專利名稱：頻率成分分析裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及與內燃機的旋轉同步地進行針對內燃機的運轉參數檢測值的頻率成分分析的頻率成分分析裝置。
背景技術：
在專利文獻1中公開了這樣的爆震檢測裝置使用哈達瑪變換 (HadamardTransform)近似地計算安裝在內燃機上的爆震傳感器的頻率成分強度，根據計算出的頻率成分強度進行爆震判定。在專利文獻2中公開了這樣的信號處理裝置使用離散傅立葉變換 (DiscreteFourier Transform)算法(以下稱為“DFT算法”)和快速傅立葉變換(Fast FourierTransform)算法(以下稱為“FFT算法”)，進行爆震傳感器的輸出信號的頻率成分分析。FFT算法為了提高運算速度而采用了特殊的算法，因而存在不能獲得需要的頻率成分(具體地說是爆震傳感器輸出信號的中心頻率成分)的強度的情況。因此，在上述信號處理裝置中，針對爆震傳感器輸出信號的中心頻率成分(強度最大的成分)，使用DFT算法來計算強度，針對中心頻率成分以外的頻率成分，使用FFT算法來計算強度?，F有技術文獻專利文獻專利文獻1 日本特公平8-19873號公報專利文獻2 日本特開平11-303673號公報

發(fā)明內容
發(fā)明所要解決的問題根據專利文獻2公開的裝置，雖然能夠減少計算頻率成分強度所需要的運算量， 但是期望進一步減少運算量，以便確保使用計算出的頻率成分強度的后處理的時間。另一方面，根據專利文獻1公開的裝置，雖然能夠減少計算頻率成分強度所需要的運算量，但是在頻率成分強度的計算精度方面還有改善的余地。并且，根據專利文獻2公開的裝置，由于使用預定數目的采樣值進行頻率成分強度的計算，因而根據頻率與采樣周期的相對關系，頻率成分強度產生因偏置而造成的影響。 此處所說的偏置表示內燃機的運轉參數檢測值的直流成分。即，例如在傳感器輸出值為固定值(直流)的情況下，本來除頻率“O”之外的成分強度應該為“0”，但是根據頻率與采樣數目/量化誤差的相對關系，頻率成分強度有時略微偏離“O”。這種因偏置而造成的影響在采樣數目越少時越容易產生(換言之，在采樣數目較多、量化的分解度較高的情況下，幾乎不會成為問題)。在對內燃機的運轉參數進行頻率成分分析的情況下，往往不能增大采樣數目和分解度，因而存在容易受到偏置的影響的趨勢。在專利文獻2公開的裝置中，沒有進行考慮了該偏置的運算，因而在頻率成分強度的計算精度方面存在改善的余地。
本發(fā)明是著眼于上述這一點而作成的，本發(fā)明的第一目的是提供這樣的頻率成分分析裝置在與內燃機的旋轉同步地進行檢測參數的頻率成分分析時，能夠更適當地執(zhí)行頻率成分強度運算，提高頻率成分強度的計算精度，本發(fā)明的第二目的是提供這樣的頻率成分分析裝置能夠確保頻率成分強度的計算精度，并且減少所需要的運算量。解決問題的手段為了達到上述第一目的，本發(fā)明提供一種與內燃機的旋轉同步地進行針對所述內燃機的運轉參數的檢測值(VKNK)的頻率成分分析的頻率成分分析裝置，該頻率成分分析裝置具有采樣單元，其以預定時間(TSMP)間隔對所述運轉參數進行采樣，將采樣值轉換為數字值；要素強度計算單元，其針對預定數目(ND)的采樣值計算與所述檢測值(VKNK)中包含的多個頻率成分對應的第1要素的強度(DMFTS)以及相對于所述第1要素相位偏移了 90度的第2要素的強度(DMFTC)；以及頻率成分強度計算單元，其使用所述第1要素強度(DMFTS)和所述第2要素強度(DMFTC)，與所述內燃機的旋轉同步地計算所述多個頻率的頻率成分強度(STFT)，所述頻率成分強度計算單元具有偏置成分計算單元，該偏置成分計算單元計算所述第1要素強度(DMFTS)和所述第2要素強度(DMFTC)中包含的偏置成分作0^^3通03，￥0^^3通00，所述頻率成分強度計算單元從所述第1要素強度(DMFTS)和第2要素強度(DMFTC)中去除所述偏置成分(VCNTXSUMQS，VCNTXSUMQC)而計算所述頻率成分強度(STFT)。根據該結構，以預定時間間隔對內燃機的運轉參數進行采樣，將采樣值轉換為數字值。根據所得到的數字值，針對預定數目的采樣值計算與多個頻率成分對應的第1要素的強度以及相對于第1要素相位偏移了 90度的第2要素的強度。此時，去除第1要素強度和第2要素強度中包含的偏置成分，使用去除了偏置成分的第1要素強度和第2要素強度， 與內燃機的旋轉同步地計算多個頻率的頻率成分強度。通過去除偏置成分，能夠提高第1 要素強度和第2要素強度的計算精度，因此能夠提高頻率成分強度的計算精度。優(yōu)選所述要素強度計算單元具有量化單元，該量化單元將與所述第1要素和第2 要素對應的正弦波信號分別N值化(N為3或5)，計算N值化正弦波信號(QSIN、QC0S)，所述要素強度計算單元使用所述運轉參數的檢測值(VKNK)和所述N值化正弦波信號(QSIN、 QC0S)，計算所述第1要素強度(DMFTS)和所述第2要素強度(DMFTC)。根據該結構，將與第1要素和第2要素對應的正弦波信號分別N值化，由此計算對應的N值化正弦波信號，使用內燃機運轉參數的檢測值和N值化正弦波信號來計算第1要素和第2要素的強度。通過使用量化后的正弦波信號，能夠減少運算量，充分確保使用計算出的頻率成分強度的后處理的時間。并且，正弦波信號被3值化或者5值化，因而能夠確保所需要的頻率成分強度的精度。優(yōu)選所述偏置成分計算單元將與所述預定數目(ND)的采樣值對應的所述N值化正弦波信號的值進行合計，由此計算偏差值(SUMQS、SUMQC)，并且將所述檢測值的中心值 (VCNT)與所述偏差值(SUMQS、SUMQC)相乘，由此計算所述偏置成分。根據該結構，將與預定數目的采樣值對應的N值化正弦波信號的值進行合計，由此計算偏差值，并且將檢測值的中心值與偏差值相乘，由此計算偏置成分，因此與對各個采樣值分別進行去除偏置成分的處理的情況相比，能夠減少運算步驟數。并且，偏差值能夠在確定了 N值化所采用的閾值的時刻進行計算，而且由于成為“0”的頻率成分較多，因而能夠將去除偏置成分所需要的運算量的增加抑制在最小限度。為了達到上述第二目的，本發(fā)明提供一種與內燃機的旋轉同步地進行針對所述內燃機的運轉參數的檢測值(VKNK)的頻率成分分析的頻率成分分析裝置，該頻率成分分析裝置具有采樣單元，其以預定時間(TSMP)間隔對所述運轉參數進行采樣，將采樣值轉換為數字值；要素強度計算單元，其針對預定數目(ND)的采樣值計算與所述檢測值(VKNK)中包含的多個頻率成分對應的第1要素的強度(DMFTS)以及相對于所述第1要素相位偏移了 90度的第2要素的強度(DMFTC)；以及頻率成分強度計算單元，其使用所述第1要素強度 (DMFTS)和所述第2要素強度(DMFTC)，與所述內燃機的旋轉同步地計算所述多個頻率的頻率成分強度(STFT)，所述要素強度計算單元具有量化單元，該量化單元將與所述第1要素和第2要素對應的正弦波信號分別N值化(N為3或5)，并計算N值化正弦波信號，所述要素強度計算單元使用所述運轉參數的檢測值和所述N值化正弦波信號，計算所述第1要素強度和所述第2要素強度。根據該結構，以預定時間間隔對內燃機的運轉參數進行采樣，將采樣值轉換為數字值。根據所得到的數字值，針對預定數目的采樣值計算與多個頻率成分對應的第1要素的強度以及相對于第1要素相位偏移了 90度的第2要素的強度，使用第1要素強度和第2 要素強度，與內燃機的旋轉同步地計算多個頻率的頻率成分強度。通過將與第1要素和第 2要素對應的正弦波信號分別N值化，計算對應的N值化正弦波信號，使用內燃機運轉參數的檢測值和N值化正弦波信號，計算第1要素強度和第2要素強度。通過使用量化后的正弦波信號，能夠減少運算量，充分確保使用計算出的頻率成分強度的后處理的時間。并且， 由于正弦波信號被3值化或者5值化，因而能夠確保所需要的頻率成分強度的精度。優(yōu)選所述量化單元根據所述正弦波信號的頻率來變更在進行所述N值化時采用的閾值。用于使伴隨量化而產生的誤差為最小的閾值根據頻率而變化，因而通過根據頻率將閾值設定為最佳值，能夠將伴隨量化而產生的誤差抑制為最小限度。另外，優(yōu)選在所述內燃機的轉速為預定轉速以下時，所述量化單元進行5值化，在所述內燃機的轉速高于所述預定轉速時，所述量化單元進行3值化。由此，能夠進一步縮短內燃機轉速較高時的頻率成分分析所需要的運算時間，充分確保在高速旋轉區(qū)域中的后處理用的時間。


