CN112714822B - 用于操作怠速控制装置的方法、怠速控制装置和机动车辆 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于操作用于机动车辆（Kfz）的怠速控制装置（LR）的方法，其中，怠速控制装置（LR）指定总设定点扭矩（gs），该总设定点扭矩包括电动马达的设定点扭矩（es）以及与电动马达相互作用的内燃发动机的设定点扭矩（vs），并且借助于相应的控制路径（er、vr）来设定设定点扭矩（es、vs）。本发明规定：在第一操作模式下，怠速控制装置（LR）仅经由内燃发动机的控制路径（vr）借助于至少一种控制干预来设定所请求的总设定点扭矩（gms），并且在第二操作模式下，怠速控制装置（LR）借助于经由内燃发动机的控制路径（vr）的至少一种控制干预以及借助于经由电动马达的控制路径（er）的至少一种控制干预来设定所请求的总设定点扭矩（gms），其中，经由内燃发动机的控制路径（vr）的控制干预由至少一种预定的慢速控制干预组成，并且在电动马达的控制路径（er）中的控制干预由至少一种预定的快速控制干预组成，所述至少一种预定的快速控制干预以比所述至少一种预定的慢速控制干预更高的随时间变化率进行干预。

Description

用于操作怠速控制装置的方法、怠速控制装置和机动车辆

技术领域

本发明涉及一种用于操作用于机动车辆的怠速控制装置的方法、该怠速装置、以及一种配备有该怠速装置的机动车辆。

背景技术

对内燃发动机怠速时的速度控制（也称为怠速控制装置）是一个苛刻的控制问题，尤其是对于汽油发动机且在某些情况下也对于柴油发动机而言，因为内燃发动机使用的操纵变量受限制。控制通常在扭矩的基础上实施，以便更加独立于扭矩的影响变量及其相互作用。影响变量可以是例如汽油发动机中的空气质量、点火角和λ值。柴油发动机的影响变量可以是喷射量和喷射模式。怠速控制器输出一个或多个扭矩请求，可以在扭矩协调的不同点输入所述扭矩请求。这些可以是相加作用的扭矩请求或所需的最小扭矩。这些可以作用于不同的操纵变量。在所谓的快速路径和慢速路径之间加以区别。

在汽油发动机的情况下，快速路径通常与点火角相关，并且在柴油发动机的情况下，快速路径与喷射量相关。所谓的慢速路径是通过以更长的延迟或更低的随时间变化率影响空气体积和充气压力（charge pressure）或其他操纵变量来实施的。快速路径可以达到可以实现的扭矩的上限或下限。

a）汽油发动机：上限由所谓的基本扭矩给出，基本扭矩取决于最早可能的点火点。下限由燃烧极限或热极限形成，燃烧极限或热极限取决于最近可能的点火点。这些极限在每种情况下均与当前在发动机中被吸收的充气（例如，mg/冲程）相关，充气只有以一定延迟或更低的随时间变化率才会变化。

b）柴油发动机：上限由烟灰极限给出，烟灰极限取决于就排放等而言的最高喷射量。下限由最小喷射量给出以避免“蓝色”烟灰。“蓝色”烟灰在燃烧不良的情况下出现，特别是在低环境压力和冷发动机的情况下，这是由于燃烧始点的长延迟所致。

尽管怠速时仅在特定条件下达到柴油发动机的极限，但汽油发动机的上限始终非常重要，因为只有在距该极限一小段距离的情况下才会实现低燃料消耗（所谓的扭矩储备）。

然而，此类一小段距离减少了在发生故障的情况下进行快速扭矩增加干预的可能性，例如，在突然作用的机械联接的消费品（诸如，空调压缩机）的情况下会发生快速扭矩增加干预。在汽油发动机的情况下，怠速控制装置通常以扭矩储备来操作，这会引起怠速时消耗量的显著增加。

另一方面，怠速时的扭矩储备具有以下优点：它增加了对内燃发动机的充气，这对于使稳定燃烧成为可能是必要的，特别是在就摩擦而言被优化的发动机中。在没有扭矩储备的情况下，会发生不稳定燃烧。

由于电动马达的高反应速度，可以有利地将电动马达用于混合动力系统中的怠速控制装置。电动马达的快速有效的正扭矩不仅完全适合于怠速控制装置，而且还适合于在起动情形下和在发动机即将死机的情形下提供辅助。另一方面，由电动马达进行的正扭矩干预与高能量消耗相关联，因为在插电式混合动力车中除外，考虑到效率链，首先必须从燃料的能量中生成为此所需的电能。特别地，在轻度混合动力系统或微混合动力系统中，电动马达的可用扭矩也受到限制。特别地，当电池的电荷状态低时是这种情况，使得并不总是有可能使用电动马达来完全控制怠速。

发明内容

本发明的目的是实现由内燃发动机和电动马达对怠速控制装置的协调使用，其中最佳操作模式根据预定的操作情形来选择。

本发明提供一种用于操作用于机动车辆的怠速控制装置的方法。怠速控制装置指定总设定点扭矩，该总设定点扭矩包括电动马达的设定点扭矩以及与电动马达相互作用的内燃发动机的设定点扭矩。怠速控制装置借助于相应的控制路径来设定电动马达和内燃发动机中的设定点扭矩。

在第一操作模式下，怠速控制装置仅经由内燃发动机的控制路径借助于至少一种控制干预来设定所请求的总设定点扭矩。

在第二操作模式下，怠速控制装置借助于经由内燃发动机的控制路径的至少一种控制干预以及借助于经由电动马达的控制路径的至少一种控制干预来设定所请求的总设定点扭矩。经由内燃发动机的控制路径的所述至少一种控制干预包括至少一种预定的慢速控制干预，并且在电动马达的控制路径中的所述至少一种控制干预包括至少一种预定的快速控制干预。所述至少一种预定的快速控制干预以比所述至少一种预定的慢速控制干预更高的随时间变化率进行干预。

