流量测定装置的制作方法

专利名称：流量测定装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及对空气等流体的流量进行测量的装置。
背景技术：
作为具有输出与流量相对应的非线性信号的检测元件的代表性的流 量测定装置，公知有热式流量计。热式流量计例如可直接检测汽车等的内 燃机的吸入空气的质量流量，该流量测量值用于电子控制式的燃料喷射控 制的运算数据。
热式空气流量计的检测元件中使用的发热电阻具有温度依赖性，例如
存在如下类型将铂线巻绕到绕线筒上并用玻璃进行覆盖的热线式；在陶
瓷基板上或硅基板上形成薄膜电阻的薄膜式。
作为流量的测量方法，存在如下方式。 一个方式为对根据空气流量 而吸收热的发热电阻进行加热控制，使其相对于空气温度具有一定的温度 差，将该发热电阻中流动的电流变换为电压，来直接检测空气流量。另一 个方式为在发热电阻的空气流向的两侧配置温度检测电阻(感温电阻)， 根据该温度检测电阻的温度差来检测空气流量。
流经引擎的吸气管的空气伴随引擎的吸气阀的开闭动作而脉动，因此 被检测的传感器(流量计)输出信号也伴随脉动。另一方面，热式流量计 的输出电压在低流量域急剧地变化(灵敏度高)，随着变为高流量域而缓 慢地变化(灵敏度低)，具有所谓的非线性输出特性。
在该非线性输出特性中，流量的四次方根可表现为传感器输出电压 (金氏公式年y夕'O式)。图20表示该输出特性Qref。纵轴是传感器输出电压(V)，横轴是空气流量。在图20中，作为一例，表示了与脉动比 较大的流量Qa相对的传感器输出电压Vin、和与脉动比较小的流量Qaf 相对的传感器输出电压Vinf。实际上，即使描绘如Sin波的曲线的脉动流 量，传感器输出电压也会变成在正的一侧压缩而在负的一侧拉伸的稍微变 形了的波形。若将包含这样的脉动成分的输出电压直接平均值化，则表面 来看流量的平均值会减少(误差)。脉动越大该误差越大。例如，在图20 中，传感器输出电压Vin的本来的平均值应是Vavel，但表面来看的平均 值是Vave2，产生误差Vavel—Vave2。但是，若脉动明显包含逆流，则流 量的平均值从表面来看会增加。尤其是，四汽缸以下的引擎在低转速运转 域或重负载时，吸入空气量的脉动振幅大，存在产生伴随一部分逆流的脉 动流的情况。在该情况下，从表面来看，流量检测信号中会产生正方向的 脉动误差。脉动误差将成为测量精度低下的原因。另外，脉动的程度(脉 动率)与传感器输出的误差的关系，参照图8、图10在后面描述。
在特开2000—161122号公报中记载了为降低这样的脉动误差而采用 可变滤波器的方式。
另外，作为现有的降低脉动误差的技术，公知有对传感器输出电压进 行线性化处理的技术。线性化处理通常实际测量相对于流量的传感器的电 压信号，将成为基准的特性曲线(称作主(master)特性Qref)存储到引 擎控制单元等，利用该特性曲线进行线性化处理(V—Q变换处理)。
传感器输出电压的脉动成分还包括噪声等的误差成分。为了减少该误 差成分，公知有如下方法在进行所述线性化处理之前，利用硬件滤波器 (hard filter)对信号进行平滑处理，然后进行线性处理化。
如图21所示，该方法进行平滑化使得振幅减小(例如，将VI振幅变 为V2振幅)，而不改变输出电压值(发热电阻的检测信号)的平均值本身。 这样，若在对检测信号滤波(平滑处理)之后进行线性化(V—Q变换处 理)，则如图21所示，换算空气量的平均值也产生误差。
为了减小这样的误差，在特开平11一316145号公报和特开平ll一 337382号公报中，提出了一种在对传感器输出电压进行线性处理化(V— Q变换)之后，通过滤波器进行平滑化处理的方式。另外，通过滤波器降 低了脉动振幅后的流量信号，再次被非线性化处理(Q—V变换)，并被D一A变换，输入到引擎控制单元。
在特开2004—20454号公报中提出了如下方式在根据调整用参数对 检测元件的非线性输出信号进行了输出调整之后，进行平均值调整的不均 等线性化处理。该方式能够根据脉动的大小来适当调整平均值，可获得精 度更高的空气流量信号。
专利文献l:特开2000—161122号公报
专利文献2:特开平11—316145号公报
专利文献3:特开平11一337382号公报
专利文献4:特开2004—20454号公报

发明内容
鉴于在内燃机等的脉动和逆流大的环境下对应于脉动的大小或频率 而流量计的脉动误差变大的状况，本发明想要通过代替如上述那样的不均 等线性化处理的方式来改善该状况。
