DE102015212240A1

DE102015212240A1 - Aktive Schwingungsdämpfung in einem Antriebsstrang

Info

Publication number: DE102015212240A1
Application number: DE102015212240.9A
Authority: DE
Inventors: Oussama Jabloun; Christian Brunner; Notker Amann
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2015-06-30
Filing date: 2015-06-30
Publication date: 2017-01-05

Abstract

Ein Kraftfahrzeug (100) umfasst einen Antriebsstrang (110), der sich von einem elektrischen Antriebsmotor (115) bis zu einem Antriebsrad (135) erstreckt. Ein Steuerverfahren für den Antriebsmotor (115) umfasst Schritte des Bestimmens eines angeforderten Drehmoments (405) des Antriebsmotors (115), des Bestimmens eines Dämpfungsmoments, und des Ansteuerns des Antriebsmotors (115) zur Abgabe eines Drehmoments, das einer Linearkombination des angeforderten Drehmoments (405) und des Dämpfungsmoments entspricht. Dabei wird das Dämpfungsmoment auf der Basis eines Modells des Antriebsstrangs (110) bestimmt, das als Zwei-Massen-Schwinger (200) ausgeführt ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Antriebsmotor für ein Kraftfahrzeug. Insbesondere betrifft die Erfindung die Reduktion von Drehmomentschwankungen in einem Antriebsstrang, der den Antriebsmotor mit einem Antriebsrad koppelt.
Ein Kraftfahrzeug umfasst einen Antriebsstrang mit einem elektrischen Antriebsmotor. Der Antriebsmotor ist üblicherweise mittels mehrerer Komponenten, insbesondere einem Getriebe, einer Hauptwelle, einem Differentialgetriebe und einer Seitenwelle mit einem Antriebsrad gekoppelt. Dabei sind die einzelnen Komponenten des Antriebsstrangs bezüglich des übertragenen Drehmoments mehr oder weniger elastisch miteinander verbunden. Äußere Einflüsse wie eine Änderung des vom Antriebsmotor abgegebenen Drehmoments oder einer Änderung des Fahrwiderstands des Kraftfahrzeugs können mit einer Elastizität des Antriebsstrangs zusammenwirken, sodass sich Drehmomentspitzen im Antriebsstrang ergeben, die signifikant über das Drehmoment hinausgehen, das zum Antrieb des Kraftfahrzeugs zu übertragen ist. Dies kann Elemente des Antriebsstrangs stark beanspruchen oder eine Längsschwingung in der Fahrbewegung („Ruckeln”) des Kraftfahrzeugs verursachen.
DE 100 35 521 betrifft die Reduktion von Lastwechselschwingungen im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs. Dabei wird eine Änderung des Nutzmoments im Antriebsstrang erfasst und daraus ein Gegenmoment bestimmt, um die Lastwechselschwingung zu kompensieren.
DE 197 21 298 A1 zeigt einen Hybrid-Fahrantrieb mit einem Verbrennungsmotor und einem elektrischen Motor. Ein Moment des elektrischen Motors soll so gesteuert werden, dass eine Drehungleichförmigkeit des Verbrennungsmotors reduziert wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Technik zur Steuerung eines Antriebsmotors in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs. Die Erfindung löst die Aufgabe mittels der Gegenstände der unabhängigen Ansprüche. Unteransprüche geben bevorzugte Ausführungsformen wieder.
Ein Kraftfahrzeug umfasst einen Antriebsstrang, der sich von einem elektrischen Antriebsmotor bis zu einem Antriebsrad erstreckt. Ein Steuerverfahren für den Antriebsmotor umfasst Schritte des Bestimmens eines angeforderten Drehmoments des Antriebsmotors, des Bestimmens eines Dämpfungsmoments, und des Ansteuerns des Antriebsmotors zur Abgabe eines Drehmoments, das einer Linearkombination des angeforderten Drehmoments und des Dämpfungsmoments entspricht. Dabei wird das Dämpfungsmoment auf der Basis eines Modells des Antriebsstrangs bestimmt, das als Zwei-Massen-Schwinger ausgeführt ist.
