WO2018041876A1 - Elektrisches drehschwingungsberuhigungssystem für mild hybrid fahrzeuge - Google Patents

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WO2018041876A1
WO2018041876A1 PCT/EP2017/071727 EP2017071727W WO2018041876A1 WO 2018041876 A1 WO2018041876 A1 WO 2018041876A1 EP 2017071727 W EP2017071727 W EP 2017071727W WO 2018041876 A1 WO2018041876 A1 WO 2018041876A1
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torsional vibration
vehicle
torsional
drive train
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PCT/EP2017/071727
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Friedrich Graf
Klaus Mühlbauer
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Continental Automotive Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a torsional vibration calming system for electrical torsional damping in the drive train of a motor vehicle. Furthermore, this invention relates to a method for torsional damping and a vehicle having a torsional damping system, a program element and a computer readable medium.
  • the new engine concepts envisage downsizing, which describes a reduction of the displacement and the number of cylinders.
  • downspeeding describes the operation of the internal combustion engine at reduced speed.
  • Displacement-reduced internal combustion engines have a lower number of cylinders and high specific power. As a result, these engines often cause high torque spikes on the crankshaft of the engine. The torque peaks can cause torsional vibrations, especially at low speeds below 2000 rpm or below 1500 rpm.
  • the torsional vibrations may be expressed as acoustic droning and also as mechanical vibrations in the interior and on the outside of the vehicle. The occurring torsional vibrations are often perceived by the passengers as disturbing and can lead to additional signs of wear on the mechanical vehicle parts.
  • the torsional vibrations by means of mechanical Damper and / or decoupling systems, such as a dual-mass flywheel or a centrifugal pendulum moderated.
  • the used mechanical damper and / or decoupling systems cause costs and require space. Not all vehicle concepts, the required space can be held for this purpose. Furthermore cause mechanical damper and / or decoupling systems losses in the drive ⁇ strand.
  • the piston engine may also have less than four cylinders, in particular a cylinder, two or three cylinders.
  • the reduction of the number of cylinders and the cubic capacity significantly reduces the specific fuel consumption.
  • the torsional vibration calming system generates torque pulses by means of an electric machine which is coupled to the drive train via a coupling system. These ge ⁇ targeted torque pulses of the electric machine calm the torsional vibrations of an internal combustion engine in one
  • a first aspect of the present invention relates to a torsional vibration damping system for electric torsional damping in the powertrain of a motor vehicle, the torsional vibration damping system comprising: an internal combustion engine, an electrical machine, a control unit for controlling the electric machine, a drive train connected to the internal combustion engine, and a Coupling system which couples the powertrain and the electric machine.
  • the internal combustion engine is configured to generate a first series of torque pulses and the electric machine is configured to generate a second series of torque pulses associated with the first series.
  • the drive axle of the electric machine is arranged parallel offset with respect to the drive train and connected via the coupling system with the drive train.
  • motor vehicle is not limited to a single car, but also includes trucks, buses, tractors, tanks, construction machinery and motorcycles.
  • the electric machine and the internal combustion engine are coupled to the vehicle drive train. That is, the vehicle powertrain represents the torque transmitting member between one or more engines and the tires of the vehicle.
  • the powertrain may include, but is not limited to, one or more clutches, a transmission, lubrication means, and sensors for e.g. Include torque and / or speed measurements.
  • the internal combustion engine generates a torque and directs it to the connected drive train.
  • the resulting average torque is used for propulsion of the vehicle.
  • This torsional vibrations occur.
  • the torque impulse of the engine re claimed ⁇ be between two and torque pulses of the engine torque pulses can be generated by the electric machine, so that the same mittle torque results used for the propulsion of the vehicle. It can be provided that these torsional vibrations are detected by the vehicle data sensors and forwarded to the control unit of the electrical machine.
  • the control unit evaluates the data obtained and calculates therefrom the torque pulses of the electrical machine to be generated.
  • the Torque impulse ⁇ management of the electrical machine generated are directed through the coupler ⁇ development system on the drive train, whereby there can reduce the amplitude of the original torsional vibrations.
  • the torsional vibrations in the drive train of a vehicle are calmed and ride comfort is increased. Also, this increases the durability of the components in the drive train, since the load decreases by the torsional vibration.
  • the internal combustion engine is designed to be a first series of
  • the torque pulses refer to a positive contribution to the propulsion of the vehicle.
  • the torque pulses are repeated periodically. In the period between two torque pulses of the internal combustion engine, the torque generated is small (compared to the peaks of the pulses). It may happen that the torque is zero or even negative. For example, if the engine is a four-stroke piston engine, the torque is negative in three out of four strokes due to internal friction in the engine and the intake of air and fuel, as well as ancillaries such as air conditioning compressor, generator or pumps ,
  • the electric machine is also designed to generate a series of torque pulses. The above-mentioned description of the intervals between the pulses can be applied to the electric machine. That is, the torque pulses are cyclically repeated and the torque, which by the
  • torque pulses refers to a positive torque ⁇ moment.
  • torque pulses refers to a positive torque ⁇ moment.
  • the two motors can independently apply torque to the powertrain.
  • the electric machine supplements the negative torque of the internal combustion engine between two torque peaks in such a way that the resulting torque in the drive train is greater than or equal to zero.
  • the electric machine will thus operate either motor or generator in pulse mode, but not periodically alternately in motor and generator mode.
  • the electric machine may be operated in a generator mode.
  • the electric machine can receive the energy of the torque pulses of the internal combustion engine and smooth the torque pulses, while the electric machine converts the torque pulses of the internal combustion engine into electrical energy.
  • the coupling system comprises a belt, a chain or a gear pair.
  • the coupling element between the drive train and the electric machine is designed by means of a belt.
  • the belt couples the electric machine to the drive train by means of a belt pulley attached to the drive train.
  • the electric machine can apply a force, in this case a torque, to the drive train and calm the undesired torsional vibrations in the drive train.
  • the belt must have a certain tension in order to transfer the required forces.
  • a belt tensioning device can be provided which keeps the belt on tension and ensures that the required forces can be transmitted.
  • a chain is possible as a coupling system between the drive train and the electric machine.
  • engages on the motor shaft of the electric Machine mounted gear in the chain links and transmits the torque pulses to the drive train.
  • the chain is held by means of a tensioner to tension to prevent slippage, especially if over time wear occurs.
  • the coupling system may consist of a direct gear pairing between the electric machine and the drive train.
  • two gears engage directly with each other.
  • the one gear is mounted on the shaft of the electric machine and the other gear on the drive train.
  • a multi-stage gear ratio can be provided by using more than one gear pair, e.g. through a gear set.
  • the electric machine is used not only for torsional vibration damping, but also for the direct propulsion of the vehicle.
  • the electric machine can be used for direct propulsion of the
  • Vehicle be used. This creates a hybrid vehicle.
  • both engines can simultaneously be used as a vehicle drive and, on the other hand, the engines can be used individually to propel the vehicle.
  • the electric machine By using the electric machine as the sole drive motor, fuel can be saved because the engine is off at this time.
  • Another embodiment of the invention relates to the shape of the torque pulses of the electric machine, these korres ⁇ pondiert with the torque pulses of the internal combustion engine.
  • the torque pulses of the electric machine may be generated in such a manner that the torque pulses occur in time between the torque pulses of the internal combustion engine.
  • a torque momentum of the combustion motors ⁇ time does not have a torque impulse of
  • One or more torque pulses of the electric machine are generated between two torque pulses of the internal combustion engine.
  • the torsional vibrations of the drive train are recognized in other words by means of compassionsens ⁇ orquel and the control device calculates on the basis of vehicle data, the erfor ⁇ sary torque pulses of the electrical machine and the changed driving of the internal combustion engine.
  • the torque pulses of the internal combustion engine and the Drehmomen ⁇ certainlyse of the electrical machine are identical.
  • the frequency of the torsional vibrations can be increased, whereby the amplitude of the torque pulses can be reduced.
  • the torque pulse of the electric machine and the torque pulse of the internal combustion engine may also have the same integral, but a different shape.
  • Another embodiment of the invention relates to the time distribution of the torque pulses. All Drehmomen ⁇ Goodse, both of the electrical machine and the engine are distributed equidistantly.
  • the shape of the torque pulses of the electric machine may include a superimposed torque for additional friction in the drivetrain and / or the internal combustion engine compensate. Especially with regard to the potentially negative torques of the internal combustion engine in the three remaining power strokes. Furthermore, the amount of offset of the electric torque can be considered.
  • the described method not only reduces the amplitude but also increases the frequency of the torque pulses.
  • the vibration behavior of an internal combustion engine with a higher number of cylinders can be simulated.
  • the spectrum of the frequency excitation in the drive train is thus shifted to higher frequencies, while a smoother excitation is achieved by the torque pulses, even if an internal combustion engine has a small number of cylinders.
  • By an equidistant distribution of the torque pulses of the internal combustion engine and the electric machine optimum torsional vibration is ensured.
  • the frequency of the torsional vibration is doubled and the amplitude is halved.
  • the disturbing influences such as the roar or the vibrations in the interior are reduced.
  • one or more additional vehicle components are coupled to the torsional vibration damping coupling system; These vehicle components are an air conditioning compressor, a generator or a hydraulic pump.
  • the integration of further vehicle components into the coupling system between the drive train and the electrical machine increases the freedom of design and use.
  • the components integrated in the coupling system are driven on the one hand by the internal combustion engine and on the other by the electric machine. This can be a continuous operation of the components are ensured, regardless of the operation of the individual motors.
  • a further embodiment of the present invention provides to execute the control unit for taking into account the additionally coupled to the coupling element component in the rotary ⁇ vibration sedimentation.
  • the additional components in the coupling system show various natural oscillations.
  • the natural vibrations of the components can also change depending on the other components in the coupling system. Since the components influence the vibration behavior, these are taken into account by the control unit of the electric machine in the control behavior of the electrical machine.
  • the model of the coupling system on the control unit is supplemented by the respective vehicle component and parameterized accordingly.
  • a further embodiment of the present invention provides that the engine control unit of the electric machine for torsional vibration damping based on vehicle sensor data and an inverse model of the coupling system is executed.
  • the algorithm and the parameterization can be implemented on one control unit and the control of the electrical machine on another control unit. Updating the parameters of the Model is determined by changes in environmental conditions, such as temperature, air pressure, humidity, etc. required. Also due to wear of components, an adaptation of the model may be required. The adaptation can take place by means of a pulse response and is triggered by the control unit. The recalculation of the impulse response can be done for example by a Fourier analysis.
  • the invention provides to perform the adjustment both at a standstill and while driving.
  • the vibration behavior of the coupling system is measured.
  • the vibration behavior of the individual components and the vibration behavior of the entire coupling system are mapped by a model on the control unit.
  • the required control of the electric machine is ⁇ calculated on the control unit of the electric machine.
  • the consideration of the coupling system and the components contained therein can have not only effects on the shape of the generated torque pulses, but also on the time of generation. It can lead to a phase shift through the coupling system, which can be taken into account in the driving behavior.
  • a development of the present invention comprises a torsional vibration sensor for providing the vehicle sensor data, wherein the torsional vibration sensor is arranged on the crankshaft of the internal combustion engine, a drive train or the transmission input of the transmission of the vehicle.
  • the torsional vibrations are detected by means of sensors and be taken into ⁇ into the control loop of the control unit of the electrical machine.
  • the positioning of these sensors is expediently carried out on the drive train, where the disturbing rotation Vibrations occur.
  • Based on the rotational vibration sensors are mounted directly to the crankshaft of the internal combustion engine to a shaft of the drive train or at the Ge ⁇ transmission input of the transmission. This ensures that the sensors provide the required data in the required quality.
  • an adjustment of the parameterization of the vibration model of the coupling system may be advantageous. This can be done according to the present invention both at standstill of the vehicle, as well as while driving. Thus, the greatest possible flexi ⁇ bility is given to the customer.
  • the detection of the vibration behavior of the coupler ⁇ development system by an impulse response is a further embodiment of the present invention.
  • the coupling system is excited to vibrate.
  • the decay behavior of this applied vibration is detected and evaluated with the aid of the vehicle sensors.
  • the evaluation of the measured data can be carried out by means of a Fourier analysis.
  • the required parameters are used for the new parameterization of the coupling model.
  • the required parameterization of the inverse model of the coupling system by means of maps.
  • the maps are generated in advance and loaded onto the control unit.
  • the control unit can consist of one or Select several maps depending on the situation. Thus, an adaptation to the environmental conditions is guaranteed here. Furthermore, it is possible to deposit maps depending on the mileage of the drive train, to take into account the wear and aging of the components.
  • a vehicle having a torsional vibration calming system is described.
  • the vehicle has the system for torsional vibration calming.
  • the vehicle may include one or more aspects of the previously described methodology.
  • Another aspect of the present invention is a method for electrical torsional vibration damping in the drive train of a motor vehicle, comprising the following steps:
  • Vehicle is coupled so that at least one torque pulse of the electric machine between two
  • Torque pulses of the internal combustion engine is located, wherein the drive axis of the electric machine is arranged parallel offset with respect to the drive train.
  • the method performs a torsional damping in a drive train of a vehicle according to the described embodiments.
  • the procedure includes all necessary Steps, from the detection of the soothing torsional vibration, the calculation of the torque pulses of the electric machine and the parameterization of the coupling model on the control unit.
  • the method described can also be applied to other hybrid systems.
  • Another aspect of the present invention relates to a program element that, when executed by a controller, directs the controller to perform the method described in the context of the present invention.
  • Another aspect of the present invention relates to a computer readable medium having stored thereon a computer program which, when executed by a controller, directs the controller to perform the method described in the context of the present invention.
  • the electric machine is not coaxial between the internal combustion engine and gear inte ⁇ grated, but is offset axially parallel via a coupling system.
  • the feature of the invention is that the vibration behavior of the belt system can be taken into account in the control methodology of the vibration damping of the hybrid electric drive. This can be done either by an inverse model of the coupling system or by one or more maps and / or parameters. The identification of these parameters and maps and the model can be done on the one hand by a fixed calibration, but also by a parameterized during the lifetime of the vehicle repeatedly adjusted parameters. In the latter case, the calibration data can be obtained both during standstill and while driving via a measurement of the coupling system (impulse response).
  • the adaptation of the parameters and Maps for the consideration of the coupling system in the driving method of the electric machine during the life of ⁇ Le ⁇ vehicle can be used to account for changes in the vibration behavior of the coupling system caused by, for example, aging and temperature in the An horrungs- method.
  • additional units such as a mechanically driven air conditioning compressor, and their vibrations in the coupling system can be included in the driving methodology.
  • the basic idea can also be applied to all other hybrid systems where a coupling system is used to connect the hybrid electric drive.
  • torsional vibration calming system is that on the one hand, the mechanical complexity of the rotational vibration ⁇ calming can be reduced, which in turn saves costs and installation space.
  • the consideration of the vibration behavior of the belt system causes the torsional ⁇ vibrations can be reduced stronger, more effective and efficient.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an on ⁇ drivetrain with the electrical torsional damping.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of an on ⁇ driveline with the electrical torsional damping, according to an embodiment of the invention.
  • 3 shows a flow chart of a method for
  • Fig. 5 shows the timing of torque pulses of
  • Fig. 6 shows the timing of torque pulses of
  • FIG. 7 shows a vehicle with a torsional vibration relief system.
  • the presented concept with an electric torsional damping is based on the fact that with the help of an electric machine torque pulses are applied at the same frequency as the generated torque pulses of the internal combustion engine.
  • the torque pulses of the electric machine are generated insofar that the fundamental frequency of the internal combustion engine is doubled.
  • the amplitude of the torque pulses of the The internal combustion engine can be reduced and the generated torque pulses of the electric machine between two torque pulses of the internal combustion engine result in the same average torque as in a comparable vehicle without electrical torsional damping system. This can result in a halving of the amplitude of the torsional vibrations in the drive train.
  • the electric machine the number of cylinders of the internal combustion engine is virtually doubled and thus causes a more advantageous torsional vibration behavior.
  • Fig. 1 shows a power train of a vehicle 104 having an engine 110, an electric machine 120, a control unit 130 for the electrical machine 120und a transmission 107.
  • the engine 110 is connected to the drive strand ⁇ 104.
  • the transmission 107 of the vehicle is located before the force is further directed to the drive wheels via a differential.
  • one or more vehicle sensors 108 are attached to the powertrain 104.
  • Vehicle sensors 108 may be located directly on the crankshaft of the engine 110, the transmission input shaft, or distributed on the powertrain 104.
  • a control unit 130 is connected, which controls the electric machine 120 and its torque pulses 121.
  • the driving ⁇ imaging sensors 108th are connected to the control unit 130, which controls the electric machine 120 and its torque pulses 121.
  • FIG. 2 shows a drive train 104 of a vehicle with an internal combustion engine 110, an electric machine 120, a control device 130 for the electric machine 120, one or more vehicle sensors 108, a transmission 107, further vehicle components 109, which are integrated in the coupling system 106, and a coupling system 106, which the electrical machine 120 coupled to the drive train 104.
  • the engine 110 is connected to the powertrain 104.
  • the coupling system 106 is also connected.
  • the transmission 107 of the vehicle is located before the force is further directed to the drive wheels via a differential.
  • the vehicle sensors 108 are attached to the drive leg 104 of 108th
  • the vehicle sensors 108 may be located directly on the crankshaft of the engine 110, the transmission input shaft, or distributed on the powertrain 104.
  • the coupling system 106 consists of a
  • Power transmission unit that transmits the power of the electric machine 120 to a gear or a pulley and a gear or a pulley, which may be fixedly connected to the drive train 104.
  • the power transmission unit can be designed as a belt, chain or gear.
  • the coupling system 106 is the electric machine 120, which generates the torque pulses 121.
  • the drive axle 105 of the electric machine 120 is offset in parallel with respect to the drive train 104 in the vehicle.
  • the coupling system 106 may also be other vehicle components 109 are located, such as, an air compressor, a generator or a hydraulic pump.
  • a control unit 130 is connected, which controls the electric machine 120 and its torque pulses 121.
  • the vehicle sensors 108 are connected to the control unit 130.
  • the internal combustion engine 110 generates torque pulses 111 and directs this to the connected drive train 104, in this case, torsional vibrations occur. These torsional vibrations are detected by the vehicle data sensors 108 and forwarded to the control unit 130.
  • the control unit 130 evaluates the data obtained and calculates from this the to be generated Torque pulses 121 of the electric machine 120 and the changed control of the internal combustion engine 110.
  • the torque pulses 121 of the electric machine 120 generated thereby are passed through the coupling system 106 to the drive train 104.
  • the torsional vibrations in the powertrain 104 of a vehicle are calmed and ride comfort is increased. This also increases the durability of the components in the drive train 104, since the stress caused by the
  • Vibration behavior of the other components 109 are included in the coupling system 106.
  • an inverse model of the lung Kopp- system is stored 106, also this can be updated by means of driving ⁇ generating sensor data 108th Updating the parameters of the model is required by changes in environmental conditions such as temperature, air pressure, humidity, etc.
  • the wear of components may require an adaptation of the model.
  • the adaptation can take place by means of an impulse response and is triggered by the control unit 130 or stored maps are used.
  • the invention provides to perform the adjustment both at a standstill and while driving.
  • the maps of the controller 130 may be adjusted over time to account for the effects of aging and wear.
  • Fig. 3 shows a flow chart to illustrate the method of the invention.
  • step 301 the torsional vibration of the drive train is detected by means of the vehicle data sensors.
  • the captured data is processed in step 302 in the controller of the electric machine.
  • step 303 the electric machine is instructed by the control unit of the electric machine, targeted torque pulses on the Coupling system to the drive train of the vehicle to conduct.
  • step 304 the resul ⁇ animal rotational vibration, after the initiation of torque pulses detected by the electric machine and transmitted to the control unit of the electric machine, so that a closed loop is formed by means of the vehicle sensors.
  • FIG. 4 shows a time profile of the torque pulses 111, 121 of the two motors 110, 120.
  • a series of torque pulses 111 is generated by the internal combustion engine 110.
  • a series of rotational ⁇ momentimpulsen 121 is also generated.
  • a series of alternating torque pulses 121, 111 is produced by the electric machine 120 and by the internal combustion engine 110.
  • the shape of the respectively generated torque pulses 121, 111 is approximately equal.
  • FIG. 5 shows a time profile of the torque pulses 111, 121 of the two motors 110, 120.
  • the torque pulse of the electric machine 120 has a modified form compared to FIG. 4. This is used primarily to compensate for the potentially negative torque of the internal combustion engine 110, caused by the friction on the cylinder walls or the losses due to the air intake.
  • 6 shows a time profile of the torque pulses 111, 121 of the two motors 110, 120, wherein, in contrast to FIGS. 4 and 5, two torque pulses 121 of the electric machine 120 are generated between two torque pulses 111 of the internal combustion engine 110.
  • FIG. 7 shows a vehicle 700 having a torsional vibration relief system 200 according to one of the described embodiments.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Drehschwingungsberuhigungssystem (200) zur elektrischen Drehschwingungsberuhigung im Antriebsstrang (104) eines Kraftfahrzeuges (700). Das Drehschwingungsberuhigungssystem (200) weist einen Verbrennungsmotor (110), eine elektrische Maschine (120), ein Steuergerät (130) zum Steuern der elektrischen Maschine (120), und einen Antriebsstrang (104), welcher mit dem Verbrennungsmotor (110) verbunden ist und welcher mit der elektrischen Maschine (120) über ein Kopplungssystem (106) verbunden ist, auf. Der Verbrennungsmotor (110) ist ausgelegt, eine erste Serie von Drehmomentimpulsen (111) zu erzeugen, und die elektrische Maschine (120) ist ausgelegt, eine zweite Serie von Drehmomentimpulsen (121) zu erzeugen. Die Antriebsachse (105) der elektrischen Maschine (120) ist parallel versetzt in Bezug auf den Antriebsstrang (104) angeordnet.

Description

Beschreibung
Elektrisches Drehschwingungsberuhigungssystem für Mild Hybrid Fahrzeuge
Die Erfindung betrifft ein Drehschwingungsberuhigungssystem zur elektrischen Drehschwingungsberuhigung im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges. Des Weiteren betrifft diese Erfindung ein Verfahren zur Drehschwingungsberuhigung und ein Fahrzeug mit einem System zur Drehschwingungsberuhigung, ein Programmelement und ein computerlesbares Medium.
Gestiegenes Umweltbewusstsein und höhere Anforderungen an Verbrauch, C02~Ausstoß und andere Emissionen führten in den vergangenen Jahren zu neuen Motorkonzepten. Die neuen Motorkonzepte sehen vor allem das Downsizing vor, welches eine Reduzierung des Hubraumes und der Zylinderzahl beschreibt. Zusätzlich zum Downsizing der Motoren wird das Downspeeding eingesetzt. Das Downspeeding beschreibt den Betrieb des Ver- brennungsmotors mit reduzierter Drehzahl.
Hubraumreduzierte Verbrennungsmotoren verfügen über eine geringere Zylinderanzahl und hohe spezifische Leistungen. Dadurch verursachen diese Motoren oft hohe Drehmomentspitzen an der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors. Die Drehmomentspitzen können, insbesondere bei niedrigen Drehzahlen unter 2000 U/min oder unter 1500 U/min, Drehschwingungen hervorrufen. Die Drehschwingungen äußern sich unter Umständen als akustisches Dröhnen und auch als mechanische Schwingungen im Interieur und außen am Fahrzeug. Die auftretenden Drehschwingungen werden von den Passagieren oft als störend wahrgenommen und können zu zusätzlichen Verschleißerscheinungen an den mechanischen Fahrzeugteilen führen. Um den oben genannten Tatsachen entgegenzuwirken, werden die Drehschwingungen mittels mechanische Dämpfer- und/oder Entkopplungssysteme, wie ein Zweimassenschwungrad oder ein Fliehkraftpendel abgemildert.
Die eingesetzten mechanischen Dämpfer- und/oder Entkopplungssysteme verursachen Kosten und benötigen Raumbedarf. Nicht in allen Fahrzeugkonzepten kann der benötigte Bauraum hierfür vorgehalten werden. Des Weiteren verursachen mechanischen Dämpfer- und/oder Entkopplungssysteme Verluste im Antriebs¬ strang .
Es ist die Aufgabe der Erfindung die auftretenden Drehschwingungen in einem Antriebsstrang zu reduzieren.
Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst . Ausführungsformen und Weiterbildungen sind den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den Figuren zu entnehmen .
Die Verringerung der Zylinderanzahl und das Absenken der Drehzahlen führen zu einem unrunden Betrieb des Motors. Deshalb weisen die meisten Kolbenmotoren in Fahrzeugen vier oder mehr Zylinder auf. Der Kolbenmotor kann aber auch weniger als vier Zylinder, insbesondere ein Zylinder, zwei, oder drei Zylinder aufweisen. Die Reduktion der Zylinderanzahl und des Hubraums reduziert den spezifischen Kraftstoffverbrauch deutlich.
Das Drehschwingungsberuhigungssystem erzeugt mittels einer elektrischen Maschine, welche über ein Kopplungssystem an den Antriebsstrang angekoppelt ist, Drehmomentimpulse. Diese ge¬ zielten Drehmomentimpulse der elektrischen Maschine beruhigen die Drehschwingungen eines Verbrennungsmotors in einem
Kraftfahrzeug . Ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Drehschwingungsberuhigungssystem zur elektrischen Drehschwingungsberuhigung im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges, wobei das Drehschwingungsberuhigungssystem aufweist: einen Verbrennungsmotor, eine elektrische Maschine, ein Steuergerät, zum Steuern der elektrischen Maschine, einen Antriebsstrang, welcher mit dem Verbrennungsmotor verbunden ist, sowie ein Kopplungssystem, welches den Antriebsstrang und die elektrische Maschine koppelt. Der Verbrennungsmotor ist ausgelegt, eine erste Serie von Drehmomentimpulsen zu erzeugen und die elektrische Maschine ist ausgelegt, eine zweite Serie von Drehmomentimpulsen zu erzeugen, welche mit der ersten Serie in einem Zusammenhang steht. Die Antriebsachse der elektrischen Maschine ist parallel versetzt in Bezug auf den Antriebsstrang angeordnet und über das Kopplungssystem mit dem Antriebsstrang verbunden .
Die Bezeichnung Kraftfahrzeug ist nicht alleine auf einen Pkw begrenzt, sondern schließt auch Lkw, Busse, Traktoren, Panzer, Baumaschinen und Motorräder mit ein.
Die elektrische Maschine sowie der Verbrennungsmotor sind mit dem Fahrzeugantriebsstrang gekoppelt. Das heißt, dass der Fahrzeugantriebsstrang das Drehmomentübertragungselement zwischen einem oder mehreren Motoren und den Reifen des Fahrzeugs darstellt. Der Antriebsstrang kann unter anderem eine oder mehrere Kupplungen, ein Getriebe, Mittel zur Schmierung und Sensoren für z.B. Drehmoment- und/oder Drehzahlmessungen umfassen .
Im klassischen Fall erzeugt der Verbrennungsmotor ein Drehmoment und leitet dieses auf den angeschlossenen Antriebsstrang. Das resultierende mittlere Moment wird für den Vortrieb des Fahrzeugs genutzt. Hierbei treten Drehschwingungen auf. Gemäß der Er- findung kann der Drehmomentimpuls des Verbrennungsmotors re¬ duziert werden und zwischen zwei Drehmomentimpulsen des Verbrennungsmotors können Drehmomentimpulse durch die elektrische Maschine erzeugt werden, sodass dasselbe mittle Moment für den Vortrieb des Fahrzeugs genutzt resultiert. Es kann vorgesehen sein, dass diese Drehschwingungen von den Fahrzeugdatensensoren erfasst werden und an das Steuergerät der elektrischen Maschine weitergeleitet werden. Das Steuergerät wertet die erhaltenen Daten aus und berechnet hieraus die zu erzeugenden Drehmo- mentimpulse der elektrischen Maschine. Die erzeugten Drehmo¬ mentimpulse der elektrischen Maschine werden durch das Kopp¬ lungssystem auf den Antriebsstrang geleitet, wodurch sich dort die Amplitude der ursprünglichen Drehschwingungen reduzieren kann. Somit werden die Drehschwingungen im Antriebsstrang eines Fahrzeuges beruhigt und der Fahrkomfort wird erhöht. Auch wird hierdurch die Haltbarkeit der Komponenten im Antriebsstrang erhöht, da die Beanspruchung durch die Drehschwingungsberuhigung abnimmt . Der Verbrennungsmotor ist ausgelegt, eine erste Folge von
Drehmomentimpulsen zu erzeugen. Die Drehmomentimpulse beziehen sich auf einen positiven Beitrag für den Vortrieb des Fahrzeugs. Die Drehmomentimpulse werden periodisch wiederholt. In dem Zeitraum zwischen zwei Drehmomentimpulsen des Verbrennungs- motors ist das erzeugte Drehmoment gering (im Vergleich zu den Spitzen der Pulse) . Es kann vorkommen, dass das Drehmoment Null oder sogar negativ ist. Z.B., wenn der Verbrennungsmotor ein Viertakt-Kolbenmotor ist, dann ist das Drehmoment in drei von vier Takten negativ, auf Grund von innerer Reibung im Ver- brennungsmotor und durch das Ansaugen von Luft und Kraftstoff, sowie durch Nebenaggregate wie beispielsweise Klimakompressor, Generator oder Pumpen. Die elektrische Maschine ist ebenfalls ausgelegt eine Reihe von Drehmomentimpulsen zu erzeugen. Die oben erwähnte Beschreibung der Intervalle zwischen den Impulsen kann auf die elektrische Maschine angewendet werden. D.h., die Drehmomentimpulse werden zyklisch wiederholt und das Drehmoment, das durch den
elektrischen Motor erzeugt wird, kann zwischen den Drehmomentimpulsen Null oder negativ sein. Mit anderen Worten bezieht sich der Begriff "Drehmomentimpulse" auf ein positives Dreh¬ moment. Dies wirkt sich jedoch nicht auf die potenziell negativen Drehmomentintervalle aus, z.B. wenn die elektrische Maschine während der positiven Drehmomentimpulse des Verbrennungsmotors in einem Generatormodus schaltet. Die beiden Motoren können unabhängig voneinander Drehmoment auf den Antriebsstrang aufbringen. Es besteht die Möglichkeit, dass die elektrische Maschine das negative Drehmoment des Verbrennungsmotors zwischen zwei Drehmomentspitzen in einer Art und Weise ergänzt, dass das resultierende Drehmoment im Antriebsstrang größer gleich Null ist. Die elektrische Maschine wird somit entweder motorisch oder generatorisch im Pulsbetrieb arbeiten, jedoch nicht periodisch abwechselnd im Motor- und Generatorbetrieb.
In einer weiteren Ausführungsform kann die elektrische Maschine in einem Generatormodus betrieben werden. Somit kann die elektrische Maschine die Energie der Drehmomentimpulse des Verbrennungsmotors aufnehmen und die Drehmomentimpulse glätten, während die elektrische Maschine die Drehmomentimpulse des Verbrennungsmotors in elektrische Energie umwandelt.
Durch die Verwendung des Kopplungssystems zwischen dem An- triebsstrang und der elektrischen Maschine entsteht eine pa¬ rallel versetzte Anordnung, d.h. die Antriebsachse der elektrischen Maschine und der Antriebsstrang sind parallel, fallen jedoch räumlich nicht zusammen. Durch diese Anordnung der Komponenten im Fahrzeug ergeben sich Vorteile in der Gestal- tungsfreiheit und der vorhandene Raum im Motorraum kann so besser genutzt werden. Insbesondere durch die Möglichkeit, das
Kopplungssystem an das jeweilige Fahrzeugkonzept anzupassen, eröffnet sich eine gestalterische Freiheit in der Entwicklung von Fahrzeugen.
Die Möglichkeit von potentiell leicht negativem Drehmoment steht nicht im Widerspruch zu der Tatsache, dass sowohl der Verbrennungsmotor als auch die elektrische Maschine so konfiguriert sind, positives Drehmoment im Wesentlichen in gleicher Richtung beizutragen. In anderen Worten weisen die Spitzen der jeweiligen Drehmomentimpulse dasselbe Vorzeichen auf.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist das Kopplungssystem einen Riemen, eine Kette oder eine Zahnradpaarung auf.
In dieser Ausführungsform der Erfindung ist das Koppelelement zwischen dem Antriebsstrang und der elektrischen Maschine mit Hilfe eines Riemens ausgeführt. Hierbei koppelt der Riemen die elektrische Maschine mittels einer am Antriebsstrang befestigten Riemenscheibe an den Antriebsstrang. Somit kann die elektrische Maschine eine Kraft, hier ein Drehmoment, auf den Antriebsstrang aufbringen und die unerwünschten Drehschwingungen im An- triebsstrang beruhigen. Hierbei ist zu beachten, dass der Riemen eine gewisse Spannung aufweisen muss, um die erforderlichen Kräfte übertragen zu können. Somit kann in dem Kopplungssystem auch eine Riemenspannvorrichtung vorgesehen sein, welche den Riemen auf Spannung hält und sicherstellt, dass die benötigten Kräfte übertragen werden können.
Des Weiteren ist eine Kette als Kopplungssystem zwischen dem Antriebsstrang und der elektrischen Maschine möglich. Hierbei greift beispielsweise ein auf der Motorwelle der elektrischen Maschine montiertes Zahnrad in die Kettenglieder ein und überträgt die Drehmomentimpulse auf den Antriebsstrang. Auch die Kette wird mittels einer Spannvorrichtung auf Spannung gehalten, um ein durchrutschen zu verhindern, insbesondere wenn im Laufe der Zeit Verschleißerscheinungen auftreten.
Auch kann das Kopplungssystem aus einer direkten Zahnradpaarung zwischen der elektrischen Maschine und dem Antriebsstrang bestehen. Hierbei greifen beispielsweise zwei Zahnräder direkt ineinander. Das eine Zahnrad ist auf der Welle der elektrischen Maschine angebracht und das andere Zahnrad an dem Antriebsstrang. Des Weiteren kann auch eine mehrstufige Übersetzung vorgesehen sein, indem mehr als eine Zahnradpaarung eingesetzt wird, z.B. durch einen Getriebesatz.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die elektrische Maschine nicht nur zur Drehschwingungsberuhigung, sondern auch zum direkten Vortrieb des Fahrzeuges genutzt. Die elektrische Maschine kann zum direkten Vortrieb des
Fahrzeuges genutzt werden. Somit entsteht ein Hybridfahrzeug. Zum einen können beide Motoren zeitgleich als Fahrzeugantrieb und zum anderen können die Motoren einzeln für den Vortrieb des Fahrzeugs genutzt werden. Durch die Nutzung der elektrischen Maschine als alleinigen Antriebsmotor kann Kraftstoff eingespart werden, da der Verbrennungsmotor zu diesem Zeitpunkt ausgeschaltet ist.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung betrifft die Form der Drehmomentimpulse der elektrischen Maschine, diese korres¬ pondiert mit den Drehmomentimpulsen des Verbrennungsmotors.
Die Drehmomentimpulse der elektrischen Maschine können in einer solchen Weise erzeugt werden, dass die Drehmomentimpulse zeitlich zwischen den Drehmomentimpulsen des Verbrennungsmotors auftreten. Somit muss ein Drehmomentimpuls des Verbrennungs¬ motors zeitlich nicht mit einem Drehmomentimpuls der
elektrischen Maschine zusammenfallen. Ein oder mehrere Drehmomentimpulse der elektrischen Maschine werden zwischen zwei Drehmomentimpulsen des Verbrennungsmotors erzeugt.
Mit anderen Worten ausgedrückt werden mittels Fahrzeugsens¬ ordaten die Drehschwingungen des Antriebsstrangs erfasst und das Steuergerät berechnet auf Basis der Fahrzeugdaten die erfor¬ derlichen Drehmomentimpulse der elektrischen Maschine und die geänderte Ansteuerung des Verbrennungsmotors. Somit sind die Drehmomentimpulse des Verbrennungsmotors und die Drehmomen¬ timpulse der elektrischen Maschine identisch. Hierdurch kann die Frequenz der Drehschwingungen erhöht werden, wobei sich die Amplitude der Drehmomentimpulse verringern kann.
Für einen stabilen Zustand und einen schwingungsarmen Betrieb des Fahrzeugs kann es erstrebenswert sein, die Form der Drehmo¬ mentimpulse des Verbrennungsmotors mit denen der elektrischen Maschine anzugleichen, sodass die Formen der Drehmomentimpulse des Verbrennungsmotors identisch zu denen der elektrischen Maschine sind. Der Drehmomentimpuls der elektrischen Maschine und der Drehmomentimpuls des Verbrennungsmotors können auch dasselbe Integral aufweisen, jedoch eine andere Form.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung betrifft die zeitliche Verteilung der Drehmomentimpulse. Alle Drehmomen¬ timpulse, sowohl der elektrischen Maschine als auch des Verbrennungsmotors, sind äquidistant verteilt.
Zusätzlich kann die Form der Drehmomentimpulse der elektrischen Maschine ein Überlagertes Drehmoment enthalten, um zusätzliche Reibung im Antriebsstrang und/oder dem Verbrennungsmotor auszugleichen. Insbesondere im Hinblick auf die potentiell negativen Drehmomente des Verbrennungsmotors in den drei restlichen Arbeitstakten. Des Weiteren kann die Höhe des Offsets des elektrischen Drehmoments Berücksichtigung finden.
Durch das beschriebene Verfahren wird nicht nur die Amplitude verringert, sondern auch die Frequenz der Drehmomentimpulse erhöht. Somit kann das Schwingungsverhalten eines Verbrennungsmotors mit einer höheren Zylinderzahl simuliert werden. Das Spektrum der Frequenzanregung im Antriebsstrang wird damit zu höheren Frequenzen verschoben, während eine glattere Anregung durch die Drehmomentimpulse erreicht wird, selbst wenn ein Verbrennungsmotor eine geringe Zylinderanzahl aufweist. Durch eine äquidistante Verteilung der Drehmomentimpulse des Verbrennungsmotors und der elektrischen Maschine wird eine optimale Drehschwingungsberuhigung sichergestellt. Hierdurch wird die Frequenz der Drehschwingung verdoppelt und die Amplitude halbiert. Als Resultat reduzieren sich die Störeinflüsse wie das Dröhnen oder die Schwingungen in Interieur.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist an das Kopplungssystem der Drehschwingungsberuhigung eine oder mehrere zusätzliche Fahrzeugkomponenten angekoppelt; bei diesen Fahrzeugkomponenten handelt es sich um einen Klimakompressor, einen Generator oder eine Hydraulikpumpe.
Durch die Integration von weiteren Fahrzeugkomponenten in das Kopplungssystem zwischen Antriebstrang und elektrischer Ma- schine wird die Freiheit in der Bauraumgestaltung und Nutzung erhöht. Die in das Kopplungssystem integrierten Komponenten werden zum einen durch den Verbrennungsmotor und zum anderen durch die elektrische Maschine angetrieben. Hierdurch kann ein fortwährender Betrieb der Komponenten sichergestellt werden, unabhängig von dem Betrieb der einzelnen Motoren.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sieht vor, das Steuergerät zur Berücksichtigung der zusätzlich am Kopplungselement angekoppelten Komponente bei der Dreh¬ schwingungsberuhigung auszuführen .
Die zusätzlichen Komponenten im Kopplungssystem weisen ver- schiedene Eigenschwingungen auf. Die Eigenschwingungen der Komponenten können sich auch in Abhängigkeit der anderen im Kopplungssystem befindlichen Komponenten ändern. Da die Komponenten das Schwingungsverhalten beeinflussen, werden diese durch das Steuergerät der elektrischen Maschine in dem An- steuerverhalten der elektrischen Maschine berücksichtigt. Dazu wird das Modell des Kopplungssystems auf dem Steuergerät um die jeweilige Fahrzeugkomponente ergänzt und entsprechend para- metriert . Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass das Steuergerät zur Motorregelung der elektrischen Maschine zur Drehschwingungsberuhigung auf Basis von Fahrzeugsensordaten und einem inversen Modell des Kopplungssystems ausgeführt ist.
