JPH09503270A - 改善された信号忠実度を備えた加速度をベースとした不点火検出システムおよび方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 改善された信号の忠実度を備えた加速度をベースとした不点火検出システムは伝導機構（４０１）の動作条件を決定するための測定装置（４２１，４２３，４２５，４２７）を具備する。前記動作条件はエンジン速度、エンジン負荷、ならびに他の条件を含むことができる。不点火検出器（４１７）は改善された忠実度の加速度信号（４１５）に応じて不点火指示（４１９）を提供する。改善された忠実度の加速度信号（４１５）は加速度信号（４１１）に作用するメジアンフィルタ（４１３）であって該メジアンフィルタのランクは伝導機構の決定された動作条件に応じてプログラム可能なものか、加速度信号（４１１）に作用するハイパスフィルタであって該ハイパスフィルタの次数は伝導機構の決定された動作条件に応じてプログラム可能なものか、あるいは速度信号（４０６）に作用するローパスフィルタ（４０７）によって提供される速度情報に作用する加速度決定装置（４０９）であって前記ローパスフィルタの次数は前記伝導機構の決定された動作条件に応じてプログラム可能なものか、あるいはこれらの組合せによって提供される。

Description

【発明の詳細な説明】 改善された信号忠実度を備えた加速度をベースとした 不点火検出システムおよび方法 発明の分野 この発明は一般的にはエンジン制御の分野に関し、かつより特定的にはレシプ ロエンジンにおける不点火状態の検出のための信号処理システムおよび方法に関 する。 発明の背景 多くの現代のエンジン制御装置は肝要な不点火検出システムを備えている。絶 えず増大するよりきびしい排気基準とともに、すべてのエンジンおよび車両の動 作状態のもとでの正確かつ完全な不点火検出の保証は必須のこととなりつつある 。 一般に、システム設計者は特定のエンジンシリンダの不点火を検出するために 、クランクシャフトのエンジン角速度、かつしばしばクランクシャフトまたは他 の形式のエンジン加速度の測定値に依存し、これらは双方とも燃焼プロセスの間 に生成されるエンジントルクに大いに依存する。速度または加速度情報が与えら れれば、不点火は種々の符号解析（ｓｉｇｎａｔｕｒｅ ａｎａｌｙｓｉｓ）、 および／またはスペクトル分析の方法によって予測される。 実際問題として、エンジンの角速度および加速度のふるまい（ｂｅｈａｖｉｏ ｒ）はまた点火トルク以外の伝導機構（ｐｏｗｅｒｔｒａｉｎ）に関連するふる まいによって影響を受ける。これらの他のふるまいは分析中の主として点火トル クに関連する速度または加速度信号の忠実度または信号−ノイズ比を大幅に低下 させることがある。さらに、いくつかのエンジン動作状態のもとで、ノイズが分 析中の主としてエンジンのトルクに関連する速度または加速度を超えることがあ る。さらに、ノイズに関連するふるまいはエンジン動作のみの原因に限られず、 動力伝達系路またはドライブライン（ｄｒｉｖｅｌｉｎｅ）全体に関連するふる まいを含む。有害ないくつかのノイズに関連するふるまいは少なくとも部分的に シリンダの不点火、トルクコンバータのロックアップ、手動トランスミッション の低速の強い駆動またはラギング（ｌｕｇｇｉｎｇ）ふるまい特性、トランスミ ッショクギアの切り替え、およびでこぼこの道路状態によってひき起こされる動 力伝達系路の共振効果、または振動を含む。これらのおのおの、および他の励振 源は、動力伝達系路をその共振周波数で動揺させまたは過渡的に振動させる。 上に述べた動力伝達系路のふるまいが現れかつ動力伝達系路が振動するとき、 不点火がひき起こすふるまいに対して、かなりの量の実質上ノイズに等しいもの が速度または加速度の測定に導入される。このノイズは、特にエンジン とトランスミッションの間の従順性のない（ｎｏｎ−ｃｏｍｐｌｉａｎｔ）結合 によって、不点火事象の何らかの特徴ふるまいを大きく圧倒することがある。 図１は、一連のいくつかのシリンダで点火している、適切な点火シリンダによ るエンジンのクランクシャフトの加速度を示す波形の第１の部分１０１、および 前記一連の点火シリンダにおける後の不点火シリンダによるエンジンのクランク シャフトの加速度を示す波形の第２の部分１０３を示している。注目すべきこと は、参照番号１０３において、エンジンのクランクシャフトは大きく減速してお り、これは適切な点火が行われずかつ従ってシリンダがそれが参照番号１０１に おいて行ったような期待されるトルクをクランクシャフトに加えなかったからで ある。これは加速度の効果の理論的な表現であることに注目すべきである。もし エンジンのクランクシャフトによって生じる実際のふるまいが図１に示されるも のであれば、比較プロセスによって所定のしきい値１０５において前記ふるまい を監視しかつ波形が該しきい値より低下すれば不点火状態を指示する。 図２は、およそ１５０のシリンダ燃焼サイクルにわたり走行するエンジンから 得られた実際の加速度信号２０１のふるまいを示す。この加速度信号２０１は１ つのシリンダから周期的にスパーク信号を除去することによって反復的に導入さ れた不点火を含む。従って、実際の用途において は、走行するエンジンから得られる信号は前に述べたように燃焼に関連するトル ク以外のものによって影響される。参照の目的で、水平軸上のメモリ線２０３は 故意に導入された不点火の発生をはっきり区別している。波形２０１はエンジン のクランクシャフトに結合された加速度検知装置を使用して得られる。クランク シャフトのねじり振動、往復運動する質量による慣性トルク、およびエンジンの クランクシャフトに関して他の機械的にひき起こされる振動のため、図２に示さ れる波形は低い忠実度を有し、かつ従って不点火に関係する加速度信号を明瞭に 観察しかつそれによって図１で説明したように検出することができない。さらに 、上に述べた動力伝達系路の共振効果もまた図２の問題の波形に現れており、か つ信号の忠実度を大幅に低下させ簡単なしきい値検出機構によって検出すること を期待できないものとしている。 １つの従来技術の機構はエンジンに関係する振動によって少なくとも部分的に 影響されるシリンダ対シリンダの変化性を除去することによって忠実度を改善す るためエンジン加速度波形を平均化する。