DE102004033615B3 - Smoothing sensor signals input to control circuit for internal combustion engine, using high-pass filter connected to function generator connected to low-pass filter in parallel with high-pass filter - Google Patents

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Abstract

The smoothing circuit turns a sensor signal (x) with high-frequency noise components into a smoothed signal (x filt) suitable for input to the internal combustion engine control circuit. A high-pass filter (HP) and a low-pass (TP 1) filter are connected in parallel. The output of the high-pass filter (x hp) passes to a function generator (f (x hp)) whose output (T TP) is fed to the low-pass filter.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Glättung eines Sensorsignals, insbesondere eines Eingangssignals eines Steuergerätes einer Brennkraftmaschine, mit einem Tiefpassfilter erster Ordnung.The Invention relates to a method for smoothing a sensor signal, in particular an input signal of a control unit of a Internal combustion engine, with a low-pass filter of the first order.

Die DE 196 36 097 C2 und die DE 196 20 435 C1 beschreiben jeweils eine Sensorvorrichtung mit Brückenschaltung zur Messung des Durchflusses bzw. der Masse der in einen Verbrennungsmotor einströmenden Luftmenge. Zur Beseitigung von Tiefpassfiltereffektes der Sensorvorrichtung bzw. von Messfehlern wird das Ausgangssignal der Brückenschaltung einem Hochpassfilter zugeführt. Zur weiteren Glättung wird das hochpassgefilterte Signal anschließend mit einem Tiefpassfilter gefiltert. Die Zeitkonstanten von Hoch- und Tiefpassfilter sind jeweils vorab festgelegt.The DE 196 36 097 C2 and the DE 196 20 435 C1 in each case describe a sensor device with bridge circuit for measuring the flow or the mass of the amount of air flowing into an internal combustion engine. To eliminate low-pass filter effect of the sensor device or measurement errors, the output signal of the bridge circuit is fed to a high-pass filter. For further smoothing, the high-pass-filtered signal is then filtered with a low-pass filter. The time constants of high and low pass filters are set in advance.

Die DE 199 40 669 A1 offenbart ein Verfahren zur Filterung einer an einem Fahrzeug erfassten Betriebsgröße, wie beispielsweise einer Radgeschwindigkeit, bei dem eine Tiefpassfilterung mit einer an die Größe der gefilterten und der ungefilterten Signalgröße angepassten Filterzeitkonstanten erfolgt.The DE 199 40 669 A1 discloses a method of filtering an operating quantity sensed on a vehicle, such as a wheel speed, where low pass filtering is performed with a filter time constant adjusted to the size of the filtered and unfiltered signal magnitude.

Der DE 100 18 551 A1 kann ein Verfahren zur Filterung eines Kraftstoffmengensignals entnommen werden, bei dem das Signal parallel von einem Tiefpass und mindestens einem Hochpass gefiltert und die Ausgangssignale der Filter anschließend über lagert werden. In jedem der Parallelzweige ist ein Totzeitglied angeordnet, um eine gewünschte zeitliche Phasenverschiebung zwischen den Signalen der Filter zu erzielen.Of the DE 100 18 551 A1 For example, a method for filtering a fuel quantity signal can be taken, in which the signal is filtered in parallel by a low-pass filter and at least one high-pass filter and the output signals of the filters are subsequently superimposed. In each of the parallel branches, a dead time element is arranged to achieve a desired temporal phase shift between the signals of the filters.

Bei der Steuerung und Regelung von Brennkraftmaschinen werden elektronische Motorsteuergeräte eingesetzt, die verschiedenste Sensorsignale einlesen und verarbeiten und daraus die Steuersignale zur Einstellung der Kraftstoffeinspritzmenge und, sofern keine selbstzündende Maschine vorliegt, des Zündzeitpunktes berechnen. Die Verarbeitung der Sensorsignale kann dabei in analoger Form mittels elektronischer Auswerteschaltungen oder auch in digitaler Form durch eine auf einer Recheneinheit ausgeführte Berechnungssoftware erfolgen. Da die Sensorsignale mit hochfrequenten Störungen behaftet sein können, welche bei direkter Weiterverarbeitung und Umrechnung in die Steuersignale zu falschen bzw. unerwünscht heftigen Reaktionen im Motorverhalten führen würden, werden die Sensorsignale im allgemeinen mittels Gradientenbegrenzern und/oder Filtern geglättet, wobei als Filter bevorzugt Tiefpassfilter erster oder auch höherer Ordnung verwendet werden.at the control and regulation of internal combustion engines are electronic Used engine control units, read in and process the various sensor signals and from it the control signals for adjusting the fuel injection amount and, provided no self-igniting Machine present, the ignition to calculate. The processing of the sensor signals can be in analog Form by electronic evaluation circuits or in digital Form done by running on a computer calculation software. Since the sensor signals may be subject to high-frequency noise, which with direct further processing and conversion into the control signals too wrong or undesirable violent reactions in engine behavior, the sensor signals smoothed generally by Gradientenbegrenzern and / or filters, wherein as filter preferred low-pass filter first or higher order used become.

Bei der Auslegung eines Filters zur Glättung von Sensorsignalen müssen verschiedene, teilweise einander widersprechende Anforderungen berücksichtigt werden, um zum einen ein ruhiges Motorverhalten zu gewährleisten und zum anderen schnell genug auf Änderungen des Fahrerwunsches bzw. der Umgebungsbedingungen zu reagieren. Des Weiteren ist es zur Erleichterung des Aufwandes zur Abstimmung des Motorverhaltens im Prüfungstands- bzw. Fahrversuch wünschenswert, dass das Filter möglichst einfach parametrierbar ist.at The design of a filter for smoothing sensor signals must be different, partially taking into account conflicting requirements on the one hand to ensure a quiet engine behavior and on the other fast enough to change the driver's request or the environmental conditions to react. Furthermore it is to facilitate the effort to tune the engine behavior in the test or driving test desirable, that the filter as possible is easy to parameterize.

Zusammengefasst werden an ein solches Glättungsfilter folgende Anforderungen gestellt:

  • – Das Filter soll Tiefpassverhalten aufweisen und dabei einen guten Kompromiss bieten zwischen der Dämpfung von Störungen und einer geringen Verzögerung des eigentlichen Sensorsignalverlaufs.
  • – Das Filter darf unter keinen Umständen überschwingen.
  • – Das Filter soll möglichst keine Totzeit enthalten.
  • – Das Filter soll auch mit einer Gradientenbegrenzung kombinierbar sein.
  • – Das Filter soll einfach parametrierbar sein.
In summary, the following requirements are placed on such a smoothing filter:
  • - The filter should have low-pass behavior and thereby offer a good compromise between the attenuation of interference and a small delay of the actual sensor waveform.
  • - Under no circumstances should the filter overshoot.
  • - The filter should contain no dead time if possible.
  • - The filter should also be combined with a Gradientenbegrenzung.
  • - The filter should be easy to parameterize.

Eine bekannte Ausgestaltung eines Tiefpassfilters, welche fast alle dieser Anforderungen erfüllt, ist in der DE 197 53 996 A1 als ein Verfahren zum Dämpfen von Ruckelschwingungen oder Lastschlägen einer Brennkraftmaschine beschrieben. Bei diesem Filter wird das in einen internen Sollwert, beispielsweise eine einzuspritzende Kraftstoffmasse, umgerechnete Sensorsignal eines Fahrpedalgebers mit einem IT1-Glied gefiltert und der Ausgang des IT1-Filters auf dessen Eingang rückgekoppelt. Das aus dieser Filteranordnung resultierende PT2-Filterverhalten führt jedoch dazu, dass Überschwingungen auftreten können, d. h., dass der gefilterte Sollwert größer als der Eingangssollwert ist. Um dieses Überschwingen zu vermeiden wird immer dann, wenn das Vorzeichen der Differenz aus Sollwert und gefiltertem Sollwert wechselt, die Berechnung des PT2-Filters neu initialisiert. Dies führt zu Unstetigkeiten im Verlauf des gefilterten Sollwertes, die selbst dann auftreten, wenn der am Filtereingang anliegende Sollwert stetig, beispielsweise rampenförmig, verläuft. Ein unstetiger gefilterter Sollwert bedeutet für die an die Sollwertfilterung anschließende Motorregelung, dass auch unstetige Istwerte eingestellt werden, was zu inhomogenem Motorverhalten und Geräuschbildungen führen kann.A known refinement of a low-pass filter which fulfills almost all of these requirements is disclosed in US Pat DE 197 53 996 A1 as a method for damping Jerkelschwingungen or load strokes of an internal combustion engine described. In this filter, the converted into an internal setpoint value, for example, a fuel mass to be injected, converted sensor signal of an accelerator pedal encoder with an IT 1 -Glied and fed back the output of the IT 1 filter on the input. However, the PT 2 filter response resulting from this filter arrangement causes overshoots to occur, ie, the filtered setpoint is greater than the input setpoint. In order to avoid this overshoot, the calculation of the PT2 filter is reinitialized whenever the sign of the difference between the setpoint and the filtered setpoint changes. This leads to discontinuities in the course of the filtered setpoint, which occur even when the setpoint applied to the filter input is continuous, for example, ramped. A discontinuous filtered setpoint means that for the following after the setpoint filtering motor control, too discontinuous actual values can be set, which can lead to inhomogeneous engine behavior and noise.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben unter Berücksichtigung sämtlicher genannter Anforderungen und unter Vermeidung der bei der bekannten Ausführung beobachteten Unstetigkeiten.task The present invention is a method of the aforementioned To specify type, taking into account all said requirements and while avoiding the known execution observed discontinuities.

Diese Aufgabe wird mit einem gattungsgemäßen Verfahren mit den Schritten nach Anspruch 1 gelöst.These Task is with a generic method with the steps solved according to claim 1.

Erfindungsgemäß wird das zu glättende Sensorsignal mit einem Hochpassfilter gefiltert, anschließend wird mit dem aktuellen Wert des Ausgangssignal des Hochpassfilters die Zeitkonstante des Tiefpassfilters erster Ordnung bestimmt und danach wird das Sensorsignal mit dem Tiefpassfilter, welches nun mit der neu bestimmten Zeitkonstante arbeitet, gefiltert.According to the invention to be smoothed Sensor signal filtered with a high-pass filter, then becomes with the current value of the output signal of the high-pass filter the Time constant of the low-pass filter first order determined and after is the sensor signal with the low-pass filter, which now with the newly determined time constant works, filtered.

Durch die Wahl eines Tiefpassfilters erster Ordnung werden bereits fast alle der Anforderungen erfüllt. So schwingt ein Tiefpassfilter erster Ordnung nicht über, es weist des weiteren keine Totzeit auf und es ist ohne Probleme mit einem Gradientenbegrenzer kombinierbar. Die Verwendung des hochpassgefilterten Sensorsignals zur Berechnung der Zeitkonstante des Tiefpassfilters bietet den weiteren Vorteil, dass die gesamte Filteranordnung auf ein sprungförmiges Sensorsignal mit einem einstellbaren Anfangs- und einem einstellbaren Endverhalten reagiert. Mit anderen Worten können sowohl die Anfangsstei gung und deren zeitlicher Übergang in die Phase der maximalen Steigung als auch der zeitliche Übergang in die Endsteigung durch entsprechende Wahl der Parameter des Hochpassfilters sowie der Berechnungsformel für die Zeitkonstante des Tiefpassfilters festgelegt werden. Der Hochpassfilter bestimmt dabei besonders das Anfangsverhalten der Sprungantwort, da je nach Wahl seiner systembedingten Verzögerung entsprechend schnell oder verlangsamt auf hohe Änderungsraten des Sensorsignals reagiert wird. Das Endverhalten wird wiederum besonders durch die Wahl der Zeitkonstanten-Berechnungsformel bestimmt, da eine hohe Zeitkonstante zu einem stark verzögerten Tiefpass- und damit einem langsamen allmählichen Übergang in den Endwert der Sprungantwort führt, während eine kleine Zeitkonstante einen schnellen Übergang in den Endwert bedeutet.By the choice of a low-pass filter of first order is already almost meets all the requirements. So a first order lowpass filter does not overshoot it has further no dead time and it is without problems with a Gradientenbegrenzer combinable. The use of the high-pass filtered Sensor signal for calculating the time constant of the low-pass filter offers the further advantage that the entire filter assembly on a jump Sensor signal with an adjustable start and an adjustable end behavior responding. In other words, you can Both the Anfangsstei movement and its temporal transition to the phase of the maximum Slope as well as the temporal transition in the final slope by appropriate selection of the parameters of the high-pass filter as well as the calculation formula for the time constant of the low pass filter are set. The high pass filter determines especially the initial behavior of the step response, depending on the choice of systemic delay accordingly fast or slowed down to high rates of change the sensor signal is reacted. The final behavior will turn especially determined by the choice of the time constant calculation formula, because a high time constant to a strongly delayed low-pass and thus a slow gradual transition into the final value of the step response, while a small time constant a quick transition in the final value means.

Des Weiteren kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren das Verhalten der Filteranordnung an die Störanteile im Sensorsignal angepasst werden. Über den Hochpassfilter werden die niederfrequenten Anteile des Sensorsignals herausgefiltert, d.h. man erhält eine Aussage über den Anteil der dem eigentlichen Sensorsignal überlagerten Störungen. Je nach dem gewählten Zusammenhang zwischen dem Ausgangssignal des Hochpassfilters und der Zeitkonstante kann nun der frequenzabhängige Verlauf der Verstärkung des Tiefpassfilters festgelegt werden, wodurch die Dämpfung der jeweiligen Frequenzanteile im Sensorsignal bestimmt ist.Of Further, in the method according to the invention, the behavior the filter assembly to the interference components be adjusted in the sensor signal. Beyond the high pass filter filtered out the low-frequency components of the sensor signal, i.e. you get a statement about the proportion of interference superimposed on the actual sensor signal. Depending on the chosen Relationship between the output of the high pass filter and The time constant can now be the frequency - dependent course of the gain of the Low-pass filter are set, reducing the attenuation of the respective frequency components determined in the sensor signal.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens geht der aktuelle Wert des Ausgangssignals des Hochpassfilters linear in die Zeitkonstante des Tiefpassfilters ein, wobei die Zeitkonstante des Tiefpassfilters durch Multiplikation des aktuellen Wertes des Ausgangssignals des Hochpassfilters mit einem ersten Parameter bestimmt wird oder durch Addition des aktuellen Wertes des Ausgangssignals des Hochpassfilters mit einem zweiten Parameter oder durch eine Überlagerung der Multiplikation und der Addition. Jede der möglichen linearen Verknüpfungen bedeutet, dass bei Vorhandensein von höheren Frequenzen und damit Störungen im Sensorsignal die Zeitkonstante des Tiefpassfilters vergrößert wird, was zur Folge hat, dass höhere Frequenzen stärker gedämpft werden. Im Gegenzug wird bei niederfrequenten Signalverläufen die Zeitkonstante verkleinert, so dass das Tiefpassfilter dem eigentlichen, weniger gestörten Sensorsignal ausreichend schnell folgen kann.at a preferred embodiment of the method according to the invention the current value of the output signal of the high-pass filter is linear in the time constant of the low-pass filter, wherein the time constant of the low pass filter by multiplying the current value of the Output signal of the high-pass filter determined with a first parameter or by adding the current value of the output signal of the high pass filter with a second parameter or by an overlay multiplication and addition. Each of the possible linear links means that in the presence of higher frequencies and thus disorders in the sensor signal, the time constant of the low-pass filter is increased, as a result, higher ones Frequencies stronger muted become. In return, at low-frequency waveforms Time constant reduced, so that the low-pass filter the actual, less disturbed Sensor signal can follow sufficiently fast.

Wird entweder nur eine Multiplikation oder nur eine Addition durchgeführt, so wird der Parametersatz der Filteranordnung nur um einen zusätzlichen Parameter erweitert. Der Parametersatz enthält ansonsten die Parameter des Hochpassfilters und den Verstärkungsfaktor des Tiefpassfilters erster Ordnung. Bei nur einem weiteren Parameter wird demnach der Aufwand zur Einstellung der Filteranordnung während der Versuchs- und Einstellphasen der Brennkraftmaschine in Verbindung mit dem Steuergerät so gering wie möglich gehalten.Becomes either just one multiplication or just one addition done so the parameter set of the filter arrangement is only an additional one Parameters extended. Otherwise the parameter set contains the parameters of the high pass filter and the gain of the low pass filter first order. With only one further parameter is therefore the Effort for adjusting the filter assembly during the experimental and adjustment phases the internal combustion engine in conjunction with the control unit so low as possible held.

Die Überlagerung der Multiplikation und Addition bietet einen zusätzlichen Vorteil, da sie die Einstellung des Anfangs- und Endverhaltens der Sprungantwort der Filteranordnung nahezu unabhängig voneinander erlaubt. Mit dem ersten Parameter, dem multiplikativen Faktor, wird nämlich das Ausgangssignal des Hochpassfilters gewichtet, wodurch sich eine relative Änderung der Zeitkonstante des Tiefpassfilters ergibt, je nachdem, wie groß gerade das Ausgangssignal des Hochpassfilters ist. Daraus folgt eine Einflussnahme auf das Anfangsverhalten der Sprungantwort, da bei einer Verkleinerung des ersten Pa rameters die gesamte Filteranordnung weniger heftig auf schnelle Signaländerungen reagiert, weshalb die Anfangssteigung der Sprungantwort abflacht und das Anfangsverhalten insgesamt verzögert wird. Das Endverhalten wird mit dem ersten Parameter nicht verändert, da dann das Eingangssignal der Filteranordnung, also der Sprung, auf einem konstanten Wert liegt, was einer Änderungsgeschwindigkeit von Null entspricht.The superimposition of the multiplication and addition offers an additional advantage, since it allows the setting of the start and end behavior of the step response of the filter arrangement almost independently of one another. Namely, with the first parameter, the multiplicative factor, the output of the high-pass filter is weighted, resulting in a relative change in the time constant of the low-pass filter, depending on how big the output of the high-pass filter is. This results in an influence on the initial behavior of the step response, since at a reduction of the first Pa parameter, the entire filter arrangement less violent reacts to rapid signal changes, which is why the initial slope of the step response flattened and the initial behavior is delayed as a whole. The final behavior is not changed with the first parameter, since then the input signal of the filter arrangement, ie the jump, is at a constant value, which corresponds to a rate of change of zero.

Der zweite Parameter, der Summand, wirkt sich dagegen stärker auf das Endverhalten der Sprungantwort aus, da er die Zeitkonstante des Tiefpassfilters absolut und nicht nur relativ beeinflusst. Unabhängig von der aktuellen Größe des Ausgangssignals des Hochpassfilters, also über den gesamten zeitlichen Verlauf der Sprungantwort, arbeitet der Tiefpassfilter demnach mit größerer oder kleinerer Verzögerung, was im Endverhalten deutlich sichtbar ist.Of the second parameter, the summand, has a stronger effect the final behavior of the step response, since it is the time constant of the low pass filter absolutely and not only relatively affected. Independent of current size of the output signal the high-pass filter, so over the entire time course of the step response, the Low pass filter accordingly with larger or smaller delay, which is clearly visible in the final behavior.

Durch die direkte Verknüpfung des Anfangs- und Endverhaltens der Sprungsantwort mit jeweils einem Parameter wird die Arbeit eines Prüfstands- oder Fahrversuchsingenieurs, der das Verhalten einer Brennkraftmaschine durch Parametrierung der Elektronik bzw. der Software des zugehörigen Steuergerätes optimieren soll, besonders vereinfacht.By the direct link the start and end behavior of the jump response with one parameter each the work of a test bench or driving test engineer, the behavior of an internal combustion engine by optimizing the parameters of the electronics or the software of the associated control unit, especially simplified.

Bei den linearen Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird bevorzugt der Absolutwert des Ausgangssignals des Hochpassfilters in die Berechnung der Zeitkonstante einbezogen, da lediglich der Betrag des Ausgangssignals von Interesse ist. Negative Zeitkonstanten können dadurch von vornherein ausgeschlossen werden. In bestimmten Fällen kann die Absolutwertbildung natürlich auch erst als letzter Schritt, im Anschluss an die Berechnung der Zeitkonstante, erfolgen, beispielsweise dann wenn das Ausgangssignal lediglich mit einem Faktor multipliziert wird.at the linear embodiments of the method according to the invention is preferred the absolute value of the output signal of the high-pass filter in the calculation the time constant, since only the amount of the output signal is of interest. Negative time constants can thus from the outset be excluded. In certain cases, the absolute value formation Naturally also only as a last step, following the calculation of the Time constant, done, for example, when the output signal only multiplied by a factor.

Wählt man als Hochpassfilter ein Filter erster Ordnung, so trägt der Hochpassfilter mit nur wenigen Parametern zum Umfang des Parametersatzes bei. Der Parametersatz und damit der Aufwand zur Auslegung bzw. Einstellung der Filteranordnung kann noch weiter verringert werden, wenn man einen Tiefpassfilter erster Ordnung mit dem Verstärkungsfaktor Eins wählt. Ein Verstärkungsfaktor von Eins wird immer dann bevorzugt werden, wenn das Sensorsignal bereits in der gewünschten Größenordnung vorliegt und tatsächlich ausschließlich eine Glättung vorgenommen werden soll. Ein Verstärkungsfaktor ungleich Eins kann jedoch wünschenswert sein, wenn beispielsweise noch eine Umrechnung in einen anderen physikalischen Wertebereich erfolgen oder die Auflösung des gefilterten Sensorsignals verbessert werden soll.You choose as a high-pass filter, a first-order filter, so carries the high-pass filter with only a few parameters on the scope of the parameter set. Of the Parameter set and thus the effort for interpretation or setting the filter arrangement can be further reduced if one a low-pass filter of the first order with the amplification factor One chooses. An amplification factor of one will always be preferred when the sensor signal already in the desired Magnitude exists and actually exclusively a smoothing should be made. A gain factor not equal to one may be desirable if, for example, still a conversion into another physical value range or the resolution of the filtered sensor signal to be improved.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:The Invention will be described below with reference to an embodiment and the drawing explained in more detail. It demonstrate:

1 eine bei der bekannten Filteranordnung auftretende Rampenantwort; 1 a ramp response occurring in the known filter arrangement;

2 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Filteranordnung; 2 a block diagram of the filter arrangement according to the invention;

3 Frequenzverlauf der Verstärkung eines Tiefpass- und eines Hochpassfilters erster Ordnung; 3 Frequency characteristic of the gain of a low-pass filter and a high-pass filter of the first order;

4 grafische Darstellung einer Berechnungsfunktion für die Zeitkonstante des Tiefpassfilters; 4 graphical representation of a calculation function for the time constant of the low-pass filter;

5 verschiedene Sprungantworten bei Variation eines ersten Parameters; 5 different step responses with variation of a first parameter;

6 verschiedene Sprungantworten bei Variation eines zweiten Parameters; 6 different step responses with variation of a second parameter;

7 Simulation mit realen Daten. 7 Simulation with real data.

1 zeigt eine Rampenantwort der bekannten Filteranordnung aus rückgekoppeltem IT1-Filter, wobei der Filter stets neu initialisiert wird, sobald der Ausgangswert gleich dem Eingangswert des Filters ist. Dargestellt ist der Signalverlauf des von einem Fahrer eines Kraftfahrzeugs per Betätigung des Gaspedals angeforderten Motordrehmomentes Tq_soll über der Zeit. Das angeforderte Motordrehmoment Tq_soll wird dabei über einen, die Position des Gaspedals messenden, Fahrpedalgeber ermittelt und einem Motorsteuergerät als Eingangssignal zugeführt, wo es in die Größe Tq_soll umgerechnet bzw. umgewandelt wird. Störungen auf dem Positionssignal werden bei der Umwandlung ungedämpft weitergegeben. Der in 1 dargestellte Signalverlauf zeigt jedoch eine ideale, glatte Rampe für Tq_soll, welche störungsfrei ist. Wünschenswert wäre nun eine Filterantwort Tq_soll_filt die mit leichter Verzögerung der Rampe folgt. Bei der bekannten Ausführung entstehen jedoch deutlich sichtbare Unstetigkeiten, die auf die Neuinitialisierungen des IT1-Filters zurückzuführen sind. In 1 wird noch zwischen drei unterschiedlichen Arbeitsbereichen unterschieden: Bereich I bedeutet ein Wiedereinsetzen nach Schub, Bereich II Getriebe-Anlagenwechsel und erst im Bereich III arbeitet die bekannte Filteranordnung ohne Unterbrechung. 1 shows a ramp response of the known filter arrangement of fed-back IT 1 filter, the filter is always re-initialized when the output value equals the input value of the filter. Shown is the waveform of the requested by a driver of a motor vehicle by pressing the accelerator pedal engine torque T q _soll over time. The requested engine torque T q _soll is determined via an accelerator pedal measuring the position of the accelerator pedal, and fed to an engine control unit as an input signal, where it is converted into the variable T q _soll or converted. Disturbances on the position signal are passed on undamped during the conversion. The in 1 illustrated sig However, the course of events shows an ideal, smooth ramp for T q _soll, which is trouble-free. It would now be desirable to have a filter response T q _soll_filt which follows the ramp with a slight delay. In the known design, however, clearly visible discontinuities occur, which are due to the reinitialization of the IT 1 filter. In 1 is still differentiated between three different work areas: Area I means a reinsertion after thrust, area II gearbox system change and only in area III works the known filter arrangement without interruption.

Zur Vermeidung der Unstetigkeiten und zur Verringerung der doch deutlichen Verzögerungen zwischen den Initialisierungspunkten schlägt die Erfindung eine Filteranordnung nach 2 vor, bei der ein Sensorsignal bzw. ein Eingangssignal x eines Motorsteuergerätes mit einem Hochpassfilter HP gefiltert wird. Das Ausgangssignal xhp des Hochpassfilters HP wird einer Funktion f(xhp) zugeführt. Mit der Funktion f(xhp) wird aus xhp die jeweils aktuell gültige Zeitkonstante TTP eines Tiefpassfilters erster Ordnung TP1 ermittelt. Das Sensorsignal x wird mit dem Tiefpassfilter TP1 zum Signal xfilt geglättet.To avoid the discontinuities and to reduce the significant delay between the initialization points, the invention proposes a filter arrangement 2 before, in which a sensor signal or an input signal x of an engine control unit with a high-pass filter HP is filtered. The output signal x hp of the high-pass filter HP is supplied to a function f (x hp ). With the function f (x hp ), the currently valid time constant T TP of a low-pass filter of the first order TP 1 is determined from x hp . The sensor signal x is smoothed with the low-pass filter TP 1 to the signal x filt .

In 3 sind die Verstärkungsverläufe eines Tiefpassfilters TP1 und eines Hochpassfilters HP1 zu sehen, wobei beide Filter erster Ordnung sind, jeweils eine Filterverstärkung (VTP bzw. VHP) von Eins und jeweils eine Zeitkonstante (TTP bzw. THP) von 1 sec haben, woraus eine jeweilige Polstelle (pTP bzw. pHP) bei –1 resultiert. Die Übertragungsfunktionen der beiden Filter mit der Frequenzvariablen p = j·ω haben also folgende Form:

Figure 00100001
In 3 the amplification curves of a low-pass filter TP 1 and a high-pass filter HP 1 can be seen, where both filters are first-order, one filter gain (V TP or V HP ) of one and one time constant (T TP or T HP ) of 1 sec have, resulting in a respective pole (p TP or p HP ) at -1 results. The transfer functions of the two filters with the frequency variable p = j .omega. Thus have the following form:
Figure 00100001

Die Verstärkungsverläufe in 3 veranschaulichen noch einmal, dass der Tiefpassfilter TP1 Signalanteile mit niederen Frequenzen bis nahe der Eckfrequenz von ωTP = 1/TTP unvermindert durchlässt und anschließend mit zunehmender Frequenz mehr und mehr unterdrückt, während der Hochpassfilter HP1 Signalanteile mit niederen Frequenzen unterdrückt, sich seine Verstärkung anschließend mit zunehmender Frequenz mehr und mehr der Gesamtverstärkung VHP nähert, und er ungefähr ab der Eckfrequenz ωHP = 1/THP die höheren Frequenzen unvermindert durchlässt.The gain curves in 3 illustrate again that the low-pass filter TP 1 signal components at low frequencies to near the corner frequency of ω TP = 1 / T TP transmits unabated and then with increasing frequency more and more suppressed, while the high-pass filter HP 1 suppresses signal components with low frequencies, its Gain then increases with increasing frequency more and more of the overall gain V HP approaches, and he passes through the higher frequencies from about the corner frequency ω HP = 1 / T HP undiminished.

Aus dem Ausgangssignal xhp des Hochpassfilters HP wird erfindungsgemäß die Zeitkonstante TTP des Tiefpassfilters TP1 bestimmt. 4 zeigt das Diagramm des Funktionsverlaufs ei ner bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung, wobei zwischen xhp und TTP folgender Zusammenhang gilt: f(xhp) = TTP = A·xhp + B. (2) From the output signal x hp of the high-pass filter HP, the time constant T TP of the low-pass filter TP 1 is determined according to the invention. 4 1 shows the diagram of the functional course of a preferred embodiment of the invention, wherein the following relationship applies between x hp and T TP : f (x hp ) = T TP = A x hp + B. (2)

Wie in 4 zu sehen ist, nimmt die Zeitkonstante TTP mit zunehmendem xhp, d.h. mit zunehmender Änderungsgeschwindigkeit des Eingangssignals x, ebenfalls zu, so dass der Tiefpassfilter höherfrequente Störungen besser dämpfen kann. Bei kleineren Änderungsgeschwindigkeiten wird wiederum die Zeitkonstante TTP zurückgenommen, so dass bei geringerem Störanteil dem eigentlichen Signalverlauf des Eingangssignals x besser gefolgt werden kann.As in 4 As can be seen, the time constant T TP also increases with increasing x hp , ie as the rate of change of the input signal x increases, so that the low-pass filter can better dampen higher-frequency interference. At lower rates of change, in turn, the time constant T TP is withdrawn, so that with a smaller amount of interference, the actual waveform of the input signal x can be better followed.

Wie sich Änderungen der Parameter A und B auf das Gesamtverhalten der Filteranordnung aus Hochpassfilter HP1, Tiefpassfilter TP1 und Funktion f(xhp) entsprechend der Gleichung (2) auswirken, kann den in den 5 und 6 abgebildeten Sprungantworten der Filteranordnung entnommen werden. In 5 wird der Parameter A entlang der Richtung des abgebildeten Pfeiles vergrößert. Dies führt zu einer Vergrößerung des Einflusses von xhp auf die Zeitkonstante TTP (vgl. Gleichung (3)), so dass die Sprungantwort im Anfangsbereich, also in dem Bereich der hohen Änderungsgeschwindigkeit des Eingangssignals x, verlangsamt wird. Das Endverhalten bleibt vom Parameter A unberührt.How changes in the parameters A and B affect the overall behavior of the filter arrangement of high-pass filter HP 1 , low-pass filter TP 1 and function f (x hp ) according to the equation (2) can be found in the 5 and 6 imaged jump responses of the filter assembly are taken. In 5 the parameter A is increased along the direction of the arrow shown. This leads to an increase in the influence of x hp on the time constant T TP (see equation (3)), so that the step response is slowed down in the initial range, ie in the range of the high rate of change of the input signal x. The final behavior remains unaffected by parameter A.

In 6 wird der Einfluss des Parameters B auf das Endverhalten verdeutlicht. Mit zunehmendem Parameter B wird die Zeitkonstante TTP absolut vergrößert, wodurch das Tiefpassfilter TP1, unabhängig von der aktuellen Änderungsgeschwindigkeit des Eingangssignals x, über den gesamten Arbeitsbereich verlangsamt wird, was leicht in der Anfangssteigung und besonders stark im Endverhalten der Sprungantwort sichtbar wird.In 6 the influence of parameter B on the final behavior is clarified. With increasing parameter B, the time constant T TP is increased in absolute value, whereby the low-pass filter TP 1 is slowed down over the entire working range, irrespective of the current rate of change of the input signal x, which is easily visible in the initial slope and especially in the final response of the step response.

In dem Beispiel nach den 5 und 6 werden ausschließlich die Parameter A und B geändert, während die Parameter THP und VHP des Hochpassfilters HP1 konstant gehalten werden. Sofern weitergehende Anpassungen des Übertragungsverhaltens der gesamten Filteranordnung erforderlich sind, können diese über die Wahl von THP und VHP vorgenommen werden, wobei insbesondere die Änderung von THP sinnvoll ist. Eine Änderung von VHP entspricht indirekt einer Änderung des Parameters A, da xhp damit gewichtet wird.In the example after the 5 and 6 Only the parameters A and B are changed, while the parameters T HP and V HP of the high-pass filter HP 1 are kept constant. If further adjustments to the transmission behavior of the entire filter arrangement are required, these can be made via the choice of T HP and V HP , wherein in particular the change of T HP makes sense. A change in V HP indirectly corresponds to a change in the parameter A, since x hp is weighted with it.

Die Übertragungsfunktionen des Hochpassfilters HP1 und des Tiefpassfilters TP1 nach den Gleichungen (1) bilden das Übertragungsverhalten der beiden Filter im analogen Frequenzbereich ab. Wie bereits erläutert, ist es möglich, die erfindungsgemäße Filteranordnung in einem Motorsteuergerät entweder analog, durch elektronische Schaltungen, oder diskret, durch Berechnungsfunktionen einer Recheneinheit, zu realisieren. Für die diskrete Berechnung der Filter HP1 und TP1 gelten nachstehende Differenzengleichungen, wobei die Verstärkungen VHP und VTP jeweils auf Eins festgelegt sind, die Zeitkonstanten THP und TTP variabel bleiben und der Parameter ν den jeweiligen Zeit- bzw. Berechnungstakt bezeichnet: HP1: xhp(ν) = r1·(xhp(ν – 1) – x(ν – 1) + x(ν)) (3) TP1: xfilt(ν) = z0·xfilt(ν – 1) + (1 – z0)·x(ν) (4). The transfer functions of the high-pass filter HP 1 and the low-pass filter TP 1 according to the equations (1) map the transmission behavior of the two filters in the analog frequency range. As already explained, it is possible to realize the filter arrangement according to the invention in an engine control unit either analogously, by electronic circuits, or discretely, by calculation functions of a computing unit. For the discrete calculation of the filters HP 1 and TP 1 , the following difference equations apply, the gains V HP and V TP being respectively set to one, the time constants T HP and T TP remaining variable and the parameter ν denoting the respective time or calculation cycle : HP 1 : x hp (ν) = r 1 · (X hp (ν - 1) - x (ν - 1) + x (ν)) (3) TP 1 : x filt (ν) = z 0 .x filt (ν - 1) + (1 - z 0 ) · X (ν) (4).

Der Parameter r1 stellt das diskrete Pendant zur analogen Zeitkonstante THP dar und z0 das diskrete Pendant zur analogen Zeitkonstante TVP, wobei die bekannten, bei der Diskretisie rung analoger Übertragungsfunktionen zu berücksichtigenden Beziehungen gelten.The parameter r 1 represents the discrete counterpart to the analog time constant T HP and z 0 is the discrete counterpart to the analog time constant T VP , whereby the known relations to be taken into account in the discretization of analog transfer functions apply.

7 zeigt einen Vergleich des bekannten Verfahrens mit der besonderen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Gewählt wurde wieder das Beispiel der Fahreranforderung in einem Kraftfahrzeug mit Brennkraftmaschine. Das in das geforderte Motordrehmoment Tq_soll umgewandelte Signal des Gaspedals wird sowohl mit der bekannten IT1-Filteranordnung gefiltert, woraus das Signal Tq_soll_filt_SdT entsteht, als auch mit der Anordnung aus HP1-Filter, Funktion f(xhp) nach Gleichung (2) und TP1-Filter, deren Ausgangssignal das Signal Tq_soll_filt ist. Die gefilterten Signale sind beide außerdem noch über einen Gradientenbegrenzer geführt, was insbesondere in der Zeitspanne zwischen 51.6 und 52 sec zu erkennen ist. 7 verdeutlicht die Verbesserungen, die im gefilterten Signalverlauf Tq_soll_filt durch das erfindungsgemäße Verfahren erreicht werden, insbesondere die Vermeidung der Unstetigkeiten und die Verringerung der mittleren Verzögerung, die insbesondere im zeitlichen Bereich zwischen 51 und 51.5 sec deutlich wird. 7 shows a comparison of the known method with the particular embodiment of the method according to the invention. Again, the example of the driver request in a motor vehicle with internal combustion engine was chosen. The signal of the gas pedal converted into the required engine torque T q _soll is filtered both with the known IT 1 filter arrangement, from which the signal T q _soll_filt_SdT arises, as well as with the arrangement of HP 1 filter, function f (x hp ) according to the equation (2) and TP 1 filter whose output signal is the signal T q _soll_filt. The filtered signals are both also still guided over a Gradientenbegrenzer, which can be seen in particular in the period between 51.6 and 52 sec. 7 illustrates the improvements that are achieved in the filtered waveform T q _soll_filt by the inventive method, in particular the avoidance of the discontinuities and the reduction of the mean delay, which is particularly clear in the time range between 51 and 51.5 sec.

Claims (7)

Verfahren zur Glättung eines Sensorsignals, insbesondere eines Eingangssignals eines Steuergerätes einer Brennkraftmaschine, mit einem Tiefpassfilter erster Ordnung, gekennzeichnet durch die Schritte: – Filterung des Sensorsignals mit einem Hochpassfilter, – Bestimmung der Zeitkonstante des Tiefpassfilters in Abhängigkeit des aktuellen Wertes des Ausgangssignals des Hochpassfilters, – Filterung des direkt am Tiefpassfilter anliegenden Sensorsignals mit dem Tiefpassfilter.Method for smoothing a sensor signal, in particular an input signal of a control unit of a Internal combustion engine, with a low-pass filter of the first order, characterized through the steps: - Filtering the sensor signal with a high pass filter, - Determination the time constant of the low-pass filter as a function of the current value the output signal of the high-pass filter, - Filtering directly on the low-pass filter adjacent sensor signal with the low-pass filter. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangssignal des Hochpassfilters linear in die Zeitkonstante eingeht.Method according to claim 1, characterized in that that the output of the high pass filter is linear in the time constant received. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitkonstante durch Multiplikation des aktuellen Wertes des Ausgangssignals mit einem ersten Parameter bestimmt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the time constant by multiplying the current value of the output signal with a first parameter is determined. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitkonstante durch Addition des aktuellen Wertes des Ausgangssignals zu einem zweiten Parameter bestimmt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the time constant by adding the current Value of the output signal is determined to a second parameter. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Absolutwert des Ausgangssignals in die Zeitkonstante eingeht.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the absolute value of the output signal in the Time constant is received. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hochpassfilter ein Filter erster Ordnung ist.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the high pass filter is a first order filter is. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Tiefpassfilter die Verstärkung Eins hat.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the low-pass filter is unity gain Has.
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