WO2021024710A1 - 物理量検出装置 - Google Patents

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卓央 山本
崇裕 三木
晃 小田部
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日立オートモティブシステムズ株式会社
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    • G06F9/355—Indexed addressing
    • G06F9/3555—Indexed addressing using scaling, e.g. multiplication of index

Definitions

  • the present invention relates to a physical quantity detecting device.
  • Patent Document 1 describes that "the offset voltage correction device has an EEPROM that stores correction data corresponding to each correction target temperature in which a predetermined temperature range is divided at predetermined intervals, and an acceleration sensor temperature.
  • the temperature sensor to be detected, the first correction data corresponding to the first correction target temperature lower than the detection temperature and adjacent to the detected detection temperature, and the second correction target higher than the detection temperature.
  • the difference between the ROM / I / F that reads the second correction data corresponding to the temperature from the EEPROM and the read first correction data and the second correction data is all bits of the output value from the temperature sensor. It is provided with a correction calculation circuit that calculates the value obtained by subtracting the bits used for the correction data from the data and dividing by the remaining number of bits as the correction data of the detection temperature.
  • a physical quantity detector for example, an air flow sensor
  • AD Analog Signal Processor
  • LSI Large Scale Integrated Circuit
  • the memory inside the LSI that stores the constants used for the calculation is usually 20 bits.
  • a memory having a capacity 16 times larger than that of the conventional memory (16 bits) is used, a highly functional memory is provided for the required specifications, resulting in high cost. .. Therefore, it is required to improve the calculation resolution while suppressing the memory specifications.
  • the correction map input value is divided into a temperature value and a complement calculation value, and the difference between the grid points of the correction map is divided by the complement calculation value to calculate the complement value.
  • the number of data points (capacity) of the correction map stored in the memory (EEPROM) is reduced.
  • the memory and the correction calculation circuit both have the same resolution (16 bits), the document does not consider improving the calculation resolution while suppressing the memory specifications.
  • the present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a physical quantity detection device capable of improving calculation resolution while suppressing an increase in memory capacity.
  • the physical quantity detection device of the present invention that solves the above problems includes a physical quantity detection sensor that detects the physical quantity of the gas to be measured, a storage unit that records a correction amount according to the detection value of the physical quantity detection sensor, the detection value, and the above.
  • a calculation unit that adjusts the output of the detected value by using a correction amount is provided, and the resolution of the storage unit is lower than the calculation resolution of the calculation unit.
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of the relationship between the correction amount (output value of the correction map) ⁇ X and the inhaled air flow rate in FIG.
  • FIG. 1 is a diagram showing an example of an internal configuration of the physical quantity detecting device according to the present embodiment.
  • the physical quantity detecting device of the present embodiment assumes, for example, an air flow sensor 100 that detects the flow rate of intake air sucked into an internal combustion engine.
  • the air flow sensor 100 includes a physical quantity detection sensor that detects a physical quantity of intake air (gas to be measured) and outputs a detection signal, and an LSI.
  • the air flow sensor 100 performs a correction calculation by the calculation unit 110 inside the LSI in order to correct the output value (detection value) of the air flow rate detected by the physical quantity detection sensor. Specifically, the air flow sensor 100 converts a detection signal indicating the air flow rate (for example, a signal including a voltage value indicating the air flow rate) output from the physical quantity detection sensor into a digital value by an A / D converter in the LSI. After conversion and correction calculation by the calculation unit 110, signal conversion is performed and sensor output is performed.
  • a detection signal indicating the air flow rate for example, a signal including a voltage value indicating the air flow rate
  • the LSI includes a calculation unit 110 (for example, CPU: Central Processing Unit) and a memory 120 (for example, EEPROM), the memory 120 belongs to a 16-bit calculation area, and the calculation unit 110 performs 20-bit calculation. It belongs to the area. Further, in the memory 120 in the 16-bit calculation area, a constant that is a correction amount according to the detected value of the detected air flow rate and is used for the correction calculation for correcting the detected value is stored (recorded). .. That is, the correction amount resolution of the memory 120 that functions as the information storage unit is 16 bits, which is set to be lower than the calculation resolution (20 bits) of the calculation unit 110.
  • the correction amount resolution of the memory 120 that functions as the information storage unit is 16 bits, which is set to be lower than the calculation resolution (20 bits) of the calculation unit 110.
  • the calculation unit 110 adjusts the output by performing a correction calculation for correcting the detected value of the detected air flow rate. Before performing the correction calculation, the calculation unit 110 refers to the correction amount ⁇ X in the memory 120 by table conversion, and reduces the resolution difference (4 bits) between the 16-bit memory 120 and the 20-bit calculation unit 110. The calculation process for this is performed to calculate the correction amount with the resolution difference reduced. Further, the calculation unit 110 performs a correction calculation of the detected value using the calculated correction amount value. The calculation unit 110 performs calculation processing of the detected value with high resolution (20 bits), and performs scaling conversion to the output resolution (16 bits) when the value Y of the calculation result is signal-converted and output to the sensor as the final output value. ..
  • FIG. 2 is a diagram showing an example of the internal configuration of the calculation unit 110.
  • the calculation unit 110 performs scaling conversion on the detected value X of the air flow rate that has been A / D converted, and calculates the converted value X1. Further, the calculation unit 110 refers to the memory 120 in the 16-bit calculation area, and stores the correction amount ⁇ X corresponding to the detected value X (or X1) of the air flow rate in the correction map 150. Further, the calculation unit 110 reduces the resolution difference between the memory 120 and the calculation unit 110 by multiplying the value ⁇ X1 obtained by adding the offset term K1 (160) to the correction amount ⁇ X by the gain term G1 (170). The correction amount ⁇ Xn ( ⁇ X4 in FIG. 2) is calculated. The addition of the offset term K1 (160) will be described with reference to FIG. 5 described later.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of the allocation status of the input value in the data width of 20 bits.
