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CN1499063A - 车辆节气门开启速率控制系统 - Google Patents

车辆节气门开启速率控制系统 Download PDF

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Abstract

一种控制车辆的节气门开启速率的系统和方法。根据本发明的一个实施例，一车辆的节气门开启速率的控制是在车辆起动时通过判定车辆的目标发动机速度而完成的。如果判定对车辆的发动机存在一高节气门要求，确定一基于车辆的估计重量的节气门开启速率偏移量。然后就可以基于所确定的节气门开启速率偏移量调节默认的高节气门开启速率。

Description

车辆节气门开启速率控制系统
技术领域
本发明涉及一种控制车辆原动机(prime mover)的系统和方法，并更具体地涉及一种在车辆起动时控制原动机的节气门开启速率的系统和方法。
背景技术
在机动车辆起动时，车辆操作者一般通过压下一加速踏板调节该车辆的节气门，以提高发动机运行速度。发动机速度的增加使得由发动机产生的转矩量增加，从而使得车轮转动。发动机速度可被增加的速率称为节气门开启速率(throttle ramp rate)(节气门位置相对于时间的变化速率)。在一些车辆中，只具有一或两个节气门开启速率，如当期望发动机速度较低时的低节气门开启速率，和当期望发动机速度较高时的高节气门开启速率。此外，这些节气门开启速率可为恒定值。图1是发动机速度随时间变化的曲线，描述了在先技术中使用的一恒定的节气门开启速率。
一定值的高节气门开启速率对于重量始终保持如一的车辆是足够的。然而，对于商用卡车等车辆，有效车辆重量可以根据所运载货物的类型和数量而显著变化。因此，一定值的高节气门开启速率是不足够的，因为当车辆重量轻时经常导致发动机的过度加速，导致急冲起动，或当车辆重量较重时导致发动机的加速不足，导致车辆的起动缓慢而吃力。
发明内容
根据一个实施例，本发明包括在车辆起动时控制发动机的燃料供给的系统和方法。该系统和方法通过确定一目标发动机速度以及判定对发动机是否存在一高节气门要求而实现。然后可以根据一个基于该车辆的估计重量的计算出的偏移量而调节默认的高节气门开启速率。
附图简介
图1是示出一传统车辆的典型节气门开启速率的曲线；
图2是示出结合了根据本发明的一个实施例的节气门开启速率控制系统的示例性或说明性车辆传动系的简单示意图；
图3是描述在调节一车辆发动机的节气门开启速率时所采取步骤的流程图；
图4是描述根据本发明的一个实施例得到的节气门开启速率类型的示例的曲线；
图5是描述根据本发明的另一个实施例得到的节气门开启速率类型的示例的曲线。
具体实施方式
图2是示出结合了根据本发明的一个实施例的节气门开启速率控制系统的示例性车辆传动系20的示意图。在系统20中，一具有可以与或可以不与一分段式副变速器26串联连接的主变速器部分24的多级齿轮变速器22，通过离合器30驱动地与一原动机28连接。原动机28可以为包括但不限于热力发动机、电动发动机，或它们的混合型的多种不同类型中的一种。为便于说明，在下面的讨论中将该原动机28假定为一内燃机28。
发动机28包括一安装在离合器30的输入元件34上的曲轴32。离合器30可以为任意类型的离合器系统，尽管在实践中，可能为通常用于车辆传动系中的类型，例如，包括离心式离合器或位置控制离合器的摩擦式离合器。在下面的讨论中将该离合器30假定为一离心式摩擦离合器。
离心式摩擦离合器30的输入元件34与安装在变速器22的一输入轴38上的输出元件36摩擦地接合和脱开。离心式摩擦离合器30的夹紧力和转矩传递能力是发动机28和离合器输入元件34的转速(ES)的函数。
车辆传动系20还包括至少一个用于检测发动机转速(ES)的转速传感器42、用于检测输入轴转速(IS)的传感器44，和用于检测输出轴转速(OS)的传感器(46)，并提供其指示信号。离合器30的接合和脱开状态可以通过一位置传感器检测，或可选择地通过将发动机转速(ES)与输入轴转速(IS)进行对比而确定。还提供一传感器47用于检测节气门踏板运行/工作参数，例如节气门位置，并提供其指示输出信号(THL)。
用于离合器30的术语“接合”和“脱开”分别指离合器30具有和缺乏传递一大转矩量的能力。在没有至少一最小夹紧力时的仅仅是摩擦表面的任意接触不被认为是接合。
发动机28可以由一电子控制装置48进行电气控制，其中该电子控制装置可以通过根据例如SAE J-1922、SAE J-1939、ISO 11898等工业标准协议工作的电子数据链路(DL)与其它车辆部件通信。发动机控制装置48包括一用于选择性地将一命令信号输送至发动机28的输出，而发动机28包括一选择性地接收来自发动机控制装置48的命令信号的输入。发动机控制装置48还包括至少一种控制发动机燃料供给并从而控制发动机28的转速(ES)的工作模式。
可以提供一换档致动器50用于主变速器24和/或副变速器26的自动或半自动换档。一档位选择器51允许车辆驾驶员选择一工作模式并提供其指示信号GRT。这样一种变速器系统的一个示例是Eaton公司的AutoShiftTM系列变速器系统。可选择地，可提供一种其上具有一换档手把54的手动换档杆52，以一种已知的换档方式手动操作该换档杆用于各种换档比的选择性的接合和脱开。
系统20还包括一控制单元60，并更优选地为一电子控制单元(ECU)，例如一通过一或多个数据链路通信的基于微处理器的电子控制单元。ECU60可以接收来自传感器42、44和46的输入信号64，并根据预定的逻辑规则处理该信号，以向诸如发动机控制器48、换档致动器50等的系统致动器发送命令输出信号66。可选择地，可以将来自传感器42、44和46的一或多个信号送往(direct to)发动机控制器48，该发动机控制器48然后向ECU 60提供必要的数据。然后，通过经由数据链路的通信，ECU 60可以与发动机控制器48一起指挥发动机28的工作。
ECU 60和发动机控制器48可以与节气门传感器47电接合以接收一或多个输出信号THL。输出信号THL对应于一或多个节气门工作参数，该参数包括但不限于节气门位置、节气门操作速度和节气门操作的加速度。为了便于说明，根据下述实施例的节气门开启速率控制系统响应于一对应节气门位置的输出信号THL的接收而动作。然而，应当知道，本发明不限于从节气门传感器47接收信号的ECU 60，本发明可以包括从诸如发动机控制器48的可以检测发动机28的期望燃料供给或节气门速率(rate)的任意部件接收信号的ECU 60。
下面参考图3的流程图说明节气门开启速率控制系统的应用。第一步骤100根据包括当前燃料供给或节气门速率的一或多个参数而确定发动机28所应运行的目标发动机速度(EST)。如上所述，ECU 60接收一来自节气门传感器47的信号THL，在该实施例中该信号表示节气门位置。基于编制在ECU 60和/或发动机控制装置48中的优选发动机燃料供给程序的特征图，获得一对应于所指示的节气门位置的预定目标发动机速度(EST)。
如判断框110中所示，下面一个判定为在车辆起动时是否存在一高节气门要求。对于该应用场合，当离合器30从一脱开状态移动至一接合状态时进行车辆的起动，导致初始为静止或在接近零速度行驶的车辆的加速运动。在该实施例中，通过ECU 60判断是否存在一高节气门要求。特别地，ECU 60监控由节气门传感器47输出的对应于节气门位置的信号THL。当节气门位置超过一预定点时，ECU 60视为存在一高节气门要求。为便于说明，考虑通过车辆的加速踏板控制节气门的下述示例。一旦驾驶员压下加速踏板超过一定点，该一定点对应于全部可能的踏板移动量的一定百分比，例如90％，ECU 60视为存在一高节气门要求。
如果不存在一高节气门要求，发动机28不会迅速地达到一高的发动机速度(ES)。因此，发动机的速度(ramp Up)上升或发动机速度(ES)达到一目标速度(EST)的速率不需要如此高。结果，节气门开启速率控制系统，如框120内所描述，施加一默认或预定低节气门开启速率至发动机28。
可选择地，如果存在一高节气门要求，发动机28会迅速地达到一高的目标发动机速度(EST)。在该情况下，节气门开启速率控制系统将试图基于车辆重量改变默认高节气门开启速率。如果只考虑车辆重量，对车辆总重量(GVW)进行估计是适当的。然而，如果该车辆为包括挂车的重载卡车等，则所要考虑的适当重量是考虑了GVW和挂车的牵引车带挂车总重量/汽车列车总重量(GCW)。对于下面的讨论，将假定为车辆重量由其汽车列车总重量(GCW)适当地表示。
可通过各种直接或间接方法估计GCW。例如，一种直接估计GCW的方法是通过使用包括/安装在车辆中的传感器进行。可选择地，可以通过数学推导而间接估计GCW。使用GCW作为一控制参数和/或具有确定GCW的逻辑的自动车辆系统可参考例如美国专利No.5490063和5491630，这些专利的公开整体上结合于此作为参考。如这些参考文件中所述，监控诸如车辆加速度的数据，然后通过数学公式的多级重(反)复计算(reiterative calculation)，可以推导出一对应于GCW的质量值。可以将该系统设计成该数学推导过程可由ECU 60执行，或可选择地，通过另一具有计算能力的车辆部件执行。例如，Eaton公司的AutoShiftTM变速器系统具有估计一车辆重量的能力。因此，如果本发明安装到使用一AutoShiftTM变速器的车辆中，该节气门开启速率控制系统可以从AutoShiftTM系统得到GCW数据。对于下面的说明，将假定通过数学推导估计GCW。
如果通过数学推导估计GCW，可能需要检验或确认该数据以确保它适度地精确。这是因为需要收集多级数据并执行推导数学公式的多次重复计算/迭代(reiteration)。例如，在获得对GCW的一适度地精确的估计之前它会要求数量级为50次的计算，并且每次计算在可被执行之前要求新的车辆工作数据。此外，有可能是仅在一定次数时或在一定动作(action)时可以获得车辆工作数据，例如当变速器22从一较低档换到一较高档时。结果是，直到经过一定时间或直到变速器22换过了一定数量的档位才可能有可用的GCW的适度地精确的估计。
为了确保获得对GCW的适度地精确的估计，节气门开启速率控制系统在步骤130通过确认是否经过了足够的时间或为了得到用于待执行的计算所需的数量而发生了足够数量的适当动作，而检验或确认所估计的GCW。如果一车辆处于一起动状态，且存在一高的节气门需要，但是由于上述原因在步骤130不能确认所估计的GCW，然后该系统将一默认的高节气门开启速率(见步骤140)施加至发动机28。
如果可以在步骤130获得和确认估计的GCW，系统继续到步骤150，基于预先编制的逻辑规则，考虑到车辆重量(GCW)确定所要应用的适当的节气门开启速率。该新的节气门开启速率在根据车辆重量(GCW)调节后则表达为一必须要加到默认高节气门开启速率或从默认高节气门开启速率减去的偏移量。考虑用于说明目的的下述示例，其中假定默认高的节气门开启速率为100rpm/sec。一带有根据该实施例的节气门开启速率控制系统的卡车通常重18000lbs，但在载重时重70000lbs。在确认卡车一估计的重量时，该系统判定一个130rpm/sec的高节气门开启速率是适当的，而100rpm/sec的节气门开启速率需要增加一个30rpm/sec的偏移量。
在完成对默认开启速率的调节之前，系统进行一误差校验处理。尤其是在步骤160，判定所计算出的偏移量是否落在一预定的范围内。该预定的范围由分别对应于默认高开启速率可以增加的最大量，例如+50rpm/sec，或减少的最大量，例如-50rpm/sec，的经验地决定的第一和第二最大偏移值限定。
如果计算出的偏移量落在所述容许范围内，则认为是合理的。然后在步骤180通过将该偏移量加至默认开启速率而相应调节高的节气门开启速率。该系统然后在步骤190将该调节后的高节气门开启速率传递至其它车辆系统用于进一步处理和实施。
如果所计算出的偏移量落在所述容许范围外，则将该偏移量设定成等于两个经验确定的最大偏移值中较近的那个。为便于说明，考虑一个示例，其中开启速率偏移量计算为+60rpm/sec，但是容许偏移量范围在-50rpm/sec和+50rpm/sec之间。在进行这样一种判定时，在步骤170将所计算出的偏移值设定为等于两个最大偏移值中的较近者。从而，上述计算出的偏移值+60rpm/sec将减少至+50rpm/sec。然后如上所述相应地对高的开启速率进行了调节。以这种方式，系统确保不会发生由于试图生成一个值太小或值太大的高的节气门开启速率而发生的损害。
不同于依赖于单一的默认高节气门开启速率的传统车辆，本发明的系统如上所述允许基于车辆重量(GCW)对高节气门开启速率进行调节。该可调节性允许该系统获得多个高节气门开启速率中的任意一个。这在图4中进一步进行了说明，该图是描述了发动机速度随时间变化的曲线。为了便于说明，假定图4的线B表示传统系统的开启速率/变化速率，或可选择地，为本实施例的默认开启速率。此时确定一偏移值并将其应用至默认开启速率，就可以获得对较低值(线A)或较高值(线C)的调节的开启速率。
根据本发明的进一步的实施例，仅当车辆状态接近或达到离合器接合过程中一预定点时基于一估计的车辆重量(GCW)对默认高节气门开启速率进行调节。根据该当前实施例，该预定点设定在或接近被称为“接触点”的点，该接触点表示离合器30开始接合并从而传递转矩的时刻。如在图5的曲线中所进一步强调的，应用默认高节气门开启速率而不进行调节直至车辆状态接近或合理地几乎接近由点A所表示的“接触点”。此时，可以当前速率(C)继续发动机28的加速，或通过将计算出的偏移量附加至默认开启速率而在较小的开启速率(B)或较大的开启速率(D)进行。这使得具有多种优点，例如通过允许应用较高开启速率一段时间而使车辆初始加速更迅速，而然后一旦离合器接合开始后应用一较低的调节后的开启速率。这减少了车辆起动困难的机会，以及由于发动机28过快加速而造成损害的可能性。
尽管说明了本发明的一些优选实施例，但是本发明不限于本文中所说明和示出的，它们被视为仅是执行本发明的最佳方式的说明。该技术领域的普通技术人员可认识到一定的变型和变化将落在本发明的范围内，而且这些变化和变型落于本发明的精神和权利要求所限定的范围内。

Claims (22)

1.一种在车辆起动时控制发动机(28)的燃料供给的方法，包括下述步骤：
(a)判定对所述发动机是否存在一高节气门要求(100)；
(b)当存在所述高节气门要求时基于所述车辆的估计重量计算一节气门开启速率偏移值(150)；和
(c)基于所述计算出的节气门开启速率偏移值调节一默认高节气门开启速率。
2.根据权利要求1的方法，还包括下述步骤：
检查所述计算出的节气门开启速率偏移值是否合理(160)；和
如果判定为不合理，对所述计算出的节气门开启速率偏移值进行修正(170)。
3.根据权利要求2的方法，其特征在于，所述检查所述计算出的节气门开启速率偏移值是否合理的步骤(160)包括将所述计算出的节气门开启速率偏移值与至少一个预定的偏移值进行比较。
4.根据权利要求1的方法，还包括确认所述估计的车辆重量的步骤(130)。
5.根据权利要求4的方法，其特征在于，如果所述估计的车辆重量判定为有效则进行计算所述节气门开启速率偏移值的步骤(150)。
6.根据权利要求4的方法，其特征在于，在对所述估计的车辆重量进行了一预定数量的反复计算后，所述估计的车辆重量被保持为有效。
7.根据权利要求6的方法，其特征在于，当所述车辆的变速器(22)从较低档换至较高档时，获得所述估计的车辆重量的重复计算所需的车辆数据。
8.根据权利要求1的方法，其特征在于，直至所述车辆的一离合器(30)的工作状态接近一预定状态，才发生基于所述计算出的节气门开启速率偏移值对所述默认的高节气门开启速率进行的所述调节。
9.根据权利要求8的方法，其特征在于，所述离合器(30)的预定状态为当离合器(30)开始传递扭矩时。
10.根据权利要求1的方法，还包括当判定对所述发动机(28)存在一不足的高节气门要求时选择一默认的低节气门开启速率的步骤(120)。
11.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述高节气门要求由所述车辆的一节气门的工作参数确定。
12.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述车辆的估计重量为所述车辆的汽车列车总重量。
13.根据权利要求1的方法，还包括确定所述车辆的发动机的目标发动机速度的步骤(100)。
14.一种在车辆起动时控制发动机的燃料供给的系统，包括：
(a)一发动机(28)；
(b)一变速器系统(22)；
(c)一将所述发动机(28)连接至所述变速器系统(22)的离合器(30)；
(d)一用于监控一个或多个节气门工作参数的节气门传感器(47)；和
(f)一控制单元(60)，与至少所述节气门传感器(47)和发动机(28)通信，用于检测高节气门要求和获得所述车辆的估计重量；
其中，在检测所述高节气门要求时，所述控制单元(60)基于所述车辆的估计重量调节一默认的高节气门开启速率。
15.根据权利要求14的系统，其特征在于，基于一加速踏板的位置状态进行所述高节气门要求的检测。
16.根据权利要求14的系统，其特征在于，所述控制单元(60)通过附加一基于所述车辆的估计重量的偏移量而调节所述默认的高节气门开启速率。
17.根据权利要求16的系统，其特征在于，所述控制单元(60)通过将所述偏移量与至少一预定偏移值比较来确认所述偏移量是合理的。
18.根据权利要求17的系统，其特征在于，所述控制单元(60)在判定所述偏移量位于一预定范围之外时减少所述偏移量。
19.根据权利要求14的系统，其特征在于，所述估计的车辆重量是利用传感器读数通过数学推导而获得的。
20.根据权利要求14的系统，其特征在于，还包括一通过至少一数据链路与所述控制单元(60)通信的发动机控制单元(48)，所述发动机控制单元(48)基于所述控制单元(60)产生的指令直接控制所述发动机(28)的工作。
21.根据权利要求14的系统，其特征在于，所述控制单元(60)延迟调节所述默认的高节气门开启速率直至所述离合器(30)接近一预定的工作状态。
22.根据权利要求21的系统，其特征在于，所述预定的工作状态为当所述离合器(30)开始传递转矩时。
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