しかしながら、これらの固定された平 均化機構はすべてのエンジン動作条件、特に高いエンジン速度および軽いエンジ ン負荷において、適切に動作しない。 他の従来技術の機構は上に述べた各ふるまいのある部分集合または一部の動力 伝達系路の振動特性を予測するため にシャーシに装着した加速度計を適用する。従って、もしこれらのふるまいの１ つが検知されれば、不点火検出機構がディスエーブルされる。これは不点火に似 ているように見えるが実際には、例えば、でこぼこの道路状態によってひき起こ される動力伝達系路の動揺であるものを誤って検出することを防止する。もちろ ん、この機構もまたこのディスエーブル処理の間に生じる不点火を検出しない。 意味のある不点火を予測することは別にして、この機構は複雑であり、信頼性が なく、製造するのが困難であり、かつ非常に価格が高く、それはこの方法は他の センサ、およびその関連するサポート用ワイヤ、電気的インタフェース、および 信号調整回路を加えるからである。 他の機構は固定ランク（ｒａｎｋ）のメジアンフィルタ（ｍｅｄｉａｎ ｆｉ ｌｔｅｒ）を使用して全体の（ｇｒｏｓｓ）、または平均の、エンジン加速度を 決定し、これは次にある過渡的効果をろ波除去するために使用される。この機構 は上に述べたような、種々の刺激の発生源によってひき起こされる広範囲の動力 伝達系路の振動、意味のある不点火がひき起こした動力伝達系路の振動、に適応 する能力を欠いている。前の機構と同様に、この機構は加速度信号の忠実度が低 いことを認識するものでありかつ忠実度が低い場合に不点火検出機構をディスエ ーブルする。従って、知られた従来技術は不点火状態のある一部を検出するにす ぎない。これは提案された厳格な法律制定に対しては 受け入れられない。 必要なことは不点火検出のための改善された手法であり、特に嫌われるべき伝 導機構の動作の影響に敏感でないものである。特に、改善されたシステムは広範 囲のエンジン動作条件にわたりクランクシャフトのねじり振動、往復運動する質 量による慣性トルク、エンジンのクランクシャフトに対する他の機械的にひき起 こされる振動、および動力伝達系路の動揺を考慮する必要がある。 図面の簡単な説明 図１は、エンジントルクを表す理論的加速度波形を示しかつ適切な点火および 不点火を図示する説明図である。 図２は、クランクシャフトのねじり振動、往復運動する質量による慣性トルク 、エンジンのクランクシャフトに対する他の機械的にひき起こされる振動、およ び動力伝達系路の動揺による高周波ノイズの影響を示す軽負荷のもとでの５，０ ００ＲＰＭで走行する実際のエンジンからのエンジン加速度波形を示す説明図で ある。 図３は、６シリンダ、４ストロークエンジンに対するエンジンのサイクル／回 転に関する、正常な燃焼トルク、往復運動する質量によるトルク、不点火、ねじ り振動、高次サブパーシャル、および動力伝達系路の振動によるエンジン加速度 の種々のスペクトル的ふるまい特性を示す説明図である。 図４は、本発明の好ましい実施形態に係わる信号の忠実度を改善するためのシ ステムを含む不点火検出システムを示すシステムブロック図である。 図５は、０．０１次のローパスフィルタに関連する図２に示される波形に対応 したエンジン加速度波形を示す説明図である。 図６は、図４に示されるシステムに関連する種々のランクおよび次数選択パラ メータを示すマップ選択チャートである。 図７は、自動トランスミッションのサードおよびフォースギアの間でシフトす る間に、伝導機構が車両をゼロから毎時５５マイルまで加速するよう動力を供給 している間の不点火およびドライブラインの振動の影響を示すエンジン加速度波 形を示す説明図である。 図８は、特に伝導機構がサードギアのトランスミッションで動作している間の 、可変ランクメジアンフィルタによる、ドライブラインの振動が低減された、図 ７に示される波形に対応するエンジン加速度波形を示す説明図である。 図９は、特に伝導機構がフォースギアのトランスミッションで動作している間 の、可変ランクメジアンフィルタによる、ドライブラインの振動が低減された、 図７に示される波形に対応するエンジン加速度波形を示す説明図である。 好ましい実施形態の詳細な説明 改善された信号忠実度を備えた加速度をベースとした不点火検出システムは伝 導機構（ｐｏｗｅｒｔｒａｉｎ）の動作状態を判定するための測定装置を備えて いる。該動作状態または動作条件はエンジン速度、エンジン負荷、ならびに他の 条件を含む。不点火検出器が改善された忠実度の加速度信号に依存する不点火指 示を提供する。前記改善された忠実度の加速度信号はメジアンフィルタのランク が伝導機構の決定された動作条件に依存してプログラム可能な加速度信号に対し て動作するメジアンフィルタ、加速度信号に対して動作するハイパスフィルタで あって該ハイパスフィルタの次数が伝導機構の決定された動作条件に依存してプ ログラム可能なもの、または速度信号に対して動作するローパスフィルタによっ て提供される速度情報に対して作用する加速度決定装置であって前記ローパスフ ィルタの次数が伝導機構の決定された動作条件に依存してプログラム可能なもの から、あるいはこれらの組合せ、によって提供される。 従来技術のシステムに伴う問題は貧弱な信号の忠実度である。好ましい実施形 態において説明される本発明は信号の忠実度を大幅に改善する。要するに、前に 述べたエンジンおよびドライブラインの振動は広範囲のエンジン動作条件のもと でろ波除去され、それによって加速度信号の忠実度を大幅に改善しかつこれらの 広範囲のエンジン動作条件にわたり信頼性あるかつ正確な不点火検出を可能にす る。 図１および図２は、前記発明の背景のセクションで詳細に説明したようにシリ ンダの点火および不点火のそれぞれ理論的および実際のふるまいの影響を示すエ ンジン加速度波形を与えるチャートである。 前記発明の背景のセクションで述べたように、エンジンの加速度のふるまいは 不点火のふるまいを分析するために使用できる。残念なことに、エンジンの機械 的な構造関係に関連するおよびドライブラインに関連するふるまいはノイズを加 え、これは主にエンジントルクに関連する分析されるべき加速度信号の忠実度ま たは信号対雑音比を大幅に低減する。また、前に述べたように、いくつかのエン ジン動作条件のもとでは、ノイズが分析中の主たるエンジントルクに関連する加 速度信号を超えることがある。 有害ないくつかのノイズに関連するふるまいは、クランクシャフトのねじり振 動のようなエンジンに関連する効果、往復運動を行う質量による慣性トルク、お よびエンジンのクランクシャフトに対して他の機械的にひき起こされる振動を含 み、これらは加速度測定にノイズを加え、かつそれによって測定される信号／波 形の忠実度を低減する。さらに、少なくとも部分的にシリンダの不点火、トルク コンバータのロックアップ、低速の手動トランスミッションの強い駆動またはラ ギングふるまい特性、トランスミッションギアの変更およびでこぼこの道路条件 によってひき起こされる、ドライブラインの共振効果、または振動もある。こ れらのおのおの、および他の励振の発生源はドライブラインをその共振周波数で 動揺させ、あるいは過渡的に振動させる。さらに、発明者の実験によれば、ドラ イブラインの共振周波数は少なくとも部分的にエンジンおよびトランスミッショ ンの間の結合の弾力性またはコンプライアンス（ｃｏｍｐｌｉａｎｃｙ）に依存 することがわかった。この弾力性はしばしばドライブラインの振動のふるまいの 大きさおよび周波数の大きな決定要素となる。典型的には、前記結合がより弾力 性が少なければ前記振幅はより大きくなりかつ振動の周波数は加速度測定に対し て不点火によって直接ひき起こされるスペクトル的ふるまいに対し近くなる。エ ンジンとトランスミッションの間の結合の弾力性の変化、およびドライブライン の励振の種々の発生源のため、ドライブラインの振動の大きさ、持続期間、およ び周波数は、とりわけエンジン速度、エンジン負荷、およびトランスミッション ギアの選択を含む種々のエンジン動作条件にわたり変化する。 結論として、発明者はエンジン加速度のふるまいの信号の忠実度は広範囲のエ ンジン動作条件にわたり変化するのみならず、該忠実度はエンジンの機械的構造 関係および関連するドライブラインの変化に応じて大幅に変わり得ることを見い 出した。 前記発明の背景のセクションで述べたように、エンジン加速度波形を平均しあ るいはろ波する機構があるが、それ らの性能はすべてのエンジン動作条件にわたり、特に高いエンジン速度および軽 いエンジン負荷において、不適切であった。これは、軽いエンジン負荷および高 いエンジン速度のもとでは適切な点火および不点火による加速度のふるまいの間 の振幅の差が極めて小さいためである。従って、これらの従来技術の機構の劣悪 な忠実度は不点火の検出を不明瞭なものとする。また、前記発明の背景のセクシ ョンで述べたように、さらに他の機構はドライブラインの動揺の影響を除去する ためにメジアンフィルタを使用する。同様に、これらの機構もすべてのエンジン およびドライブラインの動作条件にわたり加速度波形の忠実度を改善するもので はなくかつ従って正確に不点火を検出するには不適切なものである。種々の有害 なエンジンおよびドライブラインに関連する原因の影響をより明瞭に理解するた めにクランクシャフトのスペクトル的ふるまいを示すチャートにつき以下に詳細 に説明する。 図３は、６シリンダ、４ストロークレシプロエンジンに対しエンジンのサイク ル／回転（ｃｙｃｌｅｓ／ｒｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）に関して、正常な燃焼トルク 、往復運動する質量、不点火、ねじり振動、高次サブパーシャル、およびドライ ブラインの振動によるトルク、によるエンジン加速度の種々のスペクトル的ふる まい特性を示すチャートである。正常な燃焼点火のトルク、および往復運動する 質量によるトルク３０１は３，６および９サイクル／回転に現 れている。クランクシャフトの振動の固有周波数に特徴的なねじり振動３０３は ３サイクル／回転より上でかなりの大きさで生じている。さらに、クランクシャ フトのねじり振動はエンジン速度とともに、ここではサイクル／回転で測定され る次数（ｏｒｄｅｒ）で移動する。１サイクル／回転〜３サイクル／回転で生じ る高次サブパーシャルエネルギ（ｈｉｇｈ−ｏｒｄｅｒ ｓｕｂ−ｐａｒｔｉａ ｌ ｅｎｅｒｇｙ）３０５はエンコーダ（クランクシャフトの角速度を測定する ために使用されるエンコーダ）のプロフィールエラー、およびピストンのアンバ ランスによる振動を示している。不点火がひき起こすエネルギ３０７は１サイク ル／回転において（６つの内の３つのシリンダが通常１回転ごとに点火するから ）コイルパックの障害を示しており、あるいは１／２サイクル／回転において（ 各シリンダは通常２回転ごとに点火するから）１つのシリンダのハード障害を示 している。間欠的な不点火周波数３１７は１／２サイクル／回転より低い。それ らのチャート上の特定の位置はそれらの周期性によって決定される。少なくとも 部分的にシリンダの不点火、トルクコンバータのロックアップ、手動トランスミ ッションに特徴的な低速の強い駆動（ｌｕｇｇｉｎｇ）のふるまい、トランスミ ッションギアの変更、およびでこぼこの道路条件によってひき起こされるドライ ブラインの振動３０９は特徴的に低い次数で発生し、比較的振幅が大きく、次数 がシフトし、かつ不点火に 関連するエネルギに不安定に接近して位置する。 特に、レシプロエンジンにおいて不点火状態を判定するのを困難にするのはエ ンコーダのプロフィールエラー、ピストンのアンバランス、およびドライブライ ン振動の不安定に接近する次数による振動に関連する１次（１サイクル／回転） ふるまいである。さらに、実験により、これらの緊密に接近するエラーの発生源 のふるまいはドライブラインの振動により次数がかつエンジン速度、エンジン負 荷、およびエンジントランスミッションのカップリングの弾力性を含む種々のエ ンジン動作条件およびドライブラインの振動により大きさが大幅に変わることが 発見された。図２Ａに示される加速度波形の忠実度を改善するため、システムお よび対応する方法につき次に説明する。前に述べたように、前に説明した嫌な伝 導機構のふるまい（エンジンおよびドライブラインの振動）は広範囲のエンジン 動作条件のもとでろ波除去され、それによって加速度信号の忠実度を大幅に改善 しかつこれらの広い範囲のエンジン動作条件にわたり信頼性あるかつ正確な不点 火検出を可能にする。 