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Dokumentenidentifikation EP1272858 22.11.2007
EP-Veröffentlichungsnummer 0001272858
Titel VERFAHREN ZUR KOMPENSATION DER DREHUNFÖRMIGKEIT BEI DER DREHZAHLERFASSUNG
Anmelder Robert Bosch GmbH, 70469 Stuttgart, DE
Erfinder PALMER, Joachim, 70825 Korntal-Münchingen, DE;
SAMUELSEN, Dirk, 71636 Ludwigsburg, DE;
FEHRMANN, Ruediger, 71229 Leonberg, DE
DE-Aktenzeichen 50113124
Vertragsstaaten DE, ES, FR, GB, IT, SE
Sprache des Dokument DE
EP-Anmeldetag 16.02.2001
EP-Aktenzeichen 019150143
WO-Anmeldetag 16.02.2001
PCT-Aktenzeichen PCT/DE01/00594
WO-Veröffentlichungsnummer 2001077692
WO-Veröffentlichungsdatum 18.10.2001
EP-Offenlegungsdatum 08.01.2003
EP date of grant 10.10.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 22.11.2007
IPC-Hauptklasse G01P 21/02(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP
IPC-Nebenklasse G01P 3/489(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   F02D 41/34(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   

Beschreibung[de]
Technisches Gebiet

Bei der Drehzahlerfassung an Verbrennungskraftmaschinen werden Geberräder eingesetzt, deren mit einer Außenverzahnung versehene Umfangsflächen von Drehzahlgebern abgetastet werden. Je genauer die Erfassung von Drehwinkel einer Kurbelwelle einer Verbrennungskraftmaschine sowie der Drehzahl derselben am Geberrad erfaßt werden kann, desto vorteilhafter ist das Regelverhalten eines Regelkreises zur Steuerung der Verbrennungsmaschine.

Stand der Technik

Die Winkelerfassung des Kurbelwinkels &agr; der Kurbelwelle einer Verbrennungskraftmaschine erfolgt über ein Geberrad, welches an seinem Umfang gleichmäßig verteilt z Zähne aufweist. Der Winkelabstand zwischen den Zähnen des Geberrades beträgt &agr;Sm. Mittels eines Drehzahlgebers, der als ein Sensorelement ausgebildet sein kann, wird der Zeitpunkt detektiert, zu dem ein Zahn den Drehzahlgeber passiert. Mittels einer dem Drehzahlgeber nachgeschalteten Erfassungseinrichtung wird die Zeitdifferenz zweier aufeinander folgender Zähne detektiert, die Segmentzeit ts. Aus dem Kehrwert der gemessenen Segmentzeit ts wird die Drehzahl gemäß der nachfolgenden Beziehung n ˜ k = &agr; s m 2 &pgr; 1 t s k ermittelt. Der Winkel zwischen zwei Zähnen des Geberrades läßt sich auf der Basis der zuletzt gemessenen Segmentzeit tS(k-1) gemäß nachfolgender Beziehung interpolieren: &agr; t = &agr; Sm t t s k - 1

Die Drehzahl- und Winkelwerte ñ (k) und &agr; (t) können durch Toleranzeinflüsse verfälscht werden. Zu solchen Toleranzeinflüssen sind Teilungsfehler am Geberrad, Anbaufehler von Drehzahlgeber und Geberrad an der Stirnseite der Kurbelwelle sowie Sensortoleranzen zu zählen. Dadurch weichen die einzelnen Segmentwinkel &agr;S (k) vom Idealwert &agr;Sm nicht unerheblich ab.

Um die Folgen fertigungs- und montagetechnisch bedingter auftretender Toleranzen abzumildern, werden bei heutigen Anwendungen der Drehzahlerfassung nur einzelne, ausgewählte Zähne zur Signalermittlung undauswertung herangezogen. Dadurch läßt sich zwar eine Verringerung des relativen Winkelfehlers &Dgr; &agr; s &agr; S m

erzielen, jedoch wird dieser Vorteil durch eine Phasenverschiebung des Signales tS (k) erkauft, was nicht unerhebliche Nachteile in regelungstechnischer Hinsicht nach sich zieht.

Soll eine korrekte Winkelerfassung erfolgen, verbietet sich die Auswertung von Winkelsignalen, die an beliebig herausgegriffenen Zähnen des Geberrades ermittelt werden. Die Segmentzeiten tS (k) können auch bei einem idealen Geberrad an der Kurbelwelle aufgrund der Drehunförmigkeit des Verbrennungsmotores stark schwanken. Werden zu wenig Zähne des Geberrades zur Drehzahlermittlung ausgewertet werden, liefert die Gleichung &agr; t = &agr; Sm t t s k - 1

Ergebnisse, die grob von den tatsächlichen Gegebenheiten abweichen können.

