DE102008063750A1 - Antriebsstrang - Google Patents

Abstract

Antriebsstrang insbesondere für ein Kraftfahrzeug mit einer mittels eines Steuergeräts gesteuerten Antriebseinheit mit einer Antriebswelle und einem mit dieser in Wirkverbindung stehenden und von dieser angetriebenen Element, wobei aus zumindest einem Zustandswert des angetriebenen Elementes ein Motormoment rekonstruiert und mittels des rekonstruierten Moments Zylinderungleichförmigkeiten im Schubbetrieb des Kraftfahrzeuges kompensiert werden.

Description

• Die Erfindung betrifft einen Antriebsstrang und ein Verfahren zum Betreiben desselben insbesondere für ein Kraftfahrzeug mit einer mittels eines Steuergeräts gesteuerten Brennkraftmaschine mit einer Kurbelwelle und einem mit dieser in Wirkverbindung stehenden und von dieser angetriebenem Antrieb.
• Bekannt sind Anordnungen in einem Antriebsstrang, bei denen eine Brennkraftmaschine mittels eines Motormanagementsystems gesteuert wird. Beispielsweise wird der Zündzeitpunkt, die Befeuerung einzelner Zylinder durch Einspritzzeitpunkt und Einspritzmenge geregelt. Zur Charakterisierung des Motorzustands wird dabei in der Regel ein vom Fahrer über den Lasthebel vorgegebenes Wunschmoment unter Zuhilfenahme eines Motorkennfeldes in Abhängigkeit von der Motordrehzahl, die mittels eines Anlasserzahnkranzes oder Zündmarkierungen von einem Sensor erfasst wird, das Sollmoment der Brennkraftmaschine bestimmt.
• Sind an der Kurbelwelle angetriebene Elemente, wie beispielsweise Nebenaggregate, Kupplungs- und/oder Getriebebauteile wie beispielsweise Zweimassenschwungräder angebracht, die zeitlich abhängig dynamische Rückmomente in die Kurbelwelle einleiten, hat dies wegen einer kurzzeitigen Fehlbestimmung der Drehzahl aufgrund dieser hochdynamischen Einleitung von kurzzeitigen Momentenänderungen an der Kurbelwelle eine fehlerhafte Interpretation des aktuell anliegenden Motormoments zur Folge, so dass im Weiteren das Motormanagementsystem die Brennkraftmaschine falsch steuert. Dies kann beispielsweise zu Übermomenten an angetriebenen Elementen und damit zu einer Überbeanspruchung mit vorzeitigem Ausfall dieser, zu Komforteinbußen und einem erhöhten Treibstoffverbrauch führen. Derartige Überlegungen betreffen auch Antriebsstränge, die sich im Schubbetrieb befinden.
• Im Schubbetrieb wird die Kraftstoffzufuhr abgeschaltet, wodurch das Gasmoment vernachlässigbar ist und sich das Schleppmoment der Brennkraftmaschine aus Reibmomenten, Massenmomenten und den Kompressions- und Expansionsmomenten der einzelnen Zylinder zusammensetzt. Bei einem ungleichmäßigen Verhalten der einzelnen Zylinder untereinander, beispielsweise durch bauraum- oder bauartbedingte Unterschiede, Undichtigkeiten der Ein- und Auslassventile und dergleichen, können unerwünschte Schwingungen den nachfolgenden Antriebsstrang, beispielsweise ein Zweimassenschwungrad, anregen, die erhöhten Verschleiß und einen unkomfortablen Betrieb des Antriebsstrangs zur Folge haben können. Werden derartige Schwingungen beispielsweise mittels einer Zylinderausgleichsregelung oder einer Laufruheregelung erfasst, die aufgrund von über große Kurbelwellenwinkel, beispielsweise 360° bis 720°, erfassten und gemittelten Drehzahländerungen gewonnen werden, ist keine zylinderselektive Erfassung der Schwingungen möglich.
• Aufgabe ist daher, einen Antriebsstrang und ein hierzu gehöriges Verfahren zum Betrieb eines solchen vorzuschlagen, die in Schubphasen des Kraftfahrzeugs gegebenenfalls auftretende Schwingungen dämpfen und variierende Lastmomente der Zylinder einzeln ausgleichen.
• Die Aufgabe wird durch einen Antriebsstrang mit einer mittels eines Steuergeräts gesteuerten Brennkraftmaschine gelöst, wobei das Moment der einzelnen Zylinder rekonstruiert und Abweichungen von einem vorgegebenen Wert kompensiert werden.