図４において、システムブロック図は、本発明の好ましい実施形態に係わる、 本質的部分でないエンジン振動およびドライブライン振動の悪影響をろ波除去す るためのシステムを含む不点火検出システム４００を示している。このシステム ４００は燃焼性能の測定規準（メトリック：ｍｅｔｒｉｃ）としてエンジン加速 度を使用して不点火状態を 検出するのに使用される。さらに、それは２つのプログラム可能なフィルタを含 む構造によって加速度信号の忠実度を大幅に改善する能力を有する。好ましくは 、これらは伝導機構の動作条件に応じてプログラムされかつ伝導機構の動作条件 が変化するに応じて動的に構成されるプログラム可能なデジタルフィルタである 。 レシプロエンジンおよびドライブライン４０１は上に述べた伝導機構を代表す る。好ましくは、ドライブラインはエンジン、エンジン−トランスミッション結 合、駆動シャフトに結合され、駆動軸に結合され、車両の駆動輪に結合されたト ランスミッションを含む。しかしながら、車両でない、例えば静止の、用途にお いては、ドライブラインの正確な構成は異なるであろう。 クランクシャフトセンサ４０３がエンジンに結合され、かつクランクシャフト に取り付けられた歯付きホイールの歯を検知することによってエンジンのクラン クシャフトの角度変位および速度を測定するために使用される。 好ましい実施形態では、参照数字４０２によって区別される領域内にはめ込ま れた要素はＡＳＩＣ（応用特定集積回路）上のデジタルハードワイヤ回路でエミ ュレートされる。このデジタル回路４０２はクランクシャフトの速度センサ４０ ３に応答して離散的なデータの流れに絶えず働きかける。あるいは、これらの要 素はデジタル信号プロセッサまたはＤＳＰ上で実行されるマイクロコード化され たソ フトウェアでエミュレートできる。例えば、モトローラ社のＤＳＰ５６００１型 装置を使用することができる。もちろん、当業者はこのシステムブロック図の領 域４０２の意図する機能を達成するために他の等価な有用なハードワイヤード、 ソフトウェアでエミュレートされた、およびＤＳＰの手法を使用できることを認 識するであろう。 システムブロック４０５においては、クランクシャフトセンサ４０３から得ら れた信号が使用されて歯付きホイール上の歯の知られた角度間隔、および歯の間 の測定された時間に依存してエンジンのクランクシャフトの角速度を得る。ブロ ック４０５によって提供される信号４０６は得られた速度の離散時間サンプルさ れた表現である。 システムブロック４０７においては、次数（ｏｒｄｅｒ）がプログラム可能な ローパスフィルタが使用されてクランクシャフトのねじり振動、往復運動する質 量による慣性トルク、およびエンジンのクランクシャフトに対する他の機械的に 引き起こされる振動および図３において導入された１．０またはそれ以下のサイ クル／回転で生じる不点火エネルギからの通常の燃焼を減衰させ、かつ低域ろ波 された速度信号４０８を提供する。加速度の決定の前に速度信号をろ波するため にプログラム可能なローパスフィルタが示されているが、それはまた直接加速度 信号に働くようにすることも可能なことに注意を要する。前記プログラム可能な ローパスフィルタ４０７は前記サイクル／回転領域で動 作するよう構成されるのが好ましく、それは不点火に関連するエネルギ３０７は 種々のエンジン速度にわたり前記サイクル／回転領域で静止しており、ローパス フィルタの次数の制御を簡単にするからである。あるいは、前記プログラム可能 なローパスフィルタ４０７は、時間領域のような、他の領域（ｄｏｍａｉｎ）で 動作するよう構成できる。前記プログラム可能なローパスフィルタ４０７の次数 の選択は後に説明するシステムブロック４２９によって制御される。前記プログ ラム可能なローパスフィルタ４０７の次数は不点火検出能力が増強されるように 信号の忠実度を改善するためエンジン速度および負荷の関数として可変にするこ とができる。このプログラム可能なローパスフィルタ４０７の次数がどのように プログラムされるかについての詳細は後に説明する。 システムブロック４０９においては、前記低域ろ波された速度信号４０８から 連続的に時間サンプルされた加速度信号４１１が得られる。前記低域ろ波された 加速度信号４１１はプログラム可能なメジアンフィルタ（ｍｅｄｉａｎ ｆｉｌ ｔｅｒ）４１３に供給される。該プログラム可能なメジアンフィルタ４１３はハ イパスフィルタのものと同様の、非線形ろ波機能を行ない、低周波のドライブラ インの振動を除去する（図３の参照番号３０９を参照）。プログラム可能なメジ アンフィルタ４１３のランク（ｒａｎｋ）を変えることにより、低周波ドライブ ライン振動の次数変 動に対処することができ、それによって信号の忠実度を改善できる。最適にする には、メジアンフィルタのランクは加速度信号における単調性（ｍｏｎｏｔｏｎ ｉｃｉｔｙ）の周期に整合するよう選択される。この観察を適用する利点として 、メジアンフィルタはこの単調性の周期に対応するドライブラインの振動をマス クしまたはろ波除去することができる。これは事実上伝統的なハイパスフィルタ の機能を果たすことになる。伝統的なハイパスフィルタも動作させることができ るが、メジアンフィルタの性能に整合させるのに必要な複雑さのためにそれほど 望ましくない。プログラム可能なメジアンフィルタ４１３は不点火を検出するた めに使用されるべき改善された忠実度のメジアンろ波信号４１５を提供する。プ ログラム可能なメジアンフィルタ４１３は次のように動作する。 低域ろ波された加速度信号４１１から得られる可変数のデータサンプル“ｎ” を有する加速度データの連続的なリストが分類されて（ｓｏｒｔｅｄ）該データ サンプルのリスト内の中央の大きさを有する（ｍｅｄｉａｎ）特定のデータサン プルを選択する。前記リストのデータサンプルの数“ｎ”は前記プログラム可能 なメジアンフィルタ４１３のランクであると考えられる。次に、前記中央の大き さを有するサンプルに対応する加速度データがソーティングされない連続リスト の中央の加速度データ値から減算される。例えば、 ５つの連続するソーティングされていないデータサンプルがある。 このリストから、該リストのランク、または長さは５であり、５つのサンプル の中央値は２０であり、かつ中央サンプル（Ｓ３）のメジアンろ波された値（信 号）４１５は３０−２０＝１０である。 前記プログラム可能なメジアンフィルタ４１３の次数選択はシステムブロック ４３３によって制御され、これについては後に詳細に説明する。