JP5456580B2

JP5456580B2 - エンジン回転数計測方法及びその装置

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Publication number: JP5456580B2
Application number: JP2010124812A
Authority: JP
Inventors: 正晴大屋; 清勝岩橋
Original assignee: Rion Co Ltd
Current assignee: Rion Co Ltd
Priority date: 2010-05-31
Filing date: 2010-05-31
Publication date: 2014-04-02
Anticipated expiration: 2030-05-31
Also published as: JP2011252715A

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。

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。

そこで、特許文献１に記載のように、アイドリング時にエンジン音信号の一次周波数を捕らえるバンドパスフィルタを設定し、周波数の変化をＤＣ値の変化に換算し、このＤＣ値の変化に応じてエンジン音信号のサンプリング周波数を変換させることで、このバンドパスフィルタをエンジン音信号の一次周波数の変化に追従させ、エンジン回転数を測定する技術が知られている。

再表２００６−１３７１４２号公報

しかし、特許文献１に記載の発明においては、エンジン音信号の一次周波数成分しか捕捉しないので、Ｓ／Ｎ比が悪い場合に、測定できない場合がある。

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、Ｓ／Ｎ比が悪い場合でも、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。

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であって、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一次周波数決定工程と、この一次周波数決定工程で決定した一次周波数成分と二次高調波成分を前記デジタル信号からバンドパスフィルタで抽出するバンドパスフィルタ工程と、このバンドパスフィルタ工程で抽出された一次周波数成分と二次高調波成分から振幅の変動を取り除くゼロクロス工程と、このゼロクロス工程で振幅変動を取り除かれた一次周波数成分と二次高調波成分の各々について周波数に応じて振幅を増減させるローパスフィルタ工程と、このローパスフィルタ工程で処理された一次周波数成分と二次高調波成分の実効値を算出する回転数ＲＭＳ工程と、この回転数ＲＭＳ工程で算出した実効値の変動幅を逐次算出する変動幅算出工程と、前記バンドパスフィルタ工程で抽出された一次周波数成分と二次高調波成分の実効値を算出する信号ＲＭＳ工程と、この信号ＲＭＳ工程で算出した実効値を比較するＲＭＳ比較工程と、このＲＭＳ比較工程で実効値を比較した結果、一次周波数成分の実効値が二次高調波成分の実効値の二倍以上である場合は回転数ＲＭＳ工程で算出した一次周波数成分の実効値を選択すると共に二次高調波成分の変動幅が一次周波数成分の変動幅と同じになるように回転数ＲＭＳ工程で算出した二次高調波成分の実効値を補正し、一次周波数成分の実効値が二次高調波成分の実効値の半分以下である場合は回転数ＲＭＳ工程で算出した二次高調波成分の実効値を選択すると共に一次周波数成分の変動幅が二次高調波成分の変動幅と同じになるように回転数ＲＭＳ工程で算出した一次周波数成分の実効値を補正し、その他の場合は変動幅算出工程で算出した変動幅が小さいほうを回転数ＲＭＳ工程で算出した実効値から選択すると共に変動の大きい方の変動幅が変動の小さい方の変動幅と同じになるように回転数ＲＭＳ工程で算出した変動の大きい方の実効値を補正する選択工程と、この選択工程で選択された回転数ＲＭＳ工程で算出された実効値の大きさに応じてエンジン音信号を間引くサンプリング周波数変換工程と、このサンプリング周波数変換工程で算出された間引き間隔からエンジン回転数を算出するエンジン回転数算出工程を備え、サンプリング周波数変換工程以降、バンドパスフィルタ工程ではサンプリング周波数変換工程でサンプリング周波数を変換されたエンジン音信号から一次周波数成分と二次高調波成分を抽出するものである。

