用于怠速速度控制的扭矩储备减小的控制系统和方法 技术领域 本发明涉及用于控制内燃发动机的扭矩输出的控制系统和方法， 更具体地， 涉及 用于控制发动机扭矩储备的控制系统和方法。
背景技术 本文提供的背景技术描述为了从总体上介绍本发明的背景。 当前提及的发明人的 工作——以在此背景技术部分中所描述的为限——以及在提交时否则可能不构成现有技 术的该描述的各方面， 既不明示地也不默示地被承认为是针对本发明的现有技术。
机动车辆通常包括产生驱动扭矩的发动机系统， 驱动扭矩通过变速器传递至传动 系以驱动车辆的车轮。发动机系统可包括内燃发动机， 内燃发动机在汽缸内燃烧空气和燃 料的混合物以驱动活塞， 活塞产生驱动扭矩。 进入发动机的空气流量通过节气门调节。 更具 体地， 节气门调节节气门面积， 增大或减小进入发动机的空气流量。当节气门面积增大时， 进入发动机的空气流量增大。燃料控制系统调节燃料喷射的速率， 以给汽缸提供期望的空 气 / 燃料混合物。增大提供给汽缸的空气和燃料量会增大发动机的扭矩输出。
已经研发了发动机控制系统来控制发动机扭矩输出以实现期望的扭矩。 所述期望 扭矩可基于一个或多个驾驶员输入， 例如加速器踏板位置。发动机控制系统可包括一个或 多个电子控制模块， 所述电子控制模块通过控制一个或多个致动器 ( 例如， 用于控制节气 门以实现期望扭矩的节气门致动器 ) 的工作来控制发动机扭矩输出。电子控制模块可基于 一个或多个发动机工况 ( 如发动机速度 ) 来控制工作。在驾驶员将他或她的脚从加速器踏 板移开期间， 例如当车辆怠速或从较高的速度滑行时， 电子控制模块可控制发动机扭矩输 出以实现期望的发动机怠速速度。
发明内容
在一种形式中， 本发明提供了一种用于发动机的控制系统， 包括 ： 速度误差确定模 块， 其基于所述发动机的测量速度与所述发动机的期望速度之间的差周期性确定发动机速 度误差率 ； 以及扭矩储备模块， 其监测所述发动机速度误差率， 并基于所述发动机速度误差 率有选择地调整所述发动机的扭矩储备。
在一种特征中， 当所述发动机速度误差率低于预定第一误差率时， 所述扭矩储备 模块将所述扭矩储备保持在预定第一扭矩储备量。在另一特征中， 当所述发动机速度误差 率增大至大于所述第一误差率的预定第二误差率以上时， 所述扭矩储备模块有选择地将所 述扭矩储备增大至所述第一扭矩储备量以上。在相关特征中， 当所述发动机速度误差率 保持大于所述第一误差率时， 所述扭矩储备模块可有选择地以预定第一扭矩速率 (torque rate) 增大所述扭矩储备。所述扭矩储备模块可将所述扭矩储备限制为大于所述第一扭矩 储备量的预定第二扭矩储备量。在另一相关特征中， 当所述发动机速度误差率减小至所述 第一误差率以下时， 所述扭矩储备模块可以预定第二扭矩速率减小所述扭矩储备。
在其它特征中， 当满足使能条件时， 所述扭矩储备模块将所述扭矩储备增大至所述第一扭矩储备量以上。所述使能条件可包括所述发动机的所述测量速度、 发动机冷却剂 温度、 车辆速度、 以及所述发动机的失火情况中的一个。
在其它特征中， 在第一时间段期间和所述第一时间段之后的第二时间段期间， 所 述扭矩储备模块有选择地在预定第一扭矩储备量跟所述第一扭矩储备量与预定第二扭矩 储备量的和之间调整所述扭矩储备， 其中所述第一时间段在所述发动机速度误差率增大至 预定第一误差率以上时开始， 并且在所述发动机速度误差率降低至比所述第一误差率小的 预定第二误差率以下时结束。
在另外的特征中， 所述第一扭矩储备量可基于所述发动机的进气的密度。所述发 动机速度误差率可在所述发动机的每个点火周期 (firing period) 被确定。所述发动机的 测量速度与所述发动机的期望速度之间的差可为已滤波的差。 所述发动机速度误差率可为 已滤波的发动机速度误差率。
在另一种形式中， 本发明提供了一种用于发动机的方法， 包括 ： 基于所述发动机的 测量速度与所述发动机的期望速度之间的差周期性地确定发动机速度误差率 ； 监测所述发 动机速度误差率 ； 以及基于所述发动机速度误差率有选择地调整所述发动机的扭矩储备。
在一种特征中， 所述有选择地调整扭矩储备包括 ： 当所述发动机速度误差率低于 预定第一误差率时， 将所述扭矩储备保持在预定第一扭矩储备量， 其中当所述发动机速度 误差率增大至大于所述第一误差率的预定第二误差率以上时， 有选择地将所述扭矩储备增 大至所述第一扭矩储备量以上。在相关特征中， 所述有选择地将所述扭矩储备增大至所述 第一扭矩储备量以上可包括 ： 当所述发动机速度误差率保持大于所述第一误差率时， 有选 择地以预定第一扭矩速率增大所述扭矩储备。 所述有选择地将所述扭矩储备增大至所述第 一扭矩储备量以上还可包括 ： 将所述扭矩储备限制为大于所述第一扭矩储备量的预定第二 扭矩储备量。 在另一相关特征中， 所述方法可包括 ： 当所述发动机速度误差率减小至所述第 一误差率以下时， 以预定第二扭矩速率减小所述扭矩储备。
在其它特征中， 所述有选择地将所述扭矩储备增大至所述第一扭矩储备量以上包 括： 当满足使能条件时， 将所述扭矩储备增大至所述第一扭矩储备量以上。 所述使能条件可 包括所述发动机的测量速度、 发动机冷却剂温度、 车辆速度、 以及所述发动机的失火情况中 的一个。
在其它特征中， 所述有选择地调整所述发动机的扭矩储备包括 ： 在第一时间段期 间和所述第一时间段之后的第二时间段期间， 有选择地在预定第一扭矩储备量跟所述第一 扭矩储备量与预定第二扭矩储备量的和之间调整所述扭矩储备， 其中所述第一时间段在所 述发动机速度误差率增大至预定第一误差率以上时开始， 并且在所述发动机速度误差率降 低至比所述第一误差率小的预定第二误差率以下时结束。
在另外的特征中， 所述第一扭矩储备量可基于所述发动机的进气密度。所述发动 机速度误差率可在所述发动机的每个点火周期被确定。 所述发动机的测量速度与所述发动 机的期望速度之间的所述差可为已滤波的差。 所述发动机速度误差率可为已滤波的发动机 速度误差率。
本发明还涉及以下技术方案 ：
方案 1. 一种用于发动机的控制系统， 包括 ：
速度误差确定模块， 其基于所述发动机的测量速度与所述发动机的期望速度之间的差周期性确定发动机速度误差率 ； 和
扭矩储备模块， 其监测所述发动机速度误差率， 并基于所述发动机速度误差率有 选择地调整所述发动机的扭矩储备。
方案 2. 如方案 1 所述的控制系统， 其中， 当所述发动机速度误差率低于预定第一 误差率时， 所述扭矩储备模块将所述扭矩储备保持在预定第一扭矩储备量， 并且其中， 当所 述发动机速度误差率增大至预定第二误差率以上时， 所述扭矩储备模块有选择地将所述扭 矩储备增大至所述第一扭矩储备量以上， 其中所述第二误差率大于所述第一误差率。
方案 3. 如方案 2 所述的控制系统， 其中， 当所述发动机速度误差率保持大于所述 第一误差率时， 所述扭矩储备模块有选择地以预定第一扭矩速率增大所述扭矩储备。
方案 4. 如方案 3 所述的控制系统， 其中， 所述扭矩储备模块将所述扭矩储备限制 为大于所述第一扭矩储备量的预定第二扭矩储备量。
方案 5. 如方案 3 所述的控制系统， 其中， 当所述发动机速度误差率减小至所述第 一误差率以下时， 所述扭矩储备模块以预定第二扭矩速率减小所述扭矩储备。
方案 6. 如方案 2 所述的控制系统， 其中， 所述第一扭矩储备量基于所述发动机的 进气密度。
方案 7. 如方案 2 所述的控制系统， 其中， 当满足使能条件时， 所述扭矩储备模块将 所述扭矩储备增大至所述第一扭矩储备量以上， 并且其中， 所述使能条件包括所述发动机 的所述测量速度、 发动机冷却剂温度、 车辆速度、 所述发动机的失火情况中的一个。
方案 8. 如方案 1 所述的控制系统， 其中， 在第一时间段期间和所述第一时间段之 后的第二时间段期间， 所述扭矩储备模块有选择地在预定第一扭矩储备量跟所述第一扭矩 储备量与预定第二扭矩储备量的和之间调整所述扭矩储备， 其中所述第一时间段在所述发 动机速度误差率增大至预定第一误差率以上时开始， 并且在所述发动机速度误差率降低至 比所述第一误差率小的预定第二误差率以下时结束。
