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JP6914084B2 - Knock control device, knock matching method and knock matching program - Google Patents
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JP6914084B2 - Knock control device, knock matching method and knock matching program - Google Patents

Knock control device, knock matching method and knock matching program Download PDF

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Description

本発明は、ノック制御装置、ノック適合方法およびノック適合プログラムに関する。 The present invention relates to a knock controller, a knock adaptation method and a knock adaptation program.

従来、車両のエンジン等の内燃機関に発生するノッキングを検出し、ノッキングの検出状態に基づいてエンジンの点火時期を制御するノック制御装置がある。ノック制御装置は、ノッキングを示すノック信号の波形形状の特徴をモデル化したノックモデルに基づいてノックの有無を判定する(たとえば、特許文献1参照)。 Conventionally, there is a knock control device that detects knocking that occurs in an internal combustion engine such as a vehicle engine and controls the ignition timing of the engine based on the knocking detection state. The knock control device determines the presence or absence of knocking based on a knock model that models the characteristics of the waveform shape of the knock signal indicating knocking (see, for example, Patent Document 1).

特開2009−203842号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2009-203842

しかしながら、従来の技術は、ノックモデルの作成工程が作業者に委ねられていたため、生成されるノックモデルの適合精度が低下する場合がある。したがって、かかるノックモデルを用いてノッキングの有無を判定した場合、ノッキングの検出精度が低下するおそれがあった。 However, in the conventional technique, since the process of creating the knock model is entrusted to the operator, the matching accuracy of the generated knock model may decrease. Therefore, when the presence or absence of knocking is determined using such a knock model, the knocking detection accuracy may decrease.

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ノッキングの検出精度を向上させることができるノック制御装置、ノック適合方法およびノック適合プログラムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a knock control device, a knock matching method, and a knock matching program capable of improving the detection accuracy of knocking.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るノック制御装置は、取得部と、画像生成部と、モデル生成部と、判定部とを備える。取得部は、内燃機関に発生するノッキングに応じて波形が変化するノック信号を取得する。画像生成部は、前記取得部によって取得された前記ノック信号を一定周期毎に周波数領域に変換することでノック画像を生成する。モデル生成部は、前記画像生成部によって生成された前記ノック画像に基づいて前記ノッキングの特徴を示すノックモデルを生成する。判定部は、前記モデル生成部によって生成された前記ノックモデルに基づいて前記ノッキングの有無を判定する。 In order to solve the above-mentioned problems and achieve the object, the knock control device according to the present invention includes an acquisition unit, an image generation unit, a model generation unit, and a determination unit. The acquisition unit acquires a knock signal whose waveform changes according to knocking generated in the internal combustion engine. The image generation unit generates a knock image by converting the knock signal acquired by the acquisition unit into a frequency domain at regular intervals. The model generation unit generates a knock model showing the knocking characteristics based on the knock image generated by the image generation unit. The determination unit determines the presence or absence of the knocking based on the knock model generated by the model generation unit.

本発明によれば、ノッキングの検出精度を向上させることができる。 According to the present invention, the knocking detection accuracy can be improved.

図1は、実施形態に係るノック制御装置が行う処理の概要を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing an outline of processing performed by the knock control device according to the embodiment. 図2は、実施形態に係るノック制御装置の構成を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a knock control device according to an embodiment. 図3は、モデル生成部の処理内容を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing the processing contents of the model generation unit. 図4は、重み値決定処理の処理内容を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing the processing content of the weight value determination process. 図5は、第1処理の処理内容を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing the processing contents of the first processing. 図6は、第2処理の処理内容を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing the processing contents of the second processing. 図7は、識別器情報の説明図である。FIG. 7 is an explanatory diagram of the classifier information. 図8は、実施形態に係るノック制御装置が実行する適合処理の処理手順を示すフローチャートである。FIG. 8 is a flowchart showing a processing procedure of the conforming process executed by the knock control device according to the embodiment. 図9は、実施形態に係るノック制御装置が実行する判定処理の処理手順を示すフローチャートである。FIG. 9 is a flowchart showing a processing procedure of the determination process executed by the knock control device according to the embodiment. 図10は、実施形態の変形例に係るノック制御装置の構成を示すブロック図である。FIG. 10 is a block diagram showing a configuration of a knock control device according to a modified example of the embodiment. 図11は、変形例に係る識別器情報の説明図である。FIG. 11 is an explanatory diagram of the classifier information according to the modified example. 図12は、実施形態の変形例に係るノック制御装置の構成を示すブロック図である。FIG. 12 is a block diagram showing a configuration of a knock control device according to a modified example of the embodiment.

以下、添付図面を参照して、本願の開示するノック制御装置、ノック適合方法およびノック適合プログラムの実施形態を詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the knock control device, the knock adaptation method, and the knock adaptation program disclosed in the present application will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The present invention is not limited to this embodiment.

まず、図1を用いて実施形態に係るノック制御装置が行う処理の概要について説明する。図1は、実施形態に係るノック制御装置1が行う処理の概要を示す図である。図1には、内燃機関10と、内燃機関10のノッキングを検出するノックセンサ11とを示している。 First, the outline of the processing performed by the knock control device according to the embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a diagram showing an outline of processing performed by the knock control device 1 according to the embodiment. FIG. 1 shows an internal combustion engine 10 and a knock sensor 11 that detects knocking of the internal combustion engine 10.

内燃機関10は、例えば車両等のエンジンであり、ガソリン等の燃料をシリンダー内で燃焼させることで発生した燃焼ガスによって動力を得る装置である。ノックセンサ11は、内燃機関10の駆動により発生する振動を検出するセンサであり、内燃機関10に発生するノッキングに応じて波形が変化するノック信号を出力するセンサである。なお、ノッキングとは、例えば燃焼後にシリンダー内に残った燃料の燃えカスが、次の点火タイミングで異常燃焼することで異常振動や異常音が出る状態を指す。 The internal combustion engine 10 is, for example, an engine of a vehicle or the like, and is a device that obtains power from combustion gas generated by burning fuel such as gasoline in a cylinder. The knock sensor 11 is a sensor that detects vibration generated by driving the internal combustion engine 10, and outputs a knock signal whose waveform changes according to knocking generated in the internal combustion engine 10. Note that knocking refers to a state in which abnormal vibration or abnormal noise is generated due to abnormal combustion of fuel residue remaining in the cylinder after combustion, for example, at the next ignition timing.

また、図1には、ノック信号を一定周期毎(例えば、1サイクル毎)の周波数領域に変換したノック画像Pa,Pbを示している。なお、ノック画像Paは、ノック制御装置1のノックモデル生成処理に用いられ、例えば、内燃機関10の動作試験時に得られるセンサ信号を画像化したものである。 Further, FIG. 1 shows knock images Pa and Pb obtained by converting a knock signal into a frequency domain at regular intervals (for example, every cycle). The knock image Pa is used for the knock model generation process of the knock control device 1, and is, for example, an image of a sensor signal obtained during an operation test of the internal combustion engine 10.

また、ノック画像Pbは、ノック制御装置1のノッキングの判定処理に用いられ、例えば、実際に公道などを車両が走行する際に内燃機関10から検出されるセンサ信号を画像化したものである。なお、以下では、ノック画像Paを学習画像Paと記載し、ノック画像Pbを判定画像Pbと記載する場合がある。 Further, the knock image Pb is used for the knocking determination process of the knock control device 1, and is, for example, an image of a sensor signal detected from the internal combustion engine 10 when the vehicle actually travels on a public road or the like. In the following, the knock image Pa may be described as a learning image Pa, and the knock image Pb may be described as a determination image Pb.

実施形態に係るノック制御装置1は、学習画像Paを用いて、ノッキングの特徴を示すノックモデルを生成するとともに、かかるノックモデルを用いて、判定画像Pbにおけるノッキングの有無を判定する。 The knock control device 1 according to the embodiment uses the learning image Pa to generate a knock model showing the characteristics of knocking, and uses the knock model to determine the presence or absence of knocking in the determination image Pb.

