用於分析處理內燃機的曲軸傳感器和凸輪軸傳感器的信號的電路裝置和方法
2023-05-16 17:23:51
專利名稱：用於分析處理內燃機的曲軸傳感器和凸輪軸傳感器的信號的電路裝置和方法
技術領域：
本發明從一種根據獨立權利要求分類的方法出發。
背景技術：
在DE 43 27 218A中已經公開了一種用於分析處理曲軸傳感器和凸輪軸傳感器的信號的電路裝置或者方法，其中分別替代地實施一種方法或另一種方法。
發明內容
根據本發明的電路裝置或者根據本發明的方法具有如下優點不僅對於曲軸傳感器而且對於凸輪軸傳感器同時進行檢測傳感器數據的至少一個第一步驟。因此，在連續運 行中隨時可以從基於這些傳感器中的一個傳感器的計算切換到基於另一個傳感器的計算。在此，不必首先等待新的傳感器信號的輸入。在傳感器之一失效時也可以非常快速地進行內燃機的控制的切換。此外，為此所需的額外開銷非常低。其他改進通過從屬權利要求的特徵得到。特別簡單地，所存儲的時間用於預測傳感器信號出現的將來時刻，由此可以產生用於位置計數器11的特別簡單的計數脈衝。所述電路可以特別簡單地構造為數字鎖相環。所述切換基於傳感器的監控裝置的信號進行。所述監控裝置例如可以共享內燃機的正常監控功能。
在附圖中示出並且在以下描述中更詳細地闡述本發明的實施例。附圖示出圖I :曲軸傳感器和凸輪軸傳感器，圖2 曲軸傳感器的信號，圖3 :凸輪軸傳感器的信號，圖4 :具有更高時間解析度的曲軸傳感器的信號，圖5 :位置計數器的計數脈衝，圖6 :第一方法步驟，以及圖7 :根據本發明的方法的其他方法步驟。
具體實施例方式在圖I中示意性地示出傳統內燃機的曲軸1000和凸輪軸1001。兩個軸通過內燃機的機械結構彼此剛性耦合，這在圖I中通過連接線1003象徵性地表示。所述剛性耦合意味著在凸輪軸與曲軸之間存在固定的關係，其中在凸輪軸轉動一轉時曲軸轉動兩轉。根據本發明的電路裝置或者根據本發明的方法具有如下任務為發動機控制的其他計算提供位置信號，所述位置信號給出關於內燃機、即曲軸1000和凸輪軸1001的相應位置的信息。所述信號的解析度在此比通過在圖I中示出的在相應探測器輪上的分度實現的解析度明顯更精細。曲軸1000與曲軸探測器輪I連接。曲軸探測器輪I在其外側上具有多個齒2，這些齒由曲軸傳感器3掃描。當一個齒直接位於曲軸傳感器3前面時，曲軸傳感器3分別具有第一信號電平，例如高信號。當齒隙、即兩個齒2之間的空隙直接位於曲軸傳感器3前面時，曲軸傳感器3具有另一信號電平，例如低電平。因此，曲軸傳感器3提供低電平與高電平之間的矩形脈衝序列，通過所述矩形脈衝序列來測量曲軸探測器輪I的齒2的運動並且因此也測量曲軸1000的轉動。此外，曲軸傳感器輪I的位置尤其通過沒有設置多個齒2的方式來表徵。齒隙4在曲軸傳感器3中在較長的時間範圍上引起低電平，由此曲軸1000的位置唯一地表徵。凸輪軸1001相應地與凸輪軸探測器輪20連接。凸輪軸探測器輪20具有第一區域21，所述第一區域具有第一半徑R1。此外，凸輪軸探測器輪20具有第二區域22，所述第二區域具有第二半徑R2。在此，Rl明顯大於R2。第一區域21在180°上延伸，而具有半徑R2的第二區域22同樣在180°上延伸。當具有半徑Rl的第一區域21在凸輪軸探測器5旁邊運動經過時，凸輪軸探測器5輸出具有第一信號電平的信號，例如具有高信號電平的信號。當具有半徑R2的第二區域22在凸輪軸探測器5旁邊運動經過時，凸輪軸探測器5 輸出具有第二電平的信號，例如具有低電平的信號。曲軸傳感器3和凸輪軸傳感器5的信號提供給電路裝置10以進一步處理。所述電路裝置10具有內部時鐘12和用於分析處理曲軸傳感器3的信號的電路邏輯單元13和用於分析處理凸輪軸傳感器5的信號的電路邏輯單元14。