Aktive Bedämpfung von Drehschwingungen im Fahrzeugantriebsstrang

Die steigenden Anforderungen an die Effizienz und die Dynamik des Antriebs bedingen die Erhöhung der Zünddrücke und der Aufladung von Verbrennungsmotoren. Das Spitzenmoment und das mittlere Drehmoment des Motors steigen hierdurch an. Indes erfährt der Antriebsstrang eine drehzahlabhängige Anregung entsprechend der Zahl der Zündungen pro Kurbelwellenumdrehung. Ziel der vorliegenden Arbeit ist der Entwurf eines Systems, welches unabhängig von der Motorordnung arbeitet und die Drehschwingungen im Antriebsstrang bei verschiedenen Betriebsweisen reduziert. Ausgehend vom Stand der Technik werden Simulationsmodelle entworfen, welche die dynamischen Effekte der Drehschwingungen im Fahrzeugantriebsstrang abbilden. Der Abgleich erfolgt mit Hilfe von Messungen für definierte Betriebszustände. Das neuentwickelte System des „aktiven Drehschwingungsdämpfers“ (aDSD) wird vorgestellt und der prinzipielle Aufbau erläutert. Die mathematischen Zusammenhänge der Kinematik des Systems beschreiben die Funktionsweise und die Möglichkeiten der Einbindung in den Antriebsstrang. Auf Grundlage dieser Charakteristik wird das aDSD-System in die validierten Antriebsstrangmodelle integriert und untersucht. Im Rahmen des Funktionsprinzips der „kontinuierlichen Regelung“ werden durch den geregelten Eingriff die Drehschwingungen semiaktiv bedämpft. Hierfür ist die Auslegung eines modellbasierten Reglers notwendig. Die notwendigen Grundlagen zum Reglerdesign sowie die Regelungsaufgaben und -ziele werden dargestellt. Schnittstellen zwischen den verwendeten Simulations- und Berechnungsumgebungen ermöglichen den effizienten Entwurf und die Applikation der Regelalgorithmen. Die Auslegung des Systems mit Hilfe der Simulationswerkzeuge erlaubt den konstruktiven Entwurf. Damit kann der Aufbau eines Demonstrators auf einem Motorenprüfstand umgesetzt werden. Experimentelle Untersuchungen zeigen die Eigenschaften des aDSDSystems auf dem Prüfstand, welcher den Betrieb im Fahrzeug unter Prüfstandsbedingungen nachbildet. Die gezielte Beeinflussung von Betriebspunkten des Motors wird untersucht und das Potential des Systems hervorgehoben. Es werden Funktionen wie der Bauteilschutz und eine variable Steifigkeitskennlinie eines Zweimassenschwungrades (ZMS) realisiert. Im Vergleich zu einem herkömmlichen ZMS ergibt sich der Vorteil der veränderten Parametrierung und der Neuauslegung des Gesamtsystems. Die Aktorik und die Dynamik des Demonstrators werden betrachtet und die Ergebnisse der Messungen dargelegt. Basierend auf den gewonnenen Erkenntnissen leiten sich Möglichkeiten der Weiterentwicklung des aDSD-Systems ab.