JPWO2020045026A1 - 信号処理装置及びエンジン制御装置 - Google Patents

Abstract

複雑化したフィルタ制御を構成するパラメータの増加に対し、パラメータ設定作業者の作業負担を効果的に軽減することのできる信号処理装置を提供する。このため、車両に搭載されたセンサからの出力信号をフィルタ処理する信号処理装置であって、カットオフ周波数、又は通過帯域のフィルタ特性を設定するフィルタ種類又はフィルタ係数の異なる複数のフィルタに対し設定され、前記複数のフィルタのそれぞれに対し、個別コードが設定され、エンジン運転状態に基づいて前記個別コードを選択することで対応するフィルタが選択され、選択された前記フィルタを用いて前記センサからの出力信号を処理するＣＰＵを備える。

Description

本発明は、信号処理装置及びエンジン制御装置に関するものである。

エンジンの制御上のフィルタ機能は各種センサ入力に使われている。その中でも、ノックは、エンジンの燃焼室内の端末部の未燃ガスの自己発火により燃焼室内のガスが振動を起こし、この振動が機関本体に伝わる現象であり、燃焼だけでなく、機関本体の振動特性もかかわるために、フィルタ機能として高度なものが要求される。前記ノックは、機関の発生エネルギの損失（出力低下）や機関各部への衝撃、さらには燃費の低下を招来するので、可能な限り回避することが望ましく、そのためには、ノックの発生を正確に検出することが不可欠である。

従来、例えば、下記特許文献１に記載のように、振動センサの出力信号の中から５〜１２kHzの範囲の単一の共鳴周波数成分だけをバンドパスフィルタを用いて分離し、その出力の積分値がバックグラウンドレベル（振動センサの出力信号自体の過去値を加重平均して平均化したもの）より大きくなったか否かにより、ノックの発生を検出するものが知られている。

しかし、特許文献１に記載のように、単一の共鳴周波数成分だけを用いてノックの発生を検出する手法は、バックグラウンドレベルがエンジンの高速回転時に大きくなり、正確なノック発生の検出ができなかったり、機関の諸元が変化するとノックの共鳴周波数も変化して正確なノック発生の検出ができなかったりするといった課題があった。

そこで、下記特許文献２には、エンジンに発生する振動を検出する振動センサと、振動センサに接続され、ノック周波数帯において互いに異なる周波数帯のフィルタ特性をもつ複数のフィルタを有するフィルタ回路を備えるノック検出装置が開示されている。

エンジンに発生するノックの共鳴周波数は、エンジンの運転状態によって異なる。例えば、エンジン回転数が高回転または低回転のいずれにあるかによって、ノックの共鳴周波数も異なる。そのため、それらノックの共鳴周波数に対して、互いに異なる周波数帯域のフィルタ特性を有する複数のフィルタ回路を設け、エンジンの運転状態によってフィルタ回路出力を選択するようにすれば、信頼性の高いノック検出を行うことが可能となる。

また、近年、フィルタ回路は、マイクロコンピュータに実装するソフトウェアによるデジタルフィルタで実現することも知られており、さらにはマイクロコンピュータの機能としてデジタルフィルタを構成する方法も知られている。

下記特許文献３には、バックグラウンドレベルを検出するために用いる遅れフィルタに起因する応答遅れを解決する手法が開示されている。この特許文献３においては、エンジン回転数の変化によりエンジンの運転状態を検出し、その運転状態に基づきノック判定閾値を補正している。

特開昭５８−０４５５２０号公報 特開昭５６−０００６３７号公報 特開昭６３−２９５８６４号公報

ところで、近年では、燃費の向上や排気浄化性能の向上などの要求により、エンジンの圧縮比を上げる試みがなされている。他方で、圧縮比を上げることによりノックが発生しやすくなるので、ノックの検出精度をさらに向上することが期待されている。

しかし、例えば、上記特許文献２に記載のように、複数の共鳴周波数成分を取り出してノックを検出する方法においてさらにノックの検出精度を高める場合、以下に述べるような課題を解決する必要がある。

すなわち、ノック制御の高度化に伴い、Ｓ／Ｎ比の良いノック検出が必要となり、狭い帯域のフィルタを複数使用する要求が高まっている。その要求に応えるために、フィルタ設定自由度を高めたフィルタを複数用いるため、フィルタ制御が複雑化する。そして、前記複雑化したフィルタ制御を構成するパラメータの増加に伴い、ノック検出用フィルタのパラメータ（フィルタ係数）を設定する作業者が複雑なパラメータ設定を行う必要が生じ、作業に時間がかかる、作業ミスが生じやすいといった課題が生じ得る。

本発明は、前記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、複雑化したフィルタ制御を構成するパラメータの増加に対し、パラメータ設定作業者の作業負担を効果的に軽減することのできる信号処理装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明は、車両に搭載されたセンサからの出力信号をフィルタ処理する信号処理装置であって、カットオフ周波数、又は通過帯域のフィルタ特性を設定するフィルタ種類又はフィルタ係数の異なる複数のフィルタに対し設定され、前記複数のフィルタのそれぞれに対し、個別コードが設定され、エンジン運転状態に基づいて前記個別コードを選択することで対応するフィルタが選択され、選択された前記フィルタを用いて前記センサからの出力信号を処理するＣＰＵを備える。

本発明によれば、複雑化したフィルタ制御を構成するパラメータの増加に対し、パラメータ設定作業者の作業負担を軽減することができ、使いやすいフィルタを提供することが可能となる。

上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明による信号処理装置の一実施形態としての制御用ＥＣＵが搭載されたエンジン制御システムのシステム構成図。 図１に示す制御用ＥＣＵの内部構成図。 圧力センサによるノック強度とノックセンサによるノック強度の比較説明図。 圧力センサによるノック強度とノックセンサでのノック強度の相関説明図。 本実施形態におけるＥＣＵによるノック判定及びノック制御の手順を説明した演算チャート。 図５によるノック判定及びノック制御の手順を説明した演算フローチャート。 本実施形態におけるＥＣＵによるフィルタ設定制御例の説明図。 本実施形態におけるＥＣＵによるフィルタ設定制御例の説明図。 本実施形態におけるＥＣＵによるフィルタ選択例の説明図。 本実施形態におけるＥＣＵによるフィルタ選択例の説明図。 本実施形態におけるＥＣＵによる気筒別のフィルタ切替機能の必要性説明図。 エンジンの状態や気筒番号やノックの発生周波数の関係と、本実施形態におけるＥＣＵによるフィルタ設定の説明図。 エンジンの状態や気筒番号やノックの発生周波数の関係と、本実施形態におけるＥＣＵによるフィルタ設定の説明図。 本実施形態におけるＥＣＵによるエンジンの状態とノックの発生周波数の関係のフィルタ切替機能の必要性説明図。 エンジンの状態や気筒番号やノックの発生周波数の関係と、本実施形態におけるＥＣＵによるフィルタ設定の説明図。 本実施形態におけるＥＣＵのＣＰＵの機能ブロック図。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は以下の実施形態に限定されることなく、本発明の技術的な概念の中で種々の変形例や応用例をもその範囲に含むものである。

以下ではまず本発明における信号処理の一例としてのノック検出の一般的原理について説明する。その後、本発明の実施形態について具体的に説明する。

図１に示す一実施形態として、いわゆるＭＰＩ（多気筒燃料噴射）方式の直列４気筒エンジンについて説明する。

エンジン６５に吸入される空気は、エアクリーナ６０を通過し、ホットワイヤ式エアフローセンサ１に導かれる。このホットワイヤ式エアフローセンサ１には熱線式空気流量センサが使用される。このホットワイヤ式エアフローセンサ１から吸入空気量に相当する信号が出力されるとともに、このホットワイヤ式エアフローセンサ１に内蔵されるサーミスタを用いた吸気温度センサ１ａで計測される吸気温度信号が出力される。次に、吸入空気は、エアクリーナ６０に接続されたダクト６１、空気流量を制御する絞り弁４０を通り、コレクタ６２に入る。前記絞り弁４０は、当該絞り弁４０の開度を検出するスロットルセンサ２が設けられるとともに、信号処理装置としての制御用ＥＣＵ（Engine Control Unit）１００で駆動されるスロットル駆動モータ４１により動かされる。前記コレクタ６２に入った空気は、エンジン６５と直結する各吸気管６３に分配され、吸気バルブ３５を介してシリンダ６６内（燃焼室内）に吸入される。吸気バルブ３５や排気バルブ３６のバルブ駆動系にはカム角センサ９付きのバルブタイミング可変機構３７が設けられ、目標角度に向けてフィードバック制御する。また、シリンダブロック（以下、エンジンブロックということがある）６６、６７に取り付けられたクランク角センサ４からは、所定のクランク角毎にパルスが出力され、これらの出力は、ＥＣＵ１００に入力される。

燃料は、燃料タンク２１から燃料ポンプ２０で吸引、加圧され、プレッシャレギュレータ２２により一定圧力に調圧され、吸気管６３に設けられたインジェクタ２３から前記吸気管６３内に噴射される。

また、エンジン６５の回転数や、エンジン６５の負荷に応じて求まる点火時期に対応したタイミングで、点火プラグ３３の点火出力をＯＮ／ＯＦＦすることで、最適なタイミングで点火のための放電を行う。尚、前記点火が早すぎる場合には、燃焼室（シリンダ６６）の内部でノックが発生するため、振動センサとしてのノックセンサ３４でノックによるシリンダ６６の振動を検出し、ノックを判定した場合には、点火時期を遅角するノック制御を行う。

絞り弁４０には、当該絞り弁４０の開度を検出するスロットルセンサ２が取り付けられており、このセンサ信号は、ＥＣＵ１００に入力され、絞り弁４０の開度のフィードバック制御や、全閉位置の検出及び加速の検出等を行う。尚、フィードバックの目標開度は、アクセル開度センサ５で求まるドライバのアクセル踏み込み量とアイドル回転数制御すなわちＩＳＣ制御分とから求まるものである。

エンジン６５には、冷却水温を検出するための水温センサ３が取り付けられており、このセンサ信号は、ＥＣＵ１００に入力され、エンジン６５の暖機状態を検出し、インジェクタ２３からの燃料噴射量の増量や点火プラグ３３の点火時期の補正及びラジエータファン６８のＯＮ／ＯＦＦやアイドル時の目標回転数の設定を行う。また、アイドル時の目標回転数や、負荷補正量を算出するために、エアコンクラッチの状態をモニタするエアコンスイッチ６、駆動系の状態をモニタするトランスミッションに内蔵されたニュートラルスイッチ７等が取り付けられている。

空燃比センサ８は、エンジン６５の排気管６４に装着されており、排気バルブ３６を介して排気管６４に排出される排気ガスの酸素濃度に応じた信号を出力するものである。このセンサ信号は、ＥＣＵ１００に入力され、運転状況に応じて求められる目標空燃比になるように、インジェクタ２３の燃料噴射パルス幅を調整する。

ＥＣＵ１００は、図２に示すように、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１０１、電源ＩＣ１０２、不図示のＲＡＭ（Random Access Memory）、不図示のＲＯＭ（Read Only Memory）等を備えたマイクロコンピュータから構成されている。ＥＣＵ１００のＣＰＵ１０１は、ＲＯＭ内に格納されている各種の制御プログラムを実行することで、エンジン６５の運転に関する各種の制御を実行する。ここで、このＥＣＵ１００のＣＰＵ１０１に入力する信号等について、同図を用いて整理すると、エアフローセンサ１とそれに内蔵された吸気温度センサ１ａ、スロットルセンサ２、水温センサ３、クランク角センサ４、アクセル開度センサ５、エアコンスイッチ６、ニュートラルスイッチ７、空燃比センサ８、カム角センサ９、ノックセンサ３４からの信号などを入力する。また、ＥＣＵ１００のＣＰＵ１０１からの出力信号は、燃料ポンプ２０、インジェクタ２３、点火プラグ３３の点火スイッチなどがあるパワートランジスタ３２、バルブタイミング可変機構３７、スロットル駆動モータ４１などに出力される。前記のように、シリンダブロック６７に装着されているノックセンサ３４の信号は、ＣＰＵ１０１に入力され、ＣＰＵ１０１でノック以外のノイズとノックを識別するノック判定を行い、ノック判定時には点火時期の遅角制御を行い、ノックの発生を抑制する補正を行う。この補正を実施した目標点火時期に基づき、パワートランジスタ３２の通電タイミングの制御を行う。

図３は、ノックが発生したサイクルにおける圧力センサ出力（気筒内（シリンダ６６内）圧力を検出する圧力センサの出力）とノックセンサ出力（シリンダブロック６７のシリンダ６６の振動を検出するノックセンサ３４の出力）の周波数分析結果を示した図である。なお、図３の上図の縦軸（ノック強度）は圧力センサの出力（圧力）の２乗であり、単位を[MPa^2]としている。また、図３の下図の縦軸（ノック強度）はノックセンサ３４の出力（電圧）の２乗であり、単位を[V^2]としている。

図３に示すとおり、振動の根本原因である圧力波の特定周波数（Ｐｆ１、Ｐｆ２、Ｐｆ３）とシリンダブロック（６６、６７）の振動として検出されるノックセンサ信号の特定周波数（Ｋｆ１、Ｋｆ２、Ｋｆ３）は必ずしも一致しない。これは、圧力波の壁面への衝突時にエンジンブロック（６６、６７）に入力される撃力の結果が、エンジンブロック（６６、６７）の特性を通過し、ノックセンサ出力として現れるためである。また、周波数成分の値の関係も異なる。つまり、ノックセンサ３４では、中心の特定周波数であるＫｆ２にくらべ、これを挟む位置にある特定周波数Ｋｆ１、Ｋｆ３の信号強度が小さい。

この結果は、圧力センサにおいて中心の周波数であるＰｆ２の信号強度がこれを挟む位置にある特定周波数Ｐｆ１、Ｐｆ３の信号強度より小さい関係と異なる。このように、特定周波数のずれが発生するとともに信号の周波数成分の大小関係も変化する。これらの変化は、筒内圧とノックセンサの間を繋ぐエンジンブロック（６６、６７）の存在により引き起こされる。このため、このような筒内圧とノックセンサ出力の関係からエンジンブロック（６６、６７）の与える影響を評価し、これを用いることで、容易にノックセンサ信号から筒内圧力の特性を再現できる。

エンジン６５の気筒番号や、エンジン６５の回転数、エンジン６５の負荷、水温センサ３により検出される冷却水温などのエンジン６５の状態（エンジン運転状態）が同じ場合、基本的にはノックセンサ信号の同じ特定周波数（Ｋｆ１、Ｋｆ２、Ｋｆ３）にてノックが発生する。また、上記したエンジン運転状態が同じ場合、基本的には、シリンダ６６の内部に取り付けられた圧力センサにより求められる圧力波の特定周波数（Ｐｆ１、Ｐｆ２、Ｐｆ３）にてノックが発生する。

図４は、ノックセンサ信号の特定周波数の信号値（信号強度）と圧力センサ信号の特定周波数の信号値（信号強度）の間の線形関係を示している。この図４は、図３における特定周波数Ｐｆ１、Ｐｆ２の圧力センサ信号の強度Ｐ（Ｐｆ１）、Ｐ（Ｐｆ２）及び特定周波数Ｋｆ１、Ｋｆ２のノックセンサ信号の強度Ｋ（Ｋｆ１）、Ｋ（Ｋｆ２）を用いて、次の式（１）の関係を仮定し、複数回のサイクルの値をプロットしたものである。
［数１］
Ｐ（Ｐｆ１）＋Ｐ（Ｐｆ２）＝Ｋ（Ｋｆ１）＋２Ｋ（Ｋｆ２） ・・・（１）

つまり、エンジンブロック（６６、６７）による特定周波数の変化に合わせて、ノックセンサ信号の特定周波数のノック強度Ｋ（Ｋｆｉ）を圧力センサ信号の特定周波数のノック強度Ｐ（Ｐｆｉ）で補正する。上記の式（１）では、Ｋ（Ｋｆ１）をＰ（Ｐｆ１）に、Ｋ（Ｋｆ２）をＰ（Ｐｆ２）に補正する。さらに減衰を考慮し、ノックセンサ信号の低周波成分（Ｋ（Ｋｆ１））の重み係数を１とし、高周波成分（Ｋ（Ｋｆ２））の重み係数を２として大きくする。これにより、ノックセンサ信号の特定周波数のノック強度から圧力センサ信号の特定周波数のノック強度（筒内圧強度）を算出することができる。

したがって、本実施例では、それぞれのエンジン運転状態毎にノックセンサ信号の特定周波数（Ｋｆ１、Ｋｆ２等）に対応する圧力波の特定周波数（Ｐｆ１、Ｐｆ２等）との関係をＲＡＭ又はＲＯＭに記憶する。そして、上記したように、ノックセンサ信号の特定周波数のノック強度Ｋ（Ｋｆｉ）から圧力センサ信号の特定周波数のノック強度Ｐ（Ｐｆｉ）を算出するための重み係数を合わせてＲＡＭ又はＲＯＭに記憶する。これにより、ＥＣＵ１００のＣＰＵ１０１は、ＲＡＭ又はＲＯＭに記憶されたノックセンサ信号の特定周波数（Ｋｆ１、Ｋｆ２等）と圧力波の特定周波数（Ｐｆ１、Ｐｆ２等）との関係、及び重み係数を用いて、ノックセンサ信号から圧力センサ信号の特定周波数のノック強度（筒内圧強度、Ｐ（Ｐｆｉ））を算出する。そして、ＣＰＵ１０１は、算出した圧力センサ信号の特定周波数のノック強度（筒内圧強度）に基づいて、ノック有無を判定する。

＜本実施形態におけるＥＣＵによるノック判定及びノック制御＞
図５は、本実施形態におけるノック有無を判定する手順を説明する演算チャートである。図５の各ステップは、ＥＣＵ１００のＣＰＵ１０１が実施するものとする。以下、図５における各演算ブロックの処理について説明する。

