专利名称：频率成分分析装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及与内燃机的旋转同步地进行针对内燃机的运转参数检测值的频率成分分析的频率成分分析装置。
背景技术：
在专利文献1中公开了这样的爆震检测装置使用哈达玛变换 (HadamardTransform)近似地计算安装在内燃机上的爆震传感器的频率成分强度，根据计算出的频率成分强度进行爆震判定。在专利文献2中公开了这样的信号处理装置使用离散傅立叶变换 (DiscreteFourier Transform)算法(以下称为“DFT算法”)和快速傅立叶变换(Fast FourierTransform)算法(以下称为“FFT算法”)，进行爆震传感器的输出信号的频率成分分析。FFT算法为了提高运算速度而采用了特殊的算法，因而存在不能获得需要的频率成分(具体地说是爆震传感器输出信号的中心频率成分)的强度的情况。因此，在上述信号处理装置中，针对爆震传感器输出信号的中心频率成分(强度最大的成分)，使用DFT算法来计算强度，针对中心频率成分以外的频率成分，使用FFT算法来计算强度。现有技术文献专利文献专利文献1 日本特公平8-19873号公报专利文献2 日本特开平11-303673号公报
发明内容
发明所要解决的问题根据专利文献2公开的装置，虽然能够减少计算频率成分强度所需要的运算量， 但是期望进一步减少运算量，以便确保使用计算出的频率成分强度的后处理的时间。另一方面，根据专利文献1公开的装置，虽然能够减少计算频率成分强度所需要的运算量，但是在频率成分强度的计算精度方面还有改善的余地。并且，根据专利文献2公开的装置，由于使用预定数目的采样值进行频率成分强度的计算，因而根据频率与采样周期的相对关系，频率成分强度产生因偏置而造成的影响。 此处所说的偏置表示内燃机的运转参数检测值的直流成分。即，例如在传感器输出值为固定值(直流)的情况下，本来除频率“O”之外的成分强度应该为“0”，但是根据频率与采样数目/量化误差的相对关系，频率成分强度有时略微偏离“O”。这种因偏置而造成的影响在采样数目越少时越容易产生(换言之，在采样数目较多、量化的分解度较高的情况下，几乎不会成为问题)。在对内燃机的运转参数进行频率成分分析的情况下，往往不能增大采样数目和分解度，因而存在容易受到偏置的影响的趋势。在专利文献2公开的装置中，没有进行考虑了该偏置的运算，因而在频率成分强度的计算精度方面存在改善的余地。
本发明是着眼于上述这一点而作成的，本发明的第一目的是提供这样的频率成分分析装置在与内燃机的旋转同步地进行检测参数的频率成分分析时，能够更适当地执行频率成分强度运算，提高频率成分强度的计算精度，本发明的第二目的是提供这样的频率成分分析装置能够确保频率成分强度的计算精度，并且减少所需要的运算量。解决问题的手段为了达到上述第一目的，本发明提供一种与内燃机的旋转同步地进行针对所述内燃机的运转参数的检测值(VKNK)的频率成分分析的频率成分分析装置，该频率成分分析装置具有采样单元，其以预定时间(TSMP)间隔对所述运转参数进行采样，将采样值转换为数字值；要素强度计算单元，其针对预定数目(ND)的采样值计算与所述检测值(VKNK)中包含的多个频率成分对应的第1要素的强度(DMFTS)以及相对于所述第1要素相位偏移了 90度的第2要素的强度(DMFTC)；以及频率成分强度计算单元，其使用所述第1要素强度(DMFTS)和所述第2要素强度(DMFTC)，与所述内燃机的旋转同步地计算所述多个频率的频率成分强度(STFT)，所述频率成分强度计算单元具有偏置成分计算单元，该偏置成分计算单元计算所述第1要素强度(DMFTS)和所述第2要素强度(DMFTC)中包含的偏置成分作0^^3通03，￥0^^3通00，所述频率成分强度计算单元从所述第1要素强度(DMFTS)和第2要素强度(DMFTC)中去除所述偏置成分(VCNTXSUMQS，VCNTXSUMQC)而计算所述频率成分强度(STFT)。