圖1是示出本發(fā)明的一實施方式涉及的內燃機及其控制裝置的結構的圖。圖2是用于說明爆震傳感器輸出的采樣和頻率成分分析的圖。圖3是用于說明計算頻率成分強度(STFT)的過程和定時關系的時序圖。圖4是用于說明頻率成分強度(STFT)的計算期間(TS)和CRK中斷的產生周期 (CRME)的關系的時序圖。圖5是示出發(fā)動機轉速(NE)與每單位時間的運算步驟數之間的關系的圖。圖6是用于說明正弦波信號的3值化的圖。圖7是示出用于計算量化正弦波信號的值的表的圖。圖8是示出用于計算量化余弦波信號的值的表的圖。圖9是示出量化所采用的閾值(TH3PS)與量化誤差率(RERR)之間的關系的圖。
圖10是示出采樣相位根據信號頻率而變化的圖。圖11是示出信號頻率與最佳閾值(TH3PS、TH3PC)之間的關系的圖。圖12是用于說明計算頻率成分強度(STFT)的過程的流程圖。圖13是將通過頻率成分分析獲得的強度數據表示為頻譜時序映射圖和二值化頻譜時序映射圖的圖。圖14是示出進氣門的落位噪聲的二值化頻譜時序映射圖的圖。圖15是為了說明噪聲去除處理而示出二值化頻譜時序映射圖的圖。圖16是為了說明使用主模式映射圖的爆震判定而示出二值化頻譜時序映射圖的圖。圖17是示出加權映射圖的一例的圖。圖18是爆震判定處理的流程圖。圖19是示出在圖18的處理中參照的映射圖的圖。圖20是在圖18所示的處理中執(zhí)行的二值化數據映射圖計算處理的流程圖。圖21是在圖20所示的處理中執(zhí)行的二值化處理的流程圖。圖22是示出在圖21的處理中參照的映射圖的圖。圖23是在圖18所示的處理中執(zhí)行的噪聲去除處理的流程圖。圖24是在圖18所示的處理中執(zhí)行的適合率計算處理的流程圖。圖25是用于說明在圖24的處理中參照的映射圖的圖。圖26是在圖18所示的處理中執(zhí)行的噪聲學習處理的流程圖。圖27是在圖26所示的處理中執(zhí)行的噪聲映射圖更新處理的流程圖。圖28是示出由爆震傳感器檢測出的振動的頻率成分強度的圖。圖29是用于說明正弦波信號的5值化的圖。圖30是示出信號頻率與最佳閾值(TH5PAS、TH5PBS、TH5PAC、TH5PBC)之間的關系的圖。圖31是示出用于計算量化正弦波信號(5值化)的值的表的圖。圖32是示出用于計算量化余弦波信號(5值化)的值的表的圖。
具體實施例方式下面，參照

本發(fā)明的實施方式。圖1是本發(fā)明的一實施方式涉及的內燃機(以下稱為“發(fā)動機”)及其控制裝置的整體結構圖，例如在4氣缸的發(fā)動機1的進氣管2的中途配設有節(jié)氣門3。節(jié)氣門3與檢測節(jié)氣門開度TH的節(jié)氣門開度傳感器4連接，傳感器4的檢測信號被提供給電子控制單元 (以下稱為“ECU”)5。針對每個氣缸，在位于發(fā)動機1與節(jié)氣門3之間、且處于進氣管2中的未圖示的進氣門的稍稍上游側位置設置有燃料噴射閥6，各噴射閥與未圖示的燃料泵連接并與ECU 5 電連接，根據來自該ECU 5的信號來控制燃料噴射閥6的開啟時間。在發(fā)動機1的各氣缸內設有火花塞7，火花塞7與E⑶5連接。E⑶5將點火信號提供給火花塞7。在節(jié)氣門3的下游側設有檢測進氣壓PBA的進氣壓傳感器8以及檢測進氣溫度TA 的進氣溫度傳感器9。在發(fā)動機1的主體上安裝有檢測發(fā)動機冷卻水溫度TW的冷卻水溫度傳感器10和非共振型的爆震傳感器11。傳感器8 11的檢測信號被提供給ECU 5。作為爆震傳感器11，例如使用可檢測從5kHz到25kHz頻帶的振動的傳感器。在進氣管2的節(jié)氣門3的上游側設有檢測吸入空氣流量GA的吸入空氣流量傳感器13，其檢測信號被提供給ECU 5。E⑶5與檢測發(fā)動機1的曲軸(未圖示)的旋轉角度的曲軸角度位置傳感器12連接，與曲軸的旋轉角度對應的信號被提供給ECU 5。