DE19540675C1

DE19540675C1 - Verfahren zur Momentenschätzung mittels Drehzahlauswertung an der Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE19540675C1
Application number: DE1995140675
Authority: DE
Inventors: Anton Angermaier; Michael Henn
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 1995-10-31
Filing date: 1995-10-31
Publication date: 1997-04-30
Anticipated expiration: 2015-11-01

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Momentenschätzung mittels Drehzahlauswertung an der Kurbelwelle einer Brenn kraftmaschine gemäß Oberbegriff von Patentanspruch 1.

Zur Erfassung der Stellung einer Welle, beispielsweise der Kurbelwelle oder der Nockenwelle einer Brennkraftmaschine ist es bekannt, auf dieser Welle eine Geberscheibe oder ein Ge berrad mit Markierungen, z. B. Zähnen vorzusehen, die mittels eines feststehenden Aufnehmers abgetastet werden. Dabei wer den in dem Aufnehmer, beispielsweise einem induktiven Aufneh mer von den vorbei laufenden Markierungen Spannungsimpulse in duziert und in einer nachfolgenden Auswerteschaltung wird aus den zeitlichen Abständen dieser Spannungsimpulse die Drehzahl oder die Winkelgeschwindigkeit der Welle ermittelt.

Die Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle oder einer mit ihr verbundenen Welle einer Brennkraftmaschine kann beispielswei se zur Detektion von Verbrennungsaussetzern herangezogen wer den. Verbrennungsaussetzer einzelner oder mehrerer Zylinder führen zu einer Verlangsamung der Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle. Da der Meßeffekt, insbesondere bei höheren Dreh zahlen sehr gering ist - der Drehzahlverlust bei einem Ver brennungsaussetzer kann im Extremfall nur 0,2% betragen , muß die Winkelgeschwindigkeit sehr genau gemessen werden. To leranzen und Exemplarstreuungen bei der Fertigung bzw. bei der Anbringung des Geberrades auf der Kurbelwelle führen zu Ungenauigkeiten bei der Messung der Winkelgeschwindigkeit und damit zu Fehldetektionen bei der Verbrennungsaussetzererken nung.

Die Kenntnis des von nach dem Hubkolbenprinzip arbeitenden Brennkraftmaschinen bei der Verbrennung erzeugten Drehmomen tes kann neben der zuverlässigen Detektion von Verbrennungs aussetzern auch zur Verwirklichung eines verbrennungsoptima len Regelungskonzeptes, zum Beispiel für die Abgasrückführre gelung herangezogen werden.

In Fehrenbach, H., "Berechnung des Brennraumdruckverlaufes aus der Kurbelwellen-Winkelgeschwindigkeit von Verbrennungs motoren", VDI-Verlag, 1991 ist ein physikalisches Modell ho her Genauigkeit für die Bestimmung des Gasmomentes aus der Kurbelwellendrehzahl an einem Einzylindermotor beschrieben.

In der Momentenbilanz wird insbesondere für das Reibungsmo ment ein komplexer Ansatz mit einer großen Anzahl von Parame tern verwendet. Die Parameter werden zuvor bestimmt und nicht im Betrieb identifiziert oder adaptiert. Meßtechnisch wird dabei die Drehzahl mit einem FIR-Tiefpaß hoher Ordnung ge glättet und daraus die Winkelbeschleunigung mit einem FIR-Differenzierer berechnet. Die Verifizierung erfolgte am Mo torprüfstand. In Henn, M.; Kiencke, U., "Estimation of In-Cylinder-Pressure Torque from Angular Speed by Kalman Filte ring, IFAC Workshop "Advances in Automotive Control", Ascona, März 1995 wird zur Berechnung des Gasmomentes ein winkeldis kreter Kalmanfilteransatz, basierend auf der Drehmomentbilanz an einem Ein-Massenschwinger, verwendet. Mit den Gleichungen des Kalmanfilters können gleichzeitig das Massenmoment und die zuvor geschätzten Zahnfehler korrigiert werden. Die Fluk tuationen des Gas- und Lastmomentes werden dabei mit einem autoregressiven Ansatz modelliert.

