DE69511910T2

DE69511910T2 - Erkennung einer Markierung in einem Maschinenpositionserkennungssystem

Info

Publication number: DE69511910T2
Application number: DE69511910T
Authority: DE
Inventors: Murray Allen; Andrew John Burnard
Original assignee: Rover Co Ltd; MG Rover Group Ltd
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 1994-02-01
Filing date: 1995-01-20
Publication date: 2000-02-17
Anticipated expiration: 2015-01-21
Also published as: EP0665375A3; US5663495A; GB9401835D0; DE69511910D1; EP0665375A2; EP0665375B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung einer Markierung in einem Motorpositionserfassungssystem und ein Motorpositionserfassungssystem, das im Gebrauch gemäß einem derartigen Verfahren betrieben wird.
Ein bekanntes System zur Erfassung der Motorkurbelwellenstellung umfaßt ein an der Motorkurbelwelle befestigtes Zahnrad und einen in der Nähe des Rads angebrachten induktiven Sensor, der ein Impulssignal erzeugt, während die Zähne des Rads jeweils den Sensor passieren. Das Rad enthält eine Markierung in Form eines fehlenden Zahns, und eine Schaltungsanordnung, die die Impulssignale empfängt, kann den fehlenden Zahn durch Messung des Zeitraums zwischen Signalen erkennen.
In der GB-A-2065310 wird ein fehlender Zahn von einem Zähler identifiziert, der auf Null zurückzählt und durch jedes Impulssignal zurückgesetzt wird. Der Zeitraum zwischen Zähnen ist derart, daß der Zähler vor dem Zurücksetzen normalerweise nicht Null erreicht, und wenn ein fehlender Zahn passiert, ist der Zeitraum so lang, daß der Zähler Null erreicht. Wenn der Zähler Null erreicht, gibt der Prozessor ein angemessenes Signal ab, um die Motorposition anzuzeigen. Dies wird zweckmäßigerweise als "Hinter-Zahn"-Strategie bezeichnet.
In der GB-A-2142436 wird eine Markierung in Form eines fehlenden Zahns durch Messung der Zeiträume zwischen Zähnen und Vergleichen eines gemessenen Zeitraums mit dem vorhergehenden Intervall erkannt. Ist der gemessene Zeitraum kürzer als ein Erkennungsparameter, der sich aus dem Produkt aus dem vorhergehenden Intervall und einem Erkennungsfaktor, in der Regel 0,65, ergibt, dann wird das vorhergehende Intervall als die Markierung enthaltend erachtet. Dies wird zweckmäßigerweise als "Vor-Zahn"-Strategie bezeichnet.
In der EP 0150642 wird ein System offenbart, bei dem ein Speicher und ein Mittel zum Vergleich aufeinanderfolgender Zeitintervalle verwendet werden. In "Electronic Applications", Band 27, Dezember 1982 - Januar 1583, Amsterdam, Seiten 11 bis 14, wird ein System offenbart, bei dem drei aufeinanderfolgende Zeitintervalle verglichen werden und ein Markierungssignal erzeugt wird.
