CN101405173B - 汽车混合驱动装置的制动策略 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于运行汽车的混合驱动装置尤其是平行混合驱动装置的方法。所述平行混合驱动装置包括内燃机和至少一个电驱动装置、至少一个蓄能器以及汽车变速器。在减速阶段中存在一个在变速器输入侧所要求的小于0的力矩T_GE，gef，在所述减速阶段中，所述内燃机要么在牵引运行模式中运行要么用最小驱动力矩T_VB，min来运行。

Description

汽车混合驱动装置的制动策略

背景技术

从DE 102 02 531 A1中公开了一种用于控制汽车混合驱动装置的方法。所述混合驱动装置作为发动机包括内燃机和至少一个电机。所述发动机的输出轴能够与汽车的传动系相连接，其中在对汽车的传动系提出负的力矩要求(制动)时，在发电机运行模式中在综合特性曲线的基础上对所述至少一个电机进行触发。依赖于额定制动力矩MA，soll及车速v来触发所述至少一个电机。由再生策略模块(Regenerationsstrategieblock)进行触发，所述再生策略模块通过接口得到所需要的信号并且具有为所述至少一个电机产生控制信号的功能模块。按照从DE 102 02 531 A1中公开的方法，设置了制动模块选择器，所述制动模块选择器依赖于加载在所述接口上的信号选择激活不同的运行模式用于制动，其中所述运行模式包括纯粹再生的制动、组合的再生的和机械的制动以及纯粹机械的制动。

具有混合驱动装置的汽车的突出之处在于，它们具有至少两个不同的驱动机组。在此最常见的是，将强迫点火的内燃机以及至少一个电机彼此组合，由此产生节省能量的不同方案。这两个驱动机组的连接方式是具有一个或两个离合器的平行混合驱动装置。在所述平行混合驱动装置上，如此布置所述内燃机和电机，从而除了辅助机组的功率需求之外，从相应的单个力矩的总和中产生总驱动力矩。在通常情况下在所述至少两个驱动机组和汽车变速器之间存在分离离合器。

所述内燃机及至少一个电机的转速通常彼此耦合。由此可以为依赖于为所述至少一个电驱动装置所使用的电池的有限的时间间隔进行混合行驶，在混合行驶中所述至少一个用于所述平行混合驱动装置的至少一个电驱动装置的电池进行放电。另一方面，所述平行混合驱动装置提供了这样的可能性，即用所述内燃机的比在变速器输入端上真正要求的更高的转矩通过所述至少一个电机给所述至少一个电池进行充电。在具有离合器的传动系配置中，所述内燃机的要持久克服的牵引力矩与纯粹电行驶运行相冲突，但是所述牵引力矩可以通过在所述内燃机和所述至少一个电驱动装置之间的第二分离离合器的使用来避免。用于在所述内燃机和所述至少一个电驱动装置之间的附加的离合器的在机械及设计方面的高的额外开销则是不可取的。

利用平行混合驱动装置存在着在制动时将运动能转换为电能并且在再生的范围内将电能馈入所述至少一个电池中的可能性。由于在所述内燃机和所述至少一个电驱动装置之间缺少第二分离离合器或者在存在第二分离离合器时不应该切断所述内燃机的情况下，在制动阶段中只有在所述内燃机的依赖于行驶速度和传动比的转速超过所述内燃机的最低转速的时间里才能馈入电能，使得所述分离离合器在具有两个或多个分离离合器的传动系上可以保持闭合。由传动系施加的制动力矩而后由所述内燃机的牵引力矩M_Schlepp及由在发电机模式中运行的至少一个电机所消耗的力矩所组成。

发明内容

本发明的任务是，提供一种用于混合驱动装置的运行策略，该运行策略也考虑了这样的情况，即所需要的制动力矩的数值小于在混合驱动装置的内燃机上存在的牵引力矩M_Schlepp。

根据所述按本发明提出的解决方案，在所要求制动力矩低时确定能量最优化的工作点，从而保证最佳地充分利用现有的再生潜力。通过混合驱动装置的再生潜力的最佳地充分利用，在具有混合驱动装置的汽车的这个特殊的行驶范围内，尤其在制动时可以达到油耗的降低。虽然这里所研究的运行范围仅仅占在所出现的行驶周期内部由所述驱动装置所表现的状态的一个微小的部分，但是可以介绍一些状况，在这些状况中所提出的运行/制动策略起积极的作用。在此要示范性地提到比如在有略微有些坡度的路面上的缓慢的交通状况，在这样的交通状况中应该以小于由于发动机牵引力矩M_Schlepp通过强迫点火的内燃机固有的减速引起的强度进行制动。

如果所要求的变速器输入力矩T_GE，gef小于0并且大于来自所述内燃机的牵引力矩T_VB，Schlepp，那就激活按本发明提出的运行策略或者说制动策略。必须通过所述制动策略作出的决定考虑了混合驱动装置的内燃机的两种可能的运行模式。要么所述内燃机处于牵引运行模式中，其特征在于由该内燃机施加的牵引力矩T_VB，Schlepp，要么所述内燃机在没有调节点火角的情况下提供其大于0的最小驱动力矩T_VB，min。在强迫点火的内燃机上比如在汽油机上，调节出处于数值0和最小驱动力矩T_VB，min的数值之间的力矩没有意义，因为在这个范围内所喷射的燃料量保持恒定。在此仅仅通过点火角的调节来降低力矩。

根据在所述制动策略之内作出的决定，所述至少一个电驱动装置与上面概述的运行模式相匹配。

如果所述内燃机处于牵引运行模式中，那么所述至少一个电驱动装置对多余的制动力矩进行补偿，方法是所述至少一个电机作为发动机起作用并且施加大于0的力矩T_EM，1＝T_GE，gef-T_VB，Schlepp。

与此相反，如果所述内燃机在没有调节点火角的情况下获得其最小驱动力矩T_VB，min，那么除了所要求的制动力矩之外也使用这个力矩也就是T_VB，min用于给具有混合驱动装置的汽车的至少一个电池充电。在这种运行模式中，所述至少一个电驱动装置在发电机模式中运行并且承受所述小于0的力矩T_EM，2＝T_GE，gef-T_VB，min。

所述制动策略的任务在于，判定所述运行模式的两种方案中的哪种方案在能量方面更为有利。

附图说明

下面借助于附图对本发明进行更加详细的解释。其中：

图1示出了具有内燃机和电驱动装置及离合器的平行混合驱动装置的结构；

图2是关于在变速器输入端上所要求的力矩绘出的制动范围的示意图，其中具有两种决定方案；

图3是在具有在牵引运行模式中运行的内燃机及在发动机运行模式中运行的电驱动装置的混合驱动汽车内部产生的能流；

图4是在具有以最小驱动力矩运行的内燃机和在发电机运行模式中运行的电驱动装置的混合驱动汽车内部产生的能流；

图5是制动功能模块的输入参数以及依赖于变速器输入力矩和在所述变速器的输入端上存在的转速计算所述内燃机的转矩的示意图，并且

图6是用于在图2所示的制动范围内用在所述变速器输入端上的输入参数力矩和在变速器输入端上的转速以及所述内燃机的额定力矩作为输出端参数来实施运行策略的信号流图。

具体实施方式

从按图1的示意图中可以看出用于汽车的混合驱动装置尤其是平行混合驱动装置的结构。

混合驱动装置10尤其是平行混合驱动装置包括内燃机12和至少一个电驱动装置14。所述内燃机12和所述至少一个电驱动装置14通过离合器22彼此相连接，而所述至少一个电驱动装置14则能够通过分离离合器16与汽车变速器18分开。在所述汽车变速器18的后面如在图1中以示意的方式示出的一样连接了汽车的传动系20。

从按图2的关于在所述汽车的变速器输入端上所要求的力矩绘出的示意图中可以看出一种制动策略，在该制动策略之内切换到不同的运行模式。

图2示出，制动功能模块44(请对比按图5的示意图)在制动范围24的内部分支到第一运行模式“牵引运行”或第二运行模式②中。这依赖于在所述变速器输入端上所要求的力矩T_GE，gef。如果所要求的变速器输入力矩T_GE，gef小于0，也就是存在制动过程并且所要求的变速器输入力矩T_GE，gef大于所述内燃机12的牵引力矩T_VB，Schlepp，那就激活在图5中示出的制动功能模块44。由此应用制动策略的条件如下：

T_VB，Schlepp<T_GE，gef<0

必须通过所述制动功能模块44在所述制动策略的框架内作出的决定在混合驱动装置尤其是平行混合驱动装置10的内燃机12的两种可能的运行模式之间进行。要么所述内燃机12处于牵引运行模式中，在图2中用①表示，要么所述内燃机12在没有调节点火角的情况下提供其大于0的最小驱动力矩T_VB，min。在强迫点火的内燃机上，提供处于0和T_VB，min也就是所述内燃机12的最小驱动力矩之间的力矩没有意义，因为在这个范围内喷射量保持恒定并且仅仅能够通过点火角调节来降低力矩。这个没有意义的范围在按图2的示意图中用附图标记28来表示。所述内燃机12的牵引运行模式通过附图标记26来表示，并且所述内燃机提供驱动的运行范围、也就是说所述内燃机12的驱动范围在图2中用附图标记30来表示，在该驱动范围内，在变速器输入端上所要求的力矩T_GE，gef超过所述内燃机12的最小驱动力矩T_VB，min。

图3和4示出了在混合驱动汽车的传动系中的能流。

按照所述内燃机是在牵引运行模式①中运行还是如②所表示的一样以其最小驱动力矩T_VB，min来运行，所述至少一个电驱动装置与所述内燃机12的相应的运行方案相匹配。

按照牵引运行这个运行模式①，所述内燃机12的牵引力矩T_VB，Schlepp小于0，而所述至少一个电驱动装置则在发动机运行模式中运行并且提供一个大于0的转矩T_EM，1。在所述混合驱动汽车的传动系中出现的能流在图3中示出。在牵引运行模式①中通过所述汽车43和变速器18向所述至少一个电驱动装置14传输一个力矩。所述至少一个电驱动装置14对与所述内燃机12的在牵引运行模式①中起作用的制动力矩之间的差值进行补偿，方法是所述至少一个电驱动装置14作为发动机起作用并且施加大于0的力矩T_EM，1＝T_GE，gef-T_VB，Schlepp。就像从按图3的用于所述方案牵引运行模式①的能流中所得知的一样，所述至少一个电驱动装置14驱动所述至少一个内燃机12，并且接收来自蓄能器40的功率。在所述在牵引运行模式①中运行的内燃机12和汽车43的燃料箱42之间不存在连接，也就是说从燃料箱42到所述混合驱动装置10的内燃机12没有“能流”。

在运行模式②中，所述内燃机12用所述最小驱动力矩T_VB，min来运行，在该运行模式②中，在所述混合驱动汽车的传动系中出现在图4中示出的由此产生的能流。所述内燃机12用大于0的最小驱动力矩T_VB，min来运行，而所述至少一个电驱动装置14在发电机运行模式中运行并且提供一个小于0的转矩T_EM，2。在这种情况下，所述内燃机12在没有调节点火角的情况下提供其最小驱动力矩T_VB，min。在此出现从燃料箱42到内燃机12的“能流”，以及从内燃机到所述至少一个电驱动装置14的能流。汽车和汽车变速器18在用②表示的运行阶段中同样向所述至少一个电驱动装置14提供一个力矩份额，使得所述至少一个在这种情况下在发电机运行模式中运行的电驱动装置14对汽车43的至少一个蓄能器40进行充电。作用于所述至少一个电驱动装置14上的力矩按照在图4中示出的由此产生的能流用于对所述至少一个蓄能器40进行充电。在这种情况下，所述至少一个电驱动装置接收所述小于0的力矩T_EM，2＝T_GE，gef-T_VB，min。

在图5中示出的制动功能模块44的任务在于，判定所述内燃机12的两种运行模式中的哪种运行模式在能量上更为有利，从图3和4中可以得知这两种运行模式的在传动系中产生的能流。作为判定标准应该定义成本，为这两种可能的运行模式①、②计算和比较所述成本。在接下来说明的等式中，首先要忽略效率；在按图5和6的方框图中考虑了在综合特性曲线中的效率。

从按图5的示意图中可以得知在考虑混合驱动装置的内燃机的运行模式的情况下用于实施在图2中示意示出的制动策略的线路图。

图5示出，所述参数T_GE也就是说在变速器输入端上的力矩以及nGE也就是在变速器输入端上的转速用作输入参数。将相应于这两个参数的信号输送给所述制动功能模块44的输入端，在所述制动功能模块44中计算所述制动策略(请比较图2中的位置24)。所述相应于在变速器输入端上所要求的力矩的信号T_GE被加载到比较级46上，所述相应于在变速器输入端上的转速n_GE的信号则在输入侧被加载到牵引力矩综合特性曲线48上。随后从牵引力矩综合特性曲线48中产生的、用于牵引力矩的数值被传送给比较级46。在所述比较级46中将在变速器输入端上的力矩值T_GE与从所述牵引力矩综合特性曲线48中求得的、用于内燃机的牵引力矩T_VB，Schlepp的数值进行比较。在所述制动功能模块44中，借助于在那里加载在输入侧上的信号T_GE和n_GE求得用于所述内燃机12的额定力矩T_VB的数值。这个数值在输入侧被加载到开关50上，在该开关50上作为信号加载来自所述比较级46的、从所述信号T_GE和T_VB，Schlepp的比较中产生的数值。在所述比较级46中，在所要求的变速器输入力矩T_GE和内燃机12的牵引力矩T_VB，Schlepp之间进行比较。所述比较级46要么提供数值“真”要么提供数值“假”。如果满足条件T_GE>T_VB，Schlepp，也就是数值为真，那就在所述开关50上接通上面的输入端，从而使用所述制动策略24，否则接通下面的输入端，也就是所述内燃机12原则上在牵引运行模式中运行。

此外，将所述从内燃机12的牵引力矩综合特性曲线48中根据用于在变速器输入端上的转速的信号n_GE求得的数值传送给所述开关50。所述开关50为以下情况接通在制动功能模块44上求得的、用于所述内燃机12的额定力矩的信号也就是T_VB，即加载在变速器18输入侧上的力矩T_GE大于所述内燃机12的牵引力矩T_VB，Schlepp。

从按图6的示意图中可获知信号流图，该信号流图具有变速器输入力矩T_GE和在变速器输入端上的转速n_GE这样的输入参数以及用于所述混合驱动装置的内燃机的额定力矩的输出信号T_VB。

从按图6的示意图中可获知关于所实施的制动策略的信号流图，其中在输入侧存在着在变速器输入端上所要求的力矩T_GE，gef以及在变速器输入端上的转速n_GE，并且在输出侧上求得用于所述内燃机的额定力矩设定值T_VB。

