CN107531234A - 根据效率控制使用混合动力运输工具原动机作为内燃机的补充的控制方法和控制装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于根据所需的转矩控制由混合动力运输工具(V)的动力系统的内燃机(MT)和至少两个原动机(MM1‑MM2)产生的转矩的使用的装置(DC),所述内燃机与变速箱(BV)联结,所述所需的转矩取决于驾驶员的行动意愿。该装置(DC)配置用于当在给定时刻上所述变速箱(BV)的输出端处发送的且来自于由所述内燃机(MT)产生的最大化转矩的转矩小于所需的转矩时确定在该给定时刻上由所述原动机(MM1‑MM2)提供的效率,然后命令使用由提供了经确定的所述效率中的最优效率的原动机产生的转矩的至少一部分作为所述由所述内燃机(MT)产生的最大化转矩的补充,以获得所述所需的转矩。
Description
技术领域
本发明涉及具有动力系统的混合动力运输工具,所述动力系统包括内燃机和至少两个原动机,本发明更确切地涉及控制在这种混合动力运输工具中使用原动机作为所述内燃机的补充。
背景技术
此处“原动机”理解成配置用于提供转矩来使运输工具移动的非内燃机,所述非内燃机单独地使用或者作为内燃机的补充地使用。所述原动机可例如为电机(或电动机)、液压机、气动机(或空气压缩机)、或惯性飞轮。
上述混合动力运输工具(尤其是机动类型的混合动力运输工具)通常提供至少三种不同的行驶模式。在称作“热力”的第一模式中,仅使用内燃机来使运输工具移动。在称作“零排放运输工具”(或ZEV)的第二模式中,仅使用至少其中一个非热力原动机来使运输工具移动。在称作“混合动力”的第三模式中,作为内燃机的补充地使用至少其中一个原动机来使运输工具移动。该第三模式通常用于使燃料消耗最小化,或用于增加功率(“boost”模式),又或用于增加原动机的数量以改善行驶性能。
当运输工具按照第三模式行驶时,所使用的原动机通常取决于所追求的目标(使燃料消耗最小化、或增加功率、或改善行驶性能或车况(根据原动机的联结模式:相对于在内燃机上的直接挂接的接合/连接包括本身熄灭的内燃机的旋转,所述本身熄灭的内燃机是声音干扰和振动干扰的生成器))。这是由运输工具的驾驶员在研究、测试和仿真之后决定的程序导致的。然而,通过编程的该运行模式需考虑由所述驾驶员强加的(在速度上或负载上的)运行点,并因此需适用于连续地优化。
发明内容
因此,本发明的目的尤其在于改善上述情况。
本发明尤其提供了一种用于根据所需的转矩控制由混合动力运输工具的动力系统的内燃机和至少两个原动机产生的转矩的使用的方法,所述内燃机与变速箱联结,所述所需的转矩取决于所述运输工具的驾驶员的行动意愿。
该方法的特征在于,该方法包括步骤:
-当在给定时刻上所述变速箱的输出端处发送的且来自于由所述内燃机产生的最大化转矩的转矩小于所需的转矩时,确定在该给定时刻上由所述原动机提供的效率,然后,
-使用由提供了经确定的所述效率中的最优效率的原动机产生的转矩的至少一部分作为所述由所述内燃机产生的最大化转矩的补充,以获得所述所需的转矩。
通过在混合动力模式中使用提供了效率中的最优效率的所述原动机,优化了所述运输工具的性能,同时控制了所述运输工具的燃料消耗。
根据本发明的方法可包括可单独或组合采用的其它特征,尤其是:
-可根据所考虑的原动机的已知技术特征和根据在给定时刻上该原动机可使用的用于产生转矩的能量确定每个效率;
-当所述由所述内燃机产生的最大化转矩与由提供了经确定的所述效率中的最优效率的原动机产生的最大化转矩之和小于所述所需的转矩时,(在所考虑的时刻上)使用由未提供经确定的所述效率中的最优效率的原动机产生的转矩的至少一部分作为补充;
