DE102015211916A1 - Method for determining a speed - Google Patents
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Abstract
Es werden ein Verfahren und eine Anordnung zum Bestimmen einer Drehzahl einer Kurbelwelle (12) eines Verbrennungsmotors (10) vorgestellt, wobei ein erster Sensor (22) einem Steuergerät ein erstes Signal bereitstellt, das erste Informationen zu der Drehzahl trägt, und ein zweiter, von dem ersten Sensor unabhängiger Sensor (24) dem Steuergerät ein zweites Signal bereitstellt, das zweite Informationen zu der Drehzahl trägt.A method and an arrangement for determining a rotational speed of a crankshaft (12) of an internal combustion engine (10) are presented, wherein a first sensor (22) provides a first signal to a control unit, which carries first information about the rotational speed, and a second, from the first sensor independent sensor (24) provides the controller with a second signal that carries second information about the speed.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer Drehzahl einer Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors und eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a method for determining a rotational speed of a crankshaft of an internal combustion engine and to an arrangement for carrying out the method.
Stand der TechnikState of the art
Steuergeräte werden in technischen Anlagen zur Steuerung und Regelung von Komponenten dieser Anlagen und damit zur Steuerung und Regelung der Betriebsabläufe eingesetzt. In Kraftfahrzeugen werden eine Vielzahl von Steuergeräten eingesetzt, die über ein Bussystem miteinander kommunizieren können. Üblicherweise ist dem Verbrennungsmotor des Kraftfahrzeugs ein eigenes Steuergerät zugeordnet, das als Motorsteuergerät bezeichnet wird.Control units are used in technical systems for controlling and regulating components of these systems and thus for controlling and regulating the operating sequences. In motor vehicles, a large number of control units are used, which can communicate with one another via a bus system. Typically, the internal combustion engine of the motor vehicle is assigned its own control unit, which is referred to as engine control unit.
Im Betrieb werden von dem Steuergerät bspw. von Sensoren erfasste Daten eingelesen und verarbeitet. Auf Grundlage dieser Daten können Signale erzeugt werden, mit denen wiederum Aktoren in der technischen Anlage angesteuert werden. Hierzu verfügen Steuergeräte über Hardwarekomponenten, wie bspw. eine Recheneinheit, z. B. einen Mikrocontroller, sowie Speicher und Ein-Ausgabe-Einheiten bzw. Schnittstellen. Weiterhin verfügen diese über Softwarekomponenten, die zusammen als die Software des Steuergeräts bezeichnet werden, die für den jeweiligen Einsatz des Steuergeräts ausgelegt ist.In operation, data acquired and processed by sensors are read in and processed by the control unit, for example. On the basis of this data, signals can be generated, with which in turn actuators in the technical system are controlled. For this purpose, control devices via hardware components, such as, for example, a computing unit, z. As a microcontroller, and memory and input-output units or interfaces. Furthermore, these have software components, collectively referred to as the software of the control unit, which is designed for the respective use of the control unit.
Die Software von Motorsteuergeräten für Verbrennungsmotoren ist typischerweise in drei Ebenen gegliedert. Dabei umfasst eine erste Ebene Anwendungssoftware, eine zweite Ebene eine Überwachung der Anwendungssoftware und eine dritte Ebene eine Überwachung der Hardware. Zu berücksichtigen ist, dass für die zweite Ebene, die eine Überwachungsfunktion erfüllt, alle sicherheitsrelevanten Sensorsignale redundant abgesichert bereitgestellt werden müssen.The software of engine control units for internal combustion engines is typically divided into three levels. In this case, a first level comprises application software, a second level monitoring of the application software and a third level monitoring of the hardware. It should be noted that for the second level, which fulfills a monitoring function, all safety-relevant sensor signals must be provided with redundant protection.
In Kraftfahrzeugen wird bislang das Kurbelwellendrehzahlsignal durch einen einzigen Drehgeber, üblicherweise ein Geberzahnrad mit Sensor, an der Kurbelwelle ermittelt und über eine Schnittstelle als Winkelposition dem Motorsteuergerät bereitgestellt. Dieser Wert "Winkelposition" wird sowohl von der ersten Ebene, in der die Anwendungssoftware liegt, im Rahmen einer Motorpositionsverwaltung, bei der die Kurbelwellenposition und Motordrehzahl berechnet werden, als auch in der zweiten Ebene, die die Überwachung durchführt und eine Plausibilisierung der Motordrehzahl vornimmt, verwendet. In der ersten Ebene wird bei Ausfall des Kurbelwellendrehzahlgebers als Rückfalloption der Nockenwellengeber verwendet. Der Nockenwellengeber ist jedoch nicht direkt, sondern über eine Steuerkette oder einen Zahnriemen mit der Kurbelwelle verbunden. Zudem ist zu beachten, dass der Nockenwellengeber als Phasengeber realisiert ist und im Vergleich zum Kurbelwellgeber eine wesentlich schlechtere Auflösung bereitstellt.In motor vehicles so far, the crankshaft speed signal is determined by a single encoder, usually a sensor gear with sensor on the crankshaft and provided via an interface as an angular position of the engine control unit. This "angular position" value is determined both by the first level in which the application software is located, in the context of an engine position management, where the crankshaft position and engine speed are calculated, and in the second level, which carries out the monitoring and performs a plausibility check of the engine speed, used. In the first level, if the crankshaft speed sensor fails, the camshaft position sensor is used as the fallback option. However, the camshaft encoder is not directly, but connected via a timing chain or a toothed belt with the crankshaft. In addition, it should be noted that the camshaft encoder is implemented as a phase encoder and compared to the crankshaft encoder provides a much poorer resolution.
