(57)【要約】【課題】ノッキング判定の自由度を高めることを可能にしたノッキング判定装置及びノッキング判定方法を提供する。【解決手段】ノッキング判定装置１０は、エンジンに発生する圧力変動に基づく物理量を示す取得信号に基づいてノッキングの有無を判定する。ノッキング判定装置１０は、取得信号から、ノッキングの有無が判定される判定信号を選択する信号選択部３０と、取得信号から、判定信号との関係で定まる条件に基づいて複数の対象信号を選択する管理部６０及び信号選択部３０と、複数の対象信号及び判定信号から、各対象信号及び判定信号のスペクトルに基づく値をそれぞれ算出するスペクトル算出部４０及びバイスペクトル算出部４１と、判定信号がノッキングを示す信号であるか否か、及び対象信号の更新に適した信号であるか否かの判定を行う判定部５０とを備える。【選択図】図２
2019070335.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関に発生する圧力変動に基づく物理量を示す取得信号に基づいてノッキングの有無を判定するノッキング判定装置であって、
前記取得信号から、ノッキングの有無が判定される判定信号を選択する判定信号選択部と、
前記取得信号から、前記判定信号との関係で定まる条件に基づいて複数の対象信号を選択する対象信号選択部と、
前記複数の対象信号から、前記各対象信号のスペクトルに基づく値を算出する第１算出部と、
前記判定信号から、前記判定信号のスペクトルに基づく値を算出する第２算出部と、
前記判定信号がノッキングを示す信号であるか否かの判定を行う判定部とを備え、
前記判定部は、前記複数の対象信号のスペクトルに基づく値から推定した統計パラメータを用いて前記各対象信号のスペクトルに基づく値について多次元におけるばらつきで正規化して得た値の集合と、前記統計パラメータを用いて前記判定信号のスペクトルに基づく値の多次元におけるばらつきで正規化した値との乖離の度合いが所定のノッキング判定値よりも大きいことに基づいて前記判定信号がノッキングを示す信号である旨を判定するとともに、前記乖離の度合いが前記所定のノッキング判定値よりも小さい値である対象信号更新判定値以下であるか否かを判定する
ノッキング判定装置。
【請求項２】
前記対象信号選択部は、前記乖離の度合いが前記対象信号更新判定値よりも大きいと判定した前記判定信号に対応する取得信号を前記対象信号に選択しない
請求項１に記載のノッキング判定装置。
【請求項３】
前記対象信号選択部は、前記判定信号との関係で定まる条件を、前記判定信号の得られた時刻に近い取得信号から所定数の信号を選択する条件であることに基づいて複数の対象信号を選択する
請求項１又は２に記載のノッキング判定装置。
【請求項４】
前記対象信号選択部はさらに、前記対象信号を前記判定信号が得られた時刻よりも以前、及び、以後の少なくとも一方の信号とする
請求項１〜３のいずれか一項に記載のノッキング判定装置。
【請求項５】
ノッキングが発生しない条件を含む複数の運転条件で運転されたとき各運転条件の下で前記内燃機関から予め取得された取得信号からなる複数の事前信号を備え、
前記対象信号選択部は、前記判定信号との関係で定まる条件を、前記判定信号に対応する運転条件の少なくとも１つの条件に対して関連性の高い運転条件とし、前記事前信号から複数の対象信号を選択する
請求項１に記載のノッキング判定装置。
【請求項６】
前記判定部で前記判定信号が前記対象信号更新判定値以下であると判定されたとき、前記判定信号を当該判定信号の運転条件の下で前記内燃機関から予め取得された取得信号として前記事前信号に追加する学習処理部をさらに備える
請求項５に記載のノッキング判定装置。
【請求項７】
ノッキングが発生しない条件を含む複数の運転条件で運転されたとき各運転条件の下で前記内燃機関から予め取得された取得信号からなる複数の事前信号を備え、
前記対象信号選択部は、前記判定信号との関係で定まる条件を、前記判定信号の得られた時刻に近い取得信号から第１の割当数だけ選択すること、及び、前記判定信号に対応する運転条件の少なくとも１つの条件に対して関連性の高い運転条件が対応付けられる前記事前信号から第２の割当数だけ選択することとし、これら選択された前記第１の割当数の取得信号と前記第２の割当数の事前信号とを合わせて複数の対象信号とするとともに、前記乖離の度合いが前記対象信号更新判定値よりも大きいと判定した前記判定信号に対応する取得信号を前記対象信号に選択しない
請求項１に記載のノッキング判定装置。
【請求項８】
ノッキングが発生しない条件を含む複数の運転条件で運転されたとき各運転条件の下で前記内燃機関から予め取得された取得信号からなる複数の事前信号を備え、
前記対象信号選択部は、前記判定信号との関係で定まる条件を、前記判定信号の得られた時刻に近い取得信号から所定数の信号を選択する条件であることに基づいて複数の対象信号を選択する第１の選択と、前記判定信号との関係で定まる条件を、前記判定信号に対応する運転条件の少なくとも１つの条件に対して関連性の高い運転条件とし、前記事前信号から複数の対象信号を選択する第２の選択とが選択可能になっており、
前記対象信号選択部は、前記内燃機関の運転条件に応じて、前記第１の選択及び第２の選択のいずれか一方を選択するとともに、前記乖離の度合いが前記対象信号更新判定値よりも大きいと判定した前記判定信号に対応する取得信号を前記対象信号に選択しない
請求項１に記載のノッキング判定装置。
【請求項９】
前記対象信号選択部は、前記判定信号の取得された時刻から所定期間内に前記内燃機関の運転条件が大きく変化することに応じて前記第２の選択を選択し、前記第２の選択を選択しないとき前記第１の選択を選択する
請求項８に記載のノッキング判定装置。
【請求項１０】
内燃機関に発生する圧力変動に基づく物理量を示す取得信号に基づいてノッキングの有無を判定するノッキング判定装置であって、
前記取得信号から、ノッキングの有無が判定される判定信号を選択する判定信号選択部と、
前記取得信号から、前記判定信号との関係で定まる条件に基づいて対象信号を選択する対象信号選択部と、
前記判定信号から、前記判定信号のスペクトルに基づく値を算出する算出部と、
前記判定信号がノッキングを示す信号であるか否かの判定を行う判定部と、
前記対象信号のスペクトルに基づく値に基づいて、前記判定信号のスペクトルに基づく値を多次元におけるばらつきで正規化させる統計パラメータを更新する更新部とを備え、
前記判定部は、所定のノッキング判定値と、前記統計パラメータを用いて前記判定信号のスペクトルに基づく値の多次元におけるばらつきで正規化した値との乖離の度合いが大きいことに基づいて前記判定信号がノッキングを示す信号である旨を判定するとともに、前記乖離の度合いが前記ノッキング判定値よりも小さい値である対象信号更新判定値以下であるか否かを判定する
ノッキング判定装置。
【請求項１１】
前記対象信号選択部は、前記判定信号との関係で定まる条件を、前記判定部で前記対象信号更新判定値以下であると判定された判定信号であるとしたとき、
前記更新部は、前記判定信号に基づく対象信号のスペクトルに基づく値と、前記統計パラメータとに対してそれぞれ重みをつける態様で前記統計パラメータに反映させることで前記統計パラメータを更新する
請求項１０に記載のノッキング判定装置。
【請求項１２】
内燃機関に発生する圧力変動に基づく物理量を示す取得信号に基づいてノッキングの有無を判定するノッキング判定装置で実行されるノッキング判定方法であって、
前記ノッキング判定装置は、
前記取得信号から、ノッキングの有無を判定する判定信号を選択する判定信号選択工程と、
前記取得信号から、前記判定信号との関係で定まる条件に基づいて複数の対象信号を選択する対象信号選択工程と、
前記複数の対象信号から、前記各対象信号のスペクトルに基づく値を算出する第１算出工程と、
前記判定信号から、前記判定信号のスペクトルに基づく値を算出する第２算出工程と、
前記判定信号がノッキングを示す信号であるか否かの判定を行う判定工程とを実行し、
前記判定工程では、前記複数の対象信号のスペクトルに基づく値から推定した統計パラメータを用いて前記各対象信号のスペクトルに基づく値について多次元におけるばらつきで正規化して得た値の集合と、前記統計パラメータを用いて前記判定信号のスペクトルに基づく値の多次元におけるばらつきで正規化した値との乖離の度合いが所定のノッキング判定値よりも大きいことに基づいて前記判定信号がノッキングを示す信号である旨を判定するとともに、前記乖離の度合いが前記ノッキング判定値よりも小さい値である対象信号更新判定値以下であるか否かを判定する
ノッキング判定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関に生じるノッキングを判定するノッキング判定装置、及び、ノッキング判定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガソリンエンジンなどの内燃機関における点火時期は、出力トルクの向上を目的として、ノックキングが発生しないクランク角度の範囲内において可能な限り進角されることが一般的である。そこで、エンジンを設計したり、調整したりする過程で点火時期をクランク角度に適合させる工程では、ノックキングが発生しているか否かがノッキング判定装置によって判定される。こうしたノッキング判定装置の一例が特許文献１に記載されている。
【０００３】
特許文献１に記載のノッキング判定装置は、筒内圧を検出する圧力センサからの出力信号と、エンジンが発する音を検出するマイクからの出力信号との相互相関値を計算し、相互相関値をノッキングの強度として取り扱っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−３１４３４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載のノッキング判定装置によれば、人がノック音を聞き分けなくともノッキングの有無を判定することができるようになる。しかしながら、特許文献１に記載のノッキング判定装置では、回転速度の変化などの内燃機関の運転条件により異なるノッキング音や背景雑音の大きさが、ノッキングが発生しているか否かの判定精度を低下させるおそれがある。そこで、上述したノッキング判定装置には、ノッキング判定の自由度を高めることが望まれている。
【０００６】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ノッキング判定の自由度を高めることを可能にしたノッキング判定装置及びノッキング判定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するノッキング判定装置は、内燃機関に発生する圧力変動に基づく物理量を示す取得信号に基づいてノッキングの有無を判定するノッキング判定装置であって、前記取得信号から、ノッキングの有無が判定される判定信号を選択する判定信号選択部と、前記取得信号から、前記判定信号との関係で定まる条件に基づいて複数の対象信号を選択する対象信号選択部と、前記複数の対象信号から、前記各対象信号のスペクトルに基づく値を算出する第１算出部と、前記判定信号から、前記判定信号のスペクトルに基づく値を算出する第２算出部と、前記判定信号がノッキングを示す信号であるか否かの判定を行う判定部とを備え、前記判定部は、前記複数の対象信号のスペクトルに基づく値から推定した統計パラメータを用いて前記各対象信号のスペクトルに基づく値について多次元におけるばらつきで正規化して得た値の集合と、前記統計パラメータを用いて前記判定信号のスペクトルに基づく値の多次元におけるばらつきで正規化した値との乖離の度合いが所定のノッキング判定値よりも大きいことに基づいて前記判定信号がノッキングを示す信号である旨を判定するとともに、前記乖離の度合いが前記所定のノッキング判定値よりも小さい値である対象信号更新判定値以下であるか否かを判定する。
【０００８】
上記課題を解決するノッキング判定方法は、内燃機関に発生する圧力変動に基づく物理量を示す取得信号に基づいてノッキングの有無を判定するノッキング判定装置で実行されるノッキング判定方法であって、前記ノッキング判定装置は、前記取得信号から、ノッキングの有無を判定する判定信号を選択する判定信号選択工程と、前記取得信号から、前記判定信号との関係で定まる条件に基づいて複数の対象信号を選択する対象信号選択工程と、前記複数の対象信号から、前記各対象信号のスペクトルに基づく値を算出する第１算出工程と、前記判定信号から、前記判定信号のスペクトルに基づく値を算出する第２算出工程と、前記判定信号がノッキングを示す信号であるか否かの判定を行う判定工程とを実行し、前記判定工程では、前記複数の対象信号のスペクトルに基づく値から推定した統計パラメータを用いて前記各対象信号のスペクトルに基づく値について多次元におけるばらつきで正規化して得た値の集合と、前記統計パラメータを用いて前記判定信号のスペクトルに基づく値の多次元におけるばらつきで正規化した値との乖離の度合いが所定のノッキング判定値よりも大きいことに基づいて前記判定信号がノッキングを示す信号である旨を判定するとともに、前記乖離の度合いが前記ノッキング判定値よりも小さい値である対象信号更新判定値以下であるか否かを判定する。
【０００９】
このような構成及び方法によれば、ノッキングの有無が判定される判定信号と比較される対象信号が、判定信号との関係（例えば、時間的な関係や運転条件における関係）で定まる条件に基づいて選択される。つまり、判定信号との関係に基づき選択することで、対象信号を判定信号との比較に適したものとして選択することができる。これにより、ノッキング判定の自由度が高められる。
【００１０】
そして、統計パラメータ（平均・分散共分散行列）を用いて各対象信号（音や振動など）のスペクトルについて多次元におけるばらつきで正規化して得た値の集合と、統計パラメータを用いて判定信号のスペクトルの多次元におけるばらつきで正規化した値とを比較して乖離の度合が判定される。つまり、乖離度合いがノッキング判定値よりも大きいことで判定信号がノッキングを示す信号であると判定されるとともに、ノッキング判定値よりも小さい値である対象信号更新判定値以下であるか否かに基づいて対象信号の更新に適した信号であるか否かが判定される。なお、多次元におけるばらつきで正規化して得た値の一例として、マハラノビス距離がある。
【００１１】
上記ノッキング判定装置において、前記対象信号選択部は、前記乖離の度合いが前記対象信号更新判定値よりも大きいと判定した前記判定信号に対応する取得信号を前記対象信号に選択しない。
【００１２】
このような構成によれば、対象信号の更新に適さない信号が対象信号に含まれなくなるため、ノッキングを示す判定信号と対象信号との相対差が大きくなり、対象信号との比較により判定信号がノッキングを示す信号であるか否かがより高い精度で判定される。
【００１３】
上記ノッキング判定装置において、前記対象信号選択部は、前記判定信号との関係で定まる条件を、前記判定信号の得られた時刻に近い取得信号から所定数の信号を選択する条件であることに基づいて複数の対象信号を選択する。
【００１４】
このような構成によれば、判定信号の得られた時刻に近い取得信号から対象信号が選択される。すなわち、判定信号の取得時刻から時間的に離れている取得信号が対象信号に選択されない。これにより、判定信号の取得時刻から時間的に近いため内燃機関の運転条件が変化していない、又は、変化が小さい可能性の高い取得信号が対象信号として選択され、ノッキングの判定精度の向上が図られる。
【００１５】
なお、判定信号に対して所定の期間内の取得信号から複数の対象信号を所定数選択するようにしてもよい。すなわち、判定信号と対象信号との時間間隔を所定の期間内に定めることで、判定信号と対象信号がそれぞれ取得されたときの内燃機関の運転条件が変化していない、又は、変化が小さい可能性が高いことの蓋然性が高まる。この対象信号と比較することで判定信号がノッキングを示す信号であるか否かがより適切に判定できるようにもなる。
【００１６】
上記ノッキング判定装置において、前記対象信号選択部はさらに、前記対象信号を前記判定信号が得られた時刻よりも以前、及び、以後の少なくとも一方の信号とする。
このような構成によれば、判定信号より以前の対象信号であれば、判定信号が取得される時点で既に対象信号となる取得信号が取得されているため判定信号がノッキングを示す信号であるか否かの判定が直ちに行え、ノッキング判定処理をリアルタイムに実行できる。つまり、判定信号を選択してから判定信号がノッキングを示す信号であるか否かの判定までの時間を短くできる。
【００１７】
また、判定信号に対して前後の対象信号であれば、対象信号と判定信号との間の時間差をより短くすることができ、対象信号が得られたときの運転条件と判定信号が得られたときの運転条件が同様である可能性がより高められ、判定信号がノッキングを示す信号であるか否かの判定の精度向上が図られる。
【００１８】
また、判定信号よりも後に得られた信号を判定に用いることができる。例えば、判定信号より前に取得された取得信号が判定信号との比較に適していない場合、判定信号の後に取得された取得信号を用いることができる。これにより、判定信号がノッキングを示す信号であるか否かの判定をより好適に行うことができる。
【００１９】
上記ノッキング判定装置において、ノッキングが発生しない条件を含む複数の運転条件で運転されたとき各運転条件の下で前記内燃機関から予め取得された取得信号からなる複数の事前信号を備え、前記対象信号選択部は、前記判定信号との関係で定まる条件を、前記判定信号に対応する運転条件の少なくとも１つの条件に対して関連性の高い運転条件とし、前記事前信号から複数の対象信号を選択する。
【００２０】
このような構成によれば、取得信号がノッキングを含まない複数の運転条件で予め取得されているので、この予め取得された取得信号から、判定信号がノッキングを示す信号であるか否かの判定に適切な運転条件の対象信号を取得できる。
【００２１】
また、判定信号の運転条件に関連性の高い運転条件を有する信号が対象信号として取得されて、これらが判定信号と比較される。これにより、運転条件が逐次変化するなかで取得された判定信号について、その取得時の運転条件に近い運転条件を備える対象信号が選択されてノッキングの判定が好適に行われる。
【００２２】
上記ノッキング判定装置において、前記判定部で前記判定信号が前記対象信号更新判定値以下であると判定されたとき、前記判定信号を当該判定信号の運転条件の下で前記内燃機関から予め取得された取得信号として前記事前信号に追加する学習処理部をさらに備える。
【００２３】
このような構成によれば、対象信号の更新に適した判定信号が事前信号に追加されるため、事前信号の充実が図られてノッキングの判定精度の向上が図られる。また、運転条件を対応付けることで、事前信号に、新たな運転条件を追加することもできる。
【００２４】
上記ノッキング判定装置において、ノッキングが発生しない条件を含む複数の運転条件で運転されたとき各運転条件の下で前記内燃機関から予め取得された取得信号からなる複数の事前信号を備え、前記対象信号選択部は、前記判定信号との関係で定まる条件を、前記判定信号の得られた時刻に近い取得信号から第１の割当数だけ選択すること、及び、前記判定信号に対応する運転条件の少なくとも１つの条件に対して関連性の高い運転条件が対応付けられる前記事前信号から第２の割当数だけ選択することとし、これら選択された前記第１の割当数の取得信号と前記第２の割当数の事前信号とを合わせて複数の対象信号とするとともに、前記乖離の度合いが前記対象信号更新判定値よりも大きいと判定した前記判定信号に対応する取得信号を前記対象信号に選択しない。
【００２５】
内燃機関の運転条件は、その変化を予測することが難しいこともある。そこで、判定信号と比較される対象信号が、判定信号に対して時間的な条件に基づいて選択される取得信号、及び、対応する運転条件に基づいて選択される事前信号の両方が合わせられたものとなる。これにより、対象信号を内燃機関の運転条件の変動に対する柔軟性の高い信号にすることができ、この対象信号との比較によって判定信号がノッキングを示す信号か否かの判断及び対象信号の更新に適した信号であるか否かの判断がより好適になされる。
【００２６】
上記ノッキング判定装置において、ノッキングが発生しない条件を含む複数の運転条件で運転されたとき各運転条件の下で前記内燃機関から予め取得された取得信号からなる複数の事前信号を備え、前記対象信号選択部は、前記判定信号との関係で定まる条件を、前記判定信号の得られた時刻に近い取得信号から所定数の信号を選択する条件であることに基づいて複数の対象信号を選択する第１の選択と、前記判定信号との関係で定まる条件を、前記判定信号に対応する運転条件の少なくとも１つの条件に対して関連性の高い運転条件とし、前記事前信号から複数の対象信号を選択する第２の選択とが選択可能になっており、前記対象信号選択部は、前記内燃機関の運転条件に応じて、前記第１の選択及び第２の選択のいずれか一方を選択するとともに、前記乖離の度合いが前記対象信号更新判定値よりも大きいと判定した前記判定信号に対応する取得信号を前記対象信号に選択しない。
【００２７】
内燃機関の運転条件は、内燃機関に発生する圧力変動に変化を生じさせ、これに基づく物理量を示す取得信号に含まれる物理量を示す値の傾向も大きく変化する。そのため、対象信号と判定信号との間で内燃機関の運転条件が大きく相違すると、対象信号と判定信号とに基づく比較をしても判定信号がノッキングを示す信号であるか否か及び対象信号の更新に適した信号であるか否かを適切に判断することは難しい。これに対し、内燃機関の運転条件に応じて、判定信号と比較される信号が判定信号に対して第１の選択（時間的な条件下）、及び、第２の選択（対応する運転条件下）のいずれか一方に切り替えられる。これにより、内燃機関の運転条件を考慮して選択される対象信号により判定信号がノッキングを示す信号か否か及び対象信号の更新に適した信号であるか否かが判断される。
【００２８】
上記ノッキング判定装置において、前記対象信号選択部は、前記判定信号の取得された時刻から所定期間内に前記内燃機関の運転条件が大きく変化することに応じて前記第２の選択を選択し、前記第２の選択を選択しないとき前記第１の選択を選択する。
【００２９】
このような構成によれば、取得信号が取得された時刻から所定期間内に内燃機関の運転条件が大きく変化するときには第２の選択が選択される。すなわち、取得信号がノッキングを示す信号か否かの判定に、内燃機関の運転条件の変動により第１の選択による対象信号を用いることが適切ではないとき、同判定に第２の選択による対象信号を用いてノッキングを適切に判定することができる。
【００３０】
上記課題を解決するノッキング判定装置は、内燃機関に発生する圧力変動に基づく物理量を示す取得信号に基づいてノッキングの有無を判定するノッキング判定装置であって、前記取得信号から、ノッキングの有無が判定される判定信号を選択する判定信号選択部と、前記取得信号から、前記判定信号との関係で定まる条件に基づいて対象信号を選択する対象信号選択部と、前記判定信号から、前記判定信号のスペクトルに基づく値を算出する算出部と、前記判定信号がノッキングを示す信号であるか否かの判定を行う判定部と、前記対象信号のスペクトルに基づく値に基づいて、前記判定信号のスペクトルに基づく値を多次元におけるばらつきで正規化させる統計パラメータを更新する更新部とを備え、前記判定部は、所定のノッキング判定値と、前記統計パラメータを用いて前記判定信号のスペクトルに基づく値の多次元におけるばらつきで正規化した値との乖離の度合いが大きいことに基づいて前記判定信号がノッキングを示す信号である旨を判定するとともに、前記乖離の度合いが前記ノッキング判定値よりも小さい値である対象信号更新判定値以下であるか否かを判定する。
【００３１】
このような構成によれば、統計パラメータ自身が更新されることで、統計パラメータの算出に必要な過去の取得信号や対象信号の保持数を減らすことができる。つまり、対象信号の管理や選択にかかる手間を減らすことができる。例えば所定数の適切な維持管理を不要にすることもできる。また、過去に算出された統計パラメータを利用するため、対象信号からの統計パラメータを算出する処理を軽減させるなど、処理負荷の軽減も図られる。
【００３２】
上記ノッキング判定装置において、前記対象信号選択部は、前記判定信号との関係で定まる条件を、前記判定部で前記対象信号更新判定値以下であると判定された判定信号であるとしたとき、前記更新部は、前記判定信号に基づく対象信号のスペクトルに基づく値と、前記統計パラメータとに対してそれぞれ重みをつける態様で前記統計パラメータに反映させることで前記統計パラメータを更新する。
【００３３】
このような構成によれば、統計パラメータが更新されるときの重みを調整することで、ノッキング判定に係る応答性や安定性、精度などを調整することができる。
【発明の効果】
【００３４】
この発明によれば、ノッキング判定の自由度を高めることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】ノッキング判定装置の第１の実施形態について、ノッキング判定装置によりエンジンのノッキングを測定するときの各種機器との接続態様の一例を示すブロック図。
【図２】同実施形態のノッキング判定装置の概略構成を示すブロック図。
【図３】同実施形態のノッキング判定装置で処理する取得信号、対象信号、及び判定信号の概略について示す模式図。
【図４】同実施形態のノッキング判定装置で利用するノッキング判定値及び対象信号更新判定値について説明するグラフ。
【図５】同実施形態のノッキング判定装置が行うデータ収集処理について各処理工程を実施の順に示すフローチャート。
【図６】同実施形態のノッキング判定装置が行う各判定値算出処理について各処理工程を実施の順に示すフローチャート。
【図７】同実施形態のノッキング判定装置が行う判定処理について各処理工程を実施の順に示すフローチャート。
【図８】同実施形態のノッキング判定装置が行う情報の更新についての概略を模式的に示す模式図。
【図９】同実施形態のノッキング判定装置が行う対象信号の学習処理について各処理工程を実施の順に示すフローチャート。
【図１０】同実施形態のノッキング判定装置でノッキング判定の判定結果の一例を示すグラフ。
【図１１】ノッキング判定装置の第２の実施形態について、ノッキング判定装置の概略構成を示すブロック図。
【図１２】同実施形態のノッキング判定装置で処理する判定信号と事前信号との概略について示す模式図。
【図１３】同実施形態のノッキング判定装置が行うデータ収集処理について各処理工程を実施の順に示すフローチャート。
【図１４】同実施形態のノッキング判定装置が行う判定値算出処理について各処理工程を実施の順に示すフローチャート。
【図１５】同実施形態のノッキング判定装置が行う判定処理について各処理工程を実施の順に示すフローチャート。
【図１６】同実施形態のノッキング判定装置が行う情報の更新についての概略について示す模式図。
【図１７】同実施形態のノッキング判定装置が行う事前信号の学習処理について各処理工程を実施の順に示すフローチャート。
【図１８】ノッキング判定装置の第３の実施形態について、ノッキング判定装置の概略構成を示すブロック図。
【図１９】同実施形態のノッキング判定装置が行う判定値算出処理について各処理工程を実施の順に示すフローチャート。
【図２０】同実施形態のノッキング判定装置が行う判定処理について各処理工程を実施の順に示すフローチャート。
【図２１】ノッキング判定装置の第４の実施形態について、ノッキング判定装置の概略構成を示すブロック図。
【図２２】同実施形態のノッキング判定装置が行う情報の更新について概略について示す模式図。
【図２３】同実施形態のノッキング判定装置が行う統計パラメータの更新処理について各処理工程を実施の順に示すフローチャート。
【図２４】ノッキング判定装置のその他の実施形態について、ノッキング判定装置の記憶部にスペクトルが保持される例を示すブロック図。
【図２５】同実施形態のノッキング判定装置が行う判定値算出処理について各処理工程を実施の順に示すフローチャート。
【図２６】同実施形態のノッキング判定装置で処理する取得信号、対象信号、判定信号、及び不採用信号の概略について示す模式図。
【図２７】ノッキング判定装置のまた他の実施形態について対象信号と判定信号との関係を模式的に示す模式図であって、（ａ）は対象信号が判定信号よりも時間的に後である場合について示す図、（ｂ）は対象信号が判定信号に対して時間的に前後ともにある場合について示す図。
【図２８】ノッキング判定装置のさらに他の実施形態について、エンジンの筒内圧や加速度の物理量を示す信号を取得する概略構成を示すブロック図。
【図２９】ノッキング判定装置のまたさらに他の実施形態について、ノッキング判定装置の概略構成を示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
（第１の実施形態）
以下、図１〜図１０を参照して、ノッキング判定装置及びノッキング判定方法の第１の実施形態について説明する。内燃機関の一例である車両用のエンジン１の試験では、例えば点火タイミングの進角量の調整等の試験もしくは調整された点火タイミングの確認試験が行われる。これらの点火タイミングの試験においてノッキング判定装置が用いられ、また、ノッキング判定装置によってノッキング判定方法が実施される。
【００３７】
図１に示すように、試験対象のエンジン１は、車両３に搭載されている。なお、試験対象のエンジン１は、車両３に搭載されない状態、例えば単独の状態で用いられてもよい。エンジン１には、エンジン１の駆動を制御するエンジンＥＣＵ２が接続されている。エンジンＥＣＵ２は、エンジンコントロールユニットであって、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、その他の記憶装置等で構成されている。エンジンＥＣＵ２は、ＲＯＭや記憶装置に記憶されたプログラムをＣＰＵで演算処理することで、エンジン１の駆動制御に必要な各種情報をエンジンＥＣＵ２の外部から取得しながらエンジン１の駆動を制御する。エンジンＥＣＵ２は、エンジン１を試験運転する条件である運転条件として、エンジン１にノッキングが発生しない運転条件である通常運転条件と、通常運転条件以外の運転条件である試験運転条件とを有している。なお、本実施形態では、エンジン１は試験運転条件で運転される。ここで、ノッキングとは、エンジン１の気筒内において発生した異常燃焼が生じさせる圧力変動（衝撃波）が気筒の固有振動数で増幅されてエンジン１に大きな振動が発生する現象である。つまり、エンジン１には気筒内での燃料燃焼の際に発生する圧力変動に基づく振動が生じ、この振動を物理量として取得することができる。
【００３８】
エンジン１の近くには、音圧センサ４が設置されている。音圧センサ４は、エンジン１に発生する圧力変動に基づく物理量の一例である音圧を検出して、検出された音圧の大きさを示す音圧信号を生成し、データ収集装置５に出力する。よって、エンジン１にノッキングが発生していないとき、音圧センサ４から出力される音圧信号にはノッキングに基づいて発生した音は含まれない。一方、エンジン１に聴覚で認識可能なノッキングが発生しているとき、音圧センサ４から出力される音圧信号にはノッキングに基づいて発生した音であってノッキングに相関のある音が含まれている。また、エンジン１に聴覚で認識することが難しい微弱なノッキング等が発生しているとき、音圧センサ４から出力される音圧信号には微弱なノッキング等のノイズに基づいて発生した音であって微弱なノッキング等に相関のある音が含まれている。
【００３９】
また、エンジンＥＣＵ２は、エンジン１の現在の回転角度を表す角度情報をデータ収集装置５に出力する。角度情報には、例えば回転パルスとクランク角度パルスとが含まれる。回転パルスは、クランク軸の回転角度が原点として定められた角度で出力される信号であって、例えば、クランク軸が１回転するごとに１パルス出力される。クランク角度パルスは、クランク軸の回転角度が単位角度進むごとに出力される信号であって、例えば、１度毎に１パルスが出力される場合、吸入、圧縮、燃焼及び排気の４工程を１サイクルとする４ストロークエンジンにおいて１サイクルにクランク軸が回転する２回転の間に７２０パルス出力される。なお、角度情報がデータ収集装置５に出力されるのであれば、エンジンＥＣＵ２を介さず、クランク軸の回転角度の原点を検出する原点センサや、クランク軸の回転角度を検出する角度センサから角度情報がデータ収集装置５に出力されてもよい。
【００４０】
データ収集装置５は、音圧センサ４からの音圧信号を入力してＡ／Ｄ変換する。また、データ収集装置５は、音圧信号を入力するタイミングで、エンジンＥＣＵ２から現在の角度情報を取得する。そして、データ収集装置５は、角度情報に基づいてエンジン１の１サイクル分の音圧信号を取得して、これを取得信号とする。よって、データ収集装置５は、単位時間当たりのエンジン１の回転速度に応じた数、回転速度が３０００［ｒ／ｍｉｎ］であれば一分間に１５００個の取得信号を生成する。また、一部または全部の取得信号に各音圧信号とともに取得した角度情報を関連付ける。そして、データ収集装置５は、角度情報が関連付けられた取得信号をノッキング判定装置１０に出力する。なお、データ収集装置５は、生成した取得信号を一時的に保持したり、一旦蓄えたりしてからノッキング判定装置１０に出力してもよい。また、データ収集装置５は、取得信号に時刻情報を関連付けてもよい。
【００４１】
データ収集装置５は、「単位時間／エンジン１の回転速度」をサンプリング間隔ｄ（図３参照）とすると、所定の期間中に「所定の期間／サンプリング間隔ｄ（図３参照）」個の取得信号を生成する。例えば、後で行うノッキング判定処理に必要なデータ数がｍ個であるとき、データ収集装置５が必要数ｍ個の生成に要する所定の期間は「サンプリング間隔ｄ（図３参照）×必要数ｍ個」として算出される。
【００４２】
図１に示すように、ノッキング判定装置１０は、データ収集装置５から取得信号と角度情報とを入力する。ノッキング判定装置１０は、取得信号から選択した対象信号、及び取得信号から選択した判定信号に基づいて判定信号がノッキングを示す信号であるか否かを判定するための演算を実行（ノッキング判定処理）し、その演算結果をモニタ６等に出力する。また、ノッキング判定装置１０は、判定信号が対象信号の更新に適した信号であるか否かを判定するための演算を実行する（対象信号更新判定処理）。
【００４３】
次に、ノッキング判定装置１０について説明する。
図２に示すように、ノッキング判定装置１０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、その他の記憶装置等で構成されている。ノッキング判定装置１０は、ＲＯＭや記憶装置に記憶されているプログラムをＣＰＵで演算処理することにより、ノッキング判定処理に関する演算処理を実行する。なお、ノッキング判定装置１０は、ノッキング検出方法を実行するプログラムを有するパーソナルコンピュータ（ＰＣ）等であってもよい。
【００４４】
ノッキング判定装置１０は、データ収集装置５から出力される取得信号と、その取得信号に関連付けられた角度情報を取得する。取得信号は、エンジン１の気筒内に１サイクルごとに発生する圧力変動に基づく物理量に相当する。取得信号には、１サイクル中の一部区間又は全区間にスペクトル（周波数成分）が含まれている。なお、ノッキング音は主に、１サイクルのうち点火時期を含む区間に含まれ、また、聴覚で認識可能なノッキング音はスペクトルに明確性を有する特徴量として現れる。一方、微弱なノッキング音はスペクトルに明確性が相対的に低い特徴量として現れる。
【００４５】
まず、図３を参照して、ノッキング判定における取得信号、対象信号、及び判定信号の関係を説明する。
ノッキング判定装置１０は、サンプリング間隔ｄ毎に、エンジン１の１サイクル分の音圧信号を含む取得信号をデータ収集装置５から取得して保持する。また、ノッキング判定装置１０は、最新の取得信号からノッキング判定を行う判定信号に定める。ノッキング判定装置１０は、判定信号が定まることに応じて、判定信号より前に取得された取得信号であって、判定信号に時間的に近い信号から順に必要数ｍ個を対象信号として選択する。よって、複数の対象信号は、判定信号の１つ前の「直前信号」から、必要数ｍ個分だけ過去の「最古信号」までを対象信号として取得する。判定信号から「最古信号」までの時間差は、「サンプリング間隔ｄ×必要数ｍ個」となる。ところで、エンジン１が運転されている状態でも、判定信号から「直前信号」までの時間差が短ければ、その時間差の間に運転条件に変化が生じる可能性は低い。よって判定信号から「最古信号」までの時間差を適切な範囲で短くすることでエンジン１の運転条件が変化する可能性の高まりが抑えられる。そうしたことを考慮して、ノッキング判定装置１０は、「直前信号」から「最古信号」までの複数の対象信号を比較の基準とし、これを判定信号と比較し、判定信号がノッキングを示す信号であるか否か、及び対象信号の更新に適した信号であるか否かを判定する。
【００４６】
図２に示すように、ノッキング判定装置１０は、取得信号などを保持する記憶部２０と、ノッキング判定処理及び対象信号更新判定処理に必要な信号を記憶部２０に保持させる管理部６０と、記憶部２０からノッキング判定処理及び対象信号更新判定処理に必要な信号を選択する信号選択部３０とを備える。また、ノッキング判定装置１０は、取得信号のスペクトルを算出するスペクトル算出部４０と、取得信号のバイスペクトルを算出するバイスペクトル算出部４１と、判定信号がノッキングを示す信号であるか否か、及び対象信号の更新に適した信号であるか否かを判定する判定部５０とを備えている。
【００４７】
記憶部２０は、ノッキング判定装置１０を構成する記憶装置の一部または全部から構成され、取得信号や角度情報などの記憶、削除ができる。記憶部２０には、ノッキング判定装置１０が入力した取得信号に関する記憶領域である取得信号領域２０１と、ノッキング判定において比較の対象として用いられる複数の対象信号に関する記憶領域である対象信号領域２０２とが設けられている。また、記憶部２０には、ノッキングを示す信号であるか否かが判定される判定信号に関する記憶領域である判定信号領域２０３が設けられている。また、記憶部２０には、ノッキングを示す信号であるか否かの判定の基準に用いられるノッキング判定値に関する記憶領域であるノッキング判定値領域２０４と、対象信号の更新に適した信号であるか否かの判定の基準に用いられる対象信号更新判定値に関する記憶領域である更新判定値領域２０６が設けられている。
【００４８】
取得信号領域２０１には、ノッキング判定装置１０が入力した取得信号が保持される。対象信号領域２０２には、取得信号から選択された複数の対象信号に関する情報が保持される。例えば、対象信号領域２０２に保持される対象信号の数は、ノッキング判定処理に必要とされる必要数ｍ個以上である。判定信号領域２０３には、ノッキング判定を行う取得信号から選択された判定信号に関する情報が保持される。ノッキング判定値領域２０４には、ノッキングの有無の判定に用いられるノッキング判定値に関する情報が保持される。更新判定値領域２０６には、対象信号の更新に適した信号であるか否かの判定の基準に用いられる対象信号更新判定値に関する情報が保持される。
【００４９】
管理部６０は、ノッキング判定装置１０が入力した取得信号に時刻情報を関連付けて記憶部２０に記憶させる。
管理部６０は、判定信号となっている取得信号の対象信号への追加の可否を判定し処理する学習追加部６２と、記憶部２０に記憶されている取得信号等の整理を行うデータ整理部６３とを備える。
【００５０】
学習追加部６２は、ノッキング判定処理の結果として判定部５０が対象信号の更新に適した信号ではないと判定した判定信号が入力されると、この判定信号に対応する取得信号を対象信号に追加させない。一方、判定部５０が対象信号の更新に適した信号であると判定した判定信号が入力されると、この判定信号に対応する取得信号を対象信号に追加させる。
【００５１】
また、学習追加部６２は、ノッキング判定処理や対象信号更新判定処理が開始される前には、最新の取得信号が判定信号に選択されなくとも、新たに取得信号が入力されると、前記最新の取得信号を対象信号に追加させる。よって、判定信号より以前の取得信号のうち判定信号に時間的に近い取得信号から対象信号が準備される。
【００５２】
また、学習追加部６２は、対象信号領域２０２に対象信号をノッキング判定処理に必要とされる必要数ｍ個以上保持させる。なお、保持させる対象信号の数は、数による設定ではなく、サンプリング間隔ｄと期間とで設定されてもよい。
【００５３】
データ整理部６３は、記憶部２０に記憶されている取得信号、対象信号、判定信号、ノッキング判定値、及び対象信号更新判定値を、定められた条件に応じて整理する。例えば、取得信号、対象信号及び判定信号は、それぞれ保持する期間を越える古い取得信号、対象信号又は判定信号が削除される。また例えば、取得信号、対象信号及び判定信号は、それぞれ保持数を越える古い取得信号、対象信号又は判定信号が削除される。さらに例えば、記憶部２０に新たなノッキング判定値や対象信号更新判定値が記憶されると、対応する古い判定値がそれぞれ削除される。
【００５４】
信号選択部３０は、対象信号及び判定信号を選択する選択条件３１に基づいて、取得信号から対象信号や判定信号を選択する。選択条件３１には、判定信号を選択する条件や対象信号を選択する条件が含まれている。信号選択部３０は、判定信号を選択する条件に基づいて、取得信号のうち最新の信号をノッキングの有無、及び、対象信号の更新に対する適否が判定される判定信号として選択する（判定信号選択工程）。また信号選択部３０は、選択条件３１の対象信号を選択する条件に基づいて、記憶部２０の対象信号から判定信号より前の取得信号のうち判定信号に時間的に近い取得信号に対応する対象信号を必要数選択する（対象信号選択工程）。必要数は、例えば、ノッキング判定処理を適切に行うために必要数が設定される。この必要数は、例えば、マハラノビス距離の算出に必要とされる数である。
【００５５】
また、対象信号を選択する条件には、対象信号を、判定信号より前の所定の時間範囲内から取得する条件も設定されている。通常、判定信号に時間的に近ければ、エンジン１の運転条件は判定信号が得られたときの運転条件から変化している可能性は小さく、逆に、時間的に離れるほどエンジン１の運転条件は判定信号が得られたときの運転状態から変化している可能性が高くなる。そこで、運転条件から変化している可能性が小さく抑えられる範囲を所定の時間範囲内として設定する。対象信号を判定信号より前の取得信号から選択することにより、現在の運転条件の下で、判定信号がノッキング信号を示す信号であるか否か、及び、対象信号の更新に適した信号であるか否かを判定することができる。
【００５６】
本実施形態では、判定信号選択部は、信号選択部３０より構成され、対象信号選択部は、信号選択部３０及び管理部６０の学習追加部６２より構成される。
信号選択部３０は、対象信号や判定信号からノッキングが発生し得る角度範囲を決定し、対象信号や判定信号に含まれる音圧信号のうちの決定された角度範囲（切出角度範囲）内の音圧信号を切り出す信号切出部３２を備える。信号切出部３２は、決められた切出角度範囲を、対象信号や判定信号の長さが１サイクル分であることに基づいて特定して切り出す。切出角度範囲は、対象信号や判定信号の開始位置から特定される点火位置やＴＤＣ（Ｔｏｐ  Ｄｅａｄ  Ｃｅｎｔｅｒ）付近から約９０度の角度範囲内の音圧信号として定められる。本実施形態では、点火タイミングが変更されても切出角度範囲は固定されたままであるが、点火タイミングの変更に応じて切出角度範囲を変更してもよい。
【００５７】
スペクトル算出部４０は、信号切出部３２により切出された対象信号や判定信号に対して時間周波数領域で離散フーリエ変換を行い、周波数成分（スペクトル）を算出する。離散フーリエ変換は、例えば、離散フーリエ変換を高速に計算する高速フーリエ変換（ＦＦＴ：Ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）により行われる。
【００５８】
バイスペクトル算出部４１は、スペクトル算出部４０が算出した周波数成分からスペクトルに基づく値としてのバイスペクトルを算出する。ここで、時刻ｔにおける信号切出部３２が切り出した音圧信号をｘ（ｔ）とする。この音圧信号ｘ（ｔ）にＦＦＴ処理を施すと、周波数ｆを変数とするフーリエ係数Ｘ（ｆ）が算出される。このフーリエ係数Ｘ（ｆ）に基づくバイスペクトルＢ（ｆ１，ｆ２）は下記の式（１）で示される。バイスペクトルＢ（ｆ１，ｆ２）は、スペクトルの３乗積である。
【００５９】
【数１】
2019070335.tif 000003
ここで、ｆ１，ｆ２は周波数、＊は複素共役を表している。
【００６０】
本実施形態では、第１算出部と第２算出部とはスペクトル算出部４０及びバイスペクトル算出部４１より構成される。また、第１算出工程及び第２算出工程は、スペクトル算出処理及びバイスペクトル算出処理より構成される。
【００６１】
判定部５０は、判定信号がノッキングを示す信号であるか否かを判定するとともに、対象信号の更新に適した信号であるか否かを判定する。
ところでノッキングは、気筒内の一種の共振現象であり、ノッキングが発生すると気筒内に衝撃波が発生し、その衝撃波に起因してエンジンから発せられる振動や音には、その気筒の、複数の固有振動数（共振周波数）の成分とそれらの高調波成分（特に２倍の周波数成分）が含まれる。バイスペクトルでｆ１＝ｆ２のバイスペクトルは、各周波数における２次の調和成分の大きさを反映している。
【００６２】
エンジンの気筒の固有振動数（共振周波数）ｆｐ，ｑは、下記の式（２）で示される。
【００６３】
【数２】
2019070335.tif 000004
ただし、Ｃは音速、Ｄはボア径、ｐ，ｑは振動モード、Ρｐ，ｑは振動モード（ｐ，ｑ）における定数である。例えば、振動モード（ｐ，ｑ）が（１，０）モードのときＰ１，０＝１．８４１である。ノッキング判定処理では取得信号の全周波数領域を対象にしてもよい。しかし、ノッキングは、エンジン１に応じて定まる各振動モードのエンジンの気筒の固有振動数に応じて生じるものであるから、固有振動数もしくはその高調波にノッキングに起因する音が生じる。そこで、各振動モードの固有振動数とその周辺や高調波とその周辺を監視することでノッキングの有無、及び対象信号の更新に適しているか否かの判定が適切になされる。つまり、ノッキング判定処理、及び対象信号更新判定処理を行う際、エンジン１に応じて定まる各振動モードのエンジンの固有振動数を含む所定の周波数範囲に、スペクトルやバイスペクトルの範囲を絞り込むことで比較精度の向上や演算負荷の軽減が図られる。例えば、１つの取得信号に対して、（１，０）、（２，０）、（０，１）、（３，０）、（１，１）の５つの振動モードを考慮してスペクトルやバイスペクトルの周波数範囲を絞り込むことで比較精度の向上や演算負荷の軽減を図ることができる。
