CN101435369B - Rpm-转矩的转换控制 - Google Patents

Abstract

本发明涉及RPM-转矩的转换控制。其中发动机控制模块包括转矩控制模块、发动机转速(RPM)控制模块和致动器模块。转矩控制模块根据请求转矩确定第一期望转矩。RPM控制模块根据期望RPM选择性地确定第二期望转矩。当发动机控制模块从RPM控制模式转换到转矩控制模式时，转矩控制模块进一步根据第二期望转矩确定第一期望转矩。当发动机控制模块从转矩控制模式转换到RPM控制模式时，RPM转矩控制模块进一步根据第一期望转矩确定第二期望转矩。致动器模块根据第一和第二期望转矩控制发动机的致动器。

Description

RPM-转矩的转换控制

相关申请的交叉引用

本申请要求2007年11月2日提交的美国临时申请No.60/948,900的权益。上述申请的公开内容作为参考并入本文。

技术领域

本发明涉及内燃机的控制，并且尤其涉及内燃机的RPM与转矩控制之间的转换。

背景技术

本文提供背景描述是为了大概介绍本发明的背景。目前指定的发明人的工作，在背景资料章节做了一定程度的描述，还有那些在申请时不能称作现有技术的方面，这些都不能明显地或隐含地认作相对于本发明的现有技术。

内燃机燃烧气缸内的空气燃料混合物从而驱动活塞，这产生驱动转矩。通过节气门调节进入发动机的空气流。更准确地说，节气门调整节流面积，这增大或减小进入发动机的空气流量。当节流面积增大时，进入发动机的空气流量就增大。燃料调节系统调整燃料的喷射速率从而向气缸提供想要的空气/燃料混合物。增加给气缸的空气和燃料就增大发动机的转矩输出。

已经开发出了发动机控制系统用于控制发动机转矩输出从而获得想要的预定转矩。然而，传统的发动机控制系统没有如所期望的那样精确地控制发动机转矩输出。而且，传统的发动机控制系统没有像所期望的那样迅速对控制信号作出反应，或者在影响发动机转矩输出的各种装置中协调发动机转矩控制。

发明内容

一种发动机控制模块包括转矩控制模块、发动机转速(RPM)控制模块和致动器模块。转矩控制模块根据被请求的转矩确定第一期望转矩。RPM控制模块根据期望的RPM选择性地确定第二期望转矩。当发动机控制模块从RPM控制模式转换到转矩控制模式时，转矩控制模块进一步根据第二期望转矩确定第一期望转矩。当发动机控制模块从转矩控制模式转换到RPM控制模式时，RPM转矩控制模块进一步根据第一期望转矩确定第二期望转矩。当发动机控制模块处于转矩控制模式时，致动器模块根据第一期望转矩控制发动机的致动器，并且当发动机控制模块处于RPM控制模式时，致动器模块根据第二期望转矩控制发动机的致动器。

操作发动机控制模块的方法包括：根据被请求的转矩确定第一期望转矩，根据期望RPM选择性地确定第二期望转矩，当发动机控制模块从RPM控制模式转换到转矩控制模式时进一步根据第二期望转矩确定第一期望转矩，当发动机控制模块从转矩控制模式转换到RPM控制模式时进一步根据第一期望转矩确定第二期望转矩，以及当发动机控制模块处于转矩控制模式时根据第一期望转矩和当发动机控制模块处于RPM控制模式时根据第二期望转矩控制发动机的致动器。

从下面提供的详细描述中将更明显地看出本发明的更广的适用范围。应当理解，尽管说明了本发明的优选实施例，但详细说明和特定例子只是起到举例的作用，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将更完整地理解本发明，其中：

图1是依照本发明原理的示例性发动机系统的原理框图；

图2是依照本发明原理的发动机控制模块的示例性实施例的原理框图；

图3是依照本发明原理的RPM控制模块的示例性实施例的原理框图；

图4是依照本发明原理的转矩控制模块的示例性实施例的原理框图；

图5是依照本发明原理的闭环转矩控制模块的示例性实施例的原理框图；

图6是依照本发明原理的预定转矩控制模块的示例性实施例的原理框图；

图7是依照本发明原理的驾驶员译码模块的示例性实施例的原理框图；

图8是依照本发明原理的转矩控制模块的替换示例性实施例的原理框图；以及

图9是依照本发明原理的发动机控制模块所执行的示例性步骤的流程图。

具体实施方式

下列描述本质上仅仅是示例性的，决不意图限制本发明、其应用或用途。为了清楚起见，附图中将使用相同的附图标记将表示相似的元件。本文所用的措词＂A、B、和C中的至少一个＂应当解释成意味着使用非专用逻辑＂或＂的逻辑(A或B或C)。应当理解，方法内的步骤可以以不同顺序执行，只要不改变本发明的原理。

本文所用的术语＂模块＂是指专用集成电路(ASIC)、电子电路、执行一种或多种软件或固件程序的处理器(共享的、专用的或成组的)和存储器、组合逻辑电路、和/或其它的提供所述功能的适当部件。

现在参照图1，示出了发动机系统100的示例性实施的原理框图。发动机系统100包括根据驾驶员输入模块104燃烧空气/燃料混合物从而给车辆产生驱动转矩的发动机102。将空气经由节气门112吸入进气歧管110中。发动机控制模块(ECM)114控制节气门致动器模块116以调节节气门112的开度从而控制吸入进气歧管110中的空气量。

将空气从进气歧管110吸入发动机102的气缸中。虽然发动机102可以具有多个气缸，但为了图解，示出单个代表性的气缸118。只是举例来说，发动机102可以具有2、3、4、5、6、8、10和/或12个气缸。ECM114可以指示气缸致动器模块120以选择性地停用一些气缸从而改善燃油经济性。

将空气从进气歧管110经由进气门122吸入气缸118中。ECM114控制由燃料喷射系统124喷射的燃料量。燃料喷射系统124可以在中央位置将燃料喷入进气歧管110，或者可以在多个位置将燃料喷入进气歧管110，例如每个气缸的进气门附近。替换地，燃料喷射系统124可以将燃料直接喷入气缸。

喷射的燃料与空气混合并且在气缸118中形成空气/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，点火致动器模块126给气缸118中的火花塞128通电，这点燃了空气/燃料混合物。点火定时相对于活塞处于被称作上止点(TDC)的其最高位置的时间是特定的，在这个点上空气/燃料混合物压缩得最大。

空气/燃料混合物的燃烧驱动活塞向下，由此驱动旋转曲轴(未示出)。然后活塞开始向上移动并且将燃烧产物经由排气门130排出。燃烧产物经由排气系统134从车辆排出。

进气门122可以由进气凸轮轴140控制，而排气门130可以由排气凸轮轴142控制。在不同的实施例中，多个进气凸轮轴控制每个气缸的多个进气门和/或控制多列气缸的进气门。同样地，多个排气凸轮轴控制每个气缸的多个排气门和/或控制多列气缸的排气门。气缸致动器模块120可以通过停止燃料供应和点火和/或禁用它们的排气和/或进气门而停用气缸。

可以通过进气凸轮相位器148使进气门122的打开时间相对于活塞TDC发生改变。可以通过排气凸轮相位器150使排气门130的打开时间相对于活塞TDC发生改变。相位器致动器模块158根据来自ECM 114的信号来控制进气凸轮相位器148和排气凸轮相位器150。

发动机系统100可以具有增压装置，其向进气歧管110提供增压空气。例如，图1示出涡轮增压器160。涡轮增压器160由流过排气系统134的排气提供动力，并且向进气歧管110提供压缩空气装料。用于产生压缩空气装料的空气可以取自进气歧管110。

废气门164可以允许废气绕过涡轮增压器160，由此降低涡轮增压器的输出(或增压)。ECM 114通过增压致动器模块162来控制涡轮增压器160。增压致动器模块162可以通过控制废气门164的位置来调整涡轮增压器160的增压。由涡轮增压器160向进气歧管110提供压缩空气装料。中间冷却器(未示出)可以耗散一些压缩空气装料的热量，该热量是在压缩空气时产生的并且还可以通过接近排气系统134而增加。替代的发动机系统可以具有增压器，其向进气歧管110提供压缩空气并且由曲轴驱动。

发动机系统100可以具有废气再循环(EGR)阀170，其选择性地使废气改流回进气歧管110。发动机系统100可以使用RPM传感器180测量以每分钟转数(RPM)表示的曲轴转速。可以使用发动机冷却剂温度(ECT)传感器182测量发动机冷却剂的温度。ECT传感器182可以安置在发动机102内或冷却剂循环流过的其它位置，比如散热器(未示出)。

可以使用进气歧管绝对压力(MAP)传感器184测量进气歧管110内的压力。在不同的实施例中，可以测量发动机真空度，其中，发动机真空度是大气压力与进气歧管110内压力的差值。可以使用空气质量流量(MAF)传感器186测量流入进气歧管110的空气流的质量。

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监控节气门112的位置。可以使用进气温度(IAT)传感器192测量吸入发动机系统100的空气的环境温度。ECM 114可以使用来自传感器的信号为发动机系统100做出控制决策。

ECM 114可以与传输控制模块194通讯从而协调变速器(未示出)中的换档。例如，ECM 114可以在换档期间降低转矩。

为了抽象地提及发动机102的不同控制机理，改变发动机参数的各个系统都被称为致动器。例如，节气门致动器模块116可以改变节气门板的位置，由此改变节气门112的开口面积。节气门致动器模块116因此可以被称作致动器，并且节气门开度可以被称作致动器位置。

同样地，点火致动器模块126可以被称作致动器，而相应的致动器位置是点火提前量。其它致动器包括增压致动器模块162、废气再循环阀170、相位器致动器模块158、燃料喷射系统124以及气缸致动器模块120。这些致动器所涉及的术语＂致动器位置＂分别对应于增压压力、废气再循环阀开度、进气和排气凸轮相位角、空气/燃料比以及起动的气缸数。

当发动机从产生一种转矩转换到产生另一种转矩时，许多致动器位置将最有效地改变以产生新的转矩。例如，可以改变点火提前量、节气门位置、废气再循环(EGR)调节以及凸轮相位。改变这些致动器位置中的一个经常形成将会受益于其它致动器位置的发动机工况，其可能引起原始致动器的改变。这种反馈引起致动器位置的反复更新，直到它们都定位成最有效地产生期望预定转矩。

转矩的大变化经常引起发动机致动器中的显著变化，这又循环地引起其它发动机致动器中的显著变化。这在使用增压装置例如涡轮增压器或增压器的时候尤其准确。例如，当本发动机被命令大幅增加转矩输出时，发动机可以要求涡轮增压器加大增压。

在不同的实施例中，当增大增压压力时，爆炸或发动机爆燃就更可能。因此，随着涡轮增压器接近这个增大的增压值，就需要减小点火提前。一旦减小点火提前，就需要增大涡轮增压器期望增压从而获得期望预定转矩。

这种循环的依赖性促使发动机更慢地达到期望预定转矩。由于涡轮增压器增压的慢反应性，通常称为涡轮滞后，加重了这种问题。图2示出了一种能加快增压和点火提前的循环依赖性的发动机控制系统。

图3示出的RPM控制模块在新的RPM值下确定RPM校正因数并且根据RPM校正因数确定新的转矩值。RPM控制模块可以输出新的转矩值给闭环转矩控制模块。图4示出的转矩控制模块在新的转矩值下确定转矩校正因数并且根据转矩校正因数确定新的转矩值。转矩控制模块可以输出新的转矩值给闭环转矩控制模块。

图5示出的闭环转矩控制模块在新的转矩值下确定转矩校正因数并且根据转矩校正因数确定新的指令转矩。闭环转矩控制模块可以输出指令转矩给预定转矩控制模块。图6示出的预定转矩控制模块估计将在指令转矩下出现的空气流量并且根据估计空气流量确定期望致动器位置。然后预定转矩控制模块根据期望致动器位置和期望预定转矩确定发动机参数。例如，发动机参数可以包括期望进气歧管绝对压力(MAP)、期望节流面积和/或每个气缸的期望空气(APC)。

换句话说，预定转矩控制模块实质上是以软件的形式执行致动器位置修正的第一反复。然后，所指令的致动器位置应当接近于最终致动器位置。图7示出了由发动机控制系统执行的示例性步骤从而确定何时和怎样执行这种模型反复。

现在参照图2，示出了ECM 114的示例性实施例的原理框图。ECM 114包括驾驶员译码模块314。驾驶员译码模块314接收来自驾驶员输入模块104的驾驶员输入。例如，驾驶员输入可以包括加速踏板位置。驾驶员译码模块输出驱动转矩，或者驾驶员经由驾驶员输入所请求的转矩量。

ECM 114包括轮轴转矩判优(arbitration)模块316。轮轴转矩判优模块316在来自驾驶员译码模块314的驾驶员输入与其它轮轴转矩请求之间判优。其它轮轴转矩请求包括经由变速器控制模块194在换档期间的转矩降低请求、经由牵引控制系统在车轮滑行期间的转矩降低请求以及来自巡航控制系统的转矩请求从而控制转速。

轮轴转矩判优模块316输出预定转矩和即时转矩期望的转矩。预定转矩是将来所需要的用以满足驾驶员的转矩和/或转速请求的转矩量。即时转矩期望的转矩是在当前力矩下所需要的用以满足临时转矩请求的转矩，例如换挡或牵引控制检测到车轮滑行时的转矩降低。

即时转矩期望的转矩可以由快速响应的发动机致动器获得，而较慢发动机致动器的目标是获得预定转矩。例如，点火致动器也许能快速改变点火提前，而凸轮相位器或节气门致动器可以是更慢地作响应。轮轴转矩判优模块316输出预定转矩和即时转矩期望的转矩给驱动转矩判优模块318。

驱动转矩判优模块318在预定转矩、即时转矩期望的转矩和驱动转矩请求之间判优。驱动转矩请求可以包括用于发动机超速保护的转矩降低和用于失速保护的转矩增大。

驱动模式模块320从驱动转矩判优模块318接收预定转矩和即时转矩期望的转矩。根据模式设定，驱动模式模块320确定如何获得预定转矩和即时转矩期望的转矩。例如，在第一种操作模式中，驱动模式模块320可以输出预定转矩给驾驶员转矩过滤器322。

在第一种操作模式中，驱动模式模块320可以指示即时转矩控制模块324将点火提前设为获得最大可能转矩的校准值。即时转矩控制模块324可以控制发动机参数，这些参数比由预定转矩控制模块326控制的发动机参数变化得更迅速。例如，即时转矩控制模块324可以控制点火提前，其可以在下一个气缸点火时达到给定值。在第一种操作模式中，即时转矩期望的转矩被预定转矩控制模块326和即时转矩控制模块324忽视。

在第二种操作模式中，驱动模式模块320可以输出预定转矩给驾驶员转矩过滤器322。然而，驱动模式模块320可以指示即时转矩控制模块324以尝试获得即时转矩期望的转矩，例如通过延迟点火。

在第三种操作模式中，驱动模式模块320可以指示气缸致动器模块120以在必要时停用气缸从而获得即时转矩期望的转矩。在这种操作模式中，预定转矩被输出到驾驶员转矩过滤器322，并且即时转矩期望的转矩被输出到第一选择模块328。只是举例来说，第一选择模块328可以是多路调制器或开关。

在第四种操作模式中，驱动模式模块320可以输出被降低的转矩给驾驶员转矩过滤器322。只在需要使用点火延迟使即时转矩控制模块324获得即时转矩期望的转矩时才降低预定转矩。

驾驶员转矩过滤器322从驱动模式模块320接收预定转矩。驾驶员转矩过滤器322可以从轮轴转矩判优模块316和/或驱动转矩判优模块318接收信号，指示出预定转矩是否是驾驶员输入的结果。如果是，驾驶员转矩过滤器322可以滤出高频转矩变化，例如那些在不平整的道路上由驾驶员的脚控制加速踏板所引起的。驾驶员转矩过滤器322可以输出预定转矩给转矩控制模块330。

ECM 114包括模式确定模块332。只是举例来说，模式确定模块332可以从转矩控制模块330接收预定转矩期望的转矩。模式确定模块332可以根据预定转矩期望的转矩确定控制模式。当预定转矩期望的转矩小于校准转矩时，控制模式就可以是RPM控制模式。当预定转矩期望的转矩大于或等于校准转矩时，控制模式就可以是转矩控制模式。控制模式MODE可以由下列等式确定：

(1) ${\mathrm{MODE}}_1=\left[\begin{array}{cc}\mathrm{RPM},& \mathrm{if}(T_{\mathrm{torque}}<{\mathrm{CAL}}_T)\\ \mathrm{TORQUE},& \mathrm{if}(T_{\mathrm{torque}}\&GreaterEqual;{\mathrm{CAL}}_T)\end{array}\right]$

式中，T_torque是预定转矩期望的转矩，CAL_T是校准转矩。

转矩控制模块330从驾驶员转矩过滤器322接收预定转矩、从模式确定模块332接收控制模式、以及从RPM控制模块334接收预定转矩期望的RPM。当控制模式从RPM控制模式转换到转矩控制模式时，转矩控制模块330根据预定转矩和预定转矩期望的RPM确定(也就是初始化)Δ转矩。Δ转矩T_delta可以由下列等式确定：

(2)T_delta＝T_RPMLC-T_zero

式中，T_RPMLC是最新指令预定转矩期望的RPM，并且T_zero是零加速踏板位置(也就是，当驾驶员的脚离开加速踏板时)的转矩值，根据预定转矩确定。当控制模式是转矩控制模式时，转矩控制模块330就将定义Δ转矩的等式的每一项都减小为零。只是举例来说，Δ转矩可以是线性地、按指数规律地和/或成碎块地减小。

转矩控制模块330将Δ转矩加到预定转矩上从而确定预定转矩期望的转矩。Δ转矩T_delta可以由下列等式确定：

(3)T_torque＝T_pp+T_zero+T_delta

式中，T_pp是加速踏板位置处的转矩值，根据预定转矩确定。

转矩控制模块330的功能的更多描述可以在2006年4月4日公开的、名为＂协调的发动机转矩控制＂的共同拥有的美国专利No.7,021,282中找到，其公开内容全部作为参考并入本文。驱动转矩模块330输出预定转矩期望的转矩给第二选择模块336。只是举例来说，第二选择模块336可以是多路调制器或开关。

ECM 114包括RPM轨迹模块338。RPM轨迹模块338根据2002年6月18日公开的、名为＂控制车辆下滑的系统和方法＂的共同拥有的美国专利No.6,405,587中详细描述的RPM控制标准块确定期望RPM，其公开内容全部作为参考特意并入本文。期望RPM可以包括期望空转RPM、稳定RPM、目标RPM或当前RPM。

转矩控制模块330从RPM轨迹模块338接收期望转矩、从模式确定模块332接收控制模式、从MAF传感器186接收MAF信号以及从本转矩控制模块330接收预定转矩期望的转矩。RPM控制模块334确定维持期望RPM所要求的最小转矩，例如，通过查询表。RPM控制模块334确定保留转矩。保留转矩是为了补偿突然施加在发动机系统100上的未知负荷所并入的转矩附加值。

RPM控制模块334根据MAF信号确定运行转矩。运行转矩T_run根据下列关系式确定：

(4)T_run＝f(APC_act，RPM，S，I，E)

式中，APC_act是根据MAF信号确定的每个气缸的实际空气量，S是点火提前，I是进气凸轮相位，E是排气凸轮相位

RPM控制模块334比较期望RPM与RPM信号从而确定RPM校正因数。RPM控制模块334将RPM校正因数加到最小和保留转矩上从而确定预定转矩期望的RPM。RPM控制模块334从运行转矩中减去保留转矩，并且将该值加到RPM校正因数上从而确定即时转矩期望的RPM。

在不同的实施例中，RPM控制模块334可以简单地确定RPM校正因数等于期望RPM与RPM信号之间的差值。换句话说，RPM控制模块334可以使用比例-积分(PI)控制方案来满足来自RPM轨迹模块338的期望RPM。RPM校正因数可以包括RPM比例或以期望RPM与RPM信号之间的差值为根据的比例差值。RPM校正因数还可以包括RPM积分或以期望RPM与RPM信号之间的差值的积分为根据的差值。RPM比例P_rpm可以由下列等式确定：

(5)P_RPM＝K_P*(RPM_des-RPM)

式中，K_p是预定比例常数。RPM积分I_RPM可以由下列等式确定：

(6) $I_{\mathrm{RPM}}=K_I*\&Integral;({\mathrm{RPM}}_{\mathrm{des}}-\mathrm{RPM})\&PartialD;t$

式中，K_I是预定积分常数。

PI控制的更多描述可以在2007年1月23日提交的、名为＂高压比下的发动机转矩控制＂的共同拥有的美国专利申请11/656,929中找到，其公开内容全部作为参考并入本文。关于发动机转速的PI控制的更多描述可以在2007年3月13日提交的、名为“基于发动机转速控制的转矩”的共同拥有的美国专利申请11/685,735中找到，其公开内容全部作为参考并入本文。

当控制模式从转矩控制模式转换到RPM控制模式时，RPM控制模块334根据最小转矩和预定转矩期望的转矩确定(也就是初始化)RPM积分。RPM积分I_RPM可以由下列等式确定：

(7)I_RPM＝T_torqueLC-T_min

式中，T_torqueLC是最新指令预定转矩期望的转矩，T_min是最小转矩。

预定转矩期望的RPMT_RPM可以由下列等式确定：

(8)T_RPM＝T_min+T_res+P_RPM+I_RPM

式中，T_res是保留转矩。RPM控制模块334的功能的更多描述可以在2007年3月13日提交的、名为＂基于转速控制的转矩＂的共同拥有的美国专利申请11/685,735中找到，其公开内容全部作为参考并入本文。RPM控制模块330输出预定转矩期望的RPM给第二选择模块336，并且输出即时转矩期望的RPM给第一选择模块328。

第二选择模块336从转矩控制模块330接收预定转矩期望的转矩，从RPM控制模块334接收预定转矩期望的RPM。模式确定模块332控制第二选择模块336来选择应当用预定转矩期望的转矩还是用预定转矩期望的RPM来确定期望预定转矩。因此模式确定模块332指示第二选择模块336从转矩控制模块330或RPM控制模块334输出期望预定转矩。

模式确定模块332可以根据控制模式来选择期望预定转矩。当控制模式为转矩控制模式时，模式确定模块332可以根据预定转矩期望的转矩来选择期望预定转矩。当控制模式为RPM控制模式时，模式确定模块332可以根据预定转矩期望的RPM来选择期望预定转矩。第二选择模块336输出期望预定转矩给闭环转矩控制模块340。

闭环转矩控制模块340从第二选择模块336接收期望预定转矩，从转矩估算模块342接收估算转矩。估算转矩可以定义为能通过设置点火提前为校准值时立即产生的转矩量。该数值可以校准为能在给定RPM和每缸空气量下获得最大转矩的最小点火提前。转矩估算模块342可以使用来自MAF传感器186的MAF信号和来自RPM传感器180的RPM信号来确定估算转矩。转矩估算的更多描述可以在2004年3月9日公开的、名为“用于发动机RPM和转矩控制的转矩估算”的共同拥有的美国专利No.6,704,638中找到，其公开内容全部作为参考并入本文。

闭环转矩控制模块340比较期望预定转矩和估算转矩从而确定转矩校正因数。闭环转矩控制模块349将转矩校正因数加到期望预定转矩上从而确定指令转矩。

在不同的实施例中，闭环转矩控制模块340可以简单地确定转矩校正因数等于期望预定转矩与估算转矩之间的差值。替换地，闭环转矩控制模块340可以使用PI控制方案来满足来自第二选择模块336的期望预定转矩。转矩校正因数可以包括转矩比例或以期望预定转矩与估算转矩之间的差值为根据的比例差值。转矩校正因数还可以包括转矩积分或以期望预定转矩与估算转矩之间的差值的积分为根据的差值。转矩校正因素T_PI可以由下列等式确定：

(9) $T_{\mathrm{PI}}=K_P*(T_{\mathrm{des}}-T_{\mathrm{est}})+K_I*\&Integral;(T_{\mathrm{des}}-T_{\mathrm{est}})\&PartialD;t$

式中，K_P是预定比例常数，K_I是预定积分常数。

闭环转矩控制模块340输出指令转矩给预定转矩控制模块326。预定转矩控制模块326接收指令转矩，从模式确定模块332接收控制模式，从MAF传感器186接收MAF信号，从RPM传感器180接收RPM信号，以及从MAP传感器184接收MAP信号。预定转矩控制模块326将指令转矩转换成期望发动机参数，例如期望歧管绝对压力(MAP)、期望节流面积和/或每缸期望空气量。只是举例来说，预定转矩控制模块326可以确定期望节流面积，其输出给节气门致动器模块116。节气门致动器模块116然后调节节气门112从而产生期望节流面积。

第一选择模块328从驱动模式模块320接收即时转矩期望的转矩，从RPM控制模块334接收即时转矩期望的RPM。模式确定模块332控制第一选择模块328来选择应当用即时转矩期望的转矩还是用即时转矩期望的RPM来确定期望即时转矩。因此模式确定模块332指示第一选择模块328从驱动判优模块318或RPM控制模块334输出期望即时转矩。

模式确定模块332可以根据控制模式来选择期望即时转矩。当控制模式为转矩控制模式时，模式确定模块332可以根据即时转矩期望的转矩来选择期望即时转矩。当控制模式为RPM控制模式时，模式确定模块332可以根据即时转矩期望的RPM来选择期望即时转矩。第一选择模块328输出期望即时转矩给即时转矩控制模块324。

即时转矩控制模块324从第一选择模块328接收期望即时转矩，从转矩估算模块342接收估算转矩。即时转矩控制模块324用点火致动器模块126设置点火提前来达到期望即时转矩。即时转矩控制模块324然后选择较小的点火提前，将估算转矩降低为期望即时转矩。

现在参照图3，示出了RPM控制模块334的示例性实施例的原理框图。RPM控制模块334包括从RPM轨迹模块338接收期望RPM的最小转矩模块436。最小转矩模块436根据期望RPM确定最小转矩。最小转矩模块436输出最小转矩给第一加法模块438和第一减法模块440。

RPM控制模块334包括第二减法模块442，从RPM轨迹模块338接收期望RPM，从RPM传感器180接收RPM信号。第二减法模块442从期望RPM中减去RPM信号从而确定RPM差值。第二减法模块442输出RPM差值给PI模块444和P模块446。

第一减法模块40从最小转矩模块436接收最小转矩，从转矩控制模块330接收最新指令预定转矩期望的转矩。第一减法模块440从最新指令预定转矩期望的转矩中减去最小转矩并且输出该差值给PI模块444。

RPM控制模块334包括运行转矩模块448，其从MAF传感器186接收MAF信号。运行转矩模块448根据MAF信号确定运行转矩。运行转矩模块448输出运行转矩给第三减法模块450。

RPM控制模块334包括保留转矩模块452，其确定保留转矩。保留转矩模块452输出保留转矩给第三减法模块450和第一加法模块438。第一加法模块438从最小转矩模块436接收最小转矩，从保留转矩模块452接收保留转矩。第一加法模块438将最小转矩加到保留转矩上并且将该总和输出给第一加法模块454。

PI模块444从模式确定模块332接收控制模式。模式确定模块332确定第一RPM校正因数，其包括RPM比例和RPM积分。模式确定模块332控制PI模块444来选择应当用最新指令预定转矩期望的转矩与最小转矩之间的差值还是用RPM差值来确定第一RPM校正因数的RPM积分。

模式确定模块332根据控制模式确定第一RPM校正因数的RPM积分。当控制模式从转矩控制模式转换成RPM控制模式时，模式确定模块332可以确定RPM积分以最新指令预定转矩期望的转矩与最小转矩之间的差值为根据。当控制模式为RPM控制模式时，模式确定模块332可以选择RPM积分以RPM差值为根据。PI模块444输出第一RPM校正因数给第二加法模块454。

P模块446从第二减法模块442接收RPM差值并且确定第二RPM校正因数。第二RPM校正因数包括RPM比例。P模块446输出第二RPM校正因数给第三加法模块456。

第二加法模块454从PI模块444接收第一RPM校正因数，从第一加法模块438接收最小转矩与保留转矩之和。第二加法模块454将第一RPM校正因数加到最小转矩与保留转矩之和上从而确定预定转矩期望的RPM。第二加法模块454输出预定转矩期望的RPM给第二选择模块336和转矩控制模块330。

第三减法模块450从运行转矩模块448接收运行转矩，从保留转矩模块452接收保留转矩。第三减法模块450从运行转矩中减去保留转矩并且将该差值输出给第三加法模块456。第三加法模块456从第三减法模块450接收运行转矩与保留转矩之差，从P模块446接收第二RPM校正因数。第三加法模块456将第二RPM校正因数加到运行转矩与保留转矩之差上从而确定即时转矩期望的RPM。第三加法模块456输出即时转矩期望的RPM给第一选择模块328。

现在参照图4，示出了转矩控制模块330的示例性实施例的原理框图。转矩控制模块330包括加法模块532，其从驾驶员转矩过滤器322接收预定转矩。转矩控制模块330还包括减法模块534。

减法模块534从驾驶员转矩过滤器322接收预定转矩，从RPM控制模块334接收最新指令预定转矩期望的RPM。减法模块534从最新指令预定转矩期望的RPM中减去预定转矩并将该差值输出给Δ转矩模块536。Δ转矩模块536从模式确定模块332接收控制模式。当控制模式从RPM控制模式转换成转矩控制模式时，Δ转矩模块536将Δ转矩设成该差值。当控制模式是转矩控制模式时，Δ转矩模块536减小Δ转矩。

Δ转矩模块536输出Δ转矩给加法模块532。加法模块532将预定转矩加到Δ转矩上从而确定预定转矩期望的转矩。加法模块532输出预定转矩期望的转矩给第二选择模块336和RPM控制模块334。

现在参照图5，示出了闭环转矩控制模块340的示例性实施例的原理框图。闭环转矩控制模块340包括减法模块642，其从第二选择模块336接收期望预定转矩，从转矩估算模块342接收估算转矩。减法模块642从期望预定转矩中减去估算转矩从而确定转矩差值。

PI模块644从减法模块642接收转矩差值并且确定转矩校正因数。转矩校正因数包括转矩比例和转矩积分。PI模块输出转矩校正因数给加法模块646。

加法模块646从PI模块644接收转矩校正因数，从第二选择模块336接收期望预定转矩。加法模块646将转矩校正因数加到期望预定转矩上从而确定指令转矩。加法模块646输出指令转矩给预定转矩控制模块326。

现在参照图6，示出了预定转矩控制模块326的示例性实施例的原理框图。预定转矩控制模块326包括致动器确定模块728，其接收RPM信号和每缸空气量(APC)信号。APC信号可以从将MAF信号转换成APC信号的MAF-APC转换器732接收。

致动器确定模块728确定期望致动器位置，例如进气和排气凸轮相位、点火提前和空气/燃料比。进气和排气凸轮相位和点火提前可以是RPM和APC的函数，而空气/燃料比可以是APC的函数。

这些函数可以在校准存储器732中实现。APC值可以在用于确定一个或多个期望致动器位置之前进行过滤。例如，空气/燃料比可以根据过滤了的APC进行确定。致动器确定模块728输出期望致动器位置给反MAP模块并且输出给反APC模块736。

反APC模块736从致动器确定模块728接收期望致动器位置，从闭环转矩控制模块340接收指令转矩。反APC模块736根据指令转矩和期望致动器位置确定期望APC。反APC模块736可以执行转矩模型，其根据期望致动器位置，例如期望APC、点火提前(S)、进气(I)和排气(E)凸轮相位、空气/燃料比(AF)、油温(OT)和当前供油的气缸数(#)，来估算转矩。如果假设指令转矩Tc是转矩模型输出，期望致动器位置就被代替，反APC模块736能够在期望APC未知的情况下解算转矩模型。转矩模型的反利用可以用下式表示：

(10) ${\mathrm{APC}}_{\mathrm{des}}=T_{\mathrm{apc}}^{-1}(T_c,S,I,E,\mathrm{AF},\mathrm{OT},\#,\mathrm{RPM})$

反APC模块736输出期望APC给MAF计算模块738。

反MAP模块734从致动器确定模块728接收期望致动器位置，从闭环转矩控制模块340接收指令转矩。反MAP模块734根据指令转矩和期望致动器位置确定期望MAP。期望MAP可以由下列等式确定：

(11) ${\mathrm{MAp}}_{\mathrm{des}}=T_{\mathrm{map}}^{-1}((T_c+f(\mathrm{delta}\_T)),S,I,E,\mathrm{AF},\mathrm{OT},\#,\mathrm{RPM})$

式中，f(delta_T)是基于MAP的转矩估算值与基于APC的转矩估算值之间的过滤了的差值。反MAP模块734输出期望MAP给选择模块740。只是举例来说，选择模块740可以是多路调制器或开关。

MAF计算模块738根据期望APC确定期望MAF。期望MAF可以用下列等式计算：

(12) ${\mathrm{MAF}}_{\mathrm{des}}=\frac{{\mathrm{APC}}_{\mathrm{des}}\&CenterDot;\mathrm{RPM}\&CenterDot;\#}{60s/\min \&CenterDot;2\mathrm{rev}/\mathrm{fwing}}$

MAF计算模块738输出期望MAF给可压缩流模块742。

选择模块740从MAP传感器184接收MAP信号。模式确定模块332控制选择模块740来选择应当用MAP信号还是用期望MAP来确定MAP值。因此模式确定模块332指示选择模块740从MAP传感器1840或反MAP模块734输出MAP值。

模式确定模块332根据控制模式来选择MAP值。当控制模式是RPM控制模式时，模式确定模块332选择MAP值以MAP信号为根据。当控制模式是转矩控制模式时，模式确定模块332选择MAP值以期望MAP为根据。选择模块740输出MAP值给可压缩流模块742。

可压缩流模块742根据MAP值和期望MAF确定期望节流面积。期望节流面积可以用下列等式计算：

(13) ${\mathrm{Area}}_{\mathrm{des}}=\frac{{\mathrm{MAF}}_{\mathrm{des}}\&CenterDot;\sqrt{R_{\mathrm{gas}}\&CenterDot;T}}{P_{\mathrm{baro}}\&CenterDot;\mathrm{\&Phi;}\left(P_r\right)},$ 其中 $P_r=\frac{\mathrm{MAP}}{P_{\mathrm{baro}}}$

式中，R_gas是理想气体常数，T是进气温度，P_baro是大气压力。P_baro可以直接用传感器测量，例如IAT传感器192，或者用其它测得或估算的参数计算。

Φ函数解释了由节气门112任一侧的压差所引起的变化。Φ函数可用下式给定：

(14) $\mathrm{\&Phi;}\left(P_r\right)=\left\{\begin{array}{cc}\sqrt{\frac{2\mathrm{\&gamma;}}{\mathrm{\&gamma;}-1}(1-{P_r}^{\frac{\mathrm{\&gamma;}-1}{\mathrm{\&gamma;}}})}& \mathrm{if}{P}_r>P_{\mathrm{critical}}\\ \sqrt{\mathrm{\&gamma;}{\left(\frac{2}{\mathrm{\&gamma;}+1}\right)}^{\frac{\mathrm{\&gamma;}+1}{\mathrm{\&gamma;}-1}}}& \mathrm{if}{P}_r\&le;P_{\mathrm{critixcal}}\end{array}\right.,$ 其中

(15)对于空气 $P_{\mathrm{critical}}={\left(\frac{2}{\mathrm{\&gamma;}+1}\right)}^{\frac{\mathrm{\&gamma;}}{\mathrm{\&gamma;}-1}}=0.528$

式中，γ是比热常数，对于空气，其在约1.3至1.4之间。P_critical定义为称作阻流或临界流的流经节气门112的空气的流速等于音速时的压力比。可压缩流模块742输出期望节流面积给节气门致动器模块116，其控制节气门112从而提供期望节流面积。

现在参照图7，示出了驾驶员译码模块314的示例性实施例的原理框图。驾驶员译码模块314包括踏板位置转矩模块816，其从RPM传感器180接收RPM信号，从驾驶员输入模块104接收加速踏板位置。踏板位置转矩模块816根据RPM信号和加速踏板位置确定加速踏板位置处的转矩值。踏板位置转矩模块816输出转矩值给转矩控制模块330和加法模块818。

驾驶员译码模块314包括零转矩模块820，其从RPM传感器180接收RPM信号，从驾驶员输入模块104接收档位。零转矩模块820根据RPM信号和档位确定零加速踏板位置处的转矩值。零转矩模块820输出转矩值给转矩控制模块330和加法模块818。加法模块818将加速踏板处的转矩值加到零加速踏板位置处的转矩值上从而确定驾驶员转矩。驾驶员译码模块314输出驾驶员转矩给轮轴转矩判优模块316。

现在参照图8，示出了转矩控制模块330的替换示例性实施例的原理框图。转矩控制模块330包括加法模块932，其从驾驶员译码模块314接收加速踏板位置处的转矩值。转矩控制模块330还包括减法模块934。

减法模块934从驾驶员译码模块314接收加速踏板位置处的转矩值，从RPM控制模块334接收最新指令预定转矩期望的RPM。减法模块934从最新指令预定转矩期望的RPM中减去转矩值，并且将该差值输出给Δ转矩模块936。Δ转矩模块936从模式确定模块332接收控制模式。当控制模式从RPM控制模式转换成转矩控制模式时，Δ转矩模块936将Δ转矩设成差值。当控制模式是转矩控制模式时，Δ转矩模块936减小Δ转矩。

Δ转矩模块936输出Δ转矩给加法模块932。加法模块932将加速踏板位置处的转矩值加到Δ转矩上从而确定预定转矩期望的转矩。加法模块932输出预定转矩期望的转矩给第二选择模块336和RPM控制模块334。

现在参照图9，示出了ECM 114所执行的示例性步骤的流程图。在步骤1002处开始控制，在这里储存控制模式为在先控制模式。控制继续到步骤1004，在这里确定控制模式。

控制继续到步骤1006，在这里控制确定控制模式是否是转矩控制模式还是RPM控制模式。如果控制模式是转矩控制模式，控制就继续到步骤1008；否则，控制继续到步骤1010。

在步骤1008处，控制确定在先控制模式是转矩控制模式还是RPM控制模式。如果在先控制模式是RPM控制模式，控制就继续到步骤1012；否则，控制继续到步骤1014。在步骤1012处，初始化Δ转矩。控制继续到步骤1014。在步骤1014处，确定期望预定转矩。控制继续到步骤1016。

在步骤1010处，控制确定在先控制模式是转矩控制模式还是RPM控制模式。如果在先控制模式是转矩控制模式，控制就继续到步骤1018；否则，控制继续到步骤1020。在步骤1018处，初始化RPM积分。控制继续到步骤1020。在步骤1020处，确定期望RPM。控制继续到步骤1022，在这里，根据期望RPM确定期望预定转矩。控制继续到步骤1016。

在步骤1016处，根据期望预定转矩和估算转矩确定指令转矩。控制继续到步骤1024，在这里，根据指令转矩确定期望APC和MAP。控制继续到步骤1026，在这里，根据期望APC确定期望MAF。控制继续到步骤1028，在这里，根据期望MAP和MAF确定期望节流面积。控制返回步骤1002。

现在本领域技术人员从上述描述可以认识到本发明的宽泛教导可以以各种形式实施。因此，尽管本发明包含了特定实施例，但是本发明的实际范围不应因此受到限制，因为对本领与技术人员而言，通过对附图、说明书和下列权利要求的研究可以明显看出其它变型。

Claims (19)

1.一种发动机控制模块，包括：

转矩控制模块，根据请求转矩确定第一期望转矩；

发动机转速控制模块，根据期望发动机转速确定第二期望转矩，

其中，当发动机控制模块从发动机转速控制模式转换到转矩控制模式时，转矩控制模块进一步根据第二期望转矩确定第一期望转矩，

其中，当发动机控制模块从转矩控制模式转换到发动机转速控制模式时，发动机转速控制模块进一步根据第一期望转矩确定第二期望转矩；以及

当发动机控制模块处于转矩控制模式时，致动器模块根据第一期望转矩控制发动机的致动器，并且当发动机控制模块处于发动机转速控制模式时，致动器模块根据第二期望转矩控制发动机的致动器。

2.如权利要求1所述的发动机控制模块，其特征在于，还包括模式确定模块，当第一期望转矩小于预定值时，模式确定模块就选择发动机转速控制模式，以及，当第一期望转矩大于或等于预定值时，模式确定模块就选择转矩控制模式。

3.如权利要求1所述的发动机控制模块，其特征在于，转矩控制模块进一步根据△转矩确定第一期望转矩，其中当发动机控制模块从发动机转速控制模式转换成转矩控制模式时，转矩控制模块根据第二期望转矩和预定转矩确定△转矩。

4.如权利要求1所述的发动机控制模块，其特征在于，转矩控制模块进一步根据△转矩确定第一期望转矩，当发动机控制模块处于转矩控制模式时，转矩控制模块减小△转矩至零。

5.如权利要求1所述的发动机控制模块，其特征在于，转矩控制模块进一步根据△转矩确定第一期望转矩，请求转矩包括踏板位置转矩和零转矩，当发动机控制模块从发动机转速控制模式转换成转矩控制模式时，转矩控制模块根据第二期望转矩和零转矩确定△转矩。

6.如权利要求1所述的发动机控制模块，其特征在于，发动机转速控制模块进一步根据测定发动机转速、保留转矩和发动机转速积分确定第二期望转矩。

7.如权利要求6所述的发动机控制模块，其特征在于，发动机转速控制模块确定维持期望发动机转速所要求的最小转矩。

8.如权利要求7所述的发动机控制模块，其特征在于，当发动机控制模块从转矩控制模式转换成发动机转速控制模式时，发动机转速控制模块根据第一期望转矩和最小转矩确定发动机转速积分。

9.如权利要求6所述的发动机控制模块，其特征在于，当发动机控制模块处于发动机转速控制模式时，发动机转速控制模块根据期望发动机转速和测定发动机转速确定发动机转速积分。

10.如权利要求1所述的发动机控制模块，其特征在于，致动器模块包括节气门致动器模块、增压致动器模块和相位器致动器模块中的至少一个。

11.一种操作发动机控制模块的方法，包括：

根据请求转矩确定第一期望转矩；

根据期望发动机转速确定第二期望转矩；

当发动机控制模块从发动机转速控制模式转换到转矩控制模式时进一步根据第二期望转矩确定第一期望转矩；

当发动机控制模块从转矩控制模式转换到发动机转速控制模式时进一步根据第一期望转矩确定第二期望转矩；以及

当发动机控制模块处于转矩控制模式时根据第一期望转矩和当发动机控制模块处于发动机转速控制模式时根据第二期望转矩控制发动机的致动器。

12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，还包括：

当第一期望转矩小于预定值时选择发动机转速控制模式；以及

当第一期望转矩大于或等于预定值时选择转矩控制模式。

13.如权利要求11所述的方法，其特征在于，还包括，进一步根据△转矩确定第一期望转矩，当发动机控制模块从发动机转速控制模式转换成转矩控制模式时，根据第二期望转矩和预定转矩确定△转矩。

14.如权利要求11所述的方法，其特征在于，还包括，进一步根据△转矩确定第一期望转矩，当发动机控制模块处于转矩控制模式时，减小△转矩至零。

15.如权利要求11所述的方法，其特征在于，还包括，进一步根据△转矩确定第一期望转矩，请求转矩包括踏板位置转矩和零转矩，当发动机控制模块从发动机转速控制模式转换成转矩控制模式时，根据第二期望转矩和零转矩确定△转矩。

16.如权利要求11所述的方法，其特征在于，还包括，进一步根据测定发动机转速、保留转矩和发动机转速积分确定第二期望转矩。

17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，确定维持期望发动机转速所要求的最小转矩。

18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，还包括，当发动机控制模块从转矩控制模式转换成发动机转速控制模式时，根据第一期望转矩和最小转矩确定发动机转速积分。

19.如权利要求16所述的方法，其特征在于，还包括，当发动机控制模块处于发动机转速控制模式时，根据期望发动机转速和测定发动机转速确定发动机转速积分。

Images