DE102015212240A1 - Active vibration damping in a drive train - Google Patents
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Abstract
Ein Kraftfahrzeug (100) umfasst einen Antriebsstrang (110), der sich von einem elektrischen Antriebsmotor (115) bis zu einem Antriebsrad (135) erstreckt. Ein Steuerverfahren für den Antriebsmotor (115) umfasst Schritte des Bestimmens eines angeforderten Drehmoments (405) des Antriebsmotors (115), des Bestimmens eines Dämpfungsmoments, und des Ansteuerns des Antriebsmotors (115) zur Abgabe eines Drehmoments, das einer Linearkombination des angeforderten Drehmoments (405) und des Dämpfungsmoments entspricht. Dabei wird das Dämpfungsmoment auf der Basis eines Modells des Antriebsstrangs (110) bestimmt, das als Zwei-Massen-Schwinger (200) ausgeführt ist.A motor vehicle (100) comprises a drive train (110) extending from an electric drive motor (115) to a drive wheel (135). A control method for the drive motor (115) includes steps of determining a requested torque (405) of the drive motor (115), determining a damping torque, and driving the drive motor (115) to output a torque corresponding to a linear combination of the requested torque (405 ) and the damping torque corresponds. The damping torque is determined on the basis of a model of the drive train (110), which is designed as a two-mass oscillator (200).
Description
Die Erfindung betrifft einen Antriebsmotor für ein Kraftfahrzeug. Insbesondere betrifft die Erfindung die Reduktion von Drehmomentschwankungen in einem Antriebsstrang, der den Antriebsmotor mit einem Antriebsrad koppelt.The invention relates to a drive motor for a motor vehicle. In particular, the invention relates to the reduction of torque fluctuations in a powertrain that couples the drive motor to a drive wheel.
Ein Kraftfahrzeug umfasst einen Antriebsstrang mit einem elektrischen Antriebsmotor. Der Antriebsmotor ist üblicherweise mittels mehrerer Komponenten, insbesondere einem Getriebe, einer Hauptwelle, einem Differentialgetriebe und einer Seitenwelle mit einem Antriebsrad gekoppelt. Dabei sind die einzelnen Komponenten des Antriebsstrangs bezüglich des übertragenen Drehmoments mehr oder weniger elastisch miteinander verbunden. Äußere Einflüsse wie eine Änderung des vom Antriebsmotor abgegebenen Drehmoments oder einer Änderung des Fahrwiderstands des Kraftfahrzeugs können mit einer Elastizität des Antriebsstrangs zusammenwirken, sodass sich Drehmomentspitzen im Antriebsstrang ergeben, die signifikant über das Drehmoment hinausgehen, das zum Antrieb des Kraftfahrzeugs zu übertragen ist. Dies kann Elemente des Antriebsstrangs stark beanspruchen oder eine Längsschwingung in der Fahrbewegung („Ruckeln”) des Kraftfahrzeugs verursachen.A motor vehicle comprises a drive train with an electric drive motor. The drive motor is usually coupled by means of a plurality of components, in particular a transmission, a main shaft, a differential gear and a side shaft with a drive wheel. The individual components of the drive train with respect to the transmitted torque are more or less elastically connected. External influences such as a change in the torque output by the drive motor or a change in the driving resistance of the motor vehicle can interact with an elasticity of the drive train, resulting in torque peaks in the drive train that significantly exceed the torque that is to be transmitted to drive the motor vehicle. This can stress elements of the drive train or cause a longitudinal vibration in the driving movement ("bucking") of the motor vehicle.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Technik zur Steuerung eines Antriebsmotors in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs. Die Erfindung löst die Aufgabe mittels der Gegenstände der unabhängigen Ansprüche. Unteransprüche geben bevorzugte Ausführungsformen wieder.The invention is based on the object, an improved technique for controlling a drive motor in a drive train of a motor vehicle. The invention achieves the object by means of the subject matters of the independent claims. Subclaims give preferred embodiments again.