根据该结构，以预定时间间隔对内燃机的运转参数进行采样，将采样值转换为数字值。根据所得到的数字值，针对预定数目的采样值计算与多个频率成分对应的第1要素的强度以及相对于第1要素相位偏移了 90度的第2要素的强度。此时，去除第1要素强度和第2要素强度中包含的偏置成分，使用去除了偏置成分的第1要素强度和第2要素强度， 与内燃机的旋转同步地计算多个频率的频率成分强度。通过去除偏置成分，能够提高第1 要素强度和第2要素强度的计算精度，因此能够提高频率成分强度的计算精度。优选所述要素强度计算单元具有量化单元，该量化单元将与所述第1要素和第2 要素对应的正弦波信号分别N值化(N为3或5)，计算N值化正弦波信号(QSIN、QC0S)，所述要素强度计算单元使用所述运转参数的检测值(VKNK)和所述N值化正弦波信号(QSIN、 QC0S)，计算所述第1要素强度(DMFTS)和所述第2要素强度(DMFTC)。根据该结构，将与第1要素和第2要素对应的正弦波信号分别N值化，由此计算对应的N值化正弦波信号，使用内燃机运转参数的检测值和N值化正弦波信号来计算第1要素和第2要素的强度。通过使用量化后的正弦波信号，能够减少运算量，充分确保使用计算出的频率成分强度的后处理的时间。并且，正弦波信号被3值化或者5值化，因而能够确保所需要的频率成分强度的精度。优选所述偏置成分计算单元将与所述预定数目(ND)的采样值对应的所述N值化正弦波信号的值进行合计，由此计算偏差值(SUMQS、SUMQC)，并且将所述检测值的中心值 (VCNT)与所述偏差值(SUMQS、SUMQC)相乘，由此计算所述偏置成分。根据该结构，将与预定数目的采样值对应的N值化正弦波信号的值进行合计，由此计算偏差值，并且将检测值的中心值与偏差值相乘，由此计算偏置成分，因此与对各个采样值分别进行去除偏置成分的处理的情况相比，能够减少运算步骤数。并且，偏差值能够在确定了 N值化所采用的阈值的时刻进行计算，而且由于成为“0”的频率成分较多，因而能够将去除偏置成分所需要的运算量的增加抑制在最小限度。为了达到上述第二目的，本发明提供一种与内燃机的旋转同步地进行针对所述内燃机的运转参数的检测值(VKNK)的频率成分分析的频率成分分析装置，该频率成分分析装置具有采样单元，其以预定时间(TSMP)间隔对所述运转参数进行采样，将采样值转换为数字值；要素强度计算单元，其针对预定数目(ND)的采样值计算与所述检测值(VKNK)中包含的多个频率成分对应的第1要素的强度(DMFTS)以及相对于所述第1要素相位偏移了 90度的第2要素的强度(DMFTC)；以及频率成分强度计算单元，其使用所述第1要素强度 (DMFTS)和所述第2要素强度(DMFTC)，与所述内燃机的旋转同步地计算所述多个频率的频率成分强度(STFT)，所述要素强度计算单元具有量化单元，该量化单元将与所述第1要素和第2要素对应的正弦波信号分别N值化(N为3或5)，并计算N值化正弦波信号，所述要素强度计算单元使用所述运转参数的检测值和所述N值化正弦波信号，计算所述第1要素强度和所述第2要素强度。根据该结构，以预定时间间隔对内燃机的运转参数进行采样，将采样值转换为数字值。根据所得到的数字值，针对预定数目的采样值计算与多个频率成分对应的第1要素的强度以及相对于第1要素相位偏移了 90度的第2要素的强度，使用第1要素强度和第2 要素强度，与内燃机的旋转同步地计算多个频率的频率成分强度。通过将与第1要素和第 2要素对应的正弦波信号分别N值化，计算对应的N值化正弦波信号，使用内燃机运转参数的检测值和N值化正弦波信号，计算第1要素强度和第2要素强度。通过使用量化后的正弦波信号，能够减少运算量，充分确保使用计算出的频率成分强度的后处理的时间。并且， 由于正弦波信号被3值化或者5值化，因而能够确保所需要的频率成分强度的精度。优选所述量化单元根据所述正弦波信号的频率来变更在进行所述N值化时采用的阈值。用于使伴随量化而产生的误差为最小的阈值根据频率而变化，因而通过根据频率将阈值设定为最佳值，能够将伴随量化而产生的误差抑制为最小限度。另外，优选在所述内燃机的转速为预定转速以下时，所述量化单元进行5值化，在所述内燃机的转速高于所述预定转速时，所述量化单元进行3值化。由此，能够进一步缩短内燃机转速较高时的频率成分分析所需要的运算时间，充分确保在高速旋转区域中的后处理用的时间。
图1是示出本发明的一实施方式涉及的内燃机及其控制装置的结构的图。图2是用于说明爆震传感器输出的采样和频率成分分析的图。图3是用于说明计算频率成分强度(STFT)的过程和定时关系的时序图。图4是用于说明频率成分强度(STFT)的计算期间(TS)和CRK中断的产生周期 (CRME)的关系的时序图。图5是示出发动机转速(NE)与每单位时间的运算步骤数之间的关系的图。图6是用于说明正弦波信号的3值化的图。图7是示出用于计算量化正弦波信号的值的表的图。图8是示出用于计算量化余弦波信号的值的表的图。图9是示出量化所采用的阈值(TH3PS)与量化误差率(RERR)之间的关系的图。
图10是示出采样相位根据信号频率而变化的图。图11是示出信号频率与最佳阈值(TH3PS、TH3PC)之间的关系的图。图12是用于说明计算频率成分强度(STFT)的过程的流程图。图13是将通过频率成分分析获得的强度数据表示为频谱时序映射图和二值化频谱时序映射图的图。图14是示出进气门的落位噪声的二值化频谱时序映射图的图。图15是为了说明噪声去除处理而示出二值化频谱时序映射图的图。图16是为了说明使用主模式映射图的爆震判定而示出二值化频谱时序映射图的图。图17是示出加权映射图的一例的图。图18是爆震判定处理的流程图。图19是示出在图18的处理中参照的映射图的图。图20是在图18所示的处理中执行的二值化数据映射图计算处理的流程图。图21是在图20所示的处理中执行的二值化处理的流程图。图22是示出在图21的处理中参照的映射图的图。图23是在图18所示的处理中执行的噪声去除处理的流程图。图24是在图18所示的处理中执行的适合率计算处理的流程图。图25是用于说明在图24的处理中参照的映射图的图。图26是在图18所示的处理中执行的噪声学习处理的流程图。图27是在图26所示的处理中执行的噪声映射图更新处理的流程图。图28是示出由爆震传感器检测出的振动的频率成分强度的图。图29是用于说明正弦波信号的5值化的图。图30是示出信号频率与最佳阈值(TH5PAS、TH5PBS、TH5PAC、TH5PBC)之间的关系的图。图31是示出用于计算量化正弦波信号(5值化)的值的表的图。图32是示出用于计算量化余弦波信号(5值化)的值的表的图。
具体实施例方式下面，参照
本发明的实施方式。图1是本发明的一实施方式涉及的内燃机(以下称为“发动机”)及其控制装置的整体结构图，例如在4气缸的发动机1的进气管2的中途配设有节气门3。节气门3与检测节气门开度TH的节气门开度传感器4连接，传感器4的检测信号被提供给电子控制单元 (以下称为“ECU”)5。针对每个气缸，在位于发动机1与节气门3之间、且处于进气管2中的未图示的进气门的稍稍上游侧位置设置有燃料喷射阀6，各喷射阀与未图示的燃料泵连接并与ECU 5 电连接，根据来自该ECU 5的信号来控制燃料喷射阀6的开启时间。在发动机1的各气缸内设有火花塞7，火花塞7与E⑶5连接。E⑶5将点火信号提供给火花塞7。在节气门3的下游侧设有检测进气压PBA的进气压传感器8以及检测进气温度TA 的进气温度传感器9。在发动机1的主体上安装有检测发动机冷却水温度TW的冷却水温度传感器10和非共振型的爆震传感器11。传感器8 11的检测信号被提供给ECU 5。作为爆震传感器11，例如使用可检测从5kHz到25kHz频带的振动的传感器。