换句话说，为怠速控制装置提供了一种用于设定总设定点扭矩的方法。怠速控制装置指定总设定点扭矩，该总设定点扭矩由电动马达的设定点扭矩和内燃发动机的设定点扭矩组成。为了设定总设定点扭矩，借助于电动马达的控制路径来设定电动马达的设定点扭矩，并且借助于内燃发动机的控制路径来设定内燃发动机的设定点扭矩。

为了在第一操作模式下设定所请求的总设定点扭矩，怠速控制装置仅经由内燃发动机的控制路径来实施所述至少一种控制干预。因此，仅借助于经由内燃发动机的控制路径的控制干预来设定所请求的总设定点扭矩。结果，设定了内燃发动机的不同的设定点扭矩，该设定点扭矩与电动马达的设定点扭矩一起产生了所请求的总设定点扭矩。

为了在第二操作模式下设定所请求的总设定点扭矩，经由内燃发动机的控制路径进行所述至少一种控制干预，这包括所述至少一种慢速控制干预。另外，还经由电动马达的控制路径进行所述至少一种控制干预，这包括所述至少一种快速控制干预。因此，借助于经由内燃发动机的控制路径的所述至少一种慢速控制干预和经由电动马达的控制路径的所述至少一种快速控制干预来设定所请求的总扭矩。所述至少一种快速控制干预以比所述至少一种慢速控制干预更高的随时间变化率作用于总扭矩。因此，通过改变内燃发动机的设定点扭矩和电动马达的设定点扭矩来设定所请求的总设定点扭矩。

本发明提供的优点是：可以在两种不同的操作模式下操作怠速控制装置。

例如，怠速控制装置有可能确定总设定点扭矩。怠速控制装置可以例如包括微处理器或微控制器。总设定点扭矩可以由电动马达的设定点扭矩和内燃发动机的设定点扭矩组成。电动马达和内燃发动机可以例如在机动车辆中以混合动力布置相互作用并且例如驱动曲轴。内燃发动机可以是例如汽油发动机或柴油发动机。怠速控制装置可以被构造成借助于传感器来检测当前实际总扭矩（例如，曲轴的当前实际总扭矩）。怠速控制装置可以被构造成接收或检测内燃发动机和电动马达的相应的实际扭矩。怠速控制装置可以经由相应的控制路径来设定内燃发动机和电动马达的相应的设定点扭矩。可以规定：例如，经由用于控制气缸的填充、点火点或喷射量的控制路径来设定内燃发动机的设定点扭矩。可以例如经由操作电压的控制路径来控制电动马达。所请求的总扭矩可以是例如所请求的且与该方法开始时的总设定点扭矩不同的总扭矩。可以借助于在电动马达和内燃发动机的控制路径中的控制干预来设定所请求的总扭矩。控制干预可以包括快速控制干预和慢速控制干预，与慢速控制干预（例如，积分控制器分量）相比，快速控制干预（例如，比例或微分控制器分量）通常在短的时间段内引起设定点扭矩的更大变化。在内燃发动机的情况下，可以经由快速或慢速控制路径来实施控制干预。快速控制路径例如作用于点火角或到气缸中的喷射量的变化。慢速控制路径例如对增压压力有影响，并且具有更长的延迟或更低的随时间变化率，直到控制器干预改变总扭矩为止。快速控制干预可以是例如控制器的PD分量，并且慢速控制干预可以是I分量。两个部分都可以立即开始改变扭矩设定点值。PD分量较I分量通常会在更短的时间内引起更大的扭矩变化。

怠速控制装置可以计算和设定总扭矩，该总扭矩例如低于所请求的总扭矩。为了达到所请求的总扭矩，怠速控制装置可以进行控制干预，其中，例如，可以改变控制路径中的操纵变量，诸如点火角。

可以在两种操作模式下操作怠速控制装置。在第一操作模式下，可以规定：仅借助于经由内燃发动机的控制路径的控制干预来设定所请求的总设定点扭矩。在内燃发动机的控制路径中的控制干预可以包括慢速控制干预和快速控制干预。

在第二操作模式下，可以规定：借助于经由内燃发动机的控制路径的所述至少一种控制干预以及借助于经由电动马达的控制路径的所述至少一种控制干预来实施所请求的总设定点扭矩。可以规定：在内燃发动机的控制路径中的所述至少一种控制干预包括至少一种慢速控制干预，并且在电动马达的控制路径中的所述至少一种控制干预包括至少一种预定的快速控制干预。例如，可以规定：在第二操作模式下，经由电动马达的控制路径进行所述至少一种快速控制干预，并且经由内燃发动机的控制路径进行所述至少一种慢速控制干预。因此，可以在第二操作模式下发生对控制干预的协调使用，其中借助于内燃发动机来实施具有更低的变化率的控制干预，并且借助于电动马达来实施需要高动态的具有更高的变化率的控制干预。因此，可以有可能在没有扭矩储备的情况下以快速控制干预实现节能的操作模式。

本发明的进一步发展规定：内燃发动机在有预定的第一扭矩储备的情况下在第一操作模式下操作，并且内燃发动机在没有扭矩储备或在有预定的第二扭矩储备的情况下在第二操作模式下操作，该预定的第二扭矩储备小于该预定的第一扭矩储备。

换句话说，规定：怠速控制装置以这样的方式控制内燃发动机，使得内燃发动机具有预定的扭矩储备。规定：内燃发动机在第一操作模式下具有第一扭矩储备，并且在第二操作模式下具有第二扭矩储备或不具有扭矩储备。此处，在第一操作模式下内燃发动机的扭矩储备大于在第二操作模式下内燃发动机的扭矩储备。

