專利名稱：用于內燃發(fā)動機的速度控制系統(tǒng)和方法
技術領域：
本發(fā)明涉及發(fā)動機控制系統(tǒng)，且更具體地，涉及協(xié)調的扭矩控制和發(fā)動機速度控 制系統(tǒng)。
背景技術：
這里提供的背景技術描述用于總體上介紹本發(fā)明的背景。在本背景技術部分中所 描述的程度上，當前署名的發(fā)明人的作品和本描述中在申請時不構成現有技術的各方面， 既非明示也非默示地被認為是本發(fā)明的現有技術。內燃發(fā)動機(ICE)燃燒氣缸內的空氣和燃料混合物以驅動活塞，從而產生驅動扭 矩。流入ICE發(fā)動機的空氣流經由節(jié)氣門和節(jié)氣門面積的調節(jié)來調節(jié)。節(jié)氣門面積的調節(jié) 改變進入ICE的空氣流。當節(jié)氣門面積增大時，進入發(fā)動機的空氣流增加。除了調節(jié)空氣 流外調節(jié)燃料噴射速率以提供空氣/燃料混合物。增加提供給ICE的氣缸的空氣和燃料的 量增大ICE的扭矩輸出。已經開發(fā)出發(fā)動機控制系統(tǒng)來控制發(fā)動機扭矩輸出。已經開發(fā)出發(fā)動機控制系統(tǒng)來控制發(fā)動機扭矩輸出以實現期望的扭矩。然而，傳 統(tǒng)的發(fā)動機控制系統(tǒng)不能如所期望的那樣精確地控制發(fā)動機扭矩輸出。此外，傳統(tǒng)的發(fā)動 機控制系統(tǒng)不能提供對控制信號的如所期望的快速響應或者不能在影響發(fā)動機扭矩輸出 的各個裝置之間協(xié)調發(fā)動機扭矩控制。

發(fā)明內容
提供一種發(fā)動機速度控制系統(tǒng)，并且其包括模式選擇模塊。模式選擇模塊被構造 成基于發(fā)動機速度和駕駛員輸入從開環(huán)控制模式、扭矩控制模式和速度控制模式中的一個 選擇運行模式。車軸扭矩仲裁(ABA)模塊基于所述駕駛員輸入產生ABA預測和即時扭矩請 求。速度控制(SC)模塊基于發(fā)動機速度產生第一組SC預測和即時扭矩請求。推進扭矩仲 裁(PTA )模塊基于所述運行模式基于所述ABA預測和即時扭矩請求以及所述第一組SC預測 和即時扭矩請求中的一個產生PTA預測和即時扭矩請求。扭矩輸出控制模塊基于所述PTA 預測和即時扭矩請求控制發(fā)動機的輸出扭矩。在其他特征中，提供一種操作發(fā)動機控制系統(tǒng)的方法。所述方法包括基于發(fā)動機 速度和駕駛員輸入從開環(huán)控制模式、扭矩控制模式和速度控制模式中的一個選擇運行模 式?；谒鲴{駛員輸入產生ABA預測和即時扭矩請求。基于發(fā)動機速度產生第一組SC 預測和即時扭矩請求?；谒鲞\行模式基于所述ABA預測和即時扭矩請求以及所述第一 組SC預測和即時扭矩請求中的一個產生PTA預測和即時扭矩請求?；谒鯬TA預測和 即時扭矩請求控制發(fā)動機的輸出扭矩。
本發(fā)明進一步的適用范圍將通過下文提供的詳細描述而變得顯而易見。應當理解 的是，該詳細描述和具體示例僅用于說明目的，而并非旨在限制本發(fā)明的范圍。本發(fā)明還提供了以下方案 1. 一種發(fā)動機控制系統(tǒng)，包括
模式選擇模塊，其被構造成基于發(fā)動機速度和駕駛員輸入從開環(huán)控制模式、扭矩控制 模式和速度控制模式中的一個選擇運行模式；
車軸扭矩仲裁(ABA)模塊，其基于所述駕駛員輸入產生ABA預測和即時扭矩請求； 速度控制(SC)模塊，其基于發(fā)動機速度產生第一組SC預測和即時扭矩請求； 推進扭矩仲裁(PTA)模塊，其根據所述運行模式基于所述ABA預測和即時扭矩請求以 及所述第一組SC預測和即時扭矩請求中的一個產生PTA預測和即時扭矩請求；以及 扭矩輸出控制模塊，其基于所述PTA預測和即時扭矩請求控制發(fā)動機的輸出扭矩。2.如方案1所述的發(fā)動機控制系統(tǒng)，其特征在于，所述速度控制(SC)模塊基于第 二組SC預測和即時扭矩請求產生所述SC預測和即時扭矩請求。3.如方案2所述的發(fā)動機控制系統(tǒng)，其特征在于，所述速度控制(SC)模塊基于除 了所述第一組SC預測和即時扭矩請求以外的預測和即時扭矩請求產生所述SC預測和即時 扭矩請求。4.如方案1所述的發(fā)動機控制系統(tǒng)，其特征在于，所述速度控制模塊包括 產生期望的發(fā)動機速度信號的軌跡模塊；
基于所述第一組SC預測和即時扭矩請求產生差值信號的差值模塊； 基于摩擦扭矩與變速器負載扭矩產生零踏板扭矩信號的零踏板扭矩模塊；以及 基于所述希望的發(fā)動機速度信號、所述差值信號和所述零踏板扭矩信號產生第二組SC 預測和即時扭矩請求的每分鐘轉數(RPM)控制模塊。5.如方案4所述的發(fā)動機控制系統(tǒng)，其特征在于，所述RPM控制模塊基于所述第 一組SC預測和即時扭矩請求產生所述第二組SC預測和即時扭矩請求。6.如方案4所述的發(fā)動機控制系統(tǒng)，其特征在于，其還包括產生最小預測扭矩信 號的最小預測扭矩模塊，
其中
所述RPM控制模塊基于所述第一組SC預測和即時扭矩請求產生扭矩儲備信號；以及 最小預測扭矩模塊基于所述扭矩儲備信號和最小空氣扭矩產生所述最小預測扭矩信號。7.如方案4所述的發(fā)動機控制系統(tǒng)，其特征在于，所述RPM控制模塊包括 產生扭矩儲備信號的扭矩儲備模塊；
基于所述發(fā)動機速度、所述扭矩儲備信號、所述希望的發(fā)動機速度信號和所述零踏板 扭矩信號產生SC預測扭矩信號的預測扭矩模塊；以及
基于所述發(fā)動機速度、所述希望的發(fā)動機速度信號、所述差值信號和所述零踏板扭矩 信號獨立于未受管理的扭矩產生SC即時扭矩信號的即時扭矩模塊。8.如方案7所述的發(fā)動機控制系統(tǒng)，其特征在于
所述預測扭矩模塊基于比例預測扭矩值、積分預測扭矩值和微分預測扭矩值產生所述 SC預測扭矩信號；以及所述即時扭矩模塊基于比例即時扭矩值、積分即時扭矩值和微分即時扭矩值產生所述 SC即時扭矩信號。9.如方案8所述的發(fā)動機控制系統(tǒng)，其特征在于，其還包括基于所述積分預測扭 矩值產生所述積分即時扭矩值的過濾模塊。10.如方案8所述的發(fā)動機控制系統(tǒng)，其特征在于，所述即時扭矩模塊基于如下 產生所述SC即時扭矩信號
在燃料類型信號指示基于汽油機的應用時的所述積分預測扭矩值；和 在所述燃料類型信號指示基于柴油機的應用時的所述積分即時扭矩值。11. 一種操作發(fā)動機控制系統(tǒng)的方法，包括
基于發(fā)動機速度和駕駛員輸入從開環(huán)控制模式、扭矩控制模式和速度控制模式中的一 個選擇運行模式；
基于所述駕駛員輸入產生車軸扭矩仲裁(ABA)預測和即時扭矩請求； 基于發(fā)動機速度產生第一組速度控制(SC)預測和即時扭矩請求； 根據所述運行模式基于所述ABA預測和即時扭矩請求以及所述第一組SC預測和即時 扭矩請求中的一個產生推進扭矩仲裁(PTA)預測和即時扭矩請求；以及 基于所述PTA預測和即時扭矩請求控制發(fā)動機的輸出扭矩。12.如方案11所述的方法，其特征在于，基于第二組SC預測和即時扭矩請求產生 所述SC預測和即時扭矩請求。13.如方案12所述的方法，其特征在于，基于除了所述第一組SC預測和即時扭矩 請求以外的預測和即時扭矩請求產生所述SC預測和即時扭矩請求。14.如方案11所述的方法，其特征在于，還包括 產生期望的發(fā)動機速度信號；
基于所述第一組SC預測和即時扭矩請求產生差值信號； 基于摩擦扭矩與變速器負載扭矩產生零踏板扭矩信號；以及
基于所述希望的發(fā)動機速度信號、所述差值信號和所述零踏板扭矩信號產生第二組SC 預測和即時扭矩請求。15.如方案14所述的方法，其特征在于，基于所述第一組SC預測和即時扭矩請求 產生所述第二組SC預測和即時扭矩請求。16.如方案14所述的方法，其特征在于，其還包括 產生最小預測扭矩信號；以及
基于所述第一組SC預測和即時扭矩請求產生扭矩儲備信號， 其中基于所述扭矩儲備信號和最小空氣扭矩產生所述最小預測扭矩信號。17.如方案14所述的方法，其特征在于，其還包括 產生扭矩儲備信號；
基于所述發(fā)動機速度、所述扭矩儲備信號、所述希望的發(fā)動機速度信號和所述零踏板 扭矩信號產生SC預測扭矩信號；以及
基于所述發(fā)動機速度、所述希望的發(fā)動機速度信號、所述差值信號和所述零踏板扭矩 信號獨立于未受管理的扭矩產生SC即時扭矩信號。18.如方案17所述的方法，其特征在于基于比例預測扭矩值、積分預測扭矩值和微分預測扭矩值產生所述SC預測扭矩信號；
以及
基于比例即時扭矩值、積分即時扭矩值和微分即時扭矩值產生所述SC即時扭矩信號。19.如方案18所述的方法，其特征在于，其還包括過濾所述積分預測扭矩值以產 生所述積分即時扭矩值。20.如方案18所述的方法，其特征在于，基于如下產生所述SC即時扭矩信號 在燃料類型信號指示基于汽油機的應用時的所述積分預測扭矩值；和
在所述燃料類型信號指示基于柴油機的應用時的所述積分即時扭矩值。


通過詳細描述和附圖將會更全面地理解本發(fā)明，其中
圖1是根據本發(fā)明實施例的集成速度控制模塊的協(xié)調的扭矩控制(CTC)系統(tǒng)的功能框
圖2是根據本發(fā)明實施例的基于汽油的CTC的功能框圖； 圖3是根據本發(fā)明實施例的基于柴油的CTC的功能框圖； 圖4是根據本發(fā)明實施例的速度控制模塊的功能框圖； 圖5是根據本發(fā)明實施例的每分鐘轉數(RPM)控制模塊的功能框圖； 圖6是根據本發(fā)明實施例的在扭矩到速度控制轉變期間的扭矩曲線圖； 圖7A是根據本發(fā)明實施例的在基于汽油的發(fā)動機起動期間發(fā)動機速度和預測及即時 比例扭矩的曲線圖7B是根據本發(fā)明實施例的在基于汽油的發(fā)動機起動期間發(fā)動機速度和預測及即時 扭矩的曲線圖8A是根據本發(fā)明實施例的在基于柴油的發(fā)動機起動期間發(fā)動機速度、燃料和空氣 扭矩的曲線圖8B是根據本發(fā)明實施例的在基于柴油的發(fā)動機起動期間發(fā)動機速度、燃料和空氣 扭矩的另一曲線圖9是示出根據本發(fā)明實施例的由于發(fā)動機速度改變導致的扭矩值的扭矩曲線圖；以
及
圖10是示出根據本發(fā)明實施例的執(zhí)行內燃發(fā)動機速度控制的方法的流程圖。
具體實施例方式下面的描述本質上僅是示例性的并且決不是要限制本發(fā)明、其應用或用途。為了 清楚起見，在附圖中將使用相同的附圖標記標識相似的元件。如這里所使用的，短語A、B和 C中的至少一個應當被解釋為是指使用非排他邏輯或的邏輯(A或B或C)。應當理解的是， 在不改變本發(fā)明的原理的情況下，可以以不同的順序執(zhí)行方法內的步驟。如這里所使用的，術語模塊指專用集成電路(ASIC)、電子電路、執(zhí)行一個或多個軟 件程序或固件程序的處理器(共用的、專用的、或成組的)和存儲器、組合邏輯電路和/或提 供所描述功能的其它適合組件。另外，如這里所使用的，術語燃燒循環(huán)指發(fā)動機燃燒過程的再發(fā)生階段。例如，在4沖程內燃發(fā)動機中，單個燃燒循環(huán)可指并且包括進氣沖程、壓縮沖程、做功沖程和排氣沖 程。該四個沖程在發(fā)動機運行期間重復。此外，雖然主要相對于示例內燃發(fā)動機來描述下面實施例，但是本發(fā)明的實施例 可應用于其他內燃發(fā)動機。例如，本發(fā)明可應用于汽油發(fā)動機、柴油發(fā)動機、壓縮點燃式發(fā) 動機、火花點燃式發(fā)動機、均質火花點燃式發(fā)動機、均質充氣壓縮點燃式發(fā)動機、分層火花 點燃式發(fā)動機、和火花輔助壓縮點燃式發(fā)動機。協(xié)調的扭矩控制系統(tǒng)可基于各種扭矩參數例如未受管理的扭矩、預測扭矩、即時 扭矩和儲備扭矩水平來運行。未受管理的扭矩指在對于最佳輸出扭矩來說火花處于最小水 平時提供的扭矩。即時扭矩可基于未受管理的扭矩來計算。預測扭矩和即時扭矩在下面另 外定義。協(xié)調的扭矩控制系統(tǒng)的儲備扭矩可設定成等于未受管理的扭矩與即時扭矩之間的 差。由于依賴于未受管理的扭矩并且因為未受管理的扭矩受到進氣歧管拖延的影響，所以 協(xié)調的扭矩控制系統(tǒng)的對發(fā)動機速度改變的反應時間會是相當大的(相對于如下所述的速 度控制技術為高)。未受管理的扭矩由于歧管拖延會大于或小于預測扭矩。此外，即時扭矩 可因此保持在高水平處或低水平處一段延長時段(停在高或停在低)。在此提供的速度控制算法和相應模塊包括對即時扭矩的確定。即時扭矩沒有基于 未受管理的扭矩。這降低了扭矩儲備水平并增加了燃料經濟性。根據速度控制算法，穩(wěn)態(tài) 時的扭矩儲備設定成等于預測扭矩請求與即時扭矩請求之間的差。對于不同的發(fā)動機控制系統(tǒng)，例如汽油、柴油、混合動力、均質充氣壓縮點燃式 (HCCI)、貧氣、和其他發(fā)動機控制系統(tǒng)，可設置不同的發(fā)動機控制算法。在此提供的速度控 制算法和模塊可由不同的發(fā)動機控制系統(tǒng)和關聯的致動器來使用。這減少了在開發(fā)、測試 和操作不同發(fā)動機控制系統(tǒng)中的重復努力?，F在參考圖1，示出集成速度控制模塊的CTC系統(tǒng)100的功能框圖。CTC系統(tǒng)100 是混合動力系控制系統(tǒng)并且可構造成用于非混合動力車輛和/或混合電動車輛。雖然主要 相對于基于汽油的構造來描述CTC系統(tǒng)100，但是CTC系統(tǒng)100可構造成用于火花點燃直噴 (SIDI)發(fā)動機、混合動力發(fā)動機、HCCI發(fā)動機和/或柴油發(fā)動機。下面描述示例柴油機構造。CTC系統(tǒng)100包括發(fā)動機102，發(fā)動機102基于駕駛員輸入模塊104燃燒空氣/燃 料混合物以產生用于車輛的驅動扭矩。空氣通過節(jié)氣門112被抽吸如進氣歧管110中。CTC 模塊114，其可被稱為發(fā)動機控制模塊，指令節(jié)氣門致動器模塊116以調節(jié)節(jié)氣門112的開 度從而控制被抽吸入進氣歧管110中的空氣量。在柴油機構造中，節(jié)氣門致動器模塊116 可基于來自廢氣再循環(huán)(EGR)模塊的信號調節(jié)節(jié)氣門的開度。在柴油機構造中，節(jié)氣門112 可保持在全開狀態(tài)并且扭矩輸出可通過調節(jié)燃料量而被調節(jié)。CTC模塊114包括速度控制 模塊101，其通過調節(jié)預測的扭矩和扭矩即時請求信號來調節(jié)發(fā)動機速度。來自進氣歧管110的空氣被吸入到發(fā)動機102的氣缸中。發(fā)動機102可以包括多 個氣缸。CTC模塊114可以指令氣缸致動器模塊120來選擇性地停用某些氣缸以改進燃料 經濟性。