CN101516702A - 汽车的混合驱动装置的运行方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于汽车的混合驱动装置的运行方法，它具有内燃机，至少一个电机和至少一个电存储器，所述电机和电存储器属于汽车的汽车电路。本发明规定执行本方法具有下述步骤：将电机的运行划分为相邻的子区域：a)不稳定的补偿运行，b)辅助和/或再生运行，c)汽车电路维持运行；将电机的力矩和/或功率极限分配到至少两个子区域中；根据电存储器和/或电机、和/或汽车电路的瞬时状态释放，和/或影响子区域的相应力矩和/或功率极限。

Description

汽车的混合驱动装置的运行方法
本发明涉及一种汽车的混合驱动装置的运行方法，它具有内燃机，至少一个电机和至少一个电存储器，其中，这个电机和电存储器属于汽车的汽车电路。
背景技术
已公开这样一种汽车的混合驱动装置的运行方法。在这样一种情况中混合驱动装置特别是设计成一种并行混合驱动装置。在这种并行混合驱动装置中汽车的传动链是由一个内燃机和一个电机构成。它们彼此固定连接，或者通过一个可连接的分离离合器彼此连接。当设置一个分离离合器时，这个传动链除了混合的行驶的运行方式、辅助运行和再生运行外还能进行纯电动行驶。至少一个电机的另一任务是给汽车的电存储器和汽车电路提供所需的电能。当驾驶人员有高的力矩要求时内燃机得到电机的支持。这种所谓的辅助运行(Boostbetrieb)只能是暂时的(中期的)，因为在这种情况中能量是从电蓄能器中得到的。此外电机还使再生运行成为可能。在这种再生运行中当汽车减速时通过电机的发电运行将动能转换成电能。此外电机还被用于根据力矩要求对内燃机的滞后响应进行补偿。例如在所谓的涡轮孔(Turboloch)中或者由于内燃机的空气通道的受到限制的动态性而产生滞后响应。内燃机、特别是具有进气管喷射的汽油机通常具有用于空气质量流调节的电子节流阀。加速踏板和这个电子节流阀机械脱耦。节流阀执行机构的最终调节速度和进气管道(空气通道)中的动态充满效应不允许规定的空气质量流和由此所产生的内燃机扭矩的高动态调节。与空气通道不同的是可对点火提前角施加影响，并且与此相连地减小内燃机的扭转力矩几乎可无滞后地进行。然而通过在以后的点火时刻的点火提前角的调节可使内燃机的效率变坏，其结果是提高油耗和废气排放。电机的扭矩控制具有一个动力。这个动力和柴油机的涡轮孔，或者与汽油机的进气管道动力相比要大得多。因此，在短时和中期运行时电机用于补充内燃机。必须对这种补充进行如此的协调，即保证汽车电路的长期运行。
发明内容
根据本发明的方法具有下述步骤：
-将电机的运行划分为相相邻的子区域
a)不稳定的补偿运行，
b)辅助和/或再生运行，
c)汽车电路-维持运行(Aufrechterhaltungsbetrieb)，
-将电机的力矩和/或者功率极限分配给至少两个子区域，
-根据电存储器和/或电机和/或汽车电路的瞬时状态释放和/或影响子区域的相应的力矩和/或功率极限。
因此本发明的方法的任务是对混合动力装置的力矩或者功率进行协调。这种协调就是将混合驱动装置的额定力矩或者额定功率合适地分配到内燃机和电机上。在这种情况中在汽车电路-维持运行中保证汽车电路的长期供电。附加地-根据电存储器的瞬时状态(例如充电状态、温度、还剩余的使用时间)-暂时地允许辅助和/或再生运行、以及不稳定的补偿运行。为此，将电机的运行区域划分成一些子区域(不稳定补偿运行、辅助和/或再生运行和汽车电路-维持运行)。至少给两个子区域配属有电机的特殊的力矩和/或功率极限。通过这一措施给电机的单个任务分配(gesetzt)独立的力矩和/或功率极限。子区域的相应的力矩和/或功率极限的释放和/或影响是根据电存储器的瞬时状态进行的。此外，电机的状态(例如温度)和/或汽车电路的状态(例如接入汽车电路用电器)也可影响力矩和/或功率极限。根据电存储器的充电策略汽车电路的长期供电具有最高的优先级。根据这个充电策略释放或者禁止和/或影响另外的子区域的特殊的力矩和/或功率极限。通过本方法在辅助运行时提高行驶动态性(Fahrdynamik)，并且在不稳定补偿运行时提高行驶舒适性。此外，所有其他涉及力矩的参数也可代替地涉及功率。
