CN102905948B - 用于运行机动车的系统的方法、机动车的系统和控制机构 - Google Patents

Abstract

描述了用于运行机动车的系统（1）的方法，其中系统（1）包括控制机构（8）、高压车载电网（4）、低压车载电网（5）、连接高压车载电网（4）和低压车载电网（5）的DC/DC转换器（3）、以及电机（2），尤其是启动发电机或电动机发电机。为了更高效地和以更高功能性可使用地扩展系统（1），系统（1）的运行模式（20－31）根据运行要求、尤其是机动车的运行状来改变。

Description

用于运行机动车的系统的方法、机动车的系统和控制机构

技术领域

本发明涉及一种用于运行机动车的系统的方法，其中该系统包括控制机构、高压车载电网、低压车载电网、连接高压车载电网和低压车载电网的DC/DC转换器以及电机，尤其是启动发电机或电动机发电机。本发明还涉及一种这样的系统。

本发明另外涉及一种用于机动车的、而且尤其是用于这样的系统的控制机构。本发明最后还涉及一种计算机程序产品。

背景技术

已知将多电压发电机布置在多电压车载电网中。

DE10330703A1描述了一种具有多电压发电机电动机的多电压车载电网，该多电压发电机电动机具有调节器、脉冲逆变器、DC/DC转换器和控制机构。DC/DC转换器连接低压车载电网和高压车载电网。

WO2008/00098A1描述了一种用于汽车的微混合系统，该微混合系统具有与汽车的内燃机机械连接的启动发电机以及交流-直流转换器、直流-直流转换器和两个电储能器，所述电储能器用于供由电动三相电机形成的电流消耗器使用。

发明内容

本发明的任务是将开头所提到类型的用于运行系统的方法、系统、控制机构和计算机程序产品扩展为，使得所述系统可以更有效地和以更高功能性地使用。

该任务通过根据本发明的用于运行机动车的系统的方法、机动车的系统和用于该系统的控制机构来解决。此外还限定了本发明的优选扩展方案。

本发明的思想是，根据运行要求、尤其是通过机动车的运行状态来改变系统的运行模式。为此优选地，由控制系统接收在机动车的运行期间出现的运行要求并且据此运行系统、尤其是电机。

所述任务也通过如下的系统解决，所述系统构造用于之前或在后面描述的方法并且在所述系统的情况下尤其是所述电机作为多相交流电机构造。另外，所述任务还通过尤其是用于系统的控制机构解决，所述控制机构构造用于实施之前或在后面描述的方法，而且尤其是利用运行策略来改变系统的运行模式。

只要没有明确提到，概念“控制机构”就表示至少一种控制设备，例如电机的控制设备、电动机控制设备、车载电网控制设备、DC/DC转换器的控制设备、刹车安全装置的控制设备、电池控制设备和/或用于所述系统或者用于机动车的中央控制设备。在此，所述控制机构也可以包括尤其是这些控制设备的组合，并且之前和在后面描述的方法步骤可以分别在恰好一个控制设备中或者在多个控制设备中分布式地实施。

所述电机优选构造为启动发电机或电动机发电机，从而电机可以电动机运行和/或发电机运行、尤其是作为启动机和/或发电机来运行。

优选地，发电机、也就是发电机式地运行的电机的电输出功率尤其是借助于控制机构改变，以便尤其是控制转矩。

所述电机优选与汽车的内燃机耦合并且直接或间接地影响机动车的驱动杆。经由例如利用皮带传动的耦合，电机轴上的例如10Nm至17Nm的高转矩或者内燃机曲轴上的30Nm至50Nm，尤其是还具有曲轴上的例如1500Nm每秒至5000Nm每秒的非常高的梯度，被传输给机动车的受到驱动的轴。

根据第一优选的实施方式，所述系统尤其是在机动车的推动运行或者刹车运行的情况下以再生模式运行，其中电机利用能由控制机构操控的转矩、尤其是刹车矩运行，而且尤其是处于与机动车的刹车安全装置的通信中，如下面阐述的那样。通过再生模式可以回收机动车的运动能量，所通过的方式是电机作为发电机运行，例如以便降低燃料消耗。

在推动运行、即所谓的推动模式的再生模式的情况下，也就是在内燃机通过机动车拖动的运行要求的情况下，电机的转矩被优选限制到合适的值，该合适的值尤其是小于最大转矩，例如以便防止机动车的剧烈减速。所述转矩也可以例如在机动车下坡时被控制为，使得机动车的速度基本上保持恒定或者仅仅缓慢地改变。

在刹车运行、即所谓的刹车模式的再生模式的情况下，也就是在尤其是通过操作刹车踏板来尤其是急速降低机动车的速度的运行要求的情况下，优选取消对转矩的限制，从而最大转矩尤其是也通过最大的电输出功率是可能的。在此，电机的转矩根据所需要的刹车功率改变。

通过内燃机与电机之间的耦合、尤其是通过转矩，可以明显干扰刹车力分布。因此有利的、而且尤其是在再生模式情况下有利的是，考虑优选刹车安全装置、例如防抱死系统或者包括电子稳定性程序的控制机构的转矩，例如以便进行刹车力分布的匹配。附加地或者替换地，可以考虑未来的转矩、优选刹车安全装置的转矩的变化过程，而且尤其是在所述系统由于运行要求而应以再生模式运行时，例如在由控制设备宣告再生过程时。

对此，可以尤其是由控制设备确定关于电机的未来转矩或者关于转矩的信息，如稍后阐述的那样。在此，所述信息可以包括尤其是电机的运行参量的数据，从所述运行参量中能导出转矩。优选的是，所述信息与转矩直接对应，从而例如能简化地实现刹车力分布的匹配。优选地，所述信息被传输给刹车安全装置的控制设备，而且例如由电机的控制设备、电动机控制设备或者系统的中央控制设备来传输。

