CN101163617A - 用于运行混合动力汽车驱动设备的方法和执行此方法的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种汽车驱动设备的运行方法,具有至少一个内燃机(10)和至少一个与该至少一个内燃机(10)机械耦联的电机(20)以及至少一个与所述至少一个电机(20)和至少一个内燃机(10)功能连接的在至少一个车载电网中的储能器,其中所述至少一个内燃机(10)和至少一个电机(20)基本共同产生所需求的驱动额定矩(M),求出一个或者多个电机(20)的瞬时的电机驱动的扭矩储备量(MEres),并且在为所述至少一个或者多个内燃机(10)规定内燃机驱动的扭矩储备量时,如此地考虑这个瞬时的电机驱动的扭矩储备量,使得内燃机驱动的扭矩储备量变得最小。
Description
现有技术
本发明涉及一种运行汽车驱动设备方法和执行此方法的装置。
为了减少废气排放和燃料消耗,公开了混合动力汽车。它的目的是在有利的效率区域内使用内燃机,当汽车停止运行时或者用小的速度行驶时关闭内燃机,并且用电驱动行驶,以及通过预热利用而使用制动能。对于并联混合式,内燃机和一个或者多个电机的扭矩相加。电机例如作为起动器发电机与内燃机的皮带传动装置或者曲轴连接。
对于现代的内燃机,不同的工作点在废气排放和热油消耗方面都有难以解决的问题。在汽油机中,例如高的扭矩可能要求与化学计量的空气燃料混合气有偏差,也可能必须全负荷加浓,以便使结构部件的温度保持在允许的界限内。为了调节很小的扭矩,通常向着较晚的方向移动点火角,它也被用于取得扭矩超前,例如为了在空转时能快速地建立扭矩。然而随着点火角移动,作用效果也变坏。与接通相连的是由于在催化器中的氧气过剩可能出现氮氧化物的排放提高的情况。同样在柴油机运行时,当扭矩高时也有增高的炭黑值和氮氧化物的排放,当扭矩小时存在催化器冷却的危险。
还未公开的DE102004044507描述了一种用于运行具有至少一个内燃机和至少一个电机的汽车驱动设备的方法和装置,其中,内燃机和电机共同产生所要求的驱动额定矩。通过合适地使用电机,可以避免内燃机的不利的扭矩区域以及避免不利的内燃机的最佳额定矩的高变速。
本发明的优点
本发明提供一种用于运行汽车驱动设备方法,在该方法中,至少一个内燃机和至少一个电机基本上共同地产生所要求的驱动额定矩,求出一个或者多个电机的瞬时的电机驱动的扭矩储备量(Drehmoment-reserve),并且在为所述至少一个或者多个内燃机规定内燃机驱动的扭矩储备量时,如此地考虑这个瞬时的电机驱动的扭矩储备量,使得内燃机驱动的扭矩储备量变得最小。然后在总和中就存在有用于整个驱动设备的驱动扭矩的规定的扭矩储备量。有利的是:当电机的电机驱动的扭矩储备量太小不足以达到用于驱动设备的整个驱动扭矩所要求的扭矩储备量时,才必须通过点火角延迟调节使用内燃机驱动的扭矩储备量,这种点火角延迟调节伴随着高燃料消耗和废气排放。通过点火角调节,可以几乎无延迟地改变、特别是减少内燃机的扭矩。可以使用两个用于内燃机的扭矩控制的线路,其中,慢速的线路意味着借助于一种特别是电节气阀进行的空气质量流调节(Luftmassenstromregulierung),另一条快速的线路意味着一种点火角调节,特别是点火角延迟调节。与内燃机的扭矩控制的慢速线路相比,现代电机的扭矩控制具有高得多的动力。根据本发明的方法允许驱动设备的高动力。
本发明可以应用到所有的混合动力驱动设备(Hybridantrieb)中,在该混合式驱动设备中,一个或者多个内燃机的扭矩和一个或者多个电机的扭矩共同产生驱动扭矩。
电机驱动的扭矩储备量能够以高的精确度借助于一个或者多个电机、一个或者多个储能器以及一个或者多个车载电网的瞬时的运行状态来求出。当缺少的内燃机驱动的扭矩储备量通过一个或者多个电机得到补偿时,就可在燃料消耗和废气排放都较小的情况下确保高动力。
符合目的的是,由上级的控制装置来规定用于整个驱动设备的超前驱动额定矩(Vorhalte-Antriebssollmoment)和驱动额定矩。优选地用于驱动设备的整个驱动扭矩的扭矩储备量等于超前驱动额定矩和驱动额定矩之间的差值,其中超前驱动额定矩大于或者等于驱动额定矩。
如果调节其中至少一个电机的充电额定矩,该充电额定矩保证车载电网或者储能器的供电,这对于汽车的运行安全是有利的。优选当充电额定矩为负时,其中至少一个电机发电运行,以重新地充满储能器。然后有利地提高用于整个驱动设备的超前驱动额定矩和驱动额定矩,以补偿电机的载荷。
借助于一个或者多个电机、一个或者多个储能器以及一个或者多个车载电网的瞬时的运行状态可以求出一个或者多个电机的瞬时的最大矩和瞬时的最小矩。优选地,电机驱动的扭矩储备量形成为瞬时的最大矩和充电额定矩之间的差值。
用于内燃机的超前额定矩可以从用于整个驱动设备的超前驱动额定矩被纠正了充电额定矩而求出,其中,超前额定矩通过空气质量流调节而产生。
内燃机驱动的额定矩可以由被纠正了充电额定矩的、用于整个驱动设备的驱动额定矩形成,其中,内燃机驱动的额定矩通过点火角调节进行调整。
只有当电机驱动的扭矩储备量小于用于整个驱动扭矩所要求的扭矩储备量时,才调节内燃机驱动的扭矩储备量,这时燃料消耗和废气排放的提高限于少数几个运行阶段。
优选地用于内燃机的超前额定矩始终选择为大于或者至少等于用于内燃机的额定矩。这合适地借助于最大值选择(Maximumauswahl)来完成。
内燃机的实际矩和额定矩之间的差值矩可以接通到电机,并且由差值矩和充电额定矩的总和形成电机的额定矩。有利地在此利用电机的扭矩储备量。也就是说,如果使用了用于整个驱动矩的扭矩储备量,就是说驱动额定矩以高的动力向着超前驱动额定矩增加,会由于最大值选择也在用于内燃机的超前额定矩上出现具有高斜度的上升。通过吸气管中动态的充气效应(Fuellungseffekt)-构造为静止时间元件(Totzeit-glied)和第一级的延迟元件(Verzoegerungsglied)-出现内燃机的基础矩,其基于规定的超前额定矩在最佳点火角时产生,在这种情况下只是滞后,内燃机的实际矩被限制在基础矩上,并且暂时地偏离于内燃机的额定矩。在此出现的差值矩被接通到电机,并且连同充电额定矩一起产生用于电机的额定矩。
本发明提出了一种用于执行汽车驱动设备运行方法的装置,具有至少一个内燃机和至少一个与该至少一个内燃机机械耦联的电机以及至少一个与所述至少一个电机和至少一个内燃机功能连接的在至少一个车载电网中的储能器,其中所述至少一个内燃机和至少一个电机基本共同产生所需求的驱动额定矩,并且其中构造有上级的控制装置,用于这样为整个驱动设备规定超前额定矩以及为整个驱动设备规定额定矩,使得可以求出一个或者多个电机的瞬时的电机驱动的扭矩储备量,并且在为所述至少一个或者多个内燃机规定内燃机驱动的扭矩储备量时,如此地考虑这个瞬时的电机驱动的扭矩储备量,使得内燃机驱动的扭矩储备量变得最小,并且在总和中存在有用于整个驱动设备的驱动扭矩的规定的扭矩储备量。
附图
本发明的其它实施方式、观点和优点不局限于在权利要求中的总括而给出,不限制于本发明下述借助附图所示的实施例。
随后示出:
图1本发明所建议的具有内燃机和电机的方法的优选的线路图;
图2a-d 扭矩的时间曲线图,其中(a)用于整个驱动设备的超前额定矩和额定矩,(b)内燃机的基础矩和实际矩,(c)电机的实际扭矩,(d)整个驱动设备的实际扭矩。
实施例说明
在图1所示的根据本发明的用于汽车驱动设备运行的方法中,设置了至少一个内燃机10和至少一个与该内燃机10机械耦联的电机20。内燃机10优选地为一个具有吸气管喷射装置的汽油机(Ottomotor),并且设置有一个在图中未示出的具有电子节气阀的电子节气门踏板和一个在图中未示出的催化器。内燃机10的飞轮和电机20耦联,该电机优选地设计为曲轴起动发电机。
此外还设置一个与所述至少一个电机20和至少一个内燃机10功能连接的、在图中未示出的在至少一个车载电网中的储能器。该储能器优选地为一种电池,当电机20发电运行时,它例如可通过电机20充电。内燃机10和发电机20基本共同地产生所需要的驱动额定矩M,其中,内燃机10的实际扭矩MVM ist和电机20的实际扭矩ME ist相加成整个驱动设备的实际扭矩Mist,也就是相加成内燃机10和电机20的总扭矩。
一个在图中未示出的上级控制装置为整个驱动设备规定一个超前驱动额定矩ML和一个驱动额定矩M。通过将ML规定得比M大,就要求一种用于驱动设备的整个驱动扭矩Mist的储备量,这个储备量相当于这两个参数的差值ML-M。
用充电额定矩MLade设置一种干预。这种干预保证车载电网和电储能器的供电。当充电额定矩MLade为负时,电机20发电运行,并且用于整个驱动设备的超前额定矩ML和驱动额定矩M提高,以补偿电机20的载荷。
从电机20、一个或者多个储能器和一个或者多个车载电网的瞬时运行状态求出电机20的瞬时最大矩ME max和瞬时最小矩ME min。电机20的最大矩ME max和充电额定矩MLade的差值相当于电机20的电机驱动的扭矩储备量ME res。
具有吸气管喷射装置的现代汽油机大多具有一个用于调节空气质量流的电子节气阀。节气门踏板和电子节气阀在机构上是分开的。节气阀执行机构的最终的调节速度和在吸气管中的动态充气效应不允许对所规定的空气质量流和由此产生的内燃机扭矩进行高动态调节。点火角干预(Zuendwinkeleingriff)ZWE和与此相连的内燃机扭矩的降低则相反地可以几乎无延迟地进行。因此用于扭矩的控制有两条线路,可为这两条线路分别规定一个配属的额定扭矩MVM L和MVM。
用于内燃机10的超前额定矩MVM L在其整个空气线路上施加作用,并且在吸气管中的空气质量流相应地得到调节。当点火角最佳时,内燃机10会产生称之为基础矩MVM Bas的扭矩。在稳定区域内,该基础矩MVM Bas相当于内燃机10的超前额定矩MVM L。
在不稳定区域内,在吸入有用于内燃机10的燃烧用空气的吸气管中的动态充气效应起作用。从超前额定矩MVM L到基础矩MVM Bas的传递可近似地借助于静止时间元件11和第一级12(PT1)延迟元件的串联来描述。
除了通过节气阀调节作用于空气线路上的超前额定矩MVM L外,用于内燃机10的额定矩MVM也作用于快速的点火角线路(Zuendwinkel-pfad)。借助于相对最佳的点火角来延迟调节点火角,内燃机10的作用程度相对于基础矩MVM Bas减小了。
图1中的线路图简化示出了内燃机10中的情况。用于内燃机10的额定矩MVM限制在基础矩MVM Bas和最小基础矩MVM Bas min之间的区域中,并且产生内燃机10的实际矩MVM ist。在点火角干预时的时间滞后很小,可以忽略不计。在此基础矩MVM Bas相当于内燃机10的实际矩MVM ist,它在最佳点火角时产生。最小基础矩MVM Bas min小于基础矩MVM Bas,并且相当于在最大点火角延迟调节时的实际矩MVM ist。
在几种运行状态中,由上级控制单元所选择的超前额定矩MVM L比额定矩MVM大,其中差值相当于扭矩储备量。出现向着更晚方向的点火角调节。然后通过提高额定矩MVM并结合点火角延迟调节的取消,几乎可无延迟地提高内燃机10的额定矩MVM ist,用于例如在空转时能快速地建立扭矩,并且因此能对载荷变化作出快速反应,或者例如结合自动变速时的换挡过程。
在现代内燃机10中,内燃机10的瞬时的实际扭矩MVM ist可由它的发动机控制器根据测量的或者估算的参数求出,对于具有吸气管喷射装置的汽油机(Benzinmotor),例如可从发动机转速、吸气管压力、点火时刻和空气系数λ求出。从原则上讲,对于柴油机,特别是具有涡轮增压的柴油机,扭矩控制被分配到具有超前额定矩MVML的慢速线路和具有额定矩MVM的快速线路中。
与内燃机10的扭矩控制的慢速线路相比,现代电机20中的扭矩控制则相反地具有高得多的动力(Dynamik)。
从图1中可以看出,用于内燃机10的快速点火角线路的额定矩MVM从用于整个驱动设备的、被纠正了充电额定矩MLade的驱动额定矩M产生。
用于内燃机10的超前额定矩MVM L从用于整个驱动设备的、被纠正了充电额定矩MLade的超前驱动额定矩ML求出。扣除电机20的扭矩储备量ME res,以使内燃机10上的扭矩储备量最小化。因此只有当电机20的扭矩储备量ME res不足以达到用于驱动设备的整个驱动扭矩Mist所要求的储备量时,才结合对消耗和排放有利的点火角延迟调节对内燃机10上的扭矩储备量进行调节。
最大值选择是为了使用于内燃机10的超前额定矩MVM L不下降到用于内燃机10的快速点火角线路的额定矩MVM之下。
如果利用了用于整个驱动扭矩Mist的储备量,也就是说驱动额定矩M以高的动力向着超前驱动额定矩ML提高,由于选择了最大值,即使在用于内燃机10的超前额定矩MVML上也会出现高斜度的上升。通过在吸气管中的动态充气效应,构造为静止时间元件11和第一级12(PT1)延迟元件,在这种情况下只是延迟地出现基础矩MVM Bas。内燃机10的实际矩MVM ist局限于基础矩MVM Bas,并且暂时地偏离于内燃机10的额定扭矩MVM。在此出现的差值矩MVM delta被接通到电机20,并且与充电额定矩MLade一起产生电机20的额定矩ME,这样就利用了电机20的扭矩储备量ME res。
电机20对具有高动力的额定矩ME进行转换,从而电机20的扭矩控制基本无延迟地被接受。整个驱动设备的由内燃机10和电机20的实际扭矩MVM ist和ME ist所产生的实际驱动矩Mist因此无延迟地随着驱动额定矩M。
图2a-d示出了图1线路图的扭矩的时间曲线图,其中,图2a示出用于整个驱动设备的超前额定矩ML和额定矩M的曲线,图2b示出内燃机10的基础矩MVM Bas和实际矩的曲线,图2c示出电机20的实际扭矩ME ist,而图2d示出整个驱动设备的实际扭矩Mist。所示出的分别是驱动额定矩M的暂时回调时的理想曲线。例如与接通汽车的另一变速器挡位相结合时可能出现这种情况。在此驱动额定矩M暂时地从例如100Nm减小到50Nm,而超前驱动额定矩ML却保持恒定,例如为100Nm。这些扭矩值仅仅是示例性的。
为了简化说明起见,下面的讨论就不考虑通过充电额定矩MLade的干预,设定MLade=0。电机20的最大矩ME max例如为30Nm,并且设定所考虑的时间段是恒定的。这样,电机20的扭矩储备量ME res为ME res=30Nm。
如图2b所示,随着驱动额定矩M的减小,内燃机10的基础矩MVM Bas也滞后地下降。这种下降限制在超前驱动额定矩ML=100Nm,减去电机20的扭矩储备量ME res,ME res=30Nm。在驱动额定矩M减小时,基础矩MVM Bas渐近地接近数值70Nm。由于MLade=0,所以用于内燃机10的快速点火角线路的额定矩MVM相当于驱动额定矩M。只要驱动额定矩M低于基础矩MVM Bas,就以图2b中所规定的强度进行点火角干预ZWE,并且设定MVM ist=M。
如果驱动额定矩M又增加超过70Nm,其中该数值相当于电机20的超前驱动额定矩ML和扭矩储备量ME res的差值,则由于最大值选择而出现基础矩MVM Bas。在此出现的基础矩MVM Bas的滞后导致在内燃机10上的实际矩MVM ist的建立相对于内燃机10的额定矩MVM滞后,其相当于驱动额定矩M。差值矩MVM delta被接通到电机20。这样电机20就补偿了内燃机10上的滞后的扭矩建立。
在这个过程中,整个驱动设备的实际驱动矩Mist,也就是内燃机10和电机20的总扭矩,相当于驱动额定矩M。整个实际驱动扭矩所要求的储备量得以提供,并且得到利用,基础矩MVM Bas被降低,这使得点火角延迟调节最小化。
Claims (15)
1.汽车驱动设备的运行方法,具有至少一个内燃机(10)和至少一个与该至少一个内燃机(10)机械耦联的电机(20)以及至少一个与所述至少一个电机(20)和至少一个内燃机(10)功能连接的在至少一个电车载电网中的储能器,其中所述至少一个内燃机(10)和至少一个电机(20)基本共同产生所需求的驱动额定矩(M),其中求出所述一个或者多个电机(20)的瞬时的电机驱动的扭矩储备量(ME res),并且在为所述至少一个或者多个内燃机(10)规定内燃机驱动的扭矩储备量时,如此地考虑这个瞬时的电机驱动的扭矩储备量,使得内燃机驱动的扭矩储备量变得最小。
2.按照权利要求1所述的方法,其特征在于,借助于一个或者多个电机(20)、一个或者多个储能器以及一个或者多个车载电网的瞬时的运行状态求出所述电机驱动的扭矩储备量(ME res)。
3.按照前述权利要求中任一项所述的方法,其特征在于,用于整个驱动设备的超前驱动额定矩(ML)和驱动额定矩(M)由上级的控制装置来规定。
4.按照权利要求3所述的方法,其特征在于,用于驱动设备的整个驱动扭矩(Mist)的扭矩储备量等于超前驱动额定矩(ML)和驱动额定矩(M)之间的差值,其中超前驱动额定矩(ML)大于驱动额定矩(M)或者等于驱动额定矩(M)。
5.按照前述权利要求中任一项所述的方法,其特征在于,调节其中至少一个电机(20)的充电额定矩(MLade),该充电额定矩保证车载电网或者储能器的供电。
6.按照权利要求5所述的方法,其特征在于,当所述充电额定矩(MLade)为负时,其中至少一个电机(20)发电运行。
7.按照权利要求6所述的方法,其特征在于,用于整个驱动设备的超前驱动额定矩(ML)和驱动额定矩(M)被提高,以补偿电机(20)的载荷。
8.按照权利要求2至7中任一项所述的方法,其特征在于,借助于一个或者多个电机(20)、一个或者多个储能器和一个或者多个车载电网的瞬时的运行状态求出一个或者多个电机(20)的瞬时的最大矩(ME max)和瞬时的最小矩(ME min)。
9.按照权利要求8所述的方法,其特征在于,所述电机驱动的扭矩储备量(ME res)构成为瞬时的最大矩(ME max)和充电额定矩(ML ade)之间的差值。
10.按照权利要求5至9中任一项所述的方法,其特征在于,用于内燃机(10)的超前额定矩(MVM L)从用于整个驱动设备的超前驱动额定矩(ML)被纠正了充电额定矩(ML ade)而求出,其中该超前额定矩(MVM L)通过空气质量流调节产生。
11.按照权利要求5至10中任一项所述的方法,其特征在于,内燃机驱动的额定矩(MVM)由被纠正了充电额定矩(MLade)的、用于整个驱动设备的驱动额定矩(M)形成,其中内燃机驱动的额定矩(MVM)通过点火角调节进行调整。
12.按照前述权利要求中任一项所述的方法,其特征在于,当电机驱动的扭矩储备量(ME res)小于用于整个驱动扭矩(Mist)所要求的扭矩储备量时,才调节内燃机驱动的扭矩储备量。
13.按照前述权利要求中任一项所述的方法,其特征在于,用于内燃机的超前额定矩(MVM L)始终选择为大于或者至少等于用于内燃机(10)的额定矩(MVM L)。
14.按照前述权利要求中任一项所述的方法,其特征在于,将内燃机(10)的实际矩(MVM ist)和额定矩(MVM)之间的差值矩(MVM delta)接通到电机(20),并且由差值矩(MVM delta)和充电额定矩(MLade)的总和形成电机(20)的额定矩(ME)。
15.用于执行汽车驱动设备的运行方法的装置,具有至少一个内燃机(10)和至少一个与该至少一个内燃机(10)机械耦联的电机(20)以及至少一个与所述至少一个电机(20)和至少一个内燃机(10)功能连接的在至少一个电车载电网中的储能器,其中所述至少一个内燃机(10)和至少一个电机(20)基本共同产生所需求的驱动额定矩(M),并且其中构造有上级的控制装置,用于这样为整个驱动设备规定超前额定矩(ML)以及为整个驱动设备规定额定矩(M),使得可以求出一个或者多个电机(20)的瞬时的电机驱动的扭矩储备量(ME res),并且在为所述至少一个或者多个内燃机(10)规定内燃机驱动的扭矩储备量时,如此地考虑这个瞬时的电机驱动的扭矩储备量,使得内燃机驱动的扭矩储备量变得最小,并且在总和中存在有用于整个驱动设备的驱动扭矩(Mist)的规定的扭矩储备量。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant |