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