DE102021202735A1

DE102021202735A1 - Antriebsstrang und Verfahren für einen Antriebsstrang

Info

Publication number: DE102021202735A1
Application number: DE102021202735.0A
Authority: DE
Inventors: Gianna Rivera-Schlottbohm; Bartholomaeus Glinka; Mike Micheel; Marco Hellebrandt; Manuel Matalla; Alexander Baar; Alex Schneidmueller; Fabian Lukas Grimm; Eike Von Wittich; Dennis Weir
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2021-03-22
Filing date: 2021-03-22
Publication date: 2022-09-22
Also published as: WO2022200207A1

Abstract

Offenbart ist ein Antriebsstrang, mit dem über eine Regelung ein Schleppmoment durch ein Modell geschätzt wird und im Anschluss kompensiert wird.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Antriebsstrang gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren mit dem Antriebsstrang.
Hintergrund der Erfindung
Die DE 10 2014 201 725 A1 offenbart einen Verbrennungsmotor, der über ein Getriebe mit einer Hydropumpe verbunden ist. Zwischen der Hydropumpe und dem Getriebe ist eine Klauenkupplung vorgesehen, um die Hydropumpe vom Verbrennungsmotor abzukuppeln oder an diesen anzukuppeln. Des Weiteren ist eine mittels einer Steuereinheit hydraulisch steuerbare Energiespeicheranordnung vorgesehen. Diese ist dazu eingerichtet, im eingerückten Zustand der Klauenkupplung Energie zu speichern sowie beim Ausrücken der Klauenkupplung die gespeicherte Energie an die Hydropumpe abzugeben. Die gespeicherte Energie dient dabei zur Kompensation eines Schleppmoments der Hydropumpe, damit die Klauenkupplung ausgerückt werden kann.
Offenbarung der Erfindung
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Antriebsstrang und ein Verfahren mit einem Antriebsstrang zu schaffen, wobei auf vorrichtungstechnisch einfache Weise eine Kupplung, insbesondere eine Klauenkupplung, ausrückbar und einrückbar ist, insbesondere bei unterschiedlichen Betriebszuständen des Antriebsstrangs.
Die Aufgabe hinsichtlich des Antriebsstrangs wird gelöst gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 und hinsichtlich des Verfahrens gemäß den Merkmalen des Anspruchs 10.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Erfindungsgemäß ist ein Antriebsstrang, insbesondere für ein Fahrzeug, mit einer elektrischen Maschine vorgesehen. Bei der elektrischen Maschine handelt es sich beispielsweise um einen Motor. Es ist denkbar, diese alternativ oder zusätzlich als Generator anzutreiben. Die Maschine hat eine Maschinentriebwelle. Des Weiteren ist beim Antriebsstrang eine Triebwelle vorgesehen, die über die Maschinentriebwelle antreibbar ist, wobei denkbar wäre, dass die Triebwelle die Maschinentriebwelle antreibt, falls die Maschine als Generator eingesetzt wird. Weiterhin ist eine Kupplung vorgesehen, insbesondere zwischen der Maschine und der Triebwelle, zum Trennen und Verbinden der Maschinentriebwelle und der Triebwelle. Außerdem ist zumindest ein Verbraucher, insbesondere ein Rad, vorgesehen, der über die Triebwelle antreibbar ist. Der Antriebsstrang weist ein Steuergerät auf und Mittel zum Messen einer Messgröße des Antriebsstrangs. Das Steuergerät ist derart ausgestaltet, dass über die Messgröße zumindest ein Moment im Antriebsstrang, beispielsweise ein Moment der Kupplung und/oder der Triebwelle und/oder des zumindest einen Verbrauchers und/oder der Maschinentriebwelle und/oder ein Schleppmoment, ermittelbar ist. Weiterhin hat das Steuergerät vorteilhafterweise eine Regelung, die derart eingerichtet ist, dass zum Öffnen der Kupplung, also insbesondere zum Trennen der Maschinentriebwelle und der Triebwelle, diese das Moment auf ein Sollmoment einregelt. Mit anderen Worten wird mit der Regelung ein Moment im Antriebsstrang derart geregelt, dass die Kupplung mit einer Kupplungskraft auskuppelbar ist, die kleiner oder gleich einer vorbestimmten maximalen Kupplungskraft liegt. Die Regelung ist somit beispielsweise derart ausgestaltet, dass beim Auskuppeln das an die Kupplung angreifende Moment maximal ein vorbestimmtes Grenzmoment entspricht.
