CN115244317A - 用于控制动力总成的方法 - Google Patents

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stroke
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安德斯·埃里克松
克拉斯·库伦斯蒂纳
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Abstract

一种用于控制车辆(1)的动力总成(2)的方法，该动力总成包括：‑发动机(3)，该发动机包括能够相互独立操作的气门，该发动机被配置成在四冲程操作模式下运行，以及‑传动系，该传动系包括变速器(5)，该方法包括：‑在四冲程操作模式下运行发动机的同时，确认危急情况适用或预计适用，在该危急情况中，需要变速器的快速降挡，‑响应于确认所述危急情况，启动降挡过程，‑在降挡过程的至少一部分期间，通过至少控制发动机的能够相互独立操作的气门使得发动机暂时在二冲程操作模式下运行，来增加发动机转速。

Description

用于控制动力总成的方法
技术领域
本发明涉及一种用于控制车辆的动力总成(powertrain)的方法和一种用于控制车辆的动力总成的控制设备。本发明还涉及一种车辆、计算机程序和计算机可读介质。
本发明可以应用于重型车辆，例如卡车、公共汽车和建筑设备。尽管将针对卡车来描述本发明，但本发明不限于这种特定车辆，而是还可用在其它车辆中，例如轻型卡车、公共汽车、铰接式运输车、轮式装载机和乘用轿车。
背景技术
为了能够通过接合变速器的较低挡位来使车辆的变速器降挡，该较低挡位具有比当前接合的挡位更高的传动比，发动机转速需要增加以使发动机转速和较低挡位的转速同步。在降挡过程期间，车辆的传动系(drivetrain)需要与发动机断开，从而导致从发动机到车辆驱动轮的扭矩传递中断。在某些情况下，至关重要的是同步要快速，使得可以实现快速降挡并使扭矩中断最小化。这种情况包括：陡峭的上坡情况，其中延长的扭矩中断可能导致不期望的车辆速度损失；以及下坡情况，其中期望使用发动机制动并且延长的扭矩中断可能导致快速增加的车辆速度。在最坏的场景下，车辆速度可能比发动机转速增加得更快，从而无法接合较低的挡位并且驾驶员失去对车辆的控制。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种至少在某些方面改进的方法和控制设备，用于在危急情况，例如其中需要快速降挡的下坡和/或上坡情况下控制动力总成。
根据本发明的第一方面，至少所述主要目的通过根据权利要求1所述的用于控制车辆的动力总成的方法来实现。该动力总成包括：
-发动机，该发动机包括能够相互独立操作的气门，该发动机被配置成在四冲程操作模式下运行，以及
-传动系，该传动系包括变速器。
所提出的方法包括：
-在四冲程操作模式下运行发动机的同时，确认危急情况适用或预计适用，在危急情况中需要变速器的快速降挡，
-响应于确认该危急情况，启动降挡过程，
-在降挡过程的至少一部分期间，通过至少控制发动机的能够相互独立操作的气门使得发动机暂时在二冲程操作模式下运行，来增加发动机转速。
包括能够相互独立操作的气门的发动机可以称为自由气门发动机或无凸轮发动机。该发动机没有传统的凸轮轴，而是设置有能够相互独立操作的气门。可以控制这些气门以使发动机在四冲程操作模式下以及在二冲程模式下运行，该四冲程操作模式是发动机的默认操作模式，该二冲程操作模式可以根据所提出的方法在降挡过程期间使用。当然，将操作模式从四冲程操作模式改变为二冲程操作模式还涉及改变其它参数，例如各种燃料喷射参数。应当理解，该发动机是内燃发动机，并且所述气门是发动机气缸的进气门和排气门。
