DE10063755A1

DE10063755A1 - Verfahren zur Erkennung einer Singularität

Info

Publication number: DE10063755A1
Application number: DE2000163755
Authority: DE
Inventors: Walter Viess; Juergen Zimmermann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2000-12-21
Filing date: 2000-12-21
Publication date: 2002-07-04
Also published as: FR2818737B1; FR2818737A1

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Ermittlung und Verifizierung des Auftretens einer Singularität bei einem Rechtecksignal beschrieben. Dabei wird die Singularität erkannt, wenn die Zeiten zwischen vorgebbaren Signalabständen unmittelbar vor und hinter der Singularität in der Summe kleiner sind als die Zeit bei Auftreten der Singularität. Das erfindungsgemäße Verfahren wird dabei beispielsweise zur Auswertung eines rotierenden Körpers, der mit der Kurbel- bzw. der Nockenwelle der Brennkraftmaschine verbunden ist und eine Bezugsmarke aufweist. Das erfindungsgemäße Verfahren läuft dabei vorzugsweise im Steuergerät der Brennkraftmaschine ab.

Description

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Erkennung einer Singularität, insbesonders zur Erkennung einer Bezugsmarke bei einer mit einer Welle einer Brennkraftmaschine verbundenen Geberscheibe.

Stand der Technik

Es ist bekannt, zur Erfassung einer bestimmten Stellung bzw. Winkellage einer Welle, beispielsweise der Kurbelwelle oder der Nockenwelle der Brennkraftmaschine eine Geberscheibe an der betreffenden Welle der Brennkraftmaschine zu befestigen und die mit der Welle rotierende Geberscheibe mit Hilfe eines feststehenden Sensors abzutasten. Die Oberfläche der Geberscheibe wird dabei so ausgestaltet, daß eine Vielzahl gleichartiger Markierungen vorhanden sind und eine Bezugsmarke, die beispielsweise durch eine fehlende Winkelmarke der ansonsten gleichen und gleich beabstandeten Winkelmarke auszugestalten. Beim Vorbeilaufen der Winkelmarken am Sensor werden in diesem Spannungsimpulse induziert, die in einer nachfolgenden Auswerteschaltung in Rechtecksignale gewandelt werden. Diese Rechtecksignale werden im Steuergerät der Brennkraftmaschine zur Bestimmung der Drehzahl und zur Bestimmung der Bezugsmarke ausgewertet. Zur Bestimmung der Bezugsmarke werden dabei Zeitabstände zwischen vorgebbaren Winkelmarken ausgewertet und bei vorgebbaren Bezügen zwischen diesen Zeitabständen wird auf das Auftreten der Bezugsmarke geschlossen.

Eine solche Vorrichtung bzw. ein Verfahren zur Bezugsmarkenerkennung ist beispielsweise aus der Europäischen Patentschrift EP 0 188 433 B1 bekannt. Bei dieser bekannten Vorrichtung bzw. bei dem bekannten Verfahren werden zur Erkennung der Bezugsmarke die Zeiten zwischen zwei Winkelmarkenflanken bestimmt, wobei jeweils drei aufeinanderfolgende Zeiten miteinander verglichen werden. Diese Zeiten bzw. den Zeiten proportionale Zahlenwerte ergeben sich durch Differenzbildung der bei den entsprechenden Signalflanken eingespeicherten Zahlenwerte. Ergibt der Zeit- bzw. Zahlenwertvergleich, daß eine erste Zeit multipliziert mit einem Faktor kleiner ist als eine zweite Zeit und die zweite Zeit multipliziert mit einem Faktor größer ist als eine dritte Zeit, gilt die Bezugsmarke als erkannt und verifiziert. Der Faktor n wird dabei so gewählt, daß Fehler in der Bezugsmarkenerkennung in Folge einer möglichen Drehzahldynamik vermieden werden. Die optimale Wahl dieses Faktors, die wesentlich ist für die Zuverlässigkeit der Bezugsmarkenerkennung, kann durchaus problematisch sein.

Aufgabe der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, bei einem bekannten System zur Bezugsmarkenerkennung, bzw. zur Erkennung einer Singularität, eine Erhöhung der Zuverlässigkeit zu erzielen und eine irrtümliche Erkennung der Bezugsmarke zu verhindern. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, daß eine eindeutige Erkennung einer Singularität, insbesonders der Bezugsmarke einer Geberscheibe bei einer Brennkraftmaschine, ermöglicht wird und diese Erkennung zusätzlich verifiziert wird. Besonders vorteilhaft ist dabei, daß das erfindungsgemäße Verfahren keine Konstanten benötigt, die eine mögliche Drehzahldynamik kompensieren sollen. Erzielt werden diese Vorteile mit einem Verfahren zur Erkennung einer Singularität mit den Merkmalen des Anspruchs 1, bei dem die Singularität erkannt und verifiziert wird, sofern die Summe zweier regulärer Zeiten kleiner ist als die Zeit beim Auftreten der Bezugsmarke.

Weitere Vorteile der Erfindung werden durch die in den Unteransprüchen angegebenen Maßnahmen erzielt. Dabei ist vorteilhaft, daß die für die Bezugsmarkenerkennung ausgewählten Signalflanken gegebenenfalls an bestimmte Erfordernisse angepaßt werden können.

Zeichnung

In der Fig. 1 der Zeichnung ist eine Vorrichtung zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt und in Fig. 2 ein Signalverlauf über der Zeit sowie zugehörige, für das Verständnis der Erfindung wesentliche Zeiten.

Beschreibung

In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, das zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist. Dieses Ausführungsbeispiel ist bereits aus der EP 0 188 433 B1 bekannt. Im einzelnen umfaßt das Ausführungsbeispiel ein vorzugsweise mit der Kurbel- oder Nockenwelle einer Brennkraftmaschine verbundenes rotierendes Teil 10, das umfangsseitig gleichmäßig verteilte gleichartige Winkelmarken 11 aufweist, die beispielsweise zahnförmig ausgebildet sind. Eine Bezugsmarke 12 wird durch zwei fehlende Winkelmarken, bzw. durch eine größere Lücke zwischen den ansonsten regulär angeordneten Winkelmarken 11, gebildet. Eine spezielle Ausgestaltung des rotierenden Teiles 10, wie es derzeit üblich ist in Kraftfahrzeugen, umfaßt 60 minus 2 Winkelmarken.

Das rotierende Teil 10 wird von einem Sensor 13 abgetastet, der beispielsweise ein Induktivsensor oder Hallsensor ist. Dieser Sensor liefert ein Ausgangssignal, das in einer Aufbereitungsschaltung 14 in ein Rechtecksignal gewandelt wird und letztendlich die Oberfläche bzw. den Umfang des rotierenden Teils 10 widerspiegelt. Die Bezugsmarke 12 auf dem rotierenden Teil 10 führt im Signalverlauf zur Singulariät, die erfindungsgemäß zuverlässig erkannt werden soll.

Das rotierende Teil 10 sowie der zugeordnete Sensor 13 können auch nach einem anderen Prinzip aufgebaut sein und beispielsweise nach einem optischen, kapazitiven oder Hochfrequenz-Verfahren arbeiten. Dabei können im Prinzip die Winkelmarken auch als Schlitze oder Löcher ausgebildet sein. Der Sensor 13 kann radial oder senkrecht zum rotierenden Teil 10 angeordnet sein.

Der Ausgang der Aufbereitungsschaltung 14 ist mit dem Eingang eines Mikroprozessors bzw. eines Rechners 15 verbunden, durch den ausgangsseitig Endstufen 16 zur Steuerung der Zündung und/oder Kraftstoffeinspritzung ansteuerbar sind. Der Mikroprozessor 15 sowie gegebenenfalls auch die Aufbereitungsschaltung 14 sind Bestandteil eines Steuergerätes 15a der Brennkraftmaschine. Dem Steuergerät 15a werden weitere Parameter zugeführt, die es zur Regelung der Brennkraftmaschine benötigt und von nicht näher dargestellten Sensoren erhält. In der Fig. 1 sind alle diese Größen schematisch mit 20 bezeichnet.

Zum Steuergerät gehört noch ein Zählmittel, beispielsweise ein Zähler 17, der mit dem Mikrorechner 15 zusammenarbeitet oder Bestandteil des Mikrorechners selbst ist sowie ein vorzugsweise als RAM ausgebildeter Arbeitsspeicher 18. Die Komponenten sind über ein Bussystem 19 verbunden.

Vorzugsweise ist die gesamte Anordnung 17 bis 19 ein im Mikrorechner 15 selbst integriertes internes System. Die Zähltaktfrequenz für den Zähler 17 wird üblicher Weise intern im Mikrorechner 15 erzeugt und dem Takteingang des Zählers zugeführt. Die Zähltaktfrequenz ist dabei konstant und wesentlich höher als die Frequenz bei höchster vorkommender Drehzahl am Senor 13 bzw. einem entsprechenden Aufnehmer mögliche Frequenz des auszuwertenden Rechtecksignales.

