专利名称：用于限定混合动力车驱动系的助推控制策略的方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于限定混合动力车驱动系(Hybrid-Fahrzeugantrieb)的助推控制 策略的方法及装置。
背景技术：
多年来，所谓的混合驱动系在市场上已经成为对于常规内燃发动机的一种节省燃 料并且环境更加友好的替代物。对于这种混合驱动系，已经建立了一般的定义，它包括至少 两个不同的能量转换器以及两个不同的能量存储器(Energiespeicher)。在此，在实际实施中，这些转换器一般是内燃发动机和电动机，并且这些能量存储 器一般是燃烧性燃料和作为用于电动机的能量储存器的电池或者电容器或飞轮。相对于具有内燃发动机的常规车辆，混合动力车具有的优点是它可以收复大部分 的制动能量(除效率损失之外)。所收复的或回收的制动能量被缓存在电动机的电池中，其 中电动机作为一个机械-电转换器起作用。能量的缓存(也就是说能量回收)发生在主动制动的过程中以及在惯性行驶模式 (Schubbetrieb)中。这种惯性行驶模式是一种车辆状态，其中内燃发动机不是在主动地驱 动车辆，因为驾车者已经释放了加速器踏板。因此车辆是处于一种被动状态并且仅由其自 身的惯性质量来推进，直到不同的行驶阻力使车辆逐渐减速直至它达到停止。在混合动力 车驱动系中，在惯性滑行阶段(Schubphase)中，汽油的供应和点火被解除启动，并且此外， 采取了技术措施来防止在惯性滑行模式中由内燃发动机的发动机制动作用并且由此允许 使动能尽可能完全地可供电动机使用，该电动机被配置为一种机械-电转换器。在汽车赛中，近来已经使用了一种用于回收动能的系统，称为KERS(动能回收系 统)。所储存的能量被用来在要求时使电动机运行一段短的时间，这样使得在加速阶段中除 了主发动机(内燃发动机)之外还可以使用所述电动机的动力。其中这个主发动机由一个 电动机辅助的此类阶段还被称为助推阶段(Boostphasen)。用于电动机的可储存的最大能 量的数值(它可供用于助推)例如被限于500kJ。在用于电动机的能量储存器的机械变体中，在一个真空汽缸中，一种以高达 64，OOOrpm旋转的飞轮系统受到该制动过程的加速、并且可以在稍后的时间将储存的能 量通过一种连续可变的齿轮传动(MufenlosesGetriebe)送回驱动车桥。例如，在WO 2009/141646A1中披露了这样一种能量回收系统。
发明内容
因此本发明的一个目的是提供用于限定混合动力车驱动系的助推控制策略的一 种改进的方法以及一种改进的装置，该方法和装置使之有可能以一种有效的方式来利用最 大可获得的能量的量值。本发明的优点根据下述1用于限定混合动力车驱动系的助推控制策略的根据本发明的方法、以及根据下述8的对应的装置具有的优点是最大可获得的能量的量值可以最佳地分布在一 个预定义的行驶路线(例如，一个环道)上。下述2-7以及9-10是本发明的优选实施方案。1. 一种用于限定混合动力车驱动系的助推控制策略的方法，该混合动力车驱动系 具有一台内燃发动机以及一个电动机，该方法包括以下步骤预定义带有多个车道区段的一个行驶车道；以对于多个预定的车道区段而言没有来自所述电动机的助推帮助的一种车辆特 有的每圈时间为出发点，确定每圈时间增益对一个所使用助推能量的量值的一种对应的依 赖性；并且对于每个预定的车道区段基于这些所确定的依赖性来限定一个对应的部分助推 能量的量值，其中这些部分助推能量的量值的总和对应于一个预定义的可获得的总助推能
