WO2009050002A1 - Klopferkennungssystem sowie verfahren für eine verstärkungsregelung für ein klopfsignal - Google Patents

Klopferkennungssystem sowie verfahren für eine verstärkungsregelung für ein klopfsignal Download PDF

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WO2009050002A1
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sensor signal
gain
knock
signal
providing
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PCT/EP2008/062739
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French (fr)
Inventor
Kai Dierssen
Stefan Kempf
Jochen Goebels
Federico Buganza
Anton Kantschar
Frederic Gabel
Carsten Kluth
Oskar Torno
Werner Haeming
Robert Sloboda
Jan Boettger
Rudi Eichhorn
Andreas Meinken
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Robert Bosch Gmbh
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L23/00—Devices or apparatus for measuring or indicating or recording rapid changes, such as oscillations, in the pressure of steam, gas, or liquid; Indicators for determining work or energy of steam, internal-combustion, or other fluid-pressure engines from the condition of the working fluid
    • G01L23/22—Devices or apparatus for measuring or indicating or recording rapid changes, such as oscillations, in the pressure of steam, gas, or liquid; Indicators for determining work or energy of steam, internal-combustion, or other fluid-pressure engines from the condition of the working fluid for detecting or indicating knocks in internal-combustion engines; Units comprising pressure-sensitive members combined with ignitors for firing internal-combustion engines
    • G01L23/221—Devices or apparatus for measuring or indicating or recording rapid changes, such as oscillations, in the pressure of steam, gas, or liquid; Indicators for determining work or energy of steam, internal-combustion, or other fluid-pressure engines from the condition of the working fluid for detecting or indicating knocks in internal-combustion engines; Units comprising pressure-sensitive members combined with ignitors for firing internal-combustion engines for detecting or indicating knocks in internal combustion engines
    • G01L23/225—Devices or apparatus for measuring or indicating or recording rapid changes, such as oscillations, in the pressure of steam, gas, or liquid; Indicators for determining work or energy of steam, internal-combustion, or other fluid-pressure engines from the condition of the working fluid for detecting or indicating knocks in internal-combustion engines; Units comprising pressure-sensitive members combined with ignitors for firing internal-combustion engines for detecting or indicating knocks in internal combustion engines circuit arrangements therefor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D35/00—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for
    • F02D35/02—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for on interior conditions
    • F02D35/027—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for on interior conditions using knock sensors

Definitions

  • the invention relates to a knock detection system for use with an internal combustion engine, e.g. in a motor vehicle. Furthermore, the invention relates to a method for amplifier control for an amplifier arrangement for amplifying the sensor signal of a knock sensor.
  • the structure-borne sound signal which is used for the knock control of an internal combustion engine, varies greatly in amplitude over the entire load and speed range of the internal combustion engine due to the changing engine noise.
  • the structure-borne noise signal is detected by a knock sensor that outputs a very small sensor signal of typically a few mV in the idling speed range and a sensor signal in the volts load range at nominal speed, for example in the volt range.
  • the signal evaluation of the sensor signal is carried out in a control unit, wherein the control unit for evaluating the sensor signal must ensure that the sensor signal is still resolved in the small signal range with a sufficiently high accuracy in order to filter this.
  • the sensor signal should only occupy part of the available evaluation range in the large signal range so that knocking burns, which are detected as an increased amplitude of the sensor signal relative to the basic signal level, do not exceed the detection range of the signal evaluation, which would result in significant signal portions being lost for knock detection.
  • the sensor signals of the knock sensor are amplified or not depending on the height of the structure-borne sound signal or depending on the rotational speed of the internal combustion engine. Such control of the amplification amplifies the voltage signals in the case of small structure-borne sound signals and treats the voltage signals neutrally with large structure-borne sound signals.
  • a method and a device for knock detection or knock control are known, wherein a sensor signal of a knock sensor is supplied to an amplifier and amplified there according to the requirement of further evaluation.
  • the amplified signal is passed to an adjustable bandpass filter by selecting a frequency band in which the frequencies characteristic of the knocking are located. By this bandpass filtering, noise that is in another range can be effectively masked out.
  • adjustable amplifiers which provide two or more different amplification factors to amplify the sensor signal for signal evaluation in an analog-to-digital converter into an optimum signal level range.