本发明的方式与现有的降低流量检测(测量信号)的脉动误差的基本 的不同之处如下。现有方式对非线性的流量检测信号(源信号)进行线性 化处理、或平滑处理—线性处理、或线性处理一平滑处理，将这样加工后 的信号本身用作流量检测信号。另一方面，本发明对流量检测信号进行加 工，求取脉动误差修正量。然后，在源的流量检测信号上，加减法运算该 脉动误差修正量，从而对流量检测信号进行修正。作为这样的修正方法， 提出了如下方案。
(1 )本发明的脉动误差修正量例如通过下面描述的第一信号处理系 统、第二信号处理系统而获得。
第一信号处理系统在对流量检测元件的非线性的输出信号(输出电 压)进行积分之后，调整该输出信号的灵敏度而获得第一信号。该非线性 输出的积分例如通过使用了滤波器的平滑处理(滤波处理)来执行，使脉 动(换而言之，包含交流成分)的非线性输出信号产生平均值误差(非线 性误差)。输出灵敏度的调整例如通过线性处理来执行。
第二信号处理系统在对流量检测元件的输出信号(源信号)进行线性 化之后进行积分(平滑处理)，然后再次进行非线性化而得到第二信号。在该第二信号处理系统中，流量检测元件的输出信号最初被线性化，信号 灵敏度被调整，变为几乎不产生平均值误差的第二信号。另外，通过该线 性处理后的积分处理(平滑处理)而第二信号与第一信号的相位差被匹配 (相位差匹配机构)。
该第一信号与第二信号的差信号被放大而成为脉动误差修正量。通过 在流量检测元件的输出信号(源信号)上加减法运算该脉动误差修正量，
从而包含脉动误差的非线性源信号被修正。例如，参照图3。 (2)另一方法按照如下那样来获得脉动误差修正量。 例如，对检测元件的非线性源信号进行滤波处理。求取该被滤波处理
后的信号与所述源信号的差信号的绝对值。对所述差信号的绝对值进行滤
波处理。放大被滤波处理后的所述差信号。将被放大后的差信号用于所述
源信号的修正。 (发明效果)
根据本发明，流量测定装置可降低由脉动引起的测量误差，而无损传 感器输出的基本特性。


图1是本发明的第一实施例的流量测定装置的系统构成图； 图2是第一实施例中使用的脉动误差修正的数字处理框图； 图3是第一实施例的脉动修正量算出处理的信号处理框图； 图4(a)是表示第一实施例中使用的V—Q变换函数的特性的图，(b)
是表示Q—V变换函数的特性的图5是表示第一实施例的脉动误差修正处理中的波形的动作的图； 图6 (a)是表示本发明的第二实施例中使用的V —Q变换函数的特性
的图，(b)是表示Q—V变换函数的特性的图7是表示配置于本发明的第三实施例中使用的吸气通路的旁路通路
和流量检测元件的剖视图8是表示第三实施例的脉动误差修正的效果的图9是表示于本发明的第四实施例中使用的吸气通路配置的旁路通路
和流量检测元件的剖视图；图IO是表示第四实施例的效果的图；(第四实施例) 图11是表示本发明的第五实施例的脉动误差修正量算出处理的信号 处理框图12是表示第五实施例的脉动误差修正量算出处理的信号处理框图； 图13是表示本发明的第六实施例的脉动误差修正量算出处理的信号 处理框图14是表示第六实施例中使用的脉动特征量算出处理的动作的说明
图15是表示第六实施例中使用的脉动特征量算出处理的动作的说明
图16是表示本发明的第七实施例的脉动误差修正量算出处理的信号 处理框图17是表示第七实施例的脉动误差修正的波形动作的说明图； 图18是表示第一实施例的变形例的脉动误差修正处理的框图； 图19是表示图19的实施例的脉动误差修正处理的波形动作图； 图20是表示热式空气流量计的输出特性的图21是表示传感器输出、空气流量和流量平均值的关系的说明图。 图中l一传感器电路；2 —输出修正部；3—电源电路；4 —流量测定 装置；5 —引擎控制单元；ll一发热电阻(检测元件)；12 —温度补偿电阻； 40 —脉动误差修正处理部(运算处理部)；44一脉动误差修正量算出部； 46—调整用参数；401 —弯曲旁路通路；402 —吸气管；403 —旁路(bypass) 通路。
具体实施例方式
参照附图，对本发明的实施方式进行说明。 (实施例一)
图l表示本发明所涉及的流量测定装置的构成图，图2表示该装置中 的用于流量修正的数字处理框图。作为一例，对流量测定装置例示了测定 汽车用内燃机的吸气管中流动的空气流量的热式空气流量计。
流量测定装置4由输出流量信号的传感器电路部1、和流量信号的输出修正部(数字处理部信号处理装置)2构成，与车辆用内燃机的引擎 控制单元5电连接。
