CN101954906B - 用于运行混合动力车辆的方法以及驱动装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于运行混合动力车辆的方法以及驱动装置。该混合动力车辆具有驱动装置(1)，该驱动装置具有至少两个不同的驱动机组(3、4)，其中作为驱动机组(3、4)能够运行至少一个电机(10)和至少一个具有催化器(9)的内燃机(8)。在此提出，在内燃机(8)冷时起动内燃机(8)时，在确定的可预先给出的负荷下运行该内燃机从而加热催化器(9)，并且在此，内燃机在驱动混合动力车辆时支持电机(10)。此外，本发明涉及一种用于运行混合动力车辆的驱动装置(1)。

Description

用于运行混合动力车辆的方法以及驱动装置

技术领域

本发明涉及一种用于运行混合动力车辆的方法，该混合动力车辆具有驱动装置，该驱动装置具有至少两个不同的驱动机组，其中作为驱动机组可以运行至少一个电机和至少一个具有催化器的内燃机。本发明还涉及一种用于运行混合动力车辆的驱动装置。该驱动装置具有至少一个电机和至少一个内燃机作为驱动机组，其中混合动力车辆的运行根据运行情况可以只用电机来进行、只用内燃机来进行或者不仅用电机而且用内燃机来进行。

背景技术

在常规的只具有内燃机（也称为内燃发动机）的车辆中，在首次起动也就是起动冷的内燃机时所述内燃机的起动作为牵引起动来进行。这意味着车辆的起动器将内燃机牵引到起动转速，并且随后发动内燃机。在内燃发动机起动之后，立刻将配属于内燃机的催化器加热。这尤其也在空转时非常快速地进行，使得催化器快速地达到其所需的转化温度。车辆驾驶员大多数没有直接在起动之后将车辆置于运动之中，而是例如还要挂入档位中、系上安全带或者类似操作，由此产生空转。

已知的混合动力车辆的驱动装置具有至少一个电机和至少一个带有催化器的内燃机作为驱动机组，在这种混合动力车辆中在纯电地起动时（例如由于良好充电的电池以及合适的外界温度、例如20℃）没有起动内燃机就不会加热催化器。如果配属于驱动装置的控制仪由于若干个条件例如驾驶员的加速愿望检测到在电起动时对驱动系统的提高的力矩要求，那么虽然需要起动内燃机，使得其立即加入提高的力矩需求。然而，内燃机即使在很短的时间间隔内也不会如所提到的那样进行空转，而是立即用于支持混合动力车辆的驱动，从而由于还没有加热催化器并且由此还没有达到催化器转化温度，废气中不受控制的量的有害物质进入到混合动力车辆的周围环境中。因此，用于混合动力车辆的已知的控制装置阻止内燃机冷时进行纯电起动。

发明内容

相应地，按本发明的用于运行混合动力车辆的方法即使在内燃机冷的情况下也实现了纯电起动。这按本发明通过以下方法来实现，即在内燃机冷时起动内燃机时，在确定的可预先给定的负荷下运行该内燃机从而加热催化器，并且在此在驱动混合动力车辆时支持电机。内燃机的起动能够在混合动力车辆起动之前、随着混合动力车辆的起动或者在混合动力车辆起动之后进行。尤其在需要由内燃机产生的力矩用于驱动混合动力车辆时、也就是存在提高的力矩要求时起动内燃机。在加热催化器期间，内燃机始终在确定的负荷下运行。这意味着，应该补偿用于驱动混合动力车辆所要求的力矩与通过电机引起的驱动机组的目前调节的驱动力矩的偏差。每种力矩动态特性通过电机承担。这意味着，在所要求的驱动力矩提高时电机必须提供更大的扭矩，而电机应该将所要求的驱动力矩降低到由内燃机产生的力矩之下，用力矩如此加载该内燃机，使得负荷相应于确定的负荷，其中内燃机尤其在类似于空转的状态下运行。在加热催化器期间如此运行所述驱动装置，从而独立于其它会对电机提出的要求必要时不允许所述要求或者只是有限地允许所述要求。更确切地说，始终跟随这个目的，即通过内燃机的运行首先将其催化器加热到转化温度。一旦实现了这一点，内燃机可以承担其其余的任务。尤其对混合动力车辆的驱动以及对混合动力车辆的辅助机组的驱动属于所述其余的任务。因此按本发明提出，内燃机在加热催化器期间以恒定的负荷运行，尤其在使用电机的情况下。因为内燃机的实际的工作点与在正常运行中也就是在加热之后存在的工作点有偏差，所以所描述的处理方式称为内燃机的负荷点移动。内燃机在确定的工作点（也就是在确定的负荷下）的运行具有这样的优点，即可以较快地结束催化器的加热，并且在该阶段期间不存在提高的有害物质排出。

