DE102008052058B3 - Dämpfungseinrichtung und Dämpfungsverfahren zur Unterdrückung von Torsionsschwingungen im Antriebsstrang von Kraftfahrzeugen - Google Patents

Dämpfungseinrichtung und Dämpfungsverfahren zur Unterdrückung von Torsionsschwingungen im Antriebsstrang von Kraftfahrzeugen Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Dämpfungseinrichtung zur Unterdrückung von Torsionsschwingungen im Antriebsstrang von Kraftfahrzeugen und ein dazugehöriges Dämpfungsverfahren. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Dämpfungseinrichtung und ein dazugehöriges Dämpfungsverfahren zur Unterdrückung von Torsionsschwingungen im Antriebsstrang von Kraftfahrzeugen zu schaffen, mit der/dem präziser und winkeldiskret auf entstehende Torsionsschwingungen reagiert werden kann und mit der/dem eine gewünschte Fahrdynamik entsprechend der Antriebsstrangcharakteristik und unter Vermeidung von Ruckelbewegungen des Fahrzeuges einstellbar ist. Die erfindungsgemäße Dämpfungseinrichtung zur Unterdrückung von Torsionsschwingungen in einem Antriebsstrang 1 von Kraftfahrzeugen besteht aus einer Erfassungseinrichtung 2 zur Beobachtung der Zustände im Antriebsstrang 1 und zum Schätzen der Parameter für ein Antriebsstrangmodell, einem ersten Prädiktorglied 3 zur Ermittlung des zukünftigen Verhaltens $I1 des Antriebsstranges 1, einem zweiten Prädiktorglied 4 zur Ermittlung eines Sollverlaufs $I2 über den Prädiktionshorizont N2 und einem Gütefunktionalglied 5 zur Minimierung der Fehler aus dem ersten 3 und zweiten Prädiktorglied 4 und zur Ermittlung eines Korrekturmoments Deltauopt(k), um welches das aktuelle Fahrerwunschmoment UFahrerwunsch(k) reduziert wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Dämpfungseinrichtung zur Unterdrückung von Torsionsschwingungen im Antriebsstrang von Kraftfahrzeugen gemäß den Merkmalen des Anspruches 1 und ein Dämpfungsverfahren zur Unterdrückung von Torsionsschwingungen im Antriebsstrang von Kraftfahrzeugen gemäß den Merkmalen des Anspruches 6.
  • Im Antriebsstrang treten aufgrund von Lastwechseln – plötzliches Gasgeben bzw. abrupte Gaswegnahme oder auch durch Gangwechsel – unerwünschte Schwingungen auf. Hierzu zählen das Fahrzeugruckeln und der Lastwechselschlag. Letzterer bedeutet ein Anschlagen der Antriebsstrangbauteile gegeneinander beim Wechsel der Momentenrichtung (Schub/Zug) und somit ein Schließen von Losen und Spielen. Beim Ruckeln schwingen die Drehträgheiten des Triebstrangs gegen die Masse des Fahrzeugs, was zu spürbaren Längsschwingungen in Fahrgastraum führt, die als Komfort mindernd von den Insassen wahrgenommen werden.
  • Aus der DE 698 22 418 T2 ist eine Kraftstoffeinspritz-Regelvorrichtung für eine Brennkraftmaschine bekannt, mit der die dem Brennraum der Brennkraftmaschine zugeführte Brennstoffmenge so regelbar eingestellt wird, dass eine Abschwächung der Torsionsschwingungen des Antriebswellensystems erfolgt. Dazu wird die Größenordnung der durch die nächste Kraftstoffeinspritzung verursachten Torsionsschwingungen geschätzt, bevor die Kraftstoffeinspritzung tatsächlich durchgeführt wird. Dabei wird die Menge der nächsten Kraftstoffeinspritzung auf eine solche Weise korrigiert, dass die Größenordnung der Torsionsschwingungen gering wird, wenn die nächste Kraftstoffeinspritzung durchgeführt wird. Die Abschätzung der zukünftigen Torsionsschwingungen erfolgt unter Nutzung einer Übertragungsfunktion, die in einem Modell des Antriebswellensystems des Motors bestimmt wird. Als Eingangsgröße dient eine Kraftstoffeinspritzmenge. Der Ausgangswert ist ein physikalischer Wert hinsichtlich der Größenordnung der Torsionsschwingungen. Zur Regelung der Kraftstoffeinspritzung ist eine Korrektureinrichtung vorgesehen, mit der eine erste Schätzung der Torsionsschwingungen bei einer Einspritzung einer tatsächlichen Kraftstoffmenge erfolgt. Danach erfolgt eine zweite Schätzung der auftretenden Schwingungen bei einer Basis-Kraftstoffeinspritzmenge. In der Korrektureinrichtung wird eine Korrekturmenge der Kraftstoffeinspritzung berechnet, die auf der Differenz zwischen den Werten der ersten und der zweiten Schätzung basiert. Die tatsächliche eingespritzte Kraftstoffmenge besteht aus einer Addition der Korrekturmenge zu der Basis-Kraftstoffeinspritzmenge.
  • Nachteilig bei dieser Regelung der zugeführten Kraftstoffmenge zur Reduzierung der Torsionsschwingungen im Antriebsstrang ist, dass der vorgegebene Soll-Verlauf der Geschwindigkeitsänderung einen linearen Verlauf aufweist. Die Dynamik eines komfortablen Fahrverhaltens kann damit nicht eingestellt und nachvollzogen werden. Die eingesetzte Übertragungsfunktion und das verwendete Antriebsmodell sind nicht in der Lage, exakt und schnell auf entstehende Schwingungen zu reagieren. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass für die Darstellung der internen Triebstrangzustände Sensoren zur Ermittlung der Torsionsschwingungen im Antriebsstrang und zur Ermittlung der Längsbeschleunigung des Fahrzeuges notwendig sind. Des Weiteren muss zur Berechnung der Korrekturmenge eine Funktion ermittelt werden, welche die Differenz der beiden Schätzungen nutzt. Die Parameter dieser Funktion sind durch aufwendige Experimente zu bedaten. Die Verwendung der Kraftstoffmenge als Stellgröße beschränkt den Einsatz auf Verbrennungskraftmaschinen. Eine Anwendung des Verfahrens auf Triebstrangkonfigurationen mit mehreren Motoren (z. B. Hybridantrieb) ist deshalb ebenfalls nicht möglich. Außerdem müssten im Modell noch die unterlagerten Einflüsse (wie z. B. Motorreibung), die sich auf das Kupplungsmoment auswirken, berücksichtigt werden, da das Schwingungsverhalten direkt vom Kupplungsmoment und nur indirekt vom zur Kraftstoffmenge proportionalen inneren Moment bestimmt wird.
  • Aus der DE 103 51 957 B4 ist eine Dämpfungseinrichtung und ein dazugehöriges Dämpfungsverfahren zur Unterdrückung von Torsionsschwingungen im Antriebsstrang einer Brennkraftmaschine bekannt. Dabei enthält die Dämpfungseinrichtung ein Prädiktorglied, um eine mechanische Zustandsgröße des Antriebsstranges als Antwort auf eine Stellgröße zu ermitteln. Dieses erfolgt dadurch, dass dem Prädiktorglied als Eingangsgröße ein Belastungsmoment zugeführt wird. Anhand des im Prädiktorglied enthaltenen Modells der Brennkraftmaschine und des Antriebsstranges wird ein Ausgangssignal ermittelt, das der Differenz der Winkelgeschwindigkei ten der Welle der Brennkraftmaschine und der angetriebenen Räder entspricht. Mittels eines PD-Gliedes wird aus der ermittelten Differenz ein korrigiertes Dämpfungsdrehmoment errechnet, das bei der Einstellung der Eingangsgrößen berücksichtigt wird. Das im Prädiktorglied enthaltene Modell der Brennkraftmaschine und des Antriebsstranges ist ein LOLIMOT-Modell, mit dem das mechanische Verhalten der Brennkraftmaschine und des Antriebsstranges mit Fahrzeugmasse mit vorgegebenen linearen Abbildungsfunktionen dargestellt wird.
  • Nachteilig ist, dass eine lineare Abbildungsfunktion verwendet wird. Auch mit diesem Verfahren kann die Dynamik eines komfortablen Fahrverhaltens nicht eingestellt und nachvollzogen werden. Das Gesamtsystem des Triebstranges mit seinem nichtlinearen Verhalten wird bei der Ansteuerung der Regelung nicht berücksichtigt.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Dämpfungseinrichtung und ein dazugehöriges Dämpfungsverfahren zur Unterdrückung von Torsionsschwingungen im Antriebsstrang von Kraftfahrzeugen zu schaffen, mit der/dem präziser und winkeldiskret auf entstehende Torsionsschwingungen reagiert werden kann und mit der/dem eine gewünschte Fahrdynamik entsprechend der Antriebsstrangcharakteristik und unter Vermeidung von Ruckelbewegungen des Fahrzeuges einstellbar ist.
