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Die
Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für ein Fahrzeug, insbesondere
Kraftfahrzeug, mit einem Antriebsstrang.
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Ferner
betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Antreiben eines Fahrzeugs,
insbesondere Kraftfahrzeugs, das einen Antriebsstrang aufweist.
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Stand der Technik
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Aus
dem Stand der Technik sind vielerlei Antriebsvorrichtungen für Fahrzeuge
mit einem Antriebsstrang und Verfahren zum Antreiben von Fahrzeugen
mit einem Antriebsstrang bekannt. So wird zum Beispiel ein Fahrzeug
beziehungsweise der Antriebsstrang des Fahrzeugs von einer Antriebsmaschine,
beispielsweise Brennkraftmaschine und/oder einer Elektromaschine,
angetrieben, wobei der Antriebsstrang mit Antriebsrädern des
Fahrzeugs wirkverbunden ist, und dadurch das von der Antriebsmaschine
kommende Drehmoment auf eine Fahrbahn überträgt. In der Regel weist der
Antriebsstrang einer Antriebsvorrichtung Übertragungselemente, wie zum Beispiel
Antriebswellen und/oder Differenzialgetriebe auf, die zur Drehmomentübertragung
dienen.
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Während des
Fahrbetriebs kann durch schnelle Laständerungen oder durch Wechsel
des Ganges eines vorhandenen Getriebes des Antriebsstrangs ein unerwünschtes
Ruckeln des Fahrzeugs hervorgerufen werden, bei dem typischerweise
die Antriebsmaschinen- und die Getriebedrehmasse zusammen gegen
die reduzierte Fahrzeugmasse mitsamt den Antriebsrädern schwingt.
Bei Hybridantrieben können Übergänge zwischen
dem elektrischen und dem hybridischen Fahrbetrieb, verbunden mit dem
Start oder Stopp einer Brennkraftmaschine, ein Ruckeln hervorrufen.
Auch können äußere Einflüsse, wie
zum Beispiel Fahrbahnunebenheiten, den Antriebsstrang zu Torsionsschwingungen
anregen. Dabei werden die im Antriebsstrang, zwischen einer Getriebeabtriebswelle
und den Antriebsrädern
befindlichen Elastizitäten
beziehungsweise Übertragungselemente
zyklisch verdrillt. Wobei meist die Ist-Drehzahl der Getriebeabtriebswelle gegenphasig
zu den Drehzahlen der Antriebsräder
schwingt.
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Wird
die Ist-Drehzahl der Getriebeabtriebswelle dazu benutzt, eine oder
mehrere der Antriebsmaschinen zu steuern, so besteht die Gefahr
der Rückkopplung
von Ruckelschwingungen, wodurch die ursprünglichen Ruckelschwingungen
verstärkt werden
können.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen,
dass an mindestens zwei unterschiedlichen Stellen des Antriebsstrangs
jeweils ein Drehzahlsensor angeordnet ist, wobei die Drehzahlsensoren
mit einer Auswerteschaltung verbunden sind, die bei zwischen den
beiden Stellen auftretenden Ruckelschwingungen, welche zu Drehzahldifferenzen
der von den Sensoren gelieferten Drehzahlen führen, eine bereinigte, ruckelschwingungsfreie
Drehzahl und/oder einen Ruckelschwingungsinformationswert zur Verfügung stellt.
Es ist also vorgesehen, dass mindestens zwei Drehzahlsensoren dem
Antriebsstrang zugeordnet sind, die an zwei unterschiedlichen Stellen
des Antriebsstrangs jeweils eine Drehzahl ermitteln. Vorteilhafterweise
werden die Drehzahlsensoren derart angeordnet, dass sich die die
unerwünschten
Ruckelschwingungen hervorrufenden Elastizitäten des Antriebsstrangs zwischen
den Drehzahlsensoren, beziehungsweise zwischen den von den Drehzahlsensoren
erfassten Stellen des Antriebsstrangs befinden. Die Drehzahlsensoren
liefern jeweils ein Signal zu einer Auswerteschaltung, die die beiden
Drehzahlen beziehungsweise die die Drehzahlen darstellenden Signale
miteinander vergleicht und bei einer erfassten Drehzahldifferenz
zwischen den erfassten Drehzahlen eine bereinigte, ruckelschwingungsfreie Drehzahl
bestimmt beziehungsweise berechnet und zur Verfügung stellt. Wird die bereinigte,
ruckelschwingungsfreie Drehzahl zur Bestimmung einer Soll-Drehzahl
der Antriebsvorrichtung verwendet, so ist ein Rückkoppeln von Ruckelschwingungen
des Antriebsstrangs nicht möglich.
