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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen von durch äußere Einwirkung stoßartig oder spontan angeregten, um den Wert Null mit einer bauteiltypischen Frequenz oszillierenden, störenden Schwingungen, insbesondere von Torsionsschwingungen in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs.
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Aus der Fahrzeugtechnik ist es bekannt, dass reibkontaktinduzierte Schwingungen bei Kupplungen oder Bremsen in Antriebssträngen auftreten. Außerdem kann es durch Toleranzen in der Kupplungs- oder Bremsvorrichtung selbst aufgrund von geometrischen Abweichungen zu einer zusätzlichen Schwingungsanregung kommen. Diese auftretenden Schwingungen sind unerwünscht, da sie an den Bauteilen zusätzliche mechanische Belastungen verursachen, technische Prozesse hinsichtlich einer exakten Funktionsweise empfindlich stören und den Fahrkomfort merklich verringern. In der Kraftfahrzeugtechnik sind die oben beschriebenen Anregungsphänomene als Rupfschwingungen bekannt.
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Um Rupfschwingungen zu reduzieren ist aus der
DE 102 44 026 A1 ein Verfahren bekannt, bei dem von einer Steuerungs- und Regelungsvorrichtung mittels geeigneter Sensoren die störenden Schwingungen festgestellt und bei einem Überschreiten von zuvor festgelegten Grenzwerten durch die Steuerungs- und Regelungsvorrichtung wenigstens eine Vorrichtung derart betätigt wird, dass die störende Schwingung vollständig beseitigt oder zumindest in ihrer Amplitude gedämpft wird. Die wenigstens eine Vorrichtung wirkt derart auf wenigstens ein rotierendes Bauteil im Fahrzeugantriebsstrang ein, das letzteres oder letztere beim Auftreten der Schwingungen kontinuierlich oder periodisch in ihrer Drehbewegung abgebremst oder zu einer Kompensationsschwingung angeregt werden. Dabei weist die Kompensationsschwingung oder der Bremseingriff eine gleiche oder eine ähnliche Frequenz auf wie die störend wirkende Schwingung, jedoch zu dieser mit einem Schwingungsphasenversatz, der zu einer Reduzierung der Amplitude der störenden Schwingung führt.
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Gemäß der
DE 10 2008 041 884 A1 erfolgt das Erkennen und Kompensieren von Schwingungen, insbesondere von Rupfschwingungen an einer Kupplung und/oder an einer Bremse eines Antriebsstranges eines Fahrzeugs, indem eine Eingangsgröße für eine Kupplungs- und/oder Bremsansteuerung des Antriebsstranges und eine mit einer Störung überlagerte Ausgangsgröße verwendet werden, wobei das als Ausgangsgröße vorgesehene Sensorsignal kontinuierlich erfasst wird, das erfasste Sensorsignal ausgewertet und ein Gegensteuersignal berechnet wird, welches als Kompensationsstellgröße der Kupplungs- und/oder Bremsansteuerung verwendet wird. Bei der Auswertung des erfassten Sensorsignals werden die Frequenz und die Amplitude der Störung bestimmt, und das Gegensteuersignal wird in Abhängigkeit der bestimmten Frequenz und der Amplitude der Störung sowie in Abhängigkeit vom Amplituden- und Phasengang amplituden- und phasenrichtig auf die Eingangsgröße aufgeschaltet.
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Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, aus einem Signal, das Schwingungen enthält, störende Schwingungen in einem vorher bestimmten Frequenzband schnellstmöglich herauszufiltern und die Information „Schwingung erkannt“ bereitzustellen, um dann mittels einer entsprechenden Steuerung geeignete Aktionen in Echtzeit ausführen zu können, ehe die Amplitude der erkannten Schwingung störend zunimmt.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen genannt.
