DE102013014847A1

DE102013014847A1 - Automobil-Steuerungsvorrichtung und zugehöriges Perioden-Messverfahren

Info

Publication number: DE102013014847A1
Application number: DE102013014847.2A
Authority: DE
Inventors: Satoshi Yamazaki; Naoto Hasegawa
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2012-09-19
Filing date: 2013-09-05
Publication date: 2014-03-20
Anticipated expiration: 2033-09-06
Also published as: JP2014058947A; DE102013014847B4; CN103670874B; JP5940945B2; CN103670874A; US9239014B2; US20140081557A1; DE102013014847A8

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Automobil-Steuerungsvorrichtung und ein Perioden-Messverfahren zum Messen einer Periode eines von außen eingegebenen Impulssignals. Die Automobil-Steuerungsvorrichtung verarbeitet das von außen eingegebene Impulssignal unter Verwendung eines analogen Filters parallel mit einem digitalen Filter. Wenn eine Differenz zwischen einem gemessenen Wert einer Periode eines Ausgangssignals des analogen Filters und einem gemessenen Wert einer Periode eines Ausgangssignals des digitalen Filters kleiner als ein Schwellenwert ist, wählt die Automobil-Steuerungsvorrichtung den gemessenen Wert der Periode des Ausgangssignals des analogen Filters als Periode des Impulssignals aus. Wenn die Differenz zwischen den gemessenen Werten größer als der Schwellenwert ist, wählt die Automobil-Steuerungsvorrichtung indessen den gemessenen Wert der Periode des Ausgangssignals des digitalen Filters als Periode des Impulssignals aus.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Technik zum Messen einer Periode eines von außen eingegebenen Impulssignals für eine Automobil-Steuerungsvorrichtung.
2. BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK
Die offengelegte japanische Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 2008-309067 offenbart, dass eine Steuerungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor, die ein Impulssignal empfängt, das sich gemäß einem Winkel einer Nockenwelle des Verbrennungsmotors periodisch ändert, einen Filter zum Entfernen von Rauschkomponenten des Impulssignals aufweist.
Die Verwendung eines digitalen Filters als Filter zum Entfernen der Rauschkomponenten des Impulssignals ermöglicht eine hochpräzise Beseitigung der Rauschkomponenten. Der digitale Filter arbeitet jedoch periodisch, was eine Verschiebung des Timings zwischen einer ansteigenden oder einer abfallenden Flanke eines Eingangsimpulssignals und einem Ablauftiming des digitalen Filters verursacht. Dies kann einen Fehler zwischen einer Periode des Eingangsimpulssignals und einer Periode des Ausgangs des digitalen Filters verursachen und könnte somit die Messgenauigkeit der Periode mindern.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Automobil-Steuerungsvorrichtung und ein zugehöriges Perioden-Messverfahren bereitzustellen, das die Periode mit hoher Genauigkeit messen kann, wobei der Einfluss von Rauschen unterdrückt wird.
Um die oben genannte Aufgabe gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung zu lösen, wird eine Automobil-Steuerungsvorrichtung bereitgestellt, umfassend: eine erste Filtereinrichtung, die vorgegebene Frequenzkomponenten durch eine digitale Signalverarbeitung aus einem von außen eingegebenen Impulssignal extrahiert; eine zweite Filtereinrichtung, die vorgegebene Frequenzkomponenten durch eine analoge Signalverarbeitung aus dem Impulssignal extrahiert; und eine Perioden-Messeinrichtung, die ein Ausgangssignal der ersten Filtereinrichtung und ein Ausgangssignal der zweiten Filtereinrichtung empfängt und eine Periode des Impulssignals misst.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird darüber hinaus ein Perioden-Messverfahren für eine Automobil-Steuerungsvorrichtung bereitgestellt, das folgende Schritte umfasst: Durchführen einer digitalen Signalverarbeitung zum Extrahieren von vorgegebenen Frequenzkomponenten aus dem von außen eingegebenen Impulssignal, Durchführen einer analogen Signalverarbeitung zum Extrahieren von vorgegebenen Frequenzkomponenten aus dem Impulssignal; und Messen einer Periode des Impulssignals basierend auf einem Signal nach der digitalen Signalverarbeitung und einem Signal nach der analogen Signalverarbeitung.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen.
Darin zeigt:
1 ein Blockschaltbild, das einen Aufbau einer Automobil-Steuerungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
2 ein Ablaufdiagramm, das eine Interruptverarbeitung basierend auf einem Signal nach einer digitalen Filterung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
3 ein Zeit-Diagramm zum Beschreiben von Eigenschaften einer Periodenmessung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
4 ein Zeit-Diagramm zum Beschreiben einer Verarbeitung des Erfassens eines Winkels durch eine Zeitmessung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
1 veranschaulicht eine Steuerungsvorrichtung 200, die einen Fahrzeug-Verbrennungsmotor 100 steuert, als Beispiel einer Automobil-Steuerungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
Die Steuerungsvorrichtung 200, die einen Mikrocomputer umfasst, weist eine Eingangsschaltung 210, eine analoge Filterschaltung 220, eine Ausgangsschaltung 230, eine Flanken-Erfassungsschaltung 240 zur Verwendung in einer analogen Signalverarbeitung, eine Flanken-Erfassungsschaltung 250 zur Verwendung in einer digitalen Signalverarbeitung, eine Zentraleinheit (CPU) 260 und dergleichen auf.
Die Eingangsschaltung 210 empfängt ein von außen eingegebenes Signal und ein von einem Sensor, wie z. B. einem im Verbrennungsmotor 100 vorgesehenen Kurbelwinkelsensor 101, ausgegebenes Signal.
Der Kurbelwinkelsensor 101 gibt ein Impulssignal POS aus, das sich synchron mit einer Rotation bzw. Drehung einer Kurbelwelle 102 des Verbrennungsmotors 100 periodisch ändert. Das Impulssignal POS ist ein analoges Impulssignal, dessen Ausgabe sich jedes Mal ändert, wenn sich die Kurbelwelle 102 um einen bestimmten Winkel dreht.