Ein Kraftfahrzeug umfasst einen Antriebsstrang, der sich von einem elektrischen Antriebsmotor bis zu einem Antriebsrad erstreckt. Ein Steuerverfahren für den Antriebsmotor umfasst Schritte des Bestimmens eines angeforderten Drehmoments des Antriebsmotors, des Bestimmens eines Dämpfungsmoments, und des Ansteuerns des Antriebsmotors zur Abgabe eines Drehmoments, das einer Linearkombination des angeforderten Drehmoments und des Dämpfungsmoments entspricht. Dabei wird das Dämpfungsmoment auf der Basis eines Modells des Antriebsstrangs bestimmt, das als Zwei-Massen-Schwinger ausgeführt ist.A motor vehicle includes a powertrain extending from an electric drive motor to a drive wheel. A control method for the drive motor includes steps of determining a requested torque of the drive motor, determining a damping torque, and driving the drive motor to output a torque corresponding to a linear combination of the requested torque and the damping torque. In this case, the damping torque is determined on the basis of a model of the drive train, which is designed as a two-mass oscillator.
Dieses Steuerverfahren eignet sich gut, um das durch den Antriebsstrang am Antriebsrad bereitgestellte Drehmoment zu beruhigen und beispielsweise eine Schwingung im Antriebsstrang zu dämpfen. Dadurch kann einerseits eine Schwingung in Längsrichtung des Kraftfahrzeugs, die von einem Passagier als unangenehm erfahren werden kann, unterdrückt werden, andererseits können Drehmomentspitzen, die aufgrund von Schwingungen des Antriebsstrangs die Lebensdauer seiner Komponenten verkürzen können, vermieden werden. Dabei kann eine sehr schnelle Dämpfung erzielt werden, sodass ein Drehmoment der Seitenwelle schnell geglättet werden kann. Eine Dynamik des Verfahrens hat sich in Versuchen als sehr gut erwiesen.This control method is well suited to quiet the torque provided by the drive train to the drive wheel and to dampen, for example, a vibration in the drive train. As a result, on the one hand, a vibration in the longitudinal direction of the motor vehicle, which can be experienced as unpleasant by a passenger, be suppressed, on the other hand, torque peaks, which can shorten the life of its components due to vibrations of the drive train, can be avoided. In this case, a very fast damping can be achieved, so that a torque of the side wave can be smoothed quickly. Dynamics of the method have proven to be very good in tests.
Während das Verfahren grundsätzlich geeignet ist, auch mit einem Hubkolben-Verbrennungsmotor angewendet zu werden, ist dieser üblicherweise nicht ausreichend schnell in der Abgabe von Drehmoment steuerbar und neigt dazu, durch den diskontinuierlichen Verbrennungsvorgang selbst Drehmomentschwankungen im Antriebsstrang hervorzurufen. Ein elektrischer Antriebsmotor hingegen kann üblicherweise ausreichend schnell und ausreichend genau gesteuert werden, sodass die vorgeschlagene Regelung damit auch praktisch durchgeführt werden kann.While the method is generally suitable for use with a reciprocating internal combustion engine as well, it is usually not sufficiently fast to control torque delivery and tends to cause torque driveline driveline effects due to the discontinuous combustion process itself. By contrast, an electric drive motor can usually be controlled sufficiently quickly and with sufficient accuracy, so that the proposed control can thus also be carried out practically.
Der Zwei-Massen-Schwinger umfasst bevorzugterweise eine erste und eine zweite Masse, die mittels eines Federdämpfers miteinander verbunden sind, wobei die erste Masse einen Rotor des Antriebsmotors, die zweite Masse eine Trägheit des Kraftfahrzeugs und der Federdämpfer eine Übertragungsstrecke umfasst. Es ist weiter bevorzugt, dass die erste Masse ferner wenigstens eines von einem Getriebe, einer Kupplung und einem Differentialgetriebe umfasst. Durch diese zusammenfassende Modellierung können Parameter, die zur Umsetzung des Verfahrens rechnerisch oder experimentell bestimmt werden müssen, mit relativ wenig Aufwand festgelegt werden.The two-mass oscillator preferably comprises a first and a second mass, which are interconnected by means of a spring damper, wherein the first mass comprises a rotor of the drive motor, the second mass inertia of the motor vehicle and the spring damper comprises a transmission path. It is further preferred that the first mass further comprises at least one of a transmission, a clutch and a differential gear. By this summary modeling parameters that need to be determined computationally or experimentally to implement the method can be set with relatively little effort.