Aus DE-OS 44 06 606 ist eine Adaptionseinrichtung für ein Geberrad an einem Verbrennungsmotor bekannt geworden. Ein Geberrad wird dazu verwendet, Drehzahländerungen eines Verbrennungsmotors mit hoher Genauigkeit zu erfassen, um aus diesen einen Laufunruhewert zu berechnen. Ein solches Geberrad weist z.B. drei Segmente auf, die idealer Weise gleich lang sind, jedoch in der Realität meistens leicht voneinander abweichende Längen aufweisen. Um dadurch bedingte Meßfehler bei der Erfassung von Drehzahländerungen zu vermeiden, ist es bekannt, die tatsächlichen Längen durch ein Adaptionsverfahren zu ermitteln. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist so aufgebaut, daß sie für jedes Segment über mehrere Adaptionsfilter verfügt, um verschiedene Adaptionswerte für verschiedene Drehzahlbereiche zu erfassen. Es hat sich herausgestellt, daß in unterschiedlichen Drehzahlbereichen unterschiedliche Längen gemessen werden, was ein Fehler ist, der kompensiert werden muß, da die Länge eines Segmentes tatsächlich dauernd konstant ist.

DE 195 40 674 A1 bezieht sich auf Adaptionsverfahren zur Korrektur von Toleranzen eines Geberrades. Es werden aus den aktuell gemessenen Zahnzeit- bzw. Segmentzeitwerten tn eine mittlere Zahnzeit T berechnet, wobei die aktuellen Zahnzeitwerte tn auf die mittlere Zahnzeit T normiert werden. Es wird bestimmt, in welchem Drehzahlbereich sich die Brennkraftmaschine befindet und abhängig vom ermittelten Drehzahlbereich für jeden Zahn (1, , .....j.....Z) ein Adaptionsfaktor &agr;ij festgelegt. Die normierten Zahnzeiten Tnorm(n) werden zur Korrektur des zum j-ten Zahns im i-ten Drehzahlbereich T-gehörenden Adaptionsfaktor &agr;ij herangezogen. Aus den korrigierten Adaptionsfaktoren wird ein Korrekturfaktor für jeden Zahn bzw. jedes Segment berechnet und zur Korrektur des j-ten Zahnzeitwertes T(n) herangezogen.

US 5,377,535 hat ein Verfahren zur Identifizierung und Korrektur von Fehlern bei Zeitmeßvorgängen an rotierenden Bauteilen zum Gegenstand. Es wird offenbart, daß eine Kurbelwelle, oder eine daran aufgenommene Geberscheibe, an welcher Marken ausgebildet sind, durch eine dieser zugeordneten Sensor abgetastet. Gemäß eines Verfahrens zur Identifizierung und Korrektur von Fehlern bei der Bestimmung von Segmentzeiten wird eine Referenzsegmentzeit TG0 gemessen und gespeichert und einem Referenzzylinder der Verbrennungskraftmaschine zugeordnet. Daran schließt sich die Summation von Segmentzeiten TGn an, welche Kurbelwellensegmenten der verbleibenden Zylinder der Verbrennungskraftmaschine entsprechen. Danach wird eine neue Segmentzeit TG0 des Referenzsegmentes, welches dem Referenzzylinder der Verbrennungskraftmaschine zugeordnet ist, zwei Kurbelwellenumdrehungen später aufgenommen. Es werden Korrekturwerte AZn für jeden Zylinder bestimmt. Die Korrekturwerte AZn werden nachfolgend gemittelt, wobei die gemittelten Korrekturwerte AZMn gespeichert werden und mit diesen gemäß den Segmentzeiten TGn zur Bildung korrigierter Segmentzeiten verknüpft werden. Die Korrekturwerte werden bei Schubbetrieb der Verbrennungskraftmaschine und in einem dafür geeigneten Drehzahlbereich der Verbrennungskraftmaschine ermittelt.

US 6,021,758 hat ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ausgleich von Drehmomentungleichförmigkeiten von Zylindern einer Verbrennungskraftmaschine zum Gegenstand. Fluktuationen in der Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine und zur Detektion von Drehzahlungleichförmigkeiten werden durch Beeinflussung der Einspritzzeitpunkte eines jeden individuellen Zylinders korrigiert. Mittels einer 6-Punkte-FFT wird die Drehgeschwindigkeit der Verbrennungskraftmaschine über einen vollständigen Arbeitszyklus berechnet. Eine ungleichförmig drehende Verbrennungskraftmaschine weist 0-Punkt-Ordnungen der FFT-Komponenten auf, die zur 0,5-ten, ersten Hauptordnung und zur 1,5-ten Ordnung der Verbrennungskraftmaschine korrespondieren. Mittels eines iterativen Verfahrens wird gemäß dieser Lösung bei einer als ungleichförmig laufend erkannten Verbrennungskraftmaschine die Größe dieser Ordnungen gegen Null geführt.

Mittels der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren zur genauen Erfassung von Winkel und Drehzahl werden gemessene Segmentzeiten tS (k) um gelernte Geberradfehler korrigiert, so daß sich die überlagernden Einflüsse von Geberradfehlern und Drehunförmigkeit des Verbrennungsmotors voneinander trennen lassen.

Mit einem der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren wird die Drehunförmigkeit des Verbrennungsmotors aus dem Betriebspunkt des Motors, der durch die Drehzahl n, den Ladedruck p1, sowie die Einspritzmenge mE definiert ist, rekonstruiert. Dazu kann das Drehmoment durch dessen Gleichanteil M0 sowie n harmonische der ersten Hauptordnung des Verbrennungsmotors beschrieben werden.

Anstelle der Rekonstruktion der Drehunförmigkeit der Verbrennungskraftmaschine aus einem speziellen, wohldefinierten Betriebspunkt, kann die Drehunförmigkeit der Verbrennungskraftmaschine anhand der Frequenzanteile der Hauptordnungen des Motors bestimmt werden. Für diese Frequenzanteile lassen sich im Wege diskreter Fourier-Transformationen, über jeweils eine Kurbelwellenumdrehung der Betrag cj und Phase ϕJ der zugehörigen Segmentzeitschwankung bestimmen.

Zeichnung

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend näher erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1a
die Winkelerfassung eines Geberrades durch einen Drehzahlgeber samt Auswertungsschaltung,
Fig. 1b
eine Drehzahlerfassung an ausgewählten Zähnen am Umfang eines Geberrades, wobei für die Signalauswertung eine Mittelwertbildung vorgesehen ist,
Fig. 1c
eine schematische Darstellung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Fehlerermittlungsroutine mit einer Trennstufe,
Fig. 2
die Gegenüberstellung eines Winkelsystemes von fehlerbehafteten Geberrad gegenüber dem wahren Winkel der Verbrennungskraftmaschine,
Fig. 3
die Ausfilterung der Drehunförmigkeit des Verbrennungsmotors mittels eines Referenzmodelles und
Fig. 4
das Ausfiltern der Drehunförmigkeit des Verbrennungsmotors mit n-Ordnungen entsprechenden Fourier-Transformationsstufen.

Ausführungsvarianten

Fig. 1a gibt die Bestimmung von Segmentzeiten mit einem Geberrad gemäß einer Lösung aus dem Stand der Technik wieder.

Ein Geberrad 1, dessen Umfangsfläche 2 mit k Zähnen, beispielsweise 60 Zähnen versehen ist, ist an einer Geberradwelle 4 aufgenommen und rotiert im Drehsinn 3. Der Drehwinkel 5, der die Drehrichtung des Geberrades 1 identifiziert, ist mit &agr; bezeichnet. Die einzelnen Zähne 11 sind mit aufeinander folgenden Abständen am Umfang 2 des Geberrades 1 aufgenommen. Die Zahnflanken der einzelnen Zähne 11 werden von einem Signalgeber 6 abgetastet, dem eine Signalauswertung 7 mit integrierter Zeiterfassung 8 nachgeordnet ist. Am Ausgang der Signalauswertung 7 steht als Ausgangssignal die ermittelte Segmentzeit tS (k), mit Bezugszeichen 9 bezeichnet, an.

Der Abstand der einzelnen am Umfang 2 des Geberrades 1 aufgenommenen Zähne 11 beträgt &agr;SM. Die Drehzahl wird aus dem Kehrwert der gemessenen Segmentzeit tS (k) bestimmt: n ˜ k = &agr; S M 2 &pgr; 1 t s k

Der Drehwinkel 5 wird zwischen zwei Zähnen 11 unter Verwendung der aktuellen Zeit t seit Abtastung des letzten Zahns sowie der zuvor gemessenen Segmentzeit tS(k - 1) interpoliert. &agr; t = &agr; Sm t t s k - 1

In Fig. 1b ist eine Drehzahlerfassung an ausgewählten Zähnen 12 am Umfang eines Geberrades dargestellt, wobei der Signalauswertung eine Signalmittelwertbildung implementiert ist.

Von der Gesamtheit der am Umfang 2 des Geberrades 1 aufgenommenen Zähne 11 werden lediglich ausgewählte Zähne 12 zur Signalauswertung 7, 8 herangezogen. Die Zähne 12 werden häufig so ausgewählt, daß die Drehzahlförmigkeit des Verbrennungsmotors bei der Zeitmessung 8 nicht in Erscheinung tritt. Analog zur in Fig. 1a wiedergegebener Darstellung werden die ausgewählten Zähne 12 durch einen Signalgeber 6 abgetastet, dessen Signal an eine Signalauswertung 7 samt integrierter Zeitmessung 8 übertragen wird. Deren Ausgangssignal tS (k), der Segmentzeit entsprechend und mit Bezugszeichen 9 identifiziert, wird sowohl einer Korrektureinheit 14 zugeleitet als auch in einer Mittelwertbildungsstufe 13 in eine mittlere Segmentzeit tSM (k) umgewandelt. Sowohl das Ausgangssignal der Signalauswertung 7 tS (k) als auch die mittlere Segmentzeit tSM (k) werden der Korrektureinheit 14 zugeleitet, welche ihrerseits eine normierte Segmentzeit TSN (k) ermittelt, mit Bezugszeichen 15 bezeichneit. Dieses Ausgangssignal der Korrekturstufe 14 wird an eine Lernstufe übertragen, in welcher aus dem Signal TSN (k) derjenige Signalteil gelernt wird, der von den Geberradfehlern herrührt. Das die Lernstufe 16 verlassende Signal TSNF (k), mit Bezugszeichen 20 bezeichnet, stellt die Segmentzeitabweichungen aufgrund von Geberradfehlern dar.

In der Darstellung gemäß Fig. 1c ist eine schematische Darstellung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Fehlerroutine wiedergegeben.

