DE4408425A1

DE4408425A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Einregeln der Winkellage einer Nockenwelle

Info

Publication number: DE4408425A1
Application number: DE4408425A
Authority: DE
Inventors: Klaus-Gerd Dipl Ing Meyer; Gerhard Dipl Ing Schneider; Guenther Dr Ing Heling
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1993-06-16
Filing date: 1994-03-12
Publication date: 1994-12-22
Anticipated expiration: 2014-03-13
Also published as: KR100339114B1; KR950001447A; DE4408425B4

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Einregeln der auf den Drehwinkel einer Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors bezogenen Winkellage einer Nockenwelle auf eine Soll-Winkellage.

Stand der Technik

In der Patentanmeldungsveröffentlichung DE-A-40 06 950 wer den ein Verfahren und eine Vorrichtung aus dem vorstehend genannten Gebiet der Technik im Detail angegeben. Ein Stell glied wird von einem mit Durchlaufen eines Regelungspro gramms arbeitenden PID-Regler mit einem Stellsignal ange steuert. Das Stellglied verfügt über zwei miteinander in Eingriff stehende Zahnräder mit Schrägverzahnung, von denen das eine mit der Nockenwelle verbunden ist und das andere über eine Kette von der Kurbelwelle angetrieben wird. Die Zahnräder können durch einen Verstellmechanismus in axialer Richtung gegeneinander verschoben werden, wodurch sich auf grund der Schrägverzahnung eine Relativverdrehung zwischen Kurbelwelle und Nockenwelle ergibt. Der Verstellmechanismus wird vom Stellsignal angesteuert. Dieses Stellsignal wird mit PID-Verhalten, ausgehend von einer Regelabweichung, d. h. der Differenz zwischen der Ist-Winkellage und einer Soll-Winkellage gebildet. Die Soll-Winkellage wird abhängig vom jeweils aktuellen Betriebszustand des Motors aus einem Kennfeld ausgelesen.

Ein derartiges PID-Regelungsverfahren stellt relativ langsam auf einen neuen Sollwert ein, da die Verstellgeschwindigkeit mit kleiner werdender Regelabweichung zwischen Soll- und Istwert immer kleiner wird.

Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum schnellen Einregeln der Winkellage einer Nockenwelle auf eine Soll-Winkellage anzugeben.

Die Erfindung ist für das Verfahren durch die Merkmale von Anspruch 1 und für die Vorrichtung durch die Merkmale von Anspruch 10 gegeben.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vor richtung arbeiten mit einem Dreipunktregler, der mit Schätz werten für die zukünftige Istlage arbeitet. Das Stellsignal kann eines von drei Werten einnehmen, nämlich einen Frühwert zum Verstellen der Nockenwelle in Richtung auf ein frühes Öffnen von Einlaßventilen, einen Spätwert zum Verstellen in Richtung auf ein spätes Öffnen von Einlaßventilen und einen Haltewert zum Halten der aktuellen Ist-Winkellage. Bei jedem Durchlaufen des Regelungsprogramms wird untersucht, welche Schätz-Winkellage die Nockenwelle zu Beginn des nächsten Programmdurchlaufs aufweisen wird. Stellt sich dabei heraus, daß sie dann schon so dicht bei der Soll-Winkellage stehen wird, daß sie diese selbst dann erreichen kann, wenn schon auf den Haltewert umgestellt wird, erfolgt diese Umstellung, obwohl die Ist-Winkellage aktuell noch von der Soll-Winkel lage abweicht. Dadurch ist ein erheblich schnelleres Einre geln als bei PID-Regelung möglich, da bei PID-Regelung die Verstellgeschwindigkeit immer mehr abgesenkt wird, je mehr sich die Ist- der Soll-Winkellage nähert. Beim erfindungsge mäßen Verfahren erfolgt dagegen Verstellung mit maximaler Verstellgeschwindigkeit durch Ausgeben des Früh- oder des Spätwertes so lange, bis die Nockenwelle nur noch so weit von der Soll-Winkellage entfernt ist, daß sie in diese auf grund der Trägheit des Verstellmechanismus auch beim Um schalten auf den Haltewert hineinläuft.

Der Verstellmechanismus verfügt typischerweise über ein Hy draulikventil mit zwei Kammern, die mit unterschiedlichen Mengen von Öl versorgt werden. Erhält nur die eine Kammer Öl, erfolgt eine Verstellung in Richtung Früh, erhält nur die andere Kammer Öl, erfolgt eine Verstellung in Richtung Spät, und erhalten beide Kammern im wesentlichen gleich viel Öl, bleibt der aktuelle Verstellwert erhalten. Diese Versor gung mit jeweils gleich viel Öl werde durch ein Tastverhält nis von Ansteuerungssignalen für Stellventile von 50% be schrieben. In der Praxis sind leicht unterschiedliche Ölmen gen, also etwas von 50% abweichende Tastverhältnisse erfor derlich, um den Verstellmechanismus in seiner Lage zu hal ten. Auch können unterschiedliche Tastverhältnisse für den Haltewert erforderlich sein, je nachdem ob ein Halten nach einer Verstellung in Richtung Früh oder nach einer Verstel lung in Richtung Spät erforderlich ist. Um den Haltewert je weils optimal einzustellen, wird nach einer vorteilhaften Weiterbildung eine Adaption des Haltewertes vorgenommen.

Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung wird auch eine Adaption der Endverstellgeschwindigkeitswerte vorgenom men, auf die sich Rechnungen zum Bestimmen der aktuellen Stellung stützen. Dadurch können Schätzwerte für die aktuel le Stellung auch dann sehr genau bestimmt werden, wenn sich Betriebsparameter des Verstellmechanismus ändern, z. B. die Viskosität der Hydraulikflüssigkeit aufgrund einer Erwärmung der selben.

Zeichnung

Fig. 1 ist ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; Fig. 2 ist ein Flußdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens; Fig. 3 ist ein Flußdiagramm für eine Prozedur zum Bestimmen der Ju stierwerte für die Winkellage einer Nockenwelle; Fig. 4 ist ein Flußdiagramm für eine Prozedur zum Adaptieren der Endverstellge schwindigkeit der Winkellage der Nockenwelle; Fig. 5 ist ein Flußdiagramm für eine Prozedur zur Adaption des Haltewerts des Stellsignals zum Einstellen der Soll-Winkellage; und Fig. 6 ist ein Flußdiagramm für eine Prozedur zur Bestimmung des neuen Stellwerts.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen

Fig. 1 zeigt einen Verbrennungsmotor 10 mit einem Nockenwellen verstellmechanismus 11, einem Kurbelwellen-Inkrementgeber 12, einem Nockenwellensignalgeber 13 und einer Regelungseinrichtung 14. Die Regelungseinrichtung 14 ist ein Mikrocomputer mit einer CPU 15, einem E/A-Interface 16, einem Taktgeber 17, einem RAM 18 und einem ROM 19, der Programme speichert, deren Funktion nach folgend unter Bezugnahme auf die Fig. 2 bis 6 erläutert wird.

Der Kurbelwellen-Inkrementgeber 12 gibt beim Ausführungsbeispiel alle 6° Kurbelwinkel ein Kurbelwelleninkrementsignal aus. Der Nockenwellen-Signalgeber 13 gibt nach jeweils 90° Umdrehung der Nockenwelle ein Nockenwellen-Winkelsignal aus. Bei einer Drehzahl des Motors von 600 U/min bedeutet dies, daß alle 50 ms ein Nockenwellen-Winkelsignal auftritt.

Der Nockenwellen-Verstellmechanismus 11 verfügt über ein die Nockenwelle antreibendes Zahnrad und ein von der Kurbelwelle angetriebenes Zahnrad, die jeweils eine Schrägverzahnung aufweisen. Diese zwei Zahnräder werden über eine Hydraulik einrichtung in axialer Richtung gegeneinander verschoben, wodurch beim Ausführungsbeispiel insgesamt ein Verstellhub von 40° möglich ist. Der Hydraulikmechanismus verfügt über zwei Kammern, die mit unterschiedlichen Ölmengen versorgt werden. Um die Stellung des Hydraulikmechanismus zu halten, erhalten beide Kammern in etwa gleich viel Öl. Bei der An steuerung bedeutet dies für die Kammern ein Tastverhältnis von etwa 50%. Bei Verstellung in Richtung Früh beträgt das Tastverhältnis nahe 0% und bei Verstellung in Richtung Spät beträgt es nahe 100%. Diese jeweiligen Tastverhältnisse werden eingestellt, wenn das dem Nockenwellen-Verstellmecha nismus 11 von der Regelungseinrichtung 14 zugeführte Stell signal entweder einen Haltewert oder einen Frühwert bzw. einen Spätwert aufweist.

Fig. 2: Funktionsübersicht

Eine Übersicht über im ROM 19 gespeicherte Programme zum Be stimmen des jeweiligen Wertes des Stellsignals wird nun an hand des Flußdiagramms von Fig. 2 erläutert. Bei den Pro grammen handelt es sich um ein Initialisierungsprogramm, ein (nichtdargestelltes) Hintergrundprogramm und zwei Interrupt routinen.

Nach dem Start des Verfahrens erfolgt in einem Schritt s1 eine Initialisierung. In diesem werden u. a. bestimmte vor gegebene Größen eingestellt, wie sie bei im folgenden erläu terten Berechnungen verwendet werden. Diese Größen werden für jeden Motortyp und jeden Typ des Nockenwellen-Verstell mechanismus 11 auf einem Prüfstand appliziert. Beim Ausfüh rungsbeispiel müssen die applizierten Werte nicht besonders genau bestimmt werden, da im Programmablauf verschiedene Adaptionen vorgenommen werden, mit denen applizierte Werte modifiziert werden. Im Initialisierungsschritt s1 wird auch eine Größe "nächster Stellwert" auf den Spätwert des Stell signals gestellt. Der Initialisierungsschritt s1 wird nur einmalig beim Start des Ablaufs gemäß Fig. 2 durchlaufen.

Im Hintergrundprogramm werden die aktuellen Werte von Motor betriebsgrößen erfaßt, wie z. B. die Werte der Drehzahl, der Drosselklappenstellung und der Motortemperatur. Mit Hilfe dieser Werte wird durch Auswertung von Kennlinien und Kenn feldern die zum aktuellen Betriebszustand des Motors 10 zu gehörige Soll-Winkellage der Nockenwelle (NW) bestimmt. In diesem Programmteil wird des weiteren in Abhängigkeit von der Drehzahl festgelegt, ob alle Signale des NW-Winkelsi gnals, z. B. vier Signale pro NW-Umdrehung, ausgewertet wer den oder ob lediglich eines der Signale je NW-Umdrehung aus gewertet wird, was bei höheren Drehzahlen von z. B. über 3000 U/min zum einen ausreichend ist und zum anderen die Rechnerbelastung vermindert. Für das Umschalten zwischen dem Betrieb unter Ausnutzung aller Signale bzw. unter Ausnutzung nur eines der Signale wird eine Hysterese von einigen Zig U/min vorgesehen.

Die in Fig. 2 außer dem Initialisierungsprogramm veranschau lichten zwei Interruptroutinen werden unter den folgenden Bedingungen ausgelöst. Die linke Routine wird beim Auftreten eines NW-Winkelsignals ausgelöst, wobei die eben diskutierte Fallunterscheidung vorgenommen wird, also bei kleineren Drehzahlen alle Winkelsignale verwertet werden, bei höheren Drehzahlen dagegen nur ein Signal pro NW-Umdrehung verwertet wird. Bei 600 U/min des Verbrennungsmotors wird diese Rou tine im oben genannten Fall alle 50 ms gestartet. Die rechte Routine zum Bestimmen eines neuen Stellwertes für den Noc kenwellen-Verstellmechanismus 11 wird dagegen immer dann ausgelöst, wenn der beim vorigen Durchlauf der Routine er mittelte Stellwert ausgegeben wird. Dieses Auslesen erfolgt in einem festen Zeitraster mit einer Periodendauer von z. B. 5 ms.

Die linke Routine, die maßgeblich zu Adaptionszwecken dient, verfügt über Schritte s2 bis s6. Im Schritt s2 wird der Ist- Wert α_IST der NW-Winkellage ausgehend von dem beim Auftre ten des Interrupts gemessenen Rohwert unter Berücksichtigung von Justierwerten bestimmt. Die Justierwerte werden bei der Endmontage eines Fahrzeugs bestimmt und im Schritt s3 adap tiert, was weiter unten unter Bezugnahme auf Fig. 3 erläu tert wird.

Im Schritt s4 wird der in einem Schritt s13.2, der weiter unten erläutert wird, berechnete Wert für die geschätzte NW- Winkellage α_SCHÄTZ ausgehend vom Istwert zum Interrupt zeitpunkt korrigiert. Dadurch wird ein korrigierter Schätz wert α_SCHÄTZ′ erhalten. Die Korrektur kann z. B. dadurch erfolgen, daß zum Istwert, wie er zum Interruptzeitpunkt für die linke Routine gemessen wurde, diejenige Winkeländerung addiert wird, die die Nockenwelle unter Berücksichtigung einer geschätzten Verstellgeschwindigkeit v_SCHÄTZ im Zeit raum zwischen dem Interruptzeitpunkt für die linke Routine und dem nächsten Interruptzeitpunkt für die rechte Routine zurücklegt. Der sich ergebende Wert α_SCHÄTZ′ wird im fol genden Schritt s5 zur Adaption der Verstellgeschwindigkeit der Nockenwelle verwendet, sofern gewisse Voraussetzungen erfüllt sind. Genauer gesagt, werden eine Endverstellge schwindigkeit v_FRÜH in Richtung Früh und eine Endverstell geschwindigkeit in Richtung Spät v_SPÄT adaptiert. Einzel heiten werden unten anhand des Flußdiagramms von Fig. 4 er läutert.

Im folgenden Schritt s6 wird die geschätzte NW-Winkellage α_SCHÄTZ unter Berücksichtigung des gemessenen und korri gierten Istwerts der NW-Winkellage berechnet und als Wert abgespeichert, wie er beim Auslösen der rech ten Routine durch Ausgeben des nächsten Stellwertes vor liegt.

Diese rechte Routine verfügt über Schritte s7 bis s13, in denen hauptsächlich der Stellwert berechnet wird, wie er beim nächsten Auslösen dieser Routine ausgegeben wird. Die Schritte s7 bis s11 dienen dazu, eine Größe v_END entweder auf den bereits genannten Wert v_SPÄT oder den Wert v_FRÜH oder auf 0 zu setzen. v_END ist dabei die Endverstellge schwindigkeit, wie sie die Nockenwelle in bezug auf die Kur belwelle erreicht, wenn sie über längere Zeit mit dem Stell signal für Verstellung in Richtung Spät oder in Richtung Früh angesteuert wird. Die Größe v_END wird bei der Berech nung des Stellwerts gemäß dem bereits genannten Schritt s13 benötigt. In den Schritten s8 und s10 wird außerdem festge halten, ob ein Wechsel vom Haltewert zum Spätwert bzw. zum Frühwert hin erfolgte. Nach diesen Schritten wird der Halte wert adaptiert (Schritt s12, Fig. 5) und der neue Stellwert wird bestimmt (Schritt s13, Fig. 6).

Fig. 3: Adaption der Justierwerte (Schritt s3)

Die oben genannten Justierwerte betreffen das Problem, daß der Winkel zwischen dem oberen Totpunkt eines Zylinders und dem zugehörigen Signal des NW-Signalgebers 13 nicht genau festliegt und daß der NW-Signalgeber seine vier Signale (beim Ausführungsbeispiel) pro NW-Umdrehung nicht exakt alle 90° ausgibt, sondern z. B. 1° (statt 0°) nach dem oberen Totpunkt sowie 89°, 178° und 272° nach demselben. Um die korrekten Werte von 0°, 90°, 180° und 270° zu erhalten, muß vom jeweiligen Meßwert, wie er die linke Interruptroutine auslöst, ein jeweiliger Justierwert abgezogen werden, der für die vier Signale beim Beispielsfall -1°, +1°, +2° bzw. -2° beträgt, um im Schritt s2 den korrigierten Istwert α_IST zu erhalten. Beim Ausführungsbeispiel werden ein globaler Justierwert sowie signalindividuelle Justierwerte bei der Endmontage und beim weiteren Betrieb des Fahrzeugs mit dem durch Fig. 3 veranschaulichten Verfahren eingestellt, das über Schritte s3.1 bis s3.10 verfügt.

Im Schritt s3.1 wird überprüft, ob der Sollwert der NW-Win kellage lange genug dem Spätanschlag entspricht, so daß da von ausgegangen werden kann, daß der Spätanschlag erreicht wurde. Ist die vorgegebene Zeit von z. B. 0,5 s noch nicht verstrichen, wird unmittelbar der Schritt s4 erreicht. An dernfalls wird im Schritt s4.2 geprüft, ob die Drehzahl un ter einer applizierbaren Schwelle von z. B. 3000 U/min liegt. Ist dies nicht der Fall, wird ebenfalls sofort der Schritt s4 erreicht. Diese Schritte sorgen dafür, daß Feh lereinflüsse beim Vornehmen der Adaption nach Möglichkeit ausgeschlossen werden und die Rechnerbelastung vermindert wird.

Im Schritt s3.3 wird die Differenz zwischen dem korrigierten Istwert α_IST für die Endlage und dem vorgegebenen Wert Null als Winkel α_EINSTELL für die Endlage gebildet. Im Schritt s3.4 wird die Unterscheidung getroffen, ob der globale Jus tierwert korrigiert werden soll, der für einen Referenzzy linder gilt oder ein signalindividueller Wert. Gehört das aktuelle NW-Winkelsignal zum Referenzzylinder, erfolgt im Schritt s3.5 eine Veränderung des globalen Justierwertes durch einen applizierbaren Anteil der ermittelten Differenz, was durch Tiefpaßfilterung erfolgt, so daß davon auszugehen ist, daß beim nächsten Programmdurchlauf die Differenz klei ner ist. Danach wird der Schritt s3.10 erreicht.

Wurde im Schritt s3.4 festgestellt, daß ein signalindivi dueller Justierwert zu korrigieren ist, wird im Schritt s3.6 geprüft, ob die im Schritt s3.3 ermittelte Differenz größer als "0" ist. Ist dies der Fall, wird im Schritt s3.7 der zum betroffenen Zylinder gehörende Justierwert um einen festen Betrag in solcher Richtung verändert, daß davon auszugehen ist, daß beim nächsten Programmdurchlauf die Differenz klei ner ist oder ein Wert mit umgekehrtem Vorzeichen auftritt. Danach wird der Schritt s3.10 erreicht.

Wurde im Schritt s3.6 festgestellt, daß die Differenz nicht größer als "0" ist, wird im Schritt s3.8 geprüft, ob die im Schritt s3.3 ermittelte Differenz kleiner als "0" ist. Ist dies der Fall, wird im Schritt s3.9 der zum betroffenen Zy linder gehörende Justierwert um einen festen Betrag in sol cher Richtung erhöht, daß davon auszugehen ist, daß beim nächsten Programmdurchlauf die Differenz kleiner wird oder ein Wert mit umgekehrtem Vorzeichen auftritt. Danach wird der Schritt s3.10 erreicht.

Im Schritt s3.10 wird der im Schritt s2 bereits schon einmal korrigierte Meßwert der NW-Winkellage unter Berücksichtigung des neuen zugehörigen Justierwertes korrigiert. Danach folgt der Schritt s4.

Fig. 4: Adaption der Verstellgeschwindigkeiten (Schritt s5)

In die Berechnung der Verstellgeschwindigkeit v_SCHÄTZ und damit in die Berechnung der davon abhängigen Werte geht die Endverstellgeschwindigkeit v_END entscheidend ein. Damit diese dauernd möglichst genau bekannt ist, erfolgt beim be vorzugten Ausführungsbeispiel laufend eine Adaption im Schritt s5, der über Unterschritte s5.1 bis s5.9 verfügt.

In den Schritten s5.1, s5.2, s5.3 und 55.4 werden Bedin gungen überprüft, unter denen die Adaption der Verstellge schwindigkeit stattfinden darf. Ist eine der Bedingungen nicht erfüllt, wird unmittelbar der Schritt s6 erreicht.

Im Schritt s5.1 wird überprüft, ob die Dauer der Verstellung in einer Richtung eine applizierbare Zeitgrenze von z. B. 50 ms erreicht. Damit soll der Anfangsbereich einer Verstel lung, in dem nicht von determinierten Zuständen ausgegangen werden kann, ausgeblendet werden. Im Schritt s5.2 wird ge prüft, ob sich die NW-Winkellage in der Nähe einer der bei den Anschlagspositionen befindet, da auch in diesen Fällen nicht von determinierten Zuständen ausgegangen werden kann.

Im Schritt s5.3 wird geprüft, ob sich die Motordrehzahl im Übergangsbereich befindet, in dem zwischen der Auswertung von allen NW-Winkelsignalen und der Auswertung von nur einem Signal je NW-Umdrehung umgeschaltet wird. Da bei gleichen physikalischen Verhältnissen aufgrund der unterschiedlichen Auswertung unterschiedliche Verstellgeschwindigkeiten adap tiert werden, ist im Übergangsbereich eine Adaption nicht sinnvoll.