这具有以下优点：有可能既在有扭矩储备的情况下又在没有扭矩储备的情况下操作内燃发动机。后一种情况实现了内燃发动机的更加节能的操作。

例如，可以规定：通过过量的充气结合延迟的点火点来提供在第一操作模式下内燃发动机的扭矩储备，且在第二操作模式下以对于当前充气最佳的点火点操作内燃发动机。因此，与在第二操作模式下相比，在第一操作模式下，可以在距上限更大的距离来操作内燃发动机。在第二操作模式下，可以通过电动马达来补偿更低的扭矩储备。

本发明的进一步发展规定：在第二操作模式下，电动马达的设定点扭矩具有至少一个预定的基本发电机扭矩，并且当机动车辆处于预定的怠速模式时，内燃发动机的设定点扭矩具有作为设定点扭矩的至少该基本发电机扭矩。

换句话说，规定：在第二操作模式下，至少预定的基本发电机扭矩被电动马达吸收。根据被电动马达吸收的基本发电机扭矩，内燃发动机提供包括至少该基本发电机扭矩的设定点扭矩。这在机动车辆处于预定的怠速模式时发生。

这带来的优点是：借助于对基本发电机扭矩的设定和对内燃发动机的设定点扭矩的对应设定，使稳定的发动机操作成为可能，其中同时由电动马达提供电能。

可能的是，内燃发动机的稳定操作仅在有一定扭矩的情况下才是可能的。为了使得内燃发动机能够在总设定点扭矩下以稳定的方式操作，可以规定将内燃发动机的设定点扭矩设定到可以大于总扭矩的值。为了提供总扭矩，因此可有必要将内燃发动机的设定点扭矩与负扭矩结合。此处，可以由电动马达提供负扭矩。为此，电动马达可以在第二操作模式下作为发电机操作并且可以吸收基本发电机扭矩。可以选择电动马达的设定点扭矩，使得至少预定的基本发电机扭矩被电动马达吸收。这可以例如在机动车辆处于预定的怠速模式时发生。预定的怠速模式可以是机动车辆的加速踏板或离合器的预定位置。

本发明的进一步发展规定：怠速控制装置根据内燃发动机的预定的设定点操作点来确定预定的基本发电机扭矩。

换句话说，怠速控制装置以这样的方式设定发电机扭矩，使得在预定的设定点操作点来操作内燃发动机。

这具有以下优点：有可能为所请求的设定点总扭矩选择内燃发动机的操作点。

内燃发动机可以例如具有这样的特性，即，该特性在某些操作点具有平稳、安静或例如节能操作。也许可能的是，只有在内燃发动机扭矩的某些值的情况下才会达到预定的操作点。可以将特性曲线或特性图存储在怠速控制装置中，所述特性曲线或特性图根据内燃发动机的扭矩和其他参数来指示内燃发动机的操作点。如果有必要在预定的操作点操作内燃发动机，则可以规定：怠速控制装置从特性曲线或特性图中读取内燃发动机的对于预定的操作点所要求的设定点扭矩。怠速控制装置可以根据内燃发动机的设定点扭矩和所请求的总设定点扭矩来计算发电机扭矩，该发电机扭矩与内燃发动机的设定点扭矩结合来提供所请求的总设定点扭矩。

本发明的进一步发展规定：当机动车辆处于预定的怠速模式时，内燃发动机在第一操作模式下和在第二操作模式下以每燃烧循环相同的充气量操作。

换句话说，当机动车辆处于预定的怠速模式时，内燃发动机的气缸既在第一操作模式下又在第二操作模式下供应有相同的充气量。

本发明的进一步发展规定：怠速控制装置指定电能存储器的设定点电荷状态，其中在第二操作模式下的该设定点电荷状态高于在第一操作模式下的该设定点电荷状态。

换句话说，怠速控制装置设定电能存储器中的设定点电荷状态。由怠速控制装置根据操作模式来选择设定点电荷状态。在第二操作模式下，设定点电荷状态的值高于在第一操作模式下的值。

这带来的优点是：在第二操作模式下，能量存储器可以吸收更大量的能量，这使得怠速控制装置在第二操作模式下能够操作更长的时段。

例如，可以规定：在第二操作模式下，作为电能存储装置的低压电池从高压系统被充电到比第一操作模式下更高的电荷状态。这可以特别地在高压系统的电荷状态超过预定的阈值时发生。这可以表示能量管理方面，因为如果高压电池的电荷状态增加过多，则可以触发对12 V电池的充电，以便避免怠速控制装置由于缺乏存储储备而必须再次切换回到第一操作模式。

本发明的进一步发展规定：第一操作模式和第二操作模式指派有机动车辆的相应的预定操作状态，并且怠速控制装置在第一操作模式下或在第二操作模式下根据机动车辆的预定操作状态操作。

换句话说，当机动车辆处于相应的预定操作状态时，由怠速控制装置选择相应的所指派的操作模式。第一操作模式和第二操作模式两者都指派有机动车辆的相应的预定操作状态。然后，怠速控制装置根据所选择的操作模式进行操作。

这具有以下优点：可以将相应地优选的操作模式指派给机动车辆的相应的操作状态。

例如，可以规定：机动车辆的预定操作状态包括一个或多个电能存储器的预定的电荷状态。可以规定：当机动车辆的一个或多个电能存储器的电荷状态在预定范围内时，怠速控制装置在第二操作模式下工作。机动车辆的另一种操作状态可以例如是用于辅助单元的操作模式。例如，可以规定：当需要内燃发动机的预定的扭矩输出来操作一个或多个机械驱动的辅助单元和/或借助于电动马达供电给电力消费品时，怠速控制装置在第二操作模式下工作。机械驱动单元可以例如是空调系统的空调压缩机。机动车辆的另外的操作状态可以是废气处理系统的预定状态。可以规定：当不需要升高的废气温度来加热废气处理系统时，怠速控制装置仅在第二操作模式下工作。第二操作模式也可以指派给驱动系的预定状态。可以规定：仅在驱动系的预定状态下激活第2操作模式。例如，在驱动系断开或档位被限定的情况下可以是这种情况。可以规定：只有在自内燃发动机起动以来已经过了预定时间的情况下，才激活第二操作模式。可以规定：只有在怠速控制装置的激活阶段开始时，才激活第二操作模式。当在操作模式之间进行过渡时，这可以最小化可能的明显影响。