另外可以尤其是通过刹车安全装置例如在关键的行驶动态状况、如快速驶入弯道的情况下识别出，转矩受到限制和/或为了基本上阻止电机的转矩而抑制或中断再生模式。因此尤其是发电机式运行的电机的附加转矩可以被施加到机动车的至少一个驱动轴上并且因此防止了不稳定的行驶状态。刹车安全装置的控制设备可以构造为处于与另一控制设备、例如电机或系统的控制设备的通信中，尤其是以便传输用于抑制再生模式的信号。

如果转矩或者转矩的梯度例如通过超过一定的极限值而过高，则可以限制电机的激励电流或者占空比，以便如之前所提到的那样限制或者降低转矩或梯度。为此也可以限制占空比的梯度和/或激励电流的梯度。

另外，转矩、尤其是驱动轴上的刹车矩可以被提高，所通过的是提高低压车载电网的低压，从而也通过DC/DC转换器提高电流。因此可以尤其是在再生模式期间从发电机式运行的电机提取较高的电功率并且提高其转矩。另一优点在于，在提高的低压的情况下也可以在再生模式期间在电池中接收到更多的能量，以便稍后将所述能量再次输出给车载电网。

优选地，激励电压在再生模式期间被提高到用于持续运行、尤其是发电机式的标准运行模式的激励电压的最大值以上，而且尤其是以便提高转矩和/或达到电机的较高输出功率以用于更多地获取再生能量。这如稍后阐述的那样是允许的，因为所述再生模式是时间有限的运行模式。

所述电机还可以在再生模式以外以发电机方式运行，例如在机动车的正常行使运行期间利用发电机式的标准运行模式，其中机动车以及电机通过内燃机驱动。

在此，直接通过作为发电机的电机向高压车载电网供给电能，而且在例如10V至42V的高压情况下。

此外，可以尤其是从高压车载电网经由DC/DC转换器用低压馈送低压车载电网，以便供给低压消耗器，其中所述低压例如为大约10V至16V。

另外，也可以将能量存储在车载电网、而且是低压车载电网和/或高压车载电网的储能器中。在此，优选传统的电池作为低压车载电网的储能器并且优选电容器或者功率电池作为高压车载电网的储能器。

为了在再生模式的情况下确保储能器的用于接收所获得的再生能量的足够缓冲存储器性能，电机在再生模式以外、尤其是在发电机式的标准运行模式下运行，在该发电机式的标准运行模式下发电机电压在最大允许的发电机电压的大约三分之一与大约三分之二之间。因此，储能器优选在再生模式以外不完全充电，从而在再生模式的情况下储能器的剩余充电容量可用于接收再生能量。

根据另一优选的实施方式，所述系统可以以高压模式运行，其中所述电机以发电机方式运行以产生高压，而且尤其是用机动车内燃机的提高的空转转速来运行。通过该高压模式可以向高压车载电网、尤其是还有高压消耗器直接供给来自作为发电机运行的电机的电功率。机动车的内燃机在高压模式期间优选用尤其是相对于发电机式的标准运行模式有所提高的空转转速来运行，以便提高所述电机的与电机的转速成比例的发电机电压，其中内燃机和电机的转速由于内燃机和电机的耦合而耦合。因此可以确保高压消耗器的供给。另外，这样的高压消耗器可以例如是汽车内部空间的快速加热器或者除雾器。

另外，消耗器、尤其是高压消耗器的功率可以经由发电机电压控制并且尤其是也提高。例如，电运行风扇的风扇功率可以通过控制发电机电压来控制，并且尤其是通过提高内燃机的空转转速来提高。因此可以放弃对消耗器的控制、例如对风扇进行PWM或分级操控。

另外，在高压模式期间优选调整尤其是相对于再生模式较小的激励电流和/或较小的激励电压，因为高压模式也在较长时间上采用，从而防止了超过持续允许的值。

根据另一优选的实施方式，所述系统可以以供给模式运行，其中所述电机以电动机方式、也就是作为电动机运行。尤其是经由耦合装置、例如皮带传动，可以在供给模式中用作为电动机的电机来驱动机动车的部件。因此例如可以驱动空调，而且尤其是在内燃机静止期间，优选在机动车的启动-停止-运行的情况下，在该情况下在汽车的短暂保持阶段期间内燃机被关断。在此可以由储能器供给所述电机，而且例如从低压车载电网或者优选地从高压车载电网供给。

根据另一优选的实施方式，所述系统以驱动模式运行，其中所述电机以电动机方式运行，尤其是至少用于支持机动车的驱动或者用于直接驱动机动车。通过该驱动模式，例如可以提高用于机动车的驱动功率，所通过的是，机动车除了内燃机以外还通过电机被驱动。该方法也被称为“升压”。因此，来自先前的再生模式的再生能量此外可以转换成机动车的运动能量，例如以便降低燃料消耗，所述再生能量例如作为储能器中的电能存储器系统中。除了内燃机的所提到的支持以外，尤其是在内燃机关断时或者在该内燃机启动期间通过电机对机动车的直接驱动也是可能的，例如由于短的行驶路段或者快速行驶离开，优选在机动车的启动-停止-运行时。

优选地，在驱动模式之前检查储能器的充电状态并且仅在如下情况下允许驱动模式，即用于电机的电动机式的运行并且同时用于车载电网、尤其是低压车载电网的供给的所存储的能量是足够的。为此可以将车载电网电压、尤其是高压和/或低压与对于驱动模式来说最小可允许的电压进行比较。

另外优选的是，在驱动模式期间将所述电机的激励电压提高到发电机式的标准运行中的激励电压的最大值以上，以便达到所述电机的较高的转矩、尤其是驱动转矩。这如后面阐述的那样是允许的，因为所述驱动模式是系统的时间有限的运行模式。

根据另一优选的实施方式，所述系统以启动模式运行，其中所述电机以电动机方式被运行以启动机动车的内燃机。因此，所述电机还可用作为内燃机的启动电动机，即优选在机动车的启动-停止-运行时，而且尤其是也除了优选经由低压车载电网被运行用于冷启动的传统的低压启动器以外，在此期间电机优选经由高压车载电网被作为用于热启动的启动电动机运行。

