KR101099407B1 - 다신호 해석 장치 - Google Patents

Abstract

과제

복수 신호 사이의 상호 상관 관계를 과도 상태에서 해석 가능하도록 한다.

해결 수단

물리 화학 현상을 나타내는 복수의 시계열 신호를 동시에 입력하고, AD 변환하는 AD 변환기 (11) 와, AD 변환기 (11) 에 입력된 임의의 두 신호 x(t), y(t) 사이의 지연 시간을 연산하는 지연 시간 연산부 (19) 와, 지연 시간 연산부 (19) 에서 연산된 지연 시간에 기초하여, 두 신호 중 일방의 신호의 시간축을 전진 또는 지연시켜, 두 신호를 동일 시간축화하는 시간축 조정부 (39) 와, 동일 시간축화된 두 신호에 대하여 상호 상관 계수를 구하는 등의 해석을 실시하는 데이터 해석부 (41) 를 갖는 다신호 해석 장치 (1) 이다.

Description

다신호 해석 장치{MULTI-SIGNAL ANALYSIS DEVICE}

본 발명은 다신호 해석 장치에 관한 것으로, 특히, 기준 신호와, 이 기준 신호와 비교하여 큰 지연 시간을 갖는 신호와의 상관 관계를, 과도 상태에서 해석하는 장치에 관한 것이다.

자동차 산업의 발전을 지지하는 배경에는, 엔진의 기술적 진보가 불가결하지만, 최근, 환경 문제의 영향으로 배기 가스 방출 규제가 강화되는 가운데, 각국의 자동차 제조자는, 종래의 배기 가스 규제 대응보다, 더욱 저공해 규제에 대응한 엔진 설계로 방향을 바꾸고 있다.

현재, 엔진 제어 기술의 주류가 되어 있는 것은 ECU (Engine Control Unit 또는 Electric Control Unit) 이다. ECU 란, 엔진 주변에 설치된 각종 센서가 검지한 정보에 기초하여 엔진이 항상 최고의 컨디션을 유지할 수 있도록, 연료 분사량, 분사 타이밍, 점화 시기 등을 정밀하게 제어하는 마이크로컴퓨터이다.

배기 가스 규제에 따라, ECU 에는 발생 토크뿐만 아니라, 배기 가스의 관점에서도 엔진을 최적화할 것이 요구되고 있다. 게다가, 나라에 따라서는, 배기 가스를 측정할 때, 복잡한 시계열 패턴과 차속을 상세하게 정하여 실시하도록 정해져 있고, 배기 가스의 분석도 다항목에 걸쳐 있다.

이 때문에, ECU 는, 다수의 센서로부터 얻어지는 신호의 상관 관계를 알아내서, 엔진 제어에 반영시킬 필요가 있다.

종래에는, 이러한 다수의 신호를 측정하고, 동일 화면에 표시함으로써, 상호의 상관 관계를 알아내고자 하였다 (예를 들어, 특허 문헌 1 참조).

그러나, 이 경우, 이하에 설명하는 기술적인 과제가 있었다.

특허 문헌 1: 일본 공개특허공보 평9-170967호

발명이 해결하고자 하는 과제

특허 문헌 1 에 개시된 발명은, 단지, 다항목으로 이루어진 자동차 테스트 데이터를 동일 화면에 보기 쉽게 배치한 것에 지나지 않고, 상호의 상관 관계를 발견하기 위해서는 별도 해석이 필요하다.

게다가, 엔진 발생 토크, 배기 가스 등의 특성은, 연료 주입 특성, 공기 흡입 특성, 점화 시간, 연료 분사 등 다수의 요소가 복잡하게 얽혀 발생되는 것으로, 용이하게 해석할 수 있는 것이 아니다.

그 때문에, 종래에는, 이들 요소의 해석을 정상 상태에서 실시하였지만, 배기 가스에 관한 신호는, 화학 반응에 의한 지연, 물리적 공간 거리에 의한 지연, 가스의 유속에 의한 지연 등 때문에, 다른 신호와 비교하여 많은 지연 시간을 갖고 있고, 정상 상태에서 해석하기까지 시간이 걸렸다.

또한, 배기 가스 규제에 의해, 종래와 같은 정상 상태뿐만 아니라, 과도 상태에서 엔진 해석을 실시하는 것도 요구되고 있지만, 상기 서술한 바와 같이 배기 가스에 관한 신호는, 다른 신호와 비교하여 큰 지연 시간을 갖고 있기 때문에, 과도 상태에서의 해석이 곤란하였다.

본 발명은, 이러한 종래의 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는 것은, 복수의 신호 사이의 상관 관계를 정상 상태뿐만 아니라 과도 상태에서도 해석할 수 있는 장치를 제공하는 것에 있다.

