DE102004015038A1 - Extrapolationsverfahren für die Drehwinkelstellung - Google Patents

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    • F02D2041/288—Interface circuits comprising means for signal processing for performing a transformation into the frequency domain, e.g. Fourier transformation

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Drehwinkelstellung (φ) einer Welle (61) eines Verbrennungsmotors (62), insbesondere eines Kurbelwinkels (φ) einer Kurbelwelle (63), wobei anhand von die Rotation der Welle (61) anzeigenden, zeitlich voneinander beabstandeten Signalen Informationen mindestens zu Inkrementdrehwinkeln (Δφ) der Welle (61) und Laufzeiten (T) zu jedem Inkrementdrehwinkel (Δφ) erfasst und zumindest temporär gespeichert werden, wobei die aktuelle Drehwinkelstellung (φ) im Zeitraum zwischen zwei Signalen durch eine Extrapolation der erfassten Drehwinkelstellung (φ) unter Einbeziehung mindestens einer aus den gespeicherten Informationen extrapolierten Winkelgeschwindigkeit
Figure 00000002
und/oder Änderung der Winkelgeschwindigkeit
Figure 00000003
bestimmt wird. Des Weiteren wird eine entsprechende Vorrichtung (60) offenbart.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Drehwinkelstellung einer Welle eines Verbrennungsmotors, insbesondere des Kurbelwinkels einer Kurbelwelle, wobei anhand von die Rotation der Welle anzeigenden, zeitlich voneinander beabstandeten Signalen Informationen mindestens zu Inkrementdrehwinkeln der Welle und Laufzeiten zu jedem Inkrementdrehwinkel erfasst und zumindest temporär gespeichert werden. Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Bestimmung der Drehwinkelstellung einer Welle eines Verbrennungsmotors, insbesondere des Kurbelwinkels einer Kurbelwelle.
  • Verfahren zur Bestimmung der Drehwinkelstellung einer Welle eines Verbrennungsmotors sind bekannt. Insbesondere bei einer Kurbelwelle ist die Bestimmung des Kurbelwinkels von großer Bedeutung, da wichtige Abläufe beim Betrieb des Verbrennungsmotors, zum Beispiel Einspritzung des Kraftstoffs oder Erzeugung eines Zündfunken, üblicherweise für jeden Zylinder einzeln in Abhängigkeit vom Kurbelwinkel gesteuert werden. Zur Bestimmung des Kurbelwinkels ist es beispielsweise bekannt, inkrementale Geber an Kurbel- und/oder Nockenwelle anzuordnen. Dabei handelt es sich üblicherweise um Geberscheiben beziehungsweise Geberräder mit Inkrementmarken, die im Zusammenspiel mit einem ortsfest zum Motorblock angeordneten Sensor die Bestimmung der Drehwinkelstellung der Kurbelwelle ermöglichen. Die Inkrementmarken auf der Geberscheibe werden dabei oftmals als eine Abfolge von Zähnen und Zahnzwischenräumen ausgebildet, und die Wechsel zwischen Zahn und Zahnzwischenraum beziehungsweise Zahnzwischenraum und Zahn, also die Zahnflanken, werden von einem Sensor als Zahnsignale erfasst. Bekannt ist dabei auch durch Weglassen mindestens eines Zahns einen vergrößerten Zahnzwischenraum, eine sogenannte Zahnlücke, zu schaffen, anhand derer bei jeder Umdrehung der Welle ihr Absolutwinkel ermittelt werden kann.
  • Bei den Verfahren zur Bestimmung des Kurbelwinkels werden oftmals sogenannte 6°-Geberräder mit Zahnlücke eingesetzt. Dabei handelt es sich um Geberräder, die eine Abfolge von jeweils 3° breiten Zähnen und 3° breiten Zahnzwischenräumen aufweisen, wobei zudem an einer Stelle entlang des Umfangs durch Weglassen von zwei benachbarten Zähnen eine insgesamt 15° große Zahnlücke erzeugt wird. Ein solches Geberrad verfügt über insgesamt 58 Zähne. Die durch diese Anordnung maximal mögliche Auflösung ist aber bei modernen Verfahren, die den Kurbelwinkel verarbeiten, nicht ausreichend. Aus der DE 100 17 107 A1 ist ein Verfahren bekannt, welches aus der Zeitdifferenz zweier aufeinanderfolgender Zähne genaue Winkel ermittelt, die nicht von Geberradtoleranzen beeinflusst werden. Dieses zuverlässige Verfahren erlaubt aber keine Verbesserung über die bauartbedingte Grenze der Auflösung hinaus.
