通过监测地图预览信息控制车辆动力系的方法

专利名称：通过监测地图预览信息控制车辆动力系的方法
技术领域：
每个燃烧过程包括有效操作所需要的或利于有效操作的 范围和条件。例如，HCCI燃烧需要设计成以奥托循环操作的内燃机。 配备有缸内燃料直喷的发动机在特定发动机操作条件下以受控自动点 火模式操作，以实现改进的发动机燃料效率。在特定操作条件期间采 用火花点火系统来补充自动点火燃烧过程。 提高车辆性能的上述发动机燃烧过程高度取决于发动机设计和车辆操作条件，具体地，发动机速度和发动机需要的发动机负
载。设想多种方法来处理可从车辆传感器获得的信息，如车速、发动机速度、输出扭矩等，以预测性地估计车辆操作条件以利于有效和低排放车辆操作。这种方法能够基于来自于车辆传感器读数的变化和变
化速率来估计变化的条件及其对车辆的短期影响。虽然车辆操作条件的这些短期预测对于管理中间燃烧模式和反应是有用的，但是它们仍是基本上保守的。—种操作包括内燃机的车辆动力系的方法，包括监测
地图预览信息；基于所述地图预览信息确定投影车辆路径；沿所述投影车辆路径确定可能的发动机操作需求，其中可能的发动机操作需求包括可能的所需发动机速度和可能的所需发动机负载；在每个可能的发动机操作需求下确定可选的发动机操作模式；以及基于所述可选的发动机操作模式执行发动机操作。


本发明可以在某些部件和部件设置中采用实体形式，本发明的优选实施方式将被详细描述并在随后结合于本文的附图中示出，附图包括 图IO示出了根据本发明的示例性信息流图，其中示出了地图预览信息可如何用于控制动力系操作。
具体实施例方式
示例性发动机10包括金属铸造的发动机本体和发动机盖27，发动机本体具有形成在其中的多个气缸，图中示出了其中一个。每个气缸包括端部封闭的缸体，缸体具有插入在其中的可移动的往复活塞ll。可变容积的燃烧室20在每个气缸中形成，并且由气缸壁、可移动活塞11和盖27限定。发动机本体优选包括发动机冷却剂流体流过其中的冷却剂通道29。可操作以监测冷却剂流体温度的冷却剂温度传感器37位于适当位置处，并且提供参数信号输入给可用于控制发动机的控制系统25。发动机优选包括公知系统，所述公知系统包括外部废气再循环(EGR)气门和进气节气门(未示出)。 如上所述，根据发动机构造、燃料类型、控制方法等， 诸如发动机10的内燃机能够以多种发动机操作模式操作。可使发动机 在任何点运行的可获得的发动机操作模式很大程度上由发动机当前正 在操作的发动机速度和发动机负载控制。图2以图表形式示出了根据 本发明的示例性直喷发动机在分层充气SIDI操作模式可行的发动机速 度和负载范围内的操作。与均质充气SIDI操作相比，所示分层充气SIDI 操作是燃料效率相对较高的模式。然而，分层充气SIDI操作仅仅在低 发动机速度和发动机负载下是可行的。而且，分层充气SIDI下的操作 增加NOx产物。单喷射式分层充气SIDI和均质SIDI区域之间的区域 被标记为双喷射式分层充气SIDI的区域，根据其它操作特性，例如采 用均质充气SI操作以从废气后处理装置中吹扫积聚的NOx污染物的需 要，该区域可包括以任一操作模式的操作。也应当注意，所示"分层" 区域示出了可以进行分层充气SIDI的范围或区域，但是在所示区域内 i大致任何位置都能选择均质充气SIDI操作。 上述控制模块通过局域网络或LAN总线106与其它控制 模块、传感器、和致动器进行通信。LAN总线106允许各种控制模块 之间进行操作参数和致动器指令信号的状态的结构化通信。所采用的 具体通信协议是专用的。LAN总线106和合适的协议在前述控制模块 和其它控制模块之间提供牢固的通信联系和多控制模块交互，所述其 它控制模块提供例如防抱死制动、牵引力控制和车辆稳定等功能。多 路通信总线可用于提高通信速度并提供一些程度的信号冗余和完整 性。单个控制模块之间的通信也可以通过直接连接来实现，例如通过 串行外围接口('SPI，)总线(未示出)。
0051HCP 105提供混合动力系的监督控制，用于协调ECM 123， TCM117， TPIM119,和BPCM121的操作。HCP105根据来自 用户界面13和^括ESD 174的混合动力系的各种输入信号来确定操作 者扭矩请求(ToREQ)，至传动系统190的指令输出扭矩(TCMD),发动机输入扭矩指令，变速器110的扭矩传递离合器CI 170， C2 162， C3 163, C4 175的离合器扭矩，以及第一和第二电机156和172的扭 矩指令。TCM 117操作性地连接到液压控制回路142并提供各种功能， 这些功能包括监测各种压力传感装置(未示出)以及产生控制信号并 将这些控制信号传送到各种螺线管(未示出)，从而控制包含在液压 控制回^各142内部的压力开关和控制阀。
0052ECM 123操作性地连接到发动机114并用于通过多个离 散线路(为简单起见用总的双向接口电缆135表示)从发动机114的 传感器和控制致动器获取数据。ECM 123接收来自HCP 105的发动机 输入扭矩指令。ECM 123根据基于监测的发动机速度和负载来及时确 定在该时间点上提供给变速器110的实际发动机输入扭矩TI,其被传 送给HCP 105。 ECM 123监测来自转速传感器111的输入以确定输入 到输入轴112的发动机输入速度，其被转换成变速器输入速度NpECM 123监测传感器(未示出)的输入以确定包括，例如，歧管压力，发动 机冷却剂温度，环境空气温度，和环境压力的其它发动机运行参数的 状态。例如，根据歧管压力，或者可替换的，根据监测加速踏板213 的操作者输入可以确定发动机负载。ECM 123产生并传送指令信号以 控制发动机致动器，包括，例如，燃油喷射器，点火模块，以及节气 门控制模块(它们都未示出)。 每个变速器操作范围状态都在表1中进行了描述，且表 示对于每个操作范围状态而言施用了哪些特定离合器C1 170， C2 162, C3 173，和C4 175。第一连续可变模式，即，EVT模式I或MI,通过 仅施用离合器Cl 170来选择，以将第三行星齿轮组128的外部齿轮构 件"连接"。发动机状态可以是ON ( 'MI—Eng—On，)或OFF
('MI—Eng—Off )中的一个。第二连续可变模式，即，EVT模式II或 Mil,通过仅施用离合器C2 162来选择，以将轴160连接到第三行星 齿轮组128的行星架。发动机状态可以是ON ( 'Mil—Eng—On，)或OFF
('Mil—Eng_Off )中的一个。为说明起见，当发动机状态为OFF时， 发动机输入速度等于0转/分钟('RPM，)，即，发动机曲轴不转动。 固定传动比操作提供变速器110的输入-输出速度(即，N!/No)的固 定比操作。第一固定传动比操作('FG1，)通过施用离合器Cl 170和 C4 175来选择。第二固定传动比操作('FG2，)通过施用离合器Cl 170 和C2 162来选择。第三固定传动比操作('FG3，)通过施用离合器C2 162 和C4 175来选择。第四固定传动比操作('FG4，)通过施用离合器C2 162 和C3 173来选择。由于行星齿轮124, 126，和128的传动比减小，所 以输入-输出速度的固定比操作随着固定传动比操作的增加而增加。 第一和第二电机156和172的特速Na和Nb分別取决于由萬合所限定 的机构的内旋转，并与输入轴112所4企测的输入速度成比例。
0058