Alternativ oder zusätzlich
zu dem zur Verfügungstellen
der bereinigten, ruckelschwingungsfreien Drehzahl ist vorgesehen, dass
die Auswerteschaltung einen Ruckelschwingungsinformationswert aus
den erfassten Drehzahlen der Drehzahlsensoren berechnet beziehungsweise
bestimmt und zur Verfügung
stellt. Dieser Ruckelschwingungsinformationswert kann beispielsweise dazu
verwendet werden, eine oder mehrere der Antriebsmaschinen der Antriebsvorrichtung
so anzusteuern, dass die im Antriebsstrang auftretenden Ruckelschwingungen
aktiv durch Entgegenwirken der Antriebsmaschine gedämpft werden.
Die Auswerteschaltung gibt also ein Signal aus, aus welchem die durch
Ruckelschwingungen hervorgerufenen Anteile zumindest im wesentlichen
entfernt sind, und alternativ oder zusätzlich ein Signal, welches
im Wesentlichen nur die durch Ruckelschwingungen hervorgerufenen
Anteile enthält.
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Vorteilhafterweise
ist mindestens einem Antriebsrad des Antriebsstrangs, also einem
Antriebsrad des Fahrzeugs, ein Drehzahlsensor zugeordnet. Hierbei
wird also eine Drehzahl an einem „Ende" des Antriebsstrangs erfasst. Ist das
Fahrzeug beziehungsweise das Kraftfahrzeug mit einem Antiblockiersystem
(ABS) beziehungsweise mit einem elektronischen Stabilitäts-Programm
(ESP) ausgestattet, so ist es nicht erforderlich, dass zusätzliche
Sensoren angebracht werden müssen,
stattdessen können vorteilhaft
die bereits vorhandenen Raddrehzahlsensoren des Antiblockiersystems
beziehungsweise des elektronischen Stabilitäts-Programms verwendet werden.
Vorteilhafterweise weist der Antriebsstrang ein Differenzialgetriebe
auf, welches das Antriebsdrehmoment auf zwei Antriebsräder einer
Antriebsachse überträgt, wobei
das Differenzialgetriebe unterschiedliche Achs- und Raddrehzahlen
bei Kurvenfahrt für
die beiden Antriebsräder
ermöglicht,
und somit für
eine gleichmäßige Verteilung
des Antriebsdrehmoments sorgt. Vorteilhafterweise sind in diesem
Fall an den angetriebenen Rädern
jeweils ein Drehzahlsensor angeordnet, wobei die erfassten Drehzahlen,
beziehungsweise die von den Drehzahlsensoren ausgegebenen Signale
derart miteinander zu einem Signal beziehungsweise zu einer theoretischen
Antriebsraddrehzahl verknüpft
werden, dass die Wirkung des Differenzialgetriebes bei Kurvenfahrt
und die Übersetzung
des Differenzialgetriebes berücksichtigt
werden.
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Zweckmäßigerweise
weist der Antriebsstrang mindestens ein Getriebe auf. Dies dient
dazu, die von einer Antriebsmaschine kommende Drehzahl und/oder
das Drehmoment zu wandeln, und/oder die Antriebsmaschine mit zumindest
einer weiteren Antriebsmaschine zu koppeln.
