專利名稱：用于內(nèi)燃機(jī)的爆震判定裝置和爆震判定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及內(nèi)燃機(jī)中的爆震判定，更具體涉及一種基于內(nèi)燃機(jī)的振動(dòng)波形來(lái)判定
發(fā)動(dòng)機(jī)是否爆震的技術(shù)。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)上，已經(jīng)提出了用于檢測(cè)在內(nèi)燃機(jī)中發(fā)生的爆震(爆聲)的各種方法。例如， 存在當(dāng)內(nèi)燃機(jī)中的振動(dòng)強(qiáng)度大于閾值時(shí)判定產(chǎn)生爆震的技術(shù)。然而，即使在發(fā)動(dòng)機(jī)不發(fā)生 爆震時(shí)，諸如當(dāng)進(jìn)氣門或排氣門關(guān)閉時(shí)所受到的振動(dòng)等的噪聲的強(qiáng)度也可能高于閾值。在 這種情形中，雖然實(shí)際上尚未發(fā)生爆震，但可能做出已發(fā)生爆震的錯(cuò)誤判定。因此，已經(jīng)提 出了這樣的技術(shù)，其中考慮到諸如發(fā)生振動(dòng)時(shí)的曲柄角和衰減率等的除強(qiáng)度以外的特性， 基于預(yù)定的爆震波形模型與檢測(cè)到的振動(dòng)波形之間的比較結(jié)果來(lái)判定是否發(fā)生發(fā)動(dòng)機(jī)爆 震。 日本專利特開No. 2006-226967公開了一種用于內(nèi)燃機(jī)的爆震判定裝置，其以高 精度來(lái)判定是否已發(fā)生爆震。該用于內(nèi)燃機(jī)的爆震判定裝置包括用于檢測(cè)內(nèi)燃機(jī)的振動(dòng)的 部件、用于從所檢測(cè)到的振動(dòng)中提取在內(nèi)燃機(jī)的氣缸內(nèi)的第三和第四切向共振模式的至少 一個(gè)中的頻帶中的振動(dòng)的提取部件、以及用于基于所提取的振動(dòng)來(lái)判定在內(nèi)燃機(jī)中是否已 發(fā)生爆震的判定部件。 在上述特開申請(qǐng)中公開的爆震判定裝置中，從內(nèi)燃機(jī)的振動(dòng)中提取第三和第四切 向共振模式中的至少一個(gè)的頻帶中的振動(dòng)，該第三和第四切向共振模式是在爆震時(shí)特別進(jìn) 行檢測(cè)的典型共振模式，因此，能夠提取包括更少的除爆震以外的噪聲的振動(dòng)。即，能夠以 高精度提取爆震產(chǎn)生時(shí)的振動(dòng)特性。基于該振動(dòng)判定是否已發(fā)生爆震。結(jié)果，能夠提供能 以高精度判定是否已發(fā)生爆震的用于內(nèi)燃機(jī)的爆震判定裝置。 包括在爆震時(shí)特別進(jìn)行檢測(cè)的振動(dòng)的代表性頻帶包括第一、第二、第三和第四切
向共振模式的頻帶。在這些頻帶中，一些頻帶更易與爆震所特有的振動(dòng)重疊，而其他頻帶更
少地受到影響。例如，第一切向模式的頻帶中的振動(dòng)比較容易與爆震所特有的振動(dòng)重疊。然
而，請(qǐng)注意，第一切向模式的頻帶趨向于受到除爆震以外的噪聲的影響更大。 與在上述特開申請(qǐng)中公開的爆震判定裝置中一樣，當(dāng)排除第一切向模式的頻帶中
的振動(dòng)時(shí)，結(jié)果就是，更易與爆震所特有的振動(dòng)重疊的頻帶被排除，因此可能發(fā)生對(duì)爆震的
錯(cuò)誤判定。另外，在判定是否已發(fā)生爆震時(shí)，如果第一切向模式的頻帶的影響很大，則也可
能發(fā)生對(duì)爆震的錯(cuò)誤判定。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種能夠減少對(duì)爆震的錯(cuò)誤判定的、用于內(nèi)燃機(jī)的爆震判定 裝置和爆震判定方法。 根據(jù)一方面，本發(fā)明提供一種用于內(nèi)燃機(jī)的爆震判定裝置，包括檢測(cè)單元，所述 檢測(cè)單元檢測(cè)內(nèi)燃機(jī)的振動(dòng)；和判定單元，所述判定單元連接到所述檢測(cè)單元。所述判定單元從所檢測(cè)到的振動(dòng)中分別提取與爆震相對(duì)應(yīng)的多個(gè)預(yù)定頻帶的振動(dòng)，改變所提取的多個(gè) 頻帶的振動(dòng)強(qiáng)度的權(quán)重，使得減小除爆震以外的噪聲的影響，基于多個(gè)頻帶的振動(dòng)強(qiáng)度來(lái) 檢測(cè)預(yù)定曲柄角間隔的振動(dòng)波形，并使用所檢測(cè)到的振動(dòng)波形來(lái)判定在內(nèi)燃機(jī)中是否已發(fā)
生爆震。 根據(jù)本發(fā)明，判定單元改變所提取的多個(gè)頻帶的振動(dòng)強(qiáng)度中的權(quán)重，使得減小除 爆震以外的噪聲的影響。例如，如果使得受除爆震以外的噪聲的重疊影響更大且易與爆震 相對(duì)應(yīng)的振動(dòng)重疊的頻帶(例如，第一切向模式的頻帶)中的振動(dòng)的權(quán)重更小，則能夠減少 在判定爆震中噪聲的影響。因此，防止了由于受噪聲影響的頻帶中的振動(dòng)而引起的對(duì)爆震 的錯(cuò)誤判定，同時(shí)能夠使用易與爆震相對(duì)應(yīng)的振動(dòng)重疊的頻帶中的振動(dòng)來(lái)做出爆震判定， 由此能夠減少錯(cuò)誤判定。因此，能夠提供能減少對(duì)爆震的錯(cuò)誤判定的、用于內(nèi)燃機(jī)的爆震判 定裝置。 優(yōu)選地，判定單元改變權(quán)重，使得在所提取的多個(gè)頻帶的振動(dòng)強(qiáng)度中，由于除爆震 以外的噪聲的重疊而對(duì)爆震判定的影響大于規(guī)定程度的至少一個(gè)頻帶的振動(dòng)強(qiáng)度的比率 減小。 根據(jù)本發(fā)明，如果改變權(quán)重使得由于除爆震以外的噪聲的重疊而對(duì)爆震判定影響 更大且易與爆震相對(duì)應(yīng)的振動(dòng)重疊的頻帶(例如，第一切向模式的頻帶)中的振動(dòng)強(qiáng)度的 比率減小，則能夠減小在爆震判定中噪聲的影響。因此，能夠減少對(duì)爆震的錯(cuò)誤判定。
更優(yōu)選地，所述多個(gè)頻帶的振動(dòng)包括第一切向模式的頻帶的振動(dòng)。所述判定單元 改變權(quán)重，使得第一切向模式的頻帶中的振動(dòng)強(qiáng)度的權(quán)重小于其它頻帶中的振動(dòng)強(qiáng)度的權(quán) 重。 根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)改變權(quán)重使得第一切向模式的頻帶中的振動(dòng)強(qiáng)度的比率變得更
小，能夠減小在爆震判定中噪聲的影響。因此，能夠減少噪聲的錯(cuò)誤判定。 更優(yōu)選地，所述判定單元改變權(quán)重，使得在所提取的多個(gè)頻帶的振動(dòng)強(qiáng)度中，由于
除爆震以外的噪聲的重疊而對(duì)爆震判定的影響小于規(guī)定程度的至少一個(gè)頻帶的振動(dòng)的比
率增大。 根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)改變權(quán)重使得由于除爆震以外的噪聲的重疊而對(duì)爆震判定影響
更小且易與爆震相對(duì)應(yīng)的振動(dòng)重疊的頻帶(例如，第三切向模式的頻帶)中的振動(dòng)強(qiáng)度的
比率增大，能夠減少在爆震判定中噪聲的影響。因此，能夠減少對(duì)爆震的錯(cuò)誤判定。 更優(yōu)選地，所述多個(gè)頻帶的振動(dòng)包括第三切向模式的頻帶的振動(dòng)。所述判定單元
改變權(quán)重，使得第三切向模式的頻帶中的振動(dòng)強(qiáng)度的權(quán)重大于其它頻帶中的振動(dòng)強(qiáng)度的權(quán)重。 根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)改變權(quán)重使得在第三切向模式的頻帶中的振動(dòng)強(qiáng)度的比率變得
更大，能夠減小在爆震判定中噪聲的影響。因此，能夠減少對(duì)爆震的錯(cuò)誤判定。 優(yōu)選地，基于所述多個(gè)頻帶的振動(dòng)強(qiáng)度的頻率分布的強(qiáng)度的中值，所述判定單元
