Hermann, Stefan (Parkstrasse 12 Köfering, D-93096, DE)
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT (Postfach 22 16 34 München, D-80506, DE)
| 1. | Verfahren zur Auswertung von Klopfsignalen (U1) wenigstens eines an einer Brennkraftmaschine angeordneten Klopfsensors (1) durch Korrelationsfilterung in einer Auswerteschaltung (2), wobei jedes Klopfsignal (Ul) in einem ersten Multipli zierer (M1) mit einem ersten Korrelationssignal (U2) und in einem zweiten Multiplizierer (M2) mit einem zweiten, zu dem ersten um 90° phasenverschobenen Korrelationssignal (U3) mul tipliziert wird, wobei die Ausgangssignale beider Multipli zierer (M1, M2) gleichgerichtet und addiert werden und das Summensignal tiefpaßgefiltert wird, und wobei der Pegel des tiefpaßgefilterten Summensignals (Uout) ein Maß für die Größe des Klopfanteils (UK) des Klopfsignals (U1) ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Korrelationssignale (U2, U3) digitale, frequenzmodu lierte Signale mit konstantem Frequenzhub und variabler Wob belzeit sind. |
| 2. | Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrelationssignale (U2, U3) als Funktionen von Parametern wie Motordrehzahl, Zündzeitpunkt und Klopffrequenz sowie deren Frequenzhub in Kennfeldern eines Microcontrollers (uC) ge speichert sind und mittels eines SoftwareProgramms ausgele sen und den beiden Multiplizierern (M1, M2) zugeführt werden. |
| 3. | Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrelationssignale (U2, U3) der Auswerteschaltung (2) ab dem Zeitpunkt des maximalen Brennraumdrucks in einem Zy linder der Brennkraftmaschine zugeführt werden. |
Das Klopfsignal ist ein mit dem Motozyklus synchron verlau- fendes, frequenzmoduliertes Sinussignal und entsteht nur wäh- rend der Expansionsphase. Die Trägerfrequenz ist annähernd eine motorabhängige Größe.
Bei nahezu allen bekannten Klopferkennungseinrichtungen wird das aus dem Klopfsensor kommende Signal mit einem Bandpaß ge- filtert und anschließend gleichgerichtet.
Diese Methode ist störempfindlich, da alle Rauschsignale, die im ausgewerteten Spektral-oder Zeitbereich liegen, in dem kein Klopfsignal auftritt, das Ausgangssignal beeinflussen.
Aus der DE 34 30 000 Al ist eine Vorrichtung zur Auswertung von Klopfsignalen bekannt, mit einem Klopffilter als Bandpaß und einem Vergleicher, dem ein Korrelationsfilter nachge- schaltet ist. Das Korrelationsfilter ist dabei auf die Mit- tenfrequenz eines zu erwartenden Klopfsignals abgestimmt, so daß in statistischer Folge eintreffende Störimpulse nicht zur Klopferkennung herangezogen werden.
In DE 40 08 284 Al ist eine Schaltungsanordnung zur Klopfer- kennung mittels Korrelationsfilterung beschrieben, bei wel- cher zwei um 90° phasenverschobene Korrelationssignale die Frequenz der zu erwartenden Klopfsignale aufweisen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Auswertung von Klopfsignalen durch Korrelati- onsfilterung anzugeben, welches ein großes Signal-/Rausch- Verhältnis aufweist, welches mit einer einfach ausgestalteten Schaltung durchgeführt werden kann und welches ohne Modifika- tionen der Hardware durch Änderung weniger parametrischer Größen an jeden Typ einer Brennkraftmaschine anpaßbar ist.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat den wesentlichen Vorteil, daß das Signal-/Rausch-Verhältnis relativ hoch ist und in der Anpassung an unterschiedliche Typen von Brennkraftmaschinen nur die Software geändert werden muß, während die Hardware unverändert bleiben kann.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt.
