CN111204327A - 用于运行机动车中的混合驱动系统的方法和装置 - Google Patents

用于运行机动车中的混合驱动系统的方法和装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于运行针对机动车的混合驱动系统（1）的方法，该机动车带有内燃机（2）和电驱动器，内燃机带有经废气驱动的增压装置（24），该增压装置通过电的支持驱动器（28）支持，该方法具有下列步骤：‑预测（S1）针对前进的行驶路径的负荷要求的走势；‑根据负荷要求的所预测的走势求出（S2）电蓄能器的目标充电状态的所预测的走势；‑按照混合运行策略，根据目标充电状态的所预测的走势确定（S3、S4）负荷分配和电的支持驱动器的驱动或回收功率；‑按照所确定的负荷分配运行（S6、S7）混合驱动系统并且按照所确定的驱动或回收功率运行电的支持驱动器。

Description

用于运行机动车中的混合驱动系统的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种用于机动车的带有电驱动器的混合驱动系统。本发明还涉及一种用于混合驱动系统的运行策略，该混合驱动系统带有经增压的内燃机，该内燃机带有废气驱动的增压装置，该增压装置具有电的辅助驱动器。
背景技术
用于机动车的混合驱动系统通常具有以合适的方式配合作用的内燃机和电驱动器，以便为机动车提供总驱动力矩。运行策略通常规定了在驱动设备之间的负荷分配，驱动设备通常具有这样的目标，即，尽可能最小化燃料消耗并且在有待行驶的行驶路径启程期间使为电驱动器提供能量的电蓄能器放电。除了瞬时车辆状态外，为此也考虑到了预测的车辆状态，所述预测的车辆状态由对还要行驶的行驶路径的观测得出。
针对混合驱动系统的所预测的运行策略同样规定，在惯性运行（Schubbetrieb）时或在下坡行驶时回收车辆的动能并且通过驱动马达的发电运行相应地给电蓄能器充电。
关于这一点，已知能量管理策略，能量管理策略在较长的下坡行驶之前降低电蓄能器的充电状态，以便尽可能提高用于电蓄能器的回收的充电电位。
在此，在各种情况下通过利于电驱动器地调整负荷分配来降低电蓄能器的充电状态。因此在预期的回收运行之前由电驱动器提供较大份额的驱动功率。
发明内容
按照本发明，规定了一种按照权利要求1所述的用于运行带有经增压的内燃机和电驱动器的混合驱动系统的方法以及一种按照并列权利要求所述的用于机动车的混合驱动系统。
进一步的设计方案在从属权利要求中说明。
按照另一个方面，规定了一种用于运行针对机动车的混合驱动系统的方法，该混合驱动系统带有内燃机和电驱动器，内燃机带有通过电的支持驱动器支持的废气驱动的增压装置，其中，支持驱动器和电驱动器与电蓄能器联接，以便从这个电蓄能器获得电能或者通过相应的回收运行将电能输送给这个电蓄能器，所述方法具有下列步骤：
- 预测针对前进的行驶路径的负荷要求的走势；
- 根据负荷要求的所预测的走势求出电蓄能器的目标充电状态的所预测的走势；
- 按照混合运行策略，根据目标充电状态的所预测的走势确定负荷分配和电的支持驱动器的驱动或回收功率，负荷分配说明了内燃机和电驱动器对驱动系统的总驱动力矩的负荷贡献；
- 按照所确定的负荷分配运行混合驱动系统并且按照驱动或回收功率运行电的支持驱动器。
上述方法基于基础思想，即，在驱动系统的混合运行期间，根据机动车的所预测的运行状态将电蓄能器的充电状态调整到目标充电状态。所预测的运行状态可以例如由路径信息、有关已行驶的行驶路径的历史信息和其它环境信息以本身公知的方式推导出并且作为驱动系统的在前进的路程上的负荷要求提供。基于所述负荷要求，视运行策略而定得出了一种负荷分配，该负荷分配说明，应当由电驱动器提供多少负荷贡献并且应当由内燃机提供多少负荷贡献。
视针对前进的行驶路径的负荷要求的所预测的走势而定，可以根据当前的运行状态来说明，必须由电驱动器提供多少负荷贡献。所述负荷贡献可以对应正的负荷力矩或负的负荷力矩。当电驱动器的正的负荷力矩包括来自蓄能器的电能到机械的驱动能量的转化时，通过所谓的回收运行提供电驱动器的负的负荷力矩，在回收运行中，机动车的机械的运动能量通过电驱动器的发电运行被转换成电能。这样提供的电回收能量可以用于给电蓄能器充电。
视从电蓄能器调用电功率或者将电能率补充给这个电蓄能器的长度或持续时间而定，可以使充电状态接近完全放电或完全充电。这可能在特殊情况下导致，在电蓄能器完全充电的情况下不再可能有回收能量用于蓄能器的充电。此外还可以想到的是，以预测的运行方式识别前进的路段，通过该前进的路段获得比可以在电蓄能器中基于其高充电状态或小的可用充电容量（电能接收容量）所能储存的更多的回收能量。由此至少部分取消了回收能量的可能性，即使通过纯电动的行驶运行直至这个前进的路段，充电状态都无法相应地减小。此外，现在必须通过摩擦制动器造成机动车的由回收引起的制动力矩，摩擦制动器因此被磨损。
因此规定，混合驱动系统的内燃机配设有废气驱动的增压装置，该增压装置额外具有电的支持驱动器。所述支持驱动器使得能够在从电蓄能器提取电功率的情况下在提高的增压压力下提供附加的增压功率来提供增压空气。此外，所述支持驱动器可以通过将废弃焓的转化在发电运行中提供电功率来给电蓄能器充电。这使得能在电蓄能器的充电状态与由预测的运行策略预定的目标充电状态匹配时利用进一步的自由度。
因此可以例如为了降低电蓄能器的充电状态而通过提高增压贡献的份额（通过提高用于电的支持驱动器的功率来提高增压贡献的份额）提供目标增压压力。同时通过利用废气焓而使用较小的增压贡献用于驱动增压装置的压缩机。废气背压因此减小，并且内燃机可以更为有效地运行。因此提供了另一种可能性，即，在混合驱动系统的驱动力矩由电驱动器的和内燃机的负荷贡献共同提供的运行阶段期间，既通过电驱动器的电动的运行也通过增压装置的支持驱动器的电动运行来降低电蓄能器的充电状态。
此外，可以借助还要行驶的行驶路径并且借助有关时间或路径的地图信息预测特别是形式为有待提供的总驱动力矩的负荷要求的走势，其中，尤其考虑到了速度预定、行驶车道下坡或行驶车道上坡和/或天气条件和/或交通状况。
可以规定，当确认了在识别到前进的行驶路径的下坡时通过电驱动器提供基于蓄能器的充电状态而无法储存的回收能量时，操控支持驱动器以支持增压。
可以备选或附加地规定，当确认了，在识别到前进的行驶路径的上坡时确定了针对电驱动器的驱动能量的需求（所述需求基于蓄能器的所预测的充电状态不能被调用）时，激活电的支持驱动器和/或电驱动器以接收所储存的能量。
尤其可以在为了限制废气温度而规定了混合润滑的运行方式的情况下，使到支持驱动器的功率输入相比到电驱动器的功率输入更为优先。
备选或附加地可以尤其在贫气运行的内燃机中用变速器在换挡间隔期间操控支持驱动器以支持增压，以便避免由增压装置的压缩机提供的增压压力的崩塌。
可以规定，当确认了，在识别到在前进行驶路径中的上坡时确定了对用于电驱动器的驱动能量的需求（该需求基于蓄能器的所预测的充电状态无法被调用）时，操控支持驱动器以借助支持驱动器从废气质量流回收电能和/或操控电驱动器以产生电能。
此外，在内燃机的低负载下，电驱动器可以优选用于产生电能，在内燃机的平均负载下，电驱动器和支持驱动器共同用于产生电能，并且在内燃机的高负载下，支持驱动器优选用于从废气回收电能。
按照一个实施例，根据内燃机的运行方式来允许或禁止电的支持驱动器的按照所确定的驱动或回收功率的运行，并且特别是在规定了内燃机的运行的混合润滑的用于限制废气温度的运行方式下加以禁止。
按照另一个方面，规定了一种用于运行针对机动车的混合驱动系统的装置，混合驱动系统带有内燃机和电驱动器，内燃机带有经废气驱动的增压装置，该增压装置通过电的支持驱动器支持，其中，支持驱动器和电驱动器与电蓄能器联接，以便从这个电蓄能器获得电能或者通过相应的回收运行将电能输送给这个电蓄能器，其中，该装置构造用于：
- 预测针对前进的行驶路径的负荷要求的走势；
- 根据负荷要求的所预测的走势求出电蓄能器的目标充电状态的所预测的走势；
- 按照混合运行策略，根据目标充电状态的所预测的走势确定负荷分配和电的支持驱动器的驱动或回收功率，负荷分配说明了内燃机和电驱动器对驱动系统的总驱动力矩的负荷贡献；
- 按照所确定的负荷分配运行混合驱动系统并且按照所确定的驱动或回收功率运行电的支持驱动器。
附图说明
接下来借助附图详细阐释实施方式。附图中：
图1是带有经增压的内燃机和电驱动器（Elektroantrieb）的混合驱动系统的示意图；并且
图2是用于阐明用来运行图1的混合驱动系统的方法的流程图。
具体实施方式
图1示出了混合驱动系统1的示意图，其带有内燃机2和电驱动器3，电驱动器例如通过共同的输出轴5与内燃机2机械地联接。因此可以通过内燃机2的和电驱动器3的运行提供负荷贡献，所述负荷贡献相加成一个用于驱动机动车的总驱动力矩。所述总驱动力矩由按照一种运行策略由控制器10要求的内燃机力矩和电驱动器力矩组成。控制器10为此这样来操控内燃机2和电驱动器3，使得通过输出轴5提供相应的分驱动力矩。以本身公知的方式基于相应的有待提供的分驱动力矩来通过控制单元10操控内燃机2和电驱动器3。
电驱动器3从电蓄能器4汲取电能，电蓄能器可以构造成能重复充电的电池。电驱动器3还能在回收运行中运行，以便发电地产生电能并且提供这个电能用于给蓄能器4充电。
内燃机系统2包括内燃机21，在内燃机中通过空气输入系统22输入空气并且通过废气排出系统23排出燃烧废气。
此外还设有增压装置24，其在废气排出系统23中具有废气驱动的废气涡轮机25。在空气输入系统中设有压缩机26，该压缩机通过增压轴27与废气涡轮机25机械地连接，以便使用在废气涡轮机25中转化的废气焓来驱动压缩机26。增压装置24可以包括电的支持驱动器28，以便在提高的增压压力下提供附加的增压功率来提供增压空气。电的支持驱动器28与电蓄能器4联接，以便汲取电能。
电的支持驱动器28可以与增压轴27联接，以便直接提高提供用于压缩增压空气的机械的功率或者以便将通过增压轴的旋转提供的机械的功率发电地转化成了电功率。电的支持驱动器28备选也可以设置在辅助压缩机中，所述辅助压缩机布置在压缩机26的下游或上游，以便通过两级增压提高增压功率。
电的支持驱动器28使得能超过一定程度地提高压缩功率，所述程度无法通过准备好的废气焓的单纯的转化达到。电的支持驱动器28从蓄能器4获取电能。此外，电的支持驱动器28还可以发电地运行，以便将增压轴27的现有的机械的功率转换成用于给电蓄能器4充电的电能，其中，所述机械的功率由准备好的废气焓的转化造成。
控制单元10与预测单元11连接，预测单元提供对混合驱动系统1的未来的负荷要求的所预测的走势。负荷要求的所预测的走势可以由路径数据、行驶特性数据、历史行驶数据或通过例如中央单元的通信连接提供。
负荷要求的所预测的走势借助用于混合驱动系统1的运行策略以本身公知的方式转化成电蓄能器4的目标充电状态的走势。然后由此得出了负荷分配，所述负荷分配说明了应当由内燃机2和电驱动器3提供的分驱动力矩。
在图2中示出了用于阐明用来运行图1的混合驱动系统1的方法的流程图。
在步骤S1中为此在预测单元11中求出和从其调用负荷要求的未来的走势。这借助还要行驶的行驶路径并且借助有关时间或路径的地图信息所确定的、所预测的负荷要求是形式为有待提供的总驱动力矩。在此，尤其考虑到速度预定、行驶车道下坡或行驶车道上坡、天气条件（风、雨）以及对推动（Vortrieb）机动车所需的负荷的其它影响（例如机动车的装载）。
在步骤S2中，按照在控制单元10中实施的、本身公知的运行策略求出，应当以何种方式提供总驱动力矩。为此，可以由在前进（vorausliegende）的行驶路径上的负荷要求的走势求出蓄能器4的目标充电状态的走势，该目标充电状态的走势针对每个路段说明了电驱动器3的负荷贡献的份额。用瞬时负荷要求相应地确定了当前的负荷分配，因而得出了内燃机力矩的大小和电驱动器力矩的大小。所使用的运行策略通常规定，最小化燃料消耗，但备选或附加地也可以追求其它的优化目标，例如在城市交通中等减少有害物质排放。
通过电蓄能器4的充电状态的走势也相应地确认了，电能是否应当被回收或者电能是否应当被消耗。在电蓄能器4的目标充电状态的调整可以通过电驱动器3完成时，在负荷要求偏离负荷要求的所预测的走势时实现了这样一些运行状态，在这些运行状态中，回收或提取电能以降低电蓄能器4的充电状态不是完全可行。特别是在机动车的低速下，仅可以调用电驱动器3的小的回收或驱动功率。但若基于行驶路径的所预测的进一步的路径走势要求目标充电状态的大幅变化，那么可能必需的是，产生附加的电能或者消耗电能，以便尽可能快地调整电蓄能器的充电状态。
为此规定，在运行策略中，考虑到了通过增压装置24的电的支持驱动器28来提取和回收利用电能的可能性。由此可以在提取和回收电功率时创造出自由度，其实现了马达系统1的更为灵活的运行。
在步骤S3中检验，是否存在这样一种运行情况，该运行情况要求通过支持驱动器28消耗或回收电能以调整电蓄能器4的充电状态，例如当通过电驱动器3消耗或回收电能不够充分时。为此，由按照混合运行策略的负荷要求的所预测的走势以本身公知的方式确定了负荷分配。由负荷分配的这样获得的所预测的走势得出了电蓄能器4的目标充电状态的走势，所述走势应当通过电能的输入和/或提取加以调整或达到。若确认了，存在这样一种运行情况，该运行情况要求通过支持驱动器28消耗或回收电能以调整电蓄能器4的充电状态时（选项：是），那么用步骤S4继续所述方法，否则的话（选项：否）在步骤S5中以传统的方式按照所述混合运行策略运行混合驱动系统1并且紧接着用步骤S1继续所述方法。
在步骤S4中检查，是否请求通过支持驱动器28消耗电能（选项：A1）或者是否请求通过支持驱动器28输入电能（选项：A2）。
若请求通过支持驱动器28消耗电能（A1），那么可以为此将降低电蓄能器4的目标充电状态的请求预定到预定的充电状态阈值之上或之下。当例如基于前进的下坡路径提供了回收能量，所述回收能量在蓄能器4的超过充电状态阈值的充电状态中不是完全能被蓄能器4储存时，可以例如是这样的情况。
在接下来的步骤S6中，根据消耗电能的请求来操控支持驱动器28，以便相应地降低电蓄能器4的充电状态。支持驱动器28的操控程度在此可以根据当前的充电状态、目标充电状态和电驱动器的根据预测的消耗进行测定。
若通过电的支持驱动器28提供更高的增压功率，那么一方面实现了更高的增压压力，并且由此实现了内燃机力矩的快速的提高，并且另一方面则使内燃机2的运行变得更为有效率，因为废气背压可以被减小。减小的废气背压由更小的、从废气流提取的废气焓产生。
若请求通过支持驱动器28回收电能（A2），那么压缩机26可以通过到内燃机2中的空气质量流驱动，因而通过支持驱动器28的发电运行可以产生电能。当例如基于前进的上坡路径需要在蓄能器4的当前的充电状态中无法完全从蓄能器4调用的电能时，可能例如是这样的情况。这种运行情况可以结合下坡行驶和电驱动器3的回收运行一起导致了提供更多的电能以用于对蓄能器4充电。
在接下来的步骤S7中，根据消耗电能的请求来操控支持驱动器28，以便相应地降低电蓄能器4的充电状态。支持驱动器28的操控程度在此可以根据当前的充电状态、目标充电状态和电驱动器的根据预测的消耗进行测定。
上述方法总体上实现了用于使电蓄能器4的充电状态与预定的目标充电状态相匹配的进一步的自由度。
此外，在内燃机的低负载下，电驱动器可以优选用于产生电能，在内燃机的平均负载下，电驱动器和支持驱动器共同用于产生电能，并且在内燃机的高负载下，支持驱动器优选用于从废气回收电能。
按照一个实施例，可以根据内燃机的运行方式允许或禁止电的支持驱动器按照所确定的驱动或回收功率的运行，并且特别是在规定了内燃机的运行的混合润滑的用于限制废气温度的运行方式下加以禁止。
一种简单的运行策略可以规定，在下坡行驶（Bergabfahrt）之前降低并且在上坡行驶之前提高电蓄能器的目标充电状态，以便提高用于回收电能的充电电位。由此可以避免不能回收或提供电驱动功率，因为电蓄能器4被完全充满或放电。

Claims (11)

1.用于运行针对机动车的混合驱动系统（1）的方法，所述混合驱动系统带有内燃机（2）和电驱动器，内燃机带有经废气驱动的增压装置（24），所述增压装置通过电的支持驱动器（28）支持，其中，所述支持驱动器（28）和所述电驱动器（3）与电蓄能器（4）联接，以便从所述电蓄能器获得电能或者通过相应的回收运行将电能输送给所述电蓄能器，所述方法具有下列步骤：
- 预测（S1）针对前进的行驶路径的负荷要求的走势；
- 根据负荷要求的所预测的走势求出（S2）电蓄能器的目标充电状态的所预测的走势；
- 按照混合运行策略，根据目标充电状态的所预测的走势确定（S3、S4）负荷分配和电的支持驱动器的驱动或回收功率，所述负荷分配说明了内燃机和电驱动器对驱动系统的总驱动力矩的负荷贡献；
- 按照所确定的负荷分配运行（S6、S7）混合驱动系统并且按照所确定的驱动或回收功率运行电的支持驱动器。
2.按照权利要求1所述的方法，其中，负荷要求的走势借助还要行驶的行驶路径并且借助有关时间或路径的地图信息尤其以有待提供的总驱动力矩的形式加以预测，其中，尤其考虑到了速度预定、行驶车道下坡或行驶车道上坡和/或天气条件和/或交通状况。
3.按照权利要求1或2所述的方法，其中，当确认了，在识别到前进的行驶路径的下坡时通过电驱动器（3）提供基于蓄能器（4）的充电状态而无法储存的回收能量时，激活电的支持驱动器（28）和/或电驱动器（3）以接收所储存的能量。
4.按照权利要求3所述的方法，其中，在为了限制废气温度规定混合润滑的运行方式的情况下，使到支持驱动器（28）的功率输入相比到电驱动器（3）的功率输入更为优先。
5.按照权利要求3所述的方法，其中，尤其在贫气运行的内燃机（2）中用变速器在换挡间隔期间操控支持驱动器（28）以支持增压，以便避免由增压装置的压缩机提供的增压压力的下降。
6.按照权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，当确认了，在识别到在前进行驶路径中的上坡时确定了对用于电驱动器（3）的驱动能量的需求时操控支持驱动器（28）以从废气质量流回收电能和/或操控电驱动器（3）以产生电能，其中，对用于电驱动器的驱动能量的需求基于蓄能器（6）的所预测的充电状态无法被调用。
7.按照权利要求6所述的方法，其中，在内燃机（3）的低负载下，电驱动器（2）优选用于产生电能，在内燃机（2）的平均负载下，电驱动器（3）和支持驱动器（28）共同用于产生电能，并且在内燃机（2）的高负载下，支持驱动器（28）优选用于从废气回收电能。
8.按照权利要求1至7中任一项所述的方法，其中，根据内燃机（2）的运行方式来允许或禁止电的支持驱动器（28）的按照所确定的驱动或回收功率的运行，并且特别是在规定了内燃机（2）的运行的混合润滑的用于限制废气温度的运行方式下加以禁止。
9.一种用于运行针对机动车的混合驱动系统（1）的装置（10），所述混合驱动系统带有内燃机（2）和电驱动器，内燃机带有经废气驱动的增压装置（24），所述增压装置通过电的支持驱动器（28）支持，其中，所述支持驱动器（28）和所述电驱动器（3）与电蓄能器（4）联接，以便从所述电蓄能器获得电能或者通过相应的回收运行将电能输送给所述电蓄能器，其中，所述装置构造用于：
- 预测针对前进的行驶路径的负荷要求的走势；
- 根据负荷要求的所预测的走势求出电蓄能器的目标充电状态的所预测的走势；
- 按照混合运行策略，根据目标充电状态的所预测的走势确定负荷分配和电的支持驱动器的驱动或回收功率，所述负荷分配说明了内燃机和电驱动器对驱动系统的总驱动力矩的负荷贡献；
- 按照所确定的负荷分配运行混合驱动系统并且按照所确定的驱动或回收功率运行电的支持驱动器。
10.计算机程序，其设置用于，实施按照权利要求1至8中任一项所述的方法的所有步骤。
11.电子的存储介质，在其上储存着按照权利要求10所述的计算机程序。
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