Sowohl die "Hinter-Zahn"-Strategie als auch die "Vor-Zahn"-Strategie sind anfällig für Fehler, wenn der Motor schnell beschleunigt oder verzögere. Zum Beispiel wird bei einer Hinter-Zahn-Strategie durch einen schnellen Abfall der Motordrehzahl die Länge des Zeitraums zwischen Zähnen vergrößert, wodurch der Zähler möglicherweise Null erreichen und somit fälschlicherweise eine Fehl Zahnmarkierung signalisieren könnte. Ein schneller Abfall der Motordrehzahl bei der Vor-Zahn-Strategie könnte dazu führen, daß eine Fehlzahlmarkierung überhaupt nicht erkannt wird, da der Zeitraum nach einem fehlenden Zahn so sehr vergrößert werden könnte, daß er größer ist als der Erkennungsparameter, und somit würde kein Signal erzeugt werden. Wenn sich die Motordrehzahl schnell erhöht, könnte das Gegenteil der Fall sein, das heißt, bei der GB-A-2065310 könnte eine Markierung verpaßt werden, während bei der GB-A-2142436 fälschlicherweise eine Markierung angezeigt werden könnte. In der US-A- 4715009 wird versucht die "Hinter-Zahn"-Strategie und die "Vor-Zahn"-Strategie zu kombinieren, aber dadurch werden die jeweiligen Probleme bei Extremen der Motorbeschleunigung oder -verzögerung nicht beseitigt.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in einem verbesserten Verfahren zur Erkennung einer Markierung in einem Motorpositionserfassungssystem, das weniger anfällig für die oben erwähnten Fehler ist.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Erkennung einer Markierung in einem Motorpositionserfassungssystem bereitgestellt, wobei das System folgendes umfaßt: ein drehbares Glied mit gleichmäßig beabstandeten, um den Umfang angeordneten Kennzeichen und mindestens einer Markierung daran, die durch eine Änderung des Abstands zwischen den Kennzeichen definiert wird/ ein in der Nähe des drehbaren Glieds angeordnetes Sensormittel zur Erfassung der Kennzeichen und zur Bereitstellung von Sensorsignalen als Reaktion auf eine Bewegung der Kennzeichen bezüglich des Sensormittels und ein Verarbeitungsmittel zum Empfangen und Verarbeiten des Sensorsignals, wobei das Verfahren folgende Schritte umfaßt: Empfangen der Sensorsignale in dem Verarbeitungsmittel, Messen der Zeiträume zwischen aufeinanderfolgenden Sensorsignalen zur Bereitstellung der Werte A, B und C, wobei A der Zeitraum zwischen einem ersten und einem zweiten, darauf folgenden Sensorsignal, B der Zeitraum zwischen dem zweiten und einem dritten, darauf folgenden Sensorsignal und C der Zeitraum zwischen dem dritten und einem vierten, darauf folgenden Sensorsignal ist. Ausführen einer Operation, bei der der aktuelle Zeitraum B mit der Länge des vorhergehenden Zeitraums A und des nachfolgenden Zeitraums C verglichen und ein Ergebnis gemäß der Formel B²/(AxC) bereitgestellt wird, und Vergleichen des Ergebnisses mit einem Bezugswert K, so daß das Vorhandensein einer Markierung festgestellt wird, wenn B²/(AxC)> K. Wenn die Markierung durch ein fehlendes Kennzeichen, das sich zwischen gleichmäßig beabstandeten Kennzeichen befindet, definiert wird, ist K von 1 bis 4, vorzugsweise in einem Bereich von 2,6 bis 3,5 und in der Regel 3.
Weiterhin kann das Verfahren den Schritt des Erzeugens eines Markierungssignals bei Erkennung der Markierung beinhalten, wobei das Markierungssignal zu einem Motormanagementsystem übertragen werden kann.
Des weiteren umfaßt die Erfindung ein Motorpositionserfassungssystem, das folgendes umfaßt: ein drehbares Glied mit gleichmäßig beabstandeten, um den Umfang angeordneten Kennzeichen und mindestens einer Markierung daran, die durch eine Änderung des Abstands zwischen den Kennzeichen definiert wird, ein in der Nähe des drehbaren Glieds angeordnetes Sensormittel zur Erfassung der Kennzeichen und zur Bereitstellung von Sensorsignalen als Reaktion auf eine Bewegung der Kennzeichen bezüglich des Sensormittels und ein Verarbeitungsmittel zum Empfangen und Verarbeiten der Sensorsignale, wobei das Motorpositionserfassungssystem ein Mittel zum Betrieb - im Gebrauch - gemäß einem Verfahren nach dem einen Aspekt aufweist.
