DE112019002425T5

DE112019002425T5 - Signalverarbeitungsvorrichtung und kraftmaschinensteuervorrichtung

Info

Publication number: DE112019002425T5
Application number: DE112019002425.6T
Authority: DE
Inventors: Yoshihiko Akagi
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2018-08-30
Filing date: 2019-08-08
Publication date: 2021-02-11
Also published as: US20220145819A1; WO2020045026A1; US11261811B2; JPWO2020045026A1; US20210270198A1; JP7170048B2; US11635036B2

Abstract

Es wird eine Signalverarbeitungsvorrichtung geschaffen, die eine Arbeitslast eines Parametereinstellbedieners in Reaktion auf eine Zunahme von Parametern, die eine komplizierte Filtersteuerung bilden, wirksam verringern kann. Deshalb wird in der Signalverarbeitungsvorrichtung ein Ausgangssignal eines Sensors, der an einem Fahrzeug montiert ist, gefiltert, wird eine Einstellung in Bezug auf mehrere Filter vorgenommen, die verschiedene Filtertypen oder Filterkoeffizienten zum Setzen einer Filtercharakteristik einer Grenzfrequenz oder eines Durchlassbands besitzen, und wird ein individueller Code für jedes der mehreren Filter gesetzt; die Signalverarbeitungsvorrichtung enthält eine CPU, die den einzelnen Code auf der Grundlage eines Kraftmaschinenbetriebszustands derart wählt, dass ein entsprechendes Filter gewählt wird, und die ein Ausgangssignal des Sensors unter Verwendung des Filters, das gewählt wurde, verarbeitet.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Signalverarbeitungsvorrichtung und eine Kraftmaschinensteuervorrichtung.
Technischer Hintergrund
Für verschiedene Sensoreingaben wird eine Filterfunktion zur Kraftmaschinensteuerung verwendet. Unter diesen Eingaben ist Klopfen ein Phänomen, bei dem Gas in einer Brennkammer aufgrund einer Selbstzündung von unverbranntem Gas in einem Anschlussabschnitt der Brennkammer einer Kraftmaschine in Schwingung versetzt wird und diese Schwingung zu einem Hauptkörper der Kraftmaschine übertragen wird. Da nicht nur Verbrennungs-, sondern auch Schwingungseigenschaften des Hauptkörpers der Kraftmaschine an diesem Phänomen beteiligt sind, ist eine komplexe Filterfunktion erforderlich. Das Klopfen verursacht einen Verlust der Energie, die durch die Kraftmaschine erzeugt wird (eine Abnahme der Leistung), eine Auswirkung auf jeden Teil der Kraftmaschine und eine Abnahme des Kraftstoffverbrauchs. Deshalb ist es wünschenswert, das Klopfen so weit wie möglich zu vermeiden, und zu diesem Zweck ist es wesentlich, ein Auftreten von Klopfen genau zu detektieren.
Zum Beispiel ist ein herkömmliches Verfahren, das in PTL 1 unten offenbart wird, bekannt, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Trennen lediglich einer einzelnen Resonanzfrequenzkomponente im Bereich von 5 bis 12 kHz aus einem Ausgangssignal eines Schwingungssensors unter Verwendung eines Bandpassfilters und Detektieren des Auftretens von Klopfen auf der Grundlage davon, ob ein integrierter Wert der Ausgabe der Trennung größer als ein Hintergrundpegel (vergangene Werte von Ausgangssignalen des Schwingungssensors werden einer gewichteten Mittelung unterzogen) ist oder nicht.
Allerdings weist, wie in PTL 1 offenbart ist, das Verfahren des Detektierens des Auftretens von Klopfen unter Verwendung lediglich einer einzelnen Resonanzfrequenzkomponente die Probleme auf, dass der Hintergrundpegel bei einer Drehung mit hoher Drehzahl der Kraftmaschine groß wird, derart, dass ein Auftreten von Klopfen nicht genau detektiert werden kann, und wenn sich die Spezifikationen der Kraftmaschine ändern, ändert sich auch die Resonanzfrequenz des Klopfens, so dass ein Auftreten von Klopfen nicht genau detektiert werden kann.
Deshalb offenbart PTL 2 unten eine Klopfdetektionsvorrichtung, die einen Schwingungssensor enthält, der eine Schwingung, die in einer Kraftmaschine erzeugt wird, detektiert, und eine Filterschaltung, die mit dem Schwingungssensor verbunden ist und mehrere Filter, die Filtercharakteristiken verschiedener Frequenzbänder in einem Klopffrequenzband aufweisen, besitzt.
Eine Klopfresonanzfrequenz, die in einer Kraftmaschine erzeugt wird, variiert abhängig vom Betriebszustand der Kraftmaschine. Zum Beispiel variiert die Klopfresonanzfrequenz abhängig davon, ob die Kraftmaschinendrehzahl hoch oder niedrig ist. Deshalb kann dann, wenn mehrere Filterschaltungen, die Filtercharakteristiken verschiedener Frequenzbänder besitzen, für die Klopfresonanzfrequenzen vorgesehen sind und die Filterschaltungsausgabe gemäß dem Betriebszustand der Kraftmaschine gewählt wird, eine äußerst zuverlässige Klopfdetektion durchgeführt werden.
In den letzten Jahren sind auch ein Verfahren zum Verwirklichen einer Filterschaltung durch ein digitales Filter durch Software, die in einen Mikrocomputer eingebaut ist, und ein Verfahren zum Konfigurieren eines digitalen Filters als eine Funktion eines Mikrocomputers bekannt.
PTL 3 unten offenbart ein Verfahren zum Beseitigen einer Antwortverzögerung, die durch ein Verzögerungsfilter verursacht wird, das zum Detektieren eines Hintergrundpegels verwendet wird. In PTL 3 wird ein Betriebszustand der Kraftmaschine in Übereinstimmung mit der Änderung der Kraftmaschinendrehzahl detektiert und ein Klopfbestimmungsschwellenwert wird auf der Grundlage des Betriebszustands korrigiert.
Entgegenhaltungsliste
Patentliteratur

PTL 1: JP 58-045520 A
PTL 2: JP 56-000637 A
PTL 3: JP 63-295864 A

Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Im Übrigen wurden in den letzten Jahren in Reaktion auf einen Bedarf z. B. an einer Verbesserung der Kraftstoffeffizienz und an einer Verbesserung der Abgasreinigungsleistung Versuche unternommen, das Kompressionsverhältnis einer Kraftmaschine zu erhöhen. Andererseits macht es eine Erhöhung des Kompressionsverhältnisses wahrscheinlicher, dass ein Klopfen auftritt, so dass die Erwartung einer weiter verbesserten Klopfdetektionsgenauigkeit vorliegt.
Allerdings ist es z. B. im Verfahren zum Extrahieren mehrerer Resonanzfrequenzkomponenten und Detektieren eines Klopfens, das in PTL 2 offenbart wird, dann, wenn die Klopfdetektionsgenauigkeit weiter verbessert wird, nötig, die Probleme zu lösen, wie unten beschriebenen ist.
Das heißt, mit der Verfeinerung der Klopfsteuerung ist eine Klopfdetektion mit einem bevorzugten Signal/Rausch-Verhältnis erforderlich und es besteht ein steigender Bedarf an der Verwendung mehrerer Schmalbandfilter. Um den Bedarf zu erfüllen, werden mehrere Filter mit erhöhtem Freiheitsgrad der Filtereinstellungen verwendet, was die Filtersteuerung verkompliziert. Dann muss, wenn die Anzahl von Parametern, die die komplizierte Filtersteuerung bilden, zunimmt, der Bediener, der die Parameter (die Filterkoeffizienten) der Klopfdetektionsfilter setzt, eine komplizierte Parametereinstellung durchführen und es können Probleme auftreten, dass die Arbeit viel Zeit erfordert und leicht Fehler in der Arbeit auftreten können.
Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die oben beschriebenen Probleme gemacht und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine Signalverarbeitungsvorrichtung zu schaffen, die eine Arbeitslast eines Parametereinstellbedieners in Reaktion auf eine Zunahme von Parametern, die eine komplizierte Filtersteuerung bilden, wirksam verringern kann.
Lösung des Problems
Um das oben beschriebene Problem zu lösen, ist die vorliegende Erfindung eine Signalverarbeitungsvorrichtung, die ein Ausgangssignal eines Sensors, der an einem Fahrzeug montiert ist, filtert, wobei eine Einstellung in Bezug auf mehrere Filter, die verschiedene Filtertypen oder Filterkoeffizienten zum Setzen einer Filtercharakteristik einer Grenzfrequenz oder eines Durchlassbands besitzen, vorgenommen wird, ein individueller Code für jedes der mehreren Filter gesetzt wird und die Signalverarbeitungsvorrichtung eine CPU enthält, die den einzelnen Code auf der Grundlage eines Kraftmaschinenbetriebszustands derart wählt, dass ein entsprechendes Filter gewählt wird, und ein Ausgangssignal des Sensors unter Verwendung des Filters, das gewählt wurde, verarbeitet.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, ein einfach bedienbares Filter zu schaffen, das eine Arbeitslast eines Parametereinstellbedieners in Reaktion auf eine Zunahme der Parameter, die eine komplizierte Filtersteuerung bilden, verringern kann.
Die Probleme, die Konfigurationen und die Wirkungen außer den oben beschriebenen werden aus der Beschreibung der Ausführungsformen unten deutlich werden.
Figurenliste

[1] 1 ist ein Systemkonfigurationsdiagramm eines Kraftmaschinensteuersystems, das mit einer Steuer-ECU ausgestattet ist, als eine Ausführungsform einer Signalverarbeitungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
[2] 2 ist ein Innenkonfigurationsdiagramm der Steuer-ECU, die in 1 gezeigt ist.
[3] 3 ist ein vergleichendes erläuterndes Diagramm der Klopfstärke von einem Drucksensor und der Klopfstärke von einem Klopfsensor.
[4] 4 ist ein erläuterndes Diagramm einer Korrelation zwischen der Klopfstärke vom Drucksensor und der Klopfstärke vom Klopfsensor.
[5] 5 ist ein Betriebsplan zum Erläutern einer Prozedur einer Klopfbestimmung und einer Klopfsteuerung durch eine ECU in der vorliegenden Ausführungsform.
[6] 6 ist ein Betriebsablaufplan zum Erläutern der Prozedur der Klopfbestimmung und der Klopfsteuerung gemäß 5.
[7] 7 ist ein erläuterndes Diagramm eines Beispiels einer Filtereinstellungssteuerung durch die ECU in der vorliegenden Ausführungsform.
[8] 8 ist ein erläuterndes Diagramm eines Beispiels einer Filtereinstellungssteuerung durch die ECU in der vorliegenden Ausführungsform.
[9] 9 ist ein erläuterndes Diagramm eines Filterauswahlbeispiels durch die ECU in der vorliegenden Ausführungsform.
[10] 10 ist ein erläuterndes Diagramm eines Filterauswahlbeispiels durch die ECU in der vorliegenden Ausführungsform.
[11] 11 ist ein erläuterndes Diagramm der Notwendigkeit einer Filterschaltfunktion für jeden Zylinder durch die ECU in der vorliegenden Ausführungsform.
[12] 12 ist ein erläuterndes Diagramm einer Beziehung zwischen einem Kraftmaschinenzustand, einer Zylinderanzahl und einer Klopfauftrittsfrequenz und einer Filtereinstellung durch die ECU in der vorliegenden Ausführungsform.
[13] 13 ist ein erläuterndes Diagramm einer Beziehung zwischen einem Kraftmaschinenzustand, einer Zylinderanzahl und einer Klopfauftrittsfrequenz und einer Filtereinstellung durch die ECU in der vorliegenden Ausführungsform.
[14] 14 ist ein erläuterndes Diagramm der Notwendigkeit einer Filterschaltfunktion für die Beziehung zwischen dem Kraftmaschinenzustand und der Klopfauftrittsfrequenz durch die ECU in der vorliegenden Ausführungsform.
[15] 15 ist ein erläuterndes Diagramm einer Beziehung zwischen einem Kraftmaschinenzustand, einer Zylinderanzahl und einer Klopfauftrittsfrequenz und einer Filtereinstellung durch die ECU in der vorliegenden Ausführungsform.
[16] 16 ist ein Funktionsblockdiagramm der CPU der ECU in der vorliegenden Ausführungsform.

Beschreibung der Ausführungsformen
Im Folgenden wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen genau beschrieben. Allerdings ist die vorliegende Erfindung nicht auf die Ausführungsform unten beschränkt und verschiedene Änderungen und Anwendungsbeispiele fallen auch in den Umfang im technischen Konzept der vorliegenden Erfindung.
Zunächst wird unten ein allgemeines Prinzip einer Klopfdetektion als ein Beispiel der Signalverarbeitung in der vorliegende Erfindung beschrieben. Danach wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung genau beschrieben.
Als eine Ausführungsform, die in 1 gezeigt ist, wird eine sogenannte Vierzylinderreihenkraftmaschine des Mehrpunkteinspritztyps (MPI-Typs) beschrieben.
Luft, die in eine Kraftmaschine 65 gesaugt wird, durchläuft einen Luftreiniger 60 und wird zu einem Luftdurchflusssensor des Heizdrahttyps 1 geleitet. Ein Luftdurchflussmengensensor des Wärmestrahltyps wird als der Luftdurchflusssensor des Heizdrahttyps 1 verwendet. Ein Signal, das der Menge von Einlassluft entspricht, wird aus dem Luftdurchflusssensor des Heizdrahttyps 1 ausgegeben und ein Einlasstemperatursignal, das durch einen Einlasstemperatursensor 1a unter Verwendung eines Thermistors, der in den Luftdurchflusssensor des Heizdrahttyps 1 eingebaut ist, gemessen wird, wird ausgegeben. Dann durchläuft die Einlassluft einen Kanal 61, der mit dem Luftreiniger 60 verbunden ist, und eine Drosselklappe 40, die eine Luftdurchflussmenge steuert, und tritt in einen Kollektor 62 ein. Die Drosselklappe 40 ist mit einem Drosselklappensensor 2 versehen, der einen Öffnungsgrad der Drosselklappe 40 detektiert, und die Drosselklappe 40 wird durch einen Drosselklappenansteuermotor 41 betätigt, der durch eine Steuerkraftmaschinensteuereinheit (ECU) 100 als eine Signalverarbeitungsvorrichtung angesteuert wird. Die Luft, die in den Kollektor 62 eingetreten ist, wird zu jeder Einlassleitung 63, die mit der Kraftmaschine 65 direkt verbunden ist, verteilt und wird über ein Einlassventil 35 in einen Zylinder 66 (eine Brennkammer) gesaugt. Ein Ventilzeitsteuerungsverstellmechanismus 37 mit einem Nockenwinkelsensor 9 ist im Ventilansteuersystem des Einlassventils 35 und eines Auslassventils 36 vorgesehen, um eine Rückkopplungssteuerung zu einem Sollwinkel durchzuführen. Ferner geben Kurbelwinkelsensoren 4, die an Zylinderblöcken (die im Folgenden manchmal als Motorblöcke bezeichnet werden) 66, 67 angebracht sind, einen Impuls für jeden vorgegebenen Kurbelwinkel aus und diese Ausgaben werden in die ECU 100 eingegeben.
Der Kraftstoff wird aus dem Kraftstofftank 21 gesaugt und durch eine Kraftstoffpumpe 20 druckbeaufschlagt, durch einen Druckregler 22 an einen konstanten Druck angepasst und vom Injektor 23, der in der Einlassleitung 63 vorgesehen ist, in die Einlassleitung 63 eingespeist.
Durch Ein/Aus-Schalten einer Zündausgabe einer Zündkerze 33 zu einem Zeitpunkt, der einer Drehzahl der Kraftmaschine 65 entspricht, und einem Zündzeitpunkt, der gemäß einer Last der Kraftmaschine 65 bestimmt wird, wird eine Ausspeisung zur Zündung zu einem optimalen Zeitpunkt durchgeführt. Wenn die Zündung zu früh erfolgt, tritt das Klopfen in der Brennkammer (im Zylinder 66) auf. Deshalb wird dann, wenn der Klopfsensor 34 als ein Schwingungssensor eine Schwingung des Zylinders 66 aufgrund des Klopfens detektiert und das Klopfen bestimmt, eine Klopfsteuerung durchgeführt, um den Zündzeitpunkt zu verzögern.
Ein Drosselklappensensor 2 zum Detektieren des Öffnungsgrads der Drosselklappe 40 ist an der Drosselklappe 40 angebracht und das Sensorsignal des Drosselklappensensors 2 wird in die ECU 100 eingegeben, um eine Rückkopplungssteuerung des Öffnungsgrads der Drosselklappe 40 durchzuführen, eine vollständig geschlossene Stellung zu detektieren, eine Beschleunigung zu detektieren und dergleichen. Der Sollöffnungsgrad der Rückkopplung wird aus dem Fahrpedalniederdrückungsbetrag des Fahrers, der durch einen Fahrpedalniederdrückungssensor 5 bestimmt wird, und einen Betrag der Leerlaufdrehzahlsteuerung, d. h. der ISC-Steuerung, bestimmt.
Ein Wassertemperatursensor 3, der eine Kühlwassertemperatur detektiert, ist an der Kraftmaschine 65 angebracht und das Sensorsignal des Wassertemperatursensors 3 wird in die ECU 100 eingegeben, um einen Aufwärmzustand der Kraftmaschine 65 zu detektieren, eine Kraftstoffeinspritzmenge vom Injektor 23 zu erhöhen, den Zündzeitpunkt der Zündkerze 33 zu korrigieren und den Ein/Aus-Zustand eines Kühlerlüfters 68 und die Solldrehzahl im Leerlauf zu setzen. Ein Klimaanlagenschalter 6, der einen Zustand einer Klimaanlagenkupplung überwacht, ein Leerlaufschalter 7, der in ein Getriebe eingebaut ist und einen Zustand des Antriebssystems überwacht, und dergleichen sind an der Kraftmaschine 65 angebracht, um die Solldrehzahl im Leerlauf und den Lastkorrekturbetrag zu berechnen.
Ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 8 ist an einer Auslassleitung 64 der Kraftmaschine 65 montiert und gibt ein Signal gemäß einer Sauerstoffkonzentration von Abgas, das über das Auslassventil 36 zur Auslassleitung 64 ausgestoßen wird, aus. Dieses Sensorsignal wird in die ECU 100 eingegeben und die Kraftstoffeinspritzimpulsbreite des Injektors 23 wird derart angepasst, dass das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis gemäß den Betriebsbedingungen erhalten wird.
Wie in 2 gezeigt ist, enthält die ECU 100 einen Mikrocomputer, der eine Zentraleinheit (CPU) 101, eine Stromversorgungs-IC 102, einen Schreib- /Lese-Speicher (RAM) (der nicht gezeigt ist), einen Festwertspeicher (ROM) (der nicht gezeigt ist) und dergleichen enthält. Die CPU 101 der ECU 100 führt verschiedene Steuerungen in Bezug auf den Betrieb der Kraftmaschine 65 durch Ausführen verschiedener Steuerungsprogramme, die im ROM gespeichert sind, aus. Hier werden die Signale, die in die CPU 101 der ECU 100 eingegeben werden sollen, unter Bezugnahme auf die Zeichnung zusammengefasst. Signale vom Luftdurchflusssensor 1, vom Einlasstemperatursensor 1a, der in den Luftdurchflusssensor 1 eingebaut ist, vom Drosselklappensensor 2, vom Wassertemperatursensor 3, vom Kurbelwinkelsensor 4, vom Fahrpedalniederdrückungssensor 5, vom Klimaanlagenschalter 6, vom Leerlaufschalter 7, vom Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 8, vom Nockenwinkelsensor 9, vom Klopfsensor 34 und dergleichen werden eingegeben. Das Ausgangssignal der CPU 101 der ECU 100 wird zur Kraftstoffpumpe 20, zum Injektor 23, zu einem Leistungstransistor 32, der einen Zündschalter der Zündkerze 33 besitzt, zum Ventilzeitsteuerungsverstellmechanismus 37, zum Drosselklappenansteuermotor 41 und dergleichen ausgegeben. Wie oben beschrieben ist, wird das Signal des Klopfsensors 34, der am Zylinderblock 67 montiert ist, in die CPU 101 eingegeben und nimmt die CPU 101 eine Klopfbestimmung vor, um Rauschen außer einem Klopfen und ein Klopfen zu identifizieren, und wird während der Klopfbestimmung die Verzögerungswinkelsteuerung des Zündzeitpunkts durchgeführt und wird eine Korrektur durchgeführt, um das Auftreten von Klopfen zu unterdrücken.
Der Einschaltzeitpunkt des Leistungstransistors 32 wird auf der Grundlage des Sollzündzeitpunkts, für den diese Korrektur durchgeführt wird, gesteuert.
3 ist ein Diagramm, das das Frequenzanalyseergebnis der Drucksensorausgabe (der Ausgabe des Drucksensors, der den Druck im Zylinder (im Zylinder 66) detektiert) und die Klopfsensorausgabe (der Ausgabe des Klopfsensors 34, der die Schwingung des Zylinders 66 des Zylinderblocks 67 detektiert) in dem Arbeitszyklus, in dem das Klopfen auftritt, zeigt. Die vertikale Achse (die Klopfstärke) in der oberen Zeichnung von 3 ist das Quadrat der Ausgabe (des Drucks) des Drucksensors und die Einheit ist [MPa^2]. Die vertikale Achse (die Klopfstärke) in der unteren Zeichnung von 3 ist das Quadrat der Ausgabe (der Spannung) des Klopfsensors 34 und die Einheit ist [V^2].
Wie in 3 gezeigt ist, stimmen spezifische Frequenzen (Pf1, Pf2, Pf3) der Druckwelle, die die Grundursache der Schwingung ist, und spezifische Frequenzen (Kfl, Kf2, Kf3) des Klopfsensorsignals, das als die Schwingung der Zylinderblöcke (66, 67) detektiert wird, nicht immer überein. Dies ist darauf zurückzuführen, dass das Ergebnis der Stoßkraft, die in die Motorblöcke (66, 67) eingeleitet wird, wenn die Druckwelle mit der Wandfläche zusammenstößt, die Charakteristik der Motorblöcke (66, 67) durchläuft und als eine Klopfsensorausgabe erscheint. Zusätzlich ist auch die Beziehung zwischen den Werten von Frequenzkomponenten verschieden. Das heißt, im Klopfsensor 34 sind die Signalstärken der spezifischen Frequenzen Kf1, Kf3, die sich bei den Positionen befinden, die Kf2 einklemmen, kleiner als die Signalstärke der zentralen spezifischen Frequenz Kf2.
Dieses Ergebnis ist von der Beziehung verschieden, in der die Signalstärke von Pf2, die die zentrale Frequenz im Drucksensor ist, kleiner als die Signalstärke der spezifischen Frequenzen Pf1, Pf3 bei Positionen, die die Frequenz Pf2 einklemmen, ist. Wie oben beschreiben ist, ändert sich dann, wenn die Abweichung einer spezifischen Frequenz auftritt, auch das Größenverhältnis der Frequenzkomponente des Signals. Diese Änderungen werden durch die Anwesenheit der Motorblöcke (66, 67), die den zylinderintern Druck und den Klopfsensor verbinden, verursacht. Deshalb kann der Einfluss der Motorblöcke (66, 67) aus der Beziehung zwischen dem zylinderintern Druck und die Klopfsensorausgabe ausgewertet werden, wie oben beschrieben ist, und unter Verwendung davon können die Eigenschaften des zylinderintern Drucks einfach aus dem Klopfsensorsignal nachgebildet werden.
Wenn die Zustände der Kraftmaschine 65 (der Kraftmaschinenbetriebszustand) wie z. B. die Zylinderanzahl der Kraftmaschine 65, die Drehzahl der Kraftmaschine 65, die Last der Kraftmaschine 65 und die Kühlwassertemperatur, die durch den Wassertemperatursensor 3 detektiert wird, im Wesentlichen dieselben sind, tritt ein Klopfen bei derselben spezifischen Frequenz (Kfl, Kf2, Kf3) des Klopfsensorsignals auf. Wenn die oben erwähnten Kraftmaschinenbetriebszustände im Wesentlichen dieselben sind, tritt ein Klopfen bei der spezifischen Frequenz (Pf1, Pf2, Pf3) der Druckwelle, die durch den Drucksensor, der am Innenraum des Zylinders 66 angebracht ist, bestimmt wird, auf.
4 zeigt die lineare Beziehung zwischen dem Signalwert (der Signalstärke) einer spezifischen Frequenz des Klopfsensorsignals und dem Signalwert (der Signalstärke) einer spezifischen Frequenz des Drucksensorsignals. In 4 werden die Intensitäten P(Pf1), P(Pf2) der Drucksensorsignale der spezifischen Frequenzen Pf1, Pf2 in 3 und die Intensitäten K(Kf1), K(Kf2) der Klopfsensorsignale der spezifischen Frequenzen Kf1, Kf2 verwendet, um die Beziehung von Gleichung (1) unten zu übernehmen und die Werte mehrerer Arbeitszyklen graphisch darzustellen.