Es ist besonders bevorzugt, dass das Dämpfungsmoment derart bestimmt wird, dass eine zeitliche Ableitung eines auf das Antriebsrad wirkenden Drehmoments möglichst minimiert wird. Diese Ableitung kann auch als Drehmomentruck bezeichnet werden und kann als Führungsgröße des vorgeschlagenen Steuerverfahrens für eine effiziente Beruhigung der Längsbeschleunigung des Kraftfahrzeugs sorgen. It is particularly preferred that the damping torque is determined such that a time derivative of a torque acting on the drive wheel is minimized as possible. This derivative can also be referred to as torque pressure and can provide as a reference variable of the proposed control method for an efficient calming of the longitudinal acceleration of the motor vehicle.
In einer Variante wird die Ableitung auf der Basis einer Drehzahl eines Rotors des Antriebsmotors und einer Drehzahl des Antriebsrads bestimmt. Ist die Raddrehzahl bekannt, beispielsweise weil das Kraftfahrzeug über einen entsprechenden Sensor verfügt, der insbesondere durch ein elektronisches Stabilitätsprogramm oder ein Bremssystem verwendet werden kann, kann die genannte Ableitung mit wenig zusätzlichem Aufwand bestimmt werden.In a variant, the derivative is determined on the basis of a rotational speed of a rotor of the drive motor and a rotational speed of the drive wheel. If the wheel speed is known, for example because the motor vehicle has a corresponding sensor, which can be used in particular by an electronic stability program or a brake system, said derivative can be determined with little additional effort.
In einer anderen Variante wird die Ableitung mittels eines Beobachters und auf der Basis einer Drehzahl eines Rotors des Antriebsmotors und des Drehmoments bestimmt, zu dessen Abgabe der Antriebsmotor angesteuert wird. Durch den Beobachter kann ein Sensor zur Bestimmung der Raddrehzahl des Antriebsrads eingespart werden. Außerdem kann eine Totzeit, um die eine gemessene Raddrehzahl hinter einer tatsächlichen Raddrehzahl verzögert ist, durch den Beobachter vermieden werden, da die Rotordrehzahl schneller verfügbar ist und öfter abgefragt werden kann als die Raddrehzahl. Weiterhin vorteilhaft kann durch den Beobachter ein Messrauschen von Sensorsignalen gedämpft oder unterdrückt werden.In another variant, the derivative is determined by means of an observer and based on a rotational speed of a rotor of the drive motor and the torque, for the delivery of which the drive motor is driven. By the observer, a sensor for determining the wheel speed of the drive wheel can be saved. In addition, a dead time by which a measured wheel speed is decelerated beyond an actual wheel speed can be avoided by the observer because the rotor speed is available faster and can be polled more often than the wheel speed. Furthermore advantageously, a measurement noise of sensor signals can be damped or suppressed by the observer.
In beiden Varianten kann die Ableitung als Abweichung von einem Sollwert bestimmt wird, der auf der Basis des angeforderten Drehmoments bestimmt wird. Durch den variabeln Sollwert kann die Dynamik des Verfahrens weiter gesteigert sein.In both variants, the derivative may be determined as a deviation from a setpoint that is determined based on the requested torque. Due to the variable setpoint, the dynamics of the process can be further increased.
In einer weiter bevorzugten Ausführungsform wird das Dämpfungsmoment mittels eines Proportionalreglers auf der Basis der Ableitung bestimmt.In a further preferred embodiment, the damping torque is determined by means of a proportional regulator on the basis of the derivative.
Das angeforderte Drehmoment des Antriebsmotors kann mittels eines Tiefpasses geglättet werden, bevor es mit dem Dämpfungsmoment kombiniert wird. Durch passende Wahl einer Zeitkonstante des Tiefpasses kann beispielsweise zwischen schonender und sportlicher Fahrweise unterschieden werden.The requested torque of the drive motor can be smoothed by means of a low pass before it is combined with the damping torque. By suitable choice of a time constant of the low-pass filter, for example, a distinction can be made between gentle and sporty driving style.
