压力检测信号处理装置、发动机控制系统及程序

文档序号:835220 发布日期:2021-03-30 浏览:13次 >En<

阅读说明:本技术 压力检测信号处理装置、发动机控制系统及程序 (Pressure detection signal processing device, engine control system, and program ) 是由 藤崎悟 福井克彦 于 2018-11-19 设计创作,主要内容包括:本发明的课题在于以简单的结构去除压电元件的漂移,而获得精度良好的压力检测信号。压力检测信号处理装置200包括:电荷放大器210,蓄积根据受压而由压电元件35产生的电荷,并输出对应的电压信号;漂移分量提取部230、240,通过对电压信号实施微分处理,而提取压电元件35的漂移分量;以及漂移校正部250,基于提取出的漂移分量生成用于去除所述漂移分量的校正信号,并反馈至电荷放大器的输入侧。(The invention aims to obtain a pressure detection signal with good precision by eliminating the drift of a piezoelectric element with a simple structure. The pressure detection signal processing device 200 includes: a charge amplifier 210 that accumulates the charge generated by the piezoelectric element 35 in response to the voltage applied thereto and outputs a corresponding voltage signal; drift component extraction units 230 and 240 that extract a drift component of the piezoelectric element 35 by performing differential processing on the voltage signal; and a drift correction unit 250 that generates a correction signal for removing the drift component based on the extracted drift component and feeds the correction signal back to the input side of the charge amplifier.)

压力检测信号处理装置、发动机控制系统及程序

技术领域

本发明涉及一种对来自包括压电元件的压力传感器的压力检测信号实施信号处理的压力检测信号处理装置、发动机控制系统及程序。

背景技术

以往,提出了包括电荷放大器作为针对来自压力传感器的压力检测信号的信号处理电路的结构,所述压力传感器利用输出与受压的强度对应的电荷的压电元件。电荷放大器构成为:将反馈电阻及反馈电容并联地连接于运算放大器来负反馈连接运算放大器。

在所述信号处理电路中,压电元件的漏电流成为压力检测信号的漂移,因此必须设置用于去除漂移的影响的漂移的校正电路等。

作为所述校正电路的一例,提出了利用与曲柄轴的旋转信号同步的重置信号来去除漂移的影响的电路(例如,参照专利文献1)。但是,所述校正电路所包括的重置时机检测部基于曲柄角传感器的输出,判定在吸气行程中是否是预定的重置时机,在成为预定的重置时机时输出重置信号,而将电荷放大器的输出重置为零。因此,压力检测信号处理电路的电路系统复杂化。而且,若曲柄角传感器的输出精度未得到确保,则无法精度良好地进行重置。

因此,提出了在压电元件与电荷放大器之间介隔存在直流绝缘体的电路结构。所述直流绝缘体阻断直流分量并使压力检测信号通过,且由电容器构成(例如,参照专利文献2)。也就是说,压电元件的漏电流作为漂移发挥作用,但也可看作是即使在比较长的时间内也维持稳定的大小的直流分量,因此利用电容器阻断所述直流分量。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:日本专利特开2002-242750号公报(第3-6页,图10)

专利文献2:日本专利特开2009-115484号公报(第2-7页,第1图)

发明内容

发明所要解决的问题

但是,根据专利文献1的结构,作为直流绝缘体的电容器的电容依赖于压电元件的阻抗的大小。因此,在压电元件的阻抗小的情况下,存在电容器的电容变大的问题。另外,当电容器的电容变大时,存在电容器在电子基板表面所占的安装面积变大等问题。

本发明是为了解决现有问题而成,其目的在于提供一种压力检测信号处理装置、发动机控制系统及程序,所述压力检测信号处理装置能够以简单的结构去除压电元件的漂移,而获得精度良好的压力检测信号。

解决问题的技术手段

为了实现所述目的,本发明的一实施例的压力检测信号处理装置是对包括压电元件而构成的压力传感器的输出信号实施信号处理的装置,所述压电元件产生与受压对应的电荷,且所述压力检测信号处理装置包括:

电荷放大器,蓄积电荷并输出对应的电压信号;

漂移分量提取部,通过对电压信号实施微分处理,而提取压电元件的漂移分量;以及

漂移校正部,生成用于去除提取出的漂移分量的校正信号,并反馈至电荷放大器的输入侧。

另外,漂移分量提取部可包括:

微分处理部,对电压信号实施微分处理;以及

低通滤波器,提取实施了微分处理的信号的规定的低频带分量。另外,作为电荷放大器,可包括通过包含电阻及电容器的并联电路、或电容器负反馈连接的运算放大器。

另外,漂移校正部可包括:

第一差分算出部,求出预先设定的第一目标值与提取出的漂移分量的第一差分;以及

校正处理部,生成与第一差分对应的所述校正信号,并反馈至电荷放大器的输入侧。

进而,为了进行P控制,还包括:

第二低通滤波器,提取表示电压信号的规定的低频带分量的信号;

第二差分算出部,求出预先设定的第二目标值与第二低通滤波器提取出的信号的第二差分;以及

比例处理部,输出对第二差分实施了比例处理而得的比例信号,且

也可设为如下结构:校正处理部生成与将比例信号和第一差分相加而得的加法信号对应的所述校正信号,并反馈至电荷放大器的输入侧的电荷放大器输出。

而且,为了进行I控制,还包括:

第三差分算出部,求出第二目标值与第二低通滤波器提取出的信号的第三差分;以及

积分处理部,输出对第三差分实施了积分处理而得的积分信号,且

也可设为如下结构:校正处理部生成与将第一差分、比例信号、及积分信号相加而得的加法信号对应的所述校正信号,并反馈至电荷放大器的输入侧。

也可在微分处理部的前级和/或第二低通滤波器的前级设置切片部,所述切片部将超过规定值的输入信号划片为所述规定值。

另外,为了进行比例积分微分(Proportion Integral Differential,PID)控制,

也可为漂移分量提取部包括:

低通滤波器,提取表示电压信号的规定的低频带分量的信号;以及

微分处理部,输出对低通滤波器提取出的信号实施了微分处理而得的微分信号,且

漂移校正部包括:

第一差分算出部,求出预先设定的第一目标值与微分信号的第一差分;以及

校正处理部,生成校正信号,并反馈至电荷放大器的输入侧,

压力检测信号处理装置包括:

第二差分算出部,求出预先设定的第二目标值与低通滤波器提取出的信号的差分即第二差分;

比例处理部,输出对第二差分实施了比例处理而得的比例信号;以及

积分处理部,输出对第二差分实施了积分处理而得的积分信号,

校正处理部根据将第一差分信号、比例信号、及积分信号相加而得的加法信号,生成校正信号。

另外,为了进行利用压力检测信号的发动机控制,可构成发动机控制系统,所述发动机控制系统包括:压力检测信号处理装置;以及控制部,基于来自压力检测信号处理装置的输出信号进行发动机的控制。另外,数字信号处理部可根据发动机转速来变更低通滤波器的截止频率。

本发明的另一实施例的程序用于使压力检测信号装置实现提取功能及校正功能,所述压力检测信号装置对包括产生与受压对应的电荷的压电元件而构成的压力传感器的输出信号实施信号处理,

所述提取功能是通过对来自蓄积电荷并输出对应的电压信号的电荷放大器的所述电压信号实施微分处理,而提取压电元件的漂移分量的功能,

所述校正功能是生成用于去除提取出的漂移分量的校正信号,并反馈至电荷放大器的输入侧的功能。

另外,所述校正功能可包含:差分算出功能,求出预先设定的目标值与由提取功能提取出的漂移分量的差分;以及校正处理功能,将与差分对应的校正信号反馈至电荷放大器的输入侧。

发明的效果

根据本发明,可获得如下效果,即,可提供一种压力检测信号处理装置、发动机控制系统及程序,所述压力检测信号处理装置能够以简单的结构去除压电元件的漂移,而获得精度良好的压力检测信号。

附图说明

图1是表示发动机控制系统300的结构的示意性说明图。

图2是ECU 100的功能结构图。

图3是压力检测信号处理装置200的结构。

图4是压力传感器30的示意性结构图。

图5是电荷放大器210的结构图。

图6是第一实施例的数字信号处理部220的结构图。

图7是校正处理部252的结构图。

图8是第二实施例的数字信号处理部220的结构图。

图9是另一方式的校正处理部252的结构图。

图10是第三实施例的数字信号处理部220的结构图。

图11是PID控制的示意性说明图。

图12是压力检测信号处理装置200的动作的说明图。

图13是表示现有例与本发明的比较例的图表。

具体实施方式

以下,参照附图对本发明的实施方式进行说明。以下说明的本发明的实施方式为一例,本发明并不限定于以下的实施方式,能够对以下的实施方式进行各种变形、变更。

(发动机控制系统300的概要)