  • the side closer to the bit number 19 is the high-order bit
  • the side close to the bit number 0 is the low-order bit.
  • an input value representing a high flow rate region is assigned to the upper bit side
  • an input value expressing a low flow rate range is assigned to the lower bit side.
  • "*" indicates that a value for representing the flow rate range corresponding to the corresponding bit number is input.
  • Line P in FIG. 3 shows that the correction amount ⁇ X is 16-bit information having an input value in bit numbers 0 to 15, and does not include information for the upper 4 bits representing a high flow rate region. There is. It should be noted that the correction amount ⁇ X does not have the information for the upper 4 bits because the correction amount ⁇ X is 16-bit information stored in the memory 120 in the 16-bit calculation area, and the calculation in the 20-bit calculation area. This is due to the difference in resolution from the unit 110.
  • bit position having the input value is shifted to the left by 2 bits as compared with ⁇ X1. That is, by multiplying the gain term G1 (170), bit positions having no input value can be arranged by 2 bits each on the upper side and the lower side.
  • the calculation unit 110 can appropriately adjust the bit position having no input value by multiplying the correction amount ⁇ X1 by the gain term G1 (170).
  • the correction amount in which the resolution difference between the low resolution memory 120 and the high resolution calculation unit 110 can be reduced can be calculated by the calculation formula including the gain term G1 (170) with respect to the correction amount ⁇ X1.
  • the airflow sensor 100 it is possible to improve the calculation resolution while suppressing an increase in the memory capacity.
  • the airflow sensor performs a correction calculation using a predetermined calculation formula and a correction amount that reduces the resolution difference between the low-resolution memory and the high-resolution calculation unit.
  • the airflow sensor can improve the calculation resolution while suppressing the increase in the memory capacity.
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of the sensor characteristics of the airflow sensor 100.
  • the horizontal axis represents the magnitude Qair [Kg / h] of the inhaled air flow rate
  • the vertical axis represents the output value AFS [digit] of the air flow sensor.
  • the curve shown by the broken line shows the detected value X of the air flow rate (raw data) before the scaling conversion
  • the curve shown by the solid line shows the detected value X1 after the scaling conversion.
  • the straight line shown by the alternate long and short dash line indicates the target characteristic of the value Y after the correction calculation.
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of the relationship between the correction amount (output value of the correction map 150) ⁇ X in FIG. 4 and the inhaled air flow rate.
  • the horizontal axis represents the magnitude of the air flow rate Qair [Kg / h]
  • the vertical axis represents the correction amount [digit].
  • the curve shown by the broken line shows the correction amount ⁇ X that has not been scaled to the detected value X
  • the curve shown by the solid line shows the correction amount ⁇ X that has been scaled to the detected value X. Shown.
  • FIG. 4 it can be seen that there is a relatively wide interval between the detection value X shown by the broken line and the target characteristic of the value Y shown by the solid line, and the correction amount ⁇ X is large. Therefore, as shown in FIG. 5, when the scaling conversion is not performed, the range A of the correction amount ⁇ X is wide, and it is necessary to use a 20-bit data range to express the correction amount ⁇ X.
  • the broken line X in FIG. 4 is converted into the solid line X1.
  • the solid line X1 has a smaller interval to the target characteristic of the value Y than the broken line X without scaling conversion. This indicates that the value of the correction amount ⁇ X can be set small. Therefore, as shown in FIG. 5, the data range of the correction amount ⁇ X can be reduced from the range A to the range B, and the correction amount ⁇ X is set to 19. It will be possible to fit within the data range of bits.
  • the airflow sensor 100 can improve the calculation resolution while suppressing the increase in the memory capacity.
  • the scaling conversion is realized by performing an operation using an nth-order equation (n is an integer) for the detected value X.
  • n is an integer
  • the linear expression has an advantage that it is easy to handle because it is a simple arithmetic expression using only constants a and b. Further, since the number of constants used in the scaling conversion of the linear expression is small, there is an advantage that the increase in the memory capacity can be suppressed and the processing load of the arithmetic unit can be reduced.
  • the curve showing the correction amount ⁇ X after the scaling conversion is located in the lower half of the 19-bit data range.
  • the offset term K1 (160) of a predetermined value to the correction amount ⁇ X, the position of the curve of the correction amount ⁇ X can be shifted (moved) in parallel in the vertical direction.
  • the offset term K1 (160) which is a predetermined value, to the correction amount ⁇ X, the curve position of the correction amount ⁇ X is shifted upward and adjusted so as to be within the 18-bit data range. be able to.
  • the airflow sensor 100 suppresses the increase in the memory capacity and reduces the calculation resolution. Can be improved.
  • FIG. 6 is a diagram showing an example of the internal configuration of the calculation unit 110 in the airflow sensor 100 of the second embodiment.
  • the calculation unit 110 according to the present embodiment switches between the gain term G1 (180) and the gain term G2 (190) used in the calculation according to the magnitude of the correction amount ⁇ X output from the correction map 150. It has the feature of selecting. Since K1 shown in the figure is the same as the calculation process by the offset term described in the first embodiment, detailed description thereof will be omitted.
  • the calculation unit 110 compares the correction amount ⁇ X output from the correction map 150 with a predetermined threshold value (for example, it is assumed that it is stored in the memory 120). Then, when the correction amount ⁇ X is equal to or greater than the threshold value, the calculation unit 110 multiplies the gain term G2 (190) and shifts the bit position having no input value to the upper bit side. On the other hand, when the correction amount ⁇ X is less than the threshold value, the calculation unit 110 multiplies the gain term G1 (180) and shifts the bit position having no input value to the lower bit side.
  • a predetermined threshold value for example, it is assumed that it is stored in the memory 120.
  • the correction amount after the calculation using the gain terms G1 (180) or G2 (190) is set to the correction amount ⁇ X1 or ⁇ X2, respectively, and ⁇ X3 shown in the figure indicates the correction amount of either ⁇ X1 or ⁇ X2. is there.
  • FIG. 7 is a diagram showing an example of the allocation status of the input value in the data width of 20 bits.
  • the bit position having the input value can be shifted to the high flow rate region side by multiplying the correction amount ⁇ X by the gain term G1 (180). That is, by the calculation using the gain term G1 (180), the calculation unit 110 can assign the input value to the high-order bit side such as the bit numbers 16 to 18. By such an calculation, it is possible to calculate the correction amount ⁇ X1 that can correct the high flow rate region side more intensively.
  • the bit position having the input value can be shifted to the low flow rate region side by multiplying the correction amount ⁇ X by the gain term G2 (190). That is, by the calculation using the gain term G2 (190), the calculation unit 110 can assign the input value to the lower bit side such as the bit numbers 0 to 2. By such an calculation, it is possible to calculate the correction amount ⁇ X2 that can correct the low flow rate region side more intensively.
  • the calculation unit 110 appropriately switches and selects a plurality of calculation formulas including different gain terms according to the value of the correction amount ⁇ X.
  • an arithmetic expression for multiplying the correction amount ⁇ X by the gain term G2 (190) is selected, and the correction amount ⁇ X2 which is the calculation result is set as the correction amount ⁇ X3.
  • an arithmetic expression for multiplying the correction amount ⁇ X by the gain term G1 (180) is selected, and the correction amount ⁇ X1 which is the calculation result is set as the correction amount ⁇ X3.
  • the calculation unit 110 can perform scaling conversion so as not to use the high-order bits in the correction amount region equal to or larger than the threshold value where high calculation accuracy is required, and can intensively improve the calculation resolution.
  • FIG. 8 is a diagram showing an example of the correction amount characteristic by switching the gain term.
  • the horizontal axis represents the magnitude Qair [Kg / h] of the inhaled air flow rate, and the vertical axis represents the correction amount [digit].
  • the reference line L1 indicates a threshold value (reference value) for switching the gain term.
  • the solid line 302 indicates the correction amount ⁇ X3.
  • the broken line 301 indicates the correction amount ⁇ X * G1.
  • the correction amount ⁇ X2 in the low flow rate region has a high resolution (G1 / G2).
  • the alternate long and short dash line 303 indicates the correction amount ⁇ X4.
  • the curve of the correction amount ⁇ X4 is obtained by adding the offset term K2 to the correction amount ⁇ X3, and the curve of the correction amount ⁇ X3 is shifted in parallel in the lower direction by the amount of the offset term K2.
  • the correction amount ⁇ X is in the low flow rate region.
  • the correction amount ⁇ X3 in the region above the threshold value falls within the 16-bit data range as shown by the solid line 302.
  • the correction amount ⁇ X is in the relatively high flow rate region.
  • the calculation unit 110 sets the correction amount ⁇ X1 calculated by multiplying the correction amount ⁇ X by the gain term G1 (180) as the correction amount ⁇ X3. As shown in FIG. 8, the correction amount ⁇ X3 in the region below the threshold value can be represented by the curve shown by the solid line 302.
  • FIG. 9 is a diagram showing an example of improvement of the detection error regarding the inhaled air flow rate.
  • the horizontal axis represents the magnitude Qair [Kg / h] of the sucked air flow rate
  • the vertical axis represents the magnitude dQ / Q [%] of the detection error of the air flow rate.
  • the curve 311 shown by the broken line shows the calculation accuracy of 16 bits
  • the curve 312 shown by the alternate long and short dash line shows the calculation accuracy equivalent to 20 bits by the calculation obtained by adding the offset term K1 (160).
  • the curve 313 shown by the solid line shows the calculation accuracy equivalent to 20 bits by the calculation using the gain term G2 (190) in the low flow rate region.
  • the step 314 where the one-dot chain line curve 312 and the solid line curve 313 meet indicates a switching point of the gain term.
  • the input value is appropriately assigned to the bit position corresponding to the flow rate range to be expressed. Can be done. Therefore, as shown by the curve 313, the calculation error of the detected flow rate can be remarkably reduced.
  • the input value is appropriately assigned to the bit position of the flow rate range to be expressed by appropriately switching the gain term according to the magnitude of the correction amount with respect to the threshold value. Can be done. As a result, the calculation unit can focus on improving the calculation resolution in the correction amount region where high calculation accuracy is required.
  • the calculation unit 110 gives a threshold value to the detected value X (raw data) of the air flow rate, and the detection value above the threshold value, that is, the high flow rate, and the detection value below the threshold value, that is, the low flow rate.
  • the gain term used in the calculation may be switched.
  • the calculation unit can intensively improve the calculation resolution in the correction amount region where high calculation accuracy is required, as in the case where a threshold value is given to the correction amount ⁇ X. .. Further, a threshold value may be provided for the detected value X1 after the scaling conversion.
  • FIG. 10 is a diagram showing an example of the internal configuration of the calculation unit 110 in the airflow sensor 100 when a threshold value is given to the detected value X1.
  • the calculation unit 110 is used for the calculation when the detected value X1 after the scaling conversion is equal to or more than the threshold value (that is, when the flow rate is high) and when it is less than the threshold value (that is, when the flow rate is low). Switch the gain term. Even with such an airflow sensor, it is possible to focus on improving the calculation resolution in the correction amount region where high calculation accuracy is required.
