(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
クランク角度センサから角度センサ信号を入力してクランク角度信号を出力するクランク角度信号回路および制御部を備えたマイクロコンピュータと、
前記クランク角度信号入力し、エンジンの状態を検出するセンサからセンサ信号をデジタル信号に変換し、変換されたデジタル信号から特定情報を取得してこれにクランク角度情報を付加してセンサデータを生成するアナログ入力回路とを備え、
前記アナログ入力回路は、
前記センサ信号を所定時間間隔でデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路と、
前記Ａ／Ｄ変換回路から出力される前記デジタル信号に基づいて前記エンジンを制御するための特定情報を取得するデジタル処理回路と、
所定周期でカウントアップするカウンタと、
前記デジタル処理回路から前記特定情報が入力されると、前記カウンタのその時のカウント値を取得して前記特定情報に付加し、これを検出データとして記憶し、前記制御部からの送信要求に応じて前記検出データを送信するデータレジスタとを備えることを特徴とするセンサ信号の処理装置。
【請求項２】
請求項１に記載のセンサ信号の処理装置において、
前記マイクロコンピュータの制御部は、前記データレジスタから受信した前記検出データの前記カウント値とカウント開始時点のクランク角度の情報に基づいて、前記特定情報に対応したクランク角度を算出することを特徴とするセンサ信号の処理装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のセンサ信号の処理装置において、
前記マイクロコンピュータの制御部は、前記センサの検出動作を所定のクランク角度範囲に設定するスタート／ストップ信号を前記アナログ入力回路に与えて動作を実施させることを特徴とするセンサ信号の処理装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載のセンサ信号の処理装置において、
前記カウンタは、前記クランク角度信号によるクランク角度が所定角度進む毎にカウント値をリセットしてカウントを再スタートすることを特徴とするセンサ信号の処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサ信号の処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばエンジン制御用のセンサ信号の処理装置としては、エンジンの状態を検知するセンサのセンサ信号を取り込み、これをデジタル信号に変換すると共に得られたセンサ信号をデジタル処理してマイクロコンピュータに出力するアナログ入力回路を設ける構成のものがある。このようなアナログ入力回路においては、Ａ／Ｄ変換回路などでセンサ信号を所定周期でデジタル信号に変換し、これをデジタル処理回路において特定の値を抽出し、これにクランク角度情報を付加してマイクロコンピュータに送信する。
【０００３】
この場合、アナログ入力回路にクランク角度の情報を入力する構成として、マイクロコンピュータからアナログ入力回路に信号線を接続し、マイクロコンピュータ側のハードウェアによるクランク角度の情報とソフトウェアによるクランク角度の情報をそれぞれアナログ入力回路に入力するように信号線を設けている。さらにそれぞれクランク情報は、クランク１歯分の角度（ＮＥ）の信号と、４サイクルエンジンの場合７２０゜ＣＡ（crank angle）のうちの前半の３６０°ＣＡであるのか後半の３６０°ＣＡであるのかを判別する信号（Ｇ２）と、１番気筒の上死点の信号を入力するため、合計６本の信号線を接続する必要があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−１５２９５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このように、従来ではマイクロコンピュータとアナログ入力回路との間に多数の信号線を接続する必要があり、またアナログ入力回路の規模が大きくなることでコストアップの要因となっていた。
【０００６】
