DE102010011349A1 - Method for limiting the torque of a drive motor of a motor vehicle comprises determining the revolution gradient of the motor and changing the set limit depending on the revolution gradient - Google Patents

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Abstract

Method for limiting the torque of a drive motor of a motor vehicle comprises determining the revolution gradient of the motor and changing the set limit depending on the revolution gradient. Preferred Features: The set limit is raised with increasing revolution gradient. The set limit depends on the selected speed of the gear which is connected to the drive motor.

Description

An moderne Kraftfahrzeuge werden immer höhere Anforderungen in Bezug auf die Fahrleistung, den Benzinverbrauch, die Zuverlässigkeit und die Kosten gestellt. Da diese Faktoren voneinander abhängen, ist es wichtig, hier einen optimalen Kompromiss zu finden. Es wird an einem konkreten Beispiel gezeigt, wie die Fahrleistung und Getriebelebensdauer mittels geeigneter CAE-Methoden bestmöglich aufeinander abgestimmt werden können.At Modern motor vehicles are becoming increasingly demanding in terms of mileage, fuel consumption, reliability and the cost. Because these factors depend on each other, It is important to find an optimal compromise here. It will shown on a specific example, such as the mileage and transmission life best possible by means of suitable CAE methods can be matched.

Die in der Automobilindustrie geforderten kurzen Entwicklungszeiten sind ohne den konsequenten Einsatz von CAE Methoden nicht mehr zu realisieren. Produktspezifische Entscheidungen sind oftmals weit vor dem geplanten Serienanlauf eines Fahrzeugs zu treffen. Zu diesem frühen Entwicklungsstand liegt noch keine testbare Hardware vor, sodass Fahrsimulationsrechnungen eine verlässliche Datenbasis für z. B. Fahrleistungs- und Getriebelebensdauerberechnungen liefern müssen. In der Getriebeentwicklung wird, abhängig vom Aufgabengebiet, unterschiedliche Simulationssoftware eingesetzt. Bei Fahrzeugsimulationsrechnungen im Zeitbereich ist ein wesentliches Unterscheidungsmerkmal der Detaillierungsgrad des Simulationsmodells. Abhängig von der Anzahl der abgebildeten Massen, deren Eigenfrequenzen und der Dynamik der berechneten Fahrsituation ergeben sich Rechenzeiten, die deutlich schneller, aber auch um Zehnerpotenzen langsamer als Echtzeit sein können. Die im Folgenden betrachteten Fahrsimulationsrechnungen sind für den GETRAG Freigabetest durchgeführt worden. Um derartige Berechnungen in einem akzeptablen Zeitrahmen umsetzen zu können, ist der Einsatz von Schwingungsmodellen mit nur wenigen Massen sinnvoll. 1 zeigt den strukturellen Aufbau des Modells. Bei dem hier betrachteten Simulationsmodell handelt es sich um einen in Matlab/Simulink aufgebauten Zweimassenschwinger. Dessen Ergebnisse sind in Bezug auf die berechneten Lastzeitsignale hinreichend genau, um sichere Aussagen über die Fahrleistung und die Getriebelebensdauer zu gewinnen.The short development times required in the automotive industry can no longer be realized without the consistent use of CAE methods. Product-specific decisions are often made long before the scheduled start of production of a vehicle. At this early stage of development, no testable hardware is yet available, so that driving simulation calculations provide a reliable database for eg. B. must deliver Fahrleistungs- and transmission life calculations. Depending on the area of responsibility, different simulation software is used in gearbox development. In vehicle simulation calculations in the time domain, a significant differentiator is the level of detail of the simulation model. Depending on the number of masses displayed, their natural frequencies and the dynamics of the calculated driving situation, calculation times are obtained that can be significantly faster but also slower than real-time by powers of ten. The following driving simulation calculations have been carried out for the GETRAG release test. In order to be able to implement such calculations within an acceptable time frame, the use of vibration models with only a few masses makes sense. 1 shows the structural structure of the model. The simulation model considered here is a two-mass oscillator constructed in Matlab / Simulink. Its results are sufficiently accurate with respect to the calculated load-time signals to obtain reliable information about the driving performance and the transmission life.

Das verwendete Fahrsimulationsmodell ist modular in Simulink aufgebaut. Es besteht im Wesentlichen aus zwei Programmblöcken, einem Fahrermodell und einem Drehschwinger.The The driving simulation model used is modular in Simulink. It basically consists of two program blocks, one Driver's model and a rotary oscillator.

