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Technisches Gebiet
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Die
folgende Erfindung betrifft die Drehzahladaption insbesondere in
Hybridfahrzeugen.
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Stand der Technik
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In
verbrennungsmotorisch angetriebenen Fahrzeugen wird zur Leerlaufdrehzahlregelung
ein Leerlaufdrehzahlregler eingesetzt, welcher eine vorgegebene
Solldrehzahl des Fahrzeugantriebs konstant hält. Gewöhnlich ändert
sich die Leerlauf-Solldrehzahl nur wenig, weil im verbrennungsmotorischen
Leerlauf keine signifikanten Belastungsänderungen zu erwarten
sind. So kann beispielsweise in einer Katalysatorheizphase eine
geringfügige Leerlaufdrehzahlerhöhung auftreten,
welche jedoch durch einen Leerlaufdrehzahlregler mit einer proportional-integralen
(PI) Regelcharakteristik ausgeregelt werden kann.
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In
Hybridfahrzeugen werden jedoch neben einer verbrennungsmotorischen
Antriebsquelle auch elektrische Antriebsquellen eingesetzt, so dass
die Leerlauf-Solldrehzahl beispielsweise aufgrund von Bremsvorgängen
oder einer Tastpunktadaption der Trennkupplung deutlich schwanken
kann. Darüber hinaus wird durch den gleichen Leerlaufdrehzahlregler
auch ein Wiederstart eines Verbrennungsmotors, bei dem dieser nach
einer Zündung auf eine Solldrehzahl gebracht wird, geregelt.
In derartigen Fällen liegt die Solldrehzahl ferner nahe
an der aktuellen Fahrdrehzahl, welche sich ebenfalls ändern
kann.
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Zur
Motorsteuerung in Hybridfahrzeugen kann beispielsweise das in der
DE 600 15 820 D2 beschriebene
Verfahren eingesetzt werden, bei welchem die Zeit vom Starten eines
Motoranlassbetriebs gemessen wird, bis die Motordrehzahl einen vorbestimmten
Drehzahlwert erreicht, wobei in Übereinstimmung mit der
Zeit eine Erzeugungsmenge an elektrischer Leistung berechnet und
auf dieser Basis die Stromerzeugung des Generators bei einem vorbestimmten
Drehzahlwert gesteuert wird.
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Bekannte
Drehzahlregelungsverfahren sind auf eine stationäre und
somit unveränderliche Solldrehzahl ausgelegt. So gibt zwar
ein stationärer Drehzahlregler mit einer PI-Charakteristik
beispielsweise eine Drehmomentänderung von 0 Nm aus, falls
eine Istdrehzahl einer Solldrehzahl entspricht. Bei einer stärkeren Änderung
der Solldrehzahl führt eine stationäre Regelung
jedoch zu einem Drehzahlfehler, wie es in 4 dargestellt
ist.
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4A zeigt einen Ist-Wertverlauf 401 und einen
Solldrehzahl-Wertverlauf 403 sowie den so genannten Schleppfehler 405,
welcher insbesondere bei einem angerissenen Start eines Hybridantriebs ein
schnelles und zuverlässiges Einlaufen des Verbrennungsmotors
auf eine Solldrehzahl verhindert. 4B zeigt
den dazugehörigen und durch einen Leerlaufdrehzahlregler
erzeugten Drehmomentverlauf.
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Offenbarung der Erfindung
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Die
Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass eine schnelle Drehzahlregelung
beispielsweise im Leerlaufbetrieb durch ein zusätzliches
Drehmoment bzw. Vorsteuermoment zum Ausgleichen von Antriebsdrehträgheiten
realisiert werden kann. So kann bei einer Änderung einer
Solldrehzahl, beispielsweise einer Sollleerlaufdrehzahl, berechnet werden,
welches zusätzliche Drehmoment notwendig ist, um die Antriebsdrehträgheit
zu überwinden und um ein schnelles Einlaufen auf die Solldrehzahl zu
ermöglichen. Das zusätzliche Drehmoment kann beispielsweise
bereits bei der Erzeugung eines Steuersignals zur Adaption des Drehmomentes
durch einen Drehzahlregler berücksichtigt oder einem Ausgangssignal
des Drehzahlreglers additiv überlagert werden. Erfindungsgemäß kann
im Idealfall die Solldrehzahl exakt und ohne eine Regelabweichung
eingehalten werden, wodurch sich eine Verbesserung der Regelqualität
und der Dynamik ergibt.
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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Adaption einer Drehzahl eines
Fahrzeugantriebes, beispielsweise eines Hybridfahrzeugantriebes
mit Erfassen einer Drehzahldifferenz zwischen einer Drehzahl, beispielsweise
einer gegenwärtigen Solldrehzahl, und einer Solldrehzahl,
beispielsweise einer gewünschten Solldrehzahl, Bestimmen
einer Drehmomentänderung zur Kompensation der Drehzahldifferenz
und Ändern eines mit der Drehzahl zusammenhängenden
Drehmomentes entsprechend der Drehmomentänderung, um die
Drehzahl zu adaptieren.
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Gemäß einer
Ausführungsform wird die Drehmomentänderung auf
der Basis einer Drehträgheit des Fahrzeugantriebs berechnet.
Somit kann die zur Überwindung der Drehträgheit
notwendige Drehmomentänderung beispielsweise in Form eines
Vorsteuermoments genau bestimmt werden.
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Gemäß einer
Ausführungsform wird die Drehmomentänderung auf
der Basis der Formel J·ω .bestimmt,
insbesondere errechnet, wobei J eine Drehträgheit des Fahrzeugantriebs
und ω . eine mit der Solldrehzahl zusammenhängende Winkelbeschleunigung
ist. Zur Auswertung der Formel werden bevorzugt die die jeweiligen
Größen kennzeichnenden elektronischen Signale
herangezogen. Diese Auswertung kann aufgrund des linearen Formelzusammenhanges
mit geringer Komplexität durchgeführt werden.
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Gemäß einer
Ausführungsform wird das Drehmoment um die Drehmomentänderung
erhöht oder verringert. Beispielsweise wird hierzu die
Drehmomentänderung dem Drehmoment additiv insbesondere
unter Berücksichtigung eines Vorzeichens der Drehmomentänderung überlagert,
ohne dass eine verzögernde Regelung eingesetzt werden muss.
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Gemäß einer
Ausführungsform kann das Verfahren vorteilhaft insbesondere
zur Leerlaufregelung eingesetzt werden, bei der die Solldrehzahl
eine Leerlauf-Solldrehzahl ist.
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Gemäß einer
Ausführungsform wird das Drehmoment um die Drehmomentänderung
augenblicklich oder rampenförmig geändert, sodass
das gewünschte Drehmoment entweder sofort oder linear ansteigend
oder abfallend eingestellt werden kann, um beispielsweise unerwünschte
Drehmomentsprünge zu vermeiden.
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Gemäß einer
Ausführungsform wird zur Änderung des Drehmomentes
ein Drehmomentsteuersignal insbesondere am Ausgang eines Drehmomentreglers
geändert, sodass beispielsweise der Elektromotor mittels
des Drehmomentsteuersignals direkt angesteuert werden kann.
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Die
Erfindung betrifft ferner eine Adaptionsvorrichtung zur Adaption
einer Drehzahl eines Fahrzeugantriebes, insbesondere eines Hybridfahrzeugantriebes
mit einer Erfassungseinrichtung zum Erfassen einer Drehzahldifferenz
zwischen einer Drehzahl und einer Solldrehzahl, einer Prozessoreinrichtung zum
Bestimmen einer Drehmomentänderung zur Kompensation der
Drehzahldifferenz und einer Einrichtung zum Ändern eines
mit der Drehzahl zusammenhängenden Drehmomentes entsprechend
der Drehmomentänderung, um die Solldrehzahl zu erreichen.