图1是包括发动机1及电子控制单元(Electric Control Unit,ECU)100的发动机控制系统300的示意性结构图。发动机控制系统300利用由压力检测信号处理装置200实施了信号处理而得的压力检测信号,进行发动机控制。“压力检测信号”是来自压力传感器30的输出信号。再者,在图1中,为了便于理解,省略火花塞的图示。

发动机1具有气缸2及在气缸2的内部可沿上下方向滑动地嵌合的活塞3。在活塞3连接有连杆4的一端侧,并且连杆4的另一端侧与曲柄轴5连结。飞轮7能够旋转地连结于曲柄轴5的未图示的变速器侧的端部。在飞轮7的外周的规定角度区域形成有由磁性体构成的突起即磁阻转子20。

与曲柄轴5相向地配置的电磁拾取器22在磁阻转子20接近时输出正电压的脉冲,并且在磁阻转子20远离时输出负电压的脉冲。当利用公知的脉冲整形电路进行脉冲整形,以使得基于正和负两极的脉冲信号输出一个矩形脉冲时,在飞轮7每旋转一次时输出一个矩形脉冲。

因此,在“吸气→压缩→燃烧→排气”的一个循环中,曲柄轴5旋转720°,因此在一个循环中从电磁拾取器22输出两个脉冲的矩形信号(发动机旋转信号)。如此,电磁拾取器22成为检测曲柄轴5的旋转角度的曲柄角传感器。

其结果,可基于来自电磁拾取器22的发动机旋转信号来求出发动机1的转速。另外,将飞轮7的外周上的磁阻转子20的形成位置设为适当的角度区域,基于来自电磁拾取器22的发动机旋转信号,向火花塞赋予点火控制信号,而可将燃料点火的时机设为所期望的时机。所期望的时机是对应于上止点(Top Dead Center,TDC)、比上止点提前角(BeforeTop Dead Center,BTDC)侧、或滞后角(After Top Dead Center,ATDC)侧的时机。

另外,在气缸2的上部的气缸盖(cylinder head)连接有吸气管8及排气管9。吸气管8的内部成为用于从外部将新鲜空气引入至燃烧室15内的吸气通道。另外,在吸气通道从上游侧起配置有用于去除新鲜空气的灰尘等的空气清洁器(air cleaner)6、用于调整新鲜空气的吸入量的节流阀24、用于进行燃料喷射的喷射器40等。而且,将新鲜空气引入燃烧室15内的时机由利用未图示的弹簧向闭阀方向施力的吸气阀12的开阀与闭阀动作来控制。

而且,压力传感器30检测燃烧室15的压力即燃烧压力,并输出表示检测到的燃烧压力的压力检测信号。压力传感器30以其前端面向燃烧室内的姿势配置于气缸盖的顶部。再者,压力传感器30的搭载位置不限于图1所示的位置。同样地,未图示的火花塞也以其前端面向燃烧室内的姿势配置于气缸盖的适当位置。可设为将压力传感器30一体地设置于火花塞的内部的结构,也可将压力传感器30与火花塞分开设置。

另一方面,排气管9的内部成为用于排出来自燃烧室15的排气的排气通道。而且,排气从燃烧室15内排出的时机由利用未图示的弹簧向闭阀方向施力的排气阀10的开阀与闭阀动作来控制。

对控制发动机1的动作的ECU 100输入来自电磁拾取器22及压力传感器30等的信号。从电磁拾取器22输入与发动机旋转对应的矩形脉冲信号。从压力传感器30输入压力检测信号。另一方面,ECU 100控制喷射器40的燃料喷射,并且控制火花塞的点火。

而且,来自压力传感器30的压力检测信号由压力检测信号处理装置200实施信号处理。ECU 100基于发动机旋转信号及由压力检测信号处理装置200实施了信号处理的压力检测信号,进行利用喷射器40的燃料喷射控制(喷射量、喷射时期)及利用火花塞的点火时期控制。

在气缸2内的活塞3的上下方向的往复运动被转换为曲柄轴5的旋转运动。曲柄轴5的旋转运动经由变速器传递至驱动轮,通过重复“吸气→压缩→燃烧→排气”的行程,使车辆(两轮、四轮)前进。

再者,图1是发动机1及控制发动机1的ECU 100的结构例,例如,也可设为ECU 100除了参照发动机旋转信号及压力检测信号以外,还参照发动机1的吸气温度、冷却水温度、排气中的氧浓度、节气门开度等来进行发动机1的控制。

(ECU 100的功能结构)

图2是表示ECU 100的功能的功能结构图。ECU 100包括:存储部130、发动机控制部150、以及压力检测信号处理装置200。存储部130具有:程序132、表134、非易失性存储区136、以及工作区138。工作区138是用于在运算过程等中暂时存储各种参数的暂时存储区域,非易失性存储区136是用于非易失性地存储运算中利用的各种参数等的存储区域。

发动机控制部150基于从压力检测信号处理装置200输出的压力检测信号等求出燃料喷射量,并利用与所求出的燃料喷射量对应的燃料喷射信号在基于来自电磁拾取器22的发动旋转信号的时机,控制喷射器40。由此,喷射器40以与来自发动机控制部150的控制对应的燃料喷射量喷射燃料。

发动机控制部150基于来自电磁拾取器22的发动机旋转信号判断点火时期,并控制火花塞。另外,除了来自电磁拾取器22的发动机旋转信号以外,发动机控制部150也可还基于来自压力检测信号处理装置200的压力检测信号来控制点火时期。

图2所示的ECU 100的功能结构不过是一例。ECU 100可采用除此以外的功能结构。从压力检测信号处理装置200输出的信号处理后的压力检测信号不仅能够应用于燃料喷射控制、点火时期控制,还能够应用于爆震探测、失火探测、燃烧速度运算等各种参数的检测、控制等。

(压力检测信号处理装置200的结构)

图3是压力检测信号处理装置200的结构图。压力检测信号处理装置200包括电荷放大器210及数字信号处理部220。数字信号处理部220包括:模拟数字(Analog toDigital,AD)转换部205、微分处理部230、低通滤波器部240、以及漂移校正部250,并且为来自漂移校正部250的校正信号被反馈至电荷放大器210的输入侧的构成。另外,电荷放大器210的输出成为向数字信号处理部220的输出信号。

图4是压力传感器30的示意性结构图。在压力传感器30的筒状的壳体31内置接受压力信号P的隔膜32、由一对电极36、37夹持的压电元件35。其中一个电极36用来连接经接地的引线,并且另一个电极37连接有用于将压力传感器30的压力检测信号Ps传输给下一级的引线。压电元件35产生与受压强度对应的电荷并输出。压电元件35例如由氧化锌(ZnO)等电介质材料构成。

当隔膜32根据受压强度对压电元件35赋予压力时,压电元件35产生与所赋予的压力对应的电荷,并将其输出至下一级的电荷放大器210。如此,与压力P对应的电荷作为压力检测信号Ps传递至电荷放大器210。

图5是电荷放大器(电流放大器)210的结构图。电荷放大器210构成为:电阻值R1的电阻212与电容值C1的电容器214并联连接而成的并联电路负反馈连接于运算放大器211。运算放大器211的非反相端子接地并成为虚拟接地状态。另外,电荷放大器210也可构成为仅将电容器214负反馈连接于运算放大器211。

运算放大器211的输入阻抗理想上是无限大,因此来自压电元件35的电荷蓄积在电容器214,并在电容器214的两端产生与蓄积电荷对应的电压。如此,电荷放大器210蓄积由压电元件35产生的电荷,并输出对应的电压信号V(Q=C1·V(“Q”是电荷,“V”是输出电压)。

另外,图3所示的AD转换部205输入来自电荷放大器210的模拟的输出信号,并将所述所输入的信号转换为数字信号。微分处理部230对通过AD转换部205进行了模拟数字转换的数字信号实施微分处理。微分处理部230所进行的微分处理依次求出输入至所述微分处理部230的信号的斜率。

当将利用AD转换部205的数字采样周期设为“T”,将时间经过“T、2·T、3·T、…、(n-1)·T、n·T”的信号设为“y(1)、y(2)、y(3)、…、y(n-1)、y(n)”时,微分处理通过求出“y(2)-y(1)、y(3)-y(2)、…、y(n)-y(n-1)”来实现。即,微分处理部230所实施的微分处理对应于依次求出数字信号的差分。

