用于控制发动机扭矩的系统和方法 【技术领域】
本发明涉及内燃发动机， 尤其涉及扭矩控制系统。背景技术 本文所提供的背景技术描述目的在于从总体上呈现本发明的背景。 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。
内燃发动机在气缸内燃烧空气和燃料混合物以驱动活塞， 其产生驱动扭矩。经由 节气门调节流入汽油发动机中的空气流量。 更具体地， 节气门调节节气门面积， 其增加或减 少流入发动机的空气流量。随着节气门面积增加， 进入发动机的空气流量增加。燃料控制 系统调节喷射燃料的速率， 以便给气缸提供期望的空气 / 燃料混合物。增加所提供至气缸 的空气和燃料的量， 就增加了发动机的扭矩输出。
已经开发出发动机控制系统来控制发动机扭矩输出， 以获得期望的扭矩。 然而， 传 统的发动机控制系统不能按照需要精确地控制发动机扭矩输出。此外， 传统的发动机控制 系统不能提供对控制信号的快速响应， 也不能在影响发动机扭矩输出的各种装置中对发动 机扭矩控制进行协调。
发明内容 一种用于车辆的发动机控制系统， 包括功率请求确定模块、 期望速度确定模块、 以 及扭矩控制模块。 功率请求确定模块基于来自车辆驾驶员的请求和车辆的速度来确定用于 发动机的功率请求。期望速度确定模块基于功率请求、 离合器滑移第一量和离合器滑移第 二量这三者中的一个以及发动机变矩器中涡轮的速度、 变矩器中离合器的状态来确定发动 机的期望速度。扭矩控制模块基于期望发动机速度和功率请求来确定期望发动机扭矩， 以 及基于期望发动机扭矩来控制发动机的扭矩输出。
一种方法， 包括 ： 基于来自车辆驾驶员的请求和车辆的速度来确定用于发动机的 功率请求 ； 基于功率请求、 离合器滑移第一量和离合器滑移第二量这三者中的一个以及变 矩器中涡轮的速度、 变矩器中离合器的状态来确定发动机的期望速度 ； 基于期望发动机速 度和功率请求来确定期望发动机扭矩 ； 以及基于期望发动机扭矩来控制发动机的扭矩输 出。
本发明还包括以下方案 ：
方案 1. 一种用于车辆的发动机控制系统， 包括 ：
功率请求确定模块， 其基于来自所述车辆的驾驶员的输入和所述车辆的速度来确 定用于发动机的功率请求 ；
期望速度确定模块， 其基于所述功率请求、 离合器滑移第一量和离合器滑移第二 量这三者中的一个、 以及变矩器中涡轮的速度、 所述变矩器中离合器的状态来确定所述发 动机的期望速度 ； 以及
扭矩控制模块， 其基于所述期望发动机速度和所述功率请求来确定期望发动机扭 矩， 以及基于所述期望发动机扭矩来控制所述发动机的扭矩输出。
方案 2. 根据方案 1 所述的发动机控制系统， 其中， 所述离合器的状态是解锁状态、 受控滑移状态和锁定状态中的一种。
方案 3. 根据方案 2 所述的发动机控制系统， 其中， 当所述离合器处在所述解锁状 态中时， 所述期望速度确定模块基于所述涡轮速度和所述功率请求的预先确定的函数来确 定所述期望发动机速度。
方案 4. 根据方案 3 所述的发动机控制系统， 其中， 所述期望速度确定模块基于使 期望发动机速度与涡轮速度和功率请求相关的查询表来确定所述期望发动机速度。
方案 5. 根据方案 2 所述的发动机控制系统， 其中， 当所述离合器处在所述受控滑 移状态中时， 所述期望速度确定模块基于所述涡轮速度和所述离合器滑移第一量来确定所 述期望发动机速度。
方案 6. 根据方案 2 所述的发动机控制系统， 其中， 当所述离合器处于所述锁定状 态中时， 所述期望速度确定模块基于所述涡轮速度和所述离合器滑移第二量来确定所述期 望发动机速度， 其中所述离合器滑移第二量小于所述离合器滑移第一量。 方案 7. 根据方案 1 所述的发动机控制系统， 其中， 来自所述驾驶员的所述输入基 于加速器的位置。
方案 8. 根据方案 1 所述的发动机控制系统， 其中， 所述涡轮速度被滤波。
方案 9. 根据方案 1 所述的发动机控制系统， 其中， 所述离合器的状态基于施加至 所述离合器的压力。
方案 10. 根据方案 1 所述的发动机控制系统， 其中， 所述扭矩控制模块通过控制供 应至所述发动机的空气、 燃料和火花中的至少一个来控制所述发动机的扭矩输出。
方案 11. 一种方法， 包括 ：
基于车辆速度和来自所述车辆的驾驶员的输入来确定用于发动机的功率请求 ；
基于所述功率请求、 离合器滑移第一量和离合器滑移第二量这三者中的一个、 以 及变矩器中涡轮的速度、 所述变矩器中离合器的状态来确定所述发动机的期望速度 ； 以及
基于所述期望发动机速度和所述功率请求来确定期望发动机扭矩 ； 以及
基于所述期望发动机扭矩来控制所述发动机的扭矩输出。
方案 12. 根据方案 11 所述的方法， 其中， 所述离合器的状态是解锁状态、 受控滑移 状态和锁定状态中的一种。
方案 13. 根据方案 12 所述的方法， 进一步包括 ：
当所述离合器处于所述解锁状态中时， 基于所述涡轮速度和所述功率请求的预先 确定的函数来确定所述期望发动机速度。
方案 14. 根据方案 13 所述的方法， 还包括 ：
基于使期望发动机速度与涡轮速度和功率请求相关的查询表来确定所述期望发 动机速度。
方案 15. 根据方案 12 所述的方法， 进一步包括 ：
当所述离合器处于所述受控滑移状态中时， 基于所述涡轮速度和所述离合器滑移 第一量来确定所述期望发动机速度。
方案 16. 根据方案 12 所述的方法， 进一步包括 ：
当所述离合器处于所述锁定状态中时， 基于所述涡轮速度和所述离合器滑移第二 量来确定所述期望发动机速度， 其中所述离合器滑移第二量小于所述离合器滑移第一量。
方案 17. 根据方案 11 所述的方法， 其中， 来自所述驾驶员的所述输入基于加速器 的位置。
方案 18. 根据方案 11 所述的方法， 进一步包括对所述涡轮速度进行滤波。
方案 19. 根据方案 11 所述的方法， 进一步包括 ：
基于施加至所述离合器的压力确定所述离合器的状态。
方案 20. 根据方案 11 所述的方法， 还包括 ：
通过控制供应至所述发动机的空气、 燃料和火花中的至少一个来控制所述发动机 的扭矩输出。
本发明更多的应用领域将通过以下提供的详细说明而变得明显。应理解的是， 详 细说明和具体的示例仅用于说明的目的， 而不意图限制本发明的范围。 附图说明
通过详细说明和附图， 本发明将得到更充分的理解， 附图中 ： 图 1 是根据本发明的示例性发动机系统的功能框图 ； 图 2 是根据本发明的示例性发动机控制模块 (ECM) 的功能框图 ； 图 3A 是根据本发明的示例性驾驶员接口模块的功能框图 ； 图 3B 是根据本发明的示例性期望速度确定模块的功能框图 ； 以及 图 4 是根据本发明的用于控制发动机扭矩输出的示例性方法的流程图。具体实施方式
下面的描述本质上仅仅是示例性的， 并不试图以任何方式限制本发明、 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指示相似元件。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 或者 B 或者 C” 的含义。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。
扭矩控制系统可以基于来自驾驶员的功率请求 ( 例如， 加速器踏板的位置 ) 和发 动机速度 ( 例如， 以每分钟转速或 RPM 测得的发动机速度 ) 来控制发动机的扭矩输出。然 而， 发动机速度将容易受到来自各种发动机负载的扰动。 例如， 发动机速度可能包括来自变 矩器中的离合器滑移的扰动， 或者包括来自变矩器的流体动力性质的扰动。另外， 例如， 发 动机速度可能包括由于燃烧不稳定性产生的扰动， 来自由发动机爆震导致的火花减少产生 的扰动， 或者来自由干预控制导致的扭矩减小产生的扰动。 因此， 基于发动机速度来控制发 动机的扭矩输出 ( 即， 发动机扭矩＝功率请求 / 发动机速度 ) 可导致不准确的扭矩控制， 并 因此导致降低的性能、 驾驶性、 和 / 或燃料经济性。因此， 提出了一种系统和方法， 所述系统和方法基于发动机功率请求和期望发动 机速度来控制发动机扭矩输出。该功率请求可以基于加速器 ( 例如踏板 ) 的位置以及车辆 的速度。该期望发动机速度可以由稳定的参数导出， 而不是实际发动机速度。更具体地， 该 期望发动机速度可以基于变矩器中的涡轮速度以及变矩器中的离合器 ( 下文中称为变矩 器离合器， 或 TCC) 的状态。例如， TCC 的状态可以基于施加到 TCC 的压力。替代性地， 例如， TCC 的状态可以基于 TCC 滑移量以及预先确定的滑移阈值。TCC 滑移量可以包括变矩器的 输入轴和输出轴的速度之间的差。
现在参考图 1， 其示出了示例性发动机系统 100 的功能框图。 发动机系统 100 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 产生用于车辆 的驱动扭矩。通过节气门阀 112 将空气吸入进气歧管 110 中。仅作为示例， 节气门阀 112 可以包括具有可旋转叶片的蝶阀。发动机控制模块 (ECM)114 控制节气门致动器模块 116， 节气门致动器模块 116 调节节气门阀 112 的开度， 以控制吸入进气歧管 110 中的空气量。
来自进气歧管 110 的空气被吸入发动机 102 的气缸。尽管发动机 102 可以包括多 个气缸， 但为了说明的目的， 仅示出了单个代表性的气缸 118。 仅作为示例， 发动机 102 可以 包括 2、 3、 4、 5、 6、 8、 10 和 / 或 12 个气缸。ECM 114 可以指令气缸致动器模块 120 选择性地 停用一些气缸， 这在某些发动机运行状况下可以改善燃料经济性。 来自进气歧管 110 的空气通过进气阀 122 被吸入气缸 118。ECM114 控制燃料致动 器模块 124， 燃料致动器模块 124 调节燃料喷射以获得期望的空气 / 燃料比。 燃料可以在中 心位置处或在多个位置 ( 诸如靠近各气缸的进气阀 ) 处被喷射至进气歧管 110 内。在各种 未在图 1 中示出的实施方式中， 燃料可以直接喷射至气缸内或者喷射至与气缸相关联的混 合室内。燃料致动器模块 124 可以中止对被停用的气缸的燃料喷射。
所喷射的燃料与空气混合， 并在气缸 118 内产生空气 / 燃料混合物。气缸 118 内 的活塞 ( 未示出 ) 压缩所述空气 / 燃料混合物。基于来自 ECM 114 的信号， 火花致动器模 块 126 使气缸 118 内的火花塞 128 通电， 火花塞 128 点燃空气 / 燃料混合物。可以相对于 所述活塞在其最高位置时的时刻 ( 称为上止点 (TDC)) 来规定火花正时。
空气 / 燃料混合物的燃烧驱动活塞向下， 由此驱动旋转的曲轴 ( 未示出 )。然后 活塞再次开始向上运动， 并通过排气阀 130 将燃烧副产物排出。燃烧副产物经由排气系统 134 从车辆排出。
火花致动器模块 126 可以由指示了在 TDC 之前多久或之后多久提供火花的正时信 号来控制。火花致动器模块 126 的运行因此可以与曲轴旋转同步。在各种实施方式中， 火 花致动器模块 126 可以中止向停用气缸提供火花。
进气阀 122 可以由进气凸轮轴 140 控制， 而排气阀 130 可以由排气凸轮轴 142 控 制。在各种实施方式中， 多个进气凸轮轴可以控制每个气缸的多个进气阀， 和 / 或可以控制 多排气缸的进气阀。类似地， 多个排气凸轮轴可以控制每个气缸的多个排气阀， 和 / 或可以 控制用于多排气缸的排气阀。气缸致动器模块 120 可以通过禁止进气阀 122 和 / 或排气阀 130 的打开从而停用气缸 118。
进气阀 122 打开的时间可以通过进气凸轮相位器 148 相对于活塞 TDC 改变。排气 阀 130 打开的时间可以通过排气凸轮相位器 150 相对于活塞 TDC 改变。相位器致动器模块 158 基于来自 ECM 114 的信号来控制进气凸轮相位器 148 以及排气凸轮相位器 150。当实
施时， 可变的阀升程也可以通过相位器致动器模块 158 控制。
发动机系统 100 可以包括向进气歧管 110 提供加压空气的增压装置。例如， 图1 示出了涡轮增压器 160， 其包括由流经排气系统 134 的热排气提供动力的热涡轮 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， 冷空气压缩机 160-2 对导入 节气门阀 112 的空气进行压缩。在各种实施方式中， 由曲轴驱动的增压器可以压缩来自节 气门阀 112 的空气， 并且将压缩空气传送至进气歧管 110。
废气门 162 可以允许排气旁通绕过涡轮增压器 160， 由此减小涡轮增压器 160 的增 压 ( 进气压缩的量 )。ECM 114 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 可以通过控制废气门 162 的位置而调整涡轮增压器 160 的增压。在各种实施方式 中， 多个涡轮增压器可以由所述增压致动器模块 164 控制。涡轮增压器 160 可以具有可变 的几何， 这可以由增压致动器模块 164 控制。
中冷器 ( 未示出 ) 可以消散由于空气压缩而产生的压缩空气充量的一部分热量。 由于所述空气临近排气系统 134， 所以压缩空气充量还可以吸热。 尽管为了图示清楚的目的 而分开示出， 但是涡轮 160-1 和压缩机 160-2 通常彼此附接， 从而使进气被布置成临近热的 排气。 发动机系统 100 可以包括排气再循环 (EGR) 阀 170， 排气再循环阀 170 选择性地 将排气重新引导回进气歧管 110。EGR 阀 170 可以位于涡轮增压器 160 的上游。EGR 阀 170 可以由 EGR 致动器模块 172 控制。
发动机系统 100 可以使用 RPM 传感器 180 以每分钟转速 (RPM) 为单位来测量曲轴 的速度。发动机冷却剂的温度可以使用发动机冷却剂温度 (ECT) 传感器 182 测量。ECT 传 感器 182 可以位于发动机 102 中， 或者位于冷却剂循环到的其它位置处， 例如散热器 ( 未示 出 )。
进气歧管 110 中的压力可以使用歧管绝对压力 (MAP) 传感器 184 测量。在各种实 施方式中， 可以测量发动机真空度， 发动机真空度是环境空气压力和进气歧管 110 中的压 力之间的差。可以使用空气质量流量 (MAF) 传感器 186 测量流入进气歧管 110 中的空气的 质量流率。在各种实施方式中， MAF 传感器 186 可以位于还包括节气门阀 112 的壳体中。
节气门致动器模块 116 可以使用一个或多个节气门位置传感器 (TPS)190 监测节 气门 112 的位置。可以使用进气温度 (IAT) 传感器 192 测量被吸入发动机 102 的空气的环 境温度。ECM 114 可以使用来自传感器的信号来作出用于发动机系统 100 的控制决定。
ECM 114 可以与变速器控制模块 194 通讯， 以协调变速器 202 中的换档齿轮 ( 或换 档 (shifting gear))。例如， ECM 114 可以在换档期间减小发动机扭矩。ECM 114 还可以 与变矩器 200 通讯， 变矩器 200 将变速器 202 耦接至发动机 102 的曲轴 ( 未示出 )。变矩器 201 可以进一步包括变矩器离合器， 或 TCC 201。
改变发动机参数的每个系统均可以称为接收致动器值的致动器。例如， 节气门致 动器模块 116 可以称为致动器， 而节气门打开面积可以称为致动器值。在图 1 的示例中， 节 气门致动器模块 116 通过调节节气门阀 112 的叶片的角度来实现节气门的打开面积。
类似地， 火花致动器模块 126 可以称为致动器， 而相应的致动器值可以是相对于 气缸 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、 以及气缸致动器模块 120。对于这些致动器， 致动
器值可以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度、 燃料供应速 率、 以及启用的气缸数。ECM 114 可以控制致动器值， 以产生来自发动机 102 的期望扭矩。
现在参见图 2， 其示出了示例性发动机控制系统的功能框图。ECM114 的示例性实 施方式包括驾驶员接口模块 204。驾驶员接口模块 204 接收驾驶员输入和其它发动机操作 参数。例如， 驾驶员输入可以基于加速器踏板的位置。驾驶员输入还可以基于巡航控制， 所 述巡航控制可以是改变车辆速度以维持预先确定的跟随距离的自适应巡航控制系统。 驾驶 员接口模块 204 还可以接收其它发动机操作参数， 包括但不限于 ： 期望的 TCC 滑移量、 车辆 速度、 变矩器 200 中涡轮的速度、 发动机速度、 TCC 的状态 ( 例如， 解锁、 受控的滑移、 或者锁 定 )、 以及变速器 202 的当前齿数比。
驾驶员接口模块 204 基于驾驶员输入和一个或多个其它发动机操作参数来确定 所期望的车轴扭矩。 车轴扭矩仲裁模块 206 接收来自驾驶员接口模块 206 的期望车轴扭矩， 并且还接收其它车轴扭矩请求。车轴扭矩仲裁模块 206 在期望的车轴扭矩和其它车轴扭矩 请求之间作出仲裁。
扭矩请求可以包括目标扭矩值和匀变请求， 诸如要求将扭矩匀变减小至最小发动 机关闭扭矩， 或使扭矩从最小发动机关闭扭矩向上匀变。车轴扭矩请求可以包括由牵引控 制系统在车轮滑移期间请求的扭矩减小。 车轴扭矩请求还可以包括扭矩请求增加以抵消负 的车轮滑移， 其中由于车轴扭矩为负， 所以车辆的轮胎相对于路面滑移。 车轴扭矩请求还可以包括制动管理请求和车辆超速扭矩请求。制动管理请求可 以减小发动机扭矩， 以确保发动机扭矩输出不会超过制动器在车辆停止时保持住车辆的能 力。车辆超速扭矩请求可以减小发动机输出， 以防止车辆超过预先确定的速度。车轴扭矩 请求还可以由车体稳定性控制系统提出。
车轴扭矩仲裁模块 206 基于在所接收扭矩请求之间的仲裁结果而输出预测扭矩 和即时扭矩。预测扭矩是 ECM 114 准备使发动机 102 产生的扭矩量， 并且通常可以基于驾 驶员的扭矩请求 ( 即， 期望的车轴扭矩 )。即时扭矩是当前期望的扭矩量， 其可以小于所述 预测扭矩。
即时扭矩可以小于预测扭矩， 以便如下文更详细说明的那样提供扭矩储备， 从而 满足临时扭矩减小。仅作为示例， 可以在车辆速度临近超速阈值时和 / 或在牵引控制系统 感测到车轮滑移时， 请求临时扭矩减小。
即时扭矩可以通过改变快速响应的发动机致动器而获得， 而较慢的发动机致动器 可以用于准备所述预测扭矩。例如， 在汽油发动机 ( 或燃气发动机 ) 中， 火花提前量可以快 速地调节， 而气流和凸轮相位器位置由于机械延迟时间会较慢地响应。 进一步地， 气流的改 变将经受进气歧管中的空气输送延迟。 此外， 气流中的改变不会明确表现为扭矩变化， 直到 空气已经被吸入到气缸内、 压缩以及燃烧时为止。
通过设置较慢的发动机致动器来生成预测扭矩， 同时设置较快的发动机致动器来 产生小于预测扭矩的即时扭矩， 可以产生扭矩储备。例如， 节气门 112 能够打开， 由此增加 空气流量并准备产生预测扭矩。同时， 火花提前量可以减小 ( 换句话说， 火花正时可以延 迟 )， 从而将实际发动机扭矩输出减小至即时扭矩。
预测扭矩和即时扭矩之间的差可以称为扭矩储备。当存在扭矩储备时， 通过改变 较快的致动器， 就能够将发动机扭矩快速地从即时扭矩增加至预测扭矩。由此实现预测扭
矩， 而无需等待由对较慢致动器中的一个进行调节所导致的扭矩改变。
车轴扭矩仲裁模块 206 可以将预测扭矩和即时扭矩输出到推进扭矩仲裁模块 208。由推进扭矩仲裁模块 208 接收的预测扭矩和即时扭矩被从车轴扭矩域 ( 车轮处的扭 矩 ) 转换至推进扭矩域 ( 在曲轴处的扭矩 )。
推进扭矩仲裁模块 208 在推进扭矩请求 ( 包括转换后的预测扭矩和即时扭矩 ) 之 间进行仲裁。推进扭矩仲裁模块 208 可以产生经仲裁的预测扭矩和经仲裁的即时扭矩。经 仲裁的扭矩可以通过从所接收的请求中选择胜出的请求而生成。替代地或另外地， 经仲裁 的扭矩可以通过基于所接收的请求中另外的一个或多个请求来修改所接收请求中的一个 请求而产生。
其它推进扭矩请求可以包括用于发动机超速保护的扭矩减小、 为了防止熄火的扭 矩增加、 以及由变速器控制模块 194 为了适应换档而请求的扭矩减小。推进扭矩请求也可 以来自离合器燃料切断， 当驾驶员在手动变速器车辆中压下离合器踏板时， 这可以减小发 动机扭矩输出。
推进扭矩请求还可以包括发动机关机请求， 这可以在检测到故障时启动。仅仅作 为示例， 故障可以包括车辆被盗检测、 起动电动机卡住、 电子节气门控制问题、 以及不希望 的扭矩增加。 仅仅作为示例， 发动机关机请求可以总是赢得仲裁， 由此作为经仲裁的扭矩而 输出， 或者发动机关机请求可以总是绕过仲裁， 从而仅简单地关闭发动机。 推进扭矩仲裁模 块 208 还是可以接收这些关机请求， 从而使得例如适当的数据能够被反馈至其它扭矩请求 者。例如， 可以通知所有的其它扭矩请求者它们已经仲裁失败。
RPM 控制模块 210 也可以输出预测扭矩请求和即时扭矩请求至推进扭矩仲裁模块 208。当 ECM 114 处在 RPM 模式中时， 来自 RPM 控制模块 210 的扭矩请求可以在仲裁中获 胜。 当驾驶员的脚离开加速器踏板时， 诸如当车辆怠速运行或者从较高的速度惯性滑行时， 可以选择 RPM 模式。替代地或者另外地， 当由车轴扭矩仲裁模块 206 请求的预测扭矩小于 可校准的扭矩值时， 可以选择 RPM 模式。
RPM 控制模块 210 从 RPM 轨迹模块 212 接收期望的 RPM， 并控制预测扭矩请求和即 时扭矩请求， 以减小期望 RPM 和实际 RPM 之间的差。仅作为示例， RPM 轨迹模块 212 可以输 出线性减小的期望 RPM， 用于车辆减速， 直至到达怠速 RPM。 RPM 轨迹模块 212 然后可以继续 输出怠速 RPM 作为期望 RPM。
储备 / 负载模块 220 从推进扭矩仲裁模块 206 接收经仲裁的预测扭矩请求和即时 扭矩请求。各种发动机运行状况会影响发动机扭矩输出。响应于这些状况， 储备 / 负载模 块 220 可以通过增加预测扭矩请求而产生扭矩储备。
仅作为示例， 催化剂起燃过程或冷起动排放减小过程可能需要延迟的火花提前 量。储备 / 负载模块 220 因此会将预测扭矩请求增加到高于即时扭矩请求， 以产生用于冷 起动排放减小过程的延迟火花。在另一示例中， 发动机的空气 / 燃料比和 / 或空气质量流 量可以被直接改变， 诸如通过诊断性介入式当量比测试和 / 或新的发动机扫气。在开始这 些过程之前， 可以请求相应的扭矩储备， 以产生火花延迟。火花延迟能被去除， 以允许快速 响应于在这些过程期间由贫燃的 (leaning) 空气 / 燃料混合物而导致的发动机扭矩输出的 减小。
储备 / 负载模块 220 还可以预期将来的负载 ( 诸如动力转向泵操作或空调 (A/C)压缩机离合器的接合 ) 而产生储备。用于空调 (A/C) 压缩机离合器的接合的储备可以在驾 驶员第一次要求进行空气调节时产生。然后， 当 A/C 压缩机离合器接合时， 储备 / 负载模块 220 可以将 A/C 压缩机离合器的预期负载添加至即时扭矩请求。
致动模块 224 接收来自储备 / 负载模块 220 的预测扭矩请求和即时扭矩请求。致 动模块 224 确定将如何实现所述预测扭矩请求和即时扭矩请求。致动模块 224 可以是特定 于发动机类型的， 从而对于汽油发动机 ( 或燃气发动机 ) 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 可以限定独立于发动机的模块 ( 其在致动模块 224 之前 ) 和依赖于发动机的模块之间的界限。
例如， 在汽油发动机 ( 或燃气发动机 ) 中， 致动模块 224 可以改变节气门 112 的开 度， 这允许宽的扭矩控制范围。然而， 打开和关闭节气门阀 112 导致相对较慢的扭矩改变。 禁用气缸也提供了宽范围的扭矩控制， 但是可能会类似地慢， 并且还另外涉及驾驶性和排 放问题。改变火花提前量是相对较快速的， 但是其不能提供这么大的扭矩控制范围。此外， 以火花可能实现的扭矩控制量 ( 称为火花容量 ) 随着每气缸空气 (air per cylinder) 的 变化而变化。
在各种实施方式中， 致动模块 224 可以基于预测扭矩请求产生空气扭矩请求。空 气扭矩请求可以等于预测扭矩请求， 导致空气流被设置成使得能够通过对其它致动器的改 变来实现预测扭矩请求。 空气控制模块 228 可以基于空气扭矩请求确定用于慢致动器的期望致动器值。例 如， 空气控制模块 228 可以控制期望歧管绝对压力 (MAP)、 期望节气门面积、 和 / 或期望每缸 空气 (APC)。 期望的 MAP 可以用于确定期望增压， 并且期望的 APC 可以用于确定期望的凸轮 相位器位置。在各种实施方式中， 空气控制模块 228 还可以确定 EGR 阀 170 的打开量。
在汽油 ( 或气体 ) 系统中， 致动模块 224 还可以产生火花扭矩请求、 气缸关闭扭矩 请求、 以及燃料质量扭矩请求。所述火花扭矩请求可以由火花控制模块 232 用来确定从校 准的火花提前量对火花进行多少延迟 ( 其减小发动机扭矩输出 )。
气缸关闭扭矩请求可以由气缸控制模块 236 用来确定停用多少个气缸。气缸控制 模块 236 可以指令气缸致动器模块 120 来停用发动机 102 的一个或多个气缸。在各种实施 方式中， 预先限定组的气缸可以共同地被停用。气缸控制模块 236 还可以指令燃料控制模 块 240 停止为被停用气缸提供燃料， 以及可以指令火花控制模块 232 停止为被停用的气缸 提供火花。
在各种实施方式中， 气缸致动器模块 120 可以包括液压系统， 所述液压系统选择 性地将进气阀和 / 或排气阀从用于一个或多个气缸的相应凸轮轴脱开， 以使得那些气缸停 用。仅仅作为示例， 用于气缸中半数气缸的阀被气缸致动器模块 120 成组地液压耦接或脱 开。 在各种实施方式中， 气缸可以简单地通过中止提供燃料至那些气缸而停用， 从而无需停 止进气阀和排气阀的打开和关闭。在此种实施方式中， 可以省去气缸致动器模块 120。
燃料质量扭矩请求可以由燃料控制模块 240 用来改变提供至各气缸的燃料量。仅 仅作为示例， 燃料控制模块 240 可以确定在与每缸空气的当前量组合时所产生化学计量燃 烧的燃料质量。燃料控制模块 240 可以指令燃料致动器模块 124 将此燃料质量喷射至各启 用的气缸中。在正常发动机运行期间， 燃料控制模块 240 可以试图维持化学计量空气 / 燃 料比。
燃料控制模块 240 可以将燃料质量增加到高于化学计量值， 以增加发动机扭矩输 出， 并且可以减少燃料质量， 以降低发动机扭矩输出。 在各种实施方式中， 燃料控制模块 240 可以接收不同于化学计量值的空气 / 燃料比。燃料控制模块 240 然后可以为各气缸确定获 得期望空气 / 燃料比的燃料质量。在柴油机系统中， 燃料质量可以是用于控制发动机扭矩 输出的主致动器。
致动模块 224 用来实现即时扭矩请求所采取的途径可以由模式设置来确定。所述 模式设置可以提供给致动模块 224， 诸如由推进扭矩仲裁模块 206 提供， 并且所述模式设置 可以选择包括了不活动模式、 令人满意模式 (pleasible mode)、 最大范围模式和自动致动 模式的模式。
在不活动模式中， 致动模块 224 会忽视即时扭矩请求， 并试图实现预测扭矩请求。 致动模块 224 因此会将火花扭矩请求、 气缸关闭扭矩请求、 以及燃料质量扭矩请求设置为 预测扭矩请求， 其使得用于当前发动机空气流状况的扭矩输出最大化。替代地， 致动模块 224 可以将这些请求设置为预先确定的 ( 例如超出范围的高 ) 值， 以便禁用由延迟火花、 停 用气缸、 或减小燃料 / 空气比所致的扭矩减小。
在令人满意模式中， 致动模块 224 可试图通过仅仅调节火花提前量来实现即时扭 矩请求。因此， 致动模块 224 可以将预测扭矩输出为空气扭矩请求， 并且将即时扭矩请求输 出为火花扭矩请求。火花控制模块 232 将尽可能多地延迟火花， 以试图实现该火花扭矩请 求。 如果期望的扭矩减小大于火花储备容量 ( 通过火花延迟能够实现的扭矩减小量 )， 那么 可能不会实现所述扭矩减小。 在最大范围模式中， 致动模块 224 可以将预测扭矩请求输出为空气扭矩请求， 并 且将即时扭矩请求输出为火花扭矩请求。此外， 致动模块 224 可以产生气缸关闭扭矩请求， 且该气缸关闭扭矩请求低到足以使得火花控制模块 232 能够实现即时扭矩请求。换句话 说， 当单独减小火花提前量不能够实现即时扭矩请求时， 致动模块 224 可以减小气缸关闭 扭矩请求 ( 由此停用气缸 )。
在自动致动模式中， 致动模块 224 可以基于即时扭矩请求来减小空气扭矩请求。 例如， 空气扭矩请求可以被减小到仅仅是必需的程度， 以便允许火花控制模块 232 通过调 整火花提前量而实现即时扭矩请求。因此， 在自动致动模式中， 实现即时扭矩请求， 同时允 许发动机 102 尽可能快地返回至预测扭矩请求。换句话说， 通过尽可能多地减小快速响应 的火花提前来最小化对相对较慢响应的节气门阀的修正的使用。
扭矩估计模块 244 可以估计发动机 102 的扭矩输出。该估计扭矩可以由空气控制 模块 228 用于执行发动机空气流参数 ( 诸如节气门面积、 MAP 以及相位器位置 ) 的闭环控 制。仅作为示例， 可以限定诸如下式的扭矩关系 ：
(1)T ＝ f(APC， S， I， E， AF， OT， #)
其中， 扭矩 (T) 是每缸空气 (APC)、 火花提前量 (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) 和被启用的气缸数 (#) 的函数。可以 考虑诸如排气再循环 (EGR) 阀的打开程度之类的其它变量。
该关系可以由等式来模型化， 和 / 或可以存储为查询表。扭矩估计模块 244 可以 基于测得的 MAF 和当前 RPM 确定 APC， 由此允许基于实际空气流量进行闭环的空气控制。 所 使用的进气和排气凸轮相位器位置可以基于实际位置， 这是由于相位器可以是在朝着期望
位置行进。
尽管可以使用实际火花提前量来估计扭矩， 当使用校准的火花提前量来估计扭矩 时， 所估计的扭矩可以称为估计的空气扭矩。估计的空气扭矩是对在如果去除火花延迟 ( 即火花提前量设置为校准的火花提前量值 ) 且所有气缸被供以燃料的情况下发动机能够 在当前空气流量下产生多大扭矩的估计。
空气控制模块 228 可以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 MAP 信号来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 / 或增压器。
空气控制模块 228 可以产生输出至节气门致动器模块 116 的期望面积信号。节气 门致动器模块 116 然后调节节气门阀 112 以产生所述期望节气门面积。空气控制模块 228 可以基于反演的扭矩模型和空气扭矩请求来产生期望的面积信号。空气控制模块 228 可以 使用估计的空气扭矩和 / 或 MAF 信号来执行闭环控制。例如， 可以控制期望面积信号， 以使 估计空气扭矩和空气扭矩请求之间的差最小化。
空气控制模块 228 还可以产生输出至相位器调度模块 252 的期望每缸空气 (APC) 信号。基于所述期望 APC 信号和 RPM 信号， 相位器调度模块 252 可以使用相位器致动器模 块 158 来控制进气和 / 或排气凸轮相位器 148 和 150 的位置。 再返回参考火花控制模块 232， 火花提前量值可以在各种发动机运行状况中校准。 仅仅作为示例， 可以反演扭矩关系来求解期望的火花提前量。对于给定的扭矩请求 (Tdes)， 可以基于下式确定期望的火花提前量 (Sdes) ：
(2)Sdes ＝ T-1(Tdes， APC， I， E， AF， OT， #)。
该关系可以具体化为公式和 / 或查询表。空气 / 燃料比 (AF) 可以是由燃料控制 模块 240 指示的实际比。
当火花提前量设置为校准的火花提前量时， 所得扭矩可以尽可能接近平均最佳扭 矩 (MBT)。MBT 是指随着火花提前量增加且同时使用辛烷值大于预先确定阈值的燃料并且 使用化学计量的燃料供应的情况下对于给定空气流量所产生的最大扭矩。 该最大扭矩出现 处的火花提前量可以称为 MBT 火花。校准的火花提前量可以不同于 MBT 火花， 其原因例如 在于燃料质量 ( 诸如当使用低辛烷燃料时 ) 和环境因素。在校准的火花提前量处的扭矩因 此可能小于 MBT。
现在参见图 3A， 其更详细地示出了驾驶员接口模块 204。驾驶员接口模块 204 可 以包括功率请求确定模块 300、 期望速度确定模块 304 以及扭矩控制模块 308。
功率请求确定模块 304 接收驾驶员输入和车辆速度。例如， 驾驶员输入可以基于 加速器的位置。功率请求确定模块 304 可以基于驾驶员输入和车辆速度确定功率请求。更 具体地， 例如， 在相同车辆速度时加速器位置的增加 ( 即更大的踏板压下量 ) 会导致更大的 功率请求。
期望速度确定模块 340 接收功率请求。期望速度确定模块 340 还可以接收变矩器 200 的涡轮速度、 TCC 201 的状态、 以及期望的 TCC 滑移量。例如， 变矩器 200 中涡轮的速度 可以使用旋转速度传感器测量。
TCC 201 的状态可以是解锁、 受控的滑移或锁定之一。例如， 解锁状态可以对应于 未调节的 TCC 滑移量， 受控的滑移状态可以对应于受限制的 TCC 滑移量， 而锁定状态可以对
应于大致为零的 TCC 滑移量。此外， 期望的 TCC 滑移量可以包括 TCC 滑移第一量和 TCC 滑 移第二量中的一个。例如， TCC 滑移第一量可以与受控的滑移状态相关联， TCC 滑移第二量 可以与锁定的滑移状态相关联。仅仅作为示例， TCC 滑移第二量可以小于 TCC 滑移第一量。 此外， 与解锁状态相关联的期望 TCC 滑移量可以是零 ( 即， 未调节 )。
期望速度确定模块 304 基于功率请求、 TCC 滑移第一量和 TCC 滑移第二量中的一 个、 以及涡轮速度、 TCC 201 状态来确定期望发动机速度 ( 即期望 RPM)。换句话说， 期望速 度确定模块 304 可以根据与 TCC 201 的可能状态 ( 例如解锁、 受控和锁定 ) 相对应的三个 模型之一来确定期望发动机速度。
扭矩控制模块 308 接收期望发动机速度以及功率请求。扭矩控制模块 308 还可以 接收发动机速度 ( 即发动机 RPM)。例如， 发动机速度可以是由旋转速度传感器产生的发动 机速度信号。换句话说， 发动机速度信号可以指示发动机曲轴 ( 未示出 ) 的旋转速度。
扭矩控制模块 308 基于期望发动机速度和实际发动机速度之一、 以及功率请求来 确定期望车轴扭矩。然后扭矩控制模块 308 可以基于期望车轴扭矩来控制发动机 102 的扭 矩输出。例如， 在一个实施例中， 扭矩控制模块 308 可以基于期望车轴扭矩来控制供应至发 动机 102 的空气、 燃料和 / 或火花。然而， 扭矩控制模块 308 还可以输出期望车轴扭矩。所 述期望车轴扭矩然后可以由 ECM 114 用来控制发动机 102 的扭矩输出 ( 见图 2)。
扭矩控制模块 308 可以通过将功率请求除以期望发动机速度和实际发动机速度 之一而确定期望车轴扭矩 ( 即， 功率 / 旋转速度＝扭矩 )。例如， 扭矩控制模块 308 可以将 功率请求除以期望发动机速度来确定期望车轴扭矩。这样， 与基于实际发动机速度来确定 期望车轴扭矩相比， 所述期望车轴扭矩不容易受到干扰。 然而， 实际发动机速度也可以用于 确定期望车轴扭矩 ( 例如， Tdes ＝ Preq/RPMeng)。例如， 在特定运行范围 ( 例如， 低 PRM) 期间， 或当在驾驶员接口模块中出现错误 / 故障时， 可以使用实际发动机速度。
现在参考图 3B， 其更详细地示出了期望速度确定模块 304。 期望速度确定模块 304 可以包括第一速度确定模块 350、 第二速度确定模块 354 以及第三速度确定模块 358。
速度确定模块 350、 354、 358 中的每一个均接收 TCC 201 的状态。根据 TCC 201 的 状态， 速度确定模块 350、 354、 358 中的一个可以基于涡轮速度、 功率请求和期望的 TCC 滑移 量中的至少一个而产生期望发动机速度。
例如， 当 TCC 201 的状态为解锁时， 第一速度确定模块 350 可以基于涡轮速度、 功 率请求和预先确定的数学模型来产生期望发动机速度。更具体地， 第一速度确定模块 350 可以基于变矩器 200 的涡轮速度和功率请求的函数来确定期望发动机速度 ( 例如， RPMdes ＝ f(Preq， RPMtur))。期望发动机速度可以基于存储在查询表中的将期望发动机速度关联于功 率请求和涡轮速度的预先确定值。另外地或替代地， 例如， 所述查询表可以基于变矩器 K 因 子 (K-factor)、 发动机摩擦扭矩、 发动机功率范围、 发动机速度范围和速度比。
替代地， 例如， 当 TCC 201 的状态为受控滑移时， 第二速度确定模块 354 可以基于 TCC 滑移第一量和变矩器 200 的涡轮速度来确定期望发动机速度。更具体地， TCC 滑移第一 量可以包括与受控滑移状态相对应的预先确定的滑移量。然而， TCC 滑移第一量还可以诸 如由变速器控制模块 194 确定。例如， 期望发动机速度可以包括 TCC 滑移第一量和变矩器 200 的涡轮速度之和。
最后， 例如， 当 TCC 201 的状态为锁定时， 第三速度确定模块 358 可以基于 TCC 滑移第二量和变矩器 200 的涡轮速度来确定期望发动机速度。 更具体地， TCC 滑移第二量可以 包括与锁定状态相对应的预先确定的滑移量。因此， TCC 滑移第二量可以小于 TCC 滑移第 一量 ( 对应于受控的滑移状态 )。仅仅作为示例， TCC 滑移第二量可以是零。然而， TCC 滑 移第二量还可以诸如由变速器控制模块 194 确定。例如， 期望发动机速度可以包括 TCC 滑 移第二量和变矩器 200 的涡轮速度之和。
参考图 4， 用于控制发动机 12 的扭矩输出的方法在步骤 404 中开始。在步骤 404 中， ECM 114 确定发动机 102 是否开启。如果开启， 则控制方法可以进行至步骤 408。如果 未开启， 则控制方法可以返回至步骤 404。
在步骤 408， ECM 114 确定功率请求。例如， 驾驶员功率请求可以基于驾驶员输入 ( 例如加速器位置 ) 以及车辆速度。
在步骤 412， ECM 114 确定期望发动机速度。更具体地， ECM 114 可以基于功率请 求、 TCC 滑移第一量和 TCC 滑移第二量这三者之一、 以及 TCC 201 的状态、 变矩器 200 的涡 轮速度来确定期望发动机速度。
在步骤 416， ECM 114 确定发动机扭矩的期望量。更具体地， ECM114 可以基于期望 发动机速度和实际发动机速度之一以及功率请求来确定期望发动机扭矩。例如， 发动机扭 矩的期望量可以通过将功率请求除以期望发动机速度和实际发动机速度之一而确定 ( 即 扭矩＝功率 / 旋转速度 )。
在步骤 420， ECM 114 控制发动机的扭矩输出。更具体地， ECM114 可以控制发动机 102 的扭矩输出， 以获得期望量的发动机扭矩。例如， ECM 114 可以通过控制供应至发动机 102 的空气、 燃料和火花中的至少一个来控制发动机 102 的扭矩输出。然后， 控制方法可以 返回至步骤 404。
本发明的宽广教导能以各种形式实现。 因此， 尽管本发明包括特定的示例， 但是由 于本领域的技术人员通过对附图、 说明书、 和所附权利要求书的研究， 将清楚其它的改进， 所以本发明的真实范围不应限于所述特定的示例。