JPH11303673A - 内燃機関用制御信号処理システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 特定の周波数成分を含む複数の周波数成分に
おける周波数解析により、少ないデータで正確な信号処
理を実行すること。 【解決手段】 ノックセンサ１，２で検出されるノック
信号Ｓ１，Ｓ２波形からゲート区間内の波形が取込ま
れ、Ａ／Ｄ変換器２２にて所定のタイミング毎にＡ／Ｄ
変換される。このＡ／Ｄ変換値を用いＤＳＰ２０にてフ
ーリエ変換による周波数解析され複数の周波数成分にお
けるスペクトル強度が求められる。このように、対応す
る周波数における少ないポイント数のＡ／Ｄ変換値を用
いた周波数解析結果としてのノック中心周波数を含む複
数の周波数成分におけるスペクトル強度によれば、ノッ
クの発生かノイズの重畳であるかの特徴が顕著に現れる
ため、内燃機関の運転状態を正確に判定することができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関で発生さ
れたノック信号に基づき各種制御のための信号処理を実
施する内燃機関用制御信号処理システムに関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】従来、内燃機関用制御信号処理システム
に関連する先行技術文献としては、特開平６−２８１５
２３号公報にて開示されたものが知られている。このも
のでは、ノック検出用信号（ノッキング波形）における
最大振幅波形を中心に特定範囲についてＦＦＴ周波数解
析を実行することで、比較的低速の演算処理としメモリ
容量を削減可能とする技術が示されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、ゲート区間
内でノック信号波形が所定のタイミング毎にＡ／Ｄ変換
されたＡ／Ｄ変換値を格納するＲＡＭ内から実際にノッ
クが発生している区間の例えば、１２８ポイントのＡ／
Ｄ変換値を用いたＦＦＴ周波数解析では、ポイント数が
少ないため処理時間は短縮される。ところが、ノック中
心周波数やサンプリング周波数がずれると所望のＦＦＴ
演算値（スペクトル強度）が得られないという不具合が
あった。

【０００４】そこで、この発明はかかる不具合を解決す
るためになされたもので、対応する周波数における少な
いポイント数のＡ／Ｄ変換値を用いた周波数解析により
正確な信号処理が実行できる内燃機関用制御信号処理シ
ステムの提供を課題としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１の内燃機関用制
御信号処理システムによれば、ノック検出手段で検出さ
れるノック信号波形から波形取込手段で所定区間の波形
が取込まれ、演算処理手段によって所定のタイミング毎
にＡ／Ｄ変換されたＡ／Ｄ変換値を用いフーリエ変換に
よる周波数解析され複数の周波数成分におけるスペクト
ル強度が求めらる。この周波数解析結果にはノックの発
生かノイズの重畳であるかの特徴が顕著に現れるため、
運転状態判定手段で内燃機関の運転状態を正確に判定す
ることができる。

【０００６】請求項２の内燃機関用制御信号処理システ
ムでは、演算処理手段にてＡ／Ｄ変換値のフーリエ変換
として特定の周波数成分に対してはＤＦＴアルゴリズム
によって正確なスペクトル強度、取込まれた周波数成分
の全般に対してはＦＦＴアルゴリズムによっておおよそ
のスペクトル強度がそれぞれ得られる。これにより、ノ
ックの発生かノイズの重畳であるかの特徴を少ないデー
タ数及び処理時間による周波数解析によって正確に得る
ことができる。

【０００７】請求項３の内燃機関用制御信号処理システ
ムでは、演算処理手段によるＤＦＴアルゴリズム及びＦ
ＦＴアルゴリズムで使用されるＡ／Ｄ変換値が同じであ
るためメモリ容量の増大を抑制することができ、システ
ム全体のコストアップを防ぐことができる。

【０００８】請求項４の内燃機関用制御信号処理システ
ムでは、演算処理手段によるＤＦＴアルゴリズムにおい
て、特定の周波数成分としてノック中心周波数における
スペクトル強度が求められる。即ち、ノックが発生して
いるときにはノック中心周波数におけるスペクトル強度
が大きく現れるのである。これにより、ノックの発生を
正確に判定することが可能となる。

【０００９】請求項５の内燃機関用制御信号処理システ
ムでは、演算処理手段によるＤＦＴアルゴリズムにおい
て、演算に用いられるデータ数が多いほど正確なスペク
トル強度を得ることができるため、特定の周波数成分の
スペクトル強度を求めるときにはメモリ容量のうち初期
設定値のままのデータも全て用いて周波数解析される。
これにより、特定の周波数成分の周波数成分のスペクト
ル強度を極めて正確に求めることができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を実施
例に基づいて説明する。

【００１１】図１は本発明の実施の形態の一実施例にか
かる内燃機関用制御信号処理システムにおけるＥＣＵ１
０の構成を示すブロック図である。なお、本実施例の内
燃機関（図示略）は＃１気筒〜＃６気筒のＶ型６気筒か
らなり各気筒の点火順序は＃１気筒→＃２気筒→＃３気
筒→＃４気筒→＃５気筒→＃６気筒である。

【００１２】図１において、図示しない内燃機関に配設
された２つのノックセンサ１，２にて各気筒毎に発生さ
れるノック信号Ｓ１，Ｓ２が検出され、ノックセンサ
１，２からのノック信号Ｓ１，Ｓ２が内燃機関に対する
周知の点火制御等を行う後述のＥＣＵ（Electronic Con
trol Unit:電子制御ユニット）１０に入力される。これ
らノック信号Ｓ１，Ｓ２は、ＥＣＵ１０内の対応するフ
ィルタ１１，１２を介してＭＰＸ(Multiplexer：多重化
装置）１３に入力される。ＥＣＵ１０の後述のホストＣ
ＰＵ３０からＭＰＸ１３へＭＰＸ切替信号が入力される
ことで、ＭＰＸ１３にてノック信号Ｓ１，Ｓ２が切替え
られ後述のノック検出処理に必要なノック検出用信号が
取出される。つまり、フィルタ１１，１２を介してノッ
ク検出の際に不要なノイズ成分がノック信号Ｓ１，Ｓ２
から除去されたのちＭＰＸ１３にてノック検出用信号と
される。

【００１３】更に、ノック検出用信号はＡＭＰ（Amplif
ier:アンプ）１４を介して増幅される。ＡＭＰ１４にて
増幅されたノック検出用信号は後述の周波数解析のため
ＥＣＵ１０のＤＳＰ（Digital Signal Processor）２０
内のＭＰＸ２１を介してＡ／Ｄ変換器２２に入力され
る。なお、このＤＳＰ２０は高速の乗算・加算処理可能
なＣＰＵと同等なものと見做すことができる。この他、
内燃機関の図示しない水温センサや吸気圧センサ等から
の各種センサ信号が必要に応じてＤＳＰ２０内のＭＰＸ
２１を介してＡ／Ｄ変換器２２に入力されている。

【００１４】上述のように前処理された各種信号成分
が、ＤＳＰ２０内のＡ／Ｄ変換器２２にてＡ／Ｄ変換さ
れ、ノック検出用Ａ／Ｄ変換値及びその他のＡ／Ｄ変換
値としてＲＡＭ２３の対応する記憶領域内にそれぞれ格
納される。なお、ＲＯＭ２４内には後述の各種制御プロ
グラムが予め格納されている。ここで、ノック検出用信
号を周波数解析するためには、乗算・加算処理を高速で
行う必要からＤＳＰ２０が用いられており、ノック検出
処理におけるＡ／Ｄ変換を行うためには高速処理可能な
Ａ／Ｄ変換器２２が用いられている。そして、ＤＳＰ２
０内の演算処理部２５によるノック検出処理にて、周波
数解析及びノック判定され、ＤＭＡ（Direct Memory Ac
cess）２６を介してＤＳＰ２０側からホストＣＰＵ３０
側へ転送される。なお、演算処理部２５からのゲート区
間信号に基づきＡ／Ｄ変換器２２によるＡ／Ｄ変換が実
行される。また、ＤＭＡ２６はＩ／Ｏ（Input/Output）
ポートであってもよい。ＥＣＵ１０内のホストＣＰＵ３
０では、ＤＳＰ２０からの出力値に基づき＃１気筒〜＃
６気筒の点火コイル／イグナイタ（図示略）に点火指令
信号＃１ＩＧＴ〜＃６ＩＧＴが出力インタフェース３１
を介して出力され、周知の点火制御が実施される。

【００１５】次に、本実施例にかかる内燃機関用制御信
号処理システムを適用しノック検出用信号を抽出しノッ
ク判定する場合について、図２、図３及び図４を参照し
詳細に説明する。ここで、図２は各種信号等の遷移状態
を示すタイムチャート、図３は図２のゲート区間とノッ
ク検出用信号との関係を示す拡大図、図４は図３のＡ／
Ｄ変換タイミングに応じて格納されるＲＡＭ値を示す説
明図である。

【００１６】図２において、例えば、内燃機関の＃１気
筒の＃１ＴＤＣ(Top Dead Center：上死点）を過ぎてノ
ックが発生しているとノックセンサ１からのノック信号
Ｓ１として所望の波形が現出される。そして、ＭＰＸ切
替信号によりＭＰＸ１３でノックセンサ１が選択される
ことでＭＰＸ切替によるノック検出用信号が得られる。
ＤＳＰ２０の演算処理部２５からＡ／Ｄ変換器２２に出
力されるゲート区間信号に基づきＡ／Ｄ変換器２２によ
ってノック検出用信号が順次Ａ／Ｄ変換され、後述する
ように、所定のタイミングにてＲＡＭ２３内の記憶領域
にＲＡＭ値（ノック検出用Ａ／Ｄ変換値）として格納さ
れる。

【００１７】なお、このゲート区間信号によるゲート区
間は、通常ＡＴＤＣ(After Top Dead Center：上死点
後）１５°ＣＡ(Crank Angle：クランク角）でＬｏｗか
らＨｉｇｈと立上がり、ＡＴＤＣ６０°ＣＡ〜ＡＴＤＣ
９０°ＣＡでＨｉｇｈからＬｏｗと立下がる。このゲー
ト区間がＨｉｇｈとなる区間を含むようにＭＰＸ１３が
切替えられノックセンサ１選択とされる。このゲート区
間がＨｉｇｈとなる区間にてノック検出用信号のＡ／Ｄ
変換値が順次取込まれる。そして、ゲート区間がＨｉｇ
ｈからＬｏｗとなった直後に後述の周波数解析処理が実
行され、そののちノック判定処理が実行される。

【００１８】図３に示すように、ゲート区間内のノック
検出用信号がＡ／Ｄ変換タイミング毎に例えば、ＡＤ
(0) ，ＡＤ(1) ，…，ＡＤ(140) ，ＡＤ(141) ，…，Ａ
Ｄ(291) ，ＡＤ(292) と順次Ａ／Ｄ変換される。ここ
で、図３の時刻ｔ1 ，ｔ2 ，ｔ3，ｔ4 において、ＤＳ
Ｐ２０のＲＡＭ２３内には図４（ａ），図４（ｂ），図
４（ｃ），図４（ｄ）に示すＲＡＭ値が格納される。

【００１９】図４（ａ）に示す図３の時刻ｔ1 では、Ｒ
ＡＭ値にはアドレス＄１０００，…，＄１０ＦＦ，…と
して全て初期値の「０」が格納されている。そして、図
４（ｂ）に示す図３の時刻ｔ2 では、ＲＡＭ値にはアド
レス＄１０００，…，＄１０ＦＦ，…のうち、アドレス
＄１０００のデータとしてＡＤ(0) 、アドレス＄１００
１のデータとしてＡＤ(1) 、アドレス＄１００２のデー
タとしてＡＤ(2) が格納される。また、図４（ｃ）に示
す図３の時刻ｔ3 では、ＲＡＭ値にはアドレス＄１００
０，…，＄１１００，＄１１０１，…のうち、アドレス
＄１０００のデータとしてＡＤ(0) 、…、アドレス＄１
１００のデータとしてＡＤ(256) 、アドレス＄１１０１
のデータとしてＡＤ(257) が格納される。

【００２０】そして、図４（ｄ）に示す図３の時刻ｔ4
では、ＲＡＭ値にはアドレス＄１０００，…，＄１１２
３，＄１１２４，…のうち、アドレス＄１０００のデー
タとしてＡＤ(0) 、…、アドレス＄１１２３のデータと
してＡＤ(291) 、アドレス＄１１２４のデータとしてＡ
Ｄ(292) が格納され、アドレス＄１１２５以下の各デー
タとしては「０」のままである。したがって、図４
（ｄ）に示す時刻ｔ4 におけるＲＡＭ値には、図３に示
すＡ／Ｄ変換タイミングにて、アドレス＄１０００のデ
ータとしてＡＤ(0) からアドレス＄１１２４のデータと
してＡＤ(292) までの計２９３個が格納されることとな
る。

【００２１】次に、ＦＦＴ周波数解析おいて、対応する
周波数（取扱周波数域）におけるポイント数の多少によ
る相違について図５を参照して説明する。

【００２２】図５に示すように、ＦＦＴ周波数解析にお
いて、対応する周波数を５０〔ｋＨｚ〕としたとき、ポ
イント数Ｎ（２０４８，１０２４，…）が多いほど細か
い周波数間隔Δｆを取ることができ、即ち、細かい周波
数間隔ΔｆのＦＦＴ周波数解析結果を得ることができ
る。ここで、周波数間隔Δｆとノック検出用信号のサン
プリング周期ｆt とポイント数Ｎとには次式（１）の関
係がある。

【００２３】

【数１】 Δｆ＝ｆt ／Ｎ ・・・（１） つまり、ポイント数Ｎを少なくすれば、ＦＦＴ周波数解
析のための周波数間隔Δｆは広くなる。一方、周波数間
隔Δｆを狭くするには、サンプリング周期ｆtを小さく
することも考えられるが、周知のサンプリング定理によ
りサンプリング周期ｆt は信号の２倍以上必要であるこ
とから例えば、２５〔ｋＨｚ〕までの信号が必要であれ
ば５０〔ｋＨｚ〕でサンプリングする必要から小さくで
きない。

【００２４】例えば、図５に示すように、対応する周波
数５０〔ｋＨｚ〕で２０４８ポイントによるＦＦＴ２０
４８（Δｆ≒２４〔Ｈｚ〕）の時にはノック中心周波数
ｆ0に対応するＦＦＴ演算値が存在するが、１０２４ポ
イントによるＦＦＴ１０２４以下の時にはノック中心周
波数ｆ0 に対応するＦＦＴ演算値が存在しないこととな
る。このため、２５６ポイントによるＦＦＴ２５６（Δ
ｆ≒１９６〔Ｈｚ〕）の時にはノック中心周波数ｆ0 の
近傍のポイントｆa またはポイントｆb によるＦＦＴ演
算値を使用するしかないこととなる。

【００２５】図５の関係について、図６及び図７〜図９
を参照して更に詳しく説明する。なお、図６は対応する
周波数５０〔ｋＨｚ〕でポイント数を無限とする無限ポ
イント時のＦＦＴ演算値と対応する周波数５０〔ｋＨ
ｚ〕でポイント数が有限なＦＦＴ２０４８（ＦＦＴ演算
値が２０４８個）〜ＦＦＴ１２８（ＦＦＴ演算値が１２
８個）との関係を示す。また、図７〜図９は対応する周
波数５０〔ｋＨｚ〕におけるポイント数の多少とＦＦＴ
周波数解析によるスペクトル強度分布を示す。

【００２６】図６に示すように、ノック中心周波数ｆ0
に対応するスペクトル強度（ＦＦＴ演算値）であるＦＦ
Ｔ0 がＦＦＴ２０４８の時以外ではポイント数が少ない
ため得られないのである。このため、ＦＦＴ２５６の時
にはノック中心周波数ｆ0 の近傍のポイントｆa におけ
るＦＦＴ演算値ＦＦＴa またはポイントｆb におけるＦ
ＦＴ演算値ＦＦＴb を使用するしかないこととなる。

【００２７】図７に示すように、対応する周波数５０
〔ｋＨｚ〕におけるポイント数が２０４８の時でＦＦＴ
２０４８と多いときにはＦＦＴ演算のＭＡＸ（最大）値
がノック中心周波数ｆ0 に対応するスペクトル強度（Ｆ
ＦＴ演算値）として得られている。これに対して、図８
に示すように、対応する周波数５０〔ｋＨｚ〕における
ポイント数が１２８の時でＦＦＴ１２８と少ないときに
は、本来のＭＡＸ値としてのノック中心周波数ｆ0 に対
応するスペクトル強度（ＦＦＴ演算値）が得られていな
い。

【００２８】ところで、図９に示すように、図８と同じ
ＦＦＴ１２８であっても、ノック中心周波数ｆ0 やサン
プリング周波数が多少ずれることで、ＦＦＴ演算のＭＡ
Ｘ値がノック中心周波数ｆ0 に対応するスペクトル強度
として得られることもある。即ち、図８及び図９に示す
ように、同じ大きさのノック検出用信号に対して、ＦＦ
Ｔ演算のＭＡＸ値がノック中心周波数ｆ0 に対応するス
ペクトル強度として得られたり、得られなかったりする
と正確なノック判定ができないこととなる。

【００２９】そこで、本実施例では、図１０及び図１１
に示すように、対応する周波数５０〔ｋＨｚ〕における
ポイント数が１２８の時でＦＦＴ１２８（ＦＦＴ演算値
が１２８個）を求め、かつノック中心周波数ｆ0 に対応
するスペクトル強度はＤＦＴ周波数解析により求める。
つまり、ノック中心周波数ｆ0 の近傍におけるスペクト
ル強度はノック中心周波数ｆ0 やサンプリング周波数の
多少のずれにより大きく変化するためＦＦＴ演算値より
推定することができない。これに対して、ノック中心周
波数ｆ0 以外のスペクトル強度はサンプリング周波数が
多少ずれても大きく変化しないためその近傍のＦＦＴ演
算値より推定することができる。したがって、ノック中
心周波数ｆ0 に対応するスペクトル強度はＦＦＴ周波数
解析によらず別にＤＦＴ周波数解析により求めること
で、対応する周波数５０〔ｋＨｚ〕におけるポイント数
を少なくしてもノック検出用信号に対する周波数解析が
正確に実行できるのである。

【００３０】なお、ＤＦＴ周波数解析で使用するノック
中心周波数ｆ0 値は、ＤＭＡ２６通信でホストＣＰＵ３
０から送信されてくるようにしてもよい。これにより、
内燃機関が異なる場合でも、ＤＳＰ２０の共通化が行え
る。また、ノック中心周波数ｆ0 を学習し補正するよう
にしてもよい。これにより、ノック検出精度を向上する
ことができる。

【００３１】次に、図３の時刻ｔ4 のＲＡＭ値に対する
周波数解析及びノック判定における具体的な手順を示す
図１２及び図１３を参照して説明する。

【００３２】上述したように、図４（ｄ）に示す時刻ｔ
4 のＲＡＭ値には、アドレス＄１０００のデータとして
ＡＤ(0) からアドレス＄１１２４のデータとしてＡＤ(2
92)までの計２９３個が格納され、アドレス＄１１２５
以降のデータとして「０」が格納されている。

【００３３】従来の周波数解析では、図１２の上段に示
すように、対応する周波数５０〔ｋＨｚ〕におけるポイ
ント数が１２８個で、格納されているＲＡＭ値の最大値
を含むように切出し、その１２８個のＲＡＭ値に基づき
ＦＦＴ周波数解析が実行される。そして、ＦＦＴ周波数
解析後では、アドレス＄００００のデータとしてＦＦＴ
０からアドレス＄００７ＦのデータとしてＦＦＴ１２７
が得られる。ところが、図８に示すようにＦＦＴ演算の
ＭＡＸ値がノック中心周波数ｆ0 に対応するスペクトル
強度として図８に示すように得られなかったり、図９に
示すように得られたりするため、周波数解析結果に基づ
き正確にノック判定することができなかった。

【００３４】これに対して、本実施例の周波数解析で
は、図１２の上段に示すように、従来と同様、対応する
周波数５０〔ｋＨｚ〕におけるポイント数が１２８個
で、格納されているＲＡＭ値の最大値を含むように切出
し、その１２８個のＲＡＭ値に基づきＦＦＴ周波数解析
が実行される。更に、図１２の下段に示すように、ＦＦ
Ｔ周波数解析に用いるため切出された１２８個のＲＡＭ
値のデータを含み２０４８個のデータによるＤＦＴ周波
数解析（ＤＦＴ２０４８）が実行される。このとき、１
９２０個（＝２０４８−１２８）のデータは「０」であ
ると仮定する。

【００３５】ポイント数が２０４８個（Ｎ＝２０４８）
であるとき、ノック中心周波数ｆ0のＤＦＴ演算値は以
下のようにして算出される。ｒ個目のＤＦＴ演算値＝
（Ａ²＋Ｂ² ）^1/2 となる。但し、Ａ＋ｊＢは次式
（２）にて表される。

【００３６】

【数２】 Ａ＋ｊＢ＝｛Ｗ(0) ×ＡＤ(0) ｝＋｛Ｗ(1) ×ＡＤ(1) ｝＋・・・ ＋｛Ｗ(a) ×ＡＤ(a) ｝＋・・・ ＋｛Ｗ(2046)×ＡＤ(2046)｝＋｛Ｗ(2047)×ＡＤ(2047)｝ ・・・（２） ここで、Ｗ(a) は次式（３）にて表される。ここで、ｃ
ｏｓ（２π・ｒ・ａ／Ｎ）は実部を表し、ｊｓｉｎ（２
π・ｒ・ａ／Ｎ）は虚部を表す。なお、０≦ａ≦２０４
７であり、サンプリング周波数がｆｔ及びノック中心周
波数ｆ0 のときｒ＝ｆ0 ／（ｆｔ／Ｎ）である。

【００３７】

【数３】 Ｗ(a) ＝ｃｏｓ（２π・ｒ・ａ／Ｎ）−ｊｓｉｎ（２π・ｒ・ａ／Ｎ） ・・・（３） したがって、通常におけるＡ＋ｊＢの演算では乗算回数
が２Ｎ＝４０９６となる。しかし、本実施例では、ＡＤ
(47)〜ＡＤ(174) の１２８個のデータしか用いておら
ず、それ以外のＡＤ(a) は全て「０」であるため、Ｗ
(a) ×ＡＤ(a) ＝０となる。このため、ポイント数が２
０４８個であってもＡＤ(47)〜ＡＤ(174) の１２８個だ
け用いるのと同様、即ち、本実施例におけるＡ＋ｊＢの
演算では、乗算回数は２５６（＝１２８×２）回とな
り、大幅に演算処理を短縮することができる。このよう
な、ＦＦＴ周波数解析及びＤＦＴ周波数解析結果に基づ
き正確にノック判定される。

【００３８】また、本実施例の周波数解析の変形例で
は、図１３の上段に示すように、従来と同様、対応する
周波数５０〔ｋＨｚ〕におけるポイント数が１２８個
で、格納されているＲＡＭ値の最大値を含むように切出
し、その１２８個のＲＡＭ値に基づきＦＦＴ周波数解析
が実行される。更に、図１３の下段に示すように、ＦＦ
Ｔ周波数解析に用いるため切出された１２８個のＲＡＭ
値のデータを含み２０４８個のデータによるＤＦＴ周波
数解析が実行される。このとき、取込まれた２９３個の
データと初期値「０」のままの１７５５個のデータとか
らなる２０４８個のデータによるＤＦＴ周波数解析が実
行される。この場合におけるＡ＋ｊＢの演算でも、乗算
回数は５８６（＝２９３×２）回となり、大幅に演算処
理を短縮することができる。このような、ＦＦＴ周波数
解析及びＤＦＴ周波数解析結果に基づき正確にノック判
定される。

【００３９】上記実施例では、ノック・ノイズ判定のた
め２５〔ｋＨｚ〕までの信号成分が必要であるため、Ｆ
ＦＴ周波数解析では取扱周波数域を０〜５０〔ｋＨｚ〕
とするＦＦＴ１２８が実行され、ＤＦＴ周波数解析でも
取扱周波数域を０〜５０〔ｋＨｚ〕とするＤＦＴ２０４
８が実行されているが、ノック中心周波数ｆ0 を６〜８
〔ｋＨｚ〕とした場合、例えば、ＤＦＴ周波数解析では
取扱周波数域を０〜１６〔ｋＨｚ〕とするＤＦＴ１０２
４が実行されるようにしてもよい。つまり、ＦＦＴ周波
数解析及びＤＦＴ周波数解析における取扱周波数域を替
えてもよい。

【００４０】次に、本発明の実施の形態の一実施例にか
かる内燃機関用制御信号処理システムで使用されている
ＥＣＵ１０内のＤＳＰ２０におけるノック検出のベース
制御の処理手順を示す図１４のフローチャートに基づい
て説明する。

【００４１】図１４において、ステップＳ１０１でゲー
ト区間信号によるＡ／Ｄ変換器２２のゲートＯＮ（オ
ン）タイミングであるかが判定される。ステップＳ１０
１の判定条件が成立、即ち、ゲートＯＦＦ（オフ）から
ＯＮと立上がるゲート区間の開始時であるときにはま
ず、ステップＳ１０２に移行し、ＲＡＭ２３内のノック
検出用Ａ／Ｄ変換値の記憶領域の初期化が実行される。
次にステップＳ１０３に移行して、Ａ／Ｄ変換値の数を
カウントするカウンタが初期値の「０」にリセットされ
る。次にステップＳ１０４に移行して、ゲートＯＮとさ
れる。そして、ステップＳ１０５に移行し、ゲート区間
中におけるＡ／Ｄ変換値の取込みが開始されたのち、ス
テップＳ１０１に戻る。

【００４２】このステップＳ１０１では、ゲートＯＮタ
イミングでないためステップＳ１０６に移行し、ゲート
ＯＦＦタイミングであるかが判定される。ステップＳ１
０６の判定条件が成立、即ち、ゲートＯＮからＯＦＦと
立下がるゲート区間の終了時となるまで待って、ステッ
プＳ１０７に移行する。ステップＳ１０７では、ゲート
ＯＦＦとされたのち、ステップＳ１０８に移行し、Ａ／
Ｄ変換値の取込みが終了される。次にステップＳ１０９
に移行して、Ａ／Ｄ変換値（図４（ｄ）に示す時刻ｔ4
のＲＡＭ値参照）による後述のＦＦＴ周波数解析処理及
びＤＦＴ周波数解析処理が実行される。次にステップＳ
１１０に移行して、ステップＳ１０９のＦＦＴ周波数解
析及びＤＦＴ周波数解析結果による後述のノック判定処
理が実行されたのちステップＳ１０１に戻り、以下同様
の処理が繰返し実行される。

【００４３】次に、図１４のステップＳ１０９における
Ａ／Ｄ変換値による周波数解析の処理手順を示す図１５
のフローチャートに基づいて説明する。

【００４４】図１５において、まず、ステップＳ２０１
でＲＡＭ２３に格納された全ＲＡＭ値から２ⁿ 個の波形
が切出される。次にステップＳ２０２に移行して、周知
のＦＦＴ演算処理が実行される。次にステップＳ２０３
に移行して、ノック中心周波数ｆ0 のＤＦＴ演算処理が
実行され本ルーチンを終了する。

【００４５】次に、図１４のステップＳ１１０における
ノック判定の処理手順を示す図１６のフローチャートに
基づき、図１７を参照して説明する。ここで、図１７は
対応する周波数におけるスペクトル強度の分布例を示す
説明図である。

【００４６】図１６において、ステップＳ３０１でノッ
ク中心周波数ｆ0 のＤＦＴ演算値がＲ０、周波数（ｆ0
＋α）のＦＦＴ演算値がＲ１、周波数（ｆ0 −β）のＦ
ＦＴ演算値がＲ２とされる。次にステップＳ３０２に移
行して、周波数（ｆ0 −β）のＦＦＴ演算値Ｒ２が予め
設定された判定値Ｎ１を越えているかが判定される。ス
テップＳ３０２の判定条件が成立、即ち、周波数（ｆ0
−β）のＦＦＴ演算値Ｒ２が判定値Ｎ１を越え大きく、
図１７（ｄ）に示すような関係にあるときにはステップ
Ｓ３０３に移行し、ノイズと判定され本ルーチンを終了
する。

【００４７】一方、ステップＳ３０２の判定条件が成立
せず、即ち、周波数（ｆ0 −β）のＦＦＴ演算値Ｒ２が
判定値Ｎ１以下と小さいときにはステップＳ３０４に移
行し、ノック中心周波数ｆ0 のＤＦＴ演算値Ｒ０が予め
設定された判定値Ｋ１を越えているかが判定される。ス
テップＳ３０４の判定条件が成立、即ち、ノック中心周
波数ｆ0 のＤＦＴ演算値Ｒ０が判定値Ｋ１を越え大きい
ときにはステップＳ３０５に移行し、ノック中心周波数
ｆ0 のＤＦＴ演算値Ｒ０から周波数（ｆ0 ＋α）のＦＦ
Ｔ演算値Ｒ１を減算した値が予め設定された判定値Ｋ２
を越えているかが判定される。ステップＳ３０５の判定
条件が成立、即ち、ノック中心周波数ｆ0 のＤＦＴ演算
値Ｒ０が周波数（ｆ0 ＋α）のＦＦＴ演算値Ｒ１に判定
値Ｋ２を加算した値より大きく、図１７（ｂ）に示すよ
うな関係にあるときにはステップＳ３０６に移行し、ノ
ック大と判定され本ルーチンを終了する。

【００４８】一方、ステップＳ３０５の判定条件が成立
せず、即ち、ノック中心周波数ｆ0のＤＦＴ演算値Ｒ０
から周波数（ｆ0 ＋α）のＦＦＴ演算値Ｒ１を減算した
値が判定値Ｋ２以下であるときにはステップＳ３０７に
移行し、更に、ノック中心周波数ｆ0 のＤＦＴ演算値Ｒ
０から周波数（ｆ0 ＋α）のＦＦＴ演算値Ｒ１を減算し
た値が予め設定された判定値Ｋ３を越えているかが判定
される。ここで、判定値Ｋ３は判定値Ｋ２より小さな値
とする。ステップＳ３０７の判定条件が成立、即ち、ノ
ック中心周波数ｆ0 のＤＦＴ演算値Ｒ０が周波数（ｆ0
＋α）のＦＦＴ演算値Ｒ１に判定値Ｋ３を加算した値よ
り大きく、図１７（ｃ）に示すような関係にあるときに
はステップＳ３０８に移行し、ノック小と判定され本ル
ーチンを終了する。一方、ステップＳ３０４の判定条件
が成立せず、即ち、ノック中心周波数ｆ0 のＤＦＴ演算
値Ｒ０が所定値Ｋ１以下と小さく、図１７（ａ）に示す
ような関係にあるとき、またはステップＳ３０７の判定
条件が成立せず、即ち、ノック中心周波数ｆ0 のＤＦＴ
演算値Ｒ０が周波数（ｆ0 ＋α）のＦＦＴ演算値Ｒ１に
判定値Ｋ３を加算した値以下と小さいときにはステップ
Ｓ３０９に移行し、ノックなしと判定され本ルーチンを
終了する。

【００４９】このように、本実施例の内燃機関用制御信
号処理システムは、内燃機関で発生されるノック信号Ｓ
１，Ｓ２波形を検出するノック検出手段としてのノック
センサ１，２と、ノックセンサ１，２で検出されるノッ
ク信号Ｓ１，Ｓ２波形から所定区間であるゲート区間内
の波形を取込むＥＣＵ１０にて達成される波形取込手段
と、前記波形取込手段で取込まれた波形が所定のタイミ
ング毎にアナログ−ディジタル変換されたＡ／Ｄ変換値
のフーリエ変換による周波数解析を行い複数の周波数成
分におけるスペクトル強度を求めるＥＣＵ１０にて達成
される演算処理手段と、前記演算処理手段による周波数
解析結果に基づき内燃機関の運転状態を判定するＥＣＵ
１０にて達成される運転状態判定手段とを具備するもの
である。

【００５０】したがって、ノックセンサ１，２で検出さ
れるノック信号Ｓ１，Ｓ２波形からゲート区間内の波形
が取込まれ、Ａ／Ｄ変換器２２にて所定のタイミング毎
にＡ／Ｄ変換されたＡ／Ｄ変換値を用いＥＣＵ１０内の
ＤＳＰ２０にてフーリエ変換による周波数解析され複数
の周波数成分におけるスペクトル強度が求められ、その
結果にて内燃機関の運転状態が判定される。即ち、ノッ
クセンサ１，２で検出されるノック信号Ｓ１，Ｓ２波形
のうちゲート区間内の波形がＡ／Ｄ変換されディジタル
化され、それらのフーリエ変換による周波数解析で複数
の周波数成分のスペクトル強度が得られる。これによ
り、ノックの発生かノイズの重畳であるかの特徴がその
周波数解析結果に顕著に現れるため、内燃機関の運転状
態を正確に判定することができる。

【００５１】また、本実施例の内燃機関用制御信号処理
システムは、ＥＣＵ１０にて達成される演算処理手段で
Ａ／Ｄ変換値のフーリエ変換として特定の周波数成分に
対してはＤＦＴアルゴリズムを用い、それ以外の周波数
成分に対してはＦＦＴアルゴリズムを用いるものであ
る。つまり、Ａ／Ｄ変換値のフーリエ変換として特定の
周波数成分に対してはＤＦＴアルゴリズムによって正確
なスペクトル強度、取込まれた周波数成分の全般に対し
てはＦＦＴアルゴリズムによっておおよそのスペクトル
強度がそれぞれ得られる。これにより、ノックの発生か
ノイズの重畳であるかの特徴を少ないデータ数及び処理
時間による周波数解析によって正確に得ることができ
る。

【００５２】そして、本実施例の内燃機関用制御信号処
理システムは、ＥＣＵ１０にて達成される演算処理手段
がＤＦＴアルゴリズムとＦＦＴアルゴリズムとで同じＡ
／Ｄ変換値を使用するものである。これにより、ＤＳＰ
２０内のＲＡＭ２３のメモリ容量の増大を抑制すること
ができ、システム全体のコストアップを防ぐことができ
る。

【００５３】更に、本実施例の内燃機関用制御信号処理
システムは、ＥＣＵ１０内のＤＳＰ２０にて達成される
演算処理手段がＤＦＴアルゴリズムにおける特定の周波
数成分をノック中心周波数ｆ0 とするものである。つま
り、ノックが発生しているときには予め分かっている特
定の周波数成分であるノック中心周波数ｆ0 におけるス
ペクトル強度が大きく現れるため、このノック中心周波
数ｆ0 におけるスペクトル強度がＤＦＴアルゴリズムに
よって正確に求められる。これにより、ノックの発生を
正確に判定することが可能となる。

【００５４】更にまた、本実施例の内燃機関用制御信号
処理システムは、ＥＣＵ１０にて達成される演算処理手
段がＤＦＴアルゴリズムで使用するデータ数を取込まれ
た前記Ａ／Ｄ変換値より多くするものである。つまり、
ＤＦＴアルゴリズムにおいては、演算に用いられるデー
タ数が多いほど正確なスペクトル強度を得ることができ
るため、ＲＡＭ２３内の記憶領域のうちＡ／Ｄ変換値が
格納されていない初期設定値「０」のままのデータも全
て用いて周波数解析される。これにより、ノック中心周
波数ｆ0 におけるスペクトル強度を極めて正確に求める
ことができる。

【００５５】ところで、上記実施例では、内燃機関で発
生されるノック信号波形をノックセンサ１，２にて検出
しているが、本発明を実施する場合には、これに限定さ
れるものではなく、周知の各気筒に配設された点火プラ
グを利用したイオン電流検出回路を用いてノック信号波
形を検出してもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】 図１は本発明の実施の形態の一実施例にかか
る内燃機関用制御信号処理システムにおけるＥＣＵの構
成を示すブロック図である。

【図２】 図２は本発明の実施の形態の一実施例にかか
る内燃機関用制御信号処理システムにおける各種信号等
の遷移状態を示すタイムチャートである。

【図３】 図３は図２のゲート区間とノック検出用信号
との関係を示す拡大図である。

【図４】 図４は図３のＡ／Ｄ変換タイミングに応じて
格納されるＲＡＭ値を示す説明図である。

【図５】 図５は本発明の実施の形態の一実施例にかか
る内燃機関用制御信号処理システムによるＦＦＴ周波数
解析で対応する周波数におけるポイント数の多少とノッ
ク中心周波数との関係を示す説明図である。

【図６】 図６は本発明の実施の形態の一実施例にかか
る内燃機関用制御信号処理システムによるＦＦＴ周波数
解析で無限ポイント時または有限ポイント時とノック中
心周波数との関係を示す説明図である。

【図７】 図７は本発明の実施の形態の一実施例にかか
る内燃機関用制御信号処理システムによるＦＦＴ周波数
解析でポイント数が多いときのスペクトル強度分布とノ
ック中心周波数位置とを示す説明図である。

【図８】 図８は本発明の実施の形態の一実施例にかか
る内燃機関用制御信号処理システムによるＦＦＴ周波数
解析でポイント数が少ないときのスペクトル強度分布と
ノック中心周波数位置とを示す説明図である。

【図９】 図９は図８でノック中心周波数位置またはサ
ンプリング周波数がずれたときのスペクトル強度分布と
ノック中心周波数位置とを示す説明図である。

【図１０】 図１０は本発明の実施の形態の一実施例に
かかる内燃機関用制御信号処理システムにおける周波数
解析によるノック発生時のスペクトル強度の分布例を示
す説明図である。

【図１１】 図１１は本発明の実施の形態の一実施例に
かかる内燃機関用制御信号処理システムにおける周波数
解析によるノイズ重畳時のスペクトル強度の分布例を示
す説明図である。

【図１２】 図１２は図３の時刻ｔ4 のＲＡＭ値に対す
る周波数解析及びノック判定における具体的な手順を示
す説明図である。

【図１３】 図１３は図１２の変形例を示す説明図であ
る。

【図１４】 図１４は本発明の実施の形態の一実施例に
かかる内燃機関用制御信号処理システムで使用されてい
るＥＣＵ内のＤＳＰにおけるノック検出のベース制御の
処理手順を示すフローチャートである。

【図１５】 図１５は図１４のＡ／Ｄ変換値による周波
数解析の処理手順を示すフローチャートである。

【図１６】 図１６は図１４の周波数解析結果によるノ
ック判定の処理手順を示すフローチャートである。

【図１７】 図１７は本発明の実施の形態の一実施例に
かかる内燃機関用制御信号処理システムによる対応する
周波数におけるスペクトル強度の分布例を示す説明図で
ある。

【符号の説明】

１，２ ノックセンサ １０ ＥＣＵ（電子制御ユニット） ２０ ＤＳＰ（ディジタルシグナルプロセッサ） ２２ Ａ／Ｄ変換器 ２３ ＲＡＭ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関で発生されるノック信号波形を
   検出するノック検出手段と、 前記ノック検出手段で検出される前記ノック信号波形か
   ら所定区間の波形を取込む波形取込手段と、 前記波形取込手段で取込まれた波形が所定のタイミング
   毎にアナログ−ディジタル変換されたＡ／Ｄ変換値のフ
   ーリエ変換による周波数解析を行い複数の周波数成分に
   おけるスペクトル強度を求める演算処理手段と、 前記演算処理手段による周波数解析結果に基づき前記内
   燃機関の運転状態を判定する運転状態判定手段とを具備
   することを特徴とする内燃機関用制御信号処理システ
   ム。
2. 【請求項２】 前記演算処理手段は、前記Ａ／Ｄ変換値
   のフーリエ変換として特定の周波数成分に対してはＤＦ
   Ｔ（Discrete Fourier Transform：離散フーリエ変換）
   アルゴリズムを用い、それ以外の周波数成分に対しては
   ＦＦＴ（FastFourier Transform：高速フーリエ変換）
   アルゴリズムを用いることを特徴とする請求項１に記載
   の内燃機関用制御信号処理システム。
3. 【請求項３】 前記演算処理手段は、前記ＤＦＴアルゴ
   リズムと前記ＦＦＴアルゴリズムとで同じ前記Ａ／Ｄ変
   換値を使用することを特徴とする請求項２に記載の内燃
   機関用制御信号処理システム。
4. 【請求項４】 前記演算処理手段は、前記ＤＦＴアルゴ
   リズムにおける特定の周波数成分をノック中心周波数と
   することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関用制御
   信号処理システム。
5. 【請求項５】 前記演算処理手段は、前記ＤＦＴアルゴ
   リズムで使用するデータ数が取込まれた前記Ａ／Ｄ変換
   値より多いことを特徴とする請求項２乃至請求項４の何
   れか１つに記載の内燃機関用制御信号処理システム。