DE102017223844A1

DE102017223844A1 - Verfahren zum Betreiben eines Riementriebs

Info

Publication number: DE102017223844A1
Application number: DE102017223844.5A
Authority: DE
Inventors: Attila Huzsvar; Michael Kamelreiter
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2017-12-28
Filing date: 2017-12-28
Publication date: 2019-07-04
Also published as: CN109973210A; FR3076857B1; CN109973210B; KR20190080784A; FR3076857A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Riementriebs mit einem Riemen, der eine treibende Riemenscheibe und eine getriebene Riemenscheibe drehmomentübertragend verbindet, wobei ein Gesamtschlupf des Riemens in Abhängigkeit von einer Drehzahl der treibenden Riemenscheibe und von einer Drehzahl der getriebenen Riemenscheibe bestimmt wird (211), wobei ein Dehnungsschlupf des Riemens bestimmt wird (212), wobei eine Differenz des bestimmten Gesamtschlupfes und des Dehnungsschlupfes als maßgeblicher Riemenschlupf des Riemens bestimmt wird (213), wobei, wenn der maßgebliche Riemenschlupf einen Schwellwert erreicht (214), ein maximales Drehmoment der treibenden Riemenscheibe reduziert wird (221), bis der maßgebliche Riemenschlupf den Schwellwert nicht mehr erreicht (222).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Riementriebs sowie eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung.
Stand der Technik
Elektrische Maschinen können in Kraftfahrzeugen als sog. Startergeneratoren eingesetzt werden, um einerseits den Verbrennungsmotor im Motorbetrieb der elektrischen Maschine zu starten und andererseits Strom für das Bordnetz und zum Laden der Kraftfahrzeugbatterie im Generatorbetrieb der elektrischen Maschine zu erzeugen. Derartige elektrische Maschinen können über einen Riemen drehmomentübertragend mit dem Verbrennungsmotor bzw. der Kurbelwelle verbunden sein, beispielsweise über den Keilrippenriemen des Verbrennungsmotors (sog. riemengetriebene Startergeneratoren, RSG).
Mittels einer derartigen elektrischen Maschine kann beispielsweise ein Boost-Rekuperations-System (BRS) realisiert werden. Im Generatorbetrieb nimmt die elektrische Maschine dabei ein Antriebsmoment auf und wandelt mechanische Energie in elektrische Energie um. Im Motorbetrieb wandelt die elektrische Maschine elektrische Energie wieder in mechanische Energie um und erzeugt ein Antriebsmoment.
Bei derartigen Riemen kann sich die Fähigkeit zur Kraft- bzw. Drehmomentübertragung durch Alterung, Abnutzung, Temperatur oder andere Einflüsse ändern. Wird eine Grenze maximaler Kraft- bzw. Drehmomentübertragung des Riemens überschritten, führt dies zu einer schlagartigen Erhöhung des Riemenschlupfes und zu einem Durchdrehen bzw. Durchrutschen des Riemens, wodurch Drehmoment nicht mehr effektiv übertragen werden kann. Aus der EP 1 818 572 B1 und der EP 1 522 447 B1 sind beispielsweise Verfahren bekannt, um ein Durchrutschen eines Riemens zu erkennen.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß werden ein Verfahren zum Betreiben eines Riementriebs sowie eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
Die Erfindung stellt eine Möglichkeit bereit, um Durchdrehen bzw. Durchrutschen des Riemens in dem Riementrieb zuverlässig erkennen und kompensieren zu können und um den Riementrieb effektiv und verlustarm betreiben zu können. Im Rahmen der Erfindung wird ein maßgeblicher Riemenschlupf bestimmt, welcher eine Bewertungsgröße darstellt, um ein unerwünschtes Durchdrehen bzw. Durchrutschen des Riemens zuverlässig erkennen zu können.
Der Riemen des Riementriebs verbindet eine treibende Riemenscheibe und eine getriebene Riemenscheibe drehmomentübertragend. Im Rahmen des Verfahrens wird ein Gesamtschlupf des Riemens in Abhängigkeit von einer Drehzahl der treibenden Riemenscheibe und von einer Drehzahl der getriebenen Riemenscheibe bestimmt. Dieser Gesamtschlupf beschreibt insbesondere den tatsächlichen Gesamtschlupf des Riemens bei den aktuellen Drehzahlen der Riemenscheiben, also bei der aktuellen Drehmomentübertragung von der treibenden auf die getriebene Riemenscheibe.