ここで、従来のノック制御装置について説明する。従来のノック制御装置は、ノックモデルの作成工程が作業者に委ねられていた。具体的には、従来は、ノック画像からノック信号の波形形状の特徴を作業者が抽出し、ノックモデルの作成に用いていた。 Here, the conventional knock control device will be described. In the conventional knock control device, the process of creating the knock model is entrusted to the operator. Specifically, conventionally, the operator has extracted the characteristics of the waveform shape of the knock signal from the knock image and used it for creating the knock model.

このため、従来は、作業者の熟練度等によって抽出されるノッキングの特徴がばらつくため、ノックモデルの適合精度が低下するおそれがあった。したがって、従来は、かかるノックモデルを用いてノッキングの有無を判定した場合、ノッキングの検出精度が低下するおそれがあった。また、各ノック画像からノッキングの特徴を抽出しなければならないため、作業者の工数が増加してしまう。 For this reason, conventionally, the knocking characteristics extracted by the skill level of the operator and the like vary, and there is a risk that the matching accuracy of the knock model may decrease. Therefore, conventionally, when the presence or absence of knocking is determined using such a knock model, the knocking detection accuracy may decrease. In addition, since the knocking feature must be extracted from each knock image, the man-hours of the operator increase.

そこで、実施形態に係るノック制御装置1は、例えば機械学習等によりノック画像Pa(学習画像Pa)から自動でノックモデルを生成することとした。 Therefore, the knock control device 1 according to the embodiment automatically generates a knock model from the knock image Pa (learning image Pa) by machine learning or the like.

具体的には、図1に示すように、実施形態に係るノック制御装置1は、まず、学習フェーズにおいて、ノック画像Paに基づいてノッキングの特徴を示すノックモデルを予め生成する(ステップS1)。ノックモデルの生成は、例えば畳み込みニューラルネットワークのアルゴリズムを有する識別器を用いて行うことができるが、かかる点については、図3〜図6を用いて後述する。 Specifically, as shown in FIG. 1, the knock control device 1 according to the embodiment first generates a knock model showing knocking characteristics in advance based on the knock image Pa in the learning phase (step S1). The knock model can be generated by using, for example, a discriminator having an algorithm of a convolutional neural network, and this point will be described later with reference to FIGS. 3 to 6.

つづいて、実施形態に係るノック制御装置1は、ノックモデルを生成後、識別フェーズに移行し、学習フェーズで生成したノックモデルに基づいてノッキングの有無を判定する(ステップS2)。具体的には、図1に示すように、ノック制御装置1は、まず、生成したノックモデルを識別器に適用する。つづいて、ノック制御装置1は、かかる識別器を用いて判定画像Pbにおけるノッキングの有無を判定する。なお、識別フェーズで使用する識別器のアルゴリズムは、例えば畳み込みニューラルネットワークであり、学習フェーズで使用したアルゴリズム(ノックモデルを適用)と同じものを使用する。 Subsequently, the knock control device 1 according to the embodiment shifts to the identification phase after generating the knock model, and determines the presence or absence of knocking based on the knock model generated in the learning phase (step S2). Specifically, as shown in FIG. 1, the knock control device 1 first applies the generated knock model to the classifier. Subsequently, the knock control device 1 determines the presence or absence of knocking in the determination image Pb using such a classifier. The algorithm of the classifier used in the discriminating phase is, for example, a convolutional neural network, and the same algorithm used in the learning phase (applying the knock model) is used.

つまり、実施形態に係るノック制御装置1は、機械学習等によってノックモデルを自動で生成することで、従来のような作業者毎のノックモデルのばらつきがなくなるため、ノックモデルの適合精度を向上させることができる。すなわち、実施形態に係るノック制御装置1によれば、ノッキングの検出精度を向上させることができる。 That is, the knock control device 1 according to the embodiment automatically generates a knock model by machine learning or the like, so that the knock model does not vary from worker to worker as in the conventional case, so that the matching accuracy of the knock model is improved. be able to. That is, according to the knock control device 1 according to the embodiment, the knocking detection accuracy can be improved.

さらに、実施形態に係るノック制御装置1は、機械学習によってノッキングの特徴を抽出するため、作業者の工数を削減することができる。つまり、ノックモデルの適合作業の効率化を図ることができる。 Further, since the knock control device 1 according to the embodiment extracts the knocking feature by machine learning, the man-hours of the operator can be reduced. That is, it is possible to improve the efficiency of the fitting work of the knock model.

なお、実施形態に係るノック制御装置1は、ノックモデルとして畳み込みニューラルネットワークを用いた識別器の重み値ωを生成するが、かかる点については、図3〜図6を用いて後述する。 The knock control device 1 according to the embodiment generates a weight value ω of a discriminator using a convolutional neural network as a knock model, and this point will be described later with reference to FIGS. 3 to 6.

また、実施形態に係るノック制御装置1は、例えば、CPS(Cylinder Pressure Sensor)を用いて内燃機関10の気筒毎にノックモデルを生成することができるが、かかる点については、図10および図11を用いて後述する。 Further, the knock control device 1 according to the embodiment can generate a knock model for each cylinder of the internal combustion engine 10 by using, for example, a CPS (Cylinder Pressure Sensor). Regarding this point, FIGS. 10 and 11 Will be described later using.

次に、図2を参照して、実施形態に係るノック制御装置1の構成について詳細に説明する。図2は、実施形態に係るノック制御装置1の構成を示すブロック図である。 Next, the configuration of the knock control device 1 according to the embodiment will be described in detail with reference to FIG. FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of the knock control device 1 according to the embodiment.

図2に示すように、実施形態に係るノック制御装置1は、ノックセンサ11と、制御装置100とに接続される。なお、図2では、ノック制御装置1と制御装置100とは、別体で2つの装置として構成されることとしたが、ノック制御装置1と制御装置100とが一体的に1つの装置として構成されてもよい。まず、ノック制御装置1以外の構成について説明する。 As shown in FIG. 2, the knock control device 1 according to the embodiment is connected to the knock sensor 11 and the control device 100. In FIG. 2, the knock control device 1 and the control device 100 are separately configured as two devices, but the knock control device 1 and the control device 100 are integrally configured as one device. May be done. First, configurations other than the knock control device 1 will be described.

ノックセンサ11は、内燃機関10に取り付けられ、例えば内燃機関10に生じる振動に基づいてノック信号を生成する。ノック信号とは、内燃機関10に発生するノッキングに応じて波形が変化する信号である。ノックセンサ11は、生成したノック信号をノック制御装置1へ出力する。 The knock sensor 11 is attached to the internal combustion engine 10 and generates a knock signal based on, for example, the vibration generated in the internal combustion engine 10. The knock signal is a signal whose waveform changes according to knocking generated in the internal combustion engine 10. The knock sensor 11 outputs the generated knock signal to the knock control device 1.

なお、ノックセンサ11として、例えばマイクを用いることができる。かかる場合、マイクは、ノッキングに伴って発生するノック音をノック信号として生成する。これにより、ノック音によるノックモデルを生成できるため、人の聴感を捉えたノッキング判定が可能となる。 As the knock sensor 11, for example, a microphone can be used. In such a case, the microphone generates a knock sound generated by knocking as a knock signal. As a result, a knock model based on the knock sound can be generated, so that a knocking determination that captures the human sense of hearing becomes possible.

制御装置100は、内燃機関10に取り付けたセンサ(図示せず)を基に内燃機関10のエンジン回転速度や空気負荷率(充填効率)を演算し、それらの情報をノック制御装置1に出力する。なお、図2では、制御装置100からエンジン回転数や空気負荷率(充填効率)等を出力したが、例えば上記センサの検出信号をノック制御装置1に直接出力し、ノック制御装置1でエンジン回転速度や空気負荷率(充填効率)を演算してもよい。 The control device 100 calculates the engine rotation speed and air load factor (filling efficiency) of the internal combustion engine 10 based on a sensor (not shown) attached to the internal combustion engine 10, and outputs the information to the knock control device 1. .. In FIG. 2, the engine speed, the air load factor (filling efficiency), and the like are output from the control device 100. For example, the detection signal of the sensor is directly output to the knock control device 1 and the engine rotation is performed by the knock control device 1. The speed and air load factor (filling efficiency) may be calculated.

制御装置100は、ノック制御装置1から通知されるノッキングの有無の判定結果に基づいて内燃機関10の次回以降の点火タイミングを決定するとともに、かかる点火タイミングに応じて内燃機関10に点火を指示する点火信号を出力する。 The control device 100 determines the ignition timing of the internal combustion engine 10 from the next time onward based on the determination result of the presence or absence of knocking notified from the knock control device 1, and instructs the internal combustion engine 10 to ignite according to the ignition timing. Outputs an ignition signal.

次に、実施形態に係るノック制御装置1について説明する。ノック制御装置1は、制御部2と、記憶部3とを備える。制御部2は、取得部21と、画像生成部22と、モデル生成部23と、判定部24とを備える。記憶部3は、画像情報31と、識別器情報32とを記憶する。 Next, the knock control device 1 according to the embodiment will be described. The knock control device 1 includes a control unit 2 and a storage unit 3. The control unit 2 includes an acquisition unit 21, an image generation unit 22, a model generation unit 23, and a determination unit 24. The storage unit 3 stores the image information 31 and the classifier information 32.

ここで、ノック制御装置1は、たとえば、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、HDD(Hard Disk Drive)、入出力ポートなどを有するコンピュータや各種の回路を含む。 Here, the knock control device 1 is, for example, a computer having a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), an HDD (Hard Disk Drive), an input / output port, and various circuits. including.

コンピュータのCPUは、たとえば、ROMに記憶されたプログラムを読み出して実行することによって、制御部2の取得部21、画像生成部22、モデル生成部23および判定部24として機能する。 The CPU of the computer functions as the acquisition unit 21, the image generation unit 22, the model generation unit 23, and the determination unit 24 of the control unit 2, for example, by reading and executing the program stored in the ROM.

また、制御部2の取得部21、画像生成部22、モデル生成部23および判定部24の少なくともいずれか一つまたは全部をASIC(Application Specific Integrated Circuit)やFPGA(Field Programmable Gate Array)、GPU(Graphics Processing Unit)等のハードウェアで構成することもできる。 Further, at least one or all of the acquisition unit 21, the image generation unit 22, the model generation unit 23, and the determination unit 24 of the control unit 2 are ASIC (Application Specific Integrated Circuit), FPGA (Field Programmable Gate Array), GPU ( It can also be configured with hardware such as Graphics Processing Unit).

また、記憶部3は、たとえば、RAMやHDDに対応する。RAMやHDDは、画像情報31や識別器情報32、各種プログラムの情報等を記憶することができる。なお、ノック制御装置1は、有線や無線のネットワークで接続された他のコンピュータや可搬型記録媒体を介して上記したプログラムや各種情報を取得することとしてもよい。 Further, the storage unit 3 corresponds to, for example, a RAM or an HDD. The RAM or HDD can store image information 31, classifier information 32, information on various programs, and the like. The knock control device 1 may acquire the above-mentioned program and various information via another computer or a portable recording medium connected by a wired or wireless network.

制御部2は、ノック画像Pa(学習画像Pa)を用いて、ノッキングの特徴を示すノックモデルを生成するとともに、かかるノックモデルを用いて、ノック画像Pb(判定画像Pb)におけるノッキングの有無を判定する。 The control unit 2 uses the knock image Pa (learning image Pa) to generate a knock model showing the characteristics of knocking, and uses the knock model to determine the presence or absence of knocking in the knock image Pb (determination image Pb). do.

取得部21は、内燃機関10に発生するノッキングに応じて波形が変化するノック信号を取得する。取得部21は、取得したノック信号を画像生成部22へ出力する。 The acquisition unit 21 acquires a knock signal whose waveform changes according to the knocking generated in the internal combustion engine 10. The acquisition unit 21 outputs the acquired knock signal to the image generation unit 22.

画像生成部22は、取得部21によって取得されたノック信号を一定周期毎に周波数領域に変換することでノック画像Pa,Pbを生成する。具体的には、画像生成部22は、ノック信号を内燃機関10の1サイクル毎に周波数領域にウェーブレット変換することで学習画像Paおよび判定画像Pbを生成する。なお、学習画像Paおよび判定画像Pbは、例えばRGB値の3次元によって表されるカラー画像である。 The image generation unit 22 generates knock images Pa and Pb by converting the knock signal acquired by the acquisition unit 21 into a frequency domain at regular intervals. Specifically, the image generation unit 22 generates the learning image Pa and the determination image Pb by wavelet transforming the knock signal into the frequency domain for each cycle of the internal combustion engine 10. The learning image Pa and the determination image Pb are, for example, color images represented by three dimensions of RGB values.

また、画像生成部22は、ウェーブレット変換に限らず、例えば短時間フーリエ変換やメル周波数ケプストラム係数を用いてもよく、一定周期毎に周波数領域に変換できる手法であればよい。 Further, the image generation unit 22 is not limited to the wavelet transform, and for example, a short-time Fourier transform or a mel frequency cepstrum coefficient may be used, and any method may be used as long as it can be converted into a frequency domain at regular intervals.

また、画像生成部22は、学習画像Paおよび判定画像Pbのうち、まず、後述するモデル生成部23によって用いられる学習画像Paを生成する。そして、画像生成部22は、モデル生成部23によってノックモデルが生成された後は、判定画像Pbを生成する。 Further, the image generation unit 22 first generates the learning image Pa used by the model generation unit 23, which will be described later, out of the learning image Pa and the determination image Pb. Then, the image generation unit 22 generates the determination image Pb after the knock model is generated by the model generation unit 23.

なお、画像生成部22は、例えば実験室で内燃機関10を試験的に駆動させた時の振動によるノック信号を用いて学習画像Paを生成してもよい。このとき、意図的に内燃機関10にノッキングを発生させた時のノック信号を用いてもよい。これにより、後述するモデル生成部23が生成するノックモデルの精度を高めることができる。 The image generation unit 22 may generate a learning image Pa by using a knock signal due to vibration when the internal combustion engine 10 is experimentally driven in a laboratory, for example. At this time, the knock signal when knocking is intentionally generated in the internal combustion engine 10 may be used. As a result, the accuracy of the knock model generated by the model generation unit 23, which will be described later, can be improved.

また、画像生成部22は、車両が実際に走行中の内燃機関10から検出されたノック信号を用いてもよい。画像生成部22は、生成した学習画像Paを画像情報31として記憶部3に記憶し、判定画像Pbを判定部24へ出力する。 Further, the image generation unit 22 may use a knock signal detected from the internal combustion engine 10 in which the vehicle is actually traveling. The image generation unit 22 stores the generated learning image Pa as image information 31 in the storage unit 3, and outputs the determination image Pb to the determination unit 24.

モデル生成部23は、画像生成部22によって生成されたノック画像Pa(学習画像Pa)に基づいてノッキングの特徴を示すノックモデルを生成する。具体的には、モデル生成部23は、ノックモデルとして畳み込みニューラルネットワークを用いた識別器の重み値ω(図5参照)を生成する。ここで、図3および図4を用いて、モデル生成部23の処理内容について具体的に説明する。 The model generation unit 23 generates a knock model showing knocking characteristics based on the knock image Pa (learning image Pa) generated by the image generation unit 22. Specifically, the model generation unit 23 generates a weight value ω (see FIG. 5) of a discriminator using a convolutional neural network as a knock model. Here, the processing contents of the model generation unit 23 will be specifically described with reference to FIGS. 3 and 4.

図3は、モデル生成部23の処理内容を示す図である。図4は、識別器の重み値ωの決定処理を示す図である。図3に示すように、モデル生成部23は、複数(例えば数千枚)の学習画像Paが入力されると平均化処理、重み値決定処理を行うことで、畳み込みニューラルネットワークを用いた識別器の重み値ωを更新する。 FIG. 3 is a diagram showing the processing contents of the model generation unit 23. FIG. 4 is a diagram showing a determination process of the weight value ω of the classifier. As shown in FIG. 3, the model generation unit 23 performs an averaging process and a weight value determination process when a plurality of (for example, several thousand) learning images Pa are input, thereby performing a classifier using a convolutional neural network. Update the weight value ω of.

なお、モデル生成部23は、複数(例えば数千枚)の学習画像Paすべてを一度に取得して処理を行ってもよく、例えば、繰り返しループで複数の学習画像Paを少しずつ取得(ミニバッチ処理)してもよい。 The model generation unit 23 may acquire all of a plurality of (for example, several thousand) learning image Pas at once and perform processing. For example, the model generation unit 23 may acquire a plurality of learning image Pas little by little in a repeating loop (mini-batch processing). ) May.

まず、平均化処理について説明する。平均化処理は、学習画像Paの各画素の値を平均化した平均値画像を生成する処理である。具体的には、まず、モデル生成部23は、学習画像Paの任意の画素を中心画素とし、かかる中心画素における周辺画素を含む小領域(例えば3×3の領域)を設定する。モデル生成部23は、設定した小領域に含まれる複数の画素の平均値を中心画素の画素値として平均値画像にプロットする。 First, the averaging process will be described. The averaging process is a process of generating an average value image obtained by averaging the values of each pixel of the learning image Pa. Specifically, first, the model generation unit 23 sets an arbitrary pixel of the learning image Pa as a central pixel, and sets a small region (for example, a 3 × 3 region) including peripheral pixels in the central pixel. The model generation unit 23 plots the average value of a plurality of pixels included in the set small area on the average value image as the pixel value of the central pixel.

そして、モデル生成部23は、学習画像Paの全画素について同様に平均値を算出することで平均値画像を生成する。そして、モデル生成部23は、後段の処理に合わせて、かかる平均値画像を減算正規化し、重み値決定処理に渡す。なお、平均値画像の正規化は、減算正規化に限定されず、除算正規化や白色化等の他の正規化パターンを用いてもよい。 Then, the model generation unit 23 generates an average value image by similarly calculating the average value for all the pixels of the learning image Pa. Then, the model generation unit 23 subtracts and normalizes the average value image in accordance with the subsequent processing, and passes it to the weight value determination processing. The normalization of the average value image is not limited to the subtraction normalization, and other normalization patterns such as division normalization and whitening may be used.

次に、重み値決定処理について説明する。重み値決定処理は、正規化された平均値画像が入力されると、初期値設定処理、順伝播処理、損失誤差計算処理、逆伝播処理の順に処理を行い、判定部24が用いる識別器の重み値を更新する処理である。 Next, the weight value determination process will be described. When the normalized average value image is input, the weight value determination process performs the initial value setting process, the forward propagation process, the loss error calculation process, and the back propagation process in this order. This is the process of updating the weight value.

具体的には、モデル生成部23は、畳み込みニューラルネットワークの識別器を用いて損失誤差を算出するとともに、かかる損失誤差が最小となるような重み値ωを決定する処理行う。なお、識別器のアルゴリズムは、畳み込みニューラルネットワークに限定されるものではなく、例えばリカレントニューラルネットワーク等の他の機械学習のアルゴリズムであってもよい。ここで、図4〜図6を用いて、モデル生成部23が行う重み値決定処理について具体的に説明する。 Specifically, the model generation unit 23 calculates the loss error using the discriminator of the convolutional neural network, and also performs the process of determining the weight value ω that minimizes the loss error. The algorithm of the discriminator is not limited to the convolutional neural network, and may be another machine learning algorithm such as a recurrent neural network. Here, the weight value determination process performed by the model generation unit 23 will be specifically described with reference to FIGS. 4 to 6.

図4は、重み値決定処理を示す図である。図4には、モデル生成部23が行う重み値決定処理の流れを示している。図4に示すように、重み値決定処理は、第1処理および第2処理に大別される。 FIG. 4 is a diagram showing a weight value determination process. FIG. 4 shows the flow of the weight value determination process performed by the model generation unit 23. As shown in FIG. 4, the weight value determination process is roughly classified into a first process and a second process.

また、図4に示すように、モデル生成部23は、平均値画像が入力されると、まず、第1処理の前に識別器の重み値ω(図5参照)やバイアスb(図5参照)の値を初期化する初期値設定処理(図3参照)を行う。 Further, as shown in FIG. 4, when the average value image is input, the model generation unit 23 first receives the weight value ω (see FIG. 5) and the bias b (see FIG. 5) of the classifier before the first processing. ) Is initialized, and the initial value setting process (see FIG. 3) is performed.

なお、モデル生成部23は、初期値設定処理において、予め定められた値を初期値としてもよく、例えば、プリトレーニングやファインチューニングを行うことで初期値を決定してもよい。 The model generation unit 23 may use a predetermined value as the initial value in the initial value setting process, and may determine the initial value by performing pretraining or fine tuning, for example.

モデル生成部23は、初期値設定処理の後、第1処理を行う。第1処理は、畳み込み層、活性化関数およびプーリング層のセットを1層とし、複数層(図4では3層)を繰り返す処理である。なお、第1処理の詳細については、図5を用いて後述する。 The model generation unit 23 performs the first process after the initial value setting process. The first treatment is a treatment in which a set of a convolution layer, an activation function, and a pooling layer is set as one layer, and a plurality of layers (three layers in FIG. 4) are repeated. The details of the first process will be described later with reference to FIG.

つづいて、モデル生成部23は、第1処理の後、第2処理を行う。第2処理は、全結合層、活性化関数、全結合層およびソフトマックス関数を含む処理である。なお、第2処理の詳細については、図6を用いて後述する。 Subsequently, the model generation unit 23 performs the second process after the first process. The second process is a process including a fully connected layer, an activation function, a fully connected layer, and a softmax function. The details of the second process will be described later with reference to FIG.

図4に示すように、モデル生成部23は、まず、順伝播により、第1処理、第2処理の順に処理を行うことで損失誤差を算出する。つづいて、モデル生成部23は、順伝播によって算出した損失誤差に基づき、逆伝播処理を行うことでかかる損失誤差が最小となる重み値ωを決定する。 As shown in FIG. 4, the model generation unit 23 first calculates the loss error by performing the first process and the second process in this order by forward propagation. Subsequently, the model generation unit 23 determines the weight value ω that minimizes the loss error by performing the back propagation process based on the loss error calculated by the forward propagation.

ここで、図5および図6を用いて、第1処理および第2処理について具体的に説明する。図5は、第1処理の処理内容を示す図である。図6は、第2処理の処理内容を示す図である。 Here, the first process and the second process will be specifically described with reference to FIGS. 5 and 6. FIG. 5 is a diagram showing the processing contents of the first processing. FIG. 6 is a diagram showing the processing contents of the second processing.

まず、図5を用いて、第1処理について説明する。なお、図5には、第1処理における1層目の処理内容を示している。また、図5において、平均値画像の画素数は、256×256とする。なお、図5に示す平均値画像や、後述する畳み込み画像、プーリング画像の画素数は、一例であって、任意の画素数であってよい。 First, the first process will be described with reference to FIG. Note that FIG. 5 shows the processing contents of the first layer in the first processing. Further, in FIG. 5, the number of pixels of the average value image is 256 × 256. The number of pixels of the average value image shown in FIG. 5, the convolution image described later, and the pooling image is an example, and may be any number of pixels.

図5に示すように、モデル生成部23は、平均値画像を、畳み込み層、活性化関数の順に入力することで、画素数を圧縮した畳み込み画像を生成する。具体的には、モデル生成部23は、所定画素数(例えば2×2)の畳み込みフィルタ、重み値ωおよびバイアスbを用いて平均値画像を圧縮する。 As shown in FIG. 5, the model generation unit 23 generates a convolution image in which the number of pixels is compressed by inputting the average value image in the order of the convolution layer and the activation function. Specifically, the model generation unit 23 compresses the average value image using a convolution filter having a predetermined number of pixels (for example, 2 × 2), a weight value ω, and a bias b.

例えば、図5に示すように、モデル生成部23は、畳み込みフィルタによって、平均値画像における所定の4画素x1〜x4の特徴量を抽出し、各画素x1〜x4の特徴量それぞれに重み値ωを積算する。つづいて、モデル生成部23は、重み値ωが積算された画素x1〜x4それぞれの値を合計し、合計した値にバイアスbを加算する。 For example, as shown in FIG. 5, the model generation unit 23 extracts the feature amounts of predetermined 4 pixels x1 to x4 in the average value image by the convolution filter, and the weight value ω for each feature amount of each pixel x1 to x4. Is integrated. Subsequently, the model generation unit 23 sums the values of the pixels x1 to x4 in which the weight values ω are integrated, and adds the bias b to the summed values.

モデル生成部23は、バイアスbが加算された値を活性化関数に代入し、活性化関数から得られた値を畳み込み画像の画素y1の値(以下、畳み込み値と記載する場合がある)として決定する。なお、活性化関数は、例えばランプ関数を用いることができるが、これに限定されず、例えば、シグモイド関数や、マックスアウト関数、ドロップアウト関数を用いることができる。 The model generation unit 23 substitutes the value to which the bias b is added into the activation function, and sets the value obtained from the activation function as the value of pixel y1 of the convolution image (hereinafter, may be referred to as a convolution value). decide. The activation function can be, for example, a ramp function, but is not limited to this, and for example, a sigmoid function, a max-out function, and a drop-out function can be used.

つづいて、モデル生成部23は、生成した畳み込み画像をプーリング層に入力することで画素数がさらに圧縮されたプーリング画像を生成する。具体的には、モデル生成部23は、所定画素数(例えば2×2)のプーリングフィルタを用いて畳み込み画像全体を走査することでプーリング画像を生成する。 Subsequently, the model generation unit 23 generates a pooling image in which the number of pixels is further compressed by inputting the generated convolution image into the pooling layer. Specifically, the model generation unit 23 generates a pooling image by scanning the entire convolution image using a pooling filter having a predetermined number of pixels (for example, 2 × 2).

例えば、図5に示すように、モデル生成部23は、プーリングフィルタに基づいて、畳み込み画像における所定の4画素y1〜y4を抽出し、抽出した4画素のうち、畳み込み値の最大値をプーリング画像における画素z1の値として決定する。 For example, as shown in FIG. 5, the model generation unit 23 extracts predetermined 4 pixels y1 to y4 in the convolution image based on the pooling filter, and among the extracted 4 pixels, the maximum value of the convolution value is the pooling image. It is determined as the value of pixel z1 in.

なお、モデル生成部23は、抽出した複数(図5では、4画素)の画素のうち、畳み込み値の最大値をプーリング画像における画素z1の値としたが、例えば、複数の画素における畳み込み値の平均値を画素z1の値としてもよい。 The model generation unit 23 used the maximum value of the convolution value as the value of pixel z1 in the pooling image among the extracted plurality of pixels (4 pixels in FIG. 5). The average value may be the value of pixel z1.

これにより、例えばノックセンサ11の検出値のズレやノイズ重畳による周波数のズレの影響をプーリング画像において除去することができる。モデル生成部23は、生成したプーリング画像を次の層である2層目の畳み込み層(図4参照)へ入力する。 Thereby, for example, the influence of the deviation of the detected value of the knock sensor 11 and the deviation of the frequency due to noise superimposition can be removed in the pooling image. The model generation unit 23 inputs the generated pooling image to the next layer, the second convolution layer (see FIG. 4).

次に、図6を用いて、第2処理について説明する。図6は、第2処理を示す図である。図6では、最後の層のプーリング層(図4では、3層目)によって生成されたプーリング画像を示している。 Next, the second process will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a diagram showing a second process. FIG. 6 shows a pooling image generated by the pooling layer of the last layer (third layer in FIG. 4).

図6に示すように、モデル生成部23は、プーリング画像に対して全結合層、活性化関数、全結合層の順に処理を行う。全結合層は、例えばアフィン変換等の線形変換を用いることができる。また、活性化関数は、ランプ関数や、シグモイド関数や、マックスアウト関数、ドロップアウト関数等を用いることができる。 As shown in FIG. 6, the model generation unit 23 processes the pooling image in the order of the fully connected layer, the activation function, and the fully connected layer. For the fully connected layer, a linear transformation such as an affine transformation can be used. Further, as the activation function, a ramp function, a sigmoid function, a max-out function, a drop-out function, or the like can be used.

モデル生成部23は、全結合層、活性化関数を用いて、プーリング画像を結合することで、所定画素数(図6では、2×2)の結合画像を生成する。なお、結合画像の画素数は、ソフトマックス関数に合わせて任意に設定可能である。 The model generation unit 23 generates a combined image having a predetermined number of pixels (2 × 2 in FIG. 6) by combining the pooling images using the fully connected layer and the activation function. The number of pixels of the combined image can be arbitrarily set according to the softmax function.

つづいて、図6に示すように、モデル生成部23は、生成した結合画像をソフトマックス関数に入力する。これにより、結合画像の各画素A1〜A4の値は、各画素A1〜A4がノッキングを示す確率(あるいは、ノッキングを示す画素ではない確率)を示すとともに、各画素A1〜A4の値の総和が1となる。 Subsequently, as shown in FIG. 6, the model generation unit 23 inputs the generated combined image to the softmax function. As a result, the values of the pixels A1 to A4 of the combined image indicate the probability that the pixels A1 to A4 show knocking (or the probability that the pixels do not show knocking), and the sum of the values of the pixels A1 to A4 is the sum. It becomes 1.

そして、モデル生成部23は、各画素A1〜A4の値に基づいて損失誤差を算出する。例えば、ノッキングの特徴を含む学習画像Paが入力された場合に、図6に示す画素A1にノッキングの特徴が表れるとする。 Then, the model generation unit 23 calculates the loss error based on the values of the pixels A1 to A4. For example, when a learning image Pa including a knocking feature is input, it is assumed that the knocking feature appears in the pixel A1 shown in FIG.

かかる場合、本来であれば、画素A1の値は「1」となり、他の画素A2〜A4の値は「0」となるはずである。ところが、図6に示すように、画素A1の値が「0.64」であったとする。 In such a case, the value of the pixel A1 should be "1", and the value of the other pixels A2 to A4 should be "0". However, as shown in FIG. 6, it is assumed that the value of pixel A1 is "0.64".

かかる場合、モデル生成部23は、1から0.64を減算した値である「0.36」を損失誤差として算出する。そして、モデル生成部23は、算出した損失誤差に基づいて逆伝播処理を行う。 In such a case, the model generation unit 23 calculates “0.36”, which is a value obtained by subtracting 0.64 from 1, as a loss error. Then, the model generation unit 23 performs the back propagation process based on the calculated loss error.

具体的には、モデル生成部23は、バイアスbと重み値ωとの組み合わせを逆伝播処理により繰り返し学習することで、損失誤差が最小となるようなバイアスbおよび重み値ωを最終的な学習結果として決定する。なお、逆伝播処理における重み値ωの最適化関数は、例えばAdam法や、確率的勾配降下法(SGD)、Momentum、Adagrad等を用いることができる。 Specifically, the model generation unit 23 repeatedly learns the combination of the bias b and the weight value ω by the back propagation process, so that the bias b and the weight value ω that minimize the loss error are finally learned. Determine as a result. As the optimization function of the weight value ω in the back propagation processing, for example, the Adam method, the stochastic gradient descent method (SGD), the Momentum, the Adagrad, or the like can be used.