校正所述頻率分布，并且，除了所檢測(cè)到的振動(dòng)波形之外，還使用校正過(guò)的頻率分布來(lái)判定
在內(nèi)燃機(jī)中是否已發(fā)生爆震。 根據(jù)本發(fā)明，判定單元基于多個(gè)頻帶的振動(dòng)強(qiáng)度頻率分布中的強(qiáng)度的中值來(lái)校正 頻率分布。由于權(quán)重的任何改變或者取決于爆震特有的振動(dòng)在每個(gè)頻帶上重疊的容易性， 每個(gè)頻帶的頻率分布的中值可能偏離其它頻帶的振動(dòng)強(qiáng)度的頻率分布的中值。因此，基于每個(gè)頻帶的振動(dòng)強(qiáng)度的頻率分布的中值(例如，使用中值的平均值)來(lái)校正頻率分布，由此 抑制頻率分布中的中值偏離對(duì)所檢測(cè)到的振動(dòng)強(qiáng)度的影響，并且能夠減少對(duì)爆震的錯(cuò)誤判定。 更優(yōu)選地，所述判定單元使用所述多個(gè)頻帶的振動(dòng)強(qiáng)度的頻率分布的強(qiáng)度中值的 平均值作為基準(zhǔn)來(lái)校正所述頻率分布。 根據(jù)本發(fā)明，所述判定單元基于所述多個(gè)頻帶的振動(dòng)強(qiáng)度頻率分布中的強(qiáng)度中值 的平均值來(lái)校正頻率分布。結(jié)果，抑制了頻率分布中的中值偏離對(duì)所檢測(cè)到的振動(dòng)強(qiáng)度的 影響，并且能夠減少對(duì)爆震的錯(cuò)誤判定。 更優(yōu)選地，所述判定單元基于所述多個(gè)頻帶的振動(dòng)強(qiáng)度的預(yù)定曲柄角之間的積分 值的總和來(lái)計(jì)算爆震強(qiáng)度，并且基于所計(jì)算出的爆震強(qiáng)度與預(yù)定判定值之間的比較結(jié)果來(lái) 判定在內(nèi)燃機(jī)中是否已發(fā)生爆震。 根據(jù)本發(fā)明，基于預(yù)定判定值與根據(jù)所述多個(gè)頻帶的振動(dòng)強(qiáng)度的預(yù)定曲柄角范圍 內(nèi)的積分值的總和而計(jì)算出的爆震強(qiáng)度之間的比較結(jié)果，能夠以高精度判定在內(nèi)燃機(jī)中是 否已發(fā)生爆震。 更優(yōu)選地，除了爆震強(qiáng)度的比較結(jié)果之外，所述判定單元還基于所檢測(cè)到的振動(dòng) 波形與作為內(nèi)燃機(jī)的振動(dòng)波形基準(zhǔn)的預(yù)定波形模型之間的比較結(jié)果來(lái)判定在內(nèi)燃機(jī)中是 否已發(fā)生爆震。 根據(jù)本發(fā)明，除了爆震強(qiáng)度的比較結(jié)果之外，還能夠基于所檢測(cè)的振動(dòng)波形與作 為內(nèi)燃機(jī)的基準(zhǔn)振動(dòng)波形的預(yù)定波形模型之間的比較結(jié)果來(lái)以高精度判定在內(nèi)燃機(jī)中是 否已發(fā)生爆震。


圖1是概略構(gòu)造圖，示出了由作為根據(jù)一實(shí)施例的爆震判定裝置的發(fā)動(dòng)機(jī)ECU控 制的發(fā)動(dòng)機(jī)。 圖2是示出了缸內(nèi)壓力振動(dòng)的頻帶的(第一)示圖。
圖3示出了由爆震傳感器檢測(cè)到的振動(dòng)的頻帶。
圖4是示出了圖1的發(fā)動(dòng)機(jī)ECU的控制框圖。
圖5示出了發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)波形。 圖6示出了存儲(chǔ)在發(fā)動(dòng)機(jī)ECU的ROM中的爆震波形模型。 圖7是比較振動(dòng)波形和爆震波形模型的(第一 )示圖。 圖8示出了存儲(chǔ)在發(fā)動(dòng)機(jī)ECU中的判定值V (KX)的映射。 圖9示出了強(qiáng)度L0G(V)的頻率分布。 圖10包括示出了各種頻帶的振動(dòng)強(qiáng)度頻率分布的圖表。 圖11包括示出了校正之后的各種頻帶的振動(dòng)強(qiáng)度頻率分布的圖表。 圖12是表示由作為根據(jù)本實(shí)施例的內(nèi)燃機(jī)爆震判定裝置的發(fā)動(dòng)機(jī)ECU執(zhí)行的程
序的控制結(jié)構(gòu)的流程圖。 圖13是示出了歸一化后的振動(dòng)波形與爆震波形模型之間的比較的圖表。
具體實(shí)施例方式
以下將參照附圖來(lái)描述本發(fā)明的實(shí)施例。在以下的描述中，相同的部件由相同的 附圖標(biāo)記表示。名稱和功能也相同。因此，將不重復(fù)其詳細(xì)描述。 參照?qǐng)Dl，將描述安裝有根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的爆震判定裝置的車輛的發(fā)動(dòng)機(jī)100。 發(fā)動(dòng)機(jī)100設(shè)置有多個(gè)氣缸。通過(guò)由發(fā)動(dòng)機(jī)ECU (電子控制單元)200執(zhí)行的程序來(lái)實(shí)現(xiàn)根 據(jù)本實(shí)施例的爆震判定裝置。 發(fā)動(dòng)機(jī)100是內(nèi)燃機(jī)，其中通過(guò)空氣濾清器102吸入的空氣和由噴射器104噴射 的燃料的混合物被火花塞106點(diǎn)燃并在燃燒室內(nèi)燃燒。雖然對(duì)點(diǎn)火正時(shí)進(jìn)行調(diào)節(jié)以獲得 MBT(最佳扭矩的最小提前角)從而使輸出扭矩最大，但例如發(fā)生爆震時(shí)，則根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)100 的運(yùn)行狀態(tài)將點(diǎn)火正時(shí)提前或延遲。 空氣燃料混合物的燃燒導(dǎo)致將活塞108壓下的燃燒壓力，由此曲軸110旋轉(zhuǎn)。燃 燒的空氣燃料混合物(或排氣)被三元催化劑112凈化，隨后排出到車輛外部。吸入到發(fā) 動(dòng)機(jī)100中的空氣量由節(jié)氣門114調(diào)節(jié)。 發(fā)動(dòng)機(jī)100由發(fā)動(dòng)機(jī)ECU 200控制，爆震傳感器300、水溫傳感器302、與正時(shí)轉(zhuǎn)子 304相對(duì)布置的曲柄位置傳感器306、節(jié)氣門開度傳感器308、車速傳感器310、點(diǎn)火開關(guān)312 和空氣流量計(jì)314連接到該發(fā)動(dòng)機(jī)ECU 200。 爆震傳感器300設(shè)置在發(fā)動(dòng)機(jī)100的缸體中。爆震傳感器300由壓電元件來(lái)實(shí)現(xiàn)。 當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)100振動(dòng)時(shí)，爆震傳感器300產(chǎn)生幅度與該振動(dòng)的幅度相對(duì)應(yīng)的電壓。爆震傳感 器300將表示電壓的信號(hào)傳送到發(fā)動(dòng)機(jī)ECU 200。水溫傳感器302檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)100中的水 套處的冷卻水的溫度，并將表示檢測(cè)結(jié)果的信號(hào)傳送到發(fā)動(dòng)機(jī)ECU 200。
正時(shí)轉(zhuǎn)子304設(shè)置在曲軸110處，并且隨曲軸110 —起旋轉(zhuǎn)。正時(shí)轉(zhuǎn)子304沿周 向設(shè)置有以預(yù)定距離間隔開的多個(gè)突起。曲柄位置傳感器306與正時(shí)轉(zhuǎn)子304的突起相對(duì) 地布置。當(dāng)正時(shí)轉(zhuǎn)子304旋轉(zhuǎn)時(shí)，正時(shí)轉(zhuǎn)子304的突起與曲柄位置傳感器306之間的氣隙 改變，使得穿過(guò)曲柄位置傳感器306的線圈部分的磁通量增加/減少，從而在線圈部分處產(chǎn) 生電動(dòng)勢(shì)。曲柄位置傳感器306將表示電動(dòng)勢(shì)的信號(hào)傳送到發(fā)動(dòng)機(jī)ECU 200?；趶那?位置傳感器306傳送的信號(hào)，發(fā)動(dòng)機(jī)ECU200檢測(cè)曲軸110的曲柄角和轉(zhuǎn)數(shù)。