本发明的改进方案提出，内燃机为了进一步加热催化器随后在空转中运行。如果用于驱动混合动力车辆所要求的驱动力矩应该低于可由电机产生的力矩，那么在满足其它边缘条件的情况下所述内燃机在空转中运行。在该空转的运行期间对催化器进行进一步加热，直到催化器达到其转化温度。其它边缘条件例如是混合动力车辆的或者说驱动机组的电池的充电状态。当然，只能在电池具有充足的充电状态来使混合动力车辆也可以借助于电机驱动时，才在空转状态下运行内燃机。例如由于催化器的老化过程会需要进一步加热，因为催化器在这种情况下不能足够快地加热到其转化温度。

本发明的改进方案提出，为了加热和/或进一步加热催化器，影响内燃机的转速和/或点火角和/或持续工作时间和/或确定的可预先给出的负荷。这种影响例如能够在受控制和/或调节的情况下进行。如此调节所提到的参数，使得催化器尽可能快地达到其转化温度。通过转速能够影响内燃机的充气或者说排气量。在加热催化器时，内燃机的点火角和加热持续时间，也就是持续工作时间同样是有意义的。通过不仅借助于内燃机而且借助于电机以及内燃机在确定的可预先给出的负荷下的运行来驱动混合动力车辆可以实现与在常规车辆中一样的边缘条件（也就是充气、点火角、加热持续时间以及类似条件），在常规车辆中催化器的加热在空转中实现。除了可以在常规车辆中支配的参数，在这里介绍的方法中也可以影响负荷，用该负荷在催化器加热期间对内燃机进行加载。

本发明的改进方案提出，一旦用于驱动混合动力车辆所要求的扭矩超过额定值，就起动内燃机。这刚好与现有技术公开的不同，在现有技术中在承担混合动力车辆的行驶运行时起动内燃机。更确切地说，应该在存在合适的边缘条件（例如电池充足填充）时，首先仅仅借助于电机来驱动混合动力车辆。一旦所提到的边缘条件需要（例如电池的充电状态下降太多）或者一旦所要求的驱动力矩超过额定值，才起动内燃机。在此，额定值例如可以是能够借助于电机产生的扭矩。然而通常该额定值选择得低于所述扭矩，因为始终要保留储备，该储备能够用于起动内燃机。

本发明的改进方案提出，所述额定值小于或者等于电机的最大扭矩。前面已经解释过这种处理方式的必要性。通常在确定额定值时考虑电机的用于起动内燃机的扭矩储备。当然，其它考虑因素在确定额定值时也起到作用。例如能够如此确定所述额定值，从而确保只在电驱动时混合动力车辆的确定的行程长度。

本发明的改进方案提出，通过借助于起动器的牵引或者通过借助于电机的滑动起动来实现内燃机的起动。在第一种情况下，设置单独的起动器，借助于该起动器能够起动内燃机。该起动器能够和电机一样通过混合动力车辆的电池来供给电能。在滑动起动的情况下，内燃机通过离合器与电机耦合。在此，内燃机由电机置于或者说“牵引”到所期望的转速。这可以通过完全闭合内燃机和电机之间的离合器或者根据运行条件如此实现，使得离合器在滑动运行中运行。

本发明的改进方法提出，当电机具有300到600转/分、尤其400到500转/分的转速时，内燃机为了其起动而与电机耦合。在此，内燃机和电机之间的离合器也可以如此在滑动中运行，从而达到这样的转速。所说明的转速明显位于目前已知的装置的已知的起动器起动转速之上，并且是内燃机的能量使用、废气特性和/或起动特性之间非常好的折衷。在此，尤其在构造成并联混合动力的混合动力车辆中的前提条件是，驱动的电机至少具有或者说超过所要求的起动转速。然而通常这是给定的，因为否则的话仅仅借助于电机不能实现混合动力车辆的行驶运行。如果要起动内燃机，而混合动力车辆是停止的并且因此所述电机的转速很小，那么可以明确地提高电机的转速，从而起动内燃机。

本发明还涉及一种用于运行混合动力车辆的驱动装置，尤其用于实施前面所描述的按本发明的方法，该驱动装置具有至少两个不同的驱动机组以及控制装置，其中作为驱动机组存在至少一个电机和至少一个具有催化器的内燃机，并且控制装置根据混合动力车辆的运行状态触发至少一个所述驱动机组。在此，控制装置在内燃机冷时起动内燃机时为了加热催化器使内燃机在确定的可预先给出的负荷下运行，其中电机在驱动混合动力车辆时通过内燃机得到支持。尤其在加热催化器时恒定地保持所确定的负荷。然而也可以考虑，为了最佳地加热催化器而描绘负荷分布，也就是在内燃机上施加关于时间变化的负荷。可以预先给出确定的负荷，这意味着该负荷例如一开始就保存在控制装置中，或者根据混合动力车辆的运行状态由控制装置来确定。在运行驱动装置时提出，所述控制装置在内燃机冷时首次起动混合动力车辆时至少触发所述电机用于至少电起动混合动力车辆，并且控制装置在内燃机起动之前、随着内燃机的起动或者在内燃机起动之后起动，并且运行控制装置用于加热催化器，其中内燃机在驱动混合动力车辆时支持电机。在加热催化器期间如此运行内燃机，从而实现最佳快速的加热。然而在这方面不允许这样解释，即在这种运行中“也”进行催化器的加热，然而原则上完全不同的目的居于首位。

本发明的改进方案建议驱动机组的并联混合驱动装置。这意味着，分离离合器位于电机和内燃机之间。借助于该分离离合器，混合动力车辆能够在操作模式“纯电运行”和“余热利用”中运行，而不需要内燃机的牵引力矩。所述电机在背对内燃机的一侧与混合动力车辆的传动系连接。也就是说可以在分离离合器断开时仅仅借助于电机进行行驶运行，或者也可以将内燃机接入。

本发明的改进方案提出，内燃机能够通过分离离合器与电机连接，并且电机能够通过起动离合器与混合动力车辆的传动系连接。

所述控制装置能够触发分离离合器和/或起动离合器，其中这在考虑按本发明的构思的情况下进行。

本发明的改进方案提出，所述传动系具有传动装置和混合动力车辆的至少一个驱动轮。借助于传动装置降低电机和/或内燃机的转速并且施加到混合动力车辆的驱动轮上。

本发明的改进方案提出，设置至少两个驱动轮，并且在传动装置和驱动轮之间布置差速器。也就是所述混合动力车辆具有至少两个被驱动的轮子。在此，应该如此布置所述差速器，使得其设置在传动装置和驱动轮之间。

本发明的改进方案提出，所述控制装置触发分离离合器和/或起动离合器。

附图说明

附图根据实施例阐明本发明，但并不限制本发明。其中：

图1是没有详细示出的混合动力车辆的并联混合驱动形式的驱动装置，以及

图2是混合动力车辆关于时间的示例性的速度分布。

具体实施方式

图1示出了用于运行没有详细示出的混合动力车辆的驱动装置1。该驱动装置1构造成并联混合驱动装置2。该驱动装置具有两个不同的驱动机组3和4，并且还具有传动装置5、差速器6以及用于驱动混合动力车辆的驱动轮7。

所述驱动机组3构造成内燃机8，该内燃机在其没有详细示出的排气管路中具有催化器9。所述驱动机组4构造成电机10。在内燃机8和电机10之间连接着分离离合器11；在电机10和传动装置5之间连接着起动离合器12。此外，所述混合动力车辆具有尤其电子控制仪形式的控制装置13，该控制装置控制并且/或者调节内燃机8、电机10、分离离合器11和/或起动离合器12以及必要时混合动力车辆的其它组件的运行。

借助于控制装置13以下面的意思实现混合动力车辆的首次起动，其中“首次起动”理解为内燃机8处于冷状态下的混合动力车辆的起动，也就是说，内燃机以及由此催化器9不具有工作温度。出于这个原因，所述催化器9不处于其转化温度，并且因此不能处理内燃机8的废气，而是将包含在废气中的有害物质传到混合动力车辆的周围环境中。如果现在要实施所提到的首次起动，那么在本实施例中首先要纯电地借助于电机10进行的起动期间或者之后至少短暂地并且至少部分地闭合分离离合器11，由此由电机10将内燃机8向上牵引到规定的起动转速。400到500转/分的转速证实是合适的起动转速。当然，只有在电机10中出现提到的转速时才需要完全闭合所述分离离合器11。如果电机应该具有更高的转速，那么仅仅在一定程度上闭合所述分离离合器11，从而通过滑动运行达到所提到的起动转速。

随后如此运行所述内燃机8，从而在其上出现确定的可预先给定的负荷。同时，至少部分地闭合分离离合器11，从而在驱动混合动力车辆时所述内燃机8支持电机10。在这种运行状态中，如此影响所述内燃机8的转速、点火角、持续工作时间以及/或者确定的可预先给定的负荷，从而尽可能快地或者说尽可能有效地加热催化器9。在混合动力车辆的行驶运行期间，借助于控制装置13如此触发电机10，使得即使在要求不同的驱动力矩用于驱动混合动力车辆时也始终均匀地并且以保持相同的负荷对内燃机8进行加载。例如通过混合动力车辆的驾驶员的愿望来影响所述驱动力矩。这种驾驶员愿望例如是更强烈地踩下油门踏板。驾驶员愿望在催化器9加热期间仅仅传到电机10上，而不是传到内燃机8上，从而在确定的负荷下运行内燃机并且由此能够最佳地加热催化器9。

所述内燃机8也能够可选地以其废热加热车辆内部空间。电机10尤其在所示出的实施例的并联混合驱动装置2中承担车辆牵引，而内燃机独立于电机10的转速或者说传动系的转速并且尤其在转速方面可调节地运行，其中内燃机8的转速比如可以在1000到1200转/分的范围内实现。在该转速范围内能够特别快地加热所述催化器9。

总之，这意味着在前面提到的首次起动时为了缩短加热催化器9所需的时间通过内燃机8的摩擦力矩对内燃机8进行加载。这尤其也使得内燃机8运转得更加平稳。除了通过驱动混合动力车辆造成的负荷之外，所述内燃机8还能够驱动至少一个辅助机组、例如混合动力车辆的发电机。

因此所述分离离合器11在时间有限的加热催化器9的阶段中借助于控制装置13如此在滑动中运行，从而出现确定的、尤其也恒定的载荷力矩。借助于该载荷力矩，所述内燃机8对车辆驱动产生积极作用，然而其中所述负荷始终相应于确定的可预先给出的负荷。

由于按本发明的设置，在首次起动时即使内燃机是冷的，也可以实现内燃机8的最佳的几乎能复现的废气特性，因为内燃机8可以在确定的可预先给出的负荷下至少部分地独立于混合动力车辆的牵引系运行，并且在此加热催化器9。由此，只有在催化器9准备转化时也就是达到其转化温度时，内燃机8才应该以较高的尤其相应于行驶情况的驱动力矩来支持车辆运行。总之，由此在考虑良好的废气特性的情况下实现了混合动力车辆的电的尤其也可以是纯电的起动。

如已经在前面提到的，借助于本发明，内燃机特性在达到催化器的转化温度之前几乎独立于驾驶员的愿望以及加速踏板动态特性或者说混合动力车辆的力矩动态特性。

如果内燃机8将催化器9加热到足够程度，那么可以部分地闭合或者完全闭合分离离合器11。由此，内燃机8能够尤其以其所有提供的力矩来支持驱动。借助于上级的混合动力控制策略来实施并且监控电起动的释放、专门的起动激活、内燃机8以所提到的载荷策略进行的运行以及随后分离离合器的闭合。此外，所提到的控制装置13对此进行负责。

图2示出了混合动力车辆关于时间t的示例性的速度分布。在时刻t＝0s时起动混合动力车辆。在此，首先保持内燃机8关闭，混合动力车辆由此是准备用电进行行驶的。在t＝t₁时混合动力车辆以提高的速度置于运动之中，并且提高其速度直至达到速度v＝v₁。首先在混合动力车辆减速之前、也就是速度再次降低之前保持该速度。在时刻t＝t₂时，又达到速度v＝0m/s。实施该过程，而不起动内燃机8，也就是仅仅借助于电机10来驱动混合动力车辆。在t₂＜t＜t₃时，混合动力车辆停止，也就是速度为v＝0m/s。自时刻t＝t₃起，混合动力车辆又加速。在达到速度v＝v₂之前，所述电机10能够施加用于驱动混合动力车辆所需的驱动力矩。该驱动力矩小于额定值。在这种情况下，该额定值相应于电机10的最大扭矩，然而原则上可以任意地选择所述额定值，只要其小于所提到的最大扭矩。

为了从速度v＝v₂开始进一步加速混合动力车辆，需要大于电机10的最大扭矩的驱动力矩。出于这个原因，在时刻t＝t₄时起动内燃机8。因为内燃机在这个时刻之前还没有运行，所以催化器9还是冷的。尽管如此，还必须起动内燃机8，从而支持电机10并且由此满足驾驶员愿望、也就是达到速度v＝v₃。在起动内燃机8之后使用电机10，从而使其以确定的可预先给出的负荷来运行并且废气最佳地加热催化器9。由此实现了内燃机8的负荷点移动。在此，通过电机10来承担驱动混合动力车辆所需的驱动力矩的每种力矩动态特性。

因此在时间范围0＜t＜t₄中仅仅借助于电机10驱动混合动力车辆。在t＞t₄时，由内燃机8和电机10进行组合驱动。然而在此，在完全加热催化器9之前不对内燃机8如此进行加载，即超过或者低于确定的可预先给出的负荷。在加热催化器9之后，例如自时刻t＝t₅起，内燃机8的全部力矩供驱动装置1使用。

Claims (12)

1.用于运行混合动力车辆的方法，该混合动力车辆具有驱动装置（1），该驱动装置具有至少两个不同的驱动机组（3、4），其中作为驱动机组（3、4）能够运行至少一个电机（10）和至少一个具有催化器（9）的内燃机（8），其特征在于，在所述内燃机（8）冷时起动所述内燃机（8）时，在确定的可预先给出的负荷下运行该内燃机从而加热所述催化器（9），并且在此所述内燃机在驱动混合动力车辆时支持所述电机（10），其中，所述内燃机（8）为了进一步加热所述催化器（9）随后在空转中运行，其中，仅仅在用于驱动混合动力车辆所要求的驱动力矩低于可由电机产生的力矩时，所述内燃机才在空转中运行。

2.按权利要求1所述的方法，其特征在于，为了加热和/或进一步加热所述催化器（9），影响所述内燃机（8）的转速和/或点火角和/或持续工作时间和/或确定的可预先给出的负荷。

3.按上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，一旦用于驱动所述混合动力车辆所要求的扭矩超过额定值，那么就起动所述内燃机（8）。

4.按权利要求3所述的方法，其特征在于，所述额定值小于或者等于所述电机（10）的最大扭矩。

5.按权利要求1所述的方法，其特征在于，通过借助于起动器的牵引或者通过借助于电机（10）的滑动起动来起动所述内燃机（8）。

6.按权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述电机具有300到600转/分的转速时，所述内燃机（8）为了其起动而与所述电机（10）耦合。

7.用于运行混合动力车辆的驱动装置（1），用于实施按权利要求1到6中任一项所述的方法，该驱动装置具有至少两个不同的驱动机组（3、4）以及控制装置（13），其中作为驱动机组（3、4）存在至少一个电机（10）和至少一个具有催化器（9）的内燃机（8），并且所述控制装置（13）根据混合动力车辆的运行状态触发至少一个所述驱动机组（3、4），其特征在于，所述控制装置（13）在所述内燃机（8）冷时起动所述内燃机（8）时为了加热所述催化器（9）使所述内燃机在确定的可预先给出的负荷下运行，其中所述电机（10）在驱动所述混合动力车辆时通过所述内燃机（8）得到支持，其中，所述内燃机（8）为了进一步加热所述催化器（9）随后在空转中运行，其中，仅仅在用于驱动混合动力车辆所要求的驱动力矩低于可由电机产生的力矩时，所述内燃机才在空转中运行。

8.按权利要求7所述的驱动装置，其特征在于所述驱动机组（3、4）的并联的混合驱动装置（2）。

9.按权利要求7所述的驱动装置，其特征在于，所述内燃机（8）能够通过分离离合器（11）与所述电机（10）连接，并且所述电机（10）能够通过起动离合器（12）与所述混合动力车辆的传动系连接。

10.按权利要求9所述的驱动装置，其特征在于，所述传动系具有传动装置（5）和所述混合动力车辆的至少一个驱动轮（7）。

11.按权利要求10所述的驱动装置，其特征在于，设置至少两个驱动轮（7），并且在传动装置（5）和驱动轮（7）之间布置差速器（6）。

12.按权利要求9所述的驱动装置，其特征在于，所述控制装置（13）触发所述分离离合器（11）和/或所述起动离合器（12）。