WO2019221183A1 - 気体流量測定装置および気体流量測定方法 - Google Patents

気体流量測定装置および気体流量測定方法 Download PDF

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Definitions

  • the present disclosure relates to a gas flow rate measuring device and a gas flow rate measuring method.
  • a gas flow rate measuring device which is provided in an intake passage of a vehicle and measures the flow rate of gas passing through the passage.
  • the output voltage of the flow sensor is corrected to a voltage at a predetermined reference temperature based on the correspondence between the output voltage of the flow sensor and the flow rate of the gas, which differ depending on the gas temperature.
  • Patent Document 1 Although the output voltage of the flow sensor can be corrected to the voltage at the reference temperature, variations in the output voltage due to individual differences of the flow sensor remain uncorrected. On the other hand, it is conceivable to correct variations in output voltage due to individual differences using a map different from a map that defines a correction coefficient for correcting the output voltage to a voltage at the reference temperature. However, the above method is not preferable because the storage capacity of the storage unit for storing the map is increased and the correction process is complicated.
  • the present disclosure has been made in view of the above points, and an object of the present disclosure is to provide a gas flow measuring device and a gas capable of highly accurately correcting the output voltage of the flow sensor while reducing the storage capacity of the storage unit. It is to provide a flow measurement method.
  • the gas flow measuring device includes a flow sensor that outputs “a voltage including variations due to differences in the external environment and variations due to individual differences” according to the flow rate of the gas to be measured, and to correct the output voltage of the flow sensor.
  • amends the output voltage of a flow sensor with a correction coefficient are provided.
  • the correction coefficient is a coefficient for correcting the output voltage of the flow sensor based on the “correspondence between the output voltage of the flow sensor and the flow rate of the gas” which varies depending on the difference in the external environment and the individual difference of the flow sensor.
  • the correction coefficient is a coefficient for correcting the output voltage of the flow sensor at once to “an ideal voltage that does not include variations due to differences in the external environment and does not include variations due to individual differences in the flow sensors”.
  • the gas flow rate measuring method includes a step of acquiring “a voltage including variation due to gas temperature and variation due to individual differences” from the flow sensor according to the flow rate of the gas to be measured, and obtaining the gas temperature from the temperature sensor. And a correction coefficient for correcting the output voltage of the flow sensor based on the "correspondence between the output voltage of the flow sensor and the flow rate of the gas", which differs depending on the temperature of the gas and individual differences of the flow sensor From the map, calculating the correction coefficient using the gas temperature and the output voltage of the flow sensor as arguments, correcting the output voltage of the flow sensor based on the correction coefficient, and converting the corrected voltage after correction to the SENT communication format And a step of performing.
  • the correction coefficient is a coefficient that corrects the output voltage of the flow sensor at once to “an ideal voltage that does not include variations due to differences in the external environment and does not include variations due to individual differences in the flow sensors”.
  • correction can be performed at a time, so that the storage capacity of the flow sensor can be reduced while reducing the storage capacity of the storage unit.
  • the output voltage can be corrected with high accuracy. Moreover, it is effective in improving the calculation speed.
  • FIG. 1 is a block diagram of a gas flow measuring device according to a first embodiment.
  • FIG. 2 is a first explanatory diagram showing the concept of correction in the first embodiment.
  • FIG. 3 is a second explanatory diagram illustrating the concept of correction in the first embodiment.
  • FIG. 4 is a third explanatory diagram showing the concept of correction in the first embodiment.
  • FIG. 5 is a map defining correction coefficients for correction in the first embodiment.
  • FIG. 6 is a fourth explanatory view showing the concept of correction in the first embodiment.
  • FIG. 7 is a first explanatory diagram showing the concept of linear interpolation for calculating the correction coefficient in the first embodiment.
  • FIG. 8 is a second explanatory diagram showing the concept of linear interpolation for calculating the correction coefficient in the first embodiment.
  • FIG. 9 is a first explanatory diagram showing the concept of cubic interpolation for calculating a correction coefficient in another embodiment.
  • FIG. 10 is a second explanatory diagram showing the concept of cubic interpolation for calculating a correction coefficient in another embodiment.
  • FIG. 11 is a block diagram of a gas flow measuring device according to the second embodiment
  • FIG. 12 is a block diagram illustrating correction coefficient calculation according to the second embodiment.
  • FIG. 13 is a block diagram of a gas flow measuring device according to the third embodiment.
  • FIG. 14 is a block diagram illustrating correction coefficient calculation according to the third embodiment.
  • FIG. 15 is a map that defines the temperature characteristic correction coefficient used in the comparative embodiment.
  • FIG. 15 is a map that defines the temperature characteristic correction coefficient used in the comparative embodiment.
  • FIG. 16 is an explanatory diagram showing the concept of the first stage correction performed using the temperature characteristic correction coefficient in the comparative embodiment.
  • FIG. 17 is a map that defines the individual difference correction coefficient used in the comparative embodiment,
  • FIG. 18 is an explanatory diagram showing the concept of the second-stage correction performed using the individual difference correction coefficient in the comparative embodiment.
  • the gas flow rate measuring device 1 is mounted in an intake passage of a vehicle and is used for measuring the flow rate of air in the intake passage (hereinafter referred to as intake flow rate).
  • the gas flow rate measuring device 1 includes a flow rate sensor 20, a temperature sensor 30, a correction block 10, and an ECU 40.
  • the flow sensor 20 is a hot wire type sensor, for example, and has a detection unit 21 made of a silicon semiconductor.
  • the detection unit 21 includes a silicon substrate on which a thin film portion is formed, a heater resistor installed at the center of the thin film portion, and an upstream side and a downstream side along the air suction direction with the heater resistor as a center. And a temperature sensor for detecting a flow rate.
  • the temperature of the heater resistor is set to be higher than the intake air temperature by a certain temperature. As a result, an upstream and downstream symmetrical temperature distribution around the heater resistor is generated in the thin film portion. When air flows in, a temperature difference is generated in the temperature distribution between the upstream side and the downstream side.
  • the temperature upstream and downstream of the thin film portion is detected by a temperature sensor for detecting the flow rate, and the temperature difference is calculated to measure the intake flow rate.