Die Erfindung wird beispielhaft und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben; es zeigen:
Fig. 1 ein Blockdiagramm eines Motorpositionserfassungssystems, das sich zur Verwendung der Erfindung eignet;
Fig. 2 eine Ansicht eines Teils des Motorpositionserfassungssystems nach Fig. 1;
Fig. 3 eine graphische Darstellung, die eine durch einen Sensor des Systems erzeugte Wellenform zeigt; und
Fig. 4 ein Flußdiagramm, das die bei der Ermittlung des Vorhandenseins einer Markierung beteiligten Schritte zeigt.
In Fig. 1 umfaßt ein Motorpositionserfassungssystem 10 einen Sensor 12 (der das obengenannte Sensormittel bildet), der mit einer Verarbeitungsschaltungsanordnung 14 (die das obengenannte Verarbeitungsmittel bildet) verbunden ist, die wiederum mit einem Motormanagementsystem 16 verbunden ist. Der Sensor 12 ist ein induktiver Sensor und ist neben einem Zahnrad 18 (das das obengenannte drehbare Glied bildet) angebracht, wobei das Zahnrad 18 an einer Kurbelwelle 20 eines Motors 22 angebracht ist.
Das Zahnrad und die Sensoranordnung werden in Fig. 2 ausführlicher gezeigt, wobei ein Teil des Zahnrads 18 weggeschnitten ist. Das Zahnrad 18 weist Zähne 24 auf, die in gleichmäßigen Abständen um seinen Umfang angeordnet sind und somit die obengenannten, gleichmäßig um den Umfang beabstandeten Kennzeichen bilden. Das Zahnrad 18 weist auch eine Markierung 26 auf seinem Umfang auf, die durch Weglassen eines Zahns 24, der als fehlender Zahn 24A gestrichelt gezeigt wird, gebildet wird. Der induktive Sensor 12 ist ausreichend nah an den Zähnen 24 am Zahnrad 18 angeordnet, daß ein passierender Zahn 24 im Sensor 12 eine Spannung induziert.
Während sich das Zahnrad 18 und die Welle 20 drehen, bewegen sich die Zähne 24 am Sensor 12 vorbei und induzieren eine Reihe von Spannungsimpulsen, wie in Fig. 3 als Graph von Spannungen V als Funktion der Zeit t gezeigt. Die Impulssignale werden der Verarbeitungsschaltungsanordnung 14 zugeführt. Bei Empfang eines Impulssignals setzt die Verarbeitungsschaltungsanordnung 14 einen Zähler 27 in Gang, der Zeiträume zwischen den Impulssignalen mißt. Durch Vergleich eines Zeitraums mit benachbarten Zeiträumen, wie unten beschrieben, kann das Ereignis, daß die Markierung 26 den Sensor 12 passiert, erkannt werden.
Bei Erkennung der Markierung 26 erzeugt das Motorsteuerungssystem 16 ein Markierungssignal, aus dem die genaue Motorkurbelwellenposition abgeleitet werden kann. Die Markierung 26 kann einer Oberer-Totpunkt- Position der Kurbelwelle 20 entsprechen; sie kann sich aber auch zweckmäßigerweise in einer beliebigen anderen bekannten Winkelposition befinden.
Im folgenden wird auf Fig. 4 Bezug genommen. Bei laufendem Motor 22 passieren die Zähne 24 den Sensor 12 und Signale 28 werden zu der Verarbeitungsschaltungsanordnung 14 gesendet. Die Verarbeitungsschaltungsanordnung 14 setzt einen Zähler 30 zur Messung der Zeiträume zwischen Signalen 28 in Gang, und die Messungen der Zeiträume werden in Zeitraumspeichern 34, 36 und 38 gespeichert, die zweckmäßigerweise als der nachfolgende Zeitraumspeicher 34, der aktuelle Zeitraumspeicher 36 und der vorhergehende Zeitraumspeicher 38 bezeichnet werden.
