DE19750305A1 - Verfahren zur Auswertung des Ausgangssignales eines Drehzahlsensors - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Auswertung des Ausgangssignales eines Drehzahlsensors nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Stand der Technik

Verfahren bzw. Vorrichtungen zur Auswertung der Ausgangssignale von Drehzahlsensoren sind insbesondere im Zusammenhang mit der Auswertung von Drehzahlsensoren bei Kraftfahrzeugen bereits bekannt. Dabei wird üblicherweise nicht nur die Drehzahl sondern auch die Lage einer rotierenden Welle, beispielsweise der Kurbel- oder der Nockenwelle der Brennkraftmaschine erkannt.

Bei solchen Verfahren bzw. Vorrichtungen befindet sich auf einer Welle der Brennkraftmaschine eine Scheibe, die an ihrer Oberfläche eine Vielzahl gleichartiger Markierungen aufweist und wenigstens eine unterschiedliche Markierung, die als Bezugsmarke dient. Die rotierende Scheibe wird von einem Sensor abgetastet, dessen Ausgangssignal nach einer Signalaufbereitung einer drehzahlabhängigen Impuls folge entspricht, die die Oberflächenstruktur der rotierenden Scheibe wiedergibt.

Aus dem Vergleich der zeitlichen Abstände einzelner Impulse läßt sich die Drehzahl bestimmen. Die Bezugsmarke wird erkannt, indem Zeitabstände zwischen Impulsen oder Quotienten dieser Zeitabstände miteinander verglichen werden und das Vergleichsergebnis ausgewertet wird, wobei die Bezugsmarke erkannt wird, wenn sich das Vergleichsergebnis in charakteristischer Weise vom vorhergehenden unterscheidet. Ein solches Verfahren zur Drehzahl- und Bezugsmarkenerkennung, bei dem zusätzlich noch Plausibilitätsuntersuchungen ablaufen, die aus unzulässigen Zeitabständen auf eine Fehlfunktion schließen lassen, ist aus der DE OS 42 10 933 bereits bekannt.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Auswertung des Ausgangssignales eines Drehzahlsensors mit den Merkmalen des Hauptanspruchs hat gegenüber dem bekannten Verfahren den Vorteil, daß eine noch zuverlässigere Signalauswertung erfolgen kann, wobei insbesondere sehr zuverlässig verhindert wird, daß ein irrtümliches Erkennen der Bezugsmarke vorkommen kann. Erzielt wird dieser Vorteil, indem das Ausgangssignal des Drehzahlsensors, das eine drehzahlabhängige Impulsfolge mit einer Anzahl von regulären Impulsen und wenigstens einem singulären Impuls aufweist, daraufhin untersucht wird, ob ein Zeitabstand oder ein Zeitverhältnis sich von einem vorhergehenden in charakteristischer Weise unterscheidet, wobei immer dann wenn der Vergleich ein vorgebbares Ergebnis liefert, zunächst die Bezugsmarke markiert wird und diese erst endgültig als Bezugsmarke erkannt wird, wenn eine zweite vorgebbare Bedingung erfüllt ist, wobei die zweite Bedingung aus einem Zählwert der regulären Impulse gewonnen wird.

Weitere Vorteile der Erfindung werden durch die in den Unteransprüchen angegebenen Maßnahmen erzielt. Besonders vorteilhaft ist, wenn Quotienten von Zeitabständen miteinander verglichen werden und die Bezugsmarkenerkennung anhand der unterschiedlichen Quotienten erfolgt. Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich durch die Möglichkeit, unterschiedliche Fehler zu erkennen, wobei statische Fehler, dynamische Fehler sowie Kombinationen dieser Fehler erkennbar sind und je nach auftretendem Fehler unterschiedliche Reaktionen bei der weiteren Auswertung möglich sind. Im Startfall kann in vorteilhafter Weise die Bezugsmarke schnell und zuverlässig erkannt werden, so daß eine sichere Synchronisation möglich ist.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Im einzelnen zeigt Fig. 1 eine aus der DE OS 42 10 933 bekannte Einrichtung zur Drehzahl und Bezugsmarkenerfassung, mit der auch die vorliegende Erfindung realisiert werden kann. In Fig. 1a ist der zugehörige Signalverlauf nach einer ersten Aufbereitung angegeben. In Fig. 2 ist ein Blockschaltbild, das die erfindungsgemäße Signalauswertung beschreibt, dargestellt.

