-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Riementriebs für eine Brennkraftmaschine mit einem mittels eines Riemens mit einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine in Antriebsverbindung angeordneten Riemenscheibengenerator, zumindest einem Nebenaggregat, einer Riemenspanneinrichtung und einem zwischen dem Riemenscheibengenerator und der Kurbelwelle angeordneten schaltbaren Planetengetriebe mit einer ein Bauteil des Planetengetriebes gegen ein Gehäuse oder ein anderes Bauteil bremsenden Bremse, einem die Bremse entlang eines ein Bremsmoment der Bremse einstellenden Betätigungswegs betätigenden, von einer Steuereinheit gesteuerten Aktor, einer Erfassungseinrichtung zur Erfassung von Schlupf der Bremse.
-
DE 10 2010 036 235 A1 sowie
DE 103 35 804 A1 zeigen jeweils Riementriebe für eine Brennkraftmaschine mit einem Riemenscheibengenerator, einem Planetengetriebe und einer Bremse, die ein Bauteil des Planetengetriebes gegen ein anderes Bauteil abbremst.
-
Riementriebe sind an der Riemenscheibenebene einer Brennkraftmaschine angeordnet und enthalten einen Riemenscheibengenerator, der über eine Riemenanbindung, in der beispielsweise Nebenaggregate wie ein Klimakompressor und dergleichen angeordnet sein können, mit der Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine verbunden ist. Zur Aufrechterhaltung einer vorgegebenen Riemenspannung ist in dem Riementrieb eine Riemenspanneinrichtung, beispielsweise ein Pendelspanner vorgesehen. Der Riemenscheibengenerator startet in einem ersten Betriebsmodus in einem Motorbetrieb die Brennkraftmaschine. Weiterhin kann der Riemenscheibengenerator in einem von der Brennkraftmaschine abgekoppelten Modus, wenn diese beispielsweise stillgesetzt ist, die Nebenaggregate antreiben oder als Boost-Einheit die Brennkraftmaschine antriebsmäßig unterstützen. Weiterhin kann der Riemenscheibengenerator im Generatorbetrieb von der Brennkraftmaschine angetrieben werden. Hierzu ist zwischen dem Riemenscheibengenerator und der Brennkraftmaschine ein Getriebe angeordnet, welches abhängig von der Betriebssituation unterschiedliche Übersetzungen bereitstellt. Beispielsweise kann zum Start der Brennkraftmaschine die Drehzahl der Elektromaschine ins Langsame übersetzen, während im Generatorbetrieb eine 1:1-Übersetzung oder eine Übersetzung ins Schnelle vorgesehen sein kann. Beispielsweise ist aus der
DE 10 2011 087 697 A1 ein Riemenscheibengenerator bekannt, bei dem ein zwischen der Elektromaschine und der Brennkraftmaschine von einem Aktor geschaltetes Planetengetriebe angeordnet ist. Um zwei unterschiedliche Übersetzungen des Planetengetriebes zu schalten, betätigt der Aktor eine Bremse, die das Hohlrad des Getriebes gegenüber dem Gehäuse bremst, um eine Schaltung des Getriebes zu bewirken. Abhängig von den Reibwerten der Reibbeläge der Bremse kann insbesondere während eines Starts der Brennkraftmaschine Schlupf an der Bremse auftreten, so dass das maximale Moment der Elektromaschine nicht übertragen werden kann, so dass unter widrigen Umständen die Brennkraftmaschine nicht gestartet werden kann. Aufgrund von Momentenänderungen am Riemenscheibengenerator beispielsweise während eines Wechsels vom Motorbetrieb zum Generatorbetrieb können an der Riemenspanneinrichtung wechselnde Auslenkungen auftreten. Beispielsweise wird bei einem Startvorgang der Brennkraftmaschine zunächst das Moment vom Riemenscheibengenerator auf die Kurbelwelle geleitet. Treten an der Brennkraftmaschine erste Verbrennungsvorgänge beziehungsweise Zündvorgänge auf, kommt es zu einer Momentenumkehr und die Kurbelwelle treibt für einen kurzen Zeitpunkt den Riemenscheibengenerator an. Falls eine Startdrehzahl der Brennkraftmaschine noch nicht erreicht ist, setzt der Riemenscheibengenerator den Antrieb fort, so dass eine erneute Momentumkehr auftritt. Diese Momentenwechsel treten bis zum Erreichen der Startdrehzahl beziehungsweise der Leerlaufdrehzahl der Kurbelwelle auf und führen zu wechselnden Belastungen der Riemenspanneinrichtung, beispielsweise zu Pendelspannerbewegungen eines Pendelspanners, welche als sogenannter virtueller Schlupf von einer Steuereinheit zur Kompensation von Schlupf erkannt werden. Beispielsweise werden Drehzahlschwankungen an einem Hohlrad beziehungsweise einer Bremsscheibe des Planetengetriebes erkannt, die auf einer Bewegung des Pendelspanners beruhen aber tatsächlich keiner Drehzahländerung des Riemenscheibengenerators zuzuordnen sind. Hierbei erfolgt eine Kompensation des Schlupfs, indem die Bremse des Planetengetriebes weiter geschlossen wird als dies erforderlich ist, so dass eine stärkere Beanspruchung der Bremse, Aktormechanik und des Aktors auftritt. Im Extremfall müssen diese Bauteile entsprechend robuster ausgelegt werden.
