DE102007043736A1

DE102007043736A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben eines einen Verbrennungsmotor und einen Elektromotor umfassenden Antriebsstranges eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102007043736A1
Application number: DE102007043736A
Authority: DE
Inventors: Asger Andersen; Michael Dr. Fröhlich; Marcus Dr. tech. Menne; Franz Dipl.-Ing. Prenner
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2007-09-13
Filing date: 2007-09-13
Publication date: 2009-03-19
Also published as: WO2009036888A3; WO2009036888A2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben, insbesondere automatischen Starten und/oder Stoppen eines einen Verbrennungsmotor (2) und einen Elektromotor (3) umfassenden Antriebsstranges (1) eines Kraftfahrzeugs, wobei eim Elektromotor (3) auftretende Gehäuseschwingungen anhand eines aus einer Änderung des Luftspaltmoments (MLuftspaltEM) des Elektromotors (3) ermittelten Dämpfungsdrehmomentes (MDämpfEM) und/oder anhand eines aus einer Störgröße (MStörVM) des Verbrennungsmotors (2) ermittelten Kompensationsdrehmomentes (MKompEM) kompensiert werden, indem das Dämpfungsdrehmoment (MDämpfEM) bzw. das Kompensationsdrehmoment (MKompEM) am Elektromotor (3) als Solldrehmoment (MSollEM) eingestellt werden bzw. wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben, insbesondere automatischen Starten und/oder Stoppen eines einen Verbrennungsmotor und einen Elektromotor umfassenden Antriebsstranges eines Kraftfahrzeugs.
Beim Start von Verbrennungsmotoren, z. B. bei so genannten Hochdrehzahlstarts, kommt es häufig zu einer störenden Anhebung der Drehzahl des Verbrennungsmotors, einem so genannten Überschwingen, nach dem Anspringen des Verbrennungsmotors, dadurch verursacht, dass jede Zündung in einem Zylinder ein Drehmoment an der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors bewirkt. Bei einem herkömmlichen Start, beispielsweise mittels eines Anlassers, werden vor dem Zünden des Verbrennungsmotors gewöhnlich Drehzahlen im Bereich von 100 min^–1 bis 150 min^–1 erreicht, bei kaltem Motor gegebenenfalls auch weniger (z. B. 50 min^–1). Bei einem Hochdrehzahlstart hat die Kurbelwelle mittels Antrieb durch den Elektromotor zum Zeitpunkt des Zündens der Zylinder bereits eine Leerlaufdrehzahl erreicht. Jedes zusätzliche Drehmoment trägt zur zumindest temporären Erhöhung der Drehzahl über die Leerlaufdrehzahl hinaus bei. Diese Erhöhung beeinträchtigt den Komfort des Fahrzeuges, das von dem Verbrennungsmotor angetrieben ist. Besonders störend wirkt sich das Überschwingen in Fahrzeugen mit Hybridantrieb aus, bei denen Starts und Stopps des Verbrennungsmotors besonders häufig vorkommen. Insbesondere bewirkt das Überschwingen bei bestimmten Drehzahlen Schwingungen des gegen die Fahrzeugkarosserie gelagerten Motorgehäuses des Elektromotors. Auch ist das Überschwingen selbst als Ruck spürbar.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zum Starten und/oder Stoppen eines einen Verbrennungsmotor und einen Elektromotor umfassenden Antriebsstranges anzugeben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 12.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren werden auftretende Gehäuseschwingungen des Gehäuses des Elektromotors anhand eines aus einer Änderung des Luftspaltmoments des Elektromotors ermittelten Dämpfungsdrehmomentes und/oder anhand eines aus einer Störgröße des Verbrennungsmotors ermittelten Kompensationsdrehmomentes kompensiert, indem das Dämpfungsdrehmoment und/oder das Kompensationsdrehmoment, insbesondere adaptiv oder direkt, als Solldrehmoment am Elektromotor eingestellt werden bzw. wird.
