DE102017218656A1

DE102017218656A1 - Verfahren zur Überwachung des Betriebs eines Hybrid-Antriebsstrangs in einem Kraftfahrzeug und Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102017218656A1
Application number: DE102017218656.9A
Authority: DE
Inventors: Jan Brycki
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2017-10-19
Filing date: 2017-10-19
Publication date: 2019-04-25
Anticipated expiration: 2037-10-20
Also published as: DE102017218656B4

Abstract

Verfahren zur Überwachung des Betriebs eines Hybrid-Antriebsstrangs (2) mit einem Verbrennungsmotor (3) mit wenigstens einem Zylinder und einem Elektromotor (4) in einem Kraftfahrzeug (1), wobei der Elektromotor (4) zur aktiven Dämpfung von Störmomenten in dem Antriebsstrang (2) durch Ausgabe eines Ausgleichsmoments angesteuert wird, wobei wenigstens ein wenigstens die Stärke des Ausgleichsmoments beschreibender Eingangswert als die kompensierte Laufunruhe in dem Antriebsstrang (2) beschreibend durch wenigstens ein Diagnosekriterium ausgewertet wird, das einem Aussetzen einer Zündung eines Zylinders und/oder einer Abweichung einer Zylindergleichstellung bezüglich der Kraftstoff-Einspritzmenge bei mehreren Zylindern zugeordnet ist und bei dessen Erfüllung wenigstens eine dem Diagnosekriterium zugeordnete Maßnahme durchgeführt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung des Betriebs eines Hybrid-Antriebsstrangs mit einem Verbrennungsmotor mit wenigstens einem Zylinder und einem Elektromotor in einem Kraftfahrzeug, wobei der Elektromotor zur aktiven Dämpfung von Störmomenten in dem Antriebsstrang durch Ausgabe eines Ausgleichsmoments angesteuert wird.
In Verbrennungsmotoren von Kraftfahrzeugen kann es, beispielsweise durch Verschleiß, vorkommen, dass Verbrennungsvorgänge an einzelnen Zylindern nicht vollständig durchgeführt werden. Bei derartigen sogenannten Zündaussetzern gelangt das unverbrannte Kraftstoff-Luft-Gemisch in den Abgastrakt, was in einem Katalysator zu Nachverbrennungen führen kann, die diesen beschädigen können; Fehlzündungen können ferner zu einer Überschreitung von gesetzlich festgelegten Abgaswerten führen.
Um derartige Zündaussetzer erkennen zu können, wurde vorgeschlagen, ein segmentzeitbasiertes Laufunruheverfahren zu verwenden. Hierbei kann die Segmentzeit (Zeit zwischen zwei Zündungen) beispielsweise mithilfe eines Drehzahlsensors am Geberrad der Kurbelwelle des Antriebsstrangs ermittelt werden. Das segmentzeitbasierte Laufunruheverfahren kann jedoch durch Schwingungen im Antriebsstrang beeinflusst werden. Beeinflussende Bauteile sind beispielsweise zwei Massenschwungräder, die aufgrund von Verklemmungen ihre Dämpfungseigenschaften verlieren und damit zum Aufschwingen des Antriebsstranges beitragen. Auch andere Störungen sind denkbar, die beispielsweise durch eine entsprechende Klassifizierung detektiert und berücksichtigt werden können.
Ein Laufunruheverfahren bei einem Antriebsstrang, der einen Verbrennungsmotor enthält, ist auch bezüglich der Gleichstellung der Zylinder des Motors bezüglich der Kraftstoff-Einspritzmenge bekannt. Das Einspritzen unterschiedlicher Kraftstoffmengen für unterschiedliche Zylinder kann zu Unregelmäßigkeiten der Drehmomentabgabe, mithin zu Laufunruhen führen, so dass entsprechende Nichtgleichstellungen durch Ungleichförmigkeiten der Drehzahl detektiert werden können.
Beispielsweise sind Verfahren zur Zylindergleichstellungsadaption bekannt, bei denen das Luft-Kraftstoff-Gemisch für einzelne Zylinder soweit abgemagert wird, dass ein definierter Laufunruheschwellwert überschritten wird. Der erreichte Abmagerungsendwert ist dabei die Abweichung des einzelnen Zylinders gegenüber den übrigen Zylindern. Diese Abweichung kann dann mittels Adaption korrigiert werden und/oder für Diagnosezwecke eingesetzt werden.
Im Stand der Technik wurde bereits vorgeschlagen, Laufunruhen bzw. sonstige ungewollte Schwingungen im Antriebsstrang bei Hybrid-Kraftfahrzeugen, die mithin sowohl einen Verbrennungsmotor als auch einen Elektromotor aufweisen, mittels des Elektromotors zu kompensieren. Eine derartige Funktion kann als aktive Schwingungsdämpfung (ASD) bezeichnet werden. Eine derartige Vorgehensweise ist beispielsweise in DE 10 2012 209 275 A1 beschrieben. Diese Druckschrift betrifft einen hybridischen Antriebsstrang mit aktiver Drehschwingungsdämpfung, wobei eine vollständige Schwingungsisolation hinter der Elektromaschine dadurch erzielt werden soll, dass ein auftretendes Störmoment exakt gegenphasig mittels eines von der Elektromaschine eingeleiteten Ausgleichsmoments kompensiert wird.
Eine aktive Schwingungsdämpfung in einem Hybrid-Antriebsstrang führt naturgemäß zu einer Verfälschung des üblicherweise für die Aussetzerdetektion und/oder die Zylindergleichstellungsadaption verwendeten Laufunruhesignals, üblicherweise die am Geberrad gemessene Segmentzeit, so dass eine verlässliche Diagnose gegebenenfalls nicht mehr sichergestellt werden kann. Das bedeutet, Zündaussetzer/Verbrennungsaussetzer können gegebenenfalls undetektiert bleiben, nachdem Amplituden des Laufunruhesignals unterhalb der Fehlererkennungsschwelle bleiben, und/oder reale Gemischabweichungen einzelner Zylinder können gegebenenfalls nicht mehr erkannt oder ausgeglichen werden.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine verlässlichere Erkennung von Zündaussetzern und/oder Gleichstellungsabweichungen in einem Hybrid-Antriebsstrang mit aktiver Schwingungsdämpfung anzugeben.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass wenigstens ein wenigstens die Stärke des Ausgleichsmoments beschreibender Eingangswert als die kompensierte Laufunruhe in dem Antriebsstrang beschreibend durch wenigstens ein die Verbrennungsgüte betreffendes Diagnosekriterium ausgewertet wird, das insbesondere einem Aussetzen einer Zündung eines Zylinders und/oder einer Abweichung einer Zylindergleichstellung bei mehreren Zylindern zugeordnet ist und bei dessen Erfüllung wenigstens eine dem Diagnosekriterium zugeordnete Maßnahme durchgeführt wird.
Erfindungsgemäß wird mithin vorgeschlagen, anstatt des bislang verwendeten Laufunruhesignals als Eingangswert für die Verbrennungsgüte beurteilende Diagnosekriterien das Ausgleichsmoment des Elektromotors zur Bewertung der Verbrennungsgüte heranzuziehen. Dem liegt zum einen die Erkenntnis zugrunde, dass der möglichst weitgehende Ausgleich der Schwingungen im Antriebsstrang die Verlässlichkeit einer Detektion von Verbrennungsaussetzern/Gleichstellungsabweichungen reduziert, zum anderen aber die Stärke des Ausgleichsmoments genau ein Maß darstellt, dass im Wesentlichen das Negative (phasenverschoben) des Laufunruhesignals (konkret der Segmentzeit) darstellt, welches durch die Ausgleichsmomente gerade kompensiert wird. Diese Korrelation zwischen Segmentzeitdifferenzen, wie sie bisher als Laufunruhesignal verwendet wurden, und der Stärke des Ausgleichsmoments wird mithin ausgenutzt, um eine verlässliche Bestimmung der Verbrennungsgüte auch bei aktiver Schwingungsdämpfung im Antriebsstrang zu erreichen. Dabei können die nun entsprechend zu verwendenden Eingangswerte, die wenigstens die Stärke des Ausgleichsmoments beschreiben, von bzw. in einem Motorsteuergerät bereitgestellt werden, welches auch die Funktion der aktiven Schwingungsdämpfung ausführt.
Die Bestimmung des Ausgleichsmoments kann beispielsweise aufgrund der Sensordaten eines Rotorlagesensors des Elektromotors erfolgen. Hierbei können auch Schwingungen höherer Ordnung erfasst werden. Idealerweise werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung wenigstens Schwingungen erster Ordnung mittels des Ausgleichmoments kompensiert. In ebenso vorgeschlagenen Ausgestaltungen, die nur Schwingungen zweiter und/oder höherer Ordnung kompensieren, wäre der Einfluss auf die Diagnosegüte auf Basis der Segmentzeit bzw. Segmentzeitdifferenz als Laufunruhesignal deutlich geringer, wobei es dann zweckmäßig sein kann, neben dem Laufunruhesignal, insbesondere der Segmentzeit, zur Erhöhung der Verlässlichkeit der Diagnose in dem Diagnosekriterium dennoch zusätzlich die das Ausgleichsmoment betreffenden Eingangswerte zu verwenden.
Eine konkrete Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann vorsehen, dass der Betrag der Amplitude des Ausgleichsmoments als ein Maß für die Stärke der Laufunruhe verwendet wird. Nachdem die aktive Schwingungsdämpfung gerade dem Ausgleich der Laufunruhe dient, ist das entsprechend verwendete Ausgleichsmoment üblicherweise entgegengesetzt (phasenverschoben) dem Störmoment, so dass im Betrag die entsprechende Korrelation zur Segmentzeit bzw. Segmentzeitdifferenz gegeben ist.
Auch bei dem hier vorgeschlagenen veränderten Eingangswert kann das Diagnosekriterium zweckmäßig wenigstens einen Schwellwertvergleich umfassen. Möglichkeiten zur Ermittlung geeigneter Schwellwerte für Segmentzeitdifferenzen können analog im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens angewendet werden, um entsprechende Schwellwerte für den Eingangswert, der die Stärke der kompensierten Laufunruhe beschreibt, zu ermitteln, um beispielsweise Zündaussetzer feststellen zu können und/oder bei der Zylindergleichstellungsadaption zu überprüfen, ob der Abmagerungsendwert erreicht wurde.
In einer zweckmäßigen Weiterbildung der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass als weiterer Eingangswert eine Frequenz einer Veränderung der Amplitude des Ausgleichsmoments verwendet wird, um die kompensierten Störmomente als relevant für ein Diagnosekriterium zu klassifizieren und/oder eine Zuordnung zu einem Zylinder vorzunehmen. Wie bereits erwähnt wurde, weisen nicht alle Laufunruhen zwangsläufig auf Variationen der Verbrennungsgüte für einen aktiven Zylinder hin, sondern es können auch andere Ursachen vorliegen, so dass insbesondere ein Klassifikator eingesetzt werden kann, der wenigstens die zeitliche Änderung des Ausgleichsmoments auswertet, bevorzugt jedoch auch die Stärke, insbesondere die Amplitude, des Ausgleichsmoments, um möglichst genau feststellen zu können, ob kompensierte Laufunruhen, die aus dem Ausgleichsmoment bzw. konkret den Eingangswerten abgelesen werden können, auch tatsächlich zur Beurteilung der Verbrennungsgüte geeignet sind. Neben den grundsätzlich dem Stand der Technik bekannten Vorgehensweisen ist es auch denkbar, einen Klassifikationsalgorithmus der künstlichen Intelligenz als Klassifikator zu verwenden, der durch Maschinenlärm trainiert wird.
Zur Ermittlung eines betroffenen bzw. aktuell aktiven Zylinders wird zweckmäßigerweise weiterhin ein an dem Geberrad des Antriebsstrangs gemessenes Segmentsignal verwendet. Auf diese Weise kann mithin festgestellt werden, welches Segment aktuell vorliegt, was wiederum beschreibt, auf welchen Zylinder sich aktuelle Eingangswerte beziehen. In bestimmten Ausgestaltungen können auch Segmentzeiten weiterhin bestimmt werden und/oder sogar in das wenigstens eine Diagnosekriterium eingehen.
Das Diagnosekriterium bewertet, allgemein gesprochen, die Verbrennungsgüte. Hiermit ist es, wie bereits dargelegt wurde, zum einen denkbar, eine Aussetzererkennung zur realisieren, mithin Zündaussetzer festzustellen, wobei idealerweise geeignete Schwellwerte verwendet werden, die entsprechenden Schwellwerten für die Segmentzeit entsprechen.
Denkbar ist es zudem jedoch auch, eine Zylindergleichstellungsadaption durchzuführen, wobei vorgesehen sein kann, dass für jeden Zylinder das diesem zuzuführende Kraftstoff-Luft-Gemisch abgemagert wird, bis als Diagnosekriterium ein Laufunruheschwellwert überschritten wird, wobei ein bei Erfüllung dieses Diagnosekriteriums erreichter Abmagerungsendwert zu einer Abweichung von einer Zylindergleichstellung bezüglich der Kraftstoffeinspritzung verwendet wird. Als Maßnahmen kann hierbei vorgesehen sein, die Abweichung mittels Adaption zu korrigieren und/oder die Abweichung für Diagnosezwecke vorzuhalten bzw. zu verwenden.
Neben dem Verfahren betrifft die Erfindung auch ein Kraftfahrzeug, aufweisend einen Hybrid-Antriebsstrang mit einem Verbrennungsmotor mit wenigstens einem Zylinder und einem Elektromotor und ein zur Durchführung eines Verfahrens der erfindungsgemäßen Art ausgebildetes Steuergerät. Sämtliche Ausführungen bezüglich des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich analog auf das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug übertragen, mit welchem mithin ebenso die bereits genannten Vorteile erhalten werden können. Insbesondere kann es sich bei dem Steuergerät um ein Motorsteuergerät handeln, welches auch die aktive Schwingungsdämpfungsfunktion realisiert.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:

1 einen Ablaufplan eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens,
2 einen Ablaufplan eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens, und
3 eine Prinzipskizze eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs.

1 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens, wie es zur Erkennung von Zündaussetzern verwendet werden kann.
In einem Schritt S1 werden während eines Überwachungszeitraums anhand eines Segmentsignals vom Geberrad des Antriebsstrangs einem Zylinder des Verbrennungsmotors des Antriebsstrangs zuordenbare Eingangswerte von einer Funktion zur aktiven Schwingungsdämpfung durch den Elektromotor des Antriebsstrangs erhalten, wobei diese Eingangswerte zeitabhängige Amplituden und Frequenzen von Ausgleichsmomenten des Elektromotors zur aktiven Schwingungsdämpfung umfassen. Die Ausgleichsmomente können aus Sensordaten eines Rotorlagesensors des Elektromotors ermittelt werden.
Die Eingangswerte können in einem optionalen, nicht dargestellten Schritt einem Klassifikator übergeben werden, der überprüft, ob die diesen Eingangswerten zugrundeliegende Laufunruhe tatsächlich eine Bewertung der Verbrennungsgüte bezüglich des Zylinders erlaubt oder ob die Eingangswerte verworfen bzw. zu einem anderen Zweck verwendet werden.
In einem Schritt S2 wird dann überprüft, ob ein Diagnosekriterium bezüglich der Zündaussetzer erfüllt ist. In diesem Diagnosekriterium wird überprüft, ob ein Zündaussetzerschwellwert durch den Betrag der Amplitude des Ausgleichsmoments überschritten ist. Ist dies nicht der Fall, wird wieder zur Schritt S1 zurückgekehrt und die Überwachung fortgesetzt; ist das Diagnosekriterium jedoch erfüllt, kann in einem Schritt S3 eine geeignete Maßnahme erfolgen, beispielsweise die zumindest temporäre Abschaltung des betroffenen Zylinders.
2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, in dem eine Zylindergleichstellungsadaption durchgeführt werden soll. Dabei wird in einem Schritt S4 für einen ersten der mehreren Zylinder des Zylindermotors begonnen das Luft-Kraftstoff-Gemisch abzumagern, wobei für diesen Zylinder analog zum Schritt S1 in einem Schritt S5 wiederum die Eingangswerte aufgenommen werden. In einem Diagnosekriterium zur Zylindergleichstellungsadaption wird in einem Schritt S6 überprüft, ob ein Laufunruheschwellwert durch die Stärke der benötigten Ausgleichsmomente, die die Laufunruhe beschreiben, überschritten ist. Es sei angemerkt, dass selbstverständlich zuvor wiederum der Klassifikator angewendet werden kann, um andere Ursachen für Laufunruhen möglichst auszuschließen.
Ist das Kriterium nicht erfüllt, wird wiederum im Schritt S4 fortgefahren, insbesondere mit einer weiteren Abmagerung bezüglich des Zylinders; ist das Diagnosekriterium im Schritt S6 erfüllt, wird aus dem dann erreichten Abmagerungsendwert eine Abweichung von der Zylindergleichstellung ermittelt und entsprechend zur Adaption und/oder zu Diagnosezwecken verwendet. Dann kann mit einem weiteren Zylinder entsprechend fortgefahren werden.
Es sei noch angemerkt, dass durch die Diagnosekriterien nicht zwangsläufig unmittelbar Amplituden der Ausgleichsmomente ausgewertet werden müssen, sondern selbstverständlich auch aus Amplitude und/oder Frequenz des Ausgleichsmoments, insbesondere über die Zeit, abgeleitete Eingangswerte für das Diagnosekriterium eingesetzt werden können, bevorzugt ein Eingangswert für die Diagnosekriterien ermittelt werden kann, der am ehesten der bislang verwendeten Segmentzeit entspricht. Zudem kann in die Eingangsdaten des Diagnosekriteriums auch eine Segmentzeit, die am Geberrad gemessen wurde, eingehen.
3 zeigt eine Prinzipskizze eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs 1, wobei auch der Hybrid-Antriebsstrang 2 nur schematisch angedeutet ist. Eine primäre Schwungmasse ist dabei mit der Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors 3 verbunden, während eine sekundäre Schwungmasse des Antriebsstrangs 2 als Rotor einer Elektromaschine bzw. eines Elektromotors 4 ausgebildet ist. Der Betrieb des Antriebsstrangs 2 wird durch ein Motorsteuergerät 5 gesteuert und überwacht, welches auch zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102012209275 A1 [0006]

Claims

Verfahren zur Überwachung des Betriebs eines Hybrid-Antriebsstrangs (2) mit einem Verbrennungsmotor (3) mit wenigstens einem Zylinder und einem Elektromotor (4) in einem Kraftfahrzeug (1), wobei der Elektromotor (4) zur aktiven Dämpfung von Störmomenten in dem Antriebsstrang (2) durch Ausgabe eines Ausgleichsmoments angesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein wenigstens die Stärke des Ausgleichsmoments beschreibender Eingangswert als die kompensierte Laufunruhe in dem Antriebsstrang (2) beschreibend durch wenigstens ein Diagnosekriterium ausgewertet wird, das einem Aussetzen einer Zündung eines Zylinders und/oder einer Abweichung einer Zylindergleichstellung bezüglich der Kraftstoff-Einspritzmenge bei mehreren Zylindern zugeordnet ist und bei dessen Erfüllung wenigstens eine dem Diagnosekriterium zugeordnete Maßnahme durchgeführt wird.
Verfahren nach A7nspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Betrag der Amplitude des Ausgleichsmoments als ein Maß für die Stärke der Laufunruhe verwendet wird und/oder das Diagnosekriterium wenigstens einen Schwellwertvergleich umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als weiterer Eingangswert eine Frequenz einer Veränderung der Amplitude des Ausgleichsmoments verwendet wird, um die kompensierten Störmomente als relevant für ein Diagnosekriterium zu klassifizieren und/oder eine Zuordnung zu einem Zylinder vorzunehmen.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung eines betroffenen Zylinders wenigstens ein an einem Geberrad des Antriebsstrangs (2) gemessenes Segmentsignal verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zylindergleichstellungsadaption durchgeführt wird, wobei für jeden Zylinder das diesem zuzuführende Kraftstoff-Luft-Gemisch abgemagert wird, bis als Diagnosekriterium ein Laufunruheschwellwert überschritten wird, wobei ein bei Erfüllung dieses Diagnosekriteriums erreichter Abmagerungsendwert zur Ermittlung einer Abweichung von einer Zylindergleichstellung verwendet wird.
Kraftfahrzeug (1), aufweisend einen Hybrid-Antriebsstrang (2) mit einem Verbrennungsmotor (3) mit wenigstens einem Zylinder und einem Elektromotor (4) und ein zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche ausgebildetes Steuergerät (5).