DE102015111607B4

DE102015111607B4 - Verfahren zum Ermitteln einer Drehposition eines Phasenstellers in einem System zur variablen Phaseneinstellung

Info

Publication number: DE102015111607B4
Application number: DE102015111607.3A
Authority: DE
Inventors: Shifang Li; Jyh-Shin Chen
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2014-07-22
Filing date: 2015-07-17
Publication date: 2021-12-30
Anticipated expiration: 2035-07-18
Also published as: US9494488B2; CN105298662A; CN105298662B; DE102015111607A1; US20160025595A1

Abstract

Verfahren zum Ermitteln einer Drehposition eines Phasenstellers (26) eines Systems (20) zur variablen Phaseneinstellung, wobei das System (20) zur variablen Phaseneinstellung ein Drehpositions-Detektionssystem (40, 42) aufweist, das eine Drehposition des Phasenstellers (26) misst, wobei das Verfahren umfasst, dass:eine Steuerroutine zum Steuern des Systems (20) zur variablen Phaseneinstellung in Ansprechen auf eine angewiesene Position (220) des Phasenstellers (26) periodisch ausgeführt wird;dann, wenn die Drehposition des Phasenstellers (26) seit einem vorhergehenden periodischen Zeitpunkt, der bei einem festgelegten Zeitintervall (Δt1) vor einem gegenwärtigen periodischen Zeitpunkt liegt, gemessen wurde, eine Drehposition (230) des Phasenstellers (26) zu dem gegenwärtigen periodischen Zeitpunkt durch einen Controller (10) basierend auf einem Zeitintervall (Δt2) zwischen dem Auftreten der gemessenen Position (240) des Phasenstellers (26) und dem gegenwärtigen periodischen Zeitpunkt, der angewiesenen Position (220) des Phasenstellers, der gemessenen Position (240) des Phasenstellers und einer Zeitkonstante (τ) des Systems (20) zur variablen Phaseneinstellung geschätzt wird; unddann, wenn die Drehposition des Phasenstellers (26) vor dem unmittelbar vorhergehenden periodischen Zeitpunkt gemessen wurde, die Drehposition des Phasenstellers (26) zu dem gegenwärtigen periodischen Zeitpunkt basierend auf dem Zeitintervall (Δt1) zwischen dem vorhergehenden periodischen Zeitpunkt und dem gegenwärtigen periodischen Zeitpunkt, der angewiesenen Position (220) des Phasenstellers (26), einer geschätzten Drehposition (230) des Phasenstellers (26) zu dem vorhergehenden periodischen Zeitpunkt und der Zeitkonstante (τ) des Systems (20) zur variablen Phaseneinstellung geschätzt wird,wobei die Zeitkonstante (τ) des Systems (20) zur variablen Phaseneinstellung basierend auf einem Zustand eines Motorbetriebsparameters ausgewählt wird, umfassend, dass die Zeitkonstante (τ) des Systems (20) zur variablen Phaseneinstellung basierend auf einer Motortemperatur ausgewählt wird.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Offenbarung betrifft Systeme zur variablen Phaseneinstellung, die ausgebildet sind, um eine Position eines Phasenstellers zu überwachen, und Systeme zur variablen Phaseneinstellung umfassen, die in Verbrennungsmotoren verwendet werden.
HINTERGRUND
Verbrennungsmotoren verwenden Nockenwellen, um das Öffnen und Schließen von Einlass- und Auslassventilen in Übereinstimmung mit einer Kolbenposition und einer Kurbelwellendrehung zu steuern, um sich wiederholende Motorzyklen mit Einlasstakt, Kompressionstakt, Arbeitstakt und Auslasstakt in jeder Verbrennungskammer zu bewirken. Einige Motorkonfigurationen verwenden Systeme zur variablen Ventilsteuerung, um die zeitliche Einstellung des Öffnens und Schließens der Einlass- und Auslassventile bezogen auf die Kolbenposition zu steuern, um in Ansprechen auf Bedienerbefehle, Motorbetriebsbedingungen (z.B. Aufwärmen oder stationärer Zustand), Umgebungsbedingungen, Motor-Verbrennungsmodi und andere Bedingungen die Luftzufuhr des Motors zum Verändern der volumetrischen Effizienz zu modifizieren und um auf andere Weise das Leistungsverhalten des Motors zu beeinflussen.
In der DE 100 59 157 A1 ist ein Verfahren zum Steuern der Kraftstoffzufuhr für einen Verbrennungsmotor beschrieben, wobei eine Steuerroutine zum Steuern eines Systems zur variablen Phaseneinstellung in Ansprechen auf eine angewiesene Position eines Nockenphasenstellers vorgesehen ist. Befindet sich der Phasensteller in einer Übergangsphase, wird eine Drehposition des Phasenstellers anhand einer gemessenen Position des Phasenstellers und einer Änderungsrate der gemessenen Position des Phasenstellers geschätzt, ansonsten wird die Drehposition des Phasenstellers anhand der gemessenen Position des Phasenstellers geschätzt. Die geschätzte Drehposition des Phasenstellers wird zum Ausgleichen von Kraftstoffpulsen der Kraftstoffzufuhr verwendet.
Die DE 102 32 353 A1 beschreibt ein Verfahren zum Ermitteln einer gegenwärtigen Position eines Nockenphasenstellers. Anhand der Abfolge ermittelter Istpositionen werden dabei bis zum Auftreten des nächsten Positionssignals geschätzte Werte der Position des Phasenstellers mittels Extrapolation ermittelt, wobei auch eine Richtungsumkehr des Phasenstellers berücksichtigt wird.
In der DE 692 12 479 T2 ist ein Verfahren zum Ermitteln der Drehposition einer Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors beschrieben, bei welchem Drehpositionen anhand einer Kurbelwellenimpulsabfolge ermittelt werden, die durch Überwachen der Drehung der Kurbelwelle erzeugt wird, und zusätzlich Zwischenpositionen vorausgesagt werden.
Die DE 10 2010 021 953 A1 beschreibt ein Verfahren zum Ermitteln einer Position einer Nockenwelle eines Verbrennungsmotors, bei dem eine Geschwindigkeit eines Nockenphasenstellers anhand einer ermittelten Positionsänderung der Nockenwelle bestimmt wird und anhand der Geschwindigkeit des Nockenphasenstellers ein Kompensationsfaktor erzeugt wird, der zum Korrigieren eines Nockenpositionssignals verwendet wird.
In der EP 1 630 363 A1 ist ein Verfahren zum Ermitteln der Position einer Nockenwelle relativ zu einer Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors beschrieben, bei welchem eine Winkellage der Nockenwelle relativ zur Kurbelwelle basierend auf gemessenen Drehwinkeln einer Verstellwelle, die zwischen der Nockenwelle und der Kurbelwelle angeordnet ist, und einem gemessenen Drehwinkel der Kurbelwelle ermittelt wird.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Ermitteln einer Drehposition des Phasenstellers für eine Nockenwelle in einem Verbrennungsmotor zu schaffen, das eine genaue Ermittlung der Drehposition unter Verwendung eines Drehpositions-Detektionssystems mit niedriger Auflösung gestattet.
ZUSAMMENFASSUNG
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Ein System zur variablen Phaseneinstellung, das ein Drehpositions-Detektionssystem mit niedriger Auflösung umfasst, ist ausgebildet, um eine Position eines Phasenstellers zu überwachen. Das Verfahren zum Ermitteln einer Drehposition des Phasenstellers umfasst, dass eine Steuerroutine zum Steuern des Systems zur variablen Phaseneinstellung in Ansprechen auf eine angewiesene Position des Phasenstellers periodisch ausgeführt wird. Eine Drehposition des Phasenstellers wird zu einem gegenwärtigen periodischen Zeitpunkt basierend auf einem Zeitintervall zwischen dem Auftreten einer gemessenen Position des Phasenstellers und dem gegenwärtigen periodischen Zeitpunkt, einer angewiesenen Position des Phasenstellers, der gemessenen Position des Phasenstellers und einer Zeitkonstante des Systems zur variablen Phaseneinstellung geschätzt, wenn das Auftreten der gemessenen Position des Phasenstellers nach einem vorhergehenden periodischen Zeitpunkt erfolgt, der bei einem festgelegten Zeitintervall vor dem gegenwärtigen periodischen Zeitpunkt auftritt. Die Drehposition des Phasenstellers umfasst auch, dass eine Drehposition des Phasenstellers zu dem gegenwärtigen periodischen Zeitpunkt basierend auf einem Zeitintervall zwischen dem vorhergehenden periodischen Zeitpunkt und dem gegenwärtigen periodischen Zeitpunkt, der angewiesenen Position des Phasenstellers, einer geschätzten Drehposition des Phasenstellers zu dem vorhergehenden periodischen Zeitpunkt und der Zeitkonstante des Systems zur variablen Phaseneinstellung geschätzt wird, wenn das Auftreten der gemessenen Position des Phasenstellers vor dem vorhergehenden periodischen Zeitpunkt erfolgt.
Figurenliste
Eine oder mehrere Ausführungsformen werden nun beispielhaft unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, von denen:

