专利名称：混合动力驱动装置的转矩分配和控制方法
技术领域：
本发明涉及一种用于混合动力驱动的汽车中的转矩分配方法，以及具有至少一台电动机和一台内燃机的汽车中的混合动力驱动装置。
背景技术：
汽车的混合动力驱动装置原则上具有至少两个驱动源。原则上它们是一台内燃机和至少一台电动机。由内燃机和电动机输出的转矩，原则上取决于不同的行驶状态和电池的充电状态来加以调节；取决于根据司机对转矩的不同需求、电池的充电状态、车辆行驶速度、发动机转速所做出的转矩分配策略；也取决于排放情况。确定转矩分配的一种可能方式是转矩的百分比分配通过特性曲线族来推算。例如，在特性曲线族中，除了内燃机的转速外，还可以将司机所期望的转矩、尤其是根据驱动机构和电池的充电状态作为输入加以考虑。作为特性曲线的可能结果，可以得到一个因子或者百分数输出值，将它与电动机的最大转矩相乘，就获得电动机转矩的期望比例。以下介绍现有技术中给出的各种转矩分配策略。
在DE 103 14 396 A1中，给出了用于混合动力-电动汽车中进行转矩分配的方法及装置。这里，通过油门踏板的一个位置固定器来实现转矩分配。在一个第一区域中，汽车仅依靠电动机进行驱动。超过此界线时内燃机启动。这样能够实现特别舒适的行驶。DE 196 32 855 A1中给出了一种混合动力汽车，其中应当能防止汽车发动机发生满转。此文献给出的现有技术的出发点是可能出现如下运行状态，其中内燃机的初始转矩强烈增加，使得电动机不再能够提供相应的响应转矩。为了避免出现这种情况，给出了一个这样的控制系统，其中内燃机的初始转矩通过一个节流阀位置和相应的特性曲线来确定。由此计算出一个自动传动机构中的输入转矩和一个电动机的转矩。所得到的初始转矩，此后通过自动传动机构的传动比、以及通过已经确定下来的输入转矩来进行推算。由此给出一个发动机转速，通过它再返回来与所必需的发动机转矩联系起来。DE 198 31 487 C1中则给出了一种完全不同的策略，用来推算一个混合动力驱动装置中的转矩。如同那里的描述中所给出的，区别两种极端的运行策略。根据第一种策略，仅仅是根据内燃机和电动机达到其最高效率这样的一个工作点进行策划；而第二种运行策略中，内燃机连续工作，并且根据所需要的功率来推算发动机转矩或电动机转矩。此文献给出了一种混合动力驱动装置的运行方法，它能够将行驶路程的影响也纳入考虑，以便在此基础上能够接通和切断内燃机和电动机，并因此将转矩在此二者之间进行适当的分配。相反，在DE 10 2004 046 194 A1中给出了另一种混合动力汽车-控制器，它综合考虑所使用的电池、所测得的充电状态，并且再回过头来与一个或者多个特性曲线族相结合，使内燃机和电动机根据其充电状态运行于一个工作点上，该工作点是根据燃料的经济性因素选定的。
上面所述策略的共同点是它们涉及到所期望的转矩分配，不过，它可能偏离最终所达到的实际转矩分配情况。
发明内容
本发明的目标是能够考虑到转矩输出总体装置的当前状态提供所需转矩，这里，它与所设定的总体装置工作状态之间没有过大的偏差。
实现该目标所依赖的是具有权利要求1所述特征的一种转矩分配方法、以及具有权利要求14所述特征的汽车混合动力驱动装置。在各自的丛书权利要求中给出了其他的优势扩展方式及构造。
提供了一种汽车混合动力驱动装置的转矩分配方法，其中考虑了司机的所需转矩。所需转矩
a)为了确定电动机的当前转矩，b)为了确定内燃机的当前转矩，及c)为了确定所需要的电动机转矩而进入到各自的计算过程中去。
不仅利用所需转矩进行单个的简单后续处理中，也应用来确定不同的参数，从而推算总转矩，这样能够特别快速地确定所需转矩在所使用的混合动力驱动总体装置中的分配方案。较好的情况是混合动力驱动装置具有一台内燃机和至少一台电动机。可以使用燃料电池驱动器或者其他的转矩产生装置来替代内燃机，或者辅助内燃机。它们可以通过一个或者多个传动机构、优选为行星齿轮箱，和/或者离合器相互联接。混合动力驱动装置最好是并行的混合动力驱动装置。不过，也可以使用其他构造的混合动力驱动装置，以便能够应用这里所提供的转矩分配方法。比如说，为此可参看上面所述的现有技术中给出的各种混合动力驱动装置，以及在本公开专利框架内给出的不同构造，但是并不限定于此。
通过确定电动机的当前转矩，能够确定转矩的一个第一数值，不过它还不必与后面对于电动机转矩的真实需求相一致。更重要的是，对于当前转矩的确定，提供了一种可能性，即在转矩分配策划的框架中开始并且能够给出第一步计算。确定内燃机的当前转矩，使得人们能够根据该数据确定最终所需的内燃机转矩。因为首先计算电动机和内燃机的当前转矩，就可以确认通过对于这些数值的一次后续平衡能够实现优化。否则的话，需要根据一个或者多个特性曲线族来计算相应的需求转矩在总体装置中的转矩分配，但是，其中无法考虑具体行驶状况所决定的目前的特殊性。对于所需求的转矩在确定所需要的电动机转矩时的利用，也就是需要由电动机实际提供的转矩，使得分配能够得到控制。这样，就能够在计算过程中对于总体装置上的实际转矩的各种可能方式进行多次测试，而不会导致对内燃机和电动机最终所需转矩的推算工作的滞后。
较佳的情况下，所需要的转矩并行地输入到步骤a)、b)和c)中。这种方式下，能够同时并行计算来确定当前的转矩，并且为了最终调节设定所需要的电动机和内燃机的转矩而对于计算得到的数值进行测试。尤其是这样允许对于内燃机实际所具有的转矩进行测试，其中考虑了内燃机当前的转矩情况。其中，第一数值在确定实际需要的电动机转矩时一同输入。因此，在转矩分配策划框架下，利用电动机来补偿无法从内燃机那里获得的转矩。在转矩计算中，可以在确定当前转矩时，特别是可以从转矩分配策划方面结合特性曲线进行相关计算。不过，要通过接下来对于实际特征的测试确认，司机所需要的转矩实际得到保证。
转矩分配方法的一种方案中，在对所需转矩完成第一次测试后，确定电动机是否有能力在转矩分配策划框架内来提供所确定的当前转矩。如果根本不具备此能力，比如说因为电池的电能储蓄量不够等缘故，那么就可以只依据电动机的最大可能转矩继续进行计算。不过，也存在另一种可能性，就是在确认超出了电动机转矩的最大值后，通过给定当前的转矩，再一次通过转矩分配策划器为电动机推算出当前的转矩。
此外，在转矩分配方法的一种扩展方式的设计中，在确定所需要由电动机提供的转矩之前，先对电动机实际提供的转矩也进行测试。如果确认推算出的所需电动机转矩值超过了可供使用的一个最大值，该信息可以反馈给转矩分配策划器。此后可以为电动机重新确定当前的转矩值，利用它可以根据司机所需要的转矩重新计算。这种方式下，确保转矩分配策划器给出的所需转矩在电动机和内燃机之间的分配方案是可实际执行的。
转矩分配方法的另一种方案中，设置了如下的步骤-确定由司机所要求的转矩，-从所要求的转矩出发，预算出混合动力系统的至少一台电动机的第一转矩值，
-进行测试，看第一转矩能否由电动机提供出来，其中推算出可以由电动机提供的一个第二转矩，-对第一和第二转矩进行第一平衡调整，-以所需转矩和第一平衡调整的结果为基础，计算一个所希望的第三转矩，它应当由内燃机提供，-在第三转矩和内燃机的实际存在转矩之间进行第二平衡调整，-根据第二平衡调整的结果和所需转矩情况，在考虑第二转矩的条件下，推算需要调节设定的电动机-转矩，及-将电动机-转矩和由第二平衡调整所推算出的、需要由内燃机提供的转矩互相耦联。
这里，设计使用了一种转矩分配策划器，以便由司机所需要的转矩确定至少一个当前转矩的第一数值。最好是由转矩分配策划器将电动机的当前转矩固定下来。为此，可以设计将转矩分配策划器存储在一个控制设施中、尤其是在一个控制器中。为控制设施提供的参数至少包括电池的电压、汽车行驶速度和内燃机的转速的特征量。由这些参数以及相关的其他辅助参量，尤其是由上面所述的现有技术中给出的参量，以及在本公开专利文本框架内所指出的参量，控制设施能够根据自身的预先规定，比如效率最大化、燃料最少化、排放最小化或者其他的重点设置，相应地产生至少一个初始值、也许是多个初始值，以便在考虑司机所需转矩的条件下进行后续计算。优选的方式为将所需转矩并行地用于确定一个预先确定的第一转矩和一个预先确定的第三转矩。
尤其是在并行-混合动力驱动装置的设计中，至少由两台电动机共同提供在第一平衡中所确定的转矩。这里，另一种可能方式是两台电动机各自提供相同的转矩。不过，如果由所拥有的电动机提供不同的转矩同样是很有意义的。转矩的分配方法中，较佳的方案是如果有两台或者更多的电动机，直到将需要提供的转矩分配到多台电动机上之前，才测试各台电动机是否能够提供在第一平衡调整中所确定的转矩。一个设计方案例为如果使用两台或者更多的电动机来提供在第一平衡调整中所确定的转矩，通过考虑电动机的各自效率，来将转矩分配到各台电动机上去。这样，能够确保将可能出现的功率损耗减小到最低。
另外，在转矩分配方法的设计中，还可以在至少一个工作点上，由电动机或者由内燃机单独地提供所需要的转矩。这种情况尤其出现在只由内燃机就能够提供足够转矩的工作点上。就此，在转矩分配策划上能够产生区别之处在于何时只由电动机来提供转矩、何时又只由内燃机提供动力。
另一种扩展设计中，只有根据所需转矩的情况能够确认，目前所处的工作状态为一种不可避免地使用电动机的情况下，才启用转矩分配策划方案。这种情况可能出现在快速加速阶段、快速行驶阶段、或者是汽车低速行驶、或者因为涡轮压缩机以过低的压缩比运转而造成内燃机增压不足的情况下。
一种设计例中，如果从第一平衡调整和第二平衡调整中推算出所产生的转矩不能达到所需转矩时，对所产生的转矩进行至少一次重新计算。也可以设计从所需转矩与第一平衡调整结果间的减法运算中推算出第三转矩。也可以设计由所需转矩与第二平衡调整结果间的减法运算中推算出电动机转矩。以减法方式进行计算，能够特别快速地推算出各数值，以便由此快速地得到最终所必需的电动机-转矩。根据所推算的数值情况，可以使用一个发动机控制器来控制内燃机进行相应的喷油过程。
如果在一个混合动力驱动装置中应用了转矩-分配方法，其中在一个传动机构的后面安置了一台电动机，就需要设计使所需的转矩与传动比相匹配。
在本发明的另一种构思中，汽车的混合动力驱动装置具有至少一台电动机和一台内燃机可供使用。混合动力驱动装置的构造以及电动机的安置，可以如上面所述的那样根据前面所给的现有技术来进行，对此在本公开专利文本中已经指出了相关内容供参阅。此外，至少要装备一台控制器、设置一种转矩分配策划方案、并装备一个传感机构来确定汽车司机的转矩需要。控制器具有至少一个输入口，通过它输入司机的期望转矩、内燃机当前的转矩，以及一个或者多个与转矩分配策划方案相对应的当前转矩。控制器具有至少一个输出口，通过它输出至少一个需要由内燃机提供的转矩和一个需要由电动机输出的转矩。控制器具有内部存储的平衡计算功能，它通过调配需要由电动机提供的转矩，完成内燃机的可供使用转矩和内燃机的当前转矩之间的平衡计算。
尤其是能够通过具有附设装置的汽车混合动力发动机，来实施上面所述的转矩分配方法。
较佳方式为，将控制器与发动机控制器通过一条串行数据总线进行耦联，其中，发动机控制器以移植方式具有计算内燃机当前转矩的功能，其数据提供给控制器使用。这样的功能可以由Delphi(戴尔菲)的DCM3.1型控制器来提供。可以实现转矩分配的控制器，可以是一个混合动力调节单元的组成部件，它是一个所谓的HCU-混合动力控制单元(HCU-Hybrid ControlUnit)。不过，也有另外的可能方式，即控制器作为独立的控制器安置于汽车中。此外，另一种可能方式是将控制器作为发动机控制器的组成部件。
在混合动力发动机的一种构造中，内燃机和电动机并行地安置。一个设计例子可以是内燃机和电动机具有互相独立分开的不同轴，其中电动机安置于一根驱动轴上或者是汽车的一个车轮上。特别是可以装备至少两台、或者是四台电动机，其中在后一种情况下为汽车的每个车轮都配置电动机。另一种扩展方式中，具有至少一个离合器，通过它的操作，能够完成由内燃机和电动机的并行运行向另一种运行方式的转换。比如说，可以转换成串行运行方式。
借助于下面的图例对本发明的其他优势性构造及扩展进行详细说明。不过，由此给出的各特征并不局限于各种构造自身。更准确地讲，这些特征能够与上面所描述的其他构造中的各种特征相结合。图中所示为图1 一辆汽车的示意性局部视图，它具有一个混合动力驱动装置和为此配置的单元，后者用于确定所需要的转矩、以及将此转矩分配给至少一台电动机和一台内燃机，及图2 一种可能的转矩分配方法的一个示例性图示。
具体实施例方式
图1以示意图给出了汽车的一个混合动力驱动装置1。该混合动力驱动装置1包括一台电动机2和一台内燃发动机3。通过一个传动机构4能够将这两个总体装置各自提供的转矩提供给一个驱动链5使用。此外还示意性给出了一个油门踏板6，它与示意性给出的传感机构7相联接。利用传感机构7，通过油门踏板6的位置推算出所需的转矩，并且传送到控制设施8中。控制设施8可以是一个分开安置的控制器9。该控制器9通过一条串行数据总线10与一个发动机控制器11、一个电动机-控制器12和比如说其他的控制器13相联接。控制器13可以是一个电路的控制器。控制设施8具有存储起来的一个转矩分配策划方案。通过一个输入口14和一个输出口15，能够将相应的信号通过串行数据总线10从控制设施8传递到发动机控制器11以及电动机-控制器12中。例如，电子-控制器12与电动机2、一个未详细示出的电池以及一个电动机2的温度监视器相联接。尤其是在混合动力驱动装置1的框架下，电动机2还能够作为发电机使用。控制设施8能够利用存储起来的转矩分配策划方案，由司机所需要的转矩为电动机2确定一个当前的转矩。此外，还有另一种可能方式是，由控制设施8也能将内燃机的当前转矩确定下来。较佳的方式是控制设施8还能额外地也将所需要的电动机的转矩、即电动机-转矩确定下来。为此，可以分别返回利用电动机-控制器12和发动机控制器11。借助于它们，能够获得当前时刻可能的转矩值，并允许其进入各种转矩分配。
图2通过示例性方案给出了一种转矩分配方法的可能方式，它可以在图1所示的混合动力驱动装置中执行。以下在图2中将与图1中相同的或者同类的单元以相同的代号标示。通过一个传感机构7，将所需转矩16输送给转矩分配策划器17以及一个第一计算单元18和一个第二计算单元19。转矩分配策划器17从各种不同装置、传感器、控制器及类似的设施得到参数20。它们可以是电池的充电状态、汽车速度、内燃机曲轴的转速、一个电池的温度，或者是其他为了规划转矩分配策划方案所必须的预定条件。其中，除了即时状态量外，也包含着经过一定时间后观察的状态参数，比如磨损或者类似的参量。还有一种可能的方式为将参数一起包含在其中，如同上面在现有技术中同样也输送到转矩分配策划器中的那些，对此在本公开专利文本中已经指出了相关内容供参阅。转矩分配策划器17能够利用所提供的参数20，由结合所需转矩16来确定一个第一转矩21，该第一转矩21被假定为在所需转矩16的分配方案中需要由电动机提供。一道测试22中，将第一转矩21与一个第二转矩23进行比较，后者代表着当前时刻电动机实际提供的转矩。通过测试中进行的第一平衡调整24，所得到的测试结果传送给第一计算单元18。那里也输入了所需转矩16。第一计算单元18能够推算第一平衡调整24的结果25和所需转矩16之间的差值。比如说，可以将所需转矩16作为正值存放于第一计算单元18中，而结果25作为负值输入。在经过绝对值运算后给出一个所期望的第三转矩26，它应当由内燃机提供。通过一道第二测试27，可以确认所期望的第三转矩26从根本上讲是否能够被提供出来。对第三转矩26和内燃机实际具有的转矩进行这种类型的第二平衡调整27之后，得出所需要的内燃机的转矩28。将该转矩28传送给发动机控制器11。发动机控制器11根据所需要的转矩28控制内燃机3。可以从发动机控制器11方面采取一些措施，比如，控制燃料喷入过程、燃料喷入流量、阀门开启或者阀门关闭、或者其他的有关发动机的措施。此外，在此示意性给出的转矩分配方法的方案中，发动机控制器11有能力将内燃机3的当前转矩29传送给第二计算单元19。同样输入到第二计算单元19中的还有所需转矩16。第二计算单元19也能够与第一计算单元18具有同样的构造和功能。也就是说从输入的数据中又推算出一个差值。该结果又要经受一道第三测试30，其中所给出的电动机的期望转矩与第二转矩23、也就是电动机实际提供的转矩进行平衡调整。由此得出所需要的电动机-转矩31。该转矩值传送给电动机-控制器12，由电动机-控制器12相应地操控电动机2。在示意性、示例性给出的实施转矩分配方法中所使用的转矩，能够代表转矩自身，但也可以是用转矩代表的其他特征参量。除了所示单元外，还可以添加其他的辅助单元，它们使另外的步骤、尤其是测试工作能够实施。由图2给出的方法，特别应当作为一个例子加以理解，而不应当理解为仅局限于此。
权利要求
1.一种汽车混合动力驱动装置(1)的转矩分配方法，，其中考虑了司机的所需转矩(16)，该方法a)为了确定电动机(2)的当前转矩，b)为了确定内燃机(3)的当前转矩，及c)为了确定所需要的电动机(2)转矩而进入到各自的计算过程中去。
2.如权利要求1所述的转矩分配方法，其特征为将所需转矩(16)并行地输入到步骤a)、b)和c)中。
3.如权利要求1或2所述的转矩分配方法，包括如下步骤—确定司机的所需转矩(16)；—从所需转矩(16)出发，为混合动力驱动装置(1)的至少一台电动机(2)预算出一个第一转矩(21)；—对第一转矩(21)和第二转矩(23)进行第一平衡调整(24)，其中进行测试(22)，检验第一转矩(21)能否由电动机(2)提供，并推算出可以由电动机(2)提供使用的一个第二转矩(23)；—以所需转矩(16)和第一平衡调整(24)的结果为基础，计算一个所希望的第三转矩(26)，该第三转矩(26)应当由内燃机(3)提供；—在第三转矩(26)和内燃机的实际存在转矩之间进行第二平衡调整；—根据第二平衡调整的结果和所需转矩(16)情况，在考虑第二转矩(23)的条件下，推算需要调节设定的电动机—转矩(31)；及—将电动机—转矩(31)和由第二平衡调整所推算出的、需要由内燃机(3)提供的转矩互相耦联。
4.如权利要求3所述的转矩分配方法，其特征为所需转矩(16)并行地用于确定一个需要预先确定的第一转矩(21)和一个需要预先确定的第三转矩(26)。
5.如上述权利要求之一所述的转矩分配方法，其特征为为存储在一个控制设施(8)中的转矩分配策划器(17)提供的参数(20)，至少包括电池的电压、汽车行驶速度和内燃机的转速的特征量。
6.如上述权利要求3至5之一所述转矩分配方法，其特征为至少由两台电动机共同提供在第一平衡调整(24)中所确定的转矩。
7.如上述权利要求3至6之一所述的转矩分配方法，其特征为当有两台或者更多的电动机时，直到将需要提供的转矩分配到多台电动机上之前，才测试各台电动机是否能够提供在第一平衡调整中所确定转矩。
8.如上述权利要求3至7之一所述的转矩分配方法，其特征为如果使用两台或者更多的电动机来提供在第一平衡调整中所确定的转矩，通过考虑电动机的各自效率，来将转矩分配到各台电动机上。
9.如上述权利要求之一所述的转矩分配方法，其特征为在至少一个工作点上，所需转矩单独地由电动机或者由内燃机提供。
10.如上述权利要求3至9之一所述的转矩分配方法，其特征为如果从第一平衡调整(24)和第二平衡调整中推算出所产生的转矩不能达到所需转矩(16)时，对所产生的转矩进行至少一次重新计算。
11.如上述权利要求3至10之一所述的转矩分配方法，其特征为由所需转矩(16)与第一平衡调整(24)结果之间的减法运算中推算出第三转矩(26)。
12.如上述权利要求3至11之一所述的转矩分配方法，其特征为由所需转矩(16)与第二平衡调整结果之间的减法运算中推算出电动机—转矩(31)。
13.如上述权利要求之一所述的转矩分配方法，其特征为在一个传动机构的后面安置有一台电动机时，所需转矩(16)与传动比相匹配。
14.一种汽车混合动力驱动装置(1)，该装置具有至少一台电动机(2)和一台内燃机(3)，具有至少一台控制器(9)，具有一种转矩分配策划器(17)，并具有一个传感机构(7)来确定汽车司机的转矩需要，其中，控制器(9)具有至少一个输入口(14)，通过该输入口(14)输入司机的期望转矩、内燃机和电动机的当前转矩，最好输入一个或者多个与转矩分配策划器(17)相对应的当前转矩，其中，控制器(9)具有至少一个输出口(15)，通过该输出口(15)输出至少一个需要由内燃机(3)提供的转矩和一个需要由电动机(2)输出的转矩，其中，控制器(9)具有内部存储的平衡计算功能，该功能通过调配需要由电动机(2)提供的转矩，完成内燃机(3)的可供使用转矩和内燃机(3)的当前转矩之间的平衡计算。
15.如权利要求14所述的混合动力驱动装置(1)，其特征为控制器(9)与发动机控制器(11)通过一条串行数据总线(10)相耦联，其中，发动机控制器(11)以移植方式具有计算内燃机(3)当前转矩的功能，其数据提供给控制器(9)使用。
16.如权利要求14或15所述的混合动力驱动装置，其特征为内燃机(3)和电动机(2)并行地安置。
17.如权利要求16所述的混合动力驱动装置，其特征为内燃机(3)和电动机(2)具有互相独立分开的不同轴，其中电动机安置于一根驱动轴上或者汽车的一个车轮上。
18.如上述权利要求之一所述的混合动力驱动装置，其特征为安装至少一个离合器，通过该离合器的操作，能够完成内燃机和电动机由并行运行向其他运行方式的转换。
19.如上述权利要求之一所述的混合动力驱动装置，其特征为在控制器(9)中存储了如权利要求1至13之一所述的方法。
全文摘要
本发明涉及汽车混合动力驱动装置(1)中的一种转矩分配方法，该方法具有司机所需转矩(16)，该转矩a)为了确定电动机(2)的当前转矩，b)为了确定内燃机(3)的当前转矩，及c)为了确定所需要的电动机(2)的转矩，而进入到各自的计算过程中去。此外，还提供了一种混合动力驱动装置(1)，利用它可以实施这种转矩分配方法。
文档编号B60W20/00GK101062683SQ20071008825
公开日2007年10月31日 申请日期2007年3月20日 优先权日2006年3月21日
发明者H·施温德, 金铉玉, 朴钟南 申请人:德国Fev发动机技术有限公司, 双龙自动车株式会社