JP2011501110A - ノック検出システム及びノック信号の増幅制御の方法 - Google Patents

Abstract

本発明はノックセンサの増幅されたセンサ信号を提供する装置に関する。この装置は、事前設定可能な第１の増幅率に従ってセンサ信号を増幅するアナログ増幅器と、増幅されたセンサ信号をディジタル化されたセンサ信号へとディジタル化するアナログディジタル変換器と、ディジタル化されたセンサ信号を事前設定可能な第２の増幅率に従って増幅するディジタル増幅器と、センサ信号の暗騒音レベルに依存して前記第１及び第２の増幅率を提供する制御ユニットを有しており、前記暗騒音レベルはノッキングのない正常動作時に生じる固体伝搬音の成分に相当する。

Description

本発明は、例えば自動車内の内燃機関とともに使用するノック検出システムに関する。さらに、本発明はノックセンサのセンサ信号を増幅する増幅装置のための増幅制御の方法に関する。

先行技術
内燃機関のノック制御に使用される固体伝搬音の振幅は、エンジン暗騒音が変化するせいで、内燃機関の負荷範囲及び回転数範囲の全域にわたって変化する。固体伝搬音はノックセンサによって検知される。ノックセンサはアイドリングに近い回転数領域では通常数ｍＶの小さなセンサ信号を出力し、定格回転数での全負荷領域では例えばＶ領域のセンサ信号を出力する。センサ信号の信号評価は制御装置で行われる。ただし、センサ信号を評価するために制御装置は、センサ信号をフィルタリングすることができるように、小信号領域でもセンサ信号がまだ十分な精度の分解能を有することを保証しなければならない。さらに、センサ信号は、ベース信号レベルよりも高いセンサ信号振幅として検出されるノッキングを伴う燃焼が信号評価の検出域を超えると、ノック検出に重要な信号成分が失われてしまうことになるので、そうならないように大信号領域では使用可能な評価域の一部しか必要としない。

固体伝搬音の振幅全域において十分な分解能を保証するために、ノックセンサのセンサ信号は固体伝搬音信号の大きさに依存して又は内燃機関の回転数に依存して増幅されたり、増幅されなかったりする。増幅のこのような制御は固体伝搬音信号が小さいときには電圧信号を増幅し、固体伝搬音信号が大きいときには電圧信号をニュートラルに扱う。

刊行物DE 10 138 110 A1からは、ノック検出ないしノック制御のための方法及び装置が公知である。この刊行物では、ノックセンサのセンサ信号が増幅器に供給され、そこでさらなる評価の要求に応じて増幅される。増幅された信号は可調整のバンドパスフィルタに渡され、そこでノッキングに特徴的な周波数が存在する周波数帯域が選択される。このバンドパスフィルタリングによって、別の領域に存在する妨害信号を効果的に消すことができる。

今までは、センサ信号を適応調整するために、センサ信号が信号評価のためにアナログ／ディジタル変換器において最適な信号レベル範囲内で増幅されるように２つ以上の異なる増幅率を提供する可調整増幅器が設けられていた。しかし、アナログセンサ信号向けにこのような可調整増幅器を実現することは、ディスクリート回路技術においては、特に実現すべき増幅率が２つ以上ある場合には、コストがかかるし、誤りが生じやすい。

したがって、本発明の課題は、ノック検出システムの動作のためにノックセンサの増幅されたセンサ信号を提供するノック検出システム及び方法を提供し、ノックセンサのセンサ信号を増幅する増幅器を実現するためのコストを低下させることである。本発明の課題はさらに、この種のノック検出システムを動作させることのできる増幅されたセンサ信号を提供する方法を提供することである。