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Im
Betrieb des Fahrzeugs werden die Ruckelschwingungen insbesondere
durch die zwischen dem Getriebe und den Antriebsrädern befindlichen Elastizitäten der Übertragungselemente
hervorgerufen. Daher ist vorteilhafterweise ein zweiter Drehzahlsensor
einer Abtriebswelle des Getriebes, also einer Getriebeabtriebswelle,
zugeordnet. Somit kann eine Drehzahldifferenz über den die Ruckelschwingungen
hervorrufenden Bereich des Antriebstrangs erfasst beziehungsweise
ermittelt werden. Hierdurch wird vermieden, dass die sich auf die
Drehzahl der Abtriebswelle des Getriebes auswirkenden Ruckelschwingungen
des Antriebsstrangs auf die Steuerung der Antriebsvorrichtung übertragen
werden, sodass eine Rückkopplung
und Verstärkung
von Ruckelschwingungen verhindert wird.
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung weist die Antriebsvorrichtung
mindestens eine Brennkraftmaschine und/oder mindestens eine Elektromaschine
als Antriebsmaschinen auf. Ist die Rotorwelle einer Elektromaschine
drehfest mit der Getriebeabtriebswelle verbunden, kann das Signal
eines Drehzahlsensors der Elektromaschine genutzt werden, sodass
ein zusätzlicher
Drehzahlsensor zur Erfassung der Drehzahl der Getriebeabtriebswelle nicht
erforderlich ist.
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Besonders
bevorzugt bilden die Brennkraftmaschine, eine erste Elektromaschine
und eine zweite Elektromaschine einen elektromechanisch-leistungsverzweigten
Hybridantrieb. Bei einem derartigen Hybridantrieb wird die Antriebsleistung
der Brennkraftmaschine mittels einem oder mehreren mechanischen
Getrieben in eine Teilleistung aufgeteilt, die rein mechanisch und
dadurch mit hohem Wirkungsgrad zum Abtrieb beziehungsweise zu den Antriebsrädern gelangt.
Die übrige
Leistung wird über
eine (die erste oder die zweite) generatorisch arbeitende Elektromaschine
in elektrische Energie gewandelt und von der anderen (der zweiten
oder der ersten) motorisch arbeitenden Elektromaschine wieder in
den Antriebsstrang als mechanische Leistung gespeist.
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Zweckmäßigerweise
ist dazu das Getriebe als Planetenradgetriebe ausgebildet, wobei
durch die Überlagerungseigenschaften
des Planetenradgetriebes typischerweise ein Drehzahlfreiheitsgrad
vorhanden ist. Zum Beispiel lässt
sich bei einer vorgegebenen Fahrzeuggeschwindigkeit, und bei einer
eventuell vorgegebenen Fahrstufe, falls mehrere Fahrstufen gewählt werden
können,
die Drehzahl der Brennkraftmaschine innerhalb physikalischer Grenzen
frei wählen.
Im hybridischen Betrieb wird der vorhandene Drehzahlfreiheitsgrad
vorteilhafterweise dazu genutzt, den Antriebsstrang im Bereich hoher
Gesamtwirkungsgrade zu betreiben.
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Vorteilhafterweise
ist die Abtriebswelle der Brennkraftmaschine mit einem Steg des
Planetenradgetriebes drehfest verbunden. Mit einem Sonnenrad des
Planetenradgetriebes ist bevorzugt die Rotorwelle der ersten Elektromaschine
drehfest verbunden. Mit einem Hohlrad des Planetenradgetriebes ist zweckmäßigerweise
die Rotorwelle der zweiten Elektronmaschine drehfest verbunden.