In einer weiteren Ausführungsform ist bevorzugt, dass der Zwei-Massen-Schwinger als Modell dritter Ordnung modelliert ist. Dadurch kann bei vertretbarem Aufwand eine gute Modellierung mit überzeugender Schwingungsunterdrückung gelingen.In a further embodiment it is preferred that the two-mass oscillator is modeled as a third-order model. This can be done with reasonable effort a good modeling with convincing vibration suppression.
Ein Computerprogrammprodukt zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens umfasst Programmcodemittel und ist dazu eingerichtet, auf einer Verarbeitungseinrichtung abzulaufen oder auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert zu werden.A computer program product for carrying out the method described above comprises program code means and is adapted to run on a processor or to be stored on a computer-readable medium.
Eine Steuervorrichtung für den oben beschriebenen elektrischen Antriebsmotor umfasst eine Schnittstelle zur Abtastung eines Signals, das auf ein angefordertes Drehmoment des Antriebsmotors hinweist, eine Bestimmungseinrichtung, die dazu eingerichtet ist, ein Dämpfungsmoment zu bestimmen, eine Kombinationseinrichtung zur Bildung einer Linearkombination des angeforderten Drehmoments und des Dämpfungsmoments, und eine Ansteuereinrichtung zum Ansteuern des Antriebsmotors zur Abgabe eines Drehmoments, das der Linearkombination entspricht. Dabei ist die Bestimmungseinrichtung dazu eingerichtet, das Dämpfungsmoment auf der Basis eines Modells des Antriebsstrangs zu bestimmen, das als Zwei-Massen-Schwinger ausgeführt ist.A control apparatus for the electric drive motor described above includes an interface for sampling a signal indicative of a requested torque of the drive motor, a determination device configured to determine a damping torque, a combination device for forming a linear combination of the requested torque and the damping torque , And a drive means for driving the drive motor for outputting a torque corresponding to the linear combination. In this case, the determination device is set up to determine the damping torque on the basis of a model of the drive train, which is designed as a two-mass oscillator.
Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügten Figuren genauer beschrieben, in denen:The invention will now be described in more detail with reference to the attached figures, in which:
Der Antriebsmotor
Der Antriebsmotor
Die erste Masse
Die zweite Masse umfasst wenigstens die Trägheit des Kraftfahrzeugs
Der Federdämpfer
Wird eine der Massen
Die erste Masse
MSeitenwelle Seitenwellenmoment Sollwert Ableitung Seitenwellenmoment M .Seitenwelle, M .S Ableitung des Seitenwellenmoments
JFahrzeug Fahrzeugträgheit
ΩFahrzeug Winkelgeschwindigkeit Fahrzeug
Ω
ΩRotor Winkelgeschwindigkeit Rotor
Ω
Δϕ Differenzwinkel Seitenwelle
m Masse Fahrzeug
rdyn Dynamischer Reifenradius
aFahrzeug Translatorische Beschleunigung des Fahrzeugs
CSeitenwelle Steifigkeit Seitenwelle
DSeitenwelle Dämpfung Seitenwelle
C Steifigkeit Seitenwelle
u Getriebefaktor, Übersetzung
x ^ Geschätzter ZustandsvektorThe
M side shaft side shaft torque Setpoint derivative side-side torque M. Side wave , M. S Derivative of side wave moment
J vehicle vehicle inertia
Ω vehicle angular velocity vehicle
Ω
Ω rotor angular velocity rotor
Ω
Δφ differential angle side wave
m mass vehicle
r dyn Dynamic tire radius
a Vehicle Translational acceleration of the vehicle
C side shaft stiffness side shaft
D side shaft damping side shaft
C stiffness side wave
u gear factor, translation
x ^ Estimated state vector
Da in der Praxis häufig ein großer Teil der Elastizität durch die Seitenwelle
Im Modell von
