用于控制车辆液体存储系统的加注操作的方法与流程

本发明涉及车辆液体存储系统、尤其是燃料储箱系统的领域。

背景技术：

US7634347B2披露了一种加燃料系统和方法。该已知的加燃料系统包括：燃料储箱；被配置为用于吸收在燃料储箱内产生的燃料蒸气的罐；与该罐连接、并被配置为用于排放气体的罐排放截止阀；被配置为用于检测内燃机的点火开关是否被打开的点火传感器；以及，被配置为用于在点火传感器检测到内燃机的点火开关被关闭时打开罐排放截止阀的加燃料控制器。用于给机动车加燃料的方法可以使用该加燃料系统。

现有技术的一个缺点在于液位传感器的最大分辨率和该液位传感器所能读取的最大高度(相对于达到标称容量的高度)限制了车辆液体存储储箱的有用容量。在这方面的任何优化都会要求更改硬质加工成型的构件，这是颠覆性且成本高昂的。

德国专利申请公开编号DE 199 01 080 A1披露了一种车辆用储箱，该储箱具有燃料容器和至少一个能够被阀门关闭的排气设备，燃料容器中的气体能够在加注操作期间通过该阀门排走。为了避免对这种储箱的排气设备进行成本高昂的重新加工和重新设计，当要使用不同的燃料容器时，提出借助于由控制器控制的阀门来打开和关闭燃料容器的排气。DE 199 01 080 A1披露了监控加注速度和加注液位以确定关闭阀门以终止加注操作的时间点，以及给阀门施加平稳的关闭功能以避免压强剧变。因此，当加注操作是在加注液位已经高于能够被测量计正确地测量的最高液位的情况下开始的时候，DE 199 01 080 A1的系统不能够在最佳的时间点(即储箱被最大地加注时)终止加注操作。

技术实现要素：

本发明的实施方式的一个目的在于至少部分地克服现有技术的缺陷。

根据本发明的一个方面，提供了用于控制车辆液体存储系统的加注操作的方法，该系统包括配备有加注液位限制阀门的储箱，该方法包括：检测第一加注事件的开始；测量储箱的第一加注液位；验证测量的第一加注液位是否已经达到预定加注液位；如果该验证是肯定的，开始第一计时器以计量第一时间量；一旦所述第一计时器到时间，就关闭加注液位限制阀门。

在整个本说明书中，术语“加燃料”被用于广泛地指将液体(根据情况，燃料或其它液体)添加到车辆液体存储系统中。

在整个本说明书中，术语“加注液位限制阀门”被用于指能够通过电子信号根据情况被打开或关闭以允许或停止加燃料操作并由此控制能够在储箱中达到的最大加注液位的电子控制阀门。

本发明基于本发明人这样的认知：能够确定在达到液位传感器的最大高度之后，以最大可能加注速度完成加燃料直至满容量所用的时间。

在说到验证所测量的液位是否“已经达到”预定加注液位时，要认识到该验证涉及借助于所用的测量设备来观察预定数值。如果该设备具有一定的最大可测量液位，那么一旦物理加注液位达到该最大液位，所测量的加注液位就会被观察到“等于”该最大液位，并会随着物理加注液位升高到该点之上继续“等于”该最大液位。在该情况下，能够断言所测量的加注液位“已经达到”最大液位，而不一定意味着储箱中的物理加注液位实际上等于预定液位。

本发明的一个优点在于，通过以安全的方式将储箱加注到能够被液位传感器感应的最大高度以上，储箱的有效容量得以增大。

在根据本发明的方法的一个实施方式中，第一时间量是基于储箱的未使用容量的估计。

该实施方式的一个优点在于，即使在仅监控加注液位和加注速度不足以确定关闭加注操作的最优时间点的情况下，也能够以最优的方式加注储箱。

在一个实施方式中，根据本发明的方法还包括：获得对在第一加注事件和之前的加注事件之间消耗的燃料量估计；以及，基于消耗的燃料量估计来确定第一时间量。

该实施方式的一个优点在于，该方法还可以用于在仅使用了少量燃料就对车辆进行再加注并且在到达时的加注液位仍高于预定参考液位时。

在一个实施方式中，根据本发明的方法还包括：检测在第一时间量期间发生的第一加注事件的结束；以及，估计在第一加注事件结束时储箱的剩余未使用容量。

该实施方式的一个优点在于该方法还可以用于这样的情况：储箱在特定加注操作期间没有被完全加注，而一定量的储箱容量仍可用于下一加注操作。

在一个具体实施方式中，该方法还包括：检测随后的加注事件的开始；测量储箱的随后加注液位；验证所测量的随后加注液位是否已经达到预定加注液位；以及，如果该验证是肯定的：获得对在该随后加注事件和第一加注事件之间所消耗燃料量的估计；基于该所消耗燃料量的估计来确定随后时间量，所述随后时间量的增加量与所估计的储箱的剩余未使用容量成正比；开始第一计时器以计量该随后时间量；以及，一旦该第一计时器到时间，就关闭加注液位限制阀门。

该实施方式利用对之前的加注事件的过早结束的检测来增加对于当前加注事件所允许的时间量，从而确保可以使用储箱的全部容量。该实施方式尤其适用于在随后加注事件开始时已经达到预定加注液位(最大可检测液位)的情况，即在“第一加注事件”和“随后加注事件”之间仅消耗了少量燃料的时候。

在根据本发明的方法的一个实施方式中，第一时间量的增加量与储箱在之前的加注事件结束时的未使用容量的估计值成正比。

该实施方式还利用对之前的加注事件的过早结束的检测来增加对于当前加注事件所允许的时间量，从而确保可以使用储箱的全部容量。

在一个实施方式中，根据本发明的方法还包括：如果所述验证是否定的，就开始第二计时器以计量第二时间量；一旦该第二计时器到时间，就测量储箱的第二加注液位；基于第一加注液位、第二加注液位和第二时间量确定第一时间量。

该实施方式是基于本发明人这样的认知：能够计算加注操作期间的加注速度并用该速度来确定在达到液位传感器的最大高度之后完成加燃料至满容量所需的时间。

该实施方式的一个优点在于，对于任何给定加注操作，可以最大化有效储箱容量，而无需预先知悉加注速度。

在一个具体实施方式中，验证、第二计时器的开始、第二加注液位的测量、以及第一时间量的确定被迭代地执行，并且其中在开始第一计时器的步骤中使用多次迭代中获得的第一时间量的最小值。

该实施方式减小了在再加注操作期间溢出的风险。

在一个具体实施方式中，验证、第二计时器的开始、第二加注液位的测量、以及第一时间量的确定是被迭代地执行，并且其中在开始第一计时器的步骤中使用多次迭代中获得的第一时间量的平均值。

该实施方式提供了在计算复杂性、储箱容量最大化和降低再加注操作期间的溢出风险之间的有利的折中。

在一个具体实施方式中，根据本发明的方法还包括：确定第二时间量期间的基准压力水平；一旦确定第二验证是肯定的，就确定结束阶段压力水平；以及，根据该结束阶段压力水平和基准压力水平之间的比值，调整所确定的第一时间量。

该实施方式的一个优点在于，可以通过相应地改变对于最终阶段所允许的时间量而导致在加燃料操作的初始阶段(在达到预定加注液位(即液位传感器的最大范围)之前)和加燃料操作的结束阶段(即在达到液位传感器的最大范围之后继续加燃料)之间的加注速度的改变。

根据本发明方法的一个实施方式中，车辆液体存储系统是燃料存储系统。

本发明可以以特别有利的方式被应用于燃料储箱，燃料储箱要求频繁的再加注，经常是车辆所有人实施的，对于燃料储箱，非常希望获得最优的储箱体积利用率。

在根据本发明的方法的一个实施方式中，车辆液体存储系统是用于存储尿素水溶液的系统。

本发明也能够以特别有利的方式被应用于尿素储箱。在用于通过对NOx成分的选择性催化还原来处理发动机排放气体的系统中，尿素溶液用作还原剂前体。

根据本发明的一个方面，提供了一种包括配置为用于使处理器执行上述权利要求中任一项的方法的编码装置的计算机程序产品。

根据本发明的一个方面，提供了一种车辆液体存储系统，该系统包括配备有加注液位限制阀门的储箱、液位测量计和设置为从该液位测量计获得加注液位并控制该加注液位限制阀门的控制器，该控制器配置为用于执行如上所述的方法。

根据本发明的一个方面，提供了一种包括如上所述的车辆液体存储系统的机动车。

根据本发明的计算机程序产品、车辆液体存储系统和机动车(如有必要经相应改动)的技术效果和优点对应于符合本发明的方法的相应实施方式的技术效果和优点。

附图说明

现在将参照附图更详细地描述本发明的实施方式的这些和其它技术方面和优点，在附图中：

图1示出了一个其中可以使用本发明的车辆液体存储系统的整体示意图；

图2提供了根据本发明方法的一个实施方式的流程图；

图3提供了根据本发明方法的一个实施方式的流程图；以及

图4提供了根据本发明方法的一个实施方式的流程图。

具体实施方式

图1示出了一个其中可以使用本发明的车辆液体存储系统、优选地为燃料存储系统的整体示意图。该系统包括储箱100，在该储箱中布置有液位测量计120。不失一般性地，示出了具有非常简单的几何构造的储箱100；实际上，储箱可以包括多个隔室，例如在所谓的“鞍形储箱”的情况下。在该情况下，会存在用于各个隔室的数个液位测量计，可以基于来自于具有最高加注液位的隔室的液位读数来应用根据本发明的方法(如有必要经相应改动)。

由于液位测量计120的物理限制，该测量计通常不能测量储箱内一直到储箱100顶部的液位。液位测量计120能够正确地工作的最大液位用L_max指代。当在加注操作期间(即当液体经由加注管110被添加到储箱中时)液位达到L_max时，接收来自于液位测量计120的液位信号的控制器140关闭加注液位限制阀门130，这导致加注操作停止(一般性地，这是因为加注喷嘴中的传感器检测到储箱100和加注管110内的压强上升，触发喷嘴的关闭机制)。阀门130一般经由排放管线、可选地经由蒸气吸收罐(未示出)与大气流体连通。

图2提供了根据本发明的方法的一个实施例的流程图。所描述的过程在检测到210加燃料事件时发生。这可以是检测到加注物颈部的盖子的移除、喷嘴的插入，或储箱内整体液位的突然上升。

连续或间断地监控220燃料液位L，以能够确定230是否已经达到预定加注液位L_max。优选地，L_max是设置在储箱中的液位测量计能够测量出的最大液位。

如果一旦达到L_max就关闭阀门130，储箱的一个不可忽略的部分(由范围L_top指代)就永远不会用到。

同样地，如果在加注液位仍高于L_max时尝试加注操作，例如当在之前的完全加注之后仅消耗了非常少量燃料时，不期望保持阀门130关闭，这是因为阀门会阻止储箱的未使用部分被加注。

本发明的实施方式的一个目的在于，通过允许在达到L_max之后将液体量添加到储箱中来增加储箱的有用体积。理想地，应允许使用整个空隙L_top。

为此，当检测230达到点L＝L_max时，开始240计时器y。该计时器允许阀门保持打开额外的时间量t_max。当计时器到时间250时，阀门关闭260，加燃料过程终止。由于阀门关闭260，加注喷嘴中的传感器检测到储箱和加注管内的压强上升，触发喷嘴的关闭机构。这假设了操作员用加油枪以恒定的流率来加燃料，也就是使用喷嘴上的预定闩锁机构，直至完成加燃料。随着压强回落，喷嘴可允许短暂的额外加注(加满)，直至新的压强峰值再次触发关闭机构。

在该实施方式中，t_max是固定的预定时间量，该时间量是根据储箱的几何构造和所期望的最大加注速度确定的，以给与加注过程足够的额外时间来加注L_top所代表的体积。为了安全起见，实践中使用的时间t_max优选地略微小于以最大加注流速完全加注储箱所需的时间。优选地，t_max是对储箱未使用容量(例如由于在之前的加注操作中不完全加注所造成的容量，或由于自之前的完全加注起仅消耗了少量的燃料而不能被液位测量计检测到的未使用容量)的估计的函数。

图3提供了符合本发明的方法的另一实施方式的流程图。像在上文中在图2的情况下所描述的那样，所描述的过程在加燃料事件被检测到310时发生。确定320初始燃料液位L₀，以能够确定330是否已经达到预定加注液位L_max。优选地，L_max是设置在储箱中的液位测量计能够测量的最大液位。

当检测到330达到点L＝L_max时，开始340计时器y。该计时器允许阀门保持打开额外的时间量t_max。当计时器到时间350时，阀门关闭360，加燃料过程终止。由于阀门关闭360，加注喷嘴中的传感器检测到储箱和加注管内的压力上升，触发喷嘴的关闭机构。随着压力回落，喷嘴可允许短暂的额外加注(加满)，直至新的压力峰值再次触发关闭机构。

在该实施例中，t_max是对于所涉及的加注操作“即时”确定的。这是通过测量在固定时间区间T中添加到储箱内的液体量来实现的。由此，当确定L≠L_max时330，允许在进行332新液位测量L₁之前经过331时间延迟x。由此，所估计的即时加注速度R_x能够通过计算R_x＝(L₁–L₀)/T进行确定333。

在所示出的例子中，如果在该次特定迭代中确定的即时加注速度R_x大于之前的最高纪录的加注速度R_max334，就将R_max更新335为R_x。可替代地(未示出)，可以使用连续测量值R_x来更新持续进行的(running)平均加注速度Ravg。

最高纪录的加注速度R_max或平均加注速度R_avg(连同已知的关于储箱几何构造的信息)被用于计算336最大可允许的额外加注时间t_max。为了安全，实践中要使用的时间t_max优选地略微小于以最大加注流速完全加注储箱所需的时间。

在说到最高纪录的加注速度R_max时，可以以同等的方式说：使用在迭代中的t_max的最小计算值。尽管R_max和t_max的计算是作为两个不同的步骤描述的，实际计算可以省略输出作为单独的中间结果的R_max。

本发明还涉及一种车辆液体存储系统(也参见图1)，该系统包括配置为用于执行上述方法的控制器130。控制器130可以在专用硬件(例如ASIC)、可配置硬件(例如FPGA)、可编程构件(例如DSP或具有合适软件的通用处理器)、或任何这些构件的组合中实施。该构件或这些构件也可以包括其它功能。

该车辆液体存储系统还可以包括压力传感器(未示出)。可以从燃料液位传感器读数的变化、结合对内部储箱压力的估算来获得对恒定流量的估计。如果，在加燃料操作的最后部分期间，压力水平与稳定的加注流率期间的压力水平(在给定容差内)相似，那么该流量就可以被视为是恒定的。如果，在加燃料操作的最后部分期间，压力水平不在稳定的加注流量期间的压力水平的给定容差之内，那么该流量就不能被视为是恒定的。压力水平因此是对流速的指示，通过插值法，可以计算所需的额外加燃料时间。

此外，如果在第一读数330期间认为L已经处于或高于L_max，那么就必须认定储箱在到达时已经(几乎)充满，并且加燃料将仅是用于为从上次加注操作起消耗的相对少量的燃料来加满储箱。为了正确地考虑到这样的情况，在第一读数330之前设定布尔变量FOA，该布尔变量仅在第一读数330指示低于L_max的燃料液位时被清除。

相应地，当燃料液位验证330指示几乎充满储箱时(在330选择了“是”分支)，该系统验证371是否设定了FOA，在设定FOA的情况下，对每次加燃料之间的燃料消耗的估计372被用于确定373T_max。在操作员在驾驶事件期间仅使用少量燃料、然后又去加燃料的情况下，该步骤确保适当地加燃料。如果没有该估计，之前存储的T_max就会产生过加注情况。如果验证371显示没有设定FOA，那么该过程就如上所述地进行——在该点没有设定FOA就意味着在燃料液位的初始验证330时清除了FOA，这又意味着储箱在到达时不是几乎完全充满的。

作为提供进一步准确性的方式，可以利用步骤381-387来估计在操作员在时间区间T_max期间过早地停止加燃料过程的情况下的储箱中的燃料量。为此，测量储箱中的压力，如果认为该压力已经下降到指示燃料流入储箱的水平之下381，那么存储382该压强水平下降的时间，并将其与之前确定的T_max比较383。然后用新的T数值乘以流速R_x384，以计算所发生的欠加注量，将该数值存储385为用于在下一加燃料区间期间添加到386燃料消耗中的基础消耗水平。最后通过关闭阀门387终止加燃料操作。

图4提供了可以在本发明的实施方式中实现以实施上述流速估计的步骤的流程图。与图3的相应步骤310类似地，该过程起始于检测到加燃料事件410。确定初始燃料液位L₀420，以能够确定是否已经达到预定加注液位L_max430。优选地，L_max是设置在储箱中的液位测量计能够测量的最大液位。同样，在加燃料事件开始时，获取初始压力P₀421。

当检测到430达到点L＝L_max时，开始计时器y 450。该计算器允许在额外时间量t_max内保持阀门打开。当计时器到时间454时，阀门关闭455，加燃料过程终止。由于阀门关闭455，加注喷嘴中的传感器检测到储箱和加注管内的压力上升，触发喷嘴的关闭机构。随着压力回落，喷嘴可以允许短暂的额外加注(加满)，直至新的压力峰值再次触发关闭机构。

与图3中示出的实施方式的一个不同之处在于，结束阶段压力数值是在开始计时器y 450时被获取451的。如果该结束阶段压力等于p_max，如下所述，该压力已经在加燃料操作的第一部分(即在达到L_max之前)中确定，假设燃料流速大致等于在确定t_max的数值时存在的流速，则允许计时器如上所述地完成计时。如果所获取的压力不等于p_max，那么就相应地调整允许计时器y运行的时间t_max，这是因为改变的压力条件意味着流速的改变，这会导致储箱比原先假设的更慢或更快地充满。在一个具体实施方式中，由于更高的流速会导致储箱内更大的压力上升，通过因子p/p_max来按比例增加或减少加满时间，该因子是即时燃料流速的第一阶近似。

在该实施方式中，与之前一样地，t_max是对于所涉及的加注操作“即时”确定的。这是通过测量在固定时间区间T中添加到储箱内的液体量来实现的。由此，一旦确定L₀≠L_max430，就允许在进行新液位测量L₁432之前经过431时间延迟x。由此，所估计的即时加注速度R_x可以通过计算R_x＝(L₁–L₀)/T来确定435。在同一阶段，实现433新的压力测量p₁，通过计算p_avg＝(p₁+p₀)/2来更新434当前加燃料操作的平均压力。

在所示出的例子中，如果在该次特定迭代中确定的即时加注速度R_x大于之前加注速度的最高纪录R_max436，就将R_max更新439为R_x。可替代地(未示出)，可以使用连续测量值R_x来更新持续进行的平均加注速度R_avg。

在同一阶段，如果在该次特定迭代中确定的更新的平均压力数值p_avg大于之前平均压力的最高纪录p_max437，就将p_max更新438为p_avg。

用加注速度的最高纪录R_max或平均加注速度R_avg(连同已知的关于储箱几何构造的信息)计算440最大可允许的额外加注时间t_max。为了安全起见，实践中要使用的时间t_max优选地略微小于以最大加注流速完全加注储箱所需的时间。

在说到最高纪录的加注速度R_max时，可以以同等的方式说：使用迭代中的t_max的最小计算值。尽管R_max和t_max的计算是作为两个不同的步骤描述的，实际计算能够省略输出作为单独的中间结果的R_max。

如在图3的情况下所述地那样，如果在第一读数430期间认为L已经处于或高于L_max，那么就必须认定储箱在到达时已经(几乎)充满，并且加燃料将仅是用于为自从上一次加注操作消耗的相对少量的燃料来加满储箱。为了正确地考虑到这样的情况，在第一读数430之前设定布尔变量FOA，该布尔变量仅在第一读数430指示低于L_max的燃料液位时被清除。

相应地，当燃料液位验证430指示几乎充满储箱时(在430选择了“是”分支)，该系统验证461是否设定了FOA，在设定FOA的情况下，对每次加燃料之间的燃料消耗的估计462被用于确定463T_max。在操作员在驾驶事件期间仅使用少量燃料、然后再次加燃料的情况下，该步骤确保适当地加燃料。如果没有该估计，之前存储的T_max就会产生过加注情况。如果验证461显示没有设定FOA，那么该过程就如上所述地进行——在该点没有设定FOA就意味着在燃料液位的初始验证430时清除了FOA，这又意味着储箱在到达时不是几乎完全充满的。

作为提供进一步准确性的方式，可以利用步骤470-476来估计在操作员在时间区间T_max期间过早地停止加燃料过程的情况下的储箱中的燃料量。为此，测量储箱中的压力，如果认为该压力已经下降到指示燃料流入储箱的水平之下470，那么存储471该压强水平下降的时间，并将其与之前确定的T_max比较472。然后用新的T数值乘以流速R_x473，以计算所发生的欠加注量，将该数值存储474为用于在下一加燃料区间期间添加到475燃料消耗中的基础消耗水平。最后通过关闭阀门476终止加燃料操作。

本发明还涉及一种配置为用于使车辆液体存储系统的控制器执行上述方法的计算机程序产品。

本发明在软件中的实施使得能够由软件来校准加燃料操作，并具有将储箱加注到液位传感器的最大可读取液位之上的可能性。其效果在于研发时间的大幅度缩短，以及构件的商品化，这是因为排气系统仅需要提供储箱中的蒸气空间的排气和翻车保护。这意味着该系统可以设计为具有尽可能接近储箱顶部的关闭高度。

尽管本发明在上文中是参照具体实施方式进行描述的，这样做仅是为了清楚说明而不是为了限制本发明。本领域的技术人员会意识到，在不偏离本发明的范围，所披露的特征的各种更改和不同的组合是可能的。