CN103596828A - 具有主动的扭转振动减振的混合式驱动系和用于实施主动的扭转振动减振的方法 - Google Patents

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Abstract

一种具有主动的扭转振动减振的驱动系和用于实施所述主动的扭转振动减振的方法，所述驱动系具有一带有曲轴的、有扭转振动的内燃机，所述驱动系具有一与所述曲轴作用连接的、包含至少一个对扭转振动低振动隔绝的运行点的扭转振动减振器（2），所述扭转振动减振器具有一配置给所述曲轴的初级飞轮质量（3）和一逆着所述初级飞轮质量逆着一弹簧装置的作用能够相对地和有限地扭转的、配置给一变速器的一变速器输入轴（9）的飞轮质量（4）以及具有一电机（5），所述电机具有一与所述变速器输入轴作用连接的旋转质量以及一控制单元，其中，所述弹簧装置由线形构造的弹簧构成，所述电机的旋转质量构造为次级飞轮质量并且所述电机能够借助于所述控制器按照补偿在至少一个运行点上出现的有扭转振动的干扰力矩的补偿力矩来调节。

Description

具有主动的扭转振动减振的混合式驱动系和用于实施主动的扭转振动减振的方法
本发明涉及一种具有主动的扭转振动减振的混合式驱动系和用于实施主动的扭转振动减振的方法，所述混合式驱动系具有一带有一曲轴的、带有扭转振动的内燃机，所述混合式驱动系具有一与所述曲轴作用连接的、包含至少一个少量隔绝扭转振动的运行点的扭转振动减振器，所述扭转振动减振器具有一配置给所述曲轴的初级飞轮质量和一相对于该初级飞轮质量能够与弹簧装置的作用相反地相对并且有限地扭转的、配置给一变速器的一变速器输入轴的飞轮质量，以及所述扭转振动减振器具有一电机，该电机具有一与所述变速器输入轴作用连接的旋转质量以及一控制单元。
由于内燃机的、在曲轴的旋转角度上不连续燃烧为此设置的缸的燃烧室或燃烧室中的燃料的作用原理，内燃机具有不均匀的转矩产生。因此产生的扭转振动以众所周知的方法通过扭转振动减振器如离合器盘减振器、分体式飞轮和诸如此类和/或扭转振动阻尼器如离心力摆和诸如此类隔绝。该振动隔绝仅仅部分实现。在此，残留的剩余振动与传动系固有频率出现谐振，所述传动系固有频率导致驱动系的不利的噪声情况和/或对使用的部件的寿命产生不利的影响。为了进一步改善隔绝程度，技术费用增加，从而待使用的隔绝装置如扭转振动减振器和/或扭转振动阻尼器出于安装空间原因和/或成本原因不是总能够实行的。例如在扭转振动减振器中，除了唯一的减振级的使用的弓形弹簧之外需要另外的减振级、附加地与扭转振动减振器相协调的扭转振动阻尼器和诸如此类。此外，可以由驾驶员通过干预、尤其通过相应地改变驾驶踏板的位置，将脉冲导入到驱动系中，所述脉冲可以导致冲击交替振动或负载交替振动。
混合式驱动系除了内燃发动机之外具有电机，该电机能够完全或部分驱动驱动系、在惯性工况（Schubbetrieb）中余热利用并且起动内燃机。DE19532129A1中公开一种电机，该电机应补偿内燃机的扭转振动，其方式是，借助于所述电机接入反力矩，该反力矩与内燃机的力矩峰值互补。相应地在扭转振动的频率范围内在与电机连接的蓄电池如铅蓄电池中在此期间待储存和待调用的能量导致非常高的、损害所述蓄电池的充电电流和放电电流。
因此，本发明的任务在于，为混合式驱动系提出一种装置和一种方法，该装置在很少的技术费用的情况下使得能够实现改进地隔绝内燃机的扭转振动。
该任务通过一种驱动系解决，所述驱动系具有一带有一曲轴的、带有扭转振动的内燃机，所述驱动系具有一与所述曲轴作用连接的、包含至少一个对扭转振动低振动隔绝的运行点的扭转振动减振器，该扭转振动减振器具有一配置给所述曲轴的初级飞轮质量和一相对于该初级飞轮质量能够逆着一弹簧装置的作用相对地和有限地扭转的、配置给一变速器的一变速器输入轴的飞轮质量以及具有一电机，该电机具有一与所述变速器输入轴作用连接的旋转质量以及一控制单元，其中，所述弹簧装置由线形构造的弹簧、尤其分布在周边上的螺旋弹簧构成，所述电机的旋转质量构造为次级飞轮质量并且所述电机能够借助于所述控制器按照补偿在至少一个运行点上出现的有扭转振动的干扰力矩的补偿力矩来调节。