Die Adaption erfolgt durch den Vergleich der gemessenen NW- Winkellage α_IST mit der geschätzten NW-Winkellage α_SCHÄTZ′. Diese geschätzte Winkellage wird mit Hilfe der geschätzten Verstellgeschwindigkeit v_SCHÄTZ ermittelt. Stimmen die beiden NW-Winkellagen nicht überein, wird davon ausgegangen, daß der Wert v_SCHÄTZ nicht richtig ermittelt wurde. v_SCHÄTZ wird aus den beiden Endverstellgeschwindig keiten v_FRÜH bzw. v_SPÄT berechnet. Soll einer der beiden Werte adaptiert werden, muß sichergestellt sein, daß sich ein vorangegangener Wert nicht zu stark auf v_SCHÄTZ aus wirkt. Zum Beispiel werden nach dem ersten Ausgeben einer Anforderung für eine Verstellung in Richtung Spät nach einer gewissen Zeitspanne andere Verhältnisse erzielt, wenn die Verstellung in Richtung Spät nach einem Haltezustand er folgt, als wenn sie nach einer Verstellung in Richtung Früh erfolgt. Um von solchen Unterschieden weitgehend unabhängig zu sein, wird die Prüfung gemäß Schritt s5.4 durchgeführt.

Im Schritt s5.5 wird aus der Differenz zwischen der ge schätzten NW-Winkellage α_SCHÄTZ′ und der Istwinkellage α_IST unter Verwendung eines Skalierungsfaktors k von z. B. 1°/2sec ein Korrekturwert v_del für die Verstellgeschwindig keit berechnet. Dieser Korrekturwert wird in den Schritten 5.7 oder 5.8 verwendet, um die Endverstellgeschwindigkeiten für Früh- bzw. Spätverstellung gemäß den in Fig. 4 angege benen Formeln zu verändern, nachdem im Schritt s5.6 unter schieden wurde, ob gerade eine Verstellung in Richtung Früh oder in Richtung Spät erfolgt.

Im Schritt s5.9 wird abschließend die Einhaltung von Unter- und Obergrenzen überwacht.

Fig. 5: Adaption des Stellwertes für Halten (Schritt s.12)

Wie bereits ausgeführt, sollte dann, wenn der Haltewert aus gegeben wird, die Winkellage der NW unverändert bleiben. Im Idealfall hätte der Haltewert das oben angegebene Tastver hältnis von 50%. In der Praxis weicht das erforderliche, den Haltewert repräsentierende Tastverhältnis von 50% ab und beträgt z. B. 59%. Außerdem sind im Regelfall unter schiedliche Haltewerte abhängig davon erforderlich, ob zuvor der Spätwert oder der Frühwert ausgegeben wurde. Um solche Abweichungen des Haltewerts von einem Tastverhältnis von 50% an die jeweils aktuelle Anwendung anzupassen, wird der Adaptionsschritt s12 ausgeführt, der über Unterschritte s12.1 bis s12.8 verfügt.

Im Schritt s12.1 wird nachgefragt, ob der Sollwert der NW- Winkellage nach einmaliger Ausgabe des Haltewerts lange ge nug konstant ist (Wartezeit z. B. 50 msec), damit davon aus gegangen werden kann, daß im folgenden vorkommende Verstel lungen nur zur Korrektur eines nicht exakt adaptierten Hal tewertes erforderlich sind. Ist dies nicht der Fall, wird sofort der Schritt s13 erreicht.

Im Schritt s12.2 wird überprüft, ob sich die NW-Winkellage in der Nähe einer der beiden Anschläge befindet. Ist dies der Fall, wird unmittelbar der Schritt s13 erreicht, da in diesem Fall eine Adaption des Haltewertes nicht sicher durchgeführt werden kann.

Nachdem sichergestellt ist, daß die Adaption des Haltewerts durchgeführt werden kann, beginnt der Hauptteil der Adaption im folgenden Schritt s12.3.

Fand ein Wechsel vom Haltewert zum Früh- oder Spätwert statt, wurde dieser im Schritt s8 bzw. s10 festgehalten, und im Schritt s12.4 wird die Differenz der Wechsel in beiden Richtungen innerhalb einer Zeitspanne von beim Ausführungs beispiel 250 msec ausgewertet (Wechsel in Spätrichtung ab züglich der Wechsel in Frührichtung). Überschreitet die Differenz einen applizierten Grenzwert von z. B. vier Wech seln, wird der Haltewert im Schritt s14.5 um eine kleine vorgegebene Schrittweite d_sw erhöht, die im Tastverhältnis beim Ausführungsbeispiel 0,4% ausmacht. Danach wird der Schritt s12.8 erreicht.

Stellt sich im Schritt s12.6 heraus, daß die Zahl der Wech sel zur Frühverstellung die Zahl der Wechsel zur Spätver stellung um den applizierbaren Grenzwert überschreitet, wird im Schritt s12.7 der Haltewert um eine kleine vorgegebene Schrittweite d_sw verringert, die im Tastverhältnis beim Ausführungsbeispiel 0,4% ausmacht. Danach wird der Schritt s12.8 erreicht.

Im Schritt s12.8 werden nach erfolgter Adaption die beiden Werte für die erfolgten Wechsel der Verstellung initiali siert (auf 0 gesetzt), und der gespeicherte Sollwert, der im Schritt s12.1 verwendet wird, wird ebenfalls initialisiert (auf 0 gesetzt), um eine Änderung desselben erkennen zu kön nen.

Fig. 6: Bestimmung des neuen Stellwertes (Schritt s13)

Der Schritt s13 zum Bestimmen des neuen Stellwertes, wie er beim nächsten Starten der rechten Routine abgerufen wird, verfügt über Unterschritte s13.1 bis s13.9.

Im Schritt s13.1 wird die geschätzte Verstellgeschwindigkeit v_SCHÄTZ bestimmt, die für die Verstellung bis zum nächsten Programmdurchlauf gültig ist. Davon ausgehend, daß sich die Verstellgeschwindigkeit der Regelstrecke entsprechend einem Tiefpaß erster Ordnung verhält, ist es erforderlich, den Endwert der Verstellgeschwindigkeit zu kennen. Diese Erken nung erfolgte im Schritt s8 (für Spätverstellung) bzw. im Schritt s10 (für Frühverstellung). Der Endwert v_END wird mit einem Faktor F multipliziert, der insbesondere von der Drehzahl n des Motors abhängt. Dies, weil die jeweilige End geschwindigkeit v_END relativ stark von der NW-Drehzahl ab hängt. Zum Beispiel ist unterhalb einer Motordrehzahl von 1500 U/min noch nicht der Maximaldruck des den NW-Verstell mechanismus 11 antreibenden Hydrauliköls erreicht. Darüber hinaus kann hierbei der Übergang für die Auswertung aller vier NW-Signale zur Auswertung eines Signals (oder umge kehrt) berücksichtigt werden.

Die Berechnung der geschätzten Verstellgeschwindigkeit v_SCHÄTZ erfolgt hiervon ausgehend mit Hilfe einer üblichen digitalen Übergangsfunktion erster Ordnung, gestützt auf eine Konstante c, die in Abhängigkeit von der Zeitkonstanten τ der NW-Verstelleinrichtung 11 appliziert wird. Im allge meinen sind die Zeitkonstanten für die beiden Bewegungsrich tungen voneinander verschieden, weswegen im Schritt s13.1 für c ein Wert c_SPÄT bzw. c_FRÜH eingestellt werden kann.

Im Schritt s13.2 wird die Winkellage α_SCHÄTZ der Nockenwel le abgeschätzt, wie sie voraussichtlich zu Beginn der näch sten rechten Interruptroutine vorliegen wird. Dies erfolgt mit der im Schritt s13.2 angegebenen Formel, gestützt auf den beim letzten Durchgang berechneten Schätzwert α_SCHÄTZ, die vorgegebene Zeitspanne dt zwischen zwei Durchläufen der rechten Interruptroutine (5 ms) und dem im Schritt s13.1 berechneten Schätzwert für die Geschwindigkeit v_SCHÄTZ.

Des weiteren erfolgt im Schritt s13.2 die Berechnung desje nigen Wertes der NW-Winkellage, der erreicht würde, wenn beginnend mit dem nächsten Programmdurchlauf der Haltewert ausgegeben würde und sich dann die Nockenwelle aufgrund der Trägheit der gesamten Regelstrecke noch etwas weiter ver stellen würde. Der hierbei mit der in diesem Schritt ange gebenen Formel berechnete Wert α_SCHÄTZ+ bestimmt, welcher Wert mit dem Beginn des nächsten Durchlaufs der rechten Interruptroutine ausgegeben werden soll, denn es ist das Ziel, bei einer laufenden Verstellung bereits dann auf den Haltewert überzugehen, wenn der Sollwert noch nicht erreicht wurde, aufgrund des Tiefpaßverhaltens des NW-Verstellmecha nismus 11 jedoch davon auszugehen ist, daß der Istwert den Sollwert auch dann erreichen wird, wenn nur noch der Halte wert ausgegeben wird. Durch diese Maßnahme kann die Nocken welle sehr lange mit maximaler Verstellgeschwindigkeit ange trieben werden, um dann gerade in die Soll-Winkellage zu gelangen, wenn schon etwas zuvor der Haltewert ausgegeben wird. Dadurch kann ein jeweiliger Sollwert besonders schnell eingestellt werden. Die Entscheidung, welcher Wert mit dem Beginn des nächsten Durchlaufs der rechten Interruptroutine ausgegeben werden soll, fällt beim jetzigen Durchlauf, in dem eine Differenz α_DIF zwischen dem Wert α_SCHÄTZ+ und dem Sollwert α_SOLL gebildet wird.

Im Schritt s13.3 wird geprüft, ob die Differenz oberhalb einer applizierbaren Toleranzschwelle liegt. Ist dies der Fall, wird im Schritt s13.4 festgehalten, daß der neue Stellwert der Spätwert werden soll, und der Durchlauf der Routine wird beendet. Andernfalls wird im Schritt s13.5 ge prüft, ob die Differenz α_DIF unterhalb des negierten Wertes der Toleranzschwelle liegt. Ist dies der Fall, wird im Schritt s13.6 festgehalten, daß der neue Stellwert der Früh wert werden soll, und der Durchlauf der Routine wird been det. Andernfalls wird im Schritt s13.7 festgehalten, daß der neue Stellwert der adaptierte Haltewert werden soll.

In diesem Fall wird im Schritt s13.8 geprüft, ob die letzte angeforderte Verstellung eine solche in Richtung Spät war. Ist dies der Fall, wird der auszugebende Haltewert im Schritt s13.9 um einen applizierbaren Korrekturwert erhöht. Hierdurch kann eine Hysterese in der Kennlinie des NW-Ver stellmechanismus 11 berücksichtigt werden, die sich folgen dermaßen auswirkt: erfolgte eine Verstellung in Richtung Früh, so ist anschließend ein Wert von z. B. 56% erforder lich, um die NW-Winkellage konstant zu halten. Erfolgte da gegen eine Verstellung in Richtung Spät, so ist anschließend ein Wert von z. B. 59% erforderlich, um die NW-Winkellage konstant zu halten.

Nach dem Schritt s13.8 oder dem Schritt s13.9 ist der Durch lauf der rechten Routine beendet.

Beim Ausführungsbeispiel werden vier Nockenwellen-Winkelsi gnale pro Nockenwellenumdrehung abgegeben. Es kann jedoch auch mit noch weniger, aber auch mit mehr Signalen gearbei tet werden. Je weniger Signale pro Umdrehung ausgegeben wer den, über desto längere Zeitspannen muß mit Schätzwerten ge arbeitet werden. Umgekehrt führen häufigere Messungen zu we niger Schätzwerten und damit im Prinzip genauerer Regelbar keit. Es ist jedoch zu beachten, daß jede Messung einen zu sätzlichen Rechenaufwand bedeutet, da mit jeder Messung nicht nur der gemessene Winkel, sondern auch der Meßzeit punkt abgespeichert werden muß und dann mit Hilfe dieser beiden Größen und der Differenz zu einem aktuellen Rechenab lauf festgestellt werden muß, wie groß der Meßwert auf den aktuellen Zeitpunkt bezogen ist. Man wird daher versuchen, mit so wenig wie möglich Meßwerten auszukommen. Je genauer das zeitliche Verhalten des Gesamtaufbaus bekannt ist, desto zuverlässiger werden Abschätzungen, und mit desto weniger Meßwerten kann gearbeitet werden. Es ist auch möglich, bei relativ geringen Drehzahlen, z. B. unter 2000 U/min vier Si gnale pro Nockenwellenumdrehung auszuwerten, dagegen bei höheren Drehzahlen nur zwei Signale.

Die Adaptionen können auch anders als beschrieben ausgeführt werden. Z. B. kann bei der Adaption der Endverstellgeschwin digkeiten so vorgegangen werden, daß dann, wenn der Spät- oder Frühwert relativ lange ausgegeben wird, gewartet wird, bis der Verstellmechanismus seine Endgeschwindigkeit er reicht hat und dann diese Endgeschwindigkeit mit Hilfe zwei er aufeinanderfolgender Winkelmessungen bestimmt wird. Der Haltewert kann z. B. dadurch adaptiert werden, daß unter sucht wird, ob es bei dauernder Beibehaltung der Soll-Win kellage zu einer veränderten NW-Winkellage kommt. Dies kann nur dann der Fall sein, wenn sich der Istwert wegen eines unzutreffenden Haltewerts verstellt hat. Kommt es zu Spät verstellung, zeigt dies an, daß der Haltewert die Winkellage nicht tatsächlich hielt, sondern in Richtung Spät verstell te. Das Tastverhältnis wird dann etwas erniedrigt. Im umge kehrten Fall wird es etwas erhöht.

Ein typischer Wert für die Endverstellgeschwindigkeit be trägt 20°/100 msec. Ein typischer Wert für die Zeitkonstante des Systems für den Übergang erster Ordnung nach dem Um schalten auf das Haltesignal ist 40 msec.

Beim Ausführungsbeispiel wird von den das Übergangsverhalten erster Ordnung gemäß der Gleichung in Schritt s13.1 bestim menden Parameter c und v_END nur die Endverstellgeschwindig keit v_END adaptiert. Jedoch ist es mit einem ähnlichen Ver fahren, wie dem anhand von Fig. 4 beschriebenen Verfahren, möglich, die Konstante c in kleinen Schritten so zu verän dern, daß das aktuelle zeitliche Verhalten besser angenähert wird.

Claims

1. Verfahren zum Einregeln der auf den Drehwinkel einer Kurbelwelle bezogenen Winkellage einer Nockenwelle auf eine Soll-Winkellage mit Hilfe eines Stellgliedes, das von einer mit Durchlaufen eines Regelungsprogramms arbeitenden Rege lungseinrichtung mit einem Stellsignal angesteuert wird; dadurch gekennzeichnet, daß

