WO2018082744A1 - Verfahren zur filterung eines wegsignals eines wegsensors einer kupplungs-betätigungsvorrichtung - Google Patents

Verfahren zur filterung eines wegsignals eines wegsensors einer kupplungs-betätigungsvorrichtung Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to a method for filtering a path signal of a displacement sensor of a Kupplungsbetuschiller Technétique System (PS) for filtering a path signal of a displacement sensor of a Kupplungsbetuschiller SVSung a friction clutch in a drive train of a motor vehicle.
  • Clutch actuation devices serve to actuate friction clutches in drive trains of motor vehicles.
  • these are fixed to the housing arranged around the transmission input shaft of a transmission and act by means of a mosungskoppelnden actuator bearing a plate spring or a similar lever system of the friction clutch along a path along the axis of rotation of the friction clutch.
  • the friction clutch is opened or closed with increasing distance.
  • a displacement sensor may be provided on the Kupplungsbetuschist.
  • the object of the invention is to improve the quality of the path signal of a displacement sensor for a clutch actuator of a friction clutch.
  • the proposed method is used to filter a path signal of a displacement sensor of a clutch actuating device of a friction clutch in a drive train of a motor vehicle.
  • the clutch actuation device may be a mechanical release or, preferably, a clutch slave cylinder concentrically disposed about a transmission input shaft of a transmission which is pressurized by a clutch master cylinder or a pressure supply device by means of a hydraulic path depending on a travel of the slave cylinder piston to be traversed.
  • the path signal is generated by a travel sensor received on the clutch actuation device.
  • the displacement sensor transmits the sensor signal wired or wireless to the control unit, which utilizes the sensor signal for monitoring or controlling the friction clutch.
  • the decision module increases the weighting of the path signal of the second filter element as the difference between the two filtered path signals increases, and a stronger weighting of the path signal of the first filter element as the difference decreases.
  • the first filter element can be activated effectively.
  • the decision module may preferably activate the second filter element.
  • the filtering of the path signal that is the accommodation of the two filter elements and the decision module, can be carried out in a local electronics of the displacement sensor and the filtered path signal can be transmitted to a control unit.
  • a width of the moving average may be applied depending on an input rotational speed of the friction clutch.
  • the input speed as the engine speed of the friction clutch driving internal combustion engine via a signal bus, such as CAN are transmitted to the on-site electronics.
  • the frequency of the oscillations can be determined, since with each revolution of the friction clutch by the opposite to the axis of rotation skewed clutch actuator vibration phase with stronger and weaker deflected actuator bearing, releaser or slave cylinder piston is trained.
  • the rotational speed can alternatively be determined on the basis of a comparison of the unfiltered travel signal with the filtered travel signal.
  • a clutch actuating device with a hydrostatic path is provided in automated clutch application, which contains a clutch slave cylinder (CSC, concentric slave cylinder) arranged concentrically with the transmission input shaft.
  • CSC clutch slave cylinder
  • the exact knowledge of the way the slave cylinder piston is of essential importance for an estimate of the transmittable clutch torque and thus for the ride comfort as well as for durability.
  • the proposed method deals with the signal conditioning of position sensors of a clutch slave cylinder in order to improve its signal quality.
  • a single displacement sensor may be provided on the clutch slave cylinder.
  • a hardware filter may be provided on a local electronics of the displacement sensor.
  • the piston of the clutch slave cylinder can absorb centering and linearity error of the friction clutch and thus reduce torque fluctuations that could otherwise lead to plucking or rattling.
  • This tilting is additionally amplified at a displacement sensor arranged outside the clutch slave cylinder housing and always leads to a modulation of the first-order rotational speed of the friction clutch or the crankshaft of an internal combustion engine with the friction clutch attached thereto. It may be advantageous to neglect higher vibration orders, since their amplitudes are significantly lower.
  • the first-order modulation is filtered by means of the proposed method, so that it is possible in the control effected on the basis of the detected path signal to prevent the control from attempting to compensate for path signal oscillations resulting from the modulation and, if appropriate, to self-oscillate.
  • the proposed method is used to filter the path signal of the displacement sensor.
  • a hardware low-pass filter is applied to the path signal, then a filter element having a moving average and a hysteresis filter is applied in parallel to the path signal prefiltered in this way.
  • the two path signals determined in parallel are compared and weighted according to the difference, whereby at high differential values.
  • the weighting of the hysteresis filter is more heavily weighted and, with a small difference, the filter element with a moving average value is weighted more heavily.
  • the sum of the two weighted path signals is output to the controller for controlling the friction clutch or the like.
  • the method takes place as on-chip signal processing directly on the chip of the displacement sensor.
  • a displacement signal of a displacement sensor arranged on a clutch slave cylinder is filtered in the manner proposed, which satisfies high requirements regarding signal noise suppression without loss of dynamics.
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of a friction clutch with a clutch actuating device
  • FIG. 2 is a schematic representation of a modified arrangement of a friction clutch with a position sensor connected to CAN compared to FIG.
  • FIG. 3 shows a representation of a static course of a modulation and the associated filtering by means of a moving average
  • FIG. 4 shows a representation of a dynamic course of a modulation and the associated filtering by means of a moving average
  • FIG. 5 shows a representation of a filter delay via the engine speed of a moving average
  • FIG. 6 shows a representation of a course of a modulation and the associated hysteresis filter
  • FIG. 7 shows a representation of a dynamic profile of a modulation and the associated hysteresis filter
  • Figure 8 is an illustration of a dynamic modulation and the associated
  • FIG. 9 is a schematic representation of a filter device comprising a combination of low-pass filter, moving averaging and hysteresis filter
  • FIG. 10 shows the decision module of FIG. 9 in a schematic block diagram
  • Figure 1 1 is an application scheme for the individual filter methods on the speed
  • Figure 12 is a comparison with Figures 1 and 2 modified arrangement of a
  • Friction clutch with only to CAN-connected displacement sensor in a schematic representation.
  • FIG. 1 shows the arrangement 10 with the friction clutch 1 arranged around the axis of rotation d with the clutch actuating device 2 in a diagrammatic view.
  • the clutch actuating device 2 is formed in the illustrated embodiment as a clutch slave cylinder 3 with the piston 4.
  • the piston 4 acts on the plate spring 5 for actuating the friction clutch 1 along an axial path along the axis of rotation d.
  • the axial travel is detected by the displacement sensor 6.
  • the path signal is transmitted via the line 7 to the connected to the signal bus 9 as CAN bus control unit 8 for controlling the friction clutch 1. Due to a manufacturing or assembly-related misalignment of the plate spring 5, this leads to a tilting of the piston 4.
  • the arrangement of the displacement sensor 6 outside of the piston 4, the tilt of the piston 4 is additionally amplified in the path signal.
  • the path position WP is given in equation (1) as follows:
  • WP WK + A * SIN (2 * TT * F * t + wO) + R (t, n, 7) (1) with WK: Travel position of the piston 4
  • the high-frequency signal noise is preferably filtered by means of a low-pass filter, which is preferably arranged on on-board electronics such as on-site electronics of the displacement sensor 6.
  • N T / D
  • D represents the time discretization
  • the time t the time tj at the beginning of a width D
  • the time t at the end of a width D.
  • Integer higher orders in the speed n can be completely eliminated accordingly
  • the temporal discretization D can be adjusted so that the cut-off frequency of * D is matched with an optionally existing low-pass filter, so that no aliasing effects occur.
  • the speed n is necessary.
  • the arrangement 10a can be connected directly to the signal bus 9 for the displacement sensor 6a. From the signal bus 9, for example, the engine speed identical to the rotational speed n of the friction clutch 1 a can be detected.
  • FIG. 3 shows the stationary case of a modulation of the path signal S with an amplitude A over time t.
  • FIG. 4 shows the path signal S during a Displacement of the piston 4 ( Figure 1), so the dynamic case of the path signal S.
  • the resulting, resulting by a like ittelten averaging filtered displacement signal S (m) has a fixed delay of T / 2, which at low speeds n and thus large width D can become too large. Furthermore, with high dynamics, that is at large strokes of the piston 4, large temporary deviations occur.
  • FIG. 5 shows the filter delay of a filtering by means of a moving average versus the rotational speed n.
  • a hysteresis filter is used for high dynamics as well as for low speeds.
  • the hysteresis filter shown there has the filtered displacement signal S (h) compared with the unfiltered displacement signal S, which does not lag behind during a modulation with a low frequency.
  • the path signal S (h) filtered by means of the hysteresis filter has no filter delay with respect to the unfiltered signal, even at high dynamics.
  • a disadvantage of the hysteresis filter of Figures 6 and 7 are its poor static resolution and an offset in the dynamic range.
  • FIG. 8 shows the path signal S in dynamic operation and the combined filtered path signal S (s), which compared to the filtered path signals S (m), S (h) of Figures 4 to 7 over the entire signal range allows better filtering of the path signal S.
  • FIG. 9 shows the filter device 11 of the position sensor 6a in a schematic block diagram with the upstream low-pass filter 12. The raw, high-frequency, oscillatory path signal S (r) is fed into the low-pass filter.
  • the path signal S which is fed in parallel into the filter elements 13, 14.
  • the filter element 13 corresponds to a filter with a moving average
  • the filter element 14 is designed as a hysteresis filter 15.
  • the path signals S (m) and S (h) calculated by the respective filter elements are combined in the decision module 16.
  • the two path signals S (m) and S (h) are compared with each other. With a high difference of the path signals S (m) and S (s), the path signal S (h) is weighted high, with a small difference, the path signal S (m) is weighted high. Below the idle speed of the internal combustion engine, only the path signal S (h) is used.
  • FIG. 10 shows a part of the filter device 11 of FIG. 9 with a decision module 16 designed in detail.
  • the two path signals S (m), S (h) of the filter elements 13, 14 are respectively supplied to the weighting region 17 and the mixing region 18.
  • the difference AS is formed at the summation point 19 and fed to the weighting block 20.
  • the weighting factor wGM is determined. Accordingly, the weighting factor wH is determined from the weighting factor wGM in the weighting block 21.
  • the path signals S (m) and S (h) are respectively multiplied by the weighting factors wGM, wH.
  • the weighted way Signals S (wm), S (wh) are combined in the summation point 24 and fed as filtered path signal S (s) to the controller.
  • the weighting factor wGM is set to zero.
  • the weighting factor wH is accordingly set to 1.
  • the filtered path signal S (s) therefore corresponds to the path signal S (h).
  • the weighting of the weighting factor wGM for the other situations is dependent on the difference AS.
  • FIG. 11 shows a diagram of the weighting of the decision module 16 of FIG. 10.
  • the weighting block 20 defines the hysteresis filter 15 as an active filter in the filter area a at lower rotational speeds n and high dynamics.
  • n the number of revolutions between the filter area a
  • the filter element 13 At speeds above the speed n (m) only the low-pass filter 12 ( Figure 9) is effective.
  • FIG. 12 shows an alternative embodiment of the arrangement 10a of FIG. 2.
  • the signal connection between the displacement sensor 6b and the control unit 8b is formed exclusively by the connection to the signal bus 9 such as CAN bus.
  • the interface to the signal bus 9 according to FIG. 1 at the displacement sensor 6 can be dispensed with. Since in automated transmissions, the engine speed so the speed of the friction clutch 1 changes only limited at not completely open friction clutch, this can be a limited Observation of the oscillations of the sensor signal against the filtered sensor signal can be estimated.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Filterung eines Wegsignals (S) eines Wegsensors einer Kupplungsbetätigungsvorrichtung einer Reibungskupplung in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs. Um bei einer insbesondere hydrostatisch ausgebildeten Kupplungsbetätigungsvorrichtung aufgrund von einer nicht linearen Anordnung entstehende Schwingungen zu eliminieren, wird das Wegsignal (S) mittels eines Tiefpassfilters (12) gefiltert, das Wegsignal (S) wird zusätzlich parallel in einem ersten Filterelement (13) mit gleitendem Mittelwert und in einem zweiten Filterelement (14) als Hysteresefilter (15) gefiltert, wobei beide gefilterten Wegsignale (S(m), S(h)) in einem Entscheidungsmodul (16) zur Minimierung von Abweichungen des gefilterten Wegsignals (S(s)) vom tatsächlichen Weg gewichtet werden.

Description

Verfahren zur Filterung eines Wegsignals eines Wegsensors einer Kupplungsbetätigungsvomchtung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Filterung eines Wegsignals eines Wegsensors einer Kupplungsbetätigungsvomchtung einer Reibungskupplung in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs.
Kupplungsbetätigungsvorrichtungen dienen der Betätigung von Reibungskupplungen in Antriebssträngen von Kraftfahrzeugen. Hierbei sind diese gehäusefest um die Getriebeeingangswelle eines Getriebes angeordnet und beaufschlagen mittels eines drehentkoppelnden Betätigungslagers eine Tellerfeder oder ein ähnliches Hebelsystem der Reibungskupplung entlang eines Wegs entlang der Drehachse der Reibungskupplung. Je nach Ausbildung der Reibungskupplung als auf- oder zugedrückte Reibungskupplung wird mit zunehmendem Weg die Reibungskupplung geöffnet oder geschlossen. Zur Überwachung des Wegs, der unter anderem ein Maß für das über die Reibungskupplung übertragene Kupplungsmoment ist, kann ein Wegsensor an der Kupplungsbetätigungsvomchtung vorgesehen sein. Beispielsweise ist bei hydrostatisch betätigter Reibungskupplung mit einem um die Getriebeeingangswelle angeordneten Nehmerzylinder ein derartiger Wegsensor mit dem Nehmerzylinderkolben gekoppelt. Bei infolge von Fehlertoleranzen nicht linear zueinander angeordneter Reibungskupplung und Kupplungsbetätigungsvomchtung treten an dem Betätigungslager und damit an dem Wegsensor von der Drehzahl der Reibungskupplung abhängige Oszillationen an dem Wegsensor auf, die zu schwingenden Wegsignalen des Wegsensors führen, so dass ein exakter Weg schwer erfassbar ist. Aufgabe der Erfindung ist, die Qualität des Wegsignals eines Wegsensors für eine Kupplungsbetätigungsvorrichtung einer Reibungskupplung zu verbessern.
Die Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Die von dem Anspruch 1 abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Ausführungsformen des Gegen- Stands des Anspruchs 1 wieder.
Das vorgeschlagene Verfahren dient der Filterung eines Wegsignals eines Wegsensors einer Kupplungsbetätigungsvorrichtung einer Reibungskupplung in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs. Die Kupplungsbetätigungsvorrichtung kann ein mechanischer Ausrücker oder in bevorzugter Weise ein konzentrisch um eine Getriebe- eingangswelle eines Getriebes angeordneter Kupplungsnehmerzylinder sein, der von einem Kupplungsgeberzylinder oder einer Druckversorgungseinrichtung mittels einer hydraulischen Strecke abhängig von einem zurückzulegenden Weg des Nehmerzylin- derkolbens mit Druck beaufschlagt wird. Das Wegsignal wird von einem an der Kupp- lungsbetätigungsvorrichtung aufgenommenen Wegsensor generiert. Der Wegsensor überträgt das Sensorsignal bedrahtet oder drahtlos auf das Steuergerät, welches das Sensorsignal zur Überwachung oder Steuerung der Reibungskupplung verwertet. Um Rauschen und Oszillationen des Wegsignals zu verbessern und insbesondere infolge einer nicht linearen Anordnung der Kupplungsbetätigungsvorrichtung gegenüber der Drehachse der Reibungskupplung zu filtern, sind spezielle Filtermaßnahmen vor- gesehen. Höherfrequente Schwingungen des Wegsignals werden beispielsweise mittels eines Tiefpassfilters gefiltert. Der Tiefpassfilter kann durch eine elektronische Beschattung des Wegsensors und/oder durch eine ein Tiefpassfilter bereitstellende Softwareroutine zur Bearbeitung des Wegsignals vorgesehen werden. Das auf diese Weise gegebenenfalls tief passgefilterte Wegsignal wird parallel in einem ersten Fil- terelement mit gleitendem Mittelwert und in einem zweiten Filterelement als Hyste- resefilter gefiltert. Hierbei werden beide von den Filterelementen jeweils auf unterschiedliche Weise gefilterten Wegsignale in einem Entscheidungsmodul zusammengeführt. Das Entscheidungsmodul wichtet, das heißt bewertet die beiden gefilterten Wegsignale und minimiert durch Wichtung die Abweichungen des gefilterten Wegsig- nals vom tatsächlichen Weg.
Beispielsweise wird von dem Entscheidungsmodul bei zunehmender Differenz der beiden gefilterten Wegsignale eine stärkere Wichtung des Wegsignals des zweiten Filterelements und bei abnehmender Differenz eine stärkere Wichtung des Wegsignals des ersten Filterelements vorgenommen. Beispielsweise kann bei einem im Wesentli- chen statischen Verhalten des Wegsignals von dem Entscheidungsmodul bevorzugt das erste Filterelement wirksam geschaltet werden. Bei einem dynamischen Verhalten des Wegsignals kann von dem Entscheidungsmodul das zweite Filterelement bevorzugt wirksam geschaltet werden.
Die Filterung des Wegsignals, also die Unterbringung der beiden Filterelemente und des Entscheidungsmoduls, kann in einer Vorortelektronik des Wegsensors vorgenommen und das gefilterte Wegsignal auf ein Steuergerät übertragen werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens kann eine Breite des gleitenden Mittelwerts abhängig von einer Eingangsdrehzahl der Reibungskupplung angewendet werden. Hierbei kann die Eingangsdrehzahl als Motordrehzahl einer die Reibungskupplung antreibenden Brennkraftmaschine über einen Signalbus, beispielsweise CAN auf die Vorortelektronik übertragen werden. Durch die Auswertung der Drehzahl kann die Frequenz der Oszillationen ermittelt werden, da bei jeder Umdrehung der Reibungskupplung durch die gegenüber der Drehachse schief stehende Kupplungsbetätigungsvorrichtung eine Schwingungsphase mit stärker und schwächer ausgelenktem Betätigungslager, Ausrücker beziehungsweise Nehmerzylinderkolben ausgebildet wird. Bei sich langsam ändernder Drehzahl kann alternativ die Drehzahl anhand eines Vergleichs des ungefilterten Wegsignals mit dem gefilterten Wegsignal ermittelt werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist in automatisierten Kupplungsanwen- düngen eine Kupplungsbetätigungsvorrichtung mit hydrostatischer Wegstrecke vorgesehen, welche einen konzentrisch zur Getriebeeingangswelle angeordneten Kupp- lungsnehmerzylinder (CSC, Concentric Slave Cylinder) enthält. Die genaue Kenntnis des Weges des Nehmerzylinderkolbens ist hierbei von essentieller Bedeutung für eine Abschätzung des übertragbaren Kupplungsmoments und somit für den Fahrkomfort wie auch für die Dauerhaltbarkeit.
Da innerhalb eines Kupplungsnehmerzylinders ein Wegsensor schwierig zu implementieren und somit auch kostspielig ist, werden in vorteilhafter Weise externe Wegsensoren am Kupplungsnehmerzylinder eingesetzt.
Das vorgeschlagene Verfahren befasst sich mit der Signalaufbereitung von Weg- sensoren eines Kupplungsnehmerzylinders, um deren Signalgüte zu verbessern. Um den Aufwand und die Kosten zu senken, kann ein einziger Wegsensor an dem Kupplungsnehmerzylinder vorgesehen sein. Zur Eliminierung eines hochfrequenten Rauschens kann beispielsweise ein Hardwarefilter an einer Vorortelektronik des Wegsensors vorgesehen sein.
Neben der ursprünglichen Funktion des Kupplungsnehmerzylinders, die Reibungskupplung zu betätigen, kann der Kolben des Kupplungsnehmerzylinders Zentrier- und Linearitätsfehler der Reibungskupplung aufnehmen und damit Momentenschwankungen, die ansonsten zu Rupfen oder Rasseln führen könnten, reduzieren.
Mittels des vorgeschlagenen Verfahrens werden fertigungs- und montagebedingte Zentrierfehler und nicht lineare Anordnungen zwischen der Drehachse der Reibungs- kupplung und der Achse der Kupplungsbetätigungsvorrichtung kompensiert. Diese Fehler wirken sich bei um die Drehachse rotierender Reibungskupplung über das drehentkoppelnde Betätigungslager - bei einer zugedrückten Reibungskupplung ein Einrücklager und bei einer aufgedrückten Reibungskupplung ein Ausrücklager - auf die raumfeste Kupplungsbetätigungsvorrichtung, beispielsweise den Kolben eines Kupplungsnehmerzylinders aus. Der Kolben gleicht dabei zur Vermeidung von Momentenfehlern aufgrund Schiefstellung zwischen Kupplungsnehmerzylinder und Reibungskupplung Spiel aus und verkippt dabei bei rotierender Reibungskupplung bei jeder Umdrehung dieser. Dieses Kippen wird an einem außerhalb des Kupplungsneh- merzylindergehäuses angeordneten Wegsensor zusätzlich verstärkt und führt immer zu einer Modulation des Weges in erster Ordnung der Drehzahl der Reibungskupplung beziehungsweise der Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine mit der an dieser befestigten Reibungskupplung. Es kann vorteilhaft sein, höhere Schwingungsordnungen zu vernachlässigen, da deren Amplituden deutlich geringer sind.
Die Modulation erster Ordnung wird mittels des vorgeschlagenen Verfahrens gefiltert, so dass in der aufgrund des erfassten Wegsignals erfolgenden Steuerung vermieden werden kann, dass die Steuerung durch die Modulation entstehende Wegsignaloszillationen versucht auszugleichen und gegebenenfalls selbst in Regelschwingungen gerät.
Das vorgeschlagene Verfahren dient hierzu der Filterung des Wegsignals des Wegsensors. Dabei ist in einer vorteilhaften Ausführungsform vorgesehen, dass ein Hardware-Tiefpassfilter auf das Wegsignal angewendet wird, danach auf das auf die Weise vorgefilterte Wegsignal parallel ein Filterelement mit gleitendem Mittelwert und ein Hysteresefilter angewendet wird. Hierbei werden die beiden parallel ermittelten Weg- Signale verglichen und entsprechend der Differenz gewichtet, wobei bei hoher Diffe- renz der Hysteresefilter stärker gewichtet wird und bei geringer Differenz das Filterelement mit gleitendem Mittelwert stärker gewichtet wird. Anschließend wird die Summe der beiden gewichteten Wegsignale an das Steuergerät zur Steuerung der Reibungskupplung oder dergleichen ausgegeben.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Kupplungsbetätigungsvorrichtung ist vorgesehen, dass das Verfahren als On-Chip-Signalaufbereitung direkt auf dem Chip des Wegsensors stattfindet.
Mit dem vorgeschlagenen Verfahren wird daher beispielsweise ein Wegsignal eines auf einem Kupplungsnehmerzylinder angeordneten Wegsensors auf die vorgeschla- gene Weise gefiltert, welches ohne Verlust an Dynamik hohen Anforderungen betreffend eine Signalrauschunterdrückung genügt.
Die Erfindung wird anhand der in den Figuren 1 bis 12 dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung einer Reibungskupplung mit einer Kupp- lungsbetätigungseinrichtung,
Figur 2 eine gegenüber der Figur 1 abgeänderte Anordnung einer Reibungskupplung mit an CAN angebundenem Wegsensor in schematischer Darstellung,
Figur 3 eine Darstellung eines statischen Verlaufs einer Modulation und der zu- gehörigen Filterung mittels eines gleitenden Mittelwerts,
Figur 4 eine Darstellung eines dynamischen Verlaufs einer Modulation und der zugehörigen Filterung mittels eines gleitenden Mittelwerts, Figur 5 eine Darstellung einer Filterverzögerung über die Motordrehzahl einer gleitenden Mittelwertbildung, Figur 6 eine Darstellung eines Verlaufs einer Modulation und dem dazugehörigen Hysteresefilter,
Figur 7 eine Darstellung eines dynamischen Verlaufs einer Modulation und dem dazugehörigen Hysteresefilter,
Figur 8 eine Darstellung einer dynamischen Modulation und der dazugehörigen
Filterung aus einer Kombination einer dynamischen Mittelwertbildung und einer Hysteresefilterung,
Figur 9 eine schematische Darstellung einer Filtereinrichtung aus einer Kombination aus Tiefpassfilter, gleitender Mittelwertbildung und Hysteresefilter, Figur 10 das Entscheidungsmodul der Figur 9 in schematischer Blockdarstellung,
Figur 1 1 ein Anwendungsschema für die einzelnen Filtermethoden über die Drehzahl
und
Figur 12 eine gegenüber den Figuren 1 und 2 abgeänderte Anordnung einer
Reibungskupplung mit ausschließlich an CAN angebundenem Wegsensor in schematischer Darstellung.
Die Figur 1 zeigt die Anordnung 10 mit der um die Drehachse d angeordneten Reibungskupplung 1 mit der Kupplungsbetätigungsvorrichtung 2 in schematischer Dar- Stellung. Die Kupplungsbetätigungsvorrichtung 2 ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel als Kupplungsnehmerzylinder 3 mit dem Kolben 4 ausgebildet. Der Kolben 4 beaufschlagt die Tellerfeder 5 zur Betätigung der Reibungskupplung 1 entlang eines Axialwegs entlang der Drehachse d. Der Axialweg wird von dem Wegsensor 6 erfasst. Das Wegsignal wird über die Leitung 7 auf das mit dem Signalbus 9 wie CAN- Bus verbundene Steuergerät 8 zur Steuerung der Reibungskupplung 1 übertragen. Aufgrund einer fertigungs- oder montagebedingten Schiefstellung der Tellerfeder 5 führt dies zu einer Verkippung des Kolbens 4. Durch die Anordnung des Wegsensors 6 außerhalb des Kolbens 4 wird die Verkippung des Kolbens 4 im Wegsignal zusätzlich verstärkt.
Da die Reibungskupplung 1 mit einer vorgegebenen Drehzahl n, beispielsweise der Motordrehzahl einer Brennkraftmaschine um die Drehachse d rotiert und der Kupp- lungsnehmerzylinder 3 raumfest angebracht ist, ändert sich die Verkippung periodisch mit einer Frequenz von F = n. Hieraus ergibt sich für eine vorgegebene Drehzahl n[rpm] eine Frequenz F[Hz] = n[rpm]/60. Diese Frequenz ergibt sich als erste Schwin- gungsordnung .Durch ganzzahlige Teilungen der Verkippung der Reibungskupplung können auch höhere Schwingungsordnungen auftreten, jedoch sind diese im Allgemeinen deutlich kleiner als die erste Ordnung.
Die Wegposition WP ergibt sich in Gleichung (1 ) daraus wie folgt:
WP = WK + A*SIN(2*TT*F*t + wO) + R(t, n, ... ) (1 ) mit WK: Wegposition des Kolbens 4
A: Amplitude der überlagerten Verkippung
F: Frequenz der ersten Motorordnung
wO: eine initiale Orientierung
R(t, n, ... ): eine Funktion eines höherfrequenten Rauschens
Das hochfrequente Signalrauschen wird bevorzugt mittels eines Tiefpassfilters, der bevorzugt auf einer On-Board-Elektronik wie Vorortelektronik des Wegsensors 6 angeordnet ist, gefiltert.
Die erste Motorordnung kann gemäß Gleichung (2) prinzipiell über einen gleitenden Mittelwert der Breite T = 1/F = 60 / Drehzahl n [rpm] (2) vollständig gemäß Gleichung (3) eliminiert werden:
Sensor Filt (t)
Figure imgf000011_0001
(3)
mit N = T/D, wobei D die zeitliche Diskretisierung darstellt, mit der Zeit t, dem Zeitpunkt tj am Anfang einer Breite D und dem Zeitpunkt t, am Ende einer Breite D. Ganzzahlige höhere Ordnungen in der Drehzahl n können entsprechend vollständig eliminiert werden. Die zeitliche Diskretisierung D kann so angepasst werden, dass die Abschneidefrequenz von *D mit einem gegebenenfalls vorhandenen Tiefpassfilter ab- gestimmt ist, so dass keine Aliasing Effekte auftreten.
Um die Breite D des gleitenden Mittelwertes zu berechnen, ist die Drehzahl n notwendig. Wie in Figur 2 gezeigt kann die Anordnung 10a hierzu im Unterschied zur Anordnung 10 der Figur 1 der Wegsensor 6a direkt mit dem Signalbus 9 verbunden sein. Aus dem Signalbus 9 kann beispielsweise die mit der Drehzahl n der Reibungskupp- lung 1 a identische Motordrehzahl erfasst werden.
Die Figur 3 zeigt den stationären Fall einer Modulation des Wegsignals S mit einer Amplitude A über die Zeit t. Durch Anwendung einer gleitenden Mittelwertbildung mit der Breite D entsteht das gefilterte Wegsignal S(m). Aufgrund der Mittelwertbildung entsteht ein Zeitversatz des Wegsignals S(m), welches jedoch im stationären Betrieb nicht relevant ist.
Die Filterung mittels des gleitenden Mittelwerts ist nicht auf statische Situationen begrenzt, sondern gilt auch während dynamischem Verfahren der Kupplungsbetäti- gungsvorrichtung 2 (Figur 1 ), das heißt, beim Öffnen und Schließen der Reibungskupplung 1 , 1 a (Figuren 1 und 2). Die Figur 4 zeigt das Wegsignal S während einer Verlagerung des Kolbens 4 (Figur 1 ), also den dynamischen Fall des Wegsignals S. Das daraus resultierende, mittels einer gern ittelten Mittelwertbildung resultierende gefilterte Wegsignal S(m) weist eine feste Verzögerung von T/2 auf, welche bei kleinen Drehzahlen n und damit großer Breite D zu groß werden kann. Desweiteren können bei hoher Dynamik, das heißt bei großen Hüben des Kolbens 4, große temporäre Abweichungen auftreten.
Die Figur 5 zeigt die Filterverzögerung einer Filterung mittels gleitendem Mittelwert gegen die Drehzahl n. Beispielsweise kann in üblichen Anwendungssituationen ein Filterverzug von kleiner 0,015 s bis 0,02 s und damit in einem gewöhnlichen Betriebs- bereich der Reibungskupplung 1 bei Drehzahlen bis zu ca. 1500 rpm ein Filterelement mit gleitendem Mittelwert impraktikabel sein. Sowohl für eine hohe Dynamik wie auch für kleine Drehzahlen wird deshalb ein Hysteresefilter verwendet.
Wie aus der Figur 6 hervorgeht, weist der dort dargestellte Hysteresefilter gegenüber dem ungefilterten Wegsignal S das gefilterte Wegsignal S(h) auf, welches bei einer Modulation mit geringer Frequenz nicht hinterhereilt. Wie aus Figur 7 hervorgeht, weist das mittels Hysteresefilter gefilterte Wegsignal S(h) gegenüber dem ungefilterten Signal auch bei hoher Dynamik keinen Filterverzug auf. Nachteilig an dem Hysteresefilter der Figuren 6 und 7 sind dessen schlechte statische Auflösung und ein Offset im dynamischen Bereich.
Für moderate Drehzahlen und nicht dynamische Verfahrgeschwindigkeiten des Kolbens entlang der Drehachse der Reibungskupplung ist die Filterverzögerung des gleitenden Mittelwerts akzeptabel. Für sehr hohe Dynamik ist der Hysteresefilter besser geeignet. Es werden daher beide Filterelemente so gewichtet, dass sie jeweils in ihrem vorteilhaften Arbeitsbereich zumindest vorwiegend aktiv sind. Die Figur 8 zeigt das Wegsignal S im dynamischen Betrieb sowie das kombinierte gefilterte Wegsignal S(s), das gegenüber den gefilterten Wegsignalen S(m), S(h) der Figuren 4 bis 7 über den gesamten Signalbereich eine bessere Filterung des Wegsignals S ermöglicht. Die Figur 9 zeigt die Filtereinrichtung 1 1 des Wegsensors 6a in schematischer Blockdarstellung mit dem vorgeschalteten Tiefpassfilter 12. In den Tiefpassfilter wird das rohe, hochfrequent schwingungsbehaftete Wegsignal S(r) eingespeist. Aus dem Tiefpassfilter resultiert das Wegsignal S, welches parallel in die Filterelemente 13, 14 eingespeist wird. Das Filterelement 13 entspricht einem Filter mit gleitendem Mittelwert, das Filterelement 14 ist als Hysteresefilter 15 ausgelegt. Die von den jeweiligen Filterelementen berechneten Wegsignale S(m) und S(h) werden in dem Entscheidungs- modul 16 zusammengeführt. In dem Entscheidungsmodul 16 werden die beiden Wegsignale S(m) und S(h) miteinander verglichen. Bei hoher Differenz der Wegsignale S(m) und S(s) wird das Wegsignal S(h) hoch gewichtet, bei kleiner Differenz wird das Wegsignal S(m) hoch gewichtet. Unterhalb der Leerlaufdrehzahl der Brennkraftmaschine wird lediglich das Wegsignal S(h) benutzt. Abhängig von der Wichtung der Wegsignale S(m), S(h) wird das Wegsignal S(s) an das Steuergerät ausgegeben. Die Figur 10 zeigt einen Teil der Filtereinrichtung 1 1 der Figur 9 mit detailliert ausgebildetem Entscheidungsmodul 16. Die beiden Wegsignale S(m), S(h) der Filterelemente 13, 14 werden jeweils dem Wichtungsbereich 17 und dem Mischbereich 18 zugeführt. Im Wichtungsbereich 17 wird an dem Summationspunkt 19 die Differenz AS gebildet und dem Wichtungsblock 20 zugeführt. Im Wichtungsblock 20 wird der Wichtungsfaktor wGM bestimmt. Entsprechend wird aus dem Wichtungsfaktor wGM im Wichtungsblock 21 der Wichtungsfaktor wH bestimmt.
In den Verstärkern 22, 23 des Mischbereichs 18 werden die Wegsignale S(m) und S(h) jeweils mit den Wichtungsfaktoren wGM, wH multipliziert. Die gewichteten Weg- Signale S(wm), S(wh) werden in dem Summationspunkt 24 zusammengeführt und als gefiltertes Wegsignal S(s) dem Steuergerät zugeführt.
Wenn im Wichtungsblock 20 die erfasste Drehzahl n der Reibungskupplung kleiner als die Leerlaufdrehzahl idle der Brennkraftmaschine ist, wird der Wichtungsfaktor wGM zu Null gesetzt. In Wichtungsblock 21 wird dementsprechend der Wichtungsfaktor wH zu 1 gesetzt. Das gefilterte Wegsignal S(s) entspricht daher dem Wegsignal S(h). Abhängig von der Wichtungstabelle 25 erfolgt die Wichtung des Wichtungsfaktors wGM für die anderen Situationen abhängig von der Differenz AS.
Die Figur 1 1 zeigt ein Diagramm der Wichtung des Entscheidungsmoduls 16 der Figur 10. Der Wichtungsblock 20 legt in dem Filterbereich a bei kleineren Drehzahlen n und hoher Dynamik das Hysteresefilter 15 als aktives Filter fest. Bei geringerer Dynamik und in einem mittleren Drehzahlbereich zwischen der Leerlaufdrehzahl idle und einer vorgegebenen Drehzahl n(m), beispielsweise bei dem Verhältnis 30/D (D=Breite eines gleitenden Mittelwerts) ist in dem Filterbereich b das Filterelement 13 mit dem gleiten- den Mittelwert aktiv. Bei Drehzahlen oberhalb der Drehzahl n(m) ist ausschließlich das Tiefpassfilter 12 (Figur 9) wirksam.
Die Figur 12 zeigt eine alternative Ausbildung der Anordnung 10a der Figur 2. Im Unterschied zu dieser ist in der Anordnung 10b die Signalverbindung zwischen dem Wegsensor 6b und dem Steuergerät 8b ausschließlich durch die Verbindung mit dem Signalbus 9 wie CAN-Bus ausgebildet.
In einer alternativen Ausprägung kann auf die Schnittstelle zum Signalbus 9 entsprechend Figur 1 am Wegsensor 6 verzichtet werden. Da in automatisierten Schaltgetrieben sich die Motordrehzahl also die Drehzahl der Reibungskupplung 1 bei nicht komplett geöffneter Reibungskupplung nur begrenzt schnell ändert, kann diese über eine Beobachtung der Oszillationen des Sensorsignals gegenüber dem gefilterten Sensorsignal abgeschätzt werden.
Bezuqszeichenliste
Reibungskupplung
a Reibungskupplung
Kupplungsbetätigungsvornchtung
Kupplungsnehmerzylinder
Kolben
Tellerfeder
Wegsensor
a Wegsensor
b Wegsensor
Leitung
Steuergerät
b Steuergerät
Signalbus
0 Anordnung
0a Anordnung
0b Anordnung
1 Filtereinrichtung
2 Tiefpassfilter
3 Filterelement
4 Filterelement
5 Hysteresefilter
6 Entscheidungsmodul
7 Wichtungsbereich
8 Mischbereich
9 Summationspunkt
0 Wichtungsblock
1 Wichtungsblock
2 Verstärker
3 Verstärker
4 Summationspunkt
5 Wichtungstabelle A Amplitude a Filterbereich
b Filterbereich
c Filterbereich
d Drehachse
D Breite
idle Leerlaufdrehzahl n Drehzahl
n(m) Drehzahl
S Wegsignal
S(h) gefiltertes Wegsignal
S(m) gefiltertes Wegsignal
S(r) Wegsignal, ungefiltert
S(s) gefiltertes Wegsignal
S(wh) gewichtetes Wegsignal
S(wm) gewichtetes Wegsignal t Zeit
wGM Wichtungsfaktor wH Wichtungsfaktor
AS Differenz

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zur Filterung eines Wegsignals (S) eines Wegsensors (6, 6a, 6b) einer Kupplungsbetätigungsvorrichtung (2) einer Reibungskupplung (1 , 1 a) in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, dadurch gekennzeichnet, dass das Wegsignal (S) mittels eines Tiefpassfilters (12) gefiltert wird, das Wegsignal (S) parallel in einem ersten Filterelement (13) mit gleitendem Mittelwert und in einem zweiten Filterelement (14) als Hysteresefilter (15) gefiltert werden, wobei beide gefilterten Wegsignale (S(m), S(h)) in einem Entscheidungsmodul (16) zur Minimierung von Abweichungen des gefilterten Wegsignals (S(s)) vom tatsächlichen Weg gewichtet werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass bei zunehmender Differenz (AS) der beiden gefilterten Wegsignale (S(m), S(h)) eine stärkere Wichtung des Wegsignals (S(h)) des zweiten Filterelements (14) und bei abnehmender Differenz (AS) eine stärkere Wichtung des Wegsignals (S(m)) des ersten Filterelements (13) vorgenommen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Drehzahl der Reibungskupplung (1 , 1 a) kleiner als einer Leerlaufdrehzahl (idle) einer Brennkraftmaschine mit dieser ausschließlich das zweite Filterelement (14) aktiv betrieben wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Filterung des Wegsignals (S) in einer Vorortelektronik des Wegsensors (6, 6a, 6b) vorgenommen wird und das gefilterte Wegsignal (S(s)) auf ein Steuergerät (8, 8b) übertragen wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Breite (D) des gleitenden Mittelwerts abhängig von einer Drehzahl (n) der Reibungskupplung (1 , 1 a) angewendet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahl als Motordrehzahl einer die Reibungskupplung (1 , 1 a) antreibenden Brennkraftmaschine über einen Signalbus (9) auf die Vorortelektronik übertragen wird.
7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahl (n) anhand eines Vergleichs des ungefilterten Wegsignals (S) mit dem gefilterten Wegsignal (S(s)) ermittelt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem im Wesentlichen statischen Verhalten des Wegsignals (S) von dem
Entscheidungsmodul (16) das erste Filterelement (13) wirksam geschaltet wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem dynamischen Verhalten des Wegsignals (S) von dem Entscheidungsmodul (16) das zweite Filterelement (14) wirksam geschaltet wird.
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