低通滤波器部240提取由微分处理部230实施了微分处理而得的微分信号的漂移分量。低通滤波器部240可通过提取在微分信号中缓慢变化的漂移分量的低通滤波器来实现。作为低通滤波器的一例,可采用“移动平均滤波器”。当将数字采样周期设为“T”,将时间经过“T、2·T、3·T、…、(n-1)·T、n·T”的信号设为“y(1)、y(2)、y(3)、…、y(n―2)、y(n―1)、y(n)”时,“移动平均滤波器”通过求出“(y(1)+y(2)+y(3))/3、…、(y(n―2)+y(n―1)+y(n))/3)”来实现。如此,微分处理部230及低通滤波器部240相互协作,作为提取压电元件35的漂移分量的漂移分量提取部发挥功能。

也就是说,移动平均滤波器依次求出包含要关注的数字信号的前后n个(n为3以上的整数)的数字信号的平均值。当将n的值设为大的值时,可降低截止频率。例如,通过使移动平均滤波器的n的值根据发动机转速线性地变化,能够与峰值无关地实现稳定的信号处理。

更具体而言,作为一例,发动机转速与n可设定为成比例。另外,可设为如下结构:发动机转速是根据压力检测信号处理装置200实施了信号处理而得的压力检测信号所表示的燃烧压力求出。另外,也可设为如下结构:发动机转速是通过将发动机控制部150所获取的发动机转速信号输入至压力检测信号处理装置200而从发动机控制部150获取。

漂移校正部250输出应反馈至电荷放大器210的输入侧的校正信号。更具体而言,漂移校正部250进行如下反馈控制:对相当于预先设定的目标值与低通滤波器部240的提取信号的差分的电压信号进行数字模拟转换,并将与数字模拟转换后的模拟电压信号对应的电流信号作为校正信号,施加至电荷放大器210的输入侧。

(“第一实施方式”的数字信号处理部)

图6表示数字信号处理部220的第一实施方式。在第一实施方式中,特征在于如下方面:仅通过微分控制(D控制)去除漂移。另外,在以下的说明中,省略配置于图6、图8、图9中说明的数字信号处理部220的前级的AD转换部205的图示。

图6所示的数字信号处理部220包括:微分处理部230、低通滤波器部240、差分算出部251、以及校正处理部252。图3所示的漂移校正部250对应于差分算出部251、校正处理部252。

而且,低通滤波器部240将基于从微分处理部230输出的微分信号提取了漂移分量而得的提取信号输出至差分算出部251。差分算出部251求出预先设定的第一目标值与提取信号的差分并输出至校正处理部252。

图7是第一实施方式的校正处理部252的结构图。校正处理部252包括数字模拟(Digital to Analog,DA)转换部254及电压电流(Voltage and Current,VI)转换部255。DA转换部254对从差分算出部251输出的差分信号进行数字模拟转换,并输出至VI转换部255。VI转换部255对经数字模拟转换的差分信号进行电压电流转换(VI转换),并将所述电压电流转换后的电流信号作为校正信号施加至电荷放大器210的输入侧。

也就是说,差分信号由DA转换部254进行数字模拟转换,且VI转换部255VI转换差分信号为与所述经数字转换的电压信号对应的电流信号,并输出至电荷放大器210。

如此,图6所示的第一实施方式的数字信号处理部220通过微分处理部230、差分算出部251、校正处理部252进行微分控制(D控制:Differential控制)下的反馈控制。

(“第二实施方式”的数字信号处理部)

图8表示数字信号处理部220的第二实施方式。在第二实施方式中,特征在于如下方面:利用微分控制(D控制)、比例控制(P控制:Proportional控制)、积分控制(I控制:Integral控制)的PID控制去除漂移,并且将基线保持为一定。

图8所示的数字信号处理部220在图6所示的第一实施方式中还包括:低通滤波器部260、差分算出部280、差分算出部281、比例处理部270、以及积分处理部271。

低通滤波器部260输出提取电荷放大器210所输出的电压信号的规定低频带的分量而得的信号。差分算出部280求出预先设定的第二目标值与低通滤波器部260的输出信号的差分,将表示所求出的差分的差分信号输出至比例处理部270。同样地,差分算出部281求出预先设定的第二目标值与低通滤波器部260的输出信号的差分,并将表示所求出的差分的差分信号输出至积分处理部271。再者,图8所示的微分处理部230、低通滤波器240、差分算出部251与图6所示的微分处理部230、低通滤波器部240、差分算出部251没有变化。

