DE102012210723B4

DE102012210723B4 - Verfahren zum Kalibrieren einer Motor-Kurbelwellen-Nockenwellen-Korrelation und für einen verbesserten Fahrzeug-Notfahrmodus

Info

Publication number: DE102012210723B4
Application number: DE102012210723.1A
Authority: DE
Inventors: Kevin A. Sherwin; Anthony L. Marks; Robert J. Horner; Wenbo Wang; Layne K. Wiggins; Antonio E. Bartolomeo
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2011-06-28
Filing date: 2012-06-25
Publication date: 2021-02-11
Anticipated expiration: 2032-06-26
Also published as: DE102012210723A1; CN102852642B; CN102852642A; US20130006496A1; US9163576B2

Abstract

Verfahren zum adaptiven Kalibrieren von Nockenwellenpositionen für einen Motor (22), um eine Korrelation zwischen Kurbelwelle (42) und Nockenwelle (34) zu kalibrieren, wobei das Verfahren umfasst, dass:bestimmt wird (150), dass eine Kalibrierung aktiviert ist;die Nockenwelle (34) in eine vorbestimmte Position getrieben wird (152);jeweilige Akkumulations- und Zählerwerte auf Null angewiesen werden (154);eine Nockenwellenposition des Motors (22) anhand von Kanten unter Verwendung eines Nockenwellenpositionssensors (36) detektiert wird;eine Kurbelwellenposition des Motors (22) anhand von Kanten unter Verwendung eines Kurbelwellenpositionssensors (44) detektiert wird; bei einer Bestimmung (156), dass eine Differenz zwischen der gemessenen Nockenwellenposition und einer vorbestimmten Nockenwellenposition zwischen einem ersten und zweiten Schwellenwert (Cal1, Cal2) liegt, der Akkumulationswert durch die gemessene Nockenwellenposition inkrementiert und der Zählerwert um Eins inkrementiert werden (158);bei einer Bestimmung (160), dass eine Differenz zwischen der gemessenen Nockenwellenposition und einer vorhergehend gemessenen Nockenwellenposition zwischen der dritten und vierten Schwelle (Cal3bzw. Cal4) liegt, der Akkumulationswert um die gemessene Kurbelwellenposition inkrementiert und der Zählerwert um Eins inkrementiert werden (162);bei der Bestimmung (164), dass der Zählerwert größer als oder gleich einer fünften Schwelle (Cal5) ist, durch Division des Akkumulationswerts durch den Zählerwert ein Durchschnitt des Akkumulationswerts berechnet wird und der Durchschnitt als eine gelernte Kantenposition gespeichert wird (166);bestimmt wird (170), dass der Kalibrierungsprozess vollständig ist, wenn eine Differenz zwischen der gelernten Kantenposition und einer vorhergehenden Kantenposition zwischen einer sechsten und siebten Schwelle (Cal6, Cal7) liegt;der Nockenwellenpositionssensor (36) mit der neu gelernten Kantenposition aktualisiert wird (172);undeine Korrelation zwischen der Kurbelwelle (42) und der Nockenwelle (34) auf Grundlage der detektierten Kanten der Kurbelwelle (42) bzw. der Nockenwelle (34) kalibriert wird.

Description

Die vorliegende Offenbarung betrifft Verbrennungsmotoren und insbesondere ein Verfahren zum Kalibrieren einer Motor-Kurbelwellen-Nockenwellen-Korrelation und für einen verbesserten Fahrzeug-Notfahrmodus.
Verbrennungsmotoren ziehen Luft in einen Ansaugkrümmer durch ein Einlasssystem, das durch eine Drossel reguliert werden kann. Die Luft in dem Ansaugkrümmer wird an eine Mehrzahl von Zylindern verteilt und mit Kraftstoff gemischt, um ein Luft/Kraftstoff- (A/F)-Gemisch zu erzeugen. Die Mehrzahl von Zylindern kann eine Mehrzahl jeweiliger Ansaugventile aufweisen. Die Ansaugventile können durch eine Nockenwelle geöffnet und geschlossen werden, wodurch die Strömung von Luft (oder A/F-Gemisch) in die Zylinder gesteuert wird. Das A/F-Gemisch wird in den Zylindern komprimiert und verbrannt, um Kolben anzutreiben, die eine Kurbelwelle drehbar antreiben und Antriebsmoment erzeugen. Das Antriebsmoment kann dann von der Kurbelwelle an einen Antriebsstrang (z.B. Räder) übertragen werden, um ein Fahrzeug vorzutreiben.
DE 197 37 999 A1 offenbart eine Einrichtung zur Drehwinkelerfassung und Winkelzuordnung eines drehbaren Elements, mit der eine Winkelzuordnung zwischen einer Kurbelwelle und einer Nockenwelle einer Brennkraftmaschine ermittelt werden kann. Dabei kann die Winkelstellung der Nockenwelle mit Hilfe eines Absolutwinkelgebers erfasst werden, während die Winkelerfassung bzw. die Drehzahl der Kurbelwelle mit Hilfe eines üblichen Segment- oder Inkrementrades erfolgt.
Weiterer Stand der Technik ist in der DE 10 2008 031 503 A1 , der DE 43 10 460 A1 , der DE 101 08 055 C1 , der DE 43 39 957 A1 und der DE 44 40 656 A1 beschrieben.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zu schaffen, mit dem es möglich ist, herstell- und betriebsbedingte Variationen der Ausrichtung von Nockenwelle zu Kurbelwelle auf einfache Weise zu korrigieren, so dass stets eine korrekte Vorhersage der Kurbelwellenposition auf Grundlage einer gemessenen Nockenwellenposition erreicht werden kann.
