用于在车辆发动状态期间控制扭矩的方法和系统的制作方法

专利名称：用于在车辆发动状态期间控制扭矩的方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及内燃机，更具体地涉及在发动状态期间对扭矩的控制。
背景技术：
这里提供的背景描述是用来大致描述本发明的背景。在此背景技术部分描述的程 度上，本申请的发明人的成果以及本描述的在提交申请时不构成现有技术的各个方面，既 非明示也非暗示地被认为是本发明的现有技术。内燃机在气缸内燃烧空气和燃料混合物以驱动活塞，从而产生驱动扭矩。进入汽 油机的气流通过节气门进行调节。更具体地，节气门调节节流面积，从而增加或减少进入发 动机的气流。当节流面积增加时，进入发动机的气流增加。燃料控制系统调节喷射燃料的 速率以向气缸提供期望的空气/燃料混合物。增加提供给气缸的空气和燃料的数量将增加 发动机的扭矩输出。已经开发出了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根据需要尽可能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针对控制信号的快速响应或者在影响发动机扭矩输出的各种装置 之间协调发动机扭矩控制。将车辆从零速度加速到期望的速度被称为发动(launch)。给驾驶员提供平滑的发 动“感觉”是重要的。获得平滑的感觉与由发动机提供的动力相关。动力应当以可接受的 速率上升并且不能先过调(overshoot)而后降低。当过调发生时，车辆响应是非线性的并 且产生晃动，随后有滞后感。如果动力上升过慢，则会感觉车辆迟钝。如果动力上升过快，则驾驶员会感到不舒 月艮。获得平滑的发动感觉在加速器踏板-节气门的映射系统中是容易获得的。在节气门和 其他气流致动器被扭矩需求控制的系统中获得平滑感觉对于汽油机来说是困难的，因为岐 管和气缸填充响应于空气致动器改变的时间。岐管在获得所请求的期望动力时伴随有一些 延迟。此外，由于发动时快速的发动机速度变化，自动变速器中的液力变矩器(或称扭矩转 换器)可能出现瞬时控制问题。

发明内容
根据本发明的一个方面，一种控制发动机的方法包括产生驾驶员请求扭矩，确定 对应于发动机的最大扭矩能力的最大扭矩能力，确定发动修整扭矩阈值，当请求扭矩小于 发动修整扭矩阈值时，给驾驶员请求扭矩应用快速速率限制，直至达到发动修整扭矩阈值， 以及当请求扭矩大于发动修整扭矩阈值时，给驾驶员请求扭矩应用慢速速率限制。根据本发明的另一方面，一种发动机包括请求扭矩模块，其产生所请求的扭矩； 以及最大扭矩能力模块，其确定对应于发动机最大扭矩能力的最大扭矩能力。发动修整扭 矩阈值确定模块确定发动修整阈值扭矩。比较模块用于比较请求扭矩和发动修整扭矩阈 值。输出模块在请求扭矩小于发动修整扭矩阈值时，给请求扭矩应用快速速率限制，直至达到发动修整扭矩阈值，并且在请求扭矩大于发动修整扭矩阈值时，应用慢速速率限制扭矩 请求。方案1、一种控制发动机的方法，包括产生驾驶员请求扭矩；确定与发动机的最大扭矩能力对应的最大扭矩能力；确定发动修整扭矩阈值；当所述请求扭矩小于所述发动修整扭矩阈值时，给所述驾驶员请求扭矩应用快速 速率限制，直至达到所述发动修整扭矩阈值；以及当所述请求扭矩大于所述发动修整扭矩阈值时，给所述驾驶员请求扭矩应用慢速 速率限制。方案2、如权利要求1所述的方法，还包括通过应用较慢的速率限制来减少扭矩过调。方案3、如权利要求1所述的方法，其中，产生驾驶员请求扭矩包括通过加速器踏 板位置信号产生所述驾驶员请求扭矩。方案4、如权利要求1所述的方法，其中，确定最大扭矩能力包括基于发动机状态 确定所述最大扭矩能力。方案5、如权利要求4所述的方法，还包括确定主动燃料管理状态或冷启动排放控 制状态中的至少一个的发动机状态。方案6、如权利要求1所述的方法，其中，确定最大扭矩能力包括基于发动机速度 和空气密度确定所述最大扭矩能力。方案7、如权利要求1所述的方法，其中，确定最大扭矩能力包括基于发动机速度、 空气密度和空调状态确定所述最大扭矩能力。方案8、如权利要求1所述的方法，其中，确定最大扭矩能力包括基于发动机速度、 空气密度和涡轮增压状态确定所述最大扭矩能力。方案9、如权利要求1所述的方法，其中，确定最大扭矩能力包括基于发动机速度、 空气密度和发动机冷却剂温度确定所述最大扭矩能力。方案10、如权利要求1所述的方法，其中，确定发动修整扭矩阈值包括基于最大发 动机扭矩能力和所述最大扭矩能力的期望百分比来确定所述发动修整扭矩阈值。方案11、如权利要求10所述的方法，还包括基于发动机速度和加速器踏板位置确 定所述最大扭矩能力的期望百分比。方案12、如权利要求1所述的方法，其中，确定发动修整扭矩阈值包括基于空气密 度修正器确定所述发动修整扭矩阈值。方案13、如权利要求1所述的方法，还包括确定变矩器离合器处于锁定状态或受 控滑动状态，当离合器变矩器处于锁定状态或受控滑动状态时，给所述驾驶员请求应用所 述快速速率限制。方案14、一种控制模块，包括产生请求扭矩的请求扭矩模块；确定与发动机的最大扭矩能力对应的最大扭矩能力的最大扭矩能力模块；确定发动修整扭矩阈值的发动修整扭矩阈值确定模块；
比较所述请求扭矩和所述发动修整扭矩阈值的比较模块；以及 输出模块，当所述请求扭矩小于所述发动修整扭矩阈值时，所述输出模块给所述 请求扭矩应用快速速率限制，直至达到所述发动修整扭矩阈值；以及当所述请求扭矩大于 所述发动修整扭矩阈值时，所述输出模块给所述请求扭矩应用慢速速率限制。方案15、如权利要求14所述的控制模块，其中，所述发动修整扭矩阈值确定模块 包括确定百分比的百分比确定模块，并且其中所述发动修整扭矩阈值基于所述百分比和所 述最大扭矩能力。方案16、如权利要求14所述的控制模块，其中，所述百分比模块基于发动机速度 和加速器位置信号确定所述百分比。方案17、如权利要求14所述的控制模块，其中，所述发动修整阈值模块基于空气 密度修正器确定所述发动修整扭矩阈值。方案18、如权利要求14所述的控制模块，其中，所述输出模块通过应用所述慢速 速率限制减少扭矩过调。通过下文提供的详细描述，本发明的其他应用领域将变得清楚。应当理解，这些详 细描述和特定示例仅仅是用来解释而不是用来限定本发明的范围。


通过详细描述和附图将能够更完整地理解本发明，其中图1是根据本发明原理的示例发动机系统的功能性框图；图2是根据本发明的原理的示例发动机控制系统的功能性框图；图3是简化到本发明的细节的发动机控制模块114的高水平示意框图；图4是用于执行本发明的方法的流程图；图5是各种信号的图表，其中包括根据本发明的第二级速率限值阈值信号和预测 扭矩请求信号。通过下文提供的详细描述，本发明的其他应用领域将变得清楚。应当理解，这些详 细描述和特定示例仅仅是用来解释而不是用来限定本发明的范围。
具体实施例方式下面的描述本质上仅仅是示例性的，决非旨在用来限制本发明、其应用或用途。为 清楚起见，在附图中将使用相同的附图标记标示类似的元件。如这里使用的，短语“A、B、C 中的至少一个”应当基于逻辑上含义进行解释(A或B或C)，其使用非排他性的逻辑“或”来 解释。应当理解，方法中的各个步骤可在不改变本发明的基本原理的情况下以不同的顺序 实施。如这里所使用的，术语“模块”是指执行一个或多个软件或固件程序的专用集成电 路(ASIC)、电子电路、处理器(共享的、专用的或者成组的)和存储器、组合逻辑电路、和/ 或提供上述功能的其他合适元件。现在参考图1，图中示出了示例发动机系统100的功能性框图。发动机系统100包 括发动机102，其燃烧空气/燃料混合物以便基于驾驶员输入模块104产生用于车辆的驱 动扭矩。驾驶员输入模块104可与加速踏板传感器106连通。加速踏板传感器根据驾驶员移动加速踏板的量产生信号，其中驾驶员移动加速踏板的量对应于车辆操作者期望的加速 量。传感器106所具有的输出对应于从零至最大加速器踏板信号。空气通过节气门112被吸入进气岐管110。仅仅是举例，节气门112可包括具有可 旋转叶片的蝶形阀。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112的开度以控制吸入进气岐管110的空气量。
来自进气岐管110的空气被吸入发动机102的气缸。虽然发动机102可包括多个 气缸，但是出于图示目的仅示出了一个代表性的气缸118。仅仅是举例，发动机102可包括 2、3、4、5、6、8、10和/或12个气缸。ECM 114可指示气缸致动器模块120选择性地停用一 些气缸，这在某些发动机工作状态下可提高燃料经济性。来自进气岐管110的空气通过进气门122被吸入气缸118。ECM 114控制燃料致 动器模块124，燃料致动器模块124调节燃料喷射以产生期望的空气/燃料比率。燃料可在 中心位置或多个位置喷入进气岐管110，例如在每个气缸的进气门附近。在图1没有示出 的多种实施方式中，燃料可直接喷入气缸或者喷入与气缸相联的混合腔。燃料致动器模块 124可停止向停用的气缸喷射燃料。所喷射的燃料与空气相混合并且在气缸118内产生空气/燃料混合物。气缸118 内的活塞(未示出)压缩空气/燃料混合物。基于来自ECM114的信号，火花致动模块126 给气缸118内的火花塞128通电，火花塞128点燃空气/燃料混合物。火花的正时相对于 当活塞处于其顶点位置(称为上止点(TDC))时的时间是既定的。空气/燃料混合物的燃烧向下驱动活塞，由此驱动旋转的曲轴(未示出)。活塞 然后开始重新向上移动，并且通过排气门130排出燃烧副产物。燃烧副产物通过排气系统 134被排出车辆。火花致动器模块126可通过指示应当在TDC之前或之后多远提供火花的正时信号 来控制。火花致动器模块126的操作可因此与曲轴的旋转同步。在各种实施方式中，火花 致动器模块126可停止向停用的气缸提供火花。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每个气缸的多个进气门并且/或者可控制多排气 缸的进气门。类似地，多个排气凸轮轴可控制每个气缸的多个排气门并且/或者可控制多 排气缸的排气门。气缸致动器模块120可通过使进气门122和/或排气门130的打开失效 来停用气缸118。进气门122的打开时间可通过进气凸轮相位器148相对于活塞TDC改变。排气门 130的打开时间可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的信号控制进气凸轮相位器148和排气凸轮相位器150。在实施时，可变 气门升程也可通过相位器致动器模块158来控制。发动机系统100可包括向进气岐管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的热废气提供动力的热涡轮机160-1。涡 轮增压器160还包括由涡轮机160-1驱动的冷空气压缩机160-2，其压缩进入节气门112的 空气。在各种实施方式中，一个由曲轴驱动的机械增压器可压缩来自节气门112的空气并 且将压缩空气送入进气岐管110。废气门162可允许废气绕过涡轮增压器160，由此降低涡轮增压器160的增压(吸入空气的压缩量)。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可通过控制废气门162的位置来调节涡轮增压器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可具有可变的几何形状， 这可由增压致动器模块164控制。中间冷却器(未示出)可散发在压缩空气时产生的压缩空气充量的一些热量。压 缩空气充量也可能吸收了热量，因为这些空气靠近排气系统134。尽管为解释的原因而分开 示出，但是涡轮机160-1和压缩机160-2通常彼此相连接，将吸入空气置于热废气附近。发动机系统100可包括废气再循环(EGR)阀170，其选择性地将废气再引导回进气 岐管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100可使用每分钟转数(RPM)传感器180测量曲轴的速度。发动机冷 却剂的温度可通过使用发动机冷气剂温度(ECT)传感器182来测量。ECT传感器182可位 于发动机102内或者位于冷却剂循环经过的其他位置，例如散热器(未示出)处。进气岐管110内的压力可通过使用岐管绝对压力(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，发动机真空度是环境空气压力和进气岐管110内的 压力的差值。流入进气岐管110内的空气的质量流速可通过使用质量空气流(MAF)传感器 186来测量。质量空气流信号可用来获取空气密度。在各种实施方式中，MAF传感器186可 位于一个壳体内，该壳体也包括节气门112。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监控节气 门112的位置。吸入发动机102的空气的环境温度可使用吸入空气温度(IAT)传感器192 来测量。ECM 114可使用来自这些传感器的信号来做出用于发动机系统100的控制决定。ECM 114可与变速器控制模块194通信以协调在变速器(未示出)内的换档。例 如，ECM 114可在换档过程中降低发动机扭矩。ECM 114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的操作。电动机198还可用作发电机，并且可用来产生由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 114、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。每个改变发动机参数的系统都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，而节气门打开面积可称为致动器值。在图1的示例中，节气门致 动器模块116通过调节节气门112的叶片角度来获得节气门打开面积。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以是火花相对 于气缸TDC的提前量。其他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和气缸致动器模块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度、燃料喷射速率和 启用的气缸数量。ECM 114可控制致动器值以产生来自发动机102的期望的扭矩。现在参照图2，图中示出了示例发动机控制系统的功能性框图。ECM114的一个示 例实施方式包括轴扭矩裁决模块204。轴扭矩裁决模块204在来自驾驶员输入模块104的 驾驶员输入和其他轴扭矩请求之间进行裁决。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，其可以是改变车辆速度以维持预定跟车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斜变请求(ramp requests)，例如使扭矩降低至 最小发动机关闭扭矩的扭矩请求或者使扭矩从最小发动机关闭扭矩升高的扭矩请求。轴扭 矩请求可包括在车辆打滑时由牵引控制系统请求的扭矩减少。轴扭矩请求还可包括用于抵 消负向车辆打滑(此时车辆的轮胎由于轴扭矩为负而相对于路面打滑)的扭矩请求增加。轴扭矩请求还可包括制动器管理请求和车辆超速扭矩请求。制动器管理请求可减 少发动机扭矩以便在车辆停车时保证发动机扭矩输出不超过制动器保持车辆的能力。车辆 超速扭矩请求可减少发动机扭矩输出以防止车辆超过预定的速度。轴扭矩请求还可由底盘 稳定控制系统做出。轴扭矩请求还可包括发动机关闭请求，其例如可在检测到致命故障时 或者当发动机控制不能提供期望的发动机扭矩时产生。轴扭矩裁决模块204基于在接收到的扭矩请求之间的裁决结果输出预测扭矩请 求和即时扭矩请求。预测扭矩请求是ECM 114准备让发动机102在给定的可用致动器下利 用最优的燃料经济性以平滑的类似于过滤后的方式产生的请求。即时扭矩请求是当前期望 的扭矩的量，其应当以快速准确的控制获得并且可次级地优化燃料经济性。即时扭矩请求可被偏置为小于预测扭矩请求以提供扭矩储备(如下面更详细描 述的)和满足暂时扭矩减少。仅仅作为示例，暂时扭矩减少可在变速器控制模块请求扭矩 从发动机中去除以减少变速器换档时的发动机速度时被请求。即时扭矩可通过改变反应快速的发动机致动器获得，而较慢的发动机致动器可用 来为预测扭矩做准备。例如，在汽油机中，火花提前可被调节以快速地产生扭矩变化。然 而，例如节气门、涡轮增压器和凸轮相位器等气流致动器会较慢地影响扭矩输出，因为气流 的变化受制于进气岐管中的空气输送延迟。此外，气流的变化在空气被吸入气缸、压缩和燃 烧之前不会反应在扭矩变化上。扭矩储备可通过设定较慢的发动机致动器以产生预测扭矩、同时设定较快的发动 机致动器以产生小于预测扭矩的即时扭矩来获得。例如，节气门112可被打开，从而增加气 流并且准备产生预测扭矩。同时，火花提前可被减少(换言之，火花正时被延迟)，从而将实 际发动机扭矩输出减少为即时扭矩。预测扭矩和即时扭矩之间的差可被称为扭矩储备。当存在扭矩储备时，通过改变 快速致动器，发动机扭矩可快速地从即时扭矩增加到预测扭矩。由此可获得预测扭矩而无 需等待因其中一个较慢的致动器的调节而产生的扭矩变化。轴扭矩裁决模块204可向推进扭矩裁决模块206输出预测扭矩请求和即时扭矩请 求。在各种实施方式中，轴扭矩裁决模块24可向混合动力优化模块208输出预测扭矩请求 和即时扭矩请求。混合动力优化模块208确定发动机102应当产生多少扭矩以及电动机 198应当产生多少扭矩。混合动力优化模块208然后向推进扭矩裁决模块206输出修正后 的预测扭矩请求和即时扭矩请求。在各种实施方式中，混合动力优化模块208可在混合动 力控制模块196中实施。由推进扭矩裁决模块206接收到的预测和即时扭矩请求被从轴扭矩域(车轮处的 扭矩)转化为推进扭矩域(曲轴处的扭矩)。该转化可在混合动力优化模块208之前、之后 发生，或者作为混合动力优化模块208的一部分，或者代替混合动力优化模块208。推进扭矩裁决模块206在推进扭矩请求(包括转化后的预测和即时扭矩请求)之间进行裁决。推进扭矩裁决模块206可产生裁决的预测扭矩请求和裁决的即时扭矩请求。 裁决的扭矩请求可通过在接收到的请求之间选择一个胜出的请求而产生。可选地或者另外 地，裁决的扭矩请求可通过基于另一个或多个接收到的请求修改其中一个接收到的请求来产生。其他推进扭矩请求可包括用于发动机超速保护的扭矩减少请求、用于防止停转的 扭矩增加请求和由变速器控制模块194请求的用以适应换档的扭矩减少请求。推进扭矩请 求还可产生于离合器燃料切断，当驾驶员在手动变速器车辆中压下离合器踏板时离合器燃 料切断可减少发动机扭矩输出。推进扭矩请求还可包括发动机关闭请求，这在检测到致命故障时或者当发动机控 制不能提供期望的发动机扭矩时被引发。仅仅作为示例，致命故障可包括检测到车辆被盗、 起动器电机卡住、电子节气门控制问题和不期望的扭矩增加等。仅仅作为示例，发动机关闭 请求可总是在裁决中胜出，由此被输出为裁决的扭矩，或者可干脆绕过裁决，简单地关闭发 动机。推进扭矩裁决模块206仍然可接收这些关闭请求，从而例如合适的数据可反馈到其 他扭矩请求装置。例如，所有其他扭矩请求装置可被通知它们已经在裁决中失败。RPM(发动机速度)控制模块210也可向推进扭矩裁决模块206输出预测和即时扭 矩请求。来自RPM控制模块210的扭矩请求可在ECM 114处于RPM模式时在裁决中占优。 RPM模式可在驾驶员将其脚移开加速器踏板时-例如当车辆空转或者从较高的速度逐渐减 速时被选择。可选地或者另外地，RPM模式可在由轴扭矩裁决模块204请求的预测扭矩请 求小于可校准的扭矩值时被选择。RPM控制模块210从RPM轨迹模块212接收期望的RPM，并且控制预测和即时扭矩 请求以减少期望的RPM和实际RPM之间的差。仅仅作为示例，RPM轨迹模块212可输出线 性减少的期望RPM，用于车辆逐渐减速直至达到怠速RPM。RPM轨迹模块212可随后继续将 怠速RPM输出为期望的RPM。储备/负载模块220接收来自推进扭矩裁决模块206的裁决的预测和即时扭矩请 求。各种发动机工作状态可影响发动机扭矩输出。为了产生这些状态，储备/负载模块220 可通过增加预测扭矩请求来产生扭矩储备。仅仅作为示例，催化剂点火过程或者冷启动排放减少过程可要求用于发动机的延 迟的火花提前。储备/负载模块220可因此增加预测扭矩请求以抵消该火花提前对发动机 扭矩输出的影响。在另一示例中，发动机的空气/燃料比可被直接改变，例如通过侵入式诊 断。相应的扭矩储备请求可被做出以便针对在这些过程中发动机扭矩输出的偏离变化来准 备发动机。储备/负载模块220还可根据对将来负载(例如空调压缩机离合器的接合或者动 力转向泵的操作)的预测产生储备。当驾驶员首先请求空气调节时可产生用于空调(A/C) 离合器接合的储备。然后，当A/C离合器接合时，储备/负载模块220可向即时扭矩请求增 加A/C离合器的期望负载。空调状态模块222可产生空调状态信号并且将空调状态信号提 供给储备/负载模块模块220。空调状态可改变车辆的最大扭矩能力。空调状态还可被传 输到扭矩估计模块244。致动模块224接收来自储备/负载模块220的预测和即时扭矩请求。致动模块 224确定预测和即时扭矩请求将如何获得。致动模块224可以是具体发动机的专用类型，针对汽油机和柴油机应用不同的控制方案。在各种实施方式中，致动模块224可以在致动模 块224之前的不依赖于发动机的模块与依赖于发动机的模块之间划定界限。例如，在汽油机中，致动器模块224可改变节气门112的开度，从而允许宽范围的 扭矩控制。然而，打开和关闭节气门112导致相对较慢的扭矩变化。关闭气缸也提供宽范围 的扭矩控制，但是类似地也比较慢并且另外还涉及驾驶性能和排放问题。改变火花提前相 对较快，但是不能提供足够宽范围的扭矩控制。此外，可利用火花进行的扭矩控制的量(称 为火花能力)随着每个气缸的空气质量的改变而改变。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 扭矩请求可以等于预测扭矩请求，导致空气流被设定，使得预测扭矩请求可通过其他致动 器的改变而获得。空气控制模块228可基于空气扭矩请求确定用于慢速致动器的期望致动器值。例 如，空气控制模块228可控制期望的岐管绝对压力(MAP)、期望的节流面积和/或期望的每 缸空气(APC)。期望的MAP可用来确定期望的增压，而期望的APC可用来确定期望的凸轮相 位器位置。在各种实施方式中，空气控制模块228还可确定EGR阀170的打开量。在汽油系统中，致动器模块224还可产生火花扭矩请求、气缸关闭扭矩请求和燃 料质量扭矩请求。火花扭矩请求可由火花控制模块232使用，以确定从校准的火花提前将 火花延迟(这减少了发动机扭矩输出)多少。气缸关闭扭矩请求可由气缸控制模块236使用，以确定要停用多少气缸。气缸控 制模块236可指示气缸致动器模块120停用发动机102的一个或多个气缸。在各种实施方 式中，预定的气缸组可被一同停用。气缸控制模块236还可指示燃料控制模块240停止为 停用的气缸提供燃料，并且可指示火花控制模块232停止为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可包括液压系统，该液压系统选择性地 将进气和/或排气门从用于一个或多个气缸的相应的凸轮轴上脱离以停用这些气缸。仅仅 作为示例，用于一半气缸的气门由气缸致动器模块120以液压方式成组地联接或脱离。在 各种实施方式中，气缸可简单地通过停止向这些气缸提供燃料来停用，而无需停止进气们 和排气门的打开和关闭。在这些实施方式中，气缸致动器模块120可以省略。燃料质量扭矩请求可由燃料控制模块240使用，以改变提供给每个气缸的燃料 量。仅作为示例，燃料控制模块240可确定燃料质量，当与每个气缸的当前空气量相结合时 该燃料质量产生化学配比理想的燃烧。燃料控制模块240可指示燃料致动器模块124向每 个启动的气缸喷射该燃料质量。在正常的发动机操作过程中，燃料控制模块240将尝试维 持化学配比理想的空气/燃料比率。燃料控制模块240可将燃料质量增加到理想化学配比值之上以增加发动机扭矩 输出，并且可减少燃料质量以减少发动机扭矩输出。在各种实施方式中，燃料控制模块240 可接收不同于理想化学配比的期望的空气/燃料比率。燃料控制模块240随后可确定用于 每个气缸的获得该期望空气/燃料比率的燃料质量。在柴油系统中，燃料质量可以是用于 控制发动机扭矩输出的主要致动器。致动器模块224在获得即时扭矩请求时采用的途径可通过模式设定来确定。模 式设定可例如通过推进扭矩裁决模块206提供给致动模块224，并且可选择包括停止 (inactive)模式、合意模式、最大范围模式和自动致动模式的模式。
在停止模式中，致动模块224可忽略即时扭矩请求并且尝试获取预测扭矩请求。 致动模块224可因此将火花扭矩请求、气缸关闭扭矩请求和燃料质量请求设定为预测扭矩 请求，从而使得用于当前发动机气流状况的扭矩输出最大化。可选地，致动模块224可将这 些请求设定为预定(例如在范围之外的高点)值以停止因延迟发出火花、关闭气缸或减小 燃料/空气比率导致的扭矩减少。在合意模式中，致动模块224可尝试仅通过调整火花提前来获得即时扭矩请求。 致动模块224可因此将预测扭矩请求输出为空气扭矩请求以及将即时扭矩请求输出为火 花扭矩请求。火花控制模块232将尽可能延迟火花以尝试获得火花扭矩请求。如果期望的 扭矩减少大于火花储备能力(可能由火花延迟导致的扭矩减少量)，将不能获得扭矩减少。在最大范围模式中，致动模块224可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可产生足够低的气缸关闭扭矩请 求以使得火花控制模块232能获得即时扭矩请求。换言之，致动模块224可在单独减少火 花提前不能获得即时扭矩请求时减少气缸关闭扭矩请求(由此停用气缸)。在自动致动模式中，致动模块224可基于即时扭矩请求减少空气扭矩请求。例如， 可仅仅在使火花控制模块232能够通过调节火花提前而获得即时扭矩请求所需的程度上 减少空气扭矩请求。因此，在自动致动模式中，获得了即时扭矩请求，同时允许发动机102 尽可能快地返回预测扭矩请求。换言之，通过尽可能地减少快速响应的火花提前，使得响应 相对较慢的节气门校正的使用最少化。扭矩估计模块244可估计发动机102的扭矩输出。该估计扭矩可由空气控制模块 228使用，用来执行发动机气流参数(例如节流面积、MAP和相位器位置)的闭环控制。仅 仅作为示例，可定义下述扭矩关系，(1)T = f(APC，S，I，E，AF，0T，#)其中扭矩(T)是每缸空气(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/燃料比率(AF)、机油温度(0T)和启用气缸的数量(#)的函数。还 可以考虑附加的变量，例如废气再循环(EGR)阀的开度。该关系可通过方程建模并且/或者可存储为查询表。扭矩估计模块244可基于测 得的MAF和当前RPM确定APC，由此允许基于实际气流进行闭环空气控制。所使用的进气和 排气凸轮相位器位置可基于实际位置，因为相位器可朝向期望位置移动。虽然实际火花提前在校准的火花提前值被用来估计扭矩时可用来估计扭矩，但是 估计扭矩可被称为估计空气扭矩。估计空气扭矩是在火花延迟被消除(即火花提前被设定 为校准的火花提前值)并且所有气缸被喷射燃料时对发动机在当前气流下能够产生多少 扭矩的估计。空气控制模块228可产生期望的岐管绝对压力(MAP)信号，该信号被输出到增压 进度模块248。增压进度模块248使用期望的MAP信号控制增压致动器模块164。增压致动 器模块164随后控制一个或多个涡轮增压器和/或机械增压器。增压进度模块248可将增 压状态信号传输到空气控制模块228并且还可以向扭矩估计模块244提供增压状态信号。空气控制模块228可产生期望的节流面积信号，该信号被输出到节气门致动器模 块116。节气门致动器模块116然后调节节气门112以产生期望的节流面积。空气控制模 块228可基于反转扭矩模型和空气扭矩请求产生期望的面积信号。空气控制模块228可使用估计的空气扭矩和/或MAF信号以便执行闭环控制。例如，期望的面积信号可被控制以 便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还可产生期望的每缸空气(APC)信号，该信号被输出到相位器 进度模块252。基于期望的APC信号和RPM信号，相位器进度模块252可使用相位器致动器 模块158来控制进气和/或排气凸轮相位器148和150的位置。再次参考火花控制模块232，火花提前值可在各种发动机工作状态下被校准。仅仅 作为示例，扭矩关系可被反转以解决期望的火花提前。对于给定的扭矩请求(Tdes)，期望的 火花提前(Sdes)可基于如下关系确定(2) Sdes = T-l (Tdes, APC, I，E, AF, 0T, #)此关系式可以实现为方程和/或查询表。空气/燃料比率(AF)可以是实际比率， 如燃料控制模块240所指示的。当火花提前被设定为校准的火花提前时，得到的扭矩会尽可能接近平均最佳扭矩 (MBT)。MBT指的是在火花提前增加时针对给定的空气流产生的最大扭矩，同时使用的燃料 的辛烷值大于预定的阈值。产生该最大扭矩的位置的火花提前可称为MBT火花。校准的火 花提前可不同于MBT火花，这是由于例如燃料质量(例如当使用较低辛烷值燃料时)和环 境因素。校准的火花提前处的扭矩可因此小于MBT。现在参照图3，图中更详细地示出了发动机控制模块114，其使用发动修整阈值 (launch trim threshold)来控制扭矩。发动修整阈值可用来在车辆发动时调整驾驶员扭 矩请求以便在致动器由扭矩制定进度的系统中提供最优的发动性能。变矩器状态模块310 将信号传输到输出模块312。变矩器状态模块310确定变矩器离合器的状态。如果变矩器 离合器处于锁定状态或者受控滑动状态，发动机的速度将不会快速改变。受控滑动状态可 使发动机充当一个锁定的转换器。这使得通过岐管的气流能够赶得上。由此，调整的扭矩 请求不需要被应用很多(如果有的话)速率限制。加速器状态模块314产生对应于加速器踏板的状态的信号。加速器踏板的改变速 率以及加速器踏板的位置至其最大位置的百分比可被确定。当加速器踏板转变到其最大位 置并且潜在地处于最大速率时，发动修整阈值可被安排到高值，从而不应用第二阶段的较 慢的速率限制。驾驶员扭矩请求模块316产生驾驶员扭矩请求，其可基于加速器状态及其他方 面。驾驶员扭矩请求模块可基于各种输入确定驾驶员扭矩请求。当驾驶员请求增加时执行 本方法。来自加速器踏板的驾驶员请求被转换为驾驶员扭矩请求。为了稳定性和驾驶性感 觉目的，通常加速器踏板被映射到驾驶员发动机扭矩请求上，其方式是在发动机速度增加 时提供减少的扭矩。其可具有的形状是对于一个加速器踏板百分比给出恒定的动力。这种 形式的映射在大多数行车条件下操作良好，但在车辆发动时是例外，此时发动机速度由于 液力变矩器而快速改变。在车辆发动开始之前，发动机速度处于怠速状态。当驾驶员最初 踩到加速器踏板上时，发动机速度仍然很低，由此由于类似于映射的动力而发出高扭矩请 求。当开始获得发动机扭矩时，发动机速度快速上升，此时来自加速器踏板位置的驾驶员扭 矩请求映射产生一个更适度的期望发动机扭矩。然而，由于岐管在获得预定扭矩请求方面 的延迟，较高的扭矩现在以较高的发动机速度获得。与高发动机速度相结合的高扭矩输出 产生比由踏板推断出的请求更多的动力传递。这使得驾驶员在发动过程中感受到过于剧烈的发动机控制系统，其后由于系统对扭矩过调做出反应而出现快速减速。最大扭矩能力模块318产生发动机的最大扭矩能力而无需电动机的贡献。最大扭 矩能力可根据状态而改变。例如，为了效率而关闭气缸的主动燃料管理状态或者冷启动排 放控制状态可具有与正常模式状态不同的最大扭矩。最大扭矩可取决于各种车辆工作条 件，例如当前发动机速度、当前空气密度、当前空调状态、当前涡轮增压状态、当前冷却剂温 度和燃料加注速度。例如，最大扭矩能力模块可估计可获得的最大每缸空气质量，然后使用 扭矩模型将该空气质量转换为可获得的最大扭矩。发动修整扭矩阈值确定模块320可确定一个发动修整扭矩阈值，在该阈值之上， 慢速限制被应用到所请求的原始驾驶员期望扭矩，而在该阈值之下，快速限制被应用到原 始驾驶员期望扭矩。应用阈值之上的慢速限制是为了限制扭矩请求，同时稳定发动机速度 和气流致动器。发动修整扭矩阈值确定模块310包括百分比模块322。百分比模块322可使用加 速器有效位置和发动机速度来确定一个百分比。由此，该百分比可变化并且在发动机的整 个工作过程中是不固定的。该百分比可用来控制发动修整阈值以便将最优扭矩请求调整量 仅应用在期望的工作范围内。例如，当驾驶员猛踩加速器踏板时，该百分比应当被提升以将 发动修整阈值提高到扭矩的高水平，从而使原始驾驶员请求的速率限制最小化。当发动机 速度超过存在于正常发动状况中的阈值时，该百分比应当被提升以将发动修整阈值提高到 扭矩的高水平，从而使原始驾驶员请求的速率限制最小化。该发动机速度阈值可以是已知 的转换器的失速速度，此时涡轮机的输出轴处于Orpm。模块320还可包括一个可产生空气密度修正器的空气密度修正器模块324。当存 在高空气密度时，该空气密度修正器可用来使得系统正常化，使其如同存在正常空气密度 的系统那样工作。可以这样做是因为当存在标准空气密度时功能将被校准。发动修整扭矩阈值模块326可基于来自百分比模块的百分比和来自最大扭矩能 力模块318的最大扭矩能力产生一个发动修整扭矩阈值。发动修整扭矩阈值是区分两状态 发动扭矩速率限制功能的扭矩。发动修整扭矩阈值可由来自空气密度修正器模块324的空 气密度修正器修改。空气密度修正器可根据具体条件将发动修整阈值向上或向下移动。例 如，当由于冷环境温度或高气压导致空气密度非常高时，修正器可将发动修整阈值向下调 整以产生类似于标准压力条件的扭矩曲线。发动修整阈值扭矩可被传输到比较模块328。比较模块328比较来自驾驶员扭矩 请求模块的请求扭矩和来自发动修整阈值扭矩模块326的发动修整阈值扭矩。输出模块312可包括速率限制模块340。当请求扭矩大于发动修整阈值扭矩时，速 率限制模块340可对扭矩进行速率限制以使其到达较低的速率限值以减少扭矩请求，从而 使得发动机速度或气流控制稳定。当请求扭矩不大于发动修整阈值扭矩时，原始驾驶员请 求将被以速率方式限制到较快的速率限值直至达到发动修整阈值。现在参考图4，其中列出了用于操作本发明的方法。在步骤410中，确定驾驶员请 求扭矩水平。这是原始的或者未调整的驾驶员请求扭矩。步骤412确定原始驾驶员扭矩请 求是否大于驾驶员请求函数的速率受限的输出。如果驾驶员扭矩请求在步骤414中没有增 大，将执行车辆的正常操作，其产生具有正常调整的正常扭矩请求。在步骤412中，如果驾 驶员请求增大，则在步骤416可确定一个百分比。最大发动机扭矩的百分比可使用发动机速度和加速器踏板位置确定。在步骤418中，确定发动机的最大扭矩能力。在步骤420中， 确定发动修整扭矩阈值。发动修整扭矩阈值可以是最大扭矩能力和最大发动机扭矩的百分 比的函数。例如，来自步骤416的百分比可在步骤418中被乘以最大扭矩能力。发动修整 扭矩阈值还可由空气密度修正器426改变。空气密度修正器426可以向上或向下调节发动 修整扭矩阈值。密度非常大的空气需要更大的节流以获得与标准温度和压力操作条件相同 的发动感觉。在步骤428中，确定驾驶员请求扭矩是否大于发动修整扭矩阈值。如果请求 扭矩不大于发动修整阈值扭矩，然后步骤432应用一个正常的或快速的速率限值，直至达 到发动修整阈值的。在步骤428中，如果请求扭矩大于发动修整扭矩阈值，则步骤430确定变矩器离合 器是否锁定或者是否处于受控滑动模式。当变矩器离合器没有锁定时，步骤434以速率限 制扭矩请求或扭矩增加。在步骤430中，如果变矩器离合器锁定或处于受控滑动模式，则执 行如上所述的步骤432。由于来自踏板请求的非常动态的扭矩请求，过调可能存在于控制的自然状态中。 由此，传递的扭矩由于岐管填充滞后时间而不能达到请求。由于发动机的rpm快速增加，踏 板扭矩请求会快速下降。如上所述，在扭矩增加被请求后岐管将需要时间来填充空气。当 岐管被充满时，由于踏板扭矩请求的属性，扭矩请求可能已经降低。在这种动态条件下所传 递的实际扭矩超过下降的请求，这在一些情况下是常见的，并且实际上是岐管填充的属性。 这种扭矩的过度传递在加速过程中会产生不希望的前窜。因此期望在车辆发动时消除这种 状况以保证平滑加速。现在参照图5，图中示出了踏板动力请求、空气动力传递、发动机速度、最大扭矩能 力、第二级速率限制阈值。从图中可见，预测扭矩请求的增加速率在第二级速率限制阈值处 改变。从图中可见，最终输出是预测扭矩请求信号。在第二级速率限制阈值之后，所应用的 最大扭矩被进行速率限制，从而最大扭矩能力没有被超过。这防止了预测扭矩请求的过调 并且改善了车辆的整体发动感觉。两级速率限制允许节气门的快速初始响应，避免了犹豫 不决，却没有扭矩和节气门的过调。如上所述，对于剧烈的发动，第二级速率限制阈值可通 过将发动扭矩阈值移出用于大幅度踏板输入的路径而被关闭。通过使用扭矩模型，各种环 境因素成为最大扭矩能力的考虑因素。本方法还可用于混合动力车辆。对于剧烈的发动，当发动修整阈值由于确定出较 高的踏板百分比而设定在发动机的最大能力之上时，预测扭矩请求可使用混合动力的电动 机。本系统不需要针对各种环境和硬件条件(例如空调状态、冷启动排放控制状态、 空气密度、冷却剂温度和其他条件)进行校准。这些条件被考虑进了最大扭矩能力确定内。本发明的广义教导可通过多种形式来实施。因此，虽然本发明包括特定示例，然而 本发明的真实范围不应当受此限制，因为通过研究附图、说明书和所附权利要求书，其他变 型对本领域技术人员来说将变得显而易见。
权利要求
一种控制发动机的方法，包括产生驾驶员请求扭矩；确定与发动机的最大扭矩能力对应的最大扭矩能力；确定发动修整扭矩阈值；当所述请求扭矩小于所述发动修整扭矩阈值时，给所述驾驶员请求扭矩应用快速速率限制，直至达到所述发动修整扭矩阈值；以及当所述请求扭矩大于所述发动修整扭矩阈值时，给所述驾驶员请求扭矩应用慢速速率限制。
2.如权利要求1所述的方法，还包括通过应用较慢的速率限制来减少扭矩过调。
3.如权利要求1所述的方法，其中，产生驾驶员请求扭矩包括通过加速器踏板位置信 号产生所述驾驶员请求扭矩。
4.如权利要求1所述的方法，其中，确定最大扭矩能力包括基于发动机状态确定所述 最大扭矩能力。
5.如权利要求4所述的方法，还包括确定主动燃料管理状态或冷启动排放控制状态中 的至少一个的发动机状态。
6.如权利要求1所述的方法，其中，确定最大扭矩能力包括基于发动机速度和空气密 度确定所述最大扭矩能力。
7.如权利要求1所述的方法，其中，确定最大扭矩能力包括基于发动机速度、空气密度 和空调状态确定所述最大扭矩能力。
8.如权利要求1所述的方法，其中，确定最大扭矩能力包括基于发动机速度、空气密度 和涡轮增压状态确定所述最大扭矩能力。
9.如权利要求1所述的方法，其中，确定最大扭矩能力包括基于发动机速度、空气密度 和发动机冷却剂温度确定所述最大扭矩能力。
10.一种控制模块，包括产生请求扭矩的请求扭矩模块；确定与发动机的最大扭矩能力对应的最大扭矩能力的最大扭矩能力模块；确定发动修整扭矩阈值的发动修整扭矩阈值确定模块；比较所述请求扭矩和所述发动修整扭矩阈值的比较模块；以及输出模块，当所述请求扭矩小于所述发动修整扭矩阈值时，所述输出模块给所述请求 扭矩应用快速速率限制，直至达到所述发动修整扭矩阈值；以及当所述请求扭矩大于所述 发动修整扭矩阈值时，所述输出模块给所述请求扭矩应用慢速速率限制。
全文摘要
本发明涉及用于在车辆发动状态期间控制扭矩的方法和系统，更具体地提供一种用于控制发动机的方法和控制模块，该控制模块包括产生请求扭矩的请求扭矩模块和确定与发动机最大扭矩能力对应的最大扭矩能力的最大扭矩能力确定模块。发动修整扭矩阈值确定模块确定发动修整扭矩阈值。比较模块比较请求扭矩和发动修整扭矩阈值。当请求扭矩小于发动修整扭矩阈值时，输出模块给请求扭矩应用快速速率限制，直至达到发动修整阈值；当请求扭矩大于发动修整扭矩阈值时，输出模块给请求扭矩应用慢速速率限制。
文档编号F02D41/04GK101876277SQ20101017023
公开日2010年11月3日 申请日期2010年4月30日 优先权日2009年5月1日
发明者C·E·惠特尼, K·基里, R·B·杰斯, T·R·舒普, V·梅塔 申请人:通用汽车环球科技运作公司