Der Programmteil ”Fahrermodell” setzt Fahrvorschriften in Stellwerte für die Drosselklappe, das Bremspedal und den Gangwahlhebel um. Zusätzlich können Zündschlüsselpositionen vorgegeben werden, um je nach verwendetem Drehschwingungsmodell einen Motorstart simulieren zu können. Eingabegrößen des Fahrermodells sind Fahrertyp, Fahrvorschriften und Streckendaten. Aus ihnen werden die o. g. zeitabhängigen Parameter ermittelt. Das Fahrermodell ist so aufgebaut, dass es alle Fahrsituationen, wie sie z. B. in den Fahrzeugfreigabetests von Automobilherstellern vorkommen, umsetzen kann. Der wesentliche Vorteil dieser Vorgehensweise ist, dass im Gegensatz zur üblichen Simulationssteuerung durch die Vorgabe von Geschwindigkeitsprofilen, das Programm durch Fahrvorschriften gesteuert wird, wie sie der Testfahrer auf dem entsprechenden Prüfgelände erhält. Es müssen also keine Messungen oder Annahmen bezüglich des Geschwindigkeitsprofils gemacht werden, sondern dieses ergibt sich individuell, für jede von den Fahrzeugparametern, Streckendaten und Testzyklen abhängige Anwendung. Eine Besonderheit des Fahrermodells ist es, dass es sowohl das zuvor beschriebene Drehschwingungsmodell DriveSim als auch die echte Fahrzeuggetriebesoftware und Hardware (MIL = Model in the Loop, HIL = Hardware in the Loop) ansteuern kann.Of the Program part "driver model" sets driving regulations in control values for the throttle, the brake pedal and the gear selector lever. In addition, ignition key positions be given to depending on the used torsional vibration model to be able to simulate an engine start. input variables of the driver model are driver type, driving regulations and route data. From them the o. G. Time-dependent parameter determined. The driver model is designed to handle all driving situations, such as they z. In vehicle approval tests by automakers happen, can implement. The main advantage of this approach is that unlike the usual simulation control by the specification of speed profiles, the program by driving regulations is controlled, as the test driver on the appropriate proving ground receives. So there are no measurements or assumptions in terms of the velocity profile, but this results individually for each of the vehicle parameters, Track data and test cycles dependent application. A special feature the driver model is that it is both the previously described Torsional vibration model DriveSim as well as the genuine vehicle transmission software and Hardware (MIL = Model in the Loop, HIL = Hardware in the Loop) can drive.

Als Entwicklungsumgebung für das Drehschwingungsmodell wurde Simulink verwendet. Das Längsdynamik-Fahrzeugmodell DriveSim liegt als Einspurmodell vor. Es besteht aus den Hauptkomponenten Motor, Getriebe und Fahrzeug. Die Getriebemasse und die Motormasse werden, abhängig vom Kupplungszustand und dem eingelegten Gang, an das Schwingsystem an- bzw. abgekoppelt. Die Fahrzeugmasse ist als Rotationsmasse im Rad abgebildet, es ergibt sich ein aus zwei Rotationsmassenbestehendes Schwingsystem. Es können sowohl manuelle Getriebe als auch Doppelkupplungsgetriebe abgebildet werden. Die Parametrisierung erfolgt durch das Lesen von ASCII-Dateien. In diesen sind u. a. die Kennfelder für den Motor, das Getriebe und die Schaltstrategie hinterlegt. Der Lösungsalgorithmus arbeitet nach dem Prinzip von Runge-Kutta. Der Standardwert für die Abtastrate beträgt 250 Hertz. Mit dieser Einstellung lassen sich die für Dauerhaltbarkeitsberechnungen der Getriebeverzahnungen relevanten Zeitsignale Getriebeeingangsdrehmoment und Getriebeeingangsdrehzahl hinreichend genau bestimmen, da die hierfür wichtige 1. Ruckelschwingung (Shuffle) abgebildet werden kann.When Development environment for the torsional vibration model Simulink used. The longitudinal dynamics vehicle model DriveSim is available as a single track model. It consists of the main components Engine, transmission and vehicle. The gear mass and the engine mass depending on the coupling state and the inserted Gear, connected to the vibrating system or decoupled. The vehicle mass is shown as a rotational mass in the wheel, it results in a two rotational mass existing oscillating system. It can Both manual transmission and dual-clutch transmission shown become. The parameterization is done by reading ASCII files. In these are u. a. the maps for the engine, the Gearbox and the shift strategy deposited. The solution algorithm works according to the Runge-Kutta principle. The default value for the sampling rate is 250 hertz. With this setting can be used for durability calculations of the gear teeth Relevant time signals transmission input torque and transmission input speed determine with sufficient accuracy, since the important 1. Bucking (shuffle) can be imaged.

An ein Kraftfahrzeuggetriebe werden verschiedene Dauerhaltbarkeitsanforderungen gestellt. 2 zeigt eine Auswahl der gangspezifischen Belastungsanforderungen am Beispiel der Zahnfußschädigung. Üblicherweise wird das Getriebe auf eine von der Firmenphilosophie abhängige Mindestlebensdauer und eine Mindestlaufleistung beim Endkunden ausgelegt. Zusätzlich müssen spezielle Anforderungen wie Pressefahrten, der TÜV-Test, Sonderereignisse und Missbrauch in die Lastannahmen einfließen. Automobilhersteller haben ihre eigenen Freigabe- und Dauerhaltbarkeitstests, auch dort darf das Getriebe nicht versagen. Daraus folgt, dass das Getriebe mit der Einhüllenden aus den oben genannten Anforderungen abgetestet werden muss und die Lebensdauerberechnungen auf diese Lastannahmen zu beziehen sind. Hierbei ist zu beachten, dass die Bestimmung der Einhüllenden von der betrachteten Getriebekomponente abhängt.To a motor vehicle transmission various durability requirements are made. 2 shows a selection of the gear-specific load requirements on the example of Zahnfußschädigung. Usually, the transmission is designed for a minimum service life dependent on the company philosophy and a minimum service life for the end customer. In addition, special requirements such as press trips, the TÜV test, special events and misuse must be included in the load assumptions. Car manufacturers have their own release and durability tests, and the transmission must not fail. It follows that the gearbox must be tested with the envelope from the above requirements and the lifetime calculations on these load assumptions to be referred to. It should be noted that the determination of the envelope depends on the considered transmission component.

