DE102023213303B3 - Method for evaluating a knock sensor signal - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Auswertung eines Klopfsensorsignals (1) eines durch einen Verbrennungsmotor betriebenen Fahrzeugs, wobei sich das Klopfsensorsignal (1) zusammensetzt zumindest aus einem Motorgrundgeräusch, einem Klopfgeräusch und einem Injektorstörgeräusch (4), wobei der Einfluss des Injektorstörgeräuschs (4) auf das Klopfsensorsignal (1) abgeschätzt wird- durch einen Abgleich zwischen einer Einspritzposition und einer Klopferkennungsfensterposition und- durch Ermitteln, in welchem Frequenzbereich das Injektorstörgeräusch (4) auftritt.Method for evaluating a knock sensor signal (1) of a vehicle operated by an internal combustion engine, wherein the knock sensor signal (1) is composed of at least a basic engine noise, a knock noise and an injector noise (4), wherein the influence of the injector noise (4) on the knock sensor signal (1) is estimated - by a comparison between an injection position and a knock detection window position and - by determining in which frequency range the injector noise (4) occurs.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Auswertung eines Klopfsensorsignals eines durch einen Verbrennungsmotor angetriebenen Fahrzeugs.The present invention relates to a method for evaluating a knock sensor signal of a vehicle driven by an internal combustion engine.
Klopfgeräusche treten bei der unkontrollierten Verbrennung von Kraftstoff in Ottomotoren auf. Durch den schlagartigen Anstieg von Temperatur und Druck werden Kolben, Lager, Zylinderkopf und Ventile stark belastet und können beschädigt werden. Es ist daher zumeist ein Klopfsensor vorgesehen, der als Körperschallsensor ausgebildet ist und das Auftreten von Klopfen überwacht. Der Verbrennungsmotor kann dann so geregelt werden, dass kein Klopfen mehr auftritt.Knocking noises occur during the uncontrolled combustion of fuel in gasoline engines. The sudden increase in temperature and pressure places significant stress on the pistons, bearings, cylinder head, and valves, which can cause damage. Therefore, a knock sensor, designed as a structure-borne sound sensor, is usually installed to monitor the occurrence of knocking. The combustion engine can then be controlled to prevent knocking.
In dem durch den Klopfsensor aufgenommenen Verbrennungsgeräusch können jedoch Störanteile vorhanden sein, insbesondere verursacht durch Einspritzpulse. Bisher wurde teilweise versucht, eine Überlappung des Einspritzfensters und des Klopferkennungsfensters zu vermeiden. Mit dem Trend zu Mehrfacheinspritzenpulsen mit dem Ziel der Verbrauchs- und Emissionsoptimierung ist das jedoch oft nicht möglich.However, the combustion noise recorded by the knock sensor may contain noise components, particularly those caused by injection pulses. Previously, some attempts were made to avoid overlap between the injection window and the knock detection window. However, with the trend toward multiple injection pulses aimed at optimizing fuel consumption and emissions, this is often not possible.
Teilweise wird versucht, Störsignale aus dem Klopfsensorsignal herauszukorrigieren. Ein derartiger Ansatz ist aus der
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Auswertung eines Klopfsensorsignals anzugeben, das mit überschaubarem Aufwand eine gute Klopferkennung ermöglicht.It is therefore an object of the present invention to provide a method for evaluating a knock sensor signal which enables good knock detection with manageable effort.
Diese Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.This problem is solved by the subject matter of the independent claim. Advantageous embodiments and further developments are the subject matter of the dependent claims.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Auswertung eines Klopfsensorsignals eines durch einen Verbrennungsmotor angetriebenen Fahrzeugs angegeben, wobei sich das Klopfsensorsignal zusammensetzt zumindest aus einem Motorgrundgeräusch, einem Klopfgeräusch und einem Injektorstörgeräusch. Nicht zu jedem Zeitpunkt tragen alle Komponenten zu dem Klopfsensorsignal bei. Das Klopfgeräusch und das Injektorstörgeräusch treten jeweils nur temporär auf. Die Summe aus Motorgrundgeräusch und Injektorstörgeräusch wird hier auch als Grundgeräusch bezeichnet.According to one aspect of the invention, a method for evaluating a knock sensor signal of a vehicle powered by an internal combustion engine is provided, wherein the knock sensor signal is composed of at least a basic engine noise, a knocking noise, and an injector noise. Not all components contribute to the knock sensor signal at all times. The knocking noise and the injector noise each occur only temporarily. The sum of the basic engine noise and the injector noise is also referred to here as the basic noise.
Der Einfluss des Injektorstörgeräuschs auf das Klopfsensorsignal wird abgeschätzt durch einen Abgleich zwischen einer Einspritzposition und einer Klopferkennungsfensterposition und durch Ermitteln, in welchem Frequenzbereich das Injektorstörgeräusch auftritt, und gegebenenfalls das Nachkorrigieren dieses Frequenzbereiches über eine faktorielle Gewichtung des Störgeräusches in Bezug auf die jeweils dominanten Frequenzen des Störgeräusches.The influence of the injector noise on the knock sensor signal is estimated by comparing an injection position with a knock detection window position and by determining the frequency range in which the injector noise occurs and, if necessary, correcting this frequency range by factorially weighting the noise with respect to the dominant frequencies of the noise.
Mit dem Abgleich zwischen einer Einspritzposition und einer Klopferkennungsfensterposition wird beurteilt, ob sich beide Positionen in Bezug auf den Kurbelwinkel überlappen. Dies ist möglich, weil bekannt ist, zu welchem Zeitpunkt während der Verbrennung das Klopfen am ehesten auftritt. Auch die Einspritzpositionen sind bekannt. Gibt es keine Überlappung, so hat das Injektorstörgeräusch kaum einen Einfluss auf die Erkennung des Klopfgeräuschs. Überlappen sich die Positionen, gegebenenfalls sehr ausgeprägt, ist mit einem deutlichen Einfluss des Injektorstörgeräuschs zu rechnen.By comparing an injection position with a knock detection window position, it is assessed whether both positions overlap in relation to the crank angle. This is possible because the point in time during combustion at which knock is most likely to occur is known. The injection positions are also known. If there is no overlap, the injector noise has little influence on the detection of the knock noise. If the positions overlap, possibly significantly, a significant influence of the injector noise can be expected.
Für die Auswertung des Klopfsensorsignals werden typischerweise festgelegte Frequenzbänder ausgewertet, beispielsweise drei Frequenzbänder, deren Lage abhängig vom Zylinderdurchmesser ist.To evaluate the knock sensor signal, typically defined frequency bands are evaluated, for example three frequency bands whose position depends on the cylinder diameter.
Die Unterscheidung, ob in einem Frequenzbereich ein Klopfgeräusch oder ein Injektorstörgeräusch vorliegt, kann über den Vergleich der Frequenzmuster bei konstantem Betriebspunkt mit und ohne Injektorstörgeräusch vorgenommen werden.The distinction between a knocking noise and an injector noise in a frequency range can be made by comparing the fre frequency patterns at a constant operating point with and without injector noise.
Das Verfahren weist den Vorteil auf, dass es eine Abschätzung erlaubt, wie stark und auf welcher Position das Injektorstörgeräusch das Klopfsensorsignal beeinflusst. Das Verfahren erfordert nicht das genaue Ermitteln des Störgeräuschs, um es von dem Klopfsensorsignal zu subtrahieren. Das Verfahren ist somit verhältnismäßig wenig aufwendig und über die gesamte Lebensdauer des Motors anwendbar.The method has the advantage of allowing an estimate of the extent and position of the injector noise affecting the knock sensor signal. The method does not require the precise detection of the noise in order to subtract it from the knock sensor signal. The method is therefore relatively inexpensive and applicable throughout the entire service life of the engine.
Gemäß einer Ausführungsform wird das Klopfsensorsignal über ein Zeitintervall Δt gemittelt, wobei das Zeitintervall Δt verkürzt wird, wenn eine signifikante Änderung im Klopfsensorsignal festgestellt wird.According to one embodiment, the knock sensor signal is averaged over a time interval Δt, wherein the time interval Δt is shortened when a significant change in the knock sensor signal is detected.
Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass sie die Anpassung der Klopferkennung an ein sich veränderndes Motorgrundgeräusch oder Grundgeräusch ermöglicht. Wird eine signifikante Änderung im Klopfsensorsignal festgestellt, so wird die Filterung des Klopfsensorsignals verändert und weniger träge gemacht, um die Änderung genauer und schneller erkennen zu können.This design has the advantage of allowing the knock detection to adapt to a changing engine background noise or background noise. If a significant change in the knock sensor signal is detected, the filtering of the knock sensor signal is modified and made less sluggish, allowing the change to be detected more accurately and quickly.
Unter einer signifikanten Änderung im Klopfsensorsignal wird beispielsweise eine Veränderung verstanden, die größer ist als die Amplitude des Klopfgeräuschs.A significant change in the knock sensor signal is understood to be, for example, a change that is greater than the amplitude of the knocking noise.
Gemäß einer Ausführungsform kann dann ein verändertes Grundgeräusch gelernt werden. Die schnellere Filterung ermöglicht es dabei, das veränderte Grundgeräusch sehr schnell zu lernen und zu verwenden, um auch nach einer signifikanten Änderung im Klopfsensorsignal möglichst schnell wieder eine zuverlässige Klopferkennung zu gewährleisten.According to one embodiment, a changed background noise can then be learned. The faster filtering allows the changed background noise to be learned very quickly and used to ensure reliable knock detection as quickly as possible, even after a significant change in the knock sensor signal.
Eine Veränderung im Grundgeräusch wird über den Abgleich der Injektorstörgeräuschlage in Bezug auf das Klopffenster erkannt, d.h. in Bezug auf den Winkelbereich, in dem Klopfen zu erwarten ist. Liegt ein Einspritzbeginn und/oder Einspritzende ganz oder teilweise im Klopffenster, so kann die Geräuscherhöhung dem Injektorstörgeräusch zugeschrieben werden. Tritt ein Klopfereignis bzw. mehrere Klopfereignisse auf, so kann deren Signalerhöhung als Klopfgeräusch behandelt werden, unabhängig davon, ob das Injektorstörgeräusch vorliegt oder nicht.A change in the background noise is detected by comparing the injector noise position with the knock window, i.e., the angular range in which knocking is expected. If the start and/or end of injection lies entirely or partially within the knock window, the noise increase can be attributed to the injector noise. If one or more knock events occur, their signal increase can be treated as knock noise, regardless of whether the injector noise is present or not.
Gemäß einer Ausführungsform wird eine Klopferkennungsschwelle an das veränderte Grundgeräusch angepasst.According to one embodiment, a knock detection threshold is adapted to the changed background noise.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Computerprogrammprodukt angegeben, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer, beispielsweise ein Steuergerät, diesen veranlassen, das beschriebene Verfahren durchzuführen.According to one aspect of the invention, a computer program product is provided, comprising instructions which, when the program is executed by a computer, for example a control unit, cause the computer to carry out the described method.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein computerlesbares Medium angegeben, umfassend Befehle, die bei der Ausführung durch einen Computer diesen veranlassen, das beschriebene Verfahren durchzuführen.According to a further aspect of the invention, a computer-readable medium is provided, comprising instructions which, when executed by a computer, cause the computer to carry out the described method.
Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden anhand schematischer Zeichnungen beispielhaft beschrieben.
-
1 zeigt ein Diagramm eines Klopfsensorsignals gemäß einem zum Stand der Technik gehörigen Verfahren, -
2 zeigt ein Diagramm eines Klopfsensorgeräusch in einem Verfahren gemäß einer Ausführungsform der Erfindung und -
3 zeigt ein Diagramm eines Klopfsensorgeräuschs in einem Verfahren gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
-
1 shows a diagram of a knock sensor signal according to a prior art method, -
2 shows a diagram of a knock sensor noise in a method according to an embodiment of the invention and -
3 shows a diagram of a knock sensor noise in a method according to another embodiment of the invention.
Ferner ist in dem Diagramm gemäß
Im Zeitintervall I ist der durch das Injektorstörgeräusch verursachte Offset des Klopfsensorsignals 1 so groß, dass das Klopfsensorsignal 1 oberhalb der Klopferkennungsschwelle 2 liegt. Auch wenn in dem Zeitintervall I kein Klopfen auftritt, würde demnach ein Klopfen festgestellt.In time interval I, the offset of the knock sensor signal 1 caused by the injector noise is so large that the knock sensor signal 1 is above the
Zu Beginn des Zeitintervalls I wird eine derartige signifikante Änderung festgestellt. Diese ist bedingt durch eine Änderung des Grundgeräuschs 3, verursacht durch das Auftreten eines Injektorstörgeräuschs. Die Klopferkennungsschwelle 2 wird entsprechend in dem Intervall I angehoben.Such a significant change is detected at the beginning of time interval I. This is due to a change in the
Zu Beginn des Zeitintervalls I und unmittelbar nach dem Ende des Zeitintervalls I gibt es Übergänge, in denen die Klopferkennung nicht ganz zuverlässig ist. Der Grund hierfür ist, dass das neue Grundgeräusch 3 nicht sofort gelernt wird, sondern etwas Zeit benötigt. Im Übergang Ü besteht demnach die Gefahr von Fehlerkennungen in beiden Richtungen.At the beginning of time interval I and immediately after the end of time interval I, there are transitions in which knock detection is not entirely reliable. The reason for this is that the
Stattdessen wird das durch das Injektorstörgeräusch 4 veränderte Grundgeräusch 3 erkannt und die Klopferkennungsschwelle 2 entsprechend angehoben. In den Übergängen Ü wird die zeitliche Mittelwertbildung im Klopfsensorsignal 1 verkürzt für eine schnellere Anpassung an das veränderte Grundgeräusch 3.Instead, the
Das Signal 5 ist ein Zähler, der festlegt, wie lange die angewandte Korrektur für die Übergänge Ü aktiv sein soll.
Das Verfahren gemäß
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- KlopfsensorsignalKnock sensor signal
- 22
- KlopferkennungsschwelleKnock detection threshold
- 33
- GrundgeräuschBackground noise
- 44
- InjektorstörgeräuschInjector noise
- 55
- Signalsignal
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