Die Aufgabe wird durch den Gegenstand von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Ein beispielhaftes System für einen Motor umfasst ein Kantendetektionsmodul und ein Korrelationskalibrierungsmodul. Das Kantendetektionsmodul (i) detektiert Kanten einer Nockenwelle des Motors unter Verwendung eines Nockenwellenpositionssensors und (ii) detektiert Kanten einer Kurbelwelle des Motors unter Verwendung eines Kurbelwellenpositionssensors. Das Korrelationskalibrierungsmodul kalibriert eine Korrelation zwischen der Kurbelwelle und der Nockenwelle auf Grundlage der detektierten Kanten der Kurbelwelle bzw. der Nockenwelle.
Ein beispielhaftes Verfahren für einen Motor umfasst eine Detektion von Kanten einer Nockenwelle des Motors unter Verwendung eines Nockenwellenpositionssensors, ein Detektieren von Kanten einer Kurbelwelle des Motors unter Verwendung eines Kurbelwellenpositionssensors und ein Kalibrieren einer Korrelation zwischen der Kurbelwelle und der Nockenwelle auf Grundlage der detektierten Kanten der Kurbelwelle bzw. der Nockenwelle.

1 ist ein Graph, der einen vorhergesagten Kurbelwellenpositionsfehler zeigt, der durch einen gemessenen Nockenwellenpositionsfehler aufgrund variierender Herstelltoleranzen bewirkt wird;
2 ist ein funktionelles Blockdiagramm eines beispielhaften Motorsystems gemäß einiger Implementierungen der vorliegenden Offenbarung;
3A ist eine Schnittansicht eines beispielhaften Motors gemäß einiger Implementierungen der vorliegenden Offenbarung;
3B ist eine Ansicht eines beispielhaften Nockenwellen- oder Kurbelwellenpositionssensors gemäß einiger Implementierungen der vorliegenden Offenbarung;
4 ist ein funktionelles Blockdiagramm eines beispielhaften Steuermoduls gemäß einiger Implementierungen der vorliegenden Offenbarung;
5 ist ein Flussdiagramm, das ein beispielhaftes Verfahren zum Kalibrieren einer Motor-Kurbelwellen-Nockenwellen-Korrelation gemäß einiger Implementierungen der vorliegenden Offenbarung zeigt; und
6 ist ein Flussdiagramm, das ein beispielhaftes Verfahren zum Kalibrieren einer Motor-Kurbelwellen-Nockenwellen-Korrelation und für einen verbesserten Fahrzeug-Notfahrmodus gemäß einiger Implementierungen der vorliegenden Offenbarung zeigt.

Der hier verwendete Begriff „Modul“ kann eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC); eine elektronische Schaltung; eine kombinatorische Logikschaltung; ein Field Programmable Gate Array (FPGA); einen Prozessor (gemeinsam genutzt, dediziert oder Gruppe), der Code ausführt; andere geeignete Komponenten, die die beschriebene Funktionalität bereitstellen; oder eine Kombination einiger oder alle der obigen, wie in einem System-on-Chip betreffen, Teil davon sein oder umfassen. Der Begriff „Modul“ kann einen Speicher (gemeinsam genutzt, dediziert oder Gruppe) aufweisen, der durch den Prozessor ausgeführten Code speichert.
Der Begriff „Code“, wie oben verwendet ist, kann Software, Firmware und/oder Mikrocode aufweisen und kann Programme, Routinen, Funktionen, Klassen und/oder Objekte betreffen. Der Begriff „gemeinsam genutzt“, wie oben verwendet ist, bedeutet, dass einiger oder der gesamte Code von mehreren Modulen unter Verwendung eines einzelnen (gemeinsam genutzten) Prozessors ausgeführt werden kann. Zusätzlich kann einiger oder der gesamte Code von mehreren Modulen durch einen einzelnen (gemeinsam genutzten) Speicher gespeichert werden. Der Begriff „Gruppe“, wie oben verwendet ist, bedeutet, dass einiger oder der gesamte Code von einem einzelnen Modul unter Verwendung einer Gruppe von Prozessoren oder einer Gruppe von Ausführungsmaschinen ausgeführt werden kann. Beispielsweise können mehrere Kerne und/oder mehrere Threads eines Prozessors als Ausführungsmaschinen betrachtet werden. Bei verschiedenen Implementierungen können Ausführungsmaschinen über einen Prozessor, über mehrere Prozessoren und über Prozessoren an mehreren Orten gruppiert sein, wie mehrere Server in einer Parallelverarbeitungsanordnung. Zusätzlich kann einiger oder der gesamte Code von einem einzelnen Modul unter Verwendung einer Gruppe von Speichern gespeichert werden.
Die Verfahren, die hier beschrieben sind, können durch ein oder mehrere Computerprogramme implementiert sein, die durch einen oder mehrere Prozessoren ausgeführt werden. Die Computerprogramme umfassen prozessorausführbare Anweisungen, die an einem nicht flüchtigen konkreten computerlesbaren Medium gespeichert sind. Die Computerprogramme können auch gespeicherte Daten aufweisen. Nicht beschränkende Beispiele des nicht flüchtigen konkreten computerlesbaren Mediums sind nichtflüchtige Speicher, Magnetspeicher und optische Speicher.
Ein Kurbelwellenpositionssensor misst eine Rotationsposition einer Kurbelwelle eines Motors. Beispielsweise kann der Kurbelwellenpositionssensor einen Sensor aufweisen, der Impulse erzeugt, die vorbeilaufenden Kerben (oder Zähnen) eines Zahnrades entsprechen, das mit der Kurbelwelle gekoppelt ist. Auf Grundlage der Messungen durch den Kurbelwellenpositionssensor kann ein Steuersystem (i) eine relative Position der Kurbelwelle und/oder (ii) eine Rotationsdrehzahl der Kurbelwelle (Motordrehzahl) bestimmen. Das Steuersystem kann Kraftstoff und/oder Zündfunken, die an den Motor geliefert werden, auf Grundlage der Messungen durch den Kurbelwellenpositionssensor steuern. Beispielsweise kann eine Rate der Kraftstoffeinspritzung und/oder Zündfunkenhäufigkeit erhöht werden, wenn die Motordrehzahl zunimmt.
