JPWO2019225072A1 - 物理量検出装置 - Google Patents
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Abstract
Description
以下、図1〜図12−2を参照して、本発明に係る物理量検出装置の実施の形態を説明する。以下に説明する発明を実施するための形態は、実際の製品として要望されている種々の課題を解決しており、特に車両の吸入空気の物理量を検出する検出装置として使用するために望ましい色々な課題を解決し、種々の効果を奏している。下記実施の形態が解決している色々な課題の内の一つが、上述した発明が解決しようとする課題の欄に記載した内容であり、また下記実施の形態が奏する種々の効果のうちの1つが、発明の効果の欄に記載された効果である。下記実施の形態が解決している色々な課題について、さらに下記実施の形態により奏される種々の効果について、下記実施の形態の説明の中で述べる。したがって、下記実施の形態の中で述べる実施の形態が解決している課題や効果は、発明が解決しようとする課題の欄や発明の効果の欄の内容以外の内容についても記載されている。
図1は、本発明に係る物理量検出装置300を含む電子燃料噴射方式の内燃機関制御システムSの構成図である。内燃機関制御システムSでは、被計測流体30である吸入空気は、エンジンシリンダ112とエンジンピストン114を備える内燃機関110の動作に基づき以下のように移動する。すなわち被計測流体30は、まずエアクリーナ122から吸入され、主通路124であるたとえば吸気ボディ、スロットルボディ126、および吸気マニホールド128を介してエンジンシリンダ112の燃焼室に導かれる。
エアクリーナ122から取り込まれ主通路124を流れる吸入空気である被計測流体30の流量、温度、湿度、圧力などの物理量が物理量検出装置300により検出される。物理量検出装置300から吸入空気の物理量を表す電気信号が制御装置200に入力される。スロットルバルブ132の開度を計測するスロットル角度センサ144の出力が制御装置200に入力される。内燃機関のエンジンピストン114、吸気弁116、および排気弁118の位置や状態が制御装置200に入力される。制御装置200にはさらに、内燃機関の回転速度を計測するために、回転角度センサ146の出力が入力される。排気ガス24の状態から燃料量と空気量との混合比の状態を計測するために、酸素センサ148の出力が制御装置200に入力される。
内燃機関の主要な制御量である燃料供給量や点火時期はいずれも物理量検出装置300の出力を主パラメータとして演算される。そのため、物理量検出装置300の検出精度の向上、経時変化の抑制、および信頼性の向上が、車両の制御精度の向上や信頼性の確保に関して重要である。
2.1 物理量検出装置300の外観構造
図2−1は、物理量検出装置300の断面図である。物理量検出装置300は、ハウジング302を備えている。ハウジング302は、合成樹脂製材料をモールド成形することにより構成される。ハウジング302は、物理量検出装置300を主通路124である吸気ボディに固定するためのフランジ311と、フランジ311から突出して外部機器との電気的な接続を行うためのコネクタを有する外部接続部321と、フランジ311から主通路124の中心に向かって突出するように延びる計測部331とを有している。
物理量検出装置300は、フランジ311から主通路124の中心方向に向かって延びる計測部331の中間部に突出部403が設けられ、計測部331の先端部に第1副通路入口305aが設けられている。したがって、主通路124の内壁面近傍ではなく、内壁面から離れた中央部に近い部分の気体を突出部403および第1副通路305にそれぞれ取り込むことができる。したがって、物理量検出装置300は、主通路124の内壁面から離れた部分の気体の物理量を測定することができ、熱や内壁面近傍の流速低下に関係する物理量の計測誤差を低減できる。
回路部は、図示していない回路配線の上に、マイコン415、電源レギュレータ416、基板上温度センサ423、抵抗やコンデンサなどのチップ部品417などの電子部品が実装されて構成されている。
ベース部402の上流側の端辺で且つ突出部403側の角部には、温度検出部451が設けられている。温度検出部451は、主通路124を流れる被計測流体30の物理量を検出するための検出部の一つを構成するものであり、回路基板400に設けられている。回路基板400は、被計測流体30の上流に向かって突出する突出部450を有しており、温度検出部451は、突出部450でかつ回路基板400の裏面に設けられたチップ型の温度センサ453を有している。温度センサ453とその配線部分は、合成樹脂材で被覆されており、塩水の付着により電食が生ずるのを防いでいる。
3.1 物理量検出装置300の回路構成の全体
図3は物理量検出装置300の回路図である。物理量検出装置300は、流量検出回路601と、温湿度検出回路701と、マイコン415と、電源レギュレータ416とを有する。
4.1 物理量検出装置300の補正方式
図4は、マイコン415が備えるそれぞれの機能をブロックとして表した機能ブロック図である。マイコン415には補正前流量FAinおよび補正前温度TAinが入力され、マイコン415は補正後流量FAoutおよび補正後温度TAoutを出力する。なおマイコン415が行う処理にはあらかじめ定められた特性にあわせた変換処理も含まれるが、ここでは表現の統一のために特性の変換も「補正」と呼ぶ。マイコン415は、所定の処理周期ごとに処理を行う。
流量特性調整部760は、流量検出回路601の出力値である補正前流量FAinを所定の特性にしたがって変換し、AveQとして出力する。ただしこの特性は、後述する補正後流量FAoutの影響を受ける。流量特性調整部760は、たとえば非線形な流量検出回路601の出力値を、演算処理に適する線形に変換する。補償量算出部710は、流量特性調整部760の出力値AveQおよび補正前温度TAinを用いて、マイコン415の出力である補正後温度TAoutの熱応答速度を速めるための補償量を算出しTAhpとして出力する。ただし補償量算出部710は、タイマ部721から停止指令が出力されている間は、出力であるTAhpをゼロとする。
温度センサ453は物理量検出装置300に搭載されるので、温度センサ453の出力を変換した補正前温度TAの熱応答特性は物理量検出装置300の熱容量の影響を受ける。物理量検出装置300のハウジング302の熱時定数は、温度検出部451の熱時定数に対して数十倍程度遅い。このハウジング302の熱が熱伝導率の非常に高い導体配線を通じて回路基板400全体の温度を均一化させる。
図18は、流量特性調整部760の特徴を示す図である。流量特性調整部760は、補正前流量FAinおよび補正後温度TAoutに基づきAveQを出力する。すなわち補正前流量FAin、補正後温度TAout、およびAveQの関係は、たとえば補正前流量FAinをX軸、補正後温度TAoutをY軸、AveQをZ軸とする3次元のグラフとして表現できる。ただし図18では作図の都合により2次元で表現している。
図5は、補償量算出部710におけるHPFのゲイン特性を示す図である。図5に示すようにHPFのゲインは、流量特性調整部760の出力値AveQが大きいほど小さくなる傾向を有する。HPFのゲインをこのように決定することで、時定数に応じた応答補償が実現可能となる。なお補正前流量FAinは、流量特性調整部760により線形化されたAveQに補正されたので、流量に応じたゲインの設定を簡素化できた。
偏差判定部720は、補償量算出部710の出力値に対して時刻tにおける出力値と、時刻t−1における出力値との差である偏差を算出することで、吸入空気による温度変化と外乱による急峻な温度変化の切り分けを行う。ここで閾値は、吸入空気の温度変化で発生し得る最大の偏差を用い、具体的には物理量検出装置300が仕様上動作可能な最高温度と最低温度の差を閾値TA_diffとする。式1に示す関係が成り立つ場合、すなわち偏差DTの絶対値が閾値TA_diffを越えたと判断する場合に偏差判定DdをTrueとし、外乱による出力変化が温度センサ453に発生したと判定する。
DT=|TA_mva(t)−TA_mva(t−1)|
DT≧TA_diff・・・(式1)ただしTA_mva(t)は時刻tにおける移動平均フィルタ722の出力値である。
図6−3は、被計測流体30の温度が穏やかに連続的に変化する場合における補償量算出部710の問題点を示す図である。被計測流体30の温度が穏やかに連続的に変化する場合、たとえば時定数では数百秒オーダーの場合であり、かつゲイン制御部730を備えない場合は、補正後温度TAoutは入力値に対して進み補償を適用してしまい過補正となる。
状態判定部750は移動平均フィルタ722と、加算処理部731と、ノイズ減衰処理部740との出力値に基づいて判定を行い、前述したHPFを適用したい吸入空気による温度変化状態とその他の温度変化状態の切り分けを行う。
|TA_resp(t−1)−TAout(t−1)|≧TA_delay ・・・(式2)
|TA_mva| ≧ TA_mva_Hys−TA_mva_Offset ・・・(式3)
|TA_mva| ≧ TA_mva_Hys ・・・(式4)
図11は、ゲイン制御部730が備える複数の機能をそれぞれブロックとして表した機能ブロック図である。ゲイン制御部730は、状態変化後経時時間算出部754と、状態変化後温度差算出部755と、第1ゲイン係数算出部756と、第2ゲイン係数算出部757とを備える。ゲイン制御部730は、移動平均フィルタ722の出力値であるTA_mvaに、第1ゲインG1および第2ゲインG2をかけ合わせてTAaddとして出力する。以下、ゲイン制御部730の詳細を説明する。
TA_SelSw(t−1)!=TA_SelSw(t) ・・・(式5)
(1)物理量検出装置300は、被計測流体30の温度を検出し補正前温度TAinに相当する信号を出力する温度センサ453と、補正前温度TAinを用いて補正前温度TAinの進み補償に用いる進み補償量を算出する補償量算出部710と、進み補償量の時間変化量である偏差に基づいて進み補償量を調整するゲイン制御部730とを備える。そのため進み補償による過補正を抑制することができる。効果を詳述すると次のとおりである。
マイコン415はタイマ部721を備えなくてもよい。図13は、タイマ部721を備えないマイコン415の機能ブロック図である。また図13では偏差判定部720の代わりに偏差算出部723が備えられる。偏差算出部723には、移動平均フィルタ722の出力であるTA_mvaが入力される。偏差算出部723は、入力値であるTA_mvaの時間変化量である偏差を算出し、DTとして後述する第3ゲイン係数算出部758に出力する。本変形例では、状態判定部750の出力がゲイン制御部730に入力される。
上述した実施の形態では、補正対象を温度としたが様々な物理量を補正対象とすることができる。図16は湿度センサの出力値を補正する場合のマイコン415の機能ブロック図であり、図17は流量センサの出力値を補正する場合のマイコン415の機能ブロック図である。ただしこの場合は、補償量算出部710のゲインはある一定値とする。実施の形態における補正対象は温度だったので、図4に示したように温度に影響を与える流量の信号も用いたが、湿度や流量の補正には必ずしも必要ではないので図16や図17には他の測定量を記載していない。
上述した実施の形態では、補償量算出部710はタイマ部721から停止指令を受けると出力TAhpをゼロとした。しかし補償量算出部710はタイマ部721から停止指令を受けた際に出力TAhpをゼロとする代わりに、通常よりもハイパスフィルタのゲインを小さくして算出し、ゼロではない出力TAhpを出力してもよい。
上述した実施の形態において、偏差判定部720およびタイマ部721を備えなくてもよい。この場合は、タイマ部721からの停止指令により補償量算出部710の出力TAhpがゼロになることはないが、状態判定部750およびゲイン制御部730の動作により実施の形態に近い効果が得られる。
物理量検出装置300は、基板上温度センサ423や相対湿度センサ422を備えなくてもよい。
300…物理量検出装置
400…回路基板
415…マイコン
453…温度センサ
601…流量検出回路
710…補償量算出部
720…偏差判定部
721…タイマ部
722…移動平均フィルタ
723…偏差算出部
730…ゲイン制御部
731…加算処理部
740…ノイズ減衰処理部
750…状態判定部
751…LPF遅れ判定部
752…応答補償量判定部
753…状態選択部
754…状態変化後経時時間算出部
755…状態変化後温度差算出部
756…第1ゲイン係数算出部
757…第2ゲイン係数算出部
758…第3ゲイン係数算出部
760…流量特性調整部
Claims (12)
- 被計測流体の物理量を検出し検出信号を出力する物理量検出センサと、
前記検出信号を用いて前記検出信号の進み補償に用いる進み補償量を算出する補償量算出部と、
前記進み補償量の時間変化量である偏差に基づいて前記進み補償量を調整するゲイン制御部とを備える物理量検出装置。 - 請求項1に記載の物理量検出装置において、
前記ゲイン制御部は、前記偏差が所定値以上であった場合に、前記進み補償量をゼロとする物理量検出装置。 - 請求項1に記載の物理量検出装置において、
前記偏差は、前記進み補償量の移動平均を利用する物理量検出装置。 - 請求項1に記載の物理量検出装置において、
前記ゲイン制御部は、前記検出信号を用いて判定された前記物理量検出センサの状態の判定結果を用いて前記進み補償量を調整する物理量検出装置。 - 請求項4に記載の物理量検出装置において、
前記物理量検出センサの出力ノイズを低減するためのノイズ減衰処理部をさらに備え、
前記物理量検出センサの状態は、前記ノイズ減衰処理部により発生する遅れ量、および前記進み補償量に基づき判定される物理量検出装置。 - 請求項5に記載の物理量検出装置において、
前記進み補償量に基づく判定は、前記進み補償量とヒステリシス特性を有する閾値との大小関係の判定である物理量検出装置。 - 請求項5に記載の物理量検出装置において、
前記物理量検出センサの状態が変化した際の前記検出信号を状態変化時信号として保持する記憶部と、
最新の前記検出信号と前記状態変化時信号との差に応じて前記ゲイン制御部が使用する第1のゲインを決定する第1ゲイン係数算出部とを備える物理量検出装置。 - 請求項5に記載の物理量検出装置において、
前記物理量検出センサの状態が変化した時刻からの経過時間に応じて、前記ゲイン制御部が使用する第2のゲインを決定する第2ゲイン係数算出部を備える物理量検出装置。 - 請求項1に記載の物理量検出装置において、
前記補償量算出部は、前記検出信号が増加傾向にある場合と減少傾向にある場合とで異なるゲインを設定する物理量検出装置。 - 請求項1に記載の物理量検出装置において、
前記物理量は温度であり、
前記被計測流体の流量を検出する流量センサをさらに備え、
前記補償量算出部は前記流量センサの出力に基づいて前記進み補償量の算出に用いるゲインを変更する物理量検出装置。 - 請求項10に記載の物理量検出装置において、
前記ゲイン制御部が調整した前記進み補償量を用いて補正された前記流量センサの温度を用いて前記流量センサの温度特性を補正する物理量検出装置。 - 請求項1に記載の物理量検出装置において、
前記物理量検出センサ、前記補償量算出部、および前記ゲイン制御部は、同一のガラスエポキシ樹脂製の基板に搭載される物理量検出装置。
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