Das von der Steuerungsvorrichtung 200 über die Eingangsschaltung 210 empfangene Impulssignal POS wird parallel an die analoge Filterschaltung 220 und die Flanken-Erfassungsschaltung 250 ausgegeben.
Die analoge Filterschaltung 220 ist ein Tiefpassfilter, der im Impulssignal POS enthaltene Hochfrequenzkomponenten (Rauschen) durch eine analoge Signalverarbeitung beseitigt bzw. entfernt. Ein Impulssignal POSAF, in welchem Hochfrequenzkomponenten nach dem Durchlaufen der analogen Filterschaltung 220 entfernt wurden, wird an die Flanken-Erfassungsschaltung 240 ausgegeben.
Die Flanken-Erfassungsschaltung 240 erfasst eine Flanke des Impulssignals POSAF durch Vergleichen des Ausgangspegels des Impulssignals POSAF mit einem Grenzwert bzw. Schwellenwert und gibt ein binäres Signal (ein rechteckiges Impulssignal) POSAFS, das das Flanken-Erfassungsergebnis anzeigt, an die CPU 260 aus.
Die Flanken-Erfassungsschaltung 250 erfasst andererseits eine Flanke des Impulssignals POS durch Vergleichen des Ausgangspegels des Impulssignals POS mit einem Schwellenwert und gibt ein binäres Signal (ein rechteckiges Impulssignal) POSD, das das Flanken-Erfassungsergebnis anzeigt, an die CPU 260 aus.
Die CPU 260 weist Funktionen, wie zum Beispiel eine digitale Filtereinheit 261 und eine Perioden-Messeinheit 262 als Software auf.
Die digitale Filtereinheit 261 wirkt als Tiefpassfilter, der im Impulssignal POSD enthaltene Hochfrequenzkomponenten (Rauschen) durch eine digitale Filterung (digitale Signalverarbeitung) entfernt.
Darüber hinaus kann die Steuerungsvorrichtung 200 anstelle der digitalen Filtereinheit 261 mit einem digitalen Signalprozessor (DSP) versehen werden, der als digitaler Filter wirkt.
Die Perioden-Messeinheit 262 empfängt ein Impulssignal POSDF, in welchem die Hochfrequenzkomponenten durch die Verarbeitung in der digitalen Filtereinheit 261 entfernt wurden, und ein Impulssignal POSAFS, das die Ausgabe aus der Flanken-Erfassungsschaltung 240 ist, um eine Periode TPOS (ms) des Impulssignals POS basierend auf diesen Signalen zu messen.
Das Impulssignal POS ist ein Signal, das jeweils bei einem bestimmten Kurbelwinkel ausgegeben wird, und daher ist die Periode TPOS des Impulssignals POS eine Zustandsgröße, die mit der einer Drehzahl NE des Verbrennungsmotors 100 korreliert. Die Drehzahl NE (Upm) des Verbrennungsmotors 100 kann basierend auf der Periode TPOS berechnet werden und der Kurbelwinkel kann basierend auf der Drehzahl NE in eine Zeit konvertiert bzw. umgewandelt werden.
Die Steuerungsvorrichtung 200 erfasst eine Steuerzeit einer Zündung mit einer Zündkerze 103 des Verbrennungsmotors 100 unter Verwendung einer gezählten Anzahl des Impulssignals POS von einem Referenz-Kurbelwinkel und einer ab dem Impulssignal POS startenden Zeitmessung, und erzeugt ein Zündsteuersignal gemäß der erfassten Steuerzeit und gibt danach ein Zündsteuersignal an eine Zündungsschaltung der Zündkerze 103 über die Ausgangsschaltung 230 aus. Diesbezüglich wandelt die Steuerungsvorrichtung 200 den Winkel aus dem Impulssignal POS an die Zündsteuerzeiten basierend auf der Drehzahl NE in eine Zeit um.
Die Steuerungsvorrichtung 200 kann die Zündsteuerzeiten durch Umwandeln des Kurbelwinkels in eine Zeit auf der Basis der Drehzahl NE erfassen und zudem einen Kraftstoffeinspritzzeitpunkt eines Kraftstoffeinspritzventils (nicht dargestellt) erfassen.
Die Steuerungsvorrichtung 200 verwendet die basierend auf der Periode TPOS berechnete Drehzahl NE (Upm), um den Zündzeitpunkt oder eine Kraftstoffeinspritzmenge zu berechnen und daher beeinflusst die Erfassungsgenauigkeit der Periode TPOS die Berechnungsgenauigkeit für den Zündzeitpunkt oder die Kraftstoffeinspritzmenge.
Obwohl die Hochfrequenzkomponenten mit hoher Genauigkeit im digitalen Filter entfernt werden können, tritt eine Verschiebung durch ein diskretes Ablauftiming bei der digitalen Verarbeitung zwischen dem Impulssignal POSDF nach der digitalen Filterung und dem vom Kurbelwinkelsensor 101 ausgegebenen Impulssignal POS auf. Daher tritt ein Fehler zwischen der Periode TPOSDF des Impulssignals POSDF nach der digitalen Filterung und der Periode TPOS des vom Kurbelwinkelsensor 101 ausgegebenen Impulssignals POS auf.
Andererseits weist der analoge Filter eine geringere Beseitigungsleistung hinsichtlich der Hochfrequenzkomponenten im Vergleich zum digitalen Filter auf, wobei eine Periode TPOSAF eines Impulssignals POSAFS eine höhere Genauigkeit im Vergleich zur Periode TPOSDF des Impulssignals POSDF aufweist.
Genauer gesagt wird das Impulssignal POSAFS nach der analogen Filterung zu einem Signal mit einer Flanke, die mit der Periode TPOS des Impulssignals POS synchronisiert bzw. synchron ist, das vom Kurbelwinkelsensor 101 mit hoher Genauigkeit ausgegeben wurde, während das Impulssignal POSAFS wahrscheinlich eine durch Rauschkomponenten beeinflusste Flanke aufweist.
Dementsprechend ermittelt die Perioden-Messeinheit 262 der Steuerungseinheit 200 basierend auf dem Impulssignal POSDF nach der digitalen Filterung, ob die Flanke des Impulssignals POSAFS nach der analogen Filterung durch Rauschen beeinflusst wurde. Darüber hinaus ermittelt die Steuerungsvorrichtung 200, ob die Periode TPOSAF als Periode TPOS des Impulssignals zu wählen ist, mit anderen Worten, ob die Periode TPOSAF zur Steuerung des Verbrennungsmotors 100 zu verwenden ist.
Nachfolgend wird ein Beispiel der Messung einer Periode TPOS in der Perioden-Messeinheit 262 mit Bezug auf das Ablaufdiagramm von 2 beschrieben.
Bei der im Ablaufdiagramm von 2 veranschaulichten Ablaufsteuerung wird angenommen, dass eine Zeitkonstante für jede Filterung so voreingestellt ist, dass eine Phase des Impulssignals POSDF nach der digitalen Filterung im Vergleich zu einer Phase des Impulssignals POSAFS nach der analogen Filterung verzögert ist.
Eine im Ablaufdiagramm von 2 veranschaulichte Routine wird durch die Perioden-Messeinheit 262 für jede Flanke des Impulssignals POSDF nach der digitalen Filterung ausgeführt.
In einem Schritt S601 setzt die Perioden-Messeinheit 262 zuerst eine Zeitinformation KTD, die zum Zeitpunkt der vorausgegangenen Ausführung dieser Routine gespeichert wurde, auf den vorherigen Wert KTDold.
In einem nächsten Schritt S602 speichert die Perioden-Messeinheit 262 eine Zeitinformation KTD zum aktuellen Zeitpunkt als den letzten Wert.
In einem Schritt S603 berechnet die Perioden-Messeinheit 262 danach eine Periode TPOSDF eines Impulssignals POSDF nach der digitalen Filterung als Differenz zwischen dem vorherigen Wert KTDold und dem letzten Wert KTD.
In einem Schritt S604 setzt die Perioden-Messeinheit 262 eine Zeitinformation KTA der Flanke eines Impulssignals POSAFS nach der analogen Filterung, die als letzter Wert zum Zeitpunkt der vorausgegangenen Ausführung dieser Routine gespeichert wurde, auf den vorherigen Wert KTAold.
In einem nächsten Schritt S605 liest und speichert die Perioden-Messeinheit 262 den letzten Wert der Zeitinformation KTA, der jedes Mal aktualisiert wird, wenn die Flanke des Impulssignals POSAFS nach der analogen Filterung erfasst wird.
In einem Schritt S606 berechnet die Perioden-Messeinheit 262 danach eine Periode TPOSAF des Impulssignals POSAFS nach der analogen Filterung als Differenz zwischen dem vorherigen Wert KTAold und dem letzten Wert KTA.
In einem Schritt S607 berechnet die Perioden-Messeinheit 262 eine Differenz ΔTPOS zwischen der Periode TPOSDF des Impulssignals POSDF nach der digitalen Filterung und der Periode TPOSAF des Impulssignals POSAFS nach der analogen Filterung und ermittelt, ob der Absolutwert der Differenz ΔTPOS kleiner als ein Schwellenwert SL ist.
Der Schwellenwert SL wird verwendet, um zu ermitteln, ob die Differenz zwischen der Periode TPOSDF und der Periode TPOSAF ausreichend gering ist, so dass die Differenz durch eine Verschiebung aufgrund eines Ablauftimings des digitalen Filters verursacht wurde, und wird im Voraus basierend auf einem Fehler der Periode TPOSDF aufgrund des Ablauftimings des digitalen Filters angepasst.
Mit anderen Worten wird der Schwellenwert SL so voreingestellt, dass die Differenz ΔTPOS zwischen den vorgenannten Perioden kleiner als der Schwellenwert SL ist, wenn die Periode TPOSAF ohne Beeinflussung durch Rauschen oder dergleichen gemessen wird, und die Differenz ΔTPOS zwischen den vorgenannten Perioden größer als der Schwellenwert SL ist, wenn ein Messfehler bei der Periode TPOSAF auftritt, der durch eine erfolglose Entfernung von Rauschen bei der analogen Filterung verursacht wurde.
Wenn der Absolutwert der Differenz ΔTPOS kleiner als der Schwellenwert SL ist, wird die Periode TPOSAF daher ohne Beeinflussung durch Rauschen oder dergleichen gemessen. Wenn der Absolutwert der Differenz ΔTPOS hingegen gleichgroß oder größer als der Schwellenwert SL ist, bedeutet dies, dass die Periode TPOSAF aufgrund von Rauschen falsch bzw. fehlerhaft gemessen wurde, das durch die analoge Filterung nicht entfernt wurde.
Wenn die Perioden-Messeinheit 262 folglich im Schritt S607 ermittelt, dass der Absolutwert der Differenz ΔTPOS kleiner als der Schwellenwert SL ist, rückt der Arbeitsablauf der Perioden-Messeinheit 262 zu einem Schritt S608 vor, in welchem die Perioden-Messeinheit 262 die Periode TPOSAF des Impulssignals POSAFS nach der analogen Filterung als Perioden-Messwert des Impulssignals POS auswählt.
Die digitale Filterung kann Rauschen mit hoher Präzision entfernen und die Periode TPOSDF ist ein gegen Rauschen unempfindlicher Messwert. Jedoch tritt ein Fehler aufgrund des digitalen Ablauftimings in der Periode TPOSDF auf. Wenn die Periode TPOSAF schätzungsweise ohne Beeinflussung durch Rauschen oder dergleichen gemessen wurde, wählt die Perioden-Messeinheit 262 folglich die Periode TPOSAF, die ein Messergebnis mit hoher Präzision ist, als Messwert zur Verwendung bei der Steuerung des Verbrennungsmotors 100 aus.
Wenn das Rauschen durch die analoge Filterung erfolgreich entfernt wurde oder wenn keine Rauschüberlagerung auf dem Impulssignal POS vorliegt, kann die Steuerungsvorrichtung 200 daher den Zündzeitpunkt des Verbrennungsmotors 100 basierend auf der mit hoher Genauigkeit gemessenen Periode TPOSAF steuern.
Wenn der Absolutwert der Differenz ΔTPOS andererseits gleichgroß oder größer als der Schwellenwert SL ist, schätzt die Perioden-Messeinheit 262, dass die Periode TPOSAF aufgrund einer Beeinflussung durch Rauschen oder dergleichen fehlerhaft gemessen wurde, und danach rückt der Ablauf zu einem Schritt S609 vor, in welchem die Perioden-Messeinheit 262 die Periode TPOSDF als Messwert zur Verwendung bei der Steuerung des Verbrennungsmotors 100 auswählt.
Obwohl die Periode TPOSDF manchmal einen großen Messfehler im Vergleich zu dem der Periode TPOSAF aufweisen kann, die nicht durch Rauschen beeinflusst ist, liegt die Periode TPOSDF näher an einer momentanen Periode TPOS als die Periode TPOSAF, die aufgrund der Beeinflussung durch Rauschen fehlerhaft gemessen wurde. Wenn die Periode TPOSAF aufgrund der Beeinflussung durch Rauschen fehlerhaft gemessen wurde, wird daher die Periode TPOSDF als Messwert zur Verwendung bei der Steuerung des Verbrennungsmotors 100 ausgewählt.
Somit ist es möglich, zu verhindern, dass der Zündzeitpunkt und dergleichen des Verbrennungsmotors basierend auf der aufgrund des Einflusses von Rauschen fehlerhaft gemessenen Periode TPOSAF gesteuert wird.
Wenn die Steuerungsvorrichtung 200 den Verbrennungsmotor 100 kontinuierlich basierend auf der Periode TPOSDF steuert, kann in dieser Hinsicht eine gegen Rauschen unempfindliche Steuerung erreicht werden. Dies kann jedoch zu der Steuerung unter Verwendung eines Messergebnisses führen, das einen größeren Fehler im Vergleich zu dem der Periode TPOSAF aufweist.
Wenn die Steuerungsvorrichtung 200 andererseits den Verbrennungsmotor 100 kontinuierlich basierend auf der Periode TPOSAF steuert, kann die Steuerungsvorrichtung 200 den Verbrennungsmotor 100 basierend auf einem präzisen Perioden-Messwert in einem Fall ohne Einfluss von Rauschen steuern. Im Falle einer erfolglosen Beseitigung von Rauschen aus dem Impulssignal POS mit dem analogen Filter kann die Steuerungsvorrichtung 200 den Verbrennungsmotor 100 jedoch basierend auf der Periode TPOSAF fehlerhaft steuern, die sich von einem momentanen Wert unterscheidet.
Bei der Ablaufdiagramm von 2 veranschaulichen Ablaufsteuerung wählt die Perioden-Messeinheit 262 die Periode TPOSDF demgegenüber in einem Fall einer erfolglosen Entfernung von Rauschen mit dem analogen Filter aus und wählt die Periode TPOSAF in einem Fall des erfolgreichen Entfernens von Rauschen mit dem analogen Filter aus. Daher ist es möglich, zu verhindern, dass der Verbrennungsmotor 100 basierend auf der Periode TPOSAF fehlerhaft gesteuert wird, die aufgrund eines Einflusses von Rauschen fehlerhaft gemessen wurde, wobei sich die Chancen einer Steuerung des Verbrennungsmotors 100 unter Verwendung der hochpräzisen Periode TPOSAF so weit als möglich erhöhen, wodurch die Steuerbarkeit des Verbrennungsmotors 100 gesteigert wird.
Das Zeit-Diagramm in 3 veranschaulicht ein Beispiel der Beziehungen zwischen dem Impulssignal POSAFS nach der analogen Filterung, dem Impulssignal POSDF nach der digitalen Filterung, einem Zeitzähler, den Perioden TPOSAF und den Perioden TPOSDF.
Die Zeitkonstante für jede Filterung ist so eingestellt, dass die Phase des Impulssignals POSDF nach der digitalen Filterung im Vergleich zur Phase des Impulssignals POSAFS nach der analogen Filterung, wie oben beschrieben, verzögert ist.
Bei der im Ablaufdiagramm von 2 beschriebenen Verarbeitung berechnet die Perioden-Messeinheit 262 die Periode TPOSAF basierend auf der Flanke des Impulssignals POSAFS nach der analogen Filterung, die kurz vor der Kante des Impulssignals POSDF nach der digitalen Filterung liegt.
Im Zeit-Diagramm von 3 erhält die Perioden-Messeinheit 262 daher die Periode TPOSAF zu einem Zeitpunkt t2', der ein Flanken-Erzeugungszeitpunkt des Impulssignals POSDF unmittelbar nach einem Zeitpunkt t2 ist, als Differenz zwischen der zu einem Zeitpunkt t1 erhaltenen Zeitinformation KTAold und der zum Zeitpunkt t2 erhaltenen Zeitinformation KTA.
Andererseits wird die Periode TPOSDF basierend auf der Zeitinformation für jede Flanke des Impulssignals POSDF nach der digitalen Filterung berechnet. Bei dem in 3 veranschaulichen Beispiel erhält die Perioden-Messeinheit 262 die Periode TPOSDF zum Zeitpunkt t2' als Differenz zwischen der durch eine Interruptverarbeitung zu einem Zeitpunkt t1' erhaltenen Zeitinformationen KTDold und der durch eine Interruptverarbeitung zum Zeitpunkt t2' erhaltenen Zeitinformation KTD.
Bei dem in 3 veranschaulichen Beispiel ist das Rauschen in diesem Zusammenhang nicht auf dem Impulssignal POSAFS nach der analogen Filterung zwischen dem Zeitpunkt t1 und dem Zeitpunkt t2 überlagert, was eine Messstrecke der Periode TPOSAF darstellt. Daher ermittelt die Perioden-Messeinheit 262, dass der Absolutwert der Differenz ΔTPOS kleiner als der Schwellenwert SL bei der Ermittlung der Differenz ΔTPOS ist, die erhalten wird, wenn die Interruptverarbeitung des Ablaufdiagramms von 2 zum Zeitpunkt t2' durchgeführt wird, wodurch die Periode TPOSAF des Impulssignals POSAFS nach der analogen Filterung als Perioden-Messwert zur Verwendung in der Steuerung des Verbrennungsmotors 100 gewählt wird.
Andererseits tritt bei dem in 3 veranschaulichten Beispiel das Rauschen, das durch die analoge Filterung nicht entfernt werden kann, zu einem Zeitpunkt t3 zwischen dem Zeitpunk t2 und einem Zeitpunkt t4 auf, der um eine Periode des Impulssignals POS später als der Zeitpunkt t2 ist, und die Flanken-Erfassungsschaltung 240 erfasst eine Flanke des Impulssignals POSFSA nach der analogen Filterung fehlerhaft.
Wenn die Flanke des Impulssignals POSAFS nach der analogen Filterung in diesem Fall zum Zeitpunkt t4 kurz vor einem Zeitpunkt t4' erfasst werden kann, bei dem die Flanke des Impulssignals POSDF nach der digitalen Filterung auftritt, werden die Zeitinformation KTA des Zeitpunkts t2 und die Zeitinformation KTA des Zeitpunkts t4 zur Berechnung der Periode TPOSAF verwendet, wodurch die Berechnung der Periode TPOSAF mit dem zum Zeitpunkt t3 eliminierten Einfluss von Rauschen ermöglicht wird.
Wenn die Flanke des Impulssignals POSAFS nach der analogen Filterung andererseits zum Zeitpunkt t4 aufgrund eines Auftretens von Rauschen in der Nähe des Zeitpunkts t4 nicht erfasst werden kann, wird die Periode TPOSAF fehlerhaft erfasst. In diesem Fall ermittelt die Perioden-Messeinheit 262, dass die Periode TPOSAF durch den Einfluss von Rauschen aus dem Absolutwert der Differenz ΔTPOS fehlerhaft gemessen wurde, der größer als der Schwellenwert SL ist, und wählt dann die Periode TPOSDF als Messwert zur Verwendung bei der Steuerung anstelle der Periode TPOSAF aus. Daher ist es auch in diesem Fall möglich, ein Messergebnis der Periode TPOS zu bilden, aus dem der Einfluss von Rauschen eliminiert ist.
In einem Schritt S610 des Ablaufdiagramms von 2 führt die Steuerungsvorrichtung 200 eine Verarbeitung zum Kompensieren einer Phasenverzögerung des Impulssignals POSDF durch, wenn die Zündsteuerzeiten oder dergleichen von der Zeitmessung erfasst werden, wobei das Impulssignal POSDF als Referenz dient.
Das Umwandeln eines Winkels in die Zeit TADV basierend auf der Periode TPOSAF ermöglicht das Erfassen des Winkels durch die Zeitmessung mit hoher Genauigkeit. Darüber hinaus kann die Verwendung des Impulssignals POSDF als Referenz für die Zeitmessung die Durchführung der Messung der Zeit TADF verhindern, bei der eine Rauschkomponente als Referenz dient. Die Phase des Impulssignals POSDF ist im Vergleich zur Phase des Impulssignals POSAFS verzögert, was einen Fehler bei der Erfassung einer Winkelposition durch diese Verzögerung verursacht.
Diesbezüglich kann die Phasen-Zeitverzögerung des Impulssignals POSDF relativ zum Impulssignal POSAFS als Differenz zwischen der Zeitinformation KTD und der Zeitinformation KTA erhalten werden.
Deshalb führt die Steuerungsvorrichtung 200 in einem Schritt S610 eine Korrektur durch Subtrahieren einer Differenz ΔKT zwischen der Zeitinformation KTD und der Zeitinformation KTA von der Zeit TADV durch, die durch Umwandeln eines Winkels basierend auf der Periode TPOS erhalten wurde. Danach wird die korrigierte Zeit TADV (TADV = TADV – ΔKT) basierend auf dem Impulssignal POSDF gemessen, das als Referenz dient.
Dies ermöglicht die Winkelerfassung durch die Zeitmessung, bei der das Impulssignal POSDF als Referenz dient, um äquivalent zur Erfassung zu sein, bei der das Impulssignal POSAFS als Referenz dient. In einem Fall der Messung eines Zündzeitpunkts kann der Zündzeitpunkt z. B. mit hoher Genauigkeit erfasst werden.
Das Zeitdiagramm von 4 veranschaulicht eine Erfassung des Winkels durch die Zeitmessung, wobei das Impulssignal POSDF als Referenz dient.
Die Flanke des Impulssignals POSDF ist von der Flanke des Impulssignals POSAFS um ΔKT verzögert. Deshalb werden zur Messung des Zeitpunkts, bei welchem die Zeit TADV ab dem Impulssignal POSAFS verstrichen ist, die Flanke des Impulssignals POSDF und der Zeitverlauf „TADV – ΔKT” gemessen, was zur Folge hat, dass der gleiche Winkel gemessen wird.
