用于确定周期运动的起始位置的方法

用于确定周期运动的起始位置的方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于确定周期运动的起始位置的方法，包括：-绘制（S1、S9）一连串的发送器信号，用以获得一信号序列；-将所绘制的信号序列与一参考信号序列的可能的部分信号序列的组进行连续地或规律地比较（S2、S10），其中，所述参考信号序列包括由针对至少一个完整的运动周期的信号位置所形成的一信号序列；其中，为所述参考信号序列的部分信号序列分别配设所述周期运动的一个或多个可能的起始位置；-从所述可能的部分信号序列的组中排除（S5、S13）如下的一个或多个部分信号序列，其不与所述信号序列一致或者其起始部分不与所述信号序列一致；-将所述起始位置中的配属于所述可能的剩余的部分信号序列的起始位置确定（S7）为起始位置。
【专利说明】用于确定周期运动的起始位置的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于位置探测的方法和装置，例如用于对机动车中的凸轮轴进行位置 探测。
【背景技术】
[0002]在起动一机动车中的内燃机时原则上希望的是,一旦该起动装置使马达转动,则 尽可能快地识别到活塞在缸中的准确的位置。
[0003]特别是在机动车中的起动-停止-系统中，其中，内燃机在机动车的静止状态下被 切断并且一旦重新发动则又被起动，重要的是，一旦所述起动装置使马达转动，则尽可能快 地并且可靠地确定马达的起始位置，也就是说在起动时活塞在缸中的位置。
[0004]从出版物EP I 882 839 Al中公开了一种用于确定内燃机的位态的方法。在凸轮 轴上以及在曲轴上设置位置发送器，它们分别具有一发送器轮。所述位置发送器根据凸轮 轴和曲轴的位置来产生位置信号，所述位置信号可以进行评价。从凸轮轴位置信号和曲轴 位置信号中导出一关于与凸轮轴位置信号的边沿、曲轴位置信号的边沿以及同步化信号相 关的所述内燃机的位态的说明，其中，所述曲轴位置信号还具有一同步化特征。

【发明内容】

[0005]根据本发明的任务通过根据权利要求1所述的方法、通过根据权利要求12所述的 装置以及通过根据权利要求13所述的计算机产品解决。
[0006]其它有利的设计方案在从属权利要求中说明。
[0007]根据第一方面，用于确定一周期运动的起始位置的方法包括下列步骤:
-绘制一连串的发送器信号，用以获得一信号序列；
-将所绘制的信号序列与所提供的参考信号序列的可能的部分信号序列的组进行连 续地或规律地比较，其中，所述参考信号序列包括由针对至少一个完整的运动周期的信号 位置形成的一信号序列，其中，为所述参考信号序列的部分信号序列分别配设所述周期运 动的一个或多个可能的起始位置；
-从所述可能的部分信号序列的组中排除如下的一个或多个部分信号序列，其不与所 述信号序列一致或者其起始部分不与所述信号序列一致；并且
-将所述起始位置中的配属于可能的剩余的部分信号序列的起始位置确定为起始位置。
[0008]上述方法用于以特别快速的方式来求出一周期运动的起始位置。所述方法设置用 于，从一参考信号序列中将如下的发送器轮位置作为针对所述周期运动的可能的起始位置 予以排除，在所述发送器轮位置中，所述部分信号序列不与或不再与到此为止所绘制的信 号序列一致，其中，所述参考信号序列具有针对部分信号序列的起始位置，为所述部分信号 序列分别配设一发送器轮位置。配属于被排除的发送器轮位置的所述部分信号序列之后在 将所述信号序列与所述部分信号序列的下一比较中不再予以考虑。[0009]可剩余多个或也可剩余仅一个部分信号序列。在此情况下剩余的意思是，一部分 信号序列不由于缺少一致性而被排除。因此也可剩余多个或仅一个起始位置，即例如仅将 一个起始位置配设给所剩余的一个或多个部分信号序列。如果仅剩余一个起始位置，则将 该起始位置确定为起始位置。