  • a realization of such an adjustable amplifier for the analog sensor signal is complicated and error-prone in discrete circuit technology, in particular with two or more gain factors to be realized.
  • an apparatus for providing an amplified sensor signal of a knock sensor comprises an analog amplifier for amplifying the sensor signal according to a first predefinable amplification factor; an analog-to-digital converter for digitizing the amplified sensor signal into a digitized sensor signal; a digital amplifier for amplifying the digitized sensor signal in accordance with a second predefinable amplification factor; and a control unit for providing the first and second amplification factors as a function of a basic sound level of the sensor signal, wherein the basic sound level corresponds to the proportion of the structure-borne sound signal generated during normal operation without knocking.
  • the above device allows a simpler implementation of the first amplifier, which is usually designed exclusively as a hardware amplifier, because the number of gain factors to be realized by the hardware amplifier can be reduced.
  • control unit can be designed to select an overall gain as a function of a basic sound level of the sensor signal.
  • control unit may be designed to reduce the overall gain when the background noise level exceeds an upper threshold, and to increase when the background noise level falls below a lower threshold.
  • control unit has a memory which contains an allocation table, with which the overall gain can be assigned to the basic sound level of the sensor signal.
  • a first number of fixed amplification factors may be selectable as first amplification factors, wherein a second number of predefined amplification factors are selectable as second amplification factors, wherein the smallest occurring factor between two of the specified first amplification factors is greater than the smallest occurring factor between two of the specified second ones gains. That is, the jumps between the first gains are greater than the jumps between the second gains.
  • a knock detection system including a knock detection unit for detecting knocking and providing a ground level level of the sensor signal and one of the above devices.
  • a method for providing an amplified sensor signal of a knock sensor for operating a knock detection system.
  • the method includes the steps of providing a sensor signal; the amplification of the sensor signal according to a first predetermined gain factor; digitizing the amplified sensor signal into a digitized sensor signal; amplifying the digitized sensor signal according to a second predefinable amplification factor; and providing the first and second amplification factor as a function of a basic sound level of the sensor signal, wherein the basic sound level corresponds to the proportion of the structure-borne sound signal generated during normal operation without knocking.
  • an overall gain can be selected, wherein the overall gain is reduced when an upper threshold value is exceeded and is increased when it falls below a lower threshold value.
  • a computer program including a program code which, when executed on a data processing unit, executes the above method.
  • Fig. 1 is a knock detection system according to an embodiment of the invention
  • FIG. 2 is a flow chart illustrating the method of setting the gains for the hardware amplifier and the software amplifier
  • FIG 3 shows the function of the amplifier control device on the basis of a profile of a reference level determined from the amplified sensor signal.
  • a knock detection system 1 having a knock sensor 2 to detect a structure-borne sound signal in an internal combustion engine.
  • the structure-borne sound signal is an acoustic oscillation in the body of the internal combustion engine, which is detectable with a corresponding vibration sensor.
  • the knock sensor 2 is implemented as an analogue sensor and provides a sensor signal in the form of an electrical variable, such as e.g. Voltage or current, available.
  • the knock sensor 2 may be formed as a piezoelectric sensor, which provides the sensor signal as an oscillating voltage signal.
  • the analog sensor signal of the knock sensor 2 is supplied to a first amplifier 3, which is designed as a hardware amplifier.
  • the first amplifier 3 is formed either in an integrated form in an I C module or in discrete form on a printed circuit board as an analog circuit.
  • the gain of the first amplifier 3 is adjustable so that its gain varies depending on a first gain value given by a first gain memory element 4.
  • the amplified in the first amplifier 3 sensor signal is fed to an analog / digital converter 5, where it is sampled accordingly and converted into a digital sensor value.
  • the digitized amplified sensor signal is fed to an evaluation device 6. leads, in which an evaluation of the digitized sensor signal is made. Furthermore, a bandpass filtering in the evaluation device 6 can be made.
  • the digitized sensor signal is supplied by the evaluation device 6 to a second amplifier 7, which is provided as a digital amplifier or software amplifier.
  • a software amplifier corresponds to an amplifier which amplifies the sensor signal by multiplying the value of the digitized sensor signal.