上記課題を解決するために、マイクロコンピュータにおいてソフトウェア処理したクランク情報のみをアナログ入力回路側に入力することが考えられるが、この場合には、マイクロコンピュータの処理負荷が増大する問題が生じる。また、マイクロコンピュータにおいてハードウェア処理したクランク情報のみをアナログ入力回路に入力する場合には、エンジン低回転時の回転変動がある場合に、正確なクランクの角度情報が得られない問題が生じる。
【０００７】
本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目的は、アナログ入力回路側においてセンサ信号から取得した特定情報についてそのクランク角度情報をマイクロコンピュータ側で得るための構成として、両者の間の信号線の本数を減らすことができるセンサ信号の処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に記載のセンサ信号の処理装置によれば、マイクロコンピュータにおいては、クランク角度信号回路によりクランク角度センサから角度センサ信号を入力してクランク角度信号をマイクロコンピュータ経由でアナログ入力回路に出力する。アナログ入力回路においては、エンジンの状態を検出するセンサからのセンサ信号を入力し、Ａ／Ｄ変換回路によりデジタル信号に変換し、得られたデジタル信号に基づいてデジタル処理回路により特定情報を取得し、データレジスタにより特定情報にカウンタのカウンタ値を付加して検出データとして記憶する。マイクロコンピュータの制御部からの要求に応じてデータレジスタは検出データを送信する。マイクロコンピュータにおいては、制御部により、受信した検出データの特定情報についてカウンタのカウンタ値とクランク角度信号に基づいて特定情報のクランク角度を計算することができる。これにより、マイクロコンピュータは、アナログ入力回路側にクランク角度に関する詳細な情報について信号線を複数本接続して伝達する構成を採用しなくともセンサ信号により得られる特定情報のクランク角度を取得することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】一実施形態を示すマイクロコンピュータとアナログ入力回路の電気的なブロック構成図
【図２】全体の電気的なブロック構成図
【図３】クランク角度の計算原理を示す作用説明図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、一実施形態について図１〜図３を参照して説明する。
図２において、センサ信号処理装置としてのＥＣＵ（electronic control unit）１には、エンジンの状態を検出するセンサである例えばノックセンサ２、クランク角度を検出するクランク角度センサ３および他のセンサ４などが接続され、これらにより検出されるセンサ信号がＥＣＵ１に入力される。また、ＥＣＵ１には例えば４気筒のエンジンの点火制御を行う対象として４個の点火コイル５ａ〜５ｄおよび燃料噴射弁６ａ〜６ｄが接続されている。
【００１１】
ＥＣＵ１は、マイクロコンピュータ７を主体として構成され、ノックセンサ２のセンサ信号を入力してデジタル処理するアナログ入力回路８、電源回路９、出力回路１０などが設けられている。アナログ入力回路８は、Ａ／Ｄ変換回路１３およびデジタル処理回路１４などを有している。電源回路９は車載バッテリからの給電を受けて所定電圧を生成してＥＣＵ１内の各部に給電する。
【００１２】
ノックセンサ２は入力Ｉ／Ｆ回路１１を介してＡ／Ｄ変換回路１３に接続されている。入力Ｉ／Ｆ回路１１は、ノックセンサ２から入力されるセンサ信号に対してノイズ除去やアンチエイリアシングのフィルタリングをする。クランク角度センサ３は、入力Ｉ／Ｆ回路１２を介してマイクロコンピュータ７に接続されている。入力Ｉ／Ｆ回路１２は、クランク角度センサ３からの検出信号を波形整形するなどしてマイクロコンピュータ７に入力する。
【００１３】
次に、図１において、アナログ入力回路８は、前述したＡ／Ｄ変換回路１３、デジタル処理回路１４に加えて、データレジスタ１５、カウンタとしてのフリーランタイマカウンタ１６を備えている。Ａ／Ｄ変換回路１３は、マイクロコンピュータ７からスタート／ストップ信号のスタートトリガが与えられると、ノックセンサ２から入力Ｉ／Ｆ回路１１を介して入力されるアナログのセンサ信号を所定のサンプリング周期でデジタル信号に変換してデジタル処理回路１４に出力する。
【００１４】
デジタル処理回路１４は、Ａ／Ｄ変換回路１３から入力されるデジタル信号に基づいて特定情報として例えばデジタル処理によってピーク値を検出してデータレジスタ１５に出力する。センサとしてノックセンサ２を用いているので、ピーク値を特定情報としているが、これにかぎらず、センサ信号から得るべき特定情報をデジタル処理によって検出することができる。
【００１５】
フリーランタイマカウンタ１６は、一定周期でカウンタ値をインクリメントしていくタイマで、マイクロコンピュータ７からスタート／ストップ信号が与えられると共に、クランク角度信号が与えられる。フリーランタイマカウンタ１６は、スタート／ストップ信号のスタートトリガが入力されると動作を開始し、マイクロコンピュータ７から所定角度毎のクランク角度信号が与えられるとカウント値をリセットした後カウント動作を再開（リスタート）する。
【００１６】
データレジスタ１５は、デジタル処理回路１４から特定情報が入力されると、そのときのフリーランタイマカウンタ１６のカウント値とカウント値の開始タイミングを示すクランク角度の情報を付加してレジスタに記憶させる。データレジスタ１５はマイクロコンピュータ７と通信によりデータの授受を行うように構成され、マイクロコンピュータ７側からスタート／ストップ信号のストップトリガを受けるとデータの送信要求を受けたものとして、レジスタに記憶している特定情報およびカウント値に関するデータを送信する。
【００１７】
マイクロコンピュータ７は、ＣＰＵを主体としてメモリ、インターフェース回路などを備えた制御部１７およびクランク角度信号を生成するクランク角度信号回路１８を備えている。制御部１７は、内部機能として制御アプリケーション部１７ａ、クランク角度検出部１７ｂなどの機能を備えている。クランク角度センサ３の検出信号は、クランク角度信号回路１８に入力されると共に、制御部１７にも入力されている。クランク角度信号回路１８は、マイクロコンピュータ７内にハードウェア回路として一体に形成されたものである。
【００１８】
制御部１７は、後述するようにアナログ入力回路８から送信されるクランク角度情報に基づいて、特定情報のクランク角度を算出する処理を行う。また、制御部１７は、クランク角度センサ３から入力される検出信号に基づいて、クランク角度検出部１７ｂにおいて、エンジンの回転数を示す信号、クランク角度の前半３６０°ＣＡ期間か後半３６０°ＣＡ期間家を示すＧ２Ｏ信号、クランク角度の上死点を示すＴＤＣ（top dead center）信号、３０°ＣＡ毎のＮＥ１２信号を生成する。また、制御部１７は、クランク角度が上死点ＴＤＣを挟んだ所定範囲例えばＢＴＤＣ（before TDC）−２０゜ＣＡ〜ＡＴＤＣ（after TDC）４０゜ＣＡの範囲でノックセンサ２のピーク値を検出するためのスタート／ストップ信号を生成し、アナログ入力回路８側に出力する。
【００１９】
クランク角度信号回路１８は、クランク角度検出部１７ｂと同様に、クランク角度センサ３の検出信号に基づいて、エンジンの回転数を示す信号、Ｇ２Ｏ信号、ＴＤＣ信号を検出し、必要に応じて演算処理を施して所定クランク角度毎例えば１０°ＣＡ毎のクランク角度信号をアナログ入力回路８のデータレジスタ１５およびフリーランタイマカウンタ１６に出力する。
【００２０】
次に、図３を参照して上記構成の作用について説明する。
エンジンの回転に伴いクランク角度センサ３が発生する検出信号は、ＥＣＵ１に入力される。マイクロコンピュータ７は、制御アプリケーションを起動させて、クランク角度センサ３の検出信号を取り込みその検出信号からクランク角度信号を生成し、所定角度毎例えば１０°ＣＡ毎のクランク角度信号をアナログ入力回路８に出力する。また、マイクロコンピュータ７のクランク角度検出部１７ｂにおいては、クランク角度センサ３からの検出信号によりエンジン回転数、Ｇ２Ｏ信号、ＴＤＣ信号およびＮＥ１２信号が生成され、制御部１７ａに入力される。
【００２１】
制御部１７ａにおいては、図３（ａ）に示すように、クランク角度信号が所定範囲であるＢＴＤＣ（before TDC）−２０゜ＣＡ〜ＡＴＤＣ（after TDC）４０゜ＣＡの範囲にあるときにスタート／ストップ信号をアナログ入力回路８に出力する。具体的には、クランク角度が−２０°ＣＡのタイミングでスタートトリガを出力し、４０°ＣＡになるとストップトリガとして出力することでスタート／ストップ信号を与える。
