用于运行具有内燃机和电机的装置的方法与流程

本发明涉及一种用于运行具有内燃机和电机的装置的方法，其中所述内燃机具有曲轴并且所述电机与所述曲轴传递转矩地耦合，并且所述电机与蓄能器电连接。并且本发明还涉及用于实施所述方法的一种计算单元和一种计算机程序。

背景技术：

对于内燃机来说，通过在工作冲程中产生的动能来提高转速，而通过接下来的排气冲程、进气冲程和压缩冲程又降低转速。由此也在内燃机的气缸的工作循环之内产生一定的转速波动。

内燃机的气缸的数量越高，那就越能够至少部分地补偿这样的转速波动，其中对于所述内燃机的气缸来说工作冲程也相互错开。

因此，恰好对于具有少量气缸的、如尤其在摩托车中使用的那样的内燃机来说，只能不太好对这些转速波动进行补偿。

技术实现要素：

根据本发明，提出具有独立权利要求的特征的、一种用于运行具有内燃机和电机的装置的方法以及用于实施所述方法的一种计算单元和一种计算机程序。有利的设计方案是从属权利要求以及以下说明的主题。

按本发明的方法用于运行具有内燃机和电机的装置，其中所述内燃机具有曲轴，所述电机与所述曲轴传递转矩地耦合，所述电机与蓄能器、例如电池电连接。在此，作为内燃机尤其考虑具有最多两个气缸、优选恰好一个气缸的、如典型地在摩托车中使用的那样的内燃机。

即使下面尤其是参照具有（正好）一个气缸的内燃机来描述所提出的方法，但这也能够套用到具有两个或者更多个气缸的内燃机上并且能够在那里使用。

作为对内燃机中的开头所提到的转速波动的补充，如已经证明的那样加进这一点，即：在工作冲程中在气缸中产生的动能-以及由此随之出现的转速变化也-在统计方面波动。这例如应该归因于所输送的不同空气量和相应的燃烧的品质。这相应地也对接下来的冲程产生影响，也对接下来的工作冲程产生影响。但是尤其是对于这样的具有少量气缸的内燃机来说，这――以及本来常见的转速波动――只能不太好地得到补偿，从而在那里出现在整体上高的转速波动。

现在能够通过被输送到气缸中的空气量的调节并且/或者通过对于内燃机的点火时刻的调节来调节到尽可能恒定的转速。这尤其涉及空转运行。然而，在这种情况下每个气缸和每个工作循环只能以转速调节的方式干预一次，这尤其对于具有少量气缸的内燃机来说不能实现特别快速或良好的转速调节。

现在提出，在内燃机的预先给定的运行范围内以内燃机的气缸的一个工作循环之内的预先确定的曲轴角度来求取曲轴的转速的当前值。此外，如此操控所述电机，从而通过所述电机与所述曲轴之间的转矩传递在所述当前值小于相应的比较值（也就是同样在所述内燃机的预先给定的运行范围内在预先确定的曲轴角处）时提高所述转速并且/或者在所述当前值大于所述比较值时降低所述转速。

优选作为所述工作循环之内的预先确定的曲轴角使用与所述工作循环之内的转速最大值相对应的曲轴角。这样的转速最大值典型地在工作冲程结束时出现。

尤其也能够借助于所述转速的当前值和比较值来求取由所述内燃机当前所提供的能量（也就是尤其工作功冲程中产生的能量，该能量被转换为动能）与比较能量值之间的能量差，其中如此操控所述电机，从而通过所述电机与曲轴之间的转矩传递来对这种能量差进行补偿。

这样的能量的求取例如能够借助于所述内燃机的模型在考虑到转速的情况下进行。为了对此进行详细阐述，在此要参照后面的解释。

作为用于转速的比较值，在这种方法的范围内尤其考虑到在多个工作循环内（在所述内燃机的预先给定的运行范围中在预先确定的曲轴角处）转速的平均值。所述平均值以算术方式或以其他方式来计算，也可考虑中值。也能够代替求平均值而使用模型，以便作为平均值或常见值来获得这样的比较值。相应的情况然后也适用于能量比较值。

