針對混合動力車輛用以實現(xiàn)負載點移位、回收和增壓的運行策略的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于監(jiān)控混合驅(qū)動裝置的方法，該混合驅(qū)動裝置包括內(nèi)燃機、能夠由內(nèi)燃機驅(qū)動的發(fā)電機、蓄電器以及電馬達，并且該混合驅(qū)動裝置以能夠以負載點移位運行方式、回收運行方式以及增壓運行方式運行，其中，在負載點移位運行方式中，功率或轉(zhuǎn)矩分配調(diào)節(jié)器以維持蓄電器的充電狀態(tài)的預(yù)先確定的額定值的方式來預(yù)設(shè)由內(nèi)燃機和電馬達輸出的功率或轉(zhuǎn)矩，本發(fā)明還涉及一種相應(yīng)的控制裝置以及具有這種控制裝置的作業(yè)機械。
【背景技術(shù)】
[0002]用于作業(yè)機械的混合驅(qū)動裝置包括內(nèi)燃機、由內(nèi)燃機驅(qū)動的發(fā)電機、蓄電器以及電馬達。作業(yè)機械的前進和/或?qū)τ勺鳂I(yè)機械驅(qū)動的部件的驅(qū)動通過如下的傳動系來實現(xiàn)，在該傳動系中，內(nèi)燃機和電馬達的驅(qū)動力矩通過復(fù)合變速器(一般是行星變速器)得到疊加或者共同作用于一個軸。這種混合驅(qū)動裝置能夠以不同的運行方式運行，特別是:(a)負載點移位運行方式，其中，發(fā)電機給蓄電器充電或者由蓄電器饋電的電馬達為傳動系提供附加的驅(qū)動力矩并且改良內(nèi)燃機的效率，b)回收運行方式，其中，電馬達用作發(fā)電機并且將作業(yè)機械的動能轉(zhuǎn)換成電能，用以給蓄電器充電，以及c)增壓運行方式，其中，內(nèi)燃機和由蓄電器饋電的電馬達分別以最大功率運行，以便克服短時的負載峰值。運行方式之間的切換根據(jù)內(nèi)燃機的瞬時轉(zhuǎn)速以及瞬時負載力矩來進行。
[0003]在負載點移位運行方式中，將驅(qū)動功率劃分為由內(nèi)燃機提供的功率和由蓄電器提供的功率。由此，這種混合驅(qū)動裝置相對于傳統(tǒng)的驅(qū)動裝置提供了進一步的自由度，在傳統(tǒng)的驅(qū)動裝置中，僅能改變內(nèi)燃機的功率。為了對內(nèi)燃機的轉(zhuǎn)矩和電馬達的轉(zhuǎn)矩進行預(yù)設(shè)，或者為了將需要提供的功率分攤給內(nèi)燃機和電馬達，在現(xiàn)有技術(shù)中應(yīng)用了不同類型的調(diào)節(jié)器，特別是比例積分調(diào)節(jié)器(參見DE 10 2006 010 223 Al)或者啟發(fā)式調(diào)節(jié)器。這種所謂的功率或轉(zhuǎn)矩分配調(diào)節(jié)器必須關(guān)注其他邊界條件，如力求維持蓄電器中一定電量的額定值，并且可以為了優(yōu)化總體效率來進行優(yōu)化。
[0004]運行類型之間的轉(zhuǎn)換表現(xiàn)在用于現(xiàn)有技術(shù)的功率或轉(zhuǎn)矩分配調(diào)節(jié)器中可能被證實是有問題的。如果例如激活的是回收運行方式，蓄電器的充電狀態(tài)通過回收的動能來提高。如果接下來激活的是負載點移位運行方式，那么調(diào)節(jié)器力求再次平衡電量增長。由此，蓄電器中的電量再次降低，但是代價是內(nèi)燃機的效率方面較為不利。而在接下來進行增壓時，缺少了蓄電器中回收到的電量。
[0005]在現(xiàn)有技術(shù)中，已經(jīng)介紹了如下的運行策略，其組合式地涉及負載點移位、回收以及增壓，并且以啟發(fā)或優(yōu)化方法為基礎(chǔ)。對于啟發(fā)有利的是硬件要求很低，但代價是通常很少的消耗降低以及很高的參數(shù)化耗費。在優(yōu)化方法中能夠獲得較高的消耗降低，但同時硬件要求很復(fù)雜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于，實現(xiàn)啟發(fā)方案的優(yōu)點和優(yōu)化可行方案，并且避免迄今的功率或轉(zhuǎn)矩分配調(diào)節(jié)器的上述缺陷。
[0007]所述目的根據(jù)本發(fā)明通過權(quán)利要求1、6和10的教導(dǎo)來實現(xiàn)，其中，在其他權(quán)利要求中列出了以有利方式改進技術(shù)方案的特征。
[0008]混合驅(qū)動裝置包括內(nèi)燃機、能夠由內(nèi)燃機驅(qū)動的發(fā)電機、蓄電器以及電馬達。通過控制裝置能夠使混合驅(qū)動裝置可選地以負載點移位運行方式、回收運行方式以及增壓運行方式來運行。在負載點移位運行方式中，功率或轉(zhuǎn)矩分配調(diào)節(jié)器以維持蓄電器的充電狀態(tài)的預(yù)先確定的額定值的方式來預(yù)設(shè)由內(nèi)燃機和電馬達輸出的功率或轉(zhuǎn)矩，其中，附加地力求改善內(nèi)燃機的效率。蓄電器的充電狀態(tài)的由功率或轉(zhuǎn)矩分配調(diào)節(jié)器所顧及的額定值在負載點移位運行方式中，根據(jù)蓄電器的在之前經(jīng)歷的回收運行方式和/或增壓運行方式中發(fā)生的充電狀態(tài)變化而移位。
[0009]按照上述方式，蓄電器的充電狀態(tài)的預(yù)設(shè)值自主地在回收運行之后向上移位或者在增壓運行之后向下移位，從而功率或轉(zhuǎn)矩分配調(diào)節(jié)器不再試圖獲得平均的充電狀態(tài)，而是將充電狀態(tài)的額定值與混合驅(qū)動裝置的當前運行更佳地匹配。由此，混合驅(qū)動裝置在后續(xù)的回收或增壓過程中能夠降低充電量或者再次給蓄電器充電，而不會偏離蓄電器容許的電量極限。該電量極限被設(shè)置為如下數(shù)值，其確保蓄電器足夠的壽命并且下邊界為最大充電量的例如20%，上邊界為最大充電量的80%。
[0010]如果多次先后出現(xiàn)回收或增壓，則可能使蓄電器的電量極限受到損傷。為了避免超出電量極限，在這種情況下可以將充電狀態(tài)的發(fā)生移位的額定值逐漸(例如呈坡面狀)地調(diào)整回充電狀態(tài)的標稱的額定值(例如為最大電量的50% )。
【附圖說明】
[0011]在附圖中示出本發(fā)明下面詳細介紹的實施例。其中:
[0012]圖1示出呈帶有被牽引的圓輥壓力件的拖拉機形式的農(nóng)用作業(yè)機械的側(cè)視圖，
[0013]圖2示出作業(yè)機械的傳動系和所屬控制裝置的圖解，
[0014]圖3示出控制裝置的詳細圖解。
【具體實施方式】
[0015]圖1示出呈拖拉機10和由拖拉機10牽引的圓輥壓力件12形式的農(nóng)用作業(yè)機械。圓輥壓力件12本身是傳統(tǒng)形式的并且包括由輪16支撐的行駛機架14(帶有輥腔18)。圓輥壓力件12通過車轅20由拖拉機10牽引并且其能被驅(qū)動的元件借助動力輸出軸22由拖拉機10驅(qū)動。拖拉機10包括行駛機架24，該行駛機架被支撐在前部的能轉(zhuǎn)向的車輪26和后部的被驅(qū)動的車輪28上。帶有座位32的操作人員工作位置處在駕駛室30中。能夠從該座位來操作轉(zhuǎn)向輪34、油門踏板36以及帶有顯示裝置和按鍵和/或?qū)ε鲇|敏感的顯示裝置的操作人員界面38。
[0016]圖2示出作業(yè)機械的傳動系。通常實現(xiàn)為柴油發(fā)動機的內(nèi)燃機40的曲軸借助能分離的離合器74來驅(qū)動軸42，該軸在其一側(cè)驅(qū)動發(fā)電機44、帶齒輪48、50和52的中間變速器46以及動力輸出軸分離離合器54的輸入側(cè)。動力輸出軸分離離合器54在輸出側(cè)與動力輸出軸變速器56的輸入端相連接，動力輸出軸變速器在輸出側(cè)驅(qū)動可分離的動力輸出軸離合器58，在該動力輸出軸離合器上以能取下的方式聯(lián)接圓輥壓力件12的動力輸出軸22。中間變速器46在輸出側(cè)與復(fù)合變速器60連接，該復(fù)合變速器以行星變速器的形式實現(xiàn)，該行星變速器的行星輪與中間變速器46的輸出齒輪52嚙合并且該行星變速器的中心輪與電馬達62的輸出軸64相連接。行星輪承載件與換檔變速器66的輸入側(cè)相聯(lián)接，該換檔變速器在輸出側(cè)借助差速變速器68來驅(qū)動后輪28。