Obwohl die Inhalte der vorliegenden Erfindung insbesondere mit Bezug auf die bevorzugten Ausführungsbeispiele beschrieben wurden, ist es für den Durchschnittsfachmann offensichtlich, dass diverse Modifikationen und Variationen basierend auf technischen Basisideen und der Lehre der vorliegenden Erfindung erfolgen können.
Obwohl die Phase des Impulssignals POSDF im Vergleich zur Phase des Impulssignals POSAFS bei dem in 3 veranschaulichen Beispiel verzögert ist, kann im Gegenteil die Phase des Impulssignals POSAFS im Vergleich zur Phase des Impulssignals POSDF verzögert sein. In diesem Fall kann die Perioden-Messeinheit 262 ermitteln, ob die Periode TPOSAF aufgrund eines Einflusses von Rauschen fehlerhaft gemessen wurde, indem die Periode TPOSAF mit der Periode TPOSDF durch einen Interrupt an der Flanke des Impulssignals POSAFS verglichen wird.
Darüber hinaus ist das Impulssignal zum Durchführen der Zeitmessung nicht auf das Impulssignal POS beschränkt, das vom Kurbelwinkelsensor 101 ausgegeben wird, sondern die vorliegende Erfindung ist auch auf eine Messung einer Periode eines von einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor ausgegebenen Impulssignals anwendbar.
Außerdem ist das Impulssignal zum Durchführen der Zeitmessung nicht auf ein Impulssignal beschränkt, das an festen Winkelintervallen ausgegeben wird, sondern kann ein Impulssignal sein, das an unterschiedlichen Winkelintervallen ausgegeben wird.
Die gesamten Inhalte der japanischen Patentanmeldung Nr. 2012-205703 , eingereicht am 19. September 2012, deren Priorität beansprucht wird, werden hierin durch Bezugnahme miteinbezogen.
Obwohl nur ausgewählte Ausführungsbeispiele zum Veranschaulichen und Beschreiben der vorliegenden Erfindung gewählt wurden, ist es für den Durchschnittsfachmann aus dieser Offenbarung offensichtlich, dass diverse Änderungen und Modifikationen hierin erfolgen können, ohne vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen, wie sie in den anliegenden Ansprüchen definiert ist.
Darüber hinaus ist die vorangehende Beschreibung des Ausführungsbeispiels gemäß der vorliegenden Erfindung lediglich zur Veranschaulichung vorgesehen und dient nicht zum Zwecke der Beschränkung der Erfindung, wie sie in den anliegenden Ansprüchen und deren Äquivalenten beansprucht ist.
Zusammenfassend ist festzustellen:
Die Erfindung stellt eine Automobil-Steuerungsvorrichtung und ein Perioden-Messverfahren zum Messen einer Periode eines von außen eingegebenen Impulssignals bereit. Die Automobil-Steuerungsvorrichtung verarbeitet das von außen eingegebene Impulssignal unter Verwendung eines analogen Filters parallel mit einem digitalen Filter. Wenn eine Differenz zwischen einem gemessenen Wert einer Periode eines Ausgangssignals des analogen Filters und einem gemessenen Wert einer Periode eines Ausgangssignals des digitalen Filters kleiner als ein Schwellenwert ist, wählt die Automobil-Steuerungsvorrichtung den gemessenen Wert der Periode des Ausgangssignals des analogen Filters als Periode des Impulssignals aus. Wenn die Differenz zwischen den gemessenen Werten größer als der Schwellenwert ist, wählt die Automobil-Steuerungsvorrichtung indessen den gemessenen Wert der Periode des Ausgangssignals des digitalen Filters als Periode des Impulssignals aus.
Neben der schriftlichen Offenbarung der Erfindung wird hiermit zu deren Ergänzung explizit auf die zeichnerische Darstellung in 1 bis 4 verwiesen.
Bezugszeichenliste

100: Verbrennungsmotor
101: Kurbelwinkelsensor
102: Kurbelwelle, Rotationskörper
103: Zündkerze
200: Steuerungsvorrichtung
210: Eingangsschaltung
220: analoge Filterschaltung, zweite Filtereinrichtung
230: Ausgangsschaltung
240: Flanken-Erfassungsschaltung/-einrichtung in analoger Signalverarbeitung
250: Flanken-Erfassungsschaltung/-einrichtung in digitaler Signalverarbeitung
260: Zentraleinheit, CPU, Umwandlungseinrichtung, Korrektureinrichtung, Winkelerfassungseinrichtung
261: digitale Filtereinheit, erste Filtereinrichtung
262: Perioden-Messeinheit, Perioden-Messeinrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2008-309067 [0002]
JP 2012-205703 [0075]

Claims

Automobil-Steuerungsvorrichtung (200), umfassend: eine erste Filtereinrichtung (261), die vorgegebene Frequenzkomponenten durch eine digitale Signalverarbeitung aus einem von außen eingegebenen Impulssignal (POS) extrahiert; und eine zweite Filtereinrichtung (220), die vorgegebene Frequenzkomponenten durch eine analoge Signalverarbeitung aus dem Impulssignal (POS) extrahiert; und eine Perioden-Messeinrichtung (262), die ein Ausgangssignal der ersten Filtereinrichtung (261) und ein Ausgangssignal der zweiten Filtereinrichtung (220) empfängt und eine Periode des Impulssignals (POS) misst.
Automobil-Steuerungsvorrichtung (200) nach Anspruch 1, wobei die Perioden-Messeinrichtung (262) auswählt, ob ein gemessener Wert einer Periode des Ausgangssignals der zweiten Filtereinrichtung (220) als Periode des Impulssignals (POS) basierend auf einem Vergleich zwischen dem Ausgangssignal der ersten Filtereinrichtung (261) und dem Ausgangssignal der zweiten Filtereinrichtung (220) zu verwenden ist.
