CN101408136B - 协调扭矩控制系统中的安全节气门位置 - Google Patents

协调扭矩控制系统中的安全节气门位置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及在协调扭矩控制系统中的安全节气门位置。一种节气门控制模块包括主节气门位置模块、冗余节气门位置模块和矫正行为模块。主节气门位置模块将表示所需节气门面积的主节气门面积信号转换为表示节气门阀的第一所需节气门位置的主节气门位置信号。节气门阀基于主节气门位置信号而被致动。冗余节气门位置模块将表示所需节气门面积的冗余节气门面积信号转换为表示节气门阀的第二所需节气门位置的冗余节气门位置信号。矫正行为模块基于第一和第二所需节气门位置的比较选择地产生矫正行为信号。

Description

协调扭矩控制系统中的安全节气门位置
相关申请的交叉引用
本申请要求2007年10月1日提交的申请号为60/976604的美国临时专利申请的权益。上述申请的公开内容通过引用的方式被结合在此。
技术领域
本发明涉及到车辆控制系统，尤其涉及到电子节气门控制。
背景技术
现在参考图1，给出了车辆100的功能框图。车辆100包括发动机102，其产生扭矩来驱动车辆100。空气通过进气歧管104被吸入发动机102。节气门阀106控制进入发动机102的气流。节气门阀106可包括节气门板108，其可盖住在节气门阀106内的开口的全部或一部分。电子节气门控制(ETC)马达109控制节气门阀106和/或节气门板108。
流动通过节气门阀106的空气与一个或多个燃料喷射器110喷射的燃料相混合，形成空气—燃料混合物。空气—燃料混合物在发动机102的一个或多个气缸112内燃烧。空气—燃料混合物的燃烧可由，例如，火花塞114释放的火花启动。虽然，描述了火花塞114，但是发动机102也可包括不带有火花塞114的压燃型发动机。空气—燃料混合物的燃烧产生扭矩。产生的排气从气缸112排出至排气系统116。
发动机控制模块(ECM)130调节从发动机102输出的扭矩。ECM130可通过控制经过节气门阀106的气流、由燃料喷射器110喷射的燃料和/或由火花塞114释放火花的正时来调节扭矩。ECM130可基于，例如，来自踏板位置传感器134的踏板位置信号和/或来自其他传感器136的信号来调节扭矩。踏板位置传感器134基于驾驶员作用在加速踏板138的动作来产生踏板位置信号。其他传感器136可包括，例如：空气质量流量(MAF)传感器，歧管绝对压力(MAP)传感器，发动机速度传感器，变速器传感器，巡航控制系统和/或牵引力控制系统。
发明内容
节气门控制模块包括主节气门位置模块，冗余节气门位置模块和矫正行为模块。主节气门位置模块将表示所需节气门面积的主节气门面积信号变换为表示节气门阀的第一所需节气门位置的主节气门位置信号。节气门阀基于该主节气门位置信号被致动。冗余节气门位置模块将表示所需节气门面积的冗余节气门面积信号变换为表示节气门阀的第二所需节气门位置的冗余节气门位置信号。矫正行为模块基于第一和第二所需节气门位置的比较选择地产生矫正行为信号。
节气门控制系统包括节气门控制模块和节气门致动模块。节气门致动模块控制致动节气门阀的电子节气门控制(ETC)马达。节气门致动模块在收到矫正行为信号后，指示ETC马达致动节气门阀使其到达预定节气门位置。在进一步的特征中，该预定节气门位置是高怠速位置。
在其他的特征中，节气门致动模块在收到矫正行为信号后，指示ETC马达致动节气门阀使其到达较小的节气门位置。该较小的节气门位置是与节气门阀较小开度相对应的第一和第二所需节气门位置之一。
在进一步的特征中，节气门致动模块将第一所需节气门位置与来自节气门位置传感器的实际节气门位置相比较，并基于该比较指示ETC马达致动节气门阀以使其到达第一所需节气门位置。
仍然在进一步的特征中，节气门控制模块进一步包括非易失性存储器，其包括用来将节气门面积转换为节气门位置的数据。主节气门位置模块和冗余节气门位置模块基于该数据分别确定第一和第二所需节气门位置。所述数据包括第一查找表和第二查找表。第一查找表具有从节气门面积到段值的映射。第二查找表具有从段值到节气门位置的映射。
仍然在进一步的特征中，当接收到维修输入信号时，矫正行为模块暂时停止产生矫正行为信号。当第一和第二所需节气门位置的差异超过预定百分比时，矫正行为模块产生矫正行为信号。该预定百分比对应于最大允许计算误差。
一种方法包括：将表示所需节气门面积的主节气门面积信号转换为表示节气门阀的第一所需节气门位置的主节气门位置信号，基于该主节气门位置信号致动节气门阀，将表示所需节气门面积的冗余节气门面积信号转换为表示节气门阀的第二所需节气门位置的冗余节气门位置信号，以及基于第一和第二所需节气门位置的比较选择地产生矫正行为信号。
在进一步的特征中，所述方法进一步包括在接收到矫正行为信号后，致动节气门阀使其到达预定节气门位置。该预定节气门位置是高怠速位置。该方法进一步包括在接收到矫正行为信号后，致动节气门阀使其到达较小的节气门位置。该较小的节气门位置是与节气门阀的较小开度相对应的第一和第二所需节气门位置之一。
在其他的特征中，该方法进一步包括将第一所需节气门位置与来自节气门位置传感器的实际节气门位置相比较，并基于该比较致动节气门阀以使其到达第一所需节气门位置。该方法进一步包括基于数据确定第一和第二节气门位置，该数据用来将节气门面积转换为节气门位置。
仍然在其他的特征中，该方法进一步包括基于第一查找表和第二查找表确定第一节气门位置和第二节气门位置。第一查找表具有从节气门面积到段值的映射。第二查找表具有从段值到节气门位置的映射。
该方法进一步包括当接收到维修输入信号时，暂时停止产生矫正行为信号。该方法进一步包括当第一和第二所需节气门位置的差异超过预定百分比时产生矫正行为信号。
通过以下的详细说明，本发明的进一步应用范围将变得更加明显。应当理解为，用于说明本发明的优选实施例的详细说明和具体例子仅是为了说明的目的，而不是为了限定本发明的范围。
附图说明
通过详细说明和附图，可以更充分地理解本发明，其中：
图1是根据现有技术的车辆的功能框图；
图2是根据本发明的原理的示例性车辆的功能框图；
图3A是根据本发明的原理的示例性节气门控制模块的功能框图；
图3B是查找表的示例性表格式说明，该查找表用来根据本发明原理将所需节气门面积百分比转换为所需节气门位置；和
图4是说明根据本发明原理的由节气门控制模块执行的示例性步骤的流程图。
具体实施方式
以下描述实际上仅仅是示例性的，而绝不是为了限定本发明的内容，应用或使用。为了清楚，在图中采用相同的附图标记来表示相同的元件。如文中所用，表述“至少A，B和C中的一个”应被理解为采用非排他的逻辑“或”表示逻辑关系(A或B或C)。应当理解，方法中的步骤可以不同的顺序执行，这并没有改变本发明的原理。
正如这里所采用的，术语“模块”是指专用集成电路(ASIC)，电子电路，执行一个或多个软件或固件程序的处理器(共享处理器，专用处理器，或者群处理器)和存储器，组合逻辑电路，和/或者提供上述功能的其他合适部件。
现在参考图2，示出了示例性车辆200的功能框图。车辆200包括发动机102，其产生扭矩来驱动车辆200。发动机控制模块(ECM)230调节从发动机102输出的扭矩。ECM230可通过控制流过节气门阀106的气流、由燃料喷射器110喷射的燃料和/或由火花塞114释放火花的正时来调节扭矩。