Dieses Steuerverfahren eignet sich gut, um das durch den Antriebsstrang am Antriebsrad bereitgestellte Drehmoment zu beruhigen und beispielsweise eine Schwingung im Antriebsstrang zu dämpfen. Dadurch kann einerseits eine Schwingung in Längsrichtung des Kraftfahrzeugs, die von einem Passagier als unangenehm erfahren werden kann, unterdrückt werden, andererseits können Drehmomentspitzen, die aufgrund von Schwingungen des Antriebsstrangs die Lebensdauer seiner Komponenten verkürzen können, vermieden werden. Dabei kann eine sehr schnelle Dämpfung erzielt werden, sodass ein Drehmoment der Seitenwelle schnell geglättet werden kann. Eine Dynamik des Verfahrens hat sich in Versuchen als sehr gut erwiesen.
Während das Verfahren grundsätzlich geeignet ist, auch mit einem Hubkolben-Verbrennungsmotor angewendet zu werden, ist dieser üblicherweise nicht ausreichend schnell in der Abgabe von Drehmoment steuerbar und neigt dazu, durch den diskontinuierlichen Verbrennungsvorgang selbst Drehmomentschwankungen im Antriebsstrang hervorzurufen. Ein elektrischer Antriebsmotor hingegen kann üblicherweise ausreichend schnell und ausreichend genau gesteuert werden, sodass die vorgeschlagene Regelung damit auch praktisch durchgeführt werden kann.
Der Zwei-Massen-Schwinger umfasst bevorzugterweise eine erste und eine zweite Masse, die mittels eines Federdämpfers miteinander verbunden sind, wobei die erste Masse einen Rotor des Antriebsmotors, die zweite Masse eine Trägheit des Kraftfahrzeugs und der Federdämpfer eine Übertragungsstrecke umfasst. Es ist weiter bevorzugt, dass die erste Masse ferner wenigstens eines von einem Getriebe, einer Kupplung und einem Differentialgetriebe umfasst. Durch diese zusammenfassende Modellierung können Parameter, die zur Umsetzung des Verfahrens rechnerisch oder experimentell bestimmt werden müssen, mit relativ wenig Aufwand festgelegt werden.
Es ist besonders bevorzugt, dass das Dämpfungsmoment derart bestimmt wird, dass eine zeitliche Ableitung eines auf das Antriebsrad wirkenden Drehmoments möglichst minimiert wird. Diese Ableitung kann auch als Drehmomentruck bezeichnet werden und kann als Führungsgröße des vorgeschlagenen Steuerverfahrens für eine effiziente Beruhigung der Längsbeschleunigung des Kraftfahrzeugs sorgen.
In einer Variante wird die Ableitung auf der Basis einer Drehzahl eines Rotors des Antriebsmotors und einer Drehzahl des Antriebsrads bestimmt. Ist die Raddrehzahl bekannt, beispielsweise weil das Kraftfahrzeug über einen entsprechenden Sensor verfügt, der insbesondere durch ein elektronisches Stabilitätsprogramm oder ein Bremssystem verwendet werden kann, kann die genannte Ableitung mit wenig zusätzlichem Aufwand bestimmt werden.
In einer anderen Variante wird die Ableitung mittels eines Beobachters und auf der Basis einer Drehzahl eines Rotors des Antriebsmotors und des Drehmoments bestimmt, zu dessen Abgabe der Antriebsmotor angesteuert wird. Durch den Beobachter kann ein Sensor zur Bestimmung der Raddrehzahl des Antriebsrads eingespart werden. Außerdem kann eine Totzeit, um die eine gemessene Raddrehzahl hinter einer tatsächlichen Raddrehzahl verzögert ist, durch den Beobachter vermieden werden, da die Rotordrehzahl schneller verfügbar ist und öfter abgefragt werden kann als die Raddrehzahl. Weiterhin vorteilhaft kann durch den Beobachter ein Messrauschen von Sensorsignalen gedämpft oder unterdrückt werden.
In beiden Varianten kann die Ableitung als Abweichung von einem Sollwert bestimmt wird, der auf der Basis des angeforderten Drehmoments bestimmt wird. Durch den variabeln Sollwert kann die Dynamik des Verfahrens weiter gesteigert sein.
In einer weiter bevorzugten Ausführungsform wird das Dämpfungsmoment mittels eines Proportionalreglers auf der Basis der Ableitung bestimmt.
Das angeforderte Drehmoment des Antriebsmotors kann mittels eines Tiefpasses geglättet werden, bevor es mit dem Dämpfungsmoment kombiniert wird. Durch passende Wahl einer Zeitkonstante des Tiefpasses kann beispielsweise zwischen schonender und sportlicher Fahrweise unterschieden werden.
