DE102008038960B4 - Verfahren zur Ermittlung der Drehwinkellage einer Nockenwelle - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Ermittlung der Drehwinkellage einer Nockenwelle relativ zur Lage einer Kurbelwelle, bei welcher Kurbel- und Nockenwelle jeweils mit diesen umlaufende Geberräder (1, 2) aufweisen, die einzelne durch Sensoren (4, 5) detektierbare Segmente (3) tragen, wobei auf Basis des Durchgangs der Segmente (3) des Nockenwellengeberrades (2) dessen Relativlage zu wenigstens einer Messmarke (6) auf dem Kurbelwellengeberrad (1) erfasst wird, indem ein Lagesignal des Kurbelwellengeberrades (1) zum Zeitpunkt des Durchgangs der Segmente (3) des Nockenwellengeberrades (2) erfasst und auf Basis des bekannten Versatzes der Segmente (3) des Nockenwellengeberrades (2) ein um den jeweiligen Versatz korrigierter Messwert des Nockenwellenlagesignals (Mess_Pos) erzeugt wird, der mit Hilfe einer weiteren Signalverarbeitung zum adaptierten Positionssignal (Adapt_Pos) verarbeitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass auf Basis der Erfassung des Durchganges der einzelnen Segmente (3) des Kurbel- (1) oder Nockenwellengeberrades (2) und einem Vergleich mit vorhergehenden Messwerten dieser Geberräder eine Dynamikerkennung der Rotationsbewegung von Kurbel- oder Nockenwelle erfolgt und in Abhängigkeit von der Dynamikerkennung eine Anpassung der Messwertverarbeitung zur Ermittlung des adaptierten Positionssignals (Adapt_Pos) erfolgt.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung der Drehwinkellage einer Nockenwelle relativ zu einer mit dieser gekoppelten Kurbelwelle.
• Kurbel- und Nockenwellen sind in üblicher Motorenbauweise mit einem endlosen Zugmittel oder über Zahnradsätze gekoppelt, wobei deren Relativlage zueinander durch dieses bestimmt wird. Es ist allgemein bekannt, an der/n Nockenwelle/n Verstelleinheiten anzuordnen, welche die Lage der Nockenwelle relativ zur Kurbelwelle verändern können, wodurch eine Anpassung der Steuerzeiten für Gaswechselventile erreicht wird. Die Nockenwellen werden dabei zur Optimierung des Gaswechsels hinsichtlich ihrer Lage zur Kurbelwelle verstellt. Um eine genaue Regelung der Nockenwellenlage zu ermöglichen, ist es notwendig, deren Position sowohl in ihrer statischen Position, als auch bei dynamischen Verstellvorgängen genau ermitteln zu können.
• Vorbekannt ist es dabei, an der Nockenwelle Geberräder anzuordnen, welche mit diesen umlaufende Segmente aufweisen, die durch einen Sensor abgetastet werden können, wobei aus dem Sensorsignal ein pulsierendes, die Lage der Nockenwelle kennzeichnendes Positionssignal für die Nockenwelle gewonnen werden kann. Typisch ist hierbei die Verwendung eines 4 Segmente aufweisenden Winkelgebers, der mit Hilfe eines magnetoresistiven Sensors abgetastet wird.
• Aus der DE 10 2005 035 881 A1 ist ein Verfahren zur Verstellung der Drehwinkellage einer Nockenwelle bekannt, bei welchem auf Basis der Messung zweier vorhergehender Segmente des Nockenwellengebers ein Messwert für die Winkellage extrapoliert wird. Das Verfahren berücksichtigt vorhergehende Messwerte mit Hilfe eines gleitenden Mittelwertes, wobei bei hoher Dynamik, aufgrund der in der Vergangenheit liegenden Messwerte, welche in das Messergebnis eingehen, eine Phasenverschiebung im gemittelten Signal auftritt. Eine Mittelung der Messwerte ist jedoch notwendig, um einen für eine nachfolgende Regelung geeigneten stabilen Messwert für deren Relativlage vorliegen zu haben.
• Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren anzugeben, dass die Drehwinkellage einer Nockenwelle relativ zu einer Kurbelwelle mit hinreichender Genauigkeit bestimmt, wobei bei geringer Verstelldynamik ein stabiler Positionswert erzeugt werden soll, der bei schnellen Verstellvorgängen dem wahren Lagewert ohne Phasenversatz folgt.
• Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gemäß dem Anspruch 1 der vorliegenden Patentanmeldung gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen und dem Ausführungsbeispiel zu entnehmen.
• Die Drehwinkellage einer Nockenwelle wird relativ zur Lage einer Kurbelwelle durch mit diesen umlaufende Geberräder bestimmt, wobei einzelne durch Sensoren detektierbare Segmente der Geberräder detektiert werden. Auf Basis des Durchgangs der Segmente des Nockenwellengeberrades wird dessen Relativlage zu wenigstens einer Bezugsmarke auf dem Kurbelwellengeberrad erfasst. Die Bezugsmarke kann dabei ein beliebiges Segment des Geberrades nach Lücke oder die Lücke eines 60-2 Geberrades sein. Zur Lagebestimmung werden die Lagesignale der Segmente des Kurbelwellengeberrades zum Zeitpunkt des Durchgangs der Segmente des Nockenwellengeberrades erfasst und auf Basis des bekannten Versatzes der Segmente des Nockenwellengeberrades wird ein um den jeweiligen Versatz korrigierter Messwert des Nockenwellenlagesignals erzeugt. Dieser Messwert wird in dem erfindungsgemäßen Verfahren nachfolgend adaptiert. Erfindungsgemäß vorteilhaft erfolgt dabei eine Dynamikerkennung der Rotationsbewegung der Nockenwelle, indem die Lagesignale der Nockenwelle mit den Signalen der vorhergehenden Umdrehung verglichen werden und deren Differenz gegenüber einem Schwellwert ausgewertet wird. In Abhängigkeit von der Dynamikerkennung erfolgt dabei nachfolgend eine Anpassung der Messwertverarbeitung, so dass bei statischen Fällen, in denen die Lagewerte weitgehend konstant bleiben, ein abweichender Adaptionsalgorithmus gegenüber dem Fall einer großen Änderungsrate der Lage ausgewählt wird.
• Erfindungsgemäß vorteilhaft beinhaltet die Messwertverarbeitung eine Messwertfilterung, wobei die Filterparameter in Abhängigkeit von der Dynamikerkennung adaptiert werden. In einem einfachen Fall erfolgt dabei im statischen Fall eine gleitende Mittelwertsbildung über eine vorgebbare Anzahl von Lagemesswerten. Hierdurch wird ein geglättetes, für die nachfolgende Regelung der Nockenwellenlage gut verarbeitbares Signal erzeugt. Für den Fall, dass die Dynamik der Lageänderung unter einem definierten Schwellwert liegt, wird dieser statische Zustand erkannt, so dass sich das adaptierte Lagesignal aus dem Mittelwert mindestens zweier vorhergehender Messwerte ergibt.
  Für den Fall erkannter Dynamik sind die Mittelwertsbildung oder andere mit Zeitkonstanten behaftete Filterverfahren nachteilig, da diese einen Phasenversatz erzeugen. Das erfindungsgemäße Verfahren korrigiert daher den aktuell gemessenen Wert lediglich um einen aus dem Versatz des Segmentes zum Mittelwert herrührenden Adaptionswert, wobei keine Mittelung oder Filterung unter Berücksichtigung von vorhergehenden Messwerten stattfindet. Durch die Korrektur um den Adaptionswert, der sich aus der Abweichung der Segmentlage eines spezifischen Segmentes zum Mittelwert bildet, wird dessen aus Fertigungstoleranzen herrührender Versatz des Segmentes im Messergebnis korrigiert. Der Algorithmus vereinigt in positiver Weise die dynamikabhängige Mittelung und die Adaption am Geberradfehler in einer besonders einfachen Ausgestaltung.
