DE102013219976A1

DE102013219976A1 - Verfahren zum Dämpfen von Antriebsstrangschwingungen in Kraftfahrzeugen

Info

Publication number: DE102013219976A1
Application number: DE201310219976
Authority: DE
Inventors: Franz Bitzer; Peter Herter
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2013-10-02
Filing date: 2013-10-02
Publication date: 2015-04-02
Also published as: CN104512420B; US9551410B2; US20150094920A1; CN104512420A

Abstract

Um zu erreichen, dass ein Signal zur Dämpfung von Antriebsstrangschwingungen in derselben Periode aufgeprägt wird, wie die Antriebsstrangschwingung und nicht erst um eine Periode verzögert aufgeschaltet wird, wird ein Verfahren vorgeschlagen mit den Schritten: – Kontinuierliches Berechnen eines Korrekturdrehmoments zur Schwingungsdämpfung; – über einen parallelen Signalpfad ermitteln, ob die Schwingungsdämpfung aktiviert oder deaktiviert werden soll; – Aufschalten des Korrekturdrehmoments auf die Antriebsstrangschwingung, wenn sich die Notwendigkeit zu einer Aktivierung der Schwingungsdämpfung ergibt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Dämpfen von Antriebsstrangschwingungen in Kraftfahrzeugen.
Bei Fahrzeugen mit drehenden Antriebswellen kommt es in unterschiedlichen Situationen zu unerwünschten Antriebsstrangschwingungen. Eine häufige Ursache dafür ist beim Anfahren des Fahrzeugs eine zwischen einem Verbrennungsmotor und einem Fahrzeuggetriebe angeordnete Anfahrkupplung wegen ihres Reibwertverhaltens oder aufgrund von geometrischen Ungleichförmigkeiten der Reibbeläge derselben. Auch bei elektrisch angetriebenen Fahrzeugen kann es durch den Betrieb der elektrischen Maschine zu unkomfortablen Schwingungsanregungen kommen. So können Antriebsstrangschwingungen von den Antriebsrädern des Fahrzeugs in den Antriebsstrang geleitet werden, beispielsweise beim Überfahren eines Schlagloches oder eines Kanaldeckels. Antriebsstrangschwingungen werden je nach Amplitude und Frequenz von den im Fahrzeug befindlichen Personen als unangenehm empfunden.
Die Antriebsstrangschwingungen lassen sich durch geeignete Stellmittel, beispielsweise an der Anfahrkupplung, an der Brennkraftmaschine oder an der elektrischen Maschine so beeinflussen, dass diese weitgehend gedämpft oder im Idealfall vollständig unterdrückt werden.
In der DE 40 09 791 A1 ist ein Verfahren zur Unterdrückung von Schwingungen im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs beschrieben, das von einer Brennkraftmaschine angetrieben wird, wobei der Brennkraftmaschine beim Auftreten von Schwingungen im Antriebsstrang eine in einer Korrektureinrichtung ermittelte, das Antriebsdrehmoment der Brennkraftmaschine verändernde Stellgröße zugeführt wird. Um derartige Schwingungen sicher zu erkennen sowie schnell und wirkungsvoll dämpfen zu können, wird vorgeschlagen, dass aus Drehzahlinformationen Drehzahlgradienten ermittelt und zur Schwingungsbeurteilung herangezogen werden, und dass durch eine phasenrichtige Umschaltung von den ersten Zündzeitpunkten eines in einem Zündzeitpunktsteuergerät abgelegten Zündkennfeldes auf die entsprechenden Zündzeitpunkte eines zweiten im Zündzeitpunktsteuergerät abgelegten Zündkennfeldes das Antriebsdrehmoment der Brennkraftmaschine derart verändert wird, dass die Schwingungen im Antriebsstrang der Brennkraftmaschine gedämpft werden.
