WO2016134716A1 - Filter zur filterung von ein drehzahlsignal überlagernden schwingungen sowie ein verfahren zur einstellung einer breite des filters - Google Patents

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    • F16D2500/706—Strategy of control
    • F16D2500/70668—Signal filtering

Definitions

  • Filter for filtering vibrations superimposed on a speed signal and a method for adjusting a width of the filter
  • the invention relates to a filter for filtering vibrations superimposed on a rotational speed signal, in particular chattering vibrations superimposed on a transmission input shaft rotational speed, which has a width and a method for adjusting a width of a filter.
  • a linear filter is used to optimize the software-based vibration absorber.
  • the width of the linear filter is predetermined in order to filter out juddering vibrations from the transmission input shaft speed.
  • the real chattering vibrations may have frequencies that deviate from the predetermined width of the filter.
  • the reason for this can be a geometric picking whose excitation frequency can depend on the slip, the gear input shaft speed or the engine speed. If the specified width of the filter does not match the available picking frequency, the picking can not be reliably filtered out of the transmission input shaft speed.
  • driving strategies such as slip control and creep strategy, coupled with the plucking and reinforce this even more. As a result, the ride comfort in the motor vehicle is adversely affected.
  • the invention has for its object to provide a filter for filtering vibrations, whereby the ride comfort of the vehicle is improved.
  • the object is achieved in that the width of the filter is variably adjustable.
  • This has the advantage that the width of the filter is adapted situationally, whereby a good response to varying picking frequencies occurs.
  • the width of the filter determined by means of a vibration analysis leads to an improved response to actually occurring picking frequencies and thus to an improvement in ride comfort.
  • the variably adjustable filter width of a period of the, the speed signal superimposed oscillations dependent can be easily detected by the vibration analysis and further processed by software.
  • an FIR filter is used as the filter.
  • a FIR filter there is a weighted summation of a limited number of past measurements.
  • the filter is part of a control unit which is connected to a speed sensor, which is arranged opposite a transmission input shaft for detecting a transmission input shaft speed, wherein the transmission input shaft is arranged in a drive train of a vehicle.
  • the width of the filter is set dynamically in response to a period of the oscillations of the rotational speed. This has the advantage that the width of the filter is adapted situationally, whereby a good response to varying picking frequencies occurs.
  • the width of the filter determined by means of a vibration analysis leads to an improved response to actually occurring picking frequencies and thus to an improvement in ride comfort.
  • the period of the oscillations of the rotational speed is determined on the basis of zero crossings of the oscillations. These period lengths can be easily detected by the vibration analysis and further processed by software.
  • the speed is bandpass filtered before determining the period of the oscillations of the speed.
  • the speed has a
  • At least one period of the oscillation is used to set the width of the filter. This allows a finite look into the past, from which conclusions can be drawn on the actually occurring periods of the vibrations of the transmission input shaft speed, in order to filter out the juddering vibrations from the intake input shaft speed in a targeted manner.
  • the width of the filter is determined from the ratio of the period duration to a sampling rate of the rotational speed. In order to be able to determine the period of the oscillations with sufficient accuracy, several zero crossings must be considered, since the period of the picking frequency can change during the measuring period.
  • the period of the oscillations is used in an adaptive judder filtering to filter out juddering vibrations that are transmitted in a drive train of a vehicle from a clutch to the drive train comprising the transmission input shaft, thereby influencing the
  • Cupping vibrations on driving strategies such as slippage strategy and creep strategy, are prevented. Since plucking is a major problem for dry clutch systems, especially for automated clutch systems, in the drivetrain of the vehicle, by preventing the gain of the
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a drive train of a motor vehicle
  • Fig. 2 is a schematic representation of a width of an FIR filter whose
  • Width of the period of the juddering vibration is adjusted
  • Fig. 3 is a schematic representation of a signal chain of one with a
  • Fig. 4 shows an embodiment of a signal chain of the with a
  • a drive train 1 of a motor vehicle which has an internal combustion engine 2, which via a crankshaft 3 with an automated Coupling 4 is connected.
  • the automated clutch 4 leads via a transmission input shaft 5 to a transmission 6, which is connected via a transmission output shaft 7 with an axle 8 and thus with the wheels 9 of the vehicle.
  • the clutch 4 forms with the axle 8, a mass-spring system. Since the axle 8 is fixed to the wheel 9 fixed to the ground, the clutch 4 oscillates relative to the wheel 9, whereby Rupfschwingungen are generated, which are transmitted to the drive train 1. This has the consequence that the rotational speed of the transmission input shaft 5, which is measured with the rotational speed sensor 10 and evaluated by the control unit 1 1, due to the juddering Jupins is gradient-related, wherein the speed curve sinusoidal Rupfschwing12. are superimposed together with noise.
  • the controller 1 1 comprises a filter 12, preferably an FIR filter, whose width is adapted adaptively as a function of the period duration of the juddering oscillations.
  • a filter 12 preferably an FIR filter, whose width is adapted adaptively as a function of the period duration of the juddering oscillations.
  • the varying width of the filter 12 is shown, which varies with the period of the Rupfschwingung R.
  • the juddering vibration R has a picking frequency which decreases over time by way of example. Due to this change in the picking frequency, the width of the filter 12 also changes.
  • the width of the filter 12 in block B corresponds to the measured average period of the picking vibration R, which in this case is a higher one
  • Rupffrequenz has.
  • the width of the filter 12 shown in the block C is greater than the filter width shown in the block B, since the picking frequency is lower at this measurement period and thus a larger period duration occurs.
  • Fig. 3a the Getnebeeingangswellendfitiere n G is shown over the time t, which are superimposed on the sinusoidal Rupfschwingungen R.
  • the input input shaft speed n G is bandpass filtered.
  • the bandpass filtered input input speed n Gb is illustrated in FIG. 3b.
  • Fig. 3c shows a filtered input input speed n GF .
  • a vibration analysis of the juddering vibrations R is performed by based on the zero crossings of, the transmission input shaft speed n G b superimposed Rupfschwingungen R, which are illustrated by the vertical lines whose period is determined.
  • the width of the software 12 formed in the controller 1 1 filter 12 is tuned during the measurement period of the vibration analysis exactly on the present period of the juddering vibrations R.
  • Fig. 4 are comparable to Fig. 3 shows three figures of the transmission input shaft speed shown.
  • the measured transmission input speed n G which is superimposed by the Rupfschwingungen R is shown in Fig. 4a.
  • the band-pass filtered transmission input shaft rotational speed n G b is shown in Fig. 4b and from the measured and band-pass filtered values of the transmission input shaft speed n G certain period duration of the juddering vibrations R is shown in Fig. 4c.
  • the period of the chattering cycles R is determined at the zero crossings of the bandpass filtered transmission input speed n Gb .
  • the maximum or minimum values can also be used to determine the period duration.
  • a mean period is determined from a plurality of successive periods, which is the basis for determining the width of the filter 12.
  • the width of the filter 12 is determined from a ratio of the at least one period duration to a sampling rate of the rotational speed n G by the control unit 11.
  • the average period determined in this way corresponds to the width of the filter 12 and thus represents the basis for adaptive plucking filtering.
  • a rattle-free transmission input shaft speed is made available which allows driving strategies that work without feedback of the juddering vibrations.
  • the width of the filter 12 is determined dynamically by means of vibration analysis.
  • the filter 12 can adapt to the changing picking frequencies in the case of geometrically induced picking situationally and filter out chattering vibrations reliably.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Filter zur Filterung von ein Drehzahlsignal überlagernden Schwingungen, insbesondere von eine Getriebeeingangswellen-Drehzahl überlagernden Rupfschwingungen, welches eine Breite aufweist. Bei einem Filter, bei welchem sich der Fahrkomfort durch Filterung von Schwingungen verbessern lässt, ist die Breite des Filters (12) variabel einstellbar. Nach der Erfindung wird die Periodendauer einer überlagerten Schwingung bestimmt und in Abhängigkeit von dieser Periodendauer die Breite eines Filters, speziell eines FIR-Filters, angepasst, sodass der Filter einer veränderlichen Rupffrequenz folgt.

Description

Filter zur Filterung von ein Drehzahlsignal überlagernden Schwingungen sowie ein Verfahren zur Einstellung einer Breite des Filters
Die Erfindung betrifft ein Filter zur Filterung von ein Drehzahlsignal überlagernden Schwingungen, insbesondere von eine Getriebeeingangswellen-Drehzahl überlagernden Rupfschwingungen, welches eine Breite aufweist sowie ein Verfahren zur Einstellung einer Breite eines Filters.
Aus der Patentanmeldung 10 2014 207 310.3 wird zur Optimierung des softwaremä- ßiger Schwingungstilgers ein lineares Filter benutzt. Die Breite des linearen Filters ist dabei vorgegeben, um Rupfschwingungen aus der Getriebeeingangswellendrehzahl herauszufiltern. Die realen Rupfschwingungen können allerdings Frequenzen aufweisen, die von der vorgegebenen Breite des Filters abweichen. Ursache dafür kann ein geometrisches Rupfen sein, dessen Anregungsfrequenz von der Schlupf-, der Getrie- beeingangswellendrehzahl oder der Motordrehzahl abhängen kann. Passt nun die vorgegebene Breite des Filters nicht zur vorliegenden Rupffrequenz, kann das Rupfen nicht sicher aus der Getriebeeingangswellendrehzahl herausgefiltert werden. Es besteht die Gefahr, dass Fahrstrategien, wie Schlupfregelung und Kriechstrategie, an das Rupfen ankoppeln und dieses gar noch verstärken. Dadurch wird der Fahrkomfort im Kraftfahrzeug negativ beeinflusst.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Filter zur Filterung von Schwingungen anzugeben, wodurch der Fahrkomfort des Fahrzeuges verbessert wird.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Breite des Filters variabel einstellbar ist. Dies hat den Vorteil, dass die Breite des Filters situativ angepasst wird, wodurch eine gute Reaktion auf variierende Rupffrequenzen erfolgt. Die mittels einer Schwingungsanalyse bestimmte Breite des Filters führt zu einer verbesserten Reaktion auf tatsächlich auftretende Rupffrequenzen und somit zu einer Verbesserung des Fahrkomforts.
Vorteilhafterweise ist die variabel einstellbare Filterbreite von einer Periodendauer der, das Drehzahlsignal überlagernden Schwingungen abhängig. Diese Periodendauern lassen sich durch die Schwingungsanalyse einfach detektieren und softwaremäßig weiter verarbeiten.
In einer Ausgestaltung wird als Filter ein FIR-Filter verwendet. Bei einem FIR-Filter findet eine gewichtete Summation einer begrenzten Anzahl vergangener Messwerte statt.
In einer Variante ist das Filter Bestandteil eines Steuergerätes, das mit einem Drehzahlsensor verbunden ist, welcher einer Getriebeeingangswelle gegenüberliegend zur Detektion einer Getriebeeingangswellendrehzahl angeordnet ist, wobei die Getriebeeingangswelle in einem Antriebsstrang eines Fahrzeuges angeordnet ist. Eine Weiterbildung der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Einstellung einer Breite eines Filters, welches eine Drehzahl überlagernde Schwingungen, insbesondere
Rupfschwingungen, herausfiltert. Bei einem Verfahren, wird die Breite des Filters dynamisch in Abhängigkeit von einer Periodendauer der Schwingungen der Drehzahl eingestellt. Dies hat den Vorteil, dass die Breite des Filters situativ angepasst wird, wodurch eine gute Reaktion auf variierende Rupffrequenzen erfolgt. Die mittels einer Schwingungsanalyse bestimmte Breite des Filters führt zu einer verbesserten Reaktion auf tatsächlich auftretende Rupffrequenzen und somit zu einer Verbesserung des Fahrkomforts.
Vorteilhafterweise wird die Periodendauer der Schwingungen der Drehzahl anhand von Nulldurchgängen der Schwingungen bestimmt. Diese Periodendauern lassen sich durch die Schwingungsanalyse einfach detektieren und softwaremäßig weiter verarbeiten.
In einer Ausgestaltung wird vor einer Bestimmung der Periodendauer der Schwingungen der Drehzahl die Drehzahl bandpassgefiltert. Die Drehzahl weist einen
gradientenbehafteten Drehzahlverlauf auf, dem sinusförmige Rupfschwingungen überlagert sind. Durch diese Bandpassfilterungen werden Offset, Gradient und sich langsam ändernde Gradienten herausgefiltert. Es verbleibt höchstens ein reduziertes Rauschen.
In einer Variante wird mindestens eine Periodendauer der Schwingung der Einstellung der Breite des Filters zugrunde gelegt. Dadurch wird ein endlicher Blick in die Vergangenheit erlaubt, woraus Rückschlüsse auf die tatsächlich aufgetretenen Periodendauern der Schwingungen der Getriebeeingangswellendrehzahl gezogen werden können, um die Rupfschwingungen aus der Getnebeeingangswellendrehzahl zielgerichtet her- auszufiltern.
In einer Weiterbildung wird die Breite des Filters aus dem Verhältnis der Periodendauer zu einer Abtastrate der Drehzahl bestimmt. Um die Periodendauer der Schwin- gungen ausreichend genau bestimmen zu können, müssen mehrere Nulldurchgänge betrachtet werden, da sich während des Messzeitraumes die Periodendauer der Rupffrequenz ändern kann.
In einer Ausgestaltung wird die Periodendauer der Schwingungen in einer adaptiven Rupf-Filterung zum Herausfiltern von Rupfschwingungen, die in einem Antriebsstrang eines Fahrzeuges von einer Kupplung auf den, die Getriebeeingangswelle umfassenden Antriebsstrang übertragen werden, verwendet, wodurch Einflüsse der
Rupfschwingungen auf Fahrstrategien, wie Schlupf Strategie und Kriechstrategie, unterbunden werden. Da Rupfen ein bedeutendes Problem für trockene Kupplungssysteme, insbesondere für automatisierte Kupplungssysteme, im Antriebsstrang des Fahrzeuges darstellt, kann durch die Verhinderung der Verstärkung der
Rupfschwingungen ein hoher Komfort während des Fahrbetriebes gewährleistet werden.
Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Eine davon soll anhand der in der Zeichnung dargestellten Figuren näher erläutert werden. Es zeigen:
Fig. 1 eine Prinzipdarstellung eines Antriebstranges eines Kraftfahrzeuges,
Fig. 2 eine schematisierte Darstellung einer Breite eines FIR-Filters, dessen
Breite der Periodendauer der Rupfschwingung angepasst ist
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Signalkette von einer mit einer
Rupfschwingung behafteten Getriebeeingangsdrehzahl zur gefilterten
Getriebeeingangsdrehzahl,
Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel einer Signalkette von der mit einer
Rupfschwingung behafteten Getriebeeingangsdrehzahl zur gemessenen Periodendauer der Schwingung. In Fig. 1 ist ein Antriebsstrang 1 eines Kraftfahrzeuges dargestellt, welcher einen Verbrennungsmotor 2 aufweist, der über eine Kurbelwelle 3 mit einer automatisierten Kupplung 4 verbunden ist. Die automatisierte Kupplung 4 führt über eine Getriebeeingangswelle 5 an ein Getriebe 6, welches über eine Getriebeausgangswelle 7 mit einer Achswelle 8 und somit mit den Rädern 9 des Fahrzeuges verbunden ist.
Die Kupplung 4 bildet dabei mit der Achswelle 8 ein Masse-Feder-System. Da die Achswelle 8 mit dem Rad 9 fest am Boden fixiert ist, schwingt die Kupplung 4 relativ zum Rad 9, wodurch Rupfschwingungen erzeugt werden, die auf den Antriebsstrang 1 übertragen werden. Dies hat zur Folge, dass die Drehzahl der Getriebeeingangswelle 5, welche mit dem Drehzahlsensor 10 gemessen und von dem Steuergerät 1 1 ausgewertet wird, infolge der Rupfschwingungen gradientenbehaftet ist, wobei dem Drehzahlverlauf sinusförmige Rupfschwingungen gemeinsam mit einem Rauschen überlagert sind.
Um diese sinusförmigen Rupfschwingungen auf der Getnebeeingangswellendrehzahl nG zu reduzieren oder ganz zu eliminieren, umfasst das Steuergerät 1 1 ein Filter 12, vorzugsweise ein FIR-Filter, dessen Breite in Abhängigkeit der Periodendauer der Rupfschwingungen adaptiv angepasst wird. In Fig. 2 ist die variierende Breite des Filters 12 dargestellt, welche sich mit der Periodendauer der Rupfschwingung R ändert. Die Rupfschwingung R weist dabei eine Rupffrequenz auf, welche über der Zeit beispielhaft abnimmt. Aufgrund dieser Änderung der Rupffrequenz ändert sich auch die Breite der Filters 12. Die Breite des Filters 12 im Block B entspricht der gemessenen mittleren Periodendauer der Rupfschwingung R, die in diesem Fall eine höhere
Rupffrequenz aufweist. Die im Block C dargestellte Breite des Filters 12 ist größer als die im Block B dargestellte Filterbreite, da zu diesem Messzeitraum die Rupffrequenz niedriger ist und somit eine größere Periodendauer auftritt.
Ein Ausführungsbeispiel für ein Verfahren zur Bestimmung der Breite des Filters 12 soll im Weiteren beschreiben werden. In Fig. 3a ist die Getnebeeingangswellendrehzahl nG über der Zeit t dargestellt, welcher die sinusförmigen Rupfschwingungen R überlagert sind. Um einen Offset und ein Rauschen aus der Getriebeeingangsdrehzahl nG herauszufiltern, wird die Getnebeeingangswellendrehzahl nG bandpassgefil- tert. Die bandpassgefilterte Getnebeeingangswellendrehzahl nGb ist in Fig. 3b verdeutlicht. Fig. 3c zeigt eine gefilterte Getnebeeingangswellendrehzahl nGF . Vor dieser Filterung wird eine Schwingungsanalyse der Rupfschwingungen R durchgeführt, indem anhand der Nulldurchgänge der, der Getriebeeingangswellendrehzahl nGb überlagerten Rupfschwingungen R, die durch die senkrechten Linien verdeutlicht sind, deren Periodendauer ermittelt wird. Die Breite des im Steuergerät 1 1 softwaremäßig ausgebildeten Filters 12 wird während des Messzeitraumes der Schwingungsanalyse genau auf die vorliegende Periodendauer der Rupfschwingungen R abgestimmt.
Auch in Fig. 4 sind vergleichbar zu Fig. 3 drei Abbildungen der Getriebeeingangswellendrehzahl dargestellt. Die gemessene Getriebeeingangswellendrehzahl nG , welche von den Rupfschwingungen R überlagert ist, ist in Fig. 4a gezeigt. Die bandpassgefil- terten Getriebeeingangswellendrehzahl nGb ist in Fig. 4b und die aus den gemessenen und bandpassgefilterten Werten der Getriebeeingangswellendrehzahl nG bestimmte Periodendauer der Rupfschwingungen R ist in Fig. 4c gezeigt. Die Periodendauer der Rupfschwingungen R wird an den Nulldurchgängen der bandpassgefilterten Getriebeeingangswellendrehzahl nGb bestimmt. Alternativ zu den Nulldurchgängen können auch die Maximum- bzw. Minimumwerte zur Bestimmung der Periodendauer genutzt werden.
Um die Genauigkeit der Breite des Filters 12 zu erhöhen, wird aus mehreren aufeinander folgenden Perioden eine mittlere Periodendauer ermittelt, welche der Bestimmung der Breite des Filters 12 zugrunde gelegt wird. Die Breite des Filters 12 wird aus einem Verhältnis der mindestens einen Periodendauer zu einer Abtastrate der Dreh- zahl nG durch das Steuergerät 1 1 bestimmt. Die so ermittelte mittlere Periodendauer entspricht der Breite des Filters 12 und stellt somit die Grundlage für eine adaptive Rupf-Filterung dar.
Mithilfe des beschriebenen Verfahrens wird eine rupffreie Getriebeeingangswellendrehzahl zur Verfügung gestellt, welche Fahrstrategien ermöglicht, die ohne Rück- kopplung der Rupfschwingungen arbeiten. Die Breite des Filters 12 wird dynamisch mittels Schwingungsanalyse ermittelt. Somit kann sich das Filter 12 auf die sich ändernden Rupffrequenzen bei geometrisch bedingtem Rupfen situativ anpassen und Rupfschwingungen zuverlässig herausfiltern. Bezugszeichenliste Antriebsstrang
Verbrennungsmotor
Kurbelwelle
Kupplung
Getriebeeingangswelle
Getriebe
Getriebeausgangswelle
Achswelle
Räder
Drehzahlsensor
Steuergerät
FIR-Filter
Rupfschwingung
Getnebeeingangswellendrehzahl
bandpassgefilterte Getnebeeingangswellendrehzahl gefilterte Getnebeeingangswellendrehzahl

Claims

Patentansprüche
1 . Filter zur Filterung von ein Drehzahlsignal überlagernden Schwingungen, ins- besondere von eine Getriebeeingangswellen-Drehzahl überlagernden
Rupfschwingungen, welches eine Breite aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite des Filters (12) variabel einstellbar ist.
2. Filter nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die variabel einstell- bare Breite des Filters (12) von einer Periodendauer der das Drehzahlsignal
(nG) überlagernden Schwingungen ( R ) abhängig ist.
3. Filter nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass das Filter (12) als FIR-Filter ausgebildet ist.
4. Filter nach mindestens einem der Ansprüche 1 , 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Filter (12) Bestandteil eines Steuergerätes (1 1 ) ist, das mit einem Drehzahlsensor (10) verbunden ist, welcher einer Getriebeeingangswelle (5) gegenüberliegend zur Detektion einer Getriebeeingangswellendrehzahl (nG) angeordnet ist, wobei die Getriebeeingangswelle (5) in einem Antriebsstrang
(1 ) eines Fahrzeuges angeordnet ist.
5. Verfahren zur Einstellung einer Breite eines Filters, welches eine Drehzahl überlagernde Schwingungen, insbesondere von Rupfschwingungen, herausfil- tert, dadurch gekennzeichnet, dass eine Breite des Filters (12) dynamisch in
Abhängigkeit von einer Periodendauer der Schwingungen ( R ) der Drehzahl (nG) eingestellt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Perioden- dauer der Schwingungen der Drehzahl (nG) anhand von Nulldurchgängen der
Schwingungen ( R ) bestimmt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass vor einer Bestimmung der Periodendauer der Schwingungen ( R ) der Drehzahl (nG) die Drehzahl (nG) bandpassgefiltert wird.
Verfahren nach Anspruch 5, 6, oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Periodendauer der Schwingung ( R ) der Einstellung der Breite des Filters (12) zugrunde gelegt wird.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite des Filters (12) aus dem Verhältnis der Periodendauer zu einer Abtastrate der Drehzahl (nG) bestimmt wird.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Periodendauer der Schwingungen ( R ) in einer adaptiven Rupf-Filterung zum Herausfiltern von Rupfschwingungen, die in einem Antriebsstrang (1 ) eines Fahrzeuges von einer Kupplung (4) auf den, die Getriebeeingangswelle (5) umfassenden Antriebsstrang (1 ) übertragen werden, verwendet wird.
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