СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФИЛЬТРАЦИИ СИГНАЛА Российский патент 2005 года по МПК F02D11/10 

Настоящее изобретение относится к способу и устройству для фильтрации сигнала.

Способ и устройство для фильтрации сигнала известны, например, из заявки DE 19537787. Известное устройство имеет фильтр, предназначенный для формирования выходной величины в зависимости от его входной величины, при этом такой фильтр обладает вносящим задержку воздействием. В частности, величина, характеризующая задаваемое водителем количество подаваемого в двигатель топлива, фильтруется задающим формирователем. При этом фильтрация осуществляется таким образом, чтобы, например, величина, характеризующая задаваемое водителем количество подаваемого в двигатель топлива (т.е. характеризующая положение педали акселератора величина), при быстром ее изменении оказывала без ее демпфирования воздействие на систему дозирования топлива, что тем самым позволяет предотвратить возникновение продольных колебаний транспортного средства. Недостаток такого способа фильтрации, предназначенной для демпфирования управляющих воздействий в системах управления, состоит в том, что при линейно нарастающем изменении входной величины возникают обусловленные запаздыванием ошибки. Иными словами, выходная величина изменяется в соответствии с изменением входной величины лишь с некоторой задержкой. Подобная задержка применительно, например, к двигателю внутреннего сгорания (ДВС) проявляется в том, что двигатель развивает пониженный крутящий момент, который не соответствует текущим условиям.

Этот недостаток устранен в предлагаемом устройстве для фильтрации сигнала. Как и вышеупомянутый ближайший аналог изобретения, предлагаемое устройство имеет первый фильтр, предназначенный для формирования выходной величины в зависимости от его входной величины, при этом такой первый фильтр обладает вносящим задержку воздействием. В соответствии с изобретением предлагается корректировать входную величину первого фильтра на поправочное значение, получаемое исходя из входной величины первого фильтра путем фильтрации с помощью второго фильтра.

Преимущество предлагаемого в изобретении подхода состоит в возможности компенсировать соответствующие обусловленные запаздыванием ошибки без необходимости учитывать ограничения, накладываемые на оказываемое фильтром воздействие, прежде всего при скачкообразном изменении входной величины.

В частных вариантах выполнения предлагаемого устройства второй фильтр обладает по меньшей мере дифференцирующей характеристикой. Кроме того, в устройстве может быть предусмотрена возможность умножения выходной величины второго фильтра на весовой коэффициент, который может зависеть от передаточной функции первого фильтра. Также может быть предусмотрена возможность ограничения выходной величины второго фильтра или поправочного значения. Дополнительно может быть предусмотрена возможность корректировки выходной величины первого фильтра на умноженную на весовой коэффициент входную величину этого же первого фильтра.

Объектом изобретения является также способ фильтрации сигнала с использованием первого фильтра, предназначенного для формирования выходной величины в зависимости от его входной величины, при этом такой первый фильтр обладает вносящим задержку воздействием. В предлагаемом способе входную величину первого фильтра корректируют на поправочное значение, получаемое исходя из входной величины первого фильтра путем фильтрации с помощью второго фильтра.

Ниже изобретение более подробно рассмотрено на примере некоторых вариантов его осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показано:

на фиг.1 - принципиальная схема системы дозирования топлива и

на фиг.2 - блок-схема, иллюстрирующая предлагаемый в изобретении способ.

Ниже предлагаемое в изобретении решение рассмотрено на примере пропорционального расходу топлива сигнала применительно к дизельному двигателю внутреннего сгорания (ДВС). Однако настоящее изобретение не ограничено только этой областью его применения. Предлагаемое в изобретение решение может использоваться и применительно к иным сигналам, прежде всего сигналам, используемым для управления ДВС. Предлагаемый в изобретении способ предназначен для обработки прежде всего сигналов, влияющих на развиваемый двигателем крутящий момент или характеризующих этот крутящий момент. В качестве примера подобных сигналов можно назвать пропорциональный расходу топлива сигнал, управляющие сигналы, подаваемые на воздействующие на развиваемую двигателем мощность регуляторы, пропорциональный заданному расходу сигнал, выходной сигнал датчика положения педали акселератора или пропорциональный частоте вращения сигнал.

На фиг.1 показана принципиальная схема системы дозирования топлива, которой оснащен ДВС. Позицией 10 на этой схеме обозначен датчик положения педали акселератора, а позицией 11 обозначен датчик частоты вращения. Эти датчик 10 положения педали акселератора и датчик 11 частоты вращения соединены с задатчиком 12. Выходной сигнал MEW этого задатчика, соответствующий задаваемому водителем количеству топлива, поступает в управляющий или задающий формирователь 13. Пропорциональный частоте вращения сигнал N, выдаваемый датчиком 11 частоты вращения, поступает в регулятор 14 возмущающего воздействия. Выходной сигнал MEF задающего формирователя 13 и выходной сигнал MES регулятора 14 возмущающего воздействия объединяются в точке сложения с образованием пропорционального расходу сигнала МЕА, подаваемого на исполнительное устройство 15. В зависимости от этого сигнала МЕА в не показанный на чертеже ДВС дозируется соответствующее количество топлива.