発明の開示
上記課題は、請求項１に係る装置、従属請求項に係るノック検出システム及びノック検出システムを動作させる方法によって解決される。

本発明の有利な実施形態は従属請求項に示されている。

本発明の第１の側面は、ノックセンサの増幅されたセンサ信号を提供する装置である。この装置は、事前設定可能な第１の増幅率に従ってセンサ信号を増幅するアナログ増幅器と、増幅されたセンサ信号をディジタル化されたセンサ信号へとディジタル化するアナログディジタル変換器と、ディジタル化されたセンサ信号を事前設定可能な第２の増幅率に従って増幅するディジタル増幅器と、センサ信号の暗騒音レベルに依存して前記第１及び第２の増幅率を提供するための制御ユニットを含んでおり、前記暗騒音レベルはノッキングのない通常動作時に生じる固体伝搬音の成分に相当する。

上記装置によれば、通常はもっぱらハードウェア増幅器としてのみ形成される第１の増幅器をより簡単に実現することができる。というのも、ハードウェア増幅器によって実現されるべき増幅率の数を減らすことができるからである。

さらに、前記制御ユニットは、センサ信号の暗騒音レベルに依存して全増幅率が選択されるように形成してよい。

特に、前記制御ユニットは、暗騒音レベルが上閾値を上回った場合に全増幅率を小さくし、暗騒音レベルが下閾値を下回った場合に全増幅率を大きくするように形成してよい。

別の実施形態によれば、前記制御ユニットは暗騒音レベルに全増幅率を対応付ける対応表を格納したメモリを有している。

さらに、第１の増幅率として、第１の個数の固定された増幅率を選ぶことができるようにしてよい。その際、第２の増幅率としては、第２の個数の固定された増幅率を選ぶことができる。２つの固定された第１の増幅率の間の最も小さな増幅率は２つの固定された第２の増幅率の間の最も小さな増幅率よりも大きい。つまり、第１の増幅率の間のジャンプは第２の増幅率の間のジャンプよりも大きい。

本発明の別の側面は、ノッキングを検出し、センサ信号の暗騒音レベルを提供するノック検出ユニットと、上記装置とを備えたノック検出システムである。

さらに別の側面は、ノック検出システムを動作させるためにノックセンサの増幅されたセンサ信号を提供する方法である。この方法は、センサ信号を供給するステップと、センサ信号を事前設定可能な第１の増幅率に従って増幅するステップと、増幅されたセンサ信号をディジタル化されたセンサ信号へディジタル化するステップと、ディジタル化されたセンサ信号を事前設定可能な第２の増幅率に従って増幅するステップと、センサ信号の暗騒音レベルに依存して前記第１及び第２の増幅率を提供するステップを含んでおり、前記暗騒音レベルはノッキングのない通常動作時に生じる固体伝搬音の成分に相当する。

さらに、センサ信号の暗騒音レベルに依存して全増幅率を選んでもよい。その際、上閾値を上回った場合には全増幅率を小さくし、下閾値を下回った場合には全増幅率を大きくする。

さらに別の側面は、データ処理ユニット上で実行したときに上記方法を実行するプログラムコードを含んだコンピュータプログラムである。

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいてより詳細に説明する。

本発明の１つの実施形態によるノック検出システムを示す。 ハードウェア増幅器とソフトウェア増幅器とに対して増幅率を決定する方法を図解したフローチャートである。 増幅されたセンサ信号から求められた基準レベルの推移に基づいた増幅器制御装置の機能を示す。

実施形態の説明
図１には、ノック検出システム１が示されている。ノック検出システム１は内燃機関内の固体伝搬音信号を検出するためにノックセンサ２を有している。固体伝搬音信号は相応の振動センサを用いて検出される内燃機関のボディ内の音響振動である。ノックセンサ２はアナログセンサとして形成されており、例えば電圧や電流のような電気量の形態のセンサ信号を提供する。例えば、ノックセンサ２は振動する電圧信号としてセンサ信号を供給する圧電センサとして形成されていてよい。

ノックセンサ２のアナログセンサ信号はハードウェア増幅器として実施された第１の増幅器３に供給される。第１の増幅器３はＩＣ素子に組み込まれた形で形成されているか、又はプリント基板上にアナログ回路として離散的な形で形成されている。第１の増幅器３の増幅は調節可能であるから、その増幅率は第１の増幅率記憶素子４によって事前に設定される第１の増幅値に依存して変化する。

