DE102020120366B3

DE102020120366B3 - Verfahren zur Überwachung eines Antriebsstrangs

Info

Publication number: DE102020120366B3
Application number: DE102020120366.7A
Authority: DE
Inventors: Jens Pfeiffer
Original assignee: IAV GmbH Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr
Current assignee: IAV GmbH Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr
Priority date: 2020-08-03
Filing date: 2020-08-03
Publication date: 2021-12-09
Anticipated expiration: 2040-08-04

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung eines Antriebsstrangs (3), bei welchem zumindest zeitweise ein Verbrennungs- (1) und ein Elektromotor (2) mechanisch wirkverbunden auf den Antriebsstrang (3) einwirken und bei dem partielle oder vollständige Verbrennungsaussetzer wenigstens eines Zylinders des Verbrennungsmotors (1) mittels einer Bewertung des Verlaufs eines Drehzahlsignals im Antriebsstrang (3) ermittelt werden. Es wird dabei wenigstens ein das abgegebene Drehmoment (TEM) der Elektromaschine (2) beschreibendes Signal gemessen und aus diesem die Einwirkung der Elektromaschine (2) auf das Drehzahlsignal des Antriebsstrangs (3) ermittelt. Das Drehzahlsignal des Antriebsstrangs (3) wird gemessen und aus diesem ein um die Einwirkung der Elektromaschine (2) auf den Antriebsstrang (3) kompensiertes Signal (YKW,komp) berechnet, welches als Eingangssignal einer Auswertung (4) zur Erkennung von Verbrennungsaussetzern zugeführt wird.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung eines Antriebsstrangs vorzugsweise für ein Fahrzeug, bei welchem zumindest zeitweise ein Verbrennungsmotor und ein Elektromotor gemeinsam auf den Antriebsstrang einwirken.
Stand der Technik
Allgemein bekannt sind dem Fachmann Verfahren zur Erkennung von Fehlzündungen an Verbrennungsmotoren, welche auf Basis gemessener Drehungleichförmigkeiten der Kurbelwelle ermittelt werden können. Das Drehzahlsignal der Kurbelwelle wird hierfür laufend, z. B. über ein mit der Kurbelwelle verbundenes Geberrad, erfasst und die Drehzahlschwankungen, welche durch die bei einer Fehlzündung aussetzende Verbrennung hervorgerufen werden, können zum Erkennen der Fehlzündung genutzt werden. Hierfür können Beschleunigungen der Kurbelwelle ermittelt werden oder sogenannte Zahn- oder Segmentzeiten eines Geberrades als Drehzahläquivalent genutzt werden. Die Auswertung der Drehungleichförmigkeit kann beispielhaft durch einen Vergleich der Drehzahlschwankung mit einem Mittelwert, welcher bei regulärer Verbrennung auftreten würde, erfolgen. Ein Beispiel hierfür zeigt die EP 0 708 234 B1 .
Es ist weiterhin vorbekannt, dass die Erkennung von Fehlzündungen auf Basis eines hochaufgelösten Drehzahlsignals der Kurbelwelle erfolgt, wobei zur Auswertung eine Transformation aus dem Zeitbereich in den Frequenzbereich erfolgt. Die Auswertung im Frequenzbereich kann dabei wie in der US 7,530,261 B2 erfolgen. Hier wird das Signal mittels einer DFT in den Frequenzbereich transformiert und es erfolgt eine Normierung mit fehlzündungsfreien Daten. Anschließend werden die Fehlzündungsereignisse über die Amplitude und der betreffende Zylinder über die Ermittlung der Phasenlage bestimmt.
Ein weiteres Beispiel einer Fehlzündungserkennung auf Basis der Kurbelwellendrehzahl bzw. des daraus ermittelten Geschwindigkeitsverlaufes der Winkelgeschwindigkeit zeigt die US Patentschrift US 5,495,415 A . Hier erfolgt die Auswertung des über eine Fourieranalyse in den Frequenzbereich transformierten Winkelgeschwindigkeitssignals der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors mittels einer Mustererkennung z. B. über ein neuronales Netz.
Weiterhin vorbekannt ist aus der US Patentschrift US 8,091,410 B2 eine Erkennung von Verbrennungsaussetzern im Frequenzbereich, bei welchem Amplitude und Phasenlage zur Erkennung genutzt werden. Das Drehzahlsignal wird für die interessierenden harmonischen Schwingungen hinsichtlich Real- und Imaginärteil in einer Polarkoordinatenform dargestellt. Bestimmte harmonische Ordnungen sind dabei charakteristisch für Zündaussetzer, da sich die Schwingungen je nach Zündfolge und Zylinderzahl in bestimmten Bereichen abbilden. Weiterhin kann somit eine Ermittlung des/der Zylinder/s erfolgen, in welchen die Verbrennung zeitweilig oder dauerhaft aussetzt.