  • the temperature distribution between the upstream side and the downstream side is reversed, and the sign of the calculated temperature difference is also reversed, so the direction of intake flow rate can be determined.
  • the flow rate G here is a mass flow rate (g / s).
  • the flow sensor 20 outputs a voltage V corresponding to the intake flow rate.
  • the temperature sensor 30 is installed separately from the above-described temperature sensor for detecting the flow rate, and measures the intake air temperature.
  • the temperature sensor 30 outputs a voltage Vt corresponding to the intake air temperature.
  • the temperature sensor 30 is connected to the power supply voltage via a pull-up resistor.
  • the correction block 10 includes an amplification arithmetic unit (hereinafter referred to as operational amplifier) 11, a buffer 12, an AD converter (hereinafter referred to as ADC) 13, a correction unit 14, an output conversion unit 15, and a clock generation unit 16.
  • the correction unit 14 includes a digital signal processor (hereinafter referred to as DSP) 17 as a “digital signal processing circuit” and an adjustment ROM 18 made of, for example, an EEPROM.
  • DSP digital signal processor
  • the operational amplifier 11 forms an amplifier circuit.
  • the output terminal of the flow sensor 20 is connected to one input terminal of the operational amplifier 11 via a resistor 19b.
  • the input terminal is connected to the output terminal of the operational amplifier 11 through a resistor 19a which is a feedback resistor.
  • the other input terminal of the operational amplifier 11 is at a constant potential via the resistor 11a.
  • the buffer 12 is connected to the output terminal of the temperature sensor 30 and disconnects the impedance on the circuit side.
  • the voltage Vt that is the output of the buffer 12 is input to the ADC 13.
  • the ADC 13 converts the input analog value into a digital value and outputs it.
  • the voltage V corresponding to the intake flow rate is converted into a digital voltage VD and output.
  • the voltage Vt corresponding to the intake air temperature is converted into a digital voltage VDt and output.
  • the voltage VD and the voltage VDt are input to the correction unit 14.
  • the correction unit 14 corrects the voltage VD to the corrected voltage VDr and outputs it.
  • the DSP 17 performs correction based on the map stored in the adjustment ROM 18. Details of the correction will be described later.
  • the corrected voltage VDr is input to the output conversion unit 15.
  • the output conversion unit 15 converts the corrected voltage VDr into a SENT communication format and outputs it, for example. Specifically, a pulse wave VDout in the SENT communication format corresponding to the corrected voltage VDr is output.
  • the output conversion unit 15 is a “SENT communication conversion unit”.
  • the pulse wave VDout is input to the ECU 40.
  • SENT is an abbreviation for Single Edge Nibble Transmission, which is a communication protocol that represents 4 bits in the length of time between the falling edges of two pulses and transmits data as a group. is there.
  • the corrected voltage VDr may be converted into a format other than the SENT communication format, for example, a pulse wave with the frequency f and output.
  • the clock generation unit 16 generates an operation clock for operating the entire correction block 10 including the DSP 17.
  • the operation clock is input to each unit so that the entire correction block 10 operates in synchronism, but the operation clock input path is not shown in order to avoid complication.
  • the ECU 40 is a “voltage-flow rate converter” that converts the corrected voltage VDr into an intake air flow rate.
  • the correction by the correction unit 14 is performed before the ECU 40 converts the voltage into the intake air flow rate. In other words, the correction unit 14 corrects the “previous output voltage converted into the flow rate”.
  • the voltage V output from the flow sensor 20 includes variations due to differences in the external environment such as intake air temperature and variations due to individual differences in the flow sensors 20. That is, even with the same intake flow rate, the voltage VD corresponding to the voltage V changes due to the difference in the external environment and the individual difference of the flow rate sensor 20. For example, as shown in FIG. 2, the voltage VD changes when the intake air temperature T is different from ⁇ 40 ° C., 20 ° C., 80 ° C., and 130 ° C. even at the same intake air flow rate G1. In addition, as shown in FIG.
  • the flow sensor 20 when the intake air temperature T is a predetermined reference temperature (for example, 20 ° C.), the flow sensor 20 has the individual A, the individual B, the individual C, and the individual even with the same intake flow rate G1. If it is different from D, the voltage VD changes.
  • a predetermined reference temperature for example, 20 ° C.
  • the correction calculation unit 51 of the DSP 17 uses the voltage VD from the ADC 13 and the voltage VDt from the temperature sensor 30 to correct the voltage VD to a voltage that is a reference characteristic by using a correction coefficient Mi.
  • the voltage serving as the reference characteristic is an ideal voltage (hereinafter referred to as an ideal voltage) that does not include variations due to differences in the external environment and does not include variations due to individual differences in the flow sensor 20.
  • the correction calculation unit 51 corrects the voltage VD based on the “correspondence between the voltage VD and the intake flow rate G” that varies depending on the difference in intake air temperature and the individual difference in the flow rate sensor 20. As shown in FIG. 4, the corrected voltage VDr is obtained from the voltage VD and the intake air temperature.
  • the external environment is the intake air temperature.
  • the correction coefficient storage unit 52 of the adjustment ROM 18 stores a correction coefficient Mi for correcting the voltage VD based on the “correspondence relationship between the voltage VD and the intake flow rate G” that varies depending on the difference in intake air temperature and the individual difference in the flow rate sensor 20. doing.
  • the correction coefficient Mi is a coefficient for correcting the voltage VD to the ideal voltage at a time.
  • the correction coefficient storage unit 52 stores a map as shown in FIG. 5 for calculating the correction coefficient Mi using the intake air temperature T and the voltage VD as arguments.
  • the ratio Ki corresponds to a temperature characteristic correction coefficient for correcting the voltage VDb of the intake air temperature Tb to “a voltage when the intake air temperature is the reference temperature Ta”.
  • the ratio Li corresponds to an individual difference correction coefficient for correcting the voltage VDa at the reference temperature Ta to the ideal voltage VDc.
  • a mode in which the voltage VD is corrected to the ideal voltage VDc through the procedures (1) and (2) will be referred to as a comparative mode.
  • the voltage VDb is corrected to the ideal voltage VDc at a time.
  • the voltage VD and the intake air temperature T are both a plurality of discrete values (discrete subsets). That is, the correction coefficient Mi is defined so as to correspond to the discrete subset of the intake air temperature T and the discrete subset of the voltage VD.
  • the number of the voltage VD and the intake air temperature T is, for example, about 5 to 10 points from the viewpoint of reducing the map capacity (from the viewpoint of product miniaturization) and improving the accuracy.
  • the correction coefficient Mi is calculated by interpolation calculation based on the map. In the first embodiment, linear interpolation using two neighboring points is performed. For example, two points in the vicinity of the intake air temperature T on the intake air temperature T axis in the map of FIG.
  • the correction coefficient Mi is calculated from the intake air temperature T and the voltage VD by interpolation calculation.
  • the correction coefficient Mi may be calculated by a secondary or higher-order interpolation calculation using two or more points. 9 and 10 show examples of cubic interpolation using four points.
  • VDr voltage after correction
  • VDr voltage before correction
  • Mi The corrected voltage VDr, which is an ideal voltage, is output.
  • the corrected voltage VDr is converted into a SENT communication format or a pulse wave having a frequency f by the output converter 15 and output to the ECU 40.
  • the gas flow rate measuring method by the gas flow rate measuring apparatus 1 described above includes the following steps (A) to (E).
  • B A step of acquiring the intake air temperature from the temperature sensor 30.
  • C From the map that defines the correction coefficient Mi for correcting the voltage VD based on the “correspondence relationship between the voltage VD and the intake flow rate G” that varies depending on the difference in intake air temperature and the individual difference in the flow rate sensor 20, Calculating a correction coefficient Mi using the temperature and voltage VD as arguments;
  • D A step of correcting the voltage VD based on the correction coefficient Mi.
  • E A step of converting the corrected post-correction voltage VDr into a SENT communication format or a pulse wave having a frequency f.
  • the gas flow rate measuring device 1 stores a flow rate sensor 20 that outputs a voltage V according to the flow rate of air to be measured, and a correction coefficient Mi for correcting the output voltage V of the flow rate sensor 20.
  • the correction coefficient Mi is a coefficient for correcting the voltage VD based on the “correspondence relationship between the voltage VD and the intake flow rate G” that differs depending on the difference in the external environment and the individual difference in the flow rate sensor 20.
  • the correction coefficient Mi is a coefficient that corrects the voltage VD at once to “an ideal voltage that does not include variations due to differences in the external environment and does not include variations due to individual differences in the flow sensor 20”.
  • correction can be performed at one time, so that the storage capacity of the adjustment ROM 18 can be reduced,
  • the output voltage V of the flow sensor 20 can be corrected with high accuracy. Moreover, it is effective in improving the calculation speed.
  • the external environment is the intake air temperature.
  • the voltage VD can be corrected at once to “an ideal voltage that does not include variations due to differences in intake air temperature and does not include variations due to individual differences in the flow rate sensor 20”.
  • the gas flow rate measuring device 1 includes a temperature sensor 30 that measures the intake air temperature.
  • the correction coefficient storage unit 52 stores a map for calculating the correction coefficient Mi using the voltage VD corresponding to the intake air temperature and the output voltage V of the flow rate sensor 20 as arguments.
  • the correction coefficient can be calculated using one map with the intake air temperature and voltage as axes. Therefore, there is an effect in reducing the storage capacity of the adjustment ROM 18 and improving the calculation speed.
  • the map defines a correction coefficient Mi so as to correspond to a discrete subset of the intake air temperature and a discrete subset of the voltage VD.
  • the correction calculator 51 performs interpolation calculation based on the map to calculate the correction coefficient Mi.
  • only the limited map point correction coefficient Mi needs to be stored in the adjustment ROM 18 in advance, which is effective in reducing the storage capacity.
  • the ratio of the output voltage VDb at the temperature Tb and the ideal voltage VDc is calculated.
  • the output conversion unit 15 converts the corrected voltage VDr into a SENT communication format or a pulse wave having a frequency f.
  • the corrected voltage VDr in the SENT communication format or the pulse wave VDout having the frequency f, various sensor signal input specifications on the ECU 40 side can be supported.
  • a digital signal processing circuit is used as the correction calculation unit 51. As a result, it is possible to perform highly accurate calculations while reducing the circuit size.
  • the gas flow rate measuring device 1 includes the ECU 40 as a voltage-flow rate conversion unit that converts the corrected voltage VDr into the intake flow rate.
  • the intake flow rate converted by the ECU 40 can be used for engine control.
  • the gas flow rate measuring method by the gas flow rate measuring device 1 includes the steps (A) to (E).
  • the correction coefficient Mi is a coefficient for correcting the voltage VD at once to “an ideal voltage that does not include variations due to differences in the external environment and does not include variations due to individual differences in the flow rate sensor 20”. Thereby, it is possible to correct the output voltage V of the flow sensor 20 with high accuracy while reducing the storage capacity of the adjustment ROM 18. Moreover, it is effective in improving the calculation speed.
  • the correction coefficient storage unit 62 of the adjustment ROM 18 stores a map for calculating the correction coefficient Mi corresponding to the presence or absence of the pulsation of the intake flow rate and the pulsation state. Yes.
  • the correction coefficient storage unit 62 includes a state A map corresponding to a state where there is no pulsation of the intake flow rate, and a pulsation state B-1, B-2,.
  • the pulsation states B-1, B-2,... are defined by, for example, the magnitude of pulsation.
  • the correction coefficients Mi of these maps are determined by measuring characteristics in advance for each pulsation condition.
  • the pulsation determining unit 63 of the DSP 17 determines the presence or absence of pulsation of the intake flow rate and the pulsation state based on the voltage VD.
  • the map selection unit 64 of the DSP 17 selects a map according to the presence or absence of pulsation of the intake flow rate and the pulsation state.
  • the voltage VD can be corrected using the correction coefficient Mi corresponding to the presence or absence of the pulsation of the intake flow rate, and the output voltage V of the flow sensor 20 can be corrected with high accuracy.
  • the configuration other than the above is the same as that of the first embodiment, and the same effect as that of the first embodiment is achieved.
  • the adjustment coefficient storage unit 75 of the adjustment ROM 18 is determined in advance according to the dimensional values of the components of the flow sensor 20 that affect the pulsation characteristics of the intake flow rate.
  • An adjustment coefficient r for adjusting the correction coefficient Mi corresponding to the pulsation state of the intake flow rate is stored.
  • the dimension value is the passage width W of the throttle portion 22 of the bypass flow path provided in the flow sensor. In other embodiments, the dimension value may be a value other than the passage width W as long as the correction coefficient Mi varies depending on the pulsation state.
  • the correction coefficient adjusting unit 76 of the DSP 17 adjusts the correction coefficient Mi using the adjustment coefficient r when the pulsation determining unit 63 determines that there is pulsation of the intake flow rate.
  • the correction coefficient Mi is multiplied by the adjustment coefficient r.
  • the correction coefficient Mi is the aforementioned variation in the passage width W.
  • the correction coefficient Mi at the time of pulsation can be adjusted by a relatively simple method.
  • the characteristic is measured in advance for each pulsation condition and the map correction coefficient Mi is determined.
  • the troublesomeness of the prior measurement can be reduced.
  • the configuration other than the above is the same as that of the first embodiment, and the same effect as that of the first embodiment is achieved.
  • the voltage-flow rate conversion unit may be provided in the correction unit instead of the ECU.
  • control unit and the method thereof described in the present disclosure are realized by a dedicated computer provided by configuring a processor and a memory programmed to execute one or more functions embodied by a computer program. May be.
  • control unit and the method thereof described in the present disclosure may be realized by a dedicated computer provided by configuring a processor with one or more dedicated hardware logic circuits.
  • control unit and the method thereof described in the present disclosure may include a combination of a processor and a memory programmed to execute one or more functions and a processor configured by one or more hardware logic circuits. It may be realized by one or more configured dedicated computers.
  • the computer program may be stored in a computer-readable non-transition tangible recording medium as instructions executed by the computer.

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Abstract

気体流量測定装置(1)は、測定対象の気体の流量に応じて、外部環境の違いによるばらつき及び個体差によるばらつきを含む電圧を出力する流量センサ(20)と、外部環境の違いおよび流量センサ(20)の個体差により異なる「流量センサ(20)の出力電圧と気体の流量との対応関係」に基づいて流量センサ(20)の出力電圧を補正するための補正係数(Mi)を記憶している補正係数記憶部(52)と、補正係数(Mi)により流量センサ(20)の出力電圧を補正する補正演算部(51)と、を備える。補正係数(Mi)は、流量センサ(20)の出力電圧を、外部環境の違いによるばらつきを含まず且つ流量センサ(20)の個体差によるばらつきを含まない理想電圧に一度に補正する係数である。

Description

気体流量測定装置および気体流量測定方法 関連出願の相互参照
 本出願は、2018年5月18日に出願された特許出願番号2018-96137号に基づくものであり、ここにその記載内容を援用する。
 本開示は、気体流量測定装置および気体流量測定方法に関する。
 従来、例えば車両の吸気通路などに設けられ、その通路を通る気体の流量を測定する気体流量測定装置が知られている。特許文献1では、気体の温度により異なる流量センサの出力電圧と気体の流量との対応関係に基づいて、流量センサの出力電圧を所定の基準温度における電圧に補正するようになっている。
特許第4993311号公報
 特許文献1では、流量センサの出力電圧を基準温度における電圧に補正することはできるが、流量センサの個体差による出力電圧のばらつきは補正できずに残ってしまう。これに対し、出力電圧を基準温度における電圧に補正するための補正係数を規定したマップとは別のマップを用いて、個体差による出力電圧のばらつきを補正することが考えられる。しかし、上記方法によるとマップを記憶する記憶部の記憶容量の増大および補正工程の煩雑さを招くため、好ましくない。
 本開示は、上述の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、記憶部の記憶容量の低減を図りつつ、流量センサの出力電圧の高精度な補正が可能な気体流量測定装置および気体流量測定方法を提供することである。
 本開示の気体流量測定装置は、測定対象の気体の流量に応じて「外部環境の違いによるばらつき及び個体差によるばらつきを含む電圧」を出力する流量センサと、流量センサの出力電圧を補正するための補正係数を記憶している補正係数記憶部と、補正係数により流量センサの出力電圧を補正する補正演算部と、を備える。補正係数は、外部環境の違いおよび流量センサの個体差により異なる「流量センサの出力電圧と前記気体の流量との対応関係」に基づいて流量センサの出力電圧を補正するための係数である。また、補正係数は、流量センサの出力電圧を「外部環境の違いによるばらつきを含まず且つ流量センサの個体差によるばらつきを含まない理想電圧」に一度に補正する係数である。
 本開示の気体流量測定方法は、測定対象の気体の流量に応じて「気体の温度によるばらつき及び個体差によるばらつきを含む電圧」を流量センサから取得する工程と、気体の温度を温度センサから取得する工程と、気体の温度および流量センサの個体差により異なる「流量センサの出力電圧と気体の流量との対応関係」に基づいて流量センサの出力電圧を補正するための補正係数を規定しているマップから、気体の温度および流量センサの出力電圧を引数として補正係数を算出する工程と、補正係数に基づき流量センサの出力電圧を補正する工程と、補正された補正後電圧をSENT通信フォーマットに変換する工程と、を含む。補正係数は、流量センサの出力電圧を「外部環境の違いによるばらつきを含まず且つ流量センサの個体差によるばらつきを含まない理想電圧」に一度に補正する係数である。
 これにより、外部環境の違いによるばらつきの補正と、個体差によるばらつきの補正とを別々に実施する方法とは異なり、一度に補正できるため、記憶部の記憶容量の低減を図りつつ、流量センサの出力電圧の高精度な補正が可能となる。また、演算速度の向上に効果がある。
 本開示についての上記目的およびその他の目的、特徴や利点は、添付の図面を参照しながら下記の詳細な記述により、より明確になる。その図面は、
図1は、第1実施形態による気体流量測定装置のブロック図であり、 図2は、第1実施形態における補正の概念を示す第1の説明図であり、 図3は、第1実施形態における補正の概念を示す第2の説明図であり、 図4は、第1実施形態における補正の概念を示す第3の説明図であり、 図5は、第1実施形態における補正のための補正係数を規定したマップであり、 図6は、第1実施形態における補正の概念を示す第4の説明図であり、 図7は、第1実施形態における補正係数算出のための線形補間の概念を示す第1の説明図であり、 図8は、第1実施形態における補正係数算出のための線形補間の概念を示す第2の説明図であり、 図9は、他の実施形態における補正係数算出のための3次補間の概念を示す第1の説明図であり、 図10は、他の実施形態における補正係数算出のための3次補間の概念を示す第2の説明図であり、 図11は、第2実施形態による気体流量測定装置のブロック図であり、 図12は、第2実施形態による補正係数算出を説明するブロック図であり、 図13は、第3実施形態による気体流量測定装置のブロック図であり、 図14は、第3実施形態による補正係数算出を説明するブロック図であり、 図15は、比較実施形態において用いられる温度特性補正係数を規定したマップであり、 図16は、比較実施形態において温度特性補正係数を用いて行う第1段階の補正の概念を示す説明図であり、 図17は、比較実施形態において用いられる個体差補正係数を規定したマップであり、 図18は、比較実施形態において個体差補正係数を用いて行う第2段階の補正の概念を示す説明図である。
 以下、気体流量測定装置の複数の実施形態を図面に基づき説明する。実施形態同士で実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
[第1実施形態]
 第1実施形態による気体流量測定装置を図1に示す。気体流量測定装置1は、車両の吸気通路に搭載され、吸気通路の空気の流量(以下、吸気流量)を測定するために用いられる。気体流量測定装置1は、流量センサ20と、温度センサ30と、補正ブロック10と、ECU40とを備えている。
 流量センサ20は、例えば熱線式のセンサであり、シリコン半導体からなる検出部21を有している。検出部21は、薄膜部が形成されたシリコン基板と、その薄膜部の中央に設置されたヒータ抵抗体と、そのヒータ抵抗体を中心にして空気吸入方向に沿った上流側および下流側にそれぞれ配置された流量検出用の温度センサとを備える。ヒータ抵抗体の温度は、吸気温度に対してある一定温度だけ高くなるように設定される。これにより、薄膜部にヒータ抵抗体を中心とした上下流対称の温度分布が生成される。空気が流入すると上流側と下流側との温度分布に温度差が生じる。測定流量はこの温度差の関数となることから、薄膜部の上下流の温度が流量検出用の温度センサで検出され、それらの温度差を算出して吸気流量が測定される。逆流の場合は、上流側と下流側との温度分布が逆になり、算出される温度差の符号も逆転するため、吸気流量の方向性を判別できる。ここでの流量Gは、質量流量(g/s)である。流量センサ20は、吸気流量に対応する電圧Vを出力する。
 温度センサ30は、前述した流量検出用の温度センサとは別に設置されており、吸気温度を測定する。温度センサ30は、吸気温度に対応する電圧Vtを出力する。図示していないが、温度センサ30は、プルアップ抵抗を介して電源電圧に接続されている。
 補正ブロック10は、増幅演算器(以下、オペアンプ)11、バッファ12、AD変換器(以下、ADC)13、補正部14、出力変換部15、および、クロック発生部16を有している。補正部14は、「デジタル信号処理回路」としてのデジタルシグナルプロセッサ(以下、DSP)17と、例えばEEPROM等からなる調整ROM18とを有している。
 オペアンプ11は増幅回路を形成している。オペアンプ11の一方の入力端子には、流量センサ20の出力端子が抵抗器19bを介して接続されている。また、この入力端子は、帰還抵抗である抵抗器19aを介してオペアンプ11の出力端子に接続されている。オペアンプ11の他方の入力端子は、抵抗器11aを経由して一定電位になっている。かかる構成により、オペアンプ11は、流量センサ20の出力する電圧Vを増幅して出力する。オペアンプ11により増幅された電圧Vは、ADC13に入力される。
 バッファ12は、温度センサ30の出力端子に接続されており、回路側のインピーダンスを切り離す。バッファ12の出力となる電圧Vtは、ADC13に入力される。
 ADC13は、入力されたアナログ値をデジタル値に変換して出力する。ここでは、吸気流量に対応する電圧Vをデジタルの電圧VDに変換して出力する。また、吸気温度に対応する電圧Vtをデジタルの電圧VDtに変換して出力する。電圧VDおよび電圧VDtは、補正部14に入力される。
 補正部14は、電圧VDを補正後電圧VDrに補正して出力する。ここでは、DSP17が、調整ROM18に記憶されたマップに基づいて補正を行う。補正内容については後述する。補正後電圧VDrは、出力変換部15に入力される。
 出力変換部15は、例えば、補正後電圧VDrをSENT通信フォーマットに変換して出力する。具体的には、補正後電圧VDrに対応するSENT通信フォーマットのパルス波VDoutを出力する。出力変換部15は、「SENT通信変換部」である。パルス波VDoutは、ECU40に入力される。SENTは、シングル・エッジ・ニブル伝送(Single Edge Nibble Transmission)の略であり、2つのパルスの立ち下がりエッジ間の時間の長さで4ビットを表し、それをひとかたまりとしてデータを伝送する通信プロトコルである。なお、他の実施形態では、補正後電圧VDrがSENT通信フォーマット以外のフォーマット、例えば周波数fのパルス波に変換されて出力されてもよい。
 クロック発生部16は、DSP17をはじめ、補正ブロック10全体を動作させるための動作クロックを発生する。この動作クロックは、補正ブロック10全体が同期して動作するように各部へ入力されるようになっているが、煩雑になることを避けるため、動作クロックの入力経路については図示していない。
 ECU40は、補正後電圧VDrを吸気流量に変換する「電圧-流量変換部」である。補正部14による補正は、ECU40により電圧が吸気流量に変換される前に行われる。言い換えれば、補正部14は、「流量に変換する前段の出力電圧」を補正する。
 次に、気体流量測定装置1における補正処理について図1等を参照して説明する。流量センサ20から出力される電圧Vは、例えば吸気温度等の外部環境の違いによるばらつき及び流量センサ20の個体差によるばらつきを含む。つまり、同じ吸気流量であっても、外部環境の違い及び流量センサ20の個体差により、電圧Vに対応する電圧VDが変化する。例えば図2に示すように、同じ吸気流量G1であっても、吸気温度Tが-40℃、20℃、80℃、130℃と違えば電圧VDが変化する。また、図3に示すように、吸気温度Tが所定の基準温度(例えば20℃)である場合において、同じ吸気流量G1であっても、流量センサ20が個体A、個体B、個体C、個体Dと違えば電圧VDが変化する。
 DSP17の補正演算部51は、ADC13からの電圧VDおよび温度センサ30からの電圧VDtを用いて、補正係数Miにより電圧VDを基準特性となる電圧に補正する。基準特性となる電圧とは、外部環境の違いによるばらつきを含まず且つ流量センサ20の個体差によるばらつきを含まない理想的な電圧(以下、理想電圧)のことである。また、補正演算部51は、吸気温度の違いおよび流量センサ20の個体差により異なる「電圧VDと吸気流量Gとの対応関係」に基づいて電圧VDを補正する。図4に示すように、電圧VDおよび吸気温度から補正後電圧VDrが求められる。第1実施形態では、外部環境は吸気温度である。
 調整ROM18の補正係数記憶部52は、吸気温度の違いおよび流量センサ20の個体差により異なる「電圧VDと吸気流量Gとの対応関係」に基づいて電圧VDを補正するための補正係数Miを記憶している。第1実施形態では、補正係数Miは、電圧VDを理想電圧に一度に補正する係数である。具体的には、補正係数記憶部52は、吸気温度Tおよび電圧VDを引数として補正係数Miを算出するための図5に示すようなマップを記憶している。
 図5のマップに規定されている補正係数Miは、ある流量点での吸気温度Tbの電圧をVDbとし、理想電圧をVDcとしたとき、「Mi=VDb/VDc」の式で計算され、電圧VDbと理想電圧VDcとの比率になっている。補正演算部51は、図5に示すマップから、吸気温度Tbおよび電圧VDbを引数として補正係数Miを求める。そして、補正演算部51は、図6に示すように、補正係数Miを用いて電圧VDbを式「VDc=VDb/Mi」により一度に理想電圧VDcに補正して、補正後電圧VDrとして出力する。
 より具体的には、補正係数Miは、基準温度Taの電圧VDaと吸気温度Tbの電圧VDbとの比率Ki=VDb/VDa、および、基準温度Taの電圧VDaと理想電圧VDcとの比率Li=VDa/VDcから、「Mi=Ki×Li(=VDb/VDc)」の式で算出されたものである。比率Kiは、吸気温度Tbの電圧VDbを「吸気温度が基準温度Taであるときの電圧」に補正するための温度特性補正係数に対応する。また、比率Liは、基準温度Taの電圧VDaを理想電圧VDcに補正するための個体差補正係数に対応する。
 ここで、電圧VDを理想電圧VDcに補正するには、以下(1)、(2)の手順を経ることも考えられる。
(1)図15に示すようなマップから吸気温度Tbおよび電圧VDbを引数として温度特性補正係数Kiを求め、図16に示すように、温度特性補正係数Kiを用いて電圧VDbを式「VDa=VDb/Ki」により電圧VDaに補正する。
(2)図17に示すようなマップから基準温度Taおよび電圧VDaを引数として個体差補正係数Liを求め、図18に示すように、個体差補正係数Liを用いて電圧VDaを式「VDc=VDa/Li」により理想電圧VDcに補正する。
 以下、上記(1)、(2)の手順を経て電圧VDを理想電圧VDcに補正する形態を、比較形態とする。このような比較形態とは異なり、第1実施形態では、電圧VDbが理想電圧VDcに一度に補正される。
 図5に戻って、このマップでは、電圧VDおよび吸気温度Tはいずれも複数の離散的な値(離散的部分集合)となっている。つまり、吸気温度Tの離散的部分集合と電圧VDの離散的部分集合とに対応するように補正係数Miが規定されている。電圧VDおよび吸気温度Tの数は、マップ容量を小さくするという観点(製品小型化の観点)および精度向上という観点から、5~10点程度とすることが例示される。この場合、補正係数Miは、マップに基づく補間計算によって算出される。第1実施形態では、近傍の2点を用いた線形補間を行う。例えば図7のマップの吸気温度T軸において、吸気温度Tの近傍の2点を求め、それら2点を用いて図8に示すような1次関数を導き、この1次関数を用いて間の値を演算する。同様に、図7の電圧VD軸においても1次関数を用いて間の値を演算する。このように、吸気温度Tと電圧VDから、補間計算により補正係数Miを演算する。なお、他の実施形態では、補正係数Miは、2点以上を用いた2次以上の補間計算によって算出されてもよい。図9、図10には、4点を用いた3次補間の例を示す。
 そして、DSP17の補正演算部51は、補正係数Miを用いて、補正前の電圧VDを以下の式により
   VDr(補正後電圧、理想電圧)= VD(補正前の電圧)/Mi
補正し、理想電圧である補正後電圧VDrを出力する。この補正後電圧VDrは、前述したように、出力変換部15でSENT通信フォーマット、または、周波数fのパルス波に変換されて、ECU40に出力される。
 以上説明した気体流量測定装置1による気体流量測定方法は、以下(A)~(E)の工程を含む。
(A)測定対象の吸気流量に応じて、吸気温度によるばらつき及び流量センサ20の個体差によるばらつきを含む電圧Vを流量センサ20から取得する工程。
(B)吸気温度を温度センサ30から取得する工程。
(C)吸気温度の違いおよび流量センサ20の個体差により異なる「電圧VDと吸気流量Gとの対応関係」に基づいて電圧VDを補正するための補正係数Miを規定しているマップから、吸気温度および電圧VDを引数として補正係数Miを算出する工程。
(D)補正係数Miに基づき電圧VDを補正する工程。
(E)補正された補正後電圧VDrをSENT通信フォーマット、または周波数fのパルス波に変換する工程。
(効果)
 第1実施形態では、気体流量測定装置1は、測定対象の空気の流量に応じて電圧Vを出力する流量センサ20と、流量センサ20の出力電圧Vを補正するための補正係数Miを記憶している補正係数記憶部52と、電圧Vに対応する電圧VDを補正係数Miにより補正する補正演算部51とを備える。補正係数Miは、外部環境の違いおよび流量センサ20の個体差により異なる「電圧VDと吸気流量Gとの対応関係」に基づいて電圧VDを補正するための係数である。また、補正係数Miは、電圧VDを「外部環境の違いによるばらつきを含まず且つ流量センサ20の個体差によるばらつきを含まない理想電圧」に一度に補正する係数である。
 これにより、外部環境の違いによるばらつきの補正と、個体差によるばらつきの補正とを別々に実施する前述の比較形態とは異なり、一度に補正できるため、調整ROM18の記憶容量の低減を図りつつ、流量センサ20の出力電圧Vの高精度な補正が可能となる。また、演算速度の向上に効果がある。
 また、第1実施形態では、外部環境は吸気温度である。これにより、電圧VDを「吸気温度の違いによるばらつきを含まず且つ流量センサ20の個体差によるばらつきを含まない理想電圧」に一度に補正することができる。
 また、第1実施形態では、気体流量測定装置1は、吸気温度を測定する温度センサ30を備えている。補正係数記憶部52は、吸気温度および流量センサ20の出力電圧Vに対応する電圧VDを引数として補正係数Miを算出するためのマップを記憶している。これにより、吸気温度と電圧を軸とする一つのマップで補正係数を算出することができる。そのため、調整ROM18の記憶容量の低減、演算速度の向上に効果がある。
 また、第1実施形態では、マップには、吸気温度の離散的部分集合と電圧VDの離散的部分集合とに対応するように補正係数Miが規定されている。補正演算部51は、マップに基づく補間計算を行って補正係数Miを算出する。これにより、限定されたマップ点の補正係数Miだけを調整ROM18に予め記憶すればよく、記憶容量の低減に効果がある。
 また、第1実施形態では、マップに規定されている補正係数Miは、ある流量点での温度Tbの出力電圧をVDbとし、理想電圧をVDcとしたとき「Mi=VDb/VDc」の式で計算され、温度Tbの出力電圧VDbと理想電圧VDcとの比率になっている。これにより、1つの補正係数Miにより吸気温度および流量センサ20の個体差によるばらつきの両方を一度に補正することができる。
 また、第1実施形態では、マップに規定されている補正係数Miは、基準温度Taの出力電圧VDaと温度Tbの出力電圧VDbとの比率Ki=VDb/VDa、および、基準温度Taの出力電圧VDaと前記理想電圧VDcとの比率Li=VDa/VDcから、「Mi=Ki×Li(=VDb/VDc)」の式で算出されたものである。このように補正係数Miは比較的簡単な計算で算出することができる。
 また、第1実施形態では、出力変換部15は、補正後電圧VDrをSENT通信フォーマット、または周波数fのパルス波に変換する。補正後電圧VDrをSENT通信フォーマット、または周波数fのパルス波VDoutで出力することにより、ECU40側のさまざまなセンサ信号入力仕様に対応することができる。
 また、第1実施形態では、補正演算部51としてデジタル信号処理回路が用いられる。これにより、回路サイズを小型化しながら、高精度な演算を行うことができる。
 また、第1実施形態では、気体流量測定装置1は、補正後電圧VDrを吸気流量に変換する電圧-流量変換部としてのECU40を備える。ECU40にて変換された吸気流量をエンジン制御に使用できる。
 また、第1実施形態では、気体流量測定装置1による気体流量測定方法は、前記(A)~(E)の工程を含む。補正係数Miは、電圧VDを「外部環境の違いによるばらつきを含まず且つ流量センサ20の個体差によるばらつきを含まない理想電圧」に一度に補正する係数である。これにより、調整ROM18の記憶容量の低減を図りつつ、流量センサ20の出力電圧Vの高精度な補正が可能となる。また、演算速度の向上に効果がある。
[第2実施形態]
 第2実施形態では、図11、図12に示すように、調整ROM18の補正係数記憶部62は、吸気流量の脈動の有無および脈動状態に対応して補正係数Mi算出用のマップを記憶している。具体的には、補正係数記憶部62は、吸気流量の脈動が無い状態に対応する状態A用マップ、および、吸気流量の脈動が有り、脈動状態B-1、B-2・・・・に対応する状態B-1用マップ、状態B-2用マップ・・・・を記憶している。脈動状態B-1、B-2・・・・は、例えば脈動の大きさ等により規定されている。これらのマップの補正係数Miは、脈動条件毎に予め特性を測定して決定される。
 DSP17の脈動判定部63は、電圧VDに基づき吸気流量の脈動の有無および脈動状態を判定する。DSP17のマップ選定部64は、吸気流量の脈動の有無および脈動状態に応じてマップを選定する。これにより、吸気流量の脈動の有無および脈動状態に応じた補正係数Miを用いて電圧VDを補正することができ、流量センサ20の出力電圧Vの高精度な補正が可能となる。また、第2実施形態は、上記以外の構成が第1実施形態と同様であり、第1実施形態と同様の効果を奏する。
[第3実施形態]
 第3実施形態では、図13、図14に示すように、調整ROM18の調整係数記憶部75は、吸気流量の脈動特性に影響を与える流量センサ20の構成要素の寸法値に応じて予め決定される係数であって、吸気流量の脈動状態に対応して補正係数Miを調整するための調整係数rを記憶している。第3実施形態では、上記寸法値は、流量センサ内に設けられたバイパス流路の絞り部22の通路幅Wである。なお、他の実施形態では、上記寸法値は、脈動状態により補正係数Miが異なる要因となるものであれば、通路幅W以外の値であってもよい。
 DSP17の補正係数調整部76は、吸気流量の脈動が有ると脈動判定部63により判定された場合、調整係数rを用いて補正係数Miを調整する。第3実施形態では、補正係数Miに調整係数rが乗算される。
 脈動状態により補正係数Miが異なる要因の一つとして、前述の通路幅Wのばらつきがある。この通路幅Wを測定し、この通路幅Wに応じた調整係数rを補正係数Miに乗算することにより、比較的簡素な方法で脈動時の補正係数Miを調整することができる。また、第2実施形態では脈動条件毎に予め特性を測定してマップの補正係数Miが決定されるが、第3実施形態では、上記事前測定の煩わしさが低減できる。また、第3実施形態は、上記以外の構成が第1実施形態と同様であり、第1実施形態と同様の効果を奏する。
[他の実施形態]
 他の実施形態では、電圧-流量変換部は、ECUではなく、補正部に設けられてもよい。
 本開示に記載の制御部及びその手法は、コンピュータプログラムにより具体化された一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。あるいは、本開示に記載の制御部及びその手法は、一つ以上の専用ハードウェア論理回路によってプロセッサを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。もしくは、本開示に記載の制御部及びその手法は、一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリと一つ以上のハードウェア論理回路によって構成されたプロセッサとの組み合わせにより構成された一つ以上の専用コンピュータにより、実現されてもよい。また、コンピュータプログラムは、コンピュータにより実行されるインストラクションとして、コンピュータ読み取り可能な非遷移有形記録媒体に記憶されていてもよい。
 本開示は、実施形態に基づき記述された。しかしながら、本開示は当該実施形態および構造に限定されるものではない。本開示は、様々な変形例および均等の範囲内の変形をも包含する。また、様々な組み合わせおよび形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせおよび形態も、本開示の範疇および思想範囲に入るものである。

Claims (14)

  1.  測定対象の気体の流量に応じて、外部環境の違いによるばらつき及び個体差によるばらつきを含む電圧を出力する流量センサ(20)と、
     前記外部環境の違いおよび前記流量センサの個体差により異なる、前記流量センサの出力電圧と前記気体の流量との対応関係に基づいて前記流量センサの出力電圧を補正するための補正係数(Mi)を記憶している補正係数記憶部(52、62)と、
     前記補正係数により前記流量センサの出力電圧を補正する補正演算部(51)と、
     を備え、
     前記補正係数は、前記流量センサの出力電圧を、前記外部環境の違いによるばらつきを含まず且つ前記流量センサの個体差によるばらつきを含まない理想電圧に一度に補正する係数である気体流量測定装置。
  2.  前記外部環境は、前記気体の温度または前記気体の流量の脈動のうち少なくとも一つである請求項1に記載の気体流量測定装置。
  3.  前記気体の温度を測定する温度センサ(30)をさらに備え、
     前記補正係数記憶部は、前記気体の温度および前記流量センサの出力電圧を引数として前記補正係数を算出するためのマップを記憶している請求項2に記載の気体流量測定装置。
  4.  前記マップには、前記気体の温度の離散的部分集合と前記流量センサの出力電圧の離散的部分集合とに対応するように前記補正係数が規定されており、
     前記補正演算部は、前記マップに基づく補間計算を行って前記補正係数を算出する請求項3に記載の気体流量測定装置。
  5.  前記マップに規定されている前記補正係数は、ある流量点での温度Tbの出力電圧をVDbとし、前記理想電圧をVDcとしたとき「Mi=VDb/VDc」の式で計算され、温度Tbの出力電圧VDbと理想電圧VDcとの比率になっている請求項3または4に記載の気体流量測定装置。
  6.  前記マップに規定されている前記補正係数は、基準温度Taの出力電圧VDaと温度Tbの出力電圧VDbとの比率Ki=VDb/VDa、および、基準温度Taの出力電圧VDaと前記理想電圧VDcとの比率Li=VDa/VDcから、「Mi=Ki×Li(=VDb/VDc)」の式で算出されたものである請求項5に記載の気体流量測定装置。
  7.  前記補正演算部により補正された補正後電圧を出力するための出力変換部(15)として、周波数変換する周波数変換部をさらに備える請求項1~6のいずれか一項に記載の気体流量測定装置。
  8.  前記補正演算部により補正された補正後電圧を出力するための出力変換部(15)として、SENT通信フォーマットに変換するSENT通信変換部をさらに備える請求項1~6のいずれか一項に記載の気体流量測定装置。
  9.  前記補正演算部としてデジタル信号処理回路が用いられる請求項1~8のいずれか一項に記載の気体流量測定装置。
  10.  前記補正演算部により補正された補正後電圧を流量に変換する電圧-流量変換部(40)をさらに備える請求項1~9のいずれか一項に記載の気体流量測定装置。
  11.  前記補正係数記憶部(62)は、前記気体の流量の脈動の有無および脈動状態に対応して前記マップを記憶しており、
     前記流量センサの出力電圧に基づき前記気体の流量の脈動の有無および脈動状態を判定する脈動判定部(63)と、
     前記気体の流量の脈動の有無および脈動状態に応じて前記マップを選定するマップ選定部(64)と、をさらに備える請求項3~6のいずれか一項に記載の気体流量測定装置。
  12.  前記気体の流量の脈動特性に影響を与える前記流量センサの構成要素の寸法値に応じて予め決定される係数であって、前記気体の流量の脈動状態に対応して前記補正係数を調整するための調整係数(r)を記憶している調整係数記憶部(75)と、
     前記流量センサの出力電圧に基づき前記気体の流量の脈動の有無および脈動状態を判定する脈動判定部と、
     前記気体の流量の脈動が有ると判定された場合、前記調整係数を用いて前記補正係数を調整する補正係数調整部(76)と、をさらに備える請求項1~10のいずれか一項に記載の気体流量測定装置。
  13.  前記寸法値は、前記流量センサ内に設けられたバイパス流路の絞り部(22)の通路幅(W)である請求項12に記載の気体流量測定装置。
  14.  測定対象の気体の流量に応じて、前記気体の温度によるばらつき及び個体差によるばらつきを含む電圧を流量センサから取得する工程と、
     前記気体の温度を温度センサから取得する工程と、
     前記気体の温度および前記流量センサの個体差により異なる前記流量センサの出力電圧と前記気体の流量との対応関係に基づいて前記流量センサの出力電圧を補正するための補正係数(Mi)を規定しているマップから、前記気体の温度および前記流量センサの出力電圧を引数として前記補正係数を算出する工程と、
     前記補正係数に基づき前記流量センサの出力電圧を補正する工程と、
     補正された補正後電圧をSENT通信フォーマットに変換する工程と、
     を含み、
     前記補正係数は、前記流量センサの出力電圧を「前記外部環境の違いによるばらつきを含まず且つ前記流量センサの個体差によるばらつきを含まない理想電圧」に一度に補正する係数である気体流量測定方法。
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