比例处理部270将对从差分算出部280输出的差分信号乘以比例常数而得的信号输出至校正处理部252。积分处理部271将对从差分算出部281输出的差分信号实施了积分处理而得的积分信号输出至校正处理部252。再者,也可将差分算出部280的输出作为积分处理部271的输入、或将差分算出部281的输出作为比例处理部270的输入。在此情况下,也可为仅设置差分算出部280或差分算出部281中的任一者的结构。

图9是第二实施方式的校正处理部252的结构图。校正处理部252包括:加法部253、DA转换部254、以及VI转换部255。加法部253将所输入的信号相加而作为加法信号,DA转换部254对所述加法信号进行数字模拟转换,并输出至VI转换部255。VI转换部255对经数字模拟转换的加法信号进行电压电流转换(VI转换),并将所述电压电流转换后的电流信号作为校正信号施加至电荷放大器210的输入侧。

校正处理部252将来自差分算出部251、比例处理部270、积分处理部271的信号相加来求出加法信号,对所求出的加法信号进行数字模拟转换,并将对所述经数字模拟转换的信号进行了VI转换而得的电流信号作为校正信号而反馈至电荷放大器210的输入侧。

再者,当将数字采样周期设为“T”,将时间经过“T、2·T、3·T、…、(n-1)·T、n·T”的信号设为“y(1)、y(2)、y(3)、…、y(n-1)、y(n)”时,积分处理通过求出“y(1)·T、y(1)·T+y(2)·T、y(1)·T+y(2)·T+y(3)·T、…、y(1)·T+y(2)·T+y(3)·T+…+y(n)·T”来实现。即,积分处理部271所实施的积分处理对应于依次求出数字信号的总和。

如此,图8所示的第二实施方式的数字信号处理部220构成为:除了进行微分控制(D控制)下的反馈控制以外,还通过比例处理部270、积分处理部271、差分算出部280、差分算出部281、校正处理部252进行比例控制(P控制)、积分控制(I控制)下的反馈控制。因此,由于除了微分控制(D控制)以外,还进行比例控制(P控制)、积分控制(I控制),因此向目标值的收敛快,可进一步提高控制性。

由微分处理部230、差分算出部251构成的“交流变动对应用电路系统”具有去除交流变动的漂移分量的作用,并且由比例处理部270、积分处理部271、差分算出部280、差分算出部281构成的“基准电压保持用电路系统”具有如下作用:保持作为压力检测信号的基准的电压的基线。

(“第三实施方式”的数字信号处理部)

图10表示数字信号处理部220的第三实施方式。第三实施方式的特征在于如下方面:利用一个低通滤波器部240进行信号处理。图10所示的数字信号处理部220包括:低通滤波器部240、微分处理部230、差分算出部251、差分算出部280、差分算出部281、比例处理部270、积分处理部271、以及校正处理部252。在图10的结构中,也可将差分算出部280的输出作为积分处理部271的输入,或将差分算出部281的输出作为比例处理部270的输入。在此情况下,也可为仅设置差分算出部280或差分算出部281中的任一者的结构。

低通滤波器部240基于电荷放大器210的电压信号,输出提取了漂移分量而得的提取信号。微分处理部230将对提取信号实施了微分处理而得的微分信号输出至差分算出部251。另外,比例控制部270将对输入信号乘以比例常数而得的比例信号输出至校正处理部252。积分处理部271将对输入信号实施了积分处理而得的积分信号输出至校正处理部252。

差分算出部251求出预先设定的第一目标值与微分处理部230的输出信号的差分,并将表示所求出的差分的差分信号输出至校正处理部252。同样地,差分算出部280求出预先设定的第二目标值与低通滤波器部240的输出信号的差分,并将表示所求出的差分的差分信号输出至比例处理部270。差分算出部281求出预先设定的第二目标值与低通滤波器部240的输出信号的差分,并将表示所求出的差分的差分信号输出至积分处理部271。

图9所示的校正处理部252的加法部253求出将从差分算出部251、比例处理部270、积分处理部271分别输出的三种信号相加而得的加法信号,继而,DA转换部254对加法信号进行数字模拟转换,继而,VI转换部255将对经数字模拟转换的加法信号进行了VI转换而得的所述电流信号作为校正信号,并反馈至电荷放大器210的输入侧。