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Gemäß einer
Ausführungsform ist die Prozessoreinrichtung ausgebildet,
die Drehmomentänderung auf der Basis der Formel J·ω .zu bestimmen, insbesondere zu
errechnen, wobei J eine Drehträgheit des Fahrzeugantriebs
und ω . eine mit der Solldrehzahl zusammenhängende Winkelbeschleunigung
ist.
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Weiterführende
Funktionalität der Adaptionsvorrichtung, welche in Software
und/oder in Hardware realisiert werden kann, ergibt sich direkt
aus dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Adaption
einer Drehzahl eines Fahrzeugantriebes.
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Die
Erfindung betrifft ferner eine programmtechnisch eingerichtete Vorrichtung,
welche ausgebildet ist, zum Ausführen des Verfahrens zur
Adaption einer Drehzahl eines Fahrzeugantriebes ein Computerprogramm
ablaufen zu lassen.
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Zeichnungen
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Weitere
Ausführungsbeispiele werden Bezug nehmend auf die beiliegenden
Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 ein
Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Adaption einer Drehzahl eines
Fahrzeugantriebs;
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2 zeigt
ein Blockdiagramm einer Adaptionsvorrichtung zur Adaption einer
Drehzahl eines Fahrzeugantriebs;
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3 zeigt
ein Blockschaltbild einer Adaptionsvorrichtung zur Adaption einer
Drehzahl eines Fahrzeugantriebs; und
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4 zeigt
Drehzahl- und Momentenverläufe bei stationärer
Drehzahlregelung.
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Beschreibung der Ausführungsformen
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1 zeigt
beispielhaft ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Adaption einer
Drehzahl eines Fahrzeugantriebs, beispielsweise eines Hybridfahrzeugantriebs.
Wie in 1 dargestellt wird zunächst im Schritt 101 eine
Drehzahldifferenz zwischen einer beispielsweise gegenwärtigen
Drehzahl, beispielsweise einer gegenwärtigen Solldrehzahl,
und einer Solldrehzahl, beispielsweise einer gewünschten
Solldrehzahl, erfasst.
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Im
Schritt 103 wird eine Drehmomentänderung beispielsweise
als ein Vorsteuermoment oder als ein zusätzliches Drehmoment
bestimmt, welche zur Kompensation der Drehzahldifferenz notwendig ist.
So kann beispielsweise bei einer Erhöhung der Solldrehzahl
das gegenwärtige Drehmoment um die Drehmomentänderung
erhöht oder reduziert werden, um die Solldrehzahl einzustellen.
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Im
Schritt 105 wird das gegenwärtige, d. h. das mit
der gegenwärtigen Drehzahl zusammenhängende Drehmoment,
entsprechend der Drehmomentänderung geändert,
beispielsweise erhöht oder verringert, wodurch die Solldrehzahl
im Idealfall erreicht werden kann. Die Drehmomentänderung
kann beispielsweise ein Drehmomentinkrement oder -dekrement sein,
um das das gegenwärtige Drehmoment beispielsweise im Vorfeld
geändert werden kann, um die Solldrehzahl zu erreichen.
Die Drehmomentänderung entspricht somit einem Vorsteuermoment,
das im Vorfeld dem gegenwärtigen Drehmoment additiv überlagert
werden kann, um eine schnelle Konvergenz der Drehzahl auf die Solldrehzahl
zu erreichen.
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Das
Verfahren zur Adaption der Drehzahl kann beispielsweise durch eine
Adaptionsvorrichtung, beispielsweise einen Drehzahlregler, ausgeführt
werden, wie sie in 2 dargestellt ist. Die Adaptionsvorrichtung
umfasst eine Erfassungseinrichtung 201 zum Erfassen einer
Drehzahldifferenz zwischen einer Drehzahl und einer Solldrehzahl,
eine der Erfassungseinrichtung 201 nachgeschaltete Prozessoreinrichtung
zum Bestimmen einer Drehmomentänderung zur Kompensation
der Drehzahldifferenz und einer Drehmomenteinrichtung 205 zum Ändern
eines mit der Drehzahl zusammenhängenden Drehmomentes entsprechend
der Drehmomentänderung.
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Die
Funktionsweise der Adaptionsvorrichtung ergibt sich unmittelbar
aus dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Drehzahladaption.
Das Drehmoment kann insbesondere durch eine Änderung eines
Steuersignals geändert werden, mit dem beispielsweise ein
Elektromotor oder ein Verbrennungsmotor angesteuert wird, um ein
vorbestimmtes Drehmoment zu erzeugen.
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3 zeigt
ein Implementierungsbeispiel einer Adaptionsvorrichtung gemäß einer
weiteren Ausführungsform der Erfindung. Die Adaptionsvorrichtung
umfasst eine Rampenerzeugungseinrichtung 301, deren Ausgang
mit einem Rampenenfunktionsgenerator oder Treppenfunktionsgenerator 303 gekoppelt
ist. Die Rampenerzeugungseinrichtung 301 umfasst beispielsweise
zwei Eingänge 305 und 307, an welche
bevorzugt wählbare Rampenparameter, wie beispielsweise
ein positiver Rampenwert und ein negativer Rampenwert, in Form entsprechender
Signale anlegbar sind. Die Rampenparameter können beispielsweise
in einem der Rampenerzeugungseinrichtung 301 vorgeschalteten
Speicher 309 bereitgestellt werden, welcher diese Werte
in Form von beispielsweise Steuerungsparametern über einen
Anschluss 311 empfängt.
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Der
Treppenfunktionsgenerator 303 umfasst einen Eingang 313 sowie
einen Ausgang 315, welcher über einen weiteren
Speicher 317 mit einem Subtraktionsglied 319 gekoppelt
ist. Das Subtraktionsglied 319 hat einen weiteren Eingang,
welcher mit einem Speicher 321 verbunden ist. Ein Ausgang
des Subtraktionselementes 319 ist mit einem Eingang eines
Teilers 323 verbunden, der einen weiteren Eingang 325 aufweist.
Ein Ausgang des Teilers 323 ist mit einem Eingang eines
Multiplizierers 327 verbunden, welcher einen weiteren Eingang 329 aufweist. Ein
Ausgang des Multiplizierers 327 ist mit einem Eingang eines
weiteren Multiplizierers 331 verbunden. Ein Ausgang des
weiteren Multiplizierers 331 ist mit einem Eingang eines
Begrenzungselementes 334 verbunden, dessen Ausgang beispielsweise
mit einem weiteren Speicher 335 gekoppelt ist. Das Begrenzungselement 334 umfasst
einen weiteren Eingang 337 zum Bereitstellen eines Minimalwertes
und einen weiteren Eingang 339 zum Bereitstellen eines Maximalwertes.
Die Eingänge 337 und 339 sind mit einem
Ausgang eines weiteren Speichers 341 verbunden, wobei zwischen
dem Ausgang des weiteren Speichers 341 und dem Eingang 337 ein
Vorzeichenkonvertierungselement 343 angeordnet ist. Der
Eingang 333 des weiteren Multiplizierers 331 ist
mit einem Ausgang eines Schalters 343 verbunden. Der Schalter 343 weist
zwei über einen Teiler 346 gekoppelte Eingänge
auf, wobei der Teiler 346 einen weiteren Steuereingang 347 aufweist.
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Im
Betrieb wird durch die Rampenerzeugungseinrichtung 301 ein
Rampenparameter an den Treppenfunktionsgenerator 303 übermittelt,
durch welchen eine Rampensteigung festgelegt wird. Der Treppenfunktionsgenerator 303 überführt
auf dieser Basis eine über den Eingang 313 empfangbare
Solldrehzahl in einen treppenförmigen Rampenübergang,
um einen sprunghaften Momentenanstieg bei einer Einregelung auf
die Solldrehzahl zu verhindern.
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Gemäß einer
Ausführungsform kann dem Treppenfunktionsgenerator 303 optional
ein Auswahlelement 349 vorgeschaltet sein, der zwei Eingänge
aufweist, an die jeweils eine aktuelle Solldrehzahl und eine gewünschte
bzw. neue Solldrehzahl in Form von Signalen anlegbar sind. Das Auswahlelement 349 wählt
beispielsweise die jeweils kleinere Drehzahl aus und übermittelt
diese an den Treppenfunktionsgenerator 303. Der Treppenfunktionsgenerator 303 weist
ferner optional einen Steuereingang 351 auf, über
den beispielsweise eine Initiierung vorgenommen werden kann. Darüber
hinaus ist optional ein weiterer Steuereingang 353 vorgesehen, über das
ein zeitliches Verarbeitungsfenster ausgewählt werden kann.
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Ein
Ausgangssignal des Treppenfunktionsgenerators 303 wird
zwischengespeichert, wobei dem Speicher 315 ein weiterer
Speicher 353 nachgeschaltet sein kann. Das Subtraktionsglied 319 bestimmt
dabei eine Differenz zwischen einem in dem Speicher 317 abgelegten
Wert und einem in dem Speicher 321 abgelegten Wert, welcher
beispielsweise ein zu einem früheren oder vorhergehenden
Verarbeitungszyklus gespeicherter Ausgangswert des Treppenfunktionsgenerators 303 sein
kann. Das Differenzsignal wird dem optionalen Teiler 323 zugeführt,
der eine Teilung durch einen Zeitwert vornimmt, welcher beispielsweise
dem über den Eingang 353 einstellbaren Zeitwert
entspricht. Ein Ausgangssignal des Teilers 323 wird mittels
des Multiplizierers 327 mit einem über den Eingang 329 bereitstellbaren Winkelwert,
beispielsweise 2 π/60, multipliziert, um ein Ausgangssignal
zu erhalten, dessen Einheit Nm ist. Dieses Ausgangssignal wird mittels
des Multiplizierers 331 mit einem Wert multipliziert, der
eine Gesamtträgheit des Antriebs charakterisiert. Wird
beispielsweise im Falle eines Hybridantriebs die elektrische Trennkupplung
geschlossen, so trägt zu der Gesamtdrehträgheit
auch die Trägheit des Elektromotors bei, was über
den Anschluss 345 berücksichtigt werden kann.
Darüber hinaus wird mittels des optionalen Teilers 346 eine
Drehträgheitgewichtung vorgenommen und dem Schalter 343 zugeführt.
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Das
resultierende Ausgangssignal des Multiplizierers 331 wird
dem Begrenzungselement 334 zugeführt, welches
eine parameterabhängige Begrenzung des Ausgangssignals
des Multiplizierers 331 vornimmt, um beispielsweise unerwünschte
Signalspitzen abzuschneiden.
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Mit
der in 3 dargestellten Schaltung wird die Drehmomentänderung
in Form eines Vorsteuermomentes M gemäß der Formel
M = J·ω . realisiert, wobei J die Drehträgheit ist
und ω . eine Winkelbeschleunigung kennzeichnet, welche mit der jeweiligen
Solldrehzahl zusammenhängt. Durch die Überführung
der Solldrehzahländerung, welche Sprungkraft sein kann,
in einen rampenförmigen Werteverlauf wird erfindungsgemäß verhindert,
dass bei einer Anwendung der vorstehend genannten Formel eine unendlich
hohe oder eine unendliche kurze Momentenspitze berechnet wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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