• In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird die Differenz (Diff_Pos) des aktuellen Lagemesswertes (Mess_Pos) zu einem gleitenden Mittelwert (MW_Pos), der aus einer Anzahl vorhergehender Messwerte (Mess_Pos) gebildet wurde, ermittelt. Beim Umlaufen des Nockenwellengeberrades erzeugt jedes Segment einen neuen Messwert. Die Messwerte streuen dabei auch im statischen Fall um einen Mittelwert, wobei die Streuung zum Teil auf Fertigungstoleranzen der Segmenträder rückführbar ist. Es werden für die aufeinanderfolgenden Einzelsegmente jeweils Differenzen (Diff_Pos) erzeugt, welche in Abhängigkeit des Segmentes des Nockenwellengeberrades, das den jeweiligen aktuellen Lagemesswert (Mess_Pos) erzeugt, einzelnen Filterfunktionen (11_1-4) zugeordnet werden. Die Filterfunktionen verarbeiten damit fortlaufend die Messwerte, die von einem zugehörigen Nockenwellensegment ermittelt werden. Pro Umlauf wird in jeder Filterfunktion ein neuer Messwert verarbeitet. Dafür muss eine Anzahl an Filterfunktionen genutzt werden, die gleich der Anzahl der Segmente des Nockenwellengeberrades ist.
• Aufgrund der unterschiedlichen Geometrie der Geberradsegmente kann eine Zuordnung der Signale zu einzelnen Segmenten erfolgen. Weiterhin ist es möglich, ausgehend von einem Startpunkt einen Segment-/Flankenzähler zu nutzen, der bei bekannter Segmentanzahl fortlaufend die Messwerte den einzelnen Segmenten zuordnet. Das Signal der Segmenterkennung wird dabei sowohl zur Zuordnung der beschriebenen Messwerte zu ihren Filterfunktionen genutzt, als auch zur Zuordnung des aktuellen Adaptions-/Filterwertes. Für den jeweils aktuellen Messwert der Nockenwellenlage wird dabei der zu diesem Segment gehörige Filterwert ausgelesen, der als Adaptionswert für den Messwert, welcher durch die Filterfunktion errechnet wird, verwendet wird.
• Nachfolgend wird ein beispielhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.
• Hierbei zeigen:
• 1 eine Prinzipdarstellung eines Steuertriebs,
• 2 ein Signaldiagramm und
• 3 ein Blockschaltbild einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung.
• Die 1 zeigt in einer Prinzipdarstellung einen Steuertrieb mit einem Kurbelwellengeberrad 1 sowie zwei mit den Nockenwellen verbundenen Nockenwellengeberrädern 2, welche jeweils vier Segmente 3 tragen, deren Lage mit Hilfe von Sensoren 4 (z. B. Hallgebern), welche die Anwesenheit bzw. den Durchgang der jeweiligen Segmente detektieren, erfasst wird. Weiterhin wird die Lage des Kurbelwellengeberrades 1 ebenfalls von einem Sensor 5 erfasst, wobei das Kurbelwellengeberrad 1 ein 60-2 Geberrad sein kann, welches bei seinem Umlauf dessen Lage kennzeichnende und durch den Sensor 5 auswertbare Impulse erzeugt. Bei diesem Kurbelwellengeberrad 1 erzeugt eine spezifische Messmarke 6, welche beispielsweise als zwei Segmente überspannende Lücke im Geberrad ausgeführt sein kann, die Bezugsmarke für die Lage der Kurbelwelle, wobei die weiteren Messmarken relativ zur Messmarke 6 die Lage der Kurbelwelle markieren. Ausgehend von der Messmarke 6 auf dem Kurbelwellengeberrad 1wird relativ hierzu die Lage der Nockenwelle(n) ermittelt. Hierfür