Das Geberrad 1, auf dessen Umfangsfläche 2 sich eine Vielzahl von Zähnen 11 befindet, hier mit dem Laufindex von k = 0 von k = z bezeichnet, wird über ein Signalgeber 6 abgetastet. Das Geberrad 1 befindet sich auf einer Geberradwelle 4 aufgenommen, welche im Drehsinn 5 rotiert. Die Signale des Signalgebers 6 werden an eine Signalauswertung 7 mit integrierter Zeitmessung übertragen, deren Ausgangssignal die Segmentzeit tS (k), mit Bezugszeichen 9 bezeichnet, darstellt. Analog zur in Fig. 1b wiedergegebenen Darstellung wird die Segmentzeit tS (k) sowohl einer Mittelwertbildungsstufe 13 als auch einer Korrektureinheit zugeleitet. Aus der Segment zeit tS (k) wird durch die Mittelung über eine Kurbelwellenumdrehung die mittlere Segmentzeit tSM (k) berechnet, mit Bezugszeichen 10 bezeichnet. Dieses Signal wird ebenfalls der Korrektureinheit 14 zugeführt. Der Korrektureinheit wird das Signal der nonnierten Segmentzeit TSN (k) aus der Division von der Segmentzeit tS(k) durch tSM (k) ermittelt. Die normierte Segmentzeit 15 wird innerhalb einer Fehlerroutine 19 korrigiert. Die Fehlerroutine 19 enthält eine Trennstufe 18, in welcher die Trennung der Geberradfehler von den Motoreffekten wie beispielsweise der Drehunförmigkeit erfolgt. Das aus der Trennstufe 18 hervorgehende Signal TSNG (k) stellt die Wechselanteile des Signales am Filterausgang dar und ist im stationären Betrieb der Verbrennungskraftmaschine ausschließlich auf Geberradfehler zurückzuführen. Sie werden mit einem der Trennstufe 18 nachgeschalteten Adaptionsverfahren innerhalb eines Lemfilters 16 ausgewertet. Am Ausgang der Lernstufe 16 stehen die gelernten Segmentzeitabweichungen aufgrund von Geberradfehlern in Form des Signales TSNGf (k) zur Verfügung, mit Bezugszeichen 20 identifiziert.

Liegt das Signal 20, d.h. die Segmentzeitabweichungen aufgrund von Geberradfehlern TSNGf (k) vor, können anstelle der verfälschten Drehzahl ñ (k) die von Geberradfehlem bereinigten Drehzahlsignale n1 (k) und n2 (k) erzeugt werden: n 1 k = &agr; S M 2 &pgr; 1 t s k 1 - T S N G F k und n 2 k = &agr; S M 2 &pgr; 1 t S M k T S N G k 1 - T S N G f k

Das Signal n1 (k) enthält im Gegensatz zum Drehzahlsignal n2 (k) die Drehunförmigkeit der Verbrennungskraftmaschine.

Das Ausgangssignal 20 kann außerdem dazu benutzt werden, um eine genauere Winkelinterpolation zwischen zwei Zähnen 11 des Geberrades 1 zu erzielen. Um eine Systemaktion (zum Beispiel das Schalten eines Magnetventiles in der Kraftstoffversorgung) beim Winkel &agr;Soll zu erreichen, muß der wahre Winkel &agr;Soll in das fehlerbehaftete Winkelsystem &agr;* des Geberrades 1 abgebildet werden. Dies erfolgt gemäß der nachfolgend wiedergegebenen Beziehung: &agr; * Soll = &agr; Soll - &Dgr;&agr; 1 - T SNGf k - 1

&Dgr;&agr; ist die Abweichung des Zahnes 11 mit der Adresse k - 1 gegenüber dem wahren Winkel.

In Fig. 2 ist die Gegenüberstellung eines Winkelsystems an einem fehlerbehafteten Geberrad 1 dem wahren Winkel der Verbrennungskraftmaschine gegenübergestellt. Mit Bezugszeichen 21 ist das Winkelsystem des fehlerhaften Geberrades 1 bezeichnet, während Bezugszeichen 24 den tatsächlichen Winkel der Verbrennungskraftmaschine bezeichnet. Mit 22 ist ein beliebiger Zahn 11 des Geberrades 1 identifiziert, während mit Bezugszeichen 23 der Folgezahn am Geberrad 1 gekennzeichnet sein soll. Die Abweichung &dgr;&agr; eines Zahnes mit der Adresse "k-1" gegenüber dem wahren Winkel 24 der Verbrennungskraftmaschine läßt sich aus der nachfolgenden Beziehung bestimmen: &Dgr;&agr; = j = 0 k - 1 T S N G f j &agr; S M

Mit &agr;SM Winkelabstand der Zähne 11 am Umfang 2 des Geberrades 2.

Der Winkelversatz ist in der Fig. 2 mit Bezugszeichen 25 bezeichnet, während der Kurbelwellenwinkel mit &agr; bezeichnet ist.

In den Fig. 3 und 4 sind zwei erfindungsgemäße Verfahren zur Ausfilterung der Drehunförmigkeit des Verbrennungsmotores mittels eines Referenzmodelles bzw. mittels einer Fourier-Transformation wiedergegeben.