    •
  • Vorteile der Erfindung
  • Dadurch, dass die aktuelle Drehwinkelstellung im Zeitraum zwischen zwei Signalen durch eine Extrapolation der erfassten Drehwinkelstellung unter Einbeziehung mindestens einer aus den gespeicherten Informationen extrapolierten Winkelgeschwindigkeit und/oder Änderung der Winkelgeschwindigkeit bestimmt wird, lässt sich die Auflösung der Drehwinkelstellung beziehungsweise des Kurbelwinkels erheblich verbessern. Um bei der Verwendung eines Geberrades, wie es oben beschrieben wurde, eine höhere Genauigkeit bei der Bestimmung des Kurbelwinkels zu erzielen, soll also der Verlauf des Kurbelwinkels extrapoliert werden, das heißt, es wird abgeschätzt, welche Werte die Drehwinkelstellung beziehungsweise der Kurbelwinkel annehmen wird, bis das nächste Zahnsignal empfangen wird und somit wieder eine exakte Zuordnung des Kurbelwinkels zur Zeit durchgeführt werden kann. Mit dieser Erfindung kann auch bei hochdynamischen Drehzahländerungen die winkelsynchrone Bestimmung von Werten mit einer größeren Genauigkeit durchgeführt werden. Es sei darauf hingewiesen, dass eine Erfassung und Speicherung von Inkrementdrehwinkeln unterbleiben kann, wenn der Inkrementdrehwinkel anderweitig bekannt ist, zum Beispiel durch gleiche Zahnabstände und eine Ermittelung der Zahnlücke anhand eines Vergleichs von Zahnzeiten.
  • Vorteilhafterweise werden zur Reduzierung des Einflusses kurzzeitiger Drehzahlschwankungen Mittelwerte der Winkelgeschwindigkeit und/oder der Änderung der Winkelgeschwindigkeit gebildet.
  • Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird für sich während des Betriebs des Verbrennungsmotors wiederholende Abläufe eine Periode definiert und werden für die Extrapolation Informationen aus der aktuellen Periode und/oder aus mindestens einer zurückliegenden Periode ausgewertet. Damit macht man sich zu Nutze, dass das Verhalten des Verbrennungsmotors zwar innerhalb einer Periode deutlich schwankt, dass aber der Verlauf der Schwankungen für geeignet gewählte, verschiedene Perioden ähnlich ist. Mit diesem Wissen lässt sich die Extrapolation verbessern.
  • Mit Vorteil ist die Periode als ein Arbeitsspiel des Verbrennungsmotors, als eine Kurbelwellenumdrehung oder als ein Zündabstand gewählt. Dabei ist ein Arbeitsspiel als Zeitspanne zwischen einem Zündzeitpunkt eines bestimmten Zylinders bis zum nächsten Zündzeitpunkt des gleichen Zylinders definiert, während der Zündabstand die Zeitdauer vom Zündzeitpunkt eines Zylinders bis zum Zündzeitpunkt des nächsten Zylinders darstellt. In diesen Perioden ist die zuvor beschriebene Ähnlichkeit groß und Werte aus einer zurückliegenden Periode besonders aussagekräftig.
  • Eine vorteilhafte Ausgestaltung ergibt sich dadurch, dass eine gewünschte Drehwinkelstellungsauflösung durch die Anzahl der bei der Extrapolation ausgewerteten Informationen wählbar ist. Damit lässt sich in Abwägung der zur Auswertung vorgesehenen Ressourcen, insbesondere der vorgesehenen Rechenleistung, und der benötigten Genauigkeit der Drehwinkelstellungsauflösung eine auf das Kosten/Nutzen-Verhältnis optimierte Realisierung entwickeln.
