DE102008026509B4 - Method and device for use in a control of a drive train of a motor vehicle - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Ermittlung des über einen Antriebsstrang (10) eines Kraftfahrzeuges übertragenen Drehmomentes, wobei die Eingangsdrehzahl und die Ausgangsdrehzahl eines Abschnittes des Antriebsstrangs (10) gemessen und anschließend in einen regelungstechnischen Beobachter (88) eingegeben werden, der den Zustand des Antriebsstrangabschnittes regelungstechnisch beobachtet, wobei der Beobachter (88) ein regelungstechnisches Mechanikmodell (60) des Antriebsstrangabschnittes beinhaltet, das den Antriebsstrangabschnitt als drehelastische Welle mit einer Drehsteifigkeit (72) repräsentiert, und wobei aus dem Zustand der Verdrehung der Welle in dem Beobachter (88) das über den Antriebsstrangabschnitt übertragene Drehmoment geschätzt wird, wobei der Beobachter (88) beinhaltet, dass ein Fehlermodell das Mechanikmodell (60) beeinflusst, wobei das Fehlermodell ebenfalls geschätzt und dazu verwendet wird, das geschätzte Drehmoment zu korrigieren, dadurch gekennzeichnet, dass das Mechanikmodell (60) ein Einmassenschwinger ist, der eine getriebeseitige Masse (62) aufweist, die mit einer drehelastischen Feder (66) verbunden ist, deren Drehsteifigkeit die Drehsteifigkeit (72) der Welle repräsentiert, wobei die Feder (60) ferner ein freies Ende aufweist, das mit der Ausgangsdrehzahl (50, 52) rotiert, und wobei die Ausgangsdrehzahl die Drehzahl (50, 52) angetriebener Räder (34, 36) des Antriebsstrangs (10) ist.Method for determining the torque transmitted via a drive train (10) of a motor vehicle, wherein the input rotational speed and the output rotational speed of a section of the drive train (10) are measured and subsequently input into a control-related observer (88), which observes the state of the drive train section in a controlled manner the observer (88) includes a powertrain portion control mechanical model (60) representing the driveline portion as a torsionally flexible shaft having a torsional stiffness (72), and wherein the torque transmitted from the state of rotation of the shaft in the observer (88) is transmitted through the driveline portion wherein the observer (88) includes an error model affecting the mechanics model (60), the error model also being estimated and used to correct the estimated torque, characterized in that the mechanics model (60) is a compound vibrator having a transmission side mass (62) connected to a torsionally elastic spring (66) whose torsional stiffness represents the rotational stiffness (72) of the shaft, the spring (60) further having a free end which rotates at the output speed (50, 52), and wherein the output speed is the speed (50, 52) of driven wheels (34, 36) of the drive train (10).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung des über einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges übertragenen Drehmomentes, wobei die Eingangsdrehzahl und die Ausgangsdrehzahl eines Abschnittes des Antriebsstrangs gemessen und anschließend in einen regelungstechnischen Beobachter eingegeben werden, der den Zustand des Antriebsabschnittes regelungstechnisch beobachtet, wobei der Beobachter ein regelungstechnisches Mechanikmodell des Antriebsstrangabschnittes beinhaltet, das den Antriebsstrangabschnitt als drehelastische Welle mit einer Drehsteifigkeit repräsentiert, und wobei aus dem Zustand der Verdrehung der Welle in dem Beobachter das über den Antriebsstrangabschnitt übertragene Drehmoment geschätzt wird, wobei der Beobachter beinhaltet, dass ein Fehlermodell das Mechanikmodell beeinflusst, wobei das Fehlermodell ebenfalls geschätzt und dazu verwendet wird, das geschätzte Drehmoment zu korrigieren.The present invention relates to a method for determining the torque transmitted via a drive train of a motor vehicle, wherein the input speed and the output speed of a portion of the drive train are measured and then entered into a control-technical observer, who observes the state of the drive section control technology, wherein the observer a control technology The mechanical model of the driveline portion including the driveline portion as a torsionally flexible shaft having torsional rigidity, and wherein the torque transmitted through the driveline portion is estimated from the condition of rotation of the shaft in the observer, wherein the observer includes an error model affecting the mechanical model the error model is also estimated and used to correct the estimated torque.
Ferner betrifft die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung des über einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges übertragenen Drehmomentes, wobei die Eingangsdrehzahl und die Ausgangsdrehzahl eines Abschnittes des Antriebsstrangs gemessen und anschließend in einen regelungstechnischen Beobachter eingegeben werden, der den Zustand des Antriebsabschnittes regelungstechnisch beobachtet, wobei der Beobachter ein regelungstechnisches Mechanikmodell des Antriebsstrangabschnittes beinhaltet, das den Antriebsstrangabschnitt als drehelastische Welle mit einer Drehsteifigkeit repräsentiert, und wobei aus dem Zustand der Verdrehung der Welle in dem Beobachter das über den Antriebsstrangabschnitt übertragene Drehmoment geschätzt wird.Furthermore, the invention relates to a method for determining the torque transmitted via a drive train of a motor vehicle, wherein the input speed and the output speed of a portion of the drive train are measured and then entered into a control-technical observer, who observes the state of the drive section control technology, the observer includes control mechanical model of the drive train section, which represents the driveline portion as a torsionally elastic shaft with a torsional stiffness, and from the state of rotation of the shaft in the observer, the torque transmitted via the drive train section torque is estimated.
Ferner betrifft die Erfindung einen regelungstechnischen Beobachter zur Verwendung in einer Steuerung eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeuges, mit einem regelungstechnischen Mechanikmodell eines Antriebsstrangabschnittes, das den Antriebsstrangabschnitt als drehelastische Welle mit einer Drehsteifigkeit repräsentiert, wobei die Eingangsdrehzahl und die Ausgangsdrehzahl des Antriebsstrangabschnittes gemessen und anschließend in den Beobachter eingegeben werden, der den Zustand des Antriebsstrangabschnittes regelungstechnisch beobachtet, wobei aus dem Zustand der Verdrehung der Welle in dem Beobachter das über den Antriebsstrangabschnitt übertragene Drehmoment geschätzt wird, und wobei der Beobachter beinhaltet, dass ein Fehlermodell das Mechanikmodell beeinflusst, wobei das Fehlermodell ebenfalls geschätzt und dazu verwendet wird, das geschätzte Drehmoment zu korrigieren.Furthermore, the invention relates to a control-related observer for use in a control of a drive train of a motor vehicle, with a control mechanical model of a drive train section representing the drive train section as a torsionally flexible shaft with a torsional stiffness, wherein the input speed and the output speed of the drive train section measured and then entered into the observer which monitors the state of the powertrain portion, wherein the torque transmitted through the powertrain portion is estimated from the state of rotation of the shaft in the observer, and wherein the observer includes an error model affecting the mechanics model, and the error model is also estimated and is used to correct the estimated torque.
Derartige Verfahren bzw. Vorrichtungen dienen dazu, ein in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges übertragenes Drehmoment zu schätzen.Such methods or devices serve to estimate a torque transmitted in a drive train of a motor vehicle.
Aus AT – Automatisierungstechnik 55 (2007) 3, Seiten 127–135 ist ein Verfahren zum Schätzen des in einem Antriebsstrang übertragenen Drehmomentes mittels eines regelungstechnischen Beobachters bekannt, bei dem eine Motordrehzahl und eine Raddrehzahl gemessen werden und die Trägheitsmomente des Getriebes und der radseitigen Masse sowie die Hook'sche Konstante des Antriebsstrangs und verschiedene Dämpfungsparameter des Getriebes und der Räder als konstant und bekannt vorausgesetzt werden.From AT - Automation Technology 55 (2007) 3, pages 127-135 a method for estimating the torque transmitted in a drive train by means of a control-technical observer is known in which an engine speed and a wheel speed are measured and the moments of inertia of the transmission and the wheel-side mass and the Hook's constant of the powertrain and various damping parameters of the transmission and the wheels are assumed to be constant and known.
Nachteilig bei dem bekannten Verfahren ist es, dass die Materialparameter des Antriebsstrangs schwierig zu bestimmen sind und sich im Betrieb gegenseitig beeinflussen und variieren können.A disadvantage of the known method is that the material parameters of the drive train are difficult to determine and can influence and vary each other during operation.
Aus der
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein universelleres Verfahren und eine universell einsetzbare Vorrichtung zum Bestimmen des über einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges übertragenen Drehmomentes bereitzustellen.It is therefore an object of the present invention to provide a more universal method and a universally applicable device for determining the torque transmitted via a drive train of a motor vehicle.
Diese Aufgabe wird gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung bei dem eingangs genannten Verfahren dadurch gelöst, dass das Mechanikmodell ein Einmassenschwinger ist, der eine getriebeseitige Masse aufweist, die mit einer drehelastischen Feder verbunden ist, deren Drehsteifigkeit die Drehsteifigkeit der Welle repräsentiert, wobei die Feder ferner ein freies Ende aufweist, das mit der Ausgangsdrehzahl rotiert, und wobei die Ausgangsdrehzahl die Drehzahl angetriebener Räder des Antriebsstrangs ist.This object is achieved according to a first aspect of the invention in the aforementioned method in that the mechanical model is a compound oscillator having a gear-side mass, which is connected to a torsionally elastic spring whose torsional stiffness represents the torsional stiffness of the shaft, wherein the spring further has a free end that rotates at the output speed, and the output speed is the driven-wheel speed of the drivetrain.
Ferner wird die obige Aufgabe gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung bei dem eingangs genannten Verfahren dadurch gelöst, dass das von einem eingangsseitigen Antriebsmotor in den Antriebsstrang eingeleitete Antriebsdrehmoment gemessen wird, und wobei die Drehsteifigkeit in dem Beobachter unter Verwendung des gemessenen Antriebsdrehmomentes geschätzt wird.Further, the above object according to a second aspect of the invention is achieved in the aforementioned method by measuring the drive torque input to the drive train from an input side drive motor, and estimating the rotation rigidity in the observer using the measured drive torque.
Ferner wird die obige Aufgabe gelöst durch einen eingangs genannten regelungstechnischen Beobachter, wobei das Mechanikmodell ein Einmassenschwinger ist, der eine getriebeseitige Masse aufweist, die mit einer drehelastischen Feder verbunden ist, deren Drehsteifigkeit die Drehsteifigkeit der Welle repräsentiert, wobei die Feder ferner ein freies Ende aufweist, das mit der Ausgangsdrehzahl rotiert, und wobei die Ausgangsdrehzahl die Drehzahl angetriebener Räder des Antriebsstrangs ist. Furthermore, the above object is achieved by an aforementioned control technical observer, wherein the mechanical model is a single-mass, having a gear-side mass, which is connected to a torsionally elastic spring whose torsional stiffness represents the torsional stiffness of the shaft, wherein the spring further has a free end which rotates at the output speed, and wherein the output speed is the driven-wheel speed of the powertrain.
Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es, dass das übertragene Drehmoment unter Berücksichtigung des Fehlermodells geschätzt wird wodurch sich der Antriebsstrang besonders einfach modellieren lasst, da eine komplexe Modellierung einer radseitigen Masse entfällt.Advantage of the method according to the invention is that the transmitted torque is estimated taking into account the error model whereby the drive train can be modeled particularly simple, since a complex modeling of a wheel-side mass is eliminated.
Weiterhin kann dieses Verfahren unabhängig von dem verwendeten Antriebsstrang und einer eingelegten Gangstufe verwendet werden, da die Drehsteifigkeit des Antriebsstrangabschnittes von dem Beobachter geschätzt wird.Furthermore, this method can be used regardless of the drive train used and an engaged gear ratio, since the rotational stiffness of the drive train section is estimated by the observer.
Vorteil des regelungstechnischen Beobachters ist es, dass alle Störgrößen geschätzt werden und zur Steuerung des Antriebsstrangs zur Verfügung stehen, wobei sich der Antriebsstrang besonders einfach modellieren lässt, da eine komplexe Modellierung einer radseitigen Masse entfällt.The advantage of the control-related observer is that all disturbances are estimated and are available for controlling the drive train, whereby the drive train can be modeled particularly easily, since a complex modeling of a wheel-side mass is eliminated.
Die obige Aufgabe wird somit vollständig gelöst.The above object is thus completely solved.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens berücksichtigt das Fehlermodell, dass sich eine Änderung der Eingangsdrehzahl aufgrund der sich dabei ergebenden Verdrehung der Welle verzögert auf die Ausgangsdrehzahl auswirkt.In a preferred embodiment of the method, the error model takes into account that a change in the input rotational speed due to the resulting rotation of the shaft has a delayed effect on the output rotational speed.
Dadurch kann die drehfedernde Wirkung des Antriebsstrangs berücksichtigt werden.As a result, the rotationally-springing effect of the drive train can be taken into account.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens berücksichtigt das Fehlermodell, dass Messungen der Eingangsdrehzahl und der Ausgangsdrehzahl zeitlich nicht zueinander passen.In a preferred embodiment of the method, the error model takes into account that measurements of the input speed and the output speed do not match each other in time.
Dadurch ist es möglich, einen Zeitversatz von Messwerten, der aufgrund von Datenübertragungsverzögerungen auftritt, zu berücksichtigen.This makes it possible to consider a time offset of measured values that occurs due to data transmission delays.
Ferner ist es besonders bevorzugt, wenn das Fehlermodell die zeitliche Verzögerung als eine differentielle Verzögerung berücksichtigt.Furthermore, it is particularly preferred if the error model takes into account the time delay as a differential delay.
Dadurch können Drehzahlunterschiede zwischen Eingangs- und Ausgangsdrehzahl besonders genau modelliert werden, da eine differentielle Verzögerung der drehelastischen Wirkung des Antriebsstrangs entspricht.As a result, speed differences between the input and output speeds can be modeled particularly accurately, since a differential delay corresponds to the torsional elastic effect of the drive train.
Dabei ist es besonders bevorzugt, wenn die differentielle Verzögerung durch ein PT1-Glied modelliert wird.It is particularly preferred if the differential delay is modeled by a PT1 element.
Weiterhin ist es bevorzugt, wenn zwischen dem beobachteten Antriebsstrangabschnitt und dem Antriebsmotor eine Kupplung vorhanden ist, wobei die Schätzung der Drehsteifigkeit nur dann erfolgt, wenn die Kupplung geschlossen ist.Furthermore, it is preferred if there is a clutch between the observed drivetrain portion and the drive motor, wherein the estimation of the torsional stiffness only takes place when the clutch is closed.
Dadurch kann das von dem Antriebsmotor abgegebene Moment als das in den Antriebsstrangabschnitt eingeleitete Antriebsdrehmoment verwendet werden.Thereby, the torque output from the drive motor can be used as the drive torque introduced into the drive train section.
Dabei ist es bevorzugt, wenn für die Ermittlung des übertragenen Drehmomentes in Phasen, in denen die Kupplung geöffnet ist, ein zuletzt ermittelter Schätzwert für die Drehsteifigkeit verwendet wird.It is preferred if, for the determination of the transmitted torque in phases in which the clutch is opened, a last determined estimated value for the torsional rigidity is used.
Dadurch steht ein genauerer Schätzwert für die Drehsteifigkeit auch in den Phasen zur Verfügung, in denen die Drehsteifigkeit nicht geschätzt werden kann.This provides a more accurate estimate of torsional stiffness even in phases where torsional rigidity can not be estimated.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ist die Eingangsdrehzahl die Drehzahl einer Abtriebswelle eines Getriebes, das zwischen dem Antriebsstrangabschnitt und einem Antriebsmotor angeordnet ist.In a preferred embodiment of the method, the input speed is the speed of an output shaft of a transmission, which is arranged between the drive train section and a drive motor.
Dadurch kann ein Fehler z. B. durch Lose des Getriebes ausgeschlossen werden.This can cause an error z. B. be excluded by lots of the transmission.
Dadurch können alle Einflüsse bis zur Traktionsübertragung der Räder für die Schätzung des Fehlermomodells berücksichtigt werden.As a result, all influences up to the traction transmission of the wheels can be taken into account for the estimation of the fault model.
Weiterhin ist es bevorzugt, einen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, mit einem Antriebsmotor, einer Kupplung, einem Getriebe, einer Kardanwelle, angetriebenen Rädern und einer Steuereinrichtung mit einem erfindungsgemäßen regelungstechnischen Beobachter auszustatten.Furthermore, it is preferable to equip a drive train for a motor vehicle with a drive motor, a clutch, a transmission, a cardan shaft, driven wheels and a control device with a control-technical observer according to the invention.
Dadurch lässt sich der regelungstechnische Beobachter besonders effizient in einem Kraftfahrzeug einsetzen.As a result, the control-technical observer can be used particularly efficiently in a motor vehicle.
Weiterhin ist es bevorzugt, wenn das Fehlermodell Lose in dem Antriebsstrang berücksichtigt.Furthermore, it is preferred if the error model takes into account lots in the drive train.
Dadurch können Einflüsse des Antriebsstrangs auf die Drehmomentübertragung besonders präzise berücksichtigt werden.As a result, influences of the powertrain on the torque transmission can be taken into account very precisely.
Weiterhin ist es bevorzugt, wenn das Fehlermodell gangabhängige Parameter berücksichtigt. Furthermore, it is preferred if the error model takes into account gear-dependent parameters.
Dadurch können die unterschiedlichen Einflüsse verschiedener Gangstufen für die Steuerung des Antriebsstranges berücksichtigt werden.As a result, the different influences of different gear ratios for the control of the drive train can be taken into account.
Weiterhin ist es bevorzugt, wenn Nichtlinearitäten des Antriebsstranges in dem Fehlermodell berücksichtigt werden.Furthermore, it is preferred if non-linearities of the drive train are taken into account in the error model.
Dadurch lässt sich die Momentenübertragung im Antriebsstrang besonders genau modellieren.As a result, the torque transmission in the drive train can be modeled particularly accurately.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination given, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:Embodiments of the invention are illustrated in the drawings and are explained in more detail in the following description. Show it:
In
Der Antriebsstrang
Der Antrieb
Die Getriebeeingangswellen
Die Teilgetriebe
Der hier dargestellte Antriebsstrang
In
Dem Mechanikmodell
Eine alternative Ausführungsform des Mechanikmodells
Diese Ausführungsform des Mechanikmodells
Das Fehlermodell berücksichtigt ebenfalls Lose, gangabhängige Parameter und Nichtlinearitäten, die im Antriebsstrang
In
Parallel zu der Regelstrecke ist ein regelungstechnischer Beobachter
Als die Eingangsgröße
Dadurch, dass der Beobachter
Dadurch, dass das Modell
Bei der Momentenschätzung wird generell eine Zeitverzögerung der Messwerte berücksichtigt. Eine derartige Zeitverzögerung kann auftreten durch Datenerfassungsverzögerungen, Datenverarbeitungsverzögerungen und Datenübertragungsverzögerungen.The torque estimation generally takes into account a time delay of the measured values. Such a time delay may occur due to data acquisition delays, data processing delays and data transmission delays.
In
Das Blockschaltbild zeigt einen Regler
Der Regler
In
Bei geschlossener Kupplung
In einer Situation, in der eine der Kupplungen
Sofern keine der Kupplungen
Dadurch kann das tatsächliche Moment im Antriebsstrang stets mit hoher Genauigkeit geschätzt werden.As a result, the actual torque in the drive train can always be estimated with high accuracy.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8181 | Inventor (new situation) |
Inventor name: MALCHOW, FLORIAN, 70569 STUTTGART, DE Inventor name: MEISSNER, JOERG, 74626 BRETZFELD, DE |
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R016 | Response to examination communication | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R020 | Patent grant now final |
Effective date: 20131105 |
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R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: GETRAG B.V. & CO. KG, DE Free format text: FORMER OWNER: GETRAG GETRIEBE- UND ZAHNRADFABRIK HERMANN HAGENMEYER GMBH & CIE KG, 74199 UNTERGRUPPENBACH, DE |
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R082 | Change of representative |
Representative=s name: RAUSCH, GABRIELE, DIPL.-PHYS. DR.RER.NAT., DE |
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R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |