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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer Drehposition einer Brennkraftmaschine, wobei ein für die Drehposition der Brennkraftmaschine wahrscheinlichster Positionswinkel ermittelt wird, sowie eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung.
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Stand der Technik
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Um die Lage bzw. die Position, insbesondere einen Positionswinkel, einer Brennkraftmaschine zu ermitteln, wird üblicherweise je ein Geberzahnrad, das an einer Kurbelwelle und einer Nockenwelle angeordnet ist, ausgewertet. Ebenso sind weitere Funktionen zur Bestimmung des Positionswinkels bekannt. Auch sind Verfahren bekannt, welche die Zuverlässigkeit der Ermittlung des Positionswinkels bewerten.
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Aus der
DE 10 2011 084 081 A1 ist ein Verfahren bekannt, wobei ein wahrscheinlichster Positionswinkel ermittelt wird, der im Wesentlichen einer Drehposition der Brennkraftmaschine entspricht. Dabei werden Positionswinkeln jeweils zumindest zwei Wahrscheinlichkeiten zugeordnet, die zumindest zwei Wahrscheinlichkeiten werden miteinander verknüpft und in Abhängigkeit von den verknüpften Wahrscheinlichkeiten wird der wahrscheinlichste Positionswinkel aus den Positionswinkeln ermittelt.
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Die zumindest zwei Wahrscheinlichkeiten werden gemäß der
DE 10 2011 084 081 A1 von zumindest zwei unterschiedlichen Funktionen ermittelt und den Funktionen werden unterschiedliche Gewichtungsfaktoren zugeordnet. Eine Güte für einen der Positionswinkel ergibt sich aus der Summe des Produkts der von der jeweiligen Funktion für den einen der Positionswinkel ermittelten Wahrscheinlichkeit und dem Gewichtungsfaktor für die jeweilige Funktion über alle Funktionen geteilt durch die Summe der Gewichtungsfaktoren aller Funktionen. Der wahrscheinlichste Positionswinkel ist der Positionswinkel, dem eine maximale Güte zugeordnet ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Vor diesem Hintergrund werden ein Verfahren zum Bestimmen einer Drehposition einer Brennkraftmaschine sowie eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
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Es wird ein für die Drehposition der Brennkraftmaschine wahrscheinlichster Positionswinkel ermittelt. Zu diesem Zweck wird im Rahmen des vorliegenden Verfahrens im Zuge wenigstens einer Bestimmungsmethode jeweils wenigstens einem Positionswinkelbereich, welcher sich zwischen einem jeweiligen ersten Positionswinkel bzw. einem jeweiligen Positionswinkelstartwert und einem jeweiligen zweiten Positionswinkel bzw. einem jeweiligen Positionswinkelendwert erstreckt, eine Wahrscheinlichkeit zugeordnet, mit welcher sich der aktuelle Positionswinkel der Brennkraftmaschine in diesem jeweiligen Positionswinkelbereich befindet („Aufenthaltswahrscheinlichkeit“). Die einzelnen Positionswinkelbereiche der wenigstens einen Berechnungsmethode und deren jeweilige zugeordnete Wahrscheinlichkeiten werden ausgewertet und daraus wird der wahrscheinlichste Positionswinkel bestimmt.
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Der jeweilige erste Positionswinkel und der jeweilige zweite Positionswinkel eines derartigen Positionswinkelbereichs sind dabei insbesondere unterschiedliche, nicht identische Werte. Ein derartiger Positionswinkelbereich ist somit also insbesondere als ein Intervall aus einer Mehrzahl von verschiedenen Positionswinkelwerten zu verstehen. Dass einem solchen Positionswinkelbereich eine Wahrscheinlichkeit zugeordnet wird, mit welcher sich der aktuelle Positionswinkel der Brennkraftmaschine in diesem jeweiligen Positionswinkelbereich befindet, entspricht insbesondere dem Konzept der Wahrscheinlichkeitsdichte(funktion), wobei sich die Aufenthaltswahrscheinlichkeit als Integral ergibt.