Der Kurbelwellenpositionssensor kann jedoch ausfallen. Genauer kann der Kurbelwellenpositionssensor die Übertragung des Signals, das die Position/Drehzahl der Kurbelwelle anzeigt, stoppen. Beispielsweise kann die Elektronik in dem Kurbelwellenpositionssensor ausfallen, Verbindungen können kurzgeschlossen oder offen sein etc. Zusätzlich kann der Ausfall des Kurbelwellenpositionssensors durch physikalische Abnutzung oder Schaden aufgrund dessen, dass dieser extremer Hitze ausgesetzt ist, bewirkt werden. Das Aussetzen zu extremer Hitze kann einen ASIC in dem Sensor schädigen. Alternativ dazu kann beispielsweise der Ausfall des Kurbelwellenpositionssensors ein Ergebnis eines Dichtungslecks, von kontaminiertem Öl oder anderen Motorfluiden oder lediglich Abnutzung über eine längere Zeitdauer sein. Ein sekundärer oder Reserve-Kurbelwellensensor kann für Fälle implementiert sein, wenn der Kurbelwellenpositionssensor ausfällt. Die Implementierung eines zusätzlichen Kurbelwellenpositionssensors erhöht jedoch die Kosten.
Ein oder mehrere Nockenwellen des Motors können in Bezug zu der Kurbelwelle rotieren. Beispielsweise kann das Kurbelwellenzahnrad einen Steuerriemen antreiben, der ein Zahnrad antreibt, das mit einer Nockenwelle gekoppelt ist. Die Nockenwellenposition kann daher mit der Kurbelwellenposition in Bezug gebracht werden. Zusätzlich misst ein Nockenwellenpositionssensor eine Position/Drehzahl der Nockenwelle. Daher kann der Nockenwellenpositionssensor verwendet werden, wenn der Kurbelwellenpositionssensor ausgefallen ist. Genauer kann der Nockenwellenpositionssensor verwendet werden, um die Kurbelwellenposition vorherzusagen und daher Kraftstoff- und/oder Zündfunkenlieferung zu steuern. Die Vorhersage der Kurbelwellenposition auf Grundlage der Nockenwellenposition kann jedoch lediglich eine temporäre Lösung darstellen.
Genauer kann die nockenwellenpositionsbasierte Vorhersage der Kurbelwellenposition während eines Notfahrmodus des Fahrzeugs verwendet werden, wodurch einem Fahrer ermöglicht wird, das Fahrzeug nach Hause (oder zu einer Werkstatt) zu fahren. Vorbestimmte (d.h. kalibrierte) Werte betreffend die Nockenwelle und den Nockenwellenpositionssensor können von dem Steuersystem gespeichert und verwendet werden. Jedoch können Herstelltoleranzen in einer erhöhten Variation der Ausrichtung von Nockenwelle zu Kurbelwelle resultieren. Beispielsweise kann das Steuersystem auf Grundlage einer vorbestimmten Nockenwellenkonstruktion und/oder -orientierung ausgelegt sein. Mit anderen Worten kann das Steuersystem die Nockenwellenposition mit einem gewissen Fehlergrad (z.B. in Grad oder °) messen, was seinerseits in einem Fehler in sowohl der vorhergesagten Kurbelwellenposition als auch einem Fehler in der Kraftstoff- oder Zündfunkenlieferung resultieren kann.
Der Fehler bei der Vorhersage der Kurbelwellenposition auf Grundlage einer gemessenen Nockenwellenposition kann aus einer Mehrzahl von Gründen verstärkt werden. Zunächst kann der vorhergesagte Kurbelwellenpositionsfehler aufgrund eines Mischens steigender und fallender Nockenwellenkanten mit ihren jeweiligen Fehlern verstärkt werden. Genauer kann die Differenz des Vorzeichens des Fehlers der steigenden Nockenwellenkante verschieden von dem Vorzeichen des Fehlers der fallenden Nockenwellenkante sein, wodurch bei Kombination ein erhöhter vorhergesagter Kurbelwellenpositionsfehler bewirkt wird. Zusätzlich kann der vorhergesagte Kurbelwellenpositionsfehler aufgrund variierender Größen von Extrapolationsdistanzen verstärkt werden. Genauer kann ein Extrapolieren lange Intervalle gegenüber einem Extrapolieren kurzer Intervalle in einem Multiplikationsfaktor (größer als Eins) resultieren, wodurch der vorhergesagte Kurbelwellenpositionsfehler multipliziert und somit erhöht wird.
Bezug nehmend auf 1 zeigt ein Graph eine beispielhafte Beziehung zwischen einem gemessenen Nockenwellenpositionsfehler aufgrund von Herstelltoleranzen und einem entsprechenden vorhergesagten Kurbelwellenpositionsfehler. Eine horizontale Achse 10 repräsentiert einen gemessenen Nockenwellenpositionsfehler. Eine vertikale Achse 12 repräsentiert einen vorhergesagten Kurbelwellenpositionsfehler. Beispielsweise können der gemessene Nockenwellenpositionsfehler und/oder der vorhergesagte Kurbelwellenpositionsfehler in Einheiten von Grad (°) vorliegen.
Eine erste Linie 14 repräsentiert einen Motor mit zwei Nockenwellen, die eine erste Herstellvariation besitzen. Eine zweite Linie 16 repräsentiert einen Motor mit einer einzelnen Nockenwelle und der ersten Herstellvariation. Eine dritte Linie 18 repräsentiert einen Motor mit zwei Nockenwellen, jedoch einer zweiten Herstellvariation, die von der ersten Herstellvariation verschieden ist. Wie gezeigt ist, bewirken die Herstelldifferenzen eine signifikante Zunahme des vorhergesagten Kurbelwellenpositionsfehlers, wenn der gemessene Nockenwellenpositionsfehler zunimmt, im Vergleich zu Motoren mit sowohl einer einzelnen als auch zwei Nockenwellen, die andere Herstellvariationen besitzen.
Demgemäß ist ein Verfahren zum Kalibrieren einer Motor-Kurbelwellen-Nockenwellen-Korrelation und für einen verbesserten Fahrzeug-Notfahrmodus dargestellt. Die Motor-Kurbelwellen-Nockenwellen-Korrelation kann kalibriert werden, wenn die Kalibrierung aktiviert ist (z.B. wenn Lernbedingungen erfüllt sind). Die Kalibrierung der Motor-Kurbelwellen-Nockenwellen-Korrelation kann das Detektieren von Kanten von Merkmalen an Zahnrädern (d.h. Kerben oder Zähne), die mit der Kurbelwelle bzw. Nockenwelle gekoppelt sind, das Kalibrieren der Motor-Kurbelwellen-Nockenwellen-Korrelation auf Grundlage der Detektion und das Speichern der kalibrierten Motor-Kurbelwellen-Nockenwellen-Korrelation für eine verbesserte Kurbelwellenpositionsvorhersage während des Notfahrmodus umfassen.
Daher kann das Verfahren auch einen Ausfall eines Kurbelwellenpositionssensors detektieren. Wenn der Kurbelwellenpositionssensor ausgefallen ist, weist das Verfahren einen Notfahrmodus für das Fahrzeug an. Das Verfahren kann eine Notfahr-Funktion eines Fahrzeugs auf Grundlage einer vorhergesagten Kurbelwellenposition steuern. Das Verfahren kann die Kurbelwellenposition auf Grundlage einer gemessenen Nockenwellenposition (von dem Nockenwellenpositionssensor) und der kalibrierten Motor-Kurbelwellen-Nockenwellen-Korrelation vorhersagen. Genauer kann das Verfahren Luft, Kraftstoff und/oder Zündfunken während des Notfahrmodus durch Vorhersage einer Kurbelwellenposition auf Grundlage von Messungen von dem kalibrierten Nockenwellenpositionssensor steuern.
Nun Bezug nehmend auf 2 weist ein Motorsystem 20 einen Motor 22 auf. Das Motorsystem 20 kann verwendet werden, um ein Fahrzeug vorzutreiben. Der Motor 22 kann einen funkengezündete (SI von engl.: „sparkignition“) Motor, einen Dieselmotor, einen Motor mit homogener Kompressionsszündung (HCCI) oder einen anderen geeigneten Typ von Motor aufweisen. Das Motorsystem 20 kann ein Hybridsystem sein und kann daher zusätzliche Komponenten enthalten, wie eine Elektromaschine und ein Batteriesystem.
Der Motor 22 zieht Luft in einen Ansaugkrümmer 24 durch ein Einlasssystem 26, das durch eine Drossel 28 reguliert sein kann. Beispielsweise kann die Drossel 28 über eine elektronische Drosselsteuerung (ETC von engl.: „electronic throttle control“) elektrisch gesteuert sein. Die Luft in dem Ansaugkrümmer 24 wird an eine Mehrzahl von Zylindern 30 durch eine Mehrzahl jeweiliger Ansaugventile 32 verteilt. Während sechs Zylinder gezeigt sind, kann der Motor 22 eine andere Anzahl von Zylindern aufweisen. Die Ansaugventile 32 können durch eine Nockenwelle 34 betätigt (d.h. geöffnet/geschlossen) werden. Während eine einzelne Nockenwelle 34 gezeigt ist, kann der Motor 22 zwei oder mehr Nockenwellen aufweisen (z.B. unabhängige Nockenwellen für Ansaug- bzw. Abgasventile). Ein Nockenwellenpositionssensor 36 misst eine relative Position der Nockenwelle 34.
Die Luft wird auch mit Kraftstoff von einer Mehrzahl von Kraftstoffeinspritzeinrichtungen 38 kombiniert, um ein Luft/Kraftstoff- (A/F)-Gemisch zu erzeugen. Die Kraftstoffeinspritzeinrichtungen 38 können den Kraftstoff entweder über Ansaugkanäle der Zylinder 30 (Kanalkraftstoffeinspritzung) oder direkt in die Zylinder 30 (Direktkraftstoffeinspritzung) einspritzen. Das A/F-Gemisch wird in den Zylindern 30 unter Verwendung von Kolben (nicht gezeigt) komprimiert. Das komprimierte A/F-Gemisch wird dann gezündet, wodurch die Kolben aufwärts getrieben werden. Das komprimierte A/F-Gemisch kann über Zündfunken von einer Mehrzahl jeweiliger Zündkerzen 40 gezündet werden. Abhängig von dem Typ von Motor 22 kann das A/F-Gemisch jedoch auch komprimiert werden, bis eine Selbstzündung stattfindet.
Die Kolben versetzen eine Kurbelwelle 42 in Rotation und erzeugen Antriebsmoment. Ein Kurbelwellenpositionssensor 44 misst eine relative Position der Kurbelwelle 42. Beispielsweise können Messungen von dem Kurbelwellenpositionssensor 44 dazu verwendet werden, eine Motordrehzahl zu bestimmen (z.B. in Umdrehungen pro Minute oder U/min). Das Antriebsmoment wird von der Kurbelwelle 42 an einen Antriebsstrang 46 eines Fahrzeugs über ein Getriebe 48 übertragen. Genauer kann das Getriebe 48 das Antriebsmoment an der Kurbelwelle 42 in ein gewünschtes Drehmoment an dem Antriebsstrang 46 unter Verwendung eines einer Mehrzahl von Übersetzungsverhältnissen umsetzen. Das Getriebe 48 kann ein Handschaltgetriebe, ein Automatikgetriebe, ein Doppelkupplungsgetriebe (DCT) oder ein anderer geeigneter Typ von Getriebe sein. Das Getriebe 48 kann auch mit der Kurbelwelle 42 über eine Fluidkopplung gekoppelt sein, wie einen Drehmomentwandler (nicht gezeigt).