wird beim Umlauf der Nockenwellen das Signal der Sensoren 4 in Relation zur Kurbelwellenlage ausgewertet und anhand des durch die Sensoren 4 erkannten Durchgangs der Segmente 3 wird in Relation zur Kurbelwellenlage die Lage der Nockenwelle ermittelt. Die Gestaltung des Steuertriebs, der Sensoren und Geberräder sowie die Auswertung der Nockenwellengeberradsegmente und die darauf basierende Ermittlung der Relativposition der Nockenwelle sind im Stand der Technik bekannt und werden daher hier nicht näher erläutert.
• 2 zeigt hierbei ein typisches Pulsmuster, bei dem im Diagramm (oberes Impulsband) die Impulse des Kurbelwellengeberrades 1 registriert werden und hierzu in Relation die durch die Segmente 3 der Nockenwellengeberräder 2 erzeugten Signale aufgezeigt sind. Aufgrund der unterschiedlichen Gestaltung der Segmente 3 zeigen sich verschieden lange Pulsmuster, welche zur Erkennung der Lage von Kurbel- und Nockenwelle genutzt werden. Zur Auswertung der Relativlage der Nockenwellen ist nachfolgend eine Erkennung einer speziellen, z. B. fallenden Flanke des Impulses ausreichend.
  Der in 2 lediglich qualitativ dargestellte Signalverlauf zeigt dabei, dass in Relation zur Messmarke 6 auf dem Kurbelwellengeberrad 1 mit einem Versatzwinkel Phi die erste fallende Flanke des vom Nockenwellengeberrad 2 hervorgerufenen Signals 3' erfolgt. Der Winkel Phi kennzeichnet dabei die Relativlage der Nockenwelle zur Kurbelwelle. Ohne Verstellung der Nockenwellen und bei ideal genau gefertigten und angepassten Geberrädern erfolgt alle Phi+180° eine weitere fallende Flanke, welche durch das bei einem 4-Taktmotor mit doppelter Kurbelwellengeschwindigkeit umlaufende Nockenwellengeberrad 2 hervorgerufen wird.
  Es steht damit jeweils beim Durchgang des Nockenwellengeberrades 2 ein aktualisierter Messwert für dessen Lage zur Verfügung. Ausgehend von einer Erkennung, welches Segment i die Flanke auslöst, ergibt sich für die Segmente i=0,1,2,3 die gemessene Relativlage der Nockenwelle zur Kurbelwellenlage Mess_Pos aus der Absolutposition Mess_Abs bei Registrierung der fallenden Flanke abzüglich des bekannten Offsets des jeweiligen Segmentes Mess_Pos= Mess_Abs- (i * 180°) Zur Vereinfachung ist dabei die Lage des Signals 6' der Messmarke 6 des Kurbelwellengeberrades 1 in den Koordinatenursprung verschoben. Hier kann durch einen definiert von diesem abweichenden Anbau ein weiterer bei der Berechnung zu berücksichtigender Offsetwert zu betrachten sein.
• Aufgrund von Anbau- oder Fertigungstoleranzen ist die Lage der Einzelsegmente jeweils nicht ideal 180°versetzt. Weiterhin entsteht durch die Dynamik im Steuertrieb, durch Schwingungen aufgrund der wechselnden Belastungen an Kurbel- und Nockenwelle ein schwankender Messwert für die Einzelsegmente. Für eine möglichst genaue Regelung ist jedoch ein dem wahren Lagewert möglichst identischer Positionswert der Nockenwelle wünschenswert, der lediglich die Verstelldynamik beinhaltet und Schwankungen aufgrund von Messungenauigkeiten unberücksichtigt lässt. Eine Mittelwertbildung über eine Reihe von Messwerten erzeugt hierbei ein geglättetes Signal, jedoch erfolgt durch die Vielzahl der verwendeten Messwerte ein Phasenversatz zwischen dem eigentlichen Messwert der Lage der Nockenwellen.