[0010]所述信号序列的绘制在实施该方法期间被推进，并且如此地将可能的发送器轮位 置作为可能的起始位置逐渐地予以排除。由此可以减少直至确定所述起始位置的该方法的 总时间，因为在每个新绘制的发送器信号的情况下，仅还须检测新添加的针对直到目前为 止仍可能的起始位置的数据。
[0011]相反，在已知的用于图案识别的运算法则中，在每一次调取时，针对每个起始位 置，将实际提供的信号序列与参考信号序列进行比较。该过程步骤是耗费的且提高了直至 确定所述凸轮轴的转动的起始位置的时间。
[0012]可以规定，在确定所述运动的开始之后，开始所述信号序列的绘制。这样可以例如 一旦确定了马达的转动，例如确定了使马达转动的起动装置已经开始，则在起动-停止-系 统中确定所述凸轮轴的起始位置。
[0013]该方法还规定，周期地重复所述传感器信号的绘制、将所绘制的信号序列与所述 参考信号序列的可能的部分信号序列的组的比较，以及从所述可能的部分信号序列的组中 将一个或多个不与所述信号序列一致或其起始部分不与所述信号序列一致的部分信号序 列的排除。由此可以利用每次添加的新的发送器信号来排除那些无法再适配的部分信号序 列，从而在尽可能少的所绘制的发送器信号数量之后能够确定针对所述运动的一对一的起 始位置。
[0014]所绘制的信号序列的与所述参考信号序列的可能的部分信号序列一致的发送器 信号的数量可以存储下来，作为针对配属于所述部分信号序列的起始位置的标记值。之后， 可以将所绘制的信号序列的最后绘制的发送器信号与跟随所配设的起始位置的标记值之 后的每个可能的部分信号序列的位置进行比较。由此可以利用少量的计算耗费来针对每个 仍适配的起始位置来标记所配设的部分信号序列的位置，直至确定了与所绘制的信号序列 的一致性。因此每个新绘制的发送器信号可以针对每个仍适配的起始位置直接与所述部分 信号序列的相应的位置进行比较。
[0015]如果无法确定可能的部分信号序列且因此无法确定起始位置，则可实施一逆向搜 索。所述逆向搜索可以包括将所绘制的信号序列与可能的逆向部分信号序列的比较，所述 可能的逆向部分信号序列通过沿着调转的方向读取所述参考信号序列而形成。这能够实 现，将一逆向搜索简单地集成到用于位置确定的现有的方法中，因为相对于正向搜索，仅须 改变所述参考信号序列的读取方向。
[0016]根据一种实施方式，将前面描述的方法用于对内燃机的凸轮轴进行位置确定。在 此情况下，所述发送器信号可以包括:在一凸轮轴发送器轮中的一空隙的存在性或不存在 性，和/或一凸轮轴发送器轮的边沿的存在性和/或角度，和/或所述凸轮轴发送器轮的一 个分段的长度和/或电平。
[0017]所述发送器信号的绘制可以首先以针对每个运动周期更高数量的发送器信号来 实施，并且之后在所述方法的继续运行中可以针对每个运动周期绘制更少数量的发送器信 号。由此可以在开始所述运动之后快速地以较高的准确性来确定所述起始位置。之后在所述运动的继续运行中，可以以较少的计算耗费来监控所述凸轮轴的位置。
[0018]所述发送器信号的绘制可以例如针对每个运动周期实施至少8次且至多30次。
[0019]此外，本发明的一种实施方式也提供了一种装置，包括一内燃机和一控制器，其 中，所述控制器以如下方式构造，使得其实施前面描述的用于确定所述内燃机的运动的起 始位置的方法。
[0020]最后，本发明的一种实施方式提供了一种计算机程序产品，其包括一程序代码，当 所述程序代码在一数据处理器上实施时，所述计算机程序产品实施前面描述的方法。
【专利附图】

【附图说明】
[0021]下面参照附图详细描述本发明的实施方式。其中:
图1示出了一种马达的示意图，其中，能够使用根据本发明的用于确定所述起始位置 的方法；
图2示出了根据本发明的用于位置确定的方法的一种实施方式的流程图；以及 图3示出了用于利用根据本发明的方法来确定一起始位置的例子。
【具体实施方式】
[0022]图1示出了具有四个凸轮轴12的V马达10的示意图。在一个凸轮轴12上安装 一凸轮轴发送器轮14，其具有一特性化的且一对一的、通常不规律的图案。所述图案可以通 过沿着径向的具有不同的切向宽度的凸起，通过在所述凸轮轴发送器轮14上的标记或以 其它方式来构造。
[0023]同样地，在所述马达10的曲轴16上布置一用于检测相对位置变化的曲轴发送器 轮18，其在一圆周位置处具有一用于标注一个完整回转的标记。例如所述曲轴发送器轮18 可以具有规律地间隔的标记或结构，其中，在一位置处设置一特性化的空隙20。所述曲轴发 送器轮18可以例如构造成具有某个数量、例如60个或另一种数量的齿的齿轮，其中，缺少 一个或多个彼此相邻的齿，用以在该圆周位置处构造出标记。
[0024]通过光学的、磁性的或电的传感器22、24可以在所述凸轮轴12运动的情况下根据 所述凸轮轴发送器轮14的位置变化来绘制一连串的发送器信号，和/或在所述曲轴16运 动的情况下根据所述曲轴发送器轮18的位置变化来绘制一连串的发送器信号，并且提供 给一控制器26。为了尽可能快速地识别所述马达的起始位置，所述凸轮轴发送器轮14可以 例如针对所述凸轮轴的每次回转而生成在8个和30个之间的发送器信号。
[0025]所述凸轮轴发送器轮14和所述曲轴发送器轮18的相位角彼此具有一定义的相关 性，因为所述凸轮轴发送器轮14和所述曲轴发送器轮18彼此同步地运动，其中，但所述曲 轴发送器轮18相对于所述凸轮轴发送器轮14具有双倍的回转速度。
[0026]这样，在所述曲轴发送器轮18上绘制的发送器信号的规律地相继的边沿可以用 作针对由所述传感器24接收的所述发送器信号的电平的一节拍发生器，用以绘制所述凸 轮轴发送器轮14的发送器信号。例如可以在利用所述凸轮轴发送器轮18绘制的发送器信 号的一预设数量的边沿，例如在每个、每第二个或每第n个边沿之后，分别确定所述凸轮轴 发送器轮14的电平。替选地，可以在所述曲轴发送器轮18上绘制的发送器信号的每个边 沿或一预设数量的边沿的情况下，探测所述凸轮轴发送器轮14的发送器信号的边沿的存在性或不存在性，且因此确定所述凸轮轴发送器轮14的当前分段的长度。由此可以确保， 即使在所述马达10的变化的转数的情况下也可以始终针对每个运动周期绘制出所述凸轮 轴发送器轮14的一定义数量的发送器信号。此外，由所述曲轴发送器轮18的传感器22探 测到的发送器信号的边沿的数量或一相应的说明为此在由所述凸轮轴发送器轮14的传感 器24所探测到的发送器信号的每两个边沿之间进行计数并且绘制出一序列相应地计数的 边沿数量作为一信号序列。
[0027]在所述马达10的恒定的转速的情况下，所述传感器24也可以以规律的时间间隔 来操控，无需将所述曲轴发送器轮18的发送器信号的边沿用作针对读取所述传感器24的 节拍发生器。
[0028]所述凸轮轴发送器轮14可以例如包括各不同高度和/或长度的多个分段，和/或 可以设置不同形状和角度的边沿。此外，可以考虑具有突起的分段的凸轮轴发送器轮14， 其在其圆周的一部分、例如180°上具有一较大的半径，并且在其圆周的其余部分、例如 180°上具有一较小的半径。在此情况下，作为用于所述凸轮轴发送器轮14的发送器信号， 可以相应于所述边沿的存在性和/或角度，和/或当前的分段的长度和/或高度来绘制一 信号。
[0029]此外，在所述曲轴发送器轮18的情况下，可以显示在被观察的分段中的空隙20的 存在性或不存在性。
[0030]因此在所述凸轮轴12的每次运动期间，如上所述，读取一连串的发送器信号的一 信号序列，其中，在所述凸轮轴12转动的情况下，根据一参考信号序列，周期地经过针对所 述发送器信号的值。一般来说，所述参考信号序列可以包括具有相同的值的多个项。针对 所述曲轴发送器轮18，所述参考信号序列例如包括一具有值“存在空隙”的项，而所有剩余 的项都具有“不存在空隙”的值。因此一般来说，从唯一一个利用所述传感器22和/或24 绘制出的发送器信号中，无法确定所述凸轮轴12和/或所述曲轴16的一对一的位置。
[0031]因此，相应于所述凸轮轴发送器轮14的传感器24的多个一连串的发送器信号来 探测一信号序列，并且将所述信号序列成像到所述参考信号序列的一个部分信号序列上。 之后，可以一对一地确定所述运动的起始位置，因为所述参考信号序列的每个部分信号序 列都配设有一起始位置。一旦确定了一起始位置，就可以计算所述凸轮轴的相位角且因此 确定所述凸轮轴的位置。
[0032]图2示出了根据本发明的方法的一种实施方式。在开始之后，在步骤SI中首先探 测一针对所述凸轮轴发送器轮14和/或所述曲轴发送器轮18的第一发送器信号，其方式 为，读取所述传感器22、24。
[0033]作为下面针对在图2中所示的方法所使用的发送器信号，可以使用一直接由所述 传感器22、24提供的信号值，例如一如下的值，该值说明在所述凸轮轴发送器轮14的与所 述传感器24对置的分段中的一边沿的存在性。此外，作为发送器信号在上下文中也可以使 用一种说明，其从一个或多个由传感器24确定的信号值中求出。针对这种说明的一个例子 是针对所述凸轮轴发送器轮14的与所述传感器24对置的分段的分段长度的值，前提是所 述凸轮轴发送器轮如在图1中所示，沿着圆周方向被划分成具有不同半径的分段。
[0034]随后在步骤S2中针对每个起始位置将在步骤SI中确定的发送器信号与所配设的 所述参考信号序列的部分信号序列的第一值进行比较。当在步骤SI中确定的第一发送器信号等于针对一配设的起始位置的部分信号序列的第一值时(在步骤S3中的“是”)，则将 该起始位置在步骤S4中利用标记值“I”标记为适配，因为到此为止一发送器信号与所述起 始位置适配。
[0035]当在步骤SI中确定的发送器信号不等于针对一配设的起始位置的部分信号序列 的第一值时(在步骤S3中的“否”)，则将该起始位置在步骤S5中利用标记值“-1”标记为不 适配。
[0036]在针对每个起始位置进行了与所述第一发送器信号的比较且因此每个起始位置 要么利用所述标记值“-1”被标记为不适配要么利用所述标记值“ I”被标记为与所述第一 发送器信号适配之后，在步骤S6中检查所有起始位置的组，用以求出，有多少起始位置仍 标记为适配且因此仍包含在可能的起始位置的组中。
[0037]如果刚好有一个起始位置标记为适配，并且所有其它的起始位置标记为不适配 (步骤S6中的结果“1”)，则该标记为适配的起始位置在步骤S7中作为起始位置输出并且该 方法结束。
[0038]如果没有起始位置标记为适配(步骤S6中的结果“0”)，则假设，所述马达10可能 会逆向运转并且在步骤S8中以到此为止所绘制的发送器信号的信号序列来开始一逆向搜 索，该逆向搜索在下面详细描述。(虽然该结果可以在至少两个所求出的与位置相关的说明 之后才出现，当然这里为了完整性起见在第一次调取步骤S6时就已经提到。)
如果多于一个起始位置标记为适配(步骤S6中的结果“>1”)，则在步骤S9中绘制一其 它的发送器信号，其方式为，重新读取所述传感器22、24中的至少一个。
[0039]随后，在步骤SlO中针对每个在步骤S4中标记为适配的起始位置(即利用标记值
1)，将在步骤S9中求出的发送器信号与所配设的部分信号序列的下一值进行比较。
[0040]在此，所述部分信号序列的哪个位置与最后绘制的发送器信号进行比较，从针对 所配设的起始位置的标记值中得出:在标记值为I的情况下，之前将一发送器信号作为适 配而求出并且因此在步骤S9中将所绘制的发送器信号与所述部分信号序列的第二位置进 行比较。一般来说，在标记值为n的情况下，将所述部分信号序列的第n+1个位置与最后绘 制的发送器信号进行比较。
[0041]当在步骤S9中绘制的发送器信号等于所述部分信号序列的第二位置时(步骤Sll 中的“是”)，则在步骤S12中将所配设的起始位置利用标记值“2”标记为针对两个到此为止 所绘制的发送器信号所适配的。一般来说，当在与一其它的发送器信号比较之后将所述起 始位置标记为继续适配，则所述起始位置的标记值提高I。
[0042]当在步骤S9中绘制的发送器信号不等于所述部分信号序列的第二值时(在步骤 Sll中的“否”)，则将各起始位置在步骤S13中利用标记值“-1”标记为不适配。
[0043]在根据步骤SlO至S13将所有可能的、也就是说仍标记为与第二发送器信号适配 的起始位置予以排除(Abarbeitung)之后，所述方法又返回到步骤S6并且重新检测，是否 在此期间已经一对一地确定了一起始位置。如果仍还有多于一个起始位置是可能的，则在 步骤S9中绘制一其它的发送器信号，其在步骤SlO中针对每个仍可能的起始位置与所述部 分信号序列的相应的位置进行比较。
[0044]所述步骤S6和S9至S13被经常地重复，直至要么识别到一起始位置，其之后在步 骤S7中被读取，要么直至不再有起始位置是可能的，从而在步骤S8中开始一逆向搜索。[0045]所述逆向搜索如前面描述的针对所述正向搜索的方法类似地实施。与所述正向搜 索相比，在所述逆向搜索的情况下，针对与所绘制的发送器信号的信号序列进行比较的各 起始位置的部分信号序列的值沿着调转的方向从周期地重复的参考信号序列中被读取。
[0046]图3示出了针对一针对所述起始位置102的发送器信号的参考信号序列100的例 子。在所示的例子中，针对所述凸轮轴12的每次回转，重新绘制所述凸轮轴发送器轮14的 发送器信号。在此情况下，所绘制的发送器信号相应于所述凸轮轴发送器轮14的各与所述 传感器24对置的分段的长度。
[0047]在所示的例子中，由传感器24绘制针对所述分段长度的发送器信号值“1、3、1”。 如前所述，所述分段长度的说明是针对一发送器信号的多个可能性中的一个。在所述分段 长度的说明作为发送器信号的情况下，无法针对每个运动周期提高所述发送器信号的数 量。取而代之，针对每个运动周期，通过在所述凸轮轴发送器轮14的圆周上的分段数量来 固定地预设所述发送器信号的数量。但可以提高分辨率或者说扫描率，从而可以更快地决 定，是否看见了所述发送器轮的某些分段，例如短的分段或一对一的长的分段。
[0048]在所述方法的第一次调取时，将所有的起始位置102首先与所述第一发送器信号 “I”进行比较。起始位置0在所配设的所述参考信号序列100的部分信号序列中包含了一 分段长度“2”作为第一值，即标记为不适配，其方式为，针对起始位置0将标记值“-1”添加 到命中列表(Trefferliste)KM中。针对起始位置I的参考信号序列100的部分信号序列 包括一分段长度“I”作为第一值。因此该起始位置是仍可能的且在因此所述命中列表104 中首先利用标记值“ I ”进行标记。
[0049]在所绘制的发送器信号的整个信号序列与所述参考信号序列100的部分信号序 列进行了比较之后，所述命中列表104包含了两个项，它们相应于可能的起始位置。所述起 始位置I和3分别利用标记值“3”在所述命中列表104中进行标记，因为针对该起始位置 的相应的部分信号序列与三个所绘制的发送器信号一致。所有其它的起始位置利用标记值 “-1”标记为不适配。
[0050]在该运算法则的下一调取中，仅还向仍标记为适配的可能的起始位置跳跃。经由 所述命中列表104中的项，可以立即向新添加的数据跳跃，因为所述命中列表104中的标记 值直接说明，所述参考信号序列100的相应的部分信号序列的多少值已经与所绘制的发送 器信号进行了比较。
[0051]当在一定的时间之后，没有识别到一对一的一致性，则为了识别一逆向转动的马 达，针对每个起始位置的参考信号序列100以调转的顺序与所绘制的信号序列进行比较。
[0052]因此，利用前面描述的方法能够实现图案识别的特别高效的转换。因此同样可特 别简单地实现正向搜索和逆向搜索。
【权利要求】
1.用于确定周期运动的起始位置的方法，包括:-绘制(S1、S9)—连串的发送器信号，用以获得一信号序列；-将所绘制的信号序列与一参考信号序列(100)的可能的部分信号序列的组进行连续地或规律地比较(S2、S10)，其中，所述参考信号序列(100)包括由针对至少一个完整的运动周期的信号位置所形成的一信号序列；其中，为所述参考信号序列(100)的部分信号序列分别配设所述周期运动的一个或多个可能的起始位置(102)；-从所述可能的部分信号序列的组中排除(S5、S13)如下的一个或多个部分信号序列， 其不与所述信号序列一致或者其起始部分不与所述信号序列一致；-将所述起始位置中的配属于可能的剩余的部分信号序列的起始位置确定(S7)为起始位置。
2.按照权利要求1所述的方法，其中，在确定所述运动开始之后，开始所述信号序列的绘制(31、59)。
3.按照权利要求1或2所述的方法，还包括:周期地重复:所述发送器信号的绘制(S9)、将所绘制的信号序列与所述参考信号序列的可能的部分信号序列的组的比较(S10)， 以及从所述可能的部分信号序列的组中将那些不与所述信号序列一致或其起始部分不与所述信号序列一致的一个或多个部分信号序列的排除(S13)。
4.按照权利要求1所述的方法，还包括:将所绘制的信号序列的与所述参考信号序列的可能的部分信号序列一致的发送器信号的数量进行存储(S4、S12)，作为针对配设给所述部分信号序列的起始位置的标记值。
5.按照权利要求4所述的方法，其中，将所绘制的信号序列的最后绘制的发送器信号与跟随所配设的起始位置的标记值之后的每个可能的部分信号序列的位置进行比较。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，当无法确定可能的部分信号序列时，实施一逆向搜索(S8)。
7.按照权利要求6所述的方法，其中，所述逆向搜索(S8)包括将所绘制的信号序列与可能的逆向部分信号序列的比较，所述可能的逆向部分信号序列通过沿着调转的方向读取所述参考信号序列(100)而形成。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中，所述方法被用于对一内燃机(10) 的凸轮轴(12)的位置确定。
9.按照权利要求8所述的方法，其中，所述发送器信号包括:在一凸轮轴发送器轮(18)中的一空隙(20)的存在性或不存在性，和/或一凸轮轴发送器轮(14)的边沿的存在性和/或角度，和/或所述凸轮轴发送器轮(14)的一个分段的长度和/或电平。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其中，所述发送器信号的绘制(S1、S9) 首先以针对每个运动周期更高数量的发送器信号来实施，并且之后在所述方法的继续运行中针对每个运动周期绘制更少数量的发送器信号。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其中，所述发送器信号的绘制(S1、S9) 针对每个运动周期实施至少8次且至多30次。
12.包括一内燃机(10)和一控制器(26)的装置，其中，所述控制器(26)通过如下方式构造，使得其实施根据权利要求1至11中任一项所述的用于确定内燃机(10)的运动的起始位置的方法。
13.计算机程序产品，其包括一程序代码，当所述程序代码在一数据处理器上实施时， 所述计算机程序产品实施按照权利要求1至11中任一项所述的方`法。
【文档编号】F02D41/00GK103459811SQ201280017869
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2012年2月28日 优先权日:2011年4月12日
【发明者】U-M.内弗策尔, T.格伦德勒, C.德林格尔, J.夸恩特 申请人:罗伯特·博世有限公司