在进气管2的节气门3的上游侧设有检测吸入空气流量GA的吸入空气流量传感器13，其检测信号被提供给ECU 5。E⑶5与检测发动机1的曲轴(未图示)的旋转角度的曲轴角度位置传感器12连接，与曲轴的旋转角度对应的信号被提供给ECU 5。曲轴角度位置传感器12由以下传感器构成在发动机1的特定气缸的预定曲轴角度位置输出脉冲(以下称为“CYL脉冲”)的气缸判别传感器；针对各气缸的吸入行程开始时的上止点(TDC)，在预定曲轴角度之前的曲轴角度位置(在4气缸发动机中是每180度曲轴角度)输出TDC脉冲的TDC传感器；以及以比TDC脉冲短的一定曲轴角度周期(例如6度的周期)产生1个脉冲(以下称为“CRK 脉冲”)的CRK传感器。CYL脉冲、TDC脉冲以及CRK脉冲被提供给E⑶5。这些脉冲用于燃料喷射正时、点火正时等的各种正时控制、发动机转速(发动机旋转速度)NE的检测。发动机1具有气门工作特性可变装置20，气门工作特性可变装置20具有第1气门工作特性可变机构和第2气门工作特性可变机构，第1气门工作特性可变机构连续变更进气门(未图示)的气门升程量和开启角(气门开启期间)，第2气门工作特性可变机构连续变更驱动进气门的凸轮的以曲轴旋转角度为基准的工作相位。ECU 5将升程量控制信号和工作相位控制信号提供给气门工作特性可变装置20，进行进气门的工作控制。第1 和第2气门工作特性可变机构的结构分别在例如日本特开2008-25418号公报和日本特开 2000-227013号公报中示出。ECU 5由以下电路等构成具有对来自各种传感器的输入信号波形进行整形，将电压电平修正为预定电平，将模拟信号值转换为数字信号值等的功能的输入电路；中央运算处理单元(以下称为“CPU”)；存储由该CPU执行的各种运算程序和运算结果等的存储电路(存储器)；以及将驱动信号提供给燃料喷射阀6和火花塞7的输出电路。在本实施方式中，进行爆震传感器11的输出信号的频率成分分析，根据该分析结果获得的频率成分强度进行爆震判定。因此，首先说明频率成分分析的概要。图2(a)示出爆震传感器11的输出信号波形，图2(b)是将该图2(a)的期间TS的波形进行放大示出的图。在本实施方式中，将采样周期TSMP设定为20微秒，以连续检测出的50个数据作为对象，进行基于离散傅立叶变换(DFT)的频率成分分析。该频率成分分析的结果如图2(c)所示。图2(c)的纵轴是频率成分强度STFT，在本实施方式中，与从5kHz到25kHz的频带中的每IkHz的频率(5，6，7，. . .，24，25kHz)对应的频率成分强度STFT是针对每6度曲轴角度计算出的(发动机1的曲轴每旋转6度)。图3是用于说明上述频率成分分析的时序图，图3(a)示出与依次存储有每20微秒对爆震传感器11的输出信号进行采样而获得的50个检测数据VKNK(数字值)的存储器的地址对应的地址编号，图3(b)示出使用检测数据VKNK所计算的正弦波成分强度DMFTS 和余弦波成分强度DMFTC对应于检测数据VKNK而被存储在存储器中的状态。地址编号与图3(a)相同，对应于1个检测数据VKNK的采样值，每1毫秒计算与从频率5kHz到25kHz 的21个频率对应的正弦波成分强度DMFTS和余弦波成分强度DMFTC，将它们存储在存储器内。图3(c)示出从曲轴角度位置传感器12输出的CRK脉冲，在本实施方式中，CRK脉冲的下降定时被用作运算执行定时的基准(以下称为“CRK中断”)。在本实施方式中，存储有发生CRK中断的定时，使用与在以该定时为中心的采样期间TS中获得的50个检测数据对应的正弦波成分强度DMFTS和余弦波成分强度DMFTC来计算各频率(5 25kHz)的频率成分强度STFT(j，i)(图3(d))。这里，“j”是表示频率的索引参数(以下称为“频率索引”)，j = 0、1、2、· · ·、20对应于频率5、6、7、. . · ,25kHz ο “i”是表示发生CRK中断的曲轴角度CA(将活塞位于上止点时的角度位置设定为0度)的索引参数(以下称为“曲轴角度索引”)，i = 0、1、3、...