In einer weiteren Ausführungsform ist bevorzugt, dass der Zwei-Massen-Schwinger als Modell dritter Ordnung modelliert ist. Dadurch kann bei vertretbarem Aufwand eine gute Modellierung mit überzeugender Schwingungsunterdrückung gelingen.
Ein Computerprogrammprodukt zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens umfasst Programmcodemittel und ist dazu eingerichtet, auf einer Verarbeitungseinrichtung abzulaufen oder auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert zu werden.
Eine Steuervorrichtung für den oben beschriebenen elektrischen Antriebsmotor umfasst eine Schnittstelle zur Abtastung eines Signals, das auf ein angefordertes Drehmoment des Antriebsmotors hinweist, eine Bestimmungseinrichtung, die dazu eingerichtet ist, ein Dämpfungsmoment zu bestimmen, eine Kombinationseinrichtung zur Bildung einer Linearkombination des angeforderten Drehmoments und des Dämpfungsmoments, und eine Ansteuereinrichtung zum Ansteuern des Antriebsmotors zur Abgabe eines Drehmoments, das der Linearkombination entspricht. Dabei ist die Bestimmungseinrichtung dazu eingerichtet, das Dämpfungsmoment auf der Basis eines Modells des Antriebsstrangs zu bestimmen, das als Zwei-Massen-Schwinger ausgeführt ist.
Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügten Figuren genauer beschrieben, in denen:
1 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit einem Antriebsstrang;
2 eine weitere Schematisierung des Antriebsstrangs des Kraftfahrzeugs von 1 als Zwei-Massen-Schwinger;
3 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens und eine Steuervorrichtung zur Steuerung eines Antriebsmotors des Kraftfahrzeugs von 1; und
4 beispielhafte zeitliche Verläufe von Drehmomenten am Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs von 1 darstellt.
1 zeigt ein Kraftfahrzeug 100 mit einem Antriebsstrang 105. Das Kraftfahrzeug verfügt über eine Karosserie 105, gegenüber der der Antriebsstrang 110 abgestützt ist. Der Antriebsstrang 110 umfasst in exemplarischer Weise einen elektrischen Antriebsmotor 115, ein Getriebe 120, ein Differentialgetriebe 125, eine Seitenwelle 130 und ein Antriebsrad 135. Einzelne Komponenten des Antriebsstrangs können mittels weiterer Wellen miteinander verbunden sein, die in 1 nicht einzeln bezeichnet sind.
Der Antriebsmotor 115 stellt in Abhängigkeit einer beispielsweise fahrergesteuerten Vorgabe ein Drehmoment bereit, das durch den Antriebsstrang 110 bis zum Antriebsrad 135 übertragen wird. Das Antriebsrad 135 befindet sich üblicherweise in Reibschluss mit einer Straße oder einem anderen Untergrund, gegenüber dem das Kraftfahrzeug dann mittels des Drehmoments beschleunigt oder verzögert werden kann. Die einzelnen Elemente des Antriebsstrangs 110 oder Verbindungen zwischen den Elementen sind jedoch üblicherweise nicht vollständig steif, sondern können jeweils eine gewisse Drehelastizität aufweisen. Außerdem wirken an unterschiedlichen Stellen des Antriebsstrangs 110 Massen auf das übertragene Drehmoment. Eine plötzliche Änderung des über den Antriebsstrang 110 übertragenen Drehmoments, beispielsweise seitens des Antriebsmotors 115 aufgrund einer geänderten Drehmomentvorgabe oder seitens des Antriebsrads 135 aufgrund einer Änderung des Gefälles der Straße, kann daher eine Schwingung in das über den Antriebsstrang 110 übertragene Drehmoment einbringen, die sich als Beschleunigungsänderung des Kraftfahrzeugs in Längsrichtung bemerkbar machen kann.
Der Antriebsmotor 115 kann derart gesteuert werden, dass das durch ihn an den Antriebsstrang 110 bereitgestellte Drehmoment eine Schwingung nicht zulässt bzw. rasch wieder unterdrückt. Dazu kann eine Steuervorrichtung 140 vorgesehen sein, die unten mit Bezug auf 3 noch genauer beschrieben wird. Die Steuervorrichtung 140 modelliert den Antriebsstrang 110 als Zwei-Massen-Schwinger, der in 2 dargestellt ist. Eine solche Modellierung ist häufig hinreichend genau, da für eine Schwingung im Antriebsstrang 110 im Wesentlichen nur die unterste Eigenfrequenz des Antriebsstrangs 110 interessant ist. Die Eigenfrequenz ist dabei abhängig von Parametern des schwingungsfähigen Systems, wie unten noch genauer gezeigt wird.