ECM230包括扭矩请求模块232、燃料致动模块246、火花致动模块248、主节气门面积模块250以及冗余节气门面积模块252。扭矩请求模块232基于，例如来自踏板位置传感器134的踏板位置信号和/或来自其他传感器136的信号产生扭矩请求。扭矩请求模块232也可基于存储在诸如非易失性存储器240和易失性存储器242的存储器中的数据产生扭矩请求。仅作为示例，非易失性存储器240可为只读存储器(ROM)，闪存，电可擦可编程只读存储器(EEPROM)，可擦可编程序只读存储器(EPROM)或任何其他合适类型的非易失性存储器。
基于扭矩请求，扭矩请求模块232将控制信号输送到燃料致动模块246、火花致动模块248以及主节气门面积模块250。用于主节气门面积模块250的控制信号也提供给冗余节气门面积模块252。燃料致动模块246控制由燃料喷射器110喷射的燃料量。火花致动模块248控制火花塞114释放火花的正时。
主节气门面积模块250基于来自扭矩请求模块232的控制信号产生主节气门面积信号。主节气门面积信号也可基于存储在诸如非易失性存储器240和易失性存储器242的存储器中的数据。主节气门面积信号表示节气门阀106的所需节气门面积。所需节气门面积可以是，例如，未被节气门板108盖住的节气门阀开度的所需百分比或节气门阀开度的所需物理面积。
与主节气门面积信号无关，冗余节气门面积模块252产生冗余节气门面积信号，其也表示节气门阀106的所需节气门面积。冗余节气门面积模块252基于来自扭矩请求模块232的控制信号产生冗余节气门面积信号。冗余节气门面积模块252也可基于存储在非易失性存储器240和易失性存储器242中的数据产生冗余节气门面积信号。
节气门阀106的节气门面积可由节气门板108的位置来控制，该位置被称为节气门位置。在各种实施例中，节气门位置代表节气门板108在旋转轴上的角位置，该旋转轴垂直于通过节气门阀106的气流方向。仅作为示例，50％的节气门面积开度百分比对应于30°的节气门位置。
节气门控制模块254接收主节气门面积信号和冗余节气门面积信号。虽然节气门控制模块254和其他模块被示出为在ECM230中，但是这些模块中的一个或多个该模块也可与ECM230分开配置。节气门控制模块254将节气门位置信号传输到节气门致动模块256。节气门致动模块256驱动ETC马达109，以致动节气门板108使其到达由节气门板位置信号表示的位置。
节气门控制模块254基于主节气门面积信号产生主节气门位置信号，以及基于冗余节气门面积信号产生冗余节气门位置信号。主节气门位置信号和冗余节气门位置信号表示所需节气门位置。如果主节气门位置信号与冗余节气门位置信号不同，节气门控制模块254可采取矫正行为。
为了采取矫正行为，节气门控制模块254可将矫正行为信号传输到节气门致动模块256。当节气门致动模块256接收到矫正行为信号后，节气门致动模块256可以，例如，指示ETC马达109致动节气门板108使其到达预定节气门位置。该预定节气门位置可为高怠速位置。可选的是，节气门致动模块256可以指示ETC马达109致动节气门板108使其到达节气门位置，该位置对应于主节气门位置信号与冗余节气门位置信号中较小的一个。采用这种方式，节气门控制模块254可以防止在主节气门位置信号或冗余节气门位置信号破坏的情况下，扭矩意外增大。
节气门致动模块256可包括致动诊断，其用来比较所需节气门位置和实际节气门位置。实际节气门位置可由一个或多个节气门位置传感器260测量。如果所需节气门位置与实际节气门位置不同，节气门致动模块256可试图控制ETC马达109以到达所需节气门位置。节气门致动模块256也可发信号通知错误和/或指示ETC马达109致动节气门板108使其到达高怠速节气门位置。
维修输入信号可通过，例如维修技师或校准器传输给主节气门面积模块250和节气门控制模块254。维修输入信号可指示主节气门面积模块250基于维修输入信号产生主节气门面积信号。主节气门面积信号可能与冗余节气门面积信号不同，这就会导致节气门控制模块254错误地采取矫正行为。相应地，当接收到维修输入信号时，节气门控制模块254会抑制采取矫正行为。
现在参考图3A，给出的是节气门控制模块254的示例性实施方式的功能框图。节气门控制模块254包括主节气门位置模块302和冗余节气门位置模块304，它们分别接收主节气门面积信号和冗余节气门面积信号。
主节气门位置模块302基于主节气门面积信号产生主节气门位置信号。冗余节气门位置模块304基于冗余节气门面积信号产生冗余节气门位置信号。主节气门位置信号和冗余节气门位置信号均表示所需节气门位置。
所需节气门位置可利用存储在非易失性存储器306中的将节气门面积转换成节气门位置的数据来确定。非易失性存储器306可实现为图2中的非易失性存储器240，并且可包括，例如，用于确保数据完整性的诊断或纠错代码(ECC)。仅作为示例，非易失性存储器306可为只读存储器(ROM)，闪存，电可擦可编程只读存储器(EEPROM)，可擦可编程序只读存储器(EPROM)或任何其他合适类型的非易失存储器。
非易失性存储器306可包括一个或多个查找表，通过查找表，可根据所需节气门面积(例如，未受限制的节气门阀面积的百分比)确定所需节气门位置(例如，节气门板旋转的角度)。参考图3B，给出了查找表的示例性表格式说明，该查找表用来将所需节气门面积百分比转换为所需节气门位置。图3B中的数值和计算仅仅是用于示例性目的，而且查找表可包括任何合适的值。
在各个实施方式中，可能的节气门面积的范围(如0-100％)可被分为预定数量的段，例如33个段。这些段的大小可相等或不等。当可能的节气门面积的范围被分为33个大小相等的段时，每段大约包括33％的节气门面积范围(即100％/33个段)。
第一查找表308可依据段内的最大节气门面积定义每一段。所需节气门面积的段值可基于第一查找表308而确定。该段值可包括整数部分(IP)和小数部分(FP)，且可表示为IP.FP。第一查找表308可用来确定所需节气门面积位于哪个段，IP，以及在该段IP内所需节气门面积位于何处，FP。在各个实施方式中，可不确定FP。
所需节气门面积可位于第一最大节气门面积MTA1和第二最大节气门面积MTA2之间。MTA1和MTA2分别与上段IP和下段IP-1相对应。仅作为示例，FP可采用下述公式通过插值法，诸如线性插值法计算出来：
其中MTA1是与IP相对应的最大节气门面积，MTA2是与IP-1相对应的最大节气门面积。
仅作举例说明，在图3B中，8％的所需节气门面积百分比落在10％和4％的最大节气门面积百分比之间，这两个最大节气门面积百分比分别为MTA1和MTA2。MTA1和MTA2分别对应于段2(即IP)和段1(即IP-1)。采用上述公式和提供的示例性值，可确定FP且其在图3B中为0.66。
第二查找表310被用来确定与段值IP.FP相对应的所需节气门位置。第二查找表310包括段到节气门位置的映射。IP和上段IP+1分别与下侧节气门位置TP1和上侧节气门位置TP2相对应。仅作为示例，与所需节气门面积相对应的所需节气门位置可通过插值法，诸如线性插值法，采用FP和下述公式来计算：
所需节气门位置＝TP1+FP*(TP2-TP1)
其中，TP1是与IP相对应的节气门位置，TP2是与IP+1相对应的节气门位置，且FP是段值的小数部分。
仅作为举例说明，在图3B中，段值2.66(通过上述得出)与IP(段2)相对应。IP和IP+1(段3)分别与7°和13°的节气门位置相对应。采用上述公式和提供的示例性数值，可以确定所需节气门位置并且其在图3B中为11°。相应地，采用提供的示例性数值，8％的所需节气门面积百分比可对应11°的所需节气门位置。
回到图3A，所需节气门位置可表示为电压范围内的电压。在启动发动机102时可获知电压范围的下限。仅作为示例，该下限可基于由节气门位置传感器260测量的最小节气门位置而得到。电压范围的上限可以是可标定的。仅作为示例，上限可设置为对应于最大允许的节气门位置。
