EP4689374A1

EP4689374A1 - Verfahren zur aufbereitung eines elektrischen signals und steuergerät für einen nockenwellenversteller oder verbrennungsmotor zur durchführung des verfahrens

Info

Publication number: EP4689374A1
Application number: EP24710619.8A
Authority: EP
Inventors: Christian Karbacher
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2023-04-03
Filing date: 2024-02-28
Publication date: 2026-02-11
Also published as: DE102023108400A1; CN120882964A; DE102023108400B4; WO2024208390A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufbereitung eines elektrischen Signals (S), das zeitkontinuierlich und basierend auf Messwerten eines Sensors (23, 24, 25) erzeugt sowie über eine Störgrößen ausgesetzte Leitung (20, 22) übertragen wird, mit folgenden Merkmalen: festsetzen eines Abtastratenintervalls (T), festsetzen von Quantisierungsstufen (Q1, Q2), zuordnen des elektrischen Signals zu einer Quantisierungsstufe (Q1, Q2), bestimmen der Anzahl der Änderungen der Quantisierungsstufe (Q1, Q2) im Abtastratenintervall (T), verwerfen aller geradzahligen Änderungen der Quantisierungsstufe (Q1, Q2) innerhalb des Abtastratenintervalls (T). Sie betrifft auch ein Steuergerät (17, 21) für einen Nockenwellenversteller (7, 8) oder für einen Verbrennungsmotor (1), das ein derartiges Verfahren durchführt.

Description

Verfahren zur Aufbereitung eines elektrischen Signals und Steuergerät für einen Nockenwellenversteller oder Verbrennungsmotor zur Durchführung des Verfahrens

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufbereitung eines elektrischen Signals, das zeitkontinuierlich und basierend auf Messwerten eines Sensors erzeugt sowie einen Störgrößen ausgesetzten Leiter übertragen wird.

Ferner betrifft die Erfindung ein Steuergerät für einen Verbrennungsmotor oder einen Nockenwellenversteller.

Verschiedene Betriebsverfahren von Nockenwellenverstellern sind in den Dokumenten DE 102 59 133 A1 und DE 102 42 659 A1 beschrieben. Insbesondere wird in diesen Dokumenten auf das Zusammenspiel einer Motorsteuerung mit der Nockenwellenverstellung eingegangen. Als Stellgetriebe der Nockenwellenversteller kommen Taumelscheibengetriebe, welche als Dreiwellengetriebe fungieren, zum Einsatz.

Die DE 10 2012 219 297 A1 beschreibt ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs, welches ein Motorsteuergerät und zusätzlich ein Nockenwellenverstell- Steuergerät umfasst. Zur Datenübertragung ist ein CAN-Bus vorgesehen. Das No- ckenwellenverstell-Steuergerät kann gestartet werden, bevor das Hochfahren des Motorsteuergeräts abgeschlossen ist.

Die WO 2006/ 122 665 A1 beschreibt eine Topologie zum Erzeugen eines Stellsignals für einen elektrisch betätigten Nockenwellenversteller. Hierbei ist in ein Steuergerät eine Regelungseinheit integriert. Zur Erfassung von Zuständen des Nockenwellenver- stellers sind Hall-Sensoren vorgesehen.

DE 10 2004 041 232 B4 beschreibt Verfahren zum Betrieb eines Nockenwellenver- stellers, welcher eine elektrische oder eine hydraulische Stelleinrichtung umfassen kann. In jedem Fall werden im Rahmen des Betriebsverfahrens Referenz- und/oder Basiswerte, welche den Zustand des Nockenwellenverstellers betreffen, durch Mittelung zeitlich auseinander liegender Werte gewonnen.

Bei elektrischen Nockenwellenverstellern werden wie bei Motorsteuergeräten die elektrischen Signale Sensoren von Triggerrädern von Kurbel- und Nockenwellen ausgewertet. Anders als bei Motorsteuergeräten sind die Leitungen zwischen den Steuergeräten und den Sensoren vergleichsweise lang. Die Leitungen sind im Motorraum einer Vielzahl von Störungen ausgesetzt.

Durch Masseverschiebungen aufgrund hoher Stromlast und durch Einstrahlung von elektromagnetischen Wellen entstehen Spannungsspitzen und Signalrauschen im Nutzsignal. Durch die zunehmende Elektrifizierung in Fahrzeugen wird auch die Anzahl der Störeinflüsse größer, so dass eine sichere Signalübertragung bei langen Leitungen nicht mehr gewährleistet ist.

Die Signalauswertung ist daher in der Regel schwierig und in der Regel aufwändiger als bei den Motorsteuergeräten.

Aufgabe der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden und insbesondere ein elektrisches Signal aufzubereiten, das elektrischen Störungen ausgesetzt war.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Aufbereitung eines elektrischen Signals gemäß Anspruch 1 gelöst. Ebenso wird die Aufgabe gelöst durch ein Steuergerät mit den Merkmalen des Anspruchs 10. Im Folgenden im Zusammenhang mit dem Steuergerät und erläuterte Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung gelten sinngemäß auch für das Verfahren und umgekehrt. Dem erfindungsgemäßen Verfahren liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die in viele Nutzsignale eingestrahlten Spannungsspitzen und Signalrauschanteile von anderer zeitlicher Dauer sind als deren mittlere Änderung. Ist die zeitliche und/oder betragsmäßige Änderung des Nutzsignals in etwa vorbekannt, eröffnet das vorgeschlagene Verfahren eine einfache Weise, Störeinflüsse zu eliminieren, ohne dass auf eine rechenintensive Fouriertransformationseinheit zurückgegriffen werden muss.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich beispielsweise für Signale, deren Wert sich stetig ändert. Die stetige Änderung ist dabei im mathematischen Sinne zu verstehen, dass es nicht zu sprunghaften Änderungen des Signals kommt. Das gilt beispielsweise für Signale, die Messwerte sich kontinuierlich verändernder Größen sind.

Das Verfahren eignet sich ebenfalls gut für Signale, deren Wert sich sprunghaft ändert, wenn der Zeitpunkt der Änderung innerhalb bestimmter Grenzen vorhersagbar ist, insbesondere wenn die Änderungen periodisch auftreten.

Besonders gut eignet es sich für digitale Signale oder analoge Signale mit ausgeprägten Flanken. So kann beispielsweise ein Hallsensor mittels eines Triggerrads die Rotationsgeschwindigkeit einer Welle erfassen. Triggerräder weisen Verzahnungen auf, deren Detektierung bei magnetischer Erfassung leicht ist, weil aufgrund der Proportionalität der Induktionsspannung zur ersten Ableitung der Feldänderung ein Flankenpeak erzeugt wird. Dieser braucht nicht in seinem Absolutwert erfasst werden, sondern kann einfach als vorhanden/nicht vorhanden registriert und muss damit nur gezählt werden.

Eine Voraussetzung für das Verfahren ist, dass ein geeignetes Abtastratenintervall wählbar ist. Diese Voraussetzung ist für viele Anwendungen leicht erfüllbar, da sich eine Messung beispielsweise auf zuvor gemessene Messwerte stützen kann und vielen physikalische Größen sich nicht schlagartig ändern. Liegen keine Messwerte der Vergangenheit vor, die sich sinnvollerweise heranziehen lassen, lassen sich Annah- men plausibi lisieren. Beispielsweise kann für einen stillstehenden Motor kann die Drehzahl von dessen Motorwelle als null vorausgesetzt werden.

Das Abtastratenintervall kann unveränderlich festgesetzt werden. Dazu wird es beispielsweise hardwarecodiert oder bei Start des Verfahrens einmalig festgesetzt, ohne dass es sich nachfolgend ändert. Alternativ wird das Abtastratenintervall gesteuert oder geregelt festgesetzt. Die Neufestsetzung kann nach jeder Messung erfolgen oder aber an vorbestimmte Zeitdauern, Messwertergebnisse und/oder an externe Bedingungen anknüpfen.

Für das Verfahren werden weiterhin Quantisierungsstufen festgesetzt. Deren Anzahl und Höhe ergibt sich aus der Anwendung; für digitale Signale sind zwei Quantisierungsstufen ausreichend.

Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die Anzahl der Änderungen der Quantisierungsstufe bestimmt. Eine Messwertänderung liegt damit nur vor, wenn ein bestimmter Schwellwert überschritten wird, so dass die Zuordnung des Messwerts zu einer anderen Quantisierungsstufe erfolgt. Damit werden Rauschanteile und zufällige Schwankungen zuverlässig eliminiert.

Störgrößen, welche auf das elektrische Signal einwirken, sind in vielen Anwendungen langen Kabeln geschuldet. Störgrößen schlagen sich im Signalverlauf meist durch die erste Ableitung der Störung nieder, weshalb Spannungsspitzen entstehen. Die Erfindung macht sich zunutze, dass diese Spannungsspitzen vergleichsweise kurz andauern und keine oder eine doppelte Änderung des Quantisierungsintervalls bewirken. Ist das Abtastratenintervall deutlich größer, beispielsweise eine Größenordnung größer, gewählt als die Dauer der durch Störstrahlung mittleren Spannungsspitzen, kann eine doppelte Änderung der Quantisierungsstufe sicher auf Störeinflüsse zurückgeführt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren verwirft daher alle geradzahligen Änderungen einer Quantisierungsstufe innerhalb des Abtastintervalls. In einer Weiterbildung werden bei Vorliegen einer ungeradzahligen Anzahl von Änderungen der Quantisierungsstufe innerhalb eines Abtastratenintervalls alle der ersten Änderung folgenden Änderungen der Quantisierungsstufen im Abtastratenintervalls verworfen. Es wird also nur bestimmt, ob innerhalb des Abtastratenintervalls eine ungerade oder geradzahlige Änderung der Quantisierungsstufen vorliegt. Im Ergebnis ist es damit egal, ob ein Spannungspeak aufgrund einer Störstrahlung vor oder nach der Änderung des Nutzsignals erfolgt.

Das vorgeschlagene Verfahren eignet sich besonders für digitale Signale. Es ist aber auch für analoge Signale geeignet, die nach der Übertragung durch den Leiter in zwei oder mehrere Quantisierungsstufen quantisiert werden.

Durch die hohe Robustheit ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren das Verwenden vergleichsweise langer Leitungen, ohne dass zusätzliche Anforderungen an deren Abschirmung zu stellen sind. Damit eröffnet es auch Möglichkeiten, ein die Signale auswertendes Steuergerät entfernter zu platzieren, was einen flexibleren Einbauort bei einer Brennkraftmaschine ermöglicht, so dass das Steuergerät weniger Hitze ausgesetzt ist oder ein besseres Packaging ermöglicht wird.

Neben den aufgrund von EMV-Einstrahlungen entstehenden Spannungsspitzen erschwert zusätzlich ein Rauschen die Auswertung von Flankenpeaks. Die Qualität des Signals lässt sich weiter verbessern, indem es zuvor gefiltert wird. Dazu ist beispielsweise ein Tiefpassfilter vorgesehen. Weiterhin kann die Hysterese durch ein Logikfilter bearbeitet werden, welches die einzelnen Flankenpatterns auswertet.

In einer Weiterbildung wird für den Fall, dass zwei Abtastratenintervalle mit ungeradzahligen Änderungen der Quantisierungsstufe aufeinander folgen, die Anzahl der Änderungen der Quantisierungsstufe in dem aktuellen und vorhergehenden Abtastratenintervall zu null gesetzt. Zugrunde liegt dem die Überlegung, dass der Messwert dabei entweder um den Schwellwert, der die Quantisierungsstufen trennt, schwankt oder dass sich die beiden Flanken einer Störgröße zufällig auf zwei verschiedene Abtastintervalle verteilen.

Besonders geeignet ist das vorgeschlagene Verfahren für ein Steuergerät eines elektrischen oder hydraulischen Nockenwellenverstellers eines Verbrennungsmotors, das die Verfahrensschritte ausführt. Der Verbrennungsmotor ist als Hubkolbenmotor konzipiert und umfasst in an sich bekanntem Grundaufbau eine Kurbelwelle sowie mindestens eine Nockenwelle. Zur Verstellung der Nockenwelle ist ein elektromechanisch verstellbares Stellgetriebe vorgesehen, bei dem es sich zum Beispiel um ein Dreiwellengetriebe, insbesondere um ein Wellgetriebe, handelt. Der Nockenwellen- versteller kann folgendermaßen betrieben werden:

- Die Winkelstellung der Kurbelwelle wird fortlaufend bestimmt, wobei ausgehend von einer detektierten Referenz-Winkelposition eine inkrementelle Erfassung von Winkeländerungen erfolgt;

- eine Referenzposition der Nockenwelle wird, insbesondere mit Hilfe einer Triggerscheibe, erfasst;

- aus den erfassten Winkeländerungen des Rotors werden die aktuelle Winkellage der Nockenwelle berechnet und der Kurbelwelle berechnet;

- die Differenz zwischen den beiden genannten Winkellagen, das heißt die Phasendifferenz zwischen der Kurbelwelle und der Nockenwelle, wird berechnet und zur Ansteuerung des die Verstellwelle antreibenden Elektromotors verwendet.

Die Referenzposition der Nockenwelle wird erfasst, wobei das entsprechende Signal üblicherweise ohnehin dem Motorsteuergerät des Verbrennungsmotors zur Verfügung gestellt wird. Das genannte Signal enthält Flankenpeaks, die gezählt werden können.

Die Winkeländerungen der Kurbelwelle werden in vorteilhafter Ausgestaltung mit einer feineren Auflösung erfasst als die Winkeländerungen des drehfest mit der Verstellwelle des Stellgetriebes gekoppelten Rotors des Elektromotors. Aufgrund des gegebe- nen, positiven oder negativen Untersetzungsverhältnisses des Stellgetriebes, ist eine sehr feine Auflösung der Winkellage der Nockenwelle möglich.

In bevorzugter Verfahrensführung werden sowohl bei der Kurbelwelle als auch beim Rotor des Elektromotors Winkelstellungen, die zwischen zwei mit Hilfe von Sensorsignalen diskret voneinander unterscheidbaren Stellungen liegen, durch zeitliche Extrapolation näherungsweise rechnerisch bestimmt. Hierbei wird davon ausgegangen, dass in dem Zeitraum, auf den sich die Interpolation bezieht, die betreffende Welle, das heißt die Motorwelle des Elektromotors oder die Kurbelwelle, mit praktisch konstanter Drehzahl rotiert.

Der Verbrennungsmotor umfasst eine Kurbelwelle, mindestens eine elektromechanisch über ein Stellgetriebe, insbesondere Wellgetriebe, verstellbare Nockenwelle, ein Motorsteuergerät und ein zur Ansteuerung eines das Stellgetriebe betätigenden Stellmotors, nämlich Elektromotors, vorgesehenes Nockenwellensteuergerät, wobei das Motorsteuergerät mit einer Vorrichtung zur Erfassung der Winkelstellung der Kurbelwelle und das Nockenwellensteuergerät mit dem Motorsteuergerät verknüpft ist, und wobei als einzige Mittel zur Erfassung der Winkelstellung der Nockenwelle eine Vorrichtung zur Erfassung einer Referenzposition der zu verstellenden Nockenwelle sowie eine Vorrichtung zur Detektion der Winkellage der Welle des Stellmotors vorgesehen sind und das Nockenwellensteuergerät zur Bestimmung der Phasenlage der Nockenwelle in Relation zur Kurbelwelle auf Basis der von diesen Vorrichtungen bereitgestellten Informationen in Kombination mit der erfassten Winkelstellung der Kurbelwelle sowie dem Übersetzungsverhältnis des Stellgetriebes ausgebildet ist.

Der elektrische Stellmotor des Nockenwellenverstellers ist beispielsweise als permanentmagneterregter Synchronmotor ausgebildet. Der Elektromotor hat beispielsweise vier oder sechs Polpaare. Änderungen der Winkellage des Rotors des Elektromotors sind zum Beispiel mit Hilfe von Hall-Sensoren erfassbar.

Das Motorsteuergerät umfasst gemäß einer möglichen Ausgestaltung einen Speicher der die bei Rotation der Kurbelwelle detektierter Flanken eines Kurbelwellentriggerrades speichert. Durch die Detektion ansteigender Flanken sowie abfallender Flanken ist im Vergleich zu einer Detektion ausschließlich gleichartiger Flanken nicht nur eine höhere Auflösung erzielbar, sondern auch ein Prüfmechanismus, was die Freiheit der aufgezeichneten Daten von logischen Widersprüchen betrifft, umsetzbar. Diese Art der Signalverarbeitung ist auch beim Nockenwellensteuergerät realisierbar. In ähnlicher Weise umfasst das Nockenwellensteuergerät einen Speicher.

Innerhalb der Abtastratenintervalls wird maximal ein Impuls gewertet, alle anderen Impulse werden verworfen. Dabei gilt: Ist eine gerade Anzahl von Impulsen eingetreten (z.B. steigend-fallend, fallend-steigend, fallend-steigend-fallend-steigend...), dann handelt es sich um eine Störung, diese Impulse werden völlig ignoriert. Ist eine ungerade Anzahl von Impulsen eingetreten (z.B. steigend, steigend-fallend-steigend, stei- gend-fallend-steigend-fallend-steigend, fallend-steigend-fallend-steigend-fallend...), dann wird nur die jeweils erste Flanke in der jeweils auftretenden Richtung ausgewertet, die später folgenden Flanken werden verworfen.

Die Auswertung der Flankenpatterns aus dem Nutzsignal und das Unterdrücken von Flankenpeaks, die auf Störgrößen zurückzuführen sind, funktioniert besonders zuverlässig, wenn das Abtastratenintervall nicht konstant gewählt, sondern auf die zu erwartenden Signalfolge abgestimmt ist. Daher ist in einer Weiterbildung vorgesehen, dass das Abtastratenintervall abhängig von der Drehzahl der zu messenden Welle ist. Dabei muss das Abtastratenintervall so gewählt werden, dass es kleiner ist als die erwartete, minimale Dauer zwischen zwei Nutzimpulsen und größer als die typische Dauer einer Störung.

Die auf diese Weise einfach vorzunehmende Auswertung im Steuergerät als Zählen von Impulsen setzt Rechenkapazitäten frei, die für andere Aufgaben genutzt werden können. Beispielsweise kann eine Mehrfachkantenwinkelberechnung von Nocken- und Kurbelwelle erfolgen, um bei Verlust des Kurbelwellensensorsignals oder eines der Hallsignale eine Rückfallberechnung anstellen zu können. Dazu wird in einer Weiterbildung vorgeschlagen, für mehrere Nockenflanken (steigend und fallend) und/oder eine Teilauswahl der Signale (z.B. Nutzen nur jedes zweiten oder dritten Werts) eine Berechnung vorzunehmen. Beispielsweise bei kurzen Interferenzen steigt damit die Chance, einen plausiblen Messwert zu ermitteln

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Das Ausführungsbeispiel betrifft ein Steuergerät für einen elektrischen Nockenwellen- verstellers und ist schematisch anhand von Figuren dargestellt. Dabei zeigen:

Fig. 1 Komponenten eines Verbrennungsmotors mit elektromechanischer Nockenwellenverstellung in einer Übersichtsdarstellung,

Fig. 2 das Zusammenspiel zwischen einem Motorsteuergerät und einem Nockenwellensteuergerät des Verbrennungsmotors,

Fig. 3 den Zusammenhang zwischen Messungen an der Kurbelwelle und einer Nockenwelle des Verbrennungsmotors,

Fig. 4a ein schematisiertes, analoges Nutzsignal mit Störsignalen,

Fig. 4b ein schematisiertes, digitales Nutzsignal mit Störsignalen,

Fig. 5a-h verschiedene, mögliche Signalpatterns, welche innerhalb eines Abtastratenintervalls eintreten können. Ein in Figur 1 insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichneter, als Reihenmotor aufgebauter Verbrennungsmotor umfasst eine Kurbelwelle 2 sowie zwei Nockenwellen 3, 4, nämlich eine Einlassnockenwelle 3 und eine Auslassnockenwelle 4. Abweichend vom dargestellten Ausführungsbeispiel könnte es sich bei dem Verbrennungsmotor auch um einen Hubkolbenmotor sonstiger Bauart, beispielsweise einen V-Motor, welcher jeweils zwei Einlass- und Auslassnockenwellen aufweist, handeln.

Die Nockenwellen 3, 4 werden durch die Kurbelwelle 2 über Kettengetriebe 5, 6 angetrieben. Jede Nockenwelle 3, 4 ist mit Hilfe eines elektromechanischen Nockenwellen- verstellers 7, 8 verstellbar. Der Nockenwellenversteller 7, 8 weist jeweils ein als Wellgetriebe aufgebautes Dreiwellengetriebe als Stellgetriebe 9, 10 auf. Eine eingangsseitige Welle des Stellgetriebes 9, 10 wird durch das Kettengetriebe 5, 6 angetrieben. Die ausgangsseitige Welle des Stellgetriebes 9, 10 ist drehfest mit der zu verstellenden Nockenwelle 3, 4 verbunden. Eine dritte Welle eines jeden Stellgetriebes 9, 10 ist durch einen dem jeweiligen Nockenwellenversteller 7, 8 zuzurechnenden Elektromotor 11 , 12 antreibbar. Hierbei ist die mit 29 (Figur 2) bezeichnete Motorwelle des Elektromotors 11 , 12, auf welcher ein Rotor 28 befestigt ist, drehfest, optional über eine Ausgleichskupplung, mit der dritten Welle des Stellgetriebes 9, 10 gekoppelt. Bei der sogenannten dritten Welle handelt es sich im Ausführungsbeispiel um einen Innenring eines Wellgenerators des als Wellgetriebe ausgebildeten Stellgetriebes 9, 10.

Die Elektromotoren 11 , 12 sind über Anschlussleitungen 13 und Signalleitungen 14 an ein Nockenwellensteuergerät 17 angeschlossen. Steckverbindungen des Elektromotors 11 , 12 für die Anschlussleitungen 13 sind mit 15, Steckverbindungen für die Signalleitungen 14 mit 16 bezeichnet. Die genannten Leitungen 13, 14 sind an eine Steckverbindung 18 des Nockenwellensteuergerätes 17 angeschlossen. Über die Signalleitungen 14 werden Hall-Signale übertragen, welche mit Hilfe nicht dargestellter Hall-Sensoren gewonnen werden und Informationen über Änderungen der Winkellage des Rotors 28 liefern. Die Hall-Sensoren sind einer insgesamt mit 44 bezeichneten Rotorlageerfassungsvorrichtung zuzurechnen. Das Nockenwellensteuergerät 17 ist über einen Datenbus 19, nämlich CAN-Bus, und eine Signalleitung 20 mit dem mit 21 bezeichneten Motorsteuergerät des Verbrennungsmotors 1 verbunden. An das Motorsteuergerät 21 ist über eine Kurbelwellenleitung 22 ein Kurbelwellensensor 23 angeschlossen. Der Kurbelwellensensor 23 tastet ein Kurbelwellentriggerrad 27 ab, welches fest mit der Kurbelwelle 2 verbunden ist. Weiter sind an das Motorsteuergerät 21 Sensoren 24, 25 angeschlossen, die jeweils mit einer Triggerscheibe 26 Zusammenwirken, die mit einer Nockenwelle 3, 4 verbunden ist.

Die Figur 2 veranschaulicht Datenverarbeitungsvorgänge im Motorsteuergerät 21 (links) sowie im Nockenwellensteuergerät 17 (rechts). Wie aus der Darstellung hervorgeht, wird das mit Hilfe der Triggerscheibe 26 generierte Signal innerhalb des Motorsteuergeräts 21 verarbeitet. Die Triggerscheibe 26 weist im Ausführungsbeispiel schematisch eine einzige Erhebung 32 auf. Eine Flanke der Erhebung 32 ist mit 33 bezeichnet. Mit der Flanke 33 der Triggerscheibe 26 wird in an sich bekannter Weise ein Nockenwellentrigger bereitgestellt. Zwischen dem Nockenwellentrigger und der Abtastung des Kurbelwellentriggerrads 27 ist eine logische Verknüpfung hergestellt.

Das Kurbelwellentriggerrad 27 weist Zähne 35 auf, welche zusammen mit einer angrenzenden Lücke, die sich zwischen zwei Zähnen 35 befindet, jeweils einen Winkel von 6° abdecken. Durch Weglassen von zwei Zähnen ist eine Aussparung 36 gebildet, wobei der erste an die Aussparung 36 grenzende Zahn 35 eine Referenzmarkierung 34 darstellt. Das mit Hilfe der Referenzmarkierung 34 erfasste Signal wird auch als TD-Signal bezeichnet. Eine Kopie dieses TD-Signals, welchem eine weitere Markierung zugefügt sein kann, wird vom Motorsteuergerät 21 über die Signalleitung 20 an das Nockenwellensteuergerät 17 geleitet. Innerhalb des Nockenwellensteuergeräts 17 wird das TD-Signal, welches eine Referenzwinkelposition der Kurbelwelle angibt, logisch mit Merkmalen des Elektromotors 11 , 12 verknüpft.

In Figur 2 sind Permanentmagnete 30 sowie Wicklungen 31 des Elektromotors 11 , 12 erkennbar. Ein möglicher Verlauf von Hall-Signalen HSA, HSB, HSC, die Informationen über Änderungen der Winkellage des Rotors 28 liefern, ist in schematisch aufge- zeichnet. Jede Kombination der Hall-Signale HSA, HSB, HSC entspricht einem Bitmuster, im Ausführungsbeispiel den Bitmustern 010, 011 , 001 , 101 , 100 und 110.

Wie Figur 3 zeigt, ist durch jeden Zahn 35 ist eine ansteigende Flanke Fs und eine fallende Flanke Ff gegeben. Mit guter Näherung kann angenommen werden, dass sich die Kurbelwellendrehzahl bei der Weiterdrehung um einen Zahn 35 nicht ändert. Somit kann Zeitintervall, welches einen Teilzeitraum beim Weiterdrehen der Kurbelwelle 2 von einem Zahn 35 zum nächsten Zahn 35 angibt, genutzt werden, um eine beliebige zwischen zwei Zähnen 35 liegende Winkelposition der Kurbelwelle 2 zu berechnen. Auf diese Weise kann auch die Nockenwellenreferenzposition, das heißt diejenige Winkelposition der Nockenwelle 3, 4, an der die Flanke 33 detektiert wird, einer exakten Winkelstellung der Kurbelwelle 2 zugeordnet werden.

In vergleichbarer Weise werden mit Hilfe von Bitmustern, die beim Betrieb des Elektromotors 11 , 12 generiert werden Winkelstellungen der Nockenwelle 3, 4 extrapoliert. Auch bei dieser Berechnung wird davon ausgegangen, dass sich die Motorwelle 29 innerhalb des relevanten Winkelbereichs mit näherungsweise konstanter Winkelgeschwindigkeit dreht.

Aus der Figur 4a geht ein Signal S hervor, das von einem der Steuergeräte 17, 21 aufgenommen und verarbeitet wird. Aufgetragen ist dabei die anliegende Spannung im Zeitverlauf. Das Signal S besteht aus einem Nutzsignal 45, das mit Störimpulsen 46a bis 46h überlagert ist. Aufgrund der Kurzfristigkeit der Störsignale induzieren sie Spannungen, die aufgrund der Kurzzeitigkeit als Peaks darstellen.

Das elektrische Signal S ist analog und wird in einem ersten Schritt in ein digitales Signal S‘ transformiert. Für das digitale Signal sind zwei Quantisierungsstufen Qi, Q2 vorgesehen, die auch mit low und high bezeichnet sind. Die Zuordnung zu einer der Quantisierungsstufen erfolgt wie folgt: Ist die Signalspannung oberhalb eines oberen Schwellwerts U2, erfolgt die Zuordnung unabhängig von der tatsächlichen Höhe zur Quantisierungsstufe Q2. Ist in analoger Weise die Signalspannung unterhalb eines unteren Schwellwerts U1 erfolgt die Zuordnung zur Quantisierungsstufe Q1. Damit haben beispielsweise die Störimpulse 46b und 46h keinen Einfluss auf die Zuordnung zur Quantisierungsstufe Q1 .

Der Bereich zwischen den Schwellwerten U1 und U2 definiert einen Übergangsbereich. Über- bzw. unterschreitet die Spannung im Zeitverlauf einen der Schwellwerte und erreicht damit Übergangsbereich, ohne jedoch den jeweils anderen Schwellwert zu über- bzw. unterschreiten, erfolgt keine Neuzuordnung der Quantisierungsstufe Qi, Q2. Der Störimpuls 46e bewirkt demnach keine Neuzuordnung, weil die Spannung zwar den unteren Schwellwert U1 überschreitet, dann aber wieder unter diesen abfällt, ohne vorher die Höhe des oberen Schwellwerts U2 erreicht zu haben.

Alle übrigen Störimpulse 46a, 46c, 46d, 46f und 46g gehen in das digitale Signal S‘ ein.

In einem nächsten Schritt wird die Anzahl der Änderungen der Quantisierungsstufe Qi, Q2 im jeweiligen Abtastratenintervall T festgestellt. Dabei werden alle geradzahligen Änderungen der Quantisierungsstufe Qi, Q2 im Abtastratenintervall T verworfen, so dass nur auf die erste Änderung abgestellt wird. Wie nachfolgend beschrieben wird, werden dadurch die Störimpulse eliminiert.

Der Störimpuls 46a, der im ersten Abtastratenintervall T auftritt, ist in Figur 5d näher dargestellt. Er bildet eine doppelte Flanke und damit eine doppelte Änderung der Quantisierungsstufe Qi, Q2 aus und wird damit nicht gezählt. In gleicher Weise gilt das für die Störimpulse 46d und 46f, der in Figur 5c vergrößert dargestellt ist. Auch sie bilden eine doppelte Flanke aus und werden daher nicht gezählt.

Im Bereich, in dem sich das Nutzsignal 45 von der Quantisierungsstufe Q2 auf die Quantisierungsstufe Qi ändert, liegt der Störimpuls 46c. Das betreffende Abtastraten- Intervall T ist in Fig. 5a dargestellt. Es liegt eine ungerade Anzahl an Flanken vor, so dass die erste Flanke als Änderung der Quantisierungsstufe von Q2 nach Qi eingeht. Gleiches gilt für den umgekehrten Übergang, der in der Figur 4a mit einem flacheren Signalanstieg und den zwei Störimpulsen 46f, 46g versehen ist. Das entsprechende Abtastratenintervall ist in Figur 5g gezeigt. Die fünf Flanken bilden wieder eine ungerade Anzahl aus, so dass sie als Änderung der Quantisierungsstufe Qi, Q2 zählen.

Durch die so vorgenommene Reduktion von Störimpulsen 46a bis 46h wird Rechenleistung im Steuergerät 17, 21 frei, die zur anderweitigen Berechnung zur Verfügung steht. Figur 3 zeigt eine Triggerscheibe 26, die sich von der in Figur 2 dadurch unterschiedet, dass an drei Flanken Berechnungen vorgenommen werden. Mit den dort gezeigten Werten berechnet sich der Phasenwinkel im Fall von

Pfeil 1 zu 2 x 0° - 0° = 0°,

Pfeil 2 zu 2 x 15° - 30° = 0°,

Pfeil 3 zu 2 x 90° - 160° = -20°.

Dadurch lässt eine Redundanz erzielen, und auch eine Regelschleife wird stabiler.

Bezuqszeichenliste Verbrennungsmotor Kurbelwelle Nockenwelle Nockenwelle Kettengetriebe Kettengetriebe Nockenwellenversteller Nockenwellenversteller Stellgetriebe Stellgetriebe Elektromotor Elektromotor Anschlussleitung Signalleitung Steckverbindung für Anschlussleitungen Steckverbindung für Signalleitungen Nockenwellensteuergerät Steckverbindung des Nockenwellensteuergerätes Datenbus Signalleitung Motorsteuergerät Kurbelwellenleitung Kurbelwellensensor Sensor Sensor Triggerscheibe Kurbelwellentriggerrad Rotor Motorwelle Permanentmagnet 31 Wicklung

32 Erhebung

33 Flanke

34 Referenzmarkierung

35 Zahn

36 Aussparung

37 Auswerteeinheit

38 Ringspeicher des Nockenwellensteuergerätes

39 Speicherbereich

40 Speicherbereich

41 Ringspeicher des Motorsteuergerätes

42 Speicherbereich

43 Speicherbereich

44 Rotorlageerfassungsvorrichtung

45 Nutzsignal

46a - 46h Störimpulse

Ff fallende Flanke

Fs ansteigende Flanke

HSA Hall-Signal

HSB Hall-Signal

HSC Hall-Signal

S Signal

S’ digitales Signal

T Abtastratenintervall

TD TD-Signal

P1 Pfeil 1

P2 Pfeil 2

P3 Pfeil 3

Claims

Patentansprüche

1 . Verfahren zur Aufbereitung eines elektrischen Signals (S), das zeitkontinuierlich und basierend auf Messwerten eines Sensors (23, 24, 25) erzeugt sowie über eine Störgrößen ausgesetzte Leitung (20, 22) übertragen wird, mit folgenden Merkmalen: a) festsetzen eines Abtastratenintervalls (T), b) festsetzen von Quantisierungsstufen (Qi , Q2), c) zuordnen des elektrischen Signals zu einer Quantisierungsstufe (Qi , Q2), d) bestimmen der Anzahl der Änderungen der Quantisierungsstufe (Qi, Q2) im Abtastratenintervall (T), e) verwerfen aller geradzahligen Änderungen der Quantisierungsstufe (Qi , Q2) innerhalb des Abtastratenintervalls (T).

2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass bei Vorliegen einer ungeradzahligen Anzahl von Änderungen der Quantisierungsstufe (Qi , Q2) innerhalb eines Abtastratenintervalls (T) alle der ersten Änderung folgenden Änderungen der Quantisierungsstufe (Qi , Q2) im Abtastratenintervalls (T) verworfen werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Signal (S) ein digitales Signal ist oder ein analoges Signal ist, das nach der Übertragung durch die Leitung (20, 22) in genau zwei Quantisierungsstufen (Qi, Q2) quantisiert wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Signal (S) gefiltert wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle von zwei aufeinander folgenden Abtastratenintervallen (T) mit ungeradzahligen Änderungen der Quantisierungsstufe (Qi , Q2) die Anzahl der Änderungen der Quantisierungsstufe (Qi, Q2) in dem aktuellen und vorher- gehenden Abtastratenintervall (T) zu null gesetzt werden.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (23, 24, 25) eine sich stetig ändernde Größe misst.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (23, 24, 25) ein Triggerrad einer Nockenwelle (3, 4) oder einer Kurbelwelle (2) abtastet.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich- net, dass das Abtastratenintervall (T) gesteuert oder durch die Messwerte geregelt wird.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abtastratenintervall (T) kleiner als 50ps ist.

10. Steuergerät (17, 21 ) für einen Nockenwellenversteller (7, 8) oder für einen Verbrennungsmotor (1 ), das ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche durchführt.