以下參照圖6來描述電路邏輯單元13和14的功能。所述電路裝置10產生位置脈衝P，其在位置計數器11中被累加。因此，位置計數器11始終具有相應於內燃機的位置——即曲軸1000或凸輪軸1001的位置的信息。在以下的附圖中更詳細地闡述所述電路裝置10內的進一步處理。在圖2中示意性地相對於時間t示出凸輪軸傳感器3的信號S。示意性地示出曲軸1000的兩轉。在圖2中，以2表示曲軸探測器輪I的齒2的信號，並且以4表示曲軸探測器輪I的齒隙4的信號。所示出的齒2的脈衝的數量不相應於在圖I中示出的齒的數量。在此僅僅涉及所述信號的示意圖。在真實的曲軸探測器輪I中例如使用60-2個齒和2個齒的齒隙4，從而在曲軸1000轉動一轉時出現58個矩形脈衝，如其在圖2中示出的那樣。由於齒隙4沒有齒，所以可以可靠地識別所述齒隙並且通過從齒隙4起計數可以確定曲軸在相應時刻具有怎樣的位置。在圖3中相對於時間t示出凸輪軸傳感器5的信號S。如可以看到的那樣，所述信號具有非常長的高電平，長度如區段21位於凸輪軸傳感器5前面那樣。凸輪軸探測器輪20的所述轉的剩餘部分是低電平上的信號電平，如在圖3中示出的那樣。曲軸傳感器3或者凸輪軸傳感器5的信號現在可以分別用於計算內燃機的位置信號。內燃機的所述位置信號對於其他計算、尤其是對於內燃機的燃燒過程的控制而言是必要的。對於這種燃燒過程，必須在內燃機的確定位置操作執行機構，例如燃油噴射閥或點火線圈，其中為了所述過程的精確觸發需要關於內燃機位置的非常準確的信息。在圖4和圖5中闡述由曲軸傳感器3的信號計算內燃機的高精度的位置信號。在圖4中示意性地相對於時間t示出曲軸傳感器3的信號S。然而在此明顯更大地選擇時間解析度，從而在此僅僅顯示曲軸傳感器3中曲軸探測器輪I的三個齒2的兩個脈衝。在時刻t0，信號S的信號電平從低值跳變到高值，並且其保持所述信號電平「高」直至時刻t2。在從t2至t3的時段中，信號電平保持在低電平上，以便隨後從時刻t3重新跳變到高值。對於進一步討論考慮所述電路裝置10僅僅分析處理正轉換邊沿，即僅僅分析處理從低電平跳變到高電平的信號。每當信號電平從低電平跳變到高電平時，所述電路裝置10將時鐘的狀態存儲在存儲器中。即，在時刻tl、t3存儲時間。基於這兩個時間的比較，電路裝置10求得這兩個正信號邊沿之間的時段已經持續多長時間。隨後，所述信息被用於預測直至下一個正信號邊沿(例如在時刻t5到達)持續多長時間。根據如此預測的直至在時刻t5下一個信號邊沿到達的持續時間輸出多個單個位置信號P，如在圖5中示出的那樣。在圖5中示出多個位置信號P，但從時刻t3起才輸出所述多個位置信號P。在圖4和圖5的示例中考慮在時刻tl還不能計算位置信號P，因為在所述時刻還不存在關於曲軸1000的轉動的進一步信息。在時刻t3可以第一次預測何時考慮曲軸傳感器3的下一個信號。從所述時刻起，根據僅僅基於時刻tl與t3之間的時間間隔的測量的預測能夠實現直至曲軸傳感器3在時刻t5的下一個信號的時間間隔的預測，並且根據所述信息輸出多個位置脈衝P。如通過圖4和圖5的比較不難得出對於曲軸傳感器3的兩個相繼的信號設有多個位置脈衝P。這使針對計算目的的後續動作能夠實現內燃機的角度位置的精確得多的解析度，其方式是，在位置計數器中計數所述位置脈衝P。因此，計數位置脈衝P的位置計數器在內部始終包含一個計數值，所述計數值相應於曲軸1000的位置。位置計數器的所述 值用於觸發用於操作內燃機的執行機構。隨後，在時刻t5，曲軸傳感器3的另一信號到達，並且首先又進行正信號邊沿到達的時刻的存儲。則在時刻t5不僅提供從t3起的時間間隔經過多長的信息而且提供時間間隔tl-t3多長的信息。因此，對於預測曲軸傳感器3的下一個信號何時到達的重新計算而言不僅可以考慮最後的時間間隔而且還可以考慮在前的時間間隔。