Diese Ausfilterungsverfahren zur Drehunförmigkeit der Verbrennungskraftmaschine sind innerhalb der Fehlerroutine 19 gemäß Fig. 1c in der Trennstufe 18 implementiert. Die Trennstufe 18 enthält entweder das Referenzmodul 27 gemäß Fig. 3 oder einen Ordnungsfilter 37 gemäß der Fig. 4, wie nachfolgend dargestellt werden wird.

Mittels des in Fig. 3 wiedergegebenen Referenzmodells 27 wird die Drehunförmigkeit des Verbrennungsmotores aus dem Betriebspunkt des Motors, der durch die Drehzahl n, den Ladedruck p1 sowie die Einspritzmenge mE definiert wird, abgebildet. Das Drehmoment einer Verbrennungskraftmaschine kann durch seinen Gleichanteil M0 sowie n Harmonische der ersten Hauptordnung der Verbrennungskraftmaschine beschrieben werden: M &agr; = M 0 + j = 1 n M j ; 0 cos m j &agr; - ϕ j , 0 + j = 1 n M j , n n 2 n ref 2 cos m j &agr; - ϕ j , n + j = 1 n M j , p l p 1 p 1 , ref cos m j &agr; - ϕ j , pl + j = 1 n M j , m e m e m e ref cos m j &agr; - ϕ j , m e m stellt die Ordnungszahl der ersten Hauptordnung und &agr; den Kurbelwinkel 26 der Verbrennungskraftmaschine dar. Für einen gegebenen Betriebspunkt können die einzelnen Wechseldrehmomente in obiger Gleichung zum resultierenden Wechseldrehmoment MJ, RES zusammengefaßt werden: M &agr; = M 0 + j = 1 n M j , Res cos m j &agr; - ϕ j , res

Sei J das Massenträgheitsmoment der Verbrennungskraftmaschine, so bewirkt das Drehmoment M (&agr;) bei einem idealen Geberrad 1 mit dem Winkel &agr;SM zwischen den Zähnen 11, den Segmentzeitverlauf tS (&agr;): t s &agr; = t SM . { 1 - 1 J 4 &pgr; 2 n 2 j = 1 n m j , res 1 m 2 sin m j ( &agr; - / 2 &agr; S m ) - &phgr; j 1 &agr; S m / 2 sin m j / 2 &agr; S m } T SND &agr;

Demnach läßt sich der Verlauf von TSND(&agr;) mit Bezugszeichen 36 bezeichnet in Abhängigkeit der Betriebsgrößen Drehzahl n, Ladedruck p1 sowie Einspritzmenge ME in mehreren Tabellen 29 innerhalb der Motorsteuerung ablegen. Für jeden Zahn 11 mit der Adresse "k" läßt sich ein Tabelleneintrag TSNG (k) ablegen. Damit läßt sich das gesuchte Signal TSNG (k) wie folgt berechnen: T SNG k = t s k t S M + T SND k ,

In Fig. 3 ist dieser Zusammenhang dadurch repräsentiert, daß die Segmentzeit tS (k) mit Bezugszeichen 9 sowie die mittlere Segmentzeit tSM (k) einer Korrektureinheit 14 zugeleitet werden, aus der durch Division die normierte Segmentzeit tSN (k) (Bezugszeichen 15) erzeugt wird. Das Signal 15 sowie das vorstehend ermittelte Signal 36 werden einer Summationsstelle zugeführt, an welcher das gesuchte Signal TSNG (k) gebildet wird. Am Divisor 35 wird das Massenträgheitsmoment der Verbrennungskraftmaschine entsprechend berücksichtigt, wobei der Devisor 35 neben dem Massenträgheitsmoment den an der Summationsstelle 34 ermittelten Wert der Drehzahlverknüpfung 31, der Druckverknüpfung 32 sowie der Einspritzmengenverknüpfung 33 zugeführt wird.

Bei bestimmten Motorbauarten, insbesondere 4- und 6-Zylinder-Reihenmotoren besteht eine Variante des in Fig. 3 dargestellten Verfahrens darin, bei der Bestimmung von TSND (&agr;) nur die erste Hauptordnung des Motors zu berücksichtigen (n = 1). Dabei wird der Motorbetriebspunkt, in dem das Lernverfahren aktiviert wird, so gewählt, daß das Ausgangssignal 36 TSND (&agr;) den Wert Null annimmt.

Eine Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in Fig. 4 dargestellt. Bei dem in Fig. 4 dargestellten Verfahren, welches gemäß Fig. 1 in der Fehlerroutine 19 implementiert werden kann, wird die Drehunförmigkeit der Verbrennungskraftmaschine mittels eines Ordnungsfilters abgetrennt. Zum Ausfiltern der Drehunförmigkeit des Verbrennungsmotors wird die Tatsache ausgenutzt, daß diese Drehunförmigkeit nur Frequenzteile auf den Hauptordnungen des Motors aufweist. Mittels diskreter Fourier-Transformation (DFT) wird für diese Frequenzen über jeweils eine Kurbelwellenumdrehung der Betrag cJ und die Phase ϕJ der entsprechenden Segmentzeitschwankungen bestimmt. Eine nomierte Segmentzeit TSN (k), mit Bezugszeichen 15 bezeichnet, läßt sich beschreiben als Summe der ermittelten Frequenzanteile cj sowie einem Restsignal TSNG (k) T SND k = T SND k + j = 1 n c j , X cos ( m j &agr; - ϕ j , x ) .

Hierbei ist m die Ordnungszahl der ersten Hauptordnung und &agr; der Kurbelwinkel 26 der Verbrennungskraftmaschine. Der Index x kennzeichnet die laufende Nummer der Kurbelwellenumdrehung für die jeweils Betrag c und Phase ϕ ermittelt wurde. Das um die Drehzahlunförmigkeit bereinigte Signal TSNG (k) kann konstruiert werden, indem von der normierten Segmentzeit TSN (k) die aus der vorangehenden Kurbelwellenumdrehung "X-1" bestimmten Signalanteile auf den Hauptordnungen des Motors abgezogen werden: T SNG k = T SN k + j = 1 n c j , x - 1 cos ( m j &agr; - &phgr; j , x - 1 ) .

In zur Fig. 3 analoger Weise wird auch bei diesem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren an einer Korrektureinheit 14 die Segmentzeit tS (k) Bezugszeichen 9 durch die nomierte Segmentzeit tSM (k), Bezugszeichen 10, dividiert. Das an der Korrektureinheit 14 anstehende Ausgangssignal 15 TSN (k) stellt die nomierte Segmentzeit dar. Dieses Signal wird einer Subtraktionsstufe zugeführt, wo die der obigen Gleichung entsprechenden Subtraktionsvorgänge zur Ermittlung des Signales TSNG (k) erfolgen. Innerhalb des Ordnungsfilters 37 sind den Hauptordnungen der Verbrennungskraftmaschine jeweils diskrete Fourier-Transformationsstufen 38 bzw. 43 zugeordnet. Die ermittelten Werte für den Betrag 38.1 sowie für die Phase 38.2 bzw. 43.1 und 43.2 werden jeweils in Speichern 39 abgelegt, wobei sowohl der Kurbelwellenwinkel &agr; als auch die Phase ϕ in die Berechnung des Winkelanteiles 40 bzw. 44 eingehen. Die Werte der Speicher 39 und diejenigen der Winkelermittlung 40 bzw. 44 werden verknüpft und einer Additionsstufe 42 zugeleitet, deren Ausgangssignal an die Subtraktionsstufe zur Ermittlung des Signales TSNG(k) eingehen.

Die Elimination der Hauptordnungen des Motors unter Benutzung der diskreten Fourier-Transformationen (DFT) bietet gegenüber anderen Filterungsverfahren den Vorteil, daß die übrigen Motorordnungen hinsichtlich Betrag c und Phase ϕ nicht verändert werden. Diese Tatsache ist wichtig, da die auf diese Ordnungen verteilten Fehler am Geberrad 1 sonst nicht korrekt rekonstruiert werden könnten und nur unzureichenden Eingang in die Signalkorrektur finden würden.

Bezugszeichenliste

1
Geberrad
2
Umfangsfläche
3
Drehsinn
4
Geberradwelle
5
Drehwinkel
6
Signalgeber
7
Signalauswertung
8
Zeitmessungen
9
Segmentzeit ts (k)
10
mittlere Segmentzeit tSM (k)
11
Zähne
12
ausgewählte Zähne
13
Mittelwertbildung
14
Korrektureinheit
15
nomierte Segmentzeit TSN (k)
16
Lernstufe
17
Lemstufen korrigiertes Signal TSNf (k)
18
Trennstufe
19
Fehlerermittlungsroutine
20
Segmentabweichungen durch Geberradfehler
21
Fehlerbehaftetes Geberrad-Winkelsystem
22
Zahn
23
Folgender Zahn
24
Tatsächlicher Winkel
25
Winkelversatz &Dgr;&agr;
26
Kurbelwellenwinkel &agr;
27
Referenzmodell
28
Eingang
29
Tabellen mit Zuordnung Wert-Geberradzahn
30
-
31
Drehzahlverknüpfung (normiert)
32
Druckverknüpfung (normiert)
33
Einspritzmenge (normiert)
34
Additionsstufe
35
Trägheitswert Motorträgheitsberücksichtigung
36
Ausgangssignal TSND (k)
37
Ordnungsfilter
38
Diskrete Fourier-Transformation erste Hauptordnung
38.1
Betragswert c
38.2
Phasenwert ϕ
39
Speicher
40
Winkelparameterermittlung
41
Verknüpfung
42
Additionsstufe
43
Diskrete Fourier-Transformation n-te Hauptordnung
44
Winkelparameterermittlung


Anspruch[de]
Verfahren zur Drehzahl- und/oder Winkelerfassung an rotierenden Bauteilen einer Verbrennungskraftmaschine mit einem Geberrad (1), an dessen Umfangsfläche (2) k Zähne (11, 12) aufgenommen sind, die von einem oder mehreren Signalgebern (6) abgetastet werden, über welche Segmentzeiten TS (k) von zwei aufeinanderfolgenden Zähnen (11) ermittelt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die gemessenen Segmentzeiten TS (k) (9) innerhalb einer Korrekturroutine (19) entweder • anhand eines Referenzmodelles (27), in dem der jeweilige Betriebspunkt der Verbrennungskraftmaschine hinsichtlich der Drehzahl n, des Druckes p1 und hinsichtlich der Einspritzmenge mE definiert ist, unter Ermittlung eines Geberradfehler repräsentierenden Signales TSNG (k) Fehler des Geberrades (1) aus der Beziehung: T SNG k = t s k t S M + T SND k , wobei der Verlauf des Signals TSND (k) in einer Tabelle 29 der Geberradzähne (11, 12) abhängig von den Betriebsgrößen n, p1 und me der Verbrennungskraftmaschine abgelegt ist, den Zähnen (11, 12) des Geberrades (1) jeweils ein Eintrag zugeordnet ist, unter Verknüpfung von Einträgen der Tabelle (29) mit normierten Betriebsgrößen für Drehzahl, Druck und Einspritzmenge korrigiert werden,

oder
• anhand eines Ordnungsfilters (37) mit mindestens einer der Hauptordnungen der Verbrennungskraftmaschine zugeordneten FFT-Stufe (38, 43) um die Fehler des Geberrades (1) korrigiert werden, wobei die die Fehler des Geberrades (1) repräsentierenden Signale TSNG (k) aus der Differenz einer normierten Segmentzeit TSN (k) und den aus der vorhergehenden Kurbelwellenumdrehung (x - 1) bestimmten Signalanteilen der Hauptordnungen der Verbrennungskraftmaschine gemäß der Beziehung T SNG k = T SN k - j = 1 n c j , x - 1 cos ( m j &agr; - ϕ j , x - 1 ) . ermittelt werden, und cj den Betrag der zugehörigen Segmentzeitschwankung, ϕj die Phase der zugehörigen Segmentzeitschwankung, tS (k) die Segmentzeit des k-ten Segmentes, TSM die mittlere Segmentzeit, TSMD die normierte Segmentzeit im die Ordnungszahl des ersten Hauptordnung und &agr; den Kurbelwinnel der VVerbrennungskraftmaschine darstellen
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass aus der ermittelten Segmentzeit (9) tS (k) eine mittlere Segmentzeit tSM (k) (10) errechnet wird, aus der eine normierte Segmentzeit TSN (k) (15) abgeleitet wird. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die von Geberradfehlern bereinigten Drehzahlsignale n1 (k) unter Berücksichtigung der Drehunförmigkeit gemäß n 1 k = &agr; S M 2 &pgr; 1 t s k 1 - T S N G f k bestimmt wird. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das von Geberradfehlern bereinigte Drehzahlsignal aus n 2 k = &agr; S M 2 &pgr; 1 t S M k T S N G k 1 - T S N G f k bestimmt wird. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der wahre Winkel (24) der Verbrennungskraftmaschine &agr; in das fehlerbehaftete Winkelsystem des Geberrades (1) gemäß der Beziehung: &agr; * Soll = &agr; Soll - &Dgr;&agr; 1 - T SNGf k - 1 abgebildet wird. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung von TSND (&agr;) nur die erste Hauptordnung des Motors berücksichtigt wird. Verfahren gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die die Drehunförmigkeit der Verbrennungskraftmaschine aufweisenden Frequenzanteile der Hauptordnungen der Verbrennungskraftmaschine mittels diskreter Fourier-Transformation (38, 43) über eine Kurbelwellenumdrehung der Betrag cJ (38.1,43.1) und die Phase (38.2,43.2) bestimmt wird.
Anspruch[en]
Method for rotational speed detection and/or angle detection on rotating components of an internal combustion engine having a sensor wheel (1) on whose circumferential surface (2) there are accommodated k teeth (11, 12) which are scanned by one or more signal transmitters (6) via which segment times TS (k) of two consecutive teeth (11) are determined, characterized in that during a correction routine (19) the measured segment times TS (k) (9) either • are corrected, with the aid of a reference model (27) in which the respective operating point of the internal combustion engine is defined with regard to the rotational speed n and the pressure p1 and with regard to the injection quantity mE, while determining a signal TSNG (k) representing a sensor wheel error, by the errors of the sensor wheel (1) from the relationship: T SNG k = t s k t S M + T SND k , the profile of the signal TSND (k) being stored in a table 29 of the sensor wheel teeth (11, 12) as a function of the operating variables n, p1 and me of the internal combustion engine, and the teeth (11, 12) of the sensor wheel (1) respectively being assigned an entry, this being done by combining entries of the table (29) with normalized operating variables for rotational speed, pressure and injection quantity,

