DE19527112C1 - Verfahren zur Kalibrierung eines Kennfeldes einer Antriebsmaschine - Google Patents

Verfahren zur Kalibrierung eines Kennfeldes einer Antriebsmaschine

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DE19527112C1 DE1995127112 DE19527112A DE19527112C1 DE 19527112 C1 DE19527112 C1 DE 19527112C1 DE 1995127112 DE1995127112 DE 1995127112 DE 19527112 A DE19527112 A DE 19527112A DE 19527112 C1 DE19527112 C1 DE 19527112C1
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    • F02D2200/1015—Engines misfires

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur mindestens bereichsweisen Kalibrierung eines Kennfeldes einer rotatorischen Antriebsmaschine, insbesondere einer Verbrennungsmaschine eines Kraftfahrzeugs, wobei die Antriebsmaschine eine elektronische Laststeuerung über eine Laststellgröße aufweist und das Kennfeld durch Wertetripel der Größen Drehzahl und Drehmoment oder Leistung der Antriebsmaschine und der Laststellgröße der elektronischen Laststeuerung definiert ist.
Derartige Verfahren sind allgemein bekannt und werden bei der Entwicklung rotatorischer Antriebsmaschinen, insbesondere Verbrennungskraftmaschinen, sowie bei der Adaption von Antriebsmaschinen in Versuchs- oder Prototypenfahrzeugen angewendet. In der Regel wird die zu kalibrierende Antriebsmaschine aus dem Fahrzeug ausgebaut und auf einem speziellen Motorenprüfstand installiert, auf dem mittels einer einstellbaren Bremseinrichtung - beispielsweise in Form einer Wirbelstrombremse oder einer Wasserwirbelbremse - beliebige Punkte innerhalb des zu kalibrierenden Kennfeldes der jeweiligen Antriebsmaschine angefahren werden können. Der Ausbau der Antriebsmaschine aus dem Motorraum des Fahrzeugs, die Installation auf dem Motorprüfstand, der Abbau von demselben nach erfolgter Kalibrierung sowie der Wiedereinbau in das Fahrzeug stellen jedoch einen extrem großen Zeitaufwand dar und verursachen dadurch immense Kosten. Des weiteren sind die Einrichtung eines derartigen Motorprüfstandes und daher auch die Zeiten seiner Inanspruchnahme sehr kostspielig. Diese Nachteile der bekannten Verfahren sind auch deshalb besonders gravierend, weil im Zuge von neuzeitlichen Entwicklungsarbeiten ein sehr häufiges Neukalibrieren der Kennfelder von Antriebsmaschinen erforderlich ist. Der Entwicklungsfortschritt wird durch die zeitraubenden Installationsarbeiten daher nachhaltig verzögert.
Aus der Druckschrift "Thermodynamik der Verbrennungskraftmaschine" von R. Pischinger und anderen, Springer-Verlag, Wien, ist in Kapitel 6 "Meßtechnik" ein Verfahren zur Kalibrierung eines Kennfeldes beschrieben, bei dem zur Drehmomentbestimmung auch im Schleppbetrieb an die Verbrennungskraftmaschine gekoppelte Elektromotore eingesetzt werden (S. 336).
Auch für dieses Verfahren ist das Vorhandensein eines geeigneten Motorprüfstands jedoch unbedingte Voraussetzung.
Ebenfalls zum Stand der Technik zählen Verfahren zur Kalibrierung eines Kennfeldes einer rotatorischen Antriebsmaschine, bei denen das Fahrzeug auf einen sogenannten Rollenprüfstand gefahren wird. Bei einem derartigen Prüfstand sind die die angetriebenen Räder des Kraftfahrzeugs abstützenden Rollen mit einer Bremseinrichtung verbunden, so daß sich ebenfalls nahezu jeder beliebige Kennfeldpunkt des zu kalibrierenden Kennfeldes ansteuern läßt.