曲軸角度位置傳感器12由以下傳感器構成在發(fā)動機1的特定氣缸的預定曲軸角度位置輸出脈沖(以下稱為“CYL脈沖”)的氣缸判別傳感器；針對各氣缸的吸入行程開始時的上止點(TDC)，在預定曲軸角度之前的曲軸角度位置(在4氣缸發(fā)動機中是每180度曲軸角度)輸出TDC脈沖的TDC傳感器；以及以比TDC脈沖短的一定曲軸角度周期(例如6度的周期)產生1個脈沖(以下稱為“CRK 脈沖”)的CRK傳感器。CYL脈沖、TDC脈沖以及CRK脈沖被提供給E⑶5。這些脈沖用于燃料噴射正時、點火正時等的各種正時控制、發(fā)動機轉速(發(fā)動機旋轉速度)NE的檢測。發(fā)動機1具有氣門工作特性可變裝置20，氣門工作特性可變裝置20具有第1氣門工作特性可變機構和第2氣門工作特性可變機構，第1氣門工作特性可變機構連續(xù)變更進氣門(未圖示)的氣門升程量和開啟角(氣門開啟期間)，第2氣門工作特性可變機構連續(xù)變更驅動進氣門的凸輪的以曲軸旋轉角度為基準的工作相位。ECU 5將升程量控制信號和工作相位控制信號提供給氣門工作特性可變裝置20，進行進氣門的工作控制。第1 和第2氣門工作特性可變機構的結構分別在例如日本特開2008-25418號公報和日本特開 2000-227013號公報中示出。ECU 5由以下電路等構成具有對來自各種傳感器的輸入信號波形進行整形，將電壓電平修正為預定電平，將模擬信號值轉換為數字信號值等的功能的輸入電路；中央運算處理單元(以下稱為“CPU”)；存儲由該CPU執(zhí)行的各種運算程序和運算結果等的存儲電路(存儲器)；以及將驅動信號提供給燃料噴射閥6和火花塞7的輸出電路。在本實施方式中，進行爆震傳感器11的輸出信號的頻率成分分析，根據該分析結果獲得的頻率成分強度進行爆震判定。因此，首先說明頻率成分分析的概要。圖2(a)示出爆震傳感器11的輸出信號波形，圖2(b)是將該圖2(a)的期間TS的波形進行放大示出的圖。在本實施方式中，將采樣周期TSMP設定為20微秒，以連續(xù)檢測出的50個數據作為對象，進行基于離散傅立葉變換(DFT)的頻率成分分析。該頻率成分分析的結果如圖2(c)所示。圖2(c)的縱軸是頻率成分強度STFT，在本實施方式中，與從5kHz到25kHz的頻帶中的每IkHz的頻率(5，6，7，. . .，24，25kHz)對應的頻率成分強度STFT是針對每6度曲軸角度計算出的(發(fā)動機1的曲軸每旋轉6度)。圖3是用于說明上述頻率成分分析的時序圖，圖3(a)示出與依次存儲有每20微秒對爆震傳感器11的輸出信號進行采樣而獲得的50個檢測數據VKNK(數字值)的存儲器的地址對應的地址編號，圖3(b)示出使用檢測數據VKNK所計算的正弦波成分強度DMFTS 和余弦波成分強度DMFTC對應于檢測數據VKNK而被存儲在存儲器中的狀態(tài)。地址編號與圖3(a)相同，對應于1個檢測數據VKNK的采樣值，每1毫秒計算與從頻率5kHz到25kHz 的21個頻率對應的正弦波成分強度DMFTS和余弦波成分強度DMFTC，將它們存儲在存儲器內。圖3(c)示出從曲軸角度位置傳感器12輸出的CRK脈沖，在本實施方式中，CRK脈沖的下降定時被用作運算執(zhí)行定時的基準(以下稱為“CRK中斷”)。在本實施方式中，存儲有發(fā)生CRK中斷的定時，使用與在以該定時為中心的采樣期間TS中獲得的50個檢測數據對應的正弦波成分強度DMFTS和余弦波成分強度DMFTC來計算各頻率(5 25kHz)的頻率成分強度STFT(j，i)(圖3(d))。這里，“j”是表示頻率的索引參數(以下稱為“頻率索引”)，j = 0、1、2、· · ·、20對應于頻率5、6、7、. . · ,25kHz ο “i”是表示發(fā)生CRK中斷的曲軸角度CA(將活塞位于上止點時的角度位置設定為0度)的索引參數(以下稱為“曲軸角度索引”)，i = 0、1、3、...、14 對應于曲軸角度 6、12、18、. . .、90 度。在圖3所示的例子中，索引參數m(= 1 50)表示在頻率成分強度STFT (j，i)的計算中應用的數據。在最開始的CRK中斷定時，使用以地址編號“5”的檢測數據(與m = 25對應的檢測數據)為中心的50個數據來計算頻率成分強度STFT(j，i)，在下一個CRK中斷定時，使用以地址編號“45”的檢測數據(與m = 25對應的檢測數據)為中心的50個數據來計算頻率成分強度STFT(j，i+1)。