1 gemäß der Offenbarung ein System zur variablen Phaseneinstellung schematisch darstellt, das an einer Nockenwelle eines Verbrennungsmotors montiert ist;
2 gemäß der Offenbarung eine Kurve für eine angewiesene Drehposition, eine Kurve für eine geschätzte Drehposition und eine Kurve für eine gemessene Drehposition für einen Phasenseller eines Systems zur variablen Phaseneinstellung graphisch zeigt, wobei die Drehpositionen bezogen auf die Zeit gezeigt sind; und
3 gemäß der Offenbarung ein Flussdiagramm ist, das eine Drehpositions-Schätzroutine zum Ermitteln einer Drehposition eines einstellbaren Phasenstellers eines Systems zur variablen Phaseneinstellung zeigt, das ein Drehpositions-Detektionssystem mit niedriger Auflösung umfasst.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Nun auf die Zeichnungen Bezug nehmend, in denen das Gezeigte lediglich zu dem Zweck der Darstellung bestimmter beispielhafter Ausführungsformen dient, stellt 1 schematisch eine Ausführungsform einer einstellbaren rotierenden Phaseneinstellungseinrichtung dar, die ein Drehpositions-Detektionssystem mit niedriger Auflösung verwendet. Eine Ausführungsform einer einstellbaren rotierenden Phaseneinstellungseinrichtung umfasst ein System 20 zur variablen Phaseneinstellung, das an einer Nockenwelle 34 eines Verbrennungsmotors montiert ist. Das System 20 zur variablen Phaseneinstellung umfasst einen Nocken-Phaseneinstellungsaktuator (Phasensteller) 26, ein Ölsteuerventil 22, ein Nocken-Targetrad 40 und einen Nockenpositionssensor 42.
Der Phasensteller 26 weist einen zylindrisch geformten Körperabschnitt 28 und ein bewegbares Phaseneinstellungselement 30 auf, das koaxial zu der Nockenwelle 34 des Verbrennungsmotors verläuft. Die Nockenwelle 34 kann entweder Einlassventilen oder Auslassventilen des Motors zugeordnet sein. Der Körperabschnitt 28 des Phasenstellers 26 ist fest an einem Kettenrad 24 befestigt, das mit einer Steuerkette oder einer anderen Zahnradverbindung wechselwirkt, um an eine Motorkurbelwelle derart anzukoppeln, dass sich der Körperabschnitt 28 gemeinsam mit der Motorkurbelwelle dreht. Der Körperabschnitt 28 des Phasenstellers 26 wird auch als ein Stator bezeichnet, der vorzugsweise mechanische Anschläge verwendet, um den Betrag der Nockenphaseneinstellung relativ zu der Kurbelwellenposition zu begrenzen. Das bewegbare Phaseneinstellungselement 30 koppelt drehbar an die Nockenwelle 34 und das Nocken-Targetrad 40 an, dessen Drehung durch den Nockenpositionssensor 42 überwacht wird. Der Nockenpositionssensor 42 kann eine beliebige Flankendetektionseinrichtung sein, die in der Lage ist, ein elektrisch lesbares Signal in Ansprechen auf das Hindurchtreten einer Flanke des Nocken-Targetrads 40 zu erzeugen, einschließlich beispielsweise eines Halleffektsensors, eines magnetostriktiven Sensors, eines Sensors mit variabler Reluktanz oder einer anderen geeigneten Flankendetektionseinrichtung. Das Nocken-Targetrad 40 ist eine Einrichtung mit niedriger Auflösung, die vorzugsweise mehrere gleichmäßig beabstandete Detektionsflanken aufweist, z.B. fallende Flanken, die bei äquivalenten Beträgen der Nockendrehung indiziert sind. Bei einer Ausführungsform weist das Nocken-Targetrad 40 mit niedriger Auflösung vier gleichmäßig beabstandete fallende Flanken auf, die bei 90° der Nockendrehung und daher bei 180° in Kurbelwinkelgraden indiziert sind. Das Nocken-Targetrad 40 mit niedriger Auflösung kann andere Anzahlen von Detektionsflanken verwenden, und es umfasst beispielsweise ein Targetrad mit sechs gleichmäßig beabstandeten Detektionsflanken oder ein Targetrad mit acht gleichmäßig beabstandeten Detektionsflanken. Die Drehung der Kurbelwelle wird durch einen Kurbelwellensensor 12 überwacht, der signaltechnisch mit einem Controller 10 verbunden ist.
Das Ölsteuerventil 22 steuert eine Strömung von unter Druck stehendem Öl 32 zu dem Phasensteller 26 in Ansprechen auf ein Steuersignal, das von dem Controller 10 stammt, wobei die Strömung des unter Druck stehenden Öls 32 auf das bewegbare Phaseneinstellungselement 30 des Phasenstellers 26 wirkt, um eine Drehbewegung des bewegbaren Phaseneinstellungselements 30 und der Nockenwelle 34 bezogen auf die Drehbewegung des Körperabschnitts 28 des Phasenstellers 26 und daher bezogen auf die Drehung der Motorkurbelwelle zu bewirken.
Der Controller 10 führt einen algorithmischen Code zum Steuern des Ölsteuerventils 22 aus, um eine Strömung des unter Druck stehenden Öls zu dem Phasensteller 26 in Ansprechen auf ein Steuersignal, das von dem Controller 10 stammt, zu steuern, um eine Rückkopplungs- und/oder Vorwärts-Positionssteuerung des bewegbaren Phaseneinstellungselements 30 und der Nockenwelle 34 in Ansprechen auf ein Steuersignal zu bewirken, das einer angewiesenen Nockenwellen-Drehposition relativ zu einer Drehposition der Kurbelwelle zugeordnet ist. Bei einer Viertakt-Motorkonfiguration entspricht eine vollständige Drehung von 360° der Motorkurbelwelle einer Drehung von 180° der Nockenwelle 34, und zwei vollständige Umdrehungen der Motorkurbelwelle entsprechen einer Drehung von 360° der Nockenwelle 34, um ein geeignetes Öffnen und Schließen der Einlass- und/oder Auslassventile in Übereinstimmung mit Anforderungen bezüglich der Motorluftzufuhr zu bewirken, die auf die Motorzyklen mit Einlasstakt, Kompressionstakt, Arbeitstakt und Auslasstakt bezogen ist.