- das Stellglied mit jeweils einem von drei Werten des Stellsignals ansteuerbar ist, nämlich einem Frühwert zum Verstellen der Nockenwelle in Richtung auf ein frühes Öffnen von Einlaßventilen eines Verbrennungsmotors, eines Spätwer tes zum Verstellen der Nockenwelle in Richtung auf ein spä tes Öffnen von Einlaßventilen und einem Haltewert zum Halten der aktuellen Ist-Winkellage;
- die Verstellgeschwindigkeit (V_SCHÄTZ) der Nockenwelle ab geschätzt wird, wie sie zu Beginn des folgenden Programm durchlaufs vorliegen wird;
- aus dieser Verstellgeschwindigkeit und dem bekannten zeit lichen Verhalten (c, v_SCHÄTZ) der Nockenwellenverstellung nach dem Umschalten auf das Stellsignal vom Haltewert der Verstellwinkel (α_SCHÄTZ+) abgeschätzt wird, auf den sich die Winkellage der Nockenwelle noch ändern würde, wenn das Stellsignal zu Beginn des nächsten Programmdurchlaufs auf den Haltewert umgestellt würde; und
- bereits dann vom Früh- oder Spätwert des Stellsignals auf dessen Haltewert umgestellt wird, wenn die Abweichung zwi schen dem Verstellwinkel (α_SCHÄTZ+) und der Soll-Winkel lage innerhalb eines Toleranzbandes liegt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellgeschwindigkeit (v_SCHÄTZ), wie sie zu Beginn des folgenden Programmdurchlaufs vermutlich vorliegen wird, aus der aktuellen Verstellgeschwindigkeit unter Anwendung einer Übergangsfunktion erster Ordnung mit applizierter Zeitkonstante (c, Δt) und Endverstellgeschwindigkeit (v_END) abgeschätzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitkonstante adaptiert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Endverstellgeschwindigkeit (v_END) adaptiert wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Endverstellgeschwindigkeit (v_END) mit Hilfe der folgen den Schritte adaptiert wird:

a) wenn ein die Winkellage (α) der Nockenwelle anzeigendes Signal auftritt, wird dieses als Istwert erfaßt;
b) beim Auftreten des genannten Signals wird die für diesen Zeitpunkt abgeschätzte Winkellage als Schätzwert ermittelt;
c) die Differenz zwischen dem Schätzwert und dem Istwert wird gebildet; und
d) die Endverstellgeschwindigkeit wird mit vorgegebener kleiner Schrittweite so verändert, daß beim nächsten Ausfüh ren der Schritte a) bis c) eine kleinere Differenz oder eine solche mit umgekehrtem Vorzeichen zu erwarten ist.

6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß der Haltewert adaptiert wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Haltewert mit Hilfe folgender Schritte adaptiert wird:

a) nach einmaliger Ausgabe des Haltewerts wird überwacht, ob der Sollwert annähernd konstant bleibt;
b) ist der Sollwert annähernd konstant, werden nach Ablauf einer Wartezeit die Wechsel vom Haltewert zum Früh- bzw. Spätwert protokolliert; und
c) überschreitet der Betrag der Differenz aus den Wechseln einen Grenzwert, wird der Haltewert mit vorgegebener kleiner Schrittweite so verändert, daß beim erneuten Ausführen der Schritte a) und b) eine kleinere Differenz oder eine solche mit umgekehrtem Vorzeichen zu erwarten ist.

8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß jeder Istwert der Winkellage der Nockenwelle mit Justierwerten korrigiert wird, die Abweichungen bezüglich der Lage der einzelnen Nockenwellensi gnale relativ zur Kurbelwellensignale berücksichtigen.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Justierwerte wie folgt bestimmt werden:

a) die Nockenwelle wird in eine Endstellung verstellt;
b) die während einer Nockenwellenumdrehung gemessenen Ist werte werden erfaßt; und
c) es wird aus der Differenz zwischen jedem Istwert und dem jeweils zugehörigen Sollwert der aktuelle Justierwert mit vorgegebener kleiner Schrittweite so verändert, daß beim erneuten Ausführen der Schritte a) und b) eine kleinere Dif ferenz oder eine solche mit umgekehrtem Vorzeichen zu erwar ten ist.

10. Vorrichtung zum Einregeln der auf den Drehwinkel einer Kurbelwelle bezogenen Winkellage einer Nockenwelle auf eine Soll-Winkellage mit Hilfe eines Stellgliedes (11), das von einer mit Durchlaufen eines Regelungsprogramms arbeitenden Regelungseinrichtung (14) mit einem Stellsignal angesteuert wird; dadurch gekennzeichnet, daß

- das Stellglied so ausgebildet ist, daß es mit jeweils mit einem von drei Werten des Stellsignals ansteuerbar ist, näm lich einem Frühwert zum Verstellen der Nockenwelle in Rich tung auf ein frühes Öffnen von Einlaßventilen eines Ver brennungsmotors, eines Spätwertes zum Verstellen der Nocken welle in Richtung auf ein spätes Öffnen von Einlaßventilen und einem Haltewert zum Halten der aktuellen Ist-Winkellage; und
- die Regelungseinrichtung so ausgebildet ist, daß von ihr
- die Verstellgeschwindigkeit (V_SCHÄTZ) der Nockenwelle abgeschätzt wird, wie sie zu Beginn des folgenden Programm durchlaufs vorliegen wird;
- aus dieser Verstellgeschwindigkeit und dem bekannten zeitlichen Verhalten (c, v_END) der Nockenwellenverstellung nach dem Umschalten auf das Stellsignal vom Haltewert der Verstellwinkel (α_SCHÄTZ+) abgeschätzt wird, auf den sich die Winkellage der Nockenwelle noch ändern würde, wenn das Stellsignal zu Beginn des nächsten Programmdurchlaufs auf den Haltewert umgestellt würde; und
- bereits dann vom Früh- oder Spätwert des Stellsignals auf dessen Haltewert umgestellt wird, wenn die Abweichung zwi schen dem Verstellwinkel (α_SCHÄTZ+) und der Soll-Winkel lage innerhalb eines Toleranzbandes liegt.