Je nach Betriebsart der Antriebsvorrichtung sind die Elektromaschinen
unabhängig
voneinander generatorisch oder motorisch betreibbar. Bevorzugt ist
mindestens eine der Antriebsmaschinen, also zumindest die Brennkraftmaschine,
die erste Elektromaschine oder die zweite Elektromaschine, drehzahlgeregelt.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren
wird vorteilhafterweise an mindestens zwei unterschiedlichen Stellen
des Antriebsstrangs jeweils die Drehzahl gemessen, wobei die beiden
Drehzahlen einer Auswerteschaltung zugeführt werden, die bei zwischen
den beiden Stellen auftretenden Ruckelschwingungen, welche zu Drehzahldifferenzen
zwischen den beiden gemessenen Drehzahlen führen, eine bereinigte, ruckelschwingungsfreie
Drehzahl und/oder einen Ruckelschwingungsinformationswert ermittelt
beziehungsweise berechnet. Vorteilhafterweise werden die Drehzahlsensoren
möglichst
weit auseinander an dem Antriebsstrang angeordnet, sodass zwischen
ihnen im Wesentlichen sämtliche Elastizitäten beziehungsweise Übertragungselemente
liegen, die Ruckelschwingungen hervorrufen können. Wie oben beschrieben,
kann aufgrund von beispielsweise schnellen Laständerungen, Fahrbahnunebenheiten
oder Starts oder Stopps der Brennkraftmaschine der Antriebsstrang
aufgrund der Elastizitäten
zyklisch verdrillt werden, was zu den unerwünschten Ruckelschwingungen
führt.
Bei Kraftfahrzeugen, bei denen eine Ist-Drehzahl im Antriebsstrang
zur Steuerung von einer oder mehreren Antriebsmaschinen verwendet
wird, kann dies zu einer Rückkopplung
der Ruckelschwingungen führen. Durch
Erfassen der Drehzahlen an zwei unterschiedlichen Stellen des Antriebsstrangs
ist es möglich,
mittels der Auswerteschaltung eine bereinigte, ruckelschwingungsfreie
Drehzahl bereitzustellen, die zur Steuerung der einen oder der mehreren
Antriebsmaschinen zur Verfügung
steht. Dadurch wird eine Rückkopplung
von Ruckelschwingungen unterbunden. Alternativ oder zusätzlich dazu
ist vorgesehen, dass die Auswerteschaltung einen Ruckelschwingungsinformationswert
ermittelt beziehungsweise berechnet. Dieser entspricht einem Signal,
welches im Wesentlichen die durch die Ruckelschwingungen hervorgerufenen
Anteile enthält
und zur aktiven Dämpfung
der Ruckelschwingungen vorteilhafterweise auf eine oder mehrere
der Antriebsmaschinen aufgeschaltet wird.
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung wird eine erste Drehzahl an mindestens
einem Antriebsrad des Fahrzeugs beziehungsweise des Antriebsstranges
ermittelt. Werden die Drehzahlen an mehreren Antriebsrädern erfasst
beziehungsweise ermittelt, so wird vorteilhafterweise aus diesen
eine erste theoretische Antriebsraddrehzahl bestimmt. Werden beispielsweise
die Drehzahlen von zwei Antriebsrädern, die auf einer Achse des
Fahrzeugs/des Antriebsstrangs liegen und über ein Differenzialgetriebe miteinander
wirkverbunden sind, erfasst beziehungsweise ermittelt, so wird bevorzugt
eine theoretische Antriebsraddrehzahl als erste Drehzahl bestimmt,
die die Übersetzung
des Differenzialgetriebes sowie die Wirkung des Differenzialgetriebes
bei Kurvenfahrt berücksichtigt.
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Bevorzugt
wird eine zweite Drehzahl an einer Abtriebswelle eines Getriebes,
also an einer Getriebeabtriebswelle, des Antriebsstrangs ermittelt.
Wobei die Stelle derart gewählt
wird, dass sich vorteilhafterweise die die Ruckelschwingungen hervorrufenden Übertragungselemente
zwischen den beiden Stellen, wie bereits oben beschrieben, befinden.
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung wird das Fahrzeug von mindestens
einer Brennkraftmaschine und mindestens einer Elektromaschine als Antriebsmaschinen
angetrieben. Wobei die Elektromaschine sowohl motorisch als auch
generatorisch betrieben werden kann.
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Bevorzugt
werden die Brennkraftmaschine, eine erste und eine zweite Elektromaschine
derart miteinander wirkverbunden, dass sie einen elektromechanisch-leistungsverzweigten
Hybridantrieb bilden. Vorteilhafterweise wird dazu ein Planetenradgetriebe
verwendet, welches die Drehmomente und Drehzahlen der Antriebsmaschine
entsprechend auf – beziehungsweise
verteilt.
