ITPR990042A1

ITPR990042A1 - METHOD FOR DETECTING THE NUMBER OF LAPS OF A COMBUSTION ENGINE FOR VEHICLES, AND TACHOMETER.

Info

Publication number: ITPR990042A1
Application number: IT1999PR000042A
Authority: IT
Inventors: Andrea Cantadori
Original assignee: Globalpro S R L
Priority date: 1999-05-12
Filing date: 1999-05-12
Publication date: 2000-11-12
Also published as: IT1308540B1

Description

D E S C R I Z I O N E DESCRIPTION

annessa a domanda di brevetto pér INVENZIONE INDUSTRIALE avente per titolo: METODO PER RILEVARE IL NUMERO DEI GIRI DI UN MOTORE A SCOPPIO PER VEICOLI, E CONTAGIRI. attached to a patent application for INDUSTRIAL INVENTION entitled: METHOD FOR DETECTING THE NUMBER OF REVOLUTIONS OF A COMBUSTION ENGINE FOR VEHICLES, AND REV COUNTER.

Formano oggetto del presente trovato un metodo per rilevare il numero dei giri di un motore a scoppio o a combustione interna per veicoli ed un contagiri che trovano particolare applicazione in officine di riparazione e assistenza di veicoli a motore. The present invention relates to a method for detecting the number of revolutions of an internal combustion or internal combustion engine for vehicles and a tachometer which find particular application in repair and service workshops for motor vehicles.

Sono noti contagiri e metodi per rilevare il numero di giri di un motore a scoppio (a ciclo Otto o Diesel) che sfruttano le variazioni di tensione ai capi della batteria ed in particolare la rilevazione del ripple e dello sfasamento sulla tensione di batteria per risalire al numero di giri del motore. Tachometers and methods are known for detecting the number of revolutions of an internal combustion engine (Otto or Diesel cycle) which exploit the voltage variations across the battery and in particular the detection of ripple and phase displacement on the battery voltage to trace the number of engine revolutions.

Ciò è noto ad esempio dal brevetto n. EP 0315357 che si riferisce ad un circuito che fornisce un segnale di uscita corrispondente alla velocità del veicolo, comprendente mezzi per produrre il segnale di uscita come funzione di un segnale selezionato funzione della velocità del motore e si caratterizza per il fatto che il circuito comprende anche mezzi per derivare detto segnale selezionato dalla batteria. This is known for example from patent no. EP 0315357 which refers to a circuit which provides an output signal corresponding to the vehicle speed, comprising means for producing the output signal as a function of a selected signal as a function of the engine speed and is characterized in that the circuit also comprises means for deriving said selected signal from the battery.

Tale brevetto si riferisce anche ad un metodo per misurare la velocità di un motore a combustione interna ad iniezione elettronica connesso ad una batteria, in cui vi è la derivazione di un segnale dalla corrente della batteria, associato al sistema di iniezione e generante un segnale di uscita che fornisce la velocità del motore. This patent also refers to a method for measuring the speed of an internal combustion engine with electronic injection connected to a battery, in which there is the derivation of a signal from the battery current, associated with the injection system and generating a signal of output that provides the motor speed.

Anche da DE 3238881 si evidenzia il legame tra voltaggio della batteria e numero di giri del motore. DE 3238881 also shows the link between battery voltage and engine speed.

Da EP 780689 è noto un dispositivo contagiri che a partire dalla tensione ai capi della batteria tramite un filtro passabanda e un convertitore analogico/digitale ottiene il numero di giri del motore. From EP 780689 a revolution counter device is known which, starting from the voltage across the battery, by means of a bandpass filter and an analog / digital converter, obtains the number of engine revolutions.

