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QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
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Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der am 11. August 2016 eingereichten vorläufigen
US-Anmeldung Nr. 62/373,449 , auf die hier Bezug genommen wird.
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HINTERGRUND
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Methoden zur Verbesserung der Kraftstoffeffizienz eines Motors. In einem Beispiel werden Umstände während des Fahrens bestimmt, bei denen geringfügige Reduzierungen bei der Motordrehmomentabgabe durch Ermöglichen der Nutzung eines geringeren effektiven Hubraums zu überproportional höheren Kraftstoffeinsparungen führen können. Die beschriebenen Methoden eignen sich besonders zur Implementierung in autonom fahrenden Fahrzeugen.
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In jüngster Zeit sind hohe Anstrengungen zur Entwicklung von Personenkraftwagen mit der Fähigkeit zum autonomen oder halbautonomen Fahren unternommen worden. Obgleich vollständig autonome Fahrzeuge heute nicht im Handel erhältlich sind, sind bei ihrer Entwicklung riesige Fortschritte erzielt worden und es wird erwartet, dass selbst fahrende Fahrzeuge relativ zeitnah kommerzielle Realität werden.
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Die meisten Fahrzeuge, die sich derzeit im Betrieb befinden, (und viele andere Vorrichtungen) werden durch Verbrennungsmotoren (VM) betrieben. Verbrennungsmotoren weisen in der Regel mehrere Zylinder oder andere Arbeitskammern, wo die Verbrennung stattfindet, auf. Unter normalen Fahrbedingungen muss das durch einen Verbrennungsmotor erzeugte Drehmoment zur Erfüllung der Betriebsanforderungen des Fahrers über einen weiten Bereich hinweg variieren. Die Kraftstoffeffizienz vieler Arten von Verbrennungsmotoren kann durch Variieren des Hubraums des Motors im Wesentlichen verbessert werden. Dies gestattet, dass das gesamte Drehmoment bei Bedarf zur Verfügung steht, kann jedoch durch die Nutzung eines geringeren Hubraums, wenn das gesamte Drehmoment nicht erforderlich ist, Pumpverluste beträchtlich reduzieren und die Kraftstoffeffizienz verbessern. Das heutzutage am weitesten verbreitete Verfahren zum Variieren des Hubraums ist die im Wesentlichen gleichzeitige Deaktivierung einer Gruppe von Zylindern. Bei diesem Ansatz wird den deaktivierten Zylindern kein Kraftstoff zugeführt und ihre zugehörigen Einlass- und Auslassventile werden, solange die Zylinder deaktiviert bleiben, geschlossen gehalten.
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Ein weiterer Motorsteueransatz, bei dem der effektive Hubraum eines Motors variiert wird, wird als „Skip Fire“-Motorsteuerung bezeichnet. Im Allgemeinen wird bei einer Skip Fire-Motorsteuerung das selektive Auslassen der Zündung gewisser Zylinder während ausgewählter Zündungsgelegenheiten beabsichtigt. Somit kann ein bestimmter Zylinder während eines Motorzyklus gezündet werden und kann dann während des nächsten Motorzyklus ausgelassen und dann während des nächsten selektiv ausgelassen oder gezündet werden. Skip Fire-Motorbetrieb unterscheidet sich von einer herkömmlichen Steuerung eines Motors mit variablem Hubraum, bei der ein festgelegter Satz von Zylindern im Wesentlichen gleichzeitig deaktiviert wird und deaktiviert bleibt, solange der Motor in demselben Modus mit variablem Hubraum bleibt. Somit ist die Folge spezieller Zylinderzündungen für jeden Motorzyklus während des Betriebs in einem bestimmten Modus mit variablem Hubraum stets genau gleich (solange der Motor in demselben Hubraummodus bleibt), wohingegen dies während Skip Fire-Betrieb oftmals nicht der Fall ist. Beispielsweise kann ein Achtzylindermotor mit variablem Hubraum die Hälfte der Zylinder (d. h. 4 Zylinder) deaktivieren, so dass er lediglich unter Einsatz der verbleibenden 4 Zylinder betrieben wird. Derzeit verfügbare im Handel erhältliche Motoren mit variablem Hubraum unterstützen in der Regel lediglich zwei oder höchstens drei Modi mit konstantem Hubraum.
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Im Allgemeinen ermöglicht der Skip Fire-Motorbetrieb eine feinere Steuerung des effektiven Motorhubraums, als unter Verwendung eines herkömmlichen Ansatzes mit variablem Hubraum möglich ist. Beispielsweise führt das Zünden jedes dritten Zylinders in einem Vierzylindermotor zu einem effektiven Hubraum, der ein Drittel des gesamten Motorhubraums beträgt, wobei es sich um einen anteiligen Hubraum handelt, der durch einfaches Deaktivieren eines Satzes von Zylindern nicht erzielbar ist. Theoretisch kann nahezu jeglicher effektive Hubraum unter Verwendung von Skip Fire-Steuerung erzielt werden, obgleich in der Praxis die meisten Implementierungen den Betrieb auf einen Satz verfügbarer Zündungsanteile, -folgen oder -muster beschränken. Die Anmelderin hat eine Reihe von Patenten eingereicht, die verschiedene Ansätze zur Skip Fire-Steuerung beschreiben. Beispielsweise beschreiben
US-Patent Nr. 7,849,835 ;
7,886,715 ;
7,954,474 ;
8,099,224 ;
8,131,445 ;
8,131,447 ;
8,464,690 ;
8,616,181 ;
8,839,766 ;
8,869,773 ;
9,086,020 ;
9,120,478 ;
9,175,613 ;
9,200,575 ;
9,291,106 ;
9,399,964 und andere eine Vielfalt an Motorsteuerungen, die für einen praktischen Betrieb einer großen Vielfalt an Verbrennungsmotoren in einem Skip Fire-Betriebsmodus sorgen. Auf jedes dieser Patente wird hier Bezug genommen.
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Die Anmelderin hat eine Reihe von Patenten eingereicht, die verschiedene Ansätze zur Skip Fire-Steuerung beschreiben. Beispielsweise beschreiben
US-Patent Nr. 8,099,224 ;
8,464,690 ;
8,651,091 ;
8,839,766 ;
8,869,773 ;
9,020,735 ;
9,086,020 ;
9,120,478 ;
9,175,613 ;
9,200,575 ;
9,200,587 ;
9,291,106 ;
9,399,964 und andere eine Vielfalt an Motorsteuerungen, die für einen praktischen Betrieb einer großen Vielfalt an Verbrennungsmotoren in einem dynamischen Skip Fire-Betriebsmodus sorgen. Auf jedes dieser Patente wird hier Bezug genommen. Viele dieser Patente beziehen sich auf die dynamische Skip Fire-Steuerung, bei der Zündungsentscheidungen, ob ein bestimmter Zylinder während eines bestimmten Arbeitszyklus auszulassen oder zu zünden ist, in Echtzeit getroffen werden - oftmals kurz vor Beginn des Arbeitszyklus und oftmals auf einer Basis von Zündungsgelegenheit zu Zündungsgelegenheit eines einzelnen Zylinders.
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Bei einigen Anwendungen, die als dynamisches Multi-Höhen-Skip Fire bezeichnet werden, können einzelne Zündungs-Arbeitszyklen absichtlich mit verschiedenen Zylinderabgabehöhen betrieben werden - das bedeutet unter Verwendung absichtlich verschiedener Luftladungs- und entsprechender Kraftstoffzufuhrhöhen. Beispielsweise beschreibt das
US-Patent Nr. 9,399,964 einige solcher Ansätze. Die Konzepte der Steuerung einzelner Zylinder, die bei dynamischem Skip Fire eingesetzt werden, können auch auf dynamischen Multi-Ladungshöhen-Motorbetrieb angewendet werden, bei dem alle Zylinder gezündet werden, jedoch einzelne Arbeitszyklen absichtlich mit verschiedenen Zylinderabgabehöhen betrieben werden. Dynamischer Skip Fire- und dynamischer Multi-Ladungshöhen-Motorbetrieb können zusammengefasst als verschiedene Arten des Motorbetriebs mit dynamischer Zündungshöhenmodulation angesehen werden, bei dem die Abgabe jedes Arbeitszyklus (z. B. Skip/Fire, hoch/niedrig, Skip/hoch/niedrig usw.) während des Betriebs des Motors, in der Regel auf einer Basis von Arbeitszyklus zu Arbeitszyklus (Zündungsgelegenheit zu Zündungsgelegenheit) eines einzelnen Zylinders, dynamisch bestimmt wird. Es versteht sich, dass sich der Motorbetrieb mit dynamischer Zündungshöhenmodulation von herkömmlichem variablem Hubraum unterscheidet, bei dem bei Eintreten des Motors in einen Betriebszustand mit reduziertem Hubraum ein definierter Satz von Zylindern auf allgemein dieselbe Art und Weise betrieben wird, bis der Motor in einen anderen Betriebszustand übergeht.
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Die vorliegende Anmeldung beschreibt eine Vielfalt an Techniken, durch die die Kraftstoffeffizienz von Fahrzeugen - und insbesondere von autonomen Fahrzeugen - durch Einsatz von Skip Fire, dynamischer Zündungshöhenmodulation und anderer Überlegungen hinsichtlich variablen Hubraums bei der Bestimmung eines Fahrprofils oder einer spezifischen Drehmomentanforderung verbessert werden kann.