本发明的发展规定：当检测到机动车辆的预定起动情形和/或内燃发动机临近停机的预定情形时，激活第二操作模式或使其保持有效（active）。

换句话说，规定：当检测到机动车辆的预定起动情形和/或内燃发动机即将起动的预定情形时，怠速控制装置在第二操作模式下操作。

这具有以下优点：在内燃发动机具有过小扭矩的情况下，内燃发动机被释放。

例如，可以规定：借助于传感器通过测量加速踏板位置来检测机动车辆的预定起动情形，借此怠速控制装置被置于第二操作模式下或保持处于第二操作模式。还可以规定：当检测到内燃发动机临近停机的预定情形时，怠速控制装置被置于第二操作模式下。内燃发动机的临近停机的预定情形可以是例如当发动机速度下降到预定值以下时。

本发明的一项发展规定：怠速控制装置使用取决于相应的操作模式的参数。

换句话说，第一操作模式和第二操作模式指派有相应的参数，当相应的操作模式有效时，由怠速控制装置使用这些参数。

这提供的优点是：通过适应于相应的操作模式的参数来致动电动马达和内燃发动机。

例如，可以规定：第一操作模式和第二操作模式各自指派有不同的值。在第一操作模式下，例如，与在第二操作模式下相比，可以使用比例、微分和/或积分控制器分量的其他控制器常数或控制器特性图。

本发明的进一步发展规定：当操作模式改变时，怠速控制装置在预定的过渡模式下操作，其中，由怠速控制装置使用的扭矩储备和/或参数的值不断地从原始操作模式的值改变到随后操作模式的值。除此之外或替代于此，控制干预借助于相应的活动因子而倍增，其中，这些活动因子不断地从原始操作模式的活动因子改变到随后操作模式的活动因子。

换句话说，当怠速控制装置从一种操作模式改变到另一种操作模式时，怠速控制装置在预定的过渡模式下操作。在过渡模式期间，怠速控制装置使用扭矩储备和/或参数的不断变化的值。通过值的连续过渡（基于在改变前设定的操作模式的值到在改变后设定的操作模式的值）来发生这种改变。除此之外或替代于此，存在控制干预的不断变化，其中借助于相应的活动因子来发生控制干预的连续过渡，所述活动因子通过控制干预而倍增。在过渡模式期间，相应的活动因子的值从原始操作模式的值不断地变化到随后操作模式的值。

这提供的优点是：防止在操作模式的变化期间的突变。

例如，可以规定：怠速控制装置在该方法期间实施从第一操作模式到第二操作模式的改变。怠速控制装置可以在第一操作模式下终止操作并在过渡模式下继续。过渡模式可以延续预定的时间段。在该时段期间，与根据时间的扭矩储备和/或参数相关的值可以从第一操作模式的值连续地转移到第二操作模式的值。在过渡模式结束时，与扭矩储备和/或参数相关的值可以与第二操作模式的值匹配。然后，可以结束过渡模式并且激活第二操作模式。在过渡模式下，可以存在相应的控制干预的活动状态的连续过渡。可以规定：仅在两种操作模式中的一者下才有效的控制干预被激活或去激活。

本发明的发展规定：怠速控制装置在第二操作模式下以时间同步的方式且在第一操作模式下以与机动车辆的驱动扭矩的角度成角度同步的方式计算快速控制干预。

换句话说，快速控制干预在第二操作模式下由怠速控制装置以恒定的随时间重复率实施，且在第一操作模式下以根据驱动元件的角度的恒定的重复率实施。

这提供的优点是：可以针对操作模式优化计算间隔。

例如，可以规定：在第二操作模式下的快速控制干预的计算可以例如以恒定的重复率实施（例如，每10 ms进行1次计算）。在第一操作模式下，该计算可以与机动车辆的驱动元件的角度成角度同步来计算。驱动元件可以是例如曲轴或轮轴。重复率可以与内燃发动机的发动机速度成比例地实施，特别是在快速控制干预的段同步计算的情况下。内燃发动机的工作循环的持续时间可以是例如每气缸数2转。此处，段可以对应于内燃发动机2转的持续时间除以气缸数。

本发明的进一步发展规定：在第二操作模式下，怠速控制装置借助于所述至少一种控制干预将比例和/或微分分量转换到电动马达的控制路径中。

换句话说，在第二操作模式下，怠速控制装置借助于所述至少一种控制干预将比例和/或微分控制执行到电动马达的控制路径中。

本发明的进一步发展规定：在第二操作模式下，怠速控制装置借助于所述至少一种控制干预将积分分量转换到内燃发动机的控制路径中。

换句话说，在第二操作模式下，怠速控制装置借助于所述至少一种控制干预将积分控制执行到内燃发动机的控制路径中。

本发明的进一步发展规定：在第二操作模式下，怠速控制装置借助于控制干预将积分分量转换到内燃发动机的控制路径中并借助于控制干预将积分分量转换到电动马达的控制路径中，其中，到内燃发动机的控制路径中的控制干预和到电动马达的控制路径中的控制干预之间的分配比（division ratio）取决于动态值，该动态值描述了在预定的先前时间窗口内积分分量的随时间变化率。

换句话说，确定动态值，这指示积分分量过去在预定的时间窗口期间随时间变化的程度。取决于动态值，确定分配比，根据该分配比，在第二操作模式下，积分分量借助于控制干预被转换到内燃发动机的控制路径中并且借助于所述控制干预被转换到电动马达的控制路径中。

这具有以下优点：电动马达的快速响应时间在必要时也可以用于积分分量，以便例如在处于稳态操作模式时防止发动机停机，积分分量经由内燃发动机的扭矩施加，并且在发电机或马达模式下不需要电动马达进行在能量方面不利的长期干预。