• 3 zeigt in einem Blockschaltbild detailliert das Verfahren zur Ermittlung der Nockenwellenlage. Ausgehend vom bereits um die einzelnen Offsetwerte der Nockenwellensegmente bereinigten Signal der Nockenwellenlage Mess_Pos wird mit dem nachfolgenden Verfahren ein adaptierter Lagewert Adapt_Pos für die Nockenwellenlage ermittelt. Das Signal Mess_Pos basiert damit auf dem jeweils für das letzte Segment des Nockenwellengeberrades ermittelten Positionswert der Nockenwellenlage. Im Block 7 wird über die jeweils letzten 4 gemessenen Werte des Signals Mess_Pos ein gleitender Mittelwert MW_Pos gebildet, vorzugsweise aus den aktuell vorliegenden Segmentsignalen, aus dem im Block 8 ein Differenzwert Diff_Pos gebildet wird, der sich aus der Differenz des jeweils auf dem aktuell gemessenen Segment basierenden Positionswertes Mess_Pos zum Mittelwert MW_Pos der vorhergehenden Messwerte für Mess_Pos ergibt (Diff_Pos = Mess_Pos - MW_Pos).
  Im Block 9 erfolgt, basierend auf dem Positionswert Mess_Pos, eine Dynamikerkennung. Hierfür werden die für die Einzelsegmente i ermittelten Positionswerte aus dem vorherigen Messzyklus Mess_Pos_i(t-1) mit den aktuell gemessenen Mess_Pos_i(t0) verglichen. Es werden damit Lagewerte gleicher Segmente miteinander verglichen, so dass der Einfluss systematischer Fehler aus der Toleranz des Geberrades ausgeschlossen wird. Die Dynamikerkennung unterscheidet dabei einen stationären Fall ohne Dynamik, wenn alle vier für die jeweiligen Segmente gemessenen Positionswerte Mess_Pos_i(t0) verglichen mit den Messwerten aus dem vorherigen Umlauf Mess_Pos_i(t-1) einen definierten Schwellwert SW_Dyn für den Betrag der Differenz unterschreiten. Der Wert für Dynamik Dyn_F wird bei erkannter Dynamik 1 und bei erkanntem statischen Verhalten auf 0 gesetzt.
  (|Mess_Pos_i(t0) - Mess_Pos_i(t-1)| < SW_Dyn (i=0,1,2,3) -> Dyn_F = 0 )
  Auf Basis der Dynamikerkennung wird im Block 10 ein Filterfaktor Flt_F ausgewählt, der im vorliegenden Beispiel 1 für den statischen Fall und 0 für den Dynamikfall beträgt. Es ist gleichfalls möglich, den Filterwert zwischen den Grenzen 0 und 1 basierend auf dem Grad der erkannten Dynamik zu variieren. Zur Vereinfachung wird nachfolgend die Auswahl eines festen Filterfaktors Flt_F beschrieben, wobei die Grenzwerte 0 und 1 zur Erläuterung der Funktion betrachtet werden. Der Filterfaktor Flt_F sowie der Differenzwert Diff_Pos sind Eingangsgrößen der Filterblöcke 11_1,11_2, 11_3 u. 11_4. Weiterhin ist ein Signal Flk_Erk, welches die Nummer i der jeweiligen, zum Messwert Mess_Pos gehörenden Flanke liefert, Eingangsgröße der Filterblöcke 11. Basierend auf der Flankenerkennung Flk_Erk wird dem jeweils anliegenden Differenzwert Diff_Pos eine zugehörige Filterfunktion zugeordnet. Damit werden für die Einzelsegmente jeweils getrennte Filtergrößen berechnet.
  Der am Ausgang der Filterblöcke 11 anliegende Adaptionswert Adapt_i (i=0,1..,3) berechnet sich zum aktuellen Zeitpunkt t0 aus der Summe des jeweils im vorhergehenden Durchlauf (Zeitpunkt t-1) berechneten Adaptionswertes Adp_i(t-1) für das zugehörige Segment und der mit dem aktuellen Filterfaktor Flt_F multiplizierten Differenz aus dem aktuellen Differenzwert Diff_Pos_i(t0) und dem Adaptionswert Adapt_i(t-1) im vorhergehenden Umlauf. $$\text{Adp}\_\text{i}\left(\text{t}0\right)=\text{Adp}\_\text{i}\left(\text{t}-1\right)+\text{Flt}\_\text{F}\left(\text{t}0\right)*\left(\text{Diff}\_\text{Pos}\_\text{i}\left(\text{t}0\right)-\text{Adp}\_\text{i}\left(\text{t}-1\right)\right)$$

  
• Wird durch die Dynamikerkennung ein statischer Fall erkannt, so dass Dyn_F=0 und der Filterfaktor Flt_F=1 gesetzt werden, ergibt sich Adp_i(t0) = Diff_Pos_i(t0). Mit abweichenden Filterfaktoren ist dabei die Zeitkonstante des Filters einstellbar. Für den einfachen Fall von Flt_F=1 ergibt sich im Ergebnis Adapt_Pos eine gleitende Mittelung über die bei der Ermittlung von MW_Pos genutzten (hier beispielhaft 4) Messwerte.
• Für den Fall erkannter Dynamik wird der Filterfaktor beispielhaft auf 0 gesetzt. Hierbei entfällt der hintere Term und der Adaptionswert wird „eingefroren“ Adp_i(t0) = Adp_i(t-1). Der jeweils im vorigen Umlauf ermittelte Adaptionswert für das Segment wird am Ausgang des jeweiligen Filterblockes 11_i ausgegeben. Die Ausgänge der Filterblöcke 11 sind Eingang eines Auswahlblocks 12, der ähnlich einem Demultiplexer auf Basis der Flankenerkennung Flk_Erk der jeweils für die Messung aktiv erkannten Segmente den aktuellen Adaptionswert Adap_akt an seinem Ausgang bereitstellt. Dieser Wert wird im Differenzblock 13 vom Messwert Mess_Pos abgezogen, wobei am Ausgang der adaptierte Lagemesswert Adapt_ Pos zur Verfügung steht.
  In einem nachfolgenden Beispiel werden die Auswirkungen des Verfahrens für die Extremfilterwerte Flt_F=0 u. 1 dargestellt. Für den Betrieb des Verfahrens können hierbei gleichfalls Zwischenwerte z. B. Flt_F=0,2 für den Fall erkannter Dynamik und Flt_F=0,8 im statischen Fall genutzt werden. Durch die Wahl der Filterfaktoren Flt_F ist das dynamische Verhalten des adaptierten Lagemesswertes anpassbar.
• Für ein gegebenes Beispiel mit 4 Segmenten berechnet sich der adaptierte Positionswert Adapt_Pos für einen Fall, bei dem keine Dynamik erkannt wird und damit Dyn_F=1 ist, wie folgt. Die Dynamikerkennung wertet vorteilhafterweise die Messwerte Mess_Pos(t0) der Einzelsegmente aus und bildet den Differenzwert zur Lage des jeweils vorhergehenden Umlaufes des Nockenwellengeberrades Mess_Pos(t-1) für ein und das selbe Segment i. Bleibt der Wert für diese Differenz unter einem applizierbaren Schwellwert SW_Dyn wird auf einen statischen Betriebspunkt erkannt und der Filterfaktor Flt_F in Block 10 entsprechend diesem (für das gewählte Beispiel Flt_F=1) zugeordnet.
  Bei Mess_Pos wird ein neuer Positionsmesswert Mess_Pos(t0) eingelesen. Es wird im Block 7 der Mittelwert über beispielsweise die 4 letzten Segmente also einen kompletten Umlauf der Nockenwelle gebildet und im Block 8 wird dieser Mittelwert vom aktuellen Messwert Mess_Pos(t(0) abgezogen und damit der Differenzwert Diff_Pos gebildet. Durch die Auswertung der jeweils für den Sensor aktiven Flanke kann beispielsweise in Form eines Flankenzählers der jeweilige Messwert einem definierten Segment i des Nockenwellengeberrades 2 zugeordnet werden. Der Flankenzähler stellt das Signal Flk_Erk zur Verfügung, dessen Inhalt die jeweils aktive Segmentnummer ist.
• Wird beispielsweise ein aktueller Messwert für das Segment i=2 eingelesen, so wird der Wert für Diff_Pos dem Filterblock 11_2 zugeordnet, der die Filterwerte für dieses Segment berechnet.
  Mit der Filtergleichung
  Adp_2(t0) = Adp_2(t-1) + Flt_F(t0) *( Diff_Pos_2(t0) - Adp_2(t-1)) ergibt sich für den Filterfaktor Flt_F=1 der Adaptionswert Adp_2(t0) = Diff_Pos_2 = Mess_Pos-MW_Pos, so dass durch die Subtraktion im nachfolgenden Differenzblock 13 sich der adaptierte Lagewert Adapt_Pos für dieses Beispiel aus dem Mittelwert MW_Pos ergibt.
  Im Filter 11_i bleibt dabei die jeweils aktuelle Abweichung des jeweiligen Segmentes zum Mittelwert der Segmente stehen. Dieser Wert würde bei einem Umschalten aufgrund erkannter Dynamik nachfolgend als Adaptionswert für den Lagemesswert Mess_Pos verwendet. Erkennt der Block 9 durch den Lagevergleich des jeweiligen Segmentes zur Lage während seines vorhergehenden Umlaufes eine Abweichung, die über dem Schwellwert SW_Dyn liegt, wird das Signal Dyn_F hier beispielsweise auf 1 gesetzt und auf Basis dieser Erkennung wird ein angepasster Filterfaktor (hier beispielhaft 0) ausgewählt. Aufgrund der Filtergleichung mit Flt_F(t0) = 0 entfällt der hintere Term, so dass sich Adp_2(t0) = Adp_2(t-1) ergibt. Der alte Adaptionswert ist jedoch gleich dem letzten Abstand des jeweiligen Segmentes (hier i=2) zum Mittelwert der Segmente. Dieser Wert wird als Adaptionswert Adapt_2 vom aktuellen Messwert Mess_Pos abgezogen und ergibt den adaptierten Lagemesswert Adapt_Pos. Hier zeigt sich einer der Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens, indem für jedes Segment ein eigener, zugehöriger Filterwert berechnet wird, ergeben sich automatisch entsprechend deren Abweichung Adaptionswerte, welche durch die nachfolgende Subtraktion in Block 12 systematische Lagefehler der Segmente berücksichtigen. Gleichzeitig wird bei erkannter Dynamik die Mittelung über die Segmente abgeschaltet (bei Flt_F=0) oder bei kleinen Filterfaktoren größer 0 kleiner 0,2 vermindert, so dass es keine Phasenverschiebung des adaptierten Lagewertes Adapt_Pos gibt.
• Bezugszeichenliste