  • the amplification factor of the second amplifier 7 is predetermined by a second amplification factor storage element 8.
  • the digitized sensor signal amplified in the second amplifier 7 is then fed to a knock detection unit 9, in which the knock detection is carried out.
  • a control unit 10 which adjusts the first and second gain factors in a corresponding manner.
  • the control unit 10 receives from the knock detection unit 9 a level value for a background sound sensor signal which corresponds to the portion of the structure-borne sound signal which is generated during normal operation of the internal combustion engine without knocking. Depending on this level signal, the gains of the two amplifiers 3, 7 are set.
  • a flowchart illustrates the operation of the control unit 10.
  • the control unit 10 receives the level value Rkr from the knock detection unit 9 and checks in step S2 if the corresponding level value Rkr is less than a lower threshold Kru or greater than an upper threshold Kro is or whether it lies between the lower threshold Kru and the upper threshold Kro. If it is determined that the level value Rkr is between the upper and lower threshold values, the gain factors stored in the gain storage elements 4, 8 remain unchanged. If it is determined that the level value Rkr falls below a lower threshold value Kru, the overall gain must be increased and the first and the second amplification factor must be adjusted accordingly. The adjustment of the gain factors is performed according to a table which may be stored in a memory 11 in the control unit 10.
  • the above table shows that the first amplifier 3 realized as a hardware amplifier can make two gains, namely a simple gain and a quadruple gain, depending on the first gain stored in the first gain memory element 4.
  • the second amplifier 7 can realize three different amplification factors, 0.5, 1 and 2.
  • step S3 The adjustment by falling below the lower threshold value Kru of the level value is carried out in step S3 by appropriate look-up in the table 11 stored in the control unit 10.
  • step S4 the first and second gains are adjusted by looking up in table 11 if the level exceeds the upper threshold Kro.
  • the upper and lower limit values Kru, Kro are set so that when knocking occurs in the engine, the knocking signal with respect to the fundamental sounding sensor signal can be detected so that the amplitude of the knocking signal does not drive the first booster 3 into saturation, or Evaluation range of the analog / digital converter 5 exceeds.
  • FIG. 3 A possible variation of the level value provided to the control unit 10 is shown in FIG. 3 as the speed increases in the case of operating the internal combustion engine. It can be seen that the level value increases several times up to an upper threshold value Kro. Upon reaching the upper threshold value Kro, the overall gain is then reduced, as indicated in the table stored in the control unit 10. This can be seen in Fig. 3 by the stepwise drop of the level value. As the speed increases, the level value then rises again, starting from a level value between the two threshold values Kru, Kro, up to the upper switching threshold. With decreasing speed, a comparable behavior with respect to the lower threshold Km would be observed.
  • the provision of both a hardware amplifier (first amplifier 3) and a software amplifier (second amplifier 7) is significantly less expensive, since the hardware amplifier can be made simpler, since the number of gain stages that are adjustable by the control unit 10 , can be reduced. In the present case, e.g. only two gain stages of the hardware amplifier provided.
  • the software amplifier 7 makes it possible for the knock detection unit 9 to provide a normalized signal which lies in a value range which is favorable for fast data processing in the knock detection unit 9.
  • the software amplifier 7 may be implemented together with the knock detection unit 9 and the control unit 10 by a common microprocessor and the like. However, it can also be provided that the software amplification of the second amplifier 7 is implemented in a separate unit from the knock detection unit 9.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bereitstellen eines verstärkten Sensorsignals eines Klopfsensors, umfassend einen analogen Verstärker zum Verstärken des Sensorsignals gemäß einem ersten vorgebbaren Verstärkungsfaktor; einen Analog-/Digital-Wandler zum Digitalisieren des verstärkten Sensorsignals in ein digitalisiertes Sensorsignal; einen digitalen Verstärker zum Verstärken des digitalisierten Sensorsignals gemäß einem zweiten vorgebbaren Verstärkungsfaktor; sowie eine Steuereinheit, um den ersten und zweiten Verstärkungsfaktor abhängig von einem Grundschall-Pegel des Sensorsignals bereitzustellen, wobei der Grundschall-Pegel dem Anteil des beim Normalbetrieb ohne Klopfen erzeugten Körperschallsignals entspricht.

Description

Beschreibung
Titel
Klopferkennungssystem sowie Verfahren für eine Verstärkungsregelung für ein Klopfsignal
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Klopferkennungssystem zur Verwendung mit einem Verbrennungsmotor z.B. in einem Kraftfahrzeug. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren für eine Verstärkerregelung für eine Verstärkeranordnung zum Verstärken des Sensorsignals eines Klopfsensors.
Stand der Technik
Das Körperschallsignal, das für die Klopfregelung eines Verbrennungsmotors verwendet wird, variiert in seiner Amplitude über dem gesamten Last- und Drehzahlbereich des Verbrennungsmotors aufgrund des sich ändernden Motorgrundgeräusches erheblich. Das Körperschallsignal wird von einem Klopfsensor erfasst, der im leerlaufnahen Drehzahlbereich ein sehr kleines Sensorsignal von üblicherweise einigen wenigen mV und im VoII- lastbereich bei Nenndrehzahl ein Sensorsignal z.B. im Volt-Bereich ausgibt. Die Signalauswertung des Sensorsignals erfolgt in einem Steuergerät, wobei das Steuergerät zur Auswertung des Sensorsignals sicherstellen muss, dass das Sensorsignal im Kleinsignalbereich noch mit einer ausreichend großen Genauigkeit aufgelöst wird, um dieses filtern zu können. Weiterhin sollte das Sensorsignal im Großsignalbereich nur einen Teil des verfügbaren Auswertebereichs beanspruchen, damit klopfende Verbrennungen, die als eine gegenüber dem Grundsignalpegel erhöhte Amplitude des Sensorsignals detektiert werden, nicht den Detektionsbereich der Signalauswertung überschreiten, wodurch für die Klopferkennung wichtige Signalanteile verloren gehen würden. Um in dem gesamten Amplitudenbereich des Körperschallsignals eine ausreichende Auflösung zu gewährleisten, werden die Sensorsignale des Klopfsensors abhängig von der Höhe des Körperschallsignals bzw. abhängig von der Drehzahl des Verbrennungsmotors verstärkt oder nicht. Eine solche Regelung der Verstärkung verstärkt die Spannungssig- nale bei kleinen Körperschallsignalen und behandelt die Spannungssignale bei großen Körperschallsignalen neutral.
Aus der Druckschrift DE 10 138 110 Al sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Klopferkennung bzw. Klopfregelung bekannt, wobei ein Sensorsignal eines Klopfsensors ei- nem Verstärker zugeführt wird und dort entsprechend der Anforderung der weiteren Auswertung verstärkt wird. Das verstärkte Signal wird an einen einstellbaren Bandpassfilter weitergegeben, indem ein Frequenzband ausgewählt wird, in dem die für das Klopfen charakteristische Frequenzen liegen. Durch diese Bandpassfilterung können Störsignale, die in einem anderen Bereich liegen, effektiv ausgeblendet werden.
Bislang werden zur Anpassung des Sensorsignals einstellbare Verstärker vorgesehen, die zwei oder mehrere verschiedene Verstärkungsfaktoren bereitstellen, um das Sensorsignal für eine Signalauswertung in einem Analog/Digital-Wandler in einen optimalen Signalpegelbereich zu verstärken. Eine Realisierung eines solchen einstellbaren Verstärkers für das analoge Sensorsignal ist jedoch in diskreter Schaltungstechnik, insbesondere bei zwei oder mehr zu realisierenden Verstärkungsfaktoren, aufwändig und fehleranfällig.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Klopferkennungssystem sowie ein Verfahren zum Bereitstellen eines verstärkten Sensorsignals eines Klopfsensors zum Betreiben eines Klopferkennungssystems zur Verfügung zu stellen, wobei der Aufwand zur Realisierung des Verstärkers zur Verstärkung des Sensorsignals des Klopfsensors reduziert ist. Es ist weiterhin Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Bereitstellen eines verstärkten Sensorsignals zur Verfügung zu stellen, mit dem ein derartiges Klopferkennungssystem betrieben werden kann.
