WO2008080380A1 - Drive train - Google Patents

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WO2008080380A1
WO2008080380A1 PCT/DE2007/002247 DE2007002247W WO2008080380A1 WO 2008080380 A1 WO2008080380 A1 WO 2008080380A1 DE 2007002247 W DE2007002247 W DE 2007002247W WO 2008080380 A1 WO2008080380 A1 WO 2008080380A1
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drive train
train according
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drive
state
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PCT/DE2007/002247
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Stephen John Jones
Bertrand Pennec
Andreas Walter
Thomas Winkler
Original Assignee
Luk Lamellen Und Kupplungsbau Beteiligungs Kg
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    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/14Introducing closed-loop corrections
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    • F02D2200/10Parameters related to the engine output, e.g. engine torque or engine speed
    • F02D2200/1002Output torque
    • F02D2200/1004Estimation of the output torque

Definitions

  • a reciprocating piston engine with a crankshaft and also a rotary piston engine with a correspondingly designed drive shaft may be a drive unit.
  • the inventive embodiment applies to an electric motor with a drive shaft, which must be disturbed by a driven element and therefore must be readjusted by means of the state variable.
  • a driven element an element which receives a torque from the drive shaft or outputs a torque thereto.
  • this may be a dual-mass flywheel, which is connected on the one hand with a mass rotatably connected to the drive shaft and thus inelastically can absorb torque and on the other hand has an elastically coupled secondary mass, which in particular transmit a torque to the drive shaft in the dynamic operating condition and thus to a fault can lead the control of the drive unit.
  • such components may be formed by other elements in the drive train, such as torque converters, transmission components such as shafts or gears or hybrid electric machines.
  • a centrifugal force-dependent frictional contact during a relative rotation of the two parts each having a predeterminable mass with an inertia thus forming upon rotation, be generated by the fact that over a circumference extending springs, such as bow springs, taken from a part, for example, the secondary part and at its outer radius under centrifugal force against a radial support of the other part, for example, the primary part, pressed and thus form a centrifugal force dependent hysteresis in a relative rotation of the two parts under which the two parts are difficult to rotate against each other.
  • springs such as bow springs
  • Particularly advantageous may be a further method of linearization, by means of which an approximated linear model is used and a range of validity is established in which an error occurring does not exceed a predetermined limit.
  • the selection of such a model can be piece-specific.
  • models may be designed as "black-box models" that very well approximate the input and output behavior and do not require any prior physical knowledge of the kinematic processes
  • the modeling of a state space can be such that the kinematics of the
  • the subsequent identification then provides the desired compensation regardless of the model chosen, by choosing the variables of the state space such that there is an optimized match between the empirically or model-based data of a dual-mass flywheel and the input and output variables of the state space model is achieved.
  • the inventive idea relating to this exemplary embodiment provides only an evaluation based on the signals of the velocities ⁇ pri and ⁇ sec , so that the output vector y is given the following form:
  • the execution of the routine then leads to the parameters c, d, J prj , J S e k defined in equation (4), that is, the dual-mass flywheel with its real behavior is mapped onto the model, it is identified.
  • a subsequent validation of the underlying model can, for example, be carried out by calculating the model with given rotational irregularities and comparing it with a real behavior of a dual mass flywheel with the same rotational nonuniformities. At this point corrections can still be made to the model if there are major deviations.
  • a model of a driven element created in this way can now be stored in the control unit, and corresponding output variables can be introduced into the engine control.
  • an estimate of the primary or secondary speed of the respective flywheels by specifying Motor Inc. Load moments take place.
  • torques in a motor vehicle can only be measured with a comparatively high outlay, so that according to the inventive idea an inversion of the state space model is advantageous.
  • the input variables of the inverted system then represent the rotational speeds of the primary and secondary flywheel mass, while the output variables represent torque values of the engine or load torque values.
  • the combustion work of the cylinder i (W ⁇ as , ⁇ ) can be divided into a reference work (WQ aS ⁇ Ref ) and a working error the cylinder i (AW gas ⁇ ).
  • the reference work is identical for each cylinder. This gives you:
  • the reference work is calculated from the fuel energy supplied and thus results in too
  • the two rotational speeds n pr j, n S ⁇ k are input as input variables into the state space model and obtained according to the foregoing description, the induced reconstructed engine torque M M otor.
  • the applied rotation values are recorded and checked for stationarity; if there is insufficient stationarity, a new data record is recorded. If the condition for stationarity is fulfilled, the residual calculation is performed.

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Abstract

The invention relates to a drive train, particularly for a motor vehicle having a drive unit controlled by means of a control device and having a drive shaft and an element, which is operatively connected to said drive shaft and is driven by the same, wherein at least one state value of the driven element is read into the control device, and a balancing of the cylinder of the drive unit is carried out utilizing the at least one state value.

Description

Antriebsstranq Antriebsstranq
Die Erfindung betrifft einen Antriebsstrang und ein Verfahren zum Betreiben desselben insbesondere für ein Kraftfahrzeug mit einer mittels eines Steuergeräts gesteuerten Antriebseinheit mit einer Antriebswelle und einem mit dieser in Wirkverbindung stehenden und von dieser angetriebenen Element.The invention relates to a drive train and a method for operating the same in particular for a motor vehicle having a drive unit controlled by means of a control unit with a drive shaft and an element operatively connected thereto and driven by the latter.
Bekannt sind Anordnungen in einem Antriebsstrang, bei denen eine Brennkraftmaschine mittels eines Motormanagementsystems gesteuert wird. Dabei werden insbesondere Aktoren, beispielsweise Einspritzventile und Injektoren sowie bei Otto-Motoren die Zündkerzen zur Festlegung des Zündzeitpunktes von diesem angesteuert. Bei gleicher, bei mehreren Zylindern eines Motors jeweils phasenverschobener Ansteuerung der jeweiligen Zylinder wurde dennoch ein „unrunder Lauf" der Antriebseinheit infolge von Verbrennungsungleichheiten in den einzelnen Zylindern beobachtet. Mit Hilfe der Auswertung der Momentenbilanz der Kurbelwelle, die in Abhängigkeit von Kurbelwellengeschwindigkeiten bestimmt werden, beispielsweise indem ein Motordrehzahlsensor ausgewertet wird, wurde eine Zylindergleichstellung angestrebt, indem beispielsweise Zündzeitpunkte, Einspritzmengen und dergleichen korrigiert werden.Arrangements are known in a drive train in which an internal combustion engine is controlled by means of an engine management system. In particular actuators, such as injectors and injectors, and in spark-ignition engines, the spark plugs for determining the ignition timing are controlled by this. With the same control of the respective cylinders, which was in each case phase-shifted in the case of several cylinders of an engine, an "irregular running" of the drive unit due to combustion inequalities in the individual cylinders was nevertheless observed By evaluating an engine speed sensor, cylinder equalization has been sought by correcting, for example, ignition timing, injection quantities, and the like.
Sind jedoch an der Kurbelwelle angetriebene Elemente, wie beispielsweise Nebenaggregate, Kupplungs- und/oder Getriebebauteile wie beispielsweise Zweimassenschwungräder angebracht, die zeitlich abhängig dynamische Rückmomente in die Kurbelwelle einleiten, kann dies wegen einer kurzzeitigen Fehlbestimmung der Kurbelwellengeschwindigkeiten aufgrund dieser hochdynamischen Einleitung von kurzzeitigen Momentenänderungen an der Kurbelwelle eine fehlerhafte Interpretation des aktuell anliegenden Motormoments zur Folge haben, so dass im Weiteren das Motormanagementsystem die Brennkraftmaschine falsch steuert. Dies kann beispielsweise zu Übermomenten an angetriebenen Elementen und damit zu einer Ü- berbeanspruchung mit vorzeitigem Ausfall dieser, zu Komforteinbussen und einem erhöhten Treibstoffverbrauch führen.However, if driven on the crankshaft elements, such as ancillaries, clutch and / or transmission components such as dual-mass flywheels mounted that initiate dynamic torque dependent moments in the crankshaft, this may be due to a short-term misidentification of the crankshaft speeds due to this highly dynamic introduction of momentary torque changes to the Crankshaft result in a faulty interpretation of the currently applied engine torque, so that in the following, the engine management system controls the engine incorrectly. This can, for example, lead to over torques on driven elements and thus to overloading with premature failure of the latter, to loss of comfort and increased fuel consumption.
Aufgabe ist daher, einen Antriebsstrang und ein hierzu gehöriges Verfahren zur Zylindergleichstellung einer Antriebseinheit vorzuschlagen, der trotz zeitlich variierender und dynamischer Einleitung von Rückmomenten angetriebener Elemente eine verbesserte Gleichstellung der Zylinder der Antriebseinheit zulässt. Weiterhin besteht die Aufgabe, den Aufwand einer derartigen Korrektur bezüglich des Kostenrahmens einfach und preiswert zu halten. Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Betrieb eines Antriebsstrang mit einer mittels eines Steuergeräts gesteuerten Antriebseinheit mit einer Antriebswelle und einem mit dieser in Wirkverbindung stehenden und von dieser angetriebenen Element gelöst, wobei zumindest ein Zustandswert des angetriebenen Elementes im Steuergerät gespeichert ist und mit dem zumindest einen Zustandswert ein induziertes Motormoment ermittelt wird, mittels dessen eine Zylindergleichstellung auf Basis einer Residuenbestimmung für einzelne Zylinder der Antriebseinheit erfolgt. Gleichfalls erfolgt die Lösung der Aufgabe durch den entsprechenden Antriebsstrang unter Verwendung des bezeichneten Verfahrens.The object is therefore to propose a drive train and a method associated therewith for cylinder equalization of a drive unit which, despite time-varying and dynamic introduction of return moments of driven elements, permits improved equalization of the cylinders of the drive unit. Furthermore, there is the task to keep the cost of such a correction in terms of cost and simple and inexpensive. The object is achieved by a method for operating a drive train with a drive unit controlled by a control unit with a drive shaft and an element operatively connected thereto and driven by the latter, wherein at least one state value of the driven element is stored in the control unit and with the at least one Condition value, an induced engine torque is determined by means of which a cylinder equalization based on a Residuenbestimmung for individual cylinders of the drive unit takes place. Likewise, the solution of the task is carried out by the corresponding drive train using the designated method.