図５に示す本実施形態では、エンジン６５の気筒番号や、エンジン６５の回転数、負荷、水温センサ３により検出される冷却水温などのエンジン６５の状態（エンジン運転状態）に応じて、ノック検出用フィルタで検出する周波数帯（カットオフ周波数又は通過帯域）の設定を行う。

より詳しくは、ＥＣＵ１００のＲＡＭ又はＲＯＭには、カットオフ周波数、又は通過帯域が異なる後述の複数のフィルタが個別コードとして登録されたフィルタＩＤマップが記憶される。そして、ＣＰＵ１０１は、上記したエンジン運転状態に応じてフィルタＩＤマップから対応するフィルタＩＤを選択する（Ｓ５０１）。フィルタＩＤマップについては後述するが、このフィルタＩＤにはフィルタ特性を設定するフィルタ係数が紐付いている。よって、フィルタＩＤマップからフィルタＩＤを選択することで、フィルタＩＤに対応する周波数帯（カットオフ周波数又は通過帯域）や減衰帯域等が決められたノック検出用フィルタの設定が可能である（Ｓ５０２）。

ノックセンサ３４はエンジン６５の振動を検出し（Ｓ３０１）、ＡＤ変換器はその検出結果をデジタル信号に変換する（Ｓ３０２）。ノックセンサ３４のノックセンサ出力はＳ５０１で設定されたノック検出用フィルタで所望の周波数帯の信号として出力される。ここでは選択されたフィルタＩＤに紐付いて共振周波数（特定周波数）が７kHz、９kHz、１２kHzとなるカットオフ周波数又は通過帯域のノック検出用フィルタ（バンドパスフィルタ）が設定され、このノック検出用フィルタを通過した３つの周波数成分を例示している。つまり、ＣＰＵ１０１は、Ｓ５０１でフィルタＩＤを選択することで設定されたノック検出用フィルタを用いてノックセンサ３４のノックセンサ出力信号を処理する。そして、ＣＰＵ１０１は、ノック検出用フィルタの出力からそれぞれの共振周波数（Ｋｆｉ）のノック強度Ｋ（Ｋｆｉ）を算出する（Ｓ３０３）。

ここで、ＣＰＵ１０１は、上記したようにＲＡＭ又はＲＯＭに記憶されたノックセンサ信号の特定周波数（Ｋｆ１、Ｋｆ２等）と圧力波の特定周波数（Ｐｆ１、Ｐｆ２等）との関係、及び重み係数を用いて、ノックセンサ信号から圧力センサ信号の特定周波数のノック強度（筒内圧強度）を算出する。つまり、ＣＰＵ１０１は、エンジン回転数、負荷などのエンジン運転状態に基づいて、ノックセンサ信号の特定周波数（７kHz、９kHz、１２kHz）に対応する圧力波の特定周波数（Ｐｆｉ）を算出する。また、ＣＰＵ１０１はエンジン運転状態に対応する重み係数を算出し、重み係数と上記の特定周波数（Ｐｆｉ）の対応関係とに基づいて圧力センサ信号の特定周波数のノック強度（Ｐ（Ｐｆｉ））を算出する（Ｓ３０３）。

ＣＰＵ１０１は、特定周波数（７kHz、９kHz、１２kHz）毎にバックグラウンドレベル（ＢＧＬ１、………、ＢＧＬｉ）の加重平均を算出する（Ｓ３０４）。次に、ＣＰＵ１０１は、特定周波数（７kHz、９kHz、１２kHz）毎にバックグランドレベルＢＧＬｉに対し、上記で算出したノック強度（Ｐｆｉ）の比ＳＬｉ＝Ｐｆｉ／ＢＧＬｉを算出する（Ｓ３０５）。ＣＰＵ１０１は、特定周波数（７kHz、９kHz、１２kHz）毎のＳＬｉ＝Ｐ（Ｐｆｉ）／ＢＧＬｉを積算する。つまり、特定周波数がｍ個あった場合に、

を計算することで、ノック判定指標Ｉを算出する（Ｓ３０６）。なお、Ｓ３０５ではそれぞれの比率を取る方法について説明したが、これは比率に限らず、差分を算出し、これを積算することでノック判定指標Ｉを求めても良い。

ＣＰＵ１０１は、エンジン６５の回転数Ｎｅに基づいてノック判定閾値Ｉｔｈを求める（Ｓ３０７）。具体的には、ＣＰＵ１０１は、エンジン６５の回転数Ｎｅ（エンジン６５の運転状態）とノック判定閾値とを予め関連付けたマップデータ（データテーブル）を参照して、エンジン６５の回転数Ｎｅからノック判定閾値Ｉｔｈを求める。ＣＰＵ１０１は、ノック指標Ｉとノック判定閾値Ｉｔｈを比較することにより、ノック有無を判定し、そのノック判定結果を出力する（Ｓ３０８）。

図６は、図５に基づき説明した、本実施形態におけるノック判定及びノック制御の手順を説明した演算フローチャートである。

ＣＰＵ１０１は、図５のＳ５０１に対応して、エンジン６５の気筒番号や、エンジン６５の回転数、負荷、水温センサ３により検出される冷却水温などのエンジン６５の状態を表す信号を検出することでエンジン運転状態（エンジン運転条件と呼んでも良い）の演算を行う（Ｓ６００）。次に、図５のＳ５０２に対応して、ＣＰＵ１０１は、エンジン運転状態に基づいてフィルタＩＤマップからフィルタＩＤを選択する（Ｓ６０１）。ＥＣＵ１００のＲＡＭ又はＲＯＭには後述するフィルタＩＤマップと、それぞれのフィルタＩＤに対応するフィルタ係数とが記憶されている。よって、ＣＰＵ１０１はＳ６０１でフィルタＩＤを選択することで、これに対応するフィルタ係数を用いて所望の周波数帯（カットオフ周波数又は通過帯域）や減衰帯域等のノック検出用フィルタの設定を行う（Ｓ６０２）。