2 zeigt einen Zwei-Massen-Schwinger 200 als Modell für den Antriebsstrang 110 des Kraftfahrzeugs 100 aus 1. Der Zwei-Massen-Schwinger 200 umfasst eine erste Masse 205 und eine zweite Masse 210, die mittels eines Federdämpfers 215 miteinander verbunden sind. Der Federdämpfer umfasst eine Feder 220, die parallel zu einem Dämpfer 225 geschaltet ist.
Die erste Masse 205 umfasst wenigstens die Trägheit eines rotierenden Teils des Antriebsmotors 115. Dieser besteht üblicherweise aus einem Stator und einen Rotor, wobei der Rotor zu den rotierenden Teilen zählt. Bevorzugterweise wird auch die Trägheit des Getriebes 120 zur ersten Masse 205 gezählt.
Die zweite Masse umfasst wenigstens die Trägheit des Kraftfahrzeugs 100 in seiner Bewegung relativ zur Straße. In einer bevorzugten Ausführungsform können auch Trägheiten des Antriebsrads 135, der Seitenwelle 130, des Differentialgetriebes 125 und/oder einer weiteren Welle im Antriebsstrang 110 zur zweiten Masse 210 gezählt werden.
Der Federdämpfer 215 ist bevorzugterweise gedanklich gebildet aus den zusammenwirkenden Elastizitäten und Dämpfungsstufen des Antriebsstrangs 110 und kann das Getriebe 120, das Differentialgetriebe 125, die Seitenwelle 130 und das Antriebsrad 135 umfassen.
Wird eine der Massen 205, 210 angeregt, beispielsweise durch ein Abbremsen oder Beschleunigen ihrer Drehbewegung, so wird diese Anregung über den Federdämpfer 215 auf die jeweils andere Masse 205, 210 übertragen. Dabei wird im Federdämpfer 215 eine gewisse Energie gespeichert, die in der Folge die andere Masse beschleunigen kann, sodass eine Schwingung entstehen kann, die dem übertragenen Drehmoment bzw. der übertragenen Drehbewegung überlagert ist.
Die erste Masse 205 kann durch den Antriebsmotor 115 beschleunigt oder abgebremst werden, sodass durch entsprechende Variation des durch den Antriebsmotor 115 eingespeisten Drehmoments einer Schwingung vorgebeugt bzw. eine bestehende Schwingung abgebaut werden kann. Es wird vorgeschlagen, das durch den Antriebsmotor 110 bereitzustellende Drehmoment zur Schwingungsdämpfung auf der Basis einer Bestimmung auf dem Modell des Zwei-Massen-Schwingers 200 zu bestimmen. Für die Erläuterung der mathematischen Hintergründe der Erfindung werden folgende Bezeichnungen verwendet:
M_Seitenwelle Seitenwellenmoment
Sollwert Ableitung Seitenwellenmoment M ._Seitenwelle, M ._S Ableitung des Seitenwellenmoments
J_Fahrzeug Fahrzeugträgheit
Ω_Fahrzeug Winkelgeschwindigkeit Fahrzeug
Ω . / Fahrzeug Winkelbeschleunigung Fahrzeug
Ω_Rotor Winkelgeschwindigkeit Rotor
Ω . / Rotor Winkelbeschleunigung Rotor
Δϕ Differenzwinkel Seitenwelle
m Masse Fahrzeug
r_dyn Dynamischer Reifenradius
a_Fahrzeug Translatorische Beschleunigung des Fahrzeugs
C_Seitenwelle Steifigkeit Seitenwelle
D_Seitenwelle Dämpfung Seitenwelle
C Steifigkeit Seitenwelle
u Getriebefaktor, Übersetzung
x ^ Geschätzter Zustandsvektor
Da in der Praxis häufig ein großer Teil der Elastizität durch die Seitenwelle 130 repräsentiert ist, die als Drehstabfeder wirken kann, wird der Einfachheit halber im Folgenden mit der Seitenwelle 130 Bezug auf den Federdämpfer 215 Bezug genommen.
Im Modell von 2 treibt das Drehmoment, das in die zweite Masse 210 eingeleitet wird, das Kraftfahrzeug 100 an. Bei gleichbleibender Geschwindigkeit steht diesem Drehmoment ein gleichgroßes Lastmoment gegenüber. Im idealen Fall ergibt sich ohne Lastmoment folgende Differentialgleichung: M_Seitenwelle = J_Fahrzeug·Ω . / Fahrzeug (Gleichung 1)
Hierbei ist M_Seitenwelle das auf die Seitenwelle 130 wirkende Seitenwellenmoment, J_Fahrzeug die auf eine Rotationsträgheit des Antriebsrads 135 umgerechnete Trägheit des Kraftfahrzeugs 100 und Ω . / Fahrzeug die Winkelbeschleunigung dieser Rotationsträgheit. Die Masse des Kraftfahrzeugs 100 ist m und r_dyn der dynamische Radius des Antriebsrads 135.
Die Winkelbeschleunigung Ω . / Fahrzeug kann in Abhängigkeit der translatorischen Beschleunigung a_Fahrzeug berechnet werden nach:
Im idealen Fall soll die translatorische Beschleunigung a_Fahrzeug konstant sein. Diese Beziehung in die Differentialgleichung 1 eingesetzt, ergibt:
Bei der zeitlichen Ableitung des Seitenwellenmoments M ._Seitenwelle mit einer idealen, konstanten Beschleunigung a_Fahrzeug ergibt sich diese zu: M ._Seitenwelle = 0 (Gleichung 4)
Diese Bedingung ist eine Sollwertvorgabe für die Regelung, wenn das Kraftfahrzeug auf eine konstante Beschleunigung einregelt werden soll. Der Zwei-Massen-Schwinger 200 von 2 selbst kann wie folgt mathematisch mit einem System dritter Ordnung beschrieben werden:
Dabei sind C_Seitenwelle die Steifigkeit und D_Seitenwelle die Dämpfung der Seitenwelle 130, Δφ der Verdrehwinkel der Seitenwelle 130 und J_Rotor die Rotorträgheit entsprechend der ersten Masse 205. M_elektrisch ist das Drehmoment des Antriebsmotors 115, das mittels der Steuervorrichtung 140 eingestellt wird. Damit dieser Zusammenhang physikalisch Sinn ergibt, müssen alle Größen darin auf eine einheitliche Bezugsgröße umgerechnet sein, nämlich auf eine Drehzahl beispielsweise vor oder nach dem Getriebe 120. Die Rotorträgheit und die Fahrzeugträgheit müssen beide auf die gleiche Drehzahl bezogen sein, beispielsweise die des Antriebsmotors 115 oder die des Antriebsrads 135.
Unter Vernachlässigung der Seitenwellendämpfung kann das Seitenwellenmoment (vereinfacht) mit folgender Formel angegeben werden: M_Seitenwelle = C_Seitenwelle·Δϕ (Gleichung 6)
Dies entspricht dem Drehmoment einer Torsionsfeder. Die zeitliche Ableitung des Seitenwellenmoments M ._Seitenwelle ergibt sich damit zu: M ._Seitenwelle = C_Seitenwelle·( 1 / uΩ_Rotor – Ω_Fahrzeug). (Gleichung 7)
3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens und ein Blockdiagramm die Steuervorrichtung 140 zur Steuerung des Antriebsmotors 115 des Kraftfahrzeugs 100 von 1. Die Darstellung kann als Ablaufdiagramm begriffen werden, bei dem einzelne Funktionsblöcke oder Schritte und die bevorzugte Reihenfolge ihrer Abarbeitung angegeben ist, oder als Blockdiagramm mit Funktionskomponenten der Steuervorrichtung 140. Dabei können auch mehrere Funktionskomponenten zusammengefasst werden. Insbesondere kann die Steuervorrichtung 140 auf der Basis eines programmierbaren Mikrocomputers oder einer ähnlichen Verarbeitungseinrichtung realisiert werden.
In einem Block 305 wird ein angefordertes Drehmoment für den Antriebsmotor 115 bestimmt. Im Fall der Steuervorrichtung kann dieser Block durch eine Schnittstelle 305 gebildet sein, der beispielsweise mit einem Sensor verbunden werden kann, der ein auf das angeforderte Drehmoment hinweisendes Signal bereitstellt. Dieses Signal kann beispielsweise durch einen Fahrer des Kraftfahrzeugs 100 beeinflusst werden, klassischerweise mittels eines Fußpedals. Optional wird das abgetastete Signal geglättet, beispielsweise mittels eines Tiefpasses 310. So kann durch Begrenzen des zeitlichen Anstiegs des vorgegebenen Drehmoments die Dynamik des Kraftfahrzeugs 100 in Längsrichtung, also die Beschleunigung, verbessert gesteuert werden. Durch Beeinflussen der Dämpfungskonstante des Tiefpasses 310 kann das Verfahren etwa auf sportliches (schwache oder keine Dämpfung) oder komfortables (starke Dämpfung) Fahren ausgelegt werden. Es kann auch eine vorbestimmte Resonanzfrequenz, die zur Dämpfungskonstante korrespondiert, gezielt herausgefiltert werden.
Mittels einer Ansteuereinrichtung 315 wird der Antriebsmotor 115 dazu angesteuert, das bestimmte Drehmoment an den Zwei-Massen-Schwinger 200 bereitzustellen. Die Ansteuereinrichtung 315, der Antriebsmotor 115 und der Zwei-Massen-Schwinger 200 bilden dabei eine Regelstrecke. Die Regelstrecke ist bevorzugterweise nach Gleichung 5 als System dritter Ordnung beschrieben und dient der Reglerauslegung.
Um zusätzlich das Drehmoment des Antriebsmotors 115 im Sinne einer Schwingungsdämpfung zu modulieren sind zwei alternative Verarbeitungspfade 320 und 325 vorgesehen, von denen üblicherweise nur einer realisiert ist. Sind beide Verarbeitungspfade 320, 325 vorgesehen, so kann mittels eines Schalters 330 ausgewählt werden, welcher Verarbeitungszweig 320, 325 benutzt werden soll.
Der erste Verarbeitungspfad 320 bestimmt, wie in Gleichung 7 beschrieben, auf der Basis einer Drehzahl des Antriebsrads 135 (Raddrehzahl) und einer Drehzahl des Rotors des Antriebsmotors 115 (Rotordrehzahl) eine zeitliche Ableitung des auf das Antriebsrad 135 wirkenden Drehmoments: M ._s ≈ c_S·( 1 / u·Ω_Rotor – Ω_Rad) (Gleichung 8)
Zur Bestimmung der Drehzahl des Antriebsrads 135 ist bevorzugterweise ein entsprechender Sensor bzw. eine entsprechende Schnittstelle vorzusehen.
Der zweite Verarbeitungspfad 325 bestimmt die zeitliche Ableitung des auf das Antriebsrad 135 wirkenden Drehmoments mittels eines sogenannten Beobachters 335, der insbesondere als referenzgeregelter Synthetisierer aufgebaut sein kann. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform bildet der zweite Verarbeitungspfad 325 einen in der Regeltechnik allgemein bekannten Luenberger-Beobachter. Für den Beobachter 335 wird bevorzugterweise außer der Rotordrehzahl nur noch das geregelte Motormoment des Antriebsmotors 115 verwendet. Eine Bestimmung der Raddrehzahl ist für die Verwendung des zweiten Verarbeitungspfads 325 nicht erforderlich.
Der Beobachter 335 vergleicht die aktuelle Rotordrehzahl mit der geschätzten und führt die Differenz aus beiden über eine Rückführmatrix K in die Zustandsgleichung zurück. Die Rückführmatrix K kann z. B. aus der Eigenwertvorgabe mit Hilfe der Ackermann-Gleichung bestimmt werden. Als Ausgangsgröße des Beobachters 335 wird der geschätzte Zustandsvektor x ^ der Zustandsgleichung von Gleichung 5 bereitgestellt. Dieser Zustandsvektor wird anschließend mit der Matrix (1 –1 0) und der Seitenwellensteifigkeit c_S multipliziert.
Das Fahrzeugdrehzahlsignal hat im Allgemeinen eine längere Totzeit als die Rotordrehzahl. Dadurch kann bei Verwendung des ersten Verarbeitungspfads 320 eine gewisse Differenz zwischen tatsächlicher und gemessener Fahrzeugdrehzahl entstehen. Dieser Fehlereinfluss kann durch den Beobachter 335 vermieden werden, da die Rotordrehzahl allgemein schneller verfügbar ist und öfter abgefragt werden kann als die Fahrzeugdrehzahl, also die Drehzahl des Antriebsrads 135. Ein weiterer Vorteil des Beobachters 335 ist, dass das Messrauschen der Sensorsignale in gewissem Maße unterdrückt wird. Die Berechnung der Zustandsgrößen stellt somit ein Filter dar. Schließlich benötigt der Beobachter 335 nur vier Parameter (J_Rotor, J_Fahrzeug, C_Seitenwelle, D_Seitenwelle), um die Zustände der Zustandsgleichung zu berechnen. Dabei kann man die beiden Trägheiten (J_Rotor, J_Fahrzeug,) sehr genau beispielsweise auf der Basis von CAD-Daten und mit Gleichung 2 berechnen. Zusätzlich müssen lediglich die Steifigkeit (C_Seitenwelle) und die Dämpfung (D_Seitenwelle) des Zwei-Massen-Schwingers 200 bestimmt werden. Messtechnisch ist dies sehr einfach durchzuführen, sodass die praktische Anwendung des zweiten Verarbeitungspfads 325 erleichtert ist.