动态值可以评估在短的先前时间窗口内积分分量的随时间变化率。例如，如果怠速控制器的积分分量必须对扰动变量做出快速反应以便例如在明显欠速的情况下防止发动机停机，则可以存在高的动态值。另一方面，如果怠速控制器的积分分量在稳态下补偿扭矩平衡中的误差并且具有随时间恒定或几乎恒定的值，则可以存在低的动态值。可以例如通过将怠速控制器的未分配（undivided）的积分分量馈送到D-T1滤波器或具有类似阶跃响应的滤波器中来确定动态值，该动态值是滤波器的输出值。

当在高预定范围内存在动态值时，可以经由电动马达的控制路径来实施积分分量的变化，而在低预定范围内具有动态值的情况下，经由内燃发动机的控制路径来实施积分分量的变化。当存在低的动态值时，电动马达的控制路径的现有积分分量可以例如经由斜坡恢复到零，该斜坡梯度根据动态值被预先确定。

本发明还包括用于机动车辆的怠速控制装置，所述装置被构造成实施根据本发明的方法中的一者。

本发明还包括一种具有怠速控制装置的机动车辆。

本发明还包括根据本发明的装置和根据本发明的机动车辆的进一步发展，所述装置和机动车辆具有诸如已经结合根据本发明的方法的进一步发展描述的特征。由于这个原因，此处不再次描述根据本发明的方法的对应的进一步发展。

附图说明

下文描述本发明的示例性实施例。在这方面，在图中：

图1示出了根据本发明的具有怠速控制装置的机动车辆的示意图；

图2示出了具有电动马达和内燃发动机的机动车辆的示意图；以及

图3示出了控制路径的示意性表示。

具体实施方式

下文解释的示例性实施例是本发明的优选实施例。在示例性实施例中，实施例的所描述的部件各自表示本发明的应彼此独立看待的各个特征，并且这些特征各自还彼此独立地开发了本发明，且因此也可以单独地抑或以与所示的组合不同的组合被认为是本发明的一部分。此外，所描述的实施例也可由本发明的已经描述的其他特征来补充。

在附图中，具有相同功能的元件各自设置有相同的参考符号。

可以在其中内燃发动机VM与电机或电动马达BSG相互作用的所有混合动力系统中使用怠速控制装置LR。如果不存在所请求的总设定点扭矩gms，则必要时必须在处于怠速状态的混合动力系统的操作期间维持总设定点扭矩gs。使用混合动力系统的典型示例是所谓的混合动力车辆，在该混合动力车辆中，内燃发动机和电机两者都用于驱动。此类机动车辆Kfz在图1中被示意性地示为具有底盘和驱动系。驱动系具有内燃发动机VM，该内燃发动机经由离合器K和变速器G将其扭矩递送到底盘的驱动桥（drive axle）A。内燃发动机VM的马达轴联接到电机，该电机此处被具体实施为皮带起动发电机BSG。因此，在内燃发动机VM和电机之间存在示例性的操作性连接。

在本示例中，电动马达BSG或皮带起动发电机BSG经由DC/AC逆变器由48 V电池供电。例如，可以使用连接到逆变器或48 V电网（network）的DC/DC整流器来生成12 V电网以便供电给机动车辆中的附加消费品。机动车辆Kfz可以包括用于供电给电动马达BSG的能量存储器E。

除了驱动功能之外，电动马达BSG还具有发电机的功能。它可以结合汽油发动机和柴油发动机两者来使用。有了它，例如，就可以实施起停功能，且因此实施轻度混合动力系统。

特别地，由电机（例如，皮带起动发电机BSG）提供的扭矩辅助可以用于内燃发动机VM的怠速模式。为此，机动车辆具有怠速控制装置LR，该怠速控制装置也可以称为怠速控制器。它影响由内燃发动机VM和电动马达BSG两者进行的扭矩生成。

怠速控制装置

怠速控制装置可以指定总设定点扭矩gs，该总设定点扭矩由内燃发动机的设定点扭矩vs和电动马达的设定点扭矩es组成。在预定的怠速模式（其可以例如借助于加速踏板的位置来检测）下，总设定点扭矩gs或内燃发动机的设定点扭矩vs可以具有预定的怠速扭矩。总设定点扭矩gs可以表示待设定的扭矩，其将在怠速控制装置LR不请求所请求的总设定点扭矩gms的情况下或在怠速控制装置LR请求所请求的总设定点扭矩gms之前设定。可以由怠速控制装置LS经由内燃发动机的快速路径vrs和慢速路径vrl和/或电动马达的控制路径ers来设定总设定点扭矩gs。例如，根据操作模式来实施该调节。如果请求了所请求的总设定点扭矩gms，则怠速控制装置LR可以借助于经由控制路径ers、vrs、vrl的控制干预来设定此。所请求的总设定点扭矩gms可以是例如用于起动机动车辆的总设定点扭矩或旨在防止内燃发动机BSG失速的总设定点扭矩。

在第一操作模式下，仅经由内燃发动机的控制路径vr借助于所述至少一种控制干预来设定所请求的总设定点扭矩gms。这可以意味着，仅通过在内燃发动机的控制路径中的干预vrs、vrl来设定所请求的总设定点扭矩gms。为了在内燃发动机的快速控制路径vrs中实现干预，内燃发动机BSG可有必要在有第一扭矩储备的情况下在第一操作模式下操作。可以例如通过过量的充气结合气缸的晚点火点产生内燃发动机BSG的第一扭矩储备。在内燃发动机的快速路径vrs中的干预可以表示时间点的变化，其被移位到较早的点火点。因此，可以以相对短的延迟或高的随时间变化率来增加内燃发动机的扭矩。

在第二操作模式下，可以规定：借助于经由内燃发动机的控制路径vr的至少一种控制干预以及借助于经由电动马达的控制路径er的至少一种控制干预来设定所请求的总设定点扭矩gms。经由内燃发动机的控制路径vr的控制干预可以包括至少一种预定的慢速控制干预vrl，并且在电动马达的控制路径er中的控制干预可以包括至少一种预定的快速控制干预。因此，可以借助于内燃发动机VM和电动马达BSG来设定所请求的总设定点扭矩gms。可以例如通过改变电动马达BSG的电压来实施快速控制干预。例如，在第二操作模式下借助于内燃发动机VM的快速控制干预可能是不必要的。因此，在设定所请求的总设定点扭矩gms之前，可以有可能在有第二扭矩储备的情况下操作内燃发动机VM。第二扭矩储备可以小于第一扭矩储备。点火点例如也可以设定处于最佳点火点，借此第二扭矩储备可以是例如0。

内燃发动机VM可以具有这样的特性，即，该特性具有在没有扭矩储备的情况下它仅以预定的设定点扭矩稳定地运行的影响。当机动车辆处于预定的怠速模式时，总设定点扭矩gs可小于内燃发动机的扭矩，从而准许稳定的操作。在这种情况下，可以规定：在第二操作模式下，电动马达的设定点扭矩在没有控制干预的情况下以这样的方式设定，使得其具有预定的基本发电机扭矩egs。在这种情况下，例如，电动马达BSG可以充当发电机并且具有作为设定点扭矩es的负扭矩。可以将内燃发动机的设定点扭矩vs增加预定的基本发电机扭矩egs，借此例如达到准许内燃发动机的稳定操作的扭矩。

还可以规定：怠速控制装置LR根据内燃发动机的预定的设定点操作点来确定预定的基本发电机扭矩egs。为此，例如，可以将特性图存储在怠速控制装置LR中。怠速控制装置LR可以使用特性图来以这样的方式设定基本发电机扭矩egs，使得在预定的设定点操作点来操作内燃发动机VM。

在预定的怠速模式下，可以规定：内燃发动机VM在第一操作模式下和在第二操作模式下以相同的充气量操作。

图2示出了电动马达BSG和内燃发动机VM之间的连接的示意图。

可以通过以预定的基本发电机扭矩egs操作电动马达BSG来生成电能。此处可有必要将电能存储在能量存储器E中。如果机动车辆的能量存储器E可以不再吸收电能，则可以排除该过程。为此，可以规定：当怠速控制装置LR在第二操作模式下操作时，通过怠速控制装置LR来提高能量存储器E的设定点电荷状态。因此，可以增加能量存储器E的容量，并且第二操作模式可以操作更长的时间。

怠速控制装置LR可以属于混合动力系统，并且在至少两种不同的操作模式下操作，其中，可以在第一操作模式下排他地借助于内燃发动机VM来实施控制干预，并且在第二操作模式下，可以借助于电动马达BSG进行快速控制干预且可以借助于内燃发动机VM进行慢速控制干预。

在第一操作模式下，内燃发动机VM可以逐步建立扭矩储备以便能够达到快速扭矩增加，而在第二操作模式下，内燃发动机VM可以在没有扭矩储备的情况下或在有明显减小的扭矩储备的情况下操作。在第一操作模式下，内燃发动机的扭矩储备可以由过量的充气结合延迟的点火点来表示。在第二操作模式下，可以以对于当前充气最佳的点火点操作内燃发动机VM。在第二操作模式下，电动马达BSG可以在没有控制干预的情况下吸收至少一个预定的基本发电机扭矩egs，并且内燃发动机VM可以输出对应的增加的扭矩。

可以选择基本发电机扭矩egs，使得内燃发动机VM在就燃烧过程的稳定性而言有利的操作点操作。这还允许优化的凸轮轴策略，该凸轮轴策略具有以下附加的消耗量优点。可以选择基本发电机扭矩egs，使得内燃发动机VM在预定的操作点操作，该预定的操作点就声学或振动而言是有利的。可以选择基本发电机扭矩egs，使得内燃发动机VM在第一操作模式和第二操作模式下以稳态的方式以相同的充气操作。如果高压系统失效且必须切换到第一操作模式，则该基本发电机扭矩egs也可以确保安全，因为在这种情况下，存在足够的电荷来维持怠速速度。在第二模式下，与第一操作模式下的情况相比，可以将来自高压系统的低压电池充电到更高的电荷状态，特别是在高压系统的电荷状态超过预定的阈值的情况下。

如果高压系统的电荷状态增加过多，则可以激活对12 V电池的充电，以便避免怠速控制装置LR必须切换回到第一操作模式。

怠速控制装置LR在第一操作模式下或在第二操作模式下的操作可以取决于机动车辆的预定操作状态。以这种方式，可以在第一操作模式下指派预定操作状态，并且可以将预定操作状态指派给第二操作模式。怠速控制装置LR可以根据机动车辆的操作状态来设定相应的操作模式。

怠速控制装置在第二操作模式下的操作条件

当一个或多个电能存储器E的电荷状态在预定范围内时，怠速控制装置LR可以优选地在第二操作模式下操作。

当需要内燃发动机VM的增加的扭矩输出来操作一个或多个机械驱动的辅助单元和/或借助于电动马达供电给电力消费品时，怠速控制装置LR可以优选地在第二操作模式下操作。机械驱动的辅助单元中的一者可以是空调压缩机。

如果不需要预定的升高的废气温度来加热废气处理系统，则怠速控制装置LR可以例如仅在第二操作模式下操作。可以例如仅在驱动系的预定状态[例如，驱动系断开或档位被限定]下激活第二操作模式。只有在自内燃发动机VM起动以来已经过了预定时间的情况下，才可以例如激活第二操作模式。只有在怠速控制器的激活阶段开始时，才可以例如激活第二操作模式，以便在操作模式之间进行过渡期间最小化可能的明显影响。

