WO2012139805A1 - Verfahren zur bestimmung einer anfangsposition einer zyklischen bewegung - Google Patents

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WO2012139805A1
WO2012139805A1 PCT/EP2012/053305 EP2012053305W WO2012139805A1 WO 2012139805 A1 WO2012139805 A1 WO 2012139805A1 EP 2012053305 W EP2012053305 W EP 2012053305W WO 2012139805 A1 WO2012139805 A1 WO 2012139805A1
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signal sequence
recorded
signal
encoder
sequences
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PCT/EP2012/053305
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Ulrich-Michael Nefzer
Thomas Grundler
Carsten Deringer
Jochen QUANTE
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Robert Bosch Gmbh
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    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/009—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents using means for generating position or synchronisation signals
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    • F02D41/009—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents using means for generating position or synchronisation signals
    • F02D2041/0092—Synchronisation of the cylinders at engine start

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for position detection, for example for detecting the position of a camshaft in a motor vehicle.
  • the document EP 1 882 839 A1 discloses a method for determining a position of an internal combustion engine.
  • On the camshaft and on the crankshaft position encoders are provided, each having a sender wheel.
  • the position sensors Depending on the positions of the camshaft and the crankshaft, the position sensors generate position signals that can be evaluated.
  • the object according to the invention is achieved by a method according to claim 1, by a device according to claim 12 and by a computer program product according to claim 13.
  • the method for determining an initial position of a cyclic movement comprises the following steps:
  • the reference signal sequence comprises a signal sequence of signal positions for at least one complete movement cycle, wherein the partial signal sequences of the reference signal sequence are each assigned one or more possible initial positions of the cyclical movement ;
  • the above method is used to determine an initial position of a cyclic movement in a particularly fast manner.
  • the method provides, from a reference signal sequence having start positions for partial signal sequences, which is assigned to a respective Geberrad position to eliminate those Geberrad- positions as possible starting positions for the cyclic movement, in which the partial signal sequence is not or no longer with the previously recorded signal sequence matches.
  • the partial signal sequences which are assigned to the eliminated transmitter wheel positions are then no longer taken into account in the next comparison of the signal sequence with the partial signal sequences.
  • several or even only one initial position can remain, that is to say, for example, only one initial position of the one or more remaining partial signal sequences can be assigned. If only one start position remains, this is determined as the start position.
  • the recording of the signal sequence is continued during the execution of the method, and thus gradually eliminates the possible encoder wheel positions as possible initial positions. This can reduce the total time of the
  • the initial position of the camshaft may be determined once a rotation of the engine is detected, e.g. once it is determined that a starter has begun to turn the engine.
  • the method may further provide that the recording of encoder signals, the comparison of the recorded signal sequence with the group of possible partial signal sequences of the reference signal sequence and the elimination of one or more partial signal sequences from the group of possible partial signal sequences that do not coincide with the signal sequence or their start parts not the signal sequence match, are repeated cyclically.
  • the recording of encoder signals, the comparison of the recorded signal sequence with the group of possible partial signal sequences of the reference signal sequence and the elimination of one or more partial signal sequences from the group of possible partial signal sequences that do not coincide with the signal sequence or their start parts not the signal sequence match are repeated cyclically.
  • the recording of encoder signals, the comparison of the recorded signal sequence with the group of possible partial signal sequences of the reference signal sequence and the elimination of one or more partial signal sequences from the group of possible partial signal sequences that do not coincide with the signal sequence or their start parts not the signal sequence match are repeated cyclically.
  • partial signal sequences can be eliminated which can no longer match, so that after the smallest possible number of recorded transmitter signals a
  • the last recorded encoder signal of the recorded signal sequence can be compared with the position of each possible partial signal sequence, which follows the marking value of the assigned starting position. In this way, with little computational effort, the location of the assigned partial signal sequence can be marked for each still suitable initial position, up to which agreement with the recorded signal sequence has been determined. Each newly recorded encoder signal can therefore be compared directly with the corresponding location of the sub-signal sequence for each appropriate initial position.
  • the backward search may comprise comparing the recorded signal sequence with possible reverse partial signal sequences formed by reading the reference signal sequence in the reverse direction. This makes it possible to easily integrate a backward search into the existing method for determining the position since, compared with the forward search, only the readout direction of the reference signal sequence has to be changed.
  • the above-described method for determining the position of a camshaft of an internal combustion engine is used.
  • the encoder signals may include: the presence or absence of a gap in a crankshaft sensor wheel, and / or the presence and / or an angle of an edge of a camshaft sensor wheel, and / or a length and / or a level of a segment of the camshaft -Geberrads.
  • the recording of the encoder signals can first be performed with a higher number of encoder signals per movement cycle, and in the further course of the method then a smaller number of encoder signals per movement cycle can be recorded. Thereby, the initial position after the start of the movement can be determined quickly with high accuracy.
  • an embodiment of the present invention also provides an apparatus comprising an internal combustion engine and a controller, wherein the controller is configured to perform the above-described method of determining the initial position of movement of the internal combustion engine.
  • an embodiment of the present invention provides a computer program product that includes program code that, when executed on a computing device, performs the method described above.
  • Figure 1 is a schematic representation of a motor, in which the inventive method for determining the initial position can be applied.
  • 2 shows a flow chart of an embodiment of the method according to the invention for position determination;
  • FIG 3 shows an example for the determination of an initial position with the method according to the invention.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of a V-engine 10 with four camshafts 12.
  • a camshaft sensor wheel 14 is mounted, which is a characteristic and unambiguous, usually non-regular
  • Pattern has.
  • the pattern can be defined by elevations in the radial direction with different tangential widths, be formed by markings on the camshaft sensor wheel 14 or in any other way.
  • crankshaft sensor wheel 18 for detecting a relative change in position is arranged on the crankshaft 16 of the engine 10, which has a marking for identifying a complete revolution at a circumferential position.
  • the crankshaft sensor wheel 18 may have regularly spaced markings or structures, wherein at a position a characteristic gap 20 is provided.
  • the crankshaft donor wheel 18 can be used, for example, as a gear with a certain number of teeth, such as e.g. 60, or any other number, with one or more adjacent teeth missing to form the mark at the circumferential position.
  • successive encoder signals can follow one another depending on the change in position of the camshaft sensor wheel 14 and / or upon a movement of the crankshaft 16 successive encoder signals depending on the change in position of the crankshaft sensor wheel 18th recorded and provided to a controller 26.
  • the camshaft sensor wheel 14 can generate between 8 and 30 encoder signals per revolution of the camshaft.
  • phase angles of the camshaft-Geberrads 14 and the crankshaft Geberrads 18 have a defined relation to each other, since the camshaft-Geberrad 14 and the crankshaft-Geberrad 18 move synchronously to each other, the crankshaft-Geberrad 18 but with respect to the camshaft Geberrad 14 the has twice the rotational speed.
  • the regularly successive edges of the encoder signal recorded at the crankshaft encoder wheel 18 may serve as a clock for taking over the levels of the encoder signals from the sensor 24 to record the encoder signal of the camshaft encoder wheel 14.
  • a level of the camshaft sensor wheel 14 can be determined in each case after a predetermined number of flanks, for example after every, every second or every n-th flank of the encoder signal recorded with the crankshaft sensor wheel 18. the.
  • the presence or absence of an edge of the encoder signal of the camshaft Geberrads 14 are detected and thus the length of the current segment of the camshaft sensor wheel 14 are determined. This can ensure that even with a changing speed of the engine 10, a defined number of encoder signals of the camshaft sensor wheel 14 can always be recorded per movement cycle.
  • the number of edges of the encoder signal detected by the sensor 22 of the crankshaft sensor wheel 18 or a corresponding indication thereof can be counted between two edges of the sensor signal detected by the sensor 24 of the camshaft sensor wheel 14 and a sequence of the correspondingly counted as a signal sequence Number of flanks are recorded.
  • the sensor 24 can be controlled at regular time intervals, without the edges of the encoder signal of the crankshaft encoder wheel 18 are used as a clock for reading the sensor 24.
  • the camshaft sender wheel 14 may, for example, comprise a plurality of segments each of different height and / or length, and / or flanks of different shapes and angles may be provided.
  • a camshaft sensor wheel 14 with projecting segments which has a larger radius at a part of its circumference, for example 180 °, and a lower radius at the remaining part of its circumference, for example 180 °.
  • a signal corresponding to the presence and / or an angle of edges and / or the length and / or the height of the current segment can be recorded as the encoder signal for the camshaft sensor wheel 14.
  • a transmitter signal may further indicate the presence or absence of the gap 20 in the observed segment.
  • a signal sequence of successive encoder signals is read out, wherein during the rotation of the camshaft 12, the values for the encoder signals are cycled in accordance with a reference signal sequence.
  • This reference signal sequence can generally include multiple entries with equal values.
  • the reference signal sequence contains, for example, an entry with the value "gap present", while all remaining entries have the value "no gap present”. Therefore, in general, no unique position of the camshaft 12 and / or the crankshaft 16 can be determined from a single encoder signal recorded with the sensors 22 and / or 24.
  • a signal sequence corresponding to a plurality of successive transmitter signals of the sensor 24 of the camshaft sensor wheel 14 is detected and this is mapped to a partial signal sequence of the reference signal sequence. Then, the initial position of the movement can be uniquely determined, since each sub-signal sequence of the reference signal sequence is assigned an initial position. Once an initial position is determined, the phase angle and thus the position of the camshaft can be calculated.
  • Fig. 2 shows an embodiment of the method according to the invention. After the start, a first encoder signal for the camshaft sensor wheel 14 and / or the crankshaft sensor wheel 18 is first detected in step S1 by the sensors 22, 24 are read out.
  • a signal value provided directly by the sensors 22, 24 may be used, such as a value indicating the presence of an edge in the portion of the camshaft sensor wheel 14 indicates that the sensor 24 is opposite.
  • an indication which was determined from one or more signal values determined by the sensor 24 can also be used as the transmitter signal in this context.
  • An example of such an indication is a value for the segment length of the segment of the camshaft sensor wheel 14 opposite the sensor 24, if, as shown in FIG. 1, it is divided circumferentially into segments with different radii.
  • step S2 the encoder signal determined in step S1 is compared with the first value of the associated partial signal sequence of the reference signal sequence. If the first encoder signal determined in step S1 is equal to the first value of the partial signal sequence for an associated initial signal Position is ("Yes" in step S3), this initial position is marked in step S4 as appropriate with the marker value "1", since so far a sensor signal matches the initial position. If the encoder signal determined in step S1 is not equal to the first value of the sub-signal sequence for an associated initial position ("NO" in step S3), this initial position is marked as being inappropriately the marker value "-1" in step S5.
  • step S6 After the comparison with the first encoder signal has been made for each initial position and thus each initial position has been marked as either unsuitable with the marker value "-1" or as the first encoder signal with the marker value "1", the group of all initial positions is determined in step S6 to find out how many starting positions are still marked as appropriate and therefore still in the group of possible starting positions.
  • step S6 If exactly one start position is marked as appropriate and all other start positions have been marked as inappropriate (result "1" in step S6), the starting position marked as appropriate is output as the start position in step S7, and the process is ended.
  • step S6 If no initial position is marked as appropriate (result "0" in step S6), it is assumed that the motor 10 may possibly run backward, and a backward search is started in step S8 with the previously recorded signal sequence of transmitter signals, which will be described in detail below (Although this result can only occur after at least two determined position-dependent statements, this is mentioned here for the sake of completeness already at the first call of step S6).
  • step S6 If more than one initial position is marked as appropriate (result ">1" in step S6), another encoder signal is recorded in step S9 by reselecting at least one of the sensors 22, 24. Subsequently, in step S10, for each initial position, has been marked in step S4 as appropriate (ie with the marking value 1), in step S9 determined encoder signal compared to the next value of the associated partial signal sequence.
  • step S12 the assigned start position is marked as appropriate for the two previously recorded encoder signals having the marker value "2".
  • the marking value of the starting position is increased by 1 if, after comparison with a further encoder signal, the starting position is marked as being still suitable.
  • step S9 If the encoder signal recorded in step S9 is not equal to the second position of the partial signal sequence ("NO" in step S1 1), the respective initial position is marked as being inappropriately the marker value "-1" in step S13.
  • step S6 After processing all possible, i. still marked as appropriate, starting positions with the second encoder signal according to the steps S10 to S13, the process goes back to step S6 and it is checked again whether an initial position has been determined uniquely. If more than one initial position is still possible, a further transmitter signal is recorded in step S9, which is compared in step S10 for each possible starting position with the corresponding location of the partial signal sequence.
  • Steps S6 and S9 to S13 are repeated until either an initial position is identified, which is then output in step S7, or until an initial position is no longer possible, so that a backward search is started in step S8.
  • the backward search is performed similarly to the forward search method described above. Compared with the forward search, however, in the backward search, the values of the partial signal sequence for the respective initial position, which are compared with the signal sequence of the recorded encoder signals, are read in the opposite direction from the cyclically repeating reference signal sequence.
  • FIG. 3 shows an example of a reference signal sequence 100 of the encoder signals for the initial positions 102.
  • nine encoder signals of the camshaft sensor wheel 14 are recorded per revolution of the camshaft 12.
  • the recorded encoder signals correspond to the lengths of the respective segment of the camshaft sensor wheel 14 lying opposite the sensor 24.
  • the sensor signal values "1, 3, 1" for the segment length were recorded by the sensor 24.
  • the number of encoder signals per cycle of motion is the number of segments on the circumference of the camshafts
  • the resolution or the sampling rate can be increased, so that it can be decided more quickly whether certain segments of the encoder wheel were seen, eg short segments or distinct long segments.
  • initial positions 102 are first compared with the first encoder signal "1."
  • Initial position 0 contains in the associated partial signal sequence of the reference signal sequence 100 a segment length of "2" as the first value, ie is marked as inappropriate by adding to hit list 104 the marker value "-1" is inputted for the initial position 0.
  • the partial signal sequence of the reference signal sequence 100 for initial position 1 contains a segment length of "1" as the first value. This initial position is therefore still possible and is therefore first marked with the marking value "1" in the hit list 104.
  • the Hit list 104 two entries that correspond to possible start positions.
  • the initial positions 1 and 3 are each marked with the marking value "3" in the hit list 104, since the corresponding partial signal sequences for these initial positions coincide with three recorded encoder signals All other initial positions are marked as unsuitable with a marking value of "-1".
  • the algorithm next time the algorithm is called, it only jumps to the possible start positions, which are still marked as suitable. Via the entries in the hit list 104, the newly added data can be jumped immediately since the marking value in the hit list 104 directly indicates how many values of the corresponding partial signal sequence of the reference signal sequence 100 have already been matched with the recorded encoder signals. If no clear match is detected after a certain time, the reference signal train 100 for each initial position is compared in reverse order with the recorded signal sequence to detect a reverse-rotation motor. With the method described above, a very efficient implementation of pattern recognition is thus possible. It is also very easy to do a forward and backward search.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer Anfangsposition einer zyklischen Bewegung, umfassend: - Aufzeichnen (S1, S9) von aufeinander folgenden Gebersignalen, um eine Signalfolge zu erhalten; - Kontinuierliches oder regelmäßiges Vergleichen (S2, S10) der aufgezeichneten Signalfolge mit einer Gruppe von möglichen Teilsignalfolgen einer Referenzsignalfolge, wobei die Referenzsignalfolge eine Signalfolge aus Signalpositionen für mindestens einen vollständigen Bewegungszyklus umfasst; wobei den Teilsignalfolgen der Referenzsignalfolge jeweils eine oder mehrere mögliche Anfangspositionen der zyklischen Bewegung zugeordnet sind; - Eliminieren (S5, S13) einer oder mehrerer Teilsignalfolgen aus der Gruppe der möglichen Teilsignalfolgen, die nicht mit der Signalfolge übereinstimmen oder deren Anfangsteile nicht mit der Signalfolge übereinstimmen; - Bestimmen (S7) als Anfangsposition eine der Anfangspositionen, die den möglichen verbleibenden Teilsignalfolgen zugeordnet sind.

Description

Beschreibung
Titel
Verfahren zur Bestimmung einer Anfangsposition einer zyklischen Bewegung Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Positionserfassung, beispielsweise zur Positionserfassung einer Nockenwelle in einem Kraftfahrzeug. Stand der Technik
Beim Anlassen eines Verbrennungsmotors in einem Kraftfahrzeug ist es grundsätzlich wünschenswert, möglichst schnell die genaue Position der Kolben im Zylinder zu erkennen, sobald der Anlasser den Motor dreht.
Insbesondere bei Start-Stopp-Systemen in Kraftfahrzeugen, bei denen ein Verbrennungsmotor bei Stillstand des Kraftfahrzeugs ausgeschaltet und erst beim erneuten Anfahren wieder angelassen wird, ist es wichtig, die Anfangsposition des Motors, d.h. die Position der Kolben im Zylinder beim Start, möglichst schnell und zuverlässig zu bestimmen, sobald der Anlasser den Motor dreht.
Aus der Druckschrift EP 1 882 839 A1 ist ein Verfahren zur Bestimmung einer Stellung eines Verbrennungsmotors. An der Nockenwelle und an der Kurbelwelle sind Positionsgeber vorgesehen, die jeweils ein Geberrad aufweisen. Die Positi- onsgeber erzeugen abhängig von den Positionen der Nockenwelle und der Kurbelwelle Positionssignale, die ausgewertet werden können. Aus dem Nockenwellenpositionssignal und dem Kurbelwellenpositionssignal, das zudem ein Synchronisationsmerkmal aufweist, wird eine Angabe über die Stellung des Verbrennungsmotors abhängig von einer Flanke des Nockenwellenpositionssignals, ei- ner Flanke des Kurbelwellenpositionssignals und dem Synchronisationssignal abgeleitet. Offenbarung der Erfindung
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 , durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 12 und durch ein Computerprogrammprodukt gemäß Anspruch 13 gelöst.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben. Gemäß einem ersten Aspekt umfasst das Verfahren zur Bestimmung einer Anfangsposition einer zyklischen Bewegung folgende Schritte:
- Aufzeichnen von aufeinander folgenden Gebersignalen, um eine Signalfolge zu erhalten;
- Kontinuierliches oder regelmäßiges Vergleichen der aufgezeichneten Signalfol- ge mit einer Gruppe von möglichen Teilsignalfolgen einer bereitgestellten Referenzsignalfolge, wobei die Referenzsignalfolge eine Signalfolge aus Signalpositionen für mindestens einen vollständigen Bewegungszyklus umfasst, wobei den Teilsignalfolgen der Referenzsignalfolge jeweils eine oder mehrere mögliche Anfangspositionen der zyklischen Bewegung zugeordnet sind;
- Eliminieren einer oder mehrerer Teilsignalfolgen aus der Gruppe der möglichen Teilsignalfolgen, die nicht mit der Signalfolge übereinstimmen oder deren Anfangsteile nicht mit der Signalfolge übereinstimmen; und
- Bestimmen als Anfangsposition eine der Anfangspositionen, die den möglichen verbleibenden Teilsignalfolgen zugeordnet sind.
Das obige Verfahren dient dazu, eine Anfangsposition einer zyklischen Bewegung in besonders schneller Weise zu ermitteln. Das Verfahren sieht dazu vor, aus einer Referenzsignalfolge, die Startpositionen für Teilsignalfolgen aufweist, denen jeweils eine Geberrad-Position zugeordnet ist, diejenigen Geberrad- Positionen als mögliche Anfangspositionen für die zyklische Bewegung zu eliminieren, bei denen die Teilsignalfolge nicht oder nicht mehr mit der bisher aufgezeichneten Signalfolge übereinstimmt. Die Teilsignalfolgen, die den eliminierten Geberrad-Positionen zugeordnet sind, werden dann bei dem nächsten Vergleichen der Signalfolge mit den Teilsignalfolgen nicht mehr berücksichtigt. Es können mehrere oder auch nur eine Teilsignalfolge verbleiben. Dabei heißt verbleiben, dass eine Teilsignalfolge nicht aufgrund mangelnder Übereinstimmung eliminiert wurde. Damit können auch mehrere oder auch nur eine Anfangsposition verbleiben, also z.B. nur eine Anfangsposition der oder den ver- bleibenden Teilsignalfolgen zugeordnet sein. Sollte nur eine Anfangsposition verbleiben, wird diese als Anfangsposition bestimmt.
Die Aufzeichnung der Signalfolge wird während der Durchführung des Verfahrens fortgesetzt, und so die möglichen Geberrad-Positionen als mögliche An- fangspositionen nach und nach eliminiert. Dadurch kann die Gesamtzeit des
Verfahrens bis zum Bestimmen der Anfangsposition reduziert werden, da bei jedem neu aufgezeichneten Gebersignal nur noch die neu hinzugekommenen Daten für die bis dahin noch möglichen Anfangspositionen geprüft werden müssen. Bei den bekannten Algorithmen zur Mustererkennung wird dagegen bei jedem Aufruf die aktuell bereitgestellte Signalfolge mit der Referenzsignalfolge für jede Anfangsposition verglichen. Diese Vorgehensweise ist aufwendiger und erhöht die Zeit bis zum Feststellen der Anfangsposition der Drehung der Nockenwelle. Es kann vorgesehen sein, dass das Aufzeichnen der Signalfolge nach Feststellen eines Starts der Bewegung begonnen wird. Somit kann beispielsweise bei einem Start-Stopp-System die Anfangsposition der Nockenwelle bestimmt werden, sobald eine Drehung des Motors festgestellt wird, z.B. sobald festgestellt wird, dass ein Anlasser begonnen hat, den Motor zu drehen.
Das Verfahren kann ferner vorsehen, dass das Aufzeichnen von Gebersignalen, das Vergleichen der aufgezeichneten Signalfolge mit der Gruppe von möglichen Teilsignalfolgen der Referenzsignalfolge und das Eliminieren einer oder mehrerer Teilsignalfolgen aus der Gruppe der möglichen Teilsignalfolgen, die nicht mit der Signalfolge übereinstimmen oder deren Anfangsteile nicht mit der Signalfolge übereinstimmen, zyklisch wiederholt werden. Hierdurch können mit jedem hinzukommenden neuen Gebersignal Teilsignalfolgen eliminiert werden, welche nicht mehr passen können, so dass nach einer möglichst geringen Anzahl von aufgezeichneten Gebersignalen eine eindeutige Anfangsposition für die Bewegung be- stimmt werden kann. Die Anzahl von Gebersignalen der aufgezeichneten Signalfolge, welche mit einer möglichen Teilsignalfolge der Referenzsignalfolge übereinstimmen, kann als ein Markierungswert für die dieser Teilsignalfolge zugeordnete Anfangsposition gespeichert werden. Dann kann das zuletzt aufgezeichnete Gebersignal der aufge- zeichneten Signalfolge mit der Stelle jeder möglichen Teilsignalfolge verglichen werden, welche auf den Markierungswert der zugeordneten Anfangsposition folgt. Hierdurch kann mit wenig Rechenaufwand die Stelle der zugeordneten Teilsignalfolge für jede noch passende Anfangsposition markiert werden, bis zu welcher Übereinstimmung mit der aufgezeichneten Signalfolge festgestellt wor- den ist. Jedes neu aufgezeichnete Gebersignal kann daher direkt mit der entsprechenden Stelle der Teilsignalfolge für jede noch passende Anfangsposition verglichen werden.
Wenn keine mögliche Teilsignalfolge und somit keine Anfangsposition bestimmt werden kann, kann eine Rückwärtssuche durchgeführt werden. Die Rückwärtssuche kann das Vergleichen der aufgezeichneten Signalfolge mit möglichen Rückwärts-Teilsignalfolgen umfassen, welche durch Auslesen der Referenzsignalfolge in umgekehrter Richtung gebildet sind. Dies ermöglicht es, eine Rückwärtssuche einfach in das vorhandene Verfahren zur Positionsbestimmung zu in- tegrieren, da gegenüber der Vorwärtssuche lediglich die Ausleserichtung der Referenzsignalfolge geändert werden muss.
Gemäß einer Ausführungsform wird das voranstehend beschriebene Verfahren zur Positionsbestimmung einer Nockenwelle eines Verbrennungsmotors verwen- det. Dabei können die Gebersignale umfassen: das Vorhandensein oder die Abwesenheit einer Lücke in einem Kurbelwellen-Geberrad, und/oder die Anwesenheit und/oder ein Winkel einer Flanke eines Nockenwellen-Geberrads, und/oder eine Länge und/oder ein Pegel eines Segments des Nockenwellen-Geberrads. Das Aufzeichnen der Gebersignale kann zunächst mit einer höheren Anzahl von Gebersignalen pro Bewegungszyklus durchgeführt werden, und im weiteren Verlauf des Verfahrens kann dann eine geringere Anzahl von Gebersignalen pro Bewegungszyklus aufgezeichnet werden. Hierdurch kann die Anfangsposition nach dem Start der Bewegung schnell mit hoher Genauigkeit bestimmt werden. Im weiteren Verlauf der Bewegung kann die Position der Nockenwelle dann mit wenig Rechenaufwand überwacht werden. Das Aufzeichnen der Gebersignale kann beispielsweise mindestens 8mal und höchstens 30mal pro Bewegungszyklus durchgeführt werden. Weiter stellt eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auch eine Vorrichtung bereit, umfassend einen Verbrennungsmotor und ein Steuergerät, wobei das Steuergerät derart ausgebildet ist, dass es das voranstehend beschriebene Verfahren zur Bestimmung der Anfangsposition der Bewegung des Verbrennungsmotors durchführt.
Schließlich stellt eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Computerprogrammprodukt bereit, das einen Programmcode enthält, der, wenn er auf einem Datenverarbeitungsgerät ausgeführt wird, das voranstehend beschriebene Verfahren durchführt.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Im Folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung detailliert anhand der beigefügten Figuren beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Motors, bei dem das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung der Anfangsposition angewendet werden kann; Fig. 2 ein Flussdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Positionsbestimmung; und
Fig. 3 ein Beispiel für die Bestimmung einer Anfangsposition mit dem erfindungsgemäßen Verfahren.
Beschreibung von Ausführungsformen
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines V-Motors 10 mit vier Nockenwellen 12. Auf einer Nockenwelle 12 ist ein Nockenwellen-Geberrad 14 montiert, das ein charakteristisches und eindeutiges, in der Regel nicht-regelmäßiges
Muster aufweist. Das Muster kann durch Erhebungen in radialer Richtung mit un- terschiedlichen tangentialen Breiten, durch Markierungen auf dem Nockenwellen- Geberrad 14 oder in sonstiger Weise ausgebildet sein.
Ebenso ist an der Kurbelwelle 16 des Motors 10 ein Kurbelwellen-Geberrad 18 zum Detektieren einer relativen Lageänderung angeordnet, das an einer Um- fangsposition eine Markierung zur Kennzeichnung einer vollständigen Umdrehung aufweist. Beispielsweise kann das Kurbelwellen-Geberrad 18 regelmäßig beabstandete Markierungen oder Strukturen aufweisen, wobei an einer Position eine charakteristische Lücke 20 vorgesehen ist. Das Kurbelwellen-Geberrad 18 kann beispielsweise als ein Zahnrad mit einer bestimmten Anzahl von Zähnen, wie z.B. 60 oder einer anderen Anzahl, ausgebildet sein, wobei ein oder mehrere einander benachbarte Zähne fehlen, um die Markierung an der Umfangsposition auszubilden. Durch optische, magnetische oder elektrische Sensoren 22, 24 können bei einer Bewegung der Nockenwelle 12 aufeinander folgende Gebersignale abhängig von der Positionsänderung des Nockenwellen-Geberrads 14 und/oder bei einer Bewegung der Kurbelwelle 16 aufeinander folgende Gebersignale abhängig von der Positionsänderung des Kurbelwellen-Geberrads 18 aufgezeichnet und einem Steuergerät 26 bereitgestellt werden. Um die Anfangsposition des Motors möglichst schnell zu erkennen, kann beispielsweise das Nockenwellen-Geberrad 14 pro Umdrehung der Nockenwelle zwischen 8 und 30 Gebersignale generieren.
Die Phasenwinkel des Nockenwellen-Geberrads 14 und des Kurbelwellen- Geberrads 18 haben eine definierte Relation zueinander, da sich das Nockenwellen-Geberrad 14 und das Kurbelwellen-Geberrad 18 synchron zueinander bewegen, wobei das Kurbelwellen-Geberrad 18 jedoch gegenüber dem Nockenwellen- Geberrad 14 die doppelte Umdrehungsgeschwindigkeit aufweist. Somit können die regelmäßig aufeinander folgenden Flanken des am Kurbelwellen-Geberrad 18 aufgezeichneten Gebersignals als ein Taktgeber für das Übernehmen der Pegel der Gebersignale von dem Sensor 24 dienen, um das Gebersignal des Nockenwellen-Geberrads 14 aufzuzeichnen. Beispielsweise kann jeweils nach einer vorbestimmten Anzahl von Flanken, z.B. nach jeder, jeder zwei- ten oder jeder n-ten Flanke des mit dem Kurbelwellen-Geberrad 18 aufgezeichneten Gebersignals ein Pegel des Nockenwellen-Geberrads 14 bestimmt wer- den. Alternativ kann bei jeder oder bei einer vorbestimmten Anzahl von Flanken des am Kurbelwellen-Geberrad 18 aufgezeichneten Gebersignals das Vorhandensein oder die Abwesenheit einer Flanke des Gebersignals des Nockenwellen- Geberrads 14 erfasst werden und somit die Länge des aktuellen Segments des Nockenwellen-Geberrads 14 bestimmt werden. Dadurch kann sichergestellt werden, dass auch bei einer sich ändernden Drehzahl des Motors 10 stets eine definierte Anzahl von Gebersignalen des Nockenwellen-Geberrads 14 pro Bewegungszyklus aufgezeichnet werden kann. Weiterhin kann die Anzahl der Flanken des von dem Sensor 22 des Kurbelwellen-Geberrades 18 erfassten Gebersignals oder eine entsprechende Angabe hierzu zwischen jeweils zwei Flanken des von dem Sensor 24 des Nockenwellen-Geberrads 14 erfassten Gebersignals gezählt werden und als eine Signalfolge eine Folge der entsprechend gezählten Anzahlen von Flanken aufgezeichnet werden. Bei einer konstanten Drehzahl des Motors 10 kann der Sensor 24 auch in regelmäßigen Zeitintervallen angesteuert werden, ohne dass die Flanken des Gebersignals des Kurbelwellen-Geberrads 18 als Taktgeber für das Auslesen des Sensors 24 verwendet werden. Das Nockenwellen-Geberrad 14 kann beispielsweise mehrere Segmente jeweils unterschiedlicher Höhe und/oder Länge umfassen, und/oder es können Flanken unterschiedlicher Formen und Winkel vorgesehen sein. Weiterhin ist ein Nockenwellen-Geberrad 14 mit hervorstehenden Segmenten denkbar, welches an einem Teil seines Umfangs, z.B. 180°, einen größeren Radius, und an dem übri- gen Teil seines Umfangs, z.B. 180°, einen niedrigeren Radius aufweist. Als Gebersignal für das Nockenwellen-Geberrad 14 kann dabei ein Signal entsprechend des Vorhandenseins und/oder eines Winkels von Flanken und/oder der Länge und/oder der Höhe des aktuellen Segments aufgezeichnet werden. Bei dem Kurbelwellen-Geberrad 18 kann ein Gebersignal weiterhin das Vorhandensein oder die Abwesenheit der Lücke 20 im beobachteten Segment anzeigen.
Während jeder Bewegung der Nockenwelle 12 wird somit, wie oben beschrieben, eine Signalfolge von aufeinander folgenden Gebersignalen ausgelesen, wobei bei der Drehung der Nockenwelle 12 die Werte für die Gebersignale gemäß einer Referenzsignalfolge zyklisch durchlaufen werden. Diese Referenzsignalfolge kann im Allgemeinen mehrere Einträge mit gleichen Werten umfassen. Für das Kurbelwellen-Geberrad 18 enthält die Referenzsignalfolge beispielsweise einen Eintrag mit dem Wert„Lücke vorhanden", während alle restlichen Einträge den Wert„keine Lücke vorhanden" haben. Daher kann im Allgemeinen aus einem einzigen Gebersignal, welches mit den Sensoren 22 und/oder 24 aufgezeichnet worden ist, keine eindeutige Position der Nockenwelle 12 und/oder der Kurbelwelle 16 bestimmt werden.
Es wird daher eine Signalfolge entsprechend mehreren aufeinander folgenden Gebersignalen des Sensors 24 des Nockenwellen-Geberrads 14 erfasst und diese auf eine Teilsignalfolge der Referenzsignalfolge abgebildet. Dann kann die Anfangsposition der Bewegung eindeutig bestimmt werden, da jeder Teilsignalfolge der Referenzsignalfolge eine Anfangsposition zugeordnet ist. Sobald eine Anfangsposition bestimmt ist, können der Phasenwinkel und damit die Position der Nockenwelle berechnet werden.
Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. Nach dem Start wird in Schritt S1 zunächst ein erstes Gebersignal für das Nockenwellen-Geberrad 14 und/oder das Kurbelwellen-Geberrad 18 erfasst, indem die Sensoren 22, 24 ausgelesen werden.
Als ein Gebersignal, das im Folgenden für das in Fig. 2 gezeigte Verfahren verwendet wird, kann ein direkt von den Sensoren 22, 24 bereitgestellter Signalwert verwendet werden, wie beispielsweise ein Wert, der das Vorhandensein einer Flanke in dem Abschnitt des Nockenwellen-Geberrads 14 angibt, der dem Sensor 24 gegenüber liegt. Weiterhin kann als Gebersignal in diesem Kontext auch eine Angabe verwendet werden, welche aus einem oder mehreren vom Sensor 24 bestimmten Signalwerten ermittelt wurde. Ein Beispiel für eine derartige Angabe ist ein Wert für die Segmentlänge des dem Sensor 24 gegenüber liegenden Segment des Nockenwellen-Geberrads 14, wenn dieses, wie in Fig. 1 gezeigt, in Umfangsrichtung in Segmente mit unterschiedlichen Radien unterteilt ist.
Anschließend wird in Schritt S2 für jede Anfangsposition das in Schritt S1 bestimmte Gebersignal mit dem ersten Wert der zugeordneten Teilsignalfolge der Referenzsignalfolge verglichen. Wenn das in Schritt S1 bestimmte erste Gebersignal gleich dem ersten Wert der Teilsignalfolge für eine zugeordnete Anfangs- Position ist („ja" in Schritt S3), wird diese Anfangsposition in Schritt S4 als passend mit dem Markierungswert„1 " markiert, da bisher ein Gebersignal zu der Anfangsposition passt. Wenn das in Schritt S1 bestimmte Gebersignal nicht gleich dem ersten Wert der Teilsignalfolge für eine zugeordnete Anfangsposition ist („nein" in Schritt S3), wird diese Anfangsposition in Schritt S5 als unpassend mit dem Markierungswert „-1 " markiert. Nachdem für jede Anfangsposition der Vergleich mit dem ersten Gebersignal erfolgt ist und somit jede Anfangsposition entweder als unpassend mit dem Markierungswert„-1 " oder als zum ersten Gebersignal passend mit dem Markierungswert„1 " markiert worden ist, wird in Schritt S6 die Gruppe aller Anfangspositionen untersucht, um zu ermitteln, wie viele Anfangspositionen noch als passend markiert und daher noch in der Gruppe der möglichen Anfangspositionen enthalten sind.
Falls genau eine Anfangsposition als passend markiert ist, und alle anderen Anfangspositionen als unpassend markiert worden sind (Ergebnis„1 " in Schritt S6), wird die als passend markierte Anfangsposition in Schritt S7 als Anfangsposition ausgegeben und das Verfahren wird beendet.
