專利名稱：具有電換能器的無軌跡限制的運(yùn)輸工具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無軌跡限制的運(yùn)輸工具，屬于權(quán)利要求1前序部分的技術(shù)領(lǐng)域，其中，至少一個(gè)用于驅(qū)動(dòng)的輪子與一個(gè)電機(jī)相連接，該電機(jī)，通過一個(gè)電子能量分配器，根據(jù)由控制單元產(chǎn)生的并取決于駕駛信號(hào)的控制信號(hào)參量獲得電流，其由一個(gè)與內(nèi)燃機(jī)連接的發(fā)電機(jī)提供。
因此，本發(fā)明尤其涉及用于公路交通的客車和載重汽車。一般說來，這種運(yùn)輸工具裝備有內(nèi)燃機(jī)以提供必需的驅(qū)動(dòng)能量。而借助電池供能的電機(jī)驅(qū)動(dòng)的運(yùn)輸工具數(shù)額則是非常小的。
在一個(gè)內(nèi)燃機(jī)情況下，該發(fā)動(dòng)機(jī)相對(duì)于轉(zhuǎn)數(shù)的特有轉(zhuǎn)矩曲線需用一個(gè)換擋或自動(dòng)傳動(dòng)裝置，以便根據(jù)負(fù)載和希望的運(yùn)行狀態(tài)，將相應(yīng)必需的轉(zhuǎn)矩及功率提供給驅(qū)動(dòng)輪。
在用電驅(qū)動(dòng)的運(yùn)輸工具情況下，基本不要求在運(yùn)輸工具的驅(qū)動(dòng)路線中有一個(gè)傳動(dòng)裝置(變速箱)，因?yàn)殡姍C(jī)可在一個(gè)寬的轉(zhuǎn)數(shù)范圍內(nèi)產(chǎn)生相對(duì)高的轉(zhuǎn)矩，所以換擋裝置可以省去。
已經(jīng)有人建議一種上面所述類型的無軌跡限制的運(yùn)輸工具、其中，一個(gè)內(nèi)燃機(jī)-發(fā)電機(jī)單元(VGE)產(chǎn)生電流，它通過一個(gè)能量分配器-功率電子單元輸送給與運(yùn)輸工具輪子連接的電機(jī)上，同時(shí)，將電流輸入給電機(jī)，是依據(jù)一個(gè)用作額定信號(hào)的駕駛信號(hào)并考慮到內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)來實(shí)施的。
這樣一種驅(qū)動(dòng)裝置可有許多優(yōu)點(diǎn)，其對(duì)于具有一般內(nèi)燃機(jī)的驅(qū)動(dòng)裝置是不可實(shí)現(xiàn)的或者至少需用巨大的耗費(fèi)才可實(shí)現(xiàn)的。例如，不用大的花費(fèi)就可實(shí)現(xiàn)一種輪子轉(zhuǎn)差率控制。在剎車過程中，與輪子連接的電機(jī)就可以作為發(fā)電機(jī)工作。所獲得的電能例如可以用作加熱目的或者類似的應(yīng)用。
如果將這樣一種具有與內(nèi)燃機(jī)連接的發(fā)電機(jī)和由電機(jī)驅(qū)動(dòng)的車輪例如應(yīng)用在城市交通中，那么，內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)行就必須與相應(yīng)的功率需求相適應(yīng)，也就是說，內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)是如此變化的，即，它應(yīng)滿足相應(yīng)必需的功率要求。在內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速頻繁變化情況下，然而會(huì)導(dǎo)致一個(gè)對(duì)內(nèi)燃機(jī)效率的損害;因?yàn)?，由于頻繁的轉(zhuǎn)數(shù)變化，就自然地會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)頻繁地出入于一個(gè)特性場(chǎng)區(qū)而運(yùn)轉(zhuǎn)，所以此時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)就不可能在給定功率下具有如最小燃料消耗、最小排氣污染，最小噪聲發(fā)放和類似參數(shù)的理想值。
在同類型申請(qǐng)案DE3725620A1中，公開了一個(gè)用于載重汽車的驅(qū)動(dòng)與剎車方案。該汽車具有一個(gè)內(nèi)燃機(jī)，它驅(qū)動(dòng)一個(gè)發(fā)電機(jī)，而內(nèi)燃機(jī)是一個(gè)擺動(dòng)活塞發(fā)動(dòng)機(jī)。由發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電流，則通過一個(gè)設(shè)置成功率電子單元的能量分配器按照取決于駕駛信號(hào)的控制信號(hào)輸送給電機(jī)，而電機(jī)與相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)輪相連接，或者必要時(shí)，以部分方式在一個(gè)擺動(dòng)輪貯存器中作中間貯存，該擺動(dòng)輪貯存器包括一個(gè)可作為電機(jī)或發(fā)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)械。在運(yùn)輸工具剎車時(shí)，該驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)被一個(gè)影響運(yùn)行操作的電控制單元換擋成發(fā)電機(jī)運(yùn)行。這樣，至少一部分剎車能被轉(zhuǎn)換成擺動(dòng)輪貯存器的電能而可以利用，在必要時(shí)，該控制單元就可以將擺動(dòng)輪貯存器的能量通過功率電子單元輸送給驅(qū)動(dòng)電機(jī)。該擺動(dòng)活塞發(fā)動(dòng)機(jī)在此系統(tǒng)是以恒定轉(zhuǎn)數(shù)運(yùn)轉(zhuǎn)的，此時(shí)，與擺動(dòng)活塞發(fā)動(dòng)機(jī)固定連接的發(fā)電機(jī)應(yīng)該不斷地產(chǎn)生具有不變負(fù)載頻率的變化電流。而驅(qū)動(dòng)輪的轉(zhuǎn)數(shù)，則通過一個(gè)相應(yīng)的頻率轉(zhuǎn)換器，由控制單元調(diào)節(jié)到希望的數(shù)值上，這樣，在此途徑上，似乎是存在一個(gè)位于擺動(dòng)活塞發(fā)動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)輪之間的無級(jí)電傳動(dòng)裝置。控制單元的構(gòu)件是一個(gè)“特性曲線族-程序設(shè)計(jì)”的微處理機(jī)，它在運(yùn)輸工具剎車時(shí)，將剎車必需產(chǎn)生的作用力分配在一個(gè)傳統(tǒng)的車輪剎車系統(tǒng)上和在發(fā)電機(jī)工作時(shí)運(yùn)行的電驅(qū)動(dòng)電機(jī)上。該特性曲線族-程序設(shè)計(jì)同時(shí)涉及到內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行以外的特性曲線族數(shù)據(jù)(例如擺動(dòng)輪貯存器的荷電狀態(tài)，以及通過頻率轉(zhuǎn)換器提供的交變電流的電流頻率和行駛速度及操縱踏板位置)。而使內(nèi)燃機(jī)根據(jù)其特性曲線族數(shù)據(jù)如何滿足不同的功率需求的控制(特別是相關(guān)于節(jié)氣閥位置的轉(zhuǎn)數(shù)/轉(zhuǎn)矩特性、點(diǎn)火角調(diào)整、消耗、有害物質(zhì)量和其成分、噪聲發(fā)放、構(gòu)件組合體磨損)則是不重視的。對(duì)此，可以確定在這種運(yùn)輸工具中任意的運(yùn)行狀態(tài)下，不存在對(duì)于內(nèi)燃機(jī)而言最佳化的驅(qū)動(dòng)運(yùn)行。
本發(fā)明的任務(wù)是，對(duì)所述類型的無軌跡限制的運(yùn)輸工具作如此地改進(jìn)，即，除了由內(nèi)燃機(jī)和發(fā)電機(jī)構(gòu)成的單元外，還應(yīng)用一個(gè)能量?jī)?chǔ)存器作為能源，以使內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)行最佳化。
這一任務(wù)是通過具有本發(fā)明權(quán)利要求1特征部分之技術(shù)內(nèi)容的無軌跡限制的運(yùn)輸工具來解決的。本發(fā)明的優(yōu)選擴(kuò)展方案將通過從屬權(quán)利要求2至9的特征內(nèi)容加以說明。
關(guān)于能量?jī)?chǔ)存器、涉及的是一個(gè)可以相對(duì)迅速地提供能量的儲(chǔ)存器。它可以原則上涉及一個(gè)機(jī)械式儲(chǔ)存器，例如一個(gè)擺動(dòng)輪，然而最好是一個(gè)用于貯存電能的蓄電池。
如開頭提及的，在無軌跡限制的運(yùn)輸工具情況下，是依據(jù)駕駛信號(hào)將電流輸送給與車輪連接的電機(jī)上，一個(gè)或數(shù)個(gè)(最好至少2個(gè)或4個(gè)或用于每個(gè)車輪的一個(gè))。這個(gè)駕駛信號(hào)例如由一個(gè)置于運(yùn)輸工具上的“油門杠桿”(駕駛踏板)來產(chǎn)生，這與一個(gè)傳統(tǒng)的載重汽車上的情況類似。
現(xiàn)在，本發(fā)明控制單元是如此設(shè)置的，即，將電流輸送給電機(jī)，是在考慮由駕駛信號(hào)代表的駕駛意愿前提下，既可以直接由內(nèi)燃機(jī)-發(fā)電機(jī)單元提供，也可以直接由能量?jī)?chǔ)存器提供，還可以由兩個(gè)能源提供。同時(shí)重要的是，控制工作要考慮予先調(diào)定的邊界條件。
邊界條件涉及到下面參數(shù)之一或多個(gè)的最佳化設(shè)置a)燃料消耗b)排氣量和排氣成分;
c)噪聲發(fā)放;和d)構(gòu)件組合要求。
下面的闡述首先涉及參數(shù)“燃料消耗”，盡管本發(fā)明平均地涉及其余的參數(shù)。特別地，人們可以考慮更多的參數(shù)，同時(shí)，相應(yīng)的內(nèi)燃機(jī)特性線曲線族可以重疊起來或者合并在一起。并且，人們也可以對(duì)單個(gè)的參數(shù)以相等的強(qiáng)烈程度或不等的強(qiáng)烈程序予以重視。如果在確定邊界條件時(shí)特別考慮排氣量和排氣成分，那么本發(fā)明方案還允許以高標(biāo)準(zhǔn)滿足關(guān)于有害物排放的環(huán)境保護(hù)的嚴(yán)格規(guī)定。
在本運(yùn)輸工具的運(yùn)行中一個(gè)基本參數(shù)是符合自然的燃料消耗。對(duì)于每個(gè)內(nèi)燃機(jī)都存在一個(gè)特性曲線族，例如是轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)數(shù)變化的曲線。有一個(gè)區(qū)域，其中，所謂的單位燃料消耗是最低的。涉及到一個(gè)確定的發(fā)動(dòng)機(jī)功率情況下，分別對(duì)應(yīng)于一個(gè)確定的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)和一個(gè)確定的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩，都可得到一個(gè)最佳的低燃料消耗。此外，還存在一個(gè)點(diǎn)，此處，單位燃料消耗絕對(duì)是最低的，亦即發(fā)動(dòng)機(jī)具有其最有利的效率。在與此運(yùn)行點(diǎn)相對(duì)的較低轉(zhuǎn)數(shù)下，雖然消耗還是較低的，但是功率則過分猛烈地下降了。在所述點(diǎn)上方的一個(gè)轉(zhuǎn)數(shù)情況下，功率雖然增加了，但是與燃料消耗的增加相比較卻是相對(duì)微小的。因此，若可能的話，內(nèi)燃機(jī)應(yīng)該經(jīng)常地在一個(gè)區(qū)域內(nèi)工作，該區(qū)位于單位消耗絕對(duì)最低點(diǎn)的附近。這一目標(biāo)，讓本發(fā)明在相當(dāng)寬的界限內(nèi)實(shí)現(xiàn)了。依據(jù)駕駛意愿(其通過駕駛信號(hào)所代表)，本發(fā)明控制裝置規(guī)定，用于驅(qū)動(dòng)既可以單獨(dú)使用內(nèi)燃機(jī)-發(fā)電機(jī)單元;也可以單獨(dú)使用能量?jī)?chǔ)存器;或者還可以兩個(gè)能源聯(lián)合使用。全部必需的驅(qū)動(dòng)能不斷地以電能形式提供。同時(shí)，電流到電機(jī)的輸送是通過一個(gè)能量分配器-功率電子單元實(shí)現(xiàn)的。
本發(fā)明，對(duì)邊界條件是通過一個(gè)內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行特性曲線族的分區(qū)限定的，同時(shí)，對(duì)應(yīng)能量?jī)?chǔ)存器設(shè)置一個(gè)狀態(tài)傳感器，它檢測(cè)能量?jī)?chǔ)存器的荷電狀態(tài)?？刂茊卧柚{駛信號(hào)檢測(cè)電機(jī)或電機(jī)組的功率需求。依據(jù)功率需求和能量?jī)?chǔ)存器的荷電狀態(tài)，內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)行就調(diào)節(jié)到一個(gè)有利的特性曲線族的分區(qū)。
如上面表示的，一個(gè)第一分區(qū)包括一個(gè)涉及至少一個(gè)參數(shù)的最佳化運(yùn)行狀態(tài)，例如，在給定發(fā)動(dòng)機(jī)功率下的最小燃料消耗。然后，內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)行，只要電機(jī)的功率需求停留在規(guī)定的界限內(nèi)就保持在該分區(qū)。電機(jī)則由發(fā)電機(jī)供能。必要時(shí)，剩余的能量充入能量?jī)?chǔ)存器中。在這一運(yùn)行狀態(tài)，驅(qū)動(dòng)效率是最高的，而發(fā)動(dòng)機(jī)工作在最小的單位燃料消耗下。
該對(duì)應(yīng)于第一分區(qū)的上邊和下邊的功率及轉(zhuǎn)矩界限是可以變化的，并且是依據(jù)能量?jī)?chǔ)存器的荷電狀態(tài)而改變。
當(dāng)功率需求提高到大于內(nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)單元發(fā)出的功率，只要VGE單元在最佳消耗區(qū)域工作，那么，不同的選擇是可能的內(nèi)燃機(jī)工作在較遠(yuǎn)離最佳消耗的區(qū)域。附加的功率由能量貯存器提供。如果該功率需求只是短期限的，那么內(nèi)燃機(jī)就保持在具有最佳燃料消耗的運(yùn)行狀態(tài)。
在較長(zhǎng)時(shí)間的功率需求提高情況下，特別是當(dāng)一個(gè)提高的功率需求預(yù)見是較長(zhǎng)時(shí)間間隔時(shí)，那么，首先附加的能量由能量?jī)?chǔ)存器提取，然后，內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)提高，直至其可能發(fā)出最大功率，在內(nèi)燃機(jī)功率提高的程度上，由能量?jī)?chǔ)存器提取的功率則減小。
當(dāng)內(nèi)燃機(jī)工作在很高功率區(qū)域和一個(gè)附加的功率需求存在時(shí)例如在一個(gè)換低檔“kick-down”，那么內(nèi)燃機(jī)就要置于最高功率的區(qū)域，并且附加地從能量?jī)?chǔ)存器提取能量，以便使運(yùn)輸工具還要較強(qiáng)烈地加速。此時(shí)，控制單元應(yīng)考慮，由能量?jī)?chǔ)存器提取的附加功率是時(shí)間有限的。通過適當(dāng)?shù)南拗茝哪芰績(jī)?chǔ)存器提取功率就可以實(shí)現(xiàn)，例如，確保在一個(gè)確定的時(shí)間間隔內(nèi)以很高的功率實(shí)施一個(gè)超越過程，也就是加速過程。
理所當(dāng)然，也可以短暫的是電池運(yùn)輸工具一般的運(yùn)行狀態(tài)，即，全部的輸送給電機(jī)的功率是由能量?jī)?chǔ)存器提取的。
當(dāng)運(yùn)輸工具的功率需求較小于內(nèi)燃機(jī)在最佳燃料消耗區(qū)域提供的功率時(shí)，本發(fā)明規(guī)定，內(nèi)燃機(jī)是間斷地運(yùn)轉(zhuǎn)的，也就是說，交替地被接通，以使其工作在最佳消耗的區(qū)域，同時(shí)，中間短暫的斷開。這一運(yùn)行方式在城市交通中是特別有利的，因?yàn)椋粌H可實(shí)現(xiàn)一個(gè)很有利的燃料消耗，而且同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)減小的有害物排放。相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)運(yùn)輸工具必需的功率則由儲(chǔ)存器提取，并且一個(gè)監(jiān)視能量?jī)?chǔ)存器荷電狀態(tài)的傳感器可發(fā)出信號(hào)，以使內(nèi)燃機(jī)及時(shí)啟動(dòng)給能量?jī)?chǔ)存器充電。
上面提及的情況，是要結(jié)合一個(gè)例如限時(shí)元件來實(shí)現(xiàn)的，內(nèi)燃機(jī)要向高位移動(dòng)并直至實(shí)現(xiàn)最大的功率，而附加的功率需求由能量貯存器提供。當(dāng)提高的功率需求比一個(gè)預(yù)定的時(shí)間間隔較長(zhǎng)的保持時(shí)，那么內(nèi)燃機(jī)，在附加功率首先由能量?jī)?chǔ)存器提供之后向高位移動(dòng)。而內(nèi)燃機(jī)向高位移動(dòng)的時(shí)間點(diǎn)也取決于儲(chǔ)存器狀態(tài)。此外，人們可以在控制單元設(shè)置一個(gè)學(xué)習(xí)程序，其將例如頻繁度貯存起來，依此，在一個(gè)相對(duì)長(zhǎng)的時(shí)間間隔內(nèi)平均存在一個(gè)提高的功率需求。如果這個(gè)頻繁性是很高的，那么內(nèi)燃機(jī)就可以僅在每一個(gè)很短的時(shí)間間隔結(jié)束之后向高位移動(dòng)，因?yàn)橐呀?jīng)預(yù)見，很可能存在一個(gè)較長(zhǎng)時(shí)間保持的較高功率需求。亦即，該學(xué)習(xí)程序檢測(cè)出功率需求提高的連續(xù)頻繁性和延續(xù)，然后，根據(jù)這些數(shù)據(jù)通過與內(nèi)燃機(jī)功率適應(yīng)的時(shí)間點(diǎn)的概率評(píng)估作出決定。
本發(fā)明裝置還能夠通過能量分配器對(duì)剎車能進(jìn)行利用。在剎車時(shí)，電機(jī)作為發(fā)電機(jī)工作，并通過能量分配器-功率電子單元將電能回送到能量?jī)?chǔ)存器。人們還可以同時(shí)或選擇性地將剎車能應(yīng)用于加熱的發(fā)熱的電阻上。
在對(duì)上述的變型方案選定時(shí)，作為部分內(nèi)容特別強(qiáng)調(diào)能量?jī)?chǔ)存器的荷電狀態(tài)和容量。為了避免，特別在超越過程的危險(xiǎn)狀況，按目的需求，應(yīng)對(duì)貯存器的能量提取進(jìn)行監(jiān)視和顯示，以使駕駛員及時(shí)獲知，貯能器絕大部分已耗盡了。
下面借助附圖，詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施例。它表示

圖1是一個(gè)具有電轉(zhuǎn)換器和用蓄電池作為能量?jī)?chǔ)存器的汽車方框原理簡(jiǎn)圖，
圖2是一個(gè)100-kw(千瓦)內(nèi)燃機(jī)特性曲線族，圖3是汽車驅(qū)動(dòng)裝置可能的運(yùn)行狀態(tài)簡(jiǎn)圖。
此處，圖1以簡(jiǎn)圖方式表明一個(gè)客車的基本構(gòu)件;下面將以“VGE”縮寫表示一個(gè)內(nèi)燃機(jī)-發(fā)電機(jī)-單元2，其中包括一個(gè)內(nèi)燃機(jī)4和一個(gè)與其輸出軸剛性連接的發(fā)電機(jī)6。由發(fā)電機(jī)6產(chǎn)生的電功率，通過導(dǎo)線L1傳送到一個(gè)設(shè)置成能量分配器8的電子功率單元，它通過導(dǎo)線L2和L3將電流輸送給兩個(gè)電動(dòng)機(jī)12及16，而這兩個(gè)電機(jī)分別與汽車的一個(gè)后輪14及18相連接。
在圖1中的左下方表示，另外的兩個(gè)汽車輪也可以通過電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。
將電流從能量分配器8輸送給電機(jī)12和16，是一個(gè)控制單元20控制的，它接收由VGE2來的關(guān)于轉(zhuǎn)數(shù)和轉(zhuǎn)矩的信號(hào)并接收由電機(jī)12及16發(fā)出的關(guān)于其轉(zhuǎn)數(shù)的信號(hào)，此外還接收此處未插繪的傳感器的傳感信號(hào)S。這種形式的信號(hào)例如是一種操縱杠桿-位置信號(hào)，它用來表明駕駛踏板(油門杠桿)相應(yīng)的轉(zhuǎn)角位置。一個(gè)另外的由控制單元20接收的傳感器信號(hào)例如是一個(gè)速度信號(hào)，它是由汽車的一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸提供的。此外，還應(yīng)考慮以一個(gè)剎車信號(hào)，一個(gè)加速信號(hào)，一個(gè)冷運(yùn)行/熱運(yùn)行信號(hào)，一個(gè)點(diǎn)火角信號(hào)和類似的信號(hào)作為傳感器信號(hào)。
該控制單元20包括一個(gè)微處理機(jī)和一個(gè)儲(chǔ)存單元，它將控制程序和特性曲線族的數(shù)據(jù)以及類似參數(shù)貯存起來。
當(dāng)汽車駕駛員操縱駕駛踏板時(shí)，則該位置信號(hào)就作為傳感器信號(hào)輸送給控制單元20。該控制單元20就可以依此根據(jù)時(shí)間和通過差值比例器得出一個(gè)用于操作操縱桿的速度信號(hào)。此外，還可以獲得一個(gè)用于操縱桿的加速信號(hào)借助這些數(shù)據(jù)，就可以反導(dǎo)出相應(yīng)的駕駛員意圖。在高的操縱桿速度下，例如希望一個(gè)高的汽車加速度，并且，假如操縱桿被完全或幾乎完全壓到底的情況，就可達(dá)到一個(gè)相當(dāng)高的最后速度。
該控制單元20可將這些信號(hào)通過控制程序轉(zhuǎn)換成控制信號(hào)，其被送入能量分配器8。在圖1中，能量傳輸導(dǎo)線用細(xì)實(shí)線表示，而信號(hào)傳輸導(dǎo)線用斷續(xù)線表示。根據(jù)該控制信號(hào)，使能量分配器向兩個(gè)電機(jī)12和16提供電流，以便使驅(qū)動(dòng)達(dá)到駕駛員所希望的方式。
作為特別的特征，該汽車還具有一個(gè)能量存儲(chǔ)器，它在此處被設(shè)置成貯存電能的蓄電池。該蓄電池通過兩條電導(dǎo)線L4和L5與能量分配器8相連接，以便通過導(dǎo)線L4將能量送入該蓄電池，并通過導(dǎo)線L5將能量從蓄電池中輸出。
該能量分配器8是以專業(yè)技術(shù)人員原則上公知的方式如此設(shè)置的，即輸送給電機(jī)12和16的能量，是以選擇方式通過導(dǎo)線L1由VGE，和/或通過導(dǎo)線L5亦即由能量?jī)?chǔ)存器22提供的。
一個(gè)傳感器24將代表能量?jī)?chǔ)存器22相應(yīng)負(fù)載狀態(tài)的信號(hào)送給控制單元20。
圖2表示一個(gè)100-kw-四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)典型的特性曲線族。在縱坐標(biāo)上是轉(zhuǎn)矩值，在橫坐標(biāo)上代表轉(zhuǎn)數(shù)。一個(gè)斷續(xù)線bv表示在不同的功率要求下，相應(yīng)于確定轉(zhuǎn)速的最佳消耗。在圖2中該線bV被分割成三個(gè)用陰影線描繪的區(qū)域，也就是說，一個(gè)中間區(qū)域A，一個(gè)上邊區(qū)域B，和一個(gè)下邊區(qū)域C。
該中間區(qū)A處于一個(gè)用“較高線”包圍的區(qū)域，其中，給出發(fā)動(dòng)機(jī)一個(gè)確定的單位消耗。這個(gè)區(qū)域(耳輪狀區(qū))是發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)該盡可能工作的區(qū)域，以便使發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)一個(gè)總的高效率和一個(gè)小的單位消耗。
該上邊的區(qū)域B表示的是較高的轉(zhuǎn)速和較高的轉(zhuǎn)矩(與此相關(guān)的是較高的功率，因?yàn)楣β适怯赊D(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的乘積得出的)。該下邊的區(qū)域C表示一個(gè)在低轉(zhuǎn)矩或低功率時(shí)的很低轉(zhuǎn)速情況。
在存儲(chǔ)單元內(nèi)，例如以表格形式貯存了內(nèi)燃機(jī)的特性值。在圖2中描繪的區(qū)域A、B、C、構(gòu)成了汽車整個(gè)驅(qū)動(dòng)單元運(yùn)轉(zhuǎn)的邊界條件。在本實(shí)施例中，力圖實(shí)現(xiàn)一個(gè)盡可能小的燃料消耗，亦即一個(gè)總的盡可能小的能量需求，但同時(shí)，又應(yīng)該盡可能地滿足相應(yīng)的駕駛員意愿。這就是說;如果駕駛員希望汽車有一個(gè)很高的加速，那么在此意愿之后發(fā)生的是，如何將電流輸送給電機(jī)12和16，這要考慮所述的邊界條件以選擇方式?jīng)Q定從VGE2和/或由能量?jī)?chǔ)存器22完成。
就圖2而言，一個(gè)盡可能小的能量消耗區(qū)意味著發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)該盡可能工作在區(qū)域A中和點(diǎn)bemin上，也就是說，在該點(diǎn)工作時(shí)是絕對(duì)最低的單位消耗。在圖2中，區(qū)域A沿縱坐標(biāo)方向通過一個(gè)基本的轉(zhuǎn)矩區(qū)。這樣意味著，用于不同功率需求的最佳消耗的曲線bV也可能離開基本的界限。對(duì)此的先決條件是，VGE的效率總還是大于儲(chǔ)存器效率。假若人們使發(fā)動(dòng)機(jī)盡可能地靠近點(diǎn)bemin運(yùn)行，那么，在每次提高的功率需求時(shí)，這附加的功率就要由儲(chǔ)存器提供，這樣一來通過儲(chǔ)存轉(zhuǎn)換所造成的不可避免的能量損失就可能高于這個(gè)效率差，即理想的效率和因?yàn)殡x開曲線bV而限定的效率變壞之間的差值。
原則上，在區(qū)域A中，只要電動(dòng)機(jī)12和16的效率高于儲(chǔ)存器的效率，則其功率需求是直接由VGE提供。儲(chǔ)存器的效率是從儲(chǔ)存器輸入給電機(jī)的能量Eaus和輸入給儲(chǔ)存器的能量Eein的比值
ηAKKU＝ (Eaus)/(Eein) (1)該為了儲(chǔ)存一定數(shù)量能而輸入的能量Eein包括荷電的能量、用于儲(chǔ)存過程消耗的能量和儲(chǔ)存器放電消耗的能量。
VGE的效率可表示為內(nèi)燃機(jī)的效率與電機(jī)效率的乘積;