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Demnach wird ein Verfahren vorgeschlagen zum Erkennen von durch äußere Einwirkung stoßartig oder spontan angeregten, um den Wert Null mit einer bauteiltypischen Frequenz oszillierenden störenden Schwingungen, insbesondere von Torsionsschwingungen in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, mit den Schritten: 1.1 Sensieren von Schwingungen in einem Bauteil mittels eines Sensorsignals; 1.2 Sensieren einer Schwingungsamplitude größer oder gleich einem ersten vorgebbaren positiven Schwellenwert S1; 1.3 Markieren des Zeitpunkts, an dem der erste Schwellenwert S1 überschritten wird als t0; 1.4 Sensieren einer vorhandenen, zu erkennenden Schwingung aufgrund eines nachfolgenden, ersten Nulldurchgangs des Sensorsignals; 1.5 Sensieren einer auf den ersten Nulldurchgang des Sensorsignals folgenden Schwingungsamplitude kleiner oder gleich einem zweiten vorgebbaren, negativen Schwellenwert S2; 1.6 Markieren des Zeitpunkts, an dem der zweite Schwellenwert S2 unterschritten wird als t1; 1.7 Sensieren eines nachfolgenden, zweiten Nulldurchgangs des Sensorsignals einer vorhandenen, zu erkennenden Schwingung; 1.8 Markieren des Zeitpunkts, an dem der erste Schwellenwert S1 erneut überschritten wird als t2; 1.9 Prüfen, ob die Ungleichung t0 + dt1 < t1 < t0 + dt2 zutrifft, mit dt1 = halbe Periodendauer der größten zu erkennenden, bauteiltypischen Frequenz, dt2 = halbe Periodendauer der kleinsten zu erkennenden, bauteiltypischen Frequenz; 1.10 Prüfen, ob die Ungleichung t1 + dt1 < t2 < t1 + dt2 zutrifft; 1.11 Feststellen, ob beide Ungleichungen gemäß den Schritten 1.9 und 1.10 zutreffen, und wenn ja, dann Ansteuern einer Steuerschaltung zum Gegensteuern gegen die festgestellten, die Schwellenwerte S1, S2 überschreitenden beziehungsweise unterschreitenden und innerhalb der Grenzen der halben Periodendauern dt1 und dt2 liegenden Schwingungen.
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Auf diese Weise ist es möglich, dass von einer Steuerungs- und Regelungsvorrichtung mittels geeigneter Sensoren die störenden Schwingungen erkannt und bewertet werden. Bei einem verfahrensgemäß festgestellten Überschreiten der erwähnten Schwellenwerte wirkt die Steuerungs- und Regelungsvorrichtung auf eine entsprechende Vorrichtung, insbesondere eine Fahrzeugvorrichtung, derart ein, dass durch deren Betätigung die störenden Schwingungen, insbesondere im Antriebsstrang und/oder im Gesamtfahrzeug, vollständig beseitigt oder doch zumindest in ihrer Amplitude gedämpft werden. Dazu wird von der Steuerungs- und Regelungsvorrichtung mittels der wenigstens einen Vorrichtung derart auf wenigstens ein Bauteil, insbesondere auf wenigstens ein rotierendes Bauteil eines Fahrzeugantriebsstranges, eingewirkt, dass die störenden Schwingungen kontinuierlich oder periodisch abgebremst oder zu einer Kompensationsschwingung angeregt werden.
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Entsprechende Vorrichtungen sind in den erwähnten
DE 102 44 026 A1 und
DE 10 2008 041 884 A1 derselben Anmelderin im Einzelnen beschrieben und deren Inhalt wird hiermit ausdrücklich zum Gegenstand der Offenbarung der vorliegenden Erfindung gemacht.
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Falls das nicht aufbereitete, rohe Sensorsignal nicht um den Wert Null schwingt, lässt es sich durch geeignete Filterung so vorverarbeiten, dass das aufbereitete Signal um den Wert Null schwingt.