Automobil-Steuerungsvorrichtung (200) nach Anspruch 1 oder 2 , wobei die Perioden-Messeinrichtung (262) einen gemessenen Wert einer Periode des Ausgangssignals der ersten Filtereinrichtung (261) mit einem gemessenen Wert einer Periode des Ausgangssignals der zweiten Filtereinrichtung (220) vergleicht, um einen aus den gemessenen Werten der Perioden als Periode des Impulssignals (POS) auszuwählen.
Automobil-Steuerungsvorrichtung (200) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Perioden-Messeinrichtung (262) basierend auf einer Differenz zwischen einem gemessenen Wert einer Periode des Ausgangssignals der ersten Filtereinrichtung (261) und einem gemessenen Wert einer Periode des Ausgangssignals der zweiten Filtereinrichtung (220) einen aus den gemessenen Werten der Perioden als Periode des Impulssignals (POS) auswählt.
Automobil-Steuerungsvorrichtung (200) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Perioden-Messeinrichtung (262) einen gemessenen Wert einer Periode des Ausgangssignals der zweiten Filtereinrichtung (220) als Periode des Impulssignals (POS) auswählt, wenn eine Differenz zwischen einem gemessenen Wert einer Periode des Ausgangssignals der ersten Filtereinrichtung (261) und dem gemessenen Wert der Periode des Ausgangssignals der zweiten Filtereinrichtung (220) kleiner als ein eingestellter Wert ist, und den gemessenen Wert der Periode des Ausgangssignals der ersten Filtereinrichtung (261) als Periode des Impulssignals (POS) auswählt, wenn die Differenz größer als der eingestellte Wert ist.
Automobil-Steuerungsvorrichtung (200) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das von außen eingegebene Impulssignal (POS) ein synchron mit einer Rotation eines Rotationskörpers (102) ausgegebenes Impulssignal (POS) ist, wobei die Automobil-Steuerungseinrichtung (200) ferner umfasst: eine Umwandlungseinrichtung (260), die einen vorgegebenen Winkel des Rotationskörpers (102) basierend auf der durch die Perioden-Messeinrichtung (262) gemessenen Periode des Impulssignals (POPS) in eine Zeit umwandelt; eine Korrektureinrichtung (260), welche die Zeit basierend auf einer Phasendifferenz zwischen dem Ausgangssignal der ersten Filtereinrichtung (261) und dem Ausgangssignal der zweiten Filtereinrichtung (220) korrigiert; und eine Winkel-Erfassungseinrichtung (260), welche die von der Korrektureinrichtung (260) korrigierte Zeit basierend auf dem Ausgangssignal der ersten Filtereinrichtung (261) misst, das als Referenz dient, und einen Winkel des Rotationskörpers (102) erfasst.
Automobil-Steuerungsvorrichtung (200) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das von außen eingegebene Impulssignal (POS) ein synchron mit einer Drehung einer Kurbelwelle (102) eines Verbrennungsmotors (100) ausgegebenes Impulssignal (POS) ist, wobei die Automobil-Steuerungsvorrichtung (200) ferner umfasst: eine Umwandlungseinrichtung (260), die einen vorgegebenen Winkel der Kurbelwelle (102) basierend auf der von der Perioden-Messeinrichtung (262) gemessenen Periode des Impulssignals (POS) in eine Zeit umwandelt; eine Korrektureinrichtung (260), welche die Zeit basierend auf einer Phasendifferenz zwischen dem Ausgangssignal der ersten Filtereinrichtung (261) und dem Ausgangssignal der zweiten Filtereinrichtung (220) korrigiert; und eine Winkel-Erfassungseinrichtung (260), welche die von der Korrektureinrichtung (260) korrigierte Zeit basierend auf dem Ausgangssignal der ersten Filtereinrichtung (261) misst, das als Referenz dient, und einen Winkel der Kurbelwelle (102) erfasst
Automobil-Steuerungsvorrichtung (200) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, ferner umfassend: eine erste Flanken-Erfassungseinrichtung (250), die eine Flanke des von außen eingegebenen Impulssignals (POS) erfasst; und eine zweite Flanken-Erfassungseinrichtung (240), die eine Flanke des Ausgangssignals der zweiten Filtereinrichtung (220) erfasst, wobei die erste Filtereinrichtung (261) ein Ausgangssignal der ersten Flanken-Erfassungseinrichtung (250) verarbeitet, und wobei die Perioden-Messeinrichtung (262) das Ausgangssignal der ersten Filtereinrichtung (261) und ein Ausgangssignal der zweiten Flanken-Erfassungseinrichtung (240) empfängt.
Automobil-Steuerungsvorrichtung (200) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die erste Filtereinrichtung (261) und die zweite Filtereinrichtung (220) Hochfrequenzkomponenten des Impulssignals (POS) entfernen.
Automobil-Steuerungsvorrichtung (200) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei Zeitkonstanten der ersten Filtereinrichtung (261) und der zweiten Filtereinrichtung (220) so eingestellt sind, dass eine Phase des Ausgangssignals der ersten Filtereinrichtung (261) im Vergleich zu einer Phase des Ausgangssignals der zweiten Filtereinrichtung (220) verzögert ist.
Perioden-Messverfahren für eine Automobil-Steuerungsvorrichtung (200), wobei das Verfahren eine Periode eines von außen eingegebenen Impulssignals (POS) misst, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Durchführen einer digitalen Signalverarbeitung zum Extrahieren von vorgegebenen Frequenzkomponenten aus dem Impulssignal (POS); Durchführen einer analogen Signalverarbeitung zum Extrahieren von vorgegebenen Frequenzkomponenten aus dem Impulssignal (POS); und Messen der Periode des Impulssignals (POS) basierend auf einem Signal nach der digitalen Signalverarbeitung und einem Signal nach der analogen Signalverarbeitung.
Perioden-Messverfahren für die Automobil-Steuerungsvorrichtung (200) nach Anspruch 11, wobei der Schritt des Ermessens der Periode folgende Schritte aufweist: Vergleichen des Signals nach der digitalen Signalverarbeitung mit dem Signal nach der analogen Signalverarbeitung; und Auswählen eines aus einem gemessenen Wert einer Periode des Signals nach der analogen Signalverarbeitung und einem gemessenen Wert einer Periode des Signals nach der digitalen Signalverarbeitung basierend auf dem Vergleichsergebnis als Periode des Impulssignals (POS).
Perioden-Messverfahren für die Automobil-Steuerungsvorrichtung (200) nach Anspruch 11 oder 12, wobei der Schritt des Messens der Periode die folgenden Schritte umfasst: Messen einer Periode des Signals nach der analogen Signalverarbeitung; Messen einer Periode des Signals nach der digitalen Signalverarbeitung; Vergleichen des gemessenen Werts der Periode des Signals nach der analogen Signalverarbeitung mit dem gemessenen Wert der Periode des Signals nach der digitalen Signalverarbeitung; und Auswählen eines aus dem gemessenen Wert der Periode des Signals nach der analogen Signalverarbeitung und dem gemessenen Wert der Periode des Signals nach der digitalen Signalverarbeitung basierend auf dem Vergleichsergebnis als Periode des Impulssignals (POS).
Perioden-Messverfahren für die Automobil-Steuerungsvorrichtung (200) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei der Schritt des Messens der Periode folgende Schritte umfasst: Messen einer Periode des Signals nach der analogen Signalverarbeitung; Messen einer Periode des Signals nach der digitalen Signalverarbeitung; Berechnen einer Differenz zwischen dem gemessenen Wert der Periode des Signals nach der analogen Signalverarbeitung und dem gemessenen Wert der Periode des Signals nach der digitalen Signalverarbeitung; und Auswählen eines aus dem gemessenen Wert der Periode des Signals nach der analogen Signalverarbeitung und dem gemessenen Wert der Periode des Signals nach der digitalen Signalverarbeitung basierend auf der Differenz als Periode des Impulssignals (POS).
Perioden-Messverfahren für die Automobil-Steuerungsvorrichtung (200) nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei der Schritt des Messens der Periode folgende Schritte aufweist: Messen einer Periode des Signals nach der analogen Signalverarbeitung; Messen einer Periode des Signals nach der digitalen Signalverarbeitung; Berechnen einer Differenz zwischen dem gemessenen Wert der Periode des Signals nach der analogen Signalverarbeitung und dem gemessenen Wert der Periode des Signals nach der digitalen Signalverarbeitung; Auswählen des gemessenen Werts der Periode des Signals nach der analogen Signalverarbeitung als Periode des Impulssignals (POS), wenn die Differenz kleiner als ein eingestellter Wert ist; und Auswählen des gemessenen Werts der Periode des Signals nach der digitalen Signalverarbeitung als Periode des Impulssignals (POS), wenn die Differenz größer als der eingestellte Wert ist.
Perioden-Messverfahren für die Automobil-Steuerungsvorrichtung (200) nach einem der Ansprüche 11 bis 15, wobei das von außen eingegebene Impulssignal (POS) ein synchron mit einer Rotation eines Rotationskörpers (102) ausgegebenes Impulssignal (POS) ist, wobei das Perioden-Messverfahren ferner folgende Schritte aufweist: Umwandeln eines vorgegebenen Winkels des Rotationskörpers (102) in eine Zeit basierend auf dem gemessenen Wert der Periode des Impulssignals (POS); Korrigieren der Zeit basierend auf einer Phasendifferenz zwischen dem Signal nach der digitalen Signalverarbeitung und dem Signal nach der analogen Signalverarbeitung; Messen der korrigierten Zeit basierend auf dem Signal nach der digitalen Signalverarbeitung, das als Referenz dient; und Erfassen eines Winkels des Rotationskörpers (102) durch die Zeitmessung.
Perioden-Messverfahren für die Automobil-Steuerungsvorrichtung (200) nach einem der Ansprüche 11 bis 16 Eine zusätzliche bilden sie, wobei das von außen eingegebene Impulssignal (POS) ein synchron mit einer Rotation einer Kurbelwelle (102) eines Verbrennungsmotors (100) ausgegebenes Impulssignal (POS) ist, wobei das Perioden-Messverfahren ferner folgende Schritte aufweist: Umwandeln eines Winkels der Kurbelwelle (102) in eine Zeit basierend auf dem gemessenen Wert der Periode des Impulssignals (POS); Korrigieren der Zeit basierend auf einer Phasendifferenz zwischen dem Signal nach der digitalen Signalverarbeitung und dem Signal nach der analogen Signalverarbeitung; Messen der korrigierten Zeit basierend auf dem Signal nach der digitalen Signalverarbeitung, das als Referenz dient; Erfassen eines Winkels der Kurbelwelle (102) durch die Zeitmessung; und Steuern eines Zündzeitpunkts und/oder eines Kraftstoffeinspritzzeitpunkts des Verbrennungsmotors (100) basierend auf dem Winkel der Kurbelwelle (102).
Perioden-Messverfahren für die Automobil-Steuerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 17, wobei der Schritt des Durchführens der digitalen Signalverarbeitung den Schritt des Durchführens der digitalen Signalverarbeitung zum Entfernen von Hochfrequenzkomponenten des Impulssignals (POS) umfasst, und wobei der Schritt des Durchführens der analogen Signalverarbeitung den Schritt des Durchführens der analogen Signalverarbeitung zum Entfernen von Hochfrequenzkomponenten des Impulssignals (POS) umfasst.
Perioden-Messverfahren für die Automobil-Steuerungsvorrichtung (200) nach einem der Ansprüche 11 bis 18, wobei Zeitkonstanten der digitalen Signalverarbeitung und der analogen Signalverarbeitung so eingestellt sind, dass eine Phase des Signals nach der digitalen Signalverarbeitung im Vergleich zu einer Phase des Signals nach der analogen Signalverarbeitung verzögert wird.