ηVGE＝ηVerb-Mot×ηGen(2)VGE可以在接滿足功率需求的條件是ηVGE≥ηAKKU(3)該區(qū)域A的邊界可被拉到多遠(yuǎn)，完全取決于能量?jī)?chǔ)存器22的荷電狀態(tài)。在儲(chǔ)存器滿荷的情況下，所述邊界就可以延伸的相對(duì)遠(yuǎn)一些。在控制單元中，例如用于區(qū)域A的邊界值被儲(chǔ)存起來，這些邊界值可以與一個(gè)取決于能量貯存器22的荷電狀態(tài)的因數(shù)相乘。而這個(gè)荷電狀態(tài)將通過控制單元20的儲(chǔ)存器24獲知。
當(dāng)驅(qū)動(dòng)裝置工作在區(qū)域A中和電機(jī)12和16需求的能量稍低于內(nèi)燃機(jī)在最佳運(yùn)行狀態(tài)所發(fā)出的能量時(shí)，則剩余的電荷就通過能量分配器8輸入到能量貯存器22中。
當(dāng)電機(jī)12和16的功率需求提高了例如，汽車正處于爬坡或駕駛員想使汽車汽車加速，那么就發(fā)生了圖3a描繪的可能性，亦即VGE以基本上穩(wěn)定的轉(zhuǎn)數(shù)工作在最佳消耗點(diǎn)bemin的附近，此時(shí)，附加的功率需求則由能量?jī)?chǔ)存器22提供。在圖3a中表示的是，不僅VGE2而且能量?jī)?chǔ)存器(AKKU)22通過導(dǎo)線L1及L5和能量分配器8是供源的連接。在圖3a的右邊，描述了依賴于時(shí)間的功率需求。在上面區(qū)域是用陰影描繪的，并表明了由量?jī)?chǔ)存器22每單位時(shí)間中提供的能量。這一能量補(bǔ)充了由VGE2所提供的能量，為的是達(dá)到額定值Psoll。
當(dāng)電機(jī)12和16在短時(shí)間內(nèi)發(fā)生了功率需求增高時(shí)，在圖3a中描繪的狀態(tài)是很有意義的。
圖3b表明了一個(gè)運(yùn)行狀態(tài)，它最初與圖3a的狀態(tài)相一致，也就是說，最初是收在理想運(yùn)行狀態(tài)工作的VGE2提供能量，后由能量?jī)?chǔ)存器22的能量補(bǔ)充至額定值Psoll。但是，從一個(gè)時(shí)間點(diǎn)tX起，內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)提高了。就能量數(shù)額而言，直接由VGE2提供給電機(jī)12和16的能量增多了則由能量?jī)?chǔ)存器22附加提供的份額相應(yīng)減小。
時(shí)間點(diǎn)tX可以例如過一個(gè)限時(shí)元件來確定。當(dāng)一個(gè)功率需求發(fā)生提高時(shí)，則在控制單元20內(nèi)部的限時(shí)元件就起動(dòng)了。如果當(dāng)通過限時(shí)元件所確定的時(shí)間間隔用完了仍還存在功率需求的話，則VGE2就要向高狀態(tài)移動(dòng)。這一措施是符合目的要求的，因?yàn)?，由能量?jī)?chǔ)存器22提供的能量已近耗盡，而且必須避免能量?jī)?chǔ)存器22過度強(qiáng)烈地放電。
直止VGE2向高位移動(dòng)的時(shí)間間隔可以隨能量?jī)?chǔ)存器22的荷電狀態(tài)而發(fā)生變化。還可能的是，VGE2的高位移動(dòng)是由于某些頻繁出現(xiàn)的相對(duì)長(zhǎng)時(shí)間存在的附加功率需求而引起的。此時(shí)，控制單元20就可能將它們歸納為與圖3b中描繪的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)相一致的情況。如果在一個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)例如10分鐘或者30分鐘內(nèi)出現(xiàn)多次相對(duì)長(zhǎng)時(shí)間的增高的功率需求，那么，時(shí)間點(diǎn)tX就可能在圖3b中較多地向左移動(dòng)，這是因?yàn)?，控制裝置“知道”，一個(gè)較長(zhǎng)的提高的功率需求將以很高的可能性相繼發(fā)生。
圖3c表示的狀態(tài)是VGE2發(fā)出最大的功率，操縱踏板幾乎完全被壓到底?，F(xiàn)在例如一個(gè)“換低檔”(kick-down)在時(shí)間點(diǎn)t1發(fā)生了，那么從時(shí)間點(diǎn)t1起，該能量?jī)?chǔ)存器就附加地接通，同樣，能量就通過導(dǎo)線L5提供。當(dāng)VEG2實(shí)際上已發(fā)出最高功率時(shí)，則這一措施就可實(shí)現(xiàn)一個(gè)附加的推力。然而，這樣一個(gè)附加的推力，當(dāng)例如處于一個(gè)超越過程時(shí)，特別是在一個(gè)爬坡的超越過程中是很有意義的。
當(dāng)然，必須注意的是，在圖3c中描繪的從時(shí)間點(diǎn)t1起的狀態(tài)，只是一種有限的可能，因?yàn)榇藭r(shí)，能量?jī)?chǔ)存器22是持續(xù)放電的。借助一個(gè)提醒顯示裝置，駕駛員就可以獲得這種特別大的加速狀態(tài)還可能維持多么長(zhǎng)的信息。依此，駕駛員就能采取適當(dāng)?shù)拇胧?br> 在圖3a，3b和3c中描繪的狀態(tài)與區(qū)域B的運(yùn)轉(zhuǎn)工說相對(duì)應(yīng)，亦即，一種提高的功率需求工況。按照?qǐng)D3a的工況運(yùn)行是不值得的，因?yàn)椋筕GE2的運(yùn)行工況往高位移動(dòng)，則導(dǎo)致一個(gè)短時(shí)的附加功率需求要由能量?jī)?chǔ)存器22完成。