Offenbarung der Erfindung Diese Aufgabe wird durch die Vorrichtung nach Anspruch 1, durch das Klopferkennungs- system sowie durch das Verfahren zum Betreiben eines Klopferkennungssystems gemäß den nebengeordneten Ansprüchen gelöst.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Gemäß einem ersten Aspekt ist eine Vorrichtung zum Bereitstellen eines verstärkten Sensorsignals eines Klopfsensors vorgesehen. Die Vorrichtung umfasst einen analogen Verstärker zum Verstärken des Sensorsignals gemäß einem ersten vorgebbaren Verstärkungsfaktor; einen Analog-/Digital-Wandler zum Digitalisieren des verstärkten Sensorsignals in ein digitalisiertes Sensorsignal; einen digitalen Verstärker zum Verstärken des digitalisierten Sensorsignals gemäß einem zweiten vorgebbaren Verstärkungsfaktor; sowie eine Steuereinheit, um den ersten und zweiten Verstärkungsfaktor abhängig von ei- nem Grundschall-Pegel des Sensorsignals bereitzustellen, wobei der Grundschall-Pegel dem Anteil des beim Normalbetrieb ohne Klopfen erzeugten Körperschallsignals entspricht .
Die obige Vorrichtung ermöglicht eine einfachere Realisierung des ersten Verstärkers, der üblicherweise ausschließlich als Hardware-Verstärker ausgebildet ist, weil die Anzahl der durch den Hardware-Verstärker zu realisierenden Verstärkungsfaktoren reduziert werden kann.
Weiterhin kann die Steuereinheit ausgebildet sein, um abhängig von einem Grundschall- Pegel des Sensorsignals eine Gesamtverstärkung auszuwählen.
Insbesondere kann die Steuereinheit ausgebildet sein, um die Gesamtverstärkung zu verringern, wenn der Grundschall-Pegel einen oberen Schwellwert überschreitet, und zu vergrößern, wenn der Grundschall-Pegel einen unteren Schwellwert unterschreitet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Steuereinheit einen Speicher auf, der eine Zuordnungstabelle enthält, mit der die Gesamtverstärkung dem Grundschall-Pegel des Sensorsignals zuordenbar ist. Weiterhin können als erste Verstärkungsfaktoren eine erste Anzahl von festgelegten Verstärkungsfaktoren auswählbar sein, wobei als zweite Verstärkungsfaktoren eine zweite Anzahl von festgelegten Verstärkungsfaktoren auswählbar sind, wobei der kleinste vorkommende Faktor zwischen zwei der festgelegten ersten Verstärkungsfaktoren größer ist als der kleinste vorkommende Faktor zwischen zwei der festgelegten zweiten Verstärkungsfaktoren. D.h. die Sprünge zwischen den ersten Verstärkungsfaktoren sind größer als die Sprünge zwischen den zweiten Verstärkungsfaktoren.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Klopferkennungssystem mit einer Klopferken- nungseinheit zum Detektieren eines Klopfens und zum Bereitstellen eines Grundschall- Pegel des Sensorsignals und mit einer der obigen Vorrichtungen vorgesehen.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Verfahren zum Bereitstellen eines verstärkten Sensorsignals eines Klopfsensors zum Betreiben eines Klopferkennungssystems vorgesehen. Das Verfahren umfasst die Schritte des Bereitstellens eines Sensorsignals; des Verstär- kens des Sensorsignals gemäß einem ersten vorgebbaren Verstärkungsfaktor; des Digita- lisierens des verstärkten Sensorsignals in ein digitalisiertes Sensorsignal; des Verstärkens des digitalisierten Sensorsignals gemäß einem zweiten vorgebbaren Verstärkungsfaktor; sowie des Bereitstellens des ersten und zweiten Verstärkungsfaktors abhängig von einem Grundschall-Pegel des Sensorsignals bereitzustellen, wobei der Grundschall-Pegel dem Anteil des beim Normalbetrieb ohne Klopfen erzeugten Körperschallsignals entspricht .
Weiterhin kann abhängig von einem Grundschall- Pegel des Sensorsignals eine Gesamtverstärkung ausgewählt werden, wobei die Gesamtverstärkung bei Überschreiten eines oberen Schwellwerts verringert wird und bei Unterschreiten eines unteren Schwellwerts vergrößert wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Computerprogramm vorgesehen, das einen Programmcode enthält, der, wenn er auf einer Datenverarbeitungseinheit ausgeführt wird, das obige Verfahren ausführt.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgen anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Klopferkennungssystem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 2 ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung des Verfahrens zum Festlegen der Verstärkungsfaktoren für den Hardware-Verstärker und den Software- Verstärker;
Fig. 3 die Funktion der Verstärkersteuereinrichtung anhand eines Verlaufes eines aus dem verstärkten Sensorsignal ermittelten Referenzpegels.
Beschreibung der Ausführungsformen
In Fig. 1 ist ein Klopferkennungssystem 1 dargestellt, das einen Klopfsensor 2 aufweist, um ein Körperschallsignal in einem Verbrennungsmotor zu detektieren. Das Körperschallsignal ist eine akustische Schwingung im Körper des Verbrennungsmotors, die mit einem entsprechenden Schwingungssensor detektierbar ist. Der Klopfsensor 2 ist als ein analoger Sensor ausgebildet und stellt ein Sensorsignal in Form einer elektrischen Größe, wie z.B. Spannung oder Strom, zur Verfügung. Beispielsweise kann der Klopfsensor 2 als piezoelektrischer Sensor ausgebildet sein, der das Sensorsignal als oszillierendes Spannungssignal bereitstellt.
Das analoge Sensorsignal des Klopfsensors 2 wird einem ersten Verstärker 3 zugeführt, der als Hardware-Verstärker ausgeführt ist. Der erste Verstärker 3 ist entweder in integrierter Form in einem I C- Baustein oder in diskreter Form auf einer Leiterplatte als Analogschaltung ausgebildet. Die Verstärkung des ersten Verstärkers 3 ist einstellbar, so dass sein Verstärkungsfaktor abhängig von einem ersten Verstärkungswert variiert, der von einem ersten Verstärkungsfaktor-Speicherelement 4 vorgegeben wird.
Das in dem ersten Verstärker 3 verstärkte Sensorsignal wird einem Analog/Digital- Wandler 5 zugeführt, dort entsprechend abgetastet und in einen digitalen Sensorwert umgesetzt. Das digitalisierte verstärkte Sensorsignal wird einer Auswerteeinrichtung 6 zuge- führt, in der eine Auswertung des digitalisierten Sensorsignals vorgenommen wird. Weiterhin kann eine Bandpassfilterung in der Auswerteeinrichtung 6 vorgenommen werden.
Das digitalisierte Sensorsignal wird von der Auswerteeinrichtung 6 einem zweiten Ver- stärker 7 zugeführt, der als digitaler Verstärker bzw. Software-Verstärker vorgesehen wird. Ein Software-Verstärker entspricht einem Verstärker, der durch Multiplikation des Werts des digitalisierten Sensorsignals eine Verstärkung des Sensorsignals vornimmt. Der Verstärkungsfaktor des zweiten Verstärkers 7 wird durch ein zweites Verstärkungsfaktor-Speicherelement 8 vorgegeben. Das in dem zweiten Verstärker 7 verstärkte digita- lisierte Sensorsignal wird anschließend einer Klopferkennungseinheit 9 zugeführt, in der die Klopferkennung ausgeführt wird.
Zum Festlegen der Verstärkungsfaktoren in der ersten und zweiten Verstärkungsfaktor- Speichereinheit 4, 8 ist eine Steuereinheit 10 vorgesehen, die den ersten und zweiten Verstärkungsfaktor in entsprechender Weise anpasst. Dazu erhält die Steuereinheit 10 von der Klopferkennungseinheit 9 einen Pegelwert für ein Grundschall-Sensorsignal, der dem Anteil des Körperschallsignals entspricht, der beim Normalbetrieb des Verbrennungsmotors ohne Klopfen erzeugt wird. Abhängig von diesem Pegelsignal werden die Verstärkungen der beiden Verstärker 3, 7 eingestellt.
