專利名稱：混合動力汽車的運(yùn)行方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種按權(quán)利要求1前序部分所述的混合動力汽車的運(yùn)行方法，該混合動力汽車具有一臺內(nèi)燃機(jī)和至少一臺電機(jī)。
在現(xiàn)有技術(shù)中，混合動力汽車是眾所周知的，這類混合動力汽車在內(nèi)燃機(jī)和變速器之間有一臺電機(jī)(例如啟動發(fā)電機(jī))。該電機(jī)在手動變速器情況下用一個(gè)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(shí)、還有在減速階段，內(nèi)燃機(jī)可以停止，以便節(jié)省燃油。為此，例如DE 100 40 094 A1提出了一種汽車內(nèi)燃機(jī)用的自動啟動-停止-控制/調(diào)節(jié)裝置。內(nèi)燃機(jī)的重新啟動最遲在出現(xiàn)司機(jī)需要的一瞬間通過上述電機(jī)來進(jìn)行，該電機(jī)也叫做啟動發(fā)電機(jī)。因?yàn)榛旌蟿恿ζ嚺c常規(guī)啟動器比較配置有功率明顯較強(qiáng)的電動機(jī)，所以可以高度舒適性實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)重新啟動。由于高的電動扭矩，內(nèi)燃機(jī)可在短時(shí)間內(nèi)升到它的啟動轉(zhuǎn)速或者說怠速轉(zhuǎn)速，所以對司機(jī)來說幾乎不產(chǎn)生可覺察到的啟動滯后。此外，啟動過程從聲學(xué)上講也比較舒適，因?yàn)椴淮嬖诔Ｒ?guī)啟動器的典型的嚙合噪聲和運(yùn)轉(zhuǎn)噪聲。
在混合動力汽車停止階段后，也覺察得到內(nèi)燃機(jī)的啟動或者說重新啟動，這主要是由于內(nèi)燃機(jī)在轉(zhuǎn)動時(shí)產(chǎn)生的交變扭矩所致。交變扭矩歸因于內(nèi)燃機(jī)的單個(gè)工作沖程-主要是壓縮階段和隨后的膨脹階段-。這種交變扭矩特別是與沖程數(shù)(二沖程或四沖程發(fā)動機(jī))、與氣缸數(shù)、與控制時(shí)間和壓縮比有關(guān)。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(qū)動系統(tǒng)的眾所周知的控制中，在啟動時(shí)內(nèi)燃機(jī)的加速是通過一種轉(zhuǎn)速或扭矩調(diào)節(jié)方法來進(jìn)行的，以便以盡可能小的偏差跟蹤預(yù)先給定的理論特性曲線。全局的理論轉(zhuǎn)速特性曲線或理論扭矩曲線曲線預(yù)先給定內(nèi)燃機(jī)是如何從停止被加速到它的啟動轉(zhuǎn)速或者說怠速轉(zhuǎn)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(diào)節(jié)原則上可補(bǔ)償理論特性曲線的偏差，但實(shí)際上交變扭矩對調(diào)節(jié)產(chǎn)生干擾變量，使得特別是在電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)時(shí)-還有在扭矩調(diào)節(jié)時(shí)-產(chǎn)生調(diào)節(jié)偏差(即使在恒定的扭矩預(yù)調(diào)節(jié)時(shí)由于內(nèi)燃機(jī)的交變反作用扭矩也會產(chǎn)生扭矩波動)。由于這個(gè)原因，內(nèi)燃機(jī)的只是很短時(shí)間持續(xù)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(jī)的驅(qū)動系統(tǒng)，該驅(qū)動系統(tǒng)在啟動過程的第一階段內(nèi)起雙重功能一方面，該電機(jī)用于汽車加速的啟動，另一方面，該電機(jī)使內(nèi)燃機(jī)加速啟動。此外，該電機(jī)產(chǎn)生一個(gè)交變扭矩，該交變扭矩與內(nèi)燃機(jī)在聯(lián)動時(shí)產(chǎn)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(gè)確定的位置來停止內(nèi)燃機(jī)的方法。
本發(fā)明的目的在于改善一種混合動力汽車在啟動或者說停止運(yùn)行過程中的運(yùn)行特性。
按照本發(fā)明，這個(gè)目的是通過一種具有權(quán)利要求1所述特征的上述那類方法來實(shí)現(xiàn)的。本發(fā)明的其他有利的結(jié)構(gòu)方案在其他各項(xiàng)權(quán)利要求中進(jìn)行敘述。
此外在上述那種方法中，根據(jù)本發(fā)明規(guī)定，在內(nèi)燃機(jī)停止時(shí)和/或在內(nèi)燃機(jī)啟動時(shí)電機(jī)的扭矩曲線要進(jìn)行預(yù)調(diào)節(jié)，以便啟動內(nèi)燃機(jī)或停止內(nèi)燃機(jī)。
這種方法的優(yōu)點(diǎn)是，可在內(nèi)燃機(jī)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(chǎn)生干擾的影響減小到最低限度。
在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，測出由發(fā)動機(jī)軸承、變速器軸承和/或其他成套組件軸承傳入汽車車身內(nèi)的力，其中測量只優(yōu)先用于力矩預(yù)調(diào)節(jié)曲線的最佳化和/或持久地通過設(shè)置在汽車內(nèi)的測量傳感器來進(jìn)行。電機(jī)的扭矩曲線在內(nèi)燃機(jī)啟動時(shí)或在內(nèi)燃機(jī)停止時(shí)是這樣進(jìn)行預(yù)調(diào)節(jié)的，使作用到發(fā)動機(jī)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(gè)主觀的舒適性感覺的尺度，以便在這個(gè)基礎(chǔ)上實(shí)施舒適性最佳的發(fā)動機(jī)啟動。
最好設(shè)有一個(gè)啟動-停止自動裝置，其按預(yù)定的運(yùn)行狀態(tài)停止內(nèi)燃機(jī)，并在需要負(fù)荷時(shí)通過司機(jī)借助于啟動發(fā)電機(jī)重新進(jìn)行啟動。
在本發(fā)明的一種優(yōu)選改進(jìn)方案中，電機(jī)或者說啟動發(fā)電機(jī)的扭矩曲線是這樣進(jìn)行預(yù)調(diào)的，使汽車車身的固有頻率的激勵減小到最低限度。
為了進(jìn)一步減小內(nèi)燃機(jī)汽缸內(nèi)的燃?xì)鈮毫σ鸬男D(zhuǎn)不規(guī)則性，啟動發(fā)電機(jī)的扭矩曲線可這樣進(jìn)行預(yù)調(diào)節(jié)，即為了克服平均摩擦并保證內(nèi)燃機(jī)曲柄軸的預(yù)定的角速度，把一個(gè)與該曲柄軸的位置有關(guān)的交變扭矩疊加到預(yù)定的基本扭矩曲線上。
在內(nèi)燃機(jī)啟動的情況中，該方法最好一直實(shí)施到達(dá)到燃油噴射開始時(shí)預(yù)定的啟動轉(zhuǎn)速或預(yù)定的怠速轉(zhuǎn)速為止。
在內(nèi)燃機(jī)啟動時(shí)的進(jìn)一步提高舒適性可用特別軟地投入內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行來實(shí)現(xiàn)，即在啟動轉(zhuǎn)速達(dá)到后，超出一個(gè)預(yù)定的時(shí)間間隔繼續(xù)附加地實(shí)施該方法，其中電機(jī)或者說啟動發(fā)電機(jī)的預(yù)調(diào)扭矩曲線上附加地疊加一個(gè)反作用力矩，這個(gè)反作用力矩抑制由于最初進(jìn)行的燃燒過程所引起的扭矩波動。
下面結(jié)合附圖
來詳細(xì)說明本發(fā)明，這幅唯一的附圖表示發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和電機(jī)扭矩關(guān)于在內(nèi)燃機(jī)啟動和達(dá)到啟動轉(zhuǎn)速或者說怠速轉(zhuǎn)速之間的時(shí)間的關(guān)系曲線。
在具有一臺內(nèi)燃機(jī)和一臺電機(jī)(例如啟動發(fā)電機(jī))的混合動力汽車的停止以及啟動時(shí)最好使用本發(fā)明方法，其中在預(yù)定的運(yùn)行狀態(tài)中，例如在一個(gè)紅綠燈處或在滑移運(yùn)轉(zhuǎn)中停止時(shí)，為了節(jié)省燃油，啟動-停止自動裝置停止內(nèi)燃機(jī)(停止階段)并在需要時(shí)通過司機(jī)用電機(jī)重新啟動。下面結(jié)合唯一的附圖來描述本發(fā)明方法對內(nèi)燃機(jī)的啟動。但這不應(yīng)理解成本發(fā)明方法局限于對內(nèi)燃機(jī)的啟動。
圖中的水平軸線10表示時(shí)間、垂直軸線12表示內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)速和垂直軸線14表示電機(jī)的扭矩。16表示發(fā)動機(jī)開始啟動的時(shí)刻t0，18表示在燃油噴射時(shí)以及必要時(shí)在汽油機(jī)點(diǎn)火時(shí)達(dá)到的啟動轉(zhuǎn)速或者說達(dá)到怠速轉(zhuǎn)速時(shí)的時(shí)刻t1。虛線20表示這個(gè)啟動轉(zhuǎn)速或者說怠速轉(zhuǎn)速。用虛線示出的第一曲線22表示在電機(jī)的常規(guī)扭矩預(yù)調(diào)情況下在時(shí)刻t016和時(shí)刻t118之間內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速與時(shí)間的關(guān)系曲線。用實(shí)線示出的第二曲線24表示電機(jī)在按本發(fā)明扭矩預(yù)調(diào)情況下在時(shí)刻t016和時(shí)刻t118之間內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速與時(shí)間的關(guān)系曲線。用虛線示出的第三曲線26表示在時(shí)刻t016和時(shí)刻t118之間電機(jī)的常規(guī)扭矩預(yù)調(diào)的時(shí)間關(guān)系曲線。用實(shí)線示出的第四曲線28表示在時(shí)刻t016和時(shí)刻t118之間電機(jī)按本發(fā)明扭矩預(yù)調(diào)的時(shí)間關(guān)系曲線。30表示電機(jī)的扭矩預(yù)調(diào)的本發(fā)明時(shí)間關(guān)系曲線的扭矩峰值，以便補(bǔ)償由于內(nèi)燃機(jī)的壓縮功所引起的扭矩不規(guī)則性。
根據(jù)本發(fā)明，發(fā)動機(jī)加速的質(zhì)量的改善是這樣實(shí)現(xiàn)的，即眾所周知的交變扭矩的影響已被考慮在電機(jī)的扭矩預(yù)調(diào)中。所以本發(fā)明預(yù)先規(guī)定，內(nèi)燃機(jī)的啟動是這樣進(jìn)行的，電機(jī)借助一個(gè)在電機(jī)的控制器中存儲的、與曲柄軸角度有關(guān)的扭矩曲線進(jìn)行預(yù)調(diào)，這個(gè)扭矩曲線這樣考慮由于交變扭矩引起的波動，使預(yù)先給定的理論轉(zhuǎn)速曲線(還有理論扭矩曲線)保持盡可能小的偏差。此外，為了補(bǔ)償剩余的偏差，可在該方法上疊加一次調(diào)節(jié)。
預(yù)先給定的扭矩曲線可在準(zhǔn)備階段通過在內(nèi)燃機(jī)上進(jìn)行試驗(yàn)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恒定轉(zhuǎn)速運(yùn)行的過程中按時(shí)間分辨地(zeitaufgelst)進(jìn)行測量。也可計(jì)算出預(yù)先給定的扭矩曲線。在此，最好也考慮不同的發(fā)動機(jī)溫度的影響(例如通過測定冷卻劑溫度或油溫度)和/或進(jìn)氣壓力的影響和/或進(jìn)氣流量的影響和/或氣缸充氣的影響和/或進(jìn)氣溫度的影響和/或氣門控制時(shí)間的影響和/或氣門升程的影響，從而可改變摩擦特性、導(dǎo)熱特性和由于不同的發(fā)動機(jī)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(chǎn)生附加的恒定的或交變的扭矩(例如進(jìn)氣壓縮機(jī)、空調(diào)壓縮機(jī)等等)，扭矩同樣至少是與溫度有關(guān)的。因?yàn)榈谝粔嚎s氣缸的壓縮功由于在發(fā)動機(jī)停止時(shí)的泄漏取決于活塞位置或者說曲柄軸位置減少得較小，所以這里在必要時(shí)可進(jìn)行一次附加的校正。
然后為發(fā)動機(jī)啟動確定預(yù)先給定的扭矩曲線，方法是為了克服平均摩擦和保證發(fā)動機(jī)曲柄軸的要求的角加速度，把一個(gè)與曲柄軸角度有關(guān)的、加權(quán)的交變扭矩疊加到基本扭矩曲線上，使轉(zhuǎn)速偏差(或者說扭矩波動)變得最小。
在本發(fā)明方法的一種有利的結(jié)構(gòu)方案中，理論扭矩曲線是這樣確定的，方法是在一個(gè)啟動過程中測量通過發(fā)動機(jī)機(jī)架和/或變速器軸承導(dǎo)入汽車車身的力，并這樣預(yù)先給定電機(jī)的預(yù)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(diào)節(jié)扭矩曲線，使車身固有頻率的激勵盡可能小。例如檢測出由司機(jī)或乘員主觀上感覺到對車身產(chǎn)生干擾的影響，并將該影響通過反映到發(fā)動機(jī)啟動用的預(yù)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(yīng)發(fā)動機(jī)的曲柄軸位置。為此可用慣性識別來探測發(fā)動機(jī)停止時(shí)的曲柄軸的角度位置或者說用一種方法來使內(nèi)燃機(jī)停止在一個(gè)確定的角度位置內(nèi)。例如DE 102 01 278A1提出了一種調(diào)節(jié)一個(gè)確定曲柄軸位置的方法。
在擴(kuò)展的形式中，該方法還可使用一個(gè)超出啟動轉(zhuǎn)速20達(dá)到時(shí)刻的預(yù)定時(shí)間間隔。在此，啟動轉(zhuǎn)速20是燃油噴射時(shí)以及必要時(shí)開始或者說進(jìn)行(汽油機(jī))點(diǎn)火時(shí)的轉(zhuǎn)速。在這種情況下，還附加地考慮了由于最初進(jìn)行的燃燒過程所引起的扭矩波動，并在預(yù)調(diào)節(jié)扭矩曲線中用電機(jī)的相應(yīng)電動反作用力矩進(jìn)行抑制，以便保證內(nèi)燃機(jī)啟動時(shí)內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行的特別軟的投入。然后這個(gè)預(yù)調(diào)扭矩在隨后的第二時(shí)間間隔內(nèi)被消除。
總的來說，提出了一種方法，該方法在內(nèi)燃機(jī)啟動過程中達(dá)到最佳的轉(zhuǎn)速增加，或者說在內(nèi)燃機(jī)停止過程中達(dá)到最佳的轉(zhuǎn)速下降(在一個(gè)不穩(wěn)定階段預(yù)先給定一個(gè)時(shí)間變化過程)。根據(jù)本發(fā)明，轉(zhuǎn)速上升或者說轉(zhuǎn)速下降的最佳變化過程通過計(jì)算由成套組件軸承引入車身的力來確定。從而可獲得一個(gè)主觀舒適感覺的尺度，以便在這個(gè)基礎(chǔ)上實(shí)施內(nèi)燃機(jī)的最佳舒適的啟動或者說停止。
附圖標(biāo)記列表10水平軸線時(shí)間12垂直軸線內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)速14垂直軸線電機(jī)的扭矩16時(shí)刻t0發(fā)動機(jī)啟動18時(shí)刻t1達(dá)到啟動轉(zhuǎn)速或者說怠速轉(zhuǎn)速20虛線啟動轉(zhuǎn)速或者說怠速轉(zhuǎn)速22第一曲線轉(zhuǎn)速的時(shí)間變化(根據(jù)StdT)24第二曲線轉(zhuǎn)速的時(shí)間變化(根據(jù)本發(fā)明)26第三曲線常規(guī)扭矩預(yù)調(diào)的時(shí)間變化28第四曲線本發(fā)明扭矩預(yù)調(diào)的時(shí)間變化30扭矩峰值
權(quán)利要求
1.具有一臺內(nèi)燃機(jī)和至少一臺電機(jī)的混合動力汽車的運(yùn)行方法，其特征在于，所述電機(jī)的扭矩曲線在內(nèi)燃機(jī)停止和/或在內(nèi)燃機(jī)啟動時(shí)進(jìn)行預(yù)調(diào)節(jié)，以便啟動內(nèi)燃機(jī)或停止內(nèi)燃機(jī)。
2.按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，測出由發(fā)動機(jī)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(yōu)先用于扭矩預(yù)調(diào)曲線的最佳化和/或持久地通過設(shè)置在汽車內(nèi)的測量傳感器來進(jìn)行。
3.按權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述電機(jī)的扭矩曲線在內(nèi)燃機(jī)啟動時(shí)或在內(nèi)燃機(jī)停止時(shí)進(jìn)行預(yù)調(diào)節(jié)，使作用在發(fā)動機(jī)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(quán)利要求中至少一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，一個(gè)啟動-停止自動裝置按預(yù)定的運(yùn)行狀態(tài)停止內(nèi)燃機(jī)，并在需要時(shí)通過司機(jī)借助于電機(jī)重新進(jìn)行啟動。
5.按前述權(quán)利要求中至少一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述電機(jī)的扭矩曲線是這樣進(jìn)行預(yù)調(diào)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(quán)利要求中至少一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述電機(jī)的扭矩曲線是這樣預(yù)調(diào)的，使得為了克服平均摩擦并保證內(nèi)燃機(jī)曲柄軸的預(yù)定的角速度，把一個(gè)與該曲柄軸的位置有關(guān)的交變扭矩疊加到預(yù)定的基本扭矩曲線上。
7.按前述權(quán)利要求中至少一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述電機(jī)扭矩曲線的預(yù)調(diào)節(jié)附加地疊加一次調(diào)節(jié)，以使軸承力減小到最低限度。
8.按前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在內(nèi)燃機(jī)的啟動的情況中，該方法一直實(shí)施到達(dá)到燃油噴射開始的預(yù)定啟動轉(zhuǎn)速或預(yù)定怠速轉(zhuǎn)速為止。
9.按權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，在達(dá)到啟動轉(zhuǎn)速后，超過一個(gè)預(yù)定的時(shí)間間隔附加地繼續(xù)實(shí)施該方法，其中在電機(jī)的預(yù)調(diào)扭矩曲線上附加地疊加一個(gè)反作用力矩，該反作用力矩抑制最初進(jìn)行的燃燒過程所引起的扭矩波動。
10.按前述權(quán)利要求中至少一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，該電機(jī)是一臺啟動發(fā)電機(jī)。
11.按前述權(quán)利要求中至少一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，該電機(jī)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(fā)明涉及一種具有一臺內(nèi)燃機(jī)和至少一臺電機(jī)的混合動力汽車的運(yùn)行方法。在此，該電機(jī)的扭矩曲線在內(nèi)燃機(jī)停止時(shí)和/或在內(nèi)燃機(jī)啟動時(shí)進(jìn)行預(yù)調(diào)節(jié)，以便啟動內(nèi)燃機(jī)或停止內(nèi)燃機(jī)。
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(yōu)先權(quán)日2004年7月2日
發(fā)明者M·齊爾默, M·霍爾茨, E·波特 申請人:大眾汽車有限公司