Falls keine Anfangsposition als passend markiert ist (Ergebnis„0" in Schritt S6) wird angenommen, dass der Motor 10 vielleicht rückwärts laufen könnte und es wird in Schritt S8 mit der bisher aufgezeichneten Signalfolge von Gebersignalen eine Rückwärtssuche gestartet, welche weiter unten detailliert beschrieben wird. (Dieses Ergebnis kann zwar erst nach wenigstens zwei ermittelten positionsabhängigen Angaben auftreten, ist hier allerdings der Vollständigkeit halber schon beim ersten Aufruf von Schritt S6 erwähnt).
Falls mehr als eine Anfangsposition als passend markiert ist (Ergebnis„>1 " in Schritt S6) wird in Schritt S9 ein weiteres Gebersignal aufgezeichnet, indem wenigstens einer der Sensoren 22, 24 erneut ausgelesen wird. Anschließend wird in Schritt S10 für jede Anfangsposition, die in Schritt S4 als passend (also mit dem Markierungswert 1 ), markiert worden ist, das in Schritt S9 ermittelte Gebersignal mit dem nächsten Wert der zugeordneten Teilsignalfolge verglichen.
Welche Stelle der Teilsignalfolge mit dem zuletzt aufgezeichneten Gebersignal zu vergleichen ist, ergibt sich dabei aus dem Markierungswert für die zugeordnete Anfangsposition: bei einem Markierungswert von 1 wurde vorher ein Gebersignal als passend ermittelt und das in Schritt S9 aufgezeichnete Gebersignal ist somit mit der zweiten Stelle der Teilsignalfolge zu vergleichen. Allgemein ist, bei einem Markierungswert von n, die (n+1 )-te Stelle der Teilsignalfolge mit dem zu- letzt aufgezeichneten Gebersignal zu vergleichen.
Wenn das in Schritt S9 aufgezeichnete Gebersignal gleich der zweiten Stelle der Teilsignalfolge ist („ja" in Schritt S1 1 ), dann wird in Schritt S12 die zugeordnete Anfangsposition als passend für die beiden bisher aufgezeichneten Gebersignale mit dem Markierungswert„2" markiert. Allgemein wird der Markierungswert der Anfangsposition um 1 erhöht, wenn nach Vergleich mit einem weiteren Gebersignal die Anfangsposition als weiterhin passend markiert wird.
Wenn das in Schritt S9 aufgezeichnete Gebersignal nicht gleich der zweiten Stel- le der Teilsignalfolge ist („nein" in Schritt S1 1 ), wird die jeweilige Anfangsposition in Schritt S13 als unpassend mit dem Markierungswert„-1 " markiert.
Nach Abarbeitung aller möglichen, d.h. noch als passend markierten, Anfangspositionen mit dem zweiten Gebersignal gemäß der Schritte S10 bis S13, geht das Verfahren wieder zurück zu Schritt S6 und es wird erneut überprüft, ob inzwischen eine Anfangsposition eindeutig bestimmt worden ist. Sollte immer noch mehr als eine Anfangsposition möglich sein, wird in Schritt S9 ein weiteres Gebersignal aufgezeichnet, welches in Schritt S10 für jede noch mögliche Anfangsposition mit der entsprechenden Stelle der Teilsignalfolge verglichen wird.
Die Schritte S6 und S9 bis S13 werden so oft wiederholt, bis entweder eine Anfangsposition identifiziert wird, die dann in Schritt S7 ausgegeben wird, oder bis keine Anfangsposition mehr möglich ist, so dass in Schritt S8 eine Rückwärtssuche gestartet wird. Die Rückwärtssuche wird ähnlich durchgeführt wie das voranstehend beschriebene Verfahren für die Vorwärtssuche. Verglichen mit der Vorwärtssuche werden bei der Rückwärtssuche jedoch die Werte der Teilsignalfolge für die jeweilige Anfangsposition, die mit der Signalfolge der aufgezeichneten Gebersignale vergli- chen werden, in umgekehrter Richtung aus der sich zyklisch wiederholenden Referenzsignalfolge ausgelesen.
Fig. 3 zeigt ein Beispiel für eine Referenzsignalfolge 100 der Gebersignale für die Anfangspositionen 102. In dem gezeigten Beispiel werden pro Umdrehung der Nockenwelle 12 neun Gebersignale des Nockenwellen-Geberrads 14 aufgezeichnet. Die aufgezeichneten Gebersignale entsprechen dabei den Längen des jeweils gegenüber dem Sensor 24 liegenden Segments des Nockenwellen- Geberrads 14. Im gezeigten Beispiel wurden vom Sensor 24 die Gebersignal-Werte„1 , 3, 1 " für die Segmentlänge aufgezeichnet. Wie voranstehend beschrieben, ist die Angabe einer Segmentlänge eine von mehreren Möglichkeiten für ein Gebersignal. Bei der Angabe der Segmentlänge als Gebersignal ist es nicht möglich, die Anzahl von Gebersignalen pro Bewegungszyklus zu erhöhen. Stattdessen ist die Anzahl von Gebersignalen pro Bewegungszyklus durch die Anzahl der Segmente auf dem Umfang des Nockenwellen-Geberrads 14 fest vorgegeben. Es kann jedoch die Auflösung bzw. die Abtastrate erhöht werden, sodass schneller entschieden werden kann, ob bestimmte Segmente des Geberrades gesehen wurden, z.B. kurze Segmente oder eindeutige lange Segmente.
Beim ersten Aufruf des Verfahrens werden alle Anfangspositionen 102 zunächst mit dem ersten Gebersignal„1 " verglichen. Anfangsposition 0 enthält in der zugeordneten Teilsignalfolge der Referenzsignalfolge 100 eine Segmentlänge von „2" als erstem Wert, wird also als unpassend markiert, indem in die Trefferliste 104 für Anfangsposition 0 der Markierungswert„-1 " eingetragen wird. Die Teilsignalfolge der Referenzsignalfolge 100 für Anfangsposition 1 enthält eine Segmentlänge von„1 " als ersten Wert. Diese Anfangsposition ist also noch möglich und wird in der Trefferliste 104 daher zunächst mit dem Markierungswert„1 " markiert. Nachdem die gesamte Signalfolge der aufgezeichneten Gebersignale mit den Teilsignalfolgen der Referenzsignalfolge 100 verglichen worden ist, enthält die Trefferliste 104 zwei Einträge, die möglichen Anfangspositionen entsprechen. Die Anfangspositionen 1 und 3 sind jeweils mit dem Markierungswert„3" in der Trefferliste 104 markiert, da die entsprechenden Teilsignalfolgen für diese Anfangspositionen mit drei aufgezeichneten Gebersignalen übereinstimmen. Alle ande- ren Anfangspositionen sind mit einem Markierungswert von„-1 " als unpassend markiert.
