DE3007762A1

DE3007762A1 - Signalverarbeitungseinrichtung

Info

Publication number: DE3007762A1
Application number: DE19803007762
Authority: DE
Inventors: Takeshi Fujishiro; Sadao Takase
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1979-03-01
Filing date: 1980-02-29
Publication date: 1980-09-18
Also published as: JPS55116101A; US4317182A

Description

Be Schreibung

Die Erfindung bezieht sich auf die Steuerung von Brennkraftmaschinen und insbesondere auf die Steuerung von Brennkraftmaschinen, bei denen Fühler die augenblicklichen Werte der Betriebsparameter einer Brennkraftmaschine erfassen und Ausgangssignale an ein Steuersystem geben, das dann diese Ausgangssignale verarbeitet und aufgrund dieser Verarbeitung Steuersignale erzeugt, die an Steuereinrichtungen der Brennkraftmaschine gegeben werden.

Es ist allgemein bekannt, Fühler bei einer Brennkraftmaschine vorzusehen, die unterschiedliche Betriebsparameter der Brennkraftmaschine erfassen, wie z.B. die Strömungsgröße der Ansaugluft der Brennkraftmaschine, die Drehzahl der Kurbelwelle, die Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine und dergl. Bei einem solchen System erzeugen diese Fühler Fühlerausgangssignale, die die erfaßten Werte angeben und an eine Steuereinrichtung gegeben werden, die aufgrund der Werte dieser Fühlerausgangssignale Steuersignale erzeugt, die an Steuereinrichtungen der Brennkraftmas chine gegeben werden und weitere Betriebsparameter der Brennkraftmaschine steuern. So kann z.B. eine solche Steuereinrichtung die Menge des in die Brennkammern der Brennkraftmaschine eingespritzten Kraftstoffes oder den Zündzeitpunkt der Brennkraftmaschine oder die Größe von an das Einlaßsystem der Brennkraftmaschine zurückgeführten Abgasen steuern.

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So kann bei einer besonderen Ausführungsform ein Karman-Wirbelströmungsmesser benutzt werden, um die Strömung der Ansaugluft in das Einlaßsystem der Brennkraftmaschine zu messen. Ein solcher Strömungsmesser erzeugt ein Fühlerausgangssignal, dessen Frequenz der Strömungsgröße der Ansaugluft entspricht. Die Steuereinrichtung erfaßt daher die Periodendauer des Fühlerausgangssignals des Karman-Wirbelströmungsmessers, um eine Information über die Ansaugluftströmung der Brennkraftmaschine zu erhalten, wobei dieser Vorgang in einer kurzen Zeit durchgeführt werden kann und er im allgemeinen ausreichend genau für die Betriebssteuerung der Brennkraftmaschine ist.

Bei einem solchen System tritt jedoch öfter das Problem auf, daß eine Interferenz oder ein Fehler in dem Fühlerausgangssignal, das von dem Fühler abgegeben wird, die richtige Arbeitsweise der Steuereinrichtung stören können. Ein solcher Fehler im Ausgangssignal kann aus verschiedenen Gründen auftreten, wie einer elektrischen Interferenz von dem Zündsystem oder dergl. her, eine Störung des Fühlers durch eine Schwingung oder selbst durch eine ionisierende Strahlung oder dergl. Der Fehler des Ausgangssignals kann aus einer deformierten Signalform oder selbst aus dem Fehlen von einem oder mehreren Steuerimpulsen bestehen, die bei einem frequenzmodulierten System, wie es zuvor angegeben wurde, einen Fehler erzeugen können, der von erheblicher Größe ist. Das Auftreten solcher Fehler kann durch Vorsehen einer Abschirmung, durch Filterung und dergl. vermindert werden, es ist jedoch unmöglich, sie vollständig zu beseitigen. Solche Fehler können große Störungen bei der gleichmäßigen Steuerung der Brennkraftmaschine bewirken. So kann z.B. bei dem besonderen Beispiel eines

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Karman-WirbelStrömungsmessers, wie er zuvor erläutert wurde, beim Fortlassen eines oder mehrerer Spitzen des frequenzmodulierten ITühlerausgangssignals die Größe der Ansaugluft stark fluktuieren, die durch die abgegebenen Steuersignale der Steuereinrichtung bewirkt ist, wodurch eine unzulässige Abweichung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses von dem stöchiometrischen Wert für die Zylinder der Brennkraftmaschine .auftritt, was wiederum Probleme in Bezug auf die Steuerung der Abgabe von giftigen Verunreinigungen in den Abgasen der Brennkraftmaschine und/oder in Bezug auf den Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine bedingt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Signalverarbeitungseinrichtung zu schaffen, die die Wirkungen der Interferenz in einem 3?ühlerausgangssignal vermindert.