このように、畳み込みニューラルネットワークによってノックモデルを自動で作成することで作業者の工数を削減することができるとともに、人では網羅できないノッキングの特徴(例えば、飛び飛びのパターン等)を捉えることも可能となる。 In this way, by automatically creating a knock model using a convolutional neural network, it is possible to reduce the man-hours of the operator, and it is also possible to capture knocking features (for example, jumping patterns) that cannot be covered by humans. Become.

モデル生成部23は、決定したバイアスbおよび重み値ωを識別器情報32として記憶部3に記憶する。ここで、図7を用いて、識別器情報32について説明する。 The model generation unit 23 stores the determined bias b and the weight value ω in the storage unit 3 as the classifier information 32. Here, the classifier information 32 will be described with reference to FIG. 7.

図7は、識別器情報32の説明図である。図7に示すように、識別器情報32は、「エンジンタイプ」、「センサ種別」、「エンジン回転速度」、「空気負荷率(充填効率)」、「重み値」、「バイアス」といった項目を含む。 FIG. 7 is an explanatory diagram of the classifier information 32. As shown in FIG. 7, the classifier information 32 includes items such as "engine type", "sensor type", "engine rotation speed", "air load factor (filling efficiency)", "weight value", and "bias". include.

「エンジンタイプ」は、内燃機関10の型式に関する情報であり、例えば車種毎に分類される。「センサ種別」は、ノックセンサ11の種別を示す。具体的には、「ノックセンサ」は、内燃機関10の振動自体をノック信号として出力するセンサである。「マイク」は、内燃機関10の振動音やノッキング音をノック信号として出力するセンサである。「CPS」は、内燃機関10内部の燃焼圧をノック信号として出力するセンサである。 The "engine type" is information on the model of the internal combustion engine 10, and is classified by, for example, a vehicle type. “Sensor type” indicates the type of the knock sensor 11. Specifically, the "knock sensor" is a sensor that outputs the vibration itself of the internal combustion engine 10 as a knock signal. The "microphone" is a sensor that outputs the vibration sound and knocking sound of the internal combustion engine 10 as a knock signal. The "CPS" is a sensor that outputs the combustion pressure inside the internal combustion engine 10 as a knock signal.

「エンジン回転速度」は、内燃機関10の回転速度を示す。「空気負荷率(充填効率)」は、内燃機関10の空気充填効率を示す。「重み値」は、判定部24が用いる識別器の重み値ωを示す。「バイアス」は、判定部24が用いる識別器のバイアスbを示す。 "Engine rotation speed" indicates the rotation speed of the internal combustion engine 10. "Air load factor (filling efficiency)" indicates the air filling efficiency of the internal combustion engine 10. The “weight value” indicates the weight value ω of the classifier used by the determination unit 24. “Bias” indicates the bias b of the classifier used by the determination unit 24.

つまり、モデル生成部23は、センサ種別毎、エンジン回転速度、空気負荷率(充填効率)毎の重み値ω、バイアスbを決定する。これにより、後述する判定部24によりノッキングの判定精度を向上させることができる。 That is, the model generation unit 23 determines the weight value ω and the bias b for each sensor type, engine rotation speed, and air load factor (filling efficiency). As a result, the knocking determination accuracy can be improved by the determination unit 24 described later.

図2に戻って、判定部24について説明する。判定部24は、モデル生成部23によって生成されたノックモデルに基づいてノッキングの有無を判定する。具体的には、判定部24は、画像生成部22によって生成されたノック画像Pb(判定画像Pb)に対して、順伝播処理を行い、ノッキングを示す確率を算出する。 Returning to FIG. 2, the determination unit 24 will be described. The determination unit 24 determines the presence or absence of knocking based on the knock model generated by the model generation unit 23. Specifically, the determination unit 24 performs forward propagation processing on the knock image Pb (determination image Pb) generated by the image generation unit 22 and calculates the probability of showing knocking.

判定部24は、順伝播処理(第1処理および第2処理)において、識別器情報32の重み値ωおよびバイアスbを用いることでノッキングを示す確率を算出する。判定部24は、ノッキングを示す確率が所定の閾値以上である場合に、ノッキングが発生したと判定し、判定結果を制御装置100へ通知する。これにより、制御装置100が次回以降のサイクルにおいてノッキングを考慮した点火タイミングを設定することができる。 The determination unit 24 calculates the probability of knocking by using the weight value ω and the bias b of the classifier information 32 in the forward propagation process (first process and second process). When the probability of knocking is equal to or greater than a predetermined threshold value, the determination unit 24 determines that knocking has occurred and notifies the control device 100 of the determination result. As a result, the control device 100 can set the ignition timing in consideration of knocking in the next and subsequent cycles.

次に、図8を用いて、実施形態に係るノック制御装置1が実行する適合処理の処理手順について説明する。図8は、実施形態に係るノック制御装置1が実行する適合処理の処理手順を示すフローチャートである。 Next, the processing procedure of the conforming process executed by the knock control device 1 according to the embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a flowchart showing a processing procedure of the conforming process executed by the knock control device 1 according to the embodiment.

図8に示すように、まず、取得部21は、内燃機関10に発生するノッキングに応じて波形が変化するノック信号を取得する(ステップS101)。つづいて、画像生成部22は、取得部21によって取得されたノック信号を一定周期毎に周波数領域に変換することでノック画像Pa(学習画像Pa)を生成する(ステップS102)。 As shown in FIG. 8, first, the acquisition unit 21 acquires a knock signal whose waveform changes according to the knocking generated in the internal combustion engine 10 (step S101). Subsequently, the image generation unit 22 generates a knock image Pa (learning image Pa) by converting the knock signal acquired by the acquisition unit 21 into a frequency domain at regular intervals (step S102).

つづいて、モデル生成部23は、画像生成部22によって生成された学習画像Paに基づいてノッキングの特徴を示すノックモデルを生成する(ステップS103)。 Subsequently, the model generation unit 23 generates a knock model showing the knocking characteristics based on the learning image Pa generated by the image generation unit 22 (step S103).

つづいて、モデル生成部23は、生成したノックモデルに基づいて、記憶部3に記憶された識別器情報32に含まれる重み値であり、判定部24が用いる識別器の重み値を更新し(ステップS104)、処理を終了する。 Subsequently, the model generation unit 23 updates the weight value of the classifier used by the determination unit 24, which is the weight value included in the classifier information 32 stored in the storage unit 3 based on the generated knock model (). Step S104), the process is terminated.

次に、図9を用いて、実施形態に係るノック制御装置1が実行する判定処理の処理手順について説明する。図9は、実施形態に係るノック制御装置1が実行する判定処理の処理手順を示すフローチャートである。 Next, the processing procedure of the determination process executed by the knock control device 1 according to the embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 9 is a flowchart showing a processing procedure of the determination process executed by the knock control device 1 according to the embodiment.

図9に示すように、まず、取得部21は、内燃機関10に発生するノッキングに応じて波形が変化するノック信号を取得する(ステップS201)。つづいて、画像生成部22は、取得部21によって取得されたノック信号を一定周期毎に周波数領域に変換することでノック画像Pb(判定画像Pb)を生成する(ステップS202)。 As shown in FIG. 9, first, the acquisition unit 21 acquires a knock signal whose waveform changes according to the knocking generated in the internal combustion engine 10 (step S201). Subsequently, the image generation unit 22 generates a knock image Pb (determination image Pb) by converting the knock signal acquired by the acquisition unit 21 into a frequency domain at regular intervals (step S202).

つづいて、判定部24は、モデル生成部23によって生成されたノックモデルに基づいてノッキングの有無を判定する(ステップS203)。つづいて、判定部24は、判定結果を制御装置100へ通知し(ステップS204)、処理を終了する。 Subsequently, the determination unit 24 determines the presence or absence of knocking based on the knock model generated by the model generation unit 23 (step S203). Subsequently, the determination unit 24 notifies the control device 100 of the determination result (step S204), and ends the process.

