DE102007063102B4

DE102007063102B4 - Verfahren zur Erfassung eines periodisch pulsierenden Betriebsparameters

Info

Publication number: DE102007063102B4
Application number: DE102007063102.4A
Authority: DE
Inventors: Stefan Bauer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2007-12-28
Filing date: 2007-12-28
Publication date: 2022-02-10
Anticipated expiration: 2027-12-29
Also published as: US20100268437A1; CN101910594B; CN101910594A; US8463526B2; WO2009083475A1; DE102007063102A1

Abstract

Verfahren zur Erfassung eines periodisch pulsierenden Betriebsparameters einer Brennkraftmaschine (10) mit den Schritten:- Erfassen einer Messgröße des periodisch pulsierenden Betriebsparameters der Brennkraftmaschine (10), um ein periodisch pulsierendes Messsignal zu erzeugen,- Diskretisierung des Messsignals im Zeitbereich mit einem festen Zeitinkrement, wobei über eine Periode des Messsignals jeweils eine Anzahl von diskreten Messwerten entsprechend der Anzahl der Zeitinkremente der Periode erhalten werden, wobei die Messwerte jeweils als repräsentativ für das Messsignal in dem jeweiligen Zeitinkrement angesehen werden, und- Bilden eines Mittelwertes über die Periode des Messsignals, indem ein Mittelwert aus den diskreten Messwerten berechnet wird, dadurch gekennzeichnet, dass bei zumindest einem der diskreten Messwerte eine Näherung des Verlaufs des Messsignals über das zugeordnete Zeitinkrement (61) mit einem Polynom vorgenommen wird, um den diskreten Messwert zu erhalten.

Description

Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erfassung eines periodisch pulsierenden Betriebsparameters einer Brennkraftmaschine mit den Schritten Erfassen einer Messgröße des periodisch pulsierenden Betriebsparameters der Brennkraftmaschine, um ein periodisch pulsierendes Messsignal zu erzeugen, Diskretisierung des Messsignals im Zeitbereich mit einem festen Zeitinkrement, wobei über eine Periode des Messsignals jeweils eine Anzahl von diskreten Messwerten entsprechend der Anzahl der Zeitinkremente der Periode erhalten werden, wobei die Messwerte jeweils als repräsentativ für das Messsignal in dem jeweiligen Zeitinkrement angesehen werden, und Bilden eines Mittelwertes über die Periode des Messsignals, indem ein Mittelwert aus den diskreten Messwerten berechnet wird. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung, die zur Durchführung eines solchen Verfahrens eingerichtet ist, und ein Computerprogramm zur Durchführung aller Schritte eines solchen Verfahrens.
Bei einem Betrieb von Brennkraftmaschinen ist es erforderlich, verschiedene Betriebsparameter zu erfassen, wobei einige dieser Betriebsparameter periodisch pulsierend sind. So ist es beispielsweise erforderlich, den Luftmassenstrom, welcher in die Brennräume der Brennkraftmaschine geleitet wird, zu erfassen, wobei dieser Luftmassenstrom aufgrund des diskontinuierlichen Betriebs einer Kolbenbrennkraftmaschine pulsiert. So wird Luft lediglich dann angesaugt, wenn eines der Einlassventile der Brennkraftmaschine geöffnet ist. Dennoch ist es erforderlich, den Luftmassenstrom möglichst exakt zu bestimmen, um einen wirtschaftlichen und emissionsarmen Betrieb der Brennkraftmaschine zu gewährleisten. Der Betrieb eines Sensors zur Bestimmung des Luftmassenstroms wird in der DE 199 33 665 A1 beschrieben. Weitere pulsierende Betriebsparameter einer Brennkraftmaschine sind beispielsweise der Druck in einem Kraftstoff-Hochdruckspeicher oder die Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine.
