Titel

Verfahren zum Bestimmen einer mittleren Segmentzeit eines Geberrads einer Brennkraftmaschine

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer mittleren Segmentzeit eines Geberrads einer Brennkraftmaschine.

Stand der Technik

In Brennkraftmaschinen kann ein Geberrad genutzt werden, um die Drehzahl der Brennkraftmaschine zu bestimmen. Einem bestimmten Bereich der Kolbenbewegung jedes Zylinders der Brennkraftmaschine kann dabei ein als Segment bezeichneter Kurbelwellenwinkelbereich zugeordnet werden. Diese Segmente kön- nen beispielsweise durch Markierungen auf dem mit der Kurbelwelle gekoppelten

Geberrad realisiert werden.

Eine Segmentzeit, in der die Kurbelwelle diesen Winkelbereich überstreicht, hängt unter anderem von der im Verbrennungstakt umgesetzten Energie ab. Verbrennungsaussetzer oder andere Ursachen für eine Laufunruhe der Brennkraftmaschine spiegeln sich daher in den Segmentzeiten wieder. Segmentzeiten stellen demgemäß ein Maß für die Laufunruhe einer Brennkraftmaschine dar.

Um die Laufunruhe aus einem Segmentzeitensignal bestimmen zu können, muss das Segmentzeitensignal zunächst bearbeitet werden und Schwingungen müssen herausgefiltert werden. Dazu kann eine mittlere Segmentzeit bzw. ein Mittelwert der Segmentzeiten von dem Segmentzeitsignal subtrahiert werden. In der Druckschrift DE 36 04 904 wird beispielsweise ein gleitender Mittelwert über zwei und acht Segmente eines Geberrads bestimmt. Gemäß der DE 43 19 677 A1 wird eine zylinderspezifische Segment-Periodendauer aus den einzelnen Segmentzeiten mittels einer gewichteten Mittelwertbildung bestimmt.

Dabei besteht das Problem, dass die mittlere Segmentzeit vor allem bei vergleichsweise großen Drehzahlgradienten nicht exakt bestimmt werden kann. Derartige große Drehzahlgradienten treten beispielsweise in einem Schubbetrieb oder einem frei fallenden Betrieb der Brennkraftmaschine auf.

Es ist daher wünschenswert eine Möglichkeit bereitzustellen, um die mittlere Segmentzeit eines Geberrads einer Brennkraftmaschine auf einfache Weise bestimmen zu können.

Offenbarung der Erfindung

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Bestimmen einer mittleren Segmentzeit eines Geberrads einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren stellt eine einfach zu implementierende Möglichkeit dar, die mittlere Segmentzeit des Geberrads zu bestimmen. Dabei können bereits vorhandene Komponenten und Bauteile der Brennkraftmaschine genutzt werden. Es ist nicht nötig, Umbauten oder Änderungen an der Brennkraftmaschine vorzunehmen. Die bestimmte mittlere Segmentzeit kann für weitere Funktionen der Brennkraftmaschine genutzt werden, beispielsweise eine Laufruheregelung.

Das Geberrad ist dabei drehfest mit einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine verbunden. Alternativ kann das Geberrad auch drehfest mit einer Nockenwelle der Brennkraftmaschine verbunden sein. Entlang des Umfangs des Geberrades sind die Markierungen insbesondere im Wesentlichen äquidistant angeordnet. Segmentzeiten werden als zeitliche Abstände zwischen jeweils zwei bestimmten Markierungen des Geberrads bestimmt.

Dabei werden die Markierungen des Geberrads beispielsweise mittels eines Auf- nehmers, beispielsweise eines magnetischen Sensors, abgetastet und ein Messsignal, beispielsweise ein elektrisches Spannungssignal, wird bestimmt. Aus diesem Messsignal können die zeitlichen Abstände zwischen zwei Markierungen als Segmentzeiten bestimmt werden. Auf diese Weise wird ein Segmentzeitsignal als ein zeitlicher Verlauf der zu den einzelnen Markierungspaaren gehörenden Segmentzeiten bestimmt.

Für die erfindungsgemäße Bestimmung der mittleren Segmentzeit wird das Segmentzeitsignal nicht direkt ausgewertet. Die mittlere Segmentzeit wird stattdessen über eine Auswertung von Drehzahlwerten, die aus dem Segmentzeiten- signal bestimmt werden, bestimmt. Dazu wird aus den einzelnen Segmentzeiten jeweils ein zugehöriger Drehzahlwert, aus den Drehzahlen eine mittlere Drehzahl und daraus eine mittlere Segmentzeit bestimmt.

Durch die einzelnen Drehzahlwerte, aufgetragen über die Zeit, wird beispielswei- se eine Ausgleichskurve gelegt und somit ein Drehzahlverlauf über die Zeit bestimmt. Mittels dieser Ausgleichskurve wird ein Wert der mittleren Drehzahl bestimmt. Insbesondere wird dabei ein Wert für die Drehzahl extrapoliert. Dieser Wert der mittleren Drehzahl kann insbesondere ein aktueller (dieses Segment) Wert oder ein zukünftiger (das nächste Segment) Wert der mittleren Drehzahl sein. Aus diesem extrapoliertem Wert der mittleren Drehzahl wird wieder eine

Segmentzeit bestimmt, welche als mittlere Segmentzeit bestimmt wird. Die mittlere Segmentzeit wird somit mittels eines Modells zur Abschätzung der Drehzahl bestimmt, welches in sehr guter Näherung dem tatsächlichen Verlauf der Drehzahl entspricht und nur sehr geringe Fehler aufweist.

Vorzugsweise wird der Drehzahlverlauf über die Zeit als eine Ausgleichskurve durch die einzelnen bestimmten Drehzahlwerte über ein Arbeitsspiel bestimmt. Als Dauer eines Arbeitshubs kann beispielsweise eine Periodendauer der tiefsten Frequenz derjenigen Schwingung gewählt werden, die noch ermittelt werden soll, z.B. einer Nockenwellenfrequenz oder einer Zündfrequenz der Brennkraftmaschine.

Bevorzugt wird die Ausgleichskurve mittels eines linearen oder quadratischen Regressionsverfahrens bestimmt. Die Erfindung soll aber nicht auf Regressionsverfahren beschränkt sein. Beispielsweise bietet sich auch eine Methode der kleinsten Quadrate an. Bei einer Methode der kleinsten Quadrate werden, im Gegensatz zu einem Regressionsverfahren, die (Mess-)Fehler der einzelnen (Mess-)Punkte, sprich der einzelnen Drehzahlwerte, berücksichtigt.

Vorteilhafterweise wird die Brennkraftmaschine in einem Schubbetrieb oder in einem frei fallenden Betrieb oder bei großem Drehzahlgradient betrieben. Die erfindungsgemäße Bestimmung der mittleren Segmentzeit aus Drehzahlen weist unter diesen Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine erhebliche Vorteile gegenüber einer Bestimmung der mittleren Segmentzeit direkt aus den Segmentzeiten auf.

Segmentzeiten weisen nämlich unter diesen Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine einen hyperbolischen bzw. im Allgemeinen einen nicht linearen Verlauf auf. Die Drehzahl hingegen weist vorteilhafterweise einen linearen Verlauf auf. Somit kann durch die aus den Segmentzeiten bestimmten Drehzahlwerte einfach, mit großer Genauigkeit und mit kleinem Fehler eine Ausgleichsgerade als eine lineare Ausgleichskurve gelegt werden. Auch die Extrapolation des aktuellen und/oder zukünftigen Werts der mittleren Drehzahl kann dabei mit geringem Fehler durchgeführt werden.

Bevorzugt wird eine Differenz aus einer aktuell erfassten Segmentzeit und der bestimmten mittleren Segmentzeit bestimmt. Somit wird ein korrekt von der mittleren Segmentzeit gefiltertes Segmentzeitsignal bestimmt. Dieses gefilterte Segmentzeitsignal enthält nur noch Informationen über Laufunruhe der Brenn- kraftmachine oder des Geberrads, ohne Störungen durch einen Drehzahlgradient. Vorzugsweise erfolgt eine Kalibrierung einer Voreinspritzung der Brennkraftmaschine. Da in zukünftigen Antriebsstrangkonzepten, beispielsweise von Hybridfahrzeugen, gegebenenfalls kein Schubbetrieb mehr vorgesehen ist, kann die Kalibrierung der Voreinspritzungen in einem frei fallenden Betrieb erfolgen. Hierzu bietet sich eine erfindungsgemäße Bestimmung der mittleren Segmentzeit und des von der mittleren Segmentzeit gefilterten Segmentzeitsignals besonders an.

Eine erfindungsgemäße Recheneinheit, z.B. ein Steuergerät eines Kraftfahrzeugs, ist, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.

Auch die Implementierung des Verfahrens in Form von Software ist vorteilhaft, da dies besonders geringe Kosten verursacht, insbesondere wenn ein ausführendes Steuergerät noch für weitere Aufgaben genutzt wird und daher ohnehin vorhanden ist. Geeignete Datenträger zur Bereitstellung des Computerprogramms sind insbesondere Disketten, Festplatten, Flash-Speicher, EEPROMs, CD-ROMs, DVDs u.a.m. Auch ein Download eines Programms über Computernetze (Internet, Intranet usw.) ist möglich.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen Figur 1 zeigt schematisch eine Anordnung, welche zur Ausführung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist.

Figur 2 zeigt schematisch Diagramme, die im Zuge einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens bestimmt werden können.

Ausführungsformen der Erfindung

In Figur 1 ist eine Anordnung, welche zur Ausführung einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist, schematisch dargestellt.

Ein Geberrad 10 ist mit einer Kurbelwelle 1 1 einer Brennkraftmaschine (in Figur 1 nicht dargestellt) eines Kraftfahrzeugs drehfest verbunden. Der Umfang bzw. Rand des Geberrads 10 weist Markierungen ("Zähne") auf (symbolisch durch die vier Bezugszeichen 12a, 12b, 12c und 12d bezeichnet. Die Markierungen können beispielsweise für 60 oder 60-2 Zähne in einem Abstand von jeweils 6° angeordnet sein.

Das Geberrad 10 kann in mehrere, insbesondere im Wesentlichen äquidistante, Segmente eingeteilt werden. In dem speziellen Beispiel von Figur 1 ist das Geberrad 10 in zwei Segmente SA und SB von je 180° zwischen der Markierung 12a und der Markierung 12e eingeteilt.

Beispielsweise entspricht ein Segment SA bzw. SB bei einer Brennkraftmaschine mit vier Zylindern einer Kurbelwellenbewegung um 180° und einem Kolbenhub eines Kolbens der Brennkraftmaschine. Als ein Kolbenhub ist dabei die Bewegung des Kolbens zwischen einem oberen Totpunkt OT und einem unteren Totpunkt UT zu verstehen.

Ein Aufnehmer ist als ein Hall-Sensor 13 ausgebildet. Der Hall-Sensor 13 ist in der Nähe des Rands des Geberrads 10 angeordnet und mit einer Leitung 14 mit einem Steuergerät 15 der Brennkraftmaschine verbunden. Das Steuergerät 15 ist dazu eingerichtet, eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen.

Im Betrieb der Brennkraftmaschine drehen sich die Kurbelwelle 1 1 und damit auch das Geberrad 10. Der Beginn einer jeden Markierung erzeugt in dem Aufnehmer 13 einen Spannungspuls. Ein zugehöriges Spannungssignal ist in Figur 1 als Diagramm U(t) schematisch dargestellt.

Das Steuergerät 15 wertet das Spannungssignal U(t) aus und bestimmt daraus die Segmentzeiten als Differenzen der Zeiten, zu welchen die Spannungspulse der entsprechenden Markierungen des Geberrads, in diesem Beispiel der Markierung 12a und der Markierung 12e, erfasst wurden. Das Steuergerät 15 führt des Weiteren eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens durch, welche anhand von Figur 2 erläutert wird. In Figur 2 sind dabei Diagramme schematisch dargestellt, die im Zuge einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens bestimmt werden können.

Diagramm 210 beschreibt den ersten Verfahrensschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens und zeigt ein Diagramm von Segmentzeiten s aufgetragen gegen die Zeit t. Diagramm 210 zeigt somit einen zeitlicher Verlauf der erfassten Segmentzeiten. Die Brennkraftmaschine befindet sich dabei in einem Schubbetrieb, in dem bei nicht getrenntem Kraftschluss die Brennkraftmaschine in Drehbewegung gehalten wird. Die Drehzahl nimmt dabei rapide ab, es tritt ein vergleichsweise großer Drehzahlgradient Δη auf. Beispielhaft wird im folgenden Beispiel ein Drehzahlgradient von An = 1500 ^ ^ ^m ^ ⁿ angenommen. Demgemäß vergrößert s

sich der Wert aufeinanderfolgender Segmentzeiten. Wie in Diagramm 210 dargestellt, vergrößern sich die Werte der Segmentzeiten bis s ₅ , die zu den Zeitpunkten t-ι bis t ₅ erfasst werden. Die Segmentzeiten nehmen dabei allerdings nicht linear, sondern in etwa hyperbolisch zu.

Erfindungsgemäß werden die Segmentzeiten daher in Drehzahlwerte n umgerechnet. Dies kann beispielsweise über die Beziehung n=N/s erfolgen, wobei N die Normanzahl der Markierungen des Geberrads ist. Die zu den Zeitpunkten bis t ₅ gehörigen Drehzahlwerte n-ι bis n ₅ , welche aus den Segmentzeiten bis s ₅ bestimmt werden, sind in Diagramm 220 in einem Drehzahl-Zeit-Diagramm dargestellt. In dem nächsten Verfahrensschritt wird nun eine Ausgleichskurve durch die Drehzahlwerte n-ι bis n ₅ gelegt. In diesem speziellen Beispiel geschieht dies durch ein lineares Regressionsverfahren.

In Diagramm 230, welches ein zu Diagramm 220 analoges Drehzahl-Zeit- Diagramm darstellt, ist die Ausgleichskurve als eine Ausgleichsgerade 231 dargestellt. Da der Drehzahlgradient linear verläuft, kann die Ausgleichsgerade 231 mit großer Genauigkeit und geringem Fehler durch die Drehzahlwerte gelegt werden. Darüber hinaus kann mit großer Genauigkeit ein mittlerer Wert der Drehzahl extrapoliert werden. In Diagramm ist ein derartiger extrapolierter Wert für die mittlere Drehzahl n ^* zu einem Zeitpunkt t ^* dargestellt. Der Zeitpunkt t ^* kann dabei ein aktueller Zeitpunkt sein, für welchen der aktuelle Wert der mittleren Drehzahl n ^* bestimmt wird. Der Zeitpunkt t ^* kann auch ein zukünftiger Zeitpunkt sein, für welchen ein zukünftiger Wert der mittleren Drehzahl n ^* abgeschätzt wird. Der Wert der Drehzahl n ^* wird letztendlich wieder in eine Segmentzeit umgerechnet und als mittlere Segmentzeit s ^* =N/n ^* bestimmt.