EP1792057B1 - Verfahren zur lagebestimmung bei einem ec-motor - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Lagebestimmung bei einem EC-Motor für eine Vorrichtung zum Einstellen der Drehwinkellage der Nockenwelle einer Hubkolben-Verbrennungsmaschine relativ zur Kurbelwelle, wobei die Kurbelwelle über ein Verstellgetriebe mit der Nockenwelle in Antriebsverbindung steht, das als Dreiwellengetriebe mit einer kurbelwellenfesten Antriebswelle, einer nockenwellenfesten Abtriebswelle und einer Verstellwelle ausgebildet ist, die mit dem EC-Motor in Antriebsverbindung steht, wobei der Rotor des EC-Motors in Umfangsrichtung zueinander versetzte, abwechselnd in zueinander entgegengesetzte Richtungen magnetisierten Magnetsegmente aufweist, wobei zur Bestimmung der Lage des Rotors relativ zu dem Stator des EC-Motors eine Messeinrichtung vorgesehen ist, die am Stator in Umfangsrichtung zueinander versetzte Magnetfeld-Sensoren aufweist, die derart angeordnet sind, dass sie bei einer Drehbewegung des Rotors relativ zum Stator bei fehlerfreier Messung ein digitales Sensorsignal erzeugen, das eine Reihenfolge von Sensorsignal-Zuständen durchläuft, die mindestens zwei mal pro mechanischer Umdrehung des Rotors auftritt.
• Ein derartiges Verfahren zur Bestimmung der Lage des Rotors eines EC-Motors relativ zu dessen Stator ist aus der Praxis bekannt. So offenbart Dokument EP0918142 A2 ein solches Verfahren. Ein ähnliches Verfahren entnimmt man dem Dokument US2004/083999 A1 . Dabei ist der EC-Motor ein Teil einer Nockenwellen-verstellvorrichtung, mittels der die Drehwinkellage der Nockenwelle einer Hubkolben-Verbrennungsmaschine relativ zur Kurbelwelle einstellbar ist. Die Nockenwellenverstellvorrichtung weist ein Verstellgetriebe auf, das als Dreiwellengetriebe ausgebildet ist, mit dessen Antriebswelle ein relativ zur Nockenwelle verdrehbar gelagertes Nockenwellenzahnrad drehfest verbunden ist, das über eine Antriebskette mit einem Kurbelwellenzahnrad in Antriebsverbindung steht. Eine Abtriebswelle des Verstellgetriebes steht mit der Nockenwelle und eine Verstellwelle mit dem EC-Motor in Antriebsverbindung. Bei stillstehender Antriebswelle liegt zwischen der Verstellwelle und der Abtriebswelle eine durch das Verstellgetriebe vorgegebene Getriebeübersetzung vor, die so genannte Standgetriebeübersetzung. Wenn sich die Verstellwelle dreht, vergrößert bzw. verkleinert sich je nach Drehrichtung der Verstellwelle relativ zum Nockenwellenzahnrad die Phasenlage der Nockenwelle relativ zur Kurbelwelle. Im Vergleich zu einer Verbrennungsmaschine, die mit konstanter Phasenlage betrieben wird, kann durch die Anpassung der Phasenlage eine bessere Zylinderfüllung der Verbrennungsmaschine erreicht werden, wodurch Kraftstoff eingespart, der Schadstoffausstoß reduziert und/oder die Ausgangsleitung der Verbrennungsmaschine erhöht werden kann.
• Die Lage des Rotors relativ zum Stator wird mit Hilfe einer Messeinrichtung gemessen, die drei mit dem Stator fest verbundene Hallsensoren hat, die über den Umfang des Stators verteilt angeordnet sind. Die Hallsensoren werden bei einer Drehbewegung zwischen Stator und Rotor jeweils von dem Magnetfeld des gerade an ihnen vorziehenden Magnetsegments des Rotors durchflutet. Die Magnetfelder der Magnetsegmente induzieren in den Hallsensoren elektrische Spannungen, die als digitales Sensorsignal für eine Lagemessung nutzbar sind. Bei der Lagemessung wird zunächst ein Lagemesssignal auf einen Startwert gesetzt und danach wird der Rotor relativ zum Stator verdreht, wobei das Lagemesssignal bei jedem Auftreten eines Zustandswechsels des Sensorsignals nachgeführt wird. Das Lagemesssignal wird einer Ansteuereinrichtung zugeführt, die über eine Endstufe die einzelnen Phasen der Wicklung derart bestromt, dass sich zwischen dem Stator und dem Rotor ein magnetisches Wanderfeld ausbildet, das den Rotor antreibt. Der EC-Motor und die Messeinrichtung sind jedoch in der Praxis Störeinstrahlungen ausgesetzt, die beispielsweise über Stromversorgungsleitungen in die Messeinrichtung gelangen und dort Fehler in dem Lagemesssignal verursachen können. Dabei kann es einerseits vorkommen, dass aufgrund einer Störung ein oder mehrere Zustandswechsel bei der Nachführung des Lagemesssignals unberücksichtigt bleiben. Andererseits ist es aber auch möglich, dass bei der Nachführung des Lagemesssignals zu viele Zustandswechsel detektiert werden. In beiden Fällen tritt eine Abweichung des Lagemesssignals gegenüber der tatsächlichen Lage des Rotors auf, so dass dieser nicht richtig bestromt wird. Dadurch können Drehmomentverluste, ein ungleichmäßiger Motorlauf und Fehler bei der Einstellung der Drehwinkellage der Nockenwelle relativ zur Kurbelwelle auftreten.
• Es besteht deshalb die Aufgabe, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, das auch beim Auftreten von Störungen eine präzise Einstellung der Drehwinkellage der Nockenwelle ermöglicht.
• Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
• Erfindungsgemäß wird dabei der Drehwinkel der Kurbelwelle erfasst und zur Überprüfung eines aus dem digitalen Sensorsignal abgeleiteten Lagemesssignals herangezogen. Wird bei der Überprüfung eine Abweichung festgestellt, die einen vorgegebenen Grenzwert betragsmäßig überschreitet, wird eine Grobkorrektur des Lagemesssignals durchgeführt. Bei der Grobkorrektur wird bevorzugt ein Wert zu dem Lagemesssignal hinzuaddiert oder von diesem subtrahiert, der dem Weg oder einem ganzzahligen Vielfachen des Wegs einer Volldrehung des Rotors dividiert durch die Anzahl der Magnetfeld-Sensoren entspricht. Wenn die Reihenfolge der den Lagemesswerten zugeordneten Sensorsignalwerten nicht zu der gespeicherten Reihenfolge der Sensorsignal-Zustände passt, wird außerdem eine Feinkorrektur des Lagemesssignals durchgeführt, bei der das Sensorsignal entsprechend der gespeicherten Reihenfolge der Sensorsignal-Zustände wiederhergestellt und das Lagemesssignal entsprechend korrigiert wird. In vorteilhafter Weise ermöglicht das Verfahren sowohl beim Auftreten kleiner (z. B. weniger als die Hälfte der Anzahl der gespeicherten Sensorsignal-Zustände) als auch beim Auftreten größerer Fehler eine Rekonstruktion des Lagemesssignals. Der Anspruch 1 ist so zu verstehen, dass bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Schritte e) und f) auch mit den Schritten g) und h) vertauscht werden können, d. h. es kann auch zuerst die Feinkorrektur und danach die Grobkorrektur durchgeführt werden.
• Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird für den ersten und zweiten Kurbelwellendrehwinkel jeweils ein Kurbelwellendrehwinkel-Messzeitpunkt erfasst, wobei aus dem ersten und zweiten Kurbelwellendrehwinkel, dem Zeitunterschied zwischen den Kurbelwellendrehwinkel-Messzeitpunkten sowie dem Zeitabstand zwischen dem Kurbelwellendrehwinkel-Messzeitpunkt des zweiten Kurbelwellendrehwinkels und einem Bezugszeitpunkt ein Schätzwert für den Drehwinkel, den die Kurbelwelle an dem Bezugszeitpunkt aufweist, extrapoliert wird, und wobei die Grobkorrektur und/oder die Feinkorrektur mit diesem Schätzwert als neuem zweiten Drehwinkelmesswert durchgeführt wird. Die Korrektur des zweiten Lagemesswerts wird dabei an einem Bezugszeitpunkt durchgeführt, der zeitlich nach den Kurbelwellendrehwinkel-Messzeitpunkten liegt. Dabei ist es insbesondere möglich, dass der Bezugszeitpunkt asynchron zum einem Takt liegen kar,n, mit dem die Kurbelwellendrehwinkelmesswerte erfasst werden. Dennoch wird aufgrund der Extrapolation des neuen zweiten Drehwinkelmesswerts bei gleichförmig bewegtem Rotor eine hohe Präzision des Lagemesssignals erreicht.
• Vorteilhaft ist, wenn für den ersten und zweiten Lagemesswert jeweils ein Lagemesswert-Messzeitpunkt erfasst wird, wenn aus dem ersten und zweiten Lagemesswert, dem Zeitunterschied zwischen den Lagemesswert-Messzeitpunkten sowie dem Zeitabstand zwischen dem Lagemesswert-Messzeitpunkt des zweiten Lagemesswerts und dem Bezugszeitpunkt ein Schätzwert für den Wert, den das Lagemesssignal an dem Bezugszeitpunkt aufweist, extrapoliert wird, und wenn die Grobkorrektur mit diesem Schätzwert als neuem zweiten Lagemesswert durchgeführt wird. Durch diese Maßnahme kann eine noch größere Genauigkeit bei der Lagebestimmung erreicht werden. Der Bezugszeitpunkt kann asynchron zum einem Takt liegen, mit dem die Lagemesswerte erfasst werden.
• Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Bezugszeitpunkt an einer vorgegebenen Drehwinkellage der Nockenwelle generiert. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die Position der Nockenwelle mit Hilfe eines Nockenwellensensors überwacht und beim Durchlaufen der vorgegebenen Nockenwellen-Drehwinkellage in einem Steuergerät ein Interrupt ausgelöst wird, bei dem das Lagemesssignal überprüft und gegebenenfalls wiederhergestellt wird.
• Vorteilhaft ist, wenn die Lagemesswerte zur Bildung von Winkelgeschwindigkeitswerten differenziert werden. Das entsprechende Winkelgeschwindigkeitssignal kann zur Bestimmung der Schätzwerte und/oder zum Regeln der Drehzahl des EC-Motors verwendet werden.
• Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird zur Kompensation von Toleranzen der Magnetsegmente und/ oder Magnetfeld-Sensoren für die einzelnen Magnetsegment-Sensor-Kombinationen jeweils ein Korrekturwert ermittelt und gespeichert, wobei die Lagemesswerte und/oder Winkelgeschwindigkeitswerte mit den Korrekturwerten korrigiert werden. Dadurch können insbesondere Positionierungstoleranzen der Magnetsegmente und/ oder Magnetfeld-Sensoren ausgeglichen werden. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht dann eine noch größere Präzision bei der Bestimmung der Lage des Rotors relativ zum Stator.
• Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1:

eine schematische Darstellung eine Kurbelwellen-Nockenwellenanordnung eines Hubkolben-Verbrennungsmotors, die eine Verstellvorrichtung zum Verändern der Drehwinkellage der Nockenwelle relativ zur Kurbelwelle aufweist,

Fig. 2

eine schematische Stirnseitenansicht des Rotors eines EC-Motors, bei der auch die an dem Stator angeordneten Magnetfeld-Sensoren zu sehen sind,

Fig. 3

eine graphische Darstellung eines mit Hilfe einer Lagemesseinrichtung erfassten Sensorsignals, und

Fig. 4

eine graphische Darstellung des tatsächlichen Drehwinkels des EC-Motor-Rotors, wobei die Stellen, an denen Magnetfeldsensor-Pulse auftreten, im Drehwinkelverlauf markiert sind, wobei auf der Abszisse die Zeit und auf der Ordinate der Drehwinkel aufgetragen ist.

• Eine Verstellvorrichtung zum Verstellen der Drehwinkel- oder Phasenlage der Nockenwelle 11 einer Hubkolben-Verbrennungsmaschine relativ zur Kurbelwelle 12 weist ein Verstellgetriebe 13 auf, das als Dreiwellengetriebe mit einer kurbelwellenfesten Antriebswelle, einer nockenwellenfesten Abtriebswelle und einer mit dem Rotor eines EC-Motor 14 in Antriebsverbindung stehenden Verstellwelle ausgebildet ist. In Fig. 1 ist erkennbar, dass zur Messung des Kurbelwellendrehwinkels ein induktiver Sensor 15 vorgesehen ist, der die Zahnflanken eines aus einem magnetisch leitenden Werkstoff bestehenden, auf der Kurbelwelle 12 angeordneten Zahnkranzes 16 detektiert. Eine der Zahnlücken oder Zähne des Zahnkranzes 16 weist eine größere Breite auf als die anderen Zahnlücken bzw. Zähne und dient als Referenzmarke. Der induktive Sensor 15 ist an einem in der Zeichnung nicht näher dargestellten Motorblock der Verbrennungsmaschine angeordnet.
• Beim Vorbeilaufen der Referenzmarke am Sensor 15 wird der Messwert für den Kurbelwellendrehwinkel auf einen Startwert gesetzt. Danach wird der Messwert bis zum Erneuten Vorbeilaufen der Referenzmarke am Sensor 15 bei jedem Detektieren einer Zahnflanke nachgeführt. Das Nachführen des Messwerts für den Kurbelwellenwinkel erfolgt mit Hilfe eines Steuergeräts, in dessen Betriebsprogramm jeweils beim Detektieren einer Zahnflanke ein Interrupt ausgelöst wird. Der Kurbelwellendrehwinkel wird also digital gemessen.
• Wie in Fig. 2 erkennbar ist, weist der EC-Motor 14 einen Rotor 17 auf, an dessen Umfang eine Reihe von abwechselnd in zueinander entgegengesetzte Richtungen magnetisierten Magnetsegmenten 1..8 angeordnet ist, die über einen Luftspalt mit Zähnen eines in der Zeichnung nicht näher dargestellten Stators magnetisch zusammenwirken. Die Zähne sind mit einer Wicklung bewickelt, die über eine Ansteuereinrichtung bestromt wird.
• Die Lage der Magnetsegmente 1..8 relativ zum Stator wird mit Hilfe einer Messeinrichtung detektiert, die an dem Stator mehrere Magnetfeldsensoren A, B, C aufweist, die derart in Umfangsrichtung des Stators zueinander versetzt angeordnet sind, dass pro Umdrehung des Läufers eine Anzahl von Magnetsegment-Sensor-Kombinationen durchlaufen wird. Bei fehlerfreier Messung erzeugen die Magnetfeld-Sensoren A, B, C ein digitales Sensorsignal, das wegen der Anordnung der Magnetfeld-Sensoren A, B, C und der vorbeiziehenden Magnetsegmente 1..8 eine Reihenfolge von 2·m Sensorsignal-Zuständen durchläuft, wobei m die Anzahl der Magnetfeldsensoren A, B, C bedeutet. Jeder Sensorsignal-Zustand weist für jeden Magnetfeldsensor A, B, C jeweils eine Stelle A', B', C' auf, die z. B. "0" oder "1" sein kann. Die einzelnen Sensorsignal-Zustände treten bei fehlerfreier Messung in einer vordefinierten Reihenfolge auf, aus der sich die Drehrichtung des Rotors 17 erkennen lässt. Diese Reihenfolge wird ermittelt und in einem nichtflüchtigen Speicher abgelegt. Bei drei Magnetfeldsensoren A, B, C und positiver Drehrichtung lautet die Reihenfolge z. B. 101, 100, 110. 010, 011, 001.
• Bei konstanter Drehrichtung wiederholt sich bei fehlerfreier Messung jeder Sensorsignal-Zustand alle 2·m Sensorsignalwerte. Bei einer Rotorumdrehung tritt jedes Muster p mal auf, wobei p die Anzahl der Polpaare des Rotors 17 bedeutet. Jeder Wechsel eines Sensorsignal-Zustands löst im Steuergerät einen Interrupt aus, bei dem - ausgehend von einem Startwert, der z. B. null sein kann - ein Lagemesssignal nachgeführt wird. Dabei wird bei positiver Rotordrehrichtung das Lagemesssignal z. B. um einen Schritt erhöht und bei negativer Rotordrehrichtung um einen Schritt reduziert. Wenn die Sensorsignalwerte mit der gespeicherten Reihenfolge der Sensorsignal-Zustände übereinstimmen, wird angenommen, dass sich der Rotor 17 um die Breite eines Magnetsegments gedreht hat.
• Passt der neu eingelesene Sensorsignalwert dagegen nicht in die Reihenfolge, wird entweder angenommen, dass durch eine Störung ein oder mehr Sensorsignal-Zustände verloren gegangen sind, oder dass ein oder mehrere Sensorsignal-Zustände zuviel empfangen wurden. Durch Suchen des Sensorsignalwerts in der bekannten Reihenfolge, wird ermittelt, wieviele Sensorsignal-Zustände gefehlt haben bzw. zuviel empfangen wurden. Wurde beispielsweise der aktuelle Sensorsignalwert erst beim nächsten Puls eines Magnetfeld-Sensors erwartet, so wurde der Rotor 17 zwischenzeitlich z. B. um (2+m·n) Magnetsegment-Sensor-Kombinationen gedreht, ohne dass dies detektiert wurde. Dabei bedeuten m die Anzahl der Magnetfeld-Sensoren der Messeinrichtung und n eine ganzzahlige Zahl, die z. B. den Wert 0, ±1, ±2 usw. aufweisen kann.
• Teilt man den Lagemesssignalwert durch 2·m, so liegt der ganzzahlige Rest R im Bereich von 0 bis 2·m-1. Einem Sensorsignal-Zustand ist ein fester Rest R zugeordnet. Stimmt die Zuordnung zwischen dem Sensorsignalwert und dem Lagemesssignalwert nicht, wird der Sensorsignalwert durch eine Feinkorrektur so geändert, dass die Zuordnung wieder stimmt. Dies ist immer erreichbar und sofort beim Einlesen eines neuen Sensorsignalwerts durchführbar. Zusätzlich zu dieser Feinkorrektur kann der Lagemesssignalwert bei Bedarf um eine Grobkorrektur mit ganzen Vielfachen von 2·m verändert werden, da sie den Rest R nicht beeinflussen. Die Verstellvorrichtung hat einen Geber für die Drehwinkellage der Nockenwelle11, die an dem Motorblock einen Hall-Sensor 18 aufweist, der mit einem auf der Nockenwelle 11 angeordneten Triggerrad 19 zusammenwirkt. Wenn der Hall-Sensor 18 eine Flanke des Triggerrads 19 detektiert, wird im Betriebsprogramm des Steuergeräts ein Interrupt ausgelöst, bei dem jeweils ein Kurbelwellen-Drehwinkelmesswert und ein Sensorsignalwert zwischengespeichert werden. Dieser Interrupt wird nachstehend auch als Nockenwellen-Interrupt bezeichnet. Zu einem späteren Zeitpunkt wird dann im Betriebsprogramm des Steuergeräts ein weiterer Interrupt ausgelöst, bei dem geprüft wird, ob eine Grobkorrektur des Lagemesssignals erforderlich ist und bei dem diese gegebenenfalls durchgeführt wird. Dieser Interrupt wird nachstehend auch als zyklischer Interrupt bezeichnet.
• Um die Grobkorrektur durchzuführen, werden die Getriebegleichung des Dreiwellengetriebes und die sogenannte Standgetriebeübersetzung, d. h. die Übersetzung, die das Verstellgetriebe 13 bei stillstehender Antriebswelle aufweist, genutzt. Zum Zeitpunkt t₁ eines ersten Nockenwellen-Interrupts und zum Zeitpunkt t₂ eines zweiten Nockenwellen-Interrupts gilt: $${\mathrm{\epsilon }}_{\mathrm{1}}\mathrm{=}\mathrm{\epsilon }\left({\mathrm{t}}_{\mathrm{1}}\right)\mathrm{=}{\mathrm{\varphi }}_{\mathrm{Cnk}\mathrm{,}\mathrm{1}}$$