• Unter einem Steuergerät ist dabei eine Recheneinheit mit einem Mikroprozessor und einem Speicher zu verstehen, wobei in der Recheneinheit die notwendigen Schritte zur Steuerung der Antriebseinheit ausgeführt werden und in einer entsprechenden Eingabeeinheit entsprechende Sensorsignale zur Charakterisierung des Fahrerwunschmoments und weitere Eingabegrößen aufgenommen und unter Zuhilfenahme der beispielsweise in einem Motorkennfeld gespeicherten Motordaten berechnet und in einer Ausgabeeinheit an die betroffenen Einheiten, wie zum Beispiel in Abhängigkeit vom Ausgangssignal betätigte Einspritzdüsen oder Einspritzpumpen, ausgegeben wird. Weitere Parameter, wie zum Beispiel die Motordrehzahl oder weitere auf dem CAN-Bus vorliegende Daten, werden üblicherweise zur Steuerung der Brennkraftmaschine ebenfalls eingelesen. Üblicherweise ist dieses Steuergerät mit weiteren Steuergeräten, beispielsweise zur Steuerung der Bremsen, einer gegebenenfalls vorhandenen automatisierten Kupplung oder einem Steuergerät zur Steuerung eines gegebenenfalls vorhandenen automatisierten Getriebes oder weiteren Steuergeräten, verbunden. Es kann auch vorteilhaft sein, mehrere Steuereinheiten zur Optimierung des Bauraums und/oder der elektrischen Komponenten oder Rechenleistung der Steuergeräte zu einem oder die Anzahl der Gesamtzahl der Steuergeräte verminderten Anzahl miteinander zu kombinieren und abzustimmen.
• Erfindungsgemäß wird in das Steuergerät zur Steuerung der Antriebseinheit zumindest eine Zustandsgröße eines angetriebenen Elements, beispielsweise die charakteristischen Daten eines Zweimassenschwungrads wie Verdrehwinkel, Drehzahlen des Ein- und Ausgangsteils, eingelesen und gegebenenfalls gespeichert. Die Zustandsgröße wird dann in den Algorithmen zur Steuerung der Brennkraftmaschine verwendet, so dass unter Verwendung dieser zumindest einen Zustandsgröße ein an das angetriebene Element angepasstes Verhalten der Brennkraftmaschine erzielt wird. Beispielsweise kann durch die zumindest eine Zustandsgröße die Kompensation eines sich störend auf die Brennkraftmaschine auswirkenden Ereignisses wie eine Resonanz oder ein Impact eines Zweimassenschwungrads zumindest teilweise erfolgen.
• Unter einer Brennkraftmaschine im Sinne dieser Erfindung ist ein Aggregat zu verstehen, das einer Steuerung von außen bedarf und eine Antriebswelle aufweist, deren Drehzahl in Abhängigkeit von einem Fahrerwunsch variiert werden kann. Vorzugsweise kann in diesem Sinne eine Hubkolbenmaschine mit einer Kurbelwelle sowie auch eine Drehkolbenmaschine mit einer entsprechend ausgestalteten Antriebswelle eine Brennkraftmaschine sein. In weiterem Sinne trifft die erfinderische Ausgestaltung auf einen Elektromotor mit einer Antriebswelle zu, der durch ein angetriebenes Element gestört und deshalb mittels der Zustandsgröße nachgeregelt werden muss.
• Unter dem angetriebenen Antrieb werden Bauteile des Antriebsstrangs verstanden, die von der Antriebswelle ein Drehmoment empfangen oder beispielsweise während des Schubbetriebs Drehmoment an die Brennkraftmaschine abgeben. Erfindungsgemäß kann dies ein Zweimassenschwungrad sein, das einerseits mit einer Masse drehfest mit der Antriebswelle verbunden ist und damit inelastisch ein Drehmoment aufnehmen kann und andererseits über eine elastisch angekoppelte Sekundärmasse verfügt, die insbesondere im dynamischen Betriebszustand ein Drehmoment auf die Antriebswelle übertragen und damit zu einer Störung der Steuerung der Antriebseinheit führen kann. Weiterhin können derartige Bauteile durch andere Elemente im Antriebsstrang gebildet sein, beispielsweise Drehmomentwandler, Getriebebauteile wie zum Beispiel Wellen oder Zahnräder oder hybridische Elektromaschinen.
• Angetriebene Bauelemente des Antriebsstrangs können auch weitere Bestandteile im Antriebsstrang in Verbindung mit der Fahrzeugkarosserie oder Antriebsräder sein, die unter gegebenen Umständen zu Rückmomenten in der Kurbelwelle und damit zur Störung der Steuerung der Brennkraftmaschine führen. Beispielsweise kann bereits eine unterschiedliche Haftung der Räder auf einer Fahrbahn zu Rückmomenten führen. Auf derartige Prozesse anwendbare Zustandsgrößen können ermittelt und ebenfalls zur Kompensation von Störungen im Steuergerät verarbeitet werden.
• Weiterhin können angetriebene Bauteile durch Nebenaggregate wie zum Beispiel Kraftstoffpumpen, Stromgeneratoren, Klimakompressoren und dergleichen oder Riementriebe, Nockenwellen, Verstelleinrichtungen und Ventiltriebe und dergleichen gebildet sein.
• Besonders vorteilhaft kann es sein, wenn beim Vorliegen mehrerer Zustandsgrößen diese in einem so genannten Zustandsraum zusammengefasst werden. Dabei ist unter einem Zustandsraum eine Anzahl von Zustandsgrößen zu verstehen, die jeweils von der Zeit abhängig sind und ein Übertragungssystem charakterisieren. Mit Hilfe dieser Zustandsgrößen können die zur Steuerung des Übertragungssystems notwendigen Ausgangsgrößen in Abhängigkeit von ebenfalls zeitabhängigen Eingangsgrößen in der Annahme von bekannten Anfangswerten ermittelt beziehungsweise errechnet werden.
• Physikalisch betrachtet beschreiben dabei die Zustandsgrößen den Energieinhalt eines Systems, so dass neben den Gleichungen für die Abhängigkeit der Ausgangsgrößen von den Zustandsgrößen, den Eingangsgrößen und den Anfangswerten für die Anzahl der Zustandsgrößen entsprechend viele Differenzialgleichungen gebildet werden können, die das dynamische Verhalten der Zustandsgrößen wiedergeben.
• Vektoriell betrachtet können aus diesen beiden Gleichungssystemen im Falle der Linearität und Zeitinvarianz des Systems die Gleichungen als Matrizensysteme betrachtet werden, dessen einzelne Koeffizienten in den Elementen von Matrizen dargestellt und gerechnet werden können. Zur näheren Erläuterung der Behandlung von Zustandsraummodellen in der Mess- und Regeltechnik wird auf „Otto Föllinger, Regelungstechnik-Einführung in die Methoden und ihre Anwendung, 8.Auflage" verwiesen.
• Mit Hilfe der auf diese Weise im Zustandsraum erstellten abhängigen Daten aus Zustands-, Eingangs-, und Ausgangsgrößen kann ein Zustandsraummodell entwickelt werden, das anhand von Modelldaten und/oder empirisch gewonnenen Daten des angetriebenen Bauteils identifiziert und validiert wird. Stimmen Zustandsraummodell und diese Daten überein, kann eine zeitnahe Kompensation des Motormomentes der Antriebseinheit, das durch den Einfluss des angetriebenen Elements gestört wird, zumindest teilweise erzielt werden.
• Vorteilhafterweise werden als Eingangsgrößen Daten verwendet, die leicht messbar sind. Während das Messen von Momenten zur Momentenkorrektur der Antriebseinheit vergleichsweise kompliziert ist, hat sich herausgestellt, dass eine Verwendung von Drehzahlen besonders vorteilhaft sein kann. So können durch Inversion des Zustandsraummodelles aus Drehzahlen Ausgangsgrößen in der Dimension eines Momentes gewonnen werden. In vorteilhafter Weise werden zusätzlich Modelldaten der Antriebseinheit während der Identifikation des angetriebenen Elements aufgenommen, so dass als Ausgangsgrößen direkt das indizierte Motormoment gewonnen werden kann. Das indizierte Motormoment kann auf diese Weise einer – wie oben anhand von typischen Anwendungsbeispielen erläuterten – großen Anzahl von Anwendungen einerseits im Betrieb eines Fahrzeugs mit einer Antriebseinheit als auch zur Diagnose des Motor- und/oder Antriebsstrangverhaltens eingesetzt werden.
• Als besonders vorteilhaft hat sich die Anwendung des vorgeschlagenen Verfahrens für einen Antriebsstrang mit einer Antriebseinheit wie beispielsweise einer Brennkraftmaschine mit einer Kurbelwelle und einem darauf montierten Zweimassenschwungrad mit einem Primärteil, das auf der Kurbelwelle aufgenommen ist und einem Sekundärteil, wobei die beiden Teile aufeinander gelagert und entgegen der Kraft einer Federeinrichtung gegeneinander begrenzt und bezüglich der von der Kurbelwelle vorgegebenen Drehzahl relativ zueinander verdrehbar sind. Das Sekundärteil weist in der Regel eine Reibungskupplung auf, mittels derer das Sekundärteil und damit die Antriebseinheit an das in Wirkrichtung nachgeordnete Getriebe koppelbar ist. Es versteht sich, dass auch geänderte Ausführungsformen, bei denen eine elektrische Maschine parallel oder seriell zwischengeschaltet ist, sowie alle Formen von Nebenabtrieben von der Erfindung erfasst werden. Das Zweimassenschwungrad dient zur Schwingungsisolation der durch den Verbrennungsprozess einer Brennkraftmaschine generierten Oszillationen. In bestimmten Betriebszuständen, insbesondere bei einer Entspannung der komprimierten Federeinrichtung, kann das Zweimassenschwungrad Rückmomente auf die Brennkraftmaschine einzuleiten. Die Motordrehzahl wird von den Rückmomenten des Zweimassenschwungrads beeinflusst. Diese Rückmomente werden von konventionellen Motormanagementsystemen nicht berücksichtigt, was zu Fehlern in der Regelung führen kann. Die Drehzahländerungen der Brennkraftmaschine werden dabei zwar erkannt, allerdings wird als Ursache fälschlicherweise das Moment der Brennkraftmaschine angenommen, worauf die Steuerung der Brennkraftmaschine entsprechend falsch reagiert.
• Das Zweimassenschwungrad kann als Federeinrichtung Bogenfedern und/oder kurze Spiralfedern zur Bildung einer oder mehrerer Dämpferstufen aufweisen, wobei die Federn auch mittels weiterer Kraftspeicher wie Gummielementen kombinierbar und auf unterschiedlichen Durchmessern angeordnet werden können.
• Der Federeinrichtung kann eine Hystereseeinrichtung überlagert sein, die in Verbindung mit der Federeinrichtung zur Dämpfung beiträgt. Die Hystereseeinrichtung kann durch zwei oder mehrere, in nassem oder trockenem Reibkontakt zueinander stehenden Reibpartnern gebildet sein, die aus axial oder radial zueinander liegenden, vorteilhafterweise vorgespannten Reibflächen gebildet sein können. Vorteilhafterweise kann ein fliehkraftabhängiger Reibkontakt während einer Relativverdrehung der beiden Teile, die jeweils eine vorgebbare Masse mit einem sich bei Drehung bildenden Trägheitsmoment aufweisen, dadurch erzeugt werden, dass sich über einen Umfang erstreckenden Federn, beispielsweise Bogenfedern, von einem Teil, beispielsweise dem Sekundärteil mitgenommen und an deren Außenradius unter Fliehkraft gegen eine radiale Abstützung des anderen Teils, beispielsweise dem Primärteil, angepresst werden und damit bei einer Relativverdrehung der beiden Teile eine fliehkraftabhängige Hysteresekraft ausbilden, unter der die beiden Teile erschwert gegeneinander verdrehbar sind. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsbeispiele von Reibeinrichtungen können beispielsweise gegeneinander axiale verspannte Reibpartner sein, von denen der eine primärseitig und der andere sekundärseitig drehfest oder mit Verdrehspiel angeordnet ist. Schwingungstechnisch wirkt das Zweimassenschwungrad als Tiefpassfilter zwischen Kurbelwelle und Getriebeeingangswelle mit einer typischen Abschwächung der Oszillationsampitude verbunden mit einer Phasenverschiebung der Schwingungsfrequenz.
• Wie oben bereits erwähnt muss bei einer Umformung des Zustandsraumes in ein Vektorgleichungssystem ein lineares Gleichungssystem vorliegen. In der Regel sind Differentialgleichungen von Systemmodellen, wie beispielsweise ein Zweimassenschwungrad, nicht linear. Besitzt jedoch die Regelstrecke ein näherungsweises lineares Verhalten in einem bestimmten Arbeitsbereich, lassen sich die Differentialgleichungen oftmals für diesen, ausreichend klein gewählten Arbeitsbereich linearisieren. Daraus können dann lineare Zustandsdifferentialgleichungen und Ausgangswertgleichungen aufgestellt werden. Das Verhalten von Zweimassenschwungrädern, insbesondere aufgrund der Bogenfedercharakteristik mit drehzahlabhängiger Hysterese, vorgespannten Federn und Freiwinkel der Hystereseeinrichtungen, kann nichtlinear sein. Erfindungsgemäß wird daher das Zweimassenschwungrad linearisiert, indem das Verhalten des Zweimassenschwungrades mittels physikalischer Zusammenhänge funktional dargestellt und anschließend an den zu verwendenden Arbeitspunkten differenziert wird. Besonders vorteilhaft kann eine weitere Methode der Linearisierung sein, mittels derer ein angenähertes lineares Modell zugrunde gelegt wird und ein Gültigkeitsbereich festgelegt wird, in dem ein auftretender Fehler eine vorgegebene Schranke nicht überschreitet. Die Auswahl eines solchen Modells kann stückspezifisch sein. Beispielsweise können im Extremfall Modelle als „Black-Box-Modelle" ausgestaltet sein, die das Ein- und Ausgangsverhalten sehr gut approximieren und kein physikalisches Vorwissen bezüglich der kinematischen Vorgänge erfordern. Im anderen Extrem kann die Modellierung eines Zustandsraums derart erfolgen, dass die Kinematik des Systems exakt beschreibende Gleichungen verwendet werden (White-Box-Modell). Die anschließende Identifizierung liefert dann unabhängig vom gewählten Modell die gewünschte Kompensation, indem die Variablen des Zustandsraums so gewählt werden, dass eine optimierte Übereinstimmung zwischen mit den empirisch oder modellgestützten Daten eines Zweimassenschwungrades und den Ein- und Ausgangsgrößen des Zustandsraummodells erzielt wird.
• In einem besonders vorteilhaften Ausgestaltungsbeispiel kann ein vereinfachtes Modell für ein Zweimassenschwungrad verwendet werden, das ein zwischen zwei Massen, nämlich einer mit der Antriebswelle verbundene Primärmasse und einer mit dem Abtrieb verbundenen Sekundärmasse, wirksames lineares Feder-/Dämpferelement beinhaltet. Die Zustandsgrößen dieses linearen Modells stimmen hierbei mit den nichtlinearen Zustandsgrößen in ausreichender Weise überein. Es versteht sich, dass die Wahl des Modells abhängig von der Art des Zweimassenschwungrades ist und dass abhängig von der Ausgestaltung des Zweimassenschwungrades – und im weiterem Sinne auch für jedes angetriebene Element – die entsprechenden Modelle (Black-Box-Modelle, Grey-Box-Modelle, White-Box-Modelle) in vorteilhafter Weise optimiert werden können.
• Für das vereinfachte Modell ergeben sich beispielsweise folgende Zusammenhänge: Jpri·ω .pri = Mpri – c·(αpri – αsek) – d·(ωpri – ωsek) (1)und Jsek·ω .sek = –Msek + c·(αpri – αsek) + d·(ωpri – ωsek) (2).
• Dabei bezeichnen J_pri und J_sek die Trägheitsmomente der primären beziehungsweise sekundären Schwungmasse, M_pri und M_sek die primäre beziehungsweise sekundäre Masse des Zweimassenschwungrades, c die Steifigkeit der zwischen den beiden Massen wirksamen Federelemente und d die Torsionsdämpfung der zwischen den beiden Massen wirksamen Dämpfungselemente, α_pri und α_sek die Absolutwinkel der primären beziehungsweise sekundären Masse gegenüber der Kurbelwelle sowie deren nach der Zeit abgeleiteten Größen der Winkelgeschwindigkeiten ω_pri und ω_sek sowie der Winkelbeschleunigungen ω ._pri und ω ._sek.
• Werden der relative Winkel zwischen Primär- und Sekundärseite sowie die Drehgeschwindigkeiten beider Schwungmassen als Zustandsgrößen definiert, ergibt sich folgender Zustandsvektor:

  
• Aus Gleichung (1) und Gleichung (3) ergibt sich folgende Zustandsraumdarstellung:

  
• Der erfinderische Gedanke – betreffend dieses Ausgestaltungsbeispiel – sieht lediglich eine Auswertung anhand der Signale der Geschwindigkeiten ω_pri und ω_sek vor, so dass der Ausgangsvektor y folgende Gestalt erhält:

  
• Es versteht sich, dass im Falle weiterer Messgrößen wie zum Beispiel der Erfassung von Beschleunigungen, Winkel, und Drehmomenten der Ausgangsvektor andere Gestalt annehmen kann.
• Ist ein wie beispielsweise oben gezeigter Zustandsraum erstellt, erfolgt die Identifizierung für das zu kompensierende angetriebene Element, beispielsweise einem Zweimassenschwungrad. Erfindungsgemäß wird hierzu eine Auswahl physikalischer Eingangsgrößen ermittelt, die zur Bestimmung der geschätzten Ausgangsgrößen hinreichend sind. Es hat sich erwiesen, dass eine Auswahl irrelevanter und redundanter Daten zu unnötig komplexen Berechnungen führt und das Fehlen relevanter Eingangsgrößen zu einem Mangel an Eindeutigkeit der Ausgangsgrößen führen kann.
• Vorteilhaft kann beispielsweise sein, wenn aus einer Modellrechnung und/oder aus empirischen Versuchen vorliegende Daten einem Ausreißertest, beispielsweise einem Medianfilter, unterzogen werden. Weiterhin kann es vorteilhaft sein, die Eingangsgrößen zu filtern beispielsweise mittels eines Butterworth-Tiefpassfilters. Bei derartigen frequenzselektiven Filtern wird eine Grenzfrequenz vorgegeben, bis zu der Signale nahezu unverändert durchgelassen werden. Höherfrequente Signalanteile werden stark gedämpft. Es versteht sich, dass angepasst an ein auftretendes Rauschen in den Eingangsgrößen zusätzlich oder alternativ weitere vorteilhafte Filter eingesetzt werden können.
• Zur weiteren Identifizierung eines angetriebenen Elements, wie hier des Zweimassenschwungrades, muss die Ordnung des linearen Zustandsraummodells festgelegt werden. Vorteilhafterweise hat sich für das elementare Zweimassenschwungrad die Ordnung n = 3, wobei sich die Ordnungszahl aus der Anzahl der Zustandsgrößen ergibt, bewährt, mittels derer ein ideales Feder-/Dämpferelement beschrieben werden kann. Die Festlegung der Ordnung muss in der Regel für jedes angetriebene Element und dem zu Grunde liegenden Modell separat erfolgen.
• Nach der Ermittlung der Systemordnung muss das gewöhnlicherweise zeitkontinuierliche System in ein äquivalentes zeitdiskretes System umgewandelt werden. Das heißt, am Beispiel des Zweimassenschwungrades liegt auf Grund der eingegebenen Daten eine Zustandsraumdarstellung vor, die anschließend in ein zeitdiskretes Zustandsraummodell überführt werden muss. Hierzu kann vorteilhafter Weise eine numerische Auswertung der allgemeinen Lösungen der Zustandsdifferenzialgleichung erfolgen oder eine numerische Integration der Zustandsdifferenzialgleichung mittels numerischer Integrationsverfahren. Zur Bestimmung des diskretisierten Modells und deren Größen kann anschließend ein so genannter Least-Square-Schätzer angewendet werden, bei dem aus einer Anzahl von n Messungen die Abstände zwischen den Ausgangsgrößen eingestellt, vorzugsweise minimiert werden. Die Durchführung der Routine führt anschließend zu den in der Gleichung (4) definierten Parametern c, d, J_pri, J_sek, das heißt, das Zweimassenschwungrad mit seinem realen Verhalten wird auf das Modell abgebildet, es wird identifiziert. Eine anschließende Validierung des zu Grunde gelegten Modells kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass mit den gewonnenen Parametern das Modell bei vorgegebenen Drehungleichförmigkeiten gerechnet und mit einem realen Verhalten eines Zweimassenschwungrades bei denselben Drehungleichförmigkeiten verglichen wird. An dieser Stelle können an dem Modell bei großen Abweichungen noch Korrekturen angebracht werden.
• Ein auf diese Weise erstelltes Modell eines angetriebenen Elements kann nunmehr im Steuergerät hinterlegt werden, und entsprechende Ausgangsgrößen können in die Motorsteuerung eingeführt werden. Am Beispiel des Zweimassenschwungrades wird eine Schätzung der primären bzw. sekundären Drehzahl der jeweiligen Schwungmassen durch Vorgabe von Motor- bzw. Lastmomenten erfolgen. In der Regel sind Drehmomente in einem Kraftfahrzeug nur mit einem vergleichsweise hohen Aufwand messbar, so dass nach dem erfinderischen Gedanken eine Invertierung des Zustandsraummodells von Vorteil ist. Bei der Invertierung stellen anschließend die Eingangsgrößen des invertierten Systems die Drehzahlen der primären und sekundären Schwungmasse dar, während die Ausgangsgrößen Momentenwerte des Motors bzw. Lastmomentenwerte wiedergeben. Auf diese Weise kann mittels einfacher Sensorik, beispielsweise mittels Drehzahlgebern, an der primären und sekundären Schwungmasse das indizierte Motormoment bestimmt werden. Es ist daher möglich, das als Sollgröße ausgegebene Motormoment mit diesem indizierten Motormoment so zu kompensieren, dass der Einfluss des Zweimassenschwungrades auf die Motordrehzahl zumindest teilweise berücksichtigt wird. Es versteht sich, dass ein derartiges invertiertes Modell zuvor auf Invertierbarkeit überprüft und anschließend wieder validiert werden sollte. Dabei kann das vom Antriebsstrang auf die sekundäre Seite des ZMS wirkende Last in analoger Weise bestimmt werden, wodurch eine Schätzung des Lastmoments am ZMS erzielt werden kann.
• Ein vorteilhaftes Ausgestaltungsbeispiel der Erfindung ist neben der Kompensation des durch das Verhalten eines Zweimassenschwungrades gestörten Motormoments eine stationäre Rekonstruktion des Motormoments zur Zylindergleichstellung bzw. Erkennung von Verbrennungsaussetzen im Leerlauf. Hierzu kann es nötig werden, ein so genanntes Konfidenzintervall, in dem vertrauenswürdige Daten ermittelt und berechnet werden, des Modells zu erweitern, indem das Zweimassenschwungrad mittels so genannten lokalen linearen Modellen (LoLiMoT) angewandt werden. Dabei beschreibt das Konfidenzintervall den Arbeitsbereich um den lokalen Identifikationsarbeitspunkt, in welchem das Modell noch ausreichend gute Ergebnisse liefert. Durch Verwendung von lokalen linearen Neuro-Fuzzy-Modellen werden komplexe Modellierungsprobleme in zahlreiche kleinere und dadurch einfachere Untersysteme zerlegt, die wiederum durch lineare Teilmodelle beschrieben werden können. Zur Anwendung und Durchführung von oben genannten Filtersystemen sowie dem LoLiMoT-Modell sei auf U. Kiencke/H. Jäkel „Signale und Systeme", 3. Auflage Verlag Oldenbourg verwiesen.
• Ein auf diese Weise ermitteltes rekonstruiertes Moment der Brennkraftmaschine kann für so kleine Kurbelwellenwinkel ermittelt werden, dass der Momentenverlauf einzelner Zylinder über deren einzelne Arbeitstakte ermittelt werden kann. Es kann daher mit diesem oder das Moment der Brennkraftmaschine in ähnlich schneller Weise zur Verfügung stellenden Verfahren das Verhalten der einzelnen Zylinder miteinander verglichen werden. Werden entsprechende Toleranzen von Abweichungen der Zylinder festgelegt, können bei Überschreitungen der Toleranzen Gegenmaßnahmen eingeleitet werden. Das Moment der Brennkraftmaschine lässt sich dabei aus mehreren Einzelmomenten darstellen, beispielsweise dem Gasmoment, dem Reibmoment, dem Massenmoment, dem Kompressions- und Expansionsmoment. Das Gasmoment resultiert dabei aus der Verbrennung des in den Zylinder eingebrachten Luft-/Kraftstoff-Gemisches. Das Reibmoment wirkt der Bewegung der Kurbelwelle entgegen. Das Massenmoment ergibt sich aus den Bewegungsänderungen der bewegten Teile der Brennkraftmaschine und kann in der Regel aus der Geometrie der Brennkraftmaschine ermittelt werden. Die Kompressions- und Expansionsmomente ergeben sich aus den Ventilstellungen und variieren mit diesen.
• Im Schubbetrieb kann das Gasmoment vernachlässigt werden. Bei geschlossener Drosselklappe entsteht während der Kompressionsphase ein Überdruck und während der Expansionsphase ein Unterdruck. Mit der vorgeschlagenen Methode können daher das Massenmoment, Reibmomente sowie die Kompressions- und Expansionsmomente der einzelnen Zylinder erfasst und analysiert werden. Hierdurch resultieren durch Unregelmäßigkeiten, die beispielsweise auf Bauteiltoleranzen, Fehlfunktionen der Ventile und dergleichen zurückgeführt werden können, unterschiedliche Druckverläufe der einzelnen Zylinder. Zur Kompensation dieser gegebenenfalls auftretenden Druckunterschiede können Regeleinheiten eingesetzt werden, die zum Ausgleich der Druckdifferenzen die Luftmenge in den Zylindern anpassen. Hierzu kann beispielsweise bei einem verglichen mit den anderen Zylindern stark verdichtenden Zylinder ein starker Unterdruck während der Expansionsphase ausgeglichen werden, indem Luft zugeführt wird. Dies kann bei elektronisch einzeln angesteuerten Ventilen durch ein geringfügiges und/oder kurzfristiges Öffnen eines oder mehrerer Ventile erfolgen.
• Weiterhin kann die Erfassung der Druckverläufe der einzelnen Zylinder zu Diagnosezwecken herangezogen werden, so dass bei elektronisch einzeln gesteuerten Ventilen deren Funktion überprüfbar ist. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung können die Druckverläufe zur Anpassung und Adaption der einzelnen Ventilkennlinien herangezogen werden.
• Die Erfindung wird anhand der 1 und 2 näher erläutert. Dabei zeigen:
• 1 vier parallele Einzeldiagramme von Drehzahlen und Momenten eines Antriebsstrangs über die Zeit während einer Schubphase
  und
• 2 fünf parallele Einzeldiagramme von Drehzahlen und Momenten über die Zeit für einzelne Zylinder mit und ohne Abweichungen während einer Schubphase.
• Die 1 zeigt vier Einzeldiagramme a) bis d) eines Antriebsstranges über denselben Zeitabschnitt über die Zeit t im Millisekundenbereich, so dass die Arbeitstakte einzelner Zylinder aufgelöst werden können. Teildiagramm a) zeigt die Entwicklung der primären Drehzahl n(p) der Kurbelwelle am Beispiel einer Brennkraftmaschine mit vier Zylindern während einer Schubphase als Kurve (o). Die einzelnen Kompressions- und Expansionsvorgänge verzögern und beschleunigen die Drehzahl der Kurbelwelle jeweils kurzzeitig, während die Drehzahl n(p) der Kurbelwelle infolge der Schleppmomente des Kraftfahrzeugs einschließlich dem der Brennkraftmaschine bei geschlossener Reibungskupplung kontinuierlich abnimmt. Die Kurve (+) zeigt die Entwicklung der sekundären Drehzahl n(s), die der Kurve der primären Drehzahl n(p) folgt, jedoch Phasenverschiebungen und Hysterese aufweist. In dem gezeigten Beispiel wird die sekundäre Drehzahl n(s) an der Sekundärseite eines Zweimassenschwungrads abgenommen, so dass bei Kenntnis der Schwing- und Dämpfungseigenschaften des Zweimassenschwungrads die beiden Drehzahlgrößen in dem oben beschriebenen Modell als Zustandsgrößen dienen können, woraus sich das Moment der Brennkraftmaschine ermitteln beziehungsweise abschätzen lässt. Ein entsprechender Algorithmus ist beispielsweise in dem Steuergerät für die Brennkraftmaschine implementiert.
• Das aus dem Modell rekonstruierte Motormoment, das den Einfluss der Rückmomente des Zweimassenschwungrads bereits kompensiert, liefert ein rekonstruiertes Gesamtmoment M(g) der Brennkraftmaschine, wie es dem Teildiagramm b) beispielsweise dargestellt ist. Arbeiten alle Zylinder gleichmäßig wiederholen sich die für die entsprechende Brennkraftmaschine typischen Signalmuster regelmäßig und weisen jeweils annähernd gleiche Amplituden auf, die auf die jeweiligen Expansions- und Kompressionsvorgänge der einzelnen Zylinder bei geschlossener Drosselklappe zurückzuführen sind. In Teilfigur b) ist beispielsweise eine gestörte, sich wiederholende Amplitude A(s) mit einem gegenüber den Amplituden ungestörter Zylinder verminderten Moment ΔM(g) zu identifizieren, die einer verminderten Kompression eines Zylinders beziehungsweise je nach auftretender Häufigkeit bezogen auf die Gesamtzahl mehreren Zylindern zuzuordnen ist. In dem gezeigten Beispiel einer Brennkraftmaschine mit vier Zylindern und einem Auftreten bei jeder zweiten Kompressionsamplitude verhalten sich zwei Zylinder nicht innerhalb eines vorzugebenden beziehungsweise vorgegebenen Momentenbereichs.
• Das Teildiagramm c) zeigt das für jede Brennkraftmaschine spezifische Massenmoment M(m), das das Moment zur Bewegung der Massen der bewegten Teile in der Brennkraftmaschine wiedergibt. Aus der Auslegung der Brennkraftmaschine sind die Massen und deren Bewegungen größtenteils bekannt, so dass das Massenmoment M(m) einfach aus dem Gesamtmoment M(g) eliminiert werden kann. Das Gasmoment kann im Schubbetrieb vernachlässigt werden, so dass nach Eliminierung des Massenmoments M(m) die Kompressions- und Expansionsmomente zum Verdichtungsmoment M(v) zusammengefasst werden können. Das Verdichtungsmoment M(v) ist in Teildiagramm d) dargestellt. In der Darstellung als Verdichtungsmoment M(v) sind die gestörten Amplituden A(s) von nicht einwandfrei arbeitenden Zylindern durch ein entsprechend vermindertes Moment ΔM(v) zu identifizieren. Dabei kann für die Größe der einzelnen Amplituden des Verdichtungsmoments M(v) oder für das verminderte Moment ΔM(v) ein entsprechender Toleranzwert vorgegeben werden und bei Überschreiten des Toleranzwertes eine Korrektur der betroffenen Zylinder vorgegeben werden. So kann beispielsweise bei erkanntem Schubbetrieb, beispielsweise durch ein entsprechendes Drosselklappensignal, ein elektronisch gesteuertes Ventil, beispielsweise ein Ein- oder Auslassventil, teilweise geöffnet werden. Ist die Kompression eines Zylinders vermindert, können die übrigen Ventile zum Ausgleich teilweise geöffnet werden. Auf diese Weise können Schwingungen, die durch ein ungleichmäßiges Verhalten der Zylinder im Schubbetrieb hervorgerufen und durch die elastischen Eigenschaften nachfolgender Bauteile, beispielsweise eines Zweimassenschwungrads, verstärkt werden, zumindest teilweise vermieden werden. Weiterhin lässt die Auswertung der Momentkurve des Verdichtungsmoments M(v) im Schubbetrieb eine Diagnose des Kompressionsverhaltens einzelner Zylinder zu, so dass beispielsweise bei Verwendung elektronischer Ventile diese Information zur Steuerung der Ventile verwertet werden kann und die Kennlinien dieser angepasst, korrigiert oder adaptiert werden können, so dass auch während einer Befeuerung der Brennkraftmaschine die Ventile eine verbesserte Funktion aufweisen.
• 2 zeigt eine Gegenüberstellung zweier sich im Schubbetrieb über die Zeit t im Millisekundenbereich unterschiedlich verhaltender Zylinder beziehungsweise Zylindergruppen anhand der Teilfiguren a) bis e). Dabei zeigen die mit den Symbolen (o) dargestellte Kurve das Verhalten einer Brennkraftmaschine mit identischen, das heißt nicht gestörten Zylindern, und die Kurve mit den Symbolen (+) eine Brennkraftmaschine, bei der zumindest ein Zylinder von den anderen in seinem Verhalten im Schubbetrieb abweicht, über die Zeit t.
• In Teilfigur a) ist die primäre Drehzahl n(p) dargestellt. Die beiden Kurven geben das unterschiedliche Drehzahlverhalten über die Zeit t an, wobei sich die Kurven teilweise schneiden und überkreuzen. In Teilfigur b) ist die zur primären Drehzahl n(p) korrespondierende sekundäre Drehzahl n(s) dargestellt. Es wird deutlich, dass infolge des weniger harmonischen Verhaltens des gestörten Zylindersystems in dem Zweimassenschwungrad bereits eine größere Amplitude A(+) induziert wird als die Amplitude (0) des ungestörten Zylindersystems der entsprechenden Brennkraftmaschine. Entsprechend unterscheidet sich das aus den Zustandsgrößen der primären Drehzahlen n(p) und der sekundären Drehzahlen n(s) rekonstruierte Gesamtmoment M(g) der Brennkraftmaschine, das in Teilfigur c) dargestellt ist. Nach Eliminierung des in Teilfigur d) gezeigten, für beide Zylindersysteme nahezu identischen Massenmoments M(m) wird aus Teilfigur e) der Einfluss eines unausgeglichenen Zylindersystems auf das Verdichtungsmoment M(v) der Brennkraftmaschine deutlich.
• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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• Zitierte Nicht-Patentliteratur
• - „Otto Föllinger, Regelungstechnik-Einführung in die Methoden und ihre Anwendung, 8.Auflage" [0015]
• - U. Kiencke/H. Jäkel „Signale und Systeme", 3. Auflage Verlag Oldenbourg [0034]

Claims (9)

1. Antriebsstrang insbesondere für ein Kraftfahrzeug mit einer mittels eines Steuergeräts gesteuerten Brennkraftmaschine mit einer Kurbelwelle und einem mit dieser in Wirkverbindung stehenden Antriebsstrangbauteil, dadurch gekennzeichnet, dass im Schubbetrieb des Kraftfahrzeuges das Moment jedes einzelnen Zylinders rekonstruiert wird und bei Überschreiten einer vorgegebenen Abweichung kompensiert wird.
2. Antriebsstrang nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Moment aus zumindest einer Zustandsgröße eines Antriebsstrangbauteils ermittelt wird.
3. Antriebsstrang nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass abhängig vom Moment Druckverläufe für die einzelnen Zylinder ermittelt werden.
4. Antriebsstrang nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das bei einem Überschreiten der vorgegebenen Abweichung die Abweichung des entsprechenden Zylinders mittels Luftzufuhr kompensiert wird.
5. Antriebsstrang nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftzufuhr mittels zumindest eines Einlass- oder Auslassventils erfolgt.
6. Antriebsstrang nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckverläufe zur Ermittlung eines Verhaltens von elektronisch gesteuerten Ventilen herangezogen werden.
7. Antriebsstrang nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventile mittels der Druckverläufe korrigiert werden.
8. Antriebsstrang nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsstrangbauteil ein Zweimassenschwungrad ist.
9. Antriebsstrang nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Zustandsgrößen Drehzahlen eines primären und eines sekundären Bauteils des Zweimassenschwungrads sind.