CN101660453B - 命令发动机扭矩和估计发动机扭矩的调节 - Google Patents

命令发动机扭矩和估计发动机扭矩的调节 Download PDF

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Abstract

本发明涉及命令发动机扭矩和估计发动机扭矩的调节。一种发动机控制系统包括第一和第二积分模块、加法模块和扭矩调节模块。第一积分模块根据期望发动机速度(RPM)和测得RPM之间的差来确定RPM积分值。第二积分模块根据发动机的期望扭矩输出和发动机的估计扭矩之间的差来确定扭矩积分值。加法模块根据RPM积分值和扭矩积分值之间的差来确定RPM-扭矩积分值。扭矩调节模块根据RPM-扭矩积分值确定扭矩调节值，并且根据扭矩调节值调节期望扭矩输出和估计扭矩。

Description

命令发动机扭矩和估计发动机扭矩的调节
相关申请的交叉引用
本申请要求2008年8月29日提交的美国临时申请No.61/092938的权益。上述申请的公开内容通过引用并入本文。
技术背景
本发明涉及内燃机，更具体地涉及内燃机的控制系统和方法。
背景技术
在此提供的背景描述用于总体上给出本发明的背景。当前所署名发明人的工作(在本背景技术部分中所描述的程度上)和本描述中否则不足以作为申请时的现有技术的各方面，既非明示地也非默示地被承认为与本发明相抵触的现有技术。
内燃机燃烧气缸内的空气和燃料混合物以驱动活塞，从而产生驱动扭矩。进入发动机的气流经由节气门调节。更具体地说，节气门调节节气面积，从而增加或减少进入发动机的气流。当节气面积增加时，进入发动机的气流增加。燃料控制系统调节燃料的喷射率以便给气缸提供期望的空气/燃料混合物。增加气缸的空气和燃料会增大发动机的扭矩输出。
已经开发出了发动机控制系统以控制发动机扭矩输出从而获得期望的预测扭矩。然而，传统的发动机控制系统不能如期望的那样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如期望的那样提供对控制信号的快速响应，也不能协调影响发动机扭矩输出的各个装置之间的发动机扭矩控制。
发明内容
一种发动机控制系统，包括第一和第二积分模块、加法模块和扭矩调节模块。第一积分模块根据期望发动机速度(RPM)和测得RPM之间的差来确定RPM积分值。第二积分模块根据发动机的期望扭矩输出和发动机的估计扭矩之间的差来确定扭矩积分值。加法模块根据RPM积分值和扭矩积分值之间的差来确定RPM-扭矩积分值。扭矩调节模块根据RPM-扭矩积分值确定扭矩调节值，并且根据扭矩调节值调节期望扭矩输出和估计扭矩。
在其它特征中，发动机控制系统还包括当发动机运行时间小于预定时间段时禁用扭矩调节模块的禁用模块。
在进一步的其它特征中，发动机控制系统还包括当单缸空气(APC)大于预定APC时禁用扭矩调节模块的禁用模块。
在另外的特征中，发动机控制系统还包括当单缸空气(APC)的变化大于预定APC变化时禁用扭矩调节模块的禁用模块。
在进一步另外的特征中，发动机控制系统还包括当电动机(EM)扭矩输出大于预定扭矩时禁用扭矩调节模块的禁用模块。
在其它特征中，发动机控制系统还包括当电动机(EM)输出的扭矩变化大于预定EM扭矩变化时禁用扭矩调节模块的禁用模块。
在进一步的其它特征中，发动机控制系统还包括当车辆速度大于预定车辆速度时禁用扭矩调节模块的禁用模块。
在另外的特征中，发动机控制系统还包括当测得RPM大于预定RPM时禁用扭矩调节模块的禁用模块。
在进一步另外的特征中，发动机控制系统还包括当期望RPM和测得RPM之间的差大于预定RPM误差时禁用扭矩调节模块的禁用模块。
在其它特征中，发动机控制系统还包括当变速器油温小于预定温度时禁用扭矩调节模块的禁用模块。
在进一步其它特征中，发动机控制系统还包括当发动机冷却剂温度(ECT)是小于预定最小ECT和大于预定最大ECT中的一种情形时禁用扭矩调节模块的禁用模块。
在另外的特征中，发动机控制系统还包括当进气温度(IAT)大于预定IAT时禁用扭矩调节模块的禁用模块。
在进一步另外的特征中，发动机控制系统还包括当进气温度(IAT)的变化大于预定IAT变化时禁用扭矩调节模块的禁用模块。
在其它特征中，发动机控制系统还包括根据经调节的期望扭矩输出调节至少一个发动机气流致动器的预测扭矩控制模块。
在进一步另外的特征中，当变速器处于前进档和倒档中的一个时，扭矩调节模块根据预定扭矩偏差量选择性地增大扭矩调节值。
在另外的特征中，当空调(A/C)压缩机开启时，扭矩调节模块根据预定扭矩偏差量选择性地增大扭矩调节值。
在进一步另外的特征中，扭矩调节模块给期望扭矩输出和估计扭矩中的每个均增加扭矩调节值。
一种发动机控制方法，包括：根据期望发动机速度(RPM)和测得RPM之间的差来确定RPM积分值；根据发动机的期望扭矩输出和发动机的估计扭矩之间的差来确定扭矩积分值；根据RPM积分值和扭矩积分值之间的差来确定RPM-扭矩积分值；根据RPM-扭矩积分值确定扭矩调节值；以及根据扭矩调节值调节期望扭矩输出和估计扭矩。
在其它特征中，发动机控制方法还包括当发动机运行时间小于预定时间段时禁用调节。
在进一步的其它特征中，发动机控制方法还包括当单缸空气(APC)大于预定APC时禁用调节。
在另外的特征中，发动机控制方法还包括当单缸空气(APC)的变化大于预定APC变化时禁用调节。
在进一步另外的特征中，发动机控制方法还包括当电动机(EM)扭矩输出大于预定扭矩时禁用调节。
在其它特征中，发动机控制方法还包括当电动机(EM)输出的扭矩变化大于预定EM扭矩变化时禁用调节。
在进一步的其它特征中，发动机控制方法还包括当车辆速度大于预定车辆速度时禁用调节。
在另外的特征中，发动机控制方法还包括当测得RPM大于预定RPM时禁用调节。
在进一步另外的特征中，发动机控制方法还包括当期望RPM和测得RPM之间的差大于预定RPM误差时禁用调节。
在其它特征中，发动机控制方法还包括当变速器油温小于预定温度时禁用调节。
在进一步的其它特征中，发动机控制方法还包括当发动机冷却剂温度(ECT)是小于预定最小ECT和大于预定最大ECT中的一种情形时禁用调节。
在另外的特征中，发动机控制方法还包括当进气温度(IAT)大于预定IAT时禁用调节。
在进一步另外的特征中，发动机控制方法还包括当进气温度(IAT)的变化大于预定IAT变化时禁用调节。
在其它特征中，发动机控制方法还包括根据经调节的期望扭矩输出调节至少一个发动机气流致动器。
在进一步另外的特征中，发动机控制方法还包括当变速器处于前进档和倒档中的一个时，根据预定扭矩偏差量选择性地增大扭矩调节值。
在另外的特征中，发动机控制方法还包括当空调(A/C)压缩机开启时，根据预定扭矩偏差量选择性地增大扭矩调节值。
在进一步另外的特征中，所述调节包括给期望扭矩输出和估计扭矩中的每个均增加扭矩调节值。
本发明进一步的应用范围将通过下文中提供的详细描述而变得显而易见。应当理解，该详细描述和具体示例仅用于说明目的，并非旨在限制本发明的范围。
附图说明
通过具体实施方式和附图将更充分地理解本发明，附图中：
图1是根据本发明原理的示例性发动机系统的功能框图；
图2是根据本发明原理的发动机控制模块(ECM)的示例性实施型式的功能框图；
图3A是根据本发明原理的发动机速度(RPM)控制模块的示例性实施型式的功能框图；
图3B是根据本发明原理的闭环扭矩控制模块的示例性实施型式的功能框图；
图3C是根据本发明原理的扭矩估计模块的示例性实施型式的功能框图；
图3D是根据本发明原理的示例性扭矩调节系统的功能框图；
图4是根据本发明原理的示例性扭矩控制系统的功能框图；以及
图5是示出了由根据本发明原理的扭矩控制系统执行的示例性步骤的流程图。
具体实施方式
下面的描述本质上仅是示例性的，并非旨在限制本发明及其应用或用途。为了清楚起见，在附图中使用相同的附图标记标识相似的元件。如本文所使用的，短语A、B和C中的至少一个应当解释为使用非排他逻辑“或”的逻辑(A或B或C)。应当理解，在不改变本发明的原理的情况下，方法中的步骤可以不同的顺序执行。
如本文所使用的，术语模块意指专用集成电路(ASIC)、电子电路、执行一个或多个软件程序或固件程序的处理器(共用的、专用的或成组的)和存储器、组合逻辑电路、和/或提供所描述功能的其他合适部件。
发动机控制模块(ECM)根据发动机的期望扭矩输出控制发动机空气致动器。ECM根据一个或多个发动机空气致动器的位置确定发动机的估计扭矩。ECM使用估计扭矩作为反馈来在闭环中控制期望扭矩输出。当满足规定操作条件时，本发明的ECM确定扭矩调节值。ECM根据扭矩调节值调节期望扭矩输出和估计扭矩输出。
现在参考图1，其中示出了发动机系统100的示例性实施型式的功能框图。发动机系统100包括发动机102，发动机102根据驾驶员输入模块104燃烧空气/燃料混合物以产生车辆的驱动扭矩。空气通过节气门112吸入进气歧管110。发动机控制模块(ECM)114命令节气门致动器模块116调节节气门112的开度以控制吸入进气歧管110的空气量。
来自进气歧管110的空气被吸入发动机的气缸中。虽然发动机102可以包括多个气缸，但为了说明目的，仅示出了一个代表性气缸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可以选择性地命令气缸致动器模块120停用气缸中的一个或多个例如以改善燃料经济性。
来自进气歧管110的空气通过关联的进气门122吸入气缸118中。ECM 114控制燃料喷射系统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射到进气歧管110中，或者可以在多个位置将燃料喷射到进气歧管110中，例如在进气门122附近的位置。在其它实施型式中，燃料喷射系统124可以将燃料直接喷射到气缸118中。
喷射的燃料与空气混合并形成空气/燃料混合物。气缸118内的活塞(未示出)压缩空气/燃料混合物。根据来自ECM 114的信号，点火致动器模块126使气缸118中的点火塞128通电，从而点燃空气/燃料混合物。点火正时可以相对于活塞处于其最上方位置的时间来规定，在该位置空气/燃料混合物被最大程度地压缩，最上方位置被称为上止点(TDC)。虽然本发明的原理将依据汽油型发动机系统来描述，但是本发明也可应用于其它类型的发动机系统，例如柴油型发动机系统和混合动力发动机系统。
空气/燃料混合物的燃烧驱动活塞远离TDC位置，从而驱动旋转曲轴(未示出)。然后，活塞开始再次向上运动并且通过与气缸118关联的排气门130排出燃烧副产物。燃烧副产物经由排气系统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。在各种实施型式中，多个进气凸轮轴可以控制每个气缸的多个进气门和/或可以控制多个气缸组的进气门。类似地，多个排气凸轮轴可以控制每个气缸的多个排气门和/或可以控制多个气缸组的排气门。气缸致动器模块120可以通过停止提供燃料和点火和/或禁用排气门130和/或进气门122来停用气缸118。
进气门122被打开的时间可以通过进气凸轮移相器148相对于活塞TDC而改变。排气门130被打开的时间可以通过排气凸轮移相器150相对于活塞TDC而改变。移相器致动器模块158根据来自ECM 114的信号来控制进气凸轮移相器148和排气凸轮移相器150。
发动机系统100还可以包括提供增压空气给进气歧管110的增压装置。例如，图1示出了涡轮增压器160。涡轮增压器160由流经排气系统134的排气气体提供动力，并且提供压缩空气充量给进气歧管110。用于产生压缩空气充量的空气可以从进气歧管110和/或另外合适的来源获得。
废气门164可允许排气气体绕过涡轮增压器160，从而减小涡轮增压器的输出(或增压)。ECM 114通过增压致动器模块162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的位置来调节涡轮增压器160的增压。
压缩空气充量由涡轮增压器160提供给进气歧管110。中间冷却器(未示出)可以消散压缩空气充量的一部分热量，该热量在空气被压缩时产生并且也可以在排气系统134的附近增大。替代性的发动机系统可以包括提供压缩空气给进气歧管110并且由曲轴驱动的增压器。发动机系统100可以包括排气气体再循环(EGR)阀170，该阀选择性地将排气气体重新引导回到进气歧管110。
发动机速度(RPM)传感器180测量以转每分(rpm)为单位的曲轴速度。可以使用发动机冷却剂温度(ECT)传感器182来测量发动机冷却剂的温度。ECT传感器182可以位于发动机102内或者位于冷却剂循环的其它位置，例如位于散热器(未示出)中。
歧管绝对压力(MAP)传感器184测量进气歧管110内的压力。在各种实施型式中，可以测量发动机真空度，其中，发动机真空度是环境空气压力与进气歧管110内的压力之间的差。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。
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来监测节气门112的位置。可以使用进气空气温度(IAT)传感器192测量吸入到发动机系统100中的空气的温度。环境空气温度传感器(未示出)测量环境空气的温度。ECM 114可以使用来自传感器的信号为发动机系统100做出控制决定。
ECM 114可以与变速器控制模块194通信以协调变速器(未示出)中的换档操作。例如，ECM 114可以在换档期间减小扭矩。驾驶员可以操纵驻车、倒车、空档、前进档杆(PRNDL)195来命令变速器以期望的运转模式运转。PRNDL模块196监测PRNDL 195并且根据PRNDL 195输出变速器状态信号。ECM 114将变速器状态信号传送给变速器控制模块194以控制变速器状态。仅作为示例，变速器状态可以是驻车、倒车、空档或前进档状态。
ECM 114还可以与混合控制模块197通信以协调发动机102和电动机198的操作。电动机198也可以用作发电机并且可以用于产生供车辆电气系统使用的和/或用于存储在电池中的电能。
为了简要地引用发动机102的各个控制机构，改变发动机参数的每个系统或模块均可称为致动器。例如，节气门致动器模块116可以改变节气门112的开启面积。节气门致动器模块116因此可以称为致动器，节气门开启面积可以称为致动器位置。
类似地，点火致动器模块126可以称为致动器，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、EGR阀170、移相器致动器模块158、燃料喷射系统124、以及气缸致动器模块120。关于这些致动器的术语“致动器位置”可以分别对应于增压压力、EGR阀开度、进气和排气凸轮移相器角度、空燃比、以及启用的气缸数。
当发动机102从产生一个扭矩量过渡到产生新的扭矩量时，致动器位置中的一个或多个将被调节以有效地产生新的扭矩。例如，可以调节点火提前、节气门位置、排气气体再循环(EGR)开度和凸轮移相器位置。
然而，改变一个或多个致动器位置经常产生将会从改变到其它致动器位置受益的发动机条件。改变到其它致动器位置然后又可能从改变到最初调节的致动器位置受益。这种反馈导致反复地更新致动器位置，直到每个致动器被定位成允许发动机102尽可能有效地产生期望扭矩。
期望扭矩的大的变化经常造成致动器位置的显著变化，从而循环地造成其它致动器位置的显著变化。这在使用增压装置(例如涡轮增压器160或增压器)时尤为如此。例如，当发动机102被命令显著增大扭矩输出时，ECM 114可以请求涡轮增压器160增大增压量。
在各个实施型式中，当增压压力增大时，很可能发生爆燃或发动机爆震。因此，在涡轮增压器160接近该增大的增压水平时，点火提前需要被减少。一旦点火提前被减少，那么就需要增大期望增压量以允许发动机102实现期望扭矩。
该循环相依性促使发动机更缓慢地达到期望扭矩。这个问题可能会由于已经缓慢的涡轮增压器增压的响应进一步劣化。图2示出了能够加速传统发动机控制系统的循环相依性的ECM 114的一个示例性实施型式。
现在参考图2，其中示出了ECM 114的示例性实施型式的功能框图。ECM 114协调发动机系统100的各种控制。ECM 114包括驾驶员解译模块314，驾驶员解译模块314从驾驶员输入模块104接收驾驶员输入。例如，驾驶员输入可包括加速器踏板位置。驾驶员解译模块314根据驾驶员输入输出驾驶员扭矩请求，驾驶员扭矩请求对应于驾驶员要求的扭矩量。
ECM 114也包括车轴扭矩裁决模块316。车轴扭矩裁决模块316在驾驶员扭矩请求和其它车轴扭矩请求之间进行裁决。其它车轴扭矩请求可以包括例如在换档期间由变速器控制模块194产生的扭矩减小请求、在车轮滑动期间由牵引控制系统(未示出)产生的扭矩减小请求、以及来自巡航控制系统(未示出)的控制速度的扭矩请求。
车轴扭矩裁决模块316输出预测扭矩请求和即时扭矩请求。预测扭矩请求对应于之后需要满足驾驶员扭矩和/或速度请求的扭矩量。即时扭矩请求对应于当前需要满足临时扭矩请求(例如在换档和/或车轮滑动期间的扭矩减小)的扭矩量。
