CN100447391C - 发动机扭矩控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发动机扭矩控制装置，该发动机扭矩控制装置被设定成在用自动变速器减档期间减小换档震动。在用具有分级变速机构的自动变速器减档期间，当发动机输出(扭矩)被增大以使其接近与换档后发动机转速同步，并然后扭矩被迅速减小到足以保持该同步速度时，以及当同步控制结束而使得扭矩被迅速减小到加速器被释放的状态下的驾驶员所需扭矩时，节气门开度被减小，同时由进气量的减少上的延迟导致的任何额外扭矩通过延迟点火正时而抵消，从而充分地减小换档震动。

Description

发动机扭矩控制装置

技术领域

本发明涉及一种发动机扭矩控制装置，其通过在自动变速器换档期间控制发动机的输出来减小换档震动同时减少换档时间。

背景技术

已知一种技术，其通过在具有分级变速机构的自动变速器减档期间，仅在发动机的输出(扭矩)已增大并接近减档后的发动机转速以后执行换档，来减轻换档震动。利用日本公开的专利公报第10-89114号中公开的技术，在减档期间，与扭矩提升控制如增加节气门开度一起使用点火正时延迟控制(扭矩降低控制)，这有助于防止在实际换档操作前扭矩提升得太高。

鉴于以上内容，本领域技术人员从这些公开内容中很明显可以发现存在一种改进的发动机扭矩控制装置的需求。本发明解决现有技术中的这个需求和其他需求，从本公开内容中这将对本领域的技术人员显而易见。

发明内容

已经发现，在减档期间利用上述扭矩提升控制，例如，通过在开始以较大量增大扭矩并迅速将发动机转速提高到同步速度使之与换档后速度同步，然后将扭矩减小到可使该同步速度得以保持的水平，接合下一档位的离合器，并在该接合完成后将扭矩减小到驾驶员所需的扭矩(在加速器释放时的负扭矩)，由此可减小换档震动同时用较少的换档时间。

然而，即使在上述扭矩提升控制期间或完成时执行控制而使得节气门被迅速关闭而扭矩迅速减小，但在实际中由于歧管的容积而在进气量的减少上存在滞后，因而不能充分减小扭矩，并且额外扭矩经常导致闯车或其它这样的不稳定减速的感觉。

鉴于过去遇到的这些问题而构想了本发明。本发明的一个目的是在减档期间在短时间内减小换档震动，同时抑制闯车的发生，由此保证更好的换档感觉。

根据本发明，在与发动机输出轴连接的自动变速器减档操作期间，执行发动机输出增大控制以增大发动机的输出扭矩，从而使发动机转速达到换档后发动机转速。当已经被发动机输出增大控制增大的发动机输出扭矩要被快速减小时，通过点火正时延迟控制实现的扭矩减小来抵消了实际扭矩超过目标扭矩的额外扭矩。换句话说，为了实现这一目的，本发明提供一种发动机扭矩控制装置，其包括发动机输出扭矩控制部分和点火正时控制部分。该发动机输出扭矩控制部分被设定成在与发动机连接的自动变速器的减档操作期间，对来自发动机的发动机输出扭矩执行发动机输出扭矩控制，从而使发动机转速达到换档后发动机转速。点火正时控制部分被设定成当已经被发动机输出增大控制增大的发动机输出扭矩要被减小时，如果实际扭矩超过目标扭矩则，则执行点火正时延迟控制。

从下面的详细描述中，本发明的这些及其他目的、特征、方面及优点，对本领域技术人员来说将变得显而易见，结合附图，这些详细描述公开了本发明的优选实施例。

附图说明

现参考构成原始公开的一部分的附图：

图1为配备有根据本发明一个实施例的发动机扭矩控制装置的内燃机的示意图；

图2为示出在减档操作期间利用根据本发明一个实施例的发动机扭矩控制装置执行的同步控制的简化框图；

图3为流程图，示出在根据本发明一个实施例的同步控制之前的档位上，由发动机扭矩控制装置执行的过程；

图4为流程图，示出在根据本发明一个实施例的同步控制之后的档位上，由发动机扭矩控制装置执行的过程；以及

图5为时序图，示出在由本发明的发动机扭矩控制装置所执行的同步控制期间发生的所选汽车参数的各种状态的变化，如部分(A)所示，与在传统控制期间发生的所选汽车参数的各种状态的变化，如部分(B)所示，的比较。

