(57)【要約】  エンジン制御装置（１１０）の内部クロックによって自動車のクランク軸の角度位置を同期化することは、不正確かつコストがかかり、また例えば外部のセンサ信号を検出および処理する際に困難が生じることが多い。このため、本発明ではエンジン制御装置（１１０）が提案され、このエンジン制御装置ではまずクランク軸の角度位置が検出され、トリガ変換器（１１４）において電子的なトリガ信号（１３６）に変換される。この電子的なトリガ信号（１３６）によって、アナログ信号、例えばアナログのセンサ信号の検出およびアナログデジタル変換を制御する。ここでこの制御を行って、所定のトリガ信号が存在する場合にだけデータがそもそも検出されるかようにするか、またはデータは連続して検出されるが、所定のトリガ信号が存在する場合にだけこれらのデータが後続処理されるようにすることが可能である。
2008502839.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジン制御装置（１１０）において、
ａ）  クランク軸の角度位置を検出する手段（１２２，１２４）と、
ｂ）  クランク軸の角度位置を電子的なトリガ信号（１３６）に変換する手段（１１４）と、
ｃ）  少なくとも１つのアナログ信号（１１６，１２８，１３０；１６０）、例えばアナログのセンサ信号を検出する手段とを有しており、ここで当該のアナログ信号検出手段は、
ｃ１）  アナログ信号に対する少なくとも１つの信号入力側（１３２）と、
ｃ２）  前記の少なくとも１つのアナログ信号を少なくとも１つのデジタル信号に変換する少なくとも１つのアナログデジタル変換器（１１６；６１０）と
ｃ３）  少なくとも１つの制御装置（１２０；６１２）とを有しており、
−  該制御装置により、電子的なトリガ信号（１３６）に依存して前記の少なくとも１つのアナログ信号の検出がオンないしはオフおよび／または開始ないしは終了されることを特徴とする
エンジン制御装置。
【請求項２】
前記の少なくとも１つのアナログ信号を検出するための手段（１１６，１２８，１３０；６１０）はさらにコンポーネント、すなわち、
ｃ４）  データ処理装置、例えばマイクロプロセッサ（６１６）；および／または
ｃ５）  前記の少なくとも１つのアナログ信号（１３０；６１０）の信号レベルを適合ないしは変更する手段；および／または
ｃ６）  前記の少なくとも１つのアナログ信号（１３０；６１０）の周波数フィルタリングを行う手段のうちの少なくとも１つを有する、
請求項１に記載のエンジン制御装置（１１０）。
【請求項３】
前記の制御装置（１１４，１２０；６１２）は、データ処理装置（６１６）に接続されたトリガ入力側を有する、
請求項１または２に記載のエンジン制御装置（１１０）。
【請求項４】
前記のアナログデジタル変換器（１１６；６１０）は、デジタル信号を前処理するための手段、すなわち、
ｃ２１）  前記のデジタル信号を統計的に分析する手段；および／または
ｃ２２）  時間的な平均値を形成する手段；および／または
ｃ２３）  前記のデジタル信号に適合させかつ解析的な近似関数を提供する手段のうちの少なくとも１つの手段を有する、
請求項１から３までのいずれか１項に記載のエンジン制御装置（１１０）。
【請求項５】
前記のクランク軸の角度位置を電子的なトリガ信号（１３６）に変換するための手段（１１４）は、コンポーネント、すなわち、
ｂ１）  信号レベルを適合化ないしは変更する手段；および／または
ｂ２）  周期的な信号を周波数逓倍化および／または位相シフトする手段；および／または
ｂ３）  周期的な信号を周波数フィルタリングする手段；および／または
ｂ４）  周期的な信号の周期または部分周期をカウントするカウント装置；および／または
ｂ５）  周期的な信号のあらかじめ定めた周期を選択する手段のうちの少なくとも１つを有する、
請求項１から４までのいずれか１項に記載のエンジン制御装置（１１０）。
【請求項６】
前記の制御装置（１１４，１２０；６１２）は、アナログデジタル変換器（１１６；６１０）に接続されたトリガ入力側（１２０；６１２）を有する、
請求項１から５までのいずれか１項に記載のエンジン制御装置（１１０）。
【請求項７】
以下のコンポーネント、すなわち、
−  前記のクランク軸の角度位置を電子的なトリガ信号に変換する手段（１１２）；および
−  前記の少なくとも１つのアナログ信号を検出する手段（１１６）
は完全にまたは部分的に集積電子回路（ＡＳＩＣ）（１１２）に組み込まれている、
請求項１から６までのいずれか１項に記載のエンジン制御装置（１０）。
【請求項８】
アナログ信号、例えばアナログのセンサ信号をクランク軸に同期する方法において、
ａ）  クランク軸の角度位置を検出し、
ｂ）  当該の検出したクランク軸の角度位置を少なくとも１つの電子的なトリガ信号（１３６）に変換し、
ｃ）  少なくとも１つのアナログ信号、例えばアナログのセンサ信号を検出し、ここで
ｃ１）  前記の少なくとも１つのアナログ信号を少なくとも１つのデジタル信号に変化し、
ｃ２）  前記の少なくとも１つのアナログ信号の検出および／またはアナログデジタル変換をステップｂ）で形成したトリガ信号（１３６）によって制御することを特徴とする、
