CN105298663A - 用于求得内燃机的额定运行参量的方法和装置 - Google Patents

Abstract

用于求得内燃机的额定运行参量（M_soll_ICE）的方法，其中根据额定运行参量极限值（AbsLim、GradLim）来选择所述额定运行参量（M_soll_ICE），其中如此求得所述额定运行参量极限值（AbsLim、GradLim），使得所述内燃机的排放特征参量的数值小于能够预先给定的排放极限值。

Description

用于求得内燃机的额定运行参量的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种用于求得内燃机的额定运行参量的方法。在其它的方面中，本发明涉及一种用于实施这种方法的计算机程序、一种电子的存储介质以及一种控制仪。

背景技术

由DE102007019989A1公开了一种用于运行具有作为动力机械的至少一台电机和至少一台内燃机的混合驱动装置的方法，对于该方法来说，所述混合驱动装置产生一种所要求的额定驱动力矩，并且同时遵守所述电机的额定功率。

DE102007019989A1在此建议一种具有以下步骤的方法：

-产生多条组合特性曲线，对于所述组合特性曲线来说在将所述混合驱动装置的有害物质排放降低到最低限度的情况下分别为混合驱动转速和混合驱动力矩分配所述电机的第一驱动力矩和所述内燃机的第二驱动力矩；

-选择所述组合特性曲线之一，对于该组合特性曲线来说遵守或者不超过所述额定功率；并且

-用从所选择的组合特性曲线中产生的驱动力矩来运行所述混合驱动装置。

发明内容

在第一方面中，本发明涉及一种用于求得尤其是机动车的内燃机的额定运行参量的方法，其中根据额定运行参量极限值来选择所述额定运行参量，其中如此求得所述额定运行参量极限值，从而，尤其如果所述额定运行参量小于所述额定运行参量极限值，那么所述内燃机的排放特征参量的数值就小于能够预先给定的排放极限值。所述能够预先给定的排放极限值比如是一定数目的碳黑颗粒或者一定量的氧化氮。这样的排放极限值对于机动车来说，比如可以在机动车每驶过一段距离就被标准化。排放特征参量表示出所述内燃机的实际排放的数值的特征，比如同样表示出所述（必要时标准化的）数目的碳黑颗粒或者（必要时标准化的）量的氧化氮的特征。比如可以测量所述排放特征参量。比如也可能的是，通过计算的方式求得、比如从模型中求得所述排放特征参量。这具有以下优点：在所述内燃机运行时遵守可能的、比如由于法律条例而不应该或者不得超过的排放极限值，其中在不超过所述排放极限值的情况下，所述内燃机的运行保持不受所述排放极限值的影响（并且比如可以以消耗最佳的方式来设计）。尤其这种方式实现以下结果：也可以在不稳定的运行中遵守排放极限。

在此如此设定所述内燃机的运行参量的实际值，使得其比如通过调节而基本上相当于所述内燃机的额定运行参量。本领域的技术人员意识到，尤其对于瞬时的特性来说可能出现以下情况：所述实际值不是精确地相当于所述额定值、也就是所述内燃机的额定运行参量。所述内燃机的运行参量在此比如可以通过转矩或者功率或者其它表示出所述内燃机的转矩或者功率的特征的参量、比如所喷射的燃料的量来产生。

按照另一个方面，可以规定，其中所述额定运行参量极限值包括一种绝对值极限值或者一种梯度极限值。通过这种方式来有针对性地将所述内燃机的运行范围或者动力限制到排放非临界的范围上，也就是说比如强制产生所述内燃机的一种准稳定的运行。

在此，比如对于所述额定运行参量极限值包括所述绝对值极限值这种情况来说可以规定，如果所述额定运行参量的绝对值小于所述绝对值极限值，那么所述排放特征参量的数值就小于所述能够预先给定的排放极限值，并且/或者如果所述额定运行参量的绝对值大于所述绝对值极限值，那么所述排放特征参量的数值就大于所述能够预先给定的排放极限值。如果所述额定运行参量极限值通过所述绝对值极限值来产生，则比如可以规定，如果所述额定运行参量的绝对值小于所述绝对值极限值，那么所述排放特征参量的数值就小于所述能够预先给定的排放极限值，并且/或者如果所述额定运行参量的绝对值大于所述绝对值极限值，那么所述排放特征参量的数值就大于所述能够预先给定的排放极限值。

