專利名稱：通過監測地圖預覽信息控制車輛動力系的方法
技術領域：
每個燃燒過程包括有效操作所需要的或利于有效操作的 范圍和條件。例如，HCCI燃燒需要設計成以奧托循環操作的內燃機。 配備有缸內燃料直噴的發動機在特定發動機操作條件下以受控自動點 火模式操作，以實現改進的發動機燃料效率。在特定操作條件期間采 用火花點火系統來補充自動點火燃燒過程。 提高車輛性能的上述發動機燃燒過程高度取決于發動機設計和車輛操作條件，具體地，發動機速度和發動機需要的發動機負
載。設想多種方法來處理可從車輛傳感器獲得的信息，如車速、發動機速度、輸出扭矩等，以預測性地估計車輛操作條件以利于有效和低排放車輛操作。這種方法能夠基于來自于車輛傳感器讀數的變化和變
化速率來估計變化的條件及其對車輛的短期影響。雖然車輛操作條件的這些短期預測對于管理中間燃燒模式和反應是有用的，但是它們仍是基本上保守的。—種操作包括內燃機的車輛動力系的方法，包括監測
地圖預覽信息；基于所述地圖預覽信息確定投影車輛路徑；沿所述投影車輛路徑確定可能的發動機操作需求，其中可能的發動機操作需求包括可能的所需發動機速度和可能的所需發動機負載；在每個可能的發動機操作需求下確定可選的發動機操作模式；以及基于所述可選的發動機操作模式執行發動機操作。


本發明可以在某些部件和部件設置中采用實體形式，本發明的優選實施方式將被詳細描述并在隨后結合于本文的附圖中示出，附圖包括 圖IO示出了根據本發明的示例性信息流圖，其中示出了地圖預覽信息可如何用于控制動力系操作。
具體實施例方式
示例性發動機10包括金屬鑄造的發動機本體和發動機蓋27，發動機本體具有形成在其中的多個氣缸，圖中示出了其中一個。每個氣缸包括端部封閉的缸體，缸體具有插入在其中的可移動的往復活塞ll。可變容積的燃燒室20在每個氣缸中形成，并且由氣缸壁、可移動活塞11和蓋27限定。發動機本體優選包括發動機冷卻劑流體流過其中的冷卻劑通道29。可操作以監測冷卻劑流體溫度的冷卻劑溫度傳感器37位于適當位置處，并且提供參數信號輸入給可用于控制發動機的控制系統25。發動機優選包括公知系統，所述公知系統包括外部廢氣再循環(EGR)氣門和進氣節氣門(未示出)。 如上所述，根據發動機構造、燃料類型、控制方法等， 諸如發動機10的內燃機能夠以多種發動機操作模式操作。可使發動機 在任何點運行的可獲得的發動機操作模式很大程度上由發動機當前正 在操作的發動機速度和發動機負載控制。圖2以圖表形式示出了根據 本發明的示例性直噴發動機在分層充氣SIDI操作模式可行的發動機速 度和負載范圍內的操作。與均質充氣SIDI操作相比，所示分層充氣SIDI 操作是燃料效率相對較高的模式。然而，分層充氣SIDI操作僅僅在低 發動機速度和發動機負載下是可行的。而且，分層充氣SIDI下的操作 增加NOx產物。單噴射式分層充氣SIDI和均質SIDI區域之間的區域 被標記為雙噴射式分層充氣SIDI的區域，根據其它操作特性，例如采 用均質充氣SI操作以從廢氣后處理裝置中吹掃積聚的NOx污染物的需 要，該區域可包括以任一操作模式的操作。也應當注意，所示"分層" 區域示出了可以進行分層充氣SIDI的范圍或區域，但是在所示區域內 i大致任何位置都能選擇均質充氣SIDI操作。 上述控制模塊通過局域網絡或LAN總線106與其它控制 模塊、傳感器、和致動器進行通信。LAN總線106允許各種控制模塊 之間進行操作參數和致動器指令信號的狀態的結構化通信。所采用的 具體通信協議是專用的。LAN總線106和合適的協議在前述控制模塊 和其它控制模塊之間提供牢固的通信聯系和多控制模塊交互，所述其 它控制模塊提供例如防抱死制動、牽引力控制和車輛穩定等功能。多 路通信總線可用于提高通信速度并提供一些程度的信號冗余和完整 性。單個控制模塊之間的通信也可以通過直接連接來實現，例如通過 串行外圍接口('SPI，)總線(未示出)。
0051HCP 105提供混合動力系的監督控制，用于協調ECM 123， TCM117， TPIM119,和BPCM121的操作。HCP105根據來自 用戶界面13和^括ESD 174的混合動力系的各種輸入信號來確定操作 者扭矩請求(ToREQ)，至傳動系統190的指令輸出扭矩(TCMD),發動機輸入扭矩指令，變速器110的扭矩傳遞離合器CI 170， C2 162， C3 163, C4 175的離合器扭矩，以及第一和第二電機156和172的扭 矩指令。TCM 117操作性地連接到液壓控制回路142并提供各種功能， 這些功能包括監測各種壓力傳感裝置(未示出)以及產生控制信號并 將這些控制信號傳送到各種螺線管(未示出)，從而控制包含在液壓 控制回^各142內部的壓力開關和控制閥。
0052ECM 123操作性地連接到發動機114并用于通過多個離 散線路(為簡單起見用總的雙向接口電纜135表示)從發動機114的 傳感器和控制致動器獲取數據。ECM 123接收來自HCP 105的發動機 輸入扭矩指令。ECM 123根據基于監測的發動機速度和負載來及時確 定在該時間點上提供給變速器110的實際發動機輸入扭矩TI,其被傳 送給HCP 105。 ECM 123監測來自轉速傳感器111的輸入以確定輸入 到輸入軸112的發動機輸入速度，其被轉換成變速器輸入速度NpECM 123監測傳感器(未示出)的輸入以確定包括，例如，歧管壓力，發動 機冷卻劑溫度，環境空氣溫度，和環境壓力的其它發動機運行參數的 狀態。例如，根據歧管壓力，或者可替換的，根據監測加速踏板213 的操作者輸入可以確定發動機負載。ECM 123產生并傳送指令信號以 控制發動機致動器，包括，例如，燃油噴射器，點火模塊，以及節氣 門控制模塊(它們都未示出)。 每個變速器操作范圍狀態都在表1中進行了描述，且表 示對于每個操作范圍狀態而言施用了哪些特定離合器C1 170， C2 162, C3 173，和C4 175。第一連續可變模式，即，EVT模式I或MI,通過 僅施用離合器Cl 170來選擇，以將第三行星齒輪組128的外部齒輪構 件"連接"。發動機狀態可以是ON ( 'MI—Eng—On，)或OFF
('MI—Eng—Off )中的一個。第二連續可變模式，即，EVT模式II或 Mil,通過僅施用離合器C2 162來選擇，以將軸160連接到第三行星 齒輪組128的行星架。發動機狀態可以是ON ( 'Mil—Eng—On，)或OFF
('Mil—Eng_Off )中的一個。為說明起見，當發動機狀態為OFF時， 發動機輸入速度等于0轉/分鐘('RPM，)，即，發動機曲軸不轉動。 固定傳動比操作提供變速器110的輸入-輸出速度(即，N!/No)的固 定比操作。第一固定傳動比操作('FG1，)通過施用離合器Cl 170和 C4 175來選擇。第二固定傳動比操作('FG2，)通過施用離合器Cl 170 和C2 162來選擇。第三固定傳動比操作('FG3，)通過施用離合器C2 162 和C4 175來選擇。第四固定傳動比操作('FG4，)通過施用離合器C2 162 和C3 173來選擇。由于行星齒輪124, 126，和128的傳動比減小，所 以輸入-輸出速度的固定比操作隨著固定傳動比操作的增加而增加。 第一和第二電機156和172的特速Na和Nb分別取決于由萬合所限定 的機構的內旋轉，并與輸入軸112所4企測的輸入速度成比例。
0058
HCP 105和一個或多個其它控制模塊響應于由用戶界面 113所捕獲的，通過加速踏板213和制動踏板212的操作者輸入來確定 指令輸出扭矩TcMD，從而滿足傳遞給傳動系統190的要在輸出構件164 處執行的操作者扭矩請求To一req。最終車輛的加速度受其它因素的影 響，這些因素包括，例如，道路負載，道路坡度，和車輛質量。變速 器110的操作范圍狀態取決于基于動力系的各種運行特性。這包括通 過加速踏板213和制動踏板212傳遞到用戶界面113的操作者扭矩請求，如前面所述。可以根據在電能產生模式或扭矩產生模式下操作第
一和第二電機156和172的指令所產生的動力系扭矩需求來判定操作 范圍狀態。可以通過優化算法或程序來確定操作范圍狀態，該算法或 程序根據對功率的操作需求，電池電荷狀態，以及發動機114和第一 和第二電機156和172的能量效率來確定最佳系統效率。控制系統根 據已執行的優化程序的結果來管理來自發動機114以及第一和第二電 機156和172的扭矩輸入，從而優化系統效率，以管理燃料經濟和電 池充電。此外，可以#4居部件或系統的故障來確定#:作方式。HCP 105 監測扭矩產生裝置，并確定為實現期望輸出扭矩而需要從變速器110 輸出的功率，以滿足操作者扭矩請求。從上面的描述應該清楚，ESD 174 以及第一和第二電機156和172操作性地電連接以用于它們之間的功 率流。此外，發動機U4，第一和第二電機156和172，以及機電變速 器110操作性地機械連接，以在其間傳遞功率，從而產生輸出到輸出 構件164的功率流。沿 一 些投影車輛路徑的環境條件的預測能夠在各種范圍
內進行。投影車輛路徑能夠通過簡單地假設車輛將在當前道路上繼續 一定距離來闡述。相反，投影車輛路徑能夠映射出所有可能的轉向， 這可能通過距車輛前面 一定距離的車輛作出且在任何分析內包括可能 跟隨的路徑的可能性因素。投影車輛路徑能夠包括由上述方法設定或預測的目的地，且從而投影車輛路徑能夠限定可能的車輛行駛路線。 較長的投影車輛路徑在發動機操作模式或混合動力控制方案之間進行 選擇時提供更大的靈活性。然而，關于車輛路徑的不確定或不正確假 設可能導致不利車輛使用。這種不利條件的一個示例是如果首先投影 在旁路上且然后在公路上的路徑的車輛確定為由于預期公路上的高發
動機速度和負載(提供吹掃后處理裝置的理想條件)而采用導致高NOx 排放的高燃料效率模式，從而充滿NOx后處理捕獲裝置。如果車輛偏 離所投影路徑，跳過公路行駛，在偏離之后可能必須指令欠理想發動 機操作模式，以補償錯誤預測的車輛路徑。確定性因素或安全邊際能 夠在選擇操作模式時使用，以消除這種潛在不利條件。 此外，公開的方法能夠用于基于混合動力控制系統可能 需要發動機提供的不同可能需求扭矩在混合動力控制方案內選擇不同 的發動機操作模式。圖9圖示了沿一定路線行駛的示例性車輛，根據 本發明，示出了通過根據可獲得的路況信息來在混合動力控制方案內 選擇發動機操作模式可能的益處。車輛600準備沿坡向上行駛，且混 合動力控制系統估計因素以確定在沿坡向上行駛時采用的混合動力系 模式。配備有已知傳感器的車輛600將沿坡向上行駛，從而基于車速、
察覺到的動力系負載和其它因素(如能量存儲裝置的電荷狀態)來選 擇混合動力系模式。通常，感測到高負栽需求的車輛將選擇能夠處理
較高負載的發動機模式，例如火花點火當量燃料-空氣比模式。然而， 配備有允許車輛監測沿該路線的路況的電子裝置的車輛能夠確定坡的 長度，確定能夠選擇的任選、可選混合動力系控制設置(包括能夠應 用的各種發動機操作模式和可能從能量存儲裝置耗盡的總能量的推 斷)，并調節混合動力系控制以進行補償。在圖9所示的示例中，察 覺到長坡(終止于 B )的車輛600可能類似地選擇能夠處理較高負載 的發動機模式，如上述火花點火當量燃料-空氣比模式。然而，如果車輛600察覺到終止于點A的短坡，那么可能選擇能量有效的發動機 操作模式(如HCCI模式)與電機的助推操作結合，以滿足坡的較高負 載需求。在通過公開的方法可獲得的增加信息的情況下， 一種混合動 力系模式和另一種之間進行這種確定能夠包括各種發動機操作模式之 間的平衡，包括每種模式隱含的操作優先次序的推斷和來自于能量存 儲裝置的能量耗盡。圖8和圖9的示例示出了混合動力控制方案的多個用途， 關于車輛周圍環境的信息可以起作用，兩幅圖都例示了坡的影響和車
輛需要的相關較高動力系負載。然而，本領域技術人員將理解，通過 電子裝置可識別的多個環境狀況(如交通模式和速度極限)能夠同樣 地按照對車速和發動機負載的影響進行顯示。本發明在給出的示例中 例示坡的影響的內容，是因為說明本質和坡對車輛的直覺影響，但是 本發明不旨在限于這種示例性條件。 圖IO示出了根據本發明的圖示了地圖預覽信息如何能夠 用于控制動力系操作的示例性信息流圖。信息流700描述了能夠包含、 處理和產生的示例性各種數據流，以控制車輛動力系。節點710包括 踏板編譯，處理關于發動機速度和車速的踏板位置，以產生駕駛員請 求扭矩或扭矩需求。在節點720，扭矩和燃燒模式管理和優化邏輯按照 GPS/數字地圖信息、交通信息和其它有關數據來處理扭矩需求。節點 720還產生變速器指令且將燃燒模式和發動機扭矩指令與節點730相關 聯。
[0068在節點730,來自于節點720的指令被處理以產生根據期 望燃燒模式滿足需求扭矩所需要的具體發動機指令。雖然信息流700 圖示了示例性過程，所公開的方法能夠通過所述過程進行處理，但是 該信息流僅為了說明性目的給出。可以想到所公開的方法的各種算法 實施方式，且本發明不旨在限于本文所述的具體實施方式
。
[0069本發明已經描述某些優選實施方式及其變型。在閱讀和 理解說明書之后，本領域技術人員能夠想到進一步的變型和可選方案。 因而，本發明并不旨在限于作為用于實施本發明所設想的最佳模式公 開的具體實施方式
，而是本發明將包括落入所附權利要求書范圍內的 所有實施方式。
權利要求
1.一種操作包括內燃機的車輛動力系的方法，包括監測地圖預覽信息；基于所述地圖預覽信息確定投影車輛路徑；沿所述投影車輛路徑確定可能的發動機操作需求，其中所述可能的發動機操作需求包括可能的所需發動機速度和可能的所需發動機負載；在每個可能的發動機操作需求下確定可選的發動機操作模式；和基于所述可選的發動機操作模式執行發動機操作。
2. 根據權利要求l所述的方法，其中，所述確定可選的發動機操作 模式包括確定所述發動機是否能夠在均質充氣壓縮點火模式下操作和 確定所述操作的可能的操作特性。
3. 根據權利要求l所述的方法，其中，所述確定可選的發動機操作 模式包括確定所述發動機是否能夠在預混合充氣壓縮點火模式下操作 和確定所述操作的可能的操作特性。
4. 根據權利要求l所述的方法，其中，所述確定可選的發動機操作 模式包括確定所述發動機是否能夠在分層充氣火花點火直噴模式下操 作和確定所述操作的可能的操作特性。
5. 根據權利要求l所述的方法，其中，所述確定可選的發動機操作 模式包括確定所述發動機是否能夠在混合動力系電機助推模式下操作 和確定所述操作的可能的操作特性。
6. 根據權利要求l所述的方法，其中，所述確定可選的發動機操作 模式包括確定所述發動機是否能夠在主動燃料管理模式下操作，所述 主動燃料管理包括停止所述發動機氣缸內的燃燒。
7. 根據權利要求l所述的方法，其中，所述確定可選的發動機操作 模式包括確定所述發動機是否能夠在排放控制模式下操作，所述排放 控制模式采用措施來降低燃燒溫度。
8. 根據權利要求l所述的方法，還包括基于地圖預覽信息確定混合 動力系控制方案；并且其中，所述確定可選的發動機操作模式包括將 所述可選的發動機操作模式與所述混合動力系控制方案結合。
9. 根據權利要求l所述的方法，其中，所述監測地圖預覽信息包括監測靜態道路特征，所述靜態道路特征包括道路坡度、道路曲率、道 路表面類型、道路類別、張貼的速度極限、人口密度和建筑區域位置 中的至少一個。
10. 根據權利要求l所述的方法，其中，所述監測地圖預覽信息包 括監測實時狀況，所述實時狀況包括如下各項中的至少一個交通模 式，包括高峰模式或排定事件交通；所報道的交通堵塞，包括可通過 無線網絡、車輛-車輛通信或車輛-基礎設施通信獲得的堵塞信息； 以及交通信號狀態信息。
11. 根據權利要求l所述的方法，其中，所述監測地圖預覽信息包 括監測可能性數據，所述可能性數據包括與交通信號狀態、交通堵塞 和操作者行為中的至少 一個相關的可能性數據。
12. 根據權利要求l所述的方法，其中，所述基于所述可選的發動 機操作模式執行發動機操作包括平衡所述可選的發動機操作模式的可 能的操作特性，所述操作特性至少包括燃料效率和排放。
13. 根據權利要求l所述的方法，其中，所述監測地圖預覽信息包 括基于車輛駕駛模式、具體操作員駕駛模式、登記的時間表、電子計 劃曰歷以及具體指定的目的地中的至少一個來投影可能的車輛行駛路 線。
14. 根據權利要求13所述的方法，其中，所述基于所述可選的發動 機操作模式執行發動機操作包括在整個所述可能的車輛行駛路線內平 衡所述可選的發動機操作模式的可能的操作特性。
15. 根據權利要求14所述的方法，其中，所述平衡所述可選的發動 機操作模式的可能的操作特性包括估計操作特性，所述操作特性至少 包括燃料效率和排放。
16. 根據權利要求15所述的方法，其中，所述平衡所述可選的發動 機操作模式的可能的操作特性還包括駕駛性能和性能中的至少 一 個。
17. 根據權利要求14所述的方法，其中，所述平衡所述可選的發動 機操作模式的可能的操作特性包括基于對所述可能的車輛行駛路線的 分析來使用確定性因素。
18. —種操作包括內燃機的車輛動力系的方法，包括 監測地圖預覽信息；基于所述地圖預覽信息確定可能的車輛行駛路線；沿所述可能的車輛行駛路線在周期性點處確定可能的發動機操作 需求，其中所述可能的發動機操作需求包括可能的所需發動機速度和可能的所需發動機負載；在每個可能的發動機操作需求下確定可選的發動機操作模式的操 作特性；和通過在整個所述可能的車輛行駛路線內平衡所述操作特性來制作 發動機控制時間表。
19. 一種操作混合車輛動力系的方法，所述混合車輛動力系包括內 燃機、電機和機電變速器，所述機電變速器選擇性地操作以滿足動力 系操作需求，所述方法包括監測地圖預覽信息；基于所述地圖預覽信息確定可能的車輛行駛路線； 沿所述可能的車輛行駛路線確定可能的動力系操作需求，其中所述可能的動力系操作需求包括可能的所需發動機速度和可能的所需發動機負載；確定可沿所述可能的車輛行駛路線獲得的可選的發動機操作模式 的操作特性；基于所述可能的車輛行駛路線對所述可選的發動機操作模式的所 述操作特性和由所述電機進行的勢能使用進行平衡；和 基于所述平衡來制作混合動力系控制方案。
全文摘要
本發明涉及通過監測地圖預覽信息控制車輛動力系的方法。一種操作包括內燃機的車輛動力系的方法，包括監測地圖預覽信息；基于所述地圖預覽信息確定投影車輛路徑；沿所述投影車輛路徑確定可能的發動機操作需求，其中可能的發動機操作需求包括可能的所需發動機速度和可能的所需發動機負載；在每個可能的發動機操作需求下確定可選的發動機操作模式；以及基于所述可選的發動機操作模式執行發動機操作。
文檔編號B60W40/06GK101638095SQ20091016180
公開日2010年2月3日 申請日期2009年8月3日 優先權日2008年8月1日
發明者J·G·史密斯, T·W·擴, 張曼鋒 申請人:通用汽車環球科技運作公司