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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Auswertung von Signalen eines Nockenwellensensors. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein Computerprogramm, welches eingerichtet ist, jeden Schritt des Verfahrens durchzuführen, sowie ein maschinenlesbares Speichermedium, auf welchem das Computerprogramm gespeichert ist. Schließlich betrifft die Erfindung ein elektronisches Steuergerät, welches eingerichtet ist, um das Verfahren durchzuführen.
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Stand der Technik
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Im Motorsteuergerät von Kraftfahrzeugen werden die elektrischen Signale von Nockenwellensensoren erfasst und zur Weiterverarbeitung abgespeichert. Dabei werden die Lage beziehungsweise der Winkel des Nockenwellengeberrades in Bezug zum Kurbelwellengeberrad ein Zeitstempel und ein Pegel der elektrischen Signale von Nockenwellengeberrädern gespeichert.
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Nockenwellensensoren nutzen den Hall-Effekt um die mechanischen Flanken der Zähne des Nockenwellengeberrades in ein elektrisches Signal umzuwandeln. Dabei eilt die elektrische Flanke dem Übergang von einer mechanischen Lücke zu einem mechanischen Zahn auf dem Nockenwellengeberrad voraus. Das elektrische Signal beim Übergang von einem mechanischen Zahn zu einer mechanischen Lücke des Nockenwellengeberrades ist hingegen verzögert. Dies wird auch als Hard Edge Offset (HEO) bezeichnet. Der HEO ist abhängig vom Abstand der Nockenwellensensoren zum Material des Nockenwellengeberrades. Dieser Abstand wird auch als Luftspalt bezeichnet.
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Nockenwellensensoren können nach ihrem Einschalten den HEO selbstständig korrigieren, da im Nockenwellensensor Schaltschwellen zur Erfassung des Materialübergangs nachgeführt und damit kalibriert werden können. Solange die Kalibrierung noch nicht abgeschlossen ist, sind die dem Motorsteuergerät vom Nockenwellensensor übermittelten Abstände zwischen Segmenten des Nockenwellengeberrades allerdings für mechanische Zähne zu lang und für mechanische Lücken zu kurz. Während der Kalibrierung des Nockenwellensensors, also typisch beim Start des Verbrennungsmotors führen die zulangen Segmente bzw. zu kurzen Segmente (bzw. die falsche Lage einer Flanke in Bezug zum Kurbelwellengeberrad) zu einer falschen oder verzögerten Synchronisation des Verbrennungsmotors. Aber nicht nur während der Kalibrierung, sondern auch danach liegt der HEO vor und variiert in Abhängigkeit vom Luftspalt. Wie stark der HEO vom Luftspalt abhängt, liegt an der gespeicherten Schaltschwelle für die magnetische Flussdichte im Nockenwellensensor, die beim Start kalibriert wird. Dies führt zu einer Verschlechterung in der Bestimmung der Luftbefüllung im laufenden Betrieb des Verbrennungsmotors.
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Bei Abschalten des Motorsteuergeräts wird der Nockenwellensensor nicht mehr mit elektrischer Energie versorgt. Da aktuelle Nockenwellensensoren keine Speichermodule aufweisen, um die Kalibrierinformation zu speichern, muss die Kalibrierung nach jedem Neustart des Motorsteuergeräts erneut durchgeführt werden und das Motorsteuergerät wird jedes Mal während der Kalibrierung vom Nockenwellensensor mit fehlerhaften Daten versorgt.
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Offenbarung der Erfindung
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In dem Verfahren zur Auswertung von Signalen eines Nockenwellensensors wird nach Beenden eines Kalibrierbetriebs des Nockenwellensensors für Schaltereignisse des Nockenwellensensors während des Kalibrierbetriebs eine Differenz zwischen einem unkalibrierten Signal eines Nockenwellenwinkels und einem kalibrierten Signal eines Nockenwellenwinkels eines jeweiligen Zahns eines Nockenwellengeberrades ermittelt. In einer Ausführungsform des Verfahrens wird während eines erneuten Kalibrierbetriebs des Nockenwellensensors diese Differenz bei der Auswertung der Signale berücksichtigt. In einer anderen Ausführungsform wird aus der Differenz ein Luftspalt des Nockenwellensensors ermittelt, wobei insbesondere auch eine Charakteristik der Differenz berücksichtigt wird. Der Luftspalt wird vorzugsweise während eines erneuten Kalibriebetriebs des Nockenwellensensors bei der Auswertung der Signale berücksichtigt.
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Da die Differenz zwischen einem unkalibrierten Signal und einem kalibrierten Signal im Wesentlichen von dem Normluftspalt zwischen Nockenwellensensor und Nockenwellengeberrad und individuellen Fertigungstoleranzen abhängt, ändert sich diese Differenz mit der Lebensdauer des Nockenwellensensors kaum. Es kann also davon ausgegangen werden, dass bei einem erneuten Kalibrierbetrieb des Nockenwellensensors die an das Motorsteuergerät übermittelten Nockenwellenwinkel von den tatsächlichen Nockenwellenwinkeln um dieselbe Differenz abweichen, die bei einem vorhergegangenen Kalibrierbetrieb vorlag. Auch wenn bei erstmaliger Durchführung des Kalibrierbetriebs das Motorsteuergerät die fehlerbehafteten Signale des Nockenwellensensors verwenden muss, so kann jedoch nach Beenden des Kalibrierbetriebs aufgrund der nun zur Verfügung stehenden kalibrierten Signale für dieselben Zähne des Nockwellengeberrades, die die Schaltereignisse im Kalibrierbetrieb ausgelöst haben, darauf geschlossen werden, wie groß im Kalibrierbetrieb die Differenz zwischen dem an das Motorsteuergerät übermittelten unkalibrierten Signal und dem tatsächlichen Signal gewesen ist. Durch Kenntnis dieser Differenz im nächsten Kalibrierbetrieb können die dann empfangenen Signale des Nockenwellensensors im Motorsteuergerät korrigiert werden, sodass auch während des Kalibrierbetriebs der korrekte Nockenwellenwinkel ermittelt werden kann. Im laufenden Betrieb kann die Varianz des HEOs ausgeglichen werden und so die Bestimmung der Luftbefüllung des Verbrennungsmotors verbessert werden.
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Bei einem Ausbau und Einbau des Nockenwellensensors oder dessen Tausch, kann sich der Luftspalt ändern. Deshalb wird die Differenz vorzugsweise bei jedem Start durchgeführt, bei dem der Nockenwellensensor nicht mit elektrischer Energie versorgt war.
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Im Kalibrierbetrieb eines Nockenwellensensors kommt es von Schaltereignis zu Schaltereignis zu einer Verringerung der Abweichung von einem Übergang von einer mechanischen Lücke zu einem mechanischem Zahn beziehungsweise umgekehrt und dem zugeordneten elektrischen Signal. Schließlich wird ein Rest HEO erreicht, womit die Kalibrierung abgeschlossen ist. Dabei erfolgt die Kalibrierung auf eine abgespeicherte Schaltschwelle für die magnetische Flussdichte, die beispielsweise 50 % oder 70 % betragen kann. Abhängig vom Typ des verwendeten Nockenwellensensors und dem Normluftspalt ist empirisch bekannt, wie viele Schaltereignisse üblicherweise bis zum Ende der Kalibrierung benötigt werden. Es ist deshalb bevorzugt, dass ein Ende des Kalibrierbetriebs erkannt wird, wenn eine vorgebbare Anzahl von Schaltereignissen erfolgt ist.
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Ein Beginn des Kalibrierbetriebs wird vorzugsweise dann erkannt, wenn der Nockenwellensensor mit elektrischer Energie versorgt wird. Diese Versorgung mit elektrischer Energie erfolgt üblicherweise durch das Motorsteuergerät nach dessen Einschalten, was auch als Urstart des Nockenwellensensors bezeichnet wird.
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Die Schaltereignisse umfassen vorzugsweise sowohl Übergänge von einem Zahn des Nockenwellengeberrades auf eine Lücke als auch Übergänge von einer Lücke auf ein Zahn des Nockwellengeberrades. Auf diese Weise können Abweichungen des unkalibrierten Signals eines Nockenwellenwinkels vom tatsächlichen Nockenwellenwinkel während des Kalibrierbetriebs für beide Arten von Schaltereignissen korrigiert werden. Dabei ist zu beachten, dass bei der Differenzbildung stets nur unkalibrierte und kalibrierte Signale der jeweils gleichen Art von Übergängen voneinander subtrahiert werden dürfen.
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Die Differenzbildung erfolgt vorzugsweise so, dass nach Beenden des Kalibriebetriebs eine Anzahl von Schaltereignissen erfasst wird, die der Anzahl der Schaltereignisse während des Kalibriebetriebs entspricht. Dann können Paare von jeweils einem Schaltereignis während des Kalibrierbetriebs und einem nach Ende des Kalibrierbetriebs erfassten Schaltereignis gebildet werden und für jedes Paar eine Differenz berechnet werden. So ist es möglich in einem späteren Kalibrierbetrieb das unkalibrierte Signal jedes einzelnen Schaltereignisses, das an das Motorsteuergerät übermittelt wird, zu korrigieren.
