DE69932523T2

DE69932523T2 - Verfahren und system zum erfassen von verbrennungsaussetzern unter verwendung einer synchronen korrektur

Info

Publication number: DE69932523T2
Application number: DE69932523T
Authority: DE
Inventors: Donald Dearborn REMBOSKI; Darren Vpsilanti SCHUMACHER; Marvin Detroit LYNCH; Alan Ypsilanti CHEWTER
Original assignee: Motorola Inc
Current assignee: Motorola Solutions Inc
Priority date: 1998-07-31
Filing date: 1999-06-25
Publication date: 2007-03-15
Anticipated expiration: 2019-06-26
Also published as: EP1101091B1; EP1101091A1; EP1101091A4; US5906652A; DE69932523D1; WO2000006987A1; ES2270603T3

Description

Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung betrifft allgemein das Gebiet der Motorsteuerung, und insbesondere eine Signalverarbeitungs-Vorrichtung und ein Verfahren für ein System zur Bestimmung von Fehlzündungen oder Zündaussetzern einer Kolbenkraftmaschine.
Hintergrund der Erfindung
Viele gegenwärtige Steuerungen für Kolbenkraftmaschinen weisen integrale Fehlzündungs-Erfassungssysteme auf. Durch zunehmend strengere Abgasnormen wird die Gewährleistung einer genauen und vollständigen Fehlzündungserfassung unter allen Motor- und Kraftfahrzeug-Betriebsbedingungen obligatorisch.
Für gewöhnlich vertrauen Systemkonstrukteure auf eine Messung der Motorwinkelgeschwindigkeit an der Kurbelwelle und manchmal auf eine Kurbelwellenbeschleunigung oder andere Formem von Motorbeschleunigung, welche beide jeweils in großem Maße vom Drehmoment des Motors während des Zündungsprozesses abhängen, um eine Fehlzündung eines bestimmten Motorzylinders zu bestimmen. Für gewöhnlich werden Fehlzündungen durch unterschiedliche Signaturanalysen und/oder Spektralanalyse vorhergesagt, Verfahren, welche die gemessene Geschwindigkeits- oder Beschleunigungsinformationen analysieren.
Einige heutige Motorfehlzündungs-Erfassungssysteme verwenden Positionsencoder, die an der Kurbelwelle des Motors befestigt sind, um die Drehposition eines Motors zu bestimmen. Von dieser Messung der Drehposition können Motordrehzahl- und/oder Absolutpositions-Informationen abgeleitet werden. Mit diesen Informationen kann der Motor gemäß seiner Aufgabe gesteuert werden und Verbrennungsaussetzer können durch Verhaltens-Signaturanalyse wie vorstehend erwähnt erfasst werden. Im Betrieb unterliegen derartige Positionsencoder Messungenauigkeiten, wenn sich der Motor dreht. Diese Ungenauigkeiten können zu fehlerhaften Angaben der wahren (physikalischen) Motor-Drehposition führen, wenn der Positionsencoder rotiert. Darüber hinaus können aufgrund von Kurbelwellendynamik, welche Torsionsschwingungen an der Kurbelwelle, Trägheitsdrehmoment aufgrund von sich hin- und herbewegenden Massen, einem Ungleichgewicht der Kolbenmasse und andere mechanisch induzierte Schwingungen an der Kurbelwelle des Motors einschließt, die Motor-Drehpositionsdaten die Genauigkeit einer Fehlzündungserfassung besonders bei hohen Motorgeschwindigkeiten negativ beeinflussen, bei denen diese Verhalten jegliches Signaturverhalten eines Fehlzündungauftretens im Wesentlichen vereiteln können.
Einige Fehlzündungs-Erfassungssysteme des Standes der Technik reduzieren Fehler von Positionsencodern auf ein Minimum, indem sie deren Verhalten lernen, wenn der Motor nicht mit Kraftstoff versorgt wird, und dann das gelernte Verhalten berücksichtigen oder abziehen, wenn der Motor mit Kraftstoff versorgt wird. Der Motor wird nicht mit Kraftstoff versorgt, um ein Lernen des Fehlzündungsverhaltens zu verhindern – falls eine Fehlzündung oder ein Zündaussetzer während des Lernprozesses auftritt. Falls eine Fehlzündung während des Lernprozesses gelernt wurde, würde dies bei dem Verhalten berücksichtigt, und auf diese Weise könnten Fehlzündungen oder Zündaussetzer nicht zuverlässig erfasst werden. Neben einer erforderlichen unabhängigen Kalibrierung arbeiten diese Verfahren weder richtig bei mechanisch induzierten Schwingungen an der Kurbelwelle des Motors im befeuerten oder mit Kraftstoff versorgten Zustand, noch berücksichtigen sie einen sich verändernden Motorbetrieb mit zunehmendem Alter.
Ein weiteres Problem bei hochgenauen Fehlzündungs-Bestimmungssystemen des Standes der Technik ist die Datenrate, oder die Rate, mit der die Positionsdaten des Motors bei Fehlzündung analysiert werden müssen, und die Auswirkung auf Rechenressourcen, um diese hohe Genauigkeit zu stützen. In einem gewöhnlichen Fehlzündungs-Erfassungssystem des Standes der Technik wird der Haupt-Mikrocontroller des Systems, oder ein anderer festverdrahteter Schaltkreis oft mit der Analyse des Fehlzündungsverhaltens belastet. Da eine Fehlzündungserfassung bei allen Betriebszuständen erforderlich ist, trägt der Haupt-Mikrocontroller eine größere Last, diese Aufgabe zu erfüllen. Dies erweist sich besonders schwierig bei hohen Motordrehzahlen, da der Haupt-Mikrocontroller einen Großteil seiner Ressourcen einbüßen muss, um der Fehlzündungserfassungs-Strategie nachzukommen.
EP 0 757 240 beschreibt einen Fehlzündungs-Detektor für einen Verbrennungsmotor, welcher einen Basisbeschleunigungswert erhält, der sich bei einer 50%-igen Fehlzündungsrate auf vorher festgelegte Art und Weise verschlechtert, und der anschließend korrigiert werden kann.
US 5,531,108 beschreibt einen Fehlzündungs-Detektor für einen Verbrennungsmotor, indem dieser Korrekturfaktoren zur Kompensation von Kurbelwellen-Torsionsschwingungen und statischen Radprofilfehlern, welche die Beschleunigungssignale zur Erfassung einer Fehlzündung verfälschen, bereitstellt.
US 5,508,927 beschreibt einen Fehlzündungs-Detektor für einen Verbrennungsmotor, der eine Fehlzündungsangabe abhängig von einem ausgewählten Beschleunigungssignal bereitstellt.