主节气门位置模块302将主节气门位置信号传输到节气门致动模块256，并可将主节气门位置信号传输到节气门致动诊断。矫正行为模块312基于主节气门位置信号和冗余节气门位置信号的比较确定是否采取矫正行为，并相应地产生矫正行为信号。
例如，当所需节气门位置的差异超过预定百分比时，矫正行为模块312可采取矫正行为。预定百分比可考虑到舍入误差，并且可例如为0.06％。可选的是，可限制为当主节气门位置信号的所需节气门位置大于冗余节气门位置信号的所需节气门位置超过预定百分比时，采取矫正行为。
矫正行为模块312也可接收维修输入信号。矫正行为模块312可进一步限制为当没有接收到维修输入信号时采取矫正行为。这样，防止当主节气门面积信号基于维修输入信号而产生时，错误地采取矫正行为。
节气门致动模块256，例如，当接收到矫正行为信号时，可指示ETC马达109致动节气门板108以使其到达预定节气门位置。采用这种方式，节气门控制模块254防止在主节气门位置信号或冗余节气门位置信号破坏的情况下扭矩意外增大。矫正行为信号也可被传输到ECM230的其他部件以进行诊断。仅作为示例，ECM230可在收到矫正行为信号后点亮“检查发动机”灯和/或设置错误代码。
现在参考图4，该图示出了由节气门控制模块254执行的示例性步骤的流程图。控制从步骤404开始，在这一步骤，控制接收主节气门面积信号和冗余节气门面积信号。主节气门面积信号和冗余节气门面积信号中的每一个都表示所需节气门面积。
在步骤408控制继续进行，在这一步骤中，控制确定主节气门位置并相应产生主节气门位置信号。在步骤412控制继续进行，在这一步骤中，控制确定冗余节气门位置并相应地产生冗余节气门位置信号。控制，例如可采用非易失性存储器306的查找表，将主节气门面积信号和冗余节气门面积信号的所需节气门面积转换为所需节气门位置。
在步骤416控制继续进行，在这一步骤中，控制指示ETC马达致动节气门板108以使其到达由主节气门位置信号表示的节气门位置。在步骤420，控制确定由主节气门位置信号和冗余节气门位置信号表示的节气门位置的差异是否超过预定百分比。如果超过，控制将转到步骤424；否则，控制返回步骤404。在步骤424中，控制采取矫正行为。仅作为示例，控制可通过指示ETC马达109致动节气门板108以使其到达预定节气门位置，诸如高怠速位置，来采取矫正行为。控制然后返回步骤404。
本领域技术人员从上述描述可以理解，本发明的广义教导可以以各种形式得到实施。因此，虽然公开的内容包括特定的例子，但本发明的实际范围不应当限定于此，因为其他的改变对本领域技术人员在研究附图、说明书及后面的权利要求后将变得显而易见。

Claims (17)

1. 一种发动机控制模块，其包括：
用于产生扭矩请求的扭矩请求模块；
燃料致动模块，所述燃料致动模块控制由燃料喷射器喷射的燃料量；
火花致动模块，所述火花致动模块控制火花塞释放火花的正时；
主节气门面积模块，所述主节气门面积模块基于来自所述扭矩请求模块的控制信号产生主节气门面积信号；
冗余节气门面积模块，所述冗余节气门面积模块也基于来自所述扭矩请求模块的控制信号产生与所述主节气门面积信号无关的冗余节气门面积信号；
节气门控制模块，所述节气门控制模块包括：
    主节气门位置模块，其将表示第一所需节气门面积的主节气门面积信号转变为表示节气门阀的第一所需节气门位置的主节气门位置信号，其中所述节气门阀基于所述主节气门位置信号被致动；
    冗余节气门位置模块，其将表示第二所需节气门面积的冗余节气门面积信号转变为表示所述节气门阀的第二所需节气门位置的冗余节气门位置信号；以及
    矫正行为模块，其基于所述第一和第二所需节气门位置的比较选择地产生矫正行为信号；以及
节气门致动模块，所述节气门致动模块控制电子节气门控制马达，所述电子节气门控制马达致动所述节气门阀；
其中，维修输入信号可指示所述主节气门面积模块基于所述维修输入信号产生主节气门面积信号，并且当接收到所述维修输入信号时，所述节气门控制模块会抑制采取矫正行为。
2. 根据权利要求1的发动机控制模块，其中，所述节气门致动模块在接收到所述矫正行为信号后指示所述电子节气门控制马达致动所述节气门阀以使其到达预定节气门位置。
3. 根据权利要求2的发动机控制模块，其中，所述预定节气门位置是高怠速位置。
4. 根据权利要求1的发动机控制模块，其中，所述节气门致动模块在接收到所述矫正行为信号后，指示所述电子节气门控制马达致动所述节气门阀以使其到达较小的节气门位置，
其中所述较小节气门位置是与所述节气门阀的较小开度相对应的所述第一和第二所需节气门位置之一。
5. 根据权利要求1的发动机控制模块，其中，所述节气门致动模块将所述第一所需节气门位置与来自节气门位置传感器的实际节气门位置进行比较，并基于所述第一所需节气门位置与所述实际节气门位置的比较指示所述电子节气门控制马达致动所述节气门阀以使其到达所述第一所需节气门位置。
6. 根据权利要求1的发动机控制模块，其中，所述节气门控制模块进一步包括非易失性存储器，该非易失性存储器包括用来将节气门面积转换为节气门位置的数据，
其中，所述主节气门位置模块和冗余节气门位置模块基于所述数据分别确定所述第一和第二所需节气门位置。
7. 根据权利要求6的发动机控制模块，其中所述数据包括：
具有从节气门面积到段值的映射的第一查找表；以及
具有从段值到节气门位置的映射的第二查找表。
8. 根据权利要求1的发动机控制模块，其中，当所述第一和第二所需节气门位置的差异超过预定百分比时，所述矫正行为模块产生所述矫正行为信号。
9. 根据权利要求8的发动机控制模块，其中，所述预定百分比对应于最大允许计算误差。
10. 一种用于控制节气门的方法，其包括：
基于来自所述扭矩请求模块的控制信号产生主节气门面积信号；
基于来自所述扭矩请求模块的控制信号产生与所述主节气门面积信号无关的冗余节气门面积信号；
将表示第一所需节气门面积的所述主节气门面积信号转变为表示节气门阀的第一所需节气门位置的主节气门位置信号；
基于所述主节气门位置信号致动所述节气门阀；
将表示第二所需节气门面积的冗余节气门面积信号转变为表示所述节气门阀的第二所需节气门位置的冗余节气门位置信号；以及
基于所述第一和第二所需节气门位置的比较选择地产生矫正行为信号；
其中，维修输入信号可指示主节气门面积模块基于所述维修输入信号产生所述主节气门面积信号，并且当接收到所述维修输入信号时，节气门控制模块会抑制采取矫正行为。
11. 根据权利要求10的方法，该方法进一步包括在接收到所述矫正行为信号后致动所述节气门阀以使其到达预定节气门位置。
12. 根据权利要求11的方法，其中，所述预定节气门位置是高怠速位置。
13. 根据权利要求11的方法，该方法进一步包括在接收到所述矫正行为信号后，致动所述节气门阀以使其到达较小节气门位置，
其中所述较小节气门位置是与所述节气门阀的较小开度相对应的第一和第二所需节气门位置之一。
14. 根据权利要求11的方法，该方法进一步包括基于所述第一所需节气门位置与来自节气门位置传感器的实际节气门位置的比较，致动所述节气门阀以使其到达所述第一所需节气门位置。
15. 根据权利要求10的方法，该方法进一步包括基于用于将节气门面积转换为节气门位置的数据确定所述第一和第二所需节气门位置。
16. 根据权利要求10的方法，该方法进一步包括基于第一查找表和第二查找表确定所述第一和第二所需节气门位置，其中第一查找表具有从节气门面积到段值的映射，第二查找表具有从段值到节气门位置的映射。
17. 根据权利要求10的方法，该方法进一步包括当所述第一和第二所需节气门位置的差异超过预定百分比时产生所述矫正行为信号。
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