DE102015211643A1

DE102015211643A1 - Drehmomentberechnungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102015211643A1
Application number: DE102015211643.3A
Authority: DE
Inventors: Tobias Soller
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2015-06-24
Filing date: 2015-06-24
Publication date: 2016-12-29

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Drehmomentberechnungsvorrichtung für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, mit einem Antriebsdrehzahlsensor zum Detektieren einer Antriebsdrehzahl einer Kurbelwelle oder eines Elektromotors; zumindest einem Raddrehzahlsensor, der eine Raddrehzahl eines Fahrzeugantriebrads detektiert; einer Recheneinrichtung, welche angepasst ist, aus der Antriebsdrehzahl und der Raddrehzahl einen Torsionszustand des Antriebsstrangs festzustellen und daraus ein übertragenes Drehmoment zu bestimmen. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Drehmomentberechnung in einem Antriebsstrang.

Description

Die Erfindung betrifft eine Drehmomentberechnungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, welche durch Drehzahlerfassung an Antriebsseite und Abtriebsseite eines Antriebsstrangs den Torsionszustand zwischen den Erfassungspunkten erfasst und daraus ein Drehmoment des Antriebsstrangs bestimmt.
Für Steuerungsprozesse in Kraftfahrzeugen ist es nützlich, das im Antriebsstrang wirkende Drehmoment zu detektieren. In diesem Zusammenhang ist beispielsweise aus der WO 2005/033647 A1 bekannt, das Drehmoment unter Verwendung eines Drehmomentsensors zu messen. Drehmomentsensoren sind jedoch vergleichsweise teuer, so dass es wünschenswert ist, sowohl aus Bauraum- als auch aus Kostengründen auf Drehmomentsensoren zu verzichten.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung ein Drehmoment in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs zu bestimmen. Diese Aufgabe wird durch eine Drehmomentberechnungsvorrichtung gemäß dem unabhängigen Anspruch gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird eine Drehmomentberechnungsvorrichtung für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs bereitgestellt, mit einem Antriebsdrehzahlsensor zum Detektieren einer Antriebsdrehzahl einer Kurbelwelle oder eines Elektromotors; zumindest einem Raddrehzahlsensor, der eine Raddrehzahl eines Fahrzeugantriebrads detektiert; einer Recheneinrichtung, welche angepasst ist, aus der Antriebsdrehzahl und der Raddrehzahl einen Torsionszustand des Antriebsstrangs zwischen den Erfassungspunkten) festzustellen und daraus ein übertragenes Drehmoment zu bestimmen. Über den Torsionszustand kann mit Hilfe des physikalischen Zusammenhangs, wonach der Torsionswinkel proportional zum wirkenden Torsionsmoment ist, ein Drehmoment bestimmt werden. Dabei entspricht das wirkende Drehmoment des Antriebs dem Torsionsmoment. Die Proportionalitätskonstante entspricht der Torsionssteifigkeit und lässt sich aus geometrischen und materialspezifischen Daten des Antriebsstrangs nach hinlänglich bekannten Methoden ableiten. Dieses Ausführungsbeispiel hat den Vorteil, dass ohne Drehmomentsensor ein Drehmoment bestimmt werden kann. Mit einer derartigen Vorrichtung erreicht man voraussichtlich nicht die gleiche Messgenauigkeit wie mit einem Drehmomentsensor, jedoch ist die erreichte Genauigkeit für viele Verwendungen und Steuerprozesse ausreichend und die Kosten gegenüber einem Drehmomentsensor sind deutlich geringer. Außerdem verwendet die Vorrichtung zur Detektion Sensoren, die heute ohnehin in den meisten Kraftfahrzeugen serienmäßig vorhanden sind. In der Praxis kann eine solche Bestimmung des Drehmoments in Überwachungsfunktionen dazu verwendet werden, den Motor bzw. Antrieb im Hinblick auf das Stellen eines ungewollten Drehmoments sowohl im positiven als auch im negativen Bereich zu überwachen.