【００２２】
アナログ入力回路８にマイクロコンピュータ８からスタートトリガ（スタート／ストップ信号）が与えられると、Ａ／Ｄ変換回路１３は、ノックセンサ２のセンサ信号を所定のサンプリング周期でＡ／Ｄ変換してデジタル処理回路１４に出力する。デジタル処理回路１４は、ノックセンサ２からのデジタル変換されたセンサ信号のピーク値を検出し、これを特定情報としてデータレジスタ１５に出力する。
【００２３】
また、マイクロコンピュータ７からアナログ入力回路８にスタートトリガが入力されると、フリーランタイマカウンタ１６も同時に起動し、一定周期でカウント動作を行う。フリーランタイマカウンタ１６は、図３（ｂ）に示すように、カウント動作を継続するが、マイクロコンピュータ７から所定角度（１０°ＣＡ）毎のクランク角度信号が入力されると（図３（ｃ）参照）、そのタイミングでカウント値をリセットし、再びカウント動作を開始する。データレジスタ１５は、デジタル処理回路１４からピーク値のデジタルデータが特定情報として入力されると、その特定情報をそのときのフリーランタイマカウンタ１６のカウント値Ｋとクランク角度信号Ａとを付加して記憶させる。
【００２４】
この後、アナログ入力回路８においては、マイクロコンピュータ７からストップトリガ（スタート／ストップ信号）が入力されると、Ａ／Ｄ変換回路１３はＡ／Ｄ変換処理を停止し、デジタル処理回路１４はデジタル処理を停止し、フリーランタイマカウンタ１６はカウント動作を停止する。そして、データレジスタ１５は、ストップトリガの受信をもってデータ送信要求を受けたとして、その時点で記憶している特定情報であるピーク値のデータと、同時に記憶したフリーランタイマカウンタ１６のカウント値Ｋとクランク角度信号Ａとを付加して検出データとしてマイクロコンピュータ７の制御部１７に送信する。
【００２５】
マイクロコンピュータ７の制御部１７においては、データレジスタ１５から受信した検出データに基づいて、特定情報であるピーク値のクランク角度を次のようにして算出する。クランク角度信号Ａが示すクランク角度はスタートトリガが入力した時点のクランク角度例えば−２０°ＣＡを基準としてそこからの１０°ＣＡ毎のクランク角度を示している。したがって、クランク角度Ａはクランク角度信号の個数Ｍにクランク角度の間隔の角度ｑ（＝１０°ＣＡ）を乗じて求め、さらに、フリーランタイマカウンタ１６のカウント値Ｋがクランク角度にして何度（Ｂ）に相当するかを算出し、クランク角度Ａに加算することでピーク値のクランク角度Ａ＋Ｂを求めることができる。これをスタートトリガが入力された時点のクランク角度−２０°ＣＡに加算することで、上死点ＴＤＣを０°ＣＡとしたクランク角度の値に変換することができる。
【００２６】
例えば、エンジンの回転数をＮｒｐｍ（回／分）とすると、１秒あたりの回転数はＮ／６０（回／秒）となる。カウンタのカウント周期をＴａ（秒）とすると、１カウントあたりのクランク角度ｐ（°ＣＡ）は、
ｐ（°ＣＡ）＝Ｎ／６０×Ｔａ
となる。したがって、カウント値がＫ個であるから、求めるクランク角度Ｂは、
クランク角度Ｂ（°ＣＡ）＝Ｎ／６０×ＫＴａ
最終的に求めるクランク角度Ｃは、
クランク角度Ｃ（°ＣＡ）＝Ａ＋Ｎ／６０×ＫＴａ
となる。
【００２７】
上記の場合、具体例として、例えばスタートストップ信号は同じで、
ＢＴＤＣ（before TDC）−２０゜ＣＡ〜ＡＴＤＣ（after TDC）４０゜ＣＡ
とし、エンジン回転数Ｎを２０００ｒｐｍと仮定した場合、スタートトリガからの経過したクランク角度信号の個数Ｍが１個であるとすると、クランク角度間隔ｑが１０°ＣＡであるから、
クランク角度Ａ（°ＣＡ）＝ｑ×Ｍ＝１０×１＝１０
である。また、各フリーランタイマのカウンタリセット後からの経過した角度Ｂに対応するカウント値Ｋは「６個」とし、かつフリーランタイマの周期Ｔａを１ｍｓと仮定した場合、クランク角度Ｂは、
クランク角度Ｂ（°ＣＡ）＝Ｎ／６０×ＫＴａ
＝２０００／６０×６×１×１０−３＝０．２
となり、開始角度ＢＴＤＣ（before TDC）−２０゜を基準として求めるクランク角度Ａ＋Ｂは、
クランク角度Ａ＋Ｂ（°ＣＡ）＝１０．２となるためＡＤ値取得時の角度は、
クランク角度（°ＣＡ）＝−２０＋１０．２
＝[ＢＴＤＣ]−９．８
となる。
【００２８】