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Positionswinkelbereiche unterschiedlicher Bestimmungsmethoden werden zweckmäßigerweise individuell und unabhängig voneinander bestimmt. Insbesondere werden die konkreten ersten und zweiten Positionswinkel und somit die konkreten Breiten der einzelnen Positionswinkelbereiche sowie deren Aufenthaltswahrscheinlichkeiten der einzelnen Bestimmungsmethoden individuell und unabhängig voneinander bestimmt. Im Zuge der Auswertung werden die einzelnen Positionswinkelbereiche und die zugeordneten Aufenthaltswahrscheinlichkeiten insbesondere miteinander verknüpft und zweckmäßigerweise gemeinsam, in Abhängigkeit voneinander bzw. unter Berücksichtigung voneinander ausgewertet.
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Insbesondere kann eine Mehrzahl verschiedener Bestimmungsmethoden verwendet werden, wobei im Zuge jeder dieser Mehrzahl von Bestimmungsmethoden jeweils wenigstens einem Positionswinkelbereich eine Wahrscheinlichkeit zugeordnet wird, mit welcher sich der aktuelle Positionswinkel der Brennkraftmaschine in diesem jeweiligen Positionswinkelbereich befindet. Die einzelnen Positionswinkelbereiche dieser Mehrzahl der Berechnungsmethoden und deren jeweilige zugeordnete Wahrscheinlichkeiten werden ausgewertet, insbesondere miteinander verknüpft bzw. gemeinsam bzw. in Abhängigkeit voneinander, und daraus wird der wahrscheinlichste Positionswinkel bestimmt.
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Mit Hilfe jeder Bestimmungsmethode wird jeweils zweckmäßigerweise eine spezifische Anzahl von Positionswinkelbereichen mit jeweils einer Aufenthaltswahrscheinlichkeit bereitgestellt.
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Das vorliegende Verfahren stellt insbesondere eine Verbesserung des in der
DE 10 2011 084 081 A1 gezeigten Verfahrens dar, gemäß welchem diskreten Positionswinkeln diskrete Wahrscheinlichkeiten zugeordnet werden und gemäß welchem der wahrscheinlichste Positionswinkel in Abhängigkeit von derartigen diskreten Wahrscheinlichkeiten ermittelt wird. Im Gegensatz dazu werden gemäß dem vorliegenden Verfahren Positionswinkelbereichen, also Intervallen von einzelnen konkreten Positionswinkeln, Wahrscheinlichkeiten bzw. Wahrscheinlichkeitsdichten zugeordnet. Der wahrscheinlichste Positionswinkel wird ferner in Abhängigkeit von derartigen Wahrscheinlichkeiten bzw. Wahrscheinlichkeitsdichten ganzer Positionswinkelbereiche bzw. Positionswinkelintervalle bestimmt.
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Das Verfahren gemäß der
DE 10 2011 084 081 A1 ermöglicht eine diskrete bzw. gerasterte Bestimmung des wahrscheinlichsten Positionswinkels. Im Gegensatz dazu ermöglicht das vorliegende Verfahren zweckmäßigerweise eine kontinuierliche, nicht gerasterte Bestimmung des wahrscheinlichsten Positionswinkels. Ein entsprechender Berechnungsalgorithmus kann somit zweckmäßigerweise einfach gehalten werden mit einem verbesserten Laufzeitverhalten.
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Vorteilhafterweise ergibt die Summe der einzelnen Wahrscheinlichkeiten des wenigstens einen Positionswinkelbereichs jeder Bestimmungsmethode insgesamt jeweils den Wert Eins bzw. 100%. Die Gesamtfläche aller Positionswinkelbereiche unter der Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion einer Bestimmungsmethode ergibt somit zweckmäßigerweise den Wert Eins. Pro Bestimmungsmethode wird also die Gesamtwahrscheinlichkeit von Eins bzw. von 100% auf die einzelnen Positionswinkelbereiche dieser jeweiligen Bestimmungsmethode aufgeteilt.
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Vorzugsweise werden im Zuge der Auswertung die einzelnen Positionswinkelbereiche der wenigstens einen Bestimmungsmethode und deren jeweilige Wahrscheinlichkeiten, insbesondere durch Verwendung von Wahrscheinlichkeitsdichten, überlagert.
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Insbesondere ist eine additive Überlagerung vorteilhaft, wobei insbesondere eine Summenpositionsdichte bestimmt wird. Jedoch kann auch eine andere Überlagerung, insbesondere eine multiplikative Überlagerung vorteilhaft sein, da hierdurch Bereiche, die gemäß einer Methode mit der Wahrscheinlichkeit Null behaftet sind, wegfallen.
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Durch eine derartige Überlagerung können zweckmäßigerweise auch neue Positionswinkelbereiche entstehen. Grenzen derartiger neu entstehender Positionswinkelbereiche sind insbesondere Schnittgrenzen der einzelnen Positionswinkelbereiche aus den verschiedenen Bestimmungsmethoden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform wird im Zuge der Auswertung ein wahrscheinlichster Positionswinkelbereich bestimmt, in welchem sich der aktuelle Positionswinkel der Brennkraftmaschine mit einer höchsten Wahrscheinlichkeit befindet. Zweckmäßigerweise werden somit sämtliche mit den verschiedenen Bestimmungsmethoden bestimmte Positionswinkelbereiche und deren zugeordnete Wahrscheinlichkeiten bzw. Wahrscheinlichkeitsdichten ausgewertet, um ein Positionswinkelintervall zu finden, in welchem der aktuelle Positionswinkel mit höchster Wahrscheinlichkeit liegt. Wie obig erläutert, wird somit zweckmäßigerweise keine diskrete, gerasterte Bestimmung des wahrscheinlichsten Positionswinkels durchgeführt, sondern insbesondere eine kontinuierliche, nicht gerasterte Bestimmung. Insbesondere kann dieser wahrscheinlichste Positionswinkelbereich auch aus der Überlagerung der einzelnen Positionswinkelbereiche bestimmt werden, also insbesondere aus der Summenpositionsdichte. Zweckmäßigerweise wird als wahrscheinlichster Positionswinkelbereich der Winkelbereich mit der höchsten Summenpositionsdichte gewählt.
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Bevorzugt wird der wahrscheinlichste Positionswinkel als ein repräsentativer Wert des bestimmten wahrscheinlichsten Positionswinkelbereichs bestimmt. Somit wird ein zweckmäßiger Wert innerhalb des wahrscheinlichsten Positionswinkelbereichs als wahrscheinlichster Positionswinkel gewählt, welcher die aktuelle Drehposition der Brennkraftmaschine charakterisiert.
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Vorzugsweise wird der wahrscheinlichste Positionswinkel als Mittelwert des bestimmten wahrscheinlichsten Positionswinkelbereichs bestimmt. Zweckmäßigerweise wird als der wahrscheinlichste Positionswinkel somit der Mittelwert zwischen dem entsprechenden ersten Positionswinkel bzw. Positionswinkelstartwert und dem entsprechenden zweiten Positionswinkel bzw. Positionswinkelendwert des wahrscheinlichsten Positionswinkelbereichs gewählt. Es versteht sich, dass der repräsentative Wert auch mittels anderer Methoden bestimmt werden kann, beispielsweise als ein Median, usw.
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Vorteilhafterweise wird eine Breite des wahrscheinlichsten Positionswinkelbereichs als eine Positionswinkelunschärfe bestimmt. Als Breite des wahrscheinlichsten Positionswinkelbereichs sei insbesondere eine Differenz zwischen dem entsprechenden ersten Positionswinkel bzw. Positionswinkelstartwert und dem entsprechenden zweiten Positionswinkel bzw. Positionswinkelendwert des wahrscheinlichsten Positionswinkelbereichs zu verstehen. Diese Positionswinkelunschärfe stellt dabei insbesondere eine Güte bzw. Qualität des bestimmten wahrscheinlichsten Positionswinkel und somit der bestimmten aktuellen Drehposition dar. Die Positionswinkelunschärfe ermöglicht Rückschlüsse darüber, wie präzise der bestimmte wahrscheinlichste Positionswinkel tatsächlich die aktuelle Drehposition bzw. Motorposition charakterisiert.
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Die einzelnen Bestimmungsmethoden können jeweils zweckmäßige Methoden darstellen, im Zuge derer Signale, Verläufe, Messwerte usw. der Brennkraftmaschine ausgewertet werden, um auf den Positionswinkel rückzuschließen. Vorzugsweise können die wenigstens eine Bestimmungsmethode mit Hilfe einer oder mehrerer der folgenden Methoden durchgeführt werden: Auswerten eines Kurbelwellensignals, Auswerten eines Nockenwellensignals, Beobachtung eines Verlaufs einer Drehzahl der Brennkraftmaschine, Beobachtung eines Verlaufs eines Zylinderinnendrucks, Beobachtung eines Verlaufs eines Raildrucks, Beobachtung eines Verlaufs eines Saugrohrdrucks, Beobachtung eines Spannungsverlaufs eines Generators und/oder Durchführen von Testeinspritzungen und Beobachtung des sich ergebenden Verlaufs einer Drehzahl und/oder eines Drehmoments der Brennkraftmaschine.
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Vorzugsweise wird die Brennkraftmaschine in Abhängigkeit von dem bestimmten wahrscheinlichsten Positionswinkel betrieben. Insbesondere kann eine Steuerung bzw. Regelung der Brennkraftmaschine, z.B. die Vorgabe von Einspritzzeitpunkten, Zündzeitpunkten, Klappenöffnungs- und Schließzeitpunkten u.v.m., in Abhängigkeit von dem bestimmten wahrscheinlichsten Positionswinkel durchgeführt werden. Die Bestimmung der Drehposition gemäß vorliegendem Verfahren kann dabei zweckmäßigerweise alternativ oder zusätzlich zu einer Drehpositionsbestimmung mittels Geberzahnrad durchgeführt werden.
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Eine erfindungsgemäße Recheneinheit, z.B. ein Steuergerät eines Kraftfahrzeugs, ist, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.
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Auch die Implementierung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in Form eines Computerprogramms mit Programmcode zur Durchführung aller Verfahrensschritte ist vorteilhaft, da dies besonders geringe Kosten verursacht, insbesondere wenn ein ausführendes Steuergerät noch für weitere Aufgaben genutzt wird und daher ohnehin vorhanden ist. Geeignete Datenträger zur Bereitstellung des Computerprogramms sind insbesondere magnetische, optische und elektrische Speicher, wie z.B. Festplatten, Flash-Speicher, EEPROMs, DVDs u.a.m. Auch ein Download eines Programms über Computernetze (Internet, Intranet usw.) ist möglich.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
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Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.
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Figurenliste
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- 1 zeigt schematisch eine Brennkraftmaschine, die einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zugrunde liegen kann.
- 2 zeigt schematisch eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens als ein Blockdiagramm.
- 3 zeigt schematisch Verteilungen von Positionswinkelbereichen, die im Zuge einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens bestimmt werden können.
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Ausführungsform(en) der Erfindung
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In 1 ist ein Ausschnitt einer Brennkraftmaschine schematisch dargestellt und mit 100 bezeichnet.
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Eine Kurbelwelle 1 der Brennkraftmaschine 100 ist drehfest mit einem ersten Antriebsrad 2a verbunden. Eine Nockenwelle 3 ist drehfest mit einem zweiten Antriebsrad 2b verbunden, wobei zwischen dem Antriebsrad 2b und der Nockenwelle 3 eine Phasenverstellvorrichtung 11 vorgesehen sein kann. Die Kurbelwelle 1 treibt über einen Primärtrieb 2c, der beispielsweise als eine Kette, ein Zahnriemen oder eine Folge von Zahnrädern ausgebildet ist und formschlüssig in das erste Antriebsrad 2a und das zweite Antriebsrad 2b eingreift, eine (oder mehrere) Nockenwellen 3 an.
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Die Brennkraftmaschine 100 weist ferner Zylinder 5 auf, in welchen jeweils ein beweglicher Kolben 6 angeordnet ist, der jeweils mittels einer Pleuelstange 7 an der Kurbelwelle 1 befestigt. Die Zylinder 5 weisen ferner Einlassventile 8a und Auslassventile 8b auf, die von Nocken 4 mit exzentrisch bezüglich der Nockenwelle 3 ausgebildeten Nockenflanken geöffnet oder geschlossen werden. Die Einlass- und Auslassventile 8a und 8b werden jeweils von einer Ventilfeder 9 in Richtung eines Ventilsitzes 10 gedrückt.
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Die Nockenwelle 3 ist drehfest mit einem Nockenwellengeberrad 14 verbunden, dessen Umfang bzw. Rand Markierungen 14a (Zähne und Lücken) aufweist. Ein Aufnehmer 15, beispielsweise ein Hall-Sensor, ist in der Nähe des Rands des Nockenwellengeberrads 14 angeordnet und mit einem Steuergerät 20 verbunden. Analog ist die Kurbelwelle 1 mit einem Kurbelwellengeberrad 12 drehfest verbunden, dessen Rand ebenfalls Markierungen 12a (Zähne und Lücken) aufweist. Ein Aufnehmer 13 ist in der Nähe des Rands des Kurbelwellengeberrads 12 angeordnet und mit dem Steuergerät 20 verbunden.
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Im Betrieb der Brennkraftmaschine 100 drehen sich die Kurbelwelle 1 und die Nockenwelle 3 und damit auch das Kurbelwellengeberrad 12 und das Nockenwellengeberrad 14. Der Aufnehmer 13 tastet das Kurbelwellengeberrad 12 ab, wobei die Markierungen 12a in dem Aufnehmer 13 ein Messsignal (sog. Kurbelwellensignal) in Form eines Spannungsimpulssignals erzeugen. Analog tastet der Aufnehmer 15 das Nockenwellengeberrad 14, wobei die Markierungen 14a ein entsprechendes Messsignal (sog. Nockenwellensignal) erzeugen. Die Messsignale werden an das Steuergerät 20 übermittelt und von diesem ausgewertet.
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Ferner ist das Steuergerät 20 dazu vorgesehen, eine aktuelle Drehposition der Brennkraftmaschine 100 zu bestimmen. Zu diesem Zweck ist das Steuergerät 20, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens auszuführen, welches in 2 schematisch als ein Blockdiagramm dargestellt ist und nachfolgend in Bezug auf die 2 bis 3 erläutert wird.
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Im Zuge des Verfahrens wird ein wahrscheinlichster Positionswinkel ermittelt, der im Wesentlichen einer Drehposition der Brennkraftmaschine 100 entspricht.
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In einem Schritt 211 wird wie obig erläutert das Messsignal des dem Kurbelwellengeberrad 12 zugeordneten Aufnehmers 13 als Kurbelwellensignal erfasst. In Schritt 212 wird dieses Kurbelwellensignal mit Hilfe einer ersten Bestimmungsmethode ausgewertet, im Zuge derer eine erste Verteilung 310 von Wahrscheinlichkeitsdichten bzw. von Positionswinkeldichten bestimmt wird.
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Es kann angenommen werden, dass Drehwinkeldifferenzen der Brennkraftmaschine zwischen Zeitpunkten der Erfassung von Flanken des Kurbelwellengeberrads 12 und beliebig zeitlich folgenden Positionsberechnungszeitpunkten stets bekannt sind.
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Bei Verwendung eines Standard-Kurbelwellengeberrads 12 („60-2 Zähne“) mit 58 vorhandenen und 2 fehlenden Zähnen (Lücke) und der absoluten Null-Position (0° KW) des Motors an der zweiten fallenden Signalflanke nach der Lücke, wird nach Motorstart die Positionswinkeldichte bis zum erstmaligen Erkennen der Lücke mit dem Wert 0 berechnet.
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Nach dem Erkennen der Lücke werden zum Zeitpunkt des Erfassens der zweiten fallenden Signalflanke nach der Lücke zwei Positionswinkelbereiche bzw. Positionsdichteintervalle 311, 312 berechnet. Der Positionswinkelstartwert 311a eines ersten Positionswinkelbereichs bzw. Dichteintervalls 311 entspricht insbesondere einer möglichen absoluten Position abzüglich einer Unschärfe dieser Bestimmungsmethode. Der Positionswinkelendwert 311b des ersten Positionswinkelbereichs 311 berechnet sich insbesondere aus der möglichen absoluten Position zuzüglich der Unschärfe dieser Bestimmungsmethode. Die Unschärfe der Positionserfassung einer Bestimmungsmethode wird beispielhaft zu 0,5°KW gewählt, so dass sich die Intervallbreite zu 1°KW ergibt.
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Da bei einer Viertakt-Brennkraftmaschine ein Motorarbeitsspiel zwei KW-Umdrehungen (und somit der gesamte Winkelbereich 720°KW) entspricht, ist das zweite Dichteintervall
312 insbesondere um 360° gegenüber dem ersten Intervall
311 verschoben. Die Wahrscheinlichkeit, mit der sich die Brennkraftmaschine in einem der beiden Winkelbereiche
311,
312 befindet, ist 0,5. Die Dichtewerte (y-Achse) der beiden Intervalle sind gleich und berechnen sich insbesondere nach der Formel:
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Für die Berechnung der Dichteintervalle zu einem anderen Zeitpunkt wird die Winkeldifferenz zwischen dem aktuellen Positionsberechnungszeitpunkt und der zweiten fallenden Signalflanke nach der Lücke zu den beiden Intervallstartwerten addiert. Die Berechnung der Intervallendwerte erfolgt analog zu oben. Die Dichtewerte bleiben unverändert.
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Als Ergebnis dieser ersten Bestimmungsmethode werden somit in Schritt 212 verschiedene Positionswinkelbereiche jeweils zwischen einem ersten und einem zweiten Positionswinkel bestimmt und diesen verschiedenen Positionswinkelbereichen wird jeweils eine Wahrscheinlichkeit zugeordnet, mit welcher sich der aktuelle Positionswinkel der Brennkraftmaschine 100 in diesem jeweiligen Positionswinkelbereich befindet. Die einzelnen Wahrscheinlichkeiten entsprechen dabei insbesondere einer Fläche des jeweiligen zugeordneten Positionswinkelbereichs unter der Wahrscheinlichkeitsdichte. Ferner addieren sich sämtliche dieser Wahrscheinlichkeiten insgesamt zu Eins. Somit beschreibt diese in Schritt 212 bestimmte erste Wahrscheinlichkeitsdichte, wie wahrscheinlich es basierend auf der Kurbelwellensignalauswertung ist, dass der aktuelle Positionswinkel in den jeweiligen Positionswinkelbereichen liegt.
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Entsprechend wird in Schritt 221 das Messsignal des dem Nockenwellengeberrad 14 zugeordneten Aufnehmers 15 als Nockenwellensignal erfasst. In Schritt 222 wird dieses Nockenwellensignal mit Hilfe einer zweiten Bestimmungsmethode ausgewertet, um eine zweite Verteilung 320 von Wahrscheinlichkeitsdichten bzw. von Positionswinkeldichten zu bestimmen.
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Auch hier kann angenommen werden, dass Drehwinkeldifferenzen der Brennkraftmaschine zwischen den Zeitpunkten der Erfassung einer Flanke des Nockenwellengeberrads 14 und den beliebig zeitlich folgenden Positionsberechnungszeitpunkten stets bekannt sind.
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Bei der beispielhaften Verwendung eines fiktiven NW-Geberrades mit 3 Zähnen und einer symmetrischen Zahnverteilung auf dem NW-Geberrad, wird nach Motorstart die Positionsdichte bis zum erstmaligen Erkennen einer NW-Flanke mit dem Wert 0 berechnet.
