DE10231081A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Signalauswertung - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Signalauswertung, vorzugsweise an Verbrennungsmotoren, wobei Signalverläufe mit einer hohen Taktrate erfasst und einer hochauflösenden Winkelbasis zugeordnet werden. DOLLAR A Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Messwerte aus Signalverläufen bereitzustellen, die einer hochaufgelösten Winkelbasis zugeordnet werden können, wobei Winkelmarkengeber geringer Auflösung eingesetzt werden. DOLLAR A Erfindungsgemäß vorteilhaft erfolgt die Bereitstellung von Messwerten des Signalverlaufes zeitsynchron mit hoher Auflösung, wobei diese Messwerte in einer Speichereinheit, vorzugsweise einem Ringspeicher, derart abgelegt werden, dass eine Zeitzuordnung reproduzierbar ist. Die Zeitpunkte des Auftretens von Winkelmarken werden gleichfalls in eine Speichereinheit geschrieben, wobei aus den Zeitpunkten der Winkelmarken rückwärts zwischen den Impulsen liegende Winkelzwischenschritte berechnet werden. Aus dem gemessenen Signalverlauf werden zwischen den Abtastzeitpunkten liegende Messwerte interpoliert und den berechneten Winkelschritten zugeordnet. Damit kann an jeder beliebigen Stelle des Signalverlaufes mit nahezu beliebig hoher Winkelauflösung ein Wert des Signalverlaufes berechnet werden. Die Zuordnung zur Winkelbasis geschieht jeweils für einen oder mehrere vergangene Segmentzeiten, so dass eine genaue Zuordnung aufgrund der bekannten Drehgeschwindigkeit zwischen den Segmenten erfolgen kann.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Signalauswertung, vorzugsweise an Verbrennungsmotoren, wobei Signalverläufe mit einer hohen Taktrate erfasst und einer hochauflösenden Winkelbasis zugeordnet werden.
  • Die Auswertung von Messsignalen an Verbrennungsmotoren erfordert zusätzlich zu einer genauen Messung der Parameter die exakte Zuordnung der aufgenommenen Messwerte zu einer möglichst hochauflösenden Winkelbasis. Eine schnelle und genaue Messung von Parametern ist mittels hochauflösender Messsysteme und schneller A/D-Wandler möglich. Schwierigkeiten bereitet die exakte Zuordnung der Messwerte zu einer Winkelbasis. Dies trifft auf alle sich in Abhängigkeit von der Stellung von Kurbel- oder Nockenwelle ändernden Signale an Verbrennungsmotoren zu. Für die Steuerung, Entwicklung und Applikation von Verbrennungsmotoren ist die exakte Zuordnung der Messwerte von Parametern wie Brennraumdruck, Saugrohrdruck, Ionenstromverläufe, Abgasgegendruck usw. zu einer Winkelbasis eminent wichtig.
  • Eine genaue Winkelauflösung ist nach dem Stand der Technik mit verschiedenen Maßnahmen erreichbar. Eine Variante ist es, einen hochauflösenden Winkelmarkengeber zu verwenden, d. h. einen Winkelmarkengeber mit geringen Fertigungstoleranzen und einer entsprechend hohen Anzahl an umfangsverteilten Winkelmarken. Solche Geberräder sind kostspielig, aufwendig zu fertigen und bedürfen einer hochgenauen Montage. Eine weitere Variante ist der Einsatz von derzeit an Motoren vorhandenen Winkelmarkengebern, die eine geringere Anzahl an Winkelmarken aufweisen, wobei eine nachfolgende Extrapolation zwischen den Winkelmarken stattfindet. Diese kostengünstigeren Geberräder liefern die Winkelbasis für die Steuerung von Zündung und Einspritzung. Diese Winkelmarkengeber weisen jedoch nur eine geringe Winkelauflösung auf. Der Einsatz von derartigen Geberrädern und die Auswertung der erzeugten Signale als Synchronisationsimpuls mit nachfolgender Extrapolation der Winkelwerte zur Messung weiterer Zwischenwerte zwischen Winkelmarken ist aufgrund der ungleichförmigen Drehbewegung der Kurbel- oder Nockenwelle mit hohen Ungenauigkeiten behaftet. Eine genaue Zuordnung der Messwerte zwischen den Winkelmarken kann damit nicht erfolgen. Heutige Einspritz- und Zündungssteuerverfahren, insbesondere für direkteinspritzenden Verbrennungsmotoren, benötigen jedoch hochaufgelöste, winkelgenaue Messwerte. Weiterhin ist es notwendig für die Applikation und die Entwicklung von Motoren Werte der zu messenden Parameter in Bezug auf die Winkelbasis des Motors hochaufgelöst zu ermitteln. Eine Verbesserung der Extrapolation zwischen den Winkelmarken durch Vorhersage der Drehungleichförmigkeit mittels eines Vorhersagemodells ist aufwendig und trotz komplizierter Vorhersagealgorithmen fehlerbehaftet.