Der Erfindung liegen dabei die Überlegungen zugrunde, dass die Schwingungen des Gehäuses des Elektromotors und des Verbrennungsmotors gegen die Fahrzeugkarosserie oder -chassis aus zwei verschiedenen Anregungsmomenten resultieren. Dabei wirkt als ein erstes Anregungsmoment ein so genanntes Luftspaltmoment des Elektromotors und als ein zweites Anregungsmoment ein Störmoment des Verbrennungsmotors. Dabei setzt sich das Störmoment des Verbrennungsmotors aus einem Reibmoment und einem Wechselmoment aufgrund Expansionen und Kompressionen in den Zylindern des Verbrennungsmotors zusammen. Das Störmoment des Verbrennungsmotors wirkt sowohl auf den Rotor als auch auf das Gehäuse des Elektromotors. Mit der Beschleunigung des Verbrennungsmotors steigt die Frequenz des Störmomentes an, wodurch bei einer bestimmten Drehzahl das Gehäuse in Resonanz gerät. Diese Anregung wirkt sich als Querbeschleunigung aus, welche den Fahrkomfort beeinträchtigt. Durch das erfindungsgemäße aus der Änderung des Luftspaltmoments ermittelte Dämpfungsdrehmoment, das als aktive Schwingungsdämpfung eingesetzt wird und den Schwingungen aktiv entgegenwirkt, wird eine wirksame Schwingungsdämpfung erzielt. Durch das erfindungsgemäße aus der Störgröße des Verbrennungsmotors ermittelte Kompensationsdrehmoment, das zur Kompensation des Störmomentes, das sowohl auf den Rotor als auch auf das Gehäuse wirkt, eingesetzt wird, werden die Anregung und Schwingungen des Gehäuses wirksam gedämpft oder ausgeglichen. Das Verfahren kann in einer Steuereinheit implementiert sein, beispielsweise in einer vorhandenen Motorsteuerung.
Der Elektromotor, der beispielsweise als integrierter Starter/Generator ausgebildet ist, und auf der Kurbelwelle angeordnet mit dem Verbrennungsmotor einen Hybridantrieb bildet, kann fest mit dem Verbrennungsmotor gekoppelt oder optional mit diesem koppelbar sein. Die Koppelung kann direkt (auf der Kurbelwelle) oder indirekt über weitere Aggregate wie eine Kupplung, ein Getriebe oder eine Schwungscheibe erfolgen. Dabei wird beim Hybridantrieb der Verbrennungsmotor üblicherweise als Hauptantriebsaggregat und der Elektromotor als Nebenantriebsaggregat eingesetzt, der seriell oder parallel im Antriebsstrang zwischen dem Verbrennungsmotor und einem Getriebe angeordnet ist. Beim Hybridantrieb sorgt das Verfahren dafür, dass bei den hier typischen häufigen Wechseln zwischen Start und Stopp des Verbrennungsmotors ein Start bzw. Wiederstart weitgehend ruckfrei abläuft und von einem Fahrer nicht als störend wahrgenommen wird. Auftretende Gehäuseschwingungen infolge von im Verbrennungsmotor auftretenden Verbrennungsvorgängen und dadurch bewirkten Drehmomenten an der Kurbelwelle werden dabei vorzugsweise anhand von der Kurbelwelle von dem Elektromotor aufgeprägten negativen und/oder positiven Drehmomente – dem Dämpfungsdrehmoment und/oder dem Kompensationsdrehmoment – kompensiert. Die ermittelten Dämpfungsdrehmomente bzw. Kompensationsdrehmomente werden adaptiv oder direkt als Solldrehmoment am Elektromotor eingestellt, gegebenenfalls unter Berücksichtigung von Drehmomentanforderungen weiterer in einem Fahrzeug vorhandener Systeme und Nebenaggregate.
Vorzugsweise wird das Dämpfungsdrehmoment anhand einer ersten, die Lagerung des Gehäuses des Elektromotors repräsentierenden Übertragungsfunktion und einer vorgegebenen Dämpfungskonstante ermittelt. Dabei wird die erste Übertragungsfunktion anhand einer das Trägheitsmoment des Gehäuses des Elektromotors und somit dessen Masse repräsentierenden Funktion und anhand eines die Bewegung bzw. Beschleunigung des Gehäuses und die Steifigkeit bzw. Dämpfung des gelagerten Gehäuses repräsentierenden Modells mit Modellparametern, wie beispielsweise einem Auslenkungsparameter, einem ersten und zweiten Dämpfungsparameter (z. B. viskoser Dämpfungsparameter und maxwellscher Dämpfungsparameter (= Maxwell-Element eines seriellen Feder-Dämpfer-Modellelementes)), einem ersten, zweiten und dritten Federsteifigkeitsparameter (z. B. primärer Federsteifigkeitsparameter, viskoser Federsteifigkeitsparameter und maxwellscher Federsteifigkeitsparameter (= Maxwell-Element eines seriellen Feder-Dämpfer-Modellelementes)) und einem viskosen Masseparameter, ermittelt. Die erste Übertragungsfunktion dient der Ermittlung, insbesondere Schätzung einer idealen Winkelgeschwindigkeit des Gehäuses des Elektromotors, da die Bewegung des Gehäuses (Winkelgeschwindigkeit, Drehzahl, Position) nicht gemessen werden kann.
