CN106164849B - 用于车辆的多模式控制系统 - Google Patents

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Abstract

用于车辆的多模式控制系统包括车辆控制单元，所述车辆控制单元操作性地配置有手动超驰控制开关、一个或多个传感器、音频输出装置和电子控制单元(ECU)。车辆控制单元包括处理器，所述处理器配置有只读存储器、随机存取存储器、模拟数字转换器、开关驱动器以及可选通信引擎和硬盘驱动器。车辆的引擎配置有电子控制单元。

Description

用于车辆的多模式控制系统
技术领域
本发明涉及用于加强燃油经济性和车辆性能的引擎控制系统。更特别地，本发明涉及车辆控制器，以便用于基于最大车速、加速度、道路坡度和不同负载的车辆的驾驶性能调节和/或驾驶性能和/或其他道路条件或作为最大车辆速度、加速度、道路坡度和不同负载的车辆的驾驶性能调节和/或驾驶性能和/或其他道路条件的函数，能够通过车辆的引擎控制单元明智选择并进一步在多种操作模式之间变换，从而获得显著的燃油经济性和车辆性能。
背景技术
由于资源的耗尽和燃油价格的提升，车辆的燃油经济性已经成为全球汽车工业中研究的主要区域。已经注意到，车辆的驾驶员在道路条件和交通情况下使用高于必要水平的动力。另一方面也期望基于与道路、负载和环境条件匹配的自动优化燃油消耗相关参数来驾驶车辆，以实现加强燃油经济性和车辆性能。
现有技术的一些例子已经解决了这样的问题，但是成果有限。
JP H05 332236A公开了一种发明，其涉及通过控制燃油喷射定时映射图和点火时间映射图的开关来结合引擎动力限制。应该理解的是对于诸如汽油、液化石油气和天然气的火花点火引擎来说点火时间是合适的，节流阀用于根据需求控制向引擎的空气供应。在特定情况下，JP H05 332236A的发明涉及两个或更多个喷射定时和点火时间映射图。JPH05 332236A的发明没有提供操作模式的自动选择控制。并且它没有提供来自道路坡度和负载的输入，该道路坡度和负载对于正确操作模式的选择是非常重要的，其影响驾驶性能和燃油消耗。该输入响应仅仅通过开关来控制，并且驾驶员的侵略性驾驶习惯和车辆的超速无法通过JP H05 332236A的系统得以限制。
DE 10 2009 008 872 A1公开了一种用于控制或限制车辆的加速度的方法。通过激活加速器，引擎的动力通过引擎控制单元来控制。为了实现这点，不同的特性被储存在引擎控制单元内。引擎被机械地连接至由传动控制单元所控制的自动传动系统，传送控制单元连接至变速杆。齿轮传动的操作模式可以通过驾驶员来调整。另外，当加速器被完全压下时，位于加速器的限位处的减速开关被启动。特别地，DE 10 2009 008 872 A1涉及引擎动力限制与自动变速器换挡策略的结合。它没有提供来自道路坡度和负载的输入，动力限制通过加速器的完全压下来移除。这样的系统具有无法控制侵略性驾驶习惯和车辆超速的局限。
EP 0110226 A2涉及根据从多种功能中所选择的一种(A、B或C)得到的燃油需求信号，每种功能指定燃油需求信号的值、相应的燃油流动速率以及加速器踏板位移之间的相应的预定关联。这也确定了相应的最佳空气流动速率，并控制节流阀的开口。各个功能的选择提供了所期望的引擎相应特性，各个功能限定了加速器踏板移动的关系，以便由操作者或驾驶员通过选择开关启动燃油流量需求。这允许在从正常到更快或更稳妥范围内的引擎反应的变化。本发明没有提供选择模式的自动选择控制以及来自喷射定时、轨压、道路坡度的输入，这些对于确定蒸汽的操作模式是很重要的，其影响车辆的驾驶性能和燃油经济性。
JP03132370B2公开了一种具有目标速度水平设置单元的装置，该目标速度水平设置单元基于从车辆速度检测器和引擎负载检测器的检测信号来设置所期望的速度水平。与车辆的重量和倾斜阻力相应的车辆负载度通过车辆负载度计算器来检测。引擎辅助制动操作也通过另一个检测器来确定。当所计算的车辆负载度低于预定值并且当操作引擎辅助制动时，变速控制器控制变速杆将目标速度水平变换至低一档的速度水平。它达到了与驾驶员的意愿匹配的足够的制动力，尤其当通过下坡道路时。因此，JP03132370B2涉及下坡时车辆的减速控制。它没有提供多个操作模式。
US 7003394B2描述了一种引擎控制器，其利用车辆液位传感器控制向引擎的气缸提供的喷射量或进气口空气流，并确定来自驾驶员的需求扭矩。非常复杂的算法被用于基于目标加速度和车辆重量来获得目标加速度阻力。空气阻力和旋转阻力加上加速度阻力来确定在目标加速度时使车辆加速或减速的行驶阻力。利用行驶阻力和基于有效的轮胎半径的恒定值来确定驱动轮扭矩。利用驱动轮扭矩和基于最后传动比的恒定值来驱动引擎输出轴扭矩，即驾驶员的需求扭矩。它没有提供多个映射图操作模式的使用。
US 7967724B2主要涉及两种惠勒类型应用，其描述了多种换挡映射图和控制器，换挡映射图用于得到自动变速器的换挡时间，控制器用于根据所述多个负载传感器的输出信号从所述的多种换挡映射图中选择一种换挡映射图，并根据所选的换挡模式来控制自动变速器的换挡时间。控制器基于负载传感器所感应到的负载重量与预定时间的总值从标准类型的换挡映射图转换到输出强调类型的换挡映射图。该系统没有提供道路坡度的输入，并且因此在确保加强的驾驶性能和燃油经济性上受到严重局限。
US 8311722B2描述了一种主动驱动器控制系统。另外，在多个例子实施例中，该技术提供了通过驱动器控制下的输入的主动补偿来优化燃油经济性(或能量消耗)的方法。主动补偿功能用于对驱动器所期望的性能进行适度的“甜蜜点”车辆响应。特别地，主动补偿功能可以用于使车辆响应平缓并削减来自驾驶员输入的不期望的频率含量。该系统不是失效保护，在驾驶时没有对驱动器的主动控制或自动指令。并且，驾驶员可以忽视由“绿色驱动指数”所提供的额定值并继续超速。
US 20080006711 A1涉及基于经济性或正常模式的需求模式的辅助引擎驱动控制。其利用冷却液温度传感器的输入由具有多个鼓风机速度控制映射图的用于燃油经济性的需求开关来控制。当经济性开关信号是on，指示燃油经济性应该被给予优先权时，利用用于燃油经济性的鼓风机特性映射图来操作空调装置的鼓风机，使得空调装置的鼓风机水平根据低流速下引擎冷却液温度的变化来变化。该系统没有设置任何设备来控制ECU以根据引擎扭矩曲线、喷射量、时间以及轨压来启动操作模式，这些对于驾驶性能和燃油经济性优势的确定是很重要的。
PCT申请号PCT/IN2013/000349描述了一种涉及配置有操作选择模式的共轨电控车辆的发明，其中用户可以根据道路和负载条件来选择车辆操作的功耗模式或经济模式。该系统既没有提供操作模式的自动选择控制，又没有向ECU提供有关道路坡度和负载的输入，这对于达到最佳燃油效率和驾驶性能而选择合适操作模式来说是重要的决定因素。输入响应通过开关来控制，驾驶员的侵略性驾驶习惯和车辆的超速无法通过该系统来限制。在所有模式中，该系统仅适用了一组轨压、喷射量以及喷射定时参数。
依然无法满足向车辆提供模式选择开关控制的需求，其能够基于供给车辆的被感应到的负载和坡度输入来优化操作条件，以获得最佳操作模式，这将导致加强的燃油经济性和车辆性能。
因此，问题在于提欧关于引擎和车辆传动系构造的具有最佳燃油经济性和驾驶性能的综合系统，该系统将对多种应用场合(如高功耗场合、负载场合、半边空场合、欠载场合、更好的周转时间场合以及根据市场需求的这些场合的结合场合)是有效的。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种车辆控制器系统，其使得电子控制单元(ECU)选择特别的操作模式，该特别的操作模式基于车辆负载、驾驶调节和坡度而获得，其中每种特别的操作模式与轨压、燃油喷射量以及喷射定时的定义值对应，以加强燃油经济性和车辆性能，但与车辆的负载、道路和其他驾驶条件的多样性和可变性无关。
