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DE102009018292A1 - Method for determining a load spectrum for a transmission in motor vehicles - Google Patents

Method for determining a load spectrum for a transmission in motor vehicles Download PDF

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DE102009018292A1
DE102009018292A1 DE102009018292A DE102009018292A DE102009018292A1 DE 102009018292 A1 DE102009018292 A1 DE 102009018292A1 DE 102009018292 A DE102009018292 A DE 102009018292A DE 102009018292 A DE102009018292 A DE 102009018292A DE 102009018292 A1 DE102009018292 A1 DE 102009018292A1
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transmission
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inertia
gear
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Gerhard Ronner
Werner Wastl
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Bayerische Motoren Werke AG
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Bayerische Motoren Werke AG
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Abstract

Erfindungsgemäß wird zur Ermittlung des Lastkollektivs eines Getriebes für Kraftfahrzeuge kontinuierlich das Getriebemoment am Getriebeeingang aus vorgegebenen Betriebsparametern berechnet. Aus den kontinuierlich berechneten Getriebemoment-Werten wird eine Matrix erstellt, in der für jeden Gang die Häufigkeit des Auftretens eines Getriebemoments in einer definierten Getriebemomentklasse eingetragen und abgespeichert wird. Vorzugsweise werden die jeweils abgespeicherten Werte der Matrix bei jedem Ausschaltvorgang des Kraftfahrzeug-Betriebs in einem nicht-flüchtigen Speicher abgelegt und für Getriebeneuentwicklungen fahrzeugextern ausgewertet.According to the invention, the transmission torque at the transmission input is continuously calculated from predetermined operating parameters to determine the load spectrum of a transmission for motor vehicles. From the continuously calculated gear torque values, a matrix is created in which the frequency of occurrence of a gear torque in a defined gear torque class is entered and stored for each gear. The respectively stored values of the matrix are preferably stored in a non-volatile memory at each switch-off operation of the motor vehicle operation and evaluated for vehicle developments outside of the vehicle.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Ermittlung eines Lastkollektivs für ein Getriebe in Kraftfahrzeugen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The The invention relates to a method for determining a load collective for a transmission in motor vehicles according to the preamble of claim 1

Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise aus der DE 102 12 530 A1 bekannt. Grundsätzlich ist es im Rahmen der Betriebsfestigkeit von mechanischen Bauteilen allgemein bekannt, so genannte Lastkollektive, d. h., zeitabhängig variierende Belastungen – meist in Form von Schwingungen – zu bestimmen. Üblicherweise werden Lastkollektive für ein Getriebe auf Basis des Motoristmoments aus der Motorsteuerung oder auf Basis eines mittels eines Drehmomentsensors gemessenen Getriebe-Drehmoments ermittelt. Bei Verwendung des Motoristmoments werden Wechselmomentanteile und Trägheitsmomentanteile der Getriebebelastung nicht erfasst. Der Einbau eines Drehmomentsensors ist aufwendig und teuer und somit für den flächendeckenden Einsatz in der Fahrzeugflotte ungeeignet.Such a method is for example from the DE 102 12 530 A1 known. Basically, it is generally known in the context of the operational stability of mechanical components, so-called load spectra, ie, time-varying loads - usually in the form of vibrations - to determine. Typically, load spectra for a transmission are determined based on the actual engine torque from the engine control or based on a measured by a torque sensor transmission torque. When using the motor instant torque, moments of inertia and moments of inertia of the gear load are not detected. The installation of a torque sensor is complicated and expensive and thus unsuitable for widespread use in the vehicle fleet.

Es ist Aufgabe der Erfindung, das Verfahren eingangs genannter Art in der Weise weiterzubilden, dass eine genauere Ermittlung des Lastkollektivs möglich ist.It Object of the invention, the method of the type mentioned develop in the way that a more accurate determination of the load collective possible is.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst. Die abhängigen Patentansprüche sind vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.These Object is achieved by the subject of claim 1. The dependent claims are advantageous developments of the invention.

Erfindungsgemäß wird zur Ermittlung des Lastkollektivs kontinuierlich das Getriebemoment am Getriebeeingang aus vorgegebenen Betriebsparametern berechnet. Aus den kontinuierlich berechneten Getriebemoment-Werten wird eine Matrix erstellt, in der für jeden Gang die Häufigkeit des Auftretens eines Getriebemoments in einer definierten Getriebemomentklasse eingetragen und abgespeichert wird.According to the invention to determine the load spectrum continuously the gear torque calculated at the transmission input from given operating parameters. The continuously calculated gear torque values become a Matrix created in the frequency for each gear the occurrence of a transmission torque in a defined transmission torque class is entered and saved.

Vorzugsweise werden die jeweils abgespeicherten Werte der Matrix bei jedem Ausschaltvorgang des Kraftfahrzeug-Betriebs in einem nicht-flüchtigen Speicher abgelegt.Preferably The stored values of the matrix are displayed at each switch-off process of the motor vehicle operation in a non-volatile memory stored.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die abgespeicherten Werte der Matrix bei einem Werkstattbesuch aus dem nicht-flüchtigen Speicher zur fahrzeugexternen Auswertung ausgelesen.In a further advantageous embodiment of the invention Procedure, the stored values of the matrix at a Workshop visit from the non-volatile memory to the vehicle external Evaluation read out.

Diese Auswertung kann vorzugsweise als Grundlage für eine gezielte Getriebeneuentwicklung verwendet werden.These Evaluation may be preferable as a basis for a targeted Gearbox new development can be used.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigtIn The drawing is an embodiment of the invention shown. It shows

1 schematisch das Zusammenspiel von für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens möglichen Komponenten, 1 schematically the interplay of possible components for carrying out the method according to the invention,

2 schematisch eine Matrix, in der für jeden Gang die Häufigkeit des Auftretens eines Getriebemoments in einer definierten Getriebemomentklasse abgespeichert wird, 2 schematically a matrix in which for each gear the frequency of occurrence of a transmission torque is stored in a defined transmission torque class,

3 einen Vergleich vom bisher verwendeten Motoristmoment und dem erfindungsgemäß berechneten Getriebemoment beim Gangwechsel mit Handschalter zur Ermittlung eines Lastkollektivs und 3 a comparison of the previously used Motoristmoment and the invention calculated gear torque when changing gear with manual switch to determine a load spectrum and

4 einen Vergleich vom bisher verwendeten Motoristmoment und dem erfindungsgemäß berechneten Getriebemoment beim Gangwechsel mit Automatikgetriebe und Wandler zur Ermittlung eines Lastkollektivs. 4 a comparison of the previously used Motoristmoment and the invention calculated gear torque when changing gear with automatic transmission and converter to determine a load collective.

In 1 wird in einem Motor-Betriebsparameter-Funktionsblock 1 die Motordrehzahl nMot und das Motoristmoment MMot erfasst oder ermittelt. Über Sensoren an den Antriebsrädern 2 werden die Drehzahlen der Antriebsräder nHA, hier der Hinterräder, ermittelt. Die Drehzahl der Antriebsräder nHA wird zusammen mit der Motordrehzahl nMot in einem Gangermittlungsblock 3 zur Ermittlung des jeweils aktuellen Ganges verrechnet.In 1 is in a motor operating parameter function block 1 the engine speed nMot and the engine actual torque MMot detected or determined. Via sensors on the drive wheels 2 the speeds of the drive wheels nHA, here the rear wheels, determined. The number of revolutions of the driving wheels nHA becomes, together with the engine speed nMot, a gait determination block 3 calculated to determine the current gear.

Im Getriebemoment-Ermittlungsblock 4 wird in Abhängigkeit von den Betriebsparametern MMot, nMot und weiteren Betriebsparametern, auf die weiter unten noch genauer eingegangen wird, das Getriebemoment Md berechnet.In the transmission torque determination block 4 is calculated in dependence on the operating parameters MMot, nMot and other operating parameters, which will be discussed in more detail below, the gear torque Md.

Im Klassierungsblock 5 wird zur Ermittlung des Lastkollektivs aus den kontinuierlich berechneten Getriebemoment-Werten Md eine Matrix erstellt, in der für jeden Gang die Häufigkeit des Auftretens eines Getriebemoments Md in einer definierten Getriebemomentklasse (Md i; i = 1, 2, 3, ...) eingetragen und beispielweise zunächst in einem RAM 6 abgespeichert wird. Eine mögliche Ausgestaltung der Matrix ist schematisch in 2 dargestellt.In the classification block 5 For determining the load collective from the continuously calculated gear torque values Md, a matrix is created in which the frequency of occurrence of a gear torque Md in a defined gear torque class (Md i; i = 1, 2, 3, ...) is entered for each gear and for example first in a RAM 6 is stored. One possible embodiment of the matrix is schematically shown in FIG 2 shown.

Die jeweils im RAM 6 abgespeicherten Werte der Matrix werden bei jedem Ausschaltvorgang des Kraftfahrzeug-Betriebs (z. B. „Kl. 15 aus”) in einem nicht-flüchtigen Speicher 7 abgelegt. Die abgespeicherten Werte der Matrix werden beispielsweise bei einem Werkstattbesuch aus dem nicht-flüchtigen Speicher 7 zur fahrzeugexternen Auswertung beispielsweise mittels eines Diagnosetesters 8 ausgelesen.Each in RAM 6 stored values of the matrix are in a non-volatile memory at each turn-off operation of the motor vehicle operation (eg "Cl. 15 off") 7 stored. The stored values of the matrix, for example, at a workshop visit from the non-volatile memory 7 for vehicle-external evaluation, for example by means of a diagnostic tester 8th read.

Die Funktionsblöcke 1 bis 8 zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens können als neues Programmmodul in einem ohnehin üblicherweise vorhandenen elektronischen Motorsteuergerät oder elektronischen Getriebesteuergerät realisiert werden. Unter dem Begriff Motor wird hierbei ein Kraftfahrzeug-Antriebsmotor, wie beispielsweise eine Brennkraftmaschine oder ein Elektromotor, verstanden.The functional blocks 1 to 8th for carrying out the method according to the invention can be used as a new program module in an electronic engine control unit which is usually present anyway or electronic transmission control unit can be realized. The term engine here is understood to mean a motor vehicle drive motor, such as an internal combustion engine or an electric motor.

Die Berechnung des Getriebemoments Md (= Drehmoment am Getriebeeingang) für Handschalter erfolgt vorzugsweise auf Basis vom Motoristmoment MMot, von der Motordrehzahl nMot und vom Massenträgheitsmoment der Kurbelwelle nach folgendem Algorithmus: Getriebemoment [Nm] = Motoristmoment [Nm] – Massenträgheitsmoment_Kurbelwelle [kgm2]·d(Motordrehzahl)/dt [rad/s2] The calculation of the transmission torque Md (= torque at the transmission input) for manual switch is preferably based on the motor actual torque MMot, the engine speed nMot and the mass moment of inertia of the crankshaft according to the following algorithm: Gear torque [Nm] = actual motor torque [Nm] - moment of inertia_ crankshaft [kgm 2 ] · D (engine speed) / dt [rad / s 2 ]

Dieser Algorithmus ist für Antriebsstränge mit Zweimassenschwungrad (ZMS) im Frequenzbereich ≤ 10 Hz geeignet. Diese Begrenzung ist einerseits durch die Abtastbegrenzung auf 100 Hz aufgrund der gegebenen CPU Leistung derzeit verwendeter Motorsteuergeräte vorgegeben und andererseits durch das Übertragungsverhalten des ZMS, weil die Funktion des Verfahrens nur bei unterkritischem ZMS-Betrieb gewährleistet ist. Den Vergleich vom bisher verwendeten Motoristmoment MMot mit dem erfindungsgemäß berechneten Getriebemoment Md, das nahezu gleich dem realen Getriebemoment ist, veranschaulicht 3 für einen Gangwechsel mit einem üblichen Handschaltgetriebe.This algorithm is suitable for powertrains with dual-mass flywheel (DMF) in the frequency range ≤ 10 Hz. This limit is given on the one hand by the sampling limitation to 100 Hz due to the given CPU performance currently used engine control units and on the other hand by the transmission behavior of the ZMS, because the function of the method is guaranteed only in subcritical ZMS operation. The comparison of the previously used Motoristmoment MMot with the invention calculated gear torque Md, which is almost equal to the real gear torque illustrated 3 for a gear change with a standard manual gearbox.

Die Berechnung des Getriebemoments für Automatikgetriebe mit Wandler erfolgt auf Basis vom Motoristmoment, vom Massenträgheitsmoment der Kurbelwelle, von der Motordrehzahl, vom Wandlerkupplungsmoment (WK-Moment), von der Wandlerverstärkung, vom Massenträgheitsmoment der Turbine und von der die Turbinendrehzahl nach folgendem Algorithmus: Getriebemoment [Nm] = (Motoristmoment [Nm] – Massenträgheitsmoment_Kurbelwelle [kgm2]·d(Motordrehzahl)/dt [rad/s2] – WK_Moment [Nm])·Wandlerverstärkung [–] + WK_Moment [Nm] – Massenträgheitsmoment_Turbine [kgm2]·d(Turbinendrehzahl)/dt [rad/s2] The calculation of the transmission torque for automatic transmissions with torque converter is based on the actual torque, the mass moment of inertia of the crankshaft, the engine speed, the converter clutch torque (WK moment), the converter gain, the mass moment of inertia of the turbine and the turbine speed according to the following algorithm: Gear torque [Nm] = (actual motor torque [Nm] - moment of inertia_ crankshaft [kgm 2 ] · D (engine speed) / dt [rad / s 2 ] - WK_Moment [Nm]) · Converter gain [-] + WK_Moment [Nm] - Mass moment of inertia_Turbine [kgm 2 ] · D (turbine speed) / dt [rad / s 2 ]

Dieser Algorithmus erlaubt bei Umsetzung in einem derzeit aktuellen Motor- oder Getriebesteuergerät die Erfassung des Getriebemoments Md am Getriebeeingang nach der Turbine im Frequenzbereich ≤ 10 Hz wegen der bereits erwähnten Abtastbegrenzung auf 100 Hz aufgrund der gegebenen CPU Leistung derzeit verwendeter Motorsteuergeräte. 4 zeigt den Vergleich vom reinen Motoristmoment MMot mit dem erfindungsgemäß berechneten Getriebemoment Md, das nahezu gleich dem realen Getriebemoment ist, für ein Automatikgetriebe mit geöffneter und geschlossener Wandlerkupplung sowie während ihres Schließvorganges.This algorithm, when implemented in a current engine or transmission control device, allows the detection of the transmission torque Md at the transmission input after the turbine in the frequency range ≤ 10 Hz because of the already mentioned sampling limit of 100 Hz due to the given CPU power of currently used engine control units. 4 shows the comparison of the pure Motoristmoment MMot with the inventively calculated gear torque Md, which is almost equal to the real gear torque, for an automatic transmission with open and closed converter clutch and during its closing operation.

Dabei hängt die Qualität der Formel-Ergebnisse maßgeblich von der Güte und Aufbereitung der basierenden Motorsignale im Motorsteuergerät ab.there depends on the quality of the formula results significantly of the quality and conditioning of the base engine signals in the engine control unit.

Bei der erfindungsgemäßen Berechnung des Getriebemoments in Form des in das Getriebe eingeleiteten Drehmoments werden die Trägheitsanteile zum Beschleunigen der Kurbelwelle einschließlich des Schwungrads und der Kupplung berücksichtigt. Außerdem wird der Wechselanteil der Getriebebelastung infolge der zyklischen Drehmomentabgabe des Hubkolbenmotors sowie aufgrund von Eigenformen des Antriebsstrangs, wie Ruckeln etc. erfasst. Durch die Anwendung des erfindungsgemäßen Algorithmus kann auf Basis von vorhandenen Signalen aus der Motorsteuerung ohne zusätzliche Drehmomentsensoren die Drehmomentbelastung des Getriebes im realen Fahrzeug flächendeckend mit hoher Qualität ermittelt werden. Damit ist eine exakte Dimensionierung und Auslegung des Getriebes möglich, was ggf. zur Gewichtsreduzierung und zu Kosteneinsparungen ohne Einbußen bei Funktion und Festigkeit führt.at the calculation of the transmission torque according to the invention in the form of the introduced into the transmission torque are the Inertia shares for accelerating the crankshaft including the Flywheel and the clutch considered. Furthermore becomes the alternating part of the transmission load due to the cyclic Torque output of the reciprocating engine and due to intrinsic forms of Powertrain, such as jerking, etc. recorded. By applying the The algorithm according to the invention can be based on existing signals from the engine control without additional Torque sensors the torque load of the gearbox in real Vehicle determined nationwide with high quality become. This is an exact dimensioning and interpretation of Gear possible, which may be necessary for weight loss and for cost savings without sacrificing function and strength leads.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Claims (7)

Verfahren zur Ermittlung eines Lastkollektivs für ein Getriebe in Kraftfahrzeugen während des Betriebs eines Kraftfahrzeuges, bei dem belastungsrelevante Betriebsparameter erfasst werden, die zur Ermittlung des Lastkollektivs herangezogen werden, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung des Lastkollektivs kontinuierlich das Getriebemoment (Md) am Getriebeeingang aus vorgegebenen Betriebsparametern (MMot, nMot, ...) berechnet wird und daraus eine Matrix erstellt wird, in der für jeden Gang die Häufigkeit des Auftretens eines Getriebemoments (Md) in einer definierten Getriebemomentklasse (Md i; i = 1, 2, 3, ...) abgespeichert wird.Method for determining a load spectrum for a transmission in motor vehicles during operation of a motor vehicle, are detected in the load-relevant operating parameters, which are used to determine the load spectrum, characterized in that for determining the load spectrum continuously the gear torque (Md) at the transmission input from predetermined operating parameters (MMot, nMot, ...) is calculated and from this a matrix is created in which the frequency of occurrence of a transmission torque (Md) in a defined transmission torque class (Md i; i = 1, 2, 3, .. .) is stored. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweils abgespeicherten Werte der Matrix bei jedem Ausschaltvorgang des Kraftfahrzeug-Betriebs in einem nichtflüchtigen Speicher (7) abgelegt werden.Method according to Patent Claim 1, characterized in that the respectively stored values of the matrix are stored in a non-volatile memory at each switch-off operation of the motor vehicle operation ( 7 ) are stored. Verfahren nach einem der vorangegangenen Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die abgespeicherten Werte der Matrix aus dem nicht-flüchtigen Speicher (7) zur fahrzeugexternen Auswertung ausgelesen werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the stored values of the matrix from the non-volatile memory ( 7 ) are read out to the vehicle external evaluation. Verfahren nach einem der vorangegangenen Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgegebenen Betriebsparameter zur Berechnung des Getriebemoments (Md) zumindest das Motoristmoment (MMot), das Massenträgheitsmoment der Kurbelwelle und die Motordrehzahl (nMot) sind.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the predetermined operating parameters for calculating the transmission torque (Md) at least the actual engine torque (MMot), the moment of inertia of the crankshaft and the Engine speed (nMot) are. Verfahren nach einem der vorangegangenen Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgegebenen Betriebsparameter zur Berechnung des Getriebemoments bei einem Handschalter mit einfacher Kupplung das Motoristmoment (MMot), das Massenträgheitsmoment der Kurbelwelle und die Motordrehzahl (nMot) sind und dass das Getriebemoment (Md) mittels folgender Formel berechnet wird: Getriebemoment [Nm] = Motoristmoment [Nm] – Massenträgheitsmoment_Kurbelwelle [kgm2]·d(Motordrehzahl)/dt [rad/s2] Method according to one of the preceding claims, characterized in that the predetermined operating parameters for calculating the transmission torque in a manual switch with a simple clutch Motoristmoment (MMot), the mass moment of inertia of the crankshaft and the engine speed (nMot) and that the transmission torque (Md) by means of the following Formula is calculated: Gear torque [Nm] = actual motor torque [Nm] - moment of inertia_ crankshaft [kgm 2 ] · D (engine speed) / dt [rad / s 2 ] Verfahren nach einem der vorangegangenen Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgegebenen Betriebsparameter zur Berechnung des Getriebemoments bei einem Automatikgetriebe mit Wandler das Motoristmoment, das Massenträgheitsmoment der Kurbelwelle, die Motordrehzahl, das Wandlerkupplungsmoment, die Wandlerverstärkung, das Massenträgheitsmoment der Turbine und die Turbinendrehzahl sind und dass das Getriebemoment (Md) mittels folgender Formel berechnet wird: Getriebemoment [Nm] = (Motoristmoment [Nm] – Massenträgheitsmoment_Kurbelwelle [kgm2]·d(Motordrehzahl)/dt [rad/s2] – WK_Moment [Nm])·Wandlerverstärkung [–] + WK_Moment [Nm] – Massenträgheitsmoment_Turbine [kgm2]·d(Turbinendrehzahl)/dt [rad/s2] Method according to one of the preceding claims, characterized in that the predetermined operating parameters for calculating the transmission torque in an automatic transmission with converter the Motoristmoment, the mass moment of inertia of the crankshaft, the engine speed, the converter clutch torque, the converter gain, the moment of inertia of the turbine and the turbine speed and that the gear torque (Md) is calculated using the following formula: Gear torque [Nm] = (actual motor torque [Nm] - moment of inertia_ crankshaft [kgm 2 ] · D (engine speed) / dt [rad / s 2 ] - WK_Moment [Nm]) · Converter gain [-] + WK_Moment [Nm] - Mass moment of inertia_Turbine [kgm 2 ] · D (turbine speed) / dt [rad / s 2 ] Verwendung des Verfahrens nach einem der vorangegangenen Patentansprüche als Grundtage zur exakten Dimensionierung und Auslegung eines neu zu entwickelnden Getriebes im Hinblick auf Kostenreduzierung und mögliche Gewichtsreduzierung und somit zur CO2-Einsparung, indem die Lastkollektive über die gesamte Lebensdauer eines Getriebes oder Kraftfahrzeuges ermittelt und ausgewertet werden.Use of the method according to one of the preceding Claims as basic days for exact dimensioning and design of a newly developed transmission with regard to Cost reduction and possible weight reduction and thus to the CO2-saving by the load collective over determines the entire life of a transmission or motor vehicle and evaluated.
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