US 5,539,644 beschreibt einen Fehlzündungs-Detektor für einen Verbrennungsmotor, welcher das Auftreten einer Fehlzündung basierend auf einem Vergleich einer Motor-Drehzahlschwankung mit einem Fehlzündungs-Bestimmungwert bestimmt.
Was benötigt wird, ist ein verbesserter Signalverarbeitungs-Annäherungsversuch oder Ansatz für die Fehlzündungserfassung, insbesondere einer, welcher weniger ressourcenintensiv und genauer insbesondere bei hohen Motordrehzahlen und anpassungsfähig für veränderliche Motorbedingungen im Laufe der Motor-Standzeit ist.
Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Kurzbeschreibung der Erfindung anhand der Zeichnungen.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Es zeigen:
1 ein Blockdiagramm eines Fehlzündungs-Erfassungssystems, welches Synchronkorrektur gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung verwendet;
2 eine graphische Darstellung einer Wellenform und von Schwellen, welche in den beschriebenen Ausführungsformen verwendet werden;
3 ein System-Blockdiagramm, welches eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens stützt;
4 ein Ablaufdiagramm, welches eine Ausführungsform der des erfindungsgemäßen Verfahrens veranschaulicht; und
5 eine alternative Ausführungsform zur Synchronkorrektur von Motor-Beschleunigungsdaten und einer anschließenden Fehlzündungserfassung.
Zusammenfassung der Erfindung
Gemäß einem erfindungsgemäßen Aspekt wird ein Verfahren und ein System entsprechend den anliegenden Ansprüchen bereitgestellt.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Ein Verfahren und ein System zur Fehlzündungsbestimmung schließt die Einrichtung einer Beschleunigungs-Fehlzündungsschwelle und einer Beschleunigungs-Unterfehlzündungsschwelle ein. Dann wird eine inkrementale Motorposition gemessen und eine Reihe von Beschleunigungs-Datenpunkten wird abgeleitet. Falls ein Datenpunkt aus der Reihe von Beschleunigungs-Datenpunkten zwischen die Unterfehlzündungsschwelle und die Fehlzündungsschwelle fällt, dann wird ein Probe- oder Lernvorgang für eine Austast- oder Leerlaufperiode basierend auf einer Verzögerungszeit, deren Länge vorzugsweise auf Motorbetriebszuständen beruht, vorzeitig abgebrochen. Falls ein Datenpunkt aus der Reihe von Beschleunigungs-Datenpunkten nicht unter die Unterfehlzündungsschwelle fällt, dann wird ein Durchschnittswert der Reihe von Beschleunigungs-Datenpunkten gebildet und ein synchron korrigierter Beschleunigungs-Datenpunkt wird abhängig davon abgeleitet. Dann wird ein Fehlzündungszustand angezeigt, wenn der synchron korrigierte Beschleunigungs-Datenpunkt die eingerichtete Beschleunigungs- Fehlzündungsschwelle überschreitet (unterschreitet).
Praktischerweise soll der Schlüssel für die Kompensation der Motorkurbelwellendynamik, einschließlich Kurbelwellen-Torsionsschwingungen, Trägheits-Drehmoment aufgrund sich hin- und herbewegender Massen, einem Ungleichgewicht der Kolbenmasse und anderen mechanisch induzierten Schwingungen an der Kurbelwelle des Motors, das Dynamikmodell bei Beschleunigung beseitigen, das während des Motorbetriebs auftritt. Das Dynamikmodell bei Beschleunigung muss für jeden Motor gelernt werden, während dieser in Betrieb ist, dann wird es während eines Anpassungsvorgangs subtrahiert oder anderweitig beseitigt und die für gewöhnlich kleineren Fehlzündungssignale können bei Auftreten viel einfacher erfasst werden, indem ein Fehlzündungsdetektor eingesetzt wird.
Es ist äußerst wichtig, das Dynamikmodell bei Beschleunigung nicht zu lernen, wenn der Motor tatsächlich fehlzündet, da das Fehlzündungsverhalten dann ebenfalls vom Dynamikmodell bei Beschleunigung entfernt würde, und der Fehlzündungsdetektor dann nicht mehr auf das Vorhandensein einer Fehlzündung anspricht.
Wenn es sich als praktisch erweisen würde, genau vorherzusagen, wann eine Fehlzündung in einem mit Kraftstoff versorgten Motor auftritt, dann könnte der Lernprozess durch diese Vorhersage gesperrt werden. In der vorliegenden Ausführungsform erfolgt eine Messung, welche die Wahrscheinlichkeit anzeigt, mit der eine Fehlzündung demnächst auftreten wird, und der Lernvorgang wird beendet. Dies wird durch Einstellung einer Unterfehlzündungsschwelle erzielt. Wenn das Beschleunigungsverhalten des Motors diese Unterfehlzündungsschwelle kreuzt, wird ein fehlzündungsähnliches Verhalten vorhergesagt und der Lernvorgang wird vorzeitig abgebrochen oder eine Zeitperiode lang deaktiviert. Diese Anpassungs-Deaktivierungsperiode ist variabel und basiert vorzugsweise auf sowohl einem Motor-Kalibrierbetrieb als auch auf gemessenen Motor-, Kraftübertragungs-, und/oder Fahrzeug-Betriebszuständen.
Die Unterfehlzündungsschwelle kann ebenfalls variabel sein und kann basierend auf sowohl einem Motor-Kalibrierbetrieb als auch auf gemessenen Motor-, Kraftübertragungs-, und/oder Fahrzeug-Betriebszuständen bestimmt werden.
In der bevorzugten Ausführungsform wird die Inkrementalposition des Motors gemessen und davon wird eine Reihe von Beschleunigungs-Datenpunkten abgeleitet. Nach Sammeln der Beschleunigungsdaten des Motors werden diese weiterverarbeitet, um periodisch wiederkehrende Verhaltensmuster zu identifizieren, die möglicherweise ein wahres Fehlzündungsverhalten verdecken könnten. Solange ein beliebiger augenblicklicher Beschleunigungs-Daten punkt aus der Reihe von Beschleunigungs-Datenpunkten eine Größe aufweist, die über der Unterfehlzündungsschwelle liegt, wird dieser Beschleunigungs-Datenpunkt in dem Identifikationsprozess bezüglich des periodisch wiederkehrenden Verhaltensmusters verwendet. Ein derartiger Prozess ist die Gesamtdurchschnittsberechnung. Eine mathematische Darstellung einer Gesmatdurchschnittsberechnung oder eines synchronen Korrekturfaktors ergibt sich folgendermaßen:
wobei:

sc_j: ein Gesamtdurchschnittswert oder Synchronkorrekturfaktor für einen Zylinder j ist;
a_i: ein Beschleunigungs-Datenpunkt ist, der aus der einen Reihe von Beschleunigungs-Datenpunkten genommen wird; und
i: ein Muster- oder Abtastwertindex ist, der von eins bis zu einer Anzahl n an Abtastwerten für einen Zylinder j reicht; und
n: ein kalibrierbarer Parameter ist.

Falls n gleich acht ist, wird somit ein Durchschnitt aus acht aufeinanderfolgenden Beschleunigungs-Datenpunkten a_i vom Zylinder j gebildet. Wenn keine Fehlzündung vorliegt, was eine Voraussetzung des Prozesses zur Identifikation des periodisch wiederkehrenden Verhaltensmusters ist, stellen die gemessenen Beschleunigungs-Datenpunkte ein normales Verbrennungsverhalten und allgemeines Systemrauschen dar. Dieses normale Verbrennungsverhalten und allgemeines Systemrauschen werden dann von einem nächstgemessenen, oder augenblicklichen, Beschleunigungs-Datenpunkt für den Zylinder j entfernt. Auf diese Weise kann, nachdem der Gesamtdurchschnittswert oder Korrekturfaktor sc_j berechnet wurde, dieser von dem augenblicklich erhaltenen Beschleunigungs wert vom Zylinder j subtrahiert werden, um einen synchron korrigierten Beschleunigungswert ohne das identifizierte periodisch wiederkehrende Verhaltensmuster zu bilden. asc = ai – scj wobei:

a_sc: die synchron korrigierte Beschleunigung ist.

Es versteht sich, dass die synchron korrigierte Beschleunigung für jeden Zylinder bestimmt wird. Es können auch alternative periodische Vorgehensweisen oder Ansätze zur Identifikation von periodisch wiederkehrenden Verhaltensmustern verwendet werden. Beispielsweise wird ein Bruchteil des augenblicklich erhaltenen Beschleunigungswertes zu einem vorher erhaltenen Beschleunigungswert addiert.
wobei:

a_(i-l): die vorherige Beschleunigungsmessung für denselben Zylinder j bei demselben Verbrennungswert ist; und
n: ein kalibrierbarer Parameter ist.

Natürlich erfordert dieses Verfahren, dass die Signale eine Durchschnittswert von null aufweisen, um sich dem richtigen wert zu nähern.
Die verschiedenen Synchronkorrektur-Gleichung(en) arbeiten mit einzelnen Beschleunigungs-Datenpunkten, die von aufeinanderfolgenden Zündungen desselben Zylinders erfasst werden. Ein Gesamtdurchschnitt ist ein Durchschnitt für jeden Zylinder und die Beschleunigungssignale werden vorzugweise auf die Zündungsrate dezimiert, falls dies überhaupt möglich ist. Jeder Datenpunkt wird entsprechend dem Zylinder indiziert und Durchschnittswer te/Faktoren werden nur aus Daten berechnet, die zu einem einzigen Zylinder gehören.
Eine weitere Vorgehensweise liegt darin, einen Bruchteil der Differenz zwischen dem augenblicklich erhaltenen Beschleunigungswert und einem zuvor erhaltenen Beschleunigungswert zu dem zuvor erhaltenen Beschleunigungswert zu addieren.
wobei:

a_(i-l): eine weitere Beschleunigungsmessung für denselben Zylinder j bei einem vorherigen Verbrennungsereignis ist; und
n: eine Konstante ist, welche vom Benutzer definiert wird.

Praktischerweise wird durch die Beobachtung von Daten einer Bandbreite von Fahrzeugen ein Muster bei dem Synchronkorrekturfaktor als Funktion der Motordrehzahl und Motorlast ersichtlich.
Darüber hinaus variiert der Synchronkorrekturfaktor von Motor zu Motor bei einem spezifischen Fahrzeugtyp. Als Nächstes wird die bevorzugte Ausführungform beschrieben.
1 ist ein Blockdiagramm eines Fehlzündungs-Erfassungssystems, welches Synchronkorrektur gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung verwendet. Das hier gezeigte Fehlzündungs-Erfassungssystem ist mit einer Kolbenkraftmaschine gekoppelt. Ein Zahnrad mit vielen Zähnen 101 ist mit einer Kurbelwelle des Motors verbunden und ein Einzahnrad 107 ist mit einer Nockenwelle des Motors vebunden. Ein Sensor 103, vorzugsweise ein Sensor von Art eines Sensors mit variabler Reluktanz, misst die Bewegung des Vielzahnrads 101 und erzeugt ein Motor-Inkrementalpositionssignal 105, welches im Wesentlichen eine Reihe von zeitbeabstandeten Impulsen darstellt. Ein weiterer Sensor 109, welcher wieder vorzugsweise ein Sensor mit variabler Reluktanz ist, misst die Bewegung des Einzahnrads 107 und erzeugt ein Motor-Absolutpositionssignal 111. Es wird eine Zahnrad-Auswahllogik 113 verwendet, um auszuwählen, welche vom Sensor 103 gelieferten Zahnrad-Kreuzungssignale 105 zur Berechnung der Beschleunigung der Motorkurbelwelle verwendet werden. Tatsächlich dezimiert die Zahnrad-Auswahllogik 113 das Ausgangssignal des Sensors 105 auf die höchste geradzahlige Abtastperiode, welche jegliche fehlende Zähne für den Encoder auf dem Vielzahnrad 101 beseitigt. Block 115 berechnet eine Reihe von Zeitdifferenzen 116 zwischen jedem aus der Reihe von zeitbeabstandeten Impulsen, während sich das Vielzahnrad 101 dreht. Tatsächlich messen die Elemente 101, 103, 107, 109, 113 und 115 die Drehposition des Motors. Die Reihe von Zeitdifferenzen wird an ein Tiefpassfilter 117 geliefert, welches eine Reihe von tiefpassgefilterten Zeitdifferenzen erzeugt. Während der Motor in Betrieb ist, messen verschiedene Sensoren 121 die Motordrehzahl, Temperatur, Last und andere Fahrzeug-Betriebszustände. Der Betrieb des Tiefpassfilters 117 wird durch Filterkoeffizienten 119 geregelt, welche abhängig von den gemessenen Motor- und Fahrzeugbetriebsbedingungen 121 sowie während einer Kalibrierung entwickelten Motor-Leistungsprofilen oder einem Kraftübertragungs-Aufzeichnungsprozess abgeleitet werden.
Als Nächstes dezimiert eine Dezimator 123 die tiefpassgefilterten Zeitdifferenzen 118 und liefert eine Reihe ausgewählter Zeitdifferenzen 120. Welche Zeitdifferenzen aus den tiefpassgefilterten Zeitdifferenzen ausgewählt werden, hängt von der Anzahl an Zeitdifferenzen ab, die für die Fehlzündungserfassung erforderlich sind. In der bevorzugten Ausführungsform dezimiert der Dezimator 123 die tiefpassgefilterten Zeitdifferenzen auf die Zündungsrate des Motors (d.h. auf ein Auftreten pro Zylinder). Die Auswahl 125 der Dezimierungsrate hängt von der Zündungsrate des Motors ab, und wird mit Hilfe der Zahnrad-Auswahl logik 113 bei der absoluten Motorposition eingereiht. Die Dezimierung der tiefpassgefilterten Zeitdifferenzen vor der nachfolgenden Nachbearbeitung ist sehr vorteilhaft, da die Menge an Daten, die nachbearbeitet werden muss, im Vergleich zum Stand der Technik, bei welchem eine Dezimierung bis nach der Nachbearbeitung (Druckschrift Remboski et al) nicht ausgeführt wurde, in hohem Maße verringert wird.
Dann wird bei Block 127 eine Geschwindigkeit einer jeden aus der Reihe von ausgewählten Zeitdifferenzen 120 basierend auf der Reihe ausgewählter Zeitdifferenzen 120 berechnet, und eine Reihe von Geschwindigkeits-Datenpunkten 122 wird abhängig davon bereitgestellt.
Als Nächstes wird bei Block 129 eine Beschleunigung eines jeden aus der Reihe von Geschwindigkeits-Datenpunkten 122 berechnet, indem die Reihe von Geschwindigkeits-Datenpunkten 122 differenziert oder abgeleitet wird, und eine Reihe von Beschleunigungs-Datenpunkten 124 wird abhängig davon bereitgestellt.
Die Veränderung der berechneten Geschwindigkeit wird berechnet, indem die vorherige Geschwindigkeit von der augenblicklichen Geschwindigkeit subtrahiert wird. Dann wird die Kurbelrate durch einen Umwandlungsfaktor abhängig von Einheiten dividiert. Dieses Ergebnis wird dann zum Erhalt einer Beschleunigung mit der augenblicklichen Geschwindigkeit multipliziert.
Dann wird in den Blöcken 131 und 133 die Reihe von Beschleunigungs-Datenpunkten 124 mit einer Beschleunigungs-Unterfehlzündungsschwelle verglichen, welche optional auf einem gemessenen Motor- oder Fahrzeugbetriebszustand basiert, und es wird ein synchron korrigierter Beschleunigungs-Datenpunkt 126 bereitgestellt, wenn jeder Beschleunigungs-Datenpunkt aus der Reihe von Beschleunigungs-Datenpunkten eine Größe aufweist, die größer als die Beschleunigungs-Unterfehlzündungsschwelle ist. Es versteht sich, dass obwohl sich der Text nur auf eine Reihe von Beschleunigungs-Datenpunkten bezieht, das System und das Ver fahren tatsächlich bei einer Reihe davon für jeden Zylinder in einer Motorimplementierung mit vielen Zylindern arbeiten. Verfahren, die mit dem Vielzahnrad 101 und dem Einzahnrad 107 in Zusammenhang stehen, behalten jeden aus dieser Reihe von Beschleunigungs-Datenpunkten im Auge.
Der Betrieb kann mit Hilfe von 2 veranschaulicht werden, welche eine kontinuierliche Wellenform 201 zeigt, die aus der Reihe von Beschleunigungs-Datenpunkten 124 gebildet ist. Die Bezugszahl 205 zeigt die Beschleunigungs-Unterfehlzündungsschwelle, die Bezugszahl 203 zeigt eine durchschnittliche Beschleunigungslinie, wobei die Gleichstromkomponente weggelassen wurde, und die Bezugszahl 207 zeigt eine Fehlzündungsschwelle an. Es versteht sich, dass wenn eine Fehlzündung auftritt, die Masse der Motorbauteile ein Verlangsamungs- oder Bremsverhalten in der Kurbelwelle verursacht, und somit das Abfallverhalten der Wellenform 201.
