JP4417331B2 - 多信号解析装置 - Google Patents
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Description
【技術分野】
【０００１】
本発明は多信号解析装置に関し、特に、基準信号と、これに比較して大きな遅延時間を有する信号との相関関係を、過渡状態で解析する装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車産業の発展を支える背景には、エンジンの技術的進歩が不可欠であるが、近年、環境問題の影響で排気ガスエミッション規制が進む中、各国の自動車メーカーは、従来の排気ガス規制対応より、更に低公害規制に対応したエンジン設計へとシフトしつつある。
【０００３】
現在、エンジン制御技術の主流となっているのは、ＥＣＵ（Ｅｎｇｉｎｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ又はＥｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）である。ＥＣＵとは、エンジン周辺に設置された各種センサが検知した情報に基づいて、エンジンが常に最高のコンディションを保てるよう、燃料噴射量、噴射タイミング、点火時期等を精密に制御するマイクロコンピュータである。
【０００４】
排気ガス規制に伴い、ＥＣＵには、発生トルクのみならず、排気ガスの観点からもエンジンを最適化することが求められている。しかも、国によっては、排気ガスを測定するに際し、複雑な時系列パターンと車速とを細かく決めて行うよう決められており、排気ガスの分析項目も多岐に渡っている。
【０００５】
このため、ＥＣＵは、多数のセンサから得られる信号の相関関係を見いだし、エンジン制御に反映させる必要がある。
【０００６】
従来は、このような多数の信号を測定し、同一画面に表示することによって、相互の相関関係を見いだそうとしていた（例えば、特許文献１参照。）。
【０００７】
しかし、この場合、以下に説明する技術的な課題があった。
【０００８】
【特許文献１】
特開平９−１７０９６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１に開示された発明は、単に、多項目からなる自動車テストデータを同一画面に見やすく配置したにすぎず、相互の相関関係を見いだすには別途解析が必要となる。
【００１０】
しかも、エンジン発生トルク、排気ガス等の特性は、燃料注入特性、空気吸入特性、点火時間、燃料噴射等の多数の要素が複雑に絡み合って生まれるものであり、容易に解析できるものではない。
【００１１】
そのため、従来は、これらの要素の解析を定常状態で行っていたが、排気ガスに関する信号は、化学反応による遅れ、物理的空間距離による遅れ、ガスの流速による遅れ等のため、他の信号と比較して大きな遅延時間を有しており、定常状態での解析を行うまでに時間がかかっていた。
【００１２】
更に、排気ガス規制により、従来のような定常状態のみならず、過渡状態でエンジン解析を行うことも求められるようになってきたが、上述したように排気ガスに関する信号は、他の信号と比較して大きな遅延時間を有しているため、過渡状態での解析が困難であった。
【００１３】
本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、複数の信号間の相関関係を定常状態のみならず過渡状態でも解析することが出来る装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するため、本発明は、エンジンのＥＣＵ制御に必要な複数の時系列信号を同時に入力し、ＡＤ変換するＡＤ変換器と、前記ＡＤ変換器に入力された前記時系列信号の内、任意の２信号間の遅延時間を演算する遅延時間演算部と、前記遅延時間演算部で演算された遅延時間に基づいて、前記任意の２信号のうち一方の信号の時間軸を前進又は遅延させ、前記２信号を同一時間軸化する時間軸調整部と、前記同一時間軸化された２信号について比較し、相互相関係数を求める解析を行うデータ解析部とを有する多信号解析装置であって、前記時系列信号は、過渡状態を含むエンジンの燃料流量、発生トルク数、エンジン回転数、排気ガス量を表す信号であり、当該時系列信号には、他の時系列信号と比較して１０秒以上の遅延時間を有する時系列信号が少なくとも１つ含まれており、前記遅延時間演算部は、前記２信号のそれぞれについて、相互相関関数が最大になるときを見出して、その最大になる時間を前記遅延時間とするか、または、前記２信号の相関度を表すインパルス応答出力を得て、当該インパルス応答出力の値がピークとなる時間を前記遅延時間とするようにした。
【００１５】
以上のように構成した多信号解析装置では、異なる遅延時間を有する複数の信号を同一時間軸化して解析するので、複数の時系列信号間での時間関係の遅速がなくなり、過渡状態での比較解析が可能となる。
【００１６】
又、前記時間軸調整部は、前記ＡＤ変換器に入力された信号のうち、選択された一の信号の時間軸を基準として、その他の信号を同一時間軸化することが出来る。
【００１７】
このように、基準となる信号を設けることにより、多数の信号間の相関関係が一目瞭然となるような表示が可能となる。
【００１８】
前記遅延時間演算部は、一方の信号に遅延時間を与える遅延時間発生部と、前記遅延時間発生部で遅延された信号と、他方の信号との乗算後、積分を行い、２信号間の類似度を表す相互相関関数を求める相互相関演算部と、前記相互相関関数の値が最大となるよう前記遅延時間を制御して、その時の遅延時間τを２信号間の遅延時間とする遅延時間制御部とを有することができる。
また、前記遅延時間演算部は、２信号のそれぞれについて、時間関数から周波数関数へのフーリエ変換処理を行うＦＦＴ演算部と、前記フーリエ変換処理された２信号のうち、一方の信号の共役複素数と、他方の信号との乗算後、平均化処理を行い、２信号の相関度を表すインパルス応答出力を得るインパルス応答演算部とを有し、前記インパルス応答出力の値がピークとなる時間を２信号間の遅延時間とすることができる。
【００２０】
上記自動車の排気ガス量は、特に大きな遅延時間を有するものであり、過渡状態で他の信号との相関関係等の解析が困難であることから、他の信号と同一時間軸化して解析を行うことは、排気ガス効率の改善実験に有用となる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明にかかる多信号解析装置によれば、異なる遅延時間を有する複数の信号を同一時間軸化して解析するので、複数の時系列信号間での時間関係の遅速がなくなり、エンジンのECU制御に必要な入力信号の過渡状態での解析が可能となる。又、せっかく取得した多数のデータ間に埋もれがちな相関関係を見落とすことなく、妥当な解析結果を導くことが出来る。
【００２２】
特に、自動車の排気ガス量や、燃料電池の化学反応量等は、大きな遅延時間を有するものであり、過渡状態で他の信号との相関関係等の解析が困難であることから、他の信号と同一時間軸化して解析を行うことは、排気ガス効率の改善実験や燃料電池の性能改善実験に有用となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の好適な実施の形態について、添付図面に基づいて詳細に説明する。図１から図３は、本発明にかかる多信号解析装置の一実施例を示している。
【００２４】
図１の多信号解析装置１は、ＡＤ変換器１１、メモリ１３、時間窓抽出部１５、操作入力部１７、遅延時間演算部１９、時間軸調整部３９、データ解析部４１、表示部４３を有する。
【００２５】
ＡＤ変換器１１は、相互相関関係等を解析する対象となる複数の信号を同時に入力し、入力された信号をＡＤ変換する手段である。入力信号は、任意の物理現象や化学現象に関する時系列信号であり、例えば、自動車のエンジンのＥＣＵを制御するために必要となる注入燃料量、発生トルク量、エンジン回転数、排気ガス量等が入力信号に相当する。これらは、自動車の各部に設置されたセンサより検出され、ＡＤ変換器１１に入力される。入力信号には、定常状態のみならず、過渡状態が含まれている場合もある。ＡＤ変換された信号は、後に行う相互相関関係の解析のため、メモリ１３に一時保存される。
【００２６】
尚、過渡状態とは、信号が不安定で、定常状態に落ち着くまでの状態を指し、一般的には通電、測定、稼動等の開始・終了時に発生するものであるが、外乱の影響や設定の変更時にも発生する場合がある。又、定常状態は、通常、過渡状態を経て一定値に落ち着いた状態を指す。従って、一般的には、入力信号には過渡状態と定常状態が含まれるものである。
【００２７】
時間窓抽出部１５は、操作入力部１７からの操作により、ＡＤ変換器１１に入力された信号から任意の２信号を選択し、選択された２信号について、任意の解析時間間隔で時間窓を抽出する手段である。
【００２８】
時間窓の抽出とは、ＡＤ変換器１１でサンプリングされた信号のうち、ある区間（例えば、１０２４点、２０４８点）の信号を、後段の処理のために切り取ることである。ここで、後段の処理とは、主にフーリエ変換（時間関数ｘ（ｔ）を周波数関数Ｘ（ｆ）に変換すること）や逆フーリエ変換の処理を指す。
【００２９】
本来、フーリエ変換は、無限長の信号を処理することで理論上定義付けられる。しかし、実際にＡＤ変換器１１に入力される信号は、有限長の信号であるため、時間窓抽出部１５により時間窓を抽出し、抽出された区間の波形が無限に繰り返されるという仮定のもとで処理がなされる。
【００３０】
一方、フーリエ変換は、そもそも周期が不明の信号についてその処理が行われることから、一般的には波形を切り取る区間はその測定系では一定とされるが、必ずしも信号の周期と切り取る区間とが一致する訳ではなく、切り取られた区間がその信号の持つ周波数の整数倍と一致しない場合には、繰り返し波形の始端と終端がつながらず不連続点が発生し、切り取られた元の信号とは異なるひずんだ信号が処理されることになる。
【００３１】
そこで、時間窓抽出部１５では、単に波形を切り取るだけでなく、波形が切り取られる区間の両端がゼロとなるような山型の重み付け関数を掛け合わせ、始端と終端がつながるようにし、切り取り位置の相違によって生じるフーリエ変換処理の誤差が少なくなるようにしている。ここで使用される重み付け関数を窓関数といい、窓関数としてはハニング窓が代表的であるが、本実施例ではＡＤ変換器１１に入力される信号に応じて、処理に適した関数を操作入力部１７から入力し、指定することが出来る。
【００３２】
遅延時間演算部１９は、時間窓抽出部１５で時間窓を抽出された任意の２信号間の遅延時間を演算する手段である。遅延時間演算部１９の詳細構成図の一例を、図２、図３に示す。
【００３３】
図２に示す遅延時間演算部１９ａは、２信号間の相互相関関数を求めることにより遅延時間を求めるものであり、遅延時間発生部２１、相互相関演算部２３、遅延時間制御部２９を有する。
【００３４】
ここで、相互相関関数とは、２信号のうち一方の波形（例えば、図２に示す入力信号ｘ（ｔ）とｙ（ｔ）のうち、ｘ（ｔ））を遅延時間発生部２１で時間τだけ遅延させた時のずらし量τの関数であり、相互相関演算部２３内の乗算部２５と積分部２７の乗算、積分により、次式で表される。
【００３５】
【数１】
【００３６】
相互相関関数は、２信号間の類似度を表す指標であり、２信号が完全に異なっていればτの値にかかわらず、相互相関関数は０に近づく。このことを利用し、遅延時間制御部２９は、遅延時間発生部２１で一方の信号に与える遅延時間τの量を制御しながら、相互相関関数が最大になる時のτを見つける。このτが２信号間に発生している遅延時間となる。
【００３７】
尚、相互相関関数は、２信号（図２に示す入力信号ｘ（ｔ）とｙ（ｔ））をフーリエ変換してＸ（ｆ）、Ｙ（ｆ）とし、一方の信号Ｘ（ｆ）の共役複素数をＸ＊（ｆ）とすれば、次式で表されるクロススペクトルＷＸＹ（ｆ）を逆フーリエ変換することでも求められる。
【００３８】
【数２】
【００３９】
一方、図３に示す遅延時間演算部１９ｂは、図２に示した遅延時間演算部１９ａとは遅延時間の演算手段が異なり、インパルス応答出力を求めることにより、遅延時間を求めるものであり、ＦＦＴ演算部３１、インパルス応答演算部３３を有する。
【００４０】
インパルス応答出力は、２信号（図３に示す入力信号ｘ（ｔ）とｙ（ｔ））をそれぞれＦＦＴ演算部３１ａ，３１ｂで、フーリエ変換してＸ（ｆ）、Ｙ（ｆ）とし、インパルス応答演算部３３内のクロススペクトル演算部３５で、一方の信号（図３ではＹ（ｆ））の共役複素数と他方の信号（図３ではＸ（ｆ））との乗算を行い同じ周波数成分を掛け合わせ、平均化演算部３７で平均化し、先の数式２にも示されたクロススペクトルＷＸＹ（ｆ）を求めることにより得られる。
【００４１】
インパルス応答出力のｘ軸は周波数、ｙ軸は振幅の二乗（周波数帯域毎のパワースペクトル）で表される。ここで、ある周波数でクロススペクトルの値が大きいということは、その周波数における２信号間の相関が大きいことを示す。従って、このインパルス応答出力の値がピークとなる時間が２信号間の遅延時間として求められる。
【００４２】
時間軸調整部３９は、遅延時間演算部１９で得られた２信号間の遅延時間に基づいて、メモリ１３に保存されている２信号のうち一方を遅延時間分だけ前進又は遅延させ、２信号を同一時間軸化する手段である。尚、時間軸調整部３９で時間軸を調整するに際し、遅延時間の大小は問わない。
【００４３】
データ解析部４１は、同一時間軸化された２信号について比較し、相関係数を求める等の解析を行う手段である。解析対象となる信号は過渡状態を含む信号であってもよく、その場合でも、複数の信号は同一時間軸化されているので、妥当な解析結果が得られる。解析結果はメモリ１３に保存される。
【００４４】
表示部４３は、データ解析部４１での解析結果を数値やグラフ等で表示する手段である。尚、データ解析部４１での解析が行われる前の同一時間軸化された信号や、遅延時間演算部１９で求められた遅延時間を表示してもよい。
【実施例】
【００４５】
以下、本発明の詳細な実施例について説明する。図４は、本発明の多信号解析装置１を用いて、自動車のエンジン解析を行い、ＥＣＵに効率的な制御を行わせるために、自動車の各部に設置されるセンサの配置図を示している。尚、多信号解析装置１の詳細構成については、先に説明した通りであるので、説明を省略する。
【００４６】
センサはエンジン５１周辺の各部に設置されるが、具体的には、燃料タンク５３に設置された燃料流量計５５、クランク軸５７周辺に設置されトルク数を検出するトルクセンサ５９とエンジン回転数を検出する回転センサ６１、マフラー６３から排出される排気ガスの成分のうちＮＯｘ量を検出する排気ＮＯｘセンサ６５からなる。
【００４７】
尚、本実施例では、排気ガス成分についてはＮＯｘ量のみを検出するものとするが、その他の成分であるところのＣＯ、ＣＯ２、Ｔ−ＨＣ、ＣＨ４、Ｎ２Ｏ、ＳＯ２、Ｏ２を検出するセンサを有していてもよい。
【００４８】
図５は、図４に示される４つのセンサから検出される時系列信号をエンジン５１の始動から約２分間にわたり、同時に表示したグラフである。尚、図５のグラフは、多信号解析装置１の表示部４３が、同時に入力された信号を、単に表示することによっても得られるし、その他の表示装置によっても表示可能である。
【００４９】
このように表示された各信号は、いずれも初期段階（エンジン５１の始動段階）では過渡状態を示しており、一見しただけではランダムでばらついた波形であり、各信号間の相関関係が不明である。特に、燃料の燃焼からトルク発生までの時間、トルク発生からエンジン回転までの期間には、物理的挙動によるランダム性遅延が発生し、更に、排気ガスの発生までには化学反応による遅れ、物理的空間距離による遅れ、ガスの流速による遅れ、測定系のセンサの電気信号変換遅れ、測定器固有の遅れ等、物理的、化学的現象が複雑に絡み合った遅延が発生しており、これらの遅延時間が、多信号かつ過渡状態の比較解析をより複雑困難なものとしている。
【００５０】
そこで従来は、全てのセンサから検出される信号が定常状態に落ち着くのを待ってから各信号間の解析を行っていた。
【００５１】
しかし、排気ガスに関するセンサの中には、応答時間が速いものから遅いものまで存在しており、応答時間の遅いセンサについては、他のセンサの信号と比較して１０秒以上の遅延時間を有している場合があり、定常状態に落ち着くのに時間がかかるため、解析処理が遅れる原因となっていた。
【００５２】
そこで、検出された信号間の相互相関関係を過渡状態で求めようとすると、図６から図９までのようなグラフとなる。図６から図９は、燃料流量、発生トルク、エンジン回転数、ＮＯｘ量のうち、任意の２信号間の相互相関関係を示すグラフである。いずれのグラフも横軸と縦軸に同時間における２信号の値を表したものである。
【００５３】
図６から図９のグラフから、各２信号間の相互相関係数を求めると、図６の燃料流量と発生トルクとの間の相互相関係数は０．９６、図７の燃料流量とエンジン回転数との間の相互相関係数は０．３６、図８の燃料流量とＮＯｘ量との相互相関係数は０．１２、図９の発生トルクとＮＯｘ量との相互相関係数は０．１６である。尚、相互相関係数は１に近づく程相互の相関関係が高いことを表す。
【００５４】
従って、図５のように単に多数の時系列信号を同時に表示させた状態で、過渡状態に於ける信号解析を行った場合、燃料流量と発生トルク間の相互相関係数を除いては、いずれも２信号間の相互相関関係が低いという結果が得られる。
【００５５】
しかし、これら信号間には相互相関関係がないはずはなく、このような従来の方法で相互相関解析を行っていると、誤った解析結果へと導かれてしまう。
【００５６】
そこで、本発明の多信号解析装置１では、ＡＤ変換器１１に入力された信号のうち任意の２信号を抽出し、遅延時間演算部１９で、抽出された２信号間の遅延時間を演算し、演算された遅延時間に基づいて時間軸調整部３９に於いて２信号の時間軸を調整して同一時間軸化し、データ解析部４１に於いて過渡状態での相互相関関係の比較解析を可能とし、より妥当な相互相関関係が導き出されるようにしている。
【００５７】
本発明の多信号解析装置１を用いた場合、まず、図５に示した各センサの時系列信号はエンジン５１の始動とともに、同時にＡＤ変換器１１に入力され、メモリ１３に保存される。この中から、任意の２信号を操作入力部１７から選択し（ここでは、例えば、燃料流量とＮＯｘ量を選択する）、センサの検出開始から４０秒経過までの間、サンプル時間１０ｍｓｅｃで時間窓抽出部１５での時間窓抽出処理を行い、遅延時間演算部１９で相互相関関数を求めると、図１０のような相互相関特性が得られる。尚、図１０の相互相関関数は、図３に示した遅延時間演算部１９ｂによって得られた、インパルス応答出力を指している。
【００５８】
ここで、燃料流量とＮＯｘ量との２信号間の遅延時間は、図１０のグラフで相互相関関数の値がピークＡとなる時間から求められることから、１１秒であることが分かる。
【００５９】
同様に、燃料流量と発生トルクとの間の遅延時間、燃料流量とエンジン回転数との間の遅延時間についても、各々該当する２信号を選択の上、求める。その結果、燃料流量と発生トルクとの間の遅延時間は０．６秒、燃料流量とエンジン回転数との間の遅延時間は１．２秒であると算出された。
【００６０】
尚、多信号のうち、任意の２信号間の遅延時間を求める際には、後の処理容易化のため、本実施例のように、一の信号（ここでは燃料流量）を必ず遅延時間の演算対象となるように選択すれば、当該一の信号の時間軸を基準としてその他の信号が同一時間軸化されるので、全ての信号間の遅延時間が容易に把握出来る。
【００６１】
又、解析処理の高速化のため、ＡＤ変換器１１に入力される時系列信号の種類及び、遅延時間演算部１９で遅延時間を求める信号の組合わせについて、予め操作入力部１７から選択しておくか又はメモリ１３に記憶させておき、ＡＤ変換器１１に入力された信号がメモリ１３に保存され始めるのと同時又は所定時間遅れて、遅延時間演算部１９の処理が開始されてもよい。この場合、メモリ１３の保存動作と平行して遅延時間演算処理が行われるので、処理の高速化が図られる。更に、遅延時間演算部１９が複数あれば、同時に複数組の２信号間の遅延時間を求めることが可能となり、更なる処理の高速化に貢献する。
【００６２】
時間軸調整部３９は、メモリ１３から一時保存された信号を抽出し、遅延時間演算部１９で求められた遅延時間に基づいて、先の図５の時系列信号を燃料流量の時間軸を基準として、前進又は遅延させる。その結果を図１１に示す。尚、図１１のようなグラフが表示部４３に表示されてもよい。このように一の信号を基準として他の信号を同一時間軸化して表示することにより、相互相関関係が一目瞭然となり、多数の信号の比較解析を行うことが容易となる。
【００６３】
