DE112018008150T5

DE112018008150T5 - Druckerkennung-signalverarbeitungsvorrichtung, motorsteuerung und programm

Info

Publication number: DE112018008150T5
Application number: DE112018008150.8T
Authority: DE
Inventors: Satoru Fujisaki; Katsuhiko Fukui
Original assignee: Mikuni Corp
Current assignee: Mikuni Corp
Priority date: 2018-11-19
Filing date: 2018-11-19
Publication date: 2021-08-12
Also published as: US20210341347A1; WO2020105074A1; JPWO2020105074A1; CN112585441A; JP6955640B2

Abstract

Ziel dieser Erfindung ist es, piezoelektrische Elementdrift zu entfernen und dadurch ein hochgenaues Druckerkennungssignal zu erhalten, mittels einer einfachen Konfiguration. Eine Druckerkennung-Signalverarbeitungsvorrichtung 200 umfasst: einen Ladungsverstärker 210, der Ladung ansammelt, die von einem piezoelektrischen Element 35 als Antwort auf empfangenen Druck und ein entsprechendes Spannungssignal ausgibt; Drift-Komponenten-Extraktionseinheiten 230, 240, die ein piezoelektrisches Element 35 Drift-Komponente extrahieren, durch Unterziehen des Spannungssignal der Differenzierungsverarbeitung; und eine Driftkorrektureinheit 250, die die extrahierte Driftkomponente verwendet, um ein Korrektursignal zum Entfernen der Driftkomponente zu erzeugen und das Korrektursignal zurück an die Eingangsseite des Ladungsverstärkers einspeist.

Description

HINTERGRUND
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Druckerkennung-Signalverarbeitungsvorrichtung, die Signalverarbeiten an einem Druckerfassungssignal von einem Drucksensor durchführt, der ein piezoelektrisches Element enthält, und betrifft ein Motorsteuerungssystem und ein Programm.
Stand der Technik
Konventionell wird eine Konfiguration vorgeschlagen, die einen Ladungsverstärker als Signalverarbeitungsschaltung für ein Druckerkennungssignal von einem Drucksensor unter Verwendung eines piezoelektrischen Element enthält, das eine elektrische Ladung ausgibt, die der empfangenen Druckstärke entspricht. Der Ladungsverstärker weist eine Konfiguration auf, in der ein Rückkopplungswiderstand und eine Rückkopplungskapazität parallel mit einem Operationsverstärker verbunden sind und der Operationsverstärker in negativer Rückkopplungsverbindung ist.
In dieser Signalverarbeitungsschaltung wird ein elektrischer Leckstrom des piezoelektrischen Elements zu einer Drift des Druckerkennungssignals, und so ist es notwendig, eine Abweichungskorrekturschaltung bzw. Driftkorrekturschaltung oder dergleichen anzubringen, um einen Einfluss der Abweichung bzw. Drift zu beseitigen.
Als ein Beispiel für die Korrekturschaltung wird eine Schaltung vorgeschlagen, die ein Zurücksetzungs- bzw. Reset-Signal verwendet, das mit einem Rotationssignal einer Kurbelwelle synchronisiert ist, um den Einfluss der Drift zu eliminieren (siehe z.B. Patentliteratur 1). Eine in der Korrekturschaltung angebrachte Reset-Zeitpunkt-Erkennungseinheit bestimmt jedoch, ob ein Reset-Zeitpunkt ein geplanter Reset-Zeitpunkt in einem Ansaugtakt bzw. Ansaughub ist, basierend auf die Ausgabe eines Kurbelwinkelsensors, ein Reset-Signal ausgibt, wenn der geplante Reset-Zeitpunkt erreicht wird, und setzt die Ausgabe des Ladungsverstärkers auf Null zurück. Dadurch wird ein Schaltungssystem der Druckerkennung-Signalverarbeitungsschaltung kompliziert. Wenn die Ausgabegenauigkeit des Kurbelwinkelsensors nicht gewährleistet ist, kann der Reset nicht präzise durchgeführt werden.
Daher wird eine Schaltungskonfiguration vorgeschlagen, bei der ein Gleichstrom-Isolator zwischen einem piezoelektrischen Element und einem Ladungsverstärker zwischengesetzt wird. Der Gleichstrom-Isolator unterbricht eine Gleichstromkomponente und lässt das Druckerkennungssignal passieren und ist durch einen Kondensator konfiguriert (siehe Patentliteratur 2). Das heißt, obwohl der elektrische Leckstrom des piezoelektrischen Elements als die Drift fungiert, kann der elektrische Leckstrom auch als Gleichstromkomponente betrachtet werden, die auch über relativ lange Zeit eine stabile Größe beibehält, und somit wird die Gleichstromkomponente durch den Kondensator unterbrochen.
[Literatur verwandter Kunst]
[Patentliteratur]

Patentliteratur 1: Japanische Patent Offenlegungsschrift Nr. 2002-242750 (Seiten 3 bis 6, 10)
Patentliteratur 2: Japanische Patent Offenlegungsschrift Nr. 2009-115484 (Seiten 2 bis7, 1)

ZUSAMMENFASSUNG
[Probleme, die gelöst werden müssen]
Gemäß der Konfiguration der Patentliteratur 1 hängt jedoch eine Kapazität eines Kondensators, der ein Gleichstrom-Isolator ist, von einer Größe der Impedanz des piezoelektrischen Elements ab. Daher besteht das Problem, dass die Kapazität des Kondensators groß werden kann, wenn die Impedanz des piezoelektrischen Elements klein ist. Darüber hinaus gibt es ein Problem oder dergleichen, dass eine Montagefläche des Kondensators auf einer Oberfläche des elektronischen Substrats zunehmen kann, wenn die Kapazität des Kondensators zunimmt.
Die vorliegende Erfindung wird erreicht, um das konventionelle Problem zu lösen und hat ein Ziel, um eine Druckerkennung-Signalverarbeitungsvorrichtung bereit zu stellen, die in der Lage ist, die Drift eines piezoelektrischen Elements zu entfernen und dadurch durch eine einfache Konfiguration ein hochpräzises Druckerkennungssignal zu erhalten und um ein Motorsteuerungssystem und ein Programm bereitzustellen.
[Mittel zum Lösen der Probleme]
Um das oben beschriebene Ziel zu erreichen, ist eine Druckerkennung-Signalverarbeitungsvorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung, die die Signalverarbeitung an einem Ausgabesignal eines Drucksensors durchführt, das ein piezoelektrisches Element enthält, das eine elektrische Ladung erzeugt, die einem empfangenen Druck entspricht, und enthält:

einen Ladungsverstärker, der die elektrische Ladung ansammelt und ein entsprechendes Spannungssignal ausgibt;
eine Drift-Komponenten-Extraktionseinheit, die eine Driftkomponente des piezoelektrischen Elements extrahiert, durch Durchführen Differenzialverarbeiten an dem Spannungssignal; und
eine Driftkorrektureinheit, die ein Korrektursignal zum Entfernen der extrahierten Driftkomponente erzeugt und das Korrektursignal zurück an eine Eingangsseite des Ladungsverstärkers einspeist.

Darüber hinaus kann die Drift-Komponenten-Extraktionseinheit umfassen:

eine Differentialverarbeitungseinheit, die Differentialverarbeiten an dem Spannungssignal durchführt; und
ein Tiefpassfilter, der eine Komponente in einem vorgegebenen Niederfrequenzband des Signals extrahiert, das der Differentialverarbeitung unterzogen wurde.
Darüber hinaus kann der Ladungsverstärker einen Operationsverstärker enthalten, der in negativer Rückkopplungsverbindung zu einer parallelen Schaltung ist, die aus einem Widerstand und einem Kondensator besteht, oder in einer negativen Rückkopplungsverbindung zu einem Kondensator ist.

Darüber hinaus kann die Driftkorrektureinheit enthalten:

eine erste Differenzberechnungseinheit, die eine erste Differenz zwischen einem zuvor festgelegten ersten Zielwert und der extrahierten Driftkomponente berechnet;
und eine Korrekturverarbeitungseinheit, die das Korrektursignal erzeugt, das ersten Differenz entspricht und das Korrektursignal zurück zu der Eingangsseite des Ladungsverstärkers einspeist.

