CN107463717A - 用于求取传动系的总质量惯性矩的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种为了控制功能和/或调节功能用于求取机动车传动系（100）的总质量惯性矩的方法，所述控制功能和/或调节功能包含传动系（100）的总质量惯性矩作为输入量，其中针对传动系（100）的总质量惯性矩设置了模型，所述模型包含机动车的内燃机（110）的质量惯性矩、内燃机（110）之后直到机动车的轮（150）的传动系（100）旋转的组件（121、131、141，和150）的质量惯性矩和质量惯性矩作为份额，所述质量惯性矩通过利用动力轮半径的平方加权的机动车质量予以表现。为了求取总质量惯性矩由所述模型获得内燃机（100）的质量惯性矩，并且从其余的份额获得与内燃机（110）存在转矩连接的质量惯性矩，所述质量惯性矩各自利用相应的、对于内燃机（110）的传动比的平方予以加权。

Description

用于求取传动系的总质量惯性矩的方法

技术领域

本发明涉及用于求取机动车传动系的总质量惯性矩的方法以及用于其执行的计算单元和计算机程序。

背景技术

质量惯性矩或者说惯性矩对机动车来说是用于说明传动系的动态特性的参数，并且因此是用于说明总体的机动车特性特别是纵向加速度的参数。

在DE 10 2007 020 279 A1中例如说明了用于调节内燃机转速的方法，其中估计了针对机动车各种组件的负载力矩。针对这个估算也考虑了单个组件的质量惯性矩。

由DE 102 05 375 A 1也已知了类似的用于调节内燃机转速的方法。

发明内容

根据本发明提出了用于求取总质量惯性矩的方法以及用于其执行的计算单元和计算机程序，它们具有独立专利权利要求的特征。有利的设计方案是从属权利要求的内容以及随后说明的内容。

发明优点

提出了为了控制功能和/或调节功能的用于求取机动车传动系的总质量惯性矩的方法，所述控制功能和/或调节功能包含传动系的总质量惯性矩作为输入量。在这种情况下针对传动系的总质量惯性矩设置了模型，所述模型包含机动车的内燃机的质量惯性矩、内燃机之后直到机动车的轮的传动系的旋转的组件的质量惯性矩和通过机动车的质量所呈现的质量惯性矩作为份额，所述质量利用动态的轮半径的平方予以加权。为了由所述模型求取总质量惯性矩，内燃机的质量惯性矩以及其余的份额中的与内燃机存在转矩连接的质量惯性矩各自利用其相应的对于内燃机的传动比的平方予以加权。就此应当说明的是，总体的机动车和因此质量惯性矩对闭合的传动系来说同样经过转矩连接联结在内燃机上，所述质量惯性矩通过机动车的质量呈现。

基于通过例如试验台测量（所述试验台测量包含极大量的待行驶工作点）所进行的对质量惯性矩的通常繁琐的测定，虽然也能够通过试验来应用例如空转调节的功能，但是在这种情况下，替代质量惯性矩本身，通常仅考虑其效果。所以每个单个的应用通常仅针对有限的运行区域或者仅针对特定的档位、接入的装置等有效，并且仅针对已研究的车辆配置有效。

然而这时，利用在此提出的方法提供了以下可能性，即依据针对传动系的总质量惯性矩的模型，依赖于当前既存的车辆配置并且在了解传动系的单个组件或者组件编组的相应的质量惯性矩时，快速并且简单地求取当前的总质量惯性矩，所述单个组件或者组件编组形成了车辆配置。由此也带来了只不过小的存储空间量，只要所述方法例如在控制器上实施，就需要所述存储空间量。多个不同的参数是不必要的，所述参数储存用于不同的运行状态的例如不同的传动机构传动比的或者不同的调节形式的总质量惯性矩。

包括内燃机在内的单个组件和组件编组的质量惯性矩能够按照优选的实施方式求取，如以下继续阐述的那样，只要不是已经知道所述质量惯性矩。

优选地所述模型额外地包含一个或者多个能够由内燃机驱动的附加总成的至少一个质量惯性矩作为至少一个份额，所述附加总成作为传动系的组件或者组件编组。特别地对小的内燃机来说能够因此在应用时避免可观的额外花费，因为这些额外的质量惯性矩能够非常简单地通过模型予以考虑，对所述内燃机来说副总成或者说附加总成的质量惯性矩并且因此例如其对于机动车的加速特性的影响常常不能被忽略。

针对性地，一个或者多个附加总成包含电机、空调压缩机和/或伺服泵。在这里常常是指存在于机动车中的、特别也存在于具有小内燃机的机动车中的附加总成，所述附加总成的质量惯性矩具有不能忽略的影响。

有利地，传动系的旋转的组件包含传动机构输入轴、传动机构输出轴和带有轮的轮轴。当内燃机的质量惯性矩还能够包含曲轴直到离合器时，在传动系中的后续的组件能够相应地被划分。因此例如从离合器起直到包括传动机构输入轴的轴以和内燃机相同的转速转动，只要离合器是闭合的。传动机构输出轴直到用于一个或者多个轴差速器的输入轴以以下转速转动，所述转速通过传动机构传动比与内燃机的转速成比例。在这种情况下传动机构传动比通常对每个档位是已知的。此外，轮与在相应的轴差速器之后的车轴以以下转速转动，所述转速通过传动机构传动比和差速器传动比与内燃机的转速成比例。通常差速器传动比也是已知的。在了解用于各自当前选择的档位的传动比时，总质量惯性矩能够以这种方式非常简单地给出。为了完整起见，应当说明的是，这样的组件划分对于自动化的传动机构或者自动传动机构来说也是可能的。

有利的是：所求取的总质量惯性矩被提供作为控制功能和/或调节功能的输入量，其中内燃机借助控制功能和/或调节功能运行。如已经提及的那样，总质量惯性矩对于不同的控制功能和/或调节功能常常是重要的输入量，所述控制功能和/或调节功能使用于内燃机。

优选地，控制功能和/或调节功能包含内燃机的空转调节，其中在空转调节的范围内，特别地依赖于所求取的总质量惯性矩，进行对于内燃机的转矩预设。在这里，通过角动量定律，使用总质量惯性矩例如用于确定负载转矩。此外在这种情况下，在内燃机的实际转速和额定转速之间的差值能够例如如此预先设定，即，使得干预（例如改变喷射量）的强度不仅依据转速差而且也取决于总质量惯性矩。

有利地，所述控制功能和/或调节功能包含防震颤缓冲。为了尽可能好地执行这样的缓冲，精确地了解当前的总质量惯性矩是需要的。

同样有利的是，控制功能和/或调节功能包含速度调节和/或距离调节。由此也能够包含例如所谓的适应巡航控制，在所述适应巡航控制中保持预先设定的速度，然而在在前方行驶的车辆的情况中会降低速度。紧接着保持对这个车辆的定义的距离。当在前面行驶的车辆再次远去之后，能够再次设定原始的速度。在这里为了求取最佳的加速特性，通常当前的总质量惯性矩是必要的。

优选地内燃机的质量惯性矩利用从其它组件分离的内燃机借助湍流气测量（Sturzgasmessung）求取。在这种情况下是指一种测量方法，在所述测量方法中内燃机通过操纵油门踏板由空转转速加速到明显更高的转速，带有接下来松开油门踏板。由此，通过燃烧产生的转矩减小到0 Nm并且内燃机在这种情况下通过外部的和内部的负载力矩和摩擦力矩减速（例如发动机摩擦和在闭合的传动系中的行驶阻力）。借助角动量定律能够依据发动机转速对时间的导数和估计的内部的与外部的负载力矩和摩擦力矩对时间的导数求取总质量惯性矩。这表现为简单、快速与精准求取内燃机质量惯性矩的可能性。

优选地求取至少两个通过可改变的传动比与内燃机（或者说其曲轴）联结的旋转的组件的质量惯性矩，办法是：利用所述至少两个旋转的组件至少进行两次测量，所述组件联结在内燃机上并且具有不同的传动比。以这种方式能够例如求取传动机构输出轴的质量惯性矩和传动机构输出轴、车轴和轮的共同的质量惯性矩。就此，所述测量能够例如在两个不同的档位中进行，从而能够计算所期望的质量惯性矩。就此应当注意的是，用于传动系的传动机构输出轴、车轴和轮作为组件编组的共同的质量惯性矩的值是足够的，因为这些组件通常总归是联结的。

有利的是，作为传动系的组件或者组件编组的附加总成的质量惯性矩通过测量带有在其上联结附加总成的内燃机的质量惯性矩并且与内燃机的质量惯性矩比较予以求取。因此能够例如通过测量内燃机和空调压缩机（在分离其余组件的情况下）总共的质量惯性矩并且减去内燃机的质量惯性矩求取空调压缩机的质量惯性矩。

以这种方式，逐步求取单个的惯性分量以用于总质量惯性矩的模型是可能的。通过在车辆行驶过程中的测量也还能够例如检测所述模型，办法是：在模型中应用通常已知的车辆质量。

根据本发明的计算单元，例如机动车的控制器，为此特别在程序技术方面设定用于执行根据本发明的方法。

并且以计算机程序为形式的方法施行方案是有利的，因为这个程序特别带来了低成本，特别是如果所实施的控制器还用于其它的任务并且因此总归是既存的。用于提供计算机程序的合适数据载体特别地是磁性的、光学的和电的存储器，例如硬盘、闪存、EEPROM、DVD等。经过计算机网格（互联网、内联网等等）的程序下载也是可能的。

本发明其它的优点和设计方案由说明和附加的附图得出。

本发明依据图中的实施例示意性地展示并且随后参考附图予以说明。

附图说明

图1示意性地展示了机动车的传动系，针对所述传动系依据根据本发明的方法以一种优选的实施形式能够求取总质量惯性矩。

图2以一种优选的实施形式示意性地展示了根据本发明的方法的流程。

图3以一种优选的实施形式示意性地展示了用于确定单个质量惯性矩的流程，该流程用于在根据本发明的方法中使用。

具体实施方式

图1中示意性地表达了机动车的传动系100，针对所述传动系依据根据本发明的方法以一种优选的实施形式能够求取总质量惯性矩。

传动系100具有内燃机110，所述内燃机经过曲轴111与离合器120存在连接。离合器120另一方面与传动机构130的传动机构输入轴121存在连接。传动机构130经过传动机构输出轴131与轴差速器140存在连接，所述轴差速器另一方面经过车轴141与轮150存在连接。为了清楚起见当前仅展示一个轮。显见的是，机动车的其它的轮相应地接入传动系中。此外展示了空调压缩机160作为针对附加总成的示例，所述附加总成与内燃机110当前与曲轴111能够联结。

离合器120能够打开和闭合，由此，内燃机110、曲轴111和有可能的空调压缩机160能够从其余的组件在转矩连接方面分离。

经过传动机构130，传动机构输入轴121和传动机构输出轴131通过传动比i_G在相应的转速方面相互连接（只要不置入空转或者说中性档）。显见的是，传动比i_G取决于每次置入的档并且一般来说是已知的。

经过轴差速器140，传动机构输出轴131和车轴141以及因此轮150通过传动比i_A在相应的转速方面相互连接。传动比i_A一般来说是已知的。在内燃机110或者说曲轴111和车轴141或者说轮150之间的传动比因此通过传动比i_A和i_G的乘积得到。

空调压缩机160能够以传动比连接在曲轴111上。此外展示了构造为发动机控制器180的计算单元，在所述计算单元上根据本发明的方法能够以一种优选的实施形式例如在内燃机的控制和/或调节的范围内实施。

在图2中示意性地表达了根据本发明的方法以一种优选的实施形式的流程。在这种情况下，单个的质量惯性矩能够考虑用于求取总质量惯性矩，所述质量惯性矩随后应当具体地予以阐述。

由在图1中展示的传动系分布出发，这时能够依据下述的想法求取总质量惯性矩。

机动车的动态取决于内部的和外部的力之和。在恒定的运动的情况下有：

。

四个外部的力在这种情况下是空气阻力、滚动阻力、坡度阻力和加速阻力F_L、F_Ro、F_St和F_C。它们一起构成了行驶阻力F_W，车辆的驱动力F_Schub 克服所述行驶阻力。如果行驶阻力（无加速力）和驱动力同样大，则机动车然后以恒定的速度运动。当F_L、F_Ro和F_St取决于车辆的速度或者说质量m时，F_C仅在加速的或者说减速的行驶中是有关的。

加速阻力F_C能够在这种情况下定义为由车辆质量m关于平动的分量F_C，trans以及在轮平面上的合成的质量惯性矩关于F_C，rot的影响的组合。这能够表达为

。

其中Θ_{red，Rad，i}为取决于档位的、在轮平面上折合的质量惯性矩，r_dyn为动态的轮半径并且a_x为机动车的纵向加速度。

取决于档位的、在轮平面上折合的质量惯性矩Θ_red，Rad这时能够相应于在图1中展示的传动系100的组件如下表达：

。

在这种情况下Θ_Rad指示了轮150包括相应的车轴141（在图1中仅展示了一个带有车轴的轮）在内的质量惯性矩，Θ_A指示了传动机构输出轴131的质量惯性矩，Θ_Mot指示了内燃机110包括曲轴111在内的质量惯性矩并且Θ_AC 指示了空调压缩机160的质量惯性矩。

传动机构输出轴131、带有车轴141的轮150、带有曲轴111的内燃机110以及空调压缩机160的质量惯性矩在这种情况下分别连同已经阐述的基于质量惯性矩各自被平方的传动比i_A 或者说i_G给出。为简单起见，在空调压缩机160和内燃机110之间的传动比在这里假定为1：1，因此能够省去用于传动比的因数。

为了计算发动机内的力矩，这时能够针对联结的状态，把被折合的质量惯性矩以及机动车质量由轮层面换算至发动机层面。为此能够通过替代质量：

。

由上述的公式通过利用动态的轮半径的平方的加权在轮层面上求取轮的质量惯性矩，在所述质量惯性矩中考虑机动车的质量：

。

这个质量惯性矩能够通过在传动系中的传动比继续换算到发动机层面上，从而传动系的总质量惯性矩以以下的形式给出：

。

就此还要注意的是，分别根据传动比或者说针对机动车的质量必须考虑相应的加权因素，所述加权因素在图2中未示出。以这种形式，这时它能够由单个的控制功能和/或调节功能在发动机层面上使用用于说明车辆特性。一般来说，单个组件的一些或者甚至全部的质量惯性矩是未知的，并且仅仅档位传动比和车轴传动比能够假定为已知的。

在该情况中，缺少的参量能够试验地求取。图3中就此示意性展示了流程。三阶段的方法能够例如应用用于测量与验证质量惯性矩。

在第一阶段中能够在打开的传动系中（例如通过置入中性档或者说在自动传动机构中的位置N并且经过湍流气测量确定解耦的内燃机的质量惯性矩Θ_Mot。通过接入单个的附加总成例如发电机、空调器、伺服泵或诸如此类的能够针对每个这样的组件求取相应的质量惯性矩例如Θ_AC，办法是：所测量的质量惯性矩减去解耦的内燃机的质量惯性矩，例如以以下形式：

。

在第二阶段中能够在闭合的传动系中（例如对于在举升器上的机动车）确定两个另外的质量惯性矩，也就是传动机构输入轴的质量惯性矩Θ_G和由传动机构输出轴直到轮的剩余传动系的有效质量惯性矩（Θ_A + i_A ²Θ_Rad），所述传动机构输入轴以内燃机的转速旋转，所述剩余传动系的转速是与取决于档位的：

。

所述等式含有两个未知量Θ_G和（Θ_A + i_A ²Θ_Rad），其中第二质量惯性矩的划分不是必要的，因为这个质量惯性矩通常总归是不能够分离地出现的。通过利用不同档位的两次测量，也就是不同的i_G，因此能够确定两个质量惯性矩。在其它档位中的其它测量能够被使用作为验证。

在第三阶段中能够在闭合的传动系中例如在平整的路段上行驶时利用上述对于Θ_ges，Mot的等式确定车辆质量m对动态的影响。所以这一阶段能够用于方法的验证。

通过应用这样的基于模型的用于求取传动系的总质量惯性矩的原理，这时能够例如明显地降低用于确定这个参数的花费。由此能够例如既降低应用中的成本和必要的能力又降低试验车占用的持续时间。

其它的优点是在相同的或者说改进的应用品质时降低待运用的参数，因为这时例如基于额外的耗件即附加总成所改变的系统特性能够经过总质量惯性矩的改变达到。

Claims (15)

1.用于为了控制功能和/或调节功能求取机动车的传动系（100）的总质量惯性矩的方法，所述控制功能和/或调节功能包含传动系（100）的总质量惯性矩（Θ_red，Mot）作为输入量，

其中，针对传动器（100）的总质量惯性矩（Θ_red，Mot）设置这样的模型，所述模型包含机动车的内燃机（100）的质量惯性矩（Θ_Mot）、在内燃机（110）之后直到机动车的轮（150）的传动系（100）的旋转的组件（121、131、141、150）的质量惯性矩（Θ_G、Θ_A、Θ_Rad）和通过利用动态的轮半径的平方进行加权的机动车质量（m）所代表的质量惯性矩作为份额，

其中，为了由所述模型求取总质量惯性矩（Θ_red，Mot），内燃机（110）的质量惯性矩（Θ_Mot）以及其余的份额中的与内燃机（110）处于转矩配合中的质量惯性矩各自利用其相应的对于内燃机（110）的传动比的平方予以加权。

2.按照权利要求1所述的方法，其中，所述模型额外地包含一个或者多个能够由内燃机（10）驱动的附加总成（160）的至少一个质量惯性矩（Θ_AC）作为至少一个份额。

3.按照权利要求2所述的方法，其中，所述一个或者多个附加总成包含电机、空调压缩机（160）和/或伺服泵。

4.按前述权利要求中任一项所述的方法，其中，传动系的旋转的组件包含传动机构输入轴（121）、传动机构输出轴（131）和带有轮（150）的轮轴（141）。

5.按前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所求取的总质量惯性矩（Θ_red，Mot）被提供作为控制功能和/或调节功能的输入量，并且其中，内燃机（110）借助控制功能和/或调节功能运行。

6.按前述权利要求中任一项所述的方法，其中，控制功能和/或调节功能包含内燃机（110）的空转调节。

7.按照权利要求6所述的方法，其中，在空转调节的范围内，依赖于所求取的总质量惯性矩（Θ_red，Mot）进行对内燃机（110）的转矩预设。

8.按前述权利要求中任一项所述的方法，其中，控制功能和/或调节功能包含防震颤缓冲。

9.按前述权利要求中任一项所述的方法，其中，控制功能和/或调节功能包含速度调节和/或距离调节。

10.按前述权利要求中任一项所述的方法，其中，利用从其它组件分离的内燃机（100）借助湍流气测量（Sturzgas-Messung）求取内燃机（100）的质量惯性矩（Θ_Mot）。

11.按照权利要求10所述的方法，其中，求取至少两个通过能够改变的传动比与内燃机联结的旋转的组件的质量惯性矩，办法是：利用所述至少两个旋转的组件至少进行两次测量，所述组件联结在内燃机（100）上并且具有不同的传动比。

12.按照权利要求10或11所述的、引用至少权利要求2或者3所述的方法，其中，附加总成（160）的质量惯性矩（Θ_AC）通过测量带有联结在内燃机（100）处的附加总成（160）的内燃机（100）的质量惯性矩并且与内燃机（100）的质量惯性矩（Θ_Mot）比较予以求取。

13.计算单元（180），所述计算单元设定用于执行按前述权利要求中任一项所述的方法。

14.计算机程序，当该计算机程序在计算单元（180）上实施时，所述计算机程序触发计算单元（180）来执行按照权利要求1到12中任一项所述的方法。

15.能够由机器读取的存储介质，该存储介质具有存储在该存储介质上的按照权利要求14所述的的计算机程序。