Die zweite Ebene, die die Überwachung durchführt, verwendet dasselbe Drehgebersignal wie die erste Ebene. Dabei wird in der zweiten Ebene im Fehlerfall als Rückfalloption die Drehzahl, die der ersten Ebene zur Verfügung steht, verwendet.The second level that performs the monitoring uses the same encoder signal as the first level. In the second level, in the event of a fault, the speed which is available for the first level is used as a fallback option.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Vor diesem Hintergrund werden ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Anordnung gemäß Anspruch 14 vorgestellt. Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung.Against this background, a method with the features of claim 1 and an arrangement according to
Somit werden ein erster und ein zweiter von dem ersten Sensor unabhängiger Sensor eingesetzt, die ggf. unterschiedliche Messprinzipien verwenden. Dies bedeutet, dass die beiden Sensoren auf unterschiedliche Weise ggf. unterschiedliche Messgrößen erfassen.Thus, a first and a second sensor independent of the first sensor are used, which may use different measuring principles. This means that the two sensors may detect different measured variables in different ways.
Es wurde somit erkannt, dass dadurch, dass bei bekannten Anordnungen kein redundanter Drehzahlsensor zur Verfügung steht, es ggf. zu einer Beeinträchtigung der Betriebssicherheit kommen kann. Durch Verwendung eines Sensors zur Messung der Winkelbeschleunigung direkt an der Kurbelwelle kann bspw. die Zustandsgröße "Beschleunigung" bereitgestellt werden. Diese Zustandsgröße wird als zusätzliches unabhängiges Signal direkt oder durch Integration als Drehzahl für die zweite Ebene verwendet. Auf diese Weise wird eine echte Redundanz der Sensorsignale für die Motordrehzahl erreicht.It has thus been recognized that the fact that in known arrangements no redundant speed sensor is available, it may possibly lead to an impairment of operational safety. By using a sensor for measuring the angular acceleration directly on the crankshaft, for example, the state variable "acceleration" can be provided. This state quantity is used as an additional independent signal directly or by integration as a second level speed. In this way, a true redundancy of the sensor signals for the engine speed is achieved.
In einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Sensor ein sogenannter Ferraris-Sensor ist. Dieser Sensor, der auch als Ferraris-Beschleunigungssensor oder Relativbeschleunigungssensor bezeichnet wird, ist ein Beschleunigungssensor, der berührungslos die relative Beschleunigung zweier Bauteile zueinander misst. Dabei wird kein Feder-Masse-System verwendet, so dass dieser unabhängig von der Zentrifugal- und Erdbeschleunigung ist.In one embodiment, it is provided that the sensor is a so-called Ferraris sensor. This sensor, which is also referred to as a Ferraris acceleration sensor or relative acceleration sensor, is an acceleration sensor that measures contactlessly the relative acceleration of two components relative to one another. In this case, no spring-mass system is used, so that it is independent of the centrifugal and gravitational acceleration.
Bekannte Verfahren zum Bestimmen der Kurbelwellengeschwindigkeit bieten keine echte Redundanz in Form zweier unabhängiger Sensoren zur Verwendung in der zweiten Ebene. Die Verwendung eines Beschleunigungssignals von einem unabhängigen zweiten Sensor und der daraus abgeleiteten Drehzahl kann dieses Defizit beheben. Auf diese Weise wird eine Redundanz bei der Motordrehzahlerfassung durch den zweiten unabhängigen Sensoren erreicht.Known methods for determining crankshaft speed do not provide true redundancy in the form of two independent sensors for use in the second level. The use of an acceleration signal from an independent second sensor and the speed derived therefrom can overcome this deficiency. In this way, a redundancy in the engine speed detection is achieved by the second independent sensors.
In der zweiten Ebene, welche die Überwachung durchführt, wird die bisherige Plausibilisierung der Drehzahl durch den redundanten zweiten Sensor erweitert. In the second level, which performs the monitoring, the previous plausibility of the speed is extended by the redundant second sensor.
Weiterhin ist zu beachten, dass die erreichte Redundanz durch unterschiedliche Messprinzipien erzielt werden kann. So können
- 1) ein konventioneller Sensor mit Geberzahnrad für die Kurbelwellenposition und die daraus durch Differentiation berechnete Drehzahl sowie
- 2) ein zusätzlicher Beschleunigungssensor für Winkelbeschleunigung und die daraus durch Integration ermittelter Drehzahl
- 1) a conventional sensor with encoder gear for the crankshaft position and the calculated by differentiation speed and
- 2) an additional acceleration sensor for angular acceleration and the speed determined by integration
Die direkt gemessene Beschleunigung wird als Zustandsgröße in der zweiten Ebene verwendet und ersetzt die bisher aus dem Drehgebersignal berechnete Größe. Das Rohsignal "Beschleunigung" wird in der zweiten Ebene als zusätzliche redundante Zustandsgröße eingelesen, und es wird daraus eine Motordrehzahl berechnet.The directly measured acceleration is used as the state quantity in the second plane and replaces the quantity previously calculated from the encoder signal. The raw signal "acceleration" is read in the second level as an additional redundant state variable, and it is calculated from an engine speed.
Weiterhin kann ein Vergleich der beiden unabhängig ermittelten und berechneten Motordrehzahlen zur gegenseitigen Plausibilisierung sowie zur Plausibilisierung gegenüber der in der ersten Ebene berechneten Drehzahl erfolgen. Abhängig von der gewählten Strategie kann eine plausibilisierte Überwachungs-Motordrehzahl in der zweiten Ebene bereitgestellt werden. Es kann außerdem im Fehlerfall eine Fehlerreaktion ausgelöst werden.Furthermore, a comparison of the two independently determined and calculated engine speeds for mutual plausibility and plausibility against the calculated speed in the first level can be done. Depending on the chosen strategy, a plausible monitoring engine speed may be provided in the second level. In addition, an error reaction can be triggered in the event of an error.
Der redundante zweite Sensor kann in der ersten Ebene ergänzend als Rückfalloption verwendet werden und dadurch die Diagnose- und Notlaufeigenschaften verbessern.The redundant second sensor can additionally be used as a fallback option in the first level and thereby improve the diagnostic and emergency running properties.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.Further advantages and embodiments of the invention will become apparent from the description and the accompanying drawings.
Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination indicated, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben.The invention is schematically illustrated by means of embodiments in the drawings and will be described in detail below with reference to the drawings.
Die Auswerteeinheit
In einem ersten Schritt
In einem zweiten Schritt
In einem dritten Schritt
In einem fünften Schritt
Die beiden Drehzahlwerte bzw. die ersten und zweiten Informationen sind voneinander unabhängig, da diese voneinander unabhängig von zwei voneinander unabhängigen Sensoren erfasst wurden. Dies bedeutet, dass eine Fehlfunktion eines der Sensoren sich nicht auf die Funktionsweise des anderen Sensors auswirkt.The two speed values or the first and second information are independent of each other, since they were independently detected by two independent sensors. This means that a malfunction of one of the sensors does not affect the functioning of the other sensor.
In der ersten Ebene können die zweiten Informationen oder der zweite Drehzahlwert ergänzend als Rückfalloption für den Notlauf verwendet werden.In the first level, the second information or the second speed value can additionally be used as a fallback option for emergency operation.
In einem anschließenden sechsten Schritt
Wird eine Fehlfunktion festgestellt, so kann in einem Schritt
Die Erfassung der Drehzahl bzw. der diese kennzeichnenden Größen kann kontinuierlich oder in zeitlichen Abständen, ggf. abhängig von äußeren Umständen oder von dem Betriebszustand erfolgen. Die Plausibilisierung kann ebenfalls kontinuierlich oder in zeitlichen Abständen, ggf. abhängig von äußeren Umständen oder von dem Betriebszustand, erfolgen.The detection of the rotational speed or the variables characterizing these can be carried out continuously or at intervals, possibly depending on external circumstances or on the operating state. The plausibility check can also be carried out continuously or at intervals, possibly depending on external circumstances or the operating state.
Claims (14)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE102015211916.5A DE102015211916A1 (en) | 2015-06-26 | 2015-06-26 | Method for determining a speed |
Applications Claiming Priority (1)
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DE102015211916A1 true DE102015211916A1 (en) | 2016-12-29 |
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DE102015211916.5A Withdrawn DE102015211916A1 (en) | 2015-06-26 | 2015-06-26 | Method for determining a speed |
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DE (1) | DE102015211916A1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113719361A (en) * | 2020-05-22 | 2021-11-30 | 纳博特斯克有限公司 | Ship control device, ship control method, and computer-readable recording medium |
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2015
- 2015-06-26 DE DE102015211916.5A patent/DE102015211916A1/en not_active Withdrawn
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN113719361A (en) * | 2020-05-22 | 2021-11-30 | 纳博特斯克有限公司 | Ship control device, ship control method, and computer-readable recording medium |
CN113719361B (en) * | 2020-05-22 | 2024-03-15 | 纳博特斯克有限公司 | Ship control device, ship control method, and computer-readable recording medium |
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