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Zu einem Zeitpunkt der Erfassung einer steigenden oder fallenden NW-Flanke werden insbesondere über eine kalibrierbare, feste Zuordnung der NW-Flanken zu der absoluten Null-Position des Motors, drei mögliche Positionswinkelbereiche bzw. Positionswinkeldichteintervalle 321, 322, 323 berechnet.
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Ein Positionswinkelstartwert 321a eines ersten Positionswinkelbereichs 321 entspricht insbesondere einer möglichen absoluten Position abzüglich einer Unschärfe dieser Bestimmungsmethode, welche rein beispielhaft mit 16° gewählt ist. Der Positionswinkelendwert 321b des ersten Positionswinkelbereichs321 berechnet sich insbesondere aus der möglichen absoluten Position zuzüglich der Unschärfe dieser Methode, so dass sich die Intervallbreite zu 32°KW ergibt.
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Da bei einer Viertakt-Brennkraftmaschine ein Motorarbeitsspiel zwei KW-Umdrehungen (und somit der gesamte Winkelbereich 720°) entspricht, ist der zweite Positionswinkelbereich 322 unter Beachtung der oberen Symmetrieannahme um 240° gegenüber dem ersten Intervall verschoben. Der dritte Positionswinkelbereich 323 ist um 240° gegenüber dem zweiten Dichteintervall 323 verschoben.
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Die Wahrscheinlichkeit, mit der sich die Brennkraftmaschine in einem der drei Winkelbereiche
321,
322,
323 befindet, ist 1/3. Die Wahrscheinlichkeiten, dass sich die Brennkraftmaschine innerhalb dieser Bereiche befindet sind gleich. Somit berechnen sich die Dichtewerte der drei Intervalle nach der Formel:
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Für die Berechnung der Positionswinkelbereiche bzw. Dichteintervalle zu einem anderen Zeitpunkt wird insbesondere die Winkeldifferenz zwischen dem aktuellen Positionsberechnungszeitpunkt und der letzten, erfassten NW-Flanke zu der einen möglichen absoluten Position der zuletzt erfassten NW-Flanke addiert. Die Berechnung der Positionswinkelstartwerte und Positionswinkelendwerte erfolgt analog zu oben, wie auch die Berechnung des zweiten und dritten Dichteintervalls.
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Bei einer Erweiterung des o.g. Algorithmus kann die Wahrscheinlichkeitsdichte beispielsweise auch vor dem Erkennen einer NW-Flanke berechnet werden. Hierfür können insbesondere auch Winkeldifferenzen zwischen den Positionsberechnungszeitpunkten verwendet werden, ohne dass zuvor eine NW-Flanke erfasst wurde.
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Bei einer allgemeinen Ausführung des Algorithmus können insbesondere die NW-Pegel, Art der NW-Flanken (fallend/steigend), Winkelabstände zwischen den NW-Flanken und die Winkelabstände zwischen den Positionsberechnungszeitpunkten und den erfassten NW-Flanken verwendet werden.
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Auch als Ergebnis dieser zweiten Bestimmungsmethode werden in Schritt 222 somit verschiedene Positionswinkelbereiche jeweils zwischen einem ersten und einem zweiten Positionswinkel bestimmt und diesen verschiedenen Positionswinkelbereichen wird jeweils eine Wahrscheinlichkeit zugeordnet, mit welcher sich der aktuelle Positionswinkel der Brennkraftmaschine 100 in diesem jeweiligen Positionswinkelbereich befindet. Auch in diesem Fall addieren sich sämtliche dieser Wahrscheinlichkeiten insgesamt zu Eins. Diese in Schritt 222 bestimmte zweite Wahrscheinlichkeitsdichte beschreibt somit, wie wahrscheinlich es basierend auf der Auswertung des Nockenwellensignals ist, dass der aktuelle Positionswinkel in den jeweiligen Positionswinkelbereichen liegt.
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Die einzelnen in den Schritten 212 und 222 bestimmten Positionswinkelbereiche sowie deren zugeordnete Wahrscheinlichkeiten werden nun ausgewertet und daraus wird der wahrscheinlichste Positionswinkel bestimmt, wie nachfolgend erläutert wird.
