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Stand der Technik
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der
Winkelposition einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine, wobei
die Kurbelwelle drehfest mit einem Geberrad verbunden ist, das eine Mehrzahl
gleichartiger Markierungen sowie mindestens eine von den gleichartigen
Markierungen unterscheidbare Markierung aufweist, wobei bei einer
Drehung der Kurbelwelle von einem dem Drehzahlgeber zugeordneten
Sensor für
jede der Mehrzahl gleichartiger Markierungen, die an dem Sensor
vorbeitritt, ein Signal erzeugt wird.
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Bei
derartigen Brennkraftmaschinen wird zur Bestimmung der Winkelposition
der Kurbelwelle in der Regel ein zentrales Bezugssignal für den Drehwinkel
des Motors von einer Kurbelwellen-Zahnscheibe mit z. B. 60–2 Zähnen abgeleitet.
Ausgehend von einer Zahnlücke
(–2) lässt sich über die
Anzahl der Zähne
der momentane Drehwinkel und somit die aktuelle Winkelposition bestimmen.
Die Zähne
der Zahnscheibe erzeugen am Controller eines der Brennkraftmaschine
zugeordneten Steuergerätes
Interruptsignale von hoher Priorität. Davon abgeleitet werden
verschiedene Signale berechnet und/oder winkelgenau ausgegeben.
Je höher
nun die Drehzahl ist, umso höher
ist auch die Interruptbelastung des Systems, sodass Genauigkeitseinbussen
durch Rechenzeitprobleme auftreten.
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Die
Interruptbelastung ergibt sich durch Software-Zähler, die bei Auftreten des
Zahnsignals bzw. -interrupts dekrementiert werden. Bei den üblichen Systemen
werden jedoch in der Regel nur wenige Ergebnisse pro Arbeitstakt
tatsächlich
ausgegeben, sodass die überwiegende
Anzahl der erzeugten Interruptsignale ohne Ereignisausgabe bearbeitet
werden muss und nur dazu dient, die Softwarezähler zu dekrementieren.
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Nachteilig
am Stand der Technik ist, dass die Softwarebelastung des Steuergeräts bei derartigen Brennkraftmaschinen
durch die Interruptbelastung erheblich ist und insbesondere bei
hohen Motordrehzahlen zu Problemen bei einer zeitkritischen Bearbeitung
von Signalen führen kann.
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Offenbarung der Erfindung
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Eine
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein neues Verfahren und eine
neue Vorrichtung anzugeben, die eine Reduzierung der Softwarebelastung und,
insbesondere, der Interruptbelastung bei einer Brennkraftmaschine
ermöglichen.
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Dieses
Problem wird gelöst
durch ein Verfahren zur Bestimmung der Winkelposition einer Kurbelwelle
einer Brennkraftmaschine, wobei die Kurbelwelle drehfest mit einem
Drehzahlgeber verbunden ist, der eine Mehrzahl gleichartiger Markierungen
sowie mindestens eine von den gleichartigen Markierungen unterscheidbare
Markierung aufweist, wobei bei einer Drehung der Kurbelwelle von
einem dem Drehzahlgeber zugeordneten Sensor für jede der Mehrzahl gleichartiger
Markierungen, die an dem Sensor vorbeitritt, ein Signal erzeugt
wird, dadurch gekennzeichnet, dass nur für Signale, die für eine vorgegebene
Anzahl gleichartiger Markierungen vor und/oder nach der unterscheidbaren
Markierung erzeugt werden, jeweils ein zugeordnetes Interruptsignal
erzeugt wird.
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Die
Erfindung ermöglicht
somit eine Reduzierung der erzeugten Interruptsignale und somit eine
Reduzierung der Interruptbelastung der Brennkraftmaschine.
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Gemäß einer
Ausführungsform
wird als Drehzahlgeber ein Geberrad verwendet, das als gleichartige
Markierungen aufeinander folgende identische Zahn-/Lücke-Kombinationen
und als unterscheidbare Markierung eine Lücke aufweist, die länger ist,
als eine Lücke
im Bereich der gleichartigen Markierungen. Hierbei wird von dem
Sensor für
jeden bei einer Drehung der Kurbelwelle an diesem vorbeitretenden
Zahn einer Zahn-/Lücke-Kombination
ein Impuls mit einer von einem Ausgangswert ansteigenden und auf
diesen Ausgangswert wieder abfallenden Flanke erzeugt, wobei ein
Sensorsignal gebildet wird, das die Impulse für die Zähne der Zahn-/Lücke-Kombinationen
und den Ausgangswert für
alle Lücken
der Zahn-/Lücke-Kombinationen
und die längere
Lücke aufweist.
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Somit
kann die Erfindung unter Verwendung bereits vorhandener Bauteile
und Elemente einfach und kostengünstig
realisiert werden.
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Ab
einem ersten ausgewählten
Impuls, der eine erste vorgegebene Anzahl von Impulsen vor dem ein
erstes Auftreten der längeren
Lücke repräsentierenden
Ausgangswert erzeugt wird, wird jeweils ein Interruptsignal an jeder
abfallenden Flanke eines folgenden Impulses erzeugt.
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Die
Erfindung ermöglicht
somit, die Erzeugung von Interruptsignalen bei einer Umdrehung der Kurbelwelle
bis zum Vorbeitritt eines Zahns einer ausgewählten Zahn-/Lücke-Kombination des Geberrads
zur Reduzierung der Interruptbelastung der Brennkraftmaschine zu
unterbinden.
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Ab
einem zweiten ausgewählten
Impuls, der eine zweite vorgegebene Anzahl von Impulsen nach dem
ein Auftreten der längeren
Lücke repräsentierenden
Ausgangswert erzeugt wird, wird die Erzeugung von Interruptsignalen
unterbunden, bis ein vorgegebenes Kriterium erfüllt ist.
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Somit
kann die Erzeugung von Interruptsignalen bei einer Umdrehung der
Kurbelwelle ab bzw. nach dem Vorbeitritt eines Zahns einer ausgewählten Zahn-/Lücke-Kombination
des Geberrads zur Reduzierung der Interruptbelastung der Brennkraftmaschine
unterbunden werden.
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Gemäß einer
Ausführungsform
wird bei dem zweiten ausgewählten
Impuls überprüft, ob der
das Auftreten der längeren
Lücke repräsentierende
Ausgangswert erzeugt wurde, wobei nur bei einer affirmativen Überprüfung die
Erzeugung der Interruptsignale unterbunden wird. Hierbei ist die
zweite vorgegebene Anzahl derart gewählt, dass sie eine Bestimmung
des Auftretens der längeren
Lücke durch
den die längere
Lücke repräsentierenden
Ausgangswert ermöglicht.
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Die
Erfindung ermöglicht
somit eine sichere und präzise
Detektion des Auftretens der längeren Lücke.
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Das
vorgegebene Kriterium wird derart gewählt, dass es bei einem dritten
ausgewählten
Impuls, der eine vorgegebene Anzahl von Impulsen vor dem ein nächstes Auftreten
der längeren
Lücke repräsentierenden
Ausgangswert erzeugt wird, erfüllt ist,
wobei der dritte ausgewählte
Impuls als erster ausgewählter
Impuls verwendet wird.
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Somit
kann die Erzeugung der Interruptsignale zur Reduzierung der Interruptbelastung
der Brennkraftmaschine zyklisch unterbunden werden, wobei das Unterbinden
bzw. Erzeugen der Interruptsignale jeweils schleifenförmig erfolgt.
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Das
eingangs genannte Problem wird auch gelöst durch ein Computerprogramm
zur Durchführung
eines Verfahrens zur Bestimmung der Winkelposition einer Kurbelwelle
einer Brennkraftmaschine. Die Kurbelwelle ist drehfest mit einem
Drehzahlgeber verbunden, der eine Mehrzahl gleichartiger Markierungen
sowie mindestens eine von den gleichartigen Markierungen unterscheidbare
Markierung aufweist. Bei einer Drehung der Kurbelwelle wird von
einem dem Drehzahlgeber zugeordneten Sensor für jede der Mehrzahl gleichartiger
Markierungen, die an dem Sensor vorbeitritt, ein Signal erzeugt.
Das Computerprogramm erzeugt nur für Signale, die für eine vorgegebene
Anzahl gleichartiger Markierungen vor und/oder nach der unterscheidbaren
Markierung erzeugt werden, jeweils ein zugeordnetes Interruptsignal.
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Das
eingangs genannte Problem wird auch gelöst durch eine Brennkraftmaschine
mit einer Kurbelwelle, die drehfest mit einem Drehzahlgeber verbunden
ist, der eine Mehrzahl gleichartiger Markierungen sowie mindestens
eine von den gleichartigen Markierungen unterscheidbare Markierung
aufweist. Bei einer Drehung der Kurbelwelle wird von einem dem Drehzahlgeber
zugeordneten Sensor für
jede der Mehrzahl gleichartiger Markierungen, die an dem Sensor
vorbeitritt, ein Signal erzeugt. Nur für Signale, die für eine vorgegebene
Anzahl gleichartiger Markierungen vor und/oder nach der unterscheidbaren Markierung
erzeugt werden, wird jeweils ein zugeordnetes Interruptsignal erzeugt.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Nachfolgend
wird ein Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Dabei
zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung einer Auswerteinrichtung einer Brennkraftmaschine;
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2 eine
schematische Darstellung des zeitlichen Verlaufs eines mittels der
Auswerteinrichtung von 1 erhaltenen Sensorsignals;
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3a und 3b eine
schematische Darstellung des zeitlichen Verlaufs des Sensorsignals von 2 und
der auf der Basis dieses Sensorsignals erzeugten Interruptsignale;
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4a und 4b eine
schematische Darstellung des zeitlichen Verlaufs des Sensorsignals von 2 und
der auf der Basis dieses Sensorsignals erzeugten Interruptsignale
in vergrößertem Maßstab.
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Ausführungsform der Erfindung
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1 zeigt
eine zur Erfassung einer Wellendrehzahl einer Brennkraftmaschine
vorgesehene Auswerteinrichtung 100 mit einem als Geberrad
ausgebildeten Drehzahlgeber 110, der drehfest mit einer Kurbelwelle 32 der
nicht dargestellten Brennkraftmaschine verbunden ist. Das Geberrad 110 weist
eine Vielzahl von gleichartigen Markierungen 110a auf, welche
durch aufeinander folgende identische Zahn-/Lücke-Kombinationen gebildet
sind. Als von den gleichartigen Markierungen 110a unterscheidbare
Markierung 110b ist, wie in 1 abgebildet,
eine Lücke 110b an
dem Geberrad 110 vorgesehen, die länger ist, als eine Lücke im Bereich
der gleichartigen Markierungen 110a. Z. B. ist das Geberrad 110 als eine
Zahnscheibe mit 60–2
Zähnen
ausgebildet, die eine Zahnlücke
(–2) als
unterscheidbare Markierung 110b aufweist.
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Bei
einer Drehung des Geberrads 110 werden die Zähne beziehungsweise
Lücken
des Geberrads 110 von einem Drehzahlsensor 111,
der beispielsweise als induktiver Drehzahlsensor ausgebildet ist,
abgetastet. Der Drehzahlsensor 111 liefert ein zur Kurbelwellendrehzahl
der Brennkraftmaschine proportionales Ausgangssignal, das in einer
nachgeschalteten Pulsformerstufe 112 in bekannter Weise zu
einem rechteckförmigen
Sensorsignal geformt wird, dessen Amplitude im Wesentlichen konstant
ist. Dieses Sensorsignal, das beispielhaft in 2 abgebildet
ist, wird einer Recheneinheit 113 (1) zugeleitet,
die hieraus die Kurbelwellendrehzahl rechnerisch ermittelt.
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Die
zu Synchronisationszwecken in dem Geberrad 110 vorgesehene
längere
Lücke 110b führt zu dem
in 2 jeweils mit t_1 bezeichneten Zeitverlauf des
Sensorsignals, während
eine Erfassung der als gleichartige Markierungen 110a ausgebildeten Zahn-/Lücken-Kombinationen zu
dem restlichen in 2 gezeigten, außerhalb
der Zeitintervalle t_1 befindlichen Zeitverlauf führt, wie
unten stehend im Detail beschrieben.
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2 zeigt
ein Diagramm 200, das anhand eines Beispiels einen zeitlichen
Verlauf eines rechteckförmigen
Sensorsignals 210 darstellt. Dieses wird gemäß einer
Ausführungsform
im Betrieb einer entsprechenden Brennkraftmaschine von der Pulsformerstufe 112 von 1 erzeugt.
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Das
Diagramm 200 verdeutlicht eine Ausführungsform eines Verfahrens
zur Bestimmung der Winkelposition einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine.
Für die
weiteren Erläuterungen
wird angenommen, dass das rechteckförmige Sensorsignal 210 im
vorliegenden Beispiel für
die Kurbelwelle 32 von 1 bestimmt
wurde.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung wird von dem Sensor 111 von 1 für jeden bei
einer Drehung der Kurbelwelle 32 an diesem vorbeitretenden
Zahn einer Zahn- /Lücke-Kombination 110a ein
Impuls erzeugt. Die erzeugten Impulse weisen jeweils eine von einem
Ausgangswert ansteigende und auf diesen Ausgangswert wieder abfallende Flanke
auf. Aus den derart vom Sensor 111 erzeugten Impulsen formt
die Pulsformerstufe 112 entsprechende Rechteckimpulse,
die das rechteckförmige Sensorsignal 210 bilden.
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In 2 sind
der Einfachheit halber zur Verdeutlichung nur Rechteckimpulse 220, 222, 224, 226, 228, 230 und 270 gekennzeichnet,
deren Form nachfolgend anhand des Impulses 230 näher erläutert wird.
Der Rechteckimpuls 230 hat eine von einem Ausgangswert 232 aus
ansteigende Flanke 234 und eine auf diesen Ausgangswert 232 wieder
abfallende Flanke 236. Da im vorliegenden Beispiel die
Rechteckimpulse nur für
die am Sensor 111 vorbeitretenden Zähne der Zahn-/Lücke-Kombinationen 110a erzeugt werden,
weist das Sensorsignal 210 für die Lücken der Zahn-/Lücke-Kombinationen 110a und
für die längere Lücke 110b den
Ausgangswert 232 auf. Hierbei führt ein Vorbeitreten der längeren Lücke 110b an dem
Sensor 111 somit jeweils zu einem längeren Zeitintervall t_1, in
dem das Sensorsignal 210 keinen Rechteckimpuls aufweist
und ausschließlich
von dem Ausgangswert 232 gebildet ist.
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In 2 sind
zur Verdeutlichung zwei Zeitintervalle t_1 bei Signalabschnitten 240, 250 dargestellt.
Da das Geberrad 110 nur eine einzelne längere Lücke 110b (Zahnlücke) aufweist,
bedeutet dies, dass die Kurbelwelle 32 sich zwischen diesen
Signalabschnitten 240, 250 einmal vollständig um
ihre Längsachse,
d. h. um 360°,
gedreht hat.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung wird ab einem ausgewählten, ersten Impuls des Sensorsignals 210 jeweils
ein Interruptsignal an jeder abfallenden Flanke eines folgenden
Impulses erzeugt. Hierbei wird der erste Impuls derart ausgewählt, dass
dieser eine erste vorgegebene Anzahl von Impulsen vor dem ein erstes
Auftreten der längeren
Lücke 110b repräsentierenden
Ausgangswert 232 erzeugt wird. Im vorliegenden Beispiel
wird als erster Impuls z. B. derjenige Rechteckimpuls ausgewählt, der
drei Impulse vor dem Signalabschnitt 240 erzeugt wird.