即时扭矩请求将通过快速响应的发动机致动器来实现，而较慢的发动机致动器用于实现预测扭矩请求。仅作为示例，点火致动器模块126可以快速改变点火提前，从而可以用于实现汽油发动机系统中的即时扭矩请求。在柴油系统中，燃料质量和/或燃料喷射正时可以是用于控制发动机扭矩输出的主要致动器。然而，节气门112及进气和排气凸轮移相器148、150可以处于慢响应模式，从而可以用于满足预测扭矩请求。
车轴扭矩裁决模块316输出预测和即时扭矩请求给推进扭矩裁决模块318。在其它实施型式中，ECM 114还可以包括混合扭矩裁决模块(未示出)。混合扭矩裁决模块确定(如果有的话)预测和即时扭矩请求中的哪一个将分配给电动机198。
推进扭矩裁决模块318在预测扭矩请求、即时扭矩请求和推进扭矩请求之间进行裁决。推进扭矩请求可以包括：例如用于发动机超速保护的扭矩减小请求和/或用于防失速的扭矩增大请求。
致动模块320从推进扭矩裁决模块318接收预测扭矩请求和即时扭矩请求。致动模块320确定将如何实现预测扭矩请求和即时扭矩请求。一旦致动模块320确定将如何实现预测和即时扭矩请求，致动模块320分别输出期望预测扭矩和期望即时扭矩给驾驶员扭矩滤波器322和第一选择模块328。
驾驶员扭矩滤波器322从致动模块320接收期望预测扭矩。驾驶员扭矩滤波器322也可以接收来自车轴扭矩裁决模块316和/或推进扭矩裁决模块318的信号。仅作为示例，驾驶员扭矩滤波器322可以使用来自车轴和/或预测扭矩裁决模块316和318的信号来确定期望预测扭矩是否是驾驶员输入的结果。如果是，那么驾驶员扭矩滤波器322从期望预测扭矩过滤高频变化。这种过滤去除了可能例如在起伏道路上调节加速器踏板的驾驶员的脚所引起的高频变化。
驾驶员扭矩滤波器322输出期望预测扭矩给扭矩控制模块330。扭矩控制模块330根据期望预测扭矩确定扭矩控制期望预测扭矩(即，期望预测扭矩T)。模式确定模块332根据扭矩控制期望预测扭矩确定控制模式并且输出对应于控制模式的模式信号。
仅作为示例，当期望预测扭矩T小于校准扭矩时，模式确定模块332可以确定控制模式为RPM模式。当期望预测扭矩T大于或等于校准扭矩时，模式确定模块332可以确定控制模式为扭矩模式。仅作为示例，模式确定模块332可以使用以下关系来确定控制模式：如果期望预测扭矩T＜CALT，则控制模式＝RPM模式，并且如果期望预测扭矩T≥CALT，则控制模块＝扭矩模式，其中，期望预测扭矩T是扭矩控制期望预测扭矩，CALT是校准扭矩。
扭矩控制模块330还可以根据控制模式和/或RPM控制期望预测扭矩(即，期望预测扭矩RPM)来确定扭矩控制期望预测扭矩。RPM控制期望预测扭矩在下文进行详述。在2006年4月4日授权的题为“Coordinated Engine Torque Control”的共同转让的美国专利No.7021282中可以找到对扭矩控制模块330的功能的进一步讨论，该专利的全部公开内容在此通过引用并入本文。
扭矩控制模块330输出扭矩控制期望预测扭矩给第二选择模块336。仅作为示例，第一选择模块328和第二选择模块336可以包括多路器或其它合适的开关或选择装置。
RPM轨迹模块338根据2002年6月18日授权的题为“System and Method of Controlling the Coastdown of a Vehicle”的共同转让的美国专利No.6405587中详细描述的标准RPM控制块来确定期望RPM，该专利的全部公开内容通过引用明确地并入本文。仅作为示例，期望RPM可以是期望空转RPM、稳定RPM和/或目标RPM。
RPM控制模块334确定RPM控制期望预测扭矩(即，期望预测扭矩RPM)并且提供RPM控制期望预测扭矩给扭矩控制模块330。如上所述，扭矩控制模块330可以根据RPM控制期望预测扭矩来确定扭矩控制期望预测扭矩。RPM控制模块334根据最小扭矩、前馈扭矩、储备扭矩和RPM校正因数来确定RPM控制期望预测扭矩。
现在参考图3A，其中示出了RPM控制模块334的示例性实施型式的功能框图。RPM控制模块334可以包括最小扭矩模块402、第一差分模块404、以及比例积分(PI)模块406。RPM控制模块334还可以包括第二差分模块408、第一加法模块410和第二加法模块412。
最小扭矩模块402根据期望RPM确定最小扭矩。最小扭矩对应于以期望RPM维持RPM的最小扭矩量。最小扭矩模块402可以根据RPM从例如查找表来确定最小扭矩。
第一差分模块404根据期望RPM和RPM传感器180测量的RPM之间的差来确定RPM误差值(即，RPMERR)。仅作为示例，第一差分模块404可以使用以下等式确定RPM误差值：(1)RPM误差值＝期望RPM-RPM
PI模块406根据RPM误差值确定RPM比例项(即，PRPM)和RPM积分项(即，IRPM)。RPM比例项对应于根据RPM误差值的确定的偏差量。RPM积分项对应于根据RPM误差值的积分而确定的偏差量。仅作为示例，PI模块406可以使用以下等式确定RPM比例项和积分项：(2)PRPM＝KP*RPMDES-RPM，并且(3)IRPM＝KI*∫(RPMDES-RPM)dt，其中，KP是预定RPM比例常数，KI是预定RPM积分常数，RPMDES是期望RPM。在2007年1月23日提交的题为“Engine Torque Controlat High Pressure Ratio”的共同转让的美国专利申请No.11/656929中可以找到对PI控制的进一步讨论，该专利申请的全部公开内容通过引用并入本文。在2006年11月28日提交的题为“Torque Based EngineSpeed Control”的共同转让的美国专利申请No.60/861492中可以找到发动机速度的PI控制的进一步讨论，该专利申请的全部公开内容通过引用并入本文。
第二差分模块408根据RPM积分项和扭矩积分项(即，IT)之间的差来确定RPM-扭矩积分项(即，IRPMT)。扭矩积分项将在下文详细讨论。仅作为示例，第二差分模块408可以使用以下等式确定RPM-扭矩积分项：(4)IRPMTT＝IRPM-IT其中，IRPMT是RPM-扭矩积分项，IRPM是RPM积分项，IT是扭矩积分项。
第一加法模块410根据RPM-扭矩积分项和RPM比例项确定RPM校正因数(即，RPMPI)。更具体地说，第一加法模块410根据RPM-扭矩积分项与RPM比例项的和确定RPM校正因数。仅为了说明目的，第一加法模块410使用以下等式确定RPM校正因数：(5)RPMPI＝PRPM+IRPMT其中，RPMPI是RPM校正因数，PRPM是RPM比例项，IRPMT是RPM-扭矩积分项。
第二加法模块412根据最小扭矩、RPM校正因数、前馈扭矩和储备扭矩来确定RPM控制期望预测扭矩(即，期望预测扭矩RPM)。更具体地说，第二加法模块412根据最小扭矩、储备扭矩、前馈扭矩、RPM校正因数的和来确定RPM控制期望预测扭矩。为了说明目的，第二加法模块412使用如下等式确定RPM控制期望预测扭矩：(6)期望预测扭矩RPM＝储备T+FFT+MinT+RPMPI其中，期望预测扭矩RPM是RPM控制期望预测扭矩，储备T是储备扭矩，FFT+是前馈扭矩，MinT是最小扭矩，RPMPI是RPM校正因数。
储备扭矩对应于发动机102当前能够产生的超过发动机102在当前气流条件下所产生扭矩的扭矩量。储备扭矩可以用于补偿可能突然引起RPM减小的负载。前馈扭矩对应于需要满足预期发动机负载(例如空调(A/C)压缩机(未示出)的启动)的扭矩量。
返回参考图2，RPM控制模块334输出RPM控制期望预测扭矩给第二选择模块336。第二选择模块336也从扭矩控制模块330接收扭矩控制期望预测扭矩。RPM控制模块334也输出RPM控制期望即时扭矩(即，期望即时扭矩RPM)给第一选择模块328。
第二选择模块336根据控制模式选择和输出扭矩控制期望预测扭矩和RPM控制期望预测扭矩中的一个。第二选择模块336从模式确定模块332接收控制模式。仅作为示例，当控制模式是扭矩模式时，第二选择模块336选择并输出扭矩控制期望预测扭矩。当控制模式是RPM模式时，第二选择模块336选择并输出RPM控制期望预测扭矩。
第二选择模块336的输出称作期望预测扭矩。闭环扭矩控制模块340根据期望预测扭矩和扭矩校正因数(即，TPI)来确定命令扭矩。命令扭矩对应于发动机102被命令输出的扭矩。
现在参考图3B，其中示出了闭环扭矩控制模块340的示例性实施型式的功能框图。闭环扭矩控制模块340可以包括第三差分模块420、第二比例积分(PI)模块422、以及第三加法模块424。闭环扭矩控制模块340还可以包括第四加法模块426和第五加法模块428。
第三差分模块420根据期望预测扭矩和估计扭矩之间的差来确定扭矩误差值(即，TERR)。估计扭矩将在下文详细讨论。仅作为示例，第三差分模块420可以使用如下等式确定扭矩误差值：(7)TERR＝期望预测扭矩-估计扭矩其中，TERR是扭矩误差值。
PI模块422根据扭矩误差值确定扭矩比例项(即，PT)和扭矩积分项(即，IT)。扭矩比例项对应于根据扭矩误差值确定的偏差量。扭矩积分项对应于根据扭矩误差值的积分而确定的偏差量。仅作为示例，PI模块422可以使用以下等式确定扭矩比例项和积分项：(8)PT＝KP*(期望预测扭矩-估计扭矩)，并且(9)IT＝KT*∫(期望预测值-估计扭矩)dt，其中，KP是预定扭矩常数，KI是预定扭矩积分常数。
如上所述，扭矩积分项被输出到第二差分模块408。这样，扭矩积分项反映在RPM控制期望预测扭矩(即，期望预测扭矩RPM)中。此外，由于在控制模式为RPM模式时RPM控制期望预测扭矩被第二选择模块336选择和输出，因此在控制模式是RPM模式时，扭矩积分项反映在期望预测扭矩中。
第三加法模块424根据扭矩比例项与扭矩积分项的和来确定扭矩校正因数(即，TPI)。仅为了说明目的，第三加法模块424使用以下等式确定扭矩校正因数：(10)TPI＝PT+IT其中，TPI是扭矩校正因数，PT是扭矩比例项，IT是扭矩积分项。
第四加法模块426根据扭矩校正因数与期望预测扭矩的和来确定第一扭矩命令。如下文进一步讨论的，第一扭矩命令将用于确定命令扭矩。仅为了说明目的，第四加法模块426使用以下等式确定第一扭矩命令：(11)TCI＝期望预测扭矩+TPI其中，TC1是第一扭矩命令，TPI是扭矩校正因数。
第五加法模块428根据第一扭矩命令与扭矩调节值(即，ΔT)的和来确定和输出命令扭矩。以此方式，当扭矩调节值是除了零以外的值时，命令扭矩反映了扭矩调节值。扭矩调节值在下文详细讨论。
返回参考图2，扭矩估计模块342确定估计扭矩并且提供估计扭矩给闭环扭矩控制模块340。更具体地说，扭矩估计模块342提供估计扭矩给第三差分模块420(参见图3B)。如上所述，第三差分模块420根据期望预测扭矩与估计扭矩之间的差来确定扭矩误差值。
现在参考图3C，其中示出了扭矩估计模块342的示例性实施型式的功能框图。扭矩估计模块342包括确定气流扭矩的气流扭矩模块440。如下文进一步描述的，气流扭矩将用于确定估计扭矩。
气流扭矩模块440根据MAF传感器186测量的MAF、RPM传感器180测量的RPM和/或MAP传感器184测量的MAP来确定气流扭矩。MAP、MAF和/或RPM也可以用于确定单缸空气(APC)。
气流扭矩对应于发动机102在当前气流条件下能够产生的最大扭矩量。在例如点火正时被设定为经校准以便在当前RPM和APC下产生最大扭矩量的点火正时时，发动机102能够产生该最大扭矩量。在2004年3月9日授权的题为“Torque Estimator for Engine RPMand Torque Control”的共同转让的美国专利No.6704638中可以找到对气流扭矩的进一步讨论，该专利的全部公开内容通过引用并入本文。
扭矩估计模块342还包括第六加法模块442，第六加法模块442确定估计扭矩并且提供估计扭矩给第三差分模块420。第六加法模块442根据气流扭矩与扭矩调节值(即，ΔT)的和来确定估计扭矩。以此方式，当扭矩调节值是除了零以外的值时，扭矩调节值也反映在估计扭矩中。换句话说，扭矩估计模块342根据扭矩调节值来调节估计扭矩。仅为了说明目的，第六加法模块442使用以下等式确定估计扭矩：(12)估计扭矩＝气流扭矩+DT
现在参考图3D，其中示出了示例性扭矩调节系统450的功能框图。根据本发明原理的扭矩调节系统450包括禁用模块452和扭矩调节模块454。
禁用模块452根据各种参数选择性地禁用扭矩调节模块454。仅作为示例，禁用模块452可以根据发动机运行时间、APC、电动机扭矩、控制模式、车辆速度、RPM、变速器油温、ECT和/或IAT来选择性地禁用扭矩调节模块454。禁用模块452也可以根据IAT与环境气温之间的差、A/C压缩机的状态(即，开/关)、两个APC采样值之间的差、两个电动机扭矩之间的差、和/或RPM误差值来选择性地禁用扭矩调节模块454。
仅作为示例，当发动机运行时间小于预定时间段时，禁用模块452可以禁用扭矩调节模块454。换句话说，禁用模块452可以禁用扭矩调节模块454，直到发动机运行时间达到预定时间段为止。发动机运行时间对应于发动机102自驾驶员接通车辆以后已经运行的时间段。换句话说，发动机运行时间对应于自车辆起动以后经过的时间段。预定时间段是可校准的并且可以设定为例如在大约25.0和大约60.0秒之间。
禁用模块452也可以在APC大于预定APC时禁用扭矩调节模块454。预定APC是可校准的并且可以根据A/C压缩机的状态来设定。仅作为示例，当A/C压缩机关闭时，预定APC可以设定为大约130.0，当A/C压缩机开启时，预定APC可以设定为大约150.0。
禁用模块452也可以在电动机(EM)扭矩大于预定EM扭矩时禁用扭矩调节模块454。EM扭矩可以对应于电动机198正在产生或者被命令产生的扭矩量。预定EM扭矩可以是可校准的并且可以设定为例如大约5.0Nm。
禁用模块452也可以在控制模式是扭矩模式时禁用扭矩调节模块454。换句话说，当控制模式是除了RPM模式以外的控制模式时，禁用模块452可以禁用扭矩调节模块454。这样，当控制模式是RPM模式时，估计扭矩和命令扭矩针对扭矩调节值而被调节。
禁用模块452也可以在车辆速度大于预定车辆速度时禁用扭矩调节模块454。预定速度可以是可校准的并且可以设定为例如大约1.0公里/小时(kph)。车辆速度可以是例如变速器输出速度、车轮速度、和/或其它合适的车辆速度的测量值。
禁用模块452也可以在RPM大于预定RPM时禁用扭矩调节模块454。预定RPM可以是可校准的并且可以例如根据发动机102的空转RPM来设定。仅作为示例，预定RPM可以设定为大于空转RPM的大约25.0rpm。在各个实施型式中，当A/C压缩机关闭时，预定RPM可以设定为大约800.0，并且当A/C压缩机开启时，预定RPM可以设定为大约850.0。
禁用模块452也可以在变速器油温小于预定变速器油温时禁用扭矩调节模块454。预定变速器油温可以是可校准的并且可以设定为例如大约40.0℃。禁用模块452也可以在ECT超出冷却剂温度的预定范围时禁用扭矩调节模块454。冷却剂温度的预定范围可以是可校准的并且可以设定为例如大约70.0℃至大约110.0℃。
禁用模块452也可以在IAT大于预定IAT时禁用扭矩调节模块454。IAT可以是可校准的并且可以设定为例如大约65.0℃。禁用模块452也可以在IAT与环境气温之间的差大于预定温度差时禁用扭矩调节模块454。预定温度差可以是可校准的并且可以设定为例如大约20.0℃。
禁用模块452也可以在两个APC之间的差大于预定APC差值时禁用扭矩调节模块454。可以预定速率提供APC，例如1次/点火事件。预定APC差值可以是可校准的并且可以设定为例如大约3.5。
禁用模块452也可以在两个EM扭矩之间的差大于预定EM扭矩差时禁用扭矩调节模块454。预定EM扭矩差可以是可校准的并且可以设定为例如大约1.0Nm。
禁用模块452也可以在RPM误差值大于预定RPM误差值时禁用扭矩调节模块454。预定RPM误差值可以是可校准的并且可以设定为例如大约20.0rpm。仅为了总结目的，提供以下对禁用模块452可以禁用扭矩调节模块454时的描述。禁用模块452可以在如下情况下禁用扭矩调节模块454：(1)发动机运行时间小于预定时间段；(2)APC大于预定APC；(3)EM扭矩大于预定EM扭矩；(4)控制模式是除了RPM模式以外的模式；(5)车辆速度大于预定车辆速度；(6)RPM大于预定RPM；(7)变速器油温小于预定变速器油温；(8)ECT超出冷却剂温度的预定范围；(9)IAT大于预定IAT；(10)IAT与环境气温之间的差大于预定温度差；(11)两个APC之间的差大于预定APC差值；(12)两个EM扭矩之间的差大于预定EM扭矩差；或(13)RPM误差值大于预定RPM误差值。
禁用模块452也可以根据延迟时间选择性地禁用扭矩调节模块454。更具体地说，禁用模块452可以在延迟时间小于预定延迟时间段时禁用扭矩调节模块454。延迟时间对应于自禁用模块452由于上述禁用标准中的至少一个而禁用扭矩调节模块454以后经过的时间段。预定延迟时间段可以是可校准的并且可以设定为例如大约5.0秒。以此方式，一旦禁用模块454在至少预定延迟时间段内未禁用扭矩调节模块454，扭矩调节模块454就被启用。
扭矩调节模块454根据RPM-扭矩积分项(即，IRPMT)确定和输出扭矩调节值(即，ΔT)。仅作为示例，扭矩调节模块454可以从按照RPM-扭矩积分项编入索引的扭矩调节值的查找表来确定扭矩调节值。扭矩调节模块454也可以在确定扭矩调节值之前对RPM-扭矩积分项应用滤波(即，低通滤波)。
扭矩调节模块454也可以根据变速器状态和/或A/C压缩机状态来调节扭矩调节值。仅作为示例，当变速器处于除了驻车状态或空档状态以外的状态时和/或当A/C压缩机开启时，扭矩调节模块454可以使扭矩调节值增加偏差量。
扭矩调节模块454提供扭矩调节值给闭环扭矩控制模块340和扭矩估计模块342。闭环扭矩控制模块340和扭矩估计模块342根据扭矩调节值分别确定命令扭矩和估计扭矩。以此方式，闭环扭矩控制模块340和扭矩估计模块342便根据扭矩调节值分别调节命令扭矩和估计扭矩。
返回参考图2，闭环扭矩控制模块340输出命令扭矩给预测扭矩控制模块326。预测扭矩控制模块326接收命令扭矩和控制模式。预测扭矩控制模块326也可以接收其它信号，例如MAF、RPM和/或MAP。
预测扭矩控制模块326根据命令扭矩确定期望发动机参数。例如，预测扭矩控制模块326根据命令扭矩确定期望歧管绝对压力(MAP)、期望节气面积、和/或期望单缸空气(APC)。节气门致动器模块116根据期望节气面积调节节气门112。期望MAP可以用于控制增压致动器模块162，然后增压致动器模块162控制涡轮增压器160和/或增压器以产生期望MAP。移相器致动器模块158可以控制进气和/或排气凸轮移相器148和150以产生期望APC。以此方式，预测扭矩控制模块326命令对各个发动机参数进行调节以产生命令扭矩。
第一选择模块328从致动模块320接收期望即时扭矩，从RPM控制模块334接收RPM控制期望即时扭矩(即，期望即时扭矩RPM)。第一选择模块328还从模式确定模块332接收控制模式。
第一选择模块328根据控制模式选择和输出期望即时扭矩和RPM控制期望即时扭矩中的一个。仅作为示例，当控制模式是RPM模式时，第一选择模块328选择和输出RPM控制期望即时扭矩。当控制模式是扭矩模式时，第一选择模块328选择和输出即时扭矩请求。第一选择模块328的输出也称作期望即时扭矩。
即时扭矩控制模块324接收期望即时扭矩。即时扭矩控制模块324通过点火致动器模块126设定点火正时以实现期望即时扭矩。仅作为示例，即时扭矩控制模块324可以从校准的点火正时(例如MBT正时)来调节点火正时，以便产生期望即时扭矩。在柴油发动机系统中，即时扭矩控制模块324可以控制供应给发动机102的燃料量或燃料正时以实现期望即时扭矩。
现在参考图4，其中示出了示例性扭矩控制系统500的功能框图。扭矩控制系统500包括最小扭矩模块402、差分模块404、408和420、PI模块406和422、以及加法模块410、412、424、426、428和442。
扭矩控制系统还包括气流扭矩模块440、禁用模块452和扭矩调节模块454。虽然扭矩控制系统500的模块被描述和图示为处于特定的其它模块内，但是扭矩控制系统500的模块可以以其它合适的构造来设置和/或位于其它合适的位置。仅作为示例，扭矩控制系统500的模块可以位于上述模块之外。
现在参考图5，其中示出了描述扭矩控制系统500执行的示例性步骤的流程图。控制过程在步骤502开始，控制过程在这里接收数据。仅作为示例，接收的数据可以包括期望RPM、RPM、EM扭矩、发动机运行时间、APC、以及车辆速度。接收的数据还可以包括变速器油温、控制模式、RPM误差、ECT、IAT、A/C状态、变速器状态、以及延迟时间。
控制过程在步骤504继续，控制过程在此确定第一扭矩命令和气流扭矩。控制过程根据扭矩校正因数与期望预测扭矩的和来确定第一扭矩命令。控制过程根据MAF、MAP、APC和/或RPM确定气流扭矩。
在步骤506中，控制过程确定是否禁用扭矩调节。换句话说，控制过程在步骤506中确定是否禁用扭矩调节模块454。如果是，控制模块转到步骤508。如果否，控制过程继续至步骤510。控制过程根据上文所述的禁用标准来确定是否禁用扭矩调节。
控制过程在步骤508中设定估计扭矩等于气流扭矩，设定命令扭矩等于第一扭矩命令。换句话说，当扭矩调节被禁用时，估计扭矩和命令扭矩不包括扭矩调节。或者，当扭矩调节被禁用时，扭矩调节值可以为零。然后控制过程如下所述继续至步骤522。
在步骤510(即，当控制过程确定不禁用扭矩调节时)中，控制过程确定扭矩调节值(即，ΔT)。控制过程根据RPM-扭矩积分值来确定扭矩调节值。仅作为示例，控制过程可以从按照RPM-扭矩积分编入索引的扭矩调节值的查找表来确定扭矩调节值。
控制过程在步骤512中确定变速器状态是否是驻车状态或空档状态。如果否，控制过程转到步骤514。如果是，控制过程进行至步骤516。在步骤514中，控制过程根据变速器状态调节扭矩调节值。仅作为示例，控制过程可以通过增大根据变速器状态确定的偏差量来调节扭矩调节值。以此方式，当变速器状态处于前进档状态或倒档状态时，控制过程调节扭矩调节值。控制过程然后继续至步骤516。
在步骤516中，控制过程确定A/C压缩机是否关闭。如果否，控制过程转到步骤518。如果是，控制过程继续至步骤520。控制过程在步骤518中根据A/C压缩机状态调节扭矩调节值。仅作为示例，控制过程可以通过增大根据A/C压缩机处于开启状态而确定的偏差量来调节扭矩调节值。控制过程继续至步骤520。
控制过程在步骤520中确定估计扭矩和命令扭矩。更具体地说，控制过程根据气流扭矩与扭矩调节值的和来确定估计扭矩。控制过程根据第一扭矩命令与扭矩调节值的和来确定命令扭矩。以此方式，控制过程根据扭矩调节值调节命令扭矩和估计扭矩。控制过程在步骤522中根据命令扭矩命令对致动器进行调节，然后控制过程返回步骤502。
现在本领域技术人员通过前述描述能够认识到，本发明的宽泛教导能够以各种形式来实施。因此，虽然本发明包括特定示例，但是，本发明的真实范围不应该局限于此，因为在研究了附图、说明书和所附权利要求书的基础上，其他改型对本领域技术人员来说将变得显而易见。

Claims (34)

1.一种发动机控制系统，包括：
第一积分模块，所述第一积分模块根据期望发动机速度(RPM)和测得RPM之间的差来确定RPM积分值；
第二积分模块，所述第二积分模块根据发动机的期望扭矩输出和所述发动机的估计扭矩之间的差来确定扭矩积分值；
加法模块，所述加法模块根据所述RPM积分值和所述扭矩积分值之间的差来确定RPM-扭矩积分值；以及
扭矩调节模块，所述扭矩调节模块根据所述RPM-扭矩积分值确定扭矩调节值，并且根据所述扭矩调节值调节所述期望扭矩输出和所述估计扭矩。
2.根据权利要求1所述的发动机控制系统，还包括当发动机运行时间小于预定时间段时禁用所述扭矩调节模块的禁用模块。
3.根据权利要求1所述的发动机控制系统，还包括当单缸空气大于预定单缸空气时禁用所述扭矩调节模块的禁用模块。
4.根据权利要求1所述的发动机控制系统，还包括当单缸空气的变化大于预定单缸空气变化时禁用所述扭矩调节模块的禁用模块。
5.根据权利要求1所述的发动机控制系统，还包括当电动机扭矩输出大于预定扭矩时禁用所述扭矩调节模块的禁用模块。
6.根据权利要求1所述的发动机控制系统，还包括当电动机输出的扭矩变化大于预定电动机扭矩变化时禁用所述扭矩调节模块的禁用模块。
7.根据权利要求1所述的发动机控制系统，还包括当车辆速度大于预定车辆速度时禁用所述扭矩调节模块的禁用模块。
8.根据权利要求1所述的发动机控制系统，还包括当所述测得RPM大于预定RPM时禁用所述扭矩调节模块的禁用模块。
9.根据权利要求1所述的发动机控制系统，还包括当所述期望RPM和所述测得RPM之间的所述差大于预定RPM误差时禁用所述扭矩调节模块的禁用模块。
10.根据权利要求1所述的发动机控制系统，还包括当变速器油温小于预定温度时禁用所述扭矩调节模块的禁用模块。
11.根据权利要求1所述的发动机控制系统，还包括当发动机冷却剂温度是小于预定最小发动机冷却剂温度和大于预定最大发动机冷却剂温度中的一种情形时禁用所述扭矩调节模块的禁用模块。
12.根据权利要求1所述的发动机控制系统，还包括当进气温度大于预定进气温度时禁用所述扭矩调节模块的禁用模块。
13.根据权利要求1所述的发动机控制系统，还包括当进气温度的变化大于预定进气温度变化时禁用所述扭矩调节模块的禁用模块。
14.根据权利要求1所述的发动机控制系统，还包括根据所述经调节的期望扭矩输出调节至少一个发动机气流致动器的预测扭矩控制模块。
15.根据权利要求1所述的发动机控制系统，其中，当变速器处于前进档和倒档中的一个时，所述扭矩调节模块根据预定扭矩偏差量选择性地增大所述扭矩调节值。
16.根据权利要求1所述的发动机控制系统，其中，当空调压缩机开启时，所述扭矩调节模块根据预定扭矩偏差量选择性地增大所述扭矩调节值。
17.根据权利要求1所述的发动机控制系统，其中，所述扭矩调节模块给所述期望扭矩输出和所述估计扭矩中的每个增加所述扭矩调节值。
18.一种发动机控制方法，包括：
根据期望发动机速度(RPM)和测得RPM之间的差来确定RPM积分值；
根据发动机的期望扭矩输出和所述发动机的估计扭矩之间的差来确定扭矩积分值；
根据所述RPM积分值和所述扭矩积分值之间的差来确定RPM-扭矩积分值；
根据所述RPM-扭矩积分值确定扭矩调节值；以及
根据所述扭矩调节值调节所述期望扭矩输出和所述估计扭矩。
19.根据权利要求18所述的发动机控制方法，还包括当发动机运行时间小于预定时间段时禁用所述调节。
20.根据权利要求18所述的发动机控制方法，还包括当单缸空气大于预定单缸空气时禁用所述调节。
21.根据权利要求18所述的发动机控制方法，还包括当单缸空气的变化大于预定单缸空气变化时禁用所述调节。
22.根据权利要求18所述的发动机控制方法，还包括当电动机扭矩输出大于预定扭矩时禁用所述调节。
23.根据权利要求18所述的发动机控制方法，还包括当电动机输出的扭矩变化大于预定电动机扭矩变化时禁用所述调节。
24.根据权利要求18所述的发动机控制方法，还包括当车辆速度大于预定车辆速度时禁用所述调节。
25.根据权利要求18所述的发动机控制方法，还包括当所述测得RPM大于预定RPM时禁用所述调节。
26.根据权利要求18所述的发动机控制方法，还包括当所述期望RPM和所述测得RPM之间的所述差大于预定RPM误差时禁用所述调节。
27.根据权利要求18所述的发动机控制方法，还包括当变速器油温小于预定温度时禁用所述调节。
28.根据权利要求18所述的发动机控制方法，还包括当发动机冷却剂温度是小于预定最小发动机冷却剂温度和大于预定最大发动机冷却剂温度中的一种情形时禁用所述调节。
29.根据权利要求18所述的发动机控制方法，还包括当进气温度大于预定进气温度时禁用所述调节。
30.根据权利要求18所述的发动机控制方法，还包括当进气温度的变化大于预定进气温度变化时禁用所述调节。
31.根据权利要求18所述的发动机控制方法，还包括根据所述经调节的期望扭矩输出调节至少一个发动机气流致动器。
32.根据权利要求18所述的发动机控制方法，还包括当变速器处于前进档和倒档中的一个时，根据预定扭矩偏差量选择性地增大所述扭矩调节值。
33.根据权利要求18所述的发动机控制方法，还包括当空调压缩机开启时，根据预定扭矩偏差量选择性地增大所述扭矩调节值。
34.根据权利要求18所述的发动机控制方法，其中，所述调节包括给所述期望扭矩输出和所述估计扭矩中的每个增加所述扭矩调节值。
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