DE102006028527A1

DE102006028527A1 - DSP-Basiertes Strassenunebenheits-Detektionssystem

Info

Publication number: DE102006028527A1
Application number: DE102006028527A
Authority: DE
Inventors: Claudio A. Farmington Hills Hernandez
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2005-06-24
Filing date: 2006-06-21
Publication date: 2007-03-08
Anticipated expiration: 2026-06-22
Also published as: US20060288767A1; DE102006028527B4; CN1884993A; US7299687B2

Abstract

Ein Straßenunebenheits-Detektionssystem für ein Fahrzeug gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst ein Frequenzbereichmodul, ein Motorfehlzündungsmodul und ein Straßenunebenheitsmodul. Das Frequenzbereichmodul wandelt ein Vektorsignal in ein Frequenzbereichsignal um. Das Motorfehlzündungsmodul ermittelt auf der Grundlage des Frequenzbereichsignals, ob ein Motor eine Fehlzündung ausführt. Das Straßenunebenheits-Detektionsmodul ermittelt auf der Grundlage des Frequenzbereichsignals, ob das Fahrzeug auf einer unebenen Straße fährt.

Description

QUERVERWEIS AUF IN BEZIEHUNG STEHENDE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Anmeldung Nr. 60/693967, eingereicht am 24. Juni 2005. Die Offenbarung der obigen Anmeldung ist hierin durch Bezugnahme miteingeschlossen.
GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft Diagnosesysteme und betrifft insbesondere ein System zum Unterscheiden zwischen unebenen Straßen und Motorfehlzündungszuständen.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Fahrzeuge umfassen einen Verbrennungsmotor, der ein Antriebsdrehmoment erzeugt. Genauer gesagt saugt der Motor Luft an und mischt die Luft mit Kraftstoff, um ein Verbrennungsgemisch zu bilden. Das Verbrennungsgemisch wird in Zylindern komprimiert und wird verbrannt, um Kolben anzutreiben, die verschiebbar in den Zylindern angeordnet sind. Die Kolben treiben rotierend eine Kurbelwelle an, die das Antriebsdrehmoment zu einem Getriebe und Rädern überträgt. Wenn der Motor eine Fehlzündung ausführt, verbrennt das Verbrennungsgemisch eines Zylinders zur falschen Zeit und kann ein Motorvibrieren und eine Triebstrangschwingung verursachen.

Motorsteuersysteme umfassen manchmal Fehlzündungs-Detektionssysteme, die ermitteln, wann der Motor eine Fehlzündung ausführt. Das Motorsteuersystem kann einen Motorbetrieb einstellen, um eine Motorfehlzündung zu reduzieren, wodurch die Motorleistung und das Fahrverhalten des Fahrzeugs verbessert werden. Einige Straßenzustände können verursachen, dass das Motorsteuersystem inkorrekt ein Fehlzündungsereignis registriert, wenn überhaut keines aufgetreten ist. Zum Beispiel können unebene Straßen ein rückwirkendes Drehmoment an den Rädern hervorrufen, das die Drehung der Kurbelwelle beeinflussen kann. Eine unnormale Kurbelwellendrehung ist eine Eigenschaft eines Motorfehlzündungsereignisses.

Einige Fehlzündungs-Detektionssysteme identifizieren Fehlzündungsereignisse auf der Grundlage von Änderungen der Motordrehzahl in Bezug auf eine Referenz. Die Referenz stellt erwartete Änderungen der Drehzahl eines normalen Motors dar, der unter ähnlichen Bedingungen arbeitet, und kann experimentell durch Fahren eines Fahrzeugs bei verschiedenen Betriebsbedingungen ohne Fehlzündung erhalten werden. Wenn eine Fehlzündung auftritt, erzeugt der Abfall des Motordrehmoments einen entsprechenden Abfall der Motordrehzahl. Diese Drehzahländerung ist manchmal größer als Änderungen bei einer Referenz.

Unebene Straßen erzeugen auch Änderungen der Motordrehzahl, deren Umfang dem Umfang jener ähnlich ist, die durch Motorfehlzündungsereignisse erzeugt werden. Dies stellt ein Problem für Motorfehlzündungs-Detektionssysteme dar, die auf Änderungen der Motordrehzahl beruhen, um Motorfehlzündungsereignisse zu detektieren. Um zu verhindern, dass die Systeme aufgrund von unebenen Straßen falsche Fehlzündungsereignisse erzeugen, kann das Fehlzündungs-Detektionssystem deaktiviert werden, wenn unebene Straßen detektiert werden. Natürlich setzt dies voraus, dass ein zuverlässiges Straßenunebenheits-Detektionssystem verfügbar ist.