如此,通过利用了一个低通滤波器的简易结构,就能够对漂移分量的提取及基线的提取进行微分控制(D控制)、比例控制(P控制)、积分控制(I控制)的反馈控制。

图11是适用于本发明的PID控制的概要的说明图。电荷放大器210的输出信号通过P控制部310、I控制部320、D控制部330分别实施比例、积分、微分的各处理。P控制部310将对第二目标值与电荷放大器210的输出信号的差分实施了比例处理而得的比例信号输出至加法部340。

同样地,I控制部320将对第二目标值与电荷放大器210的输出信号的差分实施了积分处理而得的积分信号输出至加法部340,另外,D控制部330将表示第一目标值与对电荷放大器210的输出信号实施了微分处理而得的微分信号的差分的差分信号输出至加法部340。加法器340将各信号相加,并将表示其相加结果的加法信号输出至VI转换部350。

继而,VI转换部350将对加法信号进行了VI转换而得的所述电流信号作为校正信号,并反馈至电荷放大器210的输入侧。通过实施微分控制,可去除漂移分量,并且通过实施比例控制及积分控制,可获取不受大气压的影响而将基线维持为一定的压力检测信号,以备ECU 100等中的处理。如此,通过PID控制,能够获取高精度的压力检测信号。

在P控制部310中,将对电荷放大器210的输出与第二目标值的差分乘以比例控制增益(Kp)而得的乘法信号输出至加法部340。同样地,也可设为如下结构:I控制部320、D控制部330对对应的各个积分信号、差分信号进一步乘以积分增益(Ki)、微分增益(Kd),并输出至加法部340。此时,也可将“Ki”、“Kd”设为“1.0”以外的常数。为了提高控制系统的响应性等控制性,可适当调整“积分增益:Ki”、“微分增益:Kd”。作为增益调整方法,例如可列举齐格勒·尼科尔斯(Ziegler-Nichols)极限灵敏度法。

(运作)

接着,参照图12来说明数字信号处理部220的动作。图12(a)是来自电荷放大器210的输出信号(在图3的符号“a”的位置处的信号)。电荷放大器210的输出信号混合有经积分的漂移分量,并随时间的经过而变化。(在图3的符号“a”的位置处的信号)

继而,微分处理部230对图12(a)所示的信号实施微分处理后,成为图12(b)所示的信号(图3的符号“b”的位置处的信号)。由于微分处理部230的作用,可提取漂移分量。也就是说,通过实施微分处理,可提取积分前的漂移分量。

继而,低通滤波器部240使图12(b)所示的信号中,高于截止频率的频率分量衰减,获得以基线为中心的极微小地进行交流变动的信号(参照图12(c):图3的符号“c”的位置处的信号)。

继而,差分算出部251提取漂移分量作为第一目标值与图12(c)所示的信号的差分。此处,例如,将“0V”设定为第一目标值。然后,图12(d)是校正处理部252基于表示漂移分量的提取信号求出进行反馈控制的校正信号,并将所求出的校正信号反馈至电荷放大器210的输入侧时的信号(图3的符号(d)的位置处的信号)。根据图12(d)所示的信号,可知漂移分量已被去除。

另外,在比例处理部270所实施的比例处理及积分处理部271所实施的积分处理中,以成为所设定的第二目标值的方式校正来自电荷放大器210的输出信号的基线电压。例如,当将第二目标值设定为“0.5(V)”时,来自电荷放大器210的输出信号的基线电压变为“0.5(V)”。再者,第一目标值、第二目标值等的PID控制所需的参数例如预先非易失性地存储在非易失性存储器136中。

根据以上说明的实施方式,电荷放大器210蓄积由压电元件35根据受压而产生的电荷,并输出对应的电压信号,微分处理部230输出对所述电压信号实施了微分处理的微分信号。进而,低通滤波器部240基于微分信号提取漂移分量。

而且,漂移校正部250求出用于减少提取出的漂移分量的校正电流信号,并将所求出的电流信号作为校正信号反馈至电荷放大器210的输入侧,因此可去除压电元件35的漂移,而获得精度良好的压力检测信号。

图13是现有例的压力检测信号与实施了本发明的信号处理的压力检测信号的比较例。图13(a)是表示现有的来自压力传感器30的输出信号的曲线图,“横轴”是时间(sec),“纵轴”是燃烧压力(Mpa)。如参照图12(a)可知,现有的压力检测信号存在压电元件35的漂移,因此基线随着时间经过而变化。