節(jié)氣門開度傳感器308檢測(cè)節(jié)氣門開度，并將表示檢測(cè)結(jié)果的信號(hào)傳送到發(fā)動(dòng)機(jī) ECU 200。車速傳感器310檢測(cè)車輪(未示出)的轉(zhuǎn)數(shù)，并將表示檢測(cè)結(jié)果的信號(hào)傳送到發(fā) 動(dòng)機(jī)ECU 200?；谲囕喌霓D(zhuǎn)數(shù)，發(fā)動(dòng)機(jī)ECU 200計(jì)算車速。點(diǎn)火開關(guān)312由駕駛員開啟， 用于起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)100?？諝饬髁坑?jì)314檢測(cè)被吸入到發(fā)動(dòng)機(jī)100中的空氣量，并將表示檢測(cè) 結(jié)果的信號(hào)傳送到發(fā)動(dòng)機(jī)ECU 200。 發(fā)動(dòng)機(jī)ECU 200利用從作為電源的輔助電池320饋送的電力來(lái)運(yùn)行。發(fā)動(dòng)機(jī)ECU 200使用從各種傳感器和點(diǎn)火開關(guān)312傳送的信號(hào)以及存儲(chǔ)在ROM(只讀存儲(chǔ)器)202中的 映射和程序來(lái)執(zhí)行操作以控制設(shè)備，使得發(fā)動(dòng)機(jī)100獲得所期望的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。
在本實(shí)施例中，使用從爆震傳感器300傳送的信號(hào)和曲柄角，發(fā)動(dòng)機(jī)ECU 200以預(yù) 定的爆震檢測(cè)區(qū)限(gate)(從預(yù)定的第一曲柄角到預(yù)定的第二曲柄角的區(qū)間)檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī) 100的振動(dòng)的波形(以下稱為"振動(dòng)波形")，并基于所檢測(cè)到的振動(dòng)波形來(lái)判定在發(fā)動(dòng)機(jī) IOO中是否已發(fā)生爆震。本發(fā)明的爆震檢測(cè)區(qū)限是在燃燒行程中從上止點(diǎn)(0° )到90° 。 請(qǐng)注意，爆震檢測(cè)區(qū)限不限于此。
當(dāng)在發(fā)動(dòng)機(jī)100的氣缸內(nèi)發(fā)生爆震時(shí)，缸內(nèi)壓力共振。缸內(nèi)壓力的該共振使發(fā)動(dòng) 機(jī)100的缸體振動(dòng)。因此，缸體的振動(dòng)、即，由爆震傳感器300檢測(cè)到的振動(dòng)頻率通常包括 在缸內(nèi)壓力共振頻帶內(nèi)。 缸內(nèi)壓力共振頻率與缸內(nèi)氣柱的共振模式對(duì)應(yīng)。爆震時(shí)特有的振動(dòng)所出現(xiàn)的頻帶 代表性地包括一階、二階、三階和四階切向模式頻帶。 缸內(nèi)壓力共振頻率是通過(guò)共振模式、孔徑和聲速來(lái)計(jì)算的。圖2示出了在聲速恒 定且孔徑從X變化到Y(jié)的情況下對(duì)于每種共振模式的缸內(nèi)壓力共振頻率的一個(gè)示例。如圖 2所示，缸內(nèi)壓力共振頻率按照如下的上升順序變得更高一階切向、二階切向、一階徑向、 三階切向、和四階切向頻帶。 圖2示出當(dāng)發(fā)生爆震時(shí)所提供的缸內(nèi)壓力共振頻率。在發(fā)生爆震之后，由于活塞 向下所以燃燒室的體積增大，因此燃燒室內(nèi)的溫度和壓力降低。結(jié)果，聲速減小，并且缸內(nèi) 壓力共振頻率減小。相應(yīng)地，如圖3所示，當(dāng)曲柄角從ATDC(上止點(diǎn)后)增大時(shí)，缸內(nèi)壓力 的頻率的峰值分量減小。 由于缸內(nèi)壓力的共振具有這種特性，所以缸體振動(dòng)。因此，在已發(fā)生爆震的點(diǎn)火循 環(huán)中，由爆震傳感器300檢測(cè)到的振動(dòng)包括與一階切向共振模式頻帶相同的頻帶A的振 動(dòng)、與二階切向共振模式頻帶相同的頻帶B的振動(dòng)、與三階切向共振模式頻帶相同的頻帶C 的振動(dòng)、以及與四階切向共振模式頻帶相同的頻帶D的振動(dòng)。 如圖3所示，一階切向共振模式頻帶A包括缸體、活塞108、連桿、曲軸110等的共 振頻率。因此，即使不發(fā)生爆震，也會(huì)在頻帶A中出現(xiàn)由于噴射器104、活塞108、進(jìn)氣門116、 排氣門118、對(duì)燃料進(jìn)行壓縮并因此將燃料輸送到噴射器104的泵120等的運(yùn)行而不可避免 地引起的振動(dòng)。 鑒于上述內(nèi)容，本實(shí)施例的特征在于發(fā)動(dòng)機(jī)ECU 200從由爆震傳感器300檢測(cè)到 的頻率中提取頻帶A、B、D和E的振動(dòng)，并改變所提取的頻帶A至D的振動(dòng)強(qiáng)度之間的權(quán)重， 使得除爆震以外的噪聲的影響變小。 具體地，改變權(quán)重，使得在所提取的頻帶A至D的振動(dòng)強(qiáng)度之中，由于除爆震以外 的噪聲的重疊而對(duì)爆震判定的影響大于規(guī)定程度的至少一個(gè)頻帶的振動(dòng)強(qiáng)度的比率減小。 在本實(shí)施例中，改變權(quán)重，使得第一切向模式的頻帶A中的振動(dòng)的權(quán)重變得小于其它頻帶B 至D中的振動(dòng)的權(quán)重。這防止了對(duì)爆震的錯(cuò)誤判定。 如果用于檢測(cè)振動(dòng)的帶寬較窄，則能夠減少在所檢測(cè)到的振動(dòng)強(qiáng)度中包含的噪聲 成分，同時(shí)噪聲成分的特征部分(例如振動(dòng)發(fā)生時(shí)刻和衰減率)被從振動(dòng)波形中除去。在 這種情形中，即使振動(dòng)實(shí)際上來(lái)源于噪聲成分，也將檢測(cè)到不包括噪聲成分的波形，即與爆 震時(shí)的振動(dòng)波形類似的波形。因此，變得難以在振動(dòng)波形中將由爆震引起的振動(dòng)與由噪聲 引起的振動(dòng)區(qū)別開來(lái)。 因此，在本發(fā)明中，為了在產(chǎn)生噪聲時(shí)考慮到噪聲來(lái)判定是否發(fā)生爆震，對(duì)完全覆 蓋頻帶A至D的寬頻帶E中的振動(dòng)進(jìn)行檢測(cè)以包括噪聲。頻帶E中的振動(dòng)用于檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī) 100的振動(dòng)波形。 頻帶E中的發(fā)生爆震時(shí)的振動(dòng)波形具有這樣的形狀，即在振動(dòng)波形的峰值之后振動(dòng) 緩慢地衰減。如果沒(méi)有發(fā)生爆震而是由噪聲引起振動(dòng)，則振動(dòng)波形具有圓頂形狀。因此，通過(guò) 頻帶E中的振動(dòng)波形，能夠以高精度將由爆震引起的振動(dòng)與由噪聲引起的振動(dòng)區(qū)別開來(lái)。
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參照?qǐng)D4，將進(jìn)一步描述發(fā)動(dòng)機(jī)ECU 200。發(fā)動(dòng)機(jī)ECU 200包括A/D (模擬/數(shù) 字)轉(zhuǎn)換單元400、帶通濾波器(1)410、帶通濾波器(2)420、帶通濾波器(3)430、帶通濾波 器(4)440、帶通濾波器(5)450和積分單元460。 A/D轉(zhuǎn)換單元400將從爆震傳感器300傳送的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。帶通濾 波器(1)410僅使從爆震傳感器300傳送的信號(hào)中的位于第一頻帶A中的信號(hào)通過(guò)。具體 地，在由爆震傳感器300檢測(cè)到的振動(dòng)中，帶通濾波器(1)410僅提取第一頻帶A中的振動(dòng)。