怠速控制装置LR可以根据机动车辆的预定操作状态来选择操作模式。给出了可能的操作状态作为示例。这可以是起动情形、可能的发动机停机状态或怠速状态。

用于提供起动辅助的用途

可以激活怠速控制器LR或使其保持有效，并且当检测到起动情形时，可以优选地发生到第二操作模式的过渡。在这种情况下，在起动情形期间，怠速控制器LR可以将发动机速度调节到高于在怠速模式下的设定点速度的设定点速度。

用于提供发动机停机防护的用途

例如，当检测到发动机停机的风险时，可以发生到第二操作模式的过渡。可以例如从发动机速度低于设定点速度一预定量和/或沿负方向超过发动机速度梯度一预定量（取决于速度梯度，这可以被实施为例如欠速阈值）的事实中检测到发动机停机的风险。在过渡到第二操作模式之后，如果在预定时间内不再存在发动机可能停机的条件，则由于检测到的发动机停机风险，可以发生返回到第一操作模式。

在发动机临近停机的情况下，可以规定：当驱动系闭合并且驾驶员操作制动器时，不存在到第二操作模式的过渡。可以规定：如果发动机速度下降到预定的阈值以下，则不借助于电机进行控制干预。这用来保护双质量飞轮（DMF），如果速度在怠速速度以下的某个低范围内历时相对长的时间，则该双质量飞轮会由于共振而被毁坏。

可以规定：由怠速控制装置LR使用的参数取决于相应的操作模式。这些参数可以例如与比例、微分或积分控制器分量的控制器常数相关。为了在改变操作模式时在操作模式之间实现平稳过渡，可以规定：当操作模式改变时，怠速控制装置LR在预定的过渡模式下操作，其中，由怠速控制装置LR使用的扭矩储备和/或参数的值不断地改变。例如，可以规定：在从初始操作模式的值到随后操作模式的值的过渡模式期间，特定值（诸如，扭矩储备或可准许参数范围的极限）连续地改变。

两种操作模式之间的过渡

在第一操作模式和第二操作模式之间进行过渡期间，可以在内燃发动机和电动马达处的控制干预之间存在连续的交叉衰落（cross-fading）。在第一操作模式和第二操作模式之间进行过渡期间，可以在两种模式下在基本发电机扭矩和内燃发动机的扭矩储备的值之间发生连续的交叉衰落。如果在电动马达中或在电动马达所连接的高压系统中存在故障（从这个意义上说，高压包括电压> 12V，例如48V），则可以在不连续过渡的情况下发生从第二操作模式到第一操作模式的切换。

控制器结构

图3示出了可能的控制器结构的图。怠速控制装置LR可以确定总设定点扭矩gs，该总设定点扭矩由电动马达的设定点扭矩和内燃发动机的设定点扭矩组成。怠速控制装置可以经由内燃发动机的控制路径vr和电动马达的控制路径er来设定设定点扭矩vs、es。控制路径er、vr可以包括慢速控制路径vrl和快速控制路径ers、vrs。怠速控制装置LR可以接收与机动车辆的操作状态相关的信号bz，且然后激活相应的操作状态。怠速控制装置LR可以接收所请求的总设定点扭矩gms并确定电动马达在控制干预后的对应的设定点扭矩ems和内燃发动机在控制干预后的对应的设定点扭矩vms。为了设定所请求的总设定点扭矩gms，怠速控制装置可以在控制路径vr、er中实施控制干预。

可以规定：怠速控制装置LR在第二操作模式下以时间同步的方式且在第一操作模式下以角度同步计算的方式来计算快速控制干预。在第二操作模式下，怠速控制装置LR可以借助于所述至少一种控制干预将比例和/或微分分量转换到电动马达的控制路径er中。

在第二操作模式下，可以借助于所述至少一种控制干预将积分分量实施到内燃发动机的控制路径vr中，并且可以借助于控制干预将积分分量实施到内燃发动机的控制路径vr和电动马达的控制路径er中，积分分量的分配比取决于动态值。

取决于怠速控制装置LR是在第一操作模式下还是在第二操作模式下操作，怠速控制装置LR可以使用不同的参数集。可以时间同步地（即，以恒定的重复率，例如每10 ms）计算在第二操作模式下的快速控制干预，而在第一操作模式下，角度同步地（即，与内燃发动机VM的速度成比例的重复率，特别是在快速控制干预的段同步计算的情况下）计算所述快速控制干预。段持续时间是内燃发动机的一个工作循环的持续时间，即每气缸数两转。在第二操作模式下，可以借助于电动马达来实施怠速控制器的比例和/或微分分量。在第二操作模式下，可以借助于内燃发动机VM来实施怠速控制器的积分分量，并且可以部分地借助于内燃发动机VM且部分地借助于电动马达BSG来实施怠速控制器LR的积分分量，其中怠速控制器的整个积分分量经由内燃发动机VM长期在恒定条件下实施。在第二操作模式下，可以评估整个积分分量的动态，并且当存在高动态时，可以借助于电动马达BSG来实施积分分量的变化。当存在低动态时，可以将借助于电动马达BSG转换的部分朝向零调节。可以例如经由D-T1滤波器或具有类似阶跃响应的算法来进行对整个积分分量的动态的评定。积分分量的借助于电机BSG转换的部分可以借助于斜坡恢复到零，其中梯度根据整个积分分量的动态值被预先确定。

本发明提供了一种方法，该方法通过由内燃发动机VM和电机BSG对怠速控制装置的协调使用而被优化。该方法旨在在所有操作情形下都实现怠速控制，相应的最佳操作模式取决于情形而变得有效。该方法可以以相同的方式用于优化的起动辅助和用于优化的发动机停机防护。在汽油发动机的情况下，本发明还旨在确保在对于消耗量最佳的条件下稳定的发动机操作。

