DE102004015037A1

DE102004015037A1 - Verfahren zur Bestimmung der Drehwinkelstellung einer Welle

Info

Publication number: DE102004015037A1
Application number: DE102004015037A
Authority: DE
Inventors: Uwe Kassner
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2004-03-26
Filing date: 2004-03-26
Publication date: 2005-10-13
Also published as: FR2868157A1; ITMI20050478A1; US7133764B2; CN1721856A; US20050216177A1; CN100565209C

Abstract

Verfahren zur Bestimmung der Drehwinkelstellung einer Welle (12) eines Verbrennungsmotors (10), insbesondere einer Kurbelwelle (14), wobei Informationen mindestens zu Inkrementdrehwinkeln der Welle (12) und Laufzeiten zu jedem Inkrementdrehwinkel erfasst und zumindest temporär gespeichert werden, wobei bei einem Ausbleiben von Informationen zu Inkrementdrehwinkeln die Drehwinkelstellung anhand von Informationen zu zuvor bereits gespeicherten Inkrementdrehwinkeln und Laufzeiten bestimmt wird. Ferner wird die Verwendung eines Doppel-Hallsensors (32) zur Informationserfassung bei der Durchführung eines genannten Verfahrens, eine Vorrichtung (16) zur Bestimmung der Drehwinkelstellung einer Welle (12) eines Verbrennungsmotors (10) sowie eine Start-Stopp-Automatik (34) für ein Kraftfahrzeug aufgezeigt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Drehwinkelstellung einer Welle eines Verbrennungsmotors, insbesondere einer Kurbelwelle, wobei Informationen mindestens zu Inkrementdrehwinkeln der Welle und Laufzeiten zu jedem Inkrementdrehwinkel erfasst und zumindest temporär gespeichert werden. Ferner betrifft die Erfindung die Verwendung eines Doppel-Hall-Sensors, eine Vorrichtung zur Bestimmung der Drehwinkelstellung einer Welle sowie eine Start-Stopp-Automatik für ein Kraftfahrzeug.

Verfahren zur Bestimmung der Drehwinkelstellung einer Welle eines Verbrennungsmotors sind bekannt. Insbesondere bei einer Kurbelwelle ist die Bestimmung der Drehwinkelstellung von großer Bedeutung, da wichtige Abläufe beim Betrieb des Verbrennungsmotors, zum Beispiel Einspritzung des Kraftstoffs oder Erzeugung eines Zündfunken, üblicherweise für jeden Zylinder einzeln in Abhängigkeit vom Kurbelwellenwinkel gesteuert werden. Zur Bestimmung des Drehwinkels ist es beispielsweise bekannt, inkrementale Geber an Kurbel- und/oder Nockenwelle anzuordnen. Dabei handelt es sich üblicherweise um Geberscheiben beziehungsweise Geberräder mit Inkrementmarken, die im Zusammenspiel mit einem ortsfest zum Motorblock angeordneten Sensor die Bestimmung der Drehwinkel stellung der Kurbelwelle ermöglichen. Die Inkrementmarken auf der Geberscheibe werden dabei oftmals als eine Abfolge von Zähnen und Zahnzwischenräumen ausgebildet und die Wechsel zwischen Zahn und Zahnzwischenraum beziehungsweise Zahnzwischenraum und Zahn, also die Zahnflanken, werden von einem Sensor erfasst. Bekannt ist dabei auch durch Weglassen mindestens eines Zahns einen vergrößerten Zahnzwischenraum, eine sogenannte Lücke, zu schaffen, anhand derer bei drehendem Motor der Absolutwinkel der Welle ermittelt werden kann.

