Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Aufnahme analoger Signale, insbesondere analoger Sensorsigna¬ le, welche in Bezug zu einem Winkelsignal, insbesondere dem Winkelsignal einer Kurbelwelle in Verbrennungsmotoren, ste¬ hen. Derartige Vorrichtungen und Verfahren dienen vorwiegend zur Aufnahme analoger Messwerte in Motorsteuerungsgeräten (engl. Engine Control Units, ECüs) .

Der Betrieb moderner Verbrennungsmotoren in der Automobil¬ technik ist ohne den Einsatz von hochleistungsfähigen Compu¬ tersystemen undenkbar. Insbesondere die zunehmend restrikti¬ ven Anforderungen an die Schadstoffemission in Form von ent¬ sprechenden gesetzlichen Regelungen machen den Einsatz ausge¬ feilter Computer- und Regelungstechnik für die präzise Ein¬ stellung des Verbrennungsgemischs und des ZündungsZeitpunkts erforderlich. Dabei müssen insbesondere zahlreiche Sensorsig¬ nale, wie beispielsweise die Signale von Sauerstoff- oder Temperatursensoren in Echtzeit verarbeitet werden.

Diese Aufgaben werden im wesentlichen von dem Motorsteue¬ rungsgerät (ECU) , dem leistungsfähigsten Computersystem an Bord eines Kraftfahrzeugs, übernommen. Neben einem oder meh¬ reren Mikroprozessoren (i. d. R. sogenannten "eingebetteten Systemen", engl. Embedded Systems) sind eine Reihe weiterer elektronischer Komponenten, wie beispielsweise Analog- Digital-Wandler (AD-Wandler) oder elektronische Filterbau¬ steine, in das entsprechende Gehäuse eines Motorsteuerungsge¬ räts integriert. Das Motorsteuerungsgerät berechnet aus den zahlreichen Sensorsignalen (beispielsweise unter Zuhilfenahme von Tabellen, sog. Lookup-Tables) die entsprechenden Regel¬ signale und Einstellungsparameter, wie beispielsweise den op¬ timalen Zeitpunkt einer Zündung oder die optimale Zeitdauer einer Kraftstoffeinspritzung. Insbesondere bei der Erfassung analoger Messwerte (beispiels¬ weise der Messwerte von Druck-, Temperatur- oder Sauerstoff¬ sensoren) spielt die zeitliche Synchronisation der Messung eine erhebliche Rolle. Zwar beinhalten auch einfache Compu¬ tersysteme interne Uhrensysteme (Clock) , welche grundsätzlich für die zeitliche Erfassung und Synchronisation der Messwert¬ erfassung genutzt werden können. Allerdings ist dabei zu be¬ achten, dass die Messwerte typischerweise jeweils in Relation zu einem definierten Betriebszustand des Motors erfasst wer¬ den müssen. Als Indikator für den Betriebszustand eines Mo¬ tors hat sich insbesondere die Winkelstellung der Kurbelwelle etabliert.

Je nach Typ des Verbrennungsmotors definiert die Winkelstel¬ lung der Kurbelwelle exakt die Stellung der Kolben in jedem einzelnen Zylinder. So umfasst beispielsweise ein kompletter Zyklus eines typischen Vierzylinder-Verbrennungsmotors zwei komplette Umdrehungen der Kurbelwelle, also Winkel von 0° bis 720°. Nach zwei Umdrehungen (720°) hat jeder Zylinder des Mo¬ tors einmal seinen Zyklus durchfahren. Dabei arbeiten die Zy¬ linder sequenziell, das heißt jeder Zylinder arbeitet nur in¬ nerhalb eines bestimmten Abschnitts innerhalb eines komplet¬ ten Zyklus. Ein derartiger Zeitabschnitt wird auch als Seg¬ ment bezeichnet. Jedem Segment entspricht dabei ein Bereich der Winkelstellung der Kurbelwelle, welcher sich aus dem ge¬ samten Winkelbereich (beispielsweise 720°), dividiert durch die Anzahl der Zylinder, ergibt. So umfasst ein Segment eines Vierzylinder-Verbrennungsmotors einen Winkelbereich von 180°. Das erste Segment entspricht also Winkelstellungen von 0° bis 180°, das zweite Winkelstellungen von 180° bis 360° usw.

Die Winkelstellung der Kurbelwelle wird typischerweise mit¬ tels einer sogenannten Geberscheibe auf der Kurbelwelle er¬ fasst. Bei dieser Geberscheibe handelt es sich meist um eine metallische Zahnscheibe, deren Drehung üblicherweise mittels eines induktiven Sensors erfasst wird. Typische Geberscheiben für Vierzylindermotoren weisen beispielsweise 60 Zähne auf (bzw. 58 nach Abzug der zwei "Zahnlücken") , was einer Anzahl von 120 Zähnen für einen kompletten Zyklus von 720°, also ei¬ nem Zahn pro 6° Winkelstellung, entspricht. Dabei verändert sich, sobald sich ein Zahn der Geberscheibe einer Induktions¬ spule des Sensors nähert, das Magnetfeld in der Spule, wo¬ durch ein Strom in der Spule induziert wird. Die Frequenz dieses zeitlich veränderlichen Stroms ist ein Maß für die Drehzahl der Kurbelwelle. Auch andere Arten von Sensoren, wie beispielsweise optische oder magnetische Sensoren, sind grundsätzlich einsetzbar.

