DE202015004898U1

DE202015004898U1 - Hybridantriebssystem mit Regelung zur Kompensation der Motordrehzahlschwingungen

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Publication number: DE202015004898U1
Application number: DE202015004898.6U
Authority: DE
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2015-07-08
Filing date: 2015-07-08
Publication date: 2016-10-13
Anticipated expiration: 2025-07-09

Abstract

Hybrid-Antriebsstrang (35), umfassend einen Verbrennungsmotor (100) mit einer Kurbelwelle (145), einen mit der Kurbelwelle (145) gekoppelten Elektromotor (105) und ein elektronisches Steuergerät (450), das dafür ausgelegt ist: – eine Motordrehzahl zu messen, – ein vom Verbrennungsmotor an der Kurbelwelle (145) erzeugtes Drehmoment zu messen, – einen Luftdruck in einem Lufteinlasskrümmer (200) des Motors zu messen, – einen Wert eines Parameters zu berechnen, der eine Motordrehzahlschwingung anzeigt, und zwar als Funktion eines gemessenen Werts der Motordrehzahl, eines gemessenen Werts des Motordrehmoments und eines gemessenen Werts des Luftdrucks – eine Winkelposition der Kurbelwelle (145) zu messen, – einen Hilfsmomentwert zu berechnen, und zwar als Funktion des gemessenen Werts der Winkelposition der Kurbelwelle und des berechneten Werts des Parameters, der die Motordrehzahlschwingung anzeigt, – den Elektromotor (105) zu betätigen, um den Hilfsmomentwert an die Kurbelwelle (145) anzulegen.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft einen Hybrid-Antriebsstrang, zum Beispiel einen Hybrid-Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs.
HINTERGRUND
Es ist bekannt, dass ein Hybrid-Antriebsstrang im Allgemeinen Folgendes umfasst: einen Verbrennungsmotor mit einer Kurbelwelle und einen mit der Kurbelwelle gekoppelten Elektromotor, um den Verbrennungsmotor beim Antrieb des Kraftfahrzeugs zu unterstützen.
Der Verbrennungsmotor ist typischerweise als Hubkolbenmotor ausgeführt, in dem Kraftstoffverbrennungsvorgänge mit einer Häufigkeit stattfinden, die von der Anzahl und der Position der Kolben des Motors abhängt.
Beispielsweise führt ein Viertaktmotor mit vier Kolben herkömmlicherweise einen Kraftstoffverbrennungsvorgang pro halber Umdrehung der Kurbelwelle (180°) aus.
Daher ist die Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle (d. h. die so genannte Motordrehzahl) kein konstanter Wert, sondern sie schwingt im Verlauf der Zeit mit der gleichen Periodizität wie die Kraftstoffverbrennungsvorgänge ständig zwischen einem Höchstwert und einem Mindestwert.
Diese Motordrehzahlschwingung geht immer mit einer entsprechenden Schwingung des Motordrehmoments, d. h. des vom Verbrennungsmotor an der Kurbelwelle erzeugten Drehmoments, einher, was in manchen Fällen für den Lenker des Kraftfahrzeugs unangenehm sein kann.
Daher kann der Elektromotor eines Hybrid-Antriebsstrang derart betrieben werden, dass er an die Kurbelwelle ein Hilfsmoment anlegt, das die Schwingung der Motordrehzahl kompensiert, so dass die (aus dem Anlegen des Motordrehmoments und des Hilfsmoments resultierende) Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle fast konstant ist.
Um diese Wirkung zu erzielen, wird der Hybrid-Antriebsstrang im Allgemeinen gemäß einer Rückkopplungsregelungsstrategie betrieben, die dafür sorgt, dass die Motordrehzahl mit hoher Auflösung abgetastet wird, um eine Differenz zwischen dem abgetasteten Wert der Motordrehzahl und einem vorbestimmten Zielwert zu berechnen und das vom Elektromotor erzeugte Drehmoment mit einem Regler anzupassen, der dafür ausgelegt ist, die Differenz zu minimieren.
Diese Rückkopplungsregelungsstrategie ist jedoch im Allgemeinen mit einem großen Rechenaufwand verbunden und auch durch eine relativ langsame Reaktion gekennzeichnet, was ihre Wirksamkeit insbesondere unter transienten Bedingungen senkt.
Angesichts der obigen Ausführungen besteht ein Zweck der vorliegenden Offenbarung darin, eine Lösung zur Steuerung des Betriebs des Elektromotors eines Hybrid-Antriebsstrangs zu schaffen, um die Schwingung der Motordrehzahl rascher und mit einem geringeren Rechenaufwand als bei den derzeitigen Strategien zu kompensieren.
Ein weiterer Zweck besteht darin, dieses Ziel mit einer einfachen, rationellen und relativ kostengünstigen Lösung zu erreichen.
Diese und andere Ziele werden durch eine Lösung erreicht, welche die im unabhängigen Anspruch beschriebenen Merkmale aufweist. Die in den abhängigen Ansprüchen beschriebenen Merkmale stellen zusätzliche Aspekte der Lösung dar.
ZUSAMMENFASSUNG
Insbesondere schafft die Offenbarung einen Hybrid-Antriebsstrang, umfassend einen Verbrennungsmotor mit einer Kurbelwelle, einen mit der Kurbelwelle gekoppelten Elektromotor und ein elektronisches Steuergerät, das dafür ausgelegt ist:

– eine Motordrehzahl zu messen,
– ein vom Verbrennungsmotor an der Kurbelwelle erzeugtes Drehmoment zu messen,
– einen Luftdruck in einem Lufteinlasskrümmer des Verbrennungsmotors zu messen,
– einen Wert eines Parameters zu berechnen, der eine Motordrehzahlschwingung anzeigt, und zwar als Funktion eines gemessenen Werts der Motordrehzahl, eines gemessenen Wert des Motordrehmoments und eines gemessenen Werts des Luftdrucks,
– eine Winkelposition der Kurbelwelle zu messen,
– einen Hilfsmomentwert zu berechnen, und zwar als Funktion eines gemessenen Werts der Winkelposition der Kurbelwelle und des berechneten Werts des Parameters, der die Motordrehzahlschwingung anzeigt, und
– den Elektromotor zu betätigen, um den Hilfsmomentwert an die Kurbelwelle anzulegen.

Dank dieser Lösung wird der Elektromotor des Hybrid-Antriebsstrangs gemäß einer Vorwärtsregelungsstrategie betrieben, die in der Lage ist, eine raschere Reaktion als herkömmliche Rückkopplungsregelungsstrategien zu liefern.
Gemäß einem Aspekt dieser Lösung kann das elektronische Steuergerät dafür ausgelegt sein, die Wiederholung der Messung (d. h. die Abtastung) der Motordrehzahl mit einer Frequenz von weniger als sechsunddreißig Mal pro vollständiger Umdrehung der Kurbelwelle (d. h. weniger als 36 Mal pro Umdrehung der Kurbelwelle um 360°) vorzunehmen. Beispielsweise kann die Motordrehzahl mit einer Frequenz von vier Mal pro vollständiger Umdrehung der Kurbelwelle (d. h. ein Mal pro Umdrehung der Kurbelwelle um 90°) abgetastet werden.
Tatsächlich sieht dieser Aspekt vor, dass die Motordrehzahl mit einer niedrigen Auflösung abgetastet wird, wodurch der zur Ausführung der vorgeschlagenen Regelungsstrategie erforderliche Rechenaufwand im Vergleich zu den herkömmlichen Rückkopplungsregelungsstrategien signifikant gesenkt wird.
Gemäß einem anderen Aspekt der Lösung kann das elektronische Steuergerät dafür ausgelegt sein, die Wiederholung der Messung (d. h. die Abtastung) der Winkelposition der Kurbelwelle mit einer höheren Frequenz als jene der Motordrehzahl vorzunehmen.
Auf diese Weise ist die Regelungsstrategie tatsächlich in der Lage, den Hilfsmomentwert mit hoher Auflösung zu berechnen, wodurch sie die Schwingung der Motordrehzahl effizient kompensieren kann.
Ein anderer Aspekt der Lösung kann vorsehen, dass der Parameter, der die Motordrehzahlschwingung anzeigt, eine Differenz zwischen einem Quadrat eines Höchstwerts der Motordrehzahl und einem Quadrat eines Mindestwerts der Motordrehzahl während der Motordrehzahlschwingung ist.
Dieser spezifische Parameter hat den Vorteil, dass er auf relativ effiziente Weise ausgehend von den gemessenen Werten der Motordrehzahl, des Motordrehmoments und des Luftdrucks berechnet werden kann.
Beispielsweise kann das elektronische Steuergerät dafür ausgelegt sein, den Wert des Parameters mit der folgenden Gleichung zu berechnen: KE = aω² + bω + cL + dp² + ep + f wobei KE der Wert des Parameters ist, ω der gemessene Wert der Motordrehzahl ist, L der gemessene Wert des Motordrehmoments ist, p der gemessene Wert des Luftdrucks ist und a, b, c, d, e und f Kalibrationskoeffizienten sind.
Diese Gleichung schafft eine zuverlässige Methode zur Berechnung des oben genannten Parameters, der die Motordrehzahlschwingung anzeigt.
Gemäß einem anderen Aspekt der Lösung kann das elektronische Steuergerät dafür ausgelegt sein, den Hilfsmomentwert mit der folgenden Gleichung zu berechnen:
wobei T der Hilfsmomentwert ist, KE der Wert des Parameters ist, n ein numerischer Index ist, der eine Ordnungszahl der Kurbelwellenumdrehung anzeigt, N eine Höchstzahl der Ordnungszahlen einer Kurbelwellenumdrehung ist, θ der gemessene Wert der Winkelposition der Kurbelwelle ist, φ eine Phasenverzögerung ist und w_n und z_n Kalibrationskoeffizienten sind.
Diese Gleichung bietet eine zuverlässige Methode zur Berechnung des Hilfsmomentwerts.
Ein anderer Aspekt der Erfindung kann vorsehen, dass das elektronische Steuergerät ferner dafür ausgelegt ist, ein Anpassungsverfahren durchzuführen, das die folgenden Schritte umfasst:

– Messen der Motordrehzahl,
– Berechnen einer Differenz zwischen einem gemessenen Wert der Motordrehzahl und einem Zielwert,
– Verwenden der berechneten Differenz als Eingabe in einen Regler,
– Verwenden einer Ausgabe des Reglers, um den Hilfsmomentwert zu korrigieren,
– Verwenden eines Integralanteils der Reglerausgabe, um die Funktion zu korrigieren, die zur Berechnung des Parameters verwendet wird, der die Motordrehzahlschwingung anzeigt.

Dank dieser Lösung kann die Funktion, die zur Berechnung des Parameters verwendet wird, der die Motordrehzahlschwingung anzeigt, während des Betriebs des Hybrid-Antriebsstrangs angepasst werden, um fertigungsbedingte Exemplarstreuungen und/oder die Alterung der Komponenten dieses Systems zu kompensieren.
Gemäß einem Aspekt der Lösung kann das elektronische Steuergerät dafür ausgelegt sein, die Wiederholung der Messung (d. h. die Abtastung) der Motordrehzahl zur Ausführung des Anpassungsverfahrens mit einer höheren Frequenz vorzunehmen als die Abtastung der Motordrehzahl zur Berechnung des Hilfsmomentwerts.
Auf diese Weise ist die Korrektur der Funktion, die zur Berechnung des Parameters verwendet wird, der die Motordrehzahlschwingung anzeigt, zuverlässiger.
Beispielsweise kann das elektronische Steuergerät dafür ausgelegt sein, die Motordrehzahl zur Ausführung des Anpassungsverfahren mit einer Frequenz von mehr als sechzig Mal pro vollständiger Umdrehung der Kurbelwelle (d. h. mehr als ein Mal pro Umdrehung der Kurbelwelle um 6°) abzutasten.
Auf diese Weise wird die Funktion, die zur Berechnung des Parameters verwendet wird, der die Motordrehzahlschwingung anzeigt, mit hoher Auflösung korrigiert.
Gemäß einem anderen Aspekt der Lösung kann das elektronische Steuergerät dafür ausgelegt sein, das Anpassungsverfahren dann (und nur dann) auszuführen, wenn der Motor unter stationären Bedingungen läuft.
Auf diese Weise ist der zur Ausführung des Anpassungsverfahrens erforderliche Rechenaufwand nicht während des gesamten Betriebs des Motors notwenig, sondern nur unter wenigen Betriebsbedingungen, unter denen dies unbedingt notwendig ist, um die Anpassung zuverlässig zu machen.
Eine andere Ausführungsform der Lösung schafft ein Verfahren zum Betrieb eines Hybrid-Antriebsstrangs, wobei der Hybrid-Antriebsstrang einen Verbrennungsmotor mit einer Kurbelwelle und einen mit der Kurbelwelle gekoppelten Elektromotor umfasst, und wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:

– Messen einer Motordrehzahl,
– Messen eines vom Verbrennungsmotor an der Kurbelwelle erzeugten Drehmoments,
– Messen eines Luftdrucks in einem Lufteinlasskrümmer des Motors,
– Berechnen eines Werts eines Parameters, der eine Motordrehzahlschwingung anzeigt, und zwar als Funktion eines gemessenen Werts der Motordrehzahl, eines gemessenen Werts des Motordrehmoments und eines gemessenen Werts des Luftdrucks,
– Messen einer Winkelposition der Kurbelwelle,
– Berechnen eines Hilfsmomentwerts als Funktion eines gemessenen Werts der Winkelposition der Kurbelwelle und des berechneten Werts des Parameters, der die Motordrehzahlschwingung anzeigt, und
– Betätigen des Elektromotors, um den Hilfsmomentwert an die Kurbelwelle anzulegen.

Diese Ausführungsform erzielt im Wesentlichen die gleichen Effekte, wie sie oben beschrieben wurden, wobei sie insbesondere eine Vorwärtsregelungsstrategie bereitstellt, die in der Lage ist, die Motordrehzahlschwingungen rascher als die herkömmlichen Rückkopplungsregelungsstrategien zu kompensieren.
Gemäß einem Aspekt dieser Lösung kann die Wiederholung der Messung (d. h. die Abtastung) der Motordrehzahl mit einer Frequenz von weniger als sechsunddreißig Mal pro vollständiger Umdrehung der Kurbelwelle (d. h. weniger als 36 Mal pro Umdrehung der Kurbelwelle um 360°) vorgenommen werden. Beispielsweise kann die Motordrehzahl mit einer Frequenz von vier Mal pro vollständiger Umdrehung der Kurbelwelle (d. h. ein Mal pro Umdrehung der Kurbelwelle um 90°) abgetastet werden.
Tatsächlich sieht dieser Aspekt vor, dass die Motordrehzahl mit einer niedrigen Auflösung abgetastet wird, wodurch der zur Ausführung der vorgeschlagenen Regelungsstrategie erforderliche Rechenaufwand im Vergleich zu den herkömmlichen Rückkopplungsregelungsstrategien signifikant gesenkt wird.
Gemäß einem anderen Aspekt der Lösung kann die Wiederholung der Messung (d. h. die Abtastung) der Winkelposition der Kurbelwelle mit einer höheren Frequenz als jene der Motordrehzahl vorgenommen werden.
Auf diese Weise ist die Regelungsstrategie tatsächlich in der Lage, den Hilfsmomentwert mit hoher Auflösung zu berechnen, wodurch sie die Schwingung der Motordrehzahl effizient kompensieren kann.
Ein anderer Aspekt der Lösung kann vorsehen, dass der Parameter, der die Motordrehzahlschwingung anzeigt, eine Differenz zwischen einem Quadrat eines Höchstwerts der Motordrehzahl und einem Quadrat eines Mindestwerts der Motordrehzahl während der Motordrehzahlschwingung ist.
Dieser spezifische Parameter hat den Vorteil, dass er auf relativ effiziente Weise ausgehend von den gemessenen Werten der Motordrehzahl, des Motordrehmoments und des Luftdrucks berechnet werden kann.
Beispielsweise kann der Wert des Parameters mit der folgenden Gleichung berechnet werden: KE = aω²|bω|cL|dp²|ep|f wobei KE der Wert des Parameters ist, ω der gemessene Wert der Motordrehzahl ist, L der gemessene Wert des Motordrehmoments ist, p der gemessene Wert des Luftdrucks ist und a, b, c, d, e und f Kalibrationskoeffizienten sind.
Diese Gleichung schafft eine zuverlässige Methode zur Berechnung des oben genannten Parameters der Motordrehzahlschwingung.
Gemäß einem anderen Aspekt der Lösung kann der Hilfsmomentwert mit der folgenden Gleichung berechnet werden:
wobei T der Hilfsmomentwert ist, KE der Wert des Parameters ist, n ein numerischer Index ist, der eine Ordnungszahl der Kurbelwellenumdrehung anzeigt, N eine Höchstzahl der Ordnungszahlen einer Kurbelwellenumdrehung ist, θ der gemessene Wert der Winkelposition der Kurbelwelle ist, φ eine Phasenverzögerung ist und w_n und z_n Kalibrationskoeffizienten sind.
Diese Gleichung schafft eine zuverlässige Methode zur Berechnung des Hilfsmomentwerts.
Ein anderer Aspekt der Erfindung kann vorsehen, dass das Betriebsverfahren die Ausführung eines Anpassungsverfahrens beinhaltet, das die folgenden Schritte umfasst:

– Messen der Motordrehzahl,
– Berechnen einer Differenz zwischen einem gemessenen Wert der Motordrehzahl und einem Zielwert,
– Verwenden der berechneten Differenz als Eingabe in einen Regler,
– Verwenden einer Ausgabe des Reglers, um den Hilfsmomentwert zu berechnen,
– Verwenden eines Integralanteils der Reglerausgabe, um die Funktion zu korrigieren, die zur Berechnung des Parameters verwendet wird, der die Motordrehzahlschwingung anzeigt.

Dank dieser Lösung kann die Funktion, die zur Berechnung des Parameters verwendet wird, der die Motordrehzahlschwingung anzeigt, während des Betriebs des Hybrid-Antriebsstrangs angepasst werden, um fertigungsbedingte Exemplarstreuungen und/oder die Alterung der Komponenten dieses Systems zu kompensieren.
Gemäß einem Aspekt der Lösung kann die wiederholte Messung (d. h. Abtastung) der Motordrehzahl zur Ausführung des Anpassungsverfahrens mit einer höheren Frequenz vorgenommen werden als die Abtastung der Motordrehzahl zur Berechnung des Hilfsmomentwerts.
Auf diese Weise ist die Korrektur der Funktion, die zur Berechnung des Parameters verwendet wird, der die Motordrehzahlschwingung anzeigt, zuverlässiger.
Beispielsweise kann die Motordrehzahl zur Ausführung des Anpassungsverfahrens mit einer Frequenz von mehr als sechzig Mal pro vollständiger Umdrehung der Kurbelwelle (d. h. mehr als ein Mal pro Umdrehung der Kurbelwelle um 6°) abgetastet werden.
Auf diese Weise wird die Funktion, die zur Berechnung des Parameters verwendet wird, der die Motordrehzahlschwingung anzeigt, mit hoher Auflösung korrigiert.
Gemäß einem anderen Aspekt der Lösung kann das Anpassungsverfahren dann (und nur dann) ausgeführt werden, wenn der Motor unter stationären Bedingungen läuft.
Auf diese Weise ist der zur Ausführung des Anpassungsverfahrens erforderliche Rechenaufwand nicht während des gesamten Betriebs des Motors notwenig, sondern nur unter wenigen Betriebsbedingungen, unter denen dies unbedingt notwendig ist, um die Anpassung zuverlässig zu machen.
Die vorgeschlagene Lösung kann mit Hilfe eines Computerprogramms, das einen Programmcode zur Ausführung aller Schritte des oben beschriebenen Verfahrens umfasst, sowie in der Form eines Computerprogramm-Produkts, welches das Computerprogramm enthält, ausgeführt werden. Das Verfahren kann auch als elektromagnetisches Signal ausgeführt sein, wobei das Signal derart moduliert wird, dass es eine Sequenz von Datenbits trägt, die ein Computerprogramm zur Durchführung aller Schritte des Verfahrens darstellen.
Eine andere Ausführungsform der Erfindung schafft ein Kraftfahrzeugsystem, umfassend:

– einen Hybrid-Antriebsstrang, der einen Verbrennungsmotor mit einer Kurbelwelle und einen mit der Kurbelwelle gekoppelten Elektromotor umfasst,
– Mittel zum Messen einer Motordrehzahl,
– Mittel zum Messen eines vom Verbrennungsmotor an der Kurbelwelle erzeugten Drehmoments,
– Mittel zum Messen eines Luftdrucks in einem Lufteinlasskrümmer des Motors,
– Mittel zum Berechnen eines Werts eines Parameters, der eine Motordrehzahlschwingung anzeigt, und zwar als Funktion eines gemessenen Werts der Motordrehzahl, eines gemessenen Werts des Motordrehmoments und eines gemessenen Werts des Luftdrucks,
– Mittel zum Messen einer Winkelposition der Kurbelwelle,
– Mittel zum Berechnen eines Hilfsmomentwerts als Funktion eines gemessenen Werts der Winkelposition der Kurbelwelle und des berechneten Werts des Parameters, der die Motordrehzahlschwingung anzeigt, und
– Mittel zum Betätigen des Elektromotors, um den Hilfsmomentwert an die Kurbelwelle anzulegen.

Diese Ausführungsform erzielt im Wesentlichen die gleichen Effekte, wie sie oben beschrieben wurden, wobei sie insbesondere eine Vorwärtsregelungsstrategie bereitstellt, die in der Lage ist, die Motordrehzahlschwingungen rascher als die herkömmlichen Rückkopplungsregelungsstrategien zu kompensieren.
Gemäß einem Aspekt dieser Lösung können die Mittel zum Messen der Motordrehzahl dafür ausgelegt sein, die Wiederholung der Messung (d. h. die Abtastung) der Motordrehzahl mit einer Frequenz von weniger als sechsunddreißig Mal pro vollständiger Umdrehung der Kurbelwelle (d. h. weniger als 36 Mal pro Umdrehung der Kurbelwelle um 360°) vorzunehmen. Beispielsweise kann die Motordrehzahl mit einer Frequenz von vier Mal pro vollständiger Umdrehung der Kurbelwelle (d. h. ein Mal pro Umdrehung der Kurbelwelle um 90°) abgetastet werden.
Tatsächlich sieht dieser Aspekt vor, dass die Motordrehzahl mit einer niedrigen Auflösung abgetastet wird, wodurch der zur Ausführung der vorgeschlagenen Regelungsstrategie erforderliche Rechenaufwand im Vergleich zu den herkömmlichen Rückkopplungsregelungsstrategien signifikant gesenkt wird.
Gemäß einem anderen Aspekt der Lösung können die Mittel zum Messen der Winkelposition der Kurbelwelle dafür ausgelegt sein, die Wiederholung der Messung (d. h. die Abtastung) der Winkelposition der Kurbelwelle mit einer höheren Frequenz als jene der Motordrehzahl vorzunehmen.
Auf diese Weise ist die Regelungsstrategie tatsächlich in der Lage, den Hilfsmomentwert mit hoher Auflösung zu berechnen, wodurch sie die Schwingung der Motordrehzahl effizient kompensieren kann.
Ein anderer Aspekt der Lösung kann vorsehen, dass der Parameter, der die Motordrehzahlschwingung anzeigt, eine Differenz zwischen einem Quadrat eines Höchstwerts der Motordrehzahl und einem Quadrat eines Mindestwerts der Motordrehzahl während der Motordrehzahlschwingung ist.
Dieser spezifische Parameter hat den Vorteil, dass er auf relativ effiziente Weise ausgehend von den gemessenen Werten der Motordrehzahl, des Motordrehmoments und des Luftdrucks berechnet werden kann.
Beispielsweise können die Mittel zum Berechnen des Werts des Parameters dafür ausgelegt sein, den Wert des Parameters mit der folgenden Gleichung zu berechnen: KE = aω² + bω + cL + dp² + ep + f wobei KE der Wert des Parameters ist, ω der gemessene Wert der Motordrehzahl ist, L der gemessene Wert des Motordrehmoments ist, p der gemessene Wert des Luftdrucks ist und a, b, c, d, e und f Kalibrationskoeffizienten sind.
Diese Gleichung schafft eine zuverlässige Methode zur Berechnung des oben genannten Parameters der Motordrehzahlschwingung.
Gemäß einem anderen Aspekt der Lösung können die Mittel zum Berechnen des Hilfsmomentwerts dafür ausgelegt sein, den Hilfsmomentwert mit der folgenden Gleichung zu berechnen:
wobei T der Hilfsmomentwert ist, KE der Wert des Parameters ist, n ein numerischer Index ist, der eine Ordnungszahl der Kurbelwellenumdrehung anzeigt, N eine Höchstzahl der Ordnungszahlen einer Kurbelwellenumdrehung ist, θ der gemessene Wert der Winkelposition der Kurbelwelle ist, φ eine Phasenverzögerung ist und w_n und z_n Kalibrationskoeffizienten sind.
Diese Gleichung schafft eine zuverlässige Methode zur Berechnung des Hilfsmomentwerts.
Ein anderer Aspekt der Erfindung kann vorsehen, dass das Kraftfahrzeugsystem Mittel zum Ausführen eines Anpassungsverfahrens beinhaltet, die Folgendes umfassen:

– Mittel zum Messen der Motordrehzahl,
– Mittel zum Berechnen einer Differenz zwischen einem gemessenen Wert der Motordrehzahl und einem Zielwert,
– Mittel zum Verwenden der berechneten Differenz als Eingabe in einen Regler,
– Mittel zum Verwenden einer Ausgabe des Reglers, um den Hilfsmomentwert zu korrigieren,
– Mittel zum Verwenden eines Integralanteils der Reglerausgabe, um die Funktion zu korrigieren, die zur Berechnung des Parameters verwendet wird, der die Motordrehzahlschwingung anzeigt.

Dank dieser Lösung kann die Funktion, die zur Berechnung des Parameters verwendet wird, der die Motordrehzahlschwingung anzeigt, während des Betriebs des Hybrid-Antriebsstrangs angepasst werden, um fertigungsbedingte Exemplarstreuungen und/oder die Alterung der Komponenten dieses Systems zu kompensieren.
Gemäß einem Aspekt der Lösung können die Mittel zum Messen der Motordrehzahl zur Ausführung des Anpassungsverfahrens dafür ausgelegt sein, die Wiederholung der Messung (d. h. die Abtastung) der Motordrehzahl mit höherer Frequenz vorzunehmen als die Mittel zum Messen der Motordrehzahl zur Berechnung des Hilfsmomentwerts.
Auf diese Weise ist die Korrektur der Funktion, die zur Berechnung des Parameters verwendet wird, der die Motordrehzahlschwingung anzeigt, zuverlässiger.
Beispielsweise können die Mittel zum Messen der Motordrehzahl zur Ausführung des Anpassungsverfahrens dafür ausgelegt sein, die Wiederholung der Messung (d. h. die Abtastung) der Motordrehzahl mit einer Frequenz von mehr als sechzig Mal pro vollständiger Umdrehung der Kurbelwelle (d. h. mehr als ein Mal pro Umdrehung der Kurbelwelle um 6°) vorzunehmen.
Auf diese Weise wird die Funktion, die zur Berechnung des Parameters verwendet wird, der die Motordrehzahlschwingung anzeigt, mit hoher Auflösung korrigiert.
Gemäß einem anderen Aspekt der Lösung können die Mittel zum Ausführen des Anpassungsverfahrens dafür ausgelegt sein, das Anpassungsverfahren dann (und nur dann) auszuführen, wenn der Motor unter stationären Bedingungen läuft.
Auf diese Weise ist der zur Ausführung des Anpassungsverfahrens erforderliche Rechenaufwand nicht während des gesamten Betriebs des Motors notwendig, sondern nur unter wenigen Betriebsbedingungen, unter denen dies unbedingt notwendig ist, um die Anpassung zuverlässig zu machen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Nun soll die vorliegende Erfindung beispielhaft unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben werden.
1 ist eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugsystems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
2 ist ein Diagramm, das die Schwankung einer Motordrehzahl im Verlauf der Winkelposition einer Kurbelwelle zeigt.
3 ist eine genauere Darstellung eines Verbrennungsmotors im Kraftfahrzeugsystem von 1.
4 ist der Querschnitt A-A von 3.
5 ist ein Fließdiagramm, das eine Vorwärtsregelungsstrategie für eine elektrische Motor-Generator-Einheit (MGU) im Kraftfahrzeugsystem von 1 zeigt.
6 ist ein Fließdiagramm, das ein Anpassungsverfahren der Strategie von 5 zeigt.
GENAUE BESCHREIBUNG
Einige Ausführungsformen können ein Kraftfahrzeugsystem 10 (z. B. ein Kraftfahrzeug) umfassen, das in 1 dargestellt ist und Folgendes aufweist: eine erste Achse 15, die ein Paar von Antriebsrädern 20 trägt, eine zweite Achse 25, die ein Paar von Laufrädern 30 trägt, und einen Hybrid-Antriebsstrang 35, um die Antriebsräder 20 zu drehen und auf diese Weise das Kraftfahrzeugsystem 10 anzutreiben.
Der Hybrid-Antriebsstrang 35 umfasst schematisch einen Verbrennungsmotor (ICE) 100, wie z. B. einen Dieselmotor oder einen Benzinmotor, und eine elektrische Motor-Generator-Einheit (MGU) 105, die mit einer Batterie 110 verbunden ist.
Wie dies in 3 und 4 dargestellt ist, kann der ICE 100 einen Motorblock 120 besitzen, der mindestens einen Zylinder 125 mit einem Kolben 140 definiert, der eine Kopplung aufweist, mit der die Kurbelwelle 145 gedreht wird. Ein Zylinderkopf 130 arbeitet mit dem Kolben 140 zusammen, um einen Verbrennungsraum 150 zu definieren. Ein Luft-Kraftstoffgemisch (nicht gezeigt) wird in den Verbrennungsraum 150 eingebracht und entzündet, was zu heißen expandierenden Verbrennungsgasen führt, die zu einer Hin- und Herbewegung des Kolbens 140 führen. Der Kraftstoff wird von mindestens einem Kraftstoffinjektor 160 zur Verfügung gestellt und die Luft durch mindestens einen Einlass 210. Der Kraftstoff wird unter hohem Druck von einem Kraftstoffrohr 170, das fluidzuleitend mit einer Hochdruckpumpe 180, die den Druck des von einer Kraftstoffquelle 190 kommenden Kraftstoffs erhöht, verbunden ist, zum Kraftstoffinjektor 160 geführt. Jeder der Zylinder 125 hat mindestens zwei Ventile 215, die von einer Nockenwelle 135 betrieben werden, die sich zeitgleich mit der Kurbelwelle 145 dreht. Die Ventile 215 lassen selektiv Luft vom Einlass 210 in den Verbrennungsraum 150 und erlauben alternierend den Auslass der Abgase durch den Auslass 220. In einigen Beispielen wird ein Nockenwellenverstellsystem 155 genutzt, um selektiv die zeitliche Abfolge zwischen der Nockenwelle 135 und der Kurbelwelle 145 zu verändern.
Die Luft kann den Lufteinlässen 210 über einen Einlasskrümmer 200 zugeführt werden. Eine Lufteinlassleitung 205 führt dem Einlasskrümmer 200 Umgebungsluft zu. In anderen Ausführungsformen kann eine Drosselklappe 330 gewählt werden, um den Luftstrom zum Einlasskrümmer 200 zu regeln. In weiteren Ausführungsformen wird ein System für komprimierte Luft wie beispielsweise ein Turbolader 230 mit einem Kompressor 240, der sich zusammen mit einer Turbine 250 dreht, eingesetzt. Die Drehung des Kompressors 240 erhöht den Druck und die Temperatur der Luft in der Leitung 205 und dem Einlasskrümmer 200. Ein in der Leitung 205 enthaltender Intercooler 260 kann die Temperatur der Luft reduzieren. Die Turbine 250 dreht sich beim Einströmen der von einem Auslasskrümmer 225 kommenden Abgase, der Abgas vom Auslass 220 durch eine Serie von Leitschaufeln leitet, bevor es durch die Turbine 250 expandiert wird. Dieses Beispiel zeigt eine Turbine mit variabler Geometrie (VGT) mit einem VGT-Aktuator 290, der ausgebildet ist, um die Leitschaufeln bzw. Flügel zu bewegen, damit die Flügel das Strömen des Abgases durch die Turbine 250 ändern. In anderen Ausführungsformen kann der Turbolader 230 eine feste Geometrie haben und/oder ein Wastegate haben.
Die Abgase verlassen die Turbine 250 und werden zu einem Abgassystem 270 geführt. Das Abgassystem 270 kann ein Abgasrohr 275 aufweisen, das eine oder mehrere Abgasnachbehandlungsvorrichtungen 280 hat. Abgasnachbehandlungsvorrichtungen können beliebige Vorrichtungen sein, mit denen die Zusammensetzung der Abgase geändert werden kann. Einige Beispiele von Nachbehandlungsvorrichtungen 280 sind, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein, katalytische (Zwei- und Drei-Wege-)Konverter, Oxidationskatalysatoren, NOx-Fallen für den Magerbetrieb (lean NOx traps), Kohlenwasserstoffadsorber, Systeme für die selektive katalytische Reduktion (SCR) und Partikelfilter. Andere Ausführungsformen umfassen ein Abgasrückführungssystem (EGR) 300, das mit dem Auslasskrümmer 225 und dem Einlasskrümmer 200 verbunden ist. Das EGR-System 300 kann einen EGR-Kühler 310 aufweisen, um die Temperatur der Abgase im EGR-System 300 zu reduzieren. Ein EGR-Ventil 320 regelt den Fluss der Abgase im EGR-System 300.
Die MGU 105 ist ein elektromechanischer Energiewandler, der in der Lage ist, von der Batterie 110 bereitgestellte elektrische Energie in mechanische Leistung umzuwandeln (d. h. als Elektromotor zu arbeiten) oder mechanische Leistung in elektrische Energie umzuwandeln, welche die Batterie 110 lädt (d. h. elektrischer Generator zu arbeiten).
Im Allgemeinen kann die MGU 105 einen Rotor umfassen, der derart angeordnet ist, dass er sich in Bezug auf einen Stator dreht, um mechanische Leistung zu erzeugen bzw. zu empfangen. Der Rotor kann Mittel umfassen, um ein Magnetfeld zu erzeugen, und der Stator kann mit der Batterie 110 verbundene elektrische Wicklungen umfassen, oder umgekehrt. Wenn die MGU 105 als Elektromotor arbeitet, liefert die Batterie 110 elektrische Ströme an die elektrischen Wicklungen, die mit dem Magnetfeld Wechselwirken, um den Rotor in Drehung zu versetzen. Wenn die MGU 105 umgekehrt als elektrischer Generator arbeitet, bewirkt die Drehung des Rotors eine relative Bewegung der elektrischen Wicklungen im Magnetfeld, was elektrische Ströme erzeugt. Die MGU 105 kann auch ausgeschaltet werden, so dass sie weder Leistung erzeugt noch Leistung absorbiert. Die MGU 105 kann von jedem bekannten Typ sein, zum Beispiel eine Permanentmagnetmaschine, eine Bürstenmaschine oder eine Induktionsmaschine. Die MGU 105 kann auch entweder eine Asynchronmaschine oder eine Synchronmaschine sein.
Wie dies in 1 dargestellt ist, kann der Rotor der MGU 105 eine Koaxialwelle 500 umfassen, die mit der Kurbelwelle 145 des ICE 100 mechanisch gekoppelt ist. Wenn die MGU 105 als Elektromotor arbeitet, wird daher die vom Rotor erzeugte mechanische Leistung auf die Kurbelwelle 145 übertragen. Wenn die MGU 105 umgekehrt als elektrischer Generator arbeitet, wird die Drehung der Kurbelwelle 145 auf den Rotor der MGU 105 übertragen, um die Batterie 110 zu laden. In dem vorliegenden Beispiel kann die Welle 500 durch einen Treibriemen 505 mit der Kurbelwelle 145 verbunden sein.
Der Hybrid-Antriebsstrang 35 kann durch ein Getriebe 510 mit der ersten Achse 15 des Kraftfahrzeugsystems 10 verbunden sein, wobei eine Kupplung 515 das Getriebe 510 mit der Kurbelwelle 145 verbindet und wobei ein Differenzialgetriebe 520 das Getriebe 510 mit der ersten Achse 15 verbindet. Auf diese Weise kann die Drehung der Kurbelwelle 145 auf die Antriebsräder 20 der ersten Achse 15 übertragen werden, und umgekehrt.
Das Getriebe 510 (auch Schaltung genannt) ist eine mechanische Vorrichtung, die mehrere Gänge umfasst, die jeweils ein unterschiedliches Übersetzungsverhältnis definieren. Das Getriebe 510 kann betätigt werden, indem einer dieser unterschiedlichen Gänge eingelegt wird, wodurch das Übersetzungsverhältnis zwischen der Kurbelwelle 145 und den Rädern 20 verändert wird (d. h. geschaltet wird). Das Getriebe 510 kann durch den Lenker manuell mithilfe eines Schalthebels betätigt werden. In anderen Ausführungsformen kann das Getriebe 510 mithilfe eines elektrischen Aktuators betätigt werden.
Die Kupplung 515 ist eine mechanische Vorrichtung, die dazu dient, die Kurbelwelle 145 selektiv mit dem Getriebe 510 zu verbinden bzw. davon zu lösen. In einigen Beispielen kann die Kupplung 515 manuell durch ein Kupplungspedal betätigt werden, das durch den Lenker von einer losgelassenen Position in eine niedergedrückte Position bewegt werden kann. Wenn der Lenker das Kupplungspedal in die niedergedrückte Position bewegt, bewegt sich die Kupplung 515 in eine Konfiguration, welche die Kurbelwelle 145 vom Getriebe 510 trennt. Wenn der das Kupplungspedal loslässt, bewegt sich die Kupplung 515 in eine Konfiguration, welche die Kurbelwelle 145 mit dem Getriebe 510 in Eingriff bringt. In anderen Ausführungsformen kann die Kupplung 515 eine elektrisch betätigte Kupplung (E-Kupplung) sein. Anders ausgedrückt kann die Kupplung 515 mithilfe eines elektrischen Aktuators betätigt werden.
Das Kraftfahrzeugsystem 10 kann, wie dies in 3 dargestellt ist, weiterhin ein elektronisches Steuergerät (ECM) 450 aufweisen, das mit einem oder mehreren zum Hybrid-Antriebsstrang 35 gehörenden Sensoren und/oder Vorrichtungen kommuniziert, insbesondere mit dem ICE 100 und der MGU 105. Das ECM 450 kann Eingangssignale von verschiedenen Sensoren empfangen, die dafür ausgelegt sind, die Signale zu erzeugen, die proportional zu verschiedenen physikalischen Parametern in Zusammenhang mit dem Hybrid-Antriebsstrang 35 sind. Die Sensoren umfassen, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein, einen Luftmassenfluss- und Temperatursensor 340, einen Druck- und Temperatursensor 350 für den Krümmer, einen Sensor 360 für den Druck im Verbrennungsraum, Sensoren 380 für die Kühlflüssigkeits- und die Öltemperatur und/oder den zugehörigen Füllstand, einen Drucksensor 400 für den Kraftstoff, einen Nockenwellenpositionssensor 410, einen Kurbelwellenpositionssensor 420, Sensoren 430 für den Druck und die Temperatur der Abgase, einen EGR-Temperatursensor 440 sowie einen Positionssensor 445 für das Gaspedal. Weiterhin kann das ECM 450 an verschiedene Steuergeräte Ausgangssignale ausgeben, um den Betrieb des Hybrid-Antriebsstrangs 35 zu steuern, beispielsweise, aber nicht ausschließlich, an die Kraftstoffinjektoren 160, an die Drossel 330, an das EGR-Ventil 320, an den VGT-Aktuator 290, an das Nockenwellenverstellsystem 155 und an die MGU 105. Es ist anzumerken, dass gestrichelte Linien benutzt werden, um verschiedene Verbindungen zwischen den verschiedenen Sensoren, Vorrichtungen und dem ECM 450 anzudeuten, wobei aber andere zu Zwecken der Klarheit weggelassen sind.
Das Steuergerät 450 kann eine mit einem Speichersystem und einem Bussystem datenverbundene digitale Mikroprozessoreinheit (CPU) besitzen. Die CPU ist ausgebildet, Befehle, die als ein in einem Speichersystem 460 abgelegtes Programm ausgeführt sind, abzuarbeiten, Eingangssignale vom Datenbus zu erfassen und Ausgangssignale an den Datenbus abzugeben. Das Speichersystem 460 kann verschiedene Speichermedien wie optische, magnetische, Festkörper- und andere nicht-flüchtige Medien besitzen. Der Datenbus kann dafür ausgelegt sein, analoge und/oder digitale Signale an die verschiedenen Sensoren und Steuervorrichtungen zu senden, von diesen zu empfangen und diese Signale zu modulieren. Das Programm kann derart beschaffen sein, dass es die hier beschriebenen Verfahren verkörpert bzw. auszuführen imstande ist, sodass die CPU die Schritte solcher Verfahren ausführen kann und damit den Hybrid-Antriebsstrang 35 steuern kann.
Das im Speichersystem 460 abgelegte Programm wird dem Steuergerät von außen kabelgebunden oder per Funk zugeführt. Außerhalb des Kraftfahrzeugsystems 10 tritt es regelmäßigerweise auf einem Computerprogrammprodukt in Erscheinung, welches im Fachgebiet auch als computer- oder maschinenlesbares Medium bezeichnet wird, und das als ein Computerprogrammcode auf einem Träger verstanden werden soll. Der Träger kann dabei flüchtiger oder nicht-flüchtiger Natur sein mit der Folge, dass man auch von einer flüchtigen oder nicht-flüchtigen Natur des Computerprogrammprodukts sprechen kann.
Ein Beispiel für ein flüchtiges Computerprogrammprodukt ist ein Signal, bspw. ein elektromagnetisches Signal wie ein optisches Signal, das ein flüchtiger Träger für den Computerprogrammcode ist. Das Tragen des Computerprogrammcodes kann durch Modulieren des Signals mit einem konventionellen Modulationsverfahren wie QPSK für digitale Daten erreicht werden, so dass binäre Daten, die den Computerprogrammcode repräsentieren, dem flüchtigen elektromagnetischen Signal aufgeprägt sind. Solche Signale werden zum Beispiel benutzt, wenn ein Computerprogrammcode kabellos über eine WiFi-Verbindung zu einem Laptop übertragen wird.
Im Fall eines nicht-flüchtigen Computerprogrammprodukts ist der Computerprogrammcode in einem substratgebundenen Speichermedium verkörpert. Das Speichermedium ist dann der oben genannte nicht-flüchtige Träger, so dass der Computerprogrammcode permanent oder nicht-permanent auf abrufbare Weise in oder auf dem Speichermedium abgelegt ist. Das Speichermedium kann konventioneller Art sein, wie es im Bereich der Computertechnologie bekannt ist, bspw. ein flash memory, ein Asic, eine CD und dergleichen.
Anstelle eines Motorsteuergeräts 450 kann das Kraftfahrzeugsystem 10 eine andere Art von Prozessor haben, um die elektronische Logik bereitzustellen, bspw. ein eingebettetes Steuergerät (engl. embedded controller), einen Bordcomputer oder jede andere Art von Prozessor, die in einem Fahrzeug verwendet werden kann.
Während des normalen Betriebs des ICE 100 ist die Motordrehzahl (d. h. die Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle 145) selbst unter stationären Bedingungen nie exakt eine Konstante, sondern sie schwingt stets im Verlauf der Winkelposition der Kurbelwelle 145, wie dies in dem Beispiel von 2 dargestellt ist.
Tatsächlich schwankt die Motordrehzahl fast sinusförmig zwischen einem Höchstwert ω_max und einem Mindestwert ω_min, wobei sie in der Nähe eines Durchschnittswerts ω_av bleibt. Die Periodizität der Motordrehzahlschwingung entspricht der Periodizität der Verbrennungsvorgänge in den Verbrennungsräumen 150 des ICE 100. Tatsächlich steigt die Motordrehzahl im Allgemeinen jedes Mal vom Mindestwert ω_min zum Höchstwert ω_max, wenn ein Kolben 140 des ICE 100 nach der Zündung des Luft/Kraftstoff-Gemisches im entsprechenden Zylinder 125 (d. h. nach jedem Verbrennungsvorgang) einen Expansionshub durchführt. Bei einem Viertakt-ICE 100 mit vier Zylindern 125 treten die Verbrennungsvorgänge mit einer Periodizität auf, die einer Drehung der Kurbelwelle 145 um 180° entspricht, und demensprechend schwingt auch die Motordrehzahl mit einer Periodizität, die einer Drehung der Kurbelwelle 145 um 180° entspricht, wie dies in 4 der Fall ist, zwischen dem Höchstwert ω_max und dem Mindestwert ω_min.
Diese Motordrehzahlschwingung geht natürlich mit einer entsprechenden Schwingung des Motordrehmoments, d. h. des vom ICE 100 erzeugten und an die Kurbelwelle 145 angelegten Drehmoments einher.
Da diese Motordrehmomentschwingung für den Lenker des Kraftfahrzeugsystems 10 unangenehm sein kann, kann das ECM 450 dafür ausgelegt sein, die MGU 105 derart zu betreiben, dass ein Hilfsmoment erzeugt und an die Kurbelwelle 145 angelegt wird, das die Motordrehmomentschwingung kompensiert, so dass die (aus dem Anlegen des Motordrehmoments und des Hilfsmoments resultierende) Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle 145 fast konstant ist
Zu diesem Zweck kann das ECM 450 dafür ausgelegt sein, die im Fließdiagramm von 5 dargestellte Vorwärtsregelungsstrategie auszuführen.
Gemäß dieser Strategie kann das ECM 450 während des Betriebs des ICE 100 einen Wert ω der Motordrehzahl (Block S100), einen Wert p des Luftdrucks im Lufteinlasskrümmer 200 (Block S105) und einen Wert L des Motordrehmoments (Block S110) messen.
Die Motordrehzahl kann mithilfe des Kurbelwellenpositionssensors 420 gemessen werden, der Luftdruck kann mithilfe des Sensors 350 gemessen werden, und das Motordrehmoment kann mithilfe des Verbrennungsdrucksensors 360 oder mithilfe des Kurbelwellenpositionssensors 420 gemessen werden.
Einige Ausführungsformen können insbesondere vorsehen, dass während des Betriebs des ICE 110 die Motordrehzahl, der Luftdruck und das Motordrehmoment wiederholt gemessen (d. h. abgetastet) werden, um die gemessenen Werte ω, p und L auf zyklische Weise zu aktualisieren. Dabei können die Motordrehzahl und das Motordrehmoment während des Betriebs des ICE 100 mit niedriger Auflösung abgetastet werden, d. h. mit einer Frequenz von weniger als 36 Mal pro vollständiger Umdrehung der Kurbelwelle 145 (360°), zum Beispiel mit einer Frequenz von nur vier Mal pro vollständiger Umdrehung der Kurbelwelle 145.
Jedenfalls werden der gemessene Wert ω der Motordrehzahl, der gemessene Wert p des Luftdrucks und der gemessene Wert L des Motordrehmoments vom ECM 450 verwendet, um einen Wert KE eines Parameters, der die Motordrehzahlschwingung anzeigt, zu berechnen (Block S115).
Wie dies aus 2 hervorgeht, kann dieser Parameter als Differenz zwischen einem Quadrat eines Höchstwerts ω_max der Motordrehzahl und einem Quadrat eines Mindestwerts ω_min der Motordrehzahl während der Motordrehzahlschwingung gemäß der folgenden Gleichung definiert werden: KE = ω_max ² – ω_min ² (1)
Da der Höchstwert ω_max und ein Mindestwert ω_min nicht direkt verfügbar sind, wird der Parameter KE vom ECM 450 jedoch nicht mithilfe der Gleichung (1) berechnet, sondern es wird stattdessen ein mathematisches Modell verwendet, das durch die folgende Gleichung definiert wird: KE = aω² + bω + cL + dp² + ep + f (2) wobei ω der gemessene Wert der Motordrehzahl ist, L der gemessene Wert des Motordrehmoments ist, p der gemessene Wert des Luftdrucks ist und a, b, c, d, e und f Kalibrationskoeffizienten sind.
Diese Koeffizienten a, b, c, d, e und f können mittels eines Versuchs auf einem Prüfstand bestimmt werden, bei dem ein Hybrid-Antriebsstrang der oben beschriebenen Art verwendet wird. Dieser Versuch kann vorsehen, bei abgeschalteter MGU die Motordrehzahl mit hoher Auflösung abzutasten, zum Beispiel mit einer Frequenz von mehr als 60 Mal pro vollständiger Umdrehung der Kurbelwelle, und die abgetasteten Werte der Motordrehzahl zu verwenden, um den Parameter KE mit der oben genannten Gleichung (1) zu berechnen. Mithilfe dieses Ansatzes ist es möglich, wenigstens sechs Werte des Parameters KE jeweils mit verschiedenen Werten von ω, L und p zu berechnen, um ein System von sechs Gleichungen zu erhalten, die gelöst werden können, um die Koeffizienten a, b, c, d, e und f zu berechnen. Dieser Versuch kann häufig wiederholt werden, um eine große Anzahl potenzieller Werte für die betreffenden Koeffizienten zu erhalten. Die endgültigen Werte der Koeffizienten a, b, c, d, e und f können mithilfe eines Verfahrens der nichtlinearen kleinsten mittleren Quadrate auf Basis der Vielzahl potenzieller Werte, die mit den Versuchen erzielt wurden, berechnet werden.
Nun wird wieder auf die Steuerungsstrategie Bezug genommen: Sobald der Wert KE des Parameters mithilfe der Gleichung (2) berechnet wurde, kann das ECM 450 diesen Wert verwenden, um einen Wert T(θ) des vom ECM 450 bereitzustellenden Hilfsmoments zu berechnen (Block S120), um die Motordrehzahlschwingung zu kompensieren.
Das ECM 450 kann dafür ausgelegt sein, zur Berechnung dieses Werts vorab einen aktuellen Wert θ der Winkelposition der Kurbelwelle 145 zu messen (Block S125), zum Beispiel mithilfe des Kurbelwellenpositionssensors 420.
Auch in diesem Fall können einige Ausführungsformen insbesondere vorsehen, dass während des Betriebs des ICE 110 die Winkelposition der Kurbelwelle 145 wiederholt gemessen (d. h. abgetastet) wird, um den gemessenen Wert θ auf zyklische Weise zu aktualisieren. Dabei kann die Winkelposition der Kurbelwelle 145 mit einer höheren Frequenz als die Motordrehzahl abgetastet werden, zum Beispiel mit einer Frequenz von mehr als 60 Mal pro vollständiger Umdrehung der Kurbelwelle 145.
Jedenfalls können der gemessene Wert θ der Winkelposition der Kurbelwelle und der berechnete Wert KE für die Motordrehzahl verwendet werden, um den Wert T(θ) des Hilfsmoments mit der folgenden Gleichung zu berechnen:
wobei n ein numerischer Index ist, der eine Ordnungszahl der Kurbelwellenumdrehung anzeigt, N eine Höchstzahl der Ordnungszahlen der Kurbelwellenumdrehungen ist, θ der gemessene Wert der Winkelposition der Kurbelwelle ist, φ eine Phasenverzögerung ist und w_n und z_n Kalibrationskoeffizienten sind.
Die Höchstzahl N der Ordnungszahlen sowie die Kalibrationskoeffizienten w_n und z_n für jede Ordnungszahl können durch einen entsprechenden Versuch auf einem Prüfstand bestimmt werden.
Die Vorwärtsregelungsstrategie kann schließlich vorsehen (Block S130), die MGU 105 derart zu betreiben, dass die MGU ein Hilfsmoment erzeugt und an die Kurbelwelle 145 anlegt, das einen Wert T*(θ) aufweist, der gleich dem Wert T(θ) sein kann, der durch die oben genannte Gleichung (3) erzielt wurde, oder der gleich dem Wert T(θ) plus einem zusätzlichen Drehmomentbeitrag T'(θ) sein kann, der durch andere Strategien zur Steuerung des Hybrid-Antriebsstrangs 35 angefordert wird: T*(θ) = T(θ) – T'(θ).
Um die Robustheit der oben beschriebenen Strategie zu verbessern, kann das ECM 450 ferner dafür ausgelegt sein, von Zeit zu Zeit ein Verfahren zur Anpassung des mathematischen Modells auszuführen, das bei der Berechnung des Parameters KE verwendet wird, zum Beispiel nach dem in 6 dargestellten Fließdiagramm.
Dieses Anpassungsverfahren kann insbesondere ausgeführt werden, wenn der ICE 100 eine vorbestimmte Zeit lang in stationärem Zustand (d. h. mit stabilen Werten der Motordrehzahl und des Motordrehmoments) betrieben wird.
Was dieses Anpassungsverfahren betrifft, so kann das ECM 450 ferner dafür ausgelegt sein, während der Ausführung der oben beschriebenen Vorwärtsregelungsstrategie einen Zielwert ω_tar der Motordrehzahl festzulegen (Block S200).
Nachdem der Zielwert ω_tar festgelegt wurde, kann das ECM 450 einen Wert ω' der Motordrehzahl messen (Block S205).
Einige Ausführungsformen können insbesondere vorsehen, dass während des Betriebs des ICE 110 die Motordrehzahl wiederholt gemessen (d. h. abgetastet) wird, um den gemessene Wert ω' auf zyklische Weise zu aktualisieren. In diesem Fall kann die Motordrehzahl mit einer höheren Frequenz als im Block S100 abgetastet werden, zum Beispiel mit einer Frequenz von mehr als 60 Mal pro vollständiger Umdrehung der Kurbelwelle 145.
Jedenfalls wird der gemessene Wert ω' der Motordrehzahl anschließend mit dem Zielwert ω_tar verglichen, um eine Differenz e zwischen diesen zwei Werten zu berechnen (Block S210), und zwar gemäß der Gleichung: e = ω_tar – ω'.
Der Fehler e wird als Eingabe in einen Regler S215 verwendet, zum Beispiel in einen Proportional-Integral-Regler (PI-Regler), dessen Ausgabe u zu dem Hilfsmomentwert T(θ) addiert wird, der durch die Vorwärtsregelungsstrategie ermittelt wurde, um einen korrigierten Drehmomentwert T_cor(θ) zu berechnen (Block S220), der im Block S130 anstelle des Werts T(θ) verwendet wird: T_cor(θ) = T(θ) + u.
Insbesondere ist die Ausgabe u des Reglers S215 die Summe eines Proportionalanteils u₁ und eines Integralanteils u₂: u = u₁ + u₂.
Gemäß dem Anpassungsverfahren kann der Integralanteil u₂ der Ausgabe des Reglers vom ECM 450 verwendet werden, um einen oder mehrere der Kalibrationskoeffizienten a, b, c, d, e und f zu korrigieren (Block S225), die bei dem mathematischen Modell (2) genutzt werden, das zur Berechnung des Werts des Parameters KE im Block 115 verwendet wird.
Insbesondere kann (können) der (die) Kalibrationskoeffizient(en) a, b, c, d, e und f derart korrigiert werden, dass nach der Korrektur und unter den gleichen Bedingungen (Motordrehzahl, Motorlast und Luftdruck) wie während des Anpassungsverfahrens der durch die Vorwärtsregelungsstrategie erzielte Wert T(θ) automatisch gleich der Summe aus dem vor der Korrektur erzielten Wert T(θ) und u₂ ist: T(θ) = T(θ)|u₂.
Aus den obigen Ausführungen geht hervor, dass das Anpassungsverfahren auch in dem Fall durchgeführt werden kann, dass der Regler S215 ein Proportional-Integral-Differenzial-Regler (PID-Regler) ist.
In der vorstehenden Zusammenfassung und genauen Beschreibung wurde wenigstens eine beispielhafte Ausführungsform vorgestellt; es sollte jedoch beachtet werden, dass es eine große Anzahl von Abänderungsmöglichkeiten gibt. Es sollte auch beachtet werden, dass die beispielhafte Ausführungsform oder die beispielhaften Ausführungsformen nur Beispiele sind und nicht dazu dienen, den Schutzumfang, die Anwendbarkeit oder den Aufbau in welcher Weise auch immer einzuschränken. Vielmehr wird die vorstehende Zusammenfassung und genaue Beschreibung dem Fachmann eine praktische Anleitung zur Umsetzung von wenigstens einer beispielhaften Ausführungsform bieten, wobei es sich von selbst versteht, dass verschiedene Abänderungen bei den Funktionen und Anordnungen der anhand einer beispielhaften Ausführungsform beschriebenen Elemente vorgenommen werden können, ohne den Schutzumfang zu verlassen, wie er in den beiliegenden Ansprüchen und ihren rechtlichen Äquivalenten definiert ist.
Bezugszeichenliste

10: Kraftfahrzeugsystem
15: erste Achse
20: Antriebsräder
25: zweite Achse
30: Laufräder
35: Hybrid-Antriebsstrang
100: Verbrennungsmotor
105: elektrische Motor-Generator-Einheit
110: Batterie
120: Motorblock
125: Zylinder
130: Zylinderkopf
135: Nockenwelle
140: Kolben
145: Kurbelwelle
150: Verbrennungsraum
155: Nockenwellenverstellsystem
160: Kraftstoffinjektor
170: Kraftstoffrohr
180: Kraftstoffpumpe
190: Kraftstoffquelle
200: Lufteinlasskrümmer
205: Lufteinlassleitung
210: Einlassöffnung
215: Ventile
220: Auslassöffnung
225: Abgaskrümmer
230: Turbolader
240: Kompressor
250: Turbine
260: Intercooler
270: Abgassystem
275: Abgasrohr
280: Nachbehandlungsvorrichtungen
290: VGT-Aktuator
300: Abgasrückführungssystem (EGR)
310: EGR-Kühler
320: EGR-Ventil
330: Drosselklappe
340: Massenfluss- und Temperatursensor für die Luft
350: Sensor für Krümmerdruck und -temperatur
360: Verbrennungsdrucksensor
380: Sensoren für Kühlflüssigkeits- und Öltemperatur und den zugehörigen Füllstand
400: Kraftstoffleistendrucksensor
410: Nockenwellenpositionssensor
420: Kurbelwellenpositionsensor
430: Sensoren für Druck und Temperatur der Abgase
440: EGR-Temperatursensor
445: Gaspedalpositionssensor
450: elektronisches Steuergerät (ECM)
460: Speichersystem
500: Rotorwelle
505: Treibriemen
510: Getriebe
515: Kupplung
520: Differenzialgetriebe
S100: Block
S105: Block
S110: Block
S115: Block
S120: Block
S125: Block
S130: Block
S200: Block
S210: Block
S215: Block
S220: Block
S225: Block

Claims

Hybrid-Antriebsstrang (35), umfassend einen Verbrennungsmotor (100) mit einer Kurbelwelle (145), einen mit der Kurbelwelle (145) gekoppelten Elektromotor (105) und ein elektronisches Steuergerät (450), das dafür ausgelegt ist: – eine Motordrehzahl zu messen, – ein vom Verbrennungsmotor an der Kurbelwelle (145) erzeugtes Drehmoment zu messen, – einen Luftdruck in einem Lufteinlasskrümmer (200) des Motors zu messen, – einen Wert eines Parameters zu berechnen, der eine Motordrehzahlschwingung anzeigt, und zwar als Funktion eines gemessenen Werts der Motordrehzahl, eines gemessenen Werts des Motordrehmoments und eines gemessenen Werts des Luftdrucks – eine Winkelposition der Kurbelwelle (145) zu messen, – einen Hilfsmomentwert zu berechnen, und zwar als Funktion des gemessenen Werts der Winkelposition der Kurbelwelle und des berechneten Werts des Parameters, der die Motordrehzahlschwingung anzeigt, – den Elektromotor (105) zu betätigen, um den Hilfsmomentwert an die Kurbelwelle (145) anzulegen.
Hybrid-Antriebsstrang (35) nach Anspruch 1, wobei das elektronische Steuergerät (450) dafür ausgelegt ist, die Messung der Motordrehzahl mit einer Frequenz von weniger als sechsunddreißig Mal pro vollständiger Umdrehung der Kurbelwelle (145) zu wiederholen.
Hybrid-Antriebsstrang (35) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das elektronische Steuergerät (450) dafür ausgelegt ist, die Messung der Winkelposition der Kurbelwelle mit einer höheren Frequenz als jene der Motordrehzahl zu wiederholen.
Hybrid-Antriebsstrang (35) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Parameter, der die Motordrehzahlschwingung anzeigt, eine Differenz zwischen einem Quadrat eines Höchstwerts der Motordrehzahl und einem Quadrat eines Mindestwerts der Motordrehzahl während der Motordrehzahlschwingung ist.
Hybrid-Antriebsstrang (35) nach Anspruch 4, wobei das elektronische Steuergerät (450) dafür ausgelegt ist, den Wert des Parameters mit der folgenden Gleichung zu berechnen: KE = aω² + bω + cL + dp² + ep + f wobei KE der Wert des Parameters ist, ω der gemessene Wert der Motordrehzahl ist, L der gemessene Wert des Motordrehmoments ist, p der gemessene Wert des Luftdrucks ist und a, b, c, d, e und f Kalibrationskoeffizienten sind.
Hybrid-Antriebsstrang (35) nach Anspruch 4 oder 5, wobei das elektronische Steuergerät (450) dafür ausgelegt ist, den Hilfsmomentwert mit der folgenden Gleichung zu berechnen:
wobei T der Hilfsmomentwert ist, KE der Wert des Parameters ist, n ein numerischer Index ist, der eine Ordnungszahl der Kurbelwellenumdrehung anzeigt, N eine Höchstzahl der Ordnungszahlen einer Kurbelwellenumdrehung ist, θ der gemessene Wert der Winkelposition der Kurbelwelle ist, φ eine Phasenverzögerung ist und w_n und z_n Kalibrationskoeffizienten sind.
Hybrid-Antriebsstrang (35) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das elektronische Steuergerät (450) ferner dafür ausgelegt ist, ein Anpassungsverfahren auszuführen, das die folgenden Schritte umfasst: – Messen der Motordrehzahl, – Berechnen einer Differenz zwischen einem gemessenen Wert der Motordrehzahl und einem Zielwert, – Verwenden der berechneten Differenz als Eingabe in einen Regler (S215), – Verwenden einer Ausgabe des Reglers (S215), um den Hilfsmomentwert zu korrigieren, – Verwenden eines Integralanteils der Reglerausgabe, um die Funktion zu korrigieren, die zur Berechnung des Parameters verwendet wird, der die Motordrehzahlschwingung anzeigt.
Hybrid-Antriebsstrang (35) nach Anspruch 7, wobei das elektronische Steuergerät (450) dafür ausgelegt ist, die Messung der Motordrehzahl zur Ausführung des Anpassungsverfahrens mit einer höheren Frequenz zu wiederholen als die Messung der Motordrehzahl zur Berechnung des Hilfsmomentwerts.
Hybrid-Antriebsstrang (35) nach Anspruch 7 oder 8, wobei das elektronische Steuergerät (450) dafür ausgelegt ist, die Messung der Motordrehzahl zur Ausführung des Anpassungsverfahrens mit einer Frequenz von mehr als sechzig Mal pro vollständiger Umdrehung der Kurbelwelle (145) zu wiederholen.
Hybrid-Antriebsstrang (35) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei das elektronische Steuergerät (450) dafür ausgelegt ist, das Anpassungsverfahren auszuführen, wenn der Motor (100) unter stationären Bedingungen läuft.