Die Kenntnis der Drehwinkelstellung kann auch zur Verbesserung beim Wiederstart des Verbrennungsmotors vorteilhaft eingesetzt werden. Ist die Drehwinkelstellung bereits unmittelbar beim Start des Motors bekannt -und nicht erst nach einer Bestimmung des Absolutwinkels anhand der Lücke-, so lässt sich der Wiederstart des Motors wesentlich beschleunigen, mit positiver Wirkung auf Komfort und Abgasemissionen. Insbesondere bei Kraftfahrzeugen mit einer Start-Stopp-Automatik sind optimale Wiederstarts des Motors von großer Bedeutung. Eine Start-Stopp-Automatik wird üblicherweise zur Kraftstoffersparnis eingesetzt, wobei der Verbrennungsmotor abgeschaltet wird, wenn keine Leistungsanforderung vorliegt (zum Beispiel beim Ausrollen oder beim Anhalten) und der Motor automatisch wieder eingeschaltet wird, wenn der Motor Leistung abgeben soll (zum Beispiel bei einem Wiederanfahren). Da hier regelmäßig ein Wiederstart des Motors erfolgt, hat die genaue Kenntnis der Drehwinkelstellung einen erheblichen Vorteil bei der Betriebsführung des Verbrennungsmotors.

Bei der Bestimmung der Drehwinkelstellung kommt erschwerend hinzu, dass üblicherweise beim Motorabstellen ein Pendeln des Motors auftritt, das heißt abwechselnde Bewegungen in beide Drehrichtungen bis zum Stillstand des Motors. Dieses Pendeln entsteht in erster Linie dann, wenn die Trägheit des Motors nicht mehr ausreicht, um den Kolben in einem Zylinder gegen den sich dort aufbau enden Druck über den oberen Totpunkt zu bewegen. Der Druck im Zylinder drückt den Kolben zurück, sodass sich die Drehrichtung des Motors ändert, bis sich in einem anderen Zylinder ein Gegendruck aufgebaut hat, der erneut die Drehrichtung ändert oder aber der Motor endgültig zum Stillstand kommt. Einfache Geber an der Kurbelwelle können die Drehrichtung nicht erfassen und daher auch nicht eine Pendelbewegung des Motors detektieren.

Zur Lösung wird im Stand der Technik, zum Beispiel in der DE 199 00 641 , ein Absolutwinkelsensor an der Nockenwelle vorgeschlagen, mit dem zu jedem Zeitpunkt auf die absolute Position der Kurbelwelle geschlossen werden kann. Nachteilig dabei sind jedoch die höheren Kosten und die erhöhte Anforderung an den Bauraum, sowie die komplexe Signalverarbeitung. Zudem können sich durch Toleranzen im Zahnriemen Abweichungen zwischen der anhand der Nockenwellenposition erwarteten Kurbelwellenposition und der tatsächlichen Kurbelwellenposition ergeben. Eine weitere Lösung stellt die Anordnung von zwei Gebern dar, die um eine Winkeldifferenz von einem „Vielfachen eines Zahns plus einem halben Zahn" versetzt sind. Nachteilig sind jedoch der zusätzlich benötigte Bauraum, die Kosten für die Integration des zweiten Gebers, sowie die erforderlichen engen Toleranzen zwischen den zwei Gebern und dem Geberrad.

Gemeinsam ist den Systemen gemäß dem Stand der Technik, dass sie die Drehwinkelstellung nur anhand der Detektion von Zahnflanken ermitteln können. Dies ist insbesondere nachteilhaft, wenn beim Abbremsen des Motors der Sensor zwar den Beginn der genannten Lücke erfasst, der Motor aber zum Stillstand kommt, bevor die Lücke durchlaufen wurde. Daher besteht nun Unsicherheit darüber, wie weit die Lücke durchlaufen wurde, also welche Drehwinkelstellung die Welle zuletzt eingenommen hat.

Vorteile der Erfindung

Die Erfindung bildet das Verfahren zur Bestimmung der Drehwinkelstellung gemäß dem Stand der Technik dahingehend weiter, dass bei einem Ausbleiben von Informationen zu Inkrementdrehwinkeln die Drehwinkelstellung anhand von Informationen zu zuvor bereits gespeicherten Inkrementdrehwinkeln und Laufzeiten bestimmt wird. Zunächst werden beim Betrieb des Verbrennungsmotors die Inkrementdrehwinkel der Welle und die Laufzeiten zu jedem Inkrementdrehwinkel erfasst. Inkrementdrehwinkel bedeutet dabei, dass aus einem definierten Signal beziehungsweise einer definierten Signalfolge, auf eine Drehung der Welle um einen bestimmten relativen Drehwinkel geschlossen werden kann. Wird beispielsweise ein Geberrad mit Zähnen und entsprechenden Zahnzwischenräumen eingesetzt, sowie eine Auswerteeinrichtung, die die einzelnen Zahnflanken erfasst, so bedeutet jedes Signal, dass die Welle sich um einen Inkrementdrehwinkel gedreht hat, der dem Winkel eines Zahns beziehungsweise eines Zahnzwischenraums entspricht. Des Weiteren wird ermittelt, in welcher Zeit der Inkrementdrehwinkel durchlaufen wurde. Diese Laufzeit wird üblicherweise als Differenz zwischen zwei Signalen ermittelt, also vom Ende eines durchlaufenen Inkrementdrehwinkels bis zum Ende des darauffolgenden Inkrementdrehwinkels. Diese Messungen der Laufzeiten können beispielsweise zur Ermittlung der Lücke herangezogen werden: Tritt in einer regelmäßigen Abfolge von nahezu gleichen Laufzeiten eine deutlich verlängerte Laufzeit auf, so erlaubt dies den Rückschluss, dass die Lücke des Geberrads an der Sensoreinrichtung vorbeigelaufen ist. Da Anfang und Ende der Lücke einem festen Absolutwinkel zugeordnet sind, erlaubt die Erkennung der Lücke einen Rückschluss auf die absolute Drehwinkelstellung der Welle. Die Informationen mindestens zu Inkrementdrehwinkeln der Welle und den zugehörigen Laufzeiten werden zumindest temporär gespeichert.

Wird der Motor bis zum Stillstand abgebremst, so tritt stets der Zustand ein, dass das Geberrad mit einem Zahn, mit einem Zahnzwischenraum oder mit der Lücke dem Sensor gegenüber stehen bleibt.

Der Sensor hat also das Erreichen eines Zahns beziehungsweise das Eintreten in einen Zahnzwischenraum/die Lücke erfasst aber nicht das Verlassen des Zahns beziehungsweise des Zahnzwischenraums/der Lücke. Es besteht demnach Unsicherheit darüber, wo das Geberrad und damit die Kurbelwelle zum Stillstand gekommen ist. Insbesondere bei einem Stillstand in der Lücke ergibt sich ein großer Bereich möglicher Drehwinkelstellungen.

Die Genauigkeit der Drehwinkelstellung kann nun dadurch verbessert werden, dass die Drehwinkelstellung anhand von Informationen zu zuvor bereits gespeicherten Inkrementdrehwinkeln und Laufzeiten bestimmt wird. Da es sich bei der Drehung der Welle, auch wenn während dieser Drehung eine Drehrichtungsänderung auftritt, um eine stetige Bewegung handelt, erlauben die zuletzt zur Drehbewegung der Welle ermittelten Informationen eine Bestimmung der von der Welle beim Stillstand eingenommen Drehwinkelstellung. In Abhängigkeit davon, welches Verfahren zu dieser Bestimmung herangezogen wird und wie genau die Charakteristik der Wellendrehbewegung, insbesondere während eines Abbremsvorgangs des Verbrennungsmotors, bekannt ist, kann die Drehwinkelstellung im Stillstand berechnet oder abgeschätzt werden.

Der Inkrementdrehwinkel soll im Rahmen dieser Anmeldung als vorzeichenbehaftete Größe verstanden werden, das heißt der Betrag des Inkrementdrehwinkels gibt an, um welchen Winkel sich die Kurbelwelle gedreht hat und das Vorzeichen des Inkrementdrehwinkels beinhaltet die Information, in welche Drehrichtung – im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn – stattgefunden hat. Grundsätzlich ist es aber auch möglich, Inkrementdrehwinkel ohne eine darin enthaltene Drehrichtungsinformation zu verarbeiten.

Vorteilhafterweise wird bei einem Ausbleiben von Informationen zu Inkrementdrehwinkeln die Drehwinkelstellung anhand einer Extrapolation bestimmt. Dem liegt die Erkenntnis zugrunde, dass das Abklin gen der Motorbewegung, und damit der Drehbewegung der Welle, mittels einer mathematischen Funktion beschrieben beziehungsweise angenähert werden kann. Unter Zugrundelegung einer für das Abklingen angenommenen Funktion und Stützwerten, die aus den zuvor bereits ermittelten Inkrementdrehwinkeln und Laufzeiten gewählt werden, lässt sich somit die weitere Drehbewegung der Welle berechnen beziehungsweise abschätzen. Im einfachsten Fall kann ein linearer funktionaler Zusammenhang angenommen werden, aber es können auch beliebige andere funktionale Zusammenhänge verwendet werden, zum Beispiel logarithmische oder auf Basis eines Polynoms. Als Stützwerte werden üblicherweise die letzten zwei oder drei gespeicherten Informationen zu Inkrementdrehwinkeln und Laufzeiten herangezogen. Es können aber auch mehr Werte bei der Extrapolation berücksichtigt werden, gegebenenfalls auch nicht direkt aufeinander folgende Werte.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Bestimmung der Drehwinkelstellung einer Welle im Normalbetrieb und/oder beim Abbremsen der Welle bis zum Stillstand durchgeführt. Das Verfahren kann sowohl im Normalbetrieb des Verbrennungsmotors eingesetzt werden, um die Drehwinkelstellung der Welle zwischen zwei Zahnflankensignalen zu bestimmen. Es kann ebenso bei einem Abbremsvorgang der Welle eingesetzt werden, sowie – wie zuvor bereits beschrieben – um die Ruheposition der Welle zu ermitteln, nachdem das letzte Zahnflankensignal vor dem Stillstand empfangen wurde.

Mit Vorteil wird aus jeder Information über einen Inkrementdrehwinkel und der ihm zugeordneten Laufzeit eine Winkelgeschwindigkeit berechnet. Werden entsprechende Winkelgeschwindigkeiten berechnet, so lässt sich das Abbremsen der Welle durch einen Vergleich von – üblicherweise direkt aufeinander folgenden – Winkelgeschwindigkeiten ermitteln. Liegt ermittelten Laufzeiten jeweils der gleiche Inkrementdrehwinkel zugrunde, so führt auch ein Vergleich der Laufzeiten zu einer Aussage über den Abbremsvorgang. Alternativ können Informationen miteinander verglichen werden, indem eine Laufzeit je konstant gewähltem Winkel berechnet wird.

Es ist vorteilhaft, wenn aus dem Quotienten zweier berechneter Winkelgeschwindigkeiten ein Dämpfungsmaß für das Abbremsen der Welle ermittelt wird. Damit lässt sich das Maß bestimmen, in dem sich die Drehbewegung der Welle verlangsamt.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform werden bei der Bestimmung der Drehwinkelstellung experimentell ermittelte Messwerte zum Betriebsverhalten der Welle berücksichtigt. Da das Abklingen der Drehbewegung der Welle beim Abstellen des Verbrennungsmotors in der realen Anwendung von vielen Parametern abhängt, die anhand von theoretischen Überlegungen allein schwer zu bestimmen beziehungsweise abzuschätzen sind, kann die vorgeschlagene Bestimmung der Drehwinkelstellung durch Einbeziehung experimentell ermittelter Messwerte verbessert werden. So können beispielsweise die Betriebstemperatur des Verbrennungsmotors oder die Drehwinkelstellung der Welle zu der der Verbrennungsmotor abgeschaltet wird, den tatsächlichen Abbremsvorgang der Welle beeinflussen. Diese Einflüsse können bei Kenntnis experimentell ermittelter Messwerte berücksichtigt werden und so die Güte der Bestimmung der Drehwinkelstellung verbessern.

Vorteilhafterweise sind die Messwerte Dämpfungswerte, die den Abbremsvorgang der Welle zum Ende des aktiven Betriebs des Verbrennungsmotors charakterisieren. Da die Charakteristik der Dämpfung, die beim Abbremsen der Welle entsteht, einen maßgeblichen Einfluss auf die Enddrehwinkelstellung hat, erreicht man bei Berücksichtigung experimentell ermittelter Dämpfungswerte erhebliche Verbesserungen bei der Bestimmung der Drehwinkelstellung.