In die Berechnungen des Steuergerätes kann auch das Schwingungsverhalten der anderen Komponenten im Kopplungssystem und das Kopplungssystem selbst einbezogen werden. Auf dem Steuergerät der elektrischen Maschine ist hierzu ein inverses Modell des Kopplungssystems hinterlegt, dieses kann mittels Fahr¬ zeugdaten aktualisiert werden. In einer weiteren Ausführungsform kann der Algorithmus und die Parametrierung auf einem Steuergerät ausgeführt sein und die Ansteuerung der elektrischen Maschine auf einem anderen Steuergerät. Die Aktualisierung der Parameter des Modells wird durch Änderungen der Umgebungsbedingungen, wie Temperatur, Luftdruck, Luftfeuchte usw . erforderlich. Auch durch Verschleiß von Komponenten kann eine Anpassung des Modells erforderlich sein. Die Anpassung kann mittels einer Impuls- antwort erfolgen und wird durch das Steuergerät ausgelöst. Die Rückrechnung der Impulsantwort kann beispielsweise durch eine Fourieranalyse erfolgen. Die Erfindung sieht vor, die Anpassung sowohl im Stillstand als auch während der Fahrt durchzuführen. Mit anderen Worten ausgedrückt wird das Schwingungsverhalten des Kopplungssystems gemessen. Das Schwingungsverhalten der einzelnen Komponenten und das Schwingungsverhalten des gesamten Kopplungssystems werden durch ein Modell auf dem Steuergerät abgebildet. Mit den Fahrzeugsensordaten, welche durch Sensoren im Fahrzeug erfasst werden und dem inversen Modell des Kopp¬ lungssystems, wird auf dem Steuergerät der elektrischen Maschine die erforderliche Ansteuerung der elektrischen Maschine be¬ rechnet. Die Berücksichtigung des Kopplungssystems und der darin enthaltenen Komponenten kann nicht nur Auswirkungen auf die Form der erzeugten Drehmomentimpulse haben, sondern auch auf den Zeitpunkt der Erzeugung. Es kann zu einer Phasenverschiebung durch das Kopplungssystem kommen, welche in dem Ansteuerverhalten berücksichtigt werden kann. Eine Weiterbildung der vorliegenden Erfindung umfasst einen Drehschwingungssensor zur Bereitstellung der Fahrzeugsensordaten, wobei der Drehschwingungssensor an der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors, einer Welle des Antriebsstrangs oder am Getriebeeingang des Getriebes des Fahrzeuges angeordnet ist.
Die Drehschwingungen werden mittels Sensoren erfasst und in den Regelkreis des Steuergerätes der elektrischen Maschine be¬ rücksichtigt. Die Positionierung dieser Sensoren erfolgt sinnvollerweise am Antriebsstrang, wo die störenden Dreh- Schwingungen auftreten. Basierend darauf sind die Drehschwingungssensoren direkt an der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors, an einer Welle des Antriebsstrangs oder am Ge¬ triebeeingang des Getriebes angebracht. Somit ist sicherge- stellt, dass die Sensoren die erforderlichen Daten in der erforderlichen Qualität bereitstellen.
Aufgrund der Veränderungen der Umweltbedingungen, beispielsweise der Temperatur, der Luftfeuchte, Luftdruck, Höhe, Sau- erstoffgehalt der Luft, KraftstoffZusammensetzung und durch Veränderungen der Komponenten des Kopplungssystems, beispielsweise durch Verschleiß oder Austausch, kann eine Anpassung der Parametrierung des Schwingungsmodells des Kopplungssystems vorteilhaft sein. Diese kann gemäß der vorliegenden Erfindung sowohl im Stillstand des Fahrzeuges, als auch während der Fahrt erfolgen. Somit ist für den Kunden eine größtmögliche Flexi¬ bilität gegeben.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erfolgt die Detektion des Schwingungsverhaltens des Kopp¬ lungssystems durch eine Impulsantwort.
Somit wird durch einen kurzen, definierten Drehmomentimpuls, erzeugt durch die elektrische Maschine, das Kopplungssystem zu einer Schwingung anregt. Das Abklingverhalten dieser aufgebrachten Schwingung wird mit Hilfe der Fahrzeugsensoren erfasst und ausgewertet. Die Auswertung der Messdaten kann mittels einer Fourieranalyse erfolgen. Die erforderlichen Parameter werden zur neuen Parametrierung des Kopplungsmodells genutzt.
In einer weiteren Ausführungsform erfolgt die erforderliche Parametrierung des inversen Modells des Kopplungssystems mittels Kennfelder. Die Kennfelder werden im Vorfeld erzeugt und auf das Steuergerät aufgespielt. Das Steuergerät kann aus einem oder mehreren Kennfeldern situationsbedingt auswählen. Somit ist auch hier eine Anpassung an die Umgebungsbedingungen gewährleistet. Des Weiteren besteht die Möglichkeit Kennfelder abhängig von der Laufleistung des Antriebsstrangs zu hinterlegen, um auch die Verschleißerscheinungen und die Alterung der Komponenten zu berücksichtigen .
Als einen weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Fahrzeug mit einem Drehschwingungsberuhigungssystem be- schrieben.
Das Fahrzeug weist das System zur Drehschwingungsberuhigung auf. Das Fahrzeug kann einen oder mehrere Aspekte der vorhergehend beschriebenen Methodik aufweisen.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur elektrischen Drehschwingungsberuhigung im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges, welches folgende Schritte aufweist:
Detektieren einer Drehschwingung eines Antriebstrangs eines Fahrzeuges;
Auswerten der detektierten Daten
Ansteuern einer elektrischen Maschine, welcher mittels eines Kopplungssystems an den Antriebsstrang eines
Fahrzeuges angekoppelt ist, sodass mindestens ein Dreh- momentimpuls der elektrischen Maschine zwischen zwei
Drehmomentimpulsen des Verbrennungsmotors liegt, wobei die Antriebsachse der elektrischen Maschine parallel versetzt in Bezug auf den Antriebsstrang angeordnet ist.
Das Verfahren führt eine Drehschwingungsberuhigung in einem Antriebsstrang eines Fahrzeuges gemäß der beschriebenen Ausführungsformen aus. Das Verfahren beinhaltet alle nötigen Schritte, von der Erfassung der zu beruhigenden Drehschwingung, der Berechnung der Drehmomentimpulse der elektrischen Maschine und die Parametrierung des Kopplungsmodells auf dem Steuergerät. Das beschriebene Verfahren kann auch auf andere Hybridsysteme angewendet werden.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Programmelement, das, wenn es von einem Steuergerät ausgeführt wird, das Steuergerät anleitet, das im Kontext der vorliegenden Erfindung beschriebene Verfahren durchzuführen.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein computerlesbares Medium, auf dem ein Computerprogramm ge- speichert ist, das, wenn es von einem Steuergerät ausgeführt wird, das Steuergerät anleitet, das im Kontext der vorliegenden Erfindung beschriebene Verfahren durchzuführen.
Bei der vorliegenden Erfindung wird die elektrische Maschine nicht koaxial zwischen Verbrennungsmotor und Getriebe inte¬ griert, sondern ist über ein Kopplungssystem axial parallel versetzt angeordnet. Das erfindungsgemäße Merkmal besteht darin, dass das Schwingungsverhalten des Riemensystems in der An- steuerungsmethodik der Schwingungsberuhigung des elektrischen Hybridantriebs berücksichtigt werden kann. Dieses kann zumeinen durch ein inverses Modell des Kopplungssystems oder zum anderen durch ein oder mehrere Kennfelder und/oder Parameter erfolgen. Die Identifikation dieser Parameter und Kennfelder und des Modells kann einerseits durch eine feste Kalibrierung, aber auch durch eine während der Lebensdauer des Fahrzeugs immer wieder angepasste Parametrierung erfolgen. Bei letzterer können die Kalibrierungsdaten sowohl während des Stillstands als auch während der Fahrt über eine Vermessung des Kopplungssystems (Impulsantwort) gewonnen werden. Die Anpassung der Parameter und Kennfelder für die Berücksichtigung des Kopplungssystems in der Ansteuermethode der elektrischen Maschine während der Le¬ bensdauer des Fahrzeugs kann dazu verwendet werden, um Änderungen im Schwingungsverhalten des Kopplungssystems, verursacht durch beispielsweise Alterung und Temperatur, in der Ansteuerungs- methodik zu berücksichtigen. Außerdem können zusätzliche Aggregate, wie zum Beispiel ein mechanisch angetriebener Klimakompressor, und deren Schwingungen im Kopplungssystem in der Ansteuerungsmethodik einbezogen werden. Die Grundidee kann außerdem auf alle anderen Hybridsystem angewendet werden, bei denen ein Kopplungssystem zur Anbindung des elektrischen Hybridantriebs verwendet wird.
Der Vorteil des genannten Drehschwingungsberuhigungssystems ist es, dass zum einen der mechanische Aufwand für die Dreh¬ schwingungsberuhigung reduziert werden kann, was wiederum Kosten und Bauraum einspart. Außerdem bewirkt die Berücksichtigung des Schwingungsverhaltens des Riemensystems, dass die Dreh¬ schwingungen stärker, effektiver und effizienter reduziert werden können.
Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele und Figuren. Dabei bilden alle be- schriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich und in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung auch unabhängig von ihrer Zusammensetzung in den einzelnen Ansprüchen oder deren Rückbezügen. Die Figuren sind schematisch und nicht maßstabsgetreu. Sind in der nachfolgenden Beschreibung in verschiedenen Figuren die gleichen Bezugszeichen angegeben, so bezeichnen diese gleiche oder ähnliche Elemente. Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines An¬ triebsstranges mit der elektrischen Drehschwingungsberuhigung . Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines An¬ triebsstranges mit der elektrischen Drehschwingungsberuhigung, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung . Fig. 3 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur
elektrischen Drehschwingungsberuhigung .
Fig. 4 zeigt den Zeitverlauf von Drehmomentimpulsen des
Verbrennungsmotors und von Drehmomentimpulsen der elektrischen Maschine.
Fig. 5 zeigt den Zeitverlauf von Drehmomentimpulsen des
Verbrennungsmotors und von Drehmomentimpulsen der elektrischen Maschine.
Fig. 6 zeigt den Zeitverlauf von Drehmomentimpulsen des
Verbrennungsmotors und von Drehmomentimpulsen der elektrischen Maschine. Fig. 7 zeigt ein Fahrzeug mit einem Drehschwingungsberu- higungsSystem.
Das dargestellt Konzept mit einer elektrischen Drehschwingungsberuhigung beruht darauf, dass mit Hilfe einer elektrischen Maschine Drehmomentimpulse mit derselben Frequenz wie die erzeugten Drehmomentimpulse des Verbrennungsmotors aufgebracht werden. Die Drehmomentimpulse der elektrischen Maschine werden insoweit erzeugt, dass die Grundfrequenz des Verbrennungsmotors verdoppelt wird. Die Amplitude der Drehmomentimpulse des Verbrennungsmotors können reduziert werden und die generierten Drehmomentimpulse der elektrischen Maschine zwischen zwei Drehmomentimpulsen des Verbrennungsmotors resultieren in demselben mittleren Moment wie in einem vergleichbaren Fahrzeug ohne System zur elektrischen Drehschwingungsberuhigung. Daraus kann eine Halbierung der Amplitude der Drehschwingungen im Antriebsstrang resultieren. Durch die elektrische Maschine wird die Zylinderzahl des Verbrennungsmotors virtuell verdoppelt und somit ein vorteilhafteres Drehschwingungsverhalten hervorge- rufen.
Fig. 1 zeigt einen Antriebstrang 104 eines Fahrzeuges mit einem Verbrennungsmotor 110, einer elektrischen Maschine 120, einem Steuergerät 130 für die elektrische Maschine 120und einem Getriebe 107. Der Verbrennungsmotor 110 ist mit dem Antriebs¬ strang 104 verbunden. Des Weiteren befindet sich im Antriebsstrang 104 das Getriebe 107 des Fahrzeuges, bevor die Kraft weiter über ein Differential auf die Antriebsräder geleitet wird. Zur Fahrzeugdatenerfassung werden ein oder mehrere Fahr- zeugsensoren 108 an dem Antriebsstrang 104 befestigt. Die
Fahrzeugsensoren 108 können sich direkt an der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors 110, der Getriebeeingangswelle oder verteilt auf dem Antriebsstrang 104 befinden. An die elektrische Maschine 120 ist eine Steuergerät 130 angeschlossen, welche die elektrische Maschine 120 und dessen Drehmomentimpulse 121 steuert. Des Weiteren sind an die Steuergerät 130 die Fahr¬ zeugsensoren 108 angeschlossen.
Fig. 2 zeigt einen Antriebstrang 104 eines Fahrzeuges mit einem Verbrennungsmotor 110, einer elektrischen Maschine 120, einem Steuergerät 130 für die elektrische Maschine 120, einem oder mehrerer Fahrzeugsensoren 108, einem Getriebe 107, weitere Fahrzeugkomponenten 109, welche in das Kopplungssystem 106 integriert sind, und ein Koppelungssystem 106, welches die elektrische Maschine 120 mit dem Antriebsstrang 104 koppelt. Der Verbrennungsmotor 110 ist mit dem Antriebsstrang 104 verbunden. An den Antriebsstrang 104 ist ferner das Kopplungssystem 106 angeschlossen. Des Weiteren befindet sich im Antriebsstrang 104 das Getriebe 107 des Fahrzeuges, bevor die Kraft weiter über ein Differential auf die Antriebsräder geleitet wird. Zur Fahr¬ zeugdatenerfassung werden ein oder mehrere Fahrzeugsensoren 108 an dem Antriebsstrang 104 befestigt. Die Fahrzeugsensoren 108 können sich direkt an der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors 110, der Getriebeeingangswelle oder verteilt auf dem Antriebsstrang 104 befinden. Das Kopplungssystem 106 besteht aus einer
Kraftübertragungseinheit, welche die Kraft der elektrischen Maschine 120 auf ein Zahnrad oder eine Riemenscheibe überträgt und aus einem Zahnrad oder einer Riemenscheibe, welche fest mit dem Antriebsstrang 104 verbunden sein kann. Die Kraftübertragungseinheit kann als Riemen, Kette oder Zahnrad ausgeführt sein. In dem Kopplungssystem 106 befindet sich die elektrische Maschine 120, welcher die Drehmomentimpulse 121 erzeugt. Die Antriebsachse 105 der elektrischen Maschine 120 ist parallel versetzt in Bezug auf den Antriebsstrang 104 im Fahrzeug angeordnet. In dem Kopplungssystem 106 können sich auch weitere Fahrzeugkomponenten 109 befinden, wie beispielsweise, ein Klimakompressor, ein Generator oder eine Hydraulikpumpe. An die elektrische Maschine 120 ist eine Steuergerät 130 angeschlossen, welche die elektrische Maschine 120 und dessen Drehmomentimpulse 121 steuert. Des Weiteren sind an die Steuergerät 130 die Fahrzeugsensoren 108 angeschlossen.
Der Verbrennungsmotor 110 erzeugt Drehmomentimpulse 111 und leitet dieses auf den angeschlossenen Antriebsstrang 104, hierbei treten Drehschwingungen auf. Diese Drehschwingungen werden von den Fahrzeugdatensensoren 108 erfasst und an die Steuergerät 130 weitergeleitet. Die Steuergerät 130 wertet die erhaltenen Daten aus und berechnet hieraus die zu erzeugenden Drehmomentimpulse 121 der elektrischen Maschine 120 und die geänderte Ansteuerung des Verbrennungsmotors 110. Die hierdurch erzeugten Drehmomentimpulse 121 der elektrischen Maschine 120 werden durch das Kopplungssystem 106 auf den Antriebsstrang 104 geleitet. Somit werden die Drehschwingungen im Antriebsstrang 104 eines Fahrzeuges beruhigt und der Fahrkomfort wird erhöht. Auch wird hierdurch die Haltbarkeit der Komponenten im Antriebsstrang 104 erhöht, da die Beanspruchung durch die
Drehschwingungsberuhigung abnimmt .
In die Berechnungen des Steuergerätes 130 kann auch das
Schwingungsverhalten der anderen Komponenten 109 im Kopplungssystem 106 einbezogen werden. Auf dem Steuergerät 130 der elektrischen Maschine 120 ist ein inverses Modell des Kopp- lungssystems 106 hinterlegt, zudem kann dieses mittels Fahr¬ zeugsensordaten 108 aktualisiert werden. Die Aktualisierung der Parameter des Modells wird durch Änderungen der Umgebungsbedingungen, wie Temperatur, Luftdruck, Luftfeuchte usw. erforderlich. Auch der Verschleiß von Komponenten kann eine Anpassung des Modells erfordern. Die Anpassung kann mittels einer Impulsantwort erfolgen und wird durch das Steuergerät 130 ausgelöst oder es werden hinterlegte Kennfelder genutzt. Die Erfindung sieht vor die Anpassung sowohl im Stillstand als auch während der Fahrt durchzuführen. Die Kennfelder der Steuergerät 130 können mit der Zeit angepasst werden, um den Effekten der Alterung und des Verschleißes Rechnung zu tragen.
Fig. 3 zeigt ein Flussdiagramm, um das Verfahren der Erfindung zu veranschaulichen. In Schritt 301 wird die Drehschwingung des Antriebsstrangs mittels der Fahrzeugdatensensoren erfasst. Die Erfassten Daten werden in Schritt 302 in dem Steuergerät der elektrischen Maschine verarbeitet. In Schritt 303 wird die elektrische Maschine durch das Steuergerät der elektrischen Maschine angeleitet, gezielte Drehmomentimpulse über das Kopplungssystem auf den Antriebsstrang des Fahrzeugs zu leiten. In Schritt 304 wird mittels der Fahrzeugsensoren die resul¬ tierende Drehschwingung, nach dem Einleiten der Drehmomentimpulse durch die elektrische Maschine, erfasst und an das Steuergerät der elektrischen Maschine weitergeleitet, sodass ein geschlossener Regelkreis entsteht.
Fig. 4 zeigt einen zeitlichen Verlauf der Drehmomentimpulse 111, 121 der beiden Motoren 110, 120. Durch den Verbrennungsmotor 110 wird eine Serie von Drehmomentimpulsen 111 erzeugt. Durch die elektrische Maschine 120 wird ebenfalls eine Serie von Dreh¬ momentimpulsen 121 erzeugt. Somit entsteht eine Serie von alternierenden Drehmomentimpulse 121, 111 durch die elektrische Maschine 120 und durch den Verbrennungsmotor 110. Die Form der jeweils erzeugten Drehmomentimpulse 121, 111 ist in etwa gleich.
Fig. 5 zeigt einen zeitlichen Verlauf der Drehmomentimpulse 111, 121 der beiden Motoren 110, 120. Der Drehmomentimpuls der elektrischen Maschine 120 weist gegenüber Fig. 4 eine modi- fizierte Form auf. Diese dient in erster Linie dazu das potenziell negative Drehmoment des Verbrennungsmotors 110, hervorgerufen durch die Reibung an den Zylinderwänden bzw. die Verluste durch die Luftansaugung, auszugleichen. Fig. 6 zeigt einen zeitlichen Verlauf der Drehmomentimpulse 111, 121 der beiden Motoren 110, 120, wobei im Gegensatz zu Fig. 4 und Fig. 5 zwei Drehmomentimpulse 121 der elektrischen Maschine 120 zwischen zwei Drehmomentimpulse 111 des Verbrennungsmotors 110 erzeugt werden. Durch die Erzeugung von zwei Drehmomentimpulsen 121 wird die Frequenz der Drehmomentimpulse des Verbren¬ nungsmotors 110 nicht verdoppelt, sondern verdreifacht, um das Schwingungsverhalten eines Verbrennungsmotors 110 mit der dreifachen Zylinderanzahl zu simuliert. Fig. 7 zeigt ein Fahrzeug 700 mit einem Drehschwingungsberu- higungssystem 200, gemäß einem der beschriebenen Ausführungsformen .

Claims

Patentansprüche
1. Drehschwingungsberuhigungssystem (200) zur elektrischen Drehschwingungsberuhigung im Antriebsstrang (104) eines
Kraftfahrzeuges, aufweisend:
einen Verbrennungsmotor (110),
eine elektrische Maschine (120),
ein Steuergerät (130), zum Steuern der elektrischen Maschine (120) ,
einen Antriebsstrang (104), welcher mit dem Verbrennungsmotor (110) verbunden ist, und welcher mit der elektrischen Maschine (120) über ein Kopplungssystem (106) verbunden ist; wobei der Verbrennungsmotor (110) ausgelegt ist, eine erste Serie von Drehmomentimpulsen (111) zu erzeugen und die elektrische Maschine (120) ausgelegt ist, eine zweite Serie von Drehmomentimpulsen (121) zu erzeugen;
wobei die Antriebsachse (105) der elektrischen Maschine (120) parallel versetzt in Bezug auf den Antriebsstrang (104) angeordnet ist.
2. Drehschwingungsberuhigungssystem (200) gemäß Anspruch 1, wobei das Kopplungssystem (106) als ein Riemen, eine Kette oder eine Zahnradpaarung ausgeführt ist.
3. Drehschwingungsberuhigungssystem (200) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die elektrische Maschine (120) zur Drehschwin¬ gungsberuhigung und zum direkten Vortrieb des Fahrzeuges ausgeführt ist.
4. Drehschwingungsberuhigungssystem (200) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Form der Drehmomentimpulse (121) der elektrischen Maschine (120) mit den Drehmomentimpulsen (111) des Verbrennungsmotors (110) korrespondiert.
5. Drehschwingungsberuhigungssystem (200) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei alle Drehmomentimpulse (111, 121), sowohl der elektrischen Maschine (120) als auch des Verbrennungsmotors (110), äquidistant verteilt sind.
6. Drehschwingungsberuhigungssystem (200) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei an das Kopplungssystem (106) der Drehschwingungs¬ beruhigung eine zusätzliche Fahrzeugkomponente (109) ange¬ koppelt ist, bei der es sich um einen Klimakompressor, einen Generator oder eine Hydraulikpumpe handelt.
7. Drehschwingungsberuhigungssystem (200) gemäß Anspruch 6, wobei das Steuergerät (130) zur Berücksichtigung der zusätzlich am Kopplungselement (106) angekoppelten Komponente (109), bei der Drehschwingungsberuhigung ausgeführt ist.
8. Drehschwingungsberuhigungssystem (200) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei das Steuergerät (130) zur Motorregelung der elektrischen Maschine (120) zur Drehschwingungsberuhigung unter Berücksichtigung von Fahrzeugsensordaten und einem inversen Modell des Kopplungssystems (106) ausgeführt ist.
9. Drehschwingungsberuhigungssystem (200) gemäß Anspruch 8, aufweisend :
einen Drehschwingungssensor (108) zur Bereitstellung der Fahrzeugsensordaten, wobei der Drehschwingungssensor (108) an der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors (110), einer Welle des Antriebsstrangs (104) oder am Getriebeeingang des Getriebes (107) des Fahrzeuges angeordnet ist.
10. Drehschwingungsberuhigungssystem (200) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei das Steuergerät (130) zum Ermitteln des Schwingungs¬ verhaltens des Kopplungssystems (106) sowohl während der Fahrt als auch im Stillstand und zur darauffolgenden Motorregelung der elektrischen Maschine (120) unter Berücksichtigung des
Schwingungsverhaltens des Kopplungssystems ausgeführt ist, um die Drehschwingungsberuhigung auch während dem Betrieb des Fahrzeugs zu optimieren.
11. Drehschwingungsberuhigungssystem (200) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei das Steuergerät (130) zur Detektion des Schwin¬ gungsverhaltens des Kopplungssystems (106) durch eine Im- pulsantwort ausgeführt ist.
12. Fahrzeug (700) mit einem Drehschwingungsberuhigungssystem (200) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11.
13. Verfahren zur elektrischen Drehschwingungsberuhigung im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges, welches folgende Schritte aufweist :
Detektieren (301) einer Drehschwingung eines Antriebstrangs eines Fahrzeuges;
Auswerten (302) der detektierten Daten durch ein Steuergerät ;
Ansteuern (303) einer elektrischen Maschine, welcher mittels eines Kopplungssystems an den Antriebsstrang des Kraftfahrzeuges angekoppelt ist, sodass mindestens ein Dreh- momentimpuls der elektrischen Maschine zwischen zwei Drehmo¬ mentimpulsen des Verbrennungsmotors liegt;
wobei die Antriebsachse der elektrischen Maschine parallel versetzt in Bezug auf den Antriebsstrang angeordnet ist.
14. Programmelement, das, wenn es auf einem Steuergerät (130) für ein Drehschwingungsberuhigungssystem (200) ausgeführt wird, das Drehschwingungsberuhigungssystem anleitet, das Verfahren gemäß Anspruch 13 durchzuführen.
15. Computerlesbares Medium, auf dem ein Programmelement gemäß Anspruch 14 gespeichert ist.
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