과제를 해결하기 위한 수단

상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 다신호 해석 장치는, 물리 화학 현상을 나타내는 복수의 시계열 신호를 동시에 입력하고, AD 변환하는 AD 변환기와, 상기 AD 변환기에 입력된 임의의 두 신호 사이의 지연 시간을 연산하는 지연 시간 연산부와, 상기 지연 시간 연산부에서 연산된 지연 시간에 기초하여, 상기 임의의 두 신호 중 일방의 신호의 시간축을 전진 또는 지연시켜, 상기 두 신호를 동일 시간축화하는 시간축 조정부와, 상기 동일 시간축화된 두 신호에 관해서 비교하고, 상호 상관 계수를 구하는 등의 해석을 실시하는 데이터 해석부를 갖도록 하였다.

이상과 같이 구성한 다신호 해석 장치에서는, 상이한 지연 시간을 갖는 복수의 신호를 동일 시간축화하여 해석하기 때문에, 복수의 시계열 신호 사이에서의 시간 관계의 지속이 없어지고, 과도 상태에서의 비교 해석이 가능해진다.

또한, 상기 시간축 조정부는, 상기 AD 변환기에 입력된 신호 중, 선택된 하나의 신호의 시간축을 기준으로 하여, 그 밖의 신호를 동일 시간축화할 수 있다.

이와 같이, 기준이 되는 신호를 형성함으로써, 다수의 신호 사이의 상관 관계가 일목요연해지는 표시가 가능해진다.

또한, 상기 시계열 신호는, 과도 상태를 포함하는 신호이고, 상기 시계열 신호 중 적어도 하나는, 다른 신호와 비교하여 10 초 이상의 지연 시간을 갖고 있어도 된다.

상세하게는, 상기 시계열 신호는, 자동차 엔진의 연료 유량, 발생 토크수, 엔진 회전수, 배기 가스량을 적어도 갖고, 상기 데이터 해석부의 해석 결과는, 엔진의 ECU 제어에 사용할 수 있다.

상기 자동차의 배기 가스량이나, 연료 전지의 화학 반응량 등은, 특히 큰 지연 시간을 갖는 것으로, 과도 상태에서 다른 신호와의 상관 관계 등의 해석이 곤란하기 때문에, 다른 신호와 동일 시간축화하여 해석을 실시하는 것은, 배기 가스 효율의 개선 실험이나 연료 전지의 성능 개선 실험에 유용하게 된다.

발명의 효과

본 발명에 관련된 다신호 해석 장치에 의하면, 상이한 지연 시간을 갖는 복수의 신호를 동일 시간축화하여 해석하기 때문에, 복수의 시계열 신호 사이에서의 시간 관계의 지속이 없어지고, 과도 상태에서의 비교 해석이 가능해진다. 또한, 모처럼 취득한 다수의 데이터 사이에 파묻히기 쉬운 상관 관계를 간과하는 일 없이, 타당한 해석 결과를 도출할 수 있다.

특히, 자동차의 배기 가스량이나 연료 전지의 화학 반응량 등은, 큰 지연 시간을 갖는 것으로, 과도 상태에서 다른 신호와의 상관 관계 등의 해석이 곤란하기 때문에, 다른 신호와 동일 시간축화하여 해석을 실시하는 것은, 배기 가스 효율의 개선 실험이나 연료 전지의 성능 개선 실험에 유용하게 된다.

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

이하, 본 발명의 바람직한 실시형태에 관해서, 첨부 도면에 기초하여 상세하게 설명한다. 도 1 부터 도 3 은, 본 발명에 관련된 다신호 해석 장치의 일 실시예를 나타내고 있다.

도 1 의 다신호 해석 장치 (1) 는, AD 변환기 (11), 메모리 (13), 시간창 추출부 (15), 조작 입력부 (17), 지연 시간 연산부 (19), 시간축 조정부 (39), 데이터 해석부 (41), 표시부 (43) 를 갖는다.

AD 변환기 (11) 는, 상호 상관 관계 등을 해석하는 대상이 되는 복수의 신호를 동시에 입력하고, 입력된 신호를 AD 변환하는 수단이다. 입력 신호는, 임의의 물리 현상이나 화학 현상에 관한 시계열 신호이고, 예를 들어, 자동차 엔진의 ECU 를 제어하기 위해서 필요한 주입 연료량, 발생 토크량, 엔진 회전수, 배기 가스량 등이 입력 신호에 상당한다. 이들은, 자동차의 각부에 설치된 센서로부터 검출되고, AD 변환기 (11) 에 입력된다. 입력 신호에는, 정상 상태뿐만 아니라, 과도 상태가 포함되어 있는 경우도 있다. AD 변환된 신호는, 뒤에 실시하는 상호 상관 관계의 해석을 위해, 메모리 (13) 에 일시 보존된다.

또한, 과도 상태란 신호가 불안정하고, 정상 상태로 안정될 때까지의 상태를 가리키고, 일반적으로는 통전, 측정, 가동 등의 개시ㆍ종료시에 발생하는 것이지만, 외란의 영향이나 설정의 변경시에도 발생하는 경우가 있다. 또한, 정상 상태는, 통상, 과도 상태를 거쳐 일정값으로 안정된 상태를 가리킨다. 따라서, 일반적으로는, 입력 신호에는 과도 상태와 정상 상태가 포함되는 것이다.

시간창 추출부 (15) 는, 조작 입력부 (17) 로부터의 조작에 의해, AD 변환기 (11) 에 입력된 신호로부터 임의의 두 신호를 선택하고, 선택된 두 신호에 관해서, 임의의 해석 시간 간격으로 시간창을 추출하는 수단이다.

시간창의 추출이란, AD 변환기 (11) 에서 샘플링된 신호 중, 어떤 구간 (예를 들어, 1024 점, 2048 점) 의 신호를, 후단의 처리를 위해 절취하는 것이다. 여기서, 후단의 처리란, 주로 푸리에 변환 (시간 함수 x(t) 를 주파수 함수 X(f) 로 변환하는 것) 이나 역푸리에 변환의 처리를 가리킨다.

본래, 푸리에 변환은, 무한 길이의 신호를 처리하는 것으로 이론상 정의된다. 그러나, 실제로 AD 변환기 (11) 에 입력되는 신호는 유한 길이의 신호이기 때문에, 시간창 추출부 (15) 에 의해 시간창을 추출하고, 추출된 구간의 파형이 무한하게 반복된다는 가정 하에서 처리가 실시된다.

한편, 푸리에 변환은, 원래 주기가 불명확한 신호에 관해서 그 처리가 실시되는 것이기 때문에, 일반적으로는 파형을 절취하는 구간은 그 측정계에서는 일정하게 되지만, 반드시 신호의 주기와 절취된 구간이 일치한다는 법은 없고, 절취된 구간이 그 신호가 갖는 주파수의 정수배와 일치하지 않는 경우에는, 반복 파형의 시단과 종단이 이어지지 않고 불연속점이 발생하여, 절취된 원래의 신호와는 상이한 왜곡된 신호가 처리되게 된다.

그래서, 시간창 추출부 (15) 에서는, 단지 파형을 절취할 뿐만 아니라, 파형이 절취되는 구간의 양단이 제로가 되도록 산형 (山型) 의 가중 함수를 곱하여, 시단과 종단이 이어지도록 하고, 절취 위치의 상이함에 의해서 발생하는 푸리에 변환 처리의 오차가 적어지도록 하고 있다. 여기서 사용되는 가중 함수를 창함수라고 하며, 창함수로서는 해닝창이 대표적이지만, 본 실시예에서는 AD 변환기 (11) 에 입력되는 신호에 따라, 처리에 알맞은 함수를 조작 입력부 (17) 로부터 입력하여, 지정할 수 있다.

지연 시간 연산부 (19) 는, 시간창 추출부 (15) 에서 시간창이 추출된 임의의 두 신호 사이의 지연 시간을 연산하는 수단이다. 지연 시간 연산부 (19) 의 상세 구성도의 일례를 도 2, 도 3 에 나타낸다.

도 2 에 나타내는 지연 시간 연산부 (19a) 는, 두 신호 사이의 상호 상관 함수를 구함으로써 지연 시간을 구하는 것이고, 지연 시간 발생부 (21), 상호 상관 연산부 (23), 지연 시간 제어부 (29) 를 갖는다.

여기서, 상호 상관 함수란, 두 신호 중 일방의 파형 (예를 들어, 도 2 에 나타내는 입력 신호 x(t) 와 y(t) 중, x(t)) 을 지연 시간 발생부 (21) 에서 시간 τ 만큼 지연시켰을 때의 어긋남량 τ 의 함수이고, 상호 상관 연산부 (23) 내의 곱셈부 (25) 와 적분부 (27) 의 곱셈, 적분에 의해, 다음식으로 표시된다.

상호 상관 함수는, 두 신호 사이의 유사도를 나타내는 지표이고, 두 신호가 완전히 상이하면 τ 값에 관계없이, 상호 상관 함수는 0 에 가까워진다. 이것을 이용하여, 지연 시간 제어부 (29) 는, 지연 시간 발생부 (21) 에서 일방의 신호 에 부여하는 지연 시간 τ 의 양을 제어하면서, 상호 상관 함수가 최대가 될 때의 τ 를 찾아낸다. 이 τ 가 두 신호 사이에 발생하는 지연 시간이 된다.

또한, 상호 상관 함수는, 두 신호 (도 2 에 나타내는 입력 신호 x(t) 와 y(t)) 를 푸리에 변환하여 X(f), Y(f) 로 하고, 일방의 신호 X(f) 의 공액 복소수를 X^*(f) 로 하면, 다음 식에서 나타나는 크로스 스펙트럼 W_xy(f) 를 역푸리에 변환하는 것에서도 구해진다.