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Vorteilhafterweise
wird die ruckelfreie Drehzahl aus einem gewichteten Mittel der ersten
Drehzahl und der zweiten Drehzahl bestimmt. Durch dieses einfache
Verfahren wird der Aufwand zur Bestimmung einer ruckelfreien Drehzahl
gering gehalten. Durch die Nutzung von bereits vorhandenen Drehzahlsensoren,
wie zum Beispiel die Drehzahlsensoren eines Antiblockiersystems
oder eines elektronischen Stabilisations-Programms des Fahrzeugs kann
auf ein Anbringen von zusätzlichen
Drehzahlsensoren an den Antriebsrädern verzichtet werden.
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Bevorzugt
werden die ruckelfreie Drehzahl und/oder der Ruckelschwingungsinformationswert
in Abhängigkeit
vom Betriebszustand der Antriebsvorrichtung bestimmt. Dazu sind
bei der Berechnung der ruckelfreien Drehzahl beziehungsweise des
Ruckelschwingungsinformationswertes ein oder mehrere Faktoren vorgesehen,
die beispielsweise eine eingestellt Fahrstufe eines Schaltgetriebes
oder unterschiedliche Beladungen des Fahrzeugs mitberücksichtigen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Im
Folgenden soll die Erfindung anhand einer Figur näher erläutert werden.
Dabei zeigt die
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Figur
ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung in einer schematischen Darstellung.
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Ausführungsform(en)
der Erfindung
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Die
Figur zeigt in einer schematischen Darstellung ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung. Dargestellt ist eine Antriebsvorrichtung A mit einem
Antriebsstrang 1 eines hier nicht näher dargestellten Kraftfahrzeugs.
Der Antriebsstrang 1 weist eine Brennkraftmaschine 2,
eine erste Elektromaschine 3 und eine zweite Elektromaschine 4 als
Antriebsmaschinen auf, die über
ein Getriebe 5, welches als Planetenradgetriebe 6 ausgebildet
ist, miteinander wirkverbunden sind. Dabei ist die Rotorwelle der
Elektromaschine 3 drehfest mit dem Sonnenrad des Planetenradgetriebes 6 und
die Rotorwelle der Elektromaschine 4 drehfest mit dem Hohlrad
des Planetenradgetriebes 6 verbunden. Die Brennkraftmaschine 2 treibt über eine
Stirn-Zahnradstufe den Steg des Planetenradgetriebes 6 an.
Die Antriebsmaschinen (2, 3 und 4) bilden
zusammen mit dem Planetenradgetriebe 6 einen elektromechanisch-leistungsverzweigten Hybridantrieb,
der es erlaubt, die Brennkraftmaschine 2 im Bereich hoher
Wirkungsgrade zu betreiben. Dabei wird die Antriebsleistung der
Brennkraftmaschine 2 mittels des Planetenradgetriebes 6 in
eine Teilleistung aufgeteilt, die rein mechanisch und damit mit
hohem Wirkungsgrad zum Abtrieb gelangt. Die übrige Leistung wird über eine
generatorisch arbeitende Elektromaschine 3 oder 4 in
elektrische Leistung gewandelt und von der anderen, motorisch arbeitenden
Elektromaschine 4 oder 3 wieder in den Antriebsstrang
als mechanische Leistung gespeist. Durch die Überlagerungseigenschaften des
Planetenradgetriebes 6 ist typischerweise ein Drehzahlfreiheitsgrad
vorhanden. Zum Beispiel lässt
sich bei vorgegebener Fahrzeuggeschwindigkeit (und bei vorgegebener
Fahrstufe, falls mehrere Fahrstufen gewählt werden können) und
einer damit vorgegebenen Drehzahl des Hohlrades des Planetenradgetriebes 6 die
Drehzahl der Brennkraftmaschine 2 innerhalb physikalischer
Grenzen frei wählen.
Im hybridischen Betrieb wird der vorhandene Drehzahlfreiheitsgrad dazu
benutzt, den Antriebsstrang 1 im Bereich hoher Gesamtwirkungsgrade
zu betreiben.
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Die
Rotorwelle der Elektromaschine 4 bildet eine Getriebeabtriebswelle 7 des
Planetenradgetriebes 6, beziehungsweise des Hohlrades des
Planetenradgetriebes 6, die über ein Differenzialgetriebe 8 ein
Antriebsdrehmoment auf ein erstes Antriebsrad 9 und ein
zweites Antriebsrad 10 überträgt. Der
Getriebeabtriebswelle 7 ist ein Drehzahlsensor 7' zugeordnet,
der die Drehzahl der Getriebeabtriebswelle erfasst.
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Weiterhin
ist in der Figur ein Block 11 dargestellt, der eine Steuereinheit 12 des
Fahrzeugs beziehungsweise der Antriebsvorrichtung A darstellt, welche
Soll-Drehmomente
oder Soll-Drehzahlen für
die Antriebsmaschinen 2, 3 und 4 in Abhängigkeit
einer Fahrpedalstellung, gekennzeichnet durch einen Pfeil 13,
einer erforderlichen elektrischen Leistung, gekennzeichnet durch
einen Pfeil 14, die zum Beispiel zur Versorgung des Bordnetzes
des Fahrzeugs erforderlich ist, sowie einer Ist-Drehzahl des Antriebsstrangs 1 bestimmt.
Im Stand der Technik wird dazu als Ist-Drehzahl die Drehzahl der
Getriebeabtriebswelle 7 über eine Verbindung 15 der
Steuereinheit 12 zugeführt.
Unerwünschtes
Ruckeln des Fahrzeugs, bei dem typischerweise die Brennkraftmaschinen- und
die Getriebedrehmasse zusammen gegen die reduzierte Fahrzeugmasse
mitsamt den Rädern schwingt,
wird meist durch schnelle Laständerungen oder
Wechsel von Fahrstufen angeregt. Daneben können zum Beispiel Fahrbahnunebenheiten
den Antriebsstrang 1 zu Torsionsschwingungen anregen. Bei
Ruckelschwingungen des Fahrzeugs beziehungsweise des Antriebsstranges 1 wird
eine in der Figur dargestellte Elastizität 16, die sämtliche
Elastizitäten
der zwischen der Getriebeabtriebswelle 7 und den Antriebsrädern 9, 10 befindlichen Übertragungselemente,
wie zum Beispiel Antriebswellen oder Differenzialgetriebe 8,
nachbildet, zyklisch verdrillt. Das hat zur Folge, dass die an der
Getriebeabtriebswelle 7 erfasste Drehzahl meist gegenphasig
zu den Drehzahlen der Antriebsräder 9 und 10 schwingt.
Wird, wie im Stand der Technik, die mittels des Drehzahlsensors 7' erfasste Drehzahl
als Ist-Drehzahl der Steuereinheit 12 zugeführt, so
besteht die Gefahr der Rückkopplung
von Ruckelschwingungen über
die Steuereinheit 12.
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In
dem dargestellten Ausführungsbeispiel führt eine
Verbindung 17 von der Steuereinheit 12 beziehungsweise
dem Block 11 zu einem Block 18, der eine interne
Steuerung der Elektromaschine 3 darstellt. Die Verbindung 17 führt dabei
zu einem Kontenpunkt 20 in dem Block 18. An dem
Knotenpunkt 20 wird eine von einem Drehzahlsensor 21 erfasste Ist-Drehzahl
(nE3_ist) der Elektromaschine 3 von
der von der Steuereinheit 12 über die Verbindung 17 zugeführten Soll-Drehzahl der Elektromaschine 3 (nE3_soll) abgezogen. Das Ergebnis wird einem
Drehzahlregler 19 zugeführt,
der die Elektromaschine 3 ansteuert.
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Von
dem Block 11 führt
eine weitere Verbindung 22 zu einem Block 23,
von dem eine Verbindung 24 zu der Brennkraftmaschine 2 führt. Über die Verbindung 22 gibt
die Steuereinheit 12 ein bestimmtes beziehungsweise ermitteltes
Brennkraftmaschinen-Soll-Drehmoment (MVM_soll)
der Brennkraftmaschine 2 vor, wobei in dem Block 23 ein
Steuergerät der
Brennkraftmaschine 2 (Engine Control Unit = ECU) entsprechend
dem von der Steuereinheit 12 kommenden Signal die Brennkraftmaschine 2 ansteuert.
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Von
dem Block 11 führt
eine weitere Verbindung 25 zu einem Knotenpunkt 26 und
von da aus zur Elektromaschine 4. Die Steuereinheit 12 gibt über die
Verbindung 25 der Elektromaschine 4 ein Soll-Drehmoment
(ME4_soll) vor.
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Wird
die vom Drehzahlsensor 7' gemessene Drehzahl
der Getriebeabtriebswelle 7 in der Steuereinheit 12 als
Basis zur Bestimmung der Soll-Drehzahl der Elektromaschine 3 verwendet,
so wirken sich auftretende Ruckelschwingungen auf die Soll-Drehzahl
(nE3_soll) für die drehzahlgeregelte Elektromaschine 3 aus
und werden über
den Drehzahlregler 19 an die Elektromaschine 3 weitergegeben. Dies
kann zu einer Verstärkung
der unerwünschten Ruckelschwingungen
führen,
insbesondere in Verbindung mit Totzeiten in der Signalübertragung.
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Um
eine Rückkopplung
von Ruckelschwingungen zu vermeiden, werden in dem Ausführungsbeispiel
zwei weitere Drehzahlen des Antriebsstrangs 1 erfasst,
aus denen zusammen mit der Drehzahl (nAW)
der Getriebeabtriebswelle 7 eine bereinigte, ruckelschwingungsfreie
Drehzahl (nS) bestimmt wird, die als Ist-Drehzahl der Steuereinheit 12 zugeführt wird.
Dazu zeigt die Figur einen Drehzahlsensor 27 der dem Antriebsrad 9 zugeordnet
ist und einen Drehzahlsensor 28 der dem Antriebsrad 10 zugeordnet
ist. Die Drehzahlsensoren 27 und 28 liefern jeweils
ein Signal zu einer Einheit 29. In der Einheit 29 erfolgt
zunächst
die Ermittlung einer auf den Getriebeausgang umgerechneten theoretischen Antriebsraddrehzahl
(nR), wobei die Wirkung des Differenzialgetriebes 8 bei
Kurvenfahrt und seine Übersetzung
(iDiff) berücksichtigt werden: nR = iDiff·½·(nR1 + nR2).
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Die
Variable nR1 steht dabei für die erfasste Drehzahl
des Drehzahlsensors 27 und die Variable nR2 für die erfasste
Drehzahl des Drehzahlsensors 28. Sind keine Ruckelschwingungen
vorhanden, das heißt
die Elastizität 16 wird
nicht zyklisch verdrillt, gilt: nR =
nAW.
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Bei
Ruckelschwingungen des Antriebsstrangs 1, verbunden mit
zyklischer Beanspruchung der Elastizität 16, schwingen die
Drehzahlen nR und nAW nahezu
gegenphasig. Die in der Einheit 29 ermittelte Antriebsraddrehzahl
nR wird einer Auswerteschaltung 30 zugeführt, in
der die Antriebsraddrehzahl nR mit der Drehzahl
nAW der Getriebeabtriebswelle 7 verglichen
wird. Dabei wird in in der Auswerteschaltung 30 die bereinigte,
ruckelfreie Drehzahl nS nach folgender Formel
bestimmt: nS = α·nAW + (1 – α)·nR.
