车辆气动助推器系统的操作方法和设备的制作方法

专利名称：车辆气动助推器系统的操作方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于改进在包括加速度、燃料燃烧效率和减排的许多领域中的车辆性能的设备和方法。尤其是，本发明涉及将气动助推应用到车辆发动机的设备和方法，车辆发动机包括商用车辆柴油发动机，该商用车辆柴油发动机具有以满足设计、调整及其他要求的方式来增加发动机扭矩输出的方式，将空气供应到发动机的进气歧管的至少一个涡轮增压器。
背景技术：
诸如柴油发动机的内燃机常常配备有废气涡轮增压器。例如，图1显示了具有结合到废气涡轮增压器2的排气管道10的内燃机I的示意图。废气涡轮增压器具有由来自排气管道10的废气所驱动的涡轮机4。该涡轮机4被结合到压缩机3 (这些部件共同形成涡轮增压器叶轮单元)，压缩机3对来自进气入口 11的进气进行压缩。从压缩机3排放的压缩空气被馈送到进气管道9’用于发动机1，以便增加发动机I中的气压，因此如果发动机是自然吸气的，那么与被馈送到气缸中相比，当气缸的各个进气阀被打开时，将更多的空气馈送到发动机的气缸中。作为涡轮增压器将补充空气供应到发动机气缸中，连同来自发动机的燃料喷射系统的相关的补充燃料一起的结果，发动机的扭矩输出被增加，并且发动机以较高的效率操作。具体地，当气缸的进气阀关闭时，通过涡轮增压器输送到进气歧管的附加压力导致发动机气缸中的较大的压力。较大质量的空气存在于气缸中，当与补充燃料组合并且被点燃时，导致较高的燃烧压力，并且因此较高的活塞力将被发动机的曲柄轴转换成为较高的发动机扭矩输出。此外，增加的燃烧质量和压力产生了较高的压力以及废气容量，接着提供排气中的补充能量，用于驱动涡轮增压器的涡轮机。增加的排气能量进一步增加涡轮增压器压缩机的转速，并且因此进一步增加正被供应给气缸的空气的量，以便以更加快速的速率增加发动机转速和扭矩输出。现有技术中的那些普通的技术人员将认识到，虽然上述以及以下讨论了用于燃烧的空气经由进气歧管到达发动机的气缸，但是本发明的原理和构思同样可适用于具有替换的供气容量的发动机，诸如其中进气配置使得每个气缸具有相关的进气“室”、而不是从普遍的进气歧管接收进气的发动机。使用废气涡轮增压器的众所周知的问题是，它们在内燃机的所有操作状态中，最值得注意的是，在低发动机转速响应突然的加速请求，不能输送足够量的空气。例如，在诸如具有废气涡轮增压器的柴油发动机中，在大的加速请求期间，由于低发动机转速以及相应低的进气和排气输出的质量流速，涡轮增压器典型地不能供应足够的气流来在进气歧管中产生希望量的气压，以驱动该涡轮增压器。结果，在按压加速器踏板之后，随着重大的扭矩输出和转速增加仅仅在显著的延迟之后出现，内燃机反应缓慢(已知为“涡轮滞后”的影响)。已经提议了各种解决方案来改善“涡轮滞后”的影响，包括压缩空气被供应到发动机的进气歧管的配置。这种“气动助推器”系统的实例在图1中图解。在这个实例中，容器13存储由空气压缩机14产生的压缩空气。在加速请求开始和涡轮增压器已经建立充足的压力来与进气歧管压力平衡并且开始满足它自己的扭矩输出请求的时间之间的过渡期间，响应于增加发动机扭矩输出的请求，压缩空气被引入发动机I的进气管道9’。从容器13供应到进气管道9’中的补充空气具有至少两个主要影响。馈送到发动机I的气缸的补充燃烧空气提供发动机扭矩输出中的立即的增加。补充空气还导致来自发动机的废气流中的更加快速的增加，这又帮助了涡轮增压器涡轮机4更加快速地增加它的转速，从而使得涡轮增压器压缩机3能够更快速地建立进气管道9’中的压力。此外，涡轮增压器压缩机越早可以供应充足的压力来支持扭矩输出请求，从容器13供应的补充空气的流动越早可以被中断，保存压缩空气用于其他用途，并且减少车辆的空气压缩机的占空比。在图1的实例中，从容器13注入压缩空气是借助于进气控制装置7来发生。进气控制装置7被布置在进气管道9’和涡轮增压器的压缩机3之间，或者如图1所示，被布置在进气管道9’和在压缩机3下游的充气冷却器5之间。图2中示意性图解的进气控制装置7与入口 6连接，到充气冷却器5，并且与出口 9连接，到进气管道9’。在入口 6和出口 9之间，活板元件16位于进气控制装置7之内。当压缩空气正被喷射到进气管道中时，活板元件16可以被调节马达17调节为封锁从入口 6到出口 9的连接。闭合的活板防止喷射的压缩空气朝向涡轮增压器回流，以便帮助更加迅速地增加发动机气缸中的压力，这又增加了排气管道压力以及导致的涡轮增压器排放压力增加的速率。此外，闭合的活板还提供涡轮增压器的闭合的容量下游，以便进一步帮助增进涡轮增压器排放压力。压缩空气入口 8经由流量调节装置20连接到出口 9，至容器13。控制器15用于控制流量调节装置20以及调节马达17。控制装置15接收来自压力传感器18和19的输入，压力传感器18和19分别测量在出口 9处的出口压力以及在充气入口 6处的入口压力。在操作中，通过打开从压缩空气入口 8到出口 9的连接，流量调节装置20将压缩空气供应到发动机进气歧管。在大致同时，活板元件16被闭合，以防止喷射的压缩空气从容器13倒流到废气涡轮增压器的压缩机3中。随着从容器13喷射压缩空气结束，活板元件16被再次打开，以便允许现在足够的压缩空气从涡轮增压器压缩机3的排放供给，以便流入进气管道9’。虽然先前已知将压缩空气喷射到发动机的进气歧管中以便减少“涡轮滞后”，但是在这个领域中的工作已经主要地集中在使可流入发动机进气歧管的压缩空气量最大化上，以及集中在使从气动助推事件的启动到压缩空气实际喷射的响应时间最小化上，以便立即开始增加发动机扭矩输出、以及避免不希望的操作者感觉到的来自发动机的扭矩输送的延迟。在先的气动助推器系统具有的一个问题是，在气动助推事件开始时，由非常快速的压缩空气喷射导致的，有时非常急剧的发动机扭矩输出的增加。这种急剧的发动机扭矩输出过渡还可以在随后的压缩空气喷射终止时、以及当进气活板被切换为打开以使涡轮增压器再继续输出到发动机时经历。这些过渡能够对车辆操作者和乘客造成显著的不舒适感。先前的气动助推器系统的另一个问题是，直到涡轮增压器已经建立足够的压力为止，在快速助推发动机扭矩输出的猛冲中，诸如污染排放极限的调整极限可以被超过。过多的气动助推的突然施加还具有将突加负载强加在发动机部件上的潜在性。例如，过多的气动助推的突然施加可能将大量扭矩施加到车辆动力变速器系统，可能趋近发动机、变速器和/或驱动轴应力极限。过多的气动助推还可能产生突然高的容量、来自发动机的废气的高压流动，可能使得涡轮增压器涡轮压缩机装配的速度上升到高水平。类似地，突然的压缩空气喷射和随之增加的废气流动可能引起使发动机的进气中间冷却器及其相关的管子超压的潜在性。以前的气动助推系统的其他的问题是，压缩空气的过度喷射的潜在性，以及随之发生的车辆的压缩空气的损耗保留在需要的最低量以下，以便确保诸如气刹车的关键性的汽车安全系统以及其他车辆系统的可操作性。使这个问题最小化的一个方法是取得并且安装较大的空气压缩机和压缩空气存储容器，较大的空气压缩机和压缩空气存储容器能够满足关键性的空气消耗系统和气动助推器喷射系统的预期的补充需求两者的需要的。然而，这个方法具有它自己的问题，包括用于较大的以及更多空气处理部件的增加的成本和重量损失，由于增加的车辆重量而导致增加的燃料消耗，以及需要消耗更多发动机的功率输出来驱动较大的压缩机，以及抑制设计者添加补充容器的能力的空间极限。

发明内容
考虑到现有技术的这些及其他问题，本发明的目的是提供一种在确保设计、操作和调整极限在气动助推事件期间被满足的同时改善车辆操作性能的气动助推器系统和操作方法。通过一种气动助推器系统来解决这个目标，控制该气动助推器系统，以便实现各种策略，各种策略用于通过控制在助推事件期间的喷射，使在气动助推事件期间的压缩空气喷射的速率成形，以便改变在空气喷射对比时间的曲线图上的压缩空气喷射的“形状”。这个对于在气动助推事件期间的压缩空气喷射的“速率成形”方法以直接与现有技术的典型的尽可能多地尽可能快地喷射空气的方法相反的方式管理气动助推器系统操作。更正确地，本发明的方法是制定压缩空气喷射的启动的时刻、持续时间、流速等等，以实现遍及气动助推事件的过程的非常改良的压缩空气喷射的分布，以改善与各式各样的操作、调整、工程和乘客舒适性极限的一致性。将理解的是，本发明中的“速率成形”并不仅仅是减缓在气动助推事件期间的压缩空气喷射的速率，而是包含各种压缩空气喷射模式，在各种压缩空气喷射模式中压缩空气输送速率被“成形”，以提供尽可能多的发动机扭矩输出，同时避免最大实际的程度超过可应用的极限。(另外地，速率成形的空气喷射可以用来控制扭矩输出变化的速率)。因而，速率成形旨在提供随着时间分配的压缩空气的可变量，例如，在压缩空气喷射事件中，更早的或者晚的移动压缩空气喷射流速曲线的“峰值”，提供遍及分配周期传递的压缩空气喷射的多个“峰值”，和/或使压缩空气喷射流速符合车辆参数的实时监控定义的极限。本发明的速率成形的压缩空气喷射同样可以配有多个起动/停止事件。经由压缩空气喷射曲线的形状提供希望的可变控制的较佳方法是在多个阶段的气动助推器系统中使用一个以上的高速螺线管控制的空气阀。尤其较佳的方法是提供具有不同的空气流定额的多个压缩空气喷射阀，并且通过单独阀的控制电路的脉冲宽度调制(“PWM”)，在气动助推事件期间，在任何时刻控制压缩空气喷射的量。本发明的监控车辆参数和/或在系统部件之间交换这种参数以便实现实时进行压缩空气喷射调节的能力，在使压缩空气喷射量与实际需要相匹配中提供了以前未知的精确水平，并且使实现大范围的益处成为可能。配备有速率成形的气动助推器系统的车辆系统的第一个益处是可以获得显著的燃料效率增加。节约燃料源于使用改善燃烧和排气产生的速率成形的压缩空气喷射，以便更加快速地使得发动机进入发动机转速范围之内，在发动机转速范围，发动机以它最高效的燃料效率(常常称为发动机的“最佳位置(sweet spot)”)操作，因此使得车辆在最少时间量中到希望的巡航速度，并且具有可能的最小量的燃料消耗，同时仍然避免操作、排放和/或设备工程极限。利用本发明的速率成形的其他益处是，车辆设计者可以防止不必要的压缩空气使用，从而减少车辆的安装的压缩空气产生和存储设备的尺寸和成本。具体地，通过仅仅喷射所需的实际量的压缩空气，以获得希望的车辆加速度，同时仍然维持与操作极限的一致性，并且仅仅在气动助推事件期间在需要压缩空气的实际时间如此做，本发明可以获得发动机扭矩输出的希望水平，发动机扭矩输出的希望水平具有比典型地被以前的气动助推器系统消耗的压缩空气少的压缩空气。压缩空气喷射中的增加的精确度减少了在车辆操作期间需要的压缩空气的容量，允许车辆设计者减少压缩空气产生和存储部件的尺寸以匹配低的压缩空气要求。由于减少的车辆重量以及由于来自车辆的空气压缩机的减少的寄生能量损耗两者，部件尺寸和容量中的这些减少进一步提供燃料燃烧效率的益处。本发明的压缩空气喷射的量、持续时间和/或时刻的“成形”的另一个益处是，这种参数在气动助推事件期间的直接控制可以提供各种车辆系统的响应的间接控制。通过有选择地制定压缩空气喷射速率曲线(例如，由通过绘制空气喷射质量流速对比时间而形成的曲线)的形状，可以使得各种车辆部件和系统在希望的范围中操作和/或避免操作极限，同时仍然输送增加的发动机扭矩输出，以便偏移至少一些涡轮滞后，即使不是所有的涡轮滞后。例如，现有技术的颗粒排放的管理已经聚焦在以低发动机转速(排气压力低的发动机操作点)和/或以高发动机负荷条件起动的大加速度要求期间的空燃比的精确的控制上。当不足的空气量可以用来防止空燃比变得额外浓时，导致的燃烧过程以排气流中的颗粒物质的形式留下未燃碳氢化合物(如果以足够高的量，那么颗粒物质可以被可见为“烟尘”)。这些未燃碳氢化合物可以在排气流中表现为烟尘和/或固体颗粒的形式。本发明的速率成形允许喷射希望量的新鲜空气，以在希望的操作范围增加过量空气比率，以便实现有利于燃烧过程期间减少的颗粒物质生成的希望的空燃比。使用速率成形的压缩空气喷射来改善与极限的一致性的另一个实例是，使用制定的空气喷射来控制大加速度要求期间的NOx形成。燃烧过程期间的NOx生成的气缸中的减少传统上已经通过废气再循环(“EGR”)被操控，废气再循环是使废气的一部分再循环回流到进气口以便与气缸中进入的新鲜空气混合的处理。再循环废气中的惰性组分导致冷却器燃烧，减少气缸中的温度，远离与NOx形成相关的高温范围。当排气流中的压力比进气口供应容量高(或者，更加广泛地指出，比在无论什么点喷射EGR流量的压力高)时，促进流入进口供应容量的EGR。在现有技术系统中的气动助推事件期间，喷射的助推器空气可以使得进口中的压力比排气流中的压力高，因此抑制EGR流动。利用本发明的速率成形的喷射，进气管气压增加、衰退的速率和/或持续时间可以被制定为允许EGR比利用现有技术系统更早地流入进气管，以便更加快速地使颗粒物质产生最小化和改善排放一致性。另外，计算和测试具有显示了，这种速率成形的喷射导致发动机更加快速地到达，并且在发动机的较佳操作转速范围(它的“最佳位置”)中消耗更多的时间。这个在典型的排放测试循环期间，在有利于废气流和低NOx生成的条件中，导致发动机操作更多的时间。在今后几年中，在欧洲及世界的其他地区中，随着预期的越来越严格的政府法规开始生效，预期排放极限偏移变得更加成问题。可以预料，为了满足即将到来的排放减少需求，配备有传统现有技术的气动助推器系统的车辆将需要采取通常不希望的废气处理之后的系统，诸如选择性的催化还原(“SCR”)催化剂和相关的尿素喷射系统。这个附加的设备预期带来不利于配备有以前的气动助推器系统的车辆的不希望的重量、成本、复杂性和维护要求(例如，尿素补充)。本发明的压缩空气喷射的时刻、持续时间和量的精确的速率成形的控制提供了使与即将出现的更加严格的排放极限的一致性最大化、而不需要采取附加的处理之后的设备的机会。例如，可以调节压缩空气喷射的量和时刻，以减少在燃烧过程期间生成的颗粒物质·的量。颗粒物质的产生和NOx排放在典型的柴油发动机燃烧过程中是成反比的。随着发动机设计者采用减少NOx排放的方法以满足越来越严格的调整极限，颗粒物质典型地增加。然而，因为颗粒物质产生同样必须满足调整极限，所以同样需要减少颗粒物质的方法。减少颗粒物质的方法是将过量空气提供至燃烧室。过量空气比率，λ (拉姆达)，可以随着缜密计时和设置尺寸的压缩空气喷射而增加。关于配备有本发明的速率成形的气动助推器系统的一个发动机的发动机功率计的计算和试验测量已经显示了在典型的调整排放试验循环期间大约减少15-25%的颗粒物质产生。另外，因为压缩空气喷射导致在发动机以它的最高效率操作的发动机转速范围中消耗更多的时间，所以与没有压缩空气喷射相比，废气压力处于较高的压力。这个导致了排气歧管和进气歧管之间的良好的压力比，促进在调整排放试验循环期间更加经常地提供令人满意的废气再循环的量(进一步帮助抑制NOx形成)的能力。关于发动机功率计的发动机模拟和试验测量已经显示了在加速过渡比以前能实现的早大约3-4秒之后，废气再循环流动可以更加快速地再建立到进气歧管。对于通过速率成形的气动助推担负的排放的更加精确的控制的相关益处是，减少燃烧之后的排放控制设备容积的潜在性。例如，在气动助推事件过渡期间观测的颗粒物质的排放中的显著的减少将允许缩小诸如柴油机颗粒过滤器的部件的外部尺寸。减少的部件体积使车辆部件组件容易，而且通过使诸如钼的昂贵的排气处理材料的量最小化来减少成本。本发明的速率成形的方法的进一步的益处是，提供允许使用较小的、更加高效的发动机的改进的发动机制动能力，同时仍然提供处于可比得上由较大的发动机提供的水平的发动机制动。减压制动被广泛地用于商用车辆柴油发动机，以改善制动性能。在减压制动中，发动机常常在动力传动系统上生成明显的阻力，以在长途下坡的驱动分布图期间将车辆组合保持在合理的速度。为了这么做，通过限制对发动机加燃料以及仔细地对来自发动机气缸的压力释放进行计时(即，在通过压缩进气、随着活塞接近TDC (上死点)通过打开释压阀来释放压缩空气，活塞已经将从动力传动系统取得的能量转换成为功之后)，发动机实质上被操作为空气压缩机。靠近TDC的气缸中的压力的释放防止压缩空气在活塞下冲程期间将它的能量返回至活塞。在发动机之外获得更好的燃料燃烧效率推动中，一个解决方案是具有较小的、更多功率的发动机来做以前的发动机的工作。然而，虽然较小的发动机可以被设计为提供希望的高水平的马力和扭矩，但是它们不能提供与以前的较大的位移发动机一样大的减压制动量(与发动机的气缸的排量相关的减压制动性能)。结果，在没有进一步测量的情况下，随着必须通过基础制动装置来进行更多的制动，以补偿较小发动机的减少的减压制动能力，较小发动机的使用在基础制动系统(即，车轮制动器)上生成相关的较高的负担。来自气动助推器系统的压缩空气的速率成形的喷射对于与较小发动机的使用相关的不充分的减压制动的问题，提出潜在的解决方案。具体地，气动助推器系统可以用来在减压制动要求事件的至少某个部分期间将补充空气喷射到进气歧管中，以随着活塞在气缸中下降，而增加充气到气缸中的进气量。在这个增加的进气质量的活塞的随后的压缩期间，随着活塞移动到TDC，必须进行更多的工作，从动力传动系统提取补充能量，类似于通过较大的位移发动机从动力传动系统取得的能量的量。这有效地允许较小的发动机增加它的大约50%的“制动输出”，有助于满足终端消费者对于改进的燃料效率(利用较小的发动机)的希望，同时仍然维持基础制动性能和长久性。提高减压制动的气动助推器系统操作的使用的进一步的益处包含使气动助推器系统和相关的涡轮增压器布置最优化的选项，例如，使用速率成形的压缩空气喷射，速率成形的压缩空气喷射仅仅被保守地使用为足以旋转“特大型的”涡轮增压器所必须的程度，以允许涡轮增压器产生要被提供至发动机气缸的大部分补充空气，以便增强减压制动。提供补充减压制动的替换的方法是在制动事件期间啮合发动机驱动的空气压缩机的离合器，以使用要提供给气动助推器系统的空气的产生，以便改善减压制动性能(较佳地，使用设置为大于正常的尺寸的压缩机以在减压制动期间在发动机上生成附加阻力)。本发明可以利用与高速电子控制单元耦接的参数的实时感测，诸如废气氧气传感器输出、排气压力、燃料喷射速率等等，以监视与控制排放相关的参数，并且将这种参数与先前在车辆动力传动系统操作点处的存储的预期的以及以前测量的参数进行比较。使用这个实时信息，本发明的气动助推器系统控制器然后可以进一步“衡量”或者另外的再成形压缩空气喷射流量、持续时间和/或时刻，以提供改良的空气喷射模式，改良的空气喷射模式给予在相关的排放或者车辆操作极限之内最大的发动机扭矩输出(例如，NOx和/或颗粒排放极限和/或最大设备应力水平)。使用这种速率成形的改良，初步计算和试验指示了配备有本发明的速率成形气动助推器系统的车辆将提供与配备有传统的气动助推器系统的车辆近似相同的发动机扭矩输出以及车辆加速性能，仍然提供足够的车辆排放的控制，以避免需要补充排放控制设备及其附带成本、重量和维护负担。本发明的其他的目的是提供一种利用速率成形的气动助推器系统，速率成形允许制定车辆的动力传动系统性能和排放性能中的机动性，以适合个别的消费者的需要和/或要求。例如，与本发明的速率成形在不需要采取其他后处理设备的情况下被最优化以使排放最小化的车辆相比，如果车辆系统采用后处理装置来满足NOx需求，那么本发明的速率成形的压缩空气喷射可以以其他方式被最优化，诸如通过使燃料燃烧效率最大化、使颗粒排放最小化、和/或输送较大的发动机扭矩输出(可以通过在没有SCR变流器的情况下必须被维持的颗粒物质的释放和NOx排放极限来进行)。本发明的进一步目的包含允许气动助推器系统协调它与其他车辆部件的操作的气动助推器系统部件和操作策略。这种协调能够实现各种潜在的益处，包括通过协调空气喷射和燃料喷射进行更早可用的其他发动机扭矩输出、以及通过协调气动助推与变速器控制器的使用而使得能够使用较小的、燃料更加高效的发动机，变速器控制器控制换档策略，换档策略使得通过速率成形的压缩空气喷射做出可用的发动机扭矩的使用最适合。以前，关于前者，基于进入空气量的反应测量，排放控制主要地依赖于被喷射到发动机中的燃料的量和/或被提供至燃烧室的废气再循环的量。结果，在配备有以前的气动助推器系统的车辆中，获得增加的发动机扭矩输出的延迟可以在气动助推事件开始时出现，因为不管增加的空气喷射的量，燃料喷射系统不能对于发动机快速地补充足够的燃料，以匹配增加的空气喷射。在没有匹配其他的空气所需的燃料的情况下，在发动机扭矩输出中没有明显的增加，并且变得难以维持适当的空燃比和再循环废气的量以避免排放偏移。相反，当配备有本发明的车辆的操作者要求气动助推事件时，气动助推器控制器可以被编程，例如，通过发送信号到燃料喷射控制器来协调它与发动机的燃料喷射控制器的操作，以提供进入的压缩空气喷射的量的实时指示。在这个“主动加燃料”的方法中，燃料喷射控制器可以立即开始制定燃料喷射，以准确地达到匹配发动机的燃烧室的空气量，而不必等待其他车辆传感器的响应来通知燃料喷射控制器需要补充燃料。从本发明的气动助推器系统控制器与其他车辆部件的类似的通信可以提供进一步的益处。例如，当速率成形的气动助推器系统控制器正在通知燃料喷射控制器要实施的速率成形的压缩空气喷射策略时，气动助推器系统控制器可以为变速器的电子换档控制器提供关于空气喷射事件的信息，和/或将信号提供至变速器控制器，变速器控制器告诉控制器变速器可以以不同的方式被换档。该通信可以包含关于计划的和/或实际的压缩空气喷射速率分布图本身的信息，变速器控制器可以从该信息判定是否以及如何改变变速器的换档。另外地，气动助推器系统的控制器可以为变速器控制器提供具体的方向，例如比往常更早地换档至较高的档，或者使用不同的换档分布图，诸如以“跃过” 一个以上的中间档的方式的换档(例如，从二档换档至五档)。这种早期的调高速挡是可以通过增加的发动机扭矩输出进行的，增加的发动机扭矩输出通过速率成形的压缩空气喷射以及更早的、更加精确的燃料喷射而可用。通过比以非助推的事件另外进行的相比更早地换档至较高的档，该发动机被允许以它的最高效的操作范围消耗更多的时间来进行操作，减少燃料消耗。初步计算和试验指示早期的换档和跳跃换档提供了显著的燃料燃烧效率增加，同时产生比利用以前的气动助推器系统可获得的仅仅稍微缓慢的车辆时间比速度性能。本发明的进一步的目的是提供在气动助推事件过渡期间改进的操作者和/或乘客舒适性。通过监控车辆的操作参数，诸如从车轮转速感传器(从车轮转速感传器可以计算加速度)获得的车轮转速，气动助推器系统的控制器可以判定希望的最大加速度速率已经或者正要被超过，并且调节压缩空气喷射以将车辆加速度维持在预定的加速度阈值或者维持在预定的加速度阈值以下。通过气动助推器系统控制器，这种事件同样可以用于自适应的学习。例如，通过在气动助推事件期间观测车辆对于压缩空气喷射的反应，控制器可以在相同的和/或随后的气动助推事件中标刻或者另外使压缩空气喷射成形，以使超过操作极限的可能性最小化。例如，车辆对于压缩空气喷射的反应的观测可以用来推导出车辆是否处于装载对比卸载的状态中，和/或检测浮子后部(bob-tailing)。在响应中，气动助推器控制器可以自动地采用更好地适合于当前车辆操作条件的不同的压缩空气喷射分布图，或者可以提供指示给驾驶员，该驾驶员然后例如可以操作人工选择开关以激活不同的喷射分布图。
本发明的使压缩空气喷射的参数成形的能力为操作者提供了 “制定”车辆对操作者的加速要求的响应的能力。在本发明的一个实施例中，操作者可以被提供有控制，诸如开关或者系统程序装置，开关或者系统程序装置允许操作者设定个人爱好，诸如强调加速度或者强调燃料燃烧效率，以适合操作者的需要和/或希望。因而，实质上当前的速率成形方法允许适合的一组车辆设备变成“对于不同的用户不同的情况”。本发明同样可以为操作者提供关于气动助推器系统的操作的指示和/或关于如何改善车辆性能的指导，例如，提供表示气动助推器系统什么时候已经进行可能的早期换高速档的信号(可视的、声音和/或其他信号，诸如触觉信号)。本发明的另一个目的是例如通过电子稳定性和反滚动系统来推测用于使用的车辆装载和车辆质量，以便自动地实时适应车辆配置中的变化，诸如货物或者乘客装载中的变化。例如，通过监控车辆的CAN (控制器区域网络)总线，气动助推器系统控制器可以从各种车辆传感器和/或车辆参数信号接收信息。基于在当前的气动助推事件期间观测的监控信号(例如，监控的发动机扭矩输出和/或车辆加速度信号，气动助推器系统控制器可以将车辆对当前的压缩空气喷射的当前响应与车辆在以前的气动助推事件中的响应进行比较。这个比较提供用于从以前的负荷状态中得出车辆的当前质量的推测、或者至少车辆质量中的相对变化的推测的基础，以前的负荷状态然后可以被传递到其他车辆控制器。得出的质量信息不仅对于其他车辆系统(诸如稳定性或者ABS系统)有用，它同样可以通过气动助推器系统控制器本身被使用，以自适应地获悉车辆的当前质量，以致在随后的气动助推事件中，压缩空气喷射可以被进一步改良以维持希望的车辆性能的水平，同时变得尽可能的接近，而不是超过可应用的操作极限。另外地，如果在达到调整或者其他操作的极限之前，从车辆添加或者去除质量的效果提供了其他的安全界限，那么自适应获悉的气动助推器控制器可以在接下来的气动助推事件中标刻或者另外调节压缩空气喷射，以补偿车辆质量中的变化，即，为了使车辆性能的另一个方面最优化而消耗最新可用的安全界限。例如，如果为了使超过排放极限(NOx、颗粒物质、一氧化碳、二氧化碳和/或其他)的潜在性最小化，压缩空气喷射在一个车辆重量被限定为给定的压缩空气喷射曲线形状，并且在排放极限被超过之前，车辆重量的变化增加界限，那么气动助推器系统控制器可以允许增加的压缩空气喷射以增加发动机转矩输出，以使车辆加速性能最优化，至少到排放极限再次被接近的点为止。在本发明的另一个实施例中，自适应的获悉可以用来识别车辆上的各种部件的存在或不存在。然后气动助推器系统控制器可以改变它的压缩空气喷射速率成形，以适合识别的部件的存在(或不存在)。例如，通过经由车辆的CAN总线监控各种车辆参数的响应，诸如通过压力传感器测量进口中的气压而测量的涡轮增压器压缩机的下游的气压增加的速率，气动助推器系统控制器可以从车辆对于一个以上的气动助推事件的响应来判定涡轮增压器叶轮是轻金属叶轮(诸如由钛组成的叶轮)、还是具有较高的转动惯量的较重的叶轮，诸如钢制的叶轮。类似地，在以前的气动助推事件中的和当前的气动助推事件中的车辆及其部件的响应的比较可以用来估计发动机及其他车辆动力传动系统部件的当前的磨损状态。同样，气动助推器系统可以被编程为解释从气动助推器系统本身和/或其他车辆系统接收的故障指示，并且因此符合它的气动助推喷射分布图，以适应该故障，同时仍然在故障的约束之内提供尽可能同样多的附加的发动机扭矩输出(例如，当传感器没有正在提供所需的信息时，降低或者延迟助推喷射分布图至“失效保护(fail-safe)”水平)。本发明的另一个目的是通过提供与变速器换档协调的速率成形的压缩空气喷射，提供改进的燃料燃烧效率和车辆加速度反应。当变速器被换高速档时，发动机转速可以跌至较低的rpm水平，典型地显著地在发动机以最高效率操作并且产生最高扭矩的rpm以下。响应于换高速档，或者在换高速档之前立即响应于气动助推器系统控制器和变速器的控制器之间的通信，本发明的气动助推器控制器可以启动简短的气动助推事件，以便更加快速地将发动机转速返回到发动机的最高效率的操作范围中。本发明的进一步的目的是提供一种具有速率成形的气动助推器系统，该气动助推器系统具有足够精确的压缩空气喷射控制，以允许气动助推器系统帮助排放处理部件再生，同时在再生过渡期间继续维持车辆和排放性能。在这种实施例中，当诸如颗粒过滤器或者NOx截留器的部件需要再生时，可以进行速率成形的压缩空气喷射，以在再生处理期间在排放处理部件之内提供必要的环境条件。通过本发明的速率成形方法实现的压缩空气喷射的精确度，外加通过气动助推器控制器与其他车辆控制器(诸如燃料喷射控制器)的紧密的协调，允许在没有显著的减少车辆性能以及没有超过排放极限的情况下进行处理部件再生。在本发明的另一个实施例中，气动助推器系统的速率成形可以基于预期的驱动需要来被改变。例如，使用来自全球定位系统(GPS )传感器的输入，气动助推器系统控制器有可能可以基于即将出现的路线和立视图变化来判定动力传动系统性能要求，并且以预想的较大的或者较少的发动机扭矩输出要求，改变压缩空气喷射速率分布图、以及换档策略。本发明的进一步的目的是提供一种气动助推器系统，在该气动助推器系统中，速率成形被用于积极地保护车辆部件。例如，除了以上讨论的针对超压的中间冷却器的保护，连同气动助推器系统的节流阀一起的压缩空气喷射速率的速率成形可以用来产生使涡轮增压器冲击最小化的涡轮增压器压缩机的下游的条件。进一步通过仅仅喷射对于给定的发动机操作点所需的压缩空气的速率成形的量，涡轮增压器不太容易受到超速。因此，移动到冲击状态中的可能性被大大地减少。在另一个实例中，相对的冷却压缩空气的速率成形的喷射可以用来减少发动机和/或排气部件的操作温度。此外，操作参数可以被监控，以保护设备和使不希望的排放最小化。例如，通过监控发动机操作温度，气动助推器控制器可以选择被制定为适应尚未达到正常操作温度的发动机上的操作约束的速率成形的气动助推分布图(约束包括冷的设备极限以及在正常燃烧室温度以下期间产生的多余排放)。可以以离散部件的形式提供本发明，离散部件诸如是单独的气动助推器系统、发动机以及变速器控制器，或者可以以成一体的电子仪器组件来提供本发明。此外，气动助推器系统的物理部件可以是单独的独立的部件，或者可以被合并到气动助推器系统模块中，并且较佳地可以被合并到包含所有的进气流量控制构件的模块中，所有的进气流量控制构件例如包括压缩空气喷射控制螺线管、进气通道流量控制活板、节流阀、压力传感器、EGR喷射端口和合并的电子设备以及相关的CAN总线连接。当连同附图一起考虑时，本发明的其他目的、优点和新颖的特征将从本发明以下的详细说明变得显而易见。


图1是具有气动助推器系统的现有技术的涡轮增压发动机的示意图。图2是图1现有技术的气动助推器系统的进气控制装置的示意图。图3是根据本发明的实施例的发动机以及相关的车辆部件的示意图。图4是图3中图解的实施例的空气控制装置的示意图。图5是识别用于根据本发明的实施例的气动助推事件的启动和去激活的控制依赖性的图。图6是图解用于根据本发明的实施例的气动助推事件的启动和去激活的控制决定和依赖性的第一部分的流程图。图7是图解用于根据本发明的实施例的气动助推事件的启动和去激活的控制决定和依赖性的第二部分的流程图。图8是图解用于根据本发明的实施例的气动助推事件的启动和去激活的控制决定和依赖性的第三部分的流程图。图9是根据本发明的实施例的速率成形(rate-shaped)的压缩空气喷射的图表。图10是图解对于根据本发明的气动助推事件的车辆响应与对于现有技术的车辆响应相比的图表。图11是图解对于利用现有技术PBS系统的气动助推事件的NOx排放响应的图表。图12是图解对于根据本发明的实施例的气动助推事件的NOx排放响应的图表。图13是图解根据本发明的实施例的操作者可选的车辆性能分布图的图表。图14是在换高速档事件期间的现有技术发动机的发动机扭矩输出的图表。图15是将配备有具有和没有气动助推器系统的现有技术发动机的车辆的性能进行比较的时间比速度性能的图表。图16a和16b是识别与在变速器控制器和根据本发明的实施例的速率成形的气动助推器系统控制器之间的通信相关的控制输入与输出的图。图17是时间比速度性能的图表，时间比速度性能图解了配备有没有气动助推器系统的现有技术发动机的车辆和配备有根据本发明的实施例的速率成形的气动助推器系统的发动机的性能。图18-20是在车辆加速事件期间的各种操作参数和响应的图表。
具体实施例方式图3显示本发明的实施例的部件，包括发动机301，发动机301接收来自进气歧管302的燃烧空气并且将废气释放到排气歧管303。废气从排气歧管303流动到废气涡轮增压器的涡轮机304。废气使得涡轮增压器的涡轮机304驱动相应的进气压缩机叶轮305(共同地，涡轮增压器叶轮)，以便压缩经由进气壳体306 (在这个实施例中，空气过滤器壳体)进入进口的空气。从涡轮增压器排放的压缩空气通过中间冷却器307以降低压缩空气的温度，然后经过空气控制装置308到发动机的进气歧管302。废气还从排气歧管303流过废气再循环管道309，以便经由EGR控制阀310和EGR冷却器311到进气歧管302。在需要时操作EGR控制阀310，以将废气流提供到进口，以便使燃烧期间的NOx的形成最小化。这个实施例还包含空气压缩机312，空气压缩机312经由来自发动机301的曲柄轴的皮带和滑轮布置被发动机驱动。然而，本发明并不局限于发动机驱动的压缩空气源，并且可以被提供来自任何适当的源的压缩空气。在这个实施例中，由空气压缩机312产生的压缩空气被发送到空气控制阀和干燥器313。然后干燥的空气被引导至压缩空气消耗装置的下游，包括压缩空气存储容器314。虽然在这个实施例中使用干燥的空气，但是在本发明中并不需要干燥的空气。通过发动机控制器315管理发动机301的操作的控制，发动机控制器315监控来自包括加速器踏板316的各种传感器的信号，并且将燃料喷射指令发布至燃料喷射器317，以便将适当量的燃料提供至该发动机。除了通过发动机控制器315接收的传感器输入，发动机控制器315还可以与其他车辆控制模块交换数据，其他车辆控制模块包括通过车辆的CAN总线网络连接的模块，诸如变速器控制器319和气动助推器喷射控制器318 (在此如集成到空气控制装置308中所图解的)。图4是空气控制装置308的主要特征的示意图。这些特征包含装置入口 401、出口 402以及在入口 401和出口 402之间的空气通道403。进口封闭构件、空气通道封闭活板404被布置在空气通道403中，以便封闭通过空气控制装置308的来自涡轮增压器压缩机305的空气流。活板404被致动器405驱动，该致动器405能够产生很高的活板闭合和打开速率，以及能够将活板404安置在它全部打开和全部闭合的位置之间的任何位置处。通过气动助推器喷射控制器318来控制致动器405的操作，在这个实施例中，该气动助推器喷射控制器318被集成到空气控制装置308的壳体406中。除了活板404，空气控制装置308还包含两个螺线管操作的压缩空器控制阀407、408，压缩空器控制阀407、408控制压缩空气从空气存储容器314流动到空气通道403和进气歧管302中。(在这个实施例中使用两个控制阀，然而，本发明并不局限于两个阀。)较佳地，为了以下进一步论述的理由，使空气控制阀407、408大小适合，以便具有不同的压缩空气流速。可选择地，空气控制装置308可以被配置为接收EGR管道309的进气端。压缩空气阀407、408以及EGR管道309的出口位于活板404的下游，以使来自这些空气和排气通道的气体可以被引入进气歧管302，而没有被活板404阻断。气动助推事件启动和去激活。以下参考图5-8描述用于本发明的实施例中的气动助推事件的启动的标准和逻辑流程。如图5所示，气动助推器系统控制器从CAN总线连接或单独的通信线路接收许多输入。例如，这些输入包括，(i)从例如发动机控制器和/或直接从发动机相关的传感器接收到的发动机状况和参数信息，(ii)来自例如发动机控制器和/或进气管中的压力传感器的发动机的助推状态中的信息，(iii)例如直接从排气传感器和/或其他控制模块获得的车辆排放性能信息，(iv)例如来自传感器(诸如压缩空气存储容器压力传感器、制动踏板位置传感器和/或车轮转速传感器)、车辆制动控制器和/或车辆稳定性控制系统控制器的空气制动系统状况信息，以及(V)其他车辆设备状况信息(诸如空气压缩机接合/脱离状态和/或其他电力断开设备操作状况)。较佳地，要在气动助推事件激活和去激活的评估中被考虑的输入参数包含发动机转速、中间冷却器压力(空气助推状况的测量)、存在于气动助推器系统的压缩空气供应中的压力、加速器踏板位置和位置变化率(和/或另外地，超过预定位置的加速位置的频率)、以及传动装置、离合器状态和当前换档状况(即，换高速档或换低速档)。至少，进气歧管压力和加速器踏板位置的知识是必要的，然而替换的和/或补充的输入包括对于发动机相关信息，涡轮增压器rpm发动机扭矩输出、发动机负荷、冷却剂温度和废气质量流速；对于发动机空气助推相关信息，进气歧管压力、在进气歧管的进口地域上游中测量的进气压力和进气质量流速；对于排放相关信息，EGR质量流速、DPF (柴油机微粒滤清器)再生状态和NOx后处理系统可用性(例如，排气管道SCR和/或NOx吸收部件的状况)；对于空气制动系统信息，反锁定制动系统激活的状况(在牵引车牵引车辆的情况下，较佳地，牵引车和拖车制动器两者的ABS状况)、制动踏板位置、停车制动状况和牵引稳定性状况；对于其他车辆系统，车辆点火装置状况和巡航控制状况。对于现有技术中的那些技术人员将容易显而易见的是，上述是说明性的，而不是穷举性的，参数和系统状况指示的列举可以被认为是到气动助推器系统控制器的输入，用于判定是否激活或去激活气动助推器系统，并且在本发明的实施例的实现期间，系统设计员将从每个车辆的各种可用的参数和系统状况源判定哪个输入将被提供至气动助推器系统控制器。在图6-8中图解的实施例中采用控制逻辑，气动助推器系统控制器输出控制信号，以便经由空气控制装置308中的电磁阀407、408的控制来激活或去激活气动助推事件。在图6中显示的控制逻辑的第一部分中，控制逻辑开始于步骤601，气动助推器控制器318随着操作者打开车辆的点火装置而被激活。该气动助推器控制器318接下来在步骤602中判定加速器踏板的位置和当前排挡选择状况。在步骤603中，控制器从在步骤602中获得的信息判定加速器踏板位置的变化率是否已经超过预定的变化率极限，或者排挡是否已经变化为较高的档。如果这些条件都尚未满足，那么控制逻辑返回到步骤602。另一方面，如果这些条件中的一个条件已经被检测到，那么控制逻辑移动到步骤604。在步骤604中，控制器从它接收的输入，例如，从车辆的CAN总线系统之上发送的数据，来判定以下状况动力传动系统的状况、加速器踏板位置的状况、气动助推器系统压缩空气供应容器的状况、车辆的中间冷却器中的压力的状况、离合器的状况以及发动机的转速的状况。在步骤605中，控制逻辑从步骤604中汇总的信息，判定该条件是否适合于启动实际的压缩空气喷射。具体地，控制器判定以下所有的标准是否被满足动力传动系统啮合;加速器踏板位置大于预定位置；气动助推器系统压缩空气供应容器压力大于预定最小压力极限；离合器闭合；以及发动机正在运行。在这个实施例中，这些是在气动助推事件被气动助推器控制器318启动之前必须被满足的所有的“阈值”标准。如果这些条件中的一个尚未满足(即，该条件是“假(FALSE)”)，那么控制逻辑返回到步骤602。另一方面，如果所有的这些条件已经被满足(即，所有的标准被评估为“真(TRUE)”)，那么控制逻辑移动到控制逻辑的B部分，如图7中图解的。在图7中的步骤701，气动助推器控制器318起动观测定时器，并且例如通过监控来自发动机控制器和变速器控制器的CAN总线网络上的信号来观测动力传动系统(例如，啮合/脱离)、离合器(例如，打开/闭合)和发动机转速(例如，rpm)的状况。在步骤702中，气动助推器控制器318检查定时器是否已经到达预定时限。如果时限尚未到达，那么气动助推器控制器318接下来在步骤703中，对于以下内容中的至少一个，判定“TRUE”的状态是否存在发动机转速大于预定极限；离合器打开；以及动力传动系统脱离。如果这些条件都尚未存在，那么控制逻辑返回到步骤701，用于继续的定时器和状况监控。然而，如果在步骤702中气动助推器控制器318判定预定时限已经到达，那么在启动压缩空气喷射之前，在这个实施例中的最后试验中，控制器318证实车辆的中间冷却器中的压力不是过高(以便确保中间冷却器没有被气动助推事件中的压缩空气喷射所损害)。这是通过在步骤704中判定车辆的中间冷却器之内的压力、然后在步骤705中评估中间冷却器压力是否大于它的初始值的预定百分比(步骤705中，“X”％)来实现的。如果中间冷却器压力过高，那么控制逻辑通过将控制返回到在部分A处的控制逻辑的开始(S卩，返回到步骤602)来重新开始气动助推事件评估处理。如果相反，图7中的控制逻辑的所有的预事件条件已经满足，那么气动助推器控制器318将控制转移到图8中图解的控制逻辑的压缩空气喷射部分C的第一步骤。已经判定用于气动助推事件的启动的所有的预条件已经满足，在步骤801，气动助推器控制器318起动气动助推事件定时器，并且命令打开空气控制装置308中的压缩空气流量控制电磁阀中的一个或者两个，以便启动空气喷射。如以下更加详细描述的，控制器318以有效地使空气喷射成形为符合空气喷射曲线的方式命令空气喷射电磁阀的打开和闭合，空气喷射曲线在气动助推事件期间维持与排放和/或其他设计 标准相适应。在步骤802中，控制器判定助推事件定时器已经达到预定的经过时间。一旦时限已经达到，气动助推器控制器318就判定以下状况中间冷却器压力的状况、进气歧管压力的状况、离合器的状况、动力传动系统的状况、气动助推器系统压缩空气供应压力的状况以及加速器踏板位置的状况。然后控制器318评估获得的状况信息，以判定任何以下的气动助推事件终止标准是否是真中间冷却器压力大于预定极限；进气歧管压力大于预定极限；中间冷却器压力等于进气歧管压力；离合器打开；动力传动系统脱离，气动助推器系统压缩空气供应压力比预定极限低；以及加速器踏板位置比预定极限低。如果这些事件终止标准中没有一个已经被超过，那么控制转移到步骤805，在步骤805，控制器318判定助推事件定时器是否已经达到预定时限。如果时限尚未达到，那么当前压缩空气喷射分布图继续(步骤806)，同时控制转移回到步骤803。如果时限已经到达或者步骤804中的一个终止标准已经满足，那么气动助推器控制器318移动到步骤807，并且命令压缩空气喷射电磁阀被去激活，终止该气动助推事件。此后控制转移回到图6中的A部分处的控制逻辑的开始。现有技术中的一个技术人员将认识到上述终止标准的列举并非是穷举性的，并且还可以利用其他标准，诸如在调整极限处或者附近的排放组成物的检测，或者诸如达到温度极限的废气处理装置(例如，催化转化器)的部件。此外，控制逻辑的C部分中的压缩空气喷射可以包含恒定的压缩空气喷射，或者可以使用电磁阀407，408的连续的或者脉冲的操作来遵循速率成形的压缩空气喷射曲线，如以下进一步讨论的。气动助推事件速率成形。在本实施例中，使用如图4所示的两个螺线管控制的空气喷射阀(阀407，408)，来在气动助推事件期间进行压缩空气喷射。故意地使这些阀大小适合，以便以不同的流速使压缩空气流动，并且是极快速的动作。因而，这些阀为气动助推器系统控制器318提供能力，以便通过分别地操作空气喷射阀407和408或者一起操作空气喷射阀407和408，和/或通过以改变压缩空气喷射脉冲持续时间和/或脉冲启动时刻的脉冲方式操作阀407和408，改变总的空气流速，来控制压缩空气喷射的速率。图9图解根据本发明的实施例的气动助推事件中的速率成形的压缩空气喷射分布图的实例。在这个助推事件中，空气喷射的速率是随着时间“成形的”，以便通过改变空气喷射源(阀407和/或阀408)以及空气喷射的持续时间和时刻，来实现希望的结果空气喷射分布图。基于气动助推器控制器318已经直接或者在车辆CAN总线之上接收到的传感器及其他控制器输入，并且进一步基于如果可得到的来自以前的气动助推事件的存储的“获悉的”车辆响应分布图，气动助推器控制器318根据预定的压缩空气喷射平面图启动气动助推事件，预定的压缩空气喷射平面图以被设计成满足一个以上的希望目的的方式使空气和空气喷射的时刻成形，一个以上的希望目的诸如是排放一致性和乘客舒适性的维持。在这个实例的实施例中，在时间tl，从具有较大空气流速的压缩空气喷射阀(在这个实施例中，阀407)进行第一压缩空气喷射901。在时间t2，通过气动助推器控制器318终止来自阀407的喷射，已经提供足够的压缩空气的最初的喷射，以增加发动机扭矩输出并且增加废气流动，但是没有这么多空气容量，例如，超过排放极限的潜在性增加。接着压缩空气喷射的初始脉冲，在与通过初始的压缩空气喷射产生以到达排气歧管并且作用于涡轮增压器和/或用于足够的EGR流动以到达进口的废气大致所需的时间相对应的短延迟之后，在时间t3，气动助推器控制器318命令两个阀407和408 —起被打开，以便以较高的流速提供进一步的压缩空气喷射(来自较大流速的阀407的喷射902和来自较小流速的阀408的喷射408的组合)。例如基于预定的速率成形的喷射分布图、改良的速率成形的喷射分布图(例如，基于对于初始的压缩空气喷射脉冲的车辆参数响应的修正的喷射分布图)、和/或图8中识别的终止标准，通过气动助推器控制器318判定在时间t4的这个接合压缩空气喷射的终止的时刻。在时间t5、t6、t7、t8，根据需要使用较小流速的阀408来提供进一步的压缩空气喷射905、906、907，以便对于实际的最大程度维持希望的发动机扭矩输出，而没有超过可采用的设计和调整极限。除了短的、小容量的空气喷射905和906以外，一旦车辆操作参数在初始的压缩空气喷射之后已经稳定，就可能跟着较长的低流速喷射907，较长的低流速喷射907响应于压缩空气添加和阻断事件，产生少量不希望的急剧的“on/off”车辆反应过渡。如图9所示，胜于现有技术的立即的、全部压缩空气喷射，本实例中的压缩空气喷射的速率遵循(通过可变宽度喷射脉冲近似的)曲线，该曲线以中间的速率启动(喷射901 )，此后不久上升至较高的速率(喷射902，903)，并且在气动助推事件的末尾减少至低速率、低容量水平(喷射904-907)。对于压缩空气喷射的这个速率成形的方法的实际的效果在图10中图解。图10比较在没有气动助推事件的情况、利用现有技术气动助推器系统的“尽可能多的”、“尽可能快的”压缩空气喷射的气动助推事件、以及利用根据本发明的气动助推器系统进行的气动助推事件之间，在加速请求的情况下的车辆速度的反应对比时间。曲线A图解没有配备有气动助推器系统的车辆可以被预期随着时间而加速的速率。从图显然的是，非PBS辅助的车辆的加速速率(曲线A的速度对比时间的斜率)在用于维持车辆中的乘客舒适性的最大加速速率，最大乘客舒适性曲线B的斜率以下是良好的。与配备非气动助推器的车辆相反，利用它的“尽可能多的，尽可能快的”在气动助推事件期间喷射压缩空气的方法的配备在先气动助推器系统的车辆以高速率加速，通过图10中的曲线C表示。虽然这种配备现有技术的车辆在非常短的时间中增加速度，但是它以远超过可以接受的乘客舒适性的水平的加速速率如此进行。
曲线D图解本发明的气动助推的方法的效果。通过提供压缩空气喷射成形的可变的速率和容量、以确保车辆不超过超出最大乘客舒适性水平的加速度，连续调节的空气喷射将发动机扭矩输出维持在允许车辆相对快速加速的水平，同时仍然维持乘客舒适性。初始的压缩空气喷射分布图(即，打开和关闭空气喷射阀407，408的模式，包括选择打开哪个阀，阀打开的持续时间和阀的打开时刻)可以从例如存储在车辆的存储器，诸如气动助推器控制器的存储器中的喷射分布图获得，或者可以基于车辆的一个以上的参数，诸如剩余可用的压缩空气供应、车辆负载、进气歧管压力等等，在气动助推事件的启动之前被立即设定。在第二空气喷射脉冲被气动助推器控制器命令之前，在多个脉冲气动助推事件中的第一空气喷射脉冲之后，这个初始的压缩空气喷射分布图可以被快速调节。图11和12图解与以前的气动助推器系统相比，在本发明的实施例中可获得的好处，本发明的实施例使用速率成形以使NOx排放水平超过调整极限的潜在性最小化。图11显示作为在气动助推事件期间的压缩空气喷射的量和时刻的函数的过渡NOx排放响应的图表。图11左边的轴表示压缩空气喷射的状况。这个图右边的轴表示EGR速率，可以用来喷射到发动机的进口中以抑制发动机的燃烧室中的NOx形成的废气量的测量。在这个现有技术系统中，利用两个喷射流动通道进行压缩空气喷射，具有在气动助推事件开始时起动的最多可用的压缩空气流量，并且被维持该事件的大致整个持续时间(曲线A，从时间t0到tl)。靠近这个“最大努力”压缩空气喷射的末尾,在时间tl低流动空气喷射通道被关闭，并且此后不久在时间t2，剩余空气喷射通道被关闭。由于大的、立即的压缩空气喷射，通过用于NOx形成抑制的再循环排气中的相应的增加，有被引入发动机的不相匹配的大量氧气，即，在增加的空气喷射和补充废气的生成之间有滞后，以造成补充压力推动补充废气通过EGR系统，以便到达发动机的进口。结果，燃烧温度减少的再循环废气不是以足够的量立即可用，以便充分地抑制燃烧温度和相关的NOx生成。在缺少足够的再循环废气的情况下，在较高温度的燃烧室环境中产生的NOx的量快速地上升，如曲线B图解的。NOx产生中的快速上升使得NOx水平容易超过调整极限，曲线C，尤其是变得可适用于欧洲以及其它地方的新的车辆的基本上较低的NOx极限。最终，随着废气压力建立可用于再循环增加的废气量，EGR比率上升(曲线D图解的)和NOx形成在燃烧室中再次被抑制。然而，由于现有技术的全部立即的压缩空气喷射中固有的废气再循环中的延迟，这种现有技术系统不能排除NOx极限偏移。图12图解利用根据本发明的实施例的速率成形的压缩空气喷射的NOx水平的响应。在这个实施例中，代替现有技术的“最大努力”的压缩空气喷射，该压缩空气喷射在两个步骤中被实施，有效地延伸并且降低空气喷射曲线的形状，以便控制NOx形成。在这个实施例中，使用空气量控制装置308中的两个压缩空气喷射阀407、408 (另外地，如果希望的流动量将被实现，那么仅仅使得单个阀被打开)，在时间to和tl之间做出最初、短的压缩空气喷射脉冲Al。因为初始的压缩空气喷射脉冲是短的，所以多余氧气状态没有在发动机的燃烧室中被维持足够久的时期，以使得燃烧温度上升地足够高，以便产生过多的NOx排放。于是，如曲线B所示，虽然NOx的量响应于补充氧气喷射而增加，但是增加是足够小的，以便将NOx水平维持在NOx排放极限(曲线C)以下，直到补充EGR流动变得可得到为止。在初始的压缩空气喷射脉冲Al被传递至发动机之后不久，希望的补充EGR流动传播通过排气歧管和EGR系统。如图10中的EGR比率曲线D所示的，在大致同时的D，补充EGR流动同样到达进口，并且在时间t2启动补充压缩空气喷射A2，以提供发动机扭矩输出中希望的增加。因而，在这个实例中，速率成形的压缩空气喷射分布图将NOx水平维持在曲线C的NOx调整极限以下。在这个实施例中，通过仅仅打开两个压缩空气喷射阀407、408中的一个来产生减少的压缩空气流速。仅仅来自一个压缩空气环道的减少的压缩空气流量帮助气动助推器控制器318更加准确地使压缩空气喷射速率与可以用来抑制NOx形成的EGR流动量相匹配，并且通过避免过度喷射来使压缩空气利用率最小化。因为本发明的使压缩空气喷射的速率成形的方法允许EGR流动以在进行进一步的压缩空气喷射之前增加到可接受的水平，所以从大约时间t2开始直到气动助推事件结束，NOx水平被维持在相对固定的水平，如曲线B所示的。本发明的对于压缩空气喷射管理的方法同样提供有益于改进的传动装置换档策略的车辆性能和效率。现有技术中众所周知的，在车辆变速器的换高速档期间以及紧接着车辆变速器的换高速档之后，发动机转速下降到较低的rpm(由于传动比的变化)。在较低的发动机转速，产生较少的废气，因此废气流动可以用来驱动涡轮增压器涡轮机以及维持涡轮增压器压缩器转速。因此，涡轮增压器不能维持进气压力的预换档水平，并且发动机扭矩输出下降。例如，在14图中图解了这个。图14是作为在排档换高速档期间的时间函数的发动机扭矩输出(以牛顿测量)的图表。在图表左侧上的两个扭矩输出柱体是现有技术车辆中的换高速档，现有技术的车辆没有配备有气动助推器系统，同时图表的右侧上的两个柱体是配备现有技术气动助推器系统的车辆中的换高速档。在非助推的车辆中，在点I的发动机扭矩输出是接着先前的换高速档之后，在离合器将发动机再啮合到动力传动系统时的发动机输出。因为发动机现在没有在由于换高速档而导致的较低发动机转速正产生同样多的废气，所以由涡轮增压器产生的进气压力下降，导致点I和点2之间发动机扭矩输出的下降。点2表示在该点处，发动机转速和废气流动充分地增加，以使得涡轮增压器压缩器转速足够地恢复到停止发动机扭矩输出下降以及开始增加扭矩输出。然后发动机转速继续增加，进一步增加涡轮增压器速度和进气压力，直到需要换高速档点处为止，以避免发动机的超速。在接下来的换档操作期间，对于短的时期，离合器被脱离并且发动机燃料被限制，使得发动机扭矩输出有效地下降至零点(点4)。一旦选择下一个较高的档，随着离合器再次再啮合，发动机扭矩输出将上升至点5。由于较低的发动机转速和随之发生的较低的进气压力而导致的下降发动机扭矩输出的影响随着扭矩输出下降至点6被重复，后面是随着涡轮增压器速度恢复而增加扭矩输出。在配备有现有技术的气动助推器系统的车辆中，由于换高速档而导致的发动机扭矩输出的下降可以通过与换高速档协作的压缩空气喷射被稍微改善。再次参考图14，一旦换高速档完成，点7就立即标识在配备气动助推器系统的车辆中产生的发动机扭矩输出。通过立即采用气动助推，发动机的扭矩输出立即比在不配备PBS的车辆的情况下高(在这个实例中，与点I处的相比，近似双重扭矩输出)。现有技术的立即的、全部强度的压缩空气喷射确保了在换高速档期间，在进气歧管中剩有足够的气压，以便维持扭矩输出和废气流动。因此，在现有技术的气动助推器系统的助推事件期间，在涡轮增压器涡轮转速中有少许减少，并且随着涡轮增压器输出取代向上助推到点8处的下一换高速档操作的点的发动机，发动机扭矩输出中仅仅有受限的减少。意外地，与没有配备这种系统的车辆相比，即使具有通过现有技术气动助推器系统产生的基本上较高的发动机扭矩输出，经过一些换高速档以到达希望巡航速度进行所需的总时间没有显著地减少。图15图解不配备PBS的车辆和以前的配备PBS的车辆的时间比速度性能。在这个图中，两个曲线图解了来自(i)没有设置有气动助推器系统的发动机(曲线A，两个曲线中较低的曲线)、以及来自(ii)配备有现有技术气动助推器系统的发动机(曲线B，两个曲线中较高的曲线)的随着时间的典型发动机扭矩输出。在换档到最高档(在这个实例中，第十档)的过程中，不管利用配备PBS的发动机的补充发动机扭矩输出的可用性，实际上，在以前的配备PBS的车辆中，在每个档中施加这个发动机扭矩的相对短的期间导致车辆在不配备PBS的车辆到达巡航速度(点D)之前，以最高档到达它的巡航速度(通过在点C处的相应的巡航扭矩输出标识)仅仅五秒。与现有技术对比，本发明提供一种气动助推喷射策略，该气动助推喷射策略能够显著地实现比通过现有技术气动助推器系统提供的时间比速度性能更大的时间比速度性能。在这个方法中，气动助推器控制器以及变速器控制器可以彼此通信，以判定条件是否足以在响应操作者加速请求期间提供压缩空气喷射。如果条件满足，那么压缩空气喷射速率曲线被速率成形，以维持与设计的一致性，并且调整约束的气动助推事件可以连同替换的变速分布图的实现一起被启动。如图16a-16b所示，变速器控制器可以是气动助推事件请求的源(图16a)，或者变速器可以响应在车辆中在其它地方诸如通过气动助推器控制器启动的气动助推事件(图16b)。图16a图解了一种情形，其中，变速器控制器接收操作者的用于加速的要求，或者，例如，基于GPS位置信号和当前路径，考虑到即将到来的道路条件(诸如接近陡峭的道路坡度)，车辆电子设备产生预想的扭矩输出要求以维持车辆速度。响应于增加的扭矩要求，变速器控制器可以将气动助推事件的启动请求传达至气动助推器控制器。对气动助推器控制器的请求可以进一步包含当前的排档选择及其他车辆参数，以促进速率成形的压缩空气喷射的助推控制器的发行，以便在可应用的设计和/或调整极限之内提供尽可能多的气动助推。图16b图解一种情形，其中，变速器控制器被代替提供关于通过气动助推器控制器启动的气动助推事件的信息，并且同样被提供有关于气动助推器系统的当前能力的信息(例如，可以限制变速器控制器的扭矩输出量的关于系统故障的信息能够预期在气动助推事件期间通过发动机被传递)，以及诸如车辆是静止的还是移动的、车辆速度等等的其他车辆状况信息。然后，基于变速器控制器接收的信息，该控制器可以从各种替换的变速分布图中选择将导致希望的性能的换档分布图，希望的性能诸如是缩短的时间比速度、最高燃料燃烧效率或者最低变速器应力水平。在图17中图解较佳的变速器换档策略的实例。在这个实施例中，不是在变速器经过每个前进档被换高速档的同时采用气动助推(如现有技术中典型的)，该压缩空气喷射可以以速率成形的方式被气动助推器控制器命令，以允许某个传动比在加速期间“跳跃”至希望的巡航速度。在图17中所示的实例中，气动助推器控制器制作压缩空气喷射的速率和时刻以便允许比往常更早的、比往常更高的传动比的使用，使得在这个实例中，仅仅排档3、4、7、8和10在加速期间被啮合。在省略传动比的换档情形中，随着传动比变化，发动机转速将有大于往常的减少，并且发动机扭矩输出将有随之发生的大于往常的下降。在现有技术的气动助推器系统中，已知的“尽可能多的、尽可能快的”空气喷射方法，由于在比经历了从换档模式省略一个以上的排档的常规rpm低得多的rpm处的非常低的EGR流动，而在压缩空气喷射期间至少造成严重的排放偏移。现有技术的在非常低的发动机转速应用非常大的压缩空气喷射同样可能从过度低速扭矩输出损害车辆传动系统，或者从涡轮增压器超速事件出现造成发动机的这种大的、突然的废气流动。由于这个实质上的车辆损害的风险和/或无法满足排放需求，现有技术的气动助推的方法在现有技术中被认为在车辆加速期间不合适于支持跳跃换档。相反，本发明的速率成形的能力允许压缩空气喷射速率、持续时间以及时刻适合于与跳跃档相关的不寻常的大的rpm下降，同时仍然在设计和调整极限之内提供尽可能同样多的发动机扭矩输出。具体地，当换档出现时，气动助推器控制器可以良好地将压缩空气喷射的量控制在现有技术的“所有现在的”喷射方法以下的水平，同时监控车辆参数，以判定何时以及通过多少压缩空气喷射可以在发动机转速增加时被增加。在图17中显示应用本发明的速率成形来获得显著改进的车辆加速性能的结果的实例。与图15中所示的实例中的现有技术的时间比速度性能(利用非PBS车辆的大致39秒，同样显示在图17中的点B)相比，在这个实例中，仅仅使用排档3、4、7、8和10的速率成形的压缩空气喷射和变速器换档分布图导致在大致21秒(点A)内达到巡航速度，或者近似配备非PBS的车辆的1/2时间。此外，利用速率成形的跳跃换档的车辆时间比速度，仅仅采用以前的配备气动助推器系统的车辆所需的大致60%的时间(与现有技术系统的36秒相比的21秒，足足快了 15秒)，这个大大改进的时间比速度意外地改进了被抑制为依序的变速分布图的现有技术的PBS系统的性能。另外声明，本发明的在气动助推事件中的压缩空气喷射的速率成形的使用允许变速器使用替换的换档分布图，替换的换档分布图能够实现超过现有技术气动助推器系统的近似40%的车辆时间比速度的性能改善，同时仍然维持与可应用的设计和调整极限的一致性。除了获得改进的车辆加速性能的替换的变速器换档分布图的使用，速率成形的压缩空气喷射的使用同样使得排档跳跃换档分布图的使用能够提高燃料燃烧效率。现有技术中的那些普通的技术人员将认识到，当内燃机，尤其是柴油发动机，在远离它的最适合的燃料效率范围(即，远离发动机的“最佳位置”)的发动机转速范围中被操作时，发动机固有地使用更多的燃料。利用本发明的速率成形的使用以允许更早换档进入更高的档，允许车辆比在可能利用不能支持非依序换档的现有技术的气动助推器系统更早地到达更高的档(并且如此将发动机放置在它的最佳的燃料效率范围中)。当车辆在操作条件中处于较高的档(并且如此处于低的发动机转速)时，速率成形的使用同样具有允许应用速率成形的气动助推的潜在性，在该操作条件中，现有技术气动助推器系统不能执行它的“尽可能多的，尽可能快的”喷射，而没有超过可应用的极限。例如，现有技术PBS系统可能在启动气动助推事件之前需要变速器被换低速档，本发明的速率成形的压缩空气喷射允许车辆保持在燃料更加高效的较高的档中，并且消除可以引起乘客不舒适感的不希望的换档。压缩空气喷射的速率成形进一步提供了在紧接着换高速档之后改善乘客舒适性和燃料燃烧效率的能力。例如，当变速器控制器变得意识到换高速档被保证时，具体地，为了使用气动助推以补偿利用伴随换高速档到较高的传动比的发动机rpm中的下降观测到的扭矩下降，它可以将气动助推事件的请求发送至气动助推器控制器。然后，气动助推器控制器可以启动速率成形的压缩空气喷射分布图，速率成形的压缩空气喷射分布图提供足够的空气量(以及通过通知给发动机的燃料喷射控制器，相应的燃料量与补充空气喷射相匹配)，以便补偿紧接着换高速档之后的扭矩下降，仅仅通过避免超过调整和/或设计极限的需要来限定。当这个换高速档补偿气动助推事件继续进行并且发动机转速上升回溯到以前的水平时，为了使发动机自己再次产生足够的扭矩，压缩空气喷射可以被调节为随着发动机转速充分地上升而逐渐地减少。这个速率成形的换高速档的扭矩补偿换档允许本发明通过提供实质上准确无误的来自发动机的发动机扭矩输出的供应、在换高速档之后扭矩输出下降时基本上限制由突然的加速损失造成的乘客可以感觉到的“颠簸”，来提供平稳地功率输送。与没有配备有气动助推器系统的车辆相比，即使气动助推的量通过设计或者调整极限被限定至某种程度，这个后换高速档速率成形的扭矩补偿方法也同样提供快速的时间比速度，并且由于发动机转速更早地返回至它的最佳的功率产生rpm范围，进一步能够实现更好的燃料燃烧效率。通过使压缩空气利用率最小化，补充燃料保存及其他益处同样可以利用本发明的速率成形被实现。正如以上的讨论，在现有技术的气动助推器系统中，压缩空气的最大量尽可能快地被喷射到发动机的进气歧管中，以使发动机扭矩输出的量最大化。这个方法非常消耗压缩空气，需要大容量的压缩空气被产生并且存储在车辆上。通过集中压缩空气喷射以仅仅利用所需的压缩空气精确的量来获得能实现的最大扭矩输出，同时正好在操作极限处或者靠近操作极限处操作，本发明的速率成形的空气喷射将压缩空气利用率限制到最小可能的水平。这个压缩空气的保存具有许多益处，包括使压缩空气存储容器损耗最小化(在达到最小存储容器压力水平之前，使与压缩空气容器分离的压缩空气最小化有效地生成补充容积余量，最小存储容器压力水平对确保关键性的系统(诸如制动装置)具有足够的压缩空气的储备来说是必需的；减少发动机驱动的空气压缩机的占空比)；通过减少驱动空气压缩机所需的寄生功率损耗来减少磨损并且增加燃料燃烧效率，空气压缩机先前需要是较大的，以便服务以前的气动助推器系统的压缩空气要求；以及允许车辆设计者缩小压缩空气产生和存储设备的尺寸，减少车辆重量和部件成本以及减轻车辆整套设备的影响。此外，通过消除发动机调节器在压缩空气喷射期间提供增加的燃料喷射量的需要，降低压缩空气喷射量还直接节省了燃料，以便确保适当的燃料混合物被维持。本发明的进一步的特征是使用速率成形以便为操作者提供可选的替换的车辆性能分布图挑选的能力。例如，可以为操作者提供选择用一个特征交换另一个特征的车辆性能选项的选项。在图13中显示一个实例。在这个实例中，操作者可以选择(例如使用安装控制板的开关或者电子触摸屏控制器)在损害车辆加速性能的情况下使燃料燃烧效率最大化的性能分布图(曲线A)，在损害燃料燃烧效率的情况下使车辆对于加速要求的动态响应最大化的性能分布图(曲线C)，或者提供在这个实例中聚焦在乘客舒适性上的折衷车辆性能的性能分布图(曲线B)。取决于操作者选择的性能分布图，气动助推器控制器318被应用于与选择的曲线A、B或者C相关的适当的目标气动助推水平极限。以下提供配备速率成形的PBS的车辆对助推事件响应的定量实例，助推事件涉及配备自动或者自动化人工变速器的车辆从停止位置起的加速度。如图18-20中图解的，PBS控制器执行监控各种车辆操作参数信号的PBS控制算法。例如，随着从加速器踏板位置值(图18中的线AP)判定的驾驶员的加速要求，监控加速器踏板位置AP。在这个实例中，加速器踏板位置变化位置从在时间O. 54秒的0%的值变化到在时间O. 81秒的78%。因为踏板位置和踏板位置变化率的新的值超过分别设定的阈值，所以PBS控制器接下来判定用于执行气动助推事件的车辆的供气系统是否具有足够的气压(图18中的线P)，以支持启动喷射事件，即是否有足够的可用能力来提供希望质量的喷射空气。如果可用气压的当前值比预定的阈值低，那么PBS控制器将不启动喷射事件。在图18的实例中，可用压力是129psig，大于这个实例的预定的阈值。在这个实例中的PBS控制器接下来比较各种其他信号的状况并且使用这个车辆操作信息来判定气动助推喷射事件是否应当出现，各种其他信号包括发动机转速、进气歧管压力和动力传动系统以及离合器状态。在时间O. 80秒，由PBS控制器监控的条件已经被判定为是满足的，并且PBS控制器发布控制信号以启动助推喷射事件。该控制器发布信号以便关闭活板构件(图18中的活板位置线F)，并且监控它的位置作为硬件完整性的检查。当节流活板开始关闭时，PBS控制器将另一个信号发送至一个以上的高速空气电磁阀，以便启动压缩空气喷射，允许来自供气容器的空气流入发动机进口。PBS控制器可以命令空气阀的任何组合激活，从而使喷射的空气质量流动成形，以便与通过PBS控制器算法设定的目标压缩空气附加分布图相匹配。这个激活在这个实例中被表示为‘blow-1n-request (请求中的吹气)’(图18中的线BIR),通过压缩空气阀的适当的致动，例如，发出命令‘0’(两个螺线管都不是)、‘I’(螺线管#1)、‘2’(螺线管)或者‘3’(螺线管#1和螺线管#2两者)，来满足线BIR。在喷射期间，活板构件和发动机进气系统之间的进气歧管压力(图19中的线IM)快速地增加，同时通过车辆的涡轮增压器传递的压力随着涡轮增压器压缩机出口和活板之间的压力增加而更加逐渐地增加(图19中的线1C)。在这个实例中，PBS控制器通过监控涡轮增压器压缩机出口和节流活板之间的气压以及节流活板和发动机进气系统之间的压力来判定什么时侯中断气动助推喷射事件。当压差达到PBS控制器中的目标值时，控制器判定涡轮增压器的输出可以取代发动机所需的空气的输送，并且因此发布信号以便中断助推空气喷射。在这个实例中，在时间1. 53秒，PBS控制器发送信号以使激活的空气喷射阀螺线管去激励。PBS控制器同样发送信号以便在时间1. 57秒打开活板构件，并且这个快速激活的活板在时间1. 59秒达到它的全开位置。在气动助推喷射事件过程中，当空气在喷射期间被消耗时，PBS供应容器中的压力(图18中的线P)开始减少。从图18可以了解，当空气喷射中止时，在时间0.81秒处以129psi起动的供应系统压力在时间1. 54秒减少至114psig。在这个实例的气动助推喷射事件中，发动机比当气动助推喷射不存在时更早地达到希望的扭矩和/或发动机转速。现有技术中使用的用于比较车辆时间比速度性能的通用测量是“T-90时间”，发动机在适当的位置经由加速器踏板变化从扭矩要求的时间达到它的最高扭矩输出的90%所需的时间。如图20所示，具有气动助推喷射的T90时间是1. 10秒，如图20中的线T、扭矩输出曲线所示。气动助推喷射空气同样允许车辆变速器比当气动助推喷射不存在时更加快速地达到它接下来的换档点。在这个实例中，车辆在二档中开始气动助推喷射事件，并且变速器控制器(图20中的线TRANS)调用靠近在时间1. 59秒的喷射的末尾的接下来的换挡(图20中的线TRANS)。上述公开已经阐明，仅仅为了图解本发明，并且不打算进行限制。例如，虽然上述公开涉及车辆发动机配备有至少一个涡轮增压器的实施例，但是本发明不局限于配备涡轮增压器的发动机，而是代替的可以适用于希望控制的压缩空气喷射以至少临时地提供增加的发动机扭矩输出的任何其他的内燃机结构。这种发动机结构包含自然吸气的发动机、配备增压器的发动机、以及在除了柴油机燃料的燃料上操作的发动机，除了柴油机燃料的燃料包括汽油、氢、以及丙烷燃料燃烧的发动机。此外，以同样的方式，NOx排放偏移可以通过利用压缩空气喷射的速率成形被避免，本发明的气动助推器系统中的气动助推器控制器同样可以利用发动机上的信息和车辆特征被编程，以便允许压缩空气喷射的速率成形将诸如C02和/或颗粒排放的其他污染物维持在所需的极限以下。例如，根据预定固定的速率成形的压缩空气喷射分布图，根据从“查找表”(即，存储在例如气动助推器控制器的存储器中的压缩空气喷射分布图的预定的编辑)选择的压缩空气喷射分布图)，和/或根据响应于监控的车辆操作参数选择的预定的速率成形的压缩空气喷射分布图，其他实施例将以开放式包含气动助推器系统的操作。因为结合了本发明的精神和实质的公开的实施例的这种变形对于本领域的技术人员来说是可以存在的，所以本发明应当被解释为包含在附加的权利要求书以及等效的范围之内的一切。
权利要求
1.一种气动助推器控制器，其特征在于，包括 控制器，被配置为通过CAN总线网络和专用信号电路中的至少一个，来接收车辆操作参数信息并且将气动助推器致动命令发送到气动助推器致动装置， 其中，所述控制器被如下编程，以便基于所述车辆的至少一个监控的操作参数来控制气动助推事件 协调至少一个压缩空气流控制阀和进口封闭构件的操作，所述至少一个压缩空气流控制阀控制允许压缩空气进入发动机的进口，所述进口封闭构件封闭所述进口以防止压缩空气回流到所述进口中，以及 通过调节压缩空气喷射分布图，控制在所述气动助推事件期间的压缩空气喷射，所述压缩空气喷射分布图用于在所述气动助推事件期间通过调节压缩空气喷射速率、至少两个空气喷射脉冲的持续时间和时刻中的至少两个，来打开和关闭所述至少一个压缩空气流控制阀，以便将所述车辆的至少一个监控的操作参数维持在预定范围之内。
2.如权利要求1所述的气动助推器控制器，其特征在于， 所述控制器被配置为，在启动所述气动助推事件之前从所述车辆接收车辆参数信息，并且控制所述至少一个压缩空气流控制阀的所述操作，以便基于接收到的车辆参数信息来调节空气喷射速率、至少两个压缩空气喷射脉冲中的第一个压缩空气喷射脉冲的持续时间和时刻中的至少一个。
3.如权利要求1所述的气动助推器控制器，其特征在于， 所述至少一个操作参数是存储在压缩空气存储容器中的压缩空气的压力，以及所述预定范围是比最小压缩空气压力高的压力，所述最小压缩空气压力是确保车辆安全系统具有可以用来施行所述安全系统功能的足够的压缩空气所要求的。
4.如权利要求3所述的气动助推器控制器，其特征在于， 所述车辆安全系统是空气制动系统。
5.如权利要求1所述的气动助推器控制器，其特征在于， 所述至少一个操作参数表示来自所述发动机的废气中的NOx含量，以及 所述预定范围是比NOx排放极限低的NOx含量。
6.如权利要求1所述的气动助推器控制器，其特征在于， 所述至少一个操作参数表示来自所述发动机的废气中的颗粒物质含量，以及 所述预定范围是比颗粒物质排放极限低的颗粒量。
7.如权利要求1所述的气动助推器控制器，其特征在于， 所述至少一个操作参数表示EGR比率，以及 所述预定范围是比与超过NOx排放极限相对应的EGR比率低的EGR比率。
8.如权利要求1所述的气动助推器控制器，其特征在于， 所述至少一个操作参数是所述发动机的转动速度，以及 所述预定范围是比发动机超速极限低的发动机转速。
9.如权利要求1所述的气动助推器控制器，其特征在于， 所述至少一个操作参数是为所述发动机供应燃烧空气的涡轮增压器的压缩机的转动速度，以及 所述预定范围是比涡轮增压器压缩机超速极限低的涡轮增压器叶轮速度。
10.如权利要求1所述的气动助推器控制器，其特征在于， 所述至少一个操作参数是车辆加速度，以及 所述预定范围是比最大加速度极限低的加速度，所述最大加速度极限用于维持所述车辆中的乘客舒适性。
11.如权利要求1所述的气动助推器控制器，其特征在于， 所述至少一个操作参数是车辆加速度，以及 所述预定范围是比操作者可选的加速度分布图低的加速度速率。
12.如权利要求1所述的气动助推器控制器，其特征在于， 所述至少一个操作参数是进气压力，以及 所述预定范围是低于中间冷却器超压极限的压力。
13.如权利要求1所述的气动助推器控制器，其特征在于， 所述至少一个操作参数是废气温度，以及 所述预定范围是低于预定的废气极限温度的温度。
14.如权利要求1所述的气动助推器控制器，其特征在于， 所述至少一个操作参数是发动机操作温度，以及 所述预定范围是高于预定的最小发动机操作极限温度的温度。
15.如权利要求1所述的气动助推器控制器，其特征在于， 所述至少一个操作参数是涡轮增压器压缩机的压力下游，以及 所述预定范围是压力变化速率，所述压力变化速率表示涡轮增压器叶轮速度变化低于与涡轮增压器冲击相对应的预定的叶轮速度变化。
16.如权利要求1所述的气动助推器控制器，其特征在于， 所述至少一个操作参数是表示所述进口中的实际的空气流速的所述车辆的操作参数，以及 所述预定范围是在所述进口中的所述实际的空气流速和由所述车辆的至少一个控制器要求的空气流速之间的预定的容许差异。
17.如权利要求1所述的气动助推器控制器，其特征在于， 所述至少一个操作参数是驾驶员加速请求，以及 所述预定范围是加速器踏板位置和超过预定位置的加速器位置踏板的频率中的至少一个。
18.如权利要求1所述的气动助推器控制器，其特征在于， 所述至少一个操作参数是在气动助推器系统压缩空气喷射模块的入口和出口中的至少一个处的压力，和 所述预定的范围是在气动助推器系统压缩空气喷射模块的入口和出口中的至少一个处的所述压力、与在所述涡轮增压器压缩机和在所述气动助推器系统压缩空气喷射模块的所述进口下游的位置中的至少一个处的压力之间的预定的容许差异。
19.如权利要求1所述的气动助推器控制器，其特征在于， 所述气动助推器控制器被编程为通过减缓、中断和增加所述压缩空气喷射的流速中的至少一个来改变所述压缩空气喷射。
20.如权利要求1所述的气动助推器控制器，其特征在于，所述气动助推器控制器被编程为调节所述压缩空气喷射速率、喷射持续时间和喷射时刻中的至少一个，以便通过至少一个压缩空气喷射控制装置的脉冲宽度调制，将所述至少一个操作参数维持在所述预定范围之内。
21.如权利要求20所述的系统，其特征在于， 所述至少一个压缩空气喷射控制装置包含至少两个压缩空气流控制阀。
22.如权利要求21所述的设备，其特征在于， 所述至少两个压缩空气流控制阀具有不同的最大空气流定额，以及 所述至少两个压缩空气流控制阀可同时并且独立操作，以便在所述助推事件期间获得可变的压缩空气喷射流速。
23.—种气动助推器控制器,其特征在于,包括 控制器，被配置为通过CAN总线网络和专用信号电路中的至少一个，来接收车辆操作参数信息并且将气动助推器致动命令发送到气动助推器致动装置， 其中，所述控制器被如下编程，以便基于预定的压缩空气喷射分布图来控制气动助推事件 协调至少一个压缩空气流控制阀和进口封闭构件的操作，所述至少一个压缩空气流控制阀控制允许压缩空气进入发动机的进口，所述进口封闭构件封闭所述进口以防止压缩空气回流到所述进口中，以及 通过调节压缩空气喷射分布图，控制在所述气动助推事件期间的压缩空气喷射，所述压缩空气喷射分布图用于在所述气动助推事件期间通过调节压缩空气喷射速率、至少两个空气喷射脉冲的持续时间和时刻中的至少两个，来打开和关闭所述至少一个压缩空气流控制阀。
24.如权利要求23所述的气动助推器控制器，其特征在于， 所述控制器被编程为根据预定的压缩空气喷射分布图，控制所述至少一个压缩空气流控制阀，以便通过在所述气动助推事件期间，调节压缩空气喷射速率、至少两个空气喷射脉冲的持续时间和时刻中的至少两个，来提供所述压缩空气喷射。
25.如权利要求23所述的气动助推器控制器，其特征在于， 所述控制器被编程为通过协调所述至少一个压缩空气流控制阀和所述进口封闭构件的所述操作，基于所述车辆的至少一个监控的操作参数，控制所述气动助推事件，以便经由所述进口将压缩空气供应至所述发动机，和 所述控制器被编程为根据所述至少一个监控的操作参数来设定所述压缩空气喷射速率。
26.如权利要求25所述的气动助推器控制器，其特征在于， 所述控制器被编程为通过参考所述至少一个监控的操作参数和查找表来设定所述压缩空气喷射速率，所述查找表使所述至少一个操作参数与预定的压缩空气喷射速率分布图相关。
27.如权利要求25所述的气动助推器控制器，其特征在于， 所述控制器被编程为根据所述至少一个监控的操作参数来设定所述压缩空气喷射速率，以使所述控制器实现预定的气动助推事件分布图，所述预定的气动助推事件分布图不同于在所述气动助推事件启动时调用的初始预定的气动助推事件分布图。
28.如权利要求25所述的气动助推器控制器，其特征在于， 所述至少一个监控的操作参数是车辆部件的故障状态，并且所述控制器被编程为根据所述监控的部件故障状态来设定所述压缩空气喷射速率。
29.—种气动助推器控制装置，其特征在于，包括 空气控制装置，被配置为位于发动机的进口中，所述空气控制装置具有进气通道，所述进气通道具有入口端和出口端，所述空气控制装置包括 位于所述空气控制装置的所述进气通道中的进口封闭构件，所述进口封闭构件被布置为至少在打开和关闭位置之间移动，以便有选择地阻挡或者允许空气朝向所述进气通道的所述出口端流过所述空气控制装置， 至少一个压缩空气喷射通道，被配置为从压缩空气供应接收压缩空气，所述压缩空气喷射通道相对于所述进气通道入口端向所述进口封闭构件的所述进气通道下游的所述出口端侧敞开， 至少一个压缩空气流控制阀，被布置为控制压缩空气流的流动，所述压缩空气流经过所述至少一个压缩空气通道进入所述进气通道被提供至所述空气控制装置，以及 向所述进口阻挡构件的所述发动机侧上的所述进气管敞开的通道，经过所述通道，来自所述发动机的废气通过废气再循环通道被弓I入所述进气管；以及 设有所述空气控制装置的气动助推器控制器，所述气动助推器控制器被配置为通过CAN总线网络和专用信号电路中的至少一个，接收车辆操作参数信息，并且将气动助推器致动命令发送到气动助推器致动装置， 其中，所述气动助推器控制器被如下编程，以便基于所述车辆的至少一个监控的操作参数来控制气动助推事件 协调至少一个压缩空气流控制阀和进口封闭构件的操作，所述至少一个压缩空气流控制阀控制允许压缩空气进入发动机的进气管，所述进口封闭构件封闭所述进气管以防止压缩空气在所述进气管中的回流，以及 通过调节压缩空气喷射分布图，控制在所述气动助推事件期间的压缩空气喷射，所述压缩空气喷射分布图用于在所述气动助推事件期间通过调节压缩空气喷射速率、至少两个空气喷射脉冲的持续时间和时刻中的至少两个，来打开和关闭所述至少一个压缩空气流控制阀，以便将所述车辆的至少一个监控的操作参数维持在预定范围之内。
30.如权利要求29所述的气动助推器控制装置，其特征在于，进一步包括 设置在所述空气量控制装置上以监控所述进气通道之内的气压的至少一个压力传感器， 其中，所述至少一个压力传感器被布置为将至少一个压力传感器输出提供至所述气动助推器控制器。
31.一种气动助推器控制装置，其特征在于，包括 空气控制装置，被配置为位于发动机的进口中，所述空气控制装置具有进气通道，所述进气通道具有入口端和出口端，所述空气控制装置包括 位于所述空气控制装置的所述进气通道中的进口封闭构件，所述进口封闭构件被布置为至少在打开和关闭位置之间移动，以便有选择地阻挡或者允许空气朝向所述进气通道的所述出口端流过所述空气控制装置，至少一个压缩空气喷射通道，被配置为从压缩空气供应接收压缩空气，所述压缩空气喷射通道相对于所述进气通道入口端向所述进口封闭构件的所述进气通道下游的所述出口端侧敞开， 至少一个压缩空气流控制阀，被布置为控制压缩空气流的流动，所述压缩空气流经过所述至少一个压缩空气通道进入所述进气通道被提供至所述空气控制装置，以及 向所述进口阻挡构件的所述发动机侧上的所述进气管敞开的通道，经过所述通道，来自所述发动机的废气通过废气再循环通道被弓I入所述进气管；以及 设有所述空气控制装置的气动助推器控制器， 其中，所述气动助推器控制器被如下编程，以便基于所述车辆的至少一个监控的操作参数来控制气动助推事件 协调至少一个压缩空气流量控制阀和进口封闭构件的操作，所述至少一个压缩空气流量控制阀控制允许压缩空气进入发动机的进气管，所述进口封闭构件封闭所述进气管以防止压缩空气在所述进气管中的回流，以及 通过调节压缩空气喷射分布图，控制在所述气动助推事件期间的压缩空气喷射，所述压缩空气喷射分布图用于通过在所述气动助推事件期间调节压缩空气喷射速率、至少两个空气喷射脉冲的持续时间和时刻中的至少两个，来打开和关闭所述至少一个压缩空气流控制阀。
32.如权利要求31所述的气动助推器控制装置，其特征在于， 所述气动助推器控制器被编程为根据预定的压缩空气喷射分布图，控制所述至少一个压缩空气流控制阀，以便通过在所述气动助推事件期间，调节压缩空气喷射速率、至少两个空气喷射脉冲的持续时间和时刻中的至少两个，来提供所述压缩空气喷射。
33.如权利要求31所述的气动助推器控制装置，其特征在于， 所述气动助推器控制器被编程为通过协调所述至少一个压缩空气流控制阀和所述进口封闭构件的所述操作，基于所述车辆的至少一个监控的操作参数，控制所述气动助推事件，以便经由所述进口将压缩空气供应至所述发动机，和 所述控制器被编程为根据所述至少一个监控的操作参数来设定所述压缩空气喷射速率。
34.如权利要求33所述的气动助推器控制装置，其特征在于， 所述气动助推器控制器被编程为通过参考所述至少一个监控的操作参数和查找表来设定所述压缩空气喷射速率，所述查找表使至少一个操作参数与预定的压缩空气喷射速率分布图相关。
35.如权利要求33所述的气动助推器控制器，其特征在于， 所述控制器被编程为根据所述至少一个监控的操作参数来设定所述压缩空气喷射速率，以使所述控制器实现预定的气动助推事件分布图，所述预定的气动助推事件分布图不同于在所述气动助推事件启动时调用的初始预定的气动助推事件分布图。
36.如权利要求33所述的气动助推器控制器，其特征在于， 所述至少一个监控的操作参数是车辆部件的故障状态，并且所述控制器被编程为根据监控的部件的故障状态来调节所述压缩空气喷射速率。
全文摘要
通过将气动助推应用到车辆发动机来改进车辆性能的设备和方法，车辆发动机包括柴油发动机，柴油发动机具有以增加发动机扭矩输出、同时使超过各种操作极限至最大可用程度的潜在性最小化的方式，将空气供应至发动机的至少一个涡轮增压器。车辆的气动助推器系统控制器实现策略，该策略通过控制在助推事件期间的时刻、持续时间、数量和/或喷射模式，在考虑操作极限的同时，使在助推事件期间的空气喷射的速率成形，制定空气喷射以获得最大发动机扭矩输出，以实现遍及助推事件的过程的压缩空气喷射的改良的分布，以便在使超过各式各样的操作极限、调整、工程和乘客舒适性极限的潜在性最小化的同时，提供希望的发动机扭矩输出和燃料效率。
文档编号F02B21/00GK103003545SQ201180035420
公开日2013年3月27日 申请日期2011年5月17日 优先权日2010年5月19日
发明者威廉·J·沙福德, 尼古拉斯·阿斯密斯, 马克·W·麦科洛, 理查德·贝耶尔 申请人:邦迪克斯商用车系统有限责任公司