JP4651667B2 - Engine speed measurement method and apparatus - Google Patents

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Description

本発明は、エンジン排気音からエンジンの回転数を計測するエンジン回転数計測方法及びその装置に関する。   The present invention relates to an engine speed measurement method and apparatus for measuring an engine speed from engine exhaust sound.

自動車から発せられるマフラからの排気騒音は、その測定法から近接排気騒音と呼ばれ、ＪＩＳやＩＳＯで測定法が標準化されている。日本では近年、近接排気騒音測定がマフラ改造車等の整備不良車の摘発にも応用されようとしている。
近接排気騒音測定では、停止状態で所定のエンジン回転数を数秒ほど維持した状態（空吹かし）から、急速にアクセルオフしアイドリング状態になるまでの騒音の最大値レベルを測定しなければならない。このために騒音計の他に、エンジン回転数を検出する装置が必要となる。Exhaust noise from a muffler emitted from an automobile is called proximity exhaust noise because of its measurement method, and the measurement method is standardized by JIS and ISO. In recent years, proximity exhaust noise measurement has been applied in Japan to detect poorly maintained vehicles such as modified mufflers.
In the proximity exhaust noise measurement, it is necessary to measure the maximum noise level from the state where the predetermined engine speed is maintained for several seconds in the stopped state (idle blowing) until the accelerator is rapidly turned off and the engine is idling. Therefore, in addition to the sound level meter, a device for detecting the engine speed is required.

従来、騒音計とは別に、エンジン回転数検出のためにプラグスパーク時のハイテンションコードからの電磁波を検出して利用するものや、エンジンブロックまたはその周辺のエンジンピストンの運動に起因する振動を、マグネットアタッチメント式振動センサで検出して利用する回転計が使われてきた。
また、排気音はエンジンに回転を生じさせるシリンダ内の爆発に伴う脈動音を有する騒音であり、この脈動音の脈動周波数を検出することはエンジンの回転数を検出することと等価である。そこで、排気音を周波数分析し、その最大のピーク周波数を脈動周波数の一次周波数成分と見做し、エンジンの回転数を検出する方法が知られている。Conventionally, apart from the sound level meter, the one that detects and uses electromagnetic waves from the high tension cord at the time of plug spark to detect the engine speed, and the vibration caused by the motion of the engine block or the surrounding engine piston, A tachometer has been used that is detected by a magnet attachment type vibration sensor.
Further, the exhaust sound is noise having pulsation sound accompanying explosion in the cylinder that causes the engine to rotate, and detecting the pulsation frequency of this pulsation sound is equivalent to detecting the engine speed. Therefore, a method is known in which the frequency of exhaust noise is analyzed, the maximum peak frequency is regarded as the primary frequency component of the pulsation frequency, and the engine speed is detected.

しかし、近年の自動車技術の発展から、電磁波が微量あるいはハイテンションコードのない車やエンジンブロックおよびその周辺がアルミ製の車（二輪車を含む）が多くなり、電磁波や振動を利用する技術が使えない状況になってきた。
また、回転数検出に電磁波や振動を利用する技術が使えたとしても、現在検討されている改定ＩＳＯでは、エンジンルームをボンネットで閉じることを規定しようとしており、センサをエンジンルーム内に設置し、センサのケーブルをエンジンルーム外に引き出すことが難しい状況になることが想定されている。However, due to recent developments in automobile technology, there are a large number of cars and engine blocks that do not contain high amounts of electromagnetic waves or high-tension cords, and cars that include aluminum around them (including motorcycles), and technology that uses electromagnetic waves and vibrations cannot be used. It has become a situation.
Also, even if technology that uses electromagnetic waves or vibrations can be used to detect the number of revolutions, the revised ISO that is currently being examined attempts to regulate the engine room to be closed with a hood, and the sensor is installed in the engine room. It is assumed that it will be difficult to pull the sensor cable out of the engine room.

また、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）分析を用いる排気音の周波数分析法においても、一次周波数成分が他の低次あるいは高次周波数成分より大きい場合には高精度にエンジン回転数を検出できるが、一次周波数成分に比して低次あるいは高次周波数成分が大きい場合にはエンジン回転数を正確に検出できない場合がある。従って、この方法では時々刻々変化するエンジン回転数を常に正確に検出できるとは限らない。   Also, in the exhaust sound frequency analysis method using FFT (Fast Fourier Transform) analysis, the engine speed can be detected with high accuracy when the primary frequency component is larger than other low-order or high-order frequency components. If the low-order or high-order frequency component is larger than the frequency component, the engine speed may not be detected accurately. Therefore, with this method, the engine speed that changes from moment to moment cannot always be accurately detected.