Dementsprechend wird der Rechteckimpuls 220 als erster
Impuls ausgewählt,
sodass ab der abfallenden Flanke dieses Impulses Interruptsignale
erzeugt werden. Somit werden zunächst
für die abfallenden
Flanken der Rechteckimpulse 220, 222, 224 insgesamt
drei Interruptsignale erzeugt.
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Im
vorliegenden Beispiel wird dann ab einem ausgewählten, zweiten Impuls, der
eine zweite vorgegebene Anzahl von Rechteckimpulsen nach dem Signalabschnitt 240 erzeugt
wird, die Erzeugung von Interruptsignalen unterbunden, bis ein vorgegebenes Kriterium
erfüllt
ist. Als zweiter Impuls wird z. B. derjenige Rechteckimpuls ausgewählt, der
zwei Impulse nach dem Signalabschnitt 240 erzeugt wird,
d. h. der Rechteckimpuls 228. Dementsprechend wird nach Erzeugung
eines Interruptsignals an der abfallenden Flanke des Rechteckimpulses 228 die
Interruptsignal-Erzeugung unterbunden, bis das vorgegebene Kriterium
erfülllt
ist.
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Um
eine zuverlässige
und präzise
Bestimmung der Winkelposition der Kurbelwelle 32 zu gewährleisten,
wird bei dem ausgewählten
zweiten Impuls, d. h. dem Rechteckimpuls 228, überprüft, ob der das
Auftreten der längeren
Lücke 110b (Zahnlücke) repräsentierende
Ausgangswert 232 zuvor erzeugt wurde, d. h. ob das Sensorsignal 210 den
Signalabschnitt 240 aufweist. Nur bei einer affirmativen Überprüfung wird
die Erzeugung der Interruptsignale unterbunden, bis das vorgegebene
Kriterium erfülllt
ist.
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Diese Überprüfung ist
erforderlich, da der erste und zweite Impuls bevorzugt derart ausgewählt sind,
dass sie unmittelbar vor bzw. nach dem Signalabschnitt 240 auftreten.
Dieser wiederum dient als Referenzabschnitt des Sensorsignals 210 zu
Synchronisationszwecken bei der Bestimmung der Winkelposition der
Kurbelwelle 32. Da die Winkelposition der dem ausgewählten, ersten
Impuls zugeordneten Zahn-/Lücke-Kombination 110a erfin dungsgemäß nicht
unter Verwendung entsprechender Interruptsignale, sondern vielmehr
durch Extrapolation bestimmt wird, muss die Erkennung des Signalabschnitts 240 und
somit die Qualität
dieser Extrapolation jeweils sichergestellt sein, da sonst keine
präzise
Bestimmung der Winkelposition der Kurbelwelle 32 möglich ist. Deshalb
wird die zweite vorgegebene Anzahl derart gewählt, dass sie eine Bestimmung
des Auftretens der längeren
Lücke 110b durch
den die längere
Lücke repräsentierenden
Ausgangswert 232 ermöglicht.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung wird das oben beschriebene vorgegebene Kriterium derart
gewählt,
dass es bei einem ausgewählten,
dritten Impuls, der wiederum eine vorgegebene Anzahl von Impulsen
vor dem ein nächstes
Auftreten der längeren
Lücke 110b repräsentierenden
Ausgangswert 232 erzeugt wird, erfüllt ist. Im vorliegenden Beispiel
wird der dritte Impuls derart ausgewählt, dass er drei Impulse vor
dem Signalabschnitt 250 liegt. Somit ist das vorgegebene
Kriterium erfüllt, wenn
der Rechteckimpuls 270 erzeugt wird.
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Der
ausgewählte,
dritte Impuls wird dann bevorzugt als ausgewählter, erster Impuls verwendet,
d. h. das bis zum Auftreten eines neuen, zweiten Impulses an den
abfallenden Flanken der Rechteckimpulse Interruptsignale erzeugt
werden, bevor deren Erzeugung erneut unterbunden wird. Das Verfahren
zur Bestimmung der Winkelposition der Kurbelwelle 32 wird
somit schleifenförmig
ausgeführt,
wobei jeweils im Bereich der Signalabschnitte 240, 250 Interruptsignale
erzeugt werden und zwischen diesen Bereichen die Erzeugung der Interruptsignale
jeweils unterbunden wird. Somit kann die Erzeugung der Interruptsignale
und somit auch die Interruptbelastung der Brennkraftmaschine effizient
verringert werden.
