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Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zur Schwingungsdämpfung
eines Antriebsstrangs und einen Antriebsstrang, insbesondere für ein Kraftfahrzeug.
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Aktuelle Steuerungen und Regelungen
im Automatikgetriebe moderner Kraftfahrzeuge nutzen eine Sollwert-Nachführung von
Drehzahlen oder Momenten im Antriebsstrang. Typische Anwendungsfälle sind
beispielsweise die Regelung von absoluten Drehzahlen, etwa die Motordrehzahl
bei einer Anfahrregelung, absoluten Momenten bei Kriechreglern oder
relativen Drehzahlen wie die Differenzdrehzahl einer Kupplungsreibpaarung.
Die bisherigen Regelungsverfahren in Automatikgetrieben sind als
klassische „Eingangs-Ausgangs-Größen Regelkreise" realisiert. Jeweils
eine Regelgröße wird
dabei einem Stellglied zugeordnet. Als Stellglied dient ein hydraulischer,
elektrischer oder pneumatischer Aktuator, der von einem Getriebesteuergerät aus angesteuert wird.
Es werden dabei Eingrössenregelkreise
realisiert.
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Die
DE
4123254 offenbart eine Steuerung für einzelne oder in Gruppen
angeordnete aktive Lagerelemente zur Lagerung von Triebwerken in
Kraftfahrzeugen mit Sensoren zur Erfassung von Störschwingungen
und fahrzeugspezifischen Leitgrößen, und
einer Steuerschaltung zur Verarbeitung der Signale von den Sensoren
und jeweils einem Aktuator zur Beeinflussung des bzw. der Lagerelemente
in Abhängigkeit
vom Ausgangssignal der Steuerschaltung.
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In der
DE 19544061 wird ein Regelverfahren für einen
Kraftfahrzeug-Antriebsstrang vorgeschlagen, bei dem bewußt eine
Stellgröße mit einem
periodischen Modulationssignal überlagert
wird. Eine Anwendung dieses Regelverfahrens ist die CVT (Continous
Variable Transmission) Kettenschlupfregelung, bei der die Variatoranpreßkraft bzw.
der entsprechende Hydraulikdruck mit einem Modulationssignal überlagert
wird. Allerdings bewirkt das Modulationssignal immer auch eine gewisse
Anregung von Triebstrang-Schwingungen,
die für
die Fahrzeuginsassen nicht spürbar
sein dürfen.
Eine Möglichkeit, diese
Nachteile zu vermeiden, liegt in einer Vorsteuerung, d. h. es wird
versucht, die durch das Modulationssignal erzeugten Störungen durch
ein oder mehrere geeignete Signale auf einer oder mehreren geeigneten
Stellgrößen zu kompensieren.
Diese Signale werden im Allgemeinen aus dem Modulationssignal und
weiteren, vom aktuellen Betriebspunkt des Antriebsstrangs abhängigen Größen berechnet.
In der Praxis zeigt sich, daß eine
solche Vorsteuerung häufig
nicht ausreicht, um Komfortprobleme vollständig zu vermeiden. Beispielsweise
wenn entscheidende Größen nicht
bekannt sind oder nicht gemessen werden oder ausreichend genaue
Modelle des Systemverhaltens nicht existieren oder nicht mit der
zur Verfügung
stehenden Rechenleistung berechnet werden können.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe
zugrunde, das eingangs genannte Verfahren bzw. den eingangs genannten
Antriebsstrang derart auszugestalten und weiterzubilden, daß Drehmomente
und Drehzahlen im Antriebsstrang geändert werden, ohne jedoch eine
Anregung von Eigenfrequenzen des Antriebsstrangs hervorzurufen,
und die aktuell vorhandenen Störungen
gezielt zu dämpfen,
insbesondere also die existenten störenden Schwingungen zu verringern
bzw. zu vermeiden.
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Diese Aufgabe wird nach der Erfindung durch
ein Verfahren zur Schwingungsdämpfung
eines Antriebsstrangs und einen Antriebsstrang mit den Merkmalen
der jeweiligen unabhängigen
Ansprüche
gelöst.
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In einem Antriebsstrang, insbesondere
für ein
Kraftfahrzeug, mit einem Motor, mindestens einer Kupplung und einem
Getriebe, wobei der Antriebsstrang mehrere Sensoren zur Aufnahme
von Meßgrößen und
mehrere über
Stellgrößen gesteuerte
Aktuatoren aufweist, erfolgt nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
eine Schwingungsdämpfung,
in dem eine zum Antriebsstrang gehörende Antriebssteuerung die
Aktuatoren mittels der Stellgrößen unter
Benutzung der Meßgrößen der
mehreren Sensoren koordiniert steuert.
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Gemäß der Erfindung wird der gesamte
Antriebsstrang ganzheitlich behandelt und viele Einzelelemente werden
koordiniert gesteuert. Dies ermöglicht
es einerseits, auftretenden Schwingungen und Lagestörungen am
Ort ihrer Entstehung zu begegnen, da Ort und Größe der Anregung aufgrund der mehreren
verteilten Sensoren besser lokalisierbar und quantifizierbar sind.