  • Im Stand der Technik sind Verfahren und Vorrichtungen beschrieben, die Teilungsfehler von Geberrädern korrigieren und die Auflösung einfacher Winkelmarkengeber mittels einfacher Extrapolationsalgorithmen verbessern.
  • Vorbekannt ist aus der DE 40 04 110 C2 ein Verfahren und eine Einrichtung zur Steuerung einer magnetventilgesteuerten Kraftstoffpumpe. Auf der Basis der Signale, die von zwei mit Sensoren abgetasteten Geberrädern erzeugt werden, wird durch einen Berechnungsalgorithmus ein Ansteuersignal für ein Magnetventil einer Einspritzpumpe erzeugt. Ein auf der Kurbelwelle angeordnetes Geberrad, mit einer geringen Anzahl an Segmentmarkierungen, liefert ein Synchronisationssignal, während ein zweites, feiner geteiltes Geberrad an der Nockenwelle der Einspitzpumpe angeordnet ist und ein Abtastsignal der Winkelmarken dieses Geberrades liefert. Ein Zeitwert oder Winkelwert für den jeweiligen Einspritzimpuls wird in einem Steuergerät berechnet. Für die Messung des jeweiligen Winkelwertes werden ausgehend von einem Synchronisierimpuls des Kurbelwellengeberrades die Winkelmarken des Geberrades der Nockenwelle gezählt, die zu dem vorgegebenen Winkelwert gehören. Auf diese Weise ist die Genauigkeit der Winkeleinstellung von der Teilung des Geberrades abhängig. Um Winkelzwischenwerte bestimmen zu können, werden auf der Basis der aktuell berechneten Drehzahl Winkelwerte zwischen den Segmentmarkierungen interpoliert. Dazu wird das zugehörige Segment, das vor dem jeweiligen Sollwinkelwert liegt, detektiert und nach dem Erkennen des zu diesem Segment gehörenden Impulses wird eine weitere aus der aktuellen Drehzahl berechneten Restzeit abgewartet, bevor der Steuerimpuls für das Magnetventil ausgelöst wird.
  • Weiterhin vorbekannt sind Verfahren zur Korrektur von mechanischen Fehlern von Geberrädern. Diese Teilungsfehler wirken sich für eine aktuelle und hochgenaue Berechnung der Drehzahl ungünstig aus, da aufgrund verschiedener Abstände der Segmente schwankende Drehzahlen erkannt werden, die z. B. durch geeignete Filterung korrigiert werden müssen. Beispielsweise zeigt die DE 100 17 107 A1 ein Verfahren zur Korrektur von Winkel- oder Drehzahlwerten. Diese werden aus Impulsen berechnet, die durch Abtastung eines Geberrades mittels eines Sensor gewonnen werden. Der Teilungsfehler der Segmente wird durch die Ermittelung einer normierten Segmentzeit bei der Berechnung der Drehzahl bzw. Winkelwerte berücksichtigt.
  • Weiterhin vorbekannt ist aus der DE 198 60 378 A1 eine Einrichtung zur Signalauswertung, bei der eine hochauflösende Winkelbestimmung dadurch erreicht wird, dass die Impulse einer systemeigenen Impulsfolge, die eine höhere Frequenz aufweist als die von einem Geberrad erzeugte Impulsfolge, zwischen den Impulsen des Geberrades gezählt werden. Die Frequenz der Impulsfolge wird dabei gemäß der Drehzahl des Geberrades angepasst.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Messwerte aus Signalverläufen bereitzustellen, die einer hochaufgelösten Winkelbasis zugeordnet werden können, wobei Winkelmarkengeber geringer Auflösung eingesetzt werden.
  • Erfindungsgemäß vorteilhaft erfolgt die Bereitstellung von Messwerten des Signalverlaufes zeitsynchron mit hoher Auflösung, wobei diese Messwerte in einer Speichereinheit, vorzugsweise einem Ringspeicher, derart abgelegt werden, dass eine Zeitzuordnung reproduzierbar ist. Die Zeitpunkte des Auftretens von Winkelmarken werden gleichfalls in eine Speichereinheit geschrieben, wobei aus den Zeitpunkten der Winkelmarken rückwärts zwischen den Impulsen liegende Winkelzwischenschritte berechnet werden. Aus dem gemessenen Signalverlauf werden zwischen den Abtastzeitpunkten liegende Messwerte interpoliert und den berechneten Winkelschritten zugeordnet. Damit kann an jeder beliebigen Stelle des Signalverlaufes mit nahezu beliebig hoher Winkelauflösung ein Wert des Signalverlaufes berechnet werden. Die Zuordnung zur Winkelbasis geschieht jeweils für einen oder mehrere vergangene Segmentzeiten, so dass eine genaue Zuordnung aufgrund der bekannten Drehgeschwindigkeit zwischen den Segmenten erfolgen kann.
  • Eine Synchronisierung zwischen der Abtastfolge, mit der das Messsignal ermittelt wird und den Winkelmarkierungen ist nicht erforderlich. Die Messwerte des Signalverlaufs und die Zeiten des Auftretens der Winkelmarken werden unabhängig voneinander aufgenommen und einer gemeinsamen Zeitbasis zugeordnet.
  • Erfindungsgemäß vorteilhaft wird damit die winkelbezogene Auflösung der Messwerte nicht durch die Teilung des Geberrades und auch nicht durch die Abtastrate des A/D-Wandlers begrenzt. Es können Zwischenwerte des Messsignals an beliebigen Stellen mit hoher Genauigkeit bestimmt werden.
  • Erfindungsgemäß vorteilhaft kann die Abtastrate des A/D Wandlers gesteuert werden, wobei diese Steuerung beispielsweise gemäß der Drehzahl der Brennkraftmaschine stattfindet, indem bei hohen Drehzahlen eine hohe Rate an Abtastwerten des Messsignals bereitgestellt wird, um eine genaue Ermittlung der Messwerte zu gewährleisten. Es ist damit weiterhin möglich, beispielsweise bestimmte Winkelbereiche mit einer hohen und andere mit niedriger Abtastrate abzutasten, um so die Summenabtastrate niedrig zu halten.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausbildung der Erfindung besteht darin, die Anzahl der zur Interpolation benutzten Mess- und Winkelwerte variabel und frei wählbar zu gestalten. Es ist damit möglich, z. B. in Abhängigkeit von der Betriebsart des Motors (beispielsweise Schubbetrieb), oder betriebspunktabhängig von Drehzahl und Last, die Anzahl der Messwerte, die zur Interpolation genutzt werden, zu verändern. Beispielhaft für eine Betriebsart, in der die Einspritzmenge direkt aus dem Signal des Druckverlaufs in der Kompressionsphase ermittelt wird, ist die Bereitstellung des Ergebnisses so früh wie möglich notwendig. Die Anzahl der Messwerte, über die eine Interpolation erfolgt, muss hier gering sein, wobei unter Umständen nur über zwei aufeinanderfolgende Messwerte interpoliert wird. In einer anderen Betriebsart des Motors, z. B. bei Schubbetrieb, erfolgt die Adaption des oberen Totpunktes des Verbrennungsmotors in Bezug zum Winkelsystem. Bei einer solchen Betriebsart ist es erforderlich, eine möglichst hohe Genauigkeit der Interpolation zu erzielen. Es ist in dieser Betriebsart nicht problematisch, wenn die Ergebnisse erst nach einer weiteren halben Umdrehung der Kurbelwelle zur Verfügung stehen. Dementsprechend kann eine größere Anzahl von Winkelwerten in die Berechnung einbezogen werden. Die Genauigkeit der Interpolation wird entsprechend der Betriebsart angepasst.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens wird zur exakten Ermittlung der Winkelwerte, der vorher ermittelte Geberradfehler mit einbezogen.