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Falls die Prüfungen gemäß den Schritten 1.1 und 1.11 noch nicht ergeben, dass eine störende Schwingung vorliegt, kann das Verfahren mit den Schritten fortgesetzt werden:
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1.12 Sensieren eines nachfolgenden, dritten Nulldurchgangs; 1.13 Sensieren einer auf den dritten Nulldurchgang folgenden Schwingungsamplitude kleiner oder gleich dem zweiten, negativen Schwellenwert S2; 1.14 Markieren des Zeitpunkts, an dem der zweite, negative Schwellenwert S2 erneut unterschritten wird, als t3; 1.15 Prüfen, ob die Ungleichung t2 + dt1 < t3 < t2 + dt2 zutrifft; 1.16 Feststellen, ob die Ungleichungen gemäß den Schritten 1.9 und 1.15 oder 1.10 und 1.15 zutreffen, und wenn ja, dann Ansteuern einer Steuerschaltung zum Gegensteuern gegen die festgestellten, die beiden Schwellenwerte S1, S2 überschreitenden beziehungsweise unterschreitenden und innerhalb der Grenzen der halben Periodendauern dt1 und dt2 liegenden Schwingungen.
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Bevorzugt wird das Verfahren zum Erkennen von störenden Torsionsschwingungen in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs verwendet, wobei die größte zu erkennende Frequenz = 5 Hz beträgt sowie deren halbe Periodendauer folglich 0,1 s beträgt und die kleinste zu erkennende Frequenz = 3 Hz beträgt sowie deren halbe Periodendauer folglich 0,167 s beträgt.
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Die Torsionsschwingungen lassen sich beispielsweise aus dem Signal einer Wellendrehzahl des Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs ableiten, beispielsweise aus der Drehzahl einer Getriebeeingangswelle.
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Das Gegensteuern gegen eine festgestellte, störende Schwingung kann quasi in Echtzeit erfolgen, bevor die Amplitude der Schwingung störend zunimmt, wenn festgestellt wurde, dass die Schwingung die beiden Schwellenwerte S1, S2 überschreitet beziehungsweise unterschreitet und die störende Schwingung innerhalb der Grenzen der halben Periodendauern dt1 und dt2 liegt.
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In der beigefügten Zeichnung ist ein Diagramm mit gemessenen, typischen Torsionsschwingungen in einem Antriebsstrang dargestellt. Die Abszisse des Diagramms ist eine Zeitachse t, während die Ordinate die Werte der Schwingungsamplituden eines normierten Messsignals angibt. Parallel und oberhalb zur Zeitachse t ist ein erster, positiver Schwellenwert S1 und unterhalb der Zeitachse t ist parallel zu dieser und mit demselben Abstand ein zweiter negativer, Schwellenwert S2 eingezeichnet.
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Es ist erkennbar, dass im Antriebsstrang zunächst über einen längeren Zeitraum vor einem Zeitpunkt t0 unregelmäßige Schwingungen mit einer vergleichsweise hohen Frequenz auftreten, deren Amplituden innerhalb der durch die beiden Schwellenwerte S1 und S2 definierten Grenzen liegen.
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Derjenige Zeitpunkt, an dem das Messsignal den ersten, positiven Schwellenwert S1 zum ersten Mal überschreitet, wird durch geeignete Mittel erkannt und in einer Steuerungs- und Regelungsvorrichtung als Zeitpunkt t0 erfasst. Ein dann nachfolgender Zeitpunkt, an dem ein erster Nulldurchgang des Messsignals erfolgt, wird als erster Nulldurchgang registriert. Danach wird eine auf den ersten Nulldurchgang folgende Schwingungsamplitude sensiert, die kleiner als der zweite, negative Schwellenwert S2 ist. Derjenige Zeitpunkt, an dem der zweite, negative Schwellenwert S2 von dem Messsignal unterschritten wird, wird als t1 in der Steuerungs- und Regelungsvorrichtung erfasst.
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In der Steuerungs- und Regelungsvorrichtung ist für den Wert einer ersten Konstante dt1 die halbe Periodendauer der größten zu erkennenden bauteiltypischen Frequenz und für eine zweite Konstante dt2 die halbe Periodendauer der kleinsten zu erkennenden bauteiltypischen Frequenz abgespeichert, welche im Fall eines typischen Kraftfahrzeugantriebsstrangs gleich 0,1 s entsprechend 5 Hz beziehungsweise gleich 0,167 s entsprechend 3 Hz gewählt sind.
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Die Steuerungs- und Regelungsvorrichtung überprüft anschließend, ob die Ungleichung t0 + dt1 < t1 < t0 + dt2 für die gemessenen Werte und Konstanten dt1, dt2 zutrifft.
