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DE102011002471A1 - Verfahren zur Ermittlung eines Stellmoments für ein Antriebsaggregat und Getriebesteuerungseinrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Verfahren zur Ermittlung eines Stellmoments für ein Antriebsaggregat und Getriebesteuerungseinrichtung zur Durchführung des Verfahrens Download PDF

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DE102011002471A1
DE102011002471A1 DE201110002471 DE102011002471A DE102011002471A1 DE 102011002471 A1 DE102011002471 A1 DE 102011002471A1 DE 201110002471 DE201110002471 DE 201110002471 DE 102011002471 A DE102011002471 A DE 102011002471A DE 102011002471 A1 DE102011002471 A1 DE 102011002471A1
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actuating torque
torque
controller
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Application number
DE201110002471
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English (en)
Inventor
Rachid Mansour
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ZF Friedrichshafen AG
Original Assignee
ZF Friedrichshafen AG
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Publication date
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Abstract

Verfahren zur Ermittlung eines Stellmoments für ein Antriebsaggregat eines Antriebsstrangs, der zusätzlich zum Antriebsaggregat ein automatisches oder automatisiertes Getriebe mit mehreren Schaltelementen und ein Anfahrelement umfasst, wobei für einen Anfahrvorgang oder einen Schaltvorgang abhängig von einer Drehzahldifferenz (Δn) zwischen einer Ist-Drehzahl (n-ist) und einer Soll-Drehzahl (n-soll) des Antriebsaggregats das Stellmoment (u) für das Antriebsaggregat (1) derart ermittelt wird, dass ein Regler (11) abhängig von der Drehzahldifferenz (Δn) zwischen der Ist-Drehzahl (n-ist) und der Soll-Drehzahl (n-soll) des Antriebsaggregats eine erste Komponente (M1) des Stellmoments (u) für das Antriebsaggregat ermittelt, wobei die erste Komponente (M1) des Stellmoments (u) zumindest mit einer zweiten Komponente (M2) des Stellmoments (u), die über eine Zustandsrückführung (12) ermittelt wird, verrechnet wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung eines Stellmoments für ein Antriebsaggregat nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Getriebesteuerungseinrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
  • 1 zeigt die aus dem Stand der Technik bekannte Struktur eines Antriebstrangs eines Kraftfahrzeugs, welches ein Antriebsaggregat 1 und ein automatisches bzw. automatisiertes Schaltgetriebe 2 mit mehreren Schaltelementen 3 umfasst, wobei das automatische bzw. automatisierte Schaltgetriebe 2 zwischen das Antriebsaggregat 1 und einen Abtrieb 4 geschaltet ist. Das Getriebe 2 wandelt Drehzahlen und Drehmomente und stellt ein Zugkraftangebot des Antriebsaggregats 1 am Abtrieb 4 bereit.
  • Zur Ausführung einer Schaltung im automatisierten Schaltgetriebe 2 wird mindestens ein Schaltelement 3 weggeschaltet bzw. geöffnet und mindestens ein anderes Schaltelement 3 zugeschaltet bzw. geschlossen. Bei Durchführung eines Anfahrvorgangs dient beim Antriebstrang der 1 ein Schaltelement 3 als Anfahrelement 5, woraus folgt, dass gemäß 1 das Anfahrelement 5 von einem getriebeinternen Schaltelement 3 bereitgestellt wird. Im Unterschied hierzu ist es auch möglich, dass ein getriebeexternes, separates Anfahrelement vorhanden ist.
  • Gemäß 1 ist es aus dem Stand der Technik weiterhin bekannt, dass der Betrieb des Antriebsaggregats 1 von einer Motorsteuerungseinrichtung 6 und der Betrieb des automatischen bzw. automatisierten Getriebes 2 von einer Getriebesteuerungseinrichtung 7 gesteuert und/oder geregelt wird. Die Motorsteuerungseinrichtung 6 tauscht gemäß dem Pfeil 8 mit dem Antriebsaggregat 1 Daten aus. Die Getriebesteuerungseinrichtung 7 tauscht mit dem automatisierten bzw. automatischen Getriebe 2 gemäß dem Pfeil 9 Daten aus. Ebenso tauschen gemäß den Pfeilen 10 die Getriebesteuerungseinrichtung 7 und die Motorsteuerungseinrichtung 6 untereinander Daten aus.
  • Als Daten, welche die Motorsteuerungseinrichtung 6 und die Getriebesteuerungseinrichtung 7 bei Ausführung eines Anfahrvorgangs oder eines Schaltvorgangs austauschen, zeigt 1 einerseits eine Ist-Drehzahl n-ist des Antriebsaggregats 1 und andererseits ein Stellmoment u für das Antriebsaggregat 1, wobei die Ist-Drehzahl n-ist des Antriebsaggregats 1 der Getriebesteuerungseinrichtung 7 von der Motorsteuerungseinrichtung 6 bereitgestellt wird, und wobei das Stellmoment u für das Antriebsaggregat 1 der Motorsteuerungseinrichtung 6 von der Getriebesteuerungseinrichtung 7 bereitgestellt wird.
  • Aus dem Stand der Technik ist es demnach bereits bekannt, dass zur Ausführung eines Anfahrvorgangs oder zur Ausführung eines Schaltvorgangs die Getriebesteuerungseinrichtung 7 der Motorsteuerungseinrichtung 6 ein Stellmoment u für das Antriebsaggregat 1 vorgibt, auf Grundlage derer die Motorsteuerungseinrichtung 6 den Betrieb des Antriebsaggregats 1 steuert bzw. regelt, wobei zur Ermittlung bzw. Bestimmung des Stellmoments u für das Antriebsaggregat 1 die Motorsteuerungseinrichtung 6 der Getriebesteuerungseinrichtung 7 die Ist-Drehzahl n-ist des Antriebsaggregats 1 bereitstellt.
  • Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein neuartiges Verfahren zur Ermittlung eines Stellmoments für ein Antriebsaggregat sowie eine neuartige Getriebesteuerungseinrichtung zu schaffen.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß ermittelt ein Regler abhängig von der Drehzahldifferenz zwischen der Ist-Drehzahl des Antriebsaggregats und der Soll-Drehzahl des Antriebsaggregats eine erste Komponente des Stellmoments, wobei die erste Komponente des Stellmoments zumindest mit einer zweiten Komponente des Stellmoments, die über eine Zustandsrückführung ermittelt wird, verrechnet wird. Das Stellmoment setzt sich aus mindestens zwei Komponenten zusammen, nämlich aus der ersten Komponente, die der Regler abhängig von der Drehzahldifferenz zwischen der Ist-Drehzahl und der Soll-Drehzahl des Antriebsaggregats ermittelt, und der zweiten Komponente, die über die Zustandsrückführung ermittelt wird. Ein derart ermitteltes Stellmoment erlaubt einen besonders bevorzugten Betrieb des Antriebsaggregats.
  • Nach einer vorteilhaften Weiterbildung wird die erste Komponente des Stellmoments weiterhin mit einer dritten Komponente des Stellmoments, die über eine Störgrößenaufschaltung ermittelt wird, verrechnet. Dann, wenn zusätzlich eine dritte Komponente des Stellmoments über eine Störgrößenaufschaltung bereitgestellt wird, ist eine regelungstechnisch robuste und demnach gegenüber Störungen unanfällige Ermittlung des Stellmoments für das Antriebsaggregat möglich, wodurch der Betrieb des Antriebsaggregats weiter verbessert werden kann.
  • Vorzugsweise werden sich über die Lebensdauer des Antriebsaggregats verändernde Parameter desselben über eine Identifikation ermittelt, wobei abhängig von der Identifikation Parameter des Reglers über eine Adaption angepasst werden. Die Anpassung der Reglerparameter des Reglers, der die erste Komponente für die Stellgröße des Antriebsaggregats ermittelt, erlaubt eine weitere Verbesserung der Robustheit und Qualität in der Ermittlung des Stellmoments für das Antriebsaggregat und damit einer weitere Verbesserung des Betriebs des Antriebsaggregats.
  • Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
  • 1 ein Schema eines Antriebsstrangs mit einer Getriebesteuerungseinrichtung;
  • 2 ein Blockschaltbild zur Verdeutlichung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ermittlung eines Stellmoments für ein Antriebsaggregat und damit der Funktionsweise der erfindungsgemäßen Getriebesteuerungseinrichtung; und
  • 3 ein weiteres Blockschaltbild zur Verdeutlichung einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens und damit der Funktionsweise der erfindungsgemäßen Getriebesteuerungseinrichtung.
  • Die hier vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung eines Stellmoments u für ein Antriebsaggregat 1 eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs. Wie bereits im Zusammenhang mit 1 beschrieben, umfasst der Antriebsstrang zusätzlich zum Antriebsaggregat 1 ein automatisches oder automatisiertes Getriebe 2 mit mehreren Schaltelementen 3 und ein Anfahrelement 5, wobei es sich beim Anfahrelement 5 zum Beispiel um ein getriebeinternes Anfahrelement handeln kann, welches dann von einem der Schaltelemente 3 des automatischen oder automatisierten Getriebes 2 bereitgestellt wird.
  • Das Stellmoment u für das Antriebsaggregat 1 wird von einer dem automatischen bzw. automatisierten Getriebe 2 zugeordneten Getriebesteuerungseinrichtung 7 ermittelt und einer dem Antriebsaggregat 1 zugeordneten Motorsteuerungseinrichtung 6 bereitgestellt, wobei zur Ermittlung des Stellmoments u die Motorsteuerungseinrichtung 6 der Getriebesteuerungseinrichtung 7 die Ist-Drehzahl n-ist des Antriebsaggregats 1 bereitstellt.
  • 2 verdeutlicht eine bevorzugte Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ermittlung des Stellmoments u für das Antriebsaggregats 1, wobei gemäß 2 ein Regler 11 abhängig von einer Drehzahldifferenz Δn = n-soll – n-ist zwischen einer Ist-Drehzahl n-ist des Antriebsaggregats 1 und einer Soll-Drehzahl n-soll für das Antriebsaggregat 1 eine erste Komponente M1 des Stellmoments u ermittelt.
  • Die erste Komponente M1 des Stellmoments u wird zumindest mit einer zweiten Komponente M2 des Stellmoments u verrechnet, die über eine Zustandsrückführung 12 bereitgestellt bzw. ermittelt wird.
  • Besonders bevorzugt ist eine Variante der Erfindung, in welcher, wie 2 zeigt, die erste Komponente M1 des Stellmoments u, die vom Regler 11 bereitgestellt bzw. ermittelt wird, nicht nur mit der von der Zustandsrückführung 12 bereitgestellten bzw. ermittelten, zweiten Komponente M2 verrechnet wird, sondern zusätzlich mit einer dritten Komponente M3, die über eine Störgrößenaufschaltung bereitgestellt bzw. ermittelt wird.
  • Dann, wenn die erste Komponente M1 für das Stellmoment u, die vom Regler 11 bereitgestellt bzw. ermittelt wird, sowohl mit der von der Zustandsrückführung 12 bereitgestellten bzw. ermittelten, zweiten Komponente M2 als auch mit der von der Störgrößenaufschaltung bereitgestellten bzw. ermittelten, dritten Komponente M3 verrechnet wird, gilt für das Stellmoment u des Antriebsaggregats 1 folgende Beziehung: u = M1 – M2 – M3.
  • Wie bereits ausgeführt, wird die erste Komponente M1 des Stellmoments u für das Antriebsaggregat 1 von dem Regler 11 auf Basis der Drehzahldifferenz Δn zwischen der Ist-Drehzahl n-ist und der Soll-Drehzahl n-soll des Antriebsaggregats 1 ermittelt. Bei der Ist-Drehzahl n-ist handelt es sich um eine messtechnisch erfasste Größe, die der Getriebesteuerungseinrichtung 7 von der Motorsteuerungseinrichtung 6 bereitgestellt wird. Bei der Soll-Drehzahl n-soll handelt es sich um eine von der Getriebesteuerungseinrichtung 7 insbesondere abhängig von einer Fahrpedalbetätigung bzw. Gaspedalbetätigung berechnete Größe.
  • Gemäß 2 ist der Regler 11 als PI-Regler mit einem P-Regleranteil 13 und einem I-Regleranteil 14 ausgebildet. Der P-Regleranteil 13 wird durch den Reglerparameter RP und der I-Regleranteil 14 durch den Reglerparameter RI definiert. Für die erste Komponente M1 des Stellmoments u für das Antriebsaggregat 1 gilt demnach folgende Beziehung: M1 = RP × Δn + RI × ∫Δn.
  • Die zweite Komponente M2 des Stellmoments u wird über die Zustandsrückführung 12 bereitgestellt bzw. ermittelt, wobei für die zweite Komponenten M2 des Stellmoments u folgende Beziehung gilt:
    Figure 00050001
  • Bei der Größe R x handelt es sich um eine Parametermatrix der Zustandsrückführung 12 und bei der Größe x k um einen Zustandsvektor des Antriebsaggregats 1, wobei der Zustandsvektor x k des Antriebsaggregats 1 einerseits die Ist-Drehzahl n-ist des Antriebsaggregats 1 und andererseits ein Moment MSE umfasst, welches dem beim Anfahrvorgang vom Anfahrelement 5 übertragenen Moment oder dem beim Schaltvorgang vom zuschaltenden Schaltelement 3 übertragenen Moment entspricht.
  • Das Verhalten des Antriebsaggregats 1 wird im Zustandsraum durch folgende Gleichung beschrieben, wobei A k eine Parametermatrix und B k sowie E k Parametervektoren sind: x k + 1 = A k × x k + B k × uk + E k × zk.
  • Bei der Störgröße zk handelt es sich um das Reibmoment des Antriebsaggregats 1, sodass demnach folgende Gleichung gilt: M3 = zk.
  • Die im Zustandsvektor x enthaltende Ist-Drehzahl n-ist des Antriebsaggregats 1 ist eine messtechnisch erfassbare Größe.
  • Die ebenfalls im Zustandsvektor x enthaltene Größe MSE, die dem bei einem Anfahrvorgang vom Anfahrelement 5 übertragenen Moment oder dem bei einem Schaltvorgang von dem zuschaltenden Schaltelement 3 übertragenen Moment entspricht, wird messtechnisch nicht ermittelt, vielmehr wird diese Größe über einen regelungstechnischen Beobachter rechnerisch ermittelt. In 2 ist durch einen Messvektor 15 visualisiert, dass von dem Zustandsvektor x ausschließlich die Ist-Drehzahl n-ist des Antriebsaggregats 1 messtechnisch erfasst wird.
  • Die Störgröße zk bzw. das Reibmoment des Antriebsaggregats 1 wird von der Getriebesteuerungseinrichtung 7 vorzugsweise über ein in der Getriebesteuerungseinrichtung 7 abgelegtes bzw. gespeichertes Kennfeld bestimmt.
  • Die Reglerparameter RP und RI des Reglers 11 sowie die Parameter der Matrix R x für die Zustandsrückführung 12 werden vorzugsweise mithilfe einer Sprungantwort derart bestimmt, dass bei Vorliegen einer sprungartigen Änderung der jeweiligen Eingangsgröße Δn bzw. x k das resultierende Stellmoment u einen optimalen Betrieb des Antriebsaggregats 1 erlaubt.
  • Gemäß 3 ist nach einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, dass über eine Identifikation 16 unter Verwendung des Stellmoments u für das Antriebsaggregat und unter Verwendung des Zustandsvektors x des Antriebsaggregats 1, der die Ist-Drehzahl n-ist des Antriebsaggregats 1 und bei einem Anfahrvorgang das vom Anfahrelement 5 übertragene Moment oder bei einem Schaltvorgang das vom zuschaltenden Schaltelement 3 übertragene Moment umfasst, sich über die Lebensdauer des Antriebsaggregats 1 verändernde Parameter desselben, welche in die Parametermatrix A k und die Parametervektoren B k und E k einfließen, ermittelt werden, nämlich derart, dass bei der Identifikation ein Gütemaß J minimiert wird. Für das Gütemaß J gilt folgende Gleichung: J = f(x k, uk).
  • Abhängig von der über die Identifikation 16 bestimmten Parameter des Antriebsaggregats 1 werden Reglerparameter des Reglers 11 über eine Adaption 17 angepasst, nämlich die Reglerparameter RP und RI des in 2 und 3 gezeigten PI-Reglers, wobei diese Adaption 17 vorzugsweise über ein Korrekturkennfeld erfolgt, um über angepasste Reglerparameter RP und RI ein stabiles Reglerverhalten zu gewährleisten.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren, nämlich die Bestimmung bzw. Ermittlung des Stellmoments u für das Antriebsaggregat 1, wird von der Getriebesteuerungseinrichtung 7 durchgeführt, wozu dieselbe als Eingangsgröße die Ist-Drehzahl n-ist des Antriebsaggregats 1 benötigt, die der Getriebesteuerungseinrichtung 7 von der Motorsteuerungseinrichtung 6 als Eingangsgröße bereit gestellt wird.
  • Als Ausgangsgröße gibt die Getriebesteuerungseinrichtung 7 das ermittelte Stellmoment u für das Antriebsaggregat 1 an die Motorsteuerungseinrichtung 6 aus.
  • Die Getriebesteuerungseinrichtung 7 erfasst zumindest den Regler 11 und die Zustandsrückführung 12, um die beiden Komponenten M1 und M2 des Stellmoments u zu ermitteln.
  • Vorzugsweise umfasst die Getriebesteuerungseinrichtung 7 auch eine Störgrößenaufschaltung zur Ermittlung der Komponente M3 für das Stellmoment u.
  • Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst die Getriebesteuerungseinrichtung 7 auch die Identifikation 16 und die Adaption 17 zur Anpassung der Reglerparameter des Reglers 11.
  • Die Soll-Drehzahl n-soll wird von der Getriebesteuerungseinrichtung 7 insbesondere abhängig von einer Fahrpedalbetätigung bzw. Gaspedalbetätigung berechnet bzw. ermittelt.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Antriebsaggregat
    2
    Getriebe
    3
    Schaltelement
    4
    Abtrieb
    5
    Anfahrelement
    6
    Motorsteuerungseinrichtung
    7
    Getriebesteuerungseinrichtung
    8
    Datenaustausch
    9
    Datenaustausch
    10
    Datenaustausch
    11
    Regler
    12
    Zustandsrückführung
    13
    P-Regleranteil
    14
    I-Regleranteil
    15
    Messvektor
    16
    Identifikation
    17
    Adaption

Claims (10)

  1. Verfahren zur Ermittlung eines Stellmoments (u) für ein Antriebsaggregat (1) eines Antriebsstrangs, der zusätzlich zum Antriebsaggregat (1) ein automatisches oder automatisiertes Getriebe (2) mit mehreren Schaltelementen (3) und ein Anfahrelement (5) umfasst, wobei für einen Anfahrvorgang oder einen Schaltvorgang abhängig von einer Drehzahldifferenz (Δn) zwischen einer Ist-Drehzahl (n-ist) und einer Soll-Drehzahl (n-soll) des Antriebsaggregats (1) das Stellmoment (u) für das Antriebsaggregat (1) ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Regler (11) abhängig von der Drehzahldifferenz (Δn) zwischen der Ist-Drehzahl (n-ist) und der Soll-Drehzahl (n-soll) des Antriebsaggregats eine erste Komponente (M1) des Stellmoments (u) für das Antriebsaggregat ermittelt, wobei die erste Komponente (M1) des Stellmoments (u) zumindest mit einer zweiten Komponente (M2) des Stellmoments (u), die über eine Zustandsrückführung (12) ermittelt wird, verrechnet wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Komponente (M1) des Stellmoments weiterhin mit einer dritten. Komponente (M3) des Stellmoments, die über eine Störgrößenaufschaltung ermittelt wird, verrechnet wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Komponente (M1) des Stellmoments (u) für das Antriebsaggregat (1) über einen Regler (11) mit einem P-Regleranteil und einem I-Regleranteil ermittelt wird, dem als Eingangsgröße die Drehzahldifferenz (Δn) zwischen der Ist-Drehzahl (n-ist) und der Soll-Drehzahl (n-soll) des Antriebsaggregats bereitgestellt wird, und der als Ausgangsgröße die erste Komponente (M1) des Stellmoments bereitstellt.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Zustandsrückführung (12) als Eingangsgröße (x) die Ist-Drehzahl des Antriebsaggregats und bei einem Anfahrvorgang ein Moment des Anfahrelements (5) oder bei einem Schaltvorgang ein Moment eines Schaltelements (3) bereitstellt wird, und dass die Zustandsrückführung (12) hieraus die zweite Komponente (M2) des Stellmoments (u) ermittelt, die mit der ersten Komponente (M1) des Stellmoments (u) durch Subtraktion verrechnet wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ist-Drehzahl des Antriebsaggregats (1) messtechnisch und das Moment des Anfahrelements (5) oder das Moment des Schaltelements (3) über einen Beobachter rechnerisch ermittelt wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Komponente (M3) des Stellmoments (u), die ein Reibmoment des Antriebsaggregats (1) berücksichtigt, mit der ersten Komponente (M1) des Stellmoments (u) durch Subtraktion verrechnet wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich über die Lebensdauer des Antriebsaggregats (1) verändernde Parameter desselben über eine Identifikation (16) ermittelt werden, und dass abhängig von der Identifikation (16) Parameter des Reglers (11) über eine Adaption (17) angepasst werden.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Identifikation (16) abhängig vom Stellmoment (u) für das Antriebsaggregat, abhängig von der Ist-Drehzahl (n-ist) des Antriebsaggregats und abhängig von dem Moment des Anfahrelements (5) oder dem Moment des Schaltelements (3) die Parameter des Antriebsaggregats (1) derart ermittelt, dass ein Gütemaß minimiert wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Adaption (17) die Parameter des Reglers (11) über ein Korrekturkennfeld anpasst.
  10. Getriebesteuerungseinrichtung (7) eines automatischen oder automatisierten Getriebes (2), die auf Basis einer derselben als Eingangsgröße bereitgestellten Ist-Drehzahl (n-ist) eines Antriebsaggregats (1) als Ausgangsgröße ein Stellmoment (u) für das Antriebsaggregat (1) ermittelt, dadurch gekennzeichnet, dass dieselbe das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 ausführt.
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