Es hat sich gezeigt, dass bei einer Drehzahlregelung des Antriebsstrangs ein Öffnen der Kupplung, beispielsweise, wenn als Kupplung eine Klauenkupplung eingesetzt ist, teilweise hohe Kräfte erforderlich sind. Hohe Kräfte treten insbesondere dann auf, wenn beispielsweise Schleppmomente im Antriebsstrang, insbesondere auf die Kupplung, wirken. Wird beispielsweise die genannte Drehzahlregelung eingesetzt, so hat sich gezeigt, dass im eingeregelten Drehzahlzustand weiterhin Momente an der Kupplung wirken, was ein Öffnen der Kupplung erschwert. Selbst, wenn beispielsweise ein Moment der elektrischen Maschine auf 0 Nm geregelt wird, hat sich gezeigt, dass die Kupplung nicht vollständig lastfrei ist. Es können immer noch Schlepp- und Trägheitsmomente der elektrischen Maschine und eines Getriebes, falls dieses vorhanden ist, bis zur Kupplung auftreten. Im Zusammenspiel mit einem Torsionsverhalten und Momenten im restlichen Antriebsstrang kann dies zu einer Verspannung der Kupplung führen. Wird der Antriebsstrang für ein Fahrzeug eingesetzt, so kann als kritischer Fall eine Fahrt am Hang angesehen sein. Durch eine passive Beschleunigung oder Bremsung des Fahrzeugs können Torsionen aufgebaut werden, die die Kupplung belasten. Durch die Ausregelung des Moments, insbesondere des Schleppmoments, kann erreicht werden, dass selbst bei einer Fahrt am Hang die Kupplung geöffnet werden kann, insbesondere mit geringen Aktorkräften eines die Kupplung betätigenden Aktors.
Die Regelung ist vorzugsweise derart ausgestaltet, dass zum Einregeln des Moments auf das Sollmoment die elektrische Maschine geregelt und/oder angesteuert wird. Bei dem Moment handelt es sich beispielsweise um ein Kupplungsmoment, also ein an die Kupplung angreifendes Moment. Die Regelung der Maschine hat hierbei Einfluss auf das Kupplungsmoment.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung können mit der Triebwelle zumindest zwei Räder als Verbraucher verbunden sein. Diese können über die Triebwelle antreibbar sein. Für ein jeweiliges Rad ist hierbei vorzugsweise eine jeweilige Seitenwelle vorgesehen, um das Rad anzutreiben. Die Seitenwellen wiederum können über ein Differential mit der Triebwelle verbunden sein. Denkbar ist auch, dass über ein jeweiliges Rad und den Antriebsstrang die elektrische Maschine als Generator antreibbar ist. Das Steuergerät kann vorzugsweise zum Regeln des Moments die jeweilige Drehzahl der Seitenwellen und/oder das jeweilige Drehmoment der Seitenwellen berücksichtigen. Dies hat den Vorteil, dass, wenn die angetriebenen Räder ein unterschiedliches Traktionsverhalten, wie beispielsweise Schlupf aufweisen, dies bei der Regelung berücksichtigt werden kann. Somit wird die Regelung verbessert, indem separat beide Seitenwellen und vorzugsweise auch das Differential dazwischen berücksichtigt wird, insbesondere in einem Modell oder Systemmodell beim Steuergerät abgebildet wird.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann als Mittel zumindest ein Sensor zum Messen der Drehzahl der Räder vorgesehen sein. Dieser ist vorzugsweise mit dem Steuergerät verbunden. Das Steuergerät kann dann derart eingerichtet sein, dass basierend auf der erfassten Drehzahl eines jeweiligen Rads ein jeweiliges an der jeweiligen Seitenwelle ausgebildete Drehmoment ermittelbar ist. Bei dem Sensor handelt es sich beispielsweise um einen Drehzahlsensor oder um einen Sensor, über dessen Messwerte die Drehzahl des zugeordneten Rads ermittelbar ist. Somit ist denkbar, die Drehzahl indirekt, beispielsweise durch Rückrechnung von Beschleunigungswerten eines Inertialsensors vorzunehmen. Somit ist weiter denkbar, als Alternative zum Drehzahlsensor einen Intertialsensor einzusetzen. Alternativ oder zusätzlich kann als Mittel ein Sensor zum Messen der Drehzahl und/oder des Drehmoments der Maschinentriebwelle der elektrischen Maschine vorgesehen sein. Der Sensor ist dann vorzugsweise mit dem Steuergerät verbunden.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Kupplung eine Klauenkupplung. Diese ist im Vergleich zu einer Reibkupplung leichter und kleiner ausgestaltbar. Eine Klauenkupplung kann konstruktionsbedingt einen Hinterlegungswinkel aufweisen, so dass sich diese bei einer Last zusammenzieht. Ist die Kraft der Verspannung größer als die Schaltkraft oder Aktorkraft, so kann die Klauenkupplung nicht getrennt werden und somit auch nicht geschaltet werden. Hierbei ist es unerheblich, ob ein elektrischer, hydraulischer oder pneumatischer Aktor zum Schalten der Klauenkupplung verwendet wird, oder eine Kombination hieraus. Durch die erfindungsgemäße Momentenregelung ist es nun möglich, eine derartige Kupplung im Antriebsstrang zu verwenden und dabei einen kleinen Aktor einzusetzen, da nur geringe Aufsteuerkräfte zum Öffnen der Kupplung notwendig sind. Somit werden durch den Einsatz der Klauenkupplung zusätzliche Anforderungen an die elektrische Maschine bzw. an die Regelung der elektrischen Maschine gestellt. Mit dieser wird unter Bedacht des Fahrkomforts ein Antriebsmoment des Antriebsstrangs gesteuert.
Vorzugsweise ist die Regelung derart eingerichtet, dass zum Schließen der Klauenkupplung eine Drehzahlregelung für die Drehzahl der Maschinentriebwelle und/oder für die Drehzahl der Triebwelle ausgeführt wird. Mit anderen Worten kann eine aktive Synchronisation der Differenzdrehzahl der Klauenkupplung, insbesondere bei einem Schaltvorgang, falls ein Getriebe eingesetzt ist, erfolgen. Somit wird bei der Drehzahlregelung die Drehzahl der Antriebsseite durch die elektrische Maschine auf die Drehzahl der Abtriebseite geregelt, so dass die Klauenkupplung bei Unterschreitung einer Differenzdrehzahlgrenze geschlossen werden kann. Vorteilhafterweise kann die elektrische Maschine genauer geregelt werden als im Vergleich zu einem Verbrennungsmotor. Beim Öffnen der Klauenkupplung ist die Regelung derart eingerichtet, dass diese die Momentenregelung ausführt. Die Drehzahlregelung benötigt weniger Rechenressourcen, womit es vorteilhaft ist, diese neben der Momentenregelung vorzusehen.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist das Steuergerät ein Filter und/oder einen Beobachter auf. Dieser kann insbesondere aus der erfassten Drehzahl der Maschine und/oder der jeweiligen Drehzahl der Seitenwelle und einem beim Steuergerät hinterlegten Systemmodell, das oder die erforderliche/n Moment/e ermitteln oder abschätzen. Per Definition bedeutet das Konzept der Beobachtbarkeit, dass für ein beobachtbares System nicht messbare Zustände durch einen Beobachter bestimmt werden können. Es wird insbesondere zwischen deterministischen Beobachtern und stochastischen Filtern unterschieden. Die Idee beider ist, den Fehler zwischen System- und Systemmodellausgängen auf die Modellzustände zurückzuführen. Deterministische Beobachter gehen dabei davon aus, dass Störungen nur in den Zuständen auftreten, während stochastische Filter von System- und Messrauschen in Form von Gauß-verteilten, weißem Rauschen mit bekannter Varianz ausgehen. Dies ist beispielsweise in dem Buch „Regelungstechnik 2“ von Jan Lunze, 10. Auflage, Springer Berlin Heidelberg, ISBN 978-3-662-607-60-2 näher erläutert. Mit dem Einsatz des, insbesondere adaptiven, Filters kann die Performance verbessert werden. Werden Drehzahlmessungen mit beispielsweise Hall-Effekt-basierten Sensoren verwendet, so können diese ein von der Drehzahl und eventuell ein von der Konstruktion des Getriebes, falls dieses eingesetzt ist, ein drehmomentabhängiges Rauschverhalten aufweisen, wie beispielsweise Schwingungen oder Verschiebungen. Dies wird durch das Filter berücksichtigt. Mit dem Beobachter oder Filter können aus den vorhandenen Messdaten und einem beim Steuergerät hinterlegten Systemmodell die nichtmessbaren oder nichtgemessenen Größen des Antriebsstrangs auf einfache Weise geschätzt werden, wie beispielsweise Momente oder Torsionsmomente im Antriebsstrang. Eine Komplexität des verwendeten Systemmodells und des Filteralgorithmus bilden die Grundlage für eine genaue Schätzung. Die Systemmodelle können beispielsweise linear oder nichtlinear sein und jeweils einen unterschiedlichen Detailierungsgrad abbilden. Filteralgorithmen können ebenfalls in linearer oder nichtlinearer Form genutzt werden und verschiedene Komplexitätsstufen aufweisen. Eine Möglichkeit ist ein Systemmodell mit Torsionsmomenten oder Momenten und/oder Drehzahlen als Zustände aufzustellen und diese zu schätzen. Mit Hilfe der erhaltenen Werte kann durch Systemgleichungen ein Zusammenhang für die Berechnung des Kupplungsmoments hergeleitet werden.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist der Antriebsstrang ein Getriebe auf, das vorzugsweise zwischen der Maschinentriebwelle und der Kupplung angeordnet ist. Beispielsweise handelt es sich bei dem Getriebe um ein Schaltgetriebe. Der Einsatz der elektrischen Maschine verschärft im Vergleich zum Verbrennungsmotor die Anforderungen an das Getriebe, insbesondere auch an die Anforderungen an die Kupplung und die Schaltaktuatorik für die Kupplung. Die Trägheit der elektrischen Maschine, die auch während des Schaltvorgangs an den Antriebsstrang gekoppelt ist, führt zu vergleichsweise hohen Kräften an der Kupplung. Mit der erfindungsgemäßen Momentenregelung kann dennoch ein einfaches Aus- und Einkuppeln der Kupplung erfolgen.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist als Regelung eine modellprädikative Regelung vorgesehen. Dies ist äußerst vorteilhaft, da hierdurch das Einbeziehen von Systemmodellen und/oder Stellgrößenbeschränkungen und/oder Latenzen und/oder Optimierungsparametern ermöglicht ist. Im Systemmodell kann beispielsweise der Antriebstrang und/oder die elektrische Maschine und/oder der Regler in einem Inverter, insbesondere in einem Inverter der elektrischen Maschine, vorgesehen sein.
Stellgrößenbeschränkungen können beispielsweise Limitierungen des Inverters und/oder einer Batterie sein. Latenzen sind beispielsweise Zykluszeiten von Nachrichten auf einem Kommunikationsbus und/oder Steuergeräte-Taktzyklen. Als Optimierungsparameter kann beispielsweise eine Solltrajektorie und/oder Schwingungen vorgesehen sein. Die Regelung kann auf den vom Filter ermittelten Größen, beispielsweise das abgeschätzte Moment und/oder Drehzahlen, basieren. Durch die auf die Schätzung des Filters aufgesetzte modellprädikative Regelung kann nicht nur eine Kenntnis der Momentengröße erreicht werden, sondern es kann auch eine schwingungsarme Ausregelung dieser Größe für mehr Fahrkomfort und kürzere Schaltzeit, falls ein Schaltgetriebe vorgesehen ist, resultieren. Vorzugsweise regelt die modellprädikative Regelung das Moment oder Kupplungsmoment auf den Sollwert ein. Die modellprädikative Regelung bietet gegenüber einem einfachen Regelverfahren die Vorteile, dass das zu lösende Optimierungsproblem Einschränkungen wie die Stellgrößenbeschränkungen sowie eine Kostenfunktion berücksichtigen kann, während ein integriertes Systemmodell eine gute Abschätzung über das Auftreten des Systemverhaltens ermöglicht. Als Kostenfunktion kann beispielsweise eine Abweichung zum Sollwert und/oder ein Auftreten von Schwingungen vorgesehen sein. Außerdem können die Latenzen und/oder das Inverterverhalten explizit in das Modell aufgenommen werden, um diese besser mit einzubeziehen und ggf. kompensieren zu können. Dies führt zu einem vorteilhaften Führungsverhalten und, wie oben bereits angeführt, zu geringerer Schaltzeit, falls ein Schaltgetriebe vorgesehen ist. Denkbar wäre auch, einen einfacheren Regler einzusetzen, wodurch sich allerdings das Schwingungsverhalten und die Schaltzeit verschlechtert. Mit dem modelprädikativen Regler kann das gewünschte Moment entlang einer Solltrajektorie schnell und schwingungsarm auf einen Zielwert geführt werden.
Eine Modellgenauigkeit der Beobachter oder Filter und Regelungsmodelle wird durch die separate Abbildung der Seitenwellen und vorzugsweise auch des Differentialgetriebes erhöht, um in mehr Fahrsituationen eine akkurate Momentenschätzung und -regelung zu gewährleisten. Die Schätzungsgenauigkeit wird weiterhin erhöht, indem das Filterverfahren mit einem Filter eingesetzt wird, der gezielt mit variabler Varianz des Messrauschens arbeiten kann.
Erfindungsgemäß ist ein Verfahren mit dem Antriebsstrang gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Aspekte vorgesehen. Bei dem Verfahren wird die zumindest eine Messgröße, wie beispielsweise eine oder mehrere Drehzahlen, erfasst, aus der über das Steuergerät zumindest ein Moment im Antriebsstrang ermittelt wird, wie beispielsweise das Kupplungsmoment. Die Regelung regelt dann vorzugsweise die elektrische Maschine auf ein Sollmoment, so dass die Kupplung ausrückbar ist. Das Sollmoment wird beispielsweise derart geregelt, dass das Kupplungsmoment kleiner oder gleich einem vorbestimmten Grenzmoment ist.
Die Anmelderin behält sich vor, einen unabhängigen Anspruch auf ein Fahrzeug mit dem Antriebsstrang gemäß einem oder mehreren der genannten Aspekte zu richten. Bei dem Fahrzeug handelt es sich beispielsweise um ein landgebundenes Fahrzeug. Insbesondere handelt es sich bei dem Fahrzeug um einen Lastkraftwagen oder um einen Personenkraftwagen. Denkbar wäre auch, ein Kraftrad als Fahrzeug vorzusehen.
Offenbart ist ein Antriebsstrang, mit dem über eine Regelung ein Schleppmoment, das insbesondere auf eine Kupplung des Antriebsstrangs wirkt, durch ein Modell geschätzt wird und im Anschluss kompensiert wird.
Figurenliste
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

1 in einer vereinfachten Darstellung ein Modell für einen Antriebsstrang gemäß einem Ausführungsbeispiel,
2 1 in einer vereinfachten Darstellung ein Regelverfahren für den Antriebsstrang,
3 in einer vereinfachten Darstellung einen Filter der Regelung aus 2,
4 in einer vereinfachten Darstellung eine modellprädikative Regelung der Regelung aus 2, und
5 schematisch einen Ausschnitt einer Klauenkupplung.

Gemäß 1 ist ein Antriebsstrang 1 für ein Fahrzeug offenbart. Dieser dient zum Antreiben des Fahrzeugs, wobei das Fahrzeug vier Räder aufweist und der Antriebsstrang 1 zwei davon, nämlich die Räder 2 und 4, antreibt. Der Antriebsstrang 1 weist eine elektrische Maschine 6 in Form eines Elektromotors auf. Diese hat eine Maschinentriebwelle 8, die über ein Getriebe in Form eines Schaltgetriebes 10 mit einer Kupplung in Form einer Klauenkupplung 12 verbunden ist. Die Maschinentriebwelle 8 dient dabei als Eingangswelle für das Schaltgetriebe 10. Über eine Ausgangswelle 14 ist das Schaltgetriebe 10 mit der Klauenkupplung 12 verbunden. Über die Klauenkupplung 12 kann das Schaltgetriebe 10 mit einer Kardanwelle 16 verbunden werden, wenn die Klauenkupplung 12 geschlossen ist. Im geöffneten Zustand der Klauenkupplung 12 ist die Kardanwelle 16 von der Ausgangswelle 14 getrennt. Die Kardanwelle 16 wiederum ist mit einem Differential 18 verbunden. An das Differential 18 sind zwei Seitenwellen 20 und 22 angeschlossen. Die Seitenwellen 20 und 22 können somit über das Differential 18 von der Kardanwelle 16 angetrieben werden. An die Seitenwelle 20 ist dabei das Rad 4 und an die Seitenwelle 22 das Rad 2 angeschlossen. Des Weiteren weist der Antriebsstrang 1 ein Steuergerät 24 auf. Dieses dient zum Steuern und Regeln der elektrischen Maschine 6. Das Steuergerät 24 erfasst die Drehzahlen der Maschinentriebwelle 8 und der Seitenwellen 20, 22 über Sensoren was in 1 vereinfacht über eine Strichlinie dargestellt ist.
Gemäß 2 ist ein Regelverfahren des Steuergeräts 24 aus 1 dargestellt. Das Steuergerät 24 hat hierbei einen Regler 26. Diesem ist ein Filter 28 vorgeschaltet. Dieses gibt gefilterte Drehzahlen und/oder Momente und/oder Torsionen aus, die in den Regler 26 eingespeist werden. Eingangsseitig des Filters 28 werden Messgrößen in Form der Drehzahlen 32 eingespeist. Bei diesen handelt es sich um Drehzahlen der Seitenwellen 20 und 22 und der Maschinentriebwelle 8 aus 1. Denkbar wäre, weitere Messwerte 34 über eine zusätzliche Sensorik 30 in das Filter 28 einzuspeisen. Als weitere Eingangsgröße für das Filter 28 ist die Drehzahl 38 der Maschinentriebwelle 8 vorgesehen. Aus den Drehzahlen 32 und 38 und ggf. zusammen mit den Messwerten 34 werden die gefilterten Drehzahlen und Momente 30 ermittelt und zum Regler 26 geführt. Die Drehzahlen und Momente 30 werden dabei geschätzt. Des Weiteren ist gemäß 2 die elektrische Maschine 6 und im Nachgang dazu die Regelstrecke in Form des Antriebsstrangs 1 als Block dargestellt.
In der Darstellung gemäß 2 weist der Antriebsstrang 1 nicht die elektrische Maschine 6 auf, die hier als separater Block dargestellt ist. Der Regler 26 gibt ein Sollmoment 40 für die elektrische Maschine 6 vor. Basierend darauf wird die elektrische Maschine 6 gesteuert und gibt ein entsprechendes Motormoment 42 aus. Dieses wird für das Filter 28 basierend auf der Drehzahl 38 ermittelt. Das Motormoment 42 ist die Eingangsgröße für den Antriebsstrang 1. Es wird gemäß 1 über die Maschinentriebwelle 8 eingebracht. Ausgangsseitig des Antriebsstrangs 1 sind dann die Drehzahlen 32 der Seitenwellen 20, 22 aus 1 vorgesehen.
Gemäß 3 ist das Filter 28 genauer dargestellt. Dieser weist ein adaptives Filter 44 auf. Dieses hat als Eingangsgröße das Motormoment 42 bzw. die Drehzahl der Maschinentriebwelle 38. Dem adaptiven Filter 44 ist des Weiteren eine Schätzung der Varianz des Systemrauschens vorgeschaltet, was mit dem Block 46 dargestellt ist. Dem Block 46 wiederum ist ein Block 48 vorgeschaltet, bei dem es sich um die Schätzung einer Varianz des Messrauschens handelt. Eingangsgrößen für den Block 48 sind die Drehzahlen 32 der Seitenwellen 20 und 22 aus 1, s. auch 2. Die Schätzung des Blocks 48 ist dann die Eingangsgröße für den Block 46 und für das adaptive Filter 44. Eine weitere Eingangsgröße für das adaptive Filter 44 ist dann die geschätzte Varianz des Blocks 46. Ausgangsgrößen des adaptiven Filters 44 sind dann die geschätzten Drehzahlenmomente 30 und geschätzte Kovarianzen 50, die zusätzlich dem Block 46 zurückgeführt werden.
Gemäß 4 wird der Regler 26 aus 2 genauer dargestellt. Dieser weist eine modellprädikative Regelung auf. Eingangsgrößen sind die Drehzahlen und Momente 30. Außerdem können als Eingangsgrößen eine Kostenfunktion und/oder Randbedingungen 52 vorgesehen sein. Gemäß 2 hat der Regler 26 eine Optimierung, was als Block 54 gezeigt ist. Außerdem weist er ein Systemmodell auf, das als Block 56 dargestellt ist. Von der Optimierung 54 werden Stellgrößen 58 zum Systemmodell 56 geführt. Dieses wiederum führt eine Prädiktion 60 der Optimierung 54 zu. Als Ausgang des Reglers 26 ist dann das Sollmoment 40 vorgesehen.
Gemäß 5 ist ein Abschnitt der Klauenkupplung 12 aus 1 schematisch dargestellt. Es ist erkennbar, dass sich Klauen 62 und 64 der Klauenkupplung 12 hintergreifen.
Bei der modellprädiktiven Regelung (MPC), die beim Regler 26 vorgesehen ist, wird das Systemmodell des zu regelnden Prozesses hinterlegt. Als Systemmodell ist der Antriebsstrang 1 aus 1 vorgesehen. Die Seitenwellen 20 und 22 und die Kardanwelle 16 werden hierbei als Feder-Dämpfer separat abgebildet. Auf Basis des Systems des Modells und einer Referenztrajektorie für die Ausgangsgrößen wird in jedem Zeitschritt ein Optimierungsproblem mittels einer Kostenfunktion gelöst. Wichtige Größen hierbei sind ein Prädiktionshorizont und ein Stellhorizont. Der Prädiktionshorizont gibt die Anzahl an Zeitschritten an, welche für die Ausgangsgröße im Optimierungsproblem berücksichtigt werden. Der Stellhorizont wiederum gibt die Anzahl an Zeitschritten an, für welche die Stellgrößen während der Optimierung variiert werden können. Ein Vorteil der MPC ist, dass Nebenbedingungen in das Optimierungsproblem mit einbezogen werden können. Dies kann beispielsweise für Stell-, Ausgangs- oder Zustandsgrößenbeschränkungen sinnvoll und notwendig sein. Es resultiert ein nichtlinearer Regler, welcher für lineare Prozess- oder Systemmodelle dennoch als lineare modellprädiktive Regelung (LMPC) bezeichnet werden kann. Für nichtlineare Modelle ist es eine nichtlineare modellprädiktive Regelung (NMPC) vorgesehen. Während die Verwendung von linearen Modellen zu konvexen Optimierungsproblemen führt, für welche eine optimale Lösung garantiert werden kann, entstehen aus nichtlinearen Modellen Nicht-konvexe Optimierungsprobleme. Diese können zusätzliche lokale Minima aufweisen, welche durch den Sollwert nicht von einem globalen Minimum unterschieden werden können. Somit kann nicht garantiert werden, dass ein durch den Sollwert gefundenes Minimum auch ein globales Minimum ist. Das Funktionsprinzip bleibt dasselbe wie im Falle der LMPC. Es steigt jedoch die Komplexität der Numerik und die Stabilität des Regelkreises kann im Allgemeinen nicht garantiert werden.
Bei dem Systemmodell werden die Seitenwelle 20 und 22 als Torsionsfedern vorgesehen, um beispielsweise mit folgender Gleichung modelliert: $M_{ƒ} = c_{d} (θ_{ƒ} - θ_{d}) + d_{d} ({\dot{θ}}_{ƒ} - {\dot{θ}}_{d})$
θ_ƒ ist dabei ein Rotationswinkel des Differentials 18 oder der Seitenwelle auf der Seite des Rads, θ_d ist dabei der Torsionswinkel der Seitenwelle, θ̇̇_ƒ ist dabei eine Winkelgeschwindigkeit des Differentials 18 aus 1, θ̇_d ist dabie die Winkelgeschwindigkeit der Seitenwelle auf der Seite des Rades, c_d ist die Federkonstante einer jeweiligen Seitenwelle 20 und 22, d_d ist die Dämpferkonstante einer jeweiligen Seitenwelle 20, 22 und M_ƒ ist dabei das Drehmoment eingangsseitig des Differentialgetriebes.
Bezugszeichenliste

1: Antriebsstrang
2, 4: Rad
6: elektrische Maschine
8: Maschinentriebwelle
10: Schaltgetriebe
12: Klauenkupplung
14: Ausgangswelle
16: Kardanwelle
18: Differential
20: Seitenwelle
22: Seitenwelle
24: Steuergerät
26: Regler
28: Filter
30: Drehzahlen, Momente
32: Drehzahlen Seitenwellen
34: Messwerte
36: Sensorik
38: Drehzahl Maschinentriebwelle
40: Sollmoment
42: Motormoment
44: adaptiver Filter
46, 48: Block
50: Covarianzen
52: Kostenfunktion, Randbedingungen
54: Optimierung
56: Systemmodell
58: Stellgrößen
60: Prädiktion
62, 64: Klauen

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102014201725 A1 [0002]

Claims

Antriebsstrang mit einer elektrischen Maschine (6), die eine Maschinentriebwelle (8) aufweist, mit einer Triebwelle (16), die über die Maschinentriebwelle (8) antreibbar ist, mit einer Kupplung zum Trennen und Verbinden der Maschinentriebwelle (8) und der Triebwelle (16), mit zumindest einem Verbraucher (2, 4), der über die Triebwelle (16) antreibbar ist, mit einem Steuergerät (24) und mit Mitteln zum Messen einer Messgröße (32, 38) des Antriebsstrangs (1), dadurch gekennzeichnet, dass aus der Messgröße (32, 38) über das Steuergerät (24) zumindest ein Moment (30) im Antriebsstrang (1) ermittelbar ist und dass das Steuergerät (24) eine Regelung (26) aufweist, die derart eingerichtet ist, dass zum Öffnen der Kupplung (12) diese das Moment (30) auf ein Sollmoment (40) einregelt.
Antriebsstrang nach Anspruch 1, wobei das Moment ein Kupplungsmoment (30) ist und die Regelung zum Einregeln des Kupplungsmoments (30) auf das Sollmoment (40) die elektrische Maschine (6) regelt.
Antriebsstrang nach Anspruch 1 oder 2, wobei mit der Triebwelle (16) zumindest zwei Räder (2, 4) als Verbraucher verbunden sind, die über die Triebwelle (16) antreibbar sind, wobei die jeweilige Seitenwelle (20, 22) für ein jeweiliges Rad (2, 4) vorgesehen ist, wobei das Steuergerät (24) zum Regeln des Moments die jeweilige Drehzahl der Seitenwellen (20, 22) und/oder das jeweilige Drehmoment der Seitenwellen (20, 22) berücksichtigt.
Antriebsstrang nach Anspruch 3, wobei als Mittel zumindest ein Sensor zum Messen der Drehzahl der Räder (2, 4) vorgesehen ist, der mit dem Steuergerät (24) verbunden ist, wobei dieses derart eingerichtet ist, dass basierend auf der erfassten Drehzahl eines jeweiligen Rads (2, 4) ein jeweiliges an der jeweiligen Seitenwelle (20, 22) ausgebildetes Drehmoment geschätzt ist.
Antriebsstrang nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kupplung eine Klauenkupplung (12) ist.
Antriebsstrang nach Anspruch 5, wobei das Steuergerät (24) derart eingerichtet ist, dass die Regelung zum Schließen der Klauenkupplung (12) eine Drehzahlregelung für die Drehzahl der Maschinentriebwelle (8) und/oder für die Drehzahl der Triebwelle (16) ist und dass die Regelung zum Öffnen der Klauenkupplung (12) die Momentenregelung für das Moment ist.
Antriebsstrang nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei das Steuergerät (24) einen Filter (28) hat, der aus der erfassten Drehzahl (38) der Maschine (6) und/oder der jeweiligen Drehzahl (32) der Seitenwellen (20, 22) und einem beim Steuergerät (24) hinterlegten Systemmodell das Moment abschätzt.
Antriebsstrang nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Getriebe (10) vorgesehen ist, das zwischen der Maschinentriebwelle (8) und der Kupplung (12) vorgesehen ist.
Antriebsstrang nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zur Regelung eine modellprädikative Regelung vorgesehen ist.
Verfahren mit dem Antriebsstrang nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Messgröße erfasst wird, aus denen über das Steuergerät (24) zumindest ein Moment im Antriebsstrang (1) ermittelt wird, wobei die Regelung zum Öffnen der Kupplung (12) dieses Moment auf ein Sollmoment (40) einregelt.