更に、マフラ改造車等の整備不良車を取り締まるためには、その騒音が回転数に大きく依存するため、現行の近接排気騒音測定法では対応できない場合が考えられる。つまり、自動車メーカが近接排気騒音測定法を基に定めた近接排気騒音値を上回る騒音値を、近接排気騒音測定法が求める所定のエンジン回転数に至る過程で超えてしまう場合である。このような事象を明確にするためには、エンジン回転数の変化と排気音の変化を的確に関連付け、エンジン回転数の変化と騒音レベルを逐次監視する必要がある。   Furthermore, in order to control a poorly maintained vehicle such as a modified muffler vehicle, the noise greatly depends on the number of revolutions, so there are cases where the current proximity exhaust noise measurement method cannot cope. In other words, the noise value exceeding the proximity exhaust noise value determined by the automobile manufacturer based on the proximity exhaust noise measurement method is exceeded in the process of reaching the predetermined engine speed required by the proximity exhaust noise measurement method. In order to clarify such an event, it is necessary to accurately relate the change in the engine speed and the change in the exhaust sound, and monitor the change in the engine speed and the noise level sequentially.

本発明は、従来の技術が有するこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、エンジンの排気音からエンジンの回転数を的確に計測することができるエンジン回転数計測方法及びその装置を提供しようとするものである。   The present invention has been made in view of such problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide an engine speed capable of accurately measuring the engine speed from the exhaust sound of the engine. An object of the present invention is to provide a measurement method and an apparatus therefor.

上記課題を解決すべく請求項１に係る発明は、エンジン排気音をデジタル信号に変換してエンジン回転数を計測する方法において、アイドリング状態の周波数特性から一次周波数を決定する第１工程と、アイドリング状態から変化するエンジン排気音を前記一次周波数の変化に追従するバンドパスフィルタで処理する第２工程と、この第２工程から出力されるデータから振幅の変動をゼロクロス処理により取り除く第３工程と、この第３工程から出力されるデータをΔＦ−Ｖ変換して周波数に応じた値を出力する第４工程と、この第４工程から出力される値に応じて前記第２工程のバンドパスフィルタに入力するデータのサンプリング周波数を更新する第５工程と、前記第４工程の出力値に応じてエンジン回転数を算出する第６工程を備えた。 In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to claim 1 is a method of measuring engine speed by converting engine exhaust sound into a digital signal, a first step of determining a primary frequency from frequency characteristics in an idling state, and idling A second step of processing the engine exhaust sound that changes from the state with a band-pass filter that follows the change of the primary frequency; and a third step of removing fluctuations in amplitude from the data output from the second step by zero-cross processing ; A fourth step of ΔF-V converting the data output from the third step and outputting a value corresponding to the frequency, and the bandpass filter of the second step according to the value output from the fourth step A fifth step of updating the sampling frequency of the input data, and a sixth step of calculating the engine speed in accordance with the output value of the fourth step.

請求項２に係る発明は、エンジン排気音をデジタル信号に変換してエンジン回転数を計測する装置において、アイドリング状態の周波数特性から一次周波数を検出する周波数検出部と、前記一次周波数の変化に追従してアイドリング状態から変化するエンジン排気音を処理するバンドパスフィルタと、このバンドパスフィルタから出力されるデータから振幅の変動を取り除くゼロクロス処理部と、このゼロクロス処理部から出力されるデータの周波数に応じた値を出力するΔＦ−Ｖ変換部と、このΔＦ−Ｖ変換部から出力される値に応じて前記バンドパスフィルタに入力するデータのサンプリング周波数を更新する周波数変調部と、この周波数変調部から出力される値に応じてエンジン回転数を算出するエンジン回転数算出部を備えた。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a device for measuring engine speed by converting engine exhaust sound into a digital signal, a frequency detector for detecting a primary frequency from frequency characteristics in an idling state, and following a change in the primary frequency. A band-pass filter that processes engine exhaust sound that changes from an idling state, a zero-cross processing unit that removes amplitude fluctuations from data output from the band-pass filter, and a frequency of data output from the zero-cross processing unit. A ΔF-V conversion unit that outputs a corresponding value, a frequency modulation unit that updates a sampling frequency of data input to the band-pass filter according to a value output from the ΔF-V conversion unit, and the frequency modulation unit Provided with an engine speed calculation unit for calculating the engine speed in accordance with the value output from.

請求項３に係る発明は、請求項２記載のエンジン回転数計測装置において、前記周波数変調部は、エンジン排気音のサンプリングデータの間引き間隔を決定する間引き間隔決定部と、この間引き間隔決定部が決定した間引き間隔に応じて前記サンプリングデータを間引く間引き器からなり、前記ΔＦ−Ｖ変換部は、周波数の変化を振幅の変化として出力するローパスフィルタと、このローパスフィルタが出力する実効値を周波数と等価な値に変換する実効パワー算出部からなる。 According to a third aspect of the present invention, in the engine speed measurement device according to the second aspect, the frequency modulation unit includes a decimation interval determination unit that determines a decimation interval of sampling data of engine exhaust sound, and a decimation interval determination unit. The ΔF-V converter includes a low-pass filter that outputs a change in frequency as a change in amplitude, and an effective value output from the low-pass filter as a frequency. It consists of an effective power calculator that converts it to an equivalent value.

