EP2838769A1 - Vorrichtung und verfahren zur reduktion von drehunförmigkeiten eines antriebsstrangs eines hybridfahrzeugs - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur reduktion von drehunförmigkeiten eines antriebsstrangs eines hybridfahrzeugs

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EP2838769A1
EP2838769A1 EP13708130.3A EP13708130A EP2838769A1 EP 2838769 A1 EP2838769 A1 EP 2838769A1 EP 13708130 A EP13708130 A EP 13708130A EP 2838769 A1 EP2838769 A1 EP 2838769A1
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EP
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torque
internal combustion
combustion engine
electric motor
feedforward control
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EP13708130.3A
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Thomas Christ
Jonas Müller
Maximilian SKIBBE
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Bayerische Motoren Werke AG
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Publication date
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    • Y02T10/62—Hybrid vehicles

Definitions

  • the invention relates to an apparatus and a method for reducing a rotational deformity of a drive train of a hybrid vehicle, wherein ' the drive train comprises an internal combustion engine, an electric motor and a crank case.
  • Rotationalities by means of passive erosion elements such as e.g. A dual mass flywheel (DMF) or a speed adaptive absorber (DAT) to combat.
  • passive erosion elements such as e.g. A dual mass flywheel (DMF) or a speed adaptive absorber (DAT) to combat.
  • DMF dual mass flywheel
  • DAT speed adaptive absorber
  • active compensation functions are known.
  • active compensation functions take into account the effect of the optionally installed passive members, e.g. ZMS and DAT, and make an active compensation of the disorders in symbiosis with these.
  • sensory signals of the drive train such as e.g. Speeds, moments or longitudinal accelerations, processed and compared with reference values, in order to control corresponding actuators depending on a control error.
  • regulations of this type are limited in their usable bandwidth due to signal propagation times and actuator limitations.
  • Cutoff frequencies are typically between 10 Hz and 20 Hz, depending on the drive topology (ie, engine design, etc.) and actuator quality, so that concepts of this type are suitable for cancellation of jerking frequencies and other low-frequency noise, but do not cover the entire frequency spectrum of rotationality can.
  • the invention proposes a device for reducing a Drehuniformity of a drive train of a hybrid vehicle.
  • the powertrain includes a combustion engine, an electric motor and a crankshaft.
  • a reduction or eradication of Drehunförmtechnik is carried out by a control of the electric motor.
  • the control is designed as an adaptive feedforward control.
  • Feedforward control is referred to in English literature as Feed Forward Control.
  • the adaptive feedforward provides a drive signal to the electric motor that represents a desired torque to be generated by the electric machine such that it outputs torque at least approximately inverse to the rotational torque to the crankshaft for superimposing the torque generated by the engine ,
  • the invention further proposes a method of reducing torsional stiffness of a powertrain of a hybrid vehicle, wherein the powertrain includes an internal combustion engine, an electric motor, and a crankshaft.
  • a reduction or eradication of Drehunförmtechnik is carried out by a control of the electric motor.
  • the control is carried out with an adaptive feedforward control (feed forward control), which provides a drive signal for the electric motor, which represents a desired torque to be generated by the electric motor, so that this at least approximately inverse torque to the Drehunförmmaschine to the Crankshaft for superimposing the torque generated by the internal combustion engine emits.
  • feed forward control feed forward control
  • the e-machine for the eradication of Drehunförmmaschine.
  • This is not controlled by a classic control, which typically only low-frequency noise can cancel up to 15 Hz, but using an adaptive feedforward, with which also vibrations in the audible range can be reduced or redeemed.
  • This procedure is based on the recognition that the frequency components to be canceled depend on the engine speed and the frequency to be canceled is known ab initio. This knowledge can be in the pilot control can be used to redeem or reduce the corresponding vibrations.
  • the running quiet of the engine can be increased.
  • unwanted vibrations in the drive train can be damped.
  • the apparatus and method can be further used to acoustically improve the noise of the internal combustion engine.
  • passive powertrain eradication elements e.g. Dual-mass flywheels or speed-adaptive absorbers, can be saved. The latter is possible in particular because a high-quality function of the adaptive precontrol can be used.
  • the pilot control can be fed as an input variable to a metrologically detected rotational speed of the internal combustion engine for processing.
  • the feedforward control can be supplied with a frequency vector which can be generated from the rotational speed of the internal combustion engine and with the frequencies which are contained in a signal representing the rotational noise.
  • the precontrol is supplied as an input variable with a metrologically detected rpm of the internal combustion engine for processing.
  • the feedforward control in the method according to the invention is supplied with a frequency vector which can be generated from the rotational speed of the internal combustion engine and at the frequencies which are contained in a signal representing the rotational irregularity.
  • the frequency vector can be generated by means of a frequency generator.
  • a metrologically sensed speed of the electric motor can be fed to adapt the pilot control as a further input variable for processing, which includes a residual disturbance of rotational irregularity.
  • a metrologically detected speed of the electric motor is supplied, which includes a residual disturbance Drehunförmmaschine.
  • the adaptive feedforward control for processing for predetermined engine orders comprises information about which in the Drehuniformity representing interference signal contained frequencies.
  • the adaptive feedforward controller processes information about the frequencies contained in the disturbance signal representing the rotation irregularity for given motor orders.
  • the adaptive precontrol of the device according to the invention comprises in a further
  • Embodiment of a disturbance observer which is designed to generate an A-matrix.
  • An A matrix is used in a manner known to those skilled in the design or definition of a scheme.
  • attenuation is considered in the A-matrix.
  • Fig. 1a, 1b a temporal section of a rotational speed or a torque of a
  • FIG. 2 is a schematic representation of an embodiment according to the invention of an adaptive feedforward control for reducing the torsional rigidity of the drive train
  • FIG. 3 shows a schematic representation of the control concept of a disturbance variable observer which can be used according to the invention for realizing the adaptive precontrol.
  • the following description is based on a hybrid powertrain of a vehicle with an internal combustion engine and an electric motor (electric machine), in which the electric motor is able to superimpose the torque path of the internal combustion engine to the driven axle (s). If in the present description of an electric motor is mentioned, this can be operated either in an electromotive or in a regenerative operation.
  • the torque delivered by the internal combustion engine is subject to periodic disturbance torques due to free mass moments of inertia, combustion spikes and secondary effects of the engine aggregates. This is illustrated by way of example in FIGS. 1a, 1, wherein in each case a time segment of the crankshaft rotational speed n «w or of the torque M m applied to the crankshaft is shown.
  • interference signal only a disturbing torque applied to the crankshaft of the drive train is considered as interference signal.
  • the summation of all the disturbing moments 2 ' is referred to as non-rotationality.
  • the rotational irregularity i.
  • the occurrence of the frequencies calculated in formulas (2) and (3) should be optimally eradicated in the drive train in order to avoid acoustic and component load limits.
  • a feedforward control is used for this purpose.
  • This uses in addition to the speed of the engine as a reference, the knowledge of the frequencies contained in the signal in order to replicate the Drehunförmtechnik as well as possible and extinguish it by a suitable actuator.
  • the signal generated in this way is adjusted in phase position and amplitude to the interference signal.
  • the precontrol algorithm is adapted with a measured signal containing the residual disturbance. This is done by means of a precontrol algorithm which is based, for example, on a disturbance observer. Alternatively, for example, a so-called adaptive notch filter could also be used.
  • further implementation options are conceivable.
  • FIG. 2 A schematic representation of the operation of a pilot control is shown in Fig. 2.
  • the internal combustion engine is marked with VM, the electric motor with EM.
  • a first sensor 51 for example, a Kurbeiwelle ngeber
  • a second sensor S2 for example, a rotor position sensor
  • the crankshaft sensor S1 detects a rotational speed of the internal combustion engine.
  • the rotor position sensor 52 detects a rotational speed n EM of the electric motor.
  • a frequency vector ⁇ is formed in the block FG.
  • the block FG represents a frequency generator.
  • the frequency vector ⁇ contains those frequencies that are suspected in the interference signal. These frequencies may depend on the speed n K w of the engine VM or assume independent constants. The procedure for determining the frequency vector will be described in more detail below.
  • block SGB which represents a disturbance observer, the system dynamics of the periodic oscillations contained in the frequency vector ⁇ , ie the respective frequencies of the frequency vector, are described. These are corrected in SGB with respect to their phase and amplitude with the aid of an error signal e, summed up and provided as the desired torque M E M.
  • the speed of the electric machine EM measured by the rotor position sensor S2 is fed to a block SMS, a disturbance torque estimator.
  • the disturbance torque estimator SMS forms from the measured electric machine speed n EM an estimate of the disturbance torque which lies on the crankshaft. A possible implementation is also explained below.
  • Frequency generator FG and disturbance observer SGB form the adaptive feedforward control F.
  • the rotor position sensor S2 and the disturbance torque estimator SMS represent a measurement path H of a precontrol.
  • a controlled system P which is not shown explicitly in FIG. 2, is given between the drive torque M 0 and the detection of the electric machine speed n EM .
  • the structure of the disturbance observer ' SGB is shown in FIG.
  • x represents a vector with the states of the oscillations to be imaged, A the matrix for describing the system dynamics, e the remaining residual disturbance moment and L the matrix of the read speeds for adapting the states to the measured disturbance dynamics.
  • the vectors ⁇ and c parameterize the system matrix A with respect to the frequency and the attenuation in the individual sinusoids.
  • A denotes an A matrix generator, to which the frequency ⁇ ⁇ and the damping are supplied as input variables.
  • the choice of the learning speeds must always be done in pairs for the two states of a sine wave.
  • the different frequencies can be weighted differently. Only the two states of the same frequency must find the same learning speed.
  • the invention thus proposes the use of an adaptive precontrol in order to eliminate or at least reduce the rotational irregularity of an internal combustion engine by means of an electric motor.
  • the adaptive feedforward control uses the knowledge that the frequency components to be canceled depend on the engine speed and whose frequency is known for each motor arrangement. In the above description, only one disturbance observer for implementing a solution is explicitly described. It is readily possible to realize such a concept with an LMS filter or similar variants.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Reduktion einer Drehunförmigkeit eines Antriebsstrangs eines Hybridfahrzeugs, wobei der Antriebsstrang einen Verbrennungsmotor (VM), eine E-Maschine (EM) und eine Kurbelwelle umfasst. Eine Reduktion oder Tilgung der Drehunförmigkeit erfolgt durch eine Ansteuerung der E-Maschine (EM), wobei die Ansteuerung als adaptive Vorsteuerung (F) ausgebildet ist, welche ein Ansteuersignal (u) für die E-Maschine (EM) bereit stellt, welches ein von der E-Maschine (EM) zu erzeugendes Soll-Drehmoment (MEM,soll) repräsentiert, so dass diese ein zu der Drehunförmigkeit zumindest annähernd inverses Drehmoment (MEM,ist) an die Kurbelwelle zur Überlagerung des von dem Verbrennungsmotor (VM) erzeugten Drehmoments (MKW) abgibt.

Description

VORRICHTUNG UND VERFAHREN ZUR REDUKTION VON DREHUNFÖRMIGKEITEN EINES ANTRIEBSSTRANGS EINES HYBRIDFAHRZEUGS
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Reduktion einer Dreh unförmigkeit eines Antriebsstrangs eines Hybridfahrzeugs, wobei' der Antriebsstrang einen Verbrennungsmotor, eine E-Maschine und eine Kurbelweile umfasst.
Unter einer Drehunförmigkeit wird eine Summation aller periodischen Störmomente aufgrund von Massenträgheitsmomenten, Verbrennungsspitzen und sekundären Effekten, welche durch den Betrieb des Verbrennungsmotors an der Kurbelwelle entstehen, verstanden. Die Drehunförmigkeiten überlagern das von dem Verbrennungsmotor gelieferte Abtriebsmoment mit mehreren periodischen Störungen. Es ist bekannt,
Drehunförmigkeiten mittels passiven Tilgungselementen, wie z.B. einem Zweimassenschwungrad (ZMS) oder einem drehzahladaptiven Tilger (DAT), zu bekämpfen.
Ebenso sind aktive Kompensationsfunktionen bekannt. Im Rahmen von aktiven Verfahren werden geregelte Aktuatoren, gegebenenfalls in Verbindung mit einem passiven Glied, eingesetzt. Aktive Kompensationsfunktionen berücksichtigen die Wirkung der optional verbauten, passiven Glieder, wie z.B. ZMS und DAT, und nehmen eine aktive Kompensation der Störungen in Symbiose mit diesen vor. Hierbei werden sensorisch erfasste Signale des Antriebsstrangs, wie z.B. Drehzahlen, Momente oder Längsbeschleunigungen, verarbeitet und mit Referenzwerten verglichen, um in Abhängigkeit eines Regelfehlers entsprechende Aktuatoren anzusteuern. Allgemein sind Regelungen dieser Art in ihrer nutzbaren Bandbreite aufgrund von Signallaufzeiten und Aktuatorbegrenzungen beschränkt. Eckfrequenzen liegen je nach Antriebstopologie (d.h. den Aufbau des Motors, usw.) und Aktuatorqualität typischerweise zwischen 10 Hz und 20 Hz, so dass Konzepte dieser Art für die Tilgung von Ruckelfrequenzen und anderen niederfrequenten Störungen geeignet sind, jedoch nicht das gesamte Frequenzspektrum der Drehunförmigkeit abdecken können.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren anzugeben, welche baulich und/oder funktional derart verbessert sind, dass diese ein weiteres Frequenzspektrum der Drehunförmigkeiten bekämpfen können. Diese Aufgaben werden gelöst durch eine Vorrichtung gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1 und ein Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 9. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen abhängigen Patentansprüchen.
Die Erfindung schlägt eine Vorrichtung zur Reduktion einer Drehunförmigkeit eines Antriebsstrangs eines Hybridfahrzeugs vor. Der Antriebsstrang umfasst einen Verbren-, nungsmotor, eine E-Maschine (elektrische Maschine) und eine Kurbelwelle. Eine Reduktion oder Tilgung der Drehunförmigkeit erfolgt durch eine Ansteuerung der E-Maschine. Dabei ist die Ansteuerung als adaptive Vorsteuerung ausgebildet. Eine Vorsteuerung wird in der engltschsprachigen Literatur als Feed Forward Control bezeichnet. Die adaptive Vorsteuerung stellt ein Ansteuersignal für die E-Maschine bereit, welches ein von der E- Maschine zu erzeugendes Soll-Drehmoment repräsentiert, so dass diese ein zu der Drehunförmigkeit zumindest annähernd inverses Drehmoment an die Kurbelwelle zur Überlagerung des von dem Verbrennungsmotor erzeugten Drehmoments abgibt.
Die Erfindung schlägt weiter ein Verfahren zur Reduktion einer Drehunförmigkeit eines Antriebsstrangs eines Hybridfahrzeugs vor, wobei der Antriebsstrang einen Verbrennungsmotor, eine E-Maschine und eine Kurbelwelle umfasst. Eine Reduktion oder Tilgung der Drehunförmigkeit erfolgt durch eine Ansteuerung der E-Maschine. Die Ansteuerung erfolgt mit einer adaptiven Vorsteuerung (Feed Forward Control), welche ein Ansteuersignal für die E-Maschine bereitstellt, welches ein von der E-Maschine zu erzeugendes Soll- Drehmoment repräsentiert, so dass diese ein zu der Drehunförmigkeit zumindest annähernd inverses Drehmoment an die Kurbelwelle zur Überlagerung des von dem Verbrennungsmotor erzeugten Drehmoments abgibt.
Erfindungsgemäß wird somit vorgeschlagen, die E-Maschine zur Tilgung der Drehunförmigkeit zu nutzen. Dabei wird diese nicht mit einer klassischen Regelung, welche typischerweise lediglich niederfrequente Störungen bis ca. 15 Hz tilgen kann, angesteuert, sondern unter Nutzung einer adaptiven Vorsteuerung, mit welcher auch Schwingungen im hörbaren Bereich reduziert bzw. getilgt werden können. Diesem Vorgehen liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass die zu tilgenden Frequenzanteile von der Motordrehzahl abhängen und die zu tilgende Frequenz ab initio bekannt ist. Damit kann dieses Wissen in der Vorsteuerung genutzt werden, um die entsprechenden Schwingungen zu tilgen bzw. zu reduzieren.
Im Ergebnis kann die Lauf ruhe des Verbrennungsmotors gesteigert werden. Ebenso können ungewollte Vibrationen im Antriebsstrang gedämpft werden. Die Vorrichtung und das Verfahren können weiter dazu genutzt werden, das Geräusch des Verbrennungsmotors akustisch zu verbessern. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass passive Tilgungselemente des Antriebsstrangs, wie z.B. Zweimassenschwungräder oder drehzahladaptive Tilger, eingespart werden können. Letzteres ist insbesondere möglich, weil eine Funktion mit hoher Güte der adaptiven Vorsteuerung verwendet werden kann.
Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung ist der Vorsteuerung als Eingangsgröße eine messtechnisch erfasste Drehzahl des Verbrennungsmotors zur Verarbeitung zuführbar. Insbesondere ist der Vorsteuerung ein aus der Drehzahl des Verbrennungsmotors erzeugbarer Frequenzvektor mit den Frequenzen zuführbar, welche in einem die Drehun- förmigkeit repräsentierenden Signal enthalten sind. Dementsprechend wird in einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens der Vorsteuerung als Eingangsgröße eine messtechnisch erfasste Drehzahl des Verbrennungsmotors zur Verarbeitung zugeführt. Insbesondere wird der Vorsteuerung bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ein aus der Drehzahl des Verbrennungsmotors erzeugbarer Frequenzvektor mit den Frequenzen zugeführt, welche in einem die Drehunförmigkeit repräsentierenden Signal enthalten sind. Der Frequenzvektor kann hierbei mittels eines Frequenzgenerators erzeugt sein bzw. werden.
In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist zur Adaption der Vorsteuerung als weitere Eingangsgröße dieser zur Verarbeitung eine messtechnisch erfasste Drehzahl der E-Maschine zuführbar, welche eine Reststörung der Drehunförmigkeit beinhaltet. Analog hierzu wird zur Adaption der Vorsteuerung in einer Weiterbildung des Verfahrens als weitere Eingangsgröße dieser zur Verarbeitung eine messtechnisch erfasste Drehzahl der E-Maschine zugeführt, welche eine Reststörung der Drehunförmigkeit beinhaltet.
In einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung umfasst die adaptive Vorsteuerung zur Verarbeitung für vorgegebene Motorordnungen eine Information über die in dem die Drehunförmigkeit repräsentierenden Störsignal enthaltenen Frequenzen. In dem Verfahren verarbeitet die adaptive Vorsteuerung für vorgegebene Motorordnungen eine Information über die in dem die Drehunförmigkeit repräsentierenden Störsignal enthaltenen Frequenzen.
Die adaptive Vorsteuerung der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst in einer weiteren
Ausgestaltung einen Störgrößenbeobachter, welcher zur Erzeugung einer A-Matrix ausgebildet ist. Eine A-Matrix wird in einer dem Fachmann bekannten Weise zur Auslegung bzw. Definition einer Regelung genutzt. Dabei wird wahlweise in der A-Matrix eine Dämpfung berücksichtigt.
Die Erfindung und deren Vorteile werden nachfolgend besser aus dem in den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispiel ersichtlich. Es zeigen:
Fig. 1a, 1 b einen zeitlichen Ausschnitt einer Drehzahl bzw. eines Drehmoments eines
Verbrennungsmotors eines Antriebsstrangs eines Hybridfahrzeugs zur Illustration einer Drehunförmigkeit beim Betrieb des Verbrennungsmotors,
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels einer adaptiven Vorsteuerung zur Reduktion der Drehunförmigkeit des Antriebsstrangs, und
Fig. 3 eine schematische Darstellung des Regelungskonzepts eines erfindungsgemäß einsetzbaren Störgrößenbeobachters zur Realisierung der adaptiven Vorsteuerung.
Die nachfolgende Beschreibung geht von einem hybriden Antriebsstrang eines Fahrzeugs mit einem Verbrennungsmotor und einer E-Maschine (elektrische Maschine) aus, bei der die E-Maschine in der Lage ist, den Momentenpfad des Verbrennungsmotors zu der oder den angetriebenen Achsen zu überlagern. Wenn hier in der vorliegenden Beschreibung von einer E-Maschine die Rede ist, so kann diese wahlweise in einem elektromotorischen oder in einem generatorischen Betrieb betrieben werden. Das von dem Verbrennungsmotor gelieferte Moment ist aufgrund von freien Massenträgheitsmomenten, Verbrennungsspitzen und sekundären Effekten der Motoraggregate mit periodischen Störmomenten behaftet. Dies ist exemplarischen in den Figuren 1a, 1 dargestellt, wobei jeweils ein zeitlicher Ausschnitt der Kurbelwellendrehzahl n«w bzw. des an der Kurbelwelle anliegenden Drehmoments Mm dargestellt ist. Die in den Figuren 1a, 1b gezeigten beispielhaften Verläufe der Ku rbelwel le nd rehzah l nKw und des Kurbelwellendrehmoments MKW ergeben sich bei einer konstanten Solldrehzahl. Aufgrund der zeitlichen Auflösung von etwas weniger als 0,001 s ist gut ersichtlich, dass sowohl die Drehzahl der Kurbelweile als auch das an der Kurbelwelle anliegende Drehmoment MK mit periodischen Störungen überlagert sind. Die Frequenz dieser Störsignale kann entweder ein Vielfaches der Motordrehzahl ηκν sein oder unabhängig davon einen konstanten Wert annehmen. Im Folgenden sei Ts l : /'€ [l, N] eine von N periodischen Störsignalen des
Verbrennermoments mit der Frequenz ω, und der Amplitude :
Τ,^ Α, η^ + ) (1 ).
In der nachfolgenden Beschreibung wird als Störsignal lediglich ein an der Kurbelwelle des Antriebsstrangs anliegendes Störmoment betrachtet. Die Summation aller Störmo- mente 2 ' wird als Drehunformigkeit bezeichnet. Die Frequenzen der motordreh- zahlabhängigen Störsignale bewegen sich dabei näherungsweise zwischen fs min » 600 1 / min* 0.5 £ 5 Hz (2) für die 0,5-te Motorordnung im Leerlauf und max K 80001 / min* 4 = 533 Hz (3) für die vierte Motorordnung bei nKW,
Welche Motorordnung(en) im Rahmen der Reduktion der Drehunformigkeit des Antriebsstrangs berücksichtigt werden müssen, ist bekannt und abhängig vom betrachteten Motor. Insbesondere besteht eine Abhängigkeit von der Motoranordnung im Hinblick auf die Zy- linderzahl, auf die Anordnung der Zylinder zueinander (V-Anordnung oder Reihenanordnung) sowie von der konkreten Ausgestaltung, welche insbesondere die Amplituden der Störsignale beeinflusst. in den oben angegebenen Formeln (2) und (3) werden beispielhaft für eine gegebene Motoranordnung die 0,5-te und die vierte Motorordnung betrachtet.
Dabei ergibt sich für die 0,5-te Motoranordnung eine Frequenz von fs,mirl = 5 Hz im für den Menschen nicht hörbaren Bereich. Demgegenüber äst die für die vierte Motoranordnung ermittelte Störfrequenz fs mw = 533 Hz im für den Menschen hörbaren Bereich gelegen.
Die Drehunförmigkeit, d.h. das Auftreten der in den Formeln (2) und (3) errechneten Frequenzen soll im Antriebsstrang bestmöglich getilgt werden, um hiermit akustische sowie Bauteilbelastungsgrenzen zu vermeiden.
Erfindungsgemäß wird hierzu eine Vorsteuerung (Feed Forward Control) genutzt. Diese nutzt neben der Drehzahl des Verbrennungsmotors als Referenz das Wissen um die im Signal enthaltenen Frequenzen, um die Drehunförmigkeit möglichst gut nachzubilden und durch einen geeigneten Aktuator auszulöschen. Das so generierte Signal wird hierbei in Phasenlage und Amplitude dem Störsignal angepasst. Dazu wird der Vorsteuerungsalgorithmus mit einem gemessenen Signal, das die Reststörung enthält, adaptiert. Dies erfolgt mittels eines Vorsteuerungsalgorithmus, der beispielhaft auf einem Störgrößenbeobachter basiert. Alternativ könnte beispielsweise auch ein sog. adaptives Notch-Filter eingesetzt werden. Darüber hinaus sind weitere Realisierungsmöglichkeiten denkbar.
Eine schematische Darstellung der Funktionsweise einer Vorsteuerung ist in Fig. 2 dargestellt. Die Verbrennungsmaschine ist mit VM, die E-Maschine mit EM gekennzeichnet. Als weitere Hardware-Komponenten sind ein erster Sensor 51 , beispielsweise ein Kurbeiwelle ngeber, und ein zweiter Sensor S2, beispielsweise ein Rotorlagesensor, dargestellt. Der Kurbelwellengeber S1 erfasst hierbei eine Drehzahl des Verbrennungsmotors n«w- Der Rotorlagesensor 52 erfasst eine Drehzahl nEM der E-Maschine.
Ausgehend von der gemessenen Drehzahl n«w des Verbrennungsmotors VM wird in dem Block FG ein Frequenzvektor ω gebildet. Der Block FG stellt einen Frequenzgenerator dar. Der Frequenzvektor ω enthält diejenigen Frequenzen, die im Störsignal vermutet werden. Diese Frequenzen können dabei von der Drehzahl nKw des Motors VM abhängen oder unabhängige Konstantwerte annehmen. Die Vorgehensweise zur Ermittlung des Frequenzvektors wird weiter unten ausführlicher beschrieben. im Block SGB, welcher einen Störgrößenbeobachter repräsentiert, ist die Systemdynamik der periodischen Schwingungen, welche im Frequenzvektor ω, d.h. den jeweiligen Frequenzen des Frequenzvektors, enthalten sind, beschrieben. Diese werden in SGB bezüglich ihrer Phase und Amplitude mit Hilfe eines Fehlersignals e korrigiert, aufsummiert und als Sollmoment MEM.SO« als Steuersignal der E-Maschine EM zur Verfügung gestellt. Die E- Maschine EM überlagert dann das vom Verbrennungsmotor VM kommende Moment MKW mit dem inversen Wert der geschätzten Störung (MEM, ist), um die Störungen der Drehun- förmigkeit auszulöschen. Im Falle einer idealen Tilgung der Drehunförmigkeit ist das resultierende Abtriebsmoment M0 und folglich die Drehzahl der E-Maschine nEM, welche die aktuelle Drehzahl des Elektromotors EM repräsentiert, glatt. Eine detailliertere Beschreibung des Störgrößenbeobachters SGB erfolgt weiter unten.
Die durch den Rotorlagesensor S2 gemessene Drehzahl der E-Maschine EM wird einem Block SMS, einem Störmomentschätzer, zugeführt. Der Störmomentschätzer SMS bildet aus der gemessenen E-Maschinendrehzahl nEM eine Schätzung des Störmoments, das auf der Kurbelwelle liegt. Eine mögliche Implementierung wird ebenfalls weiter unten erläutert.
Wenn die Drehzahl der E-Maschine nEM unter Idealbedingungen glatt ist, entspricht das Störmoment Me = 0. Damit findet keine Anpassung der Systemdynamik in dem Störgrößenbeobachter SGB statt. Sollte hingegen ein Störmoment Me anliegen, werden die Phasenlage und die Amplitude der Schwingungen dahingehend verändert, dass bei der nächsten Periode der Fehler verkleinert wird. Eine dabei relevante Lerngeschwindigkeit I wird bei der Beschreibung des Störgrößenbeobachters SGB näher beschrieben.
Frequenzgenerator FG und Störgrößenbeobachter SGB bilden die adaptive Vorsteuerung F aus. Der Rotorlagesensor S2 und der Störmomentschätzer SMS repräsentieren eine Messstrecke H einer Vorsteuerung. Eine Regelstrecke P, welche in Fig. 2 nicht mehr explizit dargestellt ist, ist zwischen dem Antriebsmoment M0 und der Erfassung der E- Maschinendrehzahl nEM gegeben. Die Struktur des Störgrößenbeobachters' SGB ist in Fig. 3 dargestellt. Die zu Grunde liegende Gleichung zur Beschreibung der Systemdynamik ist x(k + l) = A{a>,c)x{k)+ Le(k) (4), u = Cx(k) (5).
Dabei repräsentiert x einen Vektor mit den Zuständen der abzubildenden Schwingungen, A die Matrix zur Beschreibung der Systemdynamik, e das verbleibende Reststörmoment und L die Matrix der Lemgeschwindigkeiten zur Anpassung der Zustände an die gemessene Stördynamik. Die Vektoren ω und c parametrieren die Systemmatrix A bezüglich der Frequenz und der Dämpfung in den einzelnen Sinusschwingungen.
Die Dynamik einer einzelnen Schwingung mit der Frequenz ω, υιηό einer optionalen Dämpfung c, im diskreten Zustandsraummodell ist durch
= CiX, (k) (7) mit beschrieben, wobei Ts eine Abtastzeit darstellt. Für die Uberlagerung von N Sinusschwingungen ergeben sich damit die Gesamtmatrizen
4 0
A = c = [q . ,cN] (9).
0 A ■N Der Vorteil der Verwendung der optionalen Dämpfung cä ist die Erreichung eines sicheren Zustandes, wodurch ein stabiles Systemverhalten sichergestellt werden kann. Soll eine derartige Dämpfung nicht vorgesehen werden, so wird c = 0 gesetzt, wodurch ein grenzstabiles System gegeben ist.
In Fig. 3 ist mit A ein A-Matrixgenerator gekennzeichnet, dem als Eingangsgrößen die Frequenz ω{ und die Dämpfung zugeführt werden. Die Systemmatrix ist für c = 0 in Fig.
3 dargestellt.
Grundsätzlich besteht die Möglichkeit, Zustände an Stellgrößenbeschränkungen anzupassen und einzelne Funktionen gegebenenfalls inaktiv zu schalten. Für einen Initialzustand x(0) empfiehlt sich die Wahl eines Vektors, der Teil der Trajektorie einer Sinusschwingung ist, um den Einschwingvorgang zu beschleunigen, z.B.
Die Wahl der Lerngeschwindigkeiten muss stets paarweise für die beiden Zustände einer Sinusschwingung erfolgen. Dabei können die verschiedenen Frequenzen durchaus verschieden gewichtet werden. Einzig die beiden Zustände derselben Frequenz müssen die gleiche Lerngeschwindigkeit vorfinden.
L= /, i2 ... iN i (11)·
Die Wahl von I, muss die Stabilität des Lernalgorithmus gegen die Konvergenzzeit abwägen. Während die Wahl eines zu kleinen I, unzureichende Auslöschungsgüte nach sich zieht, kann die Wahl eines zu großen l| zu Instabilität führen.
Die Erfindung schlägt somit die Nutzung einer adaptiven Vorsteuerung vor, um mittels einer E-Maschine die Drehunförmigkeit eines Verbrennungsmotors zu tilgen oder zumindest zu reduzieren. Die adaptive Vorsteuerung nutzt das Wissen, dass die zu tilgenden Frequenzanteile von der Motordrehzahl abhängen und deren Frequenz für jede Motoranordnung bekannt ist. In der obigen Beschreibung ist explizit nur ein Störgrößenbeobachter zur Realisierung einer Lösung beschrieben. Es ist ohne weiteres möglich, ein solches Konzept auch mit einem LMS-Filter oder ähnlichen Varianten zu realisieren.
Bezugszeichenliste
VM Verbrennungsmotor
EM E-Maschine {elektrische Maschine)
S1 Sensor (Kurbelwellengeber)
S2 Sensor (Rotorlagesensor)
FG Frequenzgenerator
SGM Störgrößenbeobachter
ΠΕΜ Drehzahl der E-Maschine ri w Drehzahl des Verbrennungsmotors
MKW Moment des Verbrennungsmotors
MEM.SO« Soll-Drehmoment der E-Maschine
MEMJSI Ist-Drehmoment der E-Maschine
Mo Antriebsmoment
F Vorsteuerung
H Messstrecke

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Reduktion einer Drehunförmigkeit eines Antriebsstrangs eines Hybridfahrzeugs, wobei der Antriebsstrang einen Verbrennungsmotor (VM), eine E-Maschine (EM) und eine Kurbelwelle umfasst, wobei eine Reduktion oder Tilgung der Drehunförmigkeit durch eine Ansteuerung der E-Maschine (EM) erfolgt, wobei die Ansteuerung als adaptive Vorsteuerung (F) ausgebildet ist, welche ein Ansteuersignal (u) für die E-Maschine (EM) bereit stellt, welches ein von der E- Maschine (EM) zu erzeugendes Soll-Drehmoment (MEM.SOII) repräsentiert, so dass diese ein zu der Drehunförmigkeit zumindest annähernd inverses Drehmoment (MEM/B an die Kurbelwelle zur Überlagerung des von dem Verbrennungsmotor (VM) erzeugten Drehmoments (M«w) abgibt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , bei der der Vorsteuerung (F) als Eingangsgröße eine messtechnisch erfasste Drehzahl (n«w) des Verbrennungsmotors (VM) zur Verarbeitung zuführbar ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der der Vorsteuerung (F) ein aus der Drehzahl (nxw) des Verbrennungsmotors (VM) erzeugbarer Frequenzvektor (ω) mit den Frequenzen (ω,) zuführbar ist, welche in einem die Drehunförmigkeit repräsentierenden Signal enthalten sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, bei der der Frequenzvektor (w) mittels eines Frequenzgenerators erzeugt ist.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der zur Adaption der Vorsteuerung (F) als weitere Eingangsgröße dieser zur Verarbeitung eine messtechnisch erfasste Drehzahl (nEM) der E-Maschine (EM) zuführbar ist, welche eine Reststörung der Drehunförmigkeit beinhaltet.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die adaptive Vorsteuerung (F) zur Verarbeitung für vorgegebene Motorordnungen eine Information über die In dem die Drehunförmigkeit repräsentierenden Störsignal enthaltenen Frequenzen {ω) beinhaltet.
7. Vorrichtung nacheinem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die adaptive Vorsteuerung (F) einen Störgrößenbeobachter (SGB) umfasst, welcher zur Erzeugung einer A-Matrix ausgebildet ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, bei der in der A-Matrix eine Dämpfung berücksichtigt ist.
9. Verfahren zur Reduktion einer Drehunförmigkeit eines Antriebsstrangs eines Hybridfahrzeugs, wobei der Antriebsstrang einen Verbrennungsmotor (VM), eine E- Maschine (EM) und eine Kurbelwelle umfasst, wobei eine Reduktion oder Tilgung der Drehunförmigkeit durch eine Ansteuerung der E- aschine (EM) erfolgt, wobei die Ansteuerung mit einer adaptive Vorsteuerung (F) erfolgt, welche ein Ansteuersigna! (u) für die E-Maschine (EM) bereit stellt, welches ein von der E-Maschine (EM) zu erzeugendes Soll-Drehmoment (MEM so)|) repräsentiert, so dass diese ein zu der Drehunförmigkeit zumindest annähernd inverses Drehmoment (MEM,ist) an die Kurbelwelle zur Überlagerung des von dem Verbrennungsmotor (VM) erzeugten Drehmoments (M«w) abgibt.
10. Verfahren nach Anspruch 9, bei der der Vorsteuerung (F) als Eingangsgröße eine messtechnisch erfasste Drehzahl (nKW) des Verbrennungsmotors (VM) zur Verarbeitung zugeführt wird.
1 1 . Verfahren nach Anspruch 10, bei der der Vorsteuerung (F) ein aus der Drehzahl (nK ) des Verbrennungsmotors (VM) erzeugbarer Frequenzvektor (ω) mit den Frequenzen (tt/|) zugeführt wird, welche in einem die Drehunförmigkeit repräsentierenden Signal enthalten sind.
12. Verfahren nach Anspruch 1 1 , bei der der Frequenzvektor (ω) mittels eines Frequenzgenerators erzeugt wird.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der zur Adaption der Vorsteuerung (F) als weitere Eingangsgröße dieser zur Verarbeitung eine mess- technisch erfasste Drehzahl (nnM) der E-Maschine (EM) zugeführt wird, welche eine Reststörung der Drehunförmigkeit umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, bei der die adaptive Vorsteuerung (F) für vorgegebene Motorordnungen eine Information über die in dem die Drehunförmigkeit repräsentierenden Störsignal (o/,) enthaltenen Frequenzen verarbeitet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 14, bei der die adaptive Vorsteuerung (F) mittels eines Störgrößenbeobachters (SGB) eine A-Matrix erzeugt.
Verfahren nach Anspruch 15, bei der in der A-Matrix eine Dämpfung berücksichtigt wird.
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