JP2009014559A - 流量検出装置およびプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】流量の検出に要する処理負荷を軽減すると共に、実際の流量から大きくズレた流量が実流量として検出されてしまうことを防止する。
【解決手段】所定時間前の時点から現時点までの検出信号の平均周期が算出され（ｓ２２０）、この平均周期に対応する流量が実流量として特定される（ｓ２３０）。つまり、実流量の特定は、周波数とは無関係に行われるため、エアフローメータからの検出信号の周波数が高くなる環境下においても、その検出頻度が高くなることはなく、その処理に要する負荷が増大しない。また、ノイズなどの影響を受けて検出信号の周期が短くなる期間が存在しても、所定時間前の時点から現時点までにおける平均周期に応じた流量を実流量として検出していることから、そのような短い周期の影響を平均化により小さくすることができる。
【選択図】図５

Description

本発明は、エアフローメータから出力される検出信号に基づいて、その周辺を流通する気体の実際の流量を検出する流量検出装置に関する。

現在、このような流量検出装置としては、エアフローメータがその周辺を流通する気体の流量に応じた周波数の検出信号を出力するものであれば、その検出信号の信号レベルが特定方向に変化する毎に、その変化の間隔を検出信号の周期として、その周期に応じた流量を実際の流量（実流量）として検出するように構成されているものが一般的である（特許文献１参照）。
特開２００５−２４９４２４号公報（段落００２６，００２７など）

しかし、上述した構成では、検出信号の信号レベルが特定方向に変化する毎に実流量が検出されることから、その周波数が高くなるような環境，つまりエアフローメータ周辺を流通する気体の流量が多くなる環境下において、実流量の検出頻度が高くなるため、その処理に要する負荷が増大してしまう。

また、検出信号の信号レベルが特定方向に変化する毎に実流量を検出するため、ノイズなどの影響を受けてその信号レベルが特定方向に変化してしまうと、その変化の間隔が正常な間隔より短くなってしまう。その結果、そのような短い周期に応じた流量が実流量として検出されてしまうことにより、実際の流量から大きくズレた流量が実流量として検出されてしまう。

本願発明は、このような課題を解決するために創作されたものであり、その目的は、流量の検出に要する処理負荷を軽減すると共に、実際の流量から大きくズレた流量が実流量として検出されてしまうことを防止することを目的とする。

上記課題を解決するためには、エアフローメータから出力される検出信号に基づいて、その周辺を流通する気体の実際の流量（以降、「実流量」という）を検出する流量検出装置を、下記に示す平均周期算出手段，流量特定手段を備えた第１の構成（請求項１）とすればよい。なお、このエアフローメータは、その周辺を流通する気体の流量に応じた周波数で検出信号を出力するものである。

この構成において、平均周期算出手段は、所定時間前の時点から現時点までに前記エアフローメータから出力された検出信号における周期の平均である平均周期を算出する。そして、流量特定手段は、前記検出信号の周期または周波数と前記エアフローメータ周辺を流通する気体の流量との対応関係に基づいて、前記平均周期算出手段により算出された平均周期に対応する流量または平均周期から求められる周波数に対応する流量を、前記実流量として特定する。

このように構成された流量検出装置によれば、所定時間前の時点から現時点までの平均周期が算出され、この平均周期に対応する流量が実流量として特定される。つまり、実流量の検出（特定）は、検出信号の周波数とは無関係に実施されるため、エアフローメータからの検出信号の周波数が高くなるような環境下においても、その検出頻度が高くなることはなく、その処理に要する負荷が増大してしまうこともない。これにより、流量の検出に要する処理負荷を軽減することができる。

また、ノイズなどの影響を受けて検出信号の周期が短くなる期間が存在したとしても、所定時間前の時点から現時点までにおける平均周期に応じた流量を実流量として検出していることから、そのような短い周期の影響を平均化により小さくすることができる。これにより、そのような短い周期そのものに応じた流量が実流量として検出されることがなくなるため、実際の流量から大きくズレた流量が実流量として検出されてしまうことを防止することができる。

なお、この構成においては、平均周期算出手段により平均周期を算出するに際し、検出信号における周期を特定する必要があるが、この周期を特定するための具体的な構成については特に限定されない。例えば、検出信号の信号レベルが特定方向に変化する時期を随時チェックし、その連続してチェックされた時期の間隔（具体的には時間差）を検出信号における周期として特定できるようにすることが考えられる。