or
• are corrected by the errors of the sensor wheel (1) with the aid of an order filter (37) having at least one FFT stage (38, 43) assigned to the main orders of the internal combustion engine, the signals TSNG(k) representing the errors of the sensor wheel (1) being determined from the difference between a normalized segment time TSN (k) and the signal components, determined from the preceding crankshaft revolution (x - 1), of the main orders of the internal combustion engine in accordance with the relationship T SNG k = T SN k + j = 1 n c j , x - 1 cos ( m j &agr; - ϕ j , x - 1 ) , and Cj representing the absolute value of the associated segment time fluctuation, ϕj the phase of the associated segment time fluctuation, ts (k). the segment time of the kth segment, TSM the mean segment time, TSMD the normalized segment time, m the ordinal number of the first main order, and &agr; the crank angle of the internal combustion engine.
Method according to Claim 1, characterized in that a mean segment time tSM (k) (10) from which a normalized segment time TSN (k) (15) is derived is calculated from the segment time (9) tS (k) determined. Method according to Claim 1, characterized in that the rotational speed signals n1 (k) purged of sensor wheel errors are determined taking account of the rotational nonuniformity in accordance with n 1 k = &agr; S M 2 &pgr; 1 t s k 1 - T S N G f k . Method according to Claim 1, characterized in that the rotational speed signal purged of sensor wheel errors is determined from n 2 k = &agr; S M 2 &pgr; 1 t S M k T S N G k 1 - T S N G f k . Method according to Claim 1, characterized in that the true angle &agr; (24) of the internal combustion engine is projected into the defective angle system of the sensor wheel (1) in accordance with the relationship: &agr; * Soll = &agr; Soll - &Dgr;&agr; 1 - T SNGf k - 1 . Method according to Claim 1, characterized in that only the first main order of the engine is taken into account for determining TSND (&agr;). Method according to one or more of the preceding claims, characterized in that the absolute value cJ (38.1, 43.1) and the phase (38.2, 43.2) are determined for the frequency components, exhibiting the rotational nonuniformity of the internal combustion engine, of the main orders of the internal combustion engine by means of discrete Fourier transformation (38, 43) over a crankshaft revolution.
Anspruch[fr]
Procédé de saisie de l'angle et/ou de la vitesse de rotation sur des composants rotatifs d'un moteur à combustion interne comprenant une roue-émetteur (1), dotée sur sa surface périphérique (2) de k dents (11, 12) détectées par un ou plusieurs transmetteurs de signaux (6), sur lesquelles ont détermine des durées par segment TS (k) de deux dents (11) successives,

caractérisé en ce que

les durées mesurées par segment TS (k) sont corrigées au sein d'un sous-programme (routine) de correction (19), - soit à l'aide d'un modèle de référence (27), dans lequel le point de fonctionnement respectif du moteur à combustion interne est défini par rapport à la vitesse de rotation n, à la pression p1 et par rapport au débit d'injection mE, en déterminant un signal TSNG (k), qui représente l'erreur de la roue-émetteur (1) par la relation : T SNG k = t s k t S M + T SND k , dont la courbe du signal TSND (k) est enregistrée dans un tableau (29) des dents de la roue-émetteur (11, 12) en fonction des grandeurs de fonctionnement n, p1 et me du moteur à combustion interne, une entrée étant associée à chaque fois aux dents (11, 12) de la roue-émetteur (1), et en associant des entrées du tableau (29) avec des grandeurs de fonctionnement normalisées pour la vitesse de rotation, la pression et le débit d'injection, - soit en les corrigeant de l'erreur de la roue-émetteur (1) à l'aide d'un filtre de régimes (37), comprenant au moins un étage FFT (38, 43) associé aux régimes principaux du moteur à combustion interne, en calculant les signaux TSNG (k) représentant les erreurs de la roue-émetteur (1) à partir de la différence d'une durée normalisée par segment TSN (k) et des parties de signaux définies à partir de la rotation du vilebrequin précédente (x - 1) des régimes principaux du moteur à combustion interne selon la relation : T SNG k = T SN k - j = 1 n c j , x - 1 cos ( m j &agr; - ϕ j , x - 1 ) , formule dans laquelle cj représente la quantité de variation correspondante des durées par segment, ϕj la phase de la variation correspondante des durées par segment, ts (k) la durée par segment du k-ième segment, TSM la durée moyenne par segment, TSMD la durée normalisée par segment, m le régime du premier régime principal et &agr; le vilebrequin du moteur à combustion interne.
Procédé selon la revendication 1,

caractérisé en ce qu'

on calcule une durée moyenne par segment tSM (k) (10) à partir de la durée par segment (9) ts (k) déterminée, et une durée normalisée par segment TSN (k) (15) est dérivée de celle-ci.
Procédé selon la revendication 1,

caractérisé en ce que

les signaux de vitesse de rotation n1 (k) nettoyés des erreurs de la roue-émetteur sont définis en prenant en considération la difformité rotative comme suit : n 1 k = &agr; S M 2 &pgr; 1 t s k 1 - T S N G f k .
Procédé selon la revendication 1,

caractérisé en ce que

le signal de vitesse de rotation nettoyé des erreurs de la roue-émetteur est défini à partir de : n 2 k = &agr; S M 2 &pgr; 1 t S M k T S N G K 1 - T S N G f k .
Procédé selon la revendication 1,

caractérisé en ce que

l'angle exact (24) du moteur à combustion interne &agr; est représenté dans le système angulaire de la roue-émetteur (1) pourvu d'erreurs selon la relation suivante : &agr; * Soll = &agr; Soll - &Dgr; &agr; 1 - T SNGf k - 1 .
Procédé selon la revendication 1,

caractérisé en ce que

pour définir TSND (&agr;), seul le premier régime principal du moteur est pris en compte.
Procédé selon une ou plusieurs des revendications précédentes,

caractérisé en ce que

pour la proportion de fréquence des régimes principaux du moteur à combustion interne, qui présente la difformité rotative du moteur à combustion interne, la quantité cj (38.1, 43.1) et la phase (38.2, 43.2) sont définies sur une rotation du vilebrequin à l'aide d'une transformation de Fourier discrète (38, 43).






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