Gemäß einem bevorzugten Gedanken der Erfindung wird diese Aufgabe bei einer Signalverarbeitungseinrichtung für ein Steuersystem einer Brennkraftmaschine, das ein einen Betriebsparameter der Brennkraftmaschine angebendes Signal erhält, gelöst durch einen Speicher zum Speichern mehrerer aufeinanderfolgender Werte des Signals und einen Durchschnittswertbildner, der mindestens einige der gespeicherten Werte mittelt und den Durchschnittswert als Ausgangssignal abgibt.

Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigt:

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Pig. 1 ein Blockschaltbild eines Steuersystems, das die erfindungsgemäße SignalVerarbeitungseinrichtung enthält,

Pig. 2 ein Blockschaltbild eines ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung,

Pig. 5 ein dem der Pig. 2 ähnliches Blockschaltbild, - das ein zweites bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt, und

Pig. 4 ein Plußdiagramm, das einen Teil der Arbeitsweise des Ausführungsbeispiels der Pig. 3 zeigt.

In Pig. 1 ist ein Steuersystem 10 gezeigt, bei dem beispielsweise die Erfindung angewendet werden kann. Mehrere Pühlerausgangssignale P^ bis P_n von η Pühlern, die hier nicht gezeigt sind und verschiedene unterschiedliche Betriebsparameter einer Brennkraftmaschine 26 erfassen sowie entweder digital oder analog arbeiten, werden an einen Multiplexer gegeben, der diese nacheinander im Zeitmultiplex an einen Analog-Digital-Umformer, d.h. einen A/D-XJmformer 14 gibt, in dem die analogen Signale dieser Signale in digitale Signale umgeformt werden. Wenn diese Signale digitale Signale sind, kann dieser A/D-Umformer 14 natürlich fortgelassen werden. Wenn die Eingangssignale in Impulsform vorliegen, kann ein Zähler als A/D-Umformer benutzt werden, wie dieses später noch klar wird.

Diese im Multiplex vorliegenden Signale von dem A/D-Umformer 14 werden an einen Mikrocomputer 16 gegeben, der eine Eingabeschaltung 18, eine zentrale Verarbeitungseinheit 20 und

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einen Speicher 22 umfaßt. Seine verschiedenen Bauelemente sind "bekannt und umfassen z.B. Speicher mit freiem Zugriff RAM sowie Festspeicher ROM.

Eine Ausgabeschaltung 24 erhält Steuersignale von dem Mikrocomputer 16 und gibt Signale ab, die verschiedene Betriebsparameter der Brennkraftmaschine 26 steuern.

Die Erfindung bezieht sich auf einen besonderen Aufbau der Eingabeschaltung 18, wobei diese in Pig. 2 in Form eines ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung im einzelnen dargestellt ist. Diese Schaltung wird bei einer Anwendung zurVerarbeitung von Signalen beschrieben, die von einem Karman-Wirbelströmungsmesser abgegeben werden, sie kann jedoch selbstverständlich auch bei anderen Signalen angewendet werden. Das von dem nicht gezeigten Karman Wirbelströmungsmesser über den Multiplexer 12 und den A/D-Umformer 14 zugeführte Signal S_x. wird an einen Signalformer 182 gegeben, der ein Signal S₂ abgibt, dessen Frequenz umgekehrt proportional zur Strömungsgröße der Ansaugluft in das Einlaßsystem der Brennkraftmaschine 26 ist. Dieses Signal S₂ wird als ein Ansteuerimpuls an einen Zähler 184 gegeben, der die Anzahl von Taktimpulsen S^ zählt, die von einem Taktimpulsgenerator 186 abgegeben werden, und der jedesmal dann seinen jeweiligen Zählerstand abgibt, wenn er von einem Impulspegel angesteuert wird, der größer als ein bestimmter Pegel des Signals S₂ ist. Der von dem Zähler 184 abgegebene Digitalwert S^ ist daher proportional der Periodendauer des Signals S₂ und damit proportional zur Ansaugluftströmung der Brennkraftmaschine.

