CN102822484B - 用于分析处理内燃机的曲轴传感器和凸轮轴传感器的信号的电路装置和方法 - Google Patents

Abstract

提出了用于分析处理内燃机的曲轴传感器（3）和凸轮轴传感器（5）的信号的电路装置（10）和方法，其中分析处理出现所述信号的时刻。由所述时刻形成所述内燃机的轴的位置信号（11）。设有存储装置（13，14），所述存储装置同时存储所述曲轴传感器（3）的信号出现的时刻（t1，t3，t5）和所述凸轮轴传感器（5）的信号出现的时刻。判定装置判定由所述曲轴传感器（3）的信号出现的时刻还是由所述凸轮轴传感器（5）的信号出现的时刻形成所述位置信号（11）。

Description

用于分析处理内燃机的曲轴传感器和凸轮轴传感器的信号的电路装置和方法

技术领域

本发明从一种根据独立权利要求分类的方法出发。

背景技术

在DE4327218A中已经公开了一种用于分析处理曲轴传感器和凸轮轴传感器的信号的电路装置或者方法，其中分别替代地实施一种方法或另一种方法。

发明内容

根据本发明的电路装置或者根据本发明的方法具有如下优点：不仅对于曲轴传感器而且对于凸轮轴传感器同时进行检测传感器数据的至少一个第一步骤。因此，在连续运行中随时可以从基于这些传感器中的一个传感器的计算切换到基于另一个传感器的计算。在此，不必首先等待新的传感器信号的输入。在传感器之一失效时也可以非常快速地进行内燃机的控制的切换。此外，为此所需的额外开销非常低。

其他改进通过从属权利要求的特征得到。特别简单地，所存储的时间用于预测传感器信号出现的将来时刻，由此可以产生用于位置计数器11的特别简单的计数脉冲。所述电路可以特别简单地构造为数字锁相环。所述切换基于传感器的监控装置的信号进行。所述监控装置例如可以共享内燃机的正常监控功能。

附图说明

在附图中示出并且在以下描述中更详细地阐述本发明的实施例。附图示出：

图1：曲轴传感器和凸轮轴传感器，

图2：曲轴传感器的信号，

图3：凸轮轴传感器的信号，

图4：具有更高时间分辨率的曲轴传感器的信号，

图5：位置计数器的计数脉冲，

图6：第一方法步骤，以及

图7：根据本发明的方法的其他方法步骤。

具体实施方式

在图1中示意性地示出传统内燃机的曲轴1000和凸轮轴1001。两个轴通过内燃机的机械结构彼此刚性耦合，这在图1中通过连接线1003象征性地表示。所述刚性耦合意味着：在凸轮轴与曲轴之间存在固定的关系，其中在凸轮轴转动一转时曲轴转动两转。根据本发明的电路装置或者根据本发明的方法具有如下任务：为发动机控制的其他计算提供位置信号，所述位置信号给出关于内燃机、即曲轴1000和凸轮轴1001的相应位置的信息。所述信号的分辨率在此比通过在图1中示出的在相应探测器轮上的分度实现的分辨率明显更精细。曲轴1000与曲轴探测器轮1连接。曲轴探测器轮1在其外侧上具有多个齿2，这些齿由曲轴传感器3扫描。当一个齿直接位于曲轴传感器3前面时，曲轴传感器3分别具有第一信号电平，例如高信号。当齿隙、即两个齿2之间的空隙直接位于曲轴传感器3前面时，曲轴传感器3具有另一信号电平，例如低电平。因此，曲轴传感器3提供低电平与高电平之间的矩形脉冲序列，通过所述矩形脉冲序列来测量曲轴探测器轮1的齿2的运动并且因此也测量曲轴1000的转动。此外，曲轴传感器轮1的位置尤其通过没有设置多个齿2的方式来表征。齿隙4在曲轴传感器3中在较长的时间范围上引起低电平，由此曲轴1000的位置唯一地表征。

凸轮轴1001相应地与凸轮轴探测器轮20连接。凸轮轴探测器轮20具有第一区域21，所述第一区域具有第一半径R1。此外，凸轮轴探测器轮20具有第二区域22，所述第二区域具有第二半径R2。在此，R1明显大于R2。第一区域21在180°上延伸，而具有半径R2的第二区域22同样在180°上延伸。当具有半径R1的第一区域21在凸轮轴探测器5旁边运动经过时，凸轮轴探测器5输出具有第一信号电平的信号，例如具有高信号电平的信号。当具有半径R2的第二区域22在凸轮轴探测器5旁边运动经过时，凸轮轴探测器5输出具有第二电平的信号，例如具有低电平的信号。

曲轴传感器3和凸轮轴传感器5的信号提供给电路装置10以进一步处理。所述电路装置10具有内部时钟12和用于分析处理曲轴传感器3的信号的电路逻辑单元13和用于分析处理凸轮轴传感器5的信号的电路逻辑单元14。以下参照图6来描述电路逻辑单元13和14的功能。所述电路装置10产生位置脉冲P，其在位置计数器11中被累加。因此，位置计数器11始终具有相应于内燃机的位置——即曲轴1000或凸轮轴1001的位置的信息。在以下的附图中更详细地阐述所述电路装置10内的进一步处理。

在图2中示意性地相对于时间t示出凸轮轴传感器3的信号S。示意性地示出曲轴1000的两转。在图2中，以2表示曲轴探测器轮1的齿2的信号，并且以4表示曲轴探测器轮1的齿隙4的信号。所示出的齿2的脉冲的数量不相应于在图1中示出的齿的数量。在此仅仅涉及所述信号的示意图。在真实的曲轴探测器轮1中例如使用60-2个齿和2个齿的齿隙4，从而在曲轴1000转动一转时出现58个矩形脉冲，如其在图2中示出的那样。由于齿隙4没有齿，所以可以可靠地识别所述齿隙并且通过从齿隙4起计数可以确定曲轴在相应时刻具有怎样的位置。

在图3中相对于时间t示出凸轮轴传感器5的信号S。如可以看到的那样，所述信号具有非常长的高电平，长度如区段21位于凸轮轴传感器5前面那样。凸轮轴探测器轮20的所述转的剩余部分是低电平上的信号电平，如在图3中示出的那样。

曲轴传感器3或者凸轮轴传感器5的信号现在可以分别用于计算内燃机的位置信号。内燃机的所述位置信号对于其他计算、尤其是对于内燃机的燃烧过程的控制而言是必要的。对于这种燃烧过程，必须在内燃机的确定位置操作执行机构，例如燃油喷射阀或点火线圈，其中为了所述过程的精确触发需要关于内燃机位置的非常准确的信息。

在图4和图5中阐述由曲轴传感器3的信号计算内燃机的高精度的位置信号。

在图4中示意性地相对于时间t示出曲轴传感器3的信号S。然而在此明显更大地选择时间分辨率，从而在此仅仅显示曲轴传感器3中曲轴探测器轮1的三个齿2的两个脉冲。在时刻t0，信号S的信号电平从低值跳变到高值，并且其保持所述信号电平“高”直至时刻t2。在从t2至t3的时段中，信号电平保持在低电平上，以便随后从时刻t3重新跳变到高值。对于进一步讨论考虑：所述电路装置10仅仅分析处理正转换边沿，即仅仅分析处理从低电平跳变到高电平的信号。每当信号电平从低电平跳变到高电平时，所述电路装置10将时钟的状态存储在存储器中。即，在时刻t1、t3存储时间。基于这两个时间的比较，电路装置10求得这两个正信号边沿之间的时段已经持续多长时间。随后，所述信息被用于预测直至下一个正信号边沿（例如在时刻t5到达）持续多长时间。根据如此预测的直至在时刻t5下一个信号边沿到达的持续时间输出多个单个位置信号P，如在图5中示出的那样。在图5中示出多个位置信号P，但从时刻t3起才输出所述多个位置信号P。在图4和图5的示例中考虑：在时刻t1还不能计算位置信号P，因为在所述时刻还不存在关于曲轴1000的转动的进一步信息。在时刻t3可以第一次预测何时考虑曲轴传感器3的下一个信号。从所述时刻起，根据仅仅基于时刻t1与t3之间的时间间隔的测量的预测能够实现直至曲轴传感器3在时刻t5的下一个信号的时间间隔的预测，并且根据所述信息输出多个位置脉冲P。如通过图4和图5的比较不难得出：对于曲轴传感器3的两个相继的信号设有多个位置脉冲P。这使针对计算目的的后续动作能够实现内燃机的角度位置的精确得多的分辨率，其方式是，在位置计数器中计数所述位置脉冲P。因此，计数位置脉冲P的位置计数器在内部始终包含一个计数值，所述计数值相应于曲轴1000的位置。位置计数器的所述值用于触发用于操作内燃机的执行机构。

随后，在时刻t5，曲轴传感器3的另一信号到达，并且首先又进行正信号边沿到达的时刻的存储。则在时刻t5不仅提供从t3起的时间间隔经过多长的信息而且提供时间间隔t1-t3多长的信息。因此，对于预测曲轴传感器3的下一个信号何时到达的重新计算而言不仅可以考虑最后的时间间隔而且还可以考虑在前的时间间隔。这意味着：不仅可以考虑当前的内燃机转速而且可以考虑内燃机的可能的加速或减速。随后可以根据所述信息改进直至曲轴传感器3的下一个正转换边沿到达的下一个间隔的预测。

此外，关于时刻t5还必须注意：当然可以确定t3和t5之间的正转换边沿之间的持续时间的预测在多大程度上是恰当的。只要在此出现了偏差，则可能必须添加附加的位置脉冲P或者必须在时刻t3之后已经输出预给定数量的位置脉冲之后停止其他位置脉冲P的输出，直至正转换边沿t5实际到达。这样确保了位置计数器始终具有正确数量的位置脉冲P并且由此具有尽可能恰当的内燃机位置。在此重要的是，所测量的内燃机位置始终仅仅在曲轴传感器3的正转换边沿的时刻可供使用，即在图4中在时刻t1、t3和t5。在这些时刻之间通过计算形成位置脉冲P并且由此形成位置计数器11的状态，然而所述计算尤其当在超过曲轴探测器轮1的多个齿2的情况下分析处理内燃机的转速的改变时包含内燃机的真实位置的相当准确的信息。

替代基于曲轴传感器3的信号的计算，当然也可以基于凸轮轴传感器5的信号来进行计算。然而如通过图2和图3的比较不难看到的那样，曲轴传感器3的信号从一开始就具有更准确的分辨率，因为曲轴探测器轮1具有比凸轮轴探测器轮20精细得多的划分。在凸轮轴探测器5的信号的情况下（如在图3中示出的那样），不仅分析处理所述信号的正转换边沿而且分析处理信号的负转换边沿，即从高水平到低水平的过渡。因此对于凸轮轴1001的一转有两个信号可供使用，所述两个信号包含凸轮轴的真实的所测量的位置。在所述两个测量点之间必须通过相应的计算产生位置脉冲P和位置计数器11的相应状态。因为关于凸轮轴的位置的较少测量的信息可供使用，所以位置计数器的状态具有明显更大的不确定性。

在图6中示出用于处理曲轴传感器3或者凸轮轴传感器5的信号的内部处理步骤。在第一程序块100中检验曲轴传感器3的信号的正转换边沿是否到达。当确定了正转换边沿、即从低电平到高电平的电平变换已经到达时，在步骤100之后进行步骤200。如果没有确定正转换边沿，在所述步骤之后重新进行步骤100，即程序块100一直等待直至已经确定凸轮轴传感器信号的正转换边沿。为了进行确定，进行凸轮轴传感器3的信号的相应的预滤波和去抖动，以便可靠地确定实际上是曲轴传感器3的信号，其是由凸轮轴探测器轮1的齿2的从旁扫过引起的。信号的预处理或者可以通过模拟电路装置进行或者也可以通过曲轴传感器3的信号的简单模/数转换数字式进行。

此外，在步骤100中也可以检验曲轴传感器3的信号是否也在可信的时间窗中出现，因为基于内燃机的转动通常在每分钟800和6000转之间的范围内对于曲轴传感器3处的齿2的相继序列而言仅仅一个确定的时间范围是可能的。当已经确定曲轴传感器3的相应有意义的信号时，在步骤100之后进行步骤200。

在步骤200中求得时间信息，例如内部时钟12的时间信息，其相应于正转换边沿到达的时刻。随后，所述值在随后的步骤300中存储在存储器中。在此如此存储在存储器中，使得在存储器中曲轴传感器3的多个信号到达的时刻可供使用。通过存储曲轴传感器3的信号到达的多个时刻，可以以更高的可靠性预测曲轴1000的其他转速。已知的曲轴传感器3的信号到达的时刻越多，则曲轴1000的转速的发展的预测可以越好。如果仅仅刚刚到达的齿2和在前的齿2的时刻是已知的，则预测可以不考虑内燃机的加速。如果曲轴传感器3的信号到达的又一在前时刻是已知的，则也可以考虑内燃机的转速的加速或减速。如果多个时刻是已知的，则也可以预测转速的其他波动，例如由于气缸的压缩或者由于内燃机或借助其运行的车辆的其他振动现象。

例如可以如此进行曲轴传感器3的信号到达的时刻的存储，使得在存储器中对于曲轴探测器轮1的每个齿2设有一个存储器空间，使得在连续运行时在存储器中始终包含曲轴1000的一整转的曲轴传感器信号到达的时刻。然而，因为内燃机的一个运行周期包括两个曲轴转，所以也可能的是，关于齿2在凸轮轴传感器3旁边扫过的时刻在存储器中设有曲轴的两整转或者在必要时还设有其他转。替代地，也可以设有更少的存储空间，例如仅仅10个存储空间并且因此在存储器中设有最后十个齿2的时刻。在此情况下，存储空间不分配给确定的齿，而是在每一个存储过程中增大计数器，所述计数器说明在哪个存储空间上进行了最后的存储，使得对于随后的计算而言清楚哪些所存储的时刻相应于哪些在前的齿2。

在存储步骤300之后进行计算步骤400，在所述计算步骤中除曲轴传感器3的信号到达的时刻以外还分别存储与在前的信号的差。这些信息对于随后的计算而言是必要的。此外在步骤400中触发一个触发信号199，用于随后的计算，所述计算在图7中进行描述。否则，在步骤400之后又是步骤100，即等待曲轴传感器3的下一个信号到达。

相应地对于凸轮轴传感器5的分析处理遍历程序步骤100至400。唯一的不同在于，步骤100不仅分析处理正转换边沿、即从低电平到高电平的信号变换而且也分析处理负转换边沿、即从高电平到低电平。这原因在于，凸轮轴传感器5由于在图3中示出的凸轮轴的每转的信号序列提供相对少的信号并且因此分析处理任何可能的转换边沿。

现在根据本发明，不仅对于曲轴传感器3的信号而且对于凸轮轴传感器5的信号连续地执行根据图6的方法。即，每当曲轴传感器3的信号和凸轮轴传感器5的信号到达，遍历步骤100至400的方法。可以如在图1中示出的那样通过相应的电路逻辑单元13、14来连续第执行这些方法步骤。电路逻辑单元13、14作为固定布线的电路处理方法步骤100-400，即识别转换边沿、存储内部时钟12的值和计算与在前转换边沿的差。但也可以完整地或部分通过程序来执行步骤100-400，其中优选通过硬件来执行。则连续地存储相应于曲轴传感器3的信号的到达的时刻，并且与此并行地连续存储相应于凸轮轴传感器5的信号的到达的信号。与这些信号中的哪些用于计算位置脉冲或者位置计数器11的状态无关地进行这些值的存储。因此在所述电路装置的存储器中始终包含曲轴传感器3和凸轮轴传感器5的足够数量的测量值，以便随时在两个方法之间进行切换。这尤其是对于两个传感器之一的干扰是重要的。当例如曲轴传感器3失效并且没有存储凸轮轴传感器5的测量值时，首先必须等待凸轮轴的一整转，直至完全可以基于凸轮轴传感器信号进行计算。因此，根据本发明提出，连续地进行曲轴传感器3或者凸轮轴传感器5的转换边沿到达的时刻的存储，使得在任何时刻都能够实现两个不同的传感器信号之间的切换，用于位置脉冲P或者位置计数器11的状态的计算。

在图7中示出在步骤200至400中存储的曲轴传感器3或者凸轮轴传感器5的信号到达的时刻的进一步处理。从触发信号199出发进行第一处理步骤500，在所述第一处理步骤中确定基于曲轴信号的计算还是基于凸轮轴信号的计算能够实现。替代地，在步骤400中触发信号199的产生当然也可以与现在期望基于曲轴信号的计算还是基于凸轮轴信号的计算有关。在步骤500之后进行步骤600，在所述步骤600中进行曲轴传感器3或凸轮轴传感器5的在前信号的相应的、所存储的时刻。基于所述时刻和时间差计算内燃机的转速以及预测在何时预期传感器的下一个信号。根据如此计算的持续时间计数位置脉冲P的输出的相应频率，使得直至下一个信号到达产生相应数量的位置脉冲P并且因此引起位置计数器11的相应状态。位置脉冲P的数量在此当然必须匹配于现在进行基于曲轴传感器3的信号的计算还是基于凸轮轴传感器5的信号的计算。由于直至下一个凸轮轴信号到达的角度范围较大，在基于凸轮轴信号的计算中必须输出相应较大数量的位置脉冲。

Claims (5)

1.用于分析处理内燃机的曲轴传感器（3）和凸轮轴传感器（5）的信号的电路装置（10），其中，分析处理出现所述信号的时刻，其中，由所述时刻形成所述内燃机的轴的位置信号（11），其中，设有存储装置（13，14），所述存储装置同时存储所述曲轴传感器（3）的信号出现的时刻（t1，t3，t5）和所述凸轮轴传感器（5）的信号出现的时刻，其中，设有判定装置，所述判定装置判定由所述曲轴传感器（3）的信号出现的时刻还是由所述凸轮轴传感器（5）的信号出现的时刻形成所述位置信号（11），其中，设有用于形成所述位置信号（11）的装置，所述装置使用所存储的所述曲轴传感器（3）或所述凸轮轴传感器（5）的信号出现的时刻，以便预测将来出现所述曲轴传感器（3）或所述凸轮轴传感器（5）的信号的时刻，以及计算装置产生多个计数脉冲P，所述多个计数脉冲累加地形成所述位置信号（11），其中，所述计算装置被构造为数字锁相环DPLL。

2.根据权利要求1所述的电路装置，其特征在于，设有监控装置（500），所述监控装置在其规定的功能方面监控所述曲轴传感器（3）和所述凸轮轴传感器（5）并且所述监控装置根据监控判定基于所述曲轴传感器（3）的信号还是基于所述凸轮轴传感器（5）的信号来进行所述位置信号（11）的计算。

3.根据权利要求1所述的电路装置，其特征在于，设有用于分析处理所述曲轴传感器（3）的信号的电路逻辑单元（13），其进行所述曲轴传感器（3）的信号到达的时刻在所述电路装置的存储器中的存储，并且还设有用于分析处理所述凸轮轴传感器（5）的信号的电路逻辑单元（14），其进行所述凸轮轴传感器（5）的信号到达的时刻在所述电路装置（10）的存储器中的存储。

4.用于分析处理内燃机的曲轴传感器（3）和凸轮轴传感器（5）的信号的方法，其中，分析处理出现所述信号的时刻，其中，由所述时刻形成所述内燃机的轴的位置信号（11），其中，存储装置（13，14）同时存储所述曲轴传感器（3）的信号出现的时刻（t1，t3，t5）和所述凸轮轴传感器（5）的信号出现的时刻，并且判定装置判定由所述曲轴传感器（3）的信号出现的时刻还是由所述凸轮轴传感器（5）的信号出现的时刻形成所述位置信号（11），其中，为了形成所述位置信号（11）使用所存储的所述曲轴传感器（3）或所述凸轮轴传感器（5）的信号出现的时刻，以便预测将来出现所述曲轴传感器（3）或所述凸轮轴传感器（5）的信号的时刻，其中，产生多个计数脉冲P，所述多个计数脉冲累加地形成所述位置信号（11），其中，所述计数脉冲P的形成通过数字锁相环DPLL进行。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在其规定的功能方面监控所述曲轴传感器（3）和所述凸轮轴传感器（5），以及根据监控判定基于所述曲轴传感器（3）的信号还是基于所述凸轮轴传感器（5）的信号来进行所述位置信号（11）的计算。