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DE102006028907A1 - Verfahren zur Kompensation von Zeitverzögerungen bei der Steuerung bzw. Regelung von Schwingungen - Google Patents

Verfahren zur Kompensation von Zeitverzögerungen bei der Steuerung bzw. Regelung von Schwingungen Download PDF

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DE102006028907A1
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torq
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DE102006028907A
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English (en)
Inventor
Michael Bloomfield Township Schneider
Dale Livonia Crombez
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Ford Global Technologies LLC
Original Assignee
Ford Global Technologies LLC
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Publication date
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Abstract

Es werden ein System (20) und ein Verfahren zur Kompensation einer Zeitverzögerung zwischen einem erfassten Schwingungssignal (24) und einem Schwingungseingangsregelsignal TC¶in¶ (28) beschrieben. Zu Beginn wird ein Schwingungssignal (24) und/oder eine Notwendigkeit zu einer Zeitverzögerungskompensation ermittelt. TC¶in¶ (28) wird einem Algorithmus unterworfen, um ein Aktuatorausgangssignal TC¶out¶ (32) zu erhalten. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform erhält, wenn TC¶in¶ (28) einen Extremwert erreicht hat und damit begonnen wurde, TC¶in¶ (28) von dem Extremwert um einen Betrag Delta zurückzuführen, der Aktuatorausgang TC¶out¶ (32) den Befehl, unmittelbar einen Mittelwert der Schwingung anzunehmen. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform erhält, wenn das Regelsignal TC¶in¶ (28) einen Extremwert erreicht hat und damit begonmnen wurde, TC¶in¶ (28) von dem Extremwert um einen Betrag Delta zurückzuführen, der Aktuatorausgang TC¶out¶ (32) den Befehl, unmittelbar einen anderen Wert mit einem Offset anzunehmen, der groß genug ist, um dafür zu sorgen, dass sich TC¶out¶ (32) über den Mittelwert der Schwingung hinaus hin zu einem entgegengesetzten Extremwert bewegt.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein die Technik von Schwingungsregelungen bzw. Schwingungssteuerungen und bezieht sich insbesondere auf Schwingungsregel- bzw. Schwingungssteuerstrecken bzw. -systeme und Verfahren zur Kompensation von Zeitverzögerungen und zur Dämpfung unerwünschter Schwingungssignale in Regel- bzw. Steuerstrecken.
  • Bei Verwendung des Drehmoments eines Elektromotors zur Dämpfung mechanischer Schwingungen ist für ein Herbeiführen einer effektiven Dämpfung die Phasenbeziehung zwischen der Regelaktion eines Aktuators, dem Motordrehmoment und der mechanischen Auslenkung bzw. dem zu dämpfenden unerwünschten Schwingungssignal von Bedeutung.
  • In Kraftfahrzeugen und anderen Fahrzeugen, die mittels Elektromotoren angetrieben werden oder Fahrzeugen, die über hybride Antriebsanordnungen mit einem Verbrennungsmotor und einem Elektromotor verfügen und die typischerweise als Hybridfahrzeuge (Hybrid Electric Vehicles (HEVs)) bezeichnet werden, finden häufig Motorregel- und aktive Motordämpfungsstrategien Anwendung.
  • Hybridfahrzeuganordnungen können Anordnungen von Serienhybridfahrzeugen (series hybrid vehicles (SHEV)) umfassen, bei denen ein Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor (besonders typisch eine Brennkraftmaschine) ausgestattet ist, der an einen als Generator bezeichneten Elektromotor angeschlossen ist. Der Generator stellt seinerseits Elektrizität an eine Batterie und einen weiteren Elektromotor, der als Fahrzeugantriebsmotor (traction motor) bezeichnet wird, zur Verfügung. In einem Serienhybridfahrzeug ist der Fahrzeugantriebsmotor die einzige Quelle für das Raddrehmoment. Es besteht keine mechanische Verbindung zwischen dem Verbrennungsmotor und den Antriebsrädern. Bei einem Parallelhybridfahrzeug (parallel hybrid electrical vehicle (PHEV)) verfügt die Antriebsanordnung über einen Verbrennungsmotor (in aller Regel eine Brennkraftmaschine) und einen Elektromotor, welche in unterschiedlichem Maße zusammenwirken, um das für den Antrieb des Fahrzeugs erforderliche Raddrehmoment zur Verfügung zu stellen. Außerdem kann bei der Parallelhybridfahrzeugantriebsanordnung der Elektromotor als Generator verwendet werden, um die Batterie mittels der von der Brennkraftmaschine erzeugten Energie aufzuladen.
  • In einem Antriebsstrang, der über einen Antriebsmotor, wie z.B. einen Traktionsmotor in einem Hybridfahrzeug, verfügt, übt beispielsweise der Antriebsmotor während normaler Antriebs- und Bremsvorgänge ein Drehmoment auf den Antriebsstrang aus, um die Räder anzutreiben, wobei jedoch aufgrund der Trägheit bzw. des Beharrungsvermögens des Motors unerwünschte Schwingungen im Antriebsstrang auftreten können.
  • Bei Drehmomentsteuer- bzw. -regelstrategien kommen oft Steuer- bzw. Regelsysteme bzw. -strecken zum Einsatz, bei denen Verfahren – wie z.B. differenzierende Regelungen – verwendet werden, um eine von einem Elektromotor erzeugte gewünschte Menge an Drehmoment einem mechanischen System, wie etwa einem Antriebsstrang in einem Fahrzeug, das über von dem Elektromotor angetriebene Räder aufweist, zur Verfügung zu stellen.
  • Typischerweise kann, wie in der sich auf den Stand der Technik beziehenden 1 dargestellt, durch den Einsatz eines Regelsystems ein unerwünschtes Schwingungssignal detektiert werden. Das gezeigte Schwingungssignal ist als sinusförmiges Signal mit einer sich wiederholenden Periode und einer gleichmäßigen Amplitude ausgebildet, wobei ein tatsächlich vorkommendes Schwingungs signal jedoch von dem in 1 gezeigten Signal abweichen kann. Zur Dämpfung des Schwingungssignals wird anschließend ein Regelsignal (TCin wie in der sich ebenfalls auf den Stand der Technik beziehenden 2 dargestellt) berechnet und ausgegeben. Um eine wirksame Dämpfung des unerwünschten Schwingungssignals zu erzielen, ist TCin ein Schwingungssignal mit einer Zeitverzögerung t, wie in 1 dargestellt, oder einem Phasenfehler bzw. einer Phasenabweichung, der bzw. die zwischen dem erfassten Schwingungssignal und TCin vorliegt.
  • Zusätzlich weisen bestehende Regelsysteme häufig durch Datenerfassung, Berechnung und Regelung bedingte Zeitverzögerungen auf, welche oft zu Effektivitätseinbußen des Systems führen können, da durch sie die Phasenverzögerung des zu regelnden Ausgangssignals vergrößert wird. Zwar gibt es Verfahren zur Kompensation von Zeitverzögerungen, wie etwa den Einsatz einer Differentialregelung; allerdings sind diese Verfahren oft entweder nicht durchführbar oder sie erweisen sich als unzureichend.
  • Steuer- bzw. Regelgeräte von Fahrzeugantriebsmotoren sind für gewöhnlich im Rahmen einer Motordrehmomentsteuer- bzw. -regelstrategie in irgendeiner Form zur Steuerung bzw. Regelung von Drehmomentschwingungen ausgestattet.
  • Bestehende Drehmomentsteuer- bzw. -regelverfahren können dahin gehend wirksam sein, dass diese Schwingungen im Antriebsstrang durch die Steuerung bzw. Regelung eines auf den Motor einwirkenden, flusserzeugenden Stroms beseitigen. Ein solches System ist aus der US 64 29 610 B1 bekannt. Dabei wird zur Kompensation übermäßiger Motorschwingungen ein flusserzeugender Strom eingesetzt, der proportional zu der Drehzahl des Motors ist.
  • Aus der US 60 02 232 sind verschiedene Verfahren und Systeme zur Schwingungsdämpfung bekannt, bei denen ein Regelsystem verwendet wird, um die Systemleistung hinsichtlich Robustheit, Rauschen oder Drehzahl – so wie von einem Benutzer gewünscht – zu verbessern. Allerdings erfolgt bei dieser bekannten An ordnung keine Kompensation von Phasenfehlern oder Zeitverzögerungen zwischen einem unerwünschten Schwingungssignal und einem Ausgangsregelsignal.
  • Bei zahlreichen weiteren bekannten Steuer- bzw. Regelsystemen, wie z.B. bei der aus der US 53 04 907 A bekannten Anordnung, sind Steuergeräte vorgesehen, um eine erforderliche Phasenlage zwischen einem Aktuatorausgang, wie z.B. einem Servomotorsystem, und einem unerwünschten Schwingungssignal aufrechtzuerhalten. Allerdings erfordern solche Systeme komplexe Ausstattungen und komplexe Schaltungen.
    •
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht dementsprechend darin, ein einfaches Steuer- bzw. Regelsystem zur Verfügung zu stellen, das unter Verwendung eines modifizierten Eingangssteuer- bzw. -regelsignals zur Verbesserung der Effektivität des Eingangsregelsignals Zeitverzögerungen in einem Steuer- bzw. Regelgerät kompensiert, um sowohl Zeitverzögerungen als auch Phasenfehler zu reduzieren und um somit das Schwingungssignal effizient zu steuern bzw. zu regeln.
  • Die Lösung der vorgenannten Aufgabe erfolgt mit einem Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
  • Die vorliegende Erfindung stellt ein Schwingungssteuer- bzw. Schwingungsregelsystem und -verfahren (oscillatory control system und method) zur Kompensation von mit Schwingungssignalen im Zusammenhang stehenden Zeitverzögerungen in einem Steuer- bzw. Regelsystem zur Verfügung. Schwingungen werden hier als ein zyklisches Signal definiert.
  • Mit dem Schwingungsregelsystem (oscillatory control system) werden im Wesentlichen folgende Elemente zur Verfügung gestellt:
    eine ein Schwingungssignal erzeugende Einheit (oscillatory signalgenerating device);
    ein Sensor, der ein von der ein Schwingungssignal erzeugenden Einheit generiertes Schwingungssignal erfasst, und der ein erfasstes Eingangssignal TCin an eine Recheneinheit überträgt;
    eine Recheneinheit, (computational device) die in Lage ist, Schwingungskompensationsalgorithmen gemäß der vorliegenden Erfindung auszuführen; und
    einen Aktuator, der von einem TCout-Befehlssignal aktiviert wird, das dahin gehend wirkt, dass die Regelungsvorgaben erreicht werden, wobei ein Ziel darin besteht, das unerwünschte Schwingungsregelsignal zu dämpfen.
  • Im weitesten Sinne wird ein umfassendes Schwingungsregelungsverfahren zur Kompensation von Zeitverzögerungen in Schwingungssignalen, die in einem Regelsystem erfasst werden, zur Verfügung gestellt. Vorzugsweise können mittels der vorliegenden Erfindung unerwünschte Schwingungssignale gedämpft werden, wobei das allgemeine Schwingungsregelungsverfahren die folgenden Schritte aufweist:
    Bereitstellen eines Eingangsregelsignals mit einem Wert, der zwischen wenigstens einem Höchstwert (maximum peak) und wenigstens einem Mindestwert (minimum peak) liegt, wobei es sich bei dem Eingangsregelsignal um ein Schwingungssignal handelt, das auf ein entsprechendes zu regelndes Schwingungssignal bezogen ist; und
    Bereitstellen eines Ausgangssignals, das im Wesentlichen ähnlich dem Eingangsregelsignal ist, zur Eingabe in ein Aktuator, wobei das Ausgangssignal in einem Regelsystem vorhandene Zeitverzögerungen kompensiert.
  • Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform wird das allgemeine Verfahren der vorliegenden Erfindung um zusätzliche Schritte ergänzt. Die erste bevorzugte Ausführungsform sieht folgende Schritte vor:
    das Ausgangssignal erhält den Befehl, einen Mittel- oder Durchschnittswert des oszillierenden Eingangsregelsignals anzunehmen, wenn das Eingangsregelsignal um einen Betrag Delta unter den wenigstens einen Höchstwert fällt; und
    das Ausgangssignal erhält den Befehl, den Mittel- oder Durchschnittswert des oszillierenden Eingangsregelsignals anzunehmen, wenn das Eingangsregelsignal um einen Betrag Delta über den Mindestwert des Eingangsregelsignals steigt.
  • Gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform wird das allgemeine Verfahren der vorliegenden Erfindung um zusätzliche Schritte ergänzt. Das zweite zur Verfügung gestellte Schwingungsregelungsverfahren zur Kompensation von Zeitverzögerungen in einem Schwingungsregelsystem weist die folgenden Schritte auf:
    Versetzen (offsetting) des Ausgangssignals, wenn der Eingangsregelsignalwert um einen Betrag Delta unter den wenigstens einen positiven Höchstwert fällt, bis das Eingangsregelsignal kleiner ist als ein Mittelwert einer Schwingung (central value of an oscillation (CV)) und die Steigung positiv wird; und
    Versetzen (offsetting) des Ausgangssignals, wenn der Eingangsregelsignalwert um einen Betrag Delta über den wenigstens einen Mindestwert steigt, bis das Eingangsregelsignal größer ist als ein Mittelwert der Schwingung und die Steigung des Eingangsregelsignals negativ wird, wobei der Mittelwert der Schwingung der Durchschnittswert der Eingangsregelsignalschwingung ist.
    •
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 eine graphische Darstellung eines unerwünschten Schwingungssignals nach dem Stand der Technik;
  • 2 eine graphische Darstellung eines nach dem Stand der Technik zur Dämpfung eines unerwünschten Schwingungssignals verwendeten Regelsignals;
  • 3 eine Schwingungsregelstrecke gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • 4 ein Flussdiagramm zur Darstellung eines Verfahrens gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 5 ein Flussdiagramm zur weiteren Beschreibung der in 4 gezeigten Verfahrensschritte;
  • 6 eine graphische Darstellung eines TCout-Signals, das unter Verwendung des in 4 und 5 dargestellten Verfahrens generiert wurde;
  • 7 ein Flussdiagramm zur Darstellung eines Verfahrens gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 8 ein Flussdiagramm zur weiteren Beschreibung der in 7 gezeigten Verfahrensschritte, und
  • 9 eine graphische Darstellung eines TCout-Signals, das unter Verwendung des in 7 und 8 dargestellten Verfahrens generiert wurde.
  • Mit der vorliegenden Erfindung wird eine Schwingungsregelstrecke bzw. ein Schwingungsregelungssystem und ein Verfahren zur Kompensation von Zeitver zögerungen und zur Dämpfung unerwünschter Schwingungssignale in einem Regelsystem bereitgestellt.
  • Die vorliegende Erfindung kann zur Kompensation von Zeitverzögerungen und Phasenverzögerungen in einem Schwingungsregelsystem eingesetzt werden. Die vorliegende Erfindung kann in einem System verwendet werden, das sowohl unerwünschte Schwingungen in einem System eliminieren soll, das über einen Elektromotor verfügt, welcher sowohl ein Drehmoment erzeugt, als auch unerwünschte Schwingungen in einem mechanischen System. Das Schwingungsregelungsverfahren der vorliegenden Erfindung kann zum Beispiel in einem System verwendet werden, mit dem unerwünschte Schwingungen in einem Antriebsstrang jeder beliebigen Art von Kraftfahrzeugen, einschließlich Hybridfahrzeugen, aktiv gedämpft werden sollen. Überdies kann die vorliegende Erfindung auch in Radaufhängungssystemen, elektronischen Lenkungen und Servosteuerungsmechanismen zur Anwendung kommen, wobei die Einsatzmöglichkeiten der Erfindung hierauf nicht begrenzt sind.
  • Es wird nun Bezug auf die Zeichnungen genommen. Wie in 3 dargestellt, weist die vorliegende Erfindung eine Schwingungsregelstrecke bzw. ein Schwingungsregelsystem 20 zur Kompensation von Zeitverzögerungen und Phasenverzögerungen in einem Schwingungsregelsystem auf. Das Schwingungsregelsystem 20 verfügt über eine ein Schwingungssignal erzeugende Einheit 22, einen Sensor 26, der ein von der ein Schwingungssignal erzeugenden Einheit 22 erzeugtes Schwingungssignal 24 erfasst und ein erfasstes Eingangsregelsignal TCin 28 an eine Recheneinheit überträgt, eine Recheneinheit 30, die dazu in der Lage ist, Schwingungskompensationsalgorithmen gemäß der vorliegenden Erfindung auszuführen und einen Aktuator 34, der durch ein Ausgangssignal TCout 32 aktiviert wird, das dahin gehend wirkt, dass es das unerwünschte Schwingungsregelsignal 24 dämpft. Bei der Recheneinheit handelt es sich vorzugsweise um einen herkömmlichen Computer mit einem Hauptprozessor bzw. einer Zentraleinheit (CPU), die arithmetische Algorithmen gemäß einer Reihe zuvor eingespeicherter Anweisungen gemäß der vorliegenden Erfindung verarbeitet.
  • Wie in den sich auf den Stand der Technik beziehenden 1 und 2 dargestellt, besteht eine Zeitverzögerung t oder Phasenverzögerung zwischen dem tatsächlichen Schwingungssignal 24 und dem erfassten Schwingungsdrehmomentbefehlssignal oder Eingangsregelsignal (TCin). Daher kann das in 2 und 3 dargestellte TCin-Signal 28, bei dem es sich um ein verzögertes Schwingungssignal handelt, nicht dahin gehend wirken, das ursprünglich erfasste Schwingungssignal 24 vollständig zu eliminieren. Je stärker das TCin-Signal 28 aufgrund einer Zeitverzögerung gegenüber dem Schwingungssignal phasenverschoben ist, desto weniger wird das Schwingungssignal gedämpft. Das unerwünschte Schwingungssignal ist sinusförmig, wobei es sich bei dem Schwingungssignal jedoch auch um ein beliebiges anderes sich wiederholendes Schwingungssignal handeln kann, das in Amplitude und Periode von dem in 1 dargestellten Signal abweicht.
  • Mit der vorliegenden Erfindung wird bewirkt, dass die Zeitverzögerung, die es dem Regelsystem erlaubt, das unerwünschte Schwingungssignal wirksam zu dämpfen, kompensiert wird, indem ein Ausgangssignal TCout 32 zur Verfügung gestellt wird, bei dem es sich um ein verstärktes und modifiziertes TCin-Signal 28 handelt.
  • Allgemein gesagt werden mittels der vorliegenden Erfindung ein Schwingungssignal oder die Bedingungen, die zum Auftreten eines Schwingungssignals führen können, erfasst und ein entsprechendes Eingangsregelsignal zur Verfügung gestellt, das einen Wert hat, der zwischen wenigstens einem Höchstwert und wenigstens einem Mindestwert liegt. Bei dem Eingangsregelsignal handelt es sich um ein auf ein entsprechendes Schwingungssignal bezogenes Schwingungssignal.
  • Es wird ein Ausgangssignal, das im Wesentlichen ähnlich dem Eingangsregelsignal ist, zur Verfügung gestellt, das in einen Aktuator eingegeben wird, um so Zeitverzögerungen und Phasenverzögerungen im Eingangsregelsignal zu kompensieren.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens der vorliegenden Erfindung erhält das Ausgangssignal den Befehl, denjenigen Wert anzunehmen, um den die Schwingung des Eingangsregelsignals zentriert ist, nämlich den Mittelwert (central value (CV)), wenn der Wert des Eingangsregelsignals unter einen Betrag Delta des wenigstens einen Höchstwerts fällt. Anschließend wird das Ausgangssignal gleich dem Mittelwert gesetzt, bis das Eingangsregelsignal kleiner wird als der Mittelwert. Sobald das Eingangsregelsignal kleiner wird als der Mittelwert, wird das Ausgangssignal gleich dem Eingangsregelsignal gesetzt.
  • Zusätzlich erhält das Ausgangssignal den Befehl, den Mittelwert anzunehmen, wenn das Eingangsregelsignal über einen Betrag Delta des wenigstens einen Mindestwertes steigt. Anschließend wird das Ausgangssignal gleich dem Mittelwert gesetzt, bis das Eingangsregelsignal größer wird als der Mittelwert. Sobald das Eingangsregelsignal größer wird als der Mittelwert, wird das Ausgangssignal gleich dem Eingangsregelsignal gesetzt.
  • Wenn das Eingangsregelsignal nicht unter einen Betrag Delta des wenigstens einen Höchstwertes gefallen ist, wird das Ausgangssignal gleich dem Eingangsregelsignal gesetzt.
  • Andernfalls wird, wenn das Eingangsregelsignal nicht über einen Betrag Delta des wenigstens einen Mindestwertes gestiegen ist, das Ausgangssignal gleich dem Eingangsregelsignal gesetzt.
  • Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung, wird das Ausgangssignal mit einem Offset versehen bzw. das Ausgangssignal versetzt (offseting), wenn das Eingangsregelsignal um einen Betrag Delta unter den wenigstens einen Höchstwert fällt, bis das Eingangsregelsignal kleiner wird als der Mittelwert der Schwingung und die Steigung des Eingangsregelsignals positiv wird. Sobald das Eingangsregelsignal kleiner wird als der Mittelwert der Schwingung und die Steigung des Eingangsregelsignals positiv wird, wird das Ausgangssignal gleich dem Eingangsregelsignal gesetzt.
  • Andernfalls wird das Ausgangssignal mit einem Offset versehen, wenn das Eingangsregelsignal um einen Betrag Delta über den wenigstens einen Mindestwert steigt, bis das Eingangsregelsignal größer wird als der Mittelwert und die Steigung des Eingangsregelsignals negativ wird. Sobald das Eingangsregelsignal größer wird als der Mittelwert und die Steigung des Eingangsregelsignals negativ wird, wird das Ausgangssignal gleich dem Eingangsregelsignal gesetzt.
  • Das Ausgangssignal wird vorzugsweise mit einem Offset versehen, der groß genug ist, um dafür zu sorgen, dass sich das Ausgangssignal am Mittelwert der Schwingung vorbei- und sich zu dem entgegengesetzten Extremwert hinbewegt.
  • Gemäß einer in den 4 bis 6 dargestellten bevorzugten Ausführungsform erhält, wenn das Eingangsregelsignal TCin sich so verändert hat, dass es wenigstens einen Höchstwert, dem ein Extremwert (peak value) zugeordnet ist (TCpeak größer als der Mittelwert), oder einen Mindestwert, dem ein Extremwert (peak value) zugeordnet ist (TCpeak kleiner als der Mittelwert) erreicht und begonnen hat, von dem wenigstens einen Höchst- oder Mindestwert TCpeak um einen Schwellenbetrag (Δ) abzuweichen, das Ausgangssignal TCout den Befehl, unmittelbar den Mittelwert anzunehmen. Der Schwellenbetrag Δ ist gleich einem Teilwert der Amplitude.
  • Wie in 4 und 5 dargestellt, weist eine bevorzugte Ausführungsform eines Kompensationsverfahrens 38 der vorliegenden Erfindung folgende Schritte auf:
    als Reaktion auf ein entsprechendes unerwünschtes Schwingungssignal wird ein Eingangsregelsignal TCin zur Verfügung gestellt, das über einen zugehörigen Höchstwert verfügt, wenn TCin einen Wert hat, der größer ist als der Mittelwert und über einen zugehörigen Mindestwert, wenn TCin einen Wert hat, der kleiner ist als der Mittelwert; und
    es wird ein dem TCin-Signal zugeordnetes TCout-Signal zur Eingabe in einen Aktuator zur Verfügung gestellt, um das entsprechende unerwünschte Schwingungssignal zu dämpfen.
  • Genauer gesagt handelt es sich in 4 um ein Flussdiagramm, das einen Überblick über das Kompensationsverfahren 38 zeigt, und in 5 um ein Flussdiagramm, das eine ausführlichere Darstellung des in 4 gezeigten Verfahrens beinhaltet. Wie in 4 und 5 sowie in dem in 6 abgebildeten Graphen, der TCout darstellt, gezeigt ist, ist das TCout-Signal 32 ähnlich dem TCin-Signal 28, wobei jedoch das TCout-Signal den Befehl erhält, den Mittelwert anzunehmen, wenn TCin (bei einem Signal über dem Mittelwert) unter einen Schwellwert sinkt oder (bei einem Signal unter dem Mittelwert) über einen Schwellwert steigt, der eine Veränderung im TCin-Signal von dem Extremwert TCpeak zu einem Mittelwert der Schwingung darstellt, wobei der TCin-Extremwert (TCpeak) ein erfasster TCin-Wert ist, der zuvor bezogen auf den höchsten oder niedrigsten Wert oder Extremwert (strength value) (bei dem es sich entweder um einen positiven oder einen negativen Wert handelt) des einem entsprechenden Schwingungssignal zugeordneten TCin-Signals berechnet wurde.
  • Zu Beginn wird, wie in 4 dargestellt, eine Aktuatorbefehlseingabe oder TCin bestimmt (Schritt 40).
  • Wie in 5 dargestellt, weist Schritt 40 insbesondere die folgenden Unterschritte auf: a) Zu Beginn wird ein Bedarf zur Aktivierung der Zeitverzögerungskompensation erfasst (Schritt 42); b) ein TCpeak-Wert wird mit dem Mittelwert initialisiert (TCpeak = central value) (Schritt 44); und c) ein TCin-Signal wird bestimmt (Schritt 46).
  • Anschließend wird, wie in 4 und 5 dargestellt, bestimmt, ob das TCin-Signal größer ist als der Mittelwert (Schritt 48).
  • Wenn TCin größer ist als der Mittelwert, wird ein Höchstwert für TCpeak bestimmt (Schritt 50). Schritt 50 weist, wie weiter unten beschrieben, Unterschritte 52 und 54 auf.
  • Es wird ermittelt, ob TCin größer ist als TCpeak (Schritt 52).
  • Wenn TCin größer ist als der Mittelwert, wird, wenn TCin nicht größer ist als TCpeak, bestimmt, ob TCin größer ist als TCpeak minus eines Betrags Delta (Δ) (der in 6 dargestellte Betrag Delta) (Schritt 58), wobei Δ gleich einem Teil der Amplitude der TCin-Schwingung ist.
  • Wenn TCin größer ist als TCpeak, wird TCpeak gleich TCin (Schritt 54) gesetzt, woraufhin Schritt 58 ausgeführt wird.
  • Nach Ausführen von Schritt 58 wird, wenn TCin größer ist als TCpeak minus Δ, ein Ausgangssignal TCout gleich TCin gesetzt (Schritt 60) woraufhin die Schritte 46, 48, 50, 58 und 60 oder 64 wiederholt werden, wenn TCin größer ist als der Mittelwert. Wenn jedoch TCin nicht größer ist als TCpeak minus Δ, so wird TCout gleich dem Mittelwert gesetzt (Schritt 64), und die Schritte 46, 48, 50, 58 und 60 werden wiederholt, wenn TCin größer ist als der Mittelwert.
  • Wenn TCin nicht größer ist als der Mittelwert, wird ein Mindestwert für TCpeak bestimmt (Schritt 68). Schritt 68 weist, wie weiter unten beschrieben, Unterschritte 70 und 72 auf.
  • Es wird ermittelt, ob TCin kleiner ist als TCpeak (Schritt 70).
  • Wenn TCin kleiner ist als der Mittelwert, wird, wenn TCin nicht kleiner ist als TCpeak bestimmt, ob TCin kleiner ist als TCpeak minus eines Betrags Delta (Δ) (der in 6 gezeigte Betrag Delta) (Schritt 76), wobei Δ gleich einem Teil der Amplitude der TCin-Schwingung ist.
  • Wenn TCin kleiner ist als TCpeak, wird TCpeak gleich TCin gesetzt (Schritt 72), woraufhin Schritt 76 ausgeführt wird.
  • Nach Ausführen von Schritt 76 wird, wenn TCin kleiner ist als TCpeak plus Δ, ein Ausgangssignal TCout gleich TCin gesetzt (Schritt 78), woraufhin die Schritte 46, 48, 68, 76 und 78 oder 82 wiederholt werden. Wenn jedoch TCin nicht kleiner ist als TCpeak plus Δ, wird TCout gleich dem Mittelwert gesetzt (Schritt 82), und die Schritte 46, 48, 68, 76 und 78 oder 82 werden wiederholt, wenn TCin kleiner ist als der Mittelwert.
  • Es wird nun Bezug auf 7 bis 9 genommen. Gemäß einer alternativen bevorzugten Ausführungsform kann ein Zeit- und Phasengewinn erzielt werden, indem ein Übergang eines Aktuatorausgangsbefehls zwischen Werten über und unter dem Mittelwert früher ausgelöst wird. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die Reaktionsschnelligkeit des Aktuatorausgangs aufgrund einer relativ hohen Schwingungsfrequenz begrenzt ist. Diese Kompensation wurde durch die hier beschriebene Logik und die hier beschriebenen Verfahren vollzogen.
  • Wie in den 7 bis 9 dargestellt, wird, wenn das Eingangsregelsignal TCin wenigstens einen Höchstwert oder einen Mindestwert oder einen Höchstwert und einen Mindestwert erreicht hat, und damit begonnen wurde, das Signal so zu verändern, dass es den Extremwert um einen Schwellenbetrag (Δ) unterschreitet (bzw. überschreitet), der Aktuatorausgang TCout unmittelbar durch einen Offsetwert angepasst, der groß genug sein könnte, um dafür zu sorgen, dass sich TCout an dem Mittelwert vorbei und hin zu einem entgegengesetzten Extremwert bewegt.
  • Darüber hinaus wird in dem Maße wie sich der Befehl weiterhin von dem Extremwert wegbewegt der Kompensationsbefehl entsprechend hin zu dem entgegengesetzten Extremwert angehoben. Dadurch wird der bei der Höchstrate stattfindende Übergang, von dem positiven zum negativen Extremwert, oder umgekehrt, früher ausgelöst, als er sich andernfalls vollzöge. Hierdurch kommt es zu einer verringerten Verzögerung des Regelgerätes und zu einem verringerten Phasenfehler, wodurch die Effektivität des Regelsystems gesteigert wird. Diese Ausführungsform unterscheidet sich dadurch von der ersten Ausführungsform, dass sie dafür sorgt, dass der Regelausgangssignal oder der Aktuatorbefehl TCout sich früher von der Nähe eines Extremwertes durch den Mittelwert hin zu dem entgegen gesetzten Extremwert bewegt.
  • Nach der Definition in dieser Ausführungsform ist ein torque_command_in ein Drehmomentbefehlssignal vor Anwendung des Kompensationsverfahrens der vorliegenden Erfindung (siehe die sich auf den Stand der Technik beziehende 1 sowie 3). Es wird davon ausgegangen, dass torque_command_in eine vorzeichenbehaftete Variable ist.
  • Ein torque_command_out-Signal oder -Wert ist ein Drehmomentbefehl nach Anwendung des Kompensationsverfahrens gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Es wird davon ausgegangen, dass torque_command_out eine vorzeichenbehaftete Variable ist.
  • Die Variable torque_command_fraction ist ein Parameter, der ein positiver Wert zwischen 0 und 1 ist (0<torque_command_fraction<1).
  • Bei torq_command_peak handelt es um eine interne Variable, die mit dem Mittelwert initialisiert wird.
  • Ein Verfahren 86 gemäß der vorliegenden Erfindung wirkt dahin gehend, dass die Zeitverzögerung durch Bereitstellen eines torq_commd_out-Signals, bei dem es sich um ein modifiziertes torq_commd_in-Signal handelt, kompensiert wird. Das torq_commd_out-Signal ist ähnlich dem torq_commd_in-Signal wobei jedoch das torq_commd_out signal durch einen Offset modifiziert wird, wenn torq_commd_in unter einen Schwellwert fällt, der eine Veränderung des TCin-Signals weg von dem Extremwert TCpeak hin zu dem Mittelwert der Schwingung darstellt, wobei der torq_commd_in-Extremwert (torq_commd_peak) ein erfasster torq_commd_in-Wert ist, der zuvor an dem höchsten oder niedrigsten Wert oder Extremwert des torq_commd_in-Signals berechnet wurde.
  • Allgemein weist das in 7 und 8 dargestellte Verfahren 86 die folgenden Schritte auf:
    Bereitstellen eines Regelsignals torq_commd_in mit einem zugehörigen Höchstwert, wenn torq_commd_in einen Wert aufweist, der größer ist als der Mittelwert und mit einem zugehörigen Mindestwert wenn torq_commd_in einen Wert aufweist, der kleiner ist als der Mittelwert in Reaktion auf ein entsprechendes geregeltes Schwingungssignal; und
    Bereitstellen eines auf das torq_commd_in-Signal bezogenen torq_commd_out-Signals zur Eingabe in einen Aktuator, um das entsprechende unerwünschte Schwingungssignal zu dämpfen;
    Versehen des torq_commd_out-Signals mit einem Offset, der dem torq_commd_in-Wert minus eines vorausbestimmten Offsetwerts entspricht, wenn die TCin-Amplitude unter einen vorausbestimmten Schwellwert fällt, der im Hinblick auf den zugehörigen Höchstwert bestimmt wird; und
    Versehen des torq_commd_out-Signals mit einem Offset, der dem torq_commd_in-Wert minus eines Offsetwerts entspricht, wenn torq_commd_in über einen Schwellwert steigt, der im Hinblick auf den zugehörigen Mindestwert bestimmt wird.
  • Wie in 7 genauer dargestellt, wird zu Anfang eine Aktuatorbefehlsregelsignaleingabe oder torq_commd_in bestimmt (Schritt 96).
  • Im Einzelnen weist Schritt 108, wie in 8 dargestellt, folgende Unterschritte auf: a) zu Beginn wird eine Schwingung erfasst (Schritt 88); b) dann wird ein torq_commd_peak-Wert gleich dem Mittelwert gesetzt (Schritt 90); c) ein Offsetwert wird gleich Null gesetzt (Schritt 92); und d) es werden ein torq_commd_in- und eine Drehmomentbefehlssteigungswert (torq_commd_slope) bestimmt (Schritt 94).
  • Als Nächstes wird, wie in 7 und 8 dargestellt, ermittelt, ob das torq_commd_in-Signal ein Wert über dem Mittelwert oder unter dem Mittelwert ist (Schritt 98).
  • Als Nächstes wird, wie in 7 dargestellt, wenn torq_commd_in größer ist als der Mittelwert, ein Höchstwert für den Drehmomentbefehl (torq_commd_peak) bestimmt (Schritt 108).
  • Schritt 108 weist, wie in 8 dargestellt, im einzelnen folgende Unterschritte auf:
    Vergleichen von torq_commd_peak mit torq_commd_in, um zu bestimmen, ob torq_commd_in größer ist als torq_commd_peak, wobei torq_commd_peak während einer ersten Schwingung mit dem Mittelwert initialisiert wurde und wobei torq_commd_peak während jeder nachfolgenden Schwingung nach der ersten Schwingung gleich einem letzten ermittelten torq_commd_peak ist, der aus einem Wert von TCin (Schritt 100) ausgewählt wurde;
    Setzen von torq_commd_peak gleich torq_commd_in, wenn ein aktueller berechneter torq_commd_in-Wert zu einem Zeitpunkt Tn größer ist als der Wert von torq_commd_peak (Schritt 102); und
    Bestimmen, ob eine Steigung (torq_commd_slope) von torq_commd_in kleiner als Null ist (und somit eine abnehmende oder negative Steigung anzeigt) oder ob ein Offsetwert, der einen Bruchwert der Größe torq_commd_peak minus des Mittelwerts anzeigt, größer als Null ist (Schritt 104).
  • Wie in 7 und 8 dargestellt, wird nach Ausführen von Schritt 108 ermittelt, ob torq_commd_in den Höchstwert von torq_commd_peak um einen Betrag Delta unterschritten hat (Schritt 110).
  • Schritt 110 weist einen Unterschritt 106 auf, bei dem ein Offsetwert gesetzt wird, der gleich einer Variablen torq_commd_fraction multipliziert mit der Größe torq_commd_peak minus des Mittelwerts ist, wenn die Steigung (torq_commd_slope) von torq_commd_in kleiner als Null ist (und somit eine ab nehmende oder negative Steigung anzeigt) oder wenn der Offset größer als Null ist (Schritt 104).
  • Schritt 110 wird ausgeführt, indem bestimmt wird, ob der Offset größer als Null ist, und ob entweder torq_commd_in größer als die Größe torq_commd_peak minus eines ausgewählten Betrags Δ ist oder ob torq_commd_slope größer als Null ist (Schritt 111).
  • Als Nächstes wird, wie in 9, bei der es sich um einen Graphen eines torq_commd_out-Signals handelt, dargestellt, eine Variable torq_commd_out gleich der Variablen torq_commd_in gesetzt, wenn der Offset größer als Null ist und entweder torq_commd_in größer ist als die Größe torq_commd_peak minus eines ausgewählten Betrags Δ oder die Variable torq_commd_slope größer ist als Null (Schritt 112).
  • Wenn jedoch entweder der Offset nicht größer ist als Null oder sowohl torq_commd_in nicht größer ist als die Größe torq_commd_peak minus eines ausgewählten Betrags Δ und torq_commd_slope nicht größer ist als Null, wird ein Wert torq_commd_out gleich dem Wert torq_commd_in minus des Offsets gesetzt (Schritt 114).
  • Nach Ausführen von Schritt 112 oder Schritt 114 werden die Schritte 94 und 98 wiederholt, um einen nächsten Wert torq_commd_in zu bestimmen und unter Verwendung des iterativen Verfahrens der vorliegenden Erfindung entweder die Schritte 108, 110, 112 und 114 zu wiederholen, wenn torq_commd_in größer ist als der Mittelwert, oder die Schritte 124, 126, 128 und 130 wenn torq_commd_in kleiner ist als der Mittelwert.
  • Andernfalls wird, wie in 7 dargestellt, wenn torq_commd_in kleiner ist als der Mittelwert, ein Mindestwert des Drehmomentbefehls (torq_commd_peak) bestimmt (Schritt 124).
  • Schritt 124 weist, wie in 8 dargestellt, insbesondere folgende Unterschritte auf:
    Vergleichen des Wertes torq_commd_peak mit torq_commd in, um zu bestimmen, ob torq_commd_in kleiner ist als torq_commd_peak, wobei torq_commd_peak während einer ersten Schwingung mit dem Mittelwert initialisiert wird, und wobei während jeder nachfolgenden Schwingung nach der ersten Schwingung der Wert torq_commd_peak gleich einem letzten bestimmten torq_commd_peak ist, der aus einem Wert von TCin ausgewählt wird, (Schritt 116); und
    Setzen von torq_commd_peak gleich torq_commd_in, wenn ein aktueller zu einem Zeitpunkt Tn berechneter Wert torq_commd_in kleiner ist als der Wert von torq_commd_peak (Schritt 118); und
    Bestimmen, ob eine Steigung (torq_commd_slope) von torq_commd_in größer ist als Null (und somit eine zunehmende oder positive Steigung anzeigt) oder ob ein Offsetwert, der einen Bruchwert der Größe torq_commd_peak minus dem Mittelwert anzeigt, kleiner ist als Null (Schritt 120).
  • Wie in 7 und 8 dargestellt, wird nach Ausführen von Schritt 124 ermittelt, ob der Wert torq_commd_in um einen vorausbestimmten Betrag Delta über den Mindestwert von torq_commd_peak gestiegen ist (Schritt 126).
  • Schritt 126 weist einen Unterschritt 122 auf, bei dem ein Offsetwert gleich einem Wert torq_commd_fraction multipliziert mit der Größe torq_commd_peak minus des Mittelwerts gesetzt wird, wenn eine Steigung (torq_commd_slope) des torq_commd_in größer als Null ist (und somit eine zunehmende oder positive Steigung anzeigt) oder wenn der Offset kleiner als Null ist (Schritt 120).
  • Schritt 126 wird weiter ausgeführt, indem bestimmt wird, ob sowohl der Offset kleiner als Null ist und entweder torq_commd_in kleiner ist als die Größe torq_commd_peak plus einem ausgewählten Betrag Δ oder ob torq_commd_slope kleiner als Null ist (Schritt 127).
  • Als Nächstes wird ein Wert torq_commd_out gleich dem Wert torq_commd_in gesetzt, wenn der Offset kleiner als Null ist und wenn entweder torq_commd_in kleiner ist als die Größe torq_commd_peak plus einem ausgewählten Betrag Δ oder wenn der Wert torq_commd_slope kleiner als Null ist (Schritt 128).
  • Es wird jedoch ein Wert torq_commd_out gleich torq_commd_in minus des Offsets gesetzt, wenn entweder der Offset nicht kleiner als Null ist oder sowohl torq_commd_in nicht kleiner ist als die Größe torq_commd_peak plus einem ausgewählten Betrag Δ und torq_commd_slope nicht kleiner als Null ist (Schritt 130).
  • Nach Ausführen von Schritt 128 oder Schritt 130 werden die Schritte 94 und 98 wiederholt, um einen nächsten Wert torq_commd_in zu bestimmen und unter Einsatz des iterativen Verfahrens der vorliegenden Erfindung entweder die Schritte 108, 110, 112 und 114 zu wiederholen, wenn torq_commd_in größer ist als der Mittelwert oder die Schritte 124, 126, 128 und 130, wenn torq_commd_in kleiner ist als der Mittelwert.

Claims (13)

  1. Verfahren zur Kompensation von Zeitverzögerungen in einem eine Regel- bzw. Steuerstrecke aufweisenden Regel- bzw. Steuersystem (20) mit folgenden Schritten: Eingabe eines Eingangsregelsignals (28) in das Regelsystem (20), wobei das Eingangsregelsignal (28) einen Wert hat, der zwischen wenigstens einem Höchstwert und wenigstens einen Mindestwert liegt, und das Eingangsregelsignal (28) auf ein entsprechendes Schwingungssignal (24) bezogen ist; und Bereitstellen eines Ausgangssignals (32) aus dem Regelsystem (20), das im Wesentlichen ähnlich dem Eingangsregelsignal (28) ist, zur Eingabe in einen Aktuator (34), dahingehend, dass das Ausgangssignal (32) in dem Regelsystem (20) vorhandene Zeitverzögerungen kompensiert.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch den folgenden Schritt: Erteilen des Befehls an das Ausgangssignal (32), einen Mittelwert einer Schwingung anzunehmen, wenn das Eingangsregelsignal (28) um einen Betrag Delta unter den wenigstens einen Höchstwert des Eingangsregelsignals (28) fällt, wobei der Mittelwert der Schwingung ein Durchschnittswert einer Schwingung des Eingangsregelsignals (28) ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch den folgenden Schritt: Setzen des Ausgangssignals (32) gleich dem Mittelwert der Schwingung bis der Eingangsregelsignalwert (28) kleiner wird als der Mittelwert der Schwingung.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch den folgenden Schritt: Setzen des Ausgangssignals (32) gleich dem Eingangsregelsignal (28), sobald der Eingangsregelsignalwert (28) kleiner wird als der Mittelwert der Schwingung.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch den folgenden Schritt: Erteilen des Befehls an das Ausgangssignal (32), einen Mittelwert der Schwingung anzunehmen, wenn der Eingangsregelsignalwert (28) um einen Betrag Delta über den wenigstens einen Mindestwert des Eingangsregelsignals (28) steigt, wobei der Mittelwert der Schwingung ein Durchschnittswert einer Schwingung des Eingangsregelsignals (28) ist.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch den folgenden Schritt: Setzen des Ausgangssignals (32) gleich dem Mittelwert der Schwingung, sobald der Eingangsregelsignalwert (28) größer wird als der Mittelwert der Schwingung.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch den folgenden Schritt: Setzen des Ausgangssignals (32) gleich dem Eingangsregelsignal (28), sobald das Eingangsregelsignal (28) größer wird als der Mittelwert der Schwingung.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch den folgenden Schritt: Setzen des Ausgangssignals (32) gleich dem Eingangsregelsignal (28) wenn der Eingangsregelsignalwert (28) nicht um einen Betrag Delta unten den wenigstens einen Höchstwert gefallen ist.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch den folgenden Schritt: Setzen des Ausgangssignals (32) gleich dem Eingangsregelsignal (28) wenn der Eingangsregelsignalwert (28) nicht um einen Betrag Delta über den wenigstens einen Mindestwert gestiegen ist.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch den folgenden Schritt: Versehen des Ausgangssignals (32) mit einem Offset, wenn wenigstens ein Eingangsregelsignalwert (28) um einen Betrag Delta unter den wenigstens einen Höchstwert fällt und eine Steigung des Eingangsregelsignals (28) negativ ist, bis das Eingangsregelsignal (28) kleiner wird als ein Mittelwert der Schwingung und die Steigung positiv wird, wobei der Mittelwert der Schwingung ein Durchschnittswert einer Schwingung des Eingangsregelsignals (28) ist.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch den folgenden Schritt: Setzen des Ausgangssignals (32) gleich dem Eingangsregelsignal (28), sobald der Eingangsregelsignalwert (28) kleiner wird als der Mittelwert der Schwingung und die Steigung positiv wird.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch den folgenden Schritt: Versehen des Ausgangssignals (32) mit einem Offset, wenn wenigstens ein Eingangsregelsignalwert (28) um einen Betrag Delta über den wenigstens einen Mindestwert steigt und eine Steigung des Eingangsregelsignals (28) positiv ist, bis das Eingangsregelsignal (28) größer wird als ein Mittelwert der Schwingung und die Steigung negativ wird, wobei der Mittelwert der Schwingung ein Durchschnittswert einer Schwingung des Eingangsregelsignals (28) ist.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch den folgenden Schritt: Setzen des Ausgangssignals (32) gleich dem Eingangsregelsignal (28), sobald das Eingangsregelsignal (28) größer wird als der Mittelwert der Schwingung und die Steigung negativ wird.
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