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CN106585621A - 用于运行电机的方法 - Google Patents

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A·佩茨
R·施特拉塞尔
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Abstract

一种用于运行与机动车(4)的内燃机(1)的输出轴(2)耦合的电机(3)的方法，其中，根据内燃机(1)的至少一个运行参数和/或电机(3)的至少一个运行参数如此操控电机(3)，使得将补偿力矩传递到输出轴(2)上，该补偿力矩至少部分地补偿在内燃机(1)的运行中基于内燃机(1)的运行阶段而出现的内燃机(1)扭矩波动。

Description

用于运行电机的方法
技术领域
本发明涉及一种用于运行与机动车的内燃机的输出轴耦合的电机的方法。此外本发明涉及一种机动车。
背景技术
在内燃机中、特别是在四冲程往复活塞式发动机中，吸气、压缩、做功和排气的冲程顺序导致：在时间上变化的扭矩由发动机传递到曲轴。可能的是，通过提供的扭矩的该时间变化将旋转振动耦合到输出轴中。为了缓冲该振动，已知的是，应用所谓的双质量飞轮，其包括两个飞轮，其中之一设置在发动机侧而另一飞轮设置在传动侧，并且这两个飞轮与弹性件和/或缓冲件连接。
这样的双质量飞轮是相对昂贵的并且可以在大的运转功率下磨损。此外这样的双质量飞轮可以限制机动车的功率。
发明内容
本发明的任务在于，提供一种相比之下改善的用于降低在机动车的驱动冲程中的旋转振动的方法。
该任务按照本发明通过开始所述类型的方法解决，其中根据内燃机的至少一个运行参数和/或电机的至少一个运行参数如此操控电机，使得将补偿力矩传递到输出轴上，该补偿力矩至少部分地补偿在内燃机的运行中基于内燃机的运行阶段而出现的内燃机扭矩波动。
因此提出，操控与输出轴耦合的电机，以便主动补偿内燃机的扭矩波动。在此将扭矩波动理解为内燃机扭矩的基本上的周期变化，该周期变化基于各个汽缸的工作冲程或相应工作冲程的阶段产生。将这些扭矩波动叠加给内燃机应提供的扭矩。作为电机可以应用在机动车中使用的电机，以便作为发电机获得能量和/或作为电动机提高机动车的行驶功率。
作为电机可以应用设计为外转子式电机的电机。在相同结构大小下，设计为外转子式电机的电机的转子具有比设计为内转子式电机的电机的转子更大的转动惯性，因为设计为外转子式电机的电机的转子具有更大的半径。因为电机并继而转子与输出轴耦合，所以也提高输出轴的转动惯性。输出轴的较大的转动惯性然而导致：在输出轴上的高频扭矩波动被缓冲，由此可以实现基于内燃机的运行阶段的旋转振动的改善的缓冲。
作为电机可以应用如下电机，该电机的转子与输出轴抗转动地耦合。由此实现在输出轴上振动的直接缓冲。备选地可能的是，将电机的转子经由齿轮、行星齿轮组、皮带、变速器或诸如此类耦合到输出轴。
作为电机的运行参数可以分析处理所检测到的电机转角和/或所检测到的电机转速。电机优选抗转动地或者以固定传动比耦合到输出轴。因此存在在内燃机转速与电机转速之间以及在内燃机转角与电机转角之间已知的关系。
在考虑电机的转角作为运行参数的情况下可以如下分析处理转角，使得考虑电机的多个旋转。内燃机的四冲程运行周期例如包括四个活塞行程并因此典型地包括曲轴的两次旋转。运行周期因此相应于输出轴旋转720°。在转子与输出轴抗转动连接的情况下，转子也旋转720°。根据内燃机和在输出轴与电机转子之间的传动比可以检测不同角范围。大于360°的转角例如可以如此检测，即检测在0至360°范围中的转角，其中通过计数器检测实现的旋转的数量。
内燃机的运行参数可以由内燃机的发动机控制器提供。现代机动车典型地包括发动机控制器，发动机控制器检测发动机的多个运行参数、例如点火时间点以及曲轴和/或凸轮轴的位置并且提供用于例如喷射阀和点火装置的控制信号。根据该运行参数和/或控制信号，可以获取内燃机的当前运行阶段，并因此可获取所提供的可预测的扭矩波动。因为在发动机控制器中的数据处理典型地以数字方式实现，所以相应数据可以容易地经由车辆总线、例如经由CAN总线提供给电机的控制装置。也可能的是，将用于电机的控制装置集成到内燃机的发动机控制器中。
作为内燃机的运行参数可以分析处理内燃机的至少一个汽缸的当前冲程和/或在一个冲程内的阶段。将冲程在四冲程发动机中理解为四个冲程，即吸气、压缩、做功和排气。在相应冲程内的一个阶段可以相应于活塞在气缸之一中的位置或相应于曲轴的转角。
电机的操控可以根据电机的类型不同地实现。如果电机仅仅用作发电机，那么可以如此改变施加到输出轴上的扭矩，即改变在作为发电机运行的电机上的电气负载。在作为电机的运行中可以改变提供给电机的功率。如果对于电机无论如何都存在向量调节，那么扭矩按照输出轴的匹配可以通过这种向量调节实现。
通过电机可传递给输出轴的扭矩的高度可以固定地根据内燃机或电机的一个或多个检测到的运行参数实现。例如可以将检查表格或运算规程保存在电机的控制装置中，该控制装置能实现将一个或多个运行参数转变为一个或多个控制变量。然而也可能的是，以调节回路的方式实施控制，其中根据运行参数或由一个或多个运行参数导出的变量提高或降低一个或多个控制变量。这可以例如通过比例调节和/或积分调节实现。
