Bei Kraftfahrzeugen ist das Motormoment eine zentrale Größe in dem An- triebsmanagement. Eine Sensorik zur Erfassung des Motormoments ist aus Kostengründen in Serienfahrzeugen nicht verbaut. Die Motorsteuerung hat somit keine Rückmeldung über das tatsächliche vom Motor erzeugte Mo- ment, Die Kenntnis des Motormoments würde allerdings eine Reihe von Vor- teilen bieten : Beispielsweise wäre eine Drehmomentregelung realisierbar, mit der Störgrößen sehr einfach kompensiert werden könnten. Aufwändige Steuerungsfunktionen im Motormanagement ließen sich durch einen einfa- chen Regelalgorithmus ersetzen.

Ein Verfahren zur Ermittlung von Drehmomenten, Arbeiten und Leistungen an Verbrennungskraftmaschinen ist aus der deutschen Patentschrift DE 44 45 684 C2 bekannt. Dabei wird unter Berücksichtigung des Trägheitsmo- ments der rotierenden Massen und unter Kompensation von Drehmomenten oszillierender Massen das resultierende Drehmoment mit Hilfe eines motor- typischen Kennfelds berechnet. Dieses Kennfeld wird durch Versuche bei verschiedenen Drehzahlen und Laststufen bestimmt. Mit Hilfe dieses so be- stimmten Kennfelds können dann aufgrund von Winkelgeschwindigkeitsmes- sungen das effektive Drehmoment berechnet und nach weiterer Verarbeitung der Gasdrehmomentverlauf über dem Kurbelwinkel angegeben werden.

Die Bestimmung des Drehmoments wird durch verschiedene motor-und be- triebspunktabhängige Einfiussgrößen erschwert. Diese Einflussgrößen müs- sen erkannt und in geeigneter Form berücksichtigt und kompensiert werden.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, wesentliche Einflussgrößen bei der Ermittlung eines Motordrehmoments zu berücksichti- gen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Be- stimmung eines Drehmoments eines Verbrennungsmotors durch Erfassen einer ersten Messgröße bezüglich einer Winkelgeschwindigkeit des Verbren- nungsmotors, Erfassen einer zweiten Messgröße bezüglich eines Lade- drucks des Verbrennungsmotors oder Simulieren einer Ladedruckgröße in Abhängigkeit von der ersten Messgröße und Ermitteln des Drehmoments aus der ersten Messgröße und der zweiten Messgröße oder aus der ersten Messgröße und der simulierten Ladedruckgröße.

Darüber hinaus wird die oben genannte Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung zur Bestimmung eines Drehmoments eines Verbren- nungsmotors, mit einer ersten Sensoreinrichtung zum Erfassen einer ersten Messgröße bezüglich einer Winkelgeschwindigkeit des Verbrennungsmotors, einer zweiten Sensoreinrichtung zum Erfassen einer zweiten Messgröße be- züglich eines Ladedrucks des Verbrennungsmotors oder einer Simulations- einrichtung zum Simulieren einer Ladedruckgröße in Abhängigkeit von der ersten Messgröße und einer Datenverarbeitungseinrichtung, die an die erste und zweite Sensoreinrichtung oder an die erste Sensoreinrichtung und die Simulationseinrichtung angeschlossen ist, zum Ermitteln des Drehmoments aus der ersten Messgröße und der zweiten Messgröße oder aus der ersten Messgröße und der simulierten Ladedruckgröße.

Damit erfolgt die Drehmomentenschätzung auch bei aufgeladenen Motoren zuverlässig. Eine Aufladung führt aufgrund der höheren Zylinderfüllung zu einer höheren Gaswechselmornent-Amplitude. Besonders transiente Vor- gänge bei geregelten Turboladern können hierbei zu Problemen führen. In diesen Fällen herrscht im Betrieb nicht immer derselbe Ladedruck wie bei einem unter stationären Bedingungen aufgenommenen Kennfeldpunkt der entsprechenden Drehzahl-Last-Kombination. Durch den unterschiedlichen Ladedruck wird in diesem Fall ein unterschiedliches Wechseldrehmoment bestimmtTuna damit ein falscher Lastpunkt im Kennfeld. Dämit ist es für die Bestimmung des Lastmoments notwendig, das entsprechende Kennfeld so- wie das geschätzte Wechseldrehmoment als Eingangsgröße vom Ladedruck unabhängig zu machen. Dazu muss der Wechseldrehmomentverlauf von seinem ladedruckabhängigen Kompressionsanteil befreit werden. Zur Schät-

zung des Komprosstonsantoifs kann die Information aus dem in der Regel vorhandenen Ladedrucksensor verwendet werden. Wird der Ladedruck in seinem wesentlichen Verlauf in Abhängigkeit von der Winkelgeschwindigkeit durch ein geeignetes Modell simuliert, so kann auch diese simulierte Lade- druckgröße zur Berechnung eines Drehmoments beziehungsweise zur Kom- pensation eines Ladedrucks verwendet werden.

Durch die Kompensation des Ladedrucks wird auch die Abhängigkeit vom Atmosphärendruck beseitigt. Diese könnte andernfalls zum Beispiel Im Hö- henbetrieb zu Abweichungen der Schätzung des Drehmoments führen.

Die Drehzahl beziehungsweise Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors beziehungsweise der Verbrennungskraftmaschine wird vorzugsweise durch ein Geberrad erfasst. Ein Geberrad, das Markierungen oder Segmente aufweist, ist hierfür drehfest auf der Kurbeiwelle angeordnet.

Ein feststehender Sensor tastet das Geberrad berührungslos ab. Dies stellt eine verhältnismäßig robuste Messmethode dar.

Ferligungstoleranzen des Geberrads sowie Fehler beim Anbau an die Kur- belwelle führen zu systematischen Geberradfehlern, die bei der Ermittlung des Drehmoments kompensiert werden sollten, Weiterhin sollte bei der Er- mittlung des Drehmoments die gemessene Winkelgeschwindigkeit von Stör- signalen befreit werden. Dies erfolgt vorzugsweise durch eine digitale Filte- rung.

Vorteilhafterweise werden zur Ermittlung des Drehmoments auch die Mas- senkräfte, die bei der Drehung des Verbrennungsmotors durch dessen Kom- ponenten entstehen, kompensiert. Dadurch kann ein Energieumsatz unab- hängig von den oszillierenden Massen des Motors ermittelt werden.

Um schließlich eine im Wesentlichen vom Motor unabhängige Ausgangsgröw ße zu erhalten, kann das Drehmoment hinsichtlich des Hubraums des Verbrennungsmotors mittels eines Kennfoids normiert werden. Hierdurch kann eine gemittelte Druckgröße gewonnen werden, mit deren Httfe derE" nergieumsatz von Motoren unterschiedlichen Hubraums verglichen werden kann.

In vorteilhafter Weise tasst sich das ermittelte Wechseidrehmoment für das Sicherheitskonzept von Kraftfahrzeugen verwenden,

Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnung naher erläutert, die ein Blockschaltbild zu dem erfindungsgemäßen Verfahren dar- stellt, Das nachfolgend beschriebene Ausführungsbeispiel stellt lediglich eine be- vorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.

In der Abbildung ist schematisch dargestellt, wie aus einer Winkelgeschwin- digkeit co der Kurbelwelle auf den mittleren indizierten Druck geschlossen und somit der Energieumsatz in einer Brennkraftmaschine beurteilt werden kann. In einem Block 1 erfolgt zur Ermittlung einer Winkelgeschwindigkeit eine Periodendauermessung. Speziell wird aus einer Zeitdauer für einem bestimmten Differenzwinkel auf das Rohsignal einer Winkelgeschwindigkeit geschlossen.

Das Rohsignal der Winkelgeschwindigkeit wird in Block 2 einer Geberrad- kompensation unterzogen. Eine hochgenaue Bestimmung der Kurbelwellen- geschwindigkeit ist Voraussetzung für eine einwandfreie Funktion der Dreh- momentenschätzung, Die bei der Wickelgeschwindigkeitsmessung verwen- deten Geberräder weisen durch Fertigungstoleranzen jedoch teilweise erheblich Fehler wie unzentrische Lagerung und/oder Zahnteilungsfehler auf.

Solche Abweichungen führen zu nicht tolerable Fehlern bei der Bestim- mung der Winkelgeschwindigkeit und folglich auch des daraus bestimmten Wechseidrehmaments.

Zur Geberradkompensation sind zwei geeignete Kompensationsverfahren bekannt Das erste, aus der deutschen Patentanmeldung mit der Anmelde- nummer tO2 17 560. 8 bekannte Verfahren zur Geberradadaption nutzt die Gegenphasigkeit der Gas-und Massenmomente zur Bestimmung der Geo- metriefehler des verwendeten Drehgeberrads. Der Vorteil dieses Verfahrens liegt in seiner einfachen Handhabung und darin, dass außer der Zylinder- und Zähneanzahl kein weiteres a-priori-Wissen Ober den zu betrachtenden Motor notwendig ist. Das zweite, in der Offenlegungsschrift DE 101 07 892 AI beschriebene Verfahren wählt einen Ansatz über die Modellierung der Kurbeiweitenenergie zur Bestimmung des Geberradfehiers. Durch die Geber- radadaption kann der durch das Geberrad verursachte Fehler um mindes- tens eine Größenordnung reduziert werden. Auf beide Dokumente wird hier- mit ausdrücklich Bezug genommen,

Der Geberradfehler muss, wie dies in der Abbildung durch einen Eingangs- pfeil in dem Block 2 symbolisch angedeutet ist, für jeden Motor vorher nur einmal eingelernt und dann abgelegt werden. Ausgangssignal des Blocks 2 ist somit eine geberradfehlerkompensierte Winkelgeschwindigkeit.

Die korrigierte Winkelgeschwindigkeit ist stark störungsbehaftet. Sie besitzt ein geringes Signal-Rausch-Verhältnis. Um dies zu verbessern wird im We- sentlichen eine Bandbegrenzung in dem Block 3 durch digitale Filterung vor- genommen. Es resultiert daraus ein gefiltertes Wickelgeschwindigkeitssignal o mit einem verbesserten Signal-Rausch-Verhältnis. Darüber hinaus wird in dem Block 3 durch Differentiation aus dem gefilterten Winkelgeschwindig- keitssignat eine Winkelbeschleunigung a berechnet.

Eine anschließend im Block 4 durchgeführte Massenkraftkompensation be- wirkt, dass der Momenteneinfluss durch die Trägheitsmomente und oszillie- renden Massen kompensiert und so das reine Gaswechseldrehmoment er- mittelt wird, Die von Massenkräften herrührenden, auf die Kurbelwelle ein- wirkenden Momente wirken sich in einer ungleichmäßigen Winkelgeschwin- digkeit aus und sind daher zu kompensieren. Derartige Massenmomente setzen sich, wie erwähnt, aus der Massenträgheit der rotierenden Teile und der oszillierenden Kolben und Pleuel zusammen. Als Ausgangssignal erhält man ein ladedruckabhängiges Moment M^9 (#).

In Block 5 werden Ladedruckänderungen kompensiert. Zur Schätzung des Kompensationsanteils kann die Information Pdb aus dena Laåedrucksensor verwendet werden. Die Abhängigkeit des Wechseldrehmoments vom Lade- druck wird durch eine Kennlinie, die vorab aufgenommen wurde, abgebildet.

Hierzu werden Ladedruckvariationsmessungen oder Auslaufmessungen durchgeführt. Diese Messungen führen zu einer näherungsweise linearen Kennlinie im Wesentlichen ohne Drehzahlabhängigkeit. Durch diese entspre- chend der ermittelten Ladedruckkennlinle durchgeführten Ladedruckkom pensation wird das ermittelte Wechseldrehmoment von seinem durch den Ladedruck bedingten Anteil befreit und man erhält ein entsprechendes Mo- ment N. 9 (p). Hierdurch kann das Verfahren auch für aufgeladene Motoren verwendet werden.

Ziel des Drehmomentmessverfahrens ist die Bestimmung des indizierten Mit- teldrucks Pm, oder des effektiven Mitteldrucks und des Lastmoments. Die Schätzung der gewünschten Größe aus der gemessenen Eingangsgröße

Drehzahl bzw.-winke, und dem Wechseldrehmoment erfolgt über ein vorher für jeden Motortyp eingelerntes Kennfeld, das mit Block 6 in der Abbildung symbolisiert ist. In diesem Kennfeld 6 wird der Zusammenhang zwischen Wechseldrehmoment ## (#), Drehzahl # und indiziertem Mitteldruck Pml be- schieben, Bei der Überprüfung der Genauigkeit der Wechseldrehmomentschätzung aus dem Ladedruck und der Winkelgeschwindigkeit ergeben sich Abwei- chungen von einer gemessenen Referenz im einstelligen Prozentbereich, Auch die Abweichungen bei der Schätzung von mittleren indizierten Drücken P""die anhand von dynamischen Messungen ermittelt wurden, liegen im einsteigen Prozentbereich, Derart genaue Schätzwerte lassen sich sinnvoll für das Motor-und Getriebemanagement einsetzen.