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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ansteuerung eines aktiven Lagersystems, insbesondere einer aktiven Aggregatelagerung, eines Kraftfahrzeugs nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie ein Verfahren zur Durchführung einer solchen Ansteuerung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 10.
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Ein solches aktives Lagersystem kann ein hydraulisch gedämpftes Aggregatelager sein, wie es beispielshaft aus der
DE 10 2004 015 036 B4 bekannt ist. Darin wird eine Aktorik des Lagersystems mit einem Stellsignal angesteuert ist, um eine weitgehende Schwingungskompensation der Aggregateschwingung im Fahrbetrieb zu erreichen.
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Aus der
US 7 974 769 B2 ist ein gattungsgemäßes Verfahren zur Ansteuerung eines solchen aktiven Lagersystems bekannt. In dem Ansteuerverfahren erzeugt eine adaptive Regeleinheit ein Stellsignal zur Ansteuerung einer Aktorik des Lagersystems. Mit Hilfe der Aktorik kann das aktive Lagersystem mit einer, ein Störsignal reduzierenden Gegenschwingung beaufschlagt werden. Unter einem Störsignal ist die im Fahrbetrieb auftretende Aggregateschwingung zu verstehen. Der Regeleinheit ist zudem ein Fehlersensor zugeordnet, der ein aktuelles Fehlersignal des Lagersystems erfasst und zur Regeleinheit rückführt. In der Regeleinheit werden in einem sogenannten Adaptionsvorgang (das heißt in einem adaptiven Verfahren) die zur Generierung eines geeigneten Stellsignals erforderlichen Einstellparameter angepasst, und zwar so lange, bis das vom Fehlersensor erfasste Störsignal bei Null liegt, das heißt vollständig ausgelöscht ist.
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In der
US 7 974 769 B2 ist zusätzlich zum oben beschriebenen adaptiven Regelkreis eine parallel dazu geschaltete Vorsteuerung mit einer Steuereinheit vorgesehen. Die Steuereinheit erzeugt in Abhängigkeit von der aktuellen Motordrehzahl und -last ein zweites Stellsignal zur Ansteuerung der Aktorik. Das von der Regeleinheit erzeugte erste Stellsignal und das von der Steuereinheit erzeugte zweite Stellsignal werden zu einem Gesamt-Stellsignal überlagert, mit dem die Aktorik angesteuert wird.
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In der aus der
US 7 974 769 B2 bekannten Steuereinheit ist zudem eine Datentabelle hinterlegt, die bereits werksseitig vor der Inbetriebnahme des Fahrzeuges generiert wird. Zur Generierung der Datentabelle in der Steuereinheit werden zu unterschiedlichen Betriebspunkten, das heißt zu unterschiedlichen Motordrehzahlen und -lasten, jeweils die dazu korrespondierenden Stellsignalwerte in der Datentabelle fest eingetragen. Bei Erreichen eines dieser Betriebspunkte im Fahrbetrieb werden die jeweils korrespondierenden Stellsignal-Werte ausgelesen zur Bildung des oben genannten zweiten Stellsignals.
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Speziell eine Zylinderzu- oder abschaltung im Fahrzeugmotor führt zu einer sprunghaften Änderung des auf das Lagersystem einwirkenden Störsignals. Bei einer solchen sprunghaften Störsignal-Änderung kann das aus der
US 7 974 769 B2 bekannte Verfahren keine optimal schnelle Ansprechzeit bereitstellen, da durch die vorherige, feste Bedatung das fahrzeugindividuelle Anregungsspektrum und Übertragungsverhalten sowie deren Veränderungen über die Fahrzeuglebensdauer nicht berücksichtigt werden können. Zudem ist der oben beschriebene Parallelbetrieb von sowohl dem adaptiven Regelkreis als auch der Vorsteuerung rechenzeitintensiv, da die Vorsteuerung mit einer hohen Abtastrate arbeiten muss, um in den betrachteten Frequenzbereichen eine ausreichende Kompensation zu erzielen. Außerdem ist die werksseitige Generierung der Datentabelle bei unterschiedlichen Betriebspunkten insbesondere bei einer breiten Motor-/Modellpalette sehr arbeitsintensiv.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Ansteuerung eines aktiven Lagersystems bereitzustellen, bei dem in einfacher Weise die Ansprechzeit des Lagersystems verkürzt werden kann.