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Gemäß einem besonderen Merkmal der Erfindung speichert ein Schieberegister 188 das Signal S₂, jedesmal dann, wenn es erzeugt wird, und verschiebt die gespeicherten Zählerstände progressiv über seine Stufen 188a, 188b, 188c und 188d. Im einzelnen wird, jedesmal dann, wenn das Signal S₂^ an das Schieberegister 188 gegeben wird, der Inhalt der dritten Stufe 188c in die vierte Stufe 188d, der Inhalt der zweiten Stufe 188b in die dritte Stufe 188c, der Inhalt der ersten Stufe 188a in die zweite Stufe 188b und der neue Wert von S₂, in die erste Stufe 188a eingeschrieben. Daher sind jederzeit während des Betriebes die vier jeweils letzten Werte von S₂, in dem Schieberegister 188 zugänglich und sie werden jeweils auf den neuesten Stand dann gebracht, wenn ein neuer Wert von S₂, von dem Zähler 184· erzeugt wird, wobei gleichzeitig der älteste Wert fortgelassen wird. Ein Durchschnittswertbildner 190 wählt Werte S₁- aus dem Schieberegister 188 aus, wobei er bei diesem Beispiel alle Werte auswählt, und mittelt diese, um ein Durchschnittsausgangs·"-signal Sg zu erzeugen, das an die zentrale ■Verarbeitungseinheit 20 der Fig. 1 als ein Signal gegeben wird, das die Strömungsgröße der Ansaugluft angibt.

Aus der vorstehenden Beschreibung ergibt sich, daß die Schaltung der Fig. 2 die letzten vier Werte der Signale So mittelt, um das Ausgangs signal Sg zu erzeugen, und damit die Wirkungen von Fehlern und Interferenz, wie Rauschen, vermindert und glättet.

Fig. 3 zeigt als Blockschaltbild ein zweites bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung, das die Tatsache in vorteilhafter Weise ausnutzt, daß Interferenz oder Rauschen in dem Signal von dem Fühler entweder einen anormal hohen

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oder einen anormal niedrigen Wert bedingen. An der linken Seite der Fig. 3 ist die Arbeitsweise der Schaltung die gleiche wie die der in Pig. 2 gezeigten, bis zur Erzeugung der Signale Sc, die die Werte der letzten vier Zählerstände des Zählers 184 sind. Jedoch bewirkt eine zum Stand der Technik gehörende Diskriminatorschaltung 192 eine Wiedereinordnung dieser Werte S₁-, in der Reihenfolge ihrer Größe in einen Speicher 194, der Teil des Hauptspeichers 22 sein^; kann, so daß eines der letzten vier Signale Se» das einen maximalen Wert hat, in der vierten Adresse I94d, das Signal, das einen minimalen Wert hat, in der ersten Adresse 194a, und die Signale, die dazwischenliegende Werte haben, in den dazwischenliegenden Adressen 194b und 194c gespeichert werden. Der Durchschnittswertbildner 190 mittelt dann die Werte Sg in den dazwischenliegenden Speicherstellen 194b und 194c und ignoriert den extrem hohen Wert in der Speichel stelle 194d und den extrem niedrigen Wert in der Speicherstelle 194a und erzeugt das Durchschnittsausgangssignal Sq.

Daraus ist zu erkennen, daß die Schaltung der Fig. 3 durch Mitteln nur der dazwischenliegenden letzten Werte des Signals S^, und durch Ignorieren der höchsten und niedrigsten letzten Werte die Werte außer Betracht läßt, die am ehesten fehlerhaft sind. Wenn Daten z.B. in binärer Form verarbeitei werden, so kann, ein Fehler dem höchstwertigen Bit oder dem zweithöchstwertigen Bit zugeordnet sein, wobei dieses einen fehlerhaften Wert bedingt, der im absoluten Wert einen groß« Einfluß hat, so daß ohne die Arbeitsweise der Schaltung der Fig. 3 ein ernster Fehler auftreten würde. Durch die Arbeit! weise der Schaltung der Fig. 3 wird ein solcher Wert jedoch nicht berücksichtigt, wenn die Durchschnittswertbildung ausgeführt wird.

