发明的实施方式的数据处理方法进行说明。图9是表示实施方式的ECU6的数据处理的图。在图9中，对与图2共同的构成标注同一标号，且省略其说明。ECU6通过处理器70将程序读入并执行，作为功能而形成通信处理部60、保存部61a、平均化处理部63、以及运算处理部62。此外，符号Fb是与图2所示的比较例的构成不同的部分。该部分的处理与比较例相比更加高速化。
保存部61a以比比较例中的保存部61短的1(ms)的取得周期从通信处理部60取得测定数据而保存。此时，来自空气流量计15的测定数据的发送周期与比较例同样地为0.846(ms)。因此，保存部61a能够比比较例更加频繁地取得空气流量计15的发送值。此外，由保存部61a实现的测定数据的取得周期是第3周期的一例。
平均化处理部63以与运算处理部62的处理周期相同的2(ms)的平均化周期从保存部61a读出测定数据而进行平均化。平均化处理部63例如算出测定数据的移动平均值。
Dm＝(D[i]+D[i+1])/2···(2)
例如，平均化处理部63按照上述式(2)，以平均化周期算出在时刻i读出的测定数据值D[i]以及在时刻i+1读出的测定数据值D[i+1]的平均值Dm。由于该平均化处理能够以进行测定数据值的加法运算以及位位移(bit shift)的简易处理而实现，所以对ECU6的处理负荷几乎没有影响。在此，所述位位移(bit shift)是指，将位串向右或左移位所指定的(位)数的操作。平均化处理部63将平均值向运算处理部62输出。
运算处理部62以与比较例相同的2(ms)对测定数据值的平均值进行运算处理而生成量化数据。因此，运算处理的负荷与比较例中的负荷相同。
图10是表示实施方式中的保存部61a取得的测定数据值(取得值)的时刻变化的一例的图。在图10中，虚线表示空气流量计15的测定对象值的时刻变化。
与图5比较就可以理解，实施方式中的取得值的波形，与比较例中的取得值的波形相比，从测定对象值的波形起的偏移要小，精度要高。平均化处理部63以与运算处理的处理周期相同的平均化周期对取得值进行平均化，因此，能够实现运算处理的负荷的抑制以及精度的提高。
图11是表示实施方式中的延迟时间频率(f1)的强度的频谱图。在本例中，与图7比较，77.4(Hz)以及128.2(Hz)的低延迟时间频率的成分的强度降低。另外，在205.5(Hz)附近，与比较例相比强度增加。其原因在于，如参照图10而描述的那样，取得值的波形与发送值的波形变得接近的结果是，延迟时间减少，发生起伏现象的延迟时间频率的成分在高频带侧发生偏移。
图12是表示实施方式中的起伏频率相对于脉动频率的变化的一例的图。在图12中，横轴表示脉动的频率，纵轴表示起伏频率。
通过延迟时间的减少，77.4(Hz)以及128.2(Hz)的延迟时间频率的成分的强度降低，因此，仅205.5(Hz)的延迟时间频率的成分使运算处理产生起伏现象。205.5(Hz)这样的高脉动频率由于在发动机20的转速高、也即是进气流速度高的情况下产生，所以该情况下，空气流量计15无法实质性追踪进气脉动。因此，即使疑似产生起伏现象，也能够将对该运算处理的影响抑制到能够无视的程度。
但是，例如，在与发动机20的转速为2000(rpm)相应的低脉动频率Fx(Hz)中，不产生起伏现象。其原因在于，如上所述，发生起伏现象的延迟时间频率的成分在高频带侧发生偏移。这样，发动机20实用性的转速所对应的脉动频率不会发生起伏现象。
这样，ECU6执行将从空气流量计15以预定的发送周期发送的与发动机20的进气量相关的测定数据，以比发送周期长的处理周期进行运算处理的数据处理方法。ECU6以比发送周期长且比处理周期短的取得周期取得测定数据，以与处理周期相同的平均化周期算出所取得的测定数据的平均值而进行运算处理。
根据上述的构成，由于ECU6将从空气流量计15取得的测定数据以比发送周期长的处理周期进行运算处理，所以能抑制运算处理的负荷。另外，由于ECU6以比发送周期长且比处理周期短的取得周期取得测定数据，以与处理周期相同的平均化周期算出所取得的测定数据的平均值而进行运算处理，所以通过使测定数据的发送周期以及取得周期接近而能够使延迟时间相比比较例而减少。由此，由于发生起伏现象的延迟时间频率的成分向高频带侧偏移，所以运算处理的精度相比比较例而提高。
因此，根据本例的数据处理方法，能够抑制测定数据的运算处理的负荷，并能够提高运算处理的精度。在本例中，列举了与内燃机的进气量相关的测定数据，但是对于表示其他运转状态的测定数据也能够通过执行上述的处理来改善内燃机的运转状态。
上述的实施方式是本发明的优选实施例。但是并不限定于此，在不脱离本发明的要旨的范围内能够进行各种变形实施。
Claims (5)
1.一种数据处理方法，将从传感器以第1周期发送的变动的测定数据以比所述第1周期长的第2周期进行运算处理，其特征在于，包括：
以比所述第1周期长且比所述第2周期短的第3周期取得所述测定数据；和
以所述第2周期算出所取得的所述测定数据的平均值来进行运算处理。
2.根据权利要求1所述的数据处理方法，其特征在于，
所述测定数据的平均值通过进行所述测定数据的加法运算以及位位移而求出。
3.根据权利要求1所述的数据处理方法，其特征在于，
所述测定数据表示内燃机的运转状态。
4.根据权利要求3所述的数据处理方法，其特征在于，
所述测定数据是与所述内燃机的进气量相关的数据。
5.根据权利要求1或2所述的数据处理方法，其特征在于，
所述数据处理方法为了把握由发动机的旋转而产生的脉动频率的起伏现象而被使用。
Applications Claiming Priority (2)
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| JP2021051502A JP2022149376A (ja) | 2021-03-25 | 2021-03-25 | データ処理方法 |
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