另外，頻率成分強度STFT(j，i)是表示相對強度的無量綱量。通過將在頻率成分強度STFT(j，i)的計算中應用的數據作為以與m = 25對應的檢測數據為中心的50個數據，換句話說，作為在以CRK中斷發(fā)生定時為中心的采樣期間TS 中獲得的50個檢測數據，可進行以作為對象的曲軸角度為中心的頻率成分分析。其結果， 與采用在以發(fā)生CRK中斷的時刻為起點的采樣期間內、或者在以發(fā)生CRK中斷的時刻為終點的采樣期間內所采樣的檢測數據的方法相比，可獲得難以受到內燃機旋轉變動的影響的效果。圖4是示出CRK中斷發(fā)生周期CRME、與在頻率成分強度STFT的計算中應用的檢測數據的采樣期間(表示為“STFT計算”)TS之間的關系的圖。圖4(a)示出發(fā)動機轉速NE 是IOOOrpm的例子，采樣期間TS與中斷產生周期CRME —致。因此，當發(fā)動機轉速NE超過 IOOOrpm時，采樣期間TS—部分重復。圖4(b)示出發(fā)動機轉速NE稍高于2000rpm的例子， 采樣期間TS的重復部分變長。在本實施方式中，在這樣采樣期間TS重復的狀態(tài)下，通過使用上次計算值作為與重復部分相關的正弦波成分強度DMFTS的累計值和余弦波成分強度DMFTC的累計值，縮短頻率成分強度STFT的計算所需要的運算時間。不過，在使用上次計算值的運算中，當可使用的重復數據數的比率較小時，每單位時間的處理步驟數根據運算裝置的特性而增加。圖5所示的實線Lll表示在本實施方式中使用的CPU中，采用了上次計算值時的每單位時間的處理步驟數NS與發(fā)動機轉速NE之間的關系，處理步驟數NS —直增加至轉速NESAT (以下稱為“步驟數飽和轉速NESAT”)，在 NE ^ NESAT的范圍內為一定值NSSAT。因此在本實施方式中，將轉速閾值NETH設定為步驟數飽和轉速NESAT，當發(fā)動機轉速NE在轉速閾值NETH以上時，進行使用上次計算值的運算。圖5所示的虛線L12表示在使用FFT(快速傅立葉變換)算法的情況下的發(fā)動機轉速NE與處理步驟數NS之間的關系。從圖5可以看出，在使用FFT算法的情況下，相對于發(fā)動機轉速NE的增加，處理步驟數NS線性增加，與此相對，通過進行使用DFT算法、且在發(fā)動機轉速NE較高的區(qū)域(NE > NESAT)使用上次計算值的運算，能抑制處理步驟數NS的增加。在本實施方式中，還對在正弦波成分強度DMFTS和余弦波成分強度DMFTC的計算中應用的正弦波信號進行3值化，進一步降低CPU的運算負荷。并且，在對正弦波信號進行 3值化時，不能忽視正弦波成分強度DMFTS和余弦波成分強度DMFTC中包含的偏置成分的影響，因而進行去除偏置成分的運算。下面對這一點進行詳細說明。另外，在本說明書中，“正弦波信號”被用作包括下面說明的正弦波信號和余弦波信號的用語。圖6是用于說明正弦波信號的3值化的圖，使用3值化閾值TH3PS和 TH3MS( = -TH3PS)，將正弦波信號量化為“1” “0” “_1”這3個值。即，設本來的正弦波信號為sin θ，設量化正弦波信號為QSIN( θ )，按照下面所述進行3值化。1)在 sin θ > TH3PS 時，QSIN( θ ) = 12)在 TH3PS ^ sin θ 彡 TH3MS 時，QSIN( θ ) = 03)在 sin θ < TH3MS 時，QSIN( θ ) = -1并且，同樣地針對余弦波信號cos θ也獲得量化余弦波信號QCOS ( θ )。設在余弦波的量化中應用的3值化閾值為TH3PC、TH3MC( = -TH3PC)。1)在 cos θ > TH3PC 時，QCOS ( θ ) = 12)在 TH3PC ^ cos θ 彡 TH3MC 時，QCOS ( θ ) = 03)在 cos θ < TH3MC 時，QCOS ( θ ) = -1因此，在本實施方式中，根據下式(1)和(2)計算正弦波成分強度DMFTS(j，k)和余弦波成分強度DMFTC (j，k)。其中，索引參數k是圖3(b)所示的地址編號，取從“1”到 ND(在本實施方式中是“50”)的值。并且，At相當于(采樣周期XND)，在本實施方式中是1毫秒。