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Pig. 4 zeigt ein Flußdiagramm, bei dem ein Mikrocomputer die Punktionen der Diskriminatorschaltung 192, des Speichers 1?A und des Durchschnittswerfbildners 190 der Pig. 3 ausführen kann. Beim Block B,. wird der Inhalt der ersten Stufe 188a des Schieberegisters 188 mit dem Inhalt der zweiten Stufe -188b verglichen, und "beim Block '-Bp oder B* wird der größere der beiden in die erste Adresse 194a und der kleinere in die zweite Adresse 194b eingeschrieben. Dann, werden beim Block B^ die Inhalte der dritten und vierten Stufen 188c und 188d miteinander verglichen und beim Block Bc oder Bg wird der größere in die dritte Adresse 194c und der kleinere in die vierte Adresse 194d eingeschrieben. Dann werden beim Block B« die in der ersten Adresse 194a und in der dritten Adresse 194c gespeicherten Werte miteinander verglichen, und beim Block Β« oder Bq wird der größere der beiden gleich Null gemacht, wodurch der größte der vier Werte gelöscht wird, der ursprünglich in den Stufen 188a bis 188d gespeichert war. Dann werden beim Block B^₀ die Inhalte der zweiten Adresse 194b und der vierten Adresse 194d miteinander verglichen, und dann beim Block B^ oder B^. ^ wird der kleinere der beiden gleich Null gemacht, wodurch der kleinste der Werte, die ursprünglich in den Stufen 188a bis 188d gespeichert waren, gelöscht wird. Dann wird beim Block Β>·χ die Summe der Inhalte der ersten und dritten Adressen 194a und 194c in die Adresse 194a eingeschrieben, und die Summe der Inhalte der zweiten und vierten Adressen 194b und 194d wird in die zweite Adresse 194b eingeschrieben. Schließlich wird während des Blocks B^ der Durchschnittswert der Inhalte der Adressen 194a und 194b berechnet und ausgegeben, wobei dieser ein Durchschnittswert der zwei da-

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zwischenliegenden Werte der Stufen 188a bis 188d unter Ausschluß der maximalen und minimalen Werte ist.

Selbstverständlich ist die Anzahl der letzten Werte des Signals, die angeordnet wird, nicht auf vier beschränkt, sondern kann auch höher sein. Außerdem ist es bei dem in Pig. 3 gezeigten System nicht erforderlich, daß nur die höchsten und niedrigsten letzten Werte des Signals ignoriert werden, da z.B., wenn acht jüngste Werte des Signals in dem Speicher 194- gespeichert werden, von dem Durchschnittswertbildner 190 z.B. auch die drei größten und die zwei kleinsten Werte von diesen ignoriert werden können, so daß darm die übrigen drei Werte, die hinsichtlich ihrer Größe dazwischen liegen, gemittelt werden.

Außerdem liegt es im Rahmen der Erfindung, daß die Anzahl der gespeicherten Werte, die Anzahl der Werte am oberen und unteren Ende des Bereiches, die vernachlässigt werden, und/oder die Anzahl, die gemittelt wird, sich zeitabhängig ändern können, was z.B. nach Maßgabe des Betriebszustandes der Brennkraftmaschine erfolgen kann. Zum Beispiel im Falle des Ausgangssignals eines Karman-Wirbelströmungsmessers, der die Strömungsgröße der Ansaugluft misst, wird die Erzeugung der Karman-Wirbel durch üTuktuatic beim Ansaugen der Luft gestört, wenn das Drosselventil der Brennkraftmaschine annähernd vollständig geöffnet ist, wodurch damit das Auftreten von Störungswerten ansteigt. Wenn daher zu diesem Zeitpunkt die Anzahl der gespeicherten und gemittelten Signalwerte vergrößert wird, wird die Genauigkeit des Ausgangssignals verbessert, was jedoch auf■ Kosten der Ansprechzeit des Systems geht. Wenn andererseits

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die Anzahl der gespeicherten Werte bei Betriebszuständen vermindert wird, bei denen die Fehlergröße des Fühlers und der zugeordneten Systeme niedrig ist, kann die Ansprechzeit des Systems stark verbessert v/erden. Die Schieberegister 188a bis 188d und der Speicher 1°A sollen daher eine Änderung der Anzahl ihrer Stufen zulassen, die nach Maßgabe der Betriebszustände der Brennkraftmaschine jeweils zu benutzen sind.

Obwohl die zuvor erläuterten Ausführungsbeispiele besonders zur Verarbeitung der Fühlerausgangssignale eines Karman-Wirbelströmungsmessers geeignet sind, ist die Erfindung selbstverständlich nicht auf diese beschränkt, sondern kann auch zur Verarbeitung anderer Signale benutzt werden. Wenn z.B. das Signal S_x, ein Analogsignal ist, kann eine Abtastschaltung anstelle des Zählers benutzt werden, um das Signal S_x, an bestimmten Zeitpunkten abzutasten.

Obwohl die Erfindung anhand bestimmter Ausführungsbeispiele in Verbindung mit der Zeichnung gezeigt und beschrieben wurde, ist sie selbstverständlich nicht auf diese beschränkt. Vielmehr sind viele Änderungen, Vereinfachungen und Abwandlungen in der Ausbildung und der Anzahl der benutzten Bauteile bei jedem besonderen Ausführungsbeispiel möglich, ohne daß dabei der allgemeine Erfindungsgedanke verlassen würde. Der allgemeine Erfindungsgedanke wird daher nicht durch irgendwelche besonderen Merkmale der gezeigten Ausführungsbeispiele, die lediglich zur Erläuterung anhand der Zeichnung angegeben wurden, sondern allein durch die Patentansprüche umrissen.

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Claims

PArFNTAiMWALTE

A. GRÜNECKER

NISSlN MOTOR COMPANY, LIMITED 2, Takara- cho, Kanagawa-3ru, Yokohama-shi, Kanagawa-ken, Japan

Signal verarbe itungs e inrichtung

H. KINKELDEY

DfI-MQ

W. STOCKMAIR

K. SCHUMANN

oimwr m-mts

P. H. JAKOB

WL-IMl

G. BEZOLD

Od HER HUT-OTL-CHEM

8 MÜNCHEN 22

MAXlMtLlANSTRASSK *3

29. Februar 1980 P 14- 804

Patentansprüche

MJ Signal verarbe itungs e inrichtung für ein Steuersystem einer Brennkraftmaschine, das ein einen Betriebsparameter der Brennkraftmaschine angebendes Signal erhält, gekennzeichnet durch:

einen Speicher (22, 118) zum Speichern mehrerer aufeinanderfolgender Werte des Signals und

einen Durchschnittswertbildner (190), der mindestens
einige der gespeicherten Werte mittelt und den Durchschnittswert als Ausgangssignal abgibt.

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TELEFON <OBB) 33 9889

TELEX OS-SB 3SO

TELESRAMME MONAPAT

telekopiere-r
2. SignalVerarbeitungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Speicher (22, 188) ein Schieberegister (188a bis 188d) ist.
3. SignalVerarbeitungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Durchschnittswertbildner (190) aus den gespeicherten Werten eine Gruppe auswählt, die aus allen gespeicherten Werten mit Ausnahme ihrer ersten m Werte, die am größten sind, und ihrer ersten η Wert« die am kleinsten sind, besteht, und die ausgewählte Gruppe mittelt, wobei m und η positive ganze Zahlen sind, die größe: oder gleich Null sind.
4·. Signalverarbeitungseinrichtung nach Anspruch 3i dadurch gekennzeichnet , daß mindestens eine der Anzahl der gespeicherten Werte m und η nach Maßgabe der Betriebszustände der Brennkraftmaschine (26) änderbar ist.
5. SignalVerarbeitungseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß der Durchschnittswertbildner (190, 192, 194) einen zweiten Speicher (19²O eine Wiedereinordnungseinrichtung (192), die die gespeicherten Werte nach Haßgabe der Größe in dem zweiten Speicher einordnet, und einen Subdurchschnittswertbildner (190) aufweist, der Werte aus dem zweiten Speicher herausnimmt und sie mittelt.
6. Signalverarbeitungseinrichtung nach einem der Ansprüche bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß das Signal die Strömungsgröße der in das Einlaßsystem der Brennkraftmaschine (26) angesaugten Ansaugluft angibt, und daß

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ein Taktimpulsgenerator (186) sowie ein Zähler (184) vorgesehen sind, der die von dem Taktimpulsgenerator abgegebenen Impulse zählt und seinen Zählerstand bei Erhalt eines Impulses des Signals abgibt.
7. Signal Verarbeitungseinrichtung nach einem der Ansprüche bis 5i gekennzeichnet durch eine Abtastschaltung (12), die ein Analogsignal abtastet, und durch einen Analog-Digital-Umformer (14), der das abgetastete Analogsignal in ein entsprechendes Digitalsignal umformt, wobei das Ausgangssignal des Analog-Digital-Umformers an den ersten Speicher (22, 188) gegeben ist.

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