Bei herkömmlichen Verfahren zur Auswertung eines periodisch pulsierenden Messsignals wird das Messsignal mit einem Zeitraster erfasst und diskretisiert. Dabei wird einem jeweils nachfolgenden Zeitinkrement des Zeitrasters ein diskreter Messwert zugewiesen, welcher dem Messwert zu Beginn des Zeitinkrements entspricht. Sodann werden über die zwei Halbwellen einer Periode Mittelwerte aus den Messwerten gebildet, wobei alle Messwerte gleich gewichtet werden. Anschließend werden diese beiden Mittelwerte der jeweiligen Halbwellen der Periode nochmals gemittelt, um ein Gesamtergebnis zu errechnen.
Bei dem aus dem Stand der Technik beschriebenen Verfahren tritt ein Fehler auf, falls am Anfang der Periode oder am Ende der Periode die Grenze des jeweiligen Zeitinkrementes nicht mit der Grenze der Periode zusammenfällt. Dies ist nachteilig, da auf diese Weise der Luftmassenstrom nicht exakt ermittelt wird, so dass es unter Umständen zu einer falschen Zumessung von Kraftstoff kommt. Dies kann zu unerwünschten Abgasemissionen und einem unwirtschaftlichen Betrieb der Brennkraftmaschine führen. Ebenso ist es problematisch, falls der Druck in einem Kraftstoff-Hochdruckspeicher falsch ermittelt wird, da unter der Annahme eines falschen Druckwertes die von den Einspritzventilen in die Brennräume eingespritzten Kraftstoffmengen nicht den geforderten Soll-Kraftstoffmengen entsprechen.
Aus der JP S55- 141 618 A ist eine Diskretisierung eines periodischen Signals mit anschließender Mittelwertbildung bekannt.
PRESS, W.H. et al. „Numerical Recipes in C. The Art of Scientific Computing“ Cambridge University Press, 1992. 105-108 zeigt Interpolationen anhand von unterschiedlichen Polynomen.
Aus der DE 199 33 665 A1 ist eine Vorrichtung zum Erfassen von pulsierenden Größen bekannt. Hierbei wird eine Korrektur eines Pulsationfehlers innerhalb einer Auswerteschaltung vorgenommen, die Teil des Sensors ist.
Aus der DE 39 02 168 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen einer Motor-Luftmassen-Strömung bekannt. Hierbei wird die Luftströmungsrate in einem vorgegebenen
Takt abgetastet. Während jedes Zylinderintervalls wird jedes Zylinderintervalls wird die Luftströmungsrate für jeden ganzen Abtastzeitraum integriert und für jeden Teilzeitraum an den Begrenzungen des Zylinderintervalls angenähert. Die Resultate werden summiert, um die Luftmassenströmung während des Zylinderzeitraums zu erhalten.
Offenbarung der Erfindung
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, die aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen und Verfahren zu verbessern, wobei insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung angegeben werden sollen, welche eine bessere Mittelwertbildung für erfasste pulsierende Betriebsparameter einer Brennkraftmaschine ermöglichen.
Dieses Problem wird gelöst durch ein Verfahren zur Erfassung eines periodisch pulsierenden Betriebsparameters einer Brennkraftmaschine mit den Schritten Erfassen einer Messgröße des periodisch pulsierenden Betriebsparameters der Brennkraftmaschine, um ein periodisch pulsierendes Messsignal zu erzeugen, Diskretisierung des Messsignals im Zeitbereich mit einem festen Zeitinkrement, wobei über eine Periode des Messsignals jeweils eine Anzahl von diskreten Messwerten entsprechend der Anzahl der Zeitinkremente der Periode erhalten werden, wobei die Messwerte jeweils als repräsentativ für das Messsignal in dem jeweiligen Zeitinkrement angesehen werden, und Bilden eines Mittelwertes über die Periode des Messsignals, indem ein Mittelwert aus den diskreten Messwerten berechnet wird, wobei bei zumindest einem der diskreten Messwerte eine Näherung des Verlaufs des Messsignals über das zugeordnete Zeitinkrement mit einem Polynom vorgenommen wird, um den diskreten Messwert zu erhalten. Die Diskretisierung des Messsignals im Zeitbereich geschieht beispielsweise dadurch, dass bei einem neuen Zeitinkrement mit der Diskretisierung begonnen wird, indem zu Beginn dieses Zeitinkrements das Messsignal abgetastet wird und als erster Messwert abgespeichert wird und anschließend zu Beginn jedes weiteren Zeitinkrements weitere Messwerte durch Abtasten des Messsignals ermittelt werden, wobei eine Ermittlung von Messwerten nicht mehr durchgeführt wird, wenn ein Periodendurchlauf abgeschlossen wurde. Dabei kann bei einem im Wesentlichen sinusförmig pulsierenden Messsignal der Durchlauf einer Periode daran erkannt werden, dass das Messsignal den bei Beginn des ersten Zeitinkrements erfassten Messwert ein erstes Mal mit gleich gerichteter Steigung wie bei Aufnahme des ersten Messwerts zu Beginn der Periode überstreicht. Daneben sind andere Möglichkeiten denkbar, um den Beginn einer Periode und das Ende einer Periode zu erfassen, beispielsweise ein Überstreichen eines abgeschätzten Mittelwertes zum zweiten Mal nach einem Beginn bei einem Messwert nahe dem Mittelwert. Dabei kann der geschätzte Mittelwert aus vorherigen Berechnungen gewonnen werden. Die Zeitinkremente sind feste Zeitinkremente, wobei im Rahmen einer Brennkraftmaschine unter einem festen Zeitinkrement auch ein bestimmter Winkelfortschritt der Kurbelwelle verstanden werden kann. Bevorzugt wird jedoch ein festes Zeitinkrement mit einem Wert zwischen 0,1 ms und 10 ms, bevorzugt zwischen 0,5 ms und 3 ms. Erfindungsgemäß wird bei zumindest einem der diskreten Messwerte eine Näherung des Verlaufs des Messsignals über das zugeordnete Zeitinkrement mit einem Polynom vorgenommen. Dies bietet den Vorteil, dass bei einem am Anfang oder am Ende der Periode liegenden Zeitinkrement der zugeordnete Messwert aus der kontinuierlichen Kurve des Polynoms gewonnen werden kann, wobei es möglich ist, zu berücksichtigen, dass ein am Rand liegendes Zeitinkrement nicht vollständig innerhalb der Periode liegt. Dies bietet den Vorteil einer besseren Näherung bei der Berechnung des Mittelwerts des periodisch pulsierenden Betriebsparameters.
Das Polynom ist vorzugsweise mindestens vom 1. Grad. Dabei ist zu berücksichtigen, dass in dieser Anmeldung unter einem Polynom allgemein ein Polynom von mindestens I. Grad zu verstehen ist. Bei Nennung eines Polynoms vom 0. Grad wird dies ausdrücklich erwähnt. Das Polynom kann auch vom 2. oder 3. oder einem höheren Grad sein. Ein Polynom vom 1. Grad bietet den Vorteil, dass nur eine geringe Rechenleistung beansprucht wird. Das Polynom wird gebildet, indem der zu Beginn eines Zeitinkrements abgetastete Wert des Messsignals und der zum Ende des Zeitinkrements abgetastete Wert des Messsignals verwendet werden, um zwischen ihnen eine Gerade als Näherung zu bilden.
Vorzugsweise wird die Näherung des Verlaufs mit dem Polynom an einem der diskreten Messwerte vorgenommen, dessen zugeordnetes Zeitinkrement über einer Grenze der Periode liegt. Ein möglicher Fehler beim Ermitteln eines Mittelwertes tritt auf, falls ein Messwert von einem Zeitinkrement gewonnen wird, das über die Grenze der Periode hinausgeht. Üblicherweise ist dies das letzte Zeitinkrement, da die betrachtete Periode bei typischen Verfahren mit dem Beginn eines Zeitinkrements zu laufen beginnt. Da eine Periode üblicherweise nicht eine Periodenlänge von einem Vielfachen der Zeitinkrement-Dauer aufweist, kommt es am Ende der Periode dazu, dass ein Zeitinkrement „abgeschnitten“ wird. Dabei können bei der späteren Mittelwertbildung starke Rundungsfehler auftreten, falls der diesem Zeitinkrement zugeordnete Messwert, der aus der Diskretisierung gewonnen wurde, ohne eine weitere Betrachtung für die Mittelwertbildung verwendet wird.
Vorzugsweise wird bei der Berechnung des Mittelwerts der Messwert, dessen zugeordnetes Zeitinkrement über der Grenze der Periode liegt, mit einem geringeren Anteil gewichtet, als zumindest einer der anderen zur Berechnung des Mittelwerts verwendeten Messwerte. Da der diskrete Messwert, welcher einem Zeitinkrement zugeordnet ist, das nicht vollständig innerhalb der Periode liegt, lediglich für einen geringeren Anteil der Periode repräsentativ ist als einer der anderen Messwerte, deren zugeordnete Zeitinkremente vollständig innerhalb der Periode liegen, verbessert eine entsprechende Anrechnung die Berechnung des Mittelwertes. Üblicherweise ist das über der Grenze der Periode liegende Zeitinkrement das Zeitinkrement, das am Ende der Periode liegt und über das Ende der Periode hinausgeht.
Vorzugsweise wird bei der Ermittlung des Messwerts, dessen zugeordnetes Zeitinkrement über der Grenze der Periode liegt, mit Hilfe des Polynoms eine Näherungswert für das Messsignal auf der Grenze der Periode ermittelt, wobei der Näherungswert bei der Ermittlung des Messwerts verwendet wird. Das über der Grenze der Periode liegende Zeitinkrement beginnt vor der Grenze der Periode und endet nach der Grenze der Periode. An diesen beiden Enden des Zeitinkrements kann jeweils das Messsignal abgetastet werden und der Signalverlauf dazwischen mit dem Polynom angenähert werden. Da der Zeitpunkt der Grenze der Periode bekannt ist, kann aus diesem näherungsweise mit dem Polynom ermittelten Verlauf ein Näherungswert für das Messsignal auf der Grenze der Periode gewonnen werden. Eine Berücksichtigung dieses Näherungswertes, beispielsweise durch eine Mittelwertbildung unter Verwendung des am Beginn des Zeitinkrements abgetasteten Messsignals, verbessert die Genauigkeit des diesem Zeitinkrements zugeordneten Messwerts. Damit wird die gesamte Genauigkeit des Verfahrens verbessert.
Vorzugsweise wird bei einem der Messwerte, dessen zugeordnetes Zeitinkrement innerhalb der Periode liegt, ein Wert des Messsignals am Rand des Zeitinkrements als diskreter Messwert verwendet. So kann beispielsweise das Messsignal am Beginn des Zeitinkrements abgetastet und dieser abgetastete Wert als Messwert verwendet werden. Ebenso kann das Messsignal am Ende des Zeitinkrements abgetastet werden, um den Messwert zu erhalten. Dabei bedeutet ein „innerhalb der Periode liegend“, dass das Zeitinkrement nicht über eine Grenze der Periode hinausgeht. Dieses Merkmal bietet den Vorteil, dass für die innerhalb der Periode liegenden Zeitinkremente keine oder nur eine sehr geringe Rechenleistung zur Ermittlung des Messwerts notwendig ist. Diese Form der Erfassung eines diskreten Messwerts kann auch als eine Näherung mit einem Polynom 0. Ordnung verstanden werden.
Vorzugsweise ist der pulsierende Betriebsparameter ein Luftmassenstrom oder ein Druck. Der Luftmassenstrom kann beispielsweise mit einem Heißfilmsensor (HFM-Sensor) gemessen werden. Der Druck in einem Hochdruckspeicher der Brennkraftmaschine kann mit einem an dem Hochdruckspeicher angeordneten Drucksensor gemessen werden.
Vorteilhafterweise werden der Periode alle Zeitinkremente zugeordnet, die ganz oder teilweise innerhalb der Periode liegen. Dabei wird vorzugsweise der Beginn einer Periode auf den Beginn eines Zeitinkrements gelegt. Auf diese Weise ist es zwar nicht möglich, in jedem Fall direkt aufeinander folgend Bestimmungen des Mittelwertes vorzunehmen, da am Ende der Periode ein Zeitinkrement „abgeschnitten“ werden kann. Dennoch bietet dieses Merkmal den Vorteil, dass zuverlässig eine sehr genaue Mittelwertbestimmung für die Periode möglich ist.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Vorrichtung, insbesondere ein Steuergerät oder eine Brennkraftmaschine, die zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der oben beschriebenen Ausgestaltungen eingerichtet sind. Dabei machen erfindungsgemäße Vorrichtungen gegebenenfalls von einem oder mehreren der oben beschriebenen bevorzugten Merkmale Gebrauch.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Computerprogramm mit Programmcode zur Durchführung aller Schritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens, wenn das Programm in einem Computer ausgeführt wird.
Figurenliste
Anschließend wird zumindest ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:

1 schematisch eine Brennkraftmaschine, mit der ein erfindungsgemäßes Verfahren ausführbar ist;
2 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens an Hand einer Mittelwertbildung eines pulsierenden Signals;
3 schematisch einen Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens der 2 in einer Diagrammskizze.

Ausführungsformen der Erfindung
1 zeigt schematisch eine Brennkraftmaschine 10. Sie umfasst einen Motorblock mit mehreren Zylindern 12, von denen in der 1 nur einer dargestellt ist. In dem Zylinder 12 ist ein Brennraum 14 vorhanden, welcher bereichsweise von einem Kolben 16 begrenzt wird. Dieser ist über einen Pleuel 18 mit einer Kurbelwelle 20 verbunden.
Dem Brennraum 14 wird Verbrennungsluft durch ein Einlassrohr 28 und ein Einlassventil 30 zugeführt. Die Verbrennungsabgase werden aus dem Brennraum 14 über ein Auslassventil 32 und ein Abgasrohr 34 abgeführt. Eine Drosselklappe 36 ermöglicht die Einstellung der Luftmenge, welche durch das Einlassrohr 28 in den Brennraum 14 gelangt. Die Bewegung der Drosselklappe 36 erfolgt durch einen Stellmotor 38. Die in den Brennraum 14 gelangende Luftmenge wird von einem Heißfilmsensor 40 („HFM-Sensor“) gemessen.
Kraftstoff wird dem Brennraum 14 von einem in 1 nur symbolisch dargestellten Kraftstoffsystem 46 zugeführt. Ein solches Kraftstoffsystem 46 kann einen Kraftstoffbehälter, eine elektrische Vorförderpumpe und eine mechanische Hauptförderpumpe umfassen. Ferner umfasst das Kraftstoffsystem 46 eine als „Rail“ oder Hochdruckspeicher 47 bezeichnete Kraftstoff-Sammelleitung, in welcher der Kraftstoff unter hohem Druck gespeichert ist. An diese ist ein Einspritzventil 48 angeschlossen, welches den Kraftstoff direkt in den Brennraum 14 der Brennkraftmaschine 10 einspritzt. An dem Hochdruckspeicher 47 ist ein Drucksensor 49 angeordnet, der den Druck in dem Hochdruckspeicher 47 misst. Dies dient dazu, über eine Regelung ein Ventil einer Hochdruckpumpe (nicht dargestellt) anzusteuern, um in dem Hochdruckspeicher 47 einen im Wesentlichen konstanten Druck aufrecht zu erhalten. Die Zündung des im Brennraum 14 vorhandenen Luft-Kraftstoff-Gemisches erfolgt durch eine Zündkerze 50, die von einem Zündsystem 52 mit der erforderlichen Energie versorgt wird.
Der Betrieb der Brennkraftmaschine 10 wird von einer Steuereinrichtung 56 gesteuert bzw. geregelt. Diese ist ausgangsseitig mit dem Zündsystem 52, dem Einspritzventil 48, und dem Stellmotor 38 der Drosselklappe 36 verbunden, und eingangsseitig ist die Steuereinrichtung 56 neben anderen Sensoren mit dem Heißfilmsensor 40 und dem Drucksensor 49 verbunden.
Wie aus 1 hervorgeht, wird der Kraftstoff in den Brennraum 14 direkt vom Einspritzventil 48 eingespritzt. Die Brennkraftmaschine 10 kann in unterschiedlichen Betriebsarten, abhängig bspw. von Drehzahl und Drehmoment, betrieben werden. Möglich ist es bspw., Kraftstoff während des Saugtaktes in den Brennraum 14 einzuspritzen, also während eines Zeitraums, in dem das Einlassventil 30 geöffnet ist. In diesem Fall bildet der Kraftstoff zusammen mit der im Brennraum 14 befindlichen Luft ein im Wesentlichen homogenes Kraftstoff-Luft-Gemisch. Eine solche Einspritzung wird als „Homogeneinspritzung“ bezeichnet, die entsprechende Betriebsart als „Homogen“.
Möglich ist es aber auch, den Kraftstoff während der Kompressionsphase, wenn also das Einlassventil 30 und das Auslassventil 32 geschlossen sind, kurz vor dem Erreichen des oberen Totpunkts des Kolbens 16 einzuspritzen. Aufgrund der speziellen Ausbildung des Einspritzventils 48 liegt in diesem Falle nur in unmittelbarer Nähe der Zündkerze 50 eine zündfähige Kraftstoffschicht vor, wohingegen im restlichen Brennraum 14 des Zylinders 12 nur wenig oder überhaupt kein Kraftstoff vorhanden ist. Eine solche Einspritzung wird als „Schichteinspritzung“ bezeichnet, die entsprechende Betriebsart als „Schicht“. Möglich sind auch beliebige Kombinationen der beiden Betriebsarten.
Für alle beschriebenen Betriebsarten ist eine genaue Kenntnis des Luftmassenstroms im Ansaugtrakt erforderlich. Das Einlassrohr 28 ist ein Teil des Ansaugtraktes, wobei aufgrund fehlender Verzweigungen der Luftmassenstrom durch das Einlassrohr 28 zu dem Brennraum 14 gleich dem durch den Heißfilmsensor 40 erfassten Luftmassenstrom ist.
In der 2 ist die Anwendung eines erfindungsgemäßen Verfahrens bei der Mittelwertbildung eines pulsierenden Signals schematisch gezeigt. Dabei wird auf die Anordnung der 1 und die dazugehörige Beschreibung der 1 Bezug genommen.
Der Heißfilmsensor 40 erfasst den Luftmassenstrom im Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine 10. Aufgrund des Betriebs des Einlassventils 30 pulsiert der Luftmassenstrom im Ansaugtrakt. Demzufolge wird durch den Heißfilmsensor 40 auch ein pulsierendes Signal erzeugt und an die Steuereinrichtung 56 übergeben. Der Verlauf dieses Signals ist ausschnittsweise beispielhaft in der 2 dargestellt, wobei auf der Längsachse des Diagramms die Zeit angetragen ist und auf der Hochachse des Diagramms die Amplitude des Signals. Weiterhin ist in der 2 ein Zeitraster dargestellt, mit welchem das pulsierende Signal diskretisiert wird. Das Zeitraster ist durch senkrechte, strichlierte dünne Linien dargestellt, wobei der Abstand zwischen jeweils zwei der Zeitraster-Linien 1 ms beträgt. Das Verfahren beginnt mit der Diskretisierung des pulsierenden Signals unmittelbar nach einem Überschreiten eines geschätzten Mittelwertes 60 (Linie mit Bezugszeichen 60) von unterhalb nach oberhalb, wobei das nächste feste Zeitraster abgewartet wird. In der 2 fallen zufälligerweise das Zeitraster und der Durchgang des pulsierenden Signals durch den geschätzten Mittelwert 60 zusammen.
Anschließend wird der pulsierende Signalverlauf verfolgt, wobei an jeden Schnittpunkt des Signalverlaufs mit dem festen Zeitraster, d.h. zu Beginn jedes Zeitinkrements, ein Messpunkt gesetzt wird. Bei der Mittelwertbildung wird für jeweils auf ein Zeitinkrement, das ist der zeitliche Abstand zwischen zwei senkrechten strichlierten Linien im Diagramm der 2, das Messsignal zu Beginn des Zeitinkrements als Messwert für das gesamte Zeitinkrement verwendet. Auf diese Weise ergibt sich die in der 2 gezeigte dicke Treppenstufen-Kurve, welche den durch das Verfahren zunächst genährten Signalverlauf darstellt. Die Fläche unter der Treppenstufen-Kurve stellt dabei das angenommene Intergral des pulsierenden Signalverlaufs dar. Dies wird fortgeführt, bis der pulsierende Signalverlauf wiederum den geschätzten Mittelwert 60 von unten nach oben überschreitet. Das letzte der Zeitinkremente wird dabei zur Näherungsberechnung anders behandelt als die vorhergehenden. In anderen Ausführungsformen der Erfindung werden alle Näherungswerte aller Zeitinkremente so behandelt, wie dies bei dem letzten Zeitinkrement vorgenommen wird und im Folgenden beschrieben wird. Das letzte Zeitinkrement wird in der 2 mit dem Bezugszeichen 61 versehen. Das letzte Zeitinkrement 61 verläuft somit über die Grenze einer Periode des pulsierenden Signals.
Bei dem letzten Zeitinkrement 61 wird zur Näherungsberechnung ein Polynom ersten Grades verwendet. Dies entspricht einer Gerade zwischen dem Messpunkt zu Beginn des Zeitinkrements 61 bis zu dem Messpunkt am Ende des Zeitinkrements 61. Dabei werden diese beiden Messpunkte einfach miteinander verbunden. Hieraus lässt sich ein angenommener Durchgang des Signalverlaufs durch den geschätzten Mittelwert 60 mit einer Dreisatzrechnung berechnen. Der angenommene Durchgang oder Schnittpunkt ist auf der Zeitachse durch einen dicken senkrechten Strich 62 gekennzeichnet. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird nun bei dem letzten Inkrement 61 nicht eine rechteckige Fläche für das Integral verwendet, es wird vielmehr das innerhalb des letzten Inkrements liegende Viereck verwendet, das oben durch eine gepunktet-strichlierte Linie begrenzt ist. Diese gepunktet-strichlierte Linie stellt das Polynom ersten Grades zwischen den beiden oben genannten Messpunkten dar. Anschließend wird der so aufintegrierte Bereich vom Beginn der Erfassung der Periode (auf der Zeitachse mit 65 bezeichnet) bis zu dem errechneten Durchgang des geschätzten Mittelwerts 60 durch die zwischen den Bezugszeichen 65 und 62 liegende Zeit geteilt, so dass eine Näherung für den Mittelwert des pulsierenden Signalverlaufs errechnet wird.
In anderen Ausführungsformen der Erfindung wird nicht nur bei dem letzten Inkrement 61 eine Näherung mit einem Polynom 1. Grades vorgenommen, sondern bei allen Zeitinkrementen. Dies bietet unter Umständen eine weitere Verbesserung der Mittelwertberechnung. In anderen Ausführungsformen der Erfindung werden Polynome eines höheren Grades, beispielsweise des zweiten Grades verwendet, um den Verlauf des pulsierenden Messsignals anzunähern. Dies führt zu einer erhöhten Genauigkeit, bedarf allerdings auch einer erhöhten Rechenleistung.
In der 3 ist der Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens in einem Diagramm skizziert. Das erfindungsgemäße Verfahren der 3 entspricht dem bei der 2 angewendeten erfindungsgemäßen Verfahren. Das Verfahren startet mit einem Schritt 70. Anschließend wartet das Verfahren in einem Schritt 71, bis ein Durchgang eines geschätzten Mittelwertes, der beispielsweise aus einer vorherigen Berechnung erhalten wird, erfolgt ist. In einem Schritt 72 wartet das Verfahren dann, bis ein nächstes Zeitinkrement beginnt. Nach Beginn des nächsten Zeitinkrements nach dem Durchgang des Mittelwertes von unterhalb nach oberhalb beginnt das Verfahren mit der Aufnahme der Messpunkte, wobei als erstes der Messpunkt zu Beginn des ersten Zeitinkrements aufgenommen wird (Schritt 73). In einem anschließenden Schritt 74 wird überprüft, ob bereits erneut ein Durchgang des geschätzten Mittelwertes von unterhalb nach oberhalb durch das pulsierende Signal stattgefunden hat. Dies kann beispielsweise dadurch erfasst werden, dass zwei aufeinander folgende Werte des pulsierenden Signals am Beginn und am Ende eines Zeitinkrements verglichen werden. Ist der zweite Wert des pulsierenden Signals am Ende des Zeitinkrements größer als der erste Wert zu Beginn des Zeitinkrements und ist außerdem der zweite Wert größer als der geschätzte Mittelwert, d. h. der Wert, bei dem mit der Erfassung der Periode begonnen wurde, und weiterhin der erste Wert des pulsierenden Signals zu Beginn des Zeitinkrements kleiner als der geschätzte Mittelwert, ist von einem erneuten Durchlaufen des geschätzten Mittelwertes von unterhalb nach oberhalb durch das pulsierende Signal auszugehen. Dabei müssen alle der oben genannten Bedingungen erfüllt sein. Sind diese Bedingungen noch nicht erfüllt, so springt das Verfahren nach dem Schritt 74 zu dem Schritt 73 zurück, in dem weitere Messwerte erfasst werden. Sind hingegen alle Bedingungen erfüllt und es kann davon ausgegangen werden, dass die Periode vollständig durchschritten wurde, so springt das Verfahrend zu einem Schritt 75. Im Schritt 75 wird nun die im Zusammenhang mit der 2 beschriebenen Näherungsberechnung durchgeführt, wobei insbesondere das Ende der Periode auf der Zeitachse näherungsweise durch Annähern des letzten Zeitinkrements ( 2) mit Hilfe eines Polynoms 1. Grades ermittelt wird. Am Ende der Berechnung wird das Ergebnis der Berechnung ausgegeben. Das Verfahren endet anschließend in einem Schritt 76.

Claims

Verfahren zur Erfassung eines periodisch pulsierenden Betriebsparameters einer Brennkraftmaschine (10) mit den Schritten: - Erfassen einer Messgröße des periodisch pulsierenden Betriebsparameters der Brennkraftmaschine (10), um ein periodisch pulsierendes Messsignal zu erzeugen, - Diskretisierung des Messsignals im Zeitbereich mit einem festen Zeitinkrement, wobei über eine Periode des Messsignals jeweils eine Anzahl von diskreten Messwerten entsprechend der Anzahl der Zeitinkremente der Periode erhalten werden, wobei die Messwerte jeweils als repräsentativ für das Messsignal in dem jeweiligen Zeitinkrement angesehen werden, und - Bilden eines Mittelwertes über die Periode des Messsignals, indem ein Mittelwert aus den diskreten Messwerten berechnet wird, dadurch gekennzeichnet, dass bei zumindest einem der diskreten Messwerte eine Näherung des Verlaufs des Messsignals über das zugeordnete Zeitinkrement (61) mit einem Polynom vorgenommen wird, um den diskreten Messwert zu erhalten.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Polynom mindestens vom ersten Grad ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Näherung des Verlaufs mit dem Polynom an einem der diskreten Messwerte vorgenommen wird, dessen zugeordnetes Zeitinkrement (61) über einer Grenze der Periode liegt.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Berechnung des Mittelwertes der Messwert, dessen zugeordnetes Zeitinkrement (61) über der Grenze der Periode liegt, mit einem geringem Anteil gewichtet wird als zumindest einer der anderen zur Berechnung des Mittelwerts verwendeten Messwerte.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Ermittlung des Messwerts, dessen zugeordnetes Zeitinkrement (61) über der Grenze der Periode liegt, mit Hilfe des Polynoms ein Näherungswert für das Messsignal auf der Grenze der Periode ermittelt wird, wobei der Nährungswert bei der Ermittlung des Messwerts verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem der Messwerte, dessen zugeordnetes Zeitinkrement innerhalb der Periode liegt, ein Wert des Messsignals am Rand des Zeitinkrements als diskreter Messwert verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der pulsierende Betriebsparameter ein Luftmassenstrom oder ein Druck ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Periode alle Zeitinkremente zugeordnet werden, die ganz oder teilweise innerhalb der Periode liegen.
Vorrichtung, insbesondere Steuergerät (56) oder Brennkraftmaschine (10), die zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 eingerichtet ist.
Computerprogramm mit Programmcode zur Durchführung aller Schritte nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wenn das Programm in einem Computer ausgeführt wird.