传感器电路部1具备发热电阻11和空气温度补偿电阻12，作为流量 检测元件。传感器电路部1例如具备组入了发热电阻11和空气温度补 偿电阻12的公知的桥接电路(省略图示)、对桥接电路的中点电位差进行 放大的工作放大器(省略图示)、据此而对发热电阻ll中流动的发热电流 进行控制的晶体管(省略图示)。发热电阻11和空气温度补偿电阻12是 具有温度依赖性的感温电阻，配置在引擎的吸入空气流路中。
传感器电路部1与电源10连接，按照使发热电阻11的发热温度相对 于空气温度保持规定温度差的方式来控制发热电流。即，发热电阻11根 据空气流量而吸收热，电阻值发生变化，按照使上述桥接电路的中点电位 差变为零的方式控制发热电阻11中流动的发热电流。由此，按照使发热 电阻11的发热温度相对于空气温度保持规定温度差的方式控制发热电流。 将该电流直接进行电压变换，形成流量检测信号，从而测定流量。另外， 也可在发热电阻的空气流向的两侧配置温度检测电阻，从而根据其温度差
电源电路3形成用于驱动传感器电路部1和输出修正部2的基准电压。
输出修正部2由微型计算机或专用逻辑电路等数字电路构成，具备
模拟/数字变换器(A/D变换器)21、运算电路22、改写存储器23、数字/ 模拟变换器(D/A变换器)24、驱动用振荡器25、串行通信处理部26， 进行如下处理。
来自传感器电路部l的输出信号(流量检测信号非线性模拟信号)
Vin，通过模拟/数字变换器(A/D变换器)21而被变换为数字值。运算电 路22利用存储于改写存储器23中的修正数据，对数字化后的流量检测信 号的脉动误差进行修正。修正后的流量检测信号通过数字/模拟变换器 (D/A变换器)24而被再次变换为模拟信号。该模拟信号是与传感器电路 部1同样的非线性的电压值，被输出到引擎控制单元5。这样将修正后的 流量检测信号再次进行模拟变换是由于，现有的引擎控制单元5具有模拟 /数字变换器(A/D变换器)21。
输出修正部2可经串行通信处理26而与外部进行数据通信。在引擎控制单元5中，流量测定装置4的输出信号Vout通过模拟/数 字变换器51而变换为数字值，用于引擎控制。引擎控制单元5可通过串 行通信处理52向流量测定装置4发送误差修正用的参数。
下面，利用图2，对由流量修正部2执行的运算处理40的流程进行说明。
A/D变换器21输入传感器电路1的输出信号(流量检测信号)Vin， 执行模拟/数字变换处理41，将流量信号Vin从模拟值变换为数字值。输 出信号Vin是包含脉动成分、还包括由非线性带来的误差的非线性信号。
运算电路22实施如下处理根据需要对数字化后的流量信号实施输 出调整处理42;对输出调整处理后的数字流量信号Vx实施算出脉动误差 的修正量Vy的处理(脉动误差修正量算出处理)44;以及利用该修正量 对非线性输出信号(传感器输出信号Vx)实施加法运算或减法运算处理 43。数字流量信号Vx相当于流量检测元件的源信号(非线性输出信号)。 根据特性来改变(区分修正量Vy相对于传感器输出信号Vx的加法运算、 减法运算的情况)使用加减法运算处理43的修正量的符号，从而在正的 方向和负的方向都能实现脉动误差的改善。在本实施例中，作为一例，脉 动误差设为正的方向，例示减法运算处理。另外，修正量Vy的符号的变 换可通过根据传感器输出特性来改变后述的修正量算出用的加减法运算 处理67的符号而实现。
在脉动误差修正量算出处理44中，对流量信号Vx中包含的脉动成分 的非线性误差的修正量进行计算，该修正量被作为修正信号Vy而供给到 加减法运算处理43。在加减法运算处理43中，修正信号Vy被从流量信 号(源信号)Vx中减去(Vx—Vy)，得到修正后的流量信号Vz。修正后 的流量信号Vz通过D/A变换器24实施数字/模拟变换处理45，将模拟信 号输出到引擎控制单元5。在脉动误差修正量算出处理44中，可根据来自 引擎控制单元等的调整参数数据来调整脉动误差的修正量。
这里，根据图3，对脉动误差修正量算出处理44的具体例进行说明。 一般，使用了发热电阻的热式流量计的传感器输出与空气流量的关系 通过称作金氏公式的下式表示。
Ih*Ih*Rh= (Cl+C2#) (Th—Ta) …(1)在此，Ih是发热电阻中流动的发热电流，Rh是发热电阻的电阻值，
Th是发热电阻的表面温度，Ta是空气的温度，Q是空气流量，Cl、 C2是 由发热电阻确定的常数。传感器的输出一般是使发热电流值Ih通过检测电 阻而作为电压值进行检测。在内燃机的控制中使用的引擎控制单元5中， 根据(1)式的关系，将传感器的输出电压值(在本实施例中是脉动误差 修正处理后的输出电压)变换为流量值，控制内燃机的空气和燃料的比例 等。由于热式流量计的传感器输出信号与实际的流量的关系是(1)式的 非线性关系(流量的四次方根是电压值)，因此在使用信号作为流量时需 要一些线性化方法。
传感器电路部1的输出信号Vin是将发热电阻11中流动的发热电流进 行电压变换后的输出，是非线性输出信号。输出信号Vin包含因引擎的吸 气阀的开闭动作而引起的空气脉动。该输出信号在非线性的状态(源信号 在此是数字变换后的输出Vx)下，若直接进行滤波处理，则该滤波处理 后的信号包含误差，在最终变换为流量时会产生一些流量误差(正的方向 或负的方向的误差)。具体而言，在通过低通滤波器(LPF)对非线性信号 Vx进行滤波处理时，会产生负的平均值误差。另外，在通过高通滤波器 (HPF)进行滤波处理时，会产生正的平均值误差。若调整滤波器的时间 常数，则该误差可用于一定量的脉动信号的修正。
在原本响应性慢的传感器的情况下，因非线性引起的脉动误差的修正 量由于滤波的源信号的振幅小所以其效果减小。在本实施例中，将该滤波 后的信号的微小的振幅作为与成为基准的信号的差信号来求出，并放大差 信号。通过使该放大率最佳化，可最佳地算出脉动误差的修正量。在此， 根据图3、图4和图5，对脉动误差修正处理44的信号处理的详细情况进 行说明。
将输出调整处理后的信号Vx (非线性输出信号)分配到第一信号系统 和第二信号系统实施加工，得到第一信号与第二信号的差信号dVx。放大 所得到的差信号dVx，得到脉动修正信号Vy，通过加减法运算处理43而 得到修正后的信号Vz。
第一信号系统由低通滤波器(LPF1)、 V—Q变换处理部(基于fl函 数的线性化处理部)62、 Q—V变换处理部(基于G函数的非线性化处理部)63构成。在该第一信号系统中，根据非线性输出信号Vx的脉动的大 小，有意地产生负的误差。S卩，通过低通滤波器(LPF1) 61对流量检测 元件的非线性输出信号Vx进行平滑处理。利用图4 (a)所示的函数fl (二 维映射(也可以是表))，通过V—Q变换处理部(fl) 62使该平滑化后的 信号Vxf线性化，得到第一信号即流量信号(qvxf)。平滑化后的信号Vxf 在图21中相当于发热体的检测信号中的脉动振幅小的一方V2，脉动振幅 大的一方Vl相当于平滑前的源信号Vx。线性化后的流量信号(qvxf)在 图21中相当于流量信号Q2， Ql相当于对源信号Vx (VI)进行流量变换 后的信号。并且，如从图21的Q2与Q1的关系可以明确，在平滑化后被 线性化的流量信号(qvxf)的平均值产生平均值误差(减少方向的误差)。 通过Q—V变换处理部(f2) 63，利用图4 (b)所示的函数f2 (或二维映 射(也可以是表))，流量信号(qvxf)被变换为电压，得到如图5 (a)所 示的非线性处理后的第一信号(Vvxfl)。
另一方面，第二信号系统由V—Q变换处理部(基于fl函数的线性化 处理部)64、低通滤波器(LPF2)、 Q—V变换处理部(基于f2函数的非 线性化处理部)66构成。通过V—Q变换处理部(fl) 64，与所述处理部 62同样利用函数fl (或二维映射(也可以是表))，首先使非线性的源信号 Vx线性化。通过该线性化处理，源信号被变换为流量信号(qx)。
该流量信号(qx)通过fl函数的灵敏度调整而可视作几乎不包含脉动 误差的信号。流量信号(qx)通过与所述LPF1同样的低通滤波器(LPF2) 65而被平滑处理，得到信号(qxf)。通过该平滑处理，信号(qxf)与第 一信号系统的信号(qvxf)相位同步化。信号(qvxf)的平均值比信号(qvxf) 大。该信号(qvxf)通过Q—V变换处理部(f2) 66，利用函数f2 (或二 维映射(也可以是表))而被变换为非线性电压，由此，如图5 (a)所示， 得到第二信号(Vvxf2)。
如上所述，由于第一信号(Vvxfl)在对非线性信号滤波处理之后线 性化，因此产生负的误差，相对于此，由于第二信号(Vvxf2)在对非线 性信号线性化之后进行滤波处理，因此不产生误差。这两个信号(Vvxfl、 Vvxf2)如上述那样被调整灵敏度并且相位被同步化，通过加减法运算处 理部67而被运算(Vvxf2—Vvxfl)。由此，如图5 (a)所示，得到差信号(dVx)。
该差信号(dVx)还存在根据源信号的波形形状而变动的情况，因此 再次通过低通滤波器(LPF3) 68进行平滑处理，得到信号(dVxf)。信号 (dVxf)在放大处理69中根据最佳化的增益(放大率K)而被放大，得 到脉动修正量Vy。
低通滤波器(LPF3) 68不是必需的，但在抑制修正量的变动时可以说 是希望进行的处理。同样，第一信号路径的V—Q变换处理(fl) 62、 Q 一V变换处理(f2) 63也可以不是完全的反函数的关系。但是，在下面所 描述的理由的情况下希望是完全反函数的关系。
优选图4的V—Q变换处理(fl)与Q—V变换处理(f2)是反函数 的关系。由于根据函数的近似精度来降低修正量的误差，从而实现第一信 号处理系统与第二信号处理系统的各自的信号的灵敏度、和相位的匹配。 通过这样设定，即使在获得更小的差信号dVx时，也可极力减少各种修正 误差影响的原因。
如图5 (b)所示，加减法运算处理部43通过对检测元件的源信号Vx 减去修正量Vy，可获得修正后的信号Vz。
根据本实施例，对流量检测信号进行加工，求出脉动误差修正量，在 源的流量检测信号上加减该脉动误差修正量，可实现降低流量检测信号的 脉动。由于修正后的信号Vz是通过对未进行滤波处理的源信号添加修正 量Vy而得到的，因此没有平均值误差，而且，可去除脉动成分中的噪声， 获得反映于检测信号(源信号)的脉动的振幅的大小、频率中的精度高的 平均值。
因此，根据本实施例，流量测定装置可降低由脉动引起的测量误差， 而无损传感器输出的基本特性。
尤其是，通过放大本来微小的加工信号，能有效修正脉动误差。 在本发明中，利用非线性误差根据脉动的大小而增加(在低通滤波器 (LPF)时负的误差增加)的特征，根据真实系统上的脉动误差的程度来 改变与匹配了相位和灵敏度后的基准信号的差，并根据特性来改变(区分 两个信号的加法运算、减法运算的情况)在放大处理69中最佳化后的增 益(放大率K)和加减法运算处理67的符号，从而在正的方向和负的方向都能实现脉动误差的改善。当传感器输出Vin (Vx)为正的误差特性时， 加减法运算处理67变为(Vvxfl—Vvxf2)，当为负的误差特性时，图3的 加减法运算处理67的符号变为与(Vvxfl—Vvxf2)相反。
到此为止的滤波处理用低通滤波器(LPF)进行了说明，但即使为高 通滤波器(HPF)在效果的程度上有变化但原理上可获得同样的效果。但 是，在使用高通滤波器(HPF)的情况下噪声也上升，因此通常希望使用 低通滤波器(LPF)来实现。
图18表示使用了高通滤波器的脉动误差修正量算出部44。与图3的 脉动误差修正量算出部44的不同之处在于，第一信号处理系统与第二信 号处理系统中代替低通滤波器而使用了高通滤波器(HPF1) 61，和高通滤 波器(HPF2) 65'，其他构成与图3相同。图19表示图18的脉动误差修 正量算出的加工信号状态和误差修正后的传感器输出信号。 (实施例二)
对第二实施例进行说明。即使先前的V—Q变换处理(fl)与Q—V 变换处理(f2)为非对称函数也能实现。在图6中，作为非对称的函数的 一例，表示了使用电压的三次方(V*V*V)函数作为相当于V—Q变换处 理(fl)的处理，使用根函数(f)等代替Q—V变换处理(G)，但即 使在这样的情况下，只要采用本发明的构成则可实现。若这样简化函数， 则具有简化在生成函数时的数字处理的效果。 (实施例三)
图7和图8中表示第三实施例。本实施例是将上述的第一、第二实施 例的空气流量测定装置中使用的检测元件(发热电阻11、温度补偿电阻 12)配置在弯曲通路形状的旁路空气通路401的情况。流量测定装置的电 路构成与图1 图3的电路构成相同。图7是包括在吸气通路402内配置 的旁路通路401的流量计4的剖视图。在这样的旁路通路401配置有检测 元件的情况下，可降低来自引擎侧的逆流造成的流动影响，并且通过由旁 路带来的流动的惯性效应，来自检测元件的输出信号Vin (Vx)中在脉动 状态下整体性地包括正的误差。
另一方面，当没有旁路通路401而将检测元件配置在吸气通路的情况 下，随着表示脉动的大小的指标的脉动率((最大值一最小值)/平均值)变大，检测信号的输出特性变为负的误差。但是，若产生逆流且逆流变大 则检测信号的输出特性表示正的误差。
旁路通路401是模制成形体(树脂成形体)。通过使用旁路通路401， 检测元件的输出特性可整体性地表现正的误差，但根据试验条件和外部的 流动的组合，正的误差从低脉动率而过剩地产生。这使得存在如下问题-尤其是存在根据空气净化器等的形状而产生设想以上的误差的情况，在达 到系统适合的阶段发生旁路通路的改变，因模型改造等的开发费上升、构 造的差异而通用性丧失，导致制造成本上升，开发周期增大等。
