专利名称：用于发动机控制单元信号处理的同伴芯片的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种根据权利要求1所述的用于发动机控制的同伴芯片以及一种根 据权利要求10所述的用于在同伴芯片中控制发动机控制单元信号的方法。
背景技术：
由于汽车领域中的成本压力以及与此同时的新的废气标准的规定，发动机控制设 备的硬件和软件开发变得越来越困难。 为了减轻目前用于控制的微控制器的负担，常常使用同伴芯片，该同伴芯片协助 微控制器执行微控制器的任务。根据控制的应用目的，需要在所述微控制器和所述同伴芯 片之间分配或划分所要求的功能。这可以例如在机动车的发动机管理中根据对转速检测和 喷射的要求来进行。 除了用于滤波的算法，对于同伴芯片中的许多信号处理任务而言，计算斜率或对 信号值进行插值是必需的。从而，例如可以根据采样信号中的斜率变化识别喷射部件的闭 合时刻。在现代柴油发动机中越来越多地使用了直接喷射器。逐渐不再机械地控制喷射量 和时刻，而是通过模块电子地控制喷射量和时刻。 因为所述信号可能由于ADC(Analog/Digital-Controller :模/数控制器)通道 的复用被非实时地采样，所以对信号值进行插值是必要的。 在发动机喷射中，喷射压力被预先保存在蓄压器中(最高达2000bar)，与之相反， 在其他的喷射系统中，所需的喷射压力仅在其被需要时才被建立。电子液压控制的喷油嘴 共同与接入到蓄压器中的高压管相连接。可以实现短的开启时间(0. l至0.2ms的观察窗 口 )，所述开启时间使得预喷射和补充喷射可被实现。预喷射(使用其他喷射系统也是可能 的)导致短的点火延迟和随后的主喷射燃烧的噪声降低。补充喷射通过催化剂减少了氧化 氮的排放。所述喷射系统的一个另外的优点在于，可以不依赖发动机转速地确定喷射压力， 其中，喷射压力在其他系统中随着发动机转速的升高同样增大。
发明内容
本发明的任务在于，提供一种成本低并且灵活的用于发动机控制单元信号处理的 同伴芯片。 该任务通过用于发动机控制单元信号处理的同伴芯片解决，其中，所述同伴芯片 包括一个信号预处理电路，该信号预处理电路被构造用于计算发动机控制单元信号的插值 和切线斜率。根据本发明的用于发动机控制单元信号处理的同伴芯片的本质点在于，可以 共同执行信号值插值的计算以及切线斜率的计算。在此，所述计算可以以有利的方式借助 一个共同的硬件电路来实现。 根据本发明的同伴芯片的优选的进一步构型在从属权利要求2至9中进行了说 明。
在一个有利的构型中，所述同伴芯片根据下式计算插值
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其中，^为^时刻的信号值并且位于t'工时刻的信号值x'工与t' 2时刻的信
号值x' 2之间的曲线变化上。由此有利地和灵活地执行插值的计算。 在一个另外的有利构型中，所述同伴芯片根据下式计算切线斜率
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其中，^为t'工时刻的信号值x'工与t' 2时刻的信号值x' 2之间的切线斜率。 由此有利地和灵活地执行切线斜率的计算。 在一个另外的有利构型中，所述信号预处理电路包括一个除法电路。由此借助共 同的硬件电路实现插值的计算和切线斜率的计算。因此，有利地和灵活地计算插值和切线 斜率。 在一个另外的有利构型中，所述除法电路包括一个具有3000个门电路和lOOMHz
时钟频率的串行除法器。由此实现了具有低成本和高性能的信号预处理电路。 在一个另外的有利构型中，所述除法电路包括一个具有33000个门电路和
31.5MHz时钟频率的并行除法器。由此实现了具有低成本和高性能的信号预处理电路。 在一个另外的有利构型中，所述信号预处理电路包括15000个门电路。通过该构
型实现了信号预处理和诸如加法器和减法器的附加元件以及流水线的复杂性与低成本的
信号预处理之间的有效协调。 在一个另外的有利构型中，所述同伴芯片被构造用于响应采样信号中切线斜率的
变化来检测喷射部件的闭合时刻。通过该构型实现了有利的和可靠的发动机控制。 在一个另外的有利构型中，传输发动机控制单元信号的模/数控制器通道汇集到
一个多路复用单元中。通过该构型，实现了有利的和可靠的发动机控制。 上述任务还通过用于在同伴芯片中控制发动机控制单元信号的方法来解决，该方
法包括在信号预处理电路中计算发动机控制单元信号的插值和切线斜率的步骤。根据本发
明的方法的本质点在于，可以共同执行信号值插值的计算和切线斜率的计算。在此，可以借
助 一个共同的硬件电路实现这些计算。
以下借助实施例对用于发动机控制单元信号处理的同伴芯片的根据发明的实施
方式进行详细说明。相同的或起相同作用的部分用相同的附图标记来表示。附图示出 图1示出在压电柴油喷射中的电压变化曲线； 图2示出用于解释插值计算和切线斜率计算的曲线变化； 图3示出用于插值计算和切线斜率计算的信号预处理的硬件结构； 图4示出硬件除法器的门电路资源消耗。
具体实施例方式
图1示出在压电柴油喷射中的电压变化曲线2。当前大于1750bar的高喷射压力 将燃料喷射得很细。对最小燃料量和较大燃料量同样精确的计量以及开关快速性使得喷射 特性非常准确地与发动机的各工作状态相适配。 借助于灵活的多重喷射例如可以形成汽缸中的燃烧过程，并因此优化燃烧过程。 与奥托-自然吸气式发动机(Otto-Saugmotor)相比，具有PCR(Piezo-Commen-Rail :压电 式共轨)喷射的柴油发动机节省最多25%的燃料。与传统的柴油发动机相比，PCR技术提 供了在整车设计中最高达15%的油耗降低优势并且易于满足排放标准。
在发动机控制设备中，高效的压电控制充分利用了该技术的技术潜力。在此，其优 点为在载货机动车的行驶功率上的喷射的持续高质量。为此目的，所述控制平衡了制造公 差和环境影响。压电驱动器可以将执行机构的特性用于喷射器选择性的控制，以便补偿机 械的和液压的偏差。总而言之，压电技术由此实现了精确的、经济的和可靠的喷射系统。
在压电柴油喷射中，开启喷射部件的开始时刻4可以在电压变化曲线2中电压从 180V下降到几乎0V之前的紧邻处识别出。在这个电压水平上随后为开启时刻6。接着，喷 射部件的闭合时刻8可以通过采样信号中斜率的变化来识别。在此，开启时刻6和闭合时 刻8的观察窗口分别具有约为100 ii s的持续时间。 用于打开开启部件的特征寻找(Merkmalssuche)基于在开启时刻6电压变化曲线 2中的最小值寻找。与之相反，用于闭合开启部件的特征寻找基于在闭合时刻8电压变化 曲线2中的平稳状态寻找(Plateausuche)，即基于电压变化曲线2的倾斜区段(Steigimg) 的梯度变化。 因为由于模/数控制器通道的复用可能非实时地采样信号6、8，所以对信号值进 行插值是必要的。 图2示出了用于解释信号值的插值的计算和信号值的切线斜率的计算的曲线变 化。这些计算可以借助一个共同的硬件电路实现。
在此，通过下式计算信号值x2的插值<formula>formula see original document page 5</formula> 其中，^为^时刻的信号值并且位于t'工时刻的信号值x'工与t' 2时刻的信 号值x' 2之间的曲线变化上。
此外，可以根据下式计算信号值的切线的斜率
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其中，^为t'工时刻的信号值x'工与t' 2时刻的信号值x' 2之间的切线斜率。 这些计算可以借助一个共同的硬件电路来实现，在图3中示出了所述共同的硬件 电路。 图3示出了用于插值计算和切线斜率计算的信号预处理的硬件结构。 从图2和图3可知，对于插值和切线计算，除法是必需的。由于这个原因，硬件电路必须实现所述除法。在此，要在芯片面积和速度之间进行权衡。所述除法的有利的实现 可以在同伴芯片的未来实施中可变地满足预定的要求。 24位宽的串行除法器在35个时钟的运行时间和100MHz时钟频率的情况下需要例 如约3000个门电路。因此，在CSC-P(Combustion SignalControl-Pressure :燃烧信号控 制_压力)中对360个模/数转换器的值的处理需要126 i！ s。如果所述除法在TriCore 的PCP (Peripheral ControlProcessor :外围控制处理器)上执行，则需要45个持续时间 分别为12. 5ns至13ns的时钟。因此， 一个数据的计算持续0. 5至0. 6 y s，而360个CSC-P 值的计算则需要216iis。这对于未来的发动机控制是不能接受的。C0rtex-M3TM同样支持 硬件中的除法算法。在此，它提供了 4比特/时钟周期的速度。 图4示出了硬件除法器的门电路的资源消耗。在该图中示出了对于一个时钟和对 于不同时钟频率采用两个流水线级的SynopsysTMDesignWare库中的硬件除法器的门电路 的资源消耗。用于同伴芯片的硬件除法器将位于纯串行的除法器和纯并行的除法器之间。
所述信号预处理用于插值以及用于切线计算和减少模/数控制器的数据。如图4 所示，该信号预处理的核心组成部分为除法单元，对于所述除法单元存在不同的实现方案。
所述除法单元在具有3000个门电路和100MHz时钟频率的纯串行除法器和具有 33000个门电路和31. 5MHz时钟频率的纯并行除法器之间变动。由于所述信号预处理和诸 如加法器和减法器的附加部件以及流水线的复杂性，对于信号预处理来说需要约15000个 门电路。
权利要求
用于发动机控制单元信号处理的同伴芯片，其中，所述同伴芯片包含一信号预处理电路，该信号预处理电路被构造用于计算一发动机控制单元信号的插值和切线斜率。
2. 根据权利要求1所述的用于发动机控制单元信号处理的同伴芯片，其中，所述同伴 芯片根据下式计算所述插值其中，X2表示^时刻的信号值并且位于t'工时刻的信号值X'工与t' 2时刻的信号 值X' 2之间的一曲线变化上。
3. 根据权利要求1所述的用于发动机控制单元信号处理的同伴芯片，其中，所述同伴芯片根据下式计算所述切线斜率其中，^为t'工时刻的信号值X'工与t' 2时刻的信号值X' 2之间的切线斜率。
4. 根据权利要求1至3中任一项所述的用于发动机控制单元信号处理的同伴芯片，其 中，所述信号预处理电路包含一除法电路。
5. 根据权利要求4所述的用于发动机控制单元信号处理的同伴芯片，其中，所述除法 电路包含一串行除法器，所述串行除法器具有3000个门电路和100MHz的时钟频率。
6. 根据权利要求4所述的用于发动机控制单元信号处理的同伴芯片，其中，所述除法 电路包含一并行除法器，所述并行除法器具有33000个门电路和31. 5MHz的时钟频率。
7. 根据以上权利要求中任一项所述的用于发动机控制单元信号处理的同伴芯片，其 中，所述信号预处理电路包含15000个门电路。
8. 根据以上权利要求中任一项所述的用于发动机控制单元信号处理的同伴芯片，其 中，所述同伴芯片被构造用于响应采样信号(2)中的切线斜率的变化检测一喷射部件的闭 合时刻(8)。
9. 根据以上权利要求中任一项所述的用于发动机控制单元信号处理的同伴芯片，其 中，传输所述发动机控制单元信号的模/数控制器通道汇集到一多路复用单元中。
10. 用于在一同伴芯片中控制发动机控制单元信号的方法，该方法包含在一信号预处 理电路中计算所述发动机控制单元信号的插值和切线斜率的步骤。
全文摘要
本发明涉及用于发动机控制单元信号处理的同伴芯片，其中，所述同伴芯片包括一信号预处理电路，该信号预处理电路被构造用于计算发动机控制单元信号的插值和切线斜率。
文档编号F02D41/26GK101779028SQ200880103351
公开日2010年7月14日 申请日期2008年7月23日 优先权日2007年8月16日
发明者J·哈尼施, S·施密特 申请人:罗伯特·博世有限公司