このフリーランタイマのカウンタ数と１０゜ＣＡ信号による組み合わせは、前述した回路規模簡素化や端子数削減の効果と共に角度算出精度の向上も可能となる。
上記のようにしてノックセンサ２からのピーク値を示す特定情報のデータとそのクランク角度の情報を得ると、マイクロコンピュータ７は、制御部１７により、得られたピーク値の情報に基づいて出力回路１０を介して点火コイル５ａ〜５ｄあるいは燃料噴射弁６ａ〜６ｄに対して各シリンダ毎に対応するタイミングで点火あるいは燃料噴射の制御を行うことができる。
【００２９】
このような本実施形態によれば、第１に、アナログ入力回路８により、スタート／ストップ信号のスタートトリガを受けると、ノックセンサ２のセンサ信号をＡ／Ｄ変換回路１３によりデジタル信号に変換する動作を開始し、得られたデジタル信号からデジタル処理回路１４により特定情報を取得してそのときのフリーランタイマカウンタ１６のカウント値およびクランク角度情報を付加して検出データとして記憶し、ストップトリガのタイミングでマイクロコンピュータ７に送信するので、マイクロコンピュータ７側において、特定情報のクランク角度を算出することができ、これによって、アナログ入力回路８側にクランク角度に関する詳細な情報について信号線を複数本接続して伝達する構成を採用しなくともセンサ信号により得られる特定情報のクランク角度を取得することができるようになる。
【００３０】
第２に、マイクロコンピュータ７の制御部１７により、ノックセンサ２の検出動作を所定のクランク角度範囲に設定するスタート／ストップ信号をアナログ入力回路８に与えて動作を実施させるので、スタートトリガのタイミングでＡ／Ｄ変換回路１３による動作を開始させ、フリーランタイマカウンタ１６のカウント動作を開始させることで、クランク角度の検出動作を精度よく行えるようになる。
【００３１】
第３に、フリーランタイマカウンタ１６のカウント動作を、クランク角度信号によるクランク角度が所定角度進む毎にカウント値をリセットさせてからカウントを再スタートさせるので、次のクランク角度信号が入力されるまでの間のカウント動作として扱うことができ、マイクロコンピュータ７によるクランク角度の算出においても、計算が簡単になり処理負荷を軽減できる。
【００３２】
（他の実施形態）
なお、本発明は、上述した一実施形態のみに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能であり、例えば、以下のように変形または拡張することができる。
【００３３】
上記各実施形態では、センサとしてノックセンサ２の場合を示したが、他のセンサについても適用することができ、そのセンサ信号の処理をすることができる。
スタート／ストップ信号の設定範囲はＢＤＴＣ−２０〜ＡＤＴＣ４０°ＣＡの範囲に限らず、適宜の範囲に設定できるし、検出範囲を全てのクランク角度に渡るように設定することで実質上設定しないで行うこともできる。
【００３４】
所定角度毎にアナログ入力回路８に与えるクランク角度信号は、１０°ＣＡ毎に限らず、５°ＣＡ毎でも良いし、１°ＣＡ毎でも良いし、その他適宜の角度に設定することができる。
【００３５】
フリーランタイマカウンタ１６のカウント動作は、所定角度毎のクランク角度信号によりリセットして再度カウントを開始させるようにしたが、リセット動作なしでカウント動作を継続し、クランク角度信号が入力された時点のカウント値を記憶して、検出時点のカウント値との差を演算することによりカウント値Ｍを求めても良い。
【００３６】
また、所定角度毎のクランク角度信号は、必要となる角度精度に合わせて逓倍して利用しても良い。
センサは、ノックセンサ以外に振動センサや圧力センサなどエンジンの状態を検出するセンサに適用できる。
【符号の説明】
【００３７】
図面中、１はＥＣＵ（センサ信号の処理装置）、２はノックセンサ（センサ）、３はクランク角度センサ、７はマイクロコンピュータ、８はアナログ入力回路、１１、１２は入力Ｉ／Ｆ回路、１３はＡ／Ｄ変換回路、１４はデジタル処理回路、１５はデータレジスタ、１６はフリーランタイマカウンタ（カウンタ）、１７は制御部、１７ｂはクランク角度検出部、１８はクランク角度信号回路である。
【図１】
0005516622.tif 000002
【図２】
0005516622.tif 000003
【図３】
0005516622.tif 000004