即使产生如以上那样的正的误差的传感器输出特性，也可通过本发明 的流量测定装置来实现修正参数的最佳化，若据此形成负的脉动修正量 Vy则可降低达到一定量的脉动率为止的误差。这样，根据本发明，即使 是现有的旁路形状，也能根据作为对象的空气净化器等的外部条件进行输 出调整(脉动误差修正)。因此，可提供通用性高、有助于成本降低的流 量测定装置。
(实施例四)
图9和图10中表示第四实施例。本实施例是将上述的第一、第二实 施例的空气流量测定装置中使用的检测元件(发热电阻11、温度补偿电阻 12)配置在没有弯曲的直的通路形状的旁路空气通路403的情况。在旁路 通路没有弯曲的情况下，与先前的实施例相反，不能期待由旁路通路带来 的惯性效应。因此，直至逆流稳定地增大，传感器输出为产生负的误差的 特性。在该情况下，如上所述，设图3的加减法运算处理部67的符号与 (Vvxfl—Vxf2)相反，使得在产生脉动时产生正的修正量。这样，可改 善脉动时的输出信号的负的误差特性。在此，通过改变加减法运算处理67 的符号而得到了误差少的特性，但利用高通滤波器(HPF)直接对符号进 行滤波处理也可实现。
另外，在没有弯曲的直的构造的旁路通路403中，由于容易掌握逆流 时的脉动误差的倾向，因此通过组合本发明的流量测定装置、和现有的基 于脉动误差的特征提取的脉动误差的修正机构，还可实现整体性误差的降 低。
如上所述，根据本实施例的流量测定装置，根据旁路通路的特征，具有进行了脉动特性的最佳化的系统构成时的自由度提高等效果。 (实施例五)
图11和图12表示第五实施例。本实施例采用可通过时间分割来切换
图3中记述的第一信号处理系统和第二信号处理系统的结构。另外，V— Q变换处理部(基于fl函数的线性化处理部)62和Q—V变换处理部(基 于f2函数的非线性化处理部)63兼用于第一信号处理系统和第二信号处 理系统，由此，省略了图3中使用的V—Q变换处理部(基于fl函数的线 性化处理部)64和Q—V变换处理部(基于f2函数的非线性化处理部) 65。本实施例意在兼用处理部(处理块)的一部分来降低处理部的数量。
艮P，在各处理中，对运算负荷比较大的V—Q变换处理(fl) 62、 Q 一V变换处理(f2) 63，通过开关71、 72、 73、 74以时间分割来进行切换， 使其可用于第一和第二信号处理系统。另外，在Q—V变换处理部(f2) 63与加减法运算处理部67之间设置有采样保持处理部75、 76，该采样保 持处理部75、 76可通过开关74来切换。采样保持处理部75属于第一信 号处理系统，采样保持处理部76属于第二信号处理系统。
图11表示第一信号处理系统的动作，在最初的系统时钟，开关71、 72、 73、 74切换到第一信号处理系统。由此，构成与图3的第一信号处理 系统同样的处理系统，第一信号(Vvxfl)通过采样保持处理部75而被采 样保持。该被采样保持的第一信号表示为(Vvxfsl)。在下一个系统时钟， 开关71、 72、 73、 74切换到第二信号处理系统。由此，构成与图3的第 二信号处理系统同样的处理系统，第二信号(Vxf2)通过采样保持处理部 76而被采样保持。该被采样保持的第二信号表示为(Vvxfs2)。在对两个 信号的差进行采样保持之后，用加减法运算处理部67进行加减或减法运 算，从而可获得与到此为止所描述的实施例同样的作用、效果。在本方式 中，结果的反映仅延迟了一个时钟，若以非常快的系统时钟动作，则几乎 不会受到延迟的影响。这样，若以时间分割来实现处理，则能够以少的程 序区域来实现本发明，具有部件的成本降低的效果。 (实施例六)
图13、图14、图15表示第六实施例。图13所示的脉动误差修正处 理部44基本上与图3所示的结构相同，不同之处在于添加了脉动特征量算出处理80。作为脉动特征量的算出结果，放大处理部69对增益Km进 行可变设定，根据反映了可变增益Km的放大率，放大已经描述过的差信 号dVxf，得到脉动修正量Vy。
在此，利用图14，对脉动特征量算出处理部44的动作进行说明。
由于传感器的输出信号Vx在脉动时是接近正弦波形的反复的波形， 因此例如通过数字的方法缓冲一定时间，并通过检索该数据等来求出输出 信号Vx的最大值(Vmax)和最小值(Vmin)。