、14 对应于曲轴角度 6、12、18、. . .、90 度。在图3所示的例子中，索引参数m(= 1 50)表示在频率成分强度STFT (j，i)的计算中应用的数据。在最开始的CRK中断定时，使用以地址编号“5”的检测数据(与m = 25对应的检测数据)为中心的50个数据来计算频率成分强度STFT(j，i)，在下一个CRK中断定时，使用以地址编号“45”的检测数据(与m = 25对应的检测数据)为中心的50个数据来计算频率成分强度STFT(j，i+1)。另外，频率成分强度STFT(j，i)是表示相对强度的无量纲量。通过将在频率成分强度STFT(j，i)的计算中应用的数据作为以与m = 25对应的检测数据为中心的50个数据，换句话说，作为在以CRK中断发生定时为中心的采样期间TS 中获得的50个检测数据，可进行以作为对象的曲轴角度为中心的频率成分分析。其结果， 与采用在以发生CRK中断的时刻为起点的采样期间内、或者在以发生CRK中断的时刻为终点的采样期间内所采样的检测数据的方法相比，可获得难以受到内燃机旋转变动的影响的效果。图4是示出CRK中断发生周期CRME、与在频率成分强度STFT的计算中应用的检测数据的采样期间(表示为“STFT计算”)TS之间的关系的图。图4(a)示出发动机转速NE 是IOOOrpm的例子，采样期间TS与中断产生周期CRME —致。因此，当发动机转速NE超过 IOOOrpm时，采样期间TS—部分重复。图4(b)示出发动机转速NE稍高于2000rpm的例子， 采样期间TS的重复部分变长。在本实施方式中，在这样采样期间TS重复的状态下，通过使用上次计算值作为与重复部分相关的正弦波成分强度DMFTS的累计值和余弦波成分强度DMFTC的累计值，缩短频率成分强度STFT的计算所需要的运算时间。不过，在使用上次计算值的运算中，当可使用的重复数据数的比率较小时，每单位时间的处理步骤数根据运算装置的特性而增加。图5所示的实线Lll表示在本实施方式中使用的CPU中，采用了上次计算值时的每单位时间的处理步骤数NS与发动机转速NE之间的关系，处理步骤数NS —直增加至转速NESAT (以下称为“步骤数饱和转速NESAT”)，在 NE ^ NESAT的范围内为一定值NSSAT。因此在本实施方式中，将转速阈值NETH设定为步骤数饱和转速NESAT，当发动机转速NE在转速阈值NETH以上时，进行使用上次计算值的运算。图5所示的虚线L12表示在使用FFT(快速傅立叶变换)算法的情况下的发动机转速NE与处理步骤数NS之间的关系。从图5可以看出，在使用FFT算法的情况下，相对于发动机转速NE的增加，处理步骤数NS线性增加，与此相对，通过进行使用DFT算法、且在发动机转速NE较高的区域(NE > NESAT)使用上次计算值的运算，能抑制处理步骤数NS的增加。在本实施方式中，还对在正弦波成分强度DMFTS和余弦波成分强度DMFTC的计算中应用的正弦波信号进行3值化，进一步降低CPU的运算负荷。并且，在对正弦波信号进行 3值化时，不能忽视正弦波成分强度DMFTS和余弦波成分强度DMFTC中包含的偏置成分的影响，因而进行去除偏置成分的运算。下面对这一点进行详细说明。另外，在本说明书中，“正弦波信号”被用作包括下面说明的正弦波信号和余弦波信号的用语。图6是用于说明正弦波信号的3值化的图，使用3值化阈值TH3PS和 TH3MS( = -TH3PS)，将正弦波信号量化为“1” “0” “_1”这3个值。即，设本来的正弦波信号为sin θ，设量化正弦波信号为QSIN( θ )，按照下面所述进行3值化。1)在 sin θ > TH3PS 时，QSIN( θ ) = 12)在 TH3PS ^ sin θ 彡 TH3MS 时，QSIN( θ ) = 03)在 sin θ < TH3MS 时，QSIN( θ ) = -1并且，同样地针对余弦波信号cos θ也获得量化余弦波信号QCOS ( θ )。