用於確定周期運動的起始位置的方法

2023-09-14 09:58:20 1

用於確定周期運動的起始位置的方法
【專利摘要】本發明涉及一種用於確定周期運動的起始位置的方法，包括：-繪製（S1、S9）一連串的發送器信號，用以獲得一信號序列；-將所繪製的信號序列與一參考信號序列的可能的部分信號序列的組進行連續地或規律地比較（S2、S10），其中，所述參考信號序列包括由針對至少一個完整的運動周期的信號位置所形成的一信號序列；其中，為所述參考信號序列的部分信號序列分別配設所述周期運動的一個或多個可能的起始位置；-從所述可能的部分信號序列的組中排除（S5、S13）如下的一個或多個部分信號序列，其不與所述信號序列一致或者其起始部分不與所述信號序列一致；-將所述起始位置中的配屬於所述可能的剩餘的部分信號序列的起始位置確定（S7）為起始位置。
【專利說明】用於確定周期運動的起始位置的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及用於位置探測的方法和裝置，例如用於對機動車中的凸輪軸進行位置 探測。
【背景技術】
[0002]在起動一機動車中的內燃機時原則上希望的是,一旦該起動裝置使馬達轉動,則 儘可能快地識別到活塞在缸中的準確的位置。
[0003]特別是在機動車中的起動-停止-系統中，其中，內燃機在機動車的靜止狀態下被 切斷並且一旦重新發動則又被起動，重要的是，一旦所述起動裝置使馬達轉動，則儘可能快 地並且可靠地確定馬達的起始位置，也就是說在起動時活塞在缸中的位置。
[0004]從出版物EP I 882 839 Al中公開了一種用於確定內燃機的位態的方法。在凸輪 軸上以及在曲軸上設置位置發送器，它們分別具有一發送器輪。所述位置發送器根據凸輪 軸和曲軸的位置來產生位置信號，所述位置信號可以進行評價。從凸輪軸位置信號和曲軸 位置信號中導出一關於與凸輪軸位置信號的邊沿、曲軸位置信號的邊沿以及同步化信號相 關的所述內燃機的位態的說明，其中，所述曲軸位置信號還具有一同步化特徵。

【發明內容】

[0005]根據本發明的任務通過根據權利要求1所述的方法、通過根據權利要求12所述的 裝置以及通過根據權利要求13所述的計算機產品解決。
[0006]其它有利的設計方案在從屬權利要求中說明。
[0007]根據第一方面，用於確定一周期運動的起始位置的方法包括下列步驟:
-繪製一連串的發送器信號，用以獲得一信號序列；
-將所繪製的信號序列與所提供的參考信號序列的可能的部分信號序列的組進行連 續地或規律地比較，其中，所述參考信號序列包括由針對至少一個完整的運動周期的信號 位置形成的一信號序列，其中，為所述參考信號序列的部分信號序列分別配設所述周期運 動的一個或多個可能的起始位置；
-從所述可能的部分信號序列的組中排除如下的一個或多個部分信號序列，其不與所 述信號序列一致或者其起始部分不與所述信號序列一致；並且
-將所述起始位置中的配屬於可能的剩餘的部分信號序列的起始位置確定為起始位置。
[0008]上述方法用於以特別快速的方式來求出一周期運動的起始位置。所述方法設置用 於，從一參考信號序列中將如下的發送器輪位置作為針對所述周期運動的可能的起始位置 予以排除，在所述發送器輪位置中，所述部分信號序列不與或不再與到此為止所繪製的信 號序列一致，其中，所述參考信號序列具有針對部分信號序列的起始位置，為所述部分信號 序列分別配設一發送器輪位置。配屬於被排除的發送器輪位置的所述部分信號序列之後在 將所述信號序列與所述部分信號序列的下一比較中不再予以考慮。[0009]可剩餘多個或也可剩餘僅一個部分信號序列。在此情況下剩餘的意思是，一部分 信號序列不由於缺少一致性而被排除。因此也可剩餘多個或僅一個起始位置，即例如僅將 一個起始位置配設給所剩餘的一個或多個部分信號序列。如果僅剩餘一個起始位置，則將 該起始位置確定為起始位置。
[0010]所述信號序列的繪製在實施該方法期間被推進，並且如此地將可能的發送器輪位 置作為可能的起始位置逐漸地予以排除。由此可以減少直至確定所述起始位置的該方法的 總時間，因為在每個新繪製的發送器信號的情況下，僅還須檢測新添加的針對直到目前為 止仍可能的起始位置的數據。
[0011]相反，在已知的用於圖案識別的運算法則中，在每一次調取時，針對每個起始位 置，將實際提供的信號序列與參考信號序列進行比較。該過程步驟是耗費的且提高了直至 確定所述凸輪軸的轉動的起始位置的時間。
[0012]可以規定，在確定所述運動的開始之後，開始所述信號序列的繪製。這樣可以例如 一旦確定了馬達的轉動，例如確定了使馬達轉動的起動裝置已經開始，則在起動-停止-系 統中確定所述凸輪軸的起始位置。
[0013]該方法還規定，周期地重複所述傳感器信號的繪製、將所繪製的信號序列與所述 參考信號序列的可能的部分信號序列的組的比較，以及從所述可能的部分信號序列的組中 將一個或多個不與所述信號序列一致或其起始部分不與所述信號序列一致的部分信號序 列的排除。由此可以利用每次添加的新的發送器信號來排除那些無法再適配的部分信號序 列，從而在儘可能少的所繪製的發送器信號數量之後能夠確定針對所述運動的一對一的起 始位置。
[0014]所繪製的信號序列的與所述參考信號序列的可能的部分信號序列一致的發送器 信號的數量可以存儲下來，作為針對配屬於所述部分信號序列的起始位置的標記值。之後， 可以將所繪製的信號序列的最後繪製的發送器信號與跟隨所配設的起始位置的標記值之 後的每個可能的部分信號序列的位置進行比較。由此可以利用少量的計算耗費來針對每個 仍適配的起始位置來標記所配設的部分信號序列的位置，直至確定了與所繪製的信號序列 的一致性。因此每個新繪製的發送器信號可以針對每個仍適配的起始位置直接與所述部分 信號序列的相應的位置進行比較。
[0015]如果無法確定可能的部分信號序列且因此無法確定起始位置，則可實施一逆向搜 索。所述逆向搜索可以包括將所繪製的信號序列與可能的逆向部分信號序列的比較，所述 可能的逆向部分信號序列通過沿著調轉的方向讀取所述參考信號序列而形成。這能夠實 現，將一逆向搜索簡單地集成到用於位置確定的現有的方法中，因為相對於正向搜索，僅須 改變所述參考信號序列的讀取方向。
[0016]根據一種實施方式，將前面描述的方法用於對內燃機的凸輪軸進行位置確定。在 此情況下，所述發送器信號可以包括:在一凸輪軸發送器輪中的一空隙的存在性或不存在 性，和/或一凸輪軸發送器輪的邊沿的存在性和/或角度，和/或所述凸輪軸發送器輪的一 個分段的長度和/或電平。
[0017]所述發送器信號的繪製可以首先以針對每個運動周期更高數量的發送器信號來 實施，並且之後在所述方法的繼續運行中可以針對每個運動周期繪製更少數量的發送器信 號。由此可以在開始所述運動之後快速地以較高的準確性來確定所述起始位置。之後在所述運動的繼續運行中，可以以較少的計算耗費來監控所述凸輪軸的位置。
[0018]所述發送器信號的繪製可以例如針對每個運動周期實施至少8次且至多30次。
[0019]此外，本發明的一種實施方式也提供了一種裝置，包括一內燃機和一控制器，其 中，所述控制器以如下方式構造，使得其實施前面描述的用於確定所述內燃機的運動的起 始位置的方法。
[0020]最後，本發明的一種實施方式提供了一種電腦程式產品，其包括一程序代碼，當 所述程序代碼在一數據處理器上實施時，所述電腦程式產品實施前面描述的方法。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]下面參照附圖詳細描述本發明的實施方式。其中:
圖1示出了一種馬達的示意圖，其中，能夠使用根據本發明的用於確定所述起始位置 的方法；
圖2示出了根據本發明的用於位置確定的方法的一種實施方式的流程圖；以及 圖3示出了用於利用根據本發明的方法來確定一起始位置的例子。
【具體實施方式】
[0022]圖1示出了具有四個凸輪軸12的V馬達10的示意圖。在一個凸輪軸12上安裝 一凸輪軸發送器輪14，其具有一特性化的且一對一的、通常不規律的圖案。所述圖案可以通 過沿著徑向的具有不同的切向寬度的凸起，通過在所述凸輪軸發送器輪14上的標記或以 其它方式來構造。
[0023]同樣地，在所述馬達10的曲軸16上布置一用於檢測相對位置變化的曲軸發送器 輪18，其在一圓周位置處具有一用於標註一個完整迴轉的標記。例如所述曲軸發送器輪18 可以具有規律地間隔的標記或結構，其中，在一位置處設置一特性化的空隙20。所述曲軸發 送器輪18可以例如構造成具有某個數量、例如60個或另一種數量的齒的齒輪，其中，缺少 一個或多個彼此相鄰的齒，用以在該圓周位置處構造出標記。
[0024]通過光學的、磁性的或電的傳感器22、24可以在所述凸輪軸12運動的情況下根據 所述凸輪軸發送器輪14的位置變化來繪製一連串的發送器信號，和/或在所述曲軸16運 動的情況下根據所述曲軸發送器輪18的位置變化來繪製一連串的發送器信號，並且提供 給一控制器26。為了儘可能快速地識別所述馬達的起始位置，所述凸輪軸發送器輪14可以 例如針對所述凸輪軸的每次迴轉而生成在8個和30個之間的發送器信號。
[0025]所述凸輪軸發送器輪14和所述曲軸發送器輪18的相位角彼此具有一定義的相關 性，因為所述凸輪軸發送器輪14和所述曲軸發送器輪18彼此同步地運動，其中，但所述曲 軸發送器輪18相對於所述凸輪軸發送器輪14具有雙倍的迴轉速度。
[0026]這樣，在所述曲軸發送器輪18上繪製的發送器信號的規律地相繼的邊沿可以用 作針對由所述傳感器24接收的所述發送器信號的電平的一節拍發生器，用以繪製所述凸 輪軸發送器輪14的發送器信號。例如可以在利用所述凸輪軸發送器輪18繪製的發送器信 號的一預設數量的邊沿，例如在每個、每第二個或每第n個邊沿之後，分別確定所述凸輪軸 發送器輪14的電平。替選地，可以在所述曲軸發送器輪18上繪製的發送器信號的每個邊 沿或一預設數量的邊沿的情況下，探測所述凸輪軸發送器輪14的發送器信號的邊沿的存在性或不存在性，且因此確定所述凸輪軸發送器輪14的當前分段的長度。由此可以確保， 即使在所述馬達10的變化的轉數的情況下也可以始終針對每個運動周期繪製出所述凸輪 軸發送器輪14的一定義數量的發送器信號。此外，由所述曲軸發送器輪18的傳感器22探 測到的發送器信號的邊沿的數量或一相應的說明為此在由所述凸輪軸發送器輪14的傳感 器24所探測到的發送器信號的每兩個邊沿之間進行計數並且繪製出一序列相應地計數的 邊沿數量作為一信號序列。
[0027]在所述馬達10的恆定的轉速的情況下，所述傳感器24也可以以規律的時間間隔 來操控，無需將所述曲軸發送器輪18的發送器信號的邊沿用作針對讀取所述傳感器24的 節拍發生器。
[0028]所述凸輪軸發送器輪14可以例如包括各不同高度和/或長度的多個分段，和/或 可以設置不同形狀和角度的邊沿。此外，可以考慮具有突起的分段的凸輪軸發送器輪14， 其在其圓周的一部分、例如180°上具有一較大的半徑，並且在其圓周的其餘部分、例如 180°上具有一較小的半徑。在此情況下，作為用於所述凸輪軸發送器輪14的發送器信號， 可以相應於所述邊沿的存在性和/或角度，和/或當前的分段的長度和/或高度來繪製一 信號。
[0029]此外，在所述曲軸發送器輪18的情況下，可以顯示在被觀察的分段中的空隙20的 存在性或不存在性。
[0030]因此在所述凸輪軸12的每次運動期間，如上所述，讀取一連串的發送器信號的一 信號序列，其中，在所述凸輪軸12轉動的情況下，根據一參考信號序列，周期地經過針對所 述發送器信號的值。一般來說，所述參考信號序列可以包括具有相同的值的多個項。針對 所述曲軸發送器輪18，所述參考信號序列例如包括一具有值「存在空隙」的項，而所有剩餘 的項都具有「不存在空隙」的值。因此一般來說，從唯一一個利用所述傳感器22和/或24 繪製出的發送器信號中，無法確定所述凸輪軸12和/或所述曲軸16的一對一的位置。
[0031]因此，相應於所述凸輪軸發送器輪14的傳感器24的多個一連串的發送器信號來 探測一信號序列，並且將所述信號序列成像到所述參考信號序列的一個部分信號序列上。 之後，可以一對一地確定所述運動的起始位置，因為所述參考信號序列的每個部分信號序 列都配設有一起始位置。一旦確定了一起始位置，就可以計算所述凸輪軸的相位角且因此 確定所述凸輪軸的位置。
[0032]圖2示出了根據本發明的方法的一種實施方式。在開始之後，在步驟SI中首先探 測一針對所述凸輪軸發送器輪14和/或所述曲軸發送器輪18的第一發送器信號，其方式 為，讀取所述傳感器22、24。
[0033]作為下面針對在圖2中所示的方法所使用的發送器信號，可以使用一直接由所述 傳感器22、24提供的信號值，例如一如下的值，該值說明在所述凸輪軸發送器輪14的與所 述傳感器24對置的分段中的一邊沿的存在性。此外，作為發送器信號在上下文中也可以使 用一種說明，其從一個或多個由傳感器24確定的信號值中求出。針對這種說明的一個例子 是針對所述凸輪軸發送器輪14的與所述傳感器24對置的分段的分段長度的值，前提是所 述凸輪軸發送器輪如在圖1中所示，沿著圓周方向被劃分成具有不同半徑的分段。
[0034]隨後在步驟S2中針對每個起始位置將在步驟SI中確定的發送器信號與所配設的 所述參考信號序列的部分信號序列的第一值進行比較。當在步驟SI中確定的第一發送器信號等於針對一配設的起始位置的部分信號序列的第一值時(在步驟S3中的「是」)，則將 該起始位置在步驟S4中利用標記值「I」標記為適配，因為到此為止一發送器信號與所述起 始位置適配。
[0035]當在步驟SI中確定的發送器信號不等於針對一配設的起始位置的部分信號序列 的第一值時(在步驟S3中的「否」)，則將該起始位置在步驟S5中利用標記值「-1」標記為不 適配。
[0036]在針對每個起始位置進行了與所述第一發送器信號的比較且因此每個起始位置 要麼利用所述標記值「-1」被標記為不適配要麼利用所述標記值「 I」被標記為與所述第一 發送器信號適配之後，在步驟S6中檢查所有起始位置的組，用以求出，有多少起始位置仍 標記為適配且因此仍包含在可能的起始位置的組中。
[0037]如果剛好有一個起始位置標記為適配，並且所有其它的起始位置標記為不適配 (步驟S6中的結果「1」)，則該標記為適配的起始位置在步驟S7中作為起始位置輸出並且該 方法結束。
[0038]如果沒有起始位置標記為適配(步驟S6中的結果「0」)，則假設，所述馬達10可能 會逆向運轉並且在步驟S8中以到此為止所繪製的發送器信號的信號序列來開始一逆向搜 索，該逆向搜索在下面詳細描述。(雖然該結果可以在至少兩個所求出的與位置相關的說明 之後才出現，當然這裡為了完整性起見在第一次調取步驟S6時就已經提到。)
如果多於一個起始位置標記為適配(步驟S6中的結果「>1」)，則在步驟S9中繪製一其 它的發送器信號，其方式為，重新讀取所述傳感器22、24中的至少一個。
[0039]隨後，在步驟SlO中針對每個在步驟S4中標記為適配的起始位置(即利用標記值
1)，將在步驟S9中求出的發送器信號與所配設的部分信號序列的下一值進行比較。
[0040]在此，所述部分信號序列的哪個位置與最後繪製的發送器信號進行比較，從針對 所配設的起始位置的標記值中得出:在標記值為I的情況下，之前將一發送器信號作為適 配而求出並且因此在步驟S9中將所繪製的發送器信號與所述部分信號序列的第二位置進 行比較。一般來說，在標記值為n的情況下，將所述部分信號序列的第n+1個位置與最後繪 制的發送器信號進行比較。
[0041]當在步驟S9中繪製的發送器信號等於所述部分信號序列的第二位置時(步驟Sll 中的「是」)，則在步驟S12中將所配設的起始位置利用標記值「2」標記為針對兩個到此為止 所繪製的發送器信號所適配的。一般來說，當在與一其它的發送器信號比較之後將所述起 始位置標記為繼續適配，則所述起始位置的標記值提高I。
[0042]當在步驟S9中繪製的發送器信號不等於所述部分信號序列的第二值時(在步驟 Sll中的「否」)，則將各起始位置在步驟S13中利用標記值「-1」標記為不適配。
[0043]在根據步驟SlO至S13將所有可能的、也就是說仍標記為與第二發送器信號適配 的起始位置予以排除(Abarbeitung)之後，所述方法又返回到步驟S6並且重新檢測，是否 在此期間已經一對一地確定了一起始位置。如果仍還有多於一個起始位置是可能的，則在 步驟S9中繪製一其它的發送器信號，其在步驟SlO中針對每個仍可能的起始位置與所述部 分信號序列的相應的位置進行比較。
[0044]所述步驟S6和S9至S13被經常地重複，直至要麼識別到一起始位置，其之後在步 驟S7中被讀取，要麼直至不再有起始位置是可能的，從而在步驟S8中開始一逆向搜索。[0045]所述逆向搜索如前面描述的針對所述正向搜索的方法類似地實施。與所述正向搜 索相比，在所述逆向搜索的情況下，針對與所繪製的發送器信號的信號序列進行比較的各 起始位置的部分信號序列的值沿著調轉的方向從周期地重複的參考信號序列中被讀取。
[0046]圖3示出了針對一針對所述起始位置102的發送器信號的參考信號序列100的例 子。在所示的例子中，針對所述凸輪軸12的每次迴轉，重新繪製所述凸輪軸發送器輪14的 發送器信號。在此情況下，所繪製的發送器信號相應於所述凸輪軸發送器輪14的各與所述 傳感器24對置的分段的長度。
[0047]在所示的例子中，由傳感器24繪製針對所述分段長度的發送器信號值「1、3、1」。 如前所述，所述分段長度的說明是針對一發送器信號的多個可能性中的一個。在所述分段 長度的說明作為發送器信號的情況下，無法針對每個運動周期提高所述發送器信號的數 量。取而代之，針對每個運動周期，通過在所述凸輪軸發送器輪14的圓周上的分段數量來 固定地預設所述發送器信號的數量。但可以提高解析度或者說掃描率，從而可以更快地決 定，是否看見了所述發送器輪的某些分段，例如短的分段或一對一的長的分段。
[0048]在所述方法的第一次調取時，將所有的起始位置102首先與所述第一發送器信號 「I」進行比較。起始位置0在所配設的所述參考信號序列100的部分信號序列中包含了一 分段長度「2」作為第一值，即標記為不適配，其方式為，針對起始位置0將標記值「-1」添加 到命中列表(Trefferliste)KM中。針對起始位置I的參考信號序列100的部分信號序列 包括一分段長度「I」作為第一值。因此該起始位置是仍可能的且在因此所述命中列表104 中首先利用標記值「 I 」進行標記。
[0049]在所繪製的發送器信號的整個信號序列與所述參考信號序列100的部分信號序 列進行了比較之後，所述命中列表104包含了兩個項，它們相應於可能的起始位置。所述起 始位置I和3分別利用標記值「3」在所述命中列表104中進行標記，因為針對該起始位置 的相應的部分信號序列與三個所繪製的發送器信號一致。所有其它的起始位置利用標記值 「-1」標記為不適配。
[0050]在該運算法則的下一調取中，僅還向仍標記為適配的可能的起始位置跳躍。經由 所述命中列表104中的項，可以立即向新添加的數據跳躍，因為所述命中列表104中的標記 值直接說明，所述參考信號序列100的相應的部分信號序列的多少值已經與所繪製的發送 器信號進行了比較。
[0051]當在一定的時間之後，沒有識別到一對一的一致性，則為了識別一逆向轉動的馬 達，針對每個起始位置的參考信號序列100以調轉的順序與所繪製的信號序列進行比較。
[0052]因此，利用前面描述的方法能夠實現圖案識別的特別高效的轉換。因此同樣可特 別簡單地實現正向搜索和逆向搜索。
【權利要求】
1.用於確定周期運動的起始位置的方法，包括:-繪製(S1、S9)—連串的發送器信號，用以獲得一信號序列；-將所繪製的信號序列與一參考信號序列(100)的可能的部分信號序列的組進行連續地或規律地比較(S2、S10)，其中，所述參考信號序列(100)包括由針對至少一個完整的運動周期的信號位置所形成的一信號序列；其中，為所述參考信號序列(100)的部分信號序列分別配設所述周期運動的一個或多個可能的起始位置(102)；-從所述可能的部分信號序列的組中排除(S5、S13)如下的一個或多個部分信號序列， 其不與所述信號序列一致或者其起始部分不與所述信號序列一致；-將所述起始位置中的配屬於可能的剩餘的部分信號序列的起始位置確定(S7)為起始位置。
2.按照權利要求1所述的方法，其中，在確定所述運動開始之後，開始所述信號序列的繪製(31、59)。
3.按照權利要求1或2所述的方法，還包括:周期地重複:所述發送器信號的繪製(S9)、將所繪製的信號序列與所述參考信號序列的可能的部分信號序列的組的比較(S10)， 以及從所述可能的部分信號序列的組中將那些不與所述信號序列一致或其起始部分不與所述信號序列一致的一個或多個部分信號序列的排除(S13)。
4.按照權利要求1所述的方法，還包括:將所繪製的信號序列的與所述參考信號序列的可能的部分信號序列一致的發送器信號的數量進行存儲(S4、S12)，作為針對配設給所述部分信號序列的起始位置的標記值。
5.按照權利要求4所述的方法，其中，將所繪製的信號序列的最後繪製的發送器信號與跟隨所配設的起始位置的標記值之後的每個可能的部分信號序列的位置進行比較。
6.根據權利要求1至5中任一項所述的方法，其中，當無法確定可能的部分信號序列時，實施一逆向搜索(S8)。
7.按照權利要求6所述的方法，其中，所述逆向搜索(S8)包括將所繪製的信號序列與可能的逆向部分信號序列的比較，所述可能的逆向部分信號序列通過沿著調轉的方向讀取所述參考信號序列(100)而形成。
8.根據權利要求1至7中任一項所述的方法，其中，所述方法被用於對一內燃機(10) 的凸輪軸(12)的位置確定。
9.按照權利要求8所述的方法，其中，所述發送器信號包括:在一凸輪軸發送器輪(18)中的一空隙(20)的存在性或不存在性，和/或一凸輪軸發送器輪(14)的邊沿的存在性和/或角度，和/或所述凸輪軸發送器輪(14)的一個分段的長度和/或電平。
10.根據權利要求1至9中任一項所述的方法，其中，所述發送器信號的繪製(S1、S9) 首先以針對每個運動周期更高數量的發送器信號來實施，並且之後在所述方法的繼續運行中針對每個運動周期繪製更少數量的發送器信號。
11.根據權利要求1至10中任一項所述的方法，其中，所述發送器信號的繪製(S1、S9) 針對每個運動周期實施至少8次且至多30次。
12.包括一內燃機(10)和一控制器(26)的裝置，其中，所述控制器(26)通過如下方式構造，使得其實施根據權利要求1至11中任一項所述的用於確定內燃機(10)的運動的起始位置的方法。
13.電腦程式產品，其包括一程序代碼，當所述程序代碼在一數據處理器上實施時， 所述電腦程式產品實施按照權利要求1至11中任一項所述的方`法。
【文檔編號】F02D41/00GK103459811SQ201280017869
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2012年2月28日 優先權日:2011年4月12日
【發明者】U-M.內弗策爾, T.格倫德勒, C.德林格爾, J.誇恩特 申請人:羅伯特·博世有限公司