另一方面,图13(b)是表示实施了本发明的信号处理的压力检测信号的图表,“横轴”是时间(sec),“纵轴”是燃烧压力(Mpa)。如参照图13(b)可知,适用了本发明的压力检测信号的基线随着时间经过而不变化。也就是说,可获得去除漂移分量,并且基线维持为一定的高精度的压力检测信号。根据适用本发明后的压力检测信号,容易进行ECU 100等中的后步骤的各种信号处理。

作为一例,以上说明的压力检测信号处理装置200可由现场可编程门阵列(FieldProgrammable Gate Array,FPGA)等可编程逻辑器件(Programmable Logic Device,PLD)来实现。另外,CPU也能够通过执行保存在存储部130中的程序132,而作为数字信号处理部220发挥功能。

另外,已经确认如下情况:若在“微分处理部230、低通滤波器部260”的前级与电荷放大器210之间设置切片部,所述切片部具有当输入超过规定电平时将所述超过的部分的信号抑制为所述规定电平的片段功能,则可执行稳定的漂移提取而不管峰值如何。切片部可由例如齐纳二极管(Zener diode)等电路元件来实现,或者可由执行限幅处理的程序等来实现。

另外,根据本发明的压力检测信号处理装置200,能够高精度地处理ECU 100等中的压力检测信号,因此能够基于来自压力检测信号处理装置200的输出信号,高精度地进行发动机的控制。

另外,所述的校正处理部252的结构等仅仅是一例。例如,可将差分和与其相对应的电流值相关联地预先登记在表134中,且校正处理部252包括电流控制部。而且,还可采用如下结构等:电流控制部从表134中读出与由差分算出部251、280、281计算出的差分对应的电流值,并将作为所读出的电流值的校正信号反馈至电荷放大器的输入侧,以此方式对一个或多个可变电流源进行动作控制。此时,只要按差分算出部构筑表134即可。另外,可将加法值和与其相对应的电流值相关联地预先登记在表134中,电流控制部将作为与来自加法部253的加法信号所表示的加法值相对应的电流值的校正信号反馈至电荷放大器的输入侧。另外,也可设为如下结构:将差分或相加值与电压值相关联地预先登记在表134中,且电流控制部从表134中读出与差分或相加值对应的电压值,并将作为所读出的电压值的电压信号输出至DA转换部254。

进而,在以上的说明中,特别示出了针对表示发动机1的燃烧室内的压力的压力检测信号的结构例,但本发明不仅可适用于气体,也可适用于针对流体等其他受压介质的压力检测信号。另外,设为如下结构:在图1的发动机控制系统300中,在ECU 100内设置压力检测信号处理装置200,但也可设为如下系统结构:将ECU 100与压力检测信号处理装置200分开设置,将压力检测信号供给至ECU 100。

另外,在以上的说明中,对包括低通滤波器部240、260的结构例进行了说明,但不限于此,也可设为不包括低通滤波器部240、260的结构。但是,优选为设为如上所述那样包括低通滤波器部240、260的结构,通过去除与压力变动相关的高频分量,能够更高精度地提取漂移电压及基线电压,能够进行更高精度的反馈控制。

而且,通过CPU、数字信号处理器(Digital Signal Processor,DSP)等处理器执行程序,来实现处理功能、提取功能、校正功能、差分算出功能、校正处理功能等。进而,本发明还可提供记录了程序的非暂时性的记录介质。作为记录程序的非暂时性的记录介质,可列举只读存储器(Read Only Memory,ROM)等半导体元件、光盘(Compact Disc,CD)、数字通用光盘(Digital Versatile Disc,DVD)等光学元件、磁盘等磁性元件。作为记录介质,只要通过利用读取单元读取存储在记录介质的程序,能够在计算机上执行即可,其种类等不受限制。

符号的说明

1:发动机

15:燃烧室

30:压力传感器

32:隔膜

35:压电元件

36、37:电极

100:ECU

200:压力检测信号处理装置

210:电荷放大器

211:运算放大器

212:电阻

214:电容器

205:AD转换部

220:数字信号处理部

230:微分处理部

240:低通滤波器部

250:漂移校正部

251:差分算出部

252:校正处理部

260:低通滤波器部

270:比例处理部

271:积分处理部

300:发动机控制系统

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