(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関に固定的に取り付けられたセンサにより供給されるアナログ信号を用いて内燃機関のノッキングエネルギー（ＫＮＫＥ）を求める方法であって、
ａ）アナログ信号を整形するステップと、
ｂ）前記アナログ信号をディジタルサンプルのシーケンスに変換するステップと、
ｃ）ディジタルフィルタリングを行うステップと、
ｄ）整流を行うステップと、
ｅ）信号を積分するステップ
を有している形式の方法において、
ｉ）アナログ信号を整形する前記ステップは、整形された信号に、該信号を正又はゼロにするＤＣ成分（Ｖｃｎｆ）を加算するステップを含んでおり、
ｉｉ）前記ディジタルフィルタリングは無限インパルス応答バンドパスフィルタにより行われ、該フィルタの伝達関数はゼロ周波数に対してはゼロをとる、ことを特徴とする内燃機関のノッキングエネルギー（ＫＮＫＥ）を求める方法。
【請求項２】
アナログ信号を整形する前記ステップがさらに、内燃機関の回転数の関数として決定されるアナログ利得（ＧＡ）による前記信号の開ループ増幅を含む、請求項１記載の方法。
【請求項３】
アナログ信号を整形する前記ステップがさらにアンチエイリアシングフィルタを含む、請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記バンドパスフィルタは、内燃機関の動作条件に応じて中央周波数が決められるプログラマブルな双２次セルの形態をとっている、請求項１記載の方法。
【請求項５】
フィルタの零点計算を表す中間変数を供給する第１のステップと極の計算を行う第２のステップとから成る２ステップ再帰式により前記バンドパスフィルタをディジタル化する、請求項４記載の方法。
【請求項６】
前記バンドパスフィルタの係数及び／又は他の計算パラメータを内燃機関の動作条件に応じて事前計算されたテーブルから取り出す、請求項４又は５のいずれか１項記載の方法。
【請求項７】
前記整流ステップを、最後にフィルタリングされた信号サンプルを含むレジスタから符号ビットを除去することにより行う、請求項１から６のいずれか１項記載の方法。
【請求項８】
前記積分ステップを定位相ディジタル積分器により実施する、請求項１から７のいずれか１項記載の方法。
【請求項９】
前記積分器の実施は、フィルタリングされ整流されたサンプルを離散的に総和し、当該総和に最後から２番目のサンプルにおける前記総和の値を加算することにより行われる、請求項８記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関のノッキングエネルギーを求める方法、より詳細には、実質的にディジタルの計算手段を用いたそのような方法に関する。
【０００２】
内燃機関の制御において、特に点火進角位置のような制御パラメータに影響を及ぼすことができるようにするため、エンジンノックを表す信号、すなわち、エンジンに取り付けられた加速度センサにより供給されるアナログ信号のエネルギーを求めることが一般的である。長い間、このエネルギーは、アナログ手段によって、ノッキングの生じる蓋然性の高い時間窓内で（ＦＲ−２  ５７１  １４１）しかもこのノッキング現象の信号特性の周波数範囲内でセンサからの信号をフィルタリングし、このフィルタリングされた信号を整流し、積分することで求められてきた。
【０００３】
強力なディジタルプロセッサが市場に登場したことに伴って、新しい、実質的にディジタル式の方法が開発されてきた。
【０００４】
例えば、文献ＵＳ−Ａ−５  ４００  ６４４などの従来技術からは、センサからの信号のエネルギーをノッキングのものと想定される第１の周波数スペクトルとエンジンノイズを表す第２の周波数スペクトルとに従って分析し、これらのエネルギーを比較することによりエンジンノックの存在を推論するエンジンノック検出方法が公知である。
【０００５】
本発明の目的は、エンジンノックの検出を改善するより簡単で低コストの方法を提供することである。この目的のために、本発明による方法は以下のステップを含む：
ａ）アナログ信号を整形するステップ
ｂ）前記アナログ信号をディジタルサンプルのシーケンスに変換するステップ
ｃ）ディジタルフィルタリングを行うステップ
ｄ）整流を行うステップ
ｅ）信号を積分するステップ
本方法において、
ｉ）アナログ信号を整形する前記ステップは、整形された信号に、該信号を正又はゼロにするＤＣ成分（Ｖｃｎｆ）を加算するステップを含んでおり、
ｉｉ）前記ディジタルフィルタリングは無限インパルス応答バンドパスフィルタにより行われ、このフィルタの伝達関数はゼロ周波数に対してはゼロをとる。
【０００６】
変換前に正の信号を得ることは、アナログ信号をディジタル信号に変換するのに有利である。この正の信号はＤＣ成分を加えることによって得ることができるので、加速度計により供給される信号のスペクトル特性を保全することが可能になる。さらに、これは簡単かつ低コストである。各エンジン特有の特性と、場合によっては、特性の進展とを考慮することにより、無限インパルス応答フィルタによってエンジンノックの良好な識別を得ることが可能になる。さらに、フィルタは一次式の形をとっており、計算が簡素化される。
【０００７】
エンジンノックの検出をさらに改善するために、有利な補足的特徴に従って、アナログ信号の整形はさらに、エンジンの回転数の関数として決定されるアナログ利得による前記信号の開ループ増幅を含む。
【０００８】
この解決手段は、アナログ／ディジタル変換の最適な動作範囲内にある信号を得るための簡単でロバストな容易に実施される手段を構成する。
【０００９】
有利には、アナログ信号のディジタル信号への変換がアナログ信号の特性に実質的な影響を与えないようにするため、アナログ信号の整形はさらにアンチエイリアシングフィルタを含む。
【００１０】
本発明の別の特徴によれば、前記バンドパスフィルタは、エンジンの動作条件に応じて中央周波数が決められるプログラマブルな双２次セルの形態をとっている。
【００１１】
双２次セルとしての実施はフィルタリングに要するメモリレジスタの数を制限し、計算を簡素化する。エンジンノックの存在に関する情報ｎｏ存在する周波数範囲はエンジンの動作条件に応じて変化するので、フィルタの中央周波数をこれらの条件に応じて適応させることによって、エンジンノックの存在の検出は改善される。
【００１２】
さらに、本発明によれば、バンドパスフィルタのディジタル化は、フィルタの零点計算を表す中間変数を供給する第１のステップと極の計算を行う第２のステップとから成る２ステップ再帰式により行われる。したがって、マイクロプロセッサの同じメモリレジスタを零点の計算と極の計算とに使用することができ、その結果、メモリレジスタの数を半減させることができる。また、原信号に人為的に加えられたＤＣ成分を直接除去することも可能である。
【００１３】
本発明の別の有利な特徴によれば、バンドパスフィルタの係数（又は本発明による方法において現れる他の計算パラメータ）は内燃機関の動作条件に応じて事前計算されたテーブルから取り出される。したがって、係数を求めるために付加的な計算を実行しなくてもよい。
【００１４】
さらに、符号は有利にはレジスタのビットにより決定されるので、整流ステップは最後にフィルタリングされた信号サンプルを含むレジスタから符号ビットを除去することにより行われる。
【００１５】
本発明の別の有利な特徴によれば、積分ステップは定位相ディジタル積分器により実行される。したがって、エンジンノックの存在の検出において不可欠の要素を成している信号周波数情報の保全性が保たれる。
【００１６】
この目的のために、積分器の実現は、フィルタリングされ整流されたサンプルを離散的に総和し、当該総和に最後から２番目のサンプルにおける前記総和の値を加算することにより行われる。
【００１７】
以下の説明では、添付した図面を参照して、本発明をさらに明らかにする。添付した図面のうち、
図１は本発明による方法を図示的に示しており、
図２Ａは加速度計により供給されるアナログ信号を示しており、
図２Ｂは従来技術により整形した後の図２Ａの信号を示しており、
図２Ｃは本発明により整形した後の図２Ａの信号を示している。
【００１８】
図１に示されているように、加速度計により供給されるアナログ信号は、増幅器３において、エンジン回転数の関数として変化する利得ＧＡで増幅される。エンジンの回転はクランクシャフトに取り付けられたセンサ２により検出される。回転数はセンサ２によってユニット７（例えば、ＥＣＵ、すなわち《Engine Control Unit》とも呼ばれるエンジン制御ユニット）に送られた情報から導出され、計算ユニット８に送られる。そして、計算ユニット８が回転数の関数として増幅器３のアナログ利得ＧＡを求める。
【００１９】
利得ＧＡは、増幅器の出力信号がほぼ−２．５Ｖから＋２．５Ｖの範囲内にあるように決定される。この信号は、図２Ａに示されているように、加算器４において、ほぼ２．５Ｖに等しい一定値Ｖｃｎｆの信号に加算され、その結果、図２Ｃに示されているように、加算器の出力信号は正か又はゼロである。
【００２０】
図２Ｂに示されているように、従来技術は信号の負の部分を正にすることによって信号を整流することから成っており、したがって信号の特性を変えてしまう。特に、原信号の基本高調波周波数が２倍になり、余分な高調波が形成されてしまう。このことは、完全に人為的な余分な周波数が現れること、ならびに、使用されるのが信号のスペクトル像であることから、受け入れられない。信号のスペクトル像が変化すると、得られる信号はもはや観察された現象を表すものではなくなってしまう。この問題は、本発明による方法によって、この段階で、スペクトルの周波数特性を変えない一定値Ｖｃｎｆを加算することで解決される。