Bei einem anderen Ansatz werden Antiblockiersysteme (ABS) verwendet, um eine unebene Straße zu detektieren. Genauer gesagt erzeugt das ABS ein Straßenunebenheitssignal, wenn eine unebene Straße vorhanden ist. Dieses Signal von dem ABS-Modul deaktiviert das Fehlzündungs-Detektionssystem, wenn das Straßenunebenheitssignal festgestellt wird.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Bei anderen Ausführungsformen umfasst das Straßenunebenheits-Detektionssystem ein Motordrehzahlmodul, ein Abtastmodul, ein Filtermodul, ein Datenreduktionsmodul, ein Datenpuffermodul, ein Leistungsspektrummodul und ein Energieberechnungsmodul. Das Motordrehzahlmodul erzeugt auf der Grundlage eines Kurbelwellensignals ein Motordrehzahlsignal. Das Abtastmodul tastet das Motordrehzahlsignal mit einer festen Rate ab und erzeugt ein abgetastetes Signal. Das Filtermodul entfernt Komponenten von dem abgetasteten Signal, die größer als eine vorbestimmte Frequenz sind, und erzeugt ein gefiltertes Signal. Das Datenreduktionsmodul reduziert das gefilterte Signal, um mindestens einem Mo torzyklus zu entsprechen, und erzeugt ein reduziertes Datensignal. Das Datenpuffermodul setzt Abtastwerte des reduzierten Datensignals zusammen, um das Vektorsignal zu bilden. Das Leistungsspektrummodul berechnet das Leistungsspektrum des Frequenzbereichsignals und erzeugt ein Leistungsspektrumsignal. Das Energieberechnungsmodul erzeugt auf der Grundlage des Leistungsspektrumsignals ein Energiesignal.

Bei noch anderen Ausführungsformen ermittelt das Motorfehlzündungsmodul auf der Grundlage des Leistungsspektrumsignals, ob ein Motor eine Fehlzündung ausführt. Das Straßenunebenheitsmodul ermittelt, dass das Fahrzeug auf einer unebenen Straße fährt, wenn das Energiesignal größer als ein Energieschwellenwert ist.

Weitere Anwendungsgebiete der vorliegenden Erfindung werden aus der hierin nachfolgend bereitgestellten detaillierten Beschreibung ersichtlich. Es sei angemerkt, dass die detaillierte Beschreibung und spezifische Beispiele, während sie die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung angeben, nur Erläuterungszwecken dienen sollen und nicht beabsichtigen, den Schutzumfang der Erfindung zu beschränken.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Erfindung wird aus der detaillierten Beschreibung und den begleitenden Zeichnungen deutlicher verständlich, in denen:
1 ein funktionales Blockdiagramm eines Fahrzeugs ist, das ein Straßenunebenheits-Detektionssystem gemäß der vorliegenden Erfindung realisiert;
2 ein funktionales Blockdiagramm des Straßenunebenheits-Detektionssystems der vorliegenden Erfindung ist;
3 ein Flussdiagramm ist, das Schritte erläutert, die durch das Straßenunebenheits-Detektionssystem der vorliegenden Erfindung ausgeführt werden;
4 ein Graph eines Leistungsspektrums eines Fahrzeugs mit einem eine Fehlzündung ausführenden Motor und des gleichen Fahrzeugs ist, das ohne Fehlzündung mit 1000 Umdrehungen pro Minute über eine unebene Straße gefahren wird; und
5 ein Graph ist, der die gleichen Informationen wie 4 zeigt, jedoch mit einer Motordrehzahl von 2000 Umdrehungen pro Minute.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die folgende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform(en) ist lediglich beispielhafter Natur und beabsichtigt auf keine Weise, die Erfindung, ihre Anwendung oder Verwendungen zu beschränken. Zu Klarheitszwecken werden die gleichen Bezugszeichen in den Zeichnungen verwendet, um ähnliche Elemente zu identifizieren. Wie hierin verwendet bezieht sich der Ausdruck Modul auf einen anwendungsspezifischen Schaltkreis (ASIC von application specific integrated circuit), einen elektronischen Schaltkreis, einen Prozessor (gemeinsam genutzt, zugeordnet oder gruppiert) und einen Speicher, die ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme ausführen, einen Schaltkreis mit kombinatorischer Logik und/oder andere geeignete Bauteile, die die beschriebene Funktionalität bereitstellen.
Bezug nehmend auf 1 ist ein Fahrzeug 10 gezeigt, das einen Motor 12 umfasst. Der Motor 12 umfasst einen Zylinder 16 mit einer zugehörigen Kraftstoffeinspritzeinrichtung 18 und einer zugehörigen Zündkerze 20. Obwohl ein einzelner Zylinder 16 gezeigt ist, sei angemerkt, dass der Motor 12 mehrere Zylinder 16 mit zugehörigen Kraftstoffeinspritzeinrichtungen 18, Zündkerzen 20 und Einlass- und Auslassventilen (nicht gezeigt) umfassen kann. Zum Beispiel kann der Motor 12 4, 5, 6, 8, 10 oder 12 Zylinder 16 umfassen. Luft wird über einen Einlass 23 in einen Einlasskrümmer 22 des Motors 12 angesaugt. Eine Drosselklappe 24 regelt den Luftstrom in den Einlasskrümmer 22. Kraftstoff und Luft werden in dem Zylinder 16 kombiniert und durch die Zündkerze 20 gezündet. Einlass- und Auslassventile (nicht gezeigt) steuern den Eintritt bzw. Austritt des Gemischs aus Luft/Kraftstoff bzw. des Abgases. Stößelstangen und/oder eine oder mehrere obenliegende Nocken mit Nockenerhebungen können verwendet werden, um die Einlass- und Auslassventile zu öffnen und zu schließen.
Ein Controller 26 kommuniziert mit einem Kurbelwellenpositionssensor 30, der auf der Grundlage der Drehung der Kurbelwelle ein Kurbelwellenpositionssignal erzeugt. Der Controller 26 kommuniziert auch mit einem Luftmassenmessersensor (MAF-Sensor von mass air flow sensor) 32 bzw. einem Krümmerabsolutdrucksensor (MAP-Sensor von manifold absolute pressure sensor) 34, die MAF- bzw. MAP-Signale erzeugen. Der Controller 26 kommuniziert auch mit einem Drosselklappen-Positionssensor (TPS von throttle position sensor) 36, der ein TPS-Signal erzeugt.
Der Kurbelwellenpositionssensor 30 kann auf ein Zahnrad (nicht gezeigt) ansprechen, das sich mit der Kurbelwelle dreht. Das Zahnrad umfasst eine Vielzahl von gleichmäßig beabstandeten Zähnen, die sich radial von diesem erstrecken. Mindestens ein Zahn kann fehlen, um einen Zwischenraum zu definieren. Zum Beispiel kann das Zahnrad Zähne mit einer ausreichenden Größe und Beabstandung umfassen, um 60 Zähne unterzubringen. Für eine tatsächliche Gesamtanzahl von 58 Zähnen, die um das Zahnrad angeordnet sind, fehlen jedoch zwei Zähne. Die fehlenden Zähne definieren den Zwischenraum. Bei diesem Beispiel entspricht jeder Zahn 6° der Drehung der Kurbelwelle (d.h. 360°/60 Zähne). Der Zwischenraum entspricht einer Drehlage der Kurbelwelle in Bezug auf eine Kolbenposition in einem Zylinder. Zum Beispiel kann das Ende des Zwischenraums angeben, dass sich ein bestimmter Kolben an dem oberen Totpunkt (OT) in seinem Zylinder befindet.
