CN1980807A - 混合动力汽车的运行方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有一台内燃机和至少一台电机的混合动力汽车的运行方法。在此，该电机的扭矩曲线在内燃机停止时和/或在内燃机启动时进行预调节，以便启动内燃机或停止内燃机。

Description

混合动力汽车的运行方法
本发明涉及一种按权利要求1前序部分所述的混合动力汽车的运行方法，该混合动力汽车具有一台内燃机和至少一台电机。
在现有技术中，混合动力汽车是众所周知的，这类混合动力汽车在内燃机和变速器之间有一台电机(例如启动发电机)。该电机在手动变速器情况下用一个离合器与变速器分开，其中该离合器也作为启动离合器使用。
对这类汽车来说，至少在汽车停止时、还有在减速阶段，内燃机可以停止，以便节省燃油。为此，例如DE 100 40 094 A1提出了一种汽车内燃机用的自动启动-停止-控制/调节装置。内燃机的重新启动最迟在出现司机需要的一瞬间通过上述电机来进行，该电机也叫做启动发电机。因为混合动力汽车与常规启动器比较配置有功率明显较强的电动机，所以可以高度舒适性实现发动机重新启动。由于高的电动扭矩，内燃机可在短时间内升到它的启动转速或者说怠速转速，所以对司机来说几乎不产生可觉察到的启动滞后。此外，启动过程从声学上讲也比较舒适，因为不存在常规启动器的典型的啮合噪声和运转噪声。
在混合动力汽车停止阶段后，也觉察得到内燃机的启动或者说重新启动，这主要是由于内燃机在转动时产生的交变扭矩所致。交变扭矩归因于内燃机的单个工作冲程-主要是压缩阶段和随后的膨胀阶段-。这种交变扭矩特别是与冲程数(二冲程或四冲程发动机)、与气缸数、与控制时间和压缩比有关。此外，交变扭矩是由于振荡的惯性力所引起的。
在混合动力驱动系统的众所周知的控制中，在启动时内燃机的加速是通过一种转速或扭矩调节方法来进行的，以便以尽可能小的偏差跟踪预先给定的理论特性曲线。全局的理论转速特性曲线或理论扭矩曲线曲线预先给定内燃机是如何从停止被加速到它的启动转速或者说怠速转速的。在这种全局的理论特性曲线中不含有交变扭矩的影响，虽然通过叠加调节原则上可补偿理论特性曲线的偏差，但实际上交变扭矩对调节产生干扰变量，使得特别是在电机转速调节时-还有在扭矩调节时-产生调节偏差(即使在恒定的扭矩预调节时由于内燃机的交变反作用扭矩也会产生扭矩波动)。由于这个原因，内燃机的只是很短时间持续的、高动力的启动过程存在着改善舒适性的可能性。
DE 198 14 402 C2已知一种用电机的驱动系统，该驱动系统在启动过程的第一阶段内起双重功能：一方面，该电机用于汽车加速的启动，另一方面，该电机使内燃机加速启动。此外，该电机产生一个交变扭矩，该交变扭矩与内燃机在联动时产生的扭矩波动是大小相等的和反相的。
DE 102 01 278 A1提出了一种用曲柄轴的一个确定的位置来停止内燃机的方法。
本发明的目的在于改善一种混合动力汽车在启动或者说停止运行过程中的运行特性。
按照本发明，这个目的是通过一种具有权利要求1所述特征的上述那类方法来实现的。本发明的其他有利的结构方案在其他各项权利要求中进行叙述。
此外在上述那种方法中，根据本发明规定，在内燃机停止时和/或在内燃机启动时电机的扭矩曲线要进行预调节，以便启动内燃机或停止内燃机。
这种方法的优点是，可在内燃机启动或停止过程中直接地把主观上感觉到对汽车的车身产生干扰的影响减小到最低限度。
在一种优选的实施方式中，测出由发动机轴承、变速器轴承和/或其他成套组件轴承传入汽车车身内的力，其中测量只优先用于力矩预调节曲线的最佳化和/或持久地通过设置在汽车内的测量传感器来进行。电机的扭矩曲线在内燃机启动时或在内燃机停止时是这样进行预调节的，使作用到发动机轴承和/或变速器轴承上和/或其他成套组件轴承上的力具有最小的幅度。这样就可获得一个主观的舒适性感觉的尺度，以便在这个基础上实施舒适性最佳的发动机启动。
最好设有一个启动-停止自动装置，其按预定的运行状态停止内燃机，并在需要负荷时通过司机借助于启动发电机重新进行启动。
在本发明的一种优选改进方案中，电机或者说启动发电机的扭矩曲线是这样进行预调的，使汽车车身的固有频率的激励减小到最低限度。
为了进一步减小内燃机汽缸内的燃气压力引起的旋转不规则性，启动发电机的扭矩曲线可这样进行预调节，即为了克服平均摩擦并保证内燃机曲柄轴的预定的角速度，把一个与该曲柄轴的位置有关的交变扭矩叠加到预定的基本扭矩曲线上。
在内燃机启动的情况中，该方法最好一直实施到达到燃油喷射开始时预定的启动转速或预定的怠速转速为止。
在内燃机启动时的进一步提高舒适性可用特别软地投入内燃机运行来实现，即在启动转速达到后，超出一个预定的时间间隔继续附加地实施该方法，其中电机或者说启动发电机的预调扭矩曲线上附加地叠加一个反作用力矩，这个反作用力矩抑制由于最初进行的燃烧过程所引起的扭矩波动。
下面结合附图来详细说明本发明，这幅唯一的附图表示发动机转速和电机扭矩关于在内燃机启动和达到启动转速或者说怠速转速之间的时间的关系曲线。
在具有一台内燃机和一台电机(例如启动发电机)的混合动力汽车的停止以及启动时最好使用本发明方法，其中在预定的运行状态中，例如在一个红绿灯处或在滑移运转中停止时，为了节省燃油，启动-停止自动装置停止内燃机(停止阶段)并在需要时通过司机用电机重新启动。下面结合唯一的附图来描述本发明方法对内燃机的启动。但这不应理解成本发明方法局限于对内燃机的启动。
图中的水平轴线10表示时间、垂直轴线12表示内燃机的转速和垂直轴线14表示电机的扭矩。16表示发动机开始启动的时刻t0，18表示在燃油喷射时以及必要时在汽油机点火时达到的启动转速或者说达到怠速转速时的时刻t1。虚线20表示这个启动转速或者说怠速转速。用虚线示出的第一曲线22表示在电机的常规扭矩预调情况下在时刻t0 16和时刻t1 18之间内燃机转速与时间的关系曲线。用实线示出的第二曲线24表示电机在按本发明扭矩预调情况下在时刻t0 16和时刻t1 18之间内燃机转速与时间的关系曲线。用虚线示出的第三曲线26表示在时刻t0 16和时刻t1 18之间电机的常规扭矩预调的时间关系曲线。用实线示出的第四曲线28表示在时刻t0 16和时刻t1 18之间电机按本发明扭矩预调的时间关系曲线。30表示电机的扭矩预调的本发明时间关系曲线的扭矩峰值，以便补偿由于内燃机的压缩功所引起的扭矩不规则性。
根据本发明，发动机加速的质量的改善是这样实现的，即众所周知的交变扭矩的影响已被考虑在电机的扭矩预调中。所以本发明预先规定，内燃机的启动是这样进行的，电机借助一个在电机的控制器中存储的、与曲柄轴角度有关的扭矩曲线进行预调，这个扭矩曲线这样考虑由于交变扭矩引起的波动，使预先给定的理论转速曲线(还有理论扭矩曲线)保持尽可能小的偏差。此外，为了补偿剩余的偏差，可在该方法上叠加一次调节。
预先给定的扭矩曲线可在准备阶段通过在内燃机上进行试验来确定，方法是扭矩和曲柄轴的角度位置在启动过程中或者也在以不同的恒定转速运行的过程中按时间分辨地(zeitaufgelst)进行测量。也可计算出预先给定的扭矩曲线。在此，最好也考虑不同的发动机温度的影响(例如通过测定冷却剂温度或油温度)和/或进气压力的影响和/或进气流量的影响和/或气缸充气的影响和/或进气温度的影响和/或气门控制时间的影响和/或气门升程的影响，从而可改变摩擦特性、导热特性和由于不同的发动机充气引起的压缩功。此外，也可考虑不同的成套组件的影响，这些成套组件产生附加的恒定的或交变的扭矩(例如进气压缩机、空调压缩机等等)，扭矩同样至少是与温度有关的。因为第一压缩气缸的压缩功由于在发动机停止时的泄漏取决于活塞位置或者说曲柄轴位置减少得较小，所以这里在必要时可进行一次附加的校正。
然后为发动机启动确定预先给定的扭矩曲线，方法是为了克服平均摩擦和保证发动机曲柄轴的要求的角加速度，把一个与曲柄轴角度有关的、加权的交变扭矩叠加到基本扭矩曲线上，使转速偏差(或者说扭矩波动)变得最小。
在本发明方法的一种有利的结构方案中，理论扭矩曲线是这样确定的，方法是在一个启动过程中测量通过发动机机架和/或变速器轴承导入汽车车身的力，并这样预先给定电机的预定扭矩曲线，使轴承力具有最小的振幅。在替代的方案中也可这样调节扭矩曲线，使车身固有频率的激励尽可能小。例如检测出由司机或乘员主观上感觉到对车身产生干扰的影响，并将该影响通过反映到发动机启动用的预先给定的扭矩曲线中减小到最低限度。
对所提出的方法来说理论扭矩曲线对应发动机的曲柄轴位置。为此可用惯性识别来探测发动机停止时的曲柄轴的角度位置或者说用一种方法来使内燃机停止在一个确定的角度位置内。例如DE 102 01 278A1提出了一种调节一个确定曲柄轴位置的方法。
在扩展的形式中，该方法还可使用一个超出启动转速20达到时刻的预定时间间隔。在此，启动转速20是燃油喷射时以及必要时开始或者说进行(汽油机)点火时的转速。在这种情况下，还附加地考虑了由于最初进行的燃烧过程所引起的扭矩波动，并在预调节扭矩曲线中用电机的相应电动反作用力矩进行抑制，以便保证内燃机启动时内燃机运行的特别软的投入。然后这个预调扭矩在随后的第二时间间隔内被消除。
总的来说，提出了一种方法，该方法在内燃机启动过程中达到最佳的转速增加，或者说在内燃机停止过程中达到最佳的转速下降(在一个不稳定阶段预先给定一个时间变化过程)。根据本发明，转速上升或者说转速下降的最佳变化过程通过计算由成套组件轴承引入车身的力来确定。从而可获得一个主观舒适感觉的尺度，以便在这个基础上实施内燃机的最佳舒适的启动或者说停止。
附图标记列表
10    水平轴线：时间
12    垂直轴线：内燃机的转速
14    垂直轴线：电机的扭矩
16    时刻t0：发动机启动
18    时刻t1：达到启动转速或者说怠速转速
20    虚线：启动转速或者说怠速转速
22    第一曲线：转速的时间变化(根据StdT)
24    第二曲线：转速的时间变化(根据本发明)
26    第三曲线：常规扭矩预调的时间变化
28    第四曲线：本发明扭矩预调的时间变化
30    扭矩峰值

Claims (11)

1.具有一台内燃机和至少一台电机的混合动力汽车的运行方法，其特征在于，所述电机的扭矩曲线在内燃机停止和/或在内燃机启动时进行预调节，以便启动内燃机或停止内燃机。
2.按权利要求1所述的方法，其特征在于，测出由发动机轴承和/或变速器轴承和/或其他成套组件轴承传入汽车车身的力，其中，测量只优先用于扭矩预调曲线的最佳化和/或持久地通过设置在汽车内的测量传感器来进行。
3.按权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述电机的扭矩曲线在内燃机启动时或在内燃机停止时进行预调节，使作用在发动机轴承上和/或变速器轴承上和/或其他成套组件轴承上的力具有最小的幅度。
4.按前述权利要求中至少一项所述的方法，其特征在于，一个启动-停止自动装置按预定的运行状态停止内燃机，并在需要时通过司机借助于电机重新进行启动。
5.按前述权利要求中至少一项所述的方法，其特征在于，所述电机的扭矩曲线是这样进行预调的，使汽车车身的固有频率的激励减小到最低限度。
6.按前述权利要求中至少一项所述的方法，其特征在于，所述电机的扭矩曲线是这样预调的，使得为了克服平均摩擦并保证内燃机曲柄轴的预定的角速度，把一个与该曲柄轴的位置有关的交变扭矩叠加到预定的基本扭矩曲线上。
7.按前述权利要求中至少一项所述的方法，其特征在于，所述电机扭矩曲线的预调节附加地叠加一次调节，以使轴承力减小到最低限度。
8.按前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在内燃机的启动的情况中，该方法一直实施到达到燃油喷射开始的预定启动转速或预定怠速转速为止。
9.按权利要求8所述的方法，其特征在于，在达到启动转速后，超过一个预定的时间间隔附加地继续实施该方法，其中在电机的预调扭矩曲线上附加地叠加一个反作用力矩，该反作用力矩抑制最初进行的燃烧过程所引起的扭矩波动。
10.按前述权利要求中至少一项所述的方法，其特征在于，该电机是一台启动发电机。
11.按前述权利要求中至少一项所述的方法，其特征在于，该电机具有7千瓦至25千瓦、最好8千瓦至20千瓦、特别是最好大约15千瓦的功率。
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