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Während des weiteren Messsignalverlaufs ab dem Zeitpunkt t1 wird ein zweiter Nulldurchgang des Sensorsignals festgestellt und etwas später der erste Schwellenwert S1 erneut überschritten. Letzterer Zeitpunkt wird als Zeitpunkt t2 erfasst.
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Die Steuerungs- und Regelungsvorrichtung überprüft anschließend, ob die Ungleichung t1 + dt1 < t2 < t1 + dt2 zutrifft, und sie überprüft zusammenfassend, ob eine erste Schwingungsamplitude größer oder gleich einem positiven Schwellenwert S1 sowie eine auf den ersten Nulldurchgang folgende Schwingungsamplitude kleiner oder gleich dem negativen Schwellwert S2 vorliegen, und ob die vorerwähnten Ungleichungen zutreffen, das heißt, ob die halben Periodendauern der festgestellten Schwingung kleiner gleich der halben Periodendauer dt1 der größten zu erkennenden bauteiltypischen Frequenz und kleiner gleich der halben Periodendauer dt2 der kleinsten zu erkennenden bauteiltypischen Frequenz sind. Ist dies der Fall, dass wurde festgestellt, dass eine Schwingung mit einer störende Frequenz vorliegt. Daraufhin veranlasst die Steuerungs- und Regelungsvorrichtung ein Gegensteuern gegen die festgestellten, die Schwellenwerte S1, S2 überschreitenden beziehungsweise unterschreitenden sowie innerhalb der Grenzen der halben Periodendauern liegenden Schwingungen, bevor die Amplitude der erkannten Schwingung störend zunimmt.
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Ergibt sich aus dieser Prüfung noch kein eindeutiges Ergebnis, dass eine störende Schwingung mit einer bauteiltypischen Frequenz vorliegt, wird nach dem Markieren des Zeitpunktes t2 überprüft, ob im weiteren zeitlichen Messsignalverlauf ein nachfolgender, dritter Nulldurchgang vorliegt und danach der zweite Schwellenwert S2 erneut unterschritten wird. Der Zeitpunkt, an dem der zweite, negative Schwellenwert S2 erneut unterschritten wird, wird als Zeitpunkt t3 in der Steuerungs- und Regelungsvorrichtung erfasst. Anschließend überprüft die Steuerungs- und Regelungsvorrichtung, ob die Ungleichung t2 + dt1 < t3 < t2 + dt2 zutrifft.
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Das in der Zeichnung dargestellte Diagramm zeigt, dass dies der Fall ist, so dass tatsächlich eine oszillierende, störende Schwingung mit einer bauteiltypischen Frequenz vorliegt, welche als Torsionsschwingung in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs sensiert wurde. Mittels der Steuerungs- und Regelungsvorrichtung können daher geeignete Maßnahmen zur Dämpfung dieser Schwingung bereits maximal eineinhalb Schwingungsperioden nach dem Beginn der störenden Schwingung eingeleitet werden. Dies stellt ein äußerst schnelles Ansprechverhalten dar.
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Die
DE 102 44 026 A1 und die
DE 10 2008 041 884 A1 derselben Anmelderin offenbaren Steuerungs- und Regelungsvorrichtungen zur aktiven Reduzierung von Kupplungsrupfen in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, deren Details vorliegend nicht beschrieben werden, da sie nicht Gegenstand der Erfindung sind, deren Inhalt jedoch hier vollständig zum Gegenstand der Offenbarung gemacht ist, so dass diesbezügliche Zeichnungen und ausführliche Beschreibungen nicht erforderlich sind.
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Alle in der vorstehenden Beschreibung, in den Ansprüchen und in der Beschreibungseinleitung genannten Merkmale sind sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander einsetzbar. Die Erfindung ist somit nicht auf die beschriebenen und beanspruchten Merkmalskombinationen beschränkt, vielmehr sind alle Merkmalskombinationen als offenbart zu betrachten.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10244026 A1 [0003, 0009, 0025]
- DE 102008041884 A1 [0004, 0009, 0025]