Eine Impulsfolge wird erzeugt, wenn sich die einzelnen Zähne an dem Kurbelwellenpositionssensor 30 vorbeidrehen. Jeder Impuls in der Impulsfolge entspricht einem Zahn des Zahnrads. Für das beispielhafte oben beschriebene Zahnrad entspricht jeder Impuls 6° der Kurbelwellendrehung. Die Motordrehzahl in Umdrehungen pro Minute wird auf der Grundlage der Impulsfolge ermittelt. Während ein bestimmtes Verfahren beschrieben ist, werden Fachleute erkennen, dass andere Systeme und Verfahren zum Erfassen der Motordrehzahl verwendet werden können.
Der Controller 26 realisiert ein Straßenunebenheits-Detektionssystem der vorliegenden Erfindung, um auf der Grundlage von Frequenzbereichkomponenten zu ermitteln, ob das Fahrzeug 10 einen Zustand einer unebenen Straße erfährt (d.h. auf einer unebenen Straße fährt). Genauer gesagt ermittelt das System die momentane Motordrehzahl im Ereignisbereich, die als die Zeitdauer definiert ist, die erforderlich ist, damit sich die Kurbel welle um einen bestimmten Winkel (z.B. 30°, 60°, 90°, 120°) dreht. Wenn zum Beispiel ein Winkel von 30° verwendet wird, ermittelt der Controller 26 die Dauer der 5 Impulsen in der Impulsfolge zugehörigen Zeit (d.h. 5 Imulse × 6°/Impuls = 30°).
Das System tastet die Ereignisbereich-Motordrehzahl ab, und ein Tiefpassfilter entfernt Frequenzkomponenten außerhalb eines Frequenzbereichs einer unebenen Straße. Ein Datenreduktionsmodul kann verwendet werden, um die gefilterte Motordrehzahl neu abzutasten und somit die Anzahl von Motordrehzahlabtastwerten zu reduzieren. Ein Datenpuffermodul setzt die Abtastwerte des Motordrehzahlsignals zusammen, um einen Vektor einer gegebenen Dimension zu bilden. Ein Frequenzbereichmodul verwendet eine Fast Fourier Transformation, um die Zeitbereichdaten in Frequenzbereichdaten umzuwandeln. Die Energie der Frequenzbereichkomponenten wird berechnet und mit Werten von früheren Tests verglichen, um zu ermitteln, ob eine unebene Straße vorhanden ist, oder ob eine Motorfehlzündung aufgetreten ist. Wenn das Fahrzeug 10 einen Zustand einer unebenen Straße erfährt, deaktiviert der Controller 26 das Motorfehlzündungs-Detektionssystem. Auf diese Weise werden falsche Fehlzündungsangaben als ein Ergebnis des Zustands einer unebenen Straße reduziert.
Bezug nehmend auf 2 umfasst ein auf einer digitalen Signalverarbeitung (DSP) basierendes Straßenunebenheits-Detektionssystems 100 ein Motordrehzahlmodul 102, ein Abtastmodul 104, ein Filtermodul 106, ein Datenreduktionsmodul 108, ein Datenpuffermodul 110, ein Frequenzbereichmodul 112, ein Leistungsspektrummodul 114, ein Energieberechnungsmodul 116, ein Straßenunebenheitsmodul 118 und ein Motorfehlzündungsmodul 120.
Das Motordrehzahlmodul 102 berechnet die Motordrehzahl auf der Grundlage einer verstrichenen Zeit zwischen Zähnen eines Impulsgeberrads und erzeugt ein Motordrehzahlsignal. Das Motordrehzahlsignal kann durch die folgende Gleichung beschrieben werden:
wobei N die Anzahl von Zähnen des Impulsgeberrads ist und dt die verstrichene Zeit zwischen den Zähnen ist.
Das Abtastmodul 104 tastet die berechnete Motordrehzahl unter Verwendung einer festen Abtastrate ab und erzeugt ein abgetastetes Signal. Das abgetastete Signal ist ein diskretes Motordrehzahlsignal im Zeitbereich mit gleichmäßig beabstandeten Abtastwerten. Wenn die Abtastfrequenz zum Beispiel 1000 Abtastwerte/Sekunde beträgt, ist der Abstand zwischen den Abtastwerten die Abtastperiode, Ts = 1/fs = 1 Millisekunde. Das abgetastete Signal kann durch die folgende Gleichung beschrieben werden:
wobei y_s das abgetastete Signal ist, ES das Motordrehzahlsignal ist, T_s eine Abtastperiode ist und N_s eine Gesamtanzahl von Abtastwerten ist. Das Abtasten der abgeschätzten Motordrehzahl am Eingang des Abtastmoduls 104 kann eine Interpolation zwischen Motordrehzahlabtastwerten erfordern.