Als Nächstes wird der synchron korrigierte Beschleunigungs-Datenpunkt 126 unter Verwendung eines Trimmed-Mean-Filters 135 gefiltert. Es versteht sich, dass ein Medianfilter oder eine andere Art von statistischem Filter ebenfalls anstelle des Trimmed-Mean-Filters verwendet werden kann. Der Trimmed-Mean-Filter 135 liefert ein gefiltertes Signal 128 abhängig von dem synchron korrigierten Beschleunigungs-Datenpunkt 126. Dieser Filtervorgang ist in manchen Anwendungen erwünscht, da er die Auswirkungen von Norm-Fahrwiderstand oder vom Fahrer induzierten Störungen auf der Beschleunigungsspur reduziert oder vollständig beseitigt. Straßenbeanspruchung und fahrerinduzierte Störungen könnten ansonsten die Position der Beschleunigungs-Datenpunkte 126 relativ zu der Fehlzündungsschwelle 207 verschieben. Es versteht sich, dass der Trimmed-Mean-Filter 135 entsprechend gemessenen Motor- und Fahrzeug-Betriebszuständen sowie während einer Kalibrierung entwickelten Motor-Leistungsprofilen oder gemäß einem Kraftübertragungs-Aufzeichnungsprozess betrieben wird. Alternativ kann der Trimmed-Mean-Filter 135 vor dem Synchronkorrekturblock 133 angeordnet werden.
Dann zeigt eine Fehlzündungs-Bestimmungsvorrichtung 137 einen Fehlzündungszustand an, wenn ein synchron korrigierter Beschleunigungs-Datenpunkt, oder das gefilterte Signal 128, unter die eingerichtete Beschleunigungs-Fehlzündungsschwelle 207 fällt. Es versteht sich, dass die Fehlzündungs-Bestimmungsvorrichtung 137 entsprechend den gemessenen Motor- und Fahrzeug-Betriebsbedingungen sowie den während der Kalibrierung entwickelten Motor-Leistungsprofilen oder einem Kraftübertragungs-Aufzeichnungsprozess arbeitet, und die Fehlzündungs- und Unterfehlzündungsschwellen von dem Bauelement 138 bereitgestellt werden.
Als Nächstes wird eine Ausführungsform des Verfahrens ausführlich beschrieben. 3 ist ein System-Blockdiagramm, welches eine Ausführungsform des Verfahrens stützt, und weist einen Mikrocontroller 301 zur Interpretation des Absolutpositionssignals 111 des Motors auf, sowie das vorher beschriebene von den Sensoren bereitgestellte Inkrementalpositionssignal 105 des Motors. Motorola Inc. stellt einen geeigneten Mikrocontroller 301 her, wobei jedoch auch andere Mikrocontroller verwendet werden können. Alternativ könnte das Verfahren auf einem digitalen Signalprozessor oder DSP ausgeführt werden. Beispielsweise könnte eine Motorola DSP56001-Vorrichtung verwendet werden. Der Mikrocontroller 301 ist mit einem Code gemäß dem in 4 gezeigten Ablaufdiagramm programmiert. Ein den Motor-Betriebszustand erfassendes Subsystem 303 misst in Zusammenarbeit mit den Sensoren 103 und 109 Motor-Betriebszustände wie beispielsweise Motordrehzahl, Motorlast oder Motortemperatur. Natürlich können auch andere Motor- und Kraftübertragungs-Betriebszustände gemessen und angewendet werden.
Das Verfahren beginnt bei Schritt 401 in 4. In Schritt 401 wird die Inkrementalposition des Motors gemessen und es wird eine Reihe von zeitbeabstandeten Impulsen basierend auf der Drehung des Zahnrads 101 bereitgestellt.
Als Nächstes wird in Schritt 403 eine Reihe von Zeitdifferenzen zwischen einem jeden aus der Reihe von zeitbeabstandeten Impulsen berechnet.
Dann wird jede aus der Reihe von Zeitdifferenzen tiefpassgefiltert und eine Reihe tiefpassgefilterter Zeitdifferenzen wird in Schritt 405 abgeleitet. Vorzugsweise wird die Tiefpassfilterung wie in der Systemausführungsform von verschiedenen Motor- und Fahrzeug-Betriebszuständen beeinflusst.
Anschließend werden die tiefpassgefilterten Zeitdifferenzen in Schritt 407 dezimiert und eine Reihe von ausgewählten Zeitdifferenzen davon bereitgestellt.
In Schritt 409 wird eine Geschwindigkeit einer jeden aus der Reihe ausgewählter Zeitdifferenzen berechnet und es wird dabei eine Reihe von Geschwindigkeits-Datenpunkten bereitgestellt.
Dann wird in Schritt 411 ein Ableitungswert eines jeden aus der Reihe von Geschwindigkeits-Datenpunkten berechnet, und eine Reihe von Beschleunigungs-Datenpunkten wird abgeleitet.
Im Entscheidungsschritt 413 wird jeder Beschleunigungs-Datenpunkt getestet, um zu sehen, ob dieser größer als die Unterfehlzündungsschwelle 205 ist oder nicht. Falls ein Beschleunigungs-Datenpunkt kleiner als die Unterfehlzündungsschwelle 205 ist, dann kann eine Fehlzündung oder eine andere erhebliche Störung auftreten und eine Gesamtdurchschnittsberechnung zugehöriger Beschleunigungs-Datenpunkte wird vorzeitig abgebrochen oder eine Leerlauf- oder Austastperiode lang verzögert, wie es in Schritt 415 gezeigt ist. Es versteht sich, dass die Leerlauf- oder Austastperiode vorzugsweise teilweise basierend auf verschiedenen Motor- und Fahrzeug-Betriebszuständen bestimmt wird.
Falls ein Beschleunigungs-Datenpunkt größer als die Unterfehlzündungsschwelle 205 ist, dann wird ein Gesamtdurchschnittswert aus dem Beschleunigungs-Datenpunkt und zugehörigen Beschleuni gungs-Datenpunkten gebildet, und eine Synchonkorrektur wird gemäß Darstellung in Schritt 417 durchgeführt, wodurch ein synchron korrigierter Beschleunigungs-Datenpunkt bereitgestellt wird.
Als Nächstes wird in Schritt 419 der synchron korrigierte Beschleunigungs-Datenpunkt gefiltert, und eine Reihe gefilterter Datenpunkte wird davon abgeleitet. Es versteht sich, dass der Filter vorzugsweise ein statistischer Filter wie beispielsweise ein Trimmed-Mean-Filter oder ein Medianfilter ist, welcher entsprechend verschiedenen Motor- und Fahrzeug-Betriebszuständen betrieben wird.
In Schritt 421 wird ein Fehlzündungszustand angezeigt, wenn ein gefilterter Datenpunkt unter die eingerichtete Beschleunigungs-Fehlzündungsschwelle fällt.
5 veranschaulicht eine alternative Ausführungsform zur Synchronkorrektur von Motor-Beschleunigungs-Daten, und einer anschließenden Fehlzündungserfassung. Diese alternative Ausführungform stützt sich auf einen Lernvorgang oder eine Anpassung basierend auf einem Ausbreitungs- oder Anstiegsbegrenzungs-Ansatz. Das Ablaufdiagramm von 5 ist in dem in 3 gezeigten Mikrocontroller 301 zur Ausführung codiert. Der Mikrocontroller 301 weist ein Speicherfeld oder eine Tabelle auf, welche eine Reihe von Synchronkorrektur-Stammfaktoren speichert. Die Speicherfeldkapazität ist variabel und reicht von einer Kapazität, die einen Punkt pro betreffende Motorposition (mindestens einen pro Zylinder, jedoch auch mehr für gewissen Motorfamilien) aufweist, bis zu einer Kapazität, die ausreicht, um mehrere Motortakte abzuwickeln.
In Schritt 501 wird ein Schätzwert der Motorbeschleunigung abhängig von einem augenblicklich erhaltenen Beschleunigungs-Datenabtastwert und einem zuletzt vorhergesagten Beschleunigungs-Datenabtastwert gebildet, wobei beide mit der gegenwärtigen Motordrehposition zusammenhängen, indem sie die folgende Glei chung verwenden:
wobei:

i: ein Abtastwertindex ist, der von eins bis zu einer Anzahl n für einen bestimmten Zylinder reicht;
a_e(i): die neu geschätzte Beschleunigung ist;
a_c(i): der neueste erhaltene Beschleunigungs-Datenpunkt ist, der aus der einen Reihe von Beschleunigungs-Datenpunkten genommen wird;
a_p(i-n): die Beschleunigung ist, die für denselben i-ten Abtast wertindex in der letzten Motordrehung vorhergesagt wird; und
x: ein kalibrierbarer Normierungsfaktor ist, und so gegewählt wird, dass der Kompromiss oder Abstrich zwischen Vorhersageempfindlichkeit und Signalrauschen optimiert wird.

Als Nächstes wird in Schritt 503 eine neue Vorhersage der Motorbeschleunigung abhängig von dem gegenwärtig erworbenen Beschleunigungs-Datenabtastwert und einem Trend in dem Sychronkorrekturfaktor-Speicherfeld unter Verwendung der folgenden Gleichung gebildet: ap(i) = ae(i) + sc(i+l) – sc(i)wobei:

a_p(i): die neu vorhergesagte Beschleunigung ist;
sc(i): der Synchronkorrekturfaktor ist, der von dem Synchronkorrekturfaktor-Speicherfeld, das mit dem Positionsabtastwert i in Zusammenhang steht, abgeleitet wird; und
sc(i+l): der Synchronkorrekturfaktor ist, der von dem Synchronkorrektur-Feld, das mit dem Abtastindex i+l in Zusammenhang steht, abgeleitet wird.

Dann wird in Schritt 505 ein Fehlerterm basierend auf der neu geschätzten Beschleunigung und der kürzlichst erworbenen Beschleunigung unter Verwendung der folgenden Gleichung berechnet: a aFehler(i) = ae(i) – ac(i) wobei:

a_Fehler(i): der Fehlerterm ist.

Bei einem periodisch wiederkehrenden Verhalten mit relativ kleiner Amplitude ist der Fehlerterm klein und im Idealfall null. Bei einem relativ großen Amplitudenverhalten (entweder periodisch oder aperiodisch), ist der Fehlerterm groß.
Als Nächstes wird in Schritt 507 a_Fehler(i) mit einer kalibrierbaren Lern- oder Anpassungsschwelle – tatsächlich der bereits früher beschriebenen Unterfehlzündungsschwelle verglichen. Falls a_Fehler(i) größer als die Lernschwelle ist, dann wird der Eintrag oder Punkt in dem Synchronkorrekturfaktor-Speicherfeld, welcher mit der gegenwärtigen Positionsmessung in Zusammenhang steht, nicht aktualisiert und das Verfahren zweigt zu Schritt 511 ab. Es versteht sich, dass a_Fehler(i) groß ist, wenn das gemessene Beschleunigungsverfahren aperiodisch ist oder sich wesentlich von dem Großteil des periodischen Beschleunigungsverhaltens unterscheidet, d.h. eine Abweichung im Vergleich zu einer Messung einer Standardabweichung der Beschleunigungsdaten groß ist. Falls der Fehlerterm groß ist, könnte dies eine Fehlzündung anzeigen. Dieser Schritt allein kann in manchen Fällen zur direkten Fehlzündungserfassung ohne eine weitere Signalverarbeitung verwendet werden.
Falls a_Fehler(i) kleiner als die Lernschwelle ist, kann wird der Eintrag in dem Synchronkorrekturfaktor-Speicherfeld, welcher mit der gegenwärtigen Positionsmessung in Zusammenhang steht, gemäß Darstellung in Schritt 509 aktualisiert werden. Im Wesentlichen bestimmt der Test in Schritt 507, ob es sicher ist oder nicht, das gemessene Verfahren zu lernen.
Dann wird die Synchronkorrektur in Schritt 511 bei dem augenblicklich erhaltenen Beschleunigungs-Datenabtastwert angewendet, indem der Synchronkorrekturfaktor in dem Synchronkorrekturfaktor-Speicherfeld von dem augenblicklich erhaltenen Beschleunigungs-Datenabtastwert, welcher der augenblicklichen Motorposition entspricht, subtrahiert wird. asc(i) = ac(i) – sc(i)wobei:

a_sc(i): der synchron korrigierte Beschleunigungs-Datenabtastwert ist.

Als Nächstes wird in Schritt 513 der synchron korrigierte Beschleunigungs-Datenabtastwert a_sc(i) mit Hilfe eines statistischen Filters gefiltert. Anschließend wird in Schritt 515 eine Fehlzündungserfassung ausgeführt.
Diese Ausführungsform ist besonders interessant, da tatsächlich zwei separate Fehlzündungs-Verhaltensbestimmungen vorliegen, eine bei Schritt 507 und eine bei Schritt 515.
In Zusammenfassung wurde eine verbesserte Vorgehensweise bei der Signalverarbeitung in sowohl System- als auch Verfahren-Ausführungsformen für ein Fehlzündungs-Erfassungssystem veranschaulicht, welches weniger ressourcenintensiv und genauer als andere bekannte Vorgehensweisen, insbesondere bei hohen Motordrehzahlen ist. Die Ressourcen werden optimiert, da die Beschleunigungsda ten dezimiert werden, wodurch die Ressourcenanforderungen an das Nachbearbeitungsgefüge reduziert werden. Des Weiteren kann die vorstehend ausführlich beschriebene Vorgehensweise an veränderliche Motorzustände während der Standzeit des Motors angepasst werden, da eine Synchronkorrektur kontinuierlich während des Betrieb des Motors läuft.

Claims

Verfahren zur Bestimmung von Fehlzündungen oder Zündaussetzern in einer Kolbenkraftmaschine, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Festlegen eines Fehlzündungs-Schwellenwerts bei Beschleunigung; Festlegen eines Fehlzündungs-Unterschwellenwerts bei Beschleunigung, welcher einen Bruchteil des festgelegten Fehlzündungs-Schwellenwerts bei Beschleunigung darstellt; Messen einer Inkrementalposition (401) eines Motors und Bereitstellen einer Reihe von davon abhängigen Beschleunigungs-Datenpunkten; Bilden eines Durchschnittswerts aus der Reihe von Beschleunigungs-Datenpunkten und Bereitstellen eines davon abhängigen synchronen Korrekturfaktors, bis ein Beschleunigungs-Datenpunkt aus der Reihe von Beschleunigungs-Datenpunkten den Fehlzündungs-Unterschwellenwert bei Beschleunigung überschreitet; dadurch gekennzeichnet, dass der synchrone Korrekturfaktor ein periodisches Verhaltensmuster identifiziert, das mit dem Motorbetrieb verbunden ist, welcher ein normales Verbrennungsverhalten und allgemeine Systemgeräusche zeigt; Bereitstellen eines synchron korrigierten Beschleunigungs-Datenpunkts abhängig von einem aus der Reihe von Beschleunigungs-Datenpunkten und dem synchronen Korrekturfaktor; und Anzeigen eines Fehlzündungszustands (421), wenn der synchron korrigierte Beschleunigungs-Datenpunkt den festgelegten Fehlzündungs-Schwellenwert bei Beschleunigung überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt der Bildung eines Mittelwerts einen Schritt der Mittelwertbildung der Beschleunigungs-Datenpunkte in der Reihe von Beschleunigungs-Datenpunkten abhängig von der folgenden deterministischen Gleichung aufweist:
wobei: sc_j ein synchroner Korrekturfaktor für einen Zylinder j ist; a_i ein Beschleunigungs-Datenpunkt ist, der aus der einen Reihe von Beschleunigungs-Datenpunkten genommen wird; und i ein Musterindex ist, der von eins bis zu einer Anzahl n an Mustern für einen Zylinder j reicht.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt der Bereitstellung eines synchron korrigierten Beschleunigungs-Datenpunkts einen Schritt der Subtraktion des synchronen Korrekturfaktors von dem einen aus der Reihe von Beschleunigungs-Datenpunkten aufweist.
Verfahren nach Anspruch 2, welches weiter den folgenden Schritt aufweist: Messen mindestens eines Motor-Betriebszustands, welcher aus einer Gruppe von Zuständen bestehend aus Motorgeschwindigkeit, Motorlast und Motortemperatur ausgewählt wird; und dadurch gekennzeichnet ist, dass n abhängig von dem mindestens einen gemessenen Betriebszustand des Motors bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenn ein Beschleunigungs-Datenpunkt aus der Reihe von Beschleunigungs-Datenpunkten den Fehlzündungs-Unterschwellenwert bei Beschleunigung überschreitet, die Mittelwertbildung von zuge hörigen Beschleunigungs-Datenpunkten um eine Austastperiode verzögert wird.
Verfahren nach Anspruch 5, weiches weiter den folgenden Schritt aufweist: Messen mindestens eines Betriebszustands des Motors, welcher aus der Gruppe von Betriebszuständen bestehend aus Motorgeschwindigkeit, Motorlast und Motortemperatur ausgewählt wird; und dadurch gekennzeichnet ist, dass die Austastperiode abhängig von dem mindestens einen gemessenen Betriebszustand des Motors ist.
Verfahren nach Anspruch 1, welches weiter den folgenden Schritt aufweist: Festlegen einer Anstiegsgrenze abhängig von einer Standardabweichung der Reihe von Beschleunigungs-Datenpunkten; und dadurch gekennzeichnet ist, dass der Schritt der Bereitstellung eines synchron korrigierten Beschleunigungs-Datenpunkts ausgeführt wird, wenn die Reihe von Beschleunigungs-Datenpunkten innerhalb der Anstiegsgrenze begrenzt liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, welches weiter die Bereitstellung einer Reihe von tiefpassgefilterten Zeitdifferenzen aufweist, die einem Zylinder des Motors zugehörig sind, sowie die Dezimierung der Reihe von tiefpassgefilterten Zeitdifferenzen, dadurch gekennzeichnet, dass eine Reihe gewählter Zeitdifferenzen aus der dezimierten Reihe von tiefpassgefilterten Zeitdifferenzen ausgewählt wird.
System zur Bestimmung von Fehlzündungen in einer Kolbenkraftmaschine, welches Folgendes aufweist: eine Vorrichtung zur Festlegung eines Fehlzündungs-Schwellenwerts bei Beschleunigung sowie eines Fehlzündungs-Unterschwellenwerts bei Beschleunigung, welcher einen Bruchteil des festgelegten Fehlzündungs-Schwellenwerts darstellt; eine Vorrichtung zur Messung einer Inkrementalposition des Motors und zur Lieferung einer Reihe davon abhängiger Beschleunigungs-Datenpunkte; eine synchrone Korrekturvorrichtung zur Bildung eines Mittelwertes der Reihe von Beschleunigungs Datenpunkten und zur Lieferung eines davon abhängigen synchronen Korrekturfaktors, bis ein Beschleunigungs-Datenpunkt aus der Reihe von Beschleunigungs-Datenpunkten den Fehlzündungs-Unterschwellenwert bei Beschleunigung überschreitet, wobei der synchrone Korrekturfaktor ein periodisches Verhaltensmuster identifiziert, das einem Motor zugehörig ist, welcher ein normales Verbrennungsverhalten und allgemeine Systemgeräusche darstellt, wobei die synchrone Korrekturvorrichtung weiter einen synchron korrigierten Beschleunigungs-Datenpunkt aufweist, welcher von einem aus der Reihe von Beschleunigungs-Datenpunkten und dem synchronen Korrekturfaktor abhängig ist; und eine Fehlzündungs-Anzeigevorrichtung zum Anzeigen eines Fehlzündungszustands, wenn ein synchron korrigierter Beschleunigungs-Datenpunkt den festgelegten Fehlzündungs-Schwellenwert bei Beschleunigung überschreitet.
System nach Anspruch 9, welches weiter eine Vorrichtung zum Messen mindestens eines Motor-Betriebszustands aufweist, der aus einer Gruppe von Betriebszuständen bestehend aus Motorgeschwindigkeit, Motorlast und Motortemperatur ausgewählt wird, und dadurch gekennzeichnet ist, dass die Vorrichtung zur Festlegung eines Fehlzündungs-Schwellenwerts bei Beschleunigung und eines Fehlzündungs-Unterschwellenwerts bei Beschleunigung den Fehlzündungs-Schwellenwert bei Beschleunigung und einen Fehlzündungs-Unterschwellenwert bei Beschleunigung abhängig von dem mindestens einen gemessenen Motor-Betriebszustand bestimmt.