Zu Beginn der Kurbelwellendrehung sind die Zeitraumspeicher 34, 36 und 38 leer, so daß die ersten drei Iterationen des Prozesses zu bedeutungslosen Ergebnissen führen. Demgemäß verhindert ein Steuerprogramm die Operation an den Werten aus den Zeitraumspeichern 34, 35 und 38, bis mindestens drei Zeiträume gemessen worden sind und jeder Speicher einen Meßwert erhalten hat. Danach wird jeder Zeitraumspeicher 34, 36 und 38 wie im folgenden beschrieben aktualisiert.
Der Inhalt des aktuellen Zeitraumspeichers 36 wird in den vorhergehenden Zeitraumspeicher, 38 übertragen und als Zeitraummessung A gespeichert, der Inhalt des nachfolgenden Zeitraumspeichers 34 wird in den aktuellen Zeitraumspeicher 36 übertragen und als Zeitraummessung B gespeichert, und die jüngste Zeitraummessung wird in dem nachfolgenden Zeitraumspeicher 34 als Zeitraummessung C gespeichert. Die in den drei Speichern 34, 36, 38 enthaltenen Zeitraummeßwerte A, B, C werden dann einer Operation unterzogen, die durch die Schaltungsanordnung 40 gemäß einem Algorithmus ausgeführt wird, der den Wert B im aktuellen Zeitraumspeicher 36 quadriert und das Ergebnis durch das Produkt aus den Werten A und C im vorherigen und nachfolgenden Zeitraumspeicher 34 bzw. 38 teilt, das heißt sie führt die Berechnung B²/(AxC) aus.
Die Schaltungsanordnung 42 vergleicht das Ergebnis der Operation zur Berechnung von B²/(AxC) mit einem Bezugswert K, und wenn das Ergebnis größer als K ist, dann wird die Markierung 26 als mit dem aktuellen Zeitraum erkannt erachtet. In Fig. 3, die Konstantgeschwindigkeitsmotorzustände darstellt, ist B²/(AxC) gleich 4 im Bereich des fehlenden Zahns 24A. Umgekehrt, wenn kein fehlender Zahn vorhanden ist, dann ist B²/(AxC) gleich 1, obgleich die Genauigkeit bei herkömmlichen Arten des Sensors 12 bis zu 10% betragen kann. Somit ist ein erfaßbarer Mindestwert von B²/(AxC) wahrscheinlich 1,1², das heißt 1,2.
Unter ungünstigen Betriebsbedingungen, insbesondere beim Starten (Anlassen) des Motors bei sehr niedrigen Umgebungstemperaturen können die Winkelbeschleunigungen und -verzögerungen des Motors in der Nähe des oberen Totpunktes einen Spitzenwert von B²/(AxC) gleich 2,6 erzeugen, wenn kein fehlender Zahn vorhanden ist. Wenn ein fehlender Zahn 24A vorhanden ist, kann sich B²/(AxC) unter derartigen ungünstigen Betriebsbedingungen auf 3,5 verringern. Somit wird der Wert der Konstante K in der Regel zwischen 2/6 und 3/5 ausgewählt und ist zum Beispiel 3,0. Die tatsächlichen Werte ändern sich je nach Ausführung des Motors in Abhängigkeit von Faktoren wie zum Beispiel der Anzahl der Zähne 24 und dem Motorverdichtungsverhältnis.
Nach Erkennung der Markierung 26 wird von der Schaltungsanordnung 44 ein Markierungssignal erzeugt und zu dem Motormanagementsystem 16 übertragen, um eine Ableitung der Drehposition der Kurbelwelle zu ermöglichen. Dann wird der Prozeß wiederholt, während das nächste Impulssignal 28 von dem Sensor 12 empfangen wird.