本発明によれば、排気音に含まれる脈動音の一次周波数成分に比して低次あるいは高次周波数成分が大きい場合であっても、非接触且つボンネットを閉じた状態で時々刻々変化するエンジンの回転数を容易に高精度で計測することができる。   According to the present invention, even when the low-order or high-order frequency component is larger than the primary frequency component of the pulsation sound included in the exhaust sound, the engine changes momentarily in a non-contact state and with the hood closed. Can be easily measured with high accuracy.

本発明に係るエンジン回転数計測装置のブロック構成図Block diagram of an engine speed measuring device according to the present invention アイドリング状態における計測手順を示すフローチャートFlow chart showing measurement procedure in idling state エンジン回転数変化時における計測手順を示すフローチャートFlow chart showing measurement procedure when engine speed changes

以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。ここで、図１は本発明に係るエンジン回転数計測装置のブロック構成図、図２はアイドリング状態における計測手順を示すフローチャート、図３はエンジン回転数変化時における計測手順を示すフローチャートである。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. Here, FIG. 1 is a block diagram of an engine speed measurement device according to the present invention, FIG. 2 is a flowchart showing a measurement procedure in an idling state, and FIG. 3 is a flowchart showing a measurement procedure when the engine speed changes.

本発明は、原理的には排気音に含まれる脈同音の一次周波数成分を検出することと等価であるが、直接周波数分析によってその一次周波数成分を検出するのではなく、デジタルフィルタとデジタル周波数の関係を利用し、排気音信号をデジタル化するためのサンプリング周波数を排気音に含まれる脈動音自身の情報をもとに変化させることで、変化させたサンプリング周波数が一定の関係を持ってエンジン回転数を表現していることを特徴とする。   In principle, the present invention is equivalent to detecting the primary frequency component of the pulse-like sound included in the exhaust sound, but instead of detecting the primary frequency component by direct frequency analysis, the digital filter and the digital frequency are detected. By using the relationship and changing the sampling frequency for digitizing the exhaust sound signal based on the information of the pulsation sound itself contained in the exhaust sound, the changed sampling frequency has a fixed relationship and the engine rotation It is characterized by expressing numbers.

先ず、本発明で用いるデジタルフィルタとデジタル周波数について概説する。ｆc[Ｈz]をアナログ実周波数ｆの中心周波数に持つIIR形（巡回形）のデジタルバンドパスフィルタを例に、サンプリング周波数ｆs[Ｈz]、アナログ実周波数ｆの中心周波数ｆc[Ｈz]及びデジタルフィルタの性質について説明する。
IIR形（巡回形）のデジタルバンドパスフィルタの周波数特性Ｈ(z)は、次式（１）で表わされる。First, the digital filter and digital frequency used in the present invention will be outlined. Taking an IIR (cyclic) digital bandpass filter having fc [Hz] as the center frequency of the analog real frequency f as an example, the sampling frequency fs [Hz], the center frequency fc [Hz] of the analog real frequency f, and the digital filter The properties of will be described.
The frequency characteristic H (z) of the IIR (cyclic) digital bandpass filter is expressed by the following equation (1).

ここで、ｚ=ｅj2πｆ/ｆsであり、Ｎ，Ｍは整数でＮ≦Ｍの条件を満たす。ａn，ｂmは、デジタルフィルタの周波数特性を決定する係数である。Here, z = e j2πf / fs , where N and M are integers and satisfy the condition of N ≦ M. an and bm are coefficients that determine the frequency characteristics of the digital filter.

式（１）において、サンプリング周波数ｆs[Ｈz]の条件で、ｆc[Ｈz]をアナログ実周波数ｆの中心周波数に持つデジタルバンドパスフィルタの係数ａn，ｂm を決定したとする。この係数ａn，ｂmを固定して、サンプリング周波数ｆsをｋ倍にした場合、このデジタルフィルタはｋ倍のｆc に中心周波数をシフトする。   In equation (1), it is assumed that the coefficients an and bm of the digital bandpass filter having fc [Hz] as the center frequency of the analog real frequency f are determined under the condition of the sampling frequency fs [Hz]. When the coefficients an and bm are fixed and the sampling frequency fs is increased k times, the digital filter shifts the center frequency to k times fc.

なぜならば、ｚ=ｅj2πｆ/ｆsにおいて、ｆd＝ｆ/ｆsとし、ｆdc＝ｆc /ｆsとすれば、（ｋ・ｆc）／（ｋ・ｆs）もｆdcとなるので、式（１）で表わされるデジタルフィルタ周波数特性Ｈ(z)と同じになる。以降ｆdは、無単位であるがデジタル周波数と呼ぶ。つまり、デジタルフィルタの係数ａn，ｂmが固定された場合、その特性Ｈ(z)は、アナログ実周波数ｆとサンプリング周波数ｆsの比であるデジタル周波数ｆdによって一意に決定される。This is because if z = e j2πf / fs and fd = f / fs and fdc = fc / fs, then (k · fc) / (k · fs) will also be fdc. The same as the digital filter frequency characteristic H (z). Hereinafter, fd is unitless but is called a digital frequency. That is, when the coefficients an and bm of the digital filter are fixed, the characteristic H (z) is uniquely determined by the digital frequency fd which is the ratio of the analog actual frequency f and the sampling frequency fs.