Aus der DE 42 27 104 A1 ist ein Verfahren und ein System zum Aufspüren von Fehlzündungen bei Brennkraftmaschinen unter Ausnutzung von Drehmomentungleichförmigkeiten der Maschine bekannt. Dieses Verfahren umfaßt das Messen der Winkelge schwindigkeit der Kurbelwelle, um eine elektrische Signaldar stellung dieser zu erhalten und das Filtern des elektrischen Signals, um die Wirkungen von Zufallsfehlern und Störungen des elektrischen Signals zu minimieren, um daraus ein gefil tertes Winkelgeschwindigkeitssignal zu erhalten. Anschließend wird ein M-dimensionaler Drehmomentungleichförmigkeitsvektor berechnet, welcher von dem gefilterten Winkelgeschwindig keitssignal abgeleitet ist. Wenigstens ein Referenzwert des Drehmomentes, basierend auf den Drehmomentungleichförmig keitsvektor wird berechnet. Das indizierte Drehmoment, wel ches durch wenigstens einen Zylinder während eines gegebenen Motorzyklus erbracht wird, wird aufgrund der Kurbelwellenge schwindigkeit geschätzt. Schließlich wird der wenigstens eine Referenzwert mit dem indizierten Drehmoment verglichen, um ein Fehlzündungssignal zu erhalten.

In der DE 44 07 167 A1 ist ein Verfahren zur Bestimmung des durch Gaskräfte auf die Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine übertragenen Drehmoments beschrieben. Hierzu wird die Dreh zahlinformation ausgewertet, welche über die Ermittlung von Umlaufzeiten eines mit der Kurbelwelle fest verbundenen Bau teils erfaßt wird. Aus der mit der Drehzahl korrelierten Win kelgeschwindigkeit wird mit Hilfe des Trägheitsmoments des Motors das Rotationsmoment berechnet. Zusätzlich zum Rotati onsmoment des Motors werden auch die Momente der oszillieren den Massen, die Torsionsmomente der Kurbelwelle und die sich aus allen langsam veränderlichen Reib-, Nutz- und Lastmomen ten resultierenden statischen Momente ermittelt und aus einer Bilanz dieser einzelnen Drehmomente das aus den Gaskräften resultierende Drehmoment bestimmt. Aus diesem Drehmoment wird anschließend die von den einzelnen Zylindern pro Arbeitstakt abgegebene Arbeit ermittelt. Die so ermittelten Betriebspara meter können zur Motorsteuerung und/oder zur On-Board-Diagnose verwendet werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, Verfahren anzugeben, mit denen es ermöglicht wird, das von einer Brennkraftmaschine bei der Verbrennung erzeugte Drehmoment über eine Drehzahlauswertung an der Kurbelwelle mit hoher Genauigkeit zu bestimmen, wobei auch störende Rückwirkungen von der Straße oder von der Ei gendynamik des Antriebsstranges berücksichtigt werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der un abhängigen Patentansprüche 1 bis 3 gelöst. Vorteilhafte Aus gestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen ge kennzeichnet.

Durch Schätzung des Drehmomentes auf Basis eines physikalisch-mathematischen Modells aus der mittels Inkrementalge bern gemessenen Kurbelwellengeschwindigkeit ergibt sich eine relativ einfache und kostengünstige Möglichkeit, das Drehmo ment einer Brennkraftmaschine zu bestimmen. Voraussetzung hierfür ist eine Messung der Zahnzeiten, aus denen nach einer Zahnfehlerkorrektur und einer vom Arbeitspunkt der Brenn kraftmaschine abhängigen Filterung das auf die Kurbelwelle wirkende Drehmoment gewonnen wird.

Die Schätzung des Gasmomentes bildet ein Zwischenprodukt, das auch für andere Zwecke, das neben der Verbrennungsausset zererkennung auch für eine Verbrennungsregelung wie etwa der Regelung der Abgasrückführmenge weiterverarbeitet werden kann. Aus dem geschätzten Verlauf des Gasmomentes werden cha rakteristische Kenngrößen für den Verbrennungsvorgang in ei nem Zylinder gewonnen. Durch Differenzbildung zwischen den zy linderindividuellen und einem gemittelten Wert erhält man ein Residuum, das bei Überschreiten eines Schwellwertes das Vor handensein eines Verbrennungsaussetzers anzeigt.

Das Verfahren wird im folgenden anhand der Zeichnungsfiguren näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung des Meßprinzips für die Winkelgeschwindigkeit,

Fig. 2 den gemessenen Periodendauerverlauf (Zahnzeiten verlauf) bei hoher fast und einem einzelnen Ausset zer,

Fig. 3 den Verlauf des geschätzten Summenmomentes,

Fig. 4 eine Darstellung zur Interpolation bei der Bestim mung des Lastmomentes

Fig. 5 verschiedene Kenngrößen (Merkmale) für die Bestim mung des Gasmomentes

Fig. 6 eine Darstellung zum Vergleich der Residuen beim Höhenverfahren und beim Segmentverfahren zur Ausset zererkennung und

Fig. 7 ein Diagramm, das die Änderung des Schwellwertes bei einer rauhen Straßenoberfläche zeigt.

In Fig. 1 ist mit dem Bezugszeichen 1 ein ferromagnetische Zähne aufweisendes Geberzahnrad mit Winkelinkrementen der Breite Δϕ bezeichnet, das auf einer Kurbelwelle 2 montiert ist. Von einem magnetischen Aufnehmer 3, z. B. einem Hall-Sensor oder einem induktiven Sensor wird während der Drehbe wegung der Kurbelwelle 2 ein Spannungssignal erzeugt, das mit dem Abstand der Zahnradstirnfläche schwankt. Das Zahnrad bil det somit den Modulator zur Umformung der amplitudenanalogen Eingangsgröße Winkelgeschwindigkeit in ein frequenzanaloges Signal. Die Nulldurchgänge dieses Signals enthalten ebenfalls die Information über den momentanen Winkel. Durch die Abfolge der Zahnlücken und der ferromagnetischen Zähne des Geberzahn rads 1 ändert sich das Magnetfeld, das von einem Permanent magneten im Sensor 3 stammt.

Ein Zahnrad mit Z Zähnen und Radius R wird üblicherweise durch sein Modul

gekennzeichnet. Für eine ausreichend starke Magnetfeldänderung zur Signalgewinnung sind bei den magnetischen Sensoren nur Module innerhalb gewisser Grenzen zulässig. Das bedeutet bei vorgegebenem Radius R eine Be schränkung der maximalen Anzahl Z der Zähne und damit der ma ximalen Winkelauflösung. Ein Winkelinkrement ist gleich

Aus dem vom Sensor 3 gelieferten Signal erzeugt ein Diskriminator 4, der z. B. aus einem Schmitt-Trigger und einem Flankendetektor bestehen kann, ein Rechtecksignal, das durch den Abstand zwischen zwei Flanken T(n) (Periodendauer) ge kennzeichnet ist. Die Quantisierung dieses Signals erfolgt mit Hilfe eines Zählers 5 und einer Referenzfrequenz 6. Der so erhaltene Zählerstand ist mit

ein Maß für die Winkelgeschwindigkeit ω. Durch Aussparen von einem oder meh reren Zähnen auf dem Geberzahnrad 1 erhält man einen Bereich 7 für eine Winkelreferenz, mit deren Hilfe der Absolutwinkel bestimmt werden kann. Als Standard bei Impulsgebern auf der Kurbelwelle von Brennkraftmaschinen haben sich 60 Zähne minus einer Lücke von 2 Zähnen durchgesetzt.

Unter der Annahme einer starren Kurbelwelle gilt folgende Massenbilanz an der Kurbelwelle

Dabei ist mit Θ die Massenträgheit der Kurbelwelle, die Winkelbeschleunigung, M_gas das von den sich ändernden Zylin derdrücken verursachte Gasmoment, oft auch als Druckmoment bezeichnet, M_mass das von den oszillierenden Massen von Kolben und Pleuel verursachte Massenmoment und M_last das von der Straße rückwirkende Lastmoment.

In das Massenmoment M_mass geht eine winkelabhängige, periodi sche Funktion f(ϕ) ein, die die Form bestimmt und die momen tane Winkelgeschwindigkeit ω, welche die Amplitude bestimmt:

M_mass = f(ϕ)ω² (2)

f(ϕ)ist durch die Konstruktionsdaten der Brennkraftmaschine festgelegt. Das Massenmoment M_mass enthält keine Informationen über den Betriebszustand der Brennkraftmaschine, d. h. keine Information, ob eine Verbrennung stattgefunden hat oder nicht und ist in diesem Fall eine Störung, während das Gasmoment M_gas eine Aussage über den Verbrennungsvorgang erlaubt.

