车辆中的发动机功率调节的制作方法

优先权要求

本申请要求2016年10月24日提交的待审美国临时专利申请第62/411804号的优先权。

本公开涉及一种具有原动机的车辆，该原动机通过传动系联接到推动车辆的驱动轮，以及还涉及根据提高其燃料效率的策略来运行这种车辆的方法。

背景技术：

当车辆正在驾驶时，会遇到各种道路、天气和交通状况。这些状况随着车辆向目的地行驶而改变并且为了对变化进行矫正，传递到车辆的驱动轮的动力由驾驶员的动作改变，和/或由一个或多个控制器自动地调整原动机和/或车辆传动系统中的各部件的操作而改变。例如，特定的行驶条件(例如升档)通常要求原动机向驱动轮提供增加的功率，而诸如降挡的其它条件通常要求原动机传递降低的功率。

内燃机是车辆原动机的一个例子。两种常见的内燃机是火花点火的汽油发动机和压燃式柴油发动机。其他类型的发动机使用天然气或丙烷作为燃料。在电动车辆中，原动机是作为电动机操作的电动机/发电机，以在从电池组抽出电流的同时推动车辆。

使用诸如输出功率、输出转矩和发动机转速之类的参数可以以不同的方式对内燃机的性能进行评估，例如通过转矩/速度曲线和显示峰值输出转矩和峰值输出功率的功率/速度曲线，峰值输出转矩和峰值输出功率可能不一定在相同的发动机速度时发生。然而，峰值扭矩和峰值功率通常用于评估发动机的性能。

扭矩通常以磅-英尺(lb-ft)测量且功率通常以马力(hp)测量。速度通常以每分钟的转数(rpm)测量。由于车辆在各种驾驶条件的范围内运行，如上所述，发动机转速、发动机扭矩和发动机功率将根据这些条件而变化。发动机燃料效率也是如此。

可以基于能够为预期施加在发动机上的最大负载提供可接受的车辆操作的性能来选择在特定车辆中使用的发动机。预计最大负载的估计是基于诸如车辆的尺寸、重量和承载能力等各种因素，和/或车辆在满载和升到特定档时应达到的速度。还可以考虑气动阻力。适当尺寸的发动机应具有最大额定功率，以提供足够的功率来处理预期的最大负载。

然而，由于在车辆沿着诸如州际公路的道路行驶其间通常仅间歇地使用最大功率，所以发动机在其它时间将以小于最大额定发动机功率运行，因为发动机上的负载小于与要求最大额定发动机功率的其最大负载。

当在发动机扭矩/速度图的区域中操作时，内燃机固有地更节省燃料，与在提供较小发动机功率的区域相比，提供更大的发动机功率。然而，当车辆的燃料经济性是选择用于特定车辆的发动机的因素，并且决定使用具有较小最大额定功率的发动机而不是具有较大额定功率的发动机时，牺牲车辆性能。

技术实现要素：

本公开的一个总体方面涉及一种控制车辆的操作的方法，所述车辆具有内燃机作为其原动机，其通过传动系联接到驱动轮，所述驱动轮推动车辆，通过能够使用直到指定的最大额定发动机功率的发动机功率操作，所述发动机的尺寸被设置成满足规定的车辆性能标准。然而，当车辆的操作不要求发动机以最大额定发动机功率运行时，所公开的方法以比否则将通过使用在最大额定发动机处或附近间歇地操作发动机的策略来以更高燃料效率操作发动机，以下称为特定发动机的最大发动机功率范围。在最大发动机功率范围内发动机间歇运行之间的时间段，策略从在最大发动机功率范围内使用的燃料供给水平停止或至少降低发动机的燃料供给水平时也防止发动机由驱动轮反向驱动并用作车辆上的制动器。

更具体地说，该方法包括：a)当车辆以目标速度行驶时，该目标速度是通过根据用于发动机的扭矩/速度图控制发动机燃料供给以控制对驱动轮的功率而维持的，通过增加引入发动机的燃料量以使得发动机加速到图中燃料效率大于当发动机以目标速度行驶时的燃料效率的区域而启动加速阶段，由此通过增加从发动机通过功率流动路径到驱动轮流动的功率来使车辆加速；b)当车辆的加速度使车辆速度变得大于上限速度时，通过减少引入发动机的燃料量足以使发动机减速到图中燃料效率小于车辆以上限速度行驶时的燃料效率的区域中来终止加速阶段并且启动减速阶段并还通过中断功率流动路径来防止驱动轮反向驱动发动机，由此允许车辆减速；以及c)当车辆减速到不再超过目标速度的车速时，通过恢复功率流动路径来终止减速阶段并启动加速阶段。

与运行发动机以保持恒定的目标速度相比，所描述的方法提供了提高的燃料效率，这有利于减少尾气排放。

上述发明内容通过参考作为本公开的一部分的以下附图在下面的具体实施方式中给出的公开内容的进一步细节。

附图说明

图1是用于理解所提出的用于提高车辆燃料效率的策略的方法的第一图。

图2是具有内燃机的车辆的一个示例的图，该内燃机通过传动系联接到推动车辆的驱动轮。

图3是在大多数方面与图2的车辆相似的车辆的另一示例的图。

图4是传动系中机构的剖视图。

图5是用于理解所提出的用于提高车辆燃料效率的策略的方法的第二图。

具体实施方式

图1是为了解释所公开的策略如何操作沿着道路行驶的车辆而描绘的图表10。横轴表示以秒为单位的时间，纵轴表示以英里每小时(mph)为单位的车速。该策略包括一系列车辆加速阶段12，每个车辆加速阶段随后是车辆滑行或减速阶段14。

该策略在零秒开始，车辆以65mph行驶。第一加速阶段12开始，车辆朝着大于65mph，在该实例中为68mph的速度加速。当车速达到68mph时，第一加速阶段结束，第一滑行阶段14开始。

第一滑行阶段继续，车速从68英里每小时下降。当车速不再大于65mph时，在该实例中为62mph时，第一滑行阶段结束，且第二加速阶段12开始。

图1可被认为是实施策略的一个具体例子，且不应被解释为以任何方式限制策略。图1旨在示出作为间歇的车辆加速时段接着车辆减速时段的重复模式的策略。

该策略以此方式继续下去，直到该策略的使用停止。

在图1的示例中，65mpg可以被认为是目标速度，68mph可以被认为是上限速度，并且62mph可以被认为是下限速度。在能够使用该策略的任何车辆中，这三个参数中的每一个可以在策略的不同实施方式中被设置为不同值。在该实例中，目标速度和上限速度之间的差值等于目标速度与下限速度之间的差值。该策略可以在控制器中实施，或者多个控制器协同工作，以控制车辆动力系的各种部件(原动机、动力传动系和驱动轮)。当车辆具有巡航控制系统时，便于实施，该巡航控制系统在使用时操作以将车速控制到可设定的目标速度。

由于巡航控制系统是反馈控制系统，其依赖于表示设定目标速度和实际车辆速度之间的差异的误差信号，以在滞后余量之内将车辆速度控制到目标速度，作用在车辆上的力的变化导致车辆的速度要么低于目标速度，要么超过目标速度，这将导致巡航控制系统寻求恢复设定的目标速度。

图2示出了具有内燃机22作为其原动机的车辆20的底盘，内燃机22通过传动系24联接到驱动车轮的驱动轮。车辆20是公路牵引机的示例，公路牵引机在货车工业中被称为具有6x2的构造，这意味着共有六个轮子，其中两个是驱动轮，四个是非驱动轮。轮28、30是前转向轮，轮32、34是驱动轴36的后驱动轮，轮38、40是后驱动轴36的标记轴42的轮。通常，轮32、34、38、40是双轮。

传动系24包括从发动机22向后连续的驱动离合器44、超速离合器46、变速器48和驱动轴50。

图3示出了与车辆20不同的车辆52的底盘，不同之处仅仅是超速离合器46位于变速器48和驱动轴50之间，而不是驱动离合器44和变速器48之间。

超速离合器46允许在加速阶段12期间在从发动机20朝向驱动轮32、34的方向上的动力的通过流动，同时不允许作用在驱动轮上的道路力用作在减速阶段14期间发动机20上的转矩负载。

图4示出了超速离合器46，其具有中心纵向轴线54、可围绕轴线54旋转的轴56、与轴56一致旋转的离合器机构58和围绕离合器机构58的转子60。离合器机构58包括具有外圆周边的主体62，其包含相同的均匀周向间隔开的插孔64，每个插孔64被成形为接纳如图所示的弹簧66和球68。

每个插孔64中的弹簧66沿着朝向转子60的内圆周的方向推动其相应的球68。当轴56逆时针旋转时，它以相同的方向转动离合器机构58，以使每个球68与转子60接合，从而使转子随离合器机构58和轴56逆时针旋转。这是超速离合器46的锁定(接合)状态。

在车辆20中，轴56通过驱动离合器44与发动机联接，并在车辆52中通过变速器48并通过驱动离合器44与发动机22联接。

转子60在车辆20中通过变速器48、驱动轴50和驱动轴36与驱动轮32、34联接，且在车辆52中通过驱动轴50和驱动轴36与驱动轮32、34联接。

在减速阶段14中，驱动轮32、34以顺时针方向向转子60施加更多的扭矩，而不是轴54通过离合器机构58沿逆时针方向施加，因此转子60将简单地沿顺时针方向在离合器机构58上自由旋转。这是超速离合器46的解锁(自由)状态。

图5是在此使用的第二图表70，其用于解释关于所公开的策略如何提高车辆的发动机燃料效率的更多细节。水平轴表示以rpm计的发动机转速，纵轴表示以英尺-磅计的托架扭矩。托架扭矩是指与发动机功率计相关联时通常使用设备(用于保持发动机的托架)测量的发动机曲轴的输出扭矩，发动机功率计可以向发动机施加不同的负载以评估发动机性能。

图表70包含代表性的发动机图72，其用于说明与发动机22的操作相关的各种参数之间的关系。线74限定了在该示例中提供150hp的恒定功率输出的托架扭矩和发动机转速的各种组合。对于其他恒定功率输出值，具有与线74大致相似的形状的线可以在图72内定义，但是它们没有被具体地示出并用附图标记标记。恒定功率大于150马力的线存在于图72中线74上方的区域76中。恒定功率低于150马力的线存在于图72中线74下方的区域78中。

在图72上由多条线显示的另一个参数是以磅每马力-小时(lb/hp-hr)极的制动比燃料消耗(bsfc)。bsfc线80连接bsfc值为0.3的散射点，bsfc线82连接bsfc值为0.35的散射点，bsfc线84连接bsfc值为0.4的散射点，bsfc线86连接bsfc值为0.45的点，而bsfc线88连接bsfc值为0.5的散射点。

bsfc的较小值表明比较大的bsfc值更好的燃油效率值。从这些bsfc线的比较来看，区域76的最上部内的发动机燃料效率显然提供了最佳的燃料经济性。线90表示对bsfc线80的“最佳拟合”线。

图72以下述方式与图1的图表10相关。

为了说明的目的，假设在图表10中的时间零点，车辆22以65mph行进，超速离合器46被锁定，并且发动机22以恒定的150hp运行，即沿着线74运行(如图72中s所示)。

当所公开的策略在这些条件下开始时，发动机22的增加燃料供给将产生增加的转矩，其开始加速车辆并减少bsfc。增加扭矩和增加的发动机转速的组合当然会对驱动轮32、34产生增加的功率。继续控制燃料供给以使发动机22沿着区域76中逐渐增加功率的转矩/速度线运行。

图5示出了在车速达到图1所示的68mph的上限速度之前，发动机22沿着线90在点a与b之间的一部分达到操作的示例。当达到上限车速时，第一减速阶段14开始于超速离合器46被解锁并且发动机燃料供给停止或至少大大减小，直到发动机22完全停止或达到低的怠速，在该低怠速下，它继续以少量的燃料供给运行。减速阶段14开始时的发动机运行的突然变化在图5中由点b到点c的箭头表示。发动机22在减速阶段继续在点c附近运行，直到车速达到如图1所示的62mph下限速度为止。

当达到下限速度时，第二加速阶段12开始。发动机燃料供给立即增加，以最终将发动机运行返回到线90，如从点c到点a的箭头所示。然而，最初可以控制燃料供给，使发动机22达到超速离合器46将平稳重新锁定的发动机转速。

通过在传动装置48和驱动轴50之间放置超速离合器46，如车辆20中那样，当超速离合器被解锁时，驱动轮32、34的负载在减速阶段仅转动驱动轴36和驱动轴50的机构。在车辆50中，变速器48也将旋转。因此，当两个车辆中的超速离合器被解锁时，驱动轮不能反向驱动发动机，如果反向驱动，则发动机将起作用以制动车辆。唯一的反向驱动部件是驱动轴36和驱动轴50的旋转机构，在车辆52的情况下也包括传动装置48的机构。

通过采用所公开的重复发动机操作循环的策略的方法，该发动机操作循环包括加速阶段，随后是共同维持平均车速的减速阶段，与连续运行发动机相比，燃料效率提高，以维持等于通过重复加速/减速操作循环得到的相同平均速度的恒定车辆速度，这是因为发动机在燃料效率较大的最大发动机功率范围内的某些循环时间内和对于最小发动机功率范围内的其余循环时间内运行，同时发动机不受驱动轮反向驱动。在加速阶段和减速阶段期间使用的总燃料小于当发动机连续运行以保持恒定的车辆速度时所使用的燃料，因为能够利用在最大发动机功率范围内的部分时间发动机运行和在最小发动机功率范围内的部分时间发动机运行，其中较少的燃料被引入发动机，并且防止驱动轮反向驱动发动机。