アナログ信号をクランク軸に同期して検出する方法。
【請求項９】
前記の方法ステップｃ２）は、以下の１つまたは複数の部分ステップ、すなわち、
ｃ２１）  前記のトリガ信号（１３６）が、あらかじめ定めたレベルに達するか、上回るかまたは下回ることにより、前記の検出および／またはアナログデジタル変換をトリガするステップ、および／または、
ｃ２２）  前記のトリガ信号（１３６）が、あらかじめ定めた信号レベルに少なくとも達するか、および／または上回る場合、前記の検出および／またはアナログデジタル変換をイネーブルし、その他の場合には当該の検出および／アナログデジタル変換を阻止し、および／または
ｃ２３）  前記のトリガ信号（１３６）が、あらかじめ定めた信号レベルを下回るか、および／または上回っていない場合、前記の検出および／またはアナログデジタル変換をイネーブルし、その他の場合には当該の検出および／アナログデジタル変換を阻止し、および／または
ｃ２４）  周期的なトリガ信号（１３６）際には、前記の検出および／またはアナログデジタル変換をあらかじめ定めた周期数の間イネーブルし、またそうでない場合には阻止し、および／または
ｃ２５）  前記の検出および／またはアナログデジタル変換をあらかじめ定めたトリガ信号（１３６）以降に、例えば、当該トリガ信号（１３６）があらかじめ定めたレベルに達したか、上回ったかまたは下回った時点以降、あらかじめ固定的に定めた時間の間はイネーブルし、その他の場合には阻止する、
請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記の方法ステップｃ）は、さらに以下の１つまたは複数の部分ステップ、すなわち、
ｃ３）  少なくとも１つのアナログ信号のレベルを変更するステップ、および／または
ｃ４）  前記の少なくとも１つのアナログ信号の周波数フィルタリングを行うステップ、および／または
ｃ５）  前記の少なくとも１つのデジタル信号から、データ処理アルゴリズムを用いて、内燃機関を制御するための少なくとも１つの制御信号を計算するステップを有する、
請求項８または９に記載の方法。
【請求項１１】
前記の方法ステップｂ）はさらに以下の１つまたは複数の部分ステップ、すなわち、
ｂ１）  前記の少なくとも１つの電子的なトリガ信号（１３６）を、あらかじめ定めた乗数によって周波数逓倍化するステップ、および／または
ｂ２）  前記の少なくとも１つの電子的なトリガ信号（１３６）を、あらかじめ定めた位相だけ位相シフトするステップ、および／または
ｂ３）  前記の少なくとも１つの電子的なトリガ信号（１３４）から、少なくとも１つの第２の電子的なトリガ信号（１３６）を形成し、ここで当該の第２の電子的なトリガ信号（１３６）は、第１の電子的なトリガ信号（１３４）の変更可能なパラメタを有する関数である、
請求項８から１０までのいずれか1項に記載の方法。
【請求項１２】
前記のステップｂ）における少なくとも１つのトリガ信号（１３６）の形成は、クランク軸の回転数に依存している、
請求項８から１１までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
前記の電子的なトリガ信号（１３６）は周波数Ｆの周期性を有しており、当該周波数Ｆと前記の回転数Ｄとの間の比を回転数Ｄの増大に伴って低減する、
請求項８から１２までのいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばアナログのセンサ信号であるアナログ信号を取り込む方法および装置に関し、ここでこれらのアナログ信号は、例えば内燃機関のクランク軸の角度信号である角度信号に関係する信号である。このような装置および方法はもっぱら、エンジン制御装置（ECU Engine Control Units）におけるアナログの測定値を取り込むために使用される。
【０００２】
自動車技術分野における今日の内燃機関の動作は、高性能のコンピュータシステムを使用することなしに考えることはできない。殊に有害物質放出についての制限要求が増すことにより、細かく調整されたコンピュータ技術および制御技術を使用して、燃焼混合気および点火時点を精確に調整することが必要であり、ここで上記の制限要求は、相応する法的規則の形で課せられる。この際には殊に数多くのセンサ信号、例えば酸素センサまたは温度センサの信号をリアルタイムで処理しなければならない。
【０００３】
これらの役割を実質的に果たすのが、自動車に搭載された高性能なコンピュータおよびエンジン制御装置（ECU）である。１つまたは複数のマイクロプロセッサ（通例はいわゆる「組み込みシステム」（Embedded System））の他に、別の一連の電子式コンポーネント、例えばアナログデジタル変換器（ＡＤ変換器）または電子フィルタ素子がエンジン制御装置の相応のケーシングに組み込まれている。このエンジン制御装置により、数多くのセンサ信号から（例えば表、いわゆるルックアップテーブルを使用して）相応する制御信号および調整パラメタ、例えば燃料噴射の最適な持続時間または点火の最適な時点が計算される。
【０００４】
殊にアナログの測定値（例えば圧力、温度または酸素センサの測定値）を検出する際には測定を時間的に同期化することが極めて重要である。確かに簡単なコンピュータシステムも内部に時計システム（クロック）を有しており、このクロックは基本的に時間的な検出および測定値検出の同期化に利用可能である。しかしながらこの際に注意しなければならないのは、上記の測定値はふつう機関の所定の動作状態に関連して都度検出しなければならないことである。機関の動作状態に対するインジケータとしては、例えばクランク軸の角度位置が確立されている。
【０００５】
内燃機関のタイプに応じてクランク軸の角度位置により、個々のシリンダにおいてピストンの位置が精確に定められる。例えば、典型的な４気筒内燃機関の完全な１サイクルにはクランク軸の完全な２回転、すなわち０°〜７２０°の角度が含まれている。2回転（７２０°）の後、機関の各シリンダはそのサイクルを１回通していることになる。ここでシリンダは順次に動作する。すなわち、各シリンダは、完全な１サイクル内の所定の区分内だけで動作するのである。このような時間的な区分はセグメントとも称される。ここで各セグメントは、全角度範囲（例えば７２０°）をシリンダの数で割ることによって得られるクランク軸の角度位置範囲に相当する。したがって４気筒内燃機関の１セグメントには１８０°の角度範囲が含まれるのである。つまり第1のセグメントは０°〜１８０°の角度位置に、第2のセグメントは１８０°〜３６０°の角度位置に相当する等々である。
【０００６】
上記のクランク軸の角度位置はふつうクランク軸に設けられたいわゆるディスク形センサによって検出される。このようなディスク形センサは多くの場合に金属製の歯付きディスクであり、その回転は通例、誘導形センサによって検出される。４気筒機関用の典型的なディスク形センサは、例えば６０個（ないしは２つの「歯の欠損部」を差し引いた後は５８個）の歯を有し、これは、７２０°の完全なサイクルに対して１２０個の歯に、すなわち６°の角度位置当たりに１つの歯に相当する。ここではディスク形センサの歯がセンサの誘導コイルに近づくと直ちにこのコイルの磁場が変化し、これによってこのコイルに電流が誘導される。時間的に変化するこの電流の周波数は、クランク軸の回転数に対する尺度である。基本的には、例えば光学式または磁気式のセンサなどの別の種類のセンサも使用可能である。
【０００７】
回転数測定の周期的な信号からクランク軸の絶対位置も推定できるようにするため、ディスク形センサの歯には欠損部を組み入れることが多く、これらの欠損部にはふつう２つの歯が含まれている。これによってクランク軸の位置を、ひいては内燃機関の動作状態についての重要なパラメタをこの信号に基づいて精確に決定することができるのである。
【０００８】
クランク軸の角度位置ないしは回転数は、従来のエンジン制御装置では、規則的な時間間隔でエンジン制御装置の内部クロックと同期化される。センサ信号の検出と、これに基づく相応のパラメタおよび制御信号の計算ないしは形成とは、このエンジン制御装置の内部クロックの関数として行われる。
【０００９】
しかしながらこれらの計算には時間がかかり、また計算パワーおよび記憶装置コストによってプロセッサに大きな負荷がかかってしまう。したがってまず機関の所定の回転数において、クランク軸の角度位置を検出して、エンジン制御装置の内部クロックと同期化しなければならない。つぎにエンジン制御装置の内部クロックに関連して、種々異なるセンサの測定データを検出するのである。
【００１０】
この測定データ検出は、これまでふつう固定のサンプリングレートで行われており、５〜１０マイクロ秒のサンプリングレートがふつうである。このために例えば１０マイクロ秒毎に所定のセンサ信号の新たなアナログ値が検出されるのである。４気筒機関において回転数が１０００回転／分である場合、すなわち１サイクル時間（７２０°回転のための時間）が１２０ミリ秒であり、ひいては１セグメント時間が３０ミリ秒になる場合、これはセンサ、シリンダおよびセグメント毎に３０００個のアナログの測定値に相当することになる。回転数が一層低ければ、センサ、シリンダおよびセグメント毎の測定値の数は増大する。例えば５００回転／分では、センサ、シリンダおよびセグメント毎にすでに６０００個のアナログ測定値が検出される。これはエンジン制御装置にとって莫大な記憶装置負荷である。
【００１１】
確かに基本的には測定信号検出のサンプリングレートを機関の回転数に適合させることは可能である。しかしながら組み込み形のマイクロコントローラに設けられているＡＤ変換器において可能な設定は限られているため、上記の可能性は大きく制限されてしまうのである。
【００１２】
つぎに上記の測定データから最適な制御信号が計算されるが、例えばこれらの制御信号そのものも（例えばエンジン制御装置によって計算された）精確に決定されたクランク軸の角度位置に出力しなければならない。つまりこのためにはエンジン制御装置の時間ベースにおいて最適な時点を計算し、つぎにこれを相応する角度位置に再び換算しなければならないのである。制御信号のこのような繁雑な計算および形成により、ふつうわずかに４０ＭＨｚのクロック周波数および２５６キロバイトの記憶容量しか有しないＥＣＵのマイクロプロセッサには極度に負荷がかかってしまうのである。