具体实施方式

现在，将参考附图解释本发明所选的实施例。对本领域技术人员从这个公开内容中可以理解到本发明实施例的下面描述仅仅提供用于说明，而决非作为限制由所附权利要求和它们的等价物限定的本发明的目的。

首先参考图1，图1示意性地示出了配备有根据本发明一个实施例的发动机扭矩控制装置或系统的内燃机1。在图1中，发动机1通过进气通道2接收进气，使得进气被供应到发动机1的每个气缸。通过控制操纵节气门4的节气门马达3来调节通过进气通道2到每个气缸的进气。节气门马达3对节气门4的操作可以用传统的方式来实现。由于节气门马达3对节气门4的操作可以用传统的方式实现，因此在此不会详细地讨论或说明这些结构。

自动变速器5以传统方式连接到发动机1的输出轴1a。自动变速器5具有自动换档模式以及允许驾驶员手动换档的手动换档模式。自动变速器5主要包括变矩器6、变速机构(齿轮机构)7和液压控制机构8。变矩器6连接到发动机1的输出轴1a，且变速机构7连接到该变矩器6的输出侧。液压控制机构8被设定并布置成接合和脱离变速机构7中的各个变速部件9(离合器等)。

通过各种电磁阀控制液压控制机构8的工作液压。所述各种电磁阀是本领域中众所周知的传统组件。由于电磁阀是本领域中公知的，在此将不详细地讨论或说明这些结构。而是，为了简单扼要的缘故，这里仅仅描述四个换档螺线管10和一个闭锁螺线管11。换档螺线管10被设定并布置成进行自动换档操作。闭锁螺线管11被设定并布置成执行变矩器6的闭锁，用于将扭矩从发动机直接传递到自动变速器5。换档螺线管10和闭锁螺线管11可操作地连接到一个电控单元(ECU)12，该电控单元可以选择性地控制换档螺线管10和闭锁螺线管11的接合和脱离。

电控单元12优选地包括一个微型计算机，该微型计算机具有控制发动机1运转的发动机控制程序和控制换档螺线管10和闭锁螺线管11以及电磁阀来执行升档和减档操作的自动换档控制程序。因此，电控单元12包括一个自动变速器控制部分和一个发动机控制部分，其中发动机控制部分具有一个发动机输出扭矩控制部分。如下面所解释的，电控单元12还包括点火正时控制部分，该点火正时控制部分被设定成控制发动机1的点火正时。电控单元12还优选地包括其他的传统部件，例如输入接口电路、输出接口电路、以及存储装置如ROM(只读存储器)和RAM(随机存取存储器)。从这个公开内容中本领域技术人员可以理解到电控单元12的精确结构和算法可以是能够执行本发明功能的软件和硬件的任意结合。换句话说，在说明书和权利要求中使用的“装置加功能”的条款应该包括可以被用于执行“装置加功能”条款的功能的任何结构或硬件和/或算法或软件。

各种信号从各种传感器输入到电控单元12，这些传感器包括但不限于节气门传感器21、加速器操作传感器22、水或冷却液温度传感器23、发动机转速传感器24、档位传感器25、换档模式开关26、换档位置传感器27，及车速传感器28。节气门传感器21被设定并布置成检测节气门4的打开量或开度，并将表示节气门4开度的信号输出到电控单元12。加速器操作传感器22被设定并布置成检测加速器踏板下压量APS，并将表示加速器踏板下压量APS的信号输出到电控单元12。水或冷却液温度传感器23被设定并布置成检测发动机冷却水或冷却液的温度Tw，并将表示发动机冷却液的温度Tw的信号输出到电控单元12。发动机转速传感器24被设定并布置成检测发动机转速Ne，并将表示发动机转速Ne的信号输出到电控单元12。档位传感器25被设定并布置成检测自动变速器5的齿轮机构的档位Gp，并将表示档位Gp的信号输出到电控单元12。换档模式开关26被设定并布置成设定自动变速器5的换档模式(自动换档模式或手动换档模式)，并将表示当前变速模式的信号输出到电控单元12。换档位置传感器27被设定并布置成检测换档杆的位置SP，并将表示换档杆位置SP的信号输出到电控单元12。车速传感器28被设定并布置成检测车速VSP，并将表示车速VSP的信号输出到电控单元12。