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Recheneinrichtung angepasst ist, eine zeitliche Verzögerung, einer Änderung zwischen der Antriebsdrehzahl und der Raddrehzahl zu detektieren, um daraus ein Drehmoment zu bestimmen. Über die zeitliche Änderung kann auf den Torsionswinkel geschlossen werden, der wiederum proportional zum wirkenden Torsionsmoment ist.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Recheneinrichtung angepasst, bei einer Änderung der Antriebsdrehzahl eine zu erwartende Raddrehzahl zu errechnen, und die zeitliche Verzögerung zu messen, die verstreicht, bis sich die zu erwartende Raddrehzahl eingestellt hat.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Recheneinrichtung angepasst, auf Basis der detektierten Drehzahlen ein Schwingungsverhalten des Antriebsstrangs zu ermitteln und daraus auf das übertragene Drehmoment zu schließen.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Drehmomentberechnungsvorrichtung ferner ein Motorsteuergerät auf, welches direkt mittels einer elektrischen Leitung mit dem zumindest einen Raddrehzahlsensor verbunden ist. Wesentlich ist dabei, dass das Motorsteuergerät direkt mit dem Raddrehzahlsensor verbunden ist, d. h. die Verbindung ist frei von elektrischen Schaltkreisen, Steuergeräten oder Busleitungen (die ja ein Steuergerät erfordern würden), wodurch die Genauigkeit der Erfassung auf Grund einer besseren zeitlichen Konsistenz erhöht werden kann.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Recheneinrichtung angepasst, zu bestimmen, ob ein positives Drehmoment, bei dem ein Antriebsdrehmoment von einem Antriebsaggregat zu dem Antriebsrad oder ein negatives Drehmoment, bei dem ein Drehmoment von dem Antriebsrad zu dem Antriebsaggregat übertragen wird, vorliegt. In anderen Worten ausgedrückt, wird bestimmt, ob das vom Antriebsstrang übertragene Drehmoment vom Antriebsaggregat zu den Rädern oder anders herum übertragen wird und somit ob sich der Antrieb im Zug oder im Schub befindet.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Recheneinrichtung ferner angepasst, eine Getriebeeingangsdrehzahl und/oder eine Getriebeabtriebsdrehzahl zu berücksichtigen, um das Drehmoment zu bestimmen.
Darüber hinaus stellt die Erfindung ein Verfahren zur Drehmomentberechnung in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs bereit, mit den Schritten: Detektieren einer Antriebsdrehzahl einer Kurbelwelle oder eines Elektromotors, und Detektieren einer Raddrehzahl eines Fahrzeugantriebrads, wobei aus der Antriebsdrehzahl und der Raddrehzahl ein Torsionszustand des Antriebsstrangs zwischen den Erfassungspunkten) festgestellt und daraus ein übertragenes Drehmoment bestimmt wird.
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben. In dieser Zeichnung ist Folgendes dargestellt:
1 zeigt ein schematisches Schaubild eines Kraftfahrzeugs mit der erfindungsgemäßen Drehmomentberechnungsvorrichtung, und
2 zeigt einen Drehzahlverlauf an einer Kurbelwelle und einem Fahrzeugantriebsrad.