  • the calculation resolution is intensively improved in the low flow rate region and the high flow rate region, but in the present invention, for example, it is possible to intensively improve the calculation resolution in the middle flow region. is there.
  • the curve shape after the scaling conversion is adjusted to be a desired shape by using an m-th order equation (m is an integer of 3 or more), and a threshold value for the correction amount ⁇ X is further set.
  • m is an integer of 3 or more
  • a threshold value for the correction amount ⁇ X is further set.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various designs are designed without departing from the spirit of the present invention described in the claims. You can make changes.
  • the above-described embodiment has been described in detail in order to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and is not necessarily limited to the one including all the described configurations.
  • Airflow sensor physical quantity detection device
  • 110 Calculation unit
  • 120 Memory
  • 150 Correction map
  • 160 Offset term

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Abstract

メモリ容量の増加を抑制しつつ、演算分解能を向上させることができる物理量検出装置を得ること。 本発明の物理量検出装置１００は、被計測気体の物理量を検出する物理量検出センサと、物理量検出センサの検出値に応じた補正量を記録した格納部と、検出値と補正量とを用いて、検出値の出力調整を行う演算部１１０とを備え、格納部１２０の分解能は、演算部１１０の演算分解能よりも低いことを特徴とする。

Description

物理量検出装置
　本発明は、物理量検出装置に関する。
　特許文献１には、オフセット電圧補正装置に関し、「オフセット電圧補正装置は、所定の温度範囲を所定の間隔で分割した補正対象温度ごとに対応する補正データを記憶するＥＥＰＲＯＭと、加速度センサの温度を検出する温度センサと、検出された検出温度に対して互いに隣接するとともに、検出温度よりも低い第１の補正対象温度に対応する第１の補正データと、検出温度よりも高い第２の補正対象温度に対応する第２の補正データとをＥＥＰＲＯＭから読み出すＲＯＭ・Ｉ／Ｆと、読み出された第１の補正データと第２の補正データとの差分を、温度センサからの出力値の全ビットから補正データに使用されるビットを減算した残りのビット数で除算した値を検出温度の補正データとして算出する補正演算回路とを備える」ことが記載されている。
特開２００４－２９４１１０号公報
　内燃機関に吸入される吸入空気の流量を検出する物理量検出装置（例えば、エアフローセンサなど）では、吸入空気の流量が少ないと、かかる流量を示す入力値をＡＤ変換した１６ビット相当のデジタル値の変化量が非常に小さくなり、分解能不足による出力特性のばらつきが生じてしまう。そのため、物理量検出装置のＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ　Ｓｃａｌｅ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔ）におけるＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｓｉｇｎａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）の演算分解能を向上させることにより、出力特性のばらつきを低減させる方法が考えられる。
　演算分解能を従来の１６ビットから２０ビットに上げた場合、通常、演算に用いる定数などを格納しているＬＳＩ内部のメモリについても２０ビットのものを用いる。その場合、従来のメモリ（１６ビット）に比べて１６倍もの容量を有するメモリを用いることになるため、要求されるスペックに対して高機能なメモリを備えることになり、コスト高になってしまう。そのため、メモリのスペックを抑えつつ、演算分解能を向上させることが求められている。
　特許文献１に記載のオフセット電圧補正装置では、補正マップ入力値を温度値と補完演算値に分割し、補正マップの格子点間の差分を補完演算値で除算して補完値を算出することでメモリ（ＥＥＰＲＯＭ）に格納する補正マップのデータ点数（容量）を削減している。しかしながら、メモリおよび補正演算回路は、いずれも同じ分解能（１６ビット）であるため、同文献ではメモリのスペックを抑えつつ、演算分解能を向上させることについて考慮されていない。