  • Diese Aufgabe wird entsprechend der Dämpfungseinrichtung erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 und entsprechend des Dämpfungsverfahrens erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 6 gelöst.
  • Erfindungsgemäß besteht die modellbasierte prädiktive Regelung von Antriebsstrangschwingungen aus einem Regelkreis, der eine Erfassungseinrichtung, ein erstes und ein zweites Prädiktorglied sowie ein Gütefunktionalglied enthält. Mittels der Erfassungseinrichtung erfolgt eine Beobachtung der Zustände im Antriebsstrang und ggf. ein Schätzen der Parameter für ein Antriebsstrangmodell, das in der Erfassungseinrichtung und in dem ersten Prädiktorglied hinterlegt ist. Durch das erste Prädiktorglied wird ausgehend vom aktuellen Zustand x(k) mit Hilfe des Antriebsstrangmodells das zukünftige Verhalten x ^(k + N2) des Antriebsstrangs über einen einstellbaren Prädiktionshorizont N2 vorhergesagt. Als Eingangsgröße wird das aktuelle Fahrerwunschmoment UFahrerwunsch(k) benutzt. Parallel dazu wird in dem zwei ten Prädiktorglied mit Hilfe eines Referenzmodells ein der eingestellten Dynamik entsprechender Sollverlauf x ^ref(k + N2) über den Prädiktionshorizont N2 ermittelt. Der Fehler der beiden Prädiktionen wird mit Hilfe eines Gütefunktionalglieds in jedem Abtastschritt minimiert. Ergebnis der Minimierung des Gütefunktionalglieds ist ein Korrekturmoment, um welches der aktuelle Fahrerwunsch verändert wird.
  • Der Vorteil der erfindungsgemäßen Dämpfungseinrichtung und des dazugehörigen Dämpfungsverfahrens zur Unterdrückung von Torsionsschwingungen im Antriebsstrang von Kraftfahrzeugen besteht darin, dass durch den Einsatz eines nichtlinearen physikalischen Modells der Torsionsschwingungszustand genauer prädizierbar ist und somit viel präziser auf entstehende Schwingungen reagiert werden kann. Dadurch werden hohe Belastungen des Antriebsstranges und Ruckelbewegungen des Fahrzeuges vermieden. Außerdem ist der Ansatz für unterschiedliche Triebstrangkonfigurationen, auch mit mehreren Motoren (z. B. Hybridantriebe) oder reine Elektroantriebe, geeignet, da als Stellgröße das Kupplungs- bzw. Getriebeeingangsmoment verwendet wird. Bei Verwendung von Brennkraftmaschinen erfolgt eine winkeldiskrete Umsetzung der Ergebnisse, so dass das zeitvariable Modell exakt zu den benötigten Einspritzzeitpunkten einen Wert über die Schwingungsneigung berechnet. In dem Referenzmodell des zweiten Prädiktorglieds werden Schwankungskomponenten und dynamische Elemente mit berücksichtigt, so dass das Modell schwingfähig ist. Auf diese Weise sind verschiedene Fahrdynamiken einstellbar, so dass vom Fahrer ein komfortables oder sportliches Fahrverhalten vorgegeben werden kann. Zwischen diesen beiden Einstellungen sind beliebig feine Abstimmungen über einen Auswahlschalter frei wählbar. Somit kann der Fahrer auf das Lastwechsel-Verhalten seines Fahrzeuges direkt Einfluss nehmen.
  • Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass alle Informationen über die Torsionsschwingungen im Antriebsstrang über das jeweilige Modell beobachtet werden. Sensoren zur direkten Messung der Torsionsschwingungen im Antriebsstrang oder zur direkten Messung der Längsbeschleunigung des Fahrzeuges sind für die erfindungsgemäße Schwingungsdämpfung nicht erforderlich.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben, sie werden in der Beschreibung zusammen mit ihren Wirkungen erläutert.