结果，求出所获得的最大值(Vmax)与最小值(Vmin)的差，作为 振幅值(Vamp)。通过根据振幅值(Vamp)来改变增益Km，还可根据脉 动的大小来增大脉动修正量Vy。这样，在逆流后产生的大的正的误差也 可通过根据逆流量来增大修正量而有效地降低。在图14的例子中，设振 幅值(Vamp)为脉动特征量，以可变增益Km缓慢增加的函数，来获得更 大的效果。但是，由于差信号dVxf也是通过脉动的大小来反映的信号， 因此为了防止可变增益Km过大导致过修正，而设置了限幅区域，以一定 值以上的振幅值(Vamp)使可变增益Km为一定。
脉动特征量的算出，对振幅值(Vamp)用平均值(Vave= (Vmin十 Vamp/2))来除(Rt=Vamp/Vave)，脉动的大小使用由平均值(Vave)规 格化后的信号(Rt)也可以。在该情况下，可进一步改善依赖于流量的误 差特性因而希望采用，但运算负荷也会增加。因此，在流量范围不太广的 用途等中，即使不用也十分有效。
在图15中进一步说明将本实施例用于与旁路通路的组合的情况，尤 其是说明通过利用了振幅值(Vamp)和最小值(Vmin)的运算，使脉动 特征量的算出最佳化时的一个例子。
图15 (a)表示检测元件的输出信号的脉动误差产生时的条件划分。 在图15的曲线图中，横轴是脉动率，纵轴是脉动误差。
若考虑相对于脉动率的脉动误差特性(利用旁路进行修正后的误差特 性)，则分成如下区域在没有逆流的区域，因脉动而产生小的正的误差 的区域1;因旁路通路产生的逆流闭塞效应而将脉动误差抑制在中等程度 的区域2;和因逆流而误差增大的区域3。具有这种区域的误差特性，是 在没有逆流检测功能的单向的探测器中使用了旁路通路的情况下的代表特性。
在此，若考察图15(b)所示的脉动误差产生时的特征，则振幅值(Vamp) 在直到产生逆流为止的区域1以最大的斜率增加。在产生逆流的区域2， 在具有闭塞效应的状态下，斜率减小。在旁路通路的闭塞效应消失的区域 3变为几乎没有变化的饱和的特性。
这样的特征可根据如下的理由进行说明。
根据传感器输出信号的脉动，最大值(Vmax)伴随脉动率的上升而以 一定的比例上升。另一方面，最小值(Vmin)在没有逆流的区域l，伴随 脉动率的上升而以一定的比例减小。最小值(Vmin)在产生逆流的区域2， 在使用无法进行逆流检测的单向的探测器时，信号饱和。这是由于虽然 产生逆流，但由旁路通路的闭塞而逆流时的信号不输入，所以最小值饱和。 对此，在没有旁路通路的闭塞效应的区域3，通过逆流的输入，脉动最小 值表现从饱和而增加的特征。这样的结果，即使对先前所示的振幅值
(Vamp)用平均值(Vave= (Vmin+Vamp/2))来除(Rt二Vamp/Vave)， 脉动的大小使用由平均值(Vave)规格化后的信号(Rt)，在没有旁路通 路的闭塞效应的区域3中的修正效应也减少。
在本实施例中，使最小值(Vmin)的n倍(例如n=2)与振幅值(Vamp) 相乘，得到图15 (c)所示的可变增益Km (Km=Vamp* (Vmin*n))。其 结果，在脉动误差大的区域3可获得最大的可变增益Km (在本例中也与 先前相同，希望对可变增益Km设置限幅区域来防止过修正)。实际的修 正量如由虚线所示的未按比例的差分dVx的趋势那样，在无逆流区域，即 使可变增益Km大，由于本来的差分dVx小所以修正量也小。其结果，在 图15 (d)所示的脉动率从小的区域到大的区域，可降低逆流误差。在本 发明中，具有如下效果能够以大范屈的脉动率降低逆流误差，在用于引 擎控制的情况下能够以大范围的条件降低排气。 (实施例七)
图16和图17表示第七实施例。本实施例使脉动误差修正处理部44 的构成比已经描述过的实施例更简化。
利用图16，对脉动误差修正处理部44的构成和动作的详细情况进行 说明。另外，在本实施例的流量测定装置中，脉动误差修正处理部44以外的构成与已经描述过的各实施例通用，因此省略说明。