  • Bei einer vorteilhaften Weiterbildung wird die Extrapolation der Winkelgeschwindigkeit und/oder der Änderung der Winkelgeschwindigkeit im Zeitbereich durchgeführt.
  • Vorteilhafterweise wird die Extrapolation der Winkelgeschwindigkeit und/oder der Änderung der Winkelgeschwindigkeit im Frequenzbereich durchgeführt. Unter der Annahme, dass sich der Verlauf der Winkelgeschwindigkeit beziehungsweise deren Änderung im Wesentlichen aus einer Überlagerung verschiedener Schwingungen ergibt, lässt sich der Verlauf durch eine derartige Extrapolation besonders gut abschätzen.
  • Es ist vorteilhaft, wenn für die Extrapolation im Frequenzbereich eine Fourier-Reihe angewendet wird, deren Koeffizienten durch ein rekursives Verfahren bestimmt werden. Dadurch lässt sich die Extrapolation bei insgesamt geringeren Anforderungen an die benötigten Ressourcen durchführen. Zudem kann aufgrund des klar vorgegebenen Berechnungsvorgangs eine genaue Feststellung getroffen werden, wieviel Zeit die Erstellung einer Extrapolation erfordern wird, Eine vorteilhafte Ausgestaltung ergibt sich, wenn den für den Kurbelwinkel bestimmten Werten jeweils ein Zeitpunkt zugeordnet wird.
  • Mit Vorteil werden bei der Verwendung eines sich mit der Welle drehenden Geberrads mit Zahnlücke geschätzte Winkelgeschwindigkeiten an den virtuellen Positionen für die in der Zahnlücke fehlenden Zähne ermittelt. Damit lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren auf besonders einfache Weise auch im Bereich der Zahnlücke einsetzen.
  • Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Bestimmung der Drehwinkelstellung einer Welle eines Verbrennungsmotors, insbesondere des Kurbelwinkels einer Kurbelwelle, mit einer die Rotation der Welle anhand von zeitlich voneinander beabstandeten Signalen anzeigenden Signalisierungsvorrichtung, mit einer der Signalisierungsvorrichtung zugeordneten, Informationen mindestens zu Inkrementdrehwinkeln der Welle und Laufzeiten zu jedem Inkrementdrehwinkel ermittelnden Erfassungseinrichtung und mit einem die Inkrementdrehwinkel und Laufzeiten zumindest temporär speichernden Speicher, die zudem eine die aktuelle Drehwinkelstellung im Zeitraum zwischen zwei Signalen durch eine Extrapolation der erfassten Drehwinkelstellung unter Einbeziehung mindestens einer aus den gespeicherten Informationen extrapolierten Winkelgeschwindigkeit und/oder Änderung der Winkelgeschwindigkeit bestimmende Logikschaltung aufweist.
    •
  • Zeichnungen
  • Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels und der folgenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen
  • 1 einen Drehzahlverlauf einer Kurbelwelle für einen 4-Takt-Verbrennungsmotor mit vier Zylindern,
  • 2 den allgemeinen Ablauf bei der Durchführung der Extrapolation,
  • 3 den allgemeinen Ablauf der Extrapolation der Winkelgeschwindigkeit im Frequenzbereich,
  • 4 den allgemeinen Ablauf der Extrapolation der Änderung der Winkelgeschwindigkeit im Frequenzbereich,
  • 5 die Rekonstruktion fehlender Messwerte bei einem Geberrad mit Zahnlücke, und
  • 6 eine Vorrichtung zur Bestimmung der Drehwinkelstellung.