Der Controller 10 weist einen Satz von Steuerroutinen auf, die ausgeführt werden, um die gewünschten Funktionen zu schaffen. Die Steuerroutinen werden beispielsweise von einer zentralen Verarbeitungseinheit ausgeführt, um Eingaben von den Detektionseinrichtungen und anderen Steuermodulen im Netzwerk zu überwachen und um den Betrieb von Aktuatoren zu steuern. Die Steuerroutinen umfassen periodische Routinen und durch ein Ereignis ausgelöste Routinen. Periodische Routinen werden mit einer konstanten Rate mit festgelegten Zeitintervallen zwischen diesen ausgeführt. Beispiele der festgelegten Zeitintervalle für die periodischen Routinen umfassen Intervalle von 100 Mikrosekunden oder 3,125, 6,25, 12,5, 25 und 100 Millisekunden. Beispiele der periodischen Routinen umfassen Routinen zum Berechnen einer Einlassluftströmung und zum Ermitteln von volumetrischen Effizienzen des Motors. Durch ein Ereignis ausgelöste Routinen werden in Ansprechen auf ein Ereignis ausgeführt, beispielsweise in Ansprechen auf ein Signal eines Sensors, welches das Ereignis auslöst. Somit werden durch ein Ereignis ausgelöste Routinen asynchron zu den periodischen Routinen ausgeführt. Ein Beispiel einer durch ein Ereignis ausgelöste Routine umfasst eine Routine zum Ermitteln der Drehposition des Phasenstellers 26, welche durch die Detektion einer fallenden Flanke eines Nocken-Targetrades 40 ausgelöst wird.
Controller, Steuermodul, Modul, Steuerung, Steuereinheit, Prozessor und ähnliche Ausdrücke bedeuten eine beliebige oder verschiedene Kombinationen eines anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreises (ASIC) oder mehrerer anwendungsspezifischer integrierter Schaltkreise, eines elektronischen Schaltkreises oder mehrerer elektronischer Schaltkreise, einer zentrale Verarbeitungseinheit oder mehrerer zentraler Verarbeitungseinheiten (vorzugsweise ein Mikroprozessor bzw. Mikroprozessoren) und eines zugeordneten Speichers und einer zugeordneten Archivierung (Festwertspeicher, programmierbarer Festwertspeicher, Arbeitsspeicher, Festplatte usw.), die ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme oder -routinen ausführen, eines Schaltkreises der Schaltungslogik oder mehrerer Schaltkreise der Schaltungslogik, einer oder mehrerer Eingabe/Ausgabe-Schaltung(en) und -Einrichtungen, geeigneter Signalkonditionierungs- und Pufferschaltungen sowie anderer geeigneter Komponenten, welche die beschriebene Funktionalität bereitstellen. Software, Firmware, Programme, Anweisungen, Routinen, Code, Algorithmen und ähnliche Ausdrücke bedeuten beliebige durch einen Controller ausführbare Anweisungssätze, die Kalibrierungen und Nachschlagetabellen umfassen.
2 zeigt graphisch eine Kurve 220 für eine angewiesene Drehposition, eine Kurve 230 für eine tatsächliche Drehposition und eine diskretisierte Linie 240 für eine gemessene Drehposition für ein System zur variablen Phaseneinstellung, wobei die Drehposition an der vertikalen Achse 202 bezogen auf die Zeit an der horizontalen Achse 201 gezeigt ist. Wie hierin beschrieben ist, beziehen sich die Drehpositionen auf eine Drehposition des bewegbaren Phaseneinstellungselements 30 und der Nockenwelle 34 des Systems 20 zur variablen Phaseneinstellung, wie es unter Bezugnahme auf 1 beschrieben ist. Es versteht sich, dass die hierin beschriebenen Konzepte für andere variabel steuerbare Rotationseinrichtungen und Systeme zur variablen Phaseneinstellung gelten, die ein Drehpositions-Detektionssystem mit niedriger Auflösung als ein Element eines Rückkopplungs- oder Vorwärts-Positionssteuerschemas verwenden.
Die Zeitpunkte 203, 205, 206 und 207 sind an der horizontalen Achse gezeigt, wobei die Zeitpunkte 203, 205 und 207 periodische Zeitpunkte definieren, die bei festgelegten Zeitintervallen auftreten, die ein festgelegtes Zeitintervall Δt₁ zwischen Zeitpunkten 203 und 205 sowie zwischen den Zeitpunkten 205 und 207 umfassen. Das festgelegte Zeitintervall Δt₁ für die periodischen Zeitpunkte ist zu einem der festgelegten Zeitintervalle analog, mit denen ein Controller periodische Steuerroutinen ausführt. Ein zweites Zeitintervall Δt₂ ist ein durch ein Ereignis ausgelöstes Zeitintervall, das zwischen den Zeitpunkten 206 und 207 gezeigt ist, wobei der Zeitpunkt 206 dem Auftreten einer gemessenen Drehposition y_meas 244 entspricht. Die gemessene Drehposition y_meas 244 tritt in Ansprechen auf die Detektion eines Signals von dem Drehpositions-Detektionssystem auf, welches das Ereignis ist, das die Messung und Aufzeichnung der gemessenen Drehposition y_meas 244 und des entsprechenden Zeitpunkts 206 auslöst. Die Kurve 220 für die angewiesene Drehposition zeigt angewiesene Drehpositionen u_k-2 222, u_k-1 224 und u_k 226, wobei die angewiesenen Drehpositionen zu den Zeitpunkten 203, 205 bzw. 207 erzeugt werden. Die Kurve 240 für die gemessene Drehposition zeigt gemessene Drehpositionen y_meas-1 242, y_meas 244 und y_meas+1 246. Die Kurve 230 für die tatsächliche Drehposition zeigt geschätzte Drehpositionen y_k-2 232, y_k-1 234 und y_k 236, die zu den Zeitpunkten 203, 205 bzw. 207 geschätzt werden.
Die Drehposition des Systems zur variablen Phaseneinstellung, das ein Messsystem mit einem Drehpositions-Detektionssystem mit niedriger Auflösung verwendet, z.B. eine Ausführungsform des Phasenstellers 26 des Systems 20 zur variablen Phaseneinstellung, das unter Bezugnahme auf 1 beschrieben ist, kann wie folgt dynamisch zu periodisch auftretenden Zeitpunkten geschätzt werden. Wenn die Drehposition des Phasenstellers nach einem vorhergehenden periodischen Zeitpunkt gemessen wurde, der bei einem festgelegten Zeitintervall vor dem periodischen Zeitpunkt auftritt, wird die Drehposition des Phasenstellers dynamisch zu dem gegenwärtigen periodischen Zeitpunkt basierend auf einem Zeitintervall zwischen dem Auftreten der gemessenen Position des Phasenstellers und dem gegenwärtigen periodischen Zeitpunkt, einer angewiesenen Position des Phasenstellers, der gemessenen Position des Phasenstellers und einer Zeitkonstante des Systems zur variablen Phaseneinstellung gemäß einer Beziehung wie folgt geschätzt: $y_{k} = \frac{τ - Δ t_{2}}{τ} y_{m e a s} + \frac{Δ t_{2}}{τ} u_{k - 1}$
wobei:

yk: die geschätzte Drehposition zu dem gegenwärtigen periodischen Zeitpunkt ist;
Δt2: das Zeitintervall zwischen dem Auftreten der gemessenen Position des Phasenstellers und des vorliegenden periodischen Zeitpunkts ist;
uk-1: die angewiesene Position des Phasenstellers ist;
ymeas: die gemessene Position des Phasenstellers ist; und
τ: eine Zeitkonstante des Systems zur variablen Zeiteinstellung ist.

Die verschiedenen Terme sind graphisch unter Bezugnahme auf 2 gezeigt.
Wenn die Drehposition des Phasenstellers nicht nach einem vorhergehenden periodischen Zeitpunkt gemessen wurde, der bei einem festgelegten Zeitintervall vor dem gegenwärtigen periodischen Zeitpunkt auftritt, wird die Drehposition des Phasenstellers dynamisch basierend auf einem Zeitintervall zwischen dem vorhergehenden periodischen Zeitpunkt und dem gegenwärtigen periodischen Zeitpunkt, d.h. dem periodischen Zeitintervall, der angewiesenen Position des Phasenstellers, einer geschätzten Drehposition des Phasenstellers zu dem vorhergehenden periodischen Zeitpunkt und der Zeitkonstante des Systems zur variablen Phaseneinstellung gemäß einer Beziehung wie folgt geschätzt: $y_{k - 1} = \frac{τ - Δ t_{1}}{τ} y_{k - 2} + \frac{Δ t_{1}}{τ} u_{k - 2}$
wobei:

yk-1: die geschätzte Drehposition ist;
Δt1: das periodische Zeitintervall ist;
uk-2: die angewiesene Position des Phasenstellers ist;
yk-2: die geschätzte Drehposition des Phasenstellers zu dem vorhergehenden periodischen Zeitpunkt ist; und
τ: die Zeitkonstante des Systems zur variablen Phaseneinstellung ist.

Die verschiedenen Terme sind graphisch unter Bezugnahme auf 2 gezeigt.
Gleichung 2 kann wie folgt generisch umgeschrieben werden: $y_{k} = \frac{τ - Δ t_{1}}{τ} y_{k - 1} + \frac{Δ t_{1}}{τ} u_{k - 1}$
wobei:

yk: die geschätzte Drehposition ist;
Δt1: das periodische Zeitintervall ist;
uk-1: die angewiesene Position des Phasenstellers ist;
yk-1: die geschätzte Drehposition des Phasenstellers zu dem vorhergehenden periodischen Zeitpunkt ist; und
τ: die Zeitkonstante des Systems zur variablen Phaseneinstellung ist.

Die Zeitkonstante τ des Systems zur variablen Phaseneinstellung ist ein Parameter, der die Reaktionsfähigkeit des Systems zur variablen Phaseneinstellung charakterisiert, wobei die Reaktionsfähigkeit anhand eines zeitlichen Ansprechens auf eine gestufte Eingabeänderung bei der angewiesenen Position gemessen wird. Wie einzustehen ist, ist das zeitliche Ansprechen ein Maß der Zeit, die das System benötigt, um (1-1/e) oder 63,2% der angewiesenen Position zu erreichen. Die Zeitkonstante τ des Systems zur variablen Phaseneinstellung ist systemabhängig und kann empirisch unter Verwendung eines repräsentativen Systems zur variablen Phaseneinstellung in einer kontrollierten Umgebung ermittelt werden. Wenn das System zur variablen Phaseneinstellung in einem Verbrennungsmotor verwendet wird, können Werte für die Zeitkonstante τ unter Verwendung eines repräsentativen Systems zur variablen Phaseneinstellung in einem repräsentativen Verbrennungsmotor ermittelt werden, der an einem Dynamometer oder in einer anderen verwandten Umgebung betrieben wird. Die Zeitkonstante τ des Systems zur variablen Phaseneinstellung kann von Betriebsparametern des Verbrennungsmotors und des Systems zur variablen Phaseneinstellung abhängen, die Betriebsparameter umfassen, welche den Motoröldurchsatz und den Motoröldruck beeinflussen, wie beispielsweise die Motortemperatur und Drehzahl-/Last-Betriebspunkte des Motors. Die Motortemperatur kann ein Faktor sein, der die Zeitkonstante τ des Systems zur variablen Phaseneinstellung aufgrund einer Beziehung zwischen der Ölviskosität, und daher dem Durchsatz sowie dem Druck, und der Motortemperatur beeinflusst. Daher kann ein Steuersystem unterschiedliche Werte für die Zeitkonstante τ verwenden, die einen erhöhten Wert bei geringeren Motortemperaturen umfassen, um eine erhöhte Ansprechzeit aufgrund höherer Viskosität bei den geringeren Motortemperaturen zu berücksichtigen. Die Drehzahl-/Last-Betriebspunkte des Motors können die Zeitkonstante τ des Systems zur variablen Phaseneinstellung aufgrund einer Beziehung zwischen der Öldurchsatzrate und dem Öldruck mit der Motordrehzahl beeinflussen, welche den Betrieb einer mechanischen Ölpumpe beeinflusst, die mittels der Motorkurbelwelle angetrieben wird. Daher kann ein Steuersystem unterschiedliche Werte für die Zeitkonstante τ verwenden, die einen verringerten Wert bei höheren Motordrehzahlen umfassen, um verringerte Ansprechzeiten aufgrund größerer Öldurchsatzraten und Öldrücke bei den höheren Motordrehzahlen zu berücksichtigen. Andere Faktoren, welche den Betrag einer Zeitkonstante τ für ein System zur variablen Phaseneinstellung beeinflussen, fallen in den Umfang dieser Offenbarung.

3 ist ein Flussdiagramm, das eine Drehpositions-Schätzroutine 300 zeigt, um eine Drehposition eines einstellbaren Phasenstellers eines Systems zur variablen Phaseneinstellung zu ermitteln, welches ein Drehpositions-Detektionssystem mit niedriger Auflösung umfasst, z.B. des Systems 20 zur variablen Phaseneinstellung, das unter Bezugnahme auf 1 beschrieben ist. Tabelle 1 ist als ein Schlüssel vorgesehen, für den die numerisch bezeichneten Blöcke und die entsprechenden Funktionen wie folgt dargelegt sind. Tabelle 1

BLOCK	BLOCKINHALTE
300	Drehpositions-Schätzroutine
302	Überwache Öltemperatur, Motordrehzahl und Motorlast, Phasenstellerposition
304	Wähle Zeitkonstante τ für das System zur variablen Phaseneinstellung aus
306	Wurde die Drehposition des Phasenstellers seit einem vorhergehenden periodischen Zeitpunkt gemessen?
308	Schätze die Drehposition des Phasenstellers unter Verwendung von Gleichung [1]
310	Schätze die Drehposition des Phasenstellers unter Verwendung von Gleichung [2]
312	Ende der Iteration

Die Drehpositions-Schätzroutine 300 wird während des Betriebs des Systems periodisch ausgeführt, in welchem sie verwendet wird, um die Drehposition des Phasenstellers dynamisch zu schätzen. Die Drehposition des Phasenstellers wird in dem System zu verschiedenen Zwecken verwendet, einschließlich der Systemsteuerung. Wenn das System ein Verbrennungsmotor ist und der Phasensteller ein Nocken-Phaseneinstellungsaktuator eines Systems zur variablen Phaseneinstellung ist, wird die Drehposition verwendet, um die volumetrische Effizienz des Motors zu Zwecken des Kraftstoffzufuhr-Managements, der Zündfunkensteuerung und/oder der Steuerung der Abgasrückführung des Motors zu ermitteln. Die Drehpositions-Schätzroutine 300 wird mit einer zeitlichen Periode ausgeführt, die mit der Ausführungsperiode einer Steuerroutine zum Steuern des Systems zur variablen Phaseneinstellung zusammenfällt oder größer als diese ist, welche bei einer Ausführungsform eine zeitliche Periode von 6,25 ms sein kann.
Für jede Iteration überwacht die Drehpositions-Schätzroutine 300 Betriebsparameter, die beispielsweise die Öltemperatur, die Motordrehzahl und die Motorlast sowie die Phasenstellerposition umfassen (302). Die direkte Messung der Drehposition des Phasenstellers wird durch ein Ereignis ausgelöst, wobei das Messsystem die Drehposition ermittelt, wenn dies durch das Detektieren eines Ausgangssignals von dem Drehpositions-Detektionssystem mit niedriger Auflösung ausgelöst wird.
Die überwachte Information wird verwendet, um eine Zeitkonstante τ für das System zur variablen Phaseneinstellung auszuwählen (304). Die Zeitkonstante τ kann ein kalibrierter Wert sein, der von den Zuständen der überwachten Betriebsparameter abhängt, und wird als eine Nachschlagetabelle, eine ausführbare Gleichung oder in einer anderen geeigneten Form in einer nichtflüchtigen Speichereinrichtung des Controllers erfasst. Alternativ kann die Zeitkonstante τ ein einzelner parametrischer Wert sein.
Das System ermittelt, ob die Drehposition des Phasenstellers seit einem vorhergehenden periodischen Zeitpunkt gemessen wurde, d.h. seit einem unmittelbar vorhergehenden Zeitpunkt, der eine letzte Ausführung der Steuerroutine zum Steuern des Systems zur variablen Phaseneinstellung ausgelöst hat (306). Wenn die Drehposition des Phasenstellers seit dem vorhergehenden periodischen Zeitpunkt gemessen wurde (306)(1), wird die Drehposition des Phasenstellers durch Ausführen eines Algorithmus geschätzt, der Gleichung 1, die in einen algorithmischen Code reduziert ist, in Verbindung mit den überwachten Informationen und der ausgewählten Zeitkonstante τ für das System zur variablen Phaseneinstellung umfasst (308), und diese Iteration endet (312). Wenn die Drehposition des Phasenstellers seit dem vorhergehenden periodischen Zeitpunkt nicht gemessen wurde (306)(0), wird die Drehposition des Phasenstellers durch Ausführen eines Algorithmus geschätzt, der Gleichung 3, die in einen algorithmischen Code reduziert ist, in Verbindung mit den überwachten Informationen und der ausgewählten Zeitkonstante τ für das System zur variablen Phaseneinstellung umfasst (310), und diese Iteration endet (312). Die geschätzte Drehposition des Phasenstellers wird zu einem Motorcontroller zur Verwendung beim Ausführen von Motorsteuerungen übertragen.
Das hierin beschriebene Verfahren zum Ermitteln einer Drehposition eines Phasenstellers ermöglicht eine schnelle Phasenstellersteuerung und eine verbesserte Genauigkeit bei der Modellierung der volumetrischen Effizienz in einem System mit variabler Phaseneinstellung, das einen Positionssensor mit niedriger Auflösung verwendet, wodurch es nicht mehr erforderlich ist, Positionsdetektionssysteme mit höherer Auflösung zu implementieren. Das dynamische Modell des Phasenstellers schätzt die Phasenstellerposition zwischen asynchron auftretenden, durch eine Flanke ausgelösten Positionsmessungen, wodurch die Kopplung einer durch ein Ereignis ausgelösten, asynchronen Positionsmessung mit Anweisungs- und Steuerberechnungen mit konstanter Rate ermöglicht wird. In Situationen, in denen die Signalmessung verrauscht ist oder in denen signifikante zeitliche Verzögerungen, Zeitdifferenzen oder Dynamiken eingeführt werden, können ein Sensormodell und ein Filter entwickelt werden, um den korrekten Messwert wiederherzustellen.

