DE102021113291B4 - Method and device for determining at least one force acting on a drive unit and/or at least one drive torque acting on a drive unit - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Ermittlung wenigstens einer auf ein Antriebsaggregat (2) wirkenden Kraft (3) und/oder wenigstens eines auf das Antriebsaggregat (2) wirkenden Antriebsdrehmomentes (25), wobei das Antriebsaggregat (2) auf wenigstens einer Schwingungsdämpfungseinrichtung (4) in einer Aufnahmeeinrichtung (5) gelagert ist, wobei ein Auslenkungszustand und/oder ein zeitlicher Verlauf des Auslenkungszustands der Schwingungsdämpfungseinrichtung (4) durch eine direkte Messung eines Abstands (7) zwischen Prüfbereichen (8a,8b) ermittelt wird, wobei die Prüfbereiche (8a,8b) derart angeordnet sind, dass der Abstand (7) durch den Auslenkungszustand bestimmt wird, und wobei wenigstens eine Beschleunigung (11) der Aufnahmeeinrichtung (5) ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Parameteradaptionsschritt vorgesehen ist, um eine Ausgangsausdehnung der Schwingungsdämpfungseinrichtung (4) zu bestimmen.Method for determining at least one force (3) acting on a drive assembly (2) and/or at least one drive torque (25) acting on the drive assembly (2), the drive assembly (2) being mounted on at least one vibration damping device (4) in a receiving device ( 5), wherein a deflection state and/or a time profile of the deflection state of the vibration damping device (4) is determined by directly measuring a distance (7) between test areas (8a, 8b), the test areas (8a, 8b) being arranged in this way are that the distance (7) is determined by the deflection state, and at least one acceleration (11) of the receiving device (5) is determined, characterized in that a parameter adaptation step is provided in order to determine an initial expansion of the vibration damping device (4).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung wenigstens einer auf ein Antriebsaggregat wirkenden Kraft und/oder wenigstens eines auf ein Antriebsaggregat wirkenden Antriebsdrehmomentes, wobei das Antriebsaggregat auf wenigstens einer Schwingungsdämpfungseinrichtung in einer Aufnahmeeinrichtung gelagert ist.The invention relates to a method and a device for determining at least one force acting on a drive unit and/or at least one drive torque acting on a drive unit, the drive unit being mounted on at least one vibration damping device in a receiving device.
Ein gattungsgemäßes Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung sind aus der
Die
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Die
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Aus dem Stand der Technik sind demnach Verfahren und Vorrichtungen bekannt, welche zur Bestimmung von Kräften eingesetzt werden können, welchen beispielsweise ein Antriebsaggregat eines Kraftfahrzeugs ausgesetzt ist.Methods and devices are therefore known from the prior art which can be used to determine forces to which, for example, a drive unit of a motor vehicle is exposed.
Aus dem allgemeinen Stand der Technik ist bekannt, dass Antriebsaggregate in Kraftfahrzeugen schwingungsgedämpft gelagert sind. Eine derartige Schwingungsdämpfung schützt das Antriebsaggregat vor einer Übertragung von äußeren Stößen und verringert ferner eine Übertragung von Vibrationen des Antriebsaggregats auf das Fahrzeug.It is known from the general state of the art that drive units in motor vehicles are mounted in a vibration-damped manner. Vibration damping of this type protects the drive assembly from transmission of external shocks and also reduces transmission of vibrations from the drive assembly to the vehicle.
Nachteilig an den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren und Vorrichtungen ist, dass diese die auf das Antriebsaggregat wirkenden Kräfte lediglich unzuverlässig bestimmen können. Eine unzuverlässige Bestimmung der auf das Antriebsaggregat wirkenden Kräfte kann jedoch negative Auswirkungen auf die Bestimmung fahrsicherheitsrelevanter Parameter, wie beispielsweise ein Antriebsdrehmoment des Antriebsaggregats, bewirken.A disadvantage of the methods and devices known from the prior art is that they can only unreliably determine the forces acting on the drive assembly. However, an unreliable determination of the forces acting on the drive unit can have negative effects on the determination of parameters relevant to driving safety, such as a drive torque of the drive unit.
In diesem Zusammenhang beschreibt die ISO-Norm 26262 die Anforderungen an elektrische bzw. elektronische, insbesondere programmierbare elektronische Systeme in Kraftfahrzeugen. Mit der Elektrifizierung und zunehmender Drive-by-Wire-Technologie erhöht sich die Gefahr, dass Fehler in der Steuerung zur unerwünschten Umsetzung von Grö-ßen, insbesondere Antriebsdrehmomenten, im Antriebssystem führen. Dies kann schwerwiegende Unfälle hervorrufen. Die fehlerbehaftete Umsetzung einer Größe im Antriebsstrang sollte so schnell und sicher wie möglich erkannt werden. Des Weiteren sollte eine sicherheitsbezogene Steuerung Gegenmaßnahmen ergreifen, um die Beherrschbarkeit des Fahrzeuges für den Fahrer sicherzustellen.In this context, the ISO standard 26262 describes the requirements for electrical or electronic, in particular programmable electronic systems in motor vehicles. With electrification and increasing drive-by-wire technology, there is an increased risk that errors in the control will lead to the undesirable implementation of variables, in particular drive torques, in the drive system. This can cause serious accidents. The erroneous implementation of a variable in the drive train should be detected as quickly and reliably as possible. Furthermore, a safety-related controller should take countermeasures to ensure that the driver can control the vehicle.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung wenigstens einer auf ein Antriebsaggregat wirkenden Kraft und/oder wenigstens eines auf ein Antriebsaggregat wirkenden Antriebsdrehmomentes zu schaffen, welche die Nachteile des Standes der Technik vermeiden und insbesondere in der Lage sind, eine verglichen mit dem Stand der Technik zuverlässigere Bestimmung der auf das Antriebsaggregat wirkenden Kraft oder des auf das Antriebsaggregat wirkenden Antriebsdrehmomentes zu ermöglichen.The present invention is based on the object of creating a method and a device for determining at least one force acting on a drive unit and/or at least one drive torque acting on a drive unit, which avoid the disadvantages of the prior art and in particular are able a reliable compared to the prior art to enable a more precise determination of the force acting on the drive assembly or of the drive torque acting on the drive assembly.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die in Anspruch 1 genannten Merkmalen gelöst.According to the invention, this object is achieved by the features mentioned in
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Ermittlung wenigstens einer auf ein Antriebsaggregat wirkenden Kraft und/oder wenigstens eines auf das Antriebsaggregat wirkenden Antriebsdrehmomentes ist das Antriebsaggregat auf wenigstens einer Schwingungsdämpfungseinrichtung in einer Aufnahmeeinrichtung gelagert. Ein Auslenkungszustand und/oder ein zeitlicher Verlauf des Auslenkungszustands der Schwingungsdämpfungseinrichtung wird durch eine direkte Messung eines Abstands zwischen Prüfbereichen ermittelt. Dabei sind die Prüfbereiche derart angeordnet, dass der Abstand durch den Auslenkungszustand bestimmt wird. Ferner wird wenigstens eine Beschleunigung der Aufnahmeeinrichtung ermittelt.In the method according to the invention for determining at least one force acting on a drive assembly and/or at least one drive torque acting on the drive assembly, the drive assembly is mounted on at least one vibration damping device in a receiving device. A deflection state and/or a time profile of the deflection state of the vibration damping device is determined by directly measuring a distance between test areas. The test areas are arranged in such a way that the distance is determined by the deflection state. At least one acceleration of the receiving device is also determined.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, dass zur Ermittlung der auf das Antriebsaggregat wirkenden Kraft, insbesondere einer auf das Antriebsaggregat rückwirkenden Antriebskraft bei einem linear wirkenden Antriebsaggregat, und/oder des auf das Antriebsaggregat wirkenden Antriebsdrehmomentes neben der Auslenkung und/oder dem zeitlichen Verlauf der Auslenkung der Schwingungsdämpfungseinrichtung, insbesondere der daraus resultierenden Federkraft, auch eine synchron auf die Aufnahmeeinrichtung wirkende Beschleunigung bestimmt und berücksichtigt wird. Durch die Berücksichtigung der Beschleunigung der Aufnahmeeinrichtung kann auch die wirkende Kraft und/oder das wirkende Antriebsdrehmoment auf das Antriebsaggregat mit einer höheren Präzision bestimmt werden. Ein Ignorieren der Beschleunigung der Aufnahmeeinrichtung führt hingegen zu einer fehlerbehafteten Kraft- und/oder Antriebsdrehmomentbestimmung.The method according to the invention has the advantage that, in order to determine the force acting on the drive unit, in particular a driving force reacting on the drive unit in the case of a linearly acting drive unit, and/or the drive torque acting on the drive unit, in addition to the deflection and/or the course of the deflection over time of the vibration damping device, in particular the resulting spring force, an acceleration acting synchronously on the receiving device is also determined and taken into account. By taking into account the acceleration of the receiving device, the force and/or the drive torque acting on the drive unit can also be determined with greater precision. On the other hand, ignoring the acceleration of the receiving device leads to an erroneous determination of the force and/or drive torque.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglich demnach die Ermittlung von Kräften und/oder Antriebsdrehmomenten in Antriebssystemen und kann zum Beispiel im Bereich der Kraftfahrzeugtechnik sowie der allgemeinen Antriebstechnik eingesetzt werden, insbesondere im Zusammenhang mit der funktionalen Sicherheit. Dadurch liefert das hierin beschriebene Verfahren einen Beitrag zur Erfüllung der in der ISO-Norm 26262 gestellten Anforderungen. Auch im Rahmen eines Condition-Monitorings für beispielsweise Industrie- oder Schiffsgetriebe, lässt sich die erfindungsgemäße Lösung einsetzen, um beispielsweise Antriebsdrehmomente, Unwuchten oder nicht korrekt ausgerichtete Kupplungen zu erkennen.The method according to the invention therefore enables the determination of forces and/or drive torques in drive systems and can be used, for example, in the field of motor vehicle technology and general drive technology, particularly in connection with functional safety. As a result, the method described here contributes to meeting the requirements set out in the ISO standard 26262. The solution according to the invention can also be used as part of condition monitoring for, for example, industrial or marine gears, in order to detect, for example, drive torques, imbalances or incorrectly aligned clutches.
In einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass bei der Ermittlung der wenigstens einen Beschleunigung ein Einfluss der Erdbeschleunigung berücksichtigt wird. Eine Berücksichtigung einer Wirkung der Erdbeschleunigung auf die Aufnahmeeinrichtung ist von besonderem Vorteil, da diese eine Einflussgröße darstellt, welche beispielsweise durch eine Neigung des Antriebsaggregats und der Aufnahmeeinrichtung gegenüber dem Schwerefeld hinreichend bestimmt ist. Sie ist somit Schwankungen unterworfen, welche mit einer Lage des Fahrzeugs verknüpfbar und damit bestimmbar sind.In an advantageous development of the method according to the invention, it can be provided that an influence of the gravitational acceleration is taken into account when determining the at least one acceleration. It is particularly advantageous to take account of the effect of gravitational acceleration on the recording device, since this represents an influencing variable which is sufficiently determined, for example, by an inclination of the drive unit and the recording device with respect to the gravitational field. It is therefore subject to fluctuations which can be linked to a position of the vehicle and can therefore be determined.
Des weiteren ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ein Parameteradaptionsschritt vorgesehen, um eine Ausgangsausdehnung der Schwingungsdämpfungseinrichtung zu bestimmen. Besonders vorteilhaft ist eine Ermittlung der Ausgangsausdehnung bzw. einer ungespannten Federlänge der Schwingungsdämpfungseinrichtung, da diese neben den bereits erwähnten Parametern der Federkonstante und der Dämpfungskonstante einen weiteren zentralen Parameter der Schwingungsdämpfungseinrichtung darstellt, welcher in einem hierfür vorgesehenen Schritt bestimmt wird.Furthermore, in the method according to the invention, a parameter adaptation step is provided in order to determine an initial expansion of the vibration damping device. It is particularly advantageous to determine the initial expansion or an unstressed spring length of the vibration damping device, since this represents a further central parameter of the vibration damping device in addition to the already mentioned parameters of the spring constant and the damping constant, which is determined in a step provided for this purpose.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass wenigstens ein Parameter der Schwingungsdämpfungseinrichtung mittels eines dynamischen Modells für eine Bewegung des Antriebsaggregats identifiziert wird. Parameter der Schwingungsdämpfungseinrichtung, wie beispielsweise eine Federkonstante und/oder eine Dämpfungskonstante, können einer zeitlichen Variabilität unterliegen. Zur besonders zuverlässigen Ermittlung der auf das Antriebsaggregat wirkenden Kraft und/oder des auf das Antriebsaggregat zurückwirkenden Antriebsdrehmomentes ist es von Vorteil, wenn die Parameter der Schwingungsdämpfungseinrichtung nicht nur lediglich auf Basis von beispielsweise Spezifikationswerten angenommen werden, sondern vielmehr im Rahmen des Verfahrens, insbesondere regelmäßig, ermittelt werden. Hierdurch können die von der Schwingungsdämpfungseinrichtung auf das Antriebsaggregat ausgeübten Reaktionskräfte besonders zuverlässig bestimmt werden. Das dynamische Modell ermöglicht hierbei die Extraktion des wenigstens einen Parameters aus zeitlichen Verläufen von Messdaten des Auslenkungszustands. Ein derartiger Datensatz kann insbesondere während eines bestimmungsgemäßen Betriebs des Antriebsaggregats erfasst werden.In a further advantageous embodiment of the method according to the invention, it can be provided that at least one parameter of the vibration damping device is identified by means of a dynamic model for a movement of the drive assembly. Parameters of the vibration damping device, such as a spring constant and/or a damping constant, can be subject to variability over time. For a particularly reliable determination of the force acting on the drive unit and/or the drive torque acting back on the drive unit, it is advantageous if the parameters of the vibration damping device are not only assumed on the basis of specification values, for example, but rather as part of the method, in particular regularly be determined. As a result, the reaction forces exerted by the vibration damping device on the drive unit can be determined particularly reliably. In this case, the dynamic model enables the extraction of the at least one parameter from time profiles of measurement data of the deflection state. Such a data record can be recorded in particular during normal operation of the drive unit.
Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann darin bestehen, dass basierend auf dem ermittelten Auslenkungszustand und/oder dem zeitlichen Verlauf des Auslenkungszustandes der Schwingungsdämpfungseinrichtung und/oder der ermittelten Beschleunigung und/oder der identifizierten Parameter das Antriebsdrehmoment des Antriebsaggregats ermittelt wird. Zur Ermittlung eines Betriebszustandes des Antriebsaggregats ist eine Bestimmung des vom Antriebsaggregat ausgeübten Antriebsdrehmoments von besonderem Vorteil. Insbesondere ist es von Vorteil, wenn die Ermittlung des Antriebsdrehmoments mithilfe der ermittelten Reaktionskräfte auf Basis des Auslenkungszustands der Schwingungsdämpfungseinrichtung, der ermittelten Beschleunigung und der identifizierten Parameter besonders zuverlässig durchgeführt wird.An advantageous development of the method according to the invention can consist in determining the drive torque of the drive unit based on the determined deflection state and/or the time profile of the deflection state of the vibration damping device and/or the determined acceleration and/or the identified parameters. In order to determine an operating state of the drive unit, it is particularly advantageous to determine the drive torque exerted by the drive unit. In particular, it is advantageous if the determination of the drive torque is carried out particularly reliably using the determined reaction forces on the basis of the deflection state of the vibration damping device, the determined acceleration and the identified parameters.
Wenn in einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens das dynamische Modell wenigstens zwei Freiheitsgrade der Bewegung des Antriebsaggregats in der Schwingungsdämpfungseinrichtung abbildet, so kann beispielsweise einer der beiden Freiheitsgrade zur Plausibilisierung des jeweils anderen verwendet werden. Hierdurch ergibt sich eine noch präzisere Bestimmung der auf das Antriebsaggregat wirkenden Kraft und/oder des auf das Antriebsaggregat zurückwirkenden AntriebsdrehmomentesIf, in a further embodiment of the method according to the invention, the dynamic model maps at least two degrees of freedom of the movement of the drive assembly in the vibration damping device, one of the two degrees of freedom can be used to check the plausibility of the other. This results in an even more precise determination of the force acting on the drive assembly and/or of the drive torque acting back on the drive assembly
In einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die Schwingungsdämpfungseinrichtung durch ein Elastomerlager ausgebildet und die Messung des Abstands mittels eines dielektrischen Elastomersensors durchgeführt werden. Die Verwendung von Elastomerlagern zur Schwingungsdämpfung hat den Vorteil, dass diese kostengünstig zu produzieren sind und zugleich alle gewünschten Eigenschaften einer Schwingungsdämpfungseinrichtung aufweisen. Eine Verwendung eines dielektrischen Elastomersensors ermöglicht ferner eine vorteilhafte einfache und direkte Messung des Abstands der Prüfbereiche. Von besonderem Vorteil ist es hierbei, wenn die Prüfbereiche zugleich die Randbereiche des Elastomersensors darstellen und beispielsweise als Schichten des Elastomerlagers ausgebildet sind. Hierdurch kann direkt eine Verformung des Elastomerlagers und damit der Auslenkungszustand der Schwindungsdämpfungseinrichtung bestimmt werden.In an advantageous development of the method according to the invention, the vibration damping device can be formed by an elastomer bearing and the distance can be measured by means of a dielectric elastomer sensor. The use of elastomeric bearings for vibration damping has the advantage that they can be produced inexpensively and at the same time have all the desired properties of a vibration damping device. Using a dielectric elastomer sensor also enables an advantageously simple and direct measurement of the distance between the test areas. It is of particular advantage here if the test areas also represent the edge areas of the elastomer sensor and are designed, for example, as layers of the elastomer bearing. As a result, a deformation of the elastomer bearing and thus the deflection state of the anti-vibration device can be determined directly.
Allgemein bekannte dielektrische Elastomersensoren enthalten mindestens zwei dünne Elektroden, zwischen denen eine Elastomer-Schicht als Dielektrikum angebracht ist. Eine angreifende Kraft führt zu einer Verformung der Elastomer-Schicht in eine oder mehrere Raumrichtungen, was zu einer Änderung der zwischen den Elektroden messbaren elektrischen Kapazität führt. Somit wird ein Verformungszustand und damit der Auslenkungszustand des Elastomerlagers bestimmt. Eine alternative Abstandsmessung bzw. Messung des Federweges liefert ebenfalls eine Aussage über der Verformungszustand des Elastomerlagers.Well-known dielectric elastomer sensors contain at least two thin electrodes between which an elastomer layer is applied as a dielectric. An applied force leads to a deformation of the elastomer layer in one or more spatial directions, which leads to a change in the electrical capacitance that can be measured between the electrodes. A deformation state and thus the deflection state of the elastomer bearing are thus determined. An alternative distance measurement or measurement of the spring deflection also provides information about the state of deformation of the elastomer bearing.