上述してきたように、実施形態に係るノック制御装置1は、取得部21と、画像生成部22と、モデル生成部23と、判定部24とを備える。取得部21は、内燃機関10に発生するノッキングに応じて波形が変化するノック信号を取得する。画像生成部22は、取得部21によって取得されたノック信号を一定周期毎に周波数領域に変換することでノック画像Pa,Pbを生成する。モデル生成部23は、画像生成部22によって生成されたノック画像Pa,Pbに基づいてノッキングの特徴を示すノックモデルを生成する。判定部24は、モデル生成部23によって生成されたノックモデルに基づいてノッキングの有無を判定する。これにより、ノックモデルの適合精度を向上させることができるため、ノッキングの検出精度を向上させることができる。 As described above, the knock control device 1 according to the embodiment includes an acquisition unit 21, an image generation unit 22, a model generation unit 23, and a determination unit 24. The acquisition unit 21 acquires a knock signal whose waveform changes according to the knocking generated in the internal combustion engine 10. The image generation unit 22 generates knock images Pa and Pb by converting the knock signal acquired by the acquisition unit 21 into a frequency domain at regular intervals. The model generation unit 23 generates a knock model showing knocking characteristics based on the knock images Pa and Pb generated by the image generation unit 22. The determination unit 24 determines the presence or absence of knocking based on the knock model generated by the model generation unit 23. As a result, the matching accuracy of the knock model can be improved, so that the knocking detection accuracy can be improved.

なお、上述した実施形態では、内燃機関10にノッキングが発生したか否かを判定したが、例えば、内燃機関10のいずれの気筒でノッキングが発生したかを判定してもよい。かかる点について、図10および図11を用いて説明する。 In the above-described embodiment, it is determined whether or not knocking has occurred in the internal combustion engine 10, but for example, it may be determined in which cylinder of the internal combustion engine 10 the knocking has occurred. This point will be described with reference to FIGS. 10 and 11.

図10は、実施形態の変形例に係るノック制御装置1の構成を示すブロック図である。図11は、変形例に係る識別器情報32の説明図である。なお、以下においては、上記の実施形態と共通の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。 FIG. 10 is a block diagram showing the configuration of the knock control device 1 according to the modified example of the embodiment. FIG. 11 is an explanatory diagram of the classifier information 32 according to the modified example. In the following, the same reference numerals will be given to the configurations common to the above embodiments, and the description thereof will be omitted.

図10に示すように、4つのCPS11a〜11dは、内燃機関10(例えば4気筒)の各気筒に設けられ、気筒内の燃焼圧を計測する。取得部21は、各CPSセンサ11a〜11dの検出値に基づいて気筒毎の複数(図10では4つ)のノック信号を取得する。 As shown in FIG. 10, four CPSs 11a to 11d are provided in each cylinder of the internal combustion engine 10 (for example, four cylinders) and measure the combustion pressure in the cylinders. The acquisition unit 21 acquires a plurality of knock signals (four in FIG. 10) for each cylinder based on the detected values of the CPS sensors 11a to 11d.

画像生成部22は、複数のノック信号それぞれを一定周期毎に周波数領域に変換することで複数(図10では4枚)のノック画像Pa,Pbを生成する。モデル生成部23は、複数のノック画像Pa,Pbに基づいて複数のノックモデルを生成し、識別器情報32として記憶する。 The image generation unit 22 generates a plurality of knock images Pa and Pb (4 images in FIG. 10) by converting each of the plurality of knock signals into a frequency domain at regular intervals. The model generation unit 23 generates a plurality of knock models based on the plurality of knock images Pa and Pb, and stores them as the classifier information 32.

図11に示すように、識別器情報32は、「エンジンタイプ」、「気筒ID」、「センサID」、「エンジン回転速度」、「空気負荷率(充填効率)」、「重み値」、「バイアス」といった項目を含む。「気筒ID」は、各気筒を識別する情報である。「センサID」は、各気筒に設けられたCPSセンサ11a〜11dを識別する情報である。なお、「気筒ID」、「センサID」以外の項目については上記で説明しているため、省略する。 As shown in FIG. 11, the classifier information 32 includes "engine type", "cylinder ID", "sensor ID", "engine rotation speed", "air load factor (filling efficiency)", "weight value", and " Includes items such as "bias". The "cylinder ID" is information that identifies each cylinder. The "sensor ID" is information for identifying the CPS sensors 11a to 11d provided in each cylinder. Items other than the "cylinder ID" and the "sensor ID" are described above and will be omitted.

つまり、判定部24は、複数のノックモデルに基づいて内燃機関10の気筒毎にノッキングの有無を判定する。これにより、内燃機関10のいずれの気筒でノッキングが発生したかを検出することができる。また、制御装置100が気筒毎に点火タイミングを制御することで燃費を向上させることができる。 That is, the determination unit 24 determines the presence or absence of knocking for each cylinder of the internal combustion engine 10 based on the plurality of knock models. Thereby, it is possible to detect in which cylinder of the internal combustion engine 10 the knocking has occurred. Further, the control device 100 controls the ignition timing for each cylinder, so that the fuel consumption can be improved.

また、上述した実施形態では、画像生成部22は、ノイズ信号をそのまま用いてノック画像Pa,Pbを生成したが、例えば、ノイズ信号をバンドパスフィルタに通過させ、通過後の信号を用いてノック画像Pa,Pbを生成してもよい。かかる点について図12を用いて説明する。 Further, in the above-described embodiment, the image generation unit 22 generates knock images Pa and Pb by using the noise signal as it is. For example, the noise signal is passed through the bandpass filter and knocked by using the signal after passing. Images Pa and Pb may be generated. This point will be described with reference to FIG.

図12は、実施形態の変形例に係るノック制御装置1の構成を示すブロック図である。なお、以下においては、上記の実施形態と共通の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。 FIG. 12 is a block diagram showing the configuration of the knock control device 1 according to the modified example of the embodiment. In the following, the same reference numerals will be given to the configurations common to the above embodiments, and the description thereof will be omitted.

図12に示すように、変形例に係るノック制御装置1の制御部2は、バンドパスフィルタ25(BPF25)をさらに備える。BPF25は、取得部21から入力されるノック信号のうち、特定のノック周波数帯のみを通過させ、通過後の信号を画像生成部22へ出力する。 As shown in FIG. 12, the control unit 2 of the knock control device 1 according to the modified example further includes a bandpass filter 25 (BPF25). The BPF 25 passes only a specific knock frequency band among the knock signals input from the acquisition unit 21, and outputs the signal after passing to the image generation unit 22.

具体的には、BPF25は、ノック信号のうち、例えば内燃機関10(図2参照)の正常時の振動成分のみを減衰させるようなノック周波数帯(例えば5〜20kHz)が設定される。 Specifically, the BPF 25 is set to a knock frequency band (for example, 5 to 20 kHz) that attenuates only the normal vibration component of the internal combustion engine 10 (see FIG. 2) among the knock signals.

つまり、BPF25は、ノイズ信号のうち、内燃機関10(図2参照)の正常時の振動成分をノイズとして除去するとともに、ノッキングに相当する成分のノック周波数帯のみを通過させる。 That is, the BPF 25 removes the normal vibration component of the internal combustion engine 10 (see FIG. 2) as noise from the noise signal, and passes only the knock frequency band of the component corresponding to knocking.

これにより、画像生成部22は、ノッキングに相当する成分のみを含む信号からノック画像Pa,Pbを生成できる。つまり、後段のモデル生成部23による高精度なノックモデルの生成および判定部24によるノッキングの判定精度向上を実現することができる。 As a result, the image generation unit 22 can generate knock images Pa and Pb from a signal containing only the component corresponding to knocking. That is, it is possible to realize the generation of a highly accurate knock model by the model generation unit 23 in the subsequent stage and the improvement of the knocking determination accuracy by the determination unit 24.

なお、上述した実施形態では、判定部24は、畳み込みニューラルネットワークの識別器を用いてノッキング判定のみを行ったが、例えば、ノッキング判定時に算出した損失誤差に基づいて重み値ωを再更新してもよい。つまり、判定部24は、識別器を繰り返し学習させ続ける(逐次学習やオンライン学習)ことで、常に最新の識別器を使用して判定処理を行うようにしてもよい。 In the above-described embodiment, the determination unit 24 only performs the knocking determination using the discriminator of the convolutional neural network, but for example, the weight value ω is re-updated based on the loss error calculated at the time of the knocking determination. May be good. That is, the determination unit 24 may continue to learn the classifier repeatedly (sequential learning or online learning), so that the determination process may always be performed using the latest classifier.

さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。 Further effects and variations can be easily derived by those skilled in the art. For this reason, the broader aspects of the invention are not limited to the particular details and representative embodiments expressed and described as described above. Therefore, various modifications can be made without departing from the spirit or scope of the general concept of the invention as defined by the appended claims and their equivalents.

1 ノック制御装置
2 制御部
3 記憶部
10 内燃機関
11 ノックセンサ
21 取得部
22 画像生成部
23 モデル生成部
24 判定部
31 画像情報
32 識別器情報
100 制御装置
Pa,Pb ノック画像
1 Knock control device 2 Control unit 3 Storage unit 10 Internal combustion engine 11 Knock sensor 21 Acquisition unit 22 Image generation unit 23 Model generation unit 24 Judgment unit 31 Image information 32 Discriminator information 100 Control device Pa, Pb Knock image

Claims (7)

内燃機関に発生するノッキングに応じて波形が変化するノック信号を取得する取得部と、
前記取得部によって取得された前記ノック信号を一定周期毎に周波数領域に変換することでノック画像を生成する画像生成部と、
前記画像生成部によって生成された前記ノック画像に基づいて前記ノッキングの特徴を示すノックモデルを生成するモデル生成部と、
前記モデル生成部によって生成された前記ノックモデルに基づいて前記ノッキングの有無を判定する判定部と
を備え
前記モデル生成部は、
畳み込みニューラルネットワークを用いた識別器の重み値を前記ノックモデルとして生成し、
前記判定部は、
前記重み値を用いた前記識別器に基づいて前記ノッキングの有無を判定すること
を特徴とするノック制御装置。
An acquisition unit that acquires a knock signal whose waveform changes according to knocking generated in an internal combustion engine,
An image generation unit that generates a knock image by converting the knock signal acquired by the acquisition unit into a frequency domain at regular intervals, and an image generation unit.
A model generation unit that generates a knock model showing the knocking characteristics based on the knock image generated by the image generation unit, and a model generation unit.
A determination unit that determines the presence or absence of knocking based on the knock model generated by the model generation unit .
Equipped with a,
The model generator
The weight value of the classifier using the convolutional neural network is generated as the knock model, and
The determination unit
A knock control device for determining the presence or absence of knocking based on the classifier using the weight value.
前記取得部は、
前記内燃機関の気筒毎に前記ノック信号を取得し、
前記判定部は、
前記気筒毎に前記ノッキングの有無を判定すること
を特徴とする請求項1に記載のノック制御装置。
The acquisition unit
The knock signal is acquired for each cylinder of the internal combustion engine, and the knock signal is acquired.
The determination unit
Knock control apparatus according to claim 1, wherein the determining the presence or absence of the knocking for each of the cylinders.
前記取得部は、
前記ノッキングに伴って発生するノック音を前記ノック信号として取得すること
を特徴とする請求項1または2に記載のノック制御装置。
The acquisition unit
The knock control device according to claim 1 or 2 , wherein the knock sound generated by the knocking is acquired as the knock signal.
前記取得部によって取得された前記ノック信号のうち、前記ノッキングに相当するノック周波数帯の信号を選択的に通過させるバンドパスフィルタをさらに備え、
前記画像生成部は、
前記バンドパスフィルタを通過した前記ノック周波数帯の信号を変換することで前記ノック画像を生成すること
を特徴とする請求項1〜のいずれか一つに記載のノック制御装置。
A bandpass filter that selectively passes a signal in the knock frequency band corresponding to the knocking among the knock signals acquired by the acquisition unit is further provided.
The image generation unit
The knock control device according to any one of claims 1 to 3 , wherein the knock image is generated by converting a signal in the knock frequency band that has passed through the bandpass filter.
内燃機関に発生するノッキングに応じて波形が変化するノック信号を取得する取得工程と、
前記取得工程によって取得された前記ノック信号を一定周期毎に周波数領域に変換することでノック画像を生成する画像生成工程と、
前記画像生成工程によって生成された前記ノック画像に基づいて前記ノッキングの特徴を示すノックモデルを生成するモデル生成工程と、
前記モデル生成工程によって生成された前記ノックモデルに基づいて前記ノッキングの判定に用いる識別器の重み値を更新する更新工程と
を含むことを特徴とするノック適合方法。
The acquisition process of acquiring a knock signal whose waveform changes according to the knocking generated in the internal combustion engine, and
An image generation step of generating a knock image by converting the knock signal acquired by the acquisition step into a frequency domain at regular intervals, and an image generation step.
A model generation step of generating a knock model showing the knocking characteristics based on the knock image generated by the image generation step, and a model generation step.
A knock matching method comprising an update step of updating a weight value of a classifier used for determining knocking based on the knock model generated by the model generation step.
内燃機関に発生するノッキングに応じて波形が変化するノック信号を取得する取得手順と、
前記取得手順によって取得された前記ノック信号を一定周期毎に周波数領域に変換することでノック画像を生成する画像生成手順と、
前記画像生成手順によって生成された前記ノック画像に基づいて前記ノッキングの特徴を示すノックモデルを生成するモデル生成手順と、
前記モデル生成手順によって生成された前記ノックモデルに基づいて前記ノッキングの判定に用いる識別器の重み値を更新する更新手順と
をコンピュータに実行させることを特徴とするノック適合プログラム。
An acquisition procedure for acquiring a knock signal whose waveform changes according to knocking generated in an internal combustion engine, and
An image generation procedure for generating a knock image by converting the knock signal acquired by the acquisition procedure into a frequency domain at regular intervals, and an image generation procedure.
A model generation procedure for generating a knock model showing the knocking characteristics based on the knock image generated by the image generation procedure, and a model generation procedure.
A knock matching program comprising causing a computer to perform an update procedure for updating a weight value of a classifier used for determining knocking based on the knock model generated by the model generation procedure.
内燃機関に発生するノッキングに応じて波形が変化するノック信号を取得する取得工程と、The acquisition process of acquiring a knock signal whose waveform changes according to the knocking generated in the internal combustion engine, and
前記取得工程によって取得された前記ノック信号を一定周期毎に周波数領域に変換することでノック画像を生成する画像生成工程と、An image generation step of generating a knock image by converting the knock signal acquired by the acquisition step into a frequency domain at regular intervals, and an image generation step.
前記画像生成工程によって生成された前記ノック画像に基づいて前記ノッキングの特徴を示すノックモデルを生成するモデル生成工程と、A model generation step of generating a knock model showing the knocking characteristics based on the knock image generated by the image generation step, and a model generation step.
前記モデル生成工程によって生成された前記ノックモデルに基づいて前記ノッキングの有無を判定する判定工程と、A determination step of determining the presence or absence of knocking based on the knock model generated by the model generation step, and a determination step of determining the presence or absence of knocking.
を含み、Including
前記モデル生成工程は、The model generation step is
畳み込みニューラルネットワークを用いた識別器の重み値を前記ノックモデルとして生成し、The weight value of the classifier using the convolutional neural network is generated as the knock model, and
前記判定工程は、The determination step is
前記重み値を用いた前記識別器に基づいて前記ノッキングの有無を判定することDetermining the presence or absence of knocking based on the classifier using the weight value.
を特徴とするノック制御方法。A knock control method characterized by.
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