Abgas, das aus der Verbrennung des A/F-Gemisches resultiert, wird von den Zylindern 30 durch eine Mehrzahl von Abgasventilen 50 und in einen Abgaskrümmer 52 ausgestoßen. Die Nockenwelle 34 kann auch die Abgasventile 50 betätigen (d.h. öffnen/schließen). Wie vorher beschrieben wurde, kann jedoch der Motor 22 zwei oder mehr unabhängige Nockenwellen zur Steuerung der Ansaugventile 32 bzw. der Abgasventile 50 aufweisen. Das Abgas in dem Abgaskrümmer 52 wird durch ein Abgasbehandlungssystem 54 vor Freisetzung in die Atmosphäre behandelt. Beispielsweise kann das Abgasbehandlungssystem 54 einen katalytischen Dreiwegewandler und/oder andere geeignete Emissionssystemkomponenten aufweisen.
Ein Steuermodul 60 steuert einen Betrieb des Motorsystems 20. Das Steuermodul 60 kann Signale von der Drossel 28, dem Nockenwellenpositionssensor 36, den Kraftstoffeinspritzeinrichtungen 38, den Zündkerzen 40, dem Kurbelwellenpositionssensor 44, dem Getriebe 48 und/oder dem Abgasbehandlungssystem 54 empfangen. Das Steuermodul 60 kann die Drossel 28, die Kraftstoffeinspritzeinrichtungen 38, die Zündkerzen 40, das Getriebe 48 und/oder das Abgasbehandlungssystem 54 steuern. Das Steuermodul 60 kann auch das Verfahren der vorliegenden Offenbarung implementieren.
Nun Bezug nehmend auf 3A ist eine beispielhafte Seitenansicht des Motors 22 gezeigt. Wie gezeigt ist, können die Nockenwelle 34 und die Kurbelwelle 42 rotierend verbunden sein. Genauer kann die Nockenwelle 34 mit einem Nockenwellenzahnrad 62 gekoppelt sein, die Kurbelwelle 42 kann mit einem Kurbelwellenzahnrad 64 gekoppelt sein, und das Nockenwellenzahnrad 62 und das Kurbelwellenzahnrad 64 können durch einen Steuerriemen 66 verbunden sein. Die Verbrennung in dem Motor treibt die Kurbelwelle 42 drehbar an, die ihrerseits sowohl das Kurbelwellenzahnrad 64 als auch den Steuerriemen 66 drehbar antreibt. Der Kurbelwellenpositionssensor 44 misst die Position der Kurbelwelle 42. Die Rotation des Steuerriemens 66 treibt dadurch das Nockenwellenzahnrad 42 rotierend an, das seinerseits die Nockenwelle 34 rotierend antreibt. Der Nockenwellenpositionssensor 36 misst die Position der Nockenwelle 34.
Nun Bezug nehmend auf 3B ist ein Beispiel des Nockenwellenpositionssensors 36 gezeigt. Während der Nockenwellenpositionssensor 36 nachfolgend gezeigt und beschrieben ist, kann bei einigen Implementierungen dieselbe Sensorkonfiguration, die hier beschrieben ist, für den Kurbelwellenpositionssensor 44 implementiert sein. Der Nockenwellenpositionssensor 36 kann einen Analogsensor 72 für variable Reluktanz (VR) aufweisen, der den Durchgang von Kerben 74 an dem Nockenwellenzahnrad 62, das mit der Nockenwelle 34 gekoppelt ist, detektiert. Bei einigen Implementierungen kann der VR-Analogsensor 72 zusätzlich zu einem Hall-Effekt oder anderen Magnetpositionssensor mit digitalem Ausgang verwendet werden. Der VR-Analogsensor 72 weist einen Magneten 80 und Sensorelektronik 76 auf, die ein erzeugtes Analogsignal interpretiert/bearbeitet (einschließlich Spannungsimpulsen, die dem Durchgang der Kerben 74 entsprechen). Der VR-Analogsensor 72 kann das Analogsignal an das Steuermodul 60 zur zusätzlichen Bearbeitung ausgeben. Während hier Kerben 74 gezeigt und beschrieben sind, kann das Nockenwellenzahnrad 62 eine andere Konfiguration aufweisen, wie Zähne oder Magnetpole (z.B. Ringmagnet-Geberräder mit abwechselnden Nord-Süd-Magnetpolen).
Das Steuermodul 60 kann die Motordrehzahl auf Grundlage einer Anzahl von Impulsen, die in dem Signal während einer Periode enthalten sind, bestimmen. Die Kerben 74 an dem Nockenwellenzahnrad 62, das mit der Nockenwelle 34 gekoppelt ist, können angeordnet sein, um ein Muster von Impulsen zu erzielen, wenn das Nockenwellenzahnrad 62 rotiert. Eine Frequenz der Impulse entspricht der Motordrehzahl. Das Steuermodul 60 kann auch die Position der Nockenwelle 34 auf Grundlage des Musters von Pulsen bestimmen, die detektiert werden (d.h. Mustererkennung), wenn das Nockenwellenzahnrad 62 rotiert. Beispielsweise kann eine längere Kerbe 74 einen längeren Impuls erzielen, der eine Position der Nockenwelle 34 anzeigen kann, die eine vorbestimmte Nockenwellen-Kurbelwellen-Orientierung besitzt.
Nun Bezug nehmend auf 4 ist ein Beispiel des Steuermoduls 60 gezeigt. Das Steuermodul 60 kann ein Kantendetektionsmodul 90, ein Korrelationskalibrierungsmodul 92, ein Ausfalldetektionsmodul 94 und ein Notfahrmodul 96 aufweisen.
Das Kantendetektionsmodul 90 und das Korrelationskalibrierungsmodul 92 führen gemeinsam eine Kalibrierung der Motor-Kurbelwellen-Nockenwellen-Korrelation aus. Genauer kann, wenn Lernbedingungen erfüllt sind (d.h. wenn eine Kalibrierung aktiviert ist) das Kantendetektionsmodul 90 Kanten von sowohl der Nockenwelle 34 als auch der Kurbelwelle 42 (unter Verwendung des Nockenwellenpositionssensors 36 bzw. des Kurbelwellenpositionssensors 44) detektieren. Die Lernbedingungen können einen oder mehrere einer Mehrzahl geeigneter Betriebsparameter umfassen (z.B. eingeschalteter Motor, Motordrehzahl und/oder Fahrzeuggeschwindigkeit größer als eine Schwelle) etc.
Das Kantendetektionsmodul 90 kann entsprechende Signale (die die Kantendetektion angeben) an das Korrelationskalibrierungsmodul 92 ausgeben. Wie vorher erwähnt wurde, kann das Kantendetektionsmodul 90 Kanten von Kerben (oder Zähnen) sowohl der Nockenwelle 34 als auch der Kurbelwelle 42 detektieren. Genauer kann das Kantendetektionsmodul 90 ein Signal erzeugen, wenn eine entsprechende Kante detektiert wird. Beispielsweise kann das Kantendetektionsmodul 90 ein Signal mit periodischer oder Rechteck-Wellenform erzeugen, das detektierte Kanten angibt, wenn die Nockenwelle 34 oder die Kurbelwelle 42 rotiert. Das Kantendetektionsmodul 90 kann diese Information (die Signale) an das Korrelationskalibrierungsmodul 92 ausgeben.
Das Korrelationskalibrierungsmodul 92 kalibriert die Motor-Kurbelwellen-Nockenwellen-Korrelation. Wenn beispielsweise der Motor 12 anfänglich eine vorbestimmte Kurbelwellen-Nockenwellen-Korrelation besitzt, kann das Korrelationskalibrierungsmodul 92 eine neue aktualisierte Motor-Kurbelwellen-Nockenwellen-Korrelation erzeugen. Das Kalibrieren der Motor-Kurbelwellen-Nockenwellen-Korrelation kann das Bestimmen eines oder mehrerer Parameter der Nockenwelle 34 auf Grundlage der Kantendetektion(en) umfassen. Beispielsweise kann das Korrelationskalibrierungsmodul 92 eine breite (z.B. in °) einer Kerbe (oder eines Zahnes) des Nockenwellenzahnrads auf Grundlage einer Periode zwischen aufeinander folgenden detektierten Kanten berechnen. Das Korrelationskalibrierungsmodul 92 kann auch eine Position einer bestimmten Kerbe (eines bestimmten Zahnes) entsprechend einem vordefinierten Ort an dem Nockenwellenzahnrad berechnen. Diese bestimmte Kerbe (oder dieser bestimmte Zahn) können eine Position angeben, die eine vorbestimmte Beziehung zu der Kurbelwelle 42 aufweist.
Nur beispielhaft kann die Position eine Position an der Kurbelwelle 42 angeben, die eine bestimmte Nockenwellen-Kurbelwellen-Orientierung aufweist. Das Korrelationskalibrierungsmodul 92 kann diese Position durch Messen einer Mehrzahl von Kerben- (oder Zahn-) Breiten und Bestimmen eines Ausreißers berechnen. Zusätzlich kann das Korrelationskalibrierungsmodul 92 andere Parameter berechnen, wie beispielsweise, jedoch nicht darauf beschränkt, eine Gesamtanzahl von Kerben (oder Zähnen). Beispielsweise kann das Korrelationskalibrierungsmodul 92 die Motor-Kurbelwellen-Nockenwellen-Korrelation gemäß dem Verfahren kalibrieren, das in 5 gezeigt und hier später beschrieben ist.
Genauer kann das Korrelationskalibrierungsmodul 92 dann den Nockenwellenpositionssensor 36 auf Grundlage der bestimmten (korrelierten) Positionen an der Nockenwelle 34 bzw. der Kurbelwelle 42 kalibrieren. Abhängig von einer Konfiguration des Nockenwellenpositionssensors 36 kann eine Kalibrierung des Nockenwellenpositionssensors 36 entweder (i) ein Speichern der kalibrierten Motor-Kurbelwellen-Nockenwellen-Korrelation zur Verwendung bei der Interpretierung zukünftiger Messungen durch den Nockenwellenpositionssensor 36 (wie durch das Notfahrmodul 96, wie gezeigt ist) oder in anderen Fällen (ii) das Aktualisieren vorbestimmter Parameter, die in der Hardware in dem Nockenwellenpositionssensor 36 gespeichert sind, umfassen.
Das Ausfalldetektionsmodul 94 detektiert einen Ausfall des Kurbelwellenpositionssensors 44. Beispielsweise kann das Ausfalldetektionsmodul 94 einen Ausfall des Kurbelwellenpositionssensors 44 detektieren, wenn der Kurbelwellenpositionssensor 44 die Erzeugung eines Signals stoppt. Das Ausfalldetektionsmodul 94 kann jedoch auch einen Ausfall des Kurbelwellenpositionssensors 44 gemäß anderer geeigneter Verfahren detektieren, wie, jedoch nicht darauf beschränkt, wenn Messungen von dem Kurbelwellenpositionssensor 44 außerhalb vorbestimmter Grenzen liegen (d.h. einen erwarteten Betriebsbereich).
Wenn der Kurbelwellenpositionssensor 44 ausgefallen ist, kann das Ausfalldetektionsmodul 94 einen Notfahrmodus für das Fahrzeug anweisen. Das Notfahrmodul 96 kann den Notfahrmodus für das Fahrzeug durch Vorhersage einer Kurbelwellenposition und entsprechenden Steuerung des Motors 12 steuern. Genauer kann das Notfahrmodul 96 die Kurbelwellenposition auf Grundlage einer gemessenen Nockenwellenposition (durch den Nockenwellenpositionssensor 34) und der kalibrierten Motorurbelwellen-Nockenwellen-Korrelation vorhersagen. Die vorhergesagte Kurbelwellenposition (im Vergleich zu einer unkorrekt gemessenen oder vorhergesagten Kurbelwellenposition) kann für eine genauere Kraftstoff- oder Zündfunkenlieferung während des Notfahrmodus sorgen. Beispielsweise kann das Notfahrmodul 96 den Notfahrmodus steuern, wie in 6 gezeigt und hier später beschrieben ist.
Genauer kann unter Verwendung der vorhergesagten Kurbelwellenposition das Notfahrmodul 96 Motorkraftstoff und -zündfunken während des Notfahrmodus durch Erzeugen von Steuersignalen für die Kraftstoffeinspritzeinrichtungen 38 bzw. die Zündkerzen 40 steuern. Zusätzlich kann das Notfahrmodul 96 die Drossel 28 während des Notfahrmodus auf Grundlage der vorhergesagten Kurbelwellenposition steuern. Nur beispielhaft kann das Notfahrmodul 96 die Drossel 28 in einer vorbestimmten Position während des Notfahrmodus verriegeln.
Nun Bezug nehmend auf 5 beginnt ein beispielhaftes Verfahren zum Kalibrieren von Motor-Nockenwellenpositionsmessungen bei 150. Bei 150 bestimmt das Steuermodul 60, ob die Kalibrierung aktiviert ist (d.h. ob Lernbedingungen erfüllt sind). Wenn dies zutrifft, kann die Steuerung mit 152 fortfahren. Wenn dies nicht zutrifft, kann die Steuerung zu 150 zurückkehren. Bei 152 kann das Steuermodul 60 die Nockenwelle 34 in eine vorbestimmte Position (z.B. eine Parkposition) treiben. Bei 154 weist das Steuermodul 60 Akkumulations- und Zählerwerte (AccumLearn bzw. CountLearn) jeweils auf Null an. Bei 156 bestimmt das Steuermodul 60, ob eine Differenz zwischen der gemessenen Nockenwellenposition (durch den Nockenwellenpositionssensor 36) und einer vorbestimmten (Standard-)Nockenwellenposition (Standard) zwischen einem ersten und zweiten Schwellenwert (Cal₁ bzw. Cal₂) liegt. Wenn dies zutrifft, kann die Steuerung mit 158 fortfahren. Wenn dies nicht zutrifft, kann die Steuerung zu 156 zurückkehren.
Bei 158 kann das Steuermodul 60 den Akkumulationswert durch die gemessene Nockenwellenposition inkrementieren und kann den Zählerwert um Eins inkrementieren. Bei 160 kann das Steuermodul bestimmen, ob eine Differenz zwischen der gemessenen Nockenwellenposition und einer vorhergehend gemessenen Nockenwellenposition (vorgemessen, z.B. von einem vorhergehenden Zyklus) zwischen der dritten und vierten Schwelle (Cal₃ bzw. Cal₄) liegt. Wenn dies zutrifft, kann die Steuerung mit 162 fortfahren. Wenn dies nicht zutrifft, kann die Steuerung zu 160 zurückkehren. Bei 162 inkrementiert das Steuermodul 60 wiederum den Akkumulationswert um die gemessene Kurbelwellenposition und kann den Zählerwert um Eins inkrementieren. Bei 164 bestimmt das Steuermodul 60, ob der Zählerwert größer als oder gleich einer fünften Schwelle (Cal₅) ist. Wenn dies zutrifft, kann die Steuerung mit 166 fortfahren. Wenn dies nicht zutrifft, kann die Steuerung zu 160 zurückkehren. Bei 166 kann das Steuermodul einen Durchschnitt des Akkumulationswerts (z.B. geteilt durch den Zählerwert) berechnen und dann den Durchschnitt als die gelernte Kantenposition speichern.
Bei 168 kann das Steuermodul 60 den Lernprozess, der vorher von 150 bis 166 beschrieben worden ist, wiederholen. Beispielsweise kann die Steuerung dann zu 150 zurückkehren. Bei 170 kann jedoch das Steuermodul 60 bestimmen, ob der Lernprozess vollständig ist, indem bestimmt wird, ob eine Differenz zwischen der gelernten Kantenposition (lernen) und einer vorhergehenden Kantenposition (vorgelernt, z.B. von einem vorhergehenden Zyklus) zwischen einer sechsten und siebten Schwelle (Cal₆ bzw. Cal₇) liegt. Wenn dies zutrifft, kann die Steuerung mit 172 fortfahren. Wenn dies nicht zutrifft, kann die Steuerung mit 174 fortfahren, wo die Kalibrierung/Text abgebrochen wird und die Steuerung dann enden kann. Bei 172 kann das Steuermodul 60 entweder den Nockenwellenpositionssensor 36 oder einen entsprechenden Speicher mit der neu gelernten Kantenposition aktualisieren. Bei 176 kann das Steuermodul 60 dann einen Flag über einen Erfolg eines adaptiven Lernens setzen und die Steuerung kann enden.
Nun Bezug nehmend auf 6 beginnt ein beispielhaftes Verfahren zum Kalibrieren von Motornockenwellenpositionsmessungen und einem verbesserten Fahrzeug-Notfahrmodus bei 200. Bei 200 bestimmt das Steuermodul 60, ob die Notfahrfunktion der vorliegenden Offenbarung aktiviert ist. Wenn dies zutrifft, kann die Steuerung mit 204 fortfahren. Wenn dies nicht zutrifft, kann die Steuerung mit 220 fortfahren. Bei 204 kann das Steuermodul 60 bestimmen, ob die Vorgehensweise zum adaptiven Lernen (in 5 gezeigt und oben beschrieben) erfolgreich ist (z.B. ob der Flag über den Erfolg des adaptiven Lernens gesetzt worden ist). Wenn dies zutrifft, kann die Steuerung mit 208 fortfahren. Wenn dies nicht zutrifft, kann die Steuerung mit 228 fortfahren. Bei 208 kann das Steuermodul 60 den Nockenwellenpositionssensor 36 durch Ersetzen von Nockenwellenkantenpositionsmessungen gegen die letzten (d.h. jüngsten) adaptiv gelernten Werte kalibrieren. Bei 212 bestimmt das Steuermodul 60, ob der Kurbelwellenpositionssensor 44 ausgefallen ist. Wenn dies zutrifft, kann die Steuerung mit 216 fortfahren. Wenn dies nicht zutrifft, kann die Steuerung enden.