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In einer Ausführungsform des Verfahrens werden die Differenzen vorzugsweise in einem elektronischen Steuergerät, besonders bevorzugt im Motorsteuergerät, gespeichert. In einer anderen Ausführungsform des Verfahrens erfolgt eine Speicherung des ermittelten Luftspalts. Damit bleiben diese Informationen auch nach Abschalten des Nockenwellensensors erhalten und können nach seinem erneuten Einschalten verwendet werden, um die Signale während des Kalibrierbetriebs zu korrigieren.
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Das Computerprogramm ist eingerichtet jeden Schritt des Verfahrens durchzuführen, insbesondere wenn es auf einem Rechengerät oder auf einem elektronischen Steuergerät abläuft. Es ermöglicht die Implementierung unterschiedlicher Ausführungsformen des Verfahrens in einem elektronischen Steuergerät, ohne hieran bauliche Veränderungen vornehmen zu müssen. Hierzu ist es auf dem maschinenlesbaren Speichermedium gespeichert.
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Durch Aufspielen auf ein herkömmliches elektronisches Steuergerät, insbesondere auf ein Motorsteuergerät, wird ein elektronisches Steuergerät erhalten, welches eingerichtet ist, um Signale eines Nockenwellensensors mittels des Verfahrens auszuwerten.
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Figurenliste
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
- 1 zeigt schematisch die Anordnung eines Nockenwellensensors, dessen Signale mittels Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgewertet werden können.
- 2 zeigt in einem Diagramm einen elektrischen Spannungsverlauf eines Signals eines Nockenwellensensors in einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens.
- 3 zeigt in einem Diagramm Differenzen zwischen unkalibrierten Nockenwellenwinkelsignalen und kalibrierten Signalen in Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Verfahrens für einen Übergang von einer mechanischen Lücke zu einem mechanischem Zahn eines Nockenwellengeberrades.
- 4 zeigt in einem Diagramm Differenzen zwischen unkalibrierten Nockenwellenwinkelsignalen und kalibrierten Signalen in Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Verfahrens beim Übergang von einem mechanischen Zahn zu einem mechanischen Lücke eines Nockenwellengeberrades.
- 5 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung.
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In 1 ist ein Nockenwellensensor 10 dargestellt, der vorliegend als Hall-Sensor ausgeführt ist. Er ist mit einem Luftspalt a zu einem Nockenwellengeberrad 20 angeordnet, welches an einer nicht dargestellten Nockenwelle eines Verbrennungsmotors angeordnet ist. Das Nockenwellengeberrad 20 weist Zähne 21 und Lücken 22 auf. Der Nockenwellsensor 10 wird von einem elektronischen Steuergerät 30 mit elektrischer Energie versorgt. Er sendet ein elektronisches Spannungssignal an das elektronische Steuergerät 30. Bei dem elektronischen Steuergerät 30 handelt es sich vorliegend um ein Motorsteuergerät.
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2 zeigt den Verlauf des elektrischen Spannungssignal U mit dem Nockenwellenwinkel Φ. Die Drehrichtung des Nockenwellengeberrades 20 ist dabei mit einem Pfeil dargestellt. Ein Zahn 21 wird durch ein Absinken der elektrischen Spannung U gegenüber einer Lücker 22 detektiert. Dabei eilt die elektrische Flanke dem Übergang von einer mechanischen Lücke 22 zum mechanischen Zahn 21, um eine erste Differenz ΔΦ1 voraus. Das elektrische Signal des Übergangs vom mechanischen Zahn 21 zu einer mechanischen Lücke 22 ist um eine zweite Differenz ΔΦ2 verzögert.
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In den 3 und 4 ist gezeigt wie sich die Differenzen ΔΦ1, ΔΦ2 gegenüber dem kalibrierten Zustand des Nockenwellensensors 10 in einem Kalibrierbetrieb verringern. Dies ist jeweils für unterschiedliche Luftspalte a im Bereich von 0,2 mm bis 1,8 mm dargestellt. Jeweils spätestens nach einer Anzahl n von 16 Schaltereignissen haben beide Differenzen ΔΦ1, ΔΦ2 einen Wert von 0 erreicht, sodass die Kalibrierung abgeschlossen ist.
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In einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Nockenwellensensor 10 zunächst nicht elektrisch versorgt. Nach einem Start 40 des elektronischen Steuergerätes 30, bei dem der Nockenwellensensor 10 elektrisch versorgt wird, erfolgt eine Prüfung 41, ob im elektronischen Steuergerät 30 bereits Differenzen ΔΦ1, ΔΦ2 einer vorhergehenden Kalibrierung in einem nicht flüchtigen Speicher abgespeichert wurden, oder ob in dem nicht flüchtigen Speicher ein Luftspalt a abgespeichert wurde. Unabhängig vom Ergebnis dieser Prüfung werden während des Betriebs des Nockenwellensensors 10 seine Spannungssignale U im elektronischen Steuergerät 30 abgespeichert 42. Dies wird so lange fortgesetzt bis eine weitere Prüfung 43 ergibt, dass Spannungssignale U von Schaltereignissen für jeweils 32 aufsteigende Flanken und jeweils 32 absteigende Flanken an Zähnen 21 des Nockwellengeberrades 20 abgespeichert wurden. Dann werden sowohl für die aufsteigenden Flanken als auch für die absteigenden Flanken jeweils 16 Signalpaare gebildet. Da der Kalibriervorgang nach 16 Schaltereignissen abgeschlossen ist, wird jeweils ein Spannungssignal U bei einem Schaltereignis während des Kalibriervorgangs einem weiteren Schaltereignis gegenübergestellt, welches 16 Schaltereignisse später auf dieses folgt. Für jedes dieser Paare wird die Differenz der beiden Spannungssignale U gebildet um daraus auf die Differenz ΔΦ1 beziehungsweise ΔΦ2 des jeweiligen Nockenwellenwinkels zu schließen 44. Diese Differenzen werden in einem nicht flüchtigen Speicher des elektronischen Steuergeräts 30 gespeichert. Dann wird eine herkömmliche Auswertung 45 der Signale des Nockenwellensensors 10 fortgesetzt bis ein Abschalten 46 des elektronischen Steuergeräts 30 erfolgt.
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Wenn nun ein erneuter Start 40 des elektronischen Steuergeräts 30 erfolgt, wird die darauffolgende Prüfung 41 ergeben, dass im nicht flüchtigen Speicher des elektronischen Steuergeräts 30 die Differenzen ΔΦ1, ΔΦ2 abgespeichert wurden. Während des Kalibrierbetriebs des Nockenwellensensors 10 wird nun auf jedes Signal einer aufsteigenden Flanke oder einer absteigenden Flanke eines Zahns 21, welches vom Nockenwellensensor 10 eines elektronischen Steuergeräts 30 übermittelt wird, die jeweils zugehörige abgespeicherte Differenz ΔΦ1, ΔΦ2 angewandt, um das Signal für die Ermittlung der tatsächlichen Nockwellenposition zu korrigieren 47. Dies wird fortgesetzt bis eine weitere Prüfung 48 ergibt, dass die Anzahl der Schaltereignisse die vom Nockenwellensensor übermittelt wurden, die Anzahl der abgespeicherten Differenzen ΔΦ1, ΔΦ2 erreicht hat. Danach wird die Auswertung der Signale des Nockenwellensensors 10 in herkömmlicher Weise fortgesetzt 45 bis ein Abschalten 46 des elektronischen Steuergeräts 30 erfolgt.
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In einem anderen Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die im Schritt 44 ermittelten Differenzen mit den im elektronischen Steuergerät 30 hinterlegten Charakteristiken gemäß den 3 und 4 verglichen, um so den tatsächlichen Wert des Luftspalts a zu ermitteln. Dieser wird dann im nicht flüchtigen Speicher des elektronischen Steuergeräts 30 gespeichert. Im Schritt 47 werden die Signale der aufsteigenden Flanken und absteigenden Flanken um die Differenz korrigiert, die für den abgespeicherten Luftspalt gemäß den 3 und 4 gültig sind. Nachdem die weitere Prüfung 48 ergeben hat, dass die Anzahl der Schaltereignisse die vom Nockenwellensensor übermittelt wurden, die Anzahl der Differenzen ΔΦ1, ΔΦ2 erreicht hat, die zur Ermittlung des Luftspalts während der Kalibrierung verwendet wurden, wird der gespeicherte Luftspalt im weiteren Betrieb 45 des Verbrennungsmotors verwendet, um den verbleibenden HEO zu korrigieren.
