(57)【要約】デジタル信号を評価ユニットに伝送するためのデジタルインターフェースを有する測定装置が記述され、このインターフェースはシステムクロックが供給されるクロック入力側、測定信号が印加される信号入力側、クロック信号及び測定信号から導出される出力信号を発生する計算ユニット、及び出力信号が送出され評価ユニットに伝送される信号出力側を有する。測定精度を改善するために、クロック信号から導出される信号であるリファレンス信号が伝送され、このリファレンス信号を出力信号の補正のために利用することが提案される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
デジタルインターフェース（５）及び評価ユニット（２）を有する測定装置（１）を含む測定システムであって、
前記インターフェース（５）は、
クロック発生器（４）に接続されているクロック入力側（３）を有し、
測定信号が印加される信号入力側（１０）を有し、
クロック信号及び測定信号から導出される出力信号を発生する計算ユニット（６）を有し、
信号出力側（１２）を有し、該信号出力側（１２）からは出力信号が送出され、前記評価ユニット（２）に伝送される、デジタルインターフェース（５）及び評価ユニット（２）を有する測定装置（１）を含む測定システムにおいて、
前記インターフェース（５）は更に別の信号出力側（１３）を有し、該更に別の信号出力側（１３）からは前記クロック信号から導出されるリファレンス信号が送出され、該リファレンス信号は出力信号の補正のために前記評価ユニット（２）によって利用されることを特徴とする、デジタルインターフェース（５）及び評価ユニット（２）を有する測定装置（１）を含む測定システム。
【請求項２】
リファレンス信号の周波数はファクタＮだけクロック信号の周波数より小さいことを特徴とする、請求項１記載の測定システム。
【請求項３】
出力信号は測定信号に依存して異なる周期を有することを特徴とする、請求項１又は２記載の測定システム。
【請求項４】
評価ユニット（２）は出力信号を補正するための補正ファクタを計算するための計算ユニット（９）を有することを特徴とする、請求項１〜３のうちの１項記載の測定システム。
【請求項５】
測定装置（１）は第２のセンサを有し、測定値は評価ユニット（２）に伝送されることを特徴とする、請求項１〜４のうちの１項記載の測定システム。
【請求項６】
第２のセンサの測定値はリファレンス信号と共に伝送されることを特徴とする、請求項５記載の測定システム。
【請求項７】
第２のセンサの測定値はリファレンス信号のパルス占有率に含まれていることを特徴とする、請求項６記載の測定システム。
【請求項８】
測定装置（１）はエアマスセンサであり、評価ユニット（２）はエンジン制御部であることを特徴とする、請求項１〜７のうちの１項記載の測定システム。
【請求項９】
出力信号の周期は≦５００ｎｓ、とりわけ≦２００ｎｓのステップ幅で量子化されていることを特徴とする、請求項１〜８のうちの１項記載の測定システム。
【請求項１０】
評価ユニット（２）は計算ユニット（９）を有し、該計算ユニット（９）は出力信号を評価することを特徴とする、請求項１〜９のうちの１項記載の測定システム。
【請求項１１】
測定装置の特性曲線はｎ次の多項式、とりわけ３次の多項式であることを特徴とする、請求項１０記載の測定システム。
【請求項１２】
リファレンス信号の周波数は＜１００Ｈｚ、とりわけ＜５０Ｈｚ、有利にはほぼ２０Ｈｚであることを特徴とする、請求項１〜１１のうちの１項記載の測定システム。
【請求項１３】
出力信号の周波数は１.５ｋＨｚと１２ｋＨｚとの間にあることを特徴とする、請求項１〜１２のうちの１項記載の測定システム。
【請求項１４】
デジタルインターフェースを有する測定装置の出力信号の補正のための方法であって、
前記デジタルインターフェースには測定信号ならびにクロック信号が供給される、デジタルインターフェースを有する測定装置の出力信号の補正のための方法において、
前記クロック信号及び前記測定信号から導出される出力信号を発生し、該出力信号を評価ユニット（２）に伝送するステップ、
前記クロック信号から導出されるリファレンス信号を発生し、該リファレンス信号を前記評価ユニット（２）に伝送するステップ、