-当所使用的作为所述内燃机的补充的原动机的经确定的效率变得小于其它原动机的经确定的效率时,可使用由该其它原动机产生的转矩的至少一部分作为由在此之前使用的原动机产生的转矩的替换并且作为由所述内燃机产生的最大化转矩的补充;
-所述驾驶员的行动意愿可由所述运输工具的油门踏板的下沉等级和/或所述运输工具的刹车踏板的下沉等级限定,又或由所述运输工具的速度的自动调节或伺服系统的启用限定。所述驾驶员的该行动意愿可表示成所涉及的转矩产生构件的第一轴上的转矩计、或者轮上的转矩计。
本发明还提供了一种用于根据所需的转矩控制由混合动力运输工具的动力系统的内燃机和至少两个原动机产生的转矩的使用的装置,所述内燃机与变速箱联结,所述所需的转矩取决于所述运输工具的驾驶员的行动意愿。
该装置的特征在于,该装置配置用于当在给定时刻上所述变速箱的输出端处发送的且来自于由所述内燃机产生的最大化转矩的转矩小于所需的转矩时:
-确定在该给定时刻上由所述原动机提供的效率,然后;
-命令使用由提供了经确定的所述效率中的最优效率的原动机产生的转矩的至少一部分作为所述由所述内燃机产生的最大化转矩的补充,以获得所述所需的转矩。
本发明还提供了一种混合动力运输工具,所述混合动力运输工具任选地为机动类型的并且包括:一方面,动力系统,所述动力系统包括内燃机和至少两个原动机,所述内燃机与变速箱联结,以及另一方面,上文所述类型的控制装置。
例如,每个原动机可(至少)从电动机、液压机、气动机和惯性飞轮中选择。
附图说明
通过阅读下文的详细说明和附图,本发明的其它特征和优点将更加清楚,在所述附图中:
-图1示意性且功能性示出了一种混合动力运输工具,所述混合动力运输工具包括传动链和装配有根据本发明的控制装置的监控计算机,以及
-图2从上到下示意性示出了混合动力运输工具中的所需的转矩(c1)的随时间演变曲线图的第一示例、所述混合动力运输工具的速度(c2)的随时间演变曲线图的第二示例、所述混合动力运输工具中的内燃机的转矩设定值(c3)以及附加转矩设定值(c4)的随时间演变曲线图的第三示例、所述混合动力运输工具的第一原动机(c5)和第二原动机(c6)的效率(η)的随时间演变曲线图的第四示例、以及由所述混合动力运输工具的第一原动机(c7)和第二原动机(c8)产生的用于确保所述附加转矩(c4)的转矩的随时间演变曲线图的第五示例。
具体实施方式
本发明的目的尤其在于提供一种控制方法以及一种相关联的控制装置DC,所述控制方法和所述控制装置用于能够控制由混合动力运输工具V的动力系统的内燃机MT和至少两个原动机MMj产生的转矩的使用。
在下文中,作为非限制性示例,认为混合动力运输工具V是机动类型的。所述混合动力运输工具例如为轿车。但本发明并不限于该类型的混合动力运输工具。事实上,本发明涉及陆上或海上(或河上)又或航空的任何类型的包括动力系统的混合动力运输工具,所述动力系统包括内燃机MT和至少两个原动机MMj。
注意到,此处“原动机”理解成配置用于提供转矩来使运输工具移动的非内燃机,所述非内燃机单独地使用或者作为内燃机的补充地使用。
此外,此处“内燃机”理解成消耗燃料或化学产物的发动机。因此,在航空领域中,所述内燃机可尤其为喷气发动机、涡轮喷气发动机或化学发动机。
在下文中,作为非限制性示例,认为原动机MMj是电动类型的。但本发明不限于该类型的原动机。因此,本发明还尤其涉及液压机(或液压发动机)、气动(或空气压缩)机(或发动机)和惯性飞轮。此外,注意到,原动机MMj可为不同类型的。
图1上示意性示出了一种混合动力运输工具V,所述混合动力运输工具包括(具有动力系统的)传动链、能够监控(或管理)所述传动链的运行的监控计算机CS、以及根据本发明的控制装置DC。
所述动力系统包括内燃机MT、发动机轴AM、离合器EM、变速箱BV、第一传动轴AT1、至少两个原动机MMj(此处为电动机)、用于其中一个所述原动机MMj的联结/解联部件MC、第二传动轴AT2、第一能量(此处为电能)存储部件MS1。
