DE102020119551A1

DE102020119551A1 - Verfahren zur Regelung eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs, Regelungseinrichtung und Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102020119551A1
Application number: DE102020119551.6A
Authority: DE
Inventors: Marc Kropf; Christian Graf; Bernd Schäfer
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2020-07-24
Filing date: 2020-07-24
Publication date: 2022-01-27
Also published as: CN113968219A; US20220024307A1; US11453289B2

Abstract

Verfahren zur Regelung eines Antriebsstrangs (2) eines Kraftfahrzeugs (1), wobei der Antriebsstrang (2) als Komponenten einen Motor (3), wenigstens eine mechanische Komponente (4) und wenigstens ein Rad (5) umfasst, wobei der Motor (3) über die wenigstens eine mechanische Komponente (4) mit dem wenigstens einem Rad (5) gekoppelt ist, wobei eine Regelung einer Drehzahl wenigstens einer Komponente des Antriebsstrangs (2) ausgehend von einer Drehzahlvorgabe unter Verwendung eines den Antriebsstrang (2) des Kraftfahrzeugs (1) abbildenden Modells erfolgt, wobei ein von dem Motor (2) erzeugtes Drehmoment als Stellgröße in Abhängigkeit wenigstens einer auf Grundlage des Modells ermittelten Zustandsgröße des Antriebsstrangs (2) beeinflusst wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs, wobei der Antriebsstrang als Komponenten einen Motor, wenigstens eine mechanische Komponente und wenigstens ein Rad umfasst, wobei der Motor über die wenigstens eine mechanische Komponente mit dem wenigstens einen Rad gekoppelt ist. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Regelungseinrichtung sowie ein Kraftfahrzeug.
In Kraftfahrzeugen werden im Allgemeinen mehrere separate Regler eingesetzt, welche jeweils eine unterschiedliche Funktion bei der Regelung eines Antriebstrangs des Kraftfahrzeugs erfüllen. Diese Regler können jeweils beispielsweise eine Drehzahlbegrenzung, eine Lastschlagdämpfung sowie verschiedene Bauteilschutzfunktionen und/oder Komfortfunktionen umsetzen. Dabei können die Regler unterschiedliche oder sogar entgegengesetzte Regelziele haben. Eine Drehzahlbegrenzung kann beispielsweise bei Überschreiten einer Maximaldrehzahl eine schnelle Reduktion des Drehmoments erfordern, wohingegen eine Ruckeldämpfung zur Vermeidung von Schwingungen in einer Seitenwelle des Antriebsstrangs dieser schnellen Reduktion des Drehmoments entgegenwirken wird. Da die Regler im Allgemeinen jeweils ein von einem Antriebsmotor des Kraftfahrzeugs erzeugtes Drehmoment als Stellgröße verwenden, ist eine Priorisierung und/oder eine Arbitrierung der Einzelregler nötig, um ein stabiles und komfortables Fahrverhalten des Kraftfahrzeugs zu erreichen.
Eine solche Priorisierung und/oder Arbitrierung der einzelnen Regler hängt jedoch von einem aktuellen Betriebszustand des Antriebsstrangs ab und ist nicht in jedem Zustand korrekt und eindeutig zu ermitteln, da dies eine eindeutige Erkennung des aktuellen Zustands des Antriebsstrangs erfordern würde. Auch kann es sich bei einem Wechsel zwischen verschiedenen priorisierten Reglern, also zum Beispiel beim Wechsel zwischen zwei unterschiedlichen Funktionen, zu unerwünschten Effekten kommen, da die jeweiligen Regler zum Teil unterschiedliche Eingangsgrößen und/oder Regelgrößen verwenden. Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Regler zum Einsatz in Kraftfahrzeugen bekannt.
In DE 10 2018 200 169 B3 wird ein Verfahren zur Geschwindigkeitsregelung eines Kraftfahrzeugs beschrieben. Das Kraftfahrzeug weist einen Antriebsstrang auf, welchem zumindest ein Drehzahlregelelement zugeordnet ist. Der Antriebsstrang umfasst dabei zumindest ein Antriebsrad sowie einen Antriebsmotor. Eine Einstellung einer Geschwindigkeit des Motors erfolgt dabei durch Regelung der Drehzahl unter Verwendung eines Drehzahlsensors, welcher die aktuelle Drehzahl des Motors bestimmt.
Aus DE 10 2013 018 626 A1 ist ein Verfahren zur Lastschlagdämpfung eines Triebstrangs für einen als Allrad betreibbaren Kraftwagen bekannt. Mittels eines Lastschlagdämpfers, welcher einer Lastschlagdämpfungseinheit vorgeschaltet ist, erfolgt eine Dämpfung eines einem Fahrerwunsch entsprechenden Summensollmoments sowie die Ermittlung eines Summenistmoments. In Abhängigkeit von festgelegten Betriebsgrenzen der Antriebsachsen werden auf dem Summenistmoment basierende Einzelmomente ermittelt und zwischen den Achsen des Kraftfahrzeugs aufgeteilt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur Regelung eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs anzugeben.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass eine Regelung einer Drehzahl wenigstens einer Komponente des Antriebsstrangs ausgehend von einer Drehzahlvorgabe unter Verwendung eines den Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs abbildenden Modells erfolgt, wobei ein von dem Motor erzeugtes Drehmoment als Stellgröße in Abhängigkeit wenigstens einer auf Grundlage des Modells ermittelten Zustandsgröße des Antriebsstrangs beeinflusst wird.
Die Drehzahlvorgabe kann zum Beispiel von einer Gaspedalstellung, von einer Querdynamik des Kraftfahrzeugs und/oder von einem Reibwert zwischen dem wenigstens einen Rad und einem Untergrund abhängen und somit einem aktuellen Fahrwunsch eines Fahrers des Kraftfahrzeugs entsprechen und/oder von einem aktuellen Fahrzustand des Kraftfahrzeugs abhängen. Als Drehzahl einer Komponente des Antriebsstrangs kann insbesondere eine Drehzahl des wenigstens einen Rades und/oder eine Drehzahl des Motors geregelt werden. Durch die Verwendung wenigstens einer Zustandsgröße zur Regelung des Antriebsstrangs wird es ermöglicht, die Regelung vorteilhaft auf die tatsächlich relevanten Größen am Ort einer Wirkung der jeweiligen Regelfunktion zu regeln. Insbesondere können dabei verschiedenen Komponenten des Antriebsstrangs zugeordnete Zustandsgrößen, beispielsweise einem Rad oder einer mechanischen Komponente wie einer Antriebswelle oder einer von einem Getriebe zu einem Rad laufenden Seitenwelle zugeordnete Zustandsgrößen, betrachtet werden, so dass eine direkte Regelung auf die an diesen Komponenten auftretenden Größen ermöglicht wird. Dadurch kann vorteilhaft vermieden werden, dass zur Umsetzung der Funktion einzelner Regler, welche einen Effekt an einer Komponente des Antriebsstrang bewirken sollen, auf oder mit anderen Größen, beispielsweise Größen des Motors als Steller eines Drehmoments, geregelt werden muss. Auf eine Regelung beispielsweise auf das Luftspaltmoment einer elektrischen Maschine oder eines Kurbelwellenmoments bei einer Verbrennungskraftmaschine bzw. auf eine Drehzahl eines Motors kann somit insbesondere bei einer eine Komponente des Antriebsstrangs betreffenden Funktion der Regelung, insbesondere bei der Regelung der Drehzahl des wenigsten einen Rads, vorteilhaft verzichtet werden.
Um die Verwendung der direkt für das Fahrverhalten relevanten Zustandsgrößen zu ermöglichen, wird ein den Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs abbildendes Modell verwendet, welches auf Basis von physikalischen Parametern wie Steifigkeiten, Dämpfungen und Massenträgheiten des Antriebsstrangs bzw. der Bestandteile des Antriebsstrangs erstellt werden kann. Dieses Modell ermöglicht die Verwendung eines Zustandsreglers für die Antriebsstrangregelung bzw. für die Regelung von einzelnen abtriebsseitigen Größen wie Raddrehzahlen und/oder Radmomenten. Verschiedene Funktionen des Regelungsverfahrens können auf die Weise vorteilhaft bei einem Entwurf des Reglers eingestellt werden, indem die Geschwindigkeit und/oder das Dämpfungsverhalten des Reglers so ausgelegt werden, dass ein der gewünschten Funktion entsprechendes Übertragungsverhalten des Drehmoments am Motor zum Drehmoment am Rad erhalten wird. Insbesondere kann ein Übertragungsverhalten des Drehmoments vom Motor zum wenigstens einen Rad durch eine Dämpfungsfunktion vorgegeben werden. Im Rahmen einer Drehzahlbegrenzung für die Drehzahl des wenigstens einen Rads kann das Übertragungsverhalten eines Sollradverhaltens zum Rad vorgegeben werden, wobei aus dieser Vorgabe dann ein Übertragungsverhalten des Drehmoments vom Motor zum wenigstens einen Rad resultiert.
Auf diese Weise können mithilfe des erfindungsgemäß verwendeten Zustandsreglers viele verschiedene, den Antriebsstrang betreffende Regelfunktionen umgesetzt werden, wobei vorteilhaft auf eine Arbitrierung und/oder Priorisierung einzelner Regelfunktionen verzichtet werden kann. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es vorteilhaft, eine Vielzahl von verschiedenen, bisher getrennt eingesetzten Reglern in einem geschlossenen Regler zusammenzufassen und zu entwerfen. Weiterhin wird es ermöglicht, die Funktionen der so zusammengefassten Regler parallel und insbesondere ohne Priorisierungsprobleme einzusetzen.
Je nach Wahl der Regelungsparameter bei einem Entwurf des zur Regelung verwendeten Reglers bzw. in einer den Regler realisierenden Regelungseinrichtung und/oder je nach Vorgabe von Drehzahlgrenzen für die Drehzahlregelung ist eine Verwendung des Reglers für verschiedene Anwendungen möglich. Insbesondere kann das Dämpfungsverhalten der Regelung an die Anforderungen von verschiedenen Funktionen angepasst werden. Beispielsweise ist die Umsetzung einer momentenminimalen Regelung möglich, bei der der Entwurf des Reglers durch Anpassen der Dämpfung und Beibehalten der Eigenfrequenzen des Reglers und/oder als ein Riccati-Entwurf, bei dem eine Gewichtung der Störgröße möglich ist, erfolgt, so dass vorteilhaft nur geringe Stellmomente bei Eingriffen des Reglers erzeugt werden. Auch ein Entwurf gemäß einer Folgefehlerregelung ist möglich.
Ein weiterer Vorteil der Verwendung des den Antriebsstrang abbildenden Modells liegt darin, dass ein Anpassen des Regelungsverfahrens, respektive ein Anpassen einer zur Durchführung dieses Verfahrens ausgebildeten Regelungseinrichtung, an verschiedene Kraftfahrzeugmodelle bzw. an verschiedene Varianten eines Kraftfahrzeugmodells in einfacher Weise durch eine Anpassung der im Modell verwendeten Modellparameter möglich ist. Auf diese Weise kann vorteilhaft ein Applikationsaufwand zur Verwendung des Verfahrens bei einer größeren Zahl von Fahrzeugmodellen und/oder Modellvarianten verringert werden.
Bei dem Motor des Antriebsstrangs kann es sich um einen Verbrennungsmotor oder einen Elektromotor handeln. Auch ein Einsatz des Verfahrens bei einem Hybridfahrzeug ist möglich, wobei beispielsweise jeweils das Drehmoment des aktuell verwendeten Motors des Hybridantriebs bzw. ein von beiden Motoren erzeugtes Summenmoment als Stellgröße verwendet wird. Die Verwendung eines Drehmoments des Motors als Stellgröße umfasst hierbei, dass zur Einstellung des Drehmoments motorenabhängig eine unterschiedliche physikalische Größe verwendet werden kann. Beispielsweise ist es möglich, dass die Einstellung des Drehmoments bei einer elektrischen Maschine über einen von einem Stromrichter erzeugten Statorstrom erfolgt, wohingegen bei einem als Verbrennungskraftmaschine ausgebildeten Motor eine Einstellung des Drehmoments über eine Drosselklappenstellung erfolgt.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass das Modell wenigstens eine Steifigkeit einer Komponente des Antriebsstrangs, wenigstens eine Dämpfung einer Komponente des Antriebsstrangs und/oder wenigstens ein Trägheitsmoment einer Komponente des Antriebsstrangs umfasst. Diese Modellparameter ermöglichen es vorteilhaft, dass der Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs für das Modell als ein Zwei-Massen-Schwinger dargestellt werden kann, welcher zwei Komponenten des Antriebsstrang mit jeweils einer zugewiesenen Massenträgheit zum Beispiel über eine weitere Komponente mit einer zugewiesenen Steifigkeit verknüpft. Dabei kann das Modell des Antriebsstrangs mit den Modellparametern abhängig von dem Typ bzw. von der Ausbildung des Antriebsstrangs des Kraftfahrzeugs, in dem das Regelungsverfahren eingesetzt werden soll, angepasst werden.
Es können insbesondere sowohl für den Motor als auch für das Rad sowie für die wenigstens eine mechanische Komponente, über die der Motor mit dem Rad gekoppelt ist, jeweils eine Steifigkeit, eine Dämpfung und/oder ein Trägheitsmoment berücksichtigt werden. Bei der wenigstens einen mechanischen Komponente kann es sich beispielsweise um eine Antriebswelle bzw. eine Seitenwelle und/oder ein Getriebe handeln. Auch eine Kopplung des Motors mit dem wenigstens Rad über mehr als eine weitere Komponente des Antriebsstrangs, beispielsweise über ein Getriebe und eine oder mehrere Seitenwellen, ist möglich.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Modell eine Zeitverzögerung einer Momenterzeugung in dem Motor, ein Trägheitsmoment des Motors, ein Trägheitsmoment des wenigstens einen Rads und/oder eine Steifigkeit einer Antriebswelle des Antriebsstrangs umfasst. Diese Modellparameter haben einen besonderen Einfluss auf das Verhalten des Antriebsstrangs, so dass durch ihre Verwendung in dem Modell eine hinreichend genaue Beschreibung des Verhaltens des Antriebstrangs und somit eine möglichst genaue Regelung erreicht werden kann. Vorteilhaft können durch die Berücksichtigung eines oder mehrerer dieser Modellparameter andere, einen geringeren Einfluss aufweisende Effekte und/oder im Modell nur schwierig abzubildende Effekte vernachlässigt werden, so dass der dem Verfahren zugrunde liegende Regler bzw. sein Entwurf vereinfacht werden können. Es ist jedoch möglich, dass auch Effekte mit einem vergleichsweise geringen Einfluss im Modell abgebildet werden und somit berücksichtigt werden können.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass auf Grundlage des Modells als Zustandsgröße eine Raddrehzahl, ein Torsionswinkel einer Antriebswelle des Antriebsstrangs, eine Drehzahl des Motors, ein Ist-Drehmoment des Motors und/oder ein an dem wenigstens einen Rad auftretendes Lastmoment ermittelt wird. Durch die Ermittlung der Zustandsgröße bzw. der Zustandsgrößen auf Grundlage des Modells müssen nicht für alle der Zustandsgrößen Sensoren eingesetzt werden, um die als Zustandsgrößen verwendeten Größen zu messen, wodurch der Aufwand für eine Sensorik vorteilhaft reduziert werden kann. Dadurch können insbesondere auch messtechnisch nur schwierig oder gar nicht zu erfassende Größen als Zustandsgrößen des Zustandsreglers berücksichtigt werden. Auch können Größen verwendet werden, welche in dem Kraftfahrzeug zum Beispiel nicht mit einer genügend hohen Auflösung zum Erreichen bestimmter Regelungsfunktionen erfasst werden, wie dies beispielsweise bei einer Raddrehzahl der Fall sein kann. Für zumindest einen Teil der Zustandsgrößen kann auch eine Messung über eine Sensorik erfolgen, um einen Abgleich des Beobachters bzw. eine Modellkorrektur über eine Rückführung vorzunehmen und somit die Genauigkeit der Ermittlung der Zustandsgrößen durch die Möglichkeit einer Fehlerkorrektur zu verbessern.
Ein als Zustandsgröße geschätztes Lastmoment stellt eine Störgröße dar und kann zum Beispiel im Rahmen einer Störgrößenaufschaltung verwendet werden. Wenn keine Störgrößenaufschaltung verwendet wird, dann kann die Berücksichtigung des Lastmoments im Beobachter vorteilhaft dazu führen, dass ein Fehler des Beobachters abklingt, was ohne eine Berücksichtigung des Lastmoments in der Regel nicht der Fall ist.
Auch ein Torsionswinkel einer Antriebswelle, welcher in Abhängigkeit einer Steifigkeit der Antriebswelle ein dem Drehmoment des Motors entgegenwirkendes Torsionsmoment der Antriebswelle erzeugt, ist messtechnisch nur unter Verwendung von in der Regel in einem Kraftfahrzeug nicht verbauten Messvorrichtungen, wie speziellen Messwellen und/oder Dehnungsmesstreifen an der Welle, zu erfassen. Durch die Verwendung der aus dem Modell abgeleiteten Zustandsgrößen wird es vorteilhaft ermöglicht, diese Größe auch ohne die Verwendung derartiger Messvorrichtungen bei der Regelung zu berücksichtigen. Ein an dem wenigstens einen Rad auftretendes Lastmoment kann insbesondere als eine Störgröße des Regelungsverfahrens betrachtet werden, welche entsprechend ausgeregelt wird. Dabei können in dem Lastmoment mehrere, unterschiedliche Effekte, welche sich jeweils unterschiedlich stark bzw. in einer unterschiedlichen Zeitabhängigkeit auf die Regelung des Antriebsstranges auswirken und/oder bei der Modellbildung nicht abgebildet wurden, berücksichtigt werden.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass die Zustandsgröße durch einen Beobachter, insbesondere einen Luenberger-Beobachter, ermittelt wird. Die unter Verwendung des Modells ermittelte, wenigstens eine Zustandsgröße kann durch einen Beobachter ermittelt werden, welcher die Grundlage des Zustandsreglers bildet. Dieser Beobachter kann insbesondere als ein Luenberger-Beobachter realisiert werden und zum Beispiel mittels Eigenwertvorgabe bzw. Polvorgabe, beispielsweise mit Binominalverhalten, entworfen werden. Neben einer Realisierung des Beobachters als Luenberger-Beobachter ist auch eine Realisierung des Beobachters gemäß einer anderen Beobachterstruktur möglich.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass ein Abgleich der wenigstens einen ermittelten Zustandsgröße mit wenigstens einer gemessenen Größe, insbesondere einer Raddrehzahl des wenigstens einen Rads und/oder einer Ist-Drehzahl des Motors, erfolgt. Die Raddrehzahl des wenigstens einen Rads und/oder die Ist-Drehzahl des Motors können beispielsweise über dem wenigstens einen Rad bzw. dem Motor zugeordnete Drehzahlsensoren gemessen und zum Abgleich des Beobachters verwendet werden. Dadurch kann die Genauigkeit der ermittelten Zustandsgrößen, insbesondere auch die Genauigkeit der nicht messbaren, mittels des Beobachters bestimmten Zustandsgrößen, erhöht werden.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass in Abhängigkeit eines aktuellen Betriebszustands wenigstens einer Komponente des Antriebsstrangs ein Abgleich mit einer Ist-Drehzahl des Motors und/oder einer Raddrehzahl des wenigstens einen Rads erfolgt. Dabei kann beispielsweise in Abhängigkeit einer Betriebszustandsinformation, welche einen aktuellen Betriebszustand wenigstens einer Komponente des Antriebsstranges beschreibt, ausgewählt werden, mit welcher der gemessenen Größen bzw. mit welcher Kombination aus gemessenen Größen ein Abgleich des Beobachters vorgenommen wird. Die Betriebszustandsinformation kann beispielsweise von einem Steuergerät des Kraftfahrzeugs an eine zur Durchführung des Verfahrens ausgebildete Regelungseinrichtung übermittelt werden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Regelung als PI-Zustandsregelung und/oder als Zustandsregelung mit Störgrößenaufschaltung und/oder als Folgefehlerregelung ausgeführt wird. Der integrale Anteil (I-Anteil) eines PI-Reglers kann bei der Pl-Zustandsregelung vorteilhaft die stationäre Genauigkeit der Antriebsstrangregelung verbessern und stationär in dem Modell vernachlässigte Effekte in der Drehzahlregelung kompensieren. Alternativ dazu kann eine Erhöhung der stationären Genauigkeit auch durch die Realisierung einer Störgrößenaufschaltung erreicht werden. Bei der Verwendung einer Störgrößenaufschaltung muss der Regler nicht zwingend als ein PI-Zustandsregler entworfen werden, wodurch keine separate Anti-Windup-Maßnahme notwendig ist. Es ist möglich, dass der PI-Zustandsregler oder die Störgrößenaufschaltung in einer Folgefehlerstruktur entworfen werden, wenn für rampenförmige Sollwertvorgaben eine asymptotische Kompensation einer Regelabweichung erfolgen soll.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass die Drehzahlvorgabe zu einer Begrenzung einer maximalen Drehzahl und/oder einer minimalen Drehzahl und/oder zu einer Solldrehzahlregelung angepasst wird. Dies ermöglicht es, abhängig von der im Regelungsverfahren zu erreichenden Funktion eine Beschränkung der Drehzahl auf einen Bereich zwischen einer maximalen Drehzahl und/oder einer minimalen Drehzahl vorzunehmen. Auch eine Solldrehzahlregelung kann über die in dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. der das Verfahren umsetzenden Regelungseinrichtung verwendeten Drehzahlvorgabe erfolgen.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass die Stellgröße zur Dämpfung einer Schwingung wenigstens einer Komponente des Antriebsstrangs und/oder zum Schutz einer Komponente des Antriebsstrangs angepasst wird. Dabei kann beispielsweise ein Entwurf des Zustandsreglers unter Vorgabe von Gütekriterien, zum Beispiel nach Riccati, durchgeführt werden, sodass eine Dynamik und ein Dämpfungsverhalten des Zustandsreglers derart eingestellt werden können, dass z. B. die Torsion einer mechanischen Komponente des Antriebsstrangs, beispielsweise einer Antriebswelle bzw. einer Seitenwelle, auf einen Maximalwert begrenzt wird. Durch die Dämpfung einer Schwingung wenigstens einer Komponente des Antriebsstrangs kann eine Komfort-Funktion realisiert werden, welche einen möglichst gleichmäßigen und ruckelfreien Fahrbetrieb ermöglicht.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass die Drehzahlvorgabe von einer Schlupfregelung zur Begrenzung eines Schlupfs des wenigstens einen Rads angepasst wird und/oder dass die Drehzahlvorgabe von einer Allradregelung zur Ausbildung einer Drehzahldifferenz angepasst wird. Durch eine entsprechende Auslegung des Zustandsreglers beim Entwurf können seine Dynamik und seine Dämpfung derart eingestellt werden, dass eine von einer Schlupfregelung ermittelte Drehzahlvorgabe zur Begrenzung eines Schlupfs des wenigstens einen Rads entsprechend den Anforderungen für die Schlupfregelung eingestellt wird. Zusätzlich oder alternativ dazu kann auch eine von einer Allradregelung vorgegebene Drehzahlvorgabe, beispielsweise zum Einregeln einer optimalen Differenzdrehzahl zwischen zwei Achsen für ein Kraftfahrzeug mit Allrad, mit einer entsprechenden Dämpfung bzw. einer entsprechenden Dynamik durch den Zustandsregler eingestellt werden.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass die Drehzahlvorgabe von einer Fahrbetriebsregelung vorgegeben wird, insbesondere zur Durchführung eines Fahrbetriebs, eines Bremsbetriebs und/oder einer Zielbremsung. Entsprechend erfolgt ein Entwurf des Zustandsreglers derart, dass die vom Zustandsregler erzeugte Dämpfung bzw. die Dynamik der Regelung der Drehzahl derart erfolgt, dass die Drehzahländerung entsprechend den Vorgaben bzw. Erfordernissen eines Fahrbetriebs bzw. eines Bremsbetriebs entspricht. Auch eine Anpassung an verschiedene durchzuführende Fahrmanöver, wie eine Zielbremsung oder Ähnliches, ist möglich. Die Fahrbetriebsregelung kann insbesondere eine autonome Fahrbetriebsregelung sein, über welche ein autonomer Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs erfolgen kann.
Für eine erfindungsgemäße Regelungseinrichtung ist vorgesehen, dass sie wenigstens ein Steuergerät umfasst, wobei das Steuergerät zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist. Eine Anpassung der Drehzahlvorgabe zur Umsetzung einer bestimmten Funktion durch die Regelungseinrichtung kann ebenfalls durch das Steuerungsgerät der Regelungseinrichtung vorgenommen werden. Es ist auch möglich, dass die Anpassungen der Drehzahlvorgabe durch insbesondere jeweils ein weiteres Steuergerät vorgenommen werden, sodass beispielsweise eine Schlupfregelung, eine Fahrbetriebsregelung und/oder eine Allradregelung in einem oder mehreren weiteren Steuergeräten umgesetzt wird, wobei eine jeweils ermittelte und/oder angepasste Drehzahlvorgabe an die Regelungseinrichtung zur Regelung des Antriebsstrangs übermittelt wird.
Für ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug ist vorgesehen, dass es einen Antriebsstrang sowie eine erfindungsgemäße Regelungseinrichtung umfasst. Der Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs umfasst dabei insbesondere einen Motor, wenigstens eine mechanische Komponente und wenigstens ein Rad, wobei der Motor über die wenigstens eine mechanische Komponente mit dem wenigstens einen Rad gekoppelt ist.
Sämtliche vorangehend in Bezug zum erfindungsgemäßen Verfahren beschriebenen Vorteile und Ausgestaltung gelten entsprechend auch für die erfindungsgemäße Regelungseinrichtung und für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Diese sind schematische Darstellungen und zeigen:

1 eine Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs,
2 ein zur Modellbeschreibung herangezogenes Modell eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs,
3 ein Modell einer Regelstrecke für ein erfindungsgemäßes Verfahren, und
4 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Regelung eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs.

In 1 ist eine Prinzipdarstellung einer Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs 1 dargestellt. Das Kraftfahrzeug 1 umfasst einen Antriebsstrang 2 mit einem Motor 3, welcher im gezeigten Beispiel über zwei mechanische Komponenten 4 des Antriebsstrangs 2 mit wenigstens einem Rad 5 des Antriebsstrangs 2 gekoppelt ist. Eine der mechanischen Komponenten 4 ist dabei als ein Getriebe 6 ausgebildet, welches mit dem wenigstens einen Rad 5 über wenigstens eine als Seitenwelle bzw. Antriebswelle 7 ausgebildete mechanische Komponente 4 des Antriebsstrangs 2 gekoppelt ist.
Zur Regelung des Antriebsstrangs 2 umfasst das Kraftfahrzeug 1 eine Regelungseinrichtung 8. Die Regelungseinrichtung 8 umfasst ein Steuergerät und ist mit weiteren Steuergeräten 9, 10 des Kraftfahrzeugs 1 verbunden. Die Regelungseinrichtung 8 ist dazu eingerichtet, eine Regelung einer Drehzahl des wenigstens einen Rads 5 ausgehend von einer Drehzahlvorgabe unter Verwendung eines den Antriebsstrang 2 des Kraftfahrzeugs 1 abbildenden Modells vorzunehmen, wobei ein von dem Motor 3 erzeugtes Drehmoment als Stellgröße in Abhängigkeit wenigstens einer auf Grundlage des Modells ermittelten Zustandsgröße des Antriebsstrangs 2 beeinflusst wird. Die Drehzahlvorgabe kann zum Beispiel von einer aktuellen Fahrpedalstellung abhängen und/oder, wie nachfolgend genauer beschrieben wird, von einem der weiteren Steuergeräte 9, 10 beeinflusst und/oder vorgegeben werden.
Die Regelung der Drehzahl des wenigstens einen Rads 5 durch die Regelungseinrichtung 8 erfolgt mittels eines Zustandsreglers, welcher zur Regelung der Drehzahl bzw. zur Einstellung der Stellgröße auf Grundlage eines Modell des Antriebsstrangs 2 ermittelte Zustandsgrößen verwendet. Als Zustandsgrößen können dabei eine Raddrehzahl des wenigstens eines Rads 5, ein Torsionswinkel der Antriebswelle 7 des Antriebsstrangs 2, eine Drehzahl des Motors 3, ein Ist-Drehmoment des Motors 3 und/oder ein an dem wenigstens einen Rad 5 auftretendes Lastmoment verwendet werden. Die Zustandsgrößen können dabei ausgehend von dem Modell mithilfe eines Beobachters ermittelt werden. Der Beobachter zur Ermittlung der Zustandsgrößen kann beispielsweise als ein Luenberger-Beobachter realisiert werden. Das Ist-Drehmoment des Motors 3 kann dabei anstelle einer Schätzung durch den Beobachter auch in einem Simulatorteil des Beobachters berücksichtigt werden und in die Zustandsregelung eingehen. Das Lastmoment stellt eine geschätzte Störgröße dar, welche zum Beispiel im Rahmen einer Störgrößenaufschaltung verwendet werden kann. Wenn keine Störgrößenaufschaltung verwendet wird, führt die Berücksichtigung des Lastmoments im Beobachter dazu, dass ein Fehler des Beobachters abklingt, was ohne eine Berücksichtigung des Lastmoments in der Regel nicht der Fall ist.
In 2 ist eine schematische Darstellung des Antriebsstrangs 2 gezeigt. Dabei ist dargestellt, dass der Motor 3 über das Getriebe 6 und wenigstens eine Antriebswelle 7 mit dem wenigstens einen Rad 5 gekoppelt ist. Abhängig von der Ausbildung des Kraftfahrzeugs 1 ist selbstverständlich auch eine Kopplung des Motors 3 über das Getriebe 6 mit zwei jeweils als eine Seitenwelle ausgeführten Antriebswellen 7 und zwei Rädern 5 möglich, beispielsweise wenn das Kraftfahrzeug einen zum Antrieb einer der Achsen des Kraftfahrzeugs ausgebildeten Motor 3 umfasst. Analog ist es auch möglich, dass der Antriebsstrang 2 weitere Komponenten, beispielsweise zur Ausbildung eines Allradantriebs umfasst, sodass vier Räder 5 über eine Mehrzahl von Antriebs- bzw. Seitenwellen und/oder wenigstens ein Getriebe mit dem Motor 3 gekoppelt sind. Das Kraftfahrzeug 1 kann mehr als einen Motor 3 umfassen, beispielweise kann jedes der vier Räder 5 des Kraftfahrzeugs über einen eigenen Motor 3 angetrieben werden oder es kann beispielweise über zwei Motoren 3 jeweils ein Antrieb einer der beiden Achsen des Kraftfahrzeugs 1 erfolgen.
Diese Ausbildungen können in dem dargestellten Modell jeweils entsprechend bei der Wahl der Modellparameter der wenigstens einen Antriebswelle 7 bzw. des wenigstens einen Rads 5 berücksichtigt werden. Das in 2 dargestellte beispielhafte Modell des Antriebsstrangs 2 stellt einen Zwei-Massen-Schwinger dar, bei dem der Motor 3 mit seiner Massenträgheit J_EM über das Getriebe und die Antriebswelle 4 mit dem wenigstens einen Rad 5 mit seiner Massenträgheit J_Rad gekoppelt ist. Dabei weist der Motor eine Massenträgheit J_EM und das Rad 5 eine Massenträgheit J_Rad auf. Der Antriebswelle 7 ist eine Steifigkeit c_SW zugeordnet. Es ist möglich, dass zusätzlich wenigstens mechanische Dämpfung einer der Komponenten des Antriebsstrangs 2 in dem Modell berücksichtigt wird, insbesondere wenn eine Vernachlässigung der mechanischen Dämpfung oder eine zumindest teilweise Berücksichtigung der mechanischen Dämpfung bei der Wahl eines der vorgehend genannten Parameter für die Komponenten 4 des Antriebsstrangs 2 nicht sinnvoll möglich ist. Aus dem dargestellten Modell des Zwei-Massen-Schwingers für den Antriebsstrang 2 kann das in 3 dargestellte Blockschaltbild des Antriebsstrangs 2 abgeleitet werden.
Das in 3 dargestellte beispielhafte Blockschaltbild stellt ein Modell des Antriebsstrangs 2 ausgehend von dem in 2 dargestellten Zwei-Massen-Schwinger dar. Das Blockschaltbild stellt somit die Regelstrecke für eine Regelung des Antriebsstrangs 2 dar und geht von einem Sollmoment M_SOLL des Motors 3 aus, welches über ein PT1-Glied 11 mit einem Verstärkungsfaktor von 1 und einer Übertragungszeitkonstante T_EM in ein Ist-Drehmoment des Motors 3 MIST umgesetzt wird. Dies entspricht der Erzeugung des Ist-Drehmoments MIST ausgehend von dem Sollmoment M_soll durch den Motor 3. Wie durch das P-Glied 12 dargestellt ist, beeinflusst die Massenträgheit J_EM des Motors 3 ausgehend von dem Ist-Drehmoment MIST eine Drehzahländerung ω̇_EM der Motordrehzahl ω_EM. Die Drehzahländerung ω̇_EM hängt über ein I-Glied 13 mit der Motordrehzahl ω̇_EM zusammen, welche in Abhängigkeit einer nicht linearen Funktion 14 ein Reibmoment des Motors MREIB erzeugt, welches dem Ist-Drehmoment M_IST, wie am Summenknoten 15 dargestellt ist, entgegenwirkt.
Die Motordrehzahl ω̇_EM ist über das I-Glied 16 mit der inversen Getriebeübersetzung i_g als Verstärkungsfaktor mit dem Knoten 17 verbunden. Die am Knoten 17 bestimmte Drehzahldifferenz Δω zwischen der Drehzahl des Getriebes 6 und der davon subtrahierten Drehzahl ω_Rad des wenigstens einen Rades 5 wirkt über ein P-Glied 18 mit dem Verstärkungsfaktor d_SW auf den Summationsknoten 19.
Aus der Drehzahldifferenz Δω ergibt sich durch Integration über ein I-Glied 20 ein Torsionswinkel Δφ der Seitenwelle, welcher über eine nichtlineare Funktion 21 sowie ein P-Glied 22 mit der Steifigkeit C_SW der Antriebswelle 7 als Verstärkungsfaktor ebenfalls dem Knoten 19 zugeführt ist. Der Knoten 19 wirkt über das P-Glied 23 auf den Knoten 15 zurück, wobei der Verstärkungsfaktor des P-Glied 23 der Getriebeübersetzung i _G entspricht. Das an dem Ausgang des Knotens 19 bestimmte, radseitig anfallende Drehmoment wirkt über den Knoten 24 und entsprechend über das I-Glied 25 mit der inversen Massenträgheit J_RAD des wenigstens einen Rads 5 als Verstärkungsfaktor als eine Drehzahländerung ω̇ RAD bzw. nach Integration in einem I-Glied 26 als Raddrehzahl ω_RAD auf den Knoten 17 zurück.
Am Knoten 24 subtrahiert wird weiterhin das sich aus einem Schlupf λ als Block 27 ergebende Lastmoment am Rad F_x·r_Dyn, wobei sich der Schlupf λ in Abhängigkeit einer aktuellen Geschwindigkeit des Fahrzeugs V_FZG und der Raddrehzahl ω_RAD über eine nicht lineare Funktion 28 bestimmt. Das Lastmoment F_x ·r_Dyn ergibt sich dabei durch eine an dem wenigstens einen Rad 5 wirkende Kraft F_x multipliziert mit einem dynamischen Raddurchmesser r_Dyn des wenigstens einen Rads 5.
Das vorangehend beschriebene Modell des Antriebsstrangs 2 kann nun vereinfacht werden, indem insbesondere die nicht linearen Effekte vernachlässigt werden und/oder als eine zusätzliche Komponente des nachfolgend als Störgröße der Regelung betrachteten Lastmoments F_x . r_Dyn aufgefasst werden.
Dies ermöglicht es, den Antriebsstrang 2 durch folgende Gleichungen im Zustandsraum, transformiert auf die Radebene, zu beschreiben: $[\begin{matrix} {\dot{ω}}_{R A D} \\ {\dot{ω}}_{E M, R} \\ Δ ω \end{matrix}] = [\begin{matrix} 0 & 0 & \frac{c_{S W}}{J_{R a d}} \\ 0 & 0 & - \frac{c_{S W}}{J_{E M, R}} \\ - 1 & 1 & 0 \end{matrix}] \cdot [\begin{matrix} ω_{R A D} \\ ω_{E M} \\ Δ φ \end{matrix}] + [\begin{matrix} 0 \\ \frac{1}{J_{E M, R}} \\ 0 \end{matrix}] \cdot M_{I s t} + [\begin{matrix} - \frac{1}{J_{R a d}} \\ 0 \\ 0 \end{matrix}] \cdot F_{x} \cdot r_{Dyn}$
$[\begin{matrix} ω_{R A D} \\ ω_{E M, R} \end{matrix}] = [\begin{array}{l} 1 & 0 & 0 \\ 0 & 1 & 0 \end{array}] \cdot [\begin{matrix} ω_{R A D} \\ ω_{E M, R} \\ Δ φ \end{matrix}]$
Die Gleichungen (1) und (2) stellen ein Modell des Antriebsstrangs dar und können nun als Grundlage für einen Beobachter zur Bestimmung von Zustandsgrößen im Antriebsstrang 2 herangezogen werden. Durch die Transformation auf die Radebene fließt die inverse Getriebeübersetzung i_G in die radseitigen Größen der der Motordrehzahl ω_EM,R und der Massenträgheit J_EM,R ein. Der Beobachter kann dann in einem Zustandsregler für eine drehzahlbasierte Regelung des Antriebsstrangs verwendet werden. $[\begin{matrix} {\dot{ω}}_{R A D} \\ \underset{Δ ω}{{\dot{ω}}_{E M, R}} \\ {\dot{F}}_{x} \cdot r_{D y n} \end{matrix}] = [\begin{array}{l} 0 & 0 & \frac{c_{S W}}{J_{R a d}} & - \frac{1}{J_{R a d}} \\ 0 & 0 & - \frac{c_{S W}}{J_{E M, R}} & 0 \\ - 1 & 1 & 0 & 0 \\ 0 & 0 & 0 & 0 \end{array}] \cdot [\begin{matrix} ω_{R A D} \\ \underset{Δ φ}{ω_{E M, R}} \\ F_{x} \cdot r_{D y n} \end{matrix}] + [\begin{matrix} 0 \\ \frac{1}{J_{E M, R}} \\ \begin{array}{l} 0 \\ 0 \end{array} \end{matrix}] \cdot M_{I s t}$
$[\begin{matrix} ω_{R A D} \\ ω_{E M, R} \end{matrix}] = [\begin{array}{l} 1 & 0 & 0 & 0 \\ 0 & 1 & 0 & 0 \end{array}] \cdot [\begin{matrix} ω_{R A D} \\ \underset{Δ φ}{ω_{E M, R}} \\ F_{x} \cdot r_{D y n} \end{matrix}]$
Dabei stellen die Gleichungen (3) und (4) eine Beschreibung des Beobachters im Zustandsraum dar, welche zusätzlich zu den Gleichungen (1) und (2) noch ein Modell einer Störung enthalten.
Der Vektor $[\begin{matrix} ω_{R A D} \\ \underset{Δ φ}{ω_{E M, R}} \\ F_{x} \cdot r_{D y n} \end{matrix}]$
enthält die vom Beobachter geschätzten Zustandsgrößen, nämlich die Raddrehzahl ω_RAD, die Motordrehzahl ω_EM,R, den Torsionswinkel der wenigstens eine Seitenwelle Δφ sowie das Lastmoment F_x · r_Dyn. In der den Beobachter umfassenden Zustandsregelung kann weiterhin ein Ist-Drehmoment MIST des Motors 3 als Zustandsgröße verwendet werden, wobei das Ist-Drehmoment MIST durch eine direkte Messung am Motor und/oder durch eine indirekte Messung über eine weitere Größe bestimmt werden kann. In eine Zustandsraumbeschreibung der Regelstrecke, welche die Basis für den Entwurf des Zustandsreglers darstellt, kann das Ist-Drehmoment MIST des Motors 3 zum Beispiel anstatt dem Lastmoment F_x·r_Dyn eingehen. Dabei kann zum Beispiel das Differenzialgleichungssystem bei einer nicht vernachlässigbaren Dynamik des Ist-Drehmomentaufbaus um eine Differenzialgleichung, welche diese Dynamik beschreibt, erweitert werden. Das Differenzialgleichungssystem kann dann um die Differenzialgleichung zur Beschreibung der Dynamik des Lastmoments reduziert werden, wenn dieses nicht mehr benötigt wird. Zusätzlich oder alternativ zu einer Messung des Ist-Drehmoments MIST kann dieses ebenfalls durch den Beobachter geschätzt bzw. über einen Simulatorteil des Beobachters generiert oder über die Beobachterrückführung gebildet werden. Bei der Raddrehzahl ω_RAD und der Motordrehzahl ω̇_EM ist zusätzlich oder alternativ auch die Verwendung eines Messwerts möglich, welcher beispielsweise über einen dem Rad 5 zugeordneten Drehzahlsensor bzw. über einen dem Motor 3 zugeordneten Drehzahlsensor ermittelt wird.
In 4 ist ein Blockschaltbild des in einem Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Regelung des Antriebsstrangs 2 des Kraftfahrzeugs 1 verwendeten Drehzahlreglers dargestellt. Die Drehzahlregelung geht aus von einer Drehzahlvorgabe $ω_{R A D}^{S O L L}$
welche dem Regler am Knoten 30 zugeführt wird. Die Drehzahlvorgabe $ω_{R A D}^{S O L L}$
bzw. eine aus der Drehzahlvorgabe $ω_{R A D}^{S O L L}$
gebildete Regelabweichung, ist über einen PI-Regler 31 mit dem Knoten 29 verbunden. Auf Grundlage des mit den Formeln (1) und (2) beschriebenen Modells werden mit Hilfe eines beispielsweise als Luenberger-Beobachter realisierten Beobachters als Zustandsgrößen eine Raddrehzahl des wenigstens einen Rads ω_RAD, ein Torsionswinkel der Antriebswelle 7 Δφ, eine Drehzahl des Motors ω̇_EM sowie das als ein Störmoment wirkende Lastmoment F_x·r_Dyn ermittelt. Als weitere Zustandsgröße wird ein Ist-Drehmoment MIST des Motors 3 durch eine Messung ermittelt. Das Ist-Drehmoment MIST des Motors 3 kann direkt gemessen werden oder aus der Messung einer anderen Größe, zum Beispiel einem gemessenen Ist-Motorstrom, ermittelt werden. Zusätzlich oder alternativ zu einer Messung des Ist-Drehmoments MIST kann dieses ebenfalls durch den Beobachter geschätzt bzw. über einen Simulatorteil des Beobachters generiert oder über die Beobachterrückführung gebildet werden.
Über die ermittelten Zustandsgrößen erfolgt dabei eine Beeinflussung des als Stellgröße der Drehzahlregelung verwendeten Soll-Motormoment M_SOLL. Dabei wirken die Raddrehzahl ω_RAD über ein P-Glied 32 mit dem Verstärkungsfaktor r_RAD, der ermittelte Torsionswinkel Δφ über ein P-Glied 33 mit dem Verstärkungsfaktor r_SW sowie die Drehzahl des Motors ω_EM,R über ein P-Glied 34 mit dem Verstärkungsfaktor r_EM jeweils auf den Knoten 35. Ebenfalls auf den Knoten 35 wirkt das Ist-Drehmoment M_Ist des Motors 3 über ein P-Glied 36 mit einem Verstärkungsfaktor r_m.
Die im Knoten 35 gebildete Summe wirkt im Knoten 29 zum Beispiel negativ auf ein aus der Drehzahlvorgabe $ω_{R A D}^{S O L L}$
über den PI-Regler 31 ermitteltes Drehmoment zum Erzeugen der Stellgröße M_SOLL. Die gegenüber dem in 3 dargestellten Modell vernachlässigten Größen werden zumindest teilweise durch das als Störgröße aufgefasste F_x · r_Dyn, welches ebenfalls als Zustandsgröße ermittelt wird, zusammengefasst. Das Lastmoment F_x·r_Dyn kann dabei über eine Zykluszeit der Regelung als konstant angenommen und für jeden neuen Zyklus erneut geschätzt werden. Das Lastmoment F_x · r_Dyn kann insbesondere bei einer Realisierung einer Störgrößenaufschaltung verwendet werden. Bei der Verwendung eines PI-Zustandsreglers hat das geschätzte Lastmoment keinen Einfluss. Ein durch ein real am wenigstens einen Rad 5 wirkendes Lastmoment erzeugter Einfluss auf den geregelten Antriebsstrang wird durch den I-Anteil im PI-Regler 31 berücksichtigt.
Die durch den Beobachter ermittelten Zustandsgrößen können insbesondere in Abhängigkeit eines aktuellen Betriebszustands wenigstens einer der Komponenten des Antriebsstrangs 2 mit einer über einen dem Motor 3 zugeordneten Drehzahlsensor ermittelten Ist-Drehzahl und/oder einer über einen den wenigstens einen Rad 5 zugeordneten Drehzahlsensor ermittelten Raddrehzahl abgeglichen werden, um eine höhere Genauigkeit der Schätzung der Zustandsgrößen durch den Beobachter zu erreichen. Durch den PI-Regler 31 erfolgt ebenfalls eine Kompensation von Störgrößen, wobei der I-Anteil des PI-Reglers 31 für eine stationäre Genauigkeit sorgt und eine stationäre Kompensation der in der Modellierung vernachlässigten Effekte in der Regelung der Drehzahl vornimmt. Alternativ zur Ausgestaltung des Reglers als PI-Zustandsregler über den PI-Regler 31 ist auch eine Ausführung der Regelung als Zustandsregelung mit einer Störgrößenaufschaltung möglich, um eine verbesserte stationäre Genauigkeit zu erreichen. Dabei kann das Lastmoment F_x·r_Dyn als Störgröße verwendet werden. Es ist möglich, dass der PI-Zustandsregler oder die Störgrößenaufschaltung in einer Folgefehlerstruktur entworfen werden, wenn für rampenförmige Sollwertvorgaben eine asymptotische Kompensation einer Regelabweichung erfolgen soll.
Abhängig von dem Antriebsstrang 2 des Kraftfahrzeugs 1, welcher dem in der Regelung verwendeten Modell zugrunde liegt, können verschiedene Funktionen mittels des Verfahrens zur Drehzahlregelung umgesetzt werden. Ferner wird eine einfache Anpassung des Verfahrens bzw. der zur Ausbildung des Verfahrens ausgebildeten Regelungseinrichtung 8 an verschiedene Kraftfahrzeugmodelle bzw. verschiedene Modellvarianten, welche sich beispielsweise durch die Ausbildung ihres Antriebsstrangs 2 unterscheiden, vorgenommen. Dies kann durch die Wahl der antriebsstrangbezogenen Modellparameter J_EM,R, J_RAD und C_SW erfolgen. Eine Anpassung der Regelung an verschiedene Funktionen kann durch eine Wahl der entsprechenden Verstärkungsfaktoren r_RAD, r_SW, r_EM und t_M sowie K_p und K_i erreicht werden. Dabei wird es ermöglicht, das Dämpfungsverhalten der Regelung an die für die jeweilige Funktion gegebenen Anforderungen anzupassen.
So kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Stellgröße, also das Motorsollmoment M_SOLL, zur Dämpfung einer Schwingung wenigstens einer Komponente des Antriebsstrangs 2 und/oder zum Schutz einer Komponente des Antriebsstrangs 2 angepasst wird. Auf diese Weise kann beispielsweise vermieden werden, dass eine zu große Torsion in der Antriebswelle 7 auftritt. Weiterhin ist möglich, dass die Drehzahlvorgabe $ω_{R A D}^{S O L L}$
von einer Schlupfregelung zur Begrenzung eines Schlupfs des wenigstens einen Rads 5 angepasst wird, wobei entsprechend durch den Regler eine Schlupfregelung erfolgt. Auch kann, beispielsweise bei einem Kraftfahrzeug 1, welches zwei Motoren 3 umfasst, die jeweils mit einer Achse und somit mit zwei Rädern 5 gekoppelt sind, eine von einer Allradregelung ermittelte Drehzahlvorgabe zur Ausbildung einer Drehzahldifferenz mit einem entsprechend angepassten Regler eingeregelt werden.
Weiterhin ist es möglich, dass die Drehzahlvorgabe von einer Fahrbetriebsregelung des Kraftfahrzeugs 1 vorgegeben wird, beispielsweise um einen Fahrbetrieb, einen Bremsbetrieb und/oder verschiedene Fahrmanöver wie eine Zielbremsung durchzuführen. Auch dabei kann mittels des Verfahrens zur Antriebsregelung eine Regelung des Antriebs des Kraftfahrzeugs 1 entsprechend der Drehzahlvorgabe mit einer an den jeweiligen Einsatzzweck angepassten Dämpfung, respektive einem an den jeweiligen Einsatzzweck angepassten Dämpfungsverhalten, erfolgen. Neben der Regelung einer Drehzahl des wenigstens einen Rads 5 ist auch eine Regelung der Drehzahl einer anderen Komponente des Antriebsstrangs 2, zum Beispiel eine Regelung der Drehzahl des Motors 3, durch eine entsprechende Ausführung des Reglers bzw. durch eine entsprechende Wahl seiner Parameter möglich.
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 102018200169 B3 [0004]
DE 102013018626 A1 [0005]

Claims

Verfahren zur Regelung eines Antriebsstrangs (2) eines Kraftfahrzeugs (1), wobei der Antriebsstrang (2) als Komponenten einen Motor (3), wenigstens eine mechanische Komponente (4) und wenigstens ein Rad (5) umfasst, wobei der Motor (3) über die wenigstens eine mechanische Komponente (4) mit dem wenigstens einen Rad (5) gekoppelt ist, wobei eine Regelung einer Drehzahl des wenigstens einer Komponente des Antriebsstrangs (2) ausgehend von einer Drehzahlvorgabe unter Verwendung eines den Antriebsstrang (2) des Kraftfahrzeugs (1) abbildenden Modells erfolgt, wobei ein von dem Motor (2) erzeugtes Drehmoment als Stellgröße in Abhängigkeit wenigstens einer auf Grundlage des Modells ermittelten Zustandsgröße des Antriebsstrangs (2) beeinflusst wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Modell wenigstens eine Steifigkeit einer Komponente (4) des Antriebsstrangs (2), wenigstens eine Dämpfung einer Komponente (4) des Antriebsstrangs (2) und/oder wenigstens ein Trägheitsmoment einer Komponente (4) des Antriebsstrangs (2) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Modell eine Zeitverzögerung einer Momenterzeugung in dem Motor (3), ein Trägheitsmoment des Motors (3), ein Trägheitsmoment des wenigstens einen Rads (5) und/oder eine Steifigkeit einer Antriebwelle (7) des Antriebsstrangs (2) umfasst.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf Grundlage des Modells als Zustandsgröße eine Raddrehzahl des wenigstens einen Rads (5), ein Torsionswinkel einer Antriebswelle (7) des Antriebsstrangs (2), eine Drehzahl des Motors (3), ein Ist-Drehmoment des Motors (3) und/oder ein an dem wenigstens einen Rad (5) auftretendes Lastmoment ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zustandsgröße durch einen Beobachter, insbesondere einen Luenberger-Beobachter, ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abgleich der wenigstens einen ermittelten Zustandsgröße mit wenigstens einer gemessenen Größe, insbesondere einer Raddrehzahl des wenigstens einen Rads (5) und/oder einer Ist-Drehzahl des Motors (3), erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit eines aktuellen Betriebszustands wenigstens einer Komponente des Antriebsstrangs (2) ein Abgleich mit einer Ist-Drehzahl des Motors (3) und/oder einer Raddrehzahl des wenigstens einen Rads (5) erfolgt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung als PI-Zustandsregelung und/oder als Zustandsregelung mit Störgrößenaufschaltung und/oder als Folgefehlerregelung ausgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahlvorgabe zu einer Begrenzung einer maximalen Drehzahl und/oder einer minimalen Drehzahl und/oder zu einer Solldrehzahlregelung angepasst wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellgröße zur Dämpfung einer Schwingung wenigstens einer Komponente des Antriebsstrangs (2) und/oder zum Schutz einer Komponente des Antriebsstrangs (2) angepasst wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahlvorgabe von einer Schlupfregelung zur Begrenzung eines Schlupfs des wenigstens einen Rads angepasst wird und/oder dass die Drehzahlvorgabe von einer Allradregelung zur Ausbildung einer Drehzahldifferenz angepasst wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahlvorgabe von einer Fahrbetriebsregelung vorgegeben wird, insbesondere zur Durchführung eines Fahrbetriebs, eines Bremsbetriebs und/oder einer Zielbremsung.
Regelungseinrichtung, umfassend wenigstens ein Steuergerät, wobei das Steuergerät zur Durchführung eines Verfahrens gemäß einem der vorangehenden Ansprüche ausgebildet ist.
Kraftfahrzeug umfassend einen Antriebsstrang (2) sowie eine Regelungseinrichtung (8) nach Anspruch 13.