Beim nächsten Aufruf des Algorithmus wird nur noch zu den möglichen Anfangspositionen gesprungen, welche noch als passend markiert sind. Über die Einträ- ge in der Trefferliste 104 kann sofort zu den neu hinzugekommenen Daten gesprungen werden, da der Markierungswert in der Trefferliste 104 direkt angibt, wie viele Werte der entsprechenden Teilsignalfolge der Referenzsignalfolge 100 bereits mit den aufgezeichneten Gebersignalen abgeglichen worden sind. Wenn nach einer gewissen Zeit keine eindeutige Übereinstimmung erkannt wird, wird zur Erkennung eines rückwärts drehenden Motors die Referenzsignalfolge 100 für jede Anfangsposition in umgekehrter Reihenfolge mit der aufgezeichneten Signalfolge verglichen. Mit dem voranstehend beschriebenen Verfahren ist somit eine sehr effiziente Umsetzung der Mustererkennung möglich. Ebenfalls lässt sich damit sehr einfach eine Vorwärts- und Rückwärtssuche realisieren.

Claims

Ansprüche
Verfahren zur Bestimmung einer Anfangsposition einer zyklischen Bewegung, umfassend:
- Aufzeichnen (S1 , S9) von aufeinander folgenden Gebersignalen, um eine Signalfolge zu erhalten;
- kontinuierliches oder regelmäßiges Vergleichen (S2, S10) der aufgezeichneten Signalfolge mit einer Gruppe von möglichen Teilsignalfolgen einer Referenzsignalfolge (100), wobei die Referenzsignalfolge (100) eine Signalfolge aus Signalpositionen für mindestens einen vollständigen Bewegungszyklus umfasst;
wobei den Teilsignalfolgen der Referenzsignalfolge (100) jeweils eine oder mehrere mögliche Anfangspositionen (102) der zyklischen Bewegung zugeordnet sind;
- Eliminieren (S5, S13) einer oder mehrerer Teilsignalfolgen aus der Gruppe der möglichen Teilsignalfolgen, die nicht mit der Signalfolge übereinstimmen oder deren Anfangsteile nicht mit der Signalfolge übereinstimmen;
- Bestimmen (S7) als Anfangsposition eine der Anfangspositionen, die den möglichen verbleibenden Teilsignalfolgen zugeordnet sind.
Verfahren nach Anspruch 1 , wobei das Aufzeichnen (S1 , S9) der Signalfolge nach Feststellen eines Starts der Bewegung begonnen wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, ferner umfassend: zyklisches Wiederholen des Aufzeichnens (S9) von Gebersignalen, des Vergleichens (S10) der aufgezeichneten Signalfolge mit der Gruppe von möglichen Teilsignalfolgen der Referenzsignalfolge und des Eliminierens (S13) einer oder mehrerer Teilsignalfolgen aus der Gruppe der möglichen Teilsignalfolgen, die nicht mit der Signalfolge übereinstimmen oder deren Anfangsteile nicht mit der Signalfolge übereinstimmen.
4. Verfahren nach Anspruch 1 , ferner umfassend: Speichern (S4, S12) der Anzahl von Gebersignalen der aufgezeichneten Signalfolge, welche mit einer möglichen Teilsignalfolge der Referenzsignalfolge übereinstimmen, als einen Markierungswert für die dieser Teilsignalfolge zugeordnete Anfangsposition.
5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei das zuletzt aufgezeichnete Gebersignal der aufgezeichneten Signalfolge mit der Stelle jeder möglichen Teilsignalfolge verglichen wird, welche auf den Markierungswert der zugeordneten Anfangsposition folgt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei eine Rückwärtssuche (S8) durchgeführt wird, wenn keine mögliche Teilsignalfolge bestimmt werden kann.
7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Rückwärtssuche (S8) das Vergleichen der aufgezeichneten Signalfolge mit möglichen Rückwärts-Teilsignalfolgen umfasst, welche durch Auslesen der Referenzsignalfolge (100) in umgekehrter Richtung gebildet sind.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Verfahren zur Positionsbestimmung einer Nockenwelle (12) eines Verbrennungsmotors (10) verwendet wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Gebersignale umfassen: das Vorhandensein oder die Abwesenheit einer Lücke (20) in einem Kurbelwellen- Geberrad (18), und/oder die Anwesenheit und/oder ein Winkel einer Flanke eines Nockenwellen-Geberrads (14), und/oder eine Länge und/oder ein Pegel eines Segments des Nockenwellen-Geberrads (14).
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Aufzeichnen der Gebersignale (S1 , S9) zunächst mit einer höheren Anzahl von Gebersignalen pro Bewegungszyklus durchgeführt wird, und im weiteren Verlauf des Verfahrens dann eine geringere Anzahl von Gebersignalen pro Bewegungszyklus aufgezeichnet wird.
1 1 . Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Aufzeichnen der Gebersignale (S1 , S9) mindestens 8mal und höchstens 30mal pro Bewegungszyklus durchgeführt wird.
12. Vorrichtung, umfassend einen Verbrennungsmotor (10) und ein Steuergerät (26), wobei das Steuergerät (26) derart ausgebildet ist, dass es ein Verfahren zur Bestimmung der Anfangsposition der Bewegung des Verbrennungsmo- tors (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 1 1 durchführt.
13. Computerprogrammprodukt, das einen Programmcode enthält, der, wenn er auf einem Datenverarbeitungsgerät ausgeführt wird, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 durchführt.
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