如从上述解释中得出的那样，在预先确定的曲轴角处的当前转速典型地处于比较值之下或之上。通过对于所述电机的合适的操控，现在能够将加速转矩或者制动转矩施加到曲轴上。尤其可以借助于所提到的能量差来查明，为此必须多么准确地或多么强烈地以加速或制动的方式操控电机。

比如能够如此操控所述电机，使得所述电机以计算所述参量差的当前时刻为出发点直至与换气上死点相对应的曲轴角以均匀的或其他的分布方式将转矩施加到曲轴上。但是这也能够根据所需要的能量输出或能量吸收而超过换气上死点来进行。

通过所提出的方法，现在能够特别有效地并且首先特别快速地补偿由于静态不均匀的燃烧过程而产生的转速波动。与借助于对于空气量或点火时刻的调整进行的调节转速的干预相比，能够明显更快地操控所述电机。

所述电机通常能够按马达方式或者按发电机方式来运行，也就是说电能能够从蓄能器中获取并且作为机械能作为加速转矩被输出到曲轴上，或者机械能能够作为制动转矩从曲轴中获取并且作为电能被输送给蓄能器。在此，总体上能够在全部的马达式的功率和全部的发电机式的功率之间变化。

但是现在也要考虑，所述电机典型地用于产生电能，所述电能应该输送给蓄能器和/或与之电连接的车载电网。如前面所提出的那样的对于电机的操控、也就是说对曲轴进行加速作用或者制动作用现在能够与提供电能的常见的运行叠加。

在此，所述电机不一定需要按马达方式来运行，更确切地说对曲轴的加速作用也已经能够通过以下方式来实现，即：产生较少的用于蓄能器或车载电网的能量。相对地看――关于所述电机的在常规运行中所产生的制动作用――而后尽管如此仍然能够实现加速作用。

就此而言特别优选的是，此外如此操控所述电机，从而将所述蓄能器和/或与之电连接的车载电网的电压保持在预先给定的额定范围之内。作为电压的替代方案或补充方案，也能够使用所述蓄能器的充电状态。在此，尤其能够将用于所述电压或充电状态的实际值保持在额定范围之内或者也能够将其改变。迄今为止常见的是，将所述车载电网中的电压调节到特定的额定值，而通过额定范围的使用则实现了电压的一定的变化。通过前面所提到的对于电机的操控――在操控时对曲轴进行加速作用或制动作用――也就是说也跟随着所提供的电压的变化。

在此尤其在特别是快速的调节路径的范围内，借助于用于所述蓄能器和/或与之电连接的车载电网的电压的额定值或者所述蓄能器的充电状态的额定值将转速作为调节值调节到预先给定的数值。此外，在此优选的是，如果所述蓄能器和/或与之电连接的车载电网的电压的额定值或者所述蓄能器的充电状态的额定值达到或超过额定范围的边缘，则在由所述内燃机产生的转矩的变化的情况下将所述电压的或充电状态的额定值调节到额定范围之内的预先给定的数值、尤其是调节到居中地处于额定范围内的数值。由此，使所述内燃机的额定转矩在较慢的调节路径中跟踪连续地保持的（平均的）转速偏差和所述电系统的变化的能量需求。

总之，由此提供一种多参量调节器，该多参量调节器作为输入参量具有所述电机的功率和由所述内燃机产生或提供的转矩并且作为输出参量具有所述蓄能器的电压或充电状态或与之电连接的车载电网的电压和尤其是作为空转转速的转速。在此考虑到，通过所述电机的功率的改变一方面调节电压或电荷，但是同时也存在横向耦合到转速上的情况，因为由于所述电机的功率的提高（尤其在按发电机方式的运行中）而转速下降（这又影响所述电机的功率）。通过所述内燃机的转矩主要影响转速，其中由此随着转速的变化也又改变所述电机的功率并且这而后对电压或充电状态有影响。

通过所述两条所提到的调节路径，现在一方面能够尽可能好地并且有针对性地调节转速，但是如果需要的话也能够如此校正电压或充电状态，使得其保持在预先给定的额定范围之内。总之，这也对可能的有害物质排放有积极的影响。

有利地在每个工作循环中只能一次改变并且/或者在喷射过程的期间不改变并且/或者在给所述内燃机的点火线圈的充电期间不改变所述电机的功率。由此能够实现这一点，即：尽可能少地影响燃烧或燃烧过程本身。

在所述内燃机的空转运行中出现尤其所谓的拖延的（出乎意料地差的）燃烧和与此相关的转速扰动。相反，对于过好的燃烧来说则出现很少的并且仅仅小的与此相关的转速提高。

因为当所述电机的功率输出尽可能保持恒定时能够实现车载电网的尽可能最大的效率，所以为了有利于这个效率，能够在燃烧太好时放弃对于所述电机的转矩调节干预。换而代之，在这些情况下忍受轻微的转速过冲并且仅仅在燃烧拖延时为了有利于转速稳定性而用所述电机进行转矩干预。换句话说，因此优选如此操控所述电机，从而通过电机与曲轴之间的转矩传递在当前值小于相应的比较值时提高转速、而在当前值大于比较值时不降低转速。

特别优选将空转运行用作所述内燃机的预先给定的运行范围。因为尤其在空转运行时出现剧烈的转速波动，所以用所提出的方法能够实现更好的空转。尤其以这种方式甚至能够降低空转转速。然而，所提出的方法同样适用于其他运行范围、尤其是具有小负载和/或小转速（但是高于空转转速）的运行范围。

因此，总的来说，能够放弃为了转速调节而对点火角进行的调节并且因此能够将该点火角恒定地调节到最优值。这直接引起更加有效的或更强烈的燃烧。由此能够相应地减少每次燃烧的空气和燃料量并且由此降低燃烧马达的消耗和排放。

尤其也能够比如在计算单元上必要时通过对于电池电流的额外的测量来对尤其构造为电池的蓄能器进行建模并且也对其状态进行建模并且由此获取所述蓄能器的充电状态。在这种情况下，上面所介绍的调节方案如已经提到的那样能够调节充电状态来代替电压或者能够如此扩展所述调节方案，从而在额定范围之内调整所述电压（充电电压）并且同时调节所期望的充电状态。

按本发明的计算单元、例如机动车的控制器尤其是在程序技术上被设立用于实施按本发明的方法。

以具有用于实施所有方法步骤的程序代码的计算机程序或计算机程序产品的形式来实施按本发明的方法也是有利的，因为这引起的成本特别低，尤其如果执行用的控制器还被用于其他任务并且因此本来就存在的话。用于提供所述计算机程序的合适的数据载体尤其是磁性存储器、光学存储器和电存储器、像比如硬盘、闪存盘、eeproms、dvds等。也能够通过计算机网络（互联网、内联网等）来下载程序。

本发明的其它优点和设计方案由说明书和附图得出。

附图说明

本发明借助于实施例在附图中示意性地示出并且下面参照附图进行描述。

图1示意性地示出了具有内燃机和电机的装置，利用该装置能够实施按本发明的方法。

图2示意性地示出了内燃机的转速走势，用于对按本发明的方法的一种优选的实施方式中进行解释。

图3示意性地示出了按本发明的方法的另一种优选的实施方式的流程。

图4示意性地示出了按本发明的方法的另一种优选的实施方式的流程。

具体实施方式

在图1中示意性地示出了具有内燃机110和电机120的装置100，利用该装置能够实施按本发明的方法。所述内燃机110示范性构造为具有气缸111和曲轴115的内燃机。

所述电机120与曲轴115传递转矩地耦合并且由此也与所述内燃机110传递转矩地耦合。此外，所述电机120与蓄能器130电连接，该蓄能器例如能够是电池，也就是说电能能够从电机120流至蓄能器130并且反之亦可。此外，车载电网能够被电连接到蓄能器130上。

借助于构造为控制器的计算单元140，能够相应地操控所述电机120，也就是说能够进行吸收转矩的或者说按发电机方式的运行，在这种运行中电能从电机120流往蓄能器130。同样，只要有必要，能够进行产生转矩的或者说按马达方式的运行，其中电能从蓄能器130流往电机120。

此外，在所述曲轴115上或者为该曲轴设置有角度传感器116，借助于该角度传感器能够检测当前的曲轴角度并且在需要时也检测转速并且将其输送给控制器140。

在图2中示意性地示出了内燃机、尤其是在图1中示出的内燃机的转速走势。为此，关于时间t绘示出转速n。在这里示出的转速走势对应于在空转运行中的转速走势。由于所述内燃机只有一个气缸而产生相对大的转速波动。

在此，总共可看到三个工作循环a，其分别具有工作冲程、排气冲程、进气冲程和压缩冲程。示范性地绘入点火上死点zot和换气上死点got。因此，在一个工作循环之内，大约在zot处出现最小的转速，并且在大约90°至180°的曲轴角度之后出现最大的转速。在got处，转速处于中间值处。

除了在工作循环之内的转速波动之外，也可以看出，工作循环之内的最大的（并且还有最小的）转速在工作循环之间变化。用于最大转速的不同数值用nmax,soll和nmax来表示。这一点如开头所解释的那样例如应该归因于燃烧过程的统计偏差。

示范性地并且为了阐述所提出的方法，最大转速的用nmax,soll表示的数值下面应该对应于中间值并且因此用作比较值。

在所提出的方法的范围内的调节或者控制的目的例如是，在每个工作循环中将进气-打开开始时的转速调整到相同的数值。在此，进气-打开点处于got之前不久。起始点而后例如是在预先确定的曲轴角度1处、大约在zot之后的180°kw处的转速最大值、也就是例如数值nmax。

通过与比较值或者预期的转速最大值nmax,soll的比较来计算，通过燃烧与一个中值或典型的燃烧相比太多地或者太少地产生多少能量。如果产生了太多的能量，那就通过控制装置例如在直至got的时间里将所太多地产生的能量通过电机储存到蓄能器中。如果产生的能量太少，那就将这个能量通过电机馈入到系统中。

特别好的燃烧典型地只能将比平均情况稍多一点的能量馈入到系统中，相反，差的或拖延的燃烧则能将比平均情况明显更少的能量馈入到系统中。因此，在所提出的方法的范围内，总体上对曲轴的加速作用大于制动作用。

能量差δe的计算例如能够以平方的方式来进行，其然后计算为：

。

在此，常数ct与内燃机在曲轴角度1处的惯性矩相关并且例如能够在系统中学习或合适地被应用。

为了获得当前的比较值nmax,soll,i，例如能够计算有效地给所有迄今所测量的数值求平均。然后借助于递归滤波器作为

来得出所述比较值。

同样，只要进行足够深度的平均，其他用于进行平均的计算也是可能的。用于上面提到的方程式的可能的滤波系数例如是m=50至m=100。但是根据目标系统，也可能够优选更小/更大的数值。在这种情况下，将所测量的第一转速等同于第一平均转速。

从所计算的能量差δe中能够推导出用于电机的调节愿望。所缺少的或者说过剩的能量在电方面在相同的工作循环中直至另一个（保持恒定的）曲轴角度2得到补偿。在这种情况下，合适的位置例如能够是1之后的360°曲轴角度。

有利地如此选择所述位置，从而在喷射和点火的持续时间里实现恒定的电池电压，也就是说所述电机尽可能恒定地保持其输出功率并且2不落入这两个范围内。

为了补偿能量差，必须在从1至2的曲轴角度间隔的期间施加或移除相应的电能量。为此，用以下方程式来计算经过曲轴角度间隔必要的时间间隔δt，即：

，

其中用nsoll来表示平均转速、尤其空转转速。分母中的因数“6°”在此由以rpm或每分钟转数（u/min）为单位的转速的使用中产生。换而言之，对于频率（1/s）来说，必须使用因数“360°”。在此，所述角度分别以度为单位，但不以弧度为单位。在此出现的不精确性通过转速额定值的使用来代替所述间隔期间的、在1处的时刻仍然未知的实际平均转速而能够被忽略。从所计算的时间间隔中可以计算电机的在这个时间里的所需要的功率p：

。

为了给车载电网或蓄能器供给电能，必须持续地按发电机方式来设定电机的相应的功率。因此，应该将上面所计算的电功率作为偏移来加到基本功率上。

因为所述内燃机典型地通过马达控制器来如此调节，从而平均地遵守所期望的转速nsoll，所以所述电机的平均输出功率仅仅由于蓄能器和电机以及操控硬件中的电能转化的效率而变化。

如果不使用所述电机的力矩计算或功率计算而是使用转子角的调节，则也能够在忽略在此出现的不精确性的情况下借助于转换因数直接从能量差中计算转子角度差δδ。因此适用：

。

这两个常数可以概括为组合的常数c：

。

所计算的转子角偏移δδ被加到瞬时调节的转子角上并且平均地、如上面在功率情况下那样得出为零，因为所述内燃机能够平均地单独遵守所述额定转速。

在图3中示意性地示出了按本发明的方法的一种优选的实施方式的流程。如前面已经提到的那样，在所提出的方法的范围内能够使用多参量调节器。

这一点示范性地被示出，也就是用所述电机的功率p的输入参量和由所述内燃机产生的或提供的转矩m并且用所述蓄能器或与其电连接的车载电网的电压u的输出参量以及尤其作为空转转速的转速n来示出。

在此也得到表达的是，一方面通过功率p的改变来调节电压u，但是同时也存在横向耦合到转速n上的情况，因为由于所述电机的功率输出的提高（尤其是在按发电机方式的运行中）而转速下降（这又影响所述电机的功率）。通过所述转矩m主要影响转速n，其中随着转速n的变化又改变所述功率p并且这一点而后对电压u有影响。

在图4中示意性地示出了按本发明的方法的一种优选的实施方式的流程。通常，通过所述电机的功率p来调整所述电压u。例如能够通过调整量-转子角来调节所述电压u。

但是在所提出的方法的范围内现在规定，不是调节到恒定的电压或电压的额定值，而是将所述电压保持在合适的额定范围内。尤其在空转的运行范围内通过额定转速和实际转速的比较借助于合适的调节器或算法来计算用于所述内燃机的电压的新的额定值和用于所述内燃机的转矩的新的数值。

为此，尤其在快速的调节路径的范围内，为了稳定转速n，也就是说调节到额定转速nsoll，而将所述电压的额定值usoll用作调节量。在转速过高时，提高所述用于电压的额定值usoll。为了实现这一点，而后提高所述电机的功率输出并且转速下降。在转速过低时，降低所述电压的额定值u并且因此降低所述电机的功率输出或者甚至按马达方式输送功率并且转速因此而升高。

在此，能够用所述电机的功率将所述电压作为在底层调节器的意义上的调节值来调整到相应的额定值。但是在这种情况下也能够考虑无调节的控制。关于用于调节所述电机的功率的具体做法，要参考前面的解释。

在此，所述电压的额定值usoll尤其只允许在额定范围之内变化：

。

最小值usoll,min例如能够为12.5v并且最大值usoll,max例如能够为14.3v。在超过这些极限之前或之时或者在达到或超过所述额定范围ub的边缘时，能够在缓慢的路径中改变所述内燃机的转矩m并且由此如此调节所述电压的额定值usoll，使得新的额定值居中地处于额定范围ub内。如已经提到的那样，能够通过转矩的提高来提高转速，这提高了所述电机的功率并且由此提高了电压。相应的情况适用于功率和电压的降低。

通过所提出的方法，所述内燃机能够在调整转速、尤其空转转速时通过电机的使用在很大程度上保持在恒定的运行点中，这对排放和消耗具有积极的影响。