　本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、メモリ容量の増加を抑制しつつ、演算分解能を向上させることができる物理量検出装置を提供することである。
　上記課題を解決する本発明の物理量検出装置は、被計測気体の物理量を検出する物理量検出センサと、該物理量検出センサの検出値に応じた補正量を記録した格納部と、前記検出値と前記補正量とを用いて、前記検出値の出力調整を行う演算部と、を備え、前記格納部の分解能は、前記演算部の演算分解能よりも低いことを特徴とする。
　本発明によれば、メモリ容量の増加を抑制しつつ、演算分解能を向上させることができる。本発明に関連する更なる特徴は、本明細書の記述、添付図面から明らかになるものである。また、上記した以外の、課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
第一実施形態の物理量検出装置（エアフローセンサ）における内部構成の一例を示した図。 演算部の内部構成の一例を示した図。 ２０ビットのデータ幅における入力値の割り当て状況の一例を示した図。 エアフローセンサのセンサ特性の一例を示した図。 図４における補正量（補正マップの出力値）ΔＸと吸入した空気流量との関係の一例を示した図。 第二実施形態のエアフローセンサにおける演算部の内部構成概要の一例を示した図。 ２０ビットのデータ幅における入力値の割り当て状況の一例を示した図。 ゲイン項の切り替えによる補正量特性の一例を示した図。 吸入した空気流量に関する検知誤差の改善の一例を示した図。 エアフローセンサにおける演算部の内部構成の一例を示した図。
　以下、本発明の一実施形態について説明する。
＜第一実施形態＞
　図１は、本実施形態に係る物理量検出装置における内部構成の一例を示した図である。
本実施形態の物理量検出装置は、例えば内燃機関に吸入される吸入空気の流量を検出するエアフローセンサ１００を想定する。エアフローセンサ１００は、吸入空気（被計測気体）の物理量を検出し、検出信号を出力する物理量検出センサと、ＬＳＩとを備えている。
　エアフローセンサ１００は、物理量検出センサにより検出された空気流量の出力値（検出値）を補正するために、ＬＳＩ内部の演算部１１０により補正演算を行う。具体的には、エアフローセンサ１００は、物理量検出センサから出力された空気流量を示す検出信号（例えば、空気流量を示す電圧値を含んだ信号）をＬＳＩ内のＡ／Ｄ変換器でデジタル値に変換し、演算部１１０による補正演算の後、信号変換してセンサ出力する。
　ＬＳＩは、図示するように、演算部１１０（例えば、ＣＰＵ：Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）と、メモリ１２０（例えば、ＥＥＰＲＯＭ）とを備え、メモリ１２０は１６ビット演算領域に属し、演算部１１０は２０ビット演算領域に属している。また、１６ビット演算領域内のメモリ１２０には、検出した空気流量の検出値に応じた補正量であって、検出値を補正するための補正演算に用いられる定数が格納（記録）されている。すなわち、情報の格納部として機能するメモリ１２０の補正量分解能は１６ビットであり、これは演算部１１０の演算分解能（２０ビット）に比べて低分解能に設定されている。
　演算部１１０は、検出した空気流量の検出値を補正する補正演算を行うことで出力調整を行う。演算部１１０は、補正演算を行う前に、メモリ１２０内の補正量ΔＸをテーブル変換により参照し、１６ビットのメモリ１２０と、２０ビットの演算部１１０との分解能差（４ビット）を低減するための演算処理を行い、分解能差を低減した補正量を算出する。また、演算部１１０は、算出した補正量の値を用いて検出値の補正演算を行う。演算部１１０は、高分解能（２０ビット）で検出値の演算処理を行い、演算結果の値Ｙを信号変換して最終出力値としてセンサ出力する際に出力分解能（１６ビット）にスケーリング変換を行う。
　図２は、演算部１１０の内部構成の一例を示した図である。図示するように、演算部１１０は、Ａ／Ｄ変換された空気流量の検出値Ｘに対してスケーリング変換を行い、変換後の値Ｘ１を算出する。また、演算部１１０は、１６ビット演算領域内のメモリ１２０を参照し、空気流量の検出値Ｘ（あるいはＸ１）に応じた補正量ΔＸを補正マップ１５０に格納する。また、演算部１１０は、補正量ΔＸにオフセット項Ｋ１（１６０）を加算した値ΔＸ１に対してゲイン項Ｇ１（１７０）を乗算することにより、メモリ１２０と演算部１１０との分解能差を低減した補正量ΔＸｎ（図２ではΔＸ４）を算出する。なお、オフセット項Ｋ１（１６０）の加算に関する説明は、後述の図５を用いて行う。
　図３は、２０ビットのデータ幅における入力値の割り当て状況の一例を示した図である。図示するように、２０ビットのデータ幅において、ビット番号１９に近い側が上位ビットであり、ビット番号０に近い側が下位ビットである。２０ビットの演算分解能で補正演算を行う場合、上位ビット側に高流量域を表現する入力値が割り当てられ、下位ビット側に低流量域を表現する入力値が割り当てられる。なお、「＊」は、対応するビット番号に対応する流量域を表すための値が入力されていることを示している。
　図３の行Ｐは、補正量ΔＸが、ビット番号０～１５に入力値を有する１６ビットの情報であり、高流量域を表現する上位４ビット分の情報が含まれていないことを示している。
なお、補正量ΔＸが上位４ビット分の情報を有しないのは、補正量ΔＸが１６ビット演算領域にあるメモリ１２０内に格納されていた１６ビットの情報であり、２０ビット演算領域内の演算部１１０との分解能差に起因するものである。
　ここで、図２および図３を用いて、メモリ１２０と演算部１１０との分解能差を低減するための演算処理について説明する。