Mit Vorteil wird für die Drehwinkelstellung mindestens einmal ein absoluter Wert ermittelt. Auf dieser Grundlage werden dann die Inkrementdrehwinkel drehrichtungsabhängig addiert oder subtrahiert. Vorteilhafterweise findet die Bestimmung eines absoluten Werts für die Drehwinkelstellung in regelmäßigen Abständen, insbesondere einmal je Umdrehung der Welle, statt.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung werden die Inkrementdrehwinkel mittels einer Sensoranordnung an einer mit der Welle verbundenen Geberscheibe erfasst. Diese Art der Erfassung ist preiswert und einfach realisierbar. Die Geberscheiben beziehungsweise Geberräder sind aus dem Stand der Technik in vielen Ausführungsformen bekannt und sollen daher nicht näher erläutert werden. Es sei lediglich darauf hingewiesen, dass ein Geberrad mit – in Umfangsrichtung gesehen – gleich großen Zähnen und Zahnzwischenräumen vorteilhaft ist, insbesondere wenn durch Weglassen mindestens eines Zahns, vorzugsweise von zwei Zähnen, eine Lücke zur Absolutdrehwinkelbestimmung vorhanden ist.

Die Erfindung betrifft ferner die Verwendung eines Doppel-Hallsensors zur Informationserfassung bei der Durchführung eines zuvor beschriebenen Verfahrens. Auf einem derartigen Sensor sind üblicherweise zwei Hall-Elemente nebeneinander angeordnet. Da die beiden Elemente sehr präzise zueinander ausgerichtet sind, bedingt durch den Herstellungsprozess, lässt sich eine sehr hohe Genauigkeit erzielen, bei der die Toleranz der mechanischen Zahnflanken zueinander bedeutungslos wird. Zudem ergibt sich eine Kostenersparnis gegenüber getrennt realisierten Sensoren. Mittels eines solchen Doppel-Hallsensors lassen sich Informationen zu Inkrementdrehwinkeln einschließlich einer Information über die Drehrichtung leicht erfassen.

Die Erfindung befasst sich zudem mit einer Vorrichtung zur Bestimmung der Drehwinkelstellung einer Welle eines Verbrennungsmo tors, insbesondere einer Kurbelwelle, mit mindestens einem Informationen mindestens zu Inkrementdrehwinkeln der Welle und Laufzeiten zu jedem Inkrementdrehwinkel erfassenden Sensor und einem die Inkrementdrehwinkel und Laufzeiten zumindest temporär speichernden Speicher, mit einer im Falle eines Ausbleibens von Informationen zu Inkrementdrehwinkeln aktivierbaren oder sich selbsttätig aktivierenden und aus zuvor bereits gespeicherten Inkrementdrehwinkeln und Laufzeiten eine Drehwinkelstellung errechnenden Logikschaltung.

Schließlich betrifft die Erfindung eine Start-Stopp-Automatik für ein Kraftfahrzeug mit einer Welle eines Verbrennungsmotors, insbesondere einer Kurbelwelle wobei die Drehwinkelstellung mit einem zuvor beschriebenen Verfahren und/oder mittels einer zuvor beschriebenen Vorrichtung bestimmt wird.

Zeichnungen
Die Erfindung wird nun anhand der folgenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 ein Ausführungsbeispiel einer Einrichtung zur Bestimmung der Drehwinkelstellung einer Welle eines Verbrennungsmotors,
2 ein Ausführungsbeispiel eines Geberrads für die Bestimmung der Drehwinkelstellung,
3 ein Ablaufdiagramm für ein Verfahren zur Verarbeitung der Zahnflankensignale,
4 ein Ablaufdiagramm für ein Verfahren zur Verarbeitung einer Lücke des Geberrads, und
5 ein Ablaufdiagramm für ein verbessertes Verfahren zur korrekten Verarbeitung der Lücke eines Geberrads unter Berücksichtigung einer Drehrichtungsänderung.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
1 zeigt symbolisch einen Verbrennungsmotor 10 mit einer Welle 12, hier ausgebildet als Kurbelwelle 14. Dem Verbrennungsmotor 10 ist eine Vorrichtung 16 zur Bestimmung der Drehwinkelstellung der Kurbelwelle 14 zugeordnet, aufweisend ein Geberrad 18, einen Sensor 20, eine Auswerteeinrichtung 22, einen Speicher 23 und eine Logikschaltung 24. Das Geberrad 18 ist drehfest mit der Kurbelwelle 14 verbunden, sodass es beim Betrieb des Verbrennungsmotors 10 relativ zum Verbrennungsmotor 10 rotiert. Am Umfang des Geberrads 18 sind Zähne 26 mit einer Winkelbreite von 3° angeordnet, wobei zwei Zähne durch einen Zwischenraum mit einer Winkelbreite von 3° voneinander getrennt sind. In einem Abschnitt des Umfangs sind zwei benachbarte Zähne 26 nicht ausgebildet, um einen vergrößerten Zahnzwischenraum, nämlich die Lücke L, zu bilden. An jedem Übergang zwischen einem Zahn 26 und einem Zahnzwischenraum 28, beziehungsweise der Lücke L, ist eine Zahnflanke 30 ausgebildet.
Der Sensor 20 ist als Doppel-Hallsensor 32 ausgeführt und ist ortsfest zum Verbrennungsmotor 10 angeordnet. Der Sensor 20 erfasst die Abfolge der vorbeilaufenden Zähne 26 und Zahnzwischenräume 28 beziehungsweise Lücke L und generiert ein vorzeichenbehaftetes Inkrementdrehwinkelsignal. Die Drehrichtung ist bei diesem Ausführungsbeispiel derart enthalten, dass bei einer Drehrichtung des Geberrads 18 im Uhrzeigersinn positive Inkrementdrehwinkel und bei einer Drehung gegen den Uhrzeigersinn negative Inkrementdrehwinkel signalisiert werden. Die Signale des Sensors 20 werden an die Auswerteeinrichtung 22 weitergeleitet. Hier wird anhand der eingehenden Signale die Drehwinkelstellung der Welle 12 bestimmt. Die so ermittelten Drehwinkelstellungen werden an den Ausgang A weitergeleitet, wo die Drehwinkelstellung beispielsweise von einer Motorsteuerung des Verbrennungsmotors 10 abgefragt werden kann. Gleichzeitig leitet die Auswerteeinrichtung 22 Informationen zu Inkrementdrehwinkeln und der dazugehörigen Laufzeiten an den Speicher 23 weiter. Hier werden die Informationen chronologisch gespeichert, wobei es ausreichend ist nur eine bestimmte Anzahl der zuletzt ermittelten Informationen zu speichern. Dies kann beispielsweise mittels eines Ringspeichers realisiert werden, der eine bestimmte Anzahl von Speicherstellen aufweist, wobei in kontinuierlicher Reihenfolge stets die älteste Information von der aktuellsten Information überschrieben wird.
Bleiben Informationen zu Inkrementdrehwinkeln und Laufzeiten aus, so wird die Logikschaltung 24 aktiviert, die auf den Speicher 23 zugreift und auf der Grundlage der zuletzt von der Auswerteeinrichtung 22 ermittelten Drehwinkelstellung durch eine Extrapolation der zuletzt ermittelten Informationen die mutmaßliche Drehwinkelstellung der Welle 12 bestimmt. Damit ist eine Information über die Drehwinkelstellung der Welle 12 sichergestellt, auch wenn die Auswerteeinrichtung 22 keine aktualisierte Drehwinkelstellung ermitteln kann. In diesem Ausführungsbeispiel wertet die Logikschaltung 24 die drei zuletzt ermittelten Zahnzeiten t1, t2 und t3 aus, also die Zeiten, die zwischen der Detektion der Zahnflanken 30 liegen. Aus diesen Werten werden zwei Quotienten bestimmt: k1 = t1/t2 und k2 = t2/t3. In der Logikschaltung 24 ist zudem mindestens eine Wertetabelle mit experimentell ermittelten Messwerten hinterlegt, die einen Aufschluss darüber gibt, welcher Differenzdrehwinkel – also der Winkel, der zwischen der zuletzt sicher bestimmten Drehwinkelstellung und der aktuell vorliegenden Drehwinkelstellung liegt – in Abhängigkeit von den Dämpfungswerten k1 und k2 zu erwarten ist. Damit lässt sich die mutmaßliche Drehwinkelstellung der Welle 12 genau bestimmen beziehungsweise berechnen.
In der 1 ist mit gestrichelten Linien eine Start-Stopp-Automatik 34 für ein Kraftfahrzeug mit dem Verbrennungsmotor 10 angedeutet, die mit dem Verbrennungsmotor 10, bzw. dessen Motorelektronik, verbunden ist und von der Vorrichtung 16 Werte der Drehwinkelstellung der Kurbelwelle 14 erhält. Anhand der genauen Werte zur Drehwinkelstellung lässt sich der Verbrennungsmotor 10 im Start-Stopp-Betrieb komfortabel und emissionsarm starten.
2 zeigt einen Ausschnitt des Geberrads 18, um zu verdeutlichen, dass aufgrund der Lücke L und den einzelnen Zähnen 26 beziehungsweise den Zahnflanken 30 ein Absolutwinkel der Drehwinkelstellung zugeordnet werden kann.
3 zeigt ein Ablaufdiagramm für ein Verfahren zur Verarbeitung der Zahnflankensignale. Schritt 50 stellt den Beginn des Ablaufs dar, wenn der Sensor 20 eine Zahnflanke 30 detektiert hat. Zunächst wird in Schritt 51 geprüft, ob sich der Sensor 20 über der Lücke L befindet. Ist dies der Fall (Abzweig J), werden alle nachfolgend beschriebenen Schritte übersprungen, da die korrekte Behandlung der Lücke L in einem gesonderten Verfahren berücksichtigt werden muss. Befindet sich die Lücke L nicht beim Sensor 20, so wird in Schritt 52 die Drehrichtung des Geberrads 18 ausgewertet. Dreht sich das Geberrad 18 gegen den Uhrzeigersinn (Linksdrehung) (Abzweig J), so wird ein positiver Inkrementdrehwinkel entsprechend der Breite eines Zahns 26 beziehungsweise eines Zahnzwischenraums 28, also 3°, festgestellt, während bei einer Drehung im Uhrzeigersinn (Abzweig N) ein negativer Inkrementdrehwinkel festgestellt wird, dessen Betrag wiederum 3° ist. In Schritt 55 wird der ermittelte Inkrementdrehwinkel zur zuletzt ermittelten absoluten Drehwinkelstellung addiert. Mit Schritt 56 endet das Verfahren. Es sei darauf hingewiesen, dass zu einer berechneten Drehwinkelstellung von größer 360° ein Wert von 360° abgezogen wird und bei einer Drehwinkelstellung von kleiner 0° ein Wert von 360° addiert wird.
4 zeigt ein Ablaufdiagramm für ein Verfahren zur Verarbeitung einer Lücke des Geberrads 18. Schritt 60 symbolisiert den Beginn des Verfahrens. In Schritt 61 wird zunächst geprüft, ob eine Lücke L erkannt wurde. Dies geschieht nach einem aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zur Lückenbestimmung, zum Beispiel durch Vergleich von drei aufeinander folgenden Zahnzeiten. Erst wenn eine Lücke erkannt wurde (Abzweig J), fährt das Verfahren mit Schritt 62 fort. Liegt dort eine Linksdrehung vor (Abzweig J) so wird der absolute Winkel nach dem Erkennen der zweiten fallenden Zahnflanke auf 0° gesetzt, während bei einer Rechtsdrehung (Abzweig N) der Absolutwinkel bei der zweiten steigenden Flanke auf 330° gesetzt wird. Nachdem der Absolutwinkel gesetzt wurde, endet das Verfahren mit Schritt 65, kann bei Bedarf aber unmittelbar erneut gestartet werden.
5 zeigt ein Ablaufdiagramm für ein verbessertes Verfahren zur korrekten Verarbeitung der Lücke L eines Geberrads 18, insbesondere des in den 1 und 2 gezeigten Geberrads 18, unter Berücksichtigung einer Drehrichtungsänderung. Der Start des Verfahrens ist durch den Schritt 70 repräsentiert. Im Schritt 71 wird geprüft, ob ein Anfang der Lücke L detektiert wurde. Ist dies nicht der Fall (Abzweig N), wird das Verfahren nicht fortgesetzt. Wird ein Anfang der Lücke L erkannt (Abzweig J), wird in Schritt 72 die bei Lückeneintritt ermittelte Drehrichtung in einer ersten Variablen gespeichert. Daraufhin wird in Schritt 73 geprüft, ob das Ende der Lücke L erreicht wurde. Ist dies nicht der Fall (Abzweig N), wird der folgende Schritt noch nicht eingeleitet. Wurde das Ende der Lücke L erkannt (Abzweig J), wird die bei Lückenaustritt ermittelte Drehrichtung ermittelt und in einer zweiten Variablen gespeichert. In Schritt 74 wird dann geprüft, ob erste und zweite Variable übereinstimmen, das heißt, ob die bei Lückeneintritt und die bei Lückenaustritt ermittelten Drehrichtungen gleich sind. Ist dies der Fall, so hat keine Drehrichtungsumkehr innerhalb der Lücke L stattgefunden, sodass die zuvor beschriebene Lückenerkennung ordnungsgemäß arbeiten kann. Hat hingegen eine Drehrichtungsumkehr stattgefunden (Abzweig J), so ist es nun erforderlich bei Lückenaustritt den korrekten absoluten Winkel zu setzen. Dafür wird zunächst in Schritt 75 geprüft, ob bei Lückenaustritt eine Drehung gegen den Uhrzeigersinn vorlag. Ist dies der Fall (Abzweig J), erlaubt dies den Rückschluss, dass der Lückenaustritt bei 351 ° erfolgt ist. Dementsprechend wird in Schritt 76 der absolute Wert auf 351 ° gesetzt. Lag eine Rechtsdrehung vor (Abzweig N), muss das Ende der Lücke L bei 336° gelegen haben, sodass in Schritt 77 der absolute Winkel entsprechend gesetzt wird. Das Verfahren endet mit Schritt 78.