前記出力信号を評価し、該出力信号の偏差が前記リファレンス信号によって補正されるステップを特徴とする、デジタルインターフェースを有する測定装置の出力信号の補正のための方法。
【請求項１５】
補正ファクタが計算され、該補正ファクタは目標値からのリファレンス信号の偏差を指示することを特徴とする、請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
出力信号の周期はリファレンス信号によって補正されることを特徴とする、請求項１４又は１５記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は特許請求項１の上位概念記載の測定システムならびに特許請求項１４記載のこのようなシステムの測定精度の改善のための方法に関する。
【０００２】
１つ又は複数のセンサならびに所属の評価ユニットを有する測定システムは広く普及している。このような測定システムの原理構造を説明するために、以下では自動車技術から周知のエアマスセンサを例として詳しく説明する。しかし、本発明はエアマスセンサに限定されるべきものではない。
【０００３】
例えば空気のような流れている媒体のフローレートを求めるために、エンジン噴射装置は質量流量測定器を含み、この質量流量測定器は文献ではエアマスセンサとも呼ばれる。このような周知の質量流量センサではセンサエレメントは内燃機関の吸気管の空気流にさらされている。この場合、センサエレメントは加熱器ならびに測定抵抗を含み、これらの加熱器ならびに測定抵抗は空気流によって対流的に冷却され、これによって抵抗変化が生じる。吸気管を流れる空気流量は測定ブリッジの離調からもとめられる。センサは最終的に測定信号を供給し、この測定信号は遠く離れて配置された評価ユニットに伝送される。
【０００４】
この目的のために、エアマスセンサはさらに測定信号を伝送するための（デジタル）インターフェースを含む。評価ユニットは有効情報を受信した信号から抽出し、これを評価する。
【０００５】
デジタルインターフェースを有するこのような測定システムの典型例は図３に概略的に図示されている。ここに示された測定システムはデジタル信号を評価ユニット２に伝送するためのインターフェース５を有する測定装置１を含む。測定装置１及び評価ユニット２はケーブル１１を介して互いに接続されている。
【０００６】
インターフェース５は基本的にデジタル回路技術に基づいており、クロック入力側３を有し、このクロック入力側３には所定の周波数（例えば１０ＭＨｚ）を有するクロックが供給され、さらに信号入力側１０を有し、この信号入力側１０にはセンサの測定信号が印加される。
【０００７】
インターフェース５はさらに計算ユニット６を含み、この計算ユニット６は測定信号を処理し、相応の信号をインターフェース５の信号出力側７から送出する。
【０００８】
出力信号は通常はシステムクロック及び測定信号から導出された信号である。従って、クロック信号と出力信号との間には大抵の場合線形関係が存在する。
【０００９】
有効情報（測定値）の伝送は原則的には例えば変調方法のようなあらゆる周知の伝送方法を用いて実施される。しかしまた有効情報は出力信号のパルス占有率又は周波数乃至は周期長にも投影されうる。
【００１０】
周知のシステムでは有効信号は通常は出力信号の周期長に含まれている。なぜなら、このような符号化は一方では比較的簡単に実現できるからであり、他方で非常に高い測定精度を可能にするからである。
【００１１】
クロック入力側３に印加されるシステムクロックは例えば発振器又はクォーツのようなクロック発生器４によって発生される。このような発振器乃至はクォーツは高いトレランス乃至はクロック変動を有しうる。しかし、システムクロックの偏差は直接的に比例的に出力信号に作用し、従って、測定精度を大きく損なう。
【００１２】
このような測定システムはとりわけ大きな測定領域を有する適用事例において測定トレランスへの所定の要求を、高精度なクォーツ乃至は発振器が使用される場合にしか、満たすことができない。しかし、精確なクォーツは相応に高価であり、コストの理由から簡単に使用することができない。
【００１３】
よって、本発明の課題は、コスト的に有利なクォーツ乃至は発振器を使用し、それにもかかわらず僅少な測定トレランスを有する測定システムを提供することである。
【００１４】
上記課題は、特許請求項１の特徴部分記載の構成ならびに特許請求項１４記載の方法によって解決される。本発明の更なる実施形態は従属請求項の対象である。
【００１５】
本発明の基本的なアイデアは、付加的なリファレンス信号をシステムクロックから導出し、評価ユニットに伝送することである。このリファレンス信号は、補正ファクタを計算するのに利用され、この補正ファクタはクロック周波数の目標クロック周波数からの偏差、すなわち、偏差していない出力信号からの測定出力信号の周波数乃至は周期長の偏差を再現している。この補正ファクタは出力信号の評価の際に考慮され、つまり、リファレンス信号の周波数偏差が出力信号を補正するために利用される。
【００１６】
リファレンス信号の周波数乃至はこのリファレンス信号の周期長は有利にはファクタＮだけクロック信号の周波数乃至は周期長よりも小さく、とくに１００Ｈｚより下の領域に、とりわけ５０Ｈｚより下の領域に及び有利にはほぼ２０Ｈｚにある。これに対して、クロック信号は例えば１０ＭＨｚの周波数を有する。
【００１７】
本発明の有利な実施形態によれば、センサのインターフェースは周波数可変信号出力側を有し、つまり出力信号は測定信号に依存して異なる周期長を有する。
【００１８】
本発明の有利な実施形態によれば、評価ユニットは計算ユニットを含み、この結果、とりわけ出力信号の補正のための補正ファクタをリファレンス信号から計算する。
【００１９】
本発明の測定システムは例えば車両技術において燃料噴射の最適化のために使用される。この場合、測定システムはエアマスセンサ及び所属の評価ユニットを含むことになるだろう。
【００２０】
センサ特性曲線の温度特性の補償のために、エアマスセンサは有利には温度センサを含み、この温度センサの測定値は同様に評価ユニットに伝送される。
【００２１】
温度値は有利にはリファレンス信号と共に伝送される。本発明の有利な実施形態によれば、温度値はリファレンス信号のパルス占有率に含まれている。しかしまた温度値は別の伝送路を介して又は別の伝送方法を用いて伝送されうる。
【００２２】
本発明の有利な実施形態によれば、出力信号の周期長は≦５００ｎｓ、有利には≦２００ｎｓのステップで量子化されている。出力信号の周波数は有利にはほぼ１.５ｋＨｚと１２ｋＨｚとの間にある。
【００２３】
測定値の伝送はとりわけ標準特性曲線に従って行われ、つまり、測定値は有利には正規化され、従って例えばエンジンの吸気管のような測定場所のその都度の設計仕様には依存しない。
【００２４】
測定装置の特性曲線は例えばｎ次の多項式であり、とりわけ３次の多項式である。
【００２５】
本発明を次に添付した図面に基づいて例として詳しく説明する。
【００２６】
図１は本発明の実施形態のデジタルインターフェースを有する測定システムの原理図を示し、
図２はセンサインターフェース及び評価ユニットの回路図を示す。
【００２７】
図１は測定装置１及び評価ユニット２から成る測定システムを示し、測定装置１と評価ユニット２とは互いにケーブル１１を介して接続されている。
【００２８】
測定装置１はデジタル信号を評価ユニット２に伝送するためのインターフェース５を含み、このインターフェース５はクロック入力側３及び信号入力側１０を有する。
【００２９】
クロック入力側３に供給されるクロックは例えばクォーツ又は発振器のようなクロック発生器４によって発生され、ほぼ１０ＭＨｚの周波数を有し、この周波数はクロック発生器のＱ値に応じて比較的高い偏差乃至は変動を有しうる。
【００３０】
測定装置１は基本的にデジタル信号処理に基づいており、デジタル測定信号をインターフェース５に送出する。インターフェース５に含まれた計算ユニットは供給されたクロック及び測定信号を処理し、これから出力信号を計算する。この出力信号の周波数乃至は周期長は測定信号に依存する。出力信号は、従って、可変的な周期長を有する、システムクロック及び測定値から導出される信号である。システムクロックの周期長と出力信号の周期長との間にはとりわけ線形関係が存在する。
【００３１】
有効情報、つまり測定値は出力信号の周期長乃至は周波数に含まれており、従ってクロック信号と同じ偏差を示す。
【００３２】
これらの偏差を補償するためにリファレンス信号が発生され、このリファレンス信号はクロック信号から導出されている。リファレンス信号はインターフェース５のリファレンス信号出力側１３を介して評価ユニット２に伝送され、ほぼ２０Ｈｚの比較的低い周波数を有する。
【００３３】
リファレンス信号の周期長の偏差は測定信号の評価の際に考慮される。このために評価ユニット２に含まれる計算ユニット９は補正ファクタｋを次式により計算する：
ｋ＝ＴＳＯＬＬ／ＴＩＳＴ
ここでＴＳＯＬＬは所望の周期長の値であり、ＴＩＳＴはリファレンス信号の実際に測定された周期長である。従って、レシオメトリック測定が行われる。
【００３４】
計算ユニット９は最終的に補正ファクタｋを考慮して例えばチャネルを貫流する空気質量のような本来の測定値を求める。この例で使用される特性曲線は３次の多項式であり、これは結果として最大空気質量ｍｍａｘのパーセンテージ成分を供給する：
【００３５】
【数１】
2005500634.tif 000003
ここで
ａは標準特性曲線の絶対成分であり、
ｂは標準特性曲線の線形成分であり、
Ｔ０は特性曲線オフセットであり、
Ｔｎｏｒｍは特性曲線領域であり、
ＴＫは補正された周期長である。
【００３６】
この場合、補正された周期長ＴＫは次式から得られる：
ＴＫ＝ｋ＊ＴＭ
ここでＴＭは測定された周期長である。
【００３７】
図２はインターフェース５及び評価ユニット２（エンジン制御部）の回路図を詳しく示している。デジタルインターフェース５はクロック入力側３及び信号入力側１０を有する。インターフェース５はＡＳＩＣとして構成されており、さらに第１の測定信号（空気質量）のための信号出力側１２とリファレンス信号及び第２の測定信号（温度）のための信号出力側１３を有する。
【００３８】
両方の信号出力側１２、１３はそれぞれ抵抗Ｒ１、Ｒ２及びアースに接続されたキャパシタンスＣ１、Ｃ２によって終端されている。この場合、キャパシタンスＣ１、Ｃ２は高周波妨害成分を導き出すために、とりわけ電磁適合性（ＥＭＣ）規則をまもるために使用される。
【００３９】
空気質量の決定のための測定信号は線路１１を介してエンジン制御部に伝送され、温度の決定のための測定信号は線路１４を介してエンジン制御部に伝送される。
【００４０】
伝送される信号情報の評価は正規化された標準特性曲線によって行われ、この結果、エンジン制御部は所定の演算によって空気質量及び温度に対する物理値をもとめることができる。
【００４１】
エンジン制御部はさらにハイレベルを発生するためのプルアップ回路を含む。このプルアップ回路は抵抗Ｒ３乃至はＲ４を含み、これらの抵抗Ｒ３乃至はＲ４の一方の端子はそれぞれ伝送線路１１、１４に接続されており、これらの抵抗Ｒ３乃至はＲ４の他方の端子は供給電圧ＵＰＵに接続されている。
【００４２】
線路１１、１４から雑音を除去するために、ここでもアースに接続されたキャパシタンスＣ３、Ｃ４が設けられている。
【００４３】
さらに線路１１、１４毎にエンジン制御部は後置接続されたコントローラ（図示せず）を保護するためのＲＣローパスフィルタを含む。これらのＲＣローパスフィルタは抵抗Ｒ５、Ｒ６及びキャパシタンスＣ５、Ｃ６を含む。
【００４４】
測定装置のスイッチングエッジ（Schaltflanken）は上昇時間及び下降時間において制限されており、上昇時間はまず第一にエンジン制御部のプルアップ回路によって決定される。
【００４５】
測定装置の出力段は静電放電（ＥＳＤ）、ＥＭＣ照射、妨害パルスなどのような通常の環境影響から保護されており、例えば短絡のような誤操作にも耐えられる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の実施形態のデジタルインターフェースを有する測定システムの原理図を示す。
【００４７】
【図２】センサインターフェース及び評価ユニットの回路図を示す。
【００４８】
【図３】デジタルインターフェースを有する測定システムの典型例の回路図を示す。
【符号の説明】
【００４９】
１  測定装置
２  評価ユニット
３  クロック入力側
４  クロック発生器
５  インターフェース
６  計算ユニット
７  信号出力側
８  リファレンス信号出力側
９  計算ユニット
１０  信号入力側
１１  ケーブル
１２  信号出力側
１３  リファレンス信号出力側
１４  ケーブル
Ｒ１〜Ｒ６  抵抗
Ｃ１〜Ｃ６  キャパシタンス
【国際公開パンフレット】
2005500634.tif 000004
2005500634.tif 000005
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【手続補正書】
【提出日】平成15年6月26日(2003.6.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
デジタルインターフェース（５）を有する測定装置（１）において、
前記インターフェース（５）は、
クロック入力側（３）を有し、該クロック入力側（３）にはクロック発生器（４）がクロック信号によって接続されており、
測定信号が印加される信号入力側（１０）を有し、
クロック信号及び測定信号から導出される出力信号を発生する計算ユニット（６）を有し、前記測定信号は前記出力信号において周波数乃至は周期長又はパルス占有率に投影されており、
信号出力側（１２）を有し、該信号出力側（１２）からは出力信号が送出され、前記評価ユニット（２）に伝送され、
前記インターフェース（５）は更に別の信号出力側（１３）を有し、該更に別の信号出力側（１３）からは前記クロック信号から導出される基準信号が送出され、該基準信号は目標クロック周波数からの前記クロック信号の偏差を再現している、デジタルインターフェース（５）を有する測定装置（１）。
【請求項２】
基準信号の周波数はファクタＮだけクロック信号の周波数より小さいことを特徴とする、請求項１記載の測定装置。
【請求項３】
測定装置（１）は第２のセンサを有し、測定値は評価ユニット（２）に伝送されることを特徴とする、請求項１又は２記載の測定装置。
【請求項４】
第２のセンサの測定値は基準信号と共に伝送されることを特徴とする、請求項３記載の測定装置。
【請求項５】
第２のセンサの測定値は基準信号のパルス占有率に含まれていることを特徴とする、請求項４記載の測定装置。
【請求項６】
測定装置（１）はエアマスセンサであり、評価ユニット（２）はエンジン制御部であることを特徴とする、請求項１〜５のうちの１項記載の測定装置。
【請求項７】
出力信号の周期は≦５００ｎｓ、とりわけ≦２００ｎｓのステップ幅で量子化されていることを特徴とする、請求項１〜６のうちの１項記載の測定装置。
【請求項８】
評価ユニット（２）は計算ユニット（９）を有し、該計算ユニット（９）は出力信号を評価することを特徴とする、請求項１〜７のうちの１項記載の測定装置。
【請求項９】
測定装置の特性曲線はｎ次の多項式、とりわけ３次の多項式であることを特徴とする、請求項８記載の測定装置。
【請求項１０】
基準信号の周波数は＜１００Ｈｚ、とりわけ＜５０Ｈｚ、有利にはほぼ２０Ｈｚであることを特徴とする、請求項１〜９のうちの１項記載の測定装置。
【請求項１１】
出力信号の周波数は１.５ｋＨｚと１２ｋＨｚとの間にあることを特徴とする、請求項１〜１０のうちの１項記載の測定装置。
【請求項１２】
請求項１〜１１のうちの１項記載の測定装置（１）と共働するための評価ユニット（２）において、
計算ユニット（９）が設けられており、該計算ユニット（９）は前記測定装置（１）の出力信号から測定値をもとめ、この場合補正ファクタを考慮し、該補正ファクタは基準信号からもとめられることを特徴とする、請求項１〜１１のうちの１項記載の測定装置（１）と共働するための評価ユニット（２）
【請求項１３】
デジタルインターフェースを有する測定装置の出力信号の補正のための方法であって、
前記デジタルインターフェースには測定信号ならびにクロック信号が供給される、デジタルインターフェースを有する測定装置の出力信号の補正のための方法において、
前記クロック信号及び前記測定信号から導出される出力信号を発生し、該出力信号を評価ユニット（２）に伝送し、前記測定信号は出力信号において周波数乃至は周期長又はパルス占有率に投影されているステップ、
前記クロック信号から導出される基準信号を発生し、該基準信号を前記評価ユニット（２）に伝送し、前記基準信号は目標クロック周波数からの前記クロック信号の偏差を再現しているステップ、
前記出力信号を評価し、該出力信号の偏差が前記基準信号によって補正されるステップを特徴とする、デジタルインターフェースを有する測定装置の出力信号の補正のための方法。
【国際調査報告】
2005500634.tif 000020
2005500634.tif 000021
2005500634.tif 000022
2005500634.tif 000023