來自進氣歧管110的空氣通過進氣門122被吸入到氣缸118中。CTC模塊114控 制由燃料噴射系統(tǒng)1 所噴射的燃料的量，其中燃料噴射系統(tǒng)1 包括一個或多個燃料噴 射器125。燃料噴射系統(tǒng)IM可在中心位置處將燃料噴入進氣歧管110中，或在多個位置處，例如靠近每個氣缸的進氣門，將燃料噴入進氣歧管110中?？商娲兀剂蠂娚湎到y(tǒng)IM 可將燃料直接噴入氣缸中，如所示。所噴射的燃料與空氣混合并在氣缸118中產生空氣/燃料混合物。氣缸118內 的活塞(未示出)壓縮空氣/燃料混合物?；趤碜訡TC模塊114的信號，火花致動器模塊 126可被內置并激發(fā)氣缸118中的火花塞128，從而點燃空氣/燃料混合物?；鸹ǖ恼龝r可 被指定成相對于在活塞處于其最上部位置時的曲軸角，所述活塞的最上部位置被稱為上止 點(TDC)，在上止點處空氣/燃料混合物受到最大程度地壓縮。空氣/燃料混合物的燃燒驅動活塞向下，由此驅動旋轉曲軸(未示出)?；钊_始 再次向上運動并且經排氣門130驅出燃燒的副產物。燃燒的副產物經排氣系統(tǒng)134排出車 輛。廢氣經過催化劑135。進氣門122可由進氣凸輪軸140控制，同時排氣門130可由排氣凸輪軸142控制。 在各種實施方式中，多個進氣凸輪軸可控制每個氣缸的多個進氣門和/或可控制多個氣缸 組的進氣門。相似地，多個排氣凸輪軸可控制每氣缸的多個排氣門和/或可控制多個氣缸 組的排氣門。氣缸致動器模塊120可通過停止供應燃料與火花和/或禁止其排氣門和/或 進氣門而停用氣缸。CTC模塊114可調節(jié)進氣門122和/或排氣門130的位置以調節(jié)保持在(多個)氣 缸118中的惰性殘余氣體和所吸入的空氣的量。CTC模塊114還可調節(jié)(多個)燃料噴射器 125的操作例如噴射器打開的尺寸或開時間來增加所噴射到(多個)氣缸118中的燃料量。 CTC模塊114還可響應于A/F混合物的變化調節(jié)(多個)排氣凸輪軸的正時。進氣門122打開時的曲軸角可相對于活塞TDC通過進氣凸輪相位器148來改變。 排氣門130打開時的曲軸角可相對于活塞TDC通過排氣凸輪相位器150來改變。相位器致 動器模塊158基于來自CTC模塊114的信號控制進氣凸輪相位器148和排氣凸輪相位器 150。CTC系統(tǒng)100可包括將壓縮空氣供應給進氣歧管110的增壓裝置。例如，圖1示出 渦輪增壓器160。渦輪增壓器160由流經排氣系統(tǒng)134的廢氣驅動并且將壓縮空氣充氣供 應給進氣歧管110。渦流增壓器160可在空氣到達進氣歧管110之前壓縮空氣。廢氣門164可允許廢氣旁路通過渦輪增壓器160，從而減小渦輪增壓器的輸出(或 增壓)。CTC模塊114通過增壓致動器模塊162控制渦輪增壓器160。增壓致動器模塊162 可通過控制廢氣門164的位置來調節(jié)渦輪增壓器160的增壓。壓縮空氣充氣通過渦輪增壓 器160供應給進氣歧管110。中冷器(未示出)可耗散在壓縮空氣充氣的一些熱，其在空氣 被壓縮時產生并且還可通過靠近排氣系統(tǒng)134而增加。替代的發(fā)動機系統(tǒng)可包括增壓機， 其將壓縮空氣供應給進氣歧管110并由曲軸驅動。CTC系統(tǒng)100可包括EGR閥170，其選擇性地將廢氣再導引回進氣歧管110。在各 種實施方式中，EGR閥170可定位在渦輪增壓器160之后。CTC系統(tǒng)100可使用發(fā)動機速度 傳感器180測量曲軸的以每分鐘轉(RPM)形式的速度。發(fā)動機冷卻劑的溫度可使用發(fā)動機 冷卻劑溫度(ECT)傳感器182測量。ECT傳感器182可定位在發(fā)動機102內或定位在冷卻 劑被循環(huán)的其它位置處，例如定位在散熱器(未示出)處。進氣歧管110內的壓力可使用歧管絕對壓力(MAP)傳感器184測量。在各種實施 方式中，可測量發(fā)動機真空度，發(fā)動機真空度為環(huán)境空氣壓力與進氣歧管110內的壓力之間的差。流入進氣歧管110中的空氣的質量可使用質量空氣流量(MAF)傳感器186測量。 MAF傳感器186可定位在殼體中，該殼體包括節(jié)氣門112。節(jié)氣門致動器模塊116可使用一個或多個節(jié)氣門位置傳感器(TPS) 190監(jiān)測節(jié)氣 門112的位置。被吸入CTC系統(tǒng)100的空氣的環(huán)境溫度可使用進氣空氣溫度(IAT)傳感器 192測量。CTC模塊114可使用來自傳感器的信號來做出用于CTC系統(tǒng)100的控制決策。CTC模塊114可與變速器控制模塊194通信以協(xié)調變速器(未示出)中的換檔。例 如，CTC模塊114可在換檔期間減小發(fā)動機扭矩。CTC模塊114可與混合動力控制模塊196 通信以協(xié)調發(fā)動機102和電馬達198的操作。電馬達198還可用作發(fā)電機，并且可用于產 生由車輛電氣系統(tǒng)使用的電能和/或存儲在電池中的電能。在各種實施方式中，可將CTC 模塊114、變速器控制模塊194和混合動力控制模塊196集成到一個或多個模塊中。為了抽象地參考發(fā)動機102的各種控制機制，改變發(fā)動機參數的每個系統(tǒng)可被稱 為致動器。例如，節(jié)氣門致動器模塊116可改變葉片位置，因此改變節(jié)氣門112的開度面積。 節(jié)氣門致動器模塊116因此可被稱為致動器，而節(jié)氣門開度面積可被稱為致動器位置。相似地，火花致動器模塊1 可被稱為致動器，同時相關聯的致動器位置是火花 提前的量。其它致動器包括增壓致動器模塊162、EGR閥170、相位器致動器模塊158、燃料 噴射系統(tǒng)124、和氣缸致動器模塊120。相對于這些致動器的術語致動器位置可分別對應于 增壓壓力、EGR閥開度、進氣凸輪相位器和排氣凸輪相位器角度、空氣/燃料比和啟用的氣 缸數目。雖然電馬達198可提供與發(fā)動機102的扭矩輸出串式和/或并式的扭矩，但是應 當明白還可構思在該描述的范圍內的其他構造。例如，電馬達198可實施為將扭矩取代經 過變速器202而直接供給車輪200的一個或多個電機。發(fā)動機102和電馬達198的組合扭矩應用到變速器202的輸入。變速器202可以 是根據來自CTC模塊114的換檔指令而切換檔位的自動變速器。變速器202的輸出軸耦接 到差速齒輪204的輸入。差速齒輪204驅動車軸和車輪200。車輪速度傳感器206產生指 示各個車輪200的旋轉速度的信號。CTC模塊114基于接收到的傳感器信號和在此描述的其他參數估計發(fā)動機輸出扭 矩從而供應。CTC模塊114可調節(jié)節(jié)氣門位置、空氣-燃料比、氣門正時、燃料噴射等從而提 供估計出的發(fā)動機輸出扭矩?；谙Ｍ陌l(fā)動機輸出扭矩，CTC模塊114控制發(fā)動機裝置 使得希望的空氣流、希望的燃料噴射、和/或希望的火花正時得到實現。希望的發(fā)動機輸出 扭矩可基于車輛操作員(駕駛員)請求和/或可以是基于控制器的，例如來自循環(huán)控制系統(tǒng) 的扭矩輸出請求。具體地，CTC模塊114基于本發(fā)明的協(xié)調的扭矩控制方法和系統(tǒng)控制發(fā) 動機的扭矩輸出。