此外还规定，不稳定的补偿运行是一种短期运行，辅助和/或再生运行是一种中期运行，汽车电路维持运行是一种长期运行。通过这种分成短期的、中期的和长期的运行就确定了不稳定的补偿运行、辅助和/或再生运行以及汽车电路维持运行的特性运行时间。在这种特性运行时间结束之后就结束了和子区域相应的运行。
有利地规定短期运行最多持续两秒钟，中期运行最多持续一分钟，长期运行持续长于一分钟。不稳定的补偿运行通常需要最多为两秒的运行时间，因为内燃机的动态性的时间常数-例如汽油机的进气管动态性的时间常数-明显地低于这个最大的运行时间。对辅助和/或再生运行的运行时间的限制产生于汽车的通常的加速过程(例如在超车过程时)的时间和在电存储器中所存储的能量的存在量。代替将中期运行限制为最长为一分钟地也可将中期运行降低到与电存储器的状态有关的最大运行时间。
有利地规定力矩和/或功率极限转换到一个更低的或者更高的力矩和/或功率极限是连续进行的。在最大运行时间结束之后力矩和/或功能极限“柔和地”和连续地调离。在这种情况中特别是要避免突然的调离，因为这在不稳定的补偿运行时会导致力矩和/或功率突变，而这正是不稳定的补偿运行应该避免的。在辅助和/或再生运行时力矩或者功率也是连续地调离的，这样就避免汽车在超车过程中，或者在另一对辅助运行来说典型的情况中不是突然地丧失力矩和/或功率，并且因此出现危险的交通状况。
此外设置至少一个另外的子区域，其中，在这个子区域中给电机分配相应的力矩和/或功率。在这种情况中将这另外的区域根据它的运行时间划入到运行区域的划分中。
根据本发明的一个改进方案规定，这另外的子区域是一种外部运行。在这种外部运行中是外部地作用于混合驱动装置上。例如可通过电子稳定程序(ESP)或者一个自动变速器完成一种相应的作用。
有利地规定，子区域的相应的力矩和/或功率极限的释放和/或影响的顺序是按照具有越来越大的力矩和/或功率极限的子区域的先后顺序排列的。在此是如此地将这些子区域设置在信号流的顺序中的，即具有大的力矩和/或功能极限的子区域排列在具有更小的力矩和/或功率极限的子区域之后。在此每个在信号流的排列顺序中排列在后面的子区域的力和/或功率极限可附加地和位于前面的子区域的信号有关。
此外还规定，子区域的相应的力矩和/或功率极限的释放和/或影响的顺序是按照具有越来越短的运行时间的子区域的先后顺序排列的。优选地运行时间-在此运行时间中单个的子区域对力矩施加影响-按照信号流的顺序降低。因此，那些受到单个子区域和它们的相应的协调级影响的能量转换也在信号流的顺序下降。特别是对释放和/或影响的顺序发生这种情况，在这种顺序中，子区域在照信号流的顺序中具有越来越大的力矩和/或功率极限。不稳定的补偿运行优选地在信号流中位于辅助和/或再生运行的后面。若例如由于电存储器的蓄能量太低已了用于辅助和/或再生运行的极限，则还可敞开用于不稳定的补偿运行的力矩和/或功率极限。这是可能的，因为在不稳定运行的(短期的)不稳定补偿时转换的能量和(中期的)辅助和/或再生运行相比是小的。这样，即使辅助和/或再生运行已调离，不稳定的补偿运行仍然是有效的。对于(短期的)不稳定补偿，电机可在超负荷的区域中运行，而(中期的)辅助运行只利用持续载荷极限。为了改进或者保持电存储器的使用寿命例如相应地可需要(按照载荷的持续时间)对极限进行分极。
最后规定将电机用作发电机和混合驱动装置的电动机。通过相应的利用，不需要用于保持汽车电路和对电存储器充电的单独的发电机。
附图说明
下面借助附图对本发明进行详细说明，这些附图是：
图1：模拟具有执行根据本发明的方法的触发装置的混合驱动装置的方框图。
图2：在辅助运行释放时混合驱动装置的所产生的实际力矩对额定力矩跃变的跃变响应。
图3：在辅助运行未释放时混合驱动装置的所产生的实际力矩对额定力矩跃变的跃变响应。
具体实施方式
图1示出模拟具有两个驱动机2、3的混合驱动装置1的方框图，其中，将第一驱动机设计为电动机2，将第二驱动机设计为内燃机3。借助一个具有一个行驶舒适过滤器5、多个比较单元6、7、8、9、10、11，多个减法单元12、13、14、15和多个加法单元16、17的协调的触发装置4对驱动机2、3进行协调触发。比较单元6、8、11对两个输入值进行比较，并且将较高的输入值作为输出值输出，比较单元7、9、10输出较低的输入值。实际力矩(内燃机-基本力矩EtB和电机-实际力矩EMt)通过一个传动装置18加成一个输出力矩(混合驱动装置-总和力矩)tS上。触发装置4具有一个输入端19。在汽车电路维持运行时充电策略的力矩规定值的信号tDEML在这个输入端中进入。此外，触发装置4还有一个输入端20。额定力矩tD的信号在这个输入端中进入。这个额定力矩tD例如可以是来自加速踏板。借助这个加速踏板汽车驾驶人员可以规定一个驾驶希望力矩。在触发装置4的输出端21上这个触发装置将一个和电机额定力矩tDEM成比例的信号输出到电机2，并且在输出端22将一个和内燃机额定力矩tLE成比例的信号输出到内燃机3上。在输入端23上一个和内燃机基本力矩EtB成比例的信号返回到触发装置4。通过输入端20，驾驶人员给混合驱动装置总和力矩tS规定一个额定力矩tD。在本实施例中不涉及内燃机3中的点火角，这样，内燃机3的实际扭矩相应于内燃机基本力矩EtB，这个基本力矩是在理想的点火角时产生的。这个基本力矩EtB和充气度有关，并且由于空气通道的有限的动态性基本力矩跟随内燃机额定力矩tLE有滞后。通过在方块3(内燃机)中串联一个具有80毫秒时滞的迟滞元件和一个具有200毫秒的时间常数的PT1元件近似于模拟从内燃机额定力矩tLE到基本力矩EtB的传递特性。与内燃机3相比较用高的动态性地对电机2的扭矩进行触发。在方块2(电机)中通过一个具有20毫秒的时间常数的PT1元件近似地模拟从电机额定力矩tDEM到电机实际力矩EMt的传递特性。内燃机实际扭矩EtB和电机实际力矩EMt加成一个总和扭矩tS。
运行/充电策略根据汽车电路和其它影响参数的能量需求为电机2求出额定力矩tDEML的力矩规定值。运行/充电策略按照消耗最佳原则进行工作，并且在废气小排放方面是最佳的，在此不进一步叙述。求出额定力矩tDEML形成电机的运行区域的第一子区域(汽车电路-维持运行)。在这种情况中可以考虑第一组(长期的)力矩和/或功率极限。在具有相反符号的第一协调级中，充电策略的力矩规定值tDEML加到驾驶人员的额定额定力矩tD中，总和产生内燃机3的额定扭矩。当驾驶人员要求混合驱动装置1具有很高的额定力矩tD时如此求出的内燃机额定力矩超过在实际转速和稳定运行时最大可能的内燃机基本力矩EtBmax。在这种情况中出现辅助力矩tDB。这个辅助力矩具有一个大于或者等于零的数值。通过所示的横向线路辅助力矩tDB通过加法单元17附加地接到电机上。另一限制装置将电机2的所求得的力矩规定值限制在对于辅助运行(中期)有效的力矩极限EMtmaxS上。在辅助(Boosten)时不遵守充电策略的力矩规定值tDEML，因为附加的辅助力矩tDB在起作用。在这种情况中通常电蓄能器的受限制的蓄能量下降。为了避免放电太强和为了达到可重复性，规定辅助运行的运行时间结束后调离辅助运行。调离(Abregelung)辅助运行，其方式是降低对于辅助运行有效的力矩极限EMtmaxS。用EMtmaxS＝tDEML产生完全的调离。
用一个对再生有效的(中期的)力矩极限EMtminS和一个最小的内燃机基本力矩EtBmin为辅助和/或再生运行的再生规定一个相应的做法，其中，产生一个再生力矩tDR。在图中未示出当内燃机额定力矩为负值时用于协调过渡到点火角推后调节
Figure A20078003532000091
或者推力断开(Schub-abschaltung)的措施。在电机2的运行区域的第二子区域中(用于辅助和/或再生运行的协调级)电机2的第二组(中期的)力矩和/或功率极限有效，它由EMtmaxS和EMtminS构成。图1所示的通过触发装置4的力矩协调在充电策略、辅助运行和再生之间产生一种连续的过渡。在混合驱动装置-额定力矩tD中的跃变形的变化在一个配属于辅助和/或再生运行的第二协调级24中产生信号的跃变形变化。这个第二协调级24将驱动机2、3的额定力矩tDEMS和tDES规定为“目标数值”。出于行驶舒适性的原因应对这些目标数值tDEMS和tDES进行滤波地调节，以避免例如在传动链中激起振动。在这种情况中起决定性作用的是混合驱动装置总和力矩tS。为此，行驶舒适滤波器5求出一个经滤波的总和额定力矩tDF。这个总和额定力矩在稳定运行时相应于第二协调级24的输出值的总和，其中稳定地有效的是tDF＝tDEMS+tDES。
动态地额定力矩tDF和由第二协调级输出的额定力矩的总和(tDEMS+tDES)是有差异的。由于内燃机3的明显的动态特性-进气管道动态性-所以由行驶舒适滤波器求出一个与此相协调的，且具有的相应动态特性曲线的内燃机额定力矩tLE。在稳定运行时
tLE＝tDES，
并且因此对于内燃机基本力矩EtB(内燃机实际力矩)
EtB＝tLE＝tDES。
在该实施例中进行不稳定补偿运行的不稳定补偿。在这个不稳定补偿中减法单元15产生内燃机的实际扭矩EtB和经滤波的总和额定力矩tDF之间的差。在所讨论的实例中在内燃机3中不涉及点火角。在图1中未示出为此所需的措施。如此地为不稳定的补偿运行所形成的第三协调级25具有一组独特的(短期的)力矩和/或功率极限(其中，在图1中仅讨论力矩)，它们是由EMtmax和EMtmin组成，其中：
EMtmin≤EMtminS≤tDEML≤EMtmaxS≤EMtmax
图2示出一个简图。在这个简图中示出了额定力矩tDF、内燃机实际力矩EtB、电动机实际力矩EMt和混合驱动装置总力矩tS的函数，其中，横坐标为时间(秒S)，纵坐标为扭矩(牛顿米-Nm)。在这种情况中图2示出由驾驶人员确定的从50Nm跃变到300Nm的正跃变。协调级的极限是EMtmaxS＝50Nm，EMtmax＝100Nm，最大可能的基本力矩为EtBmax＝200Nm，额定力矩tDEML＝-10Nm。其根据是辅助和/或再生运行期间的转速只有小的变化，并且因此力矩极限保持不变。当额定力矩tD＝50Nm时电机额定力矩可以保持tDEML＝-10Nm，其适于tDEMS＝-10Nm，并且对于内燃机额定力矩tDES来说在行驶舒适滤波器的输入端tDES＝60Nm。随着额定力矩Td跃变到300Nm进行向辅助运行的过渡。由于所述的力矩极限产生电动机额定力矩tDEMS到50Nm的跃变、内燃机额定力矩tDES到200Nm的跃变，其中，经行驶舒适滤波器5滤波的总和额定力矩tDF向这两个额定力矩的总和，也就是向总和力矩250Nm渐近延伸。内燃机的实际力矩EtB根据进气道动态性(通过假设滞后时间模拟和根据一个PT1元件的曲线变化)增加到200Nm，并且渐近地接近额定力矩(目标数值)tDES。