Claims

Verfahren zur Bestimmung der Drehwinkelstellung einer Welle (12) eines Verbrennungsmotors (10), insbesondere einer Kurbelwelle (14), wobei Informationen mindestens zu Inkrementdrehwinkeln der Welle (12) und Laufzeiten zu jedem Inkrementdrehwinkel erfasst und zumindest temporär gespeichert werden, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Ausbleiben von Informationen zu Inkrementdrehwinkeln die Drehwinkelstellung anhand von Informationen zu zuvor bereits gespeicherten Inkrementdrehwinkeln und Laufzeiten bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Ausbleiben von Informationen zu Inkrementdrehwinkeln die Drehwinkelstellung anhand einer Extrapolation bestimmt wird
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung der Drehwinkelstellung einer Welle (12) im Normalbetrieb und/oder beim Abbremsen der Welle (12) bis zum Stillstand durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aus jeder Information über einen Inkrementdrehwinkel und der ihm zugeordneten Laufzeit eine Winkelgeschwindigkeit berechnet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Quotienten zweier berechneter Winkelgeschwindigkeiten ein Dämpfungsmaß für das Abbremsen der Welle ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Bestimmung der Drehwinkelstellung experimentell ermittelte Messwerte zum Betriebsverhalten der Welle (12) berücksichtigt werden.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Messwerte Dämpfungswerte sind, die den Abbremsvorgang der Welle (12) zum Ende des aktiven Betriebs des Verbrennungsmotors (10) charakterisieren.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die Drehwinkelstellung mindestens einmal ein absoluter Wert ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Inkrementdrehwinkel mittels einer Sensoranordnung (20) an einer mit der Welle (12) verbundenen Geberscheibe (18) erfasst werden.
Verwendung eines Doppel-Hallsensors (32) zur Informationserfassung bei der Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Vorrichtung (16) zur Bestimmung der Drehwinkelstellung einer Welle (12) eines Verbrennungsmotors (10), insbesondere einer Kurbelwelle (14), mit mindestens einem Informationen mindestens zu Inkrementdrehwinkeln der Welle (12) und Laufzeiten zu jedem Inkrementdrehwinkel erfassenden Sensor (20) und einem die Inkrementdrehwinkel und Laufzeiten zumindest temporär speichernden Speicher (23), gekennzeichnet durch eine im Falle eines Ausbleibens von Informationen zu Inkrementdrehwinkeln aktivierbare oder sich selbsttätig aktivierende und aus zuvor bereits gespeicherten Inkrementdrehwinkeln und Laufzeiten eine Drehwinkelstellung errechnende Logikschaltung (24).
Start-Stopp-Automatik (34) für ein Kraftfahrzeug mit einer Welle (12) eines Verbrennungsmotors (10), insbesondere einer Kurbelwelle (14), dadurch gekennzeichnet, dass die Drehwinkelstellung mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 und/oder mittels einer Vorrichtung (16) nach Anspruch 11 bestimmt wird.