DE10024269A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Filterung eines Signals - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Filterung eines Signals

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Abstract

Es werden eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Filterung einer Größe beschrieben. Ein erstes Filtermittel dient zur Bildung einer Ausgangsgröße abhängig von einer Eingangsgröße, wobei das erste Filtermittel wenigstens eine verzögernde Wirkung aufweist. Die Eingangsgröße des ersten Filtermittels wird mittels einer Korrekturgröße korrigiert, die, ausgehend von der Eingangsgröße des ersten Filtermittels, durch Filterung mittels eines zweiten Filtermittels gewonnen wird.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Filterung eines Signals gemäß den Oberbegriffen der un­ abhängigen Ansprüche.
Ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Filterung eines Si­ gnals ist beispielsweise aus der DE 195 37 787 bekannt. Dort wird die Fahrerwunschmenge mittels eines Führungsformers ge­ filtert. Die Filterung ist derart ausgebildet, dass sich z. B. schnelle Fahrermengenwunschänderungen (Pedalwert) nicht ungedämpft auf die Kraftstoffzumessung auswirken und so die Anregung von Fahrzeuglängsschwingungen vermieden wird. Sol­ che Filterung zur Dämpfung der Anregung von Systemen haben den Nachteil, dass sie bei rampenähnlicher Änderung der Ein­ gangsgröße einen Schleppfehler erzeugen. D. h., die Ausgangs­ größe folgt der Eingangsgröße nur verzögert. Dies wirkt sich beispielsweise bei einer Anwendung bei einer Brennkraftma­ schine durch ein vermindertes Antriebsmoment aus.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Vorgehensweise bietet den Vorteil, dass entsprechende Schleppfehler kompensiert werden können, ohne dass Einschränkungen der Filterwirkung insbesondere bei sprungförmigen Änderungen der Eingangsgröße in Kauf genommen werden müssen.
Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbil­ dungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekenn­ zeichnet.
Zeichnung
Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen erläutert. Es zeigen Fig. 1 den prinzipiellen Aufbau eines Kraftstoffzumesssystems und Fig. 2 ein Blockdiagramm der erfindungsgemäßen Vorgehens­ weise.
Die Erfindung wird im folgenden am Beispiel eines Kraft­ stoffmengensignals bei einer selbstzündenden Brennkraftma­ schine dargestellt. Die Erfindung ist nicht auf diese Anwen­ dung beschränkt. Sie kann auch bei anderen Signalen, insbe­ sondere bei Signalen, die bei Steuerung von Brennkraftma­ schinen verwendet werden, eingesetzt werden. Insbesondere ist das Verfahren geeignet für Signale, die das abgegebene Moment beeinflussen oder charakterisieren. Solche Signale sind beispielsweise ein Kraftstoffmengensignal, Signale zur Ansteuerung von leistungsbeeinflussenden Stellern, ein Men­ genwunschsignal, das Ausgangssignal eines Fahrpedalgebers oder ein Drehzahlsignal.
In Fig. 1 ist der prinzipielle Aufbau eines Kraftstoffzu­ messystems einer Brennkraftmaschine dargestellt. Mit 10 ist ein Fahrpedalstellungsgeber und mit 11 ein Drehzahlgeber be­ zeichnet. Eine Sollwertsteuerung 12 ist mit dem Fahrpedal­ stellungsgeber und dem Drehzahlgeber 11 verbunden. Das Aus­ gangssignal MEW der Sollwertsteuerung, die der Fahrerwunschmenge entspricht, gelangt zu einem Führungsformer 13. Das Drehzahlsignal N des Drehzahlgebers 11 gelangt zu einem Störgrößenregler 14. Das Ausgangssignal MEF des Führungsfor­ mers 13 und das Ausgangssignal MES des Störungsreglers 14 werden in einem Additionspunkt überlagert und bilden das Mengensignal MEA, das einer Stelleinrichtung 15 zugeleitet wird. Abhängig von diesem Signal MEA wird der nicht darge­ stellten Brennkraftmaschine eine entsprechende Kraftstoff­ menge zugemessen.
Ausgehend von der Fahrpedalstellung der Drehzahl berechnet die Sollwertsteuerung 12 die Fahrerwunschmenge MEW, die er­ forderlich ist, um die vom Fahrer gewünschte Fahrleistung bereitzustellen. Bei Systemen ohne Ruckeldämpfung wird die­ ses Signal unmittelbar der Stelleinrichtung 15 zugeleitet. Die Stelleinrichtung 15 setzt dieses Signal in ein Ansteuer­ signal zur Beaufschlagung der entsprechenden Stellelemente um. So ist beispielsweise bei Reihenpumpen vorgesehen, dass ein Stellregelkreis die Regelstangenposition auf einen ent­ sprechenden Wert einregelt. Bei zeitgesteuerten Systemen gibt die Stelleinrichtung 15 ein Ansteuersignal für ein men­ genbestimmendes Magnetventil oder einen Piezoaktor ab.
Um auftretende Ruckelschwingungen kompensieren zu können, ist vorgesehen, dass das Fahrerwunschsignal MEW mittels ei­ nes Führungsformers 13 gefiltert wird. Der Führungsformer 13 besitzt wenigstens eine verzögernde Wirkung. So können bei­ spielsweise Filter mit PT1-Verhalten eingesetzt werden. Be­ sonders vorteilhaft ist es, wenn als Führungsformer Filter eingesetzt werden, die noch weitere Komponenten umfassen.
Desweiteren wird das Drehzahlsignal N einem Störungsregler 14 zugeleitet. Die neue Wirkungsweise dieser Vorrichtung ist in der DE 195 37 787 beschrieben.
Besitzt der Filter 13, der den Führungsformer bildet, zumin­ dest verzögerndes Verhalten, beispielsweise ein T1-Glied, so tritt bei bestimmten Änderungen der Eingangsgröße des Fil­ ters 13 ein Schleppfehler auf. D. h., die Ausgangsgröße folgt der Eingangsgröße nur verzögert.
Erfindungsgemäß wird dieser Schleppfehler dadurch behoben, dass am Eingang des Filters ein Korrekturwert aufgeschaltet wird, der ausgehend von der Eingangsgröße gebildet wird. Vorzugsweise wird hierzu die Eingangsgröße nach der Zeit ab­ geleitet, d. h. differenziert und anschließend mit einem ins­ besondere vorgebbaren Wert gewichtet. Dieser Wichtungsfaktor wird vorzugsweise abhängig vom Übertragungsverhalten des zu korrigierenden Filters vorgegeben. Dabei wird die zeitliche Ableitung der Eingangsgröße begrenzt, um die Filterwirkung bei sich schnell ändernder Eingangsgröße trotz der Maßnahmen gegen Schleppfehler beizubehalten.
In Fig. 2 ist der Führungsformer mit einer solchen Korrek­ tur detaillierter dargestellt. Bereits in Fig. 1 beschrie­ bene Elemente sind mit den entsprechenden Bezugszeichen be­ zeichnet.
Der eigentliche Filter des Führungsformers ist als erster Filter 100 bezeichnet. Die Eingangsgröße MEW des Führungs­ formers 13 gelangt zum einen mit positiven Vorzeichen zu ei­ nem Verknüpfungspunkt 125 und zum anderen zu einem zweiten Filter. 110. Das Ausgangssignal des Verknüpfungspunktes 125 gelangt zu dem ersten Filter 100.
Das Ausgangssignal des zweiten Filters 110 gelangt über ei­ nen Begrenzer 112 zu einem zweiten Verknüpfungspunkt 115. Das Ausgangssignal des Verknüpfungspunktes 115 gelangt vor­ zugsweise mit positivem Vorzeichen zu dem Verknüpfungspunkt 125. An dem zweiten Eingang des zweiten Verknüpfungspunkts 115 liegt das Ausgangssignal einer Faktorvorgabe 120 an. Das Ausgangssignal des ersten Filters 100 bildet die Ausgangs­ größe MEF.
Bei einer Ausgestaltung kann auch vorgesehen sein, dass der Begrenzer 112 nach dem Verknüpfungspunkt 115 angeordnet ist. Dies bedeutet der Begrenzer 112 begrenzt die Korrekturgröße mit der im Verknüpfungspunkt 125 die Eingangsgröße des er­ sten Filters 100 korrigiert wird.
Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsge­ mäßen Vorgehensweise ist strichpunktiert dargestellt. Bei dieser gelangt die Eingangsgröße zusätzlich über einen Ver­ stärker 140 zu einem Verknüpfungspunkt 130, an dessen zwei­ ten Eingang die Ausgangsgröße des ersten Filters 100 an­ liegt. Diese beiden Größen verknüpft bilden dann die Aus­ gangsgröße MEF.
Der zweite Filter 110 ist vorzugsweise als Differenzierer ausgebildet. Zumindestens umfaßt der zweite Filter 110 eine differenzierende Komponente. Beispielsweise kann der zweite Filter auch als PD-Glied oder als DT-Glied ausgebildet sein. Die Ausgangsgröße des zweiten Filters 110 wird durch den Be­ grenzer 112 auf betragsmässig höchstzulässige Werte be­ grenzt, um die Filterwirkung bei schneller, insbesondere sprungförmiger, Änderung der Eingangsgröße MEW zu gewährlei­ sten.
Der Begrenzer 112 ist derart dimensioniert, dass die Begren­ zung bei sich langsam ändernder Eingangsgröße unwirksam ist und das Filter 110 einen unbeinflussten Beitrag zur Korrek­ tur der Eingangsgröße des ersten Filters 100 liefert. Bei langsamen Änderungen der Eingangsgröße besitzt das zweite Filter 120 einen relativen großen Einfluß auf die gefilterte Größe. Dadurch wird erfindungsgemäß der Schleppfehler vermieden. Bei sprungförmigen, das heisst bei schnellen Ände­ rungen der Eingangsgröße ist die Begrenzung wirksam, wodurch der entsprechende Beitrag des Zweiten Filters 110 zur Kor­ rektur der Eingangsgröße des ersten Filters nur gering ist. Bei schnellen Änderungen der Eingangsgröße besitzt das zwei­ te Filter 120 einen relativen kleinen Einfluß auf die gefil­ terte Größe. In diesem Fall besitzt der erste Filter 100 ei­ nen großen Einfluß auf die gefilterte Größe.
Im Verknüpfungspunkt 115 wird das Ausgangssignal des zweiten Filters 110 mit einem vorgebbaren Wichtungsfaktor der Fak­ torvorgabe 120 gewichtet. Der Wichtungsfaktor ist insbeson­ dere abhängig vom Übertragungsverhalten des ersten Filters 100 vorgebbar.
In einer bevorzugten Ausführungsform besitzt das erste Fil­ ter 100 die Übergangsfunktion:
K/(T . s + 1)
Hierbei werden üblicherweise die Größe T als Verzögerungs­ zeitkonstante und die Größe K als Proportionalverstärkung bezeichnet.
Der Faktor der Faktorvorgabe 120 ist vorzugsweise identisch mit der Zeitkonstante T. Dies bedeutet, dass das durch den Begrenzer 112 begrenzte Ausgangssignal des zweiten Filters 110 mit dem Faktor der Faktorvorgabe 120, d. h. mit der Ver­ zögerungszeitkonstante T des ersten Filters 100, gewichtet wird.
Bei der zweiten besonders vorteilhaften Ausgestaltung be­ sitzt der Verstärker 140 den Verstärkungsfaktor V. Die Pro­ portionalverstärkung K des ersten Filters nimmt dann den Wert K = 1 - V an.
Erfindungsgemäß wird die Eingangsgröße MEW des ersten Fil­ ters 100 abhängig von der der Eingangsgröße MEW des ersten Filters 100 korrigiert. Dies bedeutet ausgehend von der Ein­ gangsgröße MEW des ersten Filters wird eine Korrekturgröße zur Korrektur dieser Eingangsgröße bestimmt. Bei einer ein­ fachen Ausführungsform wird die Eingangsgröße zeitlich abge­ leitet bzw. differenziert und anschließend mit einem Faktor gewichtet. Der Faktor wird dabei im wesentlichen durch das Übertragungsverhalten des ersten Filters bestimmt. Vorzugs­ weise entspricht der Faktor der Verzögerungszeitkonstanten T des ersten Filters.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn lediglich ein Teil des Signals korrigiert wird. Dies wird dadurch realisiert, dass die Proportionalverstärkung K des ersten Filters kleiner als 1 gewählt wird und dem Ausgangssignal des ersten Filters ein entsprechend verstärktes Eingangssignal zugeführt wird.

Claims (7)

1. Vorrichtung zur Filterung einer Größe, mit einem ersten Filtermittel zur Bildung einer Ausgangsgröße abhängig von einer Eingangsgröße, wobei das erste Filtermittel wenig­ stens eine verzögernde Wirkung aufweist, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Eingangsgröße des ersten Filtermittels mittels einer Korrekturgröße korrigiert wird, die ausge­ hend von der Eingangsgröße des ersten Filtermittels durch Filterung mittels eines zweiten Filtermittels gewonnen wird.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Filtermittel wenigstens differenzierendes Ver­ halten aufweist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß eine Ausgangsgröße des zweiten Filtermittels mit einem Faktor wichtbar ist.
4. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsgröße des zweiten Filter­ mittels oder die Korrekturgröße begrenzt wird.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Faktor vom Übertragungsverhalten des ersten Filter­ mittels abhängig ist.
6. Vorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich die Ausgangsgröße des ersten Filtermittels mit dem gewichte­ ten Eingangsgröße des ersten Filtermittels korrigierbar ist.
7. Verfahren zur Filterung einer Größe, mit einem ersten Filtermittel zur Bildung einer Ausgangsgröße abhängig von einer Eingangsgröße, wobei das erste Filtermittel wenig­ stens eine verzögernde Wirkung aufweist, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Eingangsgröße des ersten Filtermittels mittels einer Korrekturgröße korrigiert wird, die ausge­ hend von der Eingangsgröße des ersten Filtermittels durch Filterung mittels eines zweiten Filtermittels gewonnen wird.
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