由CTC模塊114接收的傳感器信號可包括來自以下傳感器的傳感器信號MAP傳 感器184、MAF傳感器186、節(jié)氣門位置傳感器190、IAT傳感器192、加速踏板位置傳感器 195、或其他傳感器，例如發(fā)動機冷卻劑溫度傳感器182、發(fā)動機速度傳感器180、環(huán)境溫度 傳感器197、油溫度傳感器198、車輛速度傳感器201、排氣或催化劑溫度傳感器203。CTC模塊114與節(jié)氣門致動器模塊116和巡航控制模塊通信。CTC模塊114接收 來自節(jié)氣門位置傳感器190的節(jié)氣門位置信號并且基于節(jié)氣門位置信號調節(jié)節(jié)氣門位置。 CTC模塊114可基于加速踏板193的位置通過使用節(jié)氣門致動器控制節(jié)氣門112。節(jié)氣門致動器模塊116可包括馬達或步進式馬達，其提供對節(jié)氣門位置有限的和/或粗略的控制。CTC模塊114還可基于來自巡航控制模塊的輸入例如基于車軸扭矩請求通過使用 節(jié)氣門致動器控制節(jié)氣門112。CTC模塊114還產生有效踏板位置信號Pedal，其指示節(jié)氣 門位置，而不管車輛操作員是正在壓下加速踏板194還是巡航控制模塊正在控制節(jié)氣門的量。可基于來自傳感器184、186的信號確定和/或估計每氣缸空氣質量、容積和壓力。 CTC模塊114可基于希望的MAP和希望的MAF確定節(jié)流面積，并且基于該節(jié)流面積產生控 制信號從而控制節(jié)氣門。希望的MAP和希望的MAF可基于發(fā)動機速度和扭矩請求信號來確定。發(fā)動機系統(tǒng)100還可包括大氣壓力傳感器208。大氣壓力傳感器208可用于確定 環(huán)境條件，其還可用于確定希望的節(jié)流面積。希望的節(jié)流面積可對應于特定節(jié)氣門位置。CTC系統(tǒng)100可被修改以便柴油機應用。例如，在柴油機構造中，某些項目例如節(jié) 氣門致動器模塊116、氣缸致動器模塊120、火花致動器模塊126、火花塞128、凸輪軸相位器 148、150、相位器致動器模塊158和節(jié)氣門位置傳感器190可不同地作用或者可不被包括， 其在圖1中為虛線。在柴油機構造中，節(jié)氣門致動器模塊可基本維持節(jié)氣門112在全開位 置?，F在參考圖2，示出基于汽油的CTC系統(tǒng)220的功能框圖。CTC系統(tǒng)220是混合動 力系控制系統(tǒng)并且可以是CTC系統(tǒng)100的部分。CTC模塊222的示范性實施方式包括駕駛 員扭矩請求模塊224、車軸扭矩仲裁模塊226、推進扭矩仲裁模塊228、速度控制模塊230、儲 備和負載模塊232以及扭矩輸出控制模塊234。駕駛員扭矩請求模塊2M基于接收到發(fā)動機速度RPM、車輛速度、踏板位置Pedal、 駕駛員請求或輸入和零踏板扭矩Tzpe產生預測扭矩請求信號Tdtrmra和即時扭矩請求信號 TdtrmIM。零踏板扭矩Tpe由速度控制模塊230產生并且等于爬行滑行扭矩(摩擦扭矩)Tf加 上變速器負載扭矩T『零踏板扭矩Tpe在加速踏板193未被“點壓”(零點壓)或處在非致 動狀態(tài)時來確定。駕駛員輸入可基于加速踏板Pedal的位置。駕駛員輸入還可基于巡航控 制，其可以是維持預定跟隨距離的自適應巡航控制。車軸扭矩仲裁模塊2 可直接地接收駕駛員輸入和/或可在預測扭矩請求信號 Tdtrmra和即時扭矩請求信號TdtrmIM與其它車軸扭矩請求之間進行仲裁。扭矩請求可包括 目標扭矩值以及斜變請求，例如使扭矩斜降到最小發(fā)動機關閉扭矩的請求或者使扭矩從最 小發(fā)動機關閉扭矩斜升的請求。車軸扭矩請求可包括在車輪滑動期間由牽引控制系統(tǒng)請求 的扭矩減小。車軸扭矩請求還可包括為抵消負車輪滑動的扭矩請求增大，在負車輪滑動中， 車輛的輪胎相對于道路表面滑動，因為車軸扭矩是負的。車軸扭矩請求還可包括制動管理請求和車輛超速扭矩請求。制動管理請求可減小 發(fā)動機扭矩以確保發(fā)動機扭矩輸出不超過制動器的在停止車輛時控制車輛的能力。車輛超 速扭矩請求可減小發(fā)動機扭矩輸出以防止車輛超過預定速度。車軸扭矩請求還可由車身穩(wěn) 定控制系統(tǒng)生成。車軸扭矩請求還可包括發(fā)動機切斷請求，例如可在檢測到關鍵故障時產 生。車軸扭矩仲裁模塊2 基于駕駛員輸入和/或在所收到的扭矩請求之間的仲裁結 果輸出預測扭矩iTatamra和即時扭矩TatamIM。預測扭矩Tatamra是CTC模塊222準備產生的扭矩量，并且可通?；隈{駛員扭矩請求。即時扭矩Tatam1M是當前希望扭矩量，其可小 于預測扭矩TatamPK。即時扭矩Tatamni可小于預測扭矩Tatamra從而提供扭矩儲備，如下詳 細描述，并且以滿足臨時扭矩減小。僅舉例，在車速達到超速閾值時和/或在牽引控制系統(tǒng) 感測到車輪滑動時可請求臨時扭矩減小。可通過改變響應快速的發(fā)動機致動器實現即時扭矩TatamIM，而較緩慢的發(fā)動機致 動器可用于準備預測扭矩TatamPK。相對于調節(jié)火花正時所需的時間認為與空氣流和凸輪 軸相位器角度調節(jié)關聯的致動器是緩慢的。例如，可快速地調節(jié)火花提前，而響應凸輪相位 器位置和節(jié)氣門改變的空氣流可能較緩慢響應，因為空氣流的改變經受進氣歧管中的空氣 傳送延遲。此外，空氣流的改變未表明為扭矩變化，直到空氣已經被吸入氣缸、被壓縮和燃 燒為止?？赏ㄟ^設定較慢的發(fā)動機致動器來產生預測扭矩同時設定較快的發(fā)動機致動器 來產生比預測扭矩更小的即時扭矩來產生扭矩儲備Τκ。例如，可打開節(jié)氣門，從而增加空氣 流并準備產生預測扭矩。同時，可減小火花提前(換句話說，可延遲火花正時)，從而減小實 際發(fā)動機扭矩輸出到即時扭矩。預測扭矩與即時扭矩之間的差可被稱為扭矩儲備Tk，其與未受管理的扭矩Tu和即 時扭矩之間的差相對。當存在扭矩儲備時，通過改變較快的致動器可使發(fā)動機輸出扭矩從 即時扭矩快速地增大到預測扭矩。從而可在不等待扭矩變化以來自較慢的致動器中的一個 的調節(jié)而實現預測扭矩。 車軸扭矩仲裁模塊2 可將預測扭矩Tatamra和即時扭矩Tatamni輸出到推進扭矩 仲裁模塊2 中。在各種實施方式中，車軸扭矩仲裁模塊2 可將預測扭矩Tatamra和即時 扭矩Tatam1M輸出到混合動力優(yōu)化模塊236中?；旌蟿恿?yōu)化模塊236確定應由發(fā)動機產 生多少扭矩以及應由電動機產生多少扭矩?；旌蟿恿?yōu)化模塊236然后將經修正的預測扭 矩和即時扭矩輸出到推進扭矩仲裁模塊228。在各種實施方式中，混合動力優(yōu)化模塊236可 被實施在混合動力控制模塊(HCM) 240中。除了接收自車軸扭矩仲裁模塊2 或混合動力優(yōu)化模塊226的預測扭矩信號和 即時扭矩信號之外，推進扭矩仲裁模塊2 還接收來自速度控制模塊230的預測扭矩信號 Trpmra和即時扭矩信號TrpmIM。速度控制模塊230基于發(fā)動機速度信號RPM產生預測扭矩信號Trpmra和即時扭矩 信號TrpmIM。速度控制模塊230可基于先前的預測扭矩信號Trpmra和即時扭矩信號TrpmIM 和/或基于其他的標記為Tpk的預測扭矩信號和標記為Tim的即時扭矩信號產生當前預測扭 矩信號Trpmpi^n即時扭矩信號TrpmIM。其他的預測扭矩信號和即時扭矩信號可通過例如推 進扭矩仲裁模塊2 和/或儲備/負載模塊232來產生。推進扭矩仲裁模塊2 運行在扭矩控制模式和速度控制模式中。推進扭矩仲裁模 塊2 在運行在扭矩控制模式中時選擇預測扭矩信號Tatamra和即時扭矩信號TatamIM。推 進扭矩仲裁模塊2 在運行在速度控制模式中時選擇預測扭矩信號Trpmra和即時扭矩信號 TrpmIM。推進扭矩仲裁模塊2 基于模式信號M將預測扭矩Tatamra和即時扭矩Tatamni或 預測扭矩Trpmra和即時扭矩TrpmIM從車軸扭矩域(車輪處的扭矩)轉換到推進扭矩域(曲軸 處的扭矩)。模式信號M可由速度控制模塊230生成，并且指示扭矩控制模式被啟用還是速度控制模式被啟用。該轉換可在混合動力優(yōu)化模塊236之前、之后、作為混合動力優(yōu)化模塊 236的一部分或者替代混合動力優(yōu)化模塊236。推進扭矩仲裁模塊2 在包括經轉換的預測扭矩和經轉換的即時扭矩的推進扭 矩請求之間仲裁。推進扭矩仲裁模塊2 可產生經仲裁的預測扭矩和經仲裁的即時扭矩。 經仲裁的扭矩可通過從接收到的請求中選擇勝出的請求來產生?？商鎿Q地或額外地，經仲 裁的扭矩可通過基于接收到的請求中的另一個或多個修正接收到的請求中的一個來產生。其它推進扭矩請求可包括用于發(fā)動機超速保護的扭矩減小、用于失速保護的扭矩 增大以及由TCM請求的以適應檔位變換的扭矩減小。推進扭矩請求還可因為離合器燃料切 斷，其在手動變速器車輛中在駕駛員壓下離合器踏板時可減小發(fā)動機扭矩輸出。推進扭矩請求還可包括發(fā)動機關閉請求，其可在檢測到關鍵故障時啟動。僅舉例 而言，關鍵故障可包括檢測到車輛被盜、停止的起動電動機、電子節(jié)氣門控制問題和意外的 扭矩增大。僅舉例，發(fā)動機關閉請求可總是贏得仲裁，從而輸出為經仲裁的扭矩，或者完全 回避仲裁，簡單地關閉發(fā)動機而不考慮扭矩。推進扭矩仲裁模塊2 可仍接收這些關閉請 求使得例如適當的數據可被反饋回其他扭矩請求器。例如，所有其他扭矩請求器可被告知 它們已失去仲裁。推進扭矩仲裁模塊2 可從RPM控制模塊例如圖4的RPM控制模塊接收 預測扭矩請求和即時扭矩請求。儲備/負載模塊232接收來自推進扭矩仲裁模塊2 的經仲裁的預測扭矩請求和 即時扭矩請求。各種發(fā)動機運行條件可影響發(fā)動機扭矩輸出。響應于這些條件，儲備/負 載模塊232可通過增加預測扭矩請求產生扭矩儲備。僅舉例，催化劑點火過程或冷起動排放減少過程可需要對于發(fā)動機的延遲的火花 提前。儲備/負載模塊232可因此增加預測扭矩請求大于即時扭矩請求以產生用于冷起動 排放減少過程的延遲的火花。在另一例子中，發(fā)動機的空氣/燃料比和/或質量空氣流量 可例如通過診斷性介入式當量比測試和/或新的發(fā)動機清洗來直接改變。相應的扭矩儲備 可被作出為快速地增加扭矩從而補償因在這些過程期間貧化燃料引起的發(fā)動機扭矩輸出 的減小變化。儲備/負載模塊232還可產生未來負載的預期儲備，例如空氣調節(jié)壓縮機離合器 或動力轉向泵操作的接合。用于A/C離合器接合的儲備可在駕駛員首次請求空氣調節(jié)時產 生。然后，在A/C離合器接合時，儲備/負載模塊232可增加預期的A/C離合器的負載到即 時扭矩請求。扭矩輸出控制模塊234接收來自儲備和負載模塊232的預測扭矩請求和即時扭矩 請求。扭矩輸出控制模塊234確定將如何實現預測扭矩請求和即時扭矩請求。扭矩輸出控 制模塊234可以是發(fā)動機類型專用的，對于汽油機和柴油機具有不同的控制方案。在各種 實施方式中，扭矩輸出控制模塊234可在發(fā)動機獨立的模塊與發(fā)動機不獨立的模塊之間限 定界限。扭矩輸出控制模塊234可控制電馬達198。例如，在汽油機中，扭矩輸出控制模塊234可改變節(jié)氣門的開度，從而允許大的扭 矩控制范圍。然而，打開和關閉節(jié)氣門導致相對慢的扭矩變化。停用氣缸也提供大的扭矩控 制范圍，但是會類似地緩慢并額外地涉及可操縱問題及排放問題。改變火花提前相對快，但 不能提供這種多的扭矩控制范圍。此外，利用火花實現的扭矩控制的量(被稱為火花容量) 隨每氣缸空氣量的變化而變化。
在各種實施方式中，扭矩輸出控制模塊234可基于預測扭矩請求產生空氣扭矩請 求?？諝馀ぞ卣埱罂傻扔陬A測扭矩請求，從而使空氣流被設定成以便可以通過僅改變其他 致動器來簡單實現預測扭矩請求。扭矩輸出控制模塊234可基于空氣扭矩請求確定對于緩慢致動器的期望的致動 器值。例如，扭矩輸出控制模塊234可控制期望的歧管絕對壓力(MAP)、期望的節(jié)氣門面積 和/或期望的每氣缸空氣量(APC)。期望的MAP可用于確定期望的增壓，而期望的APC可用 于確定期望的凸輪相位器位置。在汽油機系統(tǒng)中，扭矩輸出控制模塊234還可產生火花扭矩請求、氣缸關閉扭矩 請求和燃料質量扭矩請求。火花扭矩請求可通過扭矩輸出控制模塊234使用從而確定從校 準的火花提前延遲多少火花(這減小發(fā)動機扭矩輸出)。扭矩輸出控制模塊234控制火花致 動器模塊126。在柴油機系統(tǒng)中，燃料質量可以是用于控制發(fā)動機扭矩輸出的主要致動器。氣缸關閉扭矩請求可由扭矩輸出控制模塊234使用以確定停用多少氣缸。扭矩輸 出控制模塊234可指示氣缸致動器模塊120停用發(fā)動機102的一個或多個氣缸。在各種實 施方式中，可聯合地停用預先限定的氣缸組。扭矩輸出控制模塊234可指示燃料控制模塊 124停止提供燃料給停用氣缸并且可指示火花致動器模塊1 停止提供火花給停用氣缸。燃料質量扭矩請求可由扭矩輸出控制模塊234來使用以改變提供給每個氣缸的 燃料量。僅舉例，扭矩輸出控制模塊234可確定在與當前的每氣缸空氣量組合時產生化學 計量燃燒的燃料質量。扭矩輸出控制模塊234可指示燃料致動器模塊IM為每個啟用氣缸 噴射該燃料質量。在正常的發(fā)動機運行期間，扭矩輸出控制模塊234可試圖維持化學計量 空氣/燃料比。扭矩輸出控制模塊234可使燃料質量增加到高于化學計量值以增大發(fā)動機扭矩 輸出并且可減小燃料質量以減小發(fā)動機扭矩輸出。在各種實施方式中，扭矩輸出控制模塊 234可接收與化學計量不同的希望的空氣/燃料比。然后，扭矩輸出控制模塊234可為每個 氣缸確定實現該希望的空氣/燃料比的燃料質量。扭矩輸出控制模塊234可估計發(fā)動機的扭矩輸出。該估計出的扭矩可用于實施對 發(fā)動機空氣流參數例如MAP、節(jié)氣門面積和相位器位置的閉合控制。僅舉例，例如等式1的 扭矩關系可被定義，其中扭矩(T)是每氣缸空氣量(APC)、火花提前(S)、進氣凸輪相位器位 置(I)、排氣凸輪相位器位置(E)、空氣/燃料比(AF)、油溫(OT)和啟用氣缸的數目(#)的函數。T=f(APC, S, I, Ε, AF, 0Τ, #) (1)
額外的變量也可被考慮，例如廢氣再循環(huán)(EGR)閥的開度。該關系可通過方程建模和/或可存儲為查詢表。扭矩輸出控制模塊234可基于測 量的MAF和當前RPM確定APC，從而允許基于實際空氣流的閉環(huán)空氣控制。該估計出的扭矩 可被稱為空氣扭矩(即，對在當前空氣流下可產生的多大扭矩的估計，而不管實際的發(fā)動機 扭矩輸出，其基于火花提前而改變)。扭矩輸出控制模塊234可產生希望的歧管絕對壓力(MAP)信號，其用于控制增壓 致動器模塊164。增壓致動器模塊164然后控制一個或多個渦輪增壓器和/或增壓機。扭矩輸出控制模塊234可產生期望的面積信號，其被輸出到節(jié)氣門致動器模塊 116。然后，節(jié)氣門致動器模塊116調節(jié)節(jié)氣門來產生期望的節(jié)氣門面積。扭矩輸出控制模塊234使用估計出的扭矩和/或MAF信號以便執(zhí)行閉環(huán)控制。例如，期望的面積信號可基 于估計出的扭矩和空氣扭矩請求之間的比較來控制。扭矩輸出控制模塊234還可產生希望 的每氣缸空氣量(APC)信號，其與RPM信號一起被使用從而使用相位器致動器模塊158來 控制進氣凸輪相位器和/或排氣凸輪相位器的位置。MBT指對于給定的空氣流，在使用具有比預定閾值更大的辛烷額定值的燃料的 情況下在火花提前被增加時所產生的最大扭矩。該最大扭矩發(fā)生時的火花提前被稱為MBT 火花。由于例如燃料質量和環(huán)境因素，校準的火花提前會不同于MBT火花。因此，校準的火 花提前時的扭矩會小于MBT。在圖3中，示出基于柴油機的CTC系統(tǒng)300的功能框圖?；诓裼蜋C的CTC系統(tǒng) 300是混合動力系控制系統(tǒng)?；诓裼蜋C的CTC系統(tǒng)300包括CTC控制模塊220’。CTC控 制模塊220’包括駕駛員扭矩請求模塊224、車軸扭矩仲裁模塊226、推進扭矩仲裁模塊228、 速度控制模塊230、儲備和負載模塊232以及輸出扭矩控制模塊234’。CTC控制模塊220’ 可包括混合動力最優(yōu)化模塊236、其與混合動力控制模塊240通信。輸出扭矩控制模塊234’控制增壓致動器模塊164’、EGR模塊302、燃料致動器模 塊124’、空氣調節(jié)控制模塊AICR304、燃料高壓環(huán)模塊FHPR 306。EGR模塊302可控制節(jié)氣 門致動器模塊116’。輸出扭矩控制模塊234’可控制電馬達198。現在還參考圖4，示出速度控制模塊320的功能框圖。速度控制模塊320包括模式 選擇器模塊322、每分鐘轉(RPM)軌跡模塊324、差值模塊326、零踏板扭矩模塊328、RPM控 制模塊330、最小預測扭矩模塊332。模式選擇器模塊322產生模式信號M并且可將運行模 式設定為開環(huán)模式或反饋控制模式中的一個，例如扭矩控制模式或速度控制模式。模式選 擇信號322基于發(fā)動機速度信號RPM和駕駛員輸入例如踏板扭矩信號Tped來產生。差值模塊3 確定預測扭矩信號Trpiv與即時扭矩信號iTrpmim之間的差值或者 其他預測扭矩信號與即時扭矩信號之間的差值。差值模塊3 產生表示該差值的差值信號 Tmd。零踏板扭矩模塊3 基于摩擦扭矩TF、變速器負載扭矩產生零踏板扭矩信號TZPE。RPM控制模塊330基于模式信號M、發(fā)動機速度信號RPM、零踏板扭矩信號Tzpe和來 自RPM軌跡模塊的希望的發(fā)動機速度信號RPMlles產生預測扭矩信號Trpmra與即時扭矩信號 TrpmIM以及扭矩儲備信號TK。RPM控制模塊330還產生扭矩儲備信號Τκ。速度控制模塊320 基于在先的預測扭矩信號Trpmra與即時扭矩信號TrpmIM和/或其他的預測扭矩信號Tpk和 即時扭矩信號Tim產生當前的預測扭矩信號Trpmra與即時扭矩信號TrpmIM。最小預測扭矩模塊332基于扭矩儲備信號Tk、摩擦扭矩TF、變速器負載扭矩和 最小空氣扭矩信號Taikmin產生最小預測扭矩信號TPEMIN。最小空氣扭矩信號Taikmin可以是在 火花處于最大火花延遲設定時的空氣扭矩。最小預測扭矩模塊332將扭矩儲備信號Tk、摩 擦扭矩TF、變速器負載扭矩相加以產生結果扭矩。最小預測扭矩模塊332將所述結果扭 矩與最小空氣扭矩信號Taiemii^B比以產生最小預測扭矩信號TPEMIN。最小預測扭矩信號Tpkmin 可被設定為所述結果扭矩與最小空氣扭矩信號Taiemin中的較大者。速度控制模塊320在發(fā)動機運行在怠速時可工作在速度控制模式下。速度控制模 式用于將發(fā)動機速度調節(jié)到希望的發(fā)動機速度或者處于希望的發(fā)動機速度的預定范圍內。 速度控制模塊320和/或RPM控制模塊330使用閉環(huán)控制(其可包括扭矩儲備、預測值和即 時值的反饋)來使得發(fā)動機速度誤差Δ N最小化。
速度控制模塊320通過控制發(fā)動機(例如發(fā)動機102)的扭矩輸出來調節(jié)發(fā)動機速 度。扭矩輸出可通過使用取決于發(fā)動機系統(tǒng)的推進裝置的不同致動器來提供。例如，在基 于汽油機的發(fā)動機控制系統(tǒng)下運行的速度控制模塊320在控制扭矩輸出時可調節(jié)進氣門 和火花致動器。作為另一例子，在基于柴油機的發(fā)動機控制系統(tǒng)下運行的速度控制模塊320 在控制扭矩輸出時可調節(jié)燃料噴射量致動器。作為又一例子，在基于輕度混合動力的發(fā)動 機控制系統(tǒng)下運行的速度控制模塊320在控制扭矩輸出時可調節(jié)荷電狀態(tài)、電馬達、節(jié)氣 門和火花致動器。荷電狀態(tài)致動器可指調節(jié)電源電荷的致動器。速度控制模塊320提供管 理發(fā)動機速度變化的單個(共用)模塊，而不管可用于調節(jié)發(fā)動機扭矩輸出的致動器類型。速度控制模塊320使用預測扭矩請求作為主導扭矩指示器以控制緩慢的致動器， 例如節(jié)氣門和凸輪相位器致動器，從而調節(jié)空氣扭矩TAIK?？諝馀ぞ豑aik調節(jié)成使得即時扭 矩Tim具有控制發(fā)動機速度的充分權限。換句話說，發(fā)動機的扭矩輸出遵從即時扭矩Tim請 求以調節(jié)發(fā)動機速度RPM到希望的發(fā)動機速度RPMltestl即時扭矩Tim可以是用于控制發(fā)動機 速度的當前制動扭矩BT·。即時扭矩Tim可受到最小扭矩和未受管理的扭矩1^的限制。未 受管理的扭矩Tu基于因歧管延遲而傳送給發(fā)動機的實際空氣扭矩Taik和預測扭矩請求來確 定。未受管理的扭矩Tu可設定成等于即時扭矩Tim加儲備扭矩Τκ。制動扭矩BTkeq指發(fā)動機在曲軸處的輸出扭矩。制動扭矩BTkeq可經由推進扭矩仲 裁模塊506來確定。怠速時的制動扭矩BTkeq取決于變速器溫度、變速器狀態(tài)(例如，駐車、 空檔或驅動狀態(tài))和發(fā)動機的怠速速度。制動扭矩BTkeq依賴于車輛操作員需求(例如，加速 踏板位置)、道路表面(例如，車輪摩擦)和駕駛員點壓踏板(例如，非零加速踏板位置)時的 變速器驅動檔位。制動扭矩BTkeq可使用等式2來確定。BTeeq = Tped + Tidle = Teng - TAcces (2)
Tped是基于加速踏板位置所請求的扭矩。Tidle是在加速踏板處于零位置(駕駛員沒有點 壓)時的怠速扭矩，Teng是發(fā)動機產生的扭矩，TAcces是由發(fā)動機附件使用的扭矩。附件扭矩 TAcces可包括動力轉向扭矩Tps、空氣調節(jié)扭矩Ta。、交流發(fā)電機/發(fā)電機扭矩Te等。對于柴油機，在節(jié)氣門被最小程度地致動以產生真空時除了 EGR和增壓控制外節(jié) 氣門被設定處于大開狀態(tài)。未受管理的扭矩Tu處在高水平使得即時扭矩Tim具有控制發(fā)動 機速度的充分權限。即時致動器可以是燃料量FUEL。對于汽油機，未受管理的扭矩Tu依賴于預測扭矩Tpk和歧管和發(fā)動機容積比。即 時致動器是火花和/或當量比。當量比是燃料-氧化劑比與化學計量的燃料-氧化劑比的 比。未受管理的扭矩Tu可被設定為高使得即時扭矩Tim具有充分權限。對于輕度混合動力 車輛，未受管理的扭矩Tu是不相關的。即時致動器可以是電馬達。在圖5中，示出RPM控制模塊330的功能框圖。RPM控制模塊330包括扭矩儲備模 塊350、預測扭矩模塊352和即時扭矩模塊354。扭矩儲備模塊350基于預測扭矩信號Tpk 和即時扭矩信號Tim產生扭矩儲備信號Τκ。預測扭矩信號Tpk和即時扭矩信號Tim可以是由 RPM控制模塊330產生的預測扭矩信號和即時扭矩信號或例如可以是來自模塊224、226、 228,230,232中一個的預測扭矩信號和即時扭矩信號。預測扭矩模塊352基于扭矩儲備信號Tk、零踏板扭矩信號Tzpe、當前發(fā)動機速度 RPM和希望的發(fā)動機速度RPMDes產生預測扭矩信號TrpmPK。預測扭矩模塊352可基于預測 的比例、積分和微分扭矩值Tlpr, 產生預測扭矩信號TrpmPK。預測的比例、積分和微分扭矩值Τ_，Tlpr, 可被存儲在一個或多個預測扭矩表353中并基于例如發(fā)動機速 度誤差來訪問。發(fā)動機速度誤差Δ N等于當前發(fā)動機速度RPM和希望的發(fā)動機速度RPMltes 之間的差。即時扭矩模塊3Μ基于差值信號Tmd、零踏板扭矩信號Tzpe、當前發(fā)動機速度RPM、 希望的發(fā)動機速度RPMltes和燃料類型信號產生即時扭矩信號TrpmPK。燃料類型信號可表示 RPM控制模塊正運行在例如基于汽油機應用還是基于柴油機應用。即時扭矩模塊3M可基 于即時的比例、積分和微分扭矩值TPim，Tlim，TDim產生即時扭矩信號TrpmIM。即時的比例、 積分和微分扭矩值TPim，Tlim，TDim可被存儲在一個或多個即時扭矩表355中并基于例如發(fā) 動機速度誤差來訪問。即時扭矩模塊3M基于來自基于柴油機應用的即時積分扭矩值Tlim產生即時扭矩 信號TrpmPK。對于基于汽油機應用，RPM控制模塊330可包括過濾預測積分扭矩值Tlp,以產 生即時積分扭矩值Tlim的過濾模塊356。過濾模塊356可低通過濾預測積分扭矩值以 產生即時積分扭矩值TIim。對于基于汽油機應用，即時扭矩模塊3M可不從即時扭矩表355 訪問即時積分扭矩值TIim。在下面描述的曲線圖中示出速度控制模塊320的運行模式之間的例示轉變。在圖6中，示出在扭矩到速度控制轉變期間的扭矩曲線圖。CTC控制模塊222、222’ 和/或速度控制模塊320可在扭矩控制模式和速度控制模式之間轉變。例如，從扭矩控制模 式到速度控制模式的轉變可在車輛操作員抬起(釋放加速踏板)時執(zhí)行。在示出的例子中， 車輛操作員從20%的踏板位置抬起到0%的踏板位置。預測和即時扭矩水平(輪廓)調節(jié)成 提供運行模式之間的平穩(wěn)轉變(平穩(wěn)扭矩和發(fā)動機速度改變)。示出原扭矩信號(駕駛員扭 矩請求)RAW。如果原扭矩信號RAW提供為發(fā)動機輸出扭矩，那么發(fā)動機將經受發(fā)動機輸出 扭矩的突減。示出了示例性預測和即時扭矩曲線TPK，TIM1, Tim2以示出所述平穩(wěn)轉變。預測和 即時扭矩值可在抬起(釋放加速踏板或零扭矩輸出請求)后逐漸地減小。到速度控制模式的 轉變發(fā)生在預測扭矩值和即時扭矩值下降在大約零踏板扭矩Tzpe處之前。即時扭矩的變化 率可通過調節(jié)例如火花來改變，如由即時扭矩曲線Timi，Tim2所示。預測扭矩水平和即時扭 矩水平之間的差可“隨時間混合”以提供平穩(wěn)轉變。換句話說，所述差隨時間逐漸減小。對于基于汽油機應用，在扭矩控制模式與速度控制模式之間轉變期間，積分預測 扭矩值Tllff可被初始化成使得在所述轉變前后沒有預測扭矩差。所述轉變前后的預測扭矩 相同。積分即時扭矩值Tlim可通過使用滯后過濾器跟隨經過濾的積分預測扭矩值Tllff。所 述轉變前的扭矩差Tmd被延遲所述轉變后的一段時間。扭矩差Tmd可使用校準來衰減。對于基于柴油機應用，在扭矩控制與速度控制之間轉變期間，積分即時扭矩值Tlim 可被初始化成使得在所述轉變前后沒有即時扭矩差。所述轉變前的即時扭矩等于所述轉變 后的即時扭矩。在圖7Α中，示出在基于汽油機的發(fā)動機起動期間實際發(fā)動機速度RPM和預測比例 扭矩以及即時比例扭矩Tpim的曲線圖。轉變信號TRAN示出表示運行模式；開環(huán)控制模 式或者速度控制模式和在開環(huán)控制與速度控制模式之間的轉變。還示出參考信號Ref。參 考信號Ref可以是希望的發(fā)動機速度RPMDes。實際發(fā)動機速度RPM在起動發(fā)動機時在開環(huán) 控制模式期間增大。實際發(fā)動機速度RPM在速度控制模式期間下降到怠速速度。即時比例扭矩Tpiff, THm在開環(huán)模式與速度控制模式之間的轉變后增大，然后在速度控制模式期間水 平下降到相應的大約恒定水平，如所示。在冷起動后，參考信號Ref基于實際發(fā)動機速度RPM來初始化使得當實際發(fā)動機 速度RPM減小時，比例即時扭矩值Tpim增加以恢復發(fā)動機速度。如果參考信號Ref基于希 望的發(fā)動機速度RPMlles來初始化，那么比例即時扭矩值THm減小直到實際發(fā)動機速度RPM減 小到小于希望的發(fā)動機速度RPMltestl這使得發(fā)動機速度一段時間上的更大“下降”或減小。 為了防止發(fā)動機速度的這種減小，參考信號Ref基于實際發(fā)動機速度RPM來初始化。在圖7B中，示出實際發(fā)動機速度RPM和預測扭矩Trpmra和即時扭矩TrpmIM。預測 扭矩Trpmra以高水平開始并且在開環(huán)控制模式期間逐漸降低。即時扭矩TrpmIM以比預測扭 矩Trpmra的水平低的水平開始。在實際發(fā)動機速度RPM增大的同時即時扭矩TrpmIM減小， 然后在實際發(fā)動機速度RPM停止增大和/或減小時增大。即時扭矩TrpmIM與空氣扭矩相 關，為此具有如所示的輪廓。在發(fā)動機起動期間可使節(jié)氣門處于部分地或完全打開位置并 且可延遲火花。在開環(huán)控制模式和速度控制模式(閉環(huán)控制模式)之間的轉變處預測扭矩Trpmpi^n 即時扭矩TrpmIM之間的差值可被確定并且被稱為差值信號Tmd。在速度控制模式期間可將 差值信號Tmd逐漸降為零。在圖8A和8B中，示出在基于柴油機的發(fā)動機起動期間實際發(fā)動機速度RPM、燃料 (燃料量)和空氣扭矩(或空氣流)的圖示。還示出參考信號Ref。參考信號Ref可以是希望 的發(fā)動機速度RPMDes。參考信號表示開環(huán)控制模式與速度控制模式之間的切換。為了起動 發(fā)動機，燃料量FUEL在開環(huán)控制模式期間增大然后減小到大約恒定預定水平以提供怠速 發(fā)動機速度。預定燃料量水平在速度控制模式期間提供。實際發(fā)動機速度RPM在開環(huán)控制 模式期間增大并且延遲燃料量FUEL的增大。在開環(huán)控制模式與速度控制模式之間的轉變 之前在開環(huán)控制模式期間實際發(fā)動機速度RPM駐留在怠速速度處?？諝馀ぞ豑aik延遲實際 發(fā)動機速度RPM并且在開環(huán)控制模式期間和速度控制模式期間增大到預定空氣水平，如所示。在圖9中，示出表示因發(fā)動機速度的變化引起的扭矩值的扭矩圖。發(fā)動機速度的 變化會是由于負載在發(fā)動機上的引入。發(fā)動機速度因該負載最初降低然后增大以補償該負 載的增加。相對于希望的發(fā)動機速度信號RPMltes示出發(fā)動機速度RPM。在一個實施例中，即時扭矩TrpmIM沒有基于未受管理的扭矩Τ—因此，即時扭矩 TrpmIM的響應時間減小。這對于任何發(fā)動機速度誤差允許即時扭矩TrpmIM校正。換句話說， 在未受管理的扭矩Tu增大時，即時扭矩TrpmIM可延遲未受管理的扭矩Tu,但以更快的速率 增加到未受管理的扭矩Τ 。未受管理的扭矩！^限制即時扭矩TrpmIM。這通過即時扭矩信號 Trpm皿，TrpmIM2，TrpmIM’來示出。即時扭矩信號Trprnim，TrpmIM2沒有基于未受管理的扭矩 Tuo即時扭矩信號TrpmIM’基于未受管理的扭矩!^來產生。即時扭矩信號Trprnim，TrpmIM2 示出響應時間或變化速率可被調節(jié)。與扭矩信號Trprnim相比，扭矩信號Trpmni2具有更慢 的響應時間和減小的變化速率，但是與iTrpm1/相比，Trprnim，TrpmIM2均具有更快的響應時 間。作為另一例子，由于即時扭矩TrpmIM的最小值不受未受管理的扭矩Tu的約束或限 制，即時扭矩TrpmIM可比未受管理的扭矩Tu以更快的速率減小，如所示。即時扭矩TrpmIM’，其基于未受管理的扭矩Tu,比未受管理的扭矩Tu減小得更快，但仍在未受管理的扭矩Tu的 扭矩儲備Tk內。即時扭矩TrpmIM’的變化受到未受管理的扭矩Tu的變化速率的限制。在圖10中，示出表示實施內燃機速度控制的方法的流程圖。雖然下述步驟主要相 對于圖1-5來描述，但是該方法可應用于本發(fā)明的其他實施例。該方法開始于500。下述步驟和例子基于等式3-14來實施。作為第一例子，可使用等式3，4和8_10。 在第二例子中，并為了提供更快的響應時間，使用等式5，6和11。在第二例子中，對于基于 汽油機的應用可使用等式7。圖10的流程圖示出第二例子。TrpmPK是預測扭矩請求。TrpmIM 是即使扭矩請求。Tzpe是零踏板扭矩請求。Taie^是實際空氣扭矩。Tpkotm是指令預測扭矩。 Tei 是Tekk誤差扭矩。Tpkact是實際預測扭矩。穩(wěn)態(tài)時，扭矩值TPpr，TDpr, Tpim, TDim，Tmd等 于零，積分預測扭矩值等于經過濾的積分預測扭矩值F (T11J。f{ Δ N}指發(fā)動機速度誤 差的函數或者實際發(fā)動機速度RPM與希望的發(fā)動機速度信號RPMlles之間的差值的函數。Kd 是微分常量，其可從基于Δ N的表中確定。Δ RPM是發(fā)動機速度的變化速率。
權利要求
1.一種發(fā)動機控制系統(tǒng)，包括模式選擇模塊，其被構造成基于發(fā)動機速度和駕駛員輸入從開環(huán)控制模式、扭矩控制 模式和速度控制模式中的一個選擇運行模式；車軸扭矩仲裁(ABA)模塊，其基于所述駕駛員輸入產生ABA預測和即時扭矩請求； 速度控制(SC)模塊，其基于發(fā)動機速度產生第一組SC預測和即時扭矩請求； 推進扭矩仲裁(PTA)模塊，其根據所述運行模式基于所述ABA預測和即時扭矩請求以 及所述第一組SC預測和即時扭矩請求中的一個產生PTA預測和即時扭矩請求；以及 扭矩輸出控制模塊，其基于所述PTA預測和即時扭矩請求控制發(fā)動機的輸出扭矩。
2.如權利要求1所述的發(fā)動機控制系統(tǒng)，其特征在于，所述速度控制(SC)模塊基于第 二組SC預測和即時扭矩請求產生所述SC預測和即時扭矩請求。
3.如權利要求2所述的發(fā)動機控制系統(tǒng)，其特征在于，所述速度控制(SC)模塊基于除 了所述第一組SC預測和即時扭矩請求以外的預測和即時扭矩請求產生所述SC預測和即時 扭矩請求。
4.如權利要求1所述的發(fā)動機控制系統(tǒng)，其特征在于，所述速度控制模塊包括 產生期望的發(fā)動機速度信號的軌跡模塊；基于所述第一組SC預測和即時扭矩請求產生差值信號的差值模塊； 基于摩擦扭矩與變速器負載扭矩產生零踏板扭矩信號的零踏板扭矩模塊；以及 基于所述希望的發(fā)動機速度信號、所述差值信號和所述零踏板扭矩信號產生第二組SC 預測和即時扭矩請求的每分鐘轉數(RPM)控制模塊。
5.如權利要求4所述的發(fā)動機控制系統(tǒng)，其特征在于，所述RPM控制模塊基于所述第一 組SC預測和即時扭矩請求產生所述第二組SC預測和即時扭矩請求。
6.如權利要求4所述的發(fā)動機控制系統(tǒng)，其特征在于，其還包括產生最小預測扭矩信 號的最小預測扭矩模塊，其中所述RPM控制模塊基于所述第一組SC預測和即時扭矩請求產生扭矩儲備信號；以及 最小預測扭矩模塊基于所述扭矩儲備信號和最小空氣扭矩產生所述最小預測扭矩信號。
7.如權利要求4所述的發(fā)動機控制系統(tǒng)，其特征在于，所述RPM控制模塊包括 產生扭矩儲備信號的扭矩儲備模塊；基于所述發(fā)動機速度、所述扭矩儲備信號、所述希望的發(fā)動機速度信號和所述零踏板 扭矩信號產生SC預測扭矩信號的預測扭矩模塊；以及基于所述發(fā)動機速度、所述希望的發(fā)動機速度信號、所述差值信號和所述零踏板扭矩 信號獨立于未受管理的扭矩產生SC即時扭矩信號的即時扭矩模塊。
8.如權利要求7所述的發(fā)動機控制系統(tǒng)，其特征在于所述預測扭矩模塊基于比例預測扭矩值、積分預測扭矩值和微分預測扭矩值產生所述 SC預測扭矩信號；以及所述即時扭矩模塊基于比例即時扭矩值、積分即時扭矩值和微分即時扭矩值產生所述 SC即時扭矩信號。
9.如權利要求8所述的發(fā)動機控制系統(tǒng)，其特征在于，其還包括基于所述積分預測扭矩值產生所述積分即時扭矩值的過濾模塊。
10. 一種操作發(fā)動機控制系統(tǒng)的方法，包括基于發(fā)動機速度和駕駛員輸入從開環(huán)控制模式、扭矩控制模式和速度控制模式中的一 個選擇運行模式；基于所述駕駛員輸入產生車軸扭矩仲裁(ABA)預測和即時扭矩請求； 基于發(fā)動機速度產生第一組速度控制(SC)預測和即時扭矩請求； 根據所述運行模式基于所述ABA預測和即時扭矩請求以及所述第一組SC預測和即時 扭矩請求中的一個產生推進扭矩仲裁(PTA)預測和即時扭矩請求；以及 基于所述PTA預測和即時扭矩請求控制發(fā)動機的輸出扭矩。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于內燃發(fā)動機的速度控制系統(tǒng)和方法。具體地，一種發(fā)動機速度控制系統(tǒng)包括模式選擇模塊，其被構造成基于發(fā)動機速度和駕駛員輸入從開環(huán)控制模式、扭矩控制模式和速度控制模式中的一個選擇運行模式。車軸扭矩仲裁(ABA)模塊基于所述駕駛員輸入產生ABA預測和即時扭矩請求。速度控制(SC)模塊基于發(fā)動機速度產生第一組SC預測和即時扭矩請求。推進扭矩仲裁(PTA)模塊基于所述運行模式基于所述ABA預測和即時扭矩請求以及所述第一組SC預測和即時扭矩請求中的一個產生PTA預測和即時扭矩請求。扭矩輸出控制模塊基于所述PTA預測和即時扭矩請求控制發(fā)動機的輸出扭矩。
文檔編號F02D45/00GK102102591SQ20101059157
公開日2011年6月22日 申請日期2010年12月16日 優(yōu)先權日2009年12月16日
發(fā)明者C·A·威廉斯, C·E·惠特尼, E·M·斯圖爾特, K·卡, M·M·曼寧, M·利夫希茲 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作有限責任公司