燃油效率高的机动车辆及其控制方法 【技术领域】
本发明涉及一种控制发动机及其传动机构来减少机动车辆燃油消耗的技术。背景技术
日本专利局在2002年出版的JP2002-89349A曾披露一种机动车辆工作条件的评估系统，具体示出各种工作条件包括驾驶员和管理员的燃油节约，从而给工作条件提供了客观的评估标准。按照这个系统，驾驶员可参考所提供的评估标准改进其驾驶技术。发明内容
但是，即使有了有用的评估标准，如果该资料不是被适当地使用，那么行驶条件和燃料节约就不能期望有所改进。在燃油消耗的数量必须降低的情况下，机动车辆必须用控制器主动控制使燃油效率提高而不单独依靠驾驶员改进驾驶技术的志愿。
因此本发明的一个目的是要不顾驾驶员的意愿控制发动机和传动机构来提高燃油效率。
本发明提供的机动车辆包括一台发动机，一套连接在其上地传动机构，一个检测车辆当前速率的检测器，一个检测传动机构当前齿轮位置的检测器，和一个控制器。控制器将车辆在当前的车速和齿轮位置的最大驱动力和在当前车速下的行驶阻力之差定为备用驱动力，而将车辆当前的驱动力和在当前车速下的行驶阻力之差定为超需驱动力；然后控制车辆的发动机或传动机构以资降低超需驱动力对备用驱动力的比率。
按照本发明，可以防止使用超过行驶需要的超需驱动力，可以减少燃油的耗量并提高车辆的燃油效率，因为发动机和传动机构所要控制的目标是要降低超需驱动力(＝目前的驱动力-行驶阻力)对备用驱动力(＝最大驱动力-行驶阻力)的比率。
本发明的实施例及其优点将在下面结合附图详细说明。附图说明
图1为与本发明有关的机动车辆的结构简图。
图2为限定车速和喷射脉冲宽度上限之间关系的喷射脉冲宽度上限的区域图。
图3为一计时图说明限制燃油喷射脉冲宽度的过程，并示出在一短的斜坡上增加加速器工作量的情况。
图4为一记时图说明限制燃油喷射脉冲宽度的过程，并示出在一长的斜坡上增加加速器工作量的情况。
图5为限定发动机转速、加速器工作量和发动机转矩之间关系的转矩区域图。
图6为限定发动机转速、发动机转矩和燃油消耗率(制动马力单位燃油消耗)之间关系的燃油消耗率区域图。
图7为行驶特性图示出车速和平路行驶阻力之间的关系；以及在每一个齿轮位置上驱动力、发动机转速和车速之间的关系。
图8为一图解用来说明在第二实施例中确定齿轮位置适当性的过程。
图9为在第三实施例中使用的燃油消耗率的区域图。
图10为一图解用来说明在第四实施例中设定换档加速线的方法。
图11为一图解用来说明第四实施例的一个修改的例子。具体实施方式
图1为与本发明有关的机动车辆的结构简图。发动机1为共轨喷射的柴油发动机。由燃油箱供应的燃油被高压油泵2加压后存储在共轨3内，以后由于电子控制的喷射器4的驱动，再被分别喷射到发动机1的各个气缸内。有一压力控制阀5调节在共轨3内的压力。当共轨3内的压力超过预定的高压并上升时，压力控制阀5会自动开启，从而可阻止共轨3内的压力过分升高。
发动机1的输出轴通过传动机构8、推进轴9和差动齿轮单元(未示出)被连接到驱动车轮上。发动机1的输出通过同一路线被传送到驱动车轮上。传动机构8为一自动传动机构，具有包括行星齿轮机构、掣动器、离合器、油压回路和其他构件在内的一个倒车齿轮和六个前进齿轮。
控制器10包括CPU(中央处理器)、存储器、和输入/输出界面。由加速器工作量的传感器21检测到的加速器(加速器踏蹬)22的工作量，由车速传感器23检测到的车速、由发动机转速传感器24检测到的发动机1的转速作为示出发动机1工作条件的信号都被输入到控制器10内。由加速传感器25检测到的车辆的加速、和由齿轮位置传感器26检测到的传动机构的齿轮位置也被输入到控制器内。车辆的加速可从车速传感器23检测到的车速的变化量计算而得。
控制器10根据输入的信号确定燃油喷射的时间和数量，然后将驱动信号(燃油喷射脉冲宽度)输出到喷射器4。喷射器4按照燃油喷射脉冲宽度规定的流率喷射燃油。
燃油喷射脉冲宽度是参照燃油喷射区域图计算出来的，该图限定加速器工作量、发动机转速、和燃油喷射脉冲宽度之间的关系。但当计算出的燃油喷射脉冲宽度大于喷射脉冲宽度上限时，就只能以此上限来完成燃油喷射，而该上限是当超需驱动力(＝当前的驱动力-行驶阻力)对备用驱动力(＝最大驱动力-行驶阻力)之比被减小到一个预定值(例如40％)时被设定的。
控制器10还能自动将传动机构8的齿轮位置改变为在“高”的一侧的齿轮位置(移向高档)，即使驾驶员没有拨动选择杆，也能使发动机1在能够提高燃油效率的区域内工作。可以比较在加速前、后的燃油效率来确定是否还要加速。当通过加速能够降低超需驱动力对备用驱动力之比并提高燃油效率时应进行加速。
下面详细说明由控制器10完成的加速控制和燃油喷射脉冲宽度的校正。
1.燃油喷射脉冲宽度的校正
图2所示喷射脉冲宽度上限图被存储在控制器10的存储器内，根据参照这个图得到的喷射脉冲宽度上限可完成燃油喷射脉冲宽度的校正。
在喷射脉冲宽度上限图内限定了在每一个齿轮位置上，当加速器工作量为最大时(当在最大驱动力时)车速和燃油喷射脉冲宽度的关系；当超需驱动力对备用驱动力之比为40％时车速和燃油喷射脉冲宽度(喷射脉冲宽度上限)的关系；以及当在平路上行驶时车速和需要用来克服行驶阻力的燃油喷射脉冲宽度的关系。在图中用方框围住的数字指齿轮位置(这一点同样适用于以后的图)。在图2中只是第4齿轮和第6齿轮的数据被画出为了便于观看，但其他齿轮的数据实际上也被存储在内。
备用驱动力为在当前的车速和齿轮位置下加速器工作量达到最大时所能得到的最大驱动力减去在当前车速下作用的行驶阻力得到的值，这值表示车辆不会降速而能加速的量。而超需驱动力为当前车辆的驱动力减去在当前车速下的行驶阻力得到的值，这值表示车辆的驱动力除去在当前路面上行驶所需的驱动力外多余的部分。
当控制发动机1的燃油喷射时，控制器10参照根据加速器工作量和发动机转速而预定的燃油喷射图计算出燃油喷射脉冲宽度。另外还参照图2所示的喷射脉冲宽度上限图计算出当超需驱动力对备用驱动力之比为40％时的燃油喷射脉冲宽度(喷射脉冲宽度的上限)。然后比较这两者，当计算的燃油喷射脉冲宽度较小时就用该脉冲宽度来驱动喷射器4，而当计算的燃油喷射脉冲宽度较大时则用喷射脉冲宽度上限来驱动喷射器4。
由于这种燃油喷射控制，超需驱动力对备用驱动力之比能被保持在40％或更小，比行驶所必需的驱动力大的驱动力可被限制使用。不是必需的燃油将不再供应到发动机1，因此燃油消耗可被减少，车辆的燃油效率可被提高。
如上所述，控制器10限制燃油喷射脉冲宽度使它总是小于上限，但在任何环境下都是这样限制时也有可能对斜坡、台阶、加速或其他情况驱动力会不够用，这时将不能爬坡，上台阶和完成所需的加速。
为了防止发生这种情况，即使计算的燃油喷射脉冲宽度大于喷射脉冲宽度的上限，控制器10并不马上限制脉冲宽度，而是要在加速器工作量(发动机载荷)增加后经过一个第一预定时间段t1才开始进行限制，在接下来的第二预定时间段t2才将脉冲宽度减小到所设定的上限，总共花费的时间为t1+t2。时间段t1和t2被这样设定使在加速器工作量增加后立即可以保证得到足够的驱动力，而t1和t2例如可分别被设定为2秒和3秒。
图3示出车辆接近一个短的斜坡时的情况，加速器22的工作量在时刻ta被增加，燃油喷射脉冲宽度相应地被增加并且超过了脉冲宽度的上限。但在这一点上，燃油喷射脉冲宽度并没有被限制，燃油喷射按照计算的脉冲宽度进行。
从时刻ta经过时间段t1到达时刻tb，燃油喷射脉冲宽度才开始被限制而随着时间逐渐被减小，以免由于快速改变发动机转矩而使可工作性恶化。这里燃油喷射脉冲宽度是按一定比率减小的，但也可使它随着经过的时间而减小或分阶段减小。
经过时间段t2到达时刻tc后，燃油喷射脉冲宽度就被减小到喷射脉冲宽度的上限并开始被这个上限控制，这时车辆的加速略微放慢如图中的虚线所示。但这个加速的放慢不会在驱动上造成问题，因为时间段t1和t2都是按照不影响可工作性设定的。