Das Signal des gewählten Verarbeitungspfads 320, 325 wird dann an einen Regler 340 geführt, der beispielsweise als Proportionalregler (P-Regler) oder in Form eines anderen Standardreglers ausgeführt sein kann. Der Regler 340 kann auf eine bekannte Weise, etwa mittels eines Wurzelortskurvenverfahrens, genauer bestimmt bzw. ausgelegt werden. Das Ausgangssignal des Reglers 340 wird mittels einer Kombinationseinrichtung 345 mit der oben beschriebenen Drehmomentanforderung des Blocks 305 linear kombiniert, und zwar bevorzugterweise in Form einer einfachen Summe. Das Ergebnis der Linearkombination wird an die Ansteuereinrichtung 315 weitergeleitet, sodass der Regelkreis geschlossen ist.
In einer Ausführungsform wird das Signal des jeweiligen Verarbeitungspfads 320, 325 auf einen Sollwert 350
für die Schwingungsdämpfung bezogen, beispielsweise indem der bestimmte Wert vom Sollwert 350 subtrahiert wird. Dabei kann der Sollwert 350 eine Konstante sein und insbesondere Null betragen, wie oben in Gleichung 4 angegeben ist. In einer anderen Ausführungsform kann der Sollwert 350 auch dynamisch sein und beispielsweise auf der Basis des angeforderten Drehmoments im Block 305 bestimmt werden.
4 zeigt beispielhafte zeitliche Verläufe von Drehmomenten am Antriebsstrang 110 des Kraftfahrzeugs 100 von 1. Im oberen Bereich ist eine Darstellung an einem bekannten, nicht dämpfungsgeregelten Antriebsstrang 110 und im unteren Bereich eine Darstellung an einem mittels der Verarbeitungseinrichtung 140 bzw. des Verfahrens von 4 gezeigt. In horizontaler Richtung ist jeweils eine Zeit und in vertikaler Richtung ein Drehmoment angetragen.
In der oberen Darstellung betrifft eine durchgezogene Linie ein angefordertes Drehmoment 405 und eine unterbrochene Linie ein korrespondierendes Drehmoment an der Seitenwelle 130. In der unteren Darstellung sind das angeforderte Drehmoment 405 mit einer feinen unterbrochenen Linie, das korrespondierendes Drehmoment 410 an der Seitenwelle 130 mit einer durchgezogenen Linie und ein geregeltes Motormoment 415 des Antriebsmotors 110 mit einer breiten, unterbrochenen Linie dargestellt.
Bei einer Anregung des Antriebsstrangs zum Zeitpunkt 2 Sekunden mit einer Änderung des angeforderten Drehmoments von 90 Nm auf 0 Nm gerät der nicht schwingungsgeregelte Antriebsstrang 110 in eine Schwingung, die über 1 Sekunde anhält und den Antriebsstrang 110 mit einer Drehmomentspitze von ca. 65 Nm zusätzlich belastet. Beim entsprechenden Vergrößern des angeforderten Drehmoments kann so eine Drehmomentspitze von ca. 155 Nm erreicht werden.
Beim schwingungsgeregelten Antriebsstrang 110 hingegen sind keine Überschwinger erkennbar und das tatsächliche Drehmoment 410 erreicht das angeforderte Drehmoment 405 bereits nach ca. 0,2 Sekunden vollständig, ohne nachzuschwingen.