Als nachteilig ist bei derartigen Verfahren anzusehen, daß der den Motor mit den Rollen der Bremseinrichtung verbindende Antriebsstrang des Fahrzeugs bestehend im wesentlichen aus den Komponenten Kupplung und Schaltgetriebe bzw. Automatikgetriebe, Kardanwelle bzw. Gelenkwelle, Differentialgetriebe und Antriebsräder einen erheblichen Unsicherheitsfaktor bezüglich der darin entstehenden Verlustleistungen darstellt. Aufgrund mannigfaltiger Alterungs- und Verschleißerscheinungen, beispielsweise in den Lagerungen, den Zahnradpaarungen und den Reifen, ist eine hinreichend große Genauigkeit bei der Einstellung gewisser Kennfeldpunkte nicht gegeben. Schließlich stellt auch ein Rollenprüfstand eine sehr kostenintensive Einrichtung dar, so daß auch bei diesen aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren ein erheblicher Kostennachteil besteht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Kalibrierung eines Kennfeldes einer rotatorischen Antriebsmaschine vorzuschlagen, mit dem sich Kalibriervorgänge mit sehr geringem Aufwand in bezug auf die erforderlichen Zeit und die entstehenden Kosten durchführen lassen, und das sich dennoch durch eine hohe Zuverlässigkeit und Genauigkeit sowie eine gute Reproduzierbarkeit der Ergebnisse auszeichnet.
Ausgehend von einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß
  • a) die Antriebsmaschine vom Antriebsstrang entkoppelt und unverändert in ihrer Einbauposition belassen wird;
  • b) durch sprungartige Änderung der Laststellgröße L um einen Sprungbetrag ΔL₀ die Drehzahl n der Antriebsmaschine ausgehend von einer Anfangsdrehzahl n₀ bis zu einer Höchstdrehzahl nmax oder bis zum Erreichen eines stationären Drehzahlzustands geändert und die Drehzahl sodann wieder auf die Anfangsdrehzahl zurückgeführt wird;
  • c) während des Beschleunigungsvorgangs zugehörige Werte der Drehzahl n und der Zeit t jeweils im Abstand von Zeitintervallen ΔtM aufgenommen werden;
  • d) im Abstand bestimmter Drehzahlintervalle ΔnS je ein Mittelwert der ersten Ableitung der Drehzahl ΔnS/ΔtS gemäß der Rechenvorschrift ΔnS/ΔtS = (nSi - nSi-1)/(tSi - tSi-1) bestimmt wird, wobei mit nS jeweils eine Stützstellendrehzahl des Kennfeldes und mit tS die zugehörige Zeit sowie mit dem Index i zu jeweils benachbarten Stützstellen gehörige Punkte der Drehzahlkurve bezeichnet sind;
  • e) im Abstand der Drehzahlintervalle ΔnS aus den Mittelwerten der ersten Ableitung der Drehzahl ΔnS/ΔtS und dem bekannten Massenträgheitsmoment IA der Antriebsmaschine jeweils Mittelwerte des Drehmoments M gemäß der Rechenvorschrift M = 2π·IA ΔnS/ΔtS bestimmt werden;
  • f) Wertetripel der zueinander gehörigen Größen Drehzahl nS, mittleres Drehmoment M und Laststellgröße L gebildet und als Kennfeldpunkte gespeichert werden;
  • g) die Verfahrensschritte b) bis f) fortlaufend mit kleineren und/oder größeren Sprungbeträgen ΔL der Laststellgröße L wiederholt werden, bis eine hinreichende Wertedichte im zu kalibrierenden Kennfeld erreicht ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren bietet im Vergleich mit Verfahren gemäß dem Stand der Technik den enormen Vorteil, daß die Antriebsmaschine nicht aus dem Fahrzeug ausgebaut werden muß, sondern während des gesamten Kalibriervorgangs unverändert in ihrer Einbauposition belassen wird, und daß zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens keine irgendwie geartete fahrzeugexterne Hilfseinrichtung, beispielsweise in Form eines Rollenprüfstandes, erforderlich ist. Der Aufwand für eine Kalibrierung gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren ist daher äußerst gering, so daß sich Entwicklungsarbeiten somit sehr viel schneller und kostengünstiger durchführen lassen.
Auch können Kalibriervorgänge, die während des Alltagseinsatzes von serienmäßigen Kraftfahrzeugen in gewissen Zeitabständen erforderlich sind, mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens in gewöhnlichen Service-Betrieben (z. B. in einer Reparaturwerkstatt im Rahmen einer fälligen Inspektion) ohne besonders geschultes Personal durchgeführt werden, weil das Verfahren mittels einer geeigneten Software in einer Einrichtung zur elektronischen Laststeuerung (Steuerrechner) vollständig automatisiert werden kann. Die Voraussetzung einer elektronischen Laststeuerung ist bei nahezu allen Antriebsmaschinen moderner Kraftfahrzeuge erfüllt, so daß sich durch dieses Erfordernis keine praktisch relevante Einschränkung der Anwendbarkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens ergibt.
Auch die Voraussetzung der Entkoppelbarkeit von Antriebsstrang und Antriebsmaschine sind bei praktisch sämtlichen Kraftfahrzeugtypen erfüllt.
Hinsichtlich der Zuverlässigkeit und Reproduzierbarkeit der Ergebnisse des erfindungsgemäßen Kalibrierverfahrens liegt ein großer Vorteil darin, daß das Massenträgheitsmoment der Antriebsmaschine, das zur Durchführung des Verfahrens bekannt sein muß, in seiner Größe während der gesamten Lebensdauer einer Antriebsmaschine unverändert bleibt.
Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird vorgeschlagen, daß vor dem Kalibriervorgang ein im Antriebsstrang befindliches Getriebe in eine Freilaufstellung geschaltet und eine ebenfalls im Antriebsstrang befindliche Kupplung in den eingekuppelten Zustand gebracht wird und bei der Durchführung des Verfahrensschrittes e) anstatt des Massenträgheitsmoments IA der Antriebsmaschine ein die Massenträgheitsmomente IK bzw. IG der Kupplung und der mitrotierenden Getriebeteile berücksichtigendes modifiziertes Massenträgheitsmoment IAKG verwendet wird, das gemäß der Rechenvorschrift IAKG = IA + IK + IG bestimmt wird.
Hieraus resultiert der Vorteil, daß es zur Erzielung der erforderlichen andauernden Entkopplung von Antriebsmaschine und Antriebsstrang nicht notwendig ist, während des gesamten Kalibriervorgangs die Kupplung eines mit einem Schaltgetriebe ausgestatteten Kraftfahrzeugs getreten zu halten. Vielmehr wird das Schaltgetriebe eines Kraftfahrzeugs vor Beginn des Kalibriervorgangs bei einmalig getretener Kupplung in die Leerlaufstellung geschaltet, wonach das Kupplungspedal wieder losgelassen werden kann. Eine zusätzlich auf dem Fahrersitz befindliche Bedienperson ist daher zur Durchführung des Verfahrens nicht erforderlich.
Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß Wertetripel nur dann gespeichert werden, wenn der Mittelwert des Drehmoments M kleiner als sein Maximalwert Mmax ist.
Hierdurch kann die Genauigkeit des Verfahrens weiter gesteigert werden, da das Beschleunigungsverhalten einer Antriebsmaschine im Bereich kleiner Momente, d. h. im schwachdynamischen Bereich, als quasi linear angesehen werden kann, wodurch sich bei der Mittelwertbildung bei der Bestimmung der ersten Ableitung der Drehzahl lediglich vernachlässigbare Fehler ergeben.
Die zugrundeliegende Aufgabe wird erfindungsgemäß aber auch durch ein Verfahren zur mindestens bereichsweisen Kalibrierung eines Kennfeldes einer rotatorischen Antriebsmaschine, nämlich einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs mit Hybridantrieb, gelöst, wobei die rotatorische Antriebsmaschine mit mindestens einer weiteren, beispielsweise elektrischen Antriebsmaschine momentenschlüssig und schlupffrei koppelbar sowie von dieser entkoppelbar ist, beide Antriebsmaschinen eine elektronische Laststeuerung über jeweils eine Laststellgröße aufweisen und die Kennfelder beider Antriebsmaschinen jeweils durch Wertetripel der Größen Drehzahl und Drehmoment der Antriebsmaschine und der Laststellgröße der elektronischen Laststeuerung definiert sind, bestehend aus den Verfahrensschritten:
  • a) die zu kalibrierende Antriebsmaschine wird mit der elektrischen Antriebsmaschine momentenschlüssig und schlupffrei gekoppelt und beide Antriebsmaschinen werden vom Antriebsstrang entkoppelt und unverändert in ihren Einbaupositionen belassen;
  • b) an der zu kalibrierenden Antriebsmaschine wird je ein gewünschter Wert der Drehzahl nK und der Laststellgröße LK und an der elektrischen Antriebsmaschine ein jeweils zugehöriger Wert der Laststellgröße LE derart eingestellt, daß die Drehzahl nK der zu kalibrierenden Antriebsmaschine und die Drehzahl nE der damit gekoppelten elektrischen Antriebsmaschine konstant gehalten wird;
  • c) der zu der eingestellten Drehzahl nK gehörige Wert des Drehmoments MK der zu kalibrierenden Antriebsmaschine wird mittels des aufgrund der an der elektrischen Antriebsmaschine eingestellten Lastgröße LE bekannten Drehmoments ME der elektrischen Antriebsmaschine unter Berücksichtigung einer Übersetzung i zwischen den gekoppelten Antriebsmaschinen bestimmt gemäß der Rechenvorschrift MK = -i·ME = -i f(nE, LE) = -i f(i·nK, LE);
  • d) es werden Wertetripel der zueinander gehörigen Größen Drehzahl nK, Drehmoment MK und Laststellgröße LK gebildet und als Kennfeldpunkte gespeichert;
  • e) die Verfahrensschritte b) bis d) werden fortlaufend mit anderen Werten der Drehzahl nK und der Laststellgröße LK sowie der jeweils zugehörigen Laststellgröße LE wiederholt, bis eine hinreichende Wertedichte im zu kalibrierenden Kennfeld erreicht ist.
Insbesondere für Hybridfahrzeuge, die mit einer Verbrennungskraftmaschine und einer elektrischen Antriebsmaschine ausgestattet sind, bietet sich hiermit ein besonders vorteilhaftes Verfahren zur Kalibrierung des Kennfeldes der, Verbrennungskraftmaschine. Dabei ist es sehr vorteilhaft, daß die Verbrennungskraftmaschine während des gesamten Kalibriervorgangs nicht aus dem Fahrzeug ausgebaut werden muß, sondern unverändert in ihrer Einbauposition belassen werden kann. Der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren verbundene Arbeitsaufwand kann auf diese Weise sehr gering gehalten werden. Gleichzeitig werden Entwicklungsarbeiten, bei denen eine häufige Kennfeldkalibrierung erforderlich ist, deutlich beschleunigt.
Mit dem Verfahren gemäß der Erfindung läßt sich deshalb eine besonders exakte Kalibrierung des Kennfeldes einer Verbrennungskraftmaschine durchführen, weil das Kennfeld einer elektrischen Antriebsmaschine mit einer elektronischen Laststeuerung bekanntermaßen auch über sehr große Zeiträume extrem stabil ist. Das Kennfeld der elektrischen Antriebsmaschine kann daher dauerhaft als Referenzkennfeld bei der Kalibrierung des Kennfeldes der Verbrennungskraftmaschine herangezogen werden.
Die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erforderliche Voraussetzung einer momentenschlüssigen und schlupffreien Koppelung zwischen der elektrischen und der zu kalibrierenden Antriebsmaschine sowie die Möglichkeit zur Entkoppelung ist bei Hybridfahrzeugen in praktisch allen Fällen erfüllt, stellt also keinerlei irgendwie bedeutsame Einschränkung der Anwendbarkeit des Verfahrens dar.
Die ausgezeichnete Zeitstabilität der Kennfeldkalibrierung der elektrischen Antriebsmaschine in sämtlichen Kennfeldbereichen gestattet des weiteren die Kalibrierung des Kennfeldes der Verbrennungskraftmaschine ebenfalls in den Lastbereichen, die von der elektrischen Maschine abgedeckt werden, vorzunehmen. Bei Ansteuerung von Kennfeldpunkten mit hohen Werten für Drehmoment und Drehzahl, d. h. von Kennfeldpunkten, bei denen eine große Motorleistung - einerseits Antriebsleistung der zu kalibrierenden Antriebsmaschine andererseits Bremsleistung der elektrischen Antriebsmaschine - vorliegt, ist eine ausreichende Kühlung beider Antriebsmaschinen sicherzustellen.
Die erfindungsgemäßen Verfahren werden nachfolgend anhand je eines Beispiels näher erläutert. Die Zeichnung veranschaulicht anhand von Skizzen das Prinzip und den Ablauf der Verfahrensbeispiele. Es zeigt
Fig. 1 eine Prinzipschaltung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
Fig. 2 ein vereinfacht dargestelltes Kennfeld;
Fig. 3 einen Verlauf der Drehzahl der zu kalibrierenden Antriebsmaschine über der Zeit; und
Fig. 4 eine alternative Prinzipschaltung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Beispiel 1
Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung eine zu kalibrierende, rotatorische Antriebsmaschine, nämlich eine Verbrennungskraftmaschine 1, eine Kupplung 2, über die die Verbrennungskraftmaschine 1 mit einem Getriebe 3 koppelbar und wieder entkoppelbar ist, eine Kardanwelle 4, ein Achsgetriebe 5 sowie zwei angetriebene Räder 6 eines zugehörigen Kraftfahrzeugs. Innerhalb des Fahrzeugs befindet sich das schematisch dargestellte Fahrpedal 7, das über ein Gestänge mit einem Potentiometer 8 verbunden ist. Die nicht dargestellte Drosselklappe bzw. der Einspritzpumpenhebel der Verbrennungskraftmaschine 1 ist mit einem elektrisch angesteuerten Laststellglied 9 verbunden. Ein nicht dargestellter Drehzahlsensor an der Schwungscheibe der Verbrennungskraftmaschine 1, das Laststellglied 9, ein Ausrücksensor an der Kupplung 2, ein Leerlaufsensor am Getriebe 3 sowie das Potentiometer 8 sind über Leitungen 10, 11, 12, 13 und 14 mit einer elektronischen Laststeuerung 15 verbunden. Über die Leitung 10 erhält die Laststeuerung 15 eine Drehzahlinformation der Verbrennungskraftmaschine 1, über die Leitung 11 erhält das Laststellglied 9 eine Information über die Sollastgröße, über die Leitung 12 erhält die Laststeuerung 15 eine Information über den Übertragungszustand der Kupplung 2, über die Leitung 13 eine Information über die Schaltstellung des Getriebes 3 und über die Leitung 14 eine Information über das Wunschmoment des Fahrers.
In der Laststeuerung 15 ist das in Fig. 2 vereinfacht dargestellte Kennfeld gespeichert. In diesem Kennfeld sind digital Werte abgelegt, die von der Laststeuerung 15 in eine analoge Spannung (Laststellgröße L) umgesetzt und über die Leitung 11 dem Laststellglied 9 zugeführt werden. Diese Werte sind so organisiert, daß sich bei Kenntnis der Drehzahl n der Verbrennungskraftmaschine und des Wunschmoments ein Wert für die dem Laststellglied 9 zuzuführende Laststellgröße ermitteln läßt. Zwischenwerte werden interpoliert.
Soll das abgebildete Kennfeld kalibriert werden, so läuft in der Laststeuerung 15 folgender Algorithmus ab, was automatisch erfolgen kann:
  • 1. Die Laststeuerung 15 überprüft, ob alle Voraussetzungen für eine automatische Kalibrierung erfüllt sind (z. B. Öl- bzw. Kühlwassertemperatur ausreichend hoch, Getriebe 3 im Leerlauf, Kupplung 2 eingerückt).
  • 2. Die Laststeuerung 15 führt eine sprungartige Änderung der Laststellgröße L um einen Sprungbetrag ΔL durch, woraufhin sich die Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine 1 bis zum Erreichen eines stationären Drehzahlzustands ändert. Sodann wird die Drehzahl durch Rücknahme der Laststellgröße auf den Ausgangswert wieder auf Ausgangsdrehzahl zurückgeführt.
  • 3. Während des Beschleunigungsvorgangs der Verbrennungskraftmaschine 1 werden zugehörige Werte der Drehzahl n und der Zeit t jeweils im Abstand von Zeitintervallen Δtm aufgenommen. Bei der in Fig. 3 abgebildeten Drehzahlkurve ist nach einer Zeit von ca. 10 s keine Veränderung der Drehzahl mehr festzustellen, so daß die Meßwertaufnahme zu diesem Zeitpunkt beendet wird.
  • 4. Im Abstand bestimmter Drehzahlintervalle ΔnS wird je ein Mittelwert der ersten Ableitung der Drehzahl ΔnS/ΔtS gemäß der Rechenvorschrift ΔnS/ΔtS = (nSi - nSi-1)/(tSi - tSi-1) bestimmt, wobei mit nS jeweils eine Stützstellendrehzahl des Kennfeldes und mit tS die zugehörige Zeit sowie mit dem Index i zu jeweils benachbarten Stützstellen gehörige Punkte der Drehzahlkurve bezeichnet sind. Im vorliegenden Fall liegen die Stützstellendrehzahlen des Kennfeldes im Abstand von 500 U/min.
  • 5. Im Abstand der Drehzahlintervalle ΔnS wird aus den Mittelwerten der ersten Ableitung der Drehzahl ΔnS/ΔtS und dem bekannten Massenträgheitsmoment IAKG (das sich aus der Summe der ebenfalls bekannten Massenträgheitsmomente IA, IK und IG der Verbrennungskraftmaschine 1, der Kupplung 2 sowie der mitrotierenden Teile des Getriebes 3 zusammensetzt) jeweils ein Mittelwert des Drehmoments M gemäß der Rechenvorschrift M = 2π·IAKG ΔnS/ΔtS bestimmt.
  • 6. Mit dem auf diese Weise ermittelten Wert des Drehmoments M läßt sich nun ein zueinandergehöriges Wertetripel für die Größen Drehzahl nS, mittleres Drehmoment M und Laststellgröße L bilden und als Kennfeldpunkt abspeichern.
  • 7. Die Verfahrensschritte 2 bis 6 werden fortlaufend mit kleineren und größeren Sprungbeträgen ΔL der Laststellgröße L wiederholt, bis eine hinreichende Wertedichte im zu kalibrierenden Kennfeld erreicht ist.
  • 8. Durch Interpolation wird aus diesem Kennfeld das gewünschte, kalibrierte Kennfeld mit einem vereinfacht dargestellten Stützstellenaufbau gemäß Fig. 2 ermittelt.
  • 9. Der Kalibriervorgang ist abgeschlossen, die Laststeuerung 15 kann ihren normalen Betrieb wieder aufnehmen.
Beispiel 2
In Fig. 4 ist das Prinzipschema eines Antriebs eines Hybridfahrzeugs dargestellt. Das Hybridfahrzeug verfügt über eine Verbrennungskraftmaschine 21, eine elektrische Antriebsmaschine 22, ein Getriebe 23, eine Kardanwelle 24, ein Achsgetriebe 25 sowie zwei angetriebene Räder 26. Die Verbrennungskraftmaschine 21, die elektrische Antriebsmaschine 22 sowie das Getriebe 23 sind in Reihe geschaltet, wobei die Verbrennungskraftmaschine 21 und die elektrische Antriebsmaschine 22 mittels einer Kupplung 27 und die elektrische Antriebsmaschine 22 und das Getriebe 23 mittels einer Kupplung 28 jeweils miteinander koppelbar sind. Das Fahrpedal 29 ist über ein Gestänge mit einem Potentiometer 30 verbunden, das das vom Fahrer gewünschte Moment entsprechend der Potentiometerstellung in eine analoge Spannung umwandelt. Eine elektronische Laststeuerung 31 in Form eines Bordrechners ist über Leitungen 32 bis 38 mit der Schwungscheibe der Verbrennungskraftmaschine 21, einem elektrischen Laststellglied 39 der Verbrennungskraftmaschine einem Ausrücksensor der Kupplung 27, einem nicht dargestellen Laststellglied an der elektrischen Antriebsmaschine 22, einem Ausrücksensor der Kupplung 28, einem Leerlaufsensor des Getriebes 23 sowie dem Potentiometer des Fahrpedals 30 verbunden und erhält somit Informationen über die Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine 21 (d. h. auch der elektrischen Antriebsmaschine 22), über die Schaltzustände der beiden Kupplungen 27 und 28 sowie des Getriebes 23 und das vom Fahrer gewünschte Moment. Wesentliche Ausgangsgrößen der elektronischen Laststeuerung 31 sind die Laststellgröße LK, mit der eine Verstellung des Laststellglieds 39 bewirkt wird, das wiederum über ein Gestänge mit der Drosselplatte oder dem Einspritzpumpenhebel der Verbrennungskraftmaschine 21 verbunden ist, sowie die Laststellgröße LE der elektrischen Antriebsmaschine 22.
In der elektronischen Laststeuerung 31 ist je ein Kennfeld für die Verbrennungskraftmaschine 21 und die elektrische Antriebsmaschine 22 abgelegt. Ein beispielhaftes, stark vereinfachtes Kennfeld für die Verbrennungskraftmaschine 21 ist in Fig. 2 abgebildet (siehe Beispiel 1). Aufgrund der außergewöhnlich guten Langzeitstabilität des Kennfeldes der elektrischen Antriebsmaschine 22, das einen analogen Aufbau wie das in Fig. 2 abgebildete Kennfeld besitzt, kann dauerhaft davon ausgegangen werden, daß das Kennfeld dieser elektrischen Antriebsmaschine 22 korrekt kalibriert ist. Daher kann dieses Kennfeld als Referenzkennfeld zur Kalibrierung des Kennfeldes der Verbrennungskraftmaschine 21 verwendet werden.
Der Ablauf der folgenden Verfahrensschritte kann von der elektronischen Laststeuerung 31 automatisch veranlaßt werden:
  • 1. Die elektronische Laststeuerung 31 überprüft, ob alle Voraussetzungen für eine automatische Kalibrierung erfüllt sind (Öl- und Kühlwassertemperatur der Verbrennungskraftmaschine 21 ausreichend hoch, Getriebe 23 in Leerlaufstellung, beide Kupplungen 27 und 28 eingekuppelt).
  • 2. Die elektronische Laststeuerung 31 steuert die Verbrennungskraftmaschine 21 und die elektrische Antriebsmaschine 22 über eine Einstellung der Laststellgrößen LK der Verbrennungskraftmaschine 21 und der Laststellgröße LE der elektrischen Antriebsmaschine 22 so an, daß die Drehzahl nK der zu kalibrierenden Antriebsmaschine 21 und die Drehzahl nE der damit gekoppelten elektrischen Antriebsmaschine 22 konstant gehalten wird.
    In einem solchen stationären Kennfeldpunkt wird die Leistung der momentan antreibenden Antriebsmaschine von der jeweils anderen Antriebsmaschine, die sich im Schleppbetrieb befindet, aufgenommen und letztlich in Wärme oder elektrische Energie umgewandelt.
  • 3. Der Wert des Drehmoments MK der zu kalibrierenden Verbrennungskraftmaschine 21 kann nun bestimmt werden, da das Drehmoment ME der elektrischen Antriebsmaschine 22 bekannt ist, und zwar deshalb, weil aufgrund des dauerhaft stabilen Lastkennfelds der elektrischen Antriebsmaschine 22 ein bekannter Zusammenhang zwischen der Laststellgröße LE und dem Drehmoment ME der elektrischen Antriebsmaschine 22 besteht. Sofern zwischen der Verbrennungskraftmaschine 21 und der elektrischen Antriebsmaschine 22 ein Getriebe angeordnet ist, muß dessen Übersetzung i bei der Berechnung des Moments berücksichtigt werden. Für den dargestellten Fall, daß i = 1 ist, bestimmt sich das Drehmoment MK der zu kalibrierenden Verbrennungskraftmaschine 21 gemäß der Rechenvorschrift MK = -i·ME = -i f(nE, LE) = -i f(i·nK, LE).
  • 4. Es werden Wertetripel der zueinander gehörigen Größen Drehzahl nK, Drehmoment MK und Laststellgröße LK gebildet und als Kennfeldpunkte gespeichert.
  • 5. Die Verfahrensschritte 2 bis 4 werden fortlaufend mit anderen Werten der Drehzahl nK und der Laststellgröße LK sowie der jeweils zugehörigen Laststellgröße LE wiederholt, bis eine hinreichende Wertedichte im zu kalibrierenden Kennfeld erreicht ist.
Mittels des beschriebenen Verfahrens ist sowohl eine Kalibrierung des Kennfelds der Verbrennungskraftmaschine 21 in Bereichen positiver Drehmomente MK als auch negativer Drehmomente MK, d. h. im Schleppbetrieb, möglich, da die gekoppelte elektrische Antriebsmaschine 22 sowohl als Motor als auch als Generator betrieben werden kann.

Claims (4)

1. Verfahren zur mindestens bereichsweisen Kalibrierung eines Kennfeldes einer rotatorischen Antriebsmaschine, insbesondere einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, wobei die Antriebsmaschine eine elektronische Laststeuerung über eine Laststellgröße aufweist und das Kennfeld durch Wertetripel der Größen Drehzahl und Drehmoment oder Leistung der Antriebsmaschine und der Laststellgröße der elektronischen Laststeuerung definiert ist, dadurch gekennzeichnet, daß
  • a) die Antriebsmaschine (1) vom Antriebsstrang entkoppelt und unverändert in ihrer Einbauposition belassen wird;
  • b) durch sprungartige Änderung der Laststellgröße L um einen Sprungbetrag ΔL₀ die Drehzahl n der Antriebsmaschine (1) ausgehend von einer Anfangsdrehzahl n₀ bis zu einer Höchstdrehzahl nmax oder bis zum Erreichen eines stationären Drehzahlzustands geändert und die Drehzahl sodann wieder auf die Anfangsdrehzahl zurückgeführt wird;
  • c) während des Beschleunigungsvorgangs zugehörige Werte der Drehzahl n und der Zeit t jeweils im Abstand von Zeitintervallen ΔtM aufgenommen werden;
  • d) im Abstand bestimmter Drehzahlintervalle ΔnS je ein Mittelwert der ersten Ableitung der Drehzahl ΔnS/ΔtS gemäß der Rechenvorschrift ΔnS/ΔtS = (nSi - nSi-1)/(tSi - tSi-1) bestimmt wird, wobei mit nS jeweils eine Stützstellendrehzahl des Kennfeldes und mit tS die zugehörige Zeit sowie mit dem Index i zu jeweils benachbarten Stützstellen gehörige Punkte der Drehzahlkurve bezeichnet sind;
  • e) im Abstand der Drehzahlintervalle ΔnS aus den Mittelwerten der ersten Ableitung der Drehzahl ΔnS/ΔtS und dem, bekannten Massenträgheitsmoment IA der Antriebsmaschine jeweils Mittelwerte des Drehmoments M gemäß der Rechenvorschrift M = 2π·IA ΔnS/ΔtS bestimmt werden;
  • f) Wertetripel der zueinander gehörigen Größen Drehzahl nS, mittleres Drehmoment M und Laststellgröße L gebildet und als Kennfeldpunkte gespeichert werden;
  • g) die Verfahrensschritte b) bis f) fortlaufend mit kleineren und/oder größeren Sprungbeträgen ΔL der Laststellgröße L wiederholt werden, bis eine hinreichende Wertedichte im zu kalibrierenden Kennfeld erreicht ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Kalibriervorgang ein im Antriebsstrang befindliches Getriebe (3) in eine Freilaufstellung geschaltet und eine ebenfalls im Antriebsstrang befindliche Kupplung (2) in den eingekuppelten Zustand gebracht wird und bei der Durchführung des Verfahrensschrittes e) anstatt des Massenträgheitsmoments IA der Antriebsmaschine (1) ein die Massenträgheitsmomente IK und IG der Kupplung (2) bzw. der mitrotierenden Teile des Getriebes (3) berücksichtigendes modifiziertes Massenträgheitsmoment IAKG verwendet wird, das gemäß der Rechenvorschrift IAKG = IA + IK + IG bestimmt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Wertetripel nur dann gespeichert werden, wenn der Mittelwert des Drehmoments M kleiner als ein Maximalwert Mmax ist.
4. Verfahren zur mindestens bereichsweisen Kalibrierung eines Kennfeldes einer rotatorischen Antriebsmaschine, nämlich einer Verbrennungskraftmaschine (21) eines Kraftfahrzeuges mit Hybridantrieb, wobei die rotatorische Antriebsmaschine (22) mit mindestens einer weiteren, elektrischen Antriebsmaschine momentenschlüssig und schlupffrei koppelbar sowie von dieser entkoppelbar ist, beide Antriebsmaschinen (21, 22) eine elektronische Laststeuerung über jeweils eine Laststellgröße aufweisen und die Kennfelder beider Antriebsmaschinen (21, 22) jeweils durch Wertetripel der Größen Drehzahl und Drehmoment der Antriebsmaschine und der Laststellgröße der elektronischen Laststeuerung definiert sind, bestehend aus den Verfahrensschritten:
  • a) die zu kalibrierende Antriebsmaschine wird mit der elektrischen Antriebsmaschine momentenschlüssig und schlupffrei gekoppelt und beide Antriebsmaschinen werden vom Antriebsstrang entkoppelt und unverändert in ihren Einbaupositionen belassen;
  • b) an der zu kalibrierenden Antriebsmaschine wird je ein gewünschter Wert der Drehzahl nK und der Laststellgröße LK und an der elektrischen Antriebsmaschine ein jeweils zugehöriger Wert der Laststellgröße LE derart eingestellt, daß die Drehzahl nK der zu kalibrierenden Antriebsmaschine und die Drehzahl nE der damit gekoppelten elektrischen Antriebsmaschine konstant gehalten wird;
  • c) der zu der eingestellten Drehzahl nK gehörige Wert des Drehmoments MK der zu kalibrierenden Antriebsmaschine wird mittels des aufgrund der an der elektrischen Antriebsmaschine eingestellten Laststellgröße LE bekannten Drehmoments ME der elektrischen Antriebsmaschine unter Berücksichtigung einer Übersetzung i zwischen den gekoppelten Antriebsmaschinen bestimmt gemäß der Rechenvorschrift MK = -i ME = -i f(nE, LE) = -i f(i nK, LE);
  • d) es werden Wertetripel der zueinander gehörigen Größen Drehzahl nK, Drehmoment MK und Laststellgröße LK gebildet und als Kennfeldpunkte gespeichert;
  • e) die Verfahrensschritte b) bis d) werden fortlaufend mit anderen Werten der Drehzahl nK und der Laststellgröße LK sowie der jeweils zugehörigen Laststellgröße LE wiederholt, bis eine hinreichende Wertedichte im zu kalibrierenden Kennfeld erreicht ist.
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