Andererseits ermöglicht
die Koordination der mehreren verteilten Aktuatoren, auftretenden
Schwingungen und Lagestörungen eben
nicht am Ort ihrer Entstehung zu begegnen, sondern die Schwingungen
und Lagestörungen durch
Gegenmaßnahmen
mittels nicht an der Entstehung beteiligter Aktuatoren zu kompensieren.
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Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des
Verfahrens und der Vorrichtung mit einer Steuerung der Aggregatelagerung
ist eine Schwingungsdämpfung
im Antriebsstrang möglich,
die allenfalls geringe Anforderungen an den anregenden Aktuator stellt
und somit den Fahrerwunsch direkter, mit weniger komfortbedingter
Verzögerung,
umsetzt.
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Eine wichtige Ausgestaltung der Erfindung ist
die Erstellung eines mathematischen Modells des Antriebsstrangs
zur Antriebssteuerung. Parameteränderungen
können
berechnet werden und mit Meßwerten
verglichen werden. Abweichungen werden erkannt und verwertet zur
Fehlererkennung und -behandlung und gegebenenfalls zur Aktivierung
einer Fehlermeldung. Dabei können
auch interne Modellgrößen durch
Parameterschätzverfahren,
insbesondere mittels einer Least Mean Square Methode, berechnet
werden.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung
der Erfindung ist die aktive Anregung einer Schwingung oder Störung über einzelne
Aktuatoren im Antriebsstrang durch die Antriebssteuerung. Dies ermöglicht es
einerseits, dass eine definierte Störung in einem Aktuator oder
einem Teilsystem angeregt wird, um das Schwingungsverhalten des
Antriebsstrangs zu ermitteln. Dadurch ist es möglich, für definierte Störungen Kompensationen
zu entwickeln, im Modell zu berücksichtigen,
und der Antriebssteuerung als vorbereitete Lösung zur Verfügung zu
stellen. Auch können
vorteilhafte Trajektorien für Übergänge von Ist-Werten
zu Soll-Werten ermittelt und bereitgestellt werden, die von der
Antriebssteuerung angestrebt werden sollen.
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Andererseits ermöglicht die aktive Anregung einer
Schwingung oder Störung über einzelne
Aktuatoren im Antriebsstrang eine Verbesserung der Ermittlung des
Eingreifpunkts einer Kupplung, insbesondere bei der oben erwähnten CVT
Kettenschlupfregelung, da störende
aktiv angeregte Schwingungen nun nicht mehr ausschließlich über den
aktiv anregenden Aktuator kompensiert werden müssen, sondern auch mittels
weiterer Aktuatoren im Antriebsstrang kompensiert werden können. Hier
wird vorteilhaft die Amplitude der aktiv angeregten Schwingung abhängig von
mittels Meßgrößen detektierten
Schwingungen gesteuert. Es war bisher schwierig, diese Amplitude
bei offener Kupplung geeignet zu wählen, da eine zu geringe Amplitude
das Greifen der Kupplung nicht zuverlässig erkennen läßt, eine
zu hohe Amplitude jedoch leicht beim Greifen zu unkomfortablen Schwingungen
führt.
Neben der besseren Erkennung durch die erfindungsgemäß koordinierten
mehreren Sensoren und der besseren Kompensation durch die erfindungsgemäß koordinierten
mehreren Aktuatoren wird zusätzlich
ein adaptives Filter, insbesondere mit einer Least Mean Square-Methode,
vorgeschlagen, das zur Anregung der aktiv angeregten Schwingung
eingesetzt wird. Es wird daher im Grunde eine „Gegenschwingung" zur Dämpfung vorhandener
Schwingungen angeregt.
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Es gibt nun unterschiedliche Möglichkeiten, das
erfindungsgemäße Verfahren
bzw. den erfindungsgemäßen Antriebsstrang
in vorteilhafter Art und Weise auszugestalten und weiterzubilden.
Hierfür
darf zunächst
auf die jeweiligen unabhängigen Patentansprüche verwiesen
werden. Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben
sich aus den Unteransprüchen
und aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
anhand der Zeichnungen. In der Zeichnung zeigt:
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1 eine
schematische Darstellung eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs
mit einer Antriebssteuerung gemäß der Erfindung,
und
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2 eine
schematische Darstellung eines Ausschnitts einer Regelschleife gemäß einer
Ausgestaltung der Erfindung.
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In 1 ist
ein Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs mit einer Antriebssteuerung
gemäß der Erfindung
dargestellt. Der Antriebsstrang 10 weist einen Motor 12,
eine Kupplung 14, ein automatisches Getriebe 16,
insbesondere ein Doppelkupplungsgetriebe oder ein CVT-Getriebe, einen Abtrieb 18 und eine
Antriebssteuerung 20 auf. Der Antriebsstrang 10 hat
weiterhin mehrere verteilte Sensoren 22, 24 und mehrere
verteilte Aktuatoren 26, 28, 30, 32.
Der Antriebsstrang 10 ist über Lager 34 mit der
Karosserie 36 des Kraftfahrzeugs verbunden.