Genaue Kurbelwellenpositionsdaten sind für Motormanagementsysteme sinnvoll, und zwar insbesondere bei der Steuerung von Kraftstoffeinspritz- und Funkenzündanlagen. Obwohl auf Motorkurbelwellen besonderer Bezug genommen wurde, können das Verfahren und das System der vorliegenden Erfindung jedoch auch auf andere Drehglieder eines Motors angewandt werden, wo genaue Daten bezüglich der Drehposition erfordert werden. Obwohl auf das Vorsehen von einer Markierung 26 besonderer Bezug genommen wurde, können auch zwei Markierungen vorgesehen werden, zum Beispiel an diametral gegenüberliegenden Positionen. In einem solchen Fall können die beiden Markierungen zweckmäßigerweise zwei Oberer-Totpunkt-Positionen einer Motorkurbelwelle entsprechen.
Die Erfindung kann auch auf andere Sensor- und Kennzeichenarten angewandt werden, zum Beispiel auf optische Systeme oder andere induktive Systeme, die Kennzeichen verwenden, welche durch Schlitze, Löcher oder Materialvariationen gebildet werden.

Claims

1. Verfahren zur Erkennung einer Markierung (26) in einem Motorpositionserfassungssystem (10), wobei das System folgendes umfaßt: ein drehbares Glied (18) mit gleichmäßig beabstandeten, um den Umfang angeordneten Kennzeichen (24) und mindestens einer Markierung (26) daran, die durch eine Änderung des Abstands zwischen den Kennzeichen definiert wird, ein in der Nähe des drehbaren Glieds angeordnetes Sensormittel (12) zur Erfassung der Kennzeichen und zur Bereitstellung von Sensorsignalen (28) als Reaktion auf eine Bewegung der Kennzeichen bezüglich des Sensormittels und ein Verarbeitungsmittel (14) zum Empfangen und Verarbeiten des Sensorsignals, wobei das Verfahren folgende Schritte umfaßt: Empfangen der Sensorsignale in dem Verarbeitungsmittel, Messen der Zeiträume zwischen aufeinanderfolgenden Sensorsignalen zur Bereitstellung der Werte A, B und C, wobei A der Zeitraum zwischen einem ersten und einem zweiten, darauf folgenden Sensorsignal, B der Zeitraum zwischen dem zweiten und einem dritten, darauf folgenden Sensorsignal und C der Zeitraum zwischen dem dritten und einem vierten, darauf folgenden Sensorsignal ist. Ausführen einer Operation, bei der der aktuelle Zeitraum B mit der Länge des vorhergehenden Zeitraums A und des nachfolgenden Zeitraums C verglichen und ein Ergebnis gemäß der Formel B²/(AxC) bereitgestellt wird, und Vergleichen des Ergebnisses mit einem Bezugswert K, so daß das Vorhandensein einer Markierung festgestellt wird, wenn B²/(AxC)> K.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Markierung (26) durch ein fehlendes Kennzeichen (24A), das sich zwischen gleichmäßig beabstandeten Kennzeichen (24) befindet, definiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß K zwischen 1 und 4 liegt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß K zwischen 2,6 und 3,5 liegt.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß K gleich 3 ist.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es weiterhin den Schritt des Erzeugens eines Markierungssignals bei Erkennung der Markierung (26) beinhaltet.

6. Motorpositionserfassungssystem (10), das folgendes umfaßt: ein drehbares Glied (18) mit gleichmäßig beabstandeten, um den Umfang angeordneten Kennzeichen (24) und mindestens einer Markierung (26) daran, die durch eine Änderung des Abstands zwischen den Kennzeichen definiert wird, ein in der Nähe des drehbaren Glieds angeordnetes Sensormittel (12) zur Erfassung der Kennzeichen und zur Bereitstellung von Sensorsignalen (28) als Reaktion auf eine Bewegung der Kennzeichen bezüglich des Sensormittels und ein Verarbeitungsmittel (14) zum Empfangen und Verarbeiten der Sensorsignale, dadurch gekennzeichnet, daß das Motorpositionserfassungssystem ein Mittel zum Betrieb - im Gebrauch - gemäß einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist.