DE102017216203A1 - Verfahren zur Schwingungsdämpfung mittels Differenzdrehzahlregelung des Antriebs eines Fahrzeugs im nicht-linearen Reifenschlupfbereich - Google Patents

Abstract

Bereitgestellt wird ein Verfahren zur Schwingungsdämpfung mittels Differenzdrehzahlregelung des Antriebs eines Fahrzeugs im nicht-linearen Reifenschlupfbereich, wobei in einem ersten Schritt eine Erfassung des Vorhandenseins eines Stempelns durch Erfassen, ob eine Schwingung im Bereich des nicht-linearen Reifenschlupfs vorhanden ist, erfolgt, indem eine Auswertung der Differenz zwischen Rad- und Aktordrehzahl und ein Bilden einer Differenzdrehzahl daraus erfolgt. In einem zweiten Schritt erfolgt ein Ermitteln eines Stempelindikators abhängig von der erfassten Differenzdrehzahl. In einem weiteren Schritte erfolgt ein Durchführen der Dämpfung des Stempelns mittels eines Verstärkungsfaktors abhängig vom erfassten Stempelindikator und/oder Einrechnung des dämpfenden Motormoments zeitsynchron in die aktuelle oder zeitverzögert die nächste Schwingungsphase.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Schwingungsdämpfung mittels Differenzdrehzahlregelung des Antriebs eines Fahrzeugs im nicht-linearen Reifenschlupfbereich.
• Wenn ein Fahrer eines Fahrzeugs mit hohem Motormoment beschleunigt, kann es zum Haftungsabriss zwischen Rädern und Fahrbahn kommen, so dass die Antriebsschlupfregelung aktiv wird. Die Antriebsschlupfregelung (ASR) ist eine Teilfunktion der Fahrdynamikregelung, welche die angetriebenen Räder bei Haftungsabriss auf einen optimalen Schlupf einregeln soll, um eine bestmögliche Traktion zu gewährleisten.
• Aufgrund der elastischen Verbindung zwischen Motor und Rad können während des Antriebsschlupfregelvorgangs, also im grenzstabilen Schlupfbereich, allerdings zusätzlich hochfrequente Torsionsschwingungen im Bereich von in etwa 11-13 Hz im Antriebsstrang entstehen, was auch als Stempeln bezeichnet wird. Durch den Fahrbahn-Reifen-Kontakt angeregt, beginnen die Räder in der Eigenfrequenz des elastischen Antriebsstrangs zu schwingen, was dazu führt, dass sich die Schwingungen über die Motorlager auf das Fahrzeug ausweiten und zu einer für den Fahrer wahrnehmbaren Längs- und Quer-Beschleunigungs-Schwingung führen, so dass der Fahrkomfort reduziert wird. Auch belasten diese Schwingungen Bauteile wie Motorlager und Antriebswellen.
• Es sind zwar bereits Funktionen bzw. Verfahren bekannt, die eine Schlupfregelung offenbaren, z.B. aus der der deutschen Patentanmeldung DE102015222059A1 , in der ein neuer Ansatz beschrieben wird, den Schlupfregler auf den Fahrzeugsteuergeräten anders zu partitionieren, wobei nicht auf eine Schwingungsdämpfung abgezielt wird.
• Bekannte Funktionen bzw. Verfahren zielen auf eine Torsionsschwingungs-dämpfung im Antriebsstrang ab. Diese sind jedoch rein für den linearen Reifenschlupfbereich gültig und nicht auf den grenzstabilen Schlupfbereich ausgelegt. Sie schalten sich in derartigen Situationen ab oder lösen eine starke Reduktion des Antriebsmoments aus, welche zu einer Reduktion der Schwingung führt, jedoch auch zu einem spürbaren Zugkraftverlust für den Fahrer.
• Deshalb ist es eine Aufgabe dieser Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, durch welches diese Nachteile überwunden werden. Insbesondere wird ein Verfahren vorgeschlagen, welches Torsionsschwingungen im grenzstabilen Schlupfbereich, also das oben beschriebene Stempeln, reduziert. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
• Vorgeschlagen wird ein Verfahren zur Schwingungsdämpfung mittels Differenzdrehzahlregelung des Antriebs eines Fahrzeugs im nicht-linearen Reifenschlupfbereich, wobei in einem ersten Schritt eine Erfassung des Vorhandenseins eines Stempelns durch Erfassen, ob eine Schwingung im Bereich des nicht-linearen Reifenschlupfs vorhanden ist, erfolgt. In einem zweiten Schritt erfolgt, wenn ein Stempeln erfasst wurde, eine Auswertung der Differenz zwischen Rad- und Aktordrehzahl, Bilden einer Differenzdrehzahl und Ermitteln eines Stempelindikators abhängig von der Differenzdrehzahl. In einem weiteren Schritt erfolgt ein Durchführen der Dämpfung des Stempelns mittels eines Verstärkungsfaktors abhängig vom erfassten Stempelindikator und/oder eine Einrechnung des dämpfenden Motormoments zeitsynchron in die aktuelle oder zeitverzögert in die nächste Schwingungsphase.
• Durch Bereitstellen einer Schwingungsdämpfung im Bereich des nicht-linearen Reifenschlupfs, also beim Stempeln des Fahrzeugs, kann der Fahrkomfort erhöht werden. Auch kann im Gegensatz zu bisherigen Verfahren die Fahrzeugbeschleunigung gesteigert werden und das Antischlupf-Regelsystem verbessert werden.
• Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die Zeitverzögerung zumindest abhängig von der Anzahl der Zylinder und der Kurbelwellendrehzahl sowie der Datenübertragungszeit von Sensor zu auswertendem Steuergerät gewählt wird, wenn eine zeitverzögerte Einrechnung des dämpfenden Motormoments erfolgt.
• Durch Berücksichtigen des Zeitversatzes zur Aufschaltung der Dämpfung auf die nächste Schwingung erfolgen eine weitere Verbesserung der Dämpfung und damit eine Erhöhung des Fahrkomforts.
• Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass der Stempelindikator erfasst wird, sobald der Kraftschluss im Antriebsstrang gewährleistet ist und die erfasste Differenzdrehzahl größer als ein vorgegebener Grenzwert ist.
  Somit kann ein zu frühes Eingreifen der Regelung in Situationen, in denen diese (noch) nicht erwünscht oder nötig ist, z.B. beim Anfahren, vermieden werden.
• Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass ein Wert des Stempelindikators abhängig von der Höhe der Differenzdrehzahl gesetzt wird. Vorteilhafterweise wird der Verstärkungsfaktor zur Dämpfung abhängig vom Wert des Stempelindikators ausgeprägt. Vorteilhafterweise wird die Dämpfung abhängig von einer manuellen Einstellung ausgeprägt. Dies kann auch zusätzlich zur automatischen Ausprägung erfolgen bzw. beschränkt werden.
• Somit kann die Ausprägung der Dämpfung abhängig von der Höhe des Werts und auch vom Wunsch des Fahrers, also z.B. komfortabel, sportlich etc., gesetzt werden und damit eine genaue Einstellung der Dämpfung erfolgen und auf den Fahrerwunsch eingegangen werden.
• Ferner wird ein Steuergerät vorgeschlagen, welches dazu eingerichtet ist, das beschriebene Verfahren auszuführen.
• Ferner wird ein Fahrzeug vorgeschlagen, umfassend das beschriebene Steuergerät.
• Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungsgemäße Einzelheiten zeigt, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.
• Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.
• 1 zeigt einen Signalflussplan eines bekannten Reglers zur Differenzdrehzahlaufschaltung mit überlagerter Drehzahlregelung.
• 2 zeigt ein Ablaufdiagramm des Verfahrens gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.
• Für eine Regelung im Fahrzeug stehen nur wenige durch Sensoren erfasste Messgrößen zur Verfügung. Durch Verwendung von gemessenen Signale kann allerdings eine aufwändige Zustandsschätzung vermieden werden. Ein Signalflussplan eines bekannten Reglers zur Differenzdrehzahlaufschaltung mit überlagerter Drehzahlregelung ist in 1 gezeigt, wobei nur die relevanten Größen beschrieben werden. Es werden sowohl die Drehzahl der angetriebenen Räder ωRad als auch eine auf die angetriebene Achse über 1/iges skalierte Motordrehzahl ωMot, zurückgeführt. Dabei stellt iges die Gesamtübersetzung des Getriebes und des Differentials dar. Die Differenz der beiden Signale wird mit einem Verstärkungsfaktor Kp gewichtet als Korrekturmoment MωDiff auf das Reglermoment MPI addiert, so dass das aufzuschaltende Moment MRegler resultiert. MωDiff kann auch als Kurbelwellenmoment ausgeprägt sein, indem die Raddrehzahl auf Kurbelwellenebene mit der Übersetzung skaliert wird. Da die Dämpfungsregelung Aufgabe der Erfindung ist, wird weder auf die Aktivierung des Reglers noch auf den Schlupfregler DZR selbst eingegangen, da dies im normalen Wissen des Fachmannes liegt und im Stand der Technik bereits bekannt und beschrieben ist.
• Das vorgeschlagene Verfahren reduziert Torsionsschwingungen, welche im grenzstabilen Schlupfbereich auftreten, d.h. dass der Fahrer während des Schlupfregelvorgangs mehr Moment MFahrer fordert als der Regler MRegler stellt, so dass in der in 1 gezeigten Differenzdrehzahlaufschaltung das Reglermoment unbeeinflusst als Stellgröße in die Strecke S eingeht.
• Das Verfahren wird nachfolgend mit Bezug zu 2 beschrieben, welche einen schematischen Ablauf des Verfahrens darstellt. Prinzipiell wird das oben beschriebene, zusätzlich zum Sollmoment aus dem Schlupfregler bzw. Drehzahlregler DZR aufgeschaltete Korrekturmoment MωDiff konkretisiert.
• In einem ersten Schritt S1 erfolgt eine Erfassung, ob ein Stempeln vorhanden ist. Ein Stempeln wird als vorhanden angenommen, wenn eine Schwingung im beschriebenen grenzstabilen Schlupfbereich, also im Bereich des nicht-linearen Reifenschlupfs, erfasst wird. Dies erfolgt durch Auswertung der Differenz zwischen Rad- und Aktordrehzahl. Die Aktordrehzahl ist die erfasste Drehzahl der Kurbelwelle bzw. der Rotorwelle. Die Raddrehzahl kann direkt erfasst werden bzw. ist als bekannt anzunehmen.
• In einem zweiten Schritt S2 wird bei erfasstem Stempeln die Differenzdrehzahl zwischen Rad- und Aktordrehzahl gebildet und abhängig von der Differenzdrehzahl eine nachfolgend als Stempelindikator bezeichnete Kennzahl ermittelt. Diese zeigt die Ausprägung des Stempelns an und dient dazu, die Ausprägung der nachfolgenden Dämpfung einzustellen. Der Stempelindikator wird gesetzt, sobald der Kraftschluss gewährleistet ist und erfasste Differenzdrehzahl, genauer das Integral des Betrages der Differenzdrehzahl, einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet.
• In einem weiteren, nachfolgend als dritter Schritt S3 bezeichnet, erfolgt die Dämpfung des Stempelns abhängig vom erfassten Stempelindikator. Hierfür wird ein bekannter Regelungsansatz verwendet, z.B. ein P-Regler. Die Ausprägung der Dämpfung des Stempelns mit Hilfe des beschriebenen Regelungsansatzes erfolgt abhängig verschiedener Eingangsgrößen, z.B. der Raddrehzahl. So kann abhängig vom Stempelindikator der Verstärkungsfaktor K_P eingestellt werden. Dies kann vorab eingestellt oder vom Fahrer durch Wählen des Fahrmodus, z.B. Komfort, Sport etc. angepasst werden. Die Höhe der Ausprägung der Dämpfung wird vorteilhafterweise derart gewählt, dass die Differenzdrehzahl möglichst gering wird. Damit werden die Schwingungen vor allem in Längsrichtung reduziert und der Fahrkomfort erhöht. Zusätzlich zur durch den Stempelindikator bestimmten Ausprägung der Dämpfung kann bei erfasstem Stempelindikator auch eine ausschließlich durch den Fahrer vorgegebene Dämpfung erfolgen. Auch kann die Ausprägung zwar abhängig vom erfassten Wert des Stempelindikators erfolgen, aber dennoch durch den Fahrer eingeschränkt oder erweitert werden, z.B. durch eine Einstellung mittels eines Fahrerlebnisschalters.
• Zur Bestimmung des optimalen Zeitpunkts der Aufschaltung der Dämpfung wird in einem weiteren Schritt, nachfolgend als vierter Schritt S4 bezeichnet, ein Zeitversatz bzw. eine Zeitverzögerung, also ein Time Delay, für den Zeitpunkt Aufschaltung der Dämpfung erfasst. Hierbei wird auch die relevante Abhängigkeit von der Zylinderanzahl berücksichtigt. Speziell bei Antrieben mit wenigen Zylindern und niedrigen Drehzahlen ist es Kern der Erfindung, das Reglermoment verzögert aufzuschalten, um die nächste Schwingungsphase (bei konstanter Frequenz) zu dämpfen. Der Zeitversatz ist abhängig von der Zylinderanzahl, wobei diese analytisch bestimmt werden kann. Die Verzögerung, also die Verschiebung, zur nächsten Schwingungsphase, wird über die gemessene, bekannte oder berechnete Periodendauer, z.B. 1/10Hz bei 10Hz Schwingungsfrequenz, abzüglich der Übertragungszeit von Sensorik, also erfasste Raddrehzahl, Kurbelwellendrehzahl, zu Steuergerät, abzüglich des bekannten Zeitversatzes, welcher abhängig von der Zylinderanzahl sowie Kurbelwellendrehzahl ist, bestimmt bzw. berechnet. Weiterhin kann neben der reinen Dämpfung der nächsten Schwingung auch bei hohen Drehzahlen zusätzlich die aktuelle Schwingungsphase gedämpft werden. Dieser beschriebene vierte Schritt S4 kann zusätzlich oder unabhängig vom beschriebenen dritten Schritt S3 ausgeführt werden.
• Durch die beschriebene Differenzdrehzahlaufschaltung verschiebt sich die Phase der Schwingung des Motor-Ist-Moments, so dass ein dämpfender Effekt auf das Gesamtsystem resultiert und sich die Amplitude der Längsbeschleunigungsänderung verringert. Somit wird eine Steigerung Komfort, Schlupfregelung und Fahrzeugbeschleunigung erreicht.
• Das Verfahren wird vorteilhafterweise von dem (Motor-)Steuergerät ausgeführt und überwacht, da hier die Signallaufzeiten am geringsten sind. Somit können alle benötigten Eingangsgrößen und Signale an einen zentralen Ort zur Verarbeitung gesendet werden, womit keine zusätzlichen Kosten entstehen.
• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• 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.
• Zitierte Patentliteratur
• DE 102015222059 A1 [0004]

Claims (8)

1. Verfahren zur Schwingungsdämpfung mittels Differenzdrehzahlregelung des Antriebs eines Fahrzeugs im nicht-linearen Reifenschlupfbereich mit mindestens einem der folgenden Schritte: - erster Schritt (S1): Erfassung des Vorhandenseins eines Stempelns durch Erfassen, ob eine Schwingung im Bereich des nicht-linearen Reifenschlupfs vorhanden ist, und wenn ein Stempeln erfasst wurde; - zweiter Schritt (S2): Bilden einer Differenzdrehzahl zwischen Rad- und Aktordrehzahl und Ermitteln eines Stempelindikators abhängig von der erfassten Differenzdrehzahl; - einer der weiteren Schritte: - Durchführen der Dämpfung des Stempelns mittels eines Verstärkungsfaktors (K_p) abhängig vom erfassten Stempelindikator (S3) und/oder - Einrechnung des dämpfenden Motormoments zeitsynchron in die aktuelle oder zeitverzögert in die nächste Schwingungsphase (S4).
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Zeitverzögerung zumindest abhängig von der Anzahl der Zylinder und der Kurbelwellendrehzahl sowie der Datenübertragungszeit von Sensor zu auswertendem Steuergerät gewählt wird, wenn eine zeitverzögerte Einrechnung des dämpfenden Motormoments erfolgt (S4).
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Stempelindikator erfasst wird, sobald der Kraftschluss im Antriebsstrang gewährleistet ist und die erfasste Differenzdrehzahl größer als ein vorgegebener Grenzwert ist.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Wert des Stempelindikators abhängig von der Höhe der Differenzdrehzahl gesetzt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Dämpfung abhängig vom Wert des Stempelindikators ausgeprägt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, wobei die Dämpfung abhängig von einer manuellen Einstellung ausgeprägt wird.
7. Steuergerät, das dazu eingerichtet ist, das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche auszuführen.
8. Fahrzeug (100), umfassend das Steuergerät nach Anspruch 7.

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