1 zeigt ein schematisches Schaubild eines Kraftfahrzeugs 1 mit der erfindungsgemäßen Drehmomentberechnungsvorrichtung. Die Drehmomentberechnungsvorrichtung weist ein Motorsteuergerät 2 auf, welches wiederum eine Recheneinrichtung 3 umfasst. Das Motorsteuergerät 2 übernimmt Steueraufgaben des Verbrennungsmotors. Ferner sind schematisch ein Antriebsstrang 4 veranschaulicht, in welchen Antriebskraft von einem Verbrennungsmotor 5 eingeleitet wird, die der Antriebsstrang 4 über ein Getriebe 6 an Fahrzeugantriebsräder 7 weiterleitet. Das Motorsteuergerät 2 ist über eine elektrische Leitung mit einem Antriebsdrehzahlmesser 8 verbunden, der in diesem Ausführungsbeispiel die Drehzahl einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors 5 misst. Anstatt oder zusätzlich zum Verbrennungsmotor könnte auch ein Elektromotor vorgesehen sein, wobei für die Ansteuerung eines Elektromotors die Drehzahl des Elektromotors erforderlich ist, weshalb dieses Eingangssignal in einer solchen Antriebkonfiguration auf jeden Fall zur Verfügung steht. Zumindest an den Fahrzeugantriebsrädern 7 sind Raddrehzahlsensoren 9 vorgesehen, die über elektrische Leitungen einzeln mit dem Motorsteuergerät 2 verbunden sind. Solche Raddrehzahlsensoren 9 können ebenfalls an den übrigen Fahrzeugrädern vorgesehen sein. Ausgänge der Raddrehzahlsensoren 9 sind parallel mit einem Fahrwerkssteuergerät 10 verbunden. An einem Getriebeeingang ist ein Drehzahlsensor 11 und an einem Getriebeausgang ein Drehzahlsensor 12 vorgesehen.
2 zeigt einen Drehzahlverlauf an der Kurbelwelle und einem Fahrzeugantriebsrad. In dem Diagramm aus 2 zeigt die Abszisse einen zeitlichen Verlauf und die Ordinate eine Drehzahl. Die Kurve 13 veranschaulicht schematisch eine Drehzahlsteigerung an der Kurbelwelle, die mit dem Antriebsdrehzahmensor 8 detektiert wird. Die Kurve 14 veranschaulicht schematisch die auf das Niveau der Kurbelwellendrehzahl skalierte Drehzahlsteigerung an den Fahrzeugantriebsrädern 7, die mit den Raddrehzahlsensoren 9 detektiert wird. Die Aussage des Diagramms besteht also nicht in der Größenordnung der Drehzahl, sondern vielmehr in der Veranschaulichung der zeitlichen Verzögerung einer Drehzahländerung zwischen einer Eingangsseite und einer Ausgangsseite des Antriebsstrangs 4, welche in 2 mit Δt angedeutet ist. Zur Ermittlung der zeitlichen Verzögerung kann die Recheneinrichtung 3 über eine der Recheneinrichtung bekannte Getriebeübersetzung feststellen, welche Raddrehzahl auf Basis der gemessenen Antriebsdrehzahl erwartet wird, und misst die verstreichende Zeit bis die vom Raddrehzahlsensor 9 erhaltenen Raddrehzahl der Fahrzeugantriebsräder 7 der erwarteten Drehzahl entspricht. Diese zeitliche Verzögerung entsteht durch Torsionen im Antriebsstrang 4, wobei sich der Torsionswinkel aus der gemessenen Raddrehzahl und der zeitlichen Verzögerung ermitteln lässt. Aus dem Torsionswinkel kann von der Recheneinrichtung 3 unter Berücksichtigung der Torsionssteifigkeit auf das im Antriebsstrang 4 wirkende Drehmoment geschlossen werden. Zum einen kann daraus das Vorzeichen des Drehmoments bestimmt werden, d. h. ob es sich um ein positives oder negatives Drehmoment handelt, und zum anderen kann eine Größenordnung des Drehmoments bestimmt werden. 2 zeigt den Drehzahlverlauf schematisch und vereinfacht. In der Praxis können im Antriebsstrang 4 neben den Torsionen auch Schwingungen auftreten. Durch eine Analyse der durch die Drehzahlerfassung von Antriebsdrehzahl und Raddrehzahl ermittelten Schwingungen könnte ebenfalls auf das Drehmoment geschlossen werden.
