转速检测装置的制作方法

1.本发明涉及一种转速检测装置。


背景技术：

2.在日本发明专利公开公报特开2008-116408号中公开了一种转速计。该转速计通过对伴随旋转电机的旋转而产生的振动进行快速傅里叶变换(fourier transform)来进行频谱分析，并根据分析结果运算出旋转电机的转速。


技术实现要素：

3.由于快速傅里叶变换的计算负荷较大，因此需要在转速计上搭载计算能力较高的处理器。因此，在日本发明专利公开公报特开2008-116408号所公开的技术中存在转速计的成本变高的问题。
4.本发明的目的在于，提供一种能够在对测定对象物的转速进行检测时抑制计算负荷，从而实现成本降低的转速检测装置。
5.本发明的技术方案为一种对测定对象的转速进行检测的转速检测装置，其具有频率推定部(频率估计部)、分析频带设定部、频率检测部和转速计算部，其中，所述频率推定部根据由物理现象检测部检测出的所述测定对象的旋转运动引起的振动的周期，来推定出所述振动的频率作为推定频率(估计频率)；所述分析频带设定部根据所述推定频率来设定分析频带；所述频率检测部在所述分析频带中通过离散傅里叶变换(discrete fourier transform，dft)进行所述物理现象检测部检测出的所述振动的频谱分析，且检测出所述振动的频率作为检测频率；所述转速计算部根据所述检测频率来计算所述测定对象的转速。
6.根据本发明，在对测定对象物的转速进行检测时能够抑制计算负荷，实现转速检测装置的成本的降低。
7.上述的目的、特征和优点根据参照附图说明的以下的实施方式的说明应容易地理解。
附图说明
8.图1是转速检测装置的框图。图2是表示在频率推定部中执行的频率推定处理的流程的流程图。图3是表示处理后信号的时间变化的曲线图。图4是转速检测装置的框图。图5是后级频率推定部的框图。图6是表示峰值滤波器的增益特性的曲线图。
具体实施方式
9.〔第1实施方式〕
10.图1是本实施方式的转速检测装置10的框图。转速检测装置10根据麦克风12所收集到的声音来检测汽车的发动机转速y(n)。麦克风12被设置于汽车的车厢内，收集车厢内声音。声音信号r(n)按一定的采样周期输入转速检测装置10。麦克风12对按一定的采样周期收集到的车厢内声音进行数字转换而生成声音信号r(n)。每当输入声音信号r(n)时，转速检测装置10输出发动机转速y(n)。麦克风12相当于本发明的物理现象检测部。在此，“n”表示时间步数。
11.转速检测装置10具有低通滤波处理部14、频率推定部16、分析频带设定部18、频率检测部20和转速计算部22。
12.低通滤波处理部14根据声音信号r(n)生成处理后信号x(n)。处理后信号x(n)为从声音信号r(n)中去除比由于发动机的旋转运动引起的车厢内声音的频率高的频率而得到的信号。
13.频率推定部16推定出处理后信号x(n)的频率(推定频率fe(n))。图2是表示在频率推定部16中执行的频率推定处理的流程的流程图。每当从麦克风12向转速检测装置10输入声音信号r(n)时，执行频率推定处理。
14.在步骤s1中，频率推定部16获取处理后信号x(n)。然后，转移至步骤s2。
15.在步骤s2中，频率推定部16计算出处理后信号x(n)的周期t(n)。然后，转移至步骤s3。频率推定部16如下这样计算出处理后信号x(n)的周期t(n)。图3是表示处理后信号x(n)的时间变化的曲线图。频率推定部16测量出从处理后信号x(n)的振幅成为0开始到下次振幅成为0为止的时间δt。然后，频率推定部16将时间δt的2倍作为周期t(n)。
16.t(n)＝2
×
δt[sec]
[0017]
在步骤s3中，频率推定部16计算出推定频率fe(n)。然后，转移至步骤s4。频率推定部16将周期t(n)的倒数作为推定频率fe(n)。
[0018]
fe(n)＝1/t(n)[hz]
[0019]
在步骤s4中，频率推定部16判定推定频率fe(n)与推定频率fe(n-1)之差的绝对值是否小于阈值th。推定频率fe(n)为在之前的步骤s3中计算出的频率。推定频率fe(n-1)为在上一周期中，由后述的步骤s8所输出的频率。当推定频率fe(n)与推定频率fe(n-1)之差的绝对值小于阈值th时，转移至步骤s8。当推定频率fe(n)与推定频率fe(n-1)之差的绝对值为阈值th以上时，转移至步骤s5。
[0020]
在步骤s5中，频率推定部16判定推定频率fe(n)是否大于推定频率fe(n-1)。在推定频率fe(n)大于推定频率fe(n-1)的情况下转移至步骤s6。在推定频率fe(n)为推定频率fe(n-1)以下的情况下转移至步骤s7。
[0021]
在步骤s6中，频率推定部16将推定频率fe(n-1)加上阈值th而得到的值作为新的推定频率fe(n)。然后，转移至步骤s8。
[0022]
fe(n)＝fe(n-1) th[hz]
[0023]
在步骤s7中，频率推定部16将推定频率fe(n-1)减去阈值th而得到的值作为新的推定频率fe(n)。然后，转移至步骤s8。
[0024]
fe(n)＝fe(n-1)-th[hz]
[0025]
在步骤s8中，频率推定部16将推定频率fe(n)向分析频带设定部18和频率检测部20输出。然后，频率推定处理结束。
[0026]
分析频带设定部18将推定频率fe(n)的
±
5[hz]的范围设定为分析频带fs(n)。
[0027]
fs(n)＝[fe(n)-5，fe(n) 5]
[0028]
频率检测部20将处理后信号x(n)在分析频带fs(n)的范围内通过离散傅里叶变换进行频谱分析。频率检测部20不使用快速傅里叶变换而进行离散傅里叶变换。以下，在仅记载为离散傅里叶变换的情况下，表示不使用快速傅里叶变换而进行的离散傅里叶变换。频率检测部20将频谱中的振幅最大的分量的频率作为处理后信号x(n)的检测频率fd(n)向转速计算部22输出。
[0029]
转速计算部22计算出发动机转速y(n)。根据以下的算式来进行发动机转速y(n)的计算。
[0030]
y(n)＝60
×
fd(n)/m[rpm]
[0031]
在此，上述算式中的“m”为汽车的发动机的阶次m。可以根据车型、发动机形式等由转速检测装置10自动地判定阶次m。车型、发动机形式等由使用者输入至转速检测装置10。例如，在发动机为4缸4冲程发动机的情况下，阶次m＝2。阶次m也可以由使用者直接输入至转速检测装置10。
[0032]
在进行转速检测装置10的校准时，由使用者校正转速检测装置10输出的发动机转速，在该情况下，也可以根据校正内容来设定阶次m。例如，假设在阶次为m＝1，转速检测装置10输出的转速为800[rpm]时，使用者将发动机转速校正为1600[rpm]。在该情况下，转速检测装置10将阶次校正为m＝2。
[0033]
[作用效果]
[0034]
快速傅里叶变换为在计算机中快速地计算离散傅里叶变换的算法。快速傅里叶变换通常被应用于振动的频谱分析。为了提高快速傅里叶变换的分辨率δf，需要增大数据数n。另一方面，在快速傅里叶变换中数据数n为2的乘方。因此，若在快速傅里叶变换中提高分辨率δf，则数据数n会急剧增加，计算机的计算负荷升高。快速傅里叶变换中的计算量af能够通过以下的算式来求得。
[0035]
af＝6n
×
log2n
[0036]
在将采样频率fs设为20[khz]，将分辨率δf设为1[hz]的情况下，所需的数据数n为2的15次方，计算量af为2949120。另外，在将采样频率fs设为44.1[khz]，将分辨率δf设为1[hz]的情况下，所需的数据数n为2的16次方，计算量af为6291456。
[0037]
另一方面，若不使用快速傅里叶变换而进行离散傅里叶变换，则能够与数据数n无关而以1[hz]为单位进行计算，数据数n无需为2的乘方。但是，当针对整体的频率进行频谱分析时，在不使用快速傅里叶变换而进行离散傅里叶变换的情况下，相比使用快速傅里叶变换进行离散傅里叶变换的情况计算量增大。
[0038]
因此，在本实施方式中，分析频带设定部18设定分析频带fs(n)。通过频率检测部20在分析频带fs(n)的范围内进行离散傅里叶变换，由此来抑制转速检测装置10的计算量。当设定分析频率的数量为“nf”时，能够通过以下的算式来求得离散傅里叶变换中的计算量ad。
[0039]
ad＝8nf
×n[0040]
在将采样频率fs设为20[khz]，将分辨率δf设为1[hz]的情况下，数据数n为20000，分析频率的数量nf为11，计算量ad为1760000。在通过本实施方式的方法进行离散傅
里叶变换的情况下，相比使用快速傅里叶变换进行离散傅里叶变换的情况能够降低约40％的计算量。
[0041]
另外，在将采样频率fs设为44.1[khz]，将分辨率δf设为1[hz]的情况下，数据数n为44100，分析频率的数量nf为11，计算量ad为3880800。在通过本实施方式的方法进行离散傅里叶变换的情况下，相比使用快速傅里叶变换进行离散傅里叶变换的情况能够降低约38％的计算量。
[0042]
据此，在本实施方式的转速检测装置10中，能够抑制求得发动机转速y(n)时的计算负荷。据此，能够将搭载于转速检测装置10的处理器的计算能力设定得较低，从而能够实现转速检测装置10的成本的降低。
[0043]
另外，在本实施方式中，频率推定部16判定根据处理后信号x(n)计算出的推定频率fe(n)与上次的推定频率fe(n-1)之差的绝对值是否为阈值th以上。在推定频率fe(n)与推定频率fe(n-1)之差的绝对值为阈值th以上且推定频率fe(n)大于推定频率fe(n-1)的情况下，将推定频率fe(n-1)加上阈值th而得到的值作为新的推定频率fe(n)。在推定频率fe(n)与推定频率fe(n-1)之差的绝对值为阈值th以上且推定频率fe(n)为推定频率fe(n-1)以下的情况下，将推定频率fe(n-1)减去阈值th而得到的值作为新的推定频率fe(n)。
[0044]
将阈值th设定为比采样周期中的伴随汽车的发动机转速的变动而产生的频率的变动充分大的值。由此，能够提高频率推定部16的对于噪音的耐性。
[0045]
〔第2实施方式〕
[0046]
图4是本实施方式的转速检测装置10的框图。本实施方式的转速检测装置10在第1实施方式的转速检测装置10中追加了后级频率推定部26。
[0047]
后级频率推定部26推定处理后信号x(n)的频率(推定频率fe’(n))。图5是后级频率推定部26的框图。后级频率推定部26具有滤波器数据库28、峰值滤波处理部30和第2频率推定部32。
[0048]
滤波器数据库28存储有多个峰值滤波器。图6是表示峰值滤波器的增益特性的曲线图。峰值滤波器为所谓的带通滤波器。按每10[hz]准备峰值滤波器。根据频率推定部16推定出的推定频率fe(n)选择一个峰值滤波器，并将其复制至峰值滤波处理部30。例如，当推定频率fe(n)为25[hz]以上且小于35[hz]时选择30[hz]用的峰值滤波器。
[0049]
峰值滤波处理部30使用所选择的峰值滤波器对处理后信号x(n)进行滤波处理，生成新的处理后信号x’(n)。峰值滤波处理部30相当于本发明的滤波处理部。
[0050]
第2频率推定部32推定出处理后信号x’(n)的频率(推定频率fe’(n))。第2频率推定部32中的处理与频率推定部16中的处理相同。
[0051]
分析频带设定部18将推定频率fe’(n)的
±
3[hz]的范围设定为分析频带fs(n)。
[0052]
fs(n)＝[fe’(n)-3，fe’(n) 3]
[0053]
在本实施方式中由分析频带设定部18设定的分析频带fs(n)的范围比在第1实施方式中由分析频带设定部18设定的分析频带fs(n)的范围窄。低通滤波处理部14对声音信号r(n)进行滤波处理，生成处理后信号x(n)。峰值滤波处理部30进一步对处理后信号x(n)进行滤波处理，生成处理后信号x’(n)。因此，处理后信号x’(n)与处理后信号x(n)相比噪音少。由处理后信号x’(n)推定出的推定频率fe’(n)比由处理后信号x(n)推定出的推定频率fe(n)精度高。由此，在本实施方式中，即使由分析频带设定部18设定的分析频带fs(n)的范
围窄，也能够确保计算出的转速y(n)的精度。
[0054]
[作用效果]
[0055]