Um die P-Steuerung durchführen zu können, kann die Druckerkennung-Signalverarbeitungsvorrichtung ferner enthalten: einen zweiten Tiefpassfilter, der ein Signal extrahiert, das eine Komponente in einem vorgegebenen Niederfrequenzband des Spannungssignals zeigt;
eine zweite Differenzberechnungseinheit, die eine zweite Differenz zwischen einem zuvor festgelegten zweiten Zielwert und dem Signal, das von dem zweiten Tiefpassfilter extrahiert wird, berechnet; und
eine proportionale Verarbeitungseinheit, die ein proportionales Signal ausgibt, das durch Durchführen einer proportionalen Verarbeitung an der zweiten Differenz, wobei die Korrekturverarbeitungseinheit das Korrektursignal erzeugen kann, das einem Additionssignal entspricht, das durch Hinzufügen des proportionalen Signals zu der ersten Differenz erhalten wird, und das Korrektursignal zurück auf die Eingangsseite des Ladungsverstärkers einspeist, und der Ladungsverstärker kann das Korrektursignal ausgeben.
Außerdem kann die Druckerkennungs-Signalverarbeitungsvorrichtung, um die I-Steuerung durchzuführen, ferner enthalten: eine dritte Differenzberechnungseinheit, die eine dritte Differenz zwischen dem zweiten Zielwert und dem Signal, das von dem zweiten Tiefpassfilter extrahiert wird, berechnet; und
eine integrierte Verarbeitungseinheit, die ein integrales Signal ausgibt, das durch Durchführen integraler Verarbeitung auf die dritte Differenz, wobei
die Korrekturverarbeitungseinheit das Korrektursignal erzeugen kann, das einem Additionssignal entspricht, das durch Hinzufügen der ersten Differenz, des proportionalen Signals und des integrierten Signals erhalten wird, und das Korrektursignal zurück an die Eingangsseite des Ladungsverstärkers einspeist.
Eine Schneide- bzw. Slice-Einheit, die ein Eingangssignal, das einen vorgegebenen Wert überschreitet, auf den vorgegebenen Wert schneidet, kann in einer vorderen Stufe der Differenzialverarbeitungseinheit und/oder einer vorderen Stufe des zweiten Tiefpassfilters angebracht werden.
Darüber hinaus, um PID-Steuerung durchzuführen, kann die Extraktionseinheit der Driftkomponente enthalten:

einen Tiefpassfilter, der ein Signal extrahiert, das eine Komponente in einem vorgegebenen Niederfrequenzband des Spannungssignals anzeigt, und
eine Differentialverarbeitungseinheit, die ein Differentialsignal ausgibt, das durch Durchführen Differentialverarbeiten auf dem Signal, das von dem Tiefpassfilter extrahiert wird, erhalten wird;
die Driftkorrektureinheit kann enthalten:
- eine erste Differentialberechnungseinheit, die eine erste Differenz zwischen einem zuvor festgelegten ersten Zielwert und dem Differentialsignal berechnet, und
- eine Korrekturverarbeitungseinheit, die das Korrektursignal erzeugt und das Korrektursignal zurück an eine Eingangsseite des Ladungsverstärkers leitet;
- die Druckerkennung-Signalverarbeitungsvorrichtung kann enthalten:
eine zweite Differenzberechnungseinheit, die eine zweite Differenz berechnet, die eine Differenz zwischen einem zuvor festgelegten zweiten Zielwert und dem Signal,
das vom dem Tiefpassfilter extrahiert wird, berechnet,
eine proportionale Verarbeitungseinheit, die ein proportionales Signal ausgibt, das durch Durchführen einer proportionalen Verarbeitung auf die zweite Differenz erhalten wird, und
eine integrierte Verarbeitungseinheit, die ein integrales Signal ausgibt, das durch die Durchführen integraler Verarbeitung auf die zweite Differenz erhalten wird; und
die Korrekturverarbeitungseinheit kann das Korrektursignal erzeugen, das einem Additionssignal entspricht, das durch Hinzufügen des ersten Differenzsignals, des proportionalen Signals und des integralen Signals erhalten wird.

Darüber hinaus, um Motorsteuerung unter Verwendung eines Druckerkennungssignal durchzuführen, kann das Motorsteuersystem konfiguriert sein, das die Druckerkennung-Signalverarbeitungsvorrichtung und eine Steuereinheit enthält, die die Steuerung eines Motors basierend auf einem Ausgabesignal von der Druckerkennung-Signalverarbeitungsvorrichtung ausführt. Darüber hinaus kann eine digitale Signalverarbeitungseinheit eine Grenzfrequenz des Tiefpassfilters entsprechend einer Drehzahl des Motors ändern.
Ein Programm gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Programm zum Erreichen, in einer Druckerkennungssignalvorrichtung, die Signalverarbeiten auf einem Ausgabesignal eines Drucksensors durchführt, der ein piezoelektrisches Element enthält, das eine elektrische Ladung erzeugt, die einem empfangenen Druck entspricht, eine Extraktionsfunktion zum Extrahieren einer Driftkomponente eines piezoelektrischen Elements durch Durchführen Differentialverarbeiten an einem Spannungssignal von einem Ladungsverstärker, der eine elektrische Ladung ansammelt und das entsprechende Spannungssignal ausgibt; und eine Korrekturfunktion zum Erzeugen eines Korrektursignals zum Entfernen der extrahierten Driftkomponente und zum Einspeisen des Korrektursignals zurück an eine Eingangsseite des Ladungsverstärkers.
Darüber hinaus kann die Korrekturfunktion enthalten: eine Differenzberechnungsfunktion zum Berechnen einer Differenz zwischen einem zuvor festgelegten Zielwert und der von der Extraktionsfunktion extrahierten Driftkomponente; und eine Korrekturverarbeitungsfunktion zum Zurückleiten des Korrektursignals, das der Differenz entspricht, zu der Eingangsseite des Ladungsverstärkers.
[Effekt]
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Effekt erzielt, dass eine Druckerkennung-Signalverarbeitungsvorrichtung, ein Motorsteuerungssystem und ein Programm bereitgestellt werden können, die in der Lage sind, die Drift eines piezoelektrischen Elements zu entfernen und dadurch durch eine einfache Konfiguration ein hochpräzises Druckerkennungssignal zu erhalten.
Figurenliste

