DE102006061579A1 - Sensor signal rotational speed value determining method for internal-combustion engine, involves applying function to signal, and determining signal, where function is angle-discrete, so that discretization of signal and function is equal - Google Patents
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Abstract
Description
Stand der TechnikState of the art
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung, ein Computerprogramm und ein Verfahren zur Bestimmung eines Drehzahlwertes eines eine Momentdrehzahl einer Welle repräsentierenden Signals, insbesondere eines Signals eines einem Geberrad einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine zugeordneten Gebers.The The present invention relates to a device, a computer program and a method of determining a speed value of a one-time speed a signal representing a wave, in particular one Signal of a transmitter wheel associated with a crankshaft of an internal combustion engine Encoder.
Bei modernen Brennkraftmaschinen liefert das Drehzahlsignal Informationen von zentraler Bedeutung für die Motorsteuerung, Diagnose sowie Optimierung des Betriebsverhaltens bezüglich verschiedenster Kriterien. Das Drehzahlsignal wird üblicherweise mit Hilfe eines an der Kurbelwelle angebrachten Geberrades gemessen, das eine bestimmte Anzahl an Markierungen durch abwechselndes Anbringen von Zähnen und Zahnlücken sowie üblicherweise eine Geberradlücke aufweist. Die einzelnen Markierungen werden mittels eines Sensors erfasst, so dass Winkelinkremente sowie eine durch eine Geberradlücke oder dergleichen ausgewiesene Nullstellung der Kurbelwelle erkannt werden kann. Durch Messung der verstrichenen Zeit zwischen zwei aufeinander folgenden Markierungen erhält man die so genannten Zahnseiten, die in entsprechende Drehzahlwerte umgerechnet werden.at modern internal combustion engines provides the speed signal information central to the engine control, diagnostics as well as optimization of the operating behavior with regard to the most diverse Criteria. The speed signal is usually using a mounted on the crankshaft sensor wheel measured, the one certain number of marks by alternately applying Teeth and gaps and usually has a Geberradlücke. The individual marks are detected by means of a sensor, so that angle increments as well one indicated by a Geberradlücke or the like Zeroing the crankshaft can be detected. By measurement the elapsed time between two consecutive marks one receives the so-called tooth sides, which in appropriate Speed values are converted.
Schwankungen des Drehzahlsignals entstehen primär durch zwei Einflussgrößen, nämlich das durch Kompression und Verbrennung entstehende Gasdrehmoment sowie die oszillierenden Massen einer Brennkraftmaschine. Die oszillierenden Massen einer Brennkraftmaschine sind insbesondere die Kolben, Kolbenbolzen, Kolbenringpakete und der oszillierende Anteil der Pleuel. Ihr Einfluss auf die Winkelbeschleunigung hängt quadratisch von der Drehzahl ab. In der Regel soll aus einem Drehzahlsignal u. a. Informationen über Verbrennungsmerkmale der Brennkraftmaschine bzw. einzelner Zylinder der Brennkraftmaschine gewonnen werden. Daher stellt der Einfluss dieser oszillierenden Massen zur Bestimmung der genannten Größen eine Störung dar, die berücksichtigt bzw. kompensiert werden soll.fluctuations of the speed signal arise primarily through two influencing variables, namely the gas torque resulting from compression and combustion as well as the oscillating masses of an internal combustion engine. The oscillating Masses of an internal combustion engine are in particular the pistons, piston pins, Piston ring packages and the oscillating share of connecting rods. Your influence on the angular acceleration depends on the square of the Speed off. As a rule, should u from a speed signal. a. information about Combustion features of the internal combustion engine or individual cylinders the internal combustion engine are obtained. Therefore, the influence These oscillating masses for determining the sizes mentioned a disorder that takes into account or compensates shall be.
Aus
der
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den Einfluss oszillierender Massen direkt auf dem Drehzahlsignal zu kompensieren.A The object of the present invention is to determine the influence of oscillating Compensate masses directly on the speed signal.
Dieses Problem wird gelöst durch ein Verfahren zur Bestimmung eines Drehzahlwertes eines eine Momentandrehzahl einer Welle repräsentierenden Signals, insbesondere eines Signals eines einem Geberrad einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine zugeordneten Gebers, wobei auf das Signal eine Korrekturfunktion, die den Einfluss oszillierender Massen zumindest teilweise kompensiert, angewandt wird. Es wird also unmittelbar das Drehzahlsignal ohne den Umweg einer Momentenberechnung mittels einer Kennlinie oder eines Kennfeldes so umgerechnet bzw. transformiert, dass der Einfluss der oszillierenden Massen in diesem Drehzahlsignal eliminiert wird. Dies ist von Vorteil, da bei vielen Funktionen heutiger Motorsteuerungen Merkmale wie z. B. Verbrennungsmerkmale direkt aus dem Drehzahlsignal berechnet werden, also ohne Umweg über das Drehmoment ermittelt werden. Die Korrekturfunktion kann eine beliebige Funktion sein, mit der das Drehzahlsignal umgerechnet wird. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das Signal aus einem winkeldiskreten Gebersignal ermittelt wird und die Korrekturfunktion winkeldiskret ist, wobei die Diskretisierung des Drehzahlsignals in der Korrekturfunktion gleich ist. Unter winkeldiskret wird in diesem Zusammenhang verstanden, dass sowohl das Drehzahlsignal als auch die Korrekturfunktion zu diskreten Kurbelwellenwinkeln vorliegen. Die Diskretisierung kann auch z. B. eine Interpolation zu Kurbelwellenwinkeln, an denen kein Signal eines Drehzahlgebers vorliegt, bestehen. Die Korrekturfunktion wird vorzugsweise durch eine Simulation der oszillierenden Massen der Brennkraftmaschine ermittelt und in Form einer Zahlenreihe in einem Steuergerät der Brennkraftmaschine abgelegt. Dadurch ist es nicht notwendig, die Korrekturterme online während des Betriebes zu ermitteln. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Korrekturfunktion eine Multiplikation mit einem diskreten winkelabhängigen Korrekturfaktor ist. Der jeweilige Drehzahlwert bzw. Wert der Winkelgeschwindigkeit zu einem diskreten Kurbelwellenwinkel wird also mit einem konstanten und vom Betriebs- Punkt der Brennkraftmaschine unabhängigen Korrekturfaktor multipliziert. Vorzugswelse ist dazu vorgesehen, dass der Korrekturfaktor als winkelabhängige Reihe in einem Speicher eines Steuergerätes abgelegt ist.This Problem is solved by a method of determination a speed value of an instantaneous speed of a shaft representing Signal, in particular a signal of a donor wheel of a crankshaft an internal combustion engine associated transmitter, wherein the signal a Correction function that minimizes the influence of oscillating masses partially compensated, is applied. It will be immediate the speed signal without the detour of a torque calculation means a characteristic curve or a characteristic map so converted or transformed, that the influence of the oscillating masses in this speed signal is eliminated. This is an advantage as with many features Today's engine controls features such. B. combustion characteristics be calculated directly from the speed signal, ie without detour via the torque can be determined. The correction function can be a be any function with which the speed signal converted becomes. It is preferably provided that the signal from an angle-discrete encoder signal is determined and the correction function is angularly discrete, wherein the discretization of the speed signal in the correction function is equal to. Under angular discrete is understood in this context, that both the speed signal and the correction function to Discrete crankshaft angles are present. The discretization can also z. B. an interpolation to crankshaft angles at which no Signal of a speed sensor exists exist. The correction function is preferably by a simulation of the oscillating masses the internal combustion engine determined and in the form of a series of numbers in a Stored control unit of the internal combustion engine. This is It is not necessary to submit the correction terms online during the Determine operation. It is preferably provided that the correction function is a Multiplication with a discrete angle-dependent correction factor is. The respective speed value or value of the angular velocity to a discrete crankshaft angle is so with a constant and independent of the operating point of the internal combustion engine Correction factor multiplied. Preference is provided that the correction factor as an angle-dependent series in a Memory of a control unit is stored.