プログラム可能 なメジアンフィルタ４１３のランクは不点火検出を改善するためにエンジン負荷 、エンジン速度、トランスミッションギアに応じて可変とすることができる。さ らに、プログラム可能なメジアンフィルタ４１３のランクはトルクコンバータの ロックアップ、低速のラギング（ｌｕｇｇｉｎｇ）およびでこぼこの道路条件の 間における不点火検出能力を改善するためにエンジンのトランスミッション結合 に応じて可変とす ることができる。高いエンジン速度においては、前記プログラム可能なメジアン フィルタ４１３を完全にディスエーブルすることが有利であることに注意を要す る。 エンジン速度測定システム４２１はエンジン速度を取り出す。これは上に述べ たクランクシャフトセンサ４０３を使用して行なうのが好ましい。 エンジン負荷測定システム４２３はエンジン負荷をエンジンの空気質量流量（ ｍａｓｓ ａｉｒ ｆｌｏｗ）を決定することによるか、あるいはマニホルドの 絶対圧力の測定値とエンジン速度との組合わせによってエンジン負荷を得る。 トランスミッションギア測定システム４２５はトランスミッションギアを示す トランスミッション提供信号を監視することによってトランスミッションギアを 得る。また、トランスミッションのロックアップ状態はトランスミッションから 提供される同様の信号からエンジン−トランスミッション結合コンプライアンス 測定システム４２７によって決定される。トランスミッション結合コンプライア ンス測定システム４２７はまたエンジンに結合されたトランスミッションのタイ プ、手動か自動か、を指示する。 上に述べたブロック４２９はエンジン動作条件−次数選択マッピング装置であ り、該装置はそれぞれエンジン速度測定システム４２１およびエンジン負荷測定 システム４２３によって提供されるエンジン速度およびエンジン負荷の 関数として、次数プログラム可能低域フィルタ４０７に提供されるべきフィルタ 係数４３１を格納する。該係数に関連するフィルタの次数およびそれらのエンジ ン速度および負荷に対する依存性の詳細は図６の説明において後に述べる。 上に述べたブロック４３３はエンジン動作条件ランク選択マッピング装置であ り、該装置は上に述べたシステム４２１，４２３，４２５および４２７によって 提供されるエンジン速度、エンジン負荷、トランスミッションギア、およびエン ジン−トランスミッション結合のコンプライアンスの関数として、前記プログラ ム可能なメジアンフィルタ４１３に提供されるべきフィルタランク４３５を格納 する。選択されるフィルタランクの詳細は後に図６の説明において述べる。 不点火検出ブロック４１７は前記改善された忠実度のメジアンろ波された信号 ４１５を構成されたしきい値と比較することによって、信号４１９で示される、 不点火状態を判定するために前記改善された忠実度のメジアンろ波された信号４ １５を使用する。 改善された信号忠実度の不点火信号の検出が詳細に説明され、システムの利点 を説明するためにいくつかの動作例を導入する。 改善されたシステムおよび方法の第１の例は前に図２で示された定常状態のエ ンジン動作条件に向けられており、 図２では軽負荷の下で５，０００ＲＰＭで走行する実際のエンジンからのエンジ ン加速度波形が示されている。この例では、クランクシャフトのねじり振動によ る高周波ノイズ、往復運動する質量による慣性トルク、エンジンのクランクシャ フトに対する他の機械的に引き起こされる振動の影響を表わす部分にのみ注意が 向けられる。特に、高いエンジン速度では、エンコーダのプロフィールエラーに よる振動、およびピストンのアンバランスが１．０サイクル／回転において実質 的な妨害を発生する。今延べた動作条件の下では、２／ｎの不点火検出能力を使 用して良好な１／ｎおよび間欠不点火検出能力を維持するためにより低い次数の フィルタが使用され、ここでｎはエンジンのシリンダ数である。今述べた高周波 ノイズの影響を除去するため、図４に示される次数をプログラム可能なローパス フィルタ４０７が０．０１サイクル／回転で応答するようプログラムされる。図 ３に戻ると、この結果は参照番号３１３に見ることができる。次数がプログラム 可能なローパスフィルタ４０７の次数またはオーダを低減することにより、ねじ り振動３０３、正常な燃焼の点火トルク、および３，６および９サイクル／回転 で生じる往復運動する質量によにるトルク３０１、および１サイクル／回転〜３ サイクル／回転で生じる高次のサブパーシャルエネルギ３０５は図２に示される 波形から除去されることが明瞭にわかる。この有利な結果は加速度に関して図５ の波形に示されている。周 期的に引き起こされる不点火の位置を示す水平スケール５０１上のチックマーク により画定される不点火のふるまいの明瞭に区別できる発生に注目すべきである 。この改善された波形を使用することにより、正確な不点火検出が可能になる。 次数がプログラム可能なローパスフィルタの手法はまた広い範囲のエンジン動 作条件にわたり加速度信号の忠実度を取り扱いかつ改善する。これらの内のいく つかは図６に示されている。特に、図６のチャートはエンジン速度およびエンジ ン負荷に関してある範囲のエンジン動作条件にわたり種々のローパスフィルタの 次数を示しかつまたメジアンフィルタのランク校正を示す。たいていの場合、２ ／ｎの不点火検出能力を失なうのを避けるため参照番号３１１で示される１次ロ ーパスフィルタを使用するのが望ましい。前に図５に示されたような、高いエン ジン速度では、１．０サイクル／回転における高い次数のサブパーシャルエネル ギの増大した振幅のため間欠的なかつ１／ｎの能力を維持するために２／ｎの不 点火検出能力を犠牲にしなければならない。 他の例のフィルタ（ローパスおよびメジアンフィルタの双方）のプログラミン グが図６に示されている。この場合、エンジン速度／負荷マップにわたり適切な 不点火検出能力を維持するために以下に示されるようにローパスフィルタの次数 およびメジアンフィルタのランクを変えることが望 ましい。 例えば、参照番号６０１は、エンジン速度が増大するに応じて、メジアンフィ ルタのランクは良好な信号忠実度を維持するために増大する必要があることを示 している。参照番号６０３はエンジン速度が増大するに応じて、ローパスフィル タの次数は良好な信号忠実度を維持するために低減される必要があることを示し ている。