Antriebsstrang

Die Erfindung betrifft einen Antriebsstrang und ein Verfahren zum Betreiben desselben insbesondere für ein Kraftfahrzeug mit einer mittels eines Steuergeräts gesteuerten Antriebseinheit mit einer Antriebswelle und einem mit dieser in Wirkverbindung stehenden und von dieser angetriebenen Element.

Bekannt sind Anordnungen in einem Antriebsstrang, bei denen eine Brennkraftmaschine mittels eines Motormanagementsystems gesteuert wird. Bei Anordnungen dieser Art sind so genannte Verbrennungsaussetzer nicht auszuschließen. Ein Verbrennungsaussetzer ist ein Ereignis, bei welchem die Verbrennung des Luft-Kraftstoff- Gemischs in einem Zylinder der Brennkraftmaschine ganz oder teilweise ausbleibt. Wenn keine oder eine nur teilweise Verbrennung eintritt, leistet der Zylinder keine oder eine geringere Verbrennungsarbeit und es wird kein oder ein geringeres Verbrennungsmoment aufgebaut.

Das Auftreten von Verbrennungsaussetzern kann verschieden Gründe haben. Bei Otto- Motoren beispielsweise können eine fehlerhafte Zündanlage oder abgenutzte Zündkerzen dazu führen, dass Verbrennungsaussetzer entstehen. Die Zündenergie reicht in diesem Fall nicht mehr vollständig aus, um das Gemisch zu entflammen. Eine weitere Ursache für Verbrennungsaussetzer stellt etwa ein zu mageres Luft-Kraftstoff-Gemisch dar. Die zugeführte Kraftstoffmenge ist hier zu gering, um entflammt werden zu können. Auch ein ungünstig verteiltes Gemisch kann dazu führen, dass Verbrennungsaussetzer entstehen. Bei Dieselmotoren treten besonders bei kühlen Temperaturen in der Warmlaufphase häufig Verbrennungsaussetzer auf.

Aufgrund eines Verbrennungsaussetzers bricht die Motordrehzahl teilweise spürbar ein, was sich negativ auf die Laufruhe des Motors auswirkt. Das unverbrannte Gemisch gelangt schließlich über die Auslassventile in den Abgasstrang. Dies führt zu einer Nachverbrennung des Gemischs im heißen Katalysator und dadurch zu einem zusätzlichen starken Temperaturanstieg. Durch die hohen Temperaturen altert der Katalysator wesentlich schneller und kann sogar zerstört werden. Verbrennungsaussetzer haben zusätzlich negativen Einfluss auf das Abgasverhalten. Bei fehlerhaftem Zündverhalten werden unverbrannte Kohlenwasserstoffe freigesetzt. Aber auch bei Störungen der Kraftstoffeinspritzung erhöht sich der Ausstoß an

Kohlenwasserstoffen (HC) und Kohlenmonoxid (CO), da eine Senkung der Temperatur der Brennraumwände und des Abgases erfolgt. Da bei einem Verbrennungsaussetzer der Sauerstoff nicht vollständig reagiert hat, liefert die Lambdasonde ein „fehlerhaftes" Signal. Dies hat zur Folge, dass die Lambdaregelung des Motors ein falsches Luft-Kraftstoff-Gemisch berechnet und dadurch in die übrigen Zylinder im Anschluss ein zu fettes Kraftstoff-Luft- Gemisch einspritzt wird.

Die Detektion von Verbrennungsaussetzern kann über eine Messung des Zylinderdrucks erfolgen. Weiterhin wurden so genannte Klopfsensoren vorgeschlagen. Eine weitere Möglichkeit ist einen lonenstrommessung im Zylinder. Derartige Detektionsmethoden sind aufwändig. Alternativ wird die Kurbelwellengeschwindigkeit mittels eines Drehzahlsensors an der Kurbelwelle bestimmt. Durch einen Verbrennungsaussetzer ändert sich diese signifikant.

Sind jedoch an der Kurbelwelle angetriebene Elemente, wie beispielsweise Nebenaggregate, Kupplungs- und/oder Getriebebauteile wie beispielsweise Zweimassenschwungräder angebracht, die zeitlich abhängig dynamische Rückmomente in die Kurbelwelle einleiten, kann dies wegen einer kurzzeitigen Fehlbestimmung der Kurbelwellengeschwindigkeiten aufgrund dieser hochdynamischen Einleitung von kurzzeitigen Momentenänderungen an der Kurbelwelle eine fehlerhafte Interpretation des aktuell anliegenden Motormoments zur Folge haben, so dass im Weiteren das Motormanagementsystem die Brennkraftmaschine falsch steuert. Dies kann beispielsweise zu übermomenten an angetriebenen Elementen und damit zu einer ü- berbeanspruchung mit vorzeitigem Ausfall dieser, zu Komforteinbussen und einem erhöhten Treibstoffverbrauch führen.

Aufgabe ist daher, einen Antriebsstrang und ein hierzu gehöriges Verfahren zur Zylindergleichstellung einer Antriebseinheit vorzuschlagen, der trotz zeitlich variierender und dynamischer Einleitung von Rückmomenten angetriebener Elemente eine verbesserte Detektion von Verbrennungsaussetzern der Antriebseinheit zulässt. Weiterhin besteht die Aufgabe, den Aufwand einer derartigen Korrektur bezüglich des Kostenrahmens einfach und preiswert zu halten.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Betrieb eines Antriebsstrang mit einer mittels eines Steuergeräts gesteuerten Antriebseinheit mit einer Antriebswelle und einem mit dieser in Wirkverbindung stehenden und von dieser angetriebenen Element gelöst, wobei zumindest ein Zustandswert des angetriebenen Elementes im Steuergerät gespeichert ist und mit dem

zumindest einen Zustandswert ein induziertes Motormoment ermittelt wird, mittels dessen eine Detektion von Verbrennungsaussetzern erfolgt. Gleichfalls erfolgt die Lösung der Aufgabe durch den entsprechenden Antriebsstrang unter Verwendung des bezeichneten Verfahrens.

Unter einem Steuergerät ist dabei eine Recheneinheit mit einem Mikroprozessor und einem Speicher zu verstehen, wobei in der Recheneinheit die notwendigen Schritte zur Steuerung der Antriebseinheit ausgeführt werden und in einer entsprechenden Eingabeeinheit entsprechende Sensorsignale zur Charakterisierung des Fahrerwunschmoments und weitere Eingabegrößen aufgenommen und unter Zuhilfenahme der beispielsweise in einem Motorkennfeld gespeicherten Motordaten berechnet und in einer Ausgabeeinheit an die betroffenen Einheiten, wie zum Beispiel in Abhängigkeit vom Ausgangssignal betätigte Einspritzdüsen oder Einspritzpumpen, ausgegeben wird. Weitere Parameter, wie zum Beispiel die Motordrehzahl oder weitere auf dem CAN-Bus vorliegenden Daten, werden üblicherweise zur Steuerung der Brennkraftmaschine ebenfalls eingelesen. üblicherweise ist dieses Steuergerät mit weiteren Steuergeräten, beispielsweise zur Steuerung der Bremsen, einer gegebenenfalls vorhandenen automatisierten Kupplung oder einem Steuergerät zur Steuerung eines gegebenenfalls vorhandenen automatisierten Getriebes oder weiteren Steuergeräten, verbunden. Es kann auch vorteilhaft sein, mehrere Steuereinheiten zur Optimierung des Bauraums und/oder der elektrischen Komponenten oder Rechenleistung der Steuergeräte zu einem oder die Anzahl der Gesamtzahl der Steuergeräte verminderten Anzahl miteinander zu kombinieren und abzustimmen.

Erfindungsgemäß wird in das Steuergerät zur Steuerung der Antriebseinheit zumindest eine Zustandsgröße eines angetriebenen Elements eingelesen und gegebenenfalls gespeichert. Die Zustandsgröße wird dann in den Algorithmen zur Steuerung der Brennkraftmaschine verwendet, so dass unter Verwendung dieser zumindest einen Zustandsgröße ein an das angetriebene Element angepasstes Verhalten der Brennkraftmaschine erzielt wird. Beispielsweise kann durch die zumindest eine Zustandsgröße die Kompensation eines sich störend auf die Antriebseinheit auswirkenden Ereignisses, das aus dem angetriebenen Element resultiert, zumindest teilweise erfolgen.

Unter einer Antriebseinheit im Sinne dieser Erfindung ist ein Aggregat zu verstehen, das einer Steuerung von außen bedarf und eine Antriebswelle aufweist, deren Drehzahl in Abhängigkeit von einem Fahrerwunsch variiert werden kann. Vorzugsweise kann in diesem Sinne eine Hubkolbenmaschine mit einer Kurbelwelle sowie auch eine Drehkolbenmaschine mit einer

- A - entsprechend ausgestalteten Antriebswelle eine Antriebseinheit sein. In weiterem Sinne trifft die erfinderische Ausgestaltung auf einen Elektromotor mit einer Antriebswelle zu, der durch ein angetriebenes Element gestört und deshalb mittels der Zustandgröße nachgeregelt werden muss.

Als angetriebenes Element wird ein Element verstanden, das von der Antriebswelle ein Drehmoment empfängt oder ein Drehmoment an dieses abgibt. Erfindungsgemäß kann dies ein Zweimassenschwungrad sein, das einerseits mit einer Masse drehfest mit der Antriebswelle verbunden ist und damit inelastisch ein Drehmoment aufnehmen kann und andererseits über eine elastisch angekoppelte Sekundärmasse verfügt, die insbesondere im dynamischen Betriebszustand ein Drehmoment auf die Antriebswelle übertragen und damit zu einer Störung der Steuerung der Antriebseinheit führen kann. Weiterhin können derartige Bauteile durch andere Elemente im Antriebsstrang gebildet sein, beispielsweise Drehmomentwandler, Getriebebauteile wie zum Beispiel Wellen oder Zahnräder oder hybridische Elektromaschinen.

Angetriebene Elemente können auch weitere Bestandteile im Antriebsstrang in Verbindung mit der Fahrzeug karosserie oder Antriebsräder sein, die unter gegebenen Umständen zu Rückmomenten in der Kurbelwelle und damit zur Störung der Steuerung der Brennkraftmaschine führen. Beispielweise kann bereits eine unterschiedliche Haftung der Räder auf einer Fahrbahn zu Rückmomenten führen. Auf derartige Prozesse anwendbare Zustandsgrößen können ermittelt und ebenfalls zur Kompensation von Störungen im Steuergerät verarbeitet werden.

Weiterhin können angetriebene Elemente durch Nebenaggregate wie zum Beispiel Kraftstoffpumpen, Stromgeneratoren, Klimakompressoren und dergleichen oder Riementriebe, Nockenwellen, Verstelleinrichtungen und Ventiltriebe und dergleichen gebildet sein.

Neben der Erkennung bzw. Detektion von Verbrennungsaussetzern können folgende typische Steuerungsaufgaben des Steuergeräts beispielsweise durch den erfindungsgemäße Antriebsstrang und das zugehörige Verfahren verbessert werden:

Motorsteuerung mittels Motormomenten,

Signal, Validierung und Adaption eines echtzeitfähigen Motormomentmodells,

Zylindergleichstellung,

Leerlaufregelung,

Antiruckregelung,

Lastschlag-Regelung,

Optimierung von Einspritz- und Zündwinkel, Optimierung der Einspritzmenge, Detektion und Adaption von Voreinspritzmengen, Regulierung und Adaption des Motorstarts, Regulierung und Adaption des Anfahrvorganges,

Bestimmung von Reibmomenten einer Kupplung zwischen Brennkraftmaschine und Getriebe,

Funktionsüberprüfung des Motorsteuergeräts, allgemeine Motordiagnose, verbesserte Regelung von Aggregaten im Antriebsstrang, beispielsweise Kupplung, Wandler, Getriebe aller Arten, Schlupfregelung der Kupplung, Schlupfregelung der Antriebsräder,

Steuerungsvorgänge bei Hybridanwendungen, Getriebeschutz,

Ermittlung des Brennraumdrucks einzelner Zylinder beziehungsweise Ermittlung eines dynamischen Mitteldrucks der Zylinder,

Analyse von Bauteilen von Antriebsaggregaten, wie beispielsweise Zweimassenschwungrad (Positionsbestimmungen von Bauteilen eines Zweimassenschwungrades).

Besonders vorteilhaft kann es sein, wenn beim Vorliegen mehrerer Zustandsgrößen diese in einem so genannten Zustandsraum zusammengefasst werden. Dabei ist unter einem Zustandraum eine Anzahl von Zustandgrößen zu verstehen, die jeweils von der Zeit abhängig sind und ein übertragungssystem charakterisieren. Mit Hilfe dieser Zustandsgrößen können die zur Steuerung des übertragungssystems notwendigen Ausgangsgrößen in Abhängigkeit von ebenfalls zeitabhängigen Eingangsgröße in der Annahme von bekannten Anfangswerten ermittelt beziehungsweise errechnet werden.

Physikalisch betrachtetet beschreiben dabei die Zustandgrößen den Energieinhalt eines Systems, so dass neben den Gleichungen für die Abhängigkeit der Ausgangsgrößen von den Zustandsgrößen, den Eingangsgrößen und den Anfangswerten für die Anzahl der Zustandsgrößen entsprechend viele Differenzialgleichungen gebildet werden können, die das dynamische Verhalten der Zustandsgrößen wiedergeben.

Vektoriell betrachtet können aus diesen beiden Gleichungssystemen im Falle der Linearität und Zeitinvarianz des Systems die Gleichungen als Matrizensysteme betrachtet werden, des-

sen einzelne Koeffizienten in den Elementen von Matrizen dargestellt und gerechnet werden können. Zur näheren Erläuterung der Behandlung von Zustandsraummodellen in der Mess- und Regeltechnik wird auf „Otto Föllinger, Regelungstechnik - Einführung in die Methoden und ihre Anwendung, δ.Auflage" verwiesen.

Mit Hilfe der auf diese Weise im Zustandsraum erstellten abhängigen Daten aus Zustands-, Eingangs-, und Ausgangsgrößen kann ein Zustandsraummodell entwickelt werden, das anhand von Modelldaten und/oder empirisch gewonnenen Daten des angetriebenen Elements identifiziert und validiert wird. Stimmen Zustandsraummodell und diese Daten überein, kann eine zeitnahe Kompensation des Motormomentes der Antriebseinheit, das durch den Einfluss des angetriebenen Elements gestört wird, zumindest teilweise erzielt werden.

Vorteilhafterweise werden als Eingangsgrößen Daten verwendet, die leicht messbar sind. Während das Messen von Momenten zur Momentenkorrektur der Antriebseinheit vergleichsweise kompliziert ist, hat sich herausgestellt, dass eine Verwendung von Drehzahlen besonders vorteilhaft sein kann. So können durch Inversion des Zustandsraummodelles aus Drehzahlen Ausgangsgrößen in der Dimension eines Momentes gewonnen werden. In vorteilhafter Weise werden zusätzlich Modelldaten der Antriebseinheit während der Identifikation des angetriebenen Elements aufgenommen, so dass als Ausgangsgrößen direkt das korrigierte Motormoment gewonnen werden kann. Das korrigierte Motormoment kann auf diese Weise einer - wie oben anhand von typischen Anwendungsbeispielen erläuterten - großen Anzahl von Anwendungen einerseits im Betrieb eines Fahrzeugs mit einer Antriebseinheit als auch zur Diagnose des Motor- und/oder Antriebsstrangverhaltens eingesetzt werden.

Als besonders vorteilhaft hat sich die Anwendung des vorgeschlagenen Verfahrens für einen Antriebsstrang mit einer Antriebseinheit wie beispielsweise einer Brennkraftmaschine mit einer Kurbelwelle und einem darauf montierten Zweimassenschwungrad mit einem Primärteil, das auf der Kurbelwelle aufgenommen ist und einem Sekundärteil, wobei die beiden Teile aufeinander gelagert und entgegen der Kraft einer Federeinrichtung gegeneinander begrenzt und bezüglich der von der Kurbelwelle vorgegebenen Drehzahl relativ zueinander verdrehbar sind. Das Sekundärteil weist in der Regel eine Reibungskupplung auf, mittels derer das Sekundärteil und damit die Antriebseinheit an das in Wirkrichtung nachgeordnete Getriebe koppelbar ist. Es versteht sich, dass auch geänderte Ausführungsformen, bei denen eine elektrische Maschine parallel oder seriell zwischengeschaltet ist, sowie alle Formen von Nebenabtrieben von der Erfindung erfasst werden. Das Zweimassenschwungrad dient zur Schwingungsisola-

tion der durch den Verbrennungsprozess einer Brennkraftmaschine generierten Oszillationen. In bestimmten Betriebszuständen, insbesondere bei einer Entspannung der komprimierten Federeinrichtung, ist das Zweimassenschwungrad in der Lage, Rückmomente auf die Brennkraftmaschine einzuleiten und durch eine nicht erkannte, kurzfristige Drehzahländerung das Steuerverhalten des Steuergerät zur Steuerung der Brennkraftmaschine zu stören, was zu besagten Wirkungen führen kann.

Das Zweimassenschwungrad kann als Federeinrichtung Bogenfedern und/oder kurze Spiralfedern zur Bildung einer oder mehrerer Dämpferstufen aufweisen, wobei die Federn auch mittels weiterer Kraftspeicher wie Gummielementen kombinierbar und auf unterschiedlichen Durchmessern angeordnet werden können.

Der Federeinrichtung kann eine Hystereseeinrichtung überlagert sein, die in Verbindung mit der Federeinrichtung zur Dämpfung beiträgt. Die Hystereseeinrichtung kann durch zwei oder mehrere, in nassem oder trockenem Reibkontakt zueinander stehenden Reibpartner gebildet sein, die aus axial oder radial zueinander liegenden, vorteilhafterweise vorgespannten Reibflächen gebildet sein können. Vorteilhafterweise kann eine fliehkraftabhängiger Reibkontakt während einer Relativverdrehung der beiden Teile, die jeweils eine vorgebbare Masse mit einem damit sich bei Drehung bildenden Trägheitsmoment aufweisen, dadurch erzeugt werden, dass sich über einen Umfang erstreckenden Federn, beispielsweise Bogenfedern, von einem Teil, beispielsweise dem Sekundärteil mitgenommen und an deren Außenradius unter Fliehkraft gegen eine radiale Abstützung des anderen Teils, beispielsweise dem Primärteil, ange- presst werden und damit bei einer Relativverdrehung der beiden Teile eine fliehkraftabhängige Hysteresekraft ausbilden, unter der die beiden Teile erschwert gegeneinander verdrehbar sind. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsbeispiele von Reibeinrichtungen können beispielsweise gegeneinander axiale verspannte Reibpartner sein, von denen primärseitig und der andere sekundärseitig drehfest oder mit Verdrehspiel angeordnet ist. Schwingungstechnisch wirkt das Zweimassenschwungrad als Tiefpassfilter zwischen Kurbelwelle und Getriebeeingangswelle mit einer typischen Abschwächung der Oszillationsampitude verbunden mit einer Phasenverschiebung der Schwingungsfrequenz.

Wie oben bereits erwähnt muss bei einer Umformung des Zustandsraumes in ein Vektorgleichungssystem ein lineares Gleichungssystem vorliegen. In der Regel sind Differentialgleichungen von Systemmodellen, wie beispielsweise ein Zweimassenschwungrad, nicht linear. Besitzt jedoch die Regelstrecke ein näherungsweises lineares Verhalten in einem bestimmten

Arbeitsbereich, lassen sich die Differentialgleichungen oftmals für diesen, ausreichend klein gewählten Arbeitsbereich linearisieren. Daraus können dann lineare Zustandsdifferentialglei- chungen und Ausgangswertgleichungen aufgestellt werden. Das Verhalten von Zweimassenschwungrädern, Insbesondere aufgrund der Bogenfedercharakteristik mit drehzahlabhängiger Hysterese, vorgespannten Federn und Freiwinkel der Hystereseeinrichtungen, kann nichtlinear sein. Erfindungsgemäß wird daher das Zweimassenschwungrad linearisiert, indem das Verhalten des Zweimassenschwungrades mittels physikalischer Zusammenhänge funktional dargestellt und anschließend an den zu verwendenden Arbeitspunkten differenziert wird. Besonders vorteilhaft kann eine weitere Methode der Linearisierung sein, mittels derer ein angenähertes lineares Modell zugrunde gelegt wird und ein Gültigkeitsbereich festgelegt wird, in dem ein auftretender Fehler eine vorgegebene Schranke nicht überschreitet. Die Auswahl eines solchen Modells kann stückspezifisch sein. Beispielsweise können im Extremfall Modelle als „Black-Box-Modelle" ausgestaltet sein, die das Ein- und Ausgangsverhalten sehr gut approximieren und kein physikalisches Vorwissen bezüglich der kinematischen Vorgänge erfordern. Im anderen Extrem kann die Modellierung eines Zustandsraums derart erfolgen, dass die Kinematik des Systems exakt beschreibende Gleichungen verwendet werden (White-Box- Modell). Die anschließende Identifizierung liefert dann unabhängig vom gewählten Modell die gewünschte Kompensation, indem die Variablen des Zustandsraums so gewählt werden, dass eine optimierte übereinstimmung zwischen mit den empirisch oder modellgestützen Daten eines Zweimassenschwungrades und den Ein- und Ausgangsgrößen des Zustandsraum- modells erzielt wird.

In einem besonders vorteilhaften Ausgestaltungsbeispiel kann ein vereinfachtes Modell für ein Zweimassenschwungrad verwendet werden, das ein zwischen zwei Massen, nämlich einer mit der Antriebswelle verbundene Primärmasse und einer mit dem Abtrieb verbundenen Sekundärmasse, wirksames lineares Feder-/Dämpferelement beinhaltet. Die Zustandsgrößen dieses linearen Modells stimmen hierbei mit den nichtlinearen Zustandsgrößen eines in ausreichender Weise überein. Es versteht sich, dass die Wahl des Modells abhängig von der Art des Zweimassenschwungrades abhängig ist und dass abhängig von der Ausgestaltung des Zweimassenschwungrades - und im weiterem Sinne auch für jedes angetriebene Element - die entsprechenden Modelle (Black-Box-Modelle, Grey-Box-Modelle, White-Box-Modelle) in vorteilhafter Weise optimiert werden können.