本发明的另一个目的在于为具有多个相互独立的最优化操作模式的车辆提供多模式控制，每种模式由轨压、喷射量和喷射定时的独特结合来确定。
本发明的另一个目的在于为车辆提供多模式控制，其中模式选择通过将负载和坡度的结合感应作为输入而选择正确的操作模式来实现。
本发明的又一目的在于为车辆提供多模式控制，其具有自动启动或选择以及具有指定逻辑或许可的手动超驰控制。
本发明的另一目的在于为车辆提供多模式控制，其中在驾驶周期内向具有内嵌逻辑的车辆控制器提供的输入选择和控制操作的合适模式。
另外，本发明的另一个目的在于为车辆提供多模式控制以阻止驾驶员对车辆的过度加速。
另外，本发明的另一个目的在于为车辆提供基于来自车辆传感器的输入和车辆操作模式的当前状态的内置逻辑的多模式控制，并提供自动输出以通知驾驶员使用合适的操作模式。
另外，本发明的另一目的在于为车辆提供多模式控制，其基于具有特定系统逻辑或许可的驾驶员输入来实现模式的变换。
本发明的另一目的在于通过自动或手动的开关的处理实现模式之间的变换，以这样的方式使得两种模式之间的转换时间t’可以变化，使得转换是无缝的或平滑的，以避免任何不连贯或颠簸。
另外，本发明的另一目的在于为车辆提供多模式控制，在点火键开-关循环后自动选择前种操作模式。
另外，本发明的另一目的在于为车辆提供多模式控制，具有各个有限的扭矩曲线的最优化选项，以使燃油经济性最大化。
另外，本发明的另一目的在于为车辆提供多模式控制，对各种场合、使用概况、路线和地形均具有最小化车辆动力总成变量。
另外，本发明的另一目的在于为车辆提供多模式开关控制，在传感器故障或自动选择控制单元故障的情况下具有备用手动选择模式。
另外，本发明的另一目的在于为车辆提供多模式控制，以便为用户通过友好的界面工具和操作模式。
因此，根据本发明的一个方面，本发明的车辆控制器系统使得电子控制单元(ECU)基于车辆负载、驾驶条件和坡度来选择和进一步开关或转换(多个)操作模式，其中每种特别的操作模式与轨压、燃油喷射量和喷射定时的预定义有效或最优化值相应，以加强燃油经济性和车辆性能，但与车辆的负载、道路和其他驾驶条件的多样性和可变性无关。
另外，本发明的另一个方面中，车辆负载和坡度传感器向车辆控制器提供输入，车辆控制器具有针对选择模式的内嵌逻辑。车辆控制器触发引擎的电子控制单元(ECU)以根据多个输入选择合适的操作模式。各种模式与驾驶条件、道路条件、坡度以及车辆上的负载中的一种或其结合相应。
这样，根据本发明，用于车辆的多模式控制系统包括车辆控制单元、一个或多个传感器、音频输出装置(80)以及ECU，车辆控制单元可操作地配置有手动超驰开关(50)；车辆控制单元包括处理器，处理器配置有只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、模拟数字转换器、开关驱动器以及可选通信引擎和硬盘驱动器；其中车辆的引擎配置有ECU。
本发明的另一方面，车辆的多模式控制系统包括车辆控制单元，其操作性地配置有手动超驰控制开关(50)、一个或多个传感器、音频输出装置(80)以及ECU，车辆控制单元包括处理器，处理器配置有只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、模拟数字转换器、开关驱动器以及可选通信引擎和硬盘驱动器；
其中，车辆控制单元的特征在于：
从一个或多个传感器获得与载荷、道路坡度、道路条件、车辆条件但不限于此的输入信号；
处理输入信号和数据，将其与预载性能映射图关联，并在车辆控制器中达到或选择最有效的操作模式；
通过车辆控制单元来校核手动超驰指令；
将被选定的最优操作模式的输出信号发送到ECU(20)，并通过车辆控制单元提供音频输出信号；
通过车辆控制单元接收ECU中与特定操作模式的选择相关的信号；
启动ECU(20)内的特定操作模式，ECU配置有车辆的引擎(10)，其中所述特定操作模式启动一个特定于操作模式的参数集合，诸如轨压、喷射量和喷射定时。
附图说明
本发明的特征和优点将在下述的具体描述和参照附图的优选实施例中变得清楚。实施例通过实例的方式来阐述，但不限于附图所图示的方式。
图1示出了根据本发明的用于车辆的描述选择开关控制系统的框图(第1页)。
图1a示出了车辆控制单元及其与其他元件的构造的示意图。
图2示出了根据本发明的用于车辆的描述选择开关控制系统的工作框图(第2页)。
图2a和图2b示出了系统的工作方法的逻辑(第4页和第5页)
图3示出了根据本发明的车辆的不同操作模式(第6页)。
术语的解释：本发明的上下文中描述与一组参数相应，诸如轨压、喷射量、喷射定时、ET、FMTC(但不限于此)，其中模式是坡度、驾驶条件、车辆负载(但不限于此)的函数。
具体实施方式
本发明的自动系统包括具有内嵌逻辑的车辆控制器或控制单元，其获取来自负载和坡度传感器的输入。基于车辆操作条件，本发明的系统的车辆控制器自动触发电子控制单元(ECU)以在多个操作模式中变换或转换。三组参数(即轨压、喷射量和喷射定时)被综合到引擎的电子控制单元(ECU)中。每组所述参数对于每个单独的操作模式来说是特定的，并且合适操作模式的自动选择提供了最优化的燃油经济性和车辆性能。
系统的示意图显示在图1中。系统包括车辆的引擎(10)，引擎配置有ECU(20)。车辆控制器或控制单元(40)操作性地配置有手动超驰控制开关(50)、坡度传感器(60)、负载传感器(70)、音频输出装置(80)和ECU(20)。
如图1a所描绘的，车辆控制单元(40)包括处理器，处理器配置有只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、模拟数字转换器、开关驱动器以及可选通信引擎和硬盘驱动器。所述车辆控制单元(40)配置有引擎控制单元(20)和手动超驰开关(103)、模式选择开关(104)以及一个或多个传感器(105)。用于这种构造的通信协议(100和101)为有线或无线连接形式。在其中一个实施例中，控制单元、手动控制开关、模式选择开关以及传感器利用选自CAN、RFID、WAN、Wired、SENT、LIN、Flexray、Infrared、Bluetooth、RS 232、RS485、TCP/IP的通信协议来配置。
本发明的上下文中，通过自动或手动的开关的处理实现模式之间的变换，以这样的方式使得转换时间t’可以变化，使得转换是无缝的或平滑的，以避免任何不连贯或颠簸。
系统按照如下步骤操作：
·车辆控制器或车辆控制单元(40)接收来自负载传感器(70)、坡度传感器(60)以及手动超驰控制开关(50)的输入；基于三个参数，即轨压、喷射定时以及喷射量的最优化，与ECU(20)通信以选择用于最佳燃油效率和车辆性能的合适的操作模式；ECU(20)也控制和监视对系统的功能必要的其他参数。
·通过所述ECU将选定的操作模式以及最优参数(即轨压、喷射定时以及喷射量，但不限于此)过渡到引擎(10)以按照所选的模式进行操作；
·ECU提供输入并控制引擎操作，以确保其在所选的模式下运行。
车辆负载和坡度传感器向车辆控制器(40)提供输入，车辆控制器具有针对模式选择的内嵌逻辑。车辆控制器触发引擎的电子控制单元(ECU)以根据多个输入选择合适的操作模式。来自其他传感器、引擎速度、齿轮状态、轨压以及加速器踏板的输入也被集合在一起作为特别的模式被启动。在其中一个实施例中，本发明的系统适用于接收来自雨水传感器、轮胎压力、制动位置、车辆速度、环境温度、环境压力、齿轮位置、燃油水平、燃油温度、λ传感器、NOx传感器、冷却液水平、油温、油压、减速器、增压压力、增压温度、引擎速度、GPS、轨压、喷油器针阀升程以实现相同或相似的输出。
每个操作模式依赖于独立的参数(如轨压、燃油的喷射量和喷射定时)的数值组。这些数值组被集合到引擎的ECU中。这些参数(如轨压、燃油的喷射量和喷射定时)组特定于一个选择模式，并提供最佳优化燃油经济性和车辆性能。
车辆控制单元(40)被连接到开关(50)，在来自所述输入失败的情况下，所述开关超驰系统的自动控制。并且，驾驶员可能遭遇车辆不应该在自动选择模式下运行的紧急情况，此时他可能超驰该系统。驾驶员被周期性地警告车辆在“超驰模式”下运行，使得驾驶员能够趋向于在合适的时候变换到自动模式，其中该超驰干预被安全地登记在系统中，在常规检测时系统可检索到。图2示出了处理包括如下步骤：
·启动点火，使所有传感器、传动装置和控制器发挥功能或进行操作；
·通过车辆控制器(40)获取来自负载传感器(70)、坡度传感器(60)以及其他传感器的输入信号；
·处理输入信号和数据，将其与已经存在的数据或性能映射图关联，并在车辆控制器(40)中达到或选择最有效的操作模式；
·通过车辆控制器校核手动超驰指令；
·将最佳操作模式(即本说明书中上下文的1、2或3。但是，也可能存在不限于仅仅3个的多个操作模式)的输出信号发送到ECU，并通过车辆控制器提供音频输出信号；
·通过车辆控制单元(40)接收ECU中与特定操作模式的选择相关的信号；
·启动ECU内的特定操作模式(即1、2或3)；
·激活特定于操作模式1、2或3的特定参数组，诸如轨压、喷射量和喷射定时；
ο在其中一个实施例中，所述特定的参数组包括图2所述的ET和FMTC。
·基于自动控制或超驰开关输入形式的车辆需求选择操作的模式；
·按照所述输入在车辆控制器仪表板上以可视显示的形式显示指示；
·(按照模式选择)处理ECU内的参数以选择预定义的燃油量、轨压和喷射定时；
·过渡来自ECU的信号以促使引擎共轨管和喷射器在指定时间向引擎供应具有指定压力的所选的燃油量以按照所选的或所变换的模式进行操作。
图2a和图2b图示了工作或操作的方法的逻辑以开启合适的模式选择。如图2b所示，处理的流程图包括：
启动点火并选择自动或手动开关位置；
使用手动开关选择(使用户或操作员)从多种模式(即模式1、模式2、模式3、模式n)中的一种中进行模式选择；
自动开关选择开启来自不同的传感器的信号捕捉和利用所述车辆控制单元(40)对合适模式的选择；
将来自所述车辆控制单元(40)的输入提供给ECU(20)以相应地操作引擎。
基于图2b所述的流程图，图例中考虑了与车辆上的负载和坡度有关的输入参数。但是值得注意的是本发明不限于该参数。可能存在多个其他输入参数。存在手动或自动开关的判定。如果选择了自动开关，则来自(车辆上的)负载和坡度的信号在实时基础上被监控，以获得合适模式的决定。例如，每60分钟进行一次负载监控，每100毫秒进行一次坡度的监控，值得注意的是获取这些参数的信号的时间间隔可以被独立地预定义。从这三个模式中选出的合适模式是负载和坡度的函数。负载根据所定义的负载的值被分类为过载、额定负载和卸载。坡度的长度也根据坡度的预定义值(X)。例如，如果负载小于或等于额定负载，并且坡度大于规定(X％)，即坡度是陡的，则选择模式1。如果没有坡度并且负载小于额定负载，则选择模式3。
图3示出了根据本发明的所有操作模式1、2和3中的引擎输出曲线(转数/分-扭矩)及其相应的操作模式1’、2’、3’，该相应的操作模式特定于轨压、喷射定时以及喷射量参数。
在其中一个实施例中，自动输入被提供给驾驶员以手动旋转由系统确定的合适的操作模式。
在另一个实施方式中，车辆选自压缩点火或电火花点火车辆。在实施例的又一变体中，通常地，车辆选自混合动力车辆、氢燃油驱动车辆。
在另一个实施例中，车辆从商用车、轻型商用车、包括运动多功能车在内的客车及类似的分类中选择。
在另一个实施例中，模式的自动选择下向车辆控制器的输入是利用全球定位系统来提供的。
在另一个实施例中，模式的自动选择下向车辆控制器的输入是由系统中储存的路线和道路条件的预加载数据提供的。
在另一个实施例中，模式的自动选择下向车辆控制器的输入是由驾驶员输入的道路坡度和车辆所携带的负载提供的。
在另一个实施例中，系统具有所选择的操作模式的10％的内嵌操作公差。
显然，车辆控制器(40)与获取与负载、车辆驾驶条件和道路相关的各种输入的传感器以及进一步与能够选择和转换有效操作模式的ECU的协同集合和构造提供了加强的燃油经济性和车辆性能。本发明的系统带来如下的优点：
·独立于驾驶员的理解或反应能力，该系统自动触发ECU以便根据负载和道路条件在多个操作模式之间变换。
·受到驾驶员与驾驶员的差异影响的燃油经济性被最小化。
·燃油经济性优势较常规系统高出6％至10％。
·通过控制轨压、喷射量和喷射定时在每种模式的操作区域内实现更好的燃油经济性优化。
·车辆可以在具有最佳驾驶性能的不同场合运行。
·在不同的地形下灵活操作具有单个动力总成方案且轮子上具有最优扭矩(牵引力)的车辆
例子
下述例子证实了有效燃油经济性和加强的性能方面，通过预期和比较使用了本发明的系统和未使用本发明的系统。
考虑使用260hp驱动的商用车型号25T GVW。
在具有不同坡度(即陡峭的、适中的和没有坡度的)的不同的路线上执行在被控制的驾驶条件(不同负载条件)下进行比较试验。在使用了本发明的系统和未使用所述系统的情况下测量燃油消耗。
通过应用本例子中的3中模式来获得区别性性能。模式与负载条件和道路坡度相应。显示在表1中。可观察到利用本发明的系统存在大约5％的燃油节省。
进一步存在范围来优化模式以加强燃油经济性优势(即≥10％)。
表1燃油经济性性能比较
Figure GDA0001976979200000131
测试了在3种模式下车辆在控制条件下处理不同级别(表达为％)的能力。结果显示在表2中。
表2坡度处理性能
Figure GDA0001976979200000132
测试了在3种模式下车辆在控制条件下从0千米/小时的速度加速到60千米/小时所需时间(秒)的能力。结果显示在表3中。
表3加速性能
Figure GDA0001976979200000133
测试了在3种模式下车辆在被控制的调节下达到最大速度(千米/小时)的能力。结果显示在表4中。
表4最大速度性能
Figure GDA0001976979200000141

Claims (4)

1.一种用于车辆的多模式控制系统，包括：
手动超驰开关(50)；
负载传感器(70)，其用于感应由所述车辆承载的负载；
坡度传感器(60)，其用于当所述车辆在坡上行驶时检测坡度的大小；
车辆控制单元(40)，其适于与所述手动超驰开关进行通信，其中所述车辆控制单元被配置为用于：
接收来自所述负载传感器和所述坡度传感器的实时输入信号；以及
电子控制单元(20)，其适于与所述车辆控制单元通信，其中，所述电子控制单元被配置为用于：
基于所接收的输入从所述车辆控制单元中的多个操作模式中选择操作模式，其中所述操作模式中的每个操作模式取决于燃料喷射量、轨压、喷射定时、喷油脉宽、燃料质量变矩器的独立预定义值的集合；以及
激活所选择的所述车辆的操作模式，从而激活对应于所选择的操作模式的所述燃料喷射量、所述轨压、所述喷射定时、所述喷油脉宽ET和所述燃料质量变矩器FMTC。
2.根据权利要求1所述的多模式控制系统，其中：
所述电子控制单元与所述车辆控制单元(40)之间的通信采用有线或无线连接的形式。
3.根据权利要求1所述的多模式控制系统，其中所述车辆为压缩点火或电火花点火车辆、混合动力车辆或氢燃油驱动车辆。
4.根据权利要求1所述的多模式控制系统，其中所述燃料量、所述轨压、所述喷射定时、所述喷油脉宽、所述燃料质量变矩器的所述预定义值的集合被集成在所述电子控制单元中。
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