Um aus dem periodischen Signal der Drehzahlmessung auch auf eine absolute Stellung der Kurbelwelle schließen zu können, werden meist Lücken in die Zähne der Geberscheibe eingebaut, wobei die Lücken typischerweise zwei Zähne umfassen. Auf die¬ se Weise lässt sich die Stellung der Kurbelwelle und damit ein wichtiger Parameter des Betriebzustands des Verbrennungs¬ motors anhand des Signals exakt bestimmen.

Die Winkelstellung der Kurbelwelle bzw. die Drehzahl wird in herkömmlichen Motorsteuerungsgeräten in regelmäßigen Zeitab¬ ständen mit der internen Uhr des Motorsteuerungsgeräts syn¬ chronisiert. Die Erfassung von Sensorsignalen und die darauf basierende Berechnung bzw. Erzeugung entsprechender Parameter und Regelsignale erfolgt als Funktion der internen Uhr des Motorsteuerungsgeräts.

Diese Berechnungen sind jedoch zeitaufwändig und belasten den Prozessor stark durch Rechenleistung und Speieheraufwand. So muss zunächst bei einer bestimmten Drehzahl des Motors die Winkelstellung der Kurbelwelle erfasst werden und mit der in¬ ternen Uhr des Motorsteuerungsgeräts synchronisiert werden. Dann werden relativ zur internen Uhr des Motorsteuerungsge¬ räts Messdaten der verschiedenen Sensoren erfasst. Diese Messdatenerfassung erfolgt bislang üblicherweise mit einer festen Abtastrate, wobei Abtastraten zwischen 5 und 10 MikroSekunden typisch sind. So wird beispielsweise alle 10 Mikrosekunden ein neuer analoger Wert eines bestimmten Sen¬ sorsignals erfasst. Bei einer Drehzahl von 1000 U/min in ei¬ nem Vierzylindermotor, d. h. einer Zyklenzeit (Zeit für eine 720"-Drehung) von 120 Millisekunden und somit einer Segment¬ zeit von 30 Millisekunden, entspricht dies 3000 analogen Messwerten pro Sensor, Zylinder und Segment. Bei niedrigeren Drehzahlen erhöht sich die Anzahl der Messwerte pro Sensor, Zylinder und Segment entsprechend. So werden beispielsweise bei 500 U/min bereits 6000 analoge Messwerte pro Sensor, Zy¬ linder und Segment erfasst. Dies stellt eine enorme Speicher¬ belastung für das Motorsteuerungsgerät dar.

Zwar besteht grundsätzlich die Möglichkeit, die Abtastrate der Messsignalerfassung der Drehzahl des Motors anzupassen. Die limitierten Möglichkeiten der Konfiguration vorhandener AD-Wandler in eingebetteten Mikrocontrollern schränken diese Möglichkeiten jedoch stark ein.

Aus diesen Messdaten werden dann optimale Regelsignale be¬ rechnet, welche jedoch beispielsweise wiederum in genau be¬ stimmten (beispielsweise durch das Motorsteuerungsgerät be¬ rechneten) Winkelstellungen der Kurbelwelle ausgegeben werden müssen. Zu diesem Zweck müssen also die optimalen Zeitpunkte in der Zeitbasis des Motorsteuerungsgeräts berechnet werden und diese dann wiederum in entsprechende Winkelstellungen um¬ gerechnet werden. Diese aufwändige Berechnung und Erzeugung von Regelsignalen belastet den Mikroprozessor der ECU, wel¬ cher typischerweise lediglich eine Taktfrequenz von 40 MHz und eine Speicherkapazität von 256 Kilobyte aufweist, extrem.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, mittels derer die Erfassung und Verar¬ beitung analoger Messdaten in Motorsteuerungsgeräten verbes¬ sert wird. Diese Aufgabe wird durch die Erfindung mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Es wird ein Motorsteuerungsgerät vorgeschlagen, welches Mit¬ tel zum Erfassen einer Winkelstellung einer Kurbelwelle auf¬ weist, sowie Mittel zum Umwandeln der Winkelstellung der Kur¬ belwelle in ein elektronisches Triggersignal. Weiterhin soll das Motorsteuerungsgerät Mittel zum Erfassen mindestens eines analogen Signals, insbesondere eines analogen Sensorsignals, aufweisen, darunter mindestens einen Signaleingang für analo¬ ge Signale, mindestens einen Analog-Digital-Wandler zur Um¬ wandlung des mindestens einen analogen Signals in mindestens ein digitales Signal und mindestens eine Steuereinrichtung. Diese Steuereinrichtung soll, abhängig von dem elektronischen Triggersignal, das Erfassen des mindestens einen analogen Signals ein- bzw. ausschalten und/oder starten bzw. beenden können.

Der Begriff "Erfassen" ist dabei weit auszulegen. Dabei kann es ich beispielsweise um Messen, Zwischenspeichern (Sampeln) , Analog-Digital-Wandeln, abspeichern oder eine Kombination dieser Vorgänge (evtl. mit weiteren Modifikationen der Signa¬ le) handeln. Alternativ kann auch eine permanente Analog- Digital-Wandlung erfolgen, wobei nur die Abspeicherung der gewandelten Daten als "Erfassen" verstanden wird. Unter "Mit¬ teln zum Erfassen" kann dementsprechend beispielsweise ein entsprechender Sensor, ein Analog-Digital-Wandler, eine ent¬ sprechende Signalwandlung oder Zwischenspeicherung oder auch nur ein Teil dieser Vorrichtungen zu verstehen sein.

Bei der Steuereinrichtung kann es sich beispielsweise um ei¬ nen Triggereingang handeln, welcher insbesondere mit Mitteln zum Erzeugen eines Triggersignals, z. B. einem Triggerwand¬ ler, zusammenwirken kann. Unter einem Motorsteuerungsgerät ist ein System zur Steuerung eines Verbrennungsmotors zu verstehen. Dabei muss es sich nicht notwendigerweise um eine physikalische und/oder elekt¬ ronische Einheit handeln, sondern es kann sich insbesondere auch um eine Verknüpfung zusammenwirkender, jedoch räumlich voneinander getrennter Komponenten handeln. Insbesondere die Mittel zum Umwandeln der Winkelstellung der Kurbelwelle in ein elektronisches Triggersignal sowie die Mittel zum Erfas¬ sen des mindestens einen analogen Signals können ganz oder teilweise in einem integrierten elektronischen Schaltkreis, insbesondere einen sogenannten anwendungsspezifischen integ¬ rierten Schaltkreis (ASIC) integriert sein.

Bei dem digitalen elektronischen Triggersignal kann es sich insbesondere um ein periodisches, beispielsweise rechteckför- miges, Signal handeln, beispielsweise ein TTL-Signal. So kann insbesondere eine Periode dieses Signals einer Periode auf der Geberscheibe, also dem Abstand zwischen zwei Zähnen auf der Geberscheibe (siehe oben) bzw. der daraus resultierenden Winkeldrehung der Kurbelwelle entsprechen. In dem oben be¬ schriebenen Beispiel des Vierzylindermotors mit einer Geber¬ scheibe von 60 Zähnen entspricht also eine Periode einer Win¬ keldrehung der Kurbelwelle von 6°.

Da, wie oben beschrieben, in der Regel auf der Geberscheibe einer oder mehrere Zähne fehlen, kann aus den entsprechenden Lücken im Triggersignal auch auf eine absolute Winkelstellung der Kurbelwelle geschlossen werden.

Das Triggersignal kann zusätzlich entsprechend modifiziert werden. Als besonders vorteilhaft hat sich dabei eine Anpas¬ sung des Signalpegels, eine Frequenzfilterung, eine Frequenz¬ vervielfachung und/oder eine Phasenverschiebung erwiesen. Ei¬ ne Frequenzfilterung kann beispielsweise erforderlich sein, um höherfrequente oder niederfrequente Störsignale (Vibratio¬ nen, Oberschwingungen etc.) zu eliminieren. Unter einer Fre¬ quenzvervielfachung ist eine Modifikation eines periodischen Signals dahingehend zu verstehen, dass die Frequenz des Sig¬ nals mit einem Multiplikator (wobei es sich typischerweise um eine rationale, insbesondere eine naturliche Zahl zwischen 0 und 1 oder großer als 1 handelt) multipliziert wird.

Auch die Umwandlung des Triggersignals in ein neues Trigger¬ signal mittels einer vorgegebenen Funktion ist denkbar. So kann beispielsweise aus dem ursprünglichen Triggersignal mit¬ tels einer Zahlvorrichtung eine vorgegebene (beispielsweise eine durch ein Computerprogramm vorgegebene) Anzahl Perioden ausgewählt werden, wahrend derer das neue Triggersignal den Wert "high" annimmt. Auf diese Weise kann ein Triggersignal generiert werden, welches nur in ganz bestimmten Winkelstel¬ lungen der Kurbelwelle den Wert "high" annimmt. Oder es kann ab einer bestimmten Winkelstellung für eine fest vorgegebene Zeitdauer das Signal "high" ausgegeben werden.

