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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine entsprechende Steuereinheit zur Einstellung des von einem Drehmomentsteller geforderten Soll-Moments im Antriebsstrang eines Fahrzeugs.
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Drehmomentsteller können in der Lage sein selbst bei relativ niedrigen Drehzahlen relativ hohe Drehmomente bereitzustellen. Beispiele für Drehmomentsteller sind Verbrennungsmotoren (z.B. Otto- oder Dieselmotoren) und elektrische Maschinen. Relativ hohe Drehmomente und relativ schnelle Änderungen des Motormomentes während eines Beschleunigungsvorgangs können zu relativ starken Beschleunigungen im Antriebsstrang eines Fahrzeuges und damit zu Schwingungen führen, die spürbar sein können und somit den Fahrkomfort beeinträchtigen können.
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Die Schwingungen können durch unterschiedliche Komponenten im Antriebsstrang entstehen, die unterschiedliche Steifigkeiten und Trägheiten aufweisen und so ein schwingfähiges System bilden. Um diesen Schwingungen entgegen zu wirken, können verschiedene Arten von Steuerungen und Regelungen, auch als Momentenfilterung bezeichnet, verwendet werden.
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Das vorliegende Dokument befasst sich mit der technischen Aufgabe, ein Verfahren und eine Steuereinheit bereitzustellen, durch die eine Momentenanforderung eines Fahrers in schneller, dynamischer und schwingungsfreier Weise durch einen Drehmomentsteller eines Antriebsstrangs eines Fahrzeugs umgesetzt werden kann.
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Die Aufgabe wird durch die unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen werden u.a. in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Gemäß einem Aspekt wird ein Verfahren zur Ermittlung eines zeitlichen Soll-Momenten-Verlaufs für einen Drehmomentsteller eines Antriebsstrangs eines Fahrzeugs beschrieben. Durch den zeitlichen Soll-Momenten-Verlauf soll eine Momentenanforderung (d.h. eine Anforderung für ein Antriebsmoment) für einen Übergang von einem Ausgangs-Antriebsmoment zu einem Ziel-Antriebsmoment umgesetzt werden. Das Verfahren kann z.B. durch eine Steuereinheit des Antriebsstrangs und/oder des Fahrzeugs umgesetzt werden.
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Das Verfahren umfasst das Ermitteln eines ersten zeitlichen Basis-Momenten-Verlaufs, der das Ausgangs-Antriebsmoment durch zumindest zwei unterschiedliche Gradienten-limitierte (ggf. lineare) Segmente in das Ziel-Antriebsmoment überführt. Dabei kann der erste zeitliche Basis-Momenten-Verlauf zumindest ein Gradienten-limitiertes Segment für Drehmomente unterhalb eines ersten Zwischen-Moments (in diesem Dokument auch als obere Drehmoment-Schwelle bezeichnet) umfassen, um ein Zahnflanken-Spiel von einem Getriebe des Antriebsstrangs zu überwinden. Des Weiteren kann der erste zeitliche Basis-Momenten-Verlauf zumindest ein Gradienten-limitiertes Segment für Drehmomente oberhalb des ersten Zwischen-Moments umfassen, um das Antriebsmoment (möglichst schnell und schwingungsfrei) von dem ersten Zwischen-Moment auf das Ziel-Antriebsmoment anzuheben.
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Der erste zeitliche Basis-Momenten-Verlauf kann ggf. genau 5, 4, 3 oder 2 unterschiedliche Gradienten-limitierte (ggf. lineare) Segmente aufweisen. Dabei kann ein Gradienten-limitiertes Segment einen zeitlichen Drehmoment-Gradienten aufweisen, der einen maximalen Gradienten für das Segment nicht überschreitet und/oder der innerhalb des Segments konstant ist (so dass sich lineare Segmente ergeben).
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Durch die Bereitstellung eines ersten zeitlichen Basis-Momenten-Verlaufs kann eine Momentenanforderung mit hoher Reaktivität, schwingungsfrei und unter Berücksichtigung von nicht-linearen Effekten im Antriebsstrang umgesetzt werden.
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Das Verfahren umfasst weiter das Ermitteln eines zweiten zeitlichen Basis-Momenten-Verlaufs durch Filterung eines von der Momentenanforderung abgeleiteten dosierten Momenten-Verlaufs mit einem Kerb-Filter, durch den ein Frequenzgang des Antriebsstrangs (insbesondere der Frequenzgang eines linearen Modells des Antriebsstrangs) geglättet wird. Der Frequenzgang des Antriebsstrangs kann z.B. ein oder mehrere Anhebungen bzw. lokale Maximal (insbesondere Pole) aufweisen. Der Kerb-Filter kann eingerichtet sein, die ein oder mehreren Anhebungen bzw. lokalen Maximal zu glätten.
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Der dosierte Momenten-Verlauf kann einem dosierten Übergang von dem Ausgangs-Antriebsmoment in das Ziel-Antriebsmoment entsprechen, wobei der Übergang mit einem derart großen zeitlichen Gradienten erfolgt, dass bei einer Ansteuerung des Drehmomentstellers mit dem dosierten Momenten-Verlauf Schwingungen im Antriebsstrang erfolgen können. Der zeitliche Gradient des dosierten Momenten-Verlaufs kann von der Differenz zwischen Ausgangs-Antriebsmoment und Ziel-Antriebsmoment abhängen und kann insbesondere mit steigender Differenz steigen. Durch den dosierten Momenten-Verlauf kann somit eine dosierte, schnelle und dynamische Umsetzung der Momentenanforderung bewirkt werden. Durch die Filterung des dosierten Momenten-Verlaufs mit einem Kerb-Filter wird darüber hinaus eine schwingungsfreie Umsetzung der Momentenanforderung ermöglicht. Durch die Bereitstellung eines zweiten zeitlichen Basis-Momenten-Verlaufs kann somit eine Momentenanforderung mit hoher Dynamik, schwingungsfrei und unter Berücksichtigung von linearen Effekten im Antriebsstrang umgesetzt werden.
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Außerdem umfasst das Verfahren das Ermitteln des zeitlichen Soll-Momenten-Verlaufs auf Basis des ersten zeitlichen Basis-Momenten-Verlaufs und auf Basis des zweiten zeitlichen Basis-Momenten-Verlaufs. Dabei kann der erste zeitliche Basis-Momenten-Verlauf stetig und/oder fließend in den zweiten zeitlichen Basis-Momenten-Verlauf überführt werden. Des Weiteren kann der zeitliche Soll-Momenten-Verlauf bis zu einem ersten Zwischen-Moment dem ersten Basis-Momenten-Verlauf entsprechen. Andererseits kann der zeitliche Soll-Momenten-Verlauf ab einem zweiten Zwischen-Moment (das höher ist als das erste Zwischen-Moment) dem zweiten Basis-Momenten-Verlauf entsprechen. Das zweite Zwischen-Moment kann dem weiter unten beschriebenen Schnitt-Moment entsprechen.
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Durch die Kombination von zwei unterschiedlichen Basis-Momenten-Verläufen wird die schnelle, dynamische und schwingungsfreie Umsetzung von Momentenanforderungen in einem Antriebsstrang eines Fahrzeugs ermöglicht. Dies wird auch für einen Antriebsstrang ermöglicht, der lineare und nicht-lineare Effekte aufweist, die zu Schwingungen im Antriebsstrang führen können. Lineare Effekte können z.B. durch elastische Wellen des Antriebsstrangs verursacht werden. Nicht-lineare Effekte können z.B. durch ein Zahnflanken-Spiel eines Getriebes des Antriebsstrangs bewirkt werden.
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Wie oben dargelegt, kann der zweite zeitliche Basis-Momenten-Verlauf durch Filterung mit dem Kerb-Filter eines dosierten Momenten-Verlaufs von dem Ausgangs-Antriebsmoment zu dem Ziel-Antriebsmoment ermittelt werden. Beispielsweise kann der zweite zeitliche Basis-Momenten-Verlauf durch Filterung zumindest eines Teils des ersten Basis-Momenten-Verlaufs ermittelt werden. Insbesondere kann der dosierte Momenten-Verlauf zumindest teilweise dem ersten zeitlichen Basis-Momenten-Verlauf entsprechen.
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Beispielsweise kann der dosierte Momenten-Verlauf für Drehmomente unterhalb des ersten Zwischen-Moments dem zumindest einen Gradienten-limitierten Segment für Drehmomente unterhalb eines ersten Zwischen-Moments des ersten zeitlichen Basis-Momenten-Verlaufs entsprechen. Mit anderen Worten, der dosierte Momenten-Verlauf kann (insbesondere für Drehmomente unterhalb des ersten Zwischen-Moments) dem ersten zeitlichen Basis-Momenten-Verlauf entsprechen. So kann ein stetiger Übergang zwischen dem ersten Basis-Momente-Verlauf und dem zweiten Basis-Momenten-Verlauf bewirkt werden.
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Andererseits kann der dosierte Momenten-Verlauf für Drehmomente oberhalb des ersten Zwischen-Moments ein Gradienten-limitiertes Segment umfassen, das einen zeitlichen Gradienten aufweist, der das Drehmoment derart schnell von dem ersten Zwischen-Moment in das Ziel-Antriebsmoment überführt, dass bei entsprechender Ansteuerung des Drehmomentstellers Schwingungen im Antriebsstrang verursacht würden. So kann eine hohe Dynamik bewirkt werden.
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Das Gradienten-limitierte Segment des ersten zeitlichen Basis-Momenten-Verlaufs für Drehmomente oberhalb des ersten Zwischen-Moments kann derart ermittelt werden, dass das Gradienten-limitierte Segment für Drehmomente oberhalb des ersten Zwischen-Moments den zweiten zeitlichen Basis-Momenten-Verlauf bei einem Schnitt-Moment schneidet (der zwischen dem ersten Zwischen-Moment und dem Ziel-Antriebsmoment liegt). Das heißt, das Gradienten-limitierte Segment des ersten zeitlichen Basis-Momenten-Verlaufs für Drehmomente oberhalb des ersten Zwischen-Moments weist typischerweise einen niedrigeren zeitlichen Gradienten auf als das Gradienten-limitierte Segment des dosierten Momenten-Verlaufs für Drehmomente oberhalb des ersten Zwischen-Moments. Der zeitliche Gradient des Gradienten-limitierten Segments des ersten zeitlichen Basis-Momenten-Verlaufs für Drehmomente oberhalb des ersten Zwischen-Moments kann dabei derart limitiert sein, dass bei entsprechender Ansteuerung des Drehmomentstellers keine Schwingungen im Antriebsstrang entstehen.
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Der Soll-Momenten-Verlauf kann dann für Antriebsmomente unterhalb des Schnitt-Moments dem Gradienten-limitierten Segment des ersten zeitlichen Basis-Momenten-Verlaufs für Drehmomente oberhalb des ersten Zwischen-Moments entsprechen. Andererseits kann der Soll-Momenten-Verlauf für Antriebsmomente oberhalb des Schnitt-Moments dem zweiten zeitlichen Basis-Momenten-Verlauf entsprechen. So kann ein stetiger Übergang zwischen den beiden Basis-Momenten-Verläufen bewirkt werden.
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Wie bereits oben dargelegt, kann der zeitliche Gradient eines Gradienten-limitierten Segments von einer Differenz zwischen dem Ziel-Antriebsmoment und dem Ausgangs-Antriebsmoment abhängen (insbesondere für Gardienten-limitierte Segmente für Drehmomente oberhalb des ersten Zwischen-Moments). Dabei kann der zeitliche Gradient mit steigender Differenz steigen. So kann die Dosierbarkeit des Antriebsmoments für einen Fahrer des Fahrzeugs verbessert werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Steuereinheit für einen Drehmomentsteller eines Antriebsstrangs eines Fahrzeugs beschrieben. Die Steuereinheit ist eingerichtet, für eine Momentenanforderung (z.B. eines Fahrers des Fahrzeugs) für einen Übergang von einem Ausgangs-Antriebsmoment zu einem Ziel-Antriebsmoment, einen ersten zeitlichen Basis-Momenten-Verlauf zu ermitteln, der das Ausgangs-Antriebsmoment durch zumindest zwei unterschiedliche Gradienten-limitierte Segmente in das Ziel-Antriebsmoment überführt. Die Steuereinheit ist weiter eingerichtet, einen zweiten zeitlichen Basis-Momenten-Verlauf durch Filterung eines von der Momentenanforderung abhängigen dosierten Momenten-Verlaufs mit einem Kerb-Filter zu ermitteln, wobei durch den Kerb-Filter ein Frequenzgang des Antriebsstrangs geglättet wird. Die Steuereinheit ist weiter eingerichtet, auf Basis des ersten zeitlichen Basis-Momenten-Verlaufs und des zweiten zeitlichen Basis-Momenten-Verlaufs einen zeitlichen Soll-Momenten-Verlauf zur Ansteuerung des Drehmomentstellers zu ermitteln.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Fahrzeug (insbesondere ein Straßenkraftfahrzeug z.B. ein Personenkraftwagen, ein Lastkraftwagen oder ein Motorrad) beschrieben, das den in diesem Dokument beschriebenen Antriebsstrang und/oder die in diesem Dokument beschriebene Steuereinheit umfasst.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Software (SW) Programm beschrieben. Das SW Programm kann eingerichtet werden, um auf einem Prozessor (z.B. auf einem Steuergerät eines Fahrzeugs) ausgeführt zu werden, und um dadurch das in diesem Dokument beschriebene Verfahren auszuführen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Speichermedium beschrieben. Das Speichermedium kann ein SW Programm umfassen, welches eingerichtet ist, um auf einem Prozessor ausgeführt zu werden, und um dadurch das in diesem Dokument beschriebene Verfahren auszuführen.
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Es ist zu beachten, dass die in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme sowohl alleine, als auch in Kombination mit anderen in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systemen verwendet werden können. Desweiteren können jegliche Aspekte der in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systemen in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden. Insbesondere können die Merkmale der Ansprüche in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden.
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Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Dabei zeigen
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1 einen beispielhaften Antriebsstrang eines Fahrzeugs mit einer Steuereinheit zur Ansteuerung eines Drehmomentstellers;
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2 beispielhafte Module einer Steuereinheit zur Ansteuerung eines Drehmomentstellers;
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3 beispielhafte zeitliche Momenten-Verläufe;
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4 ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zur Ermittlung des zeitlichen Soll-Momenten-Verlaufs für einen Drehmomentsteller eines Antriebstrangs eines Fahrzeugs; und
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5 beispielhafte Frequenzgänge eines Antriebsstrangs und eines entsprechenden Kerb-Filters.
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Wie eingangs dargelegt, befasst sich das vorliegende Dokument mit der schnellen, dynamischen, komfortablen und stabilen Umsetzung von unterschiedlich dosierbaren Momentenanforderungen eines Fahrers eines Fahrzeugs durch den Antriebsstrang des Fahrzeugs. In diesem Zusammenhang zeigt 1 einen beispielhaften Antriebsstrang 100 eines Fahrzeugs mit einem Drehmomentsteller 101 (z.B. einem Verbrennungsmotor und/oder einem elektrischen Motor). Der Antriebsstrang 100 umfasst z.B. ein Schaltgetriebe 102 das elastisch (siehe elastisches Element 103) mit einem Achsgetriebe 104 gekoppelt ist, das wiederum elastisch (siehe elastisches Element 105) mit einem Rad 106 des Fahrzeugs gekoppelt ist. Zusätzlich zu elastischen Elementen 103, 105 weist der Antriebsstrang 100 typischerweise auch nicht-lineare Elemente auf. Insbesondere kann das Spiel zwischen Zahnflanken in den Schalt- und/oder Achs-Getrieben 102, 104 bei einem Wechsel zwischen Schub- und Zugbetrieb des Fahrzeugs zu nicht-linearen Effekten führen. Die Zahnräder im Antriebsstrang 100 werden in einer Schubphase vom Abtrieb geschoben, während in einer Zugphase der Drehmomentsteller 101 die Zahnräder im Getriebe 102, 104 schiebt. Es erfolgt somit ein Wechsel der anliegenden Zahnflanken beim Übergang von Schub auf Zug. Es sollte somit ein Anlagewechsel der Zahnflanken erkannt und eine Filterung des damit verbundenen „Schlags“ im Antriebstrang 100 während dem Durchfahren der Lose bzw. des Spiels erfolgen. Die Elastizitäten 103, 105 im Antriebsstrang 100 führen andererseits bei relativ hohen Beschleunigungen (d.h. bei relativ hohen Drehmomentänderung) zu Schwingungen. Dies erfordert eine Schwingungsreduktion für die Bereitstellung von hohem Fahrkomfort.
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Das von einem Fahrer gewünschte Fahrverhalten eines Fahrzeuges mit Drehmomentsteller 101 umfasst typischerweise die folgenden Punkte:
- • eine möglichst schnelle Reaktion auf ein angefordertes Moment 111 beim Betätigen des Gaspedals. Der Antriebsstrang 100 sollte somit eine möglichst geringe Totzeit (Zeit von Betätigung des Gaspedals bis zur Reaktion des Fahrzeugs auf den Fahrerwunsch) aufweisen.
- • eine möglichst hohe Dynamik (insbesondere hohe Absolutbeschleunigungen) und ein möglichst schneller Wechsel zwischen schwacher und starker Beschleunigung.
- • eine möglichst gute Dosierbarkeit des Antriebsmomentes über das Gaspedal. Insbesondere kann zu diesem Zweck eine Fahrerwunschabhängige Verstärkung des Antriebsmoments erfolgen, d.h. je nachdem wie stark das Gaspedal durchgedrückt wird, reagiert das Fahrzeug auf die Änderung des Antriebsmomentes unterschiedlich stark.
- • ein möglichst angenehmer Fahrkomfort ohne Vibrationen oder Schwingungen im zeitlichen Verlauf von Beschleunigungsvorgängen.
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1 zeigt eine Steuereinheit 110, die eingerichtet ist, eine Momentenanforderung 111 eines Fahrers eines Fahrzeugs derart in einen zeitlichen Soll-Momenten-Verlauf 112 für den Drehmomentsteller 101 des Antriebsstrangs 100 des Fahrzeugs umzuwandeln, dass die o.g. Anforderungen erfüllt sind. 2 zeigt beispielhafte Module einer Steuereinheit 110 und 3 zeigt beispielhafte Momenten-Verläufe (d.h. Drehmoment 302 als Funktion der Zeit 301), die durch die Module in Reaktion auf eine Momentenanforderung 111 ermittelt werden. Eine Momentenanforderung 111 weist dabei einen (ggf. sprunghaften) Übergang von einem Ist- bzw. Anfangs-Antriebsmoment 306 zu einem Ziel-Antriebsmoment 307 auf.
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Die Steuereinheit 110 weist ein erstes Momenten-Modul 201 auf, das eingerichtet ist, einen ersten Basis-Momenten-Verlauf 211 für eine Momentenanforderung 111 zu ermitteln. Dabei wird versucht, eine Momentenanforderung 111 unter Berücksichtigung der o.g. Anforderungen in Bezug auf das Verhalten eines Antriebsstrangs 100 durch eine Mehrzahl von linearen Segmenten mit konstanten zeitlichen Momenten-Gradienten umzusetzen. Insbesondere wird dabei ein erster Basis-Momenten-Verlauf 211 bestimmt, der ein Ist-Antriebsmoment 306 durch eine Abfolgen von linearen Segmenten in ein Ziel-Antriebsmoment 307 überführt. Dabei umfasst der erste Basis-Momenten-Verlauf 211 insbesondere ein oder mehrere lineare Segmente (zu Beginn des ersten Basis-Momenten-Verlaufs 211) um das Zahnflanken-Spiel zügig und ruckfrei zu durchlaufen. Zu diesem Zweck kann insbesondere mit einem ersten linearen Segment (mit einem relativ hohen Drehmoment-Gradienten) das Zahnflanken-Spiel durchlaufen werden (bis zum Erreichen einer unteren Drehmoment-Schwelle 303). Anschließend kann (bis zum Erreichen einer oberen Drehmoment-Schwelle 304) mit einem zweiten linearen Segment (mit einem reduzierten Drehmoment-Gradienten) eine stabile und ruckfreie Anlage der Zahnflanken in den Getrieben 102, 104 bewirkt werden. Ab Erreichen der oberen Drehmoment-Schwelle 304 kann dann mit einem dritten linearen Segment (mit einem möglichst hohen Drehmoment-Gradienten) der Übergang bis zu dem Ziel-Antriebsmoment 307 erfolgen. Der Drehmoment-Gradient kann dabei so groß gewählt werden, dass Schwingungen im Antriebsstrang 100 (aufgrund der Elastizitäten 103, 105) weitestgehend vermieden werden.
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Durch die Zusammensetzung eines Momenten-Verlaufs 211 aus linearen Segmenten können insbesondere nicht-lineare Effekte des Antriebsstrangs 100, wie z.B. das Zahnflanken-Spiel der Getriebe 102, 104, in effizienter Weise berücksichtigt werden. Des Weiteren können relativ geringe Totzeiten umgesetzt werden (insbesondere durch ein erstes Segment mit relativ hohem Drehmoment-Gradienten). Andererseits können Schwingungen aufgrund von linearen Effekten des Antriebsstrangs 100 (wie z.B. Elastizitäten 103, 105) nur unzureichend berücksichtigt werden. Insbesondere kann die Beschränkung auf lineare Segmente dazu führen, dass ein Ziel-Antriebsmoment 307 nur relativ langsam erreicht wird, wodurch die Dynamik des Antriebsstrangs 100 eingeschränkt wird.
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Die linearen Effekte eines Antriebsstrangs 100 können typischerweise in präziser Weise durch ein mathematisches Modell (insbesondere durch ein auf lineare Filter basierendes Modell) beschrieben werden. Insbesondere kann ein Frequenzgang des Antriebsstrangs 100 ermittelt werden, und es kann ein (linearer) Kerb-Filter ermittelt werden, durch den Resonanzfrequenzen bzw. Überschwinger des Frequenzgangs des Antriebsstrang 100 zumindest teilweise ausgeglichen bzw. kompensiert werden können. 5 zeigt einen beispielhaften Frequenzgang 503 (Betrag 502 als Funktion der Frequenz 501) eines Antriebsstrangs 100, einen beispielhaften Frequenzgang 504 eines Kerb-Filters und einen beispielhaften resultierenden Frequenzgang 505, der sich aus der Überlagerung des (verzögerten) Kerb-Filters und dem Antriebsstrang 100 ergibt.
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Es kann somit in einem zweiten Modul 202 ein zweiter Basis-Momenten-Verlauf 212 durch Filterung der Momentenanforderung 111 mit einem auf Basis des Frequenzgangs 503 des Antriebsstrangs 100 bestimmten Kerb-Filter ermittelt werden. Der zweite Basis-Momenten-Verlauf 212 ermöglicht es dabei, die Momentenanforderung 111 in stabiler Weise, schwingungsfrei und mit einer hohen Dynamik umzusetzen. Der Kerb-Filter umfasst typischerweise eine Verzögerungskomponente (z.B. ein PT2-Glied) als Vorfilter, um kausal umsetzbar zu sein. Aus diesem Grund weisen Momenten-Verläufe, die mit einem Kerb-Filter ermittelt werden, typischerweise eine relativ hohe Totzeit auf.
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Wie oben dargelegt, weisen sowohl der erste Basis-Momenten-Verlauf 211 als auch der zweite Basis-Momenten-Verlauf 212 Vor- und Nachteile auf. Die Steuereinheit 110 kann ein Zusammenführungs-Modul 205 aufweisen, das eingerichtet ist, den Soll-Momenten-Verlauf 112 für den Drehmomentsteller 101 auf Basis des ersten und zweiten Basis-Momenten-Verlaufs 211, 212 zu ermitteln. Insbesondere kann der Soll-Momenten-Verlauf 112 durch einen fließenden Übergang von dem ersten Basis-Momenten-Verlauf 211 auf den zweiten Basis-Momenten-Verlauf 212 ermittelt werden. Beispielsweise kann bis Erreichen der oberen Drehmoment-Schwelle 304 (auch als erstes Zwischen-Moment bezeichnet) der erste Basis-Momenten-Verlauf 211 verwendet werden. Für Drehmomente 302 oberhalb der oberen Drehmoment-Schwelle 304 (in diesem Dokument auch als erstes Zwischen-Moment bezeichnet) kann dann ein fließender Übergang von dem ersten Basis-Momenten-Verlauf 211 auf den zweiten Basis-Momenten-Verlauf 212 erfolgen.
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Der zweite Basis-Momenten-Verlauf 212 kann auf Basis eines Momenten-Verlaufs ermittelt werden, der von der Momentenanforderung 111 abhängt. Insbesondere kann auf Basis des Sprungs von dem Ausgangs-Antriebsmoment 306 zu dem Ziel-Antriebsmoment 307 ein dosierter Momenten-Verlauf 211, 305 ermittelt werden, der einen stetigen Übergang von dem Ausgangs-Antriebsmoment 306 zu dem Ziel-Antriebsmoment 307 ermöglicht, und der dafür einen begrenzten zeitlichen Gradienten aufweist (kleiner als Unendlich). Dabei kann der dosierte Momenten-Verlauf zumindest teilweise einen derart großen Gradienten aufweisen, dass durch den dosierten Momenten-Verlauf 211, 305 Schwingungen im Antriebsstrang 100 erzeugt würden. Beispielsweise kann der dosierte Momenten-Verlauf 211, 305 bis zu der oberen Drehmoment-Schwelle 304 dem ersten Basis-Momenten-Verlauf 211 entsprechen (der typischerweise keine Schwingungen im Antriebsstrang 211 erzeugt). Ab der oberen Drehmoment-Schwelle 304 kann dann zur Bereitstellung einer hohen Dynamik ein lineares Segment 305 mit einem relativ hohen zeitlichen Gradienten verwendet werden, um nach Durchlaufen des Zahnflanken-Spiels möglichst schnell das Ziel-Antriebsmoment 307 zu erreichen. Durch Filterung eines solchen dosierten Momenten-Verlaufs 211, 305 kann ein zweiter Basis-Momenten-Verlauf 212 ermittelt werden, der insbesondere auch für Drehmomente 302 oberhalb der oberen Drehmoment-Schwelle 304 dosiert, schnell und schwingungsfrei das Ziel-Antriebsmoment 307 erreicht.
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Es können somit zur Ermittlung eines ersten Basis-Momenten-Verlaufs 211 segmentweise Gradientenlimitierungen vorgenommen werden. In Bereichen mit niedrigem Drehmoment (unterhalb der oberen Drehmoment-Schwelle 304) kann eine Anlagefilterung verwendet werden, um durch die Anlage der Zahnräder entstehende Schwingungen sowie einen „Schlag“, der beim Übergang von Lose zu Anlage in einem Getriebe 102, 104 entstehen kann, zu reduzieren (insbesondere zu minimieren). Die Berücksichtigung derartiger nicht-linearer Effekte kann anhand von zwei Segmenten erfolgen. In einem dritten Segment kann dann die eigentliche Beschleunigung erfolgen. Dabei kann der in dem dritten Segment verwendete Gradient (für Drehmomente oberhalb der oberen Drehmoment-Schwelle 304) zur Schwingungsreduktion bei der eigentlichen Beschleunigung im Antriebsstrang 100 verwendet werden.
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Ergänzend kann eine dynamische Momentenvorsteuerung verwendet werden, um einen zweiten Basis-Momenten-Verlauf 212 bereitzustellen. Die dynamische Momentenvorsteuerung besteht aus dem Modell des Antriebsstranges 100 in Kombination mit einem Kerb-Filter sowie einem Verzögerungsglied (z.B. einem PT2-Glied). Ziel des zweiten Basis-Momenten-Verlaufs 212 der dynamischen Momentenvorsteuerung ist überwiegend die Schwingungsreduktion bei der eigentlichen Beschleunigung im Antriebsstrang 100. Durch die Verwendung der dynamischen Momentenvorsteuerung kann typischerweise ein größerer Gradient für Drehmomente oberhalb der oberen Drehmoment-Schwelle 304 verwendet werden als bei der segmentweisen Gradientenlimitierung.
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Die dynamische Momentenvorsteuerung bewirkt jedoch typischerweise eine Totzeit zwischen dem Beginn der Momentenanforderung 111 und dem tatsächlichen Ansprechen des Fahrzeugs auf diese Momentenanforderung 111. Diese Totzeit wird durch das Verzögerungs-Glied bewirkt und ist insbesondere bei relativ kleinen Ziel-Antriebsmomenten 307 spürbar. Dies wirkt sich nachteilig auf die Fahrbarkeit des Fahrzeuges aus und wiederspricht dem Wunsch eines Fahrers nach einem direkten Ansprechverhalten.
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Eine Möglichkeit diese Totzeit zu vermeiden besteht darin, für Drehmomente 302 unterhalb der oberen Drehmoment-Schwelle 304 den ersten Basis-Momenten-Verlauf 211 (d.h. die Gradientenlimitierung) als Soll-Momenten-Verlauf 112 zu verwenden. Ein Umschalten zur dynamischen Momentenvorsteuerung (mittels verzögertem Kerb-Filter) kann dann für Drehmomente 302 ab der oberen Drehmoment-Schwelle 304 erfolgen. Dabei kann ein fließender Übergang von dem ersten Basis-Momenten-Verlauf 211 auf den zweiten Basis-Momenten-Verlauf 212 erfolgen.
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Zur Bereitstellung eines fließenden Übergangs kann ein Überhol-Gradient für das dritte Segment 213 des ersten Basis-Momenten-Verlaufs 211 gewählt werden, durch den gewährleistet wird, dass sich der erste Basis-Momenten-Verlauf 211 und der zweite Basis-Momenten-Verlauf 212 vor Erreichen des Ziel-Antriebsmoments 307 schneiden. Der Überhol-Gradient des dritten Segments 213 ist dabei typischerweise kleiner als der Gradient, der für das dritte Segment 305 des dosierten zeitlichen Momenten-Verlaufs 211, 305 verwendet wird. Insbesondere ist der Überhol-Gradient des dritten Segments 213 typischerweise klein genug, um einen schwingungsfreien Betrieb des Antriebsstrangs 100 zu bewirken. Durch die Wahl eines reduzierten Überhol-Gradienten kann somit ein schwingungsfreier Betrieb bewirkt werden, und es kann sichergestellt werden, dass sich der erste Basis-Momenten-Verlauf 211, 213 und der zweite Basis-Momenten-Verlauf 212 schneiden, um einen stetigen Übergang von dem ersten Basis-Momenten-Verlauf 211, 213 auf den zweiten Basis-Momenten-Verlauf 212 zu ermöglichen.
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An dem Schnittpunkt (d.h. bei einem Schnitt-Moment 308) kann dann der stetige Übergang von dem ersten Basis-Momenten-Verlauf 211 auf den zweiten Basis-Momenten-Verlauf 212 erfolgen. Die Wahl des Überhol-Gradienten kann in einem dritten Modul 203 der Steuereinheit 110 erfolgen. Es kann dann durch eine „Maximum“-Auswahl (in dem Auswahl-Modul 204) der jeweilige Momenten-Verlauf ausgewählt werden.
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Durch die Kombination der segmentweisen Gradientenlimitierung und der dynamischen Momentenvorsteuerung können die Wünsche eines Fahrers nach einem direkten Ansprechverhalten und nach einer schnellen Reaktionszeit (ohne Totzeit) erfüllt werden.
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Die Dosierbarkeit des Antriebsmoments kann durch Anpassung der Gradienten der einzelnen Segmente des ersten Basis-Momenten-Verlaufs 211, 213 und des Segments 305 an die Höhe der Momentenanforderung 111 berücksichtigt werden. Insbesondere können mit einer steigenden Differenz zwischen Ziel-Antriebsmoment 307 und Ausgangs-Antriebsmoment 306 die verwendeten Gradienten erhöht werden. Folglich kann auch der o.g. Überhol-Gradient bzw. der Gradient des Segments 305 mit steigender Differenz zwischen Ziel-Antriebsmoment 307 und Ausgangs-Antriebsmoment 306 steigen (wie in 3 durch den Momenten-Verlauf 305 veranschaulicht).
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4 zeigt ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens 400 zur Ermittlung eines zeitlichen Soll-Momenten-Verlaufs 112 für einen Drehmomentsteller 101 eines Antriebsstrangs 100 eines Fahrzeugs. Durch den zeitlichen Soll-Momenten-Verlauf 112 soll eine Momentenanforderung 111 für einen Übergang von einem Ausgangs-Antriebsmoment 306 zu einem Ziel-Antriebsmoment 307 umgesetzt werden.
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Das Verfahren 400 umfasst das Ermitteln 401 eines ersten zeitlichen Basis-Momenten-Verlaufs 211, der das Ausgangs-Antriebsmoment 306 durch zumindest zwei unterschiedliche Gradienten-limitierte Segmente in das Ziel-Antriebsmoment 307 überführt (z.B. mit den in diesem Dokument beschriebenen drei unterschiedlichen linearen Segmenten). Das Verfahren 400 umfasst weiter das Ermitteln 402 eines zweiten zeitlichen Basis-Momenten-Verlaufs 212 durch Filterung eines von der Momentenanforderung 111 abhängigen dosierten Momenten-Verlaufs mit einem Kerb-Filter, durch den ein Frequenzgang 503 des Antriebsstrangs 100 (insbesondere ein Frequenzgang 503 eines linearen Modells des Antriebsstrangs 100) geglättet wird. Des Weiteren umfasst das Verfahren 400 das Ermitteln 403 des zeitlichen Soll-Momenten-Verlaufs 112 auf Basis des ersten zeitlichen Basis-Momenten-Verlaufs 211 und des zweiten zeitlichen Basis-Momenten-Verlaufs 212, insbesondere durch ein fließendes bzw. stetiges Überführen von dem ersten zeitlichen Basis-Momenten-Verlauf 211 auf den zweiten zeitlichen Basis-Momenten-Verlauf 212.
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Das in diesem Dokument beschriebene Verfahren 400 ermöglicht eine dynamische Momentenvorsteuerung mit einer schneller Response, einer geringen Totzeit und einer guten Dosierbarkeit des Fahrerwunschmomentes 111. Des Weiteren können durch das beschriebene Verfahren 400 in effizienter Weise Schwingungen im Antriebsstrang 100 vermieden werden.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere ist zu beachten, dass die Beschreibung und die Figuren nur das Prinzip der vorgeschlagenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme veranschaulichen sollen.