用于借助于电机对动力传动系进行振动衰减的方法与流程

本发明涉及一种用于对动力传动系进行振动衰减的方法，所述动力传动系具有：内燃机，所述内燃机具有施加在曲轴上的发动机力矩；电机；变速器，所述变速器具有变速器输入轴；和设置在曲轴和变速器输入轴之间的转矩传递装置，所述转矩传递装置具有至少一个能振动的飞轮质量体(schwungmasse)以及状态调节器，所述飞轮质量体具有惯性力矩，所述状态调节器用于借助于补偿在变速器输入轴处的扭振的补偿力矩来调节电机。

背景技术：

具有内燃机和电机的动力传动系作为混合式动力传动系为人知，其中内燃机和/或电机贡献力矩以驱动车辆。在这种动力传动系中，经由机械接口将内燃机和电机彼此耦联，并且分别经由变速器输入轴将所施加的发动机力矩(内燃机)和运行力矩(电机)传递到变速器上，并且从那里传递到驱动轮上。此外，在变速器输入轴和内燃机的曲轴之间设有转矩传递装置，所述转矩传递装置例如作为扭振减振器来衰减扭振，作为摩擦式离合器能够将曲轴与变速器输入轴分离和联接，和/或以其他方式将发动机力矩传递到变速器输入轴上。此外，转矩传递装置能够在输入侧或在输出侧与电机的转子以转动配合的方式耦联。

内燃机由于其作用原理而存在扭振，内燃机对动力传动系和车辆车身的振动激发引起车辆中的舒适度受损，并且以已知方式借助于振动衰减装置，例如扭振减振器、离心摆等减轻所述舒适度受损。此外，电机或内燃机的力矩中的快速变化、例如突变在动力传动系中激发任意的共振频率。

此外，例如从de102011084548a1中已知用于混合动力车辆的主动的减振调节，其中以简化的动力传动系模型作为基础。

技术实现要素：

本发明的目的是，有利地改进动力传动系的振动衰减的方法。

所述目的通过权利要求1的方法的特征来实现。其从属权利要求描述权利要求1的方法的有利的实施方式。

所提出的方法用于对动力传动系进行振动衰减，所述动力传动系具有：内燃机，所述内燃机具有施加在曲轴上的发动机力矩。发动机力矩由于内燃机例如作为柴油机或奥拓发动机的工作原理而存在扭振。动力传动系作为混合式动力传动系配设电机，所述电机允许单独地驱动具有内燃机或电机的车辆、混合地驱动、通过电机启动内燃机、将机械能再生为电能和将其存储等。此外，设有变速器，所述变速器具有多个自动切换的或可手动挂入的挡位、自动操纵的换挡级或可无级设定的传动比，其具有变速器输入轴。例如，设有具有两个子变速器的双离合器变速器，所述子变速器具有两个变速器输入轴。在曲轴和一个或多个变速器输入轴之间设有转矩传递装置，所述转矩传递装置例如能够由扭振减振器，例如双质量飞轮、多质量飞轮、单质量飞轮与连接在下游的扭振减振器，如离合器盘中的扭转振动减振器、扭振缓冲器，例如离心摆一方和/或切换和/或启动离合器、分配离合器等形成。在此，转矩传递装置具有至少一个能振动的，即可由发动机力矩激励而振动的和/或振动衰减的飞轮质量体，所述飞轮质量体具有惯性力矩。

电机能够直接地或借助于离合器可分离地与内燃机的变速器侧或皮带轮平面处的曲轴连接，或者设置在转矩传递装置的输出侧上，并进而直接地或可分离地与变速器输入轴连接，或者例如相对于曲轴和/或相对于变速器输入轴借助于相应的离合器以可分离的方式设置在转矩传递装置的飞轮质量体上。电机为了提供驱动、启动、再生功能等由设置在上级的控制装置控制以提供运行力矩。为了借助于电机对动力传动系进行振动衰减，设有状态调节器。所述状态调节器在电机处调节电机的补偿力矩，所述补偿力矩补偿转矩传递装置的从动装置、例如变速器输入轴处的扭振，或者换言之，借助于振动特征值的移动来改变动力传动系的总系统的频率或减振。

在此，借助于至少一个观测器确定动力传动系的不可检测的转动特征值作为状态调节器的反馈的状态变量，所述观测器从动力传动系的所检测的转速或转动角中确定至少一个飞轮质量体的重构的转动特征值。在此，根据干扰变量来确定重构的转动特征值，所述干扰变量呈施加在转矩传递装置的输出端上的负载力矩和经由转矩传递装置在输出端处引发的力矩形式。从借助于至少一个观测器重构的转动特征值中，借助于状态调节器确定补偿力矩，并且借助于所述补偿力矩调节电机。至少一个观测器例如能够是根据隆伯格(luenberger)的观测器等。

证实为特别有利的是：通过确定补偿力矩并不干预用于驱动车辆或再生的电机的运行力矩的控制。因此，以与确定运行力矩分开的方式确定补偿力矩。随后，将所述补偿力矩调制、例如相加到电机的用于混合运行动力传动系的运行力矩上。

所设置的、馈入至少一个观测器中的转动特征值能够是一个飞轮质量体的转动角和转动速度、两个飞轮质量体、例如转矩传递装置的主飞轮质量体和副飞轮质量体之间的角度差和/或角速度差，所述转矩传递装置构成为双质量飞轮。例如，转动特征值能够直接地借助于与飞轮质量体相关联的传感器、例如设置在曲轴上的、设置在变速器输入轴上的增量式角度传感器、分解器等来检测。替选地或附加地，能够间接地例如借助于在其他位置处的、与飞轮质量体运动连接的传感器，例如驱动轮的经由变速器的变速传动比与变速器输入轴运动连接的轮转速传感器等来检测转动特征值。在此，从角度、角度差、角速度差等形式的转动特征值中能够借助于估算确定所缺少的，即通过检测不能获得的转动特征值。

例如借助于弹簧装置彼此耦联的飞轮质量体的特性可以是非线性的，所述飞轮质量体例如呈扭振减振器，如双质量飞轮的形式。

线性设计的观测器能够通过如下方式用于这种非线性作用的转矩传递装置：即根据在从动侧有效的干扰变量确定转动特征值，所述干扰变量呈施加在变速器输入轴上的负载力矩和经由转矩传递装置引发的力矩形式。对此，可以设计：明确地估算干扰变量，对于所述干扰变量在外部例如借助于神经网络模糊系统进行估算，使得其能够作为已知的输入被观测器使用。此外，干扰变量能够经由例如未知输入观测器与其余的系统解耦，或者例如借助于pi观测器作为状态估算。

根据方法的一个有利的实施方式，借助于神经网络模糊系统能够执行力矩的估算，所述力矩经由转矩传递装置传递。在此，能够将转矩传递装置的转动特征值，例如双质量飞轮的飞轮质量体的角速度，用作为输入变量，例如主侧和副侧的转速。替选地，在假设周期重复出现非线性的情况下，能够设有谐波激活的神经元网络(hann)。应用hann的优点是：仅需要二次转速。替选地，借助于具有未知的输入，例如驱动变量的轮转速等的观测器(unknowninputobserver未知输入观测器)执行与干扰变量的解耦。替选地，借助于比例积分观测器能够执行干扰变量的考虑。在应用神经元网络的情况下，转矩传递装置的，即例如双质量飞轮的特定的干扰力矩作为输入提供给常规的、线性的观测器，所述常规的线性的观测器能够将负载力矩作为状态进行估算，或者能够适当地解耦。随后，该观测器确定缺少的转动特征值。用于线性化转矩传递装置的不基于神经元网络的方法已经能够集成到确定转动特征值的观测器中。

换言之，状态调节器用于动力传动系的振动隔离，所述状态调节器根据动力传动系的各个惯性力矩的转动角和转动角速度调节对主动的振动衰减所需的补偿力矩，所述振动衰减例如是扭振的，例如内燃机的高次谐波的由力矩突变引起的振动等的振动衰减。除了动力传动系的观测器之外，其例如用于重构到转矩传递装置的输出端的，即例如双质量飞轮的或变速器的输入端的，即例如变速器输入轴上，设置用于内燃机、尤其用于其发动机力矩的观测器，并且用于调节状态调节器。发动机力矩的观测也能够集成到动力传动系的观测器中。

在此，借助于这两个观测器观测所谓的x质量振动器(x-massenschwinger)，所述x质量振动器具有数量为x的可激励振动的、围绕旋转轴系转动的飞轮质量体，所述飞轮质量体具有相应的惯性力矩。这种x质量振动器例如本身已经包括衰减扭振的扭振减振器、双质量飞轮，必要时与一个或多个离心摆和其他转矩传递装置，例如单质量飞轮的组合，所述单质量飞轮具有设置在曲轴和变速器输入轴之间的扭振减振器，即例如集成到摩擦式离合器中的扭转振动减振器。

在非排他性的列举中，对此能够使用如下观测器：

·神经网络模糊系统，其基于两个转速、优选双质量飞轮的一次转速和二次转速，

·具有未知输入的观测器(未知输入观测器)，其基于两个转速、例如在从动侧、如副侧，和轮转速，

·比例积分观测器(pi观测器)，其基于两个转速，例如在从动侧、如副侧和轮转速，

·谐波激活的神经元网络(hann)，其具有仅一个转速，例如副侧，

·扩展卡曼滤波器，

·颗粒滤波器，

·用于周期信号的状态观测器

在用于重构内燃机的观测器中，除了转动特征值之外，能够处理其他的特定于发动机的输入变量，例如上止点(ot)、点火角等。

动力传动系的观测器也能够设计用于非线性系统，如x质量振动器。

与非有利的转速调节装置不同，借助于期望力矩调节装置以改进的程度借助于状态调节器衰减机械振动，所述机械振动由动力传动系的旋转系统中的惯性力矩的耦合形成。由此，能够通过确定和反馈转动特征值、如角速度和转动角以有利的方式经由调节器提高动力传动系的，尤其转矩传递装置，如双质量飞轮的减振和刚性。通过调节到期望力矩，优选电机的补偿力矩上，能够有利地提出主动的减振，所述主动的减振实现简单地集成振动衰减例如作为下级的调节器，而不需要结合到整车调节装置中。

此外，应用状态调节装置具有其他优点：

·闭合的调节器设计，其中使用观测器，

·能任意地移动系统的特征值，并且也在适当简化的观察的情况下在物理上直接地进行说明，

·提供相对于常规的调节装置的动态性优点，

·在状态空间描述中原则上可以扩展到多变量调节器，

·通过在控制突变(führungssprüngen)的情况下降低最大的轴力矩和气隙力矩能够实现提高动力传动系的由于振动而降低的使用寿命。

此外，状态调节器能够实现有针对性地设定系统，如转矩传递装置的减振和刚性，并进而降低动力传动系的共振点中的幅度。在此，所基于的x质量振动器的惯性力矩的角度和角速度以及负载力矩经由观测器来估算。借助于所提出的在混合动力车辆中的主动减振的方法能够借助于这两个观测器识别和衰减由内燃机引起的振动激励还有电动马达的跳跃。在此，特别有利的是，借助于电机尤其通过将状态调节器与观测器连接来进行主动减振，所述观测器尤其是根据隆伯格的观测器、用于确定曲轴力矩的卡曼滤波器或根据类似方法的观测器。

基于内燃机的曲轴的所估算的转速能够估算瞬时的、高分辨率的发动机力矩。在此，将观测器扩展到经由转矩传递装置作为非线性的构件进行估算会是有利的。

替选地或附加地，能够从内燃机的至少一个与扭振相关的变量中，例如负载杆的位置、上止点(ot)等确定发动机力矩，例如其频率特性，并且作为用于预调发动机力矩的输入变量，例如所述发动机力矩的相对于平均力矩偏差的频率特性应用在至少一个观测器中。例如，能够将预调装置与x质量振动器的观测器组合，所述观测器扣除转矩传递装置，如双质量飞轮的影响。由此，必要时能够不考虑转矩传递装置的非线性。替选地或附加地，能够通过如下方式克服转矩传递装置的在此仅静态检测的状态：即转矩传递装置的非线性例如以表格形式被保存在x质量振动器的状态调节器中，以便提高调节的品质。例如，能够将与负载杆相关的内燃机的一次谐波保存在具有关于上止点(ot)、其频率和幅度的参考点的表格中，并且对应于所确定的、如所测量的ot移动一次谐波。在此，在呈双质量飞轮形式的转矩传递装置中，能保存在这两个飞轮质量体之间作用的摩擦力矩和在两个飞轮质量体之间作用的弹簧装置的弹簧常量。为了简化和改进状态调节器，能够分别仅考虑角速度中的最强地影响内燃机的振动特性的差，用以形成补偿力矩。这简化调节器设计，然而原则上全部状态都能够用于调节。

附图说明

根据图1至图3中示出的实施例详细阐述本发明。在此示出：

图1示出在不同的实施方式中的具有主动的振动衰减的动力传动系的框图，

图2示出用于说明被重构的发动机力矩的框图，所述发动机力矩经由转矩传递装置来传递，和

图3示出用于说明主动的振动衰减的调节器和观测器系统的框图。

具体实施方式

图1示出具有示意示出的动力传动系2的框图1。在此，飞轮质量体3、5、9形成具有三个质量体的x质量振动器，其中具有惯性力矩j1的飞轮质量体3与内燃机的曲轴连接。具有惯性力矩j2的飞轮质量体5借助于弹簧装置7和摩擦装置8与飞轮质量体3弹性转动耦联，并且形成双质量飞轮形式的转矩传递装置4。转矩传递装置4借助于输出端11例如与变速器的变速器输入轴等转动配合地耦联，并且将输出力矩mab传输到变速器输入轴上。经由驱动轮，经由耦联装置10在驱动轮和变速器输入轴之间存在到具有惯性力矩j3的飞轮质量体9的转动耦联。在所示出的实施例中，飞轮质量体5与电机6的转子转动耦联或者由其形成。电机6与内燃机形成车辆的混合驱动装置，必要时启动内燃机，并且在车辆的制动过程期间将机械能再生为电能。对此，电机6借助于运行力矩mboost由车辆的总控制装置控制。此外，由总控制装置控制内燃机，并且根据其控制将存在扭振的发动机力矩mvm传递到飞轮质量体3上。经由具有相应的系统状态和转矩传递装置4的可能非线性的特性的机械的调节对象，将发动机力矩mvm和电机6的电机力矩mem(图3)构成的组合作为输出力矩mab传递到变速器上并且随后传递到车辆的驱动轮上。

为了对动力传动系2进行主动的振动衰减，状态调节器12确定补偿力矩mregler，所述补偿力矩调制到运行力矩mboost上，例如施加到所述运行力矩上并且在最简单的情况下相加。就此而言，独立于车辆的总控制装置通过电机6进行主动的振动衰减，并且因此能够作为附加模块基本上提供给所有混合动力传动系，必要时也进行加装。

状态调节器2以反馈的状态变量、如动力传动系2的可检测的或重构的转动特征值、例如飞轮质量体3、5、9的转动角转动角速度ω1、ω2、ω3等运行，其中从所述转动特征值中以所设的时钟速率形成相应的角度差和角速度差并且进行评估。所述转动特征值借助于观测器13、14、15获取，其中示出呈多个实施方式形式的观测器13、14、15的组装、布置和联接。在第一实施例中，至少观测器13用于重构内燃机或内燃机的被重构的发动机力矩mvm,r或其转动特征值。在此，根据飞轮质量体3的、即曲轴的转动角速度ω1和飞轮质量体5的，即转矩传递装置4的副侧的转动特征值，如转动角速度ω2和所属的转动角进行重构。借助于被重构的发动机力矩mvm,r，在观测器14中，例如根据动力传动系的特性、如动力等和施加在输出端上的负载力矩mlast识别动力传动系2的x质量振动器并且重构飞轮质量体3、5的转动特征值。在观测器15中，借助于所设的电流变量i、转动角等识别电机6，并且确定被重构的电机力矩mvm,r。在此，在观测器14中描绘转矩传递装置4的可能存在的非线性。替选地，被重构的发动机力矩mvm,r能够借助于例如经由can总线提供的平均的发动机力矩mvm,m通过估算、神经网络模糊系统、卡曼滤波器等来确定。

在第二实施方式中，代替被重构的发动机力矩mvm,r，根据相同的输入变量估算在飞轮质量体5上引发的力矩mind，所述引发的力矩用作为观测器14的输入变量。在第三实施方式中，所引发的力矩mind经由预调装置或类似的装置从载荷杆位置wl、上止点ot中确定，并且输送给观测器14。

在第四实施方式中，取消观测器13，并且借助于与惯性力矩j3相关联的转动特征值来识别和解耦或者估算作为干扰变量在观测器14中解耦的或考虑的力矩，该力矩呈引发的力矩mind和负载力矩mlast的形式，所述转动特征值例如呈转动角和/或转动角速度ω3的形式。对此，观测器14例如能够构成为未知输入观测器(pbserver)或pi观测器。

图2参考图1的框图示出框图16，所述框图示意性地示出构成为双质量飞轮的转矩传递装置4的识别和在输出端11上引发的力矩mind的重构。观测器的参考模型17使用飞轮质量体3、5之间的角度差和角速度差δω12。通过在参考模型17中使用对应于公式

的表征转矩传递装置4的系统特性的局部线性的模型18、19、……、20的组的方式，实现线性化，其中c、d为参数化系数。

在此，根据加权函数φ1、φ2、……、φm借助于两个飞轮质量体3、5的角度差和飞轮质量体5的转速ω2的输入变量进行各个模型18、……、20的加权。

替选地，例如能够将转矩传递装置的下述传递函数作为模型来作为基础：

其中u1、u2是输入值，例如角度差和角速度差δω12(图2)和wi,1、wi,2、……wi,5是参数化系数。

图3示出框图21，其中观测器14a在不同的实施可能性中构成为线性观测器，所述观测器14a用于识别可能由于转矩传递装置4a非线性表现的动力传动系和对其被重构的特征值进行重构。观测器14a的输入是在块23中由运行力矩mboost和补偿力矩mregler形成的电机力矩mem。在第一实施方式中，神经网络模糊系统22承担非线性的估算，所述神经网络模糊系统处理转矩传递装置的飞轮质量体的，即双质量飞轮的主侧和副侧的转动角速度ω1、ω2作为输入变量。状态调节器12a从观测器14a的转动特征值中根据图1的观测器14和状态调节器12产生补偿力矩mregler。在此，经由转矩传递装置4a传递的发动机力矩mvkm被识别为干扰输入，并且作为输入变量输送给观测器14a。在此，状态观测器12a的相应的参数化实现自由地输入系统特性，例如转矩传递装置的频率、振动衰减因数等。

在另一实施方式中，利用线性观测器14a在取消神经网络模糊系统22的情况下假设以预设转动角周期出现非线性，训练谐波激活的神经元网络。在此，优选离线地，即例如在使用主动的振动衰减之前针对每个运行状态确定转矩传递装置的转动特征值的变化，并且例如作为表格存储，使得每个运行状态在运行中可以被实时地调用并且可以用于调节补偿力矩。在此，副侧的转动特征值，例如双质量飞轮的副侧的转速足以作为用于hann的输入变量。

在另一实施方式中，在弃用神经网络模糊系统22的情况下，能够设有具有未知输入，例如负载力矩mlast和所引发的发动机力矩mind的观测器14(未知输入观测器)，在此，所述输入作为未知的干扰变量借助于调节方法来考虑。将两个在从动侧的转动特征值，例如副侧的转速和驱动轮的轮转速作为未知输入观测器中的未知的输入变量，用于将干扰变量解耦。在此，例如能够利用驱动轮的经由can总线传输的且存在死时间的轮转速信号。

此外，能够将线性的观测器14a作为pi观测器对应于未知输入观测器设计。与所述线性观测器不同，在pi观测器中代替将干扰变量解耦将干扰变量作为状态进行估算。

附图标记列表

1框图

2动力传动系

3飞轮质量体

4转矩传递装置

4a转矩传递装置

5飞轮质量体

6电机

7弹簧装置

8摩擦装置

9飞轮质量体

10耦联装置

11输出端

12状态调节器

12a状态调节器

13观测器

14观测器

14a观测器

15观测器

16方框布线图

17参考模块

18模块

19模块

20模块

21框图

22神经网络模糊系统

23块

24块

25块

i电流变量

j1惯性力矩

j2惯性力矩

j3惯性力矩

mab引发的发动机力矩

mboost运行力矩

mind引发的力矩

mem电机力矩

mem,r构建的电机力矩

mlast负载力矩

mregler补偿力矩

mvm发动机力矩

mvm,r重构的发动机力矩

mvm,m重构的发动机力矩

ot上止点

wl负载杆位置

角度差

δω12角速度差

φ1加权函数

φ2加权函数

φm加权函数

转动角

转动角

转动角

ω1转动角速度

ω2转动角速度

ω3转动角速度