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Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruches 1 oder 10 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
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Die Erfindung beruht auf dem Sachverhalt, dass es insbesondere bei einem Umschaltzeitpunkt bei der Zylinderzu- oder -abschaltung des Fahrzeugmotors zu einer sprunghaften Änderung der Aggregateschwingung (das heißt Störschwingung oder Störsignal) kommt. Dadurch ergibt sich aufgrund des zeitaufwendigen Adaptionsvorgangs im adaptiven Regelkreis eine spürbare zeitliche Verzögerung bis zur vollständigen Schwingungskompensation. Vor diesem Hintergrund ist gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 die Regeleinheit zur Beschleunigung des Adaptionsvorgangs signaltechnisch mit einer Auswerteeinheit verbunden. In der Auswerteeinheit sind last- und drehzahlabhängige Einstellparameter-Startwerte hinterlegt. Beim Adaptionsvorgang wird in Abhängigkeit von der aktuellen Motorlast und -drehzahl zumindest ein Einstellparameter-Startwert von der Auswerteeinheit zur Regeleinheit übertragen. Dadurch wird der Adaptionsvorgang und somit die Ansprechzeit des aktiven Lagersystems deutlich beschleunigt.
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Bevorzugt erfolgt beim Start des Adaptionsvorganges ein nur einmaliges Abrufen eines Einstellparameter-Startwertes. Durch diesen einmaligen Datenübertrag nur zum Start des Adaptionsvorganges wird der Signalverarbeitungsaufwand in der Regeleinheit stark reduziert, und zwar im Vergleich zu einem kontinuierlichen Abrufen von Einstellparameter-Startwerten, was zu einer rechenzeitintensiven Signalverarbeitung führen würde. Die Übergabe der Einstellparameter-Startwerte wird besonders bevorzugt unmittelbar vor dem Startzeitpunkt des Adaptionsvorgangs durchgeführt (das heißt in einem Varkanditianierungsvargang).
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Der Startzeitpunkt des Adaptionsvorgangs ist mit einem Motorereignis verknüpft, das zu einer sprunghaften Änderung des Störsignales führt, insbesondere ein Umschaltzeitpunkt bei einer Zylinderab- oder -zuschaltung des Fahrzeugmotors, das heißt bei einer Umschaltung zwischen dem Vallmatarbetrieb und dem Halbmatarbetrieb.
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Die in der Auswerteeinheit hinterlegten Einstellparameter-Startwerte können in einer Datentabelle zusammengefasst sein. Aus der Datentabelle kann in Abhängigkeit von einer aktuellen Motordrehzahl und einer aktuellen Motorlast der damit korrespondierende Einstellparameter-Startwert an die Regeleinheit ausgelesen werden. Entsprechend weist die Auswerteeinheit Signaleingänge auf, die mit einem Drehzahlsensor zur Erfassung der Motordrehzahl sowie mit dem Motorsteuergerät verbunden sind. Vom Motorsteuergerät wird eine beliebige lastabhängige Größe zur Auswerteeinheit übermittelt, insbesondere ein Motormoment, das als berechnete Größe im Motorsteuergerät vorliegt.
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Der Eintrag der Einstellparameter-Startwerte in die Datentabelle kann beispielhaft werksseitig bereits vor einer erstmaligen Fahrzeug-Inbetriebnahme durchgeführt werden. Ein solcher werksseitige Daten-Eintrag berücksichtigt jedoch nicht das fahrzeugindividuelle Fahrzeugspektrum sowie das Übertragungsverhalten und dessen Änderung über die Fahrzeuglebensdauer. Vor diesem Hintergrund ist es bevorzugt, wenn der Daten-Eintrag in die Datentabelle nicht werksseitig vor der Fahrzeug-Inbetriebnahme erfolgt, sondern wenn der Dateneintrag vielmehr in einem Aktualisierungsvorgang während des Fahrzeugbetriebes erfolgt. Bei dem Aktualisierungsvorgang kann nach Erreichen eines Kompensationszeitpunktes, zu dem das erfasste Störsignal zumindest auf einen Beharrungswert minimiert ist, der in der Regeleinheit adaptierte Einstellparameter erfasst und als ein Einstellparameter-Startwert in der Datentabelle der Auswerteeinheit hinterlegt werden.