Bei 216 kann das Steuermodul 60 einen Notfahrmodus anweisen und Luft/Kraftstoff/Zündfunken unter Verwendung aktualisierter Nockenwellen- (Kanten-) Positionen steuern. Die aktualisierten Nockenwellen- (Kanten-) Positionen können bei einer nicht erfindungsgemäßen Ausführungsform entweder vorbestimmte (Standard-) Positionen (abhängig von Entscheidung 228) sein oder können erfindungsgemäß die adaptiv gelernten Positionen sein. Bei 220 bestimmt das Steuermodul 60, ob der Kurbelwellenpositionssensor 44 ausgefallen ist. Wenn dies zutrifft, kann die Steuerung mit 224 fortfahren, wo der Motor 22 abgeschaltet werden und die Steuerung enden kann. Wenn dies nicht zutrifft, kann die Steuerung ähnlicherweise enden. Bei 228 bestimmt das Steuermodul 60, ob die vorbestimmten (Standard-) Kantenpositionen zulässig sind. Wenn dies zutrifft, kann die Steuerung mit 232 fortfahren. Wenn dies nicht zutrifft, kann die Steuerung mit 220 fortfahren. Bei 232 kann das Steuermodul 60 den Nockenwellenpositionssensor 36 durch Ersetzen von Nockenwellenkantenpositionsmessungen gegen die vorbestimmten (Standard-)Werte kalibrieren und die Steuerung kann mit 212 fortfahren.

Claims

Verfahren zum adaptiven Kalibrieren von Nockenwellenpositionen für einen Motor (22), um eine Korrelation zwischen Kurbelwelle (42) und Nockenwelle (34) zu kalibrieren, wobei das Verfahren umfasst, dass: bestimmt wird (150), dass eine Kalibrierung aktiviert ist; die Nockenwelle (34) in eine vorbestimmte Position getrieben wird (152); jeweilige Akkumulations- und Zählerwerte auf Null angewiesen werden (154); eine Nockenwellenposition des Motors (22) anhand von Kanten unter Verwendung eines Nockenwellenpositionssensors (36) detektiert wird; eine Kurbelwellenposition des Motors (22) anhand von Kanten unter Verwendung eines Kurbelwellenpositionssensors (44) detektiert wird; bei einer Bestimmung (156), dass eine Differenz zwischen der gemessenen Nockenwellenposition und einer vorbestimmten Nockenwellenposition zwischen einem ersten und zweiten Schwellenwert (Cal₁, Cal₂) liegt, der Akkumulationswert durch die gemessene Nockenwellenposition inkrementiert und der Zählerwert um Eins inkrementiert werden (158); bei einer Bestimmung (160), dass eine Differenz zwischen der gemessenen Nockenwellenposition und einer vorhergehend gemessenen Nockenwellenposition zwischen der dritten und vierten Schwelle (Cal₃ bzw. Cal₄) liegt, der Akkumulationswert um die gemessene Kurbelwellenposition inkrementiert und der Zählerwert um Eins inkrementiert werden (162); bei der Bestimmung (164), dass der Zählerwert größer als oder gleich einer fünften Schwelle (Cal₅) ist, durch Division des Akkumulationswerts durch den Zählerwert ein Durchschnitt des Akkumulationswerts berechnet wird und der Durchschnitt als eine gelernte Kantenposition gespeichert wird (166); bestimmt wird (170), dass der Kalibrierungsprozess vollständig ist, wenn eine Differenz zwischen der gelernten Kantenposition und einer vorhergehenden Kantenposition zwischen einer sechsten und siebten Schwelle (Cal₆, Cal₇) liegt; der Nockenwellenpositionssensor (36) mit der neu gelernten Kantenposition aktualisiert wird (172); und eine Korrelation zwischen der Kurbelwelle (42) und der Nockenwelle (34) auf Grundlage der detektierten Kanten der Kurbelwelle (42) bzw. der Nockenwelle (34) kalibriert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein Ausfall des Kurbelwellenpositionssensors (44) detektiert wird.
Verfahren nach Anspruch 2, ferner mit einem Vorhersagen einer Kurbelwellenposition, wenn der Kurbelwellenpositionssensor (44) ausgefallen ist, auf Grundlage von (i) Messung durch den Nockenwellenpositionssensor (36) und (ii) der kalibrierten Korrelation.
Verfahren nach Anspruch 3, ferner mit einem Steuern von (i) einer Drossel (28) des Motors (22), (ii) Kraftstoffeinspritzeinrichtungen (38) des Motors (22) und/oder (iii) Zündkerzen (40) des Motors (22) auf Grundlage der vorhergesagten Kurbelwellenposition, wenn der Kurbelwellenpositionssensor (44) ausgefallen ist.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Kalibrieren der Korrelation ein Berechnen von Distanzen zwischen aufeinander folgenden detektierten Kanten der Nockenwelle (34) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Kalibrieren der Korrelation ferner ein Bestimmen einer ersten vorbestimmten Position an der Nockenwelle (34) auf Grundlage der berechneten Distanzen umfasst.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die erste vorbestimmte Position an der Nockenwelle (34) einer zweiten vorbestimmten Position an der Kurbelwelle (42) entspricht.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Bestimmen der ersten vorbestimmten Position an der Nockenwelle (34) basierend auf den berechneten Distanzen eines umfasst aus (i) Bestimmen eines Ausreißers der berechneten Distanzen oder (ii) Anpassen einer der berechneten Distanzen an eine vorbestimmte Distanz entsprechend der ersten vorbestimmten Position.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Kalibrieren der Korrelation ein Bestimmen einer Orientierung der Kurbelwelle (42) in Bezug auf die Nockenwelle (34) auf Grundlage der Detektion der ersten und zweiten vorbestimmten Position umfasst.
Verfahren nach Anspruch 9, ferner mit einem Speichern der kalibrierten Korrelation in dem Speicher zur Verwendung bei der Vorhersage der Kurbelwellenposition, wenn der Kurbelwellenpositionssensor (44) ausfällt.