한편, 도 3 에 나타내는 지연 시간 연산부 (19b) 는, 도 2 에 나타낸 지연 시간 연산부 (19a) 와는 지연 시간의 연산 수단이 상이하고, 임펄스 응답 출력을 구함으로써 지연 시간을 구하는 것이고, FFT 연산부 (31), 임펄스 응답 연산부 (33) 를 갖는다.

임펄스 응답 출력은, 두 신호 (도 3 에 나타내는 입력 신호 x(t) 와 y(t)) 를 각각 FFT 연산부 (31a, 31b) 에서 푸리에 변환하여 X(f), Y(f) 로 하고, 임펄스 응답 연산부 (33) 내의 크로스 스펙트럼 연산부 (35) 에서, 일방의 신호 (도 3 에서는 Y(f)) 의 공액 복소수와 타방의 신호 (도 3 에서는 X(f)) 와의 곱셈을 실시하여, 동일한 주파수 성분을 곱하고, 평균화 연산부 (37) 에서 평균화하여, 앞의 수식 2 에도 나타난 크로스 스펙트럼 W_xy(f) 을 구함으로써 얻어진다.

임펄스 응답 출력의 x 축은 주파수, y 축은 진폭의 2 승 (주파수 대역마다의 파워 스펙트럼) 으로 나타난다. 여기서, 어떤 주파수에서 크로스 스펙트럼의 값이 크다는 것은, 그 주파수에 있어서의 두 신호 사이의 상관이 큰 것을 나타낸다. 따라서, 이 임펄스 응답 출력의 값이 피크가 되는 시간이 두 신호 사이의 지연 시간으로서 구해진다.

시간축 조정부 (39) 는, 지연 시간 연산부 (19) 에서 얻어진 두 신호 사이의 지연 시간에 기초하여, 메모리 (13) 에 보존되어 있는 두 신호 중 일방을 지연 시간 분만큼 전진 또는 지연시켜, 두 신호를 동일 시간축화하는 수단이다. 또한, 지연 시간 연산부 (19) 의 형태는, 도 2, 도 3 에 나타낸 것 이외의 구성에 의해서 실현되어도 되고, 예를 들어, 주파수 응답 함수의 역푸리에 변환에 의해 임펄스 응답 출력을 구하는 것도 가능하고, 반드시 도 2, 도 3 에 나타낸 구성으로 지연 시간을 구할 필요는 없다. 또한, 시간축 조정부 (39) 에서 시간축을 조정할 때, 지연 시간의 대소는 문제되지 않는다.

데이터 해석부 (41) 는, 동일 시간축화된 두 신호에 관해서 비교하고, 상관 계수를 구하는 등의 해석을 실시하는 수단이다. 해석 대상이 되는 신호는 과도 상태를 포함하는 신호여도 되고, 그 경우에서도, 복수의 신호는 동일 시간축화되어 있기 때문에, 타당한 해석 결과가 얻어진다. 해석 결과는 메모리 (13) 에 보존된다.

표시부 (43) 는, 데이터 해석부 (41) 에서의 해석 결과를 수치나 그래프 등으로 표시하는 수단이다. 또한, 데이터 해석부 (41) 에서의 해석이 실시되기 전의 동일 시간축화된 신호나, 지연 시간 연산부 (19) 에서 구해진 지연 시간을 표시해도 된다.

이하에, 본 발명의 상세한 실시예에 관해서 설명한다. 도 4 는, 본 발명의 다신호 해석 장치 (1) 를 사용하여, 자동차 엔진 해석을 실시하고, ECU 에 효율적인 제어를 실시하게 하기 위해서, 자동차의 각부에 설치되는 센서의 배치도를 나타내고 있다. 또한, 다신호 해석 장치 (1) 의 상세 구성에 관해서는, 앞서 설명한 바와 같기 때문에 설명을 생략한다.

센서는 엔진 (51) 주변의 각부에 설치되지만, 구체적으로는, 연료 탱크 (53) 에 설치된 연료 유량계 (55), 크랭크축 (57) 주변에 설치되어 토크수를 검출하는 토크 센서 (59) 와 엔진 회전수를 검출하는 회전 센서 (61), 머플러 (63) 로부터 배출되는 배기 가스의 성분 중 NO_x 량을 검출하는 배기 NO_x 센서 (65) 로 이루어진다.

또한, 본 실시예에서는, 배기 가스 성분에 관해서는 NO_x 량만을 검출하는 것으로 하지만, 그 밖의 성분인 CO, CO₂, T-HC, CH₄, N₂O, SO₂, O₂ 를 검출하는 센서를 갖고 있어도 된다.

도 5 는, 도 4 에 나타나는 4 개의 센서로부터 검출되는 시계열 신호를 엔진 (51) 의 시동으로부터 약 2 분간에 걸쳐, 동시에 표시한 그래프이다. 또한, 도 5 의 그래프는, 다신호 해석 장치 (1) 의 표시부 (43) 가 동시에 입력된 신호를 단 순히 표시하는 것에 의해서도 얻어지고, 그 밖의 표시 장치에 의해서도 표시 가능하다.

이와 같이 표시된 각 신호는, 어느 것이나 초기 단계 (엔진 (51) 의 시동 단계) 에서는 과도 상태를 나타내고 있고, 언뜻 보기에는 랜덤하고 불균일한 파형으로, 각 신호 사이의 상관 관계가 불명확하다. 특히, 연료의 연소로부터 토크 발생까지의 시간, 토크 발생으로부터 엔진 회전까지의 기간에는, 물리적 거동에 의한 랜덤성 지연이 발생하고, 또한, 배기 가스의 발생까지는 화학 반응에 의한 지연, 물리적 공간 거리에 의한 지연, 가스의 유속에 의한 지연, 측정계의 센서의 전기 신호 변환 지연, 측정기 고유의 지연 등, 물리적, 화학적 현상이 복잡하게 얽혀 지연이 발생하고, 이들 지연 시간이 다신호 또한 과도 상태의 비교 해석을 보다 복잡 곤란하게 하고 있다.

그래서 종래에는, 모든 센서로부터 검출되는 신호가 정상 상태로 안정되는 것을 기다리고 나서 각 신호 사이의 해석을 실시하였다.

그러나, 배기 가스에 관한 센서 중에는, 응답 시간이 빠른 것부터 느린 것까지 존재하고 있고, 응답 시간이 느린 센서에 관해서는, 다른 센서의 신호와 비교하여 10 초 이상의 지연 시간을 갖고 있는 경우가 있으며, 정상 상태로 안정되는 데 시간이 걸리기 때문에, 해석 처리가 늦어지는 원인이 되었다.

그래서, 검출된 신호 사이의 상호 상관 관계를 과도 상태에서 구하고자 하면, 도 6 부터 도 9 까지와 같은 그래프가 된다. 도 6 부터 도 9 는, 연료 유량, 발생 토크, 엔진 회전수, NO_x 량 중, 임의의 두 신호 사이의 상호 상관 관계를 나타내는 그래프이다. 어느 쪽의 그래프도 가로축과 세로축에 동시간에 있어서의 두 신호의 값을 나타낸 것이다.

도 6 부터 도 9 의 그래프로부터, 각 두 신호 사이의 상호 상관 계수를 구하면, 도 6 의 연료 유량과 발생 토크 사이의 상호 상관 계수는 0.96, 도 7 의 연료 유량과 엔진 회전수 사이의 상호 상관 계수는 0.36, 도 8 의 연료 유량과 NO_x 량과의 상호 상관 계수는 0.12, 도 9 의 발생 토크와 NO_x 량과의 상호 상관 계수는 0.16 이다. 또한, 상호 상관 계수는 1 에 가까이 갈수록 상호의 상관 관계가 높은 것을 나타낸다.

따라서, 도 5 와 같이 단지 다수의 시계열 신호를 동시에 표시시킨 상태에서, 과도 상태에 있어서의 신호 해석을 실시한 경우, 연료 유량과 발생 토크 사이의 상호 상관 계수를 제외하고는, 어느 것이나 두 신호 사이의 상호 상관 관계가 낮다는 결과가 얻어진다.

그러나, 이들 신호 사이에는 상호 상관 관계가 없을 리가 없고, 이러한 종래 방법으로 상호 상관 해석을 실시하면, 잘못된 해석 결과가 도출되어 버린다.

그래서, 본 발명의 다신호 해석 장치 (1) 에서는, AD 변환기 (11) 에 입력된 신호 중 임의의 두 신호를 추출하고, 지연 시간 연산부 (19) 에서, 추출된 두 신호 사이의 지연 시간을 연산하며, 연산된 지연 시간에 따라서 시간축 조정부 (39) 에 있어서 두 신호의 시간축을 조정하여 동일 시간축화하고, 데이터 해석부 (41) 에 있어서 과도 상태에서의 상호 상관 관계의 비교 해석을 가능하게 하여, 보다 타당한 상호 상관 관계가 도출되도록 하고 있다.

본 발명의 다신호 해석 장치 (1) 를 사용한 경우, 우선, 도 5 에 나타낸 각 센서의 시계열 신호는 엔진 (51) 의 시동과 함께, 동시에 AD 변환기 (11) 에 입력되고, 메모리 (13) 에 보존된다. 이 중에서, 임의의 두 신호를 조작 입력부 (17) 로부터 선택하고 (여기서는, 예를 들어, 연료 유량과 NO_x 량을 선택한다), 센서의 검출 개시로부터 40 초 경과까지의 사이, 샘플 시간 10msec 에서 시간창 추출부 (15) 에서의 시간창 추출 처리를 실시하여, 지연 시간 연산부 (19) 에서 상호 상관 함수를 구하면, 도 10 과 같은 상호 상관 특성이 얻어진다. 또한, 도 10 의 상호 상관 함수는, 도 3 에 나타낸 지연 시간 연산부 (19b) 에 의해서 얻어진, 임펄스 응답 출력을 가리키고 있다.

여기서, 연료 유량과 NO_x 량과의 두 신호 사이의 지연 시간은, 도 10 의 그래프에서 상호 상관 함수의 값이 피크 A 가 되는 시간으로부터 구해지는 것으로부터 11 초인 것을 알 수 있다.

마찬가지로, 연료 유량과 발생 토크 사이의 지연 시간, 연료 유량과 엔진 회전수 사이의 지연 시간에 관해서도, 각각 해당하는 두 신호를 선택한 뒤 구한다. 그 결과, 연료 유량과 발생 토크 사이의 지연 시간은 0.6 초, 연료 유량과 엔진 회전수 사이의 지연 시간은 1.2 초로 산출되었다.

또한, 다신호 중, 임의의 두 신호 사이의 지연 시간을 구할 때는, 뒤의 처리 용이화를 위해, 본 실시예와 같이, 하나의 신호 (여기서는 연료 유량) 를 반드시 지연 시간의 연산 대상이 되도록 선택하면, 당해 하나의 신호의 시간축을 기준으로 하여 그 밖의 신호가 동일 시간축화되기 때문에, 모든 신호 사이의 지연 시간을 용이하게 파악할 수 있다.

또한, 해석 처리의 고속화를 위해, AD 변환기 (11) 에 입력되는 시계열 신호의 종류, 및 지연 시간 연산부 (19) 에서 지연 시간을 구하는 신호의 조합에 관해서, 미리 조작 입력부 (17) 로부터 선택해 두거나 또는 메모리 (13) 에 기억시켜 두고, AD 변환기 (11) 에 입력된 신호가 메모리 (13) 에 보존되기 시작하는 것과 동시 또는 소정 시간 늦게, 지연 시간 연산부 (19) 의 처리가 시작되어도 된다. 이 경우, 메모리 (13) 의 보존 동작과 평행하게 지연 시간 연산 처리가 실시되기 때문에, 처리의 고속화가 도모된다. 추가로, 지연 시간 연산부 (19) 가 복수이면, 동시에 복수조의 두 신호 사이의 지연 시간을 구하는 것이 가능해져, 한층 더 처리의 고속화에 공헌한다.

시간축 조정부 (39) 는, 메모리 (13) 로부터 일시 보존된 신호를 추출하고, 지연 시간 연산부 (19) 에서 구해진 지연 시간에 기초하여, 앞의 도 5 의 시계열 신호를 연료 유량의 시간축을 기준으로 하여, 전진 또는 지연시킨다. 그 결과를 도 11 에 나타낸다. 또한, 도 11 과 같은 그래프가 표시부 (43) 에 표시되어도 된다. 이와 같이 하나의 신호를 기준으로 하여 다른 신호를 동일 시간축화하여 표시함으로써, 상호 상관 관계가 일목요연해지고, 다수의 신호의 비교 해석을 실시하는 것이 용이해진다.

데이터 해석부 (41) 는, 도 11 에서 지연 시간이 조정된 상태의 시계열 신호에 관해서, 도 6 부터 도 9 에서 구한 것과 같은 조합에 의한 각 두 신호에 관하여, 과도 상태에서 상호 상관 계수를 구한다. 그 결과를 도 12 에서 도 15 까지 나타낸다.

도 12 의 연료 유량과 발생 토크 사이의 상호 상관 계수는 0.95, 도 13 의 연료 유량과 엔진 회전수 사이의 상호 상관 계수는 0.51, 도 14 의 연료 유량과 NO_x 량과의 상호 상관 계수는 0.90, 도 15 의 발생 토크와 NO_x 량과의 상호 상관 계수는 0.85 이다.

이것으로부터, 도 12 부터 도 15 에서 구해진 상호 상관 계수는, 도 6 부터 도 9 에서 구한 상호 상관 계수보다는, 각 신호 사이의 상호 상관 관계를 증가시키고 있는 것을 알 수 있고, 엔진 (51) 에 관해서 타당한 해석을 실시하는 것이 가능해진다. 예를 들어, 연료 유량과 엔진 회전수 사이의 지연 시간은 먼저 구한 것과 같은 1.2 초였지만, 1.2 초분 시간축을 조정한 것만으로도 상관 관계가 증가하기 때문에, 초단위의 지연 시간이 얼마나 상관 관계에 큰 영향을 주는 수치 단위인지를 본 실시예의 데이터 해석부 (41) 의 해석 결과로부터 알 수 있다.

데이터 해석부 (41) 는 이 해석 결과를 메모리 (13) 에 저장하고, 표시부 (43) 는 필요한 표시 형태 (수치, 그래프 등) 로 결과를 표시한다.

이상과 같이, 과도 상태를 포함하는 다수의 신호 사이의 상호 상관 관계에 관한 해석을 실시하는 경우에, 본 발명의 다신호 해석 장치 (1) 에 의해, 상이한 지연 시간을 갖는 복수의 신호를 동일 시간축화하여 해석하기 때문에, 복수의 시계열 신호 사이에서의 시간 관계의 지속이 없어지고, 과도 상태에서의 비교 해석이 가능해진다. 또한, 본 발명의 다신호 해석 장치 (1) 는, 모처럼 취득한 다수의 데이터 사이에 파묻히기 쉬운 상관 관계를 간과하는 일 없이, 타당한 해석 결과를 도출하기 위한 유효 수단이 된다.

본 실시예에서 설명한 바와 같은 임의의 두 신호 사이에는 1 초에서 11 초라는 지연 시간이 있었지만, 이들은 통상의 센서나 전자 회로에 의해 발생하는 밀리초 단위, 마이크로초 단위의 지연 시간과 비교하면 대단히 큰 수치이다. 이러한 큰 지연 시간 (특히 11 초의 경우) 을 갖는 신호 사이의 상호 상관 관계를 해석할 때는, 정상 상태가 될 때까지 기다리면 해석에 시간이 걸리고, 과도 상태에서 해석하면 현상이 복잡하고 잘못된 해석 결과가 도출되어 버린다. 그래서, 입력되는 시계열 신호 중 적어도 하나가, 다른 신호와 비교하여 10 초 이상의 지연 시간을 갖고 있는 경우에, 본 발명의 다신호 해석 장치 (1) 를 사용함으로써 유효한 해석 결과가 얻어진다. 또한, 본 발명의 다신호 해석 장치 (1) 는, 당연히, 두 신호 사이의 지연 시간이 작은 경우에도 사용하는 것이 가능하다.

특히, 배기 가스 규제에 따라, 배기 가스의 측정은 정상 상태에서의 측정으로부터 비정상 상태에서의 측정으로 변화하고 있는 것으로부터도, 본 발명의 다신호 해석 장치 (1) 는, 배기 가스를 현상 (現象) 할 목적으로 배기 경로를 연구하는 등의 배기 가스 효율 개선 실험에 유용한 수단이 된다. 또한, 자동차의 여러 가지 주행모드에 대응하여 ECU 를 제어하여 배기 가스량을 최소화하기 위해서, 본 발명의 다신호 해석 장치 (1) 에 의한 해석 결과를 사용하는 것도 가능해진다.

또한, 본 실시예에서는 엔진 (51) 의 연료 유량과 NO_x 량과의 상호 상관 관계에 관한 해석을 실시하였지만, 배기 가스의 그 밖의 성분인 CO, CO₂, T-HC, CH₄, N₂O, SO₂, O₂ 에 관해서도 마찬가지로 해석 가능하다. 특히, NO_x, CO, HC 라는 배기 가스의 3대악이라고 불리는 성분에 관해서는, 발생 요인, 발생량의 감소 방법, 지연 시간 등이 가스의 성질에 의해 각각 다르기 때문에, 모든 것을 균형있게 감소시키는 것은 곤란하다. 그래서, 본 발명의 다신호 해석 장치 (1) 를 사용하면, 임의의 신호 사이의 상호 상관 관계의 해석을 용이하게 실시할 수 있기 때문에, 배기 가스 규제로의 대응도 가능해진다.

또한, 자동차 엔진 개선이나 배기 가스 최소화의 목적뿐만이 아니라, 전기 화학 반응에 의한 지연, 기체 경로에 의한 유속 지연 등의 비교적 큰 지연을 동반하는 연료 전지의 성능 개선 실험에 있어서도, 본 발명의 다신호 해석 장치 (1) 를 사용하여 과도 상태에서의 신호 해석이 가능해진다.

도 1 은 본 발명에 관련된 다신호 해석 장치의 구성도이다.

도 2 는 도 1 에 나타낸 지연 시간 연산부의 상세 구성도의 일례이다.

도 3 은 도 1 에 나타낸 지연 시간 연산부의 다른 상세 구성도의 일례이다.

도 4 는 자동차 엔진 주변의 각부에 설치되는 센서의 배치도이다.

도 5 는 도 4 에 나타낸 센서로부터 검출되는 시계열 신호를 동시에 표시한 그래프이다.

도 6 은 도 5 의 그래프에 있어서 연료 유량과 발생 토크 사이의 상호 상관 관계를 나타내는 그래프이다.

도 7 은 도 5 의 그래프에 있어서 연료 유량과 엔진 회전수 사이의 상호 상관 관계를 나타내는 그래프이다.

도 8 은 도 5 의 그래프에 있어서 연료 유량과 NO_x 량 사이의 상호 상관 관계를 나타내는 그래프이다.

도 9 는 도 5 의 그래프에 있어서 발생 토크와 NO_x 량 사이의 상호 상관 관계를 나타내는 그래프이다.

도 10 은 연료 유량과 NO_x 량 사이의 임펄스 응답 출력을 나타내는 그래프이다.

도 11 은 도 5 의 시계열 신호를 연료 유량의 시간축을 기준으로 하여, 전진 또는 지연시킨 그래프이다.

도 12 는 도 11 의 그래프에 있어서 연료 유량과 발생 토크 사이의 상호 상관 관계를 나타내는 그래프이다.

도 13 은 도 11 의 그래프에 있어서 연료 유량과 엔진 회전수 사이의 상호 상관 관계를 나타내는 그래프이다.

도 14 는 도 11 의 그래프에 있어서 연료 유량과 NO_x 량 사이의 상호 상관 관계를 나타내는 그래프이다.

도 15 는 도 11 의 그래프에 있어서 발생 토크와 NO_x 량 사이의 상호 상관 관계를 나타내는 그래프이다.

부호의 설명

1: 다신호 해석 장치

11: AD 변환기

13: 메모리

15: 시간창 추출부

17: 조작 입력부

19: 지연 시간 연산부

21: 지연 시간 발생부

23: 상호 상관 연산부

25: 곱셈부

27: 적분부

29: 지연 시간 제어부

31: FFT 연산부

33: 임펄스 응답 연산부

35: 크로스 스펙트럼 연산부

37: 평균화 연산부

39: 시간축 조정부

41: 데이터 해석부

43: 표시부

51: 엔진

53: 연료 탱크

55: 연료 유량계

57: 크랭크축

59: 토크 센서

61: 회전 센서

63: 머플러

65: 배기 NO_x 센서

Claims (6)

1. 엔진의 ECU 제어에 필요한 복수의 시계열 신호를 동시에 입력하고, AD 변환하는 AD 변환기;

   상기 AD 변환기에 입력된 상기 시계열 신호 중, 임의의 두 신호 사이의 지연 시간을 연산하는 지연 시간 연산부;

   상기 지연 시간 연산부에서 연산된 지연 시간에 기초하여, 상기 임의의 두 신호 중 일방의 신호의 시간축을 전진 또는 지연시켜, 상기 두 신호를 동일 시간축화하는 시간축 조정부; 및

   상기 동일 시간축화된 두 신호에 관해서 비교하고, 상호 상관 계수를 구하는 해석을 실시하는 데이터 해석부를 갖는 다신호 해석 장치로서,

   상기 시계열 신호는, 과도 상태를 포함하는 엔진의 연료 유량, 발생 토크수, 엔진 회전수, 배기 가스량을 나타내는 신호이며, 당해 시계열 신호에는, 다른 시계열 신호와 비교하여 10 초 이상의 지연 시간을 갖는 시계열 신호가 적어도 1 개 포함되어 있고,

   상기 지연 시간 연산부는, 상기 두 신호의 각각에 대해, 상호 상관 함수가 최대가 될 때를 찾아내고, 그 최대가 되는 시간을 상기 지연 시간으로 하거나, 또는, 상기 두 신호의 상관도를 나타내는 임펄스 응답 출력을 얻고, 당해 임펄스 응답 출력의 값이 피크가 되는 시간을 상기 지연 시간으로 하는 것을 특징으로 하는 다신호 해석 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 지연 시간 연산부는,

   일방의 신호에 지연 시간을 부여하는 지연 시간 발생부;

   상기 지연 시간 발생부에서 지연된 신호와, 타방의 신호와의 곱셈 후, 적분을 실시하여, 상기 두 신호 사이의 유사도를 나타내는 상호 상관 함수를 구하는 상호 상관 연산부; 및

   상기 상호 상관 함수의 값이 최대가 되도록 상기 지연 시간을 제어하고, 그 때의 지연 시간 τ 를 상기 두 신호 사이의 지연 시간으로 하는 지연 시간 제어부를 갖는 것을 특징으로 하는 다신호 해석 장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 지연 시간 연산부는,

   상기 두 신호의 각각에 대하여, 시간 함수로부터 주파수 함수로의 푸리에 변환 처리를 실시하는 FFT 연산부; 및

   상기 푸리에 변환 처리된 두 신호 중, 일방의 신호의 공액 복소수와, 타방의 신호와의 곱셈 후, 평균화 처리를 실시하여, 상기 두 신호의 상관도를 나타내는 임펄스 응답 출력을 얻는 임펄스 응답 연산부를 갖고,

   상기 임펄스 응답 출력의 값이 피크가 되는 시간을 상기 두 신호 사이의 지연 시간으로 하는 것을 특징으로 하는 다신호 해석 장치.
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