DE69522943T2

DE69522943T2 - Verfahren und vorrichtung zur kalibrierung eines drehpositionsgebers

Info

Publication number: DE69522943T2
Application number: DE69522943T
Authority: DE
Inventors: James Bradshaw; Claude Wakeman
Original assignee: Delphi Technologies Inc
Current assignee: Delphi Technologies Inc
Priority date: 1994-07-07
Filing date: 1995-06-12
Publication date: 2002-04-11
Anticipated expiration: 2015-06-13
Also published as: US5864775A; DE69522943D1; ES2163518T3; EP0769134B1; EP0769134A1; GB9413677D0; WO1996001980A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum und eine Vorrichtung für das Eichen von Rotationspositionsmeßwertgebern. Ein derartiges Verfahren und eine derartige Vorrichtung können innerhalb eines Verbrennungsmotors eingesetzt werden, um systematische Fehler bei Messungen der Motorposition auszugleichen.
Das US 5177681 beschreibt das Messen der Positionen von Zähnen an einem Positionsmeßfühler für einen Verbrennungsmotor, indem der Motor bis zu einer hohen Drehzahl läuft und danach der Kraftstoff zum Motor unterbrochen wird. Es wird angenommen, daß der Motor eine gleichmäßige Verzögerung erfahren wird. Die mittlere Geschwindigkeit des Motors wird über eine oder mehrere vollständige Umdrehungen gemessen. Weitere Messungen der Geschwindigkeit werden zwischen aufeinanderfolgenden Zähnen vorgenommen, und diese Messungen werden mit der mittleren Messung verglichen. Diskrepanzen hinsichtlich der Messungen der Geschwindigkeit werden auf Ungleichmäßigkeiten hinsichtlich der Position der Zähne zurückgeführt.
Es wurde ermittelt, daß selbst, wenn auch die Messungen unter den Bedingungen der Kraftstoffunterbrechung durchgeführt werden, eine zyklische Veränderung der Motordrehzahl dennoch infolge der Zylinderverdichtungen und Kolbenträgheitseffekte vorhanden ist. Das bewirkt Ungenauigkeiten, wenn die Zwischenzahndrehungsgeschwindigkeiten mit den gemittelten Geschwindigkeiten verglichen werden, die über einen oder mehrere Zyklen des Motors gemessen wurden.
Entsprechend einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Eichen einer Vorrichtung für das Messen einer Rotationsbewegung der Welle eines Verbrennungsmotors bereitgestellt, wobei die Vorrichtung eine Vielzahl von Markierungen aufweist, die so angeordnet sind, daß sie sich an einem Meßffühler im Ergebnis der Rotationsbewegung der Welle vorbeibewegen, wobei das Verfahren aufweist: Messen einer ersten Drehzahl der Welle zwischen einer ersten und zweiten Position, die einer ersten Anzahl von Markierungen entsprechen, die den Meßfühler passieren; Messen einer zweiten Drehzahl der Welle zwischen einer dritten und vierten Position, die einer zweiten Anzahl von Markierungen entsprechen, die den Meßfühler passieren; und Korrigieren einer Einschätzung des Abstandes zwischen der dritten und der vierten Position durch Vergleichen der ersten Drehzahlmessung mit der zweiten Drehzahlmessung, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Position um weniger als eine Umdrehung der Welle getrennt sind, und daß die dritte und die vierte Position zwischen der ersten und der zweiten Position zu finden sind.
Es ist daher möglich, Fehler beim Positionieren der Markierungen zu ermitteln und die Einschätzung der Fehler zu benutzen, um die anschließenden Messungen der Rotationsposition und/oder Drehzahl zu korrigieren.
Die Welle kann eine Kurbelwelle oder eine Nockenwelle sein.
Vorteilhafterweise wird die Zeit während einer einzelnen Umdrehung oder einer Drehung etwas mehr als eine einzelne Umdrehung festgehalten, zu der jeder der Zähne den Meßfühler passiert. Die Messungen der Zeit können in Verbindung mit Motorpositionsdaten analysiert werden, um so die relative Position eines jeden Zahnes mit Bezugnahme auf einen Bezugszahn und/oder die Position eines jeden Zahnes mit Bezugnahme auf seine Nachbarn zu ermitteln.
Entsprechendem einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zum Eichen einer Vorrichtung für das Messen einer Rotationsbewegung der Welle eines Verbrennungsmotors bereitgestellt, wobei die Vorrichtung für das Messen der Rotationsbewegung eine Vielzahl von Markierungen aufweist, die so angeordnet sind, daß sie sich an einem Meßfühler im Ergebnis der Rotationsbewegung der Welle vorbeibewegen, wobei die Eichvorrichtung aufweist: eine Drehzahlmeßeinrichtung, die so ausgeführt ist, daß sie eine erste Drehzahl der Welle zwischen der ersten und der zweiten Position mißt, die einer ersten Anzahl von Markierungen entsprechen, die den Meßfühler passieren, und die so ausgeführt ist, daß sie eine zweite Drehzahl der Welle zwischen einer dritten und vierten Position mißt, die einer zweiten Anzahl von Markierungen entsprechen, die den Meßfühler passieren; und eine Korretureinrichtung für das Korrigieren einer Einschätzung des Abstandes zwischen der dritten und der vierten Position durch Vergleichen der ersten Drehzahl mit der zweiten Drehzahl, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Position um weniger als eine Umdrehung der Welle getrennt sind, und daß die dritte und die vierte Position zwischen der ersten und der zweiten Position zu finden sind.
Vorzugsweise trägt das erste Element ein Zahnrad, das nominell mit gleichmäßigem Abstand angeordnete Zähne aufweist.
Vorzugsweise werden die Messungen der Drehzahl vorgenommen, indem die Zeiten verglichen werden, zu denen die Zähne den Meßfühler passieren, und indem vorausgesetzt wird, daß das Maß der Drehung genau ermittelt werden kann, da die Zähne im wesentlichen mit gleichmäßigem Abstand bei einem vorgegebenen Winkelabstand angeordnet sind.
Es ist daher möglich, Positionierungsfehler bei den Positionen eines jeden einzelnen der Zähne des Zahnrades einzuschätzen und zu berücksichtigen. Die Fehlerdaten können verwendet werden, um die Drehzahhnessungsdaten zu korrigieren, um so die Genauigkeit der Messungen der Drehzahl des ersten Elementes zu erhöhen.
Die vorliegende Erfindung wird weiter als Beispiel mit Bezugnahme auf dlie beigefügten Zeichnungen beschrieben, die zeigen:
Fig. 1 eine schematische grafische Darstellung eines Verbrennungsmotors mit einem Motormanagementsystem, das eine Vorrichtung enthält, die eine Ausführung der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 2 ein Zeitablaufdiagramm, das die Funktionsweise einer Ausführung der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
Fig. 3 ein Flußdiagramm, das die Schritte veranschaulicht, die vom Mikroprozessor durchgeführt werden, der in Fig. 1 gezeigt wird; und
Fig. 4 einen Vergleich der Drehzahl, die bei Verwendung eines Zahnrades sowohl bei als auch ohne Anwendung einer Korrektur für die Fehler beim Positionieren der Zähne gemessen wird, zusammen mit einer Anzeige der tatsächlichen Drehzahl.
Der Motor 1, der in Fig. 1 gezeigt wird, weist eine Kurbelwelle 2 auf, die ein Zahnrad 3 trägt. Ein Meßfühler 4 ist angrenzend an das Zahnrad 3 angebracht und so angeordnet, daß ein Ausgangssignal geliefert wird, das das Passieren eines jeden Zahnes anzeigt. Ein Ausgang des Meßfühlers 4 wird einem Motormanagementsystem 5 vorgelegt. Das Motormanagementsystem 5 wird durch einen programmierbaren Datenprozessor 6 verkörpert, der Befehle durchführt, die in einem Nur-Lesespeicher (ROM) 7 gespeichert werden, und der so angeordnet ist, daß er Daten, wie beispielsweise die korrigierten Positionen der Zähne, in einem Festspeicher speichert, wie beispielsweise einem elektrisch löschbaren programmierbaren Nur- Lesespeicher (EEPROM) 8.
Das Zahnrad 3 weist 60 mit einem regelmäßigen Abstand angeordnete Zähne um dessen Umfang herum auf. Daher ist jeder Zahn nominell mit Intervallen von 6 Grad mit Abstand angeordnet.
Fertigungstoleranzen führen zu Positionsfehlern von annähernd plus oder minus 0,1 Grad relativ zu einem willkürlichen Bezugszahn. Daher unterliegen sie in dem Fall, bei dem Drehzalmessungen über einen Winkelintervall von 12 Grad vorgenommen werden, einem maximalen Fehler von annähernd 1,6%. Die Zahnpositionsfehler sind systematische Fehler. Das Motormanagementsystem 5 ist so angeordnet, daß die Verteilung der Zähne um das Zahnrad 3 herum analysiert wird, um so Zahnpositionsfehler auszugleichen.
Fig. 2 zeigt ein idealisiertes Ausgangssignal vom Meßfühler 4. Der Zahn Null wird als Bezugszahn genommen und entspricht der oberen Totpunktposition (TDC-Position) eines vorgegebenen Zylinders. Der Mikroprozessor ist so angeordnet, daß die Zeit festgehalten wird, zu der die Vorderflanke eines jeden Zahnes den Meßfühler passiert. Beginnend mit dem Bezugszahn zur Zeit t0 wird die Zeit, zu der die Vorderflanke des ersten Zahnes den Meßfühler 4 passiert, bei t1 festgehalten, die Zeit, zu der die Vorderflanke des zweiten Zahnes den Meßfühler 4 passiert, bei t2, usw.
Ein Berechnungsbeispiel für den Zwischenzahnfehler zwischen dem Zahn 0 und dem Zahn 1 wird jetzt mit Bezugnahme auf Fig. 2 beschrieben. Die Reihe von Zeitmessungen t-2 bis t62, die über etwas mehr als eine Umdrehung der Kurbelwelle vorgenommen werden, wird analysiert, um so die Zeit zu ermitteln, die zwischen dem Passieren der Vorderflanken des nullten und des ersten Zahnes verstrichen ist. Diese Zeit, die t1-t0 entspricht, wird in einem ersten Wert Δt0 gespeichert. Ein zweiter Wert ΔT0, der der mittleren Drehzahl des Motors während einer Zeitdauer entspricht, im wesentlichen symmetrisch um die Zeitdauer t1-t0 angeordnet, wird für die 30 Grad der Motordrehung zwischen t-2 und t3 berechnet. Der Zahnpositionsfehler für den Zahn Null kann danach aus:
Zahnfehler (N) = (30 · (Δt0/ΔT0)) - 6
berechnet werden.
Wenn daher beispielsweise t1-t0 gleich 1006,4 Mikrosekunden ist und t3-(t-2) gleich 4995,2 Mikrosekunden ist, dann liegt der Zwischenzahnabstand zwischen dem Zahn 0 und 1 bei einem Fehler um +0,0442 Grad.
Fig. 3 zeigt ein Flußdiagramm für ein Eichverfahren, das zeigt, wie der Positionsfehler für jeden Zahn des Zahnrades 3 ermittelt werden kann. Das Flußdiagramm beginnt beim Schritt 18. Eine Steuerung geht zum Schritt 19 über, wo ein veränderliches COUNT (Zählen) initiiert wird, indem auf Null gestellt wird. Der Wert des COUNT wird beim Schritt 20 fortgeschaltet. Der Wert der Zählung wird beim Schritt 21 getestet. Wenn die Zählung kleiner ist als 100, geht die Steuerung zum Schritt 22 über, anderenfalls geht die Steuerung zum Schritt S8 über, der die Prozedur beendet. Beim Schritt 22 wird eine Entscheidung darüber getroffen, ob die Betriebsbedingungen geeignet sind, um eine Messung der Zahnpositionen durchzuführen. Geeignete Bedingungen können sein, daß die Motordrehzahl und/oder die Belastung/Fahrerforderung innerhalb der vorgegebenen Werte sind, und daß die Geschwindigkeit der Motorbeschleunigung oder -abbremsung im wesentlichen gleichmäßig ist und idealerweise Null. Das Flußdiagramm zeigt die durchzuführenden Berechnungen, wenn der Motor mit im wesentlichen gleichmäßiger Drehzahl läuft. Die Schritte können jedoch abgewandelt werden, um eine gleichmäßige Beschleunigung und Abbremsung zu berücksichtigen, wobei in dem Fall die Berechnung in Form der Umdrehungen pro Minute anstelle der Zeit durchgeführt werden sollte. Wenn die Bedingungen ungeeignet sind, wird die Steuerung zum Start des Schrittes 22 zurückgeführt. Wenn die Bedingungen geeignet sind, geht die Steuerung zum Schritt 24 über, wo die Durchgangszeiten der 65 aufeinanderfolgenden Zähne in Veränderlichen t-2 bis t62 festgehalten werden. Die Veränderliche t0 entspricht die Zahnflanke, die den Meßfühler 4 im oberen Totpunkt passiert. Die Steuerung geht danach zum Schritt 26 über, wo wiederum eine Überprüfung der Motorbetriebsbedingungen durchgeführt wird. Wenn die Bedingungen ungeeignet sind, geht die Steuerung zum Schritt 20 über, wohingegen, wenn die Bedingungen geeignet sind, die Steuerung zum Schritt 28 übergeht. Sollten bei 100 Versuchen keine geeigneten Bedingungen erhalten werden (wie durch den Wert von COUNT gezeigt wird), dann wird die Eichung abgebrochen. Die Prozedur kann erneut zu einem späteren Zeitpunkt gestartet werden, beispielsweise das nächste Mal, wenn der Motor gestartet wird.
Die Schritte 28 bis 36 berechnen die Zwischenzahnzeitdauer zwischen aufeinanderfolgenden Zähnen. Eine Veränderliche N wird auf -2 beim Schritt 28 eingestellt. Der Schritt 30 berechnet die Zwischenzahnzeitdauer ΔtN zwischen dem N-ten und dem (N+1)-ten Zahn. Der Wert von ΔtN wird beim Schritt 32 gespeichert, der Wert von N wird beim Schritt 34 fortgeschaltet, und der Schritt 36 prüft, um nachzusehen, ob der Wert von N größer ist als 61. Die Steuerung wird vom Schritt 36 zum Schritt 30 zurückgeführt, wenn der Wert von N kleiner ist als oder gleich 61 ist, wohingegen die Steuerung zum Schritt 38 übergeht, wenn der Wert von N größer ist als 61.
Die Schritte 38 bis 46 berechnen die Zeit, die der Motor für 30 Grad Umdrehung benötigt, im wesentlichen um den N-ten und den (N+1)-ten Zahn herum konzentriert. Der Wert von N wird beim Schritt 38 auf Null zurückgestellt. Der Schritt 40 berechnet eine Zeitdauer ΔTN für die 30 Grad Umdrehung, die zwischen den Zeiten auftreten, zu denen der T(N+3)-te und der T(N-2)-te Zahn den Meßfühler 4 passieren. Der Wert ΔTN wird beim Schritt 42 gespeichert, der Wert von N wird beim Schritt 44 fortgeschaltet, und der Schritt 46 testet den Wert von N, um zu sehen, ob er 61 überschreitet. Wenn der Wert von N kleiner ist als oder gleich 61 ist, wird die Steuerung zum Schritt 40 zurückgeführt; anderenfalls geht die Steuerung zum Schritt 48 über.
Die Schritte 48 bis 56 berechnen den Abstand zwischen den aufeinanderfolgenden Zähnen. Die Veränderliche N wird beim Schritt 48 auf Null zurückgestellt. Der Zwischenzahnabstand ΔDN zwischen dem N-ten und dem (N+1)-ten Zahn wird beim Schritt 50 durch Multiplizieren des Quotienten von ΔtN, dividiert durch ΔTN, mit 30 berechnet. Der Wert von ADN wird beim Schritt 52 gespeichert, der Wert von N wird beim Schritt 54 fortgeschaltet, und der Schritt 56 überprüft den Wert von N, um zu sehen, ob er 59 übersteigt. Wenn N kleiner ist als oder gleich 59 ist, geht die Steuerung zum Schritt 50 über. Anderenfalls geht die Steuerung zum Schritt 58 über, wo die Prozedur beendet wird.
Die gemessenen Zwischenzahnabstände werden im Speicher 8 gespeichert und bei den Motordrehzahlberechnungen verwendet, die vom Motormanagementsystem 5 durchgeführt werden.
Obgleich der Positionsfehler eines jeden Zahnes relativ klein ist, können bedeutende Verbesserungen hinsichtlich der Messung der Motordrehzahl erhalten werden, indem eine Korrektur für Veränderungen des Zwischenzahnabstandes zwischen benachbarten Zähnen vorgenommen wird. Fig. 4 zeigt Versuchsdaten, bei denen die gestrichelte Linie 70 die Einschätzungen der Drehzahl auf der Basis der Annahme zeigt, daß jeder Zahn des Zahnrades 3 von seinen Nachbarn um genau 6 Grad getrennt war; die Linie 72 zeigt Drehzahldaten, die bei Verwendung von korrigierten Zwischenzahnabständen berechnet wurden, wie sie von einer Ausführung der vorliegenden Erfindung berechnet wurden; und die Linie 74 zeigt die tatsächliche Drehzahl, worauf die anderen Daten basieren. Es wird bemerkt, daß die Messungen der Drehzahl stark verbessert sind. Das Eichprogramm, wie es in Fig. 3 gezeigt wird, muß nur selten und von Zeit zu Zeit durchgeführt werden, so daß die zyklische Veränderung der Motordrehzahl klein ist, wenn man mit der mittleren Motordrehzahl vergleicht.
Es ist daher möglich, die Genauigkeit der durchgeführten Drehzahlmessungen bei Verwendung eines Zahnrades oder eines gleichen Rotationselementes, das eine Vielzahl von Markierungen trägt, zu verbessern.

Claims

1. Verfahren zum Eichen einer Vorrichtung für das Messen einer Rotationsbewegung der Welle (2) eines Verbrennungsmotors (1), wobei die Vorrichtung eine Vielzahl von Markierungen aufweist, die so angeordnet sind, daß sie sich an einem Meßfühler (4) im Ergebnis der Rotationsbewegung der Welle (2) vorbeibewegen, wobei das Verfahren aufweist: Messen einer ersten Drehzahl der Welle (2) zwischen einer ersten und zweiten Position, die einer ersten Anzahl von Markierungen entsprechen, die den Meßfühler (4) passieren; Messen einer zweiten Drehzahl der Welle (2) zwischen einer dritten und vierten Position, die einer zweiten Anzahl von Markierungen entsprechen, die den Meßfühler (4) passieren; und Korrigieren einer Einschätzung des Abstandes zwischen der dritten und der vierten Position durch Vergleichen der ersten Drehzahlmessung mit der zweiten Drehzahlmessung, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Position um weniger als eine Umdrehung der Welle (2) getrennt sind, und daß die; dritte und die vierte Position zwischen der ersten und der zweiten Position zu finden sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Markierungen Zähne eines Zahnrades (3) aufweisen, das auf der Welle (2) montiert ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die erste und die zweite Position um nicht mehr als 720/N Grad getrennt sind, worin N die Anzahl der Zylinder des Verbrennungsmotors (1) ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei dem die Drehzahl des Motors (1) überwacht wird und die erste und zweite Drehzahl gemessen werden, wenn die Änderungsgeschwindigkeit der Beschleunigung des Motors (1) kleiner ist als ein vorgegebener Grenzwert.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem Motorpositionsdaten durch Zählen des Passierens der Markierungen am Meßfühler (4) vorbei geliefert werden.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die dritte und die vierte Position voneinander mit einem Zwischenmarkierungsabstand angeordnet sind.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die dritte und die vierte Position im wesentlichen symmetrisch um den Mittelpunkt zwischen der ersten und der zweiten Position herum angeordnet sind.

8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem der korrigierte Winkelabstand zwischen der dritten und der vierten Position als (a·Δt0)/ΔT0 berechnet wird, worin sind: α der Winkelabstand zwischen der ersten und der zweiten Position; ΔT0 der Zeitintervall zwischen dem Passieren der ersten und der zweiten Markierung in der ersten und der zweiten Position am Meßfühler vorbei; und Δt0 der Zeitintervall zwischen dem Passieren der dritten und der vierten Markierung in der dritten und der vierten Position am Meßfühler (4) vorbei.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Zeit, zu der jede der Markierungen den Meßfühler (4) passiert, während einer einzelnen Umdrehung oder während einer Drehung etwas mehr als eine einzelne Umdrehung der Welle (2) festgehalten wird.

10. Vorrichtung zum Eichen einer Vorrichtung für das Messen einer Rotationsbewegung der Welle (2) eines Verbrennungsmotors (1), wobei die Vorrichtung für das Messen der Rotationsbewegung eine Vielzahl von Markierungen aufweist, die so angeordnet sind, daß sie sich an einem Meßfühler (4) im Ergebnis der Rotationsbewegung der Welle (2) vorbeibewegen, wobei die Eichvorrichtung aufweist: eine Drehzahlmeßeinrichtung, die so ausgeführt ist, daß sie eine erste Drehzahl der Welle (2) zwischen der ersten und der zweiten Position mißt, die einer ersten Anzahl von Markierungen entsprechen, die den Meßfühler (4) passieren, und die so ausgeführt ist, daß sie eine zweite Drehzahl der Welle (2) zwischen einer dritten und vierten Position mißt, die einer zweiten Anzahl von Markierungen entsprechen, die den Meßfühler (4) passieren; und eine Korretureinrichtung für das Korrigieren einer Einschätzung des Abstandes zwischen der dritten und der vierten Position durch Vergleichen der ersten Drehzahl mit der zweiten Drehzahl, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Position um weniger als eine Umdrehung der Welle (2) getrennt sind, und daß die dritte und die vierte Position zwischen der ersten und der zweiten Position zu finden sind.