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Die Antriebssteuerung 20 steuert
koordiniert Aktuatoren im Motor 12, in der Kupplung 14,
im automatischen Getriebe 16 und in einer Bremse im Abtrieb 18 über dem
jeweiligen Aktuator zugeordnete Stellgrößen. Diese werden von der Antriebssteuerung 20 berechnet
unter Berücksichtigung
von durch die Sensoren 22, 24 aufgenommenen Meßgrößen. Die
Antriebssteuerung 20 ist ein Teil des Antriebsstrangs,
sie kann jedoch an einer von den anderen Komponenten räumlich entfernten
Stelle im Kraftfahrzeug angeordnet sein. Die Antriebssteuerung 20 kann
vzw. mit Hilfe eines Steuergerätes,
insbesondere eines Getriebesteuergerätes realisiert werden. Das
Steuergerät
kann hierzu entsprechend elektrische und/oder elektronische Baueinheiten,
insbesondere einen Mikroprozessor sowie entsprechende Speichereinheiten
zur Speicherung der entsprechenden Daten aufweisen.
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Verschiedene Aspekte der Erfindung
werden nun dargestellt. Mit Hilfe einer Modellbildung kann das System
Antriebsstrang mit seinen Aktuatoren mathematisch beschrieben und
simuliert werden. Ein Modell des Antriebsstrangs ist in der Antriebssteuerung
20 im Fahrzeug hinterlegt. Das Modell beschreibt den Normalzustand
des Antriebsstrangs. Die Antriebssteuerung 20 berechnet
aufgrund des Modells Erwartungswerte für durch die Sensoren 22, 24 aufgenommene
Meßgrößen oder
daraus abgeleitete Größen. Diese
werden mit den Meßwerten
der Sensoren 22, 24 für diese Meßgrößen bzw. den daraus abgeleiteten
Zustandsgrößen verglichen.
Durch diesen Vergleich von simulierten und gemessenen Größen des
Modells können
Abweichungen vom Normalzustand erkannt werden. Aus der Bewertung der
Abweichungen können
Parameteränderungen
im System, z.B. eine Änderung
des Kupplungsreibbeiwerts, berechnet werden. Ferner wird dadurch
eine Fehlerdiagnose möglich.
So kann beispielsweise bei Unterschreitung des geschätzten Reibwerts
unter einen Schwellwert eine Fehlermeldung aktiviert werden. Eine
weitere Variante ist eine Fehlerfrüherkennung, wenn der Parameter
noch zulässig
ist, aber der Verlauf auf eine zukünftiges Erreichen des Grenzwertes
deutet.
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In manchen Anwendungsfällen können die Modelle
oder Teilmodelle nicht komplett oder gar nicht physikalisch beschrieben
werden. Um trotzdem interne Modellgrößen zu bestimmen, die zur Ansteuerung
benötigt
werden, können
Paramterschätzverfahren
angewendet werden. Eine aus der Akustik bekannte Anwendung ist die
Beeinflussung einer Strecke mit Hilfe einer Least Mean Square (LMS)
Berechnung oder deren Erweiterungen wie z.B. FXLMS (Filtered –x Least
Mean Square). Dieses Verfahren kann sehr effektiv zur Parameterbestimmung
benutzt werden. Als Erweiterung folgt dann eine Berechnung von Stellgrößen der
Stellglieder im Antriebsstrang auf Basis der bestimmten Parameter.
Dabei können
sowohl Steuerungen als auch Regelkreise aufgebaut werden. Die Erfindung
beinhaltet die Adaption des aus der Akustik bekannten Verfahrens
auf Basis des LMS auf Problemstellungen im Antriebsstrang. Beispielhaft
seien hier der Einsatz zur Dämpfung
von Schwingungen genannt, die durch zufällige oder aber auch bewußte Einprägung von
Störungen
im Antriebsstrang entstehen können.
Gezielt eingeprägte Signale
verändern
den aktuellen Betriebspunkt des Antriebsstrangs. Durch das LMS Verfahren
ist es möglich,
die Parameter der Strecke um diesen Betriebspunkt festzustellen
und daraus Maßnahmen
zu ergreifen. Ferner kann in einer dann folgenden Steuerung oder
Regelung der alte Betriebspunkt nachgeführt werden.
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Als wesentliche bisher nach dem Stand
der Technik nicht betrachtete Einflußgröße in Ansteuerverfahren wird
hierbei die Dynamik des Aggregats, der Motor-Getriebe-Einheit, gegenüber der
Karosserie berücksichtigt.
Durch die Verlagerung des Aggregats kommt es bei der Drehzahlmessung
in Motor und Getriebe zu Verfälschungen.
Nur wenn die Dynamik des Aggregats mit berücksichtigt wird, kann der Antriebsstrang
richtig beschrieben werden. Es ist daher durchaus denkbar, auch
durch aktive Steuerung der Aggregatelage die Schwingungen des Antriebsstranges
zu dämpfen.
Eine Erweiterung der bisherigen Ansteuerverfahren ist die gezielte
Beeinflussung der Aggregatelagerung und deren Charakteristika. Aktive
Bauelemente zur Aggregatelagerung dienen zur akustischen Entkopplung
von Aggregat und Fahrzeugkarosserie. In dieser Erfindung soll auch
das dynamische Verhalten des Antriebsstrangs, z.B. die Schwingungs-
Eigenschaften in Abhängigkeit
von der Fahrsituation, durch die Vorgabe von Aggregatelage und Aggregatelageänderung
gezielt verändert werden.
Dabei findet eine Ansteuerung der Aggregatelagerung statt. Bei passiven
Aggregatelagern kann die Lage in Stellalgorithmen gezielt als Regelgröße mit eingebracht
werden, und somit das Verhalten des Antriebsstrangs verändert werden.
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Die Regelverfahren basieren vorteilhaft
auf Anwendungen, die neben den Ein- und Ausgangsgrössen auch
innere Strukturen und Größen verwenden,
vorzugsweise unter Benutzung eines Zustandsraumes. Gemäß der Endung
findet eine geschlossene, zustandsgrößenbasierte Regelung bzw. Steuerung
einzelner Antriebsstrangkomponenten bzw. des gesamten Antriebsstrangs
oder Teilen des Antriebsstrangs statt. Durch einen linearen oder
nichtlinearen Reglerentwurf kann das Verhalten des geschlossenen
Regelkreises gezielt verändert
werden und somit die unerwünschten
Eigenschaften der Strecke unterdrückt werden. Dem System Antriebsstrang
oder Getriebe werden gezielt dämpfende
Eigenschaften eingeprägt.
Das schwingungsfähige
System wird durch gezielte Stelleingriffe durch die Aktuatoren des
Antriebsstrangs aktiv gedämpft.
Schwingungen, die ohne diese Maßnahme
auftreten würden,
können
mit dieser Methode vermieden bzw. stark gedämpft werden. In der Regelungstechnik
bezeichnet man dieses Vorgehen allgemein als Polstellenverschiebung
der Strecke durch Rückführung. Die
Pole werden dabei in Richtung der reellen Achse oder genau auf die
reelle Achse verschoben.
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Störungen werden vorteilhaft als
innere Größen des
Systems aufgefaßt
und in den Modellgleichungen integriert. Sollten Störungen direkt
meßbar oder
bekannt sein, können
diese Werte direkt zur Ansteuerung der Strecke berücksichtigt
werden. Durch eine Umrechnung einer gemessenen oder berechneten
Störung
in eine Aktuatoransteuerung können
die Auswirkungen der Störungen
teilweise oder vollständig
kompensiert werden. Störungen
können
z.B. durch Stellgliedfehler, Streckenänderungen, etwa über Zeit,
Temperatur, Last oder Arbeitspunkt, auftreten. Störungen können aber
auch gezielt in den Antriebsstrang eingeprägt werden. Sie werden dann entweder
zur Identifikation von Teilsystemen genutzt, wie Hydraulikansteuerungen,
Kupplungen und Variatoren, die in stufenlosen Getrieben Verwendung
finden, oder wie im Fall eines Gangwechsels bei Stufenautomaten
zum gewollten Wechsel von aktiven Kupplungen.
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Erfindungsgemäß werden Mehrgrößenregelkreise
vorgeschlagen. Besonders die gleichzeitige Betrachtung von mehreren
Sollwerten bei der Benutzung von mehreren Stellgliedern innerhalb
einer Regelschleife kann zu einer gezielten Schwingungsdämpfung benutzt
werden. Bei einer Anfahrt wird vorteilhaft nach einer Ausgestaltung
der Erfindung in einem Mehrgrößenregelkreis
eine abtriebsseitige Größe verwendet.
Wird z.B. das Achsmoment als Sollwert zusätzlich vorgegeben, kann eine
Mehrgrößenregelung
die Motordrehzahl und das Abtriebsmoment einstellen. Als Stellglieder
bieten sich das Motormoment und die Kupplungskapazität an. Ferner
können durch
die gezielte Ansteuerung von einem oder mehreren Aktuatoren Momente
im Antriebsstrang eingeprägt
werden, die dann die dynamischen Eigenschaften des Systems verändern. Dies
kann geschehen durch die Ansteuerung mehrerer Kupplungen, beispielsweise
bei den Anwendungsfällen
Verspannen von Kupplungen gegeneinander, Sperren und Kupplungen
in ansteuerbaren Differentialen von Front-, Heck- oder Allradantrieben,
Kupplungen und Bremsen in Getrieben, durch die Ansteuerung des Verbrennungsmotors
mittels Füllung,
Ladedruck, Kraftstoffmenge, Einlaßventilsteuerung, Zündwinkel, durch
die Ansteuerung von alternativen Antrieben wie Elektroantrieb oder
von Abtrieben, beispielsweise bei Veränderungen von Aufnahmemomenten
von Pumpen in Motoren und Getrieben etwa durch Erhöhung des
Arbeitsdrucks oder eines Kühlvolumenstroms.
Es können
sämtliche
Stellgrößen, die
eine Beeinflussung des Antriebsstrangmomentes bewirken, berücksichtigt
werden.
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Eine besondere Ausgestaltung des
erfindungsgemäßen Verfahrens
ist die Möglichkeit
der Trajektorienvorgabe. D.h. nicht nur der Endwert der Regelgrößen wird
vorgegeben, sondern der gesamte zeitliche transiente Verlauf. Dadurch
wird eine wesentliche Dynamikerhöhung
möglich.
