WO2004109080A1 - Verfahren zur dämpfung von druckschwingungen im messsignal einer lambdasonde - Google Patents

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WO2004109080A1
WO2004109080A1 PCT/EP2004/050583 EP2004050583W WO2004109080A1 WO 2004109080 A1 WO2004109080 A1 WO 2004109080A1 EP 2004050583 W EP2004050583 W EP 2004050583W WO 2004109080 A1 WO2004109080 A1 WO 2004109080A1
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PCT/EP2004/050583
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Inventor
Gerd RÖSEL
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Siemens Aktiengesellschaft
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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
    • F02D41/1438—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor
    • F02D41/1477—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the regulation circuit or part of it,(e.g. comparator, PI regulator, output)
    • F02D41/1482—Integrator, i.e. variable slope

Definitions

  • the invention relates to a method for obtaining a cleaned output signal from the measurement signal, which has a periodic pressure dependence, of a lambda probe arranged in the exhaust gas of an internal combustion engine, in which the measurement signal is sampled in a time pattern and averaged over a predetermined summation time, the summation time being the speed-dependent one Period of pressure pulsations of the exhaust gas corresponds.
  • Oxygen sensors mounted in the exhaust system are used for the continuous determination of the air-fuel ratio with high response speed both in the "lean” - lambda greater than one - and in the "rich” mixture range - lambda less than one.
  • These so-called steady or linear lambda probes work according to the two-cell limit current probe principle and can be used as pre-cat probes for regulating the injection (lambda control), but especially for controlling lean-burn engines, for example gasoline engines with direct fuel injection.
  • the measurement signal of a lambda sensor depends on a number of variables, in particular on the oxygen concentration to be determined in the exhaust gas, but also on the ceramic temperature and the exhaust gas back pressure, the measure of the pressure dependency of the measurement signal being defined by the probe design. With this pressure dependency, a distinction must be made between a static and a dynamic pressure dependence.
  • the typical fluctuations in the dynamic pressure dependence of the Measurement signals are in the significant range for continuous lambda probes and thus an order of magnitude higher than for so-called binary lambda probes. The following is about the vaporization or elimination of the periodic pressure influences, in particular in connection with continuous lambda sensors.
  • Pressure pulsations in the exhaust system are caused by the sudden rise in the positive pressure curve, triggered by the pressure surge generated when the exhaust valves of a cylinder were opened. Reflections or superimpositions of the exhaust gas vibrations in the exhaust system lead to a wave-shaped pressure curve until a new pressure surge occurs with the next push-out cycle of the cylinder.
  • An internal combustion engine operated in the four-stroke process therefore generates a dynamic exhaust gas pressure curve with a periodicity of 720 ° K related to the crankshaft, that is to say speed-dependent. Since the frequency of the pressure-dependent disturbance in the lambda signal depends on the speed of the internal combustion engine and the central control device of the internal combustion engine must still be suitable for measuring fast processes (e.g.
  • the generic method accordingly proposes an integration or summation time that corresponds to the speed-dependent period of the pressure curve, ie 180 ° KW in the example mentioned.
  • the above-mentioned De 37 43 315 AI also mentions the possibility of providing a separate device for summation in order to relieve the microcomputer of the motor vehicle of the special task of signal filtering.
  • the known method for averaging obviously presupposes that for the individual measured values of the lambda probe signal, which, for. B. sampled in 1ms time raster and buffered in a ring buffer, a relatively large memory area is reserved.
  • an averaging was then initiated at every point in time at which a filtered output signal is required (e.g. every 10 ms) by summing a number NI of temporarily stored individual values and dividing them by NI.
  • the number NI corresponds exactly to the period of the print run for the given sampling time pattern.
  • 50 individual values had to be stored simultaneously in the ring memory, for example at 600 revolutions.
  • the averaging had to be carried out over the entire number of NI measured values of the period to be considered, i.e. at each update time, so that, especially at low speeds, the total value formation was carried out several times over certain sections of the ring buffer.
  • the signal evaluation is carried out in such a way that the continuously sampled individual values of the measurement signal are temporarily stored in a memory area of a memory of a control device for the internal combustion engine, and that the control unit switches on at any point in time at which an updated probe output signal is required direction is initiated, in which a number NI corresponding to the summation time of individual values sampled in the time grid is included.
  • these steps are carried out in such a way that the summation over the NI individual values takes place in blocks and begins before the update time, so that the block values that are already continuously formed in blocks at the time of the update and temporarily stored instead of the respective individual values are used to calculate an average value.
  • the signal processing method according to the invention therefore primarily relies on an inexpensive block algorithm according to the formula
  • VLS means the currently to be calculated mean value of the lambda probe voltage signal, VLS_lms each a single raw value of the lambda signal sampled, for example, in the 1 ms time grid, NI the speed-dependent number of the individual values used for averaging according to the period, N an integer and Ml the block length, that is the number of individual values combined in a block.
  • the calculation of an average value VLS is based on the summation values which have already been continuously formed in blocks via Ml measurement signals and the remainder of the N1 (N * M1) measurement values.
  • the memory requirement can be reduced in such a way that only (N + Ml) block or individual values have to be buffered.
  • the computing requirement also drops.
  • the maximum possible speed of the motor and the update rate of the averaged measured value must be taken into account.
  • the invention aims at a segment-synchronous averaging, which means that at any point in time for the purpose of summing it should be possible to "look back" immediately and precisely via the NI last sampled individual values, which form the currently averaged segment of the continuously sampled individual values.
  • the block-wise summation takes place via Ml, which are sampled and cached in succession (Ml block), and they are carried out in a block time grid that corresponds to Ml times the sampling time grid (sampling rate), which means that the update rate with the Ml block time grid is synchronizable.
  • Ml sampled and cached in succession
  • sampling rate sampling time grid
  • segment-synchronous averaging can already be implemented simply by using the N temporarily stored block values for the calculation.
