DE102017129414A1

DE102017129414A1 - Verfahren zur Auswertung von Messdaten einer Drehzahlschwingung einer Kraftmaschine

Info

Publication number: DE102017129414A1
Application number: DE102017129414.7A
Authority: DE
Inventors: Julien Hartmann-Brageux
Original assignee: FEV Europe GmbH
Current assignee: FEV Europe GmbH
Priority date: 2016-12-17
Filing date: 2017-12-11
Publication date: 2018-03-01
Also published as: DE102016124732A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatisierten Messdatenauswertung, welches eine Schwingfrequenz einer Drehzahlschwingung einer Kraftmaschine nach einem Lastsprung sowie eine Dämpfungsrate der Drehzahlschwingung nach einem Lastsprung aus einem Datensatzes von einer Messung der Drehzahlschwingung automatisiert auswertet, um Messdaten zur Bedatung eines Steuergerätes für eine Kraftmaschine unter Effizienzsteigerung und Kostenreduktion zur Verfügung zu stellen, da durch die automatisierte Durchführung der Verfahrensschritte auf eine händische Ausführung verzichtet werden kann.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Auswertung von Messdaten einer Drehzahlschwingung einer Kraftmaschine.
Ferner betrifft die Erfindung ein Computerprogramm, welches eingerichtet ist ein Verfahren zur Auswertung von Messdaten einer Drehzahlschwingung einer Kraftmaschine auszuführen.
Auch betrifft die Erfindung ein maschinenlesbares Speichermedium, auf welchem ein Computerprogramm gespeichert ist, welches eingerichtet ist ein Verfahren zur Auswertung von Messdaten einer Drehzahlschwingung einer Kraftmaschine auszuführen.
Drehzahlschwingungen von Kraftmaschinen, insbesondere von Kraftmaschinen, welche als Fahrzeugantrieb verwendet werden, werden durch Fahrer und Passagiere als unangenehm empfunden. Daher werden an Kraftfahrzeugen während der Serienentwicklung Maßnahmen getroffen, um Drehzahlschwingungen des Antriebes zu minimieren. Diese Minimierung von Drehzahlschwingungen und/oder Störungen im Fahrverhalten werden mittels Fahrbarkeitsfunktionen in Steuergeräten der Kraftmaschinen erreicht, wobei die Fahrbarkeitsfunktionen mit großem Aufwand kalibriert werden müssen.
Aus der EP 0 846 945 B1 ist ein Verfahren zur Analyse des Fahrverhaltens von Kraftfahrzeugen bekannt. Hierbei werden, um eine Fahrbarkeit an einem Kraftfahrzeug objektiv bewerten zu können, aus zur Verfügung stehenden Messgrößen in Abhängigkeit von der jeweiligen Fahrsituation Bewertungsgrößen berechnet, welche zur Erstellung eines Simulationsmodelles an einem Dynamik-Prüfstand für Fahrzeugmotoren herangezogen werden. Dies bietet den Vorteil einen Teil der notwendigen realen Fahrversuche am Fahrzeug durch Versuche an einem Prüfstand zu ersetzen.
Das hierbei beschriebene Verfahren beschränkt sich jedoch auf die Erstellung eines Simulationsmodelles an einem Dynamik- oder Motorprüfstand, um an diesem die Fahrbarkeitsfunktionen zu kalibrieren. Nachteilig bei diesem Verfahren ist jedoch, dass die Auswertung der Messdaten und die Kalibrierung der Fahrbarkeitsfunktionen personal- und zeitintensiv sind.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es ein Verfahren anzugeben, mit welchem Messdaten zur Bedatung eines Steuergerätes für eine Kraftmaschine ausgewertet werden können.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Auswertung von Messdaten einer Drehzahlschwingung einer Kraftmaschine nach einem Lastsprung eines Antriebsdrehmomentes, das die Kraftmaschine auf einen drehelastischen Antriebsstrang überträgt, umfasst die Schritte:

a) Bestimmen einer Schwingfrequenz der Drehzahlschwingung,
b) Bestimmen einer Dämpfungsrate der Drehzahlschwingung, wobei die Schritte a) bis b) automatisiert durchgeführt werden.

Unter Kraftmaschine werden hierbei sowohl eine Verbrennungskraftmaschine als auch eine elektrische sowie jegliche mittels eines Steuergerätes gesteuerte Kraftmaschinen verstanden. Dies können insbesondere sowohl Dieselmotoren als auch Ottomotoren sein.
Unter drehelastischem Antriebsstrang wird der zum Übertragen des Antriebsdrehmomentes an die Räder eines Fahrzeuges, wie etwa ein Kraftfahrzeug, ein Kraftrad oder ein motorisiertes Fahrrad, verwendete Triebstrang verstanden. Dieser kann Kupplungen, Getriebe, Antriebswellen, Antriebsräder sowie weitere Koppel- und Lagerelemente beinhalten.
Als Lastsprung wird hier eine sprunghafte Änderung des Antriebsdrehmomentes der Kraftmaschine verstanden.
Mögliche Vorteile der Erfindung sind eine Effizienzsteigerung und eine Kostenreduktion, da durch die automatisierte Durchführung der Verfahrensschritte auf eine händische Auswertung verzichtet werden kann.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, aus Messdaten, also aus einem Datensatz einer Messung, reproduzierbar und unter Angabe bestimmter Auswertekriterien Drehzahlschwingungen aufzufinden, diese Drehzahlschwingungen zu typisieren und hierfür Kennwerte, wie etwa die Schwingfrequenz, die Dämpfungsrate und/oder eine Phasenverschiebung der Schwingfrequenz zu einem Zeitpunkt des Lastsprunges zu bestimmen. Da die Schwingfrequenz der Drehzahlschwingung ausgewertet wird, ist es erforderlich ein Auswertefenster zu bestimmen, in welchem eine geeignete Drehzahlschwingung auftritt und reproduzierbar sowie signifikant bestimmt werden kann.
Das erforderliche Auswertefenster wird definiert durch einen Zeitraum nach dem Lastsprung der Kraftmaschine.
Verknüpft mit dem Lastsprung wird neben dem Antriebsdrehmoment oder der zeitliche Veränderung des Antriebsdrehmomentes auch die Drehmomentanforderung, welche aus dem Wunschdrehmoment einer in dem Steuergerät der Kraftmaschine befindlichen Motorsteuerung ermittelt wird, oder die Pedalstellung eines Fahrpedals, welches als Fahrerwunschmoment interpretiert werden kann.
Da die Drehzahlschwingungen nicht ausschließlich auf der Elastizität oder auf etwaigem Spiel im Antriebsstrang zurückzuführen sind, werden Lagerungen, insbesondere elastische Lagerungen der Kraftmaschine ebenfalls als zum Antriebsstrang zugehörig verstanden. Insofern lässt sich eine Drehzahlschwingung der Kraftmaschine nach einem Lastsprung auf das Zusammenspiel von Elastizitäten, Spiel und Reibung im gesamten Antriebsstrang, so auch auf die Lagerung der Kraftmaschine, zurückführen. Der Antriebsstrang wird hierbei modellhaft auch als Zusammenschluss aus Federn und Dämpfern gesehen, wodurch sich sowohl eine im Wesentlichen gangabhängige – sofern ein Getriebe mit mehreren Gangstufen im Antriebsstrang inbegriffen ist – Schwingfrequenz und eine gangabhängige Dämpfungsrate ergeben.
Der Lastsprung, der sowohl durch den Fahrer als auch durch eine motorinterne Drehmomentanforderung erfolgen kann, führt dazu, dass der Antriebsstrang eine Belastung oder eine Entlastung erfährt, welche zu Änderungen relativer Drehwinkel oder zu Änderungen in der Lagerung des Antriebsstranges führt. Diese belastungsinduzierten Drehwinkeländerungen lassen sich in der Motordrehzahl der Kraftmaschine wiederfinden und führen zu den Drehzahlschwingungen dieser und – was bei den Passagiere zu einem unangenehmen Fahrempfinden führt – zu einem Ruckeln des Fahrzeuges in Längsrichtung. Da das abgegebene Motordrehmoment mittels des Steuergerätes geregelt werden kann, beinhaltet das Steuergerät Mittel zum Abschwächen der Drehzahlschwingung. Diese Mittel, umfassend die zuvor genannten Fahrbarkeitsfunktionen, sind beispielsweise Funktionen zur Berechnung und Aufprägung einer zusätzlichen korrektiven Drehmomentanforderung oder Funktionen zur Filterung des Motormomentes und der Drehmomentanforderungen. Diese auch unter Antiruckelfunktion bekannten Programmbestandteile der Steuerung modellieren eine Drehmomentanforderung, welche der Drehschwingung der Kraftmaschine durch ein entgegengesetzt aufgebrachtes Drehmoment entgegenwirken. Hierzu werden im Steuergerät Daten hinterlegt, mittels welcher eine Berechnung des erforderlichen Drehmomentes für jeden Betriebspunkt erfolgen kann.
Die im Steuergerät der Kraftmaschine hinterlegten Daten sind zumeist in Kennfeldern oder Kennlinien abgelegt. Diese 3-dimensionalen Kennfelder oder 2-dimensionalen Kennlinien werden diskretisiert, wobei die jeweiligen Achsen mittels Stützstellen gebildet werden. So bestehen Kennfelder und Kennlinien aus einem Datenfeld oder einer Matrix mit einer definierten Anzahl von Einträgen. Die Reduktion auf definierte Einträge wird auch auf die Achsen angewendet, die folglich die Stützstellen der Kennfelder und Kennlinien bilden.
Die Diskretisierung erfolgt durch Klassifizierung der Eingangsgrößen der Messdatenauswertung. Die Eingangsgrößen für die Auswertung sind im Wesentlichen die Eingangsgrößen der zu bedatenden Kennfelder und Kennlinien.
Insofern können Kalibrierdatensätze zum Kalibrieren des Steuergerätes mittels Messdatenzuordnung erzeugt werden, wobei die ermittelte Schwingfrequenz, Phasenverschiebung und/oder Dämpfungsrate wenigstens einer Messgröße des Datensatzes zugeordnet werden.