在本实施方式中，峰值滤波处理部30从处理后信号x(n)提取出在频率推定部16中推定出的推定频率fe(n)周边的频率分量。然后，峰值滤波处理部30将所提取出的频率分量作为新的处理后信号x’(n)输出至第2频率推定部32。第2频率推定部32根据处理后信号x’(n)推定出推定频率fe’(n)。分析频带设定部18将推定频率fe’(n)的
±
3[hz]的范围设定为分析频带fs(n)。然后，频率检测部20在分析频带fs(n)的范围内进行离散傅里叶变换。
[0056]
在将采样频率fs设为20[khz]，将分辨率δf设为1[hz]的情况下，数据数n为20000，分析频率的数量nf为7，计算量ad为1120000。在通过本实施方式的方法进行离散傅里叶变换的情况下，相比使用快速傅里叶变换进行离散傅里叶变换的情况，能够降低约62％的计算量。
[0057]
另外，在将采样频率fs设为44.1[khz]，将分辨率δf设为1[hz]的情况下，数据数n为44100，分析频率的数量nf为7，计算量ad为2469600。在通过本实施方式的方法进行离散傅里叶变换的情况下，相比使用快速傅里叶变换进行离散傅里叶变换的情况，能够降低约60％的计算量。
[0058]
在本实施方式中，相比第1实施方式增加了峰值滤波处理部30中的滤波处理等。但是，相对于第1实施方式中的离散傅里叶变换的计算量，能够充分降低本实施方式中的离散傅里叶变换的计算量。因此，在本实施方式中，虽然增加了峰值滤波处理部30中的滤波处理等所需的计算量，但是与第1实施方式相比，本实施方式能够降低转速检测装置10整体的计算量。
[0059]
据此，本实施方式的转速检测装置10在检测发动机转速y(n)时能够进一步抑制计算负荷。据此，能够将搭载于转速检测装置10的处理器的计算能力设定得较低，从而能够实现转速检测装置10的成本的降低。
[0060]
〔其他的实施方式〕
[0061]
第1实施方式和第2实施方式的转速检测装置10根据麦克风12收集到的车厢内声音来检测汽车的发动机转速。代替于此，转速检测装置10也可以根据被安装于车身的振动计所检测到的车身振动来检测汽车的发动机转速。另外，转速检测装置10所检测的转速并不限于发动机转速。转速检测装置10也可以检测传动轴、车轮等旋转的测定对象的转速。
[0062]
另外，第2实施方式的转速检测装置10具有一个后级频率推定部26。转速检测装置10也可以具有多个后级频率推定部26。通过增加后级频率推定部26的数量，能够提高推定频率fe’的精度。
[0063]
〔根据实施方式能够得到的技术思想〕
[0064]
以下记载根据上述实施方式能够掌握的发明。
[0065]
一种对测定对象的转速进行检测的转速检测装置(10)，其具有频率推定部(16)、分析频带设定部(18)、频率检测部(20)和转速计算部(22)，其中，所述频率推定部(16)根据由于物理现象检测部(12)所检测出的所述测定对象的旋转运动引起的振动的周期，推定出所述振动的频率作为推定频率；所述分析频带设定部(18)根据所述推定频率设定分析频带；所述频率检测部(20)在所述分析频带中，通过离散傅里叶变换进行所述物理现象检测部所检测出的所述振动的频谱分析，检测出所述振动的频率作为检测频率；所述转速计算
部(22)根据所述检测频率计算所述测定对象的转速。
[0066]
在上述的转速检测装置中，也可以为，所述频率推定部按照规定周期推定所述振动的频率，在本次推定出的所述频率与上次推定出的所述频率之差小于阈值的情况下，将本次推定出的所述频率作为所述推定频率，在本次推定出的所述频率与上次推定出的所述频率之差为所述阈值以上的情况下，将上次推定出的所述频率加上所述阈值而得到的值或者将上次推定出的所述频率减去所述阈值而得到的值作为所述推定频率。
[0067]
在上述的转速检测装置中，也可以为，具有滤波处理部(30)和第2频率推定部(32)，其中，所述滤波处理部(30)提取出所述物理现象检测部所检测到的所述振动中的所述推定频率附近的频率分量；所述第2频率推定部(32)根据所述滤波处理部所提取出的所述频率分量，推定出所述振动的频率作为第2推定频率，所述分析频带设定部根据所述第2推定频率设定分析频带。