采用上述限制方法在越过短的斜坡和台阶时可以得到足够的驱动力，但在爬上长的斜坡、牵引、或其他需在长时间内施加大量驱动力的情况下工作时只是在爬坡或牵引的中途开始限制燃油喷射脉冲宽度所得到的驱动力可能会不够。考虑到这种情况，就不能以加速器工作量开始增加的时刻为准，而是必须以车辆实际开始加速的时刻为准，再经过一个预定的时间段t1，才开始限制燃油喷射脉冲的宽度。确定车辆是否开始加速可用监控的方法看车辆的加速是否超过一个预定值。车辆的加速也可由车速的改变量来确定。
图4示出车辆接近一个长的斜坡时的情况，在时刻td加速器22的工作量被增加，燃油喷射脉冲宽度随之增加，但这时并没有被限制，同时车速略微增加如图中的虚线所示，或者由于道路表面的情况还会暂时减速，这时不能确定车辆是否开始加速，因为车辆的加速较小。
以后继续在斜坡上爬行，燃油喷射脉冲宽度没有被限制，车速被保持在一基本固定值。当车辆在时刻te完全爬上斜坡，车辆开始加速，再经过一个时间段t1，到达时刻tf，燃油喷射脉冲宽度开始被控制而逐渐减小，再经过一个时间段t2，到达时刻tg，燃油喷射脉冲宽度就被减小到其上限。
这样，燃油喷射脉冲宽度是在加速器工作量(发动机载荷)被增加并在车辆开始加速后经过一个预定的时间段才在中途开始被限制的，即使要爬上长的斜坡并进行牵引，驱动力将不会不够，而且可保证具有良好的可工作性。
2.加速控制
接下来说明控制器10的加速控制。转矩区域图(图5)限定发动机转速、加速器工作量、和发动机转矩之间的关系；燃油消耗比区域图(图6)限定发动机转速、发动机的转矩、和燃油消耗率(制动马力单位燃油消耗)之间的关系；还有车辆行驶特性图(图7)示出车速、平路行驶阻力之间的关系，及在每一个齿轮位置上的驱动力、发动机转速、和车速之间的关系，这些资料都被存储在控制器10的存储器内以便进行加速控制。
在图7中的圆圈或方框内围住的数字示出传动机构8相应的齿轮位置。在图中只有一部分齿轮位置的特性被画出以利观看。最好根据发动机开发时所得到的数据和车辆行驶试验的结果来作出这些图。
在加速控制中，控制器10要从燃油效率的观点确定传动机构当前的齿轮位置是否适当。如果确定为不适当，传动机构能自动被加速。结果超需驱动力对备用驱动力之比可被降低，燃油效率可被提高。
为了确定齿轮位置的适当性，先要计算出当前齿轮位置的燃油消耗率，办法是参照图5中根据发动机转速和加速器工作量示出的转矩图求得发动机转矩，然后参照图6中根据发动机转矩和发动机转速示出的燃油消耗率图求得燃油消耗率。
还要计算出加速后的燃油消耗率，办法是参照图7示出的行驶特性图计算出加速后的发动机转速，并从该图上求得由于加速而发动机载荷增加的比率，从这个增加的比率和加速前的转矩计算出发动机1加速后的转矩。按照该行驶特性图，当以50[km/hour，公里/小时]的车速在平路上行驶时，行驶阻力例如为4[kN，千牛顿]，发动机转速当用第5齿轮行驶时为1500[rpm，转/分]，这样载荷为4[kN]/12[kN]＝约30[％]。在加速到使用第6齿轮时发动机转速减为1200[rpm]，载荷增加到4[kN]/7[kN]＝约60[％]。
发动机1在加速后的转矩和转速一旦被计算出来，就可参照图6所示的燃油消耗率图计算出加速后的燃油消耗率。然后可将加速后计算的燃油消耗率与当前齿轮位置的燃油消耗率比较；如果加速后燃油消耗率较低，那就说明当前的齿轮位置不适当，传动机构8会自动地被加速，因为在加速后超需驱动力对备用驱动力之比可被降低，而燃油效率可被提高。
下面说明第二实施例，其中确定在控制器10内齿轮位置适当性的过程与第一实施例不同。
在第二实施例中，当前的发动机转速被拿来与最佳燃油消耗率区域内的最大转速比较，在该区域内燃油消耗率小于一个预定的较小值。当当前的发动机转速比最佳燃油消耗率区域内的最大转速高出一个预定的百分比(例如15％)时如图8所示，便可确定齿轮当前处在比最佳齿轮位置低的位置上，发动机转速较高，这时传动机构会自动移向高档(加速)。在最佳燃油消耗率区域内，发动机1的燃油消耗率可被设定为例如小于200[g/(kW hour)克/千瓦小时]。
这个方法使齿轮位置的适当性能容易地被确定，因为只须将当前的发动机转速与最佳燃油消耗率区域内的最大转速(为一固定值)比较即可。
下面说明第三实施例。
在第三实施例中，对每一个齿轮位置，在平路上行驶时所需发动机转矩如图9所示都被一起列出在燃油消耗率区域图内并被存储在控制器10内。在本例中确定齿轮位置是否适当的方法与第一实施例不同。
为了确定齿轮位置的适当性，首先要得到以当前的车速在平路上行驶时的最佳齿轮位置。为了确定最佳齿轮位置需在每一个齿轮位置的情况下，参照图7所示的行驶特性图取得发动机的载荷和转速，并参照图9所示的燃油消耗率图取得在平路上行驶时的燃油消耗率。在这些齿轮位置中燃油消耗率最小的一个被确定为最佳齿轮位置，其时的发动机载荷被记录下来。
一旦最佳齿轮位置被确定后，便可将发动机1的当前载荷与发动机1在最佳齿轮位置上运行时的载荷比较，当前者小于后者，同时发动机1当前的转速比最佳燃油消耗率区域内的最大转速高出一个预定的百分比(例如15％)，便可确定车辆行驶时所用齿轮位置低于最佳齿轮位置，因而是不适当的；这时传动机构会自动移向高档。
下面说明第四实施例。
在第四实施例中，对每一个齿轮位置，在平路上行驶时所需发动机转矩如图9所示都被一起列出在燃油消耗率区域图内并被存储在控制器10内。在本例中确定齿轮位置是否适当的方法与第一实施例不同。
为了确定齿轮位置的适当性，首先要在燃油消耗率区域图上设定换档加速线，该线是从发动机的最大转矩线与车辆在平路上行驶使用第6齿轮即顶级齿轮时所需转矩线的交点M开始。交点M是实现最大车速时的工作点。
从交点M作一条直线与允许的燃油消耗率区域接触，这条直线就被设定为换档加速线。允许的燃油消耗率区域就是这样一个区域在其内的燃油消耗率都小于允许的燃油消耗率。在图10和11中这个区域被画有阴影线。允许的燃油消耗率例如可被设定为230[g/kW.hour]。
一旦换档加速线被设定，该线与各个齿轮位置用于平路行驶所需转矩线的交点便可被设定为各个齿轮位置的换档转速。例如图10所示，对第4和第2的换档转速分别被设定为1.850[rpm]和1.650[rpm]。从图上可见，当齿轮位置移向“低”档一侧时(＝当传动机构的速比变大时)，所设定的换档转速较低。
于是控制器10要确定当前的发动机转速是否高于当前齿轮位置的换档转速，如果确实较高，便可确定齿轮位置不适当，传动机构8会自动将它移向高档。
这里，换档转速被设定到每一个齿轮位置上，齿轮位置的适当性由当前的发动机转速是否高于这个换档转速来确定。但也可以根据由发动机转速和发动机载荷(转矩)所限定的工作点是否位在换档加速线的右侧(高转速、低载荷的一侧)来确定。如果是在右侧，便可确定齿轮位置不适当，传动机构8可被移向高档。
或者，可为每一个齿轮位置设定一个允许的燃油消耗率区域而将各该区域的最大转速设定为各该齿轮位置的换档转速，如图11所示。在图11的例子中，第2和第4齿轮的允许燃油消耗率区域内的燃油消耗率分别被设定为小于200和220[g/kW.hour]。结果第2和第4齿轮的换档转速分别被设定为1.400和1.750[rpm]。
即使已为每一个齿轮位置设定允许的燃油消耗率区域，仍可将使用第6齿轮在平路上行驶的转矩线和最大转矩线的交点M与每一个齿轮位置在平路上行驶的转矩线上的换档转速点连接在一起设定为换档加速线。当发动机1在图上的工作点位在该换档加速线的右侧时，便可确定齿轮位置不适当，这时传动机构可自动移向高档。在本例中，换档加速线变成多角形。
上述本发明的实施例只是示出本发明在机动车辆上应用的例子，这些实施例的结构不应被用来限制本发明的应用范围。
示出发动机和传动机构的工作状态的参数还可包括许多可互相转换的参数或者随相似特性而变化的参数。因此可用这些参数替代在本实施例中使用的参数来进行评估，经过这样修改的对象仍在本发明的技术范围之内。例如，加速器工作量和从它得到的发动机转矩被用作发动机载荷，但类似的控制也可使用节流阀的开启程度、和燃油喷射脉冲宽度来完成，并且即使经过这种修改，仍然包括在本发明的技术范围内。