Die DE 10 2011 115 927 A1 offenbart ein Verfahren zum Erkennen von Drehzahl-/Drehmomentschwankungen, insbesondere von Mustern solcher Schwankungen einer Antriebsvorrichtung in einem Kraftfahrzeug, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: Erkennen einer kritischen Drehzahlsituation, insbesondere mittels Vergleichs einer gemessenen Ist-Drehzahl mit vorgegebenen Kenn-Drehzahlen, Erfassen eines lokalen Drehzahlminimums und eines lokalen Drehzahlmaximums (lokale Drehzahlgrößen), Auswerten dieser lokalen Drehzahlgrößen, insbesondere Bilden von lokalen Drehzahlkennwerten, wie vorzugsweise einer lokalen Amplitude und einer lokalen Frequenz, direktes oder indirektes Bestimmen der Dauer eines lokalen Schwingungs-Zeitraums, wobei innerhalb dieses Zeitraums im Wesentlichen konstante lokale Drehzahlkennwerte vorliegen, und Beschreiben eines lokalen Schwingungsmusters, das wenigstens die lokale Amplitude, die lokale Frequenz oder den lokalen Schwingungszeitraum aufweist.
Eine weiteres Verfahren zur Reduzierung von Schwingungen in einem Kraftfahrzeug ist in der DE 102 44 026 A1 beschrieben. Mit diesem Verfahren werden störende Schwingungen von einer Steuerungs- und Regelungsvorrichtung mittels geeigneter Sensoren festgestellt und bei einem Überschreiten von zuvor festgelegten Grenzwerten durch die Steuerungs- und Regelungsvorrichtung wenigstens eine Vorrichtung derart betätigt, dass die störende Schwingung vollständig beseitigt oder zumindest in ihrer Amplitude gedämpft wird. Dabei wirkt die wenigstens eine Vorrichtung derart auf wenigstens ein rotierendes Bauteil im Fahrzeugantriebsstrang ein, dass letzteres oder letztere beim Auftreten der Schwingung kontinuierlich oder periodisch in ihrer Drehbewegung abgebremst oder zu einer Kompensationsschwingung angeregt werden. Hierbei weist die Kompensationsschwingung oder der Bremseingriff die gleiche oder eine ähnliche Frequenz auf, wie die störend wirkende Schwingung, sie weist jedoch zu dieser einen Schwingungsphasenversatz auf, der zu einer Reduzierung der Amplitude der störenden Schwingung führt.
Eine Schwachstelle der in diesen Druckschriften offenbarten Verfahren liegt darin, dass für das Erkennen der Schwingungen entweder zusätzliche Sensoren, beispielsweise Drehmomentsensoren, erforderlich sind, und/oder die typischerweise vorhandenen Sensorinformationen, beispielsweise Drehzahlinformationen, ungünstig ausgewertet werden. Häufig werden auch rechenintensive Algorithmen verwendet, um die Amplitude und Phasenlage der Antriebsstrangschwingung zu ermitteln. Wenn, wie dies häufig der Fall ist, ein Drehzahlsignal oder ein Differenzdrehzahlsignal als Basis für die Schwingungsdämpfung verwendet wird, hat dies den Nachteil, dass dadurch eine Phasennacheilung entsteht, die hohe Anforderungen an das Stellglied bezüglich der sogenannten Eckfrequenz stellt, die schwierig zu erfüllen sind. In der Praxis führt dies häufig dazu, dass das Signal zur Dämpfung der Schwingung nicht in derselben Periode wie die der störenden Schwingung aufgeprägt, sondern erst um eine Periode verzögert aufgeschaltet wird.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Dämpfen von Antriebsstrangschwingungen in Kraftfahrzeugen vorzuschlagen, mit dem es möglich ist, das Signal zur Dämpfung der Antriebsstrangschwingung in derselben Schwingungsperiode wirksam werden zu lassen, welche für die Antriebsstrangschwingung gegeben ist.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Hauptanspruchs. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der abhängigen Ansprüche 2 bis 5.
Somit betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Dämpfen von Antriebsstrangschwingungen in Kraftfahrzeugen mit den Schritten:

– Kontinuierliches Berechnen eines Korrekturdrehmoments zur Schwingungsdämpfung;
– über einen parallelen Signalpfad ermitteln, ob die Schwingungsdämpfung aktiviert oder deaktiviert werden soll;
– Aufschalten des Korrekturdrehmoments auf die Antriebsstrangschwingung, wenn sich die Notwendigkeit zu einer Aktivierung der Schwingungsdämpfung ergibt.