Das Filtermodul 106 wird verwendet, um Komponenten außerhalb eines Frequenzbereichs einer unebenen Straße zu entfernen, und erzeugt ein gefiltertes Signal. Der Frequenzbereich einer unebenen Straße beträgt typischerweise 0–5 Hz. Daher kann ein digitales Tiefpassfilter verwendet werden, um unerwünschte hohe Frequenzkomponenten zu entfernen. Das Filtermodul 106 kann durch die folgende Gleichung beschrieben werden:
wobei y das gefilterte Signal ist, y_s das abgetastete Signal ist, m die Anzahl von Filterstufen oder -schritten ist, k die Abtastwertanzahl (1, 2, 3, ...) ist und a_n und b_n Filterkoeffizienten sind.
Das Datenreduktionsmodul 108 tastet das gefilterte Signal unter Verwendung einer Abtastrate (fr), die kleiner als die bei dem Abtastmodul 104 verwendete Abtastrate ist, erneut ab und erzeugt ein reduziertes Datensignal. Das Ziel ist, die Anzahl von Abtastwerten so zu reduzieren, dass die Daten in dem reduzierten Datensignal mindestens einem Motorzyklus entsprechen. Daher, fr = fs/n, wobei n eine ganze Zahl größer als 1 ist. Das durch das Datenreduktionsmodul 108 erzeugte reduzierte Datensignal kann durch die folgende Gleichung beschrieben werden:
wobei y_dr das reduzierte Datensignal ist, Tr die Abtastperiode ist und N_s eine Gesamtanzahl von Abtastwerten ist. Um den Algorithmus zu optimieren, kann es möglich sein, die oben beschriebenen beiden Abtastblöcke (Abtastmodul 104 und Datenreduktionsmodul 108) in dem Abtastmodul 104 zu kombinieren.
Das Datenpuffermodul 110 setzt Abtastwerte des reduzierten Datensignals zusammen, um einen Vektor mit N Dimensionen zu bilden, und erzeugt ein Vektorsignal. Das Vektorsignal kann durch die folgende Gleichung beschrieben werden: yb = [y0 y1 ... yN]wobei y_b das Vektorsignal ist, y₀ y₁ ... y_N Datenkomponenten des reduzierten Datensignals sind und N die Anzahl von Abtastwerten ist, die zusammengesetzt werden sollen. Somit ist das Vektorsignal ein N-dimensionaler Vektor, der aus Abtastwerten des reduzierten Datensignals gebildet ist.
Das Frequenzbereichmodul 112 wandelt das Signal des N-dimensionalen Vektors unter Verwendung einer Fast Fourier Transformation (FFT) in komplexe Paare im Frequenzbereich um und erzeugt ein Frequenzbereichsignal. Die FFT-Funktion kann durch die folgende Gleichung beschrieben werden: Yf = FFT (yb)wobei Y_f das Frequenzbereichsignal ist und y_b das Vektorsignal ist. Sowohl Y_f als auch y_b sind Vektoren, Y_f ist jedoch ein komplexer Vektor, der aus den folgenden Gleichungen erhalten wird:
wobei w_N = e^(–2Πj)/N, N die Anzahl von Abtastwerten in dem Datenpuffermodul ist, k die Anzahl von Frequenzkomponenten ist und j =√–1. Jede Komponente des Vektors Y_f ist ein Paar realer und imaginärer Zahlen.
Diese komplexen Paare können durch die folgenden Gleichungen beschrieben werden:
wobei Re Y_f[k] und Im Y_f[k] die realen und imaginären Teile des Vektors Y_f sind.
Das Leistungsspektrummodul 114 ermittelt ein Leistungsspektrum des Frequenzsignals und erzeugt ein Leistungsspektrumsignal. Das Leistungsspektrumsignal, das jede Komponente des Vektors Y_f (das Frequenzsignal) darstellt, kann durch die folgende Gleichung beschrieben werden: PYf = Yf·conj(Yf)/Nwobei PY_f das Leistungsspektrum von Y_f ist, Y_f das Frequenzsignal ist und conj(Y_f) die komplex Konjugierte von Y_f ist. Die komplex Konjugierte einer komplexen Zahl (a + jb) ist als (a – jb) definiert.
Das Energieberechnungsmodul 116 ermittelt die Energie des Leistungsspektrumsignals durch Integrieren (oder Summieren im Fall eines diskreten Signals) der Leistung all seiner einzelnen Komponenten und erzeugt auf der Grundlage davon ein Energiesignal. Die Energie wird über einem schmalen Frequenzfenster ermittelt, das für eine Detektion einer unebenen Straße für gewöhnlich in einem Bereich zwischen 1 und 5 Hz liegt. Dieser Frequenzbereich hängt von Motorbetriebsbedingungen wie bei spielsweise Drehzahl und Last ab. Es kann auch ein anderer Frequenzbereich verwendet werden, solange ein ausreichender Abstand zwischen dem Spektrum der Fehlzündung und der Spuren einer unebenen Straße besteht.
Das Straßenunebenheitsmodul 118 wird verwendet, um eine unebene Straße zu detektieren. Die Energie des Leistungsspektrumsignals über einem Frequenzbereich (z.B. 1–5 Hz) wird verwendet, um eine unebene Straße anzuzeigen. Das Leistungsspektrumsignal oder sowohl das Leistungsspektrum als auch das Energiesignal könnten mit ähnlichen Ergebnissen verwendet werden. Das Straßenunebenheitsmodul 118 vergleicht das Energiesignal mit einem Energieschwellenwert. Eine unebene Straße wird durch das Straßenunebenheitsmodul 118 detektiert, wenn das Energiesignal größer als der Energieschwellenwert ist. Der Energieschwellenwert ist eine Funktion von Motordrehzahl und Last und kann experimentell erhalten werden. Bei einigen Anwendungen kann es erwünscht sein, dass das Straßenunebenheitsmodul 118 ein Fehlzündungs-Detektionssystem nach dem Stand der Technik deaktiviert, um ein Detektieren einer falschen Fehlzündung zu verhindern.