【００２１】
アナログ信号は、アンチエイリアシングフィルタ５においてシャノンの定理にしたがってアナログディジタル変換器６のサンプリング周波数の１／２よりも高いすべての周波数を除去する処理を施された後に、アナログ／ディジタル変換器６に送られる。実際上は、エンジンノックに関する情報がもっとも見られる時間窓に相応する信号部分だけがディジタルサンプルに変換される。この時間窓は、ユニット９において、ユニット７によって送られたクランクシャフトの角度位置θに関する情報に応じて決定される。
【００２２】
さらに、現在市場でもっとも良い品質／価格比を提供している変換器が入力側において０Ｖから＋５Ｖの範囲の信号を受け入れるのであれば、アナログ／ディジタル変換器６への入力信号は有利にはこの範囲内にあることに注意されたい。
【００２３】
続いて、この信号は、順にバンドパスフィルタ１１、整流器１２、及び積分器１３を含んだディジタル処理ユニット１０に入力される。
【００２４】
バンドパスフィルタ１１は、無限インパルス応答バターワースフィルタであり、双２次セルによって実現されており、その伝達関数はゼロ周波数に対してはゼロをとる。このフィルタにより、加算器４において導入された成分Ｖｃｎｆを除去することが可能になる。バンドパスフィルタ１１は、（零点により形成される）分子と（極により形成される）分母とによって、各サンプルに係数ａｉが結合したサンプルの和として形成される一次式：
ａ１＊現在サンプル＋ａ２＊１つ前のサンプル＋…＋ａｎ＊最後のサンプル
の形で定義される。ここで、ｎはサンプルの番号である。
【００２５】
バンドパスフィルタ１１はサンプリングされた信号からＤＣ成分を除去する「ゼロに対するゼロ」を含んでおり、またバンドパスフィルタ１１は線形なので、ＤＣ成分に因る追加の零点を他の自然な零点と一緒にまとめることができる。ＤＣ成分Ｖｃｎｆを除去するために、バンドパスフィルタは零点のつぎに極という順序で実施される。バンドパスフィルタ１１の構造は線形なので、バンドパスフィルタ１１は極のつぎに零点という順序で実施してもよいが、上述した利点は得られない。マイクロプロセッサのメモリレジスタの数を半分にするために、零点と極の計算はマイクロプロセッサの同じメモリレジスタを用いて順に行われる。
【００２６】
さらに、係数はユニット１４により供給される。ユニット１４は、ユニット７により送られるエンジン回転数Ｎ、負荷Ｌ、及び補助的なセンサにより送られるエンジン温度Ｔの関数である値のテーブルを有している。考慮されるエンジンパラメータのこのリストは網羅的なものではなく、処理において要求される分解能に応じて拡張してよい。
【００２７】
最後に、プロセッサが十分に高い精度を持つような値の範囲内に係数が留まるように、係数は獲得利得で除される。
【００２８】
続いて、エンジンノックに関するエネルギーを表す値を得るために、フィルタリングされた値は整流器１２において整流される。実際上は、レジスタビットがすべての値にわたって正規化される（問題となっているケースでは除去される）。
【００２９】
つぎに、様々な値が積分器１３において加算される。しかし、信号の位相シフトを避けるため、（ｎ個のサンプルにわたる）反復総和の最後から２番目の値がこの総和の最後の値に加算される。
【００３０】
最後に、結果に獲得利得が掛け合わされ、保持されたエンジンパラメータ（今の例では、エンジン回転数Ｎ、エンジン負荷Ｌ、及びエンジン温度Ｔ）の関数であるユニット１５により供給される積分定数で除される（あるいはその逆数が掛け合わされる）。そして、エンジンのノッキング状態を表す値ＫＮＫＥが得られる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明による方法を図示的に示す。
【図２Ａ】加速度計により供給されるアナログ信号を示す。
【図２Ｂ】従来技術により整形した後の図２Ａの信号を示す。
【図２Ｃ】本発明により整形した後の図２Ａの信号を示す。
【符号の説明】
【００３２】
１  エンジンノックセンサ
２  クランクシャフトセンサ
３  加算器
４  可変利得増幅器
５  アンチエイリアシングフィルタ
６  アナログ／ディジタル変換器
７  回転数／角度位置ユニット
８  アナログ利得の決定
９  時間窓の決定
１０  ディジタルプロセッサ
１１  可変周波数バンドパスフィルタ
１２  整流器
１３  積分器
１４  フィルタ周波数の決定
１５  積分定数の決定
Ｎ  エンジン回転数
θ  角度位置
Ｌ  エンジン負荷
Ｔ  エンジン温度
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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