总体上，示例示出了本发明如何提供通过内燃发动机和电动马达对怠速控制装置LR的协调使用，其中最佳操作模式根据预定的操作情形来选择。

参考标号列表

Kfz 机动车辆

A 驱动桥

BSG 电动马达

ems 在有控制干预的情况下电动马达的设定点扭矩

es 在没有控制干预的情况下电动马达的设定点扭矩

gs 总设定点扭矩

egs 基本发电机扭矩

gms 所请求的总设定点扭矩

er 电动马达的控制路径

vr 内燃发动机的控制路径

ers 借助于电动马达的快速控制干预

vrs 借助于内燃发动机的快速控制干预

erl 借助于电动马达的慢速控制干预

vrl 借助于内燃发动机的慢速控制干预

G 变速器

K 离合器

LR 怠速控制装置

vms 在有控制干预的情况下内燃发动机的设定点扭矩

vs 在没有控制干预的情况下内燃发动机的设定点扭矩

控制干预

VM 内燃发动机

bz 用于机动车辆的操作状态的信号

E 电能存储器

Claims (15)

1.一种用于操作用于机动车辆(Kfz)的怠速控制装置(LR)的方法，其中，所述怠速控制装置(LR)

-指定总设定点扭矩(gs)，所述总设定点扭矩包括电动马达的设定点扭矩(es)以及与所述电动马达相互作用的内燃发动机的设定点扭矩(vs)，以及

-借助于相应的控制路径(er、vr)来设定所述电动马达(BSG)和所述内燃发动机(VM)中的所述设定点扭矩(es、vs)，

其特征在于，

-在第一操作模式下，所述怠速控制装置(LR)仅经由所述内燃发动机的所述控制路径(vr)借助于至少一种控制干预(vrl、vrs)来设定所请求的总设定点扭矩(gms)，

-在第二操作模式下，所述怠速控制装置(LR)借助于经由所述内燃发动机的所述控制路径(vrl)的至少一种控制干预(vrl、vrs)以及借助于经由所述电动马达的所述控制路径(er)的至少一种控制干预(erl、ers)来设定所述所请求的总设定点扭矩(gms)，其中，经由所述内燃发动机的所述控制路径(vr)的所述控制干预(vrl、vrs)包括至少一种预定的慢速控制干预(vrl)，并且在所述电动马达的所述控制路径(er)中的所述控制干预包括至少一种预定的快速控制干预(ers)，所述至少一种预定的快速控制干预以比借助于所述内燃发动机的所述至少一种预定的慢速控制干预(vrs)更高的随时间变化率进行干预，

在所述第二操作模式下，当所述机动车辆(Kfz)处于预定的怠速模式时，在没有控制干预的情况下所述电动马达的所述设定点扭矩(es)具有至少预定的基本发电机扭矩(egs)，并且在没有控制干预的情况下所述内燃发动机的所述设定点扭矩(vs)具有至少预定的基本发电机扭矩(egs)作为所述设定点扭矩。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

-在所述第一操作模式下，所述怠速控制装置(LR)在没有控制干预(vrl、vrs)的情况下且在有预定的第一扭矩储备的情况下来操作所述内燃发动机(VM)，以及

-在所述第二操作模式下，所述怠速控制装置(LR)在没有控制干预(vrl、vrs)的情况下且要么在没有扭矩储备的情况下要么在有预定的第二扭矩储备的情况下操作所述内燃发动机(VM)，其中，所述预定的第二扭矩储备小于所述预定的第一扭矩储备。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述怠速控制装置(LR)根据所述内燃发动机的预定的设定点操作点来确定所述预定的基本发电机扭矩(egs)。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，当所述机动车辆(Kfz)处于所述预定的怠速模式时，所述内燃发动机(VM)在所述第一操作模式下和在所述第二操作模式下以每燃烧循环相同的充气操作。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述怠速控制装置(LR)指定电能存储器(E)的设定点电荷状态，其中，在所述第二操作模式下的所述设定点电荷状态高于在所述第一操作模式下的所述设定点电荷状态。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述第一操作模式和所述第二操作模式指派有所述机动车辆的相应的预定操作状态，并且所述怠速控制装置(LR)在所述第一操作模式下或在所述第二操作模式下根据所述机动车辆的所述预定操作状态操作。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，当检测到所述机动车辆的预定起动情形和/或所述内燃发动机(VM)临近停机的预定情形时，激活所述第二操作模式或使其保持有效。

8.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述怠速控制装置(LR)使用取决于所述相应的操作模式的参数。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，当所述操作模式改变时，所述怠速控制装置(LR)在预定的过渡模式下操作，其中

-由所述怠速控制装置(LR)使用的所述扭矩储备和/或所述参数的值从原始操作模式的值不断地变化到随后操作模式的值，和/或

-所述控制干预(ers、erl、vrs、vrl)借助于相应的活动因子而倍增，其中，所述活动因子从所述原始操作模式的活动因子不断地变化到所述随后操作模式的活动因子。

10.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述怠速控制装置(LR)在所述第二操作模式下以时间同步的方式且在所述第一操作模式下以与所述机动车辆的驱动元件的角度成角度同步的方式计算所述快速控制干预。

11.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，在所述第二操作模式下，所述怠速控制装置(LR)借助于所述至少一种控制干预将比例和/或微分分量转换到所述电动马达的所述控制路径(er)中。

12.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，在所述第二操作模式下，所述怠速控制装置(LR)借助于所述至少一种控制干预将积分分量转换到所述内燃发动机的所述控制路径(vr)中。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，在所述第二操作模式下，所述怠速控制装置(LR)借助于控制干预将所述积分分量转换到所述内燃发动机的所述控制路径(vr)和所述电动马达的所述控制路径(er)中，其中，所述积分分量的分配比取决于动态值。

14.一种用于机动车辆(Kfz)的怠速控制装置(LR)，所述怠速控制装置被构造成实施根据权利要求1至13中任一项所述的方法。

15.一种机动车辆(Kfz)，其具有根据前述权利要求14所述的怠速控制装置(LR)。

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