Bei Hybridantrieben greift in verschiedenen Betriebsbereichen eines Fahrzeugs sowohl ein Verbrennungsmotor als auch ein Elektromotor in den Antriebsstrang ein. Das antreibende Moment ergibt sich dabei aus den Drehmomentbeiträgen beider Antriebsquellen. Elektromotoren können dabei aufgrund ihrer schnellen Regelbarkeit zur Dämpfung der bei Verbrennungsmotoren systembedingt auftretenden Drehzahlschwankungen eingesetzt werden. Das vom Elektromotor aufgebrachte Moment kann dabei sowohl antreibend als auch bremsend im Generatorbetrieb die Drehzahl bzw. Winkelgeschwindigkeit am Abtrieb verändern. Eine die Drehschwingungen dämpfende Regelung der Elektromaschine hat somit einen dämpfenden Einfluss auf die Drehungleichförmigkeit. Der sich positiv auf die Laufruhe auswirkende Eingriff der Elektromaschine erschwert jedoch die Erkennung von Verbrennungsaussetzern, da sich diese im Drehzahl- bzw. Winkelgeschwindigkeitssignal geringer auswirken, da die Elektromaschinenregelung dieser Auswirkung entgegenwirkt.
Es ist im Stand der Technik bekannt, einen Starter-Generator zur Dämpfung der Drehschwingungen eines Verbrennungsmotors einzusetzen. In der deutschen Patentanmeldung DE 100 63 457 A1 wird die am Starter-Generator auftretende Blindleistung genutzt, um Fehlzündungen zu erkennen. Die alternierend auftretende Blindleistung wird dabei mit einem Normwert verglichen und bei einem Auftreten signifikanter Abweichungen wird auf ein Fehlzündungsereignis geschlossen.
Aus der deutschen Patentanmeldung DE 10 2011 108 226 A1 ist es bekannt, den Verlauf des durch eine Elektromaschine fließenden Stroms zur Erkennung von Verbrennungsaussetzern zu verwenden. Der Stromverlauf eines zumindest zeitweise mit dem Verbrennungsmotor mechanisch wirkverbundenen Elektromotors wird überwacht und durch den Vergleich mit Vorgabewerten kann eine Erkennung von Verbrennungsaussetzern erfolgen.
Aus der DE 10 2017 218 656 A1 ist ein Verfahren zur Zylindergleichstellung bekannt, wobei das Verfahren mittels des Abmagerns des dem jeweiligen Zylinder zugeführten Gemisches bis zum Auftreten eines definierten Laufunruhewertes erfolgt. Auf Basis der jeweiligen Messung für den Einzelzylinder werden Gleichstellungswerte für diese ermittelt. Der Laufunruhewert wird dabei über den Eingriff eines Elektromotors bestimmt, welcher zur aktiven Dämpfung von Störmomenten in dem Antriebsstrang betrieben und zur Ausgabe eines Ausgleichsmoments angesteuert wird. Ein die Stärke des Ausgleichsmoments beschreibender Wert für die kompensierte Laufunruhe wird dabei durch wenigstens ein Diagnosekriterium ausgewertet.
Die JP 2012 126 189 A zeigt ein Verfahren zur Erkennung von Verbrennungsaussetzern der Brennkraftmaschine eines Hybridantriebs. Dabei werden aus dem Drehmomentsignal einer Elektromaschine, die als Antriebseinheit oder Generator betrieben wird, sowie der Winkelgeschwindigkeit des Antriebs, angetrieben von der Brennkraftmaschine und der Elektromaschine, die Anteile der durch die Brennkraftmaschine bzw. die Elektromaschine hervorgerufenen Änderung der Winkelgeschwindigkeit berechnet. Die Aussetzererkennung erfolgt auf Basis des durch die Brennkraftmaschine verursachten Anteils der Winkelgeschwindigkeit.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Überwachung eines Antriebsstrangs, vorzugsweise für ein Fahrzeug, zu entwickeln, bei welchem zumindest zeitweise ein Verbrennungsmotor und ein Elektromotor gemeinsam auf den Antriebsstrang einwirken. Die Erfindung soll dabei irreguläre Verbrennungen, insbesondere partielle oder vollständige Verbrennungsaussetzer in einem oder mehreren Zylindern des Verbrennungsmotors erkennen. Das Verfahren soll dabei sowohl in Betriebsbereichen, in welchen der Elektromotor zusätzlich zum Verbrennungsmotor auf den Antriebsstrang einwirkt, als auch in Betriebsbereichen ohne Einwirken des Elektromotors geeignet sein, partielle oder vollständige Verbrennungsaussetzer des Verbrennungsmotors zu erkennen.
Lösung der Aufgabe
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren nach den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und dem Ausführungsbeispiel.
Erfindungsgemäß vorteilhaft ist das Verfahren zur Überwachung eines Antriebsstrangs geeignet, bei welchem zumindest zeitweise ein Verbrennungs- und ein Elektromotor mechanisch wirkverbunden auf den Antriebsstrang einwirken. Das Verfahren verbessert die Erkennung partieller oder vollständiger Verbrennungsaussetzer insbesondere in dem Bereich, in welchem die Elektromaschine dämpfend auf diese Auswirkungen einwirkt und eine Erkennung mit den bekannten auf Drehungleichförmigkeiten basierenden Verfahren hierdurch erschwert wird. Das Verfahren nutzt ebenso eine Bewertung des Verlaufs eines Drehzahlsignals im Antriebsstrang, vorzugsweise das über ein Geberrad an der Kurbelwelle hochaufgelöst ermittelte Drehzahlsignal der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors. Erfindungsgemäß vorteilhaft wird wenigstens ein das abgegebene Drehmoment der Elektromaschine beschreibendes Signal, z. B. der durch die Elektromaschine aufgenommene Strom, gemessen. Hieraus kann der Verlauf des Drehmoments der Elektromaschine ermittelt werden. Ist dieser Verlauf bekannt, so kann aufgelöst über den Kurbelwinkel die Einwirkung der Elektromaschine auf das Drehzahlsignal des Antriebsstrangs ermittelt werden. Das gemessene Drehzahlsignal des Antriebsstrangs wird um diese Einwirkung der Elektromaschine kompensiert, woraus ein um die Einwirkung der Elektromaschine kompensiertes Drehzahlsignal berechnet wird. Dieses Signal entspricht näherungsweise dem Drehzahlverlauf, wie er ohne Eingriff der Elektromaschine am Geberrad hätte gemessen werden können. Das so kompensierte Signal wird nachfolgend als Eingangssignal einer Auswertung zur Erkennung von Verbrennungsaussetzern zugeführt. Erfindungsgemäß können damit die aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zur Bestimmung von Verbrennungsaussetzern aus der Laufunruhe z. B. über Segmentzeiten des Geberrades eingesetzt werden, da der dämpfende Einfluss der Elektromaschine über die Kompensation des Drehzahlsignals herausgerechnet wird. Der Algorithmus ist ohne Eingriff der Elektromaschine weiterhin unverändert verwendbar. Ohne den Einfluss der Elektromaschine erfolgt keine Kompensation, wobei die programmtechnische Ausführung des Algorithmus unverändert bestehen bleiben kann.
Erfindungsgemäß vorteilhaft wird das Signal, welches das abgegebene Drehmoment der Elektromaschine beschreibt, als Eingangssignal einer Übertragungsfunktion G(s) zugeführt, welche das Übertragungsverhalten der Elektromaschine abbildet. Das Ausgangssignal der Übertragungsfunktion ist dabei eine Drehzahleinwirkung, um welche der gemessene Drehzahlverlauf im Antriebsstrang kompensiert wird. Die Übertragungsfunktion kann dabei durch eine theoretische Modellbildung oder simulativ ermittelt werden. Es ist weiterhin möglich, diese Übertragungsfunktion versuchstechnisch zu ermitteln. In einer einfachen Form wird das Ausgangs- und Eingangsverhalten beobachtet, indem Versuche mit und ohne Elektromaschineneingriff durchgeführt werden.
Erfindungsgemäß vorteilhaft ist der gemessene Drehzahlverlauf im Antriebsstrang der Verlauf des Drehzahlsignals an der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors, von welchem die Drehzahleinwirkung der Elektromaschine subtrahiert wird. Der Drehzahlverlauf der Kurbelwelle kann mittels eines Geberrades über den Kurbelwinkel aufgelöst gemessen werden. Die Einwirkung der Elektromaschine wird ebenfalls in Bezug zum Kurbelwinkel ermittelt, so dass durch Subtraktion dieser Einwirkung der um diese Einwirkung kompensierte Drehzahlverlauf berechnet werden kann. Erfindungsgemäß vorteilhaft steht somit ein berechneter und kompensierter Drehzahlverlauf zur Verfügung, wie er ohne Eingriff der Elektromaschine an der Kurbelwelle hätte gemessen werden können.