Während die Erfindung detailliert in den Zeichnungen und der vorangehenden Beschreibung veranschaulicht und beschrieben wurde, ist diese Veranschaulichung und Beschreibung als veranschaulichend oder beispielhaft und nicht als beschränkend zu verstehen und es ist nicht beabsichtigt die Erfindung auf die offenbarten Ausführungsbeispiele zu beschränken. Die bloße Tatsache, dass bestimmte Merkmale in verschiedenen abhängigen Ansprüchen genannt sind, soll nicht andeuten, dass eine Kombination dieser Merkmale nicht auch vorteilhaft genutzt werden könnte.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2005/033647 A1 [0002]

Claims

Drehmomentberechnungsvorrichtung für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs (1), mit einem Antriebsdrehzahlsensor (8) zum Detektieren einer Antriebsdrehzahl einer Kurbelwelle oder eines Elektromotors; zumindest einem Raddrehzahlsensor (9), der eine Raddrehzahl eines Fahrzeugantriebrads (7) detektiert, und einer Recheneinrichtung (3), welche angepasst ist, aus der Antriebsdrehzahl und der Raddrehzahl einen Torsionszustand des Antriebsstrangs festzustellen und daraus ein übertragenes Drehmoment zu bestimmen.
Drehmomentberechnungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Recheneinrichtung angepasst ist, eine zeitliche Verzögerung, einer Änderung zwischen der Antriebsdrehzahl und der Raddrehzahl zu detektieren, um daraus ein Drehmoment zu bestimmen.
Drehmomentberechnungsvorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Recheneinrichtung angepasst ist, bei einer Änderung der Antriebsdrehzahl eine zu erwartende Raddrehzahl zu errechnen, und die zeitliche Verzögerung zu messen, die verstreicht, bis sich die zu erwartende Raddrehzahl eingestellt hat.
Drehmomentberechnungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Recheneinrichtung angepasst ist, auf Basis der detektierten Drehzahlen ein Schwingungsverhalten des Antriebsstrangs zu ermitteln und daraus auf das übertragene Drehmoment zu schließen.
Drehmomentberechnungsvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend ein Motorsteuergerät (2), welches direkt mittels einer elektrischen Leitung mit dem zumindest einen Raddrehzahlsensor (9) verbunden ist.
Drehmomentberechnungsvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Recheneinrichtung (3) angepasst ist, zu bestimmen, ob ein positives Drehmoment, bei dem ein Antriebsdrehmoment von einem Antriebsaggregat zu dem Antriebsrad oder ein negatives Drehmoment, bei dem ein Drehmoment von dem Antriebsrad zu dem Antriebsaggregat übertragen wird, vorliegt.
Drehmomentberechnungsvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Recheneinrichtung ferner angepasst ist, eine Getriebeeingangsdrehzahl und/oder eine Getriebeabtriebsdrehzahl zu berücksichtigen, um das Drehmoment zu bestimmen.
Verfahren zur Drehmomentberechnung in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs (1), mit den Schritten: Detektieren einer Antriebsdrehzahl einer Kurbelwelle oder eines Elektromotors, und Detektieren einer Raddrehzahl eines Fahrzeugantriebrads (7), wobei aus der Antriebsdrehzahl und der Raddrehzahl ein Torsionszustand des Antriebsstrangs festgestellt und daraus ein übertragenes Drehmoment bestimmt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 8, wobei eine zeitliche Verzögerung, einer Änderung zwischen der Antriebsdrehzahl und der Raddrehzahl detektiert wird, um daraus ein Drehmoment zu bestimmen.
Verfahren gemäß Anspruch 8 oder 9, wobei bei einer Änderung der Antriebsdrehzahl eine zu erwartende Raddrehzahl errechnet wird, und die zeitliche Verzögerung gemessen wird, die verstreicht, bis sich die zu erwartende Raddrehzahl eingestellt hat.
Verfahren gemäß Anspruch 8, wobei die Recheneinrichtung angepasst ist, auf Basis der detektierten Drehzahlen ein Schwingungsverhalten des Antriebsstrangs zu ermitteln und daraus auf das übertragene Drehmoment zu schließen.