Das vom Sensor 13 gelieferte und in der Aufbereitungsschaltung 14 in ein Rechtecksignal gewandelte Signal, das in einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Erkennung einer Singularität, bzw. zur Erkennung der Bezugsmarke, ausgewertet wird, ist in Fig. 2 dargestellt. Die auszuwertenden Zeiten t1, t2, t3 werden jeweils durch gleichartige Signalflanken, bzw. auf das rotierende Teil 10 bezogen durch gleichartige Winkelmarkenflanken, definiert. Die Zeit t1 ist die Zeit vor der Bezugsmarke, die Zeit t2 die Zeit, die die Bezugsmarke bzw. Singularität mit umfaßt und die Zeit t3 die Zeit nach der Bezugsmarke. Die Signalflanken, die bei einem ersten, im folgenden beschriebenen Auswerteverfahren zur Definition der Zeiten verwendet werden, sind in der Fig. 2 mit A1, A2, A3, A4 bezeichnet. Die Auswahl ist dabei beispielhaft, es könnten auch die jeweils anderen Flanken B1, B2, B3, B4 ausgewertet werden oder bei entsprechender Anpassung des rotierenden Teiles 10 auch die Vorder- und Rückflanken zur Auswertung herangezogen werden.

Die Auswertung des Rechtecksignales kann beispielsweise nach folgendem Prinzip ablaufen: Mit jeder Rückflanke A1, A2, A3, A4 wird aufgrund des dynamischen Interrupteingangs beispielsweise ein Interruptsignal INT erzeugt, das bewirkt, daß der zu diesem Zeitpunkt vorliegende Zählerstand im Zähler 17 in eine Speicherzelle des Speichers 18 übernommen wird. Der Speicher 18 kann dabei beispielsweise in der Art eines Schieberegisters arbeiten, wobei jeweils gleichzeitig vier Zählerständen entsprechende Speicherwerte vorliegen. Der Zähler 17 zählt dann fortlaufend die ihm zugeführte Zähltaktfrequenz, wobei keine Zählersynchronisation mit den Winkelmarkenflanken vorliegen muß, d. h. der Zählvorgang kann unabhängig von der Auswertung der Winkelmarken bzw. der Bezugsmarke erfolgen. Der Zähler 17 arbeitet beispielsweise als Ringzähler. Zur Erfassung der Bezugsmarke werden die Zeiten t1, t2, t3 bestimmt. Die Zeitbestimmung erfolgt dabei laufend. Erfindungsgemäß wird vom Mikroprozessor 15 eine Verknüpfung der Zeiten t1 und t3 vor und nach der Bezugsmarke 12 mit der die Bezugsmarke 12 umfassenden Zeit t2 durchgeführt. Im einfachsten Fall wird die Summe t1 + t3 gebildet und die Bezugsmarke erkannt, wenn die Bedingung:

t1 + t3 < t2

erfüllt ist. Eine Erkennung der Bezugsmarke bzw. der Singularität kann aber auch allgemein formuliert so erfolgen, daß eine arithmetische Verknüpfung der Zeiten t1 und t3 kleiner sein muß, als die Zeit t2. Es gilt dann:

a.t1 + b.t3 < t2

Dabei sind a und b feste oder drehzahlabhängige Parameter oder Konstanten und beispielsweise gleich 1.

Eine derartige Bezugsmarkenerkennung ist sehr zuverlässig und führt auch bei kleinen Drehzahlen und hoher Drehzahldynamik, also bei starker Drehzahländerung nicht, zu Fehlerkennungen. Die Verbesserung gegenüber der aus der EP 0 188 433 B1 bekannten Lösung wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erzielt, da bei einer starken Drehzahländerung sowohl die Zeit t2 als auch die Zeit t3 sich gegenüber dem kontinuierlichen Betrieb wesentlich verändert. Bei einer starken Beschleunigung ist die Zeit t3 gegenüber der Zeit t2 verkürzt, da sich das rotierende Teil dann schneller dreht als während der Messung von t1. Durch die Summenbildung von t1 + t3 werden Änderungen in Folge von Beschleunigungen kompensiert. In der im folgenden dargestellten Tabelle wird ein Vergleich zwischen der Lösung nach der EP 0 188 433 B1 und dem erfindungsgemäßen Verfahren dargestellt. Dabei verdeutlicht die Tabelle, daß mit der vorliegenden Erfindung die Bezugsmarke wesentlich sicherer erkannt werden kann und Fehlerkennungen nahezu ausgeschlossen sind. In der Tabelle wird davon ausgegangen, daß die Drehzahl mit der Start drehzahl n vor der Lücke mit einer Beschleuniging a zunimmt.

