DE60220123T2

DE60220123T2 - Geschwindigkeitsmessverfahren und geschwindigkeitsdetektor

Info

Publication number: DE60220123T2
Application number: DE60220123T
Authority: DE
Inventors: Tomohiko Isehara-shi Takahashi; Yoshiaki Ebina-shi Yoshioka; Tetsuya Ota-ku IWASAKI
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2001-03-02
Filing date: 2002-03-01
Publication date: 2007-08-30
Anticipated expiration: 2022-03-02
Also published as: EP1287366B1; CN1455867A; CN1264019C; KR100539339B1; US6760681B2; DE60220123D1; WO2002070994A3; WO2002070994A2; KR20020093970A; JP2002257841A; US20030149541A1; EP1287366A2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Drehzahlmessverfahren (in den Ansprüchen „Raten-Erfassungsverfahren" genannt) und einen Drehzahldetektor (in den Ansprüchen „Raten-Erfassungseinrichtung" genannt).
Die Motorsteuerung umfasst im Allgemeinen das Abtasten des Zustands der Antriebskurbelwelle (z.B. die Position der Kurbelwelle oder die Drehzahl der Kurbelwelle). Viele Motorsteuerungssysteme, die digitale Signalprozessoren (DSPs) verwenden, erfordern die Erfassung der Daten von einem digitalen Signalgeber. Die Daten von einem digitalen Signalgeber wie etwa einem Codierer liegen in Form eines digitalen Impulsstromes vor und stellen die Position des Mechanismus unter der Steuerung dar. Die Frequenz dieses digitalen Impulsstromes wird von der Drehzahl des Mechanismus unter der Steuerung vorgegeben (wie vom Signalgeber gemessen).
Der Frequenzbereich dieses Positionsimpulsstromes aus dem Signalgeber kann sehr groß sein. In vielen Anwendungen der Motorsteuerung ist es notwendig, die Daten über die Drehzahl der Kurbelwelle so aufzunehmen, dass digitale Regelalgorithmen, wie etwa ein Regelalgorithmus für die Berechnung der Luftmenge im Zylinder, die Daten zur Berechnung der geforderten Regelfunktionen verwenden können. Jedoch ist die derzeit verfügbare Technik nicht zufriedenstellend, was das Bereitstellen der Drehzahlinformationen unter Verwendung des Positionsimpulsstromes betrifft, wenn der Motor in einem Betriebsbereich von sehr niedrigen Motordrehzahlen arbeitet und/oder in einem Betriebsbereich arbeitet, in dem der Motor im Begriff ist, zum Stillstand zu kommen.
Deshalb ist eine Technik, die einen Ausgleich für diese Unzulänglichkeit der derzeit erhältlichen Technik schafft, in hohem Maße erstrebenswert.
US 5 305 220 bezieht sich auf eine sich drehende Welle, die Referenzmarkierungen und Maßstabsmarkierungen besitzt, wobei ein erster Abtaster den Durchgang der Referenzmarkierungen erfasst, und ein zweiter Abtaster den Durchgang der Maßstabsmarkierungen erfasst. Ein Zähler, der mit dem zweiten Abtaster verbunden ist, zählt die erfassten Maßstabsmarkierungen, während ein Zeitgeber den Arbeitsgang des Zählers regelt. Ein Computer berechnet die Drehzahl der Welle durch Differenzieren der Zählungen, die während der unmittelbaren Zähleränderungen gewonnen wurden.
Es ist ein Ziel der vorliegenden Entwicklung, ein Drehzahlmessverfahren und einen Drehzahldetektor bereitzustellen, die einen Ausgleich für die oben erwähnte Unzulänglichkeit der derzeit erhältlichen Technik zur Bearbeitung eines Eingangsstroms von asynchronen Impulsen gestattet, die durch die Drehzahl des Mechanismus unter der Steuerung bestimmt werden.
Nach der vorliegenden Erfindung wird das Ziel mit einem Drehzahlmessverfahren erreicht, das eine Kombination der Eigenschaften aus dem Hauptanspruch 1 aufweist.
Ferner wird nach der vorliegenden Erfindung das Ziel mit einem Drehzahldetektor erreicht, der eine Kombination der Eigenschaften aus dem Hauptanspruch 2 aufweist.
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen festgelegt.
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung in stärkerem Detail durch die Darstellung ihrer Ausführungsformen in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen erläutert:
1 zeigt einen Drehzahldetektor, die nicht alle Eigenschaften der Erfindung aufweist.
2A zeigt eine asynchrone Datenerfassung als Antwort auf interrupts, die von einem Eingangsstrom von Impulsen erzeugt werden, um die Zeitgeberwerte eines ersten Zeitgebers zu speichern.
2B zeigt die periodische Ermittlung einer ersten Drehzahl als Funktion eines Intervalls (einer Differenz) zwischen dem letzten und dem vorletzten der periodisch abgefragten gespeicherten ersten Zeitgeberwerte.
3A zeigt einen asynchronen Betrieb eines zweiten Zeitgebers als Antwort auf die Interrupts und den Inhalt des Zeitgebers.
3B zeigt das periodische Abfragen der Zeitgeberwerte des zweiten Zeitgebers, die durch die mit x versehenen Markierungen dargestellt werden, zusammen mit den er rechneten Werten eines Intervalls, die durch kreisförmige Punkte dargestellt werden, zwischen den periodisch abgefragten ersten Zeitgeberwerten.