【００１３】
したがって本発明の課題は、方法および装置を提供して、エンジン制御装置におけるアナログ測定データの検出および処理を改善することである。
【００１４】
この課題は、本発明により、独立請求項に記載した特徴によって解決される。本発明の有利な実施形態は従属請求項に記載されている。
【００１５】
ここで提案されるのは、クランク軸の角度位置を検出する手段ならびにクランク軸の角度位置を電子的なトリガ信号に変換する手段を有するエンジン制御装置である。さらに上記のエンジン制御装置は、少なくとも１つのアナログ信号、例えばアナログセンサ信号を検出する手段を有し、またその中にはアナログ信号に対する少なくとも１つの信号入力側と、少なくとも１つのアナログ信号を少なくとも１つのデジタル信号に変換する少なくとも１つのアナログデジタル変換器と、少なくとも1つの制御装置を有するべきである。この制御装置は、上記の電子的なトリガ信号に依存して、少なくとも１つのアナログ信号の検出をオンないしはオフおよび／または開始ないしは終了できるようにすべきである。
【００１６】
本発明において「検出」という概念は広く解釈すべきである。ここでの「検出」とは、例えば、測定、一時記憶（サンプリング）、アナログデジタル変換、記憶または（場合によってはこれらの信号のさらなる変更を伴う）これらの処理の組み合わせのことである。択一的には永続的なアナログデジタル変換を行うことも可能であり、変換したデータの記憶だけを「検出」と理解することも可能である。これに相応して「検出手段」とは、例えば、相応するセンサ、アナログデジタル変換器、相応する信号変換部または一時記憶部またはこれらの装置の一部だけと理解することができる。
【００１７】
上記の制御装置は、例えば、殊にトリガ信号を形成するための手段、例えばトリガ変換器と共に協働するトリガ入力側とすることが可能である。
【００１８】
エンジン制御装置とは、内燃機関を制御するためのシステムと理解されたい。ここでこれは必ずしも物理的および／または電子的なユニットではなく、例えば協働するが互いに空間的な離れたコンポーネントを結合したものとすることも可能である。例えば、クランク軸の角度位置を電子的なトリガ信号に変換する手段ならびに少なくとも１つのアナログ信号を検出する手段は、完全にまたは部分的に、電子集積回路、例えばいわゆる特定用途向き集積回路（ＡＳＩＣ）に組み込むことが可能である。
上記のデジタルの電子的なトリガ信号は、殊に周期性を有する、例えば方形波信号とすることができ、例えばＴＴＬ信号である。したがって殊にこの信号の周期は、ディスク形センサにおける周期、すなわちディスク形センサの２つの歯（上を参照されたい）の間の間隔ないしはここから得られるクランク軸の角度位置に相応することが可能である。したがって６０個の歯からなるディスク形センサを有する上記の４気筒機関の例において、１周期はクランク軸の６°の角度回転に相当する。
【００１９】
上記のようにディスク形プレートではふつう１つまたは複数の歯が欠けているため、トリガ信号の相応する欠損部からクランク軸の絶対角度位置を推定することができる。
【００２０】
上記のトリガ信号は付加的に相応に変更することができる。ここで殊に信号レベルの適合化、周波数フィルタリング、周波数逓倍化および／または位相シフトが有利であることが判明している。周波数フィルタリングは、例えば、比較的周波数の高いまたは比較的周波数の低い障害信号（振動、高調波など）を除去するために必要となることがある。周波数逓倍化とは、周期的な信号を変更して、この信号の周波数に乗数が乗算（ここでこれはふつう有理数、例えば自然数であり、０と１との間または１以上である）されているようにすることである。
【００２１】
あらかじめ定めた関数を用いてトリガ信号を新たなトリガ信号に変換することも考えられる。
したがって例えば、カウント装置を用いて元々のトリガ信号のうちから、あらかじめ定めた（例えばコンピュータプログラムによってあらかじめ定めた）数の周期を選択して、これらの周期の間で新たなトリガ信号が値「high」をとるようにすることが可能である。これによって、完全に確定したクランク軸の角度位置においてのみ値「high」をとるトリガ信号を形成することができる。または所定の角度位置以降、あらかじめ固定的に定めた持続時間にわたって信号「high」を出力することが可能である。
【００２２】
例えばトリガ信号の変更をクランク軸の回転数に適合させることができる。例えば、周波数Ｆを有する周期的なトリガ信号の周波数逓倍化を行って、新たなトリガ信号の周波数Ｆを比例関係に満たない程度に回転数Ｄと共に増大させることが可能である。言い換えると、周波数Ｆと回転数Ｄから得られる商は、回転数の増大に伴って減少するのである。この減少は連続的に行われる必要はなく、例えば離散的なステップで行うことが可能である。この新たなトリガ信号によってアナログ測定データの検出を制御する場合（以下を参照されたい）、上記のような周波数逓倍化の所期通りの適合化を利用して、全回転数範囲にわたり、エンジン制御装置の記憶容量および／または計算能力の負荷を時間ユニット当たりに一定にすることができる。上記の回転数へのトリガ信号の適合化は、エンジン制御装置の動作中に行われる。
【００２３】
上で説明した複数の方法のうちの１つにしたがって行われる、相応するトリガ信号へのクランク軸の角度位置の変換は、例えば純粋にハードウェアベースで、すなわち、計算アルゴリズムを使用せずに別個の電子素子で行うことも可能である。これにより、トリガ信号を形成することによるマイクロプロセッサの使用ないしはすでに設けられているプロセッサのプロセッサ能力の付加的な負荷（以下を参照されたい）が回避される。
【００２４】
少なくとも１つのアナログ信号とは、殊にセンサのアナログ信号であり、例えば、酸素、温度または圧力センサのアナログ信号である。複数のアナログ信号の検出、例えば複数のセンサの信号の検出も可能である。この場合、例えば１つまたは複数のスイッチを使用することが考えられ、ここでこれらのスイッチより、個々のアナログ信号の間で上記の検出を切り換えることができる。このようにして順次または択一的または並列に複数のセンサの信号を検出することができる。個々の信号の検出間の切り換えは、例えばマイクロコンピュータによって制御することができ、これによってあらかじめ定めた時点にあらかじめ定めたセンサのアナログ信号がそれぞれ検出されるようにする。例えば上記の切り換えは、（有利には相関した複数の個別信号から構成されることもある）電子的なトリガ信号によって制御することも可能である。
【００２５】
上記の少なくとも１つのアナログ信号を検出する手段は、アナログデジタル変換器の他にさらにデータ処理装置（例えばマイクロプロセッサ）ならびにアナログ信号を適合化ないしは変更する手段、例えば周波数フィルタリングのための手段を有することができる。上記のマイクロコンピュータは、例えば、エンジン制御のための商用の集積回路の計算ユニット（例えば記憶装置とＣＰＵ）とすることができる。
【００２６】
上記の制御装置は、例えば、アナログデジタル変換器のトリガ入力側またはデータ処理装置のトリガ入力側にかかわるものとすることができる。このトリガ入力側は、クランク軸の角度位置を電子的なトリガ信号に変換する手段に接続されている。この際にこれは必ずしも物理的の電子的な接続とする必要はなく、例えば無線接続（例えば赤外線データ伝送）も考えられる。これによって上記のクランク軸の角度位置から形成したトリガ信号またはここから導出したトリガ信号がアナログ信号の検出の制御に使用されるのである。
【００２７】
デジタル化された信号はつぎにデータ処理装置によって後続処理することができる。例えば、記憶された関数およびパラメタを使用し、多数のセンサ信号から、エンジン制御に対する相応の制御信号を形成して出力することができる。
【００２８】
クランク軸に同期してデータの取り込みがトリガされる上記のエンジン制御装置は、一定ないしはあらかじめ定めたサンプリングレートを有する従来の上記のエンジン制御装置と比較して、少なくとも１つのアナログ信号の検出が、あらかじめ固定的に定めた繰り返しレート（サンプリングレート）であらかじめ固定的に定めた時点に行われないという決定的な利点を有する。これによって殊に低回転時におけるエンジン制御装置の計算力および記憶容量の過剰な負荷が阻止される。アナログ信号の検出はむしろクランク軸の実際の角度位置に依存して、ひいては内燃機関の実際の動作状態に依存して行われる。例えば、所定のセンサ信号（例えば４気筒機関の第２シリンダにおける圧力センサの信号）を、実際に関心のある時点においてのみ（すなわち例えば第２シリンダが動作している第２セグメント、すなわち１８０°〜３６０°のクランク軸の角度範囲においてのみ）検出することができるのである。
【００２９】
つまり関心のないデータ、すなわち例えば所定のセンサについて関心のないクランク軸の角度位置におけるアナログ信号は、はじめから全く検出されず、これによって記憶およびプロセッサの負荷が格段に低減されるのである。
【００３０】
プロセッサ能力および記憶装置を大量に消費する、クランク軸の角度位置ないしは回転数の、エンジン制御装置の内部クロックシステムへの換算は省略することができる。上記のトリガ信号を形成するためにはハードウェアだけ必要であり、ソフトウェアコストは不要である。つまりプロセッサの負荷が軽減されるのである。また低回転数時における一定で高い負荷も発生しない。
【００３１】
またクランク軸に同期した測定データ検出により、システムの精度も格段に向上する。測定データの検出は、あらかじめ固定的に設定した角度位置に行うことができる。これは、場合によっては引き続いて補間をしなければならない時間制御による検出よりも格段に精確である。
【００３２】
上記の利点が逆の作用を及ぼすこと（すなわち回転数が高い際にエンジン制御装置の負荷が高くなること）を阻止するため、上で説明したように付加的には回転数の増大に伴ってトリガ信号を回転数に相応に適合させることにより、サンプリングレートを適合させるかないしは測定データを少なくする。これによって、全回転数領域にわたって均一なデータ量およびプロセッサ負荷を達成することが可能である。
【００３３】
データ処理装置のプロセッサおよび記憶装置の負荷をさらに軽減するため、例えば１つまたは複数のセンサのアナログ信号をデジタル信号に変換するアナログデジタル変換器において前もって生データの前処理を行うことも可能である。このような前処理には、例えばアナログまたはすでにデジタル化されたデータの統計的な分析および／または周波数フィルタリングを含めることができる。例えば、所定の時間にわたってまたは所定数の測定データについて、データの平均値を前もって形成することが可能である。このような前処理によって、例えばアナログデジタル変換器からマイクロプロセッサに伝送されるデータ量が格段に低減される。
【００３４】
上に説明した複数の方法のうちの１つにしたがって、クランク軸に同期してアナログデータの検出をトリガすることは、検出したデータを前処理する際にも実質的に有利である。アナログデータの取り込みをトリガするために用いられるトリガ信号は、クランク軸の角度位置および回転数についての情報を含むため、例えば、アナログまたはデジタル信号をクランク軸の所定の角度範囲にわたって直接平均することができる。ここではもはや角度位置を時間的な信号に換算する必要がないのである。
【００３５】
回転数に依存してデータを前処理することも考えられ、これは例えば、アナログまたはデジタル信号の平均を求める時間範囲または角度範囲を回転数に依存してシフトすることによって行われる。例えば、点火時点は回転数に強く依存し得る。この際には、例えば、点火時点を基準にした所定の角度範囲において都度所定のシリンダにおける圧力を平均して検出することも有利となり得る。このようなことは、上記のように信号検出をクランク軸に同期してトリガすることにより、ここでもマイクロプロセッサの計算能力を使用せずにまたトリガ信号を時間信号に換算しなくても問題なく行うことができるのである。
【００３６】
検出した信号を前処理する際には、例えば、検出したデータに、あらかじめ定めた近似関数を適合させることによって行うことも可能である。この場合にはこれに相応して、例えばデータの代わりに近似関数ないしは近似関数を特徴付けるパラメタだけをアナログデジタル変換器からデータ処理装置に転送する。この際にもクランク軸の角度位置ないしは回転数についての情報は、近似関数のパラメタの１つとして使用することができる。信号のこのような前処理も、所要のプロセッサ能力および記憶装置容量を低減するのに大いに役立つ。
【００３７】
上記のエンジン制御装置の別の利点は、この装置が既存のマイクロプロセッサおよび電子コンポーネントによって実現できるという事実である。エンジン制御装置に対するトリガ入力側を有するマイクロプロセッサも、トリガ入力側を有するアナログデジタル変換器も共に購入可能である。費用および手間をかけてこれらのコンポーネントを新たに開発する必要はないのである。
【００３８】
本発明ではさらにアナログ信号、例えばアナログのセンサ信号をクランク軸に同期して検出する方法が提案される。ここではまずクランク軸の角度位置を検出する。この検出したクランク軸の角度位置を、少なくとも１つの電子的なトリガ信号に変換する。さらに少なくとも１つのアナログ信号、例えばアナログのセンサ信号を検出する。ここで少なくとも１つのアナログ信号を少なくとも１つのデジタル信号に変換する。上記の少なくとも１つのアナログ信号の検出および／またはアナログデジタル変換をトリガ信号によって制御する。
【００３９】
上記の少なくとも１つの信号の検出および／またはアナログデジタル変換の制御は有利には、以下の複数の原理のうちの１つまたは複数の原理の組み合わせを使用することによって行われる。
−  上記の検出および／またはアナログデジタル変換は、トリガ信号があらかじめ定めたレベルに達するか、これを上回るかまたは下回るかによってトリガされる。
−  上記の検出および／またはアナログデジタル変換は、トリガ信号があらかじめ定めた信号レベルに少なくとも達するかおよび／または上回った場合にイネーブルされ、その他の場合には検出および／またはアナログデジタル変換が阻止される。
−  上記の検出および／またはアナログデジタル変換は、トリガ信号があらかじめ定めた信号レベルを下回るかおよび／または上回らない場合にイネーブルされ、その他の場合には検出および／またはアナログデジタル変換は阻止される。
−  周期的なトリガ信号においては上記の検出および／またはアナログデジタル変換は、あらかじめ定めた数の周期中にはイネーブルされ、その他の場合には阻止される。
−  上記の検出および／またはアナログデジタル変換は、あらかじめ定めたトリガ信号以降、例えば、トリガ信号があらかじめ定めたレベルに達したか、またはこれを上回ったないしは下回った時点以降、あらかじめ固定的に定めた持続時間の間はイネーブルされ、その他の場合は阻止される。
【００４０】
さらに付加的に少なくとも１つのアナログ信号のレベルを変更し、および／または少なくとも１つのアナログ信号の周波数フィルタリングを行うことができる。またデータ処理アルゴリズムを用いて、少なくとも１つのデジタル信号から内燃機関を制御するための少なくとも１つの制御信号を計算することができる。
【００４１】
有利には上記の少なくとも１つの電子的なトリガ信号をあらかじめ定めた乗数で逓倍化し、および／またはあらかじめ定めた位相だけ位相シフトし、および／または少なくとも１つの電子的なトリガ信号から少なくとも１つの第２の電子的なトリガ信号を形成することができ、ここでこの第２の電子的なトリガ信号は、第１の電子的なトリガ信号の変更可能なパラメタを有する関数である。
【００４２】
例えば少なくとも１つの電子的なトリガ信号をクランク軸の回転数に依存して形成することができる。ここで有利には上記の電子的なトリガ信号が周波数Ｆの周期性を有するか、近似的に周期性を有するか、または考察している時間内で少なくとも近似的に周期性を有する場合に、回転数の増大に伴ってその周波数Ｆが逓倍化されて、周波数Ｆと回転数Ｄとの間の比が、回転数Ｄの増大に伴って低減されるようにする。
【００４３】
以下では本発明を図面に概略的に示されている実施例に基づき詳細に説明する。しかしながら本発明はこれらの実施例に制限されない。ここで個々の図において同じ参照符号は、同じ要素または機能的に同じ要素ないしは機能の点からみて互いに相応する要素を示す。ここで、
図１は、クランク軸に同期してトリガされて測定データを検出するマイクロコンピュータを有するエンジン制御装置の第１実施形態を示しており、
図２は、クランク軸信号の経過を示しており、
図３は、トリガ信号の経過を示しており、
図４は、クランク軸に同期して測定データを検出する方法の第１実施例の流れ図を示しており、
図５は、クランク軸に同期して測定データを検出する方法の第２実施例の流れ図を示しており、
図６は、クランク軸に同期してトリガされて測定データを検出する外部ＡＤ変換器を有するエンジン制御装置の第２実施形態を示している。
【００４４】
図１においてエンジン制御装置１１０の中核をなす素子は、集積回路（ＡＳｌＣ）１１２であり、これにはトリガ変換器１１４および高速ＡＤ変換器（Fast AD-Converter, FADC）１１６が含まれている。図示の例においてＡＳｌＣ１１２は、Infineon社のTC17xx-ファミリの１コントローラである。トリガ変換器１１４の信号出力側１１８は、ＦＡＤＣ１１６のトリガ入力側１２０に接続されている。
【００４５】
クランク軸センサ１１２は、クランク軸ＡＤ変換器１２４を介してトリガ変換器１１４の信号入力側１２６に接続されている。また温度センサ１２８が、フィルタ−増幅器ユニット１３０を介してＦＡＤＣ１１６の信号入力側１３２に接続されている。
【００４６】
図１に示したエンジン制御装置１１０の個々の構成要素が協働する様子を説明するため、クランク軸ＡＤ変換器１２４とトリガ変換器１１２との間で交換されるクランク軸信号１３４が図２に示されている。これに相応してトリガ変換器１１２とＦＡＤＣ１１６との間で交換されるトリガ信号１３６が図３に示されている。
【００４７】
上で説明したようにまずクランク軸センサ１２２によってクランク軸の信号を検出する。この例において信号は（図示しない）磁気センサのアナログの正弦波信号であり、この信号により、上記の歯付きプレートの位置が検出される。このアナログの正弦波信号は、クランク軸ＡＤ変換器１２４において、図２に示したクランク軸信号１３４に変換される。ここでこの信号は方形波信号であり、この方形波信号は、時間ｔ１〜ｔ２の間、レベル"Low"（ここではゼロのライン）であり、また引き続いて時間ｔ２〜ｔ３の間、ＴＴＬレベルの"High"（５ボルト）である。したがってこの信号の周期はｔ３−ｔ１であり、また周波数は１／（ｔ３−ｔ１）である。
【００４８】
この簡単な実施例においてクランク軸信号１３４は、トリガ変換器１１４において９倍に周波数逓倍化される。これに相応してトリガ変換器１１４は、クランク軸信号１３４から、トリガ信号１３６として周波数９×１／（ｔ３−ｔ１）の方形波を形成する。この実施例において信号レベルは、そのままであり変わっていない。トリガ変換器１１４は、時点ｔ１に都度、すなわちクランク軸信号１３４の立ち下がりエッジに伴って変換を開始してトリガ信号１３６の立ち上がりエッジを形成する。これに相応してトリガ信号１３６は、クランク軸信号１３４と比べて１８０°位相がずれている。
【００４９】
このトリガ信号１３６は、信号入力側１２０を介してＦＡＤＣ１１６に転送される。トリガ入力側１２０は、トリガ信号１３６があらかじめ定めたレベルを上回った場合にだけ、ＦＡＤＣ１１６によってその信号入力側１３２における信号が受け取れられるように構成されている。ＦＤＡＣ１１６は、残りの時間、その信号入力側１３２における信号を「無視」するのである。
【００５０】
図１に示した構造を用いて、例えば図4に示した方法を実行することができる。ここではまず上で説明したようにステップ４１０においてクランク軸の信号を検出し、クランク軸ＡＤ変換器１２４においてデジタル化する。引き続いてトリガ変換器１１２におけるステップ４１２においてこの信号をトリガ信号１３６に変換する。つぎにステップ４１４において、ここでは特にＦＡＤＣ１１６であるアナログデジタル変換器にこの信号を転送する。ステップ４１６においてＦＡＤＣ１１６により、上記のトリガ信号があらかじめ定めた値を上回ったか否かを確かめる。この確認は、無限ループにおいて行うことができる。あらかじめ定めた値を上回った場合にのみ、ステップ４１８において、図１に示した例においてフィルタ−増幅器ユニット１３０からＦＡＤＣ１１６に転送されるアナログ信号が検出され、ステップ４２０においてデジタル信号に変換される。この信号の完全な前処理または部分的な前処理（上を参照されたい）をこのステップにおいてすでに行うことができる。つぎにこのデジタル信号そのものはステップ４２２において、さらなる処理のために（図１に示されていない）マイクロプロセッサに転送される。このマイクロプロセッサは、プログラムされたアルゴリズムに相応してこの信号から例えばエンジン制御のための制御信号を形成することができる。
【００５１】
図５には類似の方法が示されており、ここではトリガ信号１３６はＡＤ変換器をトリガするためではなく、マイクロプロセッサによるデータの取り込みをトリガするために使用される。実質的にすべてのエンジン制御装置の構成部分であるこのマイクロプロセッサは、図1に示されていない。このプロセッサはＡＳＩＣ１１２のさらなる構成部分とすることが可能である。
【００５２】
図４に類似してまずステップ５１０においてクランク軸の角度位置を検出し、ステップ５１２においてトリガ信号に変換する。
【００５３】
つぎにステップ５１４においてこのトリガ信号をＡＤ変換器に直接転送するのではなく、マイクロプロセッサに転送する。このマイクロプロセッサは、ステップ５１６においてトリガ信号を確認し、このトリガ信号があらかじめ定められたレベルを上回っていないかぎり、ＡＤ変換器からデータを取り出さない（ステップ５１８）。これとは無関係にＡＤ変換器はステップ５２０において１つまたは複数のセンサのアナログ測定データを連続して検出し、場合によっては前処理を行って、これらのアナログ信号をデジタル信号に変換して、変換した信号をマイクロプロセッサに供給する。しかしながらステップ５１６における確認によって十分なトリガレベルが確認されるとはじめて、ステップ５２２においてマイクロプロセッサによってこれらのデータが受け取られ、これらがステップ５２４において後続処理される。
【００５４】
図６には図１とは択一的なエンジン制御装置１１０の構造が示されており、ここではクランク軸に同期したトリガ信号１３６は、内部のＦＡＤＣ１１６をトリガするためではなく、外部のＡＤ変換器６１０をトリガするために使用される。図６に示した構造の実質的な違いは、トリガ変換器１１４の信号出力側１１８が、外部ＡＤ変換器６１０のトリガ入力側６１２に接続されていることである。外部ＡＤ変換器６１０そのものは、インタフェース６１４を介してＡＳｌＣ１１２に組み込まれたマイクロプロセッサ６１６に接続されている。
【００５５】
図６に示した構造の動作は、図１の構造のそれに相応する。しかしながらセンサ１２８によって形成されたアナログ信号のＡＤ変換は、ＡＳＩＣ１１２ではなく、外部電子コンポーネント６１０によって行われる。アナログデータまたはすでにデジタル化されたデータの前処理も、外部ＡＤ変換器６１０において行うことができるため、インタフェース６１４を介してマイクロプロセッサ６１６に伝送されるデータはすでに絶対的に最小限に削減することができる。これによってマイクロプロセッサ６１０の負荷はさらに軽減される。外部ＡＤ変換器６１０は容易に入手可能であるため、この変換器を簡単に置き換えることもでき、また例えば最新のコンポーネントが利用できる場合には交換することができる。
【００５６】
図４に示しまた上で説明した方法は、図６に示した装置にも転用することができる。ステップ４１４におけるＡＤ変換器へのトリガ信号１３６の伝送は、この場合、外部線路接続を介して行われる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】クランク軸に同期してトリガされて測定データを検出するマイクロコンピュータを有するエンジン制御装置の第１実施形態を示す図である。
【図２】クランク軸信号の経過を示す線図である。
【図３】トリガ信号の経過を示す線図である。
【図４】クランク軸に同期して測定データを検出する方法の第１実施例の流れ図である。
【図５】クランク軸に同期して測定データを検出する方法の第２実施例の流れ図である。
【図６】クランク軸に同期してトリガされて測定データを検出する外部ＡＤ変換器を有するエンジン制御装置の第２実施形態を示す図である。
【図１】
2008502839.tif 000003
【図２】
2008502839.tif 000004
【図３】
2008502839.tif 000005
【図４】
2008502839.tif 000006
【図５】
2008502839.tif 000007
【図６】
2008502839.tif 000008
【国際調査報告】
2008502839.tif 000009
2008502839.tif 000010
2008502839.tif 000011
2008502839.tif 000012
2008502839.tif 000013
2008502839.tif 000014