本発明に係るエンジン回転数計測装置は、図１に示すように、エンジンの排気音をアナログ電気信号に変換するマイクロホン１と、Ａ／Ｄ変換部２と、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）分析部３と、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）４と、周波数変調部５と、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）６と、ゼロクロス波形生成部７と、ΔＦ−Ｖ（周波数−電圧）変換部８と、エンジン回転数算出部９を備えてなる。
なお、周波数検出部としてのＦＦＴ分析部３の代わりに、ＦＦＴ分析部３と同等の機能を有する周波数分析手段でもよい。また、エンジン排気音をメモリカードなどに保存したデジタルデータとすれば、マイクロホン１とＡ／Ｄ変換部２を設ける必要はない。As shown in FIG. 1, the engine speed measurement device according to the present invention includes a microphone 1 that converts engine exhaust sound into an analog electrical signal, an A / D converter 2, and an FFT (Fast Fourier Transform) analyzer 3. A low-pass filter (LPF) 4, a frequency modulator 5, a band-pass filter (BPF) 6, a zero-cross waveform generator 7, a ΔF-V (frequency-voltage) converter 8, and an engine speed calculator 9 is provided.
Instead of the FFT analysis unit 3 as a frequency detection unit, a frequency analysis unit having a function equivalent to that of the FFT analysis unit 3 may be used. Further, if the engine exhaust sound is digital data stored in a memory card or the like, the microphone 1 and the A / D converter 2 need not be provided.

Ａ／Ｄ変換部２は、マイクロホン１で集音された排気音をサンプリング周波数ｆp[Ｈz]でデジタル信号化する。サンプリング周波数ｆpは、後述する間引き器の最大間引き間隔をＤ、必要とされる計測可能な最大回転数をＲ[rpm]とした場合、次式（２）で表される条件により決定される。   The A / D conversion unit 2 converts the exhaust sound collected by the microphone 1 into a digital signal at a sampling frequency fp [Hz]. The sampling frequency fp is determined according to the condition expressed by the following equation (2), where D is a maximum thinning interval of a thinning device, which will be described later, and R [rpm] is the maximum measurable rotational speed.

ここで、ｃはエンジンの諸元によって決められる係数であり、６気筒４サイクルエンジンでは、一般に３である。ここで生成されたデータをサンプリングデータＸfpとする。   Here, c is a coefficient determined by engine specifications, and is generally 3 in a 6-cylinder 4-cycle engine. The data generated here is referred to as sampling data Xfp.

ＦＦＴ分析部３は、測定対象車のエンジンのアイドリング状態における排気音中の脈動音の一次周波数成分ｆc[Ｈz]を決定するためだけに設けられている。一次周波数成分ｆcは、エンジンの諸元（アイドリング回転数、エンジン形式など）を用い、その周波数近傍のピーク値を持つ周波数として決定される。   The FFT analysis unit 3 is provided only for determining the primary frequency component fc [Hz] of the pulsation sound in the exhaust sound when the engine of the vehicle to be measured is idling. The primary frequency component fc is determined as a frequency having a peak value near the frequency using engine specifications (idling speed, engine type, etc.).

ローパスフィルタ４は、後段に接続される間引き器によってサンプリングデータＸfpが間引かれた場合に、サンプリング定理による折り返し現象が発生しないために設けられている。ローパスフィルタ４のカットオフ周波数ｆac[Ｈz]は、式（２）の最大間引き間隔Ｄ、最大回転数Ｒ、係数ｃを用いて、次式（３）で示される範囲に設定される。   The low-pass filter 4 is provided so that the aliasing phenomenon due to the sampling theorem does not occur when the sampling data Xfp is thinned out by the thinning-out device connected to the subsequent stage. The cut-off frequency fac [Hz] of the low-pass filter 4 is set in a range represented by the following equation (3) using the maximum thinning interval D, the maximum rotation speed R, and the coefficient c in the equation (2).

