混合動力汽車的運行方法
2023-05-14 06:31:21
專利名稱：混合動力汽車的運行方法
技術領域：
本發明涉及一種按權利要求1前序部分所述的混合動力汽車的運行方法，該混合動力汽車具有一臺內燃機和至少一臺電機。
在現有技術中，混合動力汽車是眾所周知的，這類混合動力汽車在內燃機和變速器之間有一臺電機(例如啟動發電機)。該電機在手動變速器情況下用一個離合器與變速器分開，其中該離合器也作為啟動離合器使用。
對這類汽車來說，至少在汽車停止時、還有在減速階段，內燃機可以停止，以便節省燃油。為此，例如DE 100 40 094 A1提出了一種汽車內燃機用的自動啟動-停止-控制/調節裝置。內燃機的重新啟動最遲在出現司機需要的一瞬間通過上述電機來進行，該電機也叫做啟動發電機。因為混合動力汽車與常規啟動器比較配置有功率明顯較強的電動機，所以可以高度舒適性實現發動機重新啟動。由於高的電動扭矩，內燃機可在短時間內升到它的啟動轉速或者說怠速轉速，所以對司機來說幾乎不產生可覺察到的啟動滯後。此外，啟動過程從聲學上講也比較舒適，因為不存在常規啟動器的典型的嚙合噪聲和運轉噪聲。
在混合動力汽車停止階段後，也覺察得到內燃機的啟動或者說重新啟動，這主要是由於內燃機在轉動時產生的交變扭矩所致。交變扭矩歸因於內燃機的單個工作衝程-主要是壓縮階段和隨後的膨脹階段-。這種交變扭矩特別是與衝程數(二衝程或四衝程發動機)、與氣缸數、與控制時間和壓縮比有關。此外，交變扭矩是由于振蕩的慣性力所引起的。
在混合動力驅動系統的眾所周知的控制中，在啟動時內燃機的加速是通過一種轉速或扭矩調節方法來進行的，以便以儘可能小的偏差跟蹤預先給定的理論特性曲線。全局的理論轉速特性曲線或理論扭矩曲線曲線預先給定內燃機是如何從停止被加速到它的啟動轉速或者說怠速轉速的。在這種全局的理論特性曲線中不含有交變扭矩的影響，雖然通過疊加調節原則上可補償理論特性曲線的偏差，但實際上交變扭矩對調節產生幹擾變量，使得特別是在電機轉速調節時-還有在扭矩調節時-產生調節偏差(即使在恆定的扭矩預調節時由於內燃機的交變反作用扭矩也會產生扭矩波動)。由於這個原因，內燃機的只是很短時間持續的、高動力的啟動過程存在著改善舒適性的可能性。
DE 198 14 402 C2已知一種用電機的驅動系統，該驅動系統在啟動過程的第一階段內起雙重功能一方面，該電機用於汽車加速的啟動，另一方面，該電機使內燃機加速啟動。此外，該電機產生一個交變扭矩，該交變扭矩與內燃機在聯動時產生的扭矩波動是大小相等的和反相的。
DE 102 01 278 A1提出了一種用曲柄軸的一個確定的位置來停止內燃機的方法。
本發明的目的在於改善一種混合動力汽車在啟動或者說停止運行過程中的運行特性。
按照本發明，這個目的是通過一種具有權利要求1所述特徵的上述那類方法來實現的。本發明的其他有利的結構方案在其他各項權利要求中進行敘述。
此外在上述那種方法中，根據本發明規定，在內燃機停止時和/或在內燃機啟動時電機的扭矩曲線要進行預調節，以便啟動內燃機或停止內燃機。
這種方法的優點是，可在內燃機啟動或停止過程中直接地把主觀上感覺到對汽車的車身產生幹擾的影響減小到最低限度。
在一種優選的實施方式中，測出由發動機軸承、變速器軸承和/或其他成套組件軸承傳入汽車車身內的力，其中測量只優先用於力矩預調節曲線的最佳化和/或持久地通過設置在汽車內的測量傳感器來進行。電機的扭矩曲線在內燃機啟動時或在內燃機停止時是這樣進行預調節的，使作用到發動機軸承和/或變速器軸承上和/或其他成套組件軸承上的力具有最小的幅度。這樣就可獲得一個主觀的舒適性感覺的尺度，以便在這個基礎上實施舒適性最佳的發動機啟動。
最好設有一個啟動-停止自動裝置，其按預定的運行狀態停止內燃機，並在需要負荷時通過司機藉助於啟動發電機重新進行啟動。
在本發明的一種優選改進方案中，電機或者說啟動發電機的扭矩曲線是這樣進行預調的，使汽車車身的固有頻率的激勵減小到最低限度。
為了進一步減小內燃機汽缸內的燃氣壓力引起的旋轉不規則性，啟動發電機的扭矩曲線可這樣進行預調節，即為了克服平均摩擦並保證內燃機曲柄軸的預定的角速度，把一個與該曲柄軸的位置有關的交變扭矩疊加到預定的基本扭矩曲線上。
在內燃機啟動的情況中，該方法最好一直實施到達到燃油噴射開始時預定的啟動轉速或預定的怠速轉速為止。
在內燃機啟動時的進一步提高舒適性可用特別軟地投入內燃機運行來實現，即在啟動轉速達到後，超出一個預定的時間間隔繼續附加地實施該方法，其中電機或者說啟動發電機的預調扭矩曲線上附加地疊加一個反作用力矩，這個反作用力矩抑制由於最初進行的燃燒過程所引起的扭矩波動。
下面結合附圖
來詳細說明本發明，這幅唯一的附圖表示發動機轉速和電機扭矩關於在內燃機啟動和達到啟動轉速或者說怠速轉速之間的時間的關係曲線。
在具有一臺內燃機和一臺電機(例如啟動發電機)的混合動力汽車的停止以及啟動時最好使用本發明方法，其中在預定的運行狀態中，例如在一個紅綠燈處或在滑移運轉中停止時，為了節省燃油，啟動-停止自動裝置停止內燃機(停止階段)並在需要時通過司機用電機重新啟動。下面結合唯一的附圖來描述本發明方法對內燃機的啟動。但這不應理解成本發明方法局限於對內燃機的啟動。
圖中的水平軸線10表示時間、垂直軸線12表示內燃機的轉速和垂直軸線14表示電機的扭矩。16表示發動機開始啟動的時刻t0，18表示在燃油噴射時以及必要時在汽油機點火時達到的啟動轉速或者說達到怠速轉速時的時刻t1。虛線20表示這個啟動轉速或者說怠速轉速。用虛線示出的第一曲線22表示在電機的常規扭矩預調情況下在時刻t016和時刻t118之間內燃機轉速與時間的關係曲線。用實線示出的第二曲線24表示電機在按本發明扭矩預調情況下在時刻t016和時刻t118之間內燃機轉速與時間的關係曲線。用虛線示出的第三曲線26表示在時刻t016和時刻t118之間電機的常規扭矩預調的時間關係曲線。用實線示出的第四曲線28表示在時刻t016和時刻t118之間電機按本發明扭矩預調的時間關係曲線。30表示電機的扭矩預調的本發明時間關係曲線的扭矩峰值，以便補償由於內燃機的壓縮功所引起的扭矩不規則性。
根據本發明，發動機加速的質量的改善是這樣實現的，即眾所周知的交變扭矩的影響已被考慮在電機的扭矩預調中。所以本發明預先規定，內燃機的啟動是這樣進行的，電機藉助一個在電機的控制器中存儲的、與曲柄軸角度有關的扭矩曲線進行預調，這個扭矩曲線這樣考慮由於交變扭矩引起的波動，使預先給定的理論轉速曲線(還有理論扭矩曲線)保持儘可能小的偏差。此外，為了補償剩餘的偏差，可在該方法上疊加一次調節。
預先給定的扭矩曲線可在準備階段通過在內燃機上進行試驗來確定，方法是扭矩和曲柄軸的角度位置在啟動過程中或者也在以不同的恆定轉速運行的過程中按時間分辨地(zeitaufgelst)進行測量。也可計算出預先給定的扭矩曲線。在此，最好也考慮不同的發動機溫度的影響(例如通過測定冷卻劑溫度或油溫度)和/或進氣壓力的影響和/或進氣流量的影響和/或氣缸充氣的影響和/或進氣溫度的影響和/或氣門控制時間的影響和/或氣門升程的影響，從而可改變摩擦特性、導熱特性和由於不同的發動機充氣引起的壓縮功。此外，也可考慮不同的成套組件的影響，這些成套組件產生附加的恆定的或交變的扭矩(例如進氣壓縮機、空調壓縮機等等)，扭矩同樣至少是與溫度有關的。因為第一壓縮氣缸的壓縮功由於在發動機停止時的洩漏取決於活塞位置或者說曲柄軸位置減少得較小，所以這裡在必要時可進行一次附加的校正。
然後為發動機啟動確定預先給定的扭矩曲線，方法是為了克服平均摩擦和保證發動機曲柄軸的要求的角加速度，把一個與曲柄軸角度有關的、加權的交變扭矩疊加到基本扭矩曲線上，使轉速偏差(或者說扭矩波動)變得最小。
在本發明方法的一種有利的結構方案中，理論扭矩曲線是這樣確定的，方法是在一個啟動過程中測量通過發動機機架和/或變速器軸承導入汽車車身的力，並這樣預先給定電機的預定扭矩曲線，使軸承力具有最小的振幅。在替代的方案中也可這樣調節扭矩曲線，使車身固有頻率的激勵儘可能小。例如檢測出由司機或乘員主觀上感覺到對車身產生幹擾的影響，並將該影響通過反映到發動機啟動用的預先給定的扭矩曲線中減小到最低限度。
對所提出的方法來說理論扭矩曲線對應發動機的曲柄軸位置。為此可用慣性識別來探測發動機停止時的曲柄軸的角度位置或者說用一種方法來使內燃機停止在一個確定的角度位置內。例如DE 102 01 278A1提出了一種調節一個確定曲柄軸位置的方法。
在擴展的形式中，該方法還可使用一個超出啟動轉速20達到時刻的預定時間間隔。在此，啟動轉速20是燃油噴射時以及必要時開始或者說進行(汽油機)點火時的轉速。在這種情況下，還附加地考慮了由於最初進行的燃燒過程所引起的扭矩波動，並在預調節扭矩曲線中用電機的相應電動反作用力矩進行抑制，以便保證內燃機啟動時內燃機運行的特別軟的投入。然後這個預調扭矩在隨後的第二時間間隔內被消除。
總的來說，提出了一種方法，該方法在內燃機啟動過程中達到最佳的轉速增加，或者說在內燃機停止過程中達到最佳的轉速下降(在一個不穩定階段預先給定一個時間變化過程)。根據本發明，轉速上升或者說轉速下降的最佳變化過程通過計算由成套組件軸承引入車身的力來確定。從而可獲得一個主觀舒適感覺的尺度，以便在這個基礎上實施內燃機的最佳舒適的啟動或者說停止。
附圖標記列表10水平軸線時間12垂直軸線內燃機的轉速14垂直軸線電機的扭矩16時刻t0發動機啟動18時刻t1達到啟動轉速或者說怠速轉速20虛線啟動轉速或者說怠速轉速22第一曲線轉速的時間變化(根據StdT)24第二曲線轉速的時間變化(根據本發明)26第三曲線常規扭矩預調的時間變化28第四曲線本發明扭矩預調的時間變化30扭矩峰值
權利要求
1.具有一臺內燃機和至少一臺電機的混合動力汽車的運行方法，其特徵在於，所述電機的扭矩曲線在內燃機停止和/或在內燃機啟動時進行預調節，以便啟動內燃機或停止內燃機。
2.按權利要求1所述的方法，其特徵在於，測出由發動機軸承和/或變速器軸承和/或其他成套組件軸承傳入汽車車身的力，其中，測量只優先用於扭矩預調曲線的最佳化和/或持久地通過設置在汽車內的測量傳感器來進行。
3.按權利要求1或2所述的方法，其特徵在於，所述電機的扭矩曲線在內燃機啟動時或在內燃機停止時進行預調節，使作用在發動機軸承上和/或變速器軸承上和/或其他成套組件軸承上的力具有最小的幅度。
4.按前述權利要求中至少一項所述的方法，其特徵在於，一個啟動-停止自動裝置按預定的運行狀態停止內燃機，並在需要時通過司機藉助於電機重新進行啟動。
5.按前述權利要求中至少一項所述的方法，其特徵在於，所述電機的扭矩曲線是這樣進行預調的，使汽車車身的固有頻率的激勵減小到最低限度。
6.按前述權利要求中至少一項所述的方法，其特徵在於，所述電機的扭矩曲線是這樣預調的，使得為了克服平均摩擦並保證內燃機曲柄軸的預定的角速度，把一個與該曲柄軸的位置有關的交變扭矩疊加到預定的基本扭矩曲線上。
7.按前述權利要求中至少一項所述的方法，其特徵在於，所述電機扭矩曲線的預調節附加地疊加一次調節，以使軸承力減小到最低限度。
8.按前述權利要求中任一項所述的方法，其特徵在於，在內燃機的啟動的情況中，該方法一直實施到達到燃油噴射開始的預定啟動轉速或預定怠速轉速為止。
9.按權利要求8所述的方法，其特徵在於，在達到啟動轉速後，超過一個預定的時間間隔附加地繼續實施該方法，其中在電機的預調扭矩曲線上附加地疊加一個反作用力矩，該反作用力矩抑制最初進行的燃燒過程所引起的扭矩波動。
10.按前述權利要求中至少一項所述的方法，其特徵在於，該電機是一臺啟動發電機。
11.按前述權利要求中至少一項所述的方法，其特徵在於，該電機具有7千瓦至25千瓦、最好8千瓦至20千瓦、特別是最好大約15千瓦的功率。
全文摘要
本發明涉及一種具有一臺內燃機和至少一臺電機的混合動力汽車的運行方法。在此，該電機的扭矩曲線在內燃機停止時和/或在內燃機啟動時進行預調節，以便啟動內燃機或停止內燃機。
文檔編號F02N99/00GK1980807SQ200580022661
公開日2007年6月13日 申請日期2005年6月2日 優先權日2004年7月2日
發明者M·齊爾默, M·霍爾茨, E·波特 申請人:大眾汽車有限公司