帶通濾波器(2)420僅使從爆震傳感器300傳送的信號(hào)中的位于第二頻帶B中的 信號(hào)通過(guò)。具體地，在由爆震傳感器300檢測(cè)到的振動(dòng)中，帶通濾波器(2)420僅提取第二 頻帶B中的振動(dòng)。 帶通濾波器(3)430僅使從振動(dòng)傳感器300傳送的信號(hào)中的位于第三頻帶C中的 信號(hào)通過(guò)。具體地，在由爆震傳感器300檢測(cè)到的振動(dòng)中，帶通濾波器(3)430僅提取第三 頻帶C中的振動(dòng)。 帶通濾波器(4)440僅使從爆震傳感器300傳送的信號(hào)中的頻帶D的信號(hào)通過(guò)。也 就是說(shuō)，通過(guò)帶通濾波器(4)440，僅從由爆震傳感器300檢測(cè)到的振動(dòng)中提取頻帶D的振 動(dòng)。請(qǐng)注意，帶通濾波器(4)440可以提取第二切向第一徑向模式的頻帶中的振動(dòng)來(lái)代替第 四切向模式的頻帶中的振動(dòng)作為頻帶D的振動(dòng)。 帶通濾波器(5)450僅使從爆震傳感器300傳送的信號(hào)中的頻帶E的信號(hào)通過(guò)。也 就是說(shuō)，通過(guò)帶通濾波器(5)450，僅從由爆震傳感器300檢測(cè)到的振動(dòng)中提取頻帶E的振 動(dòng)。 積分器460以每五度的曲柄角對(duì)由帶通濾波器(1)410至帶通濾波器(5)450中的 每一個(gè)所選擇的信號(hào)即振動(dòng)強(qiáng)度進(jìn)行積分。以下，通過(guò)這種積分獲得的值被稱為積分值。為 每個(gè)頻帶計(jì)算出積分值。 在由積分器460計(jì)算出的積分值中，合成單元470將與曲柄角相對(duì)應(yīng)的頻帶A至 D的積分值相加。在本實(shí)施例中，合成單元470將所計(jì)算出的頻帶A至D的積分值中的每 一個(gè)乘以與每個(gè)頻帶相對(duì)應(yīng)的權(quán)重系數(shù)，并將與曲柄角相對(duì)應(yīng)的頻帶A至D的積分值相加。 以此方式，頻帶A至D的振動(dòng)波形進(jìn)行合成。此外，頻帶E的積分值用作發(fā)動(dòng)機(jī)100的振動(dòng) 波形。 在本實(shí)施例中，將假定與頻帶A相對(duì)應(yīng)的權(quán)重系數(shù)為"0. 5"而與其它頻帶B至D 對(duì)應(yīng)的權(quán)重系數(shù)全部為"1.0"來(lái)給出說(shuō)明。然而，該值不限于這些，并且可以通過(guò)試驗(yàn)等來(lái) 適當(dāng)?shù)剡x擇，只要頻帶A的權(quán)重系數(shù)小于與頻帶B至D相對(duì)應(yīng)的權(quán)重系數(shù)即可。
將圖5所示的頻帶E的振動(dòng)波形與圖6所示的爆震波形模型相比較，判定是否已 發(fā)生爆震。該爆震波形模型是發(fā)動(dòng)機(jī)100發(fā)生爆震時(shí)的并且被預(yù)先確定為發(fā)動(dòng)機(jī)100的振 動(dòng)波形基準(zhǔn)的振動(dòng)波形的模型。該爆震波形模型存儲(chǔ)在發(fā)動(dòng)機(jī)ECU 200的存儲(chǔ)器202中。
在該爆震波形模型中，振動(dòng)幅度由無(wú)量綱數(shù)字0至1表示，并且不與曲柄角一一對(duì) 應(yīng)。更具體而言，對(duì)于本實(shí)施例的爆震波形模型，當(dāng)確定振動(dòng)強(qiáng)度在振動(dòng)強(qiáng)度峰值之后隨著 曲柄角增大而減小時(shí)，不能確定振動(dòng)強(qiáng)度呈現(xiàn)峰值時(shí)的曲柄角。 本實(shí)施例的爆震波形模型與由爆震產(chǎn)生的振動(dòng)的峰值強(qiáng)度之后的振動(dòng)相對(duì)應(yīng)。可 以存儲(chǔ)與由爆震引起的振動(dòng)升高之后的振動(dòng)對(duì)應(yīng)的爆震波形模型。 該爆震波形模型是基于當(dāng)通過(guò)試驗(yàn)等強(qiáng)制發(fā)生爆震時(shí)檢測(cè)到的發(fā)動(dòng)機(jī)100的振
10動(dòng)波形來(lái)預(yù)先形成和存儲(chǔ)的。該爆震波形模型通過(guò)使用發(fā)動(dòng)機(jī)ioo(以下稱為中央特性發(fā) 動(dòng)機(jī))而形成，該發(fā)動(dòng)機(jī)100的尺寸和爆震傳感器300的輸出值是尺寸公差和爆震傳感器 300的輸出公差的中位值。換句話說(shuō)，爆震波形模型是當(dāng)在該中央特性發(fā)動(dòng)機(jī)中強(qiáng)制發(fā)生爆 震時(shí)獲得的振動(dòng)波形。形成爆震波形模型的方法不限于此，并且其可以例如通過(guò)仿真來(lái)形 成。 發(fā)動(dòng)機(jī)ECU 200將所檢測(cè)到的波形與所存儲(chǔ)的爆震波形模型進(jìn)行比較，并判定在 發(fā)動(dòng)機(jī)100中是否已發(fā)生爆震。 在將所檢測(cè)到的波形與所存儲(chǔ)的爆震波形模型進(jìn)行比較時(shí)，計(jì)算頻帶A至D的合 成波形的積分值的最大積分值(峰值)。另外，檢測(cè)頻帶A至D的合成波形中的峰值(曲柄 角)的位置。在下文中，頻帶A至D的合成波形中的峰值位置將被稱作"峰值位置(l)"。
在距離峰值位置(1)的規(guī)定范圍(曲柄角)內(nèi)，檢測(cè)頻帶E中的峰值的位置。在 下文中，頻帶E的峰值位置將被稱作"峰值位置(2)"。 在本實(shí)施例中，在峰值位置(1)之前的范圍內(nèi)檢測(cè)峰值位置(2)。例如，從峰值位 置(1)之前的三個(gè)積分值的位置中檢測(cè)峰值位置(2)。在峰值(1)之前的范圍內(nèi)最大的頻 帶E的積分值的位置被檢測(cè)為峰值位置(2)。峰值位置(2)的檢測(cè)范圍不限于此，并且可以 在峰值位置(1)之后的范圍內(nèi)檢測(cè)。 在所檢測(cè)到的波形與爆震波形模型之間的比較中，對(duì)歸一化后的波形與爆震波形 模型進(jìn)行比較，如圖7所示。這里，歸一化例如指的是通過(guò)將每個(gè)積分值除以所檢測(cè)到的 振動(dòng)波形的最大積分值來(lái)以無(wú)量綱數(shù)字0至1表示振動(dòng)強(qiáng)度。歸一化的方法不限于此。
在本實(shí)施例中，發(fā)動(dòng)機(jī)ECU 200計(jì)算表示歸一化后的振動(dòng)波形與爆震判定模型的 相似度(表示振動(dòng)波形與爆震判定模型之間的偏差)的相關(guān)系數(shù)K。使歸一化后的振動(dòng)波 形的振動(dòng)強(qiáng)度出現(xiàn)峰值的時(shí)刻與爆震波形模型的振動(dòng)強(qiáng)度出現(xiàn)峰值的時(shí)刻相一致，并且在 該狀態(tài)下，(以每5度) 一個(gè)曲柄角接著一個(gè)曲柄角地計(jì)算歸一化后的振動(dòng)波形的強(qiáng)度與 爆震波形模型的強(qiáng)度之差(偏差量)的絕對(duì)值，由此計(jì)算相關(guān)系數(shù)K。能夠以不同于5度的 曲柄角、一個(gè)曲柄角接著一個(gè)曲柄角地計(jì)算振動(dòng)波形的強(qiáng)度與爆震波形模型的強(qiáng)度之差的 絕對(duì)值。 利用AS(I)(其中I是自然數(shù))表示針對(duì)每個(gè)曲柄角的歸一化后的振動(dòng)波形與爆 震波形模型之差的絕對(duì)值，并且利用S表示在每個(gè)曲柄角處爆震波形模型的振動(dòng)強(qiáng)度與正 基準(zhǔn)值之差的總和，B卩，不低于基準(zhǔn)值的強(qiáng)度所占的爆震波形模型的面積。相關(guān)系數(shù)K計(jì)算 如下 <formula>formula see original document page 11</formula>
其中E AS(I)表示將振動(dòng)波形與爆震振動(dòng)波形相比較時(shí)曲柄角處的AS(I)的總 和。作為用于計(jì)算爆震波形模型的面積S的基準(zhǔn)值，使用曲柄角范圍內(nèi)的振動(dòng)波形的強(qiáng)度 的最小值，其中在該曲柄角范圍內(nèi)，執(zhí)行與爆震波形模型的比較并且計(jì)算振動(dòng)波形的強(qiáng)度 與爆震波形模型的強(qiáng)度之差。也可以使用除振動(dòng)波形的最小強(qiáng)度值以外的值作為基準(zhǔn)值， 只要該值是正的即可。請(qǐng)注意，可以通過(guò)不同的方法來(lái)計(jì)算相關(guān)系數(shù)K。