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KURZDARSTELLUNG
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Eine Vielfalt an Verfahren, Vorrichtungen, Steuerungen und Algorithmen zur Bestimmung eines Motorbetriebsdrehmoments, das eine bessere Kraftstoffökonomie als ein angefordertes Motordrehmoment bei Bereitstellung einer Leistung, die zumindest nahe bei der liegt, die mit Betrieb bei dem angeforderten Motordrehmoment erzielt würde, bietet. Einige der beschriebenen Vorrichtungen und Ansätze eignen sich besonders gut zur Verwendung in Verbindung mit autonomen Fahrzeugen.
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Bei einem Aspekt wird ein vorgeschlagener effektiver Arbeitshubraum mit der höchsten Kraftstoffeffizienz zur Bereitstellung einer Motorsollleistung unter mehreren potentiell zur Verfügung stehenden effektiven Arbeitshubräumen, die zur Bereitstellung der Motorsollleistung geeignet sind, bestimmt. Es erfolgt dann eine Bestimmung, ob es ein alternatives Motordrehmoment gibt, das eine bessere zugeordnete Kraftstoffökonomie als das Motorsolldrehmoment aufweist, wobei das alternative Motordrehmoment nahe an dem Motorsolldrehmoment liegt, sich jedoch davon unterscheidet. Wenn bestimmt wird, dass es ein alternatives Motordrehmoment gibt, das eine bessere Kraftstoffökonomie als das Motorsolldrehmoment aufweist, und sich für die gegenwärtige Verwendung eignet, wird der Motorbetrieb dahingehend geleitet, das alternative Motordrehmoment bereitzustellen.
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Bei einigen Ausführungsformen erfolgt eine Bestimmung, ob es einen zur Verfügung stehenden Alternativen effektiven Arbeitshubraum, der sich zur Verwendung unter gegenwärtigen Betriebsbedingungen eignet, gibt, der zur Bereitstellung von nahezu dem Motorsolldrehmoment mit besserer Kraftstoffökonomie als der vorgeschlagene effektive Arbeitshubraum in der Lage ist. Wenn dem so ist, wird der Motor mit dem alternativen effektiven Arbeitshubraum zur Bereitstellung einer Motorleistung, die unter der Motorsollleistung, jedoch nahe bei dieser liegt, betrieben.
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Bei einem weiteren Aspekt ist eine autonome Fahreinheit dazu konfiguriert, unter Verwendung von Kraftstoffökonomieinformationen, die mit verschiedenen effektiven Arbeitshubräumen in Zusammenhang stehen, bei der Bestimmung des angeforderten Drehmoments ein angefordertes Drehmoment zu bestimmen. Bei einigen Ausführungsformen wird die Gesamtkraftstoffökonomie mehrerer Fahrzeuge in einer Kolonne bei der Bestimmung eines effektiven Arbeitshubraums verwendet.
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Bei einer weiteren Ausführungsform ist ein autonomes Fahrzeug dazu konfiguriert, seinen Motor mit einer Hubraumgröße zu betreiben, die die Kraftstoffeffizienz bei Halten des Fahrzeugbetriebs innerhalb eines Geschwindigkeitsbereichs und Bereitstellen akzeptabler NVH-Eigenschaften maximiert.
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Figurenliste
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Die Erfindung und deren Vorteile werden am besten durch Bezugnahme auf die folgende Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen verstanden; in den Zeichnungen zeigen:
- 1 ein Blockdiagramm, das die Architektur einer beispielhaften Skip Fire-Motorsteuerung darstellt.
- 2 ein Blockdiagramm, das die Architektur eines Skip Fire-Motorsteuerung einsetzenden Motorsteuerschemas zum autonomen Fahren gemäß einer Ausführungsform darstellt.
- 3 ein Blockdiagramm, das die Architektur eines Skip Fire-Motorsteuerung einsetzenden Motorsteuerschemas zum autonomen Fahren gemäß einer zweiten Ausführungsform darstellt.
- 4 ein Ablaufdiagramm, das ein beispielhaftes Verfahren zur Bestimmung einer Drehmomentanforderung basierend auf Überlegungen zur Skip Fire-basierten Kraftstoffeffizienz darstellt.
- 5 ein Blockdiagramm, das die Architektur eines Skip Fire- und Mikrohybrid-Motorsteuerung einsetzenden Motorsteuerschemas zum autonomen Fahren gemäß einer dritten Ausführungsform darstellt.
- 6 ein Blockdiagramm, das die Architektur eines Skip Fire-Motorsteuerung einsetzenden Motorsteuerschemas zum autonomen Fahren gemäß einer vierten Ausführungsform darstellt.
- 7 ein beispielhaftes Fahrprofil, das einer beispielhaften Fahrt zugeordnet ist.
- 8 ein beispielhaftes Fahrprofil, das der Steuerung in einem Geschwindigkeitsbereich anstatt der Steuerung auf eine festgelegte konstante Geschwindigkeit zugeordnet ist.
- 9 ein Ablaufdiagramm, das ein beispielhaftes Verfahren zur Bestimmung eines Betriebsdrehmomentprofils, das die Kraftstoffeffizienz maximiert, basierend auf einem vorgeschlagenen Geschwindigkeitsbereich, akzeptablen NVH-Eigenschaften und einem Zeitabstand darstellt.
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In den Zeichnungen werden gelegentlich gleiche Bezugszeichen zur Bezeichnung gleicher Strukturelemente verwendet. Es versteht sich, dass die Darstellungen in den Figuren schematisch und nicht maßstabsgerecht sind.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Die meisten Skip Fire-Motorsteuerungen haben einen definierten Satz von Zündungsmustern oder Zündungsanteilen, die während Skip Fire-Betrieb des Motors verwendet werden können. Jedes Zündungsmuster/jeder Zündungsanteil hat einen entsprechenden effektiven Motorhubraum. Oftmals ist der Satz von Zündungsmustern/-anteilen, die unterstützt werden, relativ begrenzt - beispielsweise kann ein bestimmter Motor auf den Einsatz von Zündungsanteilen von 1/3, 1/2, 2/3 und 1 beschränkt sein. Andere Skip Fire-Steuerungen ermöglichen den Einsatz von wesentlich mehr einzigartigen Zündungsmustern oder -anteilen. Beispielsweise ermöglichen einige von der Anmelderin konstruierte Skip Fire-Steuerungen den Betrieb mit einem beliebigen Zündungsanteil zwischen null (0) und eins (1) mit einem ganzzahligen Nenner von neun (9) oder weniger. Eine derartige Steuerung hat einen Satz von 29 potentiellen Zündungsanteilen, insbesondere:0, 1/9, 1/8, 1/7, 1/6, 1/5, 2/9, 1/4, 2/7, 1/3, 3/8, 2/5, 3/7, 4/9, 1/2, 5/9, 4/7, 3/5, 5/8, 2/3, 5/7, 3/4, 7/9, 4/5, 5/6, 6/7, 7/8, 8/9 und 1. Obgleich 29 potentielle Zündungsanteile möglich sein können, eignen sich nicht alle Zündungsanteile zum Einsatz unter jeglichen Umständen. Stattdessen gibt es zu einem beliebigen gegebenen Zeitpunkt möglicherweise einen viel stärker begrenzten Satz von Zündungsanteilen, die zur Bereitstellung des Motorsolldrehmoments unter Erfüllung von Herstellerauflagen in Bezug auf Fahrbarkeit und Geräusche, Vibrationen und Rauigkeit (NVH) in der Lage sind. Das Zündungsmuster oder der Zündungsanteil eines Motors kann auch als ein effektiver Arbeitshubraum ausgedrückt werden, der den durchschnittlichen Hubraum des Motors, der zur Erzeugung von Drehmoment durch Verbrennung von Kraftstoff unter den gegenwärtigen Betriebsbedingungen eingesetzt wird, angibt.
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In der Regel bestimmt eine Motorsteuerung das Motorsolldrehmoment/angeforderte Motordrehmoment basierend auf der Fahreranforderung (z. B. Fahrpedalstellung) plus der von einem Nebenaggregat (z. B. Klimaanlage, Lichtmaschine/Generator usw.) angelegten Last. Im Falle eines selbstfahrenden Fahrzeugs kann die Antriebsdrehmomentanforderung von einer autonomen Fahreinheit (ADU - Autonomous Driving Unit) getätigt werden. Während des Betriebs bestimmt die Skip Fire-Steuerung einen angemessenen Zündungsanteil/ein angemessenes Zündungsmuster zur Bereitstellung des angeforderten Drehmoments, wobei oftmals andere relevante Motor- oder Fahrzeugbetriebsparameter, wie z. B. Motordrehzahl, Gang, Fahrzeuggeschwindigkeit usw., berücksichtigt werden. Unter einigen Umständen können auch Umweltfaktoren, wie z. B. Straßenrauigkeit oder Umgebungsgeräuschpegel, bei der Bestimmung des gewünschten Zündungsanteils/-musters verwendet werden. Bei der Zündungsanteilauswahl nach dem Stand der Technik wird im Allgemeinen die Auswahl des kraftstoffoptimalen Zündungsanteils, der das angeforderte Drehmoment bereitstellen kann und die zugewiesenen Anforderungen hinsichtlich NVH und Fahrbarkeit erfüllen kann, in Betracht gezogen.
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In den meisten Fällen führen für jegliche gegebene Motorleistung Zündungsanteile/-muster mit einer geringeren Zündungdichte zu einer höheren Kraftstoffeffizienz als Muster/Anteile mit höherer Zündungsdichte. Somit besteht ein gewöhnlicher Ansatz darin, den niedrigsten Zündungsanteil, der das angeforderte Motordrehmoment unter Erfüllung jeglicher auferlegten Fahrbarkeitsanforderungen und/oder anderer Konstruktionsanforderungen bereitstellen kann, auszuwählen.
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Unabhängig von der Anzahl an zur Verfügung stehenden Zündungsmustern/-anteilen gibt es Zeitpunkte, zu denen das angeforderte Drehmoment etwas über einem oberen Drehmomentschwellenwert, der einem bestimmten Zündungsanteil unter den gegenwärtigen Bedingungen zugeordnet ist, liegt. Unter derartigen Umständen weist die Skip Fire-Steuerung den Einsatz eines höheren Zündungsanteils, der in der Regel mit einer geringeren Kraftstoffeffizienz einhergeht, an oder empfiehlt dies. Als spezifisches Beispiel werden bestimmte Fahrbedingungen (z. B. Betrieb im dritten Gang mit einer Motordrehzahl von 1000 U/min) zusammen mit einer bestimmten Drehmomentanforderung (z. B. 73,5 Nm (netto)) angenommen. Unter derartigen Bedingungen kann eine Skip Fire-Steuerung den Einsatz eines Zündungsanteils von 2/3 empfehlen, was zu einem Kraftstoffdurchfluss von 0,645 Gramm pro Sekunde führen kann. Hätte die Steuerung ein etwas geringeres Drehmoment, z. B. 73 Nm, angefordert, hätte die Skip Fire-Steuerung möglicherweise den Einsatz eines Zündungsanteils von ½ empfohlen, was einen entsprechenden Kraftstoffdurchfluss von 0,586 Gramm pro Sekunde bedeuten kann. Somit kann in dem speziell beschriebenen Fall eine Reduzierung der Drehmomentanforderung um 0,5 Nm - wobei es sich um weniger als 1 % handelt, zu einer Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs von nahezu 10 % führen.
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Es wird angenommen, dass die meisten Kraftfahrzeughersteller der Implementierung von Leistungsbereitstellungsschemata, die dem Fahrer weniger Leistung als unter den beschriebenen Arten von Umständen angefordert liefern, stark abgeneigt sind. Dies ist größtenteils auf den Eindruck zurückzuführen, dass das Fahrerlebnis verschlechtert wird, wenn das Solldrehmoment nicht bereitgestellt wird, und der Fahrer durch Ändern der Drehmomentanforderung reagiert (z. B. durch stärkeres Drücken des Fahrpedals, wenn zu wenig Drehmoment bereitgestellt wird). Diese nachfolgende Reaktion erschwert die Bereitstellung einer optimal effizienten Drehmomentbereitstellung. Bei autonomem Fahren ist es jedoch weniger wahrscheinlich, dass den Insassen derartige kleinere Variationen wichtig sind, so dass ein derartiger Kompromiss für eine autonome Fahreinheit (ADU) vollkommen akzeptabel sein kann. In solchen Situationen kann die ADU die Gesamtkraftstoffeffizienz durch Berücksichtigen dieser Art von Auswirkungen auf die Kraftstoffeffizienz bei der Festlegung einer zu einem beliebigen gegebenen Zeitpunkt anzufordernden Drehmomenthöhe verbessern. Natürlich können dieselben Überlegungen zur Kraftstoffeffizienz bei der Bestimmung der Drehmomentanforderung während des normalen (nicht autonomen) Fahrens verwendet werden, wenn der Kompromiss für den Fahrer/Steuerungsentwickler akzeptabel ist. Die vorliegende Anmeldung beschreibt Methoden zur Verbesserung der Kraftstoffökonomie durch Ausnutzen dieser Arten von Kompromissen - insbesondere während des autonomen Fahrens.
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Es kann auch Umstände geben, wo der einer Fahrt zugeordnete Kraftstoffgesamtverbrauch durch Bereitstellen von mehr Drehmoment als normalerweise angefordert würde, reduziert werden kann. Beispielsweise kann unter Verwendung der oben erörterten Bedingungen der Betrieb mit einem Zündungsanteil von ½ zur Bereitstellung eines angeforderten Drehmoments von 72 Nm weniger effizient als die Bereitstellung von 73 Nm Drehmoment sein, wenn der Krümmerdruck zur Ermöglichung der Bereitstellung von 72 Nm Drehmoment (aufgrund erhöhter Pumpverluste) reduziert werden muss. Unter derartigen Umständen kann eine ADU entscheiden, zur Verbesserung der Kraftstoffeffizienz ein etwas höheres Drehmoment anzufordern. Es werden auch Methoden zum Ausnutzen dieser Arten von Kraftstoffeffizienzzunahmen beschrieben.
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Unter zunächst erfolgender Bezugnahme auf 1 wird ein detaillierter Überblick der Logik von Skip Fire-Motorsteuerung nach dem Stand der Technik beschrieben. Bei der dargestellten Ausführungsform erfasst und verarbeitet ein Fahrer 5 Realitätsinformationen 6 und drückt auf ein Fahrpedal zur Steuerung der Leistung des Motors. Die Fahrpedalstellung kann von einer Skip Fire-Motorsteuerung oder einem Motorsteuergerät (ECU) 13 effektiv als eine Drehmomentanforderung 11 behandelt werden. Das ECU 13 bestimmt einen angemessenen Zündungsanteil 16 und andere zugeordnete Fahrzeug- und Motorbetriebsparameter 19, wie z. B. Drehmomentwandlerschlupf, Getriebegang, Drosselklappenstellung, Ventilsteuerzeiten usw., die zur Bereitstellung des angeforderten Drehmoments geeignet sind. Der ausgewählte Zündungsanteil 16 wird von einer Zündungssteuerung 22 zur Bestimmung des spezifischen Zündungszeitpunkts verwendet. Die Zündungsentscheidungen werden der Skip Fire-Motorsteuerung mitgeteilt, die die Kenntnis der spezifischen Zündungsentscheidungen bei der Steuerung jeglicher Motor-, Antriebsstrang- oder Fahrzeugparameter, die zum Teil auf spezifischen Zündungsentscheidungen oder der Zylinderzündungshistorie basieren, nutzen kann. Beispiele für die Parameter, die von spezifischen Zündungsentscheidungen und/oder der Zündungshistorie beeinflusst werden, umfassen die Ventilsteuerung zur Steuerung von Zylinderdeaktivierung/-aktivierung, Kraftstoffeinspritzentscheidungen, eingespritzte Kraftstoffmasse und Zündzeitpunktsteuerung.
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2 ist ein detaillierter Überblick der Logik einer Skip Fire-Motorsteuerung einsetzenden Motorsteuerung zum autonomen Fahren gemäß einer spezifischen Ausführungsform, die zu 1 allgemein analog ist. Bei dieser Ausführungsform ersetzt eine ADU 35 effektiv den Fahrer, indem sie Eingänge 37 von Sensoren oder anderen Quellen, die Realitätsinformationen hinsichtlich ihrer näheren Umgebung erfassen, empfängt. Derartige Eingänge können Informationen umfassen, die durch Kommunikation mit anderen Fahrzeugen, von einem Positionsbestimmungssystem (GPS), von Verkehrszeichen usw. erhalten werden. Die ADU bestimmt die Antriebsdrehmomentanforderungen basierend auf ihren eigenen Algorithmen. Bei einigen Ausführungsformen ist die ADU dazu in der Lage, den Betrieb des Fahrzeugs in einem Selbstfahrmodus vollständig zu steuern. Dies kann die gesamte Fahrtplanung bei einem fahrerlosen Fahrzeug oder Autopilotmodus in einem Fahrzeug, das auch durch manuelle Steuerung betrieben werden kann, beinhalten. Allgemeiner kann die ADU eine Vorrichtung oder ein Modus sein, die bzw. der die Antriebsdrehmomentanforderung bestimmt. Beispielsweise kann eine moderne Geschwindigkeitsregelungsvorrichtung im Zusammenhang mit dieser Ausführungsform als eine ADU dienen, da sie die Antriebsdrehmomentanforderung lenkt.
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Die ADU 35 verarbeitet alle relevanten Eingänge und führt einer Skip Fire-Motorsteuerung (ECU) 13 basierend auf diesen Eingängen eine Antriebsdrehmomentanforderung 11 zu. Die Skip Fire-Motorsteuerung 13 und die Zündungssteuerung 22 werden im Wesentlichen genauso wie zuvor unter Bezugnahme auf 1 beschrieben betrieben. Ein Unterschied besteht darin, dass die Skip Fire-Motorsteuerung 13 die ADU mit Informationen versorgen kann, die die zu erwartende Kraftstoffeffizienz, die verschiedenen Drehmomentanforderungen zugeordnet ist, basierend auf dem gegenwärtigen Motorzustand (d. h. unter den gegenwärtigen Betriebsbedingungen) angeben, wie durch Linie 39 dargestellt wird. Derartige Drehmoment-/Kraftstoffeffizienzdaten können dann von der ADU dahingehend verwendet werden, Überlegungen zur Skip Fire-basierten Kraftstoffeffizienz in die Bestimmung der anfänglichen Antriebsdrehmomentanforderung 11 zu integrieren. Die ADU kann die zündenden Zylinder zur Maximierung der Kraftstoffeffizienz an einem Betriebspunkt bei oder in der Nähe ihres minimalen spezifischen Kraftstoffverbrauchs (BSFC) betreiben. Beispielsweise können die gezündeten Zylinder mit einem BSFC innerhalb von 2 %, 5 %, 10 % oder 20 % vom minimalen BSFC betrieben werden.
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3 stellt einen detaillierten Überblick der Logik eines alternativen ADU-basierten Steuerschemas bereit. Bei dieser Ausführungsform wirken die Zündungsanteileinheit 51 und die ADU 35 dahingehend zusammen, den Sollzündungsanteil zu bestimmen, der zusammen mit dem angeforderten Drehmoment dem ECU 13 übermittelt wird, wie durch Linie 12 dargestellt wird. Das ECU 13 informiert die Zündungssteuerung 22 über den Sollzündungsanteil und weist entsprechend die verschiedenen Motoreinstellungen zum Skip Fire-Betrieb des Motors, der das Solldrehmoment bereitstellt, an.
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Bei der dargestellten Ausführungsform bestimmt die Zündungsanteileinheit 51 die Zündungsanteile, die zur Verwendung bei den gegenwärtigen Betriebsbedingungen zur Verfügung stehen, und identifiziert die spezifischen Zündungsanteile, die in Verbindung mit verschiedenen Drehmomentanforderungen verwendet werden sollten. Die Zündungsanteileinheit übermittelt der ADU diese Informationen zusammen mit entsprechenden Kraftstoffverbrauchsdaten. Die ADU verwendet diese Kraftstoffverbrauchsinformationen bei der Bestimmung der angemessenen Drehmomentanforderung. Das Solldrehmoment wird dann zusammen mit dem zugehörigen Zündungsanteil, der von der Zündungsanteileinheit 51 bereitgestellt wurde, an das ECU gesendet.
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Beim Treffen einer Entscheidung hinsichtlich der Skip Fire-basierten Kraftstoffökonomie ist es wichtig, dass es sich bei der in Betracht gezogenen Drehmomentanforderung um die Drehmomentgesamtanforderung und nicht lediglich die Antriebsdrehmomentanforderung (wobei es sich um das für den Triebstrang gedachte Drehmoment handelt) handelt. Die Drehmomentgesamtanforderung umfasst jegliche Nebenaggregatdrehmomentlasten (z. B. die Last(en), die von einer Klimaanlage, einer Lichtmaschine usw. angelegt wird (werden)). Bei jeglicher Art von Hybridfahrzeug (darunter Vollhybride, Mildhybride, Minihybride, Mikrohybride usw.) würde es auch jegliche von jeglichem (jeglichen) Motor/Generator (Motoren/Generatoren) aufgebrachte Drehmomentlast (oder Drehmomentzusatz) umfassen. Ein potentieller Vorteil der Architektur von 2 besteht darin, dass das ECU Kenntnis der Drehmomentanforderungen der Nebenaggregate hat und somit den Einfluss derartiger Lasten bei den Zündungsanteil- und Kraftstoffverbrauchsbestimmungen ohne Weiteres einbeziehen kann. Wenn die Kraftstoffeffizienzdaten von einer anderen Quelle, wie z. B. der Zündungsanteileinheit 51, kommen, wäre die ADU typischerweise dafür verantwortlich, die von den Nebenaggregaten aufgebrachten Drehmomentlasten zu kennen und auszugleichen, wodurch die ADU-Konstruktion tendenziell verkompliziert wird.
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Obgleich lediglich einige wenige spezifische Skip Fire-Steuerarchitekturen ausdrücklich gezeigt werden, versteht sich, dass die beschriebene Funktionalität auch unter Verwendung einer Vielzahl von anderen Steuerarchitekturen erzielt werden kann. Bei verschiedenen Ausführungsformen können beliebige der ADU-Funktionalität, der Motorsteuerungsfunktionalität, der Zündungsanteilbestimmungsfunktionalität, der Kraftstoffinformationsbestimmungsfunktionalität und der Zündungssteuerungsfunktionalität zu integrierten Einheiten kombiniert werden, oder ihre jeweiligen Funktionalitäten können auf mehrere Komponenten verteilt werden, die auf eine beliebige Art und Weise, die für eine bestimmte Implementierung als geeignet erachtet wird, integriert sein können. Unabhängig von der genauen Implementierungsarchitektur können Nebenaggregatdrehmomente in Verbindung mit dem Motordrehmoment zur Optimierung des Fahrzeugkraftstoffverbrauchs über ein vorausgesagtes oder Ist-Fahrprofil gemanagt werden. Wenn beispielsweise die optimale Kombination von Fahrzeuggeschwindigkeit und Zündungsdichte zu einem Drehmoment führt, das zum Halten der gegebenen Fahrzeuggeschwindigkeit zu hoch oder zu niedrig ist, kann Drehmoment durch Planung der Lichtmaschine, des Hybridmotors, der Klimaanlage, des Generators usw. entsprechend hinzugefügt/abgezogen werden.
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Als nächstes wird unter Bezugnahme auf 4 ein nicht ausschließliches Verfahren zur Bestimmung der Drehmomentanforderung zum Teil basierend auf Skip Firebezogenen Überlegungen zur Kraftstoffeffizienz beschrieben. Bei der dargestellten Ausführungsform bestimmt eine ADU 35 bei Schritt 301 ein vorgeschlagenes Drehmoment basierend auf einem Fahrplan in Verbindung mit gegenwärtigen und/oder erwarteten Fahrbedingungen. Die Ausgereiftheit der vorgeschlagenen Drehmomentberechnung kann von Implementierung zu Implementierung stark variieren. Bei einigen Ausführungsformen basiert das vorgeschlagene Drehmoment größtenteils auf einer Fahrzeugsollgeschwindigkeit, wobei eine sehr einfache Version davon auf Geschwindigkeitsregelungskonzepten basieren könnte. Ausgereiftere ADUs können eine Drehmomentbestimmung unter Verwendung jeglicher erfassten Parameter oder Informationen, die dem Fahrzeug von externen Netzen und/oder von in der Nähe befindlichen drahtlos verbundenen Fahrzeugen zur Verfügung stehen, vornehmen.
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Für jegliche gegebene Drehmomentanforderung kann der Zündungsanteil mit der höchsten Kraftstoffeffizienz, der zur Bereitstellung des angeforderten Drehmoments unter den gegenwärtigen Betriebsbedingungen in der Lage ist und dabei innerhalb gewünschter Fahrbarkeitsauflagen bleibt, ohne Weiteres gemäß der Darstellung durch Schritt 303 bestimmt werden. Beispielhaft ist die Motorsteuerung 13 bei der Ausführungsform von 2 dahingehend ausgelegt, den Betriebszündungsanteil basierend auf einem angeforderten Drehmoment zu bestimmen. Bei der Ausführungsform von 3 bestimmt die Zündungsanteileinheit 51 den Zündungsanteil, der für verschiedene Drehmomenthöhenanforderungen geeignet wäre. Sobald der Zündungsanteil und die Drehmomentanforderung bekannt sind, können die zugehörigen Kraftstoffeffizienzinformationen ohne Weiteres bestimmt werden. Allgemeiner können für jegliche gegebenen Betriebsbedingungen (z. B. Motordrehzahl, Gang usw.) der Zündungsanteil, der für jegliche gegebene Drehmomentanforderung geeignet wäre, sowie die entsprechenden Kraftstoffverbrauchseigenschaften ohne Weiteres geschätzt werden.
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Bei Schritt 305 erhält die ADU Informationen hinsichtlich der verschiedenen Drehmomenthöhenanforderungen zugeordneten Kraftstoffeffizienz. Diese Kraftstoffökonomiedaten können von einer Vielfalt verschiedener Quellen erhalten werden. Beispielsweise werden bei der Ausführungsform von 2 die Kraftstoffeffizienzdaten für verschiedene Drehmomentanforderungen von der Motorsteuerung 13 bereitgestellt. Bei anderen Ausführungsformen kann eine separate Zündungsanteilberechnungsvorrichtung 51 dahingehend ausgelegt sein, einen Satz potentieller Zündungsanteile zu identifizieren und ihre zugeordneten Kraftstoffökonomie Eigenschaften gemäß der Darstellung in der Ausführungsform von 3 zu schätzen. Unter noch anderen Umständen kann die ADU Algorithmen umfassen oder Zugang zu Nachschlagetabellen haben, die die erwarteten Kraftstoffverbrauchsraten (oder andere geeignete Messwerte der Kraftstoffökonomie) bei verschiedenen angeforderten Drehmomenthöhen basierend auf gegenwärtigen Betriebsbedingungen (z. B. Motordrehzahl, Gang, verschiedene Motoreinstellungen usw.) schätzen.
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Die ADU nutzt die Kraftstoffökonomieinformationen bei Schritt 307 zur Bestimmung, ob es eine alternative Drehmomentanforderungshöhe, deren Leistungshöhe nahe bei jener der vorgeschlagenen Drehmomentanforderung liegt, gibt, die eine bessere Kraftstoffökonomie als die vorgeschlagene Drehmomentanforderung aufweist. Wenn dem so ist, bestimmt die ADU bei Schritt 309, ob die alternative Drehmomenthöhe zur Verwendung bei dem gegenwärtigen Fahrplan geeignet ist. Wenn bestimmt wird, dass die alternative Drehmomenthöhe, die eine höhere Kraftstoffeffizienz aufweist, zur Verwendung geeignet ist, wird die alternative Drehmomenthöhe als die Drehmomentanforderung gesendet, wie durch Schritt 315 dargestellt wird. Wenn es keine nahe liegenden alternativen Drehmomenthöhen, die eine höhere Kraftstoffeffizienz aufweisen, gibt (gemäß der Bestimmung bei Schritt 307) oder wenn bestimmt wird, dass derartige alternative Drehmomenthöhen nicht zur Verwendung unter den gegebenen Bedingungen geeignet sind (gemäß der Bestimmung bei Schritt 309), wird das vorgeschlagene Drehmoment als die Drehmomentanforderung an das ECU gesendet, wie durch 311 dargestellt wird. In einigen Fällen kann der Motor durch die dem Zündungsanteil zugeordnete Drehmomenthöhe an oder in der Nähe seiner akzeptablen NVH-Grenze betrieben werden. Im Allgemeinen werden die zündenden Zylinder bei oder in der Nähe ihres minimalen BSFC-Werts betrieben.
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Es versteht sich, dass die Schwellenwerte, die damit in Zusammenhang stehen, welche alternativen Drehmomenthöhen berücksichtigt werden sollten, und die Bestimmung, welche alternativen Drehmomenthöhen geeignet sind, beides relative Bestimmungen sind, die basierend auf der Ausgereiftheit der ADU stark variieren können. Beispielsweise kann die ADU bei einigen Ausführungsformen dahingehend ausgelegt sein, lediglich alternative Drehmomentanforderungen, die innerhalb eines vorgeschriebenen Schwellenbereichs des angeforderten Drehmoments - z. B. innerhalb von X% vom erwarteten Drehmoment, wie beispielsweise innerhalb von 1 %, 2 % oder 5 %, liegen und eine bessere Kraftstoffeffizienzzunahme aufweisen, zu beachten. Oftmals können relativ geringe Änderungen bei der Drehmomentabgabe völlig akzeptabel sein, jedoch in anderen Fällen, z. B. beim Einfädeln in den Verkehr, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit zu sehr von einer von der ADU bestimmten Sollgeschwindigkeit abzuweichen beginnt, oder wenn sich das Fahrzeug in dichtem Verkehr bewegt, können Variationen bei der Drehmomentanforderung weniger akzeptabel sein. Wie nachstehend beschrieben wird, kann die ADU auch das Einschalten oder Ausschalten eines Nebenaggregats, wie z. B. einer Klimaanlage, in Betracht ziehen.
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Unter anderen Umständen kann eine längerfristige Planung damit verbunden sein. Wenn beispielsweise ein in Verbindung stehendes Fahrzeug Kenntnis über bevorstehende Straßenbedingungen, wie z. B. Berge, Staugebiete, Stoppschilder oder rote Verkehrsampeln, Änderungen bei der Geschwindigkeitsbegrenzung usw., hat, können diese variablen in die Berechnung des vorgeschlagenen Drehmoments oder einen Fahrplan entsprechend integriert werden. Wenn beispielsweise ein bevorstehender Anhalte- oder Verzögerungsvorgang erwartet wird, kann die ADU bestimmen, dass das Drehmoment früher reduziert wird, als es möglicherweise ansonsten reduziert würde. Als spezifisches Beispiel kann die ADU, wenn sie Kenntnis darüber hat, dass eine demnächst anzutreffende Verkehrsampel für ein gegebenes Zeitfenster rot sein wird, bei der Bestimmung des Fahrplans zwischen der gegenwärtigen Position und der Verkehrsampel sehr viel Spielraum haben, was zu zusätzlichen Kraftstoffeinsparungen führen kann. Die spezifischen Drehmomentanforderungswerte, die während dieses Zeitraums verwendet werden, können basierend auf Skip Fire-spezifischen Kraftstoffökonomieinformationen bestimmt werden.
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Darüber hinaus kann das Bremsgeschwindigkeit-Abstand-Profil bei Fahrzeugen mit regenerativem Bremsen dahingehend geändert werden, eine Zunahme des regenerativen Bremsens zu gestatten. Beispielsweise kann eher in DCCO (Deceleration Cylinder Cut-Off - Zylinderabschaltung bei Verzögerung) eingetreten werden. Die Verwendung von Skip Fire-Steuerung in Verbindung mit DCCO wird in der
US-Patentanmeldung Nr. 15/009,533 beschrieben, auf die hier Bezug genommen wird. Gleichermaßen kann die Flexibilität bei der Planung für andere Verkehrs- und Straßenbedingungen, darunter bevorstehende Berge, Änderungen der Geschwindigkeitsbegrenzung, Stau usw., zu noch größeren Kraftstoffeinsparungen führen. Auf diese Weise kann sogar negativen Drehmomentanforderungen Rechnung getragen werden. Durch die Berücksichtigung von Überlegungen zur Skip Fire-basierten Kraftstoffökonomie bei der Bestimmung von Fahrplandrehmomentanforderungen kann die Gesamtkraftstoffeffizienz für eine Fahrt verbessert werden.
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Beim Treffen dieser Drehmomentanforderungsbestimmungen kann die ADU auf eine große Vielfalt an verschiedenen Eingängen sowohl von Sensoren als auch von anderen Quellen zurückgreifen. Diese können GPS und Kartendaten umfassen, die eine große Vielfalt an Informationen bereitstellen können, darunter die gegenwärtige Position des Fahrzeugs, die umliegende Topographie (z. B. bevorstehende Berge usw.), Geschwindigkeitsbegrenzungen, Verkehrsregelungsvorrichtungen, wie z. B. Stoppschilder usw. Eine Vielfalt an Sensoren, wie z. B. Kameras, LIDAR (Light Imaging, Distance and Ranging) und RADAR (Radio Detection And Ranging), können Informationen über Fahrzeuge und Hindernisse in der Umgebung bereitstellen, darunter Informationen zu ihren jeweiligen Geschwindigkeiten. In Verbindung stehende Fahrzeuge ermöglichen eine Kommunikation zwischen Fahrzeugen (z. B. Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation) und Kommunikation mit der Infrastruktur (Infrastrukturzu-Fahrzeug-Kommunikation oder umgekehrt) - die eine große Vielfalt an zusätzlichen Informationen bereitstellen können, die für die ADU nützlich sind - darunter beispielsweise den erwarteten Status von Verkehrsregelungsvorrichtungen (z. B. Verkehrsampeltaktung), Fahrzeugtrajektorie (z. B. Änderungen bei der Steigung oder Richtung), Straßenbedingungen (z. B. auf der weiteren Strecke gibt es einen Unfall oder langsam fahrenden Verkehr, auf der weiteren Strecke gibt es Eis oder andere glatte Straßenbedingungen usw.), Kenntnis darüber, was andere Fahrzeuge machen oder demnächst machen (z. B. das vorausfahrende Fahrzeug wird demnächst beschleunigen oder verzögern, die Spur wechseln usw.), die Möglichkeit zum Windschattenfahren oder Platooning von hintereinander fahrenden Fahrzeugen zur Reduzierung des Luftwiderstands. Jegliche dieser Variablen können für die Bestimmung eines Fahrplans relevant sein. Natürlich sind die Arten von Informationen, die erhalten und in Verbindung mit der Gestaltung eines Fahrplans und/oder Augenblicksentscheidungen hinsichtlich der Drehmomentanforderung verwendet werden, lediglich durch den Einfallsreichtum von Konstrukteuren der ADU und verbundenen Fahrzeugsystemen beschränkt. Durch die Kenntnis dieser Art von Informationen kann die ADU die erwarteten Fahrvorgänge besser vorhersagen, was in Kombination mit der Kenntnis von Daten zur Skip Fire-basierten Kraftstoffeffizienz den Betrieb des Fahrzeugs auf eine Art und Weise, die die Kraftstoffökonomie beträchtlich verbessert, ermöglichen kann. In einigen Fällen wird der Motor beispielsweise möglicherweise überhaupt nicht betrieben, wenn der Motor abgeschaltet ist und die ADU bestimmt, dass lediglich leichtes Kriechen erforderlich ist, kann der Elektromotor dahingehend angetrieben werden, die erforderliche Antriebskraft bereitzustellen, während der Motor abgeschaltet bleibt.