第１の増幅器３で増幅されたセンサ信号はアナログディジタル変換器５に供給され、そこで相応にサンプリングされ、ディジタルセンサ値に変換される。ディジタル化されたセンサ信号は評価装置６に供給され、ディジタル化されたセンサ信号の評価が行われる。さらに、評価装置６でバンドパスフィルタリングを行ってもよい。

ディジタル化されたセンサ信号は評価装置６からディジタル増幅器又はソフトウェア増幅器として設けられた第２の増幅器７へ供給される。ソフトウェア増幅器はディジタル化されたセンサ信号の値の乗算によってセンサ信号の増幅を行う増幅器に相当する。第２の増幅器７の増幅率は第２の増幅率記憶素子８によって予め設定される。第２の増幅器７で増幅されたディジタル化されたセンサ信号は続いてノック検出ユニット９に供給され、そこでノック検出が行われる。

第１及び第２の増幅率記憶ユニット４，８において増幅率を定めるために、第１及び第２の増幅率を適切に適応調整する制御ユニット１０が設けられている。制御ユニット１０は、ノック検出ユニット９から、ノッキングのない内燃機関の正常動作時に発生する固体伝搬音の成分である暗騒音センサ信号のレベルを受け取る。このレベル信号に依存して両方の増幅器３，７の増幅率が調整される。

図２には、制御ユニット１０の動作がフローチャートで示されている。制御ユニット１０は、ステップＳ１において、ノック検出ユニット９からレベル値Ｒｋｒを受信し、ステップＳ２において、レベル値Ｒｋｒが下閾値Ｋｒｕよりも低いもしくは上閾値Ｋｒｏよりも高いかどうか、又はレベル値Ｒｋｒが下閾値Ｋｒｕと上閾値Ｋｒｏの間にあるかどうかを調べる。レベル値Ｒｋｒが上閾値と下閾値の間にあることが確認された場合には、増幅率記憶素子４，８に記憶されている増幅率は変化しないままにとどまる。レベル値Ｒｋｒが下閾値Ｋｒｕを下回っていることが確認された場合には、全増幅率を上げ、第１及び第２の増幅率を相応に適応調整しなければならない。増幅率の適応調整は表に従って行われる。なお、この表は制御ユニット１０内のメモリ１１に記憶しておいてもよい。

以下に、第１及び第２の増幅器３，７による全増幅率の実現の例を示す。上記の表に示されているように、ハードウェア増幅器として実現された第１の増幅器３は、第１の増幅率記憶素子４に記憶されている第１の増幅率に依存して２つの増幅、すなわち、１倍増幅と４倍増幅を行うことができる。第２の増幅器７は３つの異なる増幅率０．５，１及び２を実現することができる。

ステップＳ３では、レベル値が下閾値Ｋｒｕを下回った場合の適応調整が制御ユニット１０内に記憶された表１１を参照することによって行われる。同様にステップＳ４では、レベル値が上閾値Ｋｒｏを超えた場合の第１及び第２の増幅率の適応調整が表１１を参照することによって行われる。上閾値及び下閾値Ｋｒｕ，Ｋｒｏは、内燃機関にノッキングが発生したときに、暗騒音センサ信号に対して、ノック信号の振幅が第１の増幅器３を飽和させることもなく、アナログディジタル変換器５の評価域を超えることもないようにノック信号を検出することができるように定められている。

ノック検出のためにはノック信号のエネルギーの評価が重要であるから、ノック検出ユニット９においてノック信号のエネルギーを十分な正確度で求めることが可能でなければならない。

図３には、制御ユニット１０に供給されるレベル値の可能な推移が、内燃機関が回転数を上げていきながら動作している場合を例として示されている。レベル値が何度も上閾値Ｋｒｏまで上昇していることが分かる。上閾値Ｋｒｏに達すると、制御ユニット１０に格納されている表に示されているように、全増幅率は下げられる。このことは図３ではレベル値の階段状の低下から分かる。そういうわけで、回転数が上昇していく場合、レベル値は２つの閾値Ｋｒｕ，Ｋｒｏの間のレベル値から再び上切換閾値まで上昇する。

回転数が低下していく場合には、下閾値Ｋｒｕに関して同様の挙動が観察される。

ハードウェア増幅器（第１の増幅器３）とソフトウェア増幅器（第２の増幅器７）の両方を設けることは明らかにコスト安である。というのも、制御ユニット１０によって調整される増幅段の数が減るので、ハードウェア増幅器をより簡素に実施することができるからである。上記の場合、例えばハードウェア増幅器の増幅段を２つ設けるだけでよい。ソフトウェア増幅器７のおかげで、ノック検出ユニット９は、ノック検出ユニット９での迅速なデータ処理に好都合な値範囲内にある規格化された信号を使用することができる。ソフトウェア増幅器７は、ノック検出ユニット９及び制御ユニット１０とともに、共通のマイクロプロセッサ等によって実現することができる。しかし、第２の増幅器７のソフトウェア増幅をノック検出ユニット９から独立したユニットにおいて実行するようにしてもよい。

Claims (9)

1. ノックセンサの増幅されたセンサ信号を提供する装置であって、
   事前設定可能な第１の増幅率に従ってセンサ信号を増幅するアナログ増幅器と、
   増幅されたセンサ信号をディジタル化されたセンサ信号へとディジタル化するアナログディジタル変換器と、
   ディジタル化されたセンサ信号を事前設定可能な第２の増幅率に従って増幅するディジタル増幅器と、
   センサ信号の暗騒音レベルに依存して前記第１及び第２の増幅率を提供する制御ユニットを有しており、
   前記暗騒音レベルはノッキングのない正常動作時に生じる固体伝搬音の成分に相当することを特徴とする、ノックセンサの増幅されたセンサ信号を提供する装置。
2. 前記制御ユニットはセンサ信号の暗騒音レベルに依存して全増幅率を選択するように形成されている、請求項１記載の装置。
3. 前記制御ユニットは、前記暗騒音レベルが上閾値を上回った場合には全増幅率を小さくし、前記暗騒音レベルが下閾値を下回った場合には全増幅率を大きくするように形成されている、請求項２記載の装置。
4. 前記制御ユニットはセンサ信号の暗騒音レベルに全増幅率を対応付ける対応表が格納されたメモリを有している、請求項２又は３記載の装置。
5. 前記第１の増幅率として、第１の個数の固定された増幅率を選択することができ、前記第２の増幅率として、第２の個数の固定された増幅率を選択することができ、２つの固定された第１の増幅率の間の最も小さな増幅率は２つの固定された第２の増幅率の間の最も小さな増幅率よりも大きい、請求項１から４のいずれか１項記載の装置。
6. ノッキングを検出し、センサ信号の暗騒音レベルを供給するノック検出ユニットと、請求項１から５のいずれか１項記載の装置とを有することを特徴とするノック検出システム。
7. ノック検出システムを動作させるためにノックセンサの増幅されたセンサ信号を提供するための方法であって、
   センサ信号を供給するステップと、
   前記センサ信号を事前設定可能な第１の増幅率に従って増幅するステップと、
   増幅されたセンサ信号をディジタル化されたセンサ信号へとディジタル化するステップと、
   ディジタル化されたセンサ信号を事前設定可能な第２の増幅率に従って増幅するステップと、
   センサ信号の暗騒音レベルに依存して前記第１及び第２の増幅率を提供するステップを有しており、
   前記暗騒音レベルはノッキングのない正常動作時に生じる固体伝搬音の成分に相当することを特徴とする、ノックセンサの増幅されたセンサ信号を提供するための方法。
8. センサ信号の暗騒音レベルに依存して全増幅率を選択する、その際、上閾値を上回った場合には全増幅率を小さくし、下閾値を下回った場合には全増幅率を大きくする、請求項７記載の方法。
9. データ処理ユニット上で実行したときに請求項７又は８記載の方法を実行するプログラムコードが含まれている、コンピュータプログラム。

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