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3a und 3b zeigen
ein Diagramm 300, das den zeitlichen Verlauf des rechteckförmigen Sensorsignals 210 von 2,
dieses ist mit A bezeichnet, sowie zeitliche Verläufe eines
zugeordneten Phasensignals 310, mit B bezeichnet, und zugeordneter
Interruptsignalbündel 320 und 330,
mit C bezeichnet, darstellt. 3b zeigt
vergrößerte Darstellungen
dieser zeitlichen Verläufe,
diese sind mit AZ, BZ und CZ bezeichnet, wobei AZ mit dem Linienzug
A, BZ dem Linienzug B und CZ dem Linienzug C in 3a korrespondieren.
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Das
Diagramm 300 verdeutlicht eine Ausführungsform eines Verfahrens
zur Bestimmung der Winkelposition einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine,
bei dem wie bei 2 beschrieben jeweils drei Interruptsignale
vor und zwei Interruptsignale nach dem ein Auftreten der längeren Lücke 110b im Sensorsignal 210 repräsentierenden
Ausgangswert 232 erzeugt werden. In 3 sind
beispielhaft Interruptsignale 340, 342, 344, 346 und 348 des
Interruptsignalbündels 320 gekennzeichnet.
Diese wurden an den abfallenden Flanken der Rechteckimpulse 220, 222, 224, 226 bzw. 228 erzeugt.
Des Weiteren ist ein Interruptsignal 380 des Interruptsignalbündels 330 gekennzeichnet,
das an der abfallenden Flanke des Rechteckimpulses 270 erzeugt
wurde.
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Wie
aus 3a und 3b ersichtlich,
werden bei einer vollständigen
Umdrehung der Kurbelwelle 32 von 1, d. h.
einer Umdrehung um 360° um
deren Längsachse,
jeweils nur fünf
Interruptsignale erzeugt, und zwar zwei Interruptsignale nach dem
Signalabschnitt 240 und drei Interruptsignale vor dem Signalabschnitt 250.
Im Vergleich hierzu würden
bei einem herkömmlichen
Betrieb der Brennkraftmaschine pro Umdrehung der Kurbelwelle 32 jeweils
58 Interruptsignale erzeugt (60–2
Zähne des Geberrads).
Somit kann die Interruptbelastung der Brennkraftmaschine gemäß der Erfindung
um etwa 60% reduziert werden.
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4a und 4b zeigen
ein Diagramm 400, das ein Ausschnitt in 3 in
vergrößerter Darstellung
ist. Wie 3 zeigt 4 den
zeitlichen Verlauf des rechteckförmigen
Sensorsignals 210 von 2 sowie
die zeitlichen Verläufe
des zugeordneten Phasensignals 310 und zugeordneter Interruptsignalbündel 320 und 330.
Die Bezeichnung der Linienzüge
mit A, AZ, B. BZ. C, CZ entspricht der in 3a und 3b. 4b zeigt
gegenüber 4a noch
einmal vergrößerte Darstellungen
der zeitlichen Verläufe.
Die einzelnen Rechtecksignale um die Zahnlücke, diese ist durch den längeren Low-Wert 232 erkennbar,
sind in 4a und 4b wie
in 3a und 3b mit
den Bezugszeichen 220, 222, 224, 226 sowie 228 versehen.
Zu dem Interruptbündel 320 gehören die
Interrupts 340, 342, 344, 346 sowie 348.
Auch aus 4a und 4b ist
klar erkennbar, dass nur fünf
Interrupts erzeugt werden, nämlich
drei vor und zwei nach der Zahnlücke.
Die übrigen
Flanken erzeugen keinen Interrupt mehr, dieser wird steuergeräteseitig
maskiert.