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Die Erfindung betrifft eine Vibrationssteuerung. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Vibrationssteuerung zur Unterdrückung von Vibrationen eines Antriebsmotors an Bord eines Kraftfahrzeugs.
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Ein Kraftfahrzeug umfasst einen Antriebsmotor, der mittels eines Antriebsstrangs mit mindestens einem Antriebsrad gekoppelt ist. Der Antriebsmotor kann beim Betrieb Vibrationen emittieren, die von einer Person an Bord des Kraftfahrzeugs als unangenehm empfunden werden können. Zur Reduzierung dieser Vibration und anderer Einflüsse, die unter der Bezeichnung NVH (Noise, Vibration, Harshness; Geräusche, Vibration und Rauheit) bekannt sind, können Dämmstoffe verwendet werden. Diese können jedoch eine Fahrzeugmasse erhöhen, was einen Kraftstoffverbrauch ansteigen lassen kann.
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Zur Reduktion von Vibrationen des Antriebsmotors können unterschiedliche Maßnahmen ergriffen werden. Ein Ansatz sieht vor, eine phasensynchrone Gegenvibration zu erzeugen, die die Vibration des Antriebsmotors überlagert, so dass sich die beiden Vibrationen idealerweise auslöschen. Die Gegenvibration kann beispielsweise mechanisch mittels einer Ausgleichswelle erzeugt werden, die mit einer Abtriebswelle des Antriebsmotors gekoppelt ist. In einer anderen Ausführungsform ist eine Vibrationskompensation vorgesehen, die üblicherweise auf elektronischem Weg dazu angesteuert werden kann, eine Vibration bereitzustellen. Die Vibrationskompensation ist üblicherweise im Bereich einer Lagerung des Antriebsmotors gegenüber dem Kraftfahrzeug angeordnet. In einer bekannten Ausführungsform wird die Vibrationskompensation in Abhängigkeit von Steuersignalen für den Verbrennungsmotor angesteuert, um die gewünschte, gegenphasige Vibration phasensynchron zur Vibration des Antriebsmotors bereitzustellen. Die Steuersignale für den Antriebsmotor werden jedoch häufig mit einer unbekannten Zeitverzögerung, beispielsweise einen digitalen Bus, wie den CAN-Bus übertragen, so dass ein exakter Bezug zwischen den Steuersignalen und der Vibration des Antriebsmotors nicht möglich oder schwierig herzustellen sein kann.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Technik zur aktiven Vibrationskompensation bereitzustellen. Die Erfindung löst diese Aufgabe mittels einer Steuervorrichtung, eines Systems, eines Verfahrens und eines Computerprogrammprodukts mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Unteransprüche geben bevorzugte Ausführungsformen wieder.
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Eine Steuervorrichtung für eine aktive Vibrationskompensation für ein Kraftfahrzeug mit einem Antriebsmotor umfasst eine Schnittstelle zur Abtastung einer zeitlichen Information, die auf eine Vibration des Antriebsmotors hinweist, und eine Ansteuereinrichtung für die Vibrationskompensation in Abhängigkeit der Information. Dabei ist die Schnittstelle dazu eingerichtet, unmittelbar mit einem Sensor gekoppelt zu werden, der zur Bestimmung zu einer Vibration des Antriebsmotors phasengekoppelten Signals eingerichtet ist.
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Durch die unmittelbare Abtastung des Sensors bzw. der durch ihn bereitgestellten Information kann die Verzögerung zwischen der physikalischen Größe, die der Sensor abtastet, und dem Eintreffen der Information konstant gehalten und dadurch verbessert modellierbar sein. Insbesondere kann die Verzögerung so gering sein, dass sie als nicht vorhanden betrachtet werden kann. Zeitpunkte, zu denen beispielsweise ein Vibrationsereignis erfolgen, etwa impulsförmige Vibrationen aufgrund von Zündungen in einem Verbrennungsmotor, können so verbessert bestimmt und durch passende Ansteuerung der Vibrationskompensation gemindert, gedämpft oder ausgelöscht werden.
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Es ist bevorzugt, dass das Signal auf einer Übertragungsstrecke zwischen dem Sensor und der Schnittstelle modulationsfrei übertragen wird. Eine Verzögerung, die durch die Modulation hervorgerufen sein kann, kann dadurch eliminiert sein. Insbesondere kann durch Verzicht auf eine Übertragung der Information in vorbestimmten Zeitschlitzen verhindert werden, dass die zeitliche Auflösung durch die Länge der Zeitschlitze beschränkt ist. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform erfolgt eine Übertragung eines analogen Signals, welches zwei oder mehr unterschiedliche Zustände einnehmen kann.