电控单元12基本上包括一个设定成进行发动机控制的发动机控制单元(EGCU)12A和设定成在自动变速器侧进行换档控制的自动变速器控制单元12B。

在自动换档模式下，基于加速器操作量APS和车速VSP，自动变速器控制单元12B通过参考预设的图表等设定最佳的传动比并控制换档螺线管10，从而可以实现最佳传动比。在手动换档模式，自动变速器控制单元12B，根据驾驶员是否使用换档杆进行升档或减档，将传动比设定到比当前传动比更高的传动比或更低的传动比，并控制换档螺线管10从而实现所选的传动比。

同时，基于来自上述各种传感器的信号，发动机控制单元12A通过执行发动机控制，如燃料喷射控制和点火正时控制来执行发动机输出控制。而且，发动机控制单元12A计算目标发动机扭矩并驱动节气门马达3来控制节气门4的开度，从而得到这个目标发动机扭矩。现在将参考图2描述在减档(同步控制)期间由发动机控制单元12A执行的发动机输出控制。

图2为在减档期间由发动机控制单元12A执行的发动机输出控制的简化框图。为了进行减档操作，发动机控制单元12A基本上包括驾驶员所需扭矩计算部分211、同步操作判定部分212、目标发动机转速计算部分213、同步所需扭矩计算部分214、扭矩提升故障保护部分215、目标扭矩计算部分216、节气门开度控制部分217，以及点火正时延迟控制部分218。利用本发明的发动机控制单元12A的这种结构，如下面要解释的，当在用于在减档期间减小换档震动的发动机输出增大控制过程中，增大的发动机扭矩要被迅速减小时，由于进气量减小的滞后带来的实际扭矩超过目标扭矩的额外量，可以被由点火正时延迟控制产生的扭矩减小所抵消，这可以充分减小换档震动(闯车震动)。

驾驶员所需扭矩计算部分211被设定成基于来自加速器操作传感器22的加速器操作量APS，计算作为驾驶员所需要的发动机扭矩的驾驶员所需扭矩TTEIF。

同步操作判定部分212被设定成确定不适于执行同步控制的状态，如在同步所需扭矩中存在瞬时变化(下面将讨论)而点火正时延迟控制不能执行时，或由于在ATCU和EGCU之间的通信错误而产生故障时。

自动变速器控制单元12B被设定成向目标发动机转速计算部分213输出同步接合所需信号(同步接合需求标志)、变速器输出轴速度信号(即车速信号)、当前的换档前档位信号、及换档后档位信号。当在手动换档模式下进行减档时，即当出现同步控制需求时，首先基于来自自动变速器控制单元12B的换档前档位信号，由目标发动机转速计算部分213计算与换档前档位同步的发动机目标速度TNe。然后，在经过特定量时间后，基于来自自动变速器控制单元12B的换档后档位信号，由目标发动机转速计算部分213计算与换档后档位同步的发动机目标速度。

同步所需扭矩计算部分214被设定为计算同步所需扭矩TQTMSTAC，作为要达到由目标发动机转速计算部分213计算出的发动机目标速度所需的发动机扭矩。

扭矩提升故障保护部分215被设定为根据是否存在同步控制的需求，并取决于同步控制是否已经被同步操作判定部分212禁止的条件，而仅在需要时执行同步控制。

目标扭矩计算部分216被设定成根据是否存在同步控制需求(控制指令)，作为由驾驶员所需扭矩计算部分211计算出的驾驶员所需扭矩TTEIF和由同步所需扭矩计算部分214计算出的同步所需扭矩TQTMSTAC之间的较大者，计算(选择)最终目标扭矩，其中所述同步所需扭矩计算部分214已经历了由扭矩提升故障保护组件215进行的故障保护处理。这些特定的计算将在下面对流程图的详细描述中阐述。

节气门开度控制部分217被设定成根据由目标扭矩计算部分216选择的目标扭矩，计算目标节气门开度TVO，并然后基于目标节气门开度反馈控制节气门开度。

同时，点火正时延迟控制部分218被设定成根据实际扭矩和目标瞬时扭矩之间的差来延迟点火正时。该点火正时延迟控制也可通过下面的流程图来具体描述。

图3是由目标发动机转速计算部分213进行的发动机目标转速的计算的流程图。

在步骤S1中，目标发动机转速计算部分213确定由水温度传感器23检测到的水温Tw是否高于同步控制操作水温下限Twlmt1。当水温足够低而等于或低于同步控制操作水温下限Twlmt1时，可能需要多次执行点火正时延迟控制以提高废气的温度来改善预热。因而，下限Twlmt1被设定为这样的值，使得在同步控制期间当目标扭矩要被迅速减小时，不能执行点火正时延迟控制(延迟的余地很小)。

如果目标发动机转速计算部分213在步骤S1中确定水温Tw高于同步控制操作水温下限Twlmt1，那么过程转到步骤S2。

在步骤S2中，目标发动机转速计算部分213确定水温Tw是否低于同步控制操作水温上限Twlmt2。如果在等于或高于同步控制操作水温上限Twlmt2的较高水温下完成点火正时延迟控制，则有可能预热过度而发生过热。因而，水温上限Twlmt2被设定为这样的值，使得点火正时延迟控制也不能执行。

在步骤S2中，如果目标发动机转速计算部分213确定水温Tw小于上限Twlmt2，即，如果水温Tw在正常范围内Twlmt1＜Tw＜Twlmt2，那么过程转到步骤S3。在步骤S3中，同步禁止标志INH被设定为0。然后过程转到步骤S5。

然而，在步骤S2和S3中，如果目标发动机转速计算部分213确定水温Tw等于或小于下限Twlmt1，或者等于或大于上限Twlmt2，那么过程转到步骤S4。

在步骤S4中，同步禁止标志INH被设定为1，从而禁止执行同步控制。然后过程转到步骤S5。

在步骤S5中，用于同步禁止标志INH的信号被传输到自动变速器控制单元12B。

在步骤S6中，目标发动机转速计算部分213确定是否存在同步需求。如果目标发动机转速计算部分213确定存在同步需求，那么过程转到步骤S7，在步骤S7中，确定同步禁止标志INH是否为0。如果目标发动机转速计算部分213确定同步禁止标志INH为0，则推断为可以执行同步控制，这样过程转到步骤S8，而计算同步所需扭矩Trev。

此时，在步骤S8中，为了用这种同步控制使发动机转速Ne初步同步于换档后速度并迅速地将扭矩减小到足以保持同步速度的扭矩，与稳态同步所需扭矩Trevs单独地计算瞬时同步所需扭矩Trevd。更具体地说，计算瞬时同步所需扭矩Trevd，使得相对于稳态同步所需扭矩从用于增大速度所需的扭矩到保持同步速度所需的扭矩阶跃变化，在特定速度(特定变化率)处存在一个减小。利用上述计算，在稳态中，瞬时同步所需扭矩Trevd等于稳态同步所需扭矩Trevs(即Trevd＝Trevs)。

在步骤S9中，瞬时同步所需扭矩Trevd设定为目标瞬时扭矩Ted，而稳态同步所需扭矩Trevs设定为目标稳态扭矩Tes(在稳态中，Ted＝Tes＝Trevs)。

同时，当目标发动机转速计算部分213在步骤S6和S7中确定不存在同步需求，或确定同步禁止标志INH为1而禁止同步时，那么过程转到步骤S10。

在步骤S10中，基于加速器操作量APO计算驾驶员所需扭矩Tapo。在瞬态中，算出的驾驶员所需扭矩Tapo设定为目标瞬时扭矩Tred，而在稳态中它设定为目标稳态扭矩Tes。

然后，在步骤S11中，通过参考图表并基于目标稳态扭矩Tes和发动机转速Ne来计算目标节气门开度TVO，并控制该节气门开度以实现该目标节气门开度TVO。

在步骤S12中，稳态同步所需扭矩Trevs如下面方程所示经历暂时滞后处理，并计算伴随在瞬时节气门开度控制中进气量的滞后的实际扭矩Tesf。

Tesf＝G·Trevs+(1-G)·Tresfz

Tesf：暂时滞后处理后的稳态扭矩(＝实际扭矩)

Tresfz：Tesf的先前值

在步骤S13中，由下面的方程计算在实际扭矩和目标瞬时扭矩之间的差DTes。

DTes＝Tesf-Ted

该差DTes主要出现两次。第一次，当瞬时同步所需扭矩Trevd被作为目标瞬时扭矩Ted计算且当在确定了在上述同步控制期间已经近似达到同步速度时扭矩要被迅速减小时，出现该差DTes。第二次，当同步需要标志为0，同步控制结束，且目标扭矩从同步速度得以保持的稳态同步所需扭矩Treys向相当于加速器操作量为0的负的驾驶员所需扭矩Ted的分步减小时出现该差DTes。在这些时候，如果唯一的控制是根据目标扭矩的迅速减小而迅速减小节气门开度，那么因为进气量的响应滞后而无法将实际扭矩迅速减小到目标扭矩。

考虑到这一点，在步骤S14中，计算对应于扭矩差DTes的点火正时延迟量RTD，并点火正时延迟该延迟量RTD。

图4示出在同步控制期间(包括之前和之后)在各个状态量的变化。通过参考图4描述一系列控制操作。

在同步接合需求标志变成1且执行换档前离合器脱离的同时，开始同步控制，增大节气门开度，且提高发动机转速Ne。此时，在进气量的增大上再一次出现响应滞后，因而在扭矩提升中出现滞后，但是如果点火正时得以延迟，同时将节气门开度也控制为大于在上述日本公开的专利公报第10-89114号中所讨论的，那么可以使发动机转速Ne的过调最小化同时在短时间内增大到换档后同步速度。

在当发动机转速Ne已经增大到接近换档后同步速度且换档前离合器的脱离已经结束的时刻，对应于换档后档位的离合器开始接合。在该接合开始的时刻，稳态同步所需扭矩Trevs被从用于增大到同步速度的扭矩切换到用于保持同步速度的扭矩。然后，该瞬时同步所需扭矩Trevd被作为实质的目标扭矩(目标瞬时扭矩)而算出，从而以特定速率减小。

如上所述，当根据被分步减小的稳态同步所需扭矩Trevs分步减小节气门开度时，出现了进气量的减小上的滞后，通过使稳态同步所需扭矩Trevs经历暂时滞后处理(加权平均)计算出在滞后下减小的实际扭矩。

在结束同步控制时，目标扭矩被从保持同步速度的稳态同步所需扭矩Trevs分步减小到负的驾驶员所需扭矩Tes(即Tes＝Ted)。再次，当节气门开度被分步减小时，在进气量的减小上出现滞后，而通过使稳态同步所需扭矩Treys经历暂时滞后处理(加权平均)计算出在滞后下减小的实际扭矩。

如上计算的实际扭矩和目标扭矩(当同步控制在进行中时的瞬时同步所需扭矩，当同步控制已经结束时的驾驶员所需扭矩)之间的差被通过经点火正时延迟而减小扭矩来得以抵消，扭矩也被近似控制为在瞬态下的目标扭矩，这就确保了减档用较短的时间，抑制过量扭矩的发生，且充分地减小换档震动(闯车震动)。

利用这个实施例，通过在点火正时延迟控制因为水温等不能被执行的情况下，禁止同步控制(将它切换到普通换档控制)来避免换档震动，但是另一种可能的结构是通过延迟液压增大速率使换档速度(离合器接合速度)经历减小校正(其中换档比普通换档控制更快)，而减少换档时间，同时在离合器接合期间尽可能地减小换档震动。

如在此用来描述上述本发明的，在此所用的术语“检测”描述由一种部件、一个部分、一种装置等所执行的操作或功能，上述部件、部分、装置等包括不需要物理检测的一种部件、一个部分、一种装置等，但更包括确定、测量、模拟、预测或计算等以执行所述操作或功能。这里所用的术语“被设定成”描述一种部件、部分或装置的零件，包括被构造和/或编程来执行所需功能的硬件和/或软件。此外，在权利要求中表达为“装置加功能”的术语可以包括能够用于执行本发明所述部分功能的任何结构。这里所用的程度术语如“基本”、“大约”和“近似”意味着被修饰术语的一个合理偏移量，使得最终结果不会显著改变。例如，这些术语可以被解释为包括被修饰术语的至少±5％的偏离，如果这个偏离没有否定它所修饰的词汇的意义。

虽然仅仅所选的实施例被选择来说明本发明，但是从这个公开内容中，本领域技术人员可以理解到在不脱离所附权利要求限定的发明范围前提下，可以在其中进行各种改变和修改。此外，根据本发明的实施例的上述描述仅仅提供用来说明，而不是用作限制由所附权利要求和它们的等价物限定的发明的目的。因此，本发明的范围不限于公开的实施例。

Claims (12)

1.一种发动机扭矩控制装置，包括：

发动机输出扭矩控制部分，该发动机输出扭矩控制部分被设定成对来自发动机的发动机输出扭矩执行发动机输出扭矩控制，使得在连接到发动机的自动变速器的减档操作期间执行发动机输出增大控制，以使发动机转速达到换档后发动机转速；及

点火正时控制部分，该点火正时控制部分被设定成当已经被发动机输出增大控制所增大的发动机输出扭矩要被减小时，如果实际扭矩超过目标扭矩则执行点火正时延迟控制，

其特征在于，当由发动机输出增大控制所增大的发动机输出扭矩迅速减小时，采用通过点火正时延迟控制实现的扭矩减小来抵消实际扭矩超过目标扭矩的额外扭矩。

2.如权利要求1所述的发动机扭矩控制装置，其中：

该点火正时控制部分被进一步设定成即使在发动机输出增大控制需求结束后，只要实际扭矩超过目标扭矩，则继续执行点火正时延迟控制。

3.如权利要求1所述的发动机扭矩控制装置，其中：

该点火正时控制部分被进一步设定成当不能执行点火正时延迟控制时禁止执行发动机输出增大控制。

4.如权利要求1所述的发动机扭矩控制装置，其中：

发动机输出扭矩控制部分被进一步设定成当点火正时延迟控制不能执行时，在发动机输出增大控制期间降低换档速度。

5.如权利要求3所述的发动机扭矩控制装置，其中：

发动机输出扭矩控制部分被进一步设定成当发动机冷却液温度处于或低于一特定水平时判定点火正时延迟控制不能执行。

6.如权利要求3所述的发动机扭矩控制装置，其中：

发动机输出扭矩控制部分被进一步设定成当发动机冷却液温度处于或高于另一特定水平时判定点火正时延迟控制不能执行。

7.如权利要求2所述的发动机扭矩控制装置，其中：

发动机输出扭矩控制部分被进一步设定成当点火正时延迟控制不能执行时禁止发动机输出增大控制。

8.如权利要求2所述的发动机扭矩控制装置，其中：

发动机输出扭矩控制部分被进一步设定成当点火正时延迟控制不能执行时，在发动机输出增大控制期间降低换档速度。

9.如权利要求4所述的发动机扭矩控制装置，其中：

发动机输出扭矩控制部分被进一步设定成当发动机冷却液温度处于或低于一特定水平时判定点火正时延迟控制不能执行。

10.如权利要求4所述的发动机扭矩控制装置，其中：

发动机输出扭矩控制部分被进一步设定成当发动机冷却液温度处于或高于另一特定水平时判定点火正时延迟控制不能执行。

11.如权利要求5所述的发动机扭矩控制装置，其中：

发动机输出扭矩控制部分被进一步设定成当发动机冷却液温度处于或高于另一特定水平时判定点火正时延迟控制不能执行。

12.一种发动机扭矩控制方法，包括：

对来自发动机的发动机输出扭矩执行发动机输出扭矩控制，使得在连接到发动机的自动变速器的减档操作期间执行发动机输出增大控制，以使发动机转速达到换档后发动机转速；及

当已经被发动机输出增大控制所增大的发动机输出扭矩要被减小时，如果实际扭矩超过目标扭矩，则执行点火正时延迟控制，

其特征在于，当由发动机输出增大控制所增大的发动机输出扭矩迅速减小时，采用通过点火正时延迟控制实现的扭矩减小来抵消实际扭矩超过目标扭矩的额外扭矩。

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