HCP 105和一个或多个其它控制模块响应于由用户界面 113所捕获的，通过加速踏板213和制动踏板212的操作者输入来确定 指令输出扭矩TcMD，从而满足传递给传动系统190的要在输出构件164 处执行的操作者扭矩请求To一req。最终车辆的加速度受其它因素的影 响，这些因素包括，例如，道路负载，道路坡度，和车辆质量。变速 器110的操作范围状态取决于基于动力系的各种运行特性。这包括通 过加速踏板213和制动踏板212传递到用户界面113的操作者扭矩请求，如前面所述。可以根据在电能产生模式或扭矩产生模式下操作第
一和第二电机156和172的指令所产生的动力系扭矩需求来判定操作 范围状态。可以通过优化算法或程序来确定操作范围状态，该算法或 程序根据对功率的操作需求，电池电荷状态，以及发动机114和第一 和第二电机156和172的能量效率来确定最佳系统效率。控制系统根 据已执行的优化程序的结果来管理来自发动机114以及第一和第二电 机156和172的扭矩输入，从而优化系统效率，以管理燃料经济和电 池充电。此外，可以#4居部件或系统的故障来确定#:作方式。HCP 105 监测扭矩产生装置，并确定为实现期望输出扭矩而需要从变速器110 输出的功率，以满足操作者扭矩请求。从上面的描述应该清楚，ESD 174 以及第一和第二电机156和172操作性地电连接以用于它们之间的功 率流。此外，发动机U4，第一和第二电机156和172，以及机电变速 器110操作性地机械连接，以在其间传递功率，从而产生输出到输出 构件164的功率流。沿 一 些投影车辆路径的环境条件的预测能够在各种范围
内进行。投影车辆路径能够通过简单地假设车辆将在当前道路上继续 一定距离来阐述。相反，投影车辆路径能够映射出所有可能的转向， 这可能通过距车辆前面 一定距离的车辆作出且在任何分析内包括可能 跟随的路径的可能性因素。投影车辆路径能够包括由上述方法设定或预测的目的地，且从而投影车辆路径能够限定可能的车辆行驶路线。 较长的投影车辆路径在发动机操作模式或混合动力控制方案之间进行 选择时提供更大的灵活性。然而，关于车辆路径的不确定或不正确假 设可能导致不利车辆使用。这种不利条件的一个示例是如果首先投影 在旁路上且然后在公路上的路径的车辆确定为由于预期公路上的高发
动机速度和负载(提供吹扫后处理装置的理想条件)而采用导致高NOx 排放的高燃料效率模式，从而充满NOx后处理捕获装置。如果车辆偏 离所投影路径，跳过公路行驶，在偏离之后可能必须指令欠理想发动 机操作模式，以补偿错误预测的车辆路径。确定性因素或安全边际能 够在选择操作模式时使用，以消除这种潜在不利条件。 此外，公开的方法能够用于基于混合动力控制系统可能 需要发动机提供的不同可能需求扭矩在混合动力控制方案内选择不同 的发动机操作模式。图9图示了沿一定路线行驶的示例性车辆，根据 本发明，示出了通过根据可获得的路况信息来在混合动力控制方案内 选择发动机操作模式可能的益处。车辆600准备沿坡向上行驶，且混 合动力控制系统估计因素以确定在沿坡向上行驶时采用的混合动力系 模式。配备有已知传感器的车辆600将沿坡向上行驶，从而基于车速、
察觉到的动力系负载和其它因素(如能量存储装置的电荷状态)来选 择混合动力系模式。通常，感测到高负栽需求的车辆将选择能够处理
较高负载的发动机模式，例如火花点火当量燃料-空气比模式。然而， 配备有允许车辆监测沿该路线的路况的电子装置的车辆能够确定坡的 长度，确定能够选择的任选、可选混合动力系控制设置(包括能够应 用的各种发动机操作模式和可能从能量存储装置耗尽的总能量的推 断)，并调节混合动力系控制以进行补偿。在图9所示的示例中，察 觉到长坡(终止于 B )的车辆600可能类似地选择能够处理较高负载 的发动机模式，如上述火花点火当量燃料-空气比模式。然而，如果车辆600察觉到终止于点A的短坡，那么可能选择能量有效的发动机 操作模式(如HCCI模式)与电机的助推操作结合，以满足坡的较高负 载需求。在通过公开的方法可获得的增加信息的情况下， 一种混合动 力系模式和另一种之间进行这种确定能够包括各种发动机操作模式之 间的平衡，包括每种模式隐含的操作优先次序的推断和来自于能量存 储装置的能量耗尽。图8和图9的示例示出了混合动力控制方案的多个用途， 关于车辆周围环境的信息可以起作用，两幅图都例示了坡的影响和车
辆需要的相关较高动力系负载。然而，本领域技术人员将理解，通过 电子装置可识别的多个环境状况(如交通模式和速度极限)能够同样 地按照对车速和发动机负载的影响进行显示。本发明在给出的示例中 例示坡的影响的内容，是因为说明本质和坡对车辆的直觉影响，但是 本发明不旨在限于这种示例性条件。 图IO示出了根据本发明的图示了地图预览信息如何能够 用于控制动力系操作的示例性信息流图。信息流700描述了能够包含、 处理和产生的示例性各种数据流，以控制车辆动力系。节点710包括 踏板编译，处理关于发动机速度和车速的踏板位置，以产生驾驶员请 求扭矩或扭矩需求。在节点720，扭矩和燃烧模式管理和优化逻辑按照 GPS/数字地图信息、交通信息和其它有关数据来处理扭矩需求。节点 720还产生变速器指令且将燃烧模式和发动机扭矩指令与节点730相关 联。
[0068在节点730,来自于节点720的指令被处理以产生根据期 望燃烧模式满足需求扭矩所需要的具体发动机指令。虽然信息流700 图示了示例性过程，所公开的方法能够通过所述过程进行处理，但是 该信息流仅为了说明性目的给出。可以想到所公开的方法的各种算法 实施方式，且本发明不旨在限于本文所述的具体实施方式
。
[0069本发明已经描述某些优选实施方式及其变型。在阅读和 理解说明书之后，本领域技术人员能够想到进一步的变型和可选方案。 因而，本发明并不旨在限于作为用于实施本发明所设想的最佳模式公 开的具体实施方式
，而是本发明将包括落入所附权利要求书范围内的 所有实施方式。
权利要求
1.一种操作包括内燃机的车辆动力系的方法，包括监测地图预览信息；基于所述地图预览信息确定投影车辆路径；沿所述投影车辆路径确定可能的发动机操作需求，其中所述可能的发动机操作需求包括可能的所需发动机速度和可能的所需发动机负载；在每个可能的发动机操作需求下确定可选的发动机操作模式；和基于所述可选的发动机操作模式执行发动机操作。
2. 根据权利要求l所述的方法，其中，所述确定可选的发动机操作 模式包括确定所述发动机是否能够在均质充气压缩点火模式下操作和 确定所述操作的可能的操作特性。
3. 根据权利要求l所述的方法，其中，所述确定可选的发动机操作 模式包括确定所述发动机是否能够在预混合充气压缩点火模式下操作 和确定所述操作的可能的操作特性。
4. 根据权利要求l所述的方法，其中，所述确定可选的发动机操作 模式包括确定所述发动机是否能够在分层充气火花点火直喷模式下操 作和确定所述操作的可能的操作特性。
5. 根据权利要求l所述的方法，其中，所述确定可选的发动机操作 模式包括确定所述发动机是否能够在混合动力系电机助推模式下操作 和确定所述操作的可能的操作特性。
6. 根据权利要求l所述的方法，其中，所述确定可选的发动机操作 模式包括确定所述发动机是否能够在主动燃料管理模式下操作，所述 主动燃料管理包括停止所述发动机气缸内的燃烧。
7. 根据权利要求l所述的方法，其中，所述确定可选的发动机操作 模式包括确定所述发动机是否能够在排放控制模式下操作，所述排放 控制模式采用措施来降低燃烧温度。
8. 根据权利要求l所述的方法，还包括基于地图预览信息确定混合 动力系控制方案；并且其中，所述确定可选的发动机操作模式包括将 所述可选的发动机操作模式与所述混合动力系控制方案结合。
9. 根据权利要求l所述的方法，其中，所述监测地图预览信息包括监测静态道路特征，所述静态道路特征包括道路坡度、道路曲率、道 路表面类型、道路类别、张贴的速度极限、人口密度和建筑区域位置 中的至少一个。
10. 根据权利要求l所述的方法，其中，所述监测地图预览信息包 括监测实时状况，所述实时状况包括如下各项中的至少一个交通模 式，包括高峰模式或排定事件交通；所报道的交通堵塞，包括可通过 无线网络、车辆-车辆通信或车辆-基础设施通信获得的堵塞信息； 以及交通信号状态信息。
11. 根据权利要求l所述的方法，其中，所述监测地图预览信息包 括监测可能性数据，所述可能性数据包括与交通信号状态、交通堵塞 和操作者行为中的至少 一个相关的可能性数据。
12. 根据权利要求l所述的方法，其中，所述基于所述可选的发动 机操作模式执行发动机操作包括平衡所述可选的发动机操作模式的可 能的操作特性，所述操作特性至少包括燃料效率和排放。
13. 根据权利要求l所述的方法，其中，所述监测地图预览信息包 括基于车辆驾驶模式、具体操作员驾驶模式、登记的时间表、电子计 划曰历以及具体指定的目的地中的至少一个来投影可能的车辆行驶路 线。
14. 根据权利要求13所述的方法，其中，所述基于所述可选的发动 机操作模式执行发动机操作包括在整个所述可能的车辆行驶路线内平 衡所述可选的发动机操作模式的可能的操作特性。
15. 根据权利要求14所述的方法，其中，所述平衡所述可选的发动 机操作模式的可能的操作特性包括估计操作特性，所述操作特性至少 包括燃料效率和排放。
16. 根据权利要求15所述的方法，其中，所述平衡所述可选的发动 机操作模式的可能的操作特性还包括驾驶性能和性能中的至少 一 个。
17. 根据权利要求14所述的方法，其中，所述平衡所述可选的发动 机操作模式的可能的操作特性包括基于对所述可能的车辆行驶路线的 分析来使用确定性因素。
18. —种操作包括内燃机的车辆动力系的方法，包括 监测地图预览信息；基于所述地图预览信息确定可能的车辆行驶路线；沿所述可能的车辆行驶路线在周期性点处确定可能的发动机操作 需求，其中所述可能的发动机操作需求包括可能的所需发动机速度和可能的所需发动机负载；在每个可能的发动机操作需求下确定可选的发动机操作模式的操 作特性；和通过在整个所述可能的车辆行驶路线内平衡所述操作特性来制作 发动机控制时间表。
19. 一种操作混合车辆动力系的方法，所述混合车辆动力系包括内 燃机、电机和机电变速器，所述机电变速器选择性地操作以满足动力 系操作需求，所述方法包括监测地图预览信息；基于所述地图预览信息确定可能的车辆行驶路线； 沿所述可能的车辆行驶路线确定可能的动力系操作需求，其中所述可能的动力系操作需求包括可能的所需发动机速度和可能的所需发动机负载；确定可沿所述可能的车辆行驶路线获得的可选的发动机操作模式 的操作特性；基于所述可能的车辆行驶路线对所述可选的发动机操作模式的所 述操作特性和由所述电机进行的势能使用进行平衡；和 基于所述平衡来制作混合动力系控制方案。
全文摘要
本发明涉及通过监测地图预览信息控制车辆动力系的方法。一种操作包括内燃机的车辆动力系的方法，包括监测地图预览信息；基于所述地图预览信息确定投影车辆路径；沿所述投影车辆路径确定可能的发动机操作需求，其中可能的发动机操作需求包括可能的所需发动机速度和可能的所需发动机负载；在每个可能的发动机操作需求下确定可选的发动机操作模式；以及基于所述可选的发动机操作模式执行发动机操作。
文档编号B60W40/06GK101638095SQ20091016180
公开日2010年2月3日 申请日期2009年8月3日 优先权日2008年8月1日
发明者J·G·史密斯, T·W·扩, 张曼锋 申请人:通用汽车环球科技运作公司