DMFTS (j，k) = VKNK (k) XQSIN {2 π X (j+5) X 1000 XAtX k/ND} (1)DMFTC(j, k) = VKNK(k) XQCOS{2 π X (j+5) X 1000XAtXk/ND} (2)預先計算上式(1)和(2)的量化正弦波信號QSIN和量化余弦波信號QC0S，并作為圖7和圖8所示的QSIN表和QCOS表存儲在存儲電路中。另外，在圖7和圖8中只示出了截止到頻率20kHz的值，實際上也設定有21 25kHz的值。頻率成分強度STFT(j，i)通常利用下式㈧計算。式㈧中的SUMDS(j)和 SUMDC(j)分別利用下式(3)和(4)給出(下面分別稱為“正弦波累計值”和“余弦波累計值”)。式⑶和⑷中的索引參數m是按照使發(fā)生CRK中斷時的地址編號k為“25”的方式設定的修正地址編號(參照圖3(d))。VCNT是檢測數據VKNK的中心值，在本實施方式中是2.5V。SUMQS(j)和SUMQC(j)是表示利用下式(5)和(6)計算出的各個頻率成分的偏置量的偏差值。下面，將SUMQS稱為“正弦波偏差值”，將SUMQC稱為“余弦波偏差值”。預先計算正弦波偏差值SUMQS和余弦波偏差值SUMQC，并存儲在圖7和圖8所示的表的最下欄中。[算式1]STFT(j, i) = ^ SUMDS(j)2 +SUMDC(j)1(A)
KDSUA4DS(j) = ^ DMFTS(j, m) - VCNT χ SUMQS(j)(3)
Pi=I
KDSUAdDC(J) - YiDMFTCiJjn) -VCNTxSUMQC{j)(4)
10
SUMQS(J) = ￡ QSlN {2π x(j + 5)x\ 000 χ Afxm/ ND](5)
πι-l
KDSUMQC(j) - YjQCOSilK χ (j + 5) χ 1000 xAtx m / ND}(6)
m=1按照下面所述進行正弦波累計值SUMDS(j)和余弦波累計值SUMDC(j)的計算。例如，使用圖7所示的QSIN表，利用下式(7)和(8)計算頻率5kHz的正弦波累計值SUMDS(I) 和頻率6kHz的正弦波累計值SUMDS (2)。在式(7)和(8)中省略了量化正弦波信號QSIN的值為“0”的項。并且，如圖7所示，正弦波偏差值SUMQS(I) ^P SUMQS(2)為“0”，所以這些項也被省略。并且，使用圖8所示的QCOS表，利用下式(9)和(10)計算累計值SUMDC(I)和 SUMDC⑵。在式(9)和(10)中省略了量化余弦波信號QCOS的值為“0”的項。并且，余弦波偏差值SUMQC(I)為“0”，所以也被省略。余弦波偏差值SUMQC(2)為“_2”，所以在式(10) 中減去偏置成分(-2XVCNT)。SUMDS (1) = VKNK (2) +VKNK (3) +VKNK (4) +VKNK (5)-VKNK (7) -VKNK (8) +......-VKNK (49) -VKNK (50)(7)SUMDS (2) = VKNK (2) +VKNK (3) +VKNK (4) -VKNK (6)-VKNK (7) -VKNK (8) +......-VKNK (49) -VKNK (50)(8)SUMDC(I) = VKNK(I) +VKNK (2) -VKNK (5) -VKNK (6)-VKNK (7)+VKNK (10)+......-VKNK (47) +VKNK (50)(9)SUMDC (2) = VKNK(I) +VKNK (2) -VKNK (4) -VKNK (5)-VKNK (6) +VKNK (9) +......-VKNK (48) +VKNK (50) - (_2 X VCNT)(10)同樣還可以計算與其它頻率對應的正弦波累計值SUMDS和余弦波累計值SUMDC。
這樣通過使用量化正弦波信號QSIN和量化余弦波信號QC0S，在正弦波累計值SUMDS和余弦波累計值SUMDC的計算中不再需要乘法運算，能夠大幅減少頻率成分強度STFT的計算所需要的運算量。其結果，與不進行量化的情況相比，能夠將CPU中的運算步驟數減少約66%， 能夠充分確保使用所計算出的頻率成分強度STFT的后處理的時間。并且，通過使用3值化正弦波信號，與采用哈達瑪變換的情況相比，能夠提高頻率成分強度STFT的精度。并且，通過去除偏置成分，能夠提高頻率成分強度STFT的計算精度。另外，在本實施方式中，針對5kHz 20kHz的成分，正弦波偏差值SUMQS全部是“0”，所以實質上不需要去除偏置成分的處理，然而根據在3值化中采用的閾值的設定，有可能產生偏置成分。并且，盡管偏置成分的去除可以這樣進行將通過從檢測數據VKNK中減去中心值VCNT獲得的距中心值VCNT的位移量，乘以量化正弦波信號QSIN和量化余弦波信號QC0S，但是，首先通過計算量化正弦波信號QSIN和量化余弦波信號QCOS的偏差值 SUMQS和SUMQC，將這些偏差值與中心值VCNT相乘，由此計算偏置成分(VCNTXSUMQS， VCNTXSUMQC)，將計算出的偏置成分應用到式(3)、(4)中，從而能夠大幅減少去除偏置所需要的運算步驟數。
下面，對在3值化中采用的閾值TH3PS、TH3PC的設定進行說明。另外，如上所述， 負側的閾值TH3MS、TH3MC是對正側的閾值TH3PS、TH3PC賦予負號而得到的值。圖9是示出閾值TH3PS與表示量化誤差的大小的誤差率RERRS之間的關系的圖，圖9 (a)對應于頻率 6kHz,圖9 (b)對應于頻率7kHz。誤差率RERRS最小時的閾值TH3PS的值隨著正弦波信號的頻率而變化，在6kHz時是“0. 589”，在7kHz時是“0. 481”。這是因為當以一定的采樣周期TSMP(20ys)進行采樣時，如圖10所示，采樣相位隨著正弦波信號的頻率而變化。在本實施方式中，閾值TH3PS、TH3PC被設定為誤差率 RERRS、RERRC最小時的值，根據信號頻率進行圖11所示的設定。通過這樣設定閾值TH3PS、 TH3PC(TH3MS、TH3MC)，能夠將量化誤差的影響抑制在最小限度。另外，上述誤差率RERRS、RERRC是使用下式(51) (56)計算出的。在下式中， “NF”是計算頻率成分強度的頻率的數(在本實施方式中是“21” )，“f”是計算誤差率的對象頻率(kHz)。
權利要求
1.一種頻率成分分析裝置，該頻率成分分析裝置與內燃機的旋轉同步地進行針對所述內燃機的運轉參數的檢測值的頻率成分分析，其特征在于，所述頻率成分分析裝置具有采樣單元，其以預定時間間隔對所述運轉參數進行采樣，將采樣值轉換為數字值；要素強度計算單元，其針對預定數目的采樣值計算與所述檢測值中包含的多個頻率成分對應的第1要素的強度以及相對于所述第1要素相位偏移了 90度的第2要素的強度；以及頻率成分強度計算單元，其使用所述第1要素強度和所述第2要素強度，與所述內燃機的旋轉同步地計算所述多個頻率的頻率成分強度，所述頻率成分強度計算單元具有偏置成分計算單元，該偏置成分計算單元計算所述第 1要素強度和所述第2要素強度中包含的偏置成分，所述頻率成分強度計算單元從所述第1 要素強度和所述第2要素強度中去除所述偏置成分而計算所述頻率成分強度。
2.根據權利要求1所述的頻率成分分析裝置，其特征在于，所述要素強度計算單元具有量化單元，該量化單元將與所述第1要素和第2要素對應的正弦波信號分別N值化(N為 3或5)，計算N值化正弦波信號，所述要素強度計算單元使用所述運轉參數的檢測值和所述 N值化正弦波信號，計算所述第1要素強度和所述第2要素強度。
3.根據權利要求2所述的頻率成分分析裝置，其特征在于，所述偏置成分計算單元將與所述預定數目的采樣值對應的所述N值化正弦波信號的值進行合計，由此計算偏差值， 并且將所述檢測值的中心值與所述偏差值相乘，由此計算所述偏置成分。
4.一種頻率成分分析裝置，該頻率成分分析裝置與內燃機的旋轉同步地進行針對所述內燃機的運轉參數的檢測值的頻率成分分析，其特征在于，所述頻率成分分析裝置具有采樣單元，其以預定時間間隔對所述運轉參數進行采樣，將采樣值轉換為數字值；要素強度計算單元，其針對預定數目的采樣值計算與所述檢測值中包含的多個頻率成分對應的第1要素的強度以及相對于所述第1要素相位偏移了 90度的第2要素的強度；以及頻率成分強度計算單元，其使用所述第1要素強度和所述第2要素強度，與所述內燃機的旋轉同步地計算所述多個頻率的頻率成分強度，所述要素強度計算單元具有量化單元，該量化單元將與所述第1要素和第2要素對應的正弦波信號分別N值化(N為3或5)，并計算N值化正弦波信號，所述要素強度計算單元使用所述運轉參數的檢測值和所述N值化正弦波信號，計算所述第1要素強度和所述第2要素強度。