【００６４】
判定部５０は、複数の対象信号の平均と分散共分散行列を算出する統計パラメータ算出部５１と、算出された統計パラメータを用いて対象信号や判定信号を正規化する正規化部５２とを備える。また、判定部５０は、正規化された対象信号に基づいてノッキング判定用のノッキング判定値と、対象信号の更新に対する適否判定用の対象信号更新判定値とを算出する判定値算出部５３を備える。また、判定部５０は、ノッキング判定用の判定値と正規化した判定信号との比較、及び、対象信号更新判定値と正規化した判定信号との比較をする比較部５４を備える。
【００６５】
まず、判定部５０は、バイスペクトル算出部４１で算出されたバイスペクトルＢ（ｆ１，ｆ２）を正規化する。
統計パラメータ算出部５１は、全ての対象信号のバイスペクトルのばらつきが多次元確率分布であると仮定して、全ての対象信号のバイスペクトルのばらつきによる平均と分散共分散とを統計パラメータとして推定（算出）する。このとき、統計パラメータ算出部５１は、統計パラメータを、バイスペクトルのうち振動モード別の特徴量（バイスペクトルの周波数成分）が生じる周波数域から算出する。例えば、複数の対象信号の各々で算出した振動モード別の特徴量から絶対値を算出し、複数の対象信号に対する平均値及び分散共分散行列を算出する。この平均値及び分散共分散行列を使用することで、複数の対象信号に対するマハラノビス距離を算出することができる。分散共分散行列は、バイスペクトルの各周波数成分の平均からの偏差の積の平均値である共分散を配列した行列である。
【００６６】
正規化部５２は、対象信号や判定信号のバイスペクトルについてマハラノビス距離を算出する。ここで、マハラノビス距離を算出することで多次元において正規化が行われる。マハラノビス距離の算出に用いられる分散共分散行列は、バイスペクトルの各周波数成分の平均からの偏差の積の平均値である共分散を配列した行列であるから、マハラノビス距離を算出することによって多次元において正規化が行われる。詳述すると、マハラノビス距離の算出に用いる分散共分散行列によって、対象信号や判定信号のスペクトルの各周波数の強度のばらつきがその信号のスペクトルに含まれる各周波数の強度のばらつき（多次元）と比較されて正規化されることとなる。
【００６７】
正規化部５２は、判定値算出処理時は、複数の対象信号のバイスペクトルの全てで複数の対象信号の平均値及び分散共分散行列を用いマハラノビス距離を算出する。これにより、複数の対象信号のバイスペクトルの全てに対するマハラノビス距離が算出される。つまり、統計パラメータに対する対象信号のスペクトルの強度のばらつきが算出される。そして、これら算出されたマハラノビス距離に基づいて、ノッキング判定に用いる判定値が算出される。
【００６８】
正規化部５２は、判定処理時には、判定信号のバイスペクトルについて、複数の対象信号に対する平均値及び分散共分散行列を用いマハラノビス距離を算出する。
こうして、多次元におけるばらつきで正規化して得た値として、対象信号や判定信号のスペクトルに含まれる周波数域を正規化した値が得られる。また、含まれる周波数域を正規化することから、振動モードが特定されていない、もしくは、多少ずれていたとしても、判定信号に含まれるノッキング音や、微弱なノッキング音が抽出される可能性がある。よって、正規化により、判定信号がノッキングを示す信号であるか否かを判定できる可能性、及び、対象信号の更新への適否を判定できる可能性の向上が図られる。
【００６９】
判定値算出部５３は、対象信号のバイスペクトルから得られた正規化後の集合と、判定信号のバイスペクトルから得られた正規化後の値との乖離の度合いを判定するノッキング判定値と対象信号更新判定値とを算出する。ここで、複数の対象信号のバイスペクトルから得られた正規化後の集合は、各対象信号のバイスペクトルについて算出したマハラノビス距離の集合である。また、判定信号のバイスペクトルから得られた正規化後の値は、判定信号のバイスペクトルについて算出したマハラノビス距離の値である。すなわち、判定値算出部５３は、複数の対象信号に基づく各マハラノビス距離の集合と、判定信号に基づくマハラノビス距離の値との乖離の度合いを判定するノッキング判定値と対象信号更新判定値とを算出する。
【００７０】
判定値算出部５３は、複数の対象信号に対して得られた各マハラノビス距離に対してマージンを有するようにノッキング判定値と対象信号更新判定値とを算出する。例えば、ノッキング判定値や対象信号更新判定値は、マハラノビス距離の集合の平均値や最大値などに対して、所定値を加算した値や、所定の倍率をかけた値として決定され、算出されたマハラノビス距離に対してマージンを有する。こうして算出されたノッキング判定値は、判定信号がノッキングを示す信号であるか否かの判定に用いられ、対象信号更新判定値は、判定信号が対象信号の更新に適した信号であるか否かの判定に用いられる。そして、対象信号更新判定値は、判定信号に、耳に聞こえない微弱なノッキング、又はノイズを含む可能性があるか否かの判定に用いられる。
【００７１】
図４を参照すると、全ての対象信号を正規化したときの値がグラフＤとして得られ、これら正規化した値の平均として中央値Ｍが算出される。また、正規化した値のうちの所定の割合が分布する範囲の境界となる乖離度合いを正常群境界値ρとして定める。正常群境界値ρを越えない正規化した値が正常群として定義される。なお、所定の割合は、例えば９５％である。ノッキング判定値ＴＨ１及び対象信号更新判定値ＴＨ２は、乖離度合いが正常群境界値ρよりも大きい値であるところに設定される。また、ノッキング判定値ＴＨ１よりも対象信号更新判定値ＴＨ２の方が小さい。これは、ノッキング音が大きくなるにつれて、中央値Ｍからの距離が離れる傾向に対応しており、ノッキング音の判定にはノッキング判定値ＴＨ１との比較が適切であり、微弱なノッキング音の判定には対象信号更新判定値ＴＨ２との比較が適切である。よって、中央値Ｍ＜正常群境界値ρ＜対象信号更新判定値ＴＨ２＜ノッキング判定値ＴＨ１の関係を有する。そして、ノッキング判定値ＴＨ１は、「ＴＨ１＝Ｍ＋α１（ρ−Ｍ）」で算出され、対象信号更新判定値ＴＨ２は、「ＴＨ２＝Ｍ＋α２（ρ−Ｍ）」で算出される。詳述すると、ノッキング判定値ＴＨ１及び対象信号更新判定値ＴＨ２は、中央値Ｍを基準として、正常群における乖離度合い「ρ−Ｍ」が所定の倍数α１、α２である値として設定される（但し、α１＞α２）。
【００７２】
図２に示すように、比較部５４は、判定信号に基づくマハラノビス距離を判定値算出部５３で算出されたノッキング判定値と比較することで、判定信号がノッキングを示す信号で有るか否かを判定する。比較部５４は、判定信号に基づくマハラノビス距離の値がノッキング判定値よりも大きければ、各対象信号に基づくマハラノビス距離の集合に対する乖離の度合いが大きいと判定し、判定信号がノッキングを示す信号であると判定する。逆に、比較部５４は、判定信号に基づくマハラノビス距離の値がノッキング判定値以下であれば、各対象信号に基づくマハラノビス距離の集合に対する乖離の度合いが小さいと判定し、判定信号がノッキングを示す信号ではないと判定する。
【００７３】
また、比較部５４は、判定信号に基づくマハラノビス距離を判定値算出部５３で算出された対象信号更新判定値と比較することで、判定信号が対象信号の更新に適した信号で有るか否かを判定する。比較部５４は、判定信号に基づくマハラノビス距離の値が対象信号更新判定値よりも大きければ、各対象信号に基づくマハラノビス距離の集合に対する乖離の度合いが大きいと判定し、判定信号が対象信号の更新に適した信号ではないと判定する。逆に、比較部５４は、判定信号に基づくマハラノビス距離の値が対象信号更新判定値以下であれば、各対象信号に基づくマハラノビス距離の集合に対する乖離の度合いが小さいと判定し、判定信号が対象信号の更新に適した信号であると判定する。
【００７４】
次に、図５〜図７を参照して、ノッキング判定装置１０によるノッキング判定処理について説明する。なお、本実施形態では、ノッキング判定処理に併せて、対象信号更新判定処理も行われる。ノッキング判定処理では、エンジン１の運転条件が一定に保たれて運転されている場合について例示する。運転条件には、エンジン１の回転速度やエンジン機構の変化（例えばバルブ開閉タイミング）、点火タイミング、ＥＧＲ量変化などのエンジン制御に関する条件、及び、負荷条件などの外的条件が含まれる。例えば、エンジン１の回転速度は、判定信号が得られたときと、複数の対象信号が得られたときとで同じであることが望ましい。なお、本実施形態は、判定精度が低下するおそれはあるが、運転条件が緩やかに変化する場合にも用いることができる。つまり、対象信号の得られたときの回転速度が多少異なっていたとしても、ノッキングの音を含んでいる判定信号を判定可能な範囲の相違であればよい。また、エンジン１から検出されるノッキング以外の音について、相違が小さく抑えられている範囲での相違であれば運転条件の変化は許容される。
【００７５】
まず、図５を参照して、ノッキング判定装置１０によるデータ収集処理について説明する。このデータ収集処理は、データ収集装置５から取得信号が出力されることに応じて行われる。
【００７６】
図５に示すように、ノッキング判定装置１０は、データ収集装置５から取得信号が出力されると、その出力された取得信号を入力する（ステップＳ１０）とともに、管理部６０で取得信号に時刻を関連付けて（ステップＳ１１）、記憶部２０の取得信号領域２０１に時刻順になるように記憶させる（ステップＳ１２）。ここで関連付けられる時刻は、他の取得信号との間の相対順序、及び、相対時間差を特定できるものであればよい。例えば、取得信号には、時刻、カウンター値、時刻に結び付けられる符号などが関連付けられる態様でもよいし、サンプリング間隔ｄ毎の領域を有するリストの所定の位置に取得情報が配置される態様であってもよい。なお管理部６０は、前回記憶させた取得信号が判定信号として選択されていないとき、前回記憶させた取得信号を直前の対象信号として追加させてもよい。
【００７７】
そして、ノッキング判定装置１０のデータ整理部６３は、記憶部２０のデータ整理を行い（ステップＳ１３）、データ収集処理を終了する。データ整理は、記憶部２０に記憶されている取得信号、対象信号、判定信号の容量（個数）がそれぞれ予め定められた容量（最大数）を越える場合、時間的に最も古い取得信号を削除する処理などを行う。
【００７８】
続いて、図６を参照して、ノッキング判定装置１０による判定値算出処理について説明する。この判定値算出処理は、判定信号の選択が行われることに応じて行われる。
図６に示すように、判定値算出処理が開始されると、ノッキング判定装置１０は、信号選択部３０で最新の取得信号を判定信号として選択することで取得し（ステップＳ２０）、判定信号の時刻を取得する（ステップＳ２１）。判定信号の時刻は、判定信号に関連付けられた時刻から取得される。続いて、ノッキング判定装置１０は信号選択部３０で判定信号の時刻との関係に基づく選択条件に適合する複数の対象信号を選択する（ステップＳ２２）。複数の対象信号が選択されると、ノッキング判定装置１０はスペクトル算出部４０で、各対象信号のスペクトルを算出する（ステップＳ２３）。算出したスペクトルは記憶部２０、例えば対象信号領域２０２に保持される。
【００７９】
また、ノッキング判定装置１０はバイスペクトル算出部４１で、記憶部２０に保持された各対象信号のスペクトルから対象信号のバイスペクトルをそれぞれ算出し（ステップＳ２４）、算出した各対象信号のバイスペクトルを記憶部２０の対象信号領域２０２に保持する。ノッキング判定装置１０は、統計パラメータ算出部５１で各対象信号のバイスペクトルからモード別特徴量を抽出する（ステップＳ２５）。すなわち、各対象信号のバイスペクトルからエンジン１の気筒の振動モードに対応する周波数範囲が抽出される。
【００８０】
次に、ノッキング判定装置１０は、統計パラメータ算出部５１で統計パラメータを算出する（ステップＳ２６）。統計パラメータは、複数の対象信号のバイスペクトルから算出される平均（μ）と分散共分散行列（Σ）とからなり、これら平均と分散共分散行列とが振動モード別に算出される。算出された統計パラメータは、記憶部２０のノッキング判定値領域２０４に記憶される。ノッキング判定装置１０は、ステップＳ２６で算出された統計パラメータに基づいて正規化部５２で各対象信号の正規化を行う（ステップＳ２７）。詳述すると、振動モードごとに、各対象信号のマハラノビス距離が算出されることで正規化される。ノッキング判定装置１０は、判定値算出部５３でモード別にノッキング判定値及び対象信号更新判定値を決定し（ステップＳ２８）、判定値算出処理を終了する。
【００８１】
統計パラメータを算出した各対象信号にノッキングを示す信号が含まれないか、または、少なければこの統計パラメータに基づき算出されるマハラノビス距離はノッキングを示さない信号への類似度を示す指標となる。よって、ノッキングを示さない信号のマハラノビス距離は小さい値として得られ、ノッキングを示す信号のマハラノビス距離は大きな値として得られ、それら２つの値の間の値として対象信号の更新に適した信号のマハラノビス距離が得られる。また、振動モードに対応する周波数範囲に絞りこまれたマハラノビス距離であれば、その値の増加がノッキングにより生じた大きな音に起因する蓋然性が高くなる。よって、ここで定められた振動モード別の判定値を用いることで判定信号がノッキングを示す信号であるか否かを判定すること、及び、対象信号の更新に適した信号であるか否かを判定することができる。
【００８２】
続いて、図７を参照して、ノッキング判定装置１０によるノッキング判定の判定処理（判定工程）について説明する。このノッキング判定の判定処理は、判定値算出処理に続いて実行される。
【００８３】
図７に示すように、判定処理が開始されると、ノッキング判定装置１０は、信号選択部３０によって選択された判定信号を取得し（ステップＳ３０）、その判定信号の時刻を取得する（ステップＳ３１）。判定信号が取得されると、ノッキング判定装置１０は、スペクトル算出部４０で判定信号のスペクトルを算出する（ステップＳ３２）。算出したスペクトルは記憶部２０の判定信号領域２０３に保持される。また、ノッキング判定装置１０は、バイスペクトル算出部４１で判定信号のスペクトルからバイスペクトルを算出する（ステップＳ３３）。算出した判定信号のバイスペクトルは、記憶部２０の判定信号領域２０３に保持される。
【００８４】
ノッキング判定装置１０は、正規化部５２で判定信号のバイスペクトルからモード別特徴量を抽出する（ステップＳ３４）。すなわち、判定信号のバイスペクトルから振動モードに対応する周波数範囲が抽出される。そして、ノッキング判定装置１０は、判定値算出処理（ステップＳ２６）で算出された統計パラメータを用いて正規化部５２で判定信号の正規化を行う（ステップＳ３５）。詳述すると、振動モードごとに記憶部２０から平均（μ）と分散共分散行列（Σ）を選択し、選択した平均（μ）と分散共分散行列（Σ）とに基づいて判定信号のマハラノビス距離が算出されることで正規化される。
【００８５】
