Regelungstechnische Methoden zur Drehschwingungsdämpfung eines Wellenstrangs am Beispiel eines Motorprüfstands

Abstract

Im Bereich der Automobilindustrie werden einzelne Fahrzeugkomponenten wie der Verbrennungskraftmotor oder Teile des Antriebsstrangs zu deren Prüfung über eine elastische Welle mit einer Belastungsmaschine verbunden. Durch die verhältnismäßig starre Ankopplung an die Belastungsmaschine kommt es meist zu relativ schwach gedämpften Resonanzfrequenzen, die durch oszillierende Belastungen am Prüfling angeregt werden können. Die auftretenden Torsionsschwingungen können Messergebnisse verfälschen oder im schlimmsten Fall zur Zerstörung von Prüfling oder Prüfstand führen. Aus diesem Grund muss in der Auslegung und im Bau von Prüfständen erhöhtes Augenmerk auf die Dämpfung derartiger Schwingungen gelegt werden. Neben mechanischen Schwingungsdämpfern bieten sich gerade im Bereich der Prüfstandstechnik aktive Verfahren zur Schwingungsdämpfung an. Der folgende Beitrag widmet sich der aktiven Schwingungsdämpfung von Torsionsschwingungen in Wellensträngen durch die gezielte Regelung der elektrischen Antriebsmaschine. Im Rahmen dieses Artikels wird ein gängiges Verfahren analysiert sowie eine weitere Methode basierend auf einem Kalman-Filter zur Zustandsschätzung für die Schwingungsdämpfung vorgestellt.Schlüsselwörter: Drehschwingung; Wellenstrang; Dämpfung; Kalman-Filter Control methods for torsional vibration damping of a drive train based on the example of an engine test bed.It is very common in the automotive industry to couple components such as the engine or parts of the drive train with an elastic torque shaft to a dynamometer to test these parts. The stiff coupling results in weak dampened resonance frequencies which commonly get excited by the oscillating loads of the test item. The resulting torsional vibrations can lead to distortions of the measurement or even to damage of the test item. As a result, it is important to consider sufficient damping of the drive train. In addition to mechanical dampers also active damping methods serve as suitable alternative to dampen torsional vibrations at test benches. This article focuses on active vibration damping methods through specific control of the dynamometer. It analyzes a conventional method and, moreover, presents a new approach for torsional vibration damping based on a Kalman-Filter for state estimation.

A Robust Exact Differentiator Toolbox for Matlab®/Simulink®

“…The active damping strategy considered in this paper, see Wipfler et al (2016), also acts as a control signal T c which Fig. 4.…”

“…This damping strategy was implemented in a simulation model of a test bed using the robust exact differentiator toolbox as well as a linear differentiator, as shown in Wipfler et al (2016) to generate the estimate (17). The test bed considered in this work is used for end-of-line tests in which the engine is dragged from 100 to 500 rpm without injection.…”

Control Applied to a Reciprocating Internal Combustion Engine Test Bench under Transient Operation: Impact on Engine Performance and Pollutant Emissions

“…Recent works have been published on the control of engine test benches, related to different studies cases: in [18] the authors proposed a nonlinear output feedback controller based on a reduced order observer to solve a set point tracking problem of a combustion engine test bench; in [19] an active vibration damping method through specific control of the dynamometric brake based on a Kalman filter was proposed; and in [20] a test bench control was simulated, including, in addition to the combustion engine test bench, the transmission model and the dynamic of the vehicle.…”