Für das vereinfachte Modell ergeben sich beispielsweise folgende Zusammenhänge:

^J pn ^■ 0>pn = ^M pn ~ ^{C '} ^ pn ^{" a} sek ) ~ ^{d '} iß 'pn ~ ∞ sek ) (D

und

^J _«k ^{■ ώ} _sek = ~M _sek + c ^■ (a _pn - a _sek ) + d - (ω _pn - ω _sek ) (2).

Dabei bezeichnen J _pn und J _sel die Trägheitsmomente der primären beziehungsweise sekundären Schwungmasse, M _pn und M _sek die primäre beziehungsweise sekundäre Masse des Zweimassenschwungrades, c die Steifigkeit der zwischen den beiden Massen wirksamen Federelemente und d die Torsionsdämpfung der zwischen den beiden Massen wirksamen Dämpfungselemente, a und a _sek ά ^' \e Absolutwinkel der primären beziehungsweise sekundären Masse gegenüber der Kurbelwelle sowie deren nach der Zeit abgeleiteten Größen der Winkelgeschwindigkeiten ω _prι und ω _sak sowie der Winkelbeschleunigungen ώ _pn und ώ _sek .

Werden der relative Winkel zwischen Primär- und Sekundärseite sowie die Drehgeschwindigkeiten beider Schwungmassen als Zustandsgrößen definiert, ergibt sich folgender Zustands- vektor:

Aus Gleichung (1) und Gleichung (3) ergibt sich folgende Zustandsraumdarstellung:

Der erfinderische Gedanken betreffend dieses Ausgestaltungsbeispiel sieht lediglich eine Auswertung anhand der Signale der Geschwindigkeiten ω _pn und ω _sek vor, so dass der Ausgangsvektor y folgende Gestalt erhält:

Es versteht sich, dass im Falle weiterer Messgrößen wie zum Beispiel der Erfassung von Beschleunigungen, Winkel, und Drehmomenten der Ausgangsvektor andere Gestalt annehmen kann.

Ist ein wie beispielsweise oben gezeigter Zustandsraum erstellt, erfolgt die Identifizierung für das zu kompensierende angetriebene Element, beispielsweise einem Zweimassenschwungrad. Erfindungsgemäß wird hierzu eine Auswahl physikalischer Eingangsgrößen ermittelt, die zur Bestimmung der geschätzten Ausgangsgrößen hinreichend sind. Es hat sich erwiesen, dass eine Auswahl irrelevanter und redundanter Daten zu unnötig komplexen Berechnungen führt und das Fehlen relevanter Eingangsgrößen zu einem Mangel an Eindeutigkeit der Ausgangsgrößen führen kann.

Vorteilhaft kann beispielsweise sein, wenn aus einer Modellrechnung und/oder aus empirischen Versuchen vorliegende Daten einem Ausreißertest, beispielsweise einem Medianfilter, unterzogen werden. Weiterhin kann es vorteilhaft sein, die Eingangsgrößen zu filtern beispielsweise mittels eines Butterworth-Tiefpassfilters. Bei derartigen frequenzselektiven Filtern wird eine Grenzfrequenz vorgegeben, bis zu der Signale nahezu unverändert durchgelassen werden. Höher frequente Signalanteile werden stark gedämpft. Es versteht sich, dass ange- passt an ein auftretendes Rauschen in den Eingangsgrößen zusätzlich oder alternativ weitere vorteilhafte Filter eingesetzt werden können.

Zur weiteren Identifizierung eines angetriebenen Elements, wie hier des Zweimassenschwungrades, muss die Ordnung des linearen Zustandsraummodells festgelegt werden. Vor-

teilhafterweise hat sich für das elementare Zweimassenschwungrad die Ordnung n=3, wobei sich die Ordnungszahl aus der Anzahl der Zustandsgrößen ergibt, bewährt, mittels derer ein ideales Feder-/ Dämpferelement beschrieben werden kann. Die Festlegung der Ordnung muss in der Regel für jedes angetriebene Element und dem zu Grunde liegenden Modell separat erfolgen.

Nach der Ermittlung der Systemordnung muss das gewöhnlicherweise zeitkontinuierliche System in ein äquivalentes zeitdiskretes System umgewandelt werden. Das heißt, am Beispiel des Zweimassenschwungrades liegt auf Grund der eingegebenen Daten eine Zustandsraum- darstellung vor, die anschließend in ein zeitdiskretes Zustandsraummodell überführt werden muss. Hierzu kann vorteilhafter Weise eine numerische Auswertung der allgemeinen Lösungen der Zustandsdifferenzialgleichung erfolgen oder eine numerische Integration der Zu- standsdifferenzialgleichung mittels numerischer Integrationsverfahren. Zur Bestimmung des diskretisierten Modells und deren Größen kann anschließend ein so genannter Least-Square- Schätzer angewendet werden, bei dem aus einer Anzahl von n Messungen die Abstände zwischen den Ausgangsgrößen eingestellt, vorzugsweise minimiert werden. Die Durchführung der Routine führt anschließend zu den in der Gleichung (4) definierten Parametern c, d, J _pπ , Jsek, das heißt, das Zweimassenschwungrad mit seinem realen Verhalten wird auf das Modell abgebildet, es wird identifiziert. Eine anschließende Validierung des zu Grunde gelegten Modells kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass mit den gewonnenen Parametern das Modell bei vorgegebenen Drehungleichförmigkeiten gerechnet und mit einem realen Verhalten eines Zweimassenschwungrades bei denselben Drehungleichförmigkeiten verglichen wird. An dieser Stelle können an dem Modell bei großen Abweichungen noch Korrekturen angebracht werden.

Ein auf diese Weise erstelltes Modell eines angetriebenen Elements kann nunmehr im Steuergerät hinterlegt werden, und entsprechende Ausgangsgrößen können in die Motorsteuerung eingeführt werden. Am Beispiel des Zweimassenschwungrades wird eine Schätzung der primären bzw. sekundären Drehzahl der jeweiligen Schwungmassen durch Vorgabe von Motorbzw. Lastmomenten erfolgen. In der Regel sind Drehmomente in einem Kraftfahrzeug nur mit einem vergleichsweise hohen Aufwand messbar, so dass nach dem erfinderischen Gedanken eine Invertierung des Zustandsraummodells von Vorteil ist. Bei der Invertierung stellen anschließend die Eingangsgrößen des invertierten Systems die Drehzahlen der primären und sekundären Schwungmasse dar, während die Ausgangsgrößen Momentenwerte des Motors bzw. Lastmomentenwerte wiedergeben. Auf diese Weise kann mittels einfacher Sensorik, beispielsweise mittels Drehzahlgebern, an der primären und sekundären Schwungmasse das in-

duzierte Motormoment bestimmt werden. Es ist daher möglich, das als Sollgröße ausgegebene Motormoment mit diesem induzierten Motormoment so zu kompensieren, dass der Einfluss des Zweimassenschwungrades auf den Motor zumindest teilweise eliminiert werden kann. Es versteht sich, dass ein derartiges invertiertes Modell zuvor auf Invertierbarkeit überprüft und anschließend wieder validiert werden sollte. Dabei kann das vom Antriebsstrang auf die sekundäre Seite des ZMS wirkende Last auf analoge weise bestimmt werden, wodurch eine Schätzung des Lastmoments am ZMS erzielt werden kann.

Ein vorteilhaftes Ausgestaltungsbeispiel der Erfindung ist neben der Kompensation des durch das Verhalten eines Zweimassenschwungrades gestörten Motormoments eine stationäre Rekonstruktion des Motormoments zur Zylindergleichstellung. Hierzu kann nötig werden, ein so genanntes Konfidenzintervall, in dem vertrauenswürdige Daten ermittelt und berechnet werden, des Modells zu erweitern, indem das Zweimassenschwungrad mittels so genannten lokalen linearen Modellen (LoLiMoT) angewandt werden. Dabei beschreibt das Konfidenzintervall den Arbeitsbereich um den lokalen Identifikationsarbeitspunkt, in welchem das Modell noch ausreichend gute Ergebnisse liefert. Durch Verwendung von lokalen linearen Neuro-Fuzzy- Modellen werden komplexe Modellierungsprobleme in zahlreiche kleinere und dadurch einfachere Untersysteme zerlegt, die wiederum durch lineare Teilmodelle beschrieben werden können. Zur Anwendung und Durchführung von oben genannten Filtersystemen sowie dem LoLiMoT-Modell sei auf U. Kiencke / H. Jäkel „Signale und Systeme", 3. Auflage Verlag OI- denbourg verwiesen.

Nach der Rekonstruktion des Motormoments (indiziertes Motormoment) kann dieses erfindungsgemäß zur Detektion von Verbrennungsaussetzern herangezogen werden. Es steht dadurch ein von den Einflüssen des angetriebenen Elements unabhängiger beziehungsweise ein bezüglich dessen Einflüssen kompensierter Momentenwert zur Verfügung.

Beispielsweise können Verbrennungsaussetzer aus den allgemeinen Formeln zur Berechnung des indizierten Motormomentes M _Motor hergeleitet werden, indem unter Verwendung eines zusätzlichen Drehzahlsensors an der Ausgangsseite des angetriebenen Elementes platziert wird, so dass der Einfluss des angetriebenen Elementes auf das Motormoment ermittelt beziehungsweise geschätzt werden kann. Beispielsweise werden bei einem angetriebenen Element in Form eines Zweimassenschwungrades die Drehzahl der Primär- und Sekundärseite ermittelt und als Eingangsgrößen in das Zustandsraummodell eingegeben und entsprechend oben angeführter Beschreibung das indizierte Motormoment M _M o _to r geschätzt. Aus dem

indizierten Motormoment M _Moto r können anhand des nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiels Verbrennungsaussetzer bestimmen.

Das indizierte Motormoment M Mo _t or, _rek setzt sich aus dem Gasmoment Mβ _as , dem Massenmoment M _Ma ss dem Ventilmoment M _VenW und dem Reibmoment M _Reib zusammen. Teilt man das Motormoment nun in seine Einzelmomente auf, so ergibt sich:

^M Motor = ^M Gαs ~ ^M Mass ~ ^M Ventil ~ ^M Reib (6)

Die Verbrennungsaussetzer werden erfindungsgemäß über die erbrachte Arbeit der einzelnen Zylinder detektiert. Hierzu wird Gleichung (6) über ein zylinderzugehöriges Segment integriert. Bei einem Vierzylinder-Motor wird vom oberen Totpunkt (OT) bis zum unteren Totpunkt (UT), also über 180° Kurbelwellenwinkel integriert, wobei der untere Totpunkt des /-ten Zylinders dem oberen Totpunkt des / + 1-ten Zylinders entspricht. Damit ergibt sich:

Daraus ergibt sich für die Arbeit des Zylinders i: w ^rr Motor, i - ^~~ w ^γγ Gas, i - W ⁿ Mass,i - W ^γv Ventil, i - W ^vγ Reib,i (8)

Das Ventilmoment Mventπ über 180° Kurbelwellenwinkel ist mittelwertfrei. Ebenso ist in einem stationären Arbeitspunkt das Massenmoment Miwass mittelwertfrei, sodass die beiden Arbeiten Wventii, i und W _Ma ss, i der Zylinder i zu 0 werden.

Das Gasmoment M _Ga s setzt sich zusammen aus Kompressionsmoment MK und Expansionsmoment ME sowie dem Verbrennungsmoment M _V ert _> - Analog zu den Ventil- und Massenmoment sind Kompressions- und Expansionsmoment annähernd mittelwertfrei, so dass die daraus resultierende Arbeit ebenfalls vernachlässigte werden kann.

Tritt ein Verbrennungsaussetzer des Zylinders i auf, ist die Verbrennungsenergie W _Ve r _b, i kleiner als ein erwarteter Wert oder gleich Null. Der besseren übersicht wegen wird im Ausfüh-

rungsbeispiel von einer vernachlässigbaren Verbrennungsenergie Wver _b , t ausgegangen und für die Arbeit des Zylinders i ergibt sich aus Gleichung (8) zu:

W ^rr Motor, i — ^~ —W ^vr Rs ib,i (9)

Ein Verbrennungsaussetzer lässt sich nun erkennen, wenn die Arbeit W _Moto r _, ι des Zylinders i unter eine vorgegebene Schranke ε fällt:

(10)

Die Schranke ε kann dabei so klein vorgegeben werden, dass gegebenenfalls auftretende zylinderindividuelle Ungleichheiten und damit verbundene Arbeitseinbrüche eines Zylinders nicht als Verbrennungsaussetzer erkannt werden. Andererseits wird die Schranke ε vorteilhafterweise so groß vorgegeben, dass auch nicht vollständige Verbrennungen zuverlässig erkannt werden.

Zur vorteilhaften Auswertung von Verbrennungsaussetzern kann vorgesehen werden, dass nach Unterschreiten der Schranke ε ein so genanntes Flag oder ein Zähler in Gang gesetzt wird, der von einer in der Steuereinheit implementierten Softwareroutine ausgewertet wird. Beispielsweise kann bereits nach einem einmaligen oder nach einer vorgegebenen Anzahl von Verbrennungsaussetzern ein Warnsignal ausgegeben, eine Fehlerspeicher aktiviert und/oder eine Kompensation der nicht oder fehlerhaft erfolgten Verbrennung erfolgen. Eine derartige Kompensation kann über Zylinderausgleichsverfahren erfolgen, so dass bei entsprechender Verarbeitung der Schranke ε oder der genannten Flags oder Zähler ein Zylinderausgleichsverfahren gestartet oder durch diese Information erweitert betrieben werden kann.

Nach einem vorteilhaften Ausgestaltungsbeispiel kann die Schranke ε mehrstufig sein. Durch Auswertung der dadurch gebildeten Stufen kann eine qualitative Aussage über die Verbrennung erfolgen. Beispielsweise lassen sich durch die Einklassifizierung der Verbrennungsarbeiten Wver _b , i der einzelnen Zylinder i in eine Stufe „ordnungsgemäße Verbrennung", „unvollständige Verbrennung" und „fehlgeschlagene Verbrennung" unterschiedliche Maßnahmen ableiten. Eine Auswertung der Häufigkeit in den verschiedenen Klassen der einzelnen Zylinder kann eine Beurteilung erlauben, ob eine Warnung ausgegeben wird, eine Werkstatt aufgesucht werden muss und/oder ob vom Motormanagement entsprechende Maßnahmen zur Ver-

besserung eines erkannten Zustandes erfolgen können, indem beispielsweise Luft- und/oder Kraftstoffzufuhr geändert werden.

Die Erfindung wird an Hand der Figuren 1 und 2 näher erläutert. Hierzu zeigen

Figur 1 : Ein erfindungsgemäßer Ablauf einer Regelung

und

Figur 2: eine am Beispiel eines Zweimassenschwungrades erläuterte Erstellung eines

Zustandsraummodelles.

In der Figur 1 ist ein beispielhafter Ablauf für die erfindungsgemäße Regelung 1 dargestellt. In Block 2 wird ein Sollwert für die Regelung 1 bereitgestellt, der als Anfangswert von einer Motorsteuerung errechnet und ausgegeben werden kann. Der Sollwert kann im Falle einer Brennkraftmaschine das Wunschmoment sein, das ein Fahrer mittels des Fahrpedals vorgibt. Entsprechend kann dieses Wunschmoment in Abhängigkeit von weiteren Parametern, wie beispielsweise Motorkennzahlen, im Getriebe eingelegtem Gang, Betriebssituation des Fahrzeugs, Fahrbahnbeschaffenheit und dergleichen eingestellt werden. In Block 3 wird der Sollwert 2 auf eine Regelstrecke angewandt, die die Brennkraftmaschine sowie nachgeordnete Teile wie beispielsweise eine Kupplung, ein Zweimassenschwungrad oder Antriebsstrangbauteile wie Nebenaggregate und nachfolgende Getriebe umfassen kann. Am Beispiel eines Zweimassenschwungrades wird das an die Brennkraftmaschine abgegebene Sollmoment insbesondere neben anderen Störungseinflüssen durch weitere Komponenten des Antriebsstranges durch das Zweimassenschwungrad durch dessen momentenabhängige Verdrehung der beiden Schwungmassen gegeneinander gestört, so dass zur Kompensation der Störung erfindungsgemäß im Block 5 ein Zustandsraummodell zur Kompensation der Störungen integriert wird.

Die Erstellung eines Zustandsraummodells wird unter Figur 2 näher erläutert. Zum Betrieb des Zustandsraummodells werden aus der Regelstrecke 3 Eingangsgrößen ermittelt und im Zustandsraummodell verarbeitet. Eingangsgrößen können erfindungsgemäß alle Größen sein, die beispielsweise als Erfassungsdaten dem Steuergerät zur Verfügung stehen. So kann beispielsweise das Steuergerät auf einem so genannten CAN-Bus zur Verfügung stehen, nämlich Daten wie Drehzahlen, Beschleunigungen, Strom- und Spannungswerte und dergleichen. Zur Kompensation des Verhaltens des Zweimassenschwungrades kann es insbesondere vor-

teilhaft sein, auf Signale zurückzugreifen, die die Drehzahl der Primär- und Sekundärmasse erfassen, wobei auch deren abgeleitete Größen wie Drehzahlbeschleunigungen und Winkelgeschwindigkeiten zur Auswertung vorteilhaft sein können.

Nach Durchlaufen des Zustandsraummodells 5 werden durch dieses im Block 6 Ausgangsgrößen ausgegeben, die ausgelesen und über einen geeigneten Signalweg 7 zur Korrektur des Sollwertes 2 herangezogen werden können. Es versteht sich, dass eine derartige Regelroutine seriell oder parallel zu weiteren Regelungsroutinen in einem Steuergerät, beispielsweise mittels eines Mikroprozessors, berechnet werden können.

An Hand eines Beispiels eines typischen angetriebenen Elements in Form eines Zweimassenschwungrades wird die Erstellung eines Zustandsraummodells 5 der Figur 1 in Figur 2 näher erläutert.

Als Basis für die mathematische und physikalische Beschreibung eines Zweimassenschwungrades können einerseits in Block 10 Modelldaten herangezogen werden, die aus Berechnungsprogrammen gewonnen werden, wobei entsprechende Simulationsdaten des realen Zweimassenschwungrades zu Grunde gelegt werden. Anderseits können alternativ oder zusätzlich in Block 11 experimentelle Daten einem in Block 12 dargestellten Datensatz für das entsprechende Zweimassenschwungrad bereitgestellt werden, wobei diese Daten aus Prüf- standsversuchen mit einem realen Zweimassenschwungrad gewonnen werden können.

Aus der Beurteilung der Daten in Block 12 wird in Block 13 ein Zustandsraummodell entwickelt, welches das Zweimassenschwungrad in den für einen Zustandsraum vorgegebenen Bedingungen abbildet. Beispielsweise müssen zur mathematischen Behandlungen des Zu- standsraumes lineare Gleichύngssysteme vorliegen.

Mit Hilfe der in Block 12 vorhandenen Daten und zusätzlich in Block 15 vorhandenen Daten eines Motormodells, beispielsweise Kennfelder von einer Brennkraftmaschine, wird das im Zustandsraum 13 befindliche Zweimassenschwungrad identifiziert, das heißt, im Zustandsraum befindliche Koeffizienten werden so angepasst, dass eine möglichst große Annäherung zwischen realen Messdaten des Zweimassenschwungrades abhängig von fluktuierenden Momenten der Brennkraftmaschine und einem realen Verhalten des Zweimassenschwungrades bei denselben Brennkraftmaschinenbedingungen resultieren.

Ist das Zweimassenschwungrad identifiziert, so wird es im anschließenden Block 16 validiert. Die Validierung ermittelt die Systemgenauigkeit des Zustandsraums und ermittelt die Grenzbedingungen der Anwendbarkeit des Modells. Zur Validierung in Block 16 können ebenfalls Motordaten aus Block 15 herangezogen werden.

Zur Gewinnung von Ausgangsgrößen, die bezüglich ihrer Dimension mit dem Sollwert übereinstimmen und gleichzeitig auf einfachen Eingangsgrößen beruhen, kann es besonders vorteilhaft sein, in Block 17 eine so genannte Invertierung durchzuführen. Ursprünglich werden Zustandsraummodelle in Energieeinheiten aufgestellt, wobei Eingangsgrößen in der Dimension von Momenten eingegeben werden und ein entsprechendes Verhalten des Zweimassenschwungrades in Differenzdrehzahlen der beiden Schwungmassen resultiert. Um eine umständliche Ermittlung von messbaren Momenten in einer realen Umgebung wie in einem Kraftfahrzeug zu vermeiden, ist es insbesondere im Falle der Ermittlung von Störgrößen eines Zweimassenschwungrades von Vorteil, den in Block 13 modellierten Zustandsraum in Block 17 zu invertieren. Dies bedeutet, dass als Eingangsgrößen nunmehr die entsprechenden Drehzahlen bzw. deren abgeleitete Größen des Zweimassenschwungrades als Eingangsgröße für das Zustandsraummodell verwendet werden, und damit als Ausgangsgrößen induzierte Motormomente bzw. Störmomente zur Verfügung stehen. Es versteht sich, dass ein derartig invertiertes Modell ebenfalls auf mathematische Funktion (vorzugsweise Stabilität) zu überprüfen und zu validieren ist.

Das in Block 18 nach Durchführung der vorgegangenen Prozeduren zur Verfügung stehende Modell wird als Zustandsraummodell 5 in entsprechende Regelschleifen gemäß Figur 1 eingebracht.

Bezuqszeichenliste

Regelroutine Block zur Sollwertbildung Block einer Regelstrecke Block zum Einlesen von Eingangsgrößen Block für das Zustandsraummodell Block zum Auslesen der Ausgangsgrößen Signalleitung Block für Modelldaten Block für experimentelle Daten Block für Datensatz ZMS Block für Zustandsraum Block zur Identifizierung Block für Daten des Motormodells Block zur Validierung Block zur Invertisierung Block zur Modellintegration