DE102011084081A1 - Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine - Google Patents

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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine beschrieben, wobei ein wahrscheinlichster Positionswinkel (φfinal) ermittelt wird. Der wahrscheinlichste Positionswinkel (φfinal) entspricht im Wesentlichen einer Drehposition der Brennkraftmaschine. Positionswinkeln werden jeweils zumindest zwei Wahrscheinlichkeiten zugeordnet. Die zumindest zwei Wahrscheinlichkeiten werden miteinander verknüpft. In Abhängigkeit von den verknüpften Wahrscheinlichkeiten wird der wahrscheinlichste Positionswinkel (φfinal) aus den Positionswinkeln ermittelt.

Description

  • Stand der Technik
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Um die Lage bzw. die Position, insbesondere einen Positionswinkel, der Brennkraftmaschine zu ermitteln, wird üblicherweise je ein Geberzahnrad, das an einer Kurbelwelle und einer Nockenwelle angeordnet ist, ausgewertet. Ebenso sind weitere Funktionen zur Bestimmung des Positionswinkels bekannt.
  • Auch sind Verfahren bekannt, die die Zuverlässigkeit der Ermittlung des Positionswinkels bewerten. Aus der DE 10 2009 000 716 A1 ist beispielsweise ein Verfahren zum Bestimmen eines Erfassungsfehlers für einen erfassten Drehwinkel einer Welle bekannt.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Das der Erfindung zugrundeliegende Problem wird durch ein Verfahren nach dem Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben. Für die Erfindung wichtige Merkmale finden sich ferner in der folgenden Beschreibung und in den Zeichnungen, wobei die Merkmale sowohl in Alleinstellung als auch in unterschiedlichen Kombinationen für die Erfindung wichtig sein können, ohne dass hierauf nochmals explizit hingewiesen wird.
  • Dadurch, dass Positionswinkeln jeweils zumindest zwei Wahrscheinlichkeiten zugeordnet werden, ist es vorteilhaft möglich, dass eine Funktion zur Positionsbestimmung, die beispielsweise nicht eindeutig einen bestimmten Positionswinkel auswählen kann, zumindest eine Wahrscheinlichkeitsverteilung bezüglich der Positionswinkel ermitteln und ausgeben kann. Die Funktion kann somit auf einfache Art und Weise in die Ermittlung eines wahrscheinlichsten Positionswinkels einbezogen werden. Für die Bestimmung des wahrscheinlichsten Positionswinkels kann anschließend eine Anzahl an Funktionen verwendet werden. Hierbei werden für jeden Positionswinkel die dem Positionswinkel zugeordneten Wahrscheinlichkeiten aller vorhandenen Funktionen verknüpft. Somit stellt die Winkel-Wahrscheinlichkeitsverteilung eine einheitliche Schnittstelle dar, bei deren Verwendung Funktionen, die Verfahren unterschiedlichster physikalischer Art verwenden, miteinander verknüpft werden können.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens werden für jeden Positionswinkel die zugeordneten Wahrscheinlichkeiten von zumindest zwei unterschiedlichen Funktionen ermittelt und den Funktionen werden unterschiedliche Gewichtungsfaktoren zugeordnet. In Abhängigkeit von den Wahrscheinlichkeiten und in Abhängigkeiten von den Gewichtungsfaktoren wird nun der wahrscheinlichste Positionswinkel aus den Positionswinkeln ermittelt. Vorteilhaft kann damit beispielsweise ein unterschiedliches Sensorverhalten berücksichtigt werden. Beispielsweise kann die Zuverlässigkeit bzw. Ungenauigkeit von Sensoren durch Gewichtungsfaktoren und die Form der Wahrscheinlichkeitsverteilung abgebildet und damit berücksichtigt werden.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens wird in Abhängigkeit von den Wahrscheinlichkeiten und den Gewichtungsfaktoren für die Positionswinkel jeweils eine Güte ermittelt. In Abhängigkeit von der Güte kann vorteilhaft der wahrscheinlichste Positionswinkel aus den Positionswinkeln bestimmt werden und es wird damit eine Größe ermittelt, die einen Vergleich zwischen den Positionswinkeln anhand einer gemeinsamen Güte-Wahrscheinlichkeitsverteilung ermöglicht.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens wird eine maximale Güte aus den ermittelten Güten ermittelt, wobei der wahrscheinlichste Positionswinkel der Positionswinkel ist, dem die maximale Güte zugeordnet wird.
  • Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt sind. Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung sowie unabhängig von ihrer Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung bzw. in der Zeichnung. Es werden für funktionsäquivalente Größen in allen Figuren auch bei unterschiedlichen Ausführungsformen die gleichen Bezugszeichen verwendet.
  • Nachfolgend werden beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen
  • 1 ein schematisches Blockschaltbild zur Ermittlung eines wahrscheinlichsten Positionswinkels; und
  • 2 ein beispielhaftes Diagramm, bei dem Wahrscheinlichkeiten sowie eine Güte über Positionswinkeln aufgetragen sind.
  • 1 zeigt ein schematisches Blockschaltbild 3 zur Ermittlung eines wahrscheinlichsten Positionswinkels φfinal. Eine Funktion 1 zur Positionsbestimmung erzeugt eine Wahrscheinlichkeitsverteilung pφi,1 für die Positionswinkel φi. Eine Funktion 2 zur Positionsbestimmung erzeugt eine Wahrscheinlichkeitsverteilung pφi,2 für die Positionswinkel φi. Eine Funktion N zur Positionsbestimmung erzeugt eine Wahrscheinlichkeitsverteilung pφi,N für die Positionswinkel φi. Die Wahrscheinlichkeitsverteilungen pφi,1 bis pφi,N, allgemein pφi,n, beschreiben eine Auftrittswahrscheinlichkeit von Positionswinkeln φi. Allgemein wird mit dem Bezugszeichen pφi,n auch eine einzige Wahrscheinlichkeit bzw. ein einzelner Wert einer Wahrscheinlichkeitsverteilung bezeichnet. Die Wahrscheinlichkeitsverteilungen pφi,1 bis pφi,N werden durch die Funktionen 1 bis N ermittelt und werden jeweils einer Funktion 4 zur Bestimmung des wahrscheinlichsten Positionswinkels φfinal zugeführt. Beispielsweise muss eine der Funktionen 1 bis N nur die Wahrscheinlichkeiten der Wahrscheinlichkeitsverteilung pφi,n an die Funktion 4 übermitteln, für die die Möglichkeit eines Auftretens bestimmter Positionswinkel φi oder eines bestimmten Positionswinkels φi ermittelt wurde, wobei für die anderen Positionswinkel φi für die keine Wahrscheinlichkeit übermittelt wurde von der Funktion 4 entsprechend kein Auftreten erwartet wird.
  • Die Funktionen 1 bis N werden in nicht gezeigter Form mit Größen beaufschlagt, aus denen die entsprechenden Wahrscheinlichkeitsverteilungen pφi,n ermittelt werden. Beispielsweise werden einer der Funktionen 1 bis N ein Kurbelwellen- bzw. Nockenwellensignal zugeführt, die mittels eines entsprechenden Sensors und eines Geberzahnrads ermittelt werden, um einem oder mehreren Positionswinkeln φi jeweils eine Wahrscheinlichkeit pφi,n zuzuordnen.
  • Eine andere Ausführung einer der Funktionen 1 bis N umfasst die Abschätzung und damit die Zuordnung von einzelnen Wahrscheinlichkeiten pφi,n zu Positionswinkeln φi über die Beobachtung des Verlaufs einer Drehzahl der Brennkraftmaschine, wobei die Drehzahl der entsprechenden Funktion 1 bis N zugeführt wird. Auch anhand eines Verlaufs eines Zylinderinnendrucks, eines Raildrucks oder eines Saugrohrdrucks können den Positionswinkeln φi unterschiedliche Wahrscheinlichkeiten pφi,n zugeordnet werden. Aber auch mittels Testeinspritzungen und der entsprechenden Beobachtung des Verlaufs der Drehzahl bzw. des Drehmoments lässt sich auf Wahrscheinlichkeiten pφi,n von Positionswinkeln φi schließen. Und auch aus einer Beobachtung des Spannungsverlaufs eines Generators lassen sich die Wahrscheinlichkeiten pφi,n ermitteln.
  • Die vorstehenden Möglichkeiten zur Ermittlung der Wahrscheinlichkeitsverteilung pφi,n für die jeweiligen Positionswinkel φi werden jeweils durch eine Funktion n der Funktionen 1 bis N ausgeführt und jeder dieser Funktionen n wird/ist ein Gewichtungsfaktor facn zugeordnet. Gemäß der Gleichung 1 werden für N >= 2 zumindest zwei Wahrscheinlichkeiten pφi,n mit den zugeordneten Gewichtungsfaktoren facn verknüpft, wobei die Gewichtungsfaktoren facn den unterschiedlichen Funktionen 1 bis N und damit den Wahrscheinlichkeitsverteilungen pφi,n zugeordnet sind.