  • the NI block values and all MI individual values of the "last" MI block ending at the update time can also be added up.
  • the first Nl-N * Ml individual values of the most recently scanned Ml block to go beyond a maximum multiple of N * M1 Include averaging individually, while the remaining individual values of this MI block are disregarded and are only included in the subsequent averaging in the form of a block value to be formed and temporarily stored for this entire MI block.
  • a "dead time" of, in the example, (1 to 9) times the individual value sampling interval (sampling rate) must be accepted with regard to the actual actuality of the mean value at the time of the update.
  • each Ml block is split into two subblocks Bl and B2, with subblock B2 the last N1-N * M1 individual values of the respective one going beyond a maximum multiple N * M1 M1 blocks and sub-block B1 comprises the remaining first M1 (N1-N * M1) individual values of the M1 block.
  • the method is particularly suitable in connection with the evaluation of the measurement signal of a lambda probe arranged upstream of a catalytic converter of the internal combustion engine and having a constant characteristic of the measurement signal.
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of an internal combustion engine with a lambda probe, the signal of which is to be processed
  • FIG. 2 shows a diagram of the time dependence of the signal to be processed at different engine speeds
  • FIG. 3 shows an organizational diagram of storage or computing steps symbolically represented in three levels for processing individual lambda signal values according to an embodiment of the invention.
  • FIG. 1 shows in the form of a block diagram an arrangement in which the inventive method is applied. Only those components are shown that are necessary for understanding the invention.
  • the internal combustion engine 1 is supplied with an air / fuel mixture via an intake duct 2.
  • An air mass meter, not shown here, can also be arranged in the intake duct 2.
  • the internal combustion engine 1 is connected to an exhaust gas duct 3.
  • a first lambda probe 4 When viewed in the flow direction of the exhaust gas, a first lambda probe 4, a three-way catalytic converter 5 used for converting harmful exhaust gas components and a second lambda probe 6 are provided in the exhaust gas duct 3.
  • the fuel-air ratio in the exhaust gas upstream of the catalytic converter 5 is determined with the aid of the first lambda probe 4 (control probe), which has a constant characteristic.
  • the second lambda probe 6 (monitor probe) serves u. a. for checking the catalytic converter 5 and typically has a binary characteristic.
  • a speed sensor 7 for detecting the speed of the internal combustion engine 1 is arranged at a suitable point on the internal combustion engine 1, the signal of which is fed to a central control device 8 via a corresponding connecting line.
  • control device 8 can also be connected to further sensors and actuators via a data and control line 9 which is only shown schematically.
  • the control device 8 which, among other things, controls the injection, has a microcomputer 10 in a known manner, corresponding interfaces for signal conditioning circuits, and an input and output unit.
  • the microcomputer 10 comprises a central processing unit (CPU), which performs the arithmetic and logical operations on the data fed in.
  • the programs and target data required for this are provided by a read-only memory (ROM).
  • An operating data memory (RAM) 11 serves, among other things, to store the data supplied by the sensors until they are called up by the microcomputer 10 or replaced by more current data, ie overwritten.
  • the method according to the invention essentially serves to conserve the resources of this memory 11, which are burdened by the necessary intermediate storage of values in an area of this memory 11 which are related to the correction of the pressure dependency of the measurement signal of the lambda probe 4.
  • FIG. 2 shows a periodically time-dependent voltage signal UM in the upper part, which represents the unfiltered measurement signal of the lambda probe 4.
  • the thin vertical lines indicate the grid of the update rate T of the output signal, with in the example shown (four-cylinder engine with single-flow exhaust system) the averaging over a speed-dependent period TP of pressure pulsations of the exhaust gas takes place.
  • This update rate T 10 ms is synchronized with the MI block time slot, which in turn is based on the single value sampling time slot of 1 ms chosen here.
  • each MI block therefore comprises 10 individual values.
  • the filtered output signal which is calculated in each case at the update times t n or t n ', is represented by the voltage values UA shown in dot form in FIG.
  • the averaged lambda output signal therefore has, as is to be expected in the case of a properly regulated operating state, a constancy which extends over the different speed ranges D1 and D2 of the internal combustion engine 1 which are marked by the thick vertical
  • the control device 8 first determines a speed-dependent summation duration, that is, TP1 for D1 and TP2 for D2. Depending on the selected sampling rate of the measurement signal, here 1 ms, this summation time corresponds to a defined number of individual raw values of the measurement signal.
  • a range D1 with a higher speed e.g. 1666 revolutions / min
  • Nl 18 individual values VLS_lms must be summed.
  • the individual values VLS_lms to be summed are not all stored in the buffer until summation. Rather, the first 10 individual values of a segment first sampled in time become successive, possibly by overwriting the individual values of a value created during the immediately preceding averaging
  • (Ml 10) block time interval summed to a block value.
  • FIG. 10 In the example selected in FIG.
  • Figure 3 relates to a second embodiment of the invention, which can be used in the cases Nl N * Ml as an alternative to the method discussed in Figure 2.
  • the upper level (“individual value memory”) in FIG. 3 relates to the sampling or intermediate storage of the 10 individual values of a block currently to be processed. Only the last of the four blocks considered in FIG.
  • the first 7 individual values of the first block after sampling and intermediate storage of all 10 individual values of this block, were summed and buffered to the subblock value MW_B1_1, while the last 3 individual values of this block were summed up and buffered to the subblock value MW_B2_1.
  • the associated individual values that are no longer required can then be overwritten by the new individual values of the next, second block.
  • the new individual values are then processed into sub-block values MW_B1_2 and MW_B2_2 in an analogous manner to the first block.
  • the result of which is symbolically represented by the lower level (“measured value output”) in FIG. 3 only the partial block values temporarily stored according to the middle level are required.
  • the current mean value due after 30 ms is calculated, for example, by the two partial block values resulting from the third block immediately before the update time, the two partial block values resulting from the second partial block and the sub-block value MW_B2_1 resulting from the first block is summed (and divided by NI).
  • NI exact number of the individual values lying immediately before the update time
  • the block-wise preprocessing of the individual values of the measurement signal of the lambda probe significantly reduces the resource and computing time required for the calculation required for signal processing, the main effect being the saving of memory space resources. It should be taken into account that a calculation in a 1 ms time grid and the provision of, for example (around) 140 memory spaces for a two-bank system, places great demands on the overall resources of an engine control system. The advantage according to the invention is therefore more pronounced in multi-bank systems.

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Abstract

Um die fortlaufend abgetasteten Einzelwerte des Messsignals durch Aufsummation über eine der drehzahlabhängigen Periode (TPl, TP2) von Druckpulsationen des Abgases entsprechende Summationszeit und unter Schonung der Speicherressourcen zu mitteln, wird vorgeschlagen, dass die Summation über die Nl Einzelwerte blockweise erfolgt und bereits vor der Signalaktualisierung beginnt, so dass zur Berechnung eines Mittelwertes die zum Aktualisierungszeitpunkt (tn) bereits fortlaufend blockweise gebildeten und anstelle der jeweiligen Einzelwerte zwischengespeicherten Blockwerte herangezogen werden.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Dämpfung von Druckschwingungen im Messsignal einer Lambdasonde
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Gewinnen eines bereinigten Ausgangssignales aus dem eine periodische Druckabhängigkeit aufweisenden Messsignal einer im Abgas einer Brennkraftmaschine angeordneten Lambdasonde, bei dem das Messsignal in einem Zeitraster abgetastet und durch Aufsumma- tion über eine vorgegebene Summationszeit gemittelt wird, wobei die Summationszeit der drehzahlabhängigen Periodendauer von Druckpulsationen des Abgases entspricht.
Ein derartiges Verfahren ist bereits aus der DE 37 43 315 AI bekannt .
Zur kontinuierlichen Bestimmung des Luft-Kraftstoff- Verhältnisses mit hoher Ansprechgeschwindigkeit sowohl im "mageren" — Lambda größer als eins —, als auch im "fetten" Gemischbereich — Lambda kleiner als eins —, werden im Abgasstrang montierte SauerstoffSensoren verwendet. Diese sogenannten stetigen oder linearen Lambdasonden arbeiten nach dem Zwei-Zellen-Grenzstromsonden-Prinzip und können als Vorkat- Sonden zur Regelung der Einspritzung (Lambdaregelung) , besonders aber zur Steuerung von Magermotoren, beispielsweise von Ottomotoren mit Kraftstoff-Direkteinspritzung, eingesetzt werden.
Das Messsignal einer Lambdasonde hängt von einer Mehrzahl von Größen ab, insbesondere von der festzustellenden Sauerstoffkonzentration im Abgas, aber auch von der Keramiktemperatur und dem Abgasgegendruck, wobei das Maß der Druckabhängigkeit des Messsignals durch das Sondendesign definiert ist. Bei dieser Druckabhängigkeit muss zwischen einer statischen und einer dynamischen Druckabhängigkeit unterschieden werden. Die typischen Schwankungen der dynamischen Druckabhängigkeit des Messsignals liegen bei stetigen Lambdasonden im signifikanten Bereich und damit eine Größenordnung hoher als bei sogenannten binaren Lambdasonden. Im Folgenden geht es um das Dampfen bzw. Eliminieren der periodischen Druckeinflusse, insbesondere im Zusammenhang mit stetigen Lambdasonden.
Druckpulsationen im Abgassystem haben eine Ursache im plötzlichen Anstieg des positiven Druckverlaufs, ausgelost durch den beim Offnen der Auslassventile eines Zylinders erzeugten Druckstoßes. Durch Reflexionen bzw. Überlagerungen der Abgasschwingung in der Abgasanlage kommt es zu einem wellenförmigen Druckverlauf, bis mit dem nächsten Ausschiebetakt des Zylinders ein erneuter Druckstoß erfolgt. Ein im Viertaktverfahren betriebene Brennkraftmaschine erzeugt also einen dynamischen Abgas-Druckverlauf mit einer kurbelwellenbezogenen, also drehzahlabhangigen, Periodizitat von 720 °K . Da die Frequenz der druckabhangigen Störung im Lambdasignal von der Drehzahl der Brennkraftmaschine abhangt und die zentrale Steuerungseinrichtung der Brennkraftmaschine auch weiterhin zur Messung schneller Vorgange geeignet sein muss (z. B. zylinderselektive Lambdaregelung) , ist die Möglichkeit einer Filterung via Hardware begrenzt. Aufgrund der beschriebenen charakteristischen Periodizitat der Vorgange ist zur Signalfilterung eine Mittelwertbildung über einen bestimmten Kurbelwinkelbereich der Brennkraftmaschine erforderlich, beispielsweise, bei einer Vierzylinder-
Viertaktbrennkraftmaschine mit einer einflutigen Abgasanlage, 720 °KW/4 = 180 °KW.
Das gattungsgemaße Verfahren schlagt demgemäß eine Integrati- ons- bzw. Summationszeit vor, die der drehzahlabhangigen Periodendauer des Druckverlaufs entspricht, im genannten Beispiel also 180 °KW. In der oben genannten De 37 43 315 AI wird außerdem die Möglichkeit erwähnt, eine gesonderte Einrichtung zur Summation vorzusehen, um den Mikrorechner des Kraftfahrzeugs von der Spezialaufgabe der Signalfilterung zu entlasten. Tatsachlich besteht folgende Problematik: Das bekannte Verfahren zur Mittelwertbildung setzt offenbar voraus, dass für die einzelnen Messwerte des Lambdasondensignals, die z. B. im 1ms Zeitraster abgetastet und in einem Ringspeicher zwischengespeichert werden, ein relativ großer Speicherbereich reserviert wird. Zur Weiterverarbeitung des Lambdasondensignals wurde dann zu jedem Zeitpunkt, zu dem ein gefiltertes Ausgangssignal benotigt wird, (z. B. alle 10 ms) eine Mittelwertbildung angestoßen, indem eine Anzahl NI von zwischengespeicherten Einzelwerten summiert und durch NI dividiert wurde. Die Anzahl NI entspräche, beim gegebenen Abtast-Zeitraster, genau der Periodendauer des Druckverlau s. Für eine Vierzylinderbrennkraftmaschine mussten bei dieser Vorgehensweise im Ringspeicher, bei z.B. 600 Umdrehungen, immerhin 50 Einzelwerte simultan gespeichert werden, für ein 6- Zylinder-Zweibanksystem wurden dementsprechend bereits insgesamt 67*2=134 Einzelwerte gespeichert werden müssen. Außerdem musste die Mittelwertbildung immer, das heißt zu jedem Aktualisierungszeitpunkt, über die gesamte Anzahl der NI Messwerte der zu betrachtenden Periode ausgeführt werden, so dass vor allem bei geringen Drehzahlen die Summenwertbildung über bestimmte Abschnitte des Ringspeichers mehrfach ausgeführt wurde.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein insbesondere hinsichtlich der Speicherplatzressourcen und des Rechenzeitbedarfs verbessertes Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemaß durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelost.
Gemäß der Erfindung wird zur Signalauswertung so vorgegangen, dass die fortlaufend abgetasteten Einzelwerte des Messsignals in einem Speicherbereich eines Speichers einer Steuerungseinrichtung für die Brennkraftmaschine zwischengespeichert werden, und dass zu jedem Zeitpunkt, zu dem ein aktualisiertes Sonden-Ausgangssignal benotigt wird, von der Steuerungsein richtung eine Mittelwertbildung eingeleitet wird, in die eine der Summationszeit entsprechende Anzahl NI von im Zeitraster abgetasteten Einzelwerten einbezogen wird. Erfindungsgemaß werden diese Schritte jedoch in der Weise durchgeführt, dass die Summation über die NI Einzelwerte blockweise erfolgt und bereits vor dem Aktualisierungszeitpunkt beginnt, so dass zur Berechnung eines Mittelwertes die zum Aktualisierungszeitpunkt bereits fortlaufend blockweise gebildeten und anstelle der jeweiligen Einzelwerte zwischengespeicherten Blockwerte herangezogen werden.
Das erfindungsgemaße Signalaufbereitungsverfahren stellt also vor allem auf einen gunstigen Blockalgorithmus gemäß der Formel
Figure imgf000006_0001
ab, der die Möglichkeit einer vorteilhaften Speicherkonfigurierung bzw. Speicherorganisation eröffnet. In der obigen Formel bedeutet VLS den aktuell zu berechnenden Mittelwert des Lambdasondenspannungssignals, VLS_lms jeweils einen einzelnen Rohwert des beispielsweise im 1 ms Zeitraster abgetasteten Lambdasignals, NI die drehzahlabhangige Anzahl der gemäß Periodendauer zur Mittelwertbildung eingesetzten Einzelwerte, N eine ganze Zahl und Ml die Blocklange, also die Anzahl der in einem Block zusammengefassten Einzelwerte.
Zur Berechnung eines Mittelwertes VLS werden demnach die bereits fortlaufend blockweise gebildeten Summationswerte über Ml Messsignale sowie der verbleibende Rest der N1-(N*M1) Messwerte herangezogen. Durch diese Maßnahme kann der Speicherbedarf derart reduziert werden, dass nur noch (N+Ml) Block- bzw. Einzelwerte zwischengespeichert werden müssen. Ebenso sinkt der Rechenbedarf. Bei der Bestimmung der Anzahl Ml ist die maximal mögliche Drehzahl des Motors sowie die Aktualisierungsrate des gemittelten Messwertes zu berucksichti gen. Die erfindungsgemäß verbesserten Verhältnisse können am Beispiel einer Messwerterfassung über einen längeren Zeitraum, hier Is, mit einer Aktualisierung im 10 ms Zeitraster und einer Mittelwertbildung über Nl=30 Messwerte verdeutlicht werden (Ml=10) : bisher : 100*30 Summationen + 100 Divisionen
Erfindung : 100*10 Summat . + 100*3 Summat. + 100 Divisionen
Speicherplatzbedarf bisher : 50 Werte (da bei niedrigen
Drehzahlen NI > 30 werden kann) Speicherplatzbedarf Erfindung : 10 (Einzel) erte + 4 Werte
Die Erfindung zielt auf eine segmentsynchrone Mittelwertbildung ab, das heißt, grundsätzlich sollte zu jedem Aktualisierungszeitpunkt zwecks Summierung sofort und genau über die NI zuletzt abgetasteten Einzelwerte "zurückgeblickt" werden können, die das aktuell zu mittelnde Segment der fortlaufend abgetasteten Einzelwerte bilden.
Um dies im Kontext der erfindungsgemäßen blockweisen Summation realisieren zu können, ist es vorteilhaft, in einem ersten Schritt folgende Teilsynchronisation vorzunehmen:
Die blockweise Summation erfolgt über jeweils Ml nacheinander abgetastete und zwischengespeicherte Einzelwerte (Ml-Block) und sie erfolgt in einem Block-Zeitraster, das dem Ml-fachen des Abtast-Zeitrasters (Abtastrate) entspricht, wodurch die Aktualisierungsrate mit dem Ml-Block-Zeitraster synchronisierbar ist. Für den Fall, dass die Segmentlänge ein ganzzahliges Vielfaches der Blocklänge ist, also für N1=N*M1, kann damit bereits eine segmentsynchrone Mittelwertbildung einfach dadurch realisiert werden, dass die N zwischengespeicherten Blockwerte zur Berechnung herangezogen werden. Es können jedoch auch die N-l Blockwerte und alle Ml Einzelwerte des am Aktualisierungszeitpunkt endenden "letzten" Ml-Blocks aufsummiert werden. Bei einer vom Vielfachen der Blocklange abweichenden Segmentlange NI müssen zu einer möglichst segmentsynchronen Mittelwertbildung in einem zweiten Schritt weitere Teilschritte unternommen werden, die darauf hinauslaufen, entweder am Ende oder am Anfang der Summationszeit nicht, jedenfalls nicht bei der aktuellen Mittelwertbildung, alle Einzelwerte, sondern nur den benotigten Teil des betreffenden Ml-Blocks zu berücksichtigen, um trotz der in diesen Fallen gegebenen Inkommen- surabilitat von Blocklange Ml und Segmentlange NI exakt NI Einzelwerte in die Mittelung einzubeziehen.
Gemäß einer ersten Ausfuhrungsform ist es in diesen Fallen, in denen die Anzahl NI nicht einem Vielfachen N von Ml entspricht, vorteilhaft, die über ein höchstes Vielfaches N*M1 hinausgehenden ersten Nl-N*Ml Einzelwerte des zuletzt abgetasteten Ml-Blocks bei einer aktuellen Mittelwertbildung einzeln einzubeziehen, wahrend die restlichen Einzelwerte dieses Ml-Blocks dabei unberücksichtigt bleiben und erst in Form eines für diesen gesamten Ml-Block zu bildenden und zwischenzuspeichernden Blockwertes in die auf die aktuelle folgende Mittelwertbildung einbezogen werden. Bei dieser Ausfuhrung bleiben demnach eine definierte Anzahl (z.B. 1 bis 9 im Fall eines Ml=10 Blocks) von unmittelbar vor dem Aktualisierungszeitpunkt liegenden, nicht mehr in der aktuellen Summationszeit zu verarbeitenden, Einzelwerten zunächst unberücksichtigt. Bei dieser ersten Ausfuhrungs orm ist allerdings hinsichtlich der tatsachlichen Aktualität des Mittelwertes am Aktualisierungszeitpunkt eine "Totzeit" vom, im Beispiel, (1 bis 9) -fachen des Einzelwert-Abtastintervalls (Abtastrate) in Kauf zu nehmen .
Bei einer besonders vorteilhaften alternativen zweiten Ausfuhrungsform bleiben gewisse restliche, aktuell nicht benotigte Einzelwerte, die zeitlich vor dem Beginn der aktuellen Summationszeit in einem fruhesten, für die aktuelle Mittelwertbildung heranzuziehenden Ml-Block positioniert sind, unberücksichtigt. Im einzelnen wird in den hier in Rede stehen den Fällen, in denen die Anzahl NI nicht einem Vielfachen N von Ml entspricht, jeder Ml-Block in zwei Teilblöcke Bl und B2 aufgespalten, wobei der Teilblock B2 die über ein höchstes Vielfaches N*M1 hinausgehenden letzten N1-N*M1 Einzelwerte des jeweiligen Ml-Blocks und der Teilblock Bl die restlichen ersten M1-(N1-N*M1) Einzelwerte des Ml-Blocks umfasst. Ferner erfolgt im Block-Zeitraster eine blockweise Summation der jeweiligen beiden Teilblöcke Bl und B2 zu Teilblockwerten MW_B1 und MW_B2, die anstelle der jeweiligen Einzelwerte zwischengespeichert werden. Für eine aktuelle Mittelwertbildung werden dann schließlich jeweils die beiden Teilblockwerte der N zuletzt verarbeiteten Ml-Blöcke und der Teilblockwert MW_B2 des unmittelbar vor den N letzten Ml-Blöcken verarbeiteten Ml-Blocks herangezogen. Auf diese Weise wird eine Totzeit vermieden und tatsächlich über die unmittelbar vor dem Aktualisierungszeitpunkt liegenden NI Einzelwerte gemittelt.
Die Vorteile der erfindungsgemäß möglichen Speicherplatzreduzierung lassen sich insbesondere dadurch realisieren, dass der Speicherbereich im Ringspeichermodus betrieben wird.
Besonders geeignet ist das Verfahren im Zusammenhang mit der Auswertung des Messsignals einer stromaufwärts eines Katalysators der Brennkraftmaschine angeordneten, eine stetige Charakteristik des Messsignals aufweisenden, Lambdasonde.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und den Figuren der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine mit einer Lambdasonde, deren Signal aufbereitet werden soll,
Figur 2 ein Diagramm der Zeitabhängigkeit des aufzubereitenden Signals bei verschiedenen Drehzahlen der Brennkraftmaschine, Figur 3 ein Organisationsschema von symbolisch in drei Ebenen dargestellten Speicher- bzw. Rechenschritten zur Verarbeitung von Lambdasignal-Einzelwerten gemäß einer Ausfuhrungsform der Erfindung.
Figur 1 zeigt in Form eines Blockschaltbildes eine Anordnung, bei der das erfindungsgemaße Verfahren angewendet wird. Dabei sind nur diejenigen Komponenten dargestellt, die für das Verständnis der Erfindung notwendig sind. Der Brennkraftmaschine 1 wird ber einen Ansaugkanal 2 ein Luft-/Kraftstoffgemisch zugeführt. Im Ansaugkanal 2 kann beispielsweise auch ein hier nicht dargestellter Luftmassenmesser angeordnet sein. Aus- gangsseitig ist die Brennkraftmaschine 1 mit einem Abgaskanal 3 verbunden. In Stromungsrichtung des Abgases gesehen ist im Abgaskanal 3 eine erste Lambdasonde 4, ein zur Konvertierung schädlicher Abgasbestandteile dienender Dreiwegekatalysator 5 und eine zweite Lambdasonde 6 vorgesehen. Mit Hilfe der eine stetige Charakteristik aufweisenden ersten Lambdasonde 4 (Regelsonde) wird das Kraftstoff-Luftverhaltnis im Abgas vor dem Katalysator 5 bestimmt. Die zweite Lambdasonde 6 (Monitorsonde) dient u. a. zur Überprüfung des Katalysators 5 und weist typischerweise eine binare Charakteristik auf. An der Brennkraftmaschine 1 ist an einer geeigneten Stelle ein Drehzahlsensor 7 zur Erfassung der Drehzahl der Brennkraftmaschine 1 angeordnet, dessen Signal über eine entsprechende Verbindungsleitung einer zentralen Steuerungseinrichtung 8 zugeführt wird.
Zur Steuerung und Regelung der Brennkraftmaschine 1 kann die Steuerungseinrichtung 8 über eine nur schematisch dargestellte Daten- und Steuerleitung 9 noch mit weiteren Sensoren und Aktoren verbunden sein. Die Steuerungseinrichtung 8, die u. a. die Einspritzung steuert, weist in bekannter Weise einen Mikrocomputer 10, entsprechende Schnittstellen für Signalaufbereitungsschaltungen, sowie eine Ein- und Ausgabeeinheit auf. Der Mikrocomputer 10 umfasst eine Zentraleinheit (CPU), welche die arithmetischen und logischen Operationen mit den eingespeisten Daten durchfuhrt . Die dazu notwendigen Programme und Solldaten liefert ein Festwertspeicher (ROM) . Ein Betriebsdatenspeicher (RAM) 11 dient u. a. dazu, die von den Sensoren gelieferten Daten zu speichern, bis sie vom Mikrocomputer 10 abgerufen oder durch aktuellere Daten ersetzt, d. h. überschrieben werden. Das erfindungsgemäße Verfahren dient wesentlich dazu, die Ressourcen dieses Speichers 11 zu schonen, die durch die erforderliche, in einem Bereich dieses Speichers 11 erfolgende Zwischenspeicherung von Werten belastet werden, die mit der Korrektur der Druckabhangigkeit des Messsignals der Lambdasonde 4 im Zusammenhang stehen.
Figur 2 zeigt im oberen Teil ein periodisch zeitabhängiges Spannungssignal UM, das das ungefilterte Messsignal der Lambdasonde 4 repräsentiert. Die dünnen senkrechten Striche deuten das Raster der Aktualisierungsrate T des Ausgangssignales an, wobei im dargestellten Beispiel (Vierzylindermotor mit einflutiger Abgasanlage) alle 10 ms die Mittelung über eine drehzahlabhangige Periodendauer TP von Druckpulsationen des Abgases erfolgt. Diese Aktualisierungsrate T=10 ms ist mit dem Ml-Block-Zeitraster synchronisiert, dem wiederum das hier gewählte Einzelwert-Abtast-Zeitraster von 1 ms zu Grunde liegt. Jeder Ml-Block umfasst im gegebenen Beispiel also jeweils 10 Einzelwerte. Das gefilterte Ausgangssignal, das jeweils zu den Aktualisierungszeitpunkten tn bzw. tn' berechnet wird, ist durch die in Figur 1 punktförmig dargestellten Spannungswerte UA repräsentiert. Das gemittelte Lambda- Ausgangssignal weist also, wie bei ordnungsgemäß geregeltem Betriebszustand zu erwarten, eine sich über die unterschiedlichen, durch die dicken senkrechten Striche markierten, Drehzahl-Bereiche Dl bzw. D2 der Brennkraftmaschine 1 erstreckende Konstanz auf.
Da die Mittelung genau über eine Periodendauer TP der Druckpulsationen erfolgen muss, wird von der Steuerungseinrichtung 8 zunächst eine drehzahlabhängige Summationsdauer, also TPl für Dl und TP2 für D2, bestimmt. Dieser Summationszeit entspricht, abhangig von der gewählten Abtastrate des Messsignals, hier 1 ms, eine definierte Anzahl von einzelnen Rohwerten des Messsignals. Im in Figur 2 dargestellten Beispiel ist im linken Teil der Figur ein Bereich Dl mit höherer Drehzahl (z. B. 1666 Umdrehungen/min) dargestellt, bei dem eine Summationszeit von 18 ms berechnet wird, so dass zur Mittelwertbildung jeweils über ein Segment von insgesamt Nl=18 Einzelwerten VLS_lms summiert werden muss. Zu jedem Aktualisierungszeitpunkt tn, hier beispielsweise am durch die linke dicke Linie markierten Ende des Drehzahlbereiches Dl, muss jeweils über genau 18 der zurückliegenden Einzelwerte summiert werden, wie in Figur 2 durch die 18 kurzen Striche und den darüber angeordneten Pfeil, der die zeitlich zuruckschauende Betrachtung bei der Mittelung symbolisiert, angedeutet. Andererseits ergibt sich für den Bereich zwischen den beiden dicken senkrechten Linien der Figur 2 auf Grund des dort repräsentierten Bereichs D2 mit geringerer Drehzahl eine relativ größere Summationszeit und, damit korrespondierend, eine dementsprechend höhere Anzahl NI von zu summierenden Einzelwerten, im hier gezeigten Beispiel (D2=714 Umdrehungen) Nl=41. Die zum Aktualisierungszeitpunkt tn' und unmittelbar davor, tn'-i, zu betrachtenden Segmente n' bzw. n'-l sind, wiederum durch Pfeile, im Drehzahlbereich D2 in Figur 2 angedeutet.