Claims

Verfahren zum Ermitteln einer Drehposition eines Phasenstellers (26) eines Systems (20) zur variablen Phaseneinstellung, wobei das System (20) zur variablen Phaseneinstellung ein Drehpositions-Detektionssystem (40, 42) aufweist, das eine Drehposition des Phasenstellers (26) misst, wobei das Verfahren umfasst, dass: eine Steuerroutine zum Steuern des Systems (20) zur variablen Phaseneinstellung in Ansprechen auf eine angewiesene Position (220) des Phasenstellers (26) periodisch ausgeführt wird; dann, wenn die Drehposition des Phasenstellers (26) seit einem vorhergehenden periodischen Zeitpunkt, der bei einem festgelegten Zeitintervall (Δt₁) vor einem gegenwärtigen periodischen Zeitpunkt liegt, gemessen wurde, eine Drehposition (230) des Phasenstellers (26) zu dem gegenwärtigen periodischen Zeitpunkt durch einen Controller (10) basierend auf einem Zeitintervall (Δt₂) zwischen dem Auftreten der gemessenen Position (240) des Phasenstellers (26) und dem gegenwärtigen periodischen Zeitpunkt, der angewiesenen Position (220) des Phasenstellers, der gemessenen Position (240) des Phasenstellers und einer Zeitkonstante (τ) des Systems (20) zur variablen Phaseneinstellung geschätzt wird; und dann, wenn die Drehposition des Phasenstellers (26) vor dem unmittelbar vorhergehenden periodischen Zeitpunkt gemessen wurde, die Drehposition des Phasenstellers (26) zu dem gegenwärtigen periodischen Zeitpunkt basierend auf dem Zeitintervall (Δt₁) zwischen dem vorhergehenden periodischen Zeitpunkt und dem gegenwärtigen periodischen Zeitpunkt, der angewiesenen Position (220) des Phasenstellers (26), einer geschätzten Drehposition (230) des Phasenstellers (26) zu dem vorhergehenden periodischen Zeitpunkt und der Zeitkonstante (τ) des Systems (20) zur variablen Phaseneinstellung geschätzt wird, wobei die Zeitkonstante (τ) des Systems (20) zur variablen Phaseneinstellung basierend auf einem Zustand eines Motorbetriebsparameters ausgewählt wird, umfassend, dass die Zeitkonstante (τ) des Systems (20) zur variablen Phaseneinstellung basierend auf einer Motortemperatur ausgewählt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Schätzen einer Drehposition des Phasenstellers (26) zu einem gegenwärtigen periodischen Zeitpunkt dann, wenn die Drehposition des Phasenstellers (26) seit einem vorhergehenden periodischen Zeitpunkt, der bei einem festgelegten Zeitintervall (Δt₁) vor einem gegenwärtigen periodischen Zeitpunkt liegt, das Schätzen der Drehposition gemäß der Gleichung umfasst: $y_{k} = \frac{τ - Δ t_{2}}{τ} y_{m e a s} + \frac{Δ t_{2}}{τ} u_{k - 1}$
wobei: y_k die geschätzte Drehposition (230) zu dem gegenwärtigen periodischen Zeitpunkt ist; Δt₂ das Zeitintervall zwischen dem Auftreten der gemessenen Position (240) des Phasenstellers (26) und dem gegenwärtigen periodischen Zeitpunkt ist; u_k-1 die angewiesene Position (220) des Phasenstellers (26) ist; y_meas die gemessene Position (240) des Phasenstellers (26) ist; und τ die Zeitkonstante des Systems (20) zur variablen Phaseneinstellung ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Schätzen einer Drehposition des Phasenstellers (26) zu dem gegenwärtigen periodischen Zeitpunkt dann, wenn die Drehposition des Phasenstellers (26) vor dem unmittelbar vorhergehenden periodischen Zeitpunkt gemessen wurde, das Schätzen der Drehposition gemäß der Gleichung umfasst: $y_{k} = \frac{τ - Δ t_{1}}{τ} y_{k - 1} + \frac{Δ t_{1}}{τ} u_{k - 1}$
wobei: y_k die geschätzte Drehposition (230) ist; Δt₁ das periodische Zeitintervall ist; u_k-1 die angewiesene Position (220) des Phasenstellers (26) ist; y_k-1 die geschätzte Drehposition (230) des Phasenstellers (26) zu dem vorhergehenden periodischen Zeitpunkt ist; und τ die Zeitkonstante des Systems (20) zur variablen Phaseneinstellung ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das periodische Ausführen der Steuerroutine zum Steuern des Systems (20) zur variablen Phaseneinstellung in Ansprechen auf die angewiesene Position (220) des Phasenstellers (26) umfasst, dass die Steuerroutine zum Steuern des Systems (20) zur variablen Phaseneinstellung in Ansprechen auf die angewiesene Position (220) des Phasenstellers (26) zu dem vorhergehenden periodischen Zeitpunkt und zu dem gegenwärtigen periodischen Zeitpunkt ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Aufweisen eines Drehpositions-Detektionssystems (40, 42), das eine Drehposition des Phasenstellers (26) misst, durch das System (20) zur variablen Phaseneinstellung umfasst, dass das Drehpositions-Detektionssystem (40, 42) die Position des Phasenstellers (26) in Ansprechen auf das Detektieren einer fallenden Flanke eines Targetrads des Drehpositions-Detektionssystems (40, 42) misst.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Messen der Position des Phasenstellers (26) in Ansprechen auf das Detektieren einer fallenden Flanke eines Targetrads (40) des Drehpositions-Detektionssystems (40, 42) umfasst, dass die Position des Phasenstellers (26) asynchron zu der periodisch ausgeführten Steuerroutine zum Steuern des Systems (20) zur variablen Phaseneinstellung gemessen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner umfasst, dass die Zeitkonstante (τ) des Systems (20) zur variablen Phaseneinstellung in Ansprechen auf eine gestufte Eingabeänderung für die angewiesene Position (220) des Phasenstellers (26) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Aufweisen eines Drehpositions-Detektionssystems (40, 42), das zum Überwachen der Position des Phasenstellers (26) ausgebildet ist, durch das System (20) zur variablen Phaseneinstellung umfasst, dass ein System (20) zur variablen Phaseneinstellung ein Drehpositions-Detektionssystem (40, 42) mit niedriger Auflösung aufweist, das ausgebildet ist, um die Position des Phasenstellers (26) zu überwachen, wobei das Drehpositions-Detektionssystem (40, 42) mit niedriger Auflösung ein Targetrad (40) mit mehreren gleichmäßig beabstandeten Detektionsflanken aufweist.