Das Motorfehlzündungsmodul 120 detektiert eine Motorfehlzündung unter Verwendung des Leistungsspektrumsignals. Es können jedoch das Energiesignal über einem schmalen Frequenzfenster oder sowohl das Leistungsspektrum als auch das Energiesignal verwendet werden, um eine Motorfehlzündung zu detektieren. Um zu Verifizieren, dass eine detektierte Abweichung eine echte Fehlzündung ist, kann die Frequenz der Leistungsspektrumkomponente mit Motorbetriebsbedingungen wie beispielsweise der berechneten Motordrehzahl verglichen werden. Wenn die Frequenz der durch die Fehlzündung hervorgerufenen Leistungsspektrumsignalkomponente nicht mit der berechneten Motordrehzahl überein stimmt, können zusätzliche Abtastwerte (z.B. Motorzyklen) gesammelt werden und eine statistische Analyse kann verwendet werden, um zu ermitteln, ob die Abweichung das Ergebnis einer Motorfehlzündung war.
Das oben beschriebene DSP-basierte Straßenunebenheits-Detektionssystem 100 ist vorzugsweise so kalibriert und optimiert, dass ein maximaler Abstand zwischen einer Fehlzündung und einer unebenen Straße erhalten wird. Parameter, die eingestellt werden können, umfassen die Abtastfrequenzen, die Anzahl von Abtastwerten des Motordrehzahlsignals (zum Beispiel Abtastmodul 104 und Datenreduktionsmodul 108), die Parameter des Filtermoduls 106 (z.B. Koeffizienten) und den Energieschwellenwert.
Bezug nehmend auf 3 realisiert das DSP-basierte Straßenunebenheits-Detektionssystem 100 die allgemein bei 200 gezeigten Schritte. Der Prozess startet mit Schritt 202, wenn das Fahrzeug 10 gestartet wird.
In Schritt 204 ermittelt das Motordrehzahlmodul 102 auf der Grundlage des Kurbelwellenpositionssensors 30 die Motordrehzahl. Genauer gesagt berechnet das Motordrehzahlmodul 102 die Motordrehzahl auf der Grundlage einer verstrichenen Zeit zwischen Zähnen eines Impulsgeberrads und erzeugt auf der Grundlage davon ein Motordrehzahlsignal. Somit ist das Motordrehzahlsignal ein Ereignisbereichsignal.
In Schritt 206 tastet das Abtastmodul 104 die Motordrehzahl mit einer festen Rate ab und erzeugt ein abgetastetes Signal. Das erzeugte abgetastete Signal ist eine diskrete Motordrehzahl im Zeitbereich mit gleichmäßig beabstandeten Abtastwerten.
In Schritt 208 entfernt das Filtermodul 106 Frequenzkomponenten, die größer als jene sind, die dadurch erzeugt werden, dass das Fahrzeug 10 über eine unebene Straße fährt. Durch unebene Straßen erzeugte Frequenzen betragen typischerweise 5 Hz oder weniger. Somit kann ein Tiefpassfilter in dem Filtermodul 106 realisiert sein.
In Schritt 210 reduziert das Datenreduktionsmodul 108 die Anzahl von Abtastwerten, um mindestens einem Motorzyklus zu entsprechen, und erzeugt ein Datenreduktionssignal. Um dieses Ziel zu erreichen, sollte die Abtastrate des Datenreduktionsmoduls kleiner als die bei dem Abtastmodul 104 verwendete Rate sein.
In Schritt 212 setzt das Datenpuffermodul 110 die Abtastwerte von dem Datenreduktionsmodul 108 zusammen und erzeugt ein Vektorsignal. Das Vektorsignal ist ein N-dimensionaler aus Abtastwerten von dem Datenreduktionssignal hergestellter Vektor.
In Schritt 214 wandelt das Frequenzbereichmodul 112 das Signal des N-dimensionalen Vektors von dem Datenpuffermodul 110 in den Frequenzbereich um und erzeugt ein Frequenzbereichsignal. Das Frequenzbereichmodul 112 wandelt das Vektorsignal unter Verwendung einer Fast Fourier Transformation in das Frequenzbereichsignal um.
In Schritt 216 ermittelt das Leistungsspektrummodul 114 das heistungsspektrum des Frequenzbereichsignals und erzeugt ein Leistungsspektrumsignal. Das Leistungsspektrumsignal stellt die Leistung für jede Komponente des Frequenzbereichsignals dar.
In Schritt 218 ermittelt das Motorfehlzündungsmodul 120 durch Vergleichen der Frequenz einer Komponente in dem Leistungsspektrumsignal mit Motorbetriebszuständen, wie beispielsweise der berechneten Motordrehzahl, ob ein Motor eine Fehlzündung ausführt. Wenn die Frequenz der durch eine Fehlzündung hervorgerufenen Leistungsspektrumsignalkomponente nicht mit der berechneten Motordrehzahl übereinstimmt, können zusätzliche Abtastwerte gesammelt werden, und eine statistische Analyse kann verwendet werden, um zu ermitteln, ob die Abweichung das Ergebnis einer Motorfehlzündung war. Wenn das Motorfehlzündungsmodul 120 ermittelt, dass der Motor eine Fehlzündung ausgeführt hat, wird die Fehlzündung in Schritt 220 berichtet und der Prozess endet in Schritt 222. Wenn das Motorfehlzündungsmodul 120 ermittelt, dass der Motor keine Fehlzündung ausgeführt hat, endet der Prozess in Schritt 222.
In Schritt 224 berechnet das Energieberechnungsmodul 116 die Energie des Leistungsspektrumsignals über einem Frequenzbereich (typischerweise 1–5 Hz) und erzeugt ein Energiesignal. Wenn das Energiesignal größer als ein Energieschwellenwert ist, ermittelt das Straßenunebenheitsmodul 118 in Schritt 226, dass ein Zustand einer unebenen Straße besteht. In Schritt 228 berichtet das Straßenunebenheitsmodul 118 dem Controller 26 den Zustand einer unebenen Straße, und die Steuerung endet in Schritt 222. Wenn das Straßenunebenheitsmodul ermittelt, dass die Energie nicht größer als der Energieschwellenwert ist, endet die Steuerung in Schritt 222.
Bezug nehmend auf 4 ist die Leistung des DSP-basierten Straßenunebenheits-Detektionssystems 100 gezeigt. Die durchgehende Linie in 4 stellt das Fahrzeug 10 dar, das auf einer unebenen Straße gefahren wird, und die gepunktete Linie stellt das gleiche Fahrzeug 10 dar, das auf einer ebenen Straße mit einem eine Fehlzündung ausführenden Motor gefahren wird. Die Motordrehzahl des Fahrzeugs 10 beträgt in beiden Tests ungefähr 1000 Umdrehungen pro Minute. Wie es in 4 gezeigt ist, er zeugt die unebene Straße niederfrequente Komponenten (0 bis 5 Hz) mit einer Leistung, die höher ist als die jener, die zu einer ebenen Straße mit einer Motorfehlzündung gehören. Ein Integrieren der Leistung über den vorbestimmten Frequenzbereich, um die Energie des durch die unebene Straße erzeugten Signals zu erhalten, führt zu einer höheren Energie als die eines Signals von einer ebenen Straße und/oder einer Motorfehlzündung.
Bezug nehmend auf 5 sind die Ergebnisse ähnlich jenen, die in 4 gezeigt sind, aber das gleiche Fahrzeug 10 wurde mit einer anderen Motordrehzahl und über eine unebenere Straße gefahren. Eine Fehlzündung in Zylinder 1 in 4 erzeugte eine Frequenzkomponente von etwa 8 Hz, da das Fahrzeug mit etwa 1000 Umdrehungen pro Minute fuhr. Da die in 5 gezeigten Daten von dem gleichen Motor stammen, der mit zweimal dieser Drehzahl (d.h. 2000 Umdrehungen pro Minute) fuhr, erzeugte die gleiche Motorfehlzündung eine Frequenzkomponente von etwa zweimal der Frequenz (das heißt 16 Hz) von jener, die in 4 gezeigt ist. Daher erzeugen unebene Straßen niederfrequente Signalkomponenten mit einer höheren Leistung als die entsprechenden Frequenzkomponenten von Signalen, die durch ebene Straßen und Motorfehlzündungsereignisse erzeugt werden. Somit kann das System eine Motorfehlzündung detektieren und die Frequenz der durch die Motorfehlzündung erzeugten Komponente in dem Leistungsspektrumsignal vorhersagen. Die Frequenz von durch Zylinderfehlzündungsereignisse erzeugten Komponenten ist eine Funktion der Motordrehzahl und wird automatisch mit dem Leistungsspektrumsignal erhalten.
Bei einigen Anwendungen kann das DSP-basierte Straßenunebenheits-Detektionssystem 100 ein Fehlzündungs-Detektionssystem nach dem Stand der Technik (nicht gezeigt) deaktivieren, wenn ein Zustand einer unebenen Straße detektiert wird, um ein Berichten einer falschen Motorfehlzündung zu verhindern. Wenn das Fahrzeug 10 beginnt, über eine ebene Straße zu fahren, kann das DSP-basierte Straßenunebenheits-Detektionssystem 100 das Fehlzündungs-Detektionssystem nach dem Stand der Technik (nicht gezeigt) neu aktivieren.
Fachleute können nun aus der vorangehenden Beschreibung erkennen, dass die breiten Lehren der vorliegenden Erfindung auf eine Vielzahl von Formen realisiert werden können. Daher sollte, während diese Erfindung in Verbindung mit bestimmten Beispielen dieser beschrieben wurde, der wahre Schutzumfang der Erfindung nicht so eingeschränkt sein, da andere Abwandlungen für den Fachmann auf ein Studieren der Zeichnungen, der Beschreibung und der folgenden Ansprüche hin deutlich werden.

Claims

Straßenunebenheits-Detektionssystem für ein Fahrzeug, das umfasst: ein Frequenzbereichmodul; das ein Vektorsignal in ein Frequenzbereichsignal umwandelt; ein Motorfehlzündungsmodul, das auf der Grundlage des Frequenzbereichsignals ermittelt, ob ein Motor eine Fehlzündung ausführt; und ein Straßenunebenheitsmodul, das auf der Grundlage des Frequenzbereichsignals ermittelt, ob das Fahrzeug auf einer unebenen Straße fährt.
Straßenunebenheits-Detektionssystem nach Anspruch 1, ferner umfassend: ein Motordrehzahlmodul, das auf der Grundlage eines Kurbelwellensignals ein Motordrehzahlsignal erzeugt; und ein Abtastmodul, das mit dem Motordrehzahlmodul kommuniziert, das das Motordrehzahlsignal mit einer festen Rate abtastet und das ein abgetastetes Signal erzeugt.
Straßenunebenheits-Detektionssystem nach Anspruch 2, ferner umfassend ein Filtermodul, das mit dem Abtastmodul kommuniziert, das Komponenten von dem abgetasteten Signal, die größer als eine vorbestimmte Frequenz sind, entfernt und das ein gefiltertes Signal erzeugt.
Straßenunebenheits-Detektionssystem nach Anspruch 3, ferner umfassend ein Datenreduktionsmodul, das mit dem Filtermodul kommuniziert, das das gefilterte Signal reduziert, um mindestens einem Motorzyklus zu entsprechen, und das ein reduziertes Datensignal erzeugt.
Straßenunebenheits-Detektionssystem nach Anspruch 4, ferner umfassend ein Datenpuffermodul, das mit dem Datenreduktionsmodul kommuniziert und das Abtastwerte des reduzierten Datensignals zusammensetzt, um das Vektorsignal zu bilden.
Straßenunebenheits-Detektionssystem nach Anspruch 5, ferner umfassend ein Leistungsspektrummodul, das mit dem Frequenzbereichmodul kommuniziert, das das Leistungsspektrum des Frequenzbereichsignals berechnet und das ein Leistungsspektrumsignal erzeugt.
Straßenunebenheits-Detektionssystem nach Anspruch 6, ferner umfassend ein Energieberechnungsmodul, das mit dem Leistungsspektrummodul kommuniziert und das auf der Grundlage des Leistungsspektrumsignals ein Energiesignal erzeugt.
Straßenunebenheits-Detektionssystem nach Anspruch 6, wobei das Motorfehlzündungsmodul auf der Grundlage des Leistungsspektrumsignals ermittelt, ob ein Motor eine Fehlzündung ausführt.
Straßenunebenheits-Detektionssystem nach Anspruch 7, wobei das Straßenunebenheitsmodul ermittelt, dass das Fahrzeug auf einer unebenen Straße fährt, wenn das Energiesignal größer als ein Energieschwellenwert ist.
Verfahren zum Detektieren eines Zustands einer unebenen Straße für ein Fahrzeug, das umfasst, dass ein Vektorsignal in ein Frequenzbereichsignal umgewandelt wird; auf der Grundlage des Frequenzbereichsignals ermittelt wird, ob ein Motor eine Fehlzündung ausführt; und auf der Grundlage des Frequenzsignals ermittelt wird, ob das Fahrzeug auf einer unebenen Straße fährt.
Verfahren nach Anspruch 10, das ferner umfasst, dass eine Motordrehzahl ermittelt wird und ein Motordrehzahlsignal erzeugt wird; und das Motordrehzahlsignal mit einer festen Rate abgetastet wird und ein Abtastsignal erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 11, das ferner umfasst, dass Komponenten, die größer als eine vorbestimmte Frequenz sind, von dem abgetasteten Signal entfernt werden, und ein gefiltertes Signal erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 12, das ferner umfasst, dass das gefilterte Signal reduziert wird, um mindestens einem Motorzyklus zu entsprechen, und ein reduziertes Datensignal erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 13, das ferner umfasst, dass Abtastwerte des reduzierten Signals zusammengesetzt werden, um das Vektorsignal zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 14, das ferner umfasst, dass ein Leistungsspektrum des Frequenzbereichsignals berechnet wird und ein Leistungsspektrumsignal erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 15, das ferner umfasst, dass auf der Grundlage des Leistungsspektrumsignals ein Energiesignal berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 15, das ferner umfasst, dass auf der Grundlage des Leistungsspektrumsignals ermittelt wird, ob ein Motor eine Fehlzündung ausführt.
Verfahren nach Anspruch 16, das ferner umfasst, dass ermittelt wird, dass das Fahrzeug auf einer unebenen Straße fährt, wenn das Energiesignal größer als ein Energieschwellenwert ist.