Die im Stand der Technik bekannten Verfahren zur Laufunruhebestimmung nutzen unter anderem Zahn- und Segmentzeiten. Diese Auswertung ist vorteilhaft, da diese direkt am Geberrad gemessen werden können. Der das Geberrad abtastende Sensor detektiert die durch die Rotation des Geberrades sich an diesem vorbei bewegenden Zähne. Die Zahnzeit ist dabei die Zeitdauer, welche zwischen zwei aufeinanderfolgenden durch die Zähne des Geberrades getriggerten Ereignissen vergeht. Mehrere Zähne können weiterhin zu Segmenten zusammengefasst werden. Für bestimmte Drehzahl- und Lastbereiche kann ein Normwert der Zeitdauer angegeben werden, in welcher ein definiertes Segment von mehreren Zähnen den Sensor passiert hat. Beim Ausbleiben einer Verbrennung eines Zylinders wirkt auf die Kurbelwelle zeitweise kein antreibendes Moment ein. Es kommt zu einem Verlangsamen der Drehbewegung, welche durch eine steigende Segmentzeit erkannt werden kann. Um die im Stand der Technik bekannten Verfahren zur Auswertung der Segmentzeit zu nutzen, wird erfindungsgemäß vorteilhaft das um die Einwirkung der Elektromaschine auf den Antriebsstrang kompensierte Signal in kompensierte Zahnoder Segmentzeiten umgerechnet. Es werden somit Zahn- oder Segmentzeiten erhalten, welche ohne Einwirkung der Elektromaschine hätten am Geberrad gemessen werden können. Diese werden hinsichtlich der Laufunruhe, z. B. durch Vergleich der Abweichung der Segmentzeiten zu einem Mittel- oder Grenzwert ausgewertet und bei einer entsprechenden Abweichung oder beim Überschreiten des Grenzwertes werden Verbrennungsaussetzer erkannt.
Erfindungsgemäß vorteilhaft kann eine alternative Auswertung im Frequenzbereich erfolgen. Das Signal, welches um die Einwirkung der Elektromaschine auf den Antriebsstrang kompensiert wurde, wird dabei in den Frequenzbereich transformiert, wobei eine Auswertung der Amplitude an der Frequenz von wenigstens einer Fourier-Mode erfolgt und bei einem Überschreiten eines Grenzwertes ein Verbrennungsaussetzer erkannt wird. Aus der Phasenlage kann weiterhin auf den Zylinder geschlossen werden, in welchem die Verbrennung aussetzte. Der Eingriff der Elektromaschine hat einen Einfluss auf die Amplitude des pulsierenden Drehzahlsignals sowie auf dessen Phasenlage. Bei einem Verbrennungsaussetzer erfolgt durch den dämpfenden Eingriff der Elektromaschine eine Minderung der Amplitude sowie eine Verschiebung der Phasenlage. Die Kompensation um den Eingriff der Elektromaschine erlaubt eine verbesserte Erkennung der Verbrennungsaussetzer sowohl hinsichtlich deren Auftretens als auch eine Zuordnung zu dem entsprechenden Zylinder über die Kompensation der Phasenlage.
Erfindungsgemäß vorteilhaft kann eine Kompensation der Einwirkung der Elektromaschine im Frequenzbereich erfolgen. Das Drehzahlsignal des Antriebsstrangs wird hierfür z. B. mittels diskreter Fourier Transformation DFT in den Frequenzbereich transformiert, wobei weiterhin das Drehmoment der Elektromaschine beschreibende Signal gemessen und in den Frequenzbereich transformiert wird, wobei aus diesem transformierten Signal Korrekturterme über den Frequenzgang für Real- und Imaginärteil des in den Frequenzbereich transformierten Drehzahlsignals des Antriebsstrangs gebildet werden und diese Korrekturterme das in den Frequenzbereich transformierte Drehzahlsignal des Antriebsstrangs kompensieren, so dass im Frequenzbereich ein um die Einwirkung der Elektromaschine auf den Antriebsstrang kompensiertes Signal berechnet wird, wobei wenigstens die Amplitude an mindestens einer Fourier-Mode des transformierten Signals ausgewertet wird und beim Überschreiten eines Grenzwertes ein Verbrennungsaussetzer erkannt wird. Weiterhin kann die Phasenlage bewertet werden, zum einen, um den/die aussetzenden Zylinder zu erkennen, und zum anderen sind bestimmte Phasenlagen typisch für die jeweilig aussetzenden Zylinder. Durch Auswertung mehrerer Frequenzen bzw. Fourier-Moden nach Amplitude und Phasenlage kann außerdem eine Unterscheidung von Mehrfachaussetzern erfolgen.
Erfindungsgemäß vorteilhaft kann durch die Kompensation im Frequenzbereich die Einwirkung der Elektromaschine über Korrekturterme für Amplituden und Phasenwerte oder Real-/Imaginärteile für bestimmte Frequenzen, insbesondere Frequenzen, die für die unterschiedlichen Aussetzermuster charakteristisch sind, erfolgen. Die Übertragungsfunktion der Elektromaschine muss dafür nicht bekannt sein oder ermittelt werden. Es besteht die Möglichkeit, Drehzahl- und Lastabhängige Korrekturwerte für die Korrektur der Amplitude (Verstärkungsfaktoren) und der Phasenlage über eine Phasenverschiebung z. B. im Betrieb des Verbrennungs- und Elektromototors auf einem Prüfstand zu ermitteln. Diese Verstärkungsfaktoren und die Phasenverschiebungen können in einem Kennfeld abgelegt werden. Im einfachsten Fall werden diese mittels Versuch auf einem Prüfstand ermittelt.
Erfindungsgemäß vorteilhaft ist das Signal, welches das von der Elektromaschine abgegebene Drehmoment beschreibt, der durch die Elektromaschine fließende Strom. Dieser ist hochaufgelöst ermittelbar und steht in direktem Zusammenhang mit dem abgegebenen Drehmoment. Er kann zeitbezogen hochausgelöst ermittelt werden und mit Bezug zum Kurbelwinkel der Brennkraftmaschine als Verlauf abgelegt werden.
Beschreibung der Erfindung
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben.
Ausführungsbeispiel

1 zeigt dabei eine Erkennung von Verbrennungsaussetzern gemäß dem Stand der Technik. Beispielhaft werden nachfolgend anhand der 2 bis 6 jeweils bevorzugte Beispiele zur Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt.

1 zeigt in einem Blockschaltbild eine Erkennung von Verbrennungsaussetzern nach dem Stand der Technik. Dargestellt ist ein Antriebsstrang 3, auf welchen eine Elektromaschine 2 und ein Verbrennungsmotor 1 zumindest zeitweise mechanisch wirkverbunden einwirken. Sowohl der Verbrennungsmotor 1 als auch die Elektromaschine 2 liefern jeweils Drehmoment T_EM und T_VKM zu dem auf den Antriebsstrang 3 wirkenden Gesamtdrehmoment. Am Ausgang des Antriebsstrangs 3 ist ein Drehzahlsignal messbar, welches vorzugsweise das Drehzahlsignal der Kurbelwelle y_KW ist. Das Drehzahlsignal der Kurbelwelle y_KWwird üblicherweise mittels eines Geberrades und eines Sensors bestimmt, so dass Drehzahlschwankungen während des Umlaufs der Kurbelwelle erkannt werden können. Insbesondere werden dazu Segmentzeiten gemessen (also z. B. Abschnitte von je 180° bei einem Verbrennungsmotor 1 mit 4 Zylindern). Das Drehzahlsignal der Kurbelwelle y_KW ist Eingangssignal einer Erkennung von Verbrennungsaussetzern 4. Auf Basis der Zahnoder Segmentzeiten können Drehzahlschwankungen während des Umlaufs der Kurbelwelle erkannt werden. Liefert ein Zylinder in einem oder mehreren Arbeitsspielen keinen Drehmomentbeitrag, so ist das aus der dadurch entstehenden Drehungleichförmigkeit im Drehzahlsignal der Kurbelwelle y_KW ablesbar. Verfahren hierfür sind dem Fachmann allgemein bekannt und beispielhaft in der Einleitung zum Stand der Technik beschrieben.
2 zeigt eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Aufgrund des Eingriffs der Elektromaschine 2, welche z. B. über einen Startergenerator realisiert ist und in einer Betriebsart zur Laufruheregelung betrieben wird, erfolgt eine Dämpfung von Ungleichförmigkeiten der Kurbelwellendrehzahl y_KW. Das gemessene Drehzahlsignal der Kurbelwelle y_KW enthält sowohl Drehmomentanteile T_VKM des Verbrennungsmotors 1 als auch Drehmomentanteile T_EM der Elektromaschine 2. Das Drehmoment T_VKM des Verbrennungsmotors 1 bildet sich mit dessen realen Übertragungsverhalten G_{VKM_real} (s) als Drehzahlanteil des Verbrennungsmotors y_KW,VKM im Drehzahlsignal der Kurbelwelle y_KW ab. Weiterhin bildet sich das Drehmoment T_EM der Elektromaschine 2 mit deren realen Übertragungsverhalten G_{EM_real} (s) als Drehzahlanteil der Elektromaschine y_KW,EM im Drehzahlsignal der Kurbelwelle y_KW ab. Um eine Erkennung von Verbrennungsaussetzern zu ermöglichen, soll erfindungsgemäß der dämpfend auf die Laufunruhe wirkende Drehzahlanteil der Elektromaschine 2 kompensiert werden. Dies erfolgt, indem das Drehmoment T_EM der Elektromaschine 2 als Eingangsgröße einer Übertragungsfunktion G_EM (s) zugeführt wird. Die Übertragungsfunktion ist so modelliert, dass sie das Übertragungsverhalten vom Ein- zum Ausgang der Elektromaschine 2 so abbildet, dass eine Übertragung vom Drehmoment T_EM der Elektromaschine 2 auf eine resultierende Drehzahleinwirkung auf die Kurbelwelle ermittelbar ist. Diese Drehzahleinwirkung wird vom gemessenen Drehzahlsignal an der Kurbelwelle y_KW subtrahiert, so dass das um die Einwirkung der Elektromaschine 2 auf den Antriebsstrang 3 kompensierte Signal y_KW,komp berechnet wird. Das kompensierte Signal y_KW,komp wird nachfolgend zur Ermittlung von Verbrennungsaussetzern genutzt. Dieses kompensierte Signal y_KW,komp entspricht näherungsweise dem Messsignal der Drehzahl im Antriebsstrang 3, welches ohne den Einfluss der Elektromaschine 2 hätte gemessen werden können. Im weiteren werden aus diesem kompensierten Signal y_KW,komp im weiteren Verfahrensablauf kompensierte Segmentzeiten 5 gebildet, welche einer Auswertung 6 der Laufunruhe zugeführt werden. Die Ermittlung von Verbrennungsaussetzern A (0/1), also das Auftreten von Aussetzern A, kann als Ja/Nein oder 0/1 Entscheidung mit den im Stand der Technik bekannten Verfahren zur Auswertung der Segmentzeiten oder der Laufunruhe erfolgen.
3 zeigt eine zu 2 abweichende Auswertung des um den Einfluss der Elektromaschine 2 kompensierten Signals, welches in den Frequenzbereich transformiert wird und ausgewertet wird, siehe Bezugszeichen 7 und 8 in 3 und Details in 4. Es werden für wenigstens eine, für die Aussetzererkennung relevante Frequenz, der Real- und Imaginärteil des transformierten und um die Einwirkung der Elektromaschine 2 kompensierten Drehzahlsignals ausgewertet.
4 zeigt eine Ausführungsform der modellbasierten Kompensation der Einwirkung der Elektromaschine 2 im Frequenzbereich. Wie in den vorherigen Ausführungsformen kann ein Drehzahlsignal im Antriebsstrang 3, vorzugsweise das Drehzahlsignal der Kurbelwelle y_KW gemessen werden. Es beinhaltet die Einwirkungen des von der Elektromaschine 2 und des vom Verbrennungsmotor 1 abgegebenen Drehmoments T_VKM und T_EM . Um eine Kompensation im Frequenzbereich zu ermöglichen, wird das gemessene Drehzahlsignal der Kurbelwelle y_KW mittels diskreter Fourier Transformation DFT in den Frequenzbereich transformiert, weiterhin wird der Verlauf des abgegebenen Drehmoments der Elektromaschine T_EM ebenfalls mittels diskreter Fourier Transformation DFT in den Frequenzbereich transformiert. Über eine modellierte Übertragungsfunktion G_EM (jω) wird im Frequenzbereich die Einwirkung auf das transformierte Drehzahlsignal der Kurbelwelle abgebildet. Es können damit für definierte Frequenzen Korrekturen für Amplitude und Phasenlage oder Real- und Imaginärteil bestimmt werden. Es ergeben sich damit kompensierte Realanteile Re_komp und Imaginärteile Im_komp des Drehzahlsignals, welche hinsichtlich des Auftretens von Verbrennungsaussetzern bei bestimmten Frequenzen ausgewertet werden können (siehe Bezugszeichen 8).
5 zeigt eine Möglichkeit der Auswertung von Verbrennungsaussetzern aus einem hochaufgelösten Drehzahlsignal y_KW(i) eines Verbrennungsmotors 1. Mittels der dargestellten diskreten Fourier Transformation DFT werden für spezifische Frequenzen Real- und Imaginärteil in der komplexen Ebene dargestellt. Ein normaler Betrieb des Verbrennungsmotors bildet sich dabei im Zentrum des Diagramms ab. Aus Real- und Imaginärteil ergibt sich die Lage der einzelnen Punkte im dargestellten Koordinatensystem. Liegen die transformierten Messwerte außerhalb des um das Zentrum des Koordinatensystems aufgespannten Bereiches, wird ein Verbrennungsaussetzer erkannt. Der Radius um das Zentrum entspricht dabei graphisch dem Grenzwert (in 5 gestrichelt). Das Zentrum des Grenz- bzw. Erkennungsschwellenwerts liegt nicht notwendigerweise im Ursprung des gezeigten Koordinatensystems, sondern im Zentrum der Punkte, die sich bei Normalbetrieb des Verbrennungsmotors 1 ergeben. Bei mehreren Aussetzern sind u. U. mehrere Moden auszuwerten.
6 zeigt eine graphische Darstellung der Kompensation im Frequenzbereich entsprechend zu 4, wobei in der komplexen Ebene die Auswirkungen der Kompensation und die Erkennung von Verbrennungsaussetzern exemplarisch für Zylinder 1 eines Verbrennungsmotors 1 mit 4 Zylindern dargestellt ist.
Wie bereits zu den vorherigen Ausführungsbeispielen beschrieben, entsteht die Drehzahlschwingung an der Kurbelwelle durch die Anregung der Elektromaschine 2 und des Verbrennungsmotors 1. Das an der Kurbelwelle messbare Drehzahlsignal y_KW ergibt sich aus den Drehzahlanteilen y_KW,VKM des Verbrennungsmotors und dem Drehzahlanteil y_KW,EM der Elektromaschine 2. $y_{K W} = y_{K W, V K M} + y_{K W, E M} = y_{K W, V K M} + G_{E M} (s) u_{E M}, mit u_{E M} = T_{E M}$
Der Drehzahlanteil y_KW,EM der Elektromaschine 2 kann mit deren Übertragungsfunktion im Zeitbereich G_EM(s) auch geschrieben werden als G_EM(s)u_EM, wobei u_EM als Eingangsgröße der Übertragungsfunktion das von der Elektromaschine 2 abgegebene Drehmoment T_EM ist oder der durch die Elektromaschine 2 fließende Strom ist. Mit s = jω geht die Übertragungsfunktion G_EM(s) in den Frequenzgang G_EM(jω) über. Transformiert in den Frequenzbereich ergibt sich $Y_{K W} (j ω) = Y_{K W, V K M} (j ω) + Y_{K W, E M} (j ω) = Y_{K W, V K M} (j ω) + G_{E M} (j ω) U_{E M} (j ω) .$
Im dargestellten Koordinatensystem der komplexen Ebene liegt im linken unteren Quadranten der transformierte Messwert des Drehzahlsignals der Mode k=1. Es ist zu erkennen, dass ohne Kompensation der transformierte Messwert innerhalb des durch den Kreis um den Koordinatenursprung aufgespannten Bereiches liegt. Der Messwert liegt damit unterhalb des Schwellwertes. Es wird ohne Kompensation kein Verbrennungsaussetzer erkannt, da der dämpfende Einfluss der Elektromaschine 2 das Signal glättet und somit bei der betrachteten Mode Amplitude und Phasenlage des Messsignals so verändert, dass dieser innerhalb des durch den Kreis aufgespannten Schwellwertes liegt. Der Einfluss der Elektromaschine Y_KW,EM(jω) verändert die Lage des Messwertes bei einem Verbrennungsaussetzer Y_KW,VKM(jω). Der kompensierte Drehzahlverlauf wird im Bildbereich nach $Y_{K W, k o m p} (j ω) = Y_{K W} (j ω) - G_{E M} (j ω) U_{E M} (j ω) \approx Y_{K W, V K M} (j ω)$
berechnet. Durch Subtraktion des modellierten Einflusses der Elektromaschine Y_KW,EM(jω) = G_EM(jω)U_EM(jω wird der gemessene Drehzahlverlauf Y_KW(jω) hinsichtlich Amplitude und Phasenlage so kompensiert, dass näherungsweise der Verlauf Y_KW,VKM(jω)erhalten wird, der sich ohne Eingriff der Elektromaschine 2 ergeben hätte. Damit befindet sich der für die Erkennung der Verbrennungsaussetzer berechnete transformierte und kompensierte Wert des Drehzahlsignals Y_KW,komp(jω) im rechten unteren Quadranten außerhalb des Schwellwertes.
Bezugszeichenliste

1: Verbrennungsmotor
2: Elektromaschine/Elektromotor
3: Antriebsstrang
4: Erkennung Verbrennungsaussetzer
5: Ermittlung kompensierte Segmentzeiten
6: Auswertung Laufunruhe
7, 8: Auswertung im Frequenzbereich, Schwellwertauswertung
DFT: Diskrete Fourier Transformation
TVKM: Drehmoment Verbrennungsmotor
TEM: Drehmoment Elektromaschine
YKW,VKM: Drehzahlanteil Verbrennungsmotor im Bildbereich
yKW,EM: Drehzahlanteil Elektromotor im Bildbereich
GEM_real (s): reales Übertragungsverhalten des Elektromotors
GVKM_real (s): reales Übertragungsverhalten des Verbrennungsmotors
GEM (s): Übertragungsverhalten der Elektromaschine (modelliert)
GEM (jω): Übertragungsverhalten der Elektromaschine im Frequenzbereich (modelliert)
Re, Re{YKW}: Realteil des in den Frequenzbereich transformierten Drehzahlsignals der Kurbelwelle
Im, Im{YKW}: Imaginärteil des in den Frequenzbereich transformierten Drehzahlsignals der Kurbelwelle
Rekomp: Realteil des kompensierten Drehzahlsignals im Frequenzbereich
Imkomp: Imaginärteil des kompensierten Drehzahlsignals im Frequenzbereich

Claims

Verfahren zur Überwachung eines Antriebsstrangs (3), bei welchem zumindest zeitweise ein Verbrennungsmotor (1) und eine Elektromaschine (2) mechanisch wirkverbunden auf den Antriebsstrang (3) einwirken und bei dem partielle oder vollständige Verbrennungsaussetzer wenigstens eines Zylinders des Verbrennungsmotors (1) mittels einer Bewertung des Verlaufs eines Drehzahlsignals im Antriebsstrang (3) ermittelt werden, wobei wenigstens ein das abgegebene Drehmoment (T_EM) der Elektromaschine (2) beschreibendes Signal gemessen und aus diesem die Einwirkung der Elektromaschine (2) auf das Drehzahlsignal des Antriebsstrangs (3) ermittelt wird, wobei das Drehzahlsignal des Antriebsstrangs (3) gemessen und aus diesem ein um die Einwirkung der Elektromaschine (2) auf den Antriebsstrang (3) kompensiertes Signal (Y_KW,komp) berechnet wird, welches als Eingangssignal einer Auswertung (4) zur Erkennung von Verbrennungsaussetzern zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehzahlsignal des Antriebsstrangs (3) in den Frequenzbereich transformiert wird, wobei weiterhin das das Drehmoment (T_EM) der Elektromaschine (2) beschreibende Signal gemessen und in den Frequenzbereich transformiert wird, wobei aus diesem transformierten Signal Korrekturterme über den Frequenzgang für den Real- und Imaginärteil des in den Frequenzbereich transformierten Drehzahlsignals des Antriebsstrangs (3) gebildet werden und diese Korrekturterme das in den Frequenzbereich transformierte Drehzahlsignal des Antriebsstrangs (3) kompensieren, so dass im Frequenzbereich ein um die Einwirkung der Elektromaschine (2) auf den Antriebsstrang (3) kompensiertes Signal berechnet wird, wobei wenigstens die Amplitude des transformierten kompensierten Signals an wenigstens einer Frequenz ausgewertet und bei einem Überschreiten eines Grenzwertes ein Verbrennungsaussetzer erkannt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens das das abgegebene Drehmoment der Elektromaschine (2) beschreibende Signal als Eingangssignal einer Übertragungsfunktion G_EM (s) zugeführt wird, welche das Übertragungsverhalten der Elektromaschine (2) beschreibt, wobei das Ausgangssignal der Übertragungsfunktion eine Drehzahleinwirkung ist, um welche der gemessene Drehzahlverlauf im Antriebsstrang (3) kompensiert wird und das so um die Einwirkung der Elektromaschine (2) auf den Antriebsstrang (3) kompensierte Signal (Y_KW,komp) berechnet und der Auswertung (4) zur Erkennung von Verbrennungsaussetzern zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der gemessene Drehzahlverlauf im Antriebsstrang (3) der Verlauf des Drehzahlsignals an der Kurbelwelle (y_KW) ist, von welchem die Drehzahleinwirkung der Elektromaschine (2) subtrahiert wird und somit das um die Einwirkung der Elektromaschine (2) auf den Antriebsstrang (3) kompensierte Signal (Y_KW,komp) berechnet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass das um die Einwirkung der Elektromaschine (2) auf den Antriebsstrang (3) kompensierte Signal (Y_KW,komp) in den Frequenzbereich transformiert wird, wobei in den für die Erkennung von Verbrennungsaussetzern relevanten Frequenzbereichen in der komplexen Ebene wenigstens die Amplitude des transformierten Signals an wenigstens einer Frequenz ausgewertet und bei einem Überschreiten eines Grenzwertes ein Verbrennungsaussetzer erkannt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrekturterme als drehzahl- und/oder lastabhängige Schwellwerte abgelegt werden und mittels Versuch auf einem Prüfstand oder simulativ ermittelt werden.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Signal, welches das Drehmoment der Elektromaschine (2) beschreibt, der durch die Elektromaschine (2) fließende Strom ist.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehzahlsignal im Antriebsstrang (3) das an der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors (1) oder das mittels des Drehzahlgebers der Elektromaschine (2) gemessene Drehzahlsignal (y_KW) ist.