In Fig. 2 veranschaulicht ein Flussdiagramm die Funktionsweise der Steuereinheit 10. In Schritt Sl empfängt die Steuereinheit 10 den Pegelwert Rkr von der Klopferkennungseinheit 9 und überprüft in Schritt S2, ob der entsprechende Pegelwert Rkr kleiner als ein unterer Schwellwert Kru oder größer als ein oberer Schwellwert Kro ist oder ob er zwischen dem unteren Schwellwert Kru und dem oberen Schwellwert Kro liegt. Wird festgestellt, dass der Pegelwert Rkr zwischen dem oberen und dem unteren Schwellwert liegt, bleiben die in den Verstärkungsfaktor-Speicherelementen 4, 8 gespeicherten Verstärkungsfaktoren unverändert. Wird festgestellt, dass der Pegelwert Rkr einen unteren Schwellwert Kru unterschreitet, müssen die Gesamtverstärkung erhöht und der erste und der zweite Ver- Stärkungsfaktor entsprechend angepasst werden. Die Anpassung der Verstärkungsfaktoren erfolgt gemäß einer Tabelle, die in einem Speicher 11 in der Steuereinheit 10 gespeichert sein kann.
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Nachfolgend sind Beispiele für die Realisierung von Gesamtverstärkungen mithilfe des ersten und des zweiten Verstärkers 3, 7 dargestellt. Oben stehende Tabelle zeigt, dass der erste Verstärker 3, der als Hardware-Verstärker realisiert ist, zwei Verstärkungen, nämlich eine einfache Verstärkung und eine Vierfachverstärkung vornehmen kann, abhängig von dem in dem ersten Verstärkungsfaktor-Speicherelement 4 gespeicherten ersten Verstärkungsfaktor. Der zweite Verstärker 7 kann drei verschiedene Verstärkungsfaktoren realisieren, 0,5, 1 und 2.
Die Anpassung durch Unterschreiten des unteren Schwellwerts Kru des Pegelwerts wird im Schritt S3 durch entsprechendes Nachschlagen in der in der Steuereinheit 10 gespeicherten Tabelle 11 vorgenommen. Analog wird in Schritt S4 eine Anpassung der ersten und zweiten Verstärkungsfaktoren durch Nachschlagen in der Tabelle 11 vorgenommen, wenn der Pegelwert den oberen Schwellwert Kro übersteigt. Der obere und der untere Grenzwert Kru, Kro sind so festgelegt, dass bei Auftreten eines Klopfens in dem Verbrennungsmotor das Klopfsignal bezüglich des Grundschall-Sensorsignals so detektiert werden kann, dass die Amplitude des Klopfsignals weder den ersten Verstärker 3 in die Sättigung treibt, noch den Auswertebereich des Analog/Digital-Wandlers 5 übersteigt.
Da für die Klopferkennung die Auswertung der Energie des Klopfsignals wesentlich ist, wird gewährleistet, dass eine Energieermittlung des Klopfsignals in der Klopferkennungs- einheit 9 mit ausreichender Genauigkeit möglich ist.
Ein möglicher Verlauf des Pegelwerts, der der Steuereinheit 10 bereitgestellt wird, ist für den Fall eines Betreibens des Verbrennungsmotors mit zunehmender Drehzahl in Fig. 3 dargestellt. Man erkennt, dass der Pegelwert mehrfach bis zu einem oberen Schwellwert Kro ansteigt. Bei Erreichen des oberen Schwellwerts Kro wird dann die Gesamtverstärkung reduziert, wie es in der in der Steuereinheit 10 hinterlegten Tabelle angegeben ist. Dies ist in Fig. 3 durch den stufenartigen Abfall des Pegelwerts erkennbar. Bei zuneh- mender Drehzahl steigt daraufhin der Pegelwert ausgehend von einem Pegelwert zwischen den beiden Schwellwerten Kru, Kro wieder bis zur oberen Umschaltschwelle an. Bei sinkender Drehzahl wäre ein vergleichbares Verhalten bezüglich des unteren Schwellwerts Km zu beobachten.
Das Vorsehen sowohl eines Hardware-Verstärkers (erster Verstärker 3) als auch eines Software-Verstärkers (zweiter Verstärker 7) ist deutlich kostengünstiger, da der Hardware- Verstärker einfacher ausgeführt werden kann, da die Anzahl der Verstärkungsstufen, die durch die Steuereinheit 10 einstellbar sind, reduziert werden kann. Im vorliegenden Fall sind z.B. lediglich zwei Verstärkungsstufen des Hardware- Verstärkers vorgesehen. Der Software-Verstärker 7 ermöglicht es der Klopferkennungseinheit 9, ein normiertes Signal zur Verfügung zu stellen, das in einem für die schnelle Datenverarbeitung in der Klopferkennungseinheit 9 günstigen Wertebereich liegt. Der Software-Verstärker 7 kann gemeinsam mit der Klopferkennungseinheit 9 und der Steuereinheit 10 durch einen gemeinsamen Mikroprozessor und dgl. ausgeführt werden. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die Software-Verstärkung des zweiten Verstärkers 7 in einer von der Klopferken- nungseinheit 9 getrennten Einheit ausgeführt ist.

Claims

Ansprüche
1. Vorrichtung zum Bereitstellen eines verstärkten Sensorsignals eines Klopfsensors, umfassend: einen analogen Verstärker zum Verstärken des Sensorsignals gemäß einem ersten vorgebbaren Verstärkungsfaktor; einen Analog-/Digital-Wandler zum Digitalisieren des verstärkten Sensorsignals in ein digitalisiertes Sensorsignal; einen digitalen Verstärker zum Verstärken des digitalisierten Sensorsignals gemäß einem zweiten vorgebbaren Verstärkungsfaktor; - eine Steuereinheit, um den ersten und zweiten Verstärkungsfaktor abhängig von einem Grundschall-Pegel des Sensorsignals bereitzustellen, wobei der Grundschall- Pegel dem Anteil des beim Normalbetrieb ohne Klopfen erzeugten Körperschallsignals entspricht .
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Steuereinheit ausgebildet ist, um abhängig von einem Grundschall-Pegel des Sensorsignals eine Gesamtverstärkung auszuwählen.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Steuereinheit ausgebildet ist, um die Ge- samtverstärkung zu verringern, wenn der Grundschall-Pegel einen oberen Schwellwert überschreitet, und zu vergrößern, wenn der Grundschall-Pegel einen unteren Schwellwert unterschreitet.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Steuereinheit einen Speicher auf- weist, der eine Zuordnungstabelle enthält, mit der die Gesamtverstärkung dem
Grundschall-Pegel des Sensorsignals zuordenbar ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei als erste Verstärkungsfaktoren eine erste Anzahl von festgelegten Verstärkungsfaktoren auswählbar sind, wobei als zweite Verstärkungsfaktoren eine zweite Anzahl von festgelegten Verstärkungsfaktoren auswählbar sind, wobei der kleinste vorkommende Faktor zwischen zwei der festgelegten ersten Verstärkungsfaktoren größer ist als der kleinste vorkommende Faktor zwischen zwei der festgelegten zweiten Verstärkungsfaktoren.
6. Klopferkennungssystem mit einer Klopferkennungseinheit zum Detektieren eines Klopfens und zum Bereitstellen eines Grundschall-Pegel des Sensorsignals und mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5.
7. Verfahren zum Bereitstellen eines verstärkten Sensorsignals eines Klopfsensors zum Betreiben eines Klopferkennungssystems, umfassend: Bereitstellen eines Sensorsignals;
Verstärken des Sensorsignals gemäß einem ersten vorgebbaren Verstärkungsfaktor; Digitalisieren des verstärkten Sensorsignals in ein digitalisiertes Sensorsignal; - Verstärken des digitalisierten Sensorsignals gemäß einem zweiten vorgebbaren Verstärkungsfaktor;
Bereitstellen des ersten und zweiten Verstärkungsfaktors abhängig von einem Grundschall-Pegel des Sensorsignals, wobei der Grundschall-Pegel dem Anteil des beim Normalbetrieb ohne Klopfen erzeugten Körperschallsignals entspricht .
8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei abhängig von dem Grundschall-Pegel des Sensorsignals eine Gesamtverstärkung ausgewählt wird, wobei die Gesamtverstärkung bei Überschreiten eines oberen Schwellwerts verringert und bei Unterschreiten eines unteren Schwellwerts vergrößert wird.
9. Computerprogramm, das einen Programmcode enthält, der, wenn er auf einer Datenverarbeitungseinheit ausgeführt wird, ein Verfahren gemäß Anspruch 7 oder 8 ausführt.
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