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Unter nun erfolgender Bezugnahme auf 5 wird noch eine weitere Ausführungsform beschrieben. Diese Ausführungsform ist der Ausführungsform von 3 recht ähnlich, wird jedoch in Verbindung mit einem Hybridfahrzeug mit einem Elektromotor/Generator, der in Verbindung mit Skip Fire-Betrieb eines Verbrennungsmotors verwendet wird, verwendet. Jegliche Art von Elektromotor/Verbrennungsmotor-Hybrid kann eingesetzt werden, darunter unter anderem Hybride, Mildhybride und Mikrohybride. Ein Vorteil des Hybrid/Skip Fire-Ansatzes besteht darin, dass, wenn Kraftstoffeffizienzzunahmen durch geringfügiges Reduzieren der Leistung des Motors erzielt werden können, der Elektromotor dazu verwendet werden kann, das Defizit auszugleichen, so dass die gesamte Sollleistung erlangt werden kann. Somit kann die ADU 35, wenn sie bestimmt, dass die Kraftstoffeffizienz des Motors durch Reduzieren der Motordrehmomentanforderung verbessert werden kann, eine dahingehende Anweisung 58, dem Triebstrang das entsprechende Maß an Drehmoment zur Gewährleistung, dass das gesamte Solldrehmoment bereitgestellt wird, hinzuzufügen, an einen Elektromotor senden kann. Dies kann besonders kraftstoffeffizient sein, wenn die dem Elektromotor zugeführte Energie aus regenerativem Bremsen oder kostengünstigen Energiequellen (z. B. Netzstrom oder in das Fahrzeug integrierte Solarpanels) erhalten wird.
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In einigen Fällen kann die Generatorfunktion von einem Elektromotor/Generator oder einem separaten Generator dazu verwendet werden, Drehmoment aus dem Triebstrang abzuziehen, wenn zu einem beliebigen gegebenen Zeitpunkt bestimmt wird, dass es kraftstoffeffizienter wäre, mehr Drehmoment als erforderlich bereitzustellen. Obgleich dieser Ansatz unter einigen Umständen gut funktionieren kann, muss die Gesamtfahrteffizienz von dem Generator/Motor und dem Speichersystem bei der Bestimmung, ob es insgesamt kraftstoffeffizienter ist, Drehmoment zur Erzeugung von Strom aus dem Triebstrang abzuziehen, als ein einfacher Betrieb mit der niedrigeren angeforderten Drehmomenthöhe, berücksichtigt werden. Bei der Entscheidung, ob Drehmoment aus dem Triebstrang abzuziehen ist, kann auch der gegenwärtige Ladestand der Batterie oder Kondensatorenergiespeichervorrichtung berücksichtigt werden.
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In 6 wird noch eine weitere Ausführungsform dargestellt. Diese Ausführungsform ähnelt auch der Ausführungsform von 3, mit der Ausnahme, dass die ADU eine Ermessenssteuerung über ein gewisses (gewisse) Nebenaggregat(e) 61 ausübt. In der Praxis kann es eine Vielzahl verschiedener Nebenaggregate geben, die für Motorlasten sorgen. Zwei der häufigsten Lastquellen, bei denen tendenziell höhere Lasten involviert sind, sind die Lichtmaschine/der Generator und die Klimaanlage. Wenn sich derartige Aggregate in Gebrauch befinden, können ihre jeweiligen Lasten die Drehmomentanforderung stark genug erhöhen, dass ein Übergang zu einem weniger kraftstoffeffizienten Zündungsanteil erforderlich wird. Es wird beispielsweise eine Betriebssituation angenommen, die dem obigen Beispiel etwas ähnelt, wobei die Antriebsdrehmomentanforderung 72 Nm (netto) beträgt und eine Lichtmaschine eine zusätzliche Last von 1,5 Nm anlegt, was zu einer Gesamtdrehmomentanforderung von 73,5 Nm (netto) führt, wie in dem obigen Beispiel erörtert wird. In solch einem Fall kann der Kraftstoffverbrauch beträchtlich verbessert werden, indem lediglich die Lichtmaschine dahingehend angesteuert wird, ihre Last zu reduzieren (z. B. eine Last von 1,0 Nm anstatt von 1,5 Nm anzulegen). Wenn sich die Antriebsdrehmomentanforderung später auf eine Höhe ändert, die sich nicht in der Nähe einer Zündungsanteileffizienzgrenze befindet, kann die Lichtmaschinenlast wieder auf ihre Sollhöhe oder sogar höher, um das während der Drehmomentreduzierung aufgetretene Defizit zum Teil auszugleichen, erhöht werden.
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Es versteht sich, dass das Drehmomentmanagement auch eine andere Richtung einschlagen könnte, wobei ein(e) Hybrid-Lichtmaschine (-Generator) Leistung aus dem Triebstrang entnimmt, um Strom zu erzeugen, der in einer Batterie oder einem Kondensator gespeichert werden kann. Beispielsweise kann eine Antriebsdrehmomentanforderung von 71 Nm mit kraftstoffeffizienteren 72 Nm, die von dem Motor erzeugt werden, erfüllt werden, wobei die (der) Hybrid-Lichtmaschine (-Generator) 1 Nm des Drehmoments zum Laden der Batterie in Anspruch nimmt.
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Unter vielen Fahrumständen kann diese Art von „geänderter“ Nebenaggregatsteuerung basierend auf Überlegungen zur Skip Fire-basierten Kraftstoffeffizienz für die Fahrzeuginsassen nahezu nicht spürbar sein.
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Es versteht sich des Weiteren, dass mit einigen der beschriebenen Ansätze die Entnahme von dem Nebenaggregat (z. B. der Klimaanlage oder der Lichtmaschine) unter Einsatz kleiner Änderungen beim Drehmoment, die die Gesamtkraftstoffeffizienz verbessern, höchst effizient gemanagt werden kann, d. h. das Steuerschema lenkt die Last, anstatt dass die Last die Steuerung lenkt. Auf eine einigermaßen analoge Art und Weise kann die ADU bestimmen, dass es wahrscheinlich ist, dass eine Änderung bei der Motordrehmomentsollabgabe zu einem Zeitpunkt in naher Zukunft erforderlich ist. Beispielsweise kann die ADU bestimmen, dass das Fahrzeug bald verzögern und somit weniger Motordrehmoment benötigen wird, oder sich einem Berg annähert und somit mehr Motordrehmoment benötigt. In diesen Fällen kann die ADU einen Gangwechsel oder eine Änderung der Zündungsdichte verhindern, wenn sie bestimmt, dass es wahrscheinlich ist, dass das Fahrzeug lediglich für einen kurzen Zeitraum in diesem neuen Betriebszustand betrieben wird.
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7 zeigt ein beispielhaftes Fahrprofil, das dem Fortbewegen von Punkt A zu Punkt B zugeordnet ist. In diesem Beispiel ist das Fahrprofil in 4 Bereiche unterteilt. Bereich A ist die anfängliche Beschleunigung auf eine Geschwindigkeit α. Bereich B ist nominaler stationärer Betrieb bei Geschwindigkeit α. Bereich C ist die Beschleunigung auf eine neue höhere Geschwindigkeit β. Bereich D ist nominaler stationärer Betrieb bei Geschwindigkeit β. Bereich E ist Verzögerung bis zum Halt bei Punkt B. Die Kurve 720 zeigt eine beispielhafte Kurve für ein autonomes Steuersystem nach dem Stand der Technik. Das Fahrzeug beschleunigt und verzögert gleichmäßig und wird mit den vorgeschriebenen Geschwindigkeiten von α und β betrieben.
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Die Kurve 710 ist ein beispielhaftes Fahrprofil eines autonomen Fahrzeugs gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In diesem Fall sind die Beschleunigungen und die Verzögerungen möglicherweise nicht gleichmäßig. Das Fahrzeug kann während der Beschleunigungs- oder Verzögerungsbereiche, A, C und E, wo Skip Fire-Betrieb des Motors eine stark verbesserte Kraftstoffökonomie bereitstellt, bei gewissen Geschwindigkeiten verweilen. Innerhalb dieser Beschleunigungs- oder Verzögerungsbereiche kann die maximale Beschleunigung/Verzögerung dahingehend beschränkt sein, für annehmbare NVH-Eigenschaften zu sorgen. Die Rate der Änderung der Beschleunigung, die als Ruck bekannt ist, kann auch dahingehend beschränkt sein, für annehmbare NVH-Eigenschaften zu sorgen. Des Weiteren kann das Fahrzeug während der Zeiträume stationären Betriebs, Region B und D, mit einer Geschwindigkeit betrieben werden, die sich geringfügig von α oder β unterscheidet, wobei die Kraftstoffeffizienz höher ist, als wenn das Fahrzeug bei genauen α oder β betrieben würde. Die Zeit zum Fortbewegen zwischen Punkt A und B, dargestellt durch die Fläche unter den Kurven 710 und 720, kann ähnlich sein, was bedeutet, dass ein Betrieb eines Fahrzeugs mit kraftstoffeffizienteren Zündungsanteilen wenig oder gar keinen Einfluss auf die Fahrzeit zwischen den Punkten A und B haben kann.
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Es gibt viele Beispiele, wie z. B. bei freier Fahrt auf der Autobahn, wo ein Fahrer ein Fahrzeug mit einer nominal konstanten Geschwindigkeit bei oder in der Nähe der Geschwindigkeitsbegrenzung betreiben möchte. Bei einem System mit Geschwindigkeitsregelung oder autonomen Fahrzeugsystem nach dem Stand der Technik würde die Geschwindigkeitsregelung oder ADU den Versuch unternehmen, das Fahrzeug auf diese Sollgeschwindigkeit zu steuern. Die Sollgeschwindigkeit fällt bei einem Skip Fire-gesteuerten Motor jedoch möglicherweise nicht mit einer effizienten Zündungsdichte zusammen. Zur Verbesserung der Kraftstoffökonomie kann die Geschwindigkeitsregelung oder ADU anstatt des Versuchs, das Fahrzeug mit einer festgelegten Geschwindigkeit zu betreiben, die Fahrzeuggeschwindigkeit innerhalb eines Sollbereichs, wie z. B. ±1 MPH, ±2 MPH oder einen Prozentsatz der Nenngeschwindigkeit ±1%, ±2% usw., betreiben. Es versteht sich, dass der Betriebsbereich möglicherweise nicht symmetrisch ist; beispielsweise kann die Geschwindigkeitsvariation im Bereich einer beliebigen Betriebssollgeschwindigkeit, wie z. B. der lokalen Geschwindigkeitsbegrenzung, +0% und -2% betragen.
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8 zeigt ein beispielhaftes Fahrprofil, das der Steuerung in einem Geschwindigkeitsbereich anstatt der Steuerung auf eine festgelegte konstante Geschwindigkeit zugeordnet ist. Der Geschwindigkeitsbereich kann auf der Geschwindigkeitsbegrenzung, da wo das Fahrzeug im Betrieb ist, darauf, ob im Windschatten gefahren wird oder ein anderes Fahrzeug im Windschatten folgt, oder auf einem anderen Faktor basieren. Die Kurve 820 zeigt eine beispielhafte Kurve für ein autonomes Steuersystem nach dem Stand der Technik. Die Geschwindigkeit wird in diesem Beispiel auf einem konstanten Wert von 70 MPH gesteuert. Die Fahrzeuggeschwindigkeit 810 ist ein beispielhaftes Fahrprofil eines autonomen Fahrzeugs gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Es wird gestattet, dass die Fahrzeuggeschwindigkeit 810 zwischen einer Obergrenze 814 und einer Untergrenze 812 variiert. In diesem Beispiel liegt die Geschwindigkeitssteuerung innerhalb eines Bereichs von ±1 MPH um die Nenngeschwindigkeit von 70 MPH herum, so dass die Geschwindigkeit zwischen 69 und 71 MPH schwankt. In diesem Beispiel beträgt der Geschwindigkeitsschwankungszeitraum etwa 50 Sekunden, was einer Frequenz von 0,02 Hz entspricht. Schwankungen in diesem Frequenzbereich, wie z. B. Frequenzen von weniger als ungefähr 0,5 Hz, erzeugen tendenziell weniger unerwünschte NVH als Frequenzen unmittelbar oberhalb dieses Bereichs. Allgemein können die Fahrzeugbeschleunigung und -verzögerung innerhalb des Geschwindigkeitsbereichs dahingehend beschränkt sein, für akzeptable NVH-Eigenschaften zu sorgen. Gleichermaßen kann eine Rate der Änderung des Geschwindigkeitsbereichs dahingehend beschränkt sein, für akzeptable NVH-Eigenschaften zu sorgen.
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In den Beschleunigungsabschnitten 816 der Kurve 810 wird der Motor mit einem ersten Zündungsanteil betrieben, und in den Verzögerungsabschnitten 818 wird der Motor mit einem zweiten Zündungsanteil betrieben. Der zweite Zündungsanteil beträgt weniger als der erste Zündungsanteil und erzeugt somit im Allgemeinen zur Aufrechterhaltung der Fahrzeuggeschwindigkeit unzulängliches Drehmoment, daher die Fahrzeugverzögerung. In einigen Fällen kann der zweite Zündungsanteil null betragen, was einem DCCO-Zustand entspricht, bei dem in jenem Abschnitt des Fahrzyklus kein Kraftstoff verbraucht wird. Im Allgemeinen gilt je niedriger der zweite Zündungsanteil, desto steiler der Verzögerungsabschnitt 818. Der erste und der zweite Zündungsanteil können dahingehend gewählt werden, die Kraftstoffeffizienz im Einklang mit der Aufrechterhaltung von akzeptablen NVH-Verhalten zu maximieren.
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Bei einigen Ausführungsformen kann ein Fahrer die Kraftstoffeffizienz durch Auswählen eines Sparmodus oder Akzeptieren etwas niedrigerer Durchschnittsgeschwindigkeiten und einer etwas längeren Fahrzeit verbessern. Das bedeutet, dass ein Fahrer eine Gesamtfahrzeit zwischen einem Fahrtausgangspunkt und einem Fahrtzielpunkt eingeben kann, die sich von der Fahrzeit, die erhalten wird, wenn stets mit der zulässigen Höchstgeschwindigkeit gefahren wird, unterscheidet. Wenn beispielsweise der ADU eine gesamte Fahrt bekannt ist und von dieser geplant wird, kann ein Fahrer der ADU anzeigen, dass er/sie bereit ist, ein Fahrprofil zu akzeptieren, das 1, 2 oder 5 Minuten (oder 1 %, 2 %, 5 %) oder irgend einen anderen Wert länger als ein Fahrprofil, bei dem stets Betrieb mit der zulässigen Höchstgeschwindigkeit stattfindet, braucht. Diese Flexibilität kann der ADU gestatten, den Motor öfter mit vorteilhaften effektiven Motorhubräumen, die die Kraftstoffökonomie verbessern, zu betreiben. Gleichermaßen kann ein Fahrer oder eine ADU bei einigen Ausführungsformen etwas höhere NVH-Ausmaße akzeptieren, wodurch die Verwendung von Zündungsdichten mit höherer Effizienz und weniger Drehmomentwandlerschlupf gestattet werden kann. Verbesserte Kraftstoffökonomie kann als Verbrauch von insgesamt weniger Kraftstoff bei der Bewegung des Fahrzeugs von Punkt A bis zu Punkt B innerhalb einer gewünschten Zeit verstanden werden.
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Ein Großteil der vorstehenden Beschreibung konzentrierte sich auf Verfahren zur Verbesserung der Kraftstoffökonomie für ein autonom gesteuertes Fahrzeug, das sich alleine fortbewegt. Es gibt auch Steuerverfahren zur Verbesserung der Kraftstoffökonomie unter Verwendung von Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation. Ein allseits bekanntes Verfahren zur Verbesserung der Kraftstoffökonomie durch Reduzieren des Luftwiderstands ist Windschattenfahren oder Platooning von Fahrzeugen (ein oder mehrere Fahrzeuge fahren im Windschatten voneinander). Unter Fahrersteuerung sind derartige Fahrstrategien aufgrund des Risikos, dass ein hinterherfahrendes Fahrzeug mit einem vorausfahrenden Fahrzeug im Falle von plötzlichem Bremsen des vorausfahrenden Fahrzeugs kollidiert, oftmals gefährlich. Mit Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation sind derartige Risiken stark reduziert, da das vorausfahrende Fahrzeug seine Bremsung im Wesentlichen unmittelbar an alle nachfolgenden Fahrzeuge kommunizieren kann und somit Auffahrunfälle vermieden werden.
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Wenn ein oder mehrere der Fahrzeuge in einer Kolonne Motoren aufweisen, die zum Skip Fire-Betrieb in der Lage sind, können verschiedene Strategien zur Verbesserung der gesamten Kraftstoffökonomie aller Fahrzeuge in der Kolonne verwendet werden. Wenn beispielsweise zunächst angenommen wird, dass eine Kolonne aus zwei Fahrzeugen besteht, einem vorausfahrenden Fahrzeug, das mit einer konstanten Geschwindigkeit ohne Skip Fire-Steuerung betrieben wird, und einem nachfolgenden Fahrzeug mit Skip Fire-Steuerung. Die ADU des nachfolgenden Fahrzeugs kann den Kraftstoffverbrauch durch Berücksichtigung von Effizienzzunahmen aus dem Windschattenfahren zusammen mit jenen, die durch den Betrieb mit einer kraftstoffeffizienten Zündungsdichte erhalten werden, auf ein Minimum reduzieren. Dies kann dazu führen, dass das nachfolgende Fahrzeug gemäß Darstellung in 8 mit wechselnden Zündungsanteilen betrieben wird, und sich der Abstand zwischen dem vorausfahrenden Fahrzeug und dem nachfolgenden Fahrzeug in Verbindung mit den wechselnden Zündungsanteilen auf und ab bewegt. In anderen Fällen, in denen die Fahrzeuggeschwindigkeit mit einer kraftstoffeffizienten Zündungsdichte zusammenfällt, kann derartiges Wechseln der Zündungsdichte nicht erforderlich sein. D. h., dass ein Fahrzeug oder beide Fahrzeuge absichtlich eine Geschwindigkeit wählt bzw. wählen, die einer kraftstoffeffizienten Zündungsdichte entspricht, so dass die Fahrzeuge einen nahezu konstanten Abstand beibehalten. Alternativ dazu könnten die Fahrzeuge, wenn sie beide ADUs aufweisen, zusammen eine Geschwindigkeit wählen, die die gesamte Kraftstoffeffizienz maximiert. Es versteht sich, dass das vorausfahrende Fahrzeug bei vielen Windschattenfahrsituationen auch eine Kraftstoffeffizienzzunahme erfährt, so dass nicht alle Vorteile des Windschattenfahrens einzig dem bzw. den nachfolgenden Fahrzeug(en) zugutekommen.
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Im Falle einer aus zwei Fahrzeugen bestehenden Kolonne, wobei beide Fahrzeuge zu Skip Fire-Steuerung in der Lage sind, bestimmen die ADUs der beiden Fahrzeuge zusammen eine Kolonnengeschwindigkeit, die die Kraftstoffeffizienz für die gesamte Kolonne optimiert. Dies kann dazu führen, dass jedes Fahrzeug in der Kolonne auf nicht optimalem Niveau betrieben wird. Gleichermaßen können bei Kolonnen mit mehr als 2 Skip Fire-gesteuerten Fahrzeugen die ADUs der Fahrzeuge untereinander kommunizieren und die Kolonne auf die kraftstoffeffizienteste Art und Weise betreiben.
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Eine weitere Ausführungsform der Erfindung wird in 9 gezeigt, die ein nicht ausschließliches Verfahren zur Steuerung eines autonomen Fahrzeugs darstellt. Bei dieser Ausführungsform bestimmt eine autonome Fahreinheit (ADU) einen vorgeschlagenen Geschwindigkeitsbereich und akzeptable NVH-Eigenschaften über einen Zeitraum hinweg gemäß der Darstellung bei Schritt 901. Der verwendete Zeitraum kann mit den Fahrbedingungen variieren. Beispielsweise kann die ADU beim Fahren auf einer nicht überfüllten Autobahn den vorgeschlagenen Fahrzeuggeschwindigkeitsbereich über einige zehn Sekunden und selbst Minuten bestimmen. Im Gegensatz dazu kann der Zeitraum bei Stadtfahrten oder unter Staubedingungen weniger als 1 Sekunde betragen oder sogar schneller als menschliche Reaktionszeiten, die einige Zehntel einer Sekunde betragen, sein. Die ADU beurteilt fortlaufend, ob sich die Fahrbedingungen geändert haben, wie bei Schritt 911 dargestellt wird. Wenn die ADU eine Änderung der Fahrbedingungen detektiert, kann die Steuerung zu Schritt 901 zurückgehen, wo ein neuer Geschwindigkeitsbereich, neue akzeptable NVH-Eigenschaften und ein neuer Zeitraum bestimmt werden. Änderungen der Fahrbedingungen können aus vielen Gründen auftreten, wie z. B. Erscheinen einer Gefahrenstelle auf der Straße, ein stationäres oder langsames Fahrzeug, ein Fußgänger, ein Rettungsfahrzeug, Niederschlag, begrenzte Sichtverhältnisse, vereiste Straßen, ein umschaltendes Stoppsignal, Straßenbauarbeiten, Geschwindigkeitsbegrenzungsänderungen usw. Es versteht sich, dass die ADU, wenn die Änderung der Fahrbedingungen eine unverzügliche entscheidende Reaktion erfordert, wie z. B. Notbremsung zum Vermeiden einer Kollision, der Kollisionsvermeidung gegenüber Überlegungen hinsichtlich der Kraftstoffeffizienz oder NVH den Vorrang gibt und unverzüglich auf die Situation reagiert.
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Bei Schritt 903 bestimmt die ADU mehrere vorgeschlagene Triebstrangdrehmomentprofile, die das Fahrzeug innerhalb des vorgeschlagenen Geschwindigkeitsbereichs und mit akzeptablen NVH-Eigenschaften über den Zeitraum antreiben werden. Bei Schritt 905 wird die Kraftstoffeffizienz verschiedener vorgeschlagener Triebstrangdrehmomentprofile bestimmt. Die vorgeschlagenen Triebstrangdrehmomentprofile können unterschiedliche Zündungsdichte, Zündungsanteile oder Hubraumgrößen einsetzen. In einigen Fällen kann die Kraftstoffeffizienz aller vorgeschlagenen Triebstrangdrehmomentprofile bestimmt werden; jedoch ist es wahrscheinlich, dass die ADU bestimmen kann, dass viele Drehmomentprofile eine schlechte Kraftstoffeffizienz haben werden, ohne explizit ihre Effizienz zu berechnen. Da diese Triebstrangdrehmomentprofile nicht zum Betreiben des Fahrzeugs verwendet werden, muss die ADU keine Rechenressourcen auf die Bestimmung ihrer genauen Kraftstoffeffizienz verwenden. Im Allgemeinen maximiert ein Triebstrangdrehmomentprofil, bei dem dafür gesorgt wird, dass Zylinder an oder in der Nähe ihres minimalen BSFC-Punkts zünden, die Kraftstoffeffizienz. Es versteht sich, dass die Zündungsdichte über den Zeitraum hinweg variieren kann, solange die bei Schritt 901 festgelegten Auflagen hinsichtlich Fahrzeuggeschwindigkeit und NVH erfüllt werden. Bei Schritt 907 wird das vorgeschlagene Triebstrangdrehmomentprofil, das für den kraftstoffeffizientesten Betrieb sorgt, als das Triebstrangdrehmomentbetriebsprofil gewählt. Bei Schritt 909 wird dieses Triebstrangdrehmomentbetriebsprofil zum Antrieb des Fahrzeugs verwendet.
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Obgleich nur einige Ausführungsformen der Erfindung genauer beschrieben worden sind, versteht sich, dass die Erfindung in vielen anderen Formen implementiert werden kann, ohne von dem Gedanken oder Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. Die Erfindung ist hauptsächlich im Zusammenhang mit dem dynamischen Skip Fire-Betrieb eines Motors der Anmelderin beschrieben worden, bei dem Zündungsentscheidungen dynamisch von Zündungsgelegenheit zu Zündungsgelegenheit getroffen werden, und zwar unter Verwendung eines Akkumulators oder anderen Mechanismus, der den Teil einer Zündung, der angefordert, jedoch nicht bereitgestellt wurde, oder der bereitgestellt, jedoch nicht angefordert wurde, verfolgt. Die beschriebenen Methoden eignen sich jedoch genauso gut zum Managen von Übergängen zwischen verschiedenen Skip Fire-Zündungsanteilen oder zwischen einem Skip Fire-Zündungsanteil und einem Betrieb mit allen Zylindern. Obgleich die Erfindung allgemein als Steuerung eines Motors zur Maximierung des Betriebs mit einer kraftstoffeffizienten Zündungsdichte beschrieben worden ist, beeinflussen auch andere Faktoren die Fahrzeuggesamteffizienz. Insbesondere können Drehmomentwandlerschlupf und Getriebegang (oder Übersetzungsverhältnis für ein stufenloses Getriebe) in Verbindung mit der Zündungsdichte dahingehend gemanagt werden, ein Fahrzeug auf eine Art und Weise zu betreiben, die für akzeptables NVH-Verhalten unter Maximierung der Kraftstoffeffizienz sorgt.
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Darüber hinaus versteht sich, dass dieselben Prinzipien auf nahezu alle Systeme, die den Kraftstoffverbrauch durch Variieren des Hubraums eines Motors verbessern, angewendet werden können. Dies kann den standardmäßigen Betrieb mit variablem Hubraum eines Motors umfassen, bei dem Entscheidungen zum Wechsel zwischen Hubraumzuständen mit verschiedenen Anzahlen an Zylindern (z. B. Wechsel zwischen Betrieben mit 4 und 8 Zylindern oder zwischen Betrieb mit 3, 4 und 6 Zylindern) getroffen werden. Dies kann bei Wechseln in den und aus dem Skip Fire-Betrieb aus dem/in den Betrieb mit allen Zylindern, einen feststehenden Hubraum oder DCCO verwendet werden. Ein derartiges Beispiel wäre der Übergang aus einem Betrieb mit allen Zylindern eines 3-Zylindermotors zu einem Modus rollierender Zylinderabschaltung, wobei jeder zweite Zylinder gezündet wird. Es kann auch Multi-Höhen-Motorbetrieb umfassen, wobei verschiedene Zylinder mit verschiedenen dynamisch bestimmten Abgabehöhen gezündet werden, wie beispielsweise im
US-Patent Nr. 9,399,964 , auf das hier Bezug genommen wird, beschrieben wird, oder in irgendeinem anderen dynamischen Zündungshöhenmodulationsbetriebsschema. Ähnliche Methoden können auch zum Managen effektiver Hubraumwechsel bei der Steuerung eines Motors mit variablem Hub eingesetzt werden, bei der das Ausmaß der Hübe in jedem Arbeitszyklus dahingehend geändert wird, den Hubraum eines Motors effektiv zu variieren.
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Bei dynamischem Skip Fire und verschiedenen anderen Methoden zum Motorbetrieb mit dynamischer Zündungshöhenmodulation kann ein Akkumulator oder ein anderer Mechanismus dazu verwendet werden, den Teil einer Zündung, der angefordert, jedoch nicht bereitgestellt wurde, oder der bereitgestellt, jedoch nicht angefordert wurde, zu verfolgen. Die beschriebenen Methoden eignen sich jedoch genauso gut für Motoren, die unter Verwendung anderer Arten von Skip Fire- oder Zündungshöhenmodulationsmethoden gesteuert werden, darunter verschiedene Methoden zur rollierenden Zylinderabschaltung. Somit sind die vorliegenden Ausführungsformen beispielhaft und nicht als Einschränkung aufzufassen, und die Erfindung soll nicht auf die hier angeführten Einzelheiten beschränkt sein, sondern kann innerhalb des Schutzumfangs und der Äquivalente der anhängigen Ansprüche modifiziert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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