mit: a max L(EP): maximale Beschleunigung, bei der Lücke noch erkannt wird (gemäß EP 0 188 433 B1).
a max F(EP): maximale Beschleunigung, bei der noch Fehlererkennung erfolgt (gemäß EP 0 188 433 B1).
a max L(E): ): maximale Beschleunigung, bei der Lücke noch erkannt wird (für Erfindung).
a max F(E): maximale Beschleunigung, bei der noch Fehlererkennung erfolgt (für Erfindung).

Die Tabelle verdeutlicht, daß mit dem erfindungsgemäßen Verfahren die Bezugsmarkenlücken wesentlich sicherer erkannt werden, als beim Stand der Technik. Fehlerkennungen sind praktisch ausgeschlossen. Die fett gedruckten Werte liegen unter 5000 U/min sec und sind damit kritisch, weil sie im realen Motorbetrieb auftreten können. Gemäß der Erfindung werden solche Werte bis auf einen vermieden. Dagegen können beim bekannten Verfahren bis zu Startdrehzahlen von 100 U/min Lücken bei hohen Beschleunigungen gegebenenfalls nicht erkannt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren verhindert somit Fehlerkennungen bei allen möglichen Startdrehzahlen. Da das erfindungsgemäße Verfahren in die zur Zeit bereits im Einsatz befindlichen Steuergeräte integriert werden kann, wird ohne erhöhten Aufwand, insbesondere auch ohne erhöhten Softwareaufwand, eine besonders zuverlässige Bezugsmarkenerkennung möglich. Die benötigten Timerwerte vor und nach der Bezugsmarke stehen dem Mikroprozessor bzw. dem Steuergerät ohnehin bereits zur Verfügung.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich sowohl für die erste Synchronisation auf die Bezugsmarke als auch für eine kontinuierliche Lückenüberprüfung im normalen Betrieb der Brennkraftmaschine. Es vermeidet, daß bei einer irrtümlich erkannten Bezugsmarke ein Steuergerätereset durchgeführt wird und im schlimmsten Fall die Wegfahrsperre, die bei modernen Fahrzeugen üblicher Weise vorhanden ist, aktiviert wird.

Claims

1. Verfahren zur Erkennung einer Singularität eines rotierenden Teiles, das gleichmäßig über seinen Umfang verteilte Winkelmarken (11) aufweist sowie eine Singularität, die durch wenigstens zwei fehlende Winkelmarken und/oder einen entsprechenden Zwischenraum zwischen zwei Winkelmarken gebildet wird, wobei ein Sensor (13) das rotierende Teil (10) mit den Winkelmarken abtastet und ein im wesentlichen rechteckförmiges Ausgangssignal liefert, das die Oberfläche des rotierenden Teils wiedergibt und wobei Zeiten t1, t2, t3 zwischen Signalflanken A1, A2, A3, A4 gebildet werden, aus deren Verknüpfung die Singularität erkannt und verifiziert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Singularität erkannt wird, wenn eine arithmetische Verknüpfung der Zeiten t1 und t3 kleiner ist als die Zeit t2.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeiten t1, t2, t3 mit Hilfe eines Zählmittels (17) bestimmt werden, das eine vom Rechner bzw. Mikroprozessor (15) generierte Pulsfolge jeweils zwischen zwei Signalflanken zählt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die arithmetische Verknüpfung eine Summe a.t1 + b.t3 ist, wobei a und b feste oder drehzahlabhängige Parameter oder Konstanten sind, wobei insbesonders gilt: a = b = 1.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeiten t1, t2, t3 jeweils zwischen Signalflanken A1 und B1, A2 und B2, A3 und B3 ermittelt werden.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es bei einer Brennkraftmaschine eingesetzt wird, daß das rotierende Teil (10) mit der Kurbelwelle oder der Nockenwelle (10a) der Brennkraftmaschine verbunden ist und 60 minus 2 Winkelmarken (11) aufweist.