Getriebe für Personenkraftwagen sind aus Kosten-, Platz- und Gewichtsgründen zeitfest ausgelegt. Die Lebensdauer der Bauteile ist in erster Linie abhängig von deren Dimensionierung und den im Betrieb einwirkenden Lasten. Je nach der Belastungsart lassen sich die Beanspruchungen in zwei Arten von Lastkollektiven zusammenfassen. Für Getriebebauteile wie Naben, Schiebemuffen oder Lagerbrillen ist die Rainflowzählung geeignet, während für Komponenten wie Gangräder, Wellen oder Lager die Überrollungsklassierung (RAL) anzuwenden ist. Eine entsprechende Übersicht ist in 3 dargestellt.Gearboxes for passenger cars are designed to be time-stable for cost, space and weight reasons. The life of the components depends primarily on their dimensions and the loads applied during operation. Depending on the type of load, the loads can be grouped into two types of load collectives. For gearbox components such as hubs, sliding sleeves or bearing goggles, rainflow counting is appropriate, while for components such as gear wheels, shafts or bearings, the Role Classification is applicable. A corresponding overview is in 3 shown.

Laufverzahnungen sind bezüglich der Dauerhaltbarkeit kritische Getriebebauteile. Im Folgenden wird die Lebensdauerberechnung anhand der Zahnfußschädigung erläutert. Bei jeder Überrollung dieser Bauteile kommt jeder Zahn einmal in Eingriff und verlässt diesen wieder. Daraus resultiert eine schwellende Beanspruchung, die sich in einer Überrollungsklassierung gemäß 4 darstellen lässt. Das Drehmoment und die Überrollungen in den einzelnen Gängen sind auf die Eingangswelle bezogen. Hieraus lassen sich, mit Kenntnis der Gangübersetzungen, die Belastungen und Schwingspielzahlen aller nachgeschalteten rotierenden Getriebebauteile berechnen. Somit ist es möglich, für jedes Gangrad eine separate Schadensrechnung mit den korrekten Lastannahmen durchzuführen. Das drehmomentbasierte Lastkollektiv ist hierzu in ein zahnfußspannungsabhängiges Lastkollektiv umzurechnen. Die Schadensakkumulationsrechnung nach Miner/Haibach ist die geeignete Methode zur Berechnung von Zahnfußlebensdauern, da hier im Fahrbetrieb sowohl Lasten im Bereich der Zeitfestigkeit als auch Lasten im Bereich der Dauerfestigkeit auftreten. Hat die Wöhlerlinie bei doppeltlogarithmischer Auftragung im Zeitfestigkeitsbereich die Neigung k, so ist im Dauerfestigkeitsbereich die Neigung k' = 2k – 1 anzusetzen.Running gears are critical transmission components in terms of durability. The following section explains the service life calculation based on tooth root damage. Every time the components roll over, each tooth engages and leaves. This results in a swelling stress, resulting in a Überrollungsklassierung according to 4 let represent. The torque and the overruns in the individual gears are related to the input shaft. From this it is possible, with knowledge of the gear ratios, to calculate the loads and the number of cycles of all downstream rotating gear components. Thus it is possible to carry out a separate damage calculation with the correct load assumptions for each gear wheel. For this purpose, the torque-based load collective is to be converted into a load base voltage-dependent load spectrum. The damage accumulation calculation according to Miner / Haibach is the suitable method for the calculation of tooth root lifetimes, since both loads in the area of fatigue strength and loads in the area of fatigue strength occur during driving. If the Wöhler line has the slope k in the logarithmic plot in the time-stability range, then the slope k '= 2k-1 must be used in the fatigue limit range.

Aus der berechneten Schadenssumme Dcalc lässt sich auf die Lebensdauer der betrachteten Teile in dem Test schließen, den das Lastkollektiv repräsentiert. Ist diese Lebensdauer kleiner als 100%, so muss entweder durch geeignete Maßnahmen die Last gesenkt, und somit ein abgeschwächtes Lastkollektiv berechnet werden, oder das Bauteil ist entsprechend zu verstärken.From the calculated damage sum D calc it is possible to deduce the lifetime of the considered parts in the test represented by the load collective. If this service life is less than 100%, either the load must be reduced by suitable measures, and thus an attenuated load spectrum must be calculated, or the component must be reinforced accordingly.

Die Lebensdauerberechnung der Laufverzahnungen nach Miner/Haibach wird mittels eines auf die Getriebearchitektur abgestimmten Berechnungsprogramms durchgeführt. Dort sind die Gangübersetzungen mit den zugehörigen Korrelationsfaktoren sowie die Material- und Wöhlerliniendaten hinterlegt. Die Korrelationsfaktoren geben den Zusammenhang von Zahnraddrehmoment und Zahnfußspannung bzw. Flankenpressung an. Das Lastkollektiv wird in das Programm importiert, die Schadensrechnung aller Verzahnungen für die Ausfallmodi Zahnfußbruch und Grübchenbildung erfolgt automatisch. Zusätzlich können für ausgewählte Wellenquerschnitte Lebensdauern berechnet werden.The Lifetime calculation of the running gears to Miner / Haibach is by means of a calculation program adapted to the transmission architecture carried out. There are the gear ratios with the associated correlation factors as well as the material and Wöhlerliniendaten deposited. The correlation factors give the connection of gear torque and Zahnfußspannung or flank pressure on. The load collective is in the program imported, the damage invoice of all gears for the failure modes tooth root breakage and pitting takes place automatically. In addition, for selected wave cross sections lifetimes are calculated.

