EP4247662A1 - Verfahren zur schwingungsdämpfung eines drehmoments eines antriebsstranges, antriebssystem für ein fahrzeug sowie fahrzeug - Google Patents

Verfahren zur schwingungsdämpfung eines drehmoments eines antriebsstranges, antriebssystem für ein fahrzeug sowie fahrzeug

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EP4247662A1
EP4247662A1 EP21815129.8A EP21815129A EP4247662A1 EP 4247662 A1 EP4247662 A1 EP 4247662A1 EP 21815129 A EP21815129 A EP 21815129A EP 4247662 A1 EP4247662 A1 EP 4247662A1
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EP
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drive system
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Definitions

  • the present invention relates to a method for vibration damping of a torque of a drive train according to claim 1, a drive system for a vehicle according to claim 2, and a vehicle according to claim 5.
  • the object of the present invention is to propose an improved method for vibration damping of a torque of a drive train, in particular to propose an alternative to the known methods.
  • this object is achieved by a method according to claim 1, according to which a method for vibration damping of a torque of a drive train is provided, the drive train having an electric motor with a speed sensor and an engine control unit, a damping control device, a device for determining the target torque of the electric motor and at least one Vehicle wheel comprising a speed sensor, wherein the damping control device comprises a first calculation device, a high-pass filter, a controller and a second calculation device, the following method steps being carried out:
  • the controller determining a value for a compensating torque for damping vibrations and outputting the value for a compensating torque for damping vibrations to the second calculation means;
  • V determining a value of a compensated target engine torque from the second calculation means and outputting the value of a compensated target engine torque to the engine controller.
  • the target torque is adjusted so as not to induce any shaft vibration.
  • the in-phase component of the shaft vibrations is removed by modifying the motor's target torque and ensuring that the motor does not induce resonance on the shaft.
  • the vibrations are intended to dampen the vibrations caused by the inertia and stiffness of the powertrain after a sudden change in torque demand by modulating the engine torque.
  • the vibrations should be dampened in a certain frequency range between 10Hz and 30Hz in order to avoid excessive vibrations.
  • a drive train comprises an electric motor with a speed sensor and an engine control unit, a damping control device, a device for determining the target torque of the engine and at least one vehicle wheel with a speed sensor, with a damping control device being provided, comprising a first calculation means, a high-pass filter, a controller and a second calculation means.
  • the device for determining the setpoint torque can be an accelerator pedal, in particular if only one electric motor is provided. Further advantageously, the arrangement according to the invention can comprise several electric motors in order to obtain a better average speed of the vehicle wheels.
  • the damping control device is set up to carry out the method according to the method described above.
  • the drive train is set up particularly advantageously in a motor vehicle.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a damping control device for carrying out the method according to the invention
  • FIG. 2 shows a drive system according to the invention with a drive train for a vehicle
  • FIG. 3 shows a motor vehicle according to the invention.
  • a vehicle in particular a motor vehicle, includes, among other things, a drive system.
  • the drive system for the vehicle essentially comprises a drive train, a damping control device 2 and a device 3 for determining the target torque.
  • the drive train essentially comprises an electric motor 1 and a vehicle wheel 4. If necessary, the drive train can also comprise a transmission 13 and/or a shaft 14. The vehicle wheel 4 is preferably driven by the electric motor 1, in particular via the intermediate transmission 13 and/or the shaft 14.
  • the drive system preferably also includes a speed sensor 11 for determining the speed of the electric motor 1 and an engine control unit 12 for controlling the electric motor 1.
  • the drive system also includes a vehicle wheel 4 with a speed sensor 41.
  • a torque of the electric motor 1 which is to be transmitted to the vehicle wheel 4 , is requested via the device 3 for determining the target torque of the motor. Ultimately, this requirement comes from the driver of the vehicle who wants to accelerate the vehicle.
  • a target torque value 28 is transmitted by the device 3 for determining the target torque.
  • the damping control device 2 is provided to reduce undesired vibrations of the drive train.
  • it is intended to dampen the vibrations caused by the inertia and stiffness of the powertrain after a sudden change in torque demand by modulating the engine torque.
  • the vibrations should be dampened in a certain frequency range between 10Hz and 30Hz in order to avoid excessive vibrations.
  • the damping control device 2 essentially comprises a first calculation device 21, a high-pass filter 22, a controller 23 and a second calculation device 24.
  • 1 shows a diagram of the control and signal flow of the drive train, in particular of the damping control device 2.
  • an engine speed and a wheel speed are compared with one another in first calculation device 21 .
  • the engine speed is detected by the speed sensor 11 of the electric motor 1.
  • the wheel speed is detected by the speed sensor 41 of the wheel 4.
  • the result of this comparison is a value for the estimated or calculated twisting speed, which is also known as an estimated or calculated twisting 25 of the drive train can be referred to as the difference between engine speed and wheel speed.
  • the estimated or calculated torsion 25 of the drive train is supplied to the high-pass filter 22 in a next method step.
  • the high-pass filter 22 filters out correspondingly low frequencies from the twisting of the drive train signal 25 and feeds the remaining high frequencies to the controller 23 as a high-frequency value 26 of the twisting of the drive train.
  • the controller 23 determines a value 27 for a compensation torque for damping vibrations.
  • the compensation torque 27 for damping vibrations and the originally desired engine torque 28, which is detected by the device 3 for determining the desired torque are summed in the second calculation device 24 and sent to the engine control unit 12 as a value 29 for a compensated engine Desired torque derived.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Schwingungsdämpfung eines Drehmoments eines Antriebsstranges, sowie ein Antriebssystem, welches insbesondere zur Ausführung des Verfahrens eingerichtet ist und ein Kraftfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Antriebssystem.

Description

Verfahren zur Schwingungsdämpfung eines Drehmoments eines Antriebsstranges, Antriebssystem für ein Fahrzeug sowie Fahrzeug
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Schwingungsdämpfung eines Drehmoments eines Antriebsstranges gemäß Anspruch 1, ein Antriebssystem für ein Fahrzeug gemäß Anspruch 2, sowie ein Fahrzeug gemäß Anspruch 5.
Verfahren zur Schwingungsdämpfung eines Motordrehmoments sind beispielsweise aus der DE102016200006A1 und der DE102012224294A1 bekannt geworden. Es wird vorgeschlagen, dass die Schwingungsdämpfung über eine Filterung der Ausgangsdrehzahl des Elektromotors erfolgen soll.
Wenngleich hier brauchbare Verfahren zur Schwingungsdämpfung eines Drehmoments eines Antriebsstranges beschrieben sind, so besteht hier dennoch Verbesserungsbedarf.
Die erfindungsgemäße Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt entsprechend darin, ein verbessertes Verfahren zur Schwingungsdämpfung eines Drehmoments eines Antriebsstranges vorzuschlagen, insbesondere eine Alternative zu den bekannten Verfahren vorzuschlagen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren nach Anspruch 1 gelöst, wonach ein Verfahren zur Schwingungsdämpfung eines Drehmoments eines Antriebsstranges vorgesehen ist, wobei der Antriebsstrang einen Elektromotor mit einem Drehzahlsensor und einem Motorsteuergerät, eine Dämpfungsregelungseinrichtung, eine Einrichtung zur Bestimmung des Solldrehmoments des Elektromotors und mindestens ein Fahrzeugrad mit einem Drehzahlsensor umfasst, wobei die Dämpfungsregelungseinrichtung eine erste Berechnungseinrichtung, einen Hochpassfilter, einen Controller und eine zweite Berechnungseinrichtung umfasst, wobei nachfolgende Verfahrensschritte ausgeführt werden:
I) Bestimmen einer Verdrehung des Antriebsstrangs aus einem Vergleich aus einer von dem Drehzahlsensor des Elektromotors detektierten Motordrehzahl und einer von dem Drehzahlsensor des Fahrzeugrades detektierten Raddrehzahl als ein Wert für die berechnete oder geschätzte Verdrehung des Antriebsstrangs in der ersten Berechnungseinrichtung; II) Zuführen des Wertes der Verdrehung des Antriebsstrangs dem Hochpassfilter und Ausgabe eines Hochfre uenzwerts der Verdrehung des Antriebsstrangs aus dem Hochpassfilter an den Controller;
III) Bestimmung eines Wertes für ein Kompensationsdrehmoment zur Dämpfung von Schwingungen durch den Controller und Ausgabe des Wertes für ein Kompensationsdrehmoment zur Dämpfung von Schwingungen an die zweite Berechnungseinrichtung;
IV) Abfragen eines Wertes für ein Motor-Solldrehmoment der Einrichtung zur Bestimmung des Solldrehmoments des Elektromotors und Ausgabe Wertes für ein Motor-Solldrehmoment an die zweite Berechnungseinrichtung;
V) Bestimmen eines Wertes eines kompensierten Motor-Solldrehmoments von der zweiten Berechnungseinrichtung und Ausgabe des Wertes eines kompensierten Motor-Solldrehmoments an das Motorsteuergerät.
Das Solldrehmoment wird angepasst um keine Wellenschwingung zu induzieren. Die phasengleiche Komponente der Wellenschwingungen wird durch Modifizierung des Solldrehmoments des Motors abgebaut und es wird sichergestellt, dass der Motor keine Resonanz auf der Welle induziert.
Es ergibt sich insbesondere ein reibungsreduzierter elektrischer Antriebsstrang und Möglichkeiten zur Verwendung von Komponenten mit geringerem Gewicht und geringeren Kosten für den elektrischen Antriebsstrang.
Insbesondere ist vorgesehen, die Schwingungen, die durch die Trägheit und Steifigkeit des Antriebsstrangs nach einer plötzlichen Änderung der Drehmomentanforderung verursacht werden, durch Modulation des Motordrehmoments zu dämpfen. Insbesondere sollen die Schwingungen in einem bestimmten Freguenzbereich zwischen 10Hz und 30Hz gedämpft werden um übermäßige Schwingungen zu vermeiden.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorgeschlagenen Erfindung ergeben sich insbesondere aus den Merkmalen der Unteransprüche. Die Gegenstände bzw. Merkmale der verschiedenen Ansprüche können grundsätzlich beliebig miteinander kombiniert werden. In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass ein Antriebsstrang einen Elektromotor mit einem Drehzahlsensor und einem Motorsteuergerät, eine Dämpfungsregelungseinrichtung, eine Einrichtung zur Bestimmung des Solldrehmoments des Motors und mindestens ein Fahrzeugrad mit einem Drehzahlsensor umfasst, wobei eine Dämpfungsregelungseinrichtung vorgesehen ist, umfassend eine erste Berechnungseinrichtung, einen Hochpassfilter, einen Controller und eine zweite Berechnungseinrichtung.
Bei der Einrichtung zur Bestimmung des Solldrehmoments kann es sich um ein Gaspedal handeln, insbesondere, wenn lediglich ein Elektromotor vorgesehen ist. Weiter vorteilhaft kann die erfindungsgemäße Anordnung mehrere Elektromotoren umfassen, um eine bessere Durchschnittsgeschwindigkeit der Fahrzeugräder zu erhalten.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Dämpfungsregelungseinrichtung zur Ausführung des Verfahrens gemäß dem oben beschriebenen Verfahren eingerichtet ist. Besonders vorteilhaft ist der Antriebsstrang in einem Kraftfahrzeug eingerichtet.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegenden Abbildungen. Darin zeigen
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Dämpfungsregelungseinrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
Fig. 2 ein erfindungsgemäßes Antriebssystem mit einem Antriebsstrang für ein Fahrzeug;
Fig. 3 ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug.
Folgende Bezugszeichen werden in den Abbildungen verwendet:
1 Elektromotor
2 Dämpfungsregelungseinrichtung
3 Einrichtung zur Bestimmung des Solldrehmoments (Gaspedal)
4 Rad
11 Drehzahlsensor / Motordrehzahl
12 Motorsteuergerät
13 Getriebe
14 Welle
21 erste Berechnungseinrichtung, insbesondere Addiereinrichtung
22 Hochpassfilter
23 Controller
24 zweite Berechnungseinrichtung, insbesondere Addiereinrichtung
25 Wert für die geschätzte oder berechnete Verdrehung des Antriebsstrangs
26 Hochfreguenzwert der Verdrehung des Antriebsstrangs
27 Wert für ein Kompensationsdrehmoment zur Dämpfung von Schwingungen
28 Solldrehmomentwert
29 Wert für ein kompensiertes Motor-Solldrehmoment 41 Drehzahlsensor / Raddrehzahl
Zunächst wird auf Fig. 3 Bezug genommen.
Ein Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, umfasst unter anderem ein Antriebssystem.
Das Antriebssystem für das Fahrzeug umfasst, wie in Fig. 2 schematisch dargestellt, im Wesentlichen einen Antriebsstrang, eine Dämpfungsregelungseinrichtung 2 sowie eine Einrichtung 3 zur Bestimmung des Solldrehmoments.
Der Antriebsstrang umfasst im Wesentlichen einen Elektromotor 1 und ein Fahrzeugrad 4. Ggf. kann der Antriebsstrang ferner ein Getriebe 13 und/oder eine Welle 14 umfassen. Vorzugsweise wird das Fahrzeugrad 4 durch den Elektromotor 1 angetrieben, insbesondere über das zwischengeschaltete Getriebe 13 und/oder die Welle 14.
Das Antriebssystem umfasst vorzugsweise ferner einen Drehzahlsensor 11 zur Bestimmung der Drehzahl des Elektromotors 1 und einem Motorsteuergerät 12 zur Ansteuerung des Elektromotors 1. Ferner umfasst das Antriebssystem ein Fahrzeugrad 4 mit einem Drehzahlsensor 41.
Nicht notwendigerweise muss es sich jedoch dabei auch um dasjenige Rad handeln, von welchem die Drehzahl detektiert wird.
Über die Einrichtung 3 zur Bestimmung des Solldrehmoments des Motors wird ein Drehmoment des Elektromotors 1 angefragt, welches auf das Fahrzeugrad 4 übertragen werden soll. Letztendlich geht diese Anforderung von dem Fahrer des Fahrzeuges aus, der das Fahrzeug beschleunigen möchte. Von der Einrichtung 3 zur Bestimmung des Solldrehmoments wird ein Solldrehmomentwert 28 übermittelt.
Insbesondere bei einer plötzlichen Änderung der Drehmomentanforderung, also beispielsweise beim Anfahren aus dem Stand, können sich Probleme, zumindest aber Komforteinschränkungen, durch ungewollte Schwingungen des Antriebsstrangs ergeben. Das Problem ergibt sich insbesondere aus der Schwingung des Antriebsstrangs aufgrund der geringen Übertragungssteifigkeit (ggf. Welle + Getriebe) des elektrischen Antriebsstrangs. Der elektrische Antriebsstrang hat normalerweise keine Kupplung oder kein Gelenk zur Dämpfung der Schwingungen.
Zur Minderung von unerwünschten Schwingungen des Antriebsstranges ist die Dämpfungsregelungseinrichtung 2 vorgesehen. Insbesondere ist vorgesehen, die Schwingungen, die durch die Trägheit und Steifigkeit des Antriebsstrangs nach einer plötzlichen Änderung der Drehmomentanforderung verursacht werden, durch Modulation des Motordrehmoments zu dämpfen. Insbesondere sollen die Schwingungen in einem bestimmten Freguenzbereich zwischen 10Hz und 30Hz gedämpft werden um übermäßige Schwingungen zu vermeiden.
Die Dämpfungsregelungseinrichtung 2 umfasst im Wesentlichen eine erste Berechnungseinrichtung 21, einen Hochpassfilter 22, einen Controller 23 und eine zweite Berechnungseinrichtung 24.
In der Fig. 1 ist ein Schema des Steuer- und Signalflusses des Antriebsstranges, insbesondere der Dämpfungsregelungseinrichtung 2, beschrieben.
In einem ersten Verfahrensschritt werden eine Motordrehzahl und eine Raddrehzahl in der ersten Berechnungseinrichtung 21 miteinander verglichen. Die Detektion der Motordrehzahl erfolgt durch den Drehzahlsensor 11 des Elektromotors 1. Die Detektion der Raddrehzahl erfolgt durch den Drehzahlsensor 41 des Rades 4. Ergebnis dieses Vergleichs ist ein Wert für die geschätzte oder berechnete Verdrehgeschwindigkeit, welche auch als eine geschätzte oder berechnete Verdrehung 25 des Antriebsstrangs bezeichnet werden kann, als Differenz zwischen der Motordrehzahl und der Raddrehzahl.
Die geschätzte oder berechnete Verdrehung 25 des Antriebsstrangs, wird in einem nächsten Verfahrensschritt dem Hochpassfilter 22 zugeführt. Der Hochpassfilter 22 filtert entsprechend tiefe Freguenzen aus der Verdrehung des Antriebsstrangsignals 25 heraus und führt die verbleibenden hohen Freguenzen als Hochfreguenzwert 26 der Verdrehung des Antriebsstrangs dem Controller 23 zu.
Der Controller 23 bestimmt in einem nachfolgenden Verfahrensschritt einen Wert 27 für ein Kompensationsdrehmoment zur Dämpfung von Schwingungen. In einem nächsten Verfahrensschritt wird das Kompensationsdrehmoment 27 zur Dämpfung von Schwingungen und das ursprünglich gewünschte Motormoment 28, welches von der Einrichtung 3 zur Bestimmung des Solldrehmoments detektiert wird, in der zweiten Berechnungseinrichtung 24 summiert und an das Motorsteuergerät 12 als Wert 29 für ein kompensiertes Motor- Solldrehmoment ausgeleitet.
Die oben genannten Daten/Signale für die Werte werden in entsprechender Form, insbesondere analog oder digital, zwischen den Komponenten übertragen.
Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit einem Verfahren beschrieben sind selbstverständlich auch im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung und umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann. Außerdem kann ein ggf. beschriebenes erfindungsgemäßes Verfahren mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung durchgeführt werden.

Claims

8
Ansprüche Verfahren zur Schwingungsdämpfung eines Drehmoments eines Antriebsstranges, wobei der Antriebsstrang Teil eines Antriebssystems ist, wobei der Antriebsstrang einen Elektromotor (1) und ein Fahrzeugrad (4) umfasst, wobei das Antriebssystem ferner einem Drehzahlsensor (11) zur Detektion der Drehzahl des Elektromotors (1) umfasst, und ein Motorsteuergerät (12) zur Ansteuerung des Elektromotors (1), wobei das Antriebssystem ferner eine Dämpfungsregelungseinrichtung (2) und eine Einrichtung (3) zur Bestimmung des Solldrehmoments des Elektromotors umfasst, wobei die Dämpfungsregelungseinrichtung
(2) eine erste Berechnungseinrichtung (21), einen Hochpassfilter (22), einen Controller (23) und eine zweite Berechnungseinrichtung (24) umfasst, gekennzeichnet durch nachfolgende Verfahrensschritte:
I) Bestimmen einer Verdrehung des Antriebsstrangs aus einem Vergleich aus einer von dem Drehzahlsensor (11) des Elektromotors (1) detektierten Motordrehzahl und einer von dem Drehzahlsensor (41) des Fahrzeugrades (4) detektierten Raddrehzahl als ein Wert (25) für die berechnete Verdrehung des Antriebsstrangs in der ersten Berechnungseinrichtung (21);
II) Zuführen des Wertes (25) der Verdrehung des Antriebsstrangs dem Hochpassfilter (22) und Ausgabe eines Hochfreguenzwerts (26) der Verdrehung des Antriebsstrangs aus dem Hochpassfilter (22) an den Controller (23);
III) Bestimmung eines Wertes (27) für ein Kompensationsdrehmoment zur Dämpfung von Schwingungen durch den Controller (23) und Ausgabe des Wertes (27) für ein Kompensationsdrehmoment zur Dämpfung von Schwingungen an die zweite Berechnungseinrichtung (24);
IV) Abfragen eines Wertes (28) für ein Motor-Solldrehmoment der Einrichtung (3) zur Bestimmung des Solldrehmoments des Elektromotors (1) und Ausgabe Wertes (28) für ein Motor-Solldrehmoment an die zweite Berechnungseinrichtung (24);
V) Bestimmen eines Wertes (29) eines kompensierten Motor-Solldrehmoments von der zweiten Berechnungseinrichtung (24) und Ausgabe des Wertes (29) eines kompensierten Motor-Solldrehmoments an das Motorsteuergerät (12). 9 Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug, umfassend einen Antriebsstrang mit einem Elektromotor (1) und einem Fahrzeugrad (4), wobei das Antriebssystem ferner eine Einrichtung
(3) zur Bestimmung des Solldrehmoments des Elektromotors, einen Drehzahlsensor (11) zur Bestimmung der Drehzahl des Elektromotors und ein Motorsteuergerät (12) zur Ansteuerung des Elektromotors, sowie eine Dämpfungsregelungseinrichtung (2) umfasst, gekennzeichnet durch eine Dämpfungsregelungseinrichtung (2), umfassend eine erste Berechnungseinrichtung (21), einen Hochpassfilter (22), einen Controller (23) und eine zweite Berechnungseinrichtung (24). Antriebssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungsregelungseinrichtung (2) zur Ausführung des Verfahrens gemäß Anspruch 1 eingerichtet ist. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Getriebe 13 und/oder eine Welle 14 zwischen Fahrzeugrad 4 und Elektromotor 1 angeordnet ist. Kraftfahrzeug umfassend ein Antriebssystem gemäß mindestens einem der Ansprüche 2 bis
4.
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