1

Kurbelwellengeberrad

2

Nockenwellengeberrad

3

Segment des Nockenwellengeberrades

3'

Signal hervorgerufen durch ein Segment

4

Sensor

5

Sensor

6

Messmarke (Bezugsmarke des Kurbelwellengeberrades)

6'

Signal hervorgerufen von der Messmarke 6

7

Block zur Mittelwertbildung

8

Block zur Differenzbildung

9

Block zur Ermittlung des Dynamikfaktors

10

Auswahl des Filterfaktors

11

Filterblöcke 11_0-3

12

Auswahl Filterfaktor

13

Differenzblock

Mess_Pos

gemessener Lagewert der Nockenwelle

MW_Pos

Mittelwert der Lagewerte der Nockenwelle

Diff_Pos

Differenz des Lagewertes zum Mittelwert

Dyn_F

Dynamikfaktor (0 im statischen Fall; 1 im Dynamikfall)

Flt_F

Filterfaktor (1 im statischen Fall; 0 im Dynamikfall)

Adp_i

Adaptionswerte (0,1,2,3)

Flk_Erk

Flankenerkennung

i

Segmentnummer (0,1,2,3)

Adapt_akt

aktueller Adaptionswert

Phi

Winkel

t0

aktueller Zeitpunkt der Berechnung/Messung

t-1

der Messung bzw. dem aktuellen Berechnungsschritt vorhergehender Zeitpunkt

SW_Dyn

Schwellwert für die Dynamikerkennung

Adapt_Pos

adaptierter Lagemesswert

Claims (7)

1. Verfahren zur Ermittlung der Drehwinkellage einer Nockenwelle relativ zur Lage einer Kurbelwelle, bei welcher Kurbel- und Nockenwelle jeweils mit diesen umlaufende Geberräder (1, 2) aufweisen, die einzelne durch Sensoren (4, 5) detektierbare Segmente (3) tragen, wobei auf Basis des Durchgangs der Segmente (3) des Nockenwellengeberrades (2) dessen Relativlage zu wenigstens einer Messmarke (6) auf dem Kurbelwellengeberrad (1) erfasst wird, indem ein Lagesignal des Kurbelwellengeberrades (1) zum Zeitpunkt des Durchgangs der Segmente (3) des Nockenwellengeberrades (2) erfasst und auf Basis des bekannten Versatzes der Segmente (3) des Nockenwellengeberrades (2) ein um den jeweiligen Versatz korrigierter Messwert des Nockenwellenlagesignals (Mess_Pos) erzeugt wird, der mit Hilfe einer weiteren Signalverarbeitung zum adaptierten Positionssignal (Adapt_Pos) verarbeitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass auf Basis der Erfassung des Durchganges der einzelnen Segmente (3) des Kurbel- (1) oder Nockenwellengeberrades (2) und einem Vergleich mit vorhergehenden Messwerten dieser Geberräder eine Dynamikerkennung der Rotationsbewegung von Kurbel- oder Nockenwelle erfolgt und in Abhängigkeit von der Dynamikerkennung eine Anpassung der Messwertverarbeitung zur Ermittlung des adaptierten Positionssignals (Adapt_Pos) erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messwertverarbeitung eine Messwertfilterung beinhaltet, wobei die Filterparameter in Abhängigkeit von der Dynamikerkennung verwendet werden.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messwertverarbeitung eine gleitende Mittelwertsbildung über eine vorgebbare Anzahl von Lagemesswerten (Mess_Pos) beinhaltet und für den Fall, dass die Dynamik der Lageänderung unter einem definierten Schwellwert (SW_Dyn) liegt und damit ein statischer Zustand erkannt wird, sich das adaptierte Lagesignal (Adapt_Pos) aus dem gleitenden Mittelwert mindestend zweier vorhergehender Messwerte ergibt.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für den Fall erkannter Dynamik der aktuell gemessene Wert um einen Adaptionswert (Adapt_Pos) korrigiert das adaptierte Positionssignal (Adapt_Pos) ergibt.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenz (Diff_Pos) des aktuellen Lagemesswertes (Mess_Pos) zu einem gleitenden Mittelwert (MW_Pos), der aus einer Anzahl vorhergehender Messwerte (Mess_Pos) gebildet wurde, ermittelt wird, wobei die durch die aufeinanderfolgenden Einzelsegmente jeweils erzeugten Differenzen (Diff_Pos) in Abhängigkeit des Segmentes des Nockenwellengeberrades (2), welches den jeweiligen aktuellen Lagemesswert (Mess_Pos) erzeugt, den einzelnen Filterfunktionen (11_1, 2...,i) zugeordnet werden, so dass eine Anzahl an Filterfunktionen genutzt wird, die gleich der Anzahl der Segmente des Nockenwellengeberrades (2) ist, wobei die zu einem Segment (i=0, 2,..., i=Segmentanzahl) gehörenden Messwerte in der jeweils zugehörigen Filterfunktion (11_i) verarbeitet werden, an deren Ausgang ein zugehöriger Adaptionswert (Adp_0...i) zur Verfügung steht.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass für den aktuellen Lagemesswert (Mess_Pos) eine Erkennung erfolgt, von welchem der Nockenwellensegmente dieser hervorgerufen wird und auf Basis dieses Signals (Erk_F) ein zugehöriger, für dieses Segment geführter Adaptionswert Adp_i (i=0, 1, 2,..., i=Segmentanzahl) ausgewählt wird, um den der aktuelle Lagemesswert (Mess_Pos) korrigiert wird.
7. Verfahren nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich der aktuelle Adaptionswert für das jeweilige Segment aus Adp_i(t0) = Adp_i(t-1) + Flt_F(t0) *( Diff_Pos_i(t0) - Adp_i(t-1) ) ergibt, wobei Adp_i(t0) der aktuelle Adaptionswert für das jeweilige Segment i, Adp_i(t-1) der Adaptionswert im vorhergehenden Umlauf für das jeweilige Segment i, Flt_F(t0) der auf der Dynamikerkennung basierende Filterfaktor, Diff_Pos_i(t0) die Differenz des aktuellen Positionsmesswertes Mess_Pos(t0) und des Mittelwertes der gemessenen Positionen MW_Pos ist.

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