Beschreibung

In Fig. 1 ist eine Einrichtung zur Drehzahl- und Bezugsmarkenerfassung, die beispielsweise bei einer Brennkraftmaschine eingesetzt werden kann, dargestellt. Dabei ist eine Inkrementscheibe 10, die eine Vielzahl von gleichartigen Marken 11 an ihrer Oberfläche aufweist, auf einer Welle 12 befestigt, deren Drehzahl bzw. Winkelstellung bestimmt werden soll. Diese Welle 12 kann beispielsweise die Nockenwelle oder die Kurbelwelle einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine sein.

Die Marken 11 der Inkrementscheibe 10 sind alle im gleichen Abstand voneinander angeordnet, zusätzlich sind zwei Bezugsmarken 13a, 13b vorhanden, die beispielsweise durch zwei fehlende Marken gebildet werden. Anhand dieser Bezugsmarken lassen sich Referenzstellungen für die Welle 12 gewinnen. Ist die Welle 12 die Nockenwelle einer Brennkraftmaschine, kann in üblicher Weise die Synchronisation zwischen Kurbel- und Nockenwelle anhand der Bezugsmarken 13a, 13b durchgeführt werden.

Die Ausgestaltung der Inkrementscheibe 10 ist beim dargestellten Ausführungsbeispiel so, daß die Länge der Marken und die Länge der Zwischenräume gleich sind. Auf den Winkel (beispielsweise Nockenwellenwinkel) bezogen ist ein Inkrement, also der Winkel, der sich über eine Marke und einen Zwischenraum erstreckt und beispielsweise drei Grad NW beträgt. Die Bezugsmarken 13a, 13b weisen zwischen zwei Rückflanken der Marken einen Abstand von zwölf Grad NW auf.

Der Winkel zwischen zwei gleichartigen Flanken, beispielsweise Rückflanken der Bezugsmarken wird als Segment bezeichnet, er beträgt beim dargestellten Beispiel mit zwei Bezugsmarken 180 Grad NW.

Bei Rotation der Inkrementscheibe 10 wird in einem feststehenden Drehzahlsensor 14, beispielsweise einem Induktivsensor, einem Hallsensor usw., ein drehzahlabhängiges Signal erzeugt. Nach einer Aufbereitung in der Pulsfolgestufe 15 entsteht ein Rechtecksignal, das die Oberfläche der Inkrementscheibe 10 wiedergibt. Dieses Rechtecksignal wird in der Auswerteeinrichtung 16 zur Ermittlung der Drehzahl und der Winkelstellung bzw. Bezugsmarkenerkennung ausgewertet. In Fig. 1a ist das Rechtecksignal als Spannung U15 über der Zeit t aufgetragen. Die auszuwertenden Zeitintervalle t1, t2, t3, . . . laufen jeweils von einer Rückflanke der Pulsfolge 15 bis zur nächsten Rückflanke, mit diesen Rückflanken werden Interruptsignale INT ausgelöst.

Mit der in Fig. 1a gewählten Darstellung, die für eine konstante Drehzahl gilt, sind die Zeiten t1 und t3 jeweils gleich lang, die Zeit t2, die während des Vorbeilaufens der Bezugsmarke 13a, 13b am Sensor 14 verstreicht, ist wesentlich länger, bei dem in Fig. 1a dargestellten Beispiel doppelt so lang. Werden die Zeiten zueinander ins Verhältnis gesetzt, also die Quotienten t1/t2, t2/t3, t3/t4 usw. gebildet, ergibt sich für die Bezugsmarke ebenfalls ein Quotient, der sich in signifikanter Weise von den übrigen Quotienten unterscheidet.

Die in Fig. 1 dargestellte Inkrementscheibe ist nur beispielhaft angegeben. Die Zahl der Marken sowie ihre Länge und/oder die Länge der Abstände zwischen zwei Marken kann in individueller Weise an vorgebbare Erfordernisse angepaßt werden. Auch die Zahl der Bezugsmarken kann größer sein als zwei und bei der Auswertung der Nockenwellenstellung beispielsweise gleich der Zylinderzahl der Brennkraftmaschine sein.

Fig. 2 zeigt ein ausführliches Blockschaltbild zur Signalverarbeitung, die in der Auswerteeinrichtung 16, zum Beispiel einem Steuergerät eines Kraftfahrzeuges abläuft. Diese Auswerteeinrichtung 16 umfaßt eine Recheneinrichtung sowie erforderliche Speicher- und Zählmittel, die teilweise nicht dargestellt sind. Der Auswerteeinrichtung 16 wird die in der Pulsformerstufe 15 geformte Rechteckspannung U15 zugeführt, falls die Pulsformerstufe nicht selbst Bestandteil der Auswerteschaltung 16 ist. Im Zähler 17, der Bestandteil der Auswerteschaltung 16 ist, wird aus dem Signal U15 die Inkrementdurchlaufzeit tI, also die Zeit t1, t2, t3, . . . zwischen vorgebbaren Signalflanken ermittelt. Diese Zeit tI wird im folgenden weiter ausgewertet, wobei beispielsweise im Block 18 aus jeder Inkrementdurchlaufzeit tI die Momentandrehzahl nm ermittelt wird. Im Block 19 wird die Inkrementdurchlaufzeit mit einer Maximalzeit verglichen und bei Überschreiten der Maximalzeit tM ein Fehlersignal F1 abgegeben, das in der Defekterkennung 20 zusammen mit weiteren Fehlersignalen F2 und F3 ausgewertet wird.

Im Block 21 wird zur Erkennung der Bezugsmarke und zur dynamischen Plausibilitäts-Überprüfung der Quotient ink_quot=t01_ink_akt/t01_ink_alt der beiden letzten aufeinanderfolgenden Inkrementdurchlaufzeiten tI gebildet.

Die Quotientenbildung erfolgt dabei zum Beispiel so, daß jeweils die größere Durchlaufzeit im Zähler und die kleinere im Nenner steht. Durch diese Vorgehensweise läßt sich die weitere Auswertung besonders einfach gestalten.

Die Bezugsmarkenerkennung kann durch auftretende Ereignisse gestört werden, deshalb wird das auszuwertende Signal sowohl dynamisch als auch statisch überwacht auf Plausibilität und Vollzähligkeit der Winkelmarken bzw. Inkremente je Segment. Dazu wird jeweils die relative Änderung der alten zur aktuellen Inkrementzeit mit Schwellwerten verglichen, dies entspricht einer dynamischen Plausibilitätsprüfung und danach wird der Inkrementzähler mit der Nummer des letzten Inkrements eines Segmentes vor der Bezugsmarke verglichen. Die relative Änderung der alten zur aktuellen Inkrementzeit ist definiert als ink_quot=to1_ink_akt/to1_ink_alt, die Nummer des letzten Inkrementes eines Segmentes vor der Bezugsmarke ist mit INK_1VL bezeichnet.

Bei der Festlegung der Schwellwerte ist zu berücksichtigen, daß sich die Inkrementzeiten im dynamischen Fall, also bei positiver oder negativer Beschleunigung lediglich in gewissen Grenzen ändern können. Damit können durch Vergleich der relativen Änderung der Inkrementquotienten dynamische Plausibilitätsuntersuchungen ablaufen, die eindeutig erkennen lassen, ob der gebildete Quotient ein zulässiger Quotient sein kann oder auch unter dynamischen Bedingungen nicht möglich ist.

Die sich anschließende statische Plausibilitätsuntersuchung in Block 23, bei der die vom Inkrementzähler 22 gezählte Zahl mit der Nummer des letzten Inkrements eines Segmentes vor der Bezugsmarke verglichen wird, ermöglicht es, statische Fehler zu erkennen. Damit ist es möglich, zu erkennen, ob es sich bei der erkannten Bezugsmarke tatsächlich um die Bezugsmarke handelt oder ob ein statischer Fehler vorliegt. Die dynamische und statische Inkrementplausibilität kann anhand der folgenden Tabelle erläutert werden.

In der Tabelle ist dargestellt, wie der Vergleich der relativen Änderung der Inkrementquotienten mit unteren und oberen Schwellwerten zur dynamischen Fehlererkennung führt und wie der Vergleich der Inkrementzahl mit der Nummer des letzten Inkrements eines Segments statische Fehler erkennen läßt. Erfindungsgemäß wird bei allen einzeln auftretenden Fehlern der Fehlerzähler des Blocks 23 um 1, bei gleichzeitigem statischen und dynamischen Fehler um 2 erhöht. Die Reaktionen bei den möglichen Fehlern sind auf Sicherheit und schnelles neues Synchronisieren im Fehler- bzw. Startfall optimiert. Die weitere Vorgehensweise bei verschiedenen Fehlern wird anhand der folgenden Zusammenstellung verdeutlicht:

Dynamischer Fehler 1

Alle Zeiten werden wie vor dem Auftreten des Impulses restauriert, jedoch ansonsten das Inkrement wie ein korrektes behandelt. Der Inkrementzähler wird um 1 erhöht und danach die statische Plausibilität überprüft.

Dynamischer Fehler 2

Das Inkrement wird wie eine korrekte Lücke behandelt inklusiv der Überprüfung der statischen Plausibilität.

Dynamischer Fehler 3

Dies entspricht dem Auftreten eines Störimpulses zwischen 2 normalen Inkrementen. Der Störimpuls wird ausgeblendet, indem alle Zeiten wieder wie vor dem Auftreten des Impulses restauriert werden. Der Inkrementzähler wird nicht geändert.

Statischer Fehler 1

In diesem Segment wurde ein Inkrement zuviel erkannt. Die jetzt eigentlich erwartete Lücke wird simuliert, indem alle Operationen einer normalen Lücke mit Ausnahme der Drehzahlberechnung durchgeführt werden.

Statischer Fehler 2

Es trat eine Lücke auf, obwohl der Inkrementzähler noch nicht den Wert INK_1VL erreicht hatte. Der Inkrementzählerstand und das Auftreten dieses Zustandes werden gespeichert und nach Ablauf aller erwarteter Inkrementflanken dieses Segments bewertet.

Die Bereiche für die dynamische Inkrementplausibilität werden drehzahlabhängig verändert, da der normale Motorlauf mit steigender Drehzahl gleichmäßiger wird. Unterhalb einer Drehzahl NG werden die Quotienten q_ink mit weiteren, oberhalb von NG mit engeren Grenzen verwendet.

Bei einer einfachen Inkrement-Winkel-Zeit-Auswertung wird bei einem Quotienten ink_quot, der größer ist als der Grenzwert für die Bezugsmarke, angenommen, daß die Bezugsmarke aufgetreten ist, auch wenn der Zählwert des Inkrementzählers 22 noch nicht den Wert erreicht hat, den er bei tatsächlichem Auftreten der Bezugsmarke erreicht haben müßte (statischer Fehler 2). Es wird dann also die Bezugsmarke erkannt und bei der Bildung der künftigen Ansteuersignale vom Steuergerät der Brennkraftmaschine entsprechend behandelt. Priorität hat in diesem Fall also der Quotient, d. h. unabhängig vom tatsächlichen Zählwert des Inkrementzählers 23 wird unter bestimmten Bedingungen die Bezugsmarke erkannt und es wird davon ausgegangen, daß die Bezugsmarke tatsächlich aufgetreten ist. Es kann jedoch vorkommen, daß durch die Nachgiebigkeit der Antriebswelle der Brennkraftmaschine beim Druckaufbau die Drehzahl so stark einbricht, daß der Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden gleichartigen Flanken des Rechtecksignales U15 so groß wird, daß er einem Abstand entspricht, der eigentlich nur auftreten sollte, wenn die Bezugsmarke am Sensor vorbeiläuft. In diesem Fall kann von der Auswerteeinrichtung fälschlicher Weise die Bezugsmarke erkannt werden, wodurch entsprechende Ansteuersignale ausgelöst werden und beispielsweise die Magnetventilansteuerung abgebrochen wird und der Inkrementzähler 22 zurückgesetzt wird. Bei der anschließend wirklich auftretenden Bezugsmarke wird diese noch einmal erkannt und der Fehlerzähler wird inkrementiert, er wird demnach zweimal inkrementiert, ohne daß tatsächlich ein Fehler vorliegt. Falls dies mehrmals hintereinander vorkommt, kann es zur endgültigen Defekterkennung bei der Inkrement-Winkel-Zeit-Auswertung kommen, wodurch Mengenaussetzer auftreten können, die vermeidbar wären. Damit eine irrtümliche Bezugsmarkenerkennung vermieden wird, wird in der erfindungsgemäßen Vorgehensweise eine andere Priorität gewählt. Priorität bei der Bezugsmarkenerkennung hat nicht der Quotient, sondern die Plausibilitätsuntersuchung. Ergibt die Quotientenauswertung, also der Quotientenvergleich mit den Schwellwerten, daß es sich um eine Bezugsmarke handelt, wird diese Bezugsmarke nicht sofort als richtig akzeptiert, sondern es wird die Plausibilitätsuntersuchung mitberücksichtigt. Ergibt die Plausibilitätsuntersuchung daß der Zählwert des Inkrementzählers noch nicht den Wert vor der Bezugsmarke erreicht hat, wird das Erkennen der Bezugsmarke lediglich markiert, der Inkrementzähler wird jedoch nicht zurückgesetzt, sondern er zählt die auftretenden Inkremente weiter. Erst nachdem der Inkrementzähler auf einen Wert gezählt hat, der dem Lückeninkrement INK_1VL entspricht, wird entschieden, ob die durch Quotientenauswertung ermittelte Bezugsmarke tatsächlich eine Bezugsmarke war oder ob es sich um eine Fehlinterpretation gehandelt hat. Wird bei Erreichen des Bezugsmarkeninkrements bei der Quotientenauswertung wiederum eine Bezugsmarke erkannt, wird die zuvor markierte Bezugsmarke als Fehlinterpretation erkannt und die Markierung gelöscht und die zuletzt erkannte Bezugsmarke als richtig erkannt und bei der weiteren Auswertung berücksichtigt. Wird der bei Erreichen des Lückeninkrements erhaltene Quotient als normales Inkrement erkannt, ergibt also der Vergleich des Quotienten mit den Schwellwerten, daß es sich um ein normales Inkrement handelt und nicht um die Bezugsmarke, wird eine geeignete Fehlerreaktion gestartet und es wird beispielsweise die nächste Bezugsmarke als richtige Bezugsmarke akzeptiert, auch wenn es sich bei dieser Bezugsmarke an sich um eine "falsche" Bezugsmarke handelt. Damit wird sichergestellt, daß bei einmaliger Nichterkennung der richtigen Bezugsmarke dennoch Ansteuerimpulse erzeugt werden können.

Das beschriebene System läßt sich besonders in Verbindung mit einer Regelung von Brennkraftmaschinen einsetzen, wobei aus der Lage der Bezugsmarke die Zuordnung zwischen Kurbel- und Nockenwelle ableitbar ist. Grundsätzlich läßt sich ein solches Auswerteverfahren zur Erkennung einer Bezugsmarke jedoch bei jedem Winkelsystem einsetzen, bei dem ein rotierender Körper mit einer Anzahl gleichartiger und wenigstens einer unterschiedlichen Winkelmarke ausgewertet werden soll.

Claims (7)

1. Verfahren zur Auswertung des Ausgangssignales eines Sensors, der ein rotierendes Element mit einer Anzahl gleichartiger Marken und wenigstens einer, eine Bezugsmarke bildende unterscheidbare Marke abtastet und eine drehzahlabhängige Impulsfolge mit einer Anzahl gleichartiger Impulse und einem singulären Impuls liefert, wobei die Zeitabstände zwischen den Impulsen in einer Auswerteeinrichtung ermittelt werden und aus diesen Zeitabständen Quotienten gebildet werden, die zur Erkennung der Bezugsmarke mit Schwellwerten verglichen werden, dadurch gekennzeichnet, daß eine Bezugsmarke markiert wird, wenn der Vergleich ein vorgebbares Ergebnis liefert und erst endgültig als Bezugsmarke erkannt wird, wenn eine zweite vorgebbare Bedingung erfüllt ist, wobei die zweite Bedingung durch Zählen der Impulse der Impulsfolge ermittelbar ist.

2. Verfahren zur Auswertung des Ausgangssignales eines Sensors nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Quotienten von Zeitabständen jeweils mit einem oberen und einem unteren Schwellwert verglichen werden, wobei diese Schwellwerte in Abhängigkeit von einer maximal möglichen Dynamik festgelegt werden.

3. Verfahren zur Auswertung des Ausgangssignales eines Sensors, dadurch gekennzeichnet, daß der als zweite Bedingung dienende Zählwert mit Hilfe eines Inkrementzählers gewonnen wird, der bei Auftreten jedes Inkrementes um 1 erhöht wird und bis zu einem Zählwert zählt, der einem Inkrement entspricht, das dem Bezugsmarkeninkrement entspricht.

4. Verfahren zur Auswertung des Ausgangssignales eines Drehzahlsensors, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich ein Fehlerzähler vorhanden ist, der bei jedem erkannten Fehler oder bei jeder erkannten Nichtplausibilität um wenigstens 1 erhöht wird und den aktuellen Fehlerstatus anzeigt.

5. Verfahren zur Auswertung des Ausgangssignales eines Sensors nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß abhängig von der Inkrementdurchlaufzeit, die als Abstand zwischen gleichartigen Impulsflanken aufeinanderfolgender Winkelmarken gebildet wird, eine Momentandrehzahl bestimmt wird.

6. Verfahren zur Auswertung des Ausgangssignales eines Sensors nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Inkrementdurchlaufzeit mit Hilfe eines Zählers ermittelt wird.

7. Verfahren zur Auswertung des Ausgangssignales eines Drehzahlsensors nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Plausibilitätsüberprüfungen mit höherer Priorität erfolgen als die Bezugsmarkenerkennung durch die Quotientenauswertung.