组合借助于电机的主动的扭转振动减振，其方式是，由该电机将相应于内燃机的扭转振动的正的或负的补偿力矩传递到驱动系上，由此，扭转振动减振器能够以简单的方式构造并且按照主动的扭转振动减振的要求来优化。在此，在两个飞轮质量之间在周向方向上有效的弹簧装置能够借助于线形构造的、短的螺旋弹簧实施，所述螺旋弹簧在高转速时与弓形弹簧相比也具有小的摩擦力矩并且能够较简单地制造。尤其在低转速时并且在通过电机起动内燃机期间，由弓形弹簧构成的装置的优点能够通过借助于电机的主动的扭转振动减振来补偿。
次级飞轮质量有利地一件式或多件式地集成到电机的转子中或与该转子连接，从而实现安装空间优点和驱动系的较简单的构造。在此，在电机中，该电机的通电的绕阻部分可以设置在转子中或在定子中。电机优选是无电刷的、电控制的电动机，该电动机的转速和激励角度借助于集成的增量位移传感器或增量角度传感器检测。
主动的扭转振动补偿优选通过借助参数、例如传感器数据或从这些传感器数据推导出来的在至少一个运行点上的矢量得出在扭转振动减振器之前或之后的驱动系的干扰力矩、得出补偿力矩并且在电机上施加所述补偿力矩的方式实现。
在此，电机与用于电能的存储器，例如蓄电池如铅蓄电池、锂离子蓄电池和诸如此类，功率电容器如法拉电容器和/或诸如此类处于电连接。在此，为了主动的扭转振动减振而必需的机械能相对于内燃机的现时力矩情况相反互补地输送给电能量存储器或从电能量存储器提取。因此，通过该简化的、连接在电机前面的扭转振动减振器传递的、还残留的扭转振动分量被如此减弱，使得为具有提出的驱动系的车辆设置的电蓄电池不会以充电电流和放电电流过载。
附加地，在提出的驱动系中，可以与扭转振动减振器并联和/或串联地设置至少一个另外的减振元件。例如尤其扭转振动阻尼器、如呈离心力摆形式的、转速适配的扭转振动阻尼器，能够与扭转振动减振器的初级侧或优选次级侧作用连接。
在扭转振动减振器的后面还施加的、也就是由该减振器没有补偿的干扰力矩例如可以根据至少一个借助于至少一个传感器获得的参数以代表干扰力矩的特征曲线族、例如力矩幅度特征曲线族和力矩相位特征曲线族的形式存储在控制单元中。所述特征曲线族例如可以经验性地或借助于混合式驱动系的相应模拟建立，并且连续地适配实际驱动系的可能产生的改变。力矩幅度特征曲线族例如可以根据可使用的传感器的类型和质量和所述传感器的数据，根据要求的隔绝程度、例如通过借助于电机的主动的扭转振动减振完全或仅仅部分希望扭转振动隔绝残留的干扰力矩，根据驱动系的温度或者该驱动系的选择的构件、加工误差和诸如此类表示。所述力矩幅度特征曲线族例如可以根据希望的隔绝程度，根据在驱动系的变速器中挂入的、影响传动系谐振位置的档，根据内燃机净力矩如有效力矩、温度、加工误差和诸如此类表示。所述特征曲线族可以集成到电机的预控制器中，从而例如将一至少部分地、相位选择地补偿随时间改变的干扰力矩的补偿力矩叠加给电机的其余当前功能。所述其余当前功能例如为内燃机的起动功能、在内燃机的运行中的发电机功能、在牵引工况中的内燃机支持功能、在惯性工况中的发电机功能（余热利用）、在内燃机停机情况下的驱动功能和诸如此类。
在电机后面的完全的振动隔绝可以通过在扭转振动减振器之后精确反相地借助于由电机导入的补偿力矩补偿干扰力矩的方式实现。在这里，例如可以将转子的角加速度进而将扭转振动减振器的输出并且进而将变速器的输入调节到零。但是，已经证实有利的是，不需精确地调节电机后面的剩余激励，而是在简单并且稳定地调节的意义上仅仅进行具有残留的、非干扰的扭转振动分量的部分隔绝。
补偿力矩的调节可以借助于调节次级飞轮质量的旋转特征值如角度、角速度或者说转速或优选角加速度的P调节器进行。在此，根据主动的扭转振动减振的运行点可以使用不同的调节方案。例如可以将一简单的P调节器在通过电机起动内燃机期间按照初级和次级飞轮质量的轴之间的转速差来调节。在这里，可以在扭转振动减振器的摩擦减小的情况下补偿可能存在的谐振通道。
替代地或附加地，所述至少一个运行点可以是内燃机的空转，其中，内燃机的空转调节借助于电机来进行，其方式是，P调节器、优选PI调节器按照保持曲轴的平均空转转速来调节补偿力矩。在这里，在内燃机的控制器中可以省去内燃机的空转调节，因为内燃机借助于通过该电机带来的补偿力矩变得平静。
此外，替代地或附加地，所述至少一个运行点可以是出现的、例如由驾驶员操纵油门踏板带来的冲击交替振动或负载交替振动，其中，调节器、优选PD调节器可以按照补偿次级飞轮质量的旋转不均匀性来调节补偿力矩。如已经在上面描述的，对在扭转振动减振器之后残留的扭转振动的补偿可以主动地借助于相应的特征曲线族进行。在这里，可以使用P调节器例如借助转子转速特征值来使次级飞轮质量转速的旋转不均匀性减小到最低程度。
对在扭转振动减振器之后出现的有扭转振动的调节和主动补偿通过分析处理优选已经在驱动系中存在的传感器的传感器信号进行。例如，减振器的交叉力矩以及在扭转振动减振器之后的干扰力矩可以从初级和次级飞轮质量的质量的旋转特征值、可由内燃机的控制器例如通过CAN-总线提供的内燃机发动机力矩来计算出和/或以可比较的方式得出。在这里，用于初级飞轮质量的曲轴旋转特征值和用于次级飞轮质量的转子旋转特征值可借助于相应的传感器得到。以相同的方式，初级与次级飞轮质量之间的转速差可从所述传感器中导出。研究已经示出，用于确定曲轴相位的足够准确的信号可以从内燃机的一个或多个缸的上死点的发送器获得。转子的角度优选以足够的精确性从传感器的质量的探测中获得以整流电机。
借助图1和2详细解释本发明。在此示出：
图1用于主动的扭转振动减振的混合式驱动系的示意性视图，和
图2图1的驱动系的振动模型。
图1示出混合式驱动系1的示意性视图，该混合式驱动系具有扭转振动减振器2，该扭转振动减振器的初级飞轮质量3与未示出的内燃机的曲轴连接并且由该内燃机驱动。次级飞轮质量4同时为电机5的转子，该电机因此有效地布置在扭转振动减振器2的输出端上。扭转振动减振器2的飞轮质量3、4布置得能够逆着弹簧装置6和摩擦装置7的作用彼此相对扭转。以其特征曲线的形式示出的螺旋弹簧8短并且线形地构造并且布置在圆周上。由于螺旋弹簧8的短并且线形的构造，摩擦装置7的摩擦力矩是有利地小的。呈次级飞轮质量4形式的扭转振动减振器2的输出部分通过带有摩擦的和旋转弹性的变速器输入轴9在振动技术上耦合到变速器10上。变速器10又通过该变速器的固定部并且尤其通过旋转弹性和带有摩擦的驱动轴12与车辆车身11在振动技术上耦合。因此，形成具有固有频率的振动系统，所述固有频率能够通过传动系振动激励进而能够引起车辆和其部件的噪声负载和机械负载。
为了能够在尤其具有带有难以减振的扭转振动的内燃机、例如双缸发动机或三缸发动机的混合式驱动系中很小地构造安装空间并且简单地以弹簧装置6形式构造扭转振动减振器2的机械复杂性，另一不由扭转振动减振器2完成的、在次级飞轮质量4上存在的、呈动态的并且与旋转角度有关的干扰力矩的形式的剩余振动借助于利用电机5的主动的扭转振动减振实现。
为此，从图2得知驱动系1的力矩走向。用于补偿在扭转振动减振器2之后残留的扭转振动的优选控制策略借助于电机5的补偿力矩Tharm与其余出现的力矩的总和的关系得出，所述其余出现的力矩如初级飞轮质量3的输入端上的减振器力矩Tdamp、从次级飞轮质量4的惯性力矩Jsec和在时间间隔dt中所述次级飞轮质量的旋转角度变化dω根据方程式
Tdyn=Jsec*dω/dt
得出的次级飞轮质量4的与动态力矩相应的干扰力矩Tdyn以及变速器输入轴9上的从动力矩Tips。在此，惯性力矩Jsec从次级飞轮质量4的惯性力矩和电机5的转子的惯性力矩得出。
在这里，根据总力矩Tsum的方程式
Tsum=Tharm＋Tdamp＋Tips－Tdyn
的解得出补偿力矩
Tharm=－Tdamp－Tips＋Tdyn
在这里，补偿力矩Tharm相对于根据曲轴的旋转角度φMotor产生的干扰力矩Tdyn相位选择地由电机5施加到次级飞轮质量4上。因为总力矩Tsum的时间的变化是不能够得知的，使用相位选择的特征曲线族，所述特征曲线族根据已知的或能够从传感器数据得出的参数如转速、加速度、力矩和诸如此类表示。优选地，作为代表的参数使用用于得知出内燃机的一个或多个缸的上死点的一个或多个发射机的信号。为了得出曲轴与电机5转子的角度差使用传感器如电机5的增量角度传感器，该增量角度传感器设置用于检测转子的旋转角度以整流电机5。