  • Der jeweilige Gewichtungsfaktor facn kann entweder fest gewählt werden oder während des Betriebs in Abhängigkeit von Betriebsgrößen, beispielsweise der Drehzahl oder der Temperatur der Brennkraftmaschine, bestimmt werden. Die Bestimmung der Gewichtungsfaktoren facn in Abhängigkeit von einer oder mehreren Betriebsgrößen hat den Vorteil, dass die unterschiedliche Zuverlässigkeit der jeweiligen Funktion, die sich in Abhängigkeit von dem jeweiligen Betriebszustand ändert, berücksichtigt werden kann.
  • Gemäß der Gleichung 1 wird eine Güte Qφi für jeden Positionswinkel φi ermittelt. Die Gesamtanzahl der Positionswinkel φi ist begrenzt, weshalb ein hier genannter Positionswinkel φi im Wesentlichen einem Winkelbereich zugeordnet ist. Hierbei kann der Positionswinkel φi im Wesentlichen der Mitte des vorgenannten Winkelbereichs entsprechen und die einzelnen Funktionen 1 bis N bilden einen jeweiligen Winkelbereich auf einen gemeinsamen Positionswinkel φi ab. Nach der Gleichung 1 ergibt sich die Güte Qφi für einen der Positionswinkel φi aus der Summe des Produkts der von der jeweiligen Funktion für den einen der Positionswinkel φi ermittelten Wahrscheinlichkeit pφi,n und dem Gewichtungsfaktor facn für die jeweilige Funktion n über alle Funktionen 1 bis N geteilt durch die Summe der Gewichtungsfaktoren facn aller Funktionen 1 bis N.
    Figure 00050001
    Qmax = max(Qφi) (2)
  • Gemäß der Gleichung 2 wird eine maximale Güte Qmax aus den mit der Gleichung 1 für die jeweiligen Positionswinkel φi ermittelten Güten Qφi ermittelt, wobei aus der Anzahl der ermittelten Güten Qφi die Güte Qφi ausgewählt wird, die den größten Wert aufweist. Der wahrscheinlichste Positionswinkel φfinal aus den Positionswinkeln φi ist der, dem die maximale Güte Qmax zugeordnet ist. Damit wird in Abhängigkeit von den Wahrscheinlichkeiten pφi,n und den Gewichtungsfaktoren facn für die Positionswinkel φi jeweils eine Güte Qφi ermittelt und in Abhängigkeit von der Güte Qφi der wahrscheinlichste Positionswinkel φfinal aus den Positionswinkeln φi bestimmt. Damit wird der wahrscheinlichste Positionswinkel φfinal aus den Positionswinkeln φi in Abhängigkeit von den mit den Gewichtungsfaktoren facn verknüpften Wahrscheinlichkeiten pφi,n ermittelt.
  • 2 zeigt ein beispielhaftes Diagramm 6, bei dem zwei Wahrscheinlichkeiten pφi,1 und pφi,2 sowie die Güte Qφi über den Positionswinkeln φi aufgetragen sind. Die Wahrscheinlichkeiten pφi,1 werden von der Funktion 1 aus 1 ermittelt. Im vorliegenden Fall besitzen die zwei Wahrscheinlichkeiten pφ1,1 und pφ6,1 den jeweiligen gleichen Wert von 0,5. Die restlichen Wahrscheinlichkeiten pφi,1 für die restlichen Positionswinkeln φi außer φ1 und φ6 entsprechen einem Wert von 0. Besitzt eine der Wahrscheinlichkeiten pφi,n einen Wert von 0, so ist selbstverständlich von einer Zuordnung der jeweiligen Wahrscheinlichkeit pφi,n zu einem Positionswinkel φi auszugehen. Die Summe aller Wahrscheinlichkeiten pφi,1 über alle Positionswinkel φi einer Funktion n ergibt einen Wert von 1. Selbstverständlich ist auch jede andere Art der Darstellung der Wahrscheinlichkeiten möglich, beispielsweise von 0% bis 100%, wobei 0%, entsprechend der Zahl Null im vorgestellten Beispiel, bedeutet, dass das Ereignis respektive der Positionswinkel φi nicht auftritt, und wobei 100%, entsprechend der Zahl Eins im vorgestellten Beispiel, bedeutet, dass der entsprechende Positionswinkel φi garantiert auftritt. In diesem Fall entspricht die Funktion 1 einer Funktion, die die Wahrscheinlichkeiten pφi,1 mittels eines Geberzahnrades an der Kurbelwelle und einem entsprechenden Sensor ermittelt. Da beide Wahrscheinlichkeiten pφ1,1 und pφ6,1 den gleichen Wert von 0,5 aufweisen, ist es nicht möglich, anhand des Ergebnisses der Funktion 1 zu entscheiden, welcher der beiden Winkel φ1 und φ6 dem wahrscheinlichsten Positionswinkel φfinal entspricht.
  • Die Wahrscheinlichkeiten pφi,2, das heißt die Wahrscheinlichkeiten pφ1,2 bis pφ5,2 für die Positionswinkel φ1 bis φ5 werden mittels der Funktion 2 aus 1 anhand des Drehzahlverlaufs beim Abstellen des Motors erkannt. Hierzu wird beispielsweise ein bei der letzten Einspritzung bekannter Positionswinkel φi und der zeitliche Drehzahlverlauf bis zum Stillstand ausgewertet und daraus auf eine Wahrscheinlichkeitsverteilung, wie sie in 2 zu den Wahrscheinlichkeiten pφi,2 dargestellt ist, geschlossen. Die Wahrscheinlichkeiten pφ1,2 und pφ5,2 besitzen einen Wert von 0,1. Die Wahrscheinlichkeiten pφ2,2 und pφ4,2 besitzen einen Wert von 0,25. Die Wahrscheinlichkeit pφ3,2 besitzt einen Wert von 0,3. Die restlichen Wahrscheinlichkeiten pφi,2 für die Positionswinkel φi außer den Positionswinkeln φ1 bis φ5 besitzen einen Wert von 0. Die Summe aller Wahrscheinlichkeiten pφi,2 beträgt 1.
  • Nun wird für jeden Positionswinkel φi die Güte Qφi ermittelt. Der Funktion 1 bzw. den Wahrscheinlichkeiten pφi,1 ist der Gewichtungsfaktor fac1 mit einem Wert von 4 zugeordnet. Der Funktion 2 und damit den Wahrscheinlichkeiten pφi,2 ist der Gewichtungsfaktor fac2 mit einem Wert von 1 zugeordnet. Für jeden der bezeichneten Winkel φ1 bis φ6 ergibt sich nach der Gleichung 1 die jeweilige Güte Qφ1 bis Qφ6. Für die restlichen Positionswinkel φi, das heißt ausgenommen die Winkel φ1 bis φ6 ist die jeweilige Güte Qφi gleich 0.
  • Betrachtet man lediglich den Positionswinkel φ1, so werden zumindest zwei Wahrscheinlichkeiten pφ1,1 und pφ1,2 von den zumindest zwei unterschiedlichen Funktionen 1 und 2 ermittelt bzw. dem Winkel φ1 werden die zumindest zwei Wahrscheinlichkeiten pφ1,1 und pφ1,2 zugeordnet. Die zumindest zwei Wahrscheinlichkeiten pφ1,1 und pφ1,2 werden miteinander verknüpft und in Abhängigkeit von den verknüpften Wahrscheinlichkeiten pφ1,1 und pφ1,2 wird durch die Ermittlung der maximalen Güte Qmax der wahrscheinlichste Positionswinkel φfinal aus den Positionswinkeln φi ermittelt. Das Verfahren kann selbstverständlich auch ohne die Gewichtungsfaktoren facn, d. h. mit allen Gewichtungsfaktoren facn mit einem Wert von 1, durchgeführt werden.
  • In 2 hat die Güte Qφ1 einen Wert von 4,1, die Güte Q2 einen Wert von 0,25 die Güte Qφ3 einen Wert von 0,3, die Güte Qφ4 einen Wert von 0,25, die Güte Qφ5 einen Wert von 0,1 und die Güte Qφ6 einen Wert von 4,0. Die maximale Güte Qmax ist die Güte Qφ1 und der wahrscheinlichste Positionswinkel φfinal ist damit der Positionswinkel φ1.
  • Der wahrscheinlichste Positionswinkel φfinal entspricht im Wesentlichen einer Drehposition einer Brennkraftmaschine. Die Drehposition der Brennkraftmaschine bezieht sich auf einen Positionswinkel bzw. Drehwinkel einer Welle, beispielsweise der Kurbelwelle oder der Nockenwelle der Brennkraftmaschine. Die Ansteuerungen von Aktoren, beispielsweise von Einspritzventilen, oder die Rückmeldung von Sensoren können dazu verwendet werden, um eine Position und damit einen Positionswinkel φi der Brennkraftmaschine zu ermitteln.