在下文中,作为非限制性示例,认为所述动力系统仅包括第一原动机(此处为电动机)MM1(j=1)和第二原动机(此处为电动机)MM2(j=2),所述第一原动机(此处为电动机)和所述第二原动机(此处为电动机)与低电压(例如大约220V)类型的第一(电能)能量存储部件MS1联结。但所述动力系统可包括多于两个原动机。
注意到,如图1上所示,第一原动机MM1和第二原动机MM2优选地经由DC/DC类型的换流器ON与所述第一能量存储部件MS1联结。
例如,第一传动轴AT1负责(优选地经由前差速器DV)驱动所述运输工具V的前桥TV的轮旋转,而第二传动轴AT2负责(优选地经由后差速器DR)驱动所述运输工具V的后桥TR的轮旋转。但反过来也是可能的。
内燃机MT包括曲轴(未示出),所述曲轴与发动机轴AM固定地连成一体,以便驱动该发动机轴AM旋转。
变速箱BV包括:至少一个输入(或第一)轴,所述至少一个输入(或第一)轴用于经由离合器EM接收由所述内燃机MT产生的第一转矩,以及输出轴,所述输出轴用于经由输入轴AE接收该第一转矩,以便将该第一转矩传递到与所述输出轴联结的第一传动轴AT1,并且所述第一传动轴(此处)经由前差速器DV与运输工具V的前轮间接联结。例如,离合器EM包括与发动机轴AM固定地连成一体的发动机飞轮并且与变速箱BV的输入轴固定地连成一体的离合器盘。
注意到,变速箱BV可为自动的或者非自动的。因此,所述变速箱可为自动变速器、手动操控或非手动操控变速器、或双离合器变速器(或DCT)。
内燃机MT可产生第一转矩,所述第一转矩在最小转矩与最大转矩c3Max之间并且可由根据本发明的控制装置DC确定。
此处所述联结/解联部件MC负责在监控计算机CS的指令下使第一原动机MM1与第二传动轴AT2联结/解联,以便由于存储在第一存储部件MS1中的能量而将由所述第一原动机产生的第二转矩c7传递到第二传动轴AT2,所述第二传动轴经由后差动器DR与运输工具V的(此处)后轮间接联结。该联结/解联部件MC例如为具有接合套的机构又或离合器。
第二原动机MM2与内燃机MT联结。所述第二原动机例如为交流起动器,所述交流起动器负责发动内燃机MT以便使所述内燃机能够起动,其中包括存在控制停止和自动重启的(或“stop and start(停启)”)系统的情况,以及所述交流起动器负责产生用于经由离合器EM和变速箱BV传送到第一传动轴AT1的第三转矩c8。所述第三转矩c8的该产生由于存储在第一存储部件MS1中的能量而进行。
还注意到,在图1上所示的非限制性示例中,所述传动链还包括应急起动器DS,所述应急起动器负责发动内燃机MT,以便当第二原动机MM2例如由于电能存储部件MS1未布置有足够的电能而不能够使所述内燃机起动时使所述内燃机能够起动。该应急起动器DS不是必须的,此处该应急起动器经由DC/DC类型的转换器CV与极低压(例如12V或24V)类型的第二存储部件MS2联结。该转换器CV还可如图所示地与换流器ON并且与第一电能存储部件MS1联结。例如,第二存储部件MS2配置成电池的形式。
内燃机MT、第一原动机MM1和第二原动机MM2、联结/解联部件MC的运行可由监控计算机CS控制。该监控计算机CS尤其能够使混合动力运输工具V按照至少三种不同的行驶模式运行。在称作“热力”的第一模式中,仅使用内燃机MT来使(混合动力)运输工具V移动。在称作“零排放运输工具”(或ZEV)的第二模式中,仅使用至少其中一个原动机MMj来使运输工具V移动。在称作“混合动力”的第三模式中,作为内燃机MT的补充地使用至少其中一个原动机MMj来使运输工具V移动。
如上文所指出的,本发明提出在运输工具V中实施一种用于能够控制由混合动力运输工具V的内燃机MT以及至少第一原动机MM1和第二原动机MM2分别产生的转矩c3、c7、c8的使用的方法。