另外，發(fā)動(dòng)機(jī)ECU 200基于在頻帶A至D的合成波形中的預(yù)定曲柄角(從0至90 度)的積分值(以下稱為90度積分值)來(lái)計(jì)算爆震強(qiáng)度N。當(dāng)利用P表示90度積分值并 且利用BGL(背景水平)表示在發(fā)動(dòng)機(jī)100沒(méi)有發(fā)生爆震時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)100的振動(dòng)強(qiáng)度，爆震強(qiáng)度N通過(guò)方程式N = P/BGL來(lái)計(jì)算。通過(guò)仿真或試驗(yàn)來(lái)預(yù)先確定BGL，并將BGL存儲(chǔ)在ROM 202中。請(qǐng)注意，可以通過(guò)不同的方法來(lái)計(jì)算爆震強(qiáng)度N。 在本實(shí)施例中，發(fā)動(dòng)機(jī)ECU 200將所計(jì)算出的爆震強(qiáng)度N與存儲(chǔ)在ROM 202中的 判定值V(KX)相比較，并進(jìn)一步將所檢測(cè)到的波形與所存儲(chǔ)的爆震波形模型相比較，來(lái)為 每一次點(diǎn)火循環(huán)判定在發(fā)動(dòng)機(jī)100中是否已發(fā)生爆震。 如圖8所示，對(duì)于使用發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速NE和進(jìn)氣量KL作為參數(shù)、按照運(yùn)行狀態(tài)劃分 的每個(gè)范圍，判定值V(KX)被存儲(chǔ)為映射。在本實(shí)施例中，通過(guò)根據(jù)低速(NE〈NE(1))、中 速(NE(l)《NE < NE(2))、高速(NE(2)《NE)、低負(fù)荷(KL < KL(1))、中負(fù)荷(KL(l)《KL <KL(2))和高負(fù)荷(KL(2)《KL)的劃分為每個(gè)氣缸設(shè)置九個(gè)范圍。范圍的數(shù)目不限于此。 另外，可以使用除發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速NE和進(jìn)氣量KL以外的參數(shù)來(lái)劃分范圍。
在發(fā)動(dòng)機(jī)100或該車輛裝運(yùn)時(shí)，通過(guò)試驗(yàn)等預(yù)先確定的值用作存儲(chǔ)在ROM 202中 的判定值V(KX)(裝運(yùn)時(shí)的初始判定值V(KX))。取決于爆震傳感器300的輸出值的變化或 爆震傳感器300的退化，即使在發(fā)動(dòng)機(jī)100中發(fā)生的振動(dòng)是相同的，所檢測(cè)到的強(qiáng)度也可能 不同。在該情形中，必須校正判定值V(KX)并使用對(duì)實(shí)際檢測(cè)到的強(qiáng)度而言適當(dāng)?shù)呐卸ㄖ?V(KX)來(lái)判定是否已發(fā)生爆震。 因此，在本實(shí)施例中，基于表示通過(guò)對(duì)強(qiáng)度V的對(duì)數(shù)變換而獲得的強(qiáng)度值LOG(V) 與每個(gè)強(qiáng)度值LOG(V)的檢測(cè)頻率(次數(shù)或概率)來(lái)計(jì)算爆震判定水平V(KD)。
對(duì)于以發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速NE和進(jìn)氣量KL作為參數(shù)而限定的每一個(gè)范圍，計(jì)算出強(qiáng)度值 LOG(V)。用于計(jì)算強(qiáng)度值LOG(V)的強(qiáng)度V是頻帶A至D的合成波形的預(yù)定曲柄角之間的積 分值(從0至90度的積分值)?；谒?jì)算出的強(qiáng)度值LOG(V)，計(jì)算從最小值累積的強(qiáng)度 值LOG(V)的頻率達(dá)到50X時(shí)的中值V(50)。另外，計(jì)算不大于中值V(50)的強(qiáng)度值LOG(V) 的標(biāo)準(zhǔn)偏差o 。例如，在本實(shí)施例中，通過(guò)下面的方法一個(gè)點(diǎn)火循環(huán)接著一個(gè)點(diǎn)火循環(huán)地計(jì) 算中值V(50)和標(biāo)準(zhǔn)偏差o ，該中值V(50)和標(biāo)準(zhǔn)偏差o與基于多個(gè)(例如200個(gè)循環(huán)) 強(qiáng)度值LOG(V)計(jì)算出的中值和標(biāo)準(zhǔn)偏差近似。 如果當(dāng)前檢測(cè)到的強(qiáng)度值LOG(V)大于上次計(jì)算出的中值V(50)，則把通過(guò)將預(yù)定 值C(l)與上次計(jì)算出的中值V(50)相加而獲得的值設(shè)定為本次的中值V(50)。相反，如果 當(dāng)前檢測(cè)到的強(qiáng)度值LOG(V)小于次計(jì)算出的中值V(50)，則把通過(guò)從上次計(jì)算出的中值 V(50)減去預(yù)定值C(2)(例如，值C(2)可以與C(l)相同)而獲得的值設(shè)定為本次的中值 V(50)。 如果本次檢測(cè)到的強(qiáng)度值LOG(V)小于上次計(jì)算出的中值V(50)但大于通過(guò)從上 次計(jì)算出的中值V(50)減去上次計(jì)算出的標(biāo)準(zhǔn)偏差o而獲得的值，則將通過(guò)從上次計(jì)算出 的標(biāo)準(zhǔn)偏差減去雙倍的預(yù)定值C(3)而獲得的值設(shè)定為本次的標(biāo)準(zhǔn)偏差o 。相反，如果當(dāng) 前檢測(cè)到的強(qiáng)度值LOG(V)大于上次計(jì)算出的中值V(50)，或者，如果其小于通過(guò)從上次計(jì) 算出的中值V(50)減去上次計(jì)算出的標(biāo)準(zhǔn)偏差o而獲得的值，則把通過(guò)將預(yù)定值C(4)(例 如，值C(4)可以與C(3)相同)與上次計(jì)算出的標(biāo)準(zhǔn)偏差o相加而獲得的值設(shè)定為本次的 標(biāo)準(zhǔn)偏差o 。可以通過(guò)其它方法來(lái)計(jì)算中值V(50)和標(biāo)準(zhǔn)偏差o 。另外，中值V(50)和標(biāo) 準(zhǔn)偏差o的初始值可以是預(yù)設(shè)值或"O"。 使用中值V (50)和標(biāo)準(zhǔn)偏差o來(lái)計(jì)算爆震判定水平V (KD)。如圖9所示，通過(guò)將 系數(shù)U(l) (U(l)為常量，例如U(l) = 3)和標(biāo)準(zhǔn)偏差o的乘積與中值V(50)相加而獲得的
12值被設(shè)定為爆震判定水平V(KD)。可以通過(guò)不同的方法來(lái)計(jì)算爆震判定水平V(KD)。
將大于爆震判定水平V(KD)的強(qiáng)度值L0G(V)的比率(頻率)判定為爆震頻率，并 作為爆震占有率KC。 如果爆震占有率KC大于閾值KC(O)，則對(duì)判定值V(KX)進(jìn)行校正以使其減小預(yù)定 校正量，使得延遲點(diǎn)火正時(shí)的頻率增大。校正過(guò)的判定值V(KX)存儲(chǔ)在SRAM中。
如果爆震占有率KC小于閾值KC(O)，則對(duì)判定值V(KX)進(jìn)行校正以使其增大預(yù)定 校正量，使得提前點(diǎn)火正時(shí)的頻率增大。 系數(shù)U(l)是從通過(guò)試驗(yàn)等獲得的數(shù)據(jù)和知識(shí)中得到的系數(shù)。大于U(l) = 3時(shí)的 爆震判定水平的強(qiáng)度值LOG(V)基本上等于實(shí)際發(fā)生爆震時(shí)點(diǎn)火循環(huán)的強(qiáng)度值LOG(V)?？?以使用除了 "3"以外的值作為系數(shù)U(l)。 基于多個(gè)強(qiáng)度值LOG(V)的頻率分布是基于在頻帶A至D的每一個(gè)中的多個(gè)振動(dòng) 強(qiáng)度的頻率分布而獲得的。具體地，基于多個(gè)強(qiáng)度值LOG(V)的頻率分布是基于在頻帶A至 D中的多個(gè)振動(dòng)強(qiáng)度的頻率分布的總和而獲得的。 如果與頻帶A相對(duì)應(yīng)的權(quán)重系數(shù)被設(shè)定為"O. 5"，則頻帶A中的多個(gè)振動(dòng)強(qiáng)度的 頻率分布的中值可能偏離其它頻帶B至D中的多個(gè)振動(dòng)強(qiáng)度的頻率分布的中值。另外，在 頻帶A至D中檢測(cè)到的輸出強(qiáng)度不同。另外，在這些頻帶中，一些易受爆震的重疊影響，而 另一些不易受到影響。因此，所得到的強(qiáng)度值LOG(V)的頻率分布的精度可能惡化。因此， 在本實(shí)施例中，基于頻帶A至D的振動(dòng)強(qiáng)度頻率分布的強(qiáng)度的中值來(lái)分別校正與頻帶A至 D相對(duì)應(yīng)的頻率分布。 具體地，如果頻帶A至D的頻率分布如圖10所示，則使用頻帶A至D的中值的平 均值作為基準(zhǔn)值來(lái)校正頻率分布。具體地，使用頻帶A至D中的每一個(gè)的中值與中值平均 值之間的偏差量來(lái)校正頻帶A至D的頻率分布。 例如，假定在頻帶A的頻率分布中計(jì)算出的中值是Va(50)，而頻帶A至D的中值 的平均值是Vm(50)。這里，中值平均值與頻帶A的頻率分布的中值之間的偏差量被給定為 Vm(50)-Va(50)。因此，通過(guò)將偏差量Vm(50)-Va (50)與頻帶A的頻率分布的每個(gè)強(qiáng)度值相 加，將頻帶A的頻率分布的中值校正為Vm(50)。類似地，為頻帶B至D的頻率分布而計(jì)算出 的中值Vb(50)、 Vc(50)和Vd(50)被校正為Vm(50)。以此方式，將頻帶A至D的頻率分布 的平均值校正為基本上彼此相等，如圖11所示?；陬l帶A至D的校正過(guò)的頻率分布，獲 得了多個(gè)振動(dòng)強(qiáng)度值LOG(V)的頻率分布，因此能夠防止精度的惡化。 參照?qǐng)D12，將描述由作為根據(jù)本實(shí)施例的爆震判定裝置的發(fā)動(dòng)機(jī)ECU 200執(zhí)行的 用于判定是否已發(fā)生爆震并由此一個(gè)點(diǎn)火循環(huán)接著一個(gè)點(diǎn)火循環(huán)地控制點(diǎn)火正時(shí)的程序 的控制結(jié)構(gòu)。在步驟(以下表示為S) 100中，發(fā)動(dòng)機(jī)ECU 200基于從曲柄位置傳感器306傳送 的信號(hào)來(lái)檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速NE，并基于從空氣流量計(jì)314傳送的信號(hào)來(lái)檢測(cè)進(jìn)氣量KL。
在S 102中，發(fā)動(dòng)機(jī)ECU 200通過(guò)從爆震傳感器300傳送的信號(hào)來(lái)檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)100 的振動(dòng)強(qiáng)度。該振動(dòng)強(qiáng)度由從爆震傳感器300輸出的電壓值表示。請(qǐng)注意，該振動(dòng)強(qiáng)度可 以由與爆震傳感器300輸出的電壓值相對(duì)應(yīng)的值表示。在燃燒行程中針對(duì)從上止點(diǎn)至90° 的角度(90°的曲柄角)檢測(cè)振動(dòng)強(qiáng)度。 在S104中，發(fā)動(dòng)機(jī)ECU 200為每五度的曲柄角(僅對(duì)每5度進(jìn)行積分)計(jì)算從爆震傳感器300輸出的電壓的積分值(g卩，表示振動(dòng)強(qiáng)度)。 一個(gè)頻帶接著一個(gè)頻帶地計(jì)算該 積分值。此時(shí)，將頻帶A至D的積分值乘以與各個(gè)頻帶相對(duì)應(yīng)的權(quán)重系數(shù)，并與曲柄角對(duì)應(yīng) 地相加(合成出波形)。另外，計(jì)算頻帶E的積分值，由此檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)100的振動(dòng)波形。
在S106中，發(fā)動(dòng)機(jī)ECU 200計(jì)算頻帶A至D的合成波形的90度積分值。在S108 中，發(fā)動(dòng)機(jī)ECU 200計(jì)算在頻帶A至D的合成波形的積分值中的最大積分值(峰值)。在 S110中，檢測(cè)出頻帶A至D的合成波形的峰值位置(1)。 在S112中，發(fā)動(dòng)機(jī)ECU 200在離峰值位置(曲柄角)的預(yù)定范圍內(nèi)檢測(cè)出頻帶E 中的峰值位置(2)。 在S114中，發(fā)動(dòng)機(jī)ECU 200使頻帶E的積分值(發(fā)動(dòng)機(jī)100的振動(dòng)波形)歸一化。 這里，歸一化例如指的是通過(guò)將每個(gè)積分值除以在S108中計(jì)算出的峰值來(lái)以無(wú)量綱數(shù)字 0至1表示振動(dòng)強(qiáng)度。歸一化的方法不限于此，例如，每個(gè)積分值可以除以峰值位置(2)處 的積分值。 在S116中，發(fā)動(dòng)機(jī)ECU 200計(jì)算相關(guān)系數(shù)K，該相關(guān)系數(shù)K為與歸一化后的振動(dòng)波 形和爆震波形模型之間的偏差相關(guān)的值。使峰值位置(2)與爆震波形模型的振動(dòng)強(qiáng)度出現(xiàn) 峰值的位置(時(shí)刻)相一致，并且在該狀態(tài)下，(以每5度) 一個(gè)曲柄角接著一個(gè)曲柄角地 計(jì)算歸一化后的振動(dòng)波形的強(qiáng)度與爆震波形模型的強(qiáng)度之差(偏差量)的絕對(duì)值，由此計(jì) 算相關(guān)系數(shù)K。 當(dāng)利用AS(I)(其中I為自然數(shù))表示每個(gè)曲柄角的歸一化后的振動(dòng)波形與爆震 波形模型之差的絕對(duì)值且利用S表示通過(guò)按照曲柄角對(duì)爆震波形模型的振動(dòng)強(qiáng)度進(jìn)行積 分而獲得的值(爆震波形模型的面積)時(shí)，通過(guò)方程式K二 (S-E AS(I))/S來(lái)計(jì)算相關(guān) 系數(shù)K，其中E AS(I)表示AS(I)的總和?？梢酝ㄟ^(guò)不同的方法來(lái)計(jì)算相關(guān)系數(shù)K。
在S118中，發(fā)動(dòng)機(jī)ECU 200將所述90度積分值除以BGL，并計(jì)算爆震強(qiáng)度N。在 S120中，發(fā)動(dòng)機(jī)ECU 200判定相關(guān)系數(shù)K是否大于閾值K(0)以及爆震強(qiáng)度N是否大于判定 值V(KX)。如果相關(guān)系數(shù)K大于閾值K(O)并且爆震強(qiáng)度N大于判定值V(KX)(在S120處為 "是")，則該處理前進(jìn)到S122。如果不是這樣(在S120處為"否")，則該處理前進(jìn)到S126。
這里，上述方程式(1)能夠修改為
K = 1- E AS(I)/S. (2)。
另外，方程式(2)能夠修改為
E AS(I)/S = l-K. (3)。 因此，相關(guān)系數(shù)K大于閾值K(O)意味著E AS(I)/S小于l-K(O)。在S 122中，發(fā)動(dòng)機(jī)ECU 200判定在發(fā)動(dòng)機(jī)100中已發(fā)生爆震。在S124中，發(fā)動(dòng)
機(jī)ECU 200將點(diǎn)火正時(shí)延遲。 在S126中，發(fā)動(dòng)機(jī)ECU 200判定尚未發(fā)生爆震。在S128中，發(fā)動(dòng)機(jī)ECU 200將點(diǎn) 火正時(shí)提前。 將基于上述構(gòu)造和流程圖來(lái)描述作為根據(jù)本實(shí)施例的爆震判定裝置的發(fā)動(dòng)機(jī)ECU 200的操作。 當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)100處于運(yùn)行中時(shí)，基于從曲柄位置傳感器306傳送的信號(hào)來(lái)檢測(cè)發(fā)動(dòng) 機(jī)轉(zhuǎn)速NE，并且基于從空氣流量計(jì)314傳送的信號(hào)來(lái)檢測(cè)進(jìn)氣量KL (S100)。進(jìn)一步，基于 從爆震傳感器300傳送的信號(hào)來(lái)檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)100的振動(dòng)強(qiáng)度(S102)。
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在燃燒行程中從上止點(diǎn)到90°的范圍內(nèi)，為頻帶A至E中的每一個(gè)的振動(dòng)計(jì)算每 五度的積分值(S104)。 此時(shí)，將頻帶A至D的積分值乘以與各個(gè)頻帶A至D相對(duì)應(yīng)的預(yù)定系數(shù)，并將其相 加，由此合成了振動(dòng)波形，如圖13中的點(diǎn)劃線所示。進(jìn)一步，由圖13中的實(shí)線表示的頻帶E 的積分值用作發(fā)動(dòng)機(jī)100的振動(dòng)波形。進(jìn)一步，計(jì)算出頻帶A至D的90度積分值(S106)。
由于使用為每五度設(shè)置的積分值來(lái)檢測(cè)振動(dòng)波形，所以能夠檢測(cè)其中抑制了細(xì)小 變化的振動(dòng)波形。這使得更易于將檢測(cè)到的振動(dòng)波形與爆震波形模型相比較。
使用所計(jì)算出的積分值來(lái)計(jì)算頻帶A至D的合成波形中的積分值的峰值P(S108)。 檢測(cè)峰值P的位置或峰值位置(1) (SllO)。這里，如圖13所示，假定峰值位置(1)為從左邊 數(shù)第六個(gè)位置(25-30度的積分值的位置)。 從峰值位置(1)之前的三個(gè)積分值(從左邊起第四至第六個(gè)積分值)的位置中檢 測(cè)峰值位置(2)(S112)。更具體地，在頻帶E中的從左邊起第四、第五和第六個(gè)積分值的位 置中，將大于兩個(gè)鄰近積分值的積分值的位置檢測(cè)為峰值位置(2)。 這里，如圖13所示，從左邊數(shù)第五個(gè)積分值大于兩個(gè)鄰近積分值(從左邊起第四 至第六個(gè)積分值)。因此，將從左邊數(shù)第五個(gè)積分值的位置檢測(cè)為峰值位置(2)。
將頻帶E的積分值除以頻帶A至D的合成波形中的峰值P，以使振動(dòng)波形歸一化 (S114)。 通過(guò)歸一化，振動(dòng)波形的振動(dòng)強(qiáng)度由無(wú)量綱數(shù)字0至1表示。因此，能夠與振動(dòng)強(qiáng) 度無(wú)關(guān)地將檢測(cè)到的振動(dòng)波形與爆震波形模型相比較。這能夠減少存儲(chǔ)與振動(dòng)強(qiáng)度相對(duì)應(yīng) 的大量爆震波形模型的必要，因此有利于制作爆震波形模型。 使振動(dòng)強(qiáng)度達(dá)到歸一化后的振動(dòng)波形的最高處即峰值位置(2)的時(shí)刻與振動(dòng)強(qiáng) 度達(dá)到爆震波形模型的最高處的時(shí)刻相一致，并且在該狀態(tài)下，為每個(gè)曲柄角計(jì)算歸一化 后的振動(dòng)波形與爆震波形模型之間的偏差的絕對(duì)值A(chǔ)S(I)。基于AS(I)的總和E AS(I) 和表示按照曲柄角對(duì)振動(dòng)波形的振動(dòng)強(qiáng)度進(jìn)行積分的值S，將相關(guān)系數(shù)K計(jì)算為K = (S-E AS(I))/S(S116)。這允許用數(shù)字表示且客觀地判定所檢測(cè)到的振動(dòng)波形與爆震波 形模型之間的一致程度。進(jìn)一步，通過(guò)振動(dòng)波形與爆震波形模型之間的比較，能夠從諸如振 動(dòng)衰減傾向等的振動(dòng)行為中分析該振動(dòng)是否源自爆震。 進(jìn)一步，將90度積分值P除以BGL，由此計(jì)算爆震強(qiáng)度N(S118)。如果相關(guān)系數(shù) K大于預(yù)定值并且爆震強(qiáng)度N大于判定值V(KX)(在S120中為"是")，則判定已發(fā)生爆震 (S122)，并將點(diǎn)火正時(shí)延遲(S124)。這防止了爆震。 如果不滿足相關(guān)系數(shù)K大于預(yù)定值且爆震強(qiáng)度N大于預(yù)定值V(KX)的條件(在 S120中為"否")，則判定尚未發(fā)生爆震(S126)，并且將點(diǎn)火正時(shí)提前(S128)。以此方式，通 過(guò)比較爆震強(qiáng)度N和判定值V(KX)， 一個(gè)點(diǎn)火循環(huán)接著一個(gè)點(diǎn)火循環(huán)地判定是否已發(fā)生爆 震，并且相應(yīng)地將點(diǎn)火正時(shí)延遲或提前。 如上所述，在根據(jù)本實(shí)施例的爆震判定裝置中，如果使得受除爆震以外的噪聲的 重疊影響更大并易于與爆震相對(duì)應(yīng)的振動(dòng)重疊的頻帶(例如，第一切向模式的頻帶)中的 振動(dòng)的權(quán)重更小，則能夠減少在判定爆震中噪聲的影響。因此，防止了由受噪聲影響的頻帶 中的振動(dòng)引起的對(duì)爆震的錯(cuò)誤判定，同時(shí)使用易于與爆震相對(duì)應(yīng)的振動(dòng)重疊的頻帶中的振 動(dòng)能夠進(jìn)行爆震判定，由此能夠減少錯(cuò)誤判定。因此，能夠提供可以減少對(duì)爆震的錯(cuò)誤判定的、用于內(nèi)燃機(jī)的爆震判定裝置和爆震判定方法。 由于權(quán)重的任何改變或者取決于爆震特有的振動(dòng)在每個(gè)頻帶上重疊的容易性，每
個(gè)頻帶的頻率分布的中值均可能偏離其它頻帶的振動(dòng)強(qiáng)度的頻率分布的中值。因此，使用
每個(gè)頻帶的振動(dòng)強(qiáng)度頻率分布的中值的平均值作為基準(zhǔn)來(lái)校正頻率分布，由此抑制頻率分
布中的中值偏離對(duì)所檢測(cè)到的振動(dòng)強(qiáng)度的影響，并且能夠減少對(duì)爆震的錯(cuò)誤判定。 在本實(shí)施例中，通過(guò)使得第一切向模式的頻帶中的振動(dòng)的權(quán)重更小，減小了噪聲
對(duì)爆震判定的影響?？商娲鼗蛘吡硗獾?，可以改變所述權(quán)重，使得由于除爆震以外的噪聲
的重疊而對(duì)爆震判定的影響小于規(guī)定程度且易于與爆震相對(duì)應(yīng)的振動(dòng)重疊的頻帶的振動(dòng)
強(qiáng)度的比率增大。也通過(guò)此方法，能夠減小在判定爆震中噪聲的影響，因此，能夠防止對(duì)爆
震的錯(cuò)誤判定。由于除爆震以外的噪聲的重疊而對(duì)爆震判定的影響小于規(guī)定程度且易于與
爆震相對(duì)應(yīng)的振動(dòng)重疊的頻帶是例如第三切向模式的頻帶。例如，第三切向模式的頻帶的
權(quán)重系數(shù)可以增大到大于"l. 0"的值(例如為"2. 0")。 如這里已經(jīng)描述的實(shí)施例僅僅是示例，不應(yīng)該解釋為限制性的。本發(fā)明的范圍由 對(duì)實(shí)施例的書面描述進(jìn)行適當(dāng)考慮的每條權(quán)利要求來(lái)決定，并包含位于權(quán)利要求中語(yǔ)言的 含義范圍內(nèi)并與其等同的變型。
1權(quán)利要求
一種用于內(nèi)燃機(jī)的爆震判定裝置，包括檢測(cè)單元(300)，所述檢測(cè)單元(300)檢測(cè)所述內(nèi)燃機(jī)(100)的振動(dòng)；和判定單元(200)，所述判定單元(200)連接到所述檢測(cè)單元(300)；其中所述判定單元(200)從所述檢測(cè)到的振動(dòng)中分別提取與爆震相對(duì)應(yīng)的多個(gè)預(yù)定頻帶的振動(dòng)，改變所提取的所述多個(gè)頻帶的振動(dòng)強(qiáng)度的權(quán)重，使得減小除爆震以外的噪聲的影響，基于所述多個(gè)頻帶的振動(dòng)強(qiáng)度來(lái)檢測(cè)預(yù)定曲柄角間隔的振動(dòng)波形，并且使用所述檢測(cè)到的振動(dòng)波形來(lái)判定在所述內(nèi)燃機(jī)(100)中是否已發(fā)生爆震。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于內(nèi)燃機(jī)的爆震判定裝置，其中所述判定單元(200)改變所述權(quán)重，使得在所提取的所述多個(gè)頻帶的振動(dòng)強(qiáng)度中，由 于除爆震以外的噪聲的重疊而對(duì)爆震判定的影響大于規(guī)定程度的至少一個(gè)頻帶的振動(dòng)強(qiáng) 度的比率減小。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于內(nèi)燃機(jī)的爆震判定裝置，其中 所述多個(gè)頻帶的所述振動(dòng)包括第一切向模式的頻帶的振動(dòng)；并且所述判定單元(200)改變所述權(quán)重，使得第一切向模式的頻帶中的振動(dòng)強(qiáng)度的權(quán)重小 于其它頻帶中的振動(dòng)強(qiáng)度的權(quán)重。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于內(nèi)燃機(jī)的爆震判定裝置，其中所述判定單元(200)改變所述權(quán)重，使得在所提取的所述多個(gè)頻帶的振動(dòng)強(qiáng)度中，由 于除爆震以外的噪聲的重疊而對(duì)爆震判定的影響小于規(guī)定程度的至少一個(gè)頻帶的振動(dòng)的 比率增大。