  

  $${\mathrm{\epsilon }}_2\mathrm{=}\mathrm{\epsilon }\left({\mathrm{t}}_2\right)\mathrm{=}{\mathrm{\varphi }}_{\mathrm{Cnk}\mathrm{,}2}$$

  
• Dabei bezeichnen ϕ_Cnk den Drehwinkel der Kurbelwelle 12, ε den Phasenwinkel, der Index 1 den Zeitpunkt t₁ und der Index 2 den Zeitpunkt t₁.
• Bei jedem zyklischen Interrupt gilt ferner folgende Extrapolationsgleichung, bei der ϕ_Em(t) die Rotorlage (Rotordrehwinkel) zur Zeit t, ϕ_Em,₁ die Rotorlage zur Zeit t₁ und ϕ_Cnk(t) den Drehwinkel der Kurbelwelle 12 zur Zeit t bedeuten: $$\epsilon \left(t\right)={\varphi }_{\mathit{Cnk},1}+\frac{1}{i_g}\cdot \left(\left[{\varphi }_{\mathit{Cnk}}\left(t\right)-{\varphi }_{\mathit{Cnk},1}\right]-2\left[{\varphi }_{\mathit{Em}}\left(t\right)-{\varphi }_{\mathit{Em},1}\right]\right)$$