Es zeigen : Fig. 1 : Ein Blockschaltbild einer Einrichtung zur Durchfüh- rung des erfindungsgemäßen Verfahrens, Fig. 2a : den Verlauf der Verdichtung über der Zeit, Fig. 2b : das erste Korrelationssignal U2, und Fig. 2d : das zweite Korrelationssignal U3.
Das Blockschaltbild nach Figur 1 zeigt eine Einrichtung zur Auswertung von Klopfsignalen einer Brennkraftmaschine, mit einen Klopfsensor 1, dessen Ausgangssignal, das Klopfsignal U1 (entsprechend Figur 2b) einer Auswerteeinrichtung 2 zuge- führt wird. Das Ausgangssignal Ul besteht aus dem Klopfanteil
UK, welcher durch die erfindungsgemäße Korrelationsfilterung aus dem Klopfsignal U1 herausgefiltert wird, und einem Rauschanteil UR. Zur Detektion des Klopfanteils UK erfolgt die Korrelationsfilterung mittels zweier vorgegebener Korre- lationssignale U2 und U3 gemäß Figur 2c, d-beginnend im Au- genblick des maximalen Brennraumdrucks im oberen Kolbentot- punkt eines Zylinders (Fig. 2a)-in der Expansionsphase.
Am Ausgang der Auswerteeinrichtung 2 steht ein Gleichspan- nungssignal Uout an, dessen Pegel ein Maß für die Größe des Klopfanteils UK ist. Das erste Korrelationssignal U2 hat vor- zugsweise die gleiche Phasenlage wie der Klopfanteil UK und das zweite Korrelationssignal U3 ist um vorzugsweise 90° ge- genüber dem Korrelationssignal U2 phasenverschoben.
Die beiden Korrelationssignale U2, U3 sind vorzugsweise digi- tale, frequenzmodulierte Signale mit konstantem Frequenzhub und variabler Wobbelzeit.
Die unterschiedlichen Korrelationssignale U2, U3 und deren Wobbelzeiten sind in einem Kennfeld-Speicher eines Microcon- trollers uC in Abhängigkeit von Parametern wie Drehzahl, Zündzeitpunkt und Klopffrequenz abgelegt, ebenso deren Fre- quenzhub, und werden mittels eines Software-Programms ausge- lesen, und-der Auswerteeinrichtung 2 zugeführt.
Durch diese Maßnahme brauchen die Hardware-Komponenten bei unterschiedlichen Brennkraftmaschinen nicht verändert zu wer- den. Die Anpassung an verschiedene Typen von Brennkraftma- schinen erfolgt durch eine Anpassung der Software. Zu diesem Zweck besteht die Auswerteeinrichtung 2 aus einem ersten Ml und einem zweiten Multiplizierer M2. Dem ersten Multiplizie- rer M1 werden an seinen beiden Eingängen das Klopfsignal Ul und das erste Korrelationssignal U2 zugeführt. Dem zweiten Multiplizierer werden an seinen beiden Eingängen das Klopfsi-
gnal U1 und das zweite Korrelationssignal U3 zugeführt. Über die beiden Multiplizierer M1, M2 erfolgt eine multiplikative Verknüpfung der jeweiligen Eingangssignale derart, daß am Ausgang der Multiplizierer M1, M2 korrelierte Signale anste- hen, die über nachfolgende Gleichrichter G1, G2, vorzugsweise Zweiweggleichrichter, gleichgerichtet werden. Die Ausgangs- signale der Gleichrichter G1, G2 werden über einen Addierer Add addiert. Über einen Tiefpaß TP wird das Ausgangssignal des Addierers Add gefiltert, wobei am Ausgang des Tiefpasses TP das Summensignal Uout, ein Gleichspannungssignal, zur wei- teren Verarbeitung in einem Steuer-oder/und Regelkreis an- steht, dessen Pegel ein Maß für die Größe des Klopfanteils UK, d. h., für die Intensität des Klopfens ist.
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