4 zeigt einen Abschnitt eines Motorsteuerungssystems, das diesen Drehzahldetektor zur Anwendung bringt.
5 zeigt Ausgangswerte von Drehzahlsensoren, die mit einer Rotationseinheit in der Form eines Vierzylinder-Verbrennungsmotors verbunden sind, und einen Strom von Referenzimpulsen, die zum Erzeugen von Interrupts verwendet werden.
6A ist eine der 3A ähnliche Darstellung, die den asynchronen Betrieb eines zweiten Zeitgebers als Antwort auf die Interrupts und den Inhalt des Zeitgebers zeigt.
6B ist eine der 2B ähnliche Darstellung, die eine endgültige Rotationsdrehzahl zeigt.
7 ist ein Flussdiagramm, das die Logik zeigt, die zur Erzeugung der endgültigen Rotationsdrehzahl auf der Grundlage der ersten und der zweiten Drehzahl angewendet wird.
8 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform in einer funktionalen Ausgestaltung.
9A ist eine der 2A ähnliche Darstellung, die die asynchrone Datenerfassung als Antwort auf Interrupts zeigt, die von einem Eingangsstrom von ersten Impulsen erzeugt werden, um die Zeitgeberwerte eines ersten Zeitgebers zu speichern.
9B ist eine der 2A ähnliche Darstellung, die die asynchrone Datenerfassung als Antwort auf Interrupts zeigt, die von einem Eingangsstrom von zweiten Impulsen erzeugt werden, um die Zeitgeberwerte eines zweiten Zeitgebers zu speichern.
9C ist eine der 6B ähnliche Darstellung, die eine endgültige Rotationsdrehzahl zeigt.
10 ist ein Flussdiagramm, das die Logik zeigt, die zur Erzeugung der endgültigen Rotationsdrehzahl auf der Grundlage der wahlweisen Anwendung einer ersten Prozedur zum Bestimmen der ersten Drehzahl und einer zweiten Prozedur zum Bestimmen der zweiten Drehzahl angewendet wird.
11 ist ein Flussdiagramm, das die Logik zeigt, die zur Erzeugung der endgültigen Rotationsdrehzahl auf der Grundlage der wahlweisen Anwendung der ersten und der zweiten Prozedur angewendet wird.
12 ist ein Flussdiagramm, das die Logik zeigt, die zur Erzeugung der endgültigen Rotationsdrehzahl auf der Grundlage der wahlweisen Anwendung der ersten und der zweiten Prozedur angewendet wird.
Der Drehzahldetektor ist mit einer Asynchron-zu-Synchron-Schnittstelle als Teil einer Drehzahlerfassung von einem Positionssignal ausgerüstet. 1, die nicht alle Besonderheiten der Erfindung darstellt, zeigt die Anwendung des Speicher-Direktzugriffs (DMA) und die Zeitgeber in einem digitalen Signalprozessor (DSP) zum asynchronen Beschaffen von Zeitwerten eines ersten Zeitgebers und zum Handhaben eines zweiten Zeitgebers und zum synchronen Beschaffen von Zeitwerten des zweiten Zeitgebers, und zum synchronen Berechnen erster und zweiter Drehzahlen, die zur Erzeugung der endgültigen Drehzahl verwendet werden. Im Einzelnen wird ein Strom von Positionsimpulsen 10 in einen ersten Interrupt-Eingang 12 eines digitalen Prozessors 14 (z.B. ein DSP mit integriertem Speicher) eingegeben, um den Interrupt über den DMA 16 zu bedienen, indem (1) die Zeit des Interrupts von einem ersten Zeitgeber 18 abgerufen wird, (2) diese Zeit in einem Speicherplatz (z.B. im RAM 20) abgelegt wird, (3) der Zeiger für den Speicherplatz erhöht wird, und (4) ein zweiter Zeitgeber 22 so gesetzt wird, dass er ab der Zeit Null läuft. Ein Strom von Zeitgeberimpulsen, der als Funktion von Taktimpulsen, die von einem Taktimpulsgenerator 24 erzeugt werden, festgelegt ist, wird in einen zweiten Interrupt-Eingang 26 des DSP 14 eingegeben, um den Interrupt über den DMA 16 zu bedienen, indem 5) die Zeit des Interrupts von einem zweiten Zeitgeber 22 abgerufen wird, 6) diese Zeit in einem Speicherplatz des RAM 20 abgelegt wird, und 7) der Zeiger für den Speicherplatz erhöht wird. Indem die Drehzahlschleife 28 angewendet wird, wird eine erste Drehzahl NRPM(A) in einem Block 30 periodisch ermittelt oder berechnet, indem periodisch der aktuelle Zeiger für den Speicherplatz und der entsprechende erste Zeitgeberwert abgefragt werden und indem die vorhergehende Speicherposition und der entsprechende erste Zeitgeberwert abgefragt werden. Im Block 30 wird ein Intervall TREF zwischen den abgefragten zwei ersten Zeitgeberwerten berechnet und eine erste Drehzahl NRPM(A) als das Produkt aus der Konstante K und dem Umkehrwert von TREF ermittelt. Diese Beziehung kann so ausgedrückt werden:
wobei K die Konstante ist.
Wie einem Kenner der Technik gut bekannt ist, nimmt diese Funktion im Bereich 0 < TREF < +∞ monoton ab. In ähnlicher Weise wird unter Verwendung der Drehzahlschleife 28 eine zweite Drehzahl NRPM(B) in einem Block 32 periodisch ermittelt oder berechnet, indem der aktuelle Zeiger für den Speicherplatz und der entsprechende zweite Zeitgeberwert Tc abgefragt werden. Im Block 32 wird eine zweite Drehzahl NRPM(B) als das Produkt aus der Konstante K und dem Umkehrwert von Tc ermittelt. Diese Beziehung kann so ausgedrückt werden:
Gleichzeitig wird unter Verwendung der Drehzahlschleife 28 eine endgültige Rotationsdrehzahl NRPM auf der Grundlage der ersten und zweiten Drehzahlen NRPM(A) und NRPM(B) im Block 34 erzeugt, indem zum Beispiel die erste und die zweite Drehzahl NRPM(A) und NRPM(B) wahlweise als endgültige Rotationsdrehzahl NRPM verwendet wird. Diese Auswahl wird in der Weise durchgeführt, dass die Differenz zwischen der ersten Drehzahl NRPM(A) und der angestrebten Drehzahl verringert wird.
1 zeigt die Anwendung des ersten Zeitgebers 18 zum Erfassen der Zeit des Positionsimpulses 10 und zeigt die Anwendung des zweiten Zeitgebers 22 zum Erfassen der verstrichenen Zeit seit dem vorangegangenen Positionsimpuls. Der erste Zeitgeber 18 wird auf einen freien Lauf gesetzt. Der zweite Zeitgeber 22 wird auf einen Lauf von Null an gesetzt.
2A zeigt eine asynchrone Datenerfassung als Antwort auf Interrupts, die von den Positionsimpulsen 34, 36, 38, 40, 42 und 44 erzeugt werden, um die Zeitgeberwerte t_x, t_x+1, t_x+2, t_x+3, t_x+4 und t_x+5 des ersten Zeitgebers 18 zu speichern. 2B zeigt das periodische Abfragen der angeforderten Zeitgeberwerte und die periodische Berechnung der ersten Drehzahl NRPM(A) für 24 Zeitpunkte als Antwort auf Interrupts, die vom Strom der Taktimpulse erzeugt werden. Die Zeiten der 24 Interrupts werden unter der horizontalen Achse, die die Zeit abbildet, entsprechend durch die Zahlen 1 bis 24 gekennzeichnet.
3A zeigt ein asynchrones Setzen des zweiten Zeitgebers 22 auf einen Lauf von Null an als Antwort auf die Interrupts, die von den Positionsimpulsen 34, 36, 38, 40, 42 und 44 erzeugt werden. Der Inhalt des zweiten Zeitgebers 22 ist die verstrichene Zeit seit dem vorangegangenen Positionsimpuls des Eingangsstroms 10. 3B zeigt das periodische Abfragen der Zeitgeberwerte Tc des zweiten Zeitgebers, die durch die mit x versehenen Markierungen dargestellt werden. In 3B werden ebenfalls die errechneten Werte des Intervalls TREF, die durch Punkte dargestellt werden, zwischen den periodisch abgefragten ersten Zeitgeberwerten gezeigt.
Mit Bezug auf 3B bezeichnen die ringförmigen Punkte die errechneten Werte der Intervalle TREF. Bei jedem der Interrupts 3 und 4 werden zwei gespeicherte Werte des ersten Zeitgebers t_x+1, und t_x abgefragt, um einen ersten Wert des Intervalls TREF zu berechnen. Bei jedem der Interrupts 5, 6 und 7 werden zwei gespeicherte Werte des ersten Zeitgebers t_x+2 und t_x+1, abgefragt, um einen zweiten Wert des Intervalls TREF zu berechnen. Bei jedem der Interrupts 8, 9, 10, 11, 12 und 13 werden zwei gespeicherte Werte des ersten Zeitgebers t_x+3 und t_x+2 abgefragt, um einen dritten Wert des Intervalls TREF zu berechnen. Bei jedem der Interrupts 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22 und 23 werden zwei gespeicherte Werte des ersten Zeitgebers t_x+4 und t_x+3 abgefragt, um einen vierten Wert des Intervalls TREF zu berechnen. Es wird angemerkt, dass der errechnete Wert des Intervalls TREF nach jedem Positionsimpuls unverändert bleibt bis zu einer Unterbrechung sofort nach dem nachfolgenden Positionsimpuls. Unter Anwendung der Gleichung (1) werden die Werte der ersten Drehzahl NRPM(A) periodisch berechnet. Die errechneten Werte der ersten Drehzahl NRPM(A) werden in 2B eingezeichnet und mit einer Linie verbunden. Die erste Drehzahl NRPM(A) sorgt für Drehzahldaten einer Rotationseinheit unter der Steuerung mit hoher Genauigkeit, bis das Intervall TREF zwischen zwei aufeinandertolgenden Impulsen zu lang ist. Wenn das Intervall TREF lang ist, wie es in den 2A und 2B vom Interrupt 8 an aufwärts der Fall ist, können die Drehzahldaten, die von der ersten Drehzahl NRPM(A) zur Verfügung gestellt werden, nicht zur Berechnung der erforderten Steuerfunktion verwendet werden. Dort wird dann die zweite Drehzahl NRPM(B) zum Ausgleichen dieser Unzulänglichkeit der ersten Drehzahl NRPM(A) eingesetzt.
Weiterhin mit Bezug auf die 3B stellen die x-Markierungen die Werte des zweiten Zeitgebers Tc aufgrund der periodischen Abfrage des zweiten Zeitgebers 22 dar. Augen scheinlich steigen die Werte des zweiten Zeitgebers Tc von nahezu Null für die aufeinanderfolgenden Interrupts 3 und 4, für die aufeinanderfolgenden Interrupts 5, 6 und 7, für die aufeinanderfolgenden Interrupts 8, 9, 10, 11, 12 und 13, und für die aufeinanderfolgenden Interrupts 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22 und 23. Wie Gleichung (2) deutlich zeigt, nimmt die zweite Drehzahl NRPM(B) im Bereich 0 < Tc < +∞ monoton ab. Vergleicht man die Gleichung (2) mit Gleichung (1), wird deutlich, dass die zweite Drehzahl NRPM(B) gleich der ersten Drehzahl NRPM(A) ist, wenn der Wert des zweiten Zeitgebers Tc gleich dem Intervall TREF ist. In 3B können in den Interrupts 4, 6, 11 und 19 die Werte des zweiten Zeitgebers Tc als gleich mit den entsprechenden berechneten Werten des Intervalls TREF betrachtet werden. Das bedeutet, dass bei solchen Interrupts die berechneten Werte der zweiten Drehzahl NRPM(B), die in 2B durch Quadrate dargestellt sind, gleich den entsprechenden berechneten Werten der ersten Drehzahl NRPM(A) werden. In 3B kann der Wert des zweiten Zeitgebers Tc am Interrupt 7 als gleich mit dem entsprechenden berechneten Wert des Intervalls TREF am nachfolgenden Interrupt 8 betrachtet werden. In ähnlicher Weise kann der Wert des zweiten Zeitgebers Tc am Interrupt 13 als gleich mit dem entsprechenden berechneten Wert des Intervalls TREF am nachfolgenden Interrupt 14 betrachtet werden. Des Weiteren kann der Wert des zweiten Zeitgebers Tc am Interrupt 23 als gleich mit dem entsprechenden berechneten Wert des Intervalls TREF am nachfolgenden Interrupt 24 betrachtet werden. Das bedeutet, dass die berechneten Werte der zweiten Drehzahl NRPM(B), die in 2B durch Dreiecke dargestellt sind, an den Interrupts 7, 13 und 23 gleich den entsprechenden Werten der ersten Drehzahl NRPM(A) in den nachfolgenden Interrupts 8, 14 und 24 werden. Wie durch Gleichung (2) ersichtlich wird, liegt der berechnete Wert der zweiten Drehzahl NRPM(B) am Interrupt 12 auf einer monoton fallenden Linie, die den berechneten Wert am Interrupt 11, der durch ein Quadrat dargestellt ist, mit dem berechneten Wert am Interrupt 13, der durch ein Dreieck dargestellt ist, verbindet. In ähnlicher Weise liegen die berechneten Werte der zweiten Drehzahl NRPM(B) an den Interrupts 20, 21 und 22 auf einer monoton fallenden Linie, die den berechneten Wert am Interrupt 19, der durch ein Quadrat dargestellt ist, mit dem berechneten Wert am Interrupt 23, der durch ein Dreieck dargestellt ist, verbindet.
Wieder zurück auf 1 werden im Block 34 der Drehzahlschleife 28 die oben genannten berechneten Werte der zweiten Drehzahl TRPM(B), die in 2B durch Quadrate und Dreiecke dargestellt sind, und ihre Zwischenwerte, falls sie verfügbar sind, als endgültige Drehzahl TRPM anstelle der berechneten Werte der ersten Drehzahl TRPM(A) verwendet. Die auf die oben diskutierte Weise auf der Grundlage der ersten und der zweiten Drehzahlen TRPM(A) und TRPM(B) erzeugte endgültige Drehzahl TRPM liefert Drehzahldaten mit einer höheren Genauigkeit.
4 zeigt einen Abschnitt eines Motorsteuerungssystems für einen Vierzylinder-Verbrennungsmotor 50, der eine Kurbelwelle 52 und eine Nockenwelle 54 umfasst. Im Einzelnen treibt der Motor 50 die Kurbelwelle 52 an, diese wiederum treibt die Nockenwelle 54 mit der halben Drehzahl der Kurbelwelle an. Die Kurbelwelle 52 treibt ein fest mit ihr verbundenes Signalrad 56 an. Die Nockenwelle 54 treibt ein Signalrad 58 an. Ein Phasensensor 60 liefert einen Impulsstrom 62, wie es in 5 dargestellt ist. Der Impulsstrom 62 umfasst vier Gruppen von Impulsen pro Umdrehung des Signalrads 58 der Nockenwelle 54. Jede Gruppe von Impulsen des Impulsstroms 62 besitzt einen führenden Impuls, der bei 60° BTDC des entsprechenden Motorzylinders auftritt. Ein Positionssensor 63 liefert einen Impulsstrom 64, wie es in 5 dargestellt ist. Der Impulsstrom 64 umfasst eine Gruppe von sechzehn 10°-Impulsen pro halber Umdrehung des Signalrads 56 der Kurbelwelle 52, so dass die Gruppe zweifach pro einer Umdrehung des Signalrads 56 mit einem Intervall über die Drehung von 30° auftritt. Dieses Intervall tritt speziell einmal je halber Umdrehung des Signalrads 56 auf. Die Impulsströme 62 und 64 werden in einer Motorsteuereinheit 66 analysiert, um eine Referenzposition bei 110° BTDC für jeden der vier Zylinder zu erfassen und einen Referenzimpuls (REF-Impuls) zu erzeugen. Wie in 5 gezeigt umfasst ein Strom von REF-Impulsen 68 einen REF-Impuls pro halber Umdrehung der Kurbelwelle 52. Der Strom von REF-Impulsen 68 wird als Eingangsstrom 10 des DSP 14 verwendet, der zuvor in 1 erläutert wurde. In 4 ist ein derartiger DSP durch einen rechteckigen Block in gestrichelten Linien an der 14 dargestellt.
Ebenfalls mit Bezug auf die 1 wird der Strom von REF-Impulsen 68 in einen ersten Interrupteingang 12 des DSP 14 eingegeben, um den Interrupt über den DMA 16 zu bedienen, indem (1) die Zeit des Interrupts von einem ersten Zeitgeber 18 abgerufen wird, (2) diese Zeit auf einem Speicherplatz (z.B. im RAM 20) gespeichert wird, (3) der Zeiger für den Speicherplatz erhöht wird, und (4) ein zweiter Zeitgeber 22 so gesetzt wird, dass er ab der Zeit Null läuft. Ein Strom von Zeitgeberimpulsen, der als Funktion von Taktimpulsen, die von einem Taktimpulsgenerator 24 erzeugt werden, festgelegt ist, wird in einen zweiten Interrupt-Eingang 26 des DSP 14 eingegeben, um den Interrupt über den DMA 16 zu bedienen, indem 5) die Zeit des Interrupts von einem zweiten Zeitgeber 22 abgerufen wird, 6) diese Zeit auf einem Speicherplatz des RAM 20 abgelegt wird, und 7) der Zeiger für den Speicherplatz erhöht wird. Indem die Drehzahlschleife 28 angewendet wird, wird eine erste Rotationsdrehzahl NRPM(A)(oder eine erste Motordrehzahl) in einem Block 30 periodisch ermittelt oder berechnet, indem periodisch der aktuelle Zeiger für den Speicherplatz und der entsprechende erste Zeitgeberwert abgefragt werden und indem die vorhergehende Speicherposition und der entsprechende erste Zeitgeberwert abgefragt werden. Im Block 30 wird ein Intervall TREF zwischen den abgefragten zwei ersten Zeitgeberwerten berechnet und eine erste Drehzahl NRPM(A) wird durch die Berechnung einer Gleichung ermittelt, die wie folgt formuliert wird: NRPM(A) = (60 × 1000/TREF) × (180/360) (3)
Gleichzeitig wird unter Verwendung der Drehzahlschleife 28 eine zweite Rotationsdrehzahl NRPM(B) in einem Block 32 periodisch ermittelt oder berechnet, indem der aktuelle Zeiger für den Speicherplatz und der entsprechende zweite Zeitgeberwert Tc abgefragt werden. Im Block 32 wird eine zweite Drehzahl NRPM(B) durch die Berechnung einer Gleichung ermittelt, die wie folgt formuliert wird: NRPM(B) = (60 × 1000/Tc) × (180/360) (4)
Gleichzeitig wird unter Verwendung der Drehzahlschleife 28 eine endgültige Rotationsdrehzahl (oder endgültige Motordrehzahl) auf der Grundlage der ersten und zweiten Drehzahlen NRPM(A) und NRPM(B) im Block 34 auf eine Weise erzeugt, wie es in 6B dargestellt ist, indem periodische eine Steuerprozedur 70 ausgeführt wird, wie sie in 7 dargestellt ist.
Mit Bezug nun auf 7 wird die Steuerprozedur 70 in regelmäßigen Intervallen von 10 Millisekunden ausgeführt.
In 7 wird im Block 72 das Intervall Tc eingegeben. Im Block 74 wird eine zweite Rotationsdrehzahl NRPM(B) ermittelt. Im Block 76 wird eine erste Rotationsdrehzahl NRPM(A) ermittelt. Im Block 78 werden die erste und die zweite Rotationsdrehzahl NRPM(A) und NRPM(B) miteinander verglichen, um zu ermitteln, ob die NRPM(A) kleiner als die oder gleich der NRPM(B) ist oder nicht. Ist dieses der Fall (JA), geht die Prozedur weiter zu Block 80. Im Block 80 wird die erste Rotationsdrehzahl NRPM(A) als endgültige Rotationsdrehzahl NRPM eingesetzt. Wenn in Block 78 NRPM(A) größer ist als NRPM(B), geht die Prozedur weiter zu Block 82. Im Block 82 wird die zweite Rotationsdrehzahl NRPM(B) als endgültige Rotationsdrehzahl NRPM eingesetzt.
Aus der vorangegangenen Beschreibung sollte ersichtlich sein, dass der Drehzahldetektor präzise Drehzahldaten liefert, selbst wenn beim Abbremsen des Motors auf niedrige Drehzahlen die Periode des Eingangsimpulsstroms allmählich lang wird. Wenn der nächste Impuls nicht innerhalb einer festgelegten Zeitperiode T auftritt (siehe 6A), bestimmt die Steuerungseinheit 66, dass der Motor zum Stillstand gekommen ist. Wie aus 6B ersichtlich wird, setzt der Drehzahldetektor die Bereitstellung von präzisen Drehzahldaten selbst nach der Feststellung fort, dass der Motor angehalten hat.