  
• Stellt man Gleichung (3) nach der Rotorlage ϕ_Em um, und wertet Sie für den Zeitpunkt t₂ des nächsten Nockenwellen-Interrupts aus, so erhält man unter Berücksichtigung der Gleichungen (1) und (2): $${\varphi }_{\mathit{Em},2}={\varphi }_{\mathit{Em},1}-\frac{i_g-1}{i_g}\cdot \left({\varphi }_{\mathit{Cnk},2}-{\varphi }_{\mathit{Cnk},1}\right)$$

  
• Wird zwischen den beiden Nockenwellen-Interrupts ein Fehler im Sensorsignal erkannt, so kann mit dieser Gleichung der korrekte Rotorwinkel ϕ_Em,₂ berechnet und für die Grobkorrektur des Lagemesswerts verwendet werden.
• Für ein Beispiel soll die damit erreichbare Genauigkeit aufzeigen:
• Der EC-Motor 14 habe m=3 Magnetfeld-Sensoren und p=7 Polpaare. Die Standgetriebeübersetzung des Verstellgetriebes bei stehender Kurbelwelle 12 sei $${\mathrm{i}}_{\mathrm{g}}\mathrm{=}{\mathrm{n}}_{\mathrm{Em}}\mathrm{/}{\mathrm{n}}_{\mathrm{Cam}}\mathrm{=}\mathrm{-}\mathrm{62}\mathrm{,}$$

  

  
  wobei n_Em die Drehzahl des EC-Motors und n_Cam die Drehzahl der Nockenwelle 11 bezeichnen. Folgende Ungenauigkeiten, die als Super- und Subscripts an den einzelnen Winkeln in Grad angegeben sind, seinen vorhanden: $${{\varphi }_{\mathit{Em},2}}_{-7.7}^{+16.2}={{\varphi }_{\mathit{Em},1}}_{-0}^{+8.57}+31.5\cdot \left({{\varphi }_{\mathit{Cnk},2}}_{-0}^{+0.25}-{{\varphi }_{\mathit{Cnk},1}}_{-0}^{+0.25}\right)$$

  
• Die Unsicherheit des Rotorwinkels von +16.2° / -7.7° entspricht +2 / -1 Inkrementen, also deutlich weniger als 2·m = 6 Inkremente. Eine Grobkorrektur mit Hilfe dieses Verfahrens ist somit möglich.
• Durch eine Feinextrapolation des Rotorwinkels beim ersten Nockenwellen-Interrupt lässt sich die Unsicherheit von +8.57° / - 0° auf etwa +2° / -2° halbieren. Dazu werden Schätzwerte für die Lage, die der Rotor 17 zum Zeitpunkt des Nockenwellen-Interrupts und des zyklischen Interrupts aufweist, ermittelt.
• Nachstehend wird die Extrapolation anhand von Fig. 4 erläutert. Zum Zeitpunkt t_TrigNW des Nockenwellen-Interrupt stehen die dem Rotordrehwinkelwert entsprechende Lagemesswert N_TrigNW der Messeinrichtung, die Zeit Δt_TrigNW sowie die Drehzahl ω_{Em, TrigNW} (vorzeichenbehaftet) beim letzten Wechsel der Magnetsegment-Sensor-Kombination zur Verfügung. Auf entsprechende Daten kann bei jedem zyklischen Interrupt zugegriffen werden. Beispielsweise ist zur Zeit t₁₈ der Zählerstand N_t18, die Differenzzeit Δt₁₈ und die Drehzahl ω_Em,t18 verfügbar.
• Mit diesen Daten lässt sich der seit dem Auftreten des letzten Wechsels der der Magnetsegment-Sensor-Kombination überstrichene Winkel, und damit die Lage des EC-Motors beim Nockenwellentrigger und zum aktuellen Steuergeräteinterrupt t_i wie folgt bestimmen: $${\mathrm{\varphi }}_{\mathrm{Em}\mathrm{,}\mathrm{TrigNW}}\mathrm{=}{\mathrm{N}}_{\mathrm{TrigNW}}\mathrm{\cdot }{\mathrm{\delta }}_{\mathrm{Em}}\mathrm{+}\mathrm{\Delta }{\mathrm{t}}_{\mathrm{TrigNW}}\mathrm{\cdot }{\mathrm{\omega }}_{\mathrm{Em}\mathrm{,}\mathrm{TrigNW}}$$

  

  $${\mathrm{\varphi }}_{\mathrm{Em}\mathrm{,}\mathrm{ti}}\mathrm{=}{\mathrm{N}}_{\mathrm{ti}}\mathrm{\cdot }{\mathrm{\delta }}_{\mathrm{Em}}\mathrm{+}\mathrm{\Delta }{\mathrm{t}}_{\mathrm{i}}\mathrm{\cdot }{\mathrm{\omega }}_{\mathrm{Em}\mathrm{,}\mathrm{ti}}$$

  
• Die Auflösung δ_EM der Messeinrichtung 17 ergibt sich aus der Anzahl der Polpaare p und der Anzahl m der Magnetfeldsensoren A, B, C: $${\delta }_{\mathit{Em}}=\frac{360°}{2\cdot m\cdot P}=\frac{360°}{2\cdot 3\cdot 7}=8,57°,$$

  
• Bei dem Verfahren zur Lagebestimmung bei dem EC-Motor 14 für die Vorrichtung zum Einstellen der Drehwinkellage der Nockenwelle 11 der Hubkolben-Verbrennungsmaschine relativ zur Kurbelwelle 12 wird also bei jedem Auftreten eines Zustandswechsels eines Sensorsignals von am Stator des EC-Motors 14 angeordneten Magnetfeldsensoren A, B, C, die zur Detektion von Magnetpolen des EC-Rotors 17 vorgesehen sind, ein Lagemesssignal nachgeführt. Bei fehlerfreier Messung durchläuft das Sensorsignal eine Reihenfolge von Sensorsignal-Zuständen, die mindestens zweimal pro mechanische Umdrehung des Rotors 17 auftritt. Die Reihenfolge der Sensorsignal-Zustände wird ermittelt und gespeichert. Mit Hilfe der gespeicherten Reihenfolge wird eine Feinkorrektur des Lagemesssignals durchgeführt, wenn die Reihenfolge der gemessenen Sensorsignalwerte von der gespeicherten Reihenfolge abweicht. Außerdem wird der Drehwinkel der Kurbelwelle 12 der Verbrennungsmaschine bestimmt und mit Hilfe des Drehwinkels und einer Getriebekenngröße eines Umlaufgetriebes der Nockenwellen-Verstellvorrichtung wird beim Feststellen eines Lagemessfehlers, der mit der Feinkorrektur nicht beseitigt werden kann, eine Grobkorrektur des Lagemesssignals durchgeführt.
Bezuaszeichenliste

1..8

Magnetfeld-Sensor

11

Nockenwelle

12

Kurbelwelle

13

Verstellgetriebe

14

EC-Motor

15

Sensor

16

Zahnkranz

17

Rotor

18

Hall-Sensor

19

Triggerrad

A

Magnetfeld-Sensor

B

Magnetfeld-Sensor

C

Magnetfeld-Sensor

Claims (6)

1. Verfahren zur Lagebestimmung bei einem EC-Motor (14) für eine Vorrichtung zum Einstellen der Drehwinkellage der Nockenwelle (11) einer Hubkolben-Verbrennungsmaschine relativ zur Kurbelwelle (12), wobei die Kurbelwelle (12) über ein Verstellgetriebe (13) mit der Nockenwelle (11) in Antriebsverbindung steht, das als Dreiwellengetriebe mit einer kurbelwellenfesten Antriebswelle, einer nockenwellenfesten Abtriebswelle und einer Verstellwelle ausgebildet ist, die mit dem EC-Motor (14) in Antriebsverbindung steht, wobei der Rotor (17) des EC-Motors (14) in Umfangsrichtung zueinander versetzte, abwechselnd in zueinander entgegengesetzte Richtungen magnetisierten Magnetsegmente (1..8) aufweist, wobei zur Bestimmung der Lage des Rotors (17) relativ zu dem Stator des EC-Motors (14) eine Messeinrichtung vorgesehen ist, die am Stator in Umfangsrichtung zueinander versetzte Magnetfeld-Sensoren (A, B, C) aufweist, dadurch gekennzeichet, dass diese Magnetfeld-Sensoren (A, B, C) derart angeordnet sind, dass sie bei einer Drehbewegung des Rotors (17) in Pfeilrichtung (Pf) relativ zum Stator bei fehlerfreier Messung ein digitales Sensorsignal erzeugen, das eine Reihenfolge von Sensorsignal-Zuständen durchläuft, die mindestens zwei mal pro mechanischer Umdrehung des Rotors (17) auftritt,

   a) wobei die Reihenfolge der Sensorsignal-Zustände ermittelt und gespeichert wird,

   b) wobei ein Lagemesssignal auf einen Startwert gesetzt wird,

   c) wobei der Rotor (17) relativ zum Stator verdreht und bei jedem Auftreten eines Zustandswechsels des Sensorsignals das Lagemesssignal nachgeführt wird,

   d) wobei für einen ersten Lagemesswert des Lagemesssignals ein erster Drehwinkelmesswert und für einen zweiten Lagemesswert ein zweiter Drehwinkelmesswert der Kurbelwelle (12) erfasst werden,

   e) wobei mit Hilfe des ersten Lagemesswerts, des ersten und zweiten Drehwinkelmesswerts sowie einer Getriebekenngröße des Verstellgetriebes ein Kontrollwert für den zweiten Lagemesswert bestimmt wird,

   f) wobei die Differenz zwischen dem Kontrollwert und dem zweiten Lagemesswert gebildet und für den Fall, dass die Differenz einen vorgegebenen Grenzwert betragsmäßig überschreitet, eine Grobkorrektur des Lagemesssignals durchgeführt wird, indem ein der Differenz entsprechender Grobkorrekturwert zu dem zweiten Lagemesswert addiert und das Ergebnis als neuer zweiter Lagemesswert übernommen wird,

   g) wobei anhand eines dem ersten Lagemesswert zugeordneten ersten Sensor signalwerts und der gespeicherten Reihenfolge der Sensorsignal-Zustände ein Prüfwert für einen dem zweiten Lagemesswert zugeordneten zweiten Sensor signalwert ermittelt wird,

   h) wobei der Prüfwert mit dem zweiten Sensorsignalwert verglichen und für den Fall, dass eine Abweichung festgestellt wird, eine Feinkorrektur des Lagemesssignals durchgeführt wird, indem ein Feinkorrekturwert, der dem Abstand entspricht, den der Prüfwert in der Reihenfolge der Sensorsignal-Zustände zu dem zweiten Sensorsignalwert aufweist, zu dem zweiten Lagemesswert addiert und das Ergebnis als neuer zweiter Lagemesswert übernommen wird,

   i) und wobei die Schritte c) bis h) gegebenenfalls erneut durchlaufen werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für den ersten und zweiten Kurbelwellendrehwinkel jeweils ein Kurbelwellendrehwinkel-Messzeitpunkt erfasst wird, dass aus dem ersten und zweiten Kurbelwellendrehwinkel, dem Zeitunterschied zwischen den Kurbelwellendrehwinkel-Messzeitpunkten sowie dem Zeitabstand zwischen dem Kurbelwellendrehwinkel-Messzeitpunkt des zweiten Kurbelwellendrehwinkels und einem Bezugszeitpunkt ein Schätzwert für den Drehwinkel, den die Kurbelwelle (12) an dem Bezugszeitpunkt aufweist, extrapoliert wird, und dass die Grobkorrektur und/oder die Feinkorrektur mit diesem Schätzwert als neuem zweiten Drehwinkelmesswert durchgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass für den ersten und zweiten Lagemesswert jeweils ein Lagemesswert-Messzeitpunkt erfasst wird, dass aus dem ersten und zweiten Lagemesswert, dem Zeitunterschied zwischen den Lagemesswert-Messzeitpunkten sowie dem Zeitabstand zwischen dem Lagemesswert-Messzeitpunkt des zweiten Lagemesswerts und dem Bezugszeitpunkt ein Schätzwert für den Wert, den das Lagemesssignal an dem Bezugszeitpunkt aufweist, extrapoliert wird, und dass die Grobkorrektur mit diesem Schätzwert als neuem zweiten Lagemesswert durchgeführt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Bezugszeitpunkt an einer vorgegebenen Drehwinkellage der Nockenwelle (11) generiert wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagemesswerte zur Bildung von Winkelgeschwindigkeitswerten differenziert werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Kompensation von Toleranzen der Magnetsegmente (1..8) und/ oder Magnetfeld-Sensoren (A, B, C) für die einzelnen Magnetsegment-Sensor-Kombinationen jeweils ein Korrekturwert ermittelt und gespeichert wird, und dass die Lagemesswerte und/oder Winkelgeschwindigkeitswerte mit den Korrekturwerten korrigiert werden.

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