データ解析部４１は、図１１で遅延時間が調整された状態の時系列信号について、図６から図９で求めたのと同じ組み合わせによる各２信号につき、過渡状態で相互相関係数を求める。その結果を図１２から図１５までに示す。
【００６４】
図１２の燃料流量と発生トルクとの間の相互相関係数は０．９５、図１３の燃料流量とエンジン回転数との間の相互相関係数は０．５１、図１４の燃料流量とＮＯｘ量との相互相関係数は０．９０、図１５の発生トルクとＮＯｘ量との相互相関係数は０．８５である。
【００６５】
このことから、図１２から図１５で求められた相互相関係数は、図６から図９で求められた相互相関係数よりは、各信号間の相互相関関係を増していることが分かり、エンジン５１について妥当な解析を行うことが可能となる。例えば、燃料流量とエンジン回転数との間の遅延時間は先に求めたように１．２秒であったが、１．２秒分時間軸を調整しただけでも相関関係が増すことから、秒単位の遅延時間がいかに相関関係に大きな影響を与える数値単位であるかが、本実施例のデータ解析部４１の解析結果から分かる。
【００６６】
データ解析部４１は、この解析結果をメモリ１３に保存し、表示部４３は、必要な表示形態（数値、グラフ等）で結果を表示する。
【００６７】
以上のように、過渡状態を含む多数の信号間の相互相関関係についての解析を行う場合に、本発明の多信号解析装置１により、異なる遅延時間を有する複数の信号を同一時間軸化して解析するので、複数の時系列信号間での時間関係の遅速がなくなり、過渡状態での比較解析が可能となる。又、本発明の多信号解析装置１は、せっかく取得した多数のデータ間に埋もれがちな相関関係を見落とすことなく、妥当な解析結果に導くための有効な手段となる。
【００６８】
本実施例で説明したような任意の２信号間には１秒から１１秒という遅延時間があったが、これらは通常のセンサや電子回路により発生するミリ秒単位、マイクロ秒単位の遅延時間と比べると非常に大きな数値である。このような大きな遅延時間（特に１１秒の場合）を有する信号間の相互相関関係を解析する際には、定常状態になるまで待っていたのでは解析に時間がかかり、過渡状態で解析したのでは現象が複雑で誤った解析結果が導かれてしまう。そこで、入力される時系列信号のうち少なくとも１つが、他の信号と比較して１０秒以上の遅延時間を有しているような場合に、本発明の多信号解析装置１を用いることで有効な解析結果が得られる。尚、本発明の多信号解析装置１は、当然、２信号間の遅延時間が小さい場合にも用いることが可能である。
【００６９】
特に、排気ガス規制に伴い、排気ガスの測定は定常状態での測定から非定常状態での測定へと変化していることからも、本発明の多信号解析装置１は、排気ガスを現象する目的で排気経路を工夫する等の排気ガス効率改善実験に有用な手段となる。更に、自動車の様々な走行モードに対応してＥＣＵを制御して排気ガス量を最小化するために、本発明の多信号解析装置１による解析結果を用いることも可能となる。
【００７０】
又、本実施例ではエンジン５１の燃料流量とＮＯｘ量との相互相関関係についての解析を行ったが、排気ガスのその他の成分であるところのＣＯ、ＣＯ２、Ｔ−ＨＣ、ＣＨ４、Ｎ２Ｏ、ＳＯ２、Ｏ２についても同様に解析可能である。特に、ＮＯｘ、ＣＯ、ＨＣという排気ガスの３大悪玉と呼ばれる成分については、発生要因、発生量の減少方法、遅延時間等が、ガスの性質によりそれぞれ異なるため、いずれもバランスよく減少させることは困難である。そこで、本発明の多信号解析装置１を用いれば、任意の信号間の相互相関関係の解析を容易に行うことが出来るので、排気ガス規制への対応も可能となる。
【００７１】
更に、自動車のエンジン改善や排気ガス最小化目的のみならず、電気化学反応による遅延、気体経路による流速遅延等の比較的大きな遅延を伴う燃料電池の性能改善実験においても、本発明の多信号解析装置１を用いて過渡状態での信号解析が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明にかかる多信号解析装置の構成図である。
【図２】図１に示した遅延時間演算部の詳細構成図の一例である。
【図３】図１に示した遅延時間演算部の他の詳細構成図の一例である。
【図４】自動車のエンジン周辺の各部に設置されるセンサの配置図である。
【図５】図４に示したセンサから検出される時系列信号を同時に表示したグラフである。
【図６】図５のグラフにおいて燃料流量と発生トルクとの間の相互相関関係を示すグラフである。
【図７】図５のグラフにおいて燃料流量とエンジン回転数との間の相互相関関係を示すグラフである。
【図８】図５のグラフにおいて燃料流量とＮＯｘ量との間の相互相関関係を示すグラフである。
【図９】図５のグラフにおいて発生トルクとＮＯｘ量との間の相互相関関係を示すグラフである。
【図１０】燃料流量とＮＯｘ量との間のインパルス応答出力を表すグラフである。
【図１１】図５の時系列信号を燃料流量の時間軸を基準として、前進又は遅延させたグラフである。
【図１２】図１１のグラフにおいて燃料流量と発生トルクとの間の相互相関関係を示すグラフである。
【図１３】図１１のグラフにおいて燃料流量とエンジン回転数との間の相互相関関係を示すグラフである。
【図１４】図１１のグラフにおいて燃料流量とＮＯｘ量との間の相互相関関係を示すグラフである。
【図１５】図１１のグラフにおいて発生トルクとＮＯｘ量との間の相互相関関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００７３】
１：多信号解析装置
１１：ＡＤ変換器
１３：メモリ
１５：時間窓抽出部
１７：操作入力部
１９：遅延時間演算部
２１：遅延時間発生部
２３：相互相関演算部
２５：乗算部
２７：積分部
２９：遅延時間制御部
３１：ＦＦＴ演算部
３３：インパルス応答演算部
３５：クロススペクトル演算部
３７：平均化演算部
３９：時間軸調整部
４１：データ解析部
４３：表示部
５１：エンジン
５３：燃料タンク
５５：燃料流量計
５７：クランク軸
５９：トルクセンサ
６１：回転センサ
６３：マフラー
６５：排気ＮＯｘセンサ
【０００１】
本発明は多信号解析装置に関し、特に、基準信号と、これに比較して大きな遅延時間を有する信号との相関関係を、過渡状態で解析する装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車産業の発展を支える背景には、エンジンの技術的進歩が不可欠であるが、近年、環境問題の影響で排気ガスエミッション規制が進む中、各国の自動車メーカーは、従来の排気ガス規制対応より、更に低公害規制に対応したエンジン設計へとシフトしつつある。
【０００３】
現在、エンジン制御技術の主流となっているのは、ＥＣＵ（Ｅｎｇｉｎｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ又はＥｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）である。ＥＣＵとは、エンジン周辺に設置された各種センサが検知した情報に基づいて、エンジンが常に最高のコンディションを保てるよう、燃料噴射量、噴射タイミング、点火時期等を精密に制御するマイクロコンピュータである。
【０００４】
排気ガス規制に伴い、ＥＣＵには、発生トルクのみならず、排気ガスの観点からもエンジンを最適化することが求められている。しかも、国によっては、排気ガスを測定するに際し、複雑な時系列パターンと車速とを細かく決めて行うよう決められており、排気ガスの分析項目も多岐に渡っている。
【０００５】
このため、ＥＣＵは、多数のセンサから得られる信号の相関関係を見いだし、エンジン制御に反映させる必要がある。
【０００６】
従来は、このような多数の信号を測定し、同一画面に表示することによって、相互の相関関係を見いだそうとしていた（例えば、特許文献１参照。）。
【０００７】
しかし、この場合、以下に説明する技術的な課題があった。
【０００８】
【特許文献１】
特開平９−１７０９６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１に開示された発明は、単に、多項目からなる自動車テストデータを同一画面に見やすく配置したにすぎず、相互の相関関係を見いだすには別途解析が必要となる。
【００１０】
しかも、エンジン発生トルク、排気ガス等の特性は、燃料注入特性、空気吸入特性、点火時間、燃料噴射等の多数の要素が複雑に絡み合って生まれるものであり、容易に解析できるものではない。
【００１１】
そのため、従来は、これらの要素の解析を定常状態で行っていたが、排気ガスに関する信号は、化学反応による遅れ、物理的空間距離による遅れ、ガスの流速による遅れ等のため、他の信号と比較して大きな遅延時間を有しており、定常状態での解析を行うまでに時間がかかっていた。
【００１２】
更に、排気ガス規制により、従来のような定常状態のみならず、過渡状態でエンジン解析を行うことも求められるようになってきたが、上述したように排気ガスに関する信号は、他の信号と比較して大きな遅延時間を有しているため、過渡状態での解析が困難であった。
【００１３】
本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、複数の信号間の相関関係を定常状態のみならず過渡状態でも解析することが出来る装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するため、本発明は、エンジンのＥＣＵ制御に必要な複数の時系列信号を同時に入力し、ＡＤ変換するＡＤ変換器と、前記ＡＤ変換器に入力された前記時系列信号の内、任意の２信号間の遅延時間を演算する遅延時間演算部と、前記遅延時間演算部で演算された遅延時間に基づいて、前記任意の２信号のうち一方の信号の時間軸を前進又は遅延させ、前記２信号を同一時間軸化する時間軸調整部と、前記同一時間軸化された２信号について比較し、相互相関係数を求める解析を行うデータ解析部とを有する多信号解析装置であって、前記時系列信号は、過渡状態を含むエンジンの燃料流量、発生トルク数、エンジン回転数、排気ガス量を表す信号であり、当該時系列信号には、他の時系列信号と比較して１０秒以上の遅延時間を有する時系列信号が少なくとも１つ含まれており、前記遅延時間演算部は、前記２信号のそれぞれについて、相互相関関数が最大になるときを見出して、その最大になる時間を前記遅延時間とするか、または、前記２信号の相関度を表すインパルス応答出力を得て、当該インパルス応答出力の値がピークとなる時間を前記遅延時間とするようにした。
【００１５】
以上のように構成した多信号解析装置では、異なる遅延時間を有する複数の信号を同一時間軸化して解析するので、複数の時系列信号間での時間関係の遅速がなくなり、過渡状態での比較解析が可能となる。
【００１６】
又、前記時間軸調整部は、前記ＡＤ変換器に入力された信号のうち、選択された一の信号の時間軸を基準として、その他の信号を同一時間軸化することが出来る。
【００１７】
このように、基準となる信号を設けることにより、多数の信号間の相関関係が一目瞭然となるような表示が可能となる。
【００１８】
前記遅延時間演算部は、一方の信号に遅延時間を与える遅延時間発生部と、前記遅延時間発生部で遅延された信号と、他方の信号との乗算後、積分を行い、２信号間の類似度を表す相互相関関数を求める相互相関演算部と、前記相互相関関数の値が最大となるよう前記遅延時間を制御して、その時の遅延時間τを２信号間の遅延時間とする遅延時間制御部とを有することができる。
また、前記遅延時間演算部は、２信号のそれぞれについて、時間関数から周波数関数へのフーリエ変換処理を行うＦＦＴ演算部と、前記フーリエ変換処理された２信号のうち、一方の信号の共役複素数と、他方の信号との乗算後、平均化処理を行い、２信号の相関度を表すインパルス応答出力を得るインパルス応答演算部とを有し、前記インパルス応答出力の値がピークとなる時間を２信号間の遅延時間とすることができる。
【００２０】
上記自動車の排気ガス量は、特に大きな遅延時間を有するものであり、過渡状態で他の信号との相関関係等の解析が困難であることから、他の信号と同一時間軸化して解析を行うことは、排気ガス効率の改善実験に有用となる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明にかかる多信号解析装置によれば、異なる遅延時間を有する複数の信号を同一時間軸化して解析するので、複数の時系列信号間での時間関係の遅速がなくなり、エンジンのECU制御に必要な入力信号の過渡状態での解析が可能となる。又、せっかく取得した多数のデータ間に埋もれがちな相関関係を見落とすことなく、妥当な解析結果を導くことが出来る。
【００２２】
特に、自動車の排気ガス量や、燃料電池の化学反応量等は、大きな遅延時間を有するものであり、過渡状態で他の信号との相関関係等の解析が困難であることから、他の信号と同一時間軸化して解析を行うことは、排気ガス効率の改善実験や燃料電池の性能改善実験に有用となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の好適な実施の形態について、添付図面に基づいて詳細に説明する。図１から図３は、本発明にかかる多信号解析装置の一実施例を示している。
【００２４】
図１の多信号解析装置１は、ＡＤ変換器１１、メモリ１３、時間窓抽出部１５、操作入力部１７、遅延時間演算部１９、時間軸調整部３９、データ解析部４１、表示部４３を有する。
【００２５】
ＡＤ変換器１１は、相互相関関係等を解析する対象となる複数の信号を同時に入力し、入力された信号をＡＤ変換する手段である。入力信号は、任意の物理現象や化学現象に関する時系列信号であり、例えば、自動車のエンジンのＥＣＵを制御するために必要となる注入燃料量、発生トルク量、エンジン回転数、排気ガス量等が入力信号に相当する。これらは、自動車の各部に設置されたセンサより検出され、ＡＤ変換器１１に入力される。入力信号には、定常状態のみならず、過渡状態が含まれている場合もある。ＡＤ変換された信号は、後に行う相互相関関係の解析のため、メモリ１３に一時保存される。
【００２６】
尚、過渡状態とは、信号が不安定で、定常状態に落ち着くまでの状態を指し、一般的には通電、測定、稼動等の開始・終了時に発生するものであるが、外乱の影響や設定の変更時にも発生する場合がある。又、定常状態は、通常、過渡状態を経て一定値に落ち着いた状態を指す。従って、一般的には、入力信号には過渡状態と定常状態が含まれるものである。
【００２７】
時間窓抽出部１５は、操作入力部１７からの操作により、ＡＤ変換器１１に入力された信号から任意の２信号を選択し、選択された２信号について、任意の解析時間間隔で時間窓を抽出する手段である。
【００２８】
時間窓の抽出とは、ＡＤ変換器１１でサンプリングされた信号のうち、ある区間（例えば、１０２４点、２０４８点）の信号を、後段の処理のために切り取ることである。ここで、後段の処理とは、主にフーリエ変換（時間関数ｘ（ｔ）を周波数関数Ｘ（ｆ）に変換すること）や逆フーリエ変換の処理を指す。
【００２９】
本来、フーリエ変換は、無限長の信号を処理することで理論上定義付けられる。しかし、実際にＡＤ変換器１１に入力される信号は、有限長の信号であるため、時間窓抽出部１５により時間窓を抽出し、抽出された区間の波形が無限に繰り返されるという仮定のもとで処理がなされる。
【００３０】
一方、フーリエ変換は、そもそも周期が不明の信号についてその処理が行われることから、一般的には波形を切り取る区間はその測定系では一定とされるが、必ずしも信号の周期と切り取る区間とが一致する訳ではなく、切り取られた区間がその信号の持つ周波数の整数倍と一致しない場合には、繰り返し波形の始端と終端がつながらず不連続点が発生し、切り取られた元の信号とは異なるひずんだ信号が処理されることになる。
【００３１】
そこで、時間窓抽出部１５では、単に波形を切り取るだけでなく、波形が切り取られる区間の両端がゼロとなるような山型の重み付け関数を掛け合わせ、始端と終端がつながるようにし、切り取り位置の相違によって生じるフーリエ変換処理の誤差が少なくなるようにしている。ここで使用される重み付け関数を窓関数といい、窓関数としてはハニング窓が代表的であるが、本実施例ではＡＤ変換器１１に入力される信号に応じて、処理に適した関数を操作入力部１７から入力し、指定することが出来る。
【００３２】
遅延時間演算部１９は、時間窓抽出部１５で時間窓を抽出された任意の２信号間の遅延時間を演算する手段である。遅延時間演算部１９の詳細構成図の一例を、図２、図３に示す。
【００３３】
図２に示す遅延時間演算部１９ａは、２信号間の相互相関関数を求めることにより遅延時間を求めるものであり、遅延時間発生部２１、相互相関演算部２３、遅延時間制御部２９を有する。
【００３４】
ここで、相互相関関数とは、２信号のうち一方の波形（例えば、図２に示す入力信号ｘ（ｔ）とｙ（ｔ）のうち、ｘ（ｔ））を遅延時間発生部２１で時間τだけ遅延させた時のずらし量τの関数であり、相互相関演算部２３内の乗算部２５と積分部２７の乗算、積分により、次式で表される。
【００３５】
【数１】
相互相関関数は、２信号間の類似度を表す指標であり、２信号が完全に異なっていればτの値にかかわらず、相互相関関数は０に近づく。このことを利用し、遅延時間制御部２９は、遅延時間発生部２１で一方の信号に与える遅延時間τの量を制御しながら、相互相関関数が最大になる時のτを見つける。このτが２信号間に発生している遅延時間となる。
【００３７】
尚、相互相関関数は、２信号（図２に示す入力信号ｘ（ｔ）とｙ（ｔ））をフーリエ変換してＸ（ｆ）、Ｙ（ｆ）とし、一方の信号Ｘ（ｆ）の共役複素数をＸ＊（ｆ）とすれば、次式で表されるクロススペクトルＷＸＹ（ｆ）を逆フーリエ変換することでも求められる。
【００３８】
【数２】
一方、図３に示す遅延時間演算部１９ｂは、図２に示した遅延時間演算部１９ａとは遅延時間の演算手段が異なり、インパルス応答出力を求めることにより、遅延時間を求めるものであり、ＦＦＴ演算部３１、インパルス応答演算部３３を有する。
【００４０】
インパルス応答出力は、２信号（図３に示す入力信号ｘ（ｔ）とｙ（ｔ））をそれぞれＦＦＴ演算部３１ａ，３１ｂで、フーリエ変換してＸ（ｆ）、Ｙ（ｆ）とし、インパルス応答演算部３３内のクロススペクトル演算部３５で、一方の信号（図３ではＹ（ｆ））の共役複素数と他方の信号（図３ではＸ（ｆ））との乗算を行い同じ周波数成分を掛け合わせ、平均化演算部３７で平均化し、先の数式２にも示されたクロススペクトルＷＸＹ（ｆ）を求めることにより得られる。
【００４１】
インパルス応答出力のｘ軸は周波数、ｙ軸は振幅の二乗（周波数帯域毎のパワースペクトル）で表される。ここで、ある周波数でクロススペクトルの値が大きいということは、その周波数における２信号間の相関が大きいことを示す。従って、このインパルス応答出力の値がピークとなる時間が２信号間の遅延時間として求められる。
【００４２】
時間軸調整部３９は、遅延時間演算部１９で得られた２信号間の遅延時間に基づいて、メモリ１３に保存されている２信号のうち一方を遅延時間分だけ前進又は遅延させ、２信号を同一時間軸化する手段である。尚、時間軸調整部３９で時間軸を調整するに際し、遅延時間の大小は問わない。
【００４３】
データ解析部４１は、同一時間軸化された２信号について比較し、相関係数を求める等の解析を行う手段である。解析対象となる信号は過渡状態を含む信号であってもよく、その場合でも、複数の信号は同一時間軸化されているので、妥当な解析結果が得られる。解析結果はメモリ１３に保存される。
【００４４】
表示部４３は、データ解析部４１での解析結果を数値やグラフ等で表示する手段である。尚、データ解析部４１での解析が行われる前の同一時間軸化された信号や、遅延時間演算部１９で求められた遅延時間を表示してもよい。
【実施例】
【００４５】
以下、本発明の詳細な実施例について説明する。図４は、本発明の多信号解析装置１を用いて、自動車のエンジン解析を行い、ＥＣＵに効率的な制御を行わせるために、自動車の各部に設置されるセンサの配置図を示している。尚、多信号解析装置１の詳細構成については、先に説明した通りであるので、説明を省略する。
【００４６】
センサはエンジン５１周辺の各部に設置されるが、具体的には、燃料タンク５３に設置された燃料流量計５５、クランク軸５７周辺に設置されトルク数を検出するトルクセンサ５９とエンジン回転数を検出する回転センサ６１、マフラー６３から排出される排気ガスの成分のうちＮＯｘ量を検出する排気ＮＯｘセンサ６５からなる。
【００４７】
尚、本実施例では、排気ガス成分についてはＮＯｘ量のみを検出するものとするが、その他の成分であるところのＣＯ、ＣＯ２、Ｔ−ＨＣ、ＣＨ４、Ｎ２Ｏ、ＳＯ２、Ｏ２を検出するセンサを有していてもよい。
【００４８】
図５は、図４に示される４つのセンサから検出される時系列信号をエンジン５１の始動から約２分間にわたり、同時に表示したグラフである。尚、図５のグラフは、多信号解析装置１の表示部４３が、同時に入力された信号を、単に表示することによっても得られるし、その他の表示装置によっても表示可能である。
【００４９】
このように表示された各信号は、いずれも初期段階（エンジン５１の始動段階）では過渡状態を示しており、一見しただけではランダムでばらついた波形であり、各信号間の相関関係が不明である。特に、燃料の燃焼からトルク発生までの時間、トルク発生からエンジン回転までの期間には、物理的挙動によるランダム性遅延が発生し、更に、排気ガスの発生までには化学反応による遅れ、物理的空間距離による遅れ、ガスの流速による遅れ、測定系のセンサの電気信号変換遅れ、測定器固有の遅れ等、物理的、化学的現象が複雑に絡み合った遅延が発生しており、これらの遅延時間が、多信号かつ過渡状態の比較解析をより複雑困難なものとしている。
【００５０】
そこで従来は、全てのセンサから検出される信号が定常状態に落ち着くのを待ってから各信号間の解析を行っていた。
【００５１】
しかし、排気ガスに関するセンサの中には、応答時間が速いものから遅いものまで存在しており、応答時間の遅いセンサについては、他のセンサの信号と比較して１０秒以上の遅延時間を有している場合があり、定常状態に落ち着くのに時間がかかるため、解析処理が遅れる原因となっていた。
【００５２】
そこで、検出された信号間の相互相関関係を過渡状態で求めようとすると、図６から図９までのようなグラフとなる。図６から図９は、燃料流量、発生トルク、エンジン回転数、ＮＯｘ量のうち、任意の２信号間の相互相関関係を示すグラフである。いずれのグラフも横軸と縦軸に同時間における２信号の値を表したものである。
【００５３】
図６から図９のグラフから、各２信号間の相互相関係数を求めると、図６の燃料流量と発生トルクとの間の相互相関係数は０．９６、図７の燃料流量とエンジン回転数との間の相互相関係数は０．３６、図８の燃料流量とＮＯｘ量との相互相関係数は０．１２、図９の発生トルクとＮＯｘ量との相互相関係数は０．１６である。尚、相互相関係数は１に近づく程相互の相関関係が高いことを表す。
【００５４】
従って、図５のように単に多数の時系列信号を同時に表示させた状態で、過渡状態に於ける信号解析を行った場合、燃料流量と発生トルク間の相互相関係数を除いては、いずれも２信号間の相互相関関係が低いという結果が得られる。
【００５５】
しかし、これら信号間には相互相関関係がないはずはなく、このような従来の方法で相互相関解析を行っていると、誤った解析結果へと導かれてしまう。
【００５６】
そこで、本発明の多信号解析装置１では、ＡＤ変換器１１に入力された信号のうち任意の２信号を抽出し、遅延時間演算部１９で、抽出された２信号間の遅延時間を演算し、演算された遅延時間に基づいて時間軸調整部３９に於いて２信号の時間軸を調整して同一時間軸化し、データ解析部４１に於いて過渡状態での相互相関関係の比較解析を可能とし、より妥当な相互相関関係が導き出されるようにしている。
【００５７】
本発明の多信号解析装置１を用いた場合、まず、図５に示した各センサの時系列信号はエンジン５１の始動とともに、同時にＡＤ変換器１１に入力され、メモリ１３に保存される。この中から、任意の２信号を操作入力部１７から選択し（ここでは、例えば、燃料流量とＮＯｘ量を選択する）、センサの検出開始から４０秒経過までの間、サンプル時間１０ｍｓｅｃで時間窓抽出部１５での時間窓抽出処理を行い、遅延時間演算部１９で相互相関関数を求めると、図１０のような相互相関特性が得られる。尚、図１０の相互相関関数は、図３に示した遅延時間演算部１９ｂによって得られた、インパルス応答出力を指している。
【００５８】
ここで、燃料流量とＮＯｘ量との２信号間の遅延時間は、図１０のグラフで相互相関関数の値がピークＡとなる時間から求められることから、１１秒であることが分かる。
【００５９】
同様に、燃料流量と発生トルクとの間の遅延時間、燃料流量とエンジン回転数との間の遅延時間についても、各々該当する２信号を選択の上、求める。その結果、燃料流量と発生トルクとの間の遅延時間は０．６秒、燃料流量とエンジン回転数との間の遅延時間は１．２秒であると算出された。
【００６０】
尚、多信号のうち、任意の２信号間の遅延時間を求める際には、後の処理容易化のため、本実施例のように、一の信号（ここでは燃料流量）を必ず遅延時間の演算対象となるように選択すれば、当該一の信号の時間軸を基準としてその他の信号が同一時間軸化されるので、全ての信号間の遅延時間が容易に把握出来る。
【００６１】
又、解析処理の高速化のため、ＡＤ変換器１１に入力される時系列信号の種類及び、遅延時間演算部１９で遅延時間を求める信号の組合わせについて、予め操作入力部１７から選択しておくか又はメモリ１３に記憶させておき、ＡＤ変換器１１に入力された信号がメモリ１３に保存され始めるのと同時又は所定時間遅れて、遅延時間演算部１９の処理が開始されてもよい。この場合、メモリ１３の保存動作と平行して遅延時間演算処理が行われるので、処理の高速化が図られる。更に、遅延時間演算部１９が複数あれば、同時に複数組の２信号間の遅延時間を求めることが可能となり、更なる処理の高速化に貢献する。
【００６２】
時間軸調整部３９は、メモリ１３から一時保存された信号を抽出し、遅延時間演算部１９で求められた遅延時間に基づいて、先の図５の時系列信号を燃料流量の時間軸を基準として、前進又は遅延させる。その結果を図１１に示す。尚、図１１のようなグラフが表示部４３に表示されてもよい。このように一の信号を基準として他の信号を同一時間軸化して表示することにより、相互相関関係が一目瞭然となり、多数の信号の比較解析を行うことが容易となる。
【００６３】
データ解析部４１は、図１１で遅延時間が調整された状態の時系列信号について、図６から図９で求めたのと同じ組み合わせによる各２信号につき、過渡状態で相互相関係数を求める。その結果を図１２から図１５までに示す。
【００６４】
図１２の燃料流量と発生トルクとの間の相互相関係数は０．９５、図１３の燃料流量とエンジン回転数との間の相互相関係数は０．５１、図１４の燃料流量とＮＯｘ量との相互相関係数は０．９０、図１５の発生トルクとＮＯｘ量との相互相関係数は０．８５である。
【００６５】
このことから、図１２から図１５で求められた相互相関係数は、図６から図９で求められた相互相関係数よりは、各信号間の相互相関関係を増していることが分かり、エンジン５１について妥当な解析を行うことが可能となる。例えば、燃料流量とエンジン回転数との間の遅延時間は先に求めたように１．２秒であったが、１．２秒分時間軸を調整しただけでも相関関係が増すことから、秒単位の遅延時間がいかに相関関係に大きな影響を与える数値単位であるかが、本実施例のデータ解析部４１の解析結果から分かる。
【００６６】
データ解析部４１は、この解析結果をメモリ１３に保存し、表示部４３は、必要な表示形態（数値、グラフ等）で結果を表示する。
【００６７】
以上のように、過渡状態を含む多数の信号間の相互相関関係についての解析を行う場合に、本発明の多信号解析装置１により、異なる遅延時間を有する複数の信号を同一時間軸化して解析するので、複数の時系列信号間での時間関係の遅速がなくなり、過渡状態での比較解析が可能となる。又、本発明の多信号解析装置１は、せっかく取得した多数のデータ間に埋もれがちな相関関係を見落とすことなく、妥当な解析結果に導くための有効な手段となる。
【００６８】
本実施例で説明したような任意の２信号間には１秒から１１秒という遅延時間があったが、これらは通常のセンサや電子回路により発生するミリ秒単位、マイクロ秒単位の遅延時間と比べると非常に大きな数値である。このような大きな遅延時間（特に１１秒の場合）を有する信号間の相互相関関係を解析する際には、定常状態になるまで待っていたのでは解析に時間がかかり、過渡状態で解析したのでは現象が複雑で誤った解析結果が導かれてしまう。そこで、入力される時系列信号のうち少なくとも１つが、他の信号と比較して１０秒以上の遅延時間を有しているような場合に、本発明の多信号解析装置１を用いることで有効な解析結果が得られる。尚、本発明の多信号解析装置１は、当然、２信号間の遅延時間が小さい場合にも用いることが可能である。
【００６９】
特に、排気ガス規制に伴い、排気ガスの測定は定常状態での測定から非定常状態での測定へと変化していることからも、本発明の多信号解析装置１は、排気ガスを現象する目的で排気経路を工夫する等の排気ガス効率改善実験に有用な手段となる。更に、自動車の様々な走行モードに対応してＥＣＵを制御して排気ガス量を最小化するために、本発明の多信号解析装置１による解析結果を用いることも可能となる。
【００７０】
又、本実施例ではエンジン５１の燃料流量とＮＯｘ量との相互相関関係についての解析を行ったが、排気ガスのその他の成分であるところのＣＯ、ＣＯ２、Ｔ−ＨＣ、ＣＨ４、Ｎ２Ｏ、ＳＯ２、Ｏ２についても同様に解析可能である。特に、ＮＯｘ、ＣＯ、ＨＣという排気ガスの３大悪玉と呼ばれる成分については、発生要因、発生量の減少方法、遅延時間等が、ガスの性質によりそれぞれ異なるため、いずれもバランスよく減少させることは困難である。そこで、本発明の多信号解析装置１を用いれば、任意の信号間の相互相関関係の解析を容易に行うことが出来るので、排気ガス規制への対応も可能となる。
【００７１】
更に、自動車のエンジン改善や排気ガス最小化目的のみならず、電気化学反応による遅延、気体経路による流速遅延等の比較的大きな遅延を伴う燃料電池の性能改善実験においても、本発明の多信号解析装置１を用いて過渡状態での信号解析が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明にかかる多信号解析装置の構成図である。
【図２】図１に示した遅延時間演算部の詳細構成図の一例である。
【図３】図１に示した遅延時間演算部の他の詳細構成図の一例である。
【図４】自動車のエンジン周辺の各部に設置されるセンサの配置図である。
【図５】図４に示したセンサから検出される時系列信号を同時に表示したグラフである。
【図６】図５のグラフにおいて燃料流量と発生トルクとの間の相互相関関係を示すグラフである。
【図７】図５のグラフにおいて燃料流量とエンジン回転数との間の相互相関関係を示すグラフである。
【図８】図５のグラフにおいて燃料流量とＮＯｘ量との間の相互相関関係を示すグラフである。
【図９】図５のグラフにおいて発生トルクとＮＯｘ量との間の相互相関関係を示すグラフである。
【図１０】燃料流量とＮＯｘ量との間のインパルス応答出力を表すグラフである。
【図１１】図５の時系列信号を燃料流量の時間軸を基準として、前進又は遅延させたグラフである。
【図１２】図１１のグラフにおいて燃料流量と発生トルクとの間の相互相関関係を示すグラフである。
【図１３】図１１のグラフにおいて燃料流量とエンジン回転数との間の相互相関関係を示すグラフである。
【図１４】図１１のグラフにおいて燃料流量とＮＯｘ量との間の相互相関関係を示すグラフである。
【図１５】図１１のグラフにおいて発生トルクとＮＯｘ量との間の相互相関関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００７３】
１：多信号解析装置
１１：ＡＤ変換器
１３：メモリ
１５：時間窓抽出部
１７：操作入力部
１９：遅延時間演算部
２１：遅延時間発生部
２３：相互相関演算部
２５：乗算部
２７：積分部
２９：遅延時間制御部
３１：ＦＦＴ演算部
３３：インパルス応答演算部
３５：クロススペクトル演算部
３７：平均化演算部
３９：時間軸調整部
４１：データ解析部
４３：表示部
５１：エンジン
５３：燃料タンク
５５：燃料流量計
５７：クランク軸
５９：トルクセンサ
６１：回転センサ
６３：マフラー
６５：排気ＮＯｘセンサ
Claims (3)
- エンジンのＥＣＵ制御に必要な複数の時系列信号を同時に入力し、ＡＤ変換するＡＤ変換器と、前記ＡＤ変換器に入力された前記時系列信号の内、任意の２信号間の遅延時間を演算する遅延時間演算部と、前記遅延時間演算部で演算された遅延時間に基づいて、前記任意の２信号のうち一方の信号の時間軸を前進又は遅延させ、前記２信号を同一時間軸化する時間軸調整部と、前記同一時間軸化された２信号について比較し、相互相関係数を求める解析を行うデータ解析部とを有する多信号解析装置であって、
前記時系列信号は、過渡状態を含むエンジンの燃料流量、発生トルク数、エンジン回転数、排気ガス量を表す信号であり、当該時系列信号には、他の時系列信号と比較して１０秒以上の遅延時間を有する時系列信号が少なくとも１つ含まれており、
前記遅延時間演算部は、前記２信号のそれぞれについて、相互相関関数が最大になるときを見出して、その最大になる時間を前記遅延時間とするか、または、前記２信号の相関度を表すインパルス応答出力を得て、当該インパルス応答出力の値がピークとなる時間を前記遅延時間とすることを特徴とする多信号解析装置。 - 前記遅延時間演算部は、一方の信号に遅延時間を与える遅延時間発生部と、
前記遅延時間発生部で遅延された信号と、他方の信号との乗算後、積分を行い、２信号間の類似度を表す相互相関関数を求める相互相関演算部と、
前記相互相関関数の値が最大となるよう前記遅延時間を制御して、その時の遅延時間τを２信号間の遅延時間とする遅延時間制御部とを、
有することを特徴とする請求項１に記載の多信号解析装置。 - 前記遅延時間演算部は、２信号のそれぞれについて、時間関数から周波数関数へのフーリエ変換処理を行うＦＦＴ演算部と、
前記フーリエ変換処理された２信号のうち、一方の信号の共役複素数と、他方の信号との乗算後、平均化処理を行い、２信号の相関度を表すインパルス応答出力を得るインパルス応答演算部とを有し、
前記インパルス応答出力の値がピークとなる時間を２信号間の遅延時間とする
ことを特徴とする請求項１に記載の多信号解析装置。
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