這意味著不僅可以考慮當前的內燃機轉速而且可以考慮內燃機的可能的加速或減速。隨後可以根據所述信息改進直至曲軸傳感器3的下一個正轉換邊沿到達的下一個間隔的預測。此外，關於時刻t5還必須注意當然可以確定t3和t5之間的正轉換邊沿之間的持續時間的預測在多大程度上是恰當的。只要在此出現了偏差，則可能必須添加附加的位置脈衝P或者必須在時刻t3之後已經輸出預給定數量的位置脈衝之後停止其他位置脈衝P的輸出，直至正轉換邊沿t5實際到達。這樣確保了位置計數器始終具有正確數量的位置脈衝P並且由此具有儘可能恰當的內燃機位置。在此重要的是，所測量的內燃機位置始終僅僅在曲軸傳感器3的正轉換邊沿的時刻可供使用，即在圖4中在時刻tl、t3和t5。在這些時刻之間通過計算形成位置脈衝P並且由此形成位置計數器11的狀態，然而所述計算尤其當在超過曲軸探測器輪I的多個齒2的情況下分析處理內燃機的轉速的改變時包含內燃機的真實位置的相當準確的信息。替代基於曲軸傳感器3的信號的計算，當然也可以基於凸輪軸傳感器5的信號來進行計算。然而如通過圖2和圖3的比較不難看到的那樣，曲軸傳感器3的信號從一開始就具有更準確的解析度，因為曲軸探測器輪I具有比凸輪軸探測器輪20精細得多的劃分。在凸輪軸探測器5的信號的情況下(如在圖3中示出的那樣)，不僅分析處理所述信號的正轉換邊沿而且分析處理信號的負轉換邊沿，即從高水平到低水平的過渡。因此對於凸輪軸1001的一轉有兩個信號可供使用，所述兩個信號包含凸輪軸的真實的所測量的位置。在所述兩個測量點之間必須通過相應的計算產生位置脈衝P和位置計數器11的相應狀態。因為關於凸輪軸的位置的較少測量的信息可供使用，所以位置計數器的狀態具有明顯更大的不確定性。在圖6中示出用於處理曲軸傳感器3或者凸輪軸傳感器5的信號的內部處理步驟。在第一程序塊100中檢驗曲軸傳感器3的信號的正轉換邊沿是否到達。當確定了正轉換邊沿、即從低電平到高電平的電平變換已經到達時，在步驟100之後進行步驟200。如果沒有確定正轉換邊沿，在所述步驟之後重新進行步驟100，即程序塊100 —直等待直至已經確定凸輪軸傳感器信號的正轉換邊沿。為了進行確定，進行凸輪軸傳感器3的信號的相應的預濾波和去抖動，以便可靠地確定實際上是曲軸傳感器3的信號，其是由凸輪軸探測器輪I的齒2的從旁掃過引起的。信號的預處理或者可以通過模擬電路裝置進行或者也可以通過曲軸傳感器3的信號的簡單模/數轉換數字式進行。此外，在步驟100中也可以檢驗曲軸傳感器3的信號是否也在可信的時間窗中出現，因為基於內燃機的轉動通常在每分鐘800和6000轉之間的範圍內對於曲軸傳感器3處的齒2的相繼序列而言僅僅一個確定的時間範圍是可能的。當已經確定曲軸傳感器3的相 應有意義的信號時，在步驟100之後進行步驟200。在步驟200中求得時間信息，例如內部時鐘12的時間信息，其相應於正轉換邊沿到達的時刻。隨後，所述值在隨後的步驟300中存儲在存儲器中。在此如此存儲在存儲器中，使得在存儲器中曲軸傳感器3的多個信號到達的時刻可供使用。通過存儲曲軸傳感器3的信號到達的多個時刻，可以以更高的可靠性預測曲軸1000的其他轉速。已知的曲軸傳感器3的信號到達的時刻越多，則曲軸1000的轉速的發展的預測可以越好。如果僅僅剛剛到達的齒2和在前的齒2的時刻是已知的，則預測可以不考慮內燃機的加速。如果曲軸傳感器3的信號到達的又一在前時刻是已知的，則也可以考慮內燃機的轉速的加速或減速。如果多個時刻是已知的，則也可以預測轉速的其他波動，例如由於氣缸的壓縮或者由於內燃機或藉助其運行的車輛的其他振動現象。例如可以如此進行曲軸傳感器3的信號到達的時刻的存儲，使得在存儲器中對於曲軸探測器輪I的每個齒2設有一個存儲器空間，使得在連續運行時在存儲器中始終包含曲軸1000的一整轉的曲軸傳感器信號到達的時刻。然而，因為內燃機的一個運行周期包括兩個曲軸轉，所以也可能的是，關於齒2在凸輪軸傳感器3旁邊掃過的時刻在存儲器中設有曲軸的兩整轉或者在必要時還設有其他轉。替代地，也可以設有更少的存儲空間，例如僅僅10個存儲空間並且因此在存儲器中設有最後十個齒2的時刻。在此情況下，存儲空間不分配給確定的齒，而是在每一個存儲過程中增大計數器，所述計數器說明在哪個存儲空間上進行了最後的存儲，使得對於隨後的計算而言清楚哪些所存儲的時刻相應於哪些在前的齒2。在存儲步驟300之後進行計算步驟400，在所述計算步驟中除曲軸傳感器3的信號到達的時刻以外還分別存儲與在前的信號的差。這些信息對於隨後的計算而言是必要的。此外在步驟400中觸發一個觸發信號199，用於隨後的計算，所述計算在圖7中進行描述。否則，在步驟400之後又是步驟100，即等待曲軸傳感器3的下一個信號到達。相應地對於凸輪軸傳感器5的分析處理遍歷程序步驟100至400。唯一的不同在於，步驟100不僅分析處理正轉換邊沿、即從低電平到高電平的信號變換而且也分析處理負轉換邊沿、即從高電平到低電平。這原因在於，凸輪軸傳感器5由於在圖3中示出的凸輪軸的每轉的信號序列提供相對少的信號並且因此分析處理任何可能的轉換邊沿。現在根據本發明，不僅對於曲軸傳感器3的信號而且對於凸輪軸傳感器5的信號連續地執行根據圖6的方法。即，每當曲軸傳感器3的信號和凸輪軸傳感器5的信號到達，遍歷步驟100至400的方法。可以如在圖I中示出的那樣通過相應的電路邏輯單元13、14來連續第執行這些方法步驟。電路邏輯單元13、14作為固定布線的電路處理方法步驟100-400,即識別轉換邊沿、存儲內部時鐘12的值和計算與在前轉換邊沿的差。但也可以完整地或部分通過程序來執行步驟100-400，其中優選通過硬體來執行。則連續地存儲相應於曲軸傳感器3的信號的到達的時刻，並且與此並行地連續存儲相應於凸輪軸傳感器5的信號的到達的信號。與這些信號中的哪些用於計算位置脈衝或者位置計數器11的狀態無關地進行這些值的存儲。因此在所述電路裝置的存儲器中始終包含曲軸傳感器3和凸輪軸傳感器5的足夠數量的測量值，以便隨時在兩個方法之間進行切換。這尤其是對於兩個傳感器之一的幹擾是重要的。當例如曲軸傳感器3失效並且沒有存儲凸輪軸傳感器5的測量值時，首先必須等待凸輪軸的一整轉，直至完全可以基於凸輪軸傳感器信號進行計算。因此， 根據本發明提出，連續地進行曲軸傳感器3或者凸輪軸傳感器5的轉換邊沿到達的時刻的存儲，使得在任何時刻都能夠實現兩個不同的傳感器信號之間的切換，用於位置脈衝P或者位置計數器11的狀態的計算。在圖7中示出在步驟200至400中存儲的曲軸傳感器3或者凸輪軸傳感器5的信號到達的時刻的進一步處理。從觸發信號199出發進行第一處理步驟500，在所述第一處理步驟中確定基於曲軸信號的計算還是基於凸輪軸信號的計算能夠實現。替代地，在步驟400中觸發信號199的產生當然也可以與現在期望基於曲軸信號的計算還是基於凸輪軸信號的計算有關。在步驟500之後進行步驟600，在所述步驟600中進行曲軸傳感器3或凸輪軸傳感器5的在前信號的相應的、所存儲的時刻。基於所述時刻和時間差計算內燃機的轉速以及預測在何時預期傳感器的下一個信號。根據如此計算的持續時間計數位置脈衝P的輸出的相應頻率，使得直至下一個信號到達產生相應數量的位置脈衝P並且因此引起位置計數器11的相應狀態。位置脈衝P的數量在此當然必須匹配於現在進行基於曲軸傳感器3的信號的計算還是基於凸輪軸傳感器5的信號的計算。由於直至下一個凸輪軸信號到達的角度範圍較大，在基於凸輪軸信號的計算中必須輸出相應較大數量的位置脈衝。
權利要求
1.用於分析處理內燃機的曲軸傳感器(3)和凸輪軸傳感器(5)的信號的電路裝置(10)，其中，分析處理出現所述信號的時刻，其中，由所述時刻形成所述內燃機的軸的位置信號(11 )，其特徵在於，設有存儲裝置(13，14)，所述存儲裝置同時存儲所述曲軸傳感器(3)的信號出現的時刻(tl，t3, t5)和所述凸輪軸傳感器(5)的信號出現的時刻，並且設有判定裝置，所述判定裝置判定由所述曲軸傳感器(3)的信號出現的時刻還是由所述凸輪軸傳感器(5)的信號出現的時刻形成所述位置信號(11)。
2.根據權利要求I所述的電路裝置，其特徵在於，設有用於形成所述位置信號(11)的裝置，所述裝置使用所存儲的所述曲軸傳感器(3)或所述凸輪軸傳感器(5)的信號出現的時刻，以便預測將來出現所述曲軸傳感器(3)或所述凸輪軸傳感器(5)的信號的時刻，以及計算裝置產生多個計數脈衝P，所述多個計數脈衝累加地形成所述位置信號(11)。
3.根據權利要求2所述的電路裝置，其特徵在於，所述計算裝置被構造為數字鎖相環DPLL。
4.根據權利要求I所述的電路裝置，其特徵在於，設有監控裝置(500)，所述監控裝置在其規定的功能方面監控所述曲軸傳感器(3)和所述凸輪軸傳感器(5)並且所述監控裝置根據監控判定基於所述曲軸傳感器(3)的信號還是基於所述凸輪軸傳感器(5)的信號來進行所述位置信號(11)的計算。
5.根據權利要求I所述的電路裝置，其特徵在於，設有用於分析處理所述曲軸傳感器(3)的信號的電路邏輯單元(13)，其進行所述曲軸傳感器(3)的信號到達的時刻在所述電路裝置的存儲器中的存儲，並且還設有用於分析處理所述凸輪軸傳感器(5)的信號的電路邏輯單元(14)，其進行所述凸輪軸傳感器(5)的信號到達的時刻在所述電路裝置(10)的存儲器中的存儲。
6.用於分析處理內燃機的曲軸傳感器(3)和凸輪軸傳感器(5)的信號的方法,其中，分析處理出現所述信號的時刻，其中，由所述時刻形成所述內燃機的軸的位置信號(11)，其特徵在於，存儲裝置(13，14)同時存儲所述曲軸傳感器(3)的信號出現的時刻(tl，t3，t5)和所述凸輪軸傳感器(5)的信號出現的時刻，並且判定裝置判定由所述曲軸傳感器(3)的信號出現的時刻還是由所述凸輪軸傳感器(5)的信號出現的時刻形成所述位置信號(11)。
7.根據權利要求6所述的方法，其特徵在於，為了形成所述位置信號(11)使用所存儲的所述曲軸傳感器(3)或所述凸輪軸傳感器(5)的信號出現的時刻，以便預測將來出現所述曲軸傳感器(3)或所述凸輪軸傳感器(5)的信號的時刻，以及產生多個計數脈衝P，所述多個計數脈衝累加地形成所述位置信號(11)。
8.根據權利要求7所述的電路裝置，其特徵在於，所述計數脈衝P的形成通過數字鎖相環DPLL進行。
9.根據權利要求6所述的電路裝置，其特徵在於，在其規定的功能方面監控所述曲軸傳感器(3)和所述凸輪軸傳感器(5)，以及根據監控判定基於所述曲軸傳感器(3)的信號還是基於所述凸輪軸傳感器(5)的信號來進行所述位置信號(11)的計算。
全文摘要
提出了用於分析處理內燃機的曲軸傳感器(3)和凸輪軸傳感器(5)的信號的電路裝置(10)和方法，其中分析處理出現所述信號的時刻。由所述時刻形成所述內燃機的軸的位置信號(11)。設有存儲裝置(13，14)，所述存儲裝置同時存儲所述曲軸傳感器(3)的信號出現的時刻(t1，t3，t5)和所述凸輪軸傳感器(5)的信號出現的時刻。判定裝置判定由所述曲軸傳感器(3)的信號出現的時刻還是由所述凸輪軸傳感器(5)的信號出現的時刻形成所述位置信號(11)。
文檔編號F02D41/34GK102822484SQ201180016613
公開日2012年12月12日 申請日期2011年3月31日 優先權日2010年3月31日
發明者E·博埃爾 申請人:羅伯特·博世有限公司