这种方法可通过控制装置DC实施。在图1上所示的非限制性示例中,控制装置DC作为监控计算机CS的一部分。但这不是必须的。事实上,该(控制)装置DC可为与监控计算机CS直接或间接地联结的设备。因此,控制装置DC可实施成软件(或信息或者“software”)模块的形式,又或实施成电子电路(或“hardware”)与软件模块组合的形式。
根据本发明的控制方法包括当在给定时刻上变速箱BV的输出端处发送的且来自于由所述内燃机MT产生的最大化转矩c3max的转矩小于由监控计算机CS所需的转矩c1时被发起的步骤。也就是说,一方面当运输工具V处于热力行驶模式时,并且另一方面当由所述内燃机MT产生的第一转矩为最大化的(c3max)并且不足以获得所需的转矩c1时,该步骤起动。
该所需的转矩c1由监控计算机CS至少根据运输工具V的驾驶员的行动意愿确定。所述行动意愿例如至少由运输工具V的油门踏板的下沉等级和/或所述运输工具V的刹车踏板的下沉等级限定,又或由所述运输工具V的速度的自动调节或伺服系统的启用限定。所述驾驶员的该行动意愿可表示成所涉及的转矩产生构件的第一轴上的转矩计、或者轮上的转矩计。注意到,该所需的转矩c1还可根据与运输工具V(及其状态)有关的至少一个其它信息确定,所述至少一个其它信息例如为运输工具V的即时速度、所述运输工具V的即时倾斜度(由于所述运输工具在其上移动的道路的坡度)、或者原动机MMj的使用约束(例如极限使用温度)和/或内燃机MT的使用约束。
当所述步骤为了上述原因而在给定时刻上被发起时,(控制装置DC)开始于确定在该给定时刻上由原动机MMj提供的效率ηj。然后,使用由提供了经确定的效率ηj中的最优效率的原动机MMj产生的转矩的至少一部分作为由所述内燃机MT产生的最大化转矩c3max的补充,以获得所需的转矩c1。该使用由装置DC命令并且由监控计算机CS控制。由至少一个原动机MMj产生的转矩为附加转矩c4,使得c4=c1-c3max。
理解到,当所述步骤被发起时,运输工具V从热力行驶模式转换到混合动力行驶模式,在所述混合动力行驶模式中,所述运输工具使用内燃机MT和在所考虑的时刻上提供了效率ηj中的最优效率的原动机MMj。这能够优化运输工具V的性能,同时控制了燃料消耗。
例如,可根据所考虑的原动机MMj的已知技术特征和根据在给定时刻上该原动机MMj可使用的用于产生转矩的能量确定每个效率ηj。所述发动机的效率主要(通过模拟或测验)由在转速/转矩的范围中的运行点示出。该效率取决于所考虑的转矩产生构件的物理特征(所运用的技术以及所述技术的配置)。所述效率示出了任何能量转变的性能等级。在能量转变期间发生不可逆的热力学交换。这些不可逆性称作“损失”。为了显示所述构件效率的特征,在所述转速/转矩的范围中,可将摩擦损失、由于焦耳效应的损失(热损失)视作标准,还可将转子和/或定子的温度、(在电动原动机的情况下的)专用存储器的负载等级视作标准,又或将流体或气体的温度、气体的压力或(在液压或气动类型的原动机的情况下的)专用存储器的状态视作标准,又或将(在惯性飞轮类型的原动机的情况下的)油温视作标准,又或将空气的温度和燃烧室的温度以及(在内燃机的情况下的)空气中的氧气比率视作标准。
注意到,当由所述内燃机MT产生的最大化转矩c3max与由提供了经确定的效率ηj中的最优效率的原动机MMj产生的最大化转矩之和小于所需的转矩c1时,特别有利地,使用由未提供经确定的效率ηj中的最优效率的原动机MMj'(j'≠j)产生的转矩的至少一部分作为补充。该使用由装置DC命令并且由监控计算机CS控制。也就是说,当内燃机MT和具有最优效率的原动机MMj一起也不足以产生所需的转矩c1时,则使用用于产生附加转矩的至少一个其它原动机MMj'作为补充。
还注意到,当在开始时所使用的作为所述内燃机MT的补充的原动机MMj的经确定的效率ηj变得小于其它原动机MMj'(j'≠j)的经确定的效率时,特别有利地,使用由该其它原动机MMj'产生的转矩的至少一部分作为由在此之前使用的原动机MMj产生的转矩的替换并且作为由所述内燃机MT产生的最大化转矩c3max的补充。该使用由装置DC命令并且由监控计算机CS控制。
图2的五个曲线图上示意性示出了运输工具V在行驶阶段期间的不同参数的随时间演变示例。
最高处的第一曲线图示出了运输工具V中的所需的转矩c1的随时间演变曲线。刚好安置在所述第一曲线图之后的第二曲线图示出了运输工具V的速度c2的随时间演变曲线,所述演变来自于借助于装置DC实施的对内燃机MT的转矩(c3)以及原动机MMj转矩(c7和c8)的控制。刚好安置在所述第二曲线图之后的第三曲线图示出了内燃机MT的转矩c3的设定值的随时间演变曲线以及需在运输工具V中补充c3的附加转矩设定值c4(c4=c1-c3max)的随时间演变曲线。刚好安置在所述第三曲线图之后的第四曲线图示出了运输工具V的分别第一原动机MM1和第二原动机MM2的效率η1和η2的随时间演变曲线。刚好安置在所述第四曲线图之后的第五(最后)曲线图示出了由运输工具V的第一原动机MM1和第二原动机MM2分别产生的转矩c7和c8的随时间演变曲线。
在时刻t0(包括在内)与时刻t1(不包括在内)之间,由所述内燃机MT产生的转矩c3足以获得不断增大的所需的转矩c1。运输工具V因此处于热力行驶模式。
在时刻t1上,所需的转矩c1继续增大,由所述内燃机MT产生的转矩c3达到最大化值c3max,并且所述方法的步骤被发起。
在时刻t1(包括在内)与时刻t2(不包括在内)之间,由所述内燃机MT产生的转矩c3不足以获得所需的转矩c1,并且因此需要(由附加转矩设定值c4限定的)附加转矩。例如,在t1与t2之间,确定出第一原动机MM1为提供了最优效率η1的原动机(看见曲线c5暂时处在曲线c6上方)。所述附加转矩设定值c4因此限定第一原动机MM1需使用存储在第一存储部件MS1中的能量产生的转矩c7,以补充由所述内燃机MT产生的最大化转矩c3max并且因此能够获得所需的转矩c1。此后,所述运输工具V因此处于混合动力行驶模式。
在时刻t2(包括在内)与时刻t3(不包括在内)之间,所需的转矩c1重新变得小于由所述内燃机MT产生的最大化转矩c3max。因此,所述附加转矩设定值c4为零并且不再需要要求第一原动机MM1产生转矩(曲线c7和c8的值因此为零)。所述运输工具V再次处于热力行驶模式。
在时刻t3(包括在内)与时刻t4(不包括在内)之间,由所述内燃机MT产生的转矩c3再次不足以获得所需的转矩c1,并且因此再次需要(由附加转矩设定值c4限定的)附加转矩。例如,在t3与t4之间,确定出第二原动机MM2为提供了最优效率η2的原动机(看见曲线c6暂时处在曲线c5上方)。所述附加转矩设定值c4因此限定第二原动机MM2需使用存储在第一存储部件MS1中的能量产生的转矩c8,以补充由所述内燃机MT产生的最大化转矩c3max并且因此能够获得所需的转矩c1。所述运输工具V因此再次处于混合动力行驶模式。
在时刻t4上,所需的转矩c1继续增大,内燃机MT和第二原动机MM2一起也不能够产生足以获得所述所需的转矩的足够的转矩。此处,这是由第二原动机MM2产生的转矩达到最大化值c8max导致的。所述装置DC因此命令由第一原动机MM1产生附加转矩。所述附加转矩设定值c4因此限定由第一原动机MM1和第二原动机MM2分别产生的转矩c7与c8之和。所述运输工具V因此一直处于混合动力行驶模式。
本发明提供了多个优点,所述多个优点包括:
-本发明能够限制功率分流功能(由原动机充能,所述原动机用于由其它原动机提供功率),这能够避免无用的电力损耗,
-本发明使混合动力运输工具能够通过使混合动力能量支出优先化提供优化的性能,以便控制燃料消耗,
-因为至少一个原动机可根据经选择的行驶模式来请求,本发明能够优化每个行驶模式之间的混合动力运输工具性能配型(typage)。
Claims (9)
1.一种控制方法,所述控制方法根据所需的转矩控制由混合动力运输工具(V)的动力系统的内燃机(MT)和至少两个原动机(MMj)产生的转矩的使用,所述内燃机与变速箱(BV)联结,所述所需的转矩取决于所述运输工具(V)的驾驶员的行动意愿,其特征在于,所述控制方法包括步骤:当在给定时刻上所述变速箱(BV)的输出端处发送的且来自于由所述内燃机(MT)产生的最大化转矩的转矩小于所需的转矩时,确定在所述给定时刻上由所述原动机(MMj)提供的效率,然后使用由提供了经确定的所述效率中的最优效率的原动机(MMj)产生的转矩的至少一部分作为所述由所述内燃机(MT)产生的最大化转矩的补充,以获得所述所需的转矩。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,根据所考虑的原动机(MMj)的已知技术特征和根据在给定时刻上所述原动机(MMj)可使用的用于产生转矩的能量确定每个效率。
3.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,当所述由所述内燃机(MT)产生的最大化转矩与由提供了经确定的所述效率中的最优效率的原动机(MMj)产生的最大化转矩之和小于所述所需的转矩时,使用由未提供经确定的所述效率中的最优效率的原动机(MMj')产生的转矩的至少一部分作为补充。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法,其特征在于,当所使用的作为所述内燃机(MT)的补充的原动机(MMj)的经确定的效率变得小于其它原动机(MMj')的经确定的效率时,使用由所述其它原动机(MMj')产生的转矩的至少一部分作为由在此之前使用的原动机(MMj)产生的转矩的替换并且作为由所述内燃机(MT)产生的最大化转矩的补充。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法,其特征在于,所述驾驶员的行动意愿由所述运输工具(V)的油门踏板的下沉等级和/或所述运输工具(V)的刹车踏板的下沉等级限定,或由所述运输工具(V)的速度的自动调节或伺服系统的启用限定。
6.一种控制装置(DC),所述控制装置根据所需的转矩控制由混合动力运输工具(V)的动力系统的内燃机(MT)和至少两个原动机(MMj)产生的转矩的使用,所述内燃机与变速箱(BV)联结,所述所需的转矩取决于所述运输工具(V)的驾驶员的行动意愿,其特征在于,所述控制装置配置用于当在给定时刻上所述变速箱(BV)的输出端处发送的且来自于由所述内燃机(MT)产生的最大化转矩的转矩小于所需的转矩时确定在所述给定时刻上由所述原动机(MMj)提供的效率,然后命令使用由提供了经确定的所述效率中的最优效率的原动机(MMj)产生的转矩的至少一部分作为所述由所述内燃机(MT)产生的最大化转矩的补充,以获得所述所需的转矩。
7.一种包括动力系统的混合动力运输工具(V),所述动力系统包括内燃机(MT)和至少两个原动机(MMj),所述内燃机与变速箱(BV)联结,其特征在于,所述混合动力运输工具还包括根据权利要求6所述的控制装置(DC)。
8.根据权利要求7所述的运输工具,其特征在于,每个原动机(MMj)从包括电动机、液压机、气动机和惯性飞轮的组中选择。
9.根据权利要求7或8所述的混合动力运输工具,其特征在于,所述混合动力运输工具是机动类型的。
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