在已经描述过的实施例的脉动误差修正处理部44中，用图4所示的V 一Q变换处理(fl)、 Q—V变换处理(f2)、滤波处理的组合来求出脉动时 的传感器输出信号的修正量。而在本实施例的脉动误差修正处理部44中， 不使用V—Q变换处理(fl)和Q—V变换处理(f2)，而通过如下的系统 来进行信号处理。数字变换后的传感器输出信号Vx通过滤波处理61 (低 通滤波器LPF1)被滤波处理，加减法运算处理部67求取滤波处理后的 信号(Vxf)与本来的信号Vx的差信号dVx。图17表示求取该差信号时 的波形图。本来的输出信号Vx和滤波处理后的信号(Vxf)具有相位差， 与之前的第一、第二信号不同，因此差信号dVx变为以正和负进行动作的 波形信号。由于该平均值变为零，因此直接进行放大也无法获得脉动修正 量Vy。因此，差信号dVx通过绝对值处理部77而被变换成绝对值，艮P， 变换成仅为正号的信号(dVxabs)。将该信号(dVxabs)通过滤波处理68 (低通滤波器LPF3)平滑化之后，用放大处理部69放大。该放大利用 可从外部调整的增益Ku而进行，求出修正量Vy作为结果。这种构成也与 之前的实施例同样，可降低脉动误差。差信号dVx比之前的实施例更容易 受到滤波处理68 (低通滤波器LPF3)的截止频率(fc)的影响。因此， 若根据引擎转速等使截止频率可变，则可在更大范围实现误差小的修正。 即使是如本实施例的简单的方式，若除去脉动率特别大的区域(在脉动大 的区域，在波形的趋势上修正量减少)则可有效利用，是有效的。若使用 先前的脉动特征量等，当然误差可进一步降低。尤其是，可以说本实施例 在引擎控制单元5的内部执行是有效的方式。
此外，在本实施例中，接受来自引擎控制单元5的调整数据，来改变 滤波器(LPF1)的截止频率(fc)、放大率(Ku)。这样的构成如之前所说 明的那样，可作为流量计4内部的信号处理而实现，但若处理被简化，则 作为引擎控制单元5内的软件实现也是容易的。在本实施例中，作为流量 计4内部处理进行说明，但若在引擎控制单元5内部实现则无需将调整数 据传输到流量计4，具有可减少布线等优点。
(工业实用性)本发明涉及空气和气体流量计的输出信号的信号处理方法，还可应用 于作为汽车用流量计与空气净化器组合使用的用途中。其结果，用于引擎 控制的情况下可实现精度更高的控制，具有降低排气和提高每公升燃料行 驶的公里数等效果。
权利要求
1. 一种流量测定装置，具有输出与流量相对应的非线性信号的检测元件，该流量测定装置具备第一滤波器，对所述检测元件的非线性的源信号进行滤波处理；信号处理部，求取所述被滤波处理后的信号与所述源信号的差信号的绝对值；第二滤波器，对所述差信号的绝对值进行滤波处理；放大部，放大被滤波处理后的所述差信号；和修正部，将被放大的差信号用于所述源信号的修正。
2. 根据权利要求l所述的流量测定装置，其中，所述第一、第二滤波器由对高频带截止而形成信号的相位延迟的低通 滤波器构成。
3. 根据权利要求l所述的流量测定装置，其中，所述第一、第二滤波器由对低频带截止而形成信号的相位超前的高通 滤波器构成。
4. 根据权利要求1 3的任一项所述的流量测定装置，其中， 所述滤波处理通过根据输入信号的大小而频带可变的可变滤波器进行。
5. 根据权利要求l所述的流量测定装置，其中，按照依赖于由流量信号的脉动引起的交流信号成分的大小、或单位时 间的变化量的大小的方式，对放大差信号的所述信号放大部中的放大率进 行可变设定，该放大率根据函数或映射而被可变设定。
6. 根据权利要求l所述的流量测定装置，其中，所述滤波处理通过根据输入信号的大小而频带可变的可变滤波器进行，使放大差信号的所述信号放大部中的放大率，根据所述可变滤波器的 频带而可变。
7. 根据权利要求1 3、 5、 6的任一项所述的流量测定装置，其中， 所述检测元件配置于在流体通路设置的旁路通路。
8.根据权利要求l所述的流量测定装置，其中，使放大差信号的所述信号放大部的放大率，根据来自外部的引擎控制 器的信号或外部的调整装置而可改变。
全文摘要
一种流量测定装置，其中第一信号处理系统对流量检测元件的非线性的输出信号(输出电压)(Vx)进行积分处理(平滑处理)(61)，通过线性处理(62)调整该输出信号的灵敏度，得到第一信号。第二信号处理系统对流量检测元件的非线性的输出信号(源信号)(Vx)进行线性处理(64)之后进行积分处理(平滑处理)(65)，然后再次进行非线性化而得到第二信号。该第一信号与第二信号的差信号被放大处理(69)，变为脉动误差修正量。在流量检测元件的输出信号(源信号)上加减法运算处理(43)该脉动误差修正量，从而包含脉动误差的非线性的源信号被修正。在脉动或逆流大的环境下，根据脉动的大小或频率，高精度地对流量计的脉动误差进行修正。
文档编号G01F1/696GK101424556SQ20081018551
公开日2009年5月6日 申请日期2007年1月19日 优先权日2006年2月2日
发明者三木崇裕, 半泽惠二, 菅家厚 申请人:株式会社日立制作所