  • Beschreibung des Ausführungsbeispiels
  • Für die Durchführung der Extrapolation werden aktuelle Werte der Winkelgeschwindigkeit beziehungsweise der Änderung der Winkelgeschwindigkeit mit Werten vergangener Perioden verknüpft. Dabei kann eine Periode, wie bereits ausgeführt, auf verschiedene Arten festgelegt sein. Für das Ausführungsbeispiel wurde als Periode der Zündabstand gewählt. In 1 ist der Verlauf der Drehzahl der Kurbelwelle für einen 4-Takt-Verbrennungsmotor mit vier Zylindern dargestellt. In dem dort gezeigten Diagramm ist entlang der Abszisse der Kurbelwinkel °KW in Grad und entlang der Ordinate die momentane Drehzahl RPM in Umdrehungen pro Minute abgetragen. Der Winkel ΘP stellt die Größe der Periode dar. Allgemein ist dieser Winkel ΘP für einen 4-Takt-Motor von der Anzahl der Zylinder Z wie folgt abhängig:
    Figure 00060001
  • Die Anzahl der Messwerte pro Periode NP ergibt sich allgemein wie folgt, wobei Δφ den Kurbelwinkel zwischen zwei Zahnsignalen darstellt:
    Figure 00070001
  • Der allgemeine Ablauf der Bestimmung der Winkelgeschwindigkeit und der Zeitpunkte für Kurbelwinkel zwischen den Zähnen des Geberrads ist in 2 enthalten. Dabei bezeichnet Δα die gewünschte Auflösung in Grad des Kurbelwinkels (°Kurbelwinkel beziehungsweise °KW) und über 1 wird der zu extrapolierende Winkelwert festgelegt. Zunächst werden im Schritt 20 die Zahnzeiten Tn des Geberrads bestimmt, d.h. es wird die Zeit gemessen, die die Kurbelwelle für die Drehung von Zahn n-1 zum nächsten Zahn n benötigt hat. Dabei können zusätzlich auch Verfahren zur Erzielung einer höheren Genauigkeit dieser Zahnzeiten durchgeführt werden. Die Zahnzeiten Tn liegen dann als Resultat 21 vor, mit dem anschließend im Schritt 22 die mittlere Winkelgeschwindigkeit ω(n) wie folgt berechnet wird:
    Figure 00070002
  • Falls die Änderung der mittleren Winkelgeschwindigkeit Δω(n) benötigt wird, wird sie im Vergleich zum letzten Zahn wie folgt bestimmt: Δω(n) = ω(n) – ω(n – 1)
  • Bei diesen Werten handelt es sich um Mittelwerte für den entsprechenden Zahn, die dann als Resultat 23 vorliegen. Diese können beispielsweise dem Winkel in der Mitte des Zahns zugeordnet werden. Der zugeordnete Winkel zum Zahn n wird dabei als φn bezeichnet. Schließlich erfolgt im Schritt 24 die Extrapolation der Winkelgeschwindigkeit beziehungsweise der Änderung der Winkelgeschwindigkeit durch eines der Verfahren, die nachfolgend vorgestellt werden. Nachdem dann als Resultat 25 extrapolierte Werte in der allgemeinen Form ῶ(φn + l·Δα) vorliegen, findet im Schritt 26 die weitere Bearbeitung statt.
  • Zunächst soll auf ein Extrapolationsverfahren im Zeitbereich eingegangen werden, bei dem eine Extrapolation der Änderung der Winkelgeschwindigkeit durchgeführt wird. Anschließend wird ein erweitertes Verfahrens, das dynamische Änderungen der Motordrehzahl besser berücksichtigt, beschrieben.
  • Für die Extrapolation der Änderung der Winkelgeschwindigkeit im Zeitbereich wird der entsprechende Wert der Änderung der Winkelgeschwindigkeit der letzten Periode Δω((n + 1) – NP) verwendet, um ausgehend vom aktuellen Wert der Winkelgeschwindigkeit ω(n) die Winkelgeschwindigkeit bis zum nächsten Zahnsignal linear zu extrapolieren:
    Figure 00080001
  • Wenn sich die Winkelgeschwindigkeit für den Wert l = 0 auf die Mitte des letzten Zahns bezieht, muss dies bei der Extrapolation der Winkelgeschwindigkeit beachtet werden. Für das eingangs beispielhaft erwähnte Geberrad mit 58 Zähnen ist Δφ = 6°, wenn nur eine Art des Zahnsignals, also mit fallender oder steigender Flanke, berücksichtigt wird. Daher müsste bei einer gewünschten Auflösung von 1 Grad des Kurbelwinkels (1 °KW) die Extrapolation von Zahn zu Zahn bis einschließlich l = 8 durchgeführt werden.