Poiché è stato scoperto che normalmente tutto il veicolo vibra ad ogni scoppio del motore (quando il pistone scende verso il basso il motore per reazione tende a “salire” verso l’alto) con una frequenza fondamentale che è proporzionale alla frequenza di rotazione del motore, sono altresì noti contagiri a vibrazione che analizzano una vibrazione monodimensionale lungo uno degli assi principali del motore: si ottiene un segnale con un certo andamento e viene fissata empiricamente una soglia al superamento della quale si ha il conteggio di un giro. Since it has been discovered that normally the whole vehicle vibrates at each engine burst (when the piston goes down the reaction engine tends to "rise" upwards) with a fundamental frequency which is proportional to the motor rotation frequency , vibration tachometers are also known which analyze a one-dimensional vibration along one of the main axes of the engine: a signal with a certain trend is obtained and a threshold is empirically set when exceeding which one revolution is counted.

Tuttavia il risultato, che dipende dalla vibrazione, non è sempre preciso in quanto la fase di impostazione della soglia è piuttosto critica. However, the result, which depends on the vibration, is not always accurate as the threshold setting step is quite critical.

Infatti, eseguendo l’analisi armonica del segnale di vibrazione, si ottiene un andamento a campana che però, a seconda anche del posizionamento del sensore di vibrazione, può avere campane principali relative ai picchi massimi del segnale, e campane secondarie anche di considerevole entità. In fact, by performing the harmonic analysis of the vibration signal, a bell-like trend is obtained which, however, depending also on the positioning of the vibration sensor, can have main bells relating to the maximum peaks of the signal, and secondary bells even of considerable size.

E’ evidente che se si fissa una soglia troppo alta si rischia di contare un numero di giri inferiore a quello reale, mentre se si fissa una soglia troppo bassa, si rischia di contare anche le campane secondarie e quindi di sovrastimare il numero di giri del motore. It is clear that if you set a threshold that is too high, you risk counting a number of revolutions lower than the real one, while if you set a threshold that is too low, you risk also counting the secondary bells and therefore overestimating the number of revolutions of the motor.

Scopo del presente trovato è quello di eliminare i suddetti inconvenienti e di rendere disponibile un contagiri ed un procedimento per il rilevamento del numero dei giri che siano precisi, economici ed universali, ossia applicabili a qualsiasi tipo di veicolo, senza dover richiedere particolari tarature in funzione del tipo di veicolo. The purpose of the present invention is to eliminate the aforementioned drawbacks and to make available a tachometer and a method for detecting the number of revolutions that are precise, economical and universal, i.e. applicable to any type of vehicle, without having to require particular calibrations in operation. the type of vehicle.

Ulteriore scopo è anche quello di poter applicare il sensore direttamente sulla carrozzeria del veicolo, senza necessità di collocarlo in una zona specifica del motore. A further object is also that of being able to apply the sensor directly on the vehicle body, without the need to place it in a specific area of the engine.

Detti scopi sono pienamente raggiunti dal metodo e dal contagiri oggetto del presente trovato, che si caratterizzano per quanto contenuto nelle rivendicazioni sotto riportate ed in particolare per il fatto che il metodo prevede il rilevamento della vibrazione del motore effettuata su almeno due diversi assi; l’analisi armonica del segnale di vibrazione lungo ciascuno di detti assi con ottenimento di spettri distinti di segnali per ciascun asse; l’applicazione di algoritmi matematici agli spettri dei segnali per un’individuazione univoca della frequenza fondamentale di vibrazione, in corrispondenza della quale si ha rincremento di un giro motore. Said objects are fully achieved by the method and by the revolution counter object of the present invention, which are characterized by the contents of the claims reported below and in particular by the fact that the method provides for the detection of the vibration of the engine carried out on at least two different axes; harmonic analysis of the vibration signal along each of said axes with obtaining distinct spectra of signals for each axis; the application of mathematical algorithms to the spectra of the signals for an unambiguous identification of the fundamental frequency of vibration, in correspondence with which there is an increase of one engine revolution.

