预先暂时使发动机转矩超前的方法和汽车的车载电器网络 【技术领域】
本发明特别是涉及一种降低汽车能耗的方法，所述汽车带有发动机和至少一个至少接有第一用电设备的车载电器网络。
本发明还涉及一种汽车的车载电器网络和一种程序控制的行驶状态检测装置。
背景技术
汽车中用电设备的数目显著增加。为了减少汽车的CO
2排放，液压工作的耗能设备被电动耗能设备代替。这样在给定情况下，例如汽车的电动转向系统(EPS)代替了液压转向器。然而，这样的用电设备可能在短时间内对汽车的车载电器网络提出高的功率要求。由此还造成对汽车车载电器网络稳定性的高要求。特别是在短时间内出现高负载时，必须有足够高的电压或电功率可供使用。
【发明内容】
本发明的任务是，特别是给出一种方法，它在降低汽车能耗的情况下使实现高效的车载电器网络成为可能。
该任务通过其有如下所述特征的方法或车载电器网络来解决。在按照本发明的降低汽车能耗的方法中，所述汽车带有发动机和至少一个其上至少接有第一用电设备的车载电器网络，其特征在于：发动机在第一工作状态下以第一喷油量和第一点火时刻运行；发动机在第二工作状态下以比第一喷油量高的第二喷油量和第二点火时刻运行，其中该第二点火时刻在第二喷油量下与第一点火时刻相比在发动机的功率输出方面更为不利；发动机在第三工作状态下以第二喷油量并尽量以第一点火时刻运行，使得发动机的功率输出在第三工作状态下比在第二工作状态下更高；设置在汽车中的行车行驶状态检测装置根据驾驶员目前为止在控制汽车时的行为和/或汽车的行为，预先识别出在很大程度上即将 发生的特殊行驶状态，并使该发动机从第一工作状态变到第二工作状态；该第一用电设备是电动操作的汽车转向器，而在很大程度上即将发生的特殊行驶状态是转弯过程。
本发明的一个方面在于，发动机在第一工作状态下以第一喷油量和第一点火时刻运行。例如，汽车发电机和汽车电池共同向车载电器网络供电，以便以足够的电压向用电设备供电。该发电机可以在第一工作状态下完全满负荷。
在第二工作状态下，发动机以比第一喷油量高的第二喷油量和第二点火时刻运行。该第二点火时刻在第二喷油量下与第一点火时刻相比在发动机的功率输出方面更为不利。比第一喷油量高的第二喷油量提高了发动机的功率输出，并使发动机可以把较高的转矩传递给汽车发电机。如果不采取对策，发动机的转速会提高到令驾驶员吃惊的地步，使驾驶员得到存在缺陷的印象。为了补偿转矩的提高，按照本发明，在第二工作状态下把点火时刻从第一点火时刻调整为第二点火时刻，由此最好如通过提高喷油量来提高转矩那样，降低发动机的功率或其转矩。第二工作状态的结果是发动机的转矩超前，并且从第一工作状态过渡到第二工作状态时，发动机的转速仍尽量保持不变。
在第三工作状态下，发动机以第二喷油量并尽量以第一点火时刻运行，从而使发动机的功率输出或转矩在第三工作状态下比在第二工作状态下更高。
设置在车辆中的行驶状态检测装置根据驾驶员目前为止在控制汽车时的行为和/或车辆的行为，预先识别出在很大程度上即将发生的特殊行驶状态，预先使发动机从第一工作状态变到第二工作状态。得知了在很大程度上即将发生的特殊行驶状态，按照本发明便可以通过提高喷油量使发动机转矩超前，用来在短时间内实际需要时实现车载电器网络电压的稳定。
在已知的车载电器网络上接入用电设备时，该车载电器网络承受的负载大大增加，造成发电机负载延迟。这是这样引起的：用电设备首先从汽车电池被供电，接着越来越多地由发电机被供电。一般这种过程、即所谓负载响应持续几秒。通过这个延迟避免了在接入电流需求量大的用电设备时发动机发生较强转速波动。
在本发明一个优选的实施例中规定，即使车载电器网有较大的电负载，特别是在发动机的第三工作状态下，也能尽量没有延迟地传递到汽车发电机。因此，在这个优选的实施例中，特别是在第三工作状态下，没有所谓负载响应过 程。
在本发明一个优选的实施例中规定，行驶状态检测装置在识别出特殊的行驶状态时，使发动机从第二工作状态变为第三工作状态。由于按照本发明在第二工作状态下转矩超前，在向第三工作状态过渡的过程中，通过该技术可以非常迅速地实现点火时刻的调整，在非常短的时间内准备好由发动机提前给出的转矩。发动机不会熄火，并且可以把所需的转矩传递给发电机。发电机可以向车载电器网络馈入较高的电功率，并稳定电压，或者即使当车载电器网络上突然出现较大的负载时也不会崩溃。
在本发明的一个实施例中规定，行驶状态检测装置从车载电器网络的电压在概念上要发生崩溃而识别出(实际)进入了特殊行驶状态。监控电压和在给定情况下调整点火角度以提升转矩在技术上实现起来比较简单且成本低廉。
在本发明一个可能的实施例中规定，行驶状态检测装置在识别出在很大程度上即将发生特殊的行驶状态时，使该发动机不从第一工作状态过渡到第二工作状态，而是使发动机直接从第一工作状态变为第三工作状态。更确切地说，这涉及的不是本发明的优选实施例，而是本发明的一种可能的实施方式。
在本发明一个实施例中规定，该行驶状态检测装置考虑当时的驾驶员是谁，以及其较早的行为如何。以此可以提高即将转弯的预测的命中率。若该行驶状态检测装置例如识别出相关驾驶员总是在转弯之前摇摆行驶，但并非所有驾驶员都如此，则可以在按照本发明识别转弯过程的算法中给这个判据赋予较高的权重。
在本发明的一个实施例中规定，该第一耗电设备是汽车的电动操作的转向器，而在很大程度上即将发生的特殊行驶状态是转弯过程。就在转弯过程中，转向器的动作无误地改变或它们毫无困难地转向对驾驶员来说是很重要的。在转弯过程中电动转向器的功率需求特别高。
在本发明的一个实施例中规定，该行驶状态检测装置检测油门踏板或加速踏板的位置，并当加速踏板或油门踏板在很大程度上处于其静止位置并进入至少另一个行驶状态时，使发动机从第一工作状态变到第二工作状态。这也是即将发生转弯过程的一个特征，并为即将发生的转弯过程提供一个重要的指示。
在本发明的一个改进方案中规定，该行驶状态检测装置检测汽车的加速度和速度，并当汽车的加速度为负、速度不超过一个预先确定的阈值并进入至少 另一个行驶状态时，使发动机从第一工作状态变到第二工作状态。这也是即将发生转弯过程的一个特征，并为即将发生的转弯过程提供一个重要的指示。
在本发明一个优选的实施例中规定，该行驶状态检测装置检验车辆是否摇摆行驶。摇摆行驶可以为即将发生的转弯过程给出一个明显而正确的提示。
在本发明的一个实施例中，该行驶状态检测装置检测汽车的电动转向器的转向角度。当转向角度的绝对值大于一个预先确定的阈值并进入至少另一个行驶状态时，使该发动机从第一工作状态变到第二工作状态。这可以指示该驾驶员开始一个摇摆或转弯操作行驶。
在本发明的另一实施例中规定，该行驶状态检测装置检测汽车的电动转向器的转向角度，并当转向角度的绝对值大于一个预先确定的与速度有关的转向阈值或转向角度阈值并进入至少另一个行驶状态时，使发动机从第一工作状态变到第二工作状态。若驾驶员在转弯过程之前无摇摆行驶，则即将发生转弯过程的这个特征可以代替“摇摆判据”，而且即将发生转弯过程的预测的可靠性得以提高。
在本发明的一个改进方案中规定，该行驶状态检测装置检验刹车压力是否高于一个预先确定的刹车压力或允许压力，此外检验该速度是否小于一个预先确定的与加速度有关的速度值或一个动态转弯阈值。以此可以进一步提高转弯过程预测的可靠性。
此外，本发明还提出一种汽车的车载电器网络，它具有程序控制的行驶状态检测装置，执行按照本发明的方法。还提出一种程序控制的行驶状态检测装置，它执行按照本发明的方法或者允许实施这些方法。
【附图说明】
下面借助转弯过程中一个示例的流程详细说明按照本发明的方法。相同的附图标记表示相同的作用功能。附图中：
图1表示按照本发明的方法的主要功能1或第一部分；
图2表示按照本发明的方法的主要功能2或第二部分；
图3表示按照本发明的方法的主要功能3或第三部分；
图4是按照本发明的方法的子功能“转向阈值”；而
图5是子功能“动态转弯阈值”。
【具体实施方式】
按照本发明的方法的下述实施例的出发点如下：汽车设有电动转向器。电动转向器在执行一个转弯操作或转弯过程时需要足够高的电压，即使汽车的电池和发电机一起向车载电器网络供电，例如这两者都已经在很大程度上发挥了最大的功率，但仍无法提供这么高的电压。尤其是在冬天，当连接座椅电加热器和/或连接电功率较高的其它耗能设备时，可能就会出现这样的情况。若在这样的情况下对转弯操作不采取相应对策，电动转向器附加的负载会使车载电器网络上的电压显著下降，因为在转弯过程中转向器必须提供较高的机械转矩，而且转向会变得困难。这对于驾驶员，特别是在迅速地执行转弯操作时是非常讨厌的。采取按照本发明的方法，可以非常可靠地识别出转弯操作的立即来临。通过在转弯操作之前很短时间内到转弯操作之后很短时间内暂时提高喷油量和调整点火角度以提供转矩超前，使车载电器网络中的电压得以稳定。
图1示出了按照本发明识别汽车是否在短时间内打算转弯操作的方法的第一部分100(主要功能1)。在步骤101开始按照本发明的方法。在步骤102进行比较，看车辆是否超过一个预先确定的速度x。如果没有超过，则重新进行该比较。如果超过的话，则激活按照本发明识别即将发生转弯操作的方法，如状态103所示。
在步骤104进行比较，看是否操作了加速踏板或油门踏板，即踏板的角度是否为0度(静止位置)。如果不是的话，则在步骤105检验汽车的速度是否大于预先确定的速度x。如果是的话，则重新执行步骤104。如果不是，则重新从步骤101开始该方法。若步骤104的比较得到肯定的结果，则如状态106所示，处于“放开油门”状态。
在步骤107进行比较，看汽车的加速度是否为负(a＜0)和速度是否小于或等于一个预先确定的速度(v＜＝速度阈值)。如果不是的话，则在步骤108重新检测加速踏板的位置。若油门踏板或加速踏板没有处于静止状态，则从步骤101开始执行该方法。若油门踏板或加速踏板未偏转或未被操作，则状态106有效，此后重新执行比较步骤107。若该比较步骤107的结果为“是”，则汽车的状态是“车辆减速”(状态109)。
下面所使用的概念“曲线明确的转向角度”应作如下理解：若车辆在直路上 行驶，则转向角度或方向盘位置为0度，即直线行驶。若车辆在弯路上行驶，则转向角度不为0度。若这指的是例如均匀转弯曲线，则在通过均匀转弯曲线的持续驾驶时间内的转向角度例如为10度。为了即使在弯道上行驶的情况下也能把这种形式的方向盘偏转(无意转弯)与实际的转弯过程(有意转弯过程)加以区分，按照本发明确定在过去的短时间内、例如3秒内发生的平均转向角度有多大，并确定当前的转向角度多大。这时形成平均转向角度和当前的转向角度之间的差值。这个差值就是曲线明确的转向角度。
在步骤110进行比较，看曲线明确的转向角度的绝对值是否大于一个允许值，即“Abs(曲线明确的转向角度)＞允许值”。行驶时驾驶员总是在并不想转弯时略为向左或向右转动方向盘。
如果不是的话，则在步骤111检验油门踏板或加速踏板是否没有偏转，而且汽车的速度是否大于一个预先确定的最低速度。如果是的话，则车辆处于状态109。如果不是的话，则从状态101“开始”重新开始执行该方法。若步骤110的结果为“是”则确定当前的转向角度y处于状态112，并由此出发可以得出以下结论：驾驶员可能引起“摇摆”的第一部分。接着进一步描述图2所示的主要功能2。
图2示出了按照本发明的方法的第二部分200(主要功能2)。在第二部分200中，在步骤201至211确定驾驶员是否在“摇摆”行驶，这在给定情况下是即将发生转弯过程的另一个迹象。许多、但不是所有驾驶员在转弯过程之前都有摇摆行驶。
首先针对直路的情况阐述“摇摆”的概念。若驾驶员沿着直路行驶，则其方向盘在很大程度上仍保持在其静止位置。在第一种形式的摇摆的情况下首先方向盘明显地向右偏离静止位置，然后向左明显地偏转静止位置。这里驾驶员靠右行驶时到达右车道边沿，而且汽车的前方已经比直线行驶略微偏向相反方向。在第二种形式的摇摆的情况下，驾驶员首先把方向盘明显地向左偏离静止位置，然后明显地向右偏离静止位置。
当例如车辆在左旋曲线上行驶时，和直路上不同，车辆下面的车道向左移动，则进行摇摆行驶。在正常曲线行驶过程中方向盘相对于0位置对应于曲线的曲率扭转，即左旋曲线上的转向角度小于0度，而右旋曲线大于0度。
为了即使在弯道上行驶也能识别摇摆，在步骤201检验转向角度y是否大 于0度。如果不是的话，则相对侧有效转向角度＝转向角度+(2＊允许值)，即状态202。如果是的话，则相对侧转向角度＝转向角度‑(2＊允许值)，即状态203。在这两种情况下“状态＝得知转弯”204都有效。
在步骤205重新检验加速踏板是否没有偏转以及速度是否大于预先确定的最低速度。如果不是，则从“开始”、即状态101重新开始执行按照本发明的方法。
如果是的话，则在步骤206检验当前的转向角度y是否小于“相对侧转向角度”(参见状态202和203)。如果不是的话，则在步骤207检验该相对侧转向角度是否小于或等于当前的转向角度。如果是的话，则给出摇摆有效，正如在状态211“识别出摇摆”给出的。
如果是的话，则在步骤208检测“相对侧转向角度”是否大于或等于当前的转向角度。如果是的话，则作为摇摆有效，正如状态211所给出的。若在步骤207或208的比较结果为“否”，则在按照本发明的方法框架内执行子功能“转向阈值”209。
图4示出了按照本发明的方法的子功能“转向阈值”400，其中为其它方法步骤预先给定与速度有关的、从而是动态的转向阈值。在步骤401检验在一段确定的时间内确定的汽车平均速度是否小于8km/h。该时间长度例如可以在3至10秒之间。如果是的话，则确定该动态的转向阈值为450度(状态402)。汽车直线行驶时，即当方向盘不从这个位置向外偏转时，该角度为0或360度。如果不是的话，则在步骤403检验汽车的平均速度是否小于15km/h，即与步骤401结合，检验该平均速度是否处于8km/h至15km/h之间。如果是的话，则该动态的转向阈值确定为300度(状态404)。如果不是，即该速度大于15km/h，则该动态的转向阈值确定为200度。
在步骤210检验当前的转向角度的绝对值是否大于当前汽车速度的动态的转向角度阈值。如果不是的话，则从状态204、即“识别出转弯”重新开始执行该方法。如果是的话，则继续执行图3中按照本发明的方法的主要功能3。
若识别出摇摆(步骤211)，则在步骤212重新检验加速踏板或油门踏板是否未被操作(角度＝0度)以及速度是否大于预先确定的最低速度。如果不是，则从“开始”、即从状态101重新开始执行按照本发明的方法。如果是的话，则在步骤213检验当前的转向角度的绝对值是否大于该动态的转向角度阈值。如 果不是，则在步骤212重复进行该比较。如果是的话，则处于“识别出反向转弯”状态301，而且本方法从图3所示的主要功能3继续执行。
在如图3所示的按照本发明的方法的第三部分中，现在在步骤302再次检验是否没有操作油门踏板或加速踏板，而且汽车速度是否大于该预先确定的最低速度。如果不是，则从“开始”、即从步骤101重新开始执行该方法。如果是的话，则执行图5所示的子功能“动态转弯阈值”501。
在图5所示的子功能“动态转弯阈值”501中，在步骤502检验最后几秒确定的汽车负加速度是否在0m/s
2至‑2m/s
2之间。如果是的话，则在步骤503把动态转弯阈值确定为数值6km/h。如果不是，则在步骤504检验负加速度是否在‑2m/s
2至‑4m/s
2之间。如果是的话，则在步骤505把该动态转弯阈值确定为这样的数值：加速度的绝对值乘以因数3.6。该结果是速度值。如果不是，则在步骤506把该动态转弯阈值确定为数值15km/h。
在步骤501之后，在图3所示的步骤303中检验刹车压力是否高于一个预先确定的允许刹车压力。此外，还检验汽车的当前速度v是否小于在子功能“动态转弯阈值”时确定的动态转弯阈值。如果不是，则从图3的步骤301重新开始执行按照本发明的方法。
如果是的话，则在步骤304使“识别出即将发生转弯的状态”有效。在步骤304，通过对汽车发动机的发动机控制器产生影响来提高喷油量，并改变点火时刻，以补偿本身随着喷油量的提高而提高的转矩，即通过把点火时刻回复到原来的时刻，在短时间内可以使转矩超前。这是在识别出实际转弯操作的情况下完成的，特别是通过电负载的显著增加或通过操作电动转向器造成的车载电器网络中的电压崩溃而表现出来。转弯过程结束或大概可能结束之后，发动机在没有转矩超前的工作状态下运行。转弯过程的结束例如可以用行驶状态检测装置监控并得知。例如，一个判据可以是驾驶员已经再次直线行驶一段时间，或者该车辆达到一个预先确定的速度。同样可以规定，步骤304之后一段预先确定的时间之后，转弯过程被认为结束。
可以理解，本发明还可以在较差的实施例中实现，此时在按照本发明的方法的过程中更早地已经造成转矩超前。但是，在给定情况下这时“误报”的风险上升，即转矩超前和随之而来的不利于使用的喷油量提高在没有实际的后续要求的情况下进行。