同样，比如对于所述额定运行参量极限值包括所述梯度极限值这种情况来说可以规定，如果所述额定运行参量的梯度、也就是时间上的变化速率小于所述梯度极限值，那么所述排放特征参量的数值就小于所述能够预先给定的排放极限值，并且/或者如果所述额定运行参量的梯度大于所述梯度极限值，那么所述排放特征参量的数值就大于所述能够预先给定的排放极限值。如果所述额定运行参量极限值通过所述梯度极限值来产生，则比如可以规定，如果所述额定运行参量的梯度小于所述梯度极限值，那么所述排放特征参量的数值就小于所述能够预先给定的排放极限值，并且/或者如果所述额定运行参量的梯度大于所述梯度极限值，那么所述排放特征参量的数值就大于所述能够预先给定的排放极限值。

因而可能的是，所述额定运行参量极限值包括一个以上的数值。这样大量的数值而后比如相当于一种帕累托前沿（Pareto-Front）。

按照另一个方面可以规定，根据所述内燃机的额定运行参量来选择另一台驱动机组的额定运行参量。

这具有以下优点：所述另一台驱动机组可以对在所述内燃机的特性中的、可能的、通过对于额定运行参量的限制所引起的变化进行补偿。所述另一台驱动机组在此比如可以通过能够按电动机方式来运行的电机来产生，或者比如通过气动的或者液压的驱动机组来产生。

在此，如此设定所述另一台驱动机组的运行参量的实际值，使得其比如通过调节而基本上相当于所述另一台驱动机组的额定运行参量。本领域的技术人员又意识到，尤其对于瞬时的特性来说可能出现以下情况：所述实际值不是精确地相当于所述额定值、也就是所述另一台驱动机组的额定运行参量。

所述另一台驱动机组的运行参量比如可以通过转矩或者功率或者其它的、表示出所述另一台驱动机组的转矩或功率的特征的参量来产生。

按照一个改进性的方面，可以规定，如此选择所述另一台驱动机组的额定运行参量，使得能够预先给定的总额定运行参量、也就是比如由所述内燃机的额定运行参量与所述另一台驱动机组的额定运行参量构成的总和等于驾驶员期望运行参量。在此，所述驾驶员期望运行参量可以根据调节元件的、尤其是加速踏板的位置来选择，并且由此能够直接由驾驶员预先给定。但是它也可以取决于对于另一仪器、比如具有间距调节的自动速度仪的预先规定。

这具有以下优点：驾驶员愿望被给予最高程度的优先次序，也就是说如此运行所述内燃机和所述另一台驱动机组，从而设定所述驾驶员愿望。也就是说，可以如此运行所述系统，使得驾驶员的比如动力-要求仅仅受到整个系统的极限的限制，但不是受到能够预先给定的排放极限值的限制。在设定驾驶员愿望的范围内，内燃机及另一台驱动机组的运行比如可以以消耗最佳的方式来进行。

尤其可以规定，根据能够设定所述另一台驱动机组的运行参量的何种最大的实际值的情况来选择所述额定运行参量极限值。这个最大的实际值比如可以是可变的，并且可以取决于所述另一台驱动机组的运转参数，并且尤其可以比如通过组合特性曲线来从中求得。通过这种方式，可以以特别简单的方式来保证，可靠地实现驱动力矩的要求、尤其是驾驶员愿望。

按照另一个方面可以规定，如此选择所述额定运行参量极限值，使得所述另一台驱动机组的额定运行参量的数值不大于所述另一台驱动机组的运行参量的、最大能够设定的实际值。这以特别简单的方式保证，不向所述另一台驱动机组提出任何太高的要求。

在另一个方面中可以规定，通过用所述内燃机的额定运行参量极限值来限制所述运行参量的、根据动力传动系的状态参量、也就是尤其不取决于排放极限值所求得的、不取决于排放的额定值这种方式，来求得所述内燃机的额定运行参量。所述动力传动系在此至少包括所述内燃机和所述另一台驱动机组。

通过这种方式，可以以特别简单的方式来保证，遵守所述排放极限值。在现存的、对于内燃机的控制的实施方案上，仅仅需要进行最小的改动，用于保证遵守所述排放极限值。如果按照一种标准来最佳地求得所述运行参量的、不取决于排放的额定值，那么可能不言而喻的是：通过所规定的限制又离开关于这种标准的最佳点。但是研究已经表明，这种效应经常比较小，并且其作用因此能够忽略。

所述限制在此尤其可以规定，如果所述额定运行参量极限值通过所述绝对值极限值来产生，那么，在所述不取决于排放的额定值大于所述绝对值极限值时，所述不取决于排放的额定值就被所述绝对值极限值所取代。如果所述额定运行参量极限值通过所述梯度极限值来给定，那么比如所述额定运行参量极限值的变化就可以通过所述梯度极限值来限制。如果所述额定运行参量极限值包括多个参量极限值，那么这多个参量中的每个参量的额定值相应地就受到相应所属的极限值的限制。

按照另一个方面可以规定，通过成本函数的最大化或者最小化来求得所述内燃机的额定运行参量。这种处理方式具有以下优点：以简单的方式在关于所述排放的允许的工作点下面在实际上选择最佳的工作点。

在一个改进性的方面中可以规定，求得一种排放成本项，其中根据所述排放成本项来求得所述成本函数。这样的实施方式用于特别容易并且灵活地遵守所述能够预先给定的排放极限值。所述排放成本项在此比如通过一种组合特性曲线来产生，该组合特性曲线比如为所述额定运行参量的每个数值提供对于而后所预料的排放的评估，并且由此比如通过对于所述成本函数的、相乘的或者相加的加载来实现这一点：在所述成本函数最大化或者最小化时遵守所述能够预先给定的排放极限值。

按照另一个方面，可以规定，根据所述额定运行参量极限值来选择所述排放成本项。这允许特别容易地实现所述排放成本项。如果所述额定运行参量极限值包括所述绝对值极限值或者所述梯度极限值，则比如可以根据所述排放极限值来选择所述额定运行参量极限值。

在另一个方面中，本发明涉及一种计算机程序，该计算机程序构造用于：执行上面所描述的方法之一的所有步骤。

在另一个方面中，本发明涉及一种电子的存储介质，在该电子的存储介质上保存了这种计算机程序。

在另一个方面中，本发明涉及一种控制仪，该控制仪具有这样的电子的存储介质。

附图说明

附图示出了本发明的特别有利的实施方式。附图示出：

图1是混合动力的动力传动系的拓扑结构的示意图；

图2是按照第一种实施方式的流程图；

图3是按照第二种实施方式的流程图；并且

图4是按照第一种实施方式的流程图。

具体实施方式

图1示出了一种包括内燃机10和电动机20的动力传动系，所述电动机示范性地代表着所述另一台驱动机组。当然，也能够设想具有两台以上的驱动机组的拓扑结构。

电子控制仪30操控着所述内燃机10并且可选也操控着所述电机20。当然也能够设想，所述电机20由单独的控制仪来操控。所述按本发明的方法比如在所述控制仪30上执行。

图2示出了本发明的第一种实施方式。作为运行参量，普通地示范性地使用转矩。如上面已经描述的那样，也能够取代所述转矩而设想其它的参量。将比如由（未示出的）加速踏板传感器检测到的驾驶员愿望FW输送给第一方框300、第二方框310并且可选输送给第三方框320。此外，向所述第一方框300输送最大能够由所述电机20设定的转矩Lim_EM，该转矩比如可以从比如用于所述电机20的当前存在的工作点的组合特性曲线中求得。也可选地将这种最大能够由电机设定的转矩Lim_EM传输给第四方框330。

同样可选将（未示出的）电池的、当前的充电状态SOC传输给所述第一方框300，其中由所述电池来比如向所述电机馈电。将所述内燃机10的、当前加载的实际转矩M_ist_ICE传输给所述第一方框300和所述第二方框310。

所述第一方框300从向其输送的参量中求得全部有待施加的转矩的分配量（Aufteilung）M_ICE_EM，比如从所述驾驶员愿望FW中推导出所述转矩。由所述第一方框300在考虑到被输送给这个方框的参量的情况下从所述全部有待施加的转矩的、可能的到内燃机10及电机20上的分配中，比如求得关于所述消耗最为有效的分配。所述分配量M_ICE_EM比如可以相当于百分比说明，该百分比说明表明，所述全部有待施加的转矩的何种份额应该由所述内燃机10来施加。所述被输送给第一方框300的参量在此应该理解为示范性的参量，用于表示出所述动力传动系的状态的特征，并且就这样求得所述分配量M_ICE_EM。当然也能够设想其它的参量。

将所述分配量M_ICE_EM传输给所述第三方框320。该第三方框320对由所述第一方框300求得的最佳的分配量M_ICE_EM进行协调。也就是说，求得是否存在其它的要求，比如用于对（未示出的）催化器进行加热的要求或者类似要求。从所述最佳的分配量M_ICE_EM、驾驶员愿望FW和所提到的、可能存在的其它要求中，求得有待由所述内燃机10设定的转矩的、不取决于排放的额定值M_pre_ICE以及有待由所述电机20设定的转矩的、不取决于排放的额定值M_pre_EM。“不取决于排放”这个词在这种情况应该如此来理解，从而没有对于所述内燃机10的、排放特征参量的数值的、明确的考虑进入到这些额定值中。也在不取决于能够预先给定的排放极限值ELim的情况下求得这些额定值。