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Zu diesem Zweck werden in Schritt 230 die in Schritt 212 gemäß der ersten Bestimmungsmethode bestimmten Positionswinkelbereiche und deren Wahrscheinlichkeitsdichten mit den in Schritt 222 gemäß der zweiten Bestimmungsmethode bestimmten Positionswinkelbereiche und deren Wahrscheinlichkeitsdichten überlagert. Somit wird in Schritt 230 insbesondere eine Summenpositionsdichte 330 bestimmt. Durch Überlagerung von Positionswinkelbereichen aus der ersten und der zweiten Bestimmungsmethode können beispielsweise auch neue bzw. veränderte Positionsbereiche entstehen. Die Verteilung 330 zeigt eine additive Überlagerung der jeweiligen Wahrscheinlichkeitsdichten 310 und 320. Wie zu erkennen ist, entsteht durch die Überlagerung der Positionswinkelbereiche 311 und 321 ein neuer Positionswinkelbereich 331, dessen Dichtewert größer ist als die der übrigen Positionswinkelbereiche.
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In Schritt 240 wird aus den in Schritt 230 überlagerten Positionsbereichen ein wahrscheinlichster Positionswinkelbereich bestimmt, in welchem sich der aktuelle Positionswinkel der Brennkraftmaschine mit einer höchsten Wahrscheinlichkeit befindet. Insbesondere wird derjenige Positionswinkelbereich ausgewählt, welcher den größten Summendichtewert aufweist. Daher wird der durch die Überlagerung neu entstandene Positionswinkelbereich 331 als der wahrscheinlichste Positionswinkelbereich ausgewählt. Der wahrscheinlichste Positionswinkelbereich 331 erstreckt sich zwischen einem ersten Positionswinkel 331a und einem zweiten Positionswinkel 331b, welche insbesondere identisch mit dem ersten Positionswinkel 311a und dem zweiten Positionswinkel 311b des Positionswinkelbereichs 311 sein können.
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In Schritt 250 wird ein repräsentativer Wert dieses in Schritt 240 bestimmten wahrscheinlichsten Positionswinkelbereichs als der wahrscheinlichste Positionswinkel bestimmt, vorzugsweise der Mittelwert des wahrscheinlichsten Positionswinkelbereichs. Der Mittelwert 331c der beiden Positionswinkel 331a und 331b wird somit als der wahrscheinlichste Positionswinkel bestimmt. Dieser wahrscheinlichste Positionswinkel wird somit als aktueller Positionswinkel bzw. aktuelle Drehposition der Kurbelwelle 100 bestimmt.
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Ferner wird in Schritt 260 eine Breite des wahrscheinlichsten Positionswinkelbereichs als eine Positionswinkelunschärfe bestimmt, welche Rückschlüsse über die Genauigkeit der in Schritt 250 bestimmten aktuellen Drehposition der Brennkraftmaschine 100 erlaubt. Somit wird die Breite des Positionswinkelbereichs 311, also eine Differenz der beiden Positionswinkel 331a und 331b, hier als die Positionswinkelunschärfe bestimmt.
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In Schritt 270 können der bestimmte aktuelle Positionswinkel bzw. die bestimmte aktuelle Drehposition sowie dessen Positionswinkelunschärfe für eine Regelung bzw. Steuerung der Brennkraftmaschine 100 verwendet werden, beispielsweise zum Steuern von Einspritz- und Zündzeitpunkten.
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Obgleich im vorliegenden Beispiel Verteilungen von Positionswinkelbereichen und deren Wahrscheinlichkeiten nur mit zwei Bestimmungsmethoden bestimmt wurden, versteht sich, dass im Rahmen des Verfahrens noch weitere Verteilungen von Positionswinkelbereichen und Wahrscheinlichkeiten mittels weiterer Bestimmungsmethoden bestimmt werden können, wodurch insbesondere eine Präzision der Drehpositionsbestimmung erhöht werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011084081 A1 [0003, 0004, 0011, 0012]