5.根據權利要求2 4中任意一項所述的頻率成分分析裝置，其特征在于，所述量化單元根據所述正弦波信號的頻率來變更在進行所述N值化時采用的閾值。
6.根據權利要求2 5中任意一項所述的頻率成分分析裝置，其特征在于，在所述內燃機的轉速為預定轉速以下時，所述量化單元進行5值化，在所述內燃機的轉速高于所述預定轉速時，所述量化單元進行3值化。
7.—種頻率成分分析方法，用于與內燃機的旋轉同步地進行針對所述內燃機的運轉參數的檢測值的頻率成分分析，其特征在于，所述頻率成分分析方法包括以下步驟a)以預定時間間隔對所述運轉參數進行采樣，b)將采樣值轉換為數字值，c)針對預定數目的采樣值計算與所述檢測值中包含的多個頻率成分對應的第1要素的強度以及相對于所述第1要素相位偏移了 90度的第2要素的強度，d)使用所述第1要素強度和所述第2要素強度，與所述內燃機的旋轉同步地計算所述多個頻率的頻率成分強度，所述步驟d)包括計算所述第1要素強度和所述第2要素強度中包含的偏置成分的步驟e)，在所述步驟d)中，從所述第1要素強度和所述第2要素強度中去除所述偏置成分而計算所述頻率成分強度。
8.根據權利要求7所述的頻率成分分析方法，其特征在于，所述步驟c)包括將與所述第1要素和第2要素對應的正弦波信號分別N值化(N為3或5)，計算N值化正弦波信號的步驟f)，在所述步驟c)中，使用所述運轉參數的檢測值和所述N值化正弦波信號，計算所述第 1要素強度和所述第2要素強度。
9.根據權利要求8所述的頻率成分分析方法，其特征在于，在所述步驟e)中，將與所述預定數目的采樣值對應的所述N值化正弦波信號的值進行合計，由此計算偏差值，并且將所述檢測值的中心值與所述偏差值相乘，由此計算所述偏置成分。
10.一種頻率成分分析方法，用于與內燃機的旋轉同步地進行針對所述內燃機的運轉參數的檢測值的頻率成分分析，其特征在于，所述頻率成分分析方法包括以下步驟a)以預定時間間隔對所述運轉參數進行采樣，b)將采樣值轉換為數字值，c)針對預定數目的采樣值計算與所述檢測值中包含的多個頻率成分對應的第1要素的強度以及相對于所述第1要素相位偏移了 90度的第2要素的強度，d)使用所述第1要素強度和所述第2要素強度，與所述內燃機的旋轉同步地計算所述多個頻率的頻率成分強度，所述步驟c)包括將與所述第1要素和第2要素對應的正弦波信號分別N值化(N為3 或5)，計算N值化正弦波信號的步驟f)，在所述步驟c)中，使用所述運轉參數的檢測值和所述N值化正弦波信號，計算所述第 1要素強度和所述第2要素強度。
11.根據權利要求8 10中任意一項所述的頻率成分分析方法，其特征在于，在所述步驟f)中，根據所述正弦波信號的頻率來變更在進行所述N值化時采用的閾值。
12.根據權利要求8 11中任意一項所述的頻率成分分析方法，其特征在于，在所述步驟f)中，在所述內燃機的轉速為預定轉速以下時進行5值化，在所述內燃機的轉速高于所述預定轉速時進行3值化。
全文摘要
本發(fā)明提供一種與內燃機的旋轉同步地進行針對內燃機的運轉參數的檢測值的頻率成分分析的頻率成分分析裝置。以預定時間間隔對運轉參數進行采樣，將采樣值轉換為數字值。針對預定數目的采樣值計算與運轉參數檢測值中包含的多個頻率成分對應的第1要素的強度以及相對于所述第1要素相位偏移了90度的第2要素的強度。使用第1要素強度和第2要素強度，與內燃機的旋轉同步地計算多個頻率的頻率成分強度。計算第1要素強度和第2要素強度中包含的偏置成分，從第1要素強度和第2要素強度中去除偏置成分而計算頻率成分強度。
文檔編號G01H17/00GK102301120SQ20108000620
公開日2011年12月28日 申請日期2010年1月27日 優(yōu)先權日2009年2月6日
發(fā)明者義煎將之, 倉內淳史, 北村夏子, 小松弘崇, 高木治郎 申請人:本田技研工業(yè)株式會社