KR20070022115A - 아날로그 신호들의 크랭크축-동기 검출 - Google Patents

Abstract

내연 기관 제어 장치(110)의 내부 클록을 이용한 차량의 크랭크축의 각도 위치의 동기화는 종종 부정확하고 복잡하고 특히 외부 센서 신호들의 검출 및 처리에 대하여 종종 문제점들로 가득하다. 본 발명은 내연 기관 제어 장치(110)에 관한 것으로, 상기 내연 기관 제어 장치(110)에서는 크랭크축의 각도 위치가 초기에 검출되고 트리거 변환기(114)에서 전자 트리거 신호(136)로 변환된다. 상기 전자 트리거 신호(136)는 아날로그 신호, 특히 아날로그 센서 신호의 검출 및 아날로그-디지털 변환을 제어한다. 제어는, 특정한 트리거 신호가 존재할 때에만 데이터가 검출될 수 있거나 또는 특정한 트리거 신호가 존재할 때에만 데이터가 지속적으로 검출되고 처리될 수 있는 방식으로 이루어진다.

Description

아날로그 신호들의 크랭크축-동기 검출{CRANKSHAFT-SYNCHRONOUS DETECTION OF ANALOG SIGNALS}

본 발명은 각도 신호, 특히 내연 엔진들의 크랭크축의 각도 신호에 관한 아날로그 신호들, 특히 아날로그 센서 신호들을 검출하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 이러한 장치들 및 방법들은 엔진 제어 유닛들, 즉 ECU들에서 아날로그 측정 값들을 검출하기 위해 주로 제공된다.

자동차 엔지니어링에서 최신 내연 엔진들의 작동은 고성능 컴퓨터 시스템들의 배치 없이는 상상할 수 없다. 오염물 방출에 관한 특히 상응하는 법정 규정들 형태의 점점 엄격해지는 요구사항들은, 정교한 컴퓨터들과 제어 엔지니어링이 연소 혼합 및 발화점을 정확하게 조절하기 위해 이용되어야 함을 의미한다. 그에 의해, 예를 들면 산소 또는 온도 센서들로부터의 신호들과 같은 특히 매우 많은 수의 센서 신호들을 실시간으로 처리하는 것이 필요하다.

이러한 작업들은 자동차에 내장된 엔진 제어 유닛(ECU), 고성능 컴퓨터 시스템에 의해 본래 다루어진다. 하나 이상의 마이크로프로세서들(일반적으로 임베디드 시스템들로 공지됨), 아날로그/디지털 변환기들(AD 변환기들) 또는 전자 필터 모듈과 같은 다른 다수의 전자 구성요소들은 엔진 제어 유닛의 상응하는 하우징 내 에 통합된다. 상기 엔진 제어 유닛은 상응하는 제어 신호들 그리고 최적 발화점 또는 최적 연료 주입 지속시간과 같은 조절 파라미터들을 계산하기 위하여 (예를 들어 공지의 룩업 테이블들을 이용하여) 상기 다수의 센서 신호들을 사용한다.

측정의 시간적 동기화는 특히 아날로그 측정 값들(예를 들어 압력, 온도 또는 산소 센서들로부터 측정된 값들)을 검출할 때 특히 큰 역할을 한다. 간단한 컴퓨터 시스템들도 내부 클록 시스템들을 포함하는데, 상기 내부 클록 시스템들은 대체로 시간 검출과 측정 값들의 검출의 동기화를 위해 사용될 수 있다. 그러나, 측정된 값들이 통상적으로 엔진의 정의된 작동 상태에 관하여 각 경우에 검출되어야만 하는 것은 주지되어야 한다. 특히 크랭크축의 각도 위치는 엔진의 작동 상태의 지시자로 증명되었다.

연소 엔진의 유형에 따라, 크랭크축의 각도 위치는 정확한 방식으로 각 개별 실린더의 피스톤들의 위치를 한정한다. 따라서, 예를 들면 통상적인 네-실린더 내연 엔진의 완전 주기(cycle)는 크랭크축의 두 완전 회전(rotation)들, 즉 0°로부터 720°까지 각도들을 포함한다. 두 회전들(720°) 이후, 엔진의 각 실린더는 자신의 주기를 한 번 통과했다. 그에 의해, 실린더들은 순차적인 방식으로 작동한다, 즉 각 실린더는 완전 주기 내에서 특정한 세그먼트 내에서만 작동한다. 그에 의해, 크랭크축의 각도 위치들의 범위는 상기 수의 실린더들에 의해 나누어진 전체 각도 범위(예를 들면, 720°)로 주어진, 각 세그먼트에 상응한다. 따라서, 네-실린더 연소 엔진의 한 세그먼트는 180°의 각도 범위를 포함한다. 그러므로, 제1 세그먼트는 0°부터 180°까지의 각도 위치들에 상응하고, 제2 세그먼트는 180°로 부터 360°까지의 각도 위치들에 상응하는 등이다.

크랭크축의 각도 위치는 통상적으로 크랭크축 상에 위치한 공지의 센서 디스크에 의해 검출된다. 상기 센서 디스크는 일반적으로 금속 톱니 디스크인데, 금속 톱니 디스크의 회전은 일반적으로 유도 센서에 의해 검출된다. 네-실린더 엔진들을 위한 통상적인 센서 디스크들은 예를 들어 60 톱니들(또는, 두 개의 "갭(gap)들"을 뺀 후에 58 톱니들)을 갖는데, 이는 완전한 720°정도 주기를 위한 총 120 톱니들에 상응한다, 즉 6°각도 위치당 한 톱니이다. 상기 센서 디스크의 톱니가 센서의 유도 코일에 접근할 때, 코일의 자기장은 변화하고 상기 코일에서 전류가 유도된다. 상기 시간적으로 변화하는 전류의 주파수는 크랭크축의 회전 속도의 기준이다. 다른 타입의 센서들, 예를 들면 광센서들 또는 자기 센서들이 또한 주로 사용될 수 있다.

또한, 주기적 회전 속도 측정 신호로부터 크랭크축의 절대 위치를 결론지을 수 있도록 하기 위해, 일반적으로 갭들이 센서 디스크의 톱니들에 포함되는데, 상기 갭들은 일반적으로 두 톱니들을 대신한다. 따라서, 크랭크축의 위치를 정확하게 결정하는 것이 가능하고 따라서 상기 신호에 기초하여 내연 엔진의 작동 상태의 중요 파라미터를 결정하는 것이 가능하다.

종래의 엔진 제어 유닛들에서는, 크랭크축의 각도 위치 또는 회전 속도가 규칙적인 시간 간격들로 엔진 제어 유닛의 내부 클록과 동기화된다. 그러므로 센서 신호들의 검출과 연이은 계산 또는 상응하는 파라미터들과 제어 신호들의 생성은 상기 엔진 제어 유닛의 내부 클록에 따라 이루어진다.

그러나 이러한 계산들은 장시간 수행되고 계산 출력과 저장 비용으로 인해 프로세서에 상당한 부하를 나타낸다. 크랭크축의 각도 위치는 먼저 특정한 엔진 회전 속도에서 검출되어야만 하고 이후에 엔진 제어 유닛의 내부 클록과 동기화되어야 한다. 그러면, 상이한 센서들로부터의 측정 데이터는 엔진 제어 유닛의 내부 클록에 관련하여 검출된다.

지금까지 측정 데이터는 일반적으로 고정 주사 속도로 검출되어 왔고, 5 마이크로세컨드와 10 마이크로세컨드 사이의 주사 속도들이 통상적이다. 그래서 특정한 센서 신호의 새로운 아날로그 값은 예를 들어 매 10 마이크로세컨드마다 검출된다. 네-실린더 엔진 내부에서 1000 rpm의 회전 속도에서, 즉 120 밀리세컨드의 한 주기 시간(720° 회전을 위해 요구되는 시간)과 그에 따른 30 밀리세컨드의 한 세그먼트 시간에서, 이는 센서, 실린더 및 세그먼트 당 3000 아날로그 측정 값들에 상응한다. 낮은 회전 속도에서, 센서, 실린더 및 세그먼트 당의 상기 수만큼의 측정값들은 상응하게 증가한다. 따라서, 예를 들면 500 rpm에서 6000 아날로그 측정 값들이 센서, 실린더 및 세그먼트 당 검출된다. 이는 엔진 제어 유닛에 엄청난 저장 부하를 나타낸다.

대체로 엔진 속도에 대한 측정 신호 검출을 위해 주사 속도를 적응시키는 것이 가능하다. 그러나, 임베디드 마이크로컨트롤러들 내에 존재하는 AD 변환기들을 구성하기 위한 제한된 옵션들은 이러한 가능성들을 심각하게 한정한다.

그러면 상기 측정 데이터는 최적 제어 신호들을 계산하기 위해 사용되는데, 그러나 상기 최적 제어 신호들은 예를 들어 크랭크축의 정확하게 정의된 각도 위치 들에서 출력되어야만 한다(예를 들면 엔진 제어 유닛에 의해 계산되므로). 이를 위해 상기 최적 시각들은 그러므로 엔진 제어 유닛의 시간 베이스 내에서 계산되어야만 하고 다음으로 상응하는 각도 위치들로 변환되어야 한다. 상기 복잡한 계산과 제어 신호들의 생성은 ECU 내에서 통상적으로 40 MHz의 클록 빈도와 256 킬로바이트의 저장 용량만을 갖는 마이크로프로세서상에 극심한 부하를 나타낸다.

그러므로 본 발명의 목적은 엔진 제어 유닛들에서 아날로그 측정 데이터의 검출 및 처리를 향상시키는 방법 및 장치를 명시하는 것이다.

상기 목적은 독립항들의 특징들을 이용한 본 발명에 의해 달성된다. 본 발명의 유용한 개선예들은 종속항들의 요지이다.

크랭크축의 각도 위치를 검출하기 위한 수단과 상기 크랭크축의 위치 각도를 전자 트리거(trigger) 신호로 변환시키기 위한 수단을 구비한 엔진 제어 유닛이 제안된다. 상기 엔진 제어 유닛은 하나 이상의 아날로그 신호, 특히 아날로그 센서 신호를 검출하기 위한 수단을 더 포함해야 하고, 이때 아날로그 신호들을 위한 하나 이상의 신호 입력부, 하나 이상의 아날로그 신호를 하나 이상의 디지털 신호로 변환시키기 위한 하나 이상의 아날로그/디지털 컨버터 그리고 하나 이상의 제어 장비를 포함한다. 상기 제어 장비는 상기 전자 트리거 신호에 따라 하나 이상의 아날로그 신호의 검출을 활성화하거나 비활성화하고 및/또는 시작하거나 종료할 수 있어야 한다.

여기서 "검출"이란 용어는 넓은 의미로 해석되어야 한다. 예를 들면 상기 검출은 측정, 버퍼링(샘플링), 아날로그로부터 디지털로의 변환, 저장 또는 이러한 과정들의 결합(일부 예시의 경우 추가적인 신호 변경)에 관련될 수 있다. 대안적으로, 영구적인 아날로그/디지털 변환이 있을 수 있고, 상기 변환된 데이터의 저장만이 "검출"로서 이해된다. "검출하기 위한 수단"은 예를 들어 상응하는 센서, 아날로그/디지털 변환기, 상응하는 신호 변환기 또는 버퍼링 또는 상기 장치들의 단지 일부를 상응하게 참조할 수 있다.

상기 제어 장비는 예를 들어, 특히 트리거 신호를 생성하기 위한 수단, 예를 들면 트리거 변환기와 상호 작용할 수 있는 트리거 입력부일 수 있다.

엔진 제어 유닛은 내연 엔진을 제어하기 위한 시스템을 참조한다. 상기 엔진 제어 유닛은 물리적 및/또는 전자 유닛일 필요는 없으나 특히 상호 작용을 위해 링크되지만 공간적으로는 분리된 구성요소들일 수 있다. 크랭크축의 각도 위치를 전자 트리거 신호로 변환시키기 위한 수단과 특히 하나 이상의 아날로그 신호를 검출하기 위한 신호는 전체적으로 또는 부분적으로 집적 전자 회로, 특히 공지의 주문형 집적 회로(ASIC)에 통합될 수 있다.

상기 디지털 전자 트리거 신호는 특히 주기적인, 예를 들면 직사각형의 신호, 예를 들면 TTL 신호일 수 있다. 따라서 상기 신호의 주기는 특히 센서 디스크 상에서의 주기, 즉 센서 디스크(윗부분 참조) 상의 두 톱니 사이의 간격 또는 크랭크축의 결과적인 각도 회전에 상응할 수 있다. 그러므로, 60 톱니를 갖는 센서 디스크를 구비한 네-실린더 엔진의 상기 예시에서, 한 주기는 6°의 각도 회전에 상응한다.

위에서 기술된 바와 같이, 일반적으로 하나 이상의 톱니가 센서 디스크로부터 빠지므로, 트리거 신호에서 상응하는 갭들로부터 크랭크축의 절대 각도 위치를 결론짓는 것이 또한 가능하다.

상기 트리거 신호는 또한 상응하게 변경될 수 있다. 그에 의해 신호 레벨 조절, 주파수 필터링, 주파수 곱셈(multiplication) 및/또는 위상 변위는 특히 유용한 것으로 증명되었다. 주파수 필터링은 예를 들어 고주파수 또는 저주파수의 간섭 신호들(진동, 하모닉스, 등)을 제거하기 위해 필요할 수 있다. 주파수 곱셈은 주기적인 신호의 변경을 참조하는데, 그 결과로 상기 신호의 주파수는 곱셈기(통상적으로 유리의, 특히 0과 1 사이 또는 1보다 큰 자연수)에 의해 곱셈된다.

또한 미리 결정된 함수에 의해 상기 트리거 신호가 새로운 트리거 신호로 변환되는 것이 가능하다. 따라서, 예를 들면 미리 결정된(예를 들면 컴퓨터 프로그램에 의해 미리 결정된) 수의 기간들이 계산 장치에 의해 원래의 트리거 신호로부터 선택되고, 상기 기간들 동안에는 상기 새로운 트리거 신호가 값 "하이(high)"로 가정된다. 따라서, 크랭크축의 아주 특정한 각도 위치들 내에서 값 "하이"만을 가정하는 트리거 신호를 생성하는 것이 가능하다. 또는 상기 신호 "하이"는 영구적으로 미리 결정된 시간 기간 동안에 특정한 각도 위치로부터 출력될 수 있다.

특히, 트리거 신호의 변경은 크랭크축의 회전 속도에 적응될 수 있다. 따라서, 예를 들면 주파수(F)를 갖는 주기적 트리거 신호의 주파수 곱셈이 이루어지고, 그 결과로 새로운 트리거 신호의 주파수(F)는 회전 속도(D)에 비례하는 것보다 적게 증가한다. 즉, 주파수(F)의 몫(quotient)과 회전 속도(D)는 회전 속도(D)가 증가할 때 감소한다. 상기 감소는 지속적이어야 하기보다는 예를 들면 또한 이산 단계들로 이루어질 수 있다. 아날로그 측정 데이터의 검출이 상기 새로운 트리거 신호에 의해 제어될 때(아래 참조), 주파수 곱셈의 상기 맞추어진 적응은 저장장치 상의 부하 및/또는 시간당 엔진 제어 유닛의 계산 용량이 전체 회전 속도 범위에 걸쳐 일정하게 유지됨을 보장하기 위해 사용될 수 있다. 트리거 신호는 엔진 제어 유닛의 진행중인(ongoing) 작동 동안에 최적 속도에 적응될 수 있다.

기술된 방법들 중의 하나에 따라 상응하는 트리거 신호로 크랭크축의 각도 위치를 변환하는 것은 특히 또한 순수하게 하드웨어 기반일 수 있다, 즉 별개의 전자 모듈들 내에서의 계산 알고리즘을 사용하지 않는다. 이는, 트리거 신호의 형태(formation)에 기인하여 마이크로프로세서의 사용과 존재하고 있는 프로세서(아래 참조)의 프로세서 용량에 대한 임의의 추가적인 부하를 방지한다.

상기 하나 이상의 아날로그 신호는 특히 센서, 예를 들면 산소, 온도 또는 압력 센서의 아날로그 신호일 수 있고, 다수의 아날로그 신호들, 특히 다수의 센서들로부터의 신호들의 검출이 또한 가능하다. 본 예시에서는, 특히 하나 이상의 스위치들을 사용하는 것이 가능한데, 상기 스위치들은 개별 아날로그 신호들 사이의 검출을 스위칭할 수 있다. 이는, 다수의 센서들의 상기 신호들이 연속적으로 또는 선택적으로 또는 병렬로 검출될 수 있음을 의미한다. 개별 신호들의 검출 사이의 스위칭은 특히 마이크로컴퓨터에 의해 제어될 수 있고, 그 결과로 미리 결정된 센서들의 상기 아날로그 신호들은 각각 미리 결정된 시각에 검출된다. 또한, 스위칭은 특히 전자 트리거 신호(다수의 상호 관련된 개별 신호들을 편의상 또한 포함할 수 있음)에 의해 제어될 수 있다.