危急情况可以是其中车辆速度在降挡过程期间预计会增加的危急下坡情况，例如车辆速度预计增加超过可预定阈值速度或超过可预定阈值速率的情况。替代地，危急情况可以是其中车辆速度在降挡过程期间预计会降低的危急上坡情况，例如，车辆速度预计会降低到低于可预定阈值速度或高于可预定阈值速率的情况。车辆速度的预计变化例如可以基于道路坡度(可选地，结合车辆重量和/或可能在降挡过程期间影响车辆速度的其它车辆参数)来确定。
通过使发动机暂时在二冲程操作模式下运行，与四冲程操作模式下相比，在降挡过程期间可以更快地增加发动机转速。由此，可以实现更快的降挡，这在上坡情况和下坡情况下都是有益的。特别地，它增加了在下坡危急情况下的车辆安全性，在下坡危急情况中，车辆速度迅速增加，并且在发动机转速与目标较低挡位的转速同步期间，充分快速地加速发动机可能是具有挑战性的。
所述变速器可以是半自动变速器，也称为手自一体变速器(AMT)。
所述降挡过程可以进一步包括：在二冲程操作模式下或在四冲程操作模式下，当已经达到用于降挡的目标发动机转速时，制动发动机以降低发动机转速。发动机转速可以增加到略高于目标发动机转速，然后被制动以达到目标发动机转速。可以重复这种加速-制动过程，以达到目标发动机转速并且接合所选挡位，但是，即使当发动机转速在目标发动机转速附近波动并且没有稳定在用于降挡的目标发动机转速时，也可以接合所选挡位。由此，可以以降低舒适度为代价实现更快的降挡。
可选地，确认危急情况适用或预计适用的步骤包括评估与车辆行驶或预计行驶的道路的道路坡度有关的信息。因此，至少基于道路坡度来确认危急情况适用或预计适用。例如，危急情况可以被识别为道路坡度高于可预定阈值的情况。这样的阈值可以根据例如车辆速度和/或车辆重量来设定。
可选地，确认危急情况适用或预计适用的步骤进一步包括评估与车辆的重量有关的信息。因此，至少基于道路坡度和车辆的重量来确认危急情况适用或预计适用。车辆重量主要与上坡危急情况有关，但车辆质量或车辆重量也与下坡危急情况有关。
可选地，所述降挡过程包括：一旦已经达到用于降挡的目标发动机转速，就接合所选挡位。所选挡位是比降挡过程之前接合的挡位具有更高的传动比的挡位，使得变速器输出扭矩相对于降挡之前的变速器输出扭矩减小了。用于降挡的目标发动机转速是与所选挡位的转速同步(优选等于该转速)的发动机转速。
可选地，所述降挡过程包括在二冲程操作模式下将发动机转速至少增加到目标发动机转速。由此，确保了发动机的快速加速直到达到目标发动机转速。视情况而定，在达到目标发动机转速之后，也可以继续以二冲程操作模式运行发动机。替代地，可以在达到目标发动机转速之后立即恢复四冲程操作。
可选地，所述降挡过程进一步包括：一旦已经达到目标发动机转速，就在二冲程操作模式下制动发动机。由此，实现对发动机的有效制动，从而促进发动机转速和所选挡位的转速的快速同步。使发动机在二冲程操作模式下加速可以包括将发动机转速增加到高于目标转速，然后在二冲程操作模式下制动发动机以便达到目标转速。
可选地，该方法进一步包括：
-在降挡过程之后，控制发动机的能够相互独立操作的气门，使得恢复发动机的四冲程操作模式。
与二冲程操作模式相比，四冲程操作模式与更低的燃料消耗和排放水平相关联，并且由于这些原因，有益的是尽快恢复四冲程操作模式。
可选地，该方法进一步包括：
-在降挡过程之后且在恢复四冲程操作模式之前，继续在二冲程操作模式下运行所述发动机，直到满足可预定条件。
例如，所述可预定条件可以设定为：当预定时间段已经过去时或一旦达到预定的涡轮压力，则满足所述可预定条件。二冲程模式能够实现更高的动力输出和涡轮压力的建立。因此，尤其是在陡峭的上坡危急情况下，在降挡之后使用二冲程操作模式快速获得转速可能是有益的。在这种情况下，由于与四冲程操作模式相比，二冲程操作模式中的燃烧频率增加，所以可能需要向发动机供应额外的空气。为此目的，可以提供额外的空气罐。
可选地，所述危急情况预计在下坡行驶期间出现，其中，车辆的车辆速度预计在所述危急情况下增加。例如，所述危急情况可以被识别为这样一种情况：其中，基于例如道路坡度，车辆速度预计将加速到高于可预定阈值水平。