设在余弦波的量化中应用的3值化阈值为TH3PC、TH3MC( = -TH3PC)。1)在 cos θ > TH3PC 时，QCOS ( θ ) = 12)在 TH3PC ^ cos θ 彡 TH3MC 时，QCOS ( θ ) = 03)在 cos θ < TH3MC 时，QCOS ( θ ) = -1因此，在本实施方式中，根据下式(1)和(2)计算正弦波成分强度DMFTS(j，k)和余弦波成分强度DMFTC (j，k)。其中，索引参数k是图3(b)所示的地址编号，取从“1”到 ND(在本实施方式中是“50”)的值。并且，At相当于(采样周期XND)，在本实施方式中是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)预先计算上式(1)和(2)的量化正弦波信号QSIN和量化余弦波信号QC0S，并作为图7和图8所示的QSIN表和QCOS表存储在存储电路中。另外，在图7和图8中只示出了截止到频率20kHz的值，实际上也设定有21 25kHz的值。频率成分强度STFT(j，i)通常利用下式㈧计算。式㈧中的SUMDS(j)和 SUMDC(j)分别利用下式(3)和(4)给出(下面分别称为“正弦波累计值”和“余弦波累计值”)。式⑶和⑷中的索引参数m是按照使发生CRK中断时的地址编号k为“25”的方式设定的修正地址编号(参照图3(d))。VCNT是检测数据VKNK的中心值，在本实施方式中是2.5V。SUMQS(j)和SUMQC(j)是表示利用下式(5)和(6)计算出的各个频率成分的偏置量的偏差值。下面，将SUMQS称为“正弦波偏差值”，将SUMQC称为“余弦波偏差值”。预先计算正弦波偏差值SUMQS和余弦波偏差值SUMQC，并存储在图7和图8所示的表的最下栏中。[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按照下面所述进行正弦波累计值SUMDS(j)和余弦波累计值SUMDC(j)的计算。例如，使用图7所示的QSIN表，利用下式(7)和(8)计算频率5kHz的正弦波累计值SUMDS(I) 和频率6kHz的正弦波累计值SUMDS (2)。在式(7)和(8)中省略了量化正弦波信号QSIN的值为“0”的项。并且，如图7所示，正弦波偏差值SUMQS(I) ^P SUMQS(2)为“0”，所以这些项也被省略。并且，使用图8所示的QCOS表，利用下式(9)和(10)计算累计值SUMDC(I)和 SUMDC⑵。在式(9)和(10)中省略了量化余弦波信号QCOS的值为“0”的项。并且，余弦波偏差值SUMQC(I)为“0”，所以也被省略。余弦波偏差值SUMQC(2)为“_2”，所以在式(10) 中减去偏置成分(-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)同样还可以计算与其它频率对应的正弦波累计值SUMDS和余弦波累计值SUMDC。
这样通过使用量化正弦波信号QSIN和量化余弦波信号QC0S，在正弦波累计值SUMDS和余弦波累计值SUMDC的计算中不再需要乘法运算，能够大幅减少频率成分强度STFT的计算所需要的运算量。其结果，与不进行量化的情况相比，能够将CPU中的运算步骤数减少约66%， 能够充分确保使用所计算出的频率成分强度STFT的后处理的时间。并且，通过使用3值化正弦波信号，与采用哈达玛变换的情况相比，能够提高频率成分强度STFT的精度。并且，通过去除偏置成分，能够提高频率成分强度STFT的计算精度。另外，在本实施方式中，针对5kHz 20kHz的成分，正弦波偏差值SUMQS全部是“0”，所以实质上不需要去除偏置成分的处理，然而根据在3值化中采用的阈值的设定，有可能产生偏置成分。并且，尽管偏置成分的去除可以这样进行将通过从检测数据VKNK中减去中心值VCNT获得的距中心值VCNT的位移量，乘以量化正弦波信号QSIN和量化余弦波信号QC0S，但是，首先通过计算量化正弦波信号QSIN和量化余弦波信号QCOS的偏差值 SUMQS和SUMQC，将这些偏差值与中心值VCNT相乘，由此计算偏置成分(VCNTXSUMQS， VCNTXSUMQC)，将计算出的偏置成分应用到式(3)、(4)中，从而能够大幅减少去除偏置所需要的运算步骤数。
下面，对在3值化中采用的阈值TH3PS、TH3PC的设定进行说明。另外，如上所述， 负侧的阈值TH3MS、TH3MC是对正侧的阈值TH3PS、TH3PC赋予负号而得到的值。图9是示出阈值TH3PS与表示量化误差的大小的误差率RERRS之间的关系的图，图9 (a)对应于频率 6kHz,图9 (b)对应于频率7kHz。误差率RERRS最小时的阈值TH3PS的值随着正弦波信号的频率而变化，在6kHz时是“0. 589”，在7kHz时是“0. 481”。这是因为当以一定的采样周期TSMP(20ys)进行采样时，如图10所示，采样相位随着正弦波信号的频率而变化。在本实施方式中，阈值TH3PS、TH3PC被设定为误差率 RERRS、RERRC最小时的值，根据信号频率进行图11所示的设定。通过这样设定阈值TH3PS、 TH3PC(TH3MS、TH3MC)，能够将量化误差的影响抑制在最小限度。另外，上述误差率RERRS、RERRC是使用下式(51) (56)计算出的。在下式中， “NF”是计算频率成分强度的频率的数(在本实施方式中是“21” )，“f”是计算误差率的对象频率(kHz)。
权利要求
1.一种频率成分分析装置，该频率成分分析装置与内燃机的旋转同步地进行针对所述内燃机的运转参数的检测值的频率成分分析，其特征在于，所述频率成分分析装置具有采样单元，其以预定时间间隔对所述运转参数进行采样，将采样值转换为数字值；要素强度计算单元，其针对预定数目的采样值计算与所述检测值中包含的多个频率成分对应的第1要素的强度以及相对于所述第1要素相位偏移了 90度的第2要素的强度；以及频率成分强度计算单元，其使用所述第1要素强度和所述第2要素强度，与所述内燃机的旋转同步地计算所述多个频率的频率成分强度，所述频率成分强度计算单元具有偏置成分计算单元，该偏置成分计算单元计算所述第 1要素强度和所述第2要素强度中包含的偏置成分，所述频率成分强度计算单元从所述第1 要素强度和所述第2要素强度中去除所述偏置成分而计算所述频率成分强度。
2.根据权利要求1所述的频率成分分析装置，其特征在于，所述要素强度计算单元具有量化单元，该量化单元将与所述第1要素和第2要素对应的正弦波信号分别N值化(N为 3或5)，计算N值化正弦波信号，所述要素强度计算单元使用所述运转参数的检测值和所述 N值化正弦波信号，计算所述第1要素强度和所述第2要素强度。
3.根据权利要求2所述的频率成分分析装置，其特征在于，所述偏置成分计算单元将与所述预定数目的采样值对应的所述N值化正弦波信号的值进行合计，由此计算偏差值， 并且将所述检测值的中心值与所述偏差值相乘，由此计算所述偏置成分。
4.一种频率成分分析装置，该频率成分分析装置与内燃机的旋转同步地进行针对所述内燃机的运转参数的检测值的频率成分分析，其特征在于，所述频率成分分析装置具有采样单元，其以预定时间间隔对所述运转参数进行采样，将采样值转换为数字值；要素强度计算单元，其针对预定数目的采样值计算与所述检测值中包含的多个频率成分对应的第1要素的强度以及相对于所述第1要素相位偏移了 90度的第2要素的强度；以及频率成分强度计算单元，其使用所述第1要素强度和所述第2要素强度，与所述内燃机的旋转同步地计算所述多个频率的频率成分强度，所述要素强度计算单元具有量化单元，该量化单元将与所述第1要素和第2要素对应的正弦波信号分别N值化(N为3或5)，并计算N值化正弦波信号，所述要素强度计算单元使用所述运转参数的检测值和所述N值化正弦波信号，计算所述第1要素强度和所述第2要素强度。
5.根据权利要求2 4中任意一项所述的频率成分分析装置，其特征在于，所述量化单元根据所述正弦波信号的频率来变更在进行所述N值化时采用的阈值。
6.根据权利要求2 5中任意一项所述的频率成分分析装置，其特征在于，在所述内燃机的转速为预定转速以下时，所述量化单元进行5值化，在所述内燃机的转速高于所述预定转速时，所述量化单元进行3值化。
7.—种频率成分分析方法，用于与内燃机的旋转同步地进行针对所述内燃机的运转参数的检测值的频率成分分析，其特征在于，所述频率成分分析方法包括以下步骤a)以预定时间间隔对所述运转参数进行采样，b)将采样值转换为数字值，c)针对预定数目的采样值计算与所述检测值中包含的多个频率成分对应的第1要素的强度以及相对于所述第1要素相位偏移了 90度的第2要素的强度，d)使用所述第1要素强度和所述第2要素强度，与所述内燃机的旋转同步地计算所述多个频率的频率成分强度，所述步骤d)包括计算所述第1要素强度和所述第2要素强度中包含的偏置成分的步骤e)，在所述步骤d)中，从所述第1要素强度和所述第2要素强度中去除所述偏置成分而计算所述频率成分强度。
8.根据权利要求7所述的频率成分分析方法，其特征在于，所述步骤c)包括将与所述第1要素和第2要素对应的正弦波信号分别N值化(N为3或5)，计算N值化正弦波信号的步骤f)，在所述步骤c)中，使用所述运转参数的检测值和所述N值化正弦波信号，计算所述第 1要素强度和所述第2要素强度。
9.根据权利要求8所述的频率成分分析方法，其特征在于，在所述步骤e)中，将与所述预定数目的采样值对应的所述N值化正弦波信号的值进行合计，由此计算偏差值，并且将所述检测值的中心值与所述偏差值相乘，由此计算所述偏置成分。
10.一种频率成分分析方法，用于与内燃机的旋转同步地进行针对所述内燃机的运转参数的检测值的频率成分分析，其特征在于，所述频率成分分析方法包括以下步骤a)以预定时间间隔对所述运转参数进行采样，b)将采样值转换为数字值，c)针对预定数目的采样值计算与所述检测值中包含的多个频率成分对应的第1要素的强度以及相对于所述第1要素相位偏移了 90度的第2要素的强度，d)使用所述第1要素强度和所述第2要素强度，与所述内燃机的旋转同步地计算所述多个频率的频率成分强度，所述步骤c)包括将与所述第1要素和第2要素对应的正弦波信号分别N值化(N为3 或5)，计算N值化正弦波信号的步骤f)，在所述步骤c)中，使用所述运转参数的检测值和所述N值化正弦波信号，计算所述第 1要素强度和所述第2要素强度。
11.根据权利要求8 10中任意一项所述的频率成分分析方法，其特征在于，在所述步骤f)中，根据所述正弦波信号的频率来变更在进行所述N值化时采用的阈值。
12.根据权利要求8 11中任意一项所述的频率成分分析方法，其特征在于，在所述步骤f)中，在所述内燃机的转速为预定转速以下时进行5值化，在所述内燃机的转速高于所述预定转速时进行3值化。
全文摘要
本发明提供一种与内燃机的旋转同步地进行针对内燃机的运转参数的检测值的频率成分分析的频率成分分析装置。以预定时间间隔对运转参数进行采样，将采样值转换为数字值。针对预定数目的采样值计算与运转参数检测值中包含的多个频率成分对应的第1要素的强度以及相对于所述第1要素相位偏移了90度的第2要素的强度。使用第1要素强度和第2要素强度，与内燃机的旋转同步地计算多个频率的频率成分强度。计算第1要素强度和第2要素强度中包含的偏置成分，从第1要素强度和第2要素强度中去除偏置成分而计算频率成分强度。
文档编号G01H17/00GK102301120SQ20108000620
公开日2011年12月28日 申请日期2010年1月27日 优先权日2009年2月6日
发明者义煎将之, 仓内淳史, 北村夏子, 小松弘崇, 高木治郎 申请人:本田技研工业株式会社