Die beispielsweise 18 im dargestellten höheren Drehzahlbereich Dl zu summierenden Einzelwerte VLS_lms werden erfin- dungsgemaß nicht alle bis zur Summation im Zwischenspeicher niedergelegt. Vielmehr werden die ersten 10 zeitlich zuerst abgetasteten Einzelwerte eines Segmentes sukzessive, gegebenenfalls unter ÜberSchreibung der Einzelwerte eines bei der unmittelbar vorhergehenden Mittelwertbildung angelegten
(Ml=10) -Blocks, in den Zwischenspeicher eingeschrieben und danach blockweise verarbeitet, d. h. am Ende des betreffenden
(Ml=10) -Block-Zeitintervalls zu einem Blockwert summiert. Dieser einzelne Blockwert, der die gefilterte, aus 10 Einzelwerten zusammengezogene Information über den Mittelwert des Messsignals im Zeitintervall des gegebenen Blocks repräsentiert, wird bis zur nächsten Aktualisierung im Zwischenspeicher aufbewahrt, während die zwischengespeicherten 10 "alten" Einzelwerte im Ringspeichermodus sukzessive durch die 10 Einzelwerte des nächstfolgenden (Ml=10) -Blocks überschrieben werden. Im in Figur 2 gewählten Beispiel kann (im Bereich Dl) gemäß einer ersten Aus uhrungsform der Erfindung so vorgegangen werden, dass der erste (hier: einzige, da Nl=18=l*10+8, also: N=l) Blockwert zwischengespeichert wird, dass im nächstfolgenden Block-Zeitabschnitt zunächst die, im Segment der Nl=18 insgesamt zur Mittelung heranzuziehenden Einzelwerte noch fehlenden, 8 Einzelwerte nacheinander in die bisher durch die alten Einzelwerte besetzten Positionen eingeschrieben werden, dass zeitrastergemäß zwei weitere Einzelwerte abgetastet und eingeschrieben werden, und dass mit Beendigung dieses "letzten" Block-Zeitabschnittes die fällige Aktualisierung des Mittelwertes in der Weise durchgeführt wird, dass der einzelne Blockwert und die einzelnen ersten 8 Einzelwerte des zuletzt angelegten (Ml=10) -Blocks summiert werden. Parallel dazu werden alle 10 Einzelwerte des zuletzt angelegten (Ml=10) -Blocks zu einem Blockwert summiert und zwischengespeichert, der bei der nächstfolgenden Aktualisierung herangezogen wird. Der zu einem bestimmten Aktualisierungszeitpunkt tn festgestellte "aktuelle" Mittelwert ist also, im gegebenen Beispiel, genaugenommen bereits 2 Abtast-Intervalle "alt", die gemäß der vorgegebenen Synchronisation abgewartet werden müssen.
Figur 3 bezieht sich auf eine zweite Ausfuhrungsform der Erfindung, die in den Fällen Nl N*Ml alternativ zu der bei Figur 2 diskutierten Methode einsetzbar ist. Beispielhalber wird bei der folgenden Erläuterung eine einflutige Abgasanlage eines mit 1304 Umdrehungen laufenden Vierzylindermotors, eine Aktualisierung im 10 ms Raster, ein Abtast-Zeitraster von 1 ms, eine Blocklänge Ml von 10 Einzelwerten und eine Summationszeit von 23 ms, also eine Segmentlänge Nl=23, vorausgesetzt. Die obere Ebene ("Einzelwertspeicher") in Figur 3 bezieht sich auf die Abtastung bzw. Zwischenspeicherung der jeweils 10 Einzelwerte eines aktuell zu verarbeitenden Blocks . Dargestellt ist lediglich der letzte der beispielhalber vier in Figur 3 betrachteten Blöcke, der, wie symbolisch angedeutet, ebenso wie die drei vor ihm verarbeiteten Blöcke, in einen ersten Teilblock Bl, der 7 Einzelwerte umfasst, und einen zweiten Teilblock, der 3 Einzelwerte umfasst, aufgeteilt wurde. Diese spezielle Aufteilung kommt im betrachteten Beispiel im Hinblick darauf zustande, dass, entsprechend Nl=23=2*10+3, bei der weiteren Berechnung ein Teilblock B2 mit 3 Einzelwerten benötigt wird.
Die mittlere Ebene in Figur 3 zeigt vier Paare von Teilblockwerten MW_B1 und MW_B2 (die in der Figur zusätzlich angefügte Endziffer bezieht sich auf die Entstehung aus einem der vier Einzelwert-Blöcke; die die Blockwerte symbolisierenden Striche sind nicht unmittelbar auf die Zeitachse der unteren Ebene zu beziehen) , die nacheinander jeweils aus dem entsprechenden der vier Ml=10-Einzelwert-Blöcke generiert und zwischengespeichert wurden. Beispielsweise wurden die ersten 7 Einzelwerte des ersten Blocks, nach Abtastung und Zwischenspeicherung aller 10 Einzelwerte dieses Blocks, zum Teilblockwert MW_B1_1 summiert und zwischengespeichert, während die letzten 3 Einzelwerte dieses Blocks zum Teilblockwert MW_B2_1 summiert und zwischengespeichert wurden. Die zugehörigen, nicht mehr benötigten Einzelwerte können dann durch die neuen Einzelwerte des nächsten, zweiten Blocks überschrieben werden. Die neuen Einzelwerte werden anschließend, in analoger Weise wie beim ersten Block, zu Teilblockwerten MW_B1_2 und MW_B2_2 verarbeitet.
Zur Mittelwertberechnung, deren Ergebnis symbolisch von der unteren Ebene ("Messwertausgabe") in Figur 3 repräsentiert ist, werden lediglich die gemäß der mittleren Ebene zwischengespeicherten Teilblockwerte benötigt. Wie schematisch für zwei AktualisierungsZeitpunkte durch Linien zwischen der mittleren und der unteren Ebene angedeutet, wird beispielsweise der nach 30 ms fällige, aktuelle Mittelwert dadurch berechnet, dass die beiden aus dem unmittelbar vor dem Aktualisierungszeitpunkt liegenden dritten Block entstandenen Teilblockwerte, die beiden aus dem zweiten Teilblock entstandenen Teilblockwerte sowie der aus dem ersten Block entstandene Teilblockwert MW_B2_1 summiert (und durch NI dividiert) werden. Auf diese Weise kann am jeweiligen Aktualisierungszeitpunkt sofort auf die benötigte exakte Anzahl NI, hier Nl=23, der unmittelbar vor dem Aktualisierungszeitpunkt liegenden Einzelwerte zurückgeblickt werden.
Es ist vorteilhaft, wenn mindestens bei einem der verarbeiteten Ml-Blöcke auch eine der beiden Teilblocklängen bis zur aktuellen Mittelwertbildung zwischengespeichert wird.
Wie beschrieben, kann durch die blockweise Vorverarbeitung der Einzelwerte des Messsignals der Lambdasonde der Ressourcen- und Rechenzeitbedarf der zur Signalaufbereitung nötigen Rechnung deutlich gesenkt werden, wobei der Haupteffekt in der Einsparung von Speicherplatzressourcen liegt. Dabei ist zu berücksichtigen, dass eine Rechnung im 1 ms Zeitraster und die Bereitstellung von beispielsweise (rund) 140 Speicherplätzen für ein Zweibanksystem große Anforderungen an die Gesamtressourcen einer Motorsteuerung stellt. Der erfindungsgemäße Vorteil kommt deshalb bei Mehrbanksystemen stärker zum Tragen .

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Gewinnen eines bereinigten Ausgangssignales aus dem eine periodische Druckabhängigkeit aufweisenden Messsignal einer im Abgas einer Brennkraftmaschine (1) angeordneten Lambdasonde (4) , bei dem das Messsignal in einem Zeitraster abgetastet und durch Aufsummation über eine vorgegebene Summationszeit gemittelt wird, wobei die Summationszeit der drehzahlabhängigen Periodendauer (TPl, TP2) von Druckpulsationen des Abgases entspricht, dadurch gekennzeichnet,
- dass die fortlaufend abgetasteten Einzelwerte des Messsignals in einem Speicherbereich eines Speichers (11) einer Steuerungseinrichtung (8) für die Brennkraftmaschine
(1) zwischengespeichert werden, und
- dass zu jedem Zeitpunkt (t„) , zu dem ein aktualisiertes Sonden-Ausgangssignal benötigt wird, von der Steuerungseinrichtung (8) eine Mittelwertbildung eingeleitet wird, in die eine der Summationszeit entsprechende Anzahl NI von im Zeitraster abgetasteten Einzelwerten einbezogen wird,
- wobei die Summation über die NI Einzelwerte blockweise erfolgt und bereits vor dem Aktualisierungszeitpunkt (tn) beginnt, so dass zur Berechnung eines Mittelwertes die zum Aktualisierungszeitpunkt (tn) bereits fortlaufend blockweise gebildeten und anstelle der jeweiligen Einzelwerte zwischengespeicherten Blockwerte herangezogen werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die blockweise Summation über jeweils Ml nacheinander abgetastete und zwischengespeicherte Einzelwerte (Ml-Block) und in einem Block-Zeitraster erfolgt, das dem Ml-fachen des Abtast-Zeitrasters (Abtastrate) entspricht, und dass die AktualisierungsZeitpunkte (tn) mit dem Ml-Block-Zeitraster synchronisiert werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in Fällen, in denen die Anzahl NI nicht einem Vielfachen N von Ml entspricht, die über ein höchstes Vielfaches N*M1 hinausgehenden ersten N1-N*M1 Einzelwerte des zuletzt abgetasteten Ml-Blocks bei einer aktuellen Mittelwertbildung einzeln einbezogen werden, während die restlichen Einzelwerte dieses Ml-Blocks dabei unberücksichtigt bleiben und erst in Form eines für diesen gesamten Ml- Block zu bildenden und zwischenzuspeichernden Blockwertes in die auf die aktuelle folgende Mittelwertbildung einbezogen werden .
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
- dass in Fällen, in denen die Anzahl NI nicht einem Vielfachen N von Ml entspricht, jeder Ml-Block in zwei Teilblöcke Bl und B2 aufgespalten wird,
- wobei der Teilblock B2 die über ein höchstes Vielfaches N*M1 hinausgehenden letzten N1-N*M1 Einzelwerte des jeweiligen Ml-Blocks und der Teilblock Bl die restlichen ersten M1-(N1-N*M1) Einzelwerte des Ml-Blocks umfasst,
- dass im Block-Zeitraster eine blockweise Summation der jeweiligen beiden Teilblöcke Bl und B2 zu Teilblockwerten MW_B1 und MW_B2 erfolgt, die anstelle der jeweiligen Einzelwerte zwischengespeichert werden,
- und dass bei einer aktuellen Mittelwertbildung jeweils die beiden Teilblockwerte der N zuletzt verarbeiteten Ml- Blöcke und der Teilblockwert MW_B2 des unmittelbar vor den N letzten Ml-Blöcken verarbeiteten Ml-Blocks herangezogen werden.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, das mindestens bei einem der verarbeiteten Ml-Blöcke auch eine der beiden Teilblocklängen bis zur aktuellen Mittelwertbildung zwischengespeichert wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Speicherbereich im Ringspeichermodus betrieben wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Messsignal einer stromaufwärts eines Katalysators (5) der Brennkraftmaschine (1) angeordneten, eine stetige Charakteristik des Messsignals aufweisenden Lambdasonde (4) ausgewertet wird.
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