Zusätzlich kann vorgesehen sein, dass aus dem transformierten Drehzahlsignal ein Gasdrehmoment der Brennkraftmaschine ermittelt wird. Da das Drehzahlsignal um den Einfluss der oszillierenden Massen kompensiert ist, ist das Drehträgheitsmoment der Kurbelwelle nicht mehr Kurbelwellenwinkel-abhängig sondern konstant. Dadurch kann das Gasdrehmoment unmittelbar aus dem Drehzahlsignal ermittelt werden. Wird das transformierte Drehzahlsignal über ein z. B. aus einem adiabatischen Modell der Brennkraftmaschine ermittelten Kompressionsdrehmomentverlauf integriert, so kann zusätzlich der Einfluss der Kompression eliminiert werden, so dass nur der Anteil des Drehmoments, der aus der Verbrennung während des Arbeitstaktes herrührt, ermittelt werden kann.In addition, it can be provided that a gas torque of the internal combustion engine is determined from the transformed speed signal. Since the speed signal is compensated for the influence of the oscillating masses, the rotational inertia of the crankshaft is no longer dependent on the crankshaft angle but constant. This can do that Gas torque can be determined directly from the speed signal. If the transformed speed signal over a z. B. integrated from an adiabatic model of the engine compression torque curve, so in addition the influence of the compression can be eliminated, so that only the proportion of the torque resulting from the combustion during the power stroke, can be determined.
Das eingangs genannte Problem wird auch gelöst durch eine Vorrichtung, insbesondere Steuergerät oder Brennkraftmaschine, die zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet ist sowie ein Computerprogramm mit Programmcode zur Durchführung aller Schritte nach einem erfindungsgemäßen Verfahren, wenn das Programm in einem Computer ausgeführt wird.The The problem mentioned at the outset is also solved by a device, In particular, control unit or internal combustion engine, the Carrying out an inventive Method is set up as well as a computer program with program code for carrying out all steps according to an inventive Procedure when running the program in a computer becomes.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:following becomes an embodiment of the present invention explained in more detail with reference to the accompanying drawings. Showing:
Ausführungsform der ErfindungEmbodiment of the invention
Für das nachfolgende Ausführungsbeispiel wird davon ausgegangen, dass eine Momentandrehzahl einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine als Zeitreihe zu diskreten Kurbelwellenwinkeln vorliegt. Üblicherweise wird das Drehzahlsignal durch einen zum Beispiel induktiven Geber ermittelt, der mit einem an der Kurbelwelle fest angebrachten Geberrad zusammenwirkt. Das Geberrad weist Markierungen in Form einer Abfolge von Zähnen und Zahnlücken auf, wobei die Zahnteilung üblicherweise 6° beträgt, der Abstand zweier gleichartig orientierten Zahnflanken beträgt also 6° über den Umfangswinkel der Geberscheibe. Derartige Geberscheiben weisen üblicherweise 60 – 2 = 58 Zähne auf, wobei eine Geberradlücke durch Weglassen zweier Zähne gebildet wird. Das elektrische Signal des Gebers, das an das Steuergerät übermittelt wird, ist ein Rechtecksignal, das den geometrischen Verlauf von Zähnen und Zahnlücken auf dem Umfang des Geberrades repräsentiert. Aus dem Signal des Gebers kann eine Momentandrehzahl bzw. eine Momentanwinkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle zu den Kurbelwellenwinkeln, die einer steigenden bzw. fallenden Flanke des elektrischen Signals des Gebers zugeordnet sind, ermittelt werden. Das Drehzahlsignal liegt also als winkeldiskrete Reihe zu definierten Kurbelwellenwinkeln vor.For the following embodiment is assumed that an instantaneous speed of a crankshaft of an internal combustion engine exists as a time series at discrete crankshaft angles. Usually is the speed signal by an inductive sensor, for example determined, which cooperates with a fixedly mounted on the crankshaft sensor wheel. The sender wheel has markings in the form of a sequence of teeth and tooth spaces, the tooth pitch usually 6 °, the distance between two identically oriented Tooth flanks is therefore 6 ° above the Circumferential angle of the encoder disc. Such encoder discs usually have 60 - 2 = 58 teeth, with a Geberradlücke is formed by omitting two teeth. The electric Signal from the encoder, which transmits to the control unit is a square wave signal that is the geometric shape of Teeth and tooth gaps on the circumference of the sender wheel represents. From the signal of the encoder can an instantaneous speed or an instantaneous angular velocity of the crankshaft to the crankshaft angles, that of a rising or falling edge of the electrical signal are assigned by the encoder are determined. The speed signal So lies as an angularly discrete series to defined crankshaft angles in front.