Anschließend wird anhand der ermittelten idealen Winkelgeschwindigkeit und der vorgegebenen Dämpfungskonstante ein Dämpfungsdrehmoment für den Elektromotor bestimmt, anhand dessen ein gedämpftes Solldrehmoment des Elektromotors ermittelt wird, das am Elektromotor eingestellt und aus der Differenz vom momentanen Solldrehmoment des Elektromotors und dem ermittelten Dämpfungsdrehmoment des Elektromotors bestimmt wird. Das ermittelte gedämpfte Solldrehmoment wird somit adaptiv zum Solldrehmoment des Elektromotors eingestellt und dämpft aktiv bei Gehäuse oder Antriebsaggregatsschwingungen die Änderung des Luftspaltmoments bzw. die Anregung des Gehäuses des Elektromotors.
In einer alternativen oder zusätzlichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird anhand einer zweiten, die Mechanik des Antriebsstranges repräsentierenden Übertragungsfunktion eine ideale Rotordrehzahl des Elektromotors bestimmt. Zweckmäßigerweise wird die zweite Übertragungsfunktion anhand einer das Trägheitsmoment des Rotors des Elektromotors repräsentierenden Funktion und einer vorgegebenen Dämpfungskonstante gebildet. Hierbei wird aus der ermittelten idealen Rotordrehzahl als Störgröße des Verbrennungsmotors dessen Störmoment extrahiert. Im Detail wird anhand der ermittelten idealen Rotordrehzahl und der vorgegebenen Dämpfungskonstante ein Teilkompensations drehmoment bestimmt, das dem gedämpften Solldrehmoment oder alternativ dem momentanen Solldrehmoment überlagert wird, wodurch die Schwingungsanregung des Gehäuses gedämpft werden.
Alternativ oder zusätzlich zur Extrahierung des Störmomentes aus dem Signal der idealen Rotordrehzahl zur Ermittlung eines Teilkompensationsdrehmomentes kann anhand der ermittelten idealen Rotordrehzahl und der momentanen Istrotordrehzahl des Elektromotors eine Drehzahldifferenz ermittelt und einem Drehzahlregler zugeführt werden, anhand dessen das Kompensationsdrehmoment ermittelt wird, das als Solldrehmoment am Elektromotor eingestellt wird.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Dabei zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines einen Verbrennungsmotor und einen Elektromotor umfassenden Antriebsstranges,
2 eine schematische Darstellung des Elektromotors gemäß 2 mit den auf diesen zwischen Rotor und Gehäuse einwirkenden Störmoment und Luftspaltmoment,
3 schematisch ein Blockschaltbild zur Einstellung des Solldrehmomentes am Elektromotor, dem adaptiv ein Dämpfungsdrehmoment überlagert wird bzw. das aus einem Kompensationsdrehmoment zur Schwingungsdämpfung gebildet wird,
4 schematisch ein Blockschaltbild zur Ermittlung des Dämpfungsdrehmomentes aus einer die Mechanik des gelagertes Gehäuses repräsentierenden ersten Übertragungsfunktion,
5 schematisch ein Blockschaltbild der ersten Übertragungsfunktion,
6 eine schematische Modelldarstellung der Lagerung des Gehäuses des Elektromotors gegen die Fahrzeugkarosserie mit eingezeichneten Gehäuseschwingungen bzw. Gehäusebewegungen repräsentierenden Modellparametern,
7 schematisch ein Blockschaltbild zur Ermittlung des Kompensationsdrehmomentes anhand einer zweiten, die Mechanik des Antriebsstranges im Start/Stopp-Betrieb repräsentierenden Übertragungsfunktion und eines Drehzahlreglers, und
8 schematisch ein Blockschaltbild der zweiten Übertragungsfunktion.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
In 1 ist ein Ausführungsbeispiel für ein Antriebsstrang 1 gezeigt, der einen Verbrennungsmotor 2 und einen Elektromotor 3 umfasst. Der Elektromotor 3 ist mit einer Kurbelwelle 4 des Verbrennungsmotors 2 verbunden und kann diese antreiben, d. h. positive oder negative Drehmomente auf sie ausüben. Darüber hinaus ist der Elektromotor 3 über die Kurbelwelle 4 und eine Kupplung 5 mit einem Getriebe 6 verbunden.
Der Antriebsstrang 1 ist als ein Hybridantrieb ausgebildet. Dabei dient der Verbrennungsmotor 2 beispielsweise als Hauptantriebsaggregat und der Elektromotor 3 als Nebenantriebsaggregat. Je nach Ausbildung des Antriebsstranges 1 kann der Elektromotor 3 seriell (wie dargestellt) oder parallel im bzw. zum Antriebsstrang 1 zwischen dem Verbrennungsmotor 2 und dem Getriebe 6 angeordnet sein. Bevorzugt ist der Elektromotor 3 als integrierter Starter/Generator ausgebildet. Somit können ein zusätzlicher Starter und Generator entfallen. Dabei wird beim Anlassen des Verbrennungsmotors 2 das Getriebe 6 nach neutral geschaltet, die Kupplung 5 geschlossen und der Verbrennungsmotor 2 mittels des Elektromotors 3 gestartet. Bei geschlossener Kupplung 5 kann der Elektromotor 3 zudem als Generator eingesetzt werden und die durch den Generatorbetrieb des Elektromotors 3 gewonnene Energie zum Antrieb genutzt werden.
Durch den als Hybridantrieb ausgebildeten Antriebsstrang 1 sind verschiedene Betriebsmodi möglich. Unter anderem ist der Hybridantrieb üblicherweise mit einer Start/Stopp-Funktion für den Verbrennungsmotor 2 ausgestattet, wodurch Abgas- und Lärmemissionen verringert werden.
Dabei kann es beim Starten und/oder Stoppen des Verbrennungsmotors 2 zu ungewollten Schwingungen, beispielsweise Schwingungen oder Bewegungen des Gehäuses 3.1 des Elektromotors 3 gegen die Fahrzeugkarosserie 7 kommen, wie dies beispielhaft in der 2 näher dargestellt ist.
Wie in 2 gezeigt, besteht der Elektromotor 3 aus dem Gehäuse 3.1 und dem Rotor 3.2. Das Gehäuse 3.1 ist über Feder-Dämpfungselement 8, z. B. einen Gummidämpfer 8.1 und eine Feder 8.2, an der Fahrzeugkarosserie 7 gelagert. Zwischen dem Gehäuse 3.1 und dem Rotor 3.2 wirken das aus einer Sprungfunktion des Gehäuses 3.1 resultierende Luftspaltmoment M_LuftspaltEM und eine Störgröße oder ein Störmoment M_StörVM des Verbrennungsmotors 2, welches aus einem Reibmoment und einem Wechselmoment aufgrund von Kompression und Expansion in den Zylindern des Verbrennungsmotors 2 besteht.
Die Schwingungen beim Starten und Stoppen basieren somit auf zwei unterschiedliche Anregungsmomente: Ein Anregungsmoment besteht in der Änderung des Luftspaltmoments M_LuftspaltEM, das andere in dem Störmoment M_StörVM des Verbrennungsmotors 2. Dieses Störmoment M_StörVM wirkt sich dabei sowohl auf den Rotor 3.2 als auch auf das Gehäuse 3.1 aus. Mit der Beschleunigung des Verbrennungsmotors 2 steigt die Frequenz des Störmomentes M_StörVM an, wodurch bei einer bestimmten Motordrehzahl n₂ das Gehäuse 3.1 des Elektromotors 3 in Resonanz gerät. Diese Anregung mündet in eine spürbare Querbeschleunigung im Fahrzeuginnenraum.
Zur Kompensation und Dämpfung der Gehäuseschwingungen beim Starten bzw. Stoppen umfasst ein nicht näher dargestelltes Steuergerät, z. B. ein Motorsteuergerät, als zusätzliche Steuer- und/oder Regelungsfunktion eine Schwingungsdämpfungsfunktion, die in 3 näher dargestellt ist.
Die 3 zeigt beispielhaft die Kombination von drei verschiedenen Dämpfungsfunktionen DF1 bis DF3, welche in Kombination (siehe Vollliniendarstellung der Eingangsgröße) oder separat (siehe gestrichelte Darstellung der Eingangsgröße) eingesetzt werden kann.
Zur Schwingungsdämpfung des Gehäuses 3.1 wird als erste Dämpfungsfunktion DF1 anhand einer ersten Übertragungsfunktion G₁(s), welche die Mechanik des gelagerten Gehäuses 3.1 beschreibt, und einer vorgegebenen Dämpfungskonstante K_Dämpf ein Dämpfungsdrehmoment M_DämpfEM ermittelt. Mittels dieser ersten Dämpfungsfunktion DF1 wird die Änderung des Luftspaltmoments M_LuftspaltEM kompensiert oder gedämpft, indem das Luftspaltmoment M_LuftspaltEM mit dem am Elektromotor 3 einstellbaren aktiven Dämpfungsdrehmoment M_DämpfEM überlagert wird. Da die Bewegung (Beschleunigung oder Drehzahl oder Position) des Gehäuses 3.1 nicht gemessen werden kann, wird sie anhand der vorgegebenen ersten Übertragungsfunktion G₁(s) geschätzt (siehe 4 und 5).
Die zweite und dritte Dämpfungsfunktion DF2 bzw. DF3 dienen der Kompensation des aus dem Betrieb des Verbrennungsmotors 2 resultierenden Störmomentes M_StörVM, das gleichzeitig auf das Gehäuse 3.1 und den Rotor 3.2 wirkt. Dabei kann der Einfluss des Störmomentes M_StörVM des Verbrennungsmotors 2 aus der Rotordrehzahl n_3.2 des Rotors 3.2 des Elektromotors 3 extrahiert werden. Hierzu kann je nach Vorgabe mittels der zweiten und dritten Dämpfungsfunktion DF2 und DF3 adaptiv zur ersten Dämpfungsfunktion DF1 anhand des aus dem Dämpfungsdrehmoment M_DämpfEM der ersten Dämpfungsfunktion DF1 ermittelten gedämpften Solldrehmomentes M_dämpfSollEM oder direkt anhand des momentanen Solldrehmomentes M_momSollEM ein Kompensationsdrehmoment M_KompEM bestimmt werden, welches als neues Solldrehmoment M_SollEM am Elektromotor 3 eingestellt wird. Durch das Kompensationsdrehmoment M_KompEM wird die Anregung des Gehäuses 3.1 und somit die Gehäuseschwingung gedämpft. Hierzu umfasst die zweite Dämpfungsfunktion DF2 eine zweite Übertragungsfunktion G₂(s), welche die Mechanik des Antriebsstranges 1 im Start/Stopp-Betrieb näher beschreibt und eine ideale Rotordrehzahl n*₃ Mittels der dritten Dämpfungsfunktion D3 wird anhand der idealen Rotordrehzahl n*_3.2 dann das Kompensationsdrehmoment M_KompEM bestimmt.
Die 4 bis 8 beschreiben die Dämpfungsfunktionen DF1 bis DF3 im Detail.
In 4 ist die erste Dämpfungsfunktion DF1 anhand eines Blockschaltbildes näher beschrieben. Dabei wird anhand der ersten Übertragungsfunktion G₁(s) eine ideale Winkelgeschwindigkeit ω*_3.1 des Gehäuses 3.1 und somit dessen Beschleunigung oder Position bestimmt. Aus dieser geschätzten Winkelgeschwindigkeit ω*_3.1 wird anhand einer vorgegebenen Dämpfungskonstante K_Dämpf (mit K_Dämpf in Nms²) eines Verstärkungselementes 9 das Dämpfungsdrehmoment M_DämpfEM ermittelt, das vom momentanen Solldrehmoment M_momSollEM anhand eines Differenzelementes 10 zur Bestimmung eines gedämpften Solldrehmomentes M_dämpfSollEM subtrahiert wird.
5 zeigt schematisch ein Blockschaltbild der ersten Übertragungsfunktion G₁(s), welches eine das Trägheitsmoment J_3.1 (mit J in [kg·m²]) des Gehäuses 3.1 des Elektromotors 3 und die Laplace-Transformierte L (Integrator im Zeitbereich mit L{E(t)} = 1/s) repräsentierendes Funktionselement 11 und ein die Lagerung des Gehäuses 3.1 und dessen Steifigkeit bzw. Dämpfung berücksichtigendes Modellelement 12 umfasst. Das Modellelement 12 berücksichtigt dabei mehrere die Änderung des Luftspaltmoments repräsentierende Steifigkeits- bzw. Dämpfungsparameter (= Modellparameter), wie einen Auslenkungsparameter r (mit r in [m]), einen ersten, primären Federsteifigkeitsparameter C₁ (auch mit "primary rubber spring stiffness" bezeichnet, mit C₁ in [N/m]), einen zweiten, viskosen Federsteifigkeitsparameter C₂ (auch mit "spring stiffness fluid" bzeichnet, mit C₂ in [N/m]), einen dritten, maxwellschen Federsteifigkeitsparameter C_1z (auch mit "spring stiffness Maxwell-Element" bezeichnet, mit C_1z in [N/m]), einen ersten, maxwellschen Dämpfungsparameter D_1z (auch mit "damping coefficient Maxwell-Element" bezeichnet, mit D_1z in [Ns/m]), einen zweiten, viskosen Dämpfungsparameter D₂ (auch mit "damping coefficient fluid" bezeichnet, mit D₂ in [Ns/m]), einen viskosen Masseparameter m_f (auch mit "equivalent mass fluid" bezeichnet, mit m_f in [kg]).
Anhand der Modellparameter werden, wie in 5 gezeigt, eine erste, die primäre Federsteifigkeit der Lagerung berücksichtigende und primäre Modellkraft F_spring (mit spring = Federsteifigkeit), eine zweite, die viskose Dämpfung der Lagerung berücksichtigende und somit viskose Modellkraft F_fluid (mit fluid = viskose) und eine dritte, die serielle Federsteifigkeit und Dämpfung der Lagerung berücksichtigende Modellkraft F_MW (mit MW = Maxwell-Element) ermittelt, die summiert und unter Berücksichtigung des zweifachen Auslenkungsparameters r zur Ermittlung eines idealen Drehmomentes M*_EM für den Elektromotor 3 herangezogen werden.
6 zeigt beispielhaft das Federsteifigkeits-Dämpfungs-Modell der Lagerung des Gehäuses 3.1 des Elektromotors 3 gegen die Fahrzeugkarosserie 7 mit den die Gehäuseschwingungen und -beschleunigungen φ_3.1 repräsentierenden Modellparametern C₁, C₂, C_1z, D₂, D_1z, J_3.1, r und dem daraus resultierenden gedämpften Solldrehmoment M_dämpfSollEM
7 zeigt schematisch ein Blockschaltbild zur Ermittlung des Kompensationsdrehmomentes M_KompEM anhand der zweiten, die Mechanik des Antriebsstranges 1 im Start/Stopp-Betrieb repräsentierenden Übertragungsfunktion G₂(s) und eines Drehzahlreglers 13. Mittels der zweiten Übertragungsfunktion G₂(s) wird anhand des gedämpften Solldrehmomentes M_dämpfSollEM eine ideale Rotordrehzahl n*_3.2 bestimmt, insbesondere geschätzt. Alternativ zum gedämpften Solldrehmoment M_dämpfSollEM kann auch das momentane Solldrehmoment M_momSollEM eingesetzt werden. Die geschätzte ideale Rotordrehzahl n*_3.2 wird mit der momentanen Istrotordrehzahl n_3.2 anhand eines Differenzelementes 14 verglichen. Die daraus resultierende Differenz dn (auch Fehler genannt) wird dem Drehzahlregler 13 zugeführt, der anhand der ermittelten Differenz dn ein Kompensationsdrehmoment M_KompEM ermittelt, das insbesondere als neues Solldrehmoment M_SollEM am Elektromotor 3 eingestellt wird.
In 8 ist schematisch ein Blockschaltbild der zweiten Übertragungsfunktion G₂(s) dargestellt, anhand derer aus der idealen Rotordrehzahl n*_3.2 als Störmoment ein Teilkompensationsdrehmoment M_KomplEM ermittelt wird. Die Übertragungsfunktion G₂(s) umfasst eine das Trägheitsmoment J_3.2 (mit J in [kg·m²]) des Rotors 3.2 des Elektromotors 3 und die Laplace-Transformierte L (mit L{E(t)} = 1/s) repräsentierendes Funktionselement 15 und ein die Reibung des Rotors 3.2 und dessen Dämpfung berücksichtigendes Modellelement 16. Dabei wird die ermittelte ideale Rotordrehzahl n*_3.2 auf das Modellelement 16, z. B. eine Dämpfung, gegeben, wobei das Modellelement 16 die gefilterten Werte mit einer vorgegebenen Dämpfungskonstante K_n3.2 (mit K_n3.2 in [Nms]) multipliziert und das Teilkompensationsdrehmoment M_KomplEM ermittelt, das zum gedämpften Solldrehmoment M_dämpfSollEM oder zum momentanen Solldrehmoment M_momSollEM addiert wird.
In nicht näher dargestellten Art und Weise wird die Istrotordrehzahl n_3.2 des Rotors 3.2 durch einen Drehzahlsensor erfasst und als Drehzahlistwert an eine Steuereinheit, z. B. ein Motorsteuergerät, übermittelt. Diese Steuereinheit umfasst darüber hinaus die oben näher beschriebenen Dämpfungsfunktionen DF1 bis DF3. Weicht der momentane Solldrehmomentwert M_momSollEM des Elektromotors 3 vom Kompensationsdrehmoment M_KompEM bzw. vom Dämpfungsdrehmoment M_DämpfEM ab, so regelt die Steuereinheit den Elektromotor 3 so, dass das Kompensationsdrehmoment M_KompEM und/oder das Dämpfungsdrehmoment M_DämpfEM adaptiv oder direkt als Solldrehmoment M_SollEM am Elektromotor 3 eingestellt werden bzw. wird.
Der Verbrennungsmotor 2 wird von einer nicht näher dargestellten Motorsteuerung gesteuert und/oder geregelt, beispielsweise bezüglich eingespritzter Kraftstoffmengen und Zündwinkel. Die Steuereinheit des Elektromotors 3 kann dabei als ein Teil der Motorsteuerung gebildet sein.
Der Elektromotor 3 ist beispielsweise als integrierter Starter/Generator ausgebildet und bildet auf der Kurbelwelle angeordnet mit dem Verbrennungsmotor 2 einen Hybridantrieb. Der Elektromotor 3 kann fest mit dem Verbrennungsmotor 2 gekoppelt oder optional mit diesem koppelbar sein.

1: Antriebsstrang
2: Verbrennungsmotor
3: Elektromotor
3.1: Gehäuse
3.2: Rotor
4: Kurbelwelle
5: Kupplung
6: Getriebe
7: Fahrzeugkarosserie
8: Feder-Dämpfungs-Element
8.1: Gummidämpfer
8.2: Feder
9: Verstärkungselement
10: Differenzelement
11: Funktionselement
12: Modellelement
13: Drehzahlregler
14: Differenzelement
15: Funktionselement
16: Modellelement
C₁, C₂, C_1z: Federsteifigkeitsparameter
D_1z, D₂: Dämpfungsparameter
DF1 bis DF3: Dämpfungsfunktionen
G₁(s): erste Übertragungsfunktion
G₂(s): zweite Übertragungsfunktion
J_3.1: Trägheitsmoment des Gehäuses des Elektromotors
J_3.2: Trägheitsmoment des Rotors des Elektromotors
m_f: Masseparameter
M_DämpfEM: Dämpfungsdrehmoment des Elektromotors
M_dämpfSollEM: gedämpftes Solldrehmoment des Elektromotors
M_KompEM: Kompensationsdrehmoment des Elektromotors
M_LuftspaltEM: Luftspaltmoment des Elektromotors
M_momSollEM: momentanes Solldrehmoment des Elektromotors
M_SollEM: Solldrehmoment des Elektromotors
M_StörVM: Störmoment des Verbrennungsmotors
n_3.2: Istrotordrehzahl des Rotors des Elektromotors
n*_3.2: ideale Rotordrehzahl des Rotors des Elektromotors
r: Auslenkungsparameter
ω_3.1: Winkelgeschwindigkeit des Gehäuses des Elektromotors
ω*_3.1: ideale Winkelgeschwindigkeit des Gehäuses des
Elektromotors

Claims

Verfahren zum Betreiben, insbesondere automatischen Starten und/oder Stoppen eines einen Verbrennungsmotor (2) und einen Elektromotor (3) umfassenden Antriebsstranges (1) eines Kraftfahrzeugs, dadurch gekennzeichnet, dass auftretende Gehäuseschwingungen des Gehäuses (3.1) des Elektromotors (3) anhand eines aus einer Änderung des Luftspaltmoments (M_LuftspaltEM) des Elektromotors (3) ermittelten Dämpfungsdrehmomentes (M_DämpfEM) und/oder anhand eines aus einer Störgröße (M_StörVM) des Verbrennungsmotors (2) ermittelten Kompensationsdrehmomentes (M_KompEM) kompensiert werden, indem das Dämpfungsdrehmoment (M_DämpfEM) bzw. das Kompensationsdrehmoment (M_KompEM) am Elektromotor (3) als Solldrehmoment (M_SollEM) eingestellt werden bzw. wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungsdrehmoment (M_DämpfEM) anhand einer ersten, die Lagerung eines Gehäuse (3.1) des Elektromotors (3) repräsentierenden Übertragungsfunktion (G₁(s)) und einer vorgegebenen Dämpfungskonstante (K_Dämpf) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Übertragungsfunktion (G₁(s)) anhand eines das Trägheitsmoment (J_3.1) des Gehäuses (3.1) des Elektromotors (3) repräsentierenden Funktionselementes (11) und anhand von Modellparametern, insbesondere von einem Auslenkungsparameter (r), ersten und zweiten Dämpfungsparameter (D_1z, D₂), ersten, zweiten und dritten Federsteifigkeitsparameter (C₁, C₂, C_1z) und einem Masseparameter (m_f), ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass anhand der ersten Übertragungsfunktion (G₁(s)) eine ideale Winkelgeschwindigkeit (ω*_3.1) des Gehäuses (3.1) des Elektromotors (3) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass anhand der ermittelten idealen Winkelgeschwindigkeit (ω*_3.1) und der vorgegebenen Dämpfungskonstante (K_Dämpf) ein Dämpfungsdrehmoment (M_DämpfEM) für den Elektromotor (3) bestimmt wird, anhand dessen ein gedämpftes Solldrehmoment (M_dämpfSollEM) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das gedämpfte Solldrehmoment (M_dämpfSollEM) aus der Differenz vom momentanen Solldrehmoment (M_momSollEM) des Elektromotors (3) und dem bestimmten Dämpfungsdrehmoment (M_DämpfFM) des Elektromotors (3) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass am Elektromotor (3) das ermittelte gedämpfte Solldrehmoment (M_dämpfSollEM) eingestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass anhand einer zweiten, die Mechanik des Antriebsstranges (1) repräsentierenden Übertragungsfunktion (G₂(s)) eine ideale Rotordrehzahl (n*_3.2) des Rotors (3.2) des Elektromotors (3) bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Übertragungsfunktion (G₂(s)) anhand eines das Trägheitsmoment (J_3.2) des Rotors (3.2) des Elektromotors (3) repräsentierenden Funktionselementes (15) und einer vorgegebenen Dämpfungskonstante (K_n3.2) gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass anhand der ermittelten idealen Rotordrehzahl (n*_3.2) und der momentanen Istrotordrehzahl (n_3.2) des Rotors (3.2) des Elektromotors (3) eine Drehzahldifferenz (dn) ermittelt und einem Drehzahlregler (13) zugeführt wird, anhand dessen ein Kompensationsdrehmoment (M_KompEM) ermittelt wird, das als Solldrehmoment (M_SollEM) am Elektromotor (3) eingestellt wird.
Vorrichtung zum Betreiben, insbesondere automatischen Starten und/oder Stoppen eines einen Verbrennungsmotor (2) und einen Elektromotor (3) umfassenden Antriebsstranges (1) eines Kraftfahrzeugs, dadurch gekennzeichnet, dass ein Steuergerät vorgesehen ist, mittels welchem am Elektromotor (3) auftretende Gehäuseschwingungen anhand eines aus einer Änderung des Luftspaltmoments (M_LuftspaltEM) des Elektromotors (3) ermittelten Dämpfungsdrehmomentes (M_DämpfEM) und/oder anhand eines aus einer Störgröße (M_StörVM) des Verbrennungsmotors (2) ermittelten Kompensationsdrehmomentes (M_KompEM) kompensierbar sind, indem das Dämpfungsdrehmoment (M_DämpfEM) bzw. das Kompensationsdrehmoment (M_KompEM) am Elektromotor (3) als Solldrehmoment (M_SollEM) einstellbar sind bzw. ist.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (3) als Starter/Generator ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsstrang (1) als Hybridantrieb ausgebildet ist.