处理测量信号的方法技术

提出了一种用于处理尤其是转向系统的测量信号的方法。该方法包括以下步骤：基于测量信号获取测量变量，其中，测量变量包括有关物理变量的信息，并且其中，测量变量为物理变量的实际值与测量噪声的叠加。基于测量变量和测量噪声的数学模型来确定滤波器的滤波器参数。藉由滤波器对测量信号进行滤波，由此获得物理变量的估计值，其中，滤波器具有所确定的滤波器参数。确定滤波器参数的方式为使得物理变量的估计值与物理变量的实际值之间的偏差被近似且最小化。此外，公开了一种用于转向系统的控制单元、一种转向系统、一种计算机程序和一种计算机可读数据载体。种计算机可读数据载体。种计算机可读数据载体。

【技术实现步骤摘要】
处理测量信号的方法


[0001]本专利技术涉及一种处理测量信号的方法。本专利技术还涉及一种用于机动车辆的转向系统的控制单元、一种用于机动车辆的转向系统、一种计算机程序和一种计算机可读数据载体。

技术介绍

[0002]概括地说，机动车辆的机电辅助转向系统被设计成检测驾驶员在方向盘上施加的转矩，并且基于该转矩，经由电动马达提供匹配的辅助转矩，该辅助转矩辅助驾驶员使机动车辆转向。
[0003]转向系统通常包括传感器，该传感器例如获取转矩和/或转向角度，并将物理变量转换为电信号(测量信号)以进行进一步处理。由于这个测量过程，除了关于物理变量的信息(所谓的有用信号分量)之外，测量信号还包含不期望的测量噪声。
[0004]该测量信号例如用于通过控制器或调节器确定辅助转矩的目的。然后经由电动马达提供辅助转矩。根据典型的方法，测量信号中的特定频率分量被放大以便产生辅助转矩。但是，除了有用信号之外，由此同时放大了存在于测量信号中的测量噪声，这可能导致在转向系统中形成不期望的噪声。
[0005]因此，在现有技术中，藉由低通滤波器、带通滤波器或具有在时间上恒定的传输特性的类似的滤波器来对测量信号进行滤波，以便减少不期望的测量噪声。但是，如果待滤波的有用信号和测量噪声二者的频率范围重叠，则滤波可能会使转向感觉受损。另外，在控制回路中使用测量信号，由此使用这种类型的滤波会存在使控制回路的鲁棒性和稳定性变差的风险。

技术实现思路

[0006]因此，本专利技术的目的是提供一种处理测量信号的替代性方法，其中在整个频率范围内可靠地降低了测量噪声而不改变有用信号的频率分量。
[0007]根据本专利技术，该目的通过一种用于处理尤其是转向系统的测量信号的方法来实现。所述方法包括以下步骤：基于测量信号获取测量变量，其中，测量变量包括有关物理变量的信息，并且其中，测量变量为物理变量的实际值与测量噪声的叠加。基于测量变量和测量噪声的数学模型来确定滤波器的滤波器参数。藉由滤波器对测量信号进行滤波，由此获得物理变量的估计值，其中，滤波器具有所确定的滤波器参数。确定滤波器参数的方式为使得物理变量的估计值与物理变量的实际值之间的偏差被近似且最小化。
[0008]物理变量优选是有用信号、尤其是转向系统的有用信号。
[0009]与现有技术相比，测量信号不是简单地藉由具有时间上恒定的传输特性的滤波器来滤波，以便减小测量噪声。而是，根据本专利技术的方法，使用具有时变的滤波器参数的滤波器以便对测量信号进行滤波。
[0010]在此，在每个数据获取点中确定滤波器的滤波器参数，使得尽可能多地对所有测
量噪声进行滤除，而不会也滤除物理变量的实际值的分量。为此目的，使物理变量的估计值与物理变量的实际值之间的偏差最小化。特别地，使物理变量的估计值与物理变量的实际值之间的二次偏差最小化。
[0011]通过噪声特性的数学模型能够滤除测量噪声，这允许在每个数据获取步长中针对测量噪声来有意地调整滤波器参数。
[0012]因此，通过根据本专利技术的方法在没有改变有用的分量的情况下，滤除了在整个相关的频率范围上的测量噪声。因此，保持了使用测量信号的控制回路的稳定性和鲁棒性。在转向系统中，这还意味着转向感觉保持不受影响。
[0013]滤波器优选地是具有有限脉冲响应的滤波器。此类滤波器也称为“有限脉冲响应(FIR)滤波器”(英文为“finite impulse response filter”)。这种FIR滤波器的优点是它们特别快速地处理测量信号，即具有低等待时间。
[0014]然而，还可以考虑使用具有无限脉冲响应的滤波器。此类滤波器也称为“无限脉冲响应(IIR)滤波器”(英文为“infinite impulse response filter”)。
[0015]本专利技术的一个方面提供的是物理变量是转向柱转矩并且/或者测量变量是转矩传感器的测量值。在此以及下文中，“转向柱转矩”应理解为作用在转向柱中的转矩。因此，转向系统可以包括转矩传感器，该转矩传感器联接至转向柱并且被设计成测量作用在转向柱中的转矩。
[0016]替代性地或附加地，物理变量可以是转向角度和/或转向角度速度。因此，测量变量可以是转向角度传感器的测量的值。
[0017]基于物理变量的估计值来优选地控制转向系统的至少一个致动器。因此，基于对物理变量的实际值的最可能的估计来控制致动器。
[0018]例如，基于物理变量的估计值来控制转向系统的电动马达。特别地，电动马达是转向系统的辅助马达，该辅助马达被设计成产生辅助转矩，以便在使机动车辆转向时辅助驾驶员。
[0019]在本专利技术的另一实施例中，数学模型中的测量噪声被建模为高斯过程。在此，经由过程平均值和过程自相关的知识可以足够准确地描述测量噪声。
[0020]根据本专利技术的另一实施例，在数学模型中，测量噪声与物理变量不相关。这意味着物理变量与测量噪声之间的互相关在任意时间点等于零。因此，测量噪声可以与数学模型中的物理变量解耦。
[0021]在本专利技术的另一实施例中，在数学模型中，测量噪声被建模为白噪声。因此，至少在相关的频率范围内，测量噪声的频谱功率密度基本上是恒定的、尤其是恒定的。此外，一个时间点处的测量噪声与任何其他时间点处的测量噪声都不相关。
[0022]本专利技术的另一个方面提供的是，测量噪声在数学模型中被建模为与时间无关或具有已知的在时间顺序上的依赖性。更确切地，在数学模型中，测量噪声的特征统计变量在时间上是恒定的，或者它们在时间顺序上的依赖性是已知的。特别地，测量噪声的平均值和/或自相关在时间上恒定或已知其在时间上的变化。
[0023]优选地，滤波器参数是递归、尤其是藉由最小二乘的递归方法来确定的。换句话说，因此不再在每个数据获取步长中借助于来自先前数据获取步长的存储数据再次确定滤波器参数，而是基于先前的滤波器参数和新获取的数据来递归地确定滤波器参数。因此节
省了处理时间和/或资源。
[0024]在本专利技术的一个实施例中，仅在预定义的时间窗口中考虑测量值，以所述滤波器参数。因此不再考虑太久远的测量变量的数据点。滤波器参数因此被自适应地调整，由此考虑物理变量的可能存在的时变。
[0025]根据本专利技术，该目的还通过一种用于机动车辆的转向系统的控制单元来实现，其中，该控制单元被设计成执行上述方法。
[0026]特别地，物理变量是转向柱转矩并且/或者测量变量是转向系统的转矩传感器的测量值。
[0027]相对于关于控制单元的优点和特性的方法，参考了以上解释，这些解释也适用于控制单元，反之亦然。
[0028]根据本专利技术，该目的还通过一种机动车辆的转向系统来实现。转向系统包括传感器，该传感器被设计成获取测量变量，该测量变量包括关于物理变量的信息。此外，转向系统包括上述控制单元。
[0029]特别地，物理变量是转向柱转矩并且/或者测量变量是转向系统的转矩传感器的测量值。传感器可以相应地设计为转矩传感器。
[0030]相对于关于转向本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于处理尤其是转向系统(10)的测量信号的方法，所述方法具有以下步骤：
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基于所述测量信号获取测量变量，其中，所述测量变量包括有关物理变量的信息，并且其中，所述测量变量为所述物理变量的实际值与所述测量噪声的叠加；
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基于所述测量变量和所述测量噪声的数学模型来确定滤波器的滤波器参数；以及
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藉由所述滤波器对所述测量信号进行滤波，由此获得所述物理变量的估计值，其中，所述滤波器具有所述确定的滤波器参数；其中，确定所述滤波器参数的方式为使得所述物理变量的估计值与所述物理变量的实际值之间的偏差被近似且最小化。2.如权利要求1所述的方法，其中，所述滤波器是具有有限脉冲响应的滤波器。3.如权利要求1或2所述的方法，其中，所述物理变量是转向柱转矩并且/或者所述测量变量是转矩传感器(22)的测量值。4.如权利要求3所述的方法，其中，基于所述物理变量的估计值来控制所述转向系统(10)的至少一个致动器(24)。5.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述测量噪声在所述数学模型中被建模为高斯过程。6.如前述权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：D，
申请(专利权)人：ZF汽车德国有限公司，
类型：发明
国别省市：