Die gesuchte Größe der Detektion von Verbrennungsaussetzern und der Schätzung des Drehmoments der Brennkraftmaschine bil det also das Gasmoment M_gas.

Die Gleichung (1) spiegelt den Zusammenhang zwischen der ge messenen Winkelgeschwindigkeit ω und dem Gasmoment M_gas wi der. Störungen sind das Massenmoment M_mass und das Lastmoment M_last. Hinzu kommen die Meßfehler bei der Drehzahlbestimmung durch Zahnradungenauigkeiten wie Fertigungstoleranzen und ex zentrische Lagerung des Geberrades auf der Welle und durch die Quantisierung bei der Auszählung der Zahnzeiten mit dem Referenztakt. Außerdem werden die hochdynamischen Drehzahlsi gnale über einen Zahn oder über ein Segment gemittelt, wo durch eine Verfälschung des vom Aufnehmer abgegriffenen Nutz signales eintritt.

Im folgenden wird der Algorithmus zur Schätzung des Momenten verlaufs erläutert. Ausgangspunkt dabei ist die Gleichung (1) für die Momentensumme der verschiedenen Drehmomente auf der Kurbelwelle. Diese Gleichung kann umgeformt werden zu:

Aus der Gleichung (3) ist ersichtlich, daß die Differenz der quadrierten Winkelgeschwindigkeit an zwei Winkelstellungen bis auf einen Proportionalitätsfaktor die über das Intervall ϕ₂-ϕ₁ gemittelte Momentensumme ergibt. Sie kann durch

approximiert werden. Mit ist dabei eine gemittelte Zahn zeit bezeichnet,die beispielsweise über eine Umdrehung be rechnet wird, d. h. als die Zeit bis wieder der selbe Zahn des Geberzahnrades am Sensor vorbeistreicht. Bei Z Zähnen bzw. Segmenten ergibt sich diese Zeit zu

Um eine möglichst genaue Momentenschätzung zu erhalten, müs sen die bei der Messung der Winkelgeschwindigkeit durch Toleranzen am Geberrad auftretenden Störungen wie Fertigungstole ranzen und Exemplarstreuungen und unzentrische Lagerung des Geberrades auf der Kurbelwelle, sowie der Einfluß des Massen momentes M_mass berücksichtigt werden.

Adaptionsverfahren, bei dem diese Einflüsse bei der Bestim mung der Winkelgeschwindigkeit einer Welle in Betracht gezo gen werden können, sind beispielsweise in der zeitgleichen deutschen Patentanmeldung P 195 40 674 der selben Anmelderin beschrieben. Dort wird ein Korrekturfaktor für jeden einzel nen Zahn oder für jedes Segment ermittelt.

Wird nämlich das Geberzahnrad beim Aufbringen auf die Kurbel welle nicht genau zentrisch justiert, kommt es zur Überlage rung von Schwankungen mit der Periode einer Umdrehung in der gemessenen Geschwindigkeit. Der Sensor mißt die Tangentialge schwindigkeit, mit der die Zähne des Geberzahnrades vor beistreichen und nicht die Winkelgeschwindigkeit.

Eine weitere Fehlerquelle des Geberzahnrads bei der Messung der Winkelgeschwindigkeit, die bei dem genannten Verfahren berücksichtigt wird, stellen Fertigungstoleranzen der Zähne des Geberrades dar. Die Winkelteilung des Zahnrades ist da durch nicht exakt und die tatsächliche Schrittweite eines Winkelinkrementes ist nicht konstant. Dieser Winkelfehler wiederholt sich nach einer Umdrehung.

Die Fluktuationen in der Winkelgeschwindigkeit werden durch Momentenschwankungen, d. h. durch die auf die Kurbelwelle ein wirkenden Momente und die Fehler bei der Messung der Winkel geschwindigkeit verursacht und alle in einer Kleinsignalnähe rung auf Schwankungen in der gemessenen Zeitdauer T(n) (Zahnzeiten) zwischen zwei Zähnen bzw. Segmenten umgerechnet. Auch wird dabei der stochastische Quantisierungsfehler durch die begrenzte Auflösung des Referenztaktes für den Zähler mit berücksichtigt. Dieses Verfahren liefert einen Korrekturfaktor für jeden einzelnen Zahn oder Segment, mit dessen Hilfe die Zahnzeiten T(n) korrigiert und weiterverarbeitet werden kön nen, beispielsweise zur Detektion von Verbrennungsaussetzern.

Die auf diese Weise korrigierten Zahnzeiten T_korr(n) anstelle der gemessenen Zahnzeiten T(n) enthalten aber immer noch ei mit zunehmender Drehzahl der Brennkraftmaschine stark an. Deshalb wird eine an sich bekannte Tiefpaßfilterung durchge führt, wodurch diese Störungen unterdrückt werden können:

mit T_filt(n): gefilterte Zahnzeiten
h(i): Filterkonstanten
L: Filterlänge.

Ein Mittelwertfilter, bei dem alle Filterkonstanten h(i) kon stant sind, läßt sich für Zahnzeiten besonders einfach reali sieren, indem einfach die Zeit zwischen mehreren Zähnen ver wendet wird, d. h. die Segmentlänge größer gewählt wird.

Da die Differenzbildung das Rauschen der Drehzahl erheblich verstärkt, wäre eine Mittelung über ein großes Segment, d. h. über viele Zähne des Geberrades wünschenswert. Andererseits wird dadurch die Dynamik des Nutzsignals verschlechtert. Be sonders bei niedrigen Drehzahlen sind dann Lastmomentschwan kungen von Schwankungen des Lasmomentes schwierig zu unter scheiden. Um immer nur den kleinstmöglichen Fehler zu machen, ist es sinnvoll, die Filter- oder die Segmentlänge in Abhän gigkeit des Betriebspunktes über die Last und der Drehzahl der Brennkraftmaschine zu verändern. Zur Unterscheidung zwi schen Gasmoment und Lastmoment wird eine möglichst feine Ab tastung der Drehzahl ohne große Filterung mit einem kleinen Integrationsintervall benötigt. Dadurch erfahren die Momente die geringste Verfälschung durch die digitale Verarbeitung. Der Quantisierungsfehler erfordert aufgrund seines höherfre quenten Charakters eine möglichst starke Tiefpaßfilterung, was z. B. durch breite Abtastschritte oder eine entsprechende Filterfunktion erzielt werden kann.

In Fig. 2 ist der gemessene Periodendauerverlauf, also die noch nicht korrigierten Werte für die Zahnzeiten T(n) bei ei ner Drehzahl von 1250 Upm und einer Zählfrequenz von 8 Mhz bei einem einzelnen Aussetzer und dem dadurch ausgelösten Nachschwingvorgang aufgetragen. Der Abstand zwischen 2 ganzen Zahlen auf der Abszisse entspricht dabei jeweils einem Ar beitsspiel.

Fig. 3 zeigt die korrigierten und nach Gleichung (4) verar beiteten Zahnzeiten aus der Fig. 2. Die Segmentlänge beträgt dabei 5 Zähne. Auf der Ordinate ist das geschätzte Summenmo ment _gas-_last, normiert auf das Trägheitsmoment Θ aufgetra gen. Nach der Verarbeitung der korrigierten und gefilterten Drehzahlen entsprechend den Gleichungen (4) und (5) sind die Lastschwankungen immer noch im Signal enthalten (Fig. 3).

Das Gasmoment weist an Winkelstellungen im Bereich von 10°-40° vor dem Oberen Totpunkt geringe Änderungen auf, da sich der Vorgängerzylinder gerade in der Ausstoßphase befindet und im aktuellen Zylinder die Verbrennung noch keine wesentliche Drucküberhöhung gebracht hat. Die Schwankungen des Drehmomen tes in diesen Punkten kann also dem Lastmoment zugeschrieben werden. Durch eine lineare Interpolation erhält man den Lastmomentverlauf zwischen diesen Stützstellen. In Fig. 4 ist dieser Verlauf dargestellt.

Zieht man das interpolierte Lastmoment von den nach Gleichung (4) aufbereiteten Drehzahlfluktuationen ab, bleibt der Ver lauf des geschätzten Gasmomentes _gas übrig. Aus dem ge schätzten Verlauf des Gasmomentes _gas können verschiedene Merkmale, die den Verbrennungsprozeß kennzeichnen, erzeugt werden. In Fig. 5 sind drei verschiedene Kenngrößen, auch als Merkmale y_H(k), y_F(k) und y_V(k) bezeichnet, dargestellt.

Die maximale Höhe des Gasmomentes y_H(k) ist ein mögliches aussagekräftiges Merkmal. Die Berechnung ist einfach, da nur das Maximum des geschätzten Gasmomentes _gas(n) in einem Zy lindersegment (k-1)LnkL gefunden werden muß:

y_H(k) = max(_gas(n)) (k-1)Ln<kL.

L ist die Anzahl der berechneten Werte für das Gasmoment _gas(n) innerhalb eines Zylindersegmentes,
k ist ein Laufindex für das Zylindersegment.

Ein anderes Merkmal stellt die Fläche y_F(k) unter der Gesamt momentenkurve in einem Zylindersegment dar:

Eine dritte Möglichkeit berücksichtigt nur die Werte der Mo mentenfolge, die innerhalb des Verbrennungsintervalls liegen:

(k-1)Ln1<n2<kL.

Das Intervall von 10° bis 80° nach dem Oberen Totpunkt korre liert gut mit dem mittleren induzierten Druck.

Um Einbrüche des Gasmomentes für einen Zylinder erkennen zu können ist der Vergleich mit einem Nominalwert notwendig. Als Residuum, also der Vergleich zwischen Nominalwert und tat sächlichen Wert, wird für alle drei Kenngrößen bzw. Merkmale y_H(k), y_F(k) und y_V(k) die Differenz zu einem Mittelwert heran gezogen:

mit i=H,F,V und r_i als Residuum.

Der Mittelwert y_i(k) kann durch eine beliebige Filterung, bei spielsweise durch IIR(Infinite Impulse Response)- oder FIR (Finite Impulse Response)-Tiefpaßfilterung oder mit einem Me dianfilter berechnet werden. Das Medianfilter bietet den Vor teil, daß die Einbrüche bei Aussetzern in die Mittelung nicht eingehen, solange sie weniger häufig als die normalen Ver brennungen im Mittelungsintervall auftreten.

Die Ergebnisse des Algorithmus mit dem Höhenverfahren im Ver gleich zu einem konventionellen Segmentverfahren zeigt die Fig. 6. Das Residuum r_H für das Höhenverfahren mit einer ge mittelten Drehzahl über 5 Zähne ist in Fig. 6 oben zu sehen. Man erkennt deutlich, daß das Nachschwingen des Antriebs strangs nach einem Verbrennungsaussetzer durch das Höhenver fahren unterdrückt wird, so daß der Aussetzer sicher erkannt werden kann. Bei einem konventionellen Verfahren auf der Ba sis der Zylindersegmentzeiten (z. B. bei 4 Zylinder 180°) nach Fig. 6 unten kann das Nachschwingen nicht genügend unter drückt werden und beim Festlegen einer Schwelle, die den Aus setzer noch erkennen läßt, können Fehldetektionen ausgelöst werden.

Aus den berechneten Residuen, die die Informationen über die Verbrennungsaussetzer nur verrauscht enthalten, muß entschie den werden, ob ein Aussetzer vorliegt oder nicht. Mit Hilfe des Neyman-Pearson-Kriteriums, eines Verfahrens aus der sto chastischen Detektionstheorie, läßt sich eine Methode zur Be rechnung einer Schwelle herleiten, bei deren Überschreiten auf einen Verbrennungsaussetzer entschieden wird:

Mit Q^-1(P_F) ist dabei ein Proportionalitätsfaktor bezeichnet, der die Abhängigkeit der Schwelle von der vorgegebenen Fehlerwahrscheinlichkeit angibt. σ²_e1 ist die vom Betriebspunkt der Brennkraftmaschine wie Last, Drehzahl und Temperatur ab hängige natürliche Varianz der Residuen, die den statisti schen Charakter der Verbrennung kennzeichnet. Sie kann aus stationären Messungen an einem Prüfstand bestimmt und z. B. in einem Kennfeld gespeichert werden. Die durch die Rückwirkung von einer rauhen Straßenoberfläche herrührenden stochasti schen Schwankungen werden durch die zweite Varianz σ²_e2 ge kennzeichnet. Sie kann on-line durch die Varianz der bei der Interpolation des Lastmoments verwendeten Stützstellen be stimmt. Damit kann bei extrem rauher Straßenoberfläche die fälschliche Erkennung von Verbrennungsaussetzern sicher ver mieden werden.

Fig. 7 zeigt, wie die betriebspunktabhängige Schwelle durch den Korrekturterm mit σ²_e2 bei Auftreten starker Störungen durch die Fahrbahn (washboard) angehoben wird.

Claims

1. Verfahren zur Momentenschätzung mittels Drehzahlauswertung an der Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine mit einem Geber rad und einem dem Geberrad zugeordneten Aufnehmer zur Erfas sung der Kurbelwellengeschwindigkeit durch Auswerten von Zahnzeiten (T(n)), bei dem

- die gemessenen Zahnzeiten (T(n)) einer, Störeinflüsse bei der Erfassung der Kurbelwellengeschwindigkeit (ω) berücksichti genden Korrektur und einer anschließenden, betriebspunktab hängigen Filterung unterworfen werden,
- daraus der Verlauf des auf der Kurbelwelle angreifenden, die Informationen über den Verbrennungsvorgang beinhaltenden Gasmomentes (M_gas) geschätzt wird,
- aus dem geschätzten Verlauf (_gas) des Gasmomentes (M_gas) cha rakteristische Kenngrößen (y_H(k), y_F(k), y_V(k)) für den Ver brennungsprozeß abgeleitet werden,

dadurch gekennzeichnet, daß
als Kenngröße die maximale Höhe y_H(k)=max(_gas(n)) des ge schätzten Gasmomentes (_gas(n)) in einem Zylindersegment ((k- 1)Ln<kL) herangezogen wird mit: L als die Anzahl der berechneten Werte für das Gasmoment _gas(n) innerhalb eines Zylindersegmentes,
k Laufvariable.

2. Verfahren zur Momentenschätzung mittels Drehzahlauswertung an der Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine mit einem Geber rad und einem dem Geberrad zugeordneten Aufnehmer zur Erfas sung der Kurbelwellengeschwindigkeit durch Auswerten von Zahnzeiten (T(n)), bei dem

dadurch gekennzeichnet, daß als Kenngröße die Fläche y_F(k) unter der Gesamtmomentenkurve des geschätzten Gasmomentes (_gas(n)) herangezogen wird:

3. Verfahren zur Momentenschätzung mittels Drehzahlauswertung an der Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine mit einem Geber rad und einem dem Geberrad zugeordneten Aufnehmer zur Erfas sung der Kurbelwellengeschwindigkeit durch Auswerten von Zahnzeiten (T(n)), bei dem

dadurch gekennzeichnet, daß als Kenngröße nur die Werte der Mo mentenfolge des geschätzten Gasmomentes (_gas(n)) herangezogen werden, die innerhalb eines Verbrennungsintervalls (n₁, n₂) liegen: (k - 1)L n1 < n2 < kL.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekenn zeichnet, daß Residuen (r_i) durch Differenzbildung zwischen den Kenngrößen (y_H(k), y_F(k), y_V(k)) und einem Mittelwert berechnet und mit einem Schwellenwert () verglichen werden und bei Überschreiten des Schwellenwertes () auf einen Ver brennungsaussetzer erkannt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwellenwert () abhängig von Betriebsparametern der Brenn kraftmaschine und der Rückwirkung der Straßenoberfläche ge wählt ist.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Berechnung des Schwellenwertes () zusätzlich ein Faktor Q^-1(P_F) berücksichtigt wird, der die Abhängigkeit des Schwel lenwertes von der Fehlerwahrscheinlichkeit angibt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die korrigierten Zahnzeiten (T_korr(n)) einer Tief paßfilterung uterworfen werden nach der Beziehung mit: L = Filterlänge
h(i) = Filterkoeffizient.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterlänge (L) abhängig vom Betriebspunkt der Brennkraftmaschine gewählt ist.