-
Aufgabe der Erfindung ist daher, ein Verfahren zur verbesserten Steuerung eines Riementriebs vorzuschlagen. Insbesondere soll ein nicht zu kompensierender virtueller Schlupf von einem tatsächlich auftretenden Schlupf separiert werden und eine ausschließliche Kompensation des tatsächlichen Schlupfs erfolgen.
-
Die Erfindung wird durch die Merkmale des Verfahrens gemäß Anspruch 1 gelöst. Die Merkmale der von diesem abhängigen Unteransprüche geben vorteilhafte Ausführungsformen des Verfahrens wieder.
-
Das vorgeschlagene Verfahren dient der Steuerung eines Riementriebs für eine Brennkraftmaschine mit einem mittels eines Riemens mit einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine in Antriebsverbindung angeordneten, im Motor- und Generatorbetrieb betreibbaren Riemenscheibengenerator, zumindest einem Zusatzaggregat, beispielsweise einem Klimakompressor, einer Wasserpumpe und dergleichen, einer Riemenspanneinrichtung, beispielsweise einem Pendelspanner und einem zwischen dem Riemenscheibengenerator und der Kurbelwelle angeordneten schaltbaren Planetengetriebe mit einer ein Bauteil des Planetengetriebes gegen ein Gehäuse oder ein anderes Bauteil bremsenden Bremse, einem die Bremse entlang eines ein Bremsmoment der Bremse einstellenden Betätigungswegs betätigenden, von einer Steuereinheit gesteuerten Aktor sowie einer Erfassungseinrichtung zur Erfassung von Schlupf der Bremse.
-
Virtueller Schlupf durch einen ungleichmäßigen Ausgleich der Vorspannung des Riemens mittels der Riemenspanneinrichtung wie Pendelspanner führt zu großen Gradienten der Drehkennwerte am Riemenscheibengenerator, den Nebenaggregaten und dem Planetengetriebe sowie zu zeitlich großen Gradientenänderungen mit Vorzeichenwechsel der Drehzahl. Diese Gradientenänderungen unterscheiden sich stark von den Gradientenänderungen, hervorgerufen durch tatsächlichen Schlupf, welche deutlich flacher verlaufen und keine Vorzeichenwechsel in der Drehzahl in so kurzen zeitlichen Abständen aufweisen. Diese Charakteristik wird dazu genutzt virtuellen Schlupf zu detektieren und gegenüber dem tatsächlichen Schlupf zu separieren. In einer vorgeschlagenen Schlupfabbaustrategie kann somit der virtuelle Schlupf bei der Schlupfkompensation nicht berücksichtigt werden, so dass der Aktor mit seiner Aktormechanik die Bremse nicht stärker schließt als dies durch tatsächlichen Schlupf bedingt wäre.
-
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens kann ein von der Steuereinheit beziehungsweise einer Erfassungseinrichtung dieser wie Drehkennwerterfassung mit entsprechender Auswertung nach der Zeit erkannter Schlupf der Bremse ausschließlich kompensiert werden, wenn ein Gradient eines Drehkennwerts des Riemenscheibengenerators kleiner als eine vorgegebene Schwelle ist. Ein derartiger Drehkennwert kann eine Drehzahl des Riemenscheibengenerators sein. Die Erfassung der Drehzahl kann mittels einer in dem Riemenscheibengenerator bereits vorhandenen, beispielsweise inkrementellen Drehzahlerfassung zur Kommutation des Riemenscheibengenerators sein. Alternativ oder zusätzlich kann der Drehkennwert eine Gradientenänderung der Drehzahl sein. Auf diese Weise können Drehzahlen und deren einfache und mehrfache Ableitungen nach der Zeit der Erkennung des virtuellen Schlupfs dienen. Die Bildung einer Schwelle eines Drehkennwerts zur Unterscheidung von virtuellem und tatsächlichem Schlupf kann empirisch und/oder modellgestützt erfolgen. Die Schwelle kann von weiteren Parametern, beispielsweise der Alterung der Riemenspanneinrichtung, der Temperatur, der Verdichtung der Brennkraftmaschine und/oder anderen Eigenschaften der Brennkraftmaschine, deren Laufleistung und/oder dergleichen abhängig eingestellt werden. Im Weiteren kann eine Kompensation des erkannten Schlupfs abhängig von einer vorgegebenen Anzahl von Vorzeichenwechseln des Drehkennwerts erfolgen. Beispielsweise kann ein virtueller Schlupf erst erkannt werden, wenn zumindest ein oder mehrere Momentwechsel innerhalb einer vorgegebenen Zeitschwelle auftreten.
-
Wird ein Gesamtschlupf aus Anteilen an virtuellem und tatsächlichem Schlupf ermittelt, kann aus dem Zeitverhalten des Schlupfs ein Anteil an tatsächlichem Schlupf ermittelt und lediglich dieser kompensiert werden. Ein auftretender Schlupf bei einem Gradienten kleiner der Schwelle, also tatsächlicher Schlupf wird bevorzugt mittels einer Vergrößerung des Betätigungswegs kompensiert. Hierbei spannt der Aktor und eine entsprechende Aktormechanik eine Bremse mit größerer Kraft vor, so dass ein größeres Bremsmoment auftritt und eine Umschaltung der Übersetzungen des Planetengetriebes verhindert wird, indem zum Beispiel der tatsächliche Schlupf eines Hohlrads des Planetengetriebes gegenüber einem gehäusefesten Bauteil zumindest auf ein vorgegebenes Maß unterbunden wird.
-
Ist bei maximal durch den Aktor und die Aktormechanik eingestelltem Betätigungsweg und auftretendem Schlupf bei einem Gradienten kleiner der Schwelle der Betätigungsweg das erforderliche Bremsmoment zu gering, kann das einstellbare Bremsmoment mittels einer Nachstelleinrichtung auf ein höheres Bremsmoment nachgestellt werden.
-
Zusammenfassend ausgedrückt kommt es aufgrund von Drehmomentschwankungen beim Start der Brennkraftmaschine zu Bewegungen des Pendelspanners, der den Riemen vorspannt, um ein Moment des PSG übertragen zu können. Die Bewegung des Pendelspanners führt zu Drehzahländerungen (virtueller Schlupf) am Riemenscheibengenerator, da dieser in den Riementrieb integriert ist, insbesondere auf dessen Achse sitzt. Der Schlupf der Hohlradbremsscheibe des Planetengetriebes wird über die Drehzahlen der Kurbelwelle und dem Riemenscheibengenerator bestimmt. Die Drehzahländerung durch die Pendelspannerbewegung führt zu einem virtuellen Schlupf, der dazu führt, dass der von einer Erfassungseinrichtung einer Steuereinheit ermittelte Schlupf vom Aktor und dessen Aktormechanik der Bremse abgebaut wird, da Schlupf die Regelgröße für den Aktor ist. Demzufolge wird die Aktorik stärker beansprucht als dies notwendig wäre, da der Aktor die Bremskraft so lange erhöht bis der Schlupf abgebaut wurde oder das Motormoment des Aktors erreicht ist. Um die Aktorik vor dauerhafter Überlast zu schützen, wird der virtuelle Schlupf durch die folgende Maßnahme erkannt: Zum Einen kommt es bei virtuellem Schlupf zu großen Gradientenänderungen des Schlupfes, zum anderen erfolgen die Gradientenänderungen mit Vorzeichenwechsel, was bei tatsächlichem Schlupf nicht der Fall ist. Auch erfolgen die Gradientenänderungen innerhalb kürzester Zeit, was bei tatsächlichem Schlupf auch nicht der Fall ist. Dieser virtuelle Schlupf wird somit in der Schlupfabbaustrategie nicht berücksichtigt und der Aktor samt Aktormechanik dementsprechend geschützt.
-
Die Erfindung wird anhand der 1 bis 3 näher erläutert. Dabei zeigen:
- 1 einen schematischen Aufbau einer Brennkraftmaschine mit Riementrieb,
- 2 ein schematische Ansicht des Riementriebs und
- 3 ein Diagramm zur Darstellung des Schlupfs und eines Betätigungswegs einer Bremse in Abhängigkeit von der Zeit.
-
Die 1 zeigt schematisch den Riementrieb 1 und die Brennkraftmaschine 2 von der Seite. Die Kurbelwelle 3 ist mit dem schaltbaren Planetengetriebe 4 drehschlüssig verbunden, welches mittels des Riemens 5 in den Riementrieb 1 integriert ist. Desweiteren sind in dem Riementrieb der Riemenscheibengenerator 6 und die als Riemenspanner ausgebildete, koaxial zum Riemenscheibengenerator 6 angeordnete Riemenspanneinrichtung 7 aufgenommen. Weitere gegebenenfalls in dem Riementrieb aufgenommene Nebenaggregate wie Klimakompressoren und dergleichen sind nicht dargestellt. Die Sonne 8 des Planetengetriebes 4 ist über die Riemenscheibe 9 in dem Riementrieb 1 aufgenommen. Die Planeten 10 sind mittels des Stegs 11 mit der Kurbelwelle 3 verbunden. Das Hohlrad 12 weist die Bremsscheibe 13 der Bremse 16 auf und wird zur Einstellung unterschiedlicher Übersetzungen des Planetengetriebes 4 von dem Aktor 14 mit der Aktormechanik 15 gehäusefest gebremst oder dreht ungebremst. Der Betätigungsweg der Aktormechanik 15 gibt dabei ein Bremsmoment zwischen nicht schlupfendem, schlupfendem oder frei drehendem Betrieb des Hohlrads vor. Der Betätigungsweg wird von einer nicht dargestellten Steuereinheit geregelt. Tritt an der Bremse Schlupf auf, wird mittels des Betätigungswegs ein Bremsmoment eingestellt, das den Schlupf verringert oder vollständig eliminiert. Aufgrund von Pendelbewegungen der Riemenspanneinrichtung 7 insbesondere während eines Starts der Brennkraftmaschine 2 mittels des Riemenscheibengenerators 6 treten Momentschwankungen mit hohem Gradienten und Vorzeichenwechseln auf. Aufgrund der Schlupferfassung zwischen der Drehzahl des Rotors des Riemenscheibengenerators 6 und der Kurbelwelle 3 wird hierbei virtueller Schlupf erkannt. Um diesen mittels der Aktormechanik 15 nicht zu kompensieren, wird der auftretende Schlupf in einen Anteil mit geringem, dem tatsächlichen Schlupf zuzuordnenden Gradienten und in einen Anteil mit hohem, dem virtuellen Schlupf zuzuordnenden Gradienten aufgeteilt und lediglich der tatsächliche Schlupf mittels des Aktors 14 und der Aktormechanik 15 durch entsprechendes Aufbringen eines Bremsmoments an der Bremse 16 eliminiert.
-
Die 2 zeigt eine schematische Ansicht des Riementriebs 1 mit dem koaxial zu der Riemenspanneinrichtung 7 angeordneten Riemenscheibengenerator 6, dem schaltbaren Planetengetriebe 4 und dem Nebenaggregat 17, beispielsweise einem Klimakompressor sowie dem diese umschlingenden Riemen 5. Aufgrund der bauartbedingten Eigenschaften der Riemenspanneinrichtung 7 pendelt diese in Richtung des Doppelpfeils 18 um die Achse des Riemenscheibengenerators 6 bei Startvorgängen der Brennkraftmaschine mit wechselndem Moment im Riementrieb 1. Hierdurch entstehen schnelle, im Vorzeichen wechselnde Drehzahlen am Riemenscheibengenerator 6, so dass zwischen dem Riemenscheibengenerator 6 und der Kurbelwelle Differenzdrehzahlen mit hohen Gradienten und Vorzeichenwechseln erzielt werden, die von einer die Drehzahlen des Riemenscheibengenerators 6 und der Kurbelwelle erfassenden Erfassungseinrichtung einer Steuereinheit als virtueller Schlupf interpretiert werden.
-
Die 3 zeigt das Diagramm 19 mit den Teildiagrammen I, II über die Zeit t während eines Schließvorgangs mit Bezug auf die Bauteile der 1. Das obere Teildiagramm I zeigt den Schlupf Δn als Differenz der Drehzahlen zwischen dem Rotor des Riemenscheibengenerators 6 und der Kurbelwelle 3 der Brennkraftmaschine 2 über die Zeit t und die untere Kurve den Betätigungsweg s über die Zeit t. Hierbei ist dem Betätigungsweg s ein entsprechend adaptiertes Bremsmoment der Bremse 16 zuzuordnen. Die durchgezogene Kurve 20 des Teildiagramms I zeigt dabei den Verlauf des tatsächlichen Schlupfs Δn1 mit entsprechend langsamen Änderungen über die Zeit t. Die unterbrochen dargestellte Kurve 21 des oberen Teildiagramms I zeigt hingegen den im Wesentlichen den Zündvorgängen der Brennkraftmaschine 2 geschuldeten virtuellen Schlupf Δn2 mit Drehzahländerungen mit hohen Gradienten und Vorzeichenwechseln. Eine Trennung von tatsächlichem Schlupf Δn1 und virtuellem Schlupf Δn2 erfolgt durch Ermittlung deren graduellen Anteile. Daraus folgt eine Steuerung des Betätigungswegs s so, dass der Schlupf Δn unterhalb der Schlupfgrenze SG bleibt. Das untere Teildiagramm II zeigt eine hierzu notwendige Einstellung des Betätigungswegs s der Bremse 16 mittels des Aktors 14 und dessen Aktormechanik 15. Hierbei zeigt die unterbrochen dargestellte Kurve 22 den Betätigungsweg s2 bei nicht kompensiertem virtuellem Schlupf Δn2 und die Kurve 23 den Betätigungsweg s1 bei kompensiertem virtuellem Schlupf Δn2. Durch die Kompensation des virtuellen Schlupfs Δn2 wird im Zeitfenster Δt1 der geschlossenen Bremse 16 ein wesentlich kleinerer Betätigungsweg s2 und damit eine geringere Belastung der Bremse 16, des Aktors 14 und der Aktormechanik 15 erzielt als im Zeitfenster Δt2 bei nicht kompensiertem virtuellem Schlupf Δn2.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Riementrieb
- 2
- Brennkraftmaschine
- 3
- Kurbelwelle
- 4
- Planetengetriebe
- 5
- Riemen
- 6
- Riemenscheibengenerator
- 7
- Riemenspanneinrichtung
- 8
- Sonne
- 9
- Riemenscheibe
- 10
- Planet
- 11
- Steg
- 12
- Hohlrad
- 13
- Bremsscheibe
- 14
- Aktor
- 15
- Aktormechanik
- 16
- Bremse
- 17
- Nebenaggregat
- 18
- Doppelpfeil
- 19
- Diagramm
- 20
- Kurve
- 21
- Kurve
- 22
- Kurve
- 23
- Kurve
- s
- Betätigungsweg
- s1
- Betätigungsweg
- s2
- Betätigungsweg
- SG
- Schlupfgrenze
- t
- Zeit
- Δn
- Schlupf
- Δn1
- tatsächlicher Schlupf
- Δn2
- virtueller Schlupf
- Δt1
- Zeitfenster
- Δt2
- Zeitfenster
- I
- Teildiagramm
- II
- Teildiagramm