量的量值。2.如前述1所述的方法，其中这些对应的部分助推能量的量值是将这些所确定的 依赖性的一种对应梯度考虑在内而进行限定的。3.如前述1或2所述的方法，其中这些对应的部分助推能量的量值是将用于储存 对应的车道区段中该助推能量的一种电能储存器的充电状态考虑在内而进行限定的。4.如前述3所述的方法，其中这些对应的部分助推能量的量值是将该电能储存器 的空载损失考虑在内而进行限定的。5.如前述之一所述的方法，其中该行驶车道是一个环道。6.如前述之一所述的方法，其中这些预定的车道区段是直线区段。7.如前述之一所述的方法，其中这些对应的部分助推能量的量值在这些预定的车 道区段中优化的启动时刻是在该驾驶车道拓扑特征的基础上限定的。8. 一种用于限定混合动力车驱动系的助推控制策略的装置，该混合动力车驱动系 具有一台内燃发动机以及至少一个电动机，该装置具有一个输入装置，用于输入带有多个车道区段的一条行驶车道；一个模拟装置，用于以对于多个预定的车道区段而言没有来自所述电动机的助推 帮助的一个车辆特有的每圈时间为出发点，确定每圈时间增益对一个所使用的助推能量的 量值的一种对应的依赖性；以及一个优化装置，用于对每个预定的车道区段基于这些所确定的依赖性来限定一个 对应的部分助推能量的量值，其中这些部分助推能量的量值的总和对应于一个预定义的可 获得的总助推能量的量值。9.如前述8所述的装置，其中提供了一个输出界面用于输出对于每个预定的车道 区段而言的这些部分助推能量的量值。10.如前述9所述的装置，其中该输出界面可直接连接到该混合动力车驱动系的 总线系统上。本发明所依据的构思是用于每个预定的车道区段的一个对应的部分助推能量的 量值是以没有来自电动机的助推帮助的车辆特有的每圈时间为出发点，在所确定的每圈时 间增益对所用助推能量的量值的依赖性的基础上进行限定的。这些从属权利要求涉及本发明的对应主题的多个有利的改进和改善。在一种优选的改进中，对应的部分助推能量的量值是将所确定的依赖性的对应梯度考虑在内而进行限定的。在另一个优选的改进中，这些对应的部分助推能量的量值是将用于储存在对应的 车道区段中的助推能量的一种电能储存器的充电状态考虑在内而进行限定的。在另一个优选的改进中，这些对应的部分助推能量的量值是将该电能储存器的一 种空载损失考虑在内而进行限定的。
在附图中展示了本发明的多个示例性实施方案并且在以下的说明中对其进行更 详细的说明。在附图中图1示出了可以应用本发明的一种混合动力车驱动系的框图；图2示出了可以应用本发明的一种环道形式的行驶路线的示意性图解；图3示出了用于限定混合动力车驱动系的助推控制策略的一种根据本发明的装 置的实施方案的框图；图4示出了用于限定混合动力车驱动系的助推控制策略的根据本发明的方法的 一个实施方案的流程图；图如示出了每圈时间增益At(S)作为用于图2的行驶路线的直线Gl至G4的助 推能量的量值Eajt (kj)的一个函数的图示；图恥示出了每圈时间增益的梯度At(s)/AE(kJ)作为用于图2的行驶路线的直 线Gl至G4的助推能量的量值E_ (kj)的一个函数的图示；图6a示出了该助推能量存储器的充电状态(Ladezustand) SOC作为图2的行驶路 线的一周所覆盖的行驶路程(Fahrtweg)s的一个函数的图示，其中使用了已经根据图3的 实施方案限定的助推控制策略；并且图6b示出了该助推能量存储器的充电状态SOC作为图2的行驶路线的一周所覆 盖的行驶路程s的一个函数的图示，其中使用了已经根据本发明的方法的另一个实施方案 所限定的助推控制策略。示例性实施方案的说明在这些附图中，相同的参考符号用来表示相同的或功能上相同的要素。图1示出了可以应用本发明的一种混合动力车驱动系的框图。在图1中，参考符号F表示具有混合动力车驱动系的一种赛车形式的车辆。由一 个第一发动机控制器MSl控制的一台内燃发动机BKM将一个驱动力给予车辆F的后轮(未 展示)。位于车辆F的前部区域内的是两个电动发电机G1、G2，它们可以通过变速器齿轮传 动11、12连接至机动车辆F的前轮(未展示)上以便对其给予一个额外的驱动力。一个电 能储存器ST储存了用于发电机G1、G2的电能。在电能储存器ST与对应的发电机Gl和G2 之间提供了一个对应的转换器U1、U2。转换器U1、U2可以双向运行；确切地说，在一种电驱 动模式中，所述转换器将来自电能储存器ST的电能以三相交流电(Drehstrom)的形式供应 给发电机G1、G2;而在一种能量回收模式中，所述转换器将由发电机G1、G2所提供的三相交 流电能量转换成直流电流、并且用所述直流电流对电能储存器ST充电。车辆F的电驱动是由一个第二电动机控制器MS2来控制的。参考符号BK表示一个助推按钮，它使得驾车者能够在要求时切换到一种助推模式中。参考符号D表示一种显 示器装置，它向驾车者显示或指示了根据本发明所限定的用于助推(也就是说用于启动助 推按钮BK)的一种助推控制策略。所述混合动力车驱动系的所有部件MSI、MS2、BK、D都是通过一个总线系统B (例 如一个CAN总线)彼此成网络的、并且以此方式可以根据预定义的协议顺序彼此通信。根据图1由发动机控制器MS1、MS2控制的混合动力车驱动系可以按以下驱动模式 来运行a)不启动电驱动的常规的内燃发动机运行；b)不启动常规的内燃发动机驱动系的电驱动；c)助推，其中内燃发动机驱动系得到电驱动的辅助；d)能量回收，其中车辆的动能以电能形式被回收用于电能储存器ST ；e)负载点提升操作，其中内燃发动机BKM将它的一部分扭矩提供给驱动输出并且 提供剩余的部分作为发电机扭矩用于发电机Gl、G2以便借助它们为电能储存器产生电能 并且将电能储存在其中。图2示出了可以应用本发明的一种环道形式的行驶路线的示意图。根据图2的行驶路线R在起点/终点STZ处开始和结束，并且在一个汽车比赛过 程中通常被行驶经过(durchfahren)多次。作为多个车道区段，行驶车道R具有多个直线区段G1、G2、G3、G4并且在它们之间 具有多个曲线区段K1、K2、K3、K4。该行驶路线的拓扑特征是预先定义的并且可以被表示为 数字参数，例如，车道区段作为自起点/终点STZ后驶过的路程S、以及在行驶路线R的每个 点P的梯度和曲率的函数。在汽车比赛开始之前，驾车者和/或服务人员面对的问题是限定根据图1的车辆 F的混合动力车驱动系的一种优化的助推控制策略，其中将可获得的总助推能量的量值Ea Λω最佳地分布在车道区段G1-G4和Κ1-Κ4上。无意受限于此，在以下说明的根据本发明的 方法的实施方案中，所述总助推能量的量值E^-仅分布在四个直线区段G1-G4，因为在这 些区段中应该尽快达到机动车辆的最大速度ν λ。图3示出了根据本发明用于限定混合动力车驱动系的助推控制策略的一种装置 的实施方案的框图。车辆F的混合动力车驱动系的助推控制策略的限定，在图3中由参考符号1表示 的装置中实现，所述装置常规地位于车辆F的外部、并且是一台计算机。装置1具有一个输 入装置10，借助于该输入装置可以输入行驶路线R的这些数字参数，如以上结合图2所说明 的。此外，装置1具有一个模拟装置4，以对于四个直线区段G1-G4而言没有来自电动 机G1、G2的助推帮助的一种车辆特有的每圈时间为出发点，该模拟装置4用于确定每圈时 间增益At对所使用的助推能量的量值E_的一种对应的依赖性(AbhSngigkeit)。一种优化装置5可以计算将总的助推能量的量值Eajtm分布在这四个直线区段上 的部分助推能量的量值Ea}tl、Eajt2, Eajt3^ Eajt4,并且可以为所述部分助推能量的量值的 不同分布情况计算出用于根据图2的行驶路线R的每圈时间T而得到的时间增益At。所 得到的时间增益At是与预先定义的车辆特有的每圈时间f相关的，该每圈时间f可以单独用内燃发动机BKM而没有助推来实现。为此目的，模拟装置5使用已知的数学变化和优化算法来运行。图如示出了每圈时间增益At(S)作为用于图2的行驶路线的直线Gl至G4的助 推能量的量值Eajt (kj)的一个函数的图示。如图fe中所示，对于每圈时间增益At,获得 了直线区段G1、G2、G3、G4的一组特性曲线。由于直线区段Gl、G2、G3、G4的不同拓扑特征 以及不同的初始速度，用于直线区段G1、G2、G3、G4的曲线是不同的。再次参见图5a，直线区段Gl的曲线上的点PI、P2表明，对于IOOkJ的助推能量， 每圈时间增益At是一秒，但对于使用200kJ的两倍的能量，所述每圈时间增益没有加倍、 而是仅仅增加到1.5秒。由此直观地表明，在这四个直线区段G1、G2、G3、G4上存在着助推 能量的部分量值E_1、E 助推2、E助推3、E助推4 的最佳分布。图恥示出了每圈时间增益的梯度At(s)/AE(kJ)作为用于图2的行驶路线的直 线Gl至G4的助推能量的量值E_ (kj)的一个函数的图示.如从图恥可见，作为用于直线区段Gl至G4的助推能量的量值Eajt (kj)的一个 函数的每圈时间增益的梯度At(s)/AE(kJ)对于直线Gl是最大的并且从直线区段Gl到 直线区段G4减小。为了优化有待使用的助推部分能量的量值将所述梯度考虑在内，如将在 下面参见图恥进行更详细的解释。在图恥中一条直线G被布置为平行于助推能量轴线(χ 轴线)并且从对于直线区段Gl的梯度曲线上方的一个位置开始向下移动。当达到0.015s/ kj的梯度值时，所述直线G首先与直线区段Gl的梯度曲线相交。如果将直线G进一步向下 移动，那么所提及的与用于直线区段Gl的梯度曲线的交点Cl朝向更高的助推能量向右行 进，并且然后还同用于直线区段G2的梯度曲线形成一个交点C2。直线G最终向下移动直到 交点C1、C2、……的助推能量值的总和是等于可获得的总的助推能量的量值Ea}tm。在此，这种优化因此给出了对于助推能量部分量值的以下数值Ea}tl = 400kJ, E 助推2 = 100 kj, Eajt3 = Eajt4 = 0，其中，总的助推能量的量值之和对应于Eiwtm = 500kJo图4示出了根据本发明的方法用于限定混合动力车驱动系的助推控制策略的一 个实施方案的流程图。根据图4根据本发明的方法用于限定混合动力车驱动系的控制策略的实施方案 可以分成以下步骤S1-S4，它们之后可以跟随两个另外的任选步骤S5、S6，这两个步骤将在 下面在根据本发明的方法的第二个实施方案中结合图6进行进一步阐述。在步骤Sl中，确定了作为用于直线Gl至G4的助推能量的量值Eajt的一个函数的 每圈时间增益At(S)的数字依赖性以及相应的梯度，如在图5a、图恥中所展示的。在步骤S2中，在所确定的梯度的基础上借助于变量的演算来优化部分助推能量 的量值的分布，如在上面结合图恥所说明的。在此，直线区段Gl配备有最大的部分助推能 量的量值，并且直线G2、G3、G4配备有对应于它们的较小梯度的减小的部分助推能量的量 值。在步骤S3中，限定了每个直线区段G1-G4有待使用的最佳部分助推能量的量值。在步骤S4中，将所限定的部分助推能量的量值Eiwtl = 400kJ, Eajt2 = IOOkJ, E 助推3 = E助推4 = 0储存在装置1中。在本示例性实施方案中，为简明起见，假定因此计算出的部分助推能量的量值在 各自情况下是在对应的直线区段Gl、G2、G3、G4的起点被使用或者被启动。还可能有利的是，首先在这样一个直线区段的后来的路线(Verlauf)过程中使用对应的部分助推能量的 量值，例如若正在讨论的直线区段以一个向下的斜坡开始并且该向下的斜坡之后跟随着一 个向上的斜坡。然后通过根据图3的装置1的一个输出界面20来输出这些储存的值以及在直线 区段G1-G4上的这些预定义的或确定的对应的启动点(在此情况下，为了简化，在各自情况 下是直线区段G1-G4的起始点)，并且然后可以将它们在根据图1的车辆F的混合动力车驱 动系中储存在一个存储装置(未展示)中。如果可以将输出界面20直接连接到该混合动 力车驱动系的总线系统B上则是特别有利的。在一场比赛的过程中，将对应的优化的启动点在显示器装置D上显示给驾车者， 这样使得如果车道条件允许的话，他可以在优化的时刻通过按压助推按钮BK来启动助推 操作，由此所限定的优化的部分助推能量的量值自动地被释放。图6a示出了在使用了已经根据图3的实施方案限定的助推控制策略时，该助推能 量存储器的充电状态SOC作为图2的行驶路线的一周所覆盖的行驶路程S的一个函数的图示。在这第二个实例中，对于部分助推能量的量值限定了以下值Ea}t= 150kJ、Eajt2 =150kJ, Eajt3 = 50kJ 并且 Ejam = 150kJo如图6a中所展示，在这个实例中，不确保在一圈的过程中的所有时刻根据图1的 混合动力车驱动系的电能储存器ST中的优化的部分助推能量的量值都是可供使用的。这是因为这种能量回收是依赖于车道的。例如，在根据图6a的图示中，在起点/ 终点STZ处该电能储存器ST的充电状态SOC为100%。在直线Gl上，提取了部分助推能量的量值Ea}tl。然后发生能量回收达到大约 65%。然后提取了对于直线G2和G3的部分助推能量的量值Eajt2和Eajt3,其中在这两次 提取之间没有发生能量回收。这在理论上可以产生最小充电状态的负尖峰(Unterschreitung)US,或者换言之， 可以导致直线区段G3的部分助推能量的量值Eajt3低于这个优化的值。另一方面，由于一个相对长的能量回收阶段，使之发生最大可获得的充电状态的 一个过冲0S，或者换言之，使得原则上可获得的能量高于根据该优化的部分助推能量的量 值所提取的能量。在根据本发明的方法的第二实施方案中将这种现象考虑在内，如图6b中所展示 的。再次参见图4，在步骤S5中，将直线区段G1-G4的顺序以及可回收的能量考虑在内 来汇编图6a中所展示的充电状态的轮廓曲线。在步骤S6中，发生了对助推部分能量量值E助推PEaj^E助推3、E助推4的校正，直到 假设的负尖峰US和过冲OS已消失，这就是说将充电状态作为行驶路线的位置的函数的边 界条件考虑在内而发生了进一步的优化。图6b示出了在使用了已经根据本发明的方法的一个另外的实施方案所限定的助 推控制策略时，该助推能量存储器的充电状态SOC作为图2的行驶路线的一周所覆盖的路 程s的一个函数的图示。在一个另外的步骤(未展示)中，当限定这些助推部分能量量值EajtlJaj^EaΛ3、Ε_4时还有可能额外地将电能储存器ST中的空载损失考虑在内。虽然以上已经基于多个优选的示例性实施方案对本发明进行了说明，但是本发明 并不限制于这些示例性实施方案，而是能以多种方式对其进行修改。虽然在以上说明的实 施方案中情况是本发明已经应用于一个环道，但原则上本发明可以应用于任何预定义的行 驶路线。同样，助推阶段不需要强制式地分布在一个行驶路线的这些直线区段上，而是还可 以在多个曲线区段上实施。虽然在以上说明的实施方案中的情况是已经使用了一种手动切换装置来选择助 推操作，但是其他的执行方式，例如对该助推操作的一种传感器控制的选择也是可想象的。
权利要求
1.一种用于限定混合动力车驱动系的助推控制策略的方法，该混合动力车驱动系具有 一台内燃发动机(BKM)以及一个电动机(G1，G2)，该方法包括以下步骤预定义带有多个车道区段(G1-G4 ；K1-K4)的一个行驶车道(R)； 以对于多个预定的车道区段(G1-G4)而言没有来自所述电动机(G1，G2)的助推帮助的 一种车辆特有的每圈时间为出发点，确定每圈时间增益(At)对一个所使用助推能量的量 值(Eajt)的一种对应的依赖性；并且对于每个预定的车道区段(G1-G4)基于这些所确定的依赖性来限定一个对应的部分 助推能量的量值(E助推1;E助推2，E助推3，E助推4)，其中这些部分助推能量的量值(EiwtnEiwt2, Ea}t3，Eajt4)的总和对应于一个预定义的可获得的总助推能量的量值(Eajtm)。
2.如权利要求1所述的方法，其中这些对应的部分助推能量的量值(Ea}tl，Eajt2,Ea ，Eajt4)是将这些所确定的依赖性的一种对应梯度考虑在内而进行限定的。
3.如权利要求1或2所述的方法，其中这些对应的部分助推能量的量值(Ea}tl，E_2， Ea}t3，Eajt4)是将用于储存对应的车道区段(G1-G4)中该助推能量的一种电能储存器(ST) 的充电状态考虑在内而进行限定的。
4.如权利要求3所述的方法，其中这些对应的部分助推能量的量值(Ea}tl，Eajt2,Ea JtyEajt4)是将该电能储存器(ST)的空载损失考虑在内而进行限定的。
5.如权利要求1或2所述的方法，其中该行驶车道(R)是一个环道。
6.如权利要求1或2所述的方法，其中这些预定的车道区段(G1-G4)是直线区段。
7.如权利要求1或2所述的方法，其中这些对应的部分助推能量的量值(Ea}tl，E_2， E_3，Eajt4)在这些预定的车道区段(G1-G4)中优化的启动时刻是在该驾驶车道(R)拓扑 特征的基础上限定的。
8.一种用于限定混合动力车驱动系的助推控制策略的装置，该混合动力车驱动系具有 一台内燃发动机(BKM)以及至少一个电动机0n、G2)，该装置具有一个输入装置(10)，用于输入带有多个车道区段(G1-G4 ;K1-K4)的一条行驶车道(R)；一个模拟装置G)，用于以对于多个预定的车道区段(G1-G4)而言没有来自所述电动 机(Gl，G2)的助推帮助的一个车辆特有的每圈时间为出发点，确定每圈时间增益(At)对 一个所使用的助推能量的量值(Eajt)的一种对应的依赖性；以及一个优化装置(5)，用于对每个预定的车道区段(G1-G4)基于这些所确定的依赖性来 限定一个对应的部分助推能量的量值(Ε雌Eajt2, E助推3，E助推4)，其中这些部分助推能量 的量值(Ea}tl，Eajt2, Eajt3' Eajt4)的总和对应于一个预定义的可获得的总助推能量的量1 (E 助推 m)。
9.如权利要求8所述的装置，其中提供了一个输出界面00)用于输出对于每个预定的 车道区段(G1-G4)而言的这些部分助推能量的量值(Ε_1;Ε_2，Ε_3，Ε_4)。
10.如权利要求9所述的装置，其中该输出界面可直接连接到该混合动力车驱动系的 总线系统⑶上。
全文摘要
本发明提供了用于限定混合动力车驱动系的助推控制策略的一种方法和一种装置。该方法包括以下步骤预定义带有多个车道区段(G1-G4；K1-K4)的一个行驶车道(R)；以对于多个预定的车道区段(G1-G4)而言没有来自电动机(G1，G2)的助推帮助的一种车辆特有的每圈时间为出发点，确定每圈时间增益(Δt)对所使用的助推能量的量值E助推的对应的依赖性；并且对于每个预定的车道区段(G1-G4)基于所确定的依赖性来限定一个对应的部分助推能量的量值(E助推1，E助推2，E助推3，E助推4)，其中这些部分助推能量的量值(E助推1，E助推2，E助推3，E助推4)的总和对应于一个预定义的可获得的总助推能量的量值(E助推m)。
文档编号B60W10/08GK102145690SQ20111003527
公开日2011年8月10日 申请日期2011年2月9日 优先权日2010年2月8日
发明者A·巴斯勒, S·亨宁斯 申请人:F.波尔希名誉工学博士公司