Задатчиком 12 исходя из положения педали акселератора и частоты вращения определяется то задаваемое водителем количество топлива MEW, которое необходимо подать в двигатель для развития последним мощности, соответствующей задаваемому водителем режиму движения автомобиля. В системах без функции по предотвращению рывков при движении автомобиля этот сигнал MEW подается непосредственно на исполнительное устройство 15. Исполнительное устройство 15 преобразует этот сигнал в управляющий сигнал, подаваемый на соответствующие исполнительные или регулирующие элементы. Так, например, в случае рядных топливных насосов высокого давления (ТНВД) контуром позиционного регулирования регулируется положение рейки ТНВД для установки этого положения на соответствующее значение. В системах с регулированием времени выдержки исполнительным устройством 15 выдается управляющий сигнал на определяющий количество впрыскиваемого топлива электромагнитный клапан или на пьезоэлектрический привод.

С целью обеспечить возможность компенсации возникающих при движении автомобиля рывков характеризующий задаваемое водителем управляющее воздействие сигнал MEW подвергается фильтрации задающим формирователем 13. При этом задающий формирователь 13 обладает по меньшей мере вносящим определенную задержку воздействием. Так, например, задающий формирователь может быть выполнен в виде фильтра с пропорциональным воздействием с запаздыванием 1-го порядка. Наиболее предпочтительно использовать в качестве задающего формирователя фильтры, в состав которых дополнительно входят и иные компоненты.

Помимо этого пропорциональный частоте вращения сигнал N подается в регулятор 14 возмущающего воздействия. Новый принцип работы такого устройства описан в заявке DE 19537787.

При наличии у фильтра, образующего задающий формирователь 13, по меньшей мере вносящего определенную задержку воздействия, например при наличии у него звена задержки 1-го порядка, при определенных изменениях входной величины фильтра 13 возникает обусловленная запаздыванием ошибка. Иными словами, выходная величина изменяется в соответствии с изменением входной величины лишь с некоторой задержкой.

Согласно изобретению подобная обусловленная запаздыванием ошибка компенсируется за счет подачи на вход фильтра поправочного значения, формируемого исходя из входной величины. С этой целью предпочтительно вычислять производную входной величины по времени, т.е. дифференцировать эту входную величину с последующим присвоением весового коэффициента, который предпочтительно представляет собой некоторое задаваемое значение. Подобный весовой коэффициент предпочтительно задавать в зависимости от передаточной характеристики фильтра, выходная величина которого подвергается корректировке. При этом производную входной величины по времени ограничивают с целью сохранить оказываемое фильтром воздействие при быстром изменении входной величины несмотря на меры, направленные на корректировку обусловленных запаздыванием ошибок.

На фиг.2 более подробно показана структура задающего формирователя с подобной функцией коррекции. При этом описанные выше со ссылкой на фиг.1 элементы обозначены теми же позициями, что и на фиг.2.

Собственно фильтр задающего формирователя обозначен как первый фильтр 100. Входная величина MEW задающего формирователя 13 поступает, во-первых, с положительным знаком в комбинационный элемент 125 и, во-вторых, во второй фильтр 110. Выходной сигнал комбинационного элемента 125 подается в первый фильтр 100.

Выходной сигнал второго фильтра 110 через ограничитель 112 поступает во второй комбинационный элемент 115. Выходной сигнал комбинационного элемента 115 подается предпочтительно с положительным знаком в первый комбинационный элемент 125. На второй вход второго комбинационного элемента 115 подается выходной сигнал блока 120 задания весовых коэффициентов. Выходной сигнал первого фильтра 100 соответствует выходной величине MEF.

Согласно одному из вариантов ограничитель 112 можно также предусмотреть после комбинационного элемента 115. В этом случае ограничитель 112 будет ограничивать поправочное значение, на которое в комбинационном элементе 125 корректируется входная величина первого фильтра 100.

Наиболее предпочтительный вариант выполнения предлагаемого в изобретении устройства обозначен на фиг.2 штрихпунктирной линией. В соответствии с этим вариантом входная величина дополнительно подается через усилитель 140 в комбинационный элемент 130, на второй вход которого поступает выходная величина первого фильтра 100. Обе эти величины после их логического объединения образуют выходную величину MEF.

Второй фильтр 110 предпочтительно выполнен в виде дифференциатора. Этот второй фильтр 110 по меньшей мере имеет дифференцирующее звено. Второй фильтр можно также выполнить, например, в виде ПД-звена или дифференцирующего звена с запаздыванием. Выходная величина второго фильтра 110 ограничивается ограничителем 112 взятыми по модулю максимально допустимыми значениями с целью обеспечить эффективную работу фильтра даже при быстром, прежде всего скачкообразном, изменении входной величины MEW.

Параметры ограничителя 112 подобраны с таким расчетом, чтобы при медленном изменении входной величины функция ограничения не оказывала никакого воздействия на выдаваемую фильтром 110 величину, используемую для коррекции входной величины первого фильтра 100. При медленном изменении входной величины второй фильтр 110 оказывает сравнительно большое воздействие на подвергнутую фильтрации величину. Тем самым согласно изобретению удается избежать появления обусловленной запаздыванием ошибки. При скачкообразном же, т.е. быстром изменении входной величины функция ограничения активизируется, и поэтому второй фильтр 110 оказывает соответственно лишь незначительное корректирующее воздействие на входную величину первого фильтра. При быстром изменении входной величины второй фильтр 110 оказывает на подвергнутую фильтрации величину сравнительно небольшое воздействие. В этом случае первый фильтр 100 оказывает на подвергнутую фильтрации величину значительное воздействие.

В комбинационном элементе 115 выходной сигнал второго фильтра 110 умножается на весовой коэффициент, формируемый блоком 120 задания весовых коэффициентов. Этот весовой коэффициент задается прежде всего в зависимости от передаточной характеристики первого фильтра 100.

Согласно предпочтительному варианту передаточную функцию первого фильтра 100 можно описать следующим выражением:

K/(T·s+1),

где величина Т обычно обозначает постоянную времени задержки, а величина К обозначает коэффициент пропорционального (линейного) усиления.

Коэффициент, формируемый блоком 120 задания весовых коэффициентов, предпочтительно соответствует постоянной Т времени. Это означает, что ограниченный ограничителем 112 выходной сигнал второго фильтра 110 умножается на коэффициент, выдаваемый блоком 120 задания весовых коэффициентов, т.е. на постоянную времени задержки Т первого фильтра 100.

Согласно второму наиболее предпочтительному варианту усилитель 140 имеет некоторый коэффициент усиления V. В этом случае коэффициент пропорционального усиления К первого фильтра принимает значение K=1-V.

В соответствии с изобретением входная величина MEW первого фильтра 100 корректируется в зависимости от самой этой входной величины MEW первого фильтра 100. Это означает, что величина поправки, на которую корректируется входная величина MEW первого фильтра, определяется на основании самой этой входной величины. В наиболее простом варианте с этой целью вычисляется производная этой входной величины по времени, соответственно эта входная величина дифференцируется и затем умножается на соответствующий весовой коэффициент. При этом такой весовой коэффициент в значительной степени зависит от передаточной характеристики первого фильтра. Предпочтительно, чтобы этот весовой коэффициент соответствовал постоянной времени задержки Т первого фильтра.

Наиболее предпочтительно далее корректировать только часть сигнала. С этой целью коэффициент пропорционального усиления К первого фильтра задается меньшим 1, а к выходному сигналу первого фильтра добавляется соответствующим образом усиленный входной сигнал.

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к способу и устройству для фильтрации сигнала в системах управления двигателем внутреннего сгорания. Изобретение позволяет компенсировать соответствующие обусловленные запаздыванием ошибки без необходимости учитывать ограничения, накладываемые на оказываемое фильтром воздействие, прежде всего при скачкообразном изменении входной величины сигнала. В способе фильтрации сигнала использован первый фильтр, предназначенный для формирования выходной величины в зависимости от его входной величины. Первый фильтр обладает вносящим задержку воздействием. Входную величину первого фильтра корректируют на поправочное значение, получаемое исходя из входной величины первого фильтра путем фильтрации с помощью второго фильтра. Устройство фильтрации сигнала имеет первый фильтр, предназначенный для формирования выходной величины в зависимости от его входной величины. Первый фильтр обладает вносящим задержку воздействием. Входная величина первого фильтра корректируется на поправочное значение, получаемое исходя из входной величины первого фильтра путем фильтрации с помощью второго фильтра. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство фильтрации сигнала, имеющее первый фильтр, предназначенный для формирования выходной величины в зависимости от его входной величины, при этом такой первый фильтр обладает вносящим задержку воздействием, отличающееся тем, что входная величина первого фильтра корректируется на поправочное значение, получаемое, исходя из входной величины первого фильтра, путем фильтрации с помощью второго фильтра.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что второй фильтр обладает по меньшей мере дифференцирующей характеристикой.3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что предусмотрена возможность умножения выходной величины второго фильтра на весовой коэффициент.4. Устройство по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что предусмотрена возможность ограничения выходной величины второго фильтра или поправочного значения.5. Устройство по п.3, отличающееся тем, что указанный весовой коэффициент зависит от передаточной функции первого фильтра.6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что дополнительно предусмотрена возможность корректировки выходной величины первого фильтра на умноженную на весовой коэффициент входную величину этого же первого фильтра.7. Способ фильтрации сигнала с использованием первого фильтра, предназначенного для формирования выходной величины в зависимости от его входной величины, при этом такой первый фильтр обладает вносящим задержку воздействием, отличающийся тем, что входную величину первого фильтра корректируют на поправочное значение, получаемое, исходя из входной величины первого фильтра, путем фильтрации с помощью второго фильтра.