1 ist ein schematisches Abbildungsdiagramm, das eine Konfiguration einer Motorsteuerung 300 zeigt.
2 ist ein Funktionskonfigurationsdiagramm einer ECU 100.
3 ist eine Konfiguration einer Druckerfassung-Signalverarbeitungsvorrichtung 200.
4 ist ein schematisches Konfigurationsdiagramm eines Drucksensors 30.
5 ist ein Konfigurationsdiagramm eines Ladungsverstärkers 210.
6 ist ein Konfigurationsdiagramm einer digitalen Signalverarbeitungseinheit 220 eines ersten Aspekts.
7 ist ein Konfigurationsdiagramm einer Korrekturverarbeitungseinheit 252.
8 ist ein Konfigurationsdiagramm einer digitalen Signalverarbeitungseinheit 220 eines zweiten Aspekts.
9 ist ein Konfigurationsdiagramm einer Korrekturverarbeitungseinheit 252 eines anderen Aspekts.
10 ist ein Konfigurationsdiagramm einer digitalen Signalverarbeitungseinheit 220 eines dritten Aspekts.
11 ist ein schematisches Abbildungsdiagramm der PID-Steuerung.
12 ist ein Abbildungsdiagramm der Vorgänge der Druckerkennung-Signalverarbeitungsvorrichtung 200.
13 ist ein Diagramm, das ein Vergleichsbeispiel zwischen einem konventionellen Beispiel und der vorliegenden Erfindung zeigt.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Die Ausführungsform der nachstehend beschriebenen Erfindung ist ein Beispiel, die vorliegende Erfindung ist nicht auf die folgende Ausführungsform beschränkt, und verschiedene Modifikationen und Änderungen können in Bezug auf die folgende Ausführungsform vorgenommen werden.
(Zusammenfassung des Motorsteuerungssystems 300)
1 ist ein schematisches Konfigurationsdiagramm eines Motorsteuerungssystems 300 einschließlich eines Motors 1 und einer elektrischen Steuereinheit (ECU) 100. Das Motorsteuerungssystem 300 verwendet ein Druckerkennungssignal, das Signalverarbeiten durch eine Druckerkennung-Signalverarbeitungsvorrichtung 200 unterzogen wurde, um Motorsteuerung auszuführen. Das „Druckerkennungssignal“ ist ein Ausgabesignal von einem Drucksensor 30. Darüber hinaus wird in 1 eine Zündkerze nicht gezeigt, um Verständnis zu erleichtern.
Der Motor 1 weist einen Zylinder 2 und einen Kolben 3 auf, der in Aufwärts-Abwärts-Richtung innerhalb des Zylinders 2 verschiebbar ist. Eine Endseite einer Verbindungsstange 4 ist mit dem Kolben 3 verbunden, und die andere Endseite der Verbindungsstange 4 ist mit einer Kurbelwelle 5 verbunden. Ein Schwungrad 7 ist drehbar mit einem Endteil der Kurbelwelle 5 auf einer Übertragungsseite verbunden (nicht dargestellt). Ein Retraktor 20, der ein Vorsprung aus einem magnetischen Material ist, wird in einem vorgegebenen Winkelbereich auf einem äußeren Umfang des Schwungrades 7 gebildet.
Ein elektromagnetischer Geber bzw. Pickup 22, der angeordnet ist, um der Kurbelwelle 5 gegenüberzuliegen, gibt einen positiven Spannungsimpuls aus, wenn sich der Retraktor 20 nähert, und gibt einen negativen Spannungsimpuls aus, wenn sich der Retraktor 20 entfernt. Wenn der Impuls basierend auf einem positiven Impulssignal oder einem negativen Impulssignal durch eine bekannte Impulsformerschaltung geformt wird, so dass ein rechteckiger Impuls ausgegeben wird, wird für jede Drehung des Schwungrades 7 ein Rechteckimpuls ausgegeben.
Daher, weil die Kurbelwelle 5 in einem Zyklus von „Ansaugen → Verdichtung → Verbrennung → Ausstoßen“ um 720° dreht, wird ein rechteckiges 2-Puls-Signal (ein Motordrehsignal) von dem elektromagnetischen Pickup 22 in einem Kreis ausgegeben. Auf diese Weise dient der elektromagnetische Pickup 22 als ein Kurbelwinkelsensor, der den Drehwinkel der Kurbelwelle 5 erkennt.
Dadurch kann eine Drehzahl des Motors 1 basierend auf dem Motordrehsignal von dem elektromagnetischen Pickup 22 berechnet werden. Darüber hinaus kann eine Position, an der der Retraktor 20 auf dem äußeren Umfang des Schwungrades 7 gebildet wird, auf einen geeigneten Winkelbereich eingestellt werden, und ein Zeitpunkt, wenn ein Zündsteuersignal an die Zündkerze gegeben wird, um den Kraftstoff zu entzünden, kann auf einen gewünschten Zeitpunkt basierend auf dem Motordrehsignal aus dem elektromagnetischen Pickup 22 eingestellt werden. Der gewünschte Zeitpunkt ist ein Zeitpunkt, der einem oberen Totpunkt (TDC), einer Voreil- bzw. Vorrückwinkel (BTDC)- Seite von dem oberen Totpunkt oder einer Verzögerungswinkel (ATDC)-Seite von dem oberen Totpunkt entspricht.
Zusätzlich werden ein Einlassrohr bzw. Ansaugrohr 8 und ein Ausstoßrohr bzw. Auspuffrohr 9 mit einem Zylinderkopf über dem Zylinder 2 verbunden. Eine Innenseite des Ansaugrohrs 8 ist ein Ansaugdurchgang zur Aufnahme frischer Luft von außen in den Brennraum 15. Darüber hinaus sind ein Luftreiniger 6 zur Entfernung von Frischluftstaub und dergleichen, ein Drosselventil 24 zur Einstellung einer Ansaugmenge der Frischluft, ein Injektor 40 zum Einspritzen des Kraftstoffs und dergleichen in dem Ansaugdurchgang von einer stromaufwärtigen Seite angeordnet. Außerdem wird ein Zeitpunkt der Aufnahme der Frischluft in den Brennraum 15 durch einen Ventilöffnungs-/Schließvorgang eines Ansaugventils 12 gesteuert, das in eine Ventilschließrichtung durch eine Feder (nicht dargestellt) gedrängt wird.
Außerdem erkennt der Drucksensor 30 einen Verbrennungsdruck, der ein Druck des Brennraums 15 ist, und gibt ein Druckerkennungssignal aus, das den erkannten Verbrennungsdruck anzeigt. Der Drucksensor 30 ist an dem oberen Abschnitt des Zylinderkopfes mit einem vorderen Ende des Drucksensors 30 angeordnet, der dem Inneren des Brennraums zugewandt ist Darüber hinaus ist die Montageposition des Drucksensors 30 nicht auf die in 1 dargestellte Position beschränkt. Ebenso ist die Zündkerze (nicht dargestellt) auch an einer geeigneten Position an dem Zylinderkopf mit einem vorderen Ende der Zündkerze angeordnet, der der Innenseite des Brennraums gegenüberliegt. Der Drucksensor 30 kann auch in der Zündkerze integral angebracht sein oder der Drucksensor 30 und die Zündkerze können auch separat angeordnet werden.
Auf der anderen Seite ist eine Innenseite des Auspuffrohres 9 ein Auspuffdurchgang für ablassen von Abgas aus dem Brennraum 15. Außerdem wird ein Zeitpunkt des Ablassen des Abgases aus dem Brennraum 15 durch einen Ventilöffnungs-/Schließvorgang eines Auspuffventils 10 gesteuert, das in der Ventilschließrichtung durch eine Feder (nicht dargestellt) gedrängt wird.
Die Signale des elektromagnetischen Pickups 22, des Drucksensors 30 und desgleichen werden in die ECU 100 eingegeben, die den Betrieb des Motors 1 steuert. Das rechteckige Impulssignal, das der Motorrotation entspricht, wird von dem elektromagnetischen Pickup 22 eingegeben. Das Druckerkennungssignal wird von dem Drucksensor 30 eingegeben. Dagegen steuert die ECU 100 die Kraftstoffeinspritzung des Injektors 40 und steuert die Zündung der Zündkerze.
Außerdem wird das Druckerkennungssignal von dem Drucksensor 30 der Signalverarbeitung durch die Druckerkennung-Signalverarbeitungsvorrichtung 200 unterzogen. Die ECU 100 steuert die Kraftstoffeinspritzung (Einspritzmenge und eine Einspritzzeit) durch den Injektor 40 und steuert die Zündzeit durch die Zündkerze basierend auf dem Motordrehsignals und dem Druckerkennungssignal, das der Signalverarbeitung durch die Druckerkennung-Signalverarbeitungsvorrichtung 200 ausgesetzt wurde.
Eine Hin- und Her Bewegung des Kolbens 3 im Inneren des Zylinders 2 in der Aufwärts-Abwärts-Richtung wird in eine Drehbewegung der Kurbelwelle 5 umgewandelt. Die Drehbewegung der Kurbelwelle 5 wird über eine Übertragungsmaschine auf Antriebsräder übertragen, und ein Fahrzeug (mit zwei oder vier Rädern) bewegt sich vorwärts, durch Wiederholen des Takts von „Einlass → Verdichtung → Verbrennung →. Ausstoß“.
Außerdem ist 1 ein Konfigurationsbeispiel für den Motor 1 und die ECU 100, die den Motor 1 steuert. Zum Beispiel: Neben dem Motordrehsignal und dem Druckerkennungssignal kann die ECU 100 den Motor 1 auch unter Bezugnahme auf eine Ansaugtemperatur, eine Kühlwassertemperatur, eine Sauerstoffkonzentration in dem Abgas, eine Drosselklappenöffnung und dergleichen des Motors 1 steuern.
(Funktionskonfiguration von ECU 100)
2 ist ein Funktionskonfigurationsdiagramm, das Funktionen der ECU 100 anzeigt. Die ECU 100 enthält eine Speichereinheit 130, eine Motorsteuereinheit 150 und die Druckerkennung-Signalverarbeitungsvorrichtung 200. Die Speichereinheit 130 weist ein Programm 132, eine Tabelle 134, einen nichtflüchtigen Speicherbereich 136 und einen Arbeitsbereich 138 auf. Der Arbeitsbereich 138 ist ein temporärer Speicherbereich zum vorübergehenden Speichern verschiedener Parameter in einem Berechnungsprozess und dergleichen, und der nichtflüchtige Speicherbereich 136 ist ein Speicherbereich zum nichtflüchtigen Speichern verschiedener Parameter, die bei der Berechnung verwendet werden.
Die Motorsteuereinheit 150 berechnet die Einspritzmenge der Kraftstoffeinspritzung basierend auf dem Druckerkennungssignal, das von der Druckerkennung-Signalverarbeitungsvorrichtung 200 und dergleichen ausgegeben wird, und steuert den Injektor 40 unter Verwendung eines Einspritzsignal, das der berechneten Einspritzmenge zum Zeitpunkt basierend auf dem Motordrehsignal von dem elektromagnetischen Pickup 22 entspricht. Dementsprechend injiziert der Injektor 40 den Kraftstoff mit der Einspritzmenge, die der Steuerung aus der Motorsteuereinheit 150 entspricht.
Die Motorsteuereinheit 150 bestimmt die Zündzeit basierend auf dem Motordrehsignal aus dem elektromagnetischen Pickup 22 und steuert die Zündkerze. Darüber hinaus kann die Motorsteuereinheit 150 zusätzlich zu dem Motordrehsignal von dem elektromagnetischen Pickup 22 auch die Zündzeit basierend auf dem Druckerkennungssignal von der Druckerkennung-Signalverarbeitungsvorrichtung 200 steuern.
Die In 2 dargestellte Funktionskonfiguration der ECU 100 ist nur ein Beispiel. Die ECU 100 kann andere Funktionskonfigurationen aufweisen. Das Druckerkennungssignal nach der Signalverarbeitung, das von der Druckerkennung-Signalverarbeitungsvorrichtung 200 ausgegeben wird, kann nicht nur auf die Kraftstoffeinspritzungssteuerung und die Zündzeitsteuerung, sondern auch auf die Erkennung und Steuerung verschiedener Parameter wie Klopferkennung, Fehlzündung, Verbrennungsgeschwindigkeitsberechnung und dergleichen angewendet werden.
(Konfiguration der Druckerkennung-Signalverarbeitungsvorrichtung 200)
3 ist ein Konfigurationsdiagramm der Druckerkennung-Signalverarbeitungsvorrichtung 200. Die Druckerkennung-Signalverarbeitungsvorrichtung 200 weist einen Ladungsverstärker 210 und eine digitale Signalverarbeitungseinheit 220 auf. Die digitale Signalverarbeitungseinheit 220 weist eine AD-Wandlereinheit 205, eine Differentialverarbeitungseinheit 230, eine Tiefpassfiltereinheit 240 und eine Driftkorrektureinheit 250 auf und ein Korrektursignal von der Driftkorrektureinheit 250 wird an eine Eingangsseite des Ladungsverstärkers 210 zurückgeleitet. Zusätzlich wird die Ausgabe des Ladungsverstärkers 210 zu dem Ausgabesignal an die digitale Signalverarbeitungsvorrichtung 220.
4 ist ein schematisches Konfigurationsdiagramm des Drucksensors 30. Eine Membran 32, die ein Drucksignal P empfängt, und ein piezoelektrisches Element 35, das zwischen einem Elektrodenpaar 36 und 37 eingeklemmt ist, sind in einem Rohrgehäuse 31 des Drucksensors 30 integriert. Ein geerdeter Leitungsdraht ist mit der Elektrode 36 verbunden, und ein Leitungsdraht zum Übertragen eines Druckerkennungssignals Ps des Drucksensors 30 an die nächste Stufe ist mit der anderen Elektrode 37 verbunden. Das piezoelektrische Element 35 erzeugt und gibt eine elektrische Ladung aus, die der empfangenen Druckstärke entspricht. Das piezoelektrische Element 35 wird z.B. durch ein dielektrisches Material wie Zinkoxid (ZnO) oder dergleichen konfiguriert.
Wenn die Membran 32 den Druck auf das piezoelektrische Element 35 entsprechend der empfangenen Druckstärke anwendet, erzeugt das piezoelektrische Element 35 die elektrische Ladung entsprechend dem aufgebrachten Druck und gibt die elektrische Ladung an den Ladungsverstärker 210 der nächsten Stufe ab. Auf diese Weise wird die dem Druck P entsprechende elektrische Ladung als Druckerkennungssignal Ps an den Ladungsverstärker 210 übertragen.
5 ist ein Konfigurationsdiagramm des Ladungsverstärkers (ein elektrischer Stromverstärker) 210. Der Ladungsverstärker 210 weist eine Konfiguration auf, bei der eine parallele Schaltung in negativem Rückkopplungsverbindung mit dem Operationsverstärker 211 verbunden ist und ein Widerstand 212 mit einem Widerstandswert R1 und einem Kondensator 214 mit einem Kapazitätswert Cl parallel in der Parallelschaltung verbunden sind. Ein nicht invertierender Anschluss des Operationsverstärkers 211 ist geerdet und kommt in einen virtuellen Grundzustand. Darüber hinaus kann der Ladungsverstärker 210 eine Konfiguration aufweisen, bei der nur der Kondensator 214 in negativer Rückkopplungsverbindung an den Operationsverstärker 211 ist.
Da die Eingangsimpedanz des Operationsverstärkers 211 idealerweise unendlich ist, wird die elektrische Ladung von dem piezoelektrischen Element 35 in dem Kondensator 214 angesammelt und eine Spannung, die der Akkumulation elektrischen Ladung entspricht, wird auf beiden Seiten des Kondensators 214 produziert. Auf diese Weise akkumuliert der Ladungsverstärker 210 die in dem piezoelektrischen Element 35 erzeugte elektrische Ladung und gibt ein entsprechendes Spannungssignal V (Q= C1·V („Q“ ist eine elektrische Ladung, und „V“ ist eine Ausgabespannung).
Zusätzlich wird ein analoges Ausgabesignal des Ladungsverstärkers 210 in die AD-Wandlereinheit 205, gezeigt in 3, eingegeben und die AD-Wandlereinheit 205 wandelt das Eingabe- bzw. Eingangssignal in ein digitales Signal um. Die Differentialverarbeitungseinheit 230 führt Differentialverarbeiten auf dem digitalen Signal durch, das durch die analog-zu-digital Umwandlung durch die AD-Wandlereinheit 205 erreicht wird. In der Differentialverarbeitung durch die Differenzienverarbeitungseinheit 230 wird eine Steigung des Signaleingangs zu der Differentialverarbeitungseinheit 230 sequenziell berechnet.
Wenn eine digitale Abtastperiode der AD-Wandlereinheit 205 auf „T“ gesetzt ist und die Signale in einem Zeitraffer „T, 2· T, 3· T, ... , (n - 1) ·T, n-T“ werden auf „y(1), y(2), y(3), ... „y(n - 1), y(n)“ gesetzt, die Differentialverarbeitung wird durch Berechnen von „y(2) - y(1), y(3) - y(2), ... , y(n) - y(n - 1)“ erreicht. Das heißt, die Differentialverarbeitung, die von der Differentialverarbeitungseinheit 230 durchgeführt wird, entspricht dem sequenziellen Berechnen einer Differenz zwischen den digitalen Signalen.
Die Tiefpassfiltereinheit 240 extrahiert eine Driftkomponente des Differentialsignals, die dem Differentialverarbeiten der Differenzverarbeitungseinheit 230 unterzogen wurde. Die Tiefpassfiltereinheit 240 kann durch einen Tiefpassfilter erreicht werden, der die Driftkomponente extrahiert, die langsam in dem Differentialsignal sich ändert. Als ein Beispiel für den Tiefpassfilter kann ein „sich bewegender Mittelwertfilter“ übernommen werden. Wenn die digitale Abtastperiode auf „T“ gesetzt ist und die Signale im Zeitraffer „T, 2 · T, 3 · T, ... , (n - 1) ·T, n- T“ sind auf „y(1), y(2), y(3), ... , y(n - 2), y(n - 1), y(n)“ gesetzt, der „bewegende Mittelwertsfilter“ kann erreicht werden, durch Berechnen von „(y(1) + y(2) + y(3)) / 3, ... , (y(n - 2) + y(n - 1) + y(n))/3“ berechnet wird. Auf diese Weise kooperieren die Differentialverarbeitungseinheit 230 und die Tiefpassfiltereinheit 240, um als eine Driftkomponenten-Extraktionseinheit zu fungieren, die die Driftkomponente des piezoelektrischen Elements extrahiert.
Das heißt, der bewegende Mittelwertfilter berechnet sequenziell einen Durchschnittswert in n (n ist eine ganze Zahl von 3 oder mehr) digitalen Signalen vor und nach dem digitalen Signal von Interesse. Wenn der Wert von n auf einen großen Wert eingestellt ist, kann eine Grenzfrequenz gesenkt werden. Beispielsweise kann eine stabile Signalverarbeitung unabhängig von einem Spitzenwert erreicht werden, indem der Wert von n des bewegenden Mittelwertfilters linear entsprechend der Motordrehzahl geändert wird.
Genauer gesagt, als ein Beispiel können die Motordrehzahl und n eingestellt werden, dass sie proportional zueinander sind. Darüber hinaus kann die Drehzahl des Motors aus dem Verbrennungsdruck berechnet werden, der durch das Druckerkennungssignal angezeigt wird, das der Signalverarbeitung durch die Druckerkennung-Signalverarbeitungsvorrichtung 200 ausgesetzt ist. Darüber hinaus kann die Motordrehzahl von der Motorsteuereinheit 150 durch Eingeben des Motordrehsignals, erhalten durch die Motorsteuereinheit 150, an die Druckerkennung-Signalverarbeitungsvorrichtung 200 erfasst werden.
Die Drift-Korrektureinheit 250 gibt das Korrektursignal aus, um an die Eingangsseite des Ladungsverstärkers 210 zurückgespeist zu werden. Genauer gesagt führt die Driftkorrektureinheit 250 eine digital-zu-analoge Umwandlung des Spannungssignals durch, die einer Differenz zwischen einem zuvor eingestellten Zielwert und dem Extraktionssignal der Tiefpassfiltereinheit 240 entspricht, und führt eine Rückkopplungssteuerung zum Hinzufügen, zu der Eingangsseite des Ladungsverstärkers 210, des elektrischen Stromsignals entsprechend dem analogen Spannungssignal nach der Digital-zu-Analog-Umwandlung als das Korrektursignal durch.
(Digitale Signalverarbeitungseinheit der „ersten Ausführungsform“)
6 zeigt eine erste Ausführungsform der digitalen Signalverarbeitungseinheit 220. Die erste Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass die Drift nur durch Differentialsteuerung (D-Steuerung) entfernt wird. Darüber hinaus wird in der folgenden Beschreibung die AD-Wandlereinheit 205 weggelassen, die in der vorderen Stufe der digitalen Signalverarbeitungseinheit 220 angebracht ist und in 6, 8 und 9 beschrieben ist.
Die digitale Signalverarbeitungseinheit 220, dargestellt in 6, weist eine Differentialverarbeitungseinheit 230, eine Tiefpassfiltereinheit 240, eine Differenzberechnungseinheit 251 und eine Korrekturverarbeitungseinheit 252 auf. Die Driftkorrektureinheit 250, gezeigt in 3, entspricht der Differenzberechnungseinheit 251 und der Korrekturverarbeitungseinheit 252.
Außerdem gibt die Tiefpassfiltereinheit 240 an die Differenzberechnungseinheit 251 das Extraktionssignal aus, das durch Extrahieren der Driftkomponente auf Basis des Differenzsignalausgabe aus der Differentialverarbeitungseinheit 230 ermittelt wird. Die Differenzberechnungseinheit 251 berechnet eine Differenz zwischen einem zuvor festgelegten ersten Zielwert und dem Extraktionssignal und gibt die Differenz an die Korrekturverarbeitungseinheit 252 aus.
7 ist ein Konfigurationsdiagramm der Korrekturverarbeitungseinheit 252 der ersten Ausführungsform. Die Korrekturverarbeitungseinheit 252 weist eine DA-Wandlereinheit 254 und eine VI-Wandlereinheit 255 auf. Die DA-Wandlereinheit 254 führt die Digital-zu-Analog-Umwandlung auf das Differenzsignal aus, das von der Differenzberechnungseinheit 251 ausgegeben wird, durch und gibt das Differenzsignal an die VI-Wandlereinheit 255 aus. Die VI-Wandlereinheit 255 führt eine Spannungs-Strom-Umwandlung (VI-Umwandlung) an dem Differenzsignal durch, das der Digital-Zu-Analog-Umwandlung unterzogen wurde, und fügt das elektrische Stromsignal nach der Spannungs-Strom-Umwandlung als Korrektursignal zu der Eingangsseite des Ladungsverstärkers 210 hinzu.
Das heißt, das Differenzsignal wird der Digital-zu-Analog-Umwandlung durch die DA-Wandlereinheit 254 unterzogen, und die VI-Wandlereinheit 255 VI wandelt das Differenzsignal in das elektrische Stromsignal um, das dem digitalen umgewandelten Spannungssignal entspricht und gibt das elektrische Stromsignal an den Ladungsverstärker 210 aus.
Auf diese Weise führt die digitale Signalverarbeitungseinheit 220 der ersten Ausführungsform, gezeigt in 6, die Rückkopplungssteuerung durch die Differentialsteuerung (D-Steuerung: Differentialsteuerung) durch die Differentialverarbeitungseinheit 230, die Differenzberechnungseinheit 251 und die Korrekturverarbeitungseinheit 252 durch.
(Digitale Signalverarbeitungseinheit der „zweiten Ausführungsform“)
8 zeigt eine zweite Ausführungsform der digitalen Signalverarbeitungseinheit 220. Die zweite Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass die Drift durch PID-Steuerung einschließlich der Differentialsteuerung (D-Steuerung), der Proportionalsteuerung (P-Steuerung: Proportionalsteuerung) und der Integralsteuerung (I-Steuerung: Integralsteuerung) entfernt wird und eine Grundlinie stabil gehalten wird.
Die in 8 dargestellte digitale Signalverarbeitungseinheit 220 weist in der ersten Ausführungsform, gezeigt in 6, eine Tiefpassfiltereinheit 260, eine Differenzberechnungseinheit 280, eine Differenzberechnungseinheit 281, eine proportionale Verarbeitungseinheit 270 und eine integrierte Verarbeitungseinheit 271 auf.
Die Tiefpassfiltereinheit 260 gibt das Signal aus, das durch Extrahieren einer Komponente in einem vorgegebenen Niederfrequenzband des Spannungssignals, das von dem Ladungsverstärker 210 ausgegeben wird, erhalten wird. Die Differenzberechnungseinheit 280 berechnet eine Differenz zwischen einem zuvor eingestellten zweiten Zielwert und dem Ausgabesignal der Tiefpassfiltereinheit 260 und gibt ein Differenzsignal aus, das die berechnete Differenz zu der proportionalen Verarbeitungseinheit 270 anzeigt. In ähnlicher Weise berechnet die Differenzberechnungseinheit 281 die Differenz zwischen dem zuvor eingestellten zweiten Zielwert und dem Ausgabesignal der Tiefpassfiltereinheit 260 und gibt ein Differenzsignal aus, das die berechnete Differenz zu der integrierten Verarbeitungseinheit 271 anzeigt. Darüber hinaus sind die Differentialverarbeitungseinheit 230, der Tiefpassfilter 240 und die Differenzberechnungseinheit 251, gezeigt in 8, die gleichen wie in 6.
Die proportionale Verarbeitungseinheit 270 gibt zu der Korrekturverarbeitungseinheit 252 ein Signal aus, das durch Multiplizieren der Differenzsignalausgabe von der Differenzberechnungseinheit 280 mit einer Proportionalitätskonstante erhalten wird. Die integrale Verarbeitungseinheit 271 gibt zu der Korrekturverarbeitungseinheit 252 ein integrales Signal aus, das durch Durchführen integrales Verarbeiten der Differenzsignalausgabe von der Differenzberechnungseinheit 281 erhalten wird. Darüber hinaus kann die Ausgabe der Differenzberechnungseinheit 280 auch als Eingabe der integralen Verarbeitungseinheit 271 verwendet werden und die Ausgabe der Differenzberechnungseinheit 281 auch als die Eingabe der proportionalen Verarbeitungseinheit 270 verwendet werden. In diesem Fall kann nur eine der Differenzberechnungseinheit 280 und die Differenzberechnungseinheit 281 angebracht werden.
9 ist ein Konfigurationsdiagramm der Korrekturverarbeitungseinheit 252 der zweiten Ausführungsform. Die Korrekturverarbeitungseinheit 252 verfügt über eine Additionseinheit 253, die DA-Wandlereinheit 254 und die VI-Wandlereinheit 255. Die Additionseinheit 253 fügt die Eingabesignale hinzu, um ein Additionssignal zu erhalten, und die DA-Wandlereinheit 254 führt die Digital-zu-Analog-Umwandlung auf dem Additionssignal durch und gibt das Additionssignal an die VI-Wandlereinheit 255 aus. Die VI-Wandlereinheit 255 führt die Spannungs-Strom-Umwandlung (VI-Umwandlung) auf dem Additionssignal durch, das der Digital-zu-Analog-Umwandlung unterzogen wird, und fügt das elektrische Stromsignal nach der Spannungs-Strom-Umwandlung als das Korrektursignal zu der Eingabeseite des Ladungsverstärkers 210 hinzu.
Die Korrektur-Verarbeitungseinheit 252 fügt die Signale aus der Differenzberechnungseinheit 251, der proportionalen Verarbeitungseinheit 270 und der integralen Verarbeitungseinheit 271 hinzu, um das Additionssignal zu berechnen, führt die digital-zu-analog Umwandlung auf das berechnete Additionssignal durch und speist das elektrische Stromsignal, erhalten durch VI-Umwandlung des der Digital-zu-Analog-Umwandlung unterzogenen Signals, zurück zu der Eingabeseite des Ladungsverstärkers 210 als das Korrektursignal.
Wenn die digitale Abtastperiode auf „T“ eingestellt ist und die Signale im Zeitraffer eingestellt ist, wird außerdem „T, 2· T, 3 · T, ... , (n - 1) ·T, n ·T“ auf „y(1), y(2), y(3), ... , , y(n-1), y(n)“ gesetzt, das integrale Verarbeiten wird durch Berechnen von „y(1)- T, y(1)·T + y(2) ·T, y(1)·T + y(2)·T + y(3)·T, ... , y(1)·T + y(2) T + y(3) T + ... + y(n)·T“ erreicht. Das heißt, das integrale Verarbeiten durch die integrierte Verarbeitungseinheit 271 entspricht der sequenziellen Berechnung der Gesamtsumme der digitalen Signale.
Auf diese Weise führt die digitale Signalverarbeitungseinheit 220 der zweiten Ausführungsform, gezeigt in 8, neben der Rückkopplungssteuerung durch die Differentialsteuerung (D-Steuerung), der Rückkopplungssteuerung durch die Proportionalsteuerung (P-Steuerung) und der integralen Steuerung (I-Steuerung) durch die proportionale Verarbeitungseinheit 270, die integrierte Verarbeitungseinheit 271, die Differenzberechnungseinheit 280, die Differenzberechnungseinheit 281 und die Korrekturbearbeitungseinheit 252 aus. Daher werden neben der Differentialsteuerung (D-Steuerung) die Proportionalsteuerung (P-Steuerung) und die integrale Steuerung (I-Steuerung) durchgeführt, und somit kann Konvergenz zu dem Zielwert schnell erfolgen und die Steuerbarkeit kann weiter verbessert werden.
Ein „Schaltungssystem für Wechselstromschwankung“, bestehend aus der Differentialverarbeitungseinheit 230 und der Differenzberechnungseinheit 251, weist eine Wirkung des Entfernens der Driftkomponente, die in einer Wechselstrom-Weise schwankt; und ein „Schaltungssystem zum Halten der Grundspannung“, bestehend aus der proportionalen Verarbeitungseinheit 270, der integralen Verarbeitungseinheit 271, der Differenzberechnungseinheit 280 und der Differenzberechnungseinheit 281, weist eine Wirkung des Haltens der Grundlinie auf, die eine Grundspannung des Druckerkennungssignals ist.
(Digitale Signalverarbeitungseinheit der „dritten Ausführungsform“)
10 zeigt eine dritte Ausführungsform der digitalen Signalverarbeitungseinheit 220. Die dritte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass die Signalverarbeitung durch eine Tiefpassfiltereinheit 240 durchgeführt wird. Die digitale Signalverarbeitungseinheit 220 in 10 weist die Tiefpassfiltereinheit 240, die Differentialverarbeitungseinheit 230, die Differenzberechnungseinheit 251, die Differenzberechnungseinheit 280, die Differenzberechnungseinheit 281, die proportionale Verarbeitungseinheit 270, die integrale Verarbeitungseinheit 271 und die Korrekturverarbeitungseinheit 252 auf. In der Konfiguration von 10 kann die Ausgabe der Differenzberechnungseinheit 280 auch als Eingabe der integrierten Verarbeitungseinheit 271 verwendet werden, und die Ausgabe der Differenzberechnungseinheit 281 kann auch als Eingabe der proportionalen Verarbeitungseinheit 270 verwendet werden. In diesem Fall kann nur eine der Differenzberechnungseinheit 280 und die Differenzberechnungseinheit 281 angebracht werden.
Die Tiefpassfiltereinheit 240 gibt das Extraktionseinheit aus, das durch Extrahieren der Driftkomponente auf Basis des Spannungssignals des Ladungsverstärkers 210 erreicht wird. Die Differenzverarbeitungseinheit 230 gibt das Differenzsignal aus, das durch die Differentialverarbeitung an dem Extraktionssignal zu der Differenzberechnungseinheit 251 erzielt wird. Darüber hinaus gibt die proportionale Steuereinheit 270 das proportionale Signal aus, das durch Multiplizieren des Eingangssignals mit der Proportionalitätskonstante zu der Korrekturverarbeitungseinheit 252 erreicht wird. Die integrale Verarbeitungseinheit 271 gibt das durch die Durchführung der integralen Verarbeitung an dem Eingangssignal erhaltene integrale Signal an die Korrekturverarbeitungseinheit 252 aus.
Die Differenzberechnungseinheit 251 berechnet die Differenz zwischen dem ersten zuvor eingestellten Zielwert und dem Ausgabesignal der Differentialverarbeitungseinheit 230 und gibt das Differenzsignal aus, das die berechnete Differenz zu der Korrekturverarbeitungseinheit 252 anzeigt. In ähnlicher Weise berechnet die Differenzberechnungseinheit 280 die Differenz zwischen dem zuvor eingestellten zweiten Zielwert und dem Ausgabesignal der Tiefpassfiltereinheit 240 und gibt das Differenzsignal aus, das die berechnete Differenz zu der proportionalen Verarbeitungseinheit 270 anzeigt. Die Differenzberechnungseinheit 281 berechnet die Differenz zwischen dem zuvor eingestellten zweiten Zielwert und dem Ausgabesignal der Tiefpassfiltereinheit 240 und gibt das Differenzsignal aus, das die berechnete Differenz zu der integralen Verarbeitungseinheit 271 anzeigt.
Die Additionseinheit 253 der in 9 dargestellten Korrekturverarbeitungseinheit 252 berechnet das Additionssignal, das durch Hinzufügen von drei Typen der Signale erhalten wird, die jeweils aus der Differenzberechnungseinheit 251, der proportionalen Verarbeitungseinheit 270 und der integralen Verarbeitungseinheit 271 ausgegeben werden. Dann führt die DA-Wandlereinheit 254 die Digital-zu-Analog Umwandlung auf das Additionssignal durch, und dann speist die VI-Wandlereinheit 255 das elektrische Stromsignal ein, das durch VI-Umwandlung des Additionssignals, das der Digital-zu-Analog-Umwandlung unterzogen wird, zurück zu der Eingangsseite des Ladungsverstärkers 210 als das Korrektursignal.
Auf diese Weise kann die Rückkopplungssteuerung einschließlich der Differentialsteuerung (D-Steuerung), der Proportionalsteuerung (P-Steuerung) und der Integralsteuerung (I-Steuerung) durch eine einfache Konfiguration durchgeführt werden, bei der ein Tiefpassfilter für die Extraktion der Driftkomponente und die Extraktion der Grundlinie verwendet wird.
11 ist ein Abbildungsdiagramm der Zusammenfassung der PID-Steuerung, die auf die vorliegende Erfindung angewendet wird. Das Ausgabesignal des Ladungsverstärkers 210 wird jeweils der proportionalen Verarbeitung, der integralen Verarbeitung und der Differentialverarbeitung durch eine P-Steuereinheit 310, eine I-Steuereinheit 320 und eine D-Steuereinheit 330 unterzogen. Die P-Steuereinheit 310 gibt, zu der Additionseinheit 340, das proportionale Signal, das durch Durchführen der proportionalen Verarbeitung auf die Differenz zwischen dem zweiten Zielwert und dem Ausgabesignal des Ladungsverstärkers 210 erhalten wird.
Ebenso gibt die I-Steuereinheit 320 zu der Additionseinheit 340 das integrale Signal aus, das durch Durchführen der integralen Verarbeitung auf die Differenz zwischen dem zweiten Zielwert und dem Ausgabesignal des Ladungsverstärkers 210 erhalten wird, und die D-Steuereinheit 330 an die Additionseinheit 340, das Differenzsignal, das die Differenz zwischen dem ersten Zielwert und dem Differenzsignal zeigt, das durch Durchführen der Differentialverarbeitung an dem Ausgabesignal des Ladungsverstärkers 210 erhalten wird. Der Addierer 340 fügt jedes Signal hinzu und gibt das Additionssignal aus, das das Additionsergebnis zu der VI-Wandlereinheit 350 anzeigt.
Als nächstes speist die VI-Wandlereinheit 350 das elektrische Stromsignal, das durch VI-Umwandlung des Additionssignals erhalten wird, als Korrektursignal zurück zu der Eingangsseite des Ladungsverstärkers 210. Das Druckerkennungssignal kann erfasst werden, in dem die Driftkomponente durch die Differentialsteuerung entfernt wird und die Grundlinie unabhängig von dem Einfluss des atmosphärischen Drucks durch Durchführen der Proportionalsteuerung und der integralen Steuerung stabil gehalten wird, und das Druckerkennungssignal wird in die Verarbeitung der ECU 100 und dergleichen einbezogen. Auf diese Weise kann ein hochpräzises Druckerkennungssignal durch die PID-Steuerung erfasst werden.
In der P-Steuereinheit 310 wird ein Multiplikationssignal, das durch Multiplikation der Differenz zwischen der Ausgabe des Ladungsverstärkers 210 und dem zweiten Zielwert durch eine proportionale Steuerverstärkung (Kp) erhalten wird, zu der Additionseinheit 340 ausgegeben. Ebenso können die I-Steuereinheit 320 und die D-Steuereinheit 330 eine Konfiguration aufweisen, in der jedes der entsprechenden integralen Signale und das entsprechende Differenzsignal weiter mit einer integralen Verstärkung (Ki) und einer Differentialverstärkung (Kd) multipliziert und an die Additionseinheit 340 ausgegeben werden. Zu diesem Zeitpunkt können „Ki“ und „Kd“ auch andere Konstanten als „1.0“ sein. Um die Steuerbarkeit wie Reaktionsfähigkeit des Steuerungssystems und dergleichen zu verbessern, können die „integrale Verstärkung: Ki“ und die „Differentialverstärkung: Kd“ entsprechend eingestellt werden. Das Verstärkungs-Anpassungsverfahren kann z.B. eine Ziegler-Nichols' Ultimate Verstärkungs-Methode sein.
(Betrieb)
Anschließend werden die Vorgänge der digitalen Signalverarbeitungseinheit 220 unter Bezugnahme auf 12 beschrieben. 12(a) zeigt ein Ausgabesignal des Ladungsverstärkers 210 (ein Signal an einer Position einer Referenznummer „a“ in 3). Das Ausgabesignal des Ladungsverstärkers 210 enthält eine integrierte Driftkomponente und ändert sich im Laufe der Zeit (das Signal an der Position der Referenznummer „a“ in 3).
Wenn die Differentialverarbeitungseinheit 230 dann die Differentialverarbeitung auf dem in 12(a) dargestellten Signal durchführt, wird das Signal zu einem Signal, das in 12(b) (ein Signal an einer Position einer Referenznummer „b“ in 3) dargestellt wird. Die Driftkomponente kann durch die Wirkung der Differentialverarbeitungseinheit 230 extrahiert werden. Das heißt, die Drift-Komponente, bevor der Integration kann durch die Differentialverarbeitung extrahiert werden.
Als nächstes schwächt die Tiefpassfiltereinheit 240 eine Frequenzkomponente ab, die höher ist als die Grenzfrequenz in dem Signal, dargestellt in 12(b), und erhält ein Signal, das extrem fein ist und in einer Wechselstrom-Weise schwankt, zentriert auf der Grundlinie (siehe 12(c): ein Signal an einer Position einer Referenzzahl „c“ in 3).
Als nächstes extrahiert die Differenzberechnungseinheit 251 die Driftkomponente als eine Differenz zwischen dem ersten Zielwert und dem in 12(c) dargestellten Signal. Hier wird z. B. „0 V“ als erster Zielwert festgelegt. Außerdem zeigt 12(d) ein Signal, wenn die Korrekturverarbeitungseinheit 252 basierend auf dem Extraktionssignal, das die Driftkomponente anzeigt, ein Korrektursignal zum Durchführen der Rückkopplungssteuerung erhält und speist das erhaltene Korrektursignal zurück an die Eingangsseite des Ladungsverstärkers 210 (ein Signal an einer Position einer Referenznummer „d“ in 3). Gemäß dem Signal, dargestellt in 12(d) ist zu sehen, dass die Driftkomponente entfernt wird.
Darüber hinaus wird bei der proportionalen Verarbeitung, durchgeführt durch die proportionale Verarbeitungseinheit 270 und der integralen Verarbeitung, durchgeführt durch die integrale Verarbeitungseinheit 271, die Grundspannung des Ausgabesignals von dem Ladungsverstärker 210 korrigiert, um der eingestellte zweite Zielwert zu sein. Wenn z. B. der zweite Zielwert auf „0.5 (V)“ eingestellt ist, wird die Grundspannung des Ausgabesignals von dem Ladungsverstärker 210 zu „0.5 (V)“. Darüber hinaus werden Parameter wie der erste Zielwert, der zweite Zielwert und dergleichen, die für die PID-Steuerung erforderlich sind, nicht flüchtig im Voraus gespeichert, z. B. in einem nichtflüchtigen Speicher 136.
Gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform akkumuliert der Ladungsverstärker 210 die elektrische Ladung, die von dem piezoelektrischen Element 35 erzeugt wird, entsprechend dem empfangenen Druck und gibt das entsprechende Spannungssignal aus, und die Differenzverarbeitungseinheit 230 gibt das Differentialsignal aus, das durch die Differentialverarbeitung an dem Spannungssignal erhalten wird. Darüber hinaus extrahiert die Tiefpassfiltereinheit 240 die Driftkomponente auf Basis des Differentialsignals.
Dann erhält die Driftkorrektureinheit 250 ein elektrisches Stromsignal zum Reduzieren der extrahierten Driftkomponente und leitet das erhaltene elektrische Stromsignal als das Korrektursignal an die Eingangsseite des Ladungsverstärkers 210 zurück. Daher kann die Drift des piezoelektrischen Elements 35 entfernt und das hochpräzise Druckerkennungssignal erhalten werden.
13 ist ein Vergleichsbeispiel zwischen einem Druckerkennungssignal eines konventionellen Beispiels und dem Druckerkennungssignal, das der Signalverarbeitung der vorliegenden Erfindung ausgesetzt ist. 13(a) ist ein Diagramm, das ein Ausgabesignal eines konventionellen Drucksensors 30 zeigt, in dem die „horizontale Achse“ Zeit (sec) und die „vertikale Achse“ Verbrennungsdruck (Mpa) ist. Wie unter Bezugnahme auf 12 (a) zu sehen ist, weist das herkömmliche Druckerkennungssignal eine Drift des piezoelektrischen Elements 35 auf, so dass sich die Grundlinie im Laufe der Zeit ändert.
Dagegen ist 13(b) ein Diagramm, das das Druckerkennungssignal zeigt, das der Signalverarbeitung der vorliegenden Erfindung unterzogenen ist, in dem die „horizontale Achse“ Zeit (sec) und die „vertikale Achse“ Verbrennungsdruck (Mpa) ist. Wie unter Bezugnahme auf 13(b) zu sehen ist, ändert sich die Grundlinie im Laufe der Zeit nicht in dem Druckerkennungssignal, auf das die vorliegende Erfindung angewendet wird. Das heißt, es kann ein hochpräzises Druckerkennungssignal erhalten werden, bei dem die Driftkomponente entfernt wird und die Grundlinie stabil gehalten wird. Gemäß dem Druckerkennungssignal nach Anwendung der vorliegenden Erfindung wird eine Vielzahl von Signalverarbeitungen von einem nachträglichen Schritt in der ECU 100 oder dergleichen einfach.
Die oben beschriebene Druckerkennung-Signalverarbeitungsvorrichtung 200 kann beispielsweise durch ein programmierbares Logikgerät (PLD) wie z.B. ein Field Programmable Gate Array (FPGA) oder ähnliches erreicht werden. Darüber hinaus kann eine CPU auch als digitale Signalverarbeitungseinheit 220 fungieren, indem sie das in der Speichereinheit 130 gespeicherte Programm 132 ausführt.
Darüber hinaus wird bestätigt, dass, wenn der Eingang einen vorgegebenen Pegel zwischen der vorderen Stufe der „Differentialverarbeitungseinheit 230“ und der Tiefpassfiltereinheit 260" und dem Ladungsverstärker 210 überschreitet, wenn eine Slice-Einheit angeordnet ist, die eine Slice-Funktion aufweist, das Signal des überschreitenden Teils auf das vorgegebene Level zu unterdrücken, eine stabile Driftextraktion unabhängig von dem Spitzenwert durchgeführt werden kann. Die Slice-Einheit kann z.B. durch ein Schaltungselement wie eine Zener-Diode oder ähnliches erreicht werden oder durch ein Programm zum Ausführen der Clipping-Verarbeitung oder dergleichen erreicht werden.
Darüber hinaus kann gemäß der Druckerkennung-Signalverarbeitungsvorrichtung 200 der vorliegenden Erfindung das Druckerkennungssignal in der ECU 100 oder dergleichen mit hoher Präzision verarbeitet werden, und somit kann die Motorsteuerung mit hoher Präzision auf Basis des Ausgabesignals von der Druckerkennung-Signalverarbeitungsvorrichtung 200 durchgeführt werden.
Darüber hinaus sind die Konfiguration der Korrekturverarbeitungseinheit 252 und dergleichen, die oben beschriebenen wurden, nur Beispiele. Beispielsweise können die Differenz und der entsprechende elektrische Stromwert in der Tabelle 134 im Voraus zugeordnet und erfasst werden, und die Korrekturverarbeitungseinheit 252 kann über eine elektrische Stromsteuereinheit aufweisen. Außerdem kann eine Konfiguration oder dergleichen übernommen werden, bei der eine oder mehrere variable elektrische Stromquellen einer Betriebssteuerung unterworfen sind, in einer Weise, dass die elektrische Stromsteuereinheit einen elektrischen Stromwert liest, der der Differenz entspricht, die von den Differenzberechnungseinheiten 251, 280 und 281 aus der Tabelle 134 berechnet wird, und das Korrektursignal, das der abgelesene elektrische Stromwert ist, an die Eingangsseite des Ladungsverstärkers zurückführt. Zu diesem Zeitpunkt kann die Tabelle 134 für jede Differenzberechnungseinheit erstellt werden. Darüber hinaus können der Additionswert und der entsprechende elektrische Stromwert in der Tabelle 134 im Voraus zugeordnet und registriert werden, und die elektrische Stromsteuereinheit kann das Korrektursignal, das der elektrische Stromwert ist, der dem Additionswert entspricht, dargestellt durch das Additionssignal aus der Additionseinheit 253, zurück zu der Eingangsseite des Ladungsverstärkers zu leiten. Darüber hinaus können die Differenz oder der Additionswert und der Spannungswert in der Tabelle 134 im Voraus zugeordnet und registriert werden, und die elektrische Stromsteuereinheit kann den Spannungswert lesen, der der Differenz oder dem Additionswert aus der Tabelle 134 entspricht, und das Spannungssignal, das der abgelesene Spannungswert ist, an die DA-Wandlereinheit 254 ausgeben.
Weiterhin wird in der obigen Beschreibung insbesondere das Konfigurationsbeispiel in Bezug auf das Druckerkennungssignal dargestellt, das den Druck innerhalb des Brennraums des Motors 1 anzeigt, aber die vorliegende Erfindung kann auch auf ein Druckerkennungssignal nicht nur eines Gases, sondern auch eines anderen Druckaufnahmemediums wie einer Flüssigkeit oder dergleichen angewendet werden. Darüber hinaus weist die Motorsteuerung 300 in 1 eine Konfiguration auf, in der die Druckerkennungsvorrichtung 200 innerhalb der ECU 100 angeordnet ist, die Motorsteuerung 300 jedoch eine Systemkonfiguration aufweisen kann, in der die ECU 100 und die Druckerkennung-Signalverarbeitungsvorrichtung 200 getrennt angeordnet sind und das Druckerkennungssignal an die ECU 100 zugeführt wird.
Darüber hinaus ist in der obigen Beschreibung das Konfigurationsbeispiel beschrieben, in dem die Tiefpassfiltereinheiten 240 und 260 enthalten sind, aber die vorliegende Erfindung ist hier nicht beschränkt, und eine Konfiguration ohne die Tiefpassfiltereinheiten 240 und 260 ist möglich. Vorzugsweise, wie oben beschrieben, kann jedoch in der Konfiguration einschließlich der Tiefpassfiltereinheiten 240 und 260 durch Entfernen der Hochfrequenzkomponente entsprechend der Druckschwankung, die Driftspannung und die Grundspannung können mit höherer Präzision extrahiert und die Rückkopplungssteuerung mit höherer Präzision durchgeführt werden.
Außerdem führt ein Prozessor wie eine CPU, ein DSP (Digital Signal Processor) oder dergleichen das Programm aus, und damit werden die Verarbeitungsfunktion, die Extraktionsfunktion, die Korrekturfunktion, die Differenzberechnungsfunktion, die Korrekturverarbeitungsfunktion und dergleichen werden erreicht. Darüber hinaus kann die vorliegende Erfindung auch ein nicht-temporäres Aufnahmemedium bereitstellen, auf dem das Programm aufgezeichnet wird. Das nicht-temporäre Aufnahmemedium, das das Programm aufzeichnet, kann ein Halbleiterelement wie ein ROM oder ähnliches, ein optisches Element wie eine CD, eine DVD oder dergleichen und ein magnetisches Element wie eine magnetische Scheibe oder dergleichen sein. Das Aufnahmemedium ist verfügbar, solange das Aufnahmemedium auf einem Computer in einer Art und Weise ausgeführt werden kann, um das in dem Aufnahmemedium gespeicherte Programm durch Lesemittel zu lesen, und der Typ und das Ähnliches des Aufnahmemediums sind nicht beschränkt.
Bezugszeichenliste

1: Motor
15: Brennraum
30: Drucksensor
32: Membran
35: piezoelektrisches Element
36, 37: Elektrode
100: ECU
200: Druckerkennung-Signalverarbeitungsvorrichtung
210: Ladungsverstärker
211: Funktionsverstärker
212: Widerstand
214: Kondensator
205AD: Wandlereinheit
220: digitale Signalverarbeitungseinheit
230: Differential-Verarbeitungseinheit
240: Tiefpassfiltereinheit
250: Drift-Korrektureinheit
251: Differenzberechnungseinheit
252: Korrektur-Verarbeitungseinheit
260: Tiefpassfiltereinheit
270: proportionale Verarbeitungseinheit
271: integrale Verarbeitungseinheit
300: Motor-Steuerungssystem

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 2002242750 [0005]
JP 2009115484 [0005]

Claims

Druckerkennung-Signalverarbeitungsvorrichtung, die Signalverarbeiten auf einem Ausgabesignal eines Drucksensors durchführt, der ein piezoelektrisches Element umfasst, das eine elektrische Ladung erzeugt, die einem empfangenen Druck entspricht, umfassend: einen Ladungsverstärker, der die elektrische Ladung ansammelt und ein entsprechendes Spannungssignal ausgibt; eine Drift-Komponenten-Extraktionseinheit, die eine Driftkomponente des piezoelektrischen Elements extrahiert, durch Durchführen Differenzialverarbeitung an dem Spannungssignal; und eine Driftkorrektureinheit, die ein Korrektursignal zum Entfernen der extrahierten Driftkomponente erzeugt und das Korrektursignal zurück an eine Eingangsseite des Ladungsverstärkers einspeist.
Druckerkennung-Signalverarbeitungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Drift-Komponenten-Extraktionseinheit umfasst: eine Differentialverarbeitungseinheit, die die Differentialverarbeitung auf dem Spannungssignal durchführt; und ein Tiefpassfilter, der eine Komponente in einem vorgegebenen Niederfrequenzband des Signals extrahiert, unterzogen der Differentialverarbeitung.
Druckerkennung-Signalverarbeitungsvorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Driftkorrektureinheit umfasst: eine erste Differenzberechnungseinheit, die eine erste Differenz zwischen einem zuvor festgelegten ersten Zielwert und der extrahierten Driftkomponente berechnet; und eine Korrekturverarbeitungseinheit, die das Korrektursignal erzeugt, das der ersten Differenz entspricht und das Korrektursignal zurück an die Eingangsseite des Ladungsverstärkers einspeist.
Druckerkennungssignalverarbeitungsvorrichtung gemäß Anspruch 3 ferner umfassend: einen zweiten Tiefpassfilter, der ein Signal extrahiert, das eine Komponente in einem vorgegebenen Niederfrequenzband des Spannungssignals anzeigt; eine zweite Differenzberechnungseinheit, die eine zweite Differenz zwischen einem zuvor festgelegten zweiten Zielwert und dem Signal, extrahiert von dem zweiten Tiefpassfilter, berechnet; und eine proportionale Verarbeitungseinheit, die ein proportionales Signal ausgibt, erhalten durch Durchführen proportionalen Verarbeitens auf der zweiten Differenz, wobei die Korrekturverarbeitungseinheit das Korrektursignal erzeugt, das einem Additionssignal entspricht, erhalten durch Addieren des proportionalen Signals zu der ersten Differenz, und das Korrektursignal zurück zu der Eingangsseite des Ladungsverstärkers einspeist.
Druckerkennung-Signalverarbeitungsvorrichtung gemäß Anspruch 4 ferner umfassend: eine dritte Differenzberechnungseinheit, die eine dritte Differenz zwischen dem zweiten Zielwert und dem Signal, extrahiert von dem zweiten Tiefpassfilter, berechnet; und eine integrale Verarbeitungseinheit, die ein integrales Signal ausgibt, erhalten durch Durchführen integrales Verarbeitens auf der dritten Differenz, wobei die Korrekturverarbeitungseinheit das Korrektursignal erzeugt, das einem Additionssignal entspricht, erhalten durch Addieren der ersten Differenz, des proportionalen Signals und des integralen Signals, und das Korrektursignal zurück an die Eingangsseite des Ladungsverstärkers einspeist.
Druckerkennung-Signalverarbeitungsvorrichtung gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5, wobei eine Slice-Einheit, die ein Eingangssignal unterdrückt, das einen vorgegebenen Wert auf dem vorgegebenen Wert überschreitet, in einer vorderen Stufe der Differenziellverarbeitungseinheit und/oder einer vorderen Stufe des zweiten Tiefpassfilters angeordnet ist.
Druckerkennung-Signalverarbeitungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Drift-Komponenten-Extraktionseinheit umfasst: einen Tiefpassfilter, der ein Signal extrahiert, das eine Komponente in einem vorgegebenen Niederfrequenzband des Spannungssignals anzeigt, und eine Differenzverarbeitungseinheit, die ein Differenzsignal ausgibt, erhalten durch Durchführen von Differentialverarbeitung auf dem Signal, extrahiert von dem Tiefpassfilter; die Driftkorrektureinheit umfasst: eine erste Differenzberechnungseinheit, die eine erste Differenz zwischen einem zuvor festgelegten ersten Zielwert und dem Differentialsignal berechnet, und eine Korrekturverarbeitungseinheit, die das Korrektursignal erzeugt und das Korrektursignal zurück an eine Eingangsseite des Ladungsverstärkers einspeist; die Druckerkennung-Signalverarbeitungsvorrichtung umfasst: eine zweite Differenzberechnungseinheit, die eine zweite Differenz berechnet, die eine Differenz zwischen einem zuvor festgelegten zweiten Zielwert und dem Signal ist, extrahiert von dem Tiefpassfilter, eine proportionale Verarbeitungseinheit, die ein proportionales Signal ausgibt, erhalten durch Durchführen von proportional Verarbeitung auf der zweiten Differenz, und eine integrale Verarbeitungseinheit, die ein integrales Signal ausgibt, erhalten durch Durchführen integraler Verarbeitung auf der zweiten Differenz; und die Korrekturverarbeitungseinheit erzeugt das Korrektursignal, das einem Additionssignal entspricht, erhalten durch Addieren des ersten Differenzsignals, des proportionalen Signals und des integralen Signals.
Druckerkennung-Signalverarbeitungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Ladungsverstärker umfasst einen Funktionsverstärker, der in negativer Rückkopplungsverbindung zu einer parallelen Schaltung ist, einschließlich eines Widerstands und eines Kondensators oder in negativer Rückkopplungsverbindung zu einem Kondensator.
Motorsteuerungssystem, umfassend: die Druckerkennung-Signalverarbeitungsvorrichtung gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 8 und eine Steuer-Einheit, die einen Motor basierend auf einem Ausgabesignal von der Druckerkennung-Signalverarbeitungsvorrichtung steuert.
Druckerkennung-Signalverarbeitungsvorrichtung gemäß irgendeinem der Ansprüche 2 bis 8, wobei die digitale Signalverarbeitungseinheit entsprechend einer Drehzahl des Motors, eine Grenzfrequenz des Tiefpassfilters ändert, der die Drift-Komponenten-Extraktionseinheit bildet.
Programm zum Ausführen, in einer Druckerkennungssignalvorrichtung, die Signalverarbeiten auf einem Ausgabesignal eines Drucksensors durchführt, umfassend ein piezoelektrisches Element, das eine elektrische Ladung erzeugt, die einem empfangenden Druck entspricht, eine Extraktionsfunktion zum Extrahieren einer Driftkomponente des piezoelektrischen Elements durch Durchführen von Differentialverarbeiten auf einem Spannungssignal von einem Ladungsverstärker, der die elektrische Ladung ansammelt und das entsprechende Spannungssignal ausgibt; und eine Korrekturfunktion zum Erzeugen eines Korrektursignals zum Entfernen der extrahierten Driftkomponente und Einspeisen des Korrektursignals zurück an eine Eingangsseite des Ladungsverstärkers.
Programm gemäß Anspruch 11,wobei die Korrekturfunktion umfasst: eine Differenzberechnungsfunktion zum Berechnen einer Differenz zwischen einem zuvor festgelegten Zielwert und der Driftkomponente, extrahiert durch die Extraktionsfunktion; und eine Korrekturverarbeitungsfunktion zum Einspeisen des Korrektursignals, das der Differenz entspricht, zurück zu der Eingangsseite des Ladungsverstärkers.