An der TU München wurde in enger Zusammenarbeit mit der Industrie ein Mild-Hybrid Antriebsstrang mit CVT-Getriebe entwickelt und aufgebaut. Der Antriebsstrang ist als Parallel-Hybrid mit 88kW Dieselmotor und 15kW Elektromaschine konzipiert. Es liegt nahe, den ohnehin vorhandenen Elektromotor zur aktiven Schwingungsdämpfung zu verwenden. Im Rahmen des Ansatzes der aktiven Schwingungsdämpfung werden an einem Antriebsstrangmodell unterschiedliche Regelungskonzepte simulativ untersucht. Die Betrachtungen beinhalten die Herleitung, Simulation und Analyse von aktiven Verfahren zur Schwingungsdämpfung unter Verwendung des Elektromotors als aktiven Schwingungsdämpfer sowie die Anwendung passiver Dämpfungskonzepte. Hierbei kommen das Konzept der vollständigen Zustandsregelung und die Methode des Bandpass-Absorbers zur Anwendung. Es erfolgt eine Beurteilung der aktiven Dämpfungsverfahren hinsichtlich Wirksamkeit, Implementierungsaufwand und Stellgroßen aufwand. Ein Ersatzmodell des Antriebsstrangs bildet die Verhältnisse am Hybrid-Antriebsstrang vereinfacht als Mehrkörpersystem ab. Modelliert wird unter anderem ein kontinuierlich verstellbares Umschlingungsgetriebe mit nichtlinearem Übertragungsverhalten sowie Lösungen zur passiven Dämpfung der motorseitigen Drehmomentschwingungen (Zweimassenschwungrad). Simulationen und eine schwingungstechnische Analyse des Antriebsstrangmodells geben Auskunft über das Schwingungs- und Resonanzverhalten des Antriebsstrangs. Hierbei werden als Schwingungsanregung neben Lastwechselvorgängen und Übersetzungsverstellungen am Getriebe vor allem durch den Verbrennungsmotor auf den Antriebsstrang übertragene Drehmoment-Schwingungen betrachtet. Die Drehmomentschwingungen des Verbrennungsmotors werden mit Hilfe des Einzonenmodells nach Vibe modelliert. Beim Konzept des Zustandsreglers kommen in Abhängigkeit der Getriebeübersetzung nachgeführte Reglerparameter zum Einsatz. Um die Systemzustände des Antriebsstrangs und das mittlere abgegebene Drehmoment des Verbrennungsmotors zu schätzen, wird ein Störbeobachter eingesetzt, der sich zur Abbildung der nichtlinearen Verhältnisse einer Zustands-Modellrechnung bedient. In der Simulation zeigt sich, dass der Zustandsregler die durch Drehmomentschwingungs-Anregung im Antriebsstrang hervorgerufenen Schwingungen deutlich reduzieren kann. Ebenso kann die maximale Amplitude der Lastwechselschwingungen verringert werden und das Abklingen dieser Schwingungen im Antriebsstrang deutlich beschleunigt werden. Speziell betrachtete Zugkraftschwingungen im Bereich des Getriebes können ebenso wirkungsvoll bedämpft werden. Die Vorgabe eines nahezu frei wählbaren Sollverhaltens des aktiv gedämpften Antriebsstrangs in Form einer Übertragungsfunktion stellt die Grundlage des Reglerentwurfs für den Bandpass-Absorber dar. Daraus werden in einem analytischen Verfahren die Struktur und die Parameterwerte der Regelung festgelegt. Die Auslegung erfolgt hier wie auch beim Zustandregler mit dem Hauptziel der Reduktion der im Bereich der Getriebe-Resonanzfrequenz angeregten Schwingungen. Die Ergebnisse der Simulation zeigen, dass mit Hilfe des Bandpass-Absorbers die Zugkraftschwingungen an der Getriebekette, die durch die Drehmomentschwingungs-Anregung hervorgerufen werden, bei realisierbarem Stellmoment gut gedämpft werden können. Lastwechselschwingungen können durch das Konzept des Bandpass-Absorbers ebenfalls deutlich reduziert werden, dies erfordert jedoch einen hohen Stellgrößen-Aufwand. Die untersuchten Konzepte zeigen, dass der Einsatz von aktiv schwingungsdämpfenden Verfahren am Hybridantriebsstrang mit Elektromotor einen viel versprechenden Ansatz darstellt.
Schwingungsdämpfung am optimierten CVT-Hybrid-Antriebsstrang. Modellierung eines Antriebsstrangs und aktive Schwingungsdämpfung mit Zustandsregelung und Bandpass- Absorber
2007
19 Seiten, 21 Bilder, 5 Quellen
Conference paper
German
Aktive Schwingungsdämpfung im Antriebsstrang von Hybridfahrzeugen
Tema Archive | 2011
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