EP1287248A1 - Verfahren und vorrichtung zur filterung eines signals - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur filterung eines signals

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EP1287248A1
EP1287248A1 EP01943013A EP01943013A EP1287248A1 EP 1287248 A1 EP1287248 A1 EP 1287248A1 EP 01943013 A EP01943013 A EP 01943013A EP 01943013 A EP01943013 A EP 01943013A EP 1287248 A1 EP1287248 A1 EP 1287248A1
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EP
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filter
variable
input variable
filtering
signal
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Robert Bosch GmbH
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    • F02D2011/103—Arrangements for, or adaptations to, non-automatic engine control initiation means, e.g. operator initiated characterised by non-mechanical control linkages, e.g. fluid control linkages or by control linkages with power drive or assistance of the electric type characterised by the means for actuating the throttles at least one throttle being alternatively mechanically linked to the pedal or moved by an electric actuator

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for filtering a signal according to the.
  • a method and a device for filtering a signal is known for example from DE 195 37 787.
  • the driver's desired quantity is filtered using a guide shaper.
  • the filtering is designed such that e.g. rapid changes in the driver's quantity (pedal value) do not have an undamped effect on the fuel metering and thus the excitation of longitudinal vehicle vibrations is avoided.
  • Such filtering for damping the excitation of systems have the disadvantage that they produce a lag error when the input variable changes like a ramp. That , the output variable follows the input variable only with a delay. This has an effect, for example, in an application in an internal combustion engine due to a reduced drive torque.
  • the procedure according to the invention offers the advantage that corresponding following errors can be compensated for without that restrictions in the filter effect, particularly in the case of sudden changes in the input variable, have to be accepted.
  • FIG. 1 shows the basic structure of a fuel metering system
  • FIG. 2 shows a block diagram of the procedure according to the invention.
  • the invention is illustrated below using the example of a fuel quantity signal in a self-igniting internal combustion engine.
  • the invention is not limited to this application. It can also be used with other signals, in particular with signals that are used in the control of internal combustion engines.
  • the method is suitable for signals that influence or characterize the delivered torque.
  • signals are, for example, a fuel quantity signal, signals for actuating power-influencing actuators, a quantity request signal, the output signal of an accelerator pedal sensor or a speed signal.
  • FIG. 1 shows the basic structure of a fuel metering system of an internal combustion engine.
  • 10 denotes an accelerator pedal position sensor and 11 a speed sensor.
  • a setpoint control 12 is connected to the accelerator pedal position sensor and the speed sensor 11.
  • the output signal MEW of the setpoint control which the driver corresponds to the desired quantity, comes to a master shaper 13.
  • the speed signal N of the speed sensor 11 reaches a disturbance variable controller 14.
  • the output signal MEF of the master shaper 13 and the output signal MES of the fault regulator 14 are superimposed in an addition point and form the quantity signal MEA, which is fed to an actuating device 15 becomes.
  • an appropriate amount of fuel is metered into the internal combustion engine (not shown).
  • the setpoint control 12 calculates the driver's desired quantity MEW, which is required in order to provide the driving performance desired by the driver. In systems without bucking damping, this signal is fed directly to the actuating device 15.
  • the actuating device 15 converts this signal into a control signal to act on the corresponding actuating elements. In the case of in-line pumps, for example, it is provided that a control loop regulates the control rod position to a corresponding value. In the case of time-controlled systems, the actuating device 15 emits a control signal for a quantity-determining solenoid valve or a piezo actuator.
  • the driver's request signal MEW is filtered by means of a guide former 13.
  • the guide former 13 has at least a retarding effect.
  • filters with PTI behavior can be used. It is particularly advantageous if filters are used as the guide former, which also include other components.
  • the speed signal N is fed to a fault controller 14.
  • the new mode of operation of this device is described in DE 195 37 787. If the filter 13, which forms the guide former, has at least a delaying behavior, for example a T1 element, then a lag error occurs with certain changes in the input variable of the filter 13. This means that the output variable follows the input variable only with a delay.
  • this lag error is eliminated by applying a correction value at the input of the filter, which correction value is formed on the basis of the input variable.
  • the input variable is preferably derived over time, i.e. differentiated and then weighted with a value that can be specified in particular.
  • This weighting factor is preferably specified as a function of the transmission behavior of the filter to be corrected.
  • the temporal derivation of the input variable is limited in order to maintain the filter effect in the case of a rapidly changing input variable despite the measures against lag errors.
  • FIG. 2 shows the guide former with such a correction in more detail. Elements already described in FIG. 1 are identified by the corresponding reference symbols.
  • the actual filter of the guide former is referred to as the first filter 100.
  • the input variable MEW of the guide shaper 13 reaches a node 125 on the one hand with a positive sign and on the other hand reaches a second filter 110.
  • the output signal of the node 125 reaches the first filter 100.
  • the output signal of the second filter 110 reaches a second node 115 via a limiter 112.
  • the output signal of the node 115 preferably reaches the node 125 with a positive sign.
  • the output signal of the first filter 100 forms the output variable M ⁇ F.
  • the limiter 112 is arranged after the connection point 115. This means the limiter 112 limits the correction variable with which the input variable of the first filter 100 is corrected in the node 125.
  • the input variable also arrives at a node 130 via an amplifier 140, at whose second input the output variable of the first filter 100 is present. Linked together, these two variables then form the output variable MEF.
  • the second filter 110 is preferably designed as a differentiator. At least the second filter 110 comprises a differentiating component.
  • the second filter can also be designed as a PD element or as a DT element.
  • the output variable of the second filter 110 is limited by the limiter 112 to maximum permissible values in order to ensure the filter effect in the event of a rapid, in particular sudden, change in the input variable MEW.
  • the limiter 112 is dimensioned such that the limitation is ineffective with a slowly changing input variable and the filter 110 makes an uninfluenced contribution to correcting the input variable of the first filter 100.
  • the second filter 120 With slow changes in the input variable, the second filter 120 has a relatively large influence on the filtered variable. According to the invention, the following error is thereby avoided. avoided.
  • the limitation In the case of sudden changes, that is to say rapid changes in the input variable, the limitation is effective, as a result of which the corresponding contribution of the second filter 110 to correcting the input variable of the first filter is only slight.
  • the second filter 120 has a relatively small influence on the filtered variable. In this case, the first filter 100 has a great influence on the size being filtered.
  • the output signal of the second filter 110 is weighted with a predeterminable weighting factor of the factor specification 120.
  • the weighting factor can be specified in particular as a function of the transmission behavior of the first filter 100.
  • the first filter 100 has the transition function:
  • the size T is usually referred to as the delay time constant and the size K as the proportional gain.
  • the factor of the factor specification 120 is preferably identical to the time constant T. This means that the output signal of the second filter 110 limited by the limiter 112 with the factor of the factor specification 120, i.e. is weighted with the delay time constant T of the first filter 100.
  • the amplifier 140 has the gain factor V.
  • the input variable MEW of the first filter 100 is corrected as a function of that of the input variable MEW of the first filter 100. Based on the input variable MEW of the first filter, this means that a correction variable for correcting this input variable is determined.
  • the input variable is derived or differentiated over time and then weighted by a factor.
  • the factor is essentially determined by the transmission behavior of the first filter.
  • the factor preferably corresponds to the delay time constant T of the first filter.
  • the proportional gain K of the first filter is chosen to be less than 1 and the input signal of the first filter is supplied with a correspondingly amplified input signal.

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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

Verfahren und Vorrichtung zur Filterung eines Signals
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Filterung eines Signals gemäß den. Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche.
Ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Filterung eines Signals ist beispielsweise aus der DE 195 37 787 bekannt. Dort wird die Fahrerwunschmenge mittels eines Führungsformers gefiltert. 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. Solche Filterung zur Dämpfung der Anregung von Systemen haben den Nachteil, dass sie bei rampenähnlicher Änderung der Eingangsgröße einen Schleppfehler erzeugen. D.h. , die Ausgangsgröße folgt der Eingangsgröße nur verzögert. Dies wirkt sich beispielsweise bei einer Anwendung bei einer Brennkraftmaschine 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 Weiterbildungen der Erfindung sind in den ünteransprüchen gekennzeichnet.
Zeichnung
Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen erläutert. Es zeigen Figur 1 den prinzipiellen Aufbau eines Kraftstoffzumesssystems und Figur 2 ein Blockdiagramm der erfindungsgemäßen Vorgehens- weise .
Die Erfindung wird im folgenden am Beispiel eines Kraft- stoffmengensignals bei einer selbstzündenden Brennkraftmaschine dargestellt. Die Erfindung ist nicht auf diese Anwendung beschränkt. Sie kann auch bei anderen Signalen, insbesondere bei Signalen, die bei Steuerung von Brennkraftmaschinen 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 Figur 1 ist der prinzipielle Aufbau eines Kraftstoffzu- messystems einer Brennkraftmaschine dargestellt. Mit 10 ist ein Fahrpedalstellungsgeber und mit 11 ein Drehzahlgeber bezeichnet. Eine Sollwertsteuerung 12 ist mit dem Fahrpedalstellungsgeber und dem Drehzahlgeber 11 verbunden. Das Ausgangssignal MEW der Sollwertsteuerung, die der Fahrer- wunschmenge entspricht, gelangt zu einem Führungsformer 13. Das Drehzahlsignal N des Drehzahlgebers 11 gelangt zu einem Störgrößenregler 14. Das Ausgangssignal MEF des Führungsformers 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 dargestellten Brennkraftmaschine eine entsprechende Kraftstoffmenge zugemessen.
Ausgehend von der Fahrpedalstellung der Drehzahl berechnet die Sollwertsteuerung 12 die Fahrerwunschmenge MEW, die erforderlich ist, um die vom Fahrer gewünschte Fahrleistung bereitzustellen. Bei Systemen ohne Ruckeldämpfung wird dieses 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 entsprechenden Wert einregelt. Bei zeitgesteuerten Systemen gibt die Stelleinrichtung 15 ein Ansteuersignal für ein men- genbestimmendes Magnetventil oder einen Piezoaktor ab.
Um auftretende Ruckeischwingungen kompensieren zu können, ist vorgesehen, dass das Fahrerwunschsignal MEW mittels eines Führungsformers 13 gefiltert wird. Der Führungsformer 13 besitzt wenigstens eine verzögernde Wirkung. So können beispielsweise Filter mit PTl-Verhalten eingesetzt werden. Besonders 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, zumindest verzögerndes Verhalten, beispielsweise ein Tl-Glied, so tritt bei bestimmten Änderungen der Eingangsgröße des Filters 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 abgeleitet, d.h. differenziert und anschließend mit einem insbesondere 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 Figur 2 ist der Führungsformer mit einer solchen Korrektur detaillierter dargestellt. Bereits in Figur 1 beschriebene Elemente sind mit den entsprechenden Bezugszeichen bezeichnet.
Der eigentliche Filter des Führungsformers ist als erster Filter 100 bezeichnet. Die Eingangsgröße MEW des Führungsformers 13 gelangt zum einen mit positiven Vorzeichen zu einem 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 einen Begrenzer 112 zu einem zweiten Verknüpfungspunkt 115. Das Ausgangssignal des Verknüpfungspunktes 115 gelangt vorzugsweise 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 Ausgangsgröße MΞF.
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 ersten Filters 100 korrigiert wird.
Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorgehensweise ist strichpunktiert dargestellt. Bei dieser gelangt die Eingangsgröße zusätzlich über einen Verstärker 140 zu einem Verknüpfungspunkt 130, an dessen zweiten Eingang die Ausgangsgröße des ersten Filters 100 anliegt. Diese beiden Größen verknüpft bilden dann die Ausgangsgröße 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 Begrenzer 112 auf betragsmässig höchstzulässige Werte begrenzt, um die Filterwirkung bei schneller, insbesondere sprungförmiger, Änderung der Eingangsgröße MEW zu gewährleisten.
Der Begrenzer 112 ist derart dimensioniert, dass die Begrenzung bei sich langsam ändernder Eingangsgröße unwirksam ist und das Filter 110 einen unbeinflussten Beitrag zur Korrektur 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 ver- mieden. Bei sprungförmigen, das heisst bei schnellen Änderungen der Eingangsgröße ist die Begrenzung wirksam, wodurch der entsprechende Beitrag des Zweiten Filters 110 zur Korrektur der Eingangsgröße des ersten Filters nur gering ist. Bei schnellen Änderungen der Eingangsgröße besitzt das zweite Filter 120 einen relativen kleinen Einfluß auf die gefilterte Größe. In diesem Fall besitzt der erste Filter 100 einen großen Einfluß auf die gefilterte Größe.
Im Verknüpfungspunkt 115 wird das Ausgangssignal des zweiten Filters 110 mit einem vorgebbaren Wichtungsfaktor der Faktorvorgabe 120 gewichtet. Der Wichtungsfaktor ist insbesondere abhängig vom Übertragungsverhalten des ersten Filters 100 vorgebbar.
In einer bevorzugten Ausführungsform besitzt das erste Filter 100 die Übergangsfunktion:
K/ (T*s+1)
Hierbei werden üblicherweise die Größe T als Verzögerungszeitkonstante 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 Verzögerungszeitkonstante T des ersten Filters 100, gewichtet wird.
Bei der zweiten besonders vorteilhaften Ausgestaltung besitzt der Verstärker 140 den Verstärkungsfaktor V. Die Proportionalverstärkung K des ersten Filters nimmt dann den Wert K = 1 - V an. Erfindungsgemäß wird die Eingangsgröße MEW des ersten Filters 100 abhängig von der der Eingangsgröße MEW des ersten Filters 100 korrigiert. Dies bedeutet ausgehend von der Eingangsgröße MEW des ersten Filters wird eine Korrekturgröße zur Korrektur dieser Eingangsgröße bestimmt. Bei einer einfachen Ausführungsform wird die Eingangsgröße zeitlich abgeleitet bzw. differenziert und anschließend mit einem Faktor gewichtet. Der Faktor wird dabei im wesentlichen durch das Übertragungsverhalten des ersten Filters bestimmt. Vorzugsweise 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

Ansprüche
1. Vorrichtung zur Filterung einer Größe, mit einem ersten Filtermittel zur Bildung einer Ausgangsgröße abhängig von einer Eingangsgröße, wobei das erste Filtermittel wenigstens eine verzögernde Wirkung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangsgröße des ersten Filtermittels mittels einer Korrekturgröße korrigiert wird, die ausgehend 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 Verhalten aufweist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, 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 Filtermittels oder die Korrekturgröße begrenzt wird.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Faktor vom Übertragungsverhalten des ersten Filtermittels 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 wenigstens eine verzögernde Wirkung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangsgröße des ersten Filtermittels mittels einer Korrekturgröße korrigiert wird, die ausgehend von der Eingangsgröße des ersten Filtermittels durch Filterung mittels eines zweiten Filtermittels gewonnen wird.
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