从按图6的示意图中能够获知，将相应于在变速器输入端上的转速的信号n_GE输送给用于最小驱动力矩T_VB，min的综合特性曲线以及用于牵引力矩特性曲线的综合特性曲线48。此外，也将这个信号输送给用于所述至少一个用于发电机运行及用于发动机运行的电驱动装置14的综合特性曲线64或者说76。此外，也将所述信号n_GE加载到用于内燃机12的油耗综合特性曲线上。将在汽车变速器18上所要求的变速器输入力矩T_GE不仅输送给第三加法点74而且输送给第一加法点70。所述从综合特性曲线60中求得的、与转速信号n_GE相对应的最小驱动力矩T_{VB_min}一方面直接输送给开关90，并且另一方面在所述第一加法点70上在加了负号之后传送给所述第一加法点70。信息T_EM2对于所述内燃机以最小驱动力矩运行的情况来说代表由所述至少一个电驱动装置14在发电机模式中所消耗的力矩。除此以外，从所述综合特性曲线60中求得的、用于所述最小驱动力矩T_VB，min的数值在加了负号之后施加到第二加法点72上。在第三加法点74上，从在输入侧上存在的、用于所要求的力矩T_GE的数值以及所述内燃机12的、从特性曲线48中求得的牵引力矩T_VB，Schlepp中求得用于所述至少一个电驱动装置14的在发动机模式中的力矩的数值T_EM1。将这个数值输送给用于所述至少一个在发动机运行模式中运行的电驱动装置14的综合特性曲线76。从该综合特性曲线76中，在中间连接第三乘法级82的情况下求得用于在发动机模式中从所述电机14中提取的能量的数值E_EMI。用C_Batt表示用于从所述至少一个蓄能器40中提取的能量的成本，该成本描绘所述至少一个蓄能器40的寿命周期，在该生命周期中C_Batt考虑了在驱动和制动方面以及在充电及放电过程方面的电池周期。

$C_{\mathrm{Batt}}=\frac{C_{\mathrm{Batt},\mathrm{alt}}\&CenterDot;E_{\mathrm{Batt},\mathrm{alt}}+C_{\mathrm{Batt},L}\&CenterDot;E_{\mathrm{Batt},L}}{E_{\mathrm{Batt},\mathrm{alt}}+E_{\mathrm{Batt},L}}$

其中

C_Batt，alt：在充电过程之前的平均能量成本

E_Batt，alt：在充电过程之前电池中的能量

C_Batt，L在充电过程中的平均能量成本

E_Batt，L：在充电过程中馈入的能量

相应地，电池功率的成本可以变化并且与储存在电池中的能量的产生历史相匹配。在充电过程中的平均能量成本C_Batt，L通过所述内燃机12在相应的工作点中的额外消耗来确定。由此比如在所述内燃机12的、纯粹的、兼有牵引运行的再生运行中产生为0的平均能量成本，因为所述内燃机12没有引起任何费用。所述内燃机12的内能E_VB，inner也就是说所述牵引力矩的克服及外部力矩的提供是最大能够再生的能量。

从用于所述至少一个在发电机模式中运行的电机14的综合特性曲线64中，在中间连接第一乘法器66的情况下求得用于馈入的能量的数值E_EM2，并且该数值E_EM2施加在连接级84的输入侧。第一乘法器78借助于第二乘法器68从数值T_VB_inner及信号n_GE中求得所述内燃机的内能E_VB，inner，该内能E_VB，inner同样施加在所述连接级84的输入侧上。T_VB_inner表示所述内燃机12的内在力矩。以此表示所述内燃机12在该内燃机无摩擦损失的情况下可能提供的力矩。所述内燃机12的内在力矩从在实际的驱动力矩(正)和牵引力矩(负)之间的差值中计算出来。在计算中，使用T_VB_inner的负值，也就是按照以下关系进行计算：

T_VB_inner＝T_VB，Schlepp-T_VB，min

从用于牵引力矩特性曲线的综合特性曲线48中产生的牵引力矩施加在开关90的输入侧上。

在比较器88上，将在第四加法点86上求得的、将所述至少一个电驱动装置14的发电机运行模式考虑在内的费用C₂与将所述至少一个电驱动装置14在发动机运行模式中的运行考虑在内的费用C₁进行比较，并且传送给开关90。最后，从在比较器88中将费用C₂与费用C₁的比较中产生所述制动策略24的决定，也就是判定所述内燃机12的哪种运行模式在经济上较为有利，也就是是牵引运行模式①在经济上较为有利还是用最小驱动力矩T_VB，min进行的运行模式②在经济上较为有利。

在所述乘法器66、68和82中与时间步距DT相乘，用于从功率得到能量。

Claims (9)

1.用于运行汽车的混合驱动装置的方法，其中所述混合驱动装置包括内燃机(12)和至少一个电驱动装置(14)以及至少一个蓄能器(40)和汽车变速器(18)，其中，所述至少一个电驱动装置是电机，其特征在于，在减速阶段中存在变速器输入侧所要求的小于0的力矩T_GE，gef，在所述减速阶段中，所述内燃机(12)要么在牵引运行模式中运行要么用最小驱动力矩T_VB，min来运行，

其中，在制动功能模块(44)内部实施的制动策略(24)借助于对根据以下关系

C₁＝E_EM，1·C_Batt

其中：

C₁：蓄能器(40)的能量提取成本

E_EM，1：所述电机在发动机模式中提取的能量

C_Batt：能量成本

求得的用于提取能量E_EM，1以牵引所述内燃机(12)的成本和根据以下关系

$C_2=C_{\mathrm{VB}}-E_{\mathrm{EM},2}\&CenterDot;\frac{C_{\mathrm{VB}}}{E_{\mathrm{VB},\mathrm{inner}}}$

其中

C₂：馈入的能量的成本

E_EM，2：在电机在发电机模式中运行时馈入所述至少一个蓄能器(40)中的能量

C_VB：内燃机(12)的驱动能量

E_VB，inner：内燃机(12)的内能

求得的用于馈入所述至少一个蓄能器(40)中的能量的成本进行的比较

来求得所述内燃机(12)在牵引运行模式中或者用最小驱动力矩T_VB，min进行的运行中选出的在能量上更为有利的方案。

2.按权利要求1所述的方法，其特征在于，在内燃机(12)以牵引运行模式运行时，所述至少一个电驱动装置(14)在发动机模式中运行。

3.按权利要求1所述的方法，其特征在于，在内燃机(12)以最小驱动力矩T_VB，min运行时，所述至少一个电驱动装置(14)在发电机模式中运行并且给所述至少一个蓄能器(40)充电。

4.按权利要求2所述的方法，其特征在于，所述至少一个电驱动装置(14)在发动机模式中施加一个大于0的力矩

T_EM，1＝T_GE，gef-T_VB，Schlepp，

其中

T_EM，1：电机的在发动机模式中的力矩

T_GE，gef：在变速器输入侧上所要求的力矩

T_VB，Schlepp：内燃机(12)的牵引力矩。

5.按权利要求3所述的方法，其特征在于，所述至少一个电驱动装置(14)在发电机模式中提供一个小于0的力矩

T_EM，2＝T_GE，gef-T_VB，min，

其中

T_EM，2：电机的在发电机模式中的力矩

T_GE，gef：在变速器输入侧上所要求的力矩

T_VB，min：内燃机(12)的最小驱动力矩。

6.按权利要求1所述的方法，其特征在于，所述馈入至少一个蓄能器(40)中的能量E_EM，2按照以下关系

T_EM，2·2π·n_GE·Δt＝E_EM，2

求得，并且所述内燃机(12)的内能按照以下关系

E_VB，inner＝(T_VB，Schlepp-T_VB，min)·2π·n_GE·Δt

求得，其中

T_EM，2：所述电机在发电机模式中的力矩

n_GE：变速器输入侧的转速

T_VB，Schlepp：所述内燃机(12)的牵引力矩

T_VB，min：所述内燃机(12)的最小驱动力矩

Δt：时间步距。

7.按权利要求1所述的方法，其特征在于，在比较级(88)中对在输入侧上加载的因数C₁和C₂进行比较，其中由连接级(84)将因数C_VB、E_EM，2和E_VB，inner传输到第四加法点(86)上，所述用于内燃机(12)的驱动能量的因数C_VB作为正数加载到所述第四加法点(86)上，并且存在一个在第二乘法器(80)中由E_EM，1和C_Batt形成的乘积。

8.按权利要求1所述的方法，其特征在于，所述因数C_Batt考虑了所述至少一个蓄能器(40)的充电和放电周期。

9.按权利要求1所述的方法，其特征在于，所述混合驱动装置是平行混合驱动装置(10)。

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