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QUERVERWEIS AUF VERWANDTE
ANMELDUNGEN
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Diese
Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Anmeldung Nr. 60/919,951,
die am 23. März
2007 eingereicht wurde. Der Offenbarungsgehalt der obigen Anmeldung
ist hierin durch Bezugnahme vollständig miteingeschlossen.
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GEBIET
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Die
vorliegende Offenbarung betrifft das Detektieren eines Motorklopfens
und insbesondere das Detektieren eines Motorklopfens unter Verwendung einer
digitalen Signalverarbeitung.
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HINTERGRUND
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Die
hierin bereitgestellte Hintergrundbeschreibung dient dem Zweck des
allgemeinen Erläuterns
des Kontexts der Offenbarung. Die Arbeiten der hierin genannten
Erfinder, in dem Umfang, wie sie in diesem Hintergrundabschnitt
beschrieben werden, sowie die Aspekte der Beschreibung, die zum
Zeitpunkt der Anmeldung nicht möglicherweise
anderweitig Stand der Technik bilden, werden weder ausdrücklich noch
implizit als Stand der Technik gegen die vorliegende Offenbarung
zugelassen.
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Nun
auf 1 Bezug nehmend wird ein funktionales Blockdiagramm
eines Klopfsteuersystems 100 gemäß dem Stand der Technik dargestellt. Das
Klopfsteuersystem 100 umfasst einen Motor 102,
der mehrere Zylin der 104 umfasst. Der Motor 102 umfasst
einen Vibrationssensor 106, der eine Vibration des Motors 102 misst.
Eine Vibration kann durch eine frühe Detonation in den Zylindern 104 verursacht
werden, was auch als Klopfen bezeichnet wird. Bei verschiedenen
Realisierungen kann der Vibrationssensor 106 einen piezoelektrischen
Beschleunigungsmesser umfassen.
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Ein
Ausgang des Vibrationssensors 106 wird durch einen Analog-Digital-Wandler (A/D-Wandler) 110 empfangen.
Der A/D-Wandler 110 digitalisiert den Ausgang des Vibrationssensors 106 und überträgt den digitalisierten
Ausgang an einen Digitalsignalprozessor (DSP) 114. Der
DSP 114 führt
an dem digitalisierten Ausgang eine Fast Fourier-Transformation
(FFT) durch. Der Frequenzinhalt des digitalisierten Ausgangs wird
an ein Klopfdetektionsmodul 116 gesendet.
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Das
Klopfdetektionsmodul 116 ermittelt auf der Grundlage des
Frequenzinhalts des Ausgangs des Vibrationssensors 106,
ob ein Klopfen auftritt. Das Klopfdetektionsmodul 116 kann
eine Spitzenintensität
oder eine mittlere Intensität über den
Frequenzen der durch den DSP 114 berechneten FFT auswählen. Das
Klopfdetektionsmodul 116 kann die mittlere oder die Spitzenintensität mit einer
Schwellenwertintensität
vergleichen, wobei ermittelt wird, dass ein Klopfen vorliegt, wenn
die Schwellenwertintensität überstiegen
wird.
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Das
Klopfdetektionsmodul 116 kann die Schwellenwertintensität an eine
Hintergrundvibration anpassen, die mit dem Klopfen, das in den Motor 102 vorliegt,
nicht in Beziehung steht. Das Klopfdetektionsmodul 116 sendet
eine Klopfinformation an ein Klopfsteuermodul 118. Auf
der Grundlage der Klopfinformation variiert das Klopfsteuermodul 118 Parameter
des Motors 102, um das Klopfen zu reduzieren. Beispielsweise
kann das Klopfsteuermodul 118 den Motor 102 anweisen,
den Zündfunken
zu verzögern.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Ein
Klopfdetektionsmodul für
einen Motor umfasst ein Statistikspeichermodul und ein Verarbeitungsmodul.
Das Statistikspeichermodul speichert M mal N Vibrationsprofile,
die M Zonen des Betriebs des Motors und N Zylindern des Motors entsprechen, wobei
M und N ganze Zahlen und größer als
Eins sind. Das Verarbeitungsmodul ermittelt, in welcher der M Zonen
der Motor arbeitet, und ermittelt, ob bei einem der N Zylinder ein
Klopfen aufgetreten ist, indem gemessene Vibrationsdaten mit einem
ausgewählten
der Vibrationsprofile verglichen werden, das der einen der M Zonen
und dem einen der N Zylinder entspricht.
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Gemäß anderen
Merkmalen umfasst jedes der Vibrationsprofile einen Mittelwert und
einen Standardabweichungswert. Das Verarbeitungsmodul ermittelt,
dass ein Klopfen aufgetreten ist, wenn die gemessenen Vibrationsdaten
größer als
der Mittelwert des ausgewählten
der Vibrationsprofile plus eine vorbestimmte Zahl mal der Standardabweichungswert des
ausgewählten
der Vibrationsprofile sind. Das Verarbeitungsmodul aktualisiert
das ausgewählte
der Vibrationsprofile mit den gemessenen Vibrationsdaten, nachdem
das Verarbeitungsmodul ermittelt hat, dass kein Klopfen aufgetreten
ist.
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Gemäß anderen
Merkmalen umfasst jedes der Vibrationsprofile einen Zählwert und
aktualisiert das Verarbeitungsmodul den Zählwert des ausgewählten der
Vibrationsprofile, wenn das ausgewählte der Vibrationsprofile
aktualisiert wird. Jedes der Vibrationsprofile umfasst eine Summe
von Quadraten und eine Summe, und das Verarbeitungsmodul aktualisiert
die Summe von Quadraten und die Summe des ausgewählten der Vibrationsprofile,
wenn das ausgewählte
der Vibrationsprofile aktualisiert wird.
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Gemäß noch anderen
Merkmalen berechnet das Verarbeitungsmodul den Mittelwert und den Standardabweichungswert
des ausgewählten
der Vibrationsprofile neu, wenn der Zählwert des ausgewählten der
Vibrationsprofile eine vorbestimmte Zahl erreicht. Das Verarbeitungsmodul
berechnet eine wahre Standardabweichung für die Vibrationsprofile. Das
Statistikspeichermodul umfasst einen nichtflüchtigen Speicher. Die gemessenen
Vibrationsdaten basieren auf Messungen, die während eines spezifizierten
Zeitfensters durchgeführt
werden, das dem einen der N Zylinder entspricht.
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Gemäß anderen
Merkmalen umfasst das Klopfdetektionsmodul ferner einen Digitalsignalprozessor
(DSP), der eine Fast Fourier-Transformation (FFT) mit F Punkten
während
des spezifizierten Zeitfensters durchführt. Der DSP führt mehrere
FFTs während
des spezifizierten Zeitfensters durch, und das Verarbeitungsmodul
kombiniert die mehreren FFTs zu einer Sammel-FFT. Die gemessenen
Vibrationsdaten umfassen einen Intensitätswert, und das Verarbeitungsmodul
reduziert die F Punkte auf den Intensitätswert.
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Ein
Verfahren zum Detektieren eines Klopfens in einem Motor umfasst,
dass M mal N Vibrationsprofile gespeichert werden, die M Zonen des
Betriebs des Motors und N Zylindern des Motors entsprechen, wobei
M und N ganze Zahlen und größer als
Eins sind; ermittelt wird, in welcher der M Zonen der Motor arbeitet;
Vibrationsdaten für
einen der N Zylinder gemessen werden; und ermittelt wird, ob bei dem
einen der N Zylinder ein Klopfen aufgetreten ist, indem die gemessenen
Vibrationsdaten mit einem aus gewählten
der Vibrationsprofile verglichen werden, das der einen der M Zonen
und dem einen der N Zylinder entspricht.
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Weitere
Anwendungsgebiete der vorliegenden Offenbarung werden aus der hierin
nachfolgend bereitgestellten detaillierten Beschreibung ersichtlich.
Es ist zu verstehen, dass die detaillierte Beschreibung und die
spezifischen Beispiele, während sie
die bevorzugte Ausführungsform
der Offenbarung erläutern,
nur Erklärungszwecken
dienen sollen und nicht beabsichtigen sollen, den Schutzumfang der Offenbarung
zu beschränken.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die
vorliegende Offenbarung wird aus der detaillierten Beschreibung
und den begleitenden Zeichnungen weiter verständlich, in denen:
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1 ein
funktionales Blockdiagramm eines Klopfsteuersystems gemäß dem Stand
der Technik ist;
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2 ein
funktionales Blockdiagramm eines beispielhaften Klopfsteuersystems
gemäß den Prinzipien
der vorliegenden Offenbarung ist;
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3 ein
beispielhaftes funktionales Blockdiagramm eines Klopfdetektionsmoduls
gemäß den Prinzipien
der vorliegenden Offenbarung ist;
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4 eine
graphische Darstellung beispielhafter Statistikspeichermodulinhalte
gemäß den Prinzipien
der vorliegenden Offenbarung ist; und
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5 ein
Flussdiagramm ist, das beispielhafte Schritte zeigt, die durch das
Verarbeitungsmodul von 3 gemäß den Prinzipien der vorliegenden
Offenbarung ausgeführt
werden.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Die
folgende Beschreibung ist lediglich beispielhafter Natur und beabsichtigt
auf keine Weise, die Offenbarung, ihre Anwendung oder Verwendungen
zu beschränken.
Zu Klarheitszwecken werden in den Zeichnungen die gleichen Bezugszeichen
verwendet, um ähnliche
Elemente zu identifizieren. Wie hierin verwendet, sollte die Formulierung
mindestens einer von A, B und C als ein logisches (A oder B oder C)
unter Verwendung eines nicht exklusiven logischen Oder interpretiert
werden. Es ist zu verstehen, dass die Schritte innerhalb eines Verfahrens
in einer anderen Reihenfolge ausgeführt werden können, ohne
die Prinzipien der vorliegenden Offenbarung zu ändern.
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Wie
hierin verwendet bezieht sich der Ausdruck Modul auf einen anwendungsspezifischen Schaltkreis
(ASIC), 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.
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Im
Gegensatz zu dem Stand der Technik kann eine Hintergrundmotorvibration
genauer charakterisiert werden, um die Genauigkeit einer Klopfdetektion
in einem Motor zu erhöhen.
Beispielsweise können
anstatt des Ermittelns eines einzelnen Hintergrundvibrationsprofils
für den
Motor Hintergrundvibrationsprofile für jeden Zylinder individuell
ermittelt wer den. Zusätzlich
können
mehrere Hintergrundvibrationseigenschaften für jeden Zylinder für verschiedene
Motorbetriebszustände
ermittelt werden.
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Beispielsweise
kann für
jeden Zylinder bei einer gegebenen Motordrehzahl und -last ein Hintergrundvibrationsprofil
ermittelt werden. Dies kann eine falsche Klopfdetektion während Motorübergangszuständen, wie
beispielsweise, wenn sich die Drehzahl des Motors schnell erhöht, verhindern.
Gemäß der vorliegenden
Offenbarung kann ein anderes Hintergrundvibrationsprofil die höhere Drehzahl
berücksichtigen.
Auf diese Weise wird eine stärkere
Vibration aufgrund sich ändernder
Motorzustände
nicht fälschlicherweise
als Klopfen detektiert.
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Nun
auf 2 Bezug nehmend ist ein funktionales Blockdiagramm
eines beispielhaften Klopfsteuersystems 200 gemäß den Prinzipien
der vorliegenden Offenbarung dargestellt. Das System 200 umfasst
einen Motor 202 und ein Steuermodul 204. Der Motor 202 umfasst
mindestens eine Zylinderreihe 206. Jede Zylinderreihe 206 umfasst
einen oder mehrere Zylinder 208. Jede Zylinderreihe 206 umfasst
mindestens einen Vibrationssensor 210.
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Der
Motor 202 umfasst einen Motordrehzahlsensor (RPM-Sensor) 212.
Der RPM-Sensor 212 kann mit einer Kurbelwelle (nicht gezeigt)
des Motors 202 verbunden sein. Der Motor 202 kann
auch einen Luftmassenmessersensor (MAF-Sensor) 216 und andere
Sensoren 218 umfassen. Das Steuermodul 204 umfasst
einen Analogeingang 240, der Signale von dem Vibrationssensor 210 empfängt. Der
Analogeingang 230 kann auch Signale von anderen Vibrationssensoren
empfangen, falls diese vorhanden sind, und kann zwischen den Signalen
von Vibrationssensoren auswählen.
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Beispielsweise
kann der Motor 202 mehrere Reihen von Zylindern, jeweils
mit einem jeweiligen Vibrationssensor, enthalten. Der Analogeingang 240 kann
den Vibrationssensor 210 auswählen, wenn einer der Zylinder 208 der
ersten Reihe 206 gemessen wird. Der Analogeingang 240 kann
einen zweiten Vibrationssensor auswählen, wenn ein Zylinder einer zweiten
Reihe gemessen wird.
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Wenn
mehrere Vibrationssensoren in der Zylinderreihe 206 vorhanden
sind, kann der Analogeingang 240 einen oder mehrere der
Vibrationssensoren auf der Grundlage davon auswählen, welcher der Zylinder 208 gemessen
wird. Der ausgewählte
Vibrationssensor kann derjenige sein, der sich am nächsten an
dem Zylinder befindet, der gemessen wird. Der Analogeingang 240 kann
einen Differenzeingangsschaltkreis umfassen. Der Differenzeingangsschaltkreis
kann einen Differenzeingang von dem Vibrationssensor 210 in
einen unsymmetrischen Ausgang umwandeln.
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Der
Analogeingang 240 kann ein analoges Filter umfassen, das
den Ausgang des Vibrationssensors 210 filtert. Beispielsweise
kann das analoge Filter ein Filter erster Ordnung mit einer Tiefpassgrenzfrequenz
von 25 kHz sein. Der Analogeingang 240 kann ein Verstärkungs/Dämpfungs-Modul umfassen, wie
beispielsweise ein Modul einer automatischen Verstärkungsregelung.
Alternativ kann das Verstärkungs/Dämpfungs-Modul
um einen vorbestimmten Betrag verstärken oder dämpfen.
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Ein
Ausgang des Analogeingangs 240 wird an einen Analog-Digital-Wandler (A/D-Wandler) 242 gesendet.
Der A/D-Wandler 242 gibt eine digitalisierte Version seines
Eingangs an ein Digitalsignalverarbeitungsmodul (DSP-Modul) 244 aus.
Der A/D-Wandler 242 kann beispielsweise eine Auflösung von
10 Bit oder größer aufweisen.
Das DSP-Modul 244 kann auf das empfangene Signal ein digitales
Filter anwenden. Beispielsweise kann das DSP-Modul 244 ein
elliptisches digitales Filter mit unendlicher Impulsantwort (ein
elliptisches digitales IIR-Filter) vierter Ordnung mit einer Grenzfrequenz von
20 kHz realisieren.
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Alternativ
kann das DSP-Modul 244 zwei IIR-Filter zweiter Ordnung
in Reihe realisieren, um die Stabilität zu verbessern. Das DSP-Modul 244 kann
eine digitale Dezimierung durchführen
und kann eine DC-Vorspannung entfernen. Das DSP-Modul 244 führt für jeden
der Zylinder 208 während
eines Klopffensters mindestens eine FFT durch. Das Klopffenster
kann in Kurbelwellendrehgraden definiert sein.
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Das
Klopffenster kann dem oberen Totpunkt (OT) des Kolbens für den Zylinder
entsprechen. Wenn der Motor 202 beispielsweise vier Zylinder 208 umfasst,
kann der OT für
die vier Zylinder 208 bei 0°, 90°, 180° bzw. 270° der Kurbelwellendrehung auftreten.
Für jeden
Zylinder 208 wird innerhalb eines Klopffensters, das relativ
zu dem OT dieses Zylinders definiert ist, eine FFT berechnet. Das
Klopffenster kann relativ zu dem OT fest sein.
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Beispielsweise
kann das Klopffenster für
jeden Zylinder von zwei Grad Kurbelwellendrehung vor dem OT bis
ein Grad Kurbelwellendrehung nach dem OT reichen. Ein Klopfdetektionsmodul 250 kann
das Klopffenster für
das DSP-Modul 244 spezifizieren. Das Klopffenster kann
auf der Grundlage der Motordrehzahl oder anderer Motorbetriebsparameter
variiert werden.
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Das
Klopffenster kann für
jeden Zylinder separat spezifiziert werden. Wenn ein Klopffenster
lang genug ist, kann das DSP-Modul 244 während des Klopffensters
mehrere FFTs berechnen. Wenn die letzte FFT nur teilweise abgeschlossen
ist, wenn das Klopffenster endet, kann die letzte FFT mit Nullen aufgefüllt werden.
Das Steuermodul 204 kann einen zweiten A/D-Wandler und
ein zweites DSP-Modul umfassen, um zu ermöglichen, dass sich das Klopffenster
eines Zylinders mit dem Klopffenster eines anderen Zylinders überschneidet.
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Bei
verschiedenen Realisierungen führt
das DSP-Modul 244 FFTs mit 128 Punkten durch.
Wenn für
ein Klopffenster eines Zylinders mehrere FFTs durchgeführt werden,
kann das DSP-Modul 244 die FFTs zu einer Sammel-FFT kombinieren
und die Sammel-FFT an das Klopfdetektionsmodul 250 weiterleiten.
Alternativ kann das DSP-Modul 244 alle berechneten FFTs
an das Klopfdetektionsmodul 250 weiterleiten.
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Das
Klopfdetektionsmodul 250 oder das DSP-Modul 244 kann
Punkt für
Punkt (oder Frequenzband für
Frequenzband) mehrere FFTs ansammeln. Für jedes Band kann der Maximalwert
oder ein Mittelwert über
den FFTs ausgewählt
werden. Bei verschiedenen Realisierungen wird die Hälfte der FFT-Bänder aufgrund
von Aliasing ignoriert.
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Das
Klopfdetektionsmodul 250 kann den Analogeingang 240 anweisen,
welcher Vibrationssensor für
die momentan gewünschte
Messung auszuwählen
ist. Das Klopfdetektionsmodul 250 kann dem DSP-Modul 244 auch
signalisieren, wann ein Klopfdetektionsfenster beginnt und/oder
endet. Das Klopfdetektionsmodul 250 empfängt Sensorwerte von
einem Sensorempfangsmodul 256.
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Das
Sensorempfangsmodul 256 kann Sensorsignale von dem RPM-Sensor 212,
dem MAF-Sensor 216 und den anderen Sensoren 218 empfangen.
Das Sensorempfangsmodul 256 kann eingehende Signale konditionieren,
wobei Funktionen umfasst sind, die ähnlich jenen sind, die durch den
Analogeingang 240 ausgeführt werden, und/oder kann eingehende
Signale in digitale umwandeln. Bei verschiedenen Realisierungen
kann das Klopfdetektionsmodul 250 als Teil eines Motorsteuermoduls
realisiert sein.
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Der
RPM-Sensor 212 kann auf der Grundlage eines Kurbelwellenwinkels
Signale senden, sodass das Klopfdetektionsmodul 250 ermitteln
kann, warm Klopffenster auftreten. Auf der Grundlage von Signalen
von dem Sensorempfangsmodul 256 kann das Klopfdetektionsmodul 250 ermitteln,
in welcher Zone der Motor 202 momentan arbeitet. Die Zone kann
auf der Grundlage der Motordrehzahl, die durch den RPM-Sensor 212 angegeben
werden kann, und durch die Motorlast ermittelt werden, die durch
den MAF-Sensor 216 angegeben werden kann. Bei verschiedenen
Realisierungen entsprechen 68 Zonen 17 Motordrehzahlen und 4 Motorlasten.
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Das
Klopfdetektionsmodul 250 kann für jedes Zylinderklopffenster
eine Sammel-FFT von dem DSP-Modul 244 empfangen. Das Klopfdetektionsmodul 250 vergleicht
die empfangene Sammel-FFT mit einem gespeicherten Hintergrundvibrationsprofil
für den
momentanen Zylinder und die momentane Zone. Das Klopfdetektionsmodul 250 kann
das Klopfsteuermodul 260 informieren, wenn ein Klopfen
aufgetreten ist, und kann die Intensität des Klopfens spezifizieren.
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Wenn
kein Klopfen detektiert wird, kann das Klopfdetektionsmodul 250 die
empfangene Sammel-FFT verwenden, um das Hintergrundvibrationsprofil
für den
momentanen Zylinder und die momentane Zone zu aktualisieren. Das
Klopfdetektionsmodul 250 kann auf der Grundlage verschiedener
Frequenzbänder
der Sammel-FFT einen einzelnen Intensitätswert berechnen. Der einzelne
Intensitätswert kann
dann mit dem Hintergrundvibrationsprofil verglichen werden und kann
verwendet werden, um das Hintergrundvibrationsprofil zu aktualisieren.
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Bei
verschiedenen Realisierungen kann das Hintergrundvibrationsprofil
für einen
bestimmten Zylinder in einer bestimmten Zone eine mittlere Intensität und eine
Standardabweichung umfassen. Das Klopfdetektionsmodul 250 kann
ermitteln, dass ein Klopfen auftritt, wenn der momentane Intensitätswert größer als
die mittlere Hintergrundintensität
plus eine vorbestimmte Anzahl von Standardabweichungen ist. Die
vorbestimmte Anzahl von Standardabweichungen kann durch eine Kalibriereinrichtung
bestimmt werden.
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Das
Klopfdetektionsmodul 250 kann auf jede andere geeignete
Weise ein Klopfen ermitteln, wie beispielsweise durch Ermitteln,
ob der momentane Intensitätswert
um einen vorbestimmten Betrag größer als
ein mittlerer Hintergrundwert ist. Das Klopfsteuermodul 260 und
der Motor 202 sind aufeinander abgestimmt, um das Klopfen
zu verringern. Beispielsweise kann das Klopfsteuermodul 260 den
Motor 202 anweisen, den Zündfunken zu verzögern. Das
Klopfsteuermodul 260 kann in dem Motorsteuermodul realisiert
sein.
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Nun
auf 3 Bezug nehmend ist ein beispielhaftes funktionales
Blockdiagramm des Klopfdetektionsmoduls 250 gemäß den Prinzipien
der vorliegenden Offenbarung dargestellt. Das Klopfdetektionsmodul 250 umfasst
ein Verarbeitungsmodul 302 und ein Statistikspeichermodul 304.
Das Klopfdetektionsmodul 250 kann auch ein Kalibrierungsspeichermodul 308 umfassen.
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Das
Verarbeitungsmodul 302 steht mit dem DSP-Modul 244,
dem Sensorempfangsmodul 256 und dem Klopfsteuermodul 260 in
Kommunikation. Das Verarbeitungsmodul 302 empfängt eine
Sammel-FFT von dem DSP-Modul 244.
Das Verarbeitungsmodul 302 kann aus der Sammel-FFT einen einzelnen
Intensitätswert
berechnen. Diese Berechnung kann auf der Grundlage der momentanen
Zone und/oder des momentanen Zylinders, der gemessen wird, durchgeführt werden.
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Das
Verarbeitungsmodul 302 kann nur eine Teilmenge der Bänder der
FFT analysieren, die Frequenzen entspricht, die am wahrscheinlichsten
Klopfereignisse angeben. In dem Kalibrierungsspeichermodul 308 kann
eine Frequenzbandauswahlinformation gespeichert sein. Das Kalibrierungsspeichermodul 308 umfasst
einen nichtflüchtigen
Speicher und kann durch die Kalibriereinrichtung programmiert werden.
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Bei
verschiedenen Realisierungen gibt die Frequenzbandauswahlinformation
bis zu drei interessierende Bandbereiche an. Das Verarbeitungsmodul 302 kann
dann Intensitäten
mitteln oder den Spitzenwert dieser finden, um für jeden Bandbereich einen einzelnen
Bereichswert zu erzeugen. Das Verarbeitungsmodul 302 kann
dann die einzelnen Bereichswerte mitteln oder den Spitzenwert dieser
hernehmen, um einen Gesamtintensitätswert zu erzeugen.
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Berechnungsauswahlen,
wie beispielsweise bezüglich
dessen, ob beim Berechnen jedes einzelnen Bereichswerts und beim
Berechnen des Gesamtwerts gemittelt werden soll oder der Spitzenwert hergenommen
werden soll, können
in dem Kalibrierungsspeichermodul 308 gespeichert sein.
Das Verarbeitungsmodul 302 vergleicht den momentanen Gesamtintensitätswert mit
einem Intensitätswert
von dem Statistikspeichermodul 304, der dem momentanen
Zylinder und der momentanen Zone entspricht.
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Das
Statistikspeichermodul 304 kann einen nichtflüchtigen
Speicher umfassen, um Hintergrundvibrationsprofile über Motorneustartereignisse
aufrecht zu erhalten. Der nichtflüchtige Speicher kann beispielsweise
einen Flash-Speicher (der einen NAND- und einen NOR-Flash-Speicher
um fasst), einen Phasenwechselspeicher, einen magnetischen RAM und/oder
einen Mehrzustandsspeicher umfassen. Das Statistikspeichermodul 304 und
das Kalibrierungsspeichermodul 308 können in einem einzigen Speicher
realisiert sein. Das Statistikspeichermodul 304 kann Anfangswerte
von dem Kalibrierungsspeichermodul 308 empfangen.
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Die
Anfangswerte ermöglichen
dem Statistikspeichermodul 304, mit ungefähren Hintergrundvibrationsintensitäten und
Standardabweichungen zu beginnen. Auf diese Weise werden frühe Auslesungen,
bei denen ein Klopfen auftrat, nicht fehlerhaft in das Hintergrundvibrationsprofil
mit einbezogen. Die Anfangswerte von dem Kalibrierungsspeichermodul 308 können verwendet
werden, wenn das Fahrzeug beim ersten Mal gestartet wird, oder bei
einem manuellen Zurücksetzen
des Statistikspeichermoduls 304. Ein manuelles Zurücksetzen
kann durch einen Servicetechniker oder durch eine interne Diagnoseroutine initiiert
werden, wenn sie bestimmt, dass Werte in dem Statistikspeichermodul 304 ungültig sind.
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Das
Verarbeitungsmodul 302 kann ermitteln, dass ein Klopfen
aufgetreten ist, wenn der Gesamtintensitätswert größer als die mittlere Intensität für diesen
Zylinder und diese Last plus eine vorbestimmte Anzahl von Standardabweichungen
ist. Die vorbestimmte Anzahl von Standardabweichungen kann in das
Kalibrierungsspeichermodul 308 programmiert sein.
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Wenn
der Gesamtintensitätswert
kein Klopfen angibt, kann der Gesamtintensitätswert in das Vibrationsprofil
für den
momentanen Zylinder und die momentane Zone einbezogen werden. Bei
verschiedenen Realisierungen kann das Verarbeitungsmodul 302 für jeden
Zylinder und jede Zone einen gleitenden Mittelwert und eine gleitende
Standardabweichung aufrecht erhalten.
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Alternativ
kann das Verarbeitungsmodul 302 nach dem Messen von P Punkten
für einen
gegebenen Zylinder in einer gegebenen Zone einen neuen Mittelwert
und eine neue Standardabweichung berechnen. Die Anzahl P kann durch
die Kalibriereinrichtung ermittelt werden und in dem Kalibrierungsspeichermodul 308 gespeichert
sein. Bei verschiedenen Realisierungen beträgt P 1000. Bei verschiedenen
Realisierungen ist die berechnete Standardabweichung eine wahre
Standardabweichung und keine Annäherung.
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Nun
auf 4 Bezug nehmend ist eine graphische Darstellung
beispielhafter Inhalte des Statistikspeichermoduls 304 gemäß den Prinzipien
der vorliegenden Offenbarung dargestellt. Das Statistikspeichermodul 304 kann
eine zweidimensionale Tabelle 400 umfassen, die ein Gitter
mit Zellen umfasst, die durch Zylinder und Zonen spezifiziert sind.
Lediglich beispielhaft kann die Tabelle 400 Zellen für 4 Zylinder
und 12 Zonen umfassen. Lediglich beispielhaft können die 12 Zonen vier Drehzahlbereiche
und drei Lastbereiche umfassen.
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Wenn
die Zone auf der Grundlage der Motordrehzahl und der Motorlast bestimmt
wird, kann die Tabelle 400 alternativ als dreidimensionale
Tabelle dargestellt werden, die durch Zylinder, Drehzahl und Last
indiziert ist. Bei 402 ist eine repräsentative Zelle der Tabelle 400 gezeigt.
Die Zelle 402 umfasst einen Mittelwert und einen Standardabweichungswert,
mit denen neue Gesamtintensitätswerte
verglichen werden.
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Die
Zelle 402 kann auch eine statistische Information umfassen,
die verwendet wird, um einen zukünftigen
Mittelwert und einen zukünftigen
Standardabweichungswert zu berechnen. Beispielsweise kann die Zelle 402 einen
Zählwert,
eine gleitende Summe und eine gleitende Summe von Quadraten umfassen.
Wenn für
einen gegebenen Zylinder, der in einer ge gebenen Zone arbeitet,
ein neuer Intensitätswert
gemessen wird, wird das Zählwertelement für die entsprechende
Zelle inkrementiert. Es kann auch das Summenelement um den Gesamtintensitätswert erhöht werden,
während
das Element der Summe von Quadraten um das Quadrat der Intensität erhöht wird.
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Sobald
das Zählwertelement
einen vorbestimmten Wert erreicht, können ein neuer Mittelwert und
eine neue Standardabweichung berechnet werden und in der Zelle 402 gespeichert
werden. Durch Speichern der Summe und der Summe von Quadraten kann
im Gegensatz zu einer Annäherung
der Standardabweichung eine wahre Standardabweichung berechnet werden.
Nach der Berechnung können
dann das Zählwertelement,
das Summenelement und das Element der Summe von Quadraten auf vorbestimmte
Werte, wie beispielsweise Null, zurückgesetzt werden.
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Ein
Speichern der Summe und der Summe von Quadraten minimiert den Umfang
an Speicher, der zum Berechnen des Mittelswerts und der Standardabweichung
erforderlich ist. Dies ist effizienter als ein Speichern aller Intensitätswerte
bis zu dem Zeitpunkt, zu dem der Mittelwert und die Standardabweichung
berechnet werden. Wenn beispielsweise der Mittelwert und die Standardabweichung
alle 1000 Auslesungen berechnet werden, müsste die Zelle 402 1000
Werte speichern. Gemäß der vorliegenden Offenbarung
muss die Zelle 402 nur 3 Werte speichern.
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Nun
auf 5 Bezug nehmend zeigt ein Flussdiagramm beispielhafte
Schritte, die durch das Verarbeitungsmodul 302 von 3 gemäß den Prinzipien
der vorliegenden Offenbarung ausgeführt werden. Die Steuerung beginnt
in Schritt 502, in dem eine Variable C auf die Zylinderzahl
des Zylinders gesetzt wird, der als erstes ein Ereignis des oberen
Totpunkts (OT) des Kolbens erfährt.
Die Steuerung fährt mit
Schritt 504 fort, in dem eine oder mehrere FFTs an dem
durch die Variable C spezifizierten Zylinder durchgeführt werden.
Die FFTs können
während
eines Klopffensters durchgeführt
werden, das dem Zylinder C entspricht.
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Die
Steuerung fährt
mit Schritt 506 fort, in dem die Steuerung eine Variable
Z auf eine Zahl setzt, die die momentane Motorbetriebszone darstellt.
Beispielsweise kann es M mal N Zonen geben, wobei M die Anzahl von
Drehzahlbereichen darstellt und N die Anzahl von Motorlastbereichen
darstellt. Bei verschiedenen Realisierungen ist M gleich 17 und
ist N gleich 4.
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Bei
verschiedenen Realisierungen kann der Motordrehzahlbereich des Fahrzeugs
in M sich gegenseitig ausschließende
Regionen aufgeteilt sein, wobei die Regionen von 0 bis M – 1 nummeriert
sind. Der Motorlastbereich des Fahrzeugs kann in N Regionen aufgeteilt
sein, die von 0 bis N – 1
nummeriert sind. Die Variable Z kann ermittelt werden, indem die momentane
Drehzahlbereichszahl mit N multipliziert wird und zu der momentanen
Lastbereichszahl addiert wird. Es kann jede andere geeignete Zuordnung verwendet
werden, um eine Zonenzahl zu ermitteln.
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Die
Steuerung fährt
mit Schritt 508 fort, in dem ein Gesamtintensitätswert berechnet
wird. Wie oben erläutert
kann dieser Wert durch Mittelwertbildung oder Auswählen von
Spitzenwerten innerhalb interessierender Frequenzbereiche über mehrere FFTs
und über
interessierende Frequenzbereiche berechnet werden. Der Gesamtintensitätswert wird
mit FFTCZ bezeichnet, um anzugeben, dass
der Wert Zylinder C entspricht, wobei der Motor in Zone Z arbeitet.
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Die
Steuerung fährt
mit Schritt 510 fort, in dem FFTCZ mit
gespeicherten statistischen Werten verglichen wird. Wenn beispielsweise
FFTCZ größer als
die mittlere Intensität
für den
momentanen Zylinder und die momentane Zone (FFTAVECZ)
plus eine vorbestimmte Zahl von entsprechenden Standardabweichungen
(FFTSTDCZ) ist, ermittelt die Steuerung, dass
ein Klopfen aufgetreten ist. Wenn ein Klopfen detektiert wurde,
fährt die
Steuerung mit Schritt 512 fort; andernfalls fährt die
Steuerung mit Schritt 514 fort.
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In
Schritt 512 wird das Auftreten eines Klopfens signalisiert,
und die Steuerung fährt
mit Schritt 516 fort. Zusätzlich zu dem Vorhandensein
oder Nichtvorhandensein eines Klopfens kann die Intensität des Klopfens
signalisiert werden. In Schritt 514 signalisiert die Steuerung,
dass kein Klopfen detektiert wurde. Die Steuerung fährt mit
Schritt 518 fort, in dem das Hintergrundvibrationsprofil
für den
momentanen Zylinder und die momentane Zone aktualisiert wird.
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Beispielsweise
wird das Zählwertelement
inkrementiert, wird das Summenelement um FFTCZ erhöht und wird
das Element der Summe von Quadraten um das Quadrat von FFTCZ erhöht.
Die Steuerung fährt
mit Schritt 520 fort. Wenn das Zählwertelement für den momentanen
Zylinder und die momentane Zone (ZählwertCZ)
eine vorbestimmte Zahl erreicht hat, wie beispielsweise 1000, fährt die
Steuerung mit Schritt 522 fort; andernfalls fährt die
Steuerung mit Schritt 516 fort.
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In
Schritt 522 werden neue Werte für die mittlere Intensität und die
Standardabweichung berechnet. Die Steuerung fährt mit Schritt 524 fort,
in dem der entsprechende Zählwert
und entsprechende Statistikwerte zurückgesetzt werden. Die Steuerung fährt dann
mit Schritt 516 fort. In Schritt 516 wird die Variable
C auf den nächsten
Zylinder gesetzt, der ein OT-Ereignis erfährt, und die Steuerung springt
zu Schritt 504 zurück.
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Fachleute
werden nun aus der vorangehenden Beschreibung erkennen, dass die
breiten Lehren der Offenbarung auf eine Vielzahl von Formen realisiert
werden können.
Daher sollte, während
diese Offenbarung bestimmte Beispiele umfasst, der wahre Schutzumfang
der Offenbarung nicht so beschränkt sein,
da andere Abwandlungen für
den Fachmann bei einem Studieren der Zeichnungen, der Beschreibung
und der folgenden Ansprüche
ersichtlich werden.