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于內(nèi)燃機(jī)的爆震判定裝置，其中 所述多個(gè)頻帶的所述振動(dòng)包括第三切向模式的頻帶的振動(dòng)；并且所述判定單元(200)改變所述權(quán)重，使得第三切向模式的頻帶中的振動(dòng)強(qiáng)度的權(quán)重大 于其它頻帶中的振動(dòng)強(qiáng)度的權(quán)重。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于內(nèi)燃機(jī)的爆震判定裝置，其中基于所述多個(gè)頻帶的所述振動(dòng)強(qiáng)度的頻率分布的強(qiáng)度中值，所述判定單元(200)校正 所述頻率分布，并且除了所述檢測(cè)到的振動(dòng)波形之外，還使用所述校正過(guò)的頻率分布來(lái)判定在所述內(nèi)燃機(jī) (100)中是否已發(fā)生爆震。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于內(nèi)燃機(jī)的爆震判定裝置，其中所述判定單元(200)使用所述多個(gè)頻帶的所述振動(dòng)強(qiáng)度的頻率分布的強(qiáng)度中值的平 均值作為基準(zhǔn)來(lái)校正所述頻率分布。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于內(nèi)燃機(jī)的爆震判定裝置，其中所述判定單元(200)基于所述多個(gè)頻帶的所述振動(dòng)強(qiáng)度的預(yù)定曲柄角之間的積分值 的總和來(lái)計(jì)算爆震強(qiáng)度，并且基于所述計(jì)算出的爆震強(qiáng)度與預(yù)定判定值之間的比較結(jié)果來(lái)判定在所述內(nèi)燃機(jī)(100) 中是否已發(fā)生爆震。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的用于內(nèi)燃機(jī)的爆震判定裝置，其中 除了所述爆震強(qiáng)度的比較結(jié)果之外，所述判定單元(200)還基于所述檢測(cè)到的振動(dòng)波形與作為所述內(nèi)燃機(jī)(100)的振動(dòng)波形基準(zhǔn)的預(yù)定波形模型之間的比較結(jié)果來(lái)判定在所 述內(nèi)燃機(jī)(100)中是否已發(fā)生爆震。
10. —種用于內(nèi)燃機(jī)的爆震判定方法，包括以下步驟 檢測(cè)所述內(nèi)燃機(jī)(100)的振動(dòng)；從所述檢測(cè)到的振動(dòng)中提取與爆震相對(duì)應(yīng)的預(yù)定的多個(gè)頻帶的振動(dòng)； 改變所提取的所述多個(gè)頻帶的振動(dòng)強(qiáng)度的權(quán)重，使得減小除爆震以外的噪聲的影響； 基于所述多個(gè)頻帶的振動(dòng)強(qiáng)度來(lái)檢測(cè)預(yù)定曲柄角間隔的振動(dòng)波形；以及 使用所述檢測(cè)到的振動(dòng)波形來(lái)判定在所述內(nèi)燃機(jī)(100)中是否已發(fā)生爆震。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的用于內(nèi)燃機(jī)的爆震判定方法，其中所述改變步驟改變所述權(quán)重，使得在所提取的所述多個(gè)頻帶的振動(dòng)強(qiáng)度中，由于除爆 震以外的噪聲的重疊而對(duì)爆震判定的影響大于規(guī)定程度的至少一個(gè)頻帶的振動(dòng)強(qiáng)度的比 率減小。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的用于內(nèi)燃機(jī)的爆震判定方法，其中 所述多個(gè)頻帶的所述振動(dòng)包括第一切向模式的頻帶的振動(dòng)；并且所述改變步驟改變所述權(quán)重，使得第一切向模式的頻帶中的振動(dòng)強(qiáng)度的權(quán)重小于其它 頻帶中的振動(dòng)強(qiáng)度的權(quán)重。
13. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的用于內(nèi)燃機(jī)的爆震判定方法，其中所述改變步驟改變所述權(quán)重，使得在所提取的所述多個(gè)頻帶的振動(dòng)強(qiáng)度中，由于除爆 震以外的噪聲的重疊而對(duì)爆震判定的影響小于規(guī)定程度的至少一個(gè)頻帶的振動(dòng)的比率增 大。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的用于內(nèi)燃機(jī)的爆震判定方法，其中 所述多個(gè)頻帶的所述振動(dòng)包括第三切向模式的頻帶的振動(dòng)；并且所述改變步驟改變所述權(quán)重，使得第三切向模式的頻帶中的振動(dòng)強(qiáng)度的權(quán)重大于其它 頻帶中的振動(dòng)強(qiáng)度的權(quán)重。
15. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的用于內(nèi)燃機(jī)的爆震判定方法，還包括以下步驟 基于所述多個(gè)頻帶的所述振動(dòng)強(qiáng)度的頻率分布的強(qiáng)度中值來(lái)校正所述頻率分布；其中 除了所述檢測(cè)到的振動(dòng)波形之外，所述判定步驟還使用所述校正過(guò)的頻率分布來(lái)判定在所述內(nèi)燃機(jī)(100)中是否已發(fā)生爆震。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的用于內(nèi)燃機(jī)的爆震判定方法，其中所述校正步驟使用所述多個(gè)頻帶的所述振動(dòng)強(qiáng)度的頻率分布的強(qiáng)度中值的平均值作 為基準(zhǔn)來(lái)校正所述頻率分布。
17. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的用于內(nèi)燃機(jī)的爆震判定方法，其中 所述判定步驟包括以下步驟基于所述多個(gè)頻帶的所述振動(dòng)強(qiáng)度的預(yù)定曲柄角之間的積分值的總和來(lái)計(jì)算爆震強(qiáng) 度；以及基于所述計(jì)算出的爆震強(qiáng)度與預(yù)定判定值之間的比較結(jié)果來(lái)對(duì)在所述內(nèi)燃機(jī)(100) 中是否已發(fā)生爆震做出判定。
18. 根據(jù)權(quán)利要求10至17中任一項(xiàng)所述的用于內(nèi)燃機(jī)的爆震判定方法，其中 除了所述爆震強(qiáng)度的比較結(jié)果之外，所述判定步驟還基于所述檢測(cè)到的振動(dòng)波形與作為所述內(nèi)燃機(jī)(100)的振動(dòng)波形基準(zhǔn)的預(yù)定波形模型之間的比較結(jié)果來(lái)判定在所述內(nèi)燃 機(jī)(100)中是否已發(fā)生爆震。
全文摘要
發(fā)動(dòng)機(jī)ECU執(zhí)行包括以下步驟的程序從由爆震傳感器檢測(cè)到的振動(dòng)中提取多個(gè)頻帶的振動(dòng)強(qiáng)度，將所提取的每個(gè)頻帶的振動(dòng)強(qiáng)度乘以權(quán)重系數(shù)，并與曲柄角相對(duì)應(yīng)地將這些結(jié)果相加來(lái)計(jì)算每五度的積分值(S104)；基于頻帶E的振動(dòng)波形與預(yù)先制作的爆震波形模型之間的比較結(jié)果來(lái)計(jì)算相關(guān)系數(shù)K(S116)；計(jì)算爆震強(qiáng)度N(S118)；根據(jù)所計(jì)算出的相關(guān)系數(shù)K和爆震強(qiáng)度N來(lái)判定爆震的發(fā)生(S122)；以及根據(jù)所計(jì)算出的相關(guān)系數(shù)K和爆震強(qiáng)度N來(lái)判定爆震沒(méi)有發(fā)生(S126)。
文檔編號(hào)G01L23/22GK101796380SQ200880105489
公開日2010年8月4日 申請(qǐng)日期2008年7月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月3日
發(fā)明者千田健次, 吉原正朝, 山迫靖廣, 竹村優(yōu)一, 笠島健司, 花井紀(jì)仁, 金子理人 申請(qǐng)人:豐田自動(dòng)車株式會(huì)社