-
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Berechnen des Luftmassendurchflusses und insbesondere auf das Auswerten einer Ausgangsgröße eines Luftmassendurchflusssensors.
-
In einem typischen Kraftfahrzeug sammeln viele verschiedene Sensoren Informationen, die in eine Motorsteuereinheit eingegeben werden. Die Motorsteuereinheit kann beispielsweise zum Steuern der Kraftstoffeinspritzung die Ausgangsgröße eines Luftmassendurchflusssensors (MAFS, mass air flow sensor) verwenden. In den Druckschriften
DE 28 40 793 A1 oder
DE 39 02 168 A1 werden beispielsweise Verfahren zur Bestimmung des Luftmassendurchsatzes durch den Ansaugkrümmer eines Motors beschrieben, welche das analoge Ausgangssignal eines Heißdraht-Luftmassendurchflusssensors durch numerische Integration zu dem gesuchten Luftmassendurchsatz verarbeiten.
-
Ferner wird in der
DE 198 14 972 A1 ein Verfahren beschrieben, mit dem sich Fehler bei der Messung einer Massenströmung eines Fluides zu einer Maschine dadurch reduzieren lassen, dass zunächst aus den innerhalb eines bestimmten Zeitintervalls erfassten Messwerten ein Mittelwert gebildet wird und dass anschließend in Abhängigkeit bestimmter den jeweiligen Betriebszustand der Maschine, die Eigenschaften des Luftmassenmessers und das Verhalten der gemessenen Fluidströmung während des Messintervalls kennzeichnender Parameter eine Korrektur dieses nach wie vor fehlerbehafteten Mittelwerts durchgeführt wird. Der so korrigierte Mittelwert steht als Ergebnis der Fluidmassenstrommessung für eine Weiterverarbeitung zur Verfügung. Auf diese Weise liefert das Verfahren ohne aufwendige bauliche Veränderungen des Strömungskanals, des Fluidmassenmessers, der Auswerteeinrichtung oder anderer die Messung beeinflussender Bauteile ein beispielsweise für die Steuerung einer Maschine verwendbares Messergebnis.
-
Ferner sind MAFS bekannt geworden, die anders als die meisten Sensoren im Allgemeinen eine Rechteckwelle anstelle einer analogen Spannung ausgeben. Die Frequenz gibt dabei den Luftmassendurchfluss, der den MAFS passiert, an. Die Frequenz des MAFS ändert sich in Bezug auf den Luftmassendurchfluss zwischen einem minimalen und einem maximalen Frequenzwert nichtlinear.
-
Die Motorsteuereinheit verwendet gewöhnlich eine gemittelte Frequenz des MAFS-Ausgangssignals, um den Luftmassendurchfluss zu schätzen. Bei einer Lösung bewahrt die Motorsteuereinheit beispielsweise einen laufenden Zählwert von ansteigenden Flanken des MAFS-Signals, die während eines Zylinderereignisses auftreten, auf. Ein Zylinderereignis kann beispielsweise durch zwei aufeinander folgende Niedrigauflösungsereignis-Signale (LORES-Signale, low resolution event signals) definiert sein. Wenn das Zylinderereignis endet, dividiert die Motorsteuereinheit den Zählwert für die ansteigenden Flanken (um eins vermindert) durch einen Zeitwert, der die Dauer des Zylinderereignisses repräsentiert, um einen mittleren Frequenzwert zu erhalten. Die Motorsteuereinheit greift dann auf eine im Speicher gespeicherte Nachschlagtabelle (LUT, lookup table) zu, um einen dem mittleren Frequenzwert entsprechenden Luftmassendurchflusswert zu finden.
-
Obwohl Luftmassendurchflusswerte, die, wie oben beschrieben durch Mittelwertbildung hergeleitet sind, sinnvolle Schätzwerte des Luftmassendurchflusses liefern, repräsentieren solche Schätzwerte eigentlich nur einen Teil der Informationen, die in einem MAFS-Ausgangssignal enthalten sein können. Diese Luftmassendurchfluss-Schätzwerte tragen der Nichtlinearität der Beziehung zwischen der MAFS-Frequenz-Ausgangsgröße und der Luftmassendurchfluss-Eingangsgröße keine Rechnung. Obwohl ein MAFS so modifiziert werden könnte, dass er eine Ausgangsgröße erzeugt, die sich linear mit der Eingangsgröße ändert, würde eine solche Modifikation dem MAFS wohl eine vermehrte Verarbeitung aufbürden und zusätzliche Analogschaltungen für diesen bedeuten. Die Modifikation eines MAFS würde dann wahrscheinlich teuer.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zum Bestimmen des Luftmassendurchflusses anzugeben, das möglichst genau ist und einen einfachen Aufbau des MAFS ermöglicht.
-
Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren gelöst, das die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.
-
Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft anhand der Zeichnungen beschrieben; in diesen zeigen:
-
1 eine Darstellung eines Motorsteuersystems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
-
2 einen Graphen der Ausgangsfrequenz eines Luftmassendurchflusssensors eines Motorsteuersystems bezogen auf den Luftmassendurchfluss in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform;
-
3 ein Diagramm, das eine bezüglich eines Luftmassendurchflusssensor-Ausgangssignals über ein Zylinderereignis ausgeführte Eulersche numerische Integration des Luftmassendurchflusses in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform zeigt;
-
4 einen Ablaufplan eines Verfahrens zur zeitlichen Integration von Luftmassendurchflusswerten gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung; und
-
5 ein Diagramm, das eine bezüglich eines Luftmassendurchflusssensor-Ausgangssignals über ein Zylinderereignis ausgeführte trapezoidförmige numerische Integration des Luftmassendurchflusses in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform zeigt.
-
Wie zunächst in 1 gezeigt ist, umfasst ein Motorsteuersystem 10 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung eine Steuereinheit 12 und einen Motor 16. Der Motor 16 umfasst mehrere Zylinder 18 mit jeweils einem oder mehreren Einlassventilen und/oder Auslassventilen (nicht gezeigt). Der Motor 16 umfasst ferner ein Kraftstoffeinspritzsystem 20 und eine Zündanlage 24. Eine elektronische Drosselklappensteuereinheit (ETC, electronic throttle controller) 26 stellt eine Drosselklappenweite in einem Einlasskrümmer 28 auf der Grundlage der Stellung eines Fahrpedals 31 und eines durch die Steuereinheit 12 ausgeführten Drosselklappen-Steueralgorithmus ein. Ein oder mehrere Sensoren 30 und 32 wie etwa ein Krümmer-Drucksensor und/oder ein Krümmer-Lufttemperatursensor erfassen den Druck und/oder die Lufttemperatur in dem Einlasskrümmer 28. Ein Luftmassendurchflusssensor (MAFS) 34 erfasst die zum Motor 16 strömende Luft, wie weiter unten näher beschrieben wird.
-
Die Stellung des Fahrpedals 31 wird durch einen Fahrpedalsensor 40 erfasst, der ein Pedalstellungssignal erzeugt, das an die Steuereinheit 12 ausgegeben wird. Die Stellung eines Bremspedals 44 wird durch einen Bremspedalsensor 48 erfasst, der ein Bremspedalstellungssignal erzeugt, das an die Steuereinheit 12 ausgegeben wird. Von der Steuereinheit 12 werden zum Steuern des Motors 16 Signale von Emissionssystemsensoren 50 und von weiterer Sensoren 52 wie etwa einem Temperatursensor, einem barometrischen Drucksensor und anderen herkömmlichen Sensoren und/oder Steuereinheiten verwendet. Die Leistung des Motors 16 wird über eine Drehmomentwandlerkupplung (TCC, torque converter clutch) 58 und eine Kraftübertragung 60 auf die Vorderräder und/oder die Hinterrädern übertragen.
-
Der MAFS 34 umfasst einen spannungsgesteuerten Schwinger (VCO) (nicht gezeigt), der ein Signal ausgibt, dessen Frequenz kennzeichnend für den den MAFS 34 passierenden Luftmassendurchfluss (MAF, mass air flow) ist. Die Steuereinheit 12 verwendet Ausgangsgrößen von Sensoren wie etwa des MAFS 34, um mehrere Motorfunktionen wie beispielsweise die Kraftstoffeinspritzung in die Zylinder 30 zu steuern. In einem Speicher der Motorsteuereinheit 12 ist eine Nachschlagtabelle 36 mit Luftmassendurchflusswerten, die weiter unten beschrieben wird, gespeichert.