Dabei erfolgt das Aktivieren beziehungsweise Deaktivieren der Schwingungsdämpfung vorzugsweise durch ein Aufschalten beziehungsweise Abschalten des Korrekturdrehmoments auf die Antriebsstrangschwingung mittels einer stetigen Übergangsfunktion, so dass mit dem dadurch erreichbaren weichen Übergang zusätzliche Schwingungsanregungen vermieden werden.
Das Aktivieren beziehungsweise Deaktivieren der Schwingungsdämpfung erfolgt ohne zusätzliche Phasenverschiebung durch das Berechnen des Korrekturdrehmoments. Anders ausgedrückt stellt sich durch die kontinuierliche Berechnung des Korrekturdrehmoments keine zusätzliche Phasenverschiebung gegenüber dem parallelen Signalpfad desjenigen Ermittelns ein, ob die Schwingungsdämpfung aktiviert oder deaktiviert werden soll.
Im Einzelnen umfasst das Verfahren vorzugsweise folgende Schritte:

– Sensieren eines Drehzahlsignals im Antriebsstrang;
– Differenzieren des Drehzahlsignals;
– Verstärken der Ableitung des Drehzahlsignals mit einem antriebsstrangabhängigen Verstärkungsfaktor, daraus kontinuierliches Berechnen des Korrekturdrehmoments;
– parallel dazu Bestimmen der Frequenz der Antriebsstrangschwingungen aus den gemessenen Drehzahlsignalen;
– Detektieren von Maxima und Minima der Antriebsstrangschwingungen gegenüber festgesetzten Schwellenwerten aus dem Drehzahlsignal;
– beim ersten Ermitteln bzw. Erfassen eines Maximums oder Minimums Starten einer Zeit-Zähleinrichtung von einem Startwert in Richtung zu dem Wert Null;
– beim nächsten Ermitteln bzw. Erfassen eines Maximums oder Minimums der Antriebsstrangschwingungen Zurücksetzen der Zeit-Zähleinrichtung auf den Startwert;
– Aktivieren der Schwingungsdämpfung, wenn die Zeit-Zähleinrichtung aufgrund zumindest eines neuen Maximums oder Minimums zurückgesetzt wurde, und der Zählerstand den Wert Null erreicht hatte;
– Deaktivieren der Schwingungsdämpfung, wenn die Zeit-Zähleinrichtung aufgrund zumindest eines neuen Maximums oder Minimums zurückgesetzt wurde, ohne dass der Zählerstand den Wert Null erreicht hatte.

Der Verstärkungsfaktor kann abhängig von der Differenzdrehzahl zwischen dem Eingangselement und dem Ausgangselement einer zwischen einem Antriebsmotor und einem Getriebe angeordneten Anfahrkupplung eines Fahrzeugs sein.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels weiter erläutert.
Ein Drehzahlsignal wird gemäß dem Funktionsblock 1 sensiert und als Eingangssignal verwendet. Bei dem Drehsignal handelt es sich beispielsweise um die Getriebeeingangsdrehzahl eines Kraftfahrzeugs. Das Drehzahlsignal wird gemäß Funktionsblock 2 nach der Zeit differenziert und gegebenenfalls einer Filterung unterzogen. Das Ausgangssignal des Funktionsblocks 2 wird gemäß Funktionsblock 3 mit einem Verstärkungsfaktor multipliziert, der von weiteren Zustandsgrößen des Fahrzeugs, wie beispielsweise der Differenzdrehzahl zwischen dem Eingangselement und dem Ausgangselement einer Anfahrkupplung des Fahrzeugs, abhängig sein kann. Daraus ergibt sich im Funktionsblock 4 das kontinuierlich berechnete Korrekturdrehmoment.
Aufgrund der eingeschränkten Eckfrequenz des Systems, wie der Signallaufzeit in einem CAN-Datenbussystem, der Zeitdauer für die Berechnungen, der Reaktionszeit des Aktuators zum Aufschalten eines Korrekturdrehmoments in den Antriebsstrang, kann die gewünschte Schwingungsdämpfung nur in einem bestimmten Frequenzbereich eine positive Wirkung entfalten, anderenfalls würde es zu einer Schadeinkopplung kommen, wobei das dem Abtriebsdrehmoment hinzugefügte Korrekturdrehmoment die vorliegende Antriebsstrangschwingung verstärkt.
Folglich muss über eine weitere Berechnung die Schwingungsfrequenz der Antriebsstrangschwingung ermittelt werden und über einen steuerungsprogrammtechnischen Schalter das Korrekturdrehmoment auf die Antriebsstrangschwingung zugeschaltet werden oder eine solche Zuschaltung unterbleiben. Gemäß der Erfindung wird daher das Drehzahlsignal bzw. die Drehzahlinformation gemäß Funktionsblock 1 über einen Parallelpfad einer zeitlich parallelen Frequenzbestimmung gemäß Funktionsblock 5 zugeleitet. Dort werden auftretende Maxima und Minima der Antriebsstrangschwingungen ermittelt. Beim ersten Auftreten eines Maximums oder Minimums der Antriebsstrangschwingungen wird eine Zeit-Zähleinrichtung 6 gestartet, die von einem Startwert in Richtung des Werts Null herunter zählt. Gestartet wird die Zeit-Zähleinrichtung 6 jedoch nur dann, wenn die festgestellten Maxima und Minima oberhalb eines festgesetzten absoluten Schwellenwertes liegen. Beim nächsten Auftreten eines Maximums oder Minimums wird die Zeit-Zähleinrichtung 6 auf den genannten Startwert zurückgesetzt. Die Zeit-Zähleinrichtung 6 startet in ihrer Funktion als programmtechnischer Schalter die Schwingungsdämpfung mit dem berechneten Korrekturdrehmoment erst dann, wenn die Zeit-Zähleinrichtung 6 aufgrund eines neuen Maximums oder Minimums auf ihren Startwert zurückgesetzt wurde, und der Zählerstand zuvor den Wert Null erreicht hatte. Die Zeit-Zähleinrichtung 6 beendet in ihrer Funktion als programmtechnischer Schalter die Schwingungsdämpfung mit dem berechneten Korrekturdrehmoment dann, wenn die Zeit-Zähleinrichtung 6 aufgrund eines neuen Maximums oder Minimums auf ihren Startwert zurückgesetzt wurde, ohne dass der Zählerstand zuvor den Wert Null erreicht hatte.
Das berechnete Korrekturdrehmoment gemäß Funktionsblock 4 und das Signal der Zeit-Zähleinrichtung 6 zum Aktivieren beziehungsweise Deaktivieren der Schwingungsdämpfung gelangen zu einer Umschalteinrichtung 7, die dazu eingerichtet ist, das berechnete Korrekturdrehmoment mittels einer stetigen Übergangsfunktion kontinuierlich bereitzustellen und bei Freigabe durch die Zeit-Zähleinrichtung 6 als Signal an eine Steuereinrichtung 9 weiterzuleiten, welche einen Aktuator 10 der Anfahrkupplung des Fahrzeugs mit Betätigungssignalen versorgt.
Das Aufschalten des Korrekturdrehmoments auf das die Antriebsstrangschwingung aufweisende Drehmoment erfolgt dann mittels des die Anfahrkupplung betätigenden Aktuators 10, welcher stetig so betätigt wird, dass die Anfahrkupplung das gewünschte Drehmoment und zugleich das Korrekturdrehmoment von dem Fahrzeugantriebsmotor zu dem Fahrzeuggetriebe überträgt.
Das eingeschaltete und kontinuierliche Korrekturdrehmoment der Umschalteinrichtung 7 gelangt demnach ebenso wie ein Signal für ein gewünschtes Antriebsdrehmoment an dem Ausgangselement der Anfahrkupplung gemäß dem Funktionsblock 8 zu der Steuereinrichtung 9, wo durch Zusammenfügen dieser Größen kontinuierlich ein Wert für ein korrigiertes Kupplungsdrehmoment bestimmt wird, der zur Steuerung der Erzeugung eines zumindest schwingungsarmen Drehmomentverlaufs nutzbar ist.
Alle in der vorstehenden Figurenbeschreibung, 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.
Bezugszeichenliste