아날로그/디지털 변환기 이외에, 하나 이상의 아날로그 신호를 검출하기 위한 수단은 또한 데이터 처리 장치(특히 마이크로프로세서)와 아날로그 신호들을 적응시키거나 변경하기 위한 수단, 특히 주파수 필터링 수단을 구비할 수 있다. 마이크로컴퓨터는 예를 들어 상용 통합 엔진 제어 회로의 계산 유닛(예를 들면 저장 유닛을 갖춘 CPU)일 수 있다.

제어 장비는 특히 아날로그/디지털 변환기의 트리거 입력부 또는 데이터 처리 장치의 트리거 입력부일 수 있다. 상기 트리거 입력부는 크랭크축의 각도 위치를 전자 트리거 신호로 변환시키기 위한 수단에 연결된다. 이는 물리적인 전자 연결일 필요는 없으나 예를 들어 무선 연결(예를 들면, 적외선 데이터 전송)이 또한 가능하다. 위에서 기술된 각도 위치로부터 생성된 트리거 신호 또는 그들로부터 도출된 트리거 신호는 이러한 방식으로 아날로그 신호들의 검출을 제어하기 위해 사용된다.

디지털화된 신호들은 그런 다음 데이터 처리 장치에 의해 추가로 처리될 수 있다. 따라서, 엔진 제어기를 위한 상응하는 제어 신호들은 저장된 함수들과 파라미터들과 출력물들의 도움으로 예를 들어 다수의 센서 신호들로부터 생성될 수 있다.

크랭크축-동기 방식으로 트리거링되는 데이터 픽업(pick-up)을 이용한 상기 기술된 엔진 제어 유닛은 일정하거나 미리 결정된 주사 속도를 갖는 위에서 기술된 바와 같은 종래의 엔진 제어 유닛들과 비교하여 결정적인 장점을 갖는데, 이는 하나 이상의 아날로그 신호의 검출은 영구적으로 미리 결정된 시각들에 영구적으로 미리 결정된 반복율(주사 속도)들로 이루어지지 않는 것이다. 그에 의해 엔진 제어 유닛의 계산 및 저장 용량들 상의 너무 큰 부하는 특히 낮은 회전 속도들에서 방지된다. 오히려 아날로그 신호들은 크랭크축의 실제 회전 각도에 따라 검출되고 그에 따라 내연 엔진의 실제 작동 상태도 검출된다. 따라서, 예를 들면 특정한 센서 신호들(예를 들면 네-실린더 엔진의 실린더(2) 내 압력 센서의 신호)은 실제로 관심 대상 시각들에서만 검출된다(그러므로, 예를 들어 2번째 실린더가 작동하는 세그먼트(2) 내에서만, 즉 크랭크축 각도 범위가 180°와 360° 사이에 있을 때에만 검출된다).

그러므로, 관심 대상이 아닌 데이터, 즉 예를 들어 특정한 센서에 대하여 관심 대상이 아닌 크랭크축의 각도 위치들 내의 아날로그 신호들은 시작부터 검출되지 않고 그에 의해 저장장치 및 프로세서 부하가 상당히 감소한다.

크랭크축의 각도 위치 또는 회전 속도를 엔진 제어 유닛의 내부 시간 시스템으로 변환시킬 필요는 없으며, 상기 과정은 상당량의 프로세서 용량 및 저장 공간을 차지한다. 하드웨어만이 트리거 신호들을 생성하기 위해 요구된다; 소프트웨어 비용은 없다. 그에 의해 프로세서상의 부하가 감소한다. 저속에서의 일정한 높은 부하도 없다.

시스템의 정확성은 또한 크랭크축-동기 측정 데이터 검출에 의해 상당히 증가된다. 측정 데이터는 영구적으로 미리 결정된 각도 위치들에서 검출될 수 있는데, 이러한 검출은 연이은 보간(interpolation)이 때때로 요구되는 시간-제어 검출보다 훨씬 더 정확하다.

상기 기술된 장점들이 반대로 향하는 것(즉, 높은 회전 속도들에서 너무 많은 부하가 엔진 제어 유닛에 가해지는 것)을 방지하기 위해, 기술된 바와 같이 회전 속도에 대한 트리거 신호의 상응하는 적응에 의해, 회전 속도가 증가하는 만큼 주사 속도를 적응시키거나 측정 데이터를 감소시키는 것이 또한 가능하다. 이는 통상의 데이터 양과 프로세서 부하가 전체 회전 속도 범위에 걸쳐 달성될 수 있도록 한다.

추가로 데이터 처리 장치의 저장 유닛과 프로세서상의 부하를 줄이기 위해, 원데이터(raw data)는 이미 아날로그/디지털 변환기에서 사전-처리될 수 있고, 상기 아날로그/디지털 변환기는 예를 들어 하나 이상의 센서들의 아날로그 신호들을 디지털 신호들로 변환한다. 이러한 사전-처리는 특히 주파수 필터링 및/또는 아날로그 또는 이미 디지털화된 데이터의 통계적 분석을 포함할 수 있다. 예를 들면 평균값은 특정한 시간 기간에 걸쳐 있는 또는 특정 수의 측정값들에 걸쳐 있는 데이터에 대해 형성될 수 있다. 이러한 사전-처리는 예를 들어 아날로그/디지털 변환기로부터 마이크로프로세서로 전달되는 데이터의 양의 상당히 감소시킨다.

위에서 기술된 방법들 중의 하나에 따라 아날로그 데이터의 검출에 대한 크래크축-동기 트리거링은, 검추된 데이터가 사전-처리되는 동안에도 필수적인 장점을 다시 제공한다. 아날로그 데이터의 픽업을 트리거링하는 트리거 신호가 크랭크축의 각도 위치 및 회전 속도에 관한 정보를 포함하므로, 아날로그 또는 디지털 신호는 예를 들면 크랭크축의 특정한 각도 범위에 걸쳐 직접 평균될 수 있다. 더 이상 각도 위치들을 시간 신호들로 변환시킬 필요가 없다.

데이터의 회전-속도 종속 사전 처리는 또한, 예를 들어 회전 속도에 따라 아날로그 또는 디지털 신호가 평균되는 시간 또는 각도 위치 범위를 이동시키는 것에 의해 가능하다. 따라서, 예를 들면 발화점은 회전 속도에 매우 종속적일 수 있다. 여기에서 관심 대상인 예를 들어 발화점에 관련된 특정한 각도 범위 내의 평균으로서 특정한 실린더 내의 압력을 각각 검출하는 것이 가능하다. 이는, 마이크로프로세서의 계산 용량을 사용하지 않고 시간 신호로의 트리거 신호 변환 없이 신호 검출에 대한 크랭크축-동기 트리거링에 의해 어떠한 문제점 없이 가능하다.

검출된 신호들이 사전-처리되는 동안에, 예를 들면 미리 결정된 근사 함수(approximation function)를 검출된 데이터로 적응시키는 것이 또한 가능하다. 상기 근사 함수만이 또는 상기 근사 함수를 특징짓는 파라미터들만이 데이터를 대신하여 아날로그/디지털 변환기로부터 데이터 처리를 위한 데이터 처리 장치로 상응하게 전달된다. 크랭크축의 각도 위치 또는 회전 속도에 관한 정보는 그에 의해 예를 들어 근사 함수의 파라미터들 중의 하나로서 역할을 담당할 수 있다. 이러한 타입의 신호 사전-처리는 또한 프로세서 및 저장 용량 요구사항에서의 상당한 감소에 기여한다.

기술된 엔진 제어 유닛의 다른 장점은, 장치가 존재하고 있는 마이크로프로세서들과 전자 구성요소들을 이용하여 구현될 수 있다는 것이다. 엔진 제어 유닛들을 위한 트리거 입력부를 갖는 마이크로프로세서들과 트리거 입력부를 갖는 아날로그/디지털 변환기들은 상업적으로 이용될 수 있다. 이러한 구성요소들은 비싸지 않고 시간-소모적 개발이 요구되지 않는다.

아날로그 신호들, 특히 아날로그 센서 신호들에 대한 크랭크축-동기 검출을 위한 방법이 또한 제안되는데, 상기 방법에서는 크랭크축의 각도 위치가 첫 번째로 검출된다. 크랭크축의 검출된 각도 위치는 하나 이상의 전자 트리거 신호로 변환된다. 하나 이상의 아날로그 신호, 특히 아날로그 센서 신호가 또한 검출된다. 하나 이상의 아날로그 신호는 그에 의해 하나 이상의 디지털 신호로 변환된다. 하나 이상의 아날로그 신호의 검출 및/또는 아날로그/디지털 변환은 트리거 신호에 의해 제어된다.

하나 이상의 아날로그 신호의 검출 및/또는 아날로그/디지털 변환은 유용하게도 하기의 원리들 중의 하나 또는 상기 원리들의 조합에 의해 제어된다 :

- 검출 및/또는 아날로그/디지털 변환은 트리거 신호가 미리 결정된 레벨에 도달, 초과 또는 그 아래로 떨어질 때 개시된다.

- 검출 및/또는 아날로그/디지털 변환은 트리거 신호가 적어도 미리 결정된 신호 레벨에 도달 및/또는 초과하는 동안에 허용되고, 그렇지 않으면 검출 및/또는 아날로그/디지털 변환도 방지된다.

- 검출 및/또는 아날로그/디지털 변환은 트리거 신호가 미리 결정된 신호 레벨 아래로 떨어지고 및/또는 초과하지 않는 동안에 허용되고, 그렇지 않으면 검출 및/또는 아날로그/디지털 변환도 방지된다.

- 검출 및/또는 아날로그/디지털 변환은 미리 결정된 다수의 기간들 동안에 주기적 트리거 신호의 경우에 허용되고, 그렇지 않으면 방지된다.

- 검출 및/또는 아날로그/디지털 변환이 영구적으로 미리 결정된 시간 기간 동안에, 특히 상기 트리거 신호가 미리 결정된 레벨에 도달, 초과 또는 그 아래로 떨어지는 시간에 미리 결정된 트리거 신호에 의해 허용되고, 그렇지 않으면 방지된다.

하나 이상의 아날로그 신호의 레벨이 또한 변경될 수 있고 및/또는 하나 이상의 아날로그 신호의 주파수 필터링이 수행될 수 있다. 또한 하나 이상의 제어 신호가 내연 엔진을 조절(regulation)하기 위해 하나 이상의 디지털 신호로부터 데이터 처리 알고리즘에 의해 계산될 수 있다.

하나 이상의 전자 트리거 신호는 유용하게도 미리 결정된 곱셈기에 의해 곱셈될 수 있고 및/또는 미리 결정된 위상에 의해 위상 변위될 수 있고 및/또는 하나 이상의 제2 전자 트리거 신호는 하나 이상의 전자 트리거 신호로부터 생성될 수 있으며, 상기 제2 전자 트리거 신호는 제1 전자 트리거 신호의 변경될 수 있는 파라미터들을 갖는 함수이다.

하나 이상의 전자 트리거 신호의 생성은 특히 트랭크축 회전 속도의 함수일 수 있다. 상기 과정에서, 전자 트리거 신호가 주파수(F)로 주기적이거나 또는 거의 주기적이거나 또는 적어도 고려하의 시간 기간 내에서 거의 주기적인 경우, 상기 전자 트리거 신호의 주파수(F)는 회전 속도가 증가하므로 유용하게 곱셈되고, 그 결과로 주파수(F)와 회전 속도(D) 사이의 관계는 회전 속도(D)가 증가할 때 감소한다.

본 발명은 도면들에 개략적으로 나타난 예시적 실시예들을 참조하여 하기에 더욱 상세히 기술된다. 그러나, 본 발명은 상기 예시들에 제한되지 않는다. 개별 도면들 내의 동일한 참조 부호는 동일한 엘리먼트들 또는 동일한 기능의 엘리먼트들 또는 상응하는 기능들을 갖는 엘리먼트들에 관련된다.

도 1은 크랭크축-동기 방식으로 트리거링된 마이크로컴퓨터를 갖는 엔진 제어 유닛의 제1 실시예에 대한 도면;

도 2는 크랭크축 신호의 패턴에 대한 도면;

도 3은 트리거 신호의 패턴에 대한 도면;

도 4는 크랭크축-동기 측정 데이터 검출을 위한 방법의 제1 예시적 실시예에 대한 흐름도;

도 5는 크랭크축-동기 측정 데이터 검출을 위한 방법의 제2 예시적 실시예에 대한 흐름도; 및

도 6은 크랭크축-동기 방식으로 트리거링되는 측정 데이터 검출을 위한 외부 AD 변환기를 갖는 엔진 제어 유닛의 제2 실시예에 대한 도면.

도 1의 엔진 제어 유닛(110)의 중심 엘리먼트는 트리거 변환기(114)와 빠른 AD 변환기(FADC)(116)를 포함하는 집적 회로(ASIC)(112)이다. 도시된 예시에서, ASIC(112)는 Infineon TC17XX 군의 제어기이다. 트리거 변환기(114)의 신호 출력부(118)는 FADC(116)의 트리거 입력부(120)에 연결된다.

크랭크축 센서(122)크랭크축 AD 변환기(124)를 통해 트리거 변환기(114)의 신호 입력부(126)에 연결된다. 온도 센서(128)는 필터/증폭기 유닛(130)을 통해 FADC(116)의 신호 입력부(132)에 연결된다.

크랭크축 AD 변환기(124)와 트리거 변환기(112) 사이에 교환되는 크랭크축 신호(134)는 도 1의 엔진 제어 유닛(110)의 개별 구성요소들의 상호 작용을 설명하기 위해 도 2에 도시된다. 트리거 변환기(112)와 FADC(116) 사이에 교환되는 트리거 신호(136)는 상응하게 도 3에 도시된다.

크랭크축 센서(122)는 먼저 위에서 기술된 바와 같이 크랭크축으로부터 신호를 검출하는데, 본 예시에서는 위에서 기술된 톱니 디스크 상의 톱니의 위치를 검출하는 자석 센서로부터 아날로그 정현파 신호(도시되지 않음)를 검출한다. 상기 아날로그 정현파 신호는 크랭크축 AD 변환기(124) 내에서 도 2에 도시된 크랭크축 신호(134)로 변환된다. 상기 크랭크축 신호(134)는 각각 시간 기간(t1 내지 t2) 동안에 레벨 "로우(low)"이고 시간 기간(t2 내지 t3) 동안에 TTL 레벨 "하이"(5 볼트)인 직사각형의 신호이다. 따라서 상기 신호는 기간(t3-t1)과 1/(t3-t1)의 주파수를 갖는다.

크랭크축 신호(134)는 본 간단한 예시에서 트리거 변환기(114) 내의 요소 9에 의해 주파수-곱셈된다. 상응하게도 트리거 변환기(114)는 크랭크축 신호(134)로부터의 트리거 신호(136)로서 주파수 9*1/(t3-t1)를 갖는 직사각형의 신호를 생성한다. 신호 레벨들은 본 예시에서 바뀌지 않은 상태로 유지된다. 트리거 변환기(114)는 시간(t1), 즉 크랭크축 신호(134)의 하강 모서리에서 각각 변환을 시작하고, 트리거 신호(136)의 상승 모서리를 생성한다. 트리거 신호(136)는 상응하게 도 크랭크축 신호(134)와 비교하여 180°만큼 위상-변위된다.

상기 트리거 신호(136)는 신호 입력부(120)를 통해 FADC(116)에 전달된다. 트리거 신호(136)가 미리 결정된 레벨을 초과할 때, FADC(116)가 자신의 신호 입력부(132)를 통해 입력되는 신호만을 수신하도록 트리거 입력부(120)는 구성된다. 상기 시간의 나머지 시간에는 FADC(116)가 자신의 신호 입력부(132)를 통해 입력되는 신호들을 "무시한다".

도 4에 도시된 방법은 예를 들어 도 1에 기술된 구성에 의해 구현될 수 있다. 위에서 기술된 바와 같이, 단계(410)에서, 크랭크축 신호는 먼저 검출되고 크랭크축 AD 변환기(124)에서 디지털화되고 그런 다음 단계(412)에서 트리거 변환기(112)에서 트리거 신호(136)로 변환된다. 상기 트리거 신호(136)는 그런 다음 단계(414)에서 아날로그/디지털 변환기, 본 예시의 경우 명확하게 FADC(116)로 전달된다. FADC(116)는 단계(416)에서 상기 트리거 신호가 미리 결정된 값을 초과하는지의 여부를 질의한다. 상기 질문은 영구적 루프로 이루어질 수 있다. 상기 트리거 신호가 미리 결정된 값을 초과하는 경우에만, 도 1에 도시된 예시에서 필터/증폭기 유닛(130)으로부터 FADC(116)로 전달된 아날로그 신호는 단계(418)에서 검출되고 단계(420)에서 디지털 신호로 변환된다. 상기 신호(상기 참조)의 완벽한 또는 부분적인 사전-처리가 상기 단계에서 이루어지는 것도 가능하다. 상기 디지털 신호는 그런 다음 단계(422)에서 추가 처리를 위해 마이크로프로세서(도 1에 도시되지 않음)로 전달되고, 상기 마이크로프로세서는 예를 들어 엔진 제어를 위해 자신의 프로그램된 알고리즘들에 따라 상기 신호로부터 제어 신호들을 생성할 수 있다.

도 5는 유사한 방법을 나타내는데, 트리거 신호(136)는 AD 변환기를 트리거링하기 위해 사용되기보다는 마이크로프로세서에 의한 데이터 픽업을 트리거링하기 위해 사용된다. 사실상 모든 엔진 제어 유닛의 일부분인 상기 마이크로프로세서는 도 1에 도시되지 않는다. 상기 마이크로프로세서는 ASIC(112)의 추가 부분일 수 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 단계(510)에서 크랭크축의 각도 위치는 먼저 검출되고 단계(512)에서 트리거 신호로 변환된다.

상기 트리거 신호는 그런 다음 AD 변환기로 직접 전달되기보다는 단계(514)에서 마이크로프로세서로 전달된다. 단계(516)에서 상기 마이크로프로세서는 상기 트리거 신호가 미리 결정된 레벨을 초과하지 않는 동안에 상기 트리거 신호를 심문하고 AD 변환기로부터 어떠한 데이터도 수신하지 않는다(단계(518)). 이와는 무관하게, 단계(520)에서, AD 변환기는 지속적으로 하나 이상의 센서들로부터 아날로그 측정 데이터를 검출하고, 일부 예시들에서 사전-처리하고, 상기 아날로그 신호들을 디지털 신호들로 변환하고 상기 변환된 신호들을 마이크로프로세서에 제공한다. 단계(516)에서 상기 심문이 적당한 트리거 레벨을 확정할 때에 비로소 마이크로프로세서는 단계(522)에서 상기 데이터를 수신하고 단계(524)에서 상기 데이터를 추가로 처리한다.

도 6은 엔진 제어 유닛(110)의 도 1에 대한 대안적인 구성을 나타내는데, 여기서 크랭크축-동기 트리거 신호(136)는 내부 FADC(116)를 트리거링하기 위해 사용 되지 않고 외부 AD 변환기(610)를 트리거링하기 위해 사용된다. 도 6의 구성에서 본질적인 차이점은, 트리거 변환기(114)의 신호 출력부(118)가 외부 AD 변환기(610)의 트리거 입력부(612)에 연결되는 것이다. 상기 외부 AD 변환기(610)는 인터페이스(614)를 통해 ASIC(112) 내에 통합된 마이크로프로세서(616)에 연결된다.

도 6에 도시된 구성의 작동 모드는 도 1의 구성에 상응한다. 그러나, 센서(128)에 의해 생성되는 아날로그 신호의 AD 변환은 ASIC(112)에서 이루어지지 않고 외부 전자 구성요소(610)를 통해 이루어진다. 아날로그 또는 이미 디지털화된 데이터의 사전-처리는 또한 외부 AD 변환기(610)에서 이루어질 수 있고, 그 결과로 인터페이스(614)를 통해 마이크로프로세서(616)에 전달되는 데이터는 이미 절대 최소치로 감소될 수 있다. 이는, 마이크로프로세서(610)상의 부하를 더 감소시킨다. 외부 AD 변환기(610)가 쉽게 수용될 수 있는 바와 같이, 예를 들어 더욱 최신의 구성요소들이 이용될 수 있을 때 교체되고 교환되는 것도 간단하다.

위에서 기술된 도 4에 도시된 상기 방법은 또한 도 6에 도시된 장치와 함께 이용될 수 있다. 본 예시에서, 트리거 신호(136)는 외부 라인 연결을 통해 단계(414)에서 AD 변환기로 전달된다.

Claims (13)

1. 엔진 제어 유닛(110)으로서,

   가) 크랭크축의 각도 위치를 검출하기 위한 수단(122, 124);

   나) 상기 크랭크축의 각도 위치를 전자 트리거 신호(136)로 변환시키기 위한 수단; 및

   다) 하나 이상의 아날로그 신호(116, 128, 130; 610), 특히 아날로그 센서 신호를 검출하기 위한 수단을 포함하고,

   상기 다) 수단은,

   다 1) 아날로그 신호들을 위한 하나 이상의 신호 입력부(132);

   다 2) 상기 하나 이상의 아날로그 신호를 하나 이상의 디지털 신호로 변환시키기 위한 하나 이상의 아날로그/디지털 변환기(116; 610); 및

   다 3) 하나 이상의 제어 장비(120; 612)를 갖고,

   상기 제어 장비는 상기 전자 트리거 신호(136)에 따라 하나 이상의 아날로그 신호의 검출을 활성화 또는 비활성화하고 및/또는 시작 또는 종료하는,

   엔진 제어 유닛.
2. 제 1 항에 있어서,

   하나 이상의 아날로그 신호(116, 128, 130; 610)를 검출하기 위한 상기 수단은,

   다 4) 데이터 처리 장치, 특히 마이크로프로세서(616); 및/또는

   다 5) 상기 하나 이상의 아날로그 신호(130; 610)의 신호 레벨을 적응시키거나 변경하기 위한 수단; 및/또는

   다 6) 상기 하나 이상의 아날로그 신호(130; 610)의 주파수 필터링을 위한 수단

   중에서 적어도 하나를 포함하는,

   엔진 제어 유닛.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 제어 장비(114, 120; 612)는 상기 데이터 처리 장치(616)에 연결된 트리거 입력부를 갖는,

   엔진 제어 유닛.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 아날로그/디지털 변환기(116; 610)는 상기 디지털 신호들을 사전-처리하기 위한

   다 21) 상기 디지털 신호들의 통계적 분석을 위한 수단; 및/또는

   다 22) 일시적 평균값을 형성하기 위한 수단; 및/또는

   다 23) 상기 디지털 신호들에 대한 분석적 근사 함수를 적응시키고 제공하기 위한 수단

   중에서 적어도 하나를 포함하는,

   엔진 제어 유닛.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 크랭크축의 각도 위치를 전자 트리거 신호(136)로 변환시키기 위한 상기 수단(114)은,

   나 1) 신호 레벨을 적응시키거나 또는 변경하기 위한 수단; 및/또는

   나 2) 주기적 신호의 주파수 곱셈 및/또는 위상 변위를 위한 수단; 및/또는

   나 3) 주기적 신호의 주파수 필터링을 위한 수단; 및/또는

   나 4) 주기적 신호의 기간들 또는 하위-기간들을 계산하기 위한 계산 장치; 및/또는

   나 5) 주기적 신호의 미리 결정된 기간들을 선택하기 위한 수단

   중에서 하나 이상을 포함하는,

   엔진 제어 유닛.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 제어 장비(114, 120; 612)는 상기 아날로그/디지털 변환기(116; 610)에 연결된 트리거 입력부(120; 612)를 갖는,

   엔진 제어 유닛.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,

   - 상기 크랭크축의 각도 위치를 전자 트리거 신호(112)로 변환시키기 위한 상기 수단; 및

   - 하나 이상의 아날로그 신호(116)를 검출하기 위한 상기 수단은,

   전체적으로 또는 부분적으로 전자 집적 회로(ASIC)(112)에 통합되는,

   엔진 제어 유닛.
8. 아날로그 신호들, 특히 아날로그 센서 신호들의 크랭크축-동기 검출을 위한 방법으로서,

   가) 크랭크축의 각도 위치가 검출되는 단계;

   나) 상기 검출된 크랭크축의 각도 위치가 하나 이상의 전자 트리거 신호(136)로 변환되는 단계;

   다) 하나 이상의 아날로그 신호, 특히 아날로그 센서 신호가 검출되는 단계를 포함하고,

   상기 다) 단계는,

   다 1) 하나 이상의 아날로그 신호가 하나 이상의 디지털 신호로 변환되는 단계; 및

   다 2) 상기 하나 이상의 아날로그 신호의 검출 및/또는 아날로그/디지털 변환이 상기 단계 나)에서 생성된 상기 트리거 신호(136)에 의해 제어되는 단계를 포함하는,

   크랭크축-동기 검출을 위한 방법.
9. 제 8 항에 있어서,

   상기 단계 다 2)는,

   다 21) 검출 및/또는 아날로그/디지털 변환이 상기 트리거 신호(136)가 미리 결정된 레벨에 도달, 초과 또는 그 아래로 떨어질 때 개시되는 단계; 및/또는

   다 22) 검출 및/또는 아날로그/디지털 변환이 상기 트리거 신호(136)가 미리 결정된 신호 레벨에 적어도 도달하고 및/또는 초과하는 동안에 허용되고, 그렇지 않으면 검출 및/또는 아날로그/디지털 변환은 방지되는 단계; 및/또는

   다 23) 검출 및/또는 아날로그/디지털 변환이 상기 트리거 신호(136)가 미리 결정된 신호 레벨 아래로 떨어지고 및/또는 초과하지 않는 동안에 허용되고, 그렇지 않으면 검출 및/또는 아날로그/디지털 변환이 방지되는 단계; 및/또는

   다 24) 검출 및/또는 아날로그/디지털 변환이 미리 결정된 다수의 기간들 동안에 주기적 트리거 신호(136)의 경우에 허용되고 그렇지 않으면 방지되는 단계; 및/또는

   다 25) 검출 및/또는 아날로그/디지털 변환이 영구적으로 미리 결정된 시간 기간 동안에, 특히 상기 트리거 신호(136)가 미리 결정된 레벨에 도달, 초과 또는 그 아래로 떨어지는 시간에 미리 결정된 트리거 신호(136)에 의해 허용되고, 그렇지 않으면 방지되는 단계

   중에서 하나 이상을 하위 단계로서 포함하는,

   크랭크축-동기 검출을 위한 방법.
10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,

    상기 단계 다)는,

    다 3) 상기 하나 이상의 아날로그 신호의 레벨이 변경되는 단계; 및/또는

    다 4) 상기 하나 이상의 아날로그 신호의 주파수 필터링이 수행되는 단계; 및/또는

    다 5) 내연 엔진을 조절하기 위해, 하나 이상의 제어 신호가 상기 하나 이상의 디지털 신호로부터 데이터 처리 알고리즘에 의해 계산되는 단계

    중에서 하나 이상을 하위 단계로서 포함하는,

    크랭크축-동기 검출을 위한 방법.
11. 제 8 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 단계 나)는,

    나 1) 상기 하나 이상의 전자 트리거 신호(136)가 미리 결정된 곱셈기에 의해 주파수 곱셈되는 단계; 및/또는

    나 2) 상기 하나 이상의 전자 트리거 신호(136)가 미리 결정된 위상에 의해 위상 변위되는 단계; 및/또는

    나 3) 상기 제1 트리거 신호(134)의 변경될 수 있는 파라미터들을 이용하는 함수인 하나 이상의 제2 전자 트리거 신호(136)가 상기 하나 이상의 제1 전자 트리 거 신호(134)로부터 생성되는 단계

    중에서 하나 이상을 하위 단계로서 포함하는,

    크랭크축-동기 검출을 위한 방법.
12. 제 8 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,

    단계 나)에서 상기 하나 이상의 전자 트리거 신호(136)의 생성은 상기 크랭크축의 회전 속도의 함수인,

    크랭크축-동기 검출을 위한 방법.
13. 제 8 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 전자 트리거 신호(136)는 주파수(F)로 주기적이고, 상기 주파수(F)와 상기 회전 속도(D) 사이의 관계는 상기 회전 속도(D)가 증가할 때 감소하는,

    크랭크축-동기 검출을 위한 방법.

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