已经示出，在驱动系1的实际环境中由于时间延迟而引起的旋转角度偏差小于10°优选小于6°用于（尤其四缸发动机的）主动的扭转振动减振是有利的。这意味着，对于在10°或6°的角度移位之内的干扰力矩Tdyn，对补偿力矩Tharm的相位选择的响应应该施加到次级飞轮质量4上。因此，以四缸发动机并且振动级等于二的减振为例，已经证实在曲轴转速的转速为3000转/min时，10kHz的探测频率是有利的。这相应于3.6°的相位角度。
附图标记清单
1  驱动系
2  扭转振动减振器
3  飞轮质量
4  飞轮质量
5            电机
6            弹簧装置
7            摩擦装置
8            螺旋弹簧
9            变速器输入轴
10           变速器
11           车辆车身
12           驱动轴
Tdamp        减振器力矩
Tharm        补偿力矩
Tips         从动力矩
Tsum         总力矩
φMotor      旋转角度

Claims (10)

1.一种驱动系（1），所述驱动系具有一带有曲轴的、有扭转振动的内燃机，所述驱动系具有一与所述曲轴作用连接的、包含至少一个对扭转振动低振动隔绝的运行点的扭转振动减振器（2），所述扭转振动减振器具有一配置给所述曲轴的初级飞轮质量（3）和一相对于所述初级飞轮质量逆着一弹簧装置（6）的作用能够相对地和有限地扭转的、配置给一变速器（10）的一变速器输入轴（9）的飞轮质量（4）以及具有一电机（5），所述电机具有一与所述变速器输入轴（9）作用连接的旋转质量以及一控制单元，其特征在于，所述弹簧装置（6）由线形构造的弹簧、尤其分布在周向上的螺旋弹簧（8）构成，所述电机（5）的旋转质量构造为次级飞轮质量（4）并且所述电机（5）能够借助于所述控制器按照补偿在至少一个运行点上出现的有扭转振动的干扰力矩（Tdyn）的补偿力矩（Tharm）来调节。
2.根据权利要求1所述的驱动系（1），其特征在于，与所述扭转振动减振器（2）并联和/或串联地设置至少一个另外的减振元件。
3.一种用于在根据权利要求1所述的驱动系中实施主动的扭转振动减振的方法，其特征在于，借助在至少一个运行点上的参数得出在所述扭转振动减振器（2）之后所述驱动系（1）的干扰力矩（Tdyn），得出补偿力矩（Tharm）并且在所述电机（5）上施加所述补偿力矩（Tharm）。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述补偿力矩（Tharm）的调节借助于调节所述次级飞轮质量（4）的旋转特征值的P调节器实现。
5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，根据至少一个借助于至少一个传感器获得的参数将代表所述干扰力矩（Tdyn）的力矩幅度特征曲线族和力矩相位特征曲线族储存到所述控制单元中。
6.根据权利要求3至5之一所述的方法，其特征在于，所述干扰力矩（Tdyn）的相位走向借助于所述内燃机的上死点的发射器或从其他已知的传感器数据得出。
7.根据权利要求3至6之一所述的方法，其特征在于，所述至少一个运行点是所述内燃机的空转，其中，所述内燃机的空转调节借助于所述电机（5）进行，其方式是，一调节器按照保持所述曲轴的平均空转转速来调节所述补偿力矩（Tharm）。
8.根据权利要求3至7之一所述的方法，其特征在于，所述至少一个运行点是出现的冲击交替振动或负载交替振动，其中，一调节器按照补偿所述次级飞轮质量（4）的旋转不均匀性来调节所述补偿力矩（Tharm）。
9.根据权利要求3至8之一所述的方法，其特征在于，所述至少一个运行点是完全负载运行或部分负载运行，其中，一调节器按照补偿所述次级飞轮质量（4）的旋转不均匀性来调节所述补偿力矩（Tharm）。
10.根据权利要求3至9之一所述的方法，其特征在于，所述运行点是所述内燃机的起动，其中，一调节器将初级和次级飞轮质量（3，4）之间的转速差调节到零。
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