  • Anhand von Zeichnungen wird die Erfindung nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. In den dazugehörigen Zeichnungen zeigen:
  • 1: eine schematische Darstellung eines Blockschaltbildes zur erfindungsgemäßen Dämpfung von Torsionsschwingungen im Antriebsstrang von Kraftfahrzeugen,
  • 2: eine schematische Darstellung der durch das Referenzmodell erzeugten Verläufe der Motordrehzahl am Beispiel eines positiven Lastschlages (Lastwechsels) und
  • 3: eine schematische Darstellung der durch das Referenzmodell erzeugten Verläufe der resultierenden Fahrzeug-Längsbeschleunigung am Beispiel eines positiven Lastschlages (Lastwechsels).
  • In der 1 ist das Schaltbild einer modellbasierten prädiktiven Regelung von Antriebsstrangschwingungen dargestellt. Die Erfindung wird erläutert am Beispiel eines Antriebsstranges einer Brennkraftmaschine. Als Antriebsmaschinen können auch Hybridantriebe oder Elektromaschinen eingesetzt werden. Die erfindungsgemäße Dämpfungseinrichtung zur Unterdrückung von Torsionsschwingungen in einem Antriebsstrang 1 einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine besteht aus einer Erfassungseinrichtung 2 zur Beobachtung der Zustände im Antriebsstrang 1 und zum Schätzen der variablen Parameter des Antriebsstrangmodells, wie z. B. die Fahrzeugmasse oder geschwindigkeitsabhängige Verluste, einem ersten Prädiktorglied 3 zur Ermittlung des zukünftigen Verhaltens x ^(k + N2) des Antriebsstranges 1, einem zweiten Prädiktorglied 4 zur Ermittlung eines Sollverlaufs x ^ref(k + N2) über den Prädiktionshorizont N2 und einem Gütefunktionalglied 5 zur Minimierung der Fehler aus dem ersten 3 und zweiten Prädiktorglied 4 und zur Ermittlung eines Korrekturmoments Δuopt(k), um welches das aktuelle Fahrerwunschmoment UFahrerwunsch(k) reduziert wird.
  • Im Fahrbetrieb wird durch den Fahrer durch Betätigung des Fahrpedals die vom Fahrer gewünschte Beschleunigung des Fahrzeuges eingestellt. Die vom Fahrer gewünschte Fahrzeugbeschleunigung wird im Antriebsstrang des Fahrzeuges durch das aktuelle Fahrerwunschmoment UFahrerwunsch(k) repräsentiert. Aufgrund von plötzlichen Last- oder Gangwechseln, treten im Antriebsstrang unerwünschte Schwingungen auf, die auch zu Ruckelbewegungen des Fahrzeuges führen. Mittels der Erfassungseinrichtung 2 der Dämpfungseinrichtung zur Unterdrückung von Torsionsschwingungen im Antriebsstrang 1 des Fahrzeuges werden mithilfe des Eingangs UMotor(k) die Zustände des Antriebsstranges 1 beobachtet. Die Erfassungseinrichtung 2 ist als ein erweitertes Kalman-Filter ausgebildet, mit der außerdem das Schätzen der Parameter für ein Antriebsstrangmodell erfolgt, das in der Erfassungseinrichtung 2 und in dem ersten Prädiktorglied 3 enthalten ist. Die Erfassungseinrichtung 2 könnte auch ein Standard-Kalman-Filter oder ein nichtlinearer Beobachter sein. Die Schätzung der Parameter kann auch beispielsweise mittels RLS-Schätzung (Recursive Least Squares) mittels der Methode der kleinsten Fehler-Quadrate erfolgen. Das Antriebsstrangmodell entspricht einem winkeldiskreten Zweimassen-Torsionsschwinger mit Antriebsstrang-Lose. Unter Einbeziehung von Losen in das Modell ist der Torsionsschwingungszustand des Antriebsstranges 1 genauer prädizierbar, wodurch die Dämpfungseinrichtung präziser auf entstehende Schwingungen reagieren kann. Durch die permanente Adaption von variablen Parametern erfolgt ein umfassendes Prädizieren des Schwingungsverhaltens des Antriebsstranges 1. Als variable Parameter gelten zum Beispiel die Fahrzeugmasse und die Verluste, die von äußeren Bedingungen abhängen, aber auch durch zusätzliche Verbraucher innerhalb des Fahrzeugs – wie z. B. der Klimaanlage – beeinflusst werden.