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Es ist weiterhin bevorzugt, dass auf einer Übertragungsstrecke zwischen dem Sensor und der Schnittstelle ausschließlich das zur Vibration phasengekoppelte Signal übertragen wird. Eine Mehrfachnutzung der Übertragungsstrecke, die eine zeitliche Verzögerung bei der Übertragung der Sensordaten bedingen kann, kann so verhindert werden. Außerdem kann eine Arbitrierungsphase, in der unterschiedliche Sender oder Empfänger eine Benutzung der Übertragungsstrecke aushandeln, vermieden werden.
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Es ist weiterhin bevorzugt, dass der Sensor im Bereich einer Abtriebswelle des Antriebsmotors angebracht ist. Im Fall eines Verbrennungsmotors kann der Sensor im Bereich der Kurbelwelle oder einer mit der Kurbelwelle verbindbaren Getriebeeingangswelle angeordnet sein. Im Fall eines Elektromotors kann der Sensor im Bereich eines Läufers des Elektromotors oder im Bereich einer durch ein festes Verhältnis drehbar mit dem Läufer verbundenen Abtriebswelle angeordnet sein. Die auf die Vibration des Antriebsmotors hinweisenden Informationen können so physikalische Größen betreffen, die unmittelbar auf die Vibrationen Einfluss haben.
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Eine Abtriebswelle des Antriebsmotors kann in einem festen Verhältnis mit einem weiteren drehbaren Element gekoppelt sein, wobei der Sensor im Bereich des weiteren drehbaren Elements angebracht ist. Im Fall eines Verbrennungsmotors kann beispielsweise eine Nockenwelle zur Ventilsteuerung mittels eines passenden Getriebes in einem festen Verhältnis mit der Drehung der Kurbelwelle gekoppelt sein. Durch das feste Verhältnis kann die Phaseninformation am Sensor in hoher Quantität ermittelt werden.
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In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Steuervorrichtung eine weitere Schnittstelle zur Abtastung einer quantitativen Information, die auf eine Vibration des Antriebsmotors hinweist. Die weitere Schnittstelle kann weniger strengen Anforderungen bezüglich der Übertragungsgeschwindigkeit bzw. der Vorhersagbarkeit einer Übertragungsverzögerung unterworfen sein. Die quantitative Information kann beispielsweise auf die Stärke einer bevorstehenden Vibration oder eines bevorstehenden Vibrationsereignisses hinweisen. Die weitere Schnittstelle kann insbesondere eine digitale Schnittstelle und dabei möglicherweise einen seriellen Bus wie den CAN-Bus umfassen. Die quantitativen Informationen können beispielsweise einen Belastungszustand des Antriebsmotors umfassen. Die Informationen der ersten Schnittstelle können genutzt werden, um die Informationen der zweiten Schnittstelle zu verbessern oder in Relation mit Ereignissen zu setzen. Insbesondere können zeitliche Bezüge der Informationen der zweiten Schnittstelle verbessert hergestellt bzw. aufgelöst werden.
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Es ist weiterhin bevorzugt, dass die Schnittstelle zur Übertragung von Steuerinformationen zur Steuerung des Antriebsmotors eingerichtet ist. Die Steuerinformationen können beispielsweise ein bereitgestelltes oder angefordertes Drehmoment, einen Zündzeitpunkt oder eine andere lastabhängige Größe betreffen, die auf den Antriebsmotor bezogen ist.
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Ein System zur Vibrationskompensation für ein Kraftfahrzeug mit einem Antriebsmotor umfasst eine aktive Vibrationskompensation und die oben beschriebene Vorrichtung.
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Ein Verfahren zum Steuern einer aktiven Vibrationskompensation für ein Kraftfahrzeug mit einem Antriebsmotor umfasst Schritte des Abtastens einer zeitlichen Information, die auf eine Vibration des Antriebsmotors hinweist, und das Ansteuern der Vibrationskompensation in Abhängigkeit der Information. Dabei wird die zeitliche Information unmittelbar von einem Sensor abgetastet, der zur Bestimmung einer Vibration des Antriebsmotors phasengekoppelten Signals eingerichtet ist.
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Ein Computerprogrammprodukt umfasst Programmcodemittel zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens, wenn das Computerprogrammprodukt auf einer Verarbeitungseinrichtung abläuft oder auf einem computerlesbaren Datenträger abgespeichert ist.
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Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügten Figuren genauer beschrieben, in denen
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1 ein System mit einer aktiven Vibrationssteuerung an Bord eines Kraftfahrzeugs; und
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2 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Vibrationssteuerung an Bord des Kraftfahrzeugs von 1
darstellt.
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1 zeigt ein System 100 an Bord eines Kraftfahrzeugs 105 mit einem Antriebsmotor 110. Obwohl der Antriebsmotor 110 als Verbrennungsmotor symbolisiert ist, kann es sich auch um einen Elektromotor handeln. Das System 100 umfasst eine aktive Vibrationskompensation 115, die dazu eingerichtet ist, Vibrationen zu erzeugen, um sie mit Vibrationen des Antriebsmotors 110 zu überlagern, so dass sich die Vibrationen gegenseitig zumindest teilweise auslöschen, und eine Steuervorrichtung 120, die mit der Vibrationskompensation 115 verbunden ist. Die Vibrationskompensation 115 ist üblicherweise im Bereich einer Lagerung des Antriebsmotors im Kraftfahrzeug 105 angeordnet. Die Steuervorrichtung 120 ist dazu eingerichtet, die Vibrationskompensation 115 im Sinne einer möglichst optimalen Auslöschung der Vibrationen und Gegenvibrationen anzusteuern und kann insbesondere in räumlicher Nähe zur Vibrationskompensation 115 angeordnet sein.
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Dazu umfasst die Steuervorrichtung 120 eine erste Schnittstelle 125 zur Abtastung einer zeitlichen Information, die auf eine Vibration des Antriebsmotors 110 hinweist, eine Ansteuereinrichtung 130 zur Verbindung mit der Vibrationskompensation 115, um die Erzeugung von Gegenvibration durch die Vibrationskompensation 115 zu steuern, und bevorzugterweise eine zweite Schnittstelle 135 zur Abtastung einer quantitativen Information, die auf eine Vibration des Antriebsmotors 110 hinweist. Arbeitet die Steuervorrichtung 120 digital, so kann die erste Schnittstelle 125 insbesondere einen Analog-Digital-Wandler oder eine vergleichbare Abtasteinrichtung umfassen.
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Die zeitliche Information kann insbesondere durch einen Sensor 140 bereitgestellt werden, mit dem die erste Schnittstelle 125 unmittelbar verbunden ist. Der Sensor 140 ist bevorzugterweise mit einem mechanisch rotierenden oder oszillierenden Element des Antriebsmotors 110 verbunden, dessen Bewegung in einem festen Phasenverhältnis zu Vibrationen des Antriebsmotors 110 steht. Insbesondere kann der Sensor 140 im Bereich einer Abtriebswelle des Antriebsmotors 110 angebracht sein. Der Sensor 140 kann auch im Bereich eines weiteren drehbaren Elements angeordnet sein, das in einem festen Verhältnis rotierend oder oszillierend mit der Abtriebswelle gekoppelt ist. Handelt es sich beim Antriebsmotor 110 um einen Verbrennungsmotor, so kann dieses Element beispielsweise eine mittels eines Zahnriemens oder Kettentriebs mit der Abtriebswelle – der Kurbelwelle – gekoppelte Nockenwelle handeln. Handelt es sich beim Antriebsmotor 110 beispielsweise um einen Elektromotor, so kann der Sensor 140 auch einen absoluten oder inkrementellen Winkelgeber im Bereich der Abtriebswelle umfassen.
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Die Übertragungsstrecken 145 zwischen dem Sensor 140 und der ersten Schnittstelle 125 der Steuervorrichtung 120 ist bevorzugterweise kein Bus sondern eine dedizierte Leitung, auf der das Signal des Sensors übertragen wird. Die Übertragung erfolgt bevorzugterweise analog, d.h. ohne Modulation, ohne zeitliche Synchronisation und bevorzugterweise ohne eine variable Verzögerung. Dazu ist es von Vorteil, wenn die Übertragungsstrecke 145 entweder ausschließlich vom Sensor 140 zur ersten Schnittstelle 125 führt oder, falls noch weitere Elemente mit der Übertragungsstrecke 145 verbunden sind, diese Elemente sich rein passiv verhalten. In der vorliegenden, beispielhaften Ausführungsform ist ein Steuergerät 150 zur Steuerung eines oder mehrerer Betriebsparameter des Antriebsmotors 110 vorgesehen, wobei die Übertragungsstrecke 145 auch zum Steuergerät 150 führt. Das Steuergerät 150 kann zwar die auf der Übertragungsstrecke 145 übertragenen Informationen abtasten, verändert diese jedoch nicht und sendet auch keine anderen Informationen. Die Übertragung von Informationen auf der Übertragungsstrecke 145 erfolgt unadressiert und unidirektional vom Sensor 140 aus.
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Optional kann die zweite Schnittstelle 135 der Steuervorrichtung 120 mit dem Steuergerät 150 verbunden sein, um Informationen zu beziehen, die eine bevorstehende Vibration des Antriebsmotors 110 quantifizieren helfen können. Umfasst der Antriebsmotor 110 beispielsweise einen Verbrennungsmotor, so können Vibrationen dann besonders stark ausfallen, wenn eine Drehzahl des Antriebsmotors 110 gering ist und ihm gleichzeitig ein starkes Drehmoment zur Beschleunigung des Kraftfahrzeugs 105 abverlangt wird. Aus Betriebsparametern, wie einem Zündzeitpunkt, einem angeforderten oder bereitgestellten Drehmoment oder einer eingespritzten Kraftstoffmenge kann die Steuervorrichtung 120 die Stärke der bevorstehenden Vibration des Antriebsmotors 110 bestimmen.
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Die Übertragung von Informationen vom Steuergerät 150 zur zweiten Schnittstelle 135 kann insbesondere auf einem digitalen seriellen Bus wie dem CAN-Bus erfolgen. An einen solchen Bus kann eine Vielzahl von Teilnehmern angeschlossen sein, wobei unterschiedliche Kommunikationen zeitversetzt, verschränkt oder konkurrierend durchgeführt werden können. Informationen, die an der zweiten Schnittstelle 135 eintreffen, können auf der Basis eines Zeitstempels oder auf der Basis der zeitlichen Informationen eingeordnet werden, die über die erste Schnittstelle 125 an der Steuervorrichtung 120 eintreffen. Die Ansteuerung der Vibrationskompensation 115 über die Ansteuereinrichtung 130 kann so verbessert in einer Weise erfolgen, dass die durch die Vibrationskompensation 115 bereitgestellten Vibrationen in Phase und Größe an die Vibrationen des Antriebsmotors 110 angepasst sind.
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2 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 200 zur Vibrationssteuerung an Bord des Kraftfahrzeugs 105 von 1. In vertikaler Richtung ist von oben nach unten eine Zeit eingetragen. In einem linken Bereich sind Ereignisse im Bereich des Antriebsmotors 110 und in einem rechten Bereich Ereignisse im Bereich der Steuervorrichtung 120 dargestellt. Seitens des Antriebsmotors 110 kennzeichnet ein Blitz 205 einen Zündvorgang am Antriebsmotor 110, wenn dieser beispielhaft als Verbrennungsmotor ausgebildet ist, und ein fallender Pfeil 210 ein Vibrationsereignis, das insbesondere durch den Zündvorgang 205 hervorgerufen sein kann.
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Seitens der Steuervorrichtung 120 kennzeichnen ein helles Dreieck ein Eintreffen einer zeitlichen Information über die erste Schnittstelle 125, ein dunkles Dreieck ein Eintreffen 220 einer quantitativen Information über die zweite Schnittstelle 135 und ein steigender Pfeil 225 ein Vibrationsereignis, das durch die aktive Vibrationskompensation 115 bewirkt ist.
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Um zu erreichen, dass die Vibrationsereignisse 210 und 225 stets zu gleichen Zeitpunkten in umgekehrter physikalischer Richtung erfolgen können, ist es bevorzugt, dass die Information, die über den Sensor 140 bereitgestellt wird, stets einen bekannten zeitlichen Abstand vom Vibrationsereignis 210 seitens des Antriebsmotors 110 hat. Der zeitliche Abstand 230 kann abhängig von einer Drehzahl des Antriebsmotors 110 bzw. dessen Abtriebswelle sein. Der Abstand kann daher alternativ auch in Winkelgeraden einer Drehung der Abtriebswelle des Antriebsmotors 110 dargestellt werden. Die Verarbeitung von Ereignissen kann alternativ zeitsynchron, drehwinkelsynchron oder drehzahlsynchron erfolgen.
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Zeitpunkte des Eintreffens 220 der quantitativen Informationen können hingegen variieren. Der Bezug der quantitativen Informationen auf ein Vibrationsereignis 210 kann anhand der eingetroffenen zeitlichen Informationen 215 verbessert hergestellt werden. Dazu können die Informationen an der zweiten Schnittstelle 135 mit Zeitstempeln versehen sein.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- System
- 105
- Kraftfahrzeug
- 110
- Antriebsmotor
- 115
- Vibrationskompensation
- 120
- Steuervorrichtung
- 125
- erste Schnittstelle
- 130
- Ansteuereinrichtung
- 135
- zweite Schnittstelle
- 140
- Sensor
- 145
- Übertragungsstrecke
- 150
- Steuergerät
- 200
- Verfahren
- 205
- Zündvorgang
- 210
- Vibrationsereignis Antriebsmotor
- 215
- Eintreffen zeitliche Information
- 220
- Eintreffen quantitative Information
- 225
- Vibrationsereignis Vibrationskompensation
- 230
- Abstand