  • Unter dem wahrscheinlichste Positionswinkel φfinal ist ein Positionswinkel φi zu verstehen, der nach einer Bewertung durch das beschriebene Verfahren auch in Realität anliegt. Es kann jedoch nicht ausgeschlossen werden, dass der Positionswinkel, der in Realität anliegt, nicht dem wahrscheinlichsten Positionswinkel φfinal, wie er ermittelt wird, entspricht.
  • Das Ausführungsbeispiel nach der 2 bezieht sich auf die Ermittlung des wahrscheinlichsten Positionswinkels φfinal bei bzw. nach einem Abstellen der Brennkraftmaschine. Selbstverständlich ist das beschriebene Verfahren auch auf andere Betriebszustände der Brennkraftmaschine, wie beispielsweise den Start, einen konstanten Drehzahlverlauf oder aber steigende oder fallende Drehzahlverläufe anwendbar. Zu diesem Zweck können verschiedene Funktionen n zu- oder abgeschaltet werden.
  • Die vorstehend beschriebenen Verfahren können als Computerprogramm für ein digitales Rechengerät ausgeführt werden. Das digitale Rechengerät ist dazu geeignet, die vorstehend beschriebenen Verfahren als Computerprogramm auszuführen. Die Brennkraftmaschine ist insbesondere für ein Kraftfahrzeug vorgesehen und umfasst ein Steuergerät, welches das digitale Rechengerät, insbesondere einen Mikroprozessor, umfasst. Das Steuergerät umfasst ein Speichermedium, auf dem das Computerprogramm abgespeichert ist.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102009000716 A1 [0003]

Claims (8)

  1. Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, wobei ein wahrscheinlichster Positionswinkel (φfinal) ermittelt wird, der im Wesentlichen einer Drehposition der Brennkraftmaschine entspricht, dadurch gekennzeichnet, dass Positionswinkeln (φi) jeweils zumindest zwei Wahrscheinlichkeiten (pφi,n) zugeordnet werden, dass die zumindest zwei Wahrscheinlichkeiten (pφi,n) miteinander verknüpft werden, und dass in Abhängigkeit von den verknüpften Wahrscheinlichkeiten (pφi,n) der wahrscheinlichste Positionswinkel (φfinal) aus den Positionswinkeln (φi) ermittelt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die zumindest zwei Wahrscheinlichkeiten (pφi,n) von zumindest zwei unterschiedlichen Funktionen (n) ermittelt werden, wobei den Funktionen (n) unterschiedliche Gewichtungsfaktoren (facn) zugeordnet werden, wobei die zumindest zwei Wahrscheinlichkeiten (pφi,n) mit den zugeordneten Gewichtungsfaktoren (facn) verknüpft werden, und wobei in Abhängigkeit von den mit den Gewichtungsfaktoren (facn) verknüpften Wahrscheinlichkeiten (pφi,n) der wahrscheinlichste Positionswinkel (φfinal) aus den Positionswinkeln (φi) ermittelt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei in Abhängigkeit von den Wahrscheinlichkeiten (pφi,n) und den Gewichtungsfaktoren (facn) für die Positionswinkel (φi) jeweils eine Güte (Qφi) ermittelt wird, und wobei in Abhängigkeit von der Güte (Qφi) der wahrscheinlichste Positionswinkel (φfinal) aus den Positionswinkeln (φi) bestimmt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei sich die Güte (Qφi) für einen der Positionswinkel (φi) aus der Summe des Produkts der von der jeweiligen Funktion (n) für den einen der Positionswinkel (φi) ermittelten Wahrscheinlichkeit (pφi,n) und dem Gewichtungsfaktor (facn) für die jeweilige Funktion (n) über alle Funktionen (N) geteilt durch die Summe der Gewichtungsfaktoren (facn) aller Funktionen (N) ist.
  5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, wobei eine maximale Güte (Qmax) aus den ermittelten Güten (Qφi) ermittelt wird, und wobei der wahrscheinlichste Positionswinkel (φfinal) der Positionswinkel (φi) ist, dem die maximale Güte (Qmax) zugeordnet ist.
  6. Computerprogramm für ein digitales Rechengerät, das dazu geeignet ist, das Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche auszuführen.
  7. Steuergerät für eine Brennkraftmaschine, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, das mit einem digitalen Rechengerät insbesondere einem Mikroprozessor versehen ist, auf dem ein Computerprogramm nach dem Anspruch 6 lauffähig ist.
  8. Speichermedium für ein Steuergerät einer Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs nach Anspruch 7 auf dem ein Computerprogramm nach Anspruch 6 abgespeichert ist.
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