为了提高机动车的行驶功率或为了能量的回收可以如此操控电机，使得电机传递扭矩到输出轴上，使得预定的行驶功率力矩或回收力矩和补偿力矩的和如下，使得基于内燃机的运行阶段的内燃机扭矩波动被至少部分地补偿。行驶功率力矩或回收力矩和补偿力矩可以被平衡或相互相反设置。
除了按照本发明的方法之外，本发明还涉及一种机动车，包括内燃机、与内燃机耦合的电机以及用于控制电机的控制装置，其中，控制装置设计为用于实施按照本发明的方法。电机可以设计为外转子式电机。电机的转子可以与输出轴抗转动地耦合。
自然地可以相应地将关于按照本发明的机动车公开的特征以及关于按照本发明的方法公开的特征传递到分别其他发明对象。
附图说明
以下实施例以及所属附图示出本发明的另外的优点和细节。其中：
图1示意地示出按照本发明的方法的一个实施例的流程图；
图2示意地示出按照本发明的机动车的一个实施例；以及
图3示意地示出在图2中示出的按照本发明的机动车的细节视图。
具体实施方式
图1示出用于运行与机动车内燃机的输出轴耦合的电机的方法。该方法参照图2和图3阐明，其中图2示出机动车4，其包括内燃机1、内燃机1的输出轴2以及与输出轴2耦合的电机3。图3示出这些构件的细节视图。
机动车4通过内燃机1驱动，其中内燃机1的扭矩经由输出轴2引导到变速器5，由该变速器将扭矩在中间轴8上传动之后经由差速器6分配到后轮7上。内燃机1涉及四冲程发动机，其扭矩在其汽缸的冲程的过程中波动。内燃机1的汽缸可以仅仅在其工作冲程中提供扭矩给输出轴2。在其他冲程中，特别是在压缩冲程中必须应用做功，以便移动汽缸的活塞，因此在这些冲程中将负扭矩传递到输出轴2上。而且在各个冲程内，提供的或接收的扭矩变化。这些扭矩波动可以通过利用多个相位错开做功的汽缸部分补偿。为了节省在机动车4中的重量，然而经常应使用具有小的汽缸数量、例如具有三个或四个汽缸的内燃机1。随着下降的汽缸数，提供的扭矩的不均匀性提高，由此振动被传递到输出轴上并且因此经由变速器5传递到中间轴8上。
这些振动应通过在图1中示出的方法主动缓冲。为此在步骤S1中首先检测电机3的运行参数、亦即转子9的转角。如图3所示，电机3的转子9与内燃机1的输出轴2刚性连接。转子9作为外转子环绕电机3的定子10。为了更大的清晰性没有示出电机3的线圈和永磁体。因为转子9与输出轴2刚性耦合，所以转子9的转角等于输出轴2的转角，该转角可以直接对应于单个汽缸的位置。电机3或转子9的转角可以通过传感器检测，然而也可能的是，直接从控制装置11读取转角，该控制装置控制电机3。在示出的例子中，电机3的控制通过向量调节实现，其中无论如何检测电机的转子位置。
因为内燃机1涉及四冲程发动机，所以每个汽缸的做功周期包括四个冲程并继而包括四个活塞行程。单独由转子9或输出轴2的转角因此不能清楚地求取相应汽缸的及继而整个内燃机1的做功阶段。因此在步骤S2中通过控制装置11由内燃机1的发动机控制器12附加地询问冲程信息，该冲程信息描述内燃机的至少一个汽缸的当前冲程。
由在步骤S1和S2中检测的信息在步骤S3中清楚地确定内燃机1的运行阶段并且求取配置给该运行阶段的补偿力矩。这通过预定的运算调节实现。备选地可以使用检查表格。
通过内燃机1的不同运行阶段产生的扭矩波动的大小可以依赖于另外的参数、特别是内燃机1的转速。因此可以在另外未示出的步骤中检测电机3和/或内燃机1的另外的参数、特别是内燃机1或电机3的转速，以及在步骤S3中补偿力矩的确定可以根据这些另外的参数实现。
此外在按照本发明的方法中，电机3应可用于在机动车4制动时回收动能作为电能并且在机动车4的加速过程中提供附加扭矩用于机动车4的加速。在步骤S4中因此求取如下扭矩，该扭矩附加地应被作为增压力矩传递到输出轴2上或者被作为回收力矩转换为电能。增压力矩或回收力矩根据多个车辆参数确定，特别是根据加速踏板位置、在变速器5中选择的挡位和/或机动车的调节的运行模式确定，该运行模式说明到何种程度期望特别运动的或者特别节能的行驶。用于确定增压力矩或回收力矩的方法在现有技术中已知并且不应详细描述。
在步骤S5中将在步骤S3中确定的补偿力矩增加到在步骤S4中确定的增压力矩或回收力矩，以便确定总力矩，该总力矩应通过电机3传递到输出轴上。由该总力矩在步骤S6中通过控制装置11确定用于电机3的控制变量。在使用的向量调节中特别是可以按照在步骤S5中确定的总扭矩预定向量调节的预定的额定q值。备选地也可能的是，直接确定用于电机3的线圈的线圈电流或线圈电压并且通过数字模拟转换器输出。在步骤S7中根据在步骤S6中确定的控制变量实现电机3的操控。
为了实现通过在输出轴2上内燃机1的扭矩波动激励的振动的有效缓冲，如图3所示，电机3的转子9与输出轴2刚性连接。通过刚性连接避免在转子9与输出轴2之间使用可能容易磨损的耦合件。
此外，电机3设计为外转子式电机，其中转子9环绕在转子9内设置的定子10旋转。电机3的该设计方案导致：电机3或转子9的转动惯性相比于相同大小的设计为内转子的电机更大。这基于转子9与输出轴2的刚性耦合导致，输出轴2的转动惯性也大于在使用内转子时，由此有效地实现传递到输出轴2上的扭矩的深通滤波。基于内燃机1的不同运行阶段产生的扭矩波动比基于机动车4的加速过程或制动过程的扭矩变化更高频。因此，扭矩波动可以基本上理解为高频振动力矩叠加到可缓慢变化的扭矩上。基于电机3的惯性因此附加地缓冲扭矩波动。

Claims (10)

1.一种用于运行与机动车(4)的内燃机(1)的输出轴(2)耦合的电机(3)的方法，
其特征在于，
根据内燃机(1)的至少一个运行参数和/或电机(3)的至少一个运行参数如此操控电机(3)，使得将补偿力矩传递到输出轴(2)上，该补偿力矩至少部分地补偿在内燃机(1)的运行中基于内燃机(1)的运行阶段而出现的内燃机(1)扭矩波动。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，作为电机(3)应用设计为外转子式电机的电机(3)。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，作为电机(3)应用如下电机(3)，该电机的转子(9)与输出轴(2)抗转动地耦合。
4.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，作为电机(3)的运行参数分析处理所检测到的电机(3)转角和/或所检测到的电机(3)转速。
5.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，内燃机(1)的运行参数由内燃机(1)的发动机控制器(12)提供。
6.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，作为内燃机(1)的运行参数分析处理内燃机(1)的至少一个汽缸的当前冲程和/或在一个冲程内的阶段。
7.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，为了提高机动车(4)的行驶功率或为了能量的回收而如此操控电机(3)，使得电机传递扭矩到输出轴(2)上，使得预定的行驶功率力矩或回收力矩和补偿力矩的和如下，使得基于内燃机的运行阶段的内燃机(1)扭矩波动被至少部分地补偿。
8.一种机动车，包括内燃机(1)、与内燃机(1)耦合的电机(3)以及用于控制电机(3)的控制装置(11)，其特征在于，控制装置(11)设计为用于实施根据上述权利要求中任一项所述的方法。
9.根据权利要求8所述的机动车，其特征在于，电机(3)设计为外转子式电机。
10.根据权利要求8或9所述的机动车，其特征在于，电机(3)的转子(9)与输出轴(2)抗转动地耦合。
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