その後、図５のＳ３０１、Ｓ３０２に対応して、ＣＰＵ１０１は、ノックセンサ３４からのノック信号をＡ／Ｄ変換し、そのＡ／Ｄ変換結果を取り込む（Ｓ６０３）。また、図５のＳ３０３に対応して、ＣＰＵ１０１は、Ｓ６０２で設定したノック検出用フィルタを用いてＡ／Ｄ変換されたノック信号のフィルタ処理を実施する（Ｓ６０４）。また、ＣＰＵ１０１は、フィルタ処理されたノック信号に基づいてノックセンサ信号の特定周波数のノック強度を算出する（Ｓ６０５）。ここで本実施例では、それぞれのエンジン運転状態毎にノックセンサ信号の特定周波数（Ｋｆ１、Ｋｆ２等）に対応する圧力波の特定周波数（Ｐｆ１、Ｐｆ２等）との関係がＲＡＭ又はＲＯＭに記憶されている。これにより、ＣＰＵ１０１は、ＲＡＭ又はＲＯＭに記憶されたノックセンサ信号の特定周波数（Ｋｆ１、Ｋｆ２等）と圧力波の特定周波数（Ｐｆ１、Ｐｆ２等）との関係、及び重み係数を用いて、ノックセンサ信号から圧力センサ信号の特定周波数のノック強度（筒内圧強度、Ｐ（Ｐｆｉ））を算出する（Ｓ６０６）。なお、本実施例では、上記のようにＲＡＭ又はＲＯＭに記憶されたノックセンサ信号の特定周波数（Ｋｆ１、Ｋｆ２等）と圧力波の特定周波数（Ｐｆ１、Ｐｆ２等）との関係、及び重み係数を用いて、圧力センサ信号の特定周波数のノック強度（筒内圧強度）を算出しているが、本発明はこれには限定されない。つまり、この変換をすることなく、ノックセンサ信号の特定周波数（Ｋｆ１、Ｋｆ２等）のノック強度（Ｋ（Ｋｆｉ））を用いてその後のノック判定を行うことも可能である。

また、図５のＳ３０５に関連して、ＣＰＵ１０１は、特定周波数（Ｐｆｉ）毎にノック強度（Ｐ（Ｐｆｉ））に対するバックグラウンドレベルの加重平均（ＢＧＬｉ）の比ＳＬｉ＝Ｐ（Ｐｆｉ）／ＢＧＬｉを算出する（Ｓ６０７）。また、図５のＳ３０６に関連して、ＣＰＵ１０１は、特定周波数がｍ個あった場合に、

を計算することで、ノック判定指標Ｉを算出する（Ｓ６０８）。

そして、ノック判定指標Ｉがノック判定閾値Ｉｔｈより大きい場合に（Ｓ６０９）、ノックが発生しているものと判定し（Ｓ６１０）、ノックフラグ“１”をセットする（Ｓ６１１）。一方、ノック判定指標Ｉがノック判定閾値Ｉｔｈ以下の時は（Ｓ６０９）、ノックフラグを“０”とする（Ｓ６１２）。なお、ノックフラグが１となった場合、ＣＰＵ１０１は、点火プラグ３３の点火タイミングを遅角することにより、ノックは発生しないように制御する。

＜本実施形態におけるＥＣＵによるフィルタ設定・選択＞
図７は、本実施形態におけるＥＣＵ１００のＣＰＵ１０１によるフィルタ設定制御例の一例を示している。

図５、図６で説明したように、ＥＣＵ１００のＲＡＭ又はＲＯＭには、カットオフ周波数、又は通過帯域が異なる後述の複数のフィルタが個別コード（ＩＤ１,ＩＤ２,ＩＤ３,ＩＤ４,ＩＤ５,ＩＤ６）として登録された図７のフィルタＩＤマップが記憶される。そして、ＣＰＵ１０１は、エンジン運転状態（エンジン６５の気筒番号や、エンジン６５の回転数、負荷、水温センサ３により検出される冷却水温など）に応じてフィルタＩＤマップから対応するフィルタＩＤを選択する。フィルタＩＤにはフィルタ特性を設定するフィルタ係数が紐付いている。よって、フィルタＩＤマップからフィルタＩＤを選択することで、フィルタＩＤに対応する周波数帯（カットオフ周波数又は通過帯域）や減衰帯域等が決められたノック検出用フィルタの設定が可能である。

図７では、フィルタＩＤ１として３段の２次ＩＩＲフィルタの例を示している。図７の１段目の２次ＩＩＲフィルタはａ１１、ａ１２、ｗ１（ｎ−１）、ｗ１（ｎ−２）、ｂ００、ｂ１０、ｂ１１、ｂ１２などのフィルタ係数が設定されている。同様に２段目、３段目の２次ＩＩＲフィルタにもフィルタ係数が設定されている。これらのフィルタ係数により、どのような周波数帯（カットオフ周波数又は通過帯域）の信号を通過させるのか、あるいは減衰帯域をどうするか、などのフィルタ特性が決定する。そして、ＣＰＵ１０１は、選択されたフィルタＩＤと紐付いたフィルタ種類（ＩＩＲフィルタやＦＩＲフィルタなど）及びフィルタ係数によりフィルタ特性が決定されるノック検出用フィルタを用いて、ノックセンサ３４の検出信号を処理する。

すなわち、エンジン６５の気筒番号や、エンジン６５の回転数、負荷、水温センサ３により検出される冷却水温などのエンジン運転状態によって、必要となるフィルタ特性は異なる。そこで、本実施例では、予めフィルタＩＤとフィルタ種類やフィルタ係数を対応させておいて、ＣＰＵ１０１は、エンジン運転状態によって、予め設定されたフィルタＩＤを選択できるようにしている。これにより、フィルタＩＤに紐付いた所望のフィルタ特性となるようにフィルタ種類及びフィルタ係数が設定され、これによるノック検出用フィルタを用いてノック判定を行うことが可能となる。

以上においてはフィルタ特性とフィルタＩＤとを対応づける点について説明したが、エンジン運転状態によって、上記したノックセンサ信号の特定周波数（Ｋｆ１、Ｋｆ２等）と圧力波の特定周波数（Ｐｆ１、Ｐｆ２等）との関係、及び重み係数も所望のものが決まるため、これらをフィルタＩＤと対応させて設定できるようにしても良い。つまり、ＣＰＵ１０１がエンジン運転状態に基づいてフィルタＩＤを選択した場合に、これに対応するノックセンサ信号の特定周波数（Ｋｆ１、Ｋｆ２等）と圧力波の特定周波数（Ｐｆ１、Ｐｆ２等）との関係、又は重み係数が設定される。これにより、ＣＰＵ１０１は、所望のノックセンサ信号の特定周波数（Ｋｆ１、Ｋｆ２等）と圧力波の特定周波数（Ｐｆ１、Ｐｆ２等）との関係、又は重み係数により、精度良くノック検知を行うことが可能となる。

なお、本実施例のＥＣＵ１００では、予め所望の周波数帯（カットオフ周波数、又は通過帯域）の異なる複数のフィルタとなるように、それぞれのフィルタに対してフィルタ種類及びフィルタ係数がＲＡＭ又はＲＯＭに記憶されている。この所望の周波数帯（カットオフ周波数、又は通過帯域）、つまりフィルタ特性としては、一般的なエンジンにおいてノック検知を精度良く行うことができるように設定されることが望ましい。そして、本実施例のＥＣＵ１００は、このフィルタ特性（カットオフ周波数、又は通過帯域）に対し、これを満たすためのフィルタ種類及びフィルタ係数のみ予めＲＡＭ又はＲＯＭに記憶しておき、フィルタ特性（カットオフ周波数、又は通過帯域）に対しフィルタＩＤを対応付けできるような機能を有する。これにより、ＥＣＵ１００の適合処理を行う者はどのエンジン運転状態に対して、どのフィルタＩＤ（つまりどのフィルタ特性）を対応させるか、のみを設定すれば、適合処理を完了することが可能となる。よって、煩雑であったフィルタ種類やフィルタ係数の設定を行う必要がないので、適合処理を容易に行うことが可能なＥＣＵを提供することができる。

なお、図８に示すようにフィルタＩＤマップはフィルタのチャンネル毎に複数のフィルタＩＤマップに分かれている。したがって、ＣＰＵ１０１についてはエンジン運転状態に基づいて、まずはフィルタＩＤマップを選択し、そのうえで、選択したフィルタＩＤマップから対応するフィルタＩＤを選択する。なお、図８では、フィルタＩＤマップがｍ個あることを想定し、それぞれのフィルタＩＤをフィルタ１ＩＤ〜フィルタｍＩＤと示している。フィルタＩＤが選択されることで、対応するフィルタ種類及びフィルタ係数が設定され、これにより、フィルタ１〜フィルタｍのうちどのフィルタを用いるかを決定するフィルタ設定処理が完了する。

図９は、本実施形態におけるＥＣＵ１００のＣＰＵ１０１により選択可能なフィルタの一例を示しており、図７及び図８のフィルタＩＤマップで選択可能なフィルタ種類のフィルタの例を示している。ここでは、ＩＩＲフィルタ段数毎のフィルタ特性の例を示している。図９から明らかなように、フィルタの段数が多い程、フィルタの特性が急峻になっていることがわかる。また、フィルタ係数を適宜、設定することで、カット周波数（Ｆｃ１，Ｆｃ２）、つまり通過帯域を変えて設定することが可能である。

図１０は、本実施形態におけるＥＣＵ１００のＣＰＵ１０１により選択可能なフィルタの他例を示しており、図７及び図８のフィルタＩＤマップで選択可能なフィルタ種類のフィルタの例を示している。ここでは、ＦＩＲフィルタＴＡＰ段数毎のフィルタ特性の例を示している。図１０から明らかなように、フィルタの段数が大きい程、フィルタの通過帯域幅が狭くなっていることがわかる。

図１１は、ノックが発生した気筒毎のノックセンサ信号の特定周波数及び信号強度を示す図であり、前記した気筒別のフィルタ切替機能の必要性を説明した図である。

図１１に示すとおり、例えば周波数Ｋ２は第２気筒のみに見られる特定周波数であり、周波数Ｋ７は第１気筒のみに見られる特定周波数である。このようにノックが発生した気筒からノックセンサまでの特性は、気筒毎に異なる。圧力波によりエンジンブロック（６６、６７）に与えられた振動が経由する距離、経路、経路の形状等に特性が依存するために、このような違いが発生する。例えば気筒毎に選定する特定周波数を変更することで、エンジンブロック（６６、６７）の特性を考慮した信号補正を実施する必要がある。本実施例では、このように気筒別に対応したエンジンブロック（６６、６７）の特性を考慮してフィルタ特性を設定できるようにする。つまり、本実施例では、エンジン運転状態の1つとしてエンジン６５の気筒番号がＣＰＵ１０１に入力されるように構成されており、この気筒番号に基づいて所望のフィルタ特性となるようにフィルタＩＤが設定される。これにより、ＣＰＵ１０１は、運転中の気筒番号に基づいてフィルタＩＤを選択し、このフィルタＩＤに紐付いた当該気筒番号にとって所望のフィルタ特性のノック検出用フィルタが設定される。よって、圧力から振動への変換を適切に扱うことが可能になり、圧力波強度をより精緻に予測することができる。

図１２は、エンジン６５の状態や気筒番号やノックの発生周波数の関係と、本実施形態におけるＥＣＵ１００のＣＰＵ１０１によるフィルタ設定の考え方の例であり、１２００ｒｐｍの１気筒、２気筒、２４００ｒｐｍの１気筒、２気筒の周波数分析結果を併記したグラフである。

この図１２のグラフで見て分かる通り、１２００ｒｐｍの２気筒、２４００ｒｐｍの１気筒がほぼ同じ周波数にピークがあることがわかる。このような場合のフィルタ設定方法としては、１２００ｒｐｍの２気筒と、２４００ｒｐｍの１気筒のフィルタ要求が同じであり、それらを統合可能となり、同じフィルタＩＤのフィルタを使用することが可能となる。そのため、複雑なフィルタ係数の設定を容易にすることができる。