  • Anhand einer Zeichnung werden nachfolgend eine Anwendung und ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens und der Vorrichtung erläutert.
  • Es zeigen:
  • 1 eine Prinzipdarstellung der Vorrichtung für eine Anwendung des Verfahrens zur Signalauswertung an einem Verbrennungsmotor,
  • 2 ein Diagramm der verschiedenen Messsignale und berechneten Größen in ihrer periodischen Zeitabfolge,
  • 3 einen schematischen Ablaufplan des erfindungsgemäßen Verfahrens,
  • 4 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Signalauswertung.
  • 1 zeigt in einer Prinzipdarstellung einen möglichen Anwendungsfall der Vorrichtung und des Verfahrens zur Signalauswertung an einem Verbrennungsmotor: Dargestellt ist ein Verbrennungsmotor mit 4 Zylindern Z1 – Z4, der ein Kurbelgehäuse KG aufweist, in dem eine Kurbelwelle KW gelagert ist. An dieser ist ein Geberrad KGR angeflanscht, dem gegenüber beabstandet ein Sensor S1 angeordnet ist. Der Sensor S1 ist im Kurbelgehäuse KG befestigt und detektiert die auf dem Geberrad KGR vorhandenen Winkelmarken. Das Signal des Sensors S1 liegt einem Steuergerät SG an, das aus den vom Sensor 1 detektierten Winkelmarken (W1 – Wx) die Winkellage der Kurbelwelle ermittelt. Das Kurbelwellengeberrad ist hierbei beispielhaft dargestellt. Es kann sich auch um ein Geberrad an einer Nockenwelle handeln, wobei deren Winkellage dann für die Ermittlung des Winkelbezuges herangezogen wird.
  • Die Zylinder Z1 – Z4 sind nach oben von einem Zylinderkopf ZK abgeschlossen, wobei zwischen Zylinder und Zylinderkopf ZK eine Zylinderkopfdichtung ZKD angeordnet ist. In der Zylinderkopfdichtung ZKD des Brennraums ist ein Brennraumdrucksensor S2 angeordnet, der den im Brennraum herrschenden Druck aufnimmt. Das Messsignal des Sensors S2 liegt einem Steuergerät SG an, in welchem das erfindungsgemäße Verfahren abläuft. Anstelle des Brennraumdrucksensors S2 können auch andere Sensoren, z. B. Sensoren für den Saugrohrdruck, Ionenstrom, Abgasgegendruck usw., die einen Motorparameter bestimmen, benutzt werden.
  • 2 zeigt in einem Diagramm die verschiedenen Messsignale und berechneten Größen in ihrer periodischen Zeitabfolge. Soweit Bezugszeichen des Ausführungsbeispiels verwendet werden, wird hierbei auf die 1 verwiesen. Anhand des Diagramms soll nachfolgend das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutert werden. In dem Diagramm ist ein Messsignal MS, über einer Zeitachse t aufgetragen. Das Messsignal MS kann ein Strom-, Spannungs- oder Drucksignal sein, das eine physikalische am Verbrennungsmotor zu messende Größe verkörpert. Beispielsweise kann das Messsignal MS der Brennraumdruck sein, der wie im Ausführungsbeispiel (siehe 1) von einem Brennraumdrucksensor aufgenommen wird. Die durchgezogenen Linien, die beidseitig durch ausgefüllte Kreise abgeschlossen sind, zeigen auf dem Messsignal MS liegende Abtastwerte MW1 – MWx und auf der Zeitachse t liegende Abtastzeitpunkte t(MW1) – t(MWx) eines A/D Wandlers. Das Messsignal MS wird durch den A/D-Wandler, der zeitsynchron Abtastwerte MW1 – MWx aufnimmt, abgetastet und digital gewandelt. Nach der Abtastung liegt eine Folge von digitalen Messwerten MW1 – MWx vor, die nachfolgend abgespeichert wird. Die durchgezogene Linie, welche die Messwerte MW1 – MWx verbindet stellt dabei eine Interpolation des Messsignals MS zwischen den aufgenommenen Werten MW1 – MWx dar. Die Art der Interpolation ist für die Erfindung nicht entscheidend. Es kann sich um eine lineare Interpolation, eine Interpolation mit einem Polynom zweiter oder höherer Ordnung oder beispielsweise um eine Spline-Interpolation handeln. Für das Steuergerät sind nur digitale Mess-/Rechenwerte verarbeitbar, wobei der Aufwand mit hohen Abtastraten und genauer Digitalisierung steigt.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren und die Vorrichtung ermittelt zeitlich unabhängig von den Signalen des Winkelmarkengebers bzw. den Abtastzeitpunkten des A/D Wandlers frei bestimmbare Zwischenwerte des Messsignals MS.
  • Es werden unabhängig von den Abtastzeitpunkten des A/D Wandlers t(MW1) – t(MWx) und unabhängig vom zeitlichen Auftreten der Geberradimpulse t(G1) – t(Gx) Zwischenwerte des Messsignals Px an beliebigen Stellen der Winkellage der Kurbelwelle t(Wx) ermittelt. Die strichliniert dargestellten, mit großen Quadraten beidseitig abgeschlossenen Linien verkörpern die vom Sensor S1 aufgenommenen und vom Geberrad KWG erzeugten Impulse G1 – Gx. Die Impulse G1 – Gx stehen jeweils für eine bestimmte Winkelstellung der Kurbelwelle KW.
  • Es ist mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der Vorrichtung möglich, zu einer beliebigen Winkellage der Kurbelwelle einen hochgenauen Messwert des Messsignals zu ermitteln, ohne einen aufwendigen hochgenauen Winkelmarkengeber zu verwenden. Aus den Impulsen des Geberrades G1 – Gx, das z. B. bei typischen serieneingesetzten Geberrädern 60 – 2 Segmente aufweist und eine entsprechende Anzahl an Impulsen pro Kurbelwellenumdrehung erzeugt, werden durch die bekannte Zuordnung der Impulse G1 – Gx zur Winkelstellung, auf Basis der Zeitpunkten der Impulse t(G1) bis t(Gx) und der berechenbaren Drehgeschwindigkeit zwischen den Impulsen – Abstand der Markierungen des Geberrades und Zeit für deren Durchlauf T = t(Gx) – t(Gx-1) – die Zeitpunkte t(W1) bis t(Wx) für eine hochauflösende Winkelbasis berechnet. Diese berechneten Winkelschritte t(W1) bis t(Wx) sind im Diagramm mit punktierten und an den Enden mit kleinen Quadraten abgeschlossenen Linien dargestellt.
  • So kann z. B. ein Algorithmus zur Berechnung von Steuergrößen der Brennkraftmaschine damit auf beliebig feine Winkelwerte Wx zurückgreifen, wobei das zu diesem Winkelwert gehörige und von dem Steueralgorithmus benötigte Messsignal MWx, im Diagramm durch ein Quadrat auf der die Abtastwerte verbindenden Linie dargestellt ist. Dieser Wert kann auf einem Abtastwert des A/D Wandlers liegen, wie im Diagramm zum Zeitpunkt t(W1) dargestellt. Der ermittelte Wert des Messsignals P1 am gewünschten Winkelwert W1 ist dann gleich dem Abtastwert des AD-Wandlers MW1. Der gewünschte Signalwert kann jedoch auch zwischen den Abtastwerten des A/D Wandlers MW1 – MWx liegen. Dieser Wert, z. B. P3, muss dann ermittelt werden. Dies geschieht, hier beispielhaft für den Punkt P3 erläutert, indem eine Interpolation zwischen den Abtastwerten MW2 und MW3 erfolgt und zu dem gewünschten Zeitpunkt t(W3) bzw. Winkelwert W3 aus der Interpolation der Folge der Abtastzeitpunkte MW1 – MWx das zugehörige Signal P3 berechnet wird.
  • Durch Zuordnung der zwischen den Messwerten MW1 – MWx interpolierten Werte P1 – Px zu den berechneten Zeitwerten der Winkel t(W1) – t(Wx) über die gemeinsame Zeitbasis t kann eine nahezu beliebig hohe Auflösung des Messsignals MS und die Zuordnung zu der jeweils durch die Berechnung verfeinerten Winkelbasis W1 – Wx erfolgen.
  • 3 zeigt in einem schematischen Ablaufplan ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens. In einem ersten Verfahrensschritt VS1 werden diskrete Messwerte MW eines Messsignals MS aufgenommen. Parallel dazu, aber unabhängig von der Aufnahme der Messwerte MW des Messsignals MS, werden die Signale eines Geberrades G1 – Gx, welches die Winkellage einer Welle kennzeichnet, aufgenommen. In einem zweiten Verfahrensschritt VS2 werden beide Messsignale mit einer Zeitzuordnung G1 – Gx mit t(G1) – t(Gx) und MW1 – MWx mit t(MW1) – t(MWx)) abgespeichert. Die Zeitzuordnung ermöglicht, reproduzierbar festzustellen, zu welchem Zeitpunkt t(MWx) das Messsignal MWx, bzw. zu welchem Zeitpunkt t(Gx) der jeweilige Impuls des Geberrades Gx detektiert wurde. Für die Bestimmung des Zeitpunktes von Messsignal t(MW) und Winkelsignal t(Gx) wird dabei die gleiche Zeitbasis t verwendet. In einem dritten Verfahrensschritt VS3 wird der gesuchte Winkelwert Wx, zu dem die Zuordnung eines Wertes des Messsignals Px erfolgen soll, ermittelt. Auf diese Weise kann die winkelbezogene Auflösung des Messsignals MS vorgegeben werden. Die Winkelwerte W1 – Wx zwischen den Segmenten werden durch die bekannte Zuordnung der Einzelsegmente G1 – Gx zur Stellung der Kurbelwelle und der durch die Abfolge der Impulse berechneten Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle zwischen den Segmenten ermittelt. In einem vierten Verfahrensschritt VS4 wird der Zeitwert t(Wx) berechnet, der dem gesuchten Winkelwert Wx zugehörig ist. Hierbei werden aus den gespeicherten Geberradimpulsen G1 – Gx und den jeweils dazu gehörigen Zeitwerten t(G1) – t(Gx), die Zeitwerte t(W1) – t(Wx)errechnet, die dem jeweils gesuchten Winkelwerten W1 – Wx entsprechen. Es ist damit möglich winkelbezogene Zeitwerte t(W1) – t(Wx) zu bestimmen, die zwischen den Impulsen des Geberrades G1 – Gx liegen, wodurch virtuell eine höherer Winkelauflösung des Messsignals MS erzielt wird, die nahezu vorgebbar ist. In einem fünften Verfahrensschritt VS5 wird gemäß dem gewünschten Zeitwert (beispielhaft t(W1)) aus der Folge der Werte des Messsignals MW1 – MWx, der zu diesem Zeitschritt t(W1) zugehörige Messwert MW1 = P1 ausgewählt, wobei, wenn zu dem jeweiligen Zeitwert kein Wert des Messsignals aufgenommen wurde, z. B. am Punkt P3 durch Interpolation zwischen den Messwerten MW2 und MW3 ein Zwischenwert des Messsignals MS an dieser Stelle P3 berechnet wird. In einem weiteren Verfahrensschritt VS6 erfolgt die Speicherung bzw. Ausgabe des ermittelten Signalwertes Px.
  • 4 zeigt in einer Prinzipdarstellung die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Signalauswertung. Ein Sensor S1, zur Messung eines Motorparameters, z. B. dem Brennraumdruck, ist einem A/D Wandler A/DW angeschlossen. Dieser tastet mit einer vorgebbaren Taktrate das Messsignal ab. Am Ausgang des A/D Wandlers werden digitale Messwerte MW1 – MWx des Messsignals MS bereitgestellt. Die Messwerte MW1 – MWx werden nachfolgend in einer Speichereinheit RS1, vorzugsweise einem Ringspeicher, abgelegt, wobei zusätzlich zu jedem Messwert MWx je eine Zeitzuordnung t(MWx) abgespeichert wird, die das Auftreten des Messwertes in Bezug auf eine Zeitbasis ZB kennzeichnet.
  • Ein Sensor S2, beispielsweise der die Impulse eines Kurbelwellengeberrades aufnehmende Sensor, ist einer Auswerteeinheit AW angeschlossen. Der Auswerteeinheit AW liegt dabei das Signal der Zeitbasis ZB an. Die Signale des Geberrades G1 – Gx die in einer nachfolgenden Speichereinheit RS2, vorzugsweise einem Ringspeicher abgelegt werden, werden dabei mit einer Zeitzuordnung t(G1) – t(Gx) versehen, die entsprechend ihrem zeitlichen auftreten, gemäß dem Signal der gemeinsamen Zeitbasis ZB zugeordnet werden. In einer nachfolgenden Zentralen Verarbeitungseinheit CPU wird aus den Signalen G1 – Gx, bzw. deren zeitlichem Auftreten t(G1) – t(Gx) und den digitalisierten Messwerten MW1 – MWx und deren zeitlichem Auftreten t(MW1) – t(MWx) bezüglich der gemeinsamen Zeitbasis ZB, zu den gewünschten Winkelwerten (W1 – Wx) durch Zuordnung eines zugehörigen Messwertes (Mx) an der Stelle (Px) oder durch Interpolation zwischen den Messwerten (Mx) der zugehörige Signalwert (Px) an der gewünschten Winkelstelle (Wx) ermittelt.

Claims (13)

  1. Verfahren zur Signalauswertung bei Verbrennungsmotoren, bei dem mindestens ein Motorparameter gemessen und eine Winkelwinkelinformation aus der Stellung der Kurbel- oder Nockenwelle ermittelt wird, bei dem die gemessenen Werte des Motorparameters, das Messsignal, bezüglich der Winkelinformation hochauflösend, dieser zugeordnet werden, umfassend folgende Verfahrensschritte – diskrete Abtastung von Messwerten des Messsignals (MS) – Abspeichern der Messwerte (MW) mit einer Zeitzuordnung (t(MW)) gemäß deren Messzeitpunkt – Erfassen der Winkelstellung eines umlaufenden Geberrades durch Abtasten der Impulse (G1 – Gx) des Geberrades – Abspeichern der von dem Geberrad erzeugten Impulse (G1 – Gx) mit einer Zeitzuordnung (t(Gx)) gemäß ihrem zeitlichen Auftreten – für beide Signalfolgen, die Geberradimpulse (G1 – Gx) und die aus der Messgröße abgetastete Folge von Messwerten (MW1 – MWx) erfolgt die Zuordnung über die gleiche Zeitbasis (t) – für die gewünschten Winkelwerte (W1 – Wx), werden die zugehörigen Zeitwerte (t(W1 – Wx)) gemäß der gemeinsamen Zeitbasis (t) der Geberradimpulse (G1 – Gx)und der Folge von Messwerten (MW1 – Mwx), ermittelt – zu den berechneten Zeitpunkten der für eine nachfolgende Berechnung notwendigen Winkelwerte (t(W1 – Wx)) wird aus der Folge von Abtastungen des Messsignals (MW1 – MWx) der jeweils zu diesem Zeitpunkt gehörige Signalwert (Px) ermittelt, in dem zwischen den Abtastwerten (MWx) liegende Werte (Px) aus der Folge der Signalwerte (MWx) und deren zeitlichem Verlauf berechnet werden
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnung der Signalwerte (Px), die zwischen Abtastungen des Messsignals (MWx) liegen, zu dem jeweiligen Zeitpunkt des Winkelschrittes (t(Wx)) durch eine Interpolation des Signalverlaufes des Messsignals (MS) erfolgt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitwerte der Winkelschritte (t(W1 – Wx)) aus dem gemessenen Zeitpunkten des Auftretens der Geberradimpulse (t(G1 – Gx)) und der anhand des bekannten Abstandes der Geberradsegmente und der zwischen den Impulsen vergangenen Zeit (t(Gx-) – t(Gx-1 )) berechneten Geschwindigkeit zwischen den Einzelsegmenten des Geberrades berechnet werden.
  4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Folge von Messwerten (MW1 – MWx) des Signalverlaufes (MS) durch einen A/D Wandler mit hoher Taktrate erfolgt.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der A/D Wandler in seiner Taktrate gemäß der Drehzahl gesteuert wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitpunkte der Winkelschritte (t(W1) – t(Wx)) zwischen den aufgenommenen Zeitwerten der Winkelmarken (t(G1) – T(Gx)) unter Beachtung des ermittelten Teilungsfehlers des Geberrades korrigiert werden.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitpunkte der Zwischenwerte von Winkelschritten (t(W1) – t(Wx)) zwischen den aufgenommenen Zeitwerten der Winkelmarken (t(G1) – T(Gx)) unter Beachtung der Drehungleichförmigkeit berechnet werden.
  8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gemeinsame Zeitbasis (t) und die Abtastrate des A/D Wandlers aus einer gemeinsamen Zeitbasis durch Frequenzteilung gewonnen wird.
  9. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Interpolation der Zwischenwerte, die zwischen den Abtastungen (MWx) des Messsignals liegen, eine frei bestimmbare und im Betrieb umschaltbare Anzahl von Abtastwerten (MWx > 2) und Geberradimpulsen (Gx) genutzt werden.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl von Abtastwerten, die zur Interpolation genutzt wird, in Abhängigkeit vom Betriebspunkt und/oder der Betriebsart der Brennkraftmaschine gesteuert wird.
  11. Vorrichtung zur Signalauswertung an einem Verbrennungsmotor, die nachfolgend aufgeführte Baugruppen umfasst: – einen Sensor (S1), zum Erfassen der Winkelstellung einer Kurbelwelle, der die Winkelmarken eines drehfest mit der Kurbelwelle (KW) verbundenen Geberrades (KWG) aufnimmt – eine Signalauswertungseinheit (AW), der das Signal des Sensors (S2) anliegt, wobei mittels einer angeschlossenen Zeitbasis (ZB) das Auftreten der vom Geberrad erzeugten Impulses zeitlich zugeordnet wird – eine Speichereinheit (RS2), in der das zeitliche Auftreten (t(Gx)) der Geberradimpulse abgespeichert wird – einem zweiten Sensor (S1), der einen Motorparameter aufnimmt – einen Analog/Digital Wandler (A/DW), dem das Signal des Sensors (S1) anliegt und der die Messwerte des Sensors mit einer vorgebbaren Taktrate in digitale Messwerte (MWx) wandelt – eine Speichereinheit (RS1), in welcher die Abtastwerte (MW1 – MWx) gespeichert werden, wobei zusätzlich zum Wert des Messsignals (MWx) der Zeitpunkt der Messung (t(MWx)) abgespeichert wird und für die zeitliche Zuordnung (t(MW)) der Abtastwerte (MW1 – MWx) des A/D Wandlers (A/DW) und der vom Sensor am Geberrad (S2) ermittelten Impulse eine gemeinsame Zeitbasis (ZB) verwendet wird – Eine zentrale Speichereinheit, die aus den Signalen G1 – Gx, bzw. deren zeitlichem Auftreten (t(G1) – t(Gx)) und den digitalisierten Messwerten (MW1 – MWx) und deren zeitlichem Auftreten (t(MW1) – t(MWx)) bezüglich der gemeinsamen Zeitbasis (ZB), zu den gewünschten Winkelwerten (W1 – Wx) durch Zuordnung eines zugehörigen Messwertes (Mx) an der Stelle (Px) oder durch Interpolation zwischen den Messwerten (Mx) den zugehörigen Signalwert (Px) an der gewünschten Winkelstelle (Wx) ermittelt.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die gemeinsame Zeitbasis (ZB) für die zeitliche Zuordnung der Abtastwerte (t(MWx)) des A/D Wandlers (A/DW) und der vom Sensor (S2) am Geberrad aufgenommenen Impulse (t(G1) – t(Gx)) durch einen gemeinsamen Zeitgeber durch Frequenzteilung gebildet wird.
  13. Vorrichtung nach Anspruch 11 o. 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtastrate des A/D-Wandlers vorgebbar und im Betrieb umschaltbar ist.
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