[0017]在另一實施方式中，動力輸出軸變速器56也能夠在復(fù)合變速器60的下游得到驅(qū)動。此外，換檔變速器66能夠?qū)嵤樨撦d換檔變速器。在又一實施方式中，復(fù)合變速器60能夠與各個車輪28以及必要時還有前輪26對應(yīng)。在又一實施方式中，電馬達62能夠?qū)⑵滢D(zhuǎn)矩直接或經(jīng)由變速器傳遞給軸42或者傳動系的另一部位，也就是這樣能夠取消復(fù)合變速器60，并且電馬達62能夠一并承擔發(fā)電機44的任務(wù)。在又一實施方式中，全部機械功率能夠由電馬達62產(chǎn)生，其中，發(fā)電機44和電馬達62的最大功率將會增大，這是因為取消了機械驅(qū)動支路。
[0018]控制裝置70與發(fā)電機44、內(nèi)燃機控制器76、呈蓄電池(或高容量的電容器等)形式的蓄電器78以及電馬達62電連接。另外，控制裝置70與用于檢測油門踏板位置36位置的傳感器80相聯(lián)接。另一傳感器(未示出)能夠檢測制動踏板(未示出)的位置(或者說狀態(tài))或者制動系統(tǒng)中的壓力。
[0019]換檔變速器66能夠手動地通過操作人員借助桿裝置或自主地通過控制裝置70或者借助操作人員界面38以及由控制裝置70監(jiān)控的促動器(未示出)來切換。動力輸出軸分離離合器54也可以借助一種機構(gòu)又操作人員或者借助操作人員界面38或單獨的開關(guān)和由控制裝置70監(jiān)控的促動器(未示出)來切換。類似地，離合器74也可以由操作人員以機械方式借助踏板(未示出)或借助操作人員界面38或單獨的開關(guān)和由控制裝置70監(jiān)控的促動器(未示出)來切換。
[0020]在運行中，操作人員借助油門踏板36預(yù)設(shè)拖拉機12的所希望的速度，該速度借助傳感器80傳輸給控制裝置70，該控制裝置按照負載點移位運行方式，根據(jù)功率或轉(zhuǎn)矩分配調(diào)節(jié)器72的信號來操控內(nèi)燃機控制器76和電馬達62。根據(jù)功率或轉(zhuǎn)矩分配調(diào)節(jié)器72的預(yù)設(shè)，控制裝置70按照負載點移位運行方式從蓄電器78中獲取電功率，以便驅(qū)動電馬達62或者用來自發(fā)電機44的電功率給蓄電器78充電。此外，設(shè)置有回收運行方式，其中，發(fā)電機44在倒拖運行中用作制動器并且回收獲取作業(yè)機械的動能以及作為電能饋入蓄電器78中。最后，同樣還設(shè)置一種增壓運行方式，其中，電馬達62被以來自蓄電器78的最大功率加載，而內(nèi)燃機40以最大功率運行。
[0021]圖3示出控制裝置70的詳細圖解。該控制裝置包括:狀態(tài)轉(zhuǎn)換裝置82、回收控制器84 (帶有電量測量計96)、功率或轉(zhuǎn)矩分配調(diào)節(jié)器72、增壓控制器86 (帶有電量測量計94)、充電狀態(tài)額定值給定器92以及兩個輸出轉(zhuǎn)換裝置88、90。
[0022]在運行中，由內(nèi)燃機控制器76向狀態(tài)轉(zhuǎn)換裝置82輸送內(nèi)燃機40的轉(zhuǎn)速ω和負載力矩τ作為輸入?yún)⒘?。狀態(tài)轉(zhuǎn)換裝置82可以被附加地加載關(guān)于電馬達62的負載力矩τ的信息，該負載力矩能夠借助其電學量值得到估算。內(nèi)燃機40和/或電馬達62的轉(zhuǎn)速ω和負載力矩τ也可以通過單獨的傳感器來檢測。所述量值得到