Insbesondere kann die Modifizierung des Triggersignals der Drehzahl der Kurbelwelle angepasst werden. So kann beispiels¬ weise eine Frequenzvervielfachung eines mit einer Frequenz F periodischen Triggersignals derart erfolgen, dass das die Frequenz F des neuen Triggersignals weniger als proportional mit der Drehzahl D steigt. Mit anderen Worten, der Quotient aus Frequenz F und Drehzahl D sinkt mit steigender Drehzahl. Dieses Sinken muss nicht kontinuierlich erfolgen, sondern kann beispielsweise auch in diskreten Stufen erfolgen. Wenn mit diesem neuen Triggersignal die Erfassung analoger Messda¬ ten gesteuert wird (siehe unten) , so kann diese gezielte An¬ passung der Frequenzvervielfachung dazu genutzt werden, dass über den gesamten Drehzahlbereich eine konstante Belastung der Speicher- und/oder Rechenkapazitat des Motorsteuerungsge- rats pro Zeiteinheit erfolgt. Die Anpassung des Triggersig¬ nals an die Drehzahl kann im laufenden Betrieb des Motorsteu- erungsgerates erfolgen.

Die Umwandlung der Winkelstellung der Kurbelwelle in ein ent¬ sprechendes Triggersignal nach einem der beschriebenen Ver- fahren kann insbesondere auch rein hardwarebasiert, das heißt ohne Verwendung von Rechenalgorithmen in separaten elektroni¬ schen Bausteinen erfolgen. Der Einsatz eines Mikroprozessors bzw. eine zusätzliche Belastung der Prozessorkapazität eines vorhandenen Prozessors (siehe unten) durch die Bildung des Triggersignals wird dadurch vermieden.

Bei dem mindestens einen analogen Signal kann es sich insbe¬ sondere um ein analoges Signal eines Sensors, beispielsweise eines Sauerstoff-, Temperatur- oder Drucksensors handeln, auch die Erfassung mehrerer analoger Signale, insbesondere der Signale mehrerer Sensoren, ist möglich. In diesem Fall bietet sich insbesondere die Verwendung eines oder mehrerer Schalter an, welche die Erfassung zwischen den einzelnen ana¬ logen Signalen umschalten können. Auf diese Weise können nacheinander oder alternativ oder parallel die Signale mehre¬ rer Sensoren erfasst werden. Das Umschalten zwischen der Er¬ fassung der einzelnen Signale kann insbesondere durch einen Mikrocomputer gesteuert werden, so dass zu vorgegebenen Zeit¬ punkten jeweils die analogen Signale vorgegebener Sensoren erfasst werden. Insbesondere kann die Umschaltung auch durch das elektronische Triggersignal (welches sinngemäß auch aus mehreren korrelierten Einzelsignalen bestehen kann) gesteuert werden.

Neben dem Analog-Digital-Wandler können die Mittel zum Erfas¬ sen des mindestens einen analogen Signals weiterhin auch eine Vorrichtung zur Datenverarbeitung (insbesondere einen Mikro¬ prozessor) sowie Mittel zur Anpassung bzw. Veränderung der analogen Signale, insbesondere Mittel zur Frequenzfilterung, aufweisen. So kann es sich bei dem Mikrocomputer beispiels¬ weise um die Recheneinheit (beispielsweise eine CPU mitsamt eines Speichers) eines kommerziellen integrierten Schaltkrei¬ ses zur Motorsteuerung handeln.

Bei der Steuerungseinrichtung kann es sich insbesondere um einen Triggereingang des Analog-Digital-Konverters oder auch um einen Triggereingang der Vorrichtung zur Datenverarbeitung handeln. Dieser Triggereingang ist mit den Mitteln zur Um¬ wandlung der Winkelstellung der Kurbelwelle in ein elektroni¬ sches Triggersignal verbunden. Dabei muss es sich nicht not¬ wendigerweise um eine physikalische elektronische Verbindung handeln, sondern auch beispielsweise eine drahtlose Verbin¬ dung (z. B. infrarote Datenübertragung) ist denkbar. Auf die¬ se Weise wird das oben beschriebene, aus der Winkelstellung der Kurbelwelle erzeugte Triggersignal oder ein daraus abge¬ leitetes Triggersignal für die Steuerung der Erfassung der analogen Signale verwendet.

Die digitalisierten Signale können dann mittels der Vorrich¬ tung zur Datenverarbeitung weiterverarbeitet werden. So kön¬ nen beispielsweise aus einer Vielzahl von Sensorsignalen un¬ ter Zuhilfenahme abgespeicherter Funktionen und Parameter entsprechende Regelsignale für die Motorsteuerung generiert und ausgegeben werden.

Das beschriebene Motorsteuerungsgerät mit der kurbelwellen¬ synchron getriggerten Datenaufnahme hat gegenüber., den her¬ kömmlichen, oben beschriebenen Motorsteuerungsgeräten mit konstanter bzw. vorgegebener Abtastrate den entscheidenden Vorteil, dass die Erfassung des mindestens einen analogen Signals nicht zu fest vorgegebenen Zeiten mit fest vorgegebe¬ nen Wiederholungsraten (Abtastraten) erfolgt. Eine zu starke Belastung der Rechen- und Speicherkapazität des Motorsteue¬ rungsgeräts insbesondere bei niedrigen Drehzahlen . wird da¬ durch verhindert. Die Erfassung der analogen Signale erfolgt vielmehr in Abhängigkeit von der tatsächlichen WinkelStellung der Kurbelwelle und somit des tatsächlichen Betriebszustandes des Verbrennungsmotors. So können beispielsweise bestimmte Sensorsignale (beispielsweise das Signal eines Drucksensors in Zylinder 2 eines Vierzylindermotors) nur zu den tatsäch¬ lich interessanten Zeiten (also beispielsweise nur im Segment 2, in dem der 2. Zylinder arbeitet, also z. B. im Winkelbe¬ reich der Kurbelwelle zwischen 180° und 360°) erfasst werden. Uninteressante Daten, also analoge Signale in Winkelstellun¬ gen der Kurbelwelle, die bzgl. beispielsweise eines bestimm¬ ten Sensors uninteressant sind, werden also von vorneherein gar nicht erst erfasst, wodurch die Speicher- und Prozessor¬ belastung stark reduziert wird.

Eine prozessorkapazitäts- und speicheraufwändige Umrechnung der WinkelStellung der Kurbelwelle bzw. der Drehzahl in ein internes Zeitsystem des Motorsteuerungsgeräts kann entfallen. Für die Erzeugung der Triggersignale ist lediglich Hardware erforderlich, kein Software-Aufwand. Der Prozessor wird also entlastet. Auch eine konstant hohe Belastung bei niedrigen Drehzahlen findet nicht statt.

Auch die Genauigkeit des Systems wird durch die kurbelwellen¬ synchrone Messdatenerfassung erheblich erhöht. Die Erfassung der Messdaten kann zu fest vorgegebenen Winkelstellungen er¬ folgen, was erheblich präziser ist als eine zeitgesteuerte Erfassung mit ggf. erforderlicher, anschließender Interpola¬ tion.

Um zu verhindern, dass die beschriebenen Vorteile ins Gegen¬ teil (nämlich in eine zu starke Belastung des Motorsteue¬ rungsgeräts bei hohen Drehzahlen) umschlagen, kann zusätz¬ lich, wie oben beschrieben, eine Anpassung der Abtastrate bzw. eine Verringerung der Messdaten mit steigender Drehzahl durch entsprechende Anpassung des Triggersignals an die Dreh¬ zahl erfolgen. Auf diese Weise kann eine gleichmäßige Daten¬ menge und Prozessorbelastung über den gesamten Drehzahlbe¬ reich erreicht werden.

Um den Speicher und den Prozessor der Vorrichtung zur Daten¬ verarbeitung weiter zu entlasten, kann auch bereits im Ana- log-Digital-Wandler, welcher die analogen Signale beispiels¬ weise eines oder mehrerer Sensoren in digitale Signale umwan¬ delt, eine Vorverarbeitung der Rohdaten stattfinden. Eine derartige Vorverarbeitung kann insbesondere eine Frequenzfil- terung und/oder eine statistische Analyse der analogen oder bereits digitalisierten Daten beinhalten. So kann beispiels¬ weise bereits eine Mittelwertbildung der Daten über einen be¬ stimmten Zeitraum oder über eine bestimmte Anzahl von Mess¬ werten erfolgen. Durch diese Vorverarbeitung wird die Daten¬ menge, welche beispielsweise von dem Analog-Digital-Wandler an den Mikroprozessor übermittelt wird, erheblich reduziert.

Auch bei der Vorverarbeitung der erfassten Daten stellt die kurbelwellensynchrone Triggerung der Erfassung der analogen Daten nach einer der oben beschriebenen Methoden wieder einen essenziellen Vorteil dar. Da das Triggersignal, mittels des¬ sen die Aufnahme der analogen Daten getriggert wird, Informa¬ tionen über die Winkelstellung und die Drehzahl der Kurbel¬ welle enthält, kann beispielsweise das analoge oder digitale Signal direkt über einen bestimmten Winkelbereich der Kurbel¬ welle gemittelt werden. Eine Umrechnung der Winkelstellungen in zeitliche Signale ist nicht mehr erforderlich.

Auch eine drehzahlabhängige Vorverarbeitung der Daten ist denkbar, .beispielsweise indem der Zeit- oder Winkelstellungs- bereich, über welchen ein analoges oder digitales Signal ge¬ mittelt wird, in Abhängigkeit von der Drehzahl verschoben wird. So kann beispielsweise der Zeitpunkt der Zündung stark von der Drehzahl abhängig sein. Dabei kann es von Interesse sein, beispielsweise den Druck in einem bestimmten Zylinder jeweils in einem bestimmten Winkelbereich relativ zum Zün¬ dungszeitpunkt gemittelt zu erfassen. Mittels der kurbelwel¬ lensynchronen Triggerung der Signalerfassung ist dies wieder¬ um ohne Einsatz von Rechenkapazität des Mikroprozessors und ohne Umrechnung des Triggersignals in ein Zeitsignal problem¬ los möglich.

Bei der Vorverarbeitung der erfassten Signale kann auch bei¬ spielsweise eine Anpassung einer vorgegebenen Näherungsfunk- tion an die erfassten Daten erfolgen. Entsprechend werden dann beispielsweise anstelle der Daten lediglich die Nähe¬

il rungsfunktion bzw. die die Näherungsfunktion charakterisie¬ renden Parameter vom Analog-Digital-Wandler an die Vorrich¬ tung zur Datenverarbeitung weitergeleitet. Auch dabei kann die Information über die Winkelstellung bzw. die Drehzahl der Kurbelwelle eine Rolle spielen, beispielsweise als einer der Parameter der Näherungsfunktion. Auch diese Art der Vorverar¬ beitung der Signale trägt erheblich zur Reduktion der benö¬ tigten Prozessor- und Speicherkapazität bei.

Ein weiterer Vorteil des beschriebenen Motorsteuerungsgeräts ist die Tatsache, dass die Vorrichtung mit existierenden Mik¬ roprozessoren und Elektronikkomponenten realisiert werden kann. Sowohl Mikroprozessoren mit Triggereingang für Mo¬ torsteuerungsgeräte als auch Analog-Digital-Wandler mit Trig¬ gereingang sind kommerziell erhältlich. Eine teure und auf¬ wändige Neuentwicklung derartiger Komponenten ist nicht er¬ forderlich.

Es wird weiterhin ein Verfahren zur kurbelwellensynchronen Erfassung analoger Signale, insbesondere analoger Sensorsig¬ nale, vorgeschlagen, bei dem zunächst die Winkelstellung ei¬ ner Kurbelwelle erfasst wird. Die erfasste Winkelstellung der Kurbelwelle wird in mindestens ein elektronisches Triggersig¬ nal umgewandelt. Weiterhin wird mindestens ein analoges Sig¬ nal, insbesondere ein analoges Sensorsignal, erfasst. Dabei wird das mindestens eine analoge Signal in mindestens ein di¬ gitales Signal umgewandelt. Die Erfassung und/oder die Ana- log-Digital-Wandlung des mindes.tens einen analogen Signals wird mittels des Triggersignals gesteuert.

Vorteilhafter Weise erfolgt die Steuerung der Erfassung und/oder Analog-Digital-Wandlung des mindestens einen analo¬ gen Signals unter Verwendung eines der folgenden Prinzipien oder einer Kombination dieser Prinzipien: - Die Erfassung und/oder die Analog-Digital-Wandlung wird dadurch ausgelöst, dass das Triggersignal einen vorgege¬ benen Pegel erreicht, überschreitet oder unterschreitet. - Die Erfassung und/oder die Analog-Digital-Wandlung wird ermöglicht, solange das Triggersignal einen vorgegebenen Signalpegel mindestens erreicht und/oder überschreitet, wobei anderenfalls die Erfassung und/oder Analog- Digital-Wandlung verhindert wird. - Die Erfassung und/oder die Analog-Digital-Wandlung wird ermöglicht, solange das Triggersignal einen vorgegebenen Signalpegel unterschreitet und/oder nicht überschreitet, wobei anderenfalls die Erfassung und/oder Analog- Digital-Wandlung verhindert wird. - Die Erfassung und/oder die Analog-Digital-Wandlung wird bei einem periodischen Triggersignal während einer vor¬ gegebenen Anzahl Perioden ermöglicht und andernfalls verhindert. - Die Erfassung und/oder die Analog-Digital-Wandlung wird ab einem vorgegebenen Triggersignal, insbesondere ab ei¬ nem Zeitpunkt, in dem das Triggersignal einen vorgegebe¬ nen Pegel erreicht, überschreitet oder unterschreitet, während einer fest vorgegebenen Zeitdauer ermöglicht und andernfalls verhindert.

Weiterhin kann zusätzlich der Pegel des mindestens einen ana¬ logen Signals verändert werden und/oder eine Frequenzfilte- rung des mindestens einen analogen Signals durchgeführt wer¬ den. Weiterhin kann aus dem mindestens einen digitalen Signal mittels eines Datenverarbeitungsalgorithmus mindestens ein Regelsignal zur Regelung eines Verbrennungsmotors berechnet werden.

Vorteilhafter Weise kann das mindestens eine elektronische Triggersignal mit einem vorgegebenen Multiplikator frequenz¬ vervielfacht werden und/oder um eine vorgegebene Phase pha¬ senverschoben werden und/oder aus dem mindestens einen elekt¬ ronischen Triggersignal mindestens ein zweites elektronisches Triggersignal erzeugt werden, wobei das zweite elektronische Triggersignal eine Funktion mit veränderbaren Parametern des ersten elektronischen Triggersignals ist.

Insbesondere kann die Erzeugung des mindestens einen elektro¬ nischen Triggersignals abhängig sein von der Drehzahl der Kurbelwelle. Vorteilhafter Weise wird dabei, sofern das e- lektronische Triggersignal periodisch mit einer Frequenz F ist oder annähernd periodisch ist oder innerhalb eines be¬ trachteten Zeitraums zumindest annähernd periodisch ist, des¬ sen Frequenz F mit steigender Drehzahl derart vervielfacht, dass das Verhältnis zwischen der Frequenz F und der Drehzahl D sich mit steigender Drehzahl D verringert.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbei¬ spielen näher erläutert, die in den Figuren schematisch dar¬ gestellt sind. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die Bei¬ spiele beschränkt. Gleiche Bezugsziffern in den einzelnen Fi¬ guren bezeichnen dabei gleiche oder funktionsgleiche bzw. hinsichtlich ihrer Funktionen einander entsprechende Elemen¬ te. Im Einzelnen zeigt:

Fig. 1 eine erste Ausführungsform eines Motorsteuerungsge¬ räts mit kurbelwellensynchron getriggertem Mikrocom¬ puter zur Messdatenerfassung; Fig. 2 einen Verlauf eines Kurbelwellensignals; Fig. 3 einen Verlauf eines Triggersignals; Fig. 4 einen Ablaufplan eines ersten Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zur kurbelwellensynchronen Messda¬ tenerfassung; Fig. 5 einen Ablaufplan eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zur kurbelwellensynchronen Messda¬ tenerfassung; und Fig. 6 eine zweite Ausführungsform eines Motorsteuerungsge¬ räts mit kurbelwellensynchron getriggertem externen AD-Wandler zur Messdatenerfassung. Kernelement des Motorsteuerungsgeräts 110 in Fig. 1 ist ein integrierter Schaltkreis (ASIC) 112, welcher einen Trigger¬ wandler 114 und einen schnellen AD-Wandler (englisch Fast AD- Converter, FADC) 116 umfasst. Im dargestellten Beispiel han¬ delt es sich bei dem ASIC 112 um einen Controller der TC17xx- Familie des Herstellers Infineon. Ein Signalausgang 118 des Triggerwandlers 114 ist mit einem Triggereingang 120 des FADCs 116 verbunden.

Ein Kurbelwellensensor 122 ist über einen Kurbelwellen-AD- Wandler 124 mit einem Signaleingang 126 des Triggerwandlers 114 verbunden. Ein Temperatursensor 128 ist über eine Filter- Verstärker-Einheit 130 mit einem Signaleingang 132 des FADCs 116 verbunden.

Zur Erläuterung des Zusammenwirkens der einzelnen Bauelemente des Motorsteuerungsgeräts 110 in Fig. 1 ist das zwischen dem Kurbelwellen-AD-Wandler 124 und dem Triggerwandler 112 ausge¬ tauschte Kurbelwellensignal 134 in Fig. 2 dargestellt. Ent¬ sprechend ist das zwischen dem Triggerwandler 112 und dem FADC 116 ausgetauschte Triggersignal 136 in Fig. 3 darge¬ stellt.

Zunächst erfasst, wie oben beschrieben, der Kurbelwellensen¬ sor 122 ein Signal der Kurbelwelle, wobei es sich in diesem Beispiel um ein (nicht dargestelltes) analoges Sinussignal eines Magnetsensors handelt, welches die Position der Zähne der oben beschriebenen Zahnscheibe erfasst. Dieses analoge Sinussignal wird im Kurbelwellen-AD-Wandler 124 in das in Fig. 2 dargestellte Kurbelwellensignal 134 umgewandelt. Dabei handelt es sich um ein Rechtecksignal, welches jeweils für eine Zeitdauer tl bis t2 auf dem Level "Low" (hier die Null¬ linie) liegt, und anschließend für eine Zeitdauer von t2 bis t3 auf dem TTL-Level "High" (5 Volt) . Das Signal hat also ei¬ ne Periode t3-tl und eine Frequenz von l/(t3-tl). Das Kurbelwellensignal 134 wird im Triggerwandler 114 in die¬ sem einfachen Beispiel frequenzvervielfacht um einen Faktor neun. Dementsprechend erzeugt der Triggerwandler 114 aus dem Kurbelwellensignal 134 als Triggersignal 136 ein Rechtecksig¬ nal mit der Frequenz 9x1/ (t3-tl) . Die Signallevel werden in diesem Beispiel unverändert belassen. Der Triggerwandler 114 startet die Umwandlung jeweils zum Zeitpunkt tl, also mit fallender Flanke des Kurbelwellensignals 134 und generiert eine steigende Flanke des Triggersignals 136. Dementsprechend ist das Triggersignal 136 im Vergleich zum Kurbelwellensignal 134 um 180° phasenverschoben.

Dieses Triggersignal 136 wird über den Signaleingang 120 an den FADC 116 weitergeleitet. Der Triggereingang 120 ist der¬ art ausgestaltet, dass der FADC 116 nur Signale an seinem Signaleingang 132 akzeptiert, wenn das Triggersignal 136 ei¬ nen vorgegebenen Pegel überschreitet. In der übrigen Zeit "ignoriert" der FADC 116 Signale an seinem Signaleingang 132.

Mittels des in Fig.. 1 beschriebenen Aufbaus lässt sich bei¬ spielsweise das in Fig. 4 dargestellte Verfahren durchführen. Zunächst wird dabei in Schritt 410, wie oben beschrieben, das Signal der Kurbelwelle erfasst, im Kurbelwellen-AD-Wandler 124 digitalisiert und anschließend in Schritt 412 im Trigger¬ wandler 112 in das Triggersignal 136 umgewandelt. Dieses wird dann in Schritt 414 an einen Analog-Digital-Wandler, hier speziell den FADC 116, weitergeleitet. Der FADC 116 fragt in Schritt 416 ab, ob das Triggersignal einen vorgegebenen Wert überschreitet. Diese Abfrage kann in einer permanenten Schleife erfolgen. Nur wenn dies der Fall ist, wird in Schritt 418 ein analoges Signal, welches im in Fig. 1 darge¬ stellten Beispiel von der Filter-Verstärker-Einheit 130 an den FADC 116 weitergeleitet wird, erfasst und in Schritt 420 in ein digitales Signal umgewandelt. Auch eine vollständige oder teilweise Vorverarbeitung des Signals (siehe oben) kann in diesem Schritt bereits erfolgen. Dieses digitale Signal wiederum wird dann in Schritt 422 zur weiteren Verarbeitung an einen (in Fig. 1 nicht dargestellten) Mikroprozessor wei¬ tergeleitet, welcher aus diesem Signal entsprechend seiner programmierten Algorithmen beispielsweise Regelsignale zur Motorsteuerung erzeugen kann.

In Fig. 5 ist ein analoges Verfahren dargestellt, bei dem das Triggersignal 136 nicht zur Triggerung eines AD-Wandlers, sondern zur Triggerung der Datenaufnahme durch einen Mikro¬ prozessor verwendet wird. Dieser Mikroprozessor,, welcher Be¬ standteil praktisch jedes Motorsteuerungsgeräts ist, ist in Fig. 1 nicht dargestellt. Er kann einen weiteren Bestandteil des ASICS 112 darstellen.

Analog zu Fig. 4 wird zunächst in Schritt 510 die Winkelstel¬ lung der Kurbelwelle erfasst und in Schritt 512 in ein Trig¬ gersignal umgewandelt.

Dieses Triggersignal wird dann in Schritt 514 nicht direkt an einen AD-Wandler, sondern an einen Mikroprozessor weiterge¬ leitet. Dieser fragt in Schritt 516 das Triggersignal ab und nimmt keine Daten vom AD-Wandler an, solange das einen vorge¬ gebenen Pegel nicht überschreitet (Schritt 518) . Unabhängig davon erfasst ein AD-Wandler in Schritt 520 kontinuierlich analoge Messdaten eines oder mehrerer Sensoren, nimmt evtl. eine Vorverarbeitung vor, wandelt die analogen Signale in di¬ gitale Signale um und stellt die umgewandelten Signale dem Mikroprozessor zur Verfügung. Jedoch erst, wenn die Abfrage in Schritt 516 ein ausreichendes Triggerlevel feststellt, nimmt der Mikroprozessor diese Daten in Schritt 522 entgegen und verarbeitet diese in Schritt 524 weiter.

In Fig. 6 ist ein zu Fig. 1 alternativer Aufbau eines Mo¬ torsteuerungsgeräts 110 dargestellt, bei dem das kurbelwel¬ lensynchrone Triggersignal 136 nicht zur Triggerung eines in¬ ternen FADCs 116 verwendet wird, sondern zur Triggerung eines externen AD-Wandlers 610. Der wesentliche Unterschied des Aufbaus in Fig. 6 besteht darin, dass der Signalausgang 118 des Triggerwandlers 114 mit einem Triggereingang 612 des ex¬ ternen AD-Wandlers 610 verbunden ist. Dieser wiederum ist ü- ber eine Schnittstelle 614 mit einem in den ASIC 112 integ¬ rierten Mikroprozessor 616 verbunden.

Die Funktionsweise des in Fig. 6 dargestellten Aufbaus ent¬ spricht dem Aufbau in Fig. 1. Die AD-Wandlung des analogen, vom Sensor 128 generierten Signals erfolgt jedoch nicht im ASIC 112, sondern durch die externe elektronische Komponente 610. Auch eine Vorverarbeitung der analogen oder bereits di¬ gitalisierten Daten kann im externen AD-Wandler 610 erfolgen, so dass die über die Schnittstelle 614 an den Mikroprozessor 616 übermittelten Daten bereits auf ein absolutes Minimum re¬ duziert sein können. Dadurch wird der Mikroprozessor 610 wei¬ ter entlastet. Da der externe AD-Wandler 610 leicht zugäng¬ lich ist, kann dieser auch auf einfache Weise ersetzt werden und beispielsweise bei Verfügbarkeit modernerer Komponenten ausgetauscht werden.

Das in Fig. 4 dargestellte und oben beschriebene Verfahren kann auf die in Fig. 6 dargestellte Anordnung übertragen wer¬ den. Die Weiterleitung des Triggersignals 136 an einen AD- Wandler in Schritt 414 erfolgt in diesem Fall über eine ex¬ terne Leitungsverbindung.