Für die
Ansteuerung einer Kupplung ergibt sich damit die Vorgabe z.B. von
Solldifferenzdrehzahl und Solldifferenzbeschleunigung, oder von
einer der Kupplungsseite zugeordneten Drehzahl und Beschleunigung.
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Das neue Ansteuerverfahren setzt
sich aus einzelnen oder Kombinationen der oben beschriebenen Teilmaßnahmen
zusammen.
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Das Verfahren der Erweiterten Ansteuerung des
Antriebsstrangs unter Berücksichtigung
interner physikalischer und abstrakter Größen zur Beeinflussung des Übertragungsverhaltens
findet in unterschiedlichen Fahrzuständen Anwendung, beim Start von
Antriebsmotoren (Verbrennungsmotor oder Elektrisch), insbesondere
bei hybriden Antriebsstrangkonzepten, beim Anfahren, Kriechen, Gangwechsel, bei Übersetzungsänderungen
(CVT), bei Laständerungen,
oder bei Fahrt mit Differenzdrehzahl an einer oder mehreren Reibpaarungen,
bei Fahrstufenänderungen,
beim Ausrollen oder beim Anhalten.
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Neben den oben erwähnten Stellgrößen können weitere
Aktuatoren verwendet werden. Dazu zählen unterschiedliche Motormomentenänderungen – positiv
und negativ – von
einem oder mehreren am Antriebsstrang wirkenden Motoren, insbesondere
bei Hybridkonzepten, Bremseingriffe an den An- und/oder Abtriebsrädern, in
Getrieben verbaute Aktuatoren, wie Naß.- und Trockenkupplungen,
formschlüssige
Kupplungen, z.B. Klauenkupplung, Getriebebremsen, Wandlerüberbrückungskupplungen, Gang-
Ein- und Auslegeaktuatorik und Übersetzungsverstellungsaktuatorik,
z.B. Variator beim CVT.
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Besondere Vorteile der Erfindung
zeigen sich in speziellen Anwendungsfällen. Insbesondere ist hier
die erste Eigenfrequenz des Antriebsstrangs zwischen 5 – 10 Hz
zu nennen, die vom Fahrer als störendes
Ruckeln empfunden wird. Die Anregung dieser Schwingung kann durch
das Schließen
oder auch das Öffnen
einer Kupplung im Antriebsstrang unter Last erfolgen. Die Anwendung
eines der oben beschriebenen Verfahren führt zu einer erheblichen Komfortsteigerung.
Ferner können
Geometriefehler, Bauteiltoleranzen und -parameter erkannt und ausgeglichen
werden. Vorteilhaft wird die Dämpfung
dieser Schwingung im Modell besonders berücksichtigt.
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Eine weitere Ursache für angeregte
Schwingungen kann der dynamische Verlauf des Motordrehmoments und/oder
der Kupplungskapazität
sein. Bei Automatikgetrieben werden während einer Anfahrt oder dem
Gangwechsel genau diese Momentenänderungen
und/oder Kupplungsmomentenänderungen
dem Antriebsstrang eingeprägt
und dies führt
zu unerwünschten
Schwingungen. Bei starker Reduktion des Motormomentenaufbaus wird
der Komfort erheblich verbessert, es kommt jedoch zu unerwünscht großen Verzögerungen
in der Beschleunigung. Der zeitliche Verlauf der eingeprägten Momente
ist entscheidend für
den Komfort bzw. die Sportlichkeit der Aktion (Schaltung, Anfahrt,
Fahrt).
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Ein besonders wichtiger Fall ist
die Regelung der Abtriebsdrehzahlen und/oder des Antriebsmomentes
der Achswellen. Da der Moment im Serienfahrzeug nicht sensiert wird,
muß durch
die Winkeldifferenz und die Steifigkeit der Abtriebswelle ein Ersatzwert
gebildet werden. Diese Methode der Regelung kann sowohl bei geschlossenem
als auch bei teilgeöffnetem
Antriebsstrang angewendet werden, insbesondere beim Anfahren und
beim Schalten. Durch Anwendung der beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren
ist ein wesentlich robusteres und komfortables Verhalten zu erzielen.
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Werden Teilelemente des Antriebsstrangs bewußt durch
Ansteuerungen angeregt um deren Teilreaktionen zu untersuchen, können mit
den oben beschriebenen Verfahren die nicht erwünschten Auswirkungen auf andere
Elemente des Antriebsstrangs vermindert oder eliminiert werden.
Neben dem Testsignal und der Teilelementreaktion können aufgrund der
dann nötigen
Stelleingriffe der überlagerten
Ansteuerung weitere Informationen über das Teilelement gewonnen
werden. Sollen z.B. Kupplungsdaten erfaßt werden, kann dies durch
eine bewußte
Anregung der Kupplungsaktuatorik geschehen. Zum Ausgleich und zur
Minimierung von dann auftretenden Drehzahländerungen im Abtrieb ist eine
Ansteuerung eines nachfolgenden Elektromotors möglich, insbesondere bei einem
Hybrid-Konzept.
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Als Stellgrößen für erfindungsgemäße Mehrgrößenregelkreise
kommen alle Größen einzeln
oder in Kombination in Frage, die direkt oder indirekt das Radmoment
beeinflussen, beispielsweise
– Motordrehmoment-beeinflussende
Größen, umfassend
Zündwinkel,
Kraftstoff-Einspritzmenge,
Drosselklappenstellung, elektrischer Strom eines Elektromotors;
– Kupplungsdrehmoment-beeinflussende
Größen, umfassend
Kupplungsdruck, Kupplungsweg, Größen von
Getriebe-Schaltelementen oder Radbremsen; Größen von Schaltelementen in
Sperren, insbesondere bei Vierradantrieb;
– Schlupf beeinflussende Größen in schlupfenden Elementen,
umfassend einen Anpreßdruck
eines Variators;
– Übersetzung
beeinflussende Größen, umfassend einen
Verstelldruck eines Variators;
– Größen, die den Wirkungsgrad in
Bezug auf die Antriebsleistung im Triebstrang beeinflussen, umfassend
Anpreßkraft
eines Variators, aufgenommene Generatorleistung, aufgenommene Klimakompressorleistung,
aufgenommene Leistung von Hilfsenergielieferanten beeinflussenden
Größen wie
Pumpenleistung, z.B. Ausgangsdruck einer Getriebe-Hydraulikpumpe,
Schleppmomente in Reibelementen beeinflussende Größen z.B.
durch aktive Ansteuerung im Bereich niedriger Momente oder durch Änderung
eines Kühl-
oder Schmierölstroms;
– Aggregatelagerung.
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Zu den Größen, die den Wirkungsgrad in
Bezug auf die Antriebsleistung im Triebstrang beeinflussen, sei
bemerkt, dass bei konstanter Motorleistung eine Erhöhung der
Verluste eine Reduktion der Radleistung bedeutet.
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Als Meßgrößen für erfindungsgemäße Mehrgrößenregelkreise
kommen alle Größen einzeln
oder in Kombination in Frage, die mit dem Modulationssignal und/oder
einer komfortkritischen Größe korreliert
sind, beispielsweise
– Drehzahlen,
umfassend Motor-, Kupplungs-Primär-,
Eingangswellen-, Scheibensatz-, Triebwellen-, Abtriebs-, Rad-Drehzahlen;
– aus Drehzahl-Messgrößen berechnete
Größen, umfassend
Kupplungs-Schlupf als Drahzahldifferenz, Variator-Übersetzung
als Drehzahlquotient;
– Drehmomente,
umfassend Drehmomente in einer beliebigen Welle des Triebstrangs;
– Zwischengrößen in der
Ansteuerkette, umfassend Stöme,
Drücke,
Wege der Kupplung, Ersatzgrößen der
Kupplungskapazität;
und
– Meßgrößen, die
von Reaktionskräften
und Momenten der Antriebsräder
abhängen,
umfassend eine Aggregatelage, Kräfte
in einem Aggregatelager, Kräfte in
einer Radaufhängung.
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Nun wird eine bevorzugte Ausgestaltung
der Erfindung vorgestellt für
die Regelungen, bei denen bewußt
eine Größe mit einem
-. meist periodischen – Modulationssignal überlagert
wird. Das Modulationssignal bewirkt immer auch eine gewisse Anregung von
Triebstrang-Schwingungen,
die für
die Fahrzeuginsassen nicht spürbar
sein dürfen.
Diese Anregung kann z.B. durch kleine Änderungen der Drehzahlübersetzung
in Folge der Anpreßkraftmodulation entstehen,
oder z.B. durch mit dem Modulationssignal veränderte Leistungsaufnahme einer
Hydraulikpumpe, was bei konstanter Motorleistung in veränderten
Radmomenten resultieren kann.
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In dieser Ausgestaltung der Erfindung
wird die Verwendung eines Adaptions- oder Regelverfahrens zur Vermeidung
der Komfortprobleme vorgeschlagen, das alternativ oder zusätzlich zu
einer Vorsteuerung verwendet werden kann. Ein bevorzugter Anwendungsfall
ist die CVT-Kettenschlupfregelung, bei der die Variatoranpreßkraft bzw.
der entsprechende Hydraulikdruck mit einem Modulationssignal z.B. rechteckförmig überlagert
wird. Ein CVT-Getriebe kann
damit an der Haftgrenze bei günstigem
Wirkungsgrad und Verschleiß betrieben
werden, indem die Anpreßkraft
solange langsam abgesenkt wird, bis in den Minima des Modulationssignals
gerade ein erhöhter
Kettenschlupf auftritt. Dieser Zustandsübergang ist relativ scharf
und kann z.B. an dem Verlauf der Drehzahlübersetzung relativ zu dem Modulationssignal
erkannt werden.
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Nach dieser Ausgestaltung der Erfindung
neben werden neben mindestens einer Stellgröße eine oder mehrere Meßgrößen verwendet,
die von den Störungen,
die die Komfortprobleme schaffen, abhängen. Während die reine Vorsteuerung
bereits eine Stellgröße benötigt, werden
erfindungsgemäß zusätzlich eine
oder mehrere Meßgrößen eingesetzt, was
nun ein Adaptions- und Regelverfahren ermöglicht. Nach dieser Ausgestaltung
der Erfindung ist es nicht notwendig, aber möglich und in vielen Fällen sinnvoll,
auch bei Adaptionen und Regelungen das die Störungen anregende Modulationssignal
im Adaptierer oder Regler zu verwenden, da dieses den Entwurf eines
guten Adaptierers oder Reglers i.A. erleichtert.
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2 zeigt
eine schematische Darstellung eines Ausschnitts einer Regelschleife 40 gemäß einer
Ausgestaltung der Erfindung für
Regelungen, bei denen bewußt
eine Größe mit einem –. meist
periodischen – Modulationssignal überlagert
wird. Ein Modulationssignal wird einem ersten Eingang 42 eines adaptiven
Filters 44 zugeführt.
Das adaptive Filter 44 liefert an seinem Ausgang 46 ein
Stellsignal, welches auf einen Aktuator einer Regelstrecke 48 gegeben wird.
Das Verhalten der Regelstrecke 48 wird durch einen Sensor
erfaßt,
der an einem Signalausgang 50 der Regelstrecke 48 eine
Meßgröße liefert,
die einem zweiten Eingang 52 eines adaptiven Filters 44 zugeführt wird.
Das adaptive Filter 44 weist ein einen Adaptierer 54 und
ein digitales Filter 56 auf, wobei der Adaptierer 54 das
digitale Filter 56 steuert. Der Adaptierer 54 ermittelt,
ob in der Meßgröße, noch
Anteile bzw. Einflüsse
des Modulationssignals enthalten sind. Falls ja, steuert er das
digitale Filter 56 und damit die Stellgröße so, dass
diese Anteile bzw. Einflüsse
kleiner werden und im Idealfall verschwinden.
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Für
ein Adaptionsverfahren kann vorteilhafterweise z.B. ein adaptives
Filter mit LMS-Algorithmus
eingesetzt werden, wie es aus dem Bereich "aktive Geräuschdämpfung" bekannt ist. Als Meßgröße kann beispielsweise das
mittlere Radmoment, und als Stellgröße kann beispielsweise das
Motordrehmoment verwendet werden. Das Verfahren arbeitet dann vereinfacht
wie folgt: Der Adaptierer 54 ermittelt, ob in der Meßgröße, hier
dem Radmoment, noch Anteile bzw. Einflüsse des Modulationssignals
enthalten sind. Falls ja, steuert er das digitale Filter 56 und
damit die Stellgröße, hier
das Motordrehmoment, so, dass diese Anteile bzw. Einflüsse kleiner werden
und im Idealfall verschwinden. Das adaptive Filter 44 verändert also
die Amplitude des Modulationssignals derart, dass es zur Detektion
ausreicht, aber keine unkomfortablen Schwingungen auslöst.
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Das adaptive Filter bzw. der Komfortregler darf
die Wirkung der Modulation nicht im gesamten Triebstrang vollständig auslöschen. Deshalb
wird die mit dem Modulationssignal beaufschlagte Größe i.A. verschieden
von der Stellgröße des adaptiven
Filters bzw. Komfortreglers sein. Im Fall einer CVT-Kettenschlupfregelung,
bei der die Variator-Anpressung moduliert
wird, braucht die Variator-Anpressung nicht gleichzeitig die Stellgröße des adaptiven
Filter bzw. Komfort-Reglers sein. Falls in einer konkreten Anwendung
trotzdem die Gefahr besteht, dass das adaptive Filter bzw. der Komfortregler
die Wirkung der Modulation so weitgehend kompensiert, daß das mit der
Modulation angestrebte Ziel nicht erreicht werden kann, sollte das
adaptive Filter bzw. der Komfortregler in seiner Wirkung begrenzt
werden. Dieses kann z.B. im Falle des adaptiven Filters durch eine
Begrenzung der Filterkoeffizienten erfolgen. Eine einfache Möglichkeit
der Begrenzung besteht darin, jedem Filterkoeffizienten eine obere
und eine untere Grenze fest zuzuweisen und dann, wenn eine Berechnung
einen Koeffizientenwert außerhalb
seiner Grenzen ergeben hat, ihn auf die nächstliegende Grenze zu setzen.
Als Spezialfall können
obere und untere Grenze eines Koeffizienten denselben Betrag, aber
unterschiedliche Vorzeichen haben. Als weiterer Spezialfall können die
oberen Grenzen aller Koeffizienten denselben Wert haben und/oder
die unteren Grenzen aller Koeffizienten denselben Wert haben. Als
weiterer Spezialfall können
alle oder eine beliebige Untermenge der Grenzen in Abhängigkeit
der aktuellen Betriebssituation gewählt werden, z.B. in Abhängigkeit
der Amplitude oder der Form des Modulationssignals, falls dieses
betriebssituationsabhängig
verändert
wird.
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Je nach Triebstrangauslegung und
Implementierung der adaptiven Filter bzw. Regelungen kann es sinnvoll
sein, das adaptive Filter bzw. den Komfortregler in bestimmten Betriebssituationen auszuschalten
und in anderen wieder einzuschalten. Enthält beispielsweise der Triebstrang
ein Getriebe mit vom Verbrennungsmotor angetriebener Hydraulikpumpe
und steht der Verbrennungsmotor, d.h. Motordrehzahl = 0, kann und
sollte ein adaptives Filter bzw. ein Komfortregler, das bzw. der
auf eine Stellgröße wirkt,
die eine laufende Hydraulikpumpe Voraussetzt, unwirksam sein und
abgeschaltet sein. Verwendet in einem anderen Beispiel ein adaptives
Filter bzw. ein Komfortregler als Meßgröße einen oder mehrere Drehzahlwerte
und ist die Drehzahlmessung bei kleinen Drehzahlen der sensierten
Welle, einschließlich
Stillstand, ungenau, kann/sollte das adaptives Filter bzw. der Komfortregler
unwirksam sein und abgeschaltet sein.
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Beim Einschalten oder Wieder-Einschalten sollten
wesentliche interne Größen des
Filters oder Reglers initialisiert sein oder werden. Im Fall des
adaptiven Filters mit LMS-Algorithmus sollten z.B. die Filterkoeffizienten
auf null oder einen anderen, ggf. betriebssituationsabhängigen sinnvollen
Anfangswert gesetzt werden. Entsprechendes gilt für die Zustandsgrößen des
Filters oder eines Reglers.
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In den bisherigen Beispielen wird
das Modulationssignal unabhängig
vom adaptiven Filter generiert. In einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung stellt das adaptive Filter einem Modulationssignalgenerator
interne Filter- bzw. Komfortregler-Größen, im Fall des adaptiven
Filters z.B. die aktuellen Filterkoeffizienten, oder die Filter-
bzw. Komfortregler-Stellgröße zur Verfügung. Der
Regler, der das Modulationssignal erzeugt. kann diese Filter- bzw.
Komfortregler-Größe(n) als
alleinige Istgröße(n) oder
zusätzlich
zu der/den in der ersten Variante verwendeten Istgröße(n) verwenden.
-
Im Falle des adaptiven Filters kann
der Regler, der das Modulationssignal erzeugt, eine Istgröße bzw.
einen Ersatz für
eine Istgröße z.B.
auf folgende Weise erzeugen:
-
- (a) Berechnung des Maximums aller Filterkoeffizienten
oder Filter-Koeffizienten-Beträge,
- (b) Berechnung der Summe aller Filterkoeffizienten oder Filter-Koeffizienten-Beträge,
- (c) Berechnung einer gewichteten Summe aller Filterkoeffizienten
oder Filter-Koeffizienten-Beträge, wobei
jedem Filterkoeffizienten oder Filter-Koeffizienten-Betrag ein Gewichtsfaktor
zugeordnet ist,
- (d) Berechnung eines anderen mathematischen Ausdrucks aus den
Filterkoeffizienten oder Filter-Koeffizienten-Beträgen. Unter
Filter-Koeffizienten-Betrag wird hier z.B. die Wurzel aus der Summe
der Quadrate zweier Filter- Koeffizienten verstanden. wobei der
eine die Bedeutung des Sinus und der andere die Bedeutung des Cosinus-Anteils
eines Vektors hat.
-
Für
den Fall des Kettenschlupfreglers mit adaptivem Filter bzw. Komfortregler
kann dieses vereinfachend wie folgt ablaufen: Zunächst sei
eine Überanpressung
relativ hoch, die Modulation der Anpressung zeigt nur mäßige Wirkung
im Triebstrang. Entsprechend einfach hat es das adaptive Filter
bzw. der Komfortregler, die Störungen
auszuregeln, die Koeffizienten und die Stellgrößen sind relativ klein. Diese Größen erkennt
auch der Kettenschlupfregler, schließt daraus auf einen großen Abstand
zur Schlupfgrenze und verringert die Anpressung. Mit Annäherung an
die Schlupfgrenze wird die Wirkung der Anpressungsmodulation immer
größer und
die Koeffizienten und die Stellgröße des adaptiven Filters bzw.
des Komfortreglers steigen. Bei Erreichen eines vorgegebenen Sollwertes
senkt der Kettenschlupfregler die Anpressung nicht weiter ab. Falls die
Koeffizienten bzw. die Stellgröße des adaptiven Filters
bzw. Komfortreglers sogar oberhalb des Sollwertes liegen, hebt der
Kettenschlupfregler die Anpressung entsprechend an.
-
- 10
- Antriebsstrang
- 12
- Motor
- 14
- Kupplung
- 16
- automatisches
Getriebe
- 18
- Abtrieb
- 20
- Antriebssteuerung
- 22,
24
- Sensoren
- 26,
28, 30, 32
- Aktuatoren
- 34
- Lager
- 36
- Karosserie
- 40
- Ausschnitt
einer Regelschleife
- 42
- erster
Eingang
- 44
- adaptives
Filter
- 46
- Ausgang
- 48
- Regelstrecke
- 50
- Signalausgang
- 52
- zweiter
Eingang
- 54
- Adaptierer
- 56
- digitales
Filter