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Hierbei
werden die "Ruckelanteile" aus der Drehzahl
nS weitestgehend entfernt. Der Faktor α nimmt einen
Wert zwischen 0 und 1 an und wird den Amplitudenverhältnissen
der in den Drehzahlen nR und nAW enthaltenen
Ruckelschwingungen entsprechend eingestellt, die sich im Wesentlichen
aus den Massen beziehungsweise Trägheiten und den Übersetzungen
ergeben. Bei Getrieben, die mehrere Fahrstufen ermöglichen,
wird der Faktor α vorteilhafterweise
der eingestellten Fahrstufe angepasst. Auch eine Adaption des Faktors α, um zum
Beispiel unterschiedliche Beladungen des Fahrzeugs zu berücksichtigen,
ist von Vorteil. Dies kann zum Beispiel dadurch erfolgen, dass die
Drehzahlen nS und nAW hochpassgefiltert
werden, um die Ruckelschwingungen zu isolieren und die restlichen
Anteile zu entfernen. Mittels Vergleich der gefilterten, nahezu
mittelwertfreien Signale wird der Faktor α dann adaptiert, bei gleicher Phasenlage
erniedrigt, bei unterschiedlicher Phasenlage erhöht. Die so ermittelte ruckelfreie
Drehzahl nS wird als Ist-Drehzahl über die
Verbindung 15 der Steuereinheit 12 beziehungsweise
dem Block 11 zugeführt.
Eine Rückkopplung
von Ruckelschwingungen beispielsweise über den Drehzahlregler 19 der Elektromaschine 3 ist
damit nicht möglich.
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In
dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird
vorteilhafterweise zusätzlich
eine aktive Dämpfung
von Ruckelschwingungen eingesetzt, die auf den ermittelten Drehzahlen
nR und nAW basiert.
Dazu wird in der Auswerteschaltung 30 zusätzlich ein dämpfendes
Drehmoment MD ermittelt, welches über eine
Verbindung 31 zu einem Block 32 und von da über eine
Verbindung 33 zu dem Knotenpunkt 26 geführt wird.
In der Auswerteschaltung 30 wird das dämpfende Drehmoment MD folgendermaßen bestimmt: MD = KD·(nR – nAW).
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Dabei
ist KD ein Verstärkungsfaktor, der dem Fahrzustand
des Fahrzeugs entsprechend angepasst wird, wobei bei Getrieben mit
mehreren Fahrstufen, zum Beispiel, die eingestellte Fahrstufe berücksichtigt
wird.
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Zeitverzögerungen
in den Drehzahlerfassungen können
bei dynamischen Vorgängen,
wie zum Beispiel bei einem Beschleunigungsvorgang des Fahrzeugs,
zu einem "quasistationären" Anteil der Differenz
(nR - nAW) führen. Dieser
kann ebenso durch Ungenauigkeiten in den Drehzahlerfassungen entstehen.
Daher ist vorteilhafterweise ein Hochpass- oder ein Bandpassfilter,
hier durch den Block 32 dargestellt, vorgesehen, das den "quasistationären" Anteil im dämpfenden
Drehmoment MD eliminiert. Der dämpfende
Eingriff wird dann auf den Frequenzbereich der unerwünschten
Ruckelschwingungen begrenzt. Das so gefilterte Drehmoment MD wird über den
Knotenpunkt 26 der Elektromaschine 4 zusätzlich aufgeschaltet.
Dadurch wirkt die Elektromaschine 4 den Ruckelschwingungen
entgegen.
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In
dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird
eine konventionelle Regelstrategie mit einer drehzahlgeregelten
Elektromaschine 3 und einer weiteren, momentengesteuerten
Elektromaschine 4 sowie einer momentengesteuerten Brennkraftmaschine 2 zugrundegelegt.
Die Erfindung kann vorteilhaft auch bei Regelstrategien mit mehreren
drehzahlgeregelten Aggregaten eingesetzt werden.
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Bei
modernen Kraftfahrzeugen mit Antiblockiersystem (ABS) beziehungsweise
elektronischem Stabilitäts-Programm
(ESP) werden die Drehzahlen der Räder meist standardmäßig ermittelt,
sodass diese Drehzahlen zur Bestimmung der ruckelfreien Drehzahl
nS genutzt werden können. Das Anbringen von zusätzlichen
Sensoren kann dadurch vorteilhaft entfallen. Darüber hinaus sind die bei Hybridfahrzeugen
im Antriebsstrang 1 vorhandenen Elektromaschinen (3, 4) üblicherweise
mit Rotorlager-beziehungsweise Drehzahlgebern ausgerüstet, sodass
deren Signale genutzt werden können
und zusätzliche
Drehzahlsensoren nicht erforderlich sind.