  • Im ersten Prädiktorglied 3 erfolgt mittels des Antriebsstrangmodells eine Prädiktion der zugeführten Daten. Ausgehend vom aktuellen Zustand x(k) des Antriebsstranges 1 und der aktuell ermittelten Parameter, wie beispielsweise der Fahrzeugmasse, wird mit Hilfe des Antriebsstrangmodells das zukünftige Verhalten x ^(k + N2) des Antriebsstrangs 1 über einen einstellbaren Prädiktionshorizont N2 vorhergesagt. Als Eingangsgröße wird das aktuelle Fahrerwunschmoment UFahrerwunsch(k) benutzt.
  • Parallel zum ersten Prädiktorglied 3 wird im zweiten Prädiktorglied 4 ebenfalls ausgehend von den ermittelten Parametern des aktuellen Zustands x(k) des Antriebsstranges 1 und dem aktuellen Fahrerwunschmoment UFahrerwunsch(k) mit Hilfe eines Referenzmodells ein der eingestellten Fahrdynamik entsprechender Sollverlauf x ^ref(k + N2) über den Prädiktionshorizont N2 ermittelt. Als Referenzmodell wird ein winkeldiskretes Zweimassen-Torsionsschwinger-Modell ohne Antriebsstrang-Lose verwendet. Zur Einstellung der gewünschten Dynamik wird der Dämpfungsfaktor im Referenzmodell, im Vergleich zum Antriebsstrangmodell, erhöht. Auf diese Weise lässt sich das Lehr'sche Dämpfungsmaß des Schwingungssystems verändern. Über die Art des Referenzmodells (Zwei-/Dreimassenschwinger, mit/ohne Lose, usw.) kann die Dynamik und deren Einstellbarkeit weiter variiert werden. Es ist aber auch denkbar, als Referenzmodell einen Zweimassen-Torsionsschwinger mit Aggregatdynamik einzusetzen.
  • In 2 sind drei Referenzverläufe der Motordrehzahl und in 3 der Fahrzeuglängsbeschleunigung am Beispiel eines positiven Lastschlags dargestellt. Das ungeregelte Verhalten wird durch ein Lehr'sches Dämpfungsmaß von D ≈ 0,2 wiedergegeben. In den Zeichnungen ist dieser Verlauf jeweils durch die Kurve I dargestellt. Ein nach Komfortkriterien optimierter Verlauf ergibt sich für ein Dämpfungsmaß von D ≈ 1, in den Zeichnungen ist dieser Verlauf mit III gekennzeichnet. Zur Erhöhung der Dynamik des Fahrverhaltens kann ein Wert zwischen diesen Grenzen gewählt werden. Mit der Kurve II ist der Verlauf für ein Dämpfungsmaß D = 0,5 dargestellt. Von dem Fahrer sind die verschiedenen Dynamiken einstellbar, so dass er jede beliebige Einstellung zwischen einem sehr komfortablen Fahrverhalten bei D = 1,0 und einem sportlichen Fahrverhalten bei D = 0,5 einstellen kann.
  • Es ist deutlich erkennbar, dass mittels des Lehr'schen Dämpfungsmaßes die Höhe des ersten Überschwingers eingestellt werden kann. Der niedrigste Überschwinger ergibt sich bei D = 1. Eine Verkleinerung des Dämpfungsmaßes führt, bis zu einer Grenze von D = 1 / 2√2 zu einer Vergrößerung des ersten Überschwingers, ohne dabei mit störenden Schwingungen nach diesem einherzugehen. Eine weitere Verringerung des Lehr'schen Dämpfungsmaßes erhöht zwar den ersten Überschwinger, erzeugt aber gleichzeitig weitere Schwingungen im Schwingungsintervall nach diesem. Derartig lässt sich die Fahrdynamikvorgabe mit Hilfe des Dämpfungsmaßes variieren.
  • Im Gütefunktionalglied 5 wird der Fehler der beiden Prädiktionen durch das erste 3 und das zweite Prädiktorglied 4 mit Hilfe eines Gütefunktionals in jedem Abtastschritt minimiert. Für lineare Systeme ist diese Optimierung analytisch lösbar. Ergebnis der Minimierung des Gütefunktionals ist ein Korrekturmoment Δuopt(k), um welches der aktuelle Fahrerwunsch UFahrerwunsch(k) verändert wird, damit die vorgegebene Wunschdynamik des Referenzmodells abgebildet wird.