ノッキング判定装置１０は、比較部５４で記憶部２０から振動モード別のノッキング判定値及び対象信号更新判定値を取得する（ステップＳ３６）とともに、比較部５４で判定信号のマハラノビス距離をモード別のノッキング判定値及び対象信号更新判定値とそれぞれ比較する（ステップＳ３７）。つまり、判定信号の各振動モードのマハラノビス距離が、対応する振動モードのノッキング判定値及び対象信号更新判定値とそれぞれ比較される。そして、判定信号のマハラノビス距離が、比較した振動モードのノッキング判定値以下であればその振動モードでのノッキングは生じていないと判定され、逆に、比較した振動モードのノッキング判定値よりも大きければその振動モードでのノッキングが生じていると判定される。また、判定信号のマハラノビス距離が、比較した振動モードの対象信号更新判定値以下であればその振動モードでの微弱なノッキングは生じておらず、対象信号の更新に適した信号であると判定される。逆に、比較した振動モードの対象信号更新判定値よりも大きければその振動モードでの微弱なノッキングが生じており、対象信号の更新に適さない信号であると判定される。そして、ノッキング判定装置１０は、各判定結果を出力して（ステップＳ３８）、判定値算出処理を終了する。出力される判定結果は、例えば、ノッキングが生じているか否かと、ノッキングが生じている、又は、生じていない振動モードであるか、判定信号が対象信号の更新に適した信号であるか否かである。これにより、エンジン１の調整にかかる利便性の向上が図られる。
【００８６】
次に、図８と図９を参照して、ノッキング判定装置１０における対象信号の更新について説明する。
まず、図８を参照して、ノッキング判定装置１０による対象信号の更新の概略について説明する。
【００８７】
ノッキング判定装置１０は、順次最新の取得信号が入力されると、その入力された取得信号が次の判定信号として選択される。管理部６０は、最新の取得信号が入力されると、それまでの判定信号を、所定の条件の下で、直前信号として対象信号に追加する。一方、管理部６０は、対象信号が増加して必要数ｍ個を超えるとき、必要数ｍ個を超える数、例えば１つ追加されたときは、多くなった最古の１つを対象信号から除去する。こうして対象信号が、直前信号から最古信号までの必要数ｍ個だけ選択される。そして、対象信号がサンプリング間隔ｄ毎に更新された場合、最新信号から最古信号までの時間差は「サンプリング間隔ｄ×必要数ｍ個」に維持される。また、対象信号がサンプリング間隔ｄ毎に更新されなかった場合、更新されなかった回数分だけ時間差が延びることになるが、更新されない回数が少なければ、最新信号から最古信号までの時間差は「サンプリング間隔ｄ×必要数ｍ個」に近い時間差に維持される。よって、対象信号の更新に適した信号であるか否かの判定に及ぼす影響は小さく維持される。
【００８８】
つまり、管理部６０は、新たに判定信号が選択されることに応じて、前回入力された取得信号を対象信号に追加し、対象信号の最古信号を除去することで対象信号を更新する。なお、対象信号の更新は、新しい判定信号が選択されなくても、ノッキング判定装置１０に新しい取得信号が入力されることに応じて行ってもよい。
【００８９】
図９を参照して、選択された判定信号が対象信号の更新に適さない信号であったとき、この判定信号が対象信号から除外される学習処理について説明する。この学習処理は、判定信号のノッキング判定の終了に続いて実行される。
【００９０】
学習処理が開始されると、ノッキング判定装置１０の管理部６０は判定信号の判定結果を取得し（ステップＳ４０）、判定結果が対象信号の更新に適しているか否かを判断する（ステップＳ４１Ａ）。対象信号の更新に適していると判断されなかった場合（ステップＳ４１ＡでＮＯ）、学習追加部６２は、その判定信号を対象信号に追加しない（ステップＳ４４）。そして学習処理が終了される。
【００９１】
一方、対象信号の更新に適していると判断された場合（ステップＳ４１ＡでＹＥＳ）、ノッキング判定装置１０の学習追加部６２は、その判定信号を対象信号に追加する（ステップＳ４２）。そして、ノッキング判定装置１０のデータ整理部６３は、データ整理を行い（ステップＳ４３）、学習処理を終了する。
【００９２】
これにより、対象信号の更新に適しているか否かが判定された判定信号に対応する取得信号が対象信号の更新に適さない信号である場合、その取得信号が対象信号に含まれないため、対象信号にはノッキングを示す信号及び微弱なノッキングを示す信号が含まれない可能性が高まる。こうした対象信号に対して判定信号を比較することでノッキング判定の精度が一層高められる。
【００９３】
図１０を参照して、対象信号更新判定処理に基づいて対象信号を更新したとき、ノッキングの検出精度が向上することについて説明する。図１０には、ノッキングの発生回数に応じて大きな値となるノック指標について、ノッキングの発生確率が低い環境である小ノック区間Ａ１と、ノッキングの発生確率が高めの環境である中ノック区間Ａ２とにおけるノック指標の大きさが示されている。同図１０には、小ノック区間Ａ１のノック指標は、中ノック区間Ａ２のノック指標よりも小さい傾向にあることを示している。詳述すると、エンジン１に取り付けたセンサによって直に検出されたノッキングに対するノック指標がグラフＤ１に示され、ここで、グラフＤ１を基準とする。また、対象信号の更新に適していると判定された判定信号からなる対象信号に基づいてノッキングを判定した結果がグラフＤ２に示され、ノッキングを示す信号ではないと判定された判定信号からなる対象信号に基づいてノッキングを判定した結果がグラフＤ３に示されている。
【００９４】
小ノック区間Ａ１，中ノック区間Ａ２の各グラフＤ１，Ｄ２，Ｄ３を相互に比較すると、小ノック区間Ａ１，中ノック区間Ａ２ともグラフＤ２はグラフＤ３よりも相対的にグラフＤ１に近い値を有している。すなわち、グラフＤ２は、グラフＤ３よりもノッキングを高い精度で検出したことを示している。換言すると、グラフＤ３は、グラフＤ２よりもノッキングの検出精度が低いことを示している。
【００９５】
ノッキングが発生しているタイミング以外でも、ノッキングを示す信号として判定された信号以外の信号には、微弱なノッキングやノッキングに関連する振動などが含まれる可能性がある。小ノック区間Ａ１であれば、ノッキングの発生が少ないので、自ずと、微弱なノッキングやノッキングに関連する振動などが対象信号に含まれる割合も低い。一方、中ノック区間Ａ２となると、ノッキングの発生が多くなり、自ずと、微弱なノッキングやノッキングに関連する振動などが対象信号に含まれる割合も高くなる。
【００９６】
中ノック区間Ａ２のとき、微弱なノッキングやノッキングに関連する振動を含む判定信号を対象信号に含めて統計パラメータを算出すると、統計パラメータにも相応のばらつきが含まれることになる。こうした統計パラメータに基づいて、ノッキング音を含む判定信号を正規化しても、対象信号の正規化との差が小さくなる。よって、判定信号の正規化値がノッキング判定値よりも小さくなる蓋然性が高くなり、グラフＤ３に示すように、ノッキングの検出精度が低下するおそれがある。
【００９７】
一方、中ノック区間Ａ２のときであっても、対象信号に微弱なノッキングやノッキングに関連する振動を含むおそれのある判定信号が対象信号に含まれないように統計パラメータを算出すると、統計パラメータを微弱なノッキング等を含んでいないばらつきの小さいものとすることができる。こうした統計パラメータに基づいて、ノッキング音を含む判定信号を正規化すると、対象信号の正規化との差が大きく得られる。よって、判定信号の正規化値がノッキング判定値よりも大きくなる蓋然性が高くなり、グラフＤ２に示すように、ノッキングの検出精度が高く維持されるようになる。
【００９８】
以上説明したように、本実施形態によれば、以下に記載の効果を奏することができる。
（１）ノッキングの有無が判定される判定信号と比較される対象信号が、判定信号との関係（時間的な関係）で定まる条件に基づいて選択される。つまり、判定信号との関係に基づき選択することで、対象信号を判定信号との比較に適したものとして選択することができる。これにより、ノッキング判定の自由度が高められる。
【００９９】
そして、統計パラメータ（平均・分散共分散行列）を用いて各対象信号のスペクトルについて多次元におけるばらつきで正規化して得た値の集合と、統計パラメータを用いて判定信号のスペクトルの多次元におけるばらつきで正規化した値とを比較して乖離の度合が判定される。つまり、乖離度合いがノッキング判定値よりも大きいことで判定信号がノッキングを示す信号であると判定されるとともに、ノッキング判定値よりも小さい値である対象信号更新判定値以下であるか否かに基づいて対象信号の更新に適した信号であるか否かが判定される。なお、多次元におけるばらつきで正規化して得た値の一例として、マハラノビス距離がある。
【０１００】
（２）判定信号がノッキングを示す信号か否かの判定に、周波数における特徴量が大きく表れるバイスペクトルを用いる。これにより、ノッキングの有無を判定することができる。ところでノッキングは、気筒内の一種の共振現象であり、ノッキングが発生すると気筒内に衝撃波が発生し、エンジンから発せられる振動や音には、その気筒の、複数の固有振動数（共振周波数）の成分とそれらの高調波成分（特に２倍の周波数成分）が含まれる。バイスペクトルは周波数成分の共起関係を反映した特徴量であることから、スペクトルに含まれるノッキングが抽出される可能性が高められる。
【０１０１】
また、判定信号がノッキングを示す信号か否かの判定、及び対象信号の更新に適した信号であるか否かの判定に、ノッキングが現れるエンジン１の気筒の固有振動数を加味して判定することでノッキングの判定精度の向上が図られる。
【０１０２】
（３）判定信号の得られた時刻に近い取得信号から対象信号が選択される。すなわち、判定信号の取得時刻から時間的に離れている取得信号が対象信号に選択されない。これにより、判定信号の取得時刻から時間的に近いため内燃機関の運転条件が変化していない、又は、変化が小さい可能性の高い取得信号が対象信号として選択され、ノッキングの判定精度の向上が図られる。
【０１０３】
また、判定信号に対して所定の期間内の取得信号から複数の対象信号を所定数選択する。すなわち、判定信号と対象信号との時間間隔を所定の期間内に定めることで、判定信号と対象信号とがそれぞれ取得されたときの内燃機関の運転条件が変化していない、又は、変化が小さい可能性が高い。この対象信号と比較することで判定信号がノッキングを示す信号であるか否かがより適切に判定でできる。
【０１０４】
（４）判定信号が取得される時点で既に対象信号となる取得信号が取得されているため判定信号がノッキングを示す信号であるか否かの判定が直ちに行え、ノッキング判定処理をリアルタイムに実行することができる。つまり、判定信号を選択してから判定信号がノッキングを示す信号であるか否かの判定までの時間を短くできる。
【０１０５】
（５）対象信号の更新に適さない信号であると判定された判定信号に対応する取得信号が対象信号に選択されないため、ノッキングを示す判定信号と対象信号との相対差が大きくなり、対象信号との比較により判定信号がノッキングを示す信号であるか否かがより高い精度で判定される。
【０１０６】
（６）判定信号に基づく正規化した値と比較される、複数の対象信号に基づく正規化した値の集合が大きな値となるようにマージンを含むように補正されるため、ノッキングの判定にかかる感度の調整や、精度の向上が図られる。
【０１０７】
（第２の実施形態）
以下、図１１〜図１７を参照して、ノッキング判定装置及びノッキング判定方法の第２の実施形態について説明する。この実施形態のノッキング判定装置及びノッキング判定方法は、運転条件毎に事前に取得した対象信号に基づいてノッキング判定処理を行う点が上記第１の実施形態と相違する。以下、第１の実施形態との相違点を中心に説明する。また、説明の便宜上、同様の構成については同じ符号を付し、説明を割愛する。
【０１０８】
図１１に示す、本実施形態のノッキング判定装置１０は、事前信号を取得するデータ収集処理にて事前信号を準備した後に、判定信号のノッキング判定処理を行う。
まず、図１２を参照して、ノッキング判定における事前信号と判定信号との関係について説明する。ノッキング判定装置１０は、事前信号を回転速度ごとに所定個数ずつ保持している。例えば、回転速度を１０００〜５０００［ｒ／ｍｉｎ］間で１００［ｒ／ｍｉｎ］ごとに区切り、各回転速度毎の事前信号の所定の個数をそれぞれＲ１０００〜Ｒ５０００個とする。そして、判定信号の回転速度が３０００［ｒ／ｍｉｎ］であるとき、事前信号で同じ回転速度である３０００［ｒ／ｍｉｎ］の信号が対象信号として選択される。このとき、同じ回転速度の対象信号の数が必要数ｍ個に不足する場合、回転速度が類似する（近い）範囲（例えば、２９００［ｒ／ｍｉｎ］や３１００［ｒ／ｍｉｎ］）を含めて対象信号に選択される。
【０１０９】
図１１に示す、ノッキング判定装置１０は、データ収集装置５から取得信号、角度情報、及びエンジン１の現在の各種運転条件を取得する。データ収集装置５は、取得信号に、角度情報とエンジンＥＣＵ２が出力したエンジン１の現在の各種運転条件とを関連付けてノッキング判定装置１０に出力する。データ収集装置５は、取得信号の一部または全部の音圧信号に、角度情報及び運転条件を関連付ける。各種運転条件には、エンジン１から発生する音に影響を及ぼす条件、例えば、回転速度、エンジン機構の変化（例えば、バルブ開閉タイミング）、ＥＧＲ量変化、運転モード、負荷条件などが含まれる。
【０１１０】
ノッキング判定装置１０の管理部６０には、事前追加部６１と学習処理部６４とデータ整理部６５とが備えられ、記憶部２０には、事前信号を保持する事前信号領域２１１と対象信号領域２１２とが備えられる。ノッキング判定装置１０は、判定信号に対するノッキング判定処理に事前信号領域２１１に保持された事前信号を用いる。
【０１１１】
事前追加部６１は、ノッキング判定処理の事前に行うデータ収集処理で、ノッキングが発生しない条件の複数の運転条件で運転された各運転条件下でエンジン１から予め取得された取得信号を運転条件ごとに分類し、事前信号領域２１１に保存する。
【０１１２】
学習処理部６４は、判定信号が対象信号の更新に適した信号であると判定されたとき、その判定信号を、その判定信号の運転条件下で予め取得された取得信号の事前信号領域２１１に追加する。
【０１１３】
データ整理部６５は、事前信号、対象信号、判定信号、及びノッキング判定値、及び対象信号更新判定値それぞれを所定の条件に基づいて、削除するなどのデータ整理を行う。
事前信号領域２１１は、予め取得した事前信号を運転条件ごとに分類された１又は複数の事前信号として保持する。
【０１１４】
対象信号領域２１２は、判定信号が選択される都度、判定信号の運転条件に同じ、もしくは類似する事前信号から選択された対象信号が保持される。
続いて、図１３を参照して、ノッキング判定装置１０によるデータ収集処理について説明する。ノッキング判定装置１０は、判定準備において運転中にノッキングが発生しない通常運転条件で回転速度が変更された複数の運転条件で運転されたエンジン１の音圧信号及び角度情報を取得する。この取得は、事前に取得が必要とされる運転条件の種類及び数の事前信号が得られるまで行われる。なお、本実施形態では、変更される運転条件が回転速度の場合について例示するが、変更される運転条件の種類は回転速度以外でもよい。
【０１１５】
データ収集処理が開始されると、ノッキング判定装置１０は、取得する取得信号の運転条件（回転速度）を設定する（ステップＳ５０）。ノッキング判定装置１０で設定される運転条件（回転速度）は、エンジンＥＣＵ２にも共有されることで、ノッキング判定処理及び対象信号更新判定処理に必要な事前信号が適切に取得できる。ノッキング判定装置１０は事前追加部６１で取得信号を取得して（ステップＳ５１）、取得信号に関連付けられている運転条件（回転速度）を取得する（ステップＳ５２）。ノッキング判定装置１０は事前追加部６１で取得信号を運転条件（回転速度）に分類し（ステップＳ５３）、事前信号領域２１１に運転条件（回転速度）ごとに事前信号として保持させる（ステップＳ５４）。ノッキング判定装置１０は事前追加部６１で、同じ運転条件で取得信号を取得するか否かを判定する（ステップＳ５５）。ここでは、設定した運転条件（回転速度）の事前信号が予め準備する所定数に達していない場合、さらに取得が必要と判定され、同所定数に達している場合、さらなる取得は必要ないと判定される。ここで、同じ運転条件（回転速度）で取得が必要であると判定されると（ステップＳ５５でＹＥＳ）、ノッキング判定装置１０は処理をステップＳ５１に戻して、以降のステップを実行する。
【０１１６】
一方、同じ運転条件（回転速度）でさらなる取得は必要ないと判定されると（ステップＳ５５でＮＯ）、ノッキング判定装置１０は、運転条件（回転速度）を変更するか否かを判定する（ステップＳ５６）。ここでは、事前信号を取得していない運転条件（回転速度）がある場合、運転条件（回転速度）を変更すると判定され、事前信号を取得していない運転条件（回転速度）がない場合、運転条件（回転速度）を変更しないと判定される。ここで、運転条件（回転速度）を変更すると判定されると（ステップＳ５６でＹＥＳ）、ノッキング判定装置１０は処理をステップＳ５０に戻して、運転条件（回転速度）を事前信号が取得されていない運転条件（回転速度）に設定して以降のステップを実行する。一方、運転条件（回転速度）を変更しないと判定されると（ステップＳ５６でＮＯ）、各運転条件（回転速度）について所定数の事前信号が保持され、ノッキング判定装置１０は、データ整理を行い（ステップＳ５７）データ収集処理を終了する。
【０１１７】
これにより、ノッキング判定装置１０は、エンジン１を通常運転条件で運転したときの取得信号を回転速度毎に取得する。例えば、回転速度が１０００［ｒ／ｍｉｎ］のときの取得信号を所定の個数、例えばＲ１０００個を取得し、回転速度を運転条件とした事前信号として事前信号領域２１１に保持する。同様に、回転速度が１１００〜５０００［ｒ／ｍｉｎ］まで１００［ｒ／ｍｉｎ］毎に取得信号を所定の個数、例えばＲ１１００〜Ｒ５０００個を取得し、回転速度を運転条件とした事前信号として事前信号領域２１１に保持する。
【０１１８】
事前信号が保持されると、ノッキング判定装置１０は、エンジン１を試験運転条件で運転したときの取得信号を取得し、この取得した取得信号を判定信号として選択し、選択した判定信号のノッキング判定処理を行う。
【０１１９】
まず、図１４を参照して、ノッキング判定装置１０による判定値算出処理について説明する。この判定値算出処理は、判定信号の選択が行われる都度行われる。
図１４に示すように、ノッキング判定装置１０は、判定値算出処理が開始されると、信号選択部３０で最新の取得信号を判定信号として取得し（ステップＳ６０）、判定信号の運転条件（回転速度）を取得する（ステップＳ６１）。判定信号の運転条件（回転速度）は、判定信号に関連付けられた運転条件から取得される。続いて、ノッキング判定装置１０は信号選択部３０で、判定信号の運転条件との関係に基づく選択条件３３に適合する複数の対象信号を選択する（ステップＳ６２）。
【０１２０】
例えば、信号選択部３０は、判定信号の運転条件としての回転速度が３０００［ｒ／ｍｉｎ］であるとすると、選択条件３３に従って、運転条件としての回転速度が同じく３０００［ｒ／ｍｉｎ］である事前信号を必要数ｍ個だけ取得し、これを複数の対象信号とする。なお、判定信号と同じ運転条件で事前信号を必要数ｍ個だけ取得できないときは、判定信号の運転条件と類似する事前信号も取得される。例えば、回転速度３０００［ｒ／ｍｉｎ］である事前信号が必要数ｍ個に満たない場合、類似する範囲を回転速度が１００［ｒ／ｍｉｎ］相違する範囲（２９００〜３１００［ｒ／ｍｉｎ］の間）として事前信号を補充し、それでも足りなければ、運転条件の類似する範囲を順次広げて必要数ｍ個の事前信号が取得される。
【０１２１】
これ以降の処理手順は第１の実施形態と同様である。すなわち、複数の対象信号が選択されると、ノッキング判定装置１０は、スペクトル算出部４０で各対象信号のスペクトルを算出し（ステップＳ２３）記憶部２０に保持させ、バイスペクトル算出部４１で各対象信号のスペクトルからバイスペクトルを算出し（ステップＳ２４）記憶部２０に保持させる。ノッキング判定装置１０は、統計パラメータ算出部５１で各対象信号のバイスペクトルからモード別特徴量を抽出し（ステップＳ２５）、統計パラメータ算出部５１で統計パラメータを算出し（ステップＳ２６）記憶部２０に保持する。算出された統計パラメータに基づいて正規化部５２で各対象信号の正規化（マハラノビス距離の算出）を行い（ステップＳ２７）、判定値算出部５３でモード別にノッキング判定値及び対象信号更新判定値を決定し（ステップＳ２８）、判定値算出処理を終了する。
【０１２２】
続いて、図１５を参照して、ノッキング判定装置１０によるノッキング判定の判定処理について説明する。このノッキング判定の判定処理は、判定値算出処理に続いて実行される。
【０１２３】
図１５に示すように、ノッキング判定装置１０は、判定処理が開始されると、信号選択部３０によって選択された判定信号を取得し（ステップＳ７０）、判定信号の運転条件（回転速度）を取得する（ステップＳ７１）。判定処理が判定値算出処理に続いて実行されるため、上記ステップＳ７０及びステップＳ７１の処理は、判定値算出処理のステップＳ６０及びステップＳ６１で行われた処理で代替される。なお、運転条件に変化がないなど判定値算出処理を再実行する必要がないとき、判定値算出処理を行わずに判定処理を行ってもよい。その場合、判定値算出処理のステップＳ６０及びステップＳ６１の処理が実行されないため、判定処理でステップＳ７０及びステップＳ７１の処理を実行して判定信号を取得する。また、判定処理で取得した判定信号の運転条件を、対象信号で判定するのが妥当であるかの適合性判断に用いるとよい。
【０１２４】
これ以降の処理手順は第１の実施形態と同様である。すなわち、判定信号が選択されると、ノッキング判定装置１０は、スペクトル算出部４０で判定信号のスペクトルを算出し（ステップＳ３２）記憶部２０に保持させ、バイスペクトル算出部４１で判定信号のスペクトルからバイスペクトルを算出し（ステップＳ３３）記憶部２０に保持させる。正規化部５２で判定信号のバイスペクトルからモード別特徴量を抽出し（ステップＳ３４）、判定値算出処理（ステップＳ２６）で算出された統計パラメータを用いて正規化部５２で判定信号の正規化（マハラノビス距離の算出）を行う（ステップＳ３５）。比較部５４で記憶部２０から振動モード別のノッキング判定値及び対象信号更新判定値を取得し（ステップＳ３６）、比較部５４で判定信号のマハラノビス距離とモード別のノッキング判定値及び対象信号更新判定値とを比較する（ステップＳ３７）。そして、ノッキング判定処理及び対象信号更新判定処理の各判定結果を出力して（ステップＳ３８）、判定値算出処理を終了する。
【０１２５】
次に、図１６と図１７を参照して、ノッキング判定装置１０における事前信号の学習処理について説明する。
まず、図１６を参照して、ノッキング判定装置１０による事前信号の更新の概略について説明する。ノッキング判定装置１０は、事前信号領域２１１に保持されている事前信号に、対象信号更新判定処理で対象信号の更新に適した信号であると判定された判定信号を追加する。例えば、学習処理部６４は、判定部５０で対象信号の更新に適した信号であると判定された運転条件（回転速度）３０００［ｒ／ｍｉｎ］の判定信号を、回転速度３０００［ｒ／ｍｉｎ］の事前信号として追加する。また、学習処理部６４は、判定部５０で対象信号に適した信号であると判定された運転条件（回転速度）３０５０［ｒ／ｍｉｎ］の判定信号も事前信号として追加する。このとき、事前信号領域２１１には運転条件（回転速度）３０５０［ｒ／ｍｉｎ］の事前信号が保持されていないので、新たな運転条件（回転速度）の種類として回転速度３０５０［ｒ／ｍｉｎ］を追加し、この追加した運転条件（回転速度）に回転速度３０５０［ｒ／ｍｉｎ］を事前信号として追加する。
【０１２６】
図１７を参照して、判定信号を事前信号領域２１１に追加する学習処理の手順について説明する。この学習処理は、判定信号のノッキング判定処理及び対象信号更新判定処理が終了すると行われる。
【０１２７】
学習処理が開始されると、ノッキング判定装置１０は学習処理部６４で、判定信号の判定結果を取得し（ステップＳ４０）、対象信号更新判定値と比較して、判定結果が対象信号の更新に適した信号であるか否かを判断する（ステップＳ４１Ａ）。対象信号の更新に適していると判断されなかった場合（ステップＳ４１ＡでＮＯ）、学習処理部６４は、その判定信号を事前信号に追加せず（ステップＳ４４１）学習処理が終了される。
【０１２８】
一方、対象信号の更新に適していると判断された場合（ステップＳ４１ＡでＹＥＳ）、ノッキング判定装置１０は学習処理部６４で、その判定信号を運転条件に従い事前信号に追加する（ステップＳ４２１）。そして、ノッキング判定装置１０はデータ整理部６３で、データ整理を行い（ステップＳ４３１）、学習処理を終了する。
【０１２９】
このように、学習処理により、運転条件に対する事前信号の数が増加することで、事前信号から選択される対象信号の精度が高まることが期待され、選択された対象信号に比較される判定信号に対するノッキング判定や更新に適した信号であるか否かの判定精度の向上が図られる。
【０１３０】
また学習処理により、新たな運転条件（回転速度）の種類が追加されることで、判定信号がより運転条件の類似する事前信号と比較される可能性が高まるため、ノッキング判定や更新に適した信号であるか否かの判定精度の向上が図られる。
【０１３１】
以上説明したように、本実施形態によれば、第１の実施形態の（２）及び（６）に記載の効果に加え、以下に記載の効果を奏することができる。
（７）ノッキングの有無が判定される判定信号と比較される対象信号が、判定信号との関係（運転条件における関係）で定まる条件に基づいて選択される。つまり、判定信号との関係に基づき選択することにより、対象信号を判定信号との比較に適したものとして選択することができる。これにより、ノッキング判定の自由度が高められる。また、ノッキングが発生しているか否かの判定や更新に適した信号であるか否かの判定が好適に行われる。
【０１３２】
（８）判定信号が取得される時点で既に対象信号となる事前信号が取得されているため判定信号がノッキングを示す信号であるか否かの判定や更新に適した信号であるか否かの判定が直ちに行え、ノッキング判定処理をリアルタイムに実行することができる。つまり、判定信号を選択してから判定信号がノッキングを示す信号であるか否かの判定や更新に適した信号であるか否かの判定までの時間を短くできる。
【０１３３】
（９）取得信号がノッキングを含まない複数の運転条件で予め取得されているので、この予め取得された取得信号から、判定信号がノッキングを示す信号であるか否かの判定に適切な運転条件の対象信号を取得できる。
【０１３４】
また、判定信号の運転条件に関連性の高い運転条件を有する信号が対象信号として取得されて、判定信号と比較される。これにより、運転条件が逐次変化するなかで取得された判定信号について、その取得時の運転条件に近い運転条件を備える対象信号が選択されてノッキングの判定や更新に適した信号であるか否かの判定が好適に行われる。
【０１３５】
（１０）エンジン１の回転速度によって運転条件の関連性が判定できる。エンジン１の回転速度はエンジン１に生じる音の大きさや周波数にも影響することから、エンジン１の回転速度が近い対象信号と判定信号とを比較することでノッキングの判定精度の向上が図られる。
【０１３６】
（１１）対象信号の更新に適した判定信号が事前信号に追加されるため、事前信号の充実が図られてノッキングの判定精度の向上が図られる。また、運転条件を対応付けることで、事前信号に、新たな運転条件を追加することもできる。
【０１３７】
（第３の実施形態）
以下、図１８〜図２０を参照して、ノッキング判定装置及びノッキング判定方法の第３の実施形態について説明する。この実施形態のノッキング判定装置及びノッキング判定方法は、バイスペクトルを算出せずに、スペクトルを正規化してノッキング判定処理及び対象信号更新判定処理を行う点が上記第１や第２の実施形態と相違する。以下、説明の便宜上、第１の実施形態との相違点を中心に説明し、同様の構成については同じ符号を付し、説明を割愛する。
【０１３８】
図１８を参照して、ノッキング判定装置１０について説明する。
ノッキング判定装置１０は、第１の実施形態と同様に、記憶部２０と、管理部６０と、信号選択部３０と、スペクトル算出部４０と、判定部５０とを備えているが、バイスペクトル算出部４１は備えていない。本実施形態では、第１算出部と第２算出部とはスペクトル算出部４０より構成される。
【０１３９】
よって、判定部５０は、スペクトル算出部４０で算出されたスペクトルをスペクトルに基づく値として正規化する。
すなわち、統計パラメータ算出部５１は、全ての対象信号のスペクトルのばらつきが多次元確率分布であると仮定して、全ての対象信号のスペクトルのばらつきによる平均と分散共分散を統計パラメータとして推定（算出）する。このとき、統計パラメータ算出部５１は、統計パラメータを、スペクトルのうち振動モード別の特徴量（スペクトルの周波数成分）が生じる周波数域から算出する。
【０１４０】
また、正規化部５２は、対象信号や判定信号のスペクトルについてマハラノビス距離を算出する。マハラノビス距離の算出に用いられる分散共分散行列は、スペクトルの各周波数成分の平均からの偏差の積の平均値である共分散を配列した行列であることから、マハラノビス距離を算出することで多次元において正規化が行われる。
【０１４１】
正規化部５２は、判定値算出処理時には、複数の対象信号のスペクトルの全てについてマハラノビス距離を算出する。そして、これら算出されたマハラノビス距離に基づいて、ノッキング判定及び対象信号更新判定に用いる各判定値が算出される。
【０１４２】
正規化部５２は、判定処理時には、判定信号のスペクトルについて、判定信号に対するマハラノビス距離を算出する。
さらに、判定値算出部５３は、対象信号のスペクトルから得られた正規化後の集合と、判定信号のスペクトルから得られた正規化後の値との乖離の度合いを判定するノッキング判定値と対象信号更新判定値とを算出する。ここで、複数の対象信号のスペクトルから得られた正規化後の集合は、各対象信号のスペクトルについて算出したマハラノビス距離の集合である。また、判定信号のスペクトルから得られた正規化後の値は、判定信号のスペクトルについて算出したマハラノビス距離の値である。すなわち、判定値算出部５３は、複数の対象信号に基づく各マハラノビス距離の集合と、判定信号に基づくマハラノビス距離の値との乖離の度合いを判定する判定値を算出する。判定値算出部５３は、複数の対象信号に基づいて得られたマハラノビス距離に対してマージンを有するようにノッキング判定値と対象信号更新判定値とを算出する。
【０１４３】
また、比較部５４は、判定信号のスペクトルに基づくマハラノビス距離を判定値算出部５３で算出されたノッキング判定値及び対象信号更新判定値と比較することに基づいて、判定信号がノッキングを示す信号で有るか否か、及び対象信号の更新に適した信号で有るか否かを判定する。
【０１４４】
このように、対象信号のスペクトルを正規化した値、及び判定信号のスペクトルを正規化した値によっても、判定信号がノッキングを示す信号であるか否かが判定されるとともに、対象信号の更新に適した信号で有るか否かが判定される。
【０１４５】
次に、図１９を参照して、ノッキング判定装置１０による判定値算出処理について説明する。なお、本実施形態の判定値算出処理は、第１の実施形態の判定値算出処理に対して、バイスペクトル算出（ステップＳ２４）の手順が除かれた点のみが相違する。
【０１４６】
すなわち、図１９に示すように、判定値算出処理が開始されると、ノッキング判定装置１０は信号選択部３０で、最新の取得信号を判定信号として選択し取得するとともに（ステップＳ２０）、判定信号の時刻を取得する（ステップＳ２１）。続いて、信号選択部３０で、判定信号の時刻との関係に基づく選択条件に適合する複数の対象信号を選択し（ステップＳ２２）、選択した各対象信号のスペクトルを算出する（ステップＳ２３）。
【０１４７】
そして、ノッキング判定装置１０は統計パラメータ算出部５１で、各対象信号のスペクトルからモード別特徴量を抽出して（ステップＳ２５）、各対象信号のスペクトルからエンジン１の振動モードに対応する周波数範囲に対する統計パラメータを算出する（ステップＳ２６）。正規化部５２で、ステップＳ２６で算出された統計パラメータに基づいて各対象信号の正規化を行い（ステップＳ２７）、判定値算出部５３で、振動モードごとの各対象信号のマハラノビス距離からモード別にノッキング判定値及び対象信号更新判定値を決定し（ステップＳ２８）、判定値算出処理が終了する。
【０１４８】
続いて、図２０を参照して、ノッキング判定装置１０によるノッキング判定の判定処理について説明する。このノッキング判定の判定処理は、判定値算出処理に続いて実行される。なお、本実施形態の判定処理は、第１の実施形態のノッキング判定の判定処理に対して、バイスペクトル算出（ステップＳ３３）の手順が除かれた点のみが相違する。
【０１４９】
すなわち、図２０に示すように、判定処理が開始されると、ノッキング判定装置１０は、信号選択部３０によって選択された前記判定信号を取得し（ステップＳ３０）、判定信号の時刻を取得する（ステップＳ３１）。そしてスペクトル算出部４０で、判定信号のスペクトルを算出する（ステップＳ３２）。正規化部５２で、判定信号のスペクトルからモード別特徴量を抽出して（ステップＳ３４）、エンジン１の振動モードに対応する周波数範囲に対応する統計パラメータを用いて判定信号のスペクトルの正規化を行う（ステップＳ３５）。比較部５４で、記憶部２０から振動モード別のノッキング判定値及び対象信号更新判定値を取得する（ステップＳ３６）とともに、判定信号のマハラノビス距離とモード別のノッキング判定値及び対象信号更新判定値とを比較する（ステップＳ３７）。そして、各判定結果を出力して（ステップＳ３８）、判定値算出処理を終了する。
【０１５０】
こうして、対象信号のスペクトルを正規化した値、及び判定信号のスペクトルを正規化した値によっても、判定信号がノッキングを示す信号であるか否か、及び、判定信号が対象信号の更新に適した信号であるか否かが判定される。
【０１５１】
以上説明したように、本実施形態によれば、第１の実施形態の（１）、（３）〜（６）に記載の効果に加え、以下の効果を奏することができる。
（１２）バイスペクトルの算出処理を行わないことにより、処理負荷の増大が抑えられるためリアルタイム性の確保が容易になる。
【０１５２】
（第４の実施形態）
以下、図２１〜図２３を参照して、ノッキング判定装置及びノッキング判定方法の第４の実施形態について説明する。この実施形態のノッキング判定装置及びノッキング判定方法は、統計パラメータを対象信号から逐次計算することなく更新させる点が上記第１〜３の実施形態と相違する。以下、説明の便宜上、第１の実施形態との相違点を中心に説明し、同様の構成については同じ符号を付し、説明を割愛する。
【０１５３】
図２１を参照して、ノッキング判定装置１０について説明する。
図２１に示すように、ノッキング判定装置１０は、記憶部２０と、信号選択部３０と、スペクトル算出部４０と、バイスペクトル算出部４１と、判定部５０とを備えている。
【０１５４】
記憶部２０には、取得信号領域２０１と、判定信号領域２０３と、ノッキング判定値領域２０４と、更新判定値領域２０６と、ノッキング判定に用いられる統計パラメータに関する記憶領域である統計パラメータ領域２１３とが設けられている。
【０１５５】
統計パラメータ領域２１３には、判定部５０で算出される統計パラメータが保持されるとともに、統計パラメータの初期値も保持される。統計パラメータの初期値としては、予め設定された値や、第１〜３の実施形態に記載された態様で算出された値などが挙げられる。
【０１５６】
信号選択部３０は、信号切出部３２を備える。信号選択部３０は、判定信号を選択する条件に基づいて、取得信号のうち最新の信号をノッキングの有無が判定される判定信号として選択する。
【０１５７】
判定部５０は、対象信号選択部及び更新部としての統計パラメータ算出部５１Ａと、算出部としての正規化部５２と、判定値取得部５３Ａと、判定部としての比較部５４とを備える。
【０１５８】
統計パラメータ算出部５１Ａは、第１の実施形態に記載するように、全ての対象信号のバイスペクトルのばらつきが多次元確率分布であると仮定して、全ての対象信号のバイスペクトルのばらつきによる平均と分散共分散とを統計パラメータとして推定（算出）する。本実施形態では、統計パラメータ算出部５１Ａは、実際に全ての対象信号を用いて演算を行うのではなく、全ての対象信号を用いて演算したことになる方法により統計パラメータを算出する。
【０１５９】
図２２を参照して、統計パラメータ算出部５１Ａについて説明する。ここで、判定信号に一番近い過去に直前信号が存在し、直前信号よりも過去に複数の対象信号が存在するものとする。まず、複数の対象信号から取得された各スペクトルに基づいて前回の統計パラメータ（平均、分散共分散）が算出されているものとする。これの複数の対象信号に、所定の条件にある新たな直前信号が加えられるとき、直前信号のスペクトルが算出され、この算出された直前信号のスペクトルが統計パラメータ算出部５１Ａに入力される。所定の条件とは、判定信号との関係で言えば、判定信号の直前に対応する信号であることである。
【０１６０】
統計パラメータ算出部５１Ａは、入力された直前信号のスペクトルで統計パラメータを更新する。すなわち、統計パラメータ算出部５１Ａは、直前信号のスペクトルから得られる値を、統計パラメータ（平均、分散共分散）の対応するパラメータに反映させて、統計パラメータを更新して新たな統計パラメータを得る更新処理を行う。例えば、平均の更新処理では、統計パラメータ算出部５１Ａは、直前信号のスペクトルから得られる値には「α」の重みを与え、統計パラメータ（平均）の値には「１−α」の重みを与える。これにより、新たな統計パラメータは、直前信号の寄与度が統計パラメータの寄与度よりも大きいものになる。こうした統計パラメータの更新処理が繰り返されることで、統計パラメータへの寄与度は、直前信号が一番大きく、過去の信号になるほど順に小さくなる。
【０１６１】
正規化部５２は、判定信号のバイスペクトルについてマハラノビス距離を算出する。すなわち、正規化部５２は、判定処理時には、統計パラメータに基づいて判定信号のバイスペクトルについてのマハラノビス距離を算出する。
【０１６２】
判定値取得部５３Ａは、算出されたマハラノビス距離と比較するノッキング判定値と対象信号更新判定値とを記憶部２０のノッキング判定値領域２０４から取得する。
比較部５４は、判定信号に基づくマハラノビス距離を判定値取得部５３Ａで取得されたノッキング判定値と比較することで、判定信号がノッキングを示す信号で有るか否かを判定する。また、比較部５４は、判定信号に基づくマハラノビス距離を判定値取得部５３Ａで取得された対象信号更新判定値と比較することで、判定信号が対象信号の更新に適した信号で有るか否かを判定する。
【０１６３】
図２３を参照して、統計パラメータの更新処理について説明する。この更新処理は、判定信号のノッキング判定の終了に続いて実行される。
更新処理が開始されると、ノッキング判定装置１０の統計パラメータ算出部５１Ａは、判定信号の判定結果を取得し（ステップＳ４０）、判定結果が対象信号の更新に適しているか否かを判断する（ステップＳ４１Ａ）。対象信号の更新に適していないと判断された場合（ステップＳ４１ＡでＮＯ）、統計パラメータ算出部５１Ａは、統計パラメータを更新しない（ステップＳ４６）。一方、対象信号の更新に適していると判断された場合（ステップＳ４１ＡでＹＥＳ）、統計パラメータ算出部５１Ａは、統計パラメータを更新する（ステップＳ４５）。そして、統計パラメータの更新処理は終了される。
【０１６４】
以上説明したように、本実施形態によれば、第１の実施形態の（１）〜（６）に記載の効果に加え、以下の効果を奏することができる。
（１３）統計パラメータ自身を更新させることで、統計パラメータの算出に必要な過去の取得信号や対象信号の保持数を減らすことができる。つまり、対象信号の管理や選択にかかる手間を減らすことができる。例えば所定数の適切な維持管理を不要にすることもできる。また、過去に算出された統計パラメータを利用するため、対象信号からの統計パラメータを算出する処理を軽減させるなど、処理負荷の軽減も図られる。
【０１６５】
（１４）統計パラメータを更新するときの重みを調整することで、ノッキング判定に係る応答性や安定性、精度などを調整することができる。
（その他の実施形態）
なお、上記各実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することもできる。
【０１６６】
・上記各実施形態では、判定信号の得られた時刻に近い、かつ、判定信号に対して所定の期間内の取得信号から複数の対象信号を所定数選択する場合について例示した。しかしこれに限らず、判定信号の得られた時刻に近い取得信号から複数の対象信号を選択してもよい。このように選択した場合であっても、判定信号と対象信号とが近い時刻で取得されるので、判定信号と対象信号とがそれぞれ取得されたときの内燃機関の運転条件が変化していない、又は、変化が小さい可能性を高く維持できる可能性を高く維持することができる。
【０１６７】
・上記各実施形態では、判定処理のステップＳ３７において、ノッキング判定値として算出されたマハラノビス距離と比較することによってノッキングが発生しているか否かを判定した。しかしながら、ステップＳ３７の比較を行わず、判定信号に基づいて算出されたマハラノビス距離を単に異常値を判定するために定めたノッキング判定値と比較することによってノッキングが発生しているか否かを判定してもよい。
【０１６８】
また、判定処理のステップＳ３７において、対象信号更新判定値として算出されたマハラノビス距離と比較することによって更新に適した信号であるか否かを判定した。しかしながら、ステップＳ３７の比較を行わず、判定信号に基づいて算出されたマハラノビス距離を単に異常値を判定するために定めた更新用判定値と比較することによってノッキングが発生しているか否かを判定してもよい。
【０１６９】
・上記各実施形態では、多次元確率分布であると仮定してマハラノビス距離を求める場合について例示したが、多次元確率分布を混合ガウス分布等の他の多次元確立分布を仮定してその生起確率によってノッキングが発生しているか否かを判定してもよい。なお、他の多次元確率分布のときは、確率密度関数の対数をとった値を異常度とする。
【０１７０】
・上記第１〜３の実施形態において、統計パラメータにおける分散共分散行列の算出を、ＭＣＤ（Ｍｉｎｉｍｕｍ−Ｃｏｖａｒｉａｎｃｅ−Ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ）法によって行ってもよい。
【０１７１】
・上記第１の実施形態では、対象信号の更新に適した信号であると判定された判定信号に対応する取得信号が対象信号に追加される場合について例示した。しかしこれに限らず、対象信号の更新に適しているか否かの判定結果に係わらず、判定信号に対応する取得信号を対象信号に追加してもよい。具体的には、対象信号の更新が久しくされず、判定信号と対象信号の取得時間が離れた場合、直近の運転条件の変化を考慮する事を目的に取得信号の対象信号への追加を行ってもよい。このとき、対象信号に追加する取得信号は、判定信号に時間的に近く、かつマハラノビス距離が小さいもの（例えば、ノッキングを示す信号ではないもの）であるとよい。なお、対象信号の更新に適さない信号やノッキングを示す信号が対象信号に追加されるとノッキング判定の精度が低下するおそれがあるが、他の対象信号が対象信号の更新に適した信号であれば、この対象信号を用いても判定信号からノッキングを示す信号や、対象信号の更新に適した信号を判定することができる場合もある。
【０１７２】
・上記第２の実施形態では、対象信号の更新に適した信号であると判定された判定信号に対応する取得信号が事前信号に追加される場合について例示した。しかしこれに限らず、対象信号の更新に適しているか否かの判定結果に係わらず、判定信号や取得信号を事前信号に追加してもよい。具体的には、事前信号の更新が久しくされない場合、直近の運転条件の変化を考慮する事を目的に判定信号や取得信号の事前信号への追加を行ってもよい。このとき、事前信号に追加する判定信号や取得信号は、判定信号に時間的に近く、かつマハラノビス距離が小さいもの（例えば、ノッキングを示す信号ではないもの）であるとよい。この場合も上記と同様に、事前信号に基づいてノッキング判定処理や対象信号更新判定処理を行うことができる場合がある。
【０１７３】
・上記第２の実施形態では、ノッキング判定装置１０は、エンジン１の回転速度を１００［ｒ／ｍｉｎ］ずつ変化させ、事前信号を回転速度ごとに所定個数ずつ保持する場合について例示した。しかしこれに限らず、ノッキング判定装置は、エンジンの回転速度をスイープ変化させ、事前信号を取得し保持してもよい。この場合、信号選択部は、判定信号に回転速度が近い所定個数の信号を対象信号として選択する。また、エンジンの回転速度は、低速方向もしくは高速方向の一方向に変化させてもよいし、低速方向と高速方向とを繰り返すように変化させてもよい。こうした事前信号でも、判定信号に近い回転速度に対応する事前信号を必要数だけ対象信号として選択することができる。
【０１７４】
・上記第２の実施形態では、対象信号の更新に適した信号であると判定された判定信号に対応する取得信号が事前信号に追加される場合について例示した。しかしこれに限らず、対象信号の更新に適した信号であるか否かの判定結果に係わらず、判定信号に対応する取得信号を事前信号に追加しなくてもよい。この場合であれ、既存の事前信号に基づいてノッキング判定処理を行うことができる。
【０１７５】
・上記各実施形態は、判定信号や対象信号のスペクトルやバイスペクトルを判定値算出処理や判定処理の都度算出する場合について例示した。しかしこれに限らず、判定信号や対象信号のスペクトルやバイスペクトルを予め算出し、これを記憶部に保持していてもよい。これにより、スペクトルやバイスペクトルを算出するタイミングを調整して演算処理の負荷分担をさせることができる。
【０１７６】
例えば、図２４に示すように、記憶部２０に、取得信号のスペクトルを保持させる取得信号スペクトル領域２０５を設けてもよい。
このとき、図２５に示すように、判定値算出処理では、第１の実施形態の対象信号選択（ステップＳ２２）及びスペクトル算出（ステップＳ２３）に代えて、対象信号のスペクトル取得（ステップＳ２２１）が実行される。詳述すると、信号選択部３０は、判定信号の時刻との関係に基づく選択条件に適合する対象信号を選択し、この選択した対象信号に対応するスペクトルを記憶部２０の取得信号スペクトル領域２０５から選択するようにしてもよい。
【０１７７】
・上記第１及び第３の実施形態では、判定信号より前の取得信号を、判定信号に時間的に近い順に選択して複数の対象信号とする場合について例示した。しかしこれに限らず、取得信号の一部を対象信号に含めないように、例えばスキップするように対象信号を選択してもよい。
【０１７８】
図２６に示すように、取得信号の一部を不採用信号として対象信号へ採用せず、不採用信号の数だけ、過去の取得信号を対象信号に採用してもよい。この場合、判定信号と最古信号との時間差が「サンプリング間隔ｄ×（対象信号ｎ個＋不採用信号ｋ個）」となるが、この時間差が対象信号として選択可能な時間範囲にあれば取得信号の一部を不採用信号として複数の対象信号を選択することができる。なお、不採用信号は、ノッキング判定に悪影響を及ぼすことが明らかな雑音を含む信号など、異常であることが比較的容易に判断できる取得信号である。これにより、不適切な取得信号が対象信号に選択されることが抑制され、ノッキング判定精度が維持される。
【０１７９】
・上記第１及び第３の実施形態では、取得信号のうち最新の信号が判定信号として選択される場合について例示した。しかしこれに限らず、判定信号は、取得済みの取得信号から任意に選択されてもよい。この場合であれ、対象信号を判定信号の前から選択すれば判定信号に対してノッキング判定処理や対象信号更新判定処理を行うことができる。また、取得信号の過去データなどに対してノッキング判定処理や対象信号更新判定処理を行うことが可能となる。
【０１８０】
・上記第１及び第３の実施形態では、判定信号より時間的に前の取得信号を複数の対象信号とする場合について例示した。しかしこれに限らず、判定信号よりも時間的に後の取得信号から複数の対象信号を選択してもよいし、判定信号の時間的に前後の取得信号から複数の対象信号を選択してもよい。特に、取得信号のログデータなどに基づいて、後からノッキング判定処理や対象信号更新判定処理を行うような場合、ノッキング判定処理や対象信号更新判定処理に使う対象信号を、判定信号より時間的に前から選択することもできるし、判定信号より時間的に後から選択することもできるし、判定信号の時間的に前後から選択することもできる。
【０１８１】
例えば、図２７（ａ）に示すように、判定信号が選択された後の取得信号から必要数ｍ個の対象信号を選択するようにしてもよい。このとき、判定信号から最新信号までの時間差が「サンプリング間隔ｄ×（必要数ｍ＋空き数ｅ）個」となるが、この時間差が対象信号として選択可能な時間範囲にあれば判定信号より後の取得信号から複数の対象信号を選択することができる。但し、空き数ｅは、「０」以上の整数であって、更新に適した信号とは判定されず、対象信号に追加されなかった判定信号の数である。そして、対象信号は、判定信号より以後の取得信号のうち判定信号に時間的に近い取得信号として準備される。
【０１８２】
このような構成によれば、判定信号よりも後に得られた信号を判定に用いることができる。例えば、判定信号より前に取得された取得信号が判定信号との比較に適していない場合、判定信号の後に取得された取得信号を用いることができる。これにより、判定信号がノッキングを示す信号であるか否かの判定や対象信号の更新に適した信号であるか否かの判定をより好適に行うことができる。なお、判定信号を事後的に対象信号に含める場合、判定信号は時系列的に一番近い対象信号に入れられる。
【０１８３】
また例えば、図２７（ｂ）に示すように、判定信号の前後の取得信号から必要数ｍ個の対象信号を選択してもよい。このとき、判定信号から最新信号までの時間差の絶対値が小さいものから順に対象信号として選択することで、判定信号に対する対象信号の時間差を小さくできる。例えば、判定信号から最新信号までの時間差の最大値は「サンプリング間隔ｄ×（前選択数ｍ１＋前空き数ｅ１）個」又は「サンプリング間隔ｄ×（後選択数ｍ２＋後空き数ｅ２）個」となる（但し、必要数ｍ個＝前選択数ｍ１個＋後選択数ｍ２個）。また、前空き数ｅ１や後空き数ｅ２は、「０」以上の整数であって、更新に適した信号とは判定されず、対象信号に追加されなかった判定信号の数である。
【０１８４】
判定信号の前後に取得信号が存在する場合であれば、ここでの時間差の最大値は、判定信号より前から対象信号を取得する場合の時間差、及び、判定信号より後から対象信号を取得する場合の時間差のいずれよりも短い時間となり、判定信号が得られたときの運転条件に対象信号が得られたときの運転条件が同様、類似である可能性が一層高まる。そして、対象信号は、判定信号の前後の取得信号のうち判定信号に時間的に近い取得信号として準備される。また、時間差の最大値が対象信号として選択可能な時間範囲となる可能性も高まるため、ノッキング判定処理や対象信号更新判定処理が適切に行える可能性も高まる。なお、判定信号を事後的に対象信号に含める場合、判定信号は時系列的に一番近い対象信号に入れられる。
【０１８５】
このような構成によれば、対象信号と判定信号との間の時間差をより短くすることができ、対象信号が得られたときの運転条件と判定信号が得られたときの運転条件が同様である可能性がより高められ、判定信号がノッキングを示す信号であるか否かの判定や対象信号の更新に適した信号であるか否かの判定の精度向上が図られる。
【０１８６】
・上記各実施形態では、バイスペクトルやスペクトルのうち振動モード別の特徴量（スペクトルの周波数成分）が生じる周波数域を考慮してノッキングの判定処理や対象信号更新判定処理が行われる場合について例示した。しかしこれに限らず、バイスペクトルやスペクトルの全周波数帯や任意に定めた所定の周波数域を考慮してノッキング判定処理や対象信号更新判定処理を行ってもよい。
【０１８７】
・上記各実施形態では、エンジン１に発生する圧力変動に基づく物理量を空気の振動である音として音圧センサ４によって音圧信号を取得する場合について例示した。しかしこれに限らず、内燃機関に発生する圧力変動に基づく物理量は、空気の信号である音に限られるものではなく、ノッキングに相関のある物理量であればよく、内燃機関の筒内圧であってもよいし、内燃機関の加速度（振動）であってもよい。
【０１８８】
例えば、図２８に示すように、エンジン１に筒内圧センサ７を設け、この筒内圧センサ７からの圧力に関する信号をデータ収集装置５に入力して取得信号を生成させてもよい。また、エンジン１に加速度センサ８を設け、この加速度センサ８からの加速度に関する信号をデータ収集装置５に入力して取得信号を生成させてもよい。つまり、エンジン１から得られる様々な物理量をノッキング判定処理や対象信号更新判定処理に用いることができる。
【０１８９】
・上記各実施形態では、判定信号に時間的に近い取得信号を対象信号とする構成、及び、判定信号に運転条件が近い事前信号を対象信号とする構成のいずれか一方を備える場合について説明した。しかしこれに限らず、判定信号に時間的に近い取得信号を対象信号とする構成、及び、判定信号に運転条件が近い事前信号を対象信号とする構成の両方を備えてもよい。そして、エンジン１の運転条件に応じて、ノッキング判定処理や対象信号更新判定処理の判定を高い精度で行える判定方法を選択するようにしてもよい。
【０１９０】
例えば、図２９に示すように、ノッキング判定装置１０は、管理部６０に学習追加部６２と第１データ整理部６３とを備えるとともに、事前追加部６１と学習処理部６４と第２データ整理部６５とを備える。また、記憶部２０に取得信号領域２０１と第１対象信号領域２０２と判定信号領域２０３とノッキング判定値領域２０４と更新判定値領域２０６とを備えるとともに、事前信号領域２１１と第２対象信号領域２１２とを備える。さらに、信号選択部３０に選択条件３１と信号切出部３２と判定方法選択部３５とを備える。これにより、ノッキング判定装置１０は、事前信号については、事前追加部６１により事前信号領域２１１に保持させ、学習処理部６４により学習させ、第２データ整理部６５により整理させる。また、ノッキング判定装置１０は、時間的条件により選択される対象信号については、管理部６０が取得信号を取得信号領域２０１に保持させ、学習追加部６２により、対象信号の更新に適した信号であると判定された判定信号を対象信号に追加させ、取得信号等を第１データ整理部６３により整理させる。なお、第１対象信号領域２０２には、第１の対象信号が保持され、第２対象信号領域２１２には第２の対象信号が保持される。また、第１データ整理部６３は第１の対象信号に関するデータ整理を行い、第２データ整理部６５は第２の対象信号に関するデータ整理を行う。
【０１９１】
信号選択部３０の判定方法選択部３５は、方法選択条件に基づき、ノッキング判定処理及び対象信号更新判定処理を、時間的条件に基づいた取得信号から選択した第１の対象信号で行うか、運転条件に基づいた事前信号から選択した第２の対象信号で行うかを判断する。信号選択部３０の学習追加部６２や学習処理部６４は、判定信号に基づく乖離の度合いが判定方法選択部３５により選択された対象信号更新判定値よりも大きいと判定した判定信号に対応する取得信号を対象信号に選択しない。ここで、第１の選択は、時間的条件に基づく対象信号の選択条件であり、第２の選択は、運転条件に基づく対象信号の選択条件である。
【０１９２】
方法選択条件の一例は、運転条件が変化している、又は、大きく変化したときには、第２の選択による対象信号に基づく判定を行い、それ以外では第１の選択による対象信号に基づく判定を行う条件である。これによれば、エンジン１の運転条件が変化中は第２の選択を行い、運転条件が変化中の取得信号を対象信号とし、第１の選択を採用したときに生じるおそれのあるノッキング判定精度の低下や対象信号更新判定精度の低下を防ぐことができる。また、方法選択条件の他の一例は、事前信号のない、又は、不足しているときには、第１の選択による対象信号に基づく判定を行い、それ以外では第２の選択による対象信号に基づく判定を行う条件である。これによれば、事前信号の不足により生じるノッキング判定精度の低下や対象信号更新判定精度の低下を防ぐことができる。
【０１９３】
エンジン１の運転条件は、エンジン１に発生する圧力変動に変化を生じさせ、これに基づく物理量を示す取得信号に含まれる物理量を示す値の傾向も大きく変化する。そのため、対象信号と判定信号との間でエンジン１の運転条件が大きく相違すると、対象信号と判定信号とに基づく比較をしても判定信号がノッキングを示す信号であるか否かを適切に判断することは難しい。これに対し、この構成によれば、エンジン１の運転条件に応じて、判定信号と比較される信号が判定信号に対して第１の選択（時間的な条件下）、及び、第２の選択（対応する運転条件下）のいずれか一方に切り替えられる。これにより、エンジン１の運転条件を考慮して選択される対象信号により判定信号がノッキングを示す信号か否かや、対象信号の更新に適した信号か否かが判断される。
【０１９４】
また、取得信号が取得された時刻から所定期間内にエンジン１の運転条件が大きく変化するときには第２の選択を選択してもよい。すなわち、取得信号がノッキングを示す信号か否かの判定に、エンジン１の運転条件の変動により第１の選択による対象信号を用いることが適切ではないとき、同判定に第２の選択による対象信号を用いてノッキングや対象信号の更新に適した信号であるのかを適切に判定することができる。
【０１９５】
・上記その他の実施形態では、判定信号に時間的に近い取得信号を対象信号とする構成、及び、判定信号に運転条件が近い事前信号を対象信号とする構成の両方を備え、エンジン１の運転条件に応じて、ノッキング判定処理や対象信号更新判定処理の判定を高い精度で行える判定方法を選択する場合について例示した。しかしこれに限らず、判定信号に時間的に近い取得信号と、判定信号に運転条件が近い事前信号とを合わせて選択して対象信号とするとともに、乖離の度合いが対象信号更新判定値よりも大きいと判定した判定信号に対応する取得信号を対象信号に選択しないようにしてもよい。例えば、上記その他の実施形態において第１の選択と、第２の選択とが両方選択される態様とするとともに、判定信号に時間的に近い取得信号の選択数を第１の割当数とし、判定信号に運転条件が近い事前信号の選択数を第２の割当数とし、これらを合わせて対象信号として選択するようにしてもよい。このとき、第１の割当数と第２の割当数との合計がノッキング判定処理や対象信号更新判定処理に必要なデータ数である必要数になるように設定されればよい。なお、第１の割当数と第２の割当数との割合については、半々としてもよいし、経験や実験、理論などに基づいて適切な比率が設定されてもよい。
【０１９６】
例を便宜的に図２９を用いて説明する。信号選択部３０は、判定信号との関係で定まる条件を、判定信号の得られた時刻に近い取得信号から第１の割当数だけ選択し、及び、判定信号に対応する運転条件の少なくとも１つの条件に対して関連性の高い運転条件に対応付けられた事前信号から第２の割当数だけ選択する。そして、信号選択部３０は、選択された第１の割当数の取得信号と第２の割当数の事前信号とを合わせたものを複数の対象信号として選択する。こうして選択された複数の対象信号に基づいて、判定信号のノッキングの発生の有無や対象信号の更新に適した信号であるか否かが判定される。
【０１９７】
多数の条件の下に制御されるエンジン１の運転条件は、あらかじめ予測が難しいこともある。これに対し、この構成によれば、判定信号が、判定信号に対して時間的な条件に基づいて選択される取得信号、及び、対応する運転条件に基づいて選択される事前信号の両方が合わせられた対象信号と比較される。これにより、エンジン１の運転条件の変動に対する柔軟性の高い対象信号との比較によって判定信号がノッキングを示す信号か否かの判断、及び対象信号の更新に適した信号であるか否かがより好適になされる。
【０１９８】
柔軟性の高い信号であることを説明すると、時間的な条件に基づいて選択される取得信号からは、対象信号が、そのときエンジン１の運転で生じている音を、そのときの運転の揺らぎを含むかたちで選択される。そして、このような揺らぎが反映された対象信号に基づいてノッキング判定や対象信号更新判定が行われるようになる。なお、リアルタイムで処理するときには、判定信号を取得後直ちに判定するために、判定に用いる対象信号が過去の信号に制約される、判定に利用できる適切なデータ数の確保が保証できない場合もある。他方、運転条件に基づいて選択される取得信号は、運転条件に近い信号はもちろん、これから運転条件が変化する方向の信号も事前に準備されているので、運転条件が現在の条件から変化していく態様まで考慮してノッキング判定や対象信号更新判定が行える。なお、いまエンジン１に生じている音の揺らぎと事前信号の音の揺らぎとが大きく異なっている場合もある。すなわち、時間的な条件に基づいて選択される取得信号と運転条件に基づいて選択される取得信号とが混合されることで、各信号に基づく判定における利点が生かされ、各信号に基づく判定の弱点も補われるようになる。
【符号の説明】
【０１９９】
１…エンジン、２…エンジンＥＣＵ、３…車両、４…音圧センサ、５…データ収集装置、６…モニタ、７…筒内圧センサ、８…加速度センサ、１０…ノッキング判定装置、２０…記憶部、３０…信号選択部、３１…選択条件、３２…信号切出部、３３…選択条件、３５…判定方法選択部、４０…スペクトル算出部、４１…バイスペクトル算出部、５０…判定部、５１，５１Ａ…統計パラメータ算出部、５２…正規化部、５３…判定値算出部、５３Ａ…判定値取得部、５４…比較部、６０…管理部、６１…事前追加部、６２…学習追加部、６３…データ整理部、６４…学習処理部、６５…データ整理部、２０１…取得信号領域、２０２…対象信号領域、２０３…判定信号領域、２０４…ノッキング判定値領域、２０５…取得信号スペクトル領域、２０６…更新判定値領域、２１１…事前信号領域、２１２…対象信号領域、２１３…統計パラメータ領域。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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