为不稳定补偿(短期的)，电机实际力矩EMt一直增加到最大电机实际力矩EMtmax＝100Nm(为极限)，并且以此来补偿内燃机实际力矩EtB的滞后的建立，然后如所希望的那样，一直下降到(中期的)辅助极限EMtmaxS为50Nm。总和扭矩tS很近似地相应于经过滤波的总和额定力矩tDF。达到了高的动态性。在时刻t＝4.5秒时额定力矩tD的跃变(函数26)表明一种从100Nm到300Nm的跃变。所产生的内燃机基本力矩EtB(函数27)和电机实际力矩EMt(函数28)补充成混合驱动装置总和力矩tS(函数29)。在这种情况中函数29基本相应于经过滤波的额定力矩tDF的曲线(函数30)。
图3示出一个由驾驶人员规定的额定力矩tD的相应的跃变(函数31)，然而是在辅助运行调离时。当EMtmaxS＝tDEML＝-10Nm时在所示的时间范围中：
tDEMS＝-10Nm。
内燃机基本力矩EtB(函数32)相应于图2的曲线图的函数27。电动机实际力矩EMt(函数33)仅上升到不稳定的补偿(短期的)，然后返回到-10Nm，这样，所产生的混合驱动装置总和力矩tS(函数34)-该总和力矩基本上相当于经过滤波tDF之后的额定力矩(函数35)-根据不稳定的补偿运行，上升到190Nm。因此图3示出，根据本发明，不稳定补偿也是在辅助运行调离时进行的。

Claims (9)

1.汽车的混合驱动装置的运行方法，该混合驱动装置具有内燃机、至少一个电机和至少一个电存储器，所述电机和电存储器属于汽车的汽车电路，其特征在于具有下述步骤：
-将电机的运行划分为相邻的子区域
a)不稳定的补偿运行，
b)辅助和/或再生运行，
c)汽车电路维持运行，
-将电机的力矩和/或者功率极限分配到至少两个子区域中，
-根据电存储器和/或电机和/或汽车电路的瞬时状态释放和/或影响子区域的相应的力矩和/或功率极限。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述不稳定的补偿运行是短期运行，辅助和/或再生运行是中期运行，汽车电路维持运行是长期运行。
3.按照前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述短期运行最长两秒钟，中期运行最长一分钟，长期运行持续时间长于一分钟。
4.按照前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，力矩和/或功率极限到较低的或者较高的力矩和/或功率极限的过渡是连续地进行的。
5.按照前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，设置至少一个另外的子区域，在这个子区域中给电机分配相应的力矩和/或功率极限。
6.按照前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述另外的子区域是外部运行，在这种外部运行中是从外部作用混合驱动装置。
7.按照前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，释放和/或影响子区域的相应的力矩和/或功率极限的顺序是按照具有越来越大的力矩和/或功率极限的子区域的先后顺序进行的。
8.按照前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，释放和/或影响子区域的相应的力矩和/或功率极限的顺序是按照具有越来越短的运行时间的子区域的先后顺序进行的。
9.按照前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，将电机用作发电机和用作混合驱动装置的电动机。
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