线性变换发动机扭矩控制系统和用于增加扭矩请求的方法 技术领域 本发明涉及一种发动机控制系统， 并且更特别地， 涉及在请求增加的扭矩时对发 动机扭矩的控制。
现有技术 这里提供的背景技术描述是为了整体呈现本发明的背景。发明人的一部分工作 在背景技术部分中被描述， 这部分内容以及在提交申请时该描述中不另构成现有技术的方 面， 既不明确也不暗示地被承认是破坏本发明的现有技术。
可以基于来自于驾驶员命令模块的驾驶员扭矩请求并且基于来自车辆控制模块 的车辆扭矩请求来生成发动机的扭矩输出。 驾驶员命令模块可以基于加速器踏板信号生成 驾驶员扭矩请求。 车辆控制模块可以例如包括生成相应扭矩请求的变速器控制模块以及底 盘控制模块。
发动机控制模块可以基于扭矩请求的相应水平来决定驾驶员扭矩请求和车辆扭 矩请求的优先级以生成扭矩参考信号。 发动机控制模块基于扭矩参考信号来操作发动机以 生成发动机扭矩输出。在没有任何车辆扭矩请求时， 扭矩参考信号可以设置为等于驾驶员 扭矩请求。可以基于具有最高优先级的车辆扭矩请求来生成扭矩参考信号。大于驾驶员扭 矩请求的车辆扭矩请求以及其它车辆扭矩请求可以被赋予最高优先级。
发动机基于特定响应时间内的预定扭矩响应增益来提供最高优先级的扭矩请求。 由于与发动机空气传送系统相关联的内在迟延， 所以降低响应时间的能力受到限制。
发明内容 在一个方面中， 提供了一种操作车辆发动机的方法。该方法包括生成第一扭矩请 求。该方法还包括生成第二扭矩请求。第二扭矩请求大于第一扭矩请求。第二扭矩请求是 基于第一扭矩请求而生成的。该方法包括基于第二扭矩请求增加发动机的扭矩输出。在第 一时间段期间以第一速率增加该扭矩输出。 该方法还包括基于第一扭矩请求增加发动机的 扭矩输出。 在第二时间段期间以第二速率增加该扭矩输出。 第一时间段与第二时间段不同。 第一时间段在第二时间段之前。第一速率大于第二速率。
在其它特征中， 描述了一种用于车辆的发动机的系统。 该系统包括仲裁模块、 扭矩 增大模块以及扭矩控制模块。仲裁模块生成第一扭矩请求。扭矩增大模块生成第二扭矩请 求。扭矩控制模块基于第二扭矩请求来增加发动机的扭矩输出。扭矩控制模块在第一时间 段期间以第一速率来增加扭矩输出。 扭矩控制模块也基于第一扭矩请求来增加发动机扭矩 输出。扭矩控制模块在第二时间段期间以第二速率来增加扭矩输出。第一时间段与第二时 间段不同。第一时间段在第二时间段之前。第一速率大于第二速率。
本发明还包括以下方案 ：
方案 1、 一种操作车辆发动机的方法， 包括 ：
生成第一扭矩请求 ；
生成第二扭矩请求， 所述第二扭矩请求比所述第一扭矩请求大并且基于所述第一 扭矩请求 ；
以第一速率并且在第一时间段期间基于所述第二扭矩请求增加所述发动机的扭 矩输出 ； 以及
以第二速率并且在第二时间段期间基于所述第一扭矩请求增加所述发动机的所 述扭矩输出 ；
其中， 所述第一时间段与所述第二时间段不同， 并且在所述第二时间段之前 ； 并且
其中， 所述第一速率大于所述第二速率。
方案 2、 根据方案 1 所述的方法， 还包括在所述第一时间段和所述第二时间段期间 将所述扭矩输出限制到所述第一扭矩请求和基于所述第一扭矩请求生成的阈值这两者中 的一个。
方案 3、 根据方案 1 所述的方法， 其中， 基于 N 个车辆扭矩请求以及驾驶员扭矩请求 生成所述第一扭矩请求，
其中， N 是大于或等于 1 的整数 ； 并且
其中， 所述第二扭矩请求独立于所述驾驶员扭矩请求。
方案 4、 根据方案 3 所述的方法， 其中， 生成所述第一扭矩请求包括 ：
检测所述 N 个车辆扭矩请求中的一个 ； 以及
当所述 N 个车辆扭矩请求中的一个大于所述驾驶员扭矩请求时， 生成所述第一扭 矩请求。
方案 5、 根据方案 3 所述的方法， 其中， 所述 N 个车辆扭矩请求包括底盘控制扭矩请 求和变速器控制扭矩请求中的至少一个。
方案 6、 根据方案 1 所述的方法， 其中， 使用所述第一扭矩请求的线性变换来生成 所述第二扭矩请求， 并且
其中， 所述线性变换包括线性乘数和偏差分量中的至少一个。
方案 7、 根据方案 1 所述的方法， 还包括 ：
在所述第一时间段期间基于所述第二扭矩请求生成参考歧管绝对压力信号 ； 以及
在所述第二时间段期间基于所述第一扭矩请求而不是所述第二扭矩请求来生成 参考歧管绝对压力信号。
方案 8、 根据方案 1 所述的方法， 还包括 ：
基于所述第一扭矩请求确定扭矩阈值 ； 以及
当所述扭矩输出超过所述扭矩阈值时设置所述第一时间段到期 ；
其中， 基于相对于所述第一扭矩请求的误差容限来确定所述扭矩阈值 ；
其中， 所述第一时间段是过调时间段 ； 并且
其中， 基于所述第二扭矩请求将所述扭矩输出增加到所述第一扭矩请求。
方案 9、 根据方案 7 所述的方法， 其中， 所述过调时间段小于或等于 200 毫秒。
方案 10、 根据方案 1 所述的方法， 还包括当所述扭矩输出超过所述第一扭矩请求 时以第三速率并且在所述第二时间段期间基于所述第一扭矩请求来增加所述发动机的所 述扭矩输出 ；
其中， 所述第三速率小于所述第二速率。方案 11、 根据方案 10 所述的方法， 其中， 调节火花正时和燃料消耗率中的至少一 个来以所述第三速率增加所述扭矩输出。
方案 12、 一种用于车辆发动机的系统， 包括 ：
仲裁模块， 其生成第一扭矩请求 ；
扭矩增大模块， 其生成第二扭矩请求 ； 以及
扭矩控制模块， 其用于 ：
以第一速率并且在第一时间段期间基于所述第二扭矩请求增加所述发动机的扭 矩输出， 以及
以第二速率并且在第二时间段期间基于所述第一扭矩请求增加所述发动机的所 述扭矩输出 ；
其中， 所述第一时间段与所述第二时间段不同并且在所述第二时间段之前 ； 并且
其中， 所述第一速率大于所述第二速率。
方案 13、 根据方案 12 所述的系统， 其中， 所述扭矩控制模块在所述第一时间段和 所述第二时间段期间将所述扭矩输出限制到所述第一扭矩请求和基于所述第一扭矩请求 生成的阈值这两者中的一个。 方案 14、 根据方案 12 所述的系统， 还包括 N 个车辆控制模块和驾驶员模块，
其中， 所述 N 个车辆控制模块生成 N 个相应的车辆扭矩请求 ； 以及
其中， 所述驾驶员模块生成驾驶员扭矩请求 ；
其中， N 是大于或等于 1 的整数。
方案 15、 根据方案 14 所述的系统， 其中， 当所述 N 个车辆扭矩请求中的一个大于所 述驾驶员扭矩请求时， 所述仲裁模块生成所述第一扭矩请求。
方案 16、 根据方案 14 所述的系统， 其中， 所述 N 个车辆控制模块包括底盘控制模块 和变速器控制模块中的至少一个。
方案 17、 根据方案 12 所述的系统， 其中， 所述扭矩增大模块使用所述第一扭矩请 求的线性变换来生成所述第二扭矩请求 ； 并且
其中， 所述线性变换包括线性乘数和偏差分量中的至少一个。
方案 18、 根据方案 12 所述的系统， 还包括参考歧管绝对压力模块， 所述参考歧管 绝对压力模块 ：
在所述第一时间段期间基于所述第二扭矩请求生成歧管绝对压力信号 ； 以及
在所述第二时间段期间基于所述第一扭矩请求而不是所述第二扭矩请求生成歧 管绝对压力信号。
方案 19、 根据方案 12 所述的系统， 其中， 所述扭矩参考模块 ：
基于所述第一扭矩请求和误差容限确定扭矩阈值 ； 以及
当所述扭矩输出超过所述扭矩阈值时设置所述第一时间段到期，
其中， 所述第一时间段是过调时间段 ； 并且
其中， 所述扭矩控制模块基于所述第二扭矩请求将所述扭矩输出增加到所述第一 扭矩请求。
方案 20、 根据方案 12 所述的系统， 其中， 当所述发动机扭矩输出超过所述第一扭 矩请求时， 所述扭矩控制模块还以第三速率并且在所述第二时间段期间基于所述第一扭矩
请求来增加所述扭矩输出 ；
其中， 所述第三速率小于所述第二速率。
通过这里提供的详细描述将更加显见本公开的其它应用领域。应当理解， 详细描 述和特定实例仅仅意在用于说明的目的， 而不用于限制本公开的范围。 附图说明
从详细描述和附图将更加充分地理解本公开， 附图中 ：
图 1 是根据本公开的原理的示例性发动机系统的功能框图 ；
图 2 是根据本公开的原理的发动机控制模块的功能框图 ；
图 3 例示了操作发动机的方法 ；
图 4 例示了根据本公开的原理的生成扭矩参考信号的方法 ；
图 5 例示了根据本公开的原理的生成经仲裁扭矩信号的方法 ； 以及
图 6 是根据本公开的原理的在增加扭矩请求事件期间生成的示例信号的图示。 具体实施方式 下述描述在本质上仅是示例的， 并且不意图以任何方式限制本公开、 其应用或使 用。出于清楚的目的， 在附图中将使用相同的附图标记来标识相似的元件。如同这里所使 用的， 短语 “A、 B 和 C 中的至少一个” 应当被理解为指的是逻辑 (A 或 B 或 C)， 其中使用了非 排他性逻辑 “或” 。 应当理解， 在不改变本公开的原理的前提下， 方法中的步骤可以以不同的 顺序执行。
如这里所使用的， 术语 “模块” 指的是专用集成电路 (ASIC)、 电子电路、 执行一个或 多个软件或固件程序的处理器 ( 共享处理器、 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它适当部件。
在下述描述中， 当生成的车辆扭矩请求大于当前驾驶员扭矩请求时， 存在 “增加扭 矩请求” 。 相反， 当生成的车辆扭矩请求小于当前驾驶员扭矩请求时， 存在 “减小扭矩请求” 。 车辆扭矩请求可以指的是由车辆系统生成的扭矩请求， 例如牵引力控制系统、 巡航控制系 统、 空调系统、 动力转向系统等。驾驶员扭矩请求指的是基于例如加速器输入 ( 例如， 加速 器踏板输入 ) 之类的车辆操作员输入来生成的扭矩请求。这里所描述的实施例提供了发动 机的响应和稳定控制， 以满足增加扭矩请求而不增加扭矩响应增益。
当车辆扭矩请求超过驾驶员扭矩请求时， 车辆扭矩请求可以被称为 “增加扭矩请 求” 。 发动机控制模块可以基于增加扭矩请求来操作， 以生成超过驾驶员扭矩请求的增加水 平的发动机扭矩输出。 例如， 在变速器降档过程期间， 可以生成增加的扭矩请求以生成发动 机扭矩输出， 从而将变速器齿轮加速到同步速度。这允许在特定降档时间段内的变速器降 档。发动机控制模块可以增加扭矩响应增益以降低提供增加的扭矩请求的响应时间。由于 增加的扭矩响应增益， 所以可能导致扭矩过调和 / 或减低的燃料经济性。
下述实施例最小化了扭矩响应时间并且提供了一致的扭矩响应时间， 用于增加扭 矩请求并同时最小化扭矩过调和保持燃料经济性。 在不产生欠阻尼或不稳定系统状况的前 提下提供该扭矩响应。 加快增加扭矩请求使得扭矩输出延时最小化并提高了车辆稳定性和 变速器换挡质量。
现在参考图 1， 其示出了用于增加扭矩请求的发动机控制系统 10。发动机控制系 统 10 包括发动机 12 和发动机控制模块 (ECM)100。 发动机 12 燃烧空气 / 燃料混合物以产生 发动机扭矩。ECM 100 基于扭矩参考信号 Tref 来操作发动机以产生发动机扭矩。ECM 100 可以基于经仲裁扭矩信号 Treq_a 来生成扭矩参考信号 Tref， 经仲裁扭矩信号 Treq_a 是基 于驾驶员扭矩请求 Treq_d 以及车辆扭矩请求 Treq_c(1)， Treq_c(2)， ...， Treq_c(N) 生成 的。 ECM 100 基于大于增加扭矩请求的水平的临时性过调扭矩水平来增加发动机 12 的扭矩 输出。在以增加扭矩请求为目标之前， 在预定时间段内以过调扭矩水平作为目标。这允许 更快的扭矩响应时间。换句话说， 使用下述实施例能够减少提供增加扭矩请求的时间。
空气通过节气门 16 被吸入进气歧管 14。节气门 16 调节进入到进气歧管 14 中的 空气质量流量。在进气歧管 14 中的空气被分配到气缸中。发动机 12 可以包括 N 个气缸， 其中 N 是整数。出于说明的目的， 仅示出了气缸 18。
燃料可以由燃料致动器 20 提供。燃料致动器 20 可以是燃料喷射器。燃料可以被 直接喷射到气缸 18 中。燃料致动器 20 可以由燃料命令信号 21 控制。燃料致动器 20 喷射 燃料， 该燃料与空气组合以在气缸 18 中形成空气 / 燃料混合物。燃料致动器 20 可以被控 制以提供气缸 18 内的期望的空气燃料比。 进气门 22 选择性地打开和关闭， 以使得空气和 / 或燃料能够进入气缸 18。 进气门 22 可以由进气凸轮轴 24 致动。活塞 ( 未示出 ) 压缩气缸 18 中的空气 / 燃料混合物。火 花塞 25 引发空气 / 燃料混合物的燃烧， 从而驱动气缸 18 中的活塞。火花塞 25 可以由火花 致动器 26 基于火花命令信号 27 来控制。活塞驱动曲轴 ( 未示出 ) 来产生发动机扭矩， 该 扭矩驱动车辆的传动系机构。当排气门 28 打开时， 气缸 18 里的燃烧废气被从排气端口排 出。排气门 28 的位置可以由排气凸轮轴 30 调节。尽管例示了单个进气门 22 和单个排气 门 28， 但是这里描述的实施例可以应用于每个气缸 18 具有任意数目的进气门和排气门的 发动机。
发动机控制系统 10 可以包括分别调节进气凸轮轴 24 和排气凸轮轴 30 的旋转正 时的进气凸轮轴相位器 32 和排气凸轮轴相位器 34。进气门 22 和排气门 28 的位置可以相 对于彼此和 / 或相对于凸轮轴被调节。通过调节进气门 22 和排气门 28 的位置， 气缸 18 中 的空气 / 燃料混合物被调整， 并且发动机扭矩输出被调节。
节气门 16 可以由节气门致动器 40 控制。 节气门致动器 40 可以基于节气门命令信 号 41 来控制节气门 16。发动机 12 也可以包括节气门位置传感器 (TPS)42、 进气温度 (IAT) 传感器 44、 空气质量流量 (MAF) 传感器 46、 歧管绝对压力 (MAP) 传感器 48、 发动机冷却剂 温度传感器 50、 发动机速度传感器 52、 以及加速器踏板位置传感器 54。TPS 42 可以生成节 气门位置信号 43。IAT 传感器 44 可以生成 IAT 信号 45。MAF 传感器 46 可以生成 MAF 信号 47。MAP 传感器 48 可以生成 MAP 信号 49。发动机冷却剂温度传感器 50 可以生成温度信号 51。发动机速度传感器 52 可以生成发动机速度信号 53。加速器踏板位置传感器 54 可以生 成加速器踏板位置信号 55。
ECM 100 基于扭矩请求信号来控制发动机以产生发动机扭矩输出。扭矩请求信号 可以包括由驾驶员命令模块 101 生成的驾驶员扭矩请求信号 Treq_d。驾驶员命令模块 101 可以基于加速器踏板位置信号 55 来生成驾驶员扭矩请求信号 Treq_d。扭矩请求信号也可 以包括来自相应车辆控制模块 102-1， 102-2， ...， 102-N 的车辆扭矩请求信号 Treq_c(1)，
Treq_c(2)， ...， Treq_c(N)。第一个车辆控制模块 102-1 可以是变速器控制模块， 并且第二 个控制模块 102-2 可以是底盘控制模块。车辆控制模块 102-1， 102-2， ...， 102-N 可以被统 称为车辆控制模块 102。
ECM 100 可以包括分别生成经仲裁扭矩信号 Treq_a、 扭矩增大信号 Taug 和扭矩 参考信号 Tref 的仲裁模块 104、 扭矩增大模块 106 和扭矩参考模块 108。经仲裁扭矩信号 Treq_a 是基于各种驾驶员和车辆扭矩请求信号生成的。扭矩参考信号 Tref 可以基于经仲 裁扭矩信号 Treq_a 和扭矩增大信号 Taug 生成。经仲裁扭矩信号 Treq_a 可以与增加扭矩 请求相关联地生成。扭矩增大信号 Taug 指的是大于经仲裁扭矩信号 Treq_a 的临时扭矩水 平。 可以使用线性变换来生成扭矩增大信号 Taug。 线性变换允许过调用于节气门控制的增 益值。这被称为预测增益算法。可以使用线性变换来确定一个量， 以便过调与经仲裁扭矩 信号 Treq_a 相关联的增益。下面进一步描述这些信号的生成。
ECM 100 可以基于扭矩参考信号 Tref 来操作发动机 12 以产生发动机扭矩输出。 例 如， ECM 100 可以基于扭矩参考信号 Tref 并且基于传感器信号来生成节气门命令信号 41。 传感器信号可以包括节气门位置信号 43、 IAT 信号 45、 MAF 信号 47、 MAP 信号 49、 温度信号 51、 以及发动机速度信号 53。
现在还参考图 2， 其示出了 ECM 100 的功能框图。ECM 100 可以基于扭矩请求信号 来生成节气门命令信号 41， 所述扭矩请求信号包括由驾驶员命令模块 101 生成的驾驶员请 求信号 Treq_d 以及分别由车辆控制模块 102-1， 102-2， ...， 以及 102-N 生成的车辆扭矩请 求信号 Treq_c(1)， Treq_c(2)， ...， 和 Treq_c(N)。ECM 100 包括仲裁模块 104、 扭矩增大模 块 106、 扭矩参考模块 108 以及扭矩控制模块 109。扭矩控制模块 109 可以包括参考 MAP 模 块 110、 节气门控制模块 112 以及扭矩管理模块 113。
仲裁模块 104 可以基于扭矩请求信号 Treq_d， Treq_c(1)， Treq_c(2)， ...， Treq_ c(N) 来生成经仲裁扭矩信号 Treq_a。可以使用图 5 中所公开的方法来生成经仲裁扭矩信 号 Treq_a。仲裁模块 104 也可以生成增加扭矩请求 (ITR) 状态信号 SITR。ITR 状态信号 SITR 指示了经仲裁扭矩信号 Treq_a 是否是增加扭矩请求。当经仲裁扭矩信号 Treq_a 是增加扭 矩请求时， ITR 状态信号 SITR 可以是逻辑 “真 (TRUE)” 。当经仲裁扭矩信号 Treq_a 不是增加 扭矩请求时， ITR 状态信号 SITR 可以是逻辑 “假 (FALSE)” 。
仲裁模块 104 可以包括存储器 114。 存储器 114 可以存储用于每个车辆扭矩请求信 号 Treq_c(1)， Treq_c(2)， ...， 和 Treq_c(N) 的 ITR 条件标志， 例如 ITR 条件标志 ITR(1)， ITR(2)， ...， 和 ITR(N)。ITR 条件标志可以指示车辆扭矩请求是否是增加扭矩请求。当对 应的车辆扭矩请求是增加扭矩请求时， ITR 条件标志可以是逻辑真。当对应的车辆扭矩请 求不是增加扭矩请求时， ITR 条件标志可以是逻辑假。
仲裁模块 104 可以包括存储器 116。 存储器 116 可以存储用于每个车辆扭矩请求信 号 Treq_c(1)， Treq_c(2)， ...， 和 Treq_c(N) 的 DTR 条件标志， 例如 DTR 条件标志 DTR(1)， DTR(2)， ...， 和 DTR(N)。DTR 条件标志可以指示车辆扭矩请求是否是减小扭矩请求。当对 应的车辆扭矩请求是减小扭矩请求时， DTR 条件标志可以是逻辑真。当对应的车辆扭矩请 求不是减小扭矩请求时， DTR 条件标志可以是逻辑假。仲裁模块 104 也可以基于 ITR 条件 标志和 DTR 条件标志生成 ITR 状态信号 SITR。可以使用图 5 所公开的方法来生成 ITR 状态 信号 SITR。扭矩增大模块 106 基于经仲裁扭矩信号 Treq_a 和 ITR 状态信号 SITR 来生成增大 的扭矩请求信号。扭矩增大模块 106 可以包括执行经仲裁扭矩信号的线性变换的线性变换 模块 117 以及确定线性变换的线性乘数以及偏差分量的线性增益模块 118。线性变换可以 基于复杂线性模型。可以使用线性变换来生成增大的扭矩请求信号 Taug。
扭矩参考模块 108 基于经仲裁扭矩信号 Treq_a、 增大的扭矩请求信号 Taug 以及 ITR 状态信号 SITR 生成扭矩参考信号 Tref。当车辆扭矩请求之一是增加扭矩请求时， 可以 例如基于经仲裁扭矩信号 Treq_a 和增大的扭矩请求信号 Taug 生成扭矩参考信号 Tref。 可 以使用图 4 所公开的方法生成扭矩参考信号 Tref。
扭矩参考模块 108 也可以基于发动机扭矩信号 TE 生成扭矩参考信号 Tref。扭矩 估计模块 119 可以基于对发动机扭矩输出的估计来生成发动机扭矩信号 TE。扭矩估计模 块 119 可以使用发动机扭矩模型来估计发动机扭矩。在 2007 年 6 月 28 日提交的美国专利 申请 No.11/769,797 中公开了示例性发动机扭矩模型。扭矩参考模块 108 可以包括计时器 120 和存储器 121。
扭矩控制模块 109 可以基于扭矩参考信号 Tref 操作发动机 12 以生成发动机扭矩 输出。 扭矩控制模块 109 可以基于扭矩参考信号 Tref 生成节气门命令信号 41、 燃料命令信 号 21 和火花命令信号 27。扭矩控制模块 109 可以通过节气门命令信号 41、 燃料命令信号 21 和火花命令信号 27 来操作发动机 12。可以设置燃料命令信号 21 以提供化学计量比的 空气 / 燃料比。火花命令信号 27 可以设置成具有用于最佳扭矩 (MBT) 的最小火花提前正 时。 参考 MAP 模块 110 基于扭矩参考信号 Tref 生成参考 MAP 信号 MAPref。参考 MAP 模块 110 可以包括比例积分微分 (PID) 模块 122， 该模块用于生成参考 MAP 信号 MAPref。 PID 模块 122 可以包括 PID 增益。扭矩参考信号 Tref 可以基于增大的扭矩请求信号 Taug 来使 PID 模块 122 的 PID 增益增加。在另一个实施例中， 扭矩参考信号 Tref 不导致 PID 增 益增加， 而是基于增大的扭矩请求信号 Taug 使得 PID 增益保持在恒定水平。线性变换增加 了发动机的 MAP， 使可压缩流等式 (compressible flow equation) 偏移， 产生增大的节气门 打开度。节气门控制模块 112 可以基于参考 MAP 信号 MAPref 生成节气门命令信号 41。
扭矩管理模块 113 可以基于经仲裁扭矩信号 Treq_a 和发动机扭矩信号 TE 将火花 命令信号 27 修改为远离 MBT 并且将燃料命令信号 21 修改为远离化学计量比。例如， 扭矩 管理模块 113 可以通过使得火花命令信号 27 迟滞从而远离 MBT 和 / 或通过调节燃料命令 信号 21 远离化学计量比 ( 例如减小燃料消耗率 (fuel rate)) 来减小发动机扭矩输出的增 加速率。具有通过火花迟滞和 / 或燃料消耗率减小从而减小的增加速率的发动机扭矩输出 可以被称为 “被管理的发动机扭矩” 。在增加扭矩请求期间， 当发动机扭矩信号 TE 超过经仲 裁扭矩信号 Treq_a 时可以生成被管理的发动机扭矩。当火花正时操作在 MBT 并且燃料被 调节在化学计量比时生成的发动机扭矩输出可以被称为 “未被管理的发动机扭矩” 。
现在参考图 3， 其示出了用于操作发动机 12 的方法 123。 ECM 100 的控制可以执行 方法 123 的相关联的步骤。尽管主要参考图 1、 图 2 和图 6 的实施例描述了图 3-5 的下述步 骤， 但这些步骤被迭代执行并且可以被应用到本公开的其它实施例中。方法 123 可以在步 骤 124 开始。
在步骤 126， ECM 确定扭矩参考并且生成扭矩参考信号 Tref。ECM 可以使用图 4 中
例示的方法 127 生成扭矩参考信号 Tref。
在步骤 128， 参考 MAP 模块 110 基于扭矩参考信号 Tref 确定期望的 MAP。ECM 100 可以基于期望的 MAP 生成 MAP 信号 MAPref。在步骤 130， 节气门控制模块 112 基于参考 MAP 信号 MAPref 来确定用于生成进气歧管 14 中的绝对压力的有效节气门面积 Aeff。在步骤 132， 节气门控制模块 112 基于有效节气门面积 Aeff 来生成节气门命令信号 41。用于确定 期望的 MAP 以及有效节气门面积并且用于生成节气门命令信号的示例性方法在美国专利 No.7,069,905 中公开。
在步骤 134， 当发动机被关闭 (OFF) 时， 控制可以在步骤 136 结束， 否则控制返回步 骤 126。
现在也参考图 4， 其示出了生成扭矩参考信号 Tref 的方法 127。 ECM 100 的控制可 以执行方法 127 的相关联的步骤。方法 127 可以在步骤 140 开始。
在步骤 142， ECM 100 的仲裁模块 104 可以确定经仲裁扭矩请求， 并且生成经仲裁 扭矩信号 Treq_a。仲裁模块 104 也可以生成 ITR 状态信号 SITR。仲裁模块 104 可以使用图 5 中例示的方法 143 来生成经仲裁扭矩信号 Treq_a 和 ITR 状态信号 SITR。
在步骤 144， ECM 100 检测 ITR 状态信号 SITR。当 ITR 状态信号 SITR 不指示逻辑真 时， 控制进行到步骤 146， 否则控制进行到步骤 148。 在步骤 146， 扭矩参考模块 108 将扭矩参考信号 Tref 的值设置成等于经仲裁扭 矩信号 Treq_a。在步骤 150， 扭矩参考模块 108 将 ITR 控制标志 Cntl_ITR 重置为不活动 (INACTIVE)。不活动的 ITR 控制标志 Cntl_ITR 指示了没有增加扭矩请求。ITR 控制标志 Cntl_ITR 可以是活动 (ACTIVE) 和不活动 (INACTIVE) 之一。ITR 控制标志 Cntl_ITR 可以 存储在扭矩参考模块 108 的存储器 121 中。在步骤 150 之后， 控制可以在步骤 152 结束。
在步骤 148， ECM 100 检测 ITR 控制标志 Cntl_ITR。当 ITR 控制标志 Cntl_ITR 不 是 ACTIVE 时， 控制进行到步骤 154， 否则控制进行到步骤 156。
在步骤 154， 扭矩参考模块 108 可以将计时器 120 初始设置为 0 以开始用于增加扭 矩请求的第一控制事件。计时器 120 可以用于测量过调时间段 (overshoot period)， 该过 调时间段可以是预定的并且存储在存储器中。在第一控制事件期间， 增大的扭矩用作扭矩 参考。在步骤 154 之后， 控制进行到步骤 158。在步骤 158， 扭矩参考模块 108 将 ITR 控制 标志 Cntl_ITR 设置为 ACTIVE。在步骤 158 之后， 控制进行到步骤 156。
在步骤 156， 扭矩参考模块 108 检测发动机扭矩输出。 可以通过发动机扭矩信号 TE 提供发动机扭矩输出。扭矩估计模块 119 可以基于对发动机扭矩输出的估计来生成发动机 扭矩信号 TE。扭矩估计模块 119 可以使用发动机扭矩模型来估计发动机扭矩。在步骤 156 之后， 控制进行到步骤 160。
在步骤 160， 扭矩参考模块 108 确定扭矩阈值 Tq_th， 并且比较扭矩阈值 Tq_th 和 发动机扭矩信号 TE。可以基于经仲裁扭矩信号 Treq_a 以及误差容限 ΔTq 来确定扭矩阈值 Tq_th。例如， 可以使用等式 (1) 来确定扭矩阈值 Tq_th，
Tq_th ＝ Treq_a-ΔTq (1)
当发动机扭矩信号 TE 大于扭矩阈值 Tq_th 时， 控制进行到步骤 161， 否则控制进行 到步骤 164。
在步骤 161， 扭矩参考模块 108 重置计时器 120。计时器 120 可以是当计时器 120
大于预定 ( 或校准 ) 阈值时到期并被重置为 0 的顺数计时器。 尽管这里描述了顺数计时器， 但是可以使用倒数计时器来测量过调时间段。例如， 在步骤 154 可以将倒数计时器初始设 置为过调时间段的预定持续时间， 并且在步骤 165 递减。当倒数计时器等于 0 时， 过调时间 段到期。在计时器 120 到期时， 用于增加扭矩请求的第二控制事件开始。在步骤 161 之后， 控制进行到步骤 162。
在步骤 162， 扭矩参考模块 108 将扭矩参考信号 Tref 设置为等于经仲裁扭矩信号 Tref_a。当发动机扭矩输出小于扭矩参考信号 Tref 时， 扭矩控制模块 109 可以操作发动机 12 来增加发动机扭矩输出。发动机扭矩输出可以被增加到扭矩参考信号 Tref 的水平。可 以基于扭矩参考信号 Tref 来确定发动机扭矩输出的增加速率。在步骤 162 之后， 控制进行 到步骤 169。
在步骤 164， ECM 100 检查过调时间段是否到期。当计时器 120 指示过调时间段已 经到期时， 控制进行到步骤 162。当计时器 120 大于预定阈值时， 过调时间段到期。仅是举 例， 在一个实施例中， 过调时间段是大约 200 毫秒 ±10 毫秒。在另一实施例中， 过调时间段 是 200 毫秒。当步骤 164 指示过调时间段还没有到期时， 控制进行到步骤 165 来使计时器 120 递增， 否则控制进行到步骤 162。在步骤 165 之后， 控制进行到步骤 166。 在步骤 166 中， 扭矩增大模块 106 基于经仲裁扭矩请求信号 Treq_a 生成增大的扭 矩请求信号 Taug。可以使用经仲裁扭矩请求信号 Treq_a 的线性变换来生成增大的扭矩请 求信号 Taug。线性变换模块 117 可以执行线性变换来增加经仲裁扭矩请求信号 Treq_a 的 增益和 / 或调节经仲裁扭矩请求信号 Treq_a 的偏差。线性变换可以包括线性乘数 A 和偏 差分量 B。 线性变换通过调节增益来提供预测特征， 以便进行过调并瞄准原始扭矩请求 ( 例 如， 经仲裁扭矩请求 )。可以例如使用等式 (2) 来生成增大的扭矩请求信号 Taug。
Taug ＝ A*Treq_a+B (2)
线性增益模块 118 可以确定线性乘数 A 和偏差分量 B。线性乘数 A 和偏差分量 B 可以是预定常量。可以基于经仲裁扭矩信号 Tref_a 进一步确定线性乘数 A 和偏差分量 B。 例如， 可以确定经仲裁扭矩请求信号 Tref_a 和驾驶员扭矩请求信号 Treq_d 之间的差。可 以基于该差来确定线性乘数 A 的第一量值和偏差分量 B 的第二量值。当经仲裁扭矩请求 信号 Treq_a 是增加扭矩请求时， 第一量值可以大于或等于 1.0， 第二量值可以大于或等于 0.0。当经仲裁扭矩请求信号 Treq_a 不是增加扭矩请求时， 第一量值可以被设置为 1.0， 第 二量值可以被设置为 0.0。
在步骤 168， 扭矩参考模块 108 将扭矩参考信号 Tref 设置为等于增大的扭矩请求 信号 Taug。通过使用增大的扭矩作为在过调时间段上用于发动机扭矩控制的扭矩参考， 提 供了响应迅速和稳定的控制。扭矩控制模块 109 可以操作发动机 12， 以便使得比增大的扭 矩请求信号 Taug 小的发动机扭矩输出增加。发动机扭矩输出可以增加到增大的扭矩请求 信号 Taug 的水平。可以基于发动机扭矩输出和比经仲裁扭矩信号 Treq_a 大的增大的扭矩 请求信号 Taug 来确定发动机扭矩输出的增加速率。发动机扭矩的增加速率可以大于在步 骤 162 中确定的增加速率。PID 模块 122 可以在过调时间段期间将 PID 增益保持在相应的 恒定校准水平。
PID 增益可以基于增大的扭矩请求信号 Taug 和 / 或扭矩参考信号 Tref。由于使 用增大的扭矩请求信号而不使用经仲裁扭矩请求信号 Treq_a， 所以可以相应地调整 PID 增
益。相对于用于经仲裁扭矩请求信号 Treq_a 的 PID 增益， 用于增大的扭矩请求信号 Taug 的 PID 增益可以增加或保持恒定。控制可以在步骤 152 结束， 或者在步骤 168 之后返回步 骤 142。
在步骤 169， 扭矩控制模块 109 确定发动机扭矩输出 TE 是否超过扭矩参考信号 Tref。当发动机扭矩输出 TE 不超过扭矩参考信号 Tref 时， 控制进行到步骤 152 结束。当 发动机扭矩输出 TE 超过扭矩参考信号 Tref 时， 控制进行到步骤 170。
在步骤 170， 扭矩管理模块 113 使用火花迟滞和 / 或降低燃料消耗率来生成被管理 的发动机扭矩， 以使得发动机扭矩输出的过调最小化。这降低了发动机扭矩输出的增加速 率。该发动机扭矩输出的增加速率小于在步骤 162 中确定的增加速率。
现在参考图 5， 其示出了生成经仲裁扭矩信号 Treq_a 的方法 143。仲裁模块 104 的控制可以执行方法 143 的相关联的步骤。方法 143 可以在步骤 171 开始。
在步骤 172， 仲裁模块 104 重置 ITR 条件标志 ITR(1)， ITR(2)， ...， ITR(N) 中的每 一个以及 DTR 条件标志 DTR(1)， DTR(2)， ...， DTR(N) 中的对应的每一个。在步骤 174， 仲 裁模块 104 接收驾驶员扭矩请求信号 Treq_d。在步骤 176， 仲裁模块 104 从车辆控制模块 102-1， 102-2， ...， 102-N 中之一接收车辆扭矩请求信号 Treq_c(i)。
在步骤 178， 仲裁模块 104 确定车辆扭矩请求信号 Treq_c(i) 是否是增加扭矩请 求。例如， 当满足表达式 (3) 时， 可以确定是增加扭矩请求。
Treq_c(i) ＞ Treq_d (3)
当车辆扭矩请求信号 Treq_c(i) 表示增加扭矩请求时， 控制进行到步骤 180， 否则 控制进行到步骤 182。
在步骤 180， 仲裁模块 104 将与车辆扭矩请求信号 Treq_c(i) 相关联的 ITR 条件标 志 ITR(i) 设置为逻辑真的值。控制在步骤 180 之后进行到步骤 186。
在步骤 182， 仲裁模块 104 确定车辆扭矩请求信号 Treq_c(i) 是否表示减小扭矩请 求。例如， 当满足表达式 (4) 时， 可以确定是减小扭矩请求。
Treq_c(i) ＜ Treq_d (4)
当车辆扭矩请求信号 Treq_c(i) 是减小扭矩请求时， 控制进行到步骤 184 结束， 否 则控制进行到步骤 186。
在步骤 184， 仲裁模块 104 将与车辆扭矩请求信号 Treq_c(i) 相关联的 DTR 条件标 志 DTR(i) 设置为逻辑真的值。控制在步骤 184 之后进行到步骤 186。
在步骤 186， 仲裁模块 104 确定是否评估了由车辆控制模块 102-1， 102-2， ...， 102-N 生成的每个车辆扭矩请求。 每个车辆扭矩请求均可以被评估为增加扭矩请求、 减小扭 矩请求、 或者既不是增加扭矩请求又不是减小扭矩请求 ( 例如稳定常量 )。 当评估了每个扭 矩请求时， 控制进行到步骤 188， 否则控制返回步骤 176 来处理另外的扭矩请求。
在步骤 188， 仲裁模块 104 生成 DTR 状态信号 SDTR。当车辆扭矩请求信号 Treq_ c(1)， ...， Treq_c(N) 中的至少一个是减小扭矩请求时， DTR 状态信号 SDTR 进行指示。当 有至少一个减小扭矩请求时， DTR 状态信号 SDTR 指示逻辑真。当车辆扭矩请求信号 Treq_ c(1)， ...， Treq_c(N) 都不是减小扭矩请求时， DTR 状态信号 SDTR 指示逻辑假。通过执行 DTR 条件标志 DTR(1)， DTR(2)， ...， DTR(N) 的非排他性的 “或” 逻辑运算可以生成 DTR 状态信号 SDTR。例如， 使用等式 (5) 可以生成 DTR 状态信号 SDTR。SDTR ＝ DTR(1) ∪ DTR(2) ∪ ... ∪ DTR(N) (5)
在步骤 190， 仲裁模块 104 生成初步 ITR 状态信号 SITR0。 当车辆扭矩请求信号 Treq_ c(1)， ...， Treq_c(N) 中的至少一个是增加扭矩请求时， 初步 ITR 状态信号 SITR0 进行指示。 当有至少一个增加扭矩请求时， 初步 ITR 状态信号 SITR0 指示逻辑真。当没有增加扭矩请 求时， 初步 ITR 状态信号 SITR0 指示逻辑假。通过执行 ITR 条件标志 ITR(1)， ITR(2)， ...， ITR(N) 的非排他性的 “或” 逻辑运算可以生成初步 ITR 状态信号 SITR0。例如， 使用等式 (6) 可以生成初步 ITR 状态信号 SITR0。
SITR0 ＝ ITR(1) ∪ ITR(2) ∪ ... ∪ ITR(N) (6)
在步骤 192， 仲裁模块 104 检测初步 ITR 状态信号 SITR0。当初步 ITR 状态是真时， 控制进行到步骤 194， 否则控制进行到步骤 196。
在步骤 194， 仲裁模块 104 检测 DTR 状态信号 SDTR。当 DTR 状态是真时， 控制进行 到步骤 197， 否则控制进行到步骤 198。
在步骤 196， 仲裁模块 104 检测 DTR 状态信号 SDTR。当 DTR 状态是真时， 控制进行 到步骤 199， 否则控制进行到步骤 200。
在步骤 197， 当 DTR 状态信号 SDTR 指示了减小扭矩请求时， 仲裁模块 104 将初步 ITR 状态信号 SITR0 重置为假。控制在步骤 197 之后进行到步骤 199。
在步骤 198， 检测到增加扭矩请求。仲裁模块 104 将经仲裁扭矩信号 Treq_a 设置 为等于车辆扭矩请求信号 Treq_c(1)， ...， Treq_c(N) 中最大的一个。可以基于车辆扭矩请 求信号中最大的一个来执行与增加扭矩请求相关联的控制事件。控制在步骤 198 之后进行 到步骤 201。
在步骤 199， 存在减小扭矩请求。仲裁模块 104 将经仲裁扭矩信号 Treq_a 设置为 等于车辆扭矩请求信号 Treq_c(1)， ...， Treq_c(N) 中最小的一个。可以基于车辆扭矩请求 信号中最小的一个来执行与减小扭矩请求相关联的控制事件。控制在步骤 199 之后进行到 步骤 201。
在步骤 200， 仲裁模块 104 将经仲裁扭矩信号 Treq_a 设置为等于驾驶员扭矩请求 信号 Treq_d。控制在步骤 200 之后进行到步骤 201。
在步骤 201， 仲裁模块 104 通过将 ITR 状态信号 SITR 设置为等于初步 ITR 状态信号 SITR0 而生成 ITR 状态信号 SITR。控制在步骤 201 之后可以在步骤 202 结束。
现在参考图 6， 其示出了在增加扭矩请求事件期间生成的示例信号的图示。在时 间 T0 生成具有水平 Tq1 的经仲裁扭矩信号 Treq_a。作为示例， 在时间 T1 可以将经仲裁扭 矩信号 Treq_a 增加到 Tq2 的水平并且在 T1 之后维持在 Tq2 的水平。基于 Treq_a 在 T0 生 成增大的扭矩请求信号 Taug， 并且该增大的扭矩请求信号 Taug 具有 Tq3 的水平。可以使 用具有恒定线性乘数 A 以及恒定偏差分量 B 的线性变换来生成增大的扭矩请求信号 Taug。 在从 T0 开始并且在 T2 结束的整个过调时间段 ( 例如 200 毫秒 ) 中都可以使用相同的线性 变换。当经仲裁扭矩信号 Treq_a 在 T1 增加到 Tq2 的水平时， 增大的扭矩请求信号 Taug 在 T1 被增加到 Tq4 的水平。
在过调时间段期间将扭矩参考信号 Tref 生成为等于增大的扭矩请求信号 Taug。 而在过调时间段后则将扭矩参考信号 Tref 生成为等于经仲裁扭矩信号 Treq_a。在过调 时间段之后， 发动机扭矩信号 TE 跟随经仲裁扭矩信号 Treq_a， 而不是增大的扭矩请求信号Taug。 上述实施例使得扭矩请求响应时间最小化并同时保持了系统稳定性。 除了在过调 时间段期间保持 PID 增益之外， 上述线性变换保持系统稳定性并防止扭矩振荡。通过分离 对于特定情况增加增益的需要， 改善了系统增益校准。
可以用各种形式实施本公开的广泛教示。 因而， 尽管本公开包括特定示例， 但是本 公开的真实范围不应当因此受限， 因为对于本领域技术人员来说， 在研究附图、 说明书以及 所附权利要求后将显见其它的变型。