  • Um dynamische Änderungen der Motordrehzahl besser zu berücksichtigen, kann dieses Verfahren erweitert werden, indem ein entsprechender Anteil für die Drehzahldynamik hinzugefügt wird. Dabei wird aus der Änderung der Winkelgeschwindigkeit der letzten Periode und der zuletzt beobachteten Änderung der Winkelgeschwindigkeit eine Geradensteigung berechnet. Diese Geradensteigung wird zur Änderung der Winkelgeschwindigkeit der letzten Periode addiert. Um den Einfluss kurzzeitiger Schwankungen zu minimieren, kann bei der Bestimmung der Geradensteigung jeweils der Mittelwert aus L Werten verwendet werden. Daraus ergibt sich folgende Gleichung zur Extrapolation der Winkelgeschwindigkeit:
    Figure 00090001
  • Anstatt eine lineare Extrapolation der Winkelgeschwindigkeit beziehungsweise der Änderung der Winkelgeschwindigkeit durchzuführen, können auch mehrere vergangene Messwerte der Winkelgeschwindigkeit beziehungsweise der Änderung der Winkelgeschwindigkeit verwendet werden, um eine funktionale Abhängigkeit (zum Beispiel in Form einer Parabel) zu bestimmen (zum Beispiel mittels des Least Square Fit Verfahrens beziehungsweise des Verfahrens der kleinsten Fehlerquadrate). Diese Funktion wird dann anstelle des Terms
    Figure 00090002
    für die Abschätzungen herangezogen.
  • Nun soll das Extrapolationsverfahren im Frequenzbereich näher erläutert werden. Für dieses Verfahren wird die Winkelgeschwindigkeit beziehungsweise die Änderung der Winkelgeschwindigkeit mittels einer Fourier-Reihe dargestellt. Diese wird anschließend für die Extrapolation angewendet. Die Bestimmung der Koeffizienten der Fourier-Reihe kann jeweils effektiv durch ein rekursives Verfahren durchgeführt werden.
  • In 3 sind die einzelnen Schritte für die Extrapolation der Winkelgeschwindigkeit im Frequenzbereich dargestellt. Zu Beginn liegt das Resultat 23 mit den Werten ω(n), Δω(n) vor. Dann werden in Schritt 30 die Koeffizienten für die Fourier-Reihe berechnet. Dies kann mittels eines rekursiven Verfahrens erfolgen, wobei jeweils neben den Koeffizienten der letzten Zähne der aktuelle Wert der Winkelgeschwindigkeit und der entsprechende Wert der letzten Periode benötigt wird. Dabei ist für die geforderte Genauigkeit und durch die Ordnungen der Motordrehzahl eine Entwicklung bis zur 5. Ordnung (k ≤ 5 ) ausreichend; natürlich kann aber auch eine höhere oder nied rigere Ordnung gewählt werden. Der Winkel φn bezeichnet wiederum den Kurbelwinkel, der dem Zahn n zugeordnet ist.
  • Figure 00100001
  • Aus diesen Koeffizienten kann anschließend eine Fourier-Reihe für ω(φn) aufgestellt werden (Resultat 31):
    Figure 00100002
  • Diese Fourier-Reihe wird schließlich in Schritt 32 für die Extrapolation der Winkelgeschwindigkeit ῶ(φn + l·Δα) verwendet, um dann das für den weiteren Ablauf benötigte Resultat 33 zu erhalten, welches dem zuvor allgemein beschriebenen Resultat 25 entspricht:
    Figure 00100003
  • Ebenso wie bei der Extrapolation im Zeitbereich kann zur Berücksichtigung dynamischer Änderungen der Motordrehzahl noch ein Term hinzugefügt werden. Wie zuvor bereits beschrieben, kann dieser aus der Geradensteigung zwischen den aktuellen Werten der Winkelgeschwindigkeit oder der Änderung der Winkelgeschwindigkeit und denen der letzten Periode bestimmt werden.
  • Die einzelnen Teilschritte bei der Extrapolation der Änderung der Winkelgeschwindigkeit im Frequenzbereich mittels einer Fourier-Reihe sind in 4 dargestellt. Auch hier liegt wiederum zu Beginn das Resultat 23 mit den Werten ω(n),Δω(n) vor. Wie bei der Fourier-Reihe für die Winkelgeschwindigkeit können die Koeffizienten der Fourier-Reihe für die Änderung der Winkelgeschwindigkeit mittels eines rekursiven Verfahrens in Schritt 40 bestimmt werden:
    Figure 00110001
  • Dabei ist für die geforderte Genauigkeit und durch die Ordnungen der Motordrehzahl wiederum eine Entwicklung bis zur 5.Ordnung (k ≤ 5) ausreichend; auch hier kann aber natürlich eine höhere oder niedrigere Ordnung gewählt werden. Aus diesen Koeffizienten kann anschließend als Resultat 41 eine Fourier-Reihe für Δω(φn) aufgestellt werden:
    Figure 00110002
  • Diese Fourier-Reihe wird im Schritt 42 für die Extrapolation der Änderung der Winkelgeschwindigkeit Δῶ(φn + l·Δα) verwendet, die dann das Resultat 43 ergibt:
    Figure 00120001
  • Schließlich wird im Schritt 44 die Winkelgeschwindigkeit ῶ(φn + l·Δα) mit den extrapolierten Werten der Änderung der Winkelgeschwindigkeit wie folgt bestimmt (Resultat 45, entspricht dem allgemeinen Resultat 25):
    Figure 00120002
  • Eingesetzt erhält man:
    Figure 00120003
  • Für eine effiziente Berechnung von ῶ(φn +l·Δα) kann folgende rekursive Gleichung angewendet werden:
    Figure 00120004
  • Um dynamische Änderungen der Motordrehzahl besser erfassen zu können, kann zusätzlich ein weiterer Term, der diese Drehzahländerungen widerspiegelt, verwendet werden. Wie beim Extrapolationsverfahren im Zeitbereich wird die Geradensteigung zwischen der Än derung der Winkelgeschwindigkeit der letzten Periode und dem aktuellen Wert bestimmt. Des Weiteren kann zur Bestimmung der Ge radensteigung anstatt einzelner Werte wiederum der Mittelwert aus mehreren Werten verwendet werden, um den Effekt kurzzeitiger Schwankungen zu minimieren. Das Vorgehen ist dabei analog zu dem zuvor beschriebenen.
  • Der Bereich der Zahnlücke stellt eine Erweiterung der vorgestellten Abläufe für die verschiedenen Extrapolationsmöglichkeiten dar, wobei die Vorgehensweise, die im Folgenden vorgestellt wird, für diese Möglichkeiten gleich ist. Bei der Extrapolation von Zahn auf Zahnlücke müssen die Werte der Winkelgeschwindigkeit beziehungsweise der Änderung der Winkelgeschwindigkeit weiter extrapoliert werden, da das nächste Zahnsignal erst nach der Zahnlücke erzeugt wird. Es müssen also die Messwerte der fehlenden Zähne rekonstruiert werden. Diese werden beispielsweise benötigt, wenn Messwerte der letzten Periode, die zum Beispiel zur Bestimmung der Fourier-Koeffizienten verwendet werden, in den Bereich einer Zahnlücke fallen. Die Rekonstruktion erfolgt mittels einer Interpolation, indem die Werte der fehlenden Zähne, die näher am letzten Zahn vor der Zahnlücke liegen, von diesem letzten Wert aus extrapoliert werden. Die Werte der restlichen fehlenden Zähne werden aus dem Messwert, der über die Zahnlücke aufgenommen wurde, und den extrapolierten Messwerten der Zahnlücke berechnet. Im Folgenden wird dieses Prinzip für eine Lücke von zwei Zähnen detailliert beschrieben. Dabei erfolgt die Zuordnung der gemessenen Winkelgeschwindigkeiten für einen Zahn zur Mitte dieses Zahnes. Für eine andere Zuordnung (zum Beispiel zum Ende eines Zahnes) kann das Verfahren analog verwendet werden.
  • In 5 ist dargestellt, wie bei einer Lücke von zwei Zähnen drei Werte der Winkelgeschwindigkeit rekonstruiert werden. Dabei ist zur Vereinfachung der Darstellung entlang einer Geraden 50 die Abfolge von Zähnen 52, Zahnzwischenräumen 54 und der durch das Entfernen der zwei gestrichelt eingezeichneten Zähne gebildeten Zahnlücke 56 dargestellt. Die senkrecht nach unten weisenden Pfeile reprä sentieren die Zahnsignale Si-1, Si, Si+1 und Si+2 der Zähne i – 1, i, i+1 und i+2 (von links nach rechts gesehen). Die einzelnen Schritte sind wie folgt:
    • • Der erste Wert der Winkelgeschwindigkeit beim Kurbelwinkel φZL1 wird mittels der extrapolierten Periodendauer TZL1,e aus dem vorherigen Messwert (von Zahn i) bestimmt:
      Figure 00140001
    • • Dem mittleren Wert der Winkelgeschwindigkeit beim Kurbelwinkel φZL2 wird der über die Zahnlücke gemessene Mittelwert zugeordnet:
      Figure 00140002
    • • Der Wert der Winkelgeschwindigkeit beim Kurbelwinkel φZL3; wird schließlich wie folgt rekonstruiert:
      Figure 00140003
  • Mit diesen rekonstruierten Mittelwerten der Winkelgeschwindigkeit kann anschließend nach dem Standard-Verfahren ohne Zahnlücke die Ermittlung der Winkelgeschwindigkeit durchgeführt werden.
  • Aus den extrapolierten Werten der Winkelgeschwindigkeit kann schließlich den Werten des Kurbelwinkels auch noch die Zeit wie folgt zugeordnet werden:
    Figure 00140004
  • Dabei entspricht t0 dem Zeitpunkt an dem der Kurbelwinkel den Wert φ0 eingenommen hat. Die den Kurbelwinkel zugeordneten Zeitpunkte lassen sich effizient durch folgende Rekursionen bestimmen:
    Figure 00140005
    Figure 00150001
  • 6 zeigt eine Vorrichtung 60 zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Auf einer Welle 61 eines Verbrennungsmotors 62, hier einer Kurbelwelle 63, ist drehfest ein Geberrad 68 mit Zähnen 52, Zahnzwischenräumen 54 und einer Zahnlücke 56 angeordnet. Der Sensor 20 ist ortsfest zum Verbrennungsmotor 10 angeordnet. Die Signalisierungsvorrichtung 54 erfasst die Abfolge der vorbeilaufenden Zähne 52 und Zahnzwischenräume 54 beziehungsweise Lücke 56 und generiert ein Inkrementdrehwinkelsignal beziehungsweise Zahnsignal Si. Dieses Signal wird an eine Auswerteeinrichtung 65 weitergeleitet, die einen Kurbelwinkel φ sowohl an den Speicher 66 als auch an die Logikschaltung 67 weiterleitet. Am Ausgang A der Logikschaltung 67 kann dann der Kurbelwinkel φ beispielsweise von einer Motorsteuerung des Verbrennungsmotors 62 abgefragt werden. Hat die Auswerteeinrichtung 65 gerade ein Zahnsignal Si erhalten, ist der Kurbelwinkel φ genau bekannt, und die Logikschaltung 67 leitet die Information über den Kurbelwinkel φ direkt an den Ausgang A weiter. In der Zeitspanne bis zum Eintreffen eines weiteren Zahnsignals Si+1, ermittelt die Logikschaltung 67 anhand des beschriebenen Verfahrens den Kurbelwinkel φ und leitet die errechnete Information an den Ausgang A weiter. Dadurch steht am Ausgang A auch zwischen den Zahnsignalen Si stets eine genaue Information über den Kurbelwinkel φ zur Verfügung.

Claims (11)

  1. Verfahren zur Bestimmung der Drehwinkelstellung (φ) einer Welle (61) eines Verbrennungsmotors (62), insbesondere eines Kurbelwinkels (φ) einer Kurbelwelle (63), wobei anhand von die Rotation der Welle (61) anzeigenden, zeitlich voneinander beabstandeten Signalen Informationen mindestens zu Inkrementdrehwinkeln (Δφ) der Welle (61) und Laufzeiten (T) zu jedem Inkrementdrehwinkel (Δφ) erfasst und zumindest temporär gespeichert werden, dadurch gekennzeichnet, dass die aktuelle Drehwinkelstellung (φ) im Zeitraum zwischen zwei Signalen durch eine Extrapolation der erfassten Drehwinkelstellung (φ) unter Einbeziehung mindestens einer aus den gespeicherten Informationen extrapolierten Winkelgeschwindigkeit (ω) und/oder Änderung der Winkelgeschwindigkeit (Δω) bestimmt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Reduzierung des Einflusses kurzzeitiger Drehzahlschwankungen Mittelwerte der Winkelgeschwindigkeit (ω) und/oder der Änderung der Winkelgeschwindigkeit (Δω) gebildet werden.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für sich während des Betriebs des Verbrennungsmotors (62) wiederholende Abläufe eine Periode (Θp) definiert wird und dass für die Extrapolation Informationen aus der aktuellen Periode (Θp) und/oder aus mindestens einer zurückliegenden Periode (Θp) ausgewertet werden.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Periode (Θp) als ein Arbeitsspiel des Verbrennungsmotors (62), eine Kurbelwellenumdrehung oder als ein Zündabstand gewählt ist.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine gewünschte Drehwinkelstellungsauflösung (Δα) durch die Anzahl der bei der Extrapolation ausgewerteten Informationen wählbar ist.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Extrapolation der Winkelgeschwindigkeit (ω) und/oder der Änderung der Winkelgeschwindigkeit (Δω) im Zeitbereich durchgeführt wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Extrapolation der Winkelgeschwindigkeit (ω) und/oder der Änderung der Winkelgeschwindigkeit (Δω) im Frequenzbereich durchgeführt wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass für die Extrapolation im Frequenzbereich eine Fourier-Reihe angewendet wird, deren Koeffizienten durch ein rekursives Verfahren bestimmt werden.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass den für den Kurbelwinkel bestimmten Werten jeweils ein Zeitpunkt zugeordnet wird.
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Verwendung eines sich mit der Welle (61) drehenden Geberrads (68) mit Zahnlücke (56) geschätzte Winkelgeschwindigkeiten an den virtuellen Positionen für die in der Zahnlücke (56) fehlenden Zähne (52) ermittelt werden.
  11. Vorrichtung (60) zur Bestimmung der Drehwinkelstellung (φ) einer Welle (61) eines Verbrennungsmotors (62), insbesondere eines Kurbelwinkels (φ) einer Kurbelwelle (63), mit einer die Rotation der Welle (61) anhand von zeitlich voneinander beabstandeten Signalen anzeigenden Signalisierungsvorrichtung (64), mit einer der Signalisierungsvorrichtung (64) zugeordneten, Informationen mindestens zu Inkrementdrehwinkeln (Δφ) der Welle (61) und Laufzeiten (T) zu jedem Inkrementdrehwinkel (Δφ) ermittelnden Erfassungseinrichtung (65) und mit einem die Inkrementdrehwinkel (Δφ) und Laufzeiten (T) zumindest temporär speichernden Speicher (66), gekennzeichnet durch eine die aktuelle Drehwinkelstellung (φ) im Zeitraum zwischen zwei Signalen durch eine Extrapolation der erfassten Drehwinkelstellung (φ) unter Einbeziehung mindestens einer aus den gespeicherten Informationen extrapolierten Winkelgeschwindigkeit (ω) und/oder Änderung der Winkelgeschwindigkeit (Δω) bestimmende Logikschaltung (67).
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