Dieser Gesamtschlupf berücksichtigt insbesondere sämtliche Komponenten des Riemenschlupfes, insbesondere sowohl Riemenschlupf aufgrund von Verschleißeffekten, Alterung und Abnutzung des Riemens, als auch Riemenschlupf durch aktuelle Umgebungsbedingungen wie die aktuelle Temperatur oder Drehzahl der Riemenscheiben. Weiterhin berücksichtigt dieser Gesamtschlupf insbesondere auch den sogenannten Dehnschlupf bzw. Dehnungsschupf, welcher aufgrund der speziellen Konstruktion und der speziellen Gegebenheiten des Riementriebs stets vorhanden ist. Dieser Dehnungsschlupf ist der Elastizität des Riemens geschuldet. Aufgrund unterschiedlicher Kräfte, die beim Umlauf um die Riemenscheiben auf den Riemen wirken, kommt es zu einer Relativbewegung zwischen dem Riemen und den Riemenscheiben, was als Dehnschlupf bezeichnet wird. Jedoch hat dieser Dehnschlupf keine Auswirkungen auf die Übertragung von Drehmomenten bzw. auf die Fähigkeit des Riemens zur Kraft- bzw. Drehmomentübertragung.
Im Rahmen des Verfahrens wird dieser Dehnungsschlupf des Riemens bestimmt, insbesondere in Abhängigkeit von einem theoretischen Modell des Riementriebs bzw. in Abhängigkeit von spezifischen Größen des Riementriebs. Insbesondere wird der Dehnungsschlupf mit Hilfe dieses theoretischen Modells aus dem bestimmten Gesamtschlupf modelliert. Eine Differenz des bestimmten Gesamtschlupfes und des Dehnungsschlupfes wird als maßgeblicher Riemenschlupf des Riemens bestimmt. Der Gesamtschlupf wird im Rahmen des Verfahrens zweckmäßigerweise aus den Drehzahlen und den Durchmessern der beiden Riemenscheiben bestimmt, wohingegen in die Bestimmung des Dehnungsschlupfes auch weitere physikalische Größen des Riementriebs einfließen können, beispielsweise das Elastizitätsmodul des Riemens.
Dieser maßgebliche Riemenschlupf beschreibt die Komponenten des Schlupfes, welche nicht stets vorhanden sind, insbesondere Riemenschlupf aufgrund von Verschleißeffekten, Alterung und Abnutzung des Riemens und aufgrund aktueller Umgebungsbedingungen. Somit kann mit Hilfe dieses maßgeblichen Riemenschlupfes besonders zuverlässig ein unerwünschtes Durchdrehen bzw. Durchrutschen des Riemens erkannt werden.
Zu diesem Zweck wird der maßgebliche Riemenschlupf mit einem Schwellwert verglichen, insbesondere mit einem zulässigen Maximalwert. Ein Erreichen bzw. Überschreiten dieses Schwellwerts deutet insbesondere auf ein Durchdrehen bzw. Durchrutschen des Riemens hin. Wenn der maßgebliche Riemenschlupf diesen Schwellwert erreicht, wird im Rahmen des Verfahrens ein maximales Drehmoment bzw. eine Drehmomentobergrenze der treibenden Riemenscheibe reduziert, bis der maßgebliche Riemenschlupf den Schwellwert nicht mehr erreicht.
Dieses maximale Drehmoment stellt insbesondere eine Drehmomentbegrenzung für das von der treibenden auf die getriebene Riemenscheibe übertragene Drehmoment dar, welche im System gesetzt ist und welche im Betrieb nicht überschritten werden kann. Insbesondere wird das maximale Drehmoment schrittweise um vorgegebene Drehmomentwerte von beispielsweise 5 Nm so lange reduziert, bis der maßgebliche Riemenschlupf den Schwellwert nicht mehr erreicht. Somit wird bei erkanntem Durchrutschen des Riemens ein neuer Wert für das maximal erlaubte Drehmoment der treibenden Riemenscheibe gesucht, bei welchem es nicht mehr zu einem Durchrutschen des Riemens kommt. Dieser gefundene Wert des maximalen Drehmoments wird daraufhin als neue Drehmomentbegrenzung verwendet, um ein zukünftiges Durchrutschen zu vermeiden.
Wenn es also beispielsweise zu einem Durchrutschen des Riemens kommt, obwohl die bisher gültige Drehmomentbegrenzung nicht erreicht wurde, beispielsweise aufgrund voranschreitender Alterungs- bzw. Verschleißerscheinungen des Riemens, wird durch das Verfahren automatisch eine neue gültige Drehmomentbegrenzung bestimmt. Durch das Verfahren kann somit ein effektiver Betrieb des Riementriebs und eine effektive Drehmomentübertragung ermöglicht werden, unter Berücksichtigung von Verschleißeffekten, Alterung, Abnutzung sowie aktueller Umgebungsbedingungen und ohne Verfälschungen durch den stets vorhandenen Dehnungsschlupf.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird, wenn nach der Reduzierung des maximalen Drehmoments eine Bedingung erfüllt ist, das maximale Drehmoment wieder erhöht. Diese Bedingung ist insbesondere erfüllt, wenn kein Durchrutschen des Riemens mehr erfolgt, insbesondere während eines vorgegebenen Zeitintervalls. In diesem Fall wird durch die Erhöhung des maximalen Drehmoments zweckmäßigerweise überprüft, ob eine präzisere, höhere Begrenzung für das Drehmoment gefunden werden kann, bis zu welcher der Riemen ohne Durchrutschen Drehmoment übertragen kann.
Das maximale Drehmoment wird dabei insbesondere schrittweise um vorgegebene Drehmomentwerte erhöht, z.B. 3 Nm, welche zweckmäßigerweise geringer sind als die Drehmomentwerte, um welche das maximale Drehmoment zuvor verringert wurde. Somit wird eine vergleichsweise schnelle Verringerung des maximalen Drehmoments bei erkanntem Durchrutschen des Riemens ermöglicht, um ein möglichst schnelles Haften des Riemens zu ermöglichen. Durch die anschließende Erhöhung des maximalen Drehmoments um vergleichsweise kleine Drehmomentwerte kann ein präzises Herantasten an die größtmögliche Drehmomentbegrenzung bei den aktuelle Bedingungen des Riementriebs durchgeführt werden, bis zu welcher kein Durchrutschen des Riemens erfolgt.
Vorteilhafterweise wird das maximale Drehmoment so lange wieder erhöht, bis der maßgebliche Riemenschlupf in einem vorgegebenen Bereich um den Schwellwert herum liegt. Insbesondere charakterisiert dieser Bereich die maximal mögliche Drehmomentübertragung des Riemens, bei welcher der Riemen noch an den Riemenscheiben haftet und nicht durchrutscht.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die vorgegebene Bedingung erfüllt, wenn das Drehmoment der treibenden Riemenscheibe für die Dauer eines vorgegebenen Zeitintervalls von beispielsweise 1 s in einem vorgegebenen Bereich von z.B. 3 Nm unterhalb des maximalen Drehmoments liegt und wenn der maßgebliche Riemenschlupf für die Dauer des vorgegebenen Zeitintervalls den Schwellwert nicht erreicht. Zweckmäßigerweise ist die Bedingung somit erfüllt, wenn während des vorgegebenen Zeitintervalls das Drehmoment nahe dem aktuellen maximalen Drehmoment liegt und dabei kein Durchrutschen des Riemens erfolgt.
Vorzugsweise wird der Gesamtschlupf S_ges des Riemens in Abhängigkeit von einer Differenz einer Umfangsgeschwindigkeit ν_t der treibenden Riemenscheibe und einer Umfangsgeschwindigkeit ν_g der getriebenen Riemenscheibe bestimmt. Der Gesamtschlupf S_ges wird zweckmäßigerweise gemäß folgender Formel bestimmt: $S_{g e s} = \frac{v_{t} - v_{g}}{v_{t}} = 1 - \frac{v_{g}}{v_{t}}$
Da die Umfangsgeschwindigkeiten auch über die Drehzahlen n_t, n_g und die Durchmesser d_t, d_g der Riemenscheiben ausgedrückt werden können, kann der Gesamtschlupf Sges auch wie folgt bestimmt werden: $S_{g e s} = 1 - \frac{n_{g} d_{g}}{n_{t} d_{t}}$
Durch den Dehnungsschlupf kommt es zu einem Geschwindigkeitsverlust zwischen der schneller als der Riemen rotierenden treibenden Riemenscheibe und der langsamer als der Riemen rotierenden getriebenen Riemenscheibe bezogen auf die Umfangsgeschwindigkeiten der Riemenscheiben. Die Umfangsgeschwindigkeit ν_g der getriebenen Riemenscheibe ist dabei kleiner als die Umfangsgeschwindigkeit ν_t der treibenden Riemenscheibe.
Wie bereits erläutert, wird der Gesamtschlupf sowohl beeinflusst durch ein Durchrutschen des Riemens aufgrund zu hoher Drehmomentübertragung als auch durch den Dehnungsschlupf, welcher bei Drehmomentübertragung bei einem elastischen Riemen immer vorhanden ist, wie nachfolgend erläutert wird.
Beim Umlauf um die Riemenscheiben ist der Riemen unterschiedlichen Kräften ausgesetzt. Das Zugtrum, also der Abschnitt des Riemens, der von der getriebenen Riemenscheibe hin zur treibenden Riemenscheibe läuft, ist dabei der sog. Zugtrumkraft F_Z ausgesetzt. Der Leertrum, also der von der treibenden Riemenscheibe hin zur getriebenen Riemenscheibe laufende Abschnitt des Riemens, ist der sog. Leertrumkraft FL ausgesetzt. Die Zugtrumkraft F_Z ist größer als die Leertrumkraft F_L und der Zugtrum läuft mit höherer Geschwindigkeit als der Leertrum. Beim Umlauf des Riemens um die getriebene Riemenscheibe sinkt somit die Riemen- bzw. Trumkraft unter Abgabe der sog. Umfangskraft F_U von der Zugtrumkraft F_Z auf die Leertrumkraft FL. Umgekehrt erhöht sich die Trumkraft beim Umlauf des Riemens um die treibende Riemenscheibe von der Leertrumkraft F_L um die Umfangskraft F_U auf die Zugtrumkraft F_Z. Diese unterschiedlichen Trumkräfte rufen aufgrund der Elastizität des Riemens unterschiedliche Dehnungen hervor.
Der Riemen wird somit beim Umlauf um die getriebene Riemenscheibe auf dieser aufgedehnt. Der sich entsprechend dehnende Riemenabschnitt wird sozusagen über die getriebene Riemenscheibe gezogen, d.h. es kommt zur Relativbewegung bzw. Gleiten zwischen Riemen und getriebener Riemenscheibe. Umgekehrt zieht sich der vom Zugtrum kommende und damit maximal aufgedehnte Riemenabschnitt beim Umlauf um die treibende Scheibe aufgrund der abnehmenden Trumkraft wieder zusammen. Der Riemen schrumpft sozusagen auf der treibenden Riemenscheibe und es kommt somit ebenfalls zu einer Relativbewegung bzw. zu einem Gleiten. Diese Dehn- bzw. Schrumpfvorgänge des Riemens auf den Riemenscheiben, die zu einer Relativbewegung zwischen dem Riemen und der entsprechenden Riemenscheibe führen, werden als Dehnschlupf bezeichnet.
Die Umfangskraft F_U ist von der Differenz der Trumkräfte abhängig (F_U=F_Z-F_L). Diese Trumkräfte gelten für beide Riemenscheiben gleichermaßen, so dass auch die wirkenden Umfangskräfte an beiden Riemenscheiben identisch sind. Die unterschiedlichen Trumkräfte sorgen lediglich für unterschiedliche Dehnungen des Riemens an den beiden Riemenscheiben, die wirkenden Trumkräfte hingegen werden im selben Maße im Riemen übertragen. Der Dehnschlupf hat daher keine Auswirkung auf die Umfangskraft und beeinflusst somit die Drehmomentwandlung nicht.
Wie bereits erläutert, wird der Dehnungsschlupf vorteilhafterweise in Abhängigkeit von einem theoretischen Modell des Riementriebs bzw. in Abhängigkeit von physikalischen Größen des Riementriebs bestimmt. Vorzugsweise wird der Dehnungsschlupf S_D wie folgt bestimmt: $S_{D} = k M_{t}$
M_t ist dabei das Drehmoment der treibenden Riemenscheibe und k ein für den speziellen Riementrieb individueller Parameter, der beispielsweise durch Analyse von Messwerten bestimmt werden kann.
Der Gesamtschlupf und der Dehnschlupf können mit Hilfe der Drehzahl n_t der treibenden Riemenscheibe insbesondere wie folgt in Beziehung gebracht werden: $S_{g e s} = S_{D} n_{t} = k M_{t} n_{t}$
Wenn der Faktor k bekannt ist, kann der Dehnungsschlupf zweckmäßigerweise mit Hilfe dieser Beziehung modelliert werden.
Wie oben erläutert, kann der Parameter k durch Auswerten von Messwerten bestimmt werden, insbesondere aus Messwerten für Gesamtschlupf und Leistung der treibenden Riemenscheibe. Der Gesamtschlupf kann ferner wie folgt ausgedrückt werden: $S_{g e s} = k M_{t} n_{t} = k M_{t} ω_{t} \frac{60}{2 π} = k P_{t} \frac{60}{2 π}$
wobei ω_t die Winkelgeschwindigkeit der treibenden Riemenscheibe ist und P_t = M_t ω_t die Leistung der treibenden Riemenscheibe. Durch Auflösen dieser Beziehung kann der Parameter k wie folgt ausgedrückt werden: $k = \frac{S_{g e s} π}{30 P_{t}}$
Beispielsweise im Zuge eines Herstellungsprozesses des Riementriebs kann der für diesen speziellen Riementrieb individuelle Parameter bestimmt werden. In diesem Zusammenhang sollte jedoch ein geeigneter Messbereich verwendet werden. Insbesondere eignet sich ein Messbereich dann, wenn eine messbare Leistungsübertragung und keine steile Momentänderung stattfinden. Da P_t im Nenner ist, wird die Formel für kleinere PrWerte ungenau.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird, wenn der maßgebliche Riemenschlupf den Schwellwert erreicht, das maximale Drehmoment auf einen Wert reduziert, welcher einer Differenz aus einem Durchschnittswert des Drehmoments der treibenden Riemenscheibe während eines vorgegebenen Zeitintervalls und einem vorgebbaren Drehmomentwert entspricht. Beispielsweise kann dabei der Durchschnittswert des Drehmoments der letzten 100 ms verwendet werden und um einen Drehmomentwert von beispielsweise 5 Nm so oft reduziert werden, bis der maßgebliche Riemenschlupf den Schwellwert nicht mehr erreicht. Beispielsweise kann für die Bestimmung des Durchschnittswerts des Drehmoments ein PT1-Glied einer Regelung des Drehmoments verwendet werden.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform verbindet der Riemen eine Riemenscheibe einer elektrischen Maschine und eine Riemenscheibe eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs drehmomentübertragend. Je nachdem ob die elektrische Maschine dabei motorisch oder generatorisch betrieben wird, wird entweder die Riemenscheibe der elektrischen Maschine oder die Riemenscheibe des Verbrennungsmotors als treibende Riemenscheibe verwendet. Auch bei abgenutzten und verschließbehafteten Riemen, welche nicht mehr ihre ursprüngliche maximale Fähigkeit zur Kraft- bzw. Drehmomentübertragung besitzen, kann mit Hilfe des vorliegenden Verfahrens eine bestmögliche Drehmomentübertragung zwischen Verbrennungsmotor und elektrische Maschine ermöglicht werden.
In vorteilhafter Weise ist die elektrische Maschine als ein Startergenerator ausgebildet, z.B. als ein riemengetriebener Startergenerator (RSG). Wie eingangs erläutert, kann ein derartiger riemengetriebener Startergenerator eingesetzt werden, um einerseits im Motorbetrieb den Verbrennungsmotor mit der elektrischen Maschine zu starten und um andererseits im Generatorbetrieb Strom für ein Bordnetz und zum Laden einer Kraftfahrzeugbatterie zu erzeugen.
Besonders bevorzugt wird die als Startergenerator ausgebildete elektrische Maschine in einem Boost-Rekuperations-System (BRS) bzw. als sog. Boost-Rekuperations-Maschine (BRM) verwendet. Eine derartige Boost-Rekuperations-Maschine (BRM) kann im Generatorbetrieb insbesondere Antriebsmoment aufnehmen und mechanische Energie in elektrische Energie umwandeln und im Motorbetrieb elektrische Energie wieder in mechanische Energie umwandeln und somit ein Antriebsmoment erzeugen. Im Zuge des Betriebs eines derartigen Boost-Rekuperations-Systems kann die elektrische Maschine für verschieden Funktionen verwendet werden, insbesondere für eine Rekuperation, also eine Energierückgewinnung beim Bremsen, für eine Drehmomentunterstützung, insbesondere beim Anfahren und Beschleunigen, für eine Start/Stopp-Funktion, im Zuge welcher der Verbrennungsmotor nach einem automatischen Stopperneut gestartet werden kann, und/oder für einen Segelbetrieb, beispielsweise beim Ausrollen oder leichten Bergabfahren.
Eine erfindungsgemäße Recheneinheit, z.B. ein Steuergerät eines Kraftfahrzeugs, ist, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.
Auch die Implementierung des Verfahrens in Form eines Computerprogramms ist vorteilhaft, da dies besonders geringe Kosten verursacht, insbesondere wenn ein ausführendes Steuergerät noch für weitere Aufgaben genutzt wird und daher ohnehin vorhanden ist. Geeignete Datenträger zur Bereitstellung des Computerprogramms sind insbesondere magnetische, optische und elektrische Speicher, wie z.B. Festplatten, Flash-Speicher, EEPROMs, DVDs u.a.m. Auch ein Download eines Programms über Computernetze (Internet, Intranet usw.) ist möglich.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.
Figurenliste

1 zeigt schematisch einen Riementrieb eines Kraftfahrzeugs mit einem Verbrennungsmotor und einem Startergenerator, der dazu eingerichtet ist, eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen.
2 zeigt schematisch eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens als Blockdiagramm.

Ausführungsform(en) der Erfindung
In 1 ist ein Riementrieb eines Kraftfahrzeugs schematisch dargestellt und mit 100 bezeichnet.
Über einen Riemen 110 des Riementriebs 100 ist eine Verbrennungsmotor 120 des Kraftfahrzeugs mit einer elektrischen Maschine 130 in Form eines riemengetriebenen Startergenerators drehmomentübertragend verbunden.
Der Verbrennungsmotor 120 und die elektrische Maschine 130 weisen dabei jeweils eine Riemenscheibe 121 bzw. 131 auf, welche über den Riemen 110 drehmomentübertragend verbunden sind. Die Riemenscheibe 121 des Verbrennungsmotors 120 kann beispielsweise als ein Kurbelwellen-Antriebsrad ausgebildet sein, die Riemenscheibe 131 der elektrischen Maschine 130 z.B. als ein Antriebsrad des Startergenerators 130.
Der Startergenerator 130 kann motorisch betrieben werden, beispielsweise um den Verbrennungsmotor 120 zu starten oder zu unterstützen, wobei Drehmoment von der Riemenscheibe 131 des Startergenerators 130 auf die Riemenscheibe 121 des Verbrennungsmotors 120 übertragen wird. In einem generatorischen Betrieb des Startergenerators 130 wird Drehmoment von der Riemenscheibe 121 des Verbrennungsmotors 120 auf die Riemenscheibe 131 des Startergenerators 130 übertragen.
Um bei der Übertragung von Drehmomenten mit Hilfe des Riementriebes 100 ein Durchrutschen des Riemens 110 erkennen und kompensieren zu können, ist ein Steuergerät 140 vorgesehen, welches insbesondere programmtechnisch dazu eingerichtet ist, eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen, wie nachfolgend in Bezug auf 2 erläutert wird.
In 2 ist eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch als Blockdiagramm dargestellt.
Im Folgenden wird beispielhaft der Fall betrachtet, dass der Startergenerator 130 motorisch betrieben wird und das Drehmoment mit Hilfe des Riementriebs 100 auf den Verbrennungsmotor 120 übertragen wird. Dabei wird die Riemenscheibe 131 des Startergenerators 130 als treibende Riemenschiebe betrieben und die Riemenscheibe 121 des Startergenerators 120 als getriebene Riemenschiebe.
Im Rahmen des Verfahrens wird zunächst eine Überprüfung 210 durchgeführt, ob der Riemen 110 durchdreht bzw. durchrutscht. Zu diesem Zweck wird in Schritt 211 ein Gesamtschlupf Sges des Riemens 110 in Abhängigkeit von einer Differenz der Umfangsgeschwindigkeit ν_t der treibenden Riemenscheibe 131 und der Umfangsgeschwindigkeit ν_g der getriebenen Riemenscheibe 121 gemäß folgender Formel bestimmt: $S_{g e s} = 1 - \frac{n_{g} d_{g}}{n_{t} d_{t}}$
Weiterhin wird in Schritt 212 ein Dehnungsschlupf SD des Riemens 110 bestimmt, insbesondere mit Hilfe eines theoretischen Modells des Riementriebs 100. Beispielsweise wird der Dehnungsschlupf SD, wie oben erläutert, mittels folgender Formel bestimmt: $S_{D} = k M_{t}$
M_t ist dabei das Drehmoment der treibenden Riemenscheibe und k ein für den speziellen Riementrieb individueller Parameter, der beispielsweise durch Analyse von Messwerten für den Gesamtschlupf Sges des Riemens 110 und für die Leistung P_t der treibenden Riemenscheibe 131 gemäß folgender Formel bestimmt wird: $k = \frac{S_{g e s} π}{30 P_{t}}$
Beispielsweise kann der Parameter k im Zuge eines Herstellungsprozesses des Riementriebs 100 bestimmt werden und in dem Steuergerät 140 hinterlegt werden. Dabei sollte, wie oben erläutert, auf einen geeigneten Messbereich geachtet werden.
In Schritt 213 wird ein maßgeblicher Schlupf S des Riemens 110 als Differenz des Gesamtschlupfes und des Dehnungsschlupfes bestimmt: $S = S_{g e s} - S_{D}$
Dieser maßgebliche Schlupf S wird in Schritt 214 mit einem Schwellwert verglichen. Wenn der maßgebliche Schlupf S den Schwellwert nicht erreicht, liegt kein Durchrutschen des Riemens 110 vor. Wenn der maßgebliche Schlupf S jedoch den Schwellwert überschreitet, wird ein Durchrutschen des Riemens 110 erkannt und es wird eine Kompensation 220 des Durchrutschens durchgeführt, damit der Riemen 110 wieder auf den Riemenscheiben 121, 131 haftet.
Dabei wird in Schritt 221 ein maximales Drehmoment der treibenden Riemenscheibe 131 reduziert. Beispielsweise wird als maximales Drehmoment M_max ein Wert bestimmt, welcher einem Durchschnittswert M_Δt des Drehmoments der treibenden Riemenscheibe 131 während eines vorgegebenen Zeitintervalls Δt, z.B. während der letzten 100 ms, reduziert um einen vorgegebenen Drehmomentwert AM von z.B. 5 Nm entspricht: $M_{m a x} = M_{Δ t} - Δ M$
In Schritt 222 wird daraufhin überprüft, ob der maßgebliche Schlupf S den Schwellwert nicht mehr überschreitet. So lange der maßgebliche Schlupf S den Schwellwert überschreitet, wird der maximale Drehmomentwert gemäß Schritt 221 erneut um den vorgegebenen Drehmomentwert ΔM reduziert. Wenn der maßgebliche Schlupf S unterhalb des Schwellwerts liegt, wird der entsprechende maximale Drehmomentwert in Schritt 223 als Drehmomentbegrenzung für die treibende Riemenscheibe 131 beibehalten.
Nachdem das maximale Drehmoment auf diesen entsprechenden Wert reduziert wurde, wird eine erneute Erhöhung 230 des maximalen Drehmoments durchgeführt, um präzise das maximal mögliche Drehmoment der treibenden Riemenscheibe 131 zu ermitteln, bei welcher kein Durchrutschen des Riemens 110 erfolgt.
Zu diesem Zweck wird in Schritt 231 überprüft, ob eine vorgegebene Bedingung erfüllt ist, insbesondere ob das Drehmoment der treibenden Riemenscheibe 131 für die Dauer eines vorgegebenen Zeitintervalls von beispielsweise 1 s in einem vorgegebenen Bereich von beispielsweise 3 Nm unterhalb des maximalen Drehmoments liegt und ob gleichzeitig der maßgebliche Riemenschlupf für die Dauer dieses Zeitintervalls von 1 s den Schwellwert nicht überschreitet.
Wenn dies der Fall ist, wird das maximale Drehmoment in Schritt 232 um einen vorgegebenen Drehmomentwert von beispielsweise 3 Nm erhöht. Daraufhin wird in Schritt 233 überprüft, ob der maßgebliche Riemenschlupf in einem vorgegebenen Bereich unterhalb des Schwellwerts liegt. So lange dies nicht der Fall ist, wird das maximale Drehmoment gemäß Schritt 232 jeweils um den vorgegebenen Drehmomentwert von 3 Nm erhöht. Sobald der der maßgebliche Riemenschlupf in dem vorgegebenen Bereich unterhalb des Schwellwerts liegt, wird in Schritt 234 das entsprechende maximale Drehmoment als Drehmomentbegrenzung für die treibende Riemenscheibe 131 verwendet.
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

EP 1818572 B1 [0004]
EP 1522447 B1 [0004]

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Riementriebs (100) mit einem Riemen (110), der eine treibende Riemenscheibe (131) und eine getriebene Riemenscheibe (121) drehmomentübertragend verbindet, wobei ein Gesamtschlupf des Riemens (110) in Abhängigkeit von einer Drehzahl der treibenden Riemenscheibe (131) und von einer Drehzahl der getriebenen Riemenscheibe (121) bestimmt wird (211), wobei ein Dehnungsschlupf des Riemens (110) bestimmt wird (212), wobei eine Differenz des bestimmten Gesamtschlupfes und des Dehnungsschlupfes als maßgeblicher Riemenschlupf des Riemens (110) bestimmt wird (213), wobei, wenn der maßgebliche Riemenschlupf einen Schwellwert erreicht (214), ein maximales Drehmoment der treibenden Riemenscheibe (131) reduziert wird (221), bis der maßgebliche Riemenschlupf den Schwellwert nicht mehr erreicht (222).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei, wenn nach der Reduzierung des maximalen Drehmoments eine Bedingung erfüllt ist (231), das maximale Drehmoment wieder erhöht wird (232).
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das maximale Drehmoment solange wieder erhöht wird (232), bis der maßgebliche Riemenschlupf in einem vorgegebenen Bereich um den Schwellwert herum liegt (233).
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei die vorgegebene Bedingung erfüllt ist, wenn das Drehmoment der treibenden Riemenscheibe (131) für die Dauer eines vorgegebenen Zeitintervalls in einem vorgegebenen Bereich unterhalb des maximalen Drehmoments liegt und wenn der maßgebliche Riemenschlupf für die Dauer des vorgegebenen Zeitintervalls den Schwellwert nicht erreicht (231).
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Gesamtschlupf des Riemens (110) in Abhängigkeit von einer Differenz der Umfangsgeschwindigkeit der treibenden Riemenscheibe (131) und der Umfangsgeschwindigkeit der getriebenen Riemenscheibe (121) bestimmt wird (211).
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Dehnungsschlupf des Riemens (110) in Abhängigkeit von einem theoretischen Modell des Riementriebs (100) und/oder von physikalischen Größen des Riementriebs (100) bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei, wenn der maßgebliche Riemenschlupf den Schwellwert erreicht (214), das maximale Drehmoment auf einen Wert reduziert wird, welcher einer Differenz aus einem Durchschnittswert des Drehmoments der treibenden Riemenscheibe (131) während eines vorgegebenen Zeitintervalls und einem vorgebbaren Drehmomentwert entspricht (221).
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Riemen eine Riemenscheibe (131) einer elektrischen Maschine (130) und eine Riemenscheibe (121) eines Verbrennungsmotors (120) drehmomentübertragend verbindet.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die elektrische Maschine (130) ein Startergenerator ist, insbesondere eine Boost-Rekuperations-Maschine.
Recheneinheit (140), die dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche durchzuführen.
Computerprogramm, das eine Recheneinheit (140) dazu veranlasst, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 durchzuführen, wenn es auf der Recheneinheit (140) ausgeführt wird.
Maschinenlesbares Speichermedium mit einem darauf gespeicherten Computerprogramm nach Anspruch 11.