对离合器操纵设备的位移传感器的位移信号进行滤波的方法与流程

本发明涉及一种对在机动车的驱动系中的摩擦离合器的离合器操纵设备的位移传感器的位移信号进行滤波的方法。

背景技术：

离合器操纵设备用于操纵在机动车的驱动系中的摩擦离合器。在这种情况下，这些离合器操纵设备相对壳体固定地绕变速器的变速器输入轴来布置，并且借助于旋转分离的操纵轴承沿着摩擦离合器的旋转轴线的位移来作用在摩擦离合器的膜片弹簧或者类似的杠杆系统上。根据摩擦离合器作为常闭式或常开式摩擦离合器的设计方案，摩擦离合器随着位移的增加而断开或接合。为了监测位移，尤其是用于度量由摩擦离合器传递的离合器力矩的位移，可以在离合器操纵设备上设置位移传感器。例如，在具有绕变速器输入轴布置的副缸的、静液压式操纵的摩擦离合器中，这种位移传感器与副缸活塞连接。在摩擦离合器和离合器操纵设备由于公差而没有彼此直线布置的情况下，在操纵轴承上并且因此在位移传感器上出现在位移传感器上的、与摩擦离合器的转速相关的振荡，这种振荡导致位移传感器的位移信号的振动，因此难以测得准确的位移。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是，改善用于摩擦离合器的离合器操纵设备的位移传感器的位移信号的品质。

该技术问题通过权利要求1的主题来解决。权利要求1的从属权利要求重现了权利要求1的主题的有利的实施方式。

所提出的方法用于对在机动车的驱动系中的摩擦离合器的离合器操纵设备的位移传感器的位移信号进行滤波。该离合器操纵设备可以是机械式的分离器或者优选地可以是与变速器的变速器输入轴同轴线地布置的离合器副缸，该离合器副缸由离合器主缸或由压力供给装置借助与副缸活塞的待移动的位移相关的液压行程来施加压力。位移信号由容置在离合器操纵设备上的位移传感器生成。位移传感器将传感器信号有线地或无线地传输到控制器上，该控制器利用传感器信号来监测或控制摩擦离合器。

为了修正位移信号的噪声和振荡，并且对尤其因离合器操纵设备相对于摩擦离合器的旋转轴线的非线性布置引起的噪声和振荡进行滤波，设置特别的滤波措施。位移信号的较高频的振荡例如借助于低通滤波器来滤波。低通滤波器可以通过位移传感器的电子线路布置和/或通过提供低通滤波器的软件程序来设置，用于处理位移信号。以这种方式在必要时经低通滤波的位移信号并行地在借助移动平均值的第一滤波元件中以及在作为滞后滤波器的第二滤波元件中进行滤波。在这种情况下，两个由滤波元件分别以不同的方式滤波的位移信号在判断模块中归并。判断模块对这两个经滤波的位移信号进行加权，即进行评价，并且通过权重将经滤波的位移信号与实际位移的偏差最小化。

例如，判断模块在两个经滤波的位移信号的差值增加的情况下增强第二滤波元件的位移信号的权重，而在差值降低时增强第一滤波元件的位移信号的权重。例如，在位移信号基本上静态响应的情况下，优选地可以从判断模块有效地接通到第一滤波元件。在位移信号动态响应的情况下，优选地可以从判断模块有效地接通到第二滤波元件。

对位移信号的滤波，即对两个滤波元件和判断模块的布置，可以设置在位移传感器的现场电子设备中，并且经滤波的位移信号可以被传输到控制器上。

按照该方法的一个有利的实施方式，移动平均值的宽度可根据摩擦离合器的输入转速来实施。在这种情况下，输入转速可以作为内燃机的、驱动摩擦离合器的发动机转速通过信号总线、例如can传输到现场电子设备上。通过分析该转速可以确定振荡的频率，这是因为在摩擦离合器旋转每周时，由于相对于旋转轴线倾斜的离合器操纵设备，通过更强和更弱地偏转的操纵轴承、分离器或副缸活塞形成振荡相位。替选地，在转速缓慢变化时，转速可以依据未经滤波的位移信号与经滤波的位移信号的比较来确定。

按照一个有利的实施方式，在自动化的离合器应用中，设置具有静液压式的位移行程的离合器操纵设备，该离合器操纵设备包含与变速器输入轴同轴线布置的离合器副缸(csc，concentricslavecylinder，对中式副缸)。在这种情况下，准确地获知副缸活塞的位移对于估计能传递的离合器力矩并且因此对于行驶舒适性以及耐久性是必要的。

因为在离合器副缸的内部集成位移传感器较为困难并且因此成本较高，所以有利地在离合器副缸上使用外接位移传感器。

所提出的方法涉及对离合器副缸的位移传感器的信号调理，以便改善这些位移传感器的信号品质。

为了降低花费和成本，可以在离合器副缸上设置唯一的位移传感器。为了消除高频噪声，例如可以在位移传感器的现场电子设备上设置硬件滤波器。

除了离合器副缸的用于操纵摩擦离合器的原始功能，离合器副缸的活塞还可以承受摩擦离合器的对中和线性误差，并且借此降低力矩波动，否则力矩波动可能会导致抖动声或嘎嘎声。

借助于所提出的方法，由于制造和装配造成的对中误差以及在摩擦离合器的旋转轴线与离合器操纵设备的轴线之间的非线性布置得以补偿。在摩擦离合器绕着旋转轴线旋转的情况下，这些误差通过旋转分离的操纵轴承(在摩擦离合器断开时是接合轴承，而在摩擦离合器接合时是分离轴承)作用于位置空间固定的离合器操纵设备，例如离合器副缸的活塞。在这种情况下，活塞为避免因离合器副缸与摩擦离合器之间的错位引起的力矩误差对间隙进行补偿，并且在这种情况下，活塞在摩擦离合器旋转每周时均相对摩擦离合器倾斜。这种倾斜在布置于离合器副缸壳体的外部的位移传感器上被额外地放大，并且总是以转速的一阶进行位移的调制，该转速是摩擦离合器的或者说内燃机的、具有固定在其上的摩擦离合器的曲轴的转速。忽略更高的振荡阶次可以是有利的，因为其振幅显然较小。

一阶调制借助于所提出的方法进行滤波，使得在基于所检测到的位移信号来实现的控制中可以避免；该控制试图补偿由于调制而形成的位移信号振荡并且可能自己陷入调节系统振荡。

为此，所提出的方法用于对位移传感器的位移信号进行滤波。在此，在一个有利的实施方式中设置，位移信号采用硬件低通滤波器来滤波，以这种方式预先滤波的位移信号随后并行地采用借助移动平均值的滤波元件和滞后滤波器来滤波。在这种情况下，将两个并行地确定的位移信号进行比较并且根据差值来进行加权，其中在差值较大的情况下，增强滞后滤波器的权重，而在差值较小的情况下，增强借助移动平均值的滤波元件的权重。随后，将两个经加权的位移信号之和输出到控制器，以控制摩擦离合器或诸如此类的装置。

在离合器操纵设备的一个优选的实施方式中设置，该方法直接在位移传感器的芯片上作为片上信号处理来进行。

因而，利用所提出的方法，以所提出的方式对例如布置在离合器副缸上的位移传感器的位移信号进行滤波，该位移信号在没损失动态性的情况下满足关于信号噪声抑制方面的高要求。

附图说明

下面依据在图1至图12中示出的实施例进一步阐述本发明。附图是：

图1是具有离合器操纵装置的摩擦离合器的示意图，

图2是摩擦离合器的相对于图1变化的布置示意图，其具有连接在can上的位移传感器，

图3是调制和所属的借助于移动平均值的滤波的静态曲线图，

图4是调制和所属的借助于移动平均值的滤波的动态曲线图，

图5是移动平均值的滤波延迟关于发动机转速的曲线图，

图6是调制和所属的滞后滤波器的曲线图，

图7是调制和所属的滞后滤波器的动态曲线图，

图8是动态调制和所属的滤波的曲线图，该滤波组合了动态平均值生成和滞后滤波，

图9是由低通滤波器、移动平均值形成和滞后滤波器组合的滤波装置的示意图，

图10是图9的判断模块示意性框图，

图11是关于转速的各个滤波方法的应用场景，和

图12是摩擦离合器的相对于图1和图2变化的布置示意图，其具有仅连接在can上的位移传感器。

具体实施方式

图1以示意图示出了装置10，其具有绕着旋转轴线d布置的摩擦离合器1，该摩擦离合器具有离合器操纵设备2。在所示出的实施例中，离合器操纵设备2被构造为具有活塞4的离合器副缸3。活塞4作用于膜片弹簧5，以沿着旋转轴线d地沿着轴向位移来操纵摩擦离合器1。轴向位移由传感器6来检测。位移信号通过线缆7传输到控制器8上，以控制摩擦离合器1，控制器与例如can总线的信号总线9连接。由于膜片弹簧5的因制造或装配而造成的错位，导致活塞4倾斜。由于位移传感器6布置在活塞4的外侧，活塞4的倾斜在位移信号中被额外地放大。

因为摩擦离合器1以预先给定的转速n，例如以内燃机的发动机转速绕着旋转轴线d转动，并且离合器副缸3位置空间固定地被安装，所以这种倾斜以频率f＝n周期性地变化。由此，对于预先给定的转速n[rpm]，得到频率f[hz]＝n[rpm]/60。该频率作为第一振荡阶次而产生。由于对摩擦离合器的倾斜的整数的分度(teilungen)，也可能出现更高的振荡阶次，然而这些振荡阶次通常比第一阶次小得多。

由此如下在等式(1)中得到位移位置wp：

wp＝wk+a*sin(2*π*f*t+w0)+r(t,n,…)(1)

其中，wk：活塞4的位移位置

a：叠加的倾斜的振幅

f：第一发动机阶次的频率

w0：初始定位

r(t,n,…)：更高频的噪声的函数

高频信号噪声优选地借助低通滤波器进行滤波，该低通滤波器优选地布置在车载电子设备上，例如位移传感器6的现场电子设备上。

第一发动机阶次原则上可以按照等式(2)通过移动平均值在宽度

t＝1/f＝60/转速n[rpm](2)

完全按照等式(3)来消除：

传感器

其中，n＝t/d，其中d代表时间离散化，其具有时间t，在宽度d起始时的时间点tj和在宽度d结束时的时间点ti。转速n的整数的更高的阶次可以相对应地完全消除。时间离散化d可以如此调整，使得为1/2*d的截止频率与必要时存在的低通滤波器协调，从而不会出现混叠效应。

为了计算移动平均值的宽度d，需要转速n。如在图2中所示，装置10a为此与图1的装置10不同，位移传感器6a可以直接与信号总线9连接。例如，从信号总线9可以检测与摩擦离合器1a的转速n相同的发动机转速。

图3示出了位移信号s的调制的静态情况，其示出振幅a的关于时间t的变化。通过应用具有宽度d的移动平均值生成来产生经滤波的位移信号s(m)。由于平均值生成，产生位移信号s(m)的时间延迟，然而该时间延迟在静态运行时并不重要。

借助移动平均值的滤波并不限于静态情况，而是在离合器操纵设备2(图1)的动态方法期间，即在摩擦离合器1，1a(图1和图2)断开和接合时也适用。图4示出了在活塞4(图1)移动期间的位移信号s，即示出了位移信号s的动态情况。因此得到的、借助于被求平均的平均值生成而得到的经滤波的位移信号s(m)具有为t/2的固定延迟，该固定延迟在转速n较小并且由此宽度d较大时会过大。此外，在高动态的情况下，即在活塞4的行程较大的情况下，可能出现较大的、暂时的偏差。

图5示出了借助移动平均值的滤波的相对于转速n的滤波延迟。例如，在常见的应用情况下，在滤波延迟小于0.015s至0.02s以及由此在摩擦离合器1的常规工作区内在转速直至大约1500rpm的情况下，借助移动平均值的滤波元件可能是不实际的。因此，不仅对于高动态情况，而且对于低转速情况，均使用滞后滤波器。

如从图6中得知，在该处示出的滞后滤波器相对于未经滤波的位移信号s具有经滤波的位移信号s(h)，经滤波的位移信号s(h)在以低频来调制时没有延迟落后。如从图7中得知，借助滞后滤波器进行滤波的位移信号s(h)相对于未经滤波的信号即使在高动态的情况下也没有滤波延迟。在图6和图7的滞后滤波器的不利之处在于，滞后滤波器的较差的静态分辨率和在动态范围内的偏差。

对于适当的转速和活塞沿着摩擦离合器的旋转轴线的非动态的移动速度，移动平均值的滤波延迟是可接受的。对于非常高的动态情况，更好地适用滞后滤波器。因而，对两个滤波元件如此进行加权，使得这两个滤波元件分别在他们的有利的工作区内至少主要是激活的。图8示出了在动态运行时的位移信号s以及经组合的经滤波的位移信号s(s)，该经组合的经滤波的位移信号s(s)相对于图4至图7的在整个信号范围内经滤波的位移信号s(m)，s(h)能够实现对位移信号s的更好的滤波。

图9以示意性框图示出了位移传感器6a的滤波装置11，滤波装置具有前置的低通滤波器12。原始的含有高频振荡的位移信号s(r)被传输到该低通滤波器中。从低通滤波器中得到位移信号s，该位移信号被并行地传输到滤波元件13、14中。滤波元件13对应于借助移动平均值的滤波器，滤波元件14被设计为滞后滤波器15。由相应的滤波元件算得的位移信号s(m)和s(h)在判断模块16中聚集在一起。在判断模块16中，两个位移信号s(m)和s(h)彼此进行比较。在位移信号s(m)和s(h)的差值大时，增大位移信号s(h)的权重；在差值小时，增大位移信号s(m)的权重。在低于内燃机的空转转速时，仅使用位移信号s(h)。根据位移信号s(m)、s(h)的权重，将位移信号s(s)输出至控制器。

图10示出了图9的滤波装置11的一部分，其具有详细示出的判断模块16。滤波元件13、14的两个位移信号s(m)、s(h)分别传输至加权区17和混合区18。在加权区17中，在求和点19处产生差值δs并且该差值δs被传输至加权块20。在加权块20中确定权重因子wgm。相应地，根据权重因子wgm，在加权块21中确定权重因子wh。

在混合区18的放大器22、23中，位移信号s(m)和s(h)分别与权重因子wgm、wh相乘。经加权的位移信号s(wm)、s(wh)在求和点24汇合并且作为经滤波的位移信号s(s)传输至控制器。

如果在加权块20中摩擦离合器的所检测到的转速n小于内燃机的空转转速idle，则将权重因子wgm设置到0。与此相应地，在加权21中，将权重因子设置到1。由此，经滤波的位移信号s(s)相当于位移信号s(h)。根据权重表25，与差值δs相关地确定其他情况的权重因子wgm的权重。

图11示出了图10的判断模块16的权重的图表。加权块20在滤波区a中，在转速n较小并且动态性高的情况下确定滞后滤波器15作为激活的滤波器。在动态性较小并且在空转转速idle与预先给定的转速n(m)之间的平均的转速范围内、例如在比例30/d(d＝移动平均值的宽度)的情况下，在滤波区b，借助移动平均值的滤波元件13是激活的。在转速高于转速n(m)时，仅低通滤波器12(图9)是激活的。

图12示出了图2的装置10a的替选的构造方案。不同于装置10a，在装置10b中，仅仅通过与信号总线9，如can总线的连接来构造在位移传感器6b与控制器8b之间的信号连接。

在一个替选实施例中，可以省去与在位移传感器6上与根据图1的信号总线9的接口。因为在自动化的换挡变速器中，发动机转速，即摩擦离合器1的转速在摩擦离合器未完全断开时仅以有限的速度变化，所以可以通过观测传感器信号相对于经滤波的传感器信号的振荡来估计转速。

附图标记列表

1摩擦离合器

1a摩擦离合器

2离合器操纵设备

3离合器副缸

4活塞

5膜片弹簧

6位移传感器

6a位移传感器

6b位移传感器

7线缆

8控制器

8b控制器

9信号总线

10装置

10a装置

10b装置

11滤波装置

12低通滤波器

13滤波元件

14滤波元件

15滞后滤波器

16判断模块

17加权区

18混合区

19求和点

20加权块

21加权块

22放大器

23放大器

24求和点

25权重表

a振幅

a滤波区

b滤波区

c滤波区

d旋转轴线

d宽度

idle空转转速

n转速

n(m)转速

s位移信号

s(h)经滤波的位移信号

s(m)经滤波的位移信号

s(r)位移信号，未经滤波

s(s)经滤波的位移信号

s(wh)经加权的位移信号

s(wm)经加权的位移信号

t时间

wgm权重因子

wh权重因子

δs差值