　演算部１１０は、メモリ１２０から参照した補正マップ１５０を用いて補正量ΔＸを算出し、その算出した補正量ΔＸに対し、オフセット項Ｋ１（１６０）を加算してΔＸ１を求める。そして、ΔＸ１にゲイン項Ｇ１（１７０）＝１６を乗算した場合、図３の行Ｑに示すように、入力値を有するビット番号は、ΔＸ１と比較して左側に４ビット分シフトする。すなわち、ゲイン項Ｇ１（１７０）の乗算により、下位側４ビット（ビット番号０～３）分の情報が失われ、１刻みではなく１６（４ｂｉｔ）刻みのＥＥＰＲＯＭ定数設定となるが、上位側４ビット（ビット番号１６～１９）分の情報が得られる。
　また、ΔＸ１にゲイン項Ｇ１（１７０）＝８を乗算した場合、図３の行Ｒに示すように、入力値を有するビット番号は、ΔＸ１と比較して左側に３ビット分シフトする。すなわち、ゲイン項Ｇ１（１７０）の乗算により、下位側３ビット（ビット番号０～２）分の情報が失われるが、上位側３ビット（ビット番号１６～１８）分の情報が得られる。
　なお、ΔＸ１に所定値のゲイン項Ｇ１（１７０）を乗算した場合、図３の行Ｓに示すように、入力値を有するビット位置は、ΔＸ１と比較して左側に２ビット分シフトする。すなわち、ゲイン項Ｇ１（１７０）の乗算により、入力値を有していないビット位置を上位側と下位側とに各々２ビット分ずつ配置することができる。
　演算部１１０は、補正量ΔＸ１にゲイン項Ｇ１（１７０）を乗算することにより、入力値を有しないビット位置を適宜調整することができる。
　そして、補正量ΔＸ１に対してゲイン項Ｇ１（１７０）を含む演算式により、低分解能であるメモリ１２０と高分解能の演算部１１０との分解能差を低減させた補正量を算出することができる。
　なお、演算部１１０は、オフセット項Ｋ１（１６０）およびゲイン項Ｇ１（１７０）を含む演算（演算式：ΔＸ４＝ΔＸ＋Ｋ１×Ｇ１）の実施後、かかる補正量ΔＸ４とＸ１とを用いて補正演算を行い、値Ｙを求める。
　このようなエアフローセンサ１００によれば、メモリ容量の増加を抑制しつつ、演算分解能を向上させることができる。特に、エアフローセンサは、所定の演算式を用いて、低分解能のメモリと高分解能の演算部との分解能差を低減させた補正量を用いて補正演算を行う。これにより、エアフローセンサは、メモリ容量の増加を抑制しつつ、演算分解能の向上を実現することができる。
　図４は、エアフローセンサ１００のセンサ特性の一例を示した図である。図示するように、横軸は吸入した空気流量の大きさＱａｉｒ［Ｋｇ／ｈ］を示し、縦軸はエアフローセンサの出力値ＡＦＳ［ｄｉｇｉｔ］を示している。また、破線で示した曲線はスケーリング変換前における空気流量（生データ）の検出値Ｘを示し、実線で示した曲線はスケーリング変換後の検出値Ｘ１を示している。また、一点鎖線で示した直線は、補正演算後の値Ｙの目標特性を示している。
　図５は、図４における補正量（補正マップ１５０の出力値）ΔＸと吸入した空気流量との関係の一例を示した図である。図示するように、横軸は空気流量の大きさＱａｉｒ［Ｋｇ／ｈ］を示し、縦軸は補正量［ｄｉｇｉｔ］を示している。また、破線で示した曲線は検出値Ｘに対してスケーリング変換を行っていない補正量ΔＸを示し、実線で示した曲線は、検出値Ｘに対してスケーリング変換を行った場合の補正量ΔＸを示している。
　ここで、図４および図５を用いて、図２に示すスケーリング変換（二点調整）の処理について説明する。図４に示すように、破線で示す検出値Ｘと実線で示す値Ｙの目標特性との間には比較的広い間隔が空いており、補正量ΔＸが大きいことが分かる。そのため、図５に示すように、スケーリング変換を行わない場合、補正量ΔＸの範囲Ａが広く、補正量ΔＸを表現するのに２０ビットのデータ範囲を用いることが必要となっている。
　これに対し、検出値Ｘに対してスケーリング変換を行った場合、図４における破線Ｘは実線Ｘ１に変換される。実線Ｘ１は、スケーリング変換を行わない破線Ｘと比べて、値Ｙの目標特性までの間隔が小さくなる。これは、補正量ΔＸの値が小さく設定できることを示しており、そのため、図５に示すように、補正量ΔＸのデータ範囲を範囲Ａから範囲Ｂに縮小することができ、補正量ΔＸを１９ビットのデータ範囲内に収めることができるようになる。
　すなわち、検出値Ｘに対してスケーリング変換を行うことで、補正マップ１５０への入力時点の出力特性Ｘ１と、補正演算後の値Ｙの目標特性との差分を小さくし、その結果、補正量ΔＸを表現するために用いるデータ範囲を縮小することができる。そのため、演算分解能のデータ範囲（２０ビット）を全て用いることなく補正量ΔＸを表現することができるようになる。その結果、エアフローセンサ１００は、メモリ容量の増加を抑制しつつ、演算分解能を向上させることができる。
　なお、スケーリング変換は、検出値Ｘに対してｎ次式（ｎは整数）を用いた演算を行うことで実現される。例えば、図４に示す実線Ｘ１は、一次式（ｙ＝ａｘ＋ｂ、ａ，ｂは定数）を用いたスケーリング変換により破線Ｘを変換したものである。一次式では、定数ａ、ｂのみを用いたシンプルな演算式のため、扱い易いというメリットがある。また、一次式のスケーリング変換は、用いる定数の数が少ないため、メモリ容量の増加を抑制し、演算部の処理負担を軽減できるメリットがある。
　また、スケーリング変換に二次式（例えば、ｙ＝ａｘ２＋ｂｘ＋ｃ）あるいはｍ次式（ｍは３以上の整数）を用いた場合、スケーリング変換後の曲線の形状を細かく調整することができる。そのため、直線で示す値Ｙの目標特性との間の間隔をより細かく狭めることができ、補正量ΔＸのデータ幅（データ範囲）をより小さくできるメリットがある。なお、一次式では、ｘ＝流量の検出値Ｘを用いたが、ｍ次式の場合、例えばｘ１＝流量の検出値α、ｘ２＝温度β、ｘ３＝湿度γなど所定の要素に対応する値が用いられれば良い。
　ここで、図２に示すオフセット項Ｋ１（１６０）を用いた演算について説明する。図５に示すように、スケーリング変換後の補正量ΔＸを示す曲線は、１９ビットのデータ範囲の中でも下側半分に位置している。ここで、所定値のオフセット項Ｋ１（１６０）を補正量ΔＸに加算すると、補正量ΔＸの曲線の位置を上下方向に平行にシフト（移動）させることができる。具体的には、所定値であるオフセット項Ｋ１（１６０）を補正量ΔＸに加算することにより、補正量ΔＸの曲線位置を上方向にシフトさせ、１８ビットのデータ範囲内に収まるように調整することができる。
　このように、補正量ΔＸにオフセット項Ｋ１（１６０）を加算することで、補正量ΔＸの用いるデータ範囲をより狭めることができる。すなわち、オフセット項Ｋ１（１６０）による演算を行うことにより、演算部との分解能差を小さくすることができるため、その結果として、エアフローセンサ１００は、メモリ容量の増加を抑制しつつ、演算分解能を向上させることができる。
＜第二実施形態＞
　図６は、第二実施形態のエアフローセンサ１００における演算部１１０の内部構成の一例を示した図である。図示するように、本実施形態に係る演算部１１０は、補正マップ１５０から出力された補正量ΔＸの大きさに応じて、演算に用いるゲイン項Ｇ１（１８０）およびゲイン項Ｇ２（１９０）を切り替えて選択する、という特徴を有している。なお、図示するＫ１は、第一実施形態で説明したオフセット項による演算処理と同様であるため、詳細な説明は省略する。
　具体的には、演算部１１０は、補正マップ１５０から出力された補正量ΔＸと所定の閾値（例えば、メモリ１２０内に格納されているものとする）とを比較する。そして、補正量ΔＸが閾値以上の場合、演算部１１０は、ゲイン項Ｇ２（１９０）を乗算し、入力値を有しないビット位置を上位ビット側にシフトさせる。一方で、補正量ΔＸが閾値未満の場合、演算部１１０は、ゲイン項Ｇ１（１８０）を乗算し、入力値を有しないビット位置を下位ビット側にシフトさせる。なお、ゲイン項Ｇ１（１８０）またはＧ２（１９０）を用いた演算後の補正量を各々、補正量ΔＸ１またはΔＸ２とし、図示するΔＸ３は、ΔＸ１またはΔＸ２のいずれか一方の補正量を示すものである。
　図７は、２０ビットのデータ幅における入力値の割り当て状況の一例を示した図である。同図の行Ｑ１に示すように、補正量ΔＸにゲイン項Ｇ１（１８０）を乗算することにより、入力値を有するビット位置を高流量域側にシフトさせることができる。すなわち、ゲイン項Ｇ１（１８０）を用いた演算により、演算部１１０は、ビット番号１６～１８といった上位ビット側に入力値を割り当てることができる。このような演算により、高流量域側をより重点的に補正可能な補正量ΔＸ１を算出することができる。
　また、同図の行Ｒ１に示すように、補正量ΔＸにゲイン項Ｇ２（１９０）を乗算することにより、入力値を有するビット位置を低流量域側にシフトさせることができる。すなわち、ゲイン項Ｇ２（１９０）を用いた演算により、演算部１１０は、ビット番号０～２といった下位ビット側に入力値を割り当てることができる。このような演算により、低流量域側をより重点的に補正可能な補正量ΔＸ２を算出することができる。
　演算部１１０は、補正量ΔＸの値に応じて、異なるゲイン項を含む複数の演算式を適宜切り替えて選択する。補正量ΔＸが閾値以上の場合、補正量ΔＸにゲイン項Ｇ２（１９０）を乗算する演算式が選択され、その演算結果である補正量ΔＸ２が補正量ΔＸ３とされる。そして、補正量ΔＸが閾値未満の場合、補正量ΔＸにゲイン項Ｇ１（１８０）を乗算する演算式が選択され、その演算結果である補正量ΔＸ１が補正量ΔＸ３とされる。これにより、演算部１１０は、高演算精度が求められる閾値以上の補正量領域において、上位ビットを用いないようにスケーリング変換が行われ、重点的に演算分解能を向上させることができる。
　図８は、ゲイン項の切り替えによる補正量特性の一例を示した図である。図示するように、横軸は、吸入した空気流量の大きさＱａｉｒ［Ｋｇ／ｈ］を示し、縦軸は補正量［ｄｉｇｉｔ］を示している。基準線Ｌ１は、ゲイン項を切り替えるための閾値（基準値）を示している。実線３０２は、補正量ΔＸ３を示している。破線３０１は、補正量ΔＸ＊Ｇ１を示している。低流量域の補正量ΔＸ２は、高分解能化（Ｇ１／Ｇ２）されている。一点鎖線３０３は、補正量ΔＸ４を示している。補正量ΔＸ４の曲線は、補正量ΔＸ３にオフセット項Ｋ２を加算したものであり、補正量ΔＸ３の曲線をオフセット項Ｋ２の分だけ下位方向に平行シフトしたものである。
　図示するように、補正量ΔＸが閾値（基準値Ｌ１）以上の領域では、補正量ΔＸは低流量域にある。低流量域は、下位側の１６ビットのデータ範囲で表現できる。したがって、演算部１１０は、入力値を有するビット位置を下位ビット側に重点的に割り当てるために、低流量域用のゲイン項Ｇ２（１９０）を使用して補正量ΔＸ２（＝ΔＸ＊Ｇ２）を算出する。これにより、閾値以上の領域における補正量ΔＸ３は、実線３０２で示すように、１６ビットのデータ範囲に収まる。
　また、補正量ΔＸが閾値（基準値Ｌ１）未満の領域では、補正量ΔＸは比較的高流量域にある。この場合、演算部１１０は、入力値を有するビット位置を上位ビット側に重点的に割り当てるために、乗算に用いる対象をゲイン項Ｇ１（１８０）に切り替える。つまり、高流量域用のゲイン項Ｇ１（１８０）を使用して補正量ΔＸ１（＝ΔＸ＊Ｇ１）を算出する演算式が選択される。
　演算部１１０は、補正量ΔＸにゲイン項Ｇ１（１８０）を乗算して算出された補正量ΔＸ１を補正量ΔＸ３とする。図８に示すように、閾値未満の領域における補正量ΔＸ３は、実線３０２で示す曲線で表すことができる。
　図９は、吸入した空気流量に関する検知誤差の改善の一例を示した図である。図示するように、横軸は、吸入した空気流量の大きさＱａｉｒ［Ｋｇ／ｈ］を示し、縦軸は空気流量の検知誤差の大きさｄＱ／Ｑ［％］を示している。また、破線で示す曲線３１１は１６ビット演算精度を示し、一点鎖線で示す曲線３１２は、オフセット項Ｋ１（１６０）を加算した演算による２０ビット相当の演算精度を示している。また、実線で示す曲線３１３は、低流量域におけるゲイン項Ｇ２（１９０）を用いた演算による２０ビット相当の演算精度を示している。なお、一点鎖線の曲線３１２と実線の曲線３１３とが合流する段差３１４は、ゲイン項の切り替え点を示している。
　図９において曲線３１１で示すように、１６ビットの演算精度では、低流量域における分解精度が足りないため、演算誤差が大きいことが分かる。一方で、オフセット項Ｋ１（１６０）による演算処理を行った場合、曲線３１２で示すように、低流量域における演算誤差が約半分程度に改善されていることが分かる。
　さらに、所定の閾値（基準値）に対する補正量ΔＸの大きさに応じてゲイン項の大小（Ｇ２、Ｇ１）を切り替えることにより、適宜、表現したい流量域に対応するビット位置に入力値を割り当てることができる。そのため、曲線３１３で示すように、検知流量の演算誤差を著しく低減させることができる。
　このように、本実施形態に係るエアフローセンサによれば、閾値に対する補正量の大小に応じて適宜、ゲイン項を切り替えることにより、表現したい流量域のビット位置に対して適宜、入力値を割り当てることができる。これにより、演算部は、高演算精度が求められる補正量領域において、重点的に演算分解能を向上させることができる。
　なお、演算部１１０は、空気流量の検出値Ｘ（生データ）に対して閾値を持たせ、閾値以上の検出値すなわち高流量の場合と、閾値未満の検出値すなわち低流量の場合とで、演算に用いるゲイン項を切り替えるようにしても良い。
　このようなエアフローセンサによっても、補正量ΔＸに対して閾値を持たせた場合と同様に、演算部は、高演算精度が求められる補正量領域において、重点的に演算分解能を向上させることができる。また、スケーリング変換後の検出値Ｘ１に対して閾値を持たせても良い。
　図１０は、検出値Ｘ１に対して閾値を持たせた場合のエアフローセンサ１００における演算部１１０の内部構成の一例を示した図である。図示するように、演算部１１０は、スケーリング変換後の検出値Ｘ１が閾値以上の場合（すなわち、高流量の場合）と、閾値未満の場合（すなわち、低流量の場合）とで、演算に用いるゲイン項を切り替える。このようなエアフローセンサによっても、高演算精度が求められる補正量領域において、重点的に演算分解能を向上させることができる。
　なお、前述の実施形態では、低流量域および高流量域について重点的に演算分解能を向上させることについて説明したが、本発明では、例えば中流領域について重点的に演算分解能を向上させることも可能である。具体的には、前述のスケーリング変換において、ｍ次式（ｍは３以上の整数）を用いることでスケーリング変換後の曲線形状を所望の形状となるよう調整し、さらに補正量ΔＸに対する閾値を設けることにより、中流量域において重点的に演算分解能を向上させることができる。
　以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。例えば、前記の実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態や変形例の構成に置き換えることが可能であり、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
１００・・・エアフローセンサ（物理量検出装置）、１１０・・・演算部、１２０・・・メモリ、１５０・・・補正マップ、１６０・・・オフセット項、１７０、１８０、１９０・・・ゲイン項

Claims (8)

  1. 　被計測気体の物理量を検出する物理量検出センサと、
    　該物理量検出センサの検出値に応じた補正量を記録した格納部と、
    　前記検出値と前記補正量とを用いて、前記検出値の出力調整を行う演算部と、を備え、
    　前記格納部の分解能は、前記演算部の演算分解能よりも低い
    　ことを特徴とする物理量検出装置。
  2. 　前記演算部は、
    　前記格納部から参照した前記補正量に対して前記格納部の分解能と前記演算部の演算分解能との分解能差を低減する演算を行う
    　ことを特徴とする請求項１に記載の物理量検出装置。
  3. 　前記演算部は、
    　前記物理量検出センサの検出値を用いて、前記補正量のデータ範囲を縮小させるスケーリング変換を行う
    　ことを特徴とする請求項１に記載の物理量検出装置。
  4. 　前記演算部は、
    　一次式を用いて前記スケーリング変換を行う
    　ことを特徴とする請求項３に記載の物理量検出装置。
  5. 　前記演算部は、
    　前記補正量と、該補正量に対する所定の閾値との関係に応じて前記演算に用いる所定の演算式を切り替える
    　ことを特徴とする請求項２に記載の物理量検出装置。
  6. 　前記演算部は、
    　前記物理量検出センサの検出値と、該検出値に対する所定の閾値との関係に応じて、前記演算に用いる所定の演算式を切り替える
    　ことを特徴とする請求項２に記載の物理量検出装置。
  7. 　前記演算部は、
    　前記検出値が前記閾値以上の場合、演算分解能のデータ範囲の下位ビット側に情報を割り当てるための前記演算式を選択し、
    　前記検出値が前記閾値未満の場合、演算分解能のデータ範囲の上位ビット側に情報を割り当てるための前記演算式を選択する
    　ことを特徴とする請求項６に記載の物理量検出装置。
  8. 　前記演算部は、
    　前記スケーリング変換による算出値と、該算出値に対する所定の閾値との関係に応じて、前記演算に用いる所定の演算式を切り替える
    　ことを特徴とする請求項３に記載の物理量検出装置。
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