Die bevorzugte Ausführungsform, die in 8 dargestellt ist, zeigt die Verwendung eines DMA und von Zeitgebern in einem DSP, um asynchron Zeiten von ersten und zweiten Zeitgebern abzufragen und synchron die ersten und zweiten Drehzahlen zu berechnen, die verwendet werden, um eine endgültige Rotationsdrehzahl zu erzeugen. Im Einzelnen wird ein Strom von REF-Impulsen 68 in einen ersten Interrupteingang 88 eines Digitalprozessors 90 (z.B. eines DSP mit integriertem Speicher) eingegeben, um den Interrupt über den DMA 92 zu bedienen, indem (1) die Zeit des Interrupts von einem ersten Zeitgeber 94 abgerufen wird, (2) diese Zeit auf einem Speicherplatz (z.B. im RAM 92) gespeichert wird, und (3) der Zeiger für den Speicherplatz erhöht wird. Ein Strom von POS-Impulsen 64 wird in einen zweiten Interrupteingang 98 des DSP 90 eingegeben, um den Interrupt über den DMA 92 zu bedienen, indem 5) die Zeit des Interrupts von einem zweiten Zeitgeber 100 abgerufen wird, 6) diese Zeit auf einem Speicherplatz des RAM 96 abgelegt wird, und 7) der Zeiger für den Speicherplatz erhöht wird. Indem die Drehzahlschleife 102 angewendet wird, werden zwei Prozeduren wahlweise ausgeführt, um eine endgültige Rotationsdrehzahl NRPM bereitzustellen. Eine erste Prozedur wird, wenn sie ausgewählt ist, periodisch in Block 104 ausgeführt. In der ersten Prozedur wird eine erste Rotationsdrehzahl NRPM(A) periodisch ermittelt oder berechnet, um die endgültige Rotationsdrehzahl NRPM bereitzustellen, indem periodisch der aktuelle Zeiger für den Speicherplatz und der entsprechende erste Zeitgeberwert abgefragt werden und indem die vorhergehende Speicherposition und der entsprechende erste Zeitgeberwert abgefragt werden. Im Block 104 wird ein Intervall TREF zwischen den abgefragten zwei ersten Zeitgeberwerten berechnet und eine erste Drehzahl NRPM(A) wird durch die Berechnung nach Gleichung (3) ermittelt. Eine zweite Prozedur wird, wenn sie ausgewählt ist, periodisch in Block 106 ausgeführ. In der zweiten Prozedur wird eine zweite Rotationsdrehzahl NRPM(C) periodisch ermittelt oder berechnet, um die endgültige Rotationsdrehzahl NRPM bereitzustellen, indem periodisch der aktuelle Zeiger für den Speicherplatz und der entsprechende zweite Zeitgeberwert abgefragt werden und indem die vorhergehende Speicherposition und der entsprechende zweite Zeitgeberwert abgefragt werden. Im Block 104 wird ein Intervall TPOS zwischen den abgefragten zwei zweiten Zeitgeberwerten berechnet und eine zweite Drehzahl NRPM(C) wird durch die Berechnung der Gleichung bestimmt, die wie folgt formuliert wird: NRPM(C) = (60 × 1000/TPOS) × (10/360) (5)
Die Auswahl zwischen den ersten und den zweiten Prozeduren wird in einem Block 108 vorgenommen, um die Unzulänglichkeit der ersten Rotationsdrehzahl NRPM(A) als endgültiger Rotationsdrehzahl NRPM durch eine zweite Rotationsdrehzahl NRPM(C) auszugleichen, ohne dass die Rechenlast der CPU beträchtlich erhöht wird.
9A, 9B und 9C zeigen Variationen, wenn der Motor auf sehr niedrige Drehzahlen abgebremst wird. Unter derartigen Betriebsbedingungen wird der zweite Bereich gewählt, um die zweite Rotationsdrehzahl NRPM(C) als endgültige Rotationsdrehzahl NRPM zu verwenden. Verschiedene Varianten der Logik, die für eine derartige Auswahl angewendet werden können, werden später in Verbindung mit den 10 bis 12 beschrieben.
In der beispielhaften Ausführungsform besitzt der Strom von POS-Impulsen 64 einen 10°-Impuls pro 10/360 einer Umdrehung, und das Intervall TPOS zwischen zwei Impulsen wird dazu verwendet, die zweite Rotationsdrehzahl NRPM(C) bereitzustellen. Im Fall, dass ein Strom von POS-Impulsen 64 einen 1°-Impuls pro 11360 einer Umdrehung aufweist, wird die Anzahl der Impulse je Zeiteinheit zum Berechnen der zweiten Rotationsdrehzahl verwendet.
Mit dem Bezug nun auf 10 wird eine Steuerprozedur 110 in regelmäßigen Intervallen von 10 Millisekunden ausgeführt.
In 10 wird im Block 102 die endgültige Rotationsdrehzahl NRPM eingegeben. Im Block 104 wird die endgültige Rotationsdrehzahl NRPM mit einem Schwellenwert Ns (Ns = 200 rpm) verglichen, um zu bestimmen, ob NRPM größer als oder gleich Ns ist. Ist dieses der Fall (JA), geht die Prozedur weiter zu Block 106. Im Block 106 wird die erste Prozedur ausgeführt, um die erste Rotationsdrehzahl NRPM(A) als endgültige Rotationsdrehzahl NRPM zu bestimmen. Wenn in Block 104 NRPM kleiner ist als Ns, geht die Prozedur weiter zu Block 108. Im Block 108 wird die zweite Prozedur ausgeführt, um die zweite Rotationsdrehzahl NRPM(C) als endgültige Rotationsdrehzahl NRPM zu bestim men. Wenn es zutrifft, dass die erste Rotationsdrehzahl NRPM(A) ausreichend präzise Drehzahldaten bereitstellt, wenn der Motor mit Drehzahlen über 200 rpm betrieben wird, dann wird der Schwellenwert Ns festgelegt. Ein Ausweiten der Verwendung der zweiten Rotationsdrehzahl NRPM(C) bei höheren Drehzahlen über 200 rpm hinaus kann die Rechenlast der CPU steigern.
Mit Bezug auf 11 wird eine Steuerprozedur 120 in regelmäßigen Intervallen von 10 Millisekunden ausgeführt.
In 11 wird im Block 122 die endgültige Rotationsdrehzahl NRPM eingegeben. Im Block 124 wird ermittelt, ob der Motor mit verzögerter Geschwindigkeit läuft oder nicht. Ist dieses der Fall (JA), geht die Prozedur weiter zu Block 126. Im Block 126 wird die endgültige Rotationsdrehzahl NRPM mit einem unteren Schwellenwert Nd verglichen, um zu bestimmen, ob NRPM größer als oder gleich Nd ist. Der untere Schwellenwert Nd wird als Nd = Ns – α (wobei Ns = 200 rpm und α eine Konstante ist) ausgedrückt. Ist dieses der Fall (JA), geht die Prozedur weiter zu Block 128. Im Block 128 wird die erste Prozedur ausgeführt, um die erste Rotationsdrehzahl NRPM(A) als endgültige Rotationsdrehzahl NRPM zu bestimmen. Wenn in Block 126 NRPM kleiner ist als Nd, geht die Prozedur weiter zu Block 130. Im Block 130 wird die zweite Prozedur ausgeführt, um die zweite Rotationsdrehzahl NRPM(C) als endgültige Rotationsdrehzahl NRPM zu bestimmen. Wenn im Block 124 festgestellt wird, dass der Motor nicht mit verzögerter Geschwindigkeit läuft, geht die Prozedur weiter zu Block 132. Im Block 132 wird die endgültige Rotationsdrehzahl NRPM mit einem oberen Schwellenwert Nu verglichen, um zu bestimmen, ob NRPM größer als oder gleich Nu ist. Der obere Schwellenwert Nu wird als Nu = Ns + α ausgedrückt. ist dieses der Fall (JA), geht die Prozedur weiter zu Block 134. Im Block 134 wird die erste Prozedur ausgeführt, um die erste Rotationsdrehzahl NRPM(A) als endgültige Rotationsdrehzahl NRPM zu bestimmen. Wenn in Block 132 NRPM kleiner ist als Nu, geht die Prozedur weiter zu Block 130. Im Block 130 wird die zweite Prozedur ausgeführt, um die zweite Rotationsdrehzahl NRPM(C) als endgültige Rotationsdrehzahl NRPM zu bestimmen.
Mit Bezug auf 12 wird eine Motorenanlaufprozedur 140 in regelmäßigen Intervallen von 10 Millisekunden ausgeführt.
In 12 wird im Block 142 ermittelt, ob die Anzahl der Eingangs-REF-Impulse größer als oder gleich 2 ist oder nicht. Ist dieses der Fall (JA), geht die Prozedur weiter zu Block 144. Im Block 144 wird die erste Prozedur ausgeführt, um die erste Rotationsdrehzahl NRPM(A) als endgültige Rotationsdrehzahl NRPM zu bestimmen. Wenn in Block 142 die Anzahl der Eingangs-REF-Impulse kleiner als 2 ist, geht die Prozedur weiter zu Block 146. im Block 146 wird die zweite Prozedur ausgeführt, um die zweite Rotationsdrehzahl NRPM(C) als endgültige Rotationsdrehzahl NRPM zu bestimmen.
Die Anlaufprozedur 140 kann gemeinsam mit der Steuerprozedur 110 oder der Steuerprozedur 120 verwendet werden.
Aus der vorangegangenen Beschreibung sollte es ersichtlich sein, dass der Drehzahldetektor und das Drehzahlmessverfahren erweiterte Drehzahldaten bereitstellen, die, wenn sie in einem Steueralgorithmus zur Berechnung der Luftmenge im Zylinder verwendet werden, eine steigende Genauigkeit im Berechnen der geforderten Steuerfunktionen liefern könnten.
In den beispielhaften Ausführungsformen wird der REF-Impulsstrom als Antwort auf den POS-Impulsstrom erzeugt. Ein Sensor kann dafür vorgesehen werden, einen derartigen REF-Impulsstrom auszugeben.
In den beispielhaften Ausführungsformen wird ein Drehzahlsensor vom Typ Hall IC eingesetzt. Der Drehzahlsensor ist jedoch nicht auf diesen Typ beschränkt. Beliebige andere Typen können verwendet werden. Ein Drehzahlsensor des magnetischen Typs ist ein solches Beispiel. Ein anderes Beispiel stellt der Drehzahlsensor des photoelektrischen Typs dar.

Claims

Raten-Erfassungsverfahren, das umfasst: Erzeugen erster Interrupts in Reaktion auf einen ersten Eingangsstrom, wobei der erste Eingangsstrom erste Impulse (REF) enthält, die in ersten festen regelmäßigen Winkelintervallen jeder Rotation eines Motors erzeugt werden; Erzeugen zweiter Interrupts in Reaktion auf einen zweiten Eingangsstrom, wobei der zweite Eingangsstrom zweite Impulse (POS) enthält, die in zweiten festen regelmäßigen Winkelintervallen jeder Rotation des Motors erzeugt werden; wobei die zweiten Intervalle kleiner sind als die ersten Intervalle; Speichern erster Zeitsteuerungswerte in Reaktion auf die ersten Interrupts; Speichern zweiter Zeitsteuerungswerte in Reaktion auf die zweiten Interrupts; Ausführen einer ersten Routine, wenn sie ausgewählt wird, die Abtasten der gespeicherten ersten Zeitsteuerungswerte einschließt, um eine erste Rate (NRPM(A)), die sich auf einen ersten Eingangsstrom bezieht, als eine abschließende Rotationsrate (NRPM) zu bestimmen; Ausführen einer zweiten Routine, wenn sie ausgewählt wird, die Abtasten der gespeicherten zweiten Zeitsteuerungswerte einschließt, um eine zweite Rate (NRPM(C)), die sich auf den zweiten Eingangsstrom bezieht, als die abschließende Rotationsrate (NRPM) zu bestimmen; Auswählen der zweiten Routine, wenn der Motor in einem Betriebsbereich niedriger Motordrehzahlen arbeitet; und Auswählen der ersten Routine, wenn der Motor in einem Betriebsbereich hoher Motordrehzahlen arbeitet.
Raten-Erfassungseinrichtung, die umfasst: eine Quelle, die einen ersten Eingangsstrom ausgibt, der erste Impulse (REF) enthält, die in ersten festen regelmäßigen Winkelintervallen jeder Rotation eines Motors erzeugt werden; einen Rotationssensor, der mit dem Motor gekoppelt ist, wobei der Rotationssensor einen zweiten Eingangsstrom ausgibt, der zweite Impulse (POS) enthält, die in zweiten festen regelmäßigen Winkelintervallen jeder Rotation des Motors erzeugt werden; wobei die zweiten Intervalle kleiner sind als die ersten Intervalle; und einen programmierbaren Signalprozessor mit einem ersten Interrupt-Eingang, der mit einem Ausgang der Quelle gekoppelt ist und des weiteren mit einem zweiten Interrupt-Eingang, der mit einem Ausgang des Rotationssenors gekoppelt ist, wobei der Signalprozessor so programmiert ist, dass er: erste Zeitsteuerungswerte in Reaktion auf den ersten Interrupt-Eingang speichert; zweite Zeitsteuerungswerte in Reaktion auf den zweiten Interrupt-Eingang speichert; eine erste Routine ausführt, wenn sie ausgewählt wird, die Abtasten der gespeicherten ersten Zeitsteuerungswerte einschließt, um eine erste Rate (NRPM(A)), die sich auf den ersten Eingangsstrom bezieht, als eine abschließende Rotationsrate (NRPM) zu bestimmen; eine zweite Routine ausführt, wenn sie ausgewählt wird, die Abtasten der gespeicherten zweiten Zeitsteuerungswerte einschließt, um eine zweite Rate (NRPM(C)), die sich auf den zweiten Eingangsstrom bezieht, als die abschließende Rotationsrate (NRPM) zu bestimmen; und die zweite Routine auswählt, wenn der Motor in einem Betriebsbereich niedriger Motordrehzahlen arbeitet; und die erste Routine auswählt, wenn der Motor in einem Betriebsbereich hoher Motordrehzahlen arbeitet.
Raten-Erfassungseinrichtung nach Anspruch 2, wobei der Signalprozessor so programmiert ist, dass er: die abschließende Rotationsrate, die durch Ausführen der ersten Routine bestimmt wird, mit einem Schwellenwert vergleicht, um die erste oder die zweite Routine erneut auszuwählen.
Raten-Erfassungseinrichtung nach Anspruch 2, wobei der Signalprozessor so programmiert ist, dass er: einen Schwellenwert festlegt; die erste Rotationsrate, die durch Ausführen der ausgewählten ersten oder zweiten Routine bestimmt wird, mit dem Schwellenwert vergleicht, um die erste oder die zweite Routine erneut auszuwählen.
Raten-Erfassungseinrichtung nach Anspruch 2, wobei der Signalprozessor so programmiert ist, dass er: einen ersten Schwellenwert und einen zweiten Schwellenwert festlegt, wobei der erste Schwellenwert größer ist als der zweite Schwellenwert; die abschließende Rotationsrate die durch Ausführen der ausgewählten ersten oder zweiten Routine bestimmt wird, mit dem ersten Schwellenwert vergleicht, um die erste Routine erneut auszuwählen, wenn die abschließende Rotationsrate größer ist als oder genau so groß ist wie der erste Schwellenwert, und die zweite Routine erneut auswählt, wenn die abschließende Rotationsrate geringer ist als der erste Schwellenwert; die abschließende Rotationsrate, die durch Ausführen der ausgewählten ersten oder zweiten Routine bestimmt wird, mit dem zweiten Schwellenwert vergleicht, wenn der Motor abgebremst wird, um die erste Routine erneut auszuwählen, wenn die abschließende Rotationsrate größer ist als oder genauso groß wie der zweite Schwellenwert, und die zweite Routine erneut auswählt, wenn die abschließende Rotationsrate kleiner ist als der zweite Schwellenwert.
Raten-Erfassungseinrichtung nach Anspruch 2, wobei der Signalprozessor so programmiert ist, dass er eine Anzahl erster Impulse mit einem Schwellenwert vergleicht; die zweite Routine auswählt, wenn die Anzahl erster Impulse geringer ist als der Schwellenwert; und die erste Routine auswählt, wenn die gezählte Anzahl erster Impulse größer ist als oder genauso groß wie der Schwellenwert.