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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bildung eines aus einem Drehzahlsignal und einem Drehrichtungssignal kombinierten Drehzahl-/Drehrichtungssignals in einem Steuergerät gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Unter anderem in Steuergeräten von Kraftfahrzeugen werden zur Steuerung von Aktuatoren oder anderen Betätigungselementen Informationen über die Drehzahl und/oder die Drehrichtung von Maschinenelementen benötigt. Die Informationen „Drehzahl“ und „Drehrichtung“ werden typischerweise zunächst als einzelne Signale aus den Rohsignalen eines Drehzahlsensors erzeugt. Das Ergebnis einer Signalaufbereitung im Steuergerät soll ein Drehzahlsignal mit Vorzeichen sein, wobei die Drehzahl durch den Betrag und die Drehrichtung durch das Vorzeichen (+/-) des kombinierten Signals dargestellt werden. Ein positives Vorzeichen steht dann beispielsweise für die Drehrichtung „vorwärts“ und ein negatives Vorzeichen für die Drehrichtung „rückwärts“ beziehungsweise rechtsdrehend oder linksdrehend.
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Bei der Kombination der beiden genanten Teilinformationen zu einem kombinierten Signal mit Vorzeichen kann das nachfolgend beschriebene Phänomen auftreten:
- - die Drehrichtung des rotierenden Maschinenelementes hat gerade gewechselt,
- - das Drehzahlsignal konnte bereits berechnet werden, da z.B. eine Signalflanke auswertbar war,
- - der Wechsel der Drehrichtung ist zu diesem Zeitpunkt noch nicht feststellbar.
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Sofern die zu diesem als „aktueller Zeitpunkt“ bezeichneten Zeitpunkt vorliegenden Einzelsignale miteinander kombiniert werden, dann gehört der Betrag der Drehzahl schon zu der neuen Drehrichtung, das verzögerte Drehrichtungssignal gehört aber noch zu der alten Drehrichtung. Die Folge sind störende Signalspitzen (peaks) im Signalverlauf, wie im Folgenden anhand der 1 und 2 näher erläutert wird.
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Die in 1 oben dargestellte Signalkurve 2 gibt den Drehzahlbetrag (U/min) eines rotierenden Maschinenelementes über der Zeitachse t unabhängig von dessen Drehrichtung an, während die in 1 unten dargestellte Signalkurve 4 ein Drehrichtungssignal zeigt, wobei im vorliegenden Fall die weiter oben gelegenen Abschnitte 4a „rückwärts“ und die weiter unten gelegenen Abschnitte 4b „vorwärts“ bedeuten. Die in 2 dargestellte Signalkurve 12 stellt ein aus den Einzelsignalen (Signalkurven 2 und 4) kombiniertes Signal dar.
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In der 1 gezeigten Signalkurve 2 wechselt die Drehrichtung tatsächlich in dem mit 8 bezeichneten Zeitpunkt (aktueller Zeitpunkt) von „vorwärts“ nach „rückwärts“, in dem die Drehzahl den Wert Null aufweist und ihr absoluter Betrag danach wieder zunimmt. Aus der Signalkurve 4 der 1 ist weiter ersichtlich, dass das Signal für den Wechsel der Drehrichtung erst zum Zeitpunkt 10 vorliegt. Die Folge ist, dass der wieder angestiegene Betrag der Drehzahl zunächst noch der alten Drehrichtung (vorwärts) zugeordnet wird und erst zum Zeitpunkt 10 in die entgegengesetzte Richtung (rückwärts) wechselt, so dass die in 2 bei der Störungsstelle 6 dargestellte, ein kombiniertes Signal darstellende Signalkurve 12 eine Signalspitze 14 aufweist.
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Die im weiteren zeitlichen Verlauf bei nachfolgenden Störungsstellen 7, 9, 11, 13 und 15 auftretenden Signalspitzen entstehen auf ähnliche Weise wie der anhand der Störungsstelle 6 beschriebene Signalverlauf. In jedem Fall wird ein nach einem tatsächlichen Drehrichtungswechsel stattfindender Drehzahlanstieg zunächst mit einem verzögerten, die falsche Drehrichtung angebenden Drehrichtungssignal kombiniert und erst bei Vorliegen des den Drehrichtungswechsel anzeigenden Signals zur richtigen Drehrichtung hin korrigiert.
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Derartige Signalspitzen 14 können sich bei der weiteren Verwendung des kombinierten Drehzahl-/Drehrichtungssignals 12 sehr störend auswirken, insbesondere dann, wenn der Gradient des Signals beispielsweise für eine Antriebsstrangfunktion eines Kraftfahrzeuges benötigt wird. Das Signal wird dann wegen der Signalspitzen 14 unbrauchbar.
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Typischerweise werden bei bekannten Systemen Stör- und Rauschanteile in der Signalerfassung mittels Filter minimiert. Filter haben jedoch immer den Nachteil, dass das ursprüngliche Signal durch den Filtervorgang zeitlich verzögert wird, wobei der zeitliche Verzug umso größer wird, je stärker ein Signal gefiltert wird. Bei regelungstechnischen Aufgabenstellungen kann ein derartiger zeitlicher Verzug zu Stabilitätsproblemen des Regelkreises führen. Ein zu großer zeitlicher Verzug kann sogar dazu führen, dass bestimmte Regelungsaufgaben in dem zur Verfügung stehenden System gar nicht durchgeführt werden können. Wollte man die oben beschriebenen Signalspitzen mit konventionellen Filtermethoden unterdrücken, so müssten aufgrund der Stärke der Signalspitzen so starke Filtereinstellungen benutzt werden, dass das gefilterte Signal aufgrund seines zeitlichen Verzugs unbrauchbar wäre.
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Die
JP H03-137 567 A offenbart eine Vorrichtung zur Messung der Geschwindigkeit einer reversiblen Bewegung.
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Die
DE 601 16 424 T2 betrifft eine Vorrichtung zur Erfassung eines Rotationszustandes eines an einem Fahrzeug montierten Rades.
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Aus der
DE 601 16 210 T2 ist ein Verfahren zur Ermittlung der Drehgeschwindigkeit von Kraftfahrzeugrädern bekannt.
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Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art vorzustellen, bei welchem störende Signalspitzen ohne die Anwendung von Filter beziehungsweise Filtermethoden und damit ohne einen zu starken zeitlichen Verzug unterdrückt werden.
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Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des Patentanspruchs 1, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnehmbar sind.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bei einem Drehrichtungswechsel eine Kombination des neuen Drehzahlsignals mit dem verzögerten Drehrichtungssignal verhindert werden muss, um eine Signalspitze in der „falschen“ Richtung zu vermeiden.
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Demnach geht die Erfindung aus von einem Verfahren zur Bildung eines aus einem Drehzahlsignal und einem Drehrichtungssignal kombinierten Drehzahl-/Drehrichtungssignals in einem Steuergerät, wobei die Drehzahl durch den Betrag und die Drehrichtung durch das Vorzeichen (+/-) des kombinierten Signals dargestellt werden. Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist dabei vorgesehen, dass bei einem Drehrichtungswechsel und einem damit verbundenen Durchgang der Drehzahl durch Null (aktueller Zeitpunkt) ein zu einem vorgegebenen Zeitpunkt vor diesem aktuellen Zeitpunkt gegebener Drehzahlwert mit dem zum aktuellen Zeitpunkt vorliegenden Drehrichtungssignal kombiniert und bis zum späteren Vorliegen eines den Drehrichtungswechsel anzeigenden Drehrichtungssignals beibehalten wird.
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Es wird demnach nicht eine nach dem Drehrichtungswechsel beziehungsweise nach dem Durchgang durch Null wieder ansteigende Drehzahl mit dem verzögerten Drehrichtungssignal kombiniert, sondern eine zu einem Zeitpunkt kurz vor dem Nulldurchgang gemessene Drehzahl, die im allgemeinen bei Null oder nahe Null ist, und dieses Signal wird dann bis zum Vorliegen des den Drehrichtungswechsel anzeigenden Drehrichtungssignals beibehalten, wie anhand der 3 nähert erläutert wird.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung werden das Drehzahlsignal sowie das Drehrichtungssignal jeweils in vorgegebenen Zeitschritten erfasst und dem Steuergerät zur Weiterverarbeitung zugeführt, wobei der vorgegebene Zeitpunkt um diesen vorgegebenen Zeitschritt vor dem aktuellen Zeitpunkt liegt.
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Für den vorgegebenen Zeitschritt ist gemäß der Erfindung beispielsweise in Anpassung an die Verarbeitungsgeschwindigkeit gängiger Steuergeräte eine Zeitspanne von zwischen 20 ms und 5 ms, vorzugsweise 10 ms vorgesehen.
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Die physikalischen Eigenschaften des aus dem drehenden Maschinenelement und dem zugeordneten Steuergerät bestehenden Systems sind im Allgemeinen hinreichend bekannt. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist dann vorgesehen, dass eine Drehzahlschwelle für den aktuellen Zeitpunkt bestimmt und im Steuergerät abgespeichert wird, oberhalb derer ein Drehrichtungswechsel aufgrund der bekannten Systemdynamik des drehenden Maschinenelementes nicht möglich ist, und dass das Verfahren auf Drehzahlen unterhalb dieser Drehzahlschwelle begrenzt wird. Sofern die aktuelle Drehzahl über dieser Drehzahlschwelle liegt, so ist es aufgrund der Systemdynamik nicht möglich, dass sich die Drehrichtung des Systems innerhalb des nächsten Zeitschrittes, beispielsweise innerhalb der nächsten 10 ms ändert. Mit dieser Kenntnis kann der vorliegend beschriebene Algorithmus auf Drehzahlen begrenzt werden, die kleiner als diese Drehzahlschwelle sind.
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In 3 ist oben eine der Drehrichtungskurve 4 gemäß 1 entsprechende Drehrichtungskurve 16 dargestellt, wobei wiederum die oberen Abschnitte 16a eine Drehrichtung „rückwärts“ und die Abschnitte 16b eine Drehrichtung „vorwärts“ anzeigen. Die in 3 unten gezeigte Signalkurve 18 gibt wiederum ein kombiniertes Drehzahl-/Drehrichtungssignal entsprechend der Signalkurve 12 in 2 an. Weiter sind in 3 drei unterschiedliche Signalverläufe dargestellt, bei denen das vorliegende Verfahren angewendet wurde, um schädliche Signalspitzen 24 zu vermeiden.
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Im Fall 1 hat die Vorwärts-Drehzahl im aktuellen Zeitpunkt 20 auf den Wert Null abgenommen, die Drehrichtung wechselt tatsächlich nach „rückwärts“ und die Drehzahl nimmt zu, wie die gestrichelte Linie 22 anzeigt. Da das Drehrichtungssignal 16 demgegenüber zeitlich verzögert ist und noch eine Vorwärts-Drehrichtung anzeigt, würde sich ohne Korrektur eine Signalspitze 24 in Vorwärts-Drehrichtung ergeben. Gemäß dem vorliegenden Verfahren wird jedoch das noch verzögerte Drehrichtungssignal „vorwärts“ mit der vor dem aktuellen Zeitpunkt 20 anliegenden Drehzahl, im vorliegenden Fall der Drehzahl mit dem Wert Null, kombiniert und bis zum Vorliegen des den Drehrichtungswechsel anzeigenden Drehrichtungssignals 16 zum Zeitpunkt 26 beibehalten, womit eine Signalspitze 24 vermieden wird.
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In den beiden in 3 dargestellten Fällen 2a und 2b wird in entsprechender Weise in den den tatsächlichen Drehrichtungswechsel angebenden aktuellen Zeitpunkten 28 bzw. 30 jeweils das vor diesen Zeitpunkten 28, 30 anliegende, von Null verschiedene Drehzahlsignal mit dem noch verzögerten Drehrichtungssignal 16 kombiniert und bis zum Vorliegen des den Drehrichtungswechsel anzeigenden Drehrichtungssignals 16 in den Zeitpunkten 32 bzw. 34 beibehalten.
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Im Fall 3 liegt das Drehzahlsignal auf Null, wenn im Zeitpunkt 36 das Drehrichtungssignal 16 von vorwärts auf rückwärts wechselt. Im aktuellen Zeitpunkt 38 erfolgt eine Drehzahlzunahme mit einer tatsächlichen positiven Drehrichtung gemäß der gestrichelten Linie 40, während das Drehrichtungssignal 16 noch eine Rückwärts-Drehrichtung anzeigt. Eine negative Signalspitze 42 wird vermieden, indem die vor dem aktuellen Zeitpunkt 38 anliegende Drehzahl Null mit dem verzögerten Drehrichtungssignal 16 kombiniert und bis zum Vorliegen eines den Drehrichtungswechsel anzeigenden Drehrichtungssignals 16 im Zeitpunkt 44 beibehalten wird.
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Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens sind, dass das kombinierte Drehzahl-Drehrichtungssignal nur an der durch Signalspitzen gestörten Stelle behandelt wird, dass sich nur an der gestörten Stelle ein zeitlicher Verzug in der Größenordnung der Störzeit einstellt, und dass der Gradient des aufbereiteten Signals nicht mehr das Vorzeichen an derjenigen Stelle wechselt, an der die Signalspitzen auftreten.
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Das beschriebene Verfahren ist besonders vorteilhaft zur Erzeugung eines die Drehzahl und die Drehrichtung einer Getriebewelle eines Kraftfahrzeugs kennzeichnenden kombinierten Drehzahl-/Drehrichtungssignals verwendbar. Eine solche Getriebewelle ist beispielsweise die Eingangswelle eines Kraftfahrzeuggetriebes, welche bei einem Anfahrvorgang des Kraftfahrzeugs und schlupfender Anfahrkupplung sehr niedrige Drehzahlen sowie aufgrund von Drehschwingungen Drehrichtungswechsel aufweisen kann.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Drehzahlsignalverlauf, Kurve
- 4
- Drehrichtungssignalverlauf, Kurve
- 4a
- Abschnitt des Drehrichtungssignalverlaufs 4
- 4b
- Abschnitt des Drehrichtungssignalverlaufs 4
- 6
- Störungsstelle
- 7
- Störungsstelle
- 8
- Aktueller Zeitpunkt
- 9
- Störungsstelle
- 10
- Zeitpunkt
- 11
- Störungsstelle
- 12
- Kurve (kombiniertes Signal)
- 13
- Störungsstelle
- 14
- Signalspitze
- 15
- Störungsstelle
- 16
- Drehrichtungssignalverlauf, Kurve
- 16a
- Abschnitt des Drehrichtungssignalverlaufs 16
- 16b
- Abschnitt des Drehrichtungssignalverlaufs 16
- 18
- Drehzahlsignalverlauf, Kurve
- 20
- Aktueller Zeitpunkt
- 22
- Gestrichelte Linie
- 24
- Signalspitze
- 26
- Zeitpunkt
- 28
- Aktueller Zeitpunkt
- 30
- Aktueller Zeitpunkt
- 32
- Zeitpunkt
- 34
- Zeitpunkt
- 36
- Zeitpunkt
- 38
- Aktueller Zeitpunkt
- 40
- Gestrichelte Linie
- 42
- Signalspitze
- 44
- Zeitpunkt