[Gleichung 1] $P (Pf1) + P (Pf2) = K (Kf 1) + 2 K (Kf2)$
Das heißt, die Klopfstärke K(Kfi) der spezifischen Frequenz des Klopfsensorsignals wird durch die Klopfstärke P(Pfi) der spezifischen Frequenz des Drucksensorsignals gemäß der Änderung der spezifischen Frequenz aufgrund der Motorblöcke (66, 67) korrigiert. In der oben beschriebenen Gleichung (1) wird K(Kf1) zu P(Pf1) korrigiert und wird K(Kf2) zu P(Pf2) korrigiert. Ferner wird unter Berücksichtigung einer Dämpfung der Gewichtskoeffizient der niedrigen Frequenzkomponente (K(Kf1)) des Klopfsensorsignals zu 1 gesetzt und wird der Gewichtskoeffizient der hohen Frequenzkomponente (K(Kf2)) zu 2 gesetzt, um groß zu sein. Als Ergebnis kann die Klopfstärke (die zylinderinterne Druckstärke) der spezifischen Frequenz des Drucksensorsignals aus der Klopfstärke der spezifischen Frequenz des Klopfsensorsignals berechnet werden.
Deshalb wird in der vorliegenden Ausführungsform die Beziehung zu den spezifischen Frequenzen (Pf1, Pf2 und dergleichen) der Druckwelle, die den spezifischen Frequenzen (Kf1, Kf2 und dergleichen) des Klopfsensorsignals entspricht, für jeden Kraftmaschinenbetriebszustand in einem RAM oder einem ROM gespeichert. Dann werden, wie oben beschrieben ist, die Gewichtskoeffizienten zum Berechnen der Klopfstärke P(Pfi) der spezifischen Frequenz des Drucksensorsignals aus der Klopfstärke K(Kfi) der spezifischen Frequenz des Klopfsensorsignals im RAM oder im ROM gespeichert. Als Ergebnis verwendet die CPU 101 der ECU 100 die Beziehung zwischen den spezifischen Frequenzen (Kf1, Kf2 und dergleichen) des Klopfsensorsignals und den spezifischen Frequenzen (Pf1, Pf2 und dergleichen) der Druckwelle und den Gewichtskoeffizienten, die im RAM oder im ROM gespeichert sind, um die Klopfstärke (die zylinderinterne Druckstärke P(Pfi)) einer spezifischen Frequenz des Drucksensorsignals aus dem Klopfsensorsignal zu berechnen. Dann bestimmt die CPU 101 die Anwesenheit oder die Abwesenheit des Klopfens auf der Grundlage der Klopfstärke (der zylinderinternen Druckstärke) des berechneten Drucksensorsignals bei einer spezifischen Frequenz.
<Klopfbestimmung und Klopfsteuerung durch die ECU in der vorliegenden Ausführungsform>
5 ist ein Betriebsplan zum Erläutern einer Prozedur zum Bestimmen der Anwesenheit oder der Abwesenheit des Klopfens in der vorliegenden Ausführungsform. Es wird angenommen, dass jeder Schritt in 5 durch die CPU 101 der ECU 100 durchgeführt wird. Im Folgenden wird die Verarbeitung jedes Betriebsblocks in 5 beschrieben.
In der vorliegenden Ausführungsform, die in 5 gezeigt ist, wird ein Einstellen des Frequenzbands (der Grenzfrequenz oder des Durchlassbands), das durch das Klopfdetektionsfilter detektiert wird, gemäß dem Zustand der Kraftmaschine 65 (dem Kraftmaschinenbetriebszustand) wie z. B. der Zylinderanzahl der Kraftmaschine 65, der Drehzahl der Kraftmaschine 65, der Last und der Kühlwassertemperatur, die durch den Wassertemperatursensor 3 detektiert wird, durchgeführt.
Insbesondere ist im RAM oder im ROM der ECU 100 ein Filterkennungskennfeld gespeichert, in dem mehrere Filter, die später beschrieben werden und verschiedene Grenzfrequenzen oder Durchlassbänder aufweisen, als individuelle Codes registriert sind. Dann wählt die CPU 101 die entsprechende Filterkennung aus dem Filterkennungskennfeld gemäß dem Kraftmaschinenbetriebszustand, der oben beschrieben ist (S501). Das Filterkennungskennfeld wird später beschrieben, jedoch ist diese Filterkennung einem Filterkoeffizienten zugeordnet, mit dem die Filtercharakteristiken gesetzt werden. Deshalb ist es durch Wählen der Filterkennung aus dem Filterkennungskennfeld möglich, das Klopfdetektionsfilter zu setzen, in dem das Frequenzband (die Grenzfrequenz oder das Durchlassband) und das Dämpfungsband, die der Filterkennung entsprechen, bestimmt werden (S502).
Der Klopfsensor 34 detektiert die Schwingung der Kraftmaschine 65 (S301) und der AD-Umsetzer setzt das Detektionsergebnis in ein digitales Signal um (S302). Die Klopfsensorausgabe des Klopfsensors 34 wird als ein Signal in einem gewünschten Frequenzband durch das Klopfdetektionsfilter, das in S501 gesetzt wird, ausgegeben. Hier wird ein Klopfdetektionsfilter (ein Bandpassfilter), das eine Grenzfrequenz oder ein Durchlassband besitzt, dessen Resonanzfrequenz (spezifische Frequenz) 7 kHz, 9 kHz oder 12 kHz ist, in Verbindung mit der gewählten Filterkennung gesetzt und drei Frequenzkomponenten, die das Klopfdetektionsfilter durchlaufen haben, sind veranschaulicht. Das heißt, die CPU 101 verarbeitet das Klopfsensorausgangssignal des Klopfsensors 34 unter Verwendung des Klopfdetektionsfilters, das durch Wählen der Filterkennung in S501 gesetzt wird. Dann berechnet die CPU 101 die Klopfstärke K(Kfi) jeder Resonanzfrequenz (Kfi) aus der Ausgabe des Klopfdetektionsfilters (S303).
Hier verwendet die CPU 101, wie oben beschrieben ist, die Beziehung zwischen den spezifischen Frequenzen (Kf1, Kf2 und dergleichen) des Klopfsensorsignals und den spezifischen Frequenzen (Pf1, Pf2 und dergleichen) der Druckwelle und den Gewichtskoeffizienten, die im RAM oder im ROM gespeichert sind, um die Klopfstärke (die zylinderinterne Druckstärke) einer spezifischen Frequenz des Drucksensorsignals aus dem Klopfsensorsignal zu berechnen.
Das heißt, die CPU 101 berechnet die spezifische Frequenz (Pfi) der Druckwelle, die der spezifischen Frequenz (7 kHz, 9 kHz, 12 kHz) des Klopfsensorsignals entspricht, auf der Grundlage des Kraftmaschinenbetriebszustands wie z. B. der Kraftmaschinendrehzahl und der Last. Ferner berechnet die CPU 101 den Gewichtskoeffizienten, der dem Kraftmaschinenbetriebszustand entspricht, und berechnet die Klopfstärke (P(Pfi)) der spezifischen Frequenz des Drucksensorsignals auf der Grundlage der Entsprechung zwischen dem Gewichtskoeffizienten und der oben erwähnten spezifischen Frequenz (Pfi) (S303).
Die CPU 101 berechnet den gewichteten Durchschnitt des Hintergrundpegels (BGL1, ..., BGLi) für jede spezifische Frequenz (7 kHz, 9 kHz, 12 kHz) (S304). Dann berechnet die CPU 101 das Verhältnis SLi = Pfi/BGLi der Klopfstärke (Pfi), die oben berechnet wurde, zum Hintergrundpegel BGLi für jede spezifische Frequenz (7 kHz, 9 kHz, 12 kHz) (S305). Die CPU 101 integriert SLi = P (Pfi)/BGLi für jede spezifische Frequenz (7 kHz, 9 kHz, 12 kHz). Mit anderen Worten wird dann, wenn m spezifische Frequenzen vorhanden sind, durch Berechnen von $\sum_{i = 1}^{m} S L i$
eine Klopfbestimmungsangabe I berechnet (S306). In S305 wurde das Verfahren des Aufnehmens jedes Verhältnisses beschrieben, jedoch ist dies nicht auf das Verhältnis beschränkt und die Klopfbestimmungsangabe I kann durch Berechnen der Differenz und Integrieren der Differenz bestimmt werden.
Die CPU 101 bestimmt einen Klopfbestimmungsschwellenwert Ith auf der Grundlage einer Drehzahl Ne der Kraftmaschine 65 (S307). Speziell bezieht die CPU 101 sich auf Kennfelddaten (eine Datentabelle), in denen die Drehzahl Ne der Kraftmaschine 65 (der Betriebszustand der Kraftmaschine 65) und der Klopfbestimmungsschwellenwert im Voraus zugeordnet werden, und bestimmt den Klopfbestimmungsschwellenwert Ith aus der Drehzahl Ne der Kraftmaschine 65. Die CPU 101 bestimmt die Anwesenheit oder die Abwesenheit des Klopfens durch Vergleichen einer Klopfangabe I mit dem Klopfbestimmungsschwellenwert Ith und gibt das Klopfbestimmungsergebnis aus (S308).
6 ist ein Betriebsablaufplan zum Erläutern der Klopfbestimmung und der Klopfsteuerungsprozedur in der vorliegenden Ausführungsform, die auf der Grundlage von 5 beschrieben wurden.
Entsprechend S501 von 5 führt die CPU 101 den Betrieb des Kraftmaschinenbetriebszustands (der als die Kraftmaschinenbetriebsbedingung bezeichnet werden kann) durch Detektieren von Signalen, die den Zustand der Kraftmaschine 65 wie z. B. die Zylinderanzahl der Kraftmaschine 65, die Drehzahl der Kraftmaschine 65, die Last und die Kühlwassertemperatur, die durch den Wassertemperatursensor 3 detektiert wird, angeben (S600). Dann wählt die CPU 101 entsprechend S502 von 5 eine Filterkennung aus dem Filterkennungskennfeld auf der Grundlage des Kraftmaschinenbetriebszustands (S601). Im RAM oder im ROM der ECU 100 sind ein Filterkennungskennfeld, das später beschrieben wird, und ein Filterkoeffizient entsprechend jeder Filterkennung gespeichert. Deshalb setzt die CPU 101 durch Wählen der Filterkennung in S601 das Klopfdetektionsfilter wie z. B. das gewünschte Frequenzband (die Grenzfrequenz oder das Durchlassband) und das Dämpfungsband unter Verwendung des entsprechenden Filterkoeffizienten (S602).
Danach führt die CPU 101 entsprechend S301 und S302 von 5 eine A/D-Umsetzung am Klopfsignal vom Klopfsensor 34 durch und nimmt das A/D-Umsetzungsergebnis auf (S603). Ferner führt die CPU 101 entsprechend S303 von 5 eine Filterungsverarbeitung am A/D-umgesetzten Klopfsignal unter Verwendung des Klopfdetektionsfilters, das in S602 gesetzt wird, durch (S604). Ferner berechnet die CPU 101 die Klopfstärke bei einer spezifischen Frequenz des Klopfsensorsignals auf der Grundlage des gefilterten Klopfsignals (S605). Hier wird in der vorliegenden Ausführungsform die Beziehung zu den spezifische Frequenzen (Pf1, Pf2 und dergleichen) der Druckwelle, die den spezifischen Frequenzen (Kf1, Kf2 und dergleichen) des Klopfsensorsignals entsprechen, für jeden Kraftmaschinenbetriebszustand im RAM oder im ROM gespeichert. Als Ergebnis verwendet die CPU 101 die Beziehung zwischen den spezifischen Frequenzen (Kf1, Kf2 und dergleichen) des Klopfsensorsignals und den spezifische Frequenzen (Pf1, Pf2 und dergleichen) der Druckwelle und den Gewichtskoeffizienten, die im RAM oder im ROM gespeichert sind, um die Klopfstärke (die zylinderinterne Druckstärke P(Pfi)) einer spezifischen Frequenz des Drucksensorsignals aus dem Klopfsensorsignal zu berechnen (S606). Obwohl in der vorliegenden Ausführungsform, wie oben beschrieben ist, die Beziehung zwischen den spezifischen Frequenzen (Kf1, Kf2 und dergleichen) des Klopfsensorsignals und den spezifischen Frequenzen (Pf1, Pf2 und dergleichen) der Druckwelle und der Gewichtskoeffizient, die im RAM oder im ROM gespeichert sind, zum Berechnen der Klopfstärke (der zylinderinternen Druckstärke) einer spezifischen Frequenz des Drucksensorsignals verwendet werden, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Das heißt, es ist auch ohne diese Umsetzung möglich, eine nachfolgende Klopfbestimmung unter Verwendung der Klopfstärke (K(Kfi)) einer spezifischen Frequenz (Kfl, Kf2 und dergleichen) des Klopfsensorsignals durchzuführen.
Bezugnehmend auf S305 von 5 berechnet die CPU 101 außerdem das Verhältnis SLi = P (Pfi)/BGLi des gewichteten Durchschnitts des Hintergrundpegels (BGLi) zur Klopfstärke (P(Pfi)) für jede spezifische Frequenz (Pfi) (S607). In Bezug auf S306 von 5 berechnet die CPU 101 ferner, wenn die Anzahl von spezifische Frequenzen m ist, $\sum_{i = 1}^{m} S L i,$
um die Klopfbestimmungsangabe I zu berechnen (S608).
Dann, wenn die Klopfbestimmungsangabe I größer als der Klopfbestimmungsschwellenwert Ith (S609) ist, wird bestimmt, dass ein Klopfen aufgetreten ist (S610) und ein Klopfmerker wird zu „1“ gesetzt (S611). Andererseits wird dann, wenn die Klopfbestimmungsangabe I gleich oder kleiner als der Klopfbestimmungsschwellenwert Ith (S609) ist, der Klopfmerker zu „0“ gesetzt (S612). Wenn der Klopfmerker 1 wird, führt die CPU 101 eine Steuerung durch Verzögern des Zündzeitpunkts der Zündkerze 33 derart durch, dass kein Klopfen auftritt.
<Filtereinstellung/-auswahl durch die ECU in der vorliegenden Ausführungsform>
7 zeigt ein Beispiel eines Filtereinstellungssteuerungsbeispiels durch die CPU 101 der ECU 100 in der vorliegenden Ausführungsform.
Wie in 5 und 6 beschrieben ist, ist im RAM oder im ROM der ECU 100 ein Filterkennungskennfeld von 7 gespeichert, in dem mehrere Filter, die später beschrieben werden und verschieden Grenzfrequenzen oder Durchlassbänder haben, als individuelle Codes (ID1, ID2, ID3, ID4, ID5, ID6) registriert sind. Dann wählt die CPU 101 die entsprechende Filterkennung aus dem Filterkennungskennfeld gemäß dem Kraftmaschinenbetriebszustand (der Zylinderanzahl der Kraftmaschine 65, der Drehzahl der Kraftmaschine 65, der Last, der Kühlwassertemperatur, die durch den Wassertemperatursensor 3 detektiert wird, und dergleichen). Die Filterkennung ist einem Filterkoeffizienten, mit dem die Filtercharakteristiken gesetzt werden, zugeordnet. Deshalb ist es durch Wählen der Filterkennung aus dem Filterkennungskennfeld möglich, das Klopfdetektionsfilter zu setzen, in dem das Frequenzband (die Grenzfrequenz oder das Durchlassband) und das Dämpfungsband, die der Filterkennung entsprechen, bestimmt werden.
7 zeigt ein Beispiel eines dreistufigen sekundären IIR-Filters als eine Filterkennung 1. Für das sekundäre IIR-Filter der ersten Stufe von 7, werden Filterkoeffizienten wie z. B. a11, a12, w1(n-1), w1(n-2), b00, b10, b11, b12 gesetzt. Entsprechend werden Filterkoeffizienten für das IIR-Filter der zweiten Stufe und der dritten Stufe gesetzt. Mit diesen Filterkoeffizienten werden die Filtercharakteristiken wie z. B. das Frequenzband (die Grenzfrequenz oder das Durchlassband) des Signals, dem ermöglicht wird, durchzulaufen, oder die Dämpfungsbänder bestimmt. Dann verarbeitet die CPU 101 das Detektionssignal des Klopfsensors 34 unter Verwendung des Klopfdetektionsfilters, dessen Filtercharakteristiken durch den Filtertyp (IIR-Filter, FIR-Filter und dergleichen) und den Filterkoeffizienten, die der gewählten Filterkennung zugeordnet sind, bestimmt werden.
Das heißt, die erforderlichen Filtercharakteristiken sind abhängig vom Kraftmaschinenbetriebszustand wie z. B. der Zylinderanzahl der Kraftmaschine 65, der Drehzahl der Kraftmaschine 65, der Last, der Kühlwassertemperatur, die durch den Wassertemperatursensor 3 detektiert wird, und dergleichen verschieden. Deshalb wird in der vorliegenden Ausführungsform die Filterkennung dem Filtertyp und dem Filterkoeffizient im Voraus zugeordnet und die CPU 101 kann eine voreingestellte Filterkennung gemäß dem Kraftmaschinenbetriebszustand wählen. Als Ergebnis werden der Filtertyp und der Filterkoeffizient derart gesetzt, dass die gewünschten Filtercharakteristiken, die der der Filterkennung zugeordnet sind, erhalten werden und dadurch die Klopfbestimmung unter Verwendung des Klopfdetektionsfilters durchgeführt werden kann.
Im oben Beschriebenen wurde der Punkt des Zuordnens der Filtercharakteristiken zur Filterkennung erläutert, jedoch kann, da die gewünschte Beziehung zwischen der oben erwähnten spezifischen Frequenz des Klopfsensorsignals (Kf1, Kf2 und dergleichen) und der spezifischen Frequenz der Druckwelle (Pf1, Pf2 und dergleichen) und ein Gewichtskoeffizient abhängig vom Kraftmaschinenbetriebszustand bestimmt werden, ihr Setzen in Verbindung mit der Filterkennung ermöglicht werden. Das heißt, wenn die CPU 101 die Filterkennung auf der Grundlage des Kraftmaschinenbetriebszustands wählt, wird die Beziehung zwischen der spezifischen Frequenz des Klopfsensorsignals (Kf1, Kf2 und dergleichen) und der spezifischen Frequenz der Druckwelle (Pf1, Pf2 und dergleichen) oder ein Gewichtskoeffizient entsprechend der Filterkennung gesetzt. Als Ergebnis kann die CPU 101 ein Klopfen auf der Grundlage der gewünschten Beziehung zwischen der spezifischen Frequenz des Klopfsensorsignals (Kf1, Kf2 und dergleichen) und der spezifischen Frequenz der Druckwelle (Pf1, Pf2 und dergleichen) oder des Gewichtskoeffizienten genau detektieren.
In der ECU 100 der vorliegenden Ausführungsform werden der Filtertyp und der Filterkoeffizient im RAM oder im ROM für jeden Filter derart im Voraus gespeichert, dass mehrere Filter erhalten werden, die verschiedene gewünschte Frequenzbänder (Grenzfrequenzen oder Durchlassbänder) besitzen. Es ist wünschenswert, dass das gewünschte Frequenzband (die Grenzfrequenz oder das Durchlassband), d. h. die Filtercharakteristiken, derart gesetzt werden, dass eine Klopfdetektion in einer allgemeinen Kraftmaschine genau durchgeführt werden kann. Dann enthält die ECU 100 der vorliegenden Ausführungsform eine Funktion des Speicherns, in Bezug auf diese Filtercharakteristik (die Grenzfrequenz oder das Durchlassband), lediglich des Filtertyps und des Filterkoeffizienten zum Erfüllen der Filtercharakteristik (der Grenzfrequenz oder des Durchlassbands) im Voraus im RAM oder im ROM und des Zuordnens der Filterkennung zur Filtercharakteristik (zur Grenzfrequenz oder zum Durchlassband). Als Ergebnis kann die Person, die die Abgleichverarbeitung der ECU 100 durchführt, die Abgleichverarbeitung abschließen, indem lediglich eingestellt wird, welche Filterkennung (d. h. welche Filtercharakteristik) welchem Kraftmaschinenbetriebszustand zugeordnet werden soll. Deshalb ist es, da es nicht nötig ist, den Filtertyp und den Filterkoeffizienten, die kompliziert sind, zu setzen, möglich, eine ECU zu schaffen, die die Abgleichverarbeitung einfach durchführen kann.
Wie in 8 gezeigt ist, ist das Filterkennungskennfeld in mehrere Filterkennungskennfelder für jeden Filterkanal unterteilt. Deshalb wird für die CPU 101 das Filterkennungskennfeld zuerst auf der Grundlage des Kraftmaschinenbetriebszustands gewählt und wird dann die entsprechende Filterkennung aus dem gewählten Filterkennungskennfeld gewählt. In 8 wird angenommen, dass m Filterkennungskennfelder vorhanden sind und Filterkennungen sind als Filterkennung 1 bis Filterkennung m gezeigt. Wenn die Filterkennung gewählt wird, werden der entsprechende Filtertyp und der Filterkoeffizient gesetzt und dies schließt die Filtereinstellverarbeitung des Bestimmens ab, welches Filter aus Filter 1 bis m verwendet werden soll.
9 zeigt ein Beispiel eines Filters, das durch die CPU 101 der ECU 100 in der vorliegenden Ausführungsform gewählt werden kann und zeigt ein Beispiel eines Filters des Filtertyps, der durch das Filterkennungskennfeld von 7 und 8 gewählt werden kann. Hier ist ein Beispiel von Filtercharakteristiken für jede Anzahl von IIR-Filterstufen gezeigt. Wie aus 9 deutlich wird, ist ersichtlich, dass die Eigenschaften des Filters umso steiler werden, je größer die Anzahl von Stufen des Filters ist. Durch geeignetes Einstellen des Filterkoeffizienten ist es möglich, die Grenzfrequenz (Fc1, Fc2), d. h. das Durchlassband, zu ändern.
10 zeigt ein weiteres Beispiel eines Filters, das durch die CPU 101 der ECU 100 in der vorliegenden Ausführungsform gewählt werden kann, und zeigt ein Beispiel eines Filters des Filtertyps, der durch das Filterkennungskennfeld von 7 und 8 gewählt werden kann. Hier ist ein Beispiel von Filtercharakteristiken für jede Anzahl von FIR-Filterabgriffstufen gezeigt. Wie aus 10 deutlich wird, ist ersichtlich, dass die Durchlassbandbreite des Filters umso schmaler wird, je größer die Anzahl von Stufen des Filters ist.
11 ist ein Diagramm, das eine spezifische Frequenz und eine Signalstärke des Klopfsensorsignals für jeden Zylinder, in dem ein Klopfen auftritt, zeigt, und ist ein Diagramm zum Erläutern der Notwendigkeit der Filterschaltfunktion für jeden Zylinder, die oben beschrieben ist.
Wie in 11 gezeigt ist, ist z. B. die Frequenz K2 eine spezifische Frequenz, die lediglich im zweiten Zylinder gefunden wird, und ist die Frequenz K7 eine spezifische Frequenz, die lediglich im ersten Zylinder gefunden wird. Die Charakteristiken vom Zylinder, in dem ein Klopfen auftritt, zum Klopfsensor sind von Zylinder zu Zylinder verschieden. Eine derartige Differenz tritt auf, weil die Eigenschaften von der Entfernung, dem Pfad, der Form des Pfads und dergleichen abhängen, durch die die Schwingung, die den Motorblöcken (66, 67) durch die Druckwelle vermittelt wird, verläuft. Zum Beispiel ist es nötig, eine Signalkorrektur unter Berücksichtigung der Eigenschaften der Motorblöcke (66, 67) durch Ändern der spezifischen Frequenz, die für jeden Zylinder gewählt ist, durchzuführen. In der vorliegenden Ausführungsform können, wie oben beschrieben ist, die Filtercharakteristiken unter Berücksichtigung der Eigenschaften der Motorblöcke (66, 67), die jedem Zylinder entsprechen, gesetzt werden. Das heißt, in der vorliegenden Ausführungsform wird die Zylinderanzahl der Kraftmaschine 65 als einer der Kraftmaschinenbetriebszustände in die CPU 101 eingegeben und wird die Filterkennung derart gesetzt, dass die gewünschten Filtercharakteristiken auf der Grundlage der Zylinderanzahl erhalten werden. Als Ergebnis wählt die CPU 101 eine Filterkennung auf der Grundlage der Zylinderanzahl während des Betriebs und wird ein Klopfdetektionsfilter gesetzt, das eine Filtercharakteristik besitzt, die für die Zylinderanzahl, die der Filterkennung zugeordnet ist, gewünscht ist. Deshalb kann die Umwandlung von Druck zu Schwingung geeignet verarbeitet werden und die Druckwellenstärke kann genauer vorhergesagt werden.
12 zeigt ein Beispiel der Beziehung zwischen dem Zustand der Kraftmaschine 65, der Zylinderanzahl und der Klopfauftrittsfrequenz und dem Konzept der Filtereinstellung durch die CPU 101 der ECU 100 in der vorliegenden Ausführungsform und ist ein Graph, in dem das Frequenzanalyseergebnis von einem Zylinder und zwei Zylindern bei 1200 min^-1 und einem Zylinder und zwei Zylindern bei 2400 min^-1.
Wie aus dem Graphen in 12 deutlich wird, ist ersichtlich, dass zwei Zylinder bei 1200 min^-1 und ein Zylinder bei 2400 min^-1 Spitzenwerte bei beinahe derselben Frequenz besitzen. In einem Filtereinstellverfahren in einem solchen Fall sind die Filteranforderungen der zwei Zylinder bei 1200 min^-1 und des einen Zylinders bei 2400 min^-1 gleich und sie können derart integriert werden, dass ein Filter mit derselben Filterkennung verwendet werden kann. Deshalb ist es möglich, einen komplizierten Filterkoeffizienten einfach zu setzen.
13 ist ein Beispiel einer Beziehung zwischen einem Zustand der Kraftmaschine 65, einer Zylinderanzahl und einer Klopfauftrittsfrequenz und einer Filtereinstellung durch die CPU 101 der ECU 100 in der vorliegenden Ausführungsform.
Wie aus der Tabelle in 13 ersichtlich ist, ist es, da mehrere gleiche Frequenzen in der Tabelle vorhanden sind, leicht, das Filter durch Setzen derselben Filterkennung für diesen Teil zu setzen.
14 ist ein Diagramm zum Erläutern der Notwendigkeit der Filterschaltfunktion für die Beziehung zwischen dem Zustand der Kraftmaschine 65 und der Klopfauftrittsfrequenz durch die CPU 101 der ECU 100 in der vorliegenden Ausführungsform und ist ein Diagramm, das eine spezifische Frequenz und eine Signalstärke eines Klopfsensorsignals für jede Kühlwassertemperatur zeigt, wenn ein Klopfen auftritt.
Wie in 14 gezeigt ist, sind z. B. die Frequenzen K2, K4, K8 spezifische Frequenzen, die lediglich bei niedrigen Wassertemperaturen gefunden werden, und sind die Frequenzen K3, K5 spezifische Frequenzen, die lediglich bei hohen Wassertemperaturen gefunden werden. Die Kühlwassertemperatur zu dem Zeitpunkt, zu dem ein Klopfen auftritt, ändert die spezifische Frequenz der Druckwelle aufgrund der Änderung der zylinderinternen Temperatur und ändert auch die Eigenschaften des Kraftmaschinenblocks. Die Änderung der Eigenschaften des Kraftmaschinenblocks wird auf die Änderung der Schallgeschwindigkeit in Wasser aufgrund der Temperaturänderung zurückgeführt. Als Ergebnis ändert sich die spezifische Frequenz, die als das Signal des Klopfsensors 34 erscheint. Zum Beispiel ist es nötig, eine Signalkorrektur unter Berücksichtigung der Eigenschaften des Kraftmaschinenblocks, die sich abhängig von der Kühlwassertemperatur ändern, durch Ändern der spezifischen Frequenz, die für jede Kühlwassertemperatur gewählt ist, durchzuführen. In der vorliegenden Ausführungsform werden, wie oben beschrieben ist, die Filtercharakteristiken unter Berücksichtigung der Eigenschaften des Kraftmaschinenblocks, die jeder Kühlwassertemperatur entsprechen, gesetzt.
Das heißt, in der vorliegenden Ausführungsform wird die Kühlwassertemperatur in die CPU 101 als einer der Kraftmaschinenbetriebszustände eingegeben und die Filterkennung wird auf der Grundlage der Kühlwassertemperatur gesetzt, um die gewünschten Filtercharakteristiken zu erhalten. Als Ergebnis wählt die CPU 101 eine Filterkennung auf der Grundlage der Kühlwassertemperatur und ein Klopfdetektionsfilter, das eine Filtercharakteristik besitzt, die für die Kühlwassertemperatur gewünscht ist, und der Filterkennung zugeordnet ist, wird gesetzt. Als Ergebnis kann die Umwandlung von Druck zu Schwingung geeignet verarbeitet werden und die Druckwellenstärke kann genauer vorhergesagt werden.
15 ist ein Beispiel einer Beziehung zwischen einem Zustand der Kraftmaschine 65, einer Zylinderanzahl und einer Klopfauftrittsfrequenz und einer Filtereinstellung durch die CPU 101 der ECU 100 in der vorliegenden Ausführungsform.
Wie in der Tabelle in 15 deutlich wird, ist es, da mehrere gleiche Frequenzen in der Tabelle vorhanden sind, leicht, das Filter durch Setzen derselben Filterkennung für diesen Teil zu setzen.
16 zeigt ein Funktionsblockdiagramm der CPU 101, in dem das Klopfsensorsignal detektiert wird, das Klopfsensorsignal für jeden Zylinder korrigiert wird und der Betrieb der Klopfstärke wird durchgeführt.
Wie oben beschrieben, wird das Signal, das durch den Klopfsensor 34 detektiert wird, unter Berücksichtigung des Einflusses des Kraftmaschinenblocks korrigiert (Klopfsensorsignalkorrektur), jedoch wird hier die Zylinderanzahl der Kraftmaschine 65 oder die Kühlwassertemperatur in jedem Zylinder als das Eingangssignal der CPU 101 verwendet und die entsprechende Filterkennung wird gewählt. Dann wird das Klopfsensorsignal durch das Klopfdetektionsfilter der Filtercharakteristik, die der Filterkennung zugeordnet ist, verarbeitet und die Klopfstärke (die Druckwellenstärke) wird auf der Grundlage des Verarbeitungsergebnisses berechnet.
Wie oben beschrieben ist, filtert die Signalverarbeitungsvorrichtung (ECU 100) der vorliegenden Ausführungsform das Ausgangssignal des Sensors (Klopfsensor 34), der am Fahrzeug montiert ist. Ferner wird in der Signalverarbeitungsvorrichtung (ECU 100) der vorliegenden Ausführungsform eine Einstellung für mehrere Filter, die einen verschiedenen Filtertyp (IIR-Filter, FIR-Filter und dergleichen) oder Filterkoeffizienten (a11, a12, w1(n-1), w1(n-2), b00, b10, b11, b12 und dergleichen) besitzen, in 7) durchgeführt, um die Grenzfrequenz zu setzen, oder die Filtercharakteristik des Durchlassbands It wird für mehrere Filter mit verschieden n-1) gesetzt und ein individueller Code (eine Filterkennung) wird für jedes der mehreren Filter gesetzt. Dann enthält in der Signalverarbeitungsvorrichtung (ECU 100) der vorliegenden Ausführungsform die CPU 101 die einen individuellen Code (eine Filterkennung) auf der Grundlage des Kraftmaschinenbetriebszustands wählt, um ein entsprechendes Filter zu wählen und verarbeitet ein Ausgangssignal eines Sensors (des Klopfsensors 34) unter Verwendung des gewählten Filters. Es ist wünschenswert, dass der Sensor der Klopfsensor 34 ist, der ein Klopfen der Kraftmaschine 65, die am Fahrzeug montiert ist, detektiert.
Es ist wünschenswert, dass die CPU 101 die Klopfstärke (K(Kfi)) einer spezifischen Frequenz des Klopfsensorsignals auf der Grundlage des Signals, das durch das gewählte Filter verarbeitet wurde, berechnet. Ferner ist wünschenswert, dass die Signalverarbeitungsvorrichtung (ECU 100) eine Speichereinheit (einen RAM oder einen ROM, der nicht gezeigt ist) enthält, der die Beziehung zur spezifischen Frequenz (Pfi) der Druckwelle im Zylinder, die der spezifischen Frequenz (Kfi) des Klopfsensorsignals entspricht, für jeden Kraftmaschinenbetriebszustand speichert, und die CPU 101 die Klopfstärke (K(Kfi)) einer spezifischen Frequenz des Klopfsensorsignals auf der Grundlage des Signals, das durch das gewählte Filter verarbeitet wurde, berechnet und die Beziehung zwischen der spezifischen Frequenz (Kfi) des Klopfsensorsignals und der spezifischen Frequenz (Pfi) der Druckwelle, die in der Speichereinheit gespeichert ist, und den Gewichtskoeffizienten verwendet, um die Klopfstärke (P(Pfi)) einer spezifischen Frequenz eines Drucksensorsignals zum Detektieren der Druckwelle im Zylinder aus dem Klopfsensorsignal zu berechnen.
Ferner ist es im oben Beschriebenen wünschenswert, dass dann, wenn ein individueller Code (eine Filterkennung) für die Beziehung zwischen der spezifischen Frequenz (Kfi) des Klopfsensorsignals und der spezifischen Frequenz (Pfi) der Druckwelle und den Gewichtskoeffizienten gesetzt wird und die CPU 101 einen individuellen Code (eine Filterkennung) auf der Grundlage des Kraftmaschinenbetriebszustands wählt, die Beziehung zwischen der spezifischen Frequenz (Kfi) des Klopfsensorsignals und der spezifischen Frequenz (Pfi) der Druckwelle, oder der Gewichtskoeffizient, die dem individuellen Code entsprechen, gesetzt werden.
Es ist wünschenswert, dass dann, wenn die CPU 101 das Verhältnis SLi = P (Pfi)/BGLi des gewichteten Durchschnitts des Hintergrundpegels (BGLi) zur Klopfstärke (P(Pfi)) für jede spezifische Frequenz (Pfi) berechnet und m spezifische Frequenzen vorhanden sind, die CPU 101 $\sum_{i = 1}^{m} S L i$
berechnet, um die Klopfbestimmungsangabe I zu berechnen, und bestimmt, dass ein Klopfen aufgetreten ist, wenn die Klopfbestimmungsangabe I größer als der Klopfbestimmungsschwellenwert Ith ist. Es ist wünschenswert, dass der Kraftmaschinenbetriebszustand die Zylinderanzahl der Kraftmaschine 65 und/oder die Drehzahl der Kraftmaschine 65 und/oder die Last der Kraftmaschine 65 und/oder die Kühlwassertemperatur, die durch den Wassertemperatursensor 3 detektiert wird, ist.
Wie oben beschrieben ist, enthält in der vorliegenden Ausführungsform die Kraftmaschinensteuervorrichtung (ECU 100), die die Kraftmaschine 65, die einen Sensor (einen Klopfsensor 34) enthält, steuert, eine Speichereinheit (einen RAM oder einen ROM, der nicht gezeigt ist), die einen Filtertyp und einen Filterkoeffizienten zum Setzen mehrerer Filter, die verschiedene Grenzfrequenzen oder Durchlassbänder besitzen, speichert, und besitzt eine individuelle Codezuweisungsfunktion, die jedem der mehreren Filter einen individuellen Code (eine Filterkennung) zuordnen kann, wird ein entsprechendes Filter durch Wählen des individuellen Codes (der Filterkennung) auf der Grundlage des Kraftmaschinenbetriebszustands gewählt und enthält die Kraftmaschinensteuervorrichtung (ECU 100) eine CPU 101, die das Ausgangssignal des Sensors (Klopfsensor 34) unter Verwendung des gewählten Filters verarbeitet.
Gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform ist es möglich, ein einfach bedienbares Filter zu schaffen, das eine Arbeitslast eines Parametereinstellbedieners in Reaktion auf eine Zunahme der Parameter, die eine komplizierte Filtersteuerung bilden, verringern kann.
Jede Komponente, jede Funktion, jede Verarbeitungseinheit, jedes Verarbeitungsmittel und dergleichen, die oben beschrieben sind, können durch Hardware realisiert werden, z. B. durch Entwerfen eines Teils oder von allen in einer integrierten Schaltung oder dergleichen.
Jede Komponente, jede Funktion und dergleichen, die oben beschrieben sind, können durch Software durch Interpretieren und Ausführen eines Programms, dass der Prozessor jede Funktion realisiert, realisiert werden. Daten wie z. B. Programme, Tabellen, Dateien und dergleichen, die jede Funktion realisieren, können in einer Speichervorrichtung wie z. B. einem Datenspeicher, einer Festplatte oder einem Laufwerk mit stabilen Zuständen (SSD) oder einem Speichermedium wie z. B. einer IC-Karte, einer SD-Karte oder einem DVD gespeichert sein.
Außerdem geben Steuerleitungen und Datenleitungen an, was als zur Erläuterung nötig erachtet wird, und alle Steuerleitungen und Datenleitungen sind nicht notwendigerweise im Produkt gezeigt. In der Praxis kann angenommen werden, dass beinahe alle Strukturen wechselseitig verbunden sind.
Bezugszeichenliste

1: Luftdurchflusssensor
1a: Einlasslufttemperatursensor
2: Drosselklappensensor
3: Wassertemperatursensor
4: Kurbelwinkelsensor
5: Fahrpedalniederdrückungssensor
6: Klimaanlagenschalter
7: Leerlaufschalter
8: Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensor
9: Nockenwinkelsensor
20: Kraftstoffpumpe
21: Kraftstofftank
22: Druckregler
23: Injektor
32: Leistungstransistor
33: Zündkerze
34: Klopfsensor
35: Einlassventil
36: Auslassventil
37: Ventilzeitsteuerungsverstellmechanismus
40: Drosselklappe
41: Drosselklappenansteuermotor
60: Luftreiniger
61: Kanal
62: Kollektor
63: Einlassleitung
64: Auslassleitung
65: Kraftmaschine
66: Zylinder
67: Zylinderblock
68: Kühlerlüfter
100: Steuer-ECU (Signalverarbeitungsvorrichtung, Kraftmaschinensteuervorrichtung)
101: CPU
102: Stromversorgungs-IC

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 58045520 A [0008]
JP 56000637 A [0008]
JP 63295864 A [0008]

Claims

Signalverarbeitungsvorrichtung, die ein Ausgangssignal eines Sensors, der an einem Fahrzeug montiert ist, filtert, wobei eine Einstellung in Bezug auf mehrere Filter, die verschiedene Filtertypen oder Filterkoeffizienten zum Setzen einer Filtercharakteristik einer Grenzfrequenz oder eines Durchlassbands besitzen, vorgenommen wird, ein individueller Code für jedes der mehreren Filter gesetzt wird und die Signalverarbeitungsvorrichtung eine CPU enthält, die den einzelnen Code auf der Grundlage eines Kraftmaschinenbetriebszustands derart wählt, dass ein entsprechendes Filter gewählt wird, und ein Ausgangssignal des Sensors unter Verwendung des Filters, das gewählt wurde, verarbeitet.
Signalverarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Sensor ein Klopfsensor ist, der ein Klopfen einer Kraftmaschine, die am Fahrzeug montiert ist, detektiert.
Signalverarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die CPU eine Klopfstärke (K(Kfi)) einer spezifischen Frequenz eines Klopfsensorsignals auf der Grundlage eines Signals berechnet, das durch das Filter, das gewählt wurde, verarbeitet wird.
Signalverarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 2, die ferner Folgendes umfasst: eine Speichereinheit, die eine Beziehung zu einer spezifischen Frequenz (Pfi) einer Druckwelle in einem Zylinder, die einer spezifischen Frequenz (Kfi) eines Klopfsensorsignals entspricht, für jeden Kraftmaschinenbetriebszustand speichert, wobei die CPU 101 eine Klopfstärke (K(Kfi)) der spezifischen Frequenz des Klopfsensorsignals auf der Grundlage des Signals, das durch das Filter, das gewählt wurde, verarbeitet wird, berechnet und die Beziehung zwischen der spezifischen Frequenz (Kfi) des Klopfsensorsignals und der spezifischen Frequenz (Pfi) der Druckwelle, die in der Speichereinheit gespeichert ist, und einen Gewichtskoeffizienten verwendet, um eine Klopfstärke (Pfi)) einer spezifischen Frequenz eines Drucksensorsignals zum Detektieren der Druckwelle im Zylinder aus dem Klopfsensorsignal zu berechnen.
Signalverarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei dann, wenn eine Filterkennung für die Beziehung zwischen der spezifischen Frequenz (Kfi) des Klopfsensorsignals und der spezifischen Frequenz (Pfi) der Druckwelle und den Gewichtskoeffizienten gesetzt ist und die CPU 101 die Filterkennung auf der Grundlage des Kraftmaschinenbetriebszustands wählt, die Beziehung zwischen der spezifischen Frequenz (Kfi) des Klopfsensorsignals und der spezifischen Frequenz (Pfi) der Druckwelle oder der Gewichtskoeffizient, die bzw. der der Filterkennung entspricht, gesetzt wird.
Signalverarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei dann, wenn die CPU ein Verhältnis SLi = P (Pfi)/BGLi des gewichteten Durchschnitts des Hintergrundpegels (BGLi) zur Klopfstärke (P(Pfi)) für jede spezifische Frequenz (Pfi) berechnet und m spezifische Frequenzen vorhanden sind, die CPU $\sum_{i = 1}^{m} S L i$
berechnet, um eine Klopfbestimmungsangabe I zu berechnen, und um zu bestimmen, dass ein Klopfen aufgetreten ist, wenn die Klopfbestimmungsangabe I größer als ein Klopfbestimmungsschwellenwert Ith ist.
Signalverarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Kraftmaschinenbetriebszustand eine Zylinderanzahl der Kraftmaschine und/oder eine Drehzahl der Kraftmaschine und/oder eine Last der Kraftmaschine und/oder oder eine Kühlwassertemperatur, die durch einen Wassertemperatursensor detektiert wird, ist.
Kraftmaschinensteuervorrichtung, die eine Kraftmaschine, die einen Sensor enthält, steuert, wobei die Kraftmaschinensteuervorrichtung, eine Speichereinheit enthält, die einen Filtertyp und einen Filterkoeffizienten zum Setzen mehrerer Filter, die verschiedene Grenzfrequenzen oder Durchlassbänder besitzen, speichert, die Kraftmaschinensteuervorrichtung eine individuelle Codezuweisungsfunktion, die jedem der mehreren Filter einen individuellen Code zuordnen kann, besitzt und die Kraftmaschinensteuervorrichtung eine CPU enthält, die den einzelnen Code auf der Grundlage eines Kraftmaschinenbetriebszustands derart wählt, dass ein entsprechendes Filter gewählt wird, und ein Ausgangssignal des Sensors unter Verwendung des Filters, das gewählt wurde, verarbeitet.