-
Ein in 2 allgemein mit dem Bezugszeichen 100 bezeichneter Graph veranschaulicht den den MAFS 34 passierenden Luftmassendurchfluss 104 (in Gramm pro Sekunde ausgedrückt) bezogen auf die VCO-Ausgangsfrequenz 108 (in Kilohertz ausgedrückt). Es ist erkennbar, dass der Luftmassendurchfluss 104 und die Ausgangsfrequenzen 108 des MAFS 34 nichtlinear zusammenhängen, wie es für herkömmliche Luftmassendurchflusssensoren typisch ist.
-
Die Motorsteuereinheit 12 verwendet die Ausgangsgröße des MAFS 34, um in der folgenden Weise einen Luftmassendurchflusswert zu erhalten. In dem Motor 16 sind Zylinderereignisse beispielsweise um einen Kurbelwinkel von 180 Grad voneinander beabstandet. Bei 68 Grad BTDC (before top dead center = vor dem oberen Totpunkt) löst in einer Ausführungsform ein Kurbelwellensignal, z. B. ein LORES-Ereignis, eine Berechnung des Luftmassendurchflusses aus, wie sie nun beschrieben wird.
-
Allgemein führt die Motorsteuereinheit 12 in einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Auswerten eines auf ein Zylinderereignis bezogenen Luftmassendurchflusses eine numerische Integration in Echtzeit von Werten der den MAFS 34 passierenden Luftmasse aus. Die Integration wird beispielsweise durch Anwendung des Verfahrens nach Euler (auch als Rechteckverfahren bekannt) oder des Verfahrens nach Trustin (auch als Trapezverfahren bekannt) ausgeführt. Ein numerisches Integral bezüglich der Zeit von Werten, die einen Luftmassendurchfluss (in Gramm pro Sekunde) repräsentieren, wird erlangt, um eine Nettomenge der den MAFS 34 passierenden Luft (in Gramm) anzugeben. Genauer umfasst ein von einem Prozessor ausgeführtes Verfahren zum Auswerten der Ausgangsgröße des MAFS 34 das Verwenden des MAFS-Ausgangssignals über mehrere Zeitintervalle, um mehrere Luftmassendurchflusswerte zu bestimmen. Die Luftmassendurchflusswerte werden über die Zeitintervalle integriert, um eine laufende Summe, die eine Luftmasse repräsentiert, zu erhalten. Die laufende Summe wird durch die Gesamtheit der Zeitintervalle dividiert, um einen Netto-Luftmassendurchfluss zu bestimmen.
-
Die vorstehend angeführte Ausführungsform wird mit Bezug auf 3, in der die Eulersche numerische Integration allgemein mit dem Bezugszeichen 200 bezeichnet ist, weiter beschrieben. Eine Kurve 202 gibt den Ist-Luftmassendurchfluss, der den MAFS 34 passiert, (in Gramm pro Sekunde) über der Zeit an. Es sind zwei Zeitdiagramme 204 und 208 bezogen auf die Kurve 202 gezeigt. Das Zeitdiagramm 204 gibt den zeitlichen Verlauf von Zylinderereignissen bezüglich eines der (in 1) gezeigten Zylinder 30 an. Ein Zylinderereignis 212 ist durch zwei LORES-Ereignisse 216 und 218 definiert. Das Zeitdiagramm 208 zeigt die digitale Ausgabe des MAFS 32, deren Frequenz kennzeichnend für den durch die Kurve 202 gezeigten Luftmassendurchfluss ist. Das MAFS-34-Signal weist eine Vielzahl von ansteigenden Flanken 220 und abfallenden Flanken 224 auf. Die Steuereinheit 12 versieht jede ansteigende Flanke 220 zur Verwendung in Berechnungen, die weiter unten beschrieben werden, mit einem Zeitstempel.
-
Allgemein schätzt die Motorsteuereinheit 12 in einer Ausführungsform der Erfindung eine Fläche 228, unter der Kurve 202 zwischen den LORES-Ereignissen 216 und 218, in dem sie mehrere rechteckige ”Scheiben” 232, wovon eine in 3 schraffiert gezeigt ist, integriert. Die Motorsteuereinheit 12 summiert die Flächen der Scheiben 232 auf. Genauer wird die numerische Integration 200 bezogen auf die LORES-Ereignisse 216 und 218 ausgeführt, wie in einem Ablaufplan, der in 4 mit 300 gekennzeichnet ist, aufgezeigt ist. Wenn eine ansteigende Flanke 220 angetroffen wird, berechnet die Steuereinheit 12 ein Zeitintervall zwischen der Flanke und einer vorhergehenden Flanke 220.
