Die Entwicklung von zukünftigen Fahrzeugantriebskonzepten wird von Herausforderungen wie der Reduktion des Kraftstoffverbrauchs, der Erfüllung von Kundenansprüchen wie Fahrspaß und Fahrkomfort sowie der Erfüllung von gesetzlichen Rahmenbedingungen geprägt. Neben der Hybridisierung der Antriebsstränge wird der Verbrennungsmotor kontinuierlich verbessert und optimiert. Weiterentwicklungen des Verbrennungsmotors mit Hilfe von Technologien wie dem Miller/Atkinson-Zyklus oder dem variablen Kompressionsverhältnis resultieren dabei aufgrund der verbesserten thermodynamischen Prozesse in höheren Spitzendruckwerten im Brennraum. Dieser Trend in Kombination mit dem Rightsizing und Downspeeding des Verbrennungsmotors führt zu Drehmomentschwankungen mit erhöhter Amplitude und niedrigen Frequenzen. Die resultierenden Torsionsschwingungen wirken sich nachteilig auf den Komfort der Fahrgäste aus und beeinträchtigen die Lebensdauer der Komponenten.

Passive Maßnahmen verändern im Wesentlichen die mechanischen Eigenschaften des Antriebsstrangs. Sie beruhen auf Änderungen der Trägheit und/oder der Isolation durch Schwingungstilger, um derartige Torsionsschwingungen zu reduzieren. Durch die zunehmende Komplexität des Antriebsstrangs und dem dadurch erforderlichen hohen Applikationsaufwand verschiebt sich der Fokus in der Entwicklung immer stärker in Richtung aktiver Schwingungsreduktionsmaßnahmen. Die aktive Drehschwingungsreduktion verwendet die elektrische Maschine des Fahrzeugs zum Erzeugen eines Kompensationsdrehmoments, um die verbrennungsmotorisch erregter Torsionsschwingungen zu reduzieren.

Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung von Methoden zur Abschätzung nicht messbarer Schwingungsgrößen und die Entwicklung von Regelungsansätzen für aktive Beruhigung von verbrennungsmotorisch erregten Drehschwingungen in Fahrzeugantriebssträngen. Die Schwingungsdynamik des Antriebsstrangs wird durch die Torsionsdynamik des Antriebsstrangsystems und externe Anregungen in Form von Drehmomentpulsationen aus dem Verbrennungsmotor bestimmt. Die entwickelten Schätzverfahren untersuchen sowohl das torsionale Antriebssystem als auch die Anregungen. Das dynamische Motordrehmoment wird mithilfe von Unknown Input Observer (UIO) Verfahren geschätzt. Die Filterung des Mittelwerts und der harmonischen Anteile des dynamischen Drehmoments wird unter Verwendung eines linearen Parametervariantenschätzers (LPV) durchgeführt. Die Eigenschaften des Torsionssystems werden durch den Einsatz eines Errors-In-Variables (EIV) im Closed-loop Betrieb ermittelt.

Bevor mit der Entwicklung des Reglers begonnen wird, wird eine Methodik abgeleitet, um das für die aktive Schwingungsreduktionsmethode verfügbare Potential zu analysieren. Darüber hinaus soll der entwickelte Schwingungsreduzierungsregler in den Energiemanagementregler des Hybridantriebsstrangs integriert werden. Eine modulare Architektur wird vorgestellt, um die Integration des Reglers unabhängig von dessen Realisierung zu ermöglichen. Um die mit der aktiven Schwingungsreduktionsregelung verbundenen Verluste zu quantifizieren, wird eine harmonische Charakterisierung des Wirkungsgrads des Aktors formuliert. Außerdem kann die harmonische Effizienzcharakterisierung dazu verwendet werden, elektrische Maschinen auszulegen, die für die Schwingungsreduktion verschiedener Oberschwingungen prädestiniert sind.

Ein generischer Ansatz wurde für die Entwicklung der Schwingungsreduktionsregler unter Verwendung von Messungen als Rückkopplung angewendet. Der Ansatz basiert auf einer abstrakten Definition des Problems der aktiven Schwingungsreduktion. Diese abstrakte Ansicht bietet die Möglichkeit, verschiedene Regler wie adaptive, robuste und zeitverzögerte Stabilisierungsansätze anzuwenden. Die entwickelten Regler wurden mit Simulationen analysiert und im Versuchsaufbau validiert, um die erwünschte Torsionsschwingungsreduktion nachzuweisen.