1: Funktionsblock Drehzahlsensierung
2: Funktionsblock Drehzahldifferenzierung
3: Funktionsblock Verstärkung des differenzierten Drehzahlsignals
4: Funktionsblock Berechnen des Korrekturdrehmoments
5: Funktionsblock Ermittlung der Schwingungsfrequenz, der Maxima und
: der Minima der Schwingung
6: Funktionsblock Zeit-Zähleinrichtung
7: Funktionsblock Umschalteinrichtung
8: Funktionsblock Eingabe des Kupplungsdrehmoments
9: Funktionsblock Zusammenführung des Korrekturdrehmoments und des
: Kupplungsdrehmoments
10: Kupplungsaktuator

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 4009791 A1 [0004]
DE 102011115927 A1 [0005]
DE 10244026 A1 [0006]

Claims

Verfahren zum Dämpfen von Antriebsstrangschwingungen in Kraftfahrzeugen mit den Schritten: – Kontinuierliches Berechnen eines Korrekturdrehmoments zur Schwingungsdämpfung; – über einen parallelen Signalpfad ermitteln, ob die Schwingungsdämpfung aktiviert oder deaktiviert werden soll; – Aufschalten des Korrekturdrehmoments auf die Antriebsstrangschwingung, wenn sich die Notwendigkeit zu einer Aktivierung der Schwingungsdämpfung ergibt.
Verfahren nach Anspruch 1 mit dem zusätzlichen Schritt: – Aktivieren beziehungsweise Deaktivieren der Schwingungsdämpfung durch Aufschalten beziehungsweise Abschalten des Korrekturdrehmoments mittels einer stetigen Übergangsfunktion.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 mit dem zusätzlichen Schritt: – Aktivieren beziehungsweise Deaktivieren der Schwingungsdämpfung ohne zusätzliche Phasenverschiebung durch das Berechnen des Korrekturdrehmoments.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3 mit den Schritten: – Sensieren eines Drehzahlsignals im Antriebsstrang; – Differenzieren des Drehzahlsignals; – Verstärken der Ableitung des Drehzahlsignals mit einem antriebsstrangabhängigen Verstärkungsfaktor, daraus kontinuierliches Berechnen des Korrekturdrehmoments; – parallel dazu Bestimmen der Frequenz der Antriebsstrangschwingungen aus den gemessenen Drehzahlsignalen; – Detektieren von Maxima und Minima der Antriebsstrangschwingungen gegenüber festgesetzten Schwellenwerten aus dem Drehzahlsignal; – beim ersten Ermitteln eines Maximums oder Minimums Starten einer Zeit-Zähleinrichtung von einem Startwert in Richtung zu dem Wert Null; – beim nächsten Ermitteln eines Maximums oder Minimums der Antriebsstrangschwingungen Zurücksetzen der Zeit-Zähleinrichtung auf den Startwert; – Aktivieren der Schwingungsdämpfung, wenn die Zeit-Zähleinrichtung aufgrund zumindest eines neuen Maximums oder Minimums zurückgesetzt wurde, und der Zählerstand den Wert Null erreicht hatte; – Deaktivieren der Schwingungsdämpfung, wenn die Zeit-Zähleinrichtung aufgrund zumindest eines neuen Maximums oder Minimums zurückgesetzt wurde, ohne dass der Zählerstand den Wert Null erreicht hatte.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstärkungsfaktor abhängig ist von der Differenzdrehzahl zwischen dem Eingangselement und dem Ausgangselement einer zwischen einem Antriebsmotor und einem Getriebe angeordneten Anfahrkupplung.