Für jede Laststufe des Lastkollektivs wird eine Einzelschädigung berechnet. Dadurch ist es möglich, die Laststufen zu bestimmen, die maßgeblich zur Schädigung der Verzahnungen beitragen. Diese Information ist sehr wichtig, um die Getriebetests, die auf Basis des Lastkollektivs gefahren werden, effizient durchführen zu können. Nur die schädigenden Laststufen werden auf elektromotorisch angetriebenen Prüfständen gefahren. Ausnahmen bilden die Stufen bei den höchsten Lasten, die durch dynamische Stöße entstanden sind. Diese weisen sehr geringe Überrollungszahlen und somit eine geringe Schädigung auf, dürfen aber nicht weggelassen werden. Aus ihnen resultieren die größten Abdrängungen und Schiefstellungen im Getriebe, was zu speziellen Ausfallmodi wie zum Beispiel Lagerwandern, Versagen von Presssitzen oder Zweiflankentragen führen kann.For each load level of the load collective becomes a single damage calculated. This makes it possible to determine the load levels which is decisive for damaging the teeth contribute. This information is very important to the transmission tests, which are driven on the basis of the load collective, perform efficiently to be able to. Only the damaging load levels become on electric motor driven test benches hazards. Exceptions are the levels at the highest Loads created by dynamic shocks are. These have very low roll numbers and thus a minor damage, but may not be left out. Out of them result the biggest ones Extrusions and misalignments in the transmission, resulting in special Failure modes such as warehouse migration, failure of press seats or bipolar carrying.

Vergleicht man die im Test erreichten Lebensdauern mit den aufgrund der Lebensdauerberechnungen nach DIN 3990 vorhergesagten, so stellt man fest, dass die Bauteile früher versagen als erwartet. Hauptursache hierfür ist, dass die Umrechnung der Lastkollektivdrehmomente in Nennspannungen erfolgt, örtliche Spannungsüberhöhungen während des Zahneingriffs werden zunächst nicht beachtet. Um diesen Effekt zu berücksichtigen, hat GETRAG eine interne Software entwickelt, die die Nennspannungen gangabhängig in reale Bauteilspannungen umrechnet und somit verlässliche Lebensdauervorhersagen ermöglicht. Für neue Lastannahmen, wie sie z. B. aus geänderter Radgröße, geändertem Fahrzeuggewicht oder einer Drehmomentenbegrenzung des Motors resultieren, sind keine Prüfstands- oder Fahrzeugtests erforderlich. Ob ein Getriebe für eine neue Anwendung ausreichend dimensioniert ist, kann durch die oben beschriebene Lebensdauerberechnung sehr gut bestimmt werden.If one compares the lifetimes achieved in the test with those based on the lifetime calculations DIN 3990 Predicted, one finds that the components fail earlier than expected. The main reason for this is that the conversion of the load collective torque into nominal voltages takes place, local voltage peaks during meshing are initially ignored. In order to take this effect into account, GETRAG has developed an internal software that converts the rated voltages depending on the gear into real component voltages, thus enabling reliable life-time predictions. For new load assumptions, as z. B. result from a changed wheel size, changed vehicle weight or a torque limit of the engine, no test bench or vehicle tests are required. Whether a gearbox is adequately dimensioned for a new application can be very well determined by the lifetime calculation described above.

Die auf die Getriebeeingangswelle bezogenen Überrolllungen des gesamten Freigabetests beinhalten die schadensrelevanten Überrollungen des zugehörigen Prüfstandstests. Die schadensrelevanten Überrollungen werden auf elektromotorisch angetriebenen Prüfständen gefahren und enthalten 98% der Gesamtschädigung des Freigabetests. Aus dem Wegfall der nicht schädigenden Lastkollektivanteile im Prüfstandstest resultiert ein enormer Zeitgewinn. Benötigt der Fahrzeugfreigabetest ca. 180 Tage, so benötigt der entsprechende Prüfstandstest lediglich ca. 5 Tage.The on the transmission input shaft related Überrolllungen of the entire release test include the damage-relevant rollovers the associated test bench test. The damage-relevant rollovers be on electric motor driven test benches driven and contain 98% of the total damage of the release test. From the elimination of non-damaging load collective shares The test bench test results in enormous time savings. requires the vehicle approval test takes about 180 days, so it needs corresponding test bench only about 5 days.

Grundsätzlich gibt es zwei Vorgehensweisen um die Getriebelebensdauer zu verlängern. Die lebensdauerkritischen Getriebebauteile können verstärkt, oder die diese Bauteile beanspruchenden Lasten können gesenkt werden. Für beide Varianten gilt, dass die im kritischen Querschnitt wirkenden Spannungen herabgesetzt werden müssen.in principle There are two ways to extend the transmission life. The life-critical transmission components can be reinforced, or the loads stressing these components can be reduced become. For both variants, that in the critical Cross-section voltages must be reduced.

Im Bereich der Makrogeometrie können der Achsabstand, die Zahnbreite oder der Modul vergrößert werden. Diese drei Parameter sind in einem sehr frühen Entwicklungsstand festzulegen, und Änderungen dieser Größen in der späteren Entwicklung sind aus Kosten- und Zeitgründen praktisch nicht durchführbar. Im Bereich der Mikrogeometrie können Zahnkorrekturen wie Breiten- und Höhenballigkeit angepasst oder Kopf- und Endrücknahmen vorgenommen werden. Weitere Einflussmöglichkeiten sind die Wärmebehandlung und die Oberflächenbehandlung wie Phosphatieren oder Kugelstrahlen. Die in genannten Verstärkungsmaßnahmen haben keinen oder nur einen geringen Einfluss auf das Fahrleistungsverhalten, sind aber, abhängig vom Entwicklungsstand, zeit- und kostenintensiv.in the Area of macrogeometry can be the center distance, the Tooth width or the module can be increased. These three parameters are at a very early stage of development set and changes of these sizes in later development are for cost and time reasons practically impossible. In the field of microgeometry can correct tooth corrections such as latitude and highness or head and tail cancellations are made. Further Influences are the heat treatment and the surface treatment such as phosphating or shot peening. The reinforcing measures mentioned have no or only a small influence on the driving performance are but, depending on the stage of development, time-consuming and cost-intensive.

Auf der Fahrzeugseite gibt es mehrere Möglichkeiten den Fahrwiderstand zu reduzieren. Einschränkung des Fahrzeuggesamtgewichts oder der Anhängerlast setzen, vor allem für die niedrigen Gänge, die Belastungen deutlich herab. Gleiches gilt für die Verringerung des Raddurchmessers oder die Begrenzung der zulässigen Steigfähigkeit. Motorseitig können gangabhängig unterschiedliche Drehmomentenkennfelder oder Drehmomentenbegrenzungen vorgegeben werden. Die auf das Getriebe einwirkenden Belastungen lassen sich so abstimmen, dass eine geforderte Lebensdauer erreicht wird. Bei den GETRAG PowerShift Doppelkupplungsgetrieben gibt es weitere Möglichkeiten zur Lebensdaueranpassung. So können z. B. durch geeignete Gangwahlstrategien Fahranteile aus lebensdauerkritischen Gängen in benachbarte Gänge verschoben werden. Mit Schalt- und Kupplungsstrategien lassen sich dynamische Drehmomentenstöße, wie sie aus Gangwechseln und Anfahrten entstehen, beeinflussen. Die genannten Lastreduzierungen sind auch zu einem späten Entwicklungsstand relativ schnell und kostengünstig zu implementieren, haben aber meist einen negativen Einfluss auf Fahrleistung und Komfort.On The vehicle side, there are several ways the driving resistance to reduce. Restriction of gross vehicle weight or to put the trailer load, especially for the low gears, the loads significantly lower. The same applies to the reduction of the wheel diameter or the Limitation of the permitted climbing ability. Motor side can Depending on the gear different torque maps or Torque limits are specified. The on the gearbox acting loads can be tuned so that a required Lifespan is reached. For the GETRAG PowerShift dual-clutch transmissions There are other options for lifetime adjustment. So z. B. by appropriate gear selection strategies driving proportions from life-critical courses in neighboring corridors be moved. With shift and clutch strategies can be dynamic torque shocks as they change gears and approaches arise, influence. The mentioned load reductions are also relatively fast to a late stage of development and inexpensive to implement, but usually have one negative impact on driving performance and comfort.

Moderne Motoren werden über Kennfelder gesteuert, welche sich gang- und fahrsituationsabhängig vorgeben lassen. Es besteht die Möglichkeit, die Drehmomentenkurven des Motors zu variieren oder sein maximales Drehmoment zu begrenzen. Dies kann mit und ohne Berücksichtigung der vor dem Getriebe angeordneten trägen Massen geschehen. Am Beispiel einer Volllastkurve werden im Folgenden vier Arten der Drehmomentenbegrenzung grafisch erläutert.modern Motors are controlled by maps, which are and depending on the driving situation. It exists the ability to vary the torque curves of the engine or to limit its maximum torque. This can be done with and without consideration the inert masses arranged in front of the transmission are done. Using the example of a full load curve, four types of Torque limitation graphically explained.

5 zeigt eine komplette bzw. teilweise Absenkung der Motordrehmoementkurve. Aus Sicht der Fahrleistung ist es nicht sinnvoll, die komplette Drehmomentenkurve des Motors abzusenken. Bei dieser Vorgehensweise wird auch in Lastbereichen, die nicht schädigend für die Verzahnungen sind (5, schraffierte Flächen), die Leistung des Motors begrenzt und somit das Fahrleistungsverhalten negativ beeinflusst. 5 shows a complete or partial lowering of the motor torque curve. From the point of view of driving performance, it does not make sense to lower the engine's complete torque curve. This procedure also applies to load areas that are not damaging to the gears ( 5 , hatched areas), limits the engine's power and thus negatively influences the driving performance.

6 zeigt eine ”starre” und eine ”dynamische” Drehmomentbegrenzung. Bei einer ”starren” Drehmomentenbegrenzung werden alle Drehmomente des Motorkennfeldes die oberhalb einer festgelegten Grenze liegen, auf den Grenzwert gesetzt. Bildlich gesprochen wird die Volllastkurve bei diesem Drehmoment abgeschnitten. 6 shows a "rigid" and a "dynamic" torque limit. In the case of a "rigid" torque limitation, all torques of the motor map which are above a specified limit are set to the limit value. Figuratively speaking, the full load curve is cut off at this torque.

Die ”dynamische” Drehmomentenbegrenzung basiert auf der ”starren” Drehmomentenbegrenzung, es können fahrsituationsabhängig zusätzliche ”dynamische” Drehmomente freigegeben werden. Beim Beschleunigen des Fahrzeuges und dem damit verbundenen Hochdrehen des Motors benötigt dieser Drehmoment, um seine trägen Massen und die der Nebenaggregate zu beschleunigen. Am Getriebeeingang steht also weniger Drehmoment zur Verfügung als der Motor aus seinem Verbrennungsvorgang liefert. Diesen Effekt gleicht die ”dynamische” Drehmomentenbegrenzung aus, die hierfür benötigten Drehmomente liegen in den Gängen 1 und R bei bis zu 50 Nm und nehmen mit steigendem Gang ab.The "dynamic" torque limit based on the "rigid" torque limit, Depending on the driving situation, additional "dynamic" torques can occur be released. When accelerating the vehicle and the associated Revving up the engine requires this torque to its inert masses and accelerate the ancillaries. At the transmission input so less torque is available as the engine delivers from its combustion process. This effect equals the "dynamic" torque limit from, the torque required for this lie in the gears 1 and R at up to 50 Nm and increase with increasing Gear off.

Das Hochdrehen des Motors wird mathematisch durch die erste Ableitung der Motordrehzahl, dem sogenannten Drehzahlgradienten, beschrieben. Damit ist der Drehzahlgradient nichts anderes als ein Maß für die Beschleunigung des Fahrzeugs. Der Drehzahlgradient des Motors kann aus im Fahrzeug vorliegenden Messwerten der Drehzahlen des Motors mittels Bildung der ersten Ableitung ermittelt werden. Damit kann die festgelegte Grenze in Abhängigkeit des Drehzahlgradienten verändert werden. Die festgelegte Grenze kann zunächst durch einen Anfangswert festgelegt werden.The Revving up the engine is mathematical through the first derivative the engine speed, the so-called speed gradient described. In order to the speed gradient is nothing but a measure of the acceleration of the vehicle. The speed gradient of the motor can be based on measured values of the speeds of the vehicle Motors are determined by forming the first derivative. In order to can set the limit depending on the speed gradient to be changed. The fixed limit can be initially be determined by an initial value.

Der festgelegten Grenze können Drehmomentwerte bis zum maximal möglichen Motordrehmoment zugeordnet sein. D. h. es würde sich quasi um keine Drehmomentbegrenzung mehr handeln. Der Drehmomentwert der festgelegten Grenze kann unverändert bleiben, d. h. den Anfangswert annehmen, wenn der Drehzahlgradient gleich oder annähernd Null ist.Of the fixed limit can torque values up to the maximum be assigned possible motor torque. Ie. it would virtually no torque limit more act. The torque value the fixed limit can remain unchanged, d. H. assume the initial value if the speed gradient is equal to or is close to zero.

Je höher der Drehzahlgradient ist, desto größer ist der Drehmomentanteil der für die Beschleunigung der Motorträgheit benötigt wird. Somit käme weniger Drehmoment vom erzeugten Motordrehmoment am Getriebe an, welches für die Beschleunigung des Fahrzeugs fehlt. Deshalb kann bei zunehmenden Drehzahlgradienten die festgelegte Grenze angehoben werden, ohne dass z. B. das Getriebe Schaden nimmt.The higher the speed gradient, the greater the torque required to accelerate engine inertia. Thus would come less torque from the generated engine torque on the transmission, which is missing for the acceleration of the vehicle. Therefore, with increasing speed gradient, the fixed limit can be raised without z. B. the transmission is damaged.

Wie analog an anderer Stelle dieser Anmeldung beschrieben, können in Abhängigkeit vom gerade eingelegten Gang unterschiedliche festgelegte Grenzen eingestellt werden. Bevorzugt wird die festgelegte Grenze mit zunehmender Gangzahl angehoben. Also wäre im ersten Gang die festgelegte Grenze tendenziell niedriger, als beispielsweise im fünften Gang. Höhere Gänge sind eher als dauerfest anzusehen, so dass eine solche Anpassung sinnvoll sein kann.As as described elsewhere in this application, can depending on the currently engaged gear different fixed limits are set. Preferred is the specified Limit raised with increasing number of gears. So it would be in first gear the set limit tends to be lower, for example in fifth gear. Higher gears are more likely to be considered permanent, so that such an adjustment makes sense can be.

Die Bestimmung des Drehmomentgradienten kann zu jedem Betriebszeitpunkt erfolgen. D. h. es wird fortwährend ein Drehzahlgradient ermittelt, so dass in Folge dessen kontinuierlich eine Anpassung der festgelegten Grenze vorgenommen werden kann.The Determination of the torque gradient can be done at any time of operation respectively. Ie. it is constantly a speed gradient determined, so that consequently an adjustment the specified limit can be made.

Der Antriebsstrang eines Fahrzeugs umfasst einen Antriebsmotor, vorzugsweise einen Verbrennungsmotor. Dem Verbrennungsmotor ist in der Regel eine Kupplung und ein Getriebe nachgeschaltet, wobei das Getriebe wiederum mit den Rädern des Fahrzeugs verbunden ist.Of the Drive train of a vehicle includes a drive motor, preferably an internal combustion engine. The internal combustion engine is usually a clutch and a transmission downstream, the transmission in turn connected to the wheels of the vehicle.

Die Auswirkung der Drehmomentenbegrenzung auf die Fahrleistung ist abhängig von der Fahrsituation. Bei geringen Gaspedalstellungen haben Drehmomentenbegrenzungen üblicherweise keinen Einfluss, da die dem Motor abverlangten Drehmomente außerhalb des Bereichs liegen, in dem Begrenzungen aus Lebensdauersicht sinnvoll sind. Unter Volllastbedingungen hingegen kommt es zu den ungünstigsten Auswirkungen auf die Fahrleistung. Aus diesem Grunde werden im Folgenden Fahrzustände unter Vollgasbedingungen betrachtet und die Lebensdauer des ersten Ganges sowie das Fahrleistungsverhalten sind in Abhängigkeit der Drehmomentenbegrenzung dargestellt.The Effect of the torque limit on the driving performance depends from the driving situation. At low accelerator pedal positions, torque limits typically no influence, since the torque demanded from the engine outside of the range in which limitations from lifetime view make sense are. Under full load conditions, however, it comes to the worst Impact on driving performance. For this reason, below Driving conditions considered under full throttle conditions and the life the first gear and the driving performance are dependent the torque limit shown.

In den 7 und 8 ist dargestellt, wie die Fahrzeugbeschleunigung und die Lebensdauer des ersten Ganges von der Art und Größe der Drehmomentenbegrenzung abhängen. Aus 7 ist ersichtlich, dass unterschiedlich große Drehmomentenabsenkungen für die drei Arten der Drehmomentenbegrenzung nötig sind, um die Lebensdauer des ersten Ganges auf 100% Freigabetest abzustimmen. Die größte Rücknahme wird bei der ”dynamischen” Drehmomentenbegrenzung benötigt, während die Absenkung der Drehmomentenkurve die kleinste Rücknahme erfordert. Im Gegensatz hierzu ergibt sich das beste Beschleunigungsverhalten bei Verwendung der ”dynamischen” Drehmomentenbegrenzung (8).In the 7 and 8th It is shown how the vehicle acceleration and the life of the first gear depend on the type and size of the torque limiter. Out 7 It can be seen that different sized torque reductions are needed for the three types of torque limiting to tune the first gear life to 100% release testing. The largest takeback is needed for the "dynamic" torque limit, while the lowering of the torque curve requires the smallest return. In contrast, the best acceleration behavior results when using the "dynamic" torque limit ( 8th ).

Bei der heute üblichen Auslegung von PKW-Antriebssträngen ist es sinnvoll, die Lebensdauer des Getriebes mittels einer ”dynamischen” Drehmomentenbegrenzung an die Testanforderungen und damit an die Kundennutzung anzupassen. Ausnahmen bilden schwach motorisierte, schwere Fahrzeuge. Hängt die Steigfähigkeit von dem im ersten Gang maximal zur Verfügung gestellten Motordrehmoment, und nicht von dem maximal übertragbaren Raddrehmoment ab, so ist es wichtig, dass das statische Motordrehmoment möglichst groß ist.at the usual today interpretation of car powertrains It makes sense, the life of the transmission by means of a "dynamic" torque limit to adapt to the test requirements and thus to the customer's use. exceptions make weak motorized, heavy vehicles. Is that hanging Gradeability of the maximum available in first gear put motor torque, and not the maximum transmittable Wheel torque decreases, so it is important that the static motor torque as big as possible.

Den 9 und 10 liegt ein relativ schwach motorisiertes Fahrzeug mit einem Motornenndrehmoment von 150 Nm und einem Gewicht von 1800 kg zu Grunde. Bei einem solchen Fahrzeug wird die maximale Steigfähigkeit durch das im ersten Gang zur Verfügung gestellte Motordrehmoment begrenzt. Ist aus Gründen der Lebensdauer eine Drehmomentenbegrenzung erforderlich, so ist hier eine Absenkung der Drehmomentenkurve oder eine ”starre” Drehmomentenbegrenzung die geeignete Maßnahme, um das Getriebe an die Testanforderung anzupassen. Für Fahrzeuge mit Allradantrieb werden von den Automobilherstellern Steigfähigkeiten bis zu 100% verlangt. Auch hier kann, speziell bei schweren Geländefahrzeugen, die Absenkung der Drehmomentenkurve Vorteile gegenüber den anderen Arten der Drehmomentenbegrenzung bieten. Gleiches gilt für Fahrzeuge, die für das Ziehen großer Anhängerlasten vorgesehen sind.The 9 and 10 is based on a relatively low-powered vehicle with a rated engine torque of 150 Nm and a weight of 1800 kg. In such a vehicle, the maximum climbing ability is limited by the engine torque provided in first gear. If a torque limitation is necessary for reasons of service life, a reduction in the torque curve or a "rigid" torque limitation is the appropriate measure here in order to adapt the transmission to the test requirement. For vehicles with four-wheel drive, car manufacturers demand climbing capabilities of up to 100%. Again, especially on heavy off-road vehicles, lowering the torque curve can provide advantages over the other types of torque limiting. The same applies to vehicles intended for pulling large trailer loads.

In den meisten Fällen sind moderne PKW-Antriebsstränge derart ausgelegt, dass das Fahrzeug die geforderten Anforderungen bezüglich der Steigfähigkeit leicht erfüllt. Sind aus Sicht der Getriebelebensdauer Drehmomentbegrenzungen des Motors notwendig, so sollten diese so vorgenommen werden, dass das Beschleunigungsverhalten des Fahrzeugs möglichst wenig beeinflusst wird. Die in den 7 und 8 gezeigten Zusammenhänge sind für ein Fahrzeug mit einem GETRAG PowerShift Getriebe berechnet worden. In diesem Beispiel beträgt die Lebensdauer des ersten Ganges ohne Drehmomenteneingriff am Motor 46% des Freigabetests. Es zeigt sich, dass sich die besten Werte für eine Beschleunigung von 0 km/h auf 100 km/h bei Verwendung der ”dynamischen” Drehmomentenbegrenzung ergeben. Um die Lebensdauer von 46% Freigabetest auf 100% Freigabetest anzuheben, verschlechtert sich die Zeit für die Beschleunigung aus dem Stillstand auf 100 km/h lediglich von 5,91 Sekunden auf 6,06 Sekunden. Dies entspricht einer Verlängerung der Beschleunigungszeit von 2,5%, während die Zeitzunahme im Falle der ”statischen” Drehmomentenbegrenzung 6,8% und im Fall der Absenkung der Drehmomentenkurve sogar 17,4% beträgt. Die Steigfähigkeit dieses Fahrzeuges liegt, auch bei Verwendung der ”dynamischen” Drehmomentenbegrenzung von 70 Nm, deutlich über 50%. Für dieses Beispiel ist also eine ”dynamische” Drehmomentenbegrenzung von 440 Nm auf 370 Nm im ersten Gang die geeignete Maßnahme, um die geforderte Getriebelebensdauer bei nur minimalen Einbußen der Fahrleistung zu erreichen.In most cases, modern automobile powertrains are designed so that the vehicle easily meets the required gradeability requirements. If torque limitations of the engine are necessary from the point of view of the transmission life, they should be made in such a way that the acceleration behavior of the vehicle is influenced as little as possible. The in the 7 and 8th The relationships shown have been calculated for a vehicle with a GETRAG PowerShift transmission. In this example, the first gear life without torque intervention on the engine is 46% of the release test. It turns out that the best values for an acceleration range from 0 km / h to 100 km / h when using the "dynamic" torque limit. To increase the life from 46% clearance test to 100% release test, the acceleration time from standstill to 100 km / h only deteriorates from 5.91 seconds to 6.06 seconds. This corresponds to an extension of the acceleration time of 2.5%, while the time increase in the case of the "static" torque limitation is 6.8% and in the case of the lowering of the torque curve even 17.4%. The climb ability of this vehicle, even when using the "dynamic" torque limit of 70 Nm, well above 50%. For this example, therefore, a "dynamic" torque limit of 440 Nm to 370 Nm in first gear is the appropriate measure to achieve the required transmission life with minimal loss of driving performance.

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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • - DIN 3990 [0012] - DIN 3990 [0012]

Claims (6)

Verfahren zur Drehmomentbegrenzung des Antriebsmotors eines Fahrzeugs, wobei das von dem Antriebsmotor erzeugbare Motordrehmoment begrenzt wird, wenn ein mit einer Gaspedalstellung korrespondierendes Drehmoment größer als ein Anfangswert einer festgelegten Grenze ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Drehzahlgradient des Antriebsmotors ermittelt wird und die festgelegte Grenze in Abhängigkeit von dem Drehzahlgradienten veränderbar ist.A method for torque limiting the drive motor of a vehicle, wherein the engine torque generated by the drive motor is limited when a torque corresponding to an accelerator pedal position is greater than an initial value of a predetermined limit, characterized in that a speed gradient of the drive motor is determined and the set limit in dependence is variable by the speed gradient. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mit zunehmendem Drehzahlgradienten die festgelegte Grenze angehoben wird.Method according to claim 1, characterized in that that the set limit is raised as the speed gradient increases becomes. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die festgelegte Grenze bei einem Drehzahlgradienten gleich oder annähernd Null den Anfangswert annimmt.Method according to claim 1, characterized in that that the fixed limit at a speed gradient equal or approximately zero assumes the initial value. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die festgelegte Grenze zudem von dem ausgewählten Gang eines Getriebes abhängt, welches mit dem Antriebsmotor verbindbar ist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the fixed limit is also determined by the selected gear of a transmission depends can be connected to the drive motor. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die festgelegte Grenze mit zunehmender Gangzahl angehoben wird.Method according to claim 4, characterized in that that the set limit is increased with increasing number of gears. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anpassung der festgelegten Grenze zu jedem Betriebszeitpunkt erfolgen kann.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the adjustment of the set limit can be done at any time of operation.
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