将所述有待由内燃机10设定的转矩的、不取决于排放的额定值M_pre_ICE以及所述有待由电机20设定的转矩的、不取决于排放的额定值M_pre_EM输送给所述第四方框330。

向所述第二方框310传输驾驶员愿望FW以及可选所述内燃机10的转速n、所述内燃机10的当前的转矩M_ist_ICE、所述催化器的温度TCat以及所述内燃机10的（比如加载在气缸头上的）温度T。所述第二方框310从这些参数中求得所述内燃机的当前的工作点，比如方法是：全部这些参数定义了所述工作点。可以考虑将其它的参量用于求得当前的工作点。除此以外，将所述能够预先给定的排放极限值ELim传输到所述第二方框310中，或者将其保存在那里（比如保存在存储寄存器中）。

所述第二方框310为所述内燃机10的当前的工作点求得最大可能的数值、也就是所述转矩的绝对极限值AbsLim，或者所述最大可能的时间上的变化速率、也就是所述转矩的梯度极限值GradLim，可以由所述内燃机10来设定所述最大可能的数值及所述最大可能的时间上的变化速率，而所述内燃机10的排放不超过所述能够预先给定的排放极限值ELim。在此可能的是，所述绝对极限值AbsLim和/或梯度极限值GradLim不仅包括正数值而且包括负数值、也就是不仅包括最大值也包括最小值。

所述第二方框310向所述第四方框330传输所述绝对极限值AbsLim和所述梯度极限值GradLim。所述第四方框将所述内燃机10的转矩的、不取决于排放的额定值M_pre_ICE限制到所述绝对极限值AbsLim上或者将其变化速率限制到所述梯度极限值GradLim上，并且由此求得所述内燃机10的转矩的额定值M_soll_ICE，该额定值以所熟知的方式借助于控制和/或调节机构来实现。

在此可能将所述内燃机10的转矩的额定值从不取决于排放的额定值M_pre_ICE降低到额定值M_soll_ICE，这可以通过相对于所述不取决于排放的额定值M_pre_EM来相应地提高所述电机20的转矩的额定值M_soll_EM这种方式得到补偿。现在可能的是，因此可能无法设定所述电机20的转矩的这个额定值M_soll_EM，因为其比如超过所述最大能够由所述电机20设定的转矩Lim_EM。在这样的情况中，要么可以给予由所述第二方框310求得的极限值较高程度的优先次序，并且仍然降低所述内燃机10的转矩的额定值M_soll_ICE。但是，也可以仅仅如此程度地提高所述电机20的转矩的额定值M_soll_EM，使得其不超过所述最大能够设定的转矩Lim_EM，并且可以仅仅如此程度地降低所述内燃机10的转矩的额定值M_soll_ICE，直到所述两个额定值M_soll_ICE和M_soll_EM的总和相当于与驾驶员愿望FW相对应的总转矩。

图3示出了本发明的另一种实施方式。向第五方框400传输驾驶员愿望FW、所述内燃机10的转速n以及所述电池的充电状态SOC。方框400实施一种优化，并且在所述输入参量的基础上求得所述内燃机10的转矩的额定值M_soll_ICE以及所述电机20的转矩的额定值M_soll_EM。也就是说，在方框400中实施一种成本函数的最大化或者最小化，其中所述成本函数比如将所述内燃机10的燃料消耗描绘成所述内燃机10的运转参数的函数，并且可选地描绘成所述电机20的运转参数的函数。

第六方框410同样接收所述内燃机10的转速n、所述内燃机10的当前的转矩MM_ist_ICE以及所述催化器的温度TCat和所述内燃机的温度T。方框410从这些参量中求得一种排放成本项E_cost。将所述排放成本项E_cost传输给所述第五方框400，并且该排放成本项E_cost比如是一种组合特性曲线，该组合特性曲线根据所述内燃机10的运转参数来求得所述排放特征参量的估算值。

同样向所述第五方框400传输所述能够预先给定的排放极限值ELim。所述第五方框400以所熟知的方式（比如方法是：从排放成本项E_cost和排放极限值ELim中求得“罚函数”）从所述排放极限值ELim及所述排放成本项E_cost中通过用不等式辅助条件进行的优化（所述不等式辅助条件在于：所述排放成本项E_cost不得超过所述排放极限值ELim）来求得所述内燃机10的转矩的额定值M_soll_ICE或者所述电机20的转矩的额定值M_soll_EM。

图4示出了本发明的第三种实施方式。第七方框510在此（又通过优化）来求得所述内燃机10的转矩的额定值M_soll_ICE和所述电机20的转矩的额定值M_soll_EM。

第八方框520根据能够预先给定的排放极限值ELim并且可选地根据所述内燃机10的转速n、根据所述内燃机10的当前的转矩M_ist_ICE、根据所述内燃机10的温度T以及所述催化器的温度TCat来求得所述内燃机10的转矩M的绝对值极限值AbsLim。

第九方框530根据所述可选的参量-所述内燃机10的转速n、所述内燃机10的温度T和所述催化器的温度TCat来求得所述内燃机10的转矩M的梯度极限值GradLim。

将绝对极限值AbsLim和梯度极限值GradLim传输给第十方框540，同样正如可选的那样，将所述内燃机10的转速n传输给第十方框540。所述第十方框从不应该被超过的绝对极限值AbsLim和梯度极限值GradLim中求得相应的成本函数AbsCost和GradCost，将所述成本函数AbsCost和GradCost（比如作为组合特性曲线）传输给所述第七方框510。AbsCost和GradCost在所述第七方框510中对所述成本函数进行的优化中用于遵守所述不等式辅助条件。

在第七方框510中得到优化的成本函数比如作为所述内燃机的成本函数ICE_cost和所述电机的成本函数EM_cost的总和来产生。

对于本领域的技术人员来说，不言而喻，这里所描述的构件和信号全部可以以软件的形式来实现，但是也可以全部作为硬件来实现，但是也可以部分地作为硬件并且部分地作为软件来实现。

Claims (15)

1.用于求得内燃机（10）的额定运行参量（M_soll_ICE）的方法，其中根据一种额定运行参量极限值（AbsLim、GradLim）来选择所述额定运行参量（M_soll_ICE），其特征在于，如此求得所述额定运行参量极限值（AbsLim、GradLim），使得所述内燃机（10）的排放特征参量的数值小于能够预先给定的排放极限值（ELim）。

2.按权利要求1所述的方法，其中所述额定运行参量极限值包括一种绝对值极限值（AbsLim）或者梯度极限值（GradLim）。

3.按权利要求1或2所述的方法，其中根据所述内燃机（10）的额定运行参量（M_soll_ICE）来选择另一台驱动机组（20）的额定运行参量（M_soll_EM）。

4.按权利要求3所述的方法，其中如此选择所述另一台驱动机组（20）的额定运行参量（M_Soll_EM），使得一种能够预先给定的总额定运行参量等于驾驶员期望运行参量（FW）。

5.按权利要求3或4所述的方法，其中根据能够设定所述另一台驱动机组（20）的运行参量的、何种最大的实际值（Lim_EM）的情况来选择所述额定运行参量极限值（AbsLim、GradLim）。

6.按权利要求5所述的方法，其中如此选择所述额定运行参量极限值（AbsLim、GradLim），使得所述另一台驱动机组（20）的额定运行参量（M_soll_EM）的数值不大于所述另一台驱动机组（20）的运行参量的最大能够设定的实际值（Lim_EM）。

7.按前述权利要求中任一项所述的方法，其中通过用所述内燃机（10）的额定运行参量极限值（AbsLim、GradLim）来限制所述内燃机（10）的运行参量（M_pre_ICE）的、根据动力传动系的状态参量（Lim_EM、SOC、n、M_ist_ICE）所求得的、不取决于排放的额定值这种方式，来求得所述内燃机（10）的额定运行参量（M_soll_ICE）。

8.按权利要求1到6中任一项所述的方法，其中通过成本函数的最大化或者最小化来求得所述内燃机（10）的额定运行参量（M_soll_ICE）。

9.按权利要求8所述的方法，其中求得一种排放成本项（E_cost、Abs_cost、Grad_cost），其中根据所述排放成本项（E_cost、Abs_cost、Grad_cost）来求得所述成本函数。

10.按权利要求9所述的方法，其中根据所述额定运行参量极限值（AbsLim、GradLim）来选择所述排放成本项（Abs_cost、Grad_cost）。

11.按权利要求9和权利要求2所述的方法，其中根据所述能够预先给定的排放极限值（ELim）来求得所述绝对值极限值（AbsLim）。

12.按权利要求9和权利要求2所述的方法，其中根据所述排放极限值来选择所述梯度极限值（GradLim）。

13.计算机程序，该计算机程序构造用于：执行按权利要求1到12中任一项所述的方法之一的所有步骤。

14.电子的存储介质，在该电子的存储介质上保存了按权利要求13所述的计算机程序。

15.控制仪（1），该控制仪被设立用于执行按权利要求1到12中任一项所述的方法的所有步骤。