DE19610580A1 - Verfahren zur Erkennung einer Schlechtwegstrecke - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung von Schlechtwegstrecken auf der Basis einer Auswertung der Laufunruhe einer Brennkraftmaschine.

Die Laufunruhe von Brennkraftmaschinen wird im Rahmen von On-Board-Diagnose-Funktionen zur Erkennung von Verbrennungsaussetzern genutzt. Verbrennungsaussetzer fuhren zu einem Anstieg der im Betrieb des Verbrennungsmotors emittierten Schadstoffe und können darüber hinaus zu einer Schädigung eines Katalysators im Abgastrakt des Motors führen. Probleme bei der Auswertung der Laufunruhe zu diesem Zweck können sich aus Triebstrangschwingungen ergeben, die beim Überfahren schlechter Wegstrecken angeregt werden und die sich auf die Laufunruhe in ähnlicher Weise auswirken wie Verbrennungsaussetzer. Es besteht daher ein Interesse an einer Ausblendung der Aussetzererkennung beim Überfahren von Schlechtwegstrecken um Falschmeldungen bei der Verbrennungsaussetzererkennung zu vermeiden.

In diesem Zusammenhang ist es aus der DE OS 43 16 409 bekannt, auf der Basis der Laufunruhewerte festzustellen, ob die Aussetzererkennung durch Drehzahlschwankungen gestört ist, die vom Triebstrang auf den Motor übertragen werden. Dazu wird die Beobachtung genutzt, daß sich das Spektrum der Laufunruhewerte im Fall von Aussetzern in zwei getrennte Bänder aufspaltet, während Triebstrangschwingungen beim Überfahren einer Schlechtwegstrecke nur zu einer Verbreiterung des Bandes der Laufunruhewerte führen. Für das zuverlässige Feststellen einer Bandverbreiterung bzw. einer Bandaufspaltung ist eine vergleichsweise hohe Anzahl von Laufunruhewerten auszuwerten.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Angabe eines Verfahrens, das eine zuverlässige Erkennung einer Schlechtwegstrecke bereits auf der Basis weniger Laufunruhewerte ermöglicht. Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, daß die Bilanz aller Kurbelwellen-Winkelbeschleunigungen bzw. Laufunruhewerte in einem vollständigen Arbeitszyklus im stationären Betrieb gleich Null ist, wenn keine störenden Triebstrangschwingungen durch eine Schlechtwegstrecke auftreten. Dies gilt auch, wenn bereits Aussetzer auftreten.

Auf einer Schlechtwegstrecke treten dagegen starke äußere Beschleunigungen auf. Dadurch weicht die Bilanz der Beschleunigungen in einem Arbeitsspiel deutlich von Null ab. Zur Auswertung werden die Laufunruhewerte über ein vollständiges Arbeitsspiel aufaddiert und der Betrag dieser Summe wird über einen Tiefpaß gefiltert. Bei ebener Fahrbahn liefert das gefilterte Signal einen kleinen Wert und bei schlechter Wegstrecke einen großen Wert. Das Ergebnis ändert sich auch dann nicht, wenn zusätzlich ein oder mehrere Zylinder dauerhaft aussetzen. Überschreitet dieser Wert eine Schwelle, wird dies als Zeichen einer Schlechtwegstrecke interpretiert und die Aussetzererkennung ausgeblendet, d. h. deaktiviert.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden mit Bezug auf die Zeichnung beschrieben.

Im einzelnen zeigt Fig. 1 das technische Umfeld der Erfin­ dung. Fig. 2 stellt einen zur Durchführung des erfindungsge­ mäßen Verfahrens geeigneten Rechner dar. Fig. 3 verdeut­ licht das bekannte Prinzip der Bildung von Segmentzeiten als Basis eines Maßes für die Laufunruhe auf der Basis von Dreh­ zahlmessungen. Fig. 4 offenbart ein Flußdiagramm als Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens und die Fig. 5 verdeutlicht einen Signalverlauf beim Übergang von einer ebenen Fahrbahn auf eine Schlechtwegstrecke.

Fig. 1 zeigt eine Brennkraftmaschine 1 mit einem Winkelgeberrad 2, das Markierungen 3 trägt, sowie einen Winkelsensor 4 und ein Steuergerät 5. Die Drehbewegung des mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine gekoppelten Winkelgeberrades wird mit Hilfe des als Induktivsensor realisierten Winkelsensors 4 in ein elektrisches Signal umgewandelt, dessen Periodizität ein Abbild des periodischen Vorbeistreichens der Markierungen 3 am Winkelsensor 4 darstellt. Die Zeitdauer zwischen einem Anstieg und einem Abfall des Signalpegels entspricht daher der Zeit, in der sich die Kurbelwelle über einen dem Ausmaß einer Markierung entsprechenden Winkelbereich weitergedreht hat. Diese Zeitdauern werden in dem als Rechner realisierten Steuergerät 5 zu einem Maß LUT für die Laufunruhe der Brennkraftmaschine weiterverarbeitet. Treten Aussetzer auf, kann bspw. eine Fehlerlampe 6 im Blickfeld des Fahrers eingeschaltet werden. Der dazu verwendete Rechner kann bspw. so aufgebaut sein, wie in Fig. 2 dargestellt. Danach vermittelt eine Recheneinheit 2.1 zwischen einem Eingabeblock 2.2 und einem Ausgabeblock 2.3 unter Verwendung von in einem Speicher 2.4 abgelegten Programmen und Daten.

Die Fig. 3a zeigt eine Einteilung des Winkelgeberrades in vier Segmente, wobei jedes Segment eine vorbestimmte Zahl von Markierungen aufweist. Die Markierung OTk ist demjenigen oberen Totpunkt der Kolbenbewegung des k-ten Zylinders eines in diesem Beispiel achtzylindrigen Verbrennungsmotors zuge­ ordnet, der im Verbrennungstakt dieses Zylinders liegt. Um diesen Punkt herum ist ein Drehwinkelbereich ϕk definiert, der sich in diesem Beispiel über ein Viertel der Markierungen des Winkelgeberrades erstreckt. Analog sind den Verbrennungstakten der übrigen Zylinder Winkelbereiche ϕ1 bis ϕ8 zugeordnet, wobei hier vom Viertaktprinzip ausgegangen wird, bei dem sich die Kurbelwelle für einen vollständigen Arbeitszyklus zweimal dreht. Daher entspricht beispielsweise der Bereich ϕ1 des ersten Zylinders dem Bereich ϕ5 des fünften Zylinders usw. Die zu einer Kurbelwellenumdrehung zugehörigen Winkelbereiche können voneinander getrennt sein, sich aneinander anschließen oder auch überlappen. Im ersten Fall gibt es Markierungen, die keinem Winkelbereich zugeordnet sind, im zweiten Fall gehört jede Markierung zu genau einem Winkelbereich und im dritten Fall können jeweils dieselben Markierungen verschiedenen Winkelbereichen zugeordnet sein. Beliebige Längen und Lagen der Winkelbereiche sind somit möglich.

In der Fig. 3b sind die Zeiten ts aufgetragen, in denen die Winkelbereiche durch die Drehbewegung der Kurbelwelle überstrichen werden. Dabei ist ein Aussetzer im Zylinder k-1 angenommen. Der mit dem Aussetzer verbundene Drehmomentausfall führt zu einem Anstieg der nachfolgenden Zeitspanne ts(k). Die Zeitspannen ts stellen damit bereits ein Maß für die Laufunruhe dar, das prinzipiell zur Erkennung von Aussetzern geeignet ist. Durch eine geeignete Verarbeitung der Zeitspannen ts, insbesondere durch die Bildung von Differenzen benachbarter Zeitspannen und Normieren dieser Differenzen auf die dritte Potenz der Zeitspanne tsi zu einem Zündtakt mit Index i erhält der Laufunruhewert die Dimension einer Beschleunigung und weist, wie sich empirisch gezeigt hat, ein verbessertes Signal/Rausch-Verhältnis auf.

Fig. 3c verdeutlicht den Einfluß von Drehzahländerungen auf die Erfassung der Zeitdauern ts. Dargestellt ist der Fall einer Drehzahlabnahme, wie sie typischerweise im Schiebebetrieb eines Kraftfahrzeuges auftritt. Zur Kompensation dieses Effektes, der sich in einer verhältnismäßig gleichförmigen Verlängerung der erfaßten Zeiten ts äußert, ist es beispielsweise bekannt, einen Korrekturterm K zur Dynamikkompensation zu bilden und so bei der Berechnung des Laufunruhewertes zu berücksichtigen, daß der Verlängerungseffekt kompensiert wird.

Ein derart korrigierter Laufunruhewert für den Zündtakt i eines z-zylindrigen Motors kann, wie in Fig. 3c für z=4 dargestellt, bspw. nach folgender Vorschrift berechnet werden:

Lut(i) = Basisterm B - Korrekturterm K zur Dynamikkompensa­ tion

mit z = Zahl der Zylinder der Brennkraftmaschine.

Ein Aussetzer in einem Zündtakt mit Index i bewirkt erfahrungsgemäß eine Verlängerung der nachfolgenden Segmentzeit ts(i+1). Der Basisterm B wird daher nach dieser Art der Berechnung bei einem Aussetzer deutlich positiv. Da die Bilanz aller Beschleunigungen bzw. Laufunruhewerte in einem vollständigen Arbeitszyklus im stationären Betrieb gleich Null ist, werden die Laufunruhewerte der regulär verbrennenden Zylinder leicht negativ, so daß sich in der Summe die Null ergibt.

Das Flußdiagramm der Fig. 4 veranschaulicht, wie diese Erkenntnis zur Erkennung einer Schlechtwegstrecke ausgenutzt wird.

In einem Schritt S4.1 werden die Drehzahlschwankungen der Brennkraftmaschine fortwährend erfaßt und zu Laufunruhewerten Lut als Maß für die Laufunruhe der Brennkraftmaschine verarbeitet. Der Schritt S4.2 dient zum Aufsummieren von mehreren während eines Arbeitszyklus der Brennkraftmaschine aufeinanderfolgend gebildeten Laufunruhewerten. Die Aufsummation umfaßt dabei vorzugsweise immer die letzten z Laufunruhewerte, wobei z der Zylinderzahl der Brennkraftmaschine entspricht. Die Aufsummation kann aber auch mehrere Arbeitszyklen umfassen. In einem Schritt S4.3 wird der Absolutbetrag abs(SLut) des Summensignals Slut der Laufunruhewerte Lut gebildet und tiefpaßgefiltert zu einem Wert FSLut. Überschreitet der genannte Absolutbetrag einen vorgegebenen Schwellwert im Schritt S4.4, wird dies im Schritt 54.5 als Zeichen für das Überfahren einer Schlechtwegstrecke gewertet und als Folge wird die Aussetzererkennung ausgeblendet, d. h. deaktiviert.

Die Bildung des Absolutbetrages ermöglicht den Vergleich mit nur einem positiven Schwellwert. Wesentlich ist jedoch nur, daß das Ergebnis der Summation ohne äußere Störungen des Systems durch eine Schlechtwegstrecke innerhalb eines vorgegebenen Bereiches liegt, der auch negative Werte umfassen kann. Insofern ist auch ein Vergleich mit je einem positiven und einem negativen Schwellwert möglich, wobei die Schwellwerte den vorgegebenen Bereich begrenzen.

Die Tiefpaßfilterung dient zu einer Glättung des Signals und damit zu einer Steigerung der Zuverlässigkeit. Dies kann zu Lasten der Empfindlichkeit des Verfahrens gehen. Je nach Umfang der aufsummierten Werte und des zugrundeliegenden Systems aus Brennkraftmaschine und Aussetzererkennung kann es von Vorteil sein, auf die Tiefpaßfilterung zu verzichten und direkt die aufsummierten Laufunruhewerte auf Zugehörigkeit zu einem vorgegebenen Wertebereich zu prüfen.

Die in Lut-Ermittlung in Schritt S4.1 kann sich auf stationäre Betriebszustände, d. h. im wesentlichen Betriebszustände mit konstanter Last und Drehzahl beschränken. Sie kann jedoch auch bei der Verwendung von dynamikkorrigierten Lut in Übergangsbetriebszuständen ausgeführt werden.

Fig. 5 verdeutlicht den Verlauf des in einem Ausführungsbeispiel gebildeten Signals abs(FSLut) beim Übergang von einer ebenen Fahrbahn zu einer Schlechtwegstrecke. Zunächst ist auf ebener Fahrbahn die Bilanz aller Beschleunigungen in vollständigen Arbeitszyklen gleich Null, so daß sich nach Aufsummation, Betragsbildung und Filterung ein kleines Signal ergibt. Beim Übergang zu einer Schlechtwegstrecke ist die Bilanz der Laufunruhewerte aufgrund der starken, durch die Schlechtwegstrecke angeregten Triebstrangschwingungen nicht mehr Null. Folglich ergibt sich nach Aufsummation, Betragsbildung und Filterung ein vergleichsweise großes Signal, das den vorbestimmten Schlechtwegerkennungsschwellwert überschreitet.

Claims (5)

1. Verfahren zur Ausblendung einer auf der Basis von Drehzahlschwankungen arbeitenden Verbrennungsaussetzererkennung bei Brennkraftmaschinen mit den Schritten:

• - fortwährendes Erfassen der Drehzahlschwankungen und Bilden eines Maßes für die Laufunruhe auf der Basis der erfaßten Werte
• - Aufsummieren von mehreren während eines Arbeitszyklus der Brennkraftmaschine aufeinanderfolgend gebildeten Maßen,
• - Prüfen, ob das Ergebnis der Summation innerhalb einer vorgegebenen Bandbreite liegt und
• - Ausblenden der Aussetzererkennung, wenn das Ergebnis der Summation nicht innerhalb der vorgegebenen Bandbreite liegt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ergebnis der Summation tiefpaßgefiltert wird und das geprüft wird, ob das tiefpaßgefilterte Ergebnis innerhalb der vorgegebenen Bandbreite liegt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Absolutbetrag des Ergebnisses der Summation gebildet wird und ggf. nach der Tiefpaßfilterung mit einem vorgegebenen Schwellwert verglichen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die während eines Arbeitszyklus der Brennkraftmaschine aufeinanderfolgenden Maße aufsummiert werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufunruhewerte einer Dynamikkorrektur unterworfen werden.