請求項２に係る発明は、エンジン排気音をデジタル変換したエンジン音信号からエンジン回転数を計測する装置であって、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、前記デジタル信号から前記一次周波数成分を抽出する第１バンドパスフィルタと、前記デジタル信号から前記一次周波数成分の二次高調波成分を抽出する第２バンドパスフィルタと、第１バンドパスフィルタの出力から振幅の変動を取り除く第１ゼロクロス波形生成部と、第２バンドパスフィルタの出力から振幅の変動を取り除く第２ゼロクロス波形生成部と、第１ゼロクロス波形生成部の出力についてその周波数の変化に応じて振幅を増減させる第１ローパスフィルタと、第２ゼロクロス波形生成部の出力についてその周波数の変化に応じて振幅を増減させる第２ローパスフィルタと、第１ローパスフィルタの出力の実効値を算出する第１回転数ＲＭＳ部と、第２ローパスフィルタの出力の実効値を算出する第２回転数ＲＭＳ部と、第１バンドパスフィルタの出力の実効値を算出する第１信号ＲＭＳ部と、第２バンドパスフィルタの出力の実効値を算出する第２信号ＲＭＳ部と、第１信号ＲＭＳ部と第２信号ＲＭＳ部の出力を比較するＲＭＳ比較部と、第１回転数ＲＭＳ部の出力の変動幅と第２回転数ＲＭＳ部の出力の変動幅を逐次算出すると共に、ＲＭＳ比較部の出力に基づいて第１信号ＲＭＳ部の出力が第２信号ＲＭＳ部の出力の二倍以上である場合は第１回転数ＲＭＳ部の出力を選択すると共に第２回転数ＲＭＳ部の変動幅が第１回転数ＲＭＳ部の変動幅と同じになるように第２回転数ＲＭＳ部で算出した実効値を補正し、第１信号ＲＭＳ部の出力が第２信号ＲＭＳ部の出力の半分以下である場合は第２回転数ＲＭＳ部の出力を選択すると共に第１回転数ＲＭＳ部の変動幅が第２回転数ＲＭＳ部の変動幅と同じになるように第１回転数ＲＭＳ部で算出した実効値を補正し、その他の場合は第１回転数ＲＭＳ部の出力の変動幅と第２回転数ＲＭＳ部の出力の変動幅を比較し、第１回転数ＲＭＳ部の変動幅の方が小さい場合は第１回転数ＲＭＳ部の出力を選択すると共に第２回転数ＲＭＳ部の変動幅が第１回転数ＲＭＳ部の変動幅と同じになるように第２回転数ＲＭＳ部の実効値を補正し、第２回転数ＲＭＳ部の変動幅の方が小さい場合は第２回転数ＲＭＳ部の出力を選択すると共に第１回転数ＲＭＳ部の変動幅が第２回転数ＲＭＳ部の変動幅と同じになるように第１回転数ＲＭＳ部の実効値を補正する選択部と、この選択部で選択された実効値の大きさに応じてエンジン音信号を間引くサンプリング周波数変換部と、このサンプリング周波数変換部で算出された間引き間隔からエンジン回転数を算出するエンジン回転数算出部と、このサンプリング周波数変換部のエンジン音信号入力側前段のアンチエイリアシング用ローパスフィルタを備え、サンプリング周波数変換部でエンジン音信号のサンプリング周波数を変換したら、サンプリング周波数変換部の出力から第１バンドパスフィルタ部では一次周波数成分を抽出し、第２バンドパスフィルタ部では一次周波数成分の二次高調波成分を抽出するものである。

本発明によれば、一次周波数と二次高調波のどちらかが十分に強ければ、安定してエンジンの回転数を計測することができる。また、一周波数成分と二次高調波成分が共に小さく、ノイズにほとんど埋もれた場合でも、安定してエンジンの回転数を計測することができる。

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

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だけを検出するのではなく、一次周波数成分と二次高調波成分の両方を監視すると共に信頼性の高い方を効果的に選択してエンジン回転数を算出することと、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。

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。中心周波数ｆc[Ｈz]の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]、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伝達関数Ｈ(z)は、次式（１）で表わされる。

ここで、ｚ=ｅ^j2πｆd、ｆd＝ｆc /ｆsであり、Ｎ，Ｍは整数でＮ≦Ｍの条件を満たす。ａn，ｂmは、伝達関数を決定する係数である。

式（１）において、この係数ａn，ｂmを定数とし、伝達関数Ｈ(z)を固定とすれば、サンプリング周波数ｆsをｋ倍にした場合、このデジタルバンドパスフィルタの中心周波数ｆcはｋ倍にシフトする。

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、サンプリング周波数変換部５と、第１バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）６と、第２バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）７と、第１ゼロクロス波形生成部８と、第２ゼロクロス波形生成部９と、第１ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１０と、第２ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１１と、第１回転数ＲＭＳ部１２と、第２回転数ＲＭＳ部１３と、第１信号ＲＭＳ部１４と、第２信号ＲＭＳ部１５と、ＲＭＳ比較部１６と、選択部１７と、ゲート部１８と、エンジン回転数算出部１９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。

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。

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。

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ｆ1[Ｈz]を決定するために設けられている。一次周波数成分ｆ1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。

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。

第１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ｆ1を中心周波数ｆc1とし、サンプリング周波数ｆs（＝ｆp／Ｄ）との比ｆd1をデジタル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。第１バンドパスフィルタ６は、前段の間引き部２０がエンジン回転数変化に比例して的確に第１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ｄ1i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。

第２バンドパスフィルタ７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ｆ1の２倍とした周波数ｆ2（二次高調波成分）を中心周波数ｆc2とし、サンプリング周波数ｆs（＝ｆp／Ｄ）との比ｆｄ2をデジタル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。第２バンドパスフィルタ７は、排気音中の脈動音の一次周波数成分の２倍の周波数（二次高調波成分）を追従し、その他の成分を抑圧しながら一次周波数成分の二次高調波成分を選択的に抽出する働きをする。

第１ゼロクロス波形生成部８は、第１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、出力波形を出力が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、後述する後段の第１ローパスフィルタ１０と第１回転数ＲＭＳ部１２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、前段の第１バンドパスフィルタ６の出力振幅の変化を吸収できる。

第２ゼロクロス波形生成部９は、第２バンドパスフィルタ７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、出力波形を出力が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二次高調波成分の振幅が変動する場合があり、この変動は、後述する後段の第２ローパスフィルタ１１と第２回転数ＲＭＳ部１３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、前段の第２バンドパスフィルタ７の出力振幅の変化を吸収できる。

第１ローパスフィルタ１０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周波数変化を検出し振幅変化として出力するために設けられている。また、第２ローパスフィルタ１１は、エンジン回転数の変化に伴う排気音中の脈動音の二次高調波成分の周波数変化を検出し振幅変化として出力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。

第１ローパスフィルタ１０の振幅特性の傾斜周波数域（ｆ＞ｆlp）に信号が入力された場合は、その信号の周波数が変化すると第１ローパスフィルタ１０の出力振幅が変化する。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。第１ローパスフィルタ１０のカットオフ周波数ｆlp1 [Ｈz]は、第１ローパスフィルタ１０の傾斜周波数域に、一次周波数成分ｆ1[Ｈz]が対応するように一次周波数成分ｆ1より小さくする必要がある。

第２ローパスフィルタ１１の振幅特性の傾斜周波数域（ｆ＞ｆlp）に信号が入力された場合は、その信号の周波数が変化すると第２ローパスフィルタ１１の出力振幅が変化する。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。第２ローパスフィルタ１１のカットオフ周波数ｆlp2 [Ｈz]は、第２ローパスフィルタ１１の傾斜周波数域に、一次周波数成分ｆ1[Ｈz]の２倍の周波数ｆ2[Ｈz] （二次高調波成分）が対応するように二次高調波成分ｆ2[Ｈz]より小さくする必要がある。

第１回転数ＲＭＳ部１２は、第１ローパスフィルタ１０の出力の実効値を算出する。第２回転数ＲＭＳ部１３は、第２ローパスフィルタ１１の出力の実効値を算出する。

第１信号ＲＭＳ部１４は、第１バンドパスフィルタ６の出力の実効値を算出する。第２信号ＲＭＳ部１５は、第２バンドパスフィルタ７の出力の実効値を算出する。ＲＭＳ比較部１６は、第１信号ＲＭＳ部１４と第２信号ＲＭＳ部１５の出力を比較する。

選択部１７は、第１回転数ＲＭＳ部１２の出力の変動幅と第２回転数ＲＭＳ部１３の出力の変動幅を逐次算出すると共に、ＲＭＳ比較部１６の出力に基づいて第１信号ＲＭＳ部１４の出力が第２信号ＲＭＳ部１５の出力の二倍以上である場合は第１回転数ＲＭＳ部１２の出力を選択すると共に第２回転数ＲＭＳ部の変動幅が第１回転数ＲＭＳ部の変動幅と同じになるように第２回転数ＲＭＳ部で算出した実効値を補正し、第１信号ＲＭＳ部１４の出力が第２信号ＲＭＳ部１５の出力の半分以下である場合は第２回転数ＲＭＳ部１３の出力を選択すると共に第１回転数ＲＭＳ部の変動幅が第２回転数ＲＭＳ部の変動幅と同じになるように第１回転数ＲＭＳ部で算出した実効値を補正し、その他の場合は第１回転数ＲＭＳ部１２の出力の変動幅と第２回転数ＲＭＳ部１３の出力の変動幅を比較し、第１回転数ＲＭＳ部１２の変動幅の方が小さい場合は第１回転数ＲＭＳ部１２の出力を選択すると共に第２回転数ＲＭＳ部の変動幅が第１回転数ＲＭＳ部の変動幅と同じになるように第２回転数ＲＭＳ部の実効値を補正し、第２回転数ＲＭＳ部１３の変動幅の方が小さい場合は第２回転数ＲＭＳ部１３の出力を選択すると共に第１回転数ＲＭＳ部の変動幅が第２回転数ＲＭＳ部の変動幅と同じになるように第１回転数ＲＭＳ部の実効値を補正する。

ゲート部１８は、選択部１７の出力を一定間隔で後段の間引き間隔決定部２１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６，７の応答時間や回転数ＲＭＳ部１２，１３の応答時間によって決められる。経験的には、回転数ＲＭＳ部１２，１３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、その時の回転数ＲＭＳ部１２，１３の出力値を出力する。

サンプリング周波数変換部５は、間引き間隔ｄiに応じてサンプリングデータＸfpを間引く間引き部２０と、間引き部２０に間引き間隔ｄiを与える間引き間隔決定部２１からなり、選択部１７の出力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２１は、アイドリング状態の第１回転数ＲＭＳ部１２の出力値ｖｆcと、ｉ時点のゲート部１８の出力値ｖfi及びｉ時点の間引き間隔ｄiを用いて、ｉ+1時点の間引き間隔ｄ(i+1)を次式（５）により算出する。ただし、選択部１７での選択が第１回転数ＲＭＳ部１２の出力か第２回転数ＲＭＳ部１３の出力かにより、補正をする。

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。

エンジン回転数算出部１９は、間引き間隔決定部２１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。

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。

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、排気音をＦＦＴ分析し、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）ｆ1[Ｈz]を決定する（一次周波数決定工程）。ｆ1を第１バンドパスフィルタ６の中心周波数ｆc1とし、ｆ2（ｆ1の２倍の周波数）を第２バンドパスフィルタ７の中心周波数ｆc2とし、第１バンドパスフィルタ６及び第２バンドパスフィルタ７の伝達関数を設定する。なお、ＦＦＴ分析部３を使うのは、最初に一次周波数成分（基本周波数）ｆ1[Ｈz]を決定する時だけである。

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。先ず、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。ステップＳＰ１３において、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。

次いで、ステップＳＰ１４において、後述のサンプリング周波数変換工程（ステップＳＰ２２）の出力について、デジタル周波数ｆd1（＝ｆc1／ｆs）の第１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と共に、第２バンドパスフィルタ７が、一次周波数成分の２倍の周波数（二次高調波成分）を追従し、その他の成分を抑圧しながら二次高調波成分を選択的に抽出する（バンドパスフィルタ工程）。

ステップＳＰ１５において、第１ゼロクロス波形生成部８で第１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、出力がゼロよりも大きいか小さいかによって、出力波形を出力が１または−１の矩形波に変換すると共に、第２ゼロクロス波形生成部９で第２バンドパスフィルタ７の出力波形（正弦波に近い）から二次高調波成分の振幅変化を除くため、出力がゼロよりも大きいか小さいかによって、出力波形を出力が１または−１の矩形波に変換する（ゼロクロス工程）。

ステップＳＰ１６において、第１ローパスフィルタ１０により一次周波数成分の周波数に応じて第１ゼロクロス波形生成部８の出力の振幅を増減させると共に、第２ローパスフィルタ１１により二次高調波成分の周波数に応じて第１ゼロクロス波形生成部８の出力の振幅を増減させる（ローパスフィルタ工程）。

ステップＳＰ１７において、第１回転数ＲＭＳ部１２により第１ローパスフィルタ１０の出力信号から一次周波数成分の実効値を算出すると共に、第２回転数ＲＭＳ部１３により第２ローパスフィルタ１１の出力信号から二次高調波成分の実効値を算出する（回転数ＲＭＳ工程）。ステップＳＰ１８において、選択部１７により、第１回転数ＲＭＳ部１２の出力の変動幅と第２回転数ＲＭＳ部１３の出力の変動幅を逐次算出する（変動幅算出工程）。

ステップＳＰ１９において、バンドパスフィルタ工程で抽出された一次周波数成分の実効値及び二次高調波成分の実効値を算出する（信号ＲＭＳ工程）。ステップＳＰ２０において、信号ＲＭＳ工程で算出した一次周波数成分の実効値と二次高調波成分の実効値を比較する（ＲＭＳ比較工程）。

次いで、ステップＳＰ２１において、ＲＭＳ比較工程で一次周波数成分の実効値と二次高調波成分の実効値を比較した結果、一次周波数成分の実効値が二次高調波成分の実効値の二倍以上である場合は回転数ＲＭＳ工程で算出した一次周波数成分の実効値を選択すると共に二次高調波成分の変動幅が一次周波数成分の変動幅と同じになるように回転数ＲＭＳ工程で算出した二次高調波成分の実効値を補正し、一次周波数成分の実効値が二次高調波成分の実効値の半分以下である場合は回転数ＲＭＳ工程で算出した二次高調波成分の実効値を選択すると共に一次周波数成分の変動幅が二次高調波成分の変動幅と同じになるように回転数ＲＭＳ工程で算出した一次周波数成分の実効値を補正し、その他の場合は変動幅算出工程で算出した変動幅が小さいほうを回転数ＲＭＳ工程で算出した実効値から選択すると共に変動の大きい方の変動幅が変動の小さい方の変動幅と同じになるように回転数ＲＭＳ工程で算出した変動の大きい方の実効値を補正する（選択工程）。

ステップＳＰ２２において、回転数ＲＭＳ工程で算出され、選択工程で選択された実効値の大きさに応じてエンジン音信号を間引く（サンプリング周波数変換工程）。ステップＳＰ２３において、サンプリング周波数変換工程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（エンジン回転数算出工程）。

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第１バンドパスフィルタ６及び一次周波数成分の二次高調波成分を動的に追跡する第２バンドパスフィルタ７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及び二次高調波成分の振幅変動の影響を受けることがない。一次周波数と二次高調波の両方を監視するので、どちらかが強ければ測定可能であり、また、両方が弱くても周波数変動の小さいほうを捕捉し測定するので、高精度でエンジン回転数の測定が可能となる。

排気音に含まれる脈動音の一次周波数成分と一次周波数成分の二次高調波成分を捕捉するため、Ｓ／Ｎ比が悪い場合でも、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。

１…マイクロホン、２…Ａ／Ｄ変換部、３…ＦＦＴ（高速フーリエ変換）分析部、４…ローパスフィルタ（ＬＰＦ）、５…サンプリング周波数変換部、６…第１バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）、７…第２バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）、８…第１ゼロクロス波形生成部、９…第２ゼロクロス波形生成部、１０…第１ローパスフィルタ（ＬＰＦ）、１１…第２ローパスフィルタ（ＬＰＦ）、１２…第１回転数ＲＭＳ部、１３…第２回転数ＲＭＳ部、１４…第１信号ＲＭＳ部、１５…第２信号ＲＭＳ部、１６…ＲＭＳ比較部、１７…選択部、１８…ゲート部、１９…エンジン回転数算出部、２０…間引き部、２１…間引き間隔決定部。

Claims

エンジン排気音をデジタル変換したエンジン音信号からエンジン回転数を計測する方法であって、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一次周波数決定工程と、この一次周波数決定工程で決定した一次周波数成分と二次高調波成分を前記エンジン音信号からバンドパスフィルタで抽出するバンドパスフィルタ工程と、このバンドパスフィルタ工程で抽出された一次周波数成分と二次高調波成分から振幅の変動を取り除くゼロクロス工程と、このゼロクロス工程で振幅変動を取り除かれた一次周波数成分と二次高調波成分の各々について周波数に応じて振幅を増減させるローパスフィルタ工程と、このローパスフィルタ工程で処理された一次周波数成分と二次高調波成分の実効値を算出する回転数ＲＭＳ工程と、この回転数ＲＭＳ工程で算出した実効値の変動幅を逐次算出する変動幅算出工程と、前記バンドパスフィルタ工程で抽出された一次周波数成分と二次高調波成分の実効値を算出する信号ＲＭＳ工程と、この信号ＲＭＳ工程で算出した実効値を比較するＲＭＳ比較工程と、このＲＭＳ比較工程で実効値を比較した結果、一次周波数成分の実効値が二次高調波成分の実効値の二倍以上である場合は回転数ＲＭＳ工程で算出した一次周波数成分の実効値を選択すると共に二次高調波成分の変動幅が一次周波数成分の変動幅と同じになるように回転数ＲＭＳ工程で算出した二次高調波成分の実効値を補正し、一次周波数成分の実効値が二次高調波成分の実効値の半分以下である場合は回転数ＲＭＳ工程で算出した二次高調波成分の実効値を選択すると共に一次周波数成分の変動幅が二次高調波成分の変動幅と同じになるように回転数ＲＭＳ工程で算出した一次周波数成分の実効値を補正し、その他の場合は変動幅算出工程で算出した変動幅が小さいほうを回転数ＲＭＳ工程で算出した実効値から選択すると共に変動の大きい方の変動幅が変動の小さい方の変動幅と同じになるように回転数ＲＭＳ工程で算出した変動の大きい方の実効値を補正する選択工程と、この選択工程で選択された回転数ＲＭＳ工程で算出された実効値の大きさに応じてエンジン音信号を間引くサンプリング周波数変換工程と、このサンプリング周波数変換工程で算出された間引き間隔からエンジン回転数を算出するエンジン回転数算出工程を備え、サンプリング周波数変換工程以降、バンドパスフィルタ工程ではサンプリング周波数変換工程でサンプリング周波数を変換されたエンジン音信号から一次周波数成分と二次高調波成分を抽出することを特徴とするエンジン回転数計測方法。
エンジン排気音をデジタル変換したエンジン音信号からエンジン回転数を計測する装置であって、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、前記エンジン音信号から前記一次周波数成分を抽出する第１バンドパスフィルタと、前記エンジン音信号から前記一次周波数成分の二次高調波成分を抽出する第２バンドパスフィルタと、第１バンドパスフィルタの出力から振幅の変動を取り除く第１ゼロクロス波形生成部と、第２バンドパスフィルタの出力から振幅の変動を取り除く第２ゼロクロス波形生成部と、第１ゼロクロス波形生成部の出力についてその周波数の変化に応じて振幅を増減させる第１ローパスフィルタと、第２ゼロクロス波形生成部の出力についてその周波数の変化に応じて振幅を増減させる第２ローパスフィルタと、第１ローパスフィルタの出力の実効値を算出する第１回転数ＲＭＳ部と、第２ローパスフィルタの出力の実効値を算出する第２回転数ＲＭＳ部と、第１バンドパスフィルタの出力の実効値を算出する第１信号ＲＭＳ部と、第２バンドパスフィルタの出力の実効値を算出する第２信号ＲＭＳ部と、第１信号ＲＭＳ部と第２信号ＲＭＳ部の出力を比較するＲＭＳ比較部と、第１回転数ＲＭＳ部の出力の変動幅と第２回転数ＲＭＳ部の出力の変動幅を逐次算出すると共に、ＲＭＳ比較部の出力に基づいて第１信号ＲＭＳ部の出力が第２信号ＲＭＳ部の出力の二倍以上である場合は第１回転数ＲＭＳ部の出力を選択すると共に第２回転数ＲＭＳ部の変動幅が第１回転数ＲＭＳ部の変動幅と同じになるように第２回転数ＲＭＳ部で算出した実効値を補正し、第１信号ＲＭＳ部の出力が第２信号ＲＭＳ部の出力の半分以下である場合は第２回転数ＲＭＳ部の出力を選択すると共に第１回転数ＲＭＳ部の変動幅が第２回転数ＲＭＳ部の変動幅と同じになるように第１回転数ＲＭＳ部で算出した実効値を補正し、その他の場合は第１回転数ＲＭＳ部の出力の変動幅と第２回転数ＲＭＳ部の出力の変動幅を比較し、第１回転数ＲＭＳ部の変動幅の方が小さい場合は第１回転数ＲＭＳ部の出力を選択すると共に第２回転数ＲＭＳ部の変動幅が第１回転数ＲＭＳ部の変動幅と同じになるように第２回転数ＲＭＳ部の実効値を補正し、第２回転数ＲＭＳ部の変動幅の方が小さい場合は第２回転数ＲＭＳ部の出力を選択すると共に第１回転数ＲＭＳ部の変動幅が第２回転数ＲＭＳ部の変動幅と同じになるように第１回転数ＲＭＳ部の実効値を補正する選択部と、この選択部で選択された実効値の大きさに応じてエンジン音信号を間引くサンプリング周波数変換部と、このサンプリング周波数変換部で算出された間引き間隔からエンジン回転数を算出するエンジン回転数算出部と、このサンプリング周波数変換部のエンジン音信号入力側前段のアンチエイリアシング用ローパスフィルタを備え、サンプリング周波数変換部でエンジン音信号のサンプリング周波数を変換したら、サンプリング周波数変換部の出力から第１バンドパスフィルタ部では一次周波数成分を抽出し、第２バンドパスフィルタ部では一次周波数成分の二次高調波成分を抽出することを特徴とするエンジン回転数計測装置。