优选地，在启动模式期间，所述电机的激励电压被提高到发电机式的标准运行中的激励电压的最大值以上，以便达到较高的转矩、尤其是启动力矩。这如下面阐述的那样是可允许的，因为启动模式是时间有限的运行模式。

在电动机式的运行模式下，尤其是在所述电机作为电动机运行的驱动和/或启动模式下，尽管也可以用低压运行所述电机，但是所述电机优选地如之前提到的那样在较高的电压、尤其是高压车载电网的高压下运行，以便提高转矩或者效率。

在电动机式的运行模式下，优选从尤其是高压车载电网的储能器馈送所述电机，其中所述储能器可以包括电池和/或电容器、例如所谓的超级电容器。优选地，在启动模式之前和/或在启动模式期间检查，在储能器中是否存储有用于启动内燃机的足够能量，例如通过检查，储能器的电压是否位于一定的极限值之上。然后可以允许内燃机的启动-停止-运行，而且尤其是停止，因为确保了内燃机的启动。另外，在内燃机静止时、尤其是在启动模式期间和/或优选在启动-停止-运行期间，关断优选至少一个、尽可能多个或者所有高压消耗器。因此为所述电机的电动机式的运行模式保留了更多能量。

附加地或者替换地，尤其是在储能器的前述检验是否定时，可以将DC/DC转换器运行为，使得该DC/DC转换器将低压转换成较高的电压，而且优选至少转换到用于电动机式地运行尤其是作为启动电动机的电机的最小电压值。因此，在此，DC/DC转换器的电流方向在内燃机静止时与所述电机的发电机式的运行模式相比是相反的。另外因此可以从低压车载电网中提取用于启动内燃机的能量。

另外可以检查储能器的、尤其是关于最小可允许值的充电状态。替换地可以用充电状态传感器、例如电池传感器构造所述系统、尤其是储能器，以便检查充电状态。另外还可以基于启动模式对电压扰动进行预算，并且检查该电压扰动是否低于临界值。因此可以在机动车的启动-停止-运行时阻止内燃机停止，因为内燃机的关断可能附加地使低压车载电网的功率存储器的充电状态变差。

另外可以在启动模式下尤其是借助储能器将再生能量用于启动内燃机，例如在启动-停止-运行下，其中内燃机在机动车的短暂保持阶段时被关断并且对于继续行驶优选利用作为启动电动机的电机再次被启动。

根据优选的实施方式，所述系统、尤其是控制机构利用用于至少一个运行参量的检测装置和分析装置构造，所述至少一个运行参量尤其是激励电流、转速、发电机电压、激励回路末级的占空比、构件温度、发电机的输出电流、相中的电流、和/或桥式整流器支路中的电流，并且所述分析装置用于从至少一个运行参量或者运行参量的组合中导出电机的转矩或者关于电机的转矩的信息。优选地可以利用检测装置检测也就是至少一个运行参量并且利用分析装置从一个运行参量或者运行参量的组合中导出转矩或者关于转矩的信息。所述运行参量因此是能从中导出转矩的数据。

在此优选从发电机电压或者从运行参量的以下组合之一中导出或者计算出转矩，即尤其是从发电机电压、输出电流和转速；发电机电压、激励电流和转速；发电机电压、激励回路末级的占空比、构件温度和转速；发电机电压、相中的电流和转速；发电机电压、桥式整流器支路中的电流和转速。

如前面提到的，可以计算和考虑关于未来的转矩的信息。该计算可以根据之前提到的系统运行参量和/或其它运行参量、尤其是电容器容量或者电容器上的电压来进行。在此，所述转矩优选从发电机电压或者从运行参量的以下组合中计算，即从发电机电压、输出电流、转速和电容器容量；发电机电压、激励电流、转速和电容器容量；发电机电压、激励回路末级的占空比、构件温度、转速和电容器容量；发电机电压、相中的电流、转速和电容器容量；发电机电压、桥式整流器支路中的电流、转速和电容器容量。

所述转矩和/或未来的转矩可以通过至少一个特征曲线族和/或近似公式由控制机构计算，而且尤其是从运行参量或者运行参量的组合中计算。还可以保存至少两个电机的相应的特征曲线族或者公式，其中尤其是每一个电机例如经由接口和/或根据可确定的标识代码、尤其是通过该标识代码被优选传送给具有分析装置的控制设备。

在另一优选的实施方式中，识别出电机与机动车内燃机之间的耦合的滑动，而且尤其是通过将电机的转速与内燃机的转速进行比较。在此，电机的转速例如经由分解器或者经由电机的一个或多个相的电压信号传送。于是可以尤其是在再生模式下将转矩限制到激励电流或者占空比的极限之上，以便降低或者甚至阻止滑动。

此外可以将滑动确定为故障状态并且在系统的运行模式下考虑，例如通过由控制机构中断系统中的故障警告。

在另一优选的实施方式中，所述电机与内燃机经由具有皮带的皮带传动耦合并且所述系统包括用于皮带的尤其是电的皮带张紧器。于是可以减少或者消除滑动，所通过的是，提高皮带张紧，而且优选张紧如此长时间直至不再出现滑动。优选地，在驱动模式和/或启动模式的再生模式之前或者期间，利用皮带张紧器提高皮带张紧，并且尽可能无滑动地传输转矩。

如果所述电机、例如电机的碳滑环系统在尤其是再生模式、高压模式、驱动模式和/或启动模式的运行模式下仅仅短期地被加载，则持续可允许的最大值、例如激励电压或激励电流可以在此被超过。因此尤其是防止了在最大值被短期超过时由于热容量和在短期的运行模式以后的后续的热输出而引起的过热并且没有或者仅仅不明显地提高或缩短磨损或使用寿命。

根据另一优选的实施方式，DC/DC转换器以其作用方式、尤其是通过控制机构被监视。为此可以检测和分析低压车载电网的低压，而且例如通过所述电机的控制设备。

另外，所述控制机构、尤其是所述电机的控制设备可以经由用于检测低压车载电网的低压的传感路径构造。替换于此地，可以利用另外的控制设备监视或检测低压，并且将该低压的值或者关于可允许的最大值被超过的信息经由接口传输。

另外优选，所述系统具有用于桥接DC/DC转换器的桥接开关，从而所述高压车载电网和所述低压车载电网可彼此直接连接。于是优选地，所述低压车载电网和高压车载电网用低压运行并且尤其是由发电机式运行的电机馈送，所通过的是，所述电机产生低压。

DC/DC转换器的故障可以通过如下方式确定，即确定了所述低压超过低压的可允许的最大值。于是可以自动地停止再生模式和/或发电机式运行的电机的发电机电压可以均衡到低压或者降低到低压的额定值。为此可以用桥接开关桥接DC/DC转换器，以便从发电机式运行的电机向低压车载电网直接供给电功率。如果桥接开关闭合、也就是DC/DC转换器被桥接，则所述系统仅被允许恢复（rekupieren）到低压电网的可允许电压的极限。

如果低压低于最小可允许的电压值，则桥接开关同样可以闭合，也就是DC/DC转换器被桥接，并且发电机式运行的电机的发电机电压匹配到低压，其中故障情况可能由于DC/DC转换器不再传输功率引起。在此优选地，内燃机的停止在启动-停止-运行时被抑制，因为内燃机的关断可能附加地使储能器的充电状态变差。

低压可以位于10伏特与16伏特之间。另外，优选地刹车安全装置的控制设备、电池控制设备、传统的电池、用于内燃机冷启动的低压启动器和/或另外的低压消耗器连接到低压车载电网上。

在另一优选的实施方式中，利用DC/DC转换器，车载电网、尤其是低压车载电网中的电压尖峰降低。如果车载电网中的感性负载断开，则可导致电压过高。为了使该电压过高最小化，有利的是从车载电网的最大可允许电压起DC/DC转换器传送来自车载电网的能量，其中优选利用该方法降低低压车载电网的电压过高，所通过的是利用DC/DC转换器将能量传送到高压车载电网中。这样的方法也称为“甩负荷（loaddump）”。

在此优选将车载电网的电压滤波为，使得由于感性负载的断开引起的电压尖峰可与由其他方式引起的电压波动区分开。

根据另一优选的实施方式，所述电机构造为交流电动机发电机，而且尤其是具有激励绕组和电子电路装置。在此，所述电路装置优选包括电机的控制设备和/或整流器和逆变器。为了避免断开激励绕组时的过压，可以与激励绕组并行地切换空转二极管。

另外，所述电机、尤其是其控制设备可以具有用于检测电机的转速的转速检测装置。在此可以截取激励绕组上的、尤其是整流器和/或逆变器上的交流电压并且由该交流电压的频率计算出转速。此外，所述系统、尤其是电机可以包括用于电机转子的角位置信号的传感器并且从该角位置信号导出转速。

另外，所述控制机构、尤其是电机的控制设备可以利用用于传送数据的至少一个接口构造。因此，可以将至少两个控制设备、例如电机的控制设备和DC/DC转换器的控制设备之间的数据、尤其是之前和后面提到的关于转矩的信息传送给电动机控制设备、电池控制设备和/或刹车安全装置的控制设备，其中也可经由唯一的接口将数据传送给和/或传送来自至少两个另外的控制设备，尤其是也间接地经由另一控制设备，尤其是所述系统或电动机控制设备的中央控制设备。

作为交流电动机发电机的电机可以用三个形成相的绕组股构造。另外，所述电机可以构造为五相的。优选地，所述电机构造为七相的。

较高的相数减少转子中的损耗并且导致电流到逆变器开关上的更好分布。

所述任务还通过一种计算机程序产品解决，该计算机程序产品可加载到用于所述系统或用于所述控制机构的尤其是微计算机的程序存储器中，该程序存储器具有程序命令，以便实施之前或后面描述的方法的所有步骤，尤其是当该程序在控制机构中实施时。在此，微计算机优选是控制机构的组成部分并且所述程序存储器优选构造为半导体存储器，其中所述控制机构尤其是在所述系统的多个控制设备的情况下还可以具有多个微计算机和存储器以及多个计算机程序产品或者分布式地实现到多个控制设备上的计算机程序产品。所述计算机程序产品需要控制机构中的仅少数构件或者不需要附加的构件，并且优选可以实施为已经存在的控制机构中的模块，尤其是用于控制再生模式、高压模式、驱动模式和/或启动模式。所述计算机程序产品具有另外的优点，即其可容易地与个别的和特定的客户期望相匹配，以及可成本有利地用较少成本实现对各个方法步骤的改善和优化。

应当理解，前面提到的和后面仍要阐述的特征不仅可以分别说明的组合的形式、而且可以其他组合的形式使用。

附图说明

在下文中参照附图进一步阐述本发明。

图1示出系统的示意性接线图，该系统具有控制机构和具有可变电压的电机，

图2示出该系统的几个运行模式的概况图，

图3示出具有用于故障监视的方法步骤的流程图，

图4示出具有功率电子器件的电机的示意性接线图，

图5示出具有5个形成相的绕组股的电机的示意性接线图，

图6示出具有7个形成相的绕组股的电机的示意性接线图，

图7以侧视图示出爪极发电机。

具体实施方式

图1示出用于机动车的系统1的示意性接线图，该系统1包括电机2、高压车载电网4、低压车载电网5和连接高压车载电网4和低压车载电网5的DC/DC转换器3。

电机2构造为交流电机并且更确切地构造为交流电动机发电机，其既可以在发电机的运行模式中运行也可以在电动机的运行模式中运行。在此，电机2包括机电的、尤其是电磁活性的部件7和电子电路装置6，该部件7包括激励绕组11并且在图7中进一步阐述，该电子电路装置6包括具有接口10的控制设备8和受控的整流器/逆变器9，其例如构造为脉冲逆变器。电机2与未示出的内燃机耦合，而且通过具有皮带的皮带传动。