  • Lineare Systeme lassen sich in diskreter Zustandsraumdarstellung schreiben zu xk+1 = Axk + BΔuk yk = Cxk + DΔuk
  • Ist der aktuelle Zustand x(k) des Antriebsstranges 1 sowie die Systembeschreibung, repräsentiert durch die Matrizen A, B, C und D, bekannt, lässt sich die Ausgangsgröße y ^ durch rekursives Einsetzen in die Ausgangsgleichung für jeden beliebigen zukünftigen Zeitpunkt j prädizieren. y ^k+j = Cxk+j + DΔuk+j = C(Axk+j-1 + BΔuk+j-1) + DΔuk+j = C(A(Axk+j-2 + BΔuk+j-2) + BΔuk+j-1) + DΔuk+j = ... .(1.1)
  • In Matrizenschreibweise gelingt eine übersichtlichere Darstellung der prädizierten Ausgangsgröße yk+j = [CAj]xk + [CAjB CAj-1B ... CAB CB D]Δu (1.2)wobei Δu aus den Elementen Δu = [Δuk Δuk+1 ... Δuk+j]T besteht. Für die Berechnung des gesamten Prädiktionshorizontes lässt sich die Ausgangsgröße zusammenfassen zu y ^ = Fxk + HΔu (1.3)mit
    Figure 00090001
  • Im Folgenden kann nun die Kostenfunktion für den Fall eines linearen Prozesses berechnet werden. Das Gütefunktional wichtet dabei die Differenz aus zukünftiger Regelgröße y ^ und den zukünftigen Werten eines vorgegebenen Referenzverlaufs w, wobei y ^ der prädizierten Ausgangsgröße x ^(k + N2) und w dem Referenzverlauf x ^ref(k + N2) entspricht und Γ eine Wichtungsmatrix darstellt. Jk = (y ^ – w)TΓ(y ^ – w) + ΔuΛΔu. (1.4)
  • Aus der Ausgangsgleichung in Matrizenform (1.3) lässt sich die zu minimierende Differenz aus prädizierter Ausgangsgröße y ^ und Referenzverlauf w schreiben als y ^ – w = Fxk + HΔu – w (1.5)
  • Der Term
    Figure 00090002
    wird nicht von der Eingangsgröße beeinflusst. Er stellt die sogenannte „Freie Regelgröße” dar. Dieser Anteil der prädizierten Ausgangsgröße beschreibt die homogene Lösung der Differentialgleichung. Durch ihn werden die Eigenbewegungen des Systems wiedergegeben. Ein Zusammenfassen der freien Regelgröße und des Referenzverlaufs zu einem Fehler ek = w –
    Figure 00090003
    vereinfacht Gleichung (1.5) zu y ^ – w = HΔu – ek (1.6)
  • Das zu minimierende Gütefunktional lässt sich demnach schreiben als Jk = (HΔu – ek)TΓ(HΔu – ek) + ΔuΛΔu (1.7)
  • Unter Anwendung der Matrixrechenregel (abc)T = cTbTaT errechnet sich die Kostenfunktion in gewünschter Form, nur von der Stellgröße Δu abhängend Jk = 12 ΔuTHKFΔu – ΔuGKF + ekΓek (1.8)mit HKF = 2(HTΓH + Λ), GKF = HT(Γ + ΓT)ek (1.9)
  • Zur Minimierung der Kostenfunktion ist die Ableitung des Gütefunktionals bezüglich der gesuchten optimalen Stellgrößenfolge zu Null zu setzen
    Figure 00100001
  • Der Term ekΓek aus Gleichung (1.8) enffällt durch das Ableiten, da er nicht von der zu optimierenden Stellgröße Δu abhängig ist. Die optimale Stellgrößenfolge ergibt sich somit aus Δuopt = HKF –1GKF (1.11)
  • Werden die Beziehungen aus Gleichung (1.9) in (1.11) eingesetzt und vorausgesetzt, dass die Wichtungsmatrix Γ symmetrischen Charakter hat, d. h. Γ = ΓT gilt, berechnet sich die optimale Stellgrößenfolge aus den Matrizenmultiplikationen Δuopt = 12 (HTΓH + Λ)–1HT(Γ + ΓT)ek = (HTΓH + Λ)–1HTΓek = Roptek (1.12)
    • 1
    Antriebsstrang
    2
    Erfassungseinrichtung
    3
    erstes Prädiktorglied
    4
    zweites Prädiktorglied
    5
    Gütefunktionalglied
    I
    Referenzverlauf der Schwingungen bei einem Dämpfungsmaß D = 0,2
    II
    Referenzverlauf der Schwingungen bei einem Dämpfungsmaß D = 0,5
    III
    Referenzverlauf der Schwingungen bei einem Dämpfungsmaß D = 1,0
    x(k)
    Parameter des aktuellen Zustands des Antriebsstranges
    UFahrerwunsch(k)
    Fahrerwunschmoment
    UMotor(k)
    Eingangszustände des Antriebsstrangs
    x ^(k + N2)
    zukünftiges Verhalten des Antriebsstranges
    x ^ref(k + N2)
    Sollverlauf
    Δuopt(k)
    Korrekturmoment
    N2
    Prädiktionshorizont
    y ^
    prädizierte Ausgangsgröße
    w
    Referenzverlauf
    Jk
    Kostenfunktion
    T
    Wichtungsmatrix
    Ropt
    Verstärkungsfaktor
    Fxk
    freie Regelgröße
    ek
    Fehler aus Referenzverlauf und freier Regelgröße
    H
    Matrix
    j
    zukünftiger Zeitpunkt
    D
    Dämpfungsfaktor

Claims (15)

  1. Dämpfungseinrichtung zur Unterdrückung von Torsionsschwingungen im Antriebsstrang (1) von Kraftfahrzeugen, mit einer ein Antriebsstrangmodell enthaltenden Erfassungseinrichtung (2) zur Beobachtung der Zustände im Antriebsstrang (1) aufgrund von Lastwechseln und zum Schätzen der Parameter für ein Antriebsstrangmodell, einem ersten, das Antriebsstrangmodell der Erfassungseinrichtung (2) enthaltenden Prädiktorglied (3), mit dem aus den ermittelten Parametern, dem aktuellen Zustand (x(k)) des Antriebsstranges (1) und dem Fahrerwunschmoment (UFahrerwunsch(k)) das zukünftige Verhalten (x ^(k + N2)) des Antriebsstranges (1) über einen einstellbaren Prädiktionshorizont (N2) ermittelt wird, einem zweiten, ein Referenzmodell enthaltenden Prädiktorglied (4), mit dem aus den ermittelten Parametern, dem aktuellen Zustand (x(k)) des Antriebsstranges (1) und dem Fahrerwunschmoment (UFahrerwunsch(k)) ein der eingestellten Dynamik entsprechender Sollverlauf (x ^ref(k + N2)) über den Prädiktionshorizont (N2) ermittelt wird und einem Gütefunktionalglied (5), mit dem die Fehler der Ergebnisse des ersten Prädiktorglieds (3) und des zweiten Prädiktorglieds (4) in jedem Abtastschritt minimiert werden und aus dem korrigierten Ergebnis ein Korrekturmoment (Δuopt(k)) ermittelt wird, um welches das aktuelle Fahrerwunschmoment (UFahrerwunsch(k)) reduziert wird.
  2. Dämpfungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungseinrichtung (2) ein erweiterter Kalman-Filter, ein Standard-Kalman-Filter oder ein nichtlinearer Beobachter ist.
  3. Dämpfungseinrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das in der Erfassungseinrichtung (2) und in dem ersten Prädiktorglied (3) enthaltene Antriebsstrangmodell ein winkeldiskretes Zweimassen-Torsionsschwinger-Modell mit Antriebsstrang-Lose ist.
  4. Dämpfungseinrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das in dem zweiten Prädiktorglied (4) enthaltene Referenzmodell ein winkeldiskretes Zweimassen-Torsionsschwinger-Modell ohne Antriebsstrang-Lose ist.
  5. Dämpfungseinrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Einstellung der gewünschten Fahrdynamik im zweiten Prädiktorglied (4) ein Dämpfungsfaktor (D) stufenlos im Referenzmodell einstellbar ist.
  6. Dämpfungsverfahren zur Unterdrückung von Torsionsschwingungen im Antriebsstrang (1) von Kraftfahrzeugen, das folgende Schritte aufweist: Erfassen der Eingangszustände (UMotor(k)) des Antriebsstrangs (1) mittels einer Erfassungseinrichtung (2) und Schätzen des aktuellen Zustands (x(k)) des Antriebsstranges (1) für ein in der Erfassungseinrichtung (2) und in einem ersten Prädiktorglied (3) hinterlegtes Antriebsstrangmodell, Ermitteln des zukünftigen Verhaltens (x ^(k + N2)) des Antriebsstranges (1) über einen einstellbaren Prädiktionshorizont (N2) aus den ermittelten Parametern, dem aktuellen Zustand (x(k)) des Antriebsstranges (1) und dem Fahrerwunschmoment (UFahrerwunsch(k)) mittels eines im ersten Prädiktorglied (3) abgelegten Antriebsstrangmodells, Ermitteln eines Sollverlaufs (x ^ref(k + N2)) über den Prädiktionshorizont (N2) bei einer eingestellten Dynamik aus dem aktuellen Zustand (x(k)) des Antriebsstranges (1) und den Parametern sowie dem Fahrerwunschmoment (UFahrerwunsch(k)) mittels eines im zweiten Prädiktorglied (4) abgelegten Referenzmodells und Minimieren der in jedem Abtastschritt des ersten Prädiktorglieds (3) und des zweiten Prädiktorglieds (4) auftretenden Fehler mittels eines Gütefunktionalglieds (5) und Ermitteln eines Korrekturmoments (Δuopt(k)) aus den korrigierten Ergeb nissen, um welches das aktuelle Fahrerwunschmoment (UFahrerwunsch(k)) reduziert wird.
  7. Dämpfungsverfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Zustände (x(k)) des Antriebsstrangs (1) mittels eines erweiterten Kalman-Filters, eines Standard-Kalman-Filters oder eines nichtlinearen Beobachters erfasst werden.
  8. Dämpfungsverfahren nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass die permanente Adaption der mittels Erfassungseinrichtung (2) erfassten variablen Parameter und die Prädiktion der erfassten Parameter im ersten Prädiktorglied (3) mittels eines winkeldiskreten Zweimassen-Torsionsschwinger-Modells mit Antriebsstrang-Lose erfolgt.
  9. Dämpfungsverfahren nach Anspruch 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Prädiktion der erfassten Parameter im zweiten Prädiktorglied (4) mittels eines winkeldiskreten Zweimassen-Torsionsschwinger-Modells ohne Antriebsstrang-Lose erfolgt.
  10. Dämpfungsverfahren nach Anspruch 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Referenzmodell des zweiten Prädiktorglieds (4) der Dämpfungsfaktor (D) zur Einstellung der gewünschten Fahrdynamik größer ist als im Antriebsstrangmodell der Erfassungseinrichtung (2).
  11. Dämpfungsverfahren nach Anspruch 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Dämpfungsfaktor (D) variabel, vorzugsweise im Bereich zwischen 0,2 und 1,0, einstellbar ist.
  12. Dämpfungsverfahren nach Anspruch 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass Modelleingangsgrößen und Stellgrößen jeweils Kupplungs- bzw. Getriebeeingangsmomente sind.
  13. Dämpfungsverfahren nach Anspruch 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Gütefunktionalglied (5) die Minimierung der Fehler nach folgender Formel erfolgt Jk = (y ^ – w)TΓ(y ^ – w)+ΔuΛΔuwobei y ^ der prädizierten Ausgangsgröße x ^(k + N2), w dem Referenzverlauf x ^ref(k + N2) und Δu der Änderung des Fahrerwunschmoments entspricht und Γ sowie Λ Wichtungsmatrizen darstellen.
  14. Dämpfungsverfahren nach Anspruch 6 bis 13 dadurch gekennzeichnet, dass die resultierende Stellgröße, das Kupplungs- bzw. Getriebeeingangsmoment, von mehreren Aktoren realisiert wird.
  15. Dämpfungsverfahren nach Anspruch 6 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die optimale Stellgröße gemäß Δuopt = (HTΓH + Λ)–1HTΓek errechnet wird, wobei die Matrix H aus Systemparametern besteht, die Matrizen Γ und Λ Wichtungsmatrizen sind und der Vektor ek die aktuell prädizierten Fehler der Systemzustände aus Antriebsstrang- und Referenzmodell beinhaltet.
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