Es ist bekannt, dass Elastomerwerkstoffe unter Umständen unter Last kriechen, d.h. der Verformungszustand ändert sich über der Zeit bei konstanter Belastung. Dies führt zu einer Änderung der Ausgangsausdehnung bzw. der ungespannten Federlänge eines Elastomerlagers. Zudem erfolgt eine Sauerstoffdiffussion ins Innere des Elastomermaterials. Oxidationsreaktionen rufen hierbei alterungsbedingte Steifigkeitsänderungen hervor, die im Inneren des Elastomermaterials aufgrund der geringeren Sauerstoffkonzentration anders ablaufen als nahe der Oberfläche. Somit ändern sich die Ausgangsausdehnung bzw. die ungespannte Federlänge sowie die Federsteifigkeit eines Elastomerlagers über der Zeit. Auch unterschiedliche Feuchte und Temperatur wirken sich auf die Eigenschaften des Elastomermaterials aus. Diese Parameteränderungen können bei der Bestimmung der Lagerkräfte aus dem Verformungszustand berücksichtigt werden.It is known that elastomeric materials may creep under load, i.e. the state of deformation changes over time under constant load. This leads to a change in the initial expansion or the unstressed spring length of an elastomeric bearing. In addition, there is oxygen diffusion into the interior of the elastomeric material. Oxidation reactions cause aging-related changes in stiffness, which take place differently in the interior of the elastomer material than near the surface due to the lower oxygen concentration. Thus, the initial expansion or the unstressed spring length as well as the spring stiffness of an elastomeric bearing change over time. Different levels of humidity and temperature also affect the properties of the elastomer material. These parameter changes can be taken into account when determining the bearing forces from the state of deformation.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Ermittlung des Verformungszustandes des mindestens einen Elastomerlagers des Antriebsaggregats mit Hilfe einer direkten Abstandmessung, mittels eines dielektrischen Elastomersensors. Mit mindestens einer Beschleunigung, wobei ein Beschleunigungssignal der Beschleunigung vorzugsweise Einflüsse der Erdbeschleunigung beinhaltet und mit Hilfe eines dynamischen Modells für die Bewegung des Antriebsaggregats in den Elastomerlagern erfolgt eine Identifikation der Parameter des mindestens einen Elastomerlagers, um Kriech- bzw. Setzerscheinungen und Änderungen in der Federsteifigkeit bzw. der Federkonstante und/oder der Dämpfung bzw. der Dämpfungskonstante zu erfassen. Basierend auf dem aktuell ermittelten Verformungszustand, der aktuellen Beschleunigung sowie den identifizierten Parametern erfolgt dann die Ermittlung des Antriebsdrehmomentes, ebenfalls mit Hilfe eines dynamischen Modells.In a particularly preferred embodiment, the deformation state of the at least one elastomer bearing of the drive unit is determined with the aid of a direct distance measurement using a dielectric elastomer sensor. With at least one acceleration, with an acceleration signal of the acceleration preferably including the influence of gravitational acceleration and with the help of a dynamic model for the movement of the drive unit in the elastomer bearings, the parameters of the at least one elastomer bearing are identified in order to detect creep or settling phenomena and changes in the spring stiffness or the spring constant and/or the damping or the damping constant. Based on the currently determined state of deformation, the current acceleration and the identified parameters, the drive torque is then determined, also with the help of a dynamic model.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung bildet das dynamische Modell mindestens zwei Freiheitsgrade der Bewegung des Antriebsaggregats in den Elastomerlagern ab. Damit entstehen mindestens zwei Gleichungen, welche verwendet werden können, um das Antriebsdrehmoment zu ermitteln und anhand eines Gleichungsfehlers eine Plausibilität zwischen dem aktuell ermittelten Verformungszustand, der aktuellen Beschleunigung sowie den identifizierten Parametern zu bestimmen. Vorzugsweise können den aktuellen Verformungszustand und die aktuelle Beschleunigung beschreibende Sensorsignale jeweils mit identischen, linearen Tiefpassfiltern gefiltert werden.In a further embodiment of the invention, the dynamic model maps at least two degrees of freedom of the movement of the drive unit in the elastomeric bearings. This creates at least two equations, which can be used to determine the drive torque and, based on an error in the equation, a plausibility between the currently determined state of deformation, the current len acceleration and the identified parameters. Sensor signals describing the current state of deformation and the current acceleration can preferably each be filtered with identical, linear low-pass filters.
Eine Vorrichtung zur Ermittlung wenigstens einer auf ein Antriebsaggregat wirkenden Kraft und/oder wenigstens eines auf ein Antriebsaggregat wirkenden Antriebsdrehmomentes ist in Anspruch 7 angegeben.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Ermittlung wenigstens einer auf ein Antriebsaggregat wirkenden Kraft und/oder wenigstens eines auf ein Antriebsaggregat wirkenden Antriebsdrehmomentes ist das Antriebsaggregat auf wenigstens einer Schwingungsdämpfungseinrichtung in einer Aufnahmeeinrichtung gelagert. Die Vorrichtung weist wenigstens eine Abstandsmesseinrichtung auf, die zur direkten Messung eines Abstands und/oder eines zeitlichen Verlaufs des Abstandes zwischen Prüfbereichen eingerichtet ist. Dabei sind die Prüfbereiche derart angeordnet, dass der Abstand, vorzugsweise jederzeit, durch einen Auslenkungszustand der Schwingungsdämpfungseinrichtung bestimmt ist. Ferner weist die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Recheneinrichtung auf, die zur Ermittlung des Auslenkungszustands aus dem Abstand eingerichtet ist. Weiterhin weist die erfindungsgemäße Vorrichtung wenigstens eine Beschleunigungsmesseinrichtung auf, welche zur Ermittlung einer Beschleunigung der Aufnahmeeinrichtung eingerichtet ist.In the device according to the invention for determining at least one force acting on a drive assembly and/or at least one drive torque acting on a drive assembly, the drive assembly is mounted on at least one vibration damping device in a receiving device. The device has at least one distance measuring device, which is set up for the direct measurement of a distance and/or a time profile of the distance between test areas. The test areas are arranged in such a way that the distance is determined, preferably at all times, by a deflection state of the vibration damping device. Furthermore, the device according to the invention has a computing device that is set up to determine the deflection state from the distance. Furthermore, the device according to the invention has at least one acceleration measuring device, which is set up to determine an acceleration of the recording device.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht eine vorteilhafte genaue und präzise Bestimmung der auf das Antriebsaggregat wirkenden Kraft und/oder des auf das Antriebsaggregat wirkenden Antriebsdrehmomentes, indem der Auslenkungszustand der Schwingungsdämpfungseinrichtung und damit deren Reaktionskraft mittels einer direkten Messung vorteilhaft schnell und präzise bestimmt wird. Hierzu weist die Vorrichtung eine Recheneinrichtung auf. Zusätzlich kann bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine Beschleunigung der Aufnahmeeinrichtung mittels der Beschleunigungsmesseinrichtung bei der Bestimmung der auf das Antriebsaggregat wirkenden Kraft und/oder des auf das Antriebsaggregat wirkenden Antriebsdrehmomentes berücksichtigt werden. Dies erlaubt im Zusammenspiel ein besonders präzises Bestimmen der wirkenden Kraft und/oder des wirkenden Antriebsdrehmomentes und damit beispielsweise eine besonders zuverlässige Kontrolle eines Betriebszustands des Antriebsaggregats.The device according to the invention enables an advantageous exact and precise determination of the force acting on the drive unit and/or the drive torque acting on the drive unit, in that the deflection state of the vibration damping device and thus its reaction force is advantageously determined quickly and precisely by means of a direct measurement. For this purpose, the device has a computing device. In addition, in the device according to the invention, an acceleration of the receiving device can be taken into account by means of the acceleration measuring device when determining the force acting on the drive unit and/or the drive torque acting on the drive unit. In combination, this allows a particularly precise determination of the acting force and/or the acting drive torque and thus, for example, a particularly reliable control of an operating state of the drive unit.
Erfindungsgemäß weist die Schwingungsdämpfungseinrichtung wenigstens ein Elastomerlager auf und die Abstandsmesseinrichtung ist als dielektrischer Elastomersensor ausgebildet, wodurch sich ein Sensor-Elastomerlager ergibt. Derartige Elastomerlager zur Schwingungsdämpfung sind zum einen kostengünstig und weisen zugleich sämtliche gewünschten Eigenschaften einer Schwingungsdämpfungseinrichtung auf. Mittels eines dielektrischen Elastomersensors kann eine gleichermaßen einfache wie direkte Messung des Abstands der Prüfbereiche vorgenommen werden. Wenn dabei die Prüfbereiche zugleich die Randbereiche des Elastomersensors darstellen und zum Beispiel als Schichten des Elastomerlagers ausgebildet sind, kann eine Verformung des Elastomerlagers und damit der Auslenkungszustand der Schwindungsdämpfungseinrichtung direkt bestimmt werden.According to the invention, the vibration damping device has at least one elastomer bearing and the distance measuring device is designed as a dielectric elastomer sensor, resulting in a sensor elastomer bearing. Such elastomer bearings for vibration damping are cost-effective and at the same time have all the desired properties of a vibration damping device. An equally simple and direct measurement of the distance between the test areas can be carried out using a dielectric elastomer sensor. If the test areas also represent the edge areas of the elastomer sensor and are designed, for example, as layers of the elastomer bearing, deformation of the elastomer bearing and thus the deflection state of the anti-vibration device can be determined directly.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann vorgesehen sein, dass die Recheneinrichtung eingerichtet ist, um wenigstens einen Parameter der Schwingungsdämpfungseinrichtung mittels eines dynamischen Modells für eine Bewegung des Antriebsaggregats zu identifizieren. Mittels des dynamischen Modells kann der wenigstens eine Parameter aus zeitlichen Verläufen von Messdaten des Auslenkungszustands extrahiert werden, wobei die Erfassung eines entsprechenden Datensatzes zum Beispiel während des Betriebs des Antriebsaggregats erfasst werden kann.In an advantageous development of the device according to the invention, it can be provided that the computing device is set up to identify at least one parameter of the vibration damping device using a dynamic model for a movement of the drive unit. Using the dynamic model, the at least one parameter can be extracted from measurement data of the deflection state over time, it being possible for a corresponding data set to be recorded, for example during operation of the drive assembly.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann vorgesehen sein, dass die Recheneinrichtung eingerichtet ist, um basierend auf dem ermittelten Auslenkungszustand und/oder dem ermittelten zeitlichen Verlauf des Auslenkungszustands der Schwingungsdämpfungseinrichtung und/oder der ermittelten Beschleunigung und/oder der identifizierten Parameter das Antriebsdrehmoment des Antriebsaggregats zu ermitteln. Das Antriebsdrehmoment des Antriebsaggregats lässt sich mit einer derart ausgeführten Recheneinrichtung besonders zuverlässig bestimmen.In a further advantageous embodiment of the device according to the invention, it can be provided that the computing device is set up to calculate the drive torque of the to determine the drive unit. The drive torque of the drive unit can be determined particularly reliably with a computing device designed in this way.
Des Weiteren können wenigstens zwei Schwingungsdämpfungseinrichtungen vorgesehen sein und die Beschleunigungsmesseinrichtung kann wenigstens zwei Beschleunigungssensoren aufweisen, wobei die wenigstens zwei Beschleunigungssensoren eingerichtet sind, eine vertikale Beschleunigung der Aufnahmeeinrichtung an einer Position der wenigstens zwei Schwingungsdämpfungseinrichtungen zu erfassen. Die Verwendung wenigstens zweier Schwingungsdämpfungseinrichtungen sowie wenigstens zweier Beschleunigungssensoren ermöglicht das Aufstellen und insbesondere Erfassen von Daten wenigstens zweier Bewegungsmodelle des Antriebsaggregats bzw. eines Bewegungsmodells des Antriebsaggregates mit wenigstens zwei Freiheitsgraden. Aufgrund gegenseitiger Abhängigkeiten der genannten Bewegungsmodelle können diese zu ihrer gegenseitigen Plausibilitätsprüfung herangezogen werden, was wiederum zu einer Erhöhung der Präzision der Kraft- und/oder Drehmomentbestimmung beiträgt.Furthermore, at least two vibration damping devices can be provided and the acceleration measuring device can have at least two acceleration sensors, the at least two acceleration sensors being set up to detect a vertical acceleration of the recording device at a position of the at least two vibration damping devices. The use of at least two vibration damping devices and at least two acceleration sensors enables the setting up and in particular the acquisition of data from at least two movement models of the drive unit or one movement model of the drive unit with at least two degrees of freedom. Due to the mutual dependencies of the movement models mentioned, they can be used to check their mutual plausibility, which in turn contributes to increasing the precision of the force and/or torque determination.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann vorgesehen sein, dass der dielektrische Elastomersensor wenigstens zwei, vorzugsweise im Vergleich zu dem Elastomerlager dünne, Elektroden aufweist, wobei zwischen den Elektroden eine Elastomerschicht als Dielektrikum angeordnet ist. Die Ausführung des dielektrischen Elastomersensors als Teil des Elastomerlagers hat den Vorteil, dass hierdurch die Verformung des Elastomerlagers schnell, präzise und direkt gemessen werden kann.In a further advantageous embodiment of the device according to the invention, it can be provided that the dielectric elastomer sensor has at least two electrodes, preferably thin compared to the elastomer bearing, with an elastomer layer being arranged as a dielectric between the electrodes. The design of the dielectric elastomer sensor as part of the elastomer bearing has the advantage that the deformation of the elastomer bearing can be measured quickly, precisely and directly as a result.
Die Erfindung betrifft ferner ein Kraftfahrzeug mit einem Antriebsaggregat mit den in Anspruch 12 genannten Merkmalen.The invention also relates to a motor vehicle with a drive unit having the features mentioned in
Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug weist ein Antriebsaggregat auf, welches auf wenigstens einer Schwingungsdämpfungseinrichtung in einer Aufnahmeeinrichtung gelagert ist. Hierbei ist eine Vorrichtung zur Ermittlung wenigstens einer auf das Antriebsaggregat wirkenden Kraft und/oder wenigstens einem auf das Antriebsaggregat wirkenden Antriebsdrehmomentes gemäß einem der Ansprüche 8 bis 13 vorgesehen. Zusätzlich oder alternativ wird bei dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug wenigstens eine auf das Antriebsaggregat wirkende Kraft und/oder wenigstens ein auf das Antriebsaggregat wirkendes Antriebsdrehmoment mittels eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 ermittelt.The motor vehicle according to the invention has a drive unit which is mounted on at least one vibration damping device in a receiving device. A device for determining at least one force acting on the drive unit and/or at least one drive torque acting on the drive unit according to one of claims 8 to 13 is provided. Additionally or alternatively, in the motor vehicle according to the invention, at least one force acting on the drive unit and/or at least one drive torque acting on the drive unit is determined using a method according to one of
Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug hat den Vorteil, dass ein Betriebszustand des Antriebsaggregats mit den besonders präzisen Werten, welche mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens und/oder der erfindungsgemäßen Vorrichtung erfasst werden, bestimmt werden kann. Dies führt zu einer sehr hohen Betriebssicherheit und/oder Fahrsicherheit des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs.The motor vehicle according to the invention has the advantage that an operating state of the drive unit can be determined using the particularly precise values that are detected using the method according to the invention and/or the device according to the invention. This leads to a very high level of operational reliability and/or driving safety of the motor vehicle according to the invention.
Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung prinzipmäßig dargestellt.In the following, exemplary embodiments of the invention are shown in principle with reference to the drawing.
Es zeigt:
-
1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; -
2 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem Kraftfahrzeug; -
3 eine vereinfachte diagrammmäßige Darstellung eines Anfahrvorganges; und -
4 eine prinzipmäßige Darstellung eines Blockschaltbilds eines Tiefpassfilters.
-
1 a schematic representation of a device according to the invention; -
2 a schematic representation of a further embodiment of the device according to the invention in a motor vehicle; -
3 a simplified diagrammatic representation of a starting process; and -
4 a basic representation of a block diagram of a low-pass filter.
Die Vorrichtung 1 weist wenigstens eine Abstandsmesseinrichtung 6 auf, die zur direkten Messung eines Abstands 7 zwischen Prüfbereichen 8a, 8b eingerichtet ist. Die Prüfbereiche 8a, 8b sind derart angeordnet, dass der Abstand 7 und/oder ein zeitlicher Verlauf des Abstandes 7 durch einen Auslenkungszustand der Schwingungsdämpfungseinrichtung 4 bestimmt ist. Ferner weist die Vorrichtung 1 eine Recheneinrichtung 9, die zur Ermittlung des Auslenkungszustands aus dem Abstand 7 eingerichtet ist, sowie eine Beschleunigungsmesseinrichtung 10 auf, die zur Ermittlung einer Beschleunigung der Aufnahmeeinrichtung 5, die durch den mit dem Bezugszeichen 11 bezeichneten Pfeil gekennzeichnet ist, eingerichtet ist.The
Die in
Bei dem Kraftfahrzeug 12 handelt es sich im vorliegenden Fall um ein Elektrofahrzeug. Das Antriebsaggregat 2 weist in nicht näher dargestellter Art und Weise eine Elektromaschine und ein Getriebe auf und ist mit Hilfe der Schwingungsdämpfungseinrichtung 4, die im vorliegenden Fall mehrere Elastomerlager 4a, 4b, 4c aufweist, an einer Karosserie 13 des Kraftfahrzeugs 12 angebracht. Der einfacheren Darstellung halber sind einige nachfolgend beschriebene Vereinfachungen zugrunde gelegt:
- - Es werden keine Kurvenfahrt und kein Wanken betrachtet.
Das Antriebsaggregat 2und das Kraftfahrzeug 12 besitzen jeweils nur drei Freiheitsgrade, d.h. es handelt sich um ein ebenes Problem:- - Translatorische Bewegung in Richtung einer x-Achse 14 parallel zur Fahrbahnoberfläche.
- - Translatorische Bewegung in Richtung einer z-
Achse 15 senkrecht zur Fahrbahnoberfläche. - - Drehung (Nicken) um eine in
der 2 als Kreis mit innenliegendem Punkt dargestellten y-Achse 16 (Nickachse, senkrecht zur Fahrbahnoberfläche).
- - Die in dem Ausführungsbeispiel nichtlinear ausgebildeten Elastomerlager 4a, 4b, 4c werden um einen Arbeitspunkt als linearisiert betrachtet, d.h. mittels linearen Federsteifigkeiten und linearen Dämpfungskonstanten beschrieben.
- - Verkopplung zwischen Einfederungen eines der Elastomerlager 4a, 4b, 4c und Lagerkräften in verschiedenen Raumrichtungen werden nicht betrachtet.
- -
Ein Schwerpunkt 17 des Antriebsaggregats 2 liegt auf der Höhevon aggregateseitigen Anschlagpunkten 18 4a, 4b, 4c, ein Abstand l des Schwerpunktes 17 vonder Elastomerlager den aggregateseitigen Anschlagpunkten 18 ist auf beiden Seiten gleich groß. - - Trägheitswirkungen von rotierenden, drehbeschleunigten Teilen in
dem Antriebsaggregat 2 sind in dem Ausführungsbeispiel nicht berücksichtigt. Eine Berücksichtigung kann beispielsweise mittels einer Messung einer Winkelbeschleunigungen der drehbeschleunigten Teile und durch zusätzliche Terme in den nachfolgend angegebenen Gleichungen einfach realisiert werden.
- - No cornering and no rolling are considered. The
drive unit 2 and themotor vehicle 12 each have only three degrees of freedom, ie it is a plane problem:- - Translational movement in the direction of an
x-axis 14 parallel to the road surface. - - Translational movement in the direction of a z-
axis 15 perpendicular to the road surface. - - Rotation (pitch) by one in the
2 y-axis 16 (pitch axis, perpendicular to the road surface) shown as a circle with a point inside.
- - Translational movement in the direction of an
- The
4a, 4b, 4c, which are nonlinear in the exemplary embodiment, are considered to be linearized around an operating point, ie are described by means of linear spring stiffness and linear damping constants.elastomeric bearings - - Coupling between deflection of one of the
4a, 4b, 4c and bearing forces in different spatial directions are not considered.elastomer bearings - - A center of
gravity 17 of thedrive unit 2 is at the level of unit-side attachment points 18 of the 4a, 4b, 4c, a distance l of the center ofelastomeric bearings gravity 17 from the unit-side attachment points 18 is the same on both sides. - - Effects of inertia of rotating, rotationally accelerated parts in the
drive unit 2 are not taken into account in the exemplary embodiment. It can easily be taken into account, for example, by measuring an angular acceleration of the rotationally accelerated parts and by using additional terms in the equations given below.
In dem in
Die Größen zh und zLh beschreiben die Höhen 20 und 19 des oberen und unteren Anschlagpunktes des hinteren vertikalen Elastomerlagers 4a im Inertialsystem, z.B. über einer idealen, ebenen Fahrbahnoberfläche. Die Größen zv und zLv beschreiben entsprechend die Höhen 21 und 22 des oberen und unteren Anschlagpunktes des vorderen vertikalen Elastomerlagers 4b. Die Größe z0h beschreibt die ungespannte Länge des hinteren vertikalen Elastomerlagers 4a bzw. der hinteren vertikalen Feder ch und die Größe zov beschreibt die ungespannte Länge des vorderen vertikalen Elastomerlagers 4b bzw. der vorderen vertikalen Feder cv.The variables z h and z Lh describe the
Die Lagerkraft des hinteren vertikalen Elastomerlagers Fzh ergibt sich somit zu
Das Antriebsaggregat 2 besitzt die bekannte Masse m und das bekannte Massenträgheitsmoment Jy um die y-Achse 16 (Nickachse, senkrecht zur Fahrbahnoberfläche). Die Fahrbahn 23 weist den Steigungswinkel 24 mit dem Wert αSt auf. Über die Antriebswellen wirkt ein Antriebsdrehmoment 25 des Antriebsaggregats 2 mit dem Wert MA zurück auf das Antriebsaggregat 2 und stützt sich über die Elastomerlager 4a, 4b ab. Basierend auf dem ermittelten Auslenkungszustand der Schwingungsdämpfungseinrichtung 4 und/oder der mittels der Beschleunigungsmesseinrichtung 10 ermittelten Beschleunigung 11 und/oder der identifizierten Parameter kann das Antriebsdrehmoment 25 des Antriebsaggregats 2 ermittelt werden.The
Nachfolgend werden die Dynamik in z-Richtung 15 und das Nicken beschrieben:The dynamics in the z-
Beispielsweise infolge von Fahrbahnunebenheiten 26 kann sich der Schwerpunkt 17 des Antriebsaggregats 2 in vertikaler Richtung bewegen, es gilt:
Das Antriebsdrehmoment bzw. Antriebsmoment MA führt zu einem Verdrehwinkel 28 des Antriebsaggregats 2 mit dem Wert ϑ um die y-Achse 16 (Nicken). Es gilt näherungsweise:
In dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel wird von Elastomerlagern 4a, 4b, 4c mit mindestens zwei dünnen Elektroden und dazwischenliegender Elastomer-Schicht als Dielektrikum ausgegangen. Eine Verformung der Elastomer-Schicht führt zu einer Änderung der zwischen den Elektroden messbaren elektrischen Kapazität. Eine entsprechende, nachfolgend beschriebene Sensorik lässt sich kostengünstig umsetzen. Die Abstandsmesseinrichtung 6 ist dabei als dielektrischer Elastomersensor ausgebildet. Mittels geeigneter Auswertung kann somit der Verformungszustand der Elastomer-Schicht bzw. durch geeignete Skalierung der Verformungszustand des gesamten Elastomerlagers ermittelt werden. Auf diese Weise kann die Messung des Abstands 7 mittels des dielektrischen Elastomersensors durchgeführt werden. Es wird davon ausgegangen, dass Sensorsignale Δzh und Δzv verfügbar sind, welche die Abstände der Anschlagpunkte der Elastomerlager 4a, 4b an dem Antriebsaggregat 2 und der Karosserie 13 kennzeichnen:
In dem in
Die Gleichungen (7) und (8) ergeben sich anhand einer Aufteilung der Erdbeschleunigung g in eine Hangabtriebsbeschleunigung 27a parallel zur x-Achse 14 sowie in eine Beschleunigung 27b parallel zur z-Achse 15.Equations (7) and (8) result from a division of the gravitational acceleration g into a
Alternativ dazu lassen sich die Sensorsignale Sh und Sv auch aus der Sensorik eines ESP-Systems des Kraftfahrzeugs 12 ableiten. Dann sind keine zusätzlichen Beschleunigungssensoren erforderlich, was die Kosten minimiert. Bei modernen ESP-Sensorkonzepten werden die Beschleunigung der Karosserie 13 in x-, y-, und z-Richtung 14, 16, 15 sowie Drehraten um die x-, y- und z-Achse ermittelt. Es kann vorgesehen sein, dass anhand dieser an einem Einbauort der ESP-Sensorik gemessenen Größen die Beschleunigungen an den karosserieseitigen Anschlagpunkten des vorderen und des hinteren vertikalen Elastomerlagers 4b, 4a berechnen werden.As an alternative to this, the sensor signals S h and S v can also be derived from the sensors of an ESP system of the
Vorzugsweise werden hierbei die im Folgenden im Zusammenhang mit
Subtrahiert man die mit dem Faktor
Nach Einsetzen von Gl. (5) und Gl. (6) in Gl. (9) erhält man:
Subtrahiert man in ähnlicher Weise die mit dem Faktor
Nach Einsetzen von Gl. (5) und Gl. (6) in Gl. (11) erhält man:
Ein Vorteil der beschriebenen Methodik besteht darin, dass der Steigungswinkel 24 mit dem Wert αSt über die Sensorsignale Sh und Sv der Beschleunigungssensoren eingeht. Die Gl. (10) und (12) gelten sowohl bei horizontaler als auch ansteigender bzw. abfallender Fahrbahn 23. Eine zusätzliche Sensorik für den Steigungswinkel 24 mit dem Wert αSt ist nicht erforderlich. Auf dieselbe Weise gehen variierende Nickwinkel der Karosserie 13, beispielsweise infolge verschiedener Beladungszustände des Kraftfahrzeuges 12, bei Beschleunigungs- und Bremsvorgängen oder bei Fahrbahnunebenheiten 26, über die Sensorsignale Sh und Sv der Beschleunigungssensoren ein.An advantage of the method described is that the
Die Gl. (10) und (12) stellen ein dynamisches Modell für die Bewegung des Antriebsaggregats 2 in der Schwingungsdämpfungseinrichtung 4 dar. Entsprechend den zwei Gl. (10) und (12) bildet das beschriebene dynamische Modell zwei Freiheitsgrade der Bewegung des Antriebsaggregats 2 ab. Die Sensorsignale Δzh und Δzv, welche die Abstände der Anschlagpunkte der Elastomerlager 4a, 4b an dem Antriebsaggregat 2 und der Karosserie 13 kennzeichnen, sowie deren zeitliche Ableitungen
Mittels des dynamischen Modells für die Bewegung des Antriebsaggregats 2 in der Schwingungsdämpfungseinrichtung 4 entsprechend den Gl. (10) und (12) wird mindestens ein Parameter der Schwingungsdämpfungseinrichtung 4 identifiziert. Nachfolgend wird die Parameteridentifikation am Beispiel eines als Elektrofahrzeug ausgebildeten Fahrzeugs 12 beschrieben:
- Die ungespannte Länge z0h des hinteren vertikalen Elastomerlagers 4a bzw. dessen Feder ch und die ungespannte Länge z0v des vorderen vertikalen Elastomerlagers 4b bzw. dessen Feder cv ändern sich über der Zeit infolge von
4a, 4b. Die Federsteifigkeiten ch und cv ändern sich ebenfalls über der Zeit, z.B. infolge von Oxidationsreaktionen im Elastomermaterial. Insofern ist in gewissen Zeitabständen eine Adaption dieser Größen erforderlich. Diese Parameteradaption kann am stehendenSetzerscheinungen der Elastomerlager Kraftfahrzeug 12 durchgeführt werden. Bis auf den Anteil der Erdbeschleunigung sind sämtliche Beschleunigungen in Richtung der z-Achse 15 gleich Null, ebenso die Geschwindigkeiten und die Gl. (10) vereinfacht sich zu:
- The unrestrained length z 0h of the rear vertical elastomeric bearing 4a or its spring c h and the unrestrained length z 0v of the front vertical elastomeric bearing 4b or its spring c v change over time due to the settling of the elastomeric bearings 4a, 4b. The spring stiffnesses c h and c v also change over time, for example as a result of oxidation reactions in the elastomer material. In this respect, an adaptation of these variables is necessary at certain time intervals. This parameter adaptation can be carried out when the motor vehicle 12 is stationary. Except for the portion of the gravitational acceleration, all accelerations in the direction of the z-axis 15 are equal to zero, as are the velocities and Eq. (10) simplifies to:
In der Gl. (12) kompensieren sich zudem die Terme
Elektrofahrzeuge weisen meist ein Ankriechverhalten auf, d.h. entsprechend einem konventionellen Kraftfahrzeug 12 mit Drehmomentwandler kriecht das Kraftfahrzeug 12 los, sobald in einer Wählhebelstellung D „drive“ ein Bremspedal losgelassen wird. Dies wird realisiert, indem eine Fahrzeugsteuerung von dem als Elektromaschine ausgebildeten Antriebsaggregat 2 das Antriebsmoment 25 mit dem Wert MA entsprechend einem festgelegten Kriechmoment MK anfordert. Aus energetischen Gründen macht der Aufbau eines Kriechmoments MK nur Sinn, wenn das Bremspedal nicht zu stark getreten ist und ein Ankriechen des Kraftfahrzeugs 12 somit wahrscheinlich wird.Electric vehicles usually have a creeping behavior, ie, in accordance with a
Infolge einer Reduktion der Bremspedalbetätigung nimmt das Bremsmoment MBr ab und die Fahrzeugsteuerung gibt der Elektromaschine bzw. dem Antriebsaggregat 2 ein Antriebsmoment MA = MK entsprechend dem Kriechmoment vor. Es wird vorgeschlagen, dass zum Zeitpunkt T2, nachdem das Antriebsmoment aufgebaut wurde und eine gewisse Zeit vergangen ist, bis sich das Antriebsaggregat in den Elastomerlagern 4a, 4b eingeschwungen hat, eine zweite Messung der Sensorsignale Δzh, Δzv, Sh und Sv erfolgt. Das Kraftfahrzeug 12 ist dabei immer noch im Stillstand. Durch Einsetzen dieser Werte und MA = MK in die Gl. (13) und (14) ergeben sich weitere zwei Bestimmungsgleichungen für die gesuchten Parameter z0h, ch, z0v und cv.As a result of a reduction in the actuation of the brake pedal, the braking torque M Br decreases and the vehicle controller specifies a drive torque M A =M K for the electric machine or the
Mit insgesamt vier Bestimmungsgleichungen lassen sich die vier Parameter z0h, ch, z0v und cv berechnen. Aus der maßgeblichen Eigenfrequenz ω der Bewegung des Antriebsaggregats 2 in den Elastomerlagern 4a, 4b, einem zugehörigen Verlustwinkel δ des jeweiligen Elastomerlagers 4a, 4b und der Federsteifigkeit ch bzw. cv lassen sich dann die Dämpfungskonstanten dh bzw. dv berechnen.The four parameters z 0h , c h , z 0v and c v can be calculated with a total of four conditional equations. The damping constants d h and d v can then be calculated from the relevant natural frequency ω of the movement of the
Vorzugsweise werden die Messungen bei einem Anfahrvorgang mehrfach durchgeführt und die Sensorsignale einer Mittelung unterzogen, um ein Rauschen zu minimieren. Ebenso ist von Vorteil, die berechneten Parameterwerte über mehrere Anfahrvorgänge zu mitteln bzw. zu filtern, da die realen Werte sich nur langsam über der Zeit ändern.The measurements are preferably carried out several times during a start-up process and the sensor signals are averaged in order to minimize noise. It is also advantageous to average or filter the calculated parameter values over several start-up processes, since the real values only change slowly over time.
Das Verfahren kann bei jedem Anfahrvorgang durchgeführt werden, und die berechneten Parameter z0h, ch, z0v und cv können mit den über mehrere Messungen gemittelten Werten verglichen werden. Liegen eine oder mehrere Abweichungen über vorgegebenen Schwellen, so wird auf eine Fehlfunktion der Elektromaschine bzw. des Antriebsaggregats 2 geschlossen. D.h. die Elektromaschine setzt das Antriebsmoment MA = MK nicht korrekt um. Eine Fehlfunktion kann somit erkannt werden, noch bevor das Kraftfahrzeug 12 anfährt. Eine Fehlerreaktion kann somit eine unerwünschte Fahrzeugbewegung sicher verhindern.The method can be carried out during each start-up process, and the calculated parameters z 0h , c h , z 0v and c v can be compared with the values averaged over several measurements. If one or more deviations are above predetermined thresholds, a malfunction of the electric machine or of the
Die oben dargestellten Zeitpunkte für die Messungen sind als Beispiele in der
Für die zweite Messung kann bei Stillstand in der D „Drive“-Position oder einer R „Reverse“-Position während einer ausreichend starken Bremspedalbetätigung testweise ein Antriebsmoment MA ≈ 0 aufgebaut werden. Dabei ist sicherzustellen, dass das Antriebsmoment MA betragsmäßig weit genug unter dem Bremsmoment MBr bleibt und sich das Kraftfahrzeug 12 somit nicht bewegt. Als weitere Sicherheitsmaßnahme wird die Erkennung einer ungewollten Fahrzeugbewegung durch Überprüfen der Elektromaschinen- bzw. Raddrehzahlen vorgeschlagen. Eine Gegenmaßnahme kann eine sofortige Abschaltung des Antriebsmomentes MA sein. Diese Alternative lässt unterschiedliche Messungen mit einer Variation des Antriebsmoments MA zu, wodurch die Parameterbestimmung verbessert wird. Daneben ist sie auch bei Elektrofahrzeugen möglich, die kein Ankriechen aufweisen. Ebenfalls ist möglich, die Tests im Rahmen einer turnusgemäßen Wartung durchzuführen. Hierbei kann testweise ein betragsmäßig hohes Antriebsmoment MA in beide Wirkrichtungen eingestellt werden, welches die Parameteridentifikation verbessert und auch Nichtlinearitäten der Elastomerlager detektieren lässt.For the second measurement, a drive torque MA ≈ 0 can be built up as a test when the vehicle is stationary in the D "drive" position or in an R "reverse" position while the brake pedal is actuated with sufficient force. In this case, it must be ensured that the amount of the drive torque M A remains far enough below the braking torque M Br and that the
Neben der Ermittlung der Federsteifigkeiten ch und .cv dient der zuvor beschriebene Parameteradaptionsschritt hauptsächlich dazu, die ungespannte Länge z0h des hinteren vertikalen Elastomerlagers 4a bzw. dessen Feder ch und die ungespannte Länge z0v des vorderen vertikalen Elastomerlagers 4b bzw. dessen Feder cv zu bestimmen, da sich diese über der Zeit infolge von Setzerscheinungen der Elastomerlager 4a, 4b ändern. Es wird die Ausgangsausdehnung bzw. die ungespannten Federlänge der Schwingungsdämpfungseinrichtung bestimmt. Der Steigungswinkel 24 mit dem Wert αSt geht über die Sensorsignale Sh und Sv der Beschleunigungssensoren ein. Von Vorteil ist, dass sich der Parameteradaptionsschritt sowohl bei horizontaler als auch ansteigender bzw. abfallender Fahrbahn 23 durchführen lässt, eine zusätzliche Messung des Steigungswinkels 24 ist nicht erforderlich.In addition to determining the spring stiffnesses c h and c v , the parameter adaptation step described above mainly serves to determine the unstressed length z 0h of the rear
Ergänzend oder alternativ dazu lasen sich Methoden der Parameteridentifikation dynamischer Systeme anwenden, wobei zeitliche Verläufe der Sensorsignale Δzh(t), Δzv(t), Sh(t) und Sv(t) sowie des Antriebsmoments MA(t) über der Zeit t zugrunde gelegt werden. Beispielsweise kann hierbei der Zeitraum zwischen dem Zeitpunkt T1 und dem Zeitpunkt T2 der
Die oben dargestellten Verfahren zur Parameteridentifikation lassen sich zudem nutzen, um den Zustand der Elastomerlager 4a, 4b zu testen. Liegt einer der identifizierten Parameter außerhalb eines vordefinierten Bereiches, so wird auf einen Defekt des zugehörigen Elastomerlagers 4a, 4b geschlossen und dies im Rahmen der Diagnostik im Fehlerspeicher der Fahrzeugsteuerung abgelegt.The methods for parameter identification presented above can also be used to test the condition of the
Bei konventionellen Kraftfahrzeugen 12 mit Verbrennungsmotor und Drehmomentwandler oder einer automatisierter Anfahrkupplung lässt sich das oben beschriebene Verfahren ebenfalls anwenden. Die erste Messung für das Antriebsmoment MA = 0 lässt sich wie oben beschrieben z.B. beim Überführen des Wählhebels aus der P „Park“-Position in die N „Neutral“-Position bzw. in die D „Drive“-Position oder R die „Re-verse“-Position durchführen. Die zweite Messung für ein Antriebsmoment MA ≈ 0 lässt sich nach Aufbau eines Kriech bzw. Anfahrmomentes durchführen, wobei das Kraftfahrzeug 12 vorzugsweise noch stillsteht. Das Antriebsmoment MA wird dabei vorzugsweise aus den momentanen Drehzahlverhältnissen im Drehmomentwandler oder anhand einer Anpresskraft bzw. eines Anpressdruckes einer schlupfenden Anfahrkupplung ermittelt. Eine entsprechende Vorgehensweise wird insbesondere bei Schiffs- und Industriegetrieben vorgeschlagen.The method described above can also be used in
Eine erste Messung für das Antriebsmoment MA = 0 erfolgt bei geöffneten Kupplungen. Die zweite Messung für ein Antriebsmoment MA ≈ 0 wird bei schlupfender Kupplung durchgeführt, wobei das Antriebsmoment MA anhand der Anpresskraft bzw. des Anpressdruckes der schlupfenden Kupplung ermittelt wird. Trägheitseffekte von beschleunigten rotierenden Teilen sind hierbei zu berücksichtigen. Bei Vibrationen im Antriebsaggregat 2, beispielsweise hervorgerufen durch einen Verbrennungsmotor, werden die Sensorsignale Δzh, Δzv, Sh und Sv vorzugsweise gefiltert, um höhere Frequenzen und die Hauptanregung des Verbrennungsmotors zu entfernen.A first measurement for the drive torque M A =0 takes place with the clutches open. The second measurement for a drive torque M A ≈0 is carried out when the clutch is slipping, with the drive torque M A being determined using the contact pressure force or the contact pressure of the slipping clutch. Inertial effects of accelerated rotating parts must be taken into account. In the event of vibrations in the
Nachfolgend wird die Ermittlung des Antriebdrehmoments erläutert:
- Wurden die Parameter identifiziert, so kann mittels Gl. (12) während des Fahrbetriebes basierend auf den zeitlichen Verläufen der Sensorsignale Δzh(t), Δzv(t), Sh(t) und Sv(t) das Antriebsmoment MA(t) bestimmt werden.
- Once the parameters have been identified, Eq. (12) the drive torque M A (t) can be determined during driving operation based on the time profiles of the sensor signals Δz h (t), Δz v (t), S h (t) and S v (t).
Zweckmäßig ist hierzu eine Umrechnung auf modifizierte Sensorsignale Δzhm, und Δzvm:
Die Gl. (12) vereinfacht sich damit zu
Die Sensorsignale enthalten Rauschen, sodass eine numerische Bildung der Ableitungen z.B. durch Differenzenbildung typischerweise problematisch ist. Daher wird vorgeschlagen, die Sensorsignale jeweils mit identischen, stabilen linearen Tiefpassfiltern zu filtern. Im Laplace-Bereich werden die Tiefpassfilter z.B. durch die Übertagungsfunktion G(s) beschrieben:
Bei sicherheitsgerichteten Steuerungen ist meist eine maximale Fehlerreaktionszeit vorgegeben, welche sich aus der Fehlererkennungszeit und der erforderlichen Abschaltzeit des Systems zusammensetzt. Werden das Verfahren und/oder die Vorrichtung gemäß der Erfindung eingesetzt, um ein fehlerhaft umgesetztes Antriebsdrehmoment zu erkennen, so wird vorgeschlagen, die Dynamik der Tiefpassfilter nach Gl. (18) an die Fehlererkennungszeit anzupassen. Beispielsweise indem eine Ausregelzeit der Sprungantwort der Tiefpassfilter die Hälfte der erlaubten Fehlererkennungszeit beträgt. Andernfalls wird die Filterdynamik durch die erwünschte Dynamik des ermittelten (gefilterten) Antriebsdrehmomentes vorgegeben.In the case of safety-related controls, a maximum error response time is usually specified, which is made up of the error detection time and the required shutdown time of the system. If the method and/or the device according to the invention are used in order to detect an incorrectly converted drive torque, then it is proposed that the dynamics of the low-pass filter according to Eq. (18) adapt to the error detection time. For example, a settling time for the step response of the low-pass filter is half the permitted error detection time. Otherwise, the filter dynamics are specified by the desired dynamics of the ascertained (filtered) drive torque.
Die Größen Δzhm(s), Δzvm(s), Sh(s) und Sv(s) beschreiben die Sensorsignale im Laplace-Bereich, die entsprechenden gefilterten Sensorsignale Δzhm*(s), Δzvm*(s), Sh*(s) und Sv*(s) ergeben sich aus:
Der Vorteil dieser Vorgehensweise besteht darin, dass die Ableitungen sΔzhm*(s), s2Δzhm*(s), sΔzvm*(s) und s2Δzvm*(s) der gefilterten Sensorsignale Δzhm*(s) und Δzvm*(s) sich direkt aus den Filter-Übertagungsfunktionen G(s) ermitteln lassen.The advantage of this procedure is that the derivatives sΔz hm *(s), s 2 Δz hm *(s), sΔz vm *(s) and s 2 Δz vm *(s) of the filtered sensor signals Δz hm *(s) and Δz vm *(s) can be determined directly from the filter transfer functions G(s).
Ein erster Transformationsblock 34 entspricht einem Multiplikator
Durch Laplace-Transformation der Gl. (17), Multiplikation mit G(s) und Einsetzen der Gl. (19) bis (22) erhält man
Durch Laplace-Rücktransformation der GI. (23) erhält man eine Bestimmungsgleichung für das gefilterte Antriebsmoment MA*(t), basierend auf den gefilterten Sensorsignalen sowie deren aus den Filter-Übertagungsfunktionen G(s) ermittelten zeitlichen Ableitungen.By Laplace inverse transformation of Eq. (23) one obtains a conditional equation for the filtered drive torque M A *(t), based on the filtered sensor signals and their time derivatives determined from the filter transfer functions G(s).
Nachfolgend wird die Plausibilität nachgewiesen:
- Mit den modifizierten Sensorsignalen Δzhm und Δzvm vereinfacht sich die Gl. (10) zu:
- With the modified sensor signals Δz hm and Δz vm , Eq. (10) to:
Bei idealen Verhältnissen ist die Gl. (25) erfüllt, in der Realität sind aufgrund von Fehlern bei der Modellierung, bei der Parameteridentifikation und bei der Erfassung der Sensorsignale Abweichungen zu erwarten. Zur Plausibilisierung der Sensorsignale sowie der identifizierten Parameter wird in Gl. (25) ein Gleichungsfehler ε(t) eingeführt:
Durch Laplace-Transformation der Gl. (26), Multiplikation mit G(s) und Einsetzen der Gl. (19) bis (22) erhält man
Durch Laplace-Rücktransformation erhält man eine Bestimmungsgleichung für den gefilterten Gleichungsfehler εz*(t), basierend auf den gefilterten Sensorsignalen sowie deren zeitlichen Ableitungen. Die Gl. (27) beschreibt die Vertikaldynamik. Infolge der Fahrbahnunebenheiten 26 wird sich das Antriebsaggregat 2 andauernd in den Elastomerlagern 4a, 4b, 4c bewegen. Der gefilterte Gleichungsfehler εz*(t) stellt somit ein gutes Maß für die Güte der Berechnungen der Parameter dar. Wird der Gleichungsfehler betragsmäßig größer als eine vorgegebene Schwelle, so wird auf einen Fehler in der Sensorik oder der Mechanik geschlossen, beispielsweise ein Anschlagen des Antriebsaggregats 2 an der Karosserie 13 oder einen Fremdkörper, der zwischen dem Antriebsaggregat 2 und der Karosserie 13 klemmt. Letztendlich wird dann auch auf einen Fehler in der Ermittlung des gefilterten Antriebsmoments MA*(t) geschlossen. Somit kann das gefilterte Antriebsmoment MA*(t) plausibilisiert werden.A conditional equation for the filtered equation error ε z *(t) is obtained by Laplace inverse transformation, based on the filtered sensor signals and their time derivatives. Eq. (27) describes the vertical dynamics. As a result of the bumps in the
Weicht ein korrekt ermitteltes gefiltertes Antriebsmoments MA*(t) um eine vorgegebene Schwelle von dem Fahrerwunschmoment oder dem gefilterten Fahrerwunschmoment ab, so wird auf einen Fehler im Antriebssystem, z.B. in dem Antriebsaggregat 2, geschlossen und es werden Fehlerreaktionen ausgelöst, z.B. ein Not-Betrieb mit vermindertem Antriebsmoment MA(t) oder eine Abschaltung des Systems. Bei einem zu großen Gleichungsfehler εz*(t) ist diese Diagnose nicht mehr aussagekräftig und es sollte ebenfalls eine Fehlerreaktion erfolgen.If a correctly determined, filtered drive torque M A *(t) deviates from the driver's desired torque or the filtered driver's desired torque by a predetermined threshold, then a fault in the drive system, for example in the
Ein korrekt ermitteltes gefiltertes Antriebsdrehmoment MA*(t) kann dynamische Momentenanteile enthalten, die sich aus den Bewegungen des Antriebsaggregats 2 in der Schwingungsdämpfungseinrichtung 4 ergeben, beispielsweise, indem Antriebswellen infolge der Bewegungen des Antriebsaggregats 2 zyklisch tordieren und das auf das Antriebsaggregat 2 rückwirkende Antriebsdrehmoment 25 beeinflussen. Die Bewegungen des Antriebsaggregats 2 lassen sich basierend auf den zeitlichen Verläufen der modifizierten Sensorsignale Δzhm(t) und Δzvm(t) bzw. der gefilterten Sensorsignale Δzhm*(t), Δzvm*(t) bestimmen und zusammen mit der Drehfedersteifigkeit und der Drehfederdämpfung der Antriebswellen dazu benutzen, um diese dynamischen Momentenanteile zu ermitteln. Wird das gefilterte Antriebsdrehmoment MA*(t) um diese dynamischen Momentenanteile korrigiert, so bleibt das von dem Antriebsaggregat 2 durch Energiewandlung erzeugte Antriebsdrehmoment übrig. Ebenfalls möglich ist, das gefilterte Antriebsdrehmoment MA*(t) um Momentenanteile zu korrigieren, die durch Trägheitswirkungen von rotierenden, drehbeschleunigten Teilen in dem Antriebsaggregat 2 entstehen. Das so bestimmte korrigierte Antriebsdrehmoment kann dann mit dem Fahrerwunschmoment oder dem gefilterten Fahrerwunschmoment verglichen werden, was die Fehlerdetektion verbessert.A correctly determined, filtered drive torque M A *(t) can contain dynamic torque components that result from the movements of the
Das Ausführungsbeispiel enthält der einfacheren Darstellung halber einige Vereinfachungen. In der Realität zeigen Elastomerlager mit einer Frequenzabhängigkeit ein nichtlineares Verhalten. Daher wird vorgeschlagen, die Übertagungsfunktionen G(s) der Tiefpassfilter zur Ermittlung der gefilterten Sensorsignale Δzhm*(s) und Δzvm*(s) beziehungsweise zur Ermittlung der Ableitungen sΔzhm*(s), sΔzvm*(s) zu modifizieren. Der geänderte Amplitudengang der modifizierten Tiefpassfilter kann die Frequenzabhängigkeit der Elastomerlager 4a, 4b zumindest teilweise berücksichtigen. Durch Multiplikation mit ch, cv, dh, dv ergeben sich dann Frequenzabhängigkeiten in den Kräften, was die frequenzabhängigen Nichtlinearitäten der Elastomere nachbildet. Ein zunehmender Steifigkeitsanstieg über der Verformung, die sogenannten Progression, lässt sich z.B. durch eine Erhöhung von ch, cv bei größerer Verformung Δzhm*(s) und Δzvm*(s) berücksichtigen.For the sake of simplicity, the exemplary embodiment contains a few simplifications. In reality, elastomeric bearings show a non-linear behavior with a frequency dependency. It is therefore proposed to modify the transfer functions G(s) of the low-pass filters to determine the filtered sensor signals Δz hm *(s) and Δz vm *(s) or to determine the derivatives sΔz hm *(s), sΔz vm *(s). . The changed amplitude response of the modified low-pass filter can at least partially take into account the frequency dependency of the
Zur Bestimmung des gefilterten Antriebsmoments MA*(t) wird vorgeschlagen, bei Vibrationen im Antriebsaggregat, beispielsweise hervorgerufen durch einen Verbrennungsmotor oder Zahneingriffe, die Tiefpassfilter ebenfalls anzupassen. Damit sollen höhere Frequenzen und die Hauptanregung des Verbrennungsmotors entfernt werden. Vorzugsweise werden die Tiefpassfilter an die aktuelle Drehzahl des Antriebsaggregats 2 angepasst.In order to determine the filtered drive torque M A *(t), it is proposed that the low-pass filter also be adapted in the event of vibrations in the drive unit, for example caused by an internal combustion engine or tooth meshing. This is intended to remove higher frequencies and the main excitation of the combustion engine. The low-pass filters are preferably adapted to the current speed of
In entsprechender Weise lässt sich die Dynamik des Antriebsaggregats 2 aus
Mit der Federsteifigkeit cx, der Dämpfungskonstanten dx sowie der ungespannten Länge x0 des hinteren horizontalen Elastomerlagers 4c bzw. der horizontalen Feder ergibt sich die Lagerkraft Fx des hinteren horizontalen Elastomerlagers zu
Die Größen x und xL beschreiben dabei die Positionen 14 und 41 des aggregateseitigen und karossierieseitigen Anschlagpunktes des hinteren horizontalen Elastomerlagers im Inertialsystem. The variables x and x L describe the
Für den Schwerpunkt 17 des Antriebsaggregats 2 in horizontaler Richtung gilt:
Es sei ein Sensorsignal Δx verfügbar, welches den Abstand der Anschlagpunkte des Elastomerlagers 4c, die sich an dem Antriebsaggregat 2 und der Karosserie 13 befinden, kennzeichnet:
Vorzugsweise ist auch hier die als Beschleunigungssensor ausgebildete Beschleunigungsmesseinrichtung 10 verbaut, welche die Beschleunigung der Karosserie 13 in Richtung der x-Achse 14 an dem karosserieseitigen Anschlagpunkt des horizontalen Elastomerlagers 4c aufnimmt. Auch der Beschleunigungssensor reagiert auf die Erdbeschleunigung g. Es liegt somit das Sensorsignal Sx vor:
Alternativ dazu lässt sich das Sensorsignal Sx wie oben beschrieben aus der Sensorik eines ESP-Systems ableiten.As an alternative to this, the sensor signal S x can be derived from the sensors of an ESP system, as described above.
Subtrahiert man die mit der Masse m multiplizierte Gl. (31) von der Gl. (29), so ergibt sich:
Nach Einsetzen von Gl. (30) in Gl. (32) erhält man:
Mittels zweier Messungen bei stehendem Kraftfahrzeug 12 und unterschiedlichen Steigungswinkeln αSt lassen sich die Federsteifigkeit cx und die ungespannte Länge x0 des Elastomerlagers 4c bestimmen. Auch eine Mittelung der Ergebnisse von mehr als zwei Messungen ist möglich. Aus der maßgeblichen Eigenfrequenz ω der Bewegung des Antriebsaggregats 2 in x-Richtung, einem zugehörigen Verlustwinkel δ des Elastomerlagers 4c und der Federsteifigkeit cx lässt sich dann die Dämpfungskonstante dx berechnen. Auch basierend auf Gl. (33) lässt sich ein gefilterter Gleichungsfehler εx*(t) ermitteln. Wird der Gleichungsfehler betragsmäßig größer als eine vorgegebene Schwelle, lässt dies auf einen Fehler in der Sensorik oder der Mechanik schließen, entsprechend der oben dargestellten Vorgehensweise. Werden Signale der ESP-Sensorik genutzt, so wird vorgeschlagen, die gefilterten Gleichungsfehler εz*(t) und εx*(t) zur Prüfung der ESP-Sensorik einzusetzen.The spring stiffness c x and the unstressed length x 0 of the elastomer bearing 4c can be determined by means of two measurements with the
Unwuchten oder nicht korrekt ausgerichtete Kupplungen können wie folgt ermittelt werden:Unbalanced or misaligned couplings can be determined as follows:
Einzelne Terme aus der Gl. (27) beschreiben die gefilterte Lagerkraft des hinteren vertikalen Elastomerlagers 4a:
In entsprechender Weise lässt sich mit einem modifizierten Sensorsignal Δxm = Δx - x0 bzw. einem gefilterten modifizierten Sensorsignal Δxm* die gefilterte Lagerkraft des horizontalen Elastomerlagers 4c ermitteln:
Es wird vorgeschlagen, Unwuchten oder nicht korrekt ausgerichtete Kupplungen während des Betriebes anhand einer drehzahlabhängigen, phasenversetzten Schwingung der gefilterten Lagerkraft des horizontalen Elastomerlagers 4c gegenüber den Schwingungen der gefilterten Lagerkräfte der beiden vertikalen Elastomerlagern 4a, 4b zu erkennen. Bei einer umlaufenden Radialkraft ergeben sich Abhängigkeiten in den Schwingungsamplituden der drei Kräfte. Eine Unwucht führt zu einer mit der Drehzahl ansteigenden umlaufenden Radialkraft und damit einem Anstieg der Schwingungsamplituden. Bei einer nicht korrekt ausgerichteten Kupplung fehlt dieser Anstieg typischerweise, d.h. anhand den Schwingungsamplituden, einer Drehzahlabhängigkeit der Schwingungsamplituden sowie anhand des Phasenversatzes der Schwingungen lässt sich eine Unwucht oder eine nicht korrekt ausgerichtete Kupplung nachweisen. Dieser Ansatz ist auch bei Schiffs- und Industriegetrieben möglich.It is proposed to detect imbalances or incorrectly aligned clutches during operation based on a speed-dependent, out-of-phase oscillation of the filtered bearing force of the horizontal
Das beschriebene Verfahren lässt sich ebenfalls einsetzen, indem der Verformungszustand des mindestens einen Elastomerlagers 4a, 4b, 4c anhand der Messung einer lokalen Kraft oder einer lokalen Flächenpressung im oder am Elastomer ermittelt wird. Durch alterungsbedingte Kriecherscheinungen sowie inhomogene Steifigkeitsänderungen ändert sich auch der Zusammenhang zwischen der lokalen Kraft oder der lokalen Flächenpressung und dem Verformungszustand über der Zeit. Ebenso ändert sich der Zusammenhang zwischen dem Verformungszustand und der gesamten Lagerkraft über der Zeit. Das Verfahren lässt sich einsetzen, um mittels Parameteridentifikation einen Zusammenhang zwischen der gemessenen Größe, d.h. der lokalen Kraft oder einer lokalen Flächenpressung, und der gesamten Lagerkraft herzustellen.The method described can also be used by determining the state of deformation of the at least one
Der oben kurz beschriebene dielektrische Elastomersensor kann wenigstens zwei, vorzugsweise im Vergleich zu dem Elastomerlager 4a, 4b, 4c dünne, Elektroden aufweisen, zwischen denen eine Elastomerschicht als Dielektrikum angeordnet ist.The dielectric elastomer sensor briefly described above can have at least two electrodes, which are preferably thin compared to the
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