Unter einem Steuergerät ist dabei eine Recheneinheit mit einem Mikroprozessor und einem Speicher zu verstehen, wobei in der Recheneinheit die notwendigen Schritte zur Steuerung der Antriebseinheit ausgeführt werden und in einer entsprechenden Eingabeeinheit entsprechende Sensorsignale zur Charakterisierung des Fahrerwunschmoments und weitere Eingabegrößen aufgenommen und unter Zuhilfenahme der beispielsweise in einem Motorkennfeld gespeicherten Motordaten berechnet und in einer Ausgabeeinheit an die betroffenen Einheiten, wie zum Beispiel in Abhängigkeit vom Ausgangssignal betätigte Einspritzdüsen oder Einspritzpumpen, ausgegeben wird. Weitere Parameter, wie zum Beispiel die Motordrehzahl oder weitere auf dem CAN-Bus vorliegenden Daten, werden üblicherweise zur Steuerung der Brennkraftmaschine ebenfalls eingelesen. Üblicherweise ist dieses Steuergerät mit weiteren Steuergeräten, beispielsweise zur Steuerung der Bremsen, einer gegebenenfalls vorhandenen automatisierten Kupplung oder einem Steuergerät zur Steuerung eines gegebenenfalls vorhandenen automatisierten Getriebes oder weiteren Steuergeräten, verbunden. Es kann auch vorteilhaft sein, mehrere Steuereinheiten zur Optimierung des Bauraums und/oder der elektrischen Komponenten oder Rechenleistung der Steuergeräte zu einem oder die Anzahl der Gesamtzahl der Steuergeräte verminderten Anzahl miteinander zu kombinieren und abzustimmen.Under a control device is a computing unit with a microprocessor and a memory to understand, in the arithmetic unit, the necessary steps to control the drive unit are executed and recorded in a corresponding input unit corresponding sensor signals for characterizing the driver's desired torque and other input variables and with the aid of example in calculated engine data stored in an engine output map and output in an output unit to the units concerned, such as, depending on the output signal operated injectors or injection pumps. Other parameters, such as the engine speed or other present on the CAN bus data are usually also read to control the internal combustion engine. Usually, this control unit is connected to other control devices, for example for controlling the brakes, an optionally existing automated clutch or a control unit for controlling an optionally existing automated transmission or other control devices. It may also be advantageous to combine a plurality of control units to optimize the installation space and / or the electrical components or computing power of the control units to one or the number of total number of control units reduced number together and vote.
Erfindungsgemäß wird in das Steuergerät zur Steuerung der Antriebseinheit zumindest eine Zustandsgröße eines angetriebenen Elements eingelesen und gegebenenfalls gespeichert. Die Zustandsgröße wird dann in den Algorithmen zur Steuerung der Brennkraftmaschine verwendet, so dass unter Verwendung dieser zumindest einen Zustandsgröße ein an das angetriebene Element angepasstes Verhalten der Brennkraftmaschine erzielt wird. Beispielsweise kann durch die zumindest eine Zustandsgröße die Kompensation eines sich störend auf die Antriebseinheit auswirkenden Ereignisses, das aus dem angetriebenen Element resultiert, zumindest teilweise erfolgen. Unter einer Antriebseinheit im Sinne dieser Erfindung ist ein Aggregat zu verstehen, das einer Steuerung von außen bedarf und eine Antriebswelle aufweist, deren Drehzahl in Abhängigkeit von einem Fahrerwunsch variiert werden kann. Vorzugsweise kann in diesem Sinne eine Hubkolbenmaschine mit einer Kurbelwelle sowie auch eine Drehkolbenmaschine mit einer entsprechend ausgestalteten Antriebswelle eine Antriebseinheit sein. In weiterem Sinne trifft die erfinderische Ausgestaltung auf einen Elektromotor mit einer Antriebswelle zu, der durch ein angetriebenes Element gestört und deshalb mittels der Zustandgröße nachgeregelt werden muss.According to the invention, at least one state variable of a driven element is read into the control device for controlling the drive unit and optionally stored. The state quantity is then used in the algorithms for controlling the internal combustion engine, so that, using this at least one state variable, a behavior of the internal combustion engine adapted to the driven element is achieved. For example, can be carried out at least partially by the at least one state variable, the compensation of an interfering effect on the drive unit event resulting from the driven element. Under a drive unit in the context of this invention is an aggregate to understand that requires a control from the outside and having a drive shaft whose speed can be varied depending on a driver's request. Preferably, in this sense, a reciprocating piston engine with a crankshaft and also a rotary piston engine with a correspondingly designed drive shaft may be a drive unit. In a broader sense, the inventive embodiment applies to an electric motor with a drive shaft, which must be disturbed by a driven element and therefore must be readjusted by means of the state variable.
Als angetriebenes Element wird ein Element verstanden, das von der Antriebswelle ein Drehmoment empfängt oder ein Drehmoment an dieses abgibt. Erfindungsgemäß kann dies ein Zweimassenschwungrad sein, das einerseits mit einer Masse drehfest mit der Antriebswelle verbunden ist und damit inelastisch ein Drehmoment aufnehmen kann und andererseits über eine elastisch angekoppelte Sekundärmasse verfügt, die insbesondere im dynamischen Betriebszustand ein Drehmoment auf die Antriebswelle übertragen und damit zu einer Störung der Steuerung der Antriebseinheit führen kann. Weiterhin können derartige Bauteile durch andere Elemente im Antriebsstrang gebildet sein, beispielsweise Drehmomentwandler, Getriebebauteile wie zum Beispiel Wellen oder Zahnräder oder hybridische Elektromaschinen.As a driven element, an element is understood, which receives a torque from the drive shaft or outputs a torque thereto. According to the invention this may be a dual-mass flywheel, which is connected on the one hand with a mass rotatably connected to the drive shaft and thus inelastically can absorb torque and on the other hand has an elastically coupled secondary mass, which in particular transmit a torque to the drive shaft in the dynamic operating condition and thus to a fault can lead the control of the drive unit. Furthermore, such components may be formed by other elements in the drive train, such as torque converters, transmission components such as shafts or gears or hybrid electric machines.
Angetriebene Elemente können auch weitere Bestandteile im Antriebsstrang in Verbindung mit der Fahrzeugkarosserie oder Antriebsräder sein, die unter gegebenen Umständen zu Rückmomenten in der Kurbelwelle und damit zur Störung der Steuerung der Brennkraftmaschine führen. Beispielweise kann bereits eine unterschiedliche Haftung der Räder auf einer Fahrbahn zu Rückmomenten führen. Auf derartige Prozesse anwendbare Zustandsgrößen können ermittelt und ebenfalls zur Kompensation von Störungen im Steuergerät verarbeitet werden.Driven elements may also be other components in the drive train in conjunction with the vehicle body or drive wheels, which lead in given circumstances to moments in the crankshaft and thus to disrupt the control of the internal combustion engine. For example, even a different adhesion of the wheels on a road to back moments lead. State variables applicable to such processes can be determined and also processed to compensate for disturbances in the control unit.
Weiterhin können angetriebene Elemente durch Nebenaggregate wie zum Beispiel Kraftstoffpumpen, Stromgeneratoren, Klimakompressoren und dergleichen oder Riementriebe, Nockenwellen, Verstelleinrichtungen und Ventiltriebe und dergleichen gebildet sein.Furthermore, driven elements may be formed by ancillaries such as fuel pumps, power generators, air conditioning compressors and the like or belt drives, camshafts, adjusting devices and valve trains and the like.
Neben der Zylindergleichstellung können folgende typische Steuerungsaufgaben des Steuergeräts beispielsweise durch den erfindungsgemäße Antriebsstrang und das zugehörige Verfahren verbessert werden:In addition to the cylinder equalization, the following typical control tasks of the control unit, for example, by the drive train according to the invention and the associated method can be improved:
Motorsteuerung mittels Motormomenten, - A -Motor control by means of engine torque, - A -
Signal, Validierung und Adaption eines echtzeitfähigen Motormomentmodells, Erkennung von in der Zylinderausgleichsregelung vorhandenen Verbrennungsaussetzern, Leerlauf regelung, Antiruckregelung, Lastschlag-Regelung,Signal, validation and adaptation of a real-time engine torque model, detection of combustion misfires present in the cylinder compensation control, idling control, anti-jerk control, load-stroke control,
Optimierung von Einspritz- und Zündwinkel, Optimierung der Einspritzmenge, Detektion und Adaption von Voreinspritzmengen, Regulierung und Adaption des Motorstarts, Regulierung und Adaption des Anfahrvorganges,Optimization of injection and ignition angle, optimization of injection quantity, detection and adaptation of pre-injection quantities, regulation and adaptation of engine start, regulation and adaptation of the starting process,
Bestimmung von Reibmomenten einer Kupplung zwischen Brennkraftmaschine und Getriebe,Determination of friction moments of a clutch between internal combustion engine and transmission,
Funktionsüberprüfung des Motorsteuergeräts, allgemeine Motordiagnose, verbesserte Regelung von Aggregaten im Antriebsstrang, beispielsweise Kupplung, Wandler, Getriebe aller Arten, Schlupfregelung der Kupplung, Schlupfregelung der Antriebsräder,Engine control unit performance check, general engine diagnostics, powertrain powertrain control, eg clutch, torque converter, all types of transmission, clutch slip control, slip control of drive wheels,
Steuerungsvorgänge bei Hybridanwendungen, Getriebeschutz,Control processes in hybrid applications, transmission protection,
Ermittlung des Brennraumdrucks einzelner Zylinder beziehungsweise Ermittlung eines dynamischen Mitteldrucks der Zylinder,Determination of the combustion chamber pressure of individual cylinders or determination of a dynamic mean pressure of the cylinders,
Analyse von Bauteilen von Antriebsaggregaten, wie beispielsweise Zweimassenschwungrad (Positionsbestimmungen von Bauteilen eines Zweimassenschwungrades).Analysis of components of drive units, such as dual-mass flywheel (position determination of components of a dual-mass flywheel).
Besonders vorteilhaft kann es sein, wenn beim Vorliegen mehrerer Zustandsgrößen diese in einem so genannten Zustandsraum zusammengefasst werden. Dabei ist unter einem Zustandraum eine Anzahl von Zustandgrößen zu verstehen, die jeweils von der Zeit abhängig sind und ein Übertragungssystem charakterisieren. Mit Hilfe dieser Zustandsgrößen können die zur Steuerung des Übertragungssystems notwendigen Ausgangsgrößen in Abhängigkeit von ebenfalls zeitabhängigen Eingangsgröße in der Annahme von bekannten Anfangswerten ermittelt beziehungsweise errechnet werden.It may be particularly advantageous if, in the presence of a plurality of state variables, these are combined in a so-called state space. In this case, a state space is to be understood as meaning a number of state variables which are each dependent on time and characterize a transmission system. With the aid of these state variables, the output variables necessary for controlling the transmission system can be determined or calculated in dependence on likewise time-dependent input variables in the assumption of known initial values.
Physikalisch betrachtetet beschreiben dabei die Zustandgrößen den Energieinhalt eines Systems, so dass neben den Gleichungen für die Abhängigkeit der Ausgangsgrößen von den Zustandsgrößen, den Eingangsgrößen und den Anfangswerten für die Anzahl der Zustands- größen entsprechend viele Differenzialgleichungen gebildet werden können, die das dynamische Verhalten der Zustandsgrößen wiedergeben.In terms of physics, the state variables describe the energy content of a system, so that in addition to the equations for the dependence of the output variables on the state variables, the input variables and the initial values for the number of state variables As many differential equations can be formed, which reflect the dynamic behavior of the state variables.
Vektoriell betrachtet können aus diesen beiden Gleichungssystemen im Falle der Linearität und Zeitinvarianz des Systems die Gleichungen als Matrizensysteme betrachtet werden, dessen einzelne Koeffizienten in den Elementen von Matrizen dargestellt und gerechnet werden können. Zur näheren Erläuterung der Behandlung von Zustandsraummodellen in der Mess- und Regeltechnik wird auf „Otto Föllinger, Regelungstechnik - Einführung in die Methoden und ihre Anwendung, 8.Auflage" verwiesen.From a vector perspective, in the case of linearity and time invariance of the system, the two systems of equations can be regarded as matrix systems whose individual coefficients can be represented and calculated in the elements of matrices. For a more detailed explanation of the treatment of state space models in measurement and control technology, reference is made to "Otto Föllinger, Control Engineering - Introduction to Methods and their Application, 8th Edition".
Mit Hilfe der auf diese Weise im Zustandsraum erstellten abhängigen Daten aus Zustands-, Eingangs-, und Ausgangsgrößen kann ein Zustandsraummodell entwickelt werden, das anhand von Modelldaten und/oder empirisch gewonnenen Daten des angetriebenen Elements identifiziert und validiert wird. Stimmen Zustandsraummodell und diese Daten überein, kann eine zeitnahe Kompensation des Motormomentes der Antriebseinheit, das durch den Einfluss des angetriebenen Elements gestört wird, zumindest teilweise erzielt werden.With the aid of the state, input, and output dependent data prepared in this way in the state space, a state space model can be developed that is identified and validated based on model data and / or empirically obtained data of the driven element. If state space model and these data match, a timely compensation of the engine torque of the drive unit, which is disturbed by the influence of the driven element, can be achieved at least partially.
Vorteilhafterweise werden als Eingangsgrößen Daten verwendet, die leicht messbar sind. Während das Messen von Momenten zur Momentenkorrektur der Antriebseinheit vergleichsweise kompliziert ist, hat sich herausgestellt, dass eine Verwendung von Drehzahlen besonders vorteilhaft sein kann. So können durch Inversion des Zustandsraummodelles aus Drehzahlen Ausgangsgrößen in der Dimension eines Momentes gewonnen werden. In vorteilhafter Weise werden zusätzlich Modelldaten der Antriebseinheit während der Identifikation des angetriebenen Elements aufgenommen, so dass als Ausgangsgrößen direkt das korrigierte Motormoment gewonnen werden, kann. Das korrigierte Motormoment kann auf diese Weise einer - wie oben anhand von typischen Anwendungsbeispielen erläuterten - großen Anzahl von Anwendungen einerseits im Betrieb eines Fahrzeugs mit einer Antriebseinheit als auch zur Diagnose des Motor- und/oder Antriebsstrangverhaltens eingesetzt werden.Advantageously, the input variables used are data that are easily measurable. While measuring momentum for torque correction of the drive unit is comparatively complicated, it has been found that use of rotational speeds can be particularly advantageous. Thus, by inversion of the state space model from rotational speeds output quantities in the dimension of a moment can be obtained. In an advantageous manner, additional model data of the drive unit are recorded during the identification of the driven element, so that the corrected engine torque can be obtained directly as output variables. The corrected engine torque can be used in this way - as explained above with reference to typical application examples - large number of applications on the one hand in the operation of a vehicle with a drive unit and for the diagnosis of engine and / or powertrain behavior.
Als besonders vorteilhaft hat sich die Anwendung des vorgeschlagenen Verfahrens für einen Antriebsstrang mit einer Antriebseinheit wie beispielsweise einer Brennkraftmaschine mit einer Kurbelwelle und einem darauf montierten Zweimassenschwungrad mit einem Primärteil, das auf der Kurbelwelle aufgenommen ist und einem Sekundärteil, wobei die beiden Teile aufeinander gelagert und entgegen der Kraft einer Federeinrichtung gegeneinander begrenzt und bezüglich der von der Kurbelwelle vorgegebenen Drehzahl relativ zueinander verdrehbar sind. Das Sekundärteil weist in der Regel eine Reibungskupplung auf, mittels derer das Sekundärteil und damit die Antriebseinheit an das in Wirkrichtung nachgeordnete Getriebe koppelbar ist. Es versteht sich, dass auch geänderte Ausführungsformen, bei denen eine elektrische Maschine parallel oder seriell zwischengeschaltet ist, sowie alle Formen von Nebenabtrieben von der Erfindung erfasst werden. Das Zweimassenschwungrad dient zur Schwingungsisolation der durch den Verbrennungsprozess einer Brennkraftmaschine generierten Oszillationen. In bestimmten Betriebszuständen, insbesondere bei einer Entspannung der komprimierten Federeinrichtung, ist das Zweimassenschwungrad in der Lage, Rückmomente auf die Brennkraftmaschine einzuleiten und durch eine nicht erkannte, kurzfristige Drehzahländerung das Steuerverhalten des Steuergerät zur Steuerung der Brennkraftmaschine zu stören, was zu besagten Wirkungen führen kann.Particularly advantageous is the application of the proposed method for a drive train with a drive unit such as an internal combustion engine with a crankshaft and a dual mass flywheel mounted thereon with a primary part, which is accommodated on the crankshaft and a secondary part, wherein the two parts are supported and opposed the force of a spring device are limited relative to each other and with respect to the predetermined speed of the crankshaft rotatable relative to each other. The secondary part generally has a friction clutch, by means of which the secondary part and thus the drive unit can be coupled to the downstream in the direction of action transmission. It is understood that also modified embodiments in which an electrical machine is connected in parallel or in series, as well as all forms of power take-offs are covered by the invention. The dual-mass flywheel serves for vibration isolation of the oscillations generated by the combustion process of an internal combustion engine. In certain operating conditions, in particular during a relaxation of the compressed spring device, the dual mass flywheel is able to initiate moments of retraction on the internal combustion engine and to disturb by an unrecognized, short-term speed change the control behavior of the control unit for controlling the internal combustion engine, which can lead to said effects.
Das Zweimassenschwungrad kann als Federeinrichtung Bogenfedern und/oder kurze Spiralfedern zur Bildung einer oder mehrerer Dämpferstufen aufweisen, wobei die Federn auch mittels weiterer Kraftspeicher wie Gummielementen kombinierbar und auf unterschiedlichen Durchmessern angeordnet werden können.The dual-mass flywheel may comprise bow springs and / or short spiral springs as spring means for forming one or more damper stages, wherein the springs can also be combined by means of further force accumulators such as rubber elements and arranged on different diameters.
Der Federeinrichtung kann eine Hystereseeinrichtung überlagert sein, die in Verbindung mit der Federeinrichtung zur Dämpfung beiträgt. Die Hystereseeinrichtung kann durch zwei oder mehrere, in nassem oder trockenem Reibkontakt zueinander stehenden Reibpartner gebildet sein, die aus axial oder radial zueinander liegenden, vorteilhafterweise vorgespannten Reibflächen gebildet sein können. Vorteilhafterweise kann eine fliehkraftabhängiger Reibkontakt während einer Relativverdrehung der beiden Teile, die jeweils eine vorgebbare Masse mit einem damit sich bei Drehung bildenden Trägheitsmoment aufweisen, dadurch erzeugt werden, dass sich über einen Umfang erstreckenden Federn, beispielsweise Bogenfedern, von einem Teil, beispielsweise dem Sekundärteil mitgenommen und an deren Außenradius unter Fliehkraft gegen eine radiale Abstützung des anderen Teils, beispielsweise dem Primärteil, ange- presst werden und damit bei einer Relativverdrehung der beiden Teile eine fliehkraftabhängige Hysteresekraft ausbilden, unter der die beiden Teile erschwert gegeneinander verdrehbar sind. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsbeispiele von Reibeinrichtungen können beispielsweise gegeneinander axiale verspannte Reibpartner sein, von denen primärseitig und der andere sekundärseitig drehfest oder mit Verdrehspiel angeordnet ist. Schwingungstechnisch wirkt das Zweimassenschwungrad als Tiefpassfilter zwischen Kurbelwelle und Getriebeeingangswelle mit einer typischen Abschwächung der Oszillationsampitude verbunden mit einer Phasenverschiebung der Schwingungsfrequenz. Wie oben bereits erwähnt muss bei einer Umformung des Zustandsraumes in ein Vektorgleichungssystem ein lineares Gleichungssystem vorliegen. In der Regel sind Differentialgleichungen von Systemmodellen, wie beispielsweise ein Zweimassenschwungrad, nicht linear. Besitzt jedoch die Regelstrecke ein näherungsweises lineares Verhalten in einem bestimmten Arbeitsbereich, lassen sich die Differentialgleichungen oftmals für diesen, ausreichend klein gewählten Arbeitsbereich linearisieren. Daraus können dann lineare Zustandsdifferentialglei- chungen und Ausgangswertgleichungen aufgestellt werden. Das Verhalten von Zweimassenschwungrädern, Insbesondere aufgrund der Bogenfedercharakteristik mit drehzahlabhängiger Hysterese, vorgespannten Federn und Freiwinkel der Hystereseeinrichtungen, kann nichtlinear sein. Erfindungsgemäß wird daher das Zweimassenschwungrad linearisiert, indem das Verhalten des Zweimassenschwungrades mittels physikalischer Zusammenhänge funktional dargestellt und anschließend an den zu verwendenden Arbeitspunkten differenziert wird. Besonders vorteilhaft kann eine weitere Methode der Linearisierung sein, mittels derer ein angenähertes lineares Modell zugrunde gelegt wird und ein Gültigkeitsbereich festgelegt wird, in dem ein auftretender Fehler eine vorgegebene Schranke nicht überschreitet. Die Auswahl eines solchen Modells kann stückspezifisch sein. Beispielsweise können im Extremfall Modelle als „Black-Box-Modelle" ausgestaltet sein, die das Ein- und Ausgangsverhalten sehr gut approximieren und kein physikalisches Vorwissen bezüglich der kinematischen Vorgänge erfordern. Im anderen Extrem kann die Modellierung eines Zustandsraums derart erfolgen, dass die Kinematik des Systems exakt beschreibende Gleichungen verwendet werden (White-Box- Modell). Die anschließende Identifizierung liefert dann unabhängig vom gewählten Modell die gewünschte Kompensation, indem die Variablen des Zustandsraums so gewählt werden, dass eine optimierte Übereinstimmung zwischen mit den empirisch oder modellgestützen Daten eines Zweimassenschwungrades und den Ein- und Ausgangsgrößen des Zustandsraum- modells erzielt wird.The spring device can be superimposed on a hysteresis device, which contributes in conjunction with the spring device for damping. The hysteresis device may be formed by two or more, in wet or dry rubbing contact with each other standing friction partners, which may be formed from axially or radially to each other, advantageously biased friction surfaces. Advantageously, a centrifugal force-dependent frictional contact during a relative rotation of the two parts, each having a predeterminable mass with an inertia thus forming upon rotation, be generated by the fact that over a circumference extending springs, such as bow springs, taken from a part, for example, the secondary part and at its outer radius under centrifugal force against a radial support of the other part, for example, the primary part, pressed and thus form a centrifugal force dependent hysteresis in a relative rotation of the two parts under which the two parts are difficult to rotate against each other. Further advantageous embodiments of friction devices may be, for example, against each other axial braced friction partners, of which the primary side and the other secondary side is arranged rotationally fixed or with torsional backlash. In terms of vibration, the dual-mass flywheel acts as a low-pass filter between the crankshaft and the transmission input shaft with a typical attenuation of the oscillation amplitude associated with a phase shift of the oscillation frequency. As already mentioned above, when the state space is transformed into a vector equation system, a system of linear equations must be present. In general, differential equations of system models, such as a dual mass flywheel, are not linear. However, if the controlled system has an approximate linear behavior in a certain working range, the differential equations can often be linearized for this sufficiently small selected working range. From this, linear state differential equations and output value equations can be established. The behavior of dual mass flywheels, in particular due to the bow spring characteristic with speed-dependent hysteresis, biased springs and clearance angle of the hysteresis, may be non-linear. According to the invention, therefore, the dual mass flywheel is linearized by the behavior of the dual mass flywheel is functionally represented by physical relationships and then differentiated to the operating points to be used. Particularly advantageous may be a further method of linearization, by means of which an approximated linear model is used and a range of validity is established in which an error occurring does not exceed a predetermined limit. The selection of such a model can be piece-specific. For example, in extreme cases, models may be designed as "black-box models" that very well approximate the input and output behavior and do not require any prior physical knowledge of the kinematic processes At the other extreme, the modeling of a state space can be such that the kinematics of the The subsequent identification then provides the desired compensation regardless of the model chosen, by choosing the variables of the state space such that there is an optimized match between the empirically or model-based data of a dual-mass flywheel and the input and output variables of the state space model is achieved.
In einem besonders vorteilhaften Ausgestaltungsbeispiel kann ein vereinfachtes Modell für ein Zweimassenschwungrad verwendet werden, das ein zwischen zwei Massen, nämlich einer mit der Antriebswelle verbundene Primärmasse und einer mit dem Abtrieb verbundenen Sekundärmasse, wirksames lineares Feder-/Dämpferelement beinhaltet. Die Zustandsgrößen dieses linearen Modells stimmen hierbei mit den nichtlinearen Zustandsgrößen eines in ausreichender Weise überein. Es versteht sich, dass die Wahl des Modells abhängig von der Art des Zweimassenschwungrades abhängig ist und dass abhängig von der Ausgestaltung des Zweimassenschwungrades - und im weiterem Sinne auch für jedes angetriebene Element - die entsprechenden Modelle (Black-Box-Modelle, Grey-Box-Modelle, White-Box-Modelle) in vorteilhafter Weise optimiert werden können. Für das vereinfachte Modell ergeben sich beispielsweise folgende Zusammenhänge:In a particularly advantageous embodiment example, a simplified model for a dual-mass flywheel may be used, which includes an effective linear spring / damper element between two masses, namely a primary mass connected to the drive shaft and a secondary mass connected to the output. The state variables of this linear model agree with the nonlinear state variables of one sufficiently. It goes without saying that the choice of the model depends on the type of dual-mass flywheel and, depending on the design of the dual-mass flywheel - and in the wider sense also for each driven element - the corresponding models (black box models, gray box Models, white box models) can be optimized in an advantageous manner. For the simplified model, for example, the following relationships arise:
JPn copή = M pri - c (α -asek) - d - (ω _ - ωsek) (1 )J Pn co p ή = M pri - c (α -a sec ) - d - (ω _ - ω sec ) (1)
undand
J sek ω sek = ~Msek + C ■ iCCpn ~ asek ) + d (ö _ - ω,e4 ) (2).J sec k ω sec = ~ M sec + C iCCpn ~ a sec) + d (ö _ - ω, e4 ) (2).
Dabei bezeichnen Jpn und J5^ die Trägheitsmomente der primären beziehungsweise sekundären Schwungmasse, Mpn und Msek die primäre beziehungsweise sekundäre Masse des Zweimassenschwungrades, c die Steifigkeit der zwischen den beiden Massen wirksamen Federelemente und d die Torsionsdämpfung der zwischen den beiden Massen wirksamen Dämpfungselemente, apn und asέk die Absolutwinkel der primären beziehungsweise sekundären Masse gegenüber der Kurbelwelle sowie deren nach der Zeit abgeleiteten Größen der Winkelgeschwindigkeiten ωpn und ωsek sowie der Winkelbeschleunigungen ώpn und ώsek .In this case, J pn and J 5 denote the moments of inertia of the primary and secondary flywheels, M pn and M sec the primary and secondary mass of the dual mass flywheel, c the stiffness of the spring elements acting between the two masses and d the torsional damping of the damping elements acting between the two masses , a pn and a sέk the absolute angles of the primary or secondary mass relative to the crankshaft and their derived from the time quantities of the angular velocities ω pn and ω sec and the angular acceleration ώ pn and ώ sec .
Werden der relative Winkel zwischen Primär- und Sekundärseite sowie die Drehgeschwindigkeiten beider Schwungmassen als Zustandsgrößen definiert, ergibt sich folgender Zustands- vektor:If the relative angle between the primary and secondary side and the rotational speeds of both flywheels are defined as state variables, the following state vector results:
Figure imgf000010_0001
Figure imgf000010_0001
Aus Gleichung (1) und Gleichung (3) ergibt sich folgende Zustandsraumdarstellung:
Figure imgf000011_0001
Equation (1) and equation (3) result in the following state space representation:
Figure imgf000011_0001
Der erfinderische Gedanken betreffend dieses Ausgestaltungsbeispiel sieht lediglich eine Auswertung anhand der Signale der Geschwindigkeiten ωpri und ωsek vor, so dass der Ausgangsvektor y folgende Gestalt erhält:The inventive idea relating to this exemplary embodiment provides only an evaluation based on the signals of the velocities ω pri and ω sec , so that the output vector y is given the following form:
Figure imgf000011_0002
Figure imgf000011_0002
Es versteht sich, dass im Falle weiterer Messgrößen wie zum Beispiel der Erfassung von Beschleunigungen, Winkel, und Drehmomenten der Ausgangsvektor andere Gestalt annehmen kann.It is understood that in the case of other parameters, such as the detection of accelerations, angles, and torques, the output vector can take different forms.
Ist ein wie beispielsweise oben gezeigter Zustandsraum erstellt, erfolgt die Identifizierung für das zu kompensierende angetriebene Element, beispielsweise einem Zweimassenschwungrad. Erfindungsgemäß wird hierzu eine Auswahl physikalischer Eingangsgrößen ermittelt, die zur Bestimmung der geschätzten Ausgangsgrößen hinreichend sind. Es hat sich erwiesen, dass eine Auswahl irrelevanter und redundanter Daten zu unnötig komplexen Berechnungen führt und das Fehlen relevanter Eingangsgrößen zu einem Mangel an Eindeutigkeit der Ausgangsgrößen führen kann.If a state space, as shown for example above, is created, the identification takes place for the driven element to be compensated, for example a dual-mass flywheel. According to the invention, a selection of physical input variables is determined for this purpose, which are sufficient for determining the estimated output variables. It has been found that a selection of irrelevant and redundant data leads to unnecessarily complex calculations and the lack of relevant input variables can lead to a lack of unambiguousness of the output variables.
Vorteilhaft kann beispielsweise sein, wenn aus einer Modellrechnung und/oder aus empirischen Versuchen vorliegende Daten einem Ausreißertest, beispielsweise einem Medianfilter, unterzogen werden. Weiterhin kann es vorteilhaft sein, die Eingangsgrößen zu filtern beispielsweise mittels eines Butterworth-Tiefpassfilters. Bei derartigen frequenzselektiven Filtern wird eine Grenzfrequenz vorgegeben, bis zu der Signale nahezu unverändert durchgelassen werden. Höher frequente Signalanteile werden stark gedämpft. Es versteht sich, dass ange- passt an ein auftretendes Rauschen in den Eingangsgrößen zusätzlich oder alternativ weitere vorteilhafte Filter eingesetzt werden können.It can be advantageous, for example, if data from a model calculation and / or from empirical tests are subjected to an outlier test, for example a median filter. Furthermore, it may be advantageous to filter the input variables, for example by means of a Butterworth low-pass filter. In such frequency-selective filters a cutoff frequency is specified up to which signals are transmitted almost unchanged. Higher-frequency signal components are strongly attenuated. It goes without saying that, in addition to or as an alternative, further advantageous filters can be used, adapted to an occurring noise in the input variables.
Zur weiteren Identifizierung eines angetriebenen Elements, wie hier des Zweimassenschwungrades, muss die Ordnung des linearen Zustandsraummodells festgelegt werden. Vorteilhafterweise hat sich für das elementare Zweimassenschwungrad die Ordnung n=3, wobei sich die Ordnungszahl aus der Anzahl der Zustandsgrößen ergibt, bewährt, mittels derer ein ideales Feder-/ Dämpferelement beschrieben werden kann. Die Festlegung der Ordnung muss in der Regel für jedes angetriebene Element und dem zu Grunde liegenden Modell separat erfolgen.To further identify a driven element, such as here the dual mass flywheel, the order of the linear state space model must be determined. Advantageously, the order n = 3 for the elementary dual-mass flywheel, the ordinal number resulting from the number of state variables, proved by means of which an ideal spring / damper element can be described. The determination of the order must usually be made separately for each driven element and the underlying model.
Nach der Ermittlung der Systemordnung muss das gewöhnlicherweise zeitkontinuierliche System in ein äquivalentes zeitdiskretes System umgewandelt werden. Das heißt, am Beispiel des Zweimassenschwungrades liegt auf Grund der eingegebenen Daten eine Zustandsraum- darstellung vor, die anschließend in ein zeitdiskretes Zustandsraummodell überführt werden muss. Hierzu kann vorteilhafter Weise eine numerische Auswertung der allgemeinen Lösungen der Zustandsdifferenzialgleichung erfolgen oder eine numerische Integration der Zu- standsdifferenzialgleichung mittels numerischer Integrationsverfahren. Zur Bestimmung des diskretisierten Modells und deren Größen kann anschließend ein so genannter Least-Square- Schätzer angewendet werden, bei dem aus einer Anzahl von n Messungen die Abstände zwischen den Ausgangsgrößen eingestellt, vorzugsweise minimiert werden. Die Durchführung der Routine führt anschließend zu den in der Gleichung (4) definierten Parametern c, d, Jprj, JSek, das heißt, das Zweimassenschwungrad mit seinem realen Verhalten wird auf das Modell abgebildet, es wird identifiziert. Eine anschließende Validierung des zu Grunde gelegten Modells kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass mit den gewonnenen Parametern das Modell bei vorgegebenen Drehungleichförmigkeiten gerechnet und mit einem realen Verhalten eines Zweimassenschwungrades bei denselben Drehungleichförmigkeiten verglichen wird. An dieser Stelle können an dem Modell bei großen Abweichungen noch Korrekturen angebracht werden.After determining the system order, the usually continuous-time system must be converted into an equivalent discrete-time system. In other words, using the example of the dual-mass flywheel, a state space representation is present based on the data entered, which must then be converted into a time-discrete state space model. For this purpose, advantageously, a numerical evaluation of the general solutions of the state differential equation or a numerical integration of the state differential equation by means of numerical integration methods. To determine the discretized model and its variables, a so-called least-square estimator can then be used in which the distances between the output variables are set, preferably minimized, from a number of n measurements. The execution of the routine then leads to the parameters c, d, J prj , J S e k defined in equation (4), that is, the dual-mass flywheel with its real behavior is mapped onto the model, it is identified. A subsequent validation of the underlying model can, for example, be carried out by calculating the model with given rotational irregularities and comparing it with a real behavior of a dual mass flywheel with the same rotational nonuniformities. At this point corrections can still be made to the model if there are major deviations.
Ein auf diese Weise erstelltes Modell eines angetriebenen Elements kann nunmehr im Steuergerät hinterlegt werden, und entsprechende Ausgangsgrößen können in die Motorsteuerung eingeführt werden. Am Beispiel des Zweimassenschwungrades wird eine Schätzung der pri- mären bzw. sekundären Drehzahl der jeweiligen Schwungmassen durch Vorgabe von Motorbzw. Lastmomenten erfolgen. In der Regel sind Drehmomente in einem Kraftfahrzeug nur mit einem vergleichsweise hohen Aufwand messbar, so dass nach dem erfinderischen Gedanken eine Invertierung des Zustandsraummodells von Vorteil ist. Bei der Invertierung stellen anschließend die Eingangsgrößen des invertierten Systems die Drehzahlen der primären und sekundären Schwungmasse dar, während die Ausgangsgrößen Momentenwerte des Motors bzw. Lastmomentenwerte wiedergeben. Auf diese Weise kann mittels einfacher Sensorik, beispielsweise mittels Drehzahlgebern, an der primären und sekundären Schwungmasse das induzierte Motormoment bestimmt werden. Es ist daher möglich, das als Sollgröße ausgegebene Motormoment mit diesem induzierten Motormoment so zu kompensieren, dass der Einfluss des Zweimassenschwungrades auf den Motor zumindest teilweise eliminiert werden kann. Es versteht sich, dass ein derartiges invertiertes Modell zuvor auf Invertierbarkeit überprüft und anschließend wieder validiert werden sollte. Dabei kann das vom Antriebsstrang auf die sekundäre Seite des ZMS wirkende Last auf analoge weise bestimmt werden, wodurch eine Schätzung des Lastmoments am ZMS erzielt werden kann.A model of a driven element created in this way can now be stored in the control unit, and corresponding output variables can be introduced into the engine control. Using the example of the dual-mass flywheel, an estimate of the primary or secondary speed of the respective flywheels by specifying Motorbzw. Load moments take place. As a rule, torques in a motor vehicle can only be measured with a comparatively high outlay, so that according to the inventive idea an inversion of the state space model is advantageous. During inversion, the input variables of the inverted system then represent the rotational speeds of the primary and secondary flywheel mass, while the output variables represent torque values of the engine or load torque values. In this way, the induced motor torque can be determined by means of simple sensors, for example by means of speed sensors, to the primary and secondary flywheel. It is therefore possible to compensate the engine torque output as a setpoint with this induced engine torque in such a way that the influence of the dual mass flywheel on the engine can be at least partially eliminated. It is understood that such an inverted model should first be checked for invertibility and then re-validated. In this case, the load acting on the secondary side of the DMF by the drive train can be determined in an analogous manner, as a result of which an estimate of the load torque at the DMF can be achieved.
Ein vorteilhaftes Ausgestaltungsbeispiel der Erfindung ist neben der Kompensation des durch das Verhalten eines Zweimassenschwungrades gestörten Motormoments eine stationäre Rekonstruktion des Motormoments zur Zylindergleichstellung. Hierzu kann nötig werden, ein so genanntes Konfidenzintervall, in dem vertrauenswürdige Daten ermittelt und berechnet werden, des Modells zu erweitern, indem das Zweimassenschwungrad mittels so genannten lokalen linearen Modellen (LoLiMoT) angewandt werden. Dabei beschreibt das Konfidenzintervall den Arbeitsbereich um den lokalen Identifikationsarbeitspunkt, in welchem das Modell noch ausreichend gute Ergebnisse liefert. Durch Verwendung von lokalen linearen Neuro-Fuzzy- Modellen werden komplexe Modellierungsprobleme in zahlreiche kleinere und dadurch einfachere Untersysteme zerlegt, die wiederum durch lineare Teilmodelle beschrieben werden können. Zur Anwendung und Durchführung von oben genannten Filtersystemen sowie dem LoLiMoT-Modell sei auf U. Kiencke / H. Jäkel „Signale und Systeme", 3. Auflage Verlag Ol- denbourg verwiesen.An advantageous embodiment of the invention is in addition to the compensation of the disturbed by the behavior of a dual mass flywheel engine torque a stationary reconstruction of the engine torque for cylinder equalization. For this purpose, it may be necessary to extend a so-called confidence interval, in which trusted data are determined and calculated, of the model by applying the dual-mass flywheel by means of so-called local linear models (LoLiMoT). The confidence interval describes the work area around the local identification work point, in which the model still provides sufficiently good results. By using local linear neuro-fuzzy models, complex modeling problems are broken down into many smaller and therefore simpler subsystems, which in turn can be described by linear submodels. For the application and implementation of the above mentioned filter systems as well as the LoLiMoT model, please refer to U. Kiencke / H. Jäkel "Signals and Systems", 3rd edition Verlag Oldenburg.
Nach der Rekonstruktion des Motormoments (indiziertes Motormoment) kann dieses erfindungsgemäß zur Berechnung eines Arbeitsfehlers beziehungsweise Residuums einzelner Zylinder herangezogen werden. Es steht dadurch ein von den Einflüssen des angetriebenen E- lements unabhängiger beziehungsweise ein bezüglich dessen Einflüssen kompensierter Momentenwert zur Verfügung. Eine Bestimmung der Residuen der einzelnen Zylinder erfolgt in vorteilhafter Weise aus der Momentenbilanz des Motors, wobei das nach zuvor beschriebener Weise indizierte Motormoment verwendet wird.After the reconstruction of the engine torque (indicated engine torque), this invention can be used to calculate a working error or residual of individual cylinders. As a result, a torque value independent of the influences of the driven element or compensated for its influence is available. A determination of the residuals of each cylinder is done in Advantageously, from the torque balance of the engine, wherein the indicated in the manner described above engine torque is used.
Beispielsweise kann ein typischer Arbeitsfehler, ein Residuum Rj für den Zylinder i einer Hubkolbenmaschine aus den allgemeinen Formeln zur Berechnung des indizierten Motormomentes MMotor hergeleitet werden:For example, a typical operating error, a residual Rj for the cylinder i of a reciprocating engine can be derived from the general formulas for calculating the indicated engine torque M motor :
Das indizierte Motormoment MMot<x, rek setzt sich aus dem Gasmoment MGas, dem Massenmoment MMass dem Ventilmoment Mventn und dem Reibmoment MRejb zusammen. Teilt man das Motormoment nun in seine Einzelmomente auf, so ergibt sich:The indicated engine torque M Mot < x, r e k is composed of the gas torque M gas , the mass torque M Mass the valve torque Mv e ntn and the friction torque M Re jb together. Dividing the engine torque into its individual moments, the result is:
M ' Motor = MGas ~ M ' Mass ~ ^Ventil ~ MRcib (6) M ' Motor = M Gas ~ M ' Mass ~ ^ Valve ~ M Rcib (6)
Um die Arbeit des /-ten Zylinders zu berechnen, wird das Motormoment über das zylinderzugehörige Kurbelwellensegment integriert. Ot1 entspricht dabei dem Zentrum des Verbrennungsprozesses des Zylinders /.To calculate the work of the / -th cylinder, the engine torque is integrated via the cylinder-associated crankshaft segment. Ot 1 corresponds to the center of the combustion process of the cylinder.
)da
Figure imgf000014_0001
)there
Figure imgf000014_0001
Bei einem Vierzylinder-Motor wird exemplarisch über 180 ° Kurbelwellenwinkel (KWW) integriert, d.h. vom oberen Totpunkt (OT) bis zum unteren Totpunkt (UT), wobei der untere Totpunkt des /-ten Zylinders dem oberen Totpunkt des / + 1-ten Zylinders entspricht. Damit ergibt sich:In a four-cylinder engine, over 180 ° crankshaft angle (KWW) is exemplarily integrated, i. from top dead center (TDC) to bottom dead center (TDC), where the bottom dead center of the / -th cylinder corresponds to the top dead center of the / + 1-th cylinder. This results in:
-MMass -MVentil -MReib)da (8)
Figure imgf000014_0002
-M Mass -M Valve -M Friction ) da (8)
Figure imgf000014_0002
In einem stationären Arbeitspunkt sind sowohl das Massenmoment als auch das Ventilmoment über 18O0KlAW mittelwertfrei. Es gilt:
Figure imgf000015_0001
und
In a steady-state operating point, both the mass moment and the valve torque over 18O 0 KlAW are mean-free. The following applies:
Figure imgf000015_0001
and
Figure imgf000015_0002
Figure imgf000015_0002
Das Massenmoment MMass (ω) ist stark drehzahlabhängig. In hohen Drehzahlbereichen (ab ca. 3000 U/min) gelangt das Massenmoment sogar in die Größenordnung des Verbrennungsmoments MGas Während eines Beschleunigungsvorgangs ist Gleichung (9) auf Grund der Drehzahlabhängigkeit des Massenmoments nicht gültig. Allerdings ändert sich die mittlere Drehzahl innerhalb 1800K-IzVWnJcM signifikant. Bei einer mittleren Drehzahl von z. B. 800 U/min dreht sich die Kurbelwelle innerhalb von 0,0375 Sekunden um 18O0KWW. In diesem kleinen Zeitfenster ändert sich die Drehzahl während eines Beschleunigungsvorgangs nur unwesentlich. Das IntegralThe mass moment M Mass (ω) is strongly speed-dependent. In high speed ranges (from approx. 3000 rpm), the mass moment even reaches the magnitude of the combustion torque M Gas During an acceleration process, equation (9) is not valid due to the speed dependence of the mass moment. However, the average speed changes significantly within 180 0 K-IzVWnJcM. At a medium speed of z. B. 800 rpm, the crankshaft rotates within 0.0375 seconds by 18O 0 KWW. In this small time window, the speed changes only insignificantly during an acceleration process. The integral
Figure imgf000015_0003
Figure imgf000015_0003
ist daher auch während eines Beschleunigungsvorgangs vernachlässigbar gegenüber dem Integral des Verbrennungsmoments und des Reibmoments. Damit ergibt sich das Integral aus Gleichung 8 in einem stationären Arbeitspunkt zuis therefore negligible even during an acceleration process relative to the integral of the combustion torque and the friction torque. This results in the integral of equation 8 in a stationary operating point
Figure imgf000015_0004
Figure imgf000015_0004
Gleichung 12 gilt, wie oben schon beschrieben, näherungsweise auch für Beschleunigungsvorgänge. Damit ergibt sich für die Arbeit folgender Zusammenhang: lV Motor J or(/) - Yv Gas \θT(i)
Figure imgf000016_0001
(13)
Equation 12 applies, as already described above, approximately also for acceleration processes. This results in the following relationship for the work: lV engine J or (/) - Y v gas \ θT (i)
Figure imgf000016_0001
(13)
Vereinfacht geschrieben erhält man:Simplified written gives you:
W vv Motor, i - ~ W π Gas,i - W rv Rc ibJ (14)W vv engine, i - ~ W π gas, i - W rv Rc ibJ (14)
Die Verbrennungsarbeit des Zylinders i(Wβas,ι) kann in eine Referenzarbeit (WQaSιRef) und in einen Arbeitsfehler das Zylinders i (AWGas ι ) aufgeteilt werden. Die Referenzarbeit ist dabei für jeden Zylinder identisch. Damit erhält man:The combustion work of the cylinder i (Wβ as , ι) can be divided into a reference work (WQ aSιRef ) and a working error the cylinder i (AW gas ι ). The reference work is identical for each cylinder. This gives you:
W1 Gas,i - ψ π Gas, Re f + ^ 1A^W VV Gas, i (15)W 1 gas, i - ψ π gas, Re f + ^ 1 A ^ W VV gas, i (15)
Die Summe aller Arbeitsfehler muss Null sein, da ein vorher eingestellter stationärer Arbeitspunkt durch das Auftreten von Verbrennungsungleichheiten nicht verlassen wird. Es gilt daher die Bedingung:The sum of all work errors must be zero, since a previously set stationary operating point is not left by the occurrence of combustion inequalities. The condition therefore applies:
Figure imgf000016_0002
Figure imgf000016_0002
Die mittlere Arbeit eines Zylinders, errechnet aus der Arbeit eines kompletten Arbeitsspiels, ergibt sich mit den Gleichungen (14), (15) und (16) zu:The average work of a cylinder, calculated from the work of a complete work cycle, is given by equations (14), (15), and (16):
WMotor,Mittel = (17)
Figure imgf000016_0003
W motor , M i tt e l = (17)
Figure imgf000016_0003
) (18)
Figure imgf000016_0004
) (18)
Figure imgf000016_0004
Figure imgf000016_0005
In einem stationären Arbeitspunkt ergibt sich die mittlere Reibarbeit zu:
Figure imgf000016_0005
In a stationary operating point, the average friction work results in:
l 1 4 l 1 4
4 . y ^ w Re ιb , i = W Re ib J (20) 4 . y ^ w Re ιb, i = W Re ib J (20)
/ = 1/ = 1
Da das Reibmoment im Allgemeinen drehzahlabhängig ist, gilt Gleichung (20) während eines Beschleunigungsvorgangs nicht. Allerdings ändert sich die Reibung bei einer Beschleunigung in einem Arbeitsspiel [7200KWW) nicht signifikant. Gleichung (20) kann daher näherungsweise während eines Beschleunigungsvorgangs angenommen werden.Since the friction torque is generally speed-dependent, equation (20) does not apply during an acceleration process. However, the friction does not change significantly during acceleration in a working cycle [720 0 KWW]. Therefore, equation (20) can be approximately assumed during an acceleration operation.
Damit ergibt sich die mittlere Arbeit in einem stationären Arbeitspunkt und näherungsweise auch in Beschleunigungsvorgängen zu:This results in the average work in a stationary operating point and approximately also in acceleration operations to:
γγ Motor, Mittel ~ γy Gas.. ,Re f γγ ReibJ (21 )γ γ engine, mean ~ γy gas .., Re f γγ frictionJ (21)
Aus den Gleichungen 14, 15 und 21 lässt sich nun der absolute Arbeitsfehler berechnenFrom the equations 14, 15 and 21 can now calculate the absolute work error
^ K W π Motor ,i = W vv Motor ,MMeI^ KW π engine, i = W vv engine, MMeI
- W VV Gas ,i - W γv Re ib,i -
Figure imgf000017_0001
- W vy Re ib,i ) )
- W VV gas, i - W γv Re ib, i -
Figure imgf000017_0001
- W vy Re ib, i))
~ - W vr Gas,i - W Gas, Re f ~ - W vr Gas, i - W Gas, Re f
- ~~ W π Gas, Re / + ^ 1K^W γγ Gas,i — W π Gas, Re /- ~~ W π gas, Re / + ^ 1 ^ K W γγ gas, i - W π gas, Re /
= Δ W Gas j (22)= Δ W gas j (22)
Ersetzt man WMotor;, und WMotor.Ref durch die korrespondierende Integrale, so erhält man für den absoluten ArbeitsfehlerReplacing W Motor ;, and W M o t o r . Ref by the corresponding integrals, one obtains for the absolute working error
ππ
Δ W r Motor ,i = Δ W Gas ,i = \M ' Motor d(X ~ ^ \M Motor da (23) a. π 0 Δ W r motor, i = Δ W gas, i = \ M ' motor d (X ~ ^ \ M motor da (23) a. Π 0
' 2 Bezieht man nun den absoluten Arbeitsfehler auf die Referenzarbeit, so erhält man den relativen Fehler, das so genannte Residuum2 If we now refer the absolute error of work to the reference work, one obtains the relative error, the so-called residuum
AW, Gas,iAW, gas, i
R, =R, =
W1 (24)W 1 (24)
Gas, Re /Gas, re /
Die die Referenzarbeit errechnet sich aus der zugeführten Brennstoffenergie und ergibt sich somit zuThe reference work is calculated from the fuel energy supplied and thus results in too
WGas^f = n ' QßMf = 7I - 11U - mB,Ref • (25) W Gas ^ f = n ' QßMf = 7 I - 11 U - m B, Ref • (25)
Damit ergibt sich nun das gesuchte Residuum aus dem indizierten Motormoment MMotor:This results in the desired residual from the indexed engine torque M Mo t or :
Λ; — da (26)
Figure imgf000018_0001
Λ; - there (26)
Figure imgf000018_0001
Gleichung (26) gilt für einen stationären Arbeitspunkt. Wie obige Betrachtungen zeigen, liefert die Residuenberechnung nach Gleichung (26) auch in Beschleunigungsvorgängen hinreichend genaue Ergebnisse.Equation (26) holds for a stationary operating point. As the above considerations show, the residual computation according to equation (26) also provides sufficiently accurate results in acceleration operations.
Mithilfe dieser Berechnung der Arbeitsfehler einzelner, mehrerer oder aller Zylinder können - soweit notwendig - im darauf folgenden Arbeitstakt die entsprechenden Zylinder korrigiert werden. In speziellen Fällen und besonders ausgestalteten Motorkonzepten kann es auch vorteilhaft sein, zur Verbesserung des Gleichlaufs der Antriebswelle ein für einen Zylinder gewonnenes Residuum auch zur Kompensation der Befeuerung anderer Zylinder heranzuziehen, insbesondere wenn die Zylinder in ihrer Zündfolge einander so zugeordnet sind, dass ein Momentenausgleich an der Antriebswelle stattfinden kann.By means of this calculation of the working errors of individual, several or all cylinders, the corresponding cylinders can be corrected, if necessary, in the next working cycle. In special cases and particularly designed engine concepts, it may also be advantageous to use a residuum obtained for a cylinder to improve the synchronization of the drive shaft also for the compensation of the firing of other cylinders, in particular if the cylinders are assigned in their firing order to one another such that a torque compensation the drive shaft can take place.
Die Erfindung wird an Hand der Figuren 1 bis 3 näher erläutert. Hierzu zeigenThe invention will be explained in more detail with reference to Figures 1 to 3. Show this
Figur 1 : Ein erfindungsgemäßer Ablauf einer Regelung, Figur 2: eine am Beispiel eines Zweimassenschwungrades erläuterte Erstellung einesFIG. 1 shows an inventive sequence of a control; Figure 2: an example of a dual mass flywheel explained creation of a
ZustandsraummodellesState space model
undand
Figur 3 eine schematisches Ausgestaltungsform eines Ablaufs zur Zylindergleichstellung.FIG. 3 shows a schematic embodiment of a procedure for cylinder equalization.
In der Figur 1 ist ein beispielhafter Ablauf für die erfindungsgemäße Regelung 1 dargestellt. In Block 2 wird ein Sollwert für die Regelung 1 bereitgestellt, der als Anfangswert von einer Motorsteuerung errechnet und ausgegeben werden kann. Der Sollwert kann im Falle einer Brennkraftmaschine das Wunschmoment sein, das ein Fahrer mittels des Fahrpedals vorgibt. Entsprechend kann dieses Wunschmoment in Abhängigkeit von weiteren Parametern, wie beispielsweise Motorkennzahlen, im Getriebe eingelegtem Gang, Betriebssituation des Fahrzeugs, Fahrbahnbeschaffenheit und dergleichen eingestellt werden. In Block 3 wird der Sollwert 2 auf eine Regelstrecke angewandt, die die Brennkraftmaschine sowie nachgeordnete Teile wie beispielsweise eine Kupplung, ein Zweimassenschwungrad oder Antriebsstrang bau- teile wie Nebenaggregate und nachfolgende Getriebe umfassen kann. Am Beispiel eines Zweimassenschwungrades wird das an die Brennkraftmaschine abgegebene Sollmoment insbesondere neben anderen Störungseinflüssen durch weitere Komponenten des Antriebsstranges durch das Zweimassenschwungrad durch dessen momentenabhängige Verdrehung der beiden Schwungmassen gegeneinander gestört, so dass zur Kompensation der Störung erfindungsgemäß im Block 5 ein Zustandsraummodell zur Kompensation der Störungen integriert wird.FIG. 1 shows an exemplary sequence for the control 1 according to the invention. In block 2, a setpoint for the control 1 is provided, which can be calculated as an initial value from a motor controller and output. In the case of an internal combustion engine, the desired value may be the desired torque which a driver prescribes by means of the accelerator pedal. Accordingly, this desired torque depending on other parameters, such as engine characteristics, gear engaged gear, operating condition of the vehicle, road conditions and the like can be adjusted. In block 3, the setpoint value 2 is applied to a controlled system, which may comprise the internal combustion engine and downstream parts such as, for example, a clutch, a dual mass flywheel or drive train components, such as ancillary units and subsequent transmissions. Using the example of a dual-mass flywheel, the target torque delivered to the internal combustion engine is disturbed by other components of the drive train through the two-mass flywheel by its torque-dependent rotation of the two masses against each other, so that in accordance with the invention, a state space model to compensate for the interference integrated to compensate for the disorder in block 5 becomes.
Die Erstellung eines Zustandsraummodells wird unter Figur 2 näher erläutert. Zum Betrieb des Zustandsraummodells werden aus der Regelstrecke 3 Eingangsgrößen ermittelt und im Zustandsraummodell verarbeitet. Eingangsgrößen können erfindungsgemäß alle Größen sein, die beispielsweise als Erfassungsdaten dem Steuergerät zur Verfügung stehen. So kann beispielsweise das Steuergerät auf einem so genannten CAN-Bus zur Verfügung stehen, nämlich Daten wie Drehzahlen, Beschleunigungen, Strom- und Spannungswerte und dergleichen. Zur Kompensation des Verhaltens des Zweimassenschwungrades kann es insbesondere vorteilhaft sein, auf Signale zurückzugreifen, die die Drehzahl der Primär- und Sekundärmasse erfassen, wobei auch deren abgeleitete Größen wie Drehzahlbeschleunigungen und Winkelgeschwindigkeiten zur Auswertung vorteilhaft sein können. Nach Durchlaufen des Zustandsraummodells 5 werden durch dieses im Block 6 Ausgangsgrößen ausgegeben, die ausgelesen und über einen geeigneten Signalweg 7 zur Korrektur des Sollwertes 2 herangezogen werden können. Es versteht sich, dass eine derartige Regelroutine seriell oder parallel zu weiteren Regelungsroutinen in einem Steuergerät, beispielsweise mittels eines Mikroprozessors, berechnet werden können.The creation of a state space model is explained in more detail in FIG. For operating the state space model, input variables are determined from the controlled system 3 and processed in the state space model. In accordance with the invention, input quantities can be all quantities that are available to the control unit as detection data, for example. For example, the control unit may be available on a so-called CAN bus, namely data such as speeds, accelerations, current and voltage values and the like. To compensate for the behavior of the dual mass flywheel, it may be particularly advantageous to resort to signals that detect the rotational speed of the primary and secondary mass, with their derived variables such as speed accelerations and angular velocities can be advantageous for evaluation. After passing through the state space model 5 output variables are output by this in the block 6, which can be read out and used via a suitable signal path 7 to correct the setpoint value 2. It is understood that such a control routine can be calculated serially or in parallel with other control routines in a control unit, for example by means of a microprocessor.
An Hand eines Beispiels eines typischen angetriebenen Elements in Form eines Zweimassenschwungrades wird die Erstellung eines Zustandsraummodells 5 der Figur 1 in Figur 2 näher erläutert.With reference to an example of a typical driven element in the form of a dual mass flywheel, the creation of a state space model 5 of Figure 1 in Figure 2 is explained in more detail.
Als Basis für die mathematische und physikalische Beschreibung eines Zweimassenschwungrades können einerseits in Block 10 Modelldaten herangezogen werden, die aus Berechnungsprogrammen gewonnen werden, wobei entsprechende Simulationsdaten des realen Zweimassenschwungrades zu Grunde gelegt werden. Anderseits können alternativ oder zusätzlich in Block 11 experimentelle Daten einem in Block 12 dargestellten Datensatz für das entsprechende Zweimassenschwungrad bereitgestellt werden, wobei diese Daten aus Prüf- standsversuchen mit einem realen Zweimassenschwungrad gewonnen werden können.As a basis for the mathematical and physical description of a dual-mass flywheel on the one hand, model data can be used in block 10, which are obtained from calculation programs, whereby corresponding simulation data of the real dual-mass flywheel are used as a basis. On the other hand, alternatively or additionally, experimental data may be provided in block 11 to a data set for the corresponding dual-mass flywheel shown in block 12, wherein these data can be obtained from test bench trials with a real dual-mass flywheel.
Aus der Beurteilung der Daten in Block 12 wird in Block 13 ein Zustandsraummodell entwickelt, welches das Zweimassenschwungrad in den für einen Zustandsraum vorgegebenen Bedingungen abbildet. Beispielsweise müssen zur mathematischen Behandlungen des Zu- standsraumes lineare Gleichungssysteme vorliegen.From the evaluation of the data in block 12, a state space model is developed in block 13 which maps the dual mass flywheel in the conditions specified for a state space. For example, linear equation systems must be available for the mathematical treatment of state space.
Mit Hilfe der in Block 12 vorhandenen Daten und zusätzlich in Block 15 vorhandenen Daten eines Motormodells, beispielsweise Kennfelder von einer Brennkraftmaschine, wird das im Zustandsraum 13 befindliche Zweimassenschwungrad identifiziert, das heißt, im Zustands- , räum befindliche Koeffizienten werden so angepasst, dass eine möglichst große Annäherung zwischen realen Messdaten des Zweimassenschwungrades abhängig von fluktuierenden Momenten der Brennkraftmaschine und einem realen Verhalten des Zweimassenschwungrades bei denselben Brennkraftmaschinenbedingungen resultieren.With the help of existing in block 12 and additionally present in block 15 data of an engine model, such as maps of an internal combustion engine, located in the state space 13 dual mass flywheel is identified, that is, in state, spatial coefficients are adjusted so that as possible great approximation between real measured data of the dual mass flywheel depending on fluctuating moments of the internal combustion engine and a real behavior of the dual mass flywheel result in the same engine conditions.
Ist das Zweimassenschwungrad identifiziert, so wird es im anschließenden Block 16 validiert. Die Validierung ermittelt die Systemgenauigkeit des Zustandsraums und ermittelt die Grenzbedingungen der Anwendbarkeit des Modells. Zur Validierung in Block 16 können ebenfalls Motordaten aus Block 15 herangezogen werden. Zur Gewinnung von Ausgangsgrößen, die bezüglich ihrer Dimension mit dem Sollwert übereinstimmen und gleichzeitig auf einfachen Eingangsgrößen beruhen, kann es besonders vorteilhaft sein, in Block 17 eine so genannte Invertierung durchzuführen. Ursprünglich werden Zustandsraummodelle in Energieeinheiten aufgestellt, wobei Eingangsgrößen in der Dimension von Momenten eingegeben werden und ein entsprechendes Verhalten des Zweimassenschwungrades in Differenzdrehzahlen der beiden Schwungmassen resultiert. Um eine umständliche Ermittlung von messbaren Momenten in einer realen Umgebung wie in einem Kraftfahrzeug zu vermeiden, ist es insbesondere im Falle der Ermittlung von Störgrößen eines Zweimassenschwungrades von Vorteil, den in Block 13 modellierten Zustandsraum in Block 17 zu invertieren. Dies bedeutet, dass als Eingangsgrößen nunmehr die entsprechenden Drehzahlen bzw. deren abgeleitete Größen des Zweimassenschwungrades als Eingangsgröße für das Zustandsraummodell verwendet werden, und damit als Ausgangsgrößen induzierte Motormomente bzw. Störmomente zur Verfügung stehen. Es versteht sich, dass ein derartig invertiertes Modell ebenfalls auf mathematische Funktion (vorzugsweise Stabilität) zu überprüfen und zu validieren ist.If the dual mass flywheel is identified, it is validated in the subsequent block 16. The validation determines the system accuracy of the state space and determines the boundary conditions of the applicability of the model. Motor data from block 15 can also be used for validation in block 16. In order to obtain output variables which correspond in terms of their dimension to the desired value and at the same time are based on simple input variables, it may be particularly advantageous to perform a so-called inversion in block 17. Originally, state space models are set up in energy units, whereby input variables in the dimension of moments are input and a corresponding behavior of the dual mass flywheel results in differential rotational speeds of the two flywheel masses. In order to avoid a cumbersome determination of measurable moments in a real environment such as in a motor vehicle, it is particularly in the case of determining disturbance variables of a dual mass flywheel advantageous to invert the state space modeled in block 13 in block 17. This means that the corresponding rotational speeds or their derived variables of the dual-mass flywheel are now used as input variables for the state space model as input variables, and thus motor torques or disturbance torques induced as output variables are available. It is understood that such an inverted model should also be checked for mathematical function (preferably stability) and validated.
Das in Block 18 nach Durchführung der vorgegangenen Prozeduren zur Verfügung stehende Modell wird als Zustandsraummodell 5 in entsprechende Regelschleifen gemäß Figur 1 eingebracht.The model available in block 18 after execution of the previous procedures is introduced as state space model 5 into corresponding control loops according to FIG.
Figur 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Ablaufs zur Zylindergleichstellung, wie es in einem Steuergerät zur Steuerung eines Vierzylinderhubkolbenmotors verwendet werden kann. In entsprechend angepasster Weise kann das Ausgestaltungsbeispiel an andere Motorbauarten angepasst werden.FIG. 3 shows an exemplary embodiment of a cylinder-equalization procedure, as may be used in a controller for controlling a four-cylinder stroke piston engine. In a correspondingly adapted manner, the design example can be adapted to other engine types.
Detailliert wird an einem Zylinder (jeweils mit Index 1) die Zylindergleichstellung beschrieben. Die übrigen Zylinde,r (Indices 2, 3, 4) werden analog beziehungsweise wenn notwendig phasenverschoben analog behandelt, sodass lediglich zur Vervollständigung eine Darstellung in gestrichelter Form erfolgt.The cylinder equalization is described in detail on a cylinder (each with index 1). The remaining cylinders, r (indices 2, 3, 4) are analogously treated analogously or, if necessary, phase-shifted, so that a representation in dashed form is made only to complete them.
Beginnend mit dem Fahrerwunschmoment Mwunsch, das der Fahrer über einen Lasthebel oder ein Fahrpedal an die Steuereinheit übermittelt, bestimmt diese im Knotenpunkt 20 beispielsweise aus Kennfeldern die Einzelmomente für die einzelnen Zylinder, indem beispielsweise Einspritzmengen, Zündzeitpunkte, Ventilschließwinkel und dergleichen für den betreffenden Zylinder vorgegeben werden. Der nachfolgende Knotenpunkt stellt einen Fehlen dar, der bei Behandlung der Befeuerung des Zylinders Z1 auftritt. Hierbei kann es sich um Fehlreaktionen der verwendeten Bauteile wie Einspritzpumpen, Zündkerzen, Ventile etc. handeln, die sto- chastisch, toleranz- und/oder lebensdauerbedingt auftreten können und zur Folge haben, dass der Zylinder Zi nicht wie berechnet befeuert wird. Infolgedessen wird das Motormoment MM roh am Knotenpunkt 21 fehlerhaft aus den Einzelmomenten Mi, M2, M3, M4, die jeweils aus den Befeuerungen der einzelnen Zylinder resultieren, gebildet. Hierbei ist selbstverständlich davon auszugehen, dass die von Mi verschiedenen Einzelmomente der anderen Zylinder in ähnlicher Weise fehlerbehaftet sein können.Starting with the driver's request torque Mwu n sc h , which transmits the driver via a load lever or an accelerator pedal to the control unit, this determines in node 20, for example from maps the individual moments for the individual cylinders, for example, injection quantities, ignition timing, valve closing angle and the like for the relevant Cylinder can be specified. The following node represents a miss that occurs at Treatment of the firing of the cylinder Z 1 occurs. These may be faulty reactions of the components used, such as injection pumps, spark plugs, valves, etc., which may occur stochastically, for tolerance and / or life, and result in the cylinder Zi not being fired as calculated. As a result, the engine torque MM raw at the node 21 is erroneously formed from the individual moments Mi, M 2 , M 3 , M 4 , each resulting from the firing of the individual cylinders. Of course, it can be assumed that the individual moments of the other cylinders different from Mi can be faulty in a similar manner.
Das aus diesen Einzelmomenten zusammengesetzte Motormoment MM rOh wird nachfolgend auf den Antriebsstrang mit einem angetriebenen Element, hier einem Zweimassenschwungrad ZMS übertragen. Zur Vervollständigung sind auf das Zweimassenschwungrad wirkende Lastmomente MLast dargestellt. Infolge eines Hystereseverhaltens des Zweimassenschwungrades - die Sekundärseite wird bei einem Momentenschub von der Primärseite quasi aufgezogen und dreht bei Abklingen der Momentenspitze die Primärseite geringfügig zurück - ist die Auswertung der Kurbelwellendrehzahl npri zur Bestimmung der Kurbelwellengeschwindigkeit verbunden mit einem anschließenden Ausgleich der Fehler in der Zylinderbefeuerung ebenfalls fehlerbehaftet. Zur Verbesserung dieser Situation wird daher zusätzlich die Drehzahl der Sekundärseite nSΘk ausgewertet. Diese kann beispielsweise mittels eines Drehzahlsensors direkt an der Sekundärseite des Zweimassenschwungrades oder auch in Form eines Sensors hinter der gewöhnlicherweise auf dem Zweimassenschwungrad vorgesehenen Kupplung angeordneten Drehzahlsensors erfasst werden, sofern die dazwischen liegenden, die Drehzahl manipulierenden Effekte, zum Beispiel Kupplungsschlupf oder Übersetzungen berücksichtigt bzw. ausgeschlossen werden.The motor torque M M rOh composed of these individual moments is subsequently transmitted to the drive train with a driven element, here a dual-mass flywheel ZMS. To complete load moments acting on the dual mass flywheel M load are shown. Due to a hysteresis of the dual mass flywheel - the secondary side is quasi wound at a moment thrust from the primary side and rotates slightly as the torque peak decays the primary side - the evaluation of the crankshaft speed n pri for determining the crankshaft speed associated with a subsequent compensation of the errors in the cylinder firing also faulty. To improve this situation, therefore, the speed of the secondary side n SΘk is also evaluated. This can be detected for example by means of a speed sensor directly to the secondary side of the dual mass flywheel or in the form of a sensor behind the usually provided on the dual mass flywheel clutch speed sensor, if the intermediate, the speed manipulating effects, such as clutch slip or translations considered or excluded become.
Die beiden Drehzahlen nprj, nSΘk werden als Eingangsgrößen in das Zustandsraummodell eingegeben und entsprechend der vorhergehenden Beschreibung das induzierte rekonstruierte Motormoment MMotor gewonnen. In einer Datenerfassung, die ebenso wie das Zustands- . raummodell selbst in der Steuereinheit implementiert sein kann, werden die anliegenden Drehwerte erfasst und auf Stationarität überprüft, bei ungenügender Stationarität wird ein neuer Datensatz erfasst. Ist die Bedingung für die Stationarität erfüllt, erfolgt die Residuenberechnung. Nach Durchlaufen eines Regelalgorithmusses werden die Korrekturgrößen K1, K2, " K3, K4 in die Knotenpunkte -hier beispielhaft die Korrekturgröße K-i in den Knotenpunkt 20 für die Bestimmung der Befeuerungsbedingungen des Zylinders Z1. Auf diese Weise kann eine Zylindergleichstellung unter Berücksichtigung der Rückmomente eines angetriebenen EIe- tnents -hier anhand eines Zweimassenschwungrades dargestellt - durch Einsatz eines Zu- standsraummodells erfolgen. The two rotational speeds n pr j, n SΘk are input as input variables into the state space model and obtained according to the foregoing description, the induced reconstructed engine torque M M otor. In a data collection, as well as the state. If the room model itself can be implemented in the control unit, the applied rotation values are recorded and checked for stationarity; if there is insufficient stationarity, a new data record is recorded. If the condition for stationarity is fulfilled, the residual calculation is performed. After passing through a control algorithm, the correction quantities K 1 , K 2 , " K 3 , K 4 into the nodal points-here by way of example the correction variable Ki into the node 20 for determining the firing conditions of the cylinder Z 1 Return moments of a driven egg tents -showed on the basis of a dual-mass flywheel - by using a conditional space model.
BezuqszeichenlisteLIST OF REFERENCES
Regelroutine Block zur Sollwertbildung Block einer Regelstrecke Block zum Einlesen von Eingangsgrößen Block für das Zustandsraummodell Block zum Auslesen der Ausgangsgrößen Signalleitung Block für Modelldaten Block für experimentelle Daten Block für Datensatz ZMS Block für Zustandsraum Block zur Identifizierung Block für Daten des Motormodells Block zur Validierung Block zur Invertisierung Block zur Modellintegration Knotenpunkt Knotenpunkt Control routine Block for setpoint formation Block of a controlled system Block for reading input variables Block for the state space model Block for reading the output data Signal line Block for model data Block for experimental data Block for data record ZMS Block for state space Block for identification Block for data of the motor model Block for validation Block for inversion Block for model integration node node

Claims

Patentansprüche claims
1. Antriebsstrang insbesondere für ein Kraftfahrzeug mit einer mittels einer Steuereinheit gesteuerten Antriebseinheit mit mehreren Zylindern und einer Antriebswelle und einem mit dieser in Wirkverbindung stehenden und von dieser angetriebenen Element, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Zustandswert des angetriebenen Elementes im Steuergerät eingelesen wird und mit dem zumindest einen Zustandswert ein Ausgleichs der Zylinder untereinander erfolgt.1. powertrain, in particular for a motor vehicle with a controlled by a control unit drive unit with a plurality of cylinders and a drive shaft and with this operatively connected and driven by this element, characterized in that at least one state value of the driven element is read in the control unit and with the at least one state value compensation of the cylinder is done among each other.
2. Antriebsstrang nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Zustands- werte in einem Zustandsraum zusammengefasst werden.2. Drive train according to claim 1, characterized in that a plurality of state values are combined in a state space.
3. Antriebsstrang nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein einzuregelndes, durch Eigenschaften des angetriebenen Elementes mit einem Störmoment beaufschlagtes induziertes Motormoment der Antriebseinheit mittels einer aus dem zumindest einen Zustandswert ermittelten Kompensationsgröße zumindest teilweise rekonstruiert wird.3. Drive train according to one of claims 1 or 2, characterized in that a einzuregelndes, acted upon by properties of the driven element with a disturbance torque induced motor torque of the drive unit is at least partially reconstructed by means of a determined from the at least one state value compensation value.
4. Antriebsstrang nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das rekonstruierte induzierte Motormoment zeitaktuell ermittelt wird.4. Drive train according to claim 3, characterized in that the reconstructed induced engine torque is determined timely.
5. Antriebsstrang nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das angetriebene Element mittels des zumindest einen Zustandswertes als Zustands- raummodell analytisch erfasst wird.5. Drive train according to one of claims 1 to 4, characterized in that the driven element is detected analytically by means of the at least one state value as a state space model.
6. Antriebsstrang nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in das Zustands- raummodell des angetriebenen Elements ein Modell der Antriebseinheit integriert wird.6. Drive train according to claim 5, characterized in that in the state space model of the driven element, a model of the drive unit is integrated.
7. Antriebsstrang nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die analytische Erfassung aus Daten eines modellierten angetriebenen Elementes erfolgt.7. Drive train according to claim 6, characterized in that the analytical detection is made of data of a modeled driven element.
8. Antriebsstrang nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die analytische Erfassung aus experimentell bestimmten Daten des angetriebenen Elementes erfolgt.8. Drive train according to claim 5, characterized in that the analytical detection is carried out from experimentally determined data of the driven element.
9. Antriebsstrang nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in den Zustandsraum die Bewegung des angetriebenen Elements charakterisierende Eingangsgrößen eingegeben und zur Ermittlung des induzierten Motormoments charakteristische Größen gebildet und ausgegeben werden. 9. Drive train according to one of claims 2 to 8, characterized in that in the state space, the movement of the driven element characterizing input variables entered and formed to determine the induced engine torque characteristic variables and output.
10. Antriebsstrang nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Eingangsgröße eine Drehzahl ist.10. Drive train according to claim 9, characterized in that at least one input variable is a rotational speed.
11. Antriebsstrang nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Zustandsraummodel invertiert wird.11. Drive train according to one of claims 5 to 10, characterized in that the state space model is inverted.
12. Antriebsstrang nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass das angetriebene Element ein an der Antriebseinheit montiertes Zweimassenschwungrad mit einer mit der Antriebswelle in Verbindung stehenden Primär- und einer mit einem nachgeordneten Getriebe mittels einer Kupplung verbindbaren Sekundärseite ist.12. Drive train according to one of claims 1 to 11, characterized in that the driven element is a mounted on the drive unit dual-mass flywheel with a drive shaft connected to the primary and a connectable to a downstream transmission means of a coupling secondary side.
13. Antriebsstrang nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass als Eingangsgrößen zumindest die Drehzahlen der Primär- und Sekundärseiten verwendet werden.13. Drive train according to one of claims 9 to 13, characterized in that at least the rotational speeds of the primary and secondary sides are used as input variables.
14. Antriebsstrang nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein nicht linearisiertes Verhalten des Zweimassenschwungrades linearisiert wird.14. Drive train according to one of claims 9 to 13, characterized in that a non-linearized behavior of the dual mass flywheel is linearized.
15. Antriebsstrang nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Linearisierung erfolgt, indem nichtlineare Bewegungsgleichungen an einem vorgegebenen Arbeitspunkt differenziert werden.15. Drive train according to claim 14, characterized in that the linearization takes place by differentiating non-linear equations of motion at a predetermined operating point.
16. Antriebsstrang nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass für jeden Zylinder ein Arbeitsfehler aus dem indizierten Moment bestimmt und der entsprechende Zylinder in einem nachfolgenden Arbeitstakt unter Einbezug des Arbeitstaktes befeuert wird.16. Drive train according to one of claims 1 to 15, characterized in that for each cylinder determines a work error from the indicated moment and the corresponding cylinder is fired in a subsequent power stroke with the inclusion of the power stroke.
17. Verfahren zum Steuern einer Antriebseinheit mit mehreren Zylindern in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeug mit einem angetriebenen Element gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale: zumindest eine Zustandsgröße des angetriebenen Elements wird in einer Steuereinheit gespeichert; mithilfe der zumindest einen Zustandsgröße wird ein die Rückwirkung des an getriebenen Elements auf die Antriebseinheit berücksichtigendes indiziertes Motormoment bestimmt; mithilfe des indizierten Motormoments wird ein Arbeitsfehler der Zylinder bestimmt; mithilfe des für jeden Zylinder bestimmten Arbeitsfehlers wird die Befeuerung der einzelnen Zylinder im deren nachfolgendem Arbeitstakt korrigiert. 17. A method for controlling a drive unit with a plurality of cylinders in a drive train of a motor vehicle with a driven element characterized by the combination of the following features: at least one state quantity of the driven element is stored in a control unit; With the aid of the at least one state variable, an indexed engine torque which takes into account the reaction of the driven element to the drive unit is determined; the indexed engine torque determines a working error of the cylinders; The firing of the individual cylinders is corrected in the following working cycle by means of the working error determined for each cylinder.
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