控制设备8借助于未示出的末级通过影响激励绕组11中的激励电流控制和调节功率电子器件、也就是整流器/逆变器9的可变输出电压。同样未示出的是与激励绕组11并联的空转二极管，以便避免断开激励绕组11时的过压。

电路装置6还包括与激励绕组11的互连点200，201，202的电连接，以便在发电机式的运行期间能够从交变电压的频率中导出作为发电机运行的电机2的转速。此外，控制设备8从未在图1中示出的传感器160中获得电机2的转子的角位置信号。

数据可以通过接口10在控制设备8与稍后阐述的其他控制设备之间传送。在该实施例中，数据在每两个控制设备之间的传送通过单独的数据线路41，43，53进行。替换地，数据传送也可以通过数据总线和/或链式连接的控制设备、也就是间接地通过至少一个中间连接的控制设备来实现。

高压车载电网4由电机2供电并且包括双层电容器12作为储能器以及至少一个可接通的高压消耗器13，例如电动机风扇或除雾器。高压车载电网4的高压可通过控制设备8经由整流器/逆变器9改变，优选可在10V与42V之间调节。在此，通过调节高压也可以直接调节高压消耗器13的输出功率。

低压车载电网5通过DC/DC转换器3以低压供电，该低压优选处于10V与16V之间。

在DC/DC转换器3故障时，该DC/DC转换器3可以如在图3中进一步阐述的那样借助于桥接开关14被桥接并且因此使低压车载电网5直接与高压车载电网4连接，其中这两个车载电网4、5于是被用低压供电，所通过的方式是，整流器/逆变器9被控制设备8操控为使得电机2仅还输出低压。桥接开关14可经由控制线路42操控。

DC/DC转换器3还包括控制设备，经由该控制设备尤其是可控制直流电压转换和输出电压的方向。DC/DC转换器3的控制设备经由数据线路41与电机2的控制设备8连接。

刹车安全装置的控制设备、即ESP/ABS控制设备15，用于另一储能器、也就是常规电池17的电池控制设备16，至少一个可开关的低压消耗器18，以及可选地用于机动车的未示出的内燃机的冷启动的常规低压启动器19，与低压车载电网5连接。

另外，用于询问电池17的状态的电池控制设备16和具有控制线路43，53的ESP/ABS控制设备15分别经由接口10与控制设备8连接。

图2示出系统1的几个运行模式（20-31）的概况图，根据尤其是对机动车的运行状态的运行要求在这些运行模式之间改变。具有电机2的系统1可以原则上在电机2的电动机式的运行模式20中或在发电机式的运行模式21中运行。在此，系统1可以在电动机式的运行模式20的情况下在所谓的供电模式22、启动模式23或者驱动模式24中运行，在该驱动模式24的情况下可区分所谓的升压模式28和直接驱动模式29。在发电机式的运行模式21的情况下，系统1可以在发电机式的标准运行模式25、再生模式26和高压模式27中运行，在再生模式26的情况下可区分刹车模式30和推动模式31。

在电动机式的运行模式20的情况下，电机2经由高压车载电网4从双层电容器12供给电能，或者借助DC/DC转换器3从低压车载电网5的电池17供给电能，其中电机2如下面阐述的那样用作为电动机。

在发电机式的运行模式21的情况下，电机2通过机动车的内燃机驱动。在此，可以用电机2获得电能并且将该电能馈入到高压车载电网4中以及还经由DC/DC转换器3馈入到低压车载电网5中。

在供电模式22的情况下，用电机2作为电动机驱动机动车的消耗器，例如空调设备，而且在内燃机的关断状态下、尤其是在机动车在启动-停止-运行情况下的短的保持阶段期间驱动。

在启动模式23的情况下，内燃机借助于电机2被启动，而且在机动车的启动-停止-运行情况下以热启动来启动。在此，激励绕组11的激励电压相对于发电机式的标准模式25中的最大值有所提高，以便实现更高的启动力矩。这是允许的，因为内燃机的启动是时间有限的、尤其是短期的事件，也就是允许的值仅短期地被超过。

另外，针对启动模式23事先检查，在双层电容器12中或者在电池17中是否存储有用于启动内燃机的足够能量。否则，在机动车的启动-停止-运行情况下内燃机不被断开，也就是启动-停止-循环被抑制。内燃机的冷启动优选利用低压启动器19来执行，但是也可以通过电机2进行。

首先，在启动模式23的情况下，电机2由双层电容器12供给功率。如果在双层电容器12中所存储的能量不足以启动内燃机，则该电供给经由电池17进行。为了检查储能器12，17，例如可以测量相应车载电网4，5的电压并且将其与临界值比较。可替换地，电池17的充电状态也可以用电池传感器来检测或者对电压扰动进行预算并且将其与临界值、例如最小的电池电压进行比较。

另外在内燃机的静止状态下，高压消耗器13优选被断开，以便不消耗不必要的能量。另外，高压车载电网4的高压可以被降低到启动内燃机的最小值。如果需要来自低压车载电网5的附加能量，则DC/DC转换器3的转换方向与发电机式的运行模式21相比被倒转，也就是能量从低压车载电网5传送到高压车载电网4中。

在驱动模式24中，电机电动机式地被运行，而且为了在升压模式28中支持内燃机或者在直接驱动模式29中直接驱动内燃机。因此在升压模式28中，内燃机的驱动功率被补充了电机2的驱动功率并且由此总共提高机动车的驱动功率。在直接驱动模式29中，机动车在没有通过内燃机的支持的情况下借助于电机2被驱动，而且例如在启动-停止-运行的情况下被驱动以短的行驶路段和/或顺利启动，尤其是直至内燃机启动为止。

驱动模式24、尤其是升压模式28和/或直接驱动模式29在此仅在车载电网4，5中存在足够的电能可用的情况下才被实施，使得尤其是同时确保车载电网4，5的供电。为此可以检查，高压和/或低压是否大于一定的极限值，从该极限值起相对应的驱动模式24，28，29可以是合理的。

在发电机式的标准运行模式25中，电机2作为发电机被内燃机驱动，而且是在正常的行驶运行时，在所述正常的行驶运行时，通过燃烧内燃机的燃料确保了机动车以及电机2的驱动。因此利用电机2优选产生高压并且直接为高压车载电网4供给能量，其中在此发电机电压例如为最大允许的发电机电压的三分之一至三分之二。由此，双层电容器12不用其最大容量加载，使得该双层电容器12具有对于再生模式26来说足够的缓冲存储功率。另外，为高压消耗器13供电并且此外经由DC/DC转换器3为低压车载电网5供电。

在高压模式27的情况下，用空载转速运行内燃机，该空载转速相对于在发电机式的标准运行模式25情况下的空载转速有所提高，以便确保高压消耗器13的更可靠的供给，因为发电机电压2与电机的转速成比例、也就是也与内燃机的转速成比例。另外，可以因此直接经由内燃机的空载转速来控制高压消耗器13的功率，使得对高压消耗器13的单独的功率控制是不必要的。

在高压模式27期间合理的是，设定电机2的、比例如在再生模式26情况下更小的激励电流，因为高压模式27也可以在更长时间上持续。优选地，激励电流的之前提到的最大值在发电机式的标准运行模式25的情况下不被超过，以便防止电机2被损坏。

在再生模式26的情况下，电机2用可由控制设备8操控的转矩运行，以便将机动车的运动能量借助于作为发电机的电机2转换为电能并且将该电能优选存储在双层电容器12中。此外，因此获得的能量也可以存储在低压电池17中，其中优选地低压车载电网5的低压在再生模式26期间被提高，以便通过经过DC/DC转换器2的增强的电流以及更高的低压将更多的能量存储在低压电池17中。

另外在此，应当对刹车模式30（在该刹车模式情况下期望尤其是强制动的机动车）和推动模式31（在该推动模式情况下阻止机动车的尤其是强的制动）进行区分，使得在推动模式31的情况下转矩、也就是电机2的刹车矩受到限制并且在刹车模式30的情况下不实现转矩限制。

通过以发电机式运行的电机2的、尤其是在再生模式26情况下的转矩，机动车的刹车力分布明显受到干扰，因为高刹车矩——例如电机2的轴上的10至17Nm或内燃机的曲轴上的30至50Nm，而且该高刹车矩还具有非常高的、例如曲轴上的1500至5000Nm每秒的梯度——可以被传输给机动车的被驱动的轴。因此在该系统中考虑转矩、尤其是刹车矩，而且所述转矩优选被传送给ESP/ABS控制设备15，以便进行刹车力分布的匹配。

为此，ESP/ABS控制设备15获得要么直接对应于电机2的转矩的信息、要么获得可从中导出转矩的数据。所述数据可以是以下运行参量：激励电流IE、转速ng、发电机电压Ug、激励回路末级的占空比DF、构件温度Ta、发电机的输出电流Ig、相中的电流Iph或者桥式整流器分支中的电流IGLR。在此，以下组合是合理的：

Ug，Ig，ng

Ug，Ie，ng

Ug，DF，Ta，ng

Ug，Ig，ng

Ug，Iph，ng

Ug

Ug，IGLR，ng。

另外，可以通过特性曲线族或者通过近似公式来计算转矩，而且例如在控制设备8中、在电动机控制设备中、在车载电网控制设备中或者在ESP/ABS控制设备15中计算。在此，所述特性曲线族或者公式被保存在控制设备中，或者也可以保存多个电机2的特性曲线族或公式，其中相应的电机2与经由接口10传送的标识码相对应。

如果由于对机动车的运行要求而尤其是由控制设备宣告再生模式26，则计算所述转矩的变化过程、也就是未来的转矩，并且在ESP/ABS控制设备15中考虑该变换过程。在此，该计算可以根据之前提到的运行参量来执行，其中此外还考虑双层电容器12处的电容器容量C和/或电容器电压UC。因此，转矩的变化过程优选由发电机电压Ug或者由之前提到的组合分别结合电容器容量C导出。

如果所述转矩或者转矩梯度尤其是在推动模式31中过高，则占空比DF或激励电流IE被限制为，使得转矩或转矩梯度落到不关键的区域中。另外还可以限制占空比DF或激励电流IE的梯度。

如果ESP/ABS控制设备15识别出关键的行驶动态的状况，例如弯道中的快速行驶，则该ESP/ABS控制设备15经由接口10抑制再生模式26，以便阻止将电机2的附加刹车矩施加到驱动轴上并且因此阻止不稳定的行驶状态。

在内燃机与电机2耦合的情况下，可以通过对电机2的转速与内燃机的曲轴的转速进行比较来识别滑动，并且可以如之前描述的那样限制电机2的转矩，以便减少或阻止滑动。另外，可以在滑动时中断系统中的相应的故障报告或者操控电皮带张紧器，以便一直提高皮带力，直到不再出现滑动。

另外，已经在其中期望高转矩的运行模式之前就用电皮带张紧器提高了皮带张力，以便一开始就尽可能避免滑动。这尤其是在再生模式26、升压模式28、直接驱动模式29和/或启动模式23的情况下实现。

另外，在再生模式26期间，激励电压IE被设置在发电机式的标准运行模式25中的最大值上，以便达到电机2的更高的输出功率和更高的刹车矩。

图3示出具有用于运行系统1而且用于故障监视的方法步骤的流程图。

在步骤32中检查，低压车载电网5的低压是否超过允许的最大值，而且所通过的方式是构造具有用于检测低压的感测路径的控制设备8。因此可以确定DC/DC转换器3的故障。如果真的出现这种情况，则在步骤35中自动停止再生模式26并且发电机电压Ug被降到低压的额定值上。另外可能的是，发电机电压Ug也被均衡到该低压。另外，闭合桥接开关14，使得DC/DC转换器3在故障的情况下被桥接并且低压车载电网5直接由作为发电机的电机2供电。替换于感测路径可能的是，经由控制设备监视低压并且经由接口10传输低压的值。

另外在步骤33中检查，低压是否低于允许的最小值。这是DC/DC转换器3不再传输功率、也就是同样存在故障的指示器。于是在步骤36中，发电机电压Ug被均衡到低压并且闭合桥接开关14。另外，在机动车的启动-停止-运行情况下抑制电动机停止，因为内燃机的关断可能附加地使低压电池17的充电状态变差。

在步骤34中检查，是否由于低压车载电网5中的强感性负载的断开而在低压车载电网5中存在电压过高，所通过的方式是，对低压相应地滤波，以便识别这种电压过高。如果出现这种情况，则在步骤37中利用DC/DC转换器3将能量从低压车载电网5传送到高压车载电网4中，以便降低电压过高。因此在此DC/DC转换器的转换方向被反转。

图4示出电机2的接线图，该电机2作为交流电动机发电机用三个形成相的绕组股190、191、192构造。所有绕组股190、191、192的总体形成定子绕组118。三个形成相的绕组股190、191、192在互连点200、201、202处互连成作为三角形的基本电路，其中这些绕组股包围大约60°的角。

在此，绕组股190、191、192如下地互连：绕组股190在互连点200处与绕组股191连接。绕组股191在其相对末端在互连点201处与绕组股192连接。绕组股192在其相对末端在互连点202处与绕组股190连接。互连点200、201、202优选轴向地位于电子设备侧的绕组头146上或旁边，以便实现尽可能短的互连路径。为此，互连点200、201、202的绕组股190、191、192的分别要互连的连接线优选从在切线方向上直接相邻的槽口119发出。

经由连接线，绕组股190、191、192在互连点200、201、202处与整流器/逆变器9、即桥式整流器/桥式逆变器连接，所述整流器/逆变器由至少三个低侧开关208和三个高侧开关209构造。低侧开关208和高侧开关209的数量分别至少对应于形成相的绕组股190、191、192的数量。在此，开关优选地或者替换地也并行地切换。

低侧开关208和高侧开关209优选构造为MOS（金属氧化物半导体）晶体管、双极晶体管、IGPT（绝缘栅双极晶体管）或者类似的电路构件。尤其是在双极晶体管或IGPT作为低侧开关208或者高侧开关209的情况下，平面二极管分别平行于此地切换为，使得平面二极管的直流电流流动方向分别相对于开关构件的直流电流方向是相反的。

高侧开关209或低侧开关208的开关构件优选构造为功率晶体管，所述功率晶体管的载流子是电子，以便降低电阻损耗和成本。因此，在所有类型的MOS晶体管中选择n沟道MOS晶体管、在所有类型的双极晶体管中选择npn晶体管或者在所有类型的IGPT中选择绝缘栅npn晶体管。

在直流电压侧，控制设备8并行切换，该控制设备8通过影响电流流过激励绕组11来调节发电机电压Ug。控制设备8附加地还可以具有通向整流器/逆变器9的连接，以便确定由形成相的绕组190、191、192感应的电压的交变电压的频率并且由此确定电机2的当前转速ng。

此外，控制设备8为了借助用于角位置测量的传感器160接收转子位置信号、为了经由接口10接收信号并且为了接收从至少一个另外的在图2中未示出的、电机2外部的控制设备传送的控制信号而处于运行中。控制设备8此外处于运行中，以便基于所接收的信号产生低侧开关208和高侧开关209的VG1至VG6的栅极电压，其中在低侧开关208和高侧开关209的栅极接头G1至G6处产生的栅极电压VG1至VG6被切换，以便分别可切换地控制这些开关的接通状态以及关断状态。

另外，电路装置6包括传感线路V1至V6，这些传感线路分别与高侧开关209和低侧开关208的可切换的输出端连接，以便分别检测绕组股190、191、192上的电压。控制设备8从这些电压的交流电压变化过程中计算出电机2的转速ng。

图5示出电机2的接线图，所述电机2构造为具有5个形成相的绕组股170至174的交流电动机发电机。这些绕组股170至174的总体形成定子绕组118，其中形成相的绕组股170至174互连成作为五尖角的星（五角星形）的基本电路，其中分别在尖角处互连的绕组股170至174包围大约36°的角。此外，对图4的实施例的描述类似地发生到该实施例上，其中与此相对应地整流器/逆变器9用具有栅极接头G1至G10的5个高侧开关209和5个低侧开关208构造并且电路装置6用10个传感线路V1至V10构造。

图6示出电机2的接线图，该电机2作为电流电动机发电机以类似于在图4和图5中所示实施例的方式用7个形成相的绕组股600至606构造。与此相对应的，具有7个高侧开关209和7个低侧开关208的整流器/逆变器9用栅极接头G1至G14构造并且电路装置6用14个传感线路V1至V14构造。多相的、尤其是5相或7相机器的优点是，发电机电流分布在多个开关上，由此达到更好的冷却。此外转子损耗被降低，因为产生更少的涡流损耗并且磁噪声被同样降低。

图7示出电机2的剖面图，该电机2构造为机动车的交流电动机发电机。该交流电动机发电机2具有两部分的壳体113，该壳体113包括第一轴承盖113.1和第二轴承盖113.2。轴承盖113.1、113.2容纳用圆环形的叠片组117构成的定子116，定子绕组118被放入到该叠片组的向内开口和轴向延伸的槽口119中。环形的定子116以其径向地向内指向的表面包围电磁激励的转子120，该转子120构造为爪极转子。

转子120尤其是包括两个爪极板122、123，在这两个爪极板的外周上分别布置在轴向上延伸的爪极指124、125。在此，转子120中的两个爪极板122、123被布置为，使得它们在轴向上延伸的爪极指124、125在转子120的圆周上彼此作为北极和南极交替。因此实现了相互磁化的爪极指124、125之间的磁性上所需的爪极间隙，所述爪极间隙由于朝向其自由末端逐渐变细的爪极指124、125而轻微地与机器轴倾斜地走向。在该爪极间隙中可以引入用于漏磁通补偿的永久磁铁。简化地将该走向作为轴向表示。

转子120借助轴127和每个位于每个转子侧的滚动轴承128可旋转地置放到每个轴承座113.1、113.2中。转子具有两个轴向端面，在所述端面上分别固定风扇130。风扇130基本上由板状的或片状的片段构成，风扇叶片以已知的方式从该片段出发。风扇130用于经由轴承座113.1、113.2中的开口140来实现交流电动机发电机2的外侧和内部空间之间的空气交换。为此在轴承座113.1、113.2的轴向末端处设置开口140，经由该开口140借助于风扇130将冷空气吸入到交流电动机发电机2的内部空间中。冷空气通过风扇130的旋转径向地向外加速，使得所述冷空气可以在驱动侧穿过冷空气可通过的绕组头145并且在电子设备侧穿过冷空气可通过的绕组头146。通过该效应，绕组头145、146被冷却。冷空气在穿过绕组头145、146之后或在环流绕组头145、146之后采取通过未示出的开口径向向外的路径。

另外，不同的构件通过保护盖147被保护免受环境影响。因此，保护盖147例如覆盖滑环组件149，该滑环组件149向激励绕组11供给激励电流。围绕该滑环组件149布置冷却体153，其作为用于受控的整流器/逆变器9和用于控制设备8的冷却体起作用。在轴承座113.2与冷却体153之间布置连接板156，该连接板将绕组股的连接线与控制设备8或整流器/逆变器9的接头相连接。所有的图仅仅示出示意性的、而不是比例正确的图示。另外，尤其是参阅本发明的作为重要内容的图形图示。

Claims (19)

1.用于运行机动车的系统（1）的方法，其中系统（1）包括控制机构（8）、高压车载电网（4）、低压车载电网（5）、连接高压车载电网（4）和低压车载电网（5）的DC/DC转换器（3）、以及电机（2），其特征在于，系统（1）的运行模式（20－31）根据运行要求来改变，并且系统（1）以高压模式（27）运行，其中电机（2）以发电机的方式运行以产生高压，而且利用机动车的内燃机的提高的空转转速来运行。

2.根据权利要求1的方法，其特征在于，在机动车的推动运行或刹车运行时，系统（1）以再生模式（26）运行，其中电机（2）利用能由控制机构（8）操控的转矩来运行。

3.根据权利要求2的方法，其特征在于，电机（2）以能由控制机构（8）操控的转矩运行，而且处于与机动车的刹车安全装置（15）的通信中。

4.根据权利要求1至3之一的方法，其特征在于，系统（1）以驱动模式（24）运行，其中电机（2）以电动机的方式运行，而且至少用于支持机动车的驱动或者用于直接驱动机动车。

5.根据权利要求1至3之一的方法，其特征在于，系统（1）以启动模式（23）运行，其中电机（2）以电动机的方式运行以启动机动车的内燃机。

6.根据权利要求1至3之一的方法，其特征在于，系统（1）利用检测装置和分析装置构造，其中利用检测装置检测至少一个运行参量，并且利用分析装置从所述运行参量中的一个或多个中导出电机（2）的转矩，其中所述运行参量通过以下参量之一给出：

－激励电流（IE），

－转速（ng），

－发电机电压（Ug），

－激励回路末级的占空比（DF），

－构件温度（Ta），

－发电机的输出电流（Ig），

－相中的电流（Iph），

－桥式整流器支路中的电流（IGLR），

－电容器容量（C），

－电容器上的电压（UC）。

7.根据权利要求1至3之一的方法，其特征在于，DC/DC转换器（3）以其作用方式被监控。

8.根据权利要求7的方法，其特征在于，DC/DC转换器（3）通过控制机构（8）被监控，其中通过控制机构（8）检测和分析低压车载电网（5）的低压。

9.根据权利要求1至3之一的方法，其特征在于，利用DC/DC转换器（3）降低高压车载电网（4）或低压车载电网（5）中的电压尖峰。

10.根据权利要求9的方法，其特征在于，利用DC/DC转换器（3）降低低压车载电网（5）中的电压尖峰。

11.根据权利要求1至3之一的方法，其特征在于，电机（2）是启动发电机或电动机发电机。

12.根据权利要求1至3之一的方法，其特征在于，系统（1）的运行模式（20－31）根据机动车的运行状态来改变。

13.机动车的系统（1），该系统（1）包括控制机构（8）、高压车载电网（4）、低压车载电网（5）、连接高压车载电网（4）和低压车载电网（5）的DC/DC转换器（3）、以及电机（2），其特征在于，系统（1）构造用于根据权利要求1至12之一的方法并且电机（2）构造为多相的交流电机。

14.根据权利要求13的系统（1），其特征在于，电机（2）构造为五相的。

15.根据权利要求13的系统（1），其特征在于，电机（2）构造为七相的。

16.根据权利要求13至15之一的系统（1），其特征在于，电机（2）是启动发电机或电动机发电机。

17.控制机构（8），用于根据权利要求13至16之一的系统（1），其特征在于，控制机构（8）构造用于根据权利要求1至12之一的方法来改变系统的运行模式（20－31）。

18.根据权利要求17的控制机构（8），其特征在于，控制机构（8）构造用于利用运行策略来改变系统的运行模式（20－31）。

19.根据权利要求17或18的控制机构（8），其特征在于，所述控制机构（8）利用用于检测至少一个运行参量的检测装置并且利用分析装置来从所述运行参量中的一个或多个中导出电机（2）的转矩，其中所述运行参量通过以下参量之一给出：

－激励电流（IE），

－转速（ng），

－发电机电压（Ug），

－激励回路末级的占空比（DF），

－构件温度（Ta），

－发电机的输出电流（Ig），

－相中的电流（Iph），

－桥式整流器支路中的电流（IGLR），

－电容器容量（C），

－电容器上的电压（UC）。