Beschreibung

Titel Verfahren zur Bestimmung eines Drehzahlwertes

Stand der Technik

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung, ein Computerprogramm und ein Verfah- ren zur Bestimmung eines Drehzahlwertes eines eine Momentdrehzahl einer Welle repräsentierenden Signals, insbesondere eines Signals eines einem Geberrad einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine zugeordneten Gebers.

Bei modernen Brennkraftmaschinen liefert das Drehzahlsignal Informationen von zentraler Be- deutung für die Motorsteuerung, Diagnose sowie Optimierung des Betriebsverhaltens bezüglich verschiedenster Kriterien. Das Drehzahlsignal wird üblicherweise mit Hilfe eines an der Kurbelwelle angebrachten Geberrades gemessen, das eine bestimmte Anzahl an Markierungen durch abwechselndes Anbringen von Zähnen und Zahnlücken sowie üblicherweise eine Geberradlücke aufweist. Die einzelnen Markierungen werden mittels eines Sensors erfasst, so dass Winkelinkremente sowie eine durch eine Geberradlücke oder dergleichen ausgewiesene Nullstellung der Kurbelwelle erkannt werden kann. Durch Messung der verstrichenen Zeit zwischen zwei aufeinander folgenden Markierungen erhält man die so genannten Zahnseiten, die in entsprechende Drehzahlwerte umgerechnet werden.

Schwankungen des Drehzahlsignals entstehen primär durch zwei Einflussgrößen, nämlich das durch Kompression und Verbrennung entstehende Gasdrehmoment sowie die oszillierenden Massen einer Brennkraftmaschine. Die oszillierenden Massen einer Brennkraftmaschine sind insbesondere die Kolben, Kolbenbolzen, Kolbenringpakete und der oszillierende Anteil der Pleuel. Ihr Einfluss auf die Winkelbeschleunigung hängt quadratisch von der Drehzahl ab. In der Regel soll aus einem Drehzahlsignal u.a. Informationen über Verbrennungsmerkmale der

Brennkraftmaschine bzw. einzelner Zylinder der Brennkraftmaschine gewonnen werden. Daher stellt der Einfluss dieser oszillierenden Massen zur Bestimmung der genannten Größen eine Störung dar, die berücksichtigt bzw. kompensiert werden soll.

Aus der DE 44 456 84 sowie der DE 19 941 171 ist es bekannt, das Gasdrehmoment zu berechnen, indem aus der Drehzahl das gesamte Drehmoment der Kurbelwelle zuerst bestimmt wird und dann von diesem das separat berechnete Drehmoment aufgrund der oszillierenden Massen abgezogen wird. Es ist jedoch kein Verfahren bekannt, bei dem der Einfluss oszillie- render Massen direkt auf dem Drehzahlsignal kompensiert wird.

Offenbarung der Erfindung

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den Einfluss oszillierender Massen direkt auf dem Drehzahlsignal zu kompensieren.

Dieses Problem wird gelöst durch ein Verfahren zur Bestimmung eines Drehzahlwertes eines eine Momentandrehzahl einer Welle repräsentierenden Signals, insbesondere eines Signals eines einem Geberrad einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine zugeordneten Gebers, wobei auf das Signal eine Korrekturfunktion, die den Einfluss oszillierender Massen zumindest teilweise kompensiert, angewandt wird. Es wird also unmittelbar das Drehzahlsignal ohne den Umweg einer Momentenberechnung mittels einer Kennlinie oder eines Kennfeldes so umgerechnet bzw. transformiert, dass der Einfluss der oszillierenden Massen in diesem Drehzahlsignal eliminiert wird. Dies ist von Vorteil, da bei vielen Funktionen heutiger Motorsteuerungen Merkmale wie z.B. Verbrennungsmerkmale direkt aus dem Drehzahlsignal berechnet werden, also ohne Umweg über das Drehmoment ermittelt werden. Die Korrekturfunktion kann eine beliebige Funktion sein, mit der das Drehzahlsignal umgerechnet wird. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das Signal aus einem winkeldiskreten Gebersignal ermittelt wird und die Korrekturfunktion winkeldiskret ist, wobei die Diskretisierung des Drehzahlsignals in der Korrekturfunk- tion gleich ist. Unter winkeldiskret wird in diesem Zusammenhang verstanden, dass sowohl das

Drehzahlsignal als auch die Korrekturfunktion zu diskreten Kurbelwellenwinkeln vorliegen. Die Diskretisierung kann auch z.B. eine Interpolation zu Kurbelwellenwinkeln, an denen kein Signal eines Drehzahlgebers vorliegt, bestehen. Die Korrekturfunktion wird vorzugsweise durch eine Simulation der oszillierenden Massen der Brennkraftmaschine ermittelt und in Form einer Zahlenreihe in einem Steuergerät der Brennkraftmaschine abgelegt. Dadurch ist es nicht notwendig, die Korrekturterme online während des Betriebes zu ermitteln. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Korrekturfunktion eine Multiplikation mit einem diskreten winkelabhängigen Korrekturfaktor ist. Der jeweilige Drehzahlwert bzw. Wert der Winkelgeschwindigkeit zu einem diskreten Kurbelwellenwinkel wird also mit einem konstanten und vom Betriebs-

punkt der Brennkraftmaschine unabhängigen Korrekturfaktor multipliziert. Vorzugsweise ist dazu vorgesehen, dass der Korrekturfaktor als winkelabhängige Reihe in einem Speicher eines Steuergerätes abgelegt ist.

Zusätzlich kann vorgesehen sein, dass aus dem transformierten Drehzahlsignal ein Gasdrehmoment der Brennkraftmaschine ermittelt wird. Da das Drehzahlsignal um den Einfluss der oszillierenden Massen kompensiert ist, ist das Drehträgheitsmoment der Kurbelwelle nicht mehr Kurbelwellenwinkel-abhängig sondern konstant. Dadurch kann das Gasdrehmoment unmittelbar aus dem Drehzahlsignal ermittelt werden. Wird das transformierte Drehzahlsignal über ein z.B. aus einem adiabatischen Modell der Brennkraftmaschine ermittelten Kompressionsdrehmomentverlauf integriert, so kann zusätzlich der Einfluss der Kompression eliminiert werden, so dass nur der Anteil des Drehmoments, der aus der Verbrennung während des Arbeitstaktes herrührt, ermittelt werden kann.

Das eingangs genannte Problem wird auch gelöst durch eine Vorrichtung, insbesondere Steuergerät oder Brennkraftmaschine, die zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet ist sowie ein Computerprogramm mit Programmcode zur Durchführung aller Schritte nach einem erfindungsgemäßen Verfahren, wenn das Programm in einem Computer ausgeführt wird.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens;

Fig. 2 ein Diagramm eines Korrekturwertes über den Kurbelwellenwinkel;

Fig. 3 ein Diagramm eines Drehzahlsignals sowie eines um den Korrekturwert der Fig. 2 korrigierten Drehzahlsignals.

Ausführungsform der Erfindung

- A -

Für das nachfolgende Ausführungsbeispiel wird davon ausgegangen, dass eine Momentandrehzahl einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine als Zeitreihe zu diskreten Kurbelwellenwin- keln vorliegt. üblicherweise wird das Drehzahlsignal durch einen zum Beispiel induktiven Geber ermittelt, der mit einem an der Kurbelwelle fest angebrachten Geberrad zusammenwirkt. Das Geberrad weist Markierungen in Form einer Abfolge von Zähnen und Zahnlücken auf, wobei die Zahnteilung üblicherweise 6° beträgt, der Abstand zweier gleichartig orientierten Zahnflanken beträgt also 6° über den Umfangswinkel der Geberscheibe. Derartige Geberscheiben weisen üblicherweise 60-2=58 Zähne auf, wobei eine Geberradlücke durch Weglassen zweier Zähne gebildet wird. Das elektrische Signal des Gebers, das an das Steuergerät übermit- telt wird, ist ein Rechtecksignal, das den geometrischen Verlauf von Zähnen und Zahnlücken auf dem Umfang des Geberrades repräsentiert. Aus dem Signal des Gebers kann eine Momentandrehzahl bzw. eine Momentanwinkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle zu den Kurbelwellenwinkeln, die einer steigenden bzw. fallenden Flanke des elektrischen Signals des Gebers zugeordnet sind, ermittelt werden. Das Drehzahlsignal liegt also als winkeldiskrete Reihe zu defϊ- nierten Kurbelwellenwinkeln vor.

Das winkeldiskrete Signal des dem Geberrad der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine zugeordneten Gebers wird nun um den Einfluss oszillierender Massen der Kurbelwelle korrigiert, indem das winkeldiskrete Signal mit einem winkelabhängigen Korrekturwert K multipliziert wird. Oszillierende Massen der Kurbelwelle sind die Kolben der Brennkraftmaschine sowie anteilig die Pleuelstangen zwischen Kurbelwelle und dem Kolben. Der Korrekturwert K wird winkelabhängig zu den Kurbelwellenwinkeln bestimmt, zu denen jeweils eine Momentandrehzahl vorliegt, dies sind bei im Stand der Technik gebräuchlichen Kombinationen von Geberrad und Geber sowie nachfolgender Signalauswertung die einer der Zahnflanken des Geberrades zugeordneten Kurbelwellenwinkel, also beispielsweise Kurbelwellenwinkel von 3, 9, 15, 21 usf. Grad Kurbelwelle. Der Korrekturwert K wird mit Hilfe eines Modells der Brennkraftmaschine, die Brennkraftmaschinenparameter wie oszillierende und rotierende Massenanteile sowie die Motorgeometrie berücksichtigt, einmal offline berechnet und in einem Speicher eines Steuergerätes der Brennkraftmaschine abgelegt. Die Kurbelwellenwinkel-abhängigen Korrek- turwerte K (Cp ₁ ) werden vorteilhaft periodisch über eine Periode von 2π bzw. 360° ermittelt. E- benso ist es aber auch möglich, die Korrekturwerte über ein komplettes Arbeitsspiel der Brennkraftmaschine, sprich 4π oder 720° zu ermitteln. Es gilt also K(Cp ₁ ) = K(cpj+2π) bzw. K(Cp ₁ ) = K( _φl +4π).

Fig. 2 zeigt am Blockdiagramm des Verfahrens zur Korrektur der gemessenen Drehzahlwerte φ _meM (ψ _; ) . In einem ersten Schritt 1 wird ein Momentanwert zu einem Kurbelwellenwinkel Cp ₁ der gemessenen Wert der Winkelgeschwindigkeit φ _mess (φ _; ) ermittelt. Das nachfolgende Aus- führungsbeispiel ist dargestellt für Winkelgeschwindigkeiten φ , für Drehzahlen n ist die Formulierung durch die Beziehung φ = 2%n bis auf den konstanten Faktor 2π identisch. In einem anschließenden Schritt 2 wird für den Kurbelwellenwinkel φi, zu dem der gemessenen Winkelgeschwindigkeit φ _mess (ψ _; ) vorliegt, der Korrekturwert K(Cp ₁ ) ermittelt. In einem Schritt 4 wird die gemessene Winkelgeschwindigkeit φ _mess (φ _; ) multipliziert mit dem Korrekturwert K(Cp ₁ ), wobei man einen korrigierten Wert der Winkelgeschwindigkeit (p _kor (φ _; ) in Schritt 3 erhält. Die

Werte K(Cp ₁ ) sind in einem Speicher des Steuergerätes abgelegt, so dass diese nur ausgelesen und nicht Online berechnet werden müssen.

Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Werte des Korrekturfaktors K über den Kurbelwel- lenwinkel φ. Die Korrekturwerte K(Cp ₁ ) an diskreten Stützstellen, die den Zahnseiten des Geberrades zugeordnet sind, vorliegen, können aber auch zu Zwischenwerten vorliegen, wobei die Drehzahl bzw. Winkelgeschwindigkeitswerte zwischen den durch die Zahnteilung bestimmten Kurbelwellenwinkeln φ interpoliert werden. Ein Korrekturwert von 1 bedeutet, dass das gemessene Drehzahlsignal (p _mess (ψ _; ) mit dem Faktor 1 multipliziert wird, also unverändert erhalten bleibt.

Fig. 3 zeigt als gestrichelte Kurve den gemessenen Wert der Winkelgeschwindigkeit φ _mess (φj und als durchgezogene Kurve den korrigierten Wert der Winkelgeschwindigkeit

φ _f o _r (ψ _: ) fö ^r ^e Dauer eines Arbeitsspieles zwischen cp =0° Kurbelwellenwinkel und cp =720° Kurbelwellenwinkel. Auf der Abszisse der Fig. 3 ist der Index der Drehzahlmesswerte dargestellt. Wie zuvor erläutert liegen die Drehzahlmesswerte zu konkreten Stützstellen zum Beispiel cp =3°, 9°, 15° usw., also mit einem Inkrement von 6° vor. Ein Index von 40 bedeutet hier also einen Kurbelwellenwinkel von cp ₀ + 40 x 6°, bei einem cp ₀ von 3° wie in der zuvor als Beispiel genannten Reihe von 3°, 9° etc. entspricht der Index 40 also einem Kurbelwellenwinkel von

243°. Wie aus Fig. 3 zu erkennen ist, weicht der gemessene Drehzahlwert von dem korrigierten Drehzahlwert ab.