Kumulativ oder alternativ hierzu können die Schwingfrequenz, die Dämpfungsrate und/oder die Phase einer Klasse zugeordnet werden, wobei mehrere Klassen einer Stützstellenverteilung einer Kalibrierung der Kraftmaschine zugeordnet werden. Dies hat den Vorteil, dass Messdaten in einem Format ausgewertet werden, die ohne weitere Umwandlung oder Bildung einer geeigneten Teilmenge in ein Steuergerät integriert werden können.
Darüber hinaus kann eine Messgröße der Messdaten beispielsweise eine Motordrehzahl, eine Übersetzungsstufe, eine Motorlastanforderung oder eine Steuerpedalstellung der Kraftmaschine sein. Dies hat den Vorteil, dass mittels der Auswertung in einer Ergebnisdatei gegebenen Auswertegrößen, wie etwa die Drehzahlschwingung, die Dämpfungsrate oder die Phasenverschiebung als Kalibrierdaten abgelegt werden können, die auf das Steuergerät übertragen werden können.
Zusätzlich oder optional hierzu ist es möglich die Übersetzungsstufe des Antriebsstranges aus den übrigen Messgrößen, wie etwa der Motordrehzahl und einer Raddrehzahl oder einer Geschwindigkeit des Fahrzeuges zu ermitteln. Folglich kann auf eine vollständige Aufzeichnung aller vorhandenen Signale am Fahrzeug verzichtet werden, wenn Ressourcen für die Erzeugung von Messdaten nur begrenzt zur Verfügung stehen.
Insofern kann mittels eines weiteren Schrittes des erfindungsgemäßen Verfahrens mit der ermittelten Schwingfrequenz, Phasenverschiebung und/oder Dämpfungsrate das Steuergerät der Kraftmaschine kalibriert werden, was wiederum den Vorteil hat, dass zeit- und ressourcenintensive Arbeitsschritte im Mess- und Kalibrierprozess verkürzt werden können.
Die Bestimmung des Zeitpunktes des Lastsprunges der Kraftmaschine kann anhand einer Änderung der Motorlastanforderung und/oder anhand einer Änderung der Fahrpedalstellung bestimmt werden. Darüber hinaus kann anhand der vorstehend genannten Änderung auch die Richtung des Lastsprunges bestimmt werden, da zur Bestimmung dessen nicht nur eine absolute Schwelle einer Änderungsrate sondern auch eine weitere Schwelle einer Änderungsrate angegeben werden kann. So kann bei Überschreitung eines positiven Gradienten des Motormomentes, der Motorlast oder der Fahrpedalstellung der Lastsprung als positiver Lastsprung bestimmt werden. Folglich kann bei Unterschreitung eines negativen Gradienten des Motormomentes, der Motorlast oder der Fahrpedalstellung der Lastsprung als negativer Lastsprung bestimmt werden. Die Bestimmung des Zeitpunktes des Lastsprunges sowie der Richtung des Lastsprunges hat den Vorteil, dass einerseits Auswertefenster erzeugt werden können, in welchen eine Auswertung erfolgt, und dass andererseits die Auswertung für positive und negative Lastsprünge separiert werden kann, da in der Steuerung der Kraftmaschine auch unterschiedliche Kennfelder und Kennlinien für positive und negative Lastsprünge hinterlegt sein können.
Mittels des Lastsprunges kann das Auswertefenster bestimmt werden, wobei das Auswertefenster einen Auswertebeginn und ein Auswerteende aufweist, wobei der Auswertebeginn der Zeitpunkt des Lastsprunges ist und wobei das Auswerteende der Zeitpunkt eines weiteren Lastsprunges, eines Bremsvorganges, eines Kupplungsvorganges, des Erreichens einer maximalen Schwingungsamplitudenzahl und/oder des Erreichens einer maximalen Auswertefensterbreite ist. Die Bestimmung des Auswertefensters ermöglicht es aus der Vielzahl von Ereignissen während der Messung jenen Bereich einzugrenzen, welcher zur Auswertung herangezogen werden kann. Insofern handelt es sich hierbei um einen vorteilhaften Ausschluss von Messbereichen, welche nicht zu einer erfolgreichen Auswertung beitragen.
Zusätzlich zur Bestimmung von Lastsprüngen oder Auswertefenstern können weitere Kriterien herangezogen werden, welche zum Ausschluss von qualitativ schlechten oder nicht auswertbaren Auswertefenstern herangezogen werden können. So kann es sein, dass ein Ereignis in der Messung nicht als Lastsprung eingestuft werden kann, wenn die Fahrpedalposition nicht über einer definierten Schwelle liegt, wenn der Lastsprung nicht mit ausreichender Geschwindigkeit, also mit zu geringem Gradienten, ausgeführt wird, wenn das Fahrpedal in dem zu bestimmenden Auswertefenster keinen konstanten Wert aufweist oder eine Differenz des Fahrpedals während des zu bestimmenden Auswertefensters eine definierte Schwelle oder einen definierten Gradienten überschreitet oder wenn weitere Funktionen der Motorsteuerung aktiv sind. Wie sofort ersichtlich ist jegliche Änderung der Bedingungen während eines zu definierenden Auswertefensters für einen zu bestimmenden Lastsprung eine Störung der durch den Lastsprung erzeugten Drehzahlschwingung oder der Dämpfungsrate, wodurch eine Auswertung dieser erschwert werden kann.
Weitere Funktionen der Motorsteuerung, die Einfluss auf die Qualität der Auswertung haben können, können Funktionen zur Vermeidung von Zylinderungleichverteilung, eine Rauchlimitierung bei Dieselmotoren oder direkteinspritzenden Ottomotoren, Surge, also Ruckeln aus einer ungleichmäßigen Verbrennung, eine aktivierte Antiruckelfunktion, aktivierte Fahrbarkeitshilfen oder -funktionen, eine aktive Klimatisierung, ein nicht geeignetes Brennverfahren oder ein nicht geeigneter Brennmodus, beispielsweise eine aktive Filterregeneration, eine aktive Drehmomentbegrenzung oder aktive Motordiagnosen, ein betätigtes Bremspedal oder eine betätigte Kupplung oder ein aktives Stabilitätsprogramm sein. Optional ist es ferner möglich aus den Messdaten geeignete Messgrößen zum gewählten Betriebspunkt, wie etwa der Motor- oder Öltemperatur, der Ansaugluft- oder Umgebungslufttemperatur, der Laufleistung der Kraftmaschine oder der Betriebsstoffe der Kraftmaschine, dem Beladungszustand eines Abgasfilters oder einer nicht geeigneten Kalibrierung des Steuergerätes heranzuziehen.
Die Schwingfrequenz der Drehzahlschwingung im gegebenen Auswertefenster kann mittels Auswahl wenigstens zweier Extrema der Messung und des Bestimmens des zeitlichen Abstandes beider Extrema bestimmt werden. Dies kann sowohl ein Maximum als auch ein Minimum der Motordrehzahl sein. Ferner ist es auch möglich eine definierte Anzahl von Extrema anzugeben, die zur Auswertung herangezogen werden. So kann beispielsweise die Frequenz aus dem ersten Maximum oder Minimum einer Schwingamplitude und das Maximum oder Minimum einer zweiten, dritten, vierten oder beliebigen Schwingamplitude ermittelt werden, wobei der zeitliche Abstand des gewählten Maximums zum ersten Maximum, wie sofort ersichtlich, durch die Anzahl der gewählten Perioden geteilt werden muss, um eine Schwingfrequenz zu bestimmen. Da Messungen mittels eines diskreten Zeitrasters, also mit definierten Messabständen, wie beispielsweise 5ms aufgezeichnet werden, ist es abhängig vom gewählten Zeitraster vorteilhaft für eine genauere Bestimmung der Schwingfrequenz oder der Dämpfungsrate, wenn mehrere Perioden zur Auswertung herangezogen werden können.
Entsprechend dem vorstehend beschriebenen Verfahrensschritt kann auch die Dämpfungsrate unter Verwendung mehrerer Perioden der Drehzahlschwingung ermittelt werden.
Es versteht sich, dass die vorstehend beschriebenen Lösungen auch kombiniert werden können, um die Vorteile entsprechend kumuliert umsetzen zu können.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele werden anhand der folgenden Figuren näher erläutert. Dabei zeigt
1 ein Flussdiagramm für ein erfindungsgemäßes Verfahren,
2 einen Drehzahlverlauf nach einem positiven Lastsprung,
3 einen Drehzahlverlauf nach einem negativen Lastsprung,
4 eine Drehzahlschwingung nach einem Lastsprung,
5 Auswertefenster zwischen Lastsprüngen und
6 ein Kraftfahrzeug mit einem Messdatenerfassungssystem.
Die 1 zeigt ein Flussdiagramm für die Umsetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Zu Beginn eines jeden Verfahrens zur automatisierten Messdatenauswertung findet eine Definition der Testprozedur 10 statt. In dieser Definition der Testprozedur 10 wird festgelegt, welche Messpunkte im weiteren Verlauf an einem Fahrzeug eingestellt werden müssen und in welchen Betriebsbereichen das Fahrzeug zu bewegen ist. Die Definition der Betriebsbereiche orientiert sich hierbei unter anderem an den letztendlich in der Motorsteuerung einer Kraftmaschine zu bedatenden Kennlinien und Kennfelder. Die Testprozedur beinhaltet beispielhaft eine Wertetabelle für Motordrehzahlen an welchen seitens eines Fahrers Lastsprünge mittels Fahrpedal eingestellt werden müssen. So werden Definitionen für Lastsprünge von einer Startpedalstellung, wie etwa 0% oder 10% Fahrpedalstellung, zu einer Zielpedalstellung, wie etwa 50% oder 100% Fahrpedalstellung, definiert. Auch wird in der Definition der Testprozedur die Richtung der Lastsprünge, wie etwa positiv für einen Tip-In oder negativ für einen Tip-Out, festgelegt. Zusätzlich lassen sich in diesem Schritt auch der einzulegende Gang, Grenzen für eine Motor- oder Außentemperatur, Grenzen für eine Steigung oder ein Gefälle der Fahrbahn festlegen.
Nach Aufstellen der Definition der Testprozedur 10 erfolgt die Testdurchführung 11 sowie die Messdatenaufzeichnung 12. Üblicherweise erfolgt die Testdurchführung 11 in einem Fahrzeug auf allen zur Verfügung stehenden Straßen, sofern die Testdurchführung 11 innerhalb der Definition der Testprozedur 10 erfolgt. Ein Messdatenerfassungssystem, welches an das Fahrzeug und/oder an ein Steuergerät des Fahrzeuges angeschlossen ist, zeigt die jeweiligen Fahrzustände sowie Messgrößen an und speichert diese während der Messdatenaufzeichnung 12 auf einen Datenträger. Ein bekanntes Messdatenerfassungssystem besteht aus dem Programm INCA, welches in der Lage ist die Motordrehzahl, die Fahrpedalstellung, die Fahrgeschwindigkeit, den gewählten Gang, die Steigung der Fahrbahn, das Antriebsdrehmoment oder Zustände von weiteren Steuergerätefunktionen auf einem Laptop anzuzeigen und aufzuzeichnen. Die Messdaten werden in einem programmspezifischen Format abgelegt.
So ist zunächst eine Messdatenumformung 13 durchzuführen, bevor die Messdaten während des Einlesens der Messdaten 14 in das zur automatischen Messdatenauswertung verwendete Computerprogramm übergeben werden. Das Computerprogramm zur automatischen Messdatenauswertung kann, wie in dem erläuterten Ausführungsbeispiel, ein auf Matlab basiertes Programm sein, weswegen die Messdatenumformung 13 sowie das Einlesen der Messdaten 14 notwendig ist.
Die automatische Messdatenauswertung ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel zweistufig ausgeführt, wobei einer Auswertefensterauswertung 60 eine Eignungsprüfung 50 vorgeschaltet ist. Um der Eignungsprüfung 50 die gewünschten Messdaten zuzuführen, ist durch den Nutzer noch eine Messkanalauswahl 15 erforderlich, wonach erst der Messkanalimport 16 erfolgt. Der Messkanalimport 16 beinhaltet ferner eine Prüfung und ein Bericht auf Vollständigkeit der Messdaten. Kann der Messkanalimport 16 wegen fehlender Messkanäle der Messdaten nicht durchgeführt werden, erfolgt eine Rückmeldung an den Nutzer.
Die ausgewählten und in das Computerprogramm zur automatischen Messdatenauswertung importierten Messkanäle erfahren zudem eine Messdatenfilterung 17. So ist es möglich Rauschen aus einem Messkanal oder bestimmte Frequenzbereiche zu entfernen. Im weiteren Schritt wird während der Getriebebestimmung 18 die Art des Getriebes (manuell, automatisiert, automatisch, ohne) bestimmt. Dies kann sowohl per Eingabe des Nutzers oder automatisiert anhand der Erkennung durch Messdaten erfolgen. Wie sofort ersichtlich, kann auch ein Antrieb mit einer einzelnen festen Gangstufe verwendet werden, so wie es beispielsweise bei Antriebssträngen mit Elektromotoren häufig der Fall ist. Der Getriebebestimmung 18 folgt weiterhin die Betriebspunktauswahl 19.
Mittels der Betriebspunktauswahl 19 bestimmt der Nutzer, welche Arten von Lastsprüngen 103 ausgewertet werden sollen. Die Auswahl beinhaltet die Auswahl zwischen Auswertungen von Tip-Ins 73, Tip-Outs 83 oder von beiden Arten von Lastsprüngen 103.
Die Eignungsprüfung 50 beginnt mit einer Gangerkennung 20. Die Gangerkennung 20 erkennt den gewählten Gang wahlweise durch Auswertung eines geeigneten und importierten Messkanals, mittels welcher die gewählte Gangstufe aufgezeichnet worden ist, oder per Auswertung der Motordrehzahl und einer Raddrehzahl oder Fahrgeschwindigkeit sowie unter Zuhilfenahme definierter Verhältnisse zwischen den Signalen.
Der Gangerkennung 20 sind eine Tip-In-Erkennung 21 und eine Tip-Out-Erkennung 22 nachgeschaltet, mittels welcher die Zeitpunkte der jeweiligen Lastsprünge 103 bestimmt werden. Zur den beiden Lastsprungerkennungen 21, 22 werden wiederum Definitionen herangezogen, die entweder während der Definition der Testprozedur 10 oder während der Betriebspunktauswahl 19 angegeben worden sind.
Sind die Schritte Tip-In-Erkennung 21 und Tip-Out-Erkennung 22 durchgeführt worden, erfolgt durch das Programm in der Auswertefensterdefinition 23 die Festlegung, ob und welche Lastsprünge 103 zur Auswertung herangezogen werden können, und die Festlegung der auszuwertenden Auswertefenster 105.
Die auszuwertenden Auswertefenster 105, welche Zeitpunkte zwischen zwei Lastsprüngen 103 darstellen, werden dem Nutzer während der Auswertefensterausgabe 24 angezeigt. Die Auswertefensterausgabe 24 erfolgt optional und ist für die automatisierte Messdatenauswertung nicht zwangsläufig erforderlich.
Die Auswertefensterauswertung 60 beginnt mit dem Schritt der Peak-Erkennung 30, also mit der Erkennung der Zeitpunkte von Minima und Maxima innerhalb eines jeweiligen Auswertefensters 105. Nach Berechnung der relevanten Größen, also der Schwingfrequenz und Dämpfung der Drehzahlschwingung in einer Frequenzberechnung 31 erfolgt eine Klassifizierung 32. Die Klassifizierung der jeweiligen Ergebnisse in eine definierte Anzahl von Klassen ist notwendig, um die Ergebnisse der Auswertung 60 in einem vom Steuergerät lesbaren Format auszugeben. Die Achsen von Kennfeldern und Kennlinien für Steuergeräte haben diskrete Stufen. So hat beispielsweise ein mit acht Spalten und acht Zeilen definiertes Kennfeld (Matrix) als Achsen jeweils Tabellen (Array) mit acht Einträgen. Diese sogenannten Stützstellen bilden wie sofort ersichtlich die Klassen die für die Klassifizierung 32. Insofern erfolgt eine Klasseneinteilung entsprechend der Stützstellen.
Bevor in der Ergebnisausgabe 34 die ermittelten Schwingfrequenzen und Dämpfungsraten der Drehzahlschwingungen 74, 84 in Abhängigkeit der Klassen, also als Kennfeld mit der Motordrehzahl 70, 80 sowie der Fahrpedalstellung 71, 81 als Kennfeld- oder Kennlinienachsen ausgegeben werden, erfolgt in der Qualitätsbestimmung 33 eine Prüfung der Ergebnisse, wobei innerhalb der einzelnen Klassen die Normalverteilung der Ergebnisse geprüft wird und unter Umständen Ergebnisse, die auf Messfehlern beruhen, ausgeschlossen werden.
Der Auswertefensterauswertung 60 schließen sich optional weitere Schritte an, wobei eine Steuergerätekalibrierung 40 mit den Ergebnissen der Ergebnisausgabe 34 erfolgt, während ausgewählte Kennfelder oder Kennlinien des Steuergerätes mittels der Ergebnisse bedatet werden. Die Kalibrierung erfolgt, je nach zu kalibrierendem Kennfeld, durch Beschreiben der Kennfelder mit den Werten der Ergebnisausgabe 34 oder durch vorherige Verrechnung der Ergebnisse mit definierten Berechnungsformeln und anschließender Beschreibung der Kennfelder.
Parallel zu der Steuergerätekalibrierung 40 werden die Bestimmung der Verstärkung 41 und die Bestimmung der Phase 42 durchgeführt.
Ein Tip-In 73 bzw. ein positiver Lastsprung mit einer daraus resultierenden Drehzahlschwingung 74 wird anhand der 2 erläutert. Wird seitens des Fahrers das Fahrpedal des Kraftfahrzeuges 200 in einer ausreichend hohen Geschwindigkeit niedergedrückt, so dass sich der Tip-In 73 ergibt, folgt durch schnellen Anstieg des Motordrehmomentes die Drehzahlschwingung 74 der Motordrehzahl 70.
In ähnlicher Art und Weise verhält es sich bei der in 3 dargestellten Motordrehzahl 80, welche nach dem Tip-Out 83 bzw. nach einem negativen Lastsprung die Drehzahlschwingung 84 der Motordrehzahl 80 erzeugt. Die Fahrpedalstellung 81 wird, wie zuvor anhand des Tip-In 73 beschrieben, sehr zügig von einem hohen Wert, beispielsweise 70% Fahrpedalstellung, zu einem niedrigen Wert, beispielsweise 20%, gelöst. Die Folge der sprunghaften Änderung der Fahrpedalstellungen 71, 81 sind jeweils sprunghafte Änderungen des Fahrerwunschmomentes, was zu einer sprunghaften Änderungen des Motormomentes zur Folge hat.
Die Drehzahlschwingungen 74, 84 werden, wie in 4 dargestellt, folgendermaßen durch die Messdatenauswertung während der Peak-Erkennung 30 und der Frequenzberechnung 31 ausgewertet.
In der Peak-Erkennung 30 werden die Zeitpunkte lokaler Extrema der Motordrehzahl 70, 80 ermittelt. So erkennt die Peak-Erkennung 30 nach dem Tip-Out 83 ein erstes Minimum der Motordrehzahl 80 zum Zeitpunkt t₂₁. Weitere Minima werden zu den Zeitpunkten t₂₃ und t₂₅ bestimmt. In gleicher Weise werden, sofern Extremwerte signifikant vorhanden sind, auch die Maxima zu den Zeitpunkten t₂₂ und t₂₄ erkannt. Obgleich weitere Extremwerte einer Signifikanzprüfung unterzogen werden, kann zunächst in der Peak-Auswertung eine vollständige Erkennung aller Maxima sowie Minima, also auch der Zeitpunktes t₂₆ für ein drittes Maximum erfolgen. Die Bewertung der Signifikanz von den erkannten Extremwerten kann in der Qualitätsbestimmung 33 erfolgen sofern sie in der Peak-Erkennung 30 nicht einbezogen ist.
Mit Hilfe der erkannten Zeitpunkte t₂₁, t₂₂, t₂₃, t₂₄, t₂₅, t₂₆ werden die Frequenz der Drehzahlschwingung 84 ermittelt, indem zeitliche Abstände bzw. eine Periodendauer einzelner Minima 92 oder eine Periodendauer einzelner Maxima 90 berechnet und deren Kehrwerte gebildet werden. Da die Motordrehzahl 80 nicht als kontinuierliches Signal vorliegt, wenn es mit einem definierten Zeitraster (z.B. 5ms) gemessen worden ist, können je nach gewähltem Messraster Ungenauigkeiten in der Ermittlung der Frequenz auftreten. Die Ergebnisgenauigkeit wird erhöht, in dem mehrere Minima und/oder Maxima in die Frequenzberechnung einbezogen werden. So wird eine Periodendauer mehrerer Minima 93 oder eine Periodendauer mehrerer Minima 91 berechnet und das Ergebnis durch die Anzahl der Perioden geteilt, um mittels des Kehrwertes des Ergebnisses wieder auf die Schwingfrequenz zu schließen. Die Dämpfungsrate wird hierbei durch die Abschwächung der Extremwerte ermittelt. So lassen sich die Werte der Motordrehzahl zu den Zeitpunkten der Minima und Maxima ermitteln und anhand der Abnahme der Drehzahldifferenzen zweier benachbarter Extremwerte auf die Dämpfungsrate schließen.
Auswertefenster, wie ein Tip-In-Auswertefenster 105 und ein Tip-Out-Auswertefenster 106, werden, wie anhand 5 erläutert, jeweils zwischen Lastsprüngen 103 der Fahrpedalstellung 101 definiert. So beginnt das Tip-In-Auswertefenster 105 zum Zeitpunkt t₁₀ und endet zum Zeitpunkt t₂₀. Das Tip-Out-Auswertefenster, welches bereits anhand 4 genauer erläutert worden ist, beginnt zum Zeitpunkt t₂₀ und endet im Idealfall zum Zeitpunkt t₃₀. Auswertebeginn und Auswerteende der Auswertefenster fallen folglich mit dem Beginn bzw. dem Ende der Auswertefenster zusammen. Innerhalb der jeweiligen Auswertefenster erfolgt in der Peak-Erkennung die Auswertung eines jeden einzelnen Minimums und Maximums. Wie sofort ersichtlich können sich die Bestimmung sowie die Auswertung lediglich auf die Maxima oder lediglich auf die Minima beschränken. So kann gerade das Extremum herangezogen werden, welches gerade als erstes innerhalb des Auswertefensters erkannt wird.
Das jeweilige Ende eines jeden Auswertefensters 105, 106 ist nicht ausschließlich durch einen Lastsprung definiert, der auf den Eingangs der Auswertefenster 105, 106 vorliegenden Lastsprung folgt. Es werden zur Definition des Endes eines jeden Auswertefensters 105, 106 weitere Kriterien herangezogen, wie etwa die Betätigung der Bremse, der Aktivierung von externen Lasten (Klimaanlage, Servolenkung, Generator), des Eingriffes einer Traktionskontrolle oder eines Stabilitätsprogrammes oder jeglicher anderer Änderung der in dem Auswertefenster vorliegenden Betriebsparameter der Kraftmaschine.
Die gefundene Schwingfrequenz und Dämpfungsrate eines jeden Messpunktes wird der jeweiligen Motordrehzahl zugeordnet, welche zu Beginn des Auswertefensters vorlag. Ebenso erfolgt eine Zuordnung der bestimmten Kenngrößen zu der Fahrpedalstellung, welche nach dem Lastsprung zu Beginn des Auswertefensters vorlag, und zu der Gangstufe, die innerhalb des Auswertefensters vorlag. Alternativ kann statt der Fahrpedalstellung auch eine Motorlast oder ein Motordrehmoment verwendet werden. Durch die mathematische und/oder physikalische Beziehung der Fahrpedalstellung 101 zu einem Fahrerwunschmoment und zu einer Motorlast ist Wahl einer alternativen Messdatenzuordnung oder Klassifizierung der Messdaten ohne weiteres möglich.
Eine mögliche Messanordnung wird anhand von 6 erläutert, welche eine Abbildung eines Kraftfahrzeuges 200 mit einem Messdatenerfassungssystem 210 zeigt. Das Kraftfahrzeug 200 wird während der Testdurchführung 11 und der Messdatenaufzeichnung 12, welche auf dem Messdatenerfassungssystem 210 erfolgt, auf einer Straße 220 bewegt und mehreren Beschleunigungs- und Verzögerungsvorgängen unterzogen. Das Steuergerät 202 ist hierbei mit der Kraftmaschine 201 verbunden und kontrolliert das abgegebene Antriebsdrehmoment. Bei Verwendung einer Verbrennungskraftmaschine ist dies etwas das Einstellen des Kraftstoff- und/oder Luftmassenstromes und weiterer Verbrennungsparameter, wie etwa die Zündung oder den Einspritzbeginn.
Das Steuergerät ist ferner über eine Datenverbindung 211 mit dem Messdatenerfassungssystem 210 verbunden und übermittelt Betriebsdaten der Kraftmaschine 201, wie die Motordrehzahl, das Antriebsdrehmoment und die Fahrpedalstellung, an das Messdatenerfassungssystem 210, welches die Messdaten aufzeichnet. Das Messdatenerfassungssystem – zumeist aus einem Laptop und einem Programm zur Messdatenerfassung bestehend – kann ferner das Computerprogramm zur Ausführung der in 1 gezeigten Schritte und des erfindungsgemäßen Verfahrens sein. Dies ist jedoch nicht zwangsweise notwendig, da die Entkopplung des Messdatenerfassungssystems 210 und der Messdatenauswertung dazu führt, dass Messungen am Kraftfahrzeug 200 nicht unterbrochen werden müssen und die Messdatenerfassung unabhängig von der Messdatenauswertung erfolgt.
Bezugszeichenliste

10: Definition der Testprozedur
11: Testdurchführung
12: Messdatenaufzeichnung
13: Messdatenumformung
14: Einlesen der Messdaten
15: Messkanalauswahl
16: Messkanalimport
17: Messdatenfilterung
18: Getriebebestimmung
19: Betriebspunktauswahl
20: Gangerkennung
21: Tip-In-Erkennung
22: Tip-Out-Erkennung
23: Auswertefensterdefinition
24: Auswertefensterausgabe
30: Peak-Erkennung
31: Frequenzberechnung
32: Klassifizierung
33: Qualitätsbestimmung
34: Ergebnisausgabe
40: Steuergerätekalibrierung
41: Bestimmung der Verstärkung
42: Bestimmung der Phase
50: Eignungsprüfung
60: Auswertefensterauswertung
70: Motordrehzahl
71: Fahrpedalstellung
73: Tip-In
74: Drehzahlschwingung
80: Motordrehzahl
81: Fahrpedalstellung
83: Tip-Out
84: Drehzahlschwingung
90: Periodendauer einzelner Maxima
91: Periodendauer mehrerer Maxima
92: Periodendauer einzelner Minima
93: Periodendauer mehrerer Minima
100: Motordrehzahl
101: Fahrpedalstellung
103: Lastsprung
105: Tip-In-Auswertefenster
106: Tip-Out-Auswertefenster
200: Kraftfahrzeug
201: Kraftmaschine
202: Steuergerät
210: Messdatenerfassungssystem
211: Datenverbindung
220: Straße

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 0846945 B1 [0005]

Claims

Verfahren zur Auswertung von Messdaten einer Drehzahlschwingung einer Kraftmaschine nach einem Lastsprung eines Antriebsdrehmomentes, das die Kraftmaschine auf einen drehelastischen Antriebsstrang überträgt, umfassend die Schritte: a) Bestimmen einer Schwingfrequenz der Drehzahlschwingung, b) Bestimmen einer Dämpfungsrate der Drehzahlschwingung, wobei die Schritte a) bis b) automatisiert durchgeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als weiterer Schritt eine Phasenverschiebung der Drehzahlschwingung zu einem Zeitpunkt des Lastsprunges bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit der ermittelten Schwingfrequenz, Phasenverschiebung und/oder Dämpfungsrate ein Steuergerät der Kraftmaschine kalibriert wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingfrequenz und die Dämpfungsrate einer Klasse zugeordnet werden, wobei mehrere Klassen einer Stützstellenverteilung einer Kalibrierung der Kraftmaschine zugeordnet werden.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zeitpunkt des Lastsprunges der Kraftmaschine anhand einer Messung einer Änderung der Motorlastanforderung und/oder anhand einer Messung einer Änderung der Fahrpedalstellung bestimmt wird und dass die Richtung des Lastsprunges bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Auswertefenster bestimmt wird, wobei das Auswertefenster einen Auswertebeginn und ein Auswerteende aufweist, wobei der Auswertebeginn der Zeitpunkt des Lastsprunges ist und wobei das Auswerteende der Zeitpunkt eines weiteren Lastsprunges, eines Bremsvorganges, eines Kupplungsvorganges, des Erreichens einer maximalen Schwingungsamplitudenzahl und/oder des Erreichens einer maximalen Auswertefensterbreite ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingfrequenz anhand einer Auswahl wenigstens zweier Maxima der Messung und des Bestimmens des zeitlichen Abstandes beider Maxima erfolgt.
Computerprogramm, welches eingerichtet ist, jeden Schritt des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 durchzuführen.
Maschinenlesbares Speichermedium, auf welchem das Computerprogramm nach Anspruch 8 gespeichert ist.