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CN102072029B - 用于控制发动机扭矩的系统和方法 - Google Patents

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CN102072029B CN2010105540686A CN201010554068A CN102072029B CN 102072029 B CN102072029 B CN 102072029B CN 2010105540686 A CN2010105540686 A CN 2010105540686A CN 201010554068 A CN201010554068 A CN 201010554068A CN 102072029 B CN102072029 B CN 102072029B
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Abstract

本发明涉及用于控制发动机扭矩的系统和方法。具体地，提供了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。该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。该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。

Description

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。

Claims (20)

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。
2.根据权利要求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。
3.根据权利要求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。
4.根据权利要求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。
5.根据权利要求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。
6.根据权利要求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。
7.根据权利要求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。
8.根据权利要求1所述的发动机控制系统，其中，所述涡轮速度被滤波。
9.根据权利要求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。
10.根据权利要求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。
11.一种用于控制车辆发动机的方法，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。
12.根据权利要求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。
13.根据权利要求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。
14.根据权利要求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。
15.根据权利要求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。
16.根据权利要求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。
17.根据权利要求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。
18.根据权利要求11所述的方法，进一步包括对所述涡轮速度进行滤波。
19.根据权利要求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。
20.根据权利要求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。
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