Hierbei ist MSeitenwelle das auf die Seitenwelle
Die Winkelbeschleunigung
Im idealen Fall soll die translatorische Beschleunigung aFahrzeug konstant sein. Diese Beziehung in die Differentialgleichung 1 eingesetzt, ergibt: In the ideal case, the translational acceleration a vehicle should be constant. This relationship inserted into the
Bei der zeitlichen Ableitung des Seitenwellenmoments
Diese Bedingung ist eine Sollwertvorgabe für die Regelung, wenn das Kraftfahrzeug auf eine konstante Beschleunigung einregelt werden soll. Der Zwei-Massen-Schwinger
Dabei sind CSeitenwelle die Steifigkeit und DSeitenwelle die Dämpfung der Seitenwelle
Unter Vernachlässigung der Seitenwellendämpfung kann das Seitenwellenmoment (vereinfacht) mit folgender Formel angegeben werden:
Dies entspricht dem Drehmoment einer Torsionsfeder. Die zeitliche Ableitung des Seitenwellenmoments M .Seitenwelle ergibt sich damit zu:
In einem Block
Mittels einer Ansteuereinrichtung
Um zusätzlich das Drehmoment des Antriebsmotors
Der erste Verarbeitungspfad
Zur Bestimmung der Drehzahl des Antriebsrads
Der zweite Verarbeitungspfad
Der Beobachter
Das Fahrzeugdrehzahlsignal hat im Allgemeinen eine längere Totzeit als die Rotordrehzahl. Dadurch kann bei Verwendung des ersten Verarbeitungspfads
Das Signal des gewählten Verarbeitungspfads
In einer Ausführungsform wird das Signal des jeweiligen Verarbeitungspfads
In der oberen Darstellung betrifft eine durchgezogene Linie ein angefordertes Drehmoment
Bei einer Anregung des Antriebsstrangs zum Zeitpunkt 2 Sekunden mit einer Änderung des angeforderten Drehmoments von 90 Nm auf 0 Nm gerät der nicht schwingungsgeregelte Antriebsstrang
Beim schwingungsgeregelten Antriebsstrang
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 100100
- Kraftfahrzeugmotor vehicle
- 105105
- Karosseriebody
- 110110
- Antriebsstrangpowertrain
- 115115
- Antriebsmotordrive motor
- 120120
- Getriebetransmission
- 125125
- Differentialgetriebedifferential gear
- 130130
- Seitenwellesideshaft
- 135135
- Antriebsraddrive wheel
- 140140
- Steuervorrichtungcontrol device
- 200200
- Zwei-Massen-Schwinger (Modell)Two-mass oscillator (model)
- 205205
- erste Massefirst mass
- 210210
- zweite Massesecond mass
- 215215
- Federdämpferspring shock absorber
- 220220
- Federfeather
- 225225
- Dämpferdamper
- 300300
- Ablaufdiagramm/BlockdiagrammFlow chart / block diagram
- 305305
- Vorgabe Drehmoment/erste SchnittstelleSpecification torque / first interface
- 310310
- Tiefpasslowpass
- 315315
- Ansteuereinrichtungdriving
- 320320
- erster Verarbeitungspfadfirst processing path
- 325325
- zweiter Verarbeitungspfadsecond processing path
- 330330
- Schalterswitch
- 335335
- Beobachterobserver
- 340340
- Reglerregulator
- 345345
- Kombinationseinrichtungcombiner
- 350350
- Sollwertsetpoint
- 405405
- angefordertes Drehmomentrequested torque
- 410410
- tatsächliches Drehmomentactual torque
- 415415
- geregeltes Drehmomentregulated torque
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 10035521 [0003] DE 10035521 [0003]
- DE 19721298 A1 [0004] DE 19721298 A1 [0004]
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DE102015212240.9A DE102015212240A1 (en) | 2015-06-30 | 2015-06-30 | Active vibration damping in a drive train |
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Publications (1)
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DE102015212240A1 true DE102015212240A1 (en) | 2017-01-05 |
Family
ID=57582803
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DE102015212240.9A Withdrawn DE102015212240A1 (en) | 2015-06-30 | 2015-06-30 | Active vibration damping in a drive train |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |