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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Einstellung einer Antiruckel-/Antirupf-Funktion in einem Fahrzeug mit mehreren Aktoren und/oder mehreren Antriebsmaschinen, die jeweils eine lokale Steuereinheit aufweisen, welche mit einer übergeordneten Regeleinheit verbunden sind, wobei die übergeordnete Regeleinheit Rupfschwingungen und Drehmomentschwankungen des Fahrzeuges auswertet und eine der lokalen Steuereinheiten zur Dämpfung der Rupfschwingungen und Drehmomentschwankungen durch den jeweiligen Aktor oder die jeweilige Antriebsmaschine ansteuert.
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Rupfschwingungen treten in Kraftfahrzeugen immer dann auf, wenn bei einer schlupfenden Kupplung periodische Wechseldrehmomente erzeugt werden. Die Antriebsräder des Kraftfahrzeuges wandeln diese von der Kupplung übertragenen Drehschwingungen des Antriebsstranges in eine Längsschwingung des Fahrzeuges um, was zu einem Komfortverlust für die Fahrzeuginsassen führt. Aus der
WO 2007/073711 A1 ist ein Verfahren zur Reduzierung von Rupfschwingungen in einem Kraftfahrzeugantriebsstrang bekannt, bei welchem beim Auftreten von Rupfschwingungen zum aktiven Dämpfen der Rupfschwingung mithilfe eines Elektromotors ein Drehmoment auf ein rotierendes Bauteil übertragen wird, das bei einer Rupfschwingungskomponente, bei der die Drehzahl des rotierenden Bauteils abnimmt, das rotierende Bauteil mithilfe des Elektromotors antreibt und bei einer Rupfschwingungskomponente, bei der die Drehzahl des rotierenden Bauteils zunimmt, das rotierende Bauteil mithilfe des Elektromotors abbremst. Dabei wird das Drehmoment des Elektromotors derart moduliert, dass die Rupfschwingungen aktiv gedämpft werden.
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Des Weiteren sind Drehmomentschwankungen bekannt, die von einem Fahrgast als sehr unangenehm empfunden werden, da diese bei dem Fahrgast das Gefühl hervorrufen, vor und zurück zu schwanken. Dieses Phänomen wird als Ruckeln bezeichnet. Aus der
DE 103 13 338 A1 ist eine Vorrichtung zum Steuern/Regeln einer Drehmomentschwankung bekannt. Dabei wird eine Schwingung, die in Richtung nach vorne und nach hinten auf das Fahrzeug wirkt, dadurch eingeschränkt, dass eine Kompensationsdrehmoment-Einstelleinrichtung ein Kompensationsdrehmoment mit einer bezogen auf die Drehmomentschwankung entgegengesetzten Phase erzeugt und eine Steuer/-Regeleinrichtung steuert bzw. regelt einen Motor unter Berücksichtigung des Kompensationsdrehmomentes. Dadurch wird eine einfache harmonische Bewegung, wie sie der Drehmomentschwankung entspricht, beseitigt.
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Aus „Anti-Jerk-Controller Design with Cooperative Control Strategy in Hybrid Electric Vehicle“, Hyundai Motors, 8th International Conference on Power Electronics-ECCE Asia, May 30-June 3, 2011, The Shilla Jeju, Korea, 1964-1968 ist ein Verfahren zur Dämpfung von Rupfschwingungen in einem Antriebsstrang eines Hybridfahrzeuges bekannt. Eine Hybridsteuereinheit ist dabei einer Motorsteuereinheit, einer Bremssteuereinheit, einer Getriebesteuereinheit und anderen Steuereinheiten übergeordnet und umfasst einen Antirupf-Controller, welcher Rupfschwingungen dämpft, indem die Hybridsteuereinheit eine der genannten Steuereinheiten ansteuert, so dass diese die angeschlossenen Aktoren zur Dämpfung der Antirupfschwingung ansteuert.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Einstellung einer Antiruckel-/Antirupf-Funktion in einem Fahrzeug anzugeben, welche die genannten Verfahren verbessert.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die übergeordnete Regeleinheit entscheidet, welcher der Aktoren und/oder Antriebsmaschinen zur Durchführung der Antiruckel-/Antirupf-Funktion angesteuert wird. Dies hat den Vorteil, dass immer auf die aktuelle Situation des Fahrzeuges Rücksicht genommen werden kann und in Abhängigkeit davon, wodurch die Rupfschwingung bzw. die Drehmomentschwankung erzeugt werden, ein entsprechender Aktor oder eine entsprechende Antriebsmaschine selektiert wird, die das Fahrzeugverhalten dämpft. Die Rupfschwingungen bzw. Drehmomentschwankungen werden somit nicht vom Fahrzeuginsassen wahrgenommen.
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Vorteilhafterweise überwacht die übergeordnete Regeleinheit die Einsatzdauer der einzelnen Aktoren oder Antriebsmaschinen zur Durchführung der Antiruckel-/Antirupf-Funktion und entscheidet unter Berücksichtigung einer Lebensdauer jedes einzelnen Aktors und jeder einzelnen Antriebsmaschine darüber, welcher Aktor oder welche Antriebsmaschine zukünftig zur Durchführung der Antiruckel-/Antirupf-Funktion angesteuert wird. Dadurch erfolgt eine Lastverteilung über alle zur Durchführung der Antirupf-/Antiruckel-Funktion genutzten Aktoren und Antriebsmaschinen. Mithilfe dieser Maßnahme kann die Lebensdauer der einzelnen Komponenten erhöht werden.
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In einer Ausgestaltung wird die Einsatzdauer jedes Aktors und jeder Antriebsmaschine mittels eines Zählers festgehalten. Ein solcher Zähler stellt ein einfaches, in jedem lokalen Steuergerät vorhandenes Zeitmessmittel dar, wodurch ein besonders kostengünstiges Verfahren realisiert werden kann.
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In einer Variante steuert die Regeleinheit bei Ausfall eines zur Durchführung der Antiruckel-/Antirupf-Funktion angesteuerten Aktors oder einer angesteuerten Antriebsmaschine einen anderen Aktor oder eine andere Antriebsmaschine zur Durchführung der Antiruckel-/Antirupf-Funktion an. Damit wird sichergestellt, dass zu jedem Zeitpunkt des Auftretens von Rupfschwingungen und Drehmomentschwankungen eine Antiruckel-/Antirupf-Funktion zur Verfügung steht.
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In einer weiteren Variante steuert die übergeordnete Regeleinheit bei einer Nichtverfügbarkeit eines Aktors oder einer Antriebsmaschine einen anderen Aktor oder eine andere Antriebsmaschine zur Durchführung der Antiruckel-/Antirupf-Funktion an. Um eine Nichtverfügbarkeit festzustellen, überwacht die übergeordnete Regeleinheit, ob Batterien, die zur Energieversorgung der jeweiligen Aktoren bzw. Antriebsmaschine notwendig sind, ausreichend befüllt sind und die Temperaturen der Aktoren bzw. Antriebsmaschinen.
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In einer Ausführungsform wird ein Aktor und/oder eine Antriebsmaschine in einem vorgegebenen Fahrmodus des Fahrzeuges nicht für eine Durchführung der Antiruckel-/Antirupf-Funktion genutzt. Ein solcher Fahrmodus kann beispielsweise ein Sportmodus des Fahrwerks sein.
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In einer Weiterbildung erfolgt die Auswahl des Aktors und/oder der Antriebsmaschine für die Durchführung der Antiruckel-/Antirupf-Funktion in Abhängigkeit einer für die Antiruckel-/Antirupf-Funktion benötigten Frequenz und/oder einer Amplitude. Da sich Rupfschwingungen und Drehmomentschwankungen durch unterschiedliche Schwingungsphänomene auszeichnen, muss die Antiruckel-/Antirupf-Funktion an solche Schwingungsphänomene angepasst werden. Dies erfordert die Einleitung von gegenphasigen Momenten mit definierten Amplituden und/oder Frequenzen. Deshalb wird zur Durchführung der Antiruckel-/Antirupf-Funktion immer ein entsprechender Aktor oder eine entsprechende Antriebsmaschine ausgesucht, die eine solche entsprechende Amplitude und/oder Frequenz erzeugen kann. Die übergeordnete Regeleinheit kann somit für jede Situation den am besten geeigneten Aktor bzw. die am besten geeignete Antriebsmaschine auswählen, um die bestmögliche Dämpfung zu erzielen.
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Vorteilhafterweise steuert die übergeordnete Regeleinheit gleichzeitig mehrere Aktoren und/oder Antriebsmaschinen zur Durchführung der Antiruckel-/Antirupf-Funktion an. Die Nutzung mehrerer Komponenten hat den Vorteil, dass z.B. Amplitudenverstärkungen oder spezielle Frequenzcharakteristiken, z.B. Schwebungen, einfach eingestellt werden können, um die Rupfschwingung bzw. die Drehmomentschwankung zu dämpfen.
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In einer Ausgestaltung steuert die übergeordnete Regeleinheit einen Aktor und/oder eine Antriebsmaschine zu einem Warnruckeln an. Bei dieser Maßnahme erfolgt die Ansteuerung nicht dazu, eine Schwingung zu dämpfen, sondern um auf den Antriebsstrang eine Schwingung auf zu prägen, die der Fahrer spürt. Dem Fahrer wird somit signalisiert, dass eine Gefahrensituation vorhanden ist, z.B. dass einer der Aktoren oder eine der Antriebsmaschinen überhitzt ist.
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Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Mehrere davon sollen anhand der in der Zeichnung dargestellten Figuren erläutert werden.
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Es zeigen:
- 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Antriebsstranges zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
- 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Antriebsstranges zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
- 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Antriebsstranges zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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In den 1 bis 3 sind moderne Antriebsstränge für Fahrzeuge darstellt, die sehr komplex ausgebildet sind. Diese Antriebsstränge weisen immer häufiger mehrere Aktoren, wie beispielsweise Kupplungsaktoren oder Bremsaktoren und/oder mehrere Antriebsmaschinen, wie einen Verbrennungsmotor oder einen Elektromotor, auf. Über diese Aktoren oder Antriebsmaschinen können bei einer Detektion von Rupf- oder Ruckelschwingungen auf unterschiedliche Art und Weise gegenphasige Momente auf den Antriebsstrang aufgeprägt werden, so dass unerwünschte Rupfschwingungen und Drehmomentschwankungen gedämpft oder komplett eliminiert werden.
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In 1 ist ein erster Antriebsstrang 1 dargestellt, welcher einen Verbrennungsmotor 2 und einen Elektromotor 3 zur Erzeugung eines Antriebsmomentes aufweist, die über eine Hybridtrennkupplung 4 miteinander verbindbar oder trennbar sind. An den Elektromotor 3 schließt sich eine Doppelkupplung mit zwei Kupplungen 5 und 6 an, wobei jeder Kupplung 5, 6 ein Kupplungsaktor 5.1 bzw. 6.1 zugeordnet ist. Die Doppelkupplung führt auf ein Getriebe 7, welches das Antriebsmoment auf die Antriebsräder 8, 9 weiterleitet. Bei diesem Beispiel stehen drei Kupplungen 4, 5, 6 und zwei Antriebsmaschinen 1, 2 zur Verfügung, um Dämpfungsmaßnahmen bei Auftreten von Rupfschwingungen oder Drehmomentschwankungen im Antriebsstrang 1 einzuleiten.
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Der Antriebsstrang 10 in 2 unterscheidet sich von dem in 1 dargestellten Antriebsstrang 1 dahingehend, dass nur eine Antriebsmaschine in Form des Verbrennungsmotors 2 vorhanden ist, welche direkt mit der Doppelkupplung mit den Kupplungen 5, 6 und den zugehörigen Kupplungsaktoren 5.1 und 6.1 verbunden ist. Auch hier ist die Doppelkupplung über das Getriebe 7 mit den Antriebsrädern 8, 9 verbunden. Ein Elektromotor 11 greift dabei hinter der ersten Kupplung 5 vor dem Getriebe 7 in den Antriebsstrang 10 ein. Zusätzlich sitzt an der Hinterachse 12 eine zweite Elektromaschine 13. Auch über diese Elektromaschine 13 kann eine entsprechende Dämpfungsmaßnahme realisiert werden.
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In 3 ist ein weiterer Antriebsstrang 14 dargestellt, welcher einen konventionellen, nichthybridisierten Doppelkupplungsantriebsstrang mit einem Allradantrieb und einer Momentenverteilerkupplung 15 und einem entsprechenden Kupplungsaktor 16 aufweist, über die ebenfalls zusätzlich dämpfende Maßnahmen realisiert werden können.
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Die Beispiele der 1 bis 3 stellen nur eine kleine Auswahl dar. Auch Hybridstrukturen mit Wandlergetrieben und Wandler/Kupplungen/Bremsen sind vorstellbar. Auch andere Anordnungen mit ASG-Strukturen, z.B. einer elektrisch angetriebenen Achse, sind denkbar.
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Die einzelnen Aktoren weisen dabei jeweils ein nicht weiter dargestelltes lokales Steuergerät auf. Diese lokalen Steuergeräte werden über eine übergeordnete Regeleinheit, die auf einem der lokalen Steuergeräte läuft, zur Einstellung der Antiruckel-/Antirupf-Funktion an den Aktoren bzw. Antriebsmaschinen angesteuert. Die übergeordnete Regeleinheit detektiert die im Antriebsstrang unerwünschten Rupfschwingungen und Drehmomentschwankungen und leitet entsprechende Maßnahmen dagegen ein. Die übergeordnete Regeleinheit stellt somit einen Master dar. Die Gegenmaßnahmen, wie beispielsweise eine entsprechende Ansteuerung der Kupplung 5 oder des Elektromotors 11, werden dann von den verschiedenen Steuergeräten, wie beispielsweise einem Hybridsteuergerät, einem Getriebesteuergerät oder einem Motorsteuergerät umgesetzt, die in dieser Regelung die Slave-Funktion wahrnehmen.
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Die übergeordnete Regeleinheit steuert die einzelnen lokalen Steuergeräte entsprechend einer vorgegebenen Strategie an. In einem ersten Fall entscheidet die übergeordnete Regeleinheit bei Ausfall eines Aktors oder einer Antriebsmaschine, z.B. eines Kupplungsaktors oder des Verbrennungsmotors, darüber, ob ein anderer Aktor oder eine andere Antriebsmaschine die Antiruckel-/Antirupf-Funktion übernehmen soll. Das lokale Steuergerät eines ausgewählten Aktors oder einer Antriebsmaschine wird dabei durch die übergeordnete Regeleinheit angesteuert. Weiterhin kann die übergeordnete Regeleinheit durch eine Lastverteilung über Lebensdauern der Aktoren und Antriebsmaschinen entscheiden. Dazu wird durch jeweils einen Zähler jedes Aktors oder für jede Antriebsmaschine detektiert, wie oft der Aktor bzw. die Antriebsmaschine zur Ausführung der Antiruckel-/Antirupf-Funktion eingesetzt wurden. Es können somit geeignete Maßnahmen getroffen werden, um die Last über die Lebensdauer und die Einsatzdauer besser auf die einzelnen Aktoren bzw. Antriebsmaschinen zu verteilen.
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Tritt der Fall ein, dass ein Aktor bzw. eine Antriebsmaschine kurzfristig nicht für die Antiruckel-/Antirupf-Funktion zur Verfügung steht, entscheidet die übergeordnete Regeleinheit, welcher andere Aktor oder welche andere Antriebsmaschine die Aufgabe übernehmen soll. Gründe für eine kurzfristige Nichtverfügbarkeit können fast leere Fahrzeugbatterien sein oder dass das Fahrzeug einen entsprechenden Fahrmodus eingenommen hat, der eine solche Dämpfungsaufgabe nicht zulässt, oder bei Auftreten eines Deratings, wenn festgestellt wird, dass ein Aktor oder eine Antriebsmaschine überhitzt sind.
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Bei einer besonders komfortablen Antiruckel-/Antirupf-Funktion werden durch die übergeordnete Regeleinheit die Aktoren bzw. Antriebsmaschinen anhand der Realisierung von definierten Amplituden und/oder Frequenzen für die Antiruckel-/Antirupf-Funktion ausgewählt. Je nach Situation kann z.B. ein schneller Aktor bevorzugt oder eine etwas langsamere Reaktion toleriert werden. Aus diesem Grund kann die übergeordnete Regeleinheit für jede Situation den am besten geeigneten Aktor bzw. die am besten geeignete Antriebsmaschine auswählen.
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Bei der Nutzung von gleichzeitig mehreren Aktoren und/oder Antriebsmaschinen kann die übergeordnete Regeleinheit Aktorbewegungen in Form von Schwebungen und Amplitudenverstärkungen einleiten, die zur Schwingungsdämpfung genutzt werden. So können spezielle Frequenzcharakteristiken, wie z.B. Schwebungen, erzeugt werden, die ein vielfältiges Dämpfungssignal erzeugen.
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In einer Gefahrensituation kann die übergeordnete Regeleinheit die Aktoren bzw. die Antriebsmaschinen zu einem Warnruckeln anleiten. In diesem Moment wird keine Schwingung gedämpft, sondern es wird auf den Antriebsstrang 1, 10, 14 eine Schwingung aufgeprägt, damit der Fahrer vor einer Gefährdung im Fahrzeug gewarnt wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Antriebsstrang
- 2
- Verbrennungsmotor
- 3
- Elektromotor
- 4
- Hybridtrennkupplung
- 4.1
- Kupplungsaktor
- 5
- Kupplung
- 5.1
- Kupplungsaktor
- 6
- Kupplung
- 6.1
- Kupplungsaktor
- 7
- Getriebe
- 8
- Antriebsrad
- 9
- Antriebsrad
- 10
- Antriebsstrang
- 11
- Elektromotor
- 12
- Hinterachse
- 13
- Elektromaschine
- 14
- Antriebsstrang
- 15
- Momentenverteilerkupplung
- 16
- Kupplungsaktor
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2007/073711 A1 [0002]
- DE 10313338 A1 [0003]