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Auf diese Weise sind in der Datentabelle fahrzeugindividuelle Startwerte hinterlegt. Zudem kann der werksseitige Bedatungsaufwand vor der Fahrzeug-Inbetriebnahme reduziert werden.
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Sowohl der oben erwähnte Aktualisierungsvorgang als auch der Vorkonditionierungsvorgang werden bevorzugt nur in stationären Betriebsphasen durchgeführt. Da bei solchen stationären Betriebsphasen keine dynamischen Änderungsraten zu erwarten sind, können die Aktualisierungs- und Vorkonditionierungsvorgänge – im Vergleich zu den übrigen Regel-Funktionen – mit einer deutlich niedrigeren Abtastrate und daher weniger rechenzeitintensiv arbeiten.
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Wie oben erwähnt, erfolgt die Ansteuerung der Aktuatorik über einen adaptiven Regelkreis, in dem die Regeleinheit mit zugeordneter Auswerteeinheit sowie der Fehlersensor und das die Regelstrecke bildende Lagersystem eingebunden sind. Bei diesem adaptiven Regelkreis erfolgt die Beschleunigung des Adaptionsvorganges dadurch, dass insbesondere bei einem Umschaltzeitpunkt, das heißt zum Start des Adaptionsvorganges ein Startwert für den Einstellparameter aus der Auswerteeinheit ausgelesen wird.
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Dadurch ergibt sich insbesondere zu den Umschaltzeitpunkten eine Konvergenzverbesserung.
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Die vorstehend erläuterten und/oder in den Unteransprüchen wiedergegebenen vorteilhaften Aus- und/oder Weiterbildungen der Erfindung können – außer zum Beispiel in den Fällen eindeutiger Abhängigkeiten oder unvereinbarer Alternativen – einzeln oder aber auch in beliebiger Kombination miteinander zur Anwendung kommen.
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Die Erfindung und ihre vorteilhaften Aus- und Weiterbildungen sowie deren Vorteile werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 in einer vereinfachten Darstellung ein aktives Lagersystem mit einem, einen Motor auf einer Tragstruktur der Fahrzeugkarosserie abstützenden Aggregatelager;
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2 den adaptiven Regelkreis des aktiven Lagersystems in einem Blockschaltdiagramm;
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3 eine in der Auswerteeinheit des adaptiven Regelkreises hinterlegten Datentabelle; und
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4 bis 8 unterschiedliche Diagramme zur Veranschaulichung der Funktionsweise des adaptiven Regelkreises.
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In der 1 ist beispielhaft ein aktives Lagersystem in einem Kraftfahrzeug grob schematisch angedeutet. Demzufolge ist ein nicht dargestellter Fahrzeugmotor über eine Motorstütze 1 unter Zwischenschaltung eines aktiven Aggregatelagers 3 auf einer Tragstruktur 5 einer Fahrzeugkarosserie abgestützt. Das Aggregatelager 3 weist eine nicht gezeigte Hydraulikkammer mit einem elektrodynamischen Aktor auf, der von einer Regeleinheit 11 elektrisch ansteuerbar ist. Die Regeleinheit 11, die Aktorik sowie ein am karosserieseitigen Lagerfußpunkt des Aggregatelagers 3 angeordneter Fehlersensor 15 bilden zusammen mit dem Aggregatelager 3 (Regelstrecke) einen adaptiven Regelkreis R. Der adaptive Regelkreis R steuert die Aktorik so an, dass das Aggregatelager 3 mit einer Gegenschwingung beaufschlagt wird, mit der eine betriebsbedingte Motorschwingung weitgehend kompensierbar ist. Über den Fehlersensor 15 wird ein aktuelles Fehlersignal e(n) zur Regeleinheit 11 rückgeführt. Zusätzlich weist die Regeleinheit 11 einen Signaleingang für ein vom Motorsteuergerät 17 berechnetes Motormoment und einen Signaleingang für einen Sensor 19 für die Motordrehzahl n auf.
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In der 2 ist der adaptive Regelkreis R in einer detaillierteren Ansicht dargestellt. Demzufolge erzeugt die adaptive Regeleinheit 11 in Abhängigkeit von dem, mit einer aktuellen Motordrehzahl n korrelierenden, aktuellen Kurbelwellenwinkel Einstellparameter, das heißt einen Amplitudenwert AF und einen Phasenwinkel φF, auf deren Grundlage in einem nachgeschalteten Funktionsblock 12 das, die Gegenschwingung bildende Stellsignal u(n) generiert wird. Mit dem Stellsignal u(n) wird die Aktorik des Lagersystems angesteuert. In der 2 ist die Aktorik nicht als Einzelblock dargestellt, sondern zusammen mit dem Lagersystem in der Regelstrecke 21 integriert. Mit Hilfe des Fehlersensors 15 kann eine gegebenenfalls noch verbleibende Fehlerschwingung, das heißt das Fehlersignal e(n) des Lagersystems, erfasst und zur Regeleinheit 11 rückgeführt werden.
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Mit Hilfe des adaptiven Filters in der Regeleinheit 11 werden in einem Adaptionsvorgang Δta (4) die zur Generierung des Stellsignals u(n) erforderlichen Einstellparameter AF, φF so lange angepasst, bis das vom Fehlersensor 15 erfasste Fehlersignal e(n) ausgelöscht ist, das heißt eine Schwingungskompensation erfolgt ist. Der adaptive Filter kann beispielhaft mit einem LMS-Algorithmus (Least-Mean-Squares-Algorithmus) arbeiten.
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Wie aus der 2 weiter hervorgeht, ist die Regeleinheit 11 über Signalleitungen 14, 16 signaltechnisch mit einer Auswerteeinheit 23 verbunden. Die Regeleinheit 11 ruft zu einem Startzeitpunkt tE eines Adaptionsvorgangs Δta motorlast- und drehzahlabhängige Einstellparameter-Startwerte ASx, φSx von der Auswerteeinheit 23 ab. Diese abgerufenen Einstellparameter-Startwerte ASx, φSx bilden den Ausgangspunkt für die nachfolgende Adaption im adaptiven Filter der Regeleinheit 11. Mit Hilfe der von der Auswerteeinheit 23 bereitgestellten Einstellparameter-Startwerte ASx, φSx wird der Adaptionsvorgang Δta wesentlich beschleunigt. Die Einstellparameter-Startwerte ASx, φSx sind in der Auswerteeinheit 23 in einer, in der 3 gezeigten Datentabelle 25 zusammengefasst. Aus der Datentabelle 25 werden in Abhängigkeit von einer aktuellen Motordrehzahl n und einer aktuellen Motorlast M die damit korrespondierenden Einstellparameter-Startwerte AS1, φS1, AS2, φS2, AS3, φS3, ... an die Regeleinheit 11 ausgelesen.
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Im Hinblick auf eine rechenzeitreduzierte Signalverarbeitung erfolgt nur ein einmaliger Datenübertrag eines einzigen Startwerte-Paares ASx, φSx aus der Auswerteinheit 23, und zwar zum Startzeitpunkt tE des Adaptionsvorganges Δta (4). Der Startzeitpunkt tE des Adaptionsvorgangs Δta ist mit einer insbesondere sprunghaften Änderung des Störsignals d(n) verknüpft, das hier beispielhaft der Umschaltzeitpunkt tE bei einer Zylinderabschaltung oder Zylinderzuschaltung des Fahrzeugmotors ist. Speziell nach dem Umschaltzeitpunkt tE ist ein weitgehend verzögerungsfreies Ansprechverhalten des adaptiven Regelkreises R aus Fahrkomfortgründen von Relevanz.
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Wie aus der 2 weiter hervorgeht, ist die Auswerteeinheit 23 über die beiden Signalleitungen 14, 16 mit der Regeleinheit 11 verbunden. Über die Signalleitung 16 erfolgt der oben beschriebene Vorkonditionierungsvorgang, bei dem der Datenübertrag eines Startwert-Paares ASx, φSx aus der Datentabelle 25 der Auswerteeinheit 23 in die Regeleinheit 11 stattfindet. Über die andere Signalleitung 14 erfolgt während des Fahrzeugbetriebes ein Aktualisierungsvorgang. Bei dem Aktualisierungsvorgang werden nach Erreichen eines Kompensationszeitpunktes tk (4), zu dem das erfasste Fehlersignal e(n) auf einen Beharrungswert oder auf Null minimiert ist, die in der Regeleinheit 11 aktuell adaptierten Einstellparameter AF, φF erfasst und über die Signalleitung 14 zur Datentabelle 25 der Auswerteeinheit 23 übertragen. Dort werden die Einstellparameter AF, φF in Abhängigkeit von der aktuellen Motordrehzahl und -last n, M als Einstellparameter-Startwerte ASx, φSx eingetragen.
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Erfindungsgemäß wird also der adaptive Regelkreis R um die Auswerteeinheit 23 mit der darin integrierten selbstlernenden Datentabelle 25 ergänzt. Die Auswerteeinheit 23 und die Regeleinheit 11 stehen über den Aktualisierungsvorgang und den Vorkonditionierungsvorgang im gegenseitigen Datenaustausch.
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Wie aus der 3 hervorgeht, sind für die selbstlernende Datentabelle 25 zunächst drehzahl- und lastabhängige Stützstellen 29 (das heißt die Kreuze in der 3) definiert. Wenn das adaptive Verfahren aktiv ist und sich der aktuelle Betriebspunkt (vorgegeben durch eine bestimmte Motordrehzahl und durch ein bestimmtes Motormoment) an einer Stützstelle 29 befindet, werden im Aktualisierungsvorgang die Einstellparameter AF, φF des adaptiven Regelkreises R an der entsprechenden Stützstelle 29 in der Datentabelle 25 hinterlegt. Die Hinterlegung der Einstellparameter AF, φF erfolgt in einem gängigen Lernverfahren. Nach längerer Fahrtzeit ergibt sich eine vollbelegte Datentabelle 25.
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Vor dem nächsten Einschaltvorgang des adaptiven Verfahrens werden die zum aktuellen Betriebspunkt passenden Einstellparameter-Startwerte ASx, φSx mit Hilfe der angelernten Datentabelle 25 interpoliert und dem adaptiven Verfahren laufend zur Verfügung gestellt. Zum Einschaltzeitpunkt tE hat das adaptive Verfahren somit immer die optimalen Startwerte zur Verfügung, um schnellstmöglich das Stellsignal u(n) zu berechnen, das der Störung d(n) entgegenwirkt und somit das Fehlersignal e(n) minimiert. Sowohl der oben erwähnte Aktualisierungsvorgang als auch der Vorkonditionierungsvorgang werden nur in stationären Betriebsphasen durchgeführt. Da bei solchen stationären Betriebsphasen keine dynamischen Änderungsraten zu erwarten sind, können die Aktualisierungs- und Vorkonditionierungsvorgänge – im Vergleich zu den übrigen Regel-Funktionen – mit einer deutlich niedrigeren Abtastrate und daher weniger rechenzeitintensiv arbeiten.
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In dem Diagramm der 4 ist eine Zylinderabschaltung angedeutet, bei der zu einem Umschaltzeitpunkt tE von einem Vollmotorbetrieb VMB zu einem Halbmotorbetrieb HMB umgeschaltet wird. Die Zylinderabschaltung erfolgt bei einem aktuellen Betriebspunkt mit einer Motordrehzahl n bei etwa 1500 U/min (5) und mit einem Motormoment M bei 200 Nm (6). Wie aus der 7 hervorgeht, wird der Adaptionsvorgang Δta mit dem Umschaltzeitpunkt tE gestartet, und zwar ohne aktuelle, angelernte Einstellparameter-Startwerte ASx, φSx in der Datentabelle 25. Das adaptive Verfahren passt die Einstellparameter-Startwerte AF, φF (Filtergewichte) so lange an, bis das zum aktuellen Betriebspunkt passende Stellsignal u(n) (7) erreicht wird, das heißt zum Kompensationszeitpunkt tK.
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In dem adaptiven Verfahren werden die aktuellen Einstellparameter AF, φF im Aktualisierungsvorgang in der selbstlernenden Datentabelle 25 hinterlegt. In der 8 ist das Verhalten bei einem erneuten Erreichen des Betriebspunktes (1500 U/min, 200 Nm) dargestellt. In diesem Fall sind bereits angelernte Werte (das heißt Einstellparameter-Startwerte ASx, φSx) für den Betriebspunkt in der Datentabelle 25 hinterlegt, die der Regeleinheit 11 bereits vor dem Einschaltzeitpunkt tE zur Verfügung gestellt werden. Das Stellsignal u(n) erreicht daher in der 8 deutlich schneller seinen endgültigen Wert, mit dem eine vollständige Schwingungskompensation erzielt wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102004015036 B4 [0002]
- US 7974769 B2 [0003, 0004, 0005, 0006]