方案 9. 如方案 1 所述的控制系统， 其中， 在所述发动机的每个点火周期确定所述 发动机速度误差率。
方案 10. 如方案 1 所述的控制系统， 其中， 所述差为已滤波的差， 并且其中， 所述发 动机速度误差率为已滤波的发动机速度误差率。
方案 11. 一种用于发动机的方法， 包括 ：
基于所述发动机的测量速度与所述发动机的期望速度之间的差周期性地确定发 动机速度误差率 ；
监测所述发动机速度误差率 ； 以及
基于所述发动机速度误差率有选择地调整所述发动机的扭矩储备。
方案 12. 如方案 11 所述的方法， 其中， 所述有选择地调整扭矩储备包括 ： 当所述发 动机速度误差率低于预定第一误差率时， 将所述扭矩储备保持在预定第一扭矩储备量， 并 且当所述发动机速度误差率增大至预定第二误差率以上时， 有选择地将所述扭矩储备增大 至所述第一扭矩储备量以上， 其中所述第二误差率大于所述第一误差率。
方案 13. 如方案 12 所述的方法， 其中， 所述有选择地将所述扭矩储备增大至所述 第一扭矩储备量以上包括 ： 当所述发动机速度误差率保持大于所述第一误差率时， 有选择 地以预定第一扭矩速率增大所述扭矩储备。方案 14. 如方案 13 所述的方法， 其中， 所述有选择地将所述扭矩储备增大至所述 第一扭矩储备量以上包括 ： 将所述扭矩储备限制为大于所述第一扭矩储备量的预定第二扭 矩储备量。
方案 15. 如方案 13 所述的方法， 还包括 ： 当所述发动机速度误差率减小至所述第 一误差率以下时， 以预定第二扭矩速率减小所述扭矩储备。
方案 16. 如方案 12 所述的方法， 其中， 所述第一扭矩储备量基于所述发动机的进 气密度。
方案 17. 如方案 12 所述的方法， 其中， 所述有选择地将所述扭矩储备增大至所述 第一扭矩储备量以上包括 ： 当满足使能条件时， 将所述扭矩储备增大至所述第一扭矩储备 量以上， 并且其中， 所述使能条件包括所述发动机的所述测量速度、 发动机冷却剂温度、 车 辆速度、 以及所述发动机的失火情况中的一个。
方案 18. 如方案 11 所述的方法， 其中， 所述有选择地调整所述发动机的扭矩储备 包括 ： 在第一时间段期间和所述第一时间段之后的第二时间段期间， 有选择地在预定第一 扭矩储备量跟所述第一扭矩储备量与预定第二扭矩储备量的和之间调整所述扭矩储备， 其 中所述第一时间段在所述发动机速度误差率增大至预定第一误差率以上时开始， 并且在所 述发动机速度误差率降低至比所述第一误差率小的预定第二误差率以下时结束。 方案 19. 如方案 11 所述的方法， 其中， 在所述发动机的每个点火周期确定所述发 动机速度误差率。
方案 20. 如方案 11 所述的方法， 其中， 所述差为已滤波的差， 并且其中， 所述发动 机速度误差率为已滤波的发动机速度误差率。
通过本文提供的详细描述将明了本发明的其它应用领域。应当理解的是， 这些详 细描述和特定示例仅仅用于说明的目的， 而并不意图限制本发明的范围。
附图说明
根据详细描述和附图， 本发明将得到更加全面的理解， 附图中 ：
图 1 为示出示例性车辆系统的功能框图 ；
图 2 为示出根据本发明的示例性发动机系统的功能框图 ；
图 3 为示出根据本发明的示例性发动机控制系统的功能框图 ；
图 4 为示出图 3 中所示 RPM 控制模块的示例性实施方式的功能框图 ；
图 5 为示出图 4 中所示发动机速度误差确定模块的示例性实施方式的功能框图 ；
图 6 为示出图 4 中所示扭矩储备模块的示例性实施方式的功能框图 ；
图 7 为示出根据本发明的用于控制发动机扭矩储备的方法中的示例性步骤的部 分流程图 ； 以及
图 8 为示出根据本发明的用于控制发动机扭矩储备的方法中的另一些示例性步 骤的部分流程图。 具体实施方式
下面的描述本质上仅仅是示例性的， 绝不试图限制本发明、 其应用或用途。 为了清 楚起见， 在附图中将使用相同附图标记来表示相似元件。如本文所使用的， 短语 “A、 B和C中的至少一个” 应当解释为指的是使用了非排他性逻辑 “或” 的逻辑 “A 或 B 或 C” 。应当理 解的是， 在不改变本发明原理的情况下， 方法内的步骤可按照不同顺序执行。
如本文所使用的， 术语 “模块” 指专用集成电路 (ASIC)、 电子电路、 执行一个或多个 软件或固件程序的处理器 ( 共用处理器、 专用处理器或组处理器 ) 和存储器、 组合逻辑电路 和 / 或提供所述功能的其他适合部件。
特别参考图 1， 示例性车辆系统 10 可包括发动机系统 12， 该发动机系统产生驱动 扭矩， 该驱动扭矩通过变速器 14 以一个或多个传动比传递至传动系 16， 传动系 16 驱动车辆 的一个或多个车轮 18。 如下面所进一步详细描述的， 发动机系统 12 可为混合动力发动机系 统。车辆系统 10 还可包括调节车辆系统 10 的一个或多个部件的工作的车辆控制模块 20。 车辆控制模块 20 可通过基于从各种部件接收的信号产生控制信号来调节工作。所述信号 可包括表示各种部件的一个或多个工况的信号。车辆控制模块 20 可包括下面所进一步描 述的发动机系统 12 的一个或多个模块。
特别参考图 2， 示出了根据本发明的发动机系统 12 的示例性实施方式的功能框 图。发动机系统 12 包括发动机 102， 发动机 102 燃烧空气 / 燃料混合物以基于驾驶员输入 模块 104 产生车辆的驱动扭矩。发动机控制模块 (ECM)106 调节发动机 102 的工作并从而 控制发动机扭矩输出。 如下面所进一步详细描述的， ECM 106 可使发动机 102 准备产生在期望扭矩以上 的发动机扭矩输出， 以满足发动机上即将来临的可影响发动机扭矩输出的负载。可影响发 动机扭矩输出的负载包括外围发动机部件产生的负载， 所述外围发动机部件例如但不限 于， 由发动机 102 驱动的空调 (A/C) 压缩机、 交流发电机和动力转向泵。
所述即将来临的负载可为从控制外围发动机部件工作的信号获知的负载。例如， 在 ECM 106 控制部件的工作的情况下可知道所述即将来临的负载。又例如， 通过监测由触 发部件工作的开关 ( 例如， 由驾驶员操作的 A/C 开关 ) 产生的信号可知道所述即将来临的 负载。再例如， 通过监测由感测部件工作的传感器 ( 例如， 感测动力转向泵的输出压力的压 力传感器 ) 产生的信号可知道所述即将来临的负载。
在发动机驱动的一个或多个部件不依赖于控制而工作并且没有传感器感测所述 部件的工作的情况下， 所述即将来临的负载可能是未知的。 根据本发明， 可通过监测发动机 的期望发动机速度与实际 ( 即， 测量的 ) 发动机速度之差的变化率 (rate of change) 来检 测未知的即将来临的负载。更具体地， 在发动机工作于怠速期间和 / 或在期望扭矩低的期 间， 可按照前面的方式检测所述未知的即将来临的负载。 例如， 在车辆滑行期间或车辆低速 动作期间 ( 如停车动作期间 )， 期望扭矩会低。
根据本发明检测即将来临的负载具有如下益处 ： 可去除为检测即将来临的负载否 则可能需要的传感器。作为一个非限制性实例， 可去除为了检测动力转向泵产生的负载而 感测动力转向泵的压力输出否则可能需要的压力传感器。本发明具有另外的益处 ： 在未检 测到即将来临的负载期间， 发动机 102 可以较低的扭矩储备工作。当检测到未知的即将来 临的负载时， 可增大发动机的扭矩储备以应付所述负载。使发动机以较低的扭矩储备工作 具有如下益处 ： 通过减小发动机 102 准备产生的扭矩输出以及通过降低发动机 102 工作所 在的期望发动机速度 ( 例如， 怠速速度 ) 来改善燃料经济性。
继续参考图 2， 现在更加详细地描述发动机系统 12。空气通过节气门 112 被吸入
进气歧管 110。仅例如， 节气门 112 可包括具有可旋转叶片的蝶型阀。ECM 106 控制节气门 致动器模块 116， 该模块 116 调节节气门 112 的开度以控制吸入进气歧管 110 的空气量。
来自进气歧管 110 的空气被吸入发动机 102 的汽缸。尽管发动机 102 可包括多个 汽缸， 但为说明的目的， 示出一个代表性的汽缸 118。仅例如， 发动机 102 可包括 2、 3、 4、 5、 6、 8、 10 和 / 或 12 个汽缸。ECM 106 可指令汽缸致动器模块 120 有选择地停用一些汽缸， 这 在一定的发动机工况下可提高燃料经济性。
来自进气歧管 110 的空气通过进气门 122 被吸入汽缸 118。ECM 106 控制燃料致 动器模块 124， 该燃料致动器模块调节燃料喷射以实现期望空气 / 燃料比。 燃料可在中央位 置或在多个位置喷入进气歧管 110， 例如在各汽缸的进气门附近。 在图 2 未示出的各种实施 方式中， 燃料可直接喷入汽缸或喷入与汽缸关联的混合室。燃料致动器模块 124 可中止向 停用的汽缸喷射燃料。
喷射的燃料与空气混合并在汽缸 118 中产生空气 / 燃料混合物。汽缸 118 内的活 塞 ( 未示出 ) 压缩空气 / 燃料混合物。基于来自 ECM 106 的信号， 火花致动器模块 126 为 汽缸 118 内的火花塞 128 供能， 火花塞 128 点燃空气 / 燃料混合物。可相对于活塞处于其 最靠上位置 ( 称为上止点 (TDC)) 时的时刻规定火花正时。 空气 / 燃料混合物的燃烧将活塞向下驱动， 从而驱动旋转曲轴 ( 未示出 )。 然后活 塞开始再次向上移动， 通过排气门 130 排出燃烧副产物。燃烧副产物通过排气系统 134 从 车辆排出。
火花致动器模块 126 可由表示应当在 TDC 之前或之后多远提供火花的正时信号控 制。因此， 可使火花致动器模块 126 的工作与曲轴旋转同步。在各种实施方式中， 火花致动 器模块 126 可中止向停用的汽缸提供火花。
进气门 122 可由进气凸轮轴 140 控制， 而排气门 130 可由排气凸轮轴 142 控制。 在 各种实施方式中， 多个进气凸轮轴可控制各汽缸的多个进气门和 / 或可控制多排汽缸的进 气门。类似地， 多个排气凸轮轴可控制各汽缸的多个排气门和 / 或可控制多排汽缸的排气 门。汽缸致动器模块 120 可通过禁用进气门 122 和 / 或排气门 130 的打开来停用汽缸 118。
通过进气凸轮相位器 148 可改变进气门 122 相对于活塞 TDC 被打开的时刻。通过 排气凸轮相位器 150 可改变排气门 130 相对于活塞 TDC 被打开的时刻。相位器致动器模块 158 基于来自 ECM 106 的信号控制进气凸轮相位器 148 和排气凸轮相位器 150。当执行时， 还可通过相位器致动器模块 158 控制可变气门升程。
发动机系统 12 可包括向进气歧管 110 提供增压空气的增压装置。例如， 图2示 出了涡轮增压器 160， 该涡轮增压器 160 包括由流过排气系统 134 的热排气驱动的热涡轮 160-1。涡轮增压器 160 还包括由涡轮 160-1 驱动的冷空气压缩机 160-2， 该压缩机压缩通 向节气门 112 的空气。 在各种实施方式中， 由曲轴驱动的机械增压器可压缩来自节气门 112 的空气， 并将压缩空气输送至进气歧管 110。
废气门 162 可允许排气绕过涡轮增压器 160， 从而降低涡轮增压器 160 的增压 ( 进 气压缩量 )。ECM 106 通过增压致动器模块 164 控制涡轮增压器 160。增压致动器模块 164 可通过控制废气门 162 的位置调节涡轮增压器 160 的增压。在各种实施方式中， 可通过增 压致动器模块 164 控制多个涡轮增压器。涡轮增压器 160 可具有可变的几何构造， 这可通 过增压致动器模块 164 来控制。
中间冷却器 ( 未示出 ) 可消散空气被压缩时产生的压缩空气充气的一部分热量。 压缩空气充气还可具有因空气靠近排气系统 134 而导致的吸收的热量。尽管为说明的目的 图示为分离开的， 但是涡轮 160-1 与压缩机 160-2 常常彼此附接， 使进气紧邻热排气。
发动机系统 12 可包括排气再循环 (EGR) 阀 170， 该阀有选择地将排气重新引导回 到进气歧管 110。EGR 阀 170 可位于涡轮增压器 160 的上游。EGR 阀 170 可由 EGR 致动器模 块 172 控制。
发动机系统 12 可使用感测曲轴旋转位置的曲轴位置传感器 180 测量以每分钟转 数 (RPM) 为单位的曲轴的速度和位置。曲轴位置传感器 180 可产生表示感测到的旋转位置 的 CPS 信号。 发动机冷却剂的温度可使用发动机冷却剂温度 (ECT) 传感器 182 来测量。 ECT 传感器 182 可位于发动机 102 内或者位于冷却剂所循环通过的其它位置， 例如散热器 ( 未 示出 ) 处。
进气歧管 110 中的压力可使用歧管绝对压力 (MAP) 传感器 184 来测量。在各种实 施方式中， 可测量发动机真空度， 即环境空气压力与进气歧管 110 中的压力之间的差。流入 进气歧管 110 中的空气的质量流率可使用质量空气流量 (MAF) 传感器 186 来测量。在各种 实施方式中， MAF 传感器 186 可位于还包括节气门 112 的壳体中。
节气门致动器模块 116 可使用一个或多个节气门位置传感器 (TPS)190 来监测节 气门 112 的位置。正被吸入发动机 102 的空气的环境温度可使用进气温度 (IAT) 传感器 192 来测量。ECM 106 可使用来自这些传感器的信号做出对发动机系统 12 的控制决定。
ECM 106 可与变速器控制模块 194 通信以协调变速器 ( 未示出 ) 中的换档。例如， ECM 106 可在换档期间减小发动机扭矩。ECM 106 可与混合动力控制模块 196 通信以协调 发动机 102 和电动机 198 的工作。
电动机 198 还可用作发电机， 并且可用于产生供车辆电气系统使用和 / 或存储在 电池中的电能。 在各种实施方式中， ECM 106、 变速器控制模块 194 和混合动力控制模块 196 的各种功能可集成到一个或多个模块中。
改变发动机参数的各系统可称为接收致动器值的致动器。例如， 节气门致动器模 块 116 可称为致动器， 节气门打开面积可称为致动器值。在图 2 的实例中， 节气门致动器模 块 116 通过调节节气门 112 的叶片角实现节气门打开面积。
类似地， 火花致动器模块 126 可称为致动器， 而相应的致动器值可为相对于汽缸 TDC 的火花提前量。其它致动器可包括增压致动器模块 164、 EGR 致动器模块 172、 相位器致 动器模块 158、 燃料致动器模块 124、 和汽缸致动器模块 120。对于这些致动器， 致动器值可 分别对应于增压压力、 EGR 阀打开面积、 进气和排气凸轮相位器角、 燃料供给速率、 和激活汽 缸的数目。ECM 106 可控制这些致动器值以便从发动机 102 产生期望的扭矩。
现在参考图 3， 示出了根据本发明的示例性发动机控制系统的功能框图。ECM 106 的示例性实施方式包括车轴扭矩判优 (arbitration) 模块 204。车轴扭矩判优模块 204 在 来自驾驶员输入模块 104 的驾驶员输入与其它车轴扭矩请求之间进行判优。例如， 驾驶员 输入可基于加速器踏板的位置。驾驶员输入还可基于巡航控制， 该巡航控制可为改变车辆 速度以保持预定跟随距离的自适应巡航控制系统。
扭矩请求可包括目标扭矩值以及升降请求 (ramp request)， 例如， 将扭矩降至最 小的发动机停机扭矩的请求或从最小的发动机停机扭矩增加扭矩的请求。 车轴扭矩请求可包括车轮打滑期间牵引控制系统所请求的扭矩降低。 车轴扭矩请求还可包括用于抵销负车 轮滑移的扭矩请求增大， 在负车轮滑移期间因为车轴扭矩是负的， 所以车辆的轮胎相对于 路面滑动。
车轴扭矩请求还可包括制动器管理请求和车轮超速扭矩请求。 制动器管理请求可 降低发动机扭矩以确保发动机扭矩输出不超过车辆停止时制动器保持住车辆的能力。 车辆 超速扭矩请求可降低发动机扭矩输出以防止车辆超过预定速度。 车轴扭矩请求还可由车身 稳定性控制系统发出。
车轴扭矩判优模块 204 基于接收到的扭矩请求之间的判优结果输出预测扭矩和 即时扭矩。预测扭矩为 ECM 106 让发动机 102 准备产生的扭矩量， 并可常常基于驾驶员扭 矩请求。即时扭矩为 ECM 106 期望发动机 102 产生的扭矩量， 其可小于预测扭矩。当即时 扭矩小于预测扭矩并且不久可被增大以增大发动机扭矩输出时存在扭矩储备。定量地， 扭 矩储备对应于即时扭矩能被增大的当前最大能力。
ECM 106 可控制发动机 102 的致动器以产生扭矩储备， 以及满足临时性扭矩降低 请求。如这里所讨论的， 可产生扭矩储备以应付发动机 102 上即将来临的负载。例如， 当车 辆速度接近超速阈值和 / 或当牵引控制系统感测到车轮滑移时， 可请求临时性扭矩降低。 可通过改变快速发动机致动器的致动器值来实现等于即时扭矩的发动机扭矩输 出。可准备发动机 102 以通过改变慢速发动机致动器的致动器值来产生等于预测扭矩的扭 矩。
如这里所讨论的， 快速发动机致动器为快速响应接收到的致动器值变化、 并且在 响应于该致动器值变化而改变发动机扭矩输出时没有显著延迟的致动器。 快速致动器包括 可被控制以在接收到的致动器值变化之后的下一燃烧事件期间产生发动机扭矩输出变化 的致动器。
如这里所讨论的， 慢速发动机致动器为对于所接收到的致动器值变化具有延迟响 应和 / 或在响应于该致动器值变化而改变发动机扭矩输出时具有延迟的致动器。延迟的响 应可由于致动器为实现对应于致动器值的发动机参数的操作中的延迟而引起。 改变发动机 扭矩输出时的延迟可由于特定发动机响应于发动机参数变化的发动机扭矩输出中的固有 延迟而引起。
例如， 在汽油发动机中， 可调节火花提前以快速地改变发动机扭矩输出。这样， 火 花致动器模块 126 可为快速致动器。可调节燃料供给以快速地改变发动机扭矩输出， 因此 燃料致动器模块 124 也可为快速致动器。
因为机械滞后时间， 空气流量和凸轮相位器位置可响应得较慢， 因此在改变发动 机扭矩输出中会具有相应的延迟。 而且， 空气流量的变化会经历在进气歧管中的传输延迟。 另外， 空气流量的变化并不表现为扭矩改变， 直到空气已被吸入汽缸、 被压缩并且进行了燃 烧。因此， 节气门致动器模块 116 和相位器致动器模块 158 可为慢速致动器。类似地， 增压 致动器模块 164 和 EGR 致动器模块 172 可为慢速致动器。汽缸致动器模块 120 可为快速致 动器或慢速致动器， 这取决于汽缸致动器模块实现汽缸停用的方式， 下面将进行讨论。
通过将慢速发动机致动器设定为产生预测扭矩， 同时将快速发动机致动器设定为 产生小于预测扭矩的即时扭矩， 可产生扭矩储备。例如， 节气门 112 可打开以增大空气流 量， 并使发动机 102 准备产生预测扭矩。同时， 可延迟火花提前以将实际发动机扭矩输出降
低为即时扭矩。换句话说， 火花正时可设定为使得实际发动机扭矩输出小于目前可产生的 最大发动机扭矩输出。
预测扭矩与即时扭矩之间的差可产生扭矩储备。当存在扭矩储备时， 通过调节一 个或多个快速致动器的控制值将即时扭矩增大至预测扭矩， 可快速地增大发动机扭矩输 出。由此， 无需等待因一个或多个慢速致动器的控制值调整而引起发动机扭矩输出变化就 可获得预测扭矩。
车轴扭矩判优模块 204 可将预测扭矩和即时扭矩输出至推进扭矩判优模块 206。 在各种实施方式中， 车轴扭矩判优模块 204 可将预测扭矩和即时扭矩输出至混合动力优化 模块 208。混合动力优化模块 208 确定发动机 102 应当产生多大的扭矩以及电动机 198 应 当产生多大的扭矩。然后混合动力优化模块 208 将修改后的预测扭矩值和即时扭矩值输出 至推进扭矩判优模块 206。 在各种实施方式中， 混合动力优化模块 208 可实施在混合动力控 制模块 196 中。
将推进扭矩判优模块 206 接收到的预测扭矩和即时扭矩从车轴扭矩域 ( 车轮处的 扭矩 ) 转换为推进扭矩域 ( 曲轴处的扭矩 )。该转换可发生在混合动力优化模块 208 之前、 之后， 或作为混合动力优化模块 208 的一部分发生， 或者代替混合动力优化模块 208 发生。 推进扭矩判优模块 206 在推进扭矩请求之间判优， 推进扭矩请求包括转换后的预 测扭矩和即时扭矩。推进扭矩判优模块 206 可产生判优预测扭矩和判优即时扭矩。判优扭 矩可通过从接收到的请求中选择获胜的请求来产生。可替代地或另外地， 判优扭矩可通过 基于接收到的请求中的另一个或多个请求而修改接收到的请求中的一个请求来产生。
其它推进扭矩请求可包括用于发动机超速保护的扭矩降低、 用于防止熄火的扭矩 提高、 以及由变速器控制模块 194 为适应换档而请求的扭矩降低。推进扭矩请求还可由离 合器燃料切断产生， 当驾驶员在手动变速器车辆中踩下离合器踏板时， 所述离合器燃料切 断可减小发动机扭矩输出。
推进扭矩请求还可包括发动机停机请求， 这可在检测到关键故障时发出。 仅例如， 关键故障可包括检测到车辆被盗、 起动电机被卡住、 电子节气门控制问题、 和意外的扭矩增 大。仅例如， 发动机停机请求可总是赢得判优， 从而被输出为判优扭矩， 或者可完全绕过判 优， 简单地停止发动机。推进扭矩判优模块 206 仍可接收这些停机请求， 例如使得恰当的数 据可被反馈回其它扭矩请求器。例如， 所有其它扭矩请求器可被告知它们在判优中失败。
RPM 控制模块 210 也可将预测扭矩请求 ( 预测扭矩 RPM) 和即时扭矩请求 ( 即时扭 矩 RPM) 输出至推进扭矩判优模块 206。当 ECM 106 处于 RPM 模式时， 来自 RPM 控制模块 210 的扭矩请求会在判优中获胜。当驾驶员将他们的脚从加速器踏板移开时， 例如当车辆怠速 或从较高的速度滑行时， 可选择 RPM 模式。
可替代地或另外地， 当车轴扭矩判优模块 204 请求的预测扭矩低于预定发动机扭 矩值时可选择 RPM 模式。发动机扭矩值可为预定扭矩， 在该预定扭矩之下时则期望根据本 发明对扭矩储备进行调整。
如前所述， 来自 RPM 控制模块 210 的扭矩请求可由推进扭矩判优模块 206 基于接 收到的其它请求中的一个或多个来调整。
RPM 控制模块 210 从 RPM 轨迹模块 212 接收期望发动机速度 ( 期望 RPM)， 并控制 预测和即时扭矩请求输出， 以减小期望发动机速度与实际发动机速度之间的差。在根据本
发明的示例性实施方式中， RPM 控制模块 210 可通过控制预测和即时扭矩请求使得在未检 测到发动机 102 上未知的即将来临的负载期间扭矩储备被保持在或接近基本扭矩储备量， 来减小所述差 ( 后文中称为发动机速度误差 )。
RPM 控制模块 210 可监测发动机速度误差， 以检测发动机 102 上会影响发动机扭矩 输出的未知的即将来临的负载。当检测到未知的即将来临的负载时， RPM 控制模块 210 可 有选择地调整预测和即时扭矩请求， 使得扭矩储备被增大至基本扭矩储备量以上。 特别地， 可使扭矩储备增大一瞬时扭矩储备量。
以前述方式， 在未检测到未知的即将来临的负载期间， RPM 控制模块 210 可将扭矩 储备保持为相对较低。 RPM 控制模块 210 可在适当的时间增大扭矩储备， 使得可对扭矩输出 进行调节以满足未知的即将来临的未来负载。这样， 可更加有效地控制发动机怠速和 / 或 低车辆速度情形下的发动机速度误差。
对于车辆滑行， RPM 轨迹模块 212 可输出线性减小的期望发动机速度， 直到达到期 望怠速速度。然后 RPM 轨迹模块 212 可继续输出期望怠速速度作为期望发动机速度。
储备 / 负载模块 220 从推进扭矩判优模块 206 接收判优预测扭矩请求和判优即时 扭矩请求。多种发动机工况会影响发动机扭矩输出。响应于这些工况， 储备 / 负载模块 220 可通过增大预测扭矩请求来产生扭矩储备。 仅例如， 催化剂起燃过程或冷起动减排过程可能需要延迟的火花提前。 因此， 对于 冷起动减排过程， 储备 / 负载模块 220 可将预测扭矩请求增大至即时扭矩请求以上， 以产生 延迟的火花提前。在另一实例中， 发动机的空气 / 燃料比和 / 或质量空气流量可被直接改 变， 例如通过诊断性侵入当量比测试和 / 或新的发动机吹洗。在开始这些过程之前， 可请求 相应的扭矩储备以产生火花延迟。火花延迟可被取消， 以允许快速地响应因这些过程期间 稀薄了空气 / 燃料混合物而引起的发动机扭矩输出的降低。
在预期到已知的未来负载时， 例如预期到 A/C 压缩机离合器的接合时， 储备 / 负载 模块 220 也可产生扭矩储备。当驾驶员首次请求空调时， 可产生用于 A/C 压缩机离合器的 接合的储备。然后， 当 A/C 压缩机离合器接合时， 储备 / 负载模块 220 可将 A/C 压缩机离合 器的预期负载加至即时扭矩请求。
致动模块 224 从储备 / 负载模块 220 接收预测和即时扭矩请求。致动模块 224 确 定将要如何达到预测和即时扭矩请求。致动模块 224 可特定于发动机类型， 对于气体发动 机和柴油发动机具有不同的控制方案。在各种实施方式中， 致动模块 224 可限定致动模块 224 之前的与发动机无关的模块与依赖于发动机的模块之间的边界。
例如， 在气体发动机中， 致动模块 224 可改变节气门 112 的开度， 这允许进行宽范 围的扭矩控制。但是， 打开和关闭节气门 112 会导致扭矩相对较慢地变化。禁用汽缸也提 供宽范围的扭矩控制， 但是会类似地慢， 并且另外会具有操纵性和排放的问题。 改变火花提 前相对较快， 但是不会提供同样大范围的扭矩控制。 另外， 利用火花实现的可能的扭矩控制 量 ( 称为火花容量 ) 随每汽缸空气的变化而变化。
在各种实施方式中， 致动模块 224 可基于预测扭矩请求产生空气扭矩请求。空气 扭矩请求可等于预测扭矩请求， 从而使空气流量被设定为使得可通过改变其它致动器来实 现预测扭矩请求。
空气控制模块 228 可基于空气扭矩请求确定慢速致动器的期望致动器值。例如，
空气控制模块 228 可控制期望歧管绝对压力 (MAP)、 期望节气门面积、 和 / 或期望每汽缸空 气 (APC)。期望 MAP 可用于确定期望增压， 期望 APC 可用于确定期望凸轮相位器位置。在各 种实施方式中， 空气控制模块 228 还可确定 EGR 阀 170 的打开量。
在气体系统中， 致动模块 224 还可产生火花扭矩请求、 汽缸关闭扭矩请求、 和燃料 质量扭矩请求。火花扭矩请求可被火花控制模块 232 用来确定从校准的火花提前对火花进 行多少延迟 ( 这减小了发动机扭矩输出 )。
汽缸关闭扭矩请求可被汽缸控制模块 236 用来确定停用多少个汽缸。汽缸控制模 块 236 可指令汽缸致动器模块 120 停用发动机 102 的一个或多个汽缸。 在各种实施方式中， 可共同地停用预定的汽缸组。汽缸控制模块 236 还可指令燃料控制模块 240 停止向停用的 汽缸提供燃料， 并可指令火花控制模块 232 停止给停用的汽缸提供火花。
在各种实施方式中， 汽缸致动器模块 120 可包括液压系统， 该液压系统有选择地 针对一个或多个汽缸使进气门和 / 或排气门与相应的凸轮轴断开， 以停用那些汽缸。仅 例如， 通过汽缸致动器模块 120 将一半汽缸的气门作为一组或者液压地联接或者液压地断 开。 在各种实施方式中， 汽缸可简单地通过中止向那些汽缸提供燃料而停用， 无需停止进气 门和排气门的打开和关闭。在这种实施方式中， 可省略汽缸致动器模块 120。
燃料质量扭矩请求可被燃料控制模块 240 用来改变提供给各汽缸的燃料量。仅例 如， 燃料控制模块 240 可确定在与每汽缸空气的当前量组合时可获得化学计量燃烧的燃料 质量。燃料控制模块 240 可指令燃料致动器模块 124 对各激活汽缸喷射该燃料质量。在正 常的发动机工作期间， 燃料控制模块 240 可尝试保持空气 / 燃料化学计量比。
燃料控制模块 240 可将燃料质量增大至化学计量值以上， 以增大发动机扭矩输 出， 并可减少燃料质量以减小发动机扭矩输出。在各种实施方式中， 燃料控制模块 240 可接 收不同于化学计量比的期望空气 / 燃料比。然后燃料控制模块 240 可确定各汽缸达到期望 空气 / 燃料比的燃料质量。在柴油机系统中， 燃料质量可为用于控制发动机扭矩输出的主 致动器。
致动模块 224 为实现即时扭矩请求而采取的方法可通过模式设定来确定。所述模 式设定可例如由推进扭矩判优模块 206 提供给致动模块 224， 并可选择包括非激活模式、 舒 适模式 (pleasible mode)、 最大范围模式、 和自动致动模式在内的模式。
在非激活模式中， 致动模块 224 可忽略即时扭矩请求， 并尝试实现预测扭矩请求。 因此， 致动模块 224 可将火花扭矩请求、 汽缸关闭扭矩请求、 和燃料质量扭矩请求设定为预 测扭矩请求， 其最大化当前发动机空气流量条件下的扭矩输出。可替代地， 致动模块 224 可 将这些请求设定为预定值 ( 例如范围外的高值 )， 以使扭矩减小不能延迟火花、 停用汽缸、 或降低空气 / 燃料比。
在舒适模式中， 致动模块 224 可通过仅调节火花提前来尝试实现即时扭矩请求。 因此， 致动模块 224 可输出预测扭矩请求作为空气扭矩请求， 并且输出即时扭矩请求作为 火花扭矩请求。火花控制模块 232 将尽可能多地延迟火花， 以尝试实现火花扭矩请求。如 果期望的扭矩减小大于火花储备容量 ( 通过火花延迟可获得的扭矩减小量 )， 那么不会实 现扭矩减小。
在最大范围模式中， 致动模块 224 可输出预测扭矩请求作为空气扭矩请求， 并且 输出即时扭矩请求作为火花扭矩请求。另外， 致动模块 224 可产生汽缸关闭扭矩请求， 该汽缸关闭扭矩请求足够低， 从而使得火花控制模块 232 能够实现即时扭矩请求。换句话说， 当 单独减小火花提前不能实现即时扭矩请求时， 致动模块 224 可减小汽缸关闭扭矩请求 ( 从 而停用汽缸 )。
在自动致动模式中， 致动模块 224 可基于即时扭矩请求减小空气扭矩请求。例如， 只要必需允许火花控制模块 232 通过调节火花提前来实现即时扭矩请求， 就可只减小空气 扭矩请求。因此， 在自动致动模式中， 在允许发动机 102 尽可能快地返回预测扭矩请求的同 时实现了即时扭矩请求。 换句话说， 通过尽可能多地减小快速响应的火花提前， 最小化了对 慢速响应的节气门的修正的使用。
扭矩估计模块 244 可估计发动机 102 的扭矩输出。该估计扭矩可被空气控制模块 228 用来执行发动机气流参数的闭环控制， 发动机气流参数例如为节气门面积、 MAP、 和相位 器位置。仅例如， 可定义例如如下的扭矩关系 ：
T ＝ f(APC， S， I， E， AF， OT， #) (1)
其中， 扭矩 (T) 为每汽缸空气 (APC)、 火花提前 (S)、 进气凸轮相位器位置 (I)、 排气 凸轮相位器位置 (E)、 空气 / 燃料比 (AF)、 油温 (OT)、 和激活汽缸的数量 (#) 的函数。还可 考虑其它变量， 例如排气再循环 (EGR) 阀的开度。
该关系可通过方程建模和 / 或可作为查寻表存储在存储器中。扭矩估计模块 244 可基于测量的 MAF 和当前测量的发动机 RPM 确定 APC， 从而允许进行基于实际空气流量的闭 环空气控制。所使用的进气和排气凸轮相位器位置可基于实际位置， 因为相位器可能在朝 着期望位置行进。
虽然可使用实际火花提前来估计扭矩， 不过当使用校准的火花提前值来估计扭矩 时， 估计的扭矩可称为估计空气扭矩。如果去除了火花延迟 ( 即， 火花提前被设定为校准的 火花提前值 ) 并且给所有汽缸都供给燃料， 那么估计空气扭矩是对发动机在当前空气流量 下可产生多大扭矩的估计。
空气控制模块 228 可产生输出至增压调度模块 248 的期望歧管绝对压力 (MAP) 信 号。增压调度模块 248 使用期望的 MAP 信号控制增压致动器模块 164。然后增压致动器模 块 164 控制一个或多个涡轮增压器和 / 或机械增压器。
空气控制模块 228 可产生输出至节气门致动器模块 116 的期望面积信号。然后节 气门致动器模块 116 调节节气门 112， 以产生期望的节气门面积。空气控制模块 228 可基 于反扭矩模型 (inverse torque model) 和空气扭矩请求产生期望面积信号。空气控制模 块 228 可使用估计的空气扭矩和 / 或 MAF 信号以进行闭环控制。例如， 期望面积信号可被 控制以最小化估计空气扭矩与空气扭矩请求之间的差。
空气控制模块 228 还可产生输出至相位器调度模块 252 的期望每汽缸空气 (APC) 信号。基于期望的 APC 信号和 CPS 信号， 相位器调度模块 252 可使用相位器致动器模块 158 控制进气和 / 或排气凸轮相位器 148 和 150 的位置。
回头参考火花控制模块 232， 可在多种发动机工况下校准火花提前值。仅例如， 扭矩关系可被反演以求解期望的火花提前。对于给定的扭矩请求 (Tdes)， 期望的火花提前 (Sdes) 可基于下式确定 ：
Sdes ＝ T-1(Tdes， APC， I， E， AF， OT， #) (2)
该关系可实施为方程和 / 或作为查寻表存储在存储器中。空气 / 燃料比 (AF) 可为如燃料控制模块 240 所指示的实际比。
当火花提前被设定为校准的火花提前时， 所获得的扭矩可尽可能地接近平均最佳 扭矩 (MBT)。MBT 指的是当使用具有大于预定阈值的辛烷值的燃料并且使用化学计量燃料 供给时， 对于给定的空气流量在火花提前增大时而产生的最大扭矩。出现该最大扭矩时的 火花提前可称为 MBT 火花。例如因为燃料品质 ( 例如在使用了低辛烷值的燃料时 ) 和环境 因素， 校准的火花提前可不同于 MBT 火花。因此， 校准的火花提前下的扭矩可小于 MBT。
特别参考图 4， 示出了根据本发明的 RPM 控制模块 210 的示例性实施方式， 现在将 对其进行描述。RPM 控制模块 210 包括发动机速度误差确定模块 300、 瞬时扭矩储备使能模 块 302、 和扭矩储备模块 304。发动机速度误差确定模块 300 基于期望的发动机速度和实际 的发动机速度周期性地确定发动机速度误差率。 实际发动机速度可基于测量的曲轴转速来 确定。这样， 发动机速度误差确定模块 300 可接收来自 RPM 轨迹模块 212 的期望 RPM 和曲 轴位置传感器 180 产生的 CPS 信号。发动机速度误差确定模块 300 可产生输出至瞬时扭矩 储备使能模块 302 的指示发动机速度误差率的信号。
发动机速度误差率可通过周期性地计算发动机速度误差然后计算发动机速度误 差的相继周期性计算之间的差来确定。例如， 可在每个点火周期计算发动机速度误差。换 句话说， 在四冲程发动机中， 例如本文公开的发动机 102 中， 可在曲轴每旋转两次时计算一 次发动机速度误差。 发动机速度误差率可基于发动机速度误差的相继计算之间的时间段来 进一步计算。这样， 发动机速度误差率可对应于发动机速度误差变化的时间率。 特别参考图 5， 发动机速度误差确定模块 300 的示例性实施方式可包括发动机速 度模块 308、 速度差模块 310、 第一滤波器模块 312、 误差率模块 314、 和第二滤波器模块 316。 发动机速度模块 308 接收 CPS 信号， 并基于 CPS 信号周期性地确定实际发动机速度 ( 发动 机 RPM)。发动机速度模块 308 输出表示实际发动机速度的信号。
速度差模块 310 接收期望的 RPM 和发动机 RPM 信号。速度差模块 310 通过计算期 望的 RPM 与由接收到的信号表示的实际发动机速度之间的差来周期性地确定发动机速度 误差。速度差模块 310 输出表示发动机速度误差的信号。该信号表示的发动机速度误差可 为如图 5 中所示的未滤波的发动机速度误差。换句话说， 速度差模块 310 可在未向发动机 速度误差的相继计算应用滤波器的情况下输出发动机速度误差。
第一滤波器模块 312 接收未滤波的发动机速度误差信号， 并输出已滤波的发动机 速度误差信号， 其减少了所表示的未滤波发动机速度误差中的不希望的噪声。如这里所讨 论的， 第一滤波器模块 312 在产生已滤波发动机速度误差信号时向未滤波发动机速度误差 信号应用一阶滞后滤波器。这样， 第一滤波器模块 312 输出的信号可表示如图 5 中所示的 已滤波发动机速度误差。
误差率模块 314 接收已滤波发动机速度误差信号， 并基于接收到的信号周期性地 确定发动机速度误差率。误差率模块 314 可通过确定已滤波发动机速度误差的相继值之间 的差和相继值之间的时间段来确定发动机速度误差率。误差率模块 314 输出表示发动机速 度误差率的信号， 所述发动机速度误差率由已滤波发动机速度误差信号表示。由该信号表 示的发动机速度误差率可为如图 5 中所示的未滤波的发动机速度误差率。换句话说， 误差 率模块 314 可在未向发动机速度误差率的相继计算应用滤波器的情况下输出由所接收信 号表示的发动机速度误差率。
第二滤波器模块 316 接收未滤波的发动机速度误差率信号， 并输出已滤波的发动 机速度误差率信号， 其减少了所表示的未滤波发动机速度误差率中的不希望的噪声。如这 里所讨论的， 第二滤波器模块 316 在产生已滤波发动机速度误差率信号时向未滤波的发动 机速度误差率信号应用一阶滞后滤波器。这样， 第二滤波器模块 316 输出的信号可表示如 图 5 中所示的已滤波的发动机速度误差率。
再参考图 4， 瞬时扭矩储备使能模块 302 输出瞬时储备 (TR) 使能信号， 该瞬时储 备 (TR) 使能信号表示是否期望另外的扭矩储备以应付发动机 102 上可能影响发动机扭矩 输出的未知的即将来临的负载。特别地， TR 使能信号表示是否使能了 TR 模式， 下面将进一 步详细描述。瞬时扭矩储备使能模块 302 基于已滤波的发动机速度误差率和车辆系统 10 的一个或多个工况产生 TR 使能信号。车辆工况可包括车辆速度、 实际发动机速度、 发动机 冷却剂温度、 以及发动机是否失火。因此， 瞬时扭矩储备使能模块 302 可接收表示车辆系统 10 的各种工况的信号， 包括但不限于车辆速度、 实际发动机速度、 发动机冷却剂温度、 和发 动机失火。
如这里所讨论的， 当下列所有使能条件都为真时， TR 使能信号表示 TR 模式被使 能： 已滤波发动机速度误差率大于第一阈值误差率 ； 实际发动机速度小于阈值速度误差 ； 发动机冷却剂温度大于阈值冷却剂温度 ； 车辆速度低于阈值车辆速度 ； 以及未检测到失 火。发动机失火可被包括作为使能条件， 以避免在发动机失火可导致已滤波发动机速度误 差信号不可靠期间增大扭矩储备。 一旦满足了使能条件， TR 使能信号就可继续表示 TR 模式被使能， 尽管已经不再满 足一个或多个所述使能条件。当两个或更多前列条件不再满足时， TR 使能信号可切换为表 示 TR 模式被禁用。如这里所讨论的， 当下列禁用条件满足时， TR 使能信号切换 ： 已滤波的 发动机速度误差率低于第二阈值误差率 ； 以及， 或者检测到失火或者其它使能条件中的一 个或多个 ( 例如， 车辆速度低于阈值车辆速度 ) 不再为真。
通常， 第一阈值误差率为预定误差率值， 在该预定误差率值时或在其以上时， 未知 的即将来临的负载会引起计算的发动机速度误差变化率。 第一阈值误差率可基于在一个或 多个发动机外围设备工作期间对发动机 102 进行的经验测试而预先确定， 所述发动机外围 设备可产生未知负载， 例如为动力转向泵。第一阈值误差率还可基于第一和第二滤波器模 块 312、 216 所应用的滤波器的规格。
第二阈值误差率可小于第一阈值误差率， 并可为在 TR 使能信号中提供可接受水 平的滞后的预定误差率值。可引入滞后以阻止 TR 使能信号否则可能因工况的波动所引起 的不必要切换。
阈值速度误差为这样的发动机速度误差 ： 在该发动机速度误差以上时， 根据本发 明对扭矩储备的调整是不期望的。例如， 阈值速度误差可为 40RPM 左右。
阈值冷却剂温度可为预定冷却剂温度值， 在该预定冷却剂温度值以上时， 可能期 望将发动机速度保持在稳定的暖机怠速速度。作为使能条件， 当发动机速度保持在暖机怠 速速度之上时， 在发动机冷起动之后的短时间段内， 阈值冷却剂温度可用于避免根据本发 明使能扭矩储备。仅例如， 阈值冷却剂温度可为 44℃左右。
阈值车辆速度可为大于零的预定车辆速度值， 在该预定车辆速度值以下时， 期望 进行根据本发明的扭矩储备调整。 阈值车辆速度可设定成使得在发动机扭矩输出低的低速
车辆动作期间 ( 例如车辆停车动作期间 ) 将根据本发明管理扭矩储备。仅例如， 阈值车辆 速度可为 10KPH 左右。
继续参考图 4， 扭矩储备模块 304 接收 TR 使能信号和 IAT 信号， 并基于接收到的信 号产生由 RPM 控制模块 210 输出的预测和即时扭矩请求。特别地， 当 TR 使能信号表示 TR 模式被禁用时， 扭矩储备模块 304 产生预测和即时扭矩请求， 使得扭矩储备保持在基本扭 矩储备量或接近基本扭矩储备量。
相反， 当 TR 使能信号表示 TR 模式被使能时， 扭矩储备模块 304 产生预测和即时扭 矩请求， 使得将扭矩储备以第一预定速率 (rate) 增大至预定扭矩储备值。更具体地， 扭矩 储备模块 304 增大预测扭矩请求， 使得扭矩储备被增大一瞬时扭矩储备量。伴随扭矩储备 增加的预测扭矩请求增加可导致未受管理的发动机扭矩的增大。 扭矩储备增大的速率可被 设定成使得未受管理的发动机扭矩不产生不稳定的情况。
当 TR 使能信号从 “表示 TR 模式被使能” 切换为 “表示 TR 模式被禁用” 时， 扭矩储 备模块 304 产生预测和即时扭矩请求， 使得扭矩储备以第二预定速率减小至基本扭矩储备 量或接近基本扭矩储备量。更具体地， 扭矩储备模块 304 以第二预定速率减小瞬时扭矩储 备量。第二预定速率可不同于第一预定速率。第二预定速率也可被设定成使得在减小瞬时 扭矩储备量时不产生不稳定的情况。
特别参考图 6， 扭矩储备模块 304 的示例性实施方式可包括基本储备确定模块 320、 瞬时储备确定模块 322、 和扭矩储备调整模块 324。基本储备确定模块 320 确定基本扭 矩储备量， 并产生表示所请求量的基本扭矩储备请求。 如图所示， 基本扭矩储备请求可被输 出至瞬时储备确定模块 322 和扭矩储备调整模块 324。
基本扭矩储备量可为由基本储备确定模块 320 从存储器获取的预定扭矩储备值。 单一基本扭矩储备量可存储在存储器中。 仅例如， 10N-m 左右的单一基本扭矩储备量可能是 合适的。
可替代地， 基本扭矩储备量可存储在基于一个或多个环境状况的存储器表格中。 这样， 基本扭矩储备量可调整为补偿环境状况的变化。环境状况可包括进入发动机 102 的 进气密度。在示例性实施例中， 基本储备确定模块 320 基于进气密度从存储器获取基本扭 矩储备量。进气密度可基于进气温度来确定。因此， 如图所示， 基本储备确定模块 320 可接 收 IAT 信号。
当进气密度降低时， 基本扭矩储备量可增大。例如， 在 1.15 以上的进气密度下， 基 本扭矩储备量可低至 6N-m 至 10N-m 左右。在 1.15 以下的进气密度下， 基本扭矩储备量可 增大。通过分析或经验测试可预先确定恰当的增大量。
瞬时储备确定模块 322 确定瞬时扭矩储备量， 并产生表示所请求量的瞬时扭矩储 备请求。 如图所示， 瞬时扭矩储备请求可被输出至扭矩储备调整模块 324。 瞬时储备确定模 块 322 基于 TR 使能信号确定瞬时扭矩储备量。瞬时储备确定模块 322 产生瞬时储备请求， 使得扭矩储备调整模块 324 所请求的预测和即时扭矩包括期望瞬时扭矩储备量。这样， 如 图所示， 瞬时储备确定模块 322 可接收 TR 使能信号、 基本扭矩储备信号、 及预测和即时扭矩 信号。
在 TR 使能信号表示 TR 模式被禁用的延长时间段期间， 瞬时储备确定模块 322 请 求零 N-m 或接近零 N-m 的瞬时扭矩储备量。当 TR 使能信号从 “表示 TR 模式被禁用” 切换为 “表示 TR 模式被使能” 时， 瞬时储备确定模块 322 将请求的瞬时扭矩储备量以第一预定 速率增大至预定最大瞬时扭矩储备量。特别地， 瞬时储备确定模块 322 以第一瞬时储备速 率增大瞬时扭矩储备量。这样， 在 TR 使能信号切换之后的时间段期间， 请求的瞬时扭矩储 备量可增大。如果在增大瞬时扭矩储备量的时间段期间 TR 使能信号再次切换 ( 即， TR 模 式被禁用 )， 那么请求的瞬时扭矩储备量不会达到最大瞬时扭矩储备量。
当 TR 使能信号从 “表示 TR 模式被使能” 切换为 “表示 TR 模式被禁用” 时， 瞬时储 备确定模块 322 将请求的瞬时扭矩储备量以第二预定速率减小至零 N-m 或接近零 N-m 的 量。特别地， 瞬时储备确定模块 322 以第二瞬时储备速率减小瞬时扭矩储备量。这样， 在 TR 使能信号切换之后的时间段期间， 请求的瞬时扭矩储备量可减小。如果在减小瞬时扭矩储 备量的时间段期间 TR 使能信号再次切换 ( 即， TR 模式被使能 )， 那么请求的瞬时扭矩储备 量不会达到零。
第一和第二瞬时储备速率及最大瞬时扭矩储备量每个都可为由瞬时储备确定模 块 322 从存储器获取的单一值。可替代地， 第一和第二瞬时储备速率及最大瞬时扭矩储备 量中的一个或多个可存储在基于一个或多个环境状况和 / 或发动机工况的相应存储器表 格中。这样， 第一和第二瞬时储备速率及最大瞬时扭矩储备量可被调节以补偿这些状况的 变化。另外， 第一和第二瞬时储备速率可不相同。
在示例性实施例中， 第一和第二瞬时储备速率及最大瞬时扭矩储备量每个都为从 存储器获取的单一值。例如， 等于 15N-m 左右的最大瞬时扭矩储备量可能是恰当的。
扭矩储备调整模块 324 接收基本和瞬时扭矩储备请求， 并基于接收到的请求产生 预测和即时扭矩请求。特别地， 扭矩储备调整模块 324 可产生预测和即时扭矩储备请求， 使 得请求的扭矩储备等于基本扭矩储备量与请求的瞬时扭矩储备量的和。 在扭矩储备由于请 求的瞬时扭矩储备量增大或减小而发生变化的时间段期间， 扭矩储备调整模块 324 可通过 调整预测扭矩请求来调整扭矩储备。
当产生预测和即时扭矩请求时， 扭矩储备调整模块 324 可执行检查， 以查看是否 可实现所述扭矩储备。当无法实现该扭矩储备时， 扭矩储备调整模块 324 可调整预测扭矩 请求， 使得可实现所请求的扭矩储备。 在各种实施方式中， 查看是否可实现所述扭矩储备可 由其它模块执行， 例如致动模块 224。
特别参考图 7-8， 示出了根据本发明的用于在怠速速度控制期间控制发动机扭矩 储备的示例性方法 400。 方法 400 可在发动机系统的一个或多个模块中执行， 例如上述发动 机系统 12 的 RPM 控制模块 210。在发动机工作期间可周期性地执行方法 400。
该方法下的控制开始于步骤 402， 在该步骤中， 控制确定是否要为当前控制环路使 能怠速速度控制。当控制使能怠速速度控制时， 控制以下面进一步详细讨论的周期性方式 在步骤 404-432 中继续， 否则控制就如图所示返回。当驾驶员将他们的脚从加速器踏板移 开时， 例如当车辆怠速或从较高的速度滑行时， 控制可使能怠速速度控制。 可替代地或者另 外地， 当发动机的预测扭矩输出低于预定发动机扭矩值时， 控制可使能怠速速度控制。
在步骤 404 中， 控制确定当前控制环路的基本扭矩储备量。基本扭矩储备量可为 在方法 400 下足够的单一预定扭矩储备量。可替代地， 基本扭矩储备量可基于一个或多个 环境状况而变化， 例如进入发动机的进气密度。 这样， 基本扭矩储备量可基于测量的进气温 度而变化。例如， 在 1.15 以下的进气密度下的基本扭矩储备量可大于在 1.15 以上的进气密度下的基本扭矩储备量。
控制进行至步骤 406， 在该步骤中， 控制确定是否预期有新的已知发动机负载。如 果预期有新的已知发动机负载， 那么控制进行至步骤 408， 否则控制进行至步骤 410。例如， 当驾驶员自控制上一次进入步骤 406( 例如， 上一次控制环路 ) 已请求了 A/C， 并且 A/C 离合 器将接合以满足请求时， 可预期有新的已知发动机负载。
在步骤 408 中， 控制基于新的已知发动机负载的预期负载量调节当前基本扭矩储 备量。例如， 控制可将当前基本扭矩储备量增大一个量， 该量高至并包括该预期负载量。
控制进行至步骤 410， 在该步骤中， 控制确定当前控制环路的发动机速度误差。发 动机速度误差可通过计算发动机的当前期望发动机速度与当前实际 ( 即， 测量的 ) 速度之 间的差来确定。 发动机速度误差可通过向在相继周期性计算中确定的发动机速度误差应用 滤波器以减少所述差中的不希望的噪声来进一步确定。例如， 可向所计算的差应用一阶滞 后滤波器。这样， 在步骤 410 中， 控制可确定已滤波的发动机速度误差。控制可将当前控制 环路的发动机速度误差存储在存储器中， 以便在后续控制步骤和 / 或控制环路中获取。
控制进行至步骤 412， 在该步骤中， 控制确定当前控制环路的发动机速度误差率。 发动机速度误差率可通过计算当前期望发动机速度误差与上一次周期性计算中确定的发 动机速度误差之间的差并将该差除以计算之间的时间段来确定。 发动机速度误差率可通过 向在相继计算中确定的发动机速度误差率应用滤波器以减少所计算的率中的不希望的噪 声来进一步确定。例如， 可向所计算的率应用一阶滞后滤波器。这样， 在步骤 412 中， 控制 可确定已滤波的发动机速度误差率。 控制可将当前控制环路的发动机速度误差率存储在存 储器中， 以便在后续控制步骤和 / 或控制环路中获取。
控制进行至步骤 414， 在该步骤中， 控制将当前发动机速度误差率与阈值误差率 作比较。控制比较发动机速度误差率与阈值误差率， 以检测是否预见到发动机上的未知的 未来负载， 并从而期望有另外的扭矩储备以应付该未知的即将来临的负载。如果当前发动 机速度误差率大于阈值误差率， 那么控制进行至步骤 416( 图 8)。否则， 控制进行至步骤 418( 图 8)， 在该步骤中， 控制使发动机准备以等于当前基本扭矩储备量的扭矩储备工作， 并且如图所示控制返回步骤 404( 图 7) 以开始另一控制环路。如图所示， 控制从步骤 418 返回步骤 404， 而如前所述怠速速度控制在步骤 402 中被使能。
阈值误差率可为表示未知即将来临的负载的预定误差率值。 未知即将来临的负载 可通过由发动机驱动的独立于控制而工作和 / 或无传感器感测其工作的一个或多个部件 产生。例如， 动力转向泵可由发动机驱动。在没有压力传感器感测动力转向泵的输出压力 的系统中， 该泵可响应于驾驶员输入在没有警告的情况下在发动机上施加负载。
在发动机以基本扭矩储备量工作时， 通过操作这类部件并观察对发动机速度误差 率的影响， 对发动机进行分析或者经验测试， 可预先确定阈值误差率。 阈值误差率还可基于 向分别在步骤 410 和 412 中进行的周期性发动机速度误差计算和发动机速度误差率计算所 应用的滤波器来进一步确定。
在步骤 416 中， 控制确定是否满足增大扭矩储备的使能条件。如果满足使能条件， 那么控制进行至步骤 424， 下面将进一步详细描述。如果不满足使能条件， 那么控制进行至 步骤 420。仅例如， 当下列所有使能条件都为真时， 可满足使能条件 ： 发动机速度误差率大 于第一阈值误差率 ； 发动机速度误差小于阈值速度误差 ； 发动机冷却剂温度大于阈值冷却剂温度 ； 车辆速度小于阈值车辆速度 ； 以及未检测到失火。
在步骤 420 中， 控制确定之前是否满足使能条件。如果之前满足了使能条件， 那么 控制进行至步骤 422， 否则控制继续至步骤 418， 在该步骤中， 控制使发动机准备以等于当 前基本扭矩储备量的扭矩储备工作， 并且如图所示控制返回步骤 404( 图 7)， 以开始另一控 制环路。如图所示， 控制从步骤 418 返回步骤 404， 而如前所述怠速速度控制在步骤 402 中 被使能。
在步骤 422 中， 控制确定是否满足禁用条件。如果满足禁用条件， 那么控制进行至 步骤 428， 下面将进一步详细描述， 否则控制进行至步骤 424。仅例如， 当下列禁用条件为真 时， 可满足禁用条件 ： 已滤波的发动机速度误差率小于第二阈值误差率 ； 以及， 或者检测到 失火或者其它使能条件中的一个或多个 ( 例如， 车辆速度低于阈值车辆速度 ) 不再为真。
第二阈值误差率可小于第一阈值误差率， 以阻止在步骤 418 下的控制与从步骤 416 至步骤 432 下的控制之间不希望的频繁游移 (excursion)。第二阈值误差率还可被适 当地设定以阻止在步骤 424-426 下的控制与步骤 428-430 下的控制之间不希望的游移。不 希望的游移可由相继控制环路之间发动机速度误差率在第一阈值误差率附近的循环波动 所导致。可阻止这种游移， 以避免扭矩储备 ( 发动机准备在该扭矩储备下工作 ) 的频繁变 化和可能产生的相应未受管理的扭矩。
控制可如上所述从步骤 416 和 422 中的一个进行至步骤 424。在步骤 424 中， 控制 确定瞬时扭矩储备上升速率 (ramp up rate) 和用于在后续步骤 426 中确定瞬时扭矩储备 量的最大瞬时扭矩储备量。瞬时扭矩储备上升速率可为预定速率， 当控制在当前和后续控 制环路中的步骤 424-426 中继续时， 瞬时扭矩储备量在步骤 426 中以该预定速率增大。 最大 瞬时扭矩储备量可为对应于步骤 426 中所确定的最大瞬时扭矩储备量的预定扭矩储备值。
在步骤 426 中， 控制基于前一控制环路的瞬时扭矩储备量、 瞬时扭矩储备上升速 率、 和最大瞬时扭矩储备量来确定当前控制环路的瞬时扭矩储备量。 特别地， 控制确定瞬时 扭矩储备量， 使得当控制在当前和后续控制环路中的步骤 424-426 中继续时， 瞬时扭矩储 备量以瞬时扭矩储备上升速率增大至最大瞬时扭矩储备量。 这样， 可理解， 在控制没有在步 骤 424-426 中继续充分的时间段 ( 即， 控制环路的数量 ) 的情况下， 步骤 426 中确定的瞬时 扭矩储备量不会达到最大瞬时扭矩储备量。
如上所述， 控制可从步骤 422 进行至步骤 428。在步骤 428 中， 控制确定用于在后 续步骤 430 中确定瞬时扭矩储备量的瞬时扭矩储备下降速率 (ramp down rate)。 瞬时扭矩 储备下降速率可为预定速率， 当控制在当前和后续控制环路中的步骤 428-430 中继续时， 瞬时扭矩储备量在步骤 430 中以该预定速率减小。瞬时扭矩储备上升速率可不同于瞬时扭 矩储备下降速率。
在步骤 430 中， 控制基于前一控制环路的瞬时扭矩储备量和瞬时扭矩储备下降速 率确定当前控制环路的瞬时扭矩储备量。 特别地， 控制确定瞬时扭矩储备量， 使得当控制在 当前和后续控制环路中的步骤 428-430 中继续时， 瞬时扭矩储备量以瞬时扭矩储备下降速 率减小至等于零的瞬时扭矩储备量。这样， 可理解， 在控制没有在步骤 428-430 中继续充分 时间段的情况下， 步骤 430 中确定的瞬时扭矩储备量不会达到零。
在步骤 432 中， 控制使发动机准备以等于基本扭矩储备量与当前控制环路中确定 的瞬时扭矩储备量的和的扭矩储备来工作。 控制可使发动机准备以在基本扭矩储备量以上的扭矩储备来工作， 以应付基于步骤 414 中发动机速度误差率与阈值误差率的比较而预见 到的负载。在控制从步骤 426 继续至步骤 432 的时间段期间， 控制可增大发动机的扭矩储 备以应付负载的开始。在控制从步骤 430 继续至步骤 432 的时间段期间， 当不再预见到有 负载或者负载将过去时， 控制可减小发动机的扭矩储备。
控制可执行检查， 以查看发动机可按照等于基本扭矩储备量与瞬时扭矩储备量的 和的扭矩储备工作。 基于该检查， 控制可使发动机准备以小于所述和的扭矩储备工作， 以确 保发动机的稳定操作。如图所示， 控制从步骤 432 返回步骤 404( 图 7)， 以开始另一控制环 路。控制返回步骤 404， 而如前所述怠速速度控制在步骤 402 中被使能。
本发明广泛的教导可以多种形式执行。 因此， 尽管本发明包括特定实例， 但本发明 的实际范围不应当限于此， 因为通过对附图、 说明书和所附权利要求的研究， 其它修改对于 本领域技术人员将是显而易见的。