Preferibilmente per l’individuazione univoca della frequenza di vibrazione si calcolano gli spettri separati dei singoli segnali, si moltiplicano, si trova il valore massimo e si filtrano poi i dati di origine con filtri passa-banda estremamente selettivi e centrati sulla frequenza cui corrisponde il valore massimo precedentemente determinato. Il risultato è una forma d’onda ad andamento regolare (in quanto accuratamente filtrata) alla quale si può applicare · il metodo di calcolo tradizionale, ossia il conteggio dei picchi di segnale associato al numero dei giri del motore. Preferably, for the univocal identification of the vibration frequency, the separate spectra of the individual signals are calculated, multiplied, the maximum value is found and the source data are then filtered with extremely selective band-pass filters centered on the frequency to which the value corresponds. previously determined maximum. The result is a waveform with a regular trend (as it is carefully filtered) to which the traditional calculation method can be applied, i.e. the count of signal peaks associated with the number of engine revolutions.

Gli assi sono due o tre, preferibilmente perpendicolari tra loro. The axes are two or three, preferably perpendicular to each other.

Il contagiri comprende un accelerometro lungo ciascun asse di misura, che fornisce i dati rilevati ad un convertitore analogico/digitale che a sua volta alimenta uno stadio di elaborazione a microprocessore in cui è effettuata l’analisi armonica dei segnali e il conteggio del numero di giri, in funzione del numero di cilindri impostato da un operatore mediante tastiera esterna. Il risultato è poi inviato ad un visualizzatore o display oppure ad un videoterminale. The tachometer includes an accelerometer along each measurement axis, which supplies the detected data to an analog / digital converter which in turn feeds a microprocessor processing stage in which the harmonic analysis of the signals and the count of the number of revolutions are carried out. , according to the number of cylinders set by an operator using an external keyboard. The result is then sent to a viewer or display or to a video terminal.

Questa ed altre caratteristiche risulteranno meglio evidenziate dalla descrizione seguente di una preferita forma di realizzazione illustrata, a puro titolo esemplificativo e non limitativo, nelle unite tavole di disegno, in cui: This and other characteristics will be better highlighted by the following description of a preferred embodiment illustrated, purely by way of non-limiting example, in the accompanying drawing tables, in which:

- la figura 1 illustra uno schema a blocchi del contagiri; Figure 1 illustrates a block diagram of the rev counter;

- le figure 2, 3 e 4 illustrano rispettivamente l’andamento del segnale secondo un primo asse, secondo un secondo asse e il prodotto dei due segnali. - Figures 2, 3 and 4 respectively illustrate the trend of the signal according to a first axis, according to a second axis and the product of the two signals.

Con riferimento alle figure, con 1 è stato complessivamente indicato un contagiri comprendente un accelerometro bidimensionale 2 o a due assi ortogonali i cui segnali, rispettivamente rilevati lungo un asse x e un asse y, sono inviati in ingresso ad un convertitore A/D (analogico/digitale) 3 facente parte di un gruppo acquisizione dati 4 che fornisce in uscita due variabili funzioni del tempo x=f(t) e y=g(t), ottenute lungo gli assi. With reference to the figures, 1 generally indicates a tachometer comprising a two-dimensional accelerometer 2 or with two orthogonal axes whose signals, respectively detected along an x axis and a y axis, are input to an A / D converter (analog / digital ) 3 forming part of a data acquisition group 4 which outputs two variables functions of time x = f (t) and y = g (t), obtained along the axes.

Queste subiscono poi un’analisi armonica effettuata in un blocco 5 in modo da ottenere x(t) →X(s) e y(t) →Y(s). These then undergo a harmonic analysis carried out in block 5 in order to obtain x (t) → X (s) and y (t) → Y (s).

Con 6 è stato indicato un successivo blocco di rilevazione del numero dei giri in funzione delle precedenti funzioni, ossia RPM = RPM (X(s), Y(s)) in cui RPM è il numero di giri al minuto. Il blocco 6 riceve come input da una tastièra 7 il dato relativo al numero dei cilindri del motore di cui occorre rilevare il numero dei giri, e fornisce in uscita il valore di RPM ad un dispositivo di interfaccia utente non illustrato, che può essere costituito ad esempio da un visualizzatore o da un’interfaccia RS232 per un elaboratore elettronico con videoterminale. 6 indicates a subsequent block for detecting the number of revolutions according to the previous functions, that is, RPM = RPM (X (s), Y (s)) in which RPM is the number of revolutions per minute. Block 6 receives as input from a keypad 7 the data relating to the number of cylinders of the engine for which the number of revolutions must be detected, and outputs the RPM value to a user interface device (not shown), which may consist of example from a display or from an RS232 interface for an electronic processor with video terminal.

Il contagiri sopra descritto consente una risoluzione di circa 10 RPM, corrispondente a circa 0,16 Hz con un motore a 4 tempi monocilindrico, che è il caso peggiore; con altri motori infatti la risoluzione richiesta è meno elevata. The tachometer described above allows a resolution of about 10 RPM, corresponding to about 0.16 Hz with a single-cylinder 4-stroke engine, which is the worst case; in fact, with other motors the required resolution is less high.

L’ accelerometro 2 bidimensionale è preferibilmente applicato sul motore o anche più semplicemente sulla carrozzeria del veicolo, in una posizione tale che il piano determinato dagli assi dell’ accelerometro sia perpendicolare all’asse dell’albero motore. The two-dimensional accelerometer 2 is preferably applied to the engine or even more simply to the vehicle body, in a position such that the plane determined by the accelerometer axes is perpendicular to the axis of the crankshaft.

Secondo una variante di realizzazione non illustrata Γ accelerometro bidimensionale può essere sostituito da un accelerometro tridimensionale, operante su tre assi preferibilmente ortogonali tra loro. According to a variant embodiment not shown, the two-dimensional accelerometer can be replaced by a three-dimensional accelerometer, operating on three axes preferably orthogonal to each other.

Inoltre l accelerometro bidimensionale può essere sostituito da due accelerometri monodimensionali posizionati in modo da rilevare segnali lungo due assi preferibilmente ortogonali. Furthermore, the two-dimensional accelerometer can be replaced by two one-dimensional accelerometers positioned so as to detect signals along two preferably orthogonal axes.

Il presente procedimento prevede originalmente il rilevamento della vibrazione del motore effettuata su almeno due diversi assi mediante applicazione dell’accelerometro lungo ciascun asse di misura mediante impiego di più sensori monodimensionali oppure del sensore bidimensionale (o tridimensionale nel caso di tre assi) sul motore o addirittura semplicemente sulla carrozzeria del'auto. The present procedure originally provides for the detection of the vibration of the motor carried out on at least two different axes by applying the accelerometer along each measurement axis by using several one-dimensional sensors or the two-dimensional sensor (or three-dimensional in the case of three axes) on the motor or even simply on the car body.

Si ha poi analisi armonica del segnale di vibrazione lungo ciascuno di detti assi con ottenimento di spettri distinti di segnali per ciascun asse, secondo quanto illustrato nelle figure 2 e 3. There is then harmonic analysis of the vibration signal along each of said axes with obtaining distinct spectra of signals for each axis, as illustrated in Figures 2 and 3.

Successivamente avviene la moltiplicazione dei valori dei singoli spettri di segnali per ottenere la filtrazione dei segnali (illustrata in figura 4) e l individuazione dei valori di picco dei segnali, in corrispondenza dei quali si ha l’incremento di un giro motore. Subsequently, the values of the individual spectra of signals are multiplied to obtain the filtering of the signals (illustrated in Figure 4) and the identification of the peak values of the signals, corresponding to which there is an increase of one engine revolution.

Con particolare riferimento alle figure 2, 3 e 4, i grafici sono stati rilevati con una Peugeot 106 a 2060 RPM, con il sensore o accelerometro bidimensionale 2 appoggiato sulla testata del motore con il piano determinato dagli assi x e.y posto perpendicolarmente all’asse dell’albero motore. L’asse x è verticale (cioè parallelo all’asse dei cilindri) e l’asse y è orizzontale. With particular reference to figures 2, 3 and 4, the graphs were taken with a Peugeot 106 at 2060 RPM, with the sensor or two-dimensional accelerometer 2 resting on the head of the engine with the plane determined by the x and y axes placed perpendicular to the axis of the 'crankshaft. The x axis is vertical (ie parallel to the axis of the cylinders) and the y axis is horizontal.

Tutti i grafici sono normalizzati a 1 per comodità di lettura e riportano in ascissa un indice in relazione alla frequenza di rotazione del motore. All the graphs are normalized to 1 for ease of reading and report an index on the abscissa in relation to the motor rotation frequency.

Il primo grafico, illustrato in figura 2, riporta lo spettro di potenza rilevato lungo l’asse x-. Si nota immediatamente, a destra del picco principale, un picco secondario di notevole entità che, con le tecniche tradizionali, può dare luogo a instabilità o imprecisione della lettura, che può essere ovviata in taluni casi spostando il sensore in una posizione più adatta (ma con perdita di tempo), oppure con la soluzione oggetto del presente trovato, ossia adottando un sensore bidimensionale e combinando i segnali lungo i due assi. The first graph, illustrated in Figure 2, shows the power spectrum detected along the x-axis. You immediately notice, to the right of the main peak, a secondary peak of considerable entity which, with traditional techniques, can give rise to instability or inaccuracy of the reading, which can be obviated in some cases by moving the sensor to a more suitable position (but with loss of time), or with the solution of the present invention, that is by adopting a two-dimensional sensor and combining the signals along the two axes.

Il secondo grafico, illustrato in figura 3, riporta lo spettro di DOtenza del segnale rilevato lungo l’asse y. In questo caso lo spettro è più “pulito”, tanto che si sarebbe potuto ottenere un buon risultato operando solamente sull’asse y, ma a priori questa informazione non è disponibile al tecnico. The second graph, illustrated in Figure 3, shows the spectrum of DOtency of the signal detected along the y axis. In this case the spectrum is "cleaner", so much so that a good result could have been obtained by operating only on the y axis, but a priori this information is not available to the technician.

Moltiplicando infine i due spettri si ottiene il terzo grafico, illustrato in figura 4, nel quale il picco secondario è notevolmente attenuato. Con: l’utilizzazione di questo grafico e di questo segnale si ha un risultato decisamente più stabile senza doversi preoccupare eccessivamente del corretto posizionamento del sensore (il cui posizionamento era invece altamente critico nella tecnica nota trattandosi di sensore monodimensionale). E’ sufficiente infatti rispettare le avvertenze di posizionamento già sopra descritte. Finally, by multiplying the two spectra, the third graph is obtained, illustrated in Figure 4, in which the secondary peak is considerably attenuated. With: the use of this graph and this signal gives a decidedly more stable result without having to worry excessively about the correct positioning of the sensor (whose positioning was highly critical in the prior art since it is a one-dimensional sensor). In fact, it is sufficient to comply with the positioning warnings already described above.

Con l’originale moltiplicazione dei segnali, non consentita dai sensori monodimensionali impiegati nella tecnica nota, si ottiene il segnale “filtrato” illustrato in figura 4 per il quale è più agevole individuare una soglia al superamento della quale si ha il conteggio di un giro del motore. Infatti, in conseguenza del prodotto dei segnali, le campane principali relativi ai picchi aumentano fortemente mentre tendono ad attenuarsi le eventuali campane secondarie. Infatti le campane principali normalmente coincidono per entrambi gli assi di riferimento scelti, mentre non è così per le campane secondarie, che tra l’altro dipendono dal punto di applicazione del sensore. With the original multiplication of the signals, which is not allowed by the one-dimensional sensors used in the prior art, the "filtered" signal shown in figure 4 is obtained, for which it is easier to identify a threshold when exceeding which one has the count of one revolution of the motor. In fact, as a consequence of the product of the signals, the main bells relative to the peaks increase strongly while any secondary bells tend to attenuate. In fact, the main bells normally coincide for both chosen reference axes, while this is not the case for the secondary bells, which among other things depend on the sensor application point.

II presente metodo, che è applicabile universalmente su tutti i veicoli, consente quindi di evitare che il numero di giri calcolato sia dipendente dal punto di applicazione del sensore ed inoltre consente in modo semplice ed economico di disporre di un’elevata precisione di misurazione. This method, which is universally applicable on all vehicles, therefore avoids the calculated number of revolutions being dependent on the sensor application point and also allows in a simple and economical way to have a high measurement accuracy.

Ulteriore vantaggio è dato dal fatto che non necessita di alcuna taratura, né in sede di costruzione, né periodica, in quanto il processo di misura prescinde totalmente dalla sensibilità dei sensori (cioè dall’ampiezza dei segnali rilevati, almeno fintanto che questa è sufficientemente superiore alla risoluzione del sistema) e dalle derive ed offset (queste eliminate dall’analisi armonica). A further advantage is given by the fact that it does not require any calibration, neither during construction, nor periodic, as the measurement process is totally independent of the sensitivity of the sensors (i.e. the amplitude of the detected signals, at least as long as this is sufficiently higher. resolution of the system) and from the drifts and offsets (these eliminated by the harmonic analysis).

Nel presente caso il metodo prevede la moltiplicazione dei segnali rilevati lungo gli assi, ma può essere individuato un altro algoritmo di associazione e combinazione dei vari segnali, per ottenerne una sorta di filtrazione, senza uscire dall’ambito di tutela del presente trovato. In the present case, the method provides for the multiplication of the signals detected along the axes, but another association and combination algorithm of the various signals can be identified, to obtain a sort of filtration, without departing from the scope of protection of the present invention.

Claims

CLAIMS 1. Method for detecting the number of revolutions of an internal combustion engine for vehicles, characterized in that it provides: - the detection of motor vibration carried out on at least two different axes; - harmonic analysis of the vibration signal along each of said axes with obtaining distinct spectra of signals for each axis; - the application of mathematical algorithms to the spectra of the signals for an unambiguous identification of the fundamental frequency of vibration, in correspondence with which there is an increase of one engine revolution.

2. Method according to claim 1, wherein the application of mathematical algorithms consists in multiplying the values of the single spectra of signals to obtain the filtering of the signals and the identification of the peak values of the signals, at which the 'increase of one engine revolution.

Method according to claim 1, wherein the axes are two, perpendicular to each other.

4. Method according to claim 1, in which the axes are three.

5. Method according to claim 1, characterized in that it involves the use of a two-dimensional accelerometer positioned on the vehicle in such a way that the plane determined by the axes of the accelerometer is perpendicular to the axis of the motor shaft.

6. Tachometer for internal combustion engine for vehicles, characterized in that it includes an accelerometer (2) along each measuring axis.

7. Tachometer according to claim 6, characterized in that it comprises a vibration sensor or two-dimensional accelerometer (2),

8. Tachometer according to claim 6, characterized in that it comprises an A / D converter (3) which receives the signals of the at least one accelerometer (2) and is part of a data acquisition unit (4), a block (5) for the harmonic analysis of the signals coming from the data acquisition unit (4), and a block (6) for detecting the number of revolutions that receives the signals coming out of the block (5) for harmonic analysis.

9. Tachometer according to claim 8 wherein the block (6) receives at its input the number of cylinders of the engine set by a keyboard (7).