このようにして周期を特定するためには、上記構成を、下記のような時期情報登録手段を備えた第２の構成（請求項２）とすることが考えられる。
この構成において、時期情報登録手段は、前記検出信号の信号レベルが特定方向に変化する毎に、その変化した時期を特定可能な時期情報を登録する。そして、前記平均周期算出手段は、所定時間前の時点から現時点までに前記時期情報登録手段により登録された時期情報それぞれについて、相前後して登録された２つの時期情報で特定される時期同士の間隔を、それら時期情報が登録された期間における前記検出信号の周期として、該検出信号における周期の平均である平均周期を算出する。

このように構成すれば、検出信号の信号レベルが特定方向に変化する時期の間隔に基づいて、その検出信号における周期を特定したうえで実流量を検出することができる。
この構成において、時期情報登録手段により登録される時期情報は、検出信号の信号レベルが特定方向に変化した時期を特定することができるものであればよく、例えば、その変化をした時刻や、その変化をした時点における所定タイマーのカウント値などを示す情報とすることが考えられる。

また、この時期情報は、検出信号の信号レベルが特定方向に変化する毎に、流量検出装置の内蔵するメモリに記憶させることでその登録を行うこととすればよく、そのメモリにおける記憶領域としては、平均周期を算出する際に参照されうる数を上限として時期情報をそれぞれ先入れ先出し方式で順次格納可能なデータキューとして確保すればよく、また、平均周期を算出する際に参照されうる数だけ独立した記憶領域として確保してもよい。この後者の場合には、平均周期が算出される毎に全てが消去されるようにすることが記憶領域を有効利用する意味で望ましい。

ところで、上述した各構成において、実流量の特定は、所定時間毎に繰り返し行われるようにしてもよいし、必要に応じて行われるようにしてもよい。
まず、前者のためには、上記第１，第２の構成を、平均周期算出手段が、所定時間の経過毎に前記平均周期を算出するようにされた第３の構成（請求項３）とすることが考えられる。この構成であれば、実流量の特定を所定時間毎に繰り返し行うことができる。

また、後者のためには、上記第１，第２の構成を、前記流量特定手段による流量の特定が、当該流量検出装置外部からの実流量の要求を受けて実施されるようにされた第４の構成（請求項４）とすることが考えられる。この構成であれば、実流量の特定を、装置外部からの実流量の要求を受ける毎に行うことができる。

なお、この第４の構成において、実流量の特定が装置外部からの実流量の要求を受けて実施されるようにするためには、例えば、平均周期算出手段による算出が外部からの要求により開始されるようにしたり、この算出が所定期間毎に行われるようにすると共に流量特定手段による特定が外部からの要求により開始されるようにしたり、というようにすることが考えられる。

また、上記課題を解決するための構成としては、上記第１から第４のいずれかの構成における全ての手段として機能させるための各種処理手順をコンピュータシステムに実行させるためのプログラム（請求項５）とすることが考えられる。

このプログラムにより制御されるコンピュータシステムであれば、上記第１から４のいずれかの構成の一部を構成することができるからである。
なお、上述したプログラムは、コンピュータシステムによる処理に適した命令の順番付けられた列からなるものであって、各種記録媒体や通信回線を介して流量検出装置や、これを利用するユーザに提供されるものである。

以下に本発明の実施形態を図面と共に説明する。
（１）全体構成
ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１は、図１に示すように、各種センサ類からの検出結果などに基づいて各種アクチュエータの動作を制御することにより車両におけるエンジン１００の動作を制御するエンジン制御装置として構成されたものである。

上記センサ類としては、例えば、エンジン１００の吸気経路１１０における気体の流量を検出するためのセンサであるエアフローメータ２００が、その吸気経路１１０に設けられている。ＥＣＵ１は、その検出結果から特定した流量に基づいて各種アクチュエータの動作を制御するための処理を実行する。このように、このＥＣＵ１には、吸気経路１１０における流量を検出するための流量検出装置としての機能が実装されている。

このエアフローメータ２００は、その周辺に流通する気体の流量に応じた周波数で検出信号を出力するセンサであって、図２に示すように、図示されないセンサ素子の周辺に流通する気体に流量に応じた電圧の信号を出力する駆動回路２１０，この駆動回路２１０から出力された電圧に応じた周波数で信号を出力する変換回路２２０，この変換回路２２０から出力された信号を検出信号としてＥＣＵ１に出力する出力回路２３０などからなる。ＥＣＵ１には、この出力回路２３０を介して、吸気経路１１０における流量に応じた周波数の検出信号が入力される（図３参照）。
（２）ＥＣＵ１による処理
以下に、ＥＣＵ１に内蔵されたマイコンが、同内蔵されたメモリに記憶されたプログラムに従って実行する処理を説明する。
（２−１）計時処理
はじめに、ＥＣＵ１が起動された以降、エアフローメータ２００からの検出信号有効エッジが発生する毎に繰り返し実行される計時処理の処理手順を図４に基づいて説明する。

ここでは、検出信号の信号レベルがＨレベルからＬレベルへと変化する際の立ち下がりエッジを有効エッジとする。なお、有効エッジは、立ち上がりエッジ（信号レベルがＨレベルからＬレベルへと変化する際のエッジ）としてもよい。

エアフローメータ２００からの検出信号に有効エッジが発生したら、第ｎ(ｎは、初期値「１」がセットされた変数ｎの値)番目の時期記憶用バッファに時期情報がセットされる（ｓ１３０）。ここでは、ＥＣＵ１が起動した以降にカウントを開始するフリーランタイマーのカウント値が、検出信号において有効エッジが発生したときの時期を示す時期情報として、複数の時期記憶用バッファ（初期値「０」）のうちの第ｎ番目（ｎは変数ｎの値）のものにセットされる（図３参照）。なお、この時期記憶用バッファは、少なくとも、後述する流量特定処理において平均周期を算出する際に参照されうる数だけ確保されたものである。

そして、変数ｎがインクリメント（ｎ＋１→ｎ）された後（ｓ１４０）、本計時処理が終了する。
（２−２）流量特定処理
続いて、ＥＣＵ１が起動された以降、所定周期（例えば、４ｍｓ周期）で繰り返し実行される流量特定処理の処理手順を図５に基づいて説明する。

この流量特定処理が起動されると、まず、この時点で時期情報が所定数ｊ（３以上の値，本実施形態ではｊ＝３）以上取得できているか否かがチェックされる（ｓ２１０）。ここでは、上述した時期記憶用バッファのうち、初期値「０」となっていないものが所定数ｊ以上あることをもって、時期情報が所定数ｊ以上取得できていると判定される。

このｓ２１０で、時期情報が所定数ｊ以上取得できていると判定された場合（ｓ２１０：ＹＥＳ）、それら取得されている所定数ｊの時期情報それぞれに基づいて、検出信号において有効エッジが発生した間隔の平均値（平均周期ｔｄ）が算出される（ｓ２２０）。

ここでは、本流量特定処理の繰り返し周期だけ前の時点から現時点までに時期記憶用バッファに記憶された時期情報それぞれに基づいて、相前後して記憶された２つの時期情報で特定される時期同士の間隔（具体的には時間差）を、それら時期情報が記憶された期間における検出信号の周期として、この検出信号における周期の平均周期ｔｄが算出される。

具体的にいうと、直近に記憶された時期情報をｔ［ｉ］とし、それよりも上記繰り返し周期に相当する時間だけ前から記憶された各時期情報を、ｔ［ｉ−１］，ｔ［ｉ−２］，…，ｔ［ｉ−ｊ］とした場合に、下記の式１により平均周期ｔｄが算出される。

ｔｄ ＝ ｛（ｔ［ｉ］−ｔ［ｉ−１］）＋（ｔ［ｉ］−ｔ［ｉ−２］）＋…（ｔ［ｉ］−ｔ［ｉ−ｊ］）｝／（ｊ＋１） … （式１）
次に、上記ｓ２２０にて算出された平均周期ｔｄを検出信号の周期とした場合におけるエアフローメータ２００周辺の流量が、検出信号の周期（または周波数）と流量との対応関係を示すデータテーブルに基づいて特定される（ｓ２３０）。ここでは、そのデータテーブルに登録されている流量のうち、平均周期ｔｄに対応する流量が、エアフローメータ２００周辺における実際の流量（実流量）として特定されることとなる。なお、この実流量については、上記対応関係を模擬的に示した数式に基づいて特定するようにしてもよい。

そして、複数の時期記憶用バッファ全てが初期化（全てに「０」がセット）された後（ｓ２４０）、本流量特定処理が終了する。このｓ２４０では、時期記憶用バッファだけでなく、上記計時処理において参照される変数ｎについても同時に初期化され、これ以降、計時処理において第１番目の時期記憶用バッファから順に時期情報のセットが行われることとなる。

また、上記ｓ２１０で、時期情報が所定数ｊ以上取得できていないと判定された場合（ｓ２１０：ＮＯ）、エアフローメータ２００周辺における流量として、検出信号の周期として想定される最大の周期（つまり最小の周波数）に対応する流量が上記データテーブルに基づいて特定される（ｓ２５０）。

こうして、ｓ２３０，ｓ２５０にて特定された実流量は、ＥＣＵ１の内蔵メモリに格納され、その実流量を用いた処理が必要になったタイミングで参照されることとなる。
なお、ここで説明した流量特定処理は、所定周期で繰り返し実行される場合を例示したものであるが、その特定した実流量を用いた処理が必要になるタイミング，つまり流量検出装置としての機能以外の機能からの要求を受けて起動させることとしてもよい。

その場合には、図６に示すように、ｓ２４０による初期化を行うことなく、流量特定処理が終了すると共に、ｓ２５０においてその時点までに取得されている時期情報に基づいて実流量を特定するように構成してもよい。

この場合、上述した時期記憶用バッファは、所定時間（例えば、上記繰り返し周期）にわたって時期情報が発生しうる数（図４のｓ１３０が実施されうる回数）を上限として、複数の時期情報を先入れ先出し方式で記憶可能な単一のデータキューとして構成しておく。

そして、この場合のｓ２５０による具体的な処理としては、所定周期で特定された実流量を、要求を受けたときの実流量とする、といった処理としておく。
（３）作用，効果
このように構成されたＥＣＵ１によれば、その実装された流量検出装置としての機能により、所定時間前の時点から現時点までの平均周期ｔｄが算出され（図５，６のｓ２２０）、この平均周期に対応する流量が実流量として特定される（同図ｓ２３０）。

つまり、実流量の検出（特定）は、検出信号の周波数とは無関係に実施されるため、エアフローメータ２００からの検出信号の周波数が高くなるような環境下においても、その検出頻度が高くなることはなく、その処理に要する負荷が増大してしまうこともない。これにより、流量の検出に要する処理負荷を軽減することができる。

また、ノイズなどの影響を受けて検出信号の周期が短くなる期間が存在したとしても、所定時間前の時点から現時点までにおける平均周期ｔｄに応じた流量を実流量として検出していることから、そのような短い周期の影響を平均化により小さくすることができる。これにより、そのような短い周期そのものに応じた流量が実流量として検出されることがなくなるため、実際の流量から大きくズレた流量が実流量として検出されてしまうことを防止することができる。

また、上記実施形態においては、平均周期ｔｄを算出するに際して、検出信号の信号レベルが特定方向に変化する時期を随時チェックし（図４のｓ１２０）、その連続してチェックされた時期の間隔（具体的には時間差）を検出信号における周期として特定したうえで、平均周期を算出することができる（図５，６のｓ２２０参照）。

また、上記実施形態においては、時期情報を記憶するための時期記憶用バッファそれぞれが、平均周期が算出される毎に初期化されるように構成されている（図５のｓ２４０）。これにより、時期記憶用バッファを有効利用することができる。

また、上記実施形態では、実流量の特定を、所定時間毎に（図５）または流量検出装置としての機能以外の機能からの要求を受ける毎に（図６）行うことができる。
（４）変形例
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態をとり得ることはいうまでもない。

例えば、上記実施形態においては、ＥＣＵ１に流量検出装置としての機能が実装されている構成について例示したが、この流量検出装置を単体の装置として構成してもよく、また、別の装置に流量検出装置としての機能を実装した構成としてもよい。

また、上記実施形態においては、本願発明の流量検出装置が、エンジン１００の吸気経路１１０における気体の流量を検出するものとして構成されたものを例示した。しかし、本願発明の流量検出装置は、これ以外における気体の流量を検出するためのものとして構成できることはいうまでもない。

また、上記実施形態においては、平均周期ｔｄを算出するに際して、検出信号の信号レベルが特定方向に変化する時期を随時チェックし（図４のｓ１２０）、その連続してチェックされた時期の間隔（具体的には時間差）を検出信号における周期として特定している（図５，６のｓ２２０参照）。しかし、このように検出信号における周期を特定するための構成としては、これに限定されない。

また、上記実施形態においては、検出信号の信号レベルが特定方向に変化する時期として、その変化をした時点におけるフリーランタイマーのカウント値をバッファに記憶させるように構成されたものを例示した（図４のｓ１３０）。しかし、検出信号の信号レベルが特定方向に変化する時期としては、これに限られず、例えば、その変化をした時点における時刻そのものをバッファに記憶させるように構成してもよい。

また、上記実施形態においては、時期情報の登録が、時期記憶用バッファへの記憶という形で実現されるように構成されたものを例示した。しかし、時期情報の登録は、これに限られず、例えば、平均周期を算出する際に参照されうる数を上限として時期情報をそれぞれ先入れ先出し方式で順次格納可能なデータキューを確保し、このデータキューへの記憶という形で実現するように構成することが考えられる。この場合、図４のｓ２４０による初期化を行う必要はない。

また、上記実施形態においては、流量検出装置としての機能以外の機能からの要求を受けて流量特定処理が起動されるように構成されたものを例示した。しかし、図６のｓ２２０による平均周期ｔｄの算出を別処理で随時行うものとし、同図ｓ２３０により実流量を特定する時点において、その別処理にて算出された最新の平均周期ｔｄに基づいて実流量を特定するように構成してもよい。
（５）本発明との対応関係
以上説明した実施形態においては、図５，図６のｓ２２０が本発明における平均周期算出手段であり、同図ｓ２３０，ｓ２５０が本発明における流量特定手段であり、図４のｓ１３０〜ｓ１４０が本発明における時期情報登録手段である。

ＥＣＵにより制御されるエンジンおよびその制御に用いられるアクチュエータ等の構成を示す図 ＥＣＵとエアフローメータとの接続状態を示す回路図 検出信号，フリーランタイマー，時期記憶用バッファそれぞれの状態を示すタイミングチャート 計時処理の処理手順を示すフローチャート 流量特定処理の処理手順を示すフローチャートその１ 流量特定処理の処理手順を示すフローチャートその２

符号の説明

１…ＥＣＵ、１００…エンジン、１１０…吸気経路、２００…エアフローメータ、２１０…駆動回路、２２０…変換回路、２３０…出力回路。

Claims (5)

1. その周辺を流通する気体の流量に応じた周波数で検出信号を出力するエアフローメータにつき、該エアフローメータから出力される検出信号に基づいて、その周辺を流通する気体の実際の流量（以降、「実流量」という）を検出する流量検出装置であって、
   所定時間前の時点から現時点までに前記エアフローメータから出力された検出信号における周期の平均である平均周期を算出する平均周期算出手段と、
   前記検出信号の周期または周波数と前記エアフローメータ周辺を流通する気体の流量との対応関係に基づいて、前記平均周期算出手段により算出された平均周期に対応する流量または平均周期から求められる周波数に対応する流量を、前記実流量として特定する流量特定手段と、を備えている
   ことを特徴とする流量検出装置。
2. 前記検出信号の信号レベルが特定方向に変化する毎に、その変化した時期を特定可能な時期情報を登録する時期情報登録手段，を備えており、
   前記平均周期算出手段は、所定時間前の時点から現時点までに前記時期情報登録手段により登録された時期情報それぞれについて、相前後して登録された２つの時期情報で特定される時期同士の間隔を、それら時期情報が登録された期間における前記検出信号の周期として、該検出信号における周期の平均である平均周期を算出する
   ことを特徴とする請求項１に記載の流量検出装置。
3. 前記平均周期算出手段は、所定時間が経過する毎に前記平均周期を算出する
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の流量検出装置。
4. 前記流量特定手段による流量の特定が、当該流量検出装置外部からの実流量の要求を受けて実施される、ように構成されている
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の流量検出装置。
5. 請求項１から４のいずれかに記載の全ての手段として機能させるための各種処理手順をコンピュータシステムに実行させるためのプログラム。

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