バンドパスフィルタ６は、式（１）で示した係数ａn，ｂmがＦＦＴ分析部３で決定された一次周波数成分ｆcとサンプリング周波数ｆs（＝ｆp／Ｄ）の比ｆdcを中心周波数に持つように決定され、測定対象車のエンジン回転数検出が終了するまで固定される。バンドパスフィルタ６は、前段の間引き器１１がエンジン回転数変化に比例して的確にバンドパスフィルタ６の入力であるサンプリングデータＸfpを間引き間隔ｄiで間引けば、上述したデジタルフィルタの性質から、結果として排気音中の脈動音の一次周波数成分を追従し、その他の成分を抑圧しながら一次周波数成分を選択的に抽出する働きをする。 The bandpass filter 6 has the coefficients an and bm shown in the equation (1) as the center frequency having a ratio fdc between the primary frequency component fc determined by the FFT analysis unit 3 and the sampling frequency fs (= fp / D). It is determined and fixed until the detection of the engine speed of the vehicle to be measured is completed. The band-pass filter 6 can be obtained from the above-described characteristics of the digital filter, if the thinning-out device 11 in the previous stage accurately thins out the sampling data Xfp that is the input of the band-pass filter 6 in proportion to the engine speed change at the thinning interval di. As a result, the primary frequency component is tracked in the exhaust sound, and the primary frequency component is selectively extracted while suppressing other components.

ゼロクロス波形生成部７は、バンドパスフィルタ６の出力波形（正弦波に近い）がゼロよりも大きいか小さいかによって、出力波形を振幅が１または−１の矩形波に変換する。エンジン回転数に依存して排気音中の脈動音の一次周波数成分の振幅が変動する場合があり、この変動は、後述する後段のローパスフィルタ１３と実効パワー算出部１４でのエンジン回転数変化検出に影響を与えるため、ゼロクロス波形にすることにより振幅の変動を除く。これにより、前段のバンドパスフィルタ６の出力振幅の変化を吸収できる。   The zero-cross waveform generation unit 7 converts the output waveform into a rectangular wave having an amplitude of 1 or −1 depending on whether the output waveform (close to a sine wave) of the bandpass filter 6 is larger or smaller than zero. Depending on the engine speed, the amplitude of the primary frequency component of the pulsating sound in the exhaust sound may fluctuate, and this fluctuation is detected by a later-described low-pass filter 13 and an effective power calculation unit 14 to detect changes in the engine speed. Therefore, the amplitude fluctuation is eliminated by using a zero-cross waveform. Thereby, the change of the output amplitude of the band pass filter 6 of the front | former stage can be absorbed.

ΔＦ−Ｖ変換部８は、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１３と、実効パワー算出部１４と、ゲート部１５からなり、周波数の変化分を電圧で出力する。ローパスフィルタ１３は、エンジン回転数の変化に伴う排気音中の脈動音の一次周波数成分の変化を検出するために設けられている。次式（４）は、カットオフ周波数ｆlp[Ｈz]を持つｎ次バターワースローパスフィルタの一般的な周波数振幅特性による出力振幅ｖfである。 The ΔF-V conversion unit 8 includes a low-pass filter (LPF) 13, an effective power calculation unit 14, and a gate unit 15, and outputs a change in frequency as a voltage. The low-pass filter 13 is provided to detect a change in the primary frequency component of the pulsation sound in the exhaust sound accompanying a change in the engine speed. The following equation (4) is an output amplitude vf based on a general frequency amplitude characteristic of an n-th order Butterworth low-pass filter having a cutoff frequency flp [Hz].

ローパスフィルタ１３の振幅特性の傾斜周波数域（ｆ＞ｆlp）に周波数ｆを持つ信号が、入力された場合は、その入力周波数が変化するとローパスフィルタ１３の出力振幅ｖfが変化する。逆に言えば、この変化幅を捉えることで入力周波数の変化幅を知ることができる。ローパスフィルタ１３のカットオフ周波数ｆlp[Ｈz]は、ローパスフィルタ１３の傾斜周波数域に、一次周波数成分ｆc[Ｈz]が対応するように一次周波数成分ｆcより小さくする必要がある。 When a signal having a frequency f in the gradient frequency range (f> flp) of the amplitude characteristic of the low-pass filter 13 is input, the output amplitude vf of the low-pass filter 13 changes when the input frequency changes. In other words, the change width of the input frequency can be known by capturing this change width. The cut-off frequency flp [Hz] of the low-pass filter 13 needs to be smaller than the primary frequency component fc so that the primary frequency component fc [Hz] corresponds to the gradient frequency region of the low-pass filter 13.

実効パワー算出部１４は、ローパスフィルタ１３の出力信号から式（４）に示す出力振幅ｖfと等価な値を算出するために設けられている。ゲート部１５は、実効パワー算出部１４の出力を一定間隔で後段の間引き間隔決定部１２へ接続するスイッチである。この間隔は、バンドパスフィルタ６の応答時間や実効パワー算出部１４の応答時間によって決められる。経験的には、実効パワー算出部１４へ入力される信号の５周期から１０周期分の間隔ごとにスイッチをオンし、その時の実効パワー算出部１４の出力値を出力する。 The effective power calculation unit 14 is provided to calculate a value equivalent to the output amplitude vf shown in Expression (4) from the output signal of the low-pass filter 13. The gate unit 15 is a switch for connecting the output of the effective power calculation unit 14 to the subsequent thinning-out interval determination unit 12 at regular intervals. This interval is determined by the response time of the bandpass filter 6 and the response time of the effective power calculation unit 14. Empirically, the switch is turned on at intervals of 5 to 10 cycles of the signal input to the effective power calculation unit 14, and the output value of the effective power calculation unit 14 at that time is output.

周波数変調部５は、間引き間隔ｄ(i)に応じてサンプリングデータＸfpを間引く間引き器１１と、間引き器１１に間引き間隔ｄ(i)を与える間引き間隔決定部１２からなり、入力電圧の大きさに応じてサンプリング周波数を変調させる。
間引き間隔決定部１２は、アイドリング状態の実効パワー算出部１４の出力値ｖfcと、ｉ時点のゲート部１５の出力値ｖf(i)及びｉ時点の間引き間隔ｄ(i)を用いて、ｉ+1時点の間引き間隔ｄ(i+1)を次式（５）を用いて算出する。The frequency modulation unit 5 includes a decimation unit 11 that decimates the sampling data Xfp in accordance with the decimation interval d (i) and a decimation interval determination unit 12 that gives the decimation interval d (i) to the decimation unit 11. The sampling frequency is modulated according to the above.
The decimation interval determination unit 12 uses the output value vfc of the effective power calculation unit 14 in the idling state, the output value vf (i) of the gate unit 15 at the i time point, and the decimation interval d (i) at the i time point, i + The thinning interval d (i + 1) at one time point is calculated using the following equation (5).

ここで、ＩＮＴ[ ・ ]は、[ ・ ]を整数に丸める演算子である。初期値ｄ0は、最大間引き間隔Ｄである。 Here, INT [•] is an operator that rounds [•] to an integer. The initial value d0 is the maximum thinning interval D.

エンジン回転数算出部９は、間引き間隔決定部１２でｉ時点ごとに計算された間引き間隔ｄiから次式（６）を用いて、エンジン回転数Ｒiを算出する。   The engine speed calculation unit 9 calculates the engine speed Ri using the following equation (6) from the thinning interval di calculated at the time point i by the thinning interval determination unit 12.

ここで、Ｒ0はアイドリング時の回転数、ＡＶＧ［ ・ ］はｉ-ｍからｉ+ｍ区間の平均演算を行う演算子、ｍは任意の整数である。   Here, R0 is the number of revolutions during idling, AVG [•] is an operator that performs an average operation from im to i + m, and m is an arbitrary integer.

以上のように構成した本発明に係るエンジン回転数計測装置の作用及びエンジン回転数計測方法について説明する。
先ず、エンジンのアイドリング状態におけるエンジン回転数計測作業が、図２に示すフローチャートに従って行われる。ステップＳＰ１において、マイクロホン１によりアイドリング状態時の排気音をアナログ電気信号に変換する。次いで、ステップＳＰ２において、Ａ／Ｄ変換部２が、マイクロホン１で集音された排気音をサンプリング周波数ｆp[Ｈz]でデジタル信号化する。そして、ステップＳＰ３において、エンジンのアイドリング状態における排気音中の脈動音の一次周波数成分（基本周波数）ｆc[Ｈz]を決定する（第１工程）。The operation of the engine speed measuring device according to the present invention configured as described above and the engine speed measuring method will be described.
First, the engine speed measurement work in the idling state of the engine is performed according to the flowchart shown in FIG. In step SP1, the microphone 1 converts the exhaust sound in the idling state into an analog electric signal. Next, in step SP2, the A / D converter 2 converts the exhaust sound collected by the microphone 1 into a digital signal at the sampling frequency fp [Hz]. In step SP3, the primary frequency component (fundamental frequency) fc [Hz] of the pulsation sound in the exhaust sound when the engine is idling is determined (first step).

次に、アイドリング状態から変化するエンジン排気音についてのエンジン回転数計測作業が、図３に示すフローチャートに従って行われる。ステップＳＰ１１において、マイクロホン１によりエンジンの排気音をアナログ電気信号に変換する。ステップＳＰ１２において、Ａ／Ｄ変換部２が、マイクロホン１で集音された排気音をサンプリング周波数ｆp[Ｈz]でデジタル信号化する。   Next, the engine speed measurement operation for the engine exhaust sound that changes from the idling state is performed according to the flowchart shown in FIG. In step SP11, the microphone 1 converts the engine exhaust sound into an analog electrical signal. In step SP12, the A / D conversion unit 2 converts the exhaust sound collected by the microphone 1 into a digital signal at the sampling frequency fp [Hz].

次いで、ステップＳＰ１３において、Ａ／Ｄ変換されたデジタル信号にサンプリング定理による折り返し現象が発生しないよう、カットオフ周波数ｆac[Ｈz]のローパスフィルタ４を通す。
ステップＳＰ１４において、ステップＳＰ１８の間引き間隔決定部１２で決定された間引き間隔ｄ(i)（ｉ時点）に応じてローパスフィルタ４の出力信号（サンプリングデータＸfp）を間引き、アナログ実周波数ｆとサンプリング周波数ｆsの比であるデジタル周波数ｆdが一定になるようにする（第５工程）。Next, in step SP13, the low-pass filter 4 having the cut-off frequency fac [Hz] is passed so that the aliasing phenomenon due to the sampling theorem does not occur in the A / D converted digital signal.
In step SP14, the output signal (sampling data Xfp) of the low-pass filter 4 is thinned out according to the thinning interval d (i) (i time point) determined by the thinning interval determination unit 12 in step SP18, and the analog actual frequency f and the sampling frequency The digital frequency fd, which is the ratio of fs, is made constant (fifth step).

ステップＳＰ１５では、サンプリングデータＸfpが間引き間隔ｄiで間引かれることにより、デジタル周波数の性質から中心周波数ｆdc（＝ｆc／ｆs）のバンドパスフィルタ６が、排気音中の脈動音の一次周波数成分を追従し、その他の成分を抑圧しながら一次周波数成分を選択的に抽出する（第２工程）。なお、初期設定用パラメータとして、ステップＳＰ３において求めた一次周波数成分ｆc[Ｈz]が用いられ、バンドパスフィルタ６の係数ａn，ｂmが決定される。   In step SP15, the sampling data Xfp is thinned out at the thinning interval di, so that the bandpass filter 6 having the center frequency fdc (= fc / fs) has the primary frequency component of the pulsating sound in the exhaust sound due to the nature of the digital frequency. The primary frequency component is selectively extracted while following and suppressing other components (second step). Note that the primary frequency component fc [Hz] obtained in step SP3 is used as the initial setting parameter, and the coefficients an and bm of the bandpass filter 6 are determined.

次いで、ステップＳＰ１６において、バンドパスフィルタ６の出力波形（正弦波に近い）から一次周波数成分の振幅変化を除くため、出力波形がゼロよりも大きいか小さいかによって、出力波形を振幅が１または−１の矩形波に変換する（第３工程）。   Next, in step SP16, in order to remove the amplitude change of the primary frequency component from the output waveform (close to a sine wave) of the bandpass filter 6, the output waveform has an amplitude of 1 or − depending on whether the output waveform is larger or smaller than zero. 1 is converted into a rectangular wave (third step).

ステップＳＰ１７では、カットオフ周波数がｆlp[Ｈz]であるローパスフィルタ１３の振幅特性の傾斜周波数域（ｆ＞ｆlp）を用い、周波数ｆを持つサンプル信号が、入力された場合に、その入力周波数が変化するとローパスフィルタ１３の出力振幅ｖfが変化するので、その実効パワーを算出し、入力周波数の変化に応じて大きさが変化する電圧をゲート部１５から出力する（第４工程）。   In step SP17, when a sample signal having the frequency f is input using the gradient frequency range (f> flp) of the amplitude characteristic of the low-pass filter 13 whose cutoff frequency is flp [Hz], the input frequency is Since the output amplitude vf of the low-pass filter 13 changes when it changes, the effective power is calculated, and a voltage whose magnitude changes according to the change of the input frequency is output from the gate unit 15 (fourth step).

次いで、ステップＳＰ１８において、ΔＦ−Ｖ変換部８の出力信号が、周波数変調部５の間引き間隔決定部１２に入力され、式（５）により、間引き間隔ｄ(i+1)が算出される。間引き間隔ｄ(i+1)は、ステップＳＰ１９（第６工程）に送られると共に、ステップＳＰ１４（第５工程）に送られる。
一方、ステップＳＰ１９において、間引き間隔決定部１２で算出された間引き間隔ｄ(i+1)から、式（６）を用いて、エンジン回転数Ｒ(i+1)を算出する（第６工程）。Next, in step SP18, the output signal of the ΔF-V conversion unit 8 is input to the thinning interval determination unit 12 of the frequency modulation unit 5, and the thinning interval d (i + 1) is calculated by Expression (5). The thinning interval d (i + 1) is sent to step SP19 (sixth process) and also sent to step SP14 (fifth process).
On the other hand, in step SP19, the engine speed R (i + 1) is calculated from the thinning interval d (i + 1) calculated by the thinning interval determination unit 12 using equation (6) (sixth step). .

このように、サンプリング周波数を変化させることで、エンジン回転数に比例した一次周波数成分を動的に追跡するバンドパスフィルタ６を構築することが可能になる。アイドリング状態のエンジン回転数は５００ｒｐｍから１０００ｒｐｍ以下であり、一次周波数成分がその周波数範囲における一番大きな周波数成分であると仮定することは、実用上問題はない。その時の周波数を基準としてエンジン回転数の変化に動的に追従するので、従来技術のように単純にＦＦＴの結果のピーク周波数をエンジン回転数と見なす方法よりも精度が高い。また、ゼロクロス処理を行っているので、一次周波数成分の振幅変動の影響を受けることがない。   In this way, by changing the sampling frequency, it is possible to construct the bandpass filter 6 that dynamically tracks the primary frequency component proportional to the engine speed. Assuming that the engine speed in the idling state is 500 rpm to 1000 rpm and that the primary frequency component is the largest frequency component in the frequency range has no practical problem. Since it dynamically follows changes in the engine speed based on the frequency at that time, the accuracy is higher than a method in which the peak frequency resulting from the FFT is simply regarded as the engine speed as in the prior art. In addition, since zero cross processing is performed, there is no influence of amplitude fluctuation of the primary frequency component.

排気音に含まれる脈動音の一次周波数成分に比べて低次あるいは高次周波数成分が大きい場合であっても、非接触且つボンネットを閉じた状態で、エンジンの回転数を高精度で計測することができるので、適用範囲の拡大が図れる。   Even when the low-order or high-order frequency component is larger than the primary frequency component of the pulsation sound included in the exhaust sound, the engine speed can be measured with high accuracy in a non-contact state and with the hood closed. Therefore, the application range can be expanded.

Claims (3)

エンジン排気音をデジタル信号に変換してエンジン回転数を計測する方法において、アイドリング状態の周波数特性から一次周波数を決定する第１工程と、アイドリング状態から変化するエンジン排気音を前記一次周波数の変化に追従するバンドパスフィルタで処理する第２工程と、この第２工程から出力されるデータから振幅の変動をゼロクロス処理により取り除く第３工程と、この第３工程から出力されるデータをΔＦ−Ｖ変換して周波数に応じた値を出力する第４工程と、この第４工程から出力される値に応じて前記第２工程のバンドパスフィルタに入力するデータのサンプリング周波数を更新する第５工程と、前記第４工程の出力値に応じてエンジン回転数を算出する第６工程を備えたことを特徴とするエンジン回転数計測方法。In a method for measuring engine speed by converting engine exhaust sound into a digital signal, a first step of determining a primary frequency from frequency characteristics in an idling state, and an engine exhaust sound that changes from an idling state into a change in the primary frequency A second step for processing by the following band pass filter, a third step for removing fluctuations in amplitude from the data output from the second step by zero-cross processing , and ΔF-V conversion for the data output from the third step A fourth step of outputting a value according to the frequency, and a fifth step of updating the sampling frequency of the data input to the bandpass filter of the second step according to the value output from the fourth step; An engine speed measurement method comprising a sixth step of calculating an engine speed according to the output value of the fourth step. エンジン排気音をデジタル信号に変換してエンジン回転数を計測する装置において、アイドリング状態の周波数特性から一次周波数を検出する周波数検出部と、前記一次周波数の変化に追従してアイドリング状態から変化するエンジン排気音を処理するバンドパスフィルタと、このバンドパスフィルタから出力されるデータから振幅の変動を取り除くゼロクロス処理部と、このゼロクロス処理部から出力されるデータの周波数に応じた値を出力するΔＦ−Ｖ変換部と、このΔＦ−Ｖ変換部から出力される値に応じて前記バンドパスフィルタに入力するデータのサンプリング周波数を更新する周波数変調部と、この周波数変調部から出力される値に応じてエンジン回転数を算出するエンジン回転数算出部を備えたことを特徴とするエンジン回転数計測装置。In an apparatus for measuring engine speed by converting engine exhaust sound into a digital signal, a frequency detection unit that detects a primary frequency from frequency characteristics in an idling state, and an engine that changes from the idling state following the change in the primary frequency A band-pass filter that processes the exhaust sound, a zero-cross processing unit that removes fluctuations in amplitude from the data output from the band-pass filter, and ΔF− that outputs a value corresponding to the frequency of the data output from the zero-cross processing unit A V conversion unit, a frequency modulation unit that updates a sampling frequency of data input to the bandpass filter according to a value output from the ΔF-V conversion unit, and a value output from the frequency modulation unit An engine speed characterized by having an engine speed calculator for calculating the engine speed Measuring device. 前記周波数変調部は、エンジン排気音のサンプリングデータの間引き間隔を決定する間引き間隔決定部と、この間引き間隔決定部が決定した間引き間隔に応じて前記サンプリングデータを間引く間引き器からなり、前記ΔＦ−Ｖ変換部は、周波数の変化を振幅の変化として出力するローパスフィルタと、このローパスフィルタが出力する実効値を周波数と等価な値に変換する実効パワー算出部からなる請求項２記載のエンジン回転数計測装置。The frequency modulation unit includes a decimation interval determination unit that determines a decimation interval of sampling data of engine exhaust sound, and a decimation unit that decimates the sampling data according to a decimation interval determined by the decimation interval determination unit. 3. The engine speed according to claim 2, wherein the V conversion unit includes a low-pass filter that outputs a change in frequency as a change in amplitude, and an effective power calculation unit that converts an effective value output from the low-pass filter into a value equivalent to the frequency. Measuring device.
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