可选地，所述降挡过程包括：在控制发动机的气门使得发动机暂时以二冲程操作模式运行的步骤之前，使传动系与发动机脱离。这在下坡危急情况下是尤其有益的，在这种情况下，不希望在使传动系脱离之前建立涡轮压力。例如，可以使用离合器。
可选地，当所确认的危急情况是上坡危急情况时，控制发动机的气门使得发动机在二冲程操作模式下运行的步骤在使传动系与发动机脱离之前启动。这允许在断开传动系之前建立涡轮压力，这在其中车辆速度会随着传动系的脱离而迅速降低的上坡降挡情况下可能是有益的。涡轮压力允许在降挡后更快地获得转速。
根据本发明的第二方面，至少所述主要目的通过一种用于控制车辆的动力总成的控制设备来实现，该动力总成包括：
-发动机，该发动机包括能够相互独立操作的气门，该发动机被配置成在四冲程操作模式下运行，以及
-传动系，该传动系包括变速器，
所述控制设备包括适于执行根据本发明第一方面的方法的步骤的装置。
所述控制设备可以是电子控制设备。所述控制设备可以包括至少一个通信接口，其用于接收从车辆内的其它单元，例如从各种传感器、系统和控制单元，特别是从车辆中的一个或多个电子控制单元(ECU)控制系统或子系统(例如发动机控制单元和变速器控制单元)传输的数据。所述控制设备可以配置成无线通信或经由硬线系统通信。与道路坡度有关的信息可以通过通信接口提供给控制设备，并且可以例如基于与诸如全球定位系统(GPS)信息的定位信息结合的地图数据，和/或基于来自至少一个本地环境感知传感器(例如安装在车辆上的摄像头、雷达或激光雷达)的传感器数据。与道路坡度有关的信息也可以从共享数据存储器下载和/或上传到共享数据存储器，所述控制设备被配置成与该共享数据存储器交换信息。
根据第二方面的控制设备的优点和有利特征在很大程度上类似于根据第一方面的方法的优点和有利特征。
根据本发明的第三方面，提供了一种计算机程序，其包括用于使根据第二方面的控制设备执行根据第一方面的方法的步骤的程序代码组件。
根据本发明的第四方面，提供了一种其上存储有根据第三方面的计算机程序的计算机可读介质。
根据本发明的第五方面，提供了一种包括动力总成的车辆，该动力总成包括：
-发动机，该发动机包括能够相互独立操作的气门，该发动机被配置成在四冲程操作模式下运行，以及
-传动系，该传动系包括变速器，
其中，该车辆还包括根据本发明的第二方面的控制设备。根据第五方面的车辆的优点和有利特征在很大程度上类似于根据第二方面的控制设备的优点和有利特征。
该车辆可以是重型车辆，例如公共汽车或卡车或作业机械。
在以下描述和从属权利要求中公开了本发明的其它优点和有利特征。
附图说明
参考附图，下面是作为示例引用的本发明的实施例的更详细描述。
在这些图中：
图1示出了根据本发明的实施例的车辆，
图2是说明根据本发明的实施例的方法的流程图，
图3示意性地示出了根据本发明的实施例的车辆正在其上行驶的道路，
图4是示出了在危急情况期间车辆的发动机转速作为时间的函数的曲线图，并且
图5示出了根据本发明的实施例的控制设备。
附图示出了本发明的示意性的例示性实施例，因此它们不必按比例绘制。应当理解，所示出和描述的实施例是例示性的，且本发明不限于这些实施例。还应注意，为了更好地描述和说明本发明，附图中的某些细节可能被夸大。在整个说明书中，相同的附图标记指代相同的元件，除非另有说明。
具体实施方式
图1示意性地示出了重型卡车形式的车辆1。车辆1包括用于控制车辆1的动力总成2的控制设备10。动力总成2包括内燃发动机3，但可以额外提供其它推进单元，例如一个或多个电机。动力总成2还包括车辆1的传动系，该传动系包括驱动轮4形式的地面接合构件、半自动变速器5和传动轴6。发动机3(其可以是多缸发动机)是无凸轮发动机，其包括能够相互独立操作的进气门和排气门(未示出)，所述进气门和排气门能够通过电磁、液压或气动致动器(未示出)来操作。这些致动器例如可以由控制设备10或由单独的发动机控制单元(未示出)控制，该发动机控制单元被布置成通过网络或另一种通信连接(例如硬线连接、无线连接、或者硬线连接与无线连接的组合)与控制设备10通信。因此，可以响应于来自控制设备10和/或来自所述单独的发动机控制单元的信号而独立地控制每个气门的打开和关闭。类似地，可以提供单独的变速器控制单元(未示出)来控制变速器5，该变速器控制单元被配置成与控制设备10通信。
发动机3被配置成在四冲程操作模式(即，动力循环在两圈曲轴回转中完成的模式)下操作。这四个冲程包括进气冲程、压缩冲程、燃烧冲程和排气冲程。然而，通过控制能够相互独立控制的气门以及诸如燃料喷射变量的其它变量，发动机3也可以在二冲程操作模式下运行，在二冲程操作模式中，动力循环在一圈曲轴回转中完成。在这种情况下，进气和排气发生在同一冲程期间。
图2中示意性地示出了根据本发明的实施例的用于控制车辆1的动力总成2的方法。还参照图3，其示出了车辆1沿着道路101以车辆速度v行驶。该方法可以使用控制设备10来执行。
在第一步骤S1中，在四冲程操作模式下运行发动机3的同时执行的是确认危急情况适用或预计适用，在危急情况中，需要变速器5的快速降挡。当车辆上坡(上坡危急情况)或下坡(下坡危急情况)行驶时，危急情况可以适用或预计适用。确认危急情况适用或预计适用可以包括评估与车辆行驶或预计行驶的道路101的道路坡度有关的信息。确认危急情况适用或预计适用的步骤还可以包括评估与车辆1的重量有关的信息。还可以考虑车辆速度v以及发动机3的发动机转速n。通常，在降挡期间，当预计车辆速度以一定的速率变化而使得难以将发动机转速n足够快地增加到所选目标挡位的转速时，则确认危急情况。预计的车辆速度增加可以基于例如与道路坡度和车辆重量有关的信息来确定。
在第二步骤S2中，响应确认于危急情况来启动降挡过程。该降挡过程通常包括使传动系与发动机3脱离、脱离当前挡位、使发动机转速n与具有比当前挡位更高的传动比的所选挡位的转速同步、接合所选挡位以及将发动机3重新连接到传动系。
在第三步骤S3中，在降挡过程的至少一部分期间，通过至少控制发动机3的能够相互独立操作的气门使得发动机3暂时在二冲程操作模式下运行，来增加发动机转速n。这使得能够比在四冲程操作模式下更快地加速发动机3。在二冲程操作模式下，发动机转速n可以增加到用于降挡的目标发动机转速。它也可以增加到高于目标发动机转速的发动机转速，在这种情况下，发动机随后被制动以达到目标发动机转速。这在图4的曲线图中进行了说明，其中实线示意性地示出了在二冲程操作模式下作为时间t的函数的发动机转速n，而虚线示出了在四冲程操作模式下的对应的发动机转速n。在这种情况下，用于降挡的目标发动机转速为2100rpm。如图所示，发动机转速n在二冲程操作模式下迅速增加到高于2100rpm的目标发动机转速，然后被制动到2100rpm的目标发动机转速。对发动机3的制动也可以在二冲程操作模式下实现。可以看出，发动机转速n可能在稳定之前围绕目标发动机转速波动。然而，能够在稳定在目标发动机转速之前接合所选挡位，代价是舒适度较低。
该方法可以进一步包括可选的第四步骤S4：在降挡过程之后，控制发动机3的能够相互独立操作的气门，使得恢复发动机3的四冲程操作模式。该步骤可以在将传动系重新连接到发动机3之后执行。能够在降挡过程已经完成之后继续在二冲程操作模式下操作发动机，例如直到满足可预定条件。
现在将参照图4描述两种不同的驾驶场景。在两种场景中，车辆1在相应场景开始时在四冲程操作模式下运行。
在第一驾驶场景中，检测到车辆1接近陡峭的上坡路段102。基于道路坡度和车辆重量，确认车辆1在陡峭的上坡路段102中的降挡过程期间危急情况预计适用。由于从发动机3到车辆1的驱动轮4的扭矩传递中断，预计车辆速度v在降挡过程期间将显著降低。因此，需要快速降挡。为了准备该降挡，控制所述气门使得发动机3在二冲程操作模式下运行，从而在断开传动系之前建立涡轮压力。一旦已经建立涡轮压力，传动系就与发动机3脱离。结果，发动机转速n迅速增加。一旦已经超过用于降挡的目标发动机转速，发动机3就被制动(仍然处于二冲程操作模式)，以使发动机转速与所选目标挡位的转速同步。当已经接合所选目标挡位时，发动机3和传动系将重新连接，但是发动机3在二冲程操作模式下运行，直到满足预定条件为止，其目的是构建涡轮压力。当满足预定条件时，控制所述气门以恢复四冲程操作模式。
在第二驾驶场景中，车辆1正在接近其中危急下坡情况预计适用的下坡路段103。在陡峭的下坡路段103中，当传动系被脱离时，存在车辆速度v急剧增加的风险，因此在四冲程操作模式下，发动机转速n与所选目标挡位的转速同步将很困难。然而，为了能够使用发动机制动更有效地制动车辆，希望降挡。因此，一旦传动系已经脱离，就控制所述气门以使发动机3在二冲程操作模式下运行。发动机转速n迅速增加到高于用于降挡的目标发动机转速，且随后被制动(仍然处于二冲程操作模式)。一旦所选目标挡位已被接合，就通过控制发动机3的气门来恢复四冲程操作模式。这可以在重新连接传动系和发动机3的同时、之前或之后执行。
示例实施例的控制功能可以使用现有的计算机处理器来实现，或者通过用于为了这个目的或另一目的而并入的适当系统的专用计算机处理器来实现，或者通过硬线系统来实现。本公开的范围内的实施例包括程序产品，该程序产品包括机器可读介质，该机器可读介质用于承载或其上存储有机器可执行指令或数据结构。这样的机器可读介质可以是能够被通用或专用计算机或具有处理器的其它机器访问的任何可用介质。举例来说，这样的机器可读介质可以包括RAM、ROM、EPROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储器、磁盘存储器或其它磁存储设备，或可以用于承载或存储机器可执行指令或数据结构形式的期望程序代码并且能够被通用或专用计算机或具有处理器的其它机器访问的任何其它介质。当信息通过网络或另一通信连接(硬线、无线、或者硬线或无线的组合)传输或提供给机器时，该机器会将连接恰当地视为机器可读介质。因此，任何这样的连接都被恰当地称为机器可读介质。上面的组合也包括在机器可读介质的范围内。机器可执行指令例如包括使通用计算机、专用计算机或专用处理机器执行特定功能或功能组的指令和数据。
图5示出了被配置成执行根据本发明实施例的方法的控制设备400，该控制设备400包括非易失性存储器420、数据处理单元410和读写存储器460。存储器420具有第一存储器部分430，用于控制所述控制设备400的计算机程序存储在该第一存储器部分430中。存储器部分430中的用于控制所述控制设备400的计算机程序可以是操作系统。
控制设备400可以被包括在上面参照图1描述的控制设备10中。数据处理单元410例如可以包括微型计算机。存储器420还具有第二存储器部分440，根据本发明的用于控制所述动力总成的程序存储在该第二存储器部分440中。在替代实施例中，用于控制所述动力总成的程序存储在用于数据的单独的非易失性存储介质450中，例如CD或可交换半导体存储器。该程序能够以可执行形式或以压缩状态存储。当下面提到数据处理单元410运行特定功能时，应该清楚数据处理单元410正在运行存储在存储器420中的程序的特定部分或存储在非易失性存储介质450中的程序的特定部分。数据处理单元410被定制为通过数据总线414与非易失性存储介质450通信。数据处理单元410还被定制为通过数据总线412与存储器420通信。此外，数据处理单元410被定制为用于通过数据总线411与存储器460通信。数据处理单元410还被定制为用于通过使用数据总线415与数据端口490通信。
应当理解，本发明不限于上文所述和附图所示的实施例；相反，本领域技术人员将认识到，可以在所附权利要求书的范围内进行许多修改和变型。

Claims (15)

1.一种用于控制车辆(1)的动力总成(2)的方法，所述动力总成(2)包括：
-发动机(3)，所述发动机包括能够相互独立操作的气门，所述发动机(3)被配置成在四冲程操作模式下运行，以及
-传动系，所述传动系包括变速器(5)，
所述方法包括：
-在所述四冲程操作模式下运行所述发动机(3)的同时，确认(S1)危急情况适用或预计适用，在所述危急情况中，需要所述变速器(5)的快速降挡，
-响应于确认所述危急情况，启动(S2)降挡过程，
-在所述降挡过程的至少一部分期间，通过至少控制所述发动机(3)的所述能够相互独立操作的气门使得所述发动机(3)暂时在二冲程操作模式下运行，来增加(S3)发动机转速(n)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，确认所述危急情况适用或预计适用的步骤包括评估与所述车辆(1)行驶或预计行驶的道路(101)的道路坡度有关的信息。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，确认所述危急情况适用或预计适用的步骤进一步包括评估与所述车辆(1)的重量有关的信息。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述降挡过程包括：一旦已经达到用于降挡的目标发动机转速，就接合所选挡位。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述降挡过程包括在所述二冲程操作模式下将所述发动机转速(n)至少增加到所述目标发动机转速。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述降挡过程进一步包括：一旦已经达到所述目标发动机转速，则在所述二冲程操作模式下制动所述发动机(3)。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，进一步包括：
-在所述降挡过程之后，控制(S4)所述发动机(3)的所述能够相互独立操作的气门，使得恢复所述发动机(3)的所述四冲程操作模式。
8.根据权利要求7所述的方法，进一步包括：
-在所述降挡过程之后且在恢复所述四冲程操作模式之前，继续在所述二冲程操作模式下运行所述发动机(3)，直到满足可预定条件。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述危急情况预计在下坡行驶期间出现，并且其中，所述车辆(1)的车辆速度(v)预计在所述危急情况下增加。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述降挡过程包括：在控制所述发动机(3)的气门使得所述发动机(3)暂时在所述二冲程操作模式下运行的步骤之前，使所述传动系与所述发动机(3)脱离。
11.根据权利要求1-8中的任一项所述的方法，其中，当所确认的危急情况是上坡危急情况时，控制所述发动机(3)的气门使得所述发动机(3)在所述二冲程操作模式下运行的步骤在使所述传动系与所述发动机(3)脱离之前启动。
12.一种用于控制车辆(1)的动力总成(2)的控制设备(10、400)，所述动力总成(2)包括：
-发动机(3)，所述发动机包括能够相互独立操作的气门，所述发动机(3)被配置成在四冲程操作模式下运行，以及
-传动系，所述传动系包括变速器(5)，
所述控制设备(10、400)包括适于执行根据前述权利要求中的任一项所述的方法的步骤的装置。
13.一种计算机程序，包括用于使权利要求12的控制设备(10、400)执行根据权利要求1-11中的任一项所述的方法的步骤的程序代码组件。
14.一种计算机可读介质，所述计算机可读介质上存储有根据权利要求13所述的计算机程序。
15.一种包括动力总成的车辆(1)，所述动力总成包括：
-发动机(3)，所述发动机包括能够相互独立操作的气门，所述发动机(3)被配置成在四冲程操作模式下运行，以及
-传动系，所述传动系包括变速器(5)，
其中，所述车辆(1)还包括根据权利要求12所述的控制设备(10、400)。
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