對(duì)于圖3b的情況，在儲(chǔ)存器較長(zhǎng)時(shí)間保持運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，該儲(chǔ)存器將過度迅速地放電。
對(duì)于圖3c的情況，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)附加的“功率尖峰”，以便能例如實(shí)現(xiàn)一個(gè)提高的加速。
按照?qǐng)D3d，僅僅是能量?jī)?chǔ)存器22與能量分配器8通過導(dǎo)線L5相連接。這一狀態(tài)不僅可以與區(qū)域B，而且可以與區(qū)域C相對(duì)應(yīng)。在很高的功率需求情況下，全部的功率可以由蓄電池提供。但是，這一狀態(tài)在實(shí)踐中幾乎無人感興趣。與此相反，在區(qū)域C中的運(yùn)轉(zhuǎn)卻是令人感興趣的，也就是說，在某一區(qū)域，此時(shí)，處于理想運(yùn)行狀態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)的內(nèi)燃機(jī)將明顯多于電機(jī)12、16需求的能量提供給發(fā)電機(jī)。在這種情況下，VGE2就可完全斷開，而驅(qū)動(dòng)工作可單獨(dú)地用能量?jī)?chǔ)存器22中的儲(chǔ)能完成。這一運(yùn)轉(zhuǎn)方式，特別在密集的城市交通中、在堵車和類似情況下是很有利的。當(dāng)能量?jī)?chǔ)存器22放電到一個(gè)基本程度時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)就又可以接通了。
在圖3e中描繪的狀態(tài)與特性曲線族的A區(qū)相對(duì)應(yīng)。該全部的功率直接由VGE2來提供。可能剩余的能量則通過能量分配器8從AGE2輸入到能量貯存器22中。
上面描述的實(shí)施例都涉及到專門參數(shù)“燃料消耗”。將電流從VGE2和/或由能量?jī)?chǔ)存器22輸送到電機(jī)12和16的控制是按照盡可能小的能量消耗原則實(shí)施的。但是作為優(yōu)選或附加方式，也可以將其他運(yùn)行參數(shù)用于控制的決定參數(shù)。此時(shí)，特別提及的是排氣量和排氣成分，因?yàn)椋ㄟ^這樣一種控制，可以用相對(duì)簡(jiǎn)單的措施，將有害物的排放控制在一個(gè)平均很微小的數(shù)值上。
此外，也可以將噪聲發(fā)放和/或構(gòu)件組合要求作為運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)。該構(gòu)件組合要求，對(duì)于特別適于“竟賽運(yùn)動(dòng)”的運(yùn)行方式時(shí)是特別高的。因?yàn)?，頻繁的高轉(zhuǎn)數(shù)和頻繁的負(fù)載變化，對(duì)機(jī)械式運(yùn)動(dòng)構(gòu)件有特別的要求。這些不同的運(yùn)行參數(shù)，也可以共同地，總與一個(gè)確定重量相關(guān)地參與控制。
還要求，實(shí)現(xiàn)這些不同的控制方案，不能有不可忽略的耗費(fèi)。特別是，既不能需求用于大容積附加驅(qū)動(dòng)構(gòu)件的附加結(jié)構(gòu)空間，也不能允重量增加。在城市交通以及所謂的“停和開”交通中，能夠以符合環(huán)境保護(hù)的運(yùn)行方式運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)，還可以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離的運(yùn)行特性，其不落后于傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)汽車。
權(quán)利要求
1.無軌跡限制的運(yùn)輸工具其中，至少一個(gè)用于驅(qū)動(dòng)的車輪(1418)與一個(gè)電機(jī)(12，16)相連接，該電機(jī)通過一個(gè)電能分配器(8)和根據(jù)由控制單元(20)產(chǎn)生的并與行駛信號(hào)相關(guān)的控制信號(hào)參數(shù)而獲得電流，而電流由一個(gè)連接在內(nèi)燃機(jī)(4)上的發(fā)動(dòng)機(jī)(6)提供，同時(shí)，設(shè)置一個(gè)能量?jī)?chǔ)存器(22)，其中，通過能量分配器(8)既可以輸入或者也可以輸出能量，此外，對(duì)應(yīng)能量?jī)?chǔ)存器(22)設(shè)置一個(gè)狀態(tài)傳感器(24)，它可測(cè)知能量?jī)?chǔ)存器(22)的荷電狀態(tài)，而控制單元(20)借助行駛信號(hào)可測(cè)知電機(jī)(12，16)的功率需求，而且，全部驅(qū)動(dòng)能量可以電的形式提供，其特征在于為了通過能量分配器(8)將電流輸入給電機(jī)(12，16)，該控制單元(20)則按照預(yù)先規(guī)定的、涉及內(nèi)燃機(jī)的邊界條件的參數(shù)，控制從發(fā)動(dòng)機(jī)(6)和/或從能量?jī)?chǔ)存器(22)來提取能量；該邊界條件至少涉及下列參數(shù)之一的最佳化設(shè)置(a)燃料消耗；(b)排氣量和排氣成分；(c)噪聲發(fā)放，和(d)構(gòu)件組合要求；這些邊界條件是通過內(nèi)燃機(jī)(4)運(yùn)行特性曲線族的分區(qū)(A，B，C)來限定的；該控制單元(20)依據(jù)電機(jī)(12，16)的功率需求和能量?jī)?chǔ)存器(22)的荷電狀態(tài)，將由內(nèi)燃機(jī)(4)和發(fā)電機(jī)(6)組成的單元(2)的運(yùn)行工況調(diào)節(jié)在上述分區(qū)之一上。
2.按照權(quán)利要求1的運(yùn)輸工具，其特征在于該能量?jī)?chǔ)存器設(shè)置成蓄電池(22)。
3.按權(quán)利要求1或2的運(yùn)輸工具，其特征在于不同的邊界條件同時(shí)并且與確定的重量一起考慮。
4.按權(quán)利要求1至3之一的運(yùn)輸工具，其特征在于一個(gè)第一分區(qū)(A)包括一個(gè)至少涉及一個(gè)參數(shù)的最佳化運(yùn)行狀態(tài)(bemin)，特別在給定的發(fā)動(dòng)機(jī)功率下有一個(gè)最小的燃料消耗;并且，由內(nèi)燃機(jī)(4)和發(fā)電機(jī)(6)組成的單元(2)的運(yùn)行，只要對(duì)電機(jī)(12，16)的功率需求停留在規(guī)定的界限內(nèi)，就保持在這個(gè)分區(qū)(A)內(nèi)，同時(shí)，電機(jī)(12，16)從發(fā)電機(jī)(6)供能，并在此情況下，剩余的能量輸入能量?jī)?chǔ)存器(22)中。
5.按權(quán)利要求4的運(yùn)輸工具，其特征在于該規(guī)定的界限是可依據(jù)能量?jī)?chǔ)存器(22)的荷電狀態(tài)變化的。
6.按權(quán)利要求4或5的運(yùn)輸工具，其特征在于一個(gè)第二的與第一分區(qū)不同的特性曲線族分區(qū)(B)，該區(qū)對(duì)應(yīng)的電機(jī)(12，16)的功率需求要高于內(nèi)燃機(jī)(4)在最佳運(yùn)行狀態(tài)所產(chǎn)生的功率，同時(shí)，下面的將電流輸送給電機(jī)(12，16)的控制變型方案之一被選定-在內(nèi)燃機(jī)(4)最佳運(yùn)行狀態(tài)下，內(nèi)燃機(jī)(4)的功率和實(shí)際的需求功率之間的差額是恒定的由能量?jī)?chǔ)存器(22)來提供;-內(nèi)燃機(jī)(4)的轉(zhuǎn)數(shù)被提高，直至內(nèi)燃機(jī)(4)滿足實(shí)際的功率需求，而在中間差時(shí)間內(nèi)由能量?jī)?chǔ)存器(22)完成一個(gè)功率補(bǔ)充;-在最大功率需求情況下，內(nèi)燃機(jī)(4)已發(fā)出最大功率，那么一個(gè)附加的能量提供則由能量?jī)?chǔ)存器(22)完成;或-全部的能量由能量?jī)?chǔ)存器(22)提供。
7.按權(quán)利要求4至6之一的運(yùn)輸工具，其特征在于當(dāng)電機(jī)(12，16)處于中間時(shí)的功率需求低于內(nèi)燃機(jī)(4)在最佳運(yùn)行狀態(tài)發(fā)出的功率時(shí)，該能量?jī)?chǔ)存器(22)就被充電，或者，假如，規(guī)定的荷電狀態(tài)被超越時(shí)，則內(nèi)燃機(jī)(4)就會(huì)短暫的斷開，這樣，內(nèi)燃機(jī)(4)就間斷地工作在最佳運(yùn)行狀態(tài)。
8.按權(quán)利要求1至7之一的運(yùn)輸工具，其特征在于電流是直接由發(fā)電機(jī)(6)通過能量分配器(8)提供給電機(jī)(12，16)的，此時(shí)，由內(nèi)燃機(jī)(4)和發(fā)電機(jī)(6)組成的單元(2)的效率高于儲(chǔ)存器效率。
9.按權(quán)利要求1至8之一的運(yùn)輸工具，其特征在于該控制單元(20)包含一個(gè)學(xué)習(xí)程序，它以概率統(tǒng)計(jì)方式檢測(cè)實(shí)際上超過內(nèi)燃機(jī)(4)相應(yīng)調(diào)整功率的功率需求之頻繁性和時(shí)間延續(xù)、而功率需求是通過駕駛信號(hào)確定的，此后確定時(shí)間點(diǎn)，在此時(shí)刻，使內(nèi)燃機(jī)(4)的功率調(diào)節(jié)到要求的功率。
全文摘要
一個(gè)運(yùn)輸工具包括一個(gè)由內(nèi)燃機(jī)、發(fā)電機(jī)組成的單元(2)，它通過一個(gè)能量分配器—功率電子單元(8)將電流提供給與驅(qū)動(dòng)輪(14，18)相連接的電機(jī)(12，16)。此外，設(shè)置一個(gè)蓄電池(22)，其中將由內(nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)單元(2)輸送的能量貯存起來，一個(gè)電控制單元(20)依據(jù)駕駛信號(hào)并按照邊界條件參量例如按照一個(gè)盡可能低的單位燃料消耗參量來控制能量分配器(8)。一個(gè)短暫的提高的功率需求可以由蓄電池(22)提供。在較長(zhǎng)時(shí)間的提高的能量消耗時(shí)，該盡可能工作在一個(gè)保證較小燃料消耗的運(yùn)行狀態(tài)的內(nèi)燃機(jī)往高位移動(dòng)，以滿足提高的功率需求。在內(nèi)燃機(jī)最大功率情況下，在蓄電池(22)中貯存的能量可以作為附加的推力應(yīng)用。
文檔編號(hào)B60W10/08GK1077687SQ9211283
公開日1993年10月27日 申請(qǐng)日期1992年10月4日 優(yōu)先權(quán)日1991年10月4日
發(fā)明者烏沃·阿德勒, 漢斯-尤根·德萊克瑟, 蒂特·盧茨, 弗蘭茨·納格勒, 馬丁·奧克斯, 斯泰凡·施堡爾德, 漢斯-約歇姆·施米特-伯旅肯, 沃夫?qū)さ倮? 米歇爾·瓦格納, 霍爾格·維斯特道夫, 賴納·維克納柯 申請(qǐng)人:曼內(nèi)斯曼股份公司