また、参照番号６０５はエンジン負荷が増大するに応じて、良好な信号 忠実度を維持するためにメジアンフィルタのランクが低減される必要があること を示しており、かつ参照番号６０７はエンジン負荷が増大するに応じて、良好な 信号忠実度を維持するためにローパスフィルタの次数が増大される必要があるこ とを示している。 上に述べた手法を使用することにより、有利なことに、前記次数およびランク の選択マッピングは異なるエンジン種別（ｆａｍｉｌｉｅｓ）に対して異なるよ う最適化できる。さらに、トランスミッションがニュートラルにある場合のよう な、軽いエンジン負荷条件の下では、プログラム可能なメジアンフィルタはいく つかのエンジン種別ではディスエーブルすることができる。 図７は、自動トランスミッションがトランスミッションギアをサードからフォ ースへとシフトすることによる車両の加速度信号出力を示す。波形７０３の第１ の部分７０５は自動トランスミッションがサードギアで動作している間 のレシプロエンジンのクランクシャフトの加速度を表わす。水平スケール上のチ ックマークは参照番号７０１において周期的に引き起こされる不点火の位置を画 定することに注目すべきである。波形７０３の第２の部分７０７は自動トランス ミッションがニュートラルで動作している間のレシプロエンジンのクランクシャ フトの加速度を表わし、かつ波形７０３の第３の部分７０９はトランスミッショ ンがフォースギアで動作している間のレシプロエンジンのクランクシャフトの加 速度のふるまいを表わしている。典型的な不点火検出機構では、加速度波形７０ ３は、この場合参照番号７１１で示される、あるしきい値と比較され不点火を検 出する。いったん加速度波形がこのしきい値７１１より低下すれば、不点火が指 示される。この波形７０３の比較的貧弱な忠実度、または信号対雑音比、のため 、不点火はセットされたしきい値７１１と比較した場合誤って指示される可能性 がある。参照番号７１３で示されるように、いくつかの場合には、ノイズの振幅 が加速度信号７１５の振幅を超えている。したがって不点火を信頼性よく検出す るためには、加速度信号の忠実度を比較動作の前に改善する必要がある。 図８および図９はエンジン速度と共に変化するドライブラインの振動に特徴的 なより低い周波数での望まないノイズを低減する種々のメジアンフィルタのラン ク校正の結果、および上に述べた他の効果を示す。 前記部分７０５にわたる波形７０３のメジアンろ波されたものを表わす、波形 ８０３の部分８０１はランク６１のメジアンフィルタの適用から生じる改善され た忠実度を示している。 部分７０５にわたる波形７０３のメジアンろ波されたものを表わす、波形９０ ３の部分９０１はランク２９のメジアンフィルタの適用から生じる改善された忠 実度を示している。異なるトランスミッションギアに対し異なるランクを選択す る理由は異なるエンジン動作条件の下で処理される加速度信号の忠実度を最適化 するためであることに注意を要する。 結論として、上に述べた手法を適用することにより、エンジン加速度を表わす 信号の忠実度の大幅な改善が達成できる。これはエンジンおよびドライブライン に関連する可変の振幅、持続時間、および周波数振動に係わる広いダイナミック レンジにわたり信号の忠実度を改善することを含む。このため、不点火は従来技 術のシステムよりもずっと広い範囲の車両の動作条件にわたり検出できる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 リンク・マービン エル アメリカ合衆国ミシガン州 48221、デト ロイト、ロスリン・ロード 19555 (72)発明者 マックリッシュ・マイケル エイ アメリカ合衆国ミシガン州 48167、ノー スビル、セイヤー・ブルバード 647 (72)発明者 サンデー・スーザン ケイ アメリカ合衆国ミシガン州 48124、ディ アボーン、ウォード 24917

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．改善された信号の忠実度を備えた加速度をベースとした不点火検出システ ムであって、 レシプロエンジンの速度ふるまいを示す速度信号を提供する速度測定手段、 前記レシプロエンジンの負荷を決定する手段、そして 前記レシプロエンジンの負荷に依存してプログラム可能なフィルタ手段であっ て、該フィルタ手段は前記速度測定手段によって提供される速度信号に応答して ろ波された速度信号を提供するもの、そして 前記ろ波された速度信号に応じてろ波された加速度信号を提供するための加速 度決定手段、 を具備する、改善された信号の忠実度を備えた加速度をベースとした不点火検 出システム。 ２．前記ろ波手段は次数がプログラム可能なローパスフィルタを備え、かつ前 記次数がプログラム可能なローパスフィルタの次数は前記レシプロエンジンの負 荷を決定する手段によって決定される前記レシプロエンジンの負荷に応じてプロ グラムされる、請求項１に記載のシステム。 ３．さらに、レシプロエンジンの速度決定手段を具備し、かつ前記次数をプロ グラム可能なローパスフィルタの次数は前記レシプロエンジンの速度決定手段に よって決定されたレシプロエンジンの速度に応じてプログラムされる、請 求項２に記載のシステム。 ４．さらに、ろ波された加速度信号を受信しかつ該信号に依存する不点火指示 を提供する不点火決定手段を具備する、請求項１に記載のシステム。 ５．改善された信号の忠実度を備えた加速度をベースとした不点火検出システ ムであって、 レシプロエンジンの加速度のふるまいを示す加速度信号を提供する加速度測定 手段、 前記レシプロエンジンの速度を決定する手段、そして 前記レシプロエンジンの速度に応じて次数をプログラム可能なハイパスフィル タ手段であって、該ハイパスフィルタ手段は前記加速度測定手段によって提供さ れる加速度信号に応じてろ波された加速度信号を提供するもの、 を具備する改善された信号の忠実度を備えた加速度をベースとした不点火検出 システム。 ６．さらに、前記ろ波された加速度信号を受信しかつ該信号に依存する不点火 指示を提供する不点火決定手段を具備する、請求項５に記載のシステム。 ７．改善された信号の忠実度を備えた加速度をベースとした不点火検出システ ムであって、 レシプロエンジンの加速度のふるまいを示す加速度信号を提供する加速度測定 手段、 前記レシプロエンジンの動作条件を判定する手段、そして 前記レシプロエンジンの判定された動作条件に依存してプログラム可能なラン クを有するプログラム可能なメジアンフィルタ手段であって、該プログラム可能 なメジアンフィルタ手段は前記加速度測定手段によって提供される加速度信号に 応じてろ波された加速度信号を提供するもの、 を具備する改善された信号の忠実度を備えた加速度をベースとした不点火検出 システム。 ８．前記レシプロエンジンの動作条件を判定する手段は前記レシプロエンジン の速度を決定する手段を具備する、請求項７に記載のシステム。 ９．前記プログラム可能なメジアンフィルタ手段は、 前記加速度信号のランク内の中央値を抽出する手段、そして 前記ランク内の中央値を前記加速度信号から減算してろ波された加速度信号を 提供する手段、 を具備する、請求項８に記載のシステム。 １０．前記レシプロエンジンの動作条件を決定する手段は前記レシプロエンジ ンの負荷を決定する手段を具備し、かつ前記プログラム可能なメジアンフィルタ 手段のランクは前記決定されたレシプロエンジンの負荷に応じてプログラムされ る、請求項９に記載のシステム。 １１．前記プログラム可能なメジアンフィルタ手段のランクは前記決定された レシプロエンジンの負荷が増大するに応じて低減する、請求項１０に記載のシス テム。 １２．さらに、前記ろ波された加速度信号を受信しかつ該信号に応じて不点火 の指示を提供する不点火決定手段を具備する、請求項９に記載のシステム。 １３．前記プログラム可能なメジアンフィルタ手段のランクは前記決定された レシプロエンジンの速度が増大するに応じて増大する、請求項１０に記載のシス テム。 １４．前記伝導機構の動作条件を決定する手段は前記レシプロエンジンに結合 されたトランスミッションのギア選択を決定する手段を具備し、かつ前記プログ ラム可能なメジアンフィルタ手段のランクは決定されたトランスミッションギア の選択に依存する、請求項９に記載のシステム。 １５．前記メジアンフィルタ手段のランクは前記決定されたトランスミッショ ンギアの選択がより高いギア比に対応するに応じて増大する、請求項１４に記載 のシステム。 １６．前記伝導機構の動作条件を決定する手段は前記レシプロエンジンおよび トランスミッションの間の結合のコンプライアンスを決定する手段を備え、かつ 前記メジアンフィルタ手段のランクは前記レシプロエンジンおよびトランスミッ ションの間の結合の決定されたコンプライアンスに依存する、請求項９に記載の システム。 １７．前記メジアンフィルタ手段のランクは前記レシプロエンジンおよびトラ ンスミッションの間の結合の決定されたコンプライアンスが減少するに応じて増 大する、請求項１６に記載のシステム。 １８．前記伝導機構の動作条件を決定する手段はドライブラインの共振周波数 を決定する手段を具備し、かつ前記メジアンフィルタ手段のランクは前記決定さ れたドライブラインの共振周波数に依存する、請求項７に記載のシステム。 １９．前記メジアンフィルタ手段のランクは前記決定されたドライブラインの 共振周波数が増大するに応じて減少する、請求項１８に記載のシステム。 ２０．改善された信号の忠実度を備えた加速度をベースとした不点火検出方法 であって、 レシプロエンジンの加速度のふるまいを示す加速度信号を提供する段階、 前記レシプロエンジンの負荷を決定する段階、 前記加速度信号を提供する段階によって提供された加速度信号に応じてろ波さ れた加速度信号を提供する段階であって、該ろ波された加速度信号は前記レシプ ロエンジンの負荷を決定する段階において決定されたエンジンの負荷に応じて提 供されるもの、そして 前記ろ波された加速度信号を受けかつ該信号に応じて不点火指示を提供する段 階、 を具備することを特徴とする改善された信号の忠実度を備えた加速度をベース とした不点火検出方法。 ２１．さらに、 前記レシプロエンジンの速度を決定する段階、 を具備し、前記ろ波された加速度信号を提供する段階は、前記レシプロエンジ ンの速度を決定する段階において決定された前記レシプロエンジンの速度に依存 するろ波された加速度信号を提供する、請求項２０に記載の方法。 ２２．改善された信号の忠実度を備えた加速度をベースとした不点火検出方法 であって、 レシプロエンジンの加速度のふるまいを示す加速度信号を提供する段階、 前記レシプロエンジンの動作条件を決定する段階、そして 前記加速度測定手段によって提供される加速度信号に応じたかつ前記レシプロ エンジンの決定された動作条件に応じたランクを有するメジアンろ波された加速 度信号を提供する段階、 を具備する改善された信号の忠実度を備えた加速度をベースとした不点火検出 方法。 ２３．前記レシプロエンジンの動作条件を決定する段階は前記レシプロエンジ ンの速度を決定する段階を具備する、請求項２２に記載の方法。 ２４．前記メジアンろ波された加速度信号を提供する段階は、 前記加速度信号のランク内の中央値を抽出する段階、そして 前記ランク内の中央値を前記加速度信号から減算して前 記ろ波された加速度信号を提供する段階、 を具備する、請求項２３に記載のシステム。 ２５．改善された信号の忠実度を備えた伝導機構に固有のレシプロエンジンの 加速度をベースとした不点火検出システムであって、 前記伝導機構の加速度のふるまいを示す加速度信号を提供する加速度測定手段 、 前記レシプロエンジンの速度を示すエンジン速度信号を提供するエンジン速度 測定手段、 前記加速度信号を受信しかつ低域ろ波された加速度信号を提供する次数をプロ グラム可能なローパスフィルタであって、該次数をプログラム可能なローパスフ ィルタの次数は前記エンジン速度測定手段によって決定された前記レシプロエン ジンの速度に応じてプログラムされるもの、 前記低域ろ波された加速度信号を受信しかつ改善された忠実度のメジアンろ波 された加速度信号を提供するプログラム可能なメジアンフィルタ手段であって、 該プログラム可能なメジアンフィルタは前記エンジン速度測定手段によって決定 されたレシプロエンジンの速度に応じたランクを有するもの、そして 前記改善された忠実度のメジアンろ波された加速度信号に応じて不点火指示を 提供する不点火決定手段、 を具備する改善された信号の忠実度を備えた伝導機構に固有のレシプロエンジ ンの加速度をベースとした不点火検 出システム。 ２６．さらに、前記レシプロエンジンの負荷を決定する手段を具備し、かつ前 記メジアンフィルタ手段のランクは前記決定されたレシプロエンジンの負荷に依 存する、請求項２５に記載のシステム。 ２７．前記プログラム可能なメジアンフィルタ手段のランクは前記決定された レシプロエンジンの負荷が増大するに応じて減少する、請求項２６に記載のシス テム。 ２８．改善された信号の忠実度を備えた伝導機構に固有のレシプロエンジンの 加速度をベースとした不点火検出システムであって、 前記伝導機構の加速度のふるまいを示す加速度信号を提供する加速度測定手段 、 前記レシプロエンジンの速度を示すエンジン速度信号を提供するエンジン速度 測定手段、 前記加速度信号を受けかつ低域ろ波された加速度信号を提供する次数をプログ ラム可能なローパスフィルタ手段であって、該次数をプログラム可能なローパス フィルタの次数は前記エンジン速度測定手段によって決定されたレシプロエンジ ンの速度に応じてプログラムされるもの、 前記低域ろ波された加速度信号を受信しかつハイパスおよびローパスろ波され た加速度信号を提供する次数をプログラム可能なハイパスフィルタ手段であって 、該次数をプログラム可能なハイパスフィルタの次数は前記レシプロエ ンジンの速度に依存するもの、そして 前記ハイパスおよびローパスろ波された加速度信号に依存する不点火指示を提 供する不点火決定手段、 を具備する改善された信号の忠実度を備えた伝導機構に固有のレシプロエンジ ンの加速度をベースとした不点火検出システム。 ２９．改善された信号の忠実度を備えた伝導機構に固有のレシプロエンジンの 加速度をベースとした不点火検出システムであって、 前記レシプロエンジンの速度を決定する速度センサ、 前記速度センサに結合され前記レシプロエンジンのトルクのふるまいを示す加 速度信号を提供する加速度決定装置、 前記速度センサによって決定される速度に応じたランクを有するメジアンフィ ルタであって、該メジアンフィルタは前記加速度決定装置によって提供される加 速度信号に応答してろ波された加速度信号を提供するもの、そして 前記ろ波された加速度信号に応じて不点火指示を提供する不点火検出器、 を具備する改善された信号の忠実度を備えた伝導機構に固有のレシプロエンジ ンの加速度をベースとした不点火検出システム。 ３０．さらに、レシプロエンジンの負荷の決定手段を備え、かつ前記メジアン フィルタのランクはさらに前記レシプロエンジンの負荷の決定手段によって決定 されるレシプ ロエンジンの負荷に依存する、請求項２９に記載のシステム。 ３１．改善された信号の忠実度を備えた伝導機構に固有のレシプロエンジンの 加速度をベースとした不点火検出システムであって、 速度センサに結合され前記レシプロエンジンのトルクのふるまいを示す加速度 信号を提供する加速度決定装置、 前記レシプロエンジンの動作条件を決定するセンサシステム、 前記加速度信号を受信しかつ低域ろ波された加速度信号を提供するローパスフ ィルタであって、次数をプログラム可能なローパスフィルタの次数は前記レシプ ロエンジンの決定された動作条件に応じてプログラムされるもの、 前記レシプロエンジンの前記決定された動作条件に応じたランクを有するメジ アンフィルタであって、該メジアンフィルタは前記ローパスフィルタによって提 供される前記低域ろ波された加速度信号に応じて改善された忠実度のメジアンろ 波された加速度信号を提供するもの、そして 前記改善された忠実度のメジアンろ波された加速度信号に応じて不点火を指示 する不点火検出器、 を具備する改善された信号の忠実度を備えた伝導機構に固有のレシプロエンジ ンの加速度をベースとした不点火検出システム。 ３２．前記センサシステムによって決定される動作条件 はエンジン速度である、請求項３１に記載のシステム。 ３３．前記センサシステムによって決定される動作条件はエンジン負荷である 、請求項３１に記載のシステム。 ３４．加速度をベースとした不点火検出方法であって、 第１のエンジン動作条件を決定しかつ次数選択を与える段階、 第２のエンジン動作条件を決定しかつランク選択を与える段階、 レシプロエンジンのトルクのふるまいを示す速度信号を提供する段階、 前記速度信号に応じてローパスフィルタから低域ろ波された速度信号を提供す る段階であって、該ローパスフィルタの次数は前記第１のエンジン動作条件を決 定する段階において提供される次数選択に依存するもの、 前記低域ろ波された速度信号に応じて加速度信号を提供する段階、 前記加速度信号に応じてメジアンフィルタから改善された忠実度のメジアンろ 波された加速度信号を提供する段階であって、該メジアンフィルタのランクは前 記第２のエンジン動作条件を決定する段階において与えられたランク選択に依存 するもの、 前記改善された忠実度のメジアンろ波された加速度信号に応じて不点火の指示 を提供する段階、 を具備する加速度をベースとした不点火検出方法。 ３５．前記第１のエンジン動作条件を決定する段階および前記第２のエンジン 動作条件を決定する段階はともにエンジン速度を決定する段階を含む、請求項３ ４に記載の方法。 ３６．前記第１のエンジン動作条件を決定する段階および前記第２のエンジン 動作条件を決定する段階はともにエンジン負荷を決定する段階を含む、請求項３ ４に記載の方法。 ３７．加速度をベースとした不点火検出システムであって、 第１のエンジン動作条件を決定しかつ次数選択を与える手段、 第２のエンジン動作条件を決定しかつランク選択を与える手段、 レシプロエンジンのトルクのふるまいを示す速度信号を提供する手段、 前記速度信号に応じてローパスフィルタから低域ろ波された速度信号を提供す る手段であって、前記ローパスフィルタの次数は前記第１のエンジン動作条件を 決定する段階において与えられた次数選択に依存するもの、 前記低域ろ波された速度信号に依存する加速度信号を提供する手段、 前記加速度信号に応じてメジアンフィルタから改善された忠実度のメジアンろ 波された加速度信号を提供する手段 であって、前記メジアンフィルタのランクは前記第２のエンジン動作条件を決定 する段階において与えられたランク選択に依存するもの、そして 前記改善された忠実度のメジアンろ波された加速度信号に応じて不点火指示を 提供する手段、 を具備する加速度をベースとした不点火検出システム。