用于运行混合动力驱动装置的控制单元和方法

技术领域

本发明涉及用于运行机动车的混合动力驱动装置的控制单元和方法，所述混合动力驱动装置具有至少一个电动机(也称为电机)和内燃机(也称为内燃发动机(VKM))，它们可以分别单独或一起使用，以便提供通常在车辆的变速器上要求的驱动转矩。

背景技术

在混合动力车辆中，已知各种混合动力驱动拓扑结构以及各种运行策略，尤其是用于降低排放和消耗的策略。在此，根据现有技术，内燃机应尽可能少地运行。但内燃机的关闭和起动消耗能量和时间并且(大多)不利影响车辆的舒适性和动力性。

发明内容

本发明的任务是，在用于运行混合动力驱动装置的控制单元和方法中改善车辆的舒适性和动力性，同时保持消耗降低。

该任务通过独立权利要求的特征来解决。从属权利要求的技术方案涉及本发明的有利扩展方案。

本发明涉及用于混合动力驱动装置的控制单元和方法，所述混合动力驱动装置包括内燃机和电机，其中，内燃机具有至少用于停用进气门和排气门的打开操作的调节装置(例如全可变气门升程控制装置和/或可开/关的气门打开执行器)。根据本发明，控制单元(例如通过以降低拖曳转矩功能模块形式的软件程序模块)设计成，使得在至少一个预定条件下(尤其是当在未点火的惯性运行中进行回收时，或尤其是在点火的内燃机以高起动频率的运行中、如在“电量保持”或在HEV运行中进行纯电动行驶时)，在未点火的内燃机中同时或至少几乎同时并且完全或至少几乎完全停用进气门和排气门的操作。在此，内燃机必须与电机连接。当在必要情况下在内燃机和电机之间存在发动机分离离合器时，该分离离合器闭合或保持闭合。

本发明基于以下认识：

当内燃机重新启动并且所需的牵引力被电机弥补直到由点火的内燃机承担牵引力时，不希望地消耗大量的能量并且花费时间。

在已知的、在内燃机和电动机之间具有分离离合器的混合动力驱动拓扑结构中，在纯电动行驶时，内燃机通常通过分离离合器的打开而脱开联接。基于高的拖曳转矩，到目前为止不会在拖曳或内燃机联接时使用纯电动行驶。

本发明规定，在预定的运行条件下、尤其是在纯电动行驶的状态中和/或在进行回收时，不使内燃机脱开联接(如果可能的话)，而是尽可能降低内燃机的拖曳转矩。

在此，根据本发明提出，在未点火的内燃机中在进气门和排气门至少几乎完全、优选完全持续关闭的意义上，尤其是控制换气-气门控制装置(用于气缸进气门和气缸排气门)，其本来设置用于在内燃机点火时的进气控制。优选地，在特定条件下纯电动行驶(正驱动转矩)时或在特定条件下进行回收时(负驱动转矩)，在进气门和排气门这样关闭的情况下激活内燃机的未点火的拖曳运行。

因此，根据本发明，在内燃机的未点火运行中，不仅在电机和内燃机或内燃发动机(VKM)具有固定联接的混合动力架构中(例如所谓的P0传动驱动系，参见图3，以及所谓的P1传动驱动系，参见图2)，而且在内燃机和电机之间具有分离离合器的混合动力架构中(例如所谓的P2传动驱动系，参见图1，即在分离离合器保持闭合的情况下)借助于关闭在VKM上的进气门和排气门来显著降低拖曳转矩。

不仅在拖曳的纯电动行驶时而且在拖曳的回收时，用于关闭气门的一种特别有利的实施方式是，在进气侧使用全可变气门升程控制装置并且在排气侧借助于开关执行器简单地关闭气门机构。为了阐述可能的用于全可变气门升程控制的气门控制装置的基本结构，例如参考DE10123186A1。

情况1，在进行回收时：

与具体的混合动力架构(参见实施例)无关地，可以通过如下方式来增加可回收的能量，即在回收阶段借助于在气缸的气门上的能可变调节的和/或可开/关的装置来关闭VKM的气缸换气并且因此不再产生由换气引起的VKM损失转矩份额。

一种用于最小化消耗的重要策略是借助于电机来回收车辆的动能。根据在回收中的现有技术，尤其是已知的、在电机和内燃机或内燃发动机(VKM)之间具有固定联接(通常为P0，参见图3，以及P1，参见图2)的混合动力架构必须接受VKM的拖曳转矩作为损失并且因此收到较低的能量吸收。为了提高回收效率，需要在回收情况中降低VKM的拖曳转矩。

为此，根据本发明，即优选在回收情况中拖曳未点火的VKM并且将气门控制装置控制成，使得进气门和排气门均关闭。

情况2，在纯电动行驶时：

即使在纯电动行驶时，根据本发明，与所有以前的认识相反，即使在所谓的P2架构(其在内燃机和电机之间具有离合器)和P1架构(通过闭合离合器与在内燃机和电机之间没有离合器时一样)的情况下，也使用由内燃机和电机组成的混合动力驱动架构，其中，内燃机配备有优选用于关闭进气门和排气门的各一个可自由控制的装置，该装置对于具有在未点火运行中被一起拖曳的内燃机的电动行驶用作降低拖曳的装置。在此作为降低拖曳的措施，两个装置尽可能同时被控制以关闭进气门和排气门。在这里，也优选与在回收时一样借助于在气缸气门上的能可变调节的和/或可开/关的装置来关闭VKM的气缸，以防止换气负载。

此外提出，对于电动行驶状态(其中，在输出正转矩的情况下，仅电机在车辆中提供输出转矩)，内燃机在激活降低拖曳的措施的情况下保持固定联接。因此，可随时并且快速地在电动运行和组合运行或纯内燃机运行之间进行切换，而无需投入大量能量来起动内燃机。

该运行模式既可用于HEV车辆也可用于PHEV车辆或与架构无关地用于不同的混合动力拓扑结构并且根据情况用于允许车辆高效运行的优化的运行策略。在这里，电机的电压水平可在低压范围(通常<60V)或高压范围(>60V)中。

已知的运行策略尤其是在(插电式)混合动力车辆(作为在P2架构中的并联混合动力驱动)中根据电池充电状态(SOC)区分为“电量消耗”(Charge Depleting)运行模式(SOC高并且将SOC降低)和“电量保持”(Charge Sustaining)运行模式(SOC低且应保持)。

在“电量消耗”模式中，驱动基本上电动地进行，即内燃机借助于分离离合器脱开连接并且将转速置为0。内燃机的起动频率低。电动行驶达到很高的行驶功率范围。

在“电量保持”模式中，内燃机优选在惯性阶段和低行驶功率中借助于分离离合器脱开连接并且将转速置为0。电动行驶仅在低行驶功率下进行。当驾驶员要求负载时，必须起动并联接内燃发动机。起动频率明显高于在“电量消耗”运行模式中的起动频率。

SOC通常代表充电状态并描述能量存储器的充电状态。因此，该值即描述电池充电的程度。

上述“电量保持”策略的缺点是高起动频率、在起动中的舒适性降低、在起动中的缺乏响应、在电气系统的行驶功率中的高起动余量、在起动装置中的构件负荷、内燃发动机的构件负荷、在起动中的排放缺点以及用于起动的不希望的额外能源成本，同时与内燃发动机的停机时间相比从回收中获得的能量减少。通过增加充电状态中心系统(SOC-Hub)来降低起动频率的策略由于双重能量转换而导致CO

因此，已知的策略和方法是非常不利的并且需要用于控制混合动力车辆的改进方法。

因此，当起动频率超过特定的阈值时和/或当“电量保持”运行模式激活时，优选使用本发明。在具有P2架构的混合动力车辆中，当在纯电动行驶运行中存在条件“电量保持”时，在内燃机和电动机(＝电机)之间的分离离合器因此闭合以拖曳未点火的内燃机并且进气门和排气门也关闭以激活拖曳转矩的降低。

与已知方法相反，根据本发明规定，内燃机在模式“电量保持”中始终保持联接，并且因此即使在内燃机根本不提供功率的情况下也保持联接。因此，电动机始终运行并且如果额外需要功率则附加地使用内燃机。然而为此根据本发明无需先起动内燃机并将其联接到驱动装置上，因为内燃机始终借助于闭合的分离离合器(P2)或根本就不可分离地(P0、P1)保持联接。因此没有实施各种联接过程。

根据所提出的方法，可再利用已知的系统组件。为此，已知的系统组件控制成，使得根据所提出的方法执行联接过程以实现有效的运行策略。因此，根据本发明产生以下优点：本发明可利用简单的技术手段来实现并且尤其是可对特定机动车进行简单的改装。为此，通常不需要物理适配，而是相反地，可将所提出的方法编程到控制单元中并且随后执行。

应当指出，独立权利要求的从属权利要求的附加特征在没有独立权利要求的特征或仅与独立权利要求的部分特征组合的情况下可构成独立于独立权利要求的所有特征的组合的独立发明，该独立发明可以是独立权利要求、分案申请或后续申请的技术方案。这同样适用于在说明书中描述的技术教导，该技术教导可形成独立于独立权利要求的特征的发明。

根据另一方面，在控制单元中使用软件(SW)程序。该软件程序可构造成用于在控制单元的处理器上(如在车辆的控制器上)执行并且由此执行本文中描述的方法。

根据另一方面，描述了一种存储介质。所述存储介质可包括软件程序，所述软件程序构造成用于在处理器上执行并且由此执行本文中描述的方法。

应当注意，在本文中所描述的方法、装置和系统不仅可单独使用，而且也可结合其它在本文中所描述的方法、装置和系统来使用。另外，在本文中所描述的方法、装置和系统的任何方面可以以多种方式相互组合。尤其地，权利要求的特征可以以多种方式相互组合。

附图说明

下面根据实施例更详细地描述本发明。附图如下：

图1示出所谓的具有可根据本发明激活和停用的降低拖曳转矩的措施的P2传动驱动系；

图2示出所谓的具有可根据本发明激活和停用的降低拖曳转矩的措施的P1传动驱动系；

图3示出所谓的具有可根据本发明激活和停用的降低拖曳转矩的措施的P0传动驱动系。

具体实施方式

如开头所述，本文涉及混合动力驱动装置的运行，尤其是用于激活至少一个降低拖曳转矩的措施。就此而言，图1、图2和图3示出具有示例性的混合动力驱动拓扑结构的车辆的示意图。

在图1中，P2传动驱动系包括内燃机3和电机5，所述内燃机和电机可以单独或一起使用，以便产生用于车辆1的驱动转矩。内燃机3和电机5设置成，使得由相应的驱动发动机产生的转矩相加为总驱动转矩，所述总驱动转矩例如经由变速器7和变速器7的输出轴传递到车辆1的一个或多个车轮上。用于运行电机5的电能可以存储在电能存储器中。

车辆1还包括控制单元10(例如发动机控制器)，所述控制单元构造成用于确定所要求的总驱动转矩。所要求的总驱动转矩例如可以由车辆的驾驶员经由加速踏板和/或通过设定变速器7来预定。例如，驾驶员可以操纵加速踏板，以要求增加的总驱动转矩。控制单元10可构造成用于将所要求的总驱动转矩分为第一转矩(对于内燃机3)和第二转矩(对于电机5)。换句话说，控制单元10可构造成用于根据所要求的总驱动转矩来运行内燃机3和电机5。

图1示出具有P2并联混合动力驱动装置的车辆的传动驱动系的一部分，其中，两个发动机3和5的驱动转矩相加地作用到变速器7的共同的输入轴上。此外，图1示出分离离合器8，利用所述分离离合器可使内燃机3和电动机5脱离联接。补充地要指出，可设置起动元件6和可选的扭转减震器4，所述扭转减震器并非必须位于在图1中示出的位置处。内燃机3对于进气门和排气门分别具有至少一个气门控制装置2，所述至少一个气门控制装置与控制单元10的功能模块SRM(“降低拖曳转矩的措施”)结合构成根据本发明的降低拖曳的措施。

图2示出具有P1并联混合动力驱动架构的车辆101的传动驱动系的一部分，其中，电机105直接作用到曲轴上，而在电机105与内燃机103之间没有分离离合器。与图1类似，其它部件是用于进气门和排气门的气门控制装置102，以及可选的扭转减震器104、起动元件106和变速器107，所述气门控制装置与控制单元10的SRM模块结合构成根据本发明的降低拖曳的措施。

图3示出具有P0并联混合动力驱动架构的车辆201的传动驱动系的一部分，其中，电机205经由连接元件208(通常为皮带连接)与内燃机203固定联接，而在电机205和内燃机203之间没有分离离合器。与图1和图2类似，其它部件是用于进气门和排气门的气门控制装置202以及可选的扭转减震器204、起动元件206和变速器207，所述气门控制装置与控制单元10的SRM模块结合构成根据本发明的降低拖曳的措施。

混合动力驱动装置的内燃机1、101、201可以至少暂时地停用，例如在混合动力驱动装置的(必要时纯)电动运行时和/或在所谓的惯性运行中(即在车辆的车轮驱动输出轴时)进行回收时。因此，停用的内燃机1、101、201的驱动轴可在未点火的拖曳运行中由电机2(在分离离合器8闭合时)、102、202和/或由车辆1、101、201的一个或多个车轮驱动和带动旋转。内燃机的未点火的拖曳运行具有如下优点，即内燃机可以快速且以有效的方式再次点火，以便为车辆的总驱动提供驱动转矩。

根据本发明，为了降低根据现有技术出现的相对高的拖曳损失，实施至少一个降低拖曳转矩的措施，即通过借助于气门控制装置2、102、202结合控制单元10的SRM模块关闭进气门和排气门。

控制单元10的功能模块SRM检测用于检查预定条件的存在的输入信号。控制单元10的输出信号控制气门控制装置2的执行器以便至少关闭进气门和排气门。

本发明不限于所示的实施例。尤其是应注意，说明书和附图仅旨在示意性说明所提出的方法、装置和系统的原理。