図１３は、エンジン６５の状態や気筒番号やノックの発生周波数の関係と、本実施形態におけるＥＣＵ１００のＣＰＵ１０１によるフィルタ設定の例である。

この図１３の表で見て分かる通り、表中に同じ周波数が複数あることから、その部分については、同じフィルタＩＤを設定することで、フィルタの設定が容易になる。

図１４は、本実施形態におけるＥＣＵ１００のＣＰＵ１０１によるエンジン６５の状態とノックの発生周波数の関係のフィルタ切替機能の必要性を説明した図であり、ノックが発生した際の冷却水温毎のノックセンサ信号の特定周波数及び信号強度を示す図である。

図１４に示すとおり、例えば周波数Ｋ２、Ｋ４、Ｋ８は低水温時のみ、周波数Ｋ３、Ｋ５は高水温時のみに見られる特定周波数である。このようにノックが発生した時期における冷却水温は、筒内温度の変化による圧力波の特定周波数を変化させるとともに、エンジンブロックの特性を変化させる。なお、エンジンブロックの特性の変化は、温度変化による水中の音速変化が要因の一つとして考えられる。この結果、ノックセンサ３４の信号として現れる特定周波数が変化する。例えば冷却水温毎に選定する特定周波数を変更することで、冷却水温によって変化するエンジンブロックの特性を考慮した信号補正を実施する必要がある。そこで、本実施例では、このように冷却水温に対応したエンジンブロックの特性を考慮してフィルタ特性を設定する。

つまり、本実施例では、エンジン運転状態の1つとして冷却水温がＣＰＵ１０１に入力されるように構成されており、この冷却水温に基づいて所望のフィルタ特性となるようにフィルタＩＤが設定される。これにより、ＣＰＵ１０１は、冷却水温に基づいてフィルタＩＤを選択し、このフィルタＩＤに紐付いた冷却水温にとって所望のフィルタ特性のノック検出用フィルタが設定される。これにより、圧力から振動への変換を適切に扱うことが可能になり、圧力波強度をより精緻に予測することができる。

図１５は、エンジン６５の状態や気筒番号やノックの発生周波数の関係と、本実施形態におけるＥＣＵ１００のＣＰＵ１０１によるフィルタ設定の例である。

この図１５の表で見て分かる通り、表中に同じ周波数が複数あることから、その部分については、同じフィルタＩＤを設定することで、フィルタの設定が容易になる。

図１６は、ノックセンサ信号検出から各気筒毎にノックセンサ信号補正を行い、ノック強度を演算するというＣＰＵ１０１の機能ブロック図を示す。ノックセンサ３４によって検出された信号は、前述したように、エンジンブロックの影響を考慮した補正を行う（ノックセンサ信号補正）が、ここでは、エンジン６５の気筒番号、あるいは各気筒において冷却水温をＣＰＵ１０１の入力信号として、対応するフィルタＩＤを選択する。そして、フィルタＩＤに紐付いたフィルタ特性のノック検出用フィルタによりノックセンサ信号が処理され、この処理結果に基づいてノック強度（圧力波強度）が計算される。

以上の通り、本実施形態の信号処理装置（ＥＣＵ１００）は、車両に搭載されたセンサ（ノックセンサ３４）からの出力信号をフィルタ処理する。また、本実施形態の信号処理装置（ＥＣＵ１００）では、カットオフ周波数、又は通過帯域のフィルタ特性を設定するフィルタ種類（ＩＩＲフィルタ、ＦＩＲフィルタ等）又はフィルタ係数（図７のａ１１、ａ１２、ｗ１（ｎ−１）、ｗ１（ｎ−２）、ｂ００、ｂ１０、ｂ１１、ｂ１２等）の異なる複数のフィルタに対し設定され、これらの複数のフィルタのそれぞれに対し、個別コード（フィルタＩＤ）が設定される。そして、本実施形態の信号処理装置（ＥＣＵ１００）は、エンジン運転状態に基づいて個別コード（フィルタＩＤ）を選択することで対応するフィルタが選択され、選択されたフィルタを用いてセンサ（ノックセンサ３４）からの出力信号を処理するＣＰＵ１０１を備えている。上記センサは、車両に搭載されたエンジン６５のノックを検出するノックセンサ３４であることが望ましい。

ＣＰＵ１０１は、選択されたフィルタにより処理された信号に基づいてノックセンサ信号の特定周波数のノック強度（Ｋ（Ｋｆｉ））を算出することが望ましい。また、信号処理装置（ＥＣＵ１００）は、エンジン運転状態毎にノックセンサ信号の特定周波数（Ｋｆｉ）に対応する筒内の圧力波の特定周波数（Ｐｆｉ）との関係を記憶する記憶部（不図示のＲＡＭ又はＲＯＭ）を備え、ＣＰＵ１０１は、選択されたフィルタにより処理された信号に基づいてノックセンサ信号の特定周波数のノック強度（Ｋ（Ｋｆｉ））を算出し、前記記憶部に記憶されたノックセンサ信号の特定周波数（Ｋｆｉ）と圧力波の特定周波数（Ｐｆｉ）との関係、及び重み係数を用いて、ノックセンサ信号から筒内の圧力波を検出する圧力センサ信号の特定周波数のノック強度（Ｐ（Ｐｆｉ））を算出することが望ましい。

また、上記において、ノックセンサ信号の特定周波数（Ｋｆｉ）と圧力波の特定周波数（Ｐｆｉ）との関係、及び重み係数に対し、個別コード（フィルタＩＤ）が設定され、ＣＰＵ１０１がエンジン運転状態に基づいて個別コード（フィルタＩＤ）を選択した場合に、これに対応するノックセンサ信号の特定周波数（Ｋｆｉ）と圧力波の特定周波数（Ｐｆｉ）との関係、又は重み係数が設定されることが望ましい。

また、ＣＰＵ１０１は、特定周波数（Ｐｆｉ）毎にノック強度（Ｐ（Ｐｆｉ））に対するバックグラウンドレベルの加重平均（ＢＧＬｉ）の比ＳＬｉ＝Ｐ（Ｐｆｉ）／ＢＧＬｉを算出し、特定周波数がｍ個あった場合に、

を計算することで、ノック判定指標Ｉを算出し、ノック判定指標Ｉがノック判定閾値Ｉｔｈよりも大きい場合にノックが発生しているものと判定することが望ましい。また、エンジン運転状態は、エンジン６５の気筒番号、エンジン６５の回転数、エンジン６５の負荷、又は水温センサ３により検出される冷却水温のうち少なくとも一つであることが望ましい。

以上の通り、本実施形態は、センサ（ノックセンサ３４）を備えたエンジン６５を制御するエンジン制御装置（ＥＣＵ１００）において、カットオフ周波数、又は通過帯域の異なる複数のフィルタを設定するためのフィルタ種類及びフィルタ係数を記憶する記憶部（不図示のＲＡＭ又はＲＯＭ）を備え、複数のフィルタのそれぞれに対し個別コード（フィルタＩＤ）を対応付けできるような個別コード付与機能を有し、エンジン運転状態に基づいて個別コード（フィルタＩＤ）を選択することで対応するフィルタが選択され、選択されたフィルタを用いてセンサ（ノックセンサ３４）からの出力信号を処理するＣＰＵ１０１を備えている。

以上の本実施形態によれば、複雑化したフィルタ制御を構成するパラメータの増加に対し、パラメータ設定作業者の作業負担を軽減することができ、使いやすいフィルタを提供することが可能となる。

なお、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、ＳＳＤ（Solid State Drive）等の記憶装置、または、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に置くことができる。

また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。

１・・・エアフローセンサ、１ａ・・・吸気温度センサ、２・・・スロットルセンサ、３・・・水温センサ、４・・・クランク角センサ、５・・・アクセル開度センサ、６・・・エアコンスイッチ、７・・・ニュートラルスイッチ、８・・・空燃比センサ、９・・・カム角センサ、２０・・・燃料ポンプ、２１・・・燃料タンク、２２・・・プレッシャレギュレータ、２３・・・インジェクタ、３２・・・パワートランジスタ、３３・・・点火プラグ、３４・・・ノックセンサ、３５・・・吸気バルブ、３６・・・排気バルブ、３７・・・バルブタイミング可変機構、４０・・・絞り弁、４１・・・スロットル駆動モータ、６０・・・エアクリーナ、６１・・・ダクト、６２・・・コレクタ、６３・・・吸気管、６４・・・排気管、６５・・・エンジン、６６・・・シリンダ、６７・・・シリンダブロック、６８・・・ラジエータファン、１００・・・制御用ＥＣＵ（信号処理装置、エンジン制御装置）、１０１・・・ＣＰＵ、１０２・・・電源ＩＣ

Claims (8)

1. 車両に搭載されたセンサからの出力信号をフィルタ処理する信号処理装置であって、
   カットオフ周波数、又は通過帯域のフィルタ特性を設定するフィルタ種類又はフィルタ係数の異なる複数のフィルタに対し設定され、
   前記複数のフィルタのそれぞれに対し、個別コードが設定され、
   エンジン運転状態に基づいて前記個別コードを選択することで対応するフィルタが選択され、選択された前記フィルタを用いて前記センサからの出力信号を処理するＣＰＵを備えた信号処理装置。
2. 請求項１に記載の信号処理装置において、
   前記センサは、前記車両に搭載されたエンジンのノックを検出するノックセンサである信号処理装置。
3. 請求項２に記載の信号処理装置において、
   前記ＣＰＵは、選択された前記フィルタにより処理された信号に基づいてノックセンサ信号の特定周波数のノック強度（Ｋ（Ｋｆｉ））を算出する信号処理装置。
4. 請求項２に記載の信号処理装置において、
   エンジン運転状態毎にノックセンサ信号の特定周波数（Ｋｆｉ）に対応する筒内の圧力波の特定周波数（Ｐｆｉ）との関係を記憶する記憶部を備え、
   前記ＣＰＵは、選択された前記フィルタにより処理された信号に基づいてノックセンサ信号の特定周波数のノック強度（Ｋ（Ｋｆｉ））を算出し、前記記憶部に記憶されたノックセンサ信号の特定周波数（Ｋｆｉ）と圧力波の特定周波数（Ｐｆｉ）との関係、及び重み係数を用いて、ノックセンサ信号から前記筒内の圧力波を検出する圧力センサ信号の特定周波数のノック強度（Ｐ（Ｐｆｉ））を算出する信号処理装置。
5. 請求項４に記載の信号処理装置において、
   ノックセンサ信号の特定周波数（Ｋｆｉ）と圧力波の特定周波数（Ｐｆｉ）との関係、及び重み係数に対し、フィルタＩＤが設定され、
   前記ＣＰＵがエンジン運転状態に基づいてフィルタＩＤを選択した場合に、これに対応するノックセンサ信号の特定周波数（Ｋｆｉ）と圧力波の特定周波数（Ｐｆｉ）との関係、又は重み係数が設定される信号処理装置。
6. 請求項４に記載の信号処理装置において、
   前記ＣＰＵは、特定周波数（Ｐｆｉ）毎にノック強度（Ｐ（Ｐｆｉ））に対するバックグラウンドレベルの加重平均（ＢＧＬｉ）の比ＳＬｉ＝Ｐ（Ｐｆｉ）／ＢＧＬｉを算出し、特定周波数がｍ個あった場合に、
   

   

   を計算することで、ノック判定指標Ｉを算出し、前記ノック判定指標Ｉがノック判定閾値Ｉｔｈよりも大きい場合にノックが発生しているものと判定する信号処理装置。
7. 請求項１に記載の信号処理装置において、
   前記エンジン運転状態は、前記エンジンの気筒番号、前記エンジンの回転数、前記エンジンの負荷、又は水温センサにより検出される冷却水温のうち少なくとも一つである信号処理装置。
8. センサを備えたエンジンを制御するエンジン制御装置において、
   カットオフ周波数、又は通過帯域の異なる複数のフィルタを設定するためのフィルタ種類及びフィルタ係数を記憶する記憶部を備え、
   前記複数のフィルタのそれぞれに対し個別コードを対応付けできるような個別コード付与機能を有し、
   エンジン運転状態に基づいて前記個別コードを選択することで対応するフィルタが選択され、選択された前記フィルタを用いて前記センサからの出力信号を処理するＣＰＵを備えたエンジン制御装置。

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