-
Wie in den 3 und 4 gezeigt ist, berechnet die Motorsteuereinheit 12 beispielsweise, wenn im Schritt 304 eine ansteigende Flanke 240 angetroffen wird, im Schritt 308 ein Zeitintervall 244 zwischen der Flanke 240 und einer vorhergehenden Flanke 236. Wie in 3 gezeigt ist, sind Zeitintervalle zwischen ansteigenden Flanken wie etwa das Zeitintervall 244 allgemein mit dem Bezugszeichen 246 bezeichnet. Es käme in anderen Ausführungsformen auch in Betracht zusätzlich zu ansteigenden Flanken oder statt ansteigender Flanken abfallende Flanken zu verwenden, um Zeitintervalle zu entwerfen.
-
Im Schritt 312 greift die Motorsteuereinheit 12 auf die Nachschlagtabelle 36 zu, um einen Luftmassendurchflusswert, der dem Zeitintervall 244 entspricht, zu finden. Das heißt, dass die Nachschlagtabelle 36 eine Vielzahl von Zeitintervallen und eine Vielzahl von den Zeitintervallen entsprechenden Luftmassendurchflusswerten enthält. Die Tabelle 36 ist beispielsweise auf der Grundlage von Werten konfiguriert, die in dem Graphen 100 (in 2 gezeigt) gezeigt sind. Das heißt, dass eine Vielzahl von MAFS-Ausgangsfrequenzen 108 invertiert werden, um Zeitspannen zu erhalten, die in der Tabelle 36 den Frequenzen 108 entsprechenden Luftmassendurchflusswerten 104 zugeordnet werden. Selbstverständlich kann die Tabelle 36 Werte, die sich auf einen bestimmten MAFS beziehen, und/oder Werte, die sich auf einen allgemeinen Typ von MAFS beziehen, enthalten. Die Tabelle 36 kann auch beispielsweise in Abhängigkeit von der Anordnung eines MAFS in Bezug auf den Motorluftstrom variieren.
-
Es kommen Ausführungsformen in Betracht, in denen nicht, wie oben beschrieben worden, alle ansteigenden Flanken 220 verwendet werden, um Zeitintervalle 246 zu definieren. In anderen Ausführungsformen kann beispielsweise jede zweite oder jede dritte ansteigende Flanke 220 verwendet werden. In solchen Ausführungsformen könnte die Nachschlagtabelle 36 Luftmassendurchflusswerte enthalten, die auf Frequenzen, die durch solche Zeitintervalle 246 definiert werden können, basieren.
-
Im Schritt 316 wird eine inkrementale Luftmasse berechnet. In der in 3 gezeigten Ausführungsform wird ein Luftmassendurchflusswert aus der Tabelle 36, der dem Intervall 244 entspricht, mit der Länge des Intervalls 244 multipliziert, um eine inkrementale Luftmasse zu ergeben, die in 3 als rechteckige Scheibe 248 unter der Kurve 202 wiedergegeben ist. Die inkrementale Luftmasse (durch die Fläche der Scheibe 248 repräsentiert) wird im Schritt 320 zur laufenden Summe der Luftmasse addiert. Falls im Schritt 324 keinem LORES-Ereignis begegnet wird, wird die Steuerung an den Schritt 304 zurückgegeben. Die obige Prozedur wird mit jeder ansteigenden Flanke 220 wiederholt, bis im Schritt 324 einem LORES-Ereignis begegnet wird. Falls im Schritt 324 dem LORES-Ereignis 218 begegnet wird, wird im Schritt 328 die laufende Summe der Luftmasse durch die Gesamtlänge des Zeitintervalls 246, die auch als Delta-Zeit 260 bezeichnet wird, dividiert. Der sich ergebende Wert repräsentiert einen den MAFS 34 passierenden Netto-Luftmassendurchfluss bezogen auf das Zylinderereignis 212. Die Steuereinheit 12 setzt im Schritt 332 die laufende Summe auf null zurück und fährt fort, um im Schritt 304 einer weiteren ansteigenden Flanke zu begegnen.
-
Mit Bezug auf 5 wird eine weitere Ausführungsform beschrieben, in der eine Trustinsche oder trapezoidförmige numerische Integration allgemein mit dem Bezugszeichen 400 bezeichnet und bezüglich einer Kurve 402 und der Zeitdiagramme 404 und 408 beschrieben ist. Allgemein schätzt die Motorsteuereinheit 12 eine auf die LORES-Ereignisse 416 und 418 bezogene Fläche 428 unter der Kurve 402, indem sie mehrere trapezförmige ”Scheiben” 432, wovon eine in 5 schraffiert gezeigt ist, integriert. Die Motorsteuereinheit 12 summiert die Flächen der Scheiben 432 auf.
-
Wie in den 4 und 5 gezeigt ist, berechnet die Motorsteuereinheit 12 beispielsweise, wenn im Schritt 304 eine ansteigende Flanke 440 angetroffen wird, im Schritt 308 ein Zeitintervall 444 zwischen der Flanke 440 und einer vorhergehenden Flanke 436. Wie in 5 gezeigt ist, sind Zeitintervalle zwischen ansteigenden Flanken wie etwa das Zeitintervall 444 allgemein mit dem Bezugszeichen 446 bezeichnet. Im Schritt 312 greift die Motorsteuereinheit 12 auf die Nachschlagtabelle 36 zu, um einen Luftmassendurchflusswert, der dem Zeitintervall 444 entspricht, zu finden.
-
Im Schritt 316 wird eine inkrementale Luftmasse berechnet. In der in 5 gezeigten Ausführungsform wird ein Mittelwert aus dem Luftmassendurchflusswert aus der Tabelle 36, der dem Intervall 444 entspricht, und dem Luftmassendurchflusswert aus der Tabelle 36, der einem vorhergehenden Intervall 446, beispielsweise dem unmittelbar vorhergehenden Intervall 448 entspricht, gebildet. Der Mittelwert der Luftmassendurchflusswerte wird im Schritt 316 mit der Länge (in Sekunden) des Intervalls 444 multipliziert, um eine inkrementale Luftmasse zu ergeben, die in 5 als schraffierte trapezförmige Scheibe 432 wiedergegeben ist. Die inkrementale Luftmasse (durch die Fläche der Scheibe 432 repräsentiert) wird im Schritt 320 zur laufenden Summe der Luftmasse addiert. Falls im Schritt 324 keinem LORES-Ereignis begegnet wird, wird die Steuerung an den Schritt 304 zurückgegeben. Die obige Prozedur wird mit jeder ansteigenden Flanke 420 wiederholt, bis im Schritt 324 einem LORES-Ereignis begegnet wird. Falls im Schritt 324 dem LORES-Ereignis 418 begegnet wird, wird im Schritt 328 die laufende Summe der Luftmasse durch die Gesamtlänge des Zeitintervalls 446, die auch als Delta-Zeit 460 bezeichnet wird, dividiert. Der sich ergebende Wert repräsentiert einen während des Zylinderereignisses 412 den MAFS 34 passierenden Netto-Luftmassendurchfluss. Die Steuereinheit 12 setzt im Schritt 332 die laufende Summe auf null zurück und fährt fort, um im Schritt 304 einer weiteren ansteigenden Flanke zu begegnen.
-
Es kommen zusätzliche Ausführungsformen in Betracht, in denen die Integration auf andere Weise bezüglich Zylinderereignissen ausgeführt wird. Beispielsweise kann eine Integration bei einer gewählten Anzahl von Signalflanken nach und/oder vor einem Zylinderereignis ausgelöst und/oder beendet werden.
-
Die oben beschriebenen Verfahren und Systeme ermöglichen das Gewinnen von genaueren Informationen von einem Luftmassendurchflusssensor, die durch Anwendung gegenwärtiger Luftdurchfluss-Schätzverfahren nicht verfügbar wären. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können beispielsweise durch Programmieren einer Motorsteuereinheit oder eines anderen Prozessors implementiert werden. Die oben angeführten Verfahren und Systeme können mit gegenwärtig vorkommenden Luftmassendurchflusssensoren implementiert werden, erfordern keine Hardwareänderungen und sind folglich einfach und kostengünstig zu implementieren.