Das winkeldiskrete Signal des dem Geberrad der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine zugeordneten Gebers wird nun um den Einfluss oszillierender Massen der Kurbelwelle korrigiert, indem das winkeldiskrete Signal mit einem winkelabhängigen Korrekturwert K multipliziert wird. Oszillierende Massen der Kurbelwelle sind die Kolben der Brennkraftmaschine sowie anteilig die Pleuelstangen zwischen Kurbelwelle und dem Kolben. Der Korrekturwert K wird winkelabhängig zu den Kurbelwellenwinkeln bestimmt, zu denen jeweils eine Momentandrehzahl vorliegt, dies sind bei im Stand der Technik gebräuchlichen Kombinationen von Geberrad und Geber sowie nachfolgender Signalauswertung die einer der Zahnflanken des Geberrades zugeordneten Kurbelwellenwinkel, also beispielsweise Kurbelwellenwinkel von 3, 9, 15, 21 usf. Grad Kurbelwelle. Der Korrekturwert K wird mit Hilfe eines Modells der Brennkraftmaschine, die Brennkraftmaschinenparameter wie oszillierende und rotierende Massenanteile sowie die Motorgeometrie berücksichtigt, einmal offline berechnet und in einem Speicher eines Steuergerätes der Brennkraftmaschine abgelegt. Die Kurbelwellenwinkel-abhängigen Korrekturwerte K(φi) werden vorteilhaft periodisch über eine Periode von 2π bzw. 360° ermittelt. Ebenso ist es aber auch möglich, die Korrekturwerte über ein komplettes Arbeitsspiel der Brennkraftmaschine, sprich 4π oder 720° zu ermitteln. Es gilt also K(φi) = K(φi + 2π) bzw. K(φi) = K(φi + 4π).The angle-discrete signal of the encoder assigned to the sender wheel of the crankshaft of the internal combustion engine is now corrected for the influence of oscillating masses of the crankshaft by multiplying the angle-discrete signal by an angle-dependent correction value K. Oscillating masses of the crankshaft are the pistons of the engine and proportionally the connecting rods between the crankshaft and the piston. The correction value K is determined as angle-dependent to the crankshaft angles, to each of which an instantaneous speed is present, these are in customary in the prior art combinations of encoder wheel and encoder and subsequent signal evaluation of one of the tooth flanks of the encoder wheel associated crankshaft angle, so for example crankshaft angle of 3, 9, 15, 21, etc., crankshaft. The correction value K is calculated offline using a model of the internal combustion engine, which takes into account internal combustion engine parameters such as oscillating and rotating mass fractions and the engine geometry, and stored in a memory of a control unit of the internal combustion engine. The crankshaft angle-dependent correction values K (φ i ) are advantageously determined periodically over a period of 2π or 360 °. Likewise, it is also possible to determine the correction values over a complete operating cycle of the internal combustion engine, ie 4π or 720 °. Thus K (φ i ) = K (φ i + 2π) or K (φ i ) = K (φ i + 4π).
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