DE10227386A1

DE10227386A1 - Verfahren zum Dämpfen von Schwingungen im Antriebsstrang einer Antriebsmaschine

Info

Publication number: DE10227386A1
Application number: DE2002127386
Authority: DE
Inventors: Michael Günther; Alexander Stahr
Original assignee: IAV GmbH Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr
Current assignee: IAV GmbH Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr
Priority date: 2002-06-18
Filing date: 2002-06-18
Publication date: 2004-01-08
Anticipated expiration: 2022-06-19
Also published as: DE10227386B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Dämpfen von Schwingungen im Antriebsstrang einer Antriebsmaschine mit den im Oberbegriff des Patentanspruches 1 genannten Merkmalen. DOLLAR A Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Dämpfen von Schwingungen im Antriebsstrang einer Antriebsmaschine zu schaffen, bei dem mit geringem applikativen Aufwand eine hohe Dämpfungsqualität und damit ein verbesserter Fahrkomfort, bei gleichzeitigem Reduzieren des Kraftstoffverbrauches, sowie Einhaltung der Emissionswerte und der Grenzwerte der thermischen Belastung des Katalysators erreicht werden. DOLLAR A Erfindungsgemäß erfolgt ein Dämpfen der Schwingungen im Antriebsstrang einer Antriebsmaschine durch ein geregeltes Reduzieren der durch Laständerung in den elastischen Lagern auftretenden Motorverlagerung. Dabei wird für das jeweilige Fahrerwunschmoment die in der elastischen Lagerung auftretende Motorverlagerung errechnet und mit einem Grenzwert für die maximale Motorverlagerung verglichen. Beim Überschreiten des Grenzwertes der maximalen Motorverlagerung erfolgt eine Wichtung der Parameter des momentanen Betriebszustandes des Motors oder/und des Fahrzeuges. Durch Ändern einer oder mehrerer Betriebsparameter wird das Motormoment bis zum Unterschreiten des Grenzwertes reduziert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Dämpfen von Schwingungen im Antriebsstrang einer Antriebsmaschine mit den im Oberbegriff des Patenanspruches 1 genannten Merkmalen.

Vorbekannt ist aus der DE 199 58 251 A1 ein Verfahren zur Dämpfung von Lastschlägen im Antriebsstrang eines von einer mit einer elektronischen Steuerung ausgerüsteten Brennkraftmaschine angetriebenen Kraftfahrzeuges. Dabei sollen die infolge eines vom Fahrer eingeleiteten Beschleunigungsvorganges entstehenden Schwingungen, die durch den dabei eintretenden Lastwechselsprung hervorgerufen werden, vermindert werden, wobei die Alterungseffekte der Motoraufhängung sowie die aktuellen Betriebszustände der Brennkraftmaschine berücksichtigt werden sollen. Die Regelung zur Dämpfung der auftretenden Schwingungen erfolgt durch Verstellung des Zündwinkels der Brennkraftmaschine in Abhängigkeit von den erfassten Schwingungsanregungen und den ermittelten Betriebszuständen. Zum Erfassen der Schwingungsanregungen wird die Drehzahländerung der Antriebsmaschine und/oder die Änderung der Drosselklappenverstellung herangezogen. Zur Ermittlung des Betriebszustandes der Brennkraftmaschine wird die Drehzahl, die Drehzahländerung, die Drehzahldifferenz, die Drosselklappenstellung, die Änderung der normierten Füllung, der Luftmassenstrom, die Ansauglufttemperatur, die Kühlmitteltemperatur, die Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder das Übersetzungsverhältnis erfasst, um den Zündwinkel in Abhängigkeit von einer oder mehreren dieser Größen flexibel zu verstellen.

Nachteilig bei diesem Verfahren zum Reduzieren der Schwingungen durch Zündwinkelverstellung ist, dass durch die Zündwinkelspätverstellung bei den aktuellen Motorkonzepten mit motornahen Katalysatoren die Temperatur des Katalysators deutlich erhöht wird, wodurch diese unzulässig starken thermischen Belastungen ausgesetzt sind. Dadurch können Zerstörungen am Monolithen auftreten, wodurch die Lebensdauer des Katalysators stark reduziert wird.

Aus der DE 195 36 320 C2 ist ein Verfahren zur Änderung des Nutzmomentes in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges vorbekannt, bei dem zur Dämpfung der auftretenden Schwingungen die Änderung des Antriebsmoments in mehreren Schritten erfolgt. Die zweite Stufe der Momentenänderung setzt zeitverzögert gegenüber der ersten Stufe ein, so dass die verschiedenen Schwingungen, die durch die stufenweise Momentenwechsel erzeugt werden, sich aufgrund destruktiver Interferenz gegenseitig auslöschen. Nachteilig ist hierbei eine aufwendige Steuerung der stufenweisen Änderung des Antriebsmomentes, dass von der Motor-Getriebekupplung bis zu einer vollen Leistung durch eine spezielle Steuerung der Schwingungsüberlagerung erfolgt. Aufgrund einer Vielzahl von Einflussgrößen liefert dieses Verfahren meist nicht den gewünschten Erfolg.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Dämpfen von Schwingungen im Antriebsstrang einer Antriebsmaschine zu schaffen, bei dem mit geringen applikativen Aufwand eine hohe Dämpfungsqualität und damit ein verbesserter Fahrkomfort, bei gleichzeitigem Reduzieren des Kraftstoffverbrauches sowie Einhaltung der Emissionswerte und der Grenzwerte der thermischen Belastung des Katalysators, erreicht wird.

Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Verfahren erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.

Dadurch, dass für das jeweilige Fahrerwunschmoment die in der elastischen Lagerung auftretende Motorverlagerung errechnet und mit einem Grenzwert für die maximale Motorverlagerung verglichen und beim Überschreiten des Grenzwertes der maximalen Motorverlagerung eine Wichtung der Parameter des momentanen Betriebszustandes des Motors oder/und des Fahrzeugs erfolgt und durch Ändern einer oder mehrerer Betriebsparameter das Motormoment bis zum Unterschreiten des Grenzwertes reduziert wird, wird ein Schwingen des Motors beziehungsweise ein Anschlagen in den Endstellungen der elastischen Lager der Motoraufhängung verhindert. Durch Verhindern des Schwingens beziehungsweise des Anschlagens des Motors an einem mechanischen Anschlag des elastischen Lagers wird gleichzeitig das Ausfedern des Motors und ein erneutes Anschlagen an der gegenüberliegenden Endstellung des elastischen Lagers vermieden. Damit werden Lastschläge und Rüttelschwingungen ausgeschlossen.

Durch die Wichtung der Parameter des momentanen Betriebszustandes des Motors und/oder des Fahrzeuges erfolgt ein Reduzieren des Motormomentes mittels dieser Parameter derart, dass einerseits die Spontanität und der Fahrkomfort in der Lastdynamik gewährleist und andererseits die Einhaltung der Emissionswerte und der Grenzwerte der thermischen Belastung des Katalysators bei einem optimalen Kraftstoffverbrauch gesichert wird. Durch einzelne oder gemeinsame Verstellung der Drosselklappenstellung, des Luft/Kraftstoff-Gemisches (Lambda-Wert), des Zündwinkels, der Ventilsteuerzeiten oder durch Zu- und Abschalten von Zylindern der Brennkraftmaschine wird entsprechend des jeweiligen momentanen Betriebszustandes des Motors das Motormoment so reduziert, dass ein Überschreiten des Grenzwertes der maximalen Motorverlagerung vermieden wird. Durch den Vergleich der ständig errechneten Motorverlagerung mit einer im Motorsteuergerät abgelegten Zielwegeänderung der Motorverlagerung wird das Fahrerwunschmoment dahingehend geändert, dass die tatsächliche Motorverlagerung an die Zielwegeänderung angepasst wird. Dadurch werden die auftretenden Schwingungen gedämpft.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben, sie werden in der Beschreibung zusammen mit ihren Wirkungen erläutert.

Anhand einer Zeichnung wird nachfolgend ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. In den dazugehörigen Zeichnungen zeigen:
1 ein Flussdiagramm die das erfindungsgemäße Verfahren zum Dämpfen von Schwingungen im Antriebsstrang einer Antriebsmaschine schematisch darstellt,
2 eine schematische Darstellung der für die Dämpfung der Schwingungen relevanten Einflussgrößen und Parameter,
3 eine schematische Darstellung der Lastschlagdämpfung in der elastischen Lagerung der Antriebsmaschine.
In 1 ist anhand eines Flussdiagramms schematisch das erfindungsgemäße Verfahren zum Dämpfen von Schwingungen im Antriebsstrang einer Antriebsmaschine, vorzugsweise einer in elastischer Lagerung aufgehängten Brennkraftmaschine dargestellt. Der Antriebsmotor ist in elastischen Lagern mit einer entsprechenden Vorspannung gelagert, so dass er sich im Leerlauf, bei dem kein Moment an der Abtriebswelle anliegt, in der Normallage befindet. Die Vorspannung bewirkt, dass bei einer Motorbeschleunigung das auftretende Moment erst gegen die Vorspannung wirkt und danach bei höherem Moment eine Auslenkung des Motors erfolgt.
Durch Verstellen des Fahrpedals wird durch den Fahrer an den Motor die Anforderung zur Bereitstellung eines Wunschmomentes signalisiert, das zur Änderung der Fahrbedingungen führt. Eine schnelle und große Änderung des daraus resultierenden Motormoments bewirkt einen Laständerungssprung, der neben einer Schwingungsanregung auch den Fahrkomfort ändert. Bei sofortiger Wirkung des gewünschten Momentes würde der Motor in seinem elastischen Lager gegen den mechanischen Anschlag prallen und anschließend trotz des hohen Momentes aus der Vorspannung wieder ausfedern. Dieser Vorgang würde sich entsprechend des Momentüberschusses und der Dämpfungseigenschaften der Motorlagerung endlich oft wiederholen.
Mittels an sich bekannter Sensoren wird der Betriebszustand des Motors und deren verbundener Aggregate sowie Betriebszustand des Fahrzeuges erfasst und die entsprechenden Werte einem Motorsteuergerät zugeführt. Die Regelung des Arbeitsmodus der Verbrennungskraftmaschine erfolgt über das Motorsteuergerät, so wie es beispielsweise in der DE 102 21 536 der Anmelderin beschrieben wird.
Erfindungsgemäß erfolgt ein Dämpfen der Schwingungen im Antriebsstrang einer Antriebsmaschine durch ein geregeltes Reduzieren der durch Laständerung in den elastischen Lagern auftretenden Motorverlagerung. Dabei kann als eine Möglichkeit zur Ermittlung der Verlagerung in den elastischen Lagern das von der Anmelderin vorgeschlagene Verfahren gemäß der DE 102 25 277 genutzt werden. Eine Ermittlung der Verlagerung kann auch mittels Sensoren erfolgen.
Im Motorsteuergerät ist der Grenzwert oder mehrere vom momentanen Betriebszustand abhängige Grenzwerte für die maximale Motorverlagerung auslesbar abgelegt. Die Grenzwerte können dabei zusätzlich abhängig von der Motorbeanspruchung und Motornutzungsdauer errechnet und im Motorsteuergerät auslesbar abgelegt sein. Damit werden den Alterungseffekten des Motors und der Motoraufhängung Rechnung getragen.
Für das jeweilige anliegende Motormoment wird im Motorsteuergerät die auftretende Motorverlagerung in der elastischen Lagerung errechnet oder gemessen. Im folgenden Schritt wird geprüft, ob das Motormoment und der daraus resultierende Weg der Motorverlagerung in dem elastischen Lager größer ist als ein zulässiger Grenzwert, bei welchen ein Schwingen und ein Anschlagen des Motors infolge des Lastwechsels an den mechanischen Anschlägen noch nicht erfolgt. Beim Überschreiten des Grenzwertes der maximal zulässigen Motorverlagerung erfolgt eine Wichtung aller Parameter des momentanen Betriebszustandes des Motors oder/und des Fahrzeugs und eine Änderung einer oder mehren Betriebsparameter. Durch diese Änderung wird das Motormoment bis zum Unterschreiten des Grenzwertes reduziert. Dabei wird die Änderung der Motorverlagerung im Rahmen eines gespeicherten Änderungswert der Motorverlagerung bis zum Unterschreiten des Grenzwertes der maximalen Motorverlagerung geregelt.
Die Wichtung der Parameter zum Reduzieren des Motormomentes erfolgt über einen im Motorsteuergerät installierte Drehmomentenregelung, in 1 als „Torque Administrator" bezeichnet. Ausgehend vom momentanen Betriebszustand des Motors oder/und des Fahrzeuges erfolgt anhand möglicher Optimierungskriterien in Bezug auf die Katalysatortemperatur, den Kraftstoffverbrauch und der Abgasemission entsprechend den motorischen Bedingungen ein Verstellen der Drosselklappenstellung, des Luft/Kraftstoff-Gemisches (Lambda-Wert), des Zündwinkels, der Ventilsteuerzeiten oder ein Abschalten von Zylindern. In 2 ist die Parameterwichtung anhand der wirkenden Einflussgrößen dargestellt.
Die Reduzierung der Motorverlagerung durch Verringern des Motormoments erfolgt durch das Verändern von einem oder vorzugsweise mehreren der oben angeführten Parameter durch das Motorsteuergerät.
Zur Dämpfung der Schwingungen im Antriebsstrang der Antriebsmaschine wird die ständig errechnete oder gemessene Motorverlagerung mit einer im Motorsteuergerät abgelegten Zielwegeänderung verglichen und durch Verändern des Motormomentes die tatsächliche Motorverlagerung an die Zielwegeänderung angepasst. Nach dem Erreichen einer vorgegebenen Abweichung von Fahrerwunsch- und Motormoment wird das Motormoment dem Fahrerwunschmoment diskret angeglichen. In 3 ist die Dämpfung der Schwingungen beispielhaft dargestellt.
Bei ausgekuppelten Motor wirkt kein Moment an der Abtriebswelle. Dabei kann der Fall eintreten, dass infolge der im elastischen Lager wirkenden Vorspannung ein negativer Lastschlag eintritt. Das dabei wirkende Moment wird über das erfindungsgemäße Verfahren ebenfalls kompensiert, in dem über das Motorsteuergerät geregelt ein Moment angefordert wird, welches der im elastischen Lager wirkenden Vorspannung entgegenwirkt und die Motorverlagerung wieder auf die festgelegte Zielwegeänderung einregelt.

ΔM: Änderung des Fahrerwunschmoment
ΔMs_max: maximal zulässige Moment bei dem der Motor noch nicht an die End
: anschläge der elastischen Motorlager anschlägt
DK: Drosselklappenpotential
Δs: Wegänderung der Motorverlagerung in dem elastischen Lager
η: Wirkungsgrad
η_r: errechneter Wirkungsgrad
ETA: Wirkungsgrad
VVT: Ventilsteuerzeiten

Claims

Verfahren zum Dämpfen von Schwingungen im Antriebsstrang einer Antriebsmaschine, vorzugsweise einer in elastischer Lagerung aufgehängten Brennkraftmaschine deren Betriebszustand von einem Motorsteuergerät anhand einer Leistungseingabe, Betriebs- und Ausführungsparametern des Motors und deren verbundener Aggregate erfasst und regelbar eingestellt wird, wobei zum Dämpfen der mechanischen Schwingungen im Antriebsstrang der Antriebsmaschine durch das Motorsteuergerät das wirkende Motormoment der Brennkraftmaschine geändert wird, dadurch gekennzeichnet, dass im Motorsteuergerät – ein Grenzwert oder mehrere von momentanen Betriebszustand abhängige Grenzwerte für die maximale Motorverlagerung auslesbar abgelegt sind, – für das jeweilige Motormoment die in der elastischen Lagerung auftretende Motorverlagerung erfasst wird, – beim Überschreiten des Grenzwertes der maximalen Motorverlagerung eine Wichtung der Parameter des momentanen Betriebszustandes des Motors oder/und des Fahrzeugs erfolgt und durch Ändern eines oder mehrerer Betriebsparameter das Motormoment bis zum Unterschreiten des Grenzwertes reduziert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ändern der Motorverlagerung und des Motormomentes durch ein Verstellen der Drosselklappenstellung und/oder des Luft/Kraftstoff-Gemisches (Lambda-Wert) und/oder des Zündwinkels und/oder der Ventilsteuerzeiten und/oder durch ein Zu- oder Abschalten von Zylindern der Brennkraftmaschine erfolgt.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ständig errechnete Motorverlagerung mit einer im Motorsteuergerät abgelegten Zielwegeänderung verglichen und durch Verändern des Motormomentes die tatsächliche Motorverlagerung an die Zielwegeänderung angepasst wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass Grenzwerte für die maximale Motorverlagerung zusätzlich abhängig von der Beanspruchung und der Benutzungsdauer auslesbar abgelegt sind oder errechnet werden.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wichtung der Parameter des momentanen Betriebszustandes des Motors oder/und des Fahrzeugs und deren einzelne oder mehrere Änderung zur Reduzierung der Motorverlagerung anhand von programmierten Entscheidungsfolgen oder einer gespeicherten Matrix in Abhängigkeit der momentanen Werte von Drosselklappenstellung, Lambda , Motor- und Abgastemperatur, Motormoment, Katalysatortemperatur, Kraftstoffverbrauches, Ventilsteuerzeiten und Abgasemission erfolgt.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach Erreichen einer vorgegebenen Abweichung von Fahrerwunsch- und Motormoment das Motormoment dem Fahrerwunschmoment diskret angeglichen wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem negativen Lastschlag über das Motorsteuergerät geregelt ein Motormoment eingestellt wird, das der im elastischen Lager wirkenden Vorspannung entgegenwirkt und die Motorverlagerung in die festgelegte Zielwegeänderung einregelt.