Bezugszeichenliste

100: Kraftfahrzeug
105: Karosserie
110: Antriebsstrang
115: Antriebsmotor
120: Getriebe
125: Differentialgetriebe
130: Seitenwelle
135: Antriebsrad
140: Steuervorrichtung
200: Zwei-Massen-Schwinger (Modell)
205: erste Masse
210: zweite Masse
215: Federdämpfer
220: Feder
225: Dämpfer
300: Ablaufdiagramm/Blockdiagramm
305: Vorgabe Drehmoment/erste Schnittstelle
310: Tiefpass
315: Ansteuereinrichtung
320: erster Verarbeitungspfad
325: zweiter Verarbeitungspfad
330: Schalter
335: Beobachter
340: Regler
345: Kombinationseinrichtung
350: Sollwert
405: angefordertes Drehmoment
410: tatsächliches Drehmoment
415: geregeltes Drehmoment

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10035521 [0003]
DE 19721298 A1 [0004]

Claims

Steuerverfahren für einen elektrischen Antriebsmotor (115) eines Kraftfahrzeugs (100), wobei das Kraftfahrzeug (100) einen Antriebsstrang (110) umfasst, der sich vom Antriebsmotor (115) bis zu einem Antriebsrad (135) erstreckt, und das Steuerverfahren folgende Schritte umfasst: Bestimmen (305) eines angeforderten Drehmoments des Antriebsmotors (115); Bestimmen (340, 350) eines Dämpfungsmoments; und Ansteuern (315) des Antriebsmotors (115) zur Abgabe eines Drehmoments, das einer Linearkombination des angeforderten Drehmoments und des Dämpfungsmoments entspricht, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungsmoment auf der Basis eines Modells des Antriebsstrangs (110) bestimmt wird, das als Zwei-Massen-Schwinger (200) ausgeführt ist.
Steuerverfahren nach Anspruch 1, wobei der Zwei-Massen-Schwinger (200) eine erste (205) und eine zweite Masse (210) umfasst, die mittels eines Federdämpfers (215) miteinander verbunden sind, wobei die erste Masse (205) einen Rotor des Antriebsmotors (115), die zweite Masse (210) eine Trägheit des Kraftfahrzeugs (100) und der Federdämpfer (215) eine Übertragungsstrecke umfasst.
Steuerverfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Dämpfungsmoment derart bestimmt wird, dass eine zeitliche Ableitung eines auf das Antriebsrad (135) wirkenden Drehmoments möglichst minimiert ist;
Steuerverfahren nach Anspruch 3, wobei die Ableitung auf der Basis einer Drehzahl eines Rotors des Antriebsmotors (115) und einer Drehzahl des Antriebsrads (135) bestimmt (320) wird.
Steuerverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Ableitung mittels eines Beobachters (335) auf der Basis einer Drehzahl eines Rotors des Antriebsmotors (115) und des Drehmoments bestimmt (325) wird, zu dessen Abgabe der Antriebsmotor (115) angesteuert (315) wird.
Steuerverfahren nach einem der Ansprüche 4 und 5, wobei die Ableitung als Abweichung von einem Sollwert (350) bestimmt wird, der auf der Basis des angeforderten Drehmoments bestimmt wird.
Steuerverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Dämpfungsmoment mittels eines Proportionalreglers (340) auf der Basis der Ableitung bestimmt wird.
Steuerverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das angeforderte Drehmoment des Antriebsmotors (115) mittels eines Tiefpasses (310) geglättet wird, bevor es mit dem Dämpfungsmoment kombiniert wird.
Steuerverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Zwei-Massen-Schwinger (200) als Modell dritter Ordnung modelliert ist.
Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche, wenn das Computerprogrammprodukt auf einer Verarbeitungseinrichtung (140) abläuft oder auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert ist.
Steuervorrichtung (140) für einen elektrischen Antriebsmotor (115) eines Kraftfahrzeugs (100), wobei das Kraftfahrzeug (100) einen Antriebsstrang (110) umfasst, der sich vom Antriebsmotor (115) bis zu einem Antriebsrad (135) erstreckt, und die Steuervorrichtung (140) folgendes: – eine Schnittstelle (305) zur Abtastung eines Signals, das auf ein angefordertes Drehmoment des Antriebsmotors (115) hinweist; – eine Bestimmungseinrichtung (320, 325, 340), die dazu eingerichtet ist, ein Dämpfungsmoment zu bestimmen; – eine Kombinationseinrichtung (345) zur Bildung einer Linearkombination des angeforderten Drehmoments und des Dämpfungsmoments; – eine Ansteuereinrichtung (315) zum Ansteuern des Antriebsmotors (115) zur Abgabe eines Drehmoments, das der Linearkombination entspricht, dadurch gekennzeichnet, dass – die Bestimmungseinrichtung (320, 325, 340) dazu eingerichtet ist, das Dämpfungsmoment auf der Basis eines Modells des Antriebsstrangs (110) zu bestimmen, das als Zwei-Massen-Schwinger (200) ausgeführt ist.