CN101871400B - 用于协调式转矩控制的转矩储备和排放控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于协调式转矩控制的转矩储备和排放物控制系统。具体地，公开了一种协调式转矩控制系统，其包括催化剂模块和转矩储备模块。所述催化剂模块基于催化剂起燃使能信号产生多模式使能信号。所述转矩储备模块基于所述多模式使能信号、发动机速度信号和每缸空气量信号产生转矩储备信号。所述转矩储备模块以多脉冲模式运行，该多脉冲模式与基于所述多模式使能信号在发动机燃烧循环期间向燃烧室内喷射的N个燃料脉冲相关，其中N是大于或等于2的整数。

Description

用于协调式转矩控制的转矩储备和排放控制系统

相关申请的交叉引用

本申请要求2009年4月22日提交的美国临时申请No.61/171,535的权益。将上述申请的全部公开内容通过引用的方式并入本文中。

本申请还涉及2008年8月28日提交的美国临时申请No.61/190,471和2009年4月29日提交的美国临时申请No.61/173,785。

技术领域

本发明涉及发动机控制系统，更具体地，涉及基于多脉冲直喷操作所用技术的协调式转矩控制。

背景技术

本部分中的陈述仅提供与本发明相关的背景信息，并且可能不会构成现有技术。

传统的发动机控制系统在准确地控制发动机转矩输出方面是受限的。传统的发动机控制系统对所接收到的控制信号的响应也较慢，并且在关于影响发动机转矩输出的各种装置的协调的发动机转矩控制方面也是受限的。

动力系控制系统包括多种模块，该多种模块要求一定量的发动机转矩以正常运行。例如，自动变速器控制模块可能需要短暂地减少来自发动机的转矩以改变变速器齿轮。另一个示例是空调离合器控制模块，其在接合空调压缩机离合器前需要短暂地增大发动机转矩。在压缩机离合器接合时，发动机转矩的增大有助于维持恒定的发动机速度，例如当发动机怠速时。

传统地，该多种模块直接影响转矩致动器。例如，自动变速器控制模块可延迟发动机的火花提前量，以在换档过程中减少发动机转矩。类似地，空调离合器控制模块在接合压缩机离合器前的瞬间可增加火花提前量以增大发动机转矩。

随着车辆动力系系统包括了越来越多影响转矩的模块和致动器，现有技术的架构变得难以保养并且故障查找和检修也非常困难。作为更多致动器的示例，混合动力车辆包括提供转矩的发动机和电机。在传统的动力系控制架构下，混合动力车辆动力系与现有转矩改变模块的整合会非常难以处理。

已经开发了协调式转矩控制(CTC)系统以准确地控制发动机输出转矩。在共同转让的美国专利No.7,021,282(“Coordinated EngineTorque Control”)中公开了示例性的转矩控制系统。CTC系统提供了对控制信号的快速响应和基于影响发动机转矩输出的多种装置的协调的发动机转矩控制。

发明内容

在一个实施例中，提供了一种协调式转矩控制系统，该系统包括催化剂模块，其基于催化剂起燃(light off)使能信号来产生多模式使能信号。转矩储备模块基于所述多模式使能信号、发动机速度信号和每缸空气量信号来产生转矩储备信号。所述转矩储备模块以多脉冲模式运行，该多脉冲模式与基于所述多模式使能信号在发动机燃烧循环期间向燃烧室内喷射的N个燃料脉冲相关，其中N是大于或等于2的整数。

在其它特征中，提供了一种用于协调式转矩控制系统的对修正转矩储备进行确定的方法。该方法包括基于催化剂起燃使能信号来产生多模式使能信号。以多脉冲模式运行转矩储备模块，该多脉冲模式与基于所述多模式使能信号在发动机燃烧循环期间向燃烧室内喷射的N个燃料脉冲相关，其中N是大于或等于2的整数。基于所述多模式使能信号、发动机速度信号和每缸空气量信号来产生转矩储备信号。

本发明还提供了以下方案：

方案1：一种协调式转矩控制系统，包括：

催化剂模块，其基于催化剂起燃使能信号来产生多模式使能信号；和

转矩储备模块，其基于所述多模式使能信号、发动机速度信号和每缸空气量信号来产生转矩储备信号；

其中，所述转矩储备模块以多脉冲模式运行，所述多脉冲模式与基于所述多模式使能信号在所述发动机燃烧循环期间向燃烧室内喷射的N个燃料脉冲相关，其中N是大于或等于2的整数。

方案2：如方案1所述的协调式转矩控制系统，还包括增量火花模块，所述增量火花模块基于所述发动机速度信号和所述多模式使能信号产生增量火花信号；

其中，所述转矩储备信号是基于所述增量火花信号产生的。

方案3：如方案2所述的协调式转矩控制系统，还包括第一加法器，所述第一加法器基于所述增量火花信号和最小火花信号来产生火花基准信号，

其中所述转矩储备信号是基于所述火花基准信号产生的。

方案4：如方案3所述的协调式转矩控制系统，还包括转矩基准模块，所述转矩基准模块基于所述火花基准信号、进气相位器位置和排气相位器位置来产生转矩基准信号，

其中所述转矩储备信号是基于所述转矩基准信号产生的。

方案5：如方案4所述的协调式转矩控制系统，还包括第二加法器，所述第二加法器基于所述转矩基准信号和非管理转矩来产生转矩储备信号。

方案6：如方案5所述的协调式转矩控制系统，还包括修正转矩模块，所述修正转矩模块基于所述转矩储备信号和在怠速信号时的转矩储备来产生修正转矩信号。

方案7：如方案6所述的协调式转矩控制系统，其中，所述修正转矩信号是基于催化剂温度、冷却剂温度、发动机运行时间和大气压产生的。

方案8：如方案1所述的协调式转矩控制系统，还包括修正转矩模块，所述修正转矩模块基于所述转矩储备信号、在怠速信号时的转矩储备，以及基于催化剂温度、冷却剂温度、发动机运行时间和大气压中的至少一个来产生修正转矩信号。

方案9：如方案8所述的协调式转矩控制系统，其中，所述修正转矩模块通过将所述转矩储备信号和多个常数值相乘来产生所述修正转矩信号，所述多个常数值基于所述催化剂温度、所述冷却剂温度、所述发动机运行时间和所述大气压中的相应项产生。

方案10：如方案8所述的协调式转矩控制系统，其中，所述修正转矩模块通过将在怠速信号时的转矩储备和在静止信号时的转矩相加来产生所述修正转矩信号，所述在静止信号时的转矩是基于所述转矩储备信号产生的。

方案11：一种用于协调式转矩控制系统的对修正转矩储备进行确定的方法，包括：

基于催化剂起燃使能信号来产生多模式使能信号；

以多脉冲模式运行转矩储备模块，所述多脉冲模式与基于所述多模式使能信号在所述发动机燃烧循环期间向燃烧室内喷射的N个燃料脉冲相关，其中N是大于或等于2的整数；和

基于所述多模式使能信号、发动机速度信号和每缸空气量信号来产生转矩储备信号。

方案12：如方案11所述的控制系统，还包括基于所述发动机速度信号和所述多模式使能信号来产生增量火花信号；

其中，所述转矩储备信号是基于所述增量火花信号产生的。

方案13：如方案12所述的控制系统，还包括基于所述增量火花信号和最小火花信号来产生火花基准信号；

其中，所述转矩储备信号是基于所述火花基准信号产生的。

方案14：如方案13所述的控制系统，还包括基于所述火花基准信号、进气相位器位置和排气相位器位置来产生转矩基准信号；

其中，所述转矩储备信号是基于所述转矩基准信号产生的。

方案15：如方案14所述的控制系统，还包括基于所述转矩基准信号和非管理转矩来产生转矩储备信号。

方案16：如方案15所述的控制系统，还包括基于所述转矩储备信号和在怠速信号时的转矩储备来产生修正转矩信号。

方案17：如方案16所述的控制系统，其中，所述修正转矩信号是基于催化剂温度、冷却剂温度、发动机运行时间和大气压产生的。

方案18：如方案11所述的控制系统，还包括基于所述转矩储备信号、在怠速信号时的转矩储备，以及基于催化剂温度、冷却剂温度、发动机运行时间和大气压中的至少一个来产生修正转矩信号。

方案19：如方案18所述的控制系统，其中，通过将所述转矩储备信号和多个常数值相乘来产生所述修正转矩信号，所述多个常数值基于所述催化剂温度、所述冷却剂温度、所述发动机运行时间和所述大气压中的相应项产生。

方案20：如方案18所述的控制系统，其中，通过将所述在怠速信号时的转矩储备和在静止信号时的转矩相加产生所述修正转矩信号，所述静止时信号的转矩是基于所述转矩储备信号产生的。

本发明的进一步应用范围将从以下的具体描述变得显而易见。应当理解，具体描述和具体示例虽然指示了本发明的优选实施例，但它们都仅是说明目的，并不意在限制本发明的范围。

附图说明

本发明将从详细描述和附图得到更全面的理解，附图中：

图1是对根据本发明实施例的示例性协调式转矩控制(CTC)系统的示意图，其中该系统包含了用于催化剂起燃的燃料喷射模式转换；

图2是根据本发明实施例的CTC系统的功能框图；

图3是根据本发明实施例的催化剂起燃(CLO)转矩储备模块的功能框图；

图4图示了根据本发明实施例的确定修正的转矩储备的方法；

图5A是根据本发明原理的示例性发动机控制系统的功能框图；

图5B是图5A的功能框图的继续部分；以及

图6图示了根据本发明实施例的协调式转矩控制方法。

具体实施方式

说明书的以下部分描述了不同的燃料喷射脉冲模式。燃料喷射脉冲模式之间的转换可基于执行催化剂起燃(CLO)来实现。催化剂起燃指的是排气系统的催化剂的快速加热。催化剂具有关联的温度运行范围，催化剂在这个范围内对于减少排气管的碳氢化合物、一氧化碳和氮氧化物的排放物是有效的。通过将催化剂快速加热到该温度运行范围内的温度，排气管排放物被减至最少。

第一燃料喷射脉冲模式(称为单脉冲模式)包括在燃烧循环期间向燃烧室中喷射的单个燃料脉冲。例如，在4冲程发动机内，燃烧循环可指4个冲程(进气、压缩、点火和排气)的单一序列。在发动机不要求最大CLO时可使用单脉冲模式。

第二燃料喷射脉冲模式(称为多脉冲模式)包括在燃烧循环期间向燃烧室中喷射的两个或多个燃料脉冲。在一个实施例中，在燃烧循环期间将两个燃料脉冲喷射入燃烧室。多脉冲模式的使用考虑到了不使用空气泵的情况下的排放物输出控制。空气泵通常用于将富氧空气喷射入排气系统，以支持排气的氧化，从而支持催化剂的加热。对于双脉冲模式，可按照正常曲轴角度提供第一喷射，以便提供初始的、均匀的稀薄混合物。稍后，可在压缩冲程中提供第二喷射。仅作为示例，第一脉冲可提供均匀的稀薄混合物，而第二脉冲可在火花塞附近提供额外的燃料以用于强点火，使得所组合的充量更加完全地燃烧。

多脉冲模式结合延迟火花(点火)正时，允许发动机在催化剂温度低且不活跃时排放较低的碳氢排放物，同时将来自燃烧充量的能量转换成排气中的热能。这就快速加热了催化剂，并当催化剂在低效状态运行时使得进入催化剂的未燃碳氢化合物最少。

已经针对基于单脉冲的燃烧循环、火花点火直喷(SIDI)发动机开发了协调式转矩控制系统。在共同转让的美国专利No.7,021,282(“Coordinated Engine Torque Control”)中公开了示例性的协调式转矩控制系统。为了支持协调式转矩控制，还开发了其它系统，例如用于转矩估计和基于转矩的速度控制。在共同转让的美国专利No.6,704,638和No.7,463,970中公开了转矩估计和基于转矩的速度控制系统的示例。以下实施例在速度控制模块和转矩控制模块中都可实施。

以下描述的实施例提供了用于在单脉冲模式和/或多脉冲模式中运行的协调式转矩控制架构。还描述了用于在单脉冲模式和多脉冲模式之间转换的控制技术。

以下对优选实施例的描述本质上仅是示例性的，并且决不意图限制本发明、其应用或用途。为了清楚起见，附图中将用相同的附图标记表示相同的元件。

以下描述本质上仅是示例性的，并且决不意图限制本发明、其应用或用途。为了清楚起见，附图中将用相同的附图标记表示相似的元件。如本文中所用，短语“A、B和C中的至少一个”应当被理解为表示使用非排他性逻辑“或”的逻辑(A或B或C)。应当理解，在不改变本发明原理的情况下，方法中的步骤可按照不同的顺序执行。

如本文所用，术语“模块”可以指下述部件的一部分或包括下述部件：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(共享的、专用的、或成组的)和/或存储器(共享的、专用的、或成组的)、组合逻辑电路和/或提供所描述功能的其它适合部件。

另外，虽然以下实施例主要是关于示例性内燃发动机进行描述的，但是本发明的实施例也可应用到其它内燃发动机。例如，本发明可应用到火花点火发动机、均匀火花点火发动机、均匀充量压燃式发动机、分层火花点火发动机、和火花辅助压缩点火发动机。

在以下描述的实施例中，按需排量(displacement on demand)和/或气缸停用可指禁止火花和/或燃料喷射进入气缸。当气缸被禁用时，用于该气缸的火花和/或燃料也被禁用。这阻止了该气缸内的燃烧。气缸禁用还可包括或替代性地包括延迟气缸的火花。延迟火花指的是火花正时的迟延，使得在上止点(TDC)之后产生用于气缸的火花。

现在参照图1，其中示出了包含用于CLO的燃料喷射模式转换的CTC系统100。CTC系统100可构造成用于混合动力电动车辆和/或SIDI发动机。虽然下面的实施例是针对混合动力车辆的，但是本文公开的实施例还可应用于非混合动力车辆。CTC系统100包括发动机102，发动机102基于驾驶员输入模块104使空气/燃料混合物燃烧以产生用于车辆的驱动转矩。空气通过节气门112被吸入进气歧管110。可被称为发动机控制模块的CTC模块114命令节气门致动器模块116调整节气门112的开度以控制吸入进气歧管110的空气量。

关于图2、图3A和图3B的实施例示出并描述了其它示例性CTC系统。图1的CTC系统10和/或CTC模块114可包括图2、图3A和图3B的模块中的一个或多个。

来自进气歧管110的空气被吸入发动机102的气缸。发动机102可以包括任何数量的气缸。CTC模块114可指令气缸致动器模块120选择性地停用某些气缸以提高燃料经济性。

来自进气歧管110的空气通过进气门122被吸入气缸118。CTC模块114控制由燃料喷射系统124喷射的燃料量，燃料喷射系统124包括一个或多个燃料喷射器125。燃料喷射系统124可在中间位置处将燃料喷射到进气歧管110内，或者可在多个位置处将燃料喷射到进气歧管110内，例如在每个气缸的进气门附近。替代性地，如图所示，燃料喷射系统124可将燃料直接喷射到气缸中。

所喷射的燃料与空气混合并在气缸118内形成空气/燃料混合物。气缸118内的活塞(未示出)压缩该空气/燃料混合物。基于来自CTC模块114的信号，火花致动器模块126给气缸118内的火花塞128通电，这点燃了空气/燃料混合物。可相对于活塞处于其最高位置时的曲轴角度确定火花正时，该最高位置被称为上止点(TDC)，空气/燃料混合物在该点被最大程度地压缩。

空气/燃料混合物的燃烧向下驱动活塞，从而驱动旋转的曲轴(未示出)。然后，活塞开始再次向上运动，并通过排气门130排出燃烧的副产物。燃烧的副产物经由排气系统134从车辆排出。排气经过催化剂135。

进气门122可由进气凸轮轴140控制，而排气门130可由排气凸轮轴142控制。在多种实施方式中，多个进气凸轮轴可控制每个气缸的多个进气门和/或可控制多组气缸的进气门。类似地，多个排气凸轮轴可控制每个气缸的多个排气门和/或可控制多组气缸的排气门。气缸致动器模块120可通过停止燃料和火花的供应和/或禁止使用气缸的排气门和/或进气门来停用气缸。

CTC模块114可调整进气门122和/或排气门130的位置，以便调整吸取的空气量和保留在(一个或多个)气缸118内的无效残余气体量。CTC模块114也可调节(一个或多个)燃料喷射器125的运行(例如，喷射器开度的打开时间或大小)，以增加被喷射入(一个或多个)气缸118的燃料量。CTC模块114还可对应于空气/燃料混合物的变化来调节(一个或多个)排气凸轮轴的正时。

通过进气凸轮相位器148，可相对于活塞TDC改变进气门122被打开时的曲轴角度。通过排气凸轮相位器150，可相对于活塞TDC改变排气门130被打开时的曲轴角度。相位器致动器模块158基于来自CTC模块114的信号控制进气凸轮相位器148和排气凸轮相位器150。

CTC系统100可包括向进气歧管110提供加压空气的增压装置。例如，图1示出了涡轮增压器160。涡轮增压器160由流过排气系统134的排气提供动力，并向进气歧管110提供压缩空气充量。涡轮增压器160可在空气到达进气歧管110之前对空气进行压缩。

废气门164可允许排气旁路绕过涡轮增压器160，从而降低涡轮增压器的输出(或增压)。CTC模块114经由增压致动器模块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提供到进气歧管110。中冷器(未示出)可耗散压缩空气充量的一些热量，压缩空气充量的热量是在空气被压缩时产生的，并且还可以因接近排气系统134而增加。替代性的发动机系统可包括向进气歧管110提供压缩空气并且由曲轴驱动的增压器。

CTC系统100可包括排气再循环(EGR)阀170，该阀选择性地将排气再引导回进气歧管110。在多种实施方式中，EGR阀170可位于涡轮增压器160之后。CTC系统100可利用发动机速度传感器180以每分钟转数(RPM)为单位测量曲轴的速度。还可利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可位于发动机102内，或者位于冷却剂循环到的其它位置处，例如散热器(未示出)。

可用歧管绝对压力(MAP)传感器184测量进气歧管110内的压力。在多种实施方式中，可测量发动机真空度，其中发动机真空度是环境空气压力与进气歧管110内压力的差。可用质量空气流量(MAF)传感器186测量流入进气歧管110的空气质量。MAF传感器186可位于包括了节气门112的壳体内。

节气门致动器模块116可利用一个或多个节气门位置传感器(TPS)190监测节气门112的位置。可利用进气温度(IAT)传感器192测量被吸入CTC系统100的空气的环境温度。CTC模块114可利用来自这些传感器的信号为CTC系统100作出控制决策。

CTC模块114可与变速器控制模块194通信，以协调变速器(未示出)内的换档齿轮(shifting gears)。例如，CTC模块114可在齿轮换档过程中减少转矩。CTC模块114可与混合动力控制模块196通信，以协调发动机102和电机198的运行。电机198也可以作为发电机起作用，并且可用于产生由车辆电力系统所用的电能和/或用于电池存储的电能。在多种实施方式中，CTC模块114、变速器控制模块194和混合动力控制模块196可集成在一个或多个模块中。

为了简要地表示发动机102的各种控制机构，每个改变发动机参数的系统都可被称为致动器。例如，节气门致动器模块116能改变节气门112的叶片位置，并且因此改变节气门112的开度面积。节气门致动器模块116因此可被称为致动器，而节气门开度面积则可被称为致动器位置。

类似地，火花致动器模块126可被称为致动器，而对应的致动器位置是火花提前量。其它致动器包括增压致动器模块162、EGR阀170、相位器致动器模块158、燃料喷射系统124、和气缸致动器模块120。关于这些“致动器”的术语“致动器位置”可分别对应为增压压力、EGR阀开度、进气和排气凸轮相位器角度、空气/燃料比、和启用的气缸数量。

尽管电机198可以提供与发动机102的转矩输出串联和/或并联的转矩，但应当认识到，其它构造也被认为是落在本描述的范围内。例如，电机198可被实施为一个或多个不通过变速器202而直接向车轮200提供转矩的电机。

发动机102和电机198的组合转矩被施加至变速器202的输入端。变速器202可以是自动变速器，其根据来自CTC模块114的齿轮变速命令来切换齿轮。变速器202的输出轴与差速齿轮204的输入端耦接。差速齿轮204驱动车轴和车轮200。车轮速度传感器206产生指示其各自车轮200的转速的信号。

CTC模块114基于接收到的传感器信号和本文所描述的其它参数来估计将要提供的发动机输出转矩。CTC模块114可调节节气门位置、空气-燃料比、气门正时、燃料喷射等，以便提供所估计的发动机输出转矩。基于期望的发动机输出转矩，CTC模块114对发动机装置进行控制，使得实现期望的空气流量、期望的燃料喷射和/或期望的火花正时。期望的发动机输出转矩可基于车辆操作者(驾驶员)请求和/或可以是基于控制器的，例如来自巡航控制系统的转矩输出请求。特别地，CTC模块114基于本发明的协调式转矩控制方法和系统控制发动机的转矩输出。

CTC模块114所接收到的传感器信号可包括来自以下传感器的传感器信号：MAP传感器184、MAF传感器186、节气门位置传感器190、IAT传感器192、加速器踏板位置传感器195、或其它传感器，例如发动机冷却剂温度传感器182、发动机速度传感器180、环境温度传感器197、油温传感器198、车辆速度传感器201、排气或催化剂温度传感器203。

CTC模块114与节气门致动器模块116和巡航控制模块通信。关于图3A的实施例示出并描述了巡航控制模块的示例。CTC模块114接收来自节气门位置传感器190的节气门位置信号，并基于该节气门位置信号调节节气门位置。CTC模块114可基于加速器踏板193的位置利用节气门致动器来控制节气门112。节气门致动器模块116可包括电动机或步进电动机，其提供节气门位置的受限控制和/或粗控制。

CTC模块114还可基于来自巡航控制模块的输入(例如车轴转矩请求)利用节气门致动器来控制节气门112。CTC模块114也产生有效的踏板位置信号，该信号代表了节气门位置，而不管是车辆操作者正在下压加速器踏板194还是巡航控制模块正在控制节气门量。

可基于来自传感器184、186的信号确定和/或估计空气质量、体积和每缸压力。CTC控制模块114可基于期望MAP和期望MAF确定节气门面积，并且可基于节气门面积产生控制信号以控制节气门。可基于发动机速度和转矩请求信号确定期望MAP和期望MAF。

发动机系统100还可包括大气压力传感器208。大气压力传感器208可用于确定环境条件，该环境条件还可进一步用于确定期望的节气门面积。期望的节气门面积可对应于特定的节气门位置。

CTC系统100也可包括各种表210，这些表可在执行仲裁时和/或在执行与CTC模块114的模块相关联的各种功能时使用。关于图2的实施例示出并描述了CTC 114的示例性模块。表210可包括单脉冲模式表212和多脉冲模式表214。每个表都可与关于图4的实施例所描述步骤中的一个或多个相关联。

现在参照图2，其中示出了CTC系统250。CTC系统250可以是图1的CTC系统100的一部分。CTC模块114可包括CTC系统250的模块。CTC系统250包括CLO使能模块252、仲裁器转换控制模块254和发动机转矩控制模块256。CLO使能模块252基于各种输入并当CLO被使能时，使能和禁止多脉冲模式。仲裁器转换控制模块254提供预测转矩最终信号T_prf和即时转矩最终信号T_imf。转矩请求信号T_prf、T_imf可基于接收自驾驶员(车辆操作者)译释(interpretation)模块258、发动机容量模块260、和CLO转矩储备模块262的输入。

术语“即时”可指通过例如火花提前量(汽油发动机)调节或燃料正时(柴油发动机)调节可获得的转矩。术语“即时”可指转矩的快速响应，而术语“预测”可指例如通过对节气门控制、增压控制、egr控制、相位器控制等(基于歧管)调整而更慢地提供的转矩。发动机转矩控制模块256基于来自仲裁器转换控制模块254、发动机转矩估计器270和空气/燃料比模块272的输入来控制相位器控制模块264、节气门控制模块266和火花控制模块268。

在运行中，CLO使能模块252接收CLO使能信号CLO、转矩估计信号T_EST、发动机速度信号RPM、预测转矩信号T_pr、即时转矩信号T_im、转矩容量预测信号T_prcap和转矩即时容量信号T_imcap。转矩估计信号T_EST可由发动机转矩估计器270产生。发动机转矩估计器270可按美国专利No.6,704,638中所述那样产生转矩估计信号T_EST。

例如，发动机速度信号RPM可由图1的发动机速度传感器180产生。预测转矩信号T_pr和即时转矩信号T_im都可被称为转矩请求信号，并由驾驶员译释模块258产生。转矩容量预测信号T_prcap和转矩即时容量信号T_imcap可由发动机容量模块260产生。

CLO使能模块252产生多模式使能信号MME，该信号被提供到仲裁器转换控制模块254、发动机容量模块260、CLO转矩储备模块262、相位器控制模块264、火花控制模块268、发动机转矩估计器270和空气/燃料比模块272。多模式使能信号MME也可被提供到驾驶员译释模块258、发动机转矩控制模块256和节气门控制模块266。模块252-272可基于多模式使能信号MME在单脉冲模式或多脉冲模式下运行。

如图所示，仲裁器转换控制模块254基于预测转矩信号T_pr、即时转矩信号T_im、转矩容量预测信号T_prcap、转矩即时容量信号T_imcap和转矩储备修正信号T_CORR来产生预测转矩最终信号T_prf和即时转矩最终信号T_imf。转矩储备修正信号T_CORR可由CLO转矩储备模块262基于例如每缸空气量(APC)信号、发动机速度、期望火花提前量、冷却剂温度等产生。转矩储备修正信号T_CORR可基于怠速时的储备转矩T_RIDLE和静止时的储备转矩T_REST。

发动机转矩控制模块256基于预测转矩最终信号T_prf、即时转矩最终信号T_imf、转矩灵敏度向量T_sens和空气/燃料指令信号AF_com产生APC信号、期望节气门面积(DAREA)信号和用于转矩管理的火花(正时)信号S_tm。转矩灵敏度向量T_sens可由发动机转矩估计器270产生，发动机转矩估计器270可与发动机容量模块260通信。空气/燃料指令信号AF_com可由空气/燃料比模块272产生。APC信号、DAREA信号和火花转矩管理信号S_tm被分别提供到相位器控制模块264、节气门控制模块266和火花控制模块268。

在图3中，示出了CLO转矩储备模块262。CLO转矩储备模块产生转矩储备修正信号T_CORR。CLO转矩储备模块262包括增量火花模块(delta spark module)274、第一加法器275、转矩基准模块(torquebase module)276、第二加法器277和修正转矩模块278。CLO转矩储备模块262还可包括火花控制模块279、非管理转矩模块280和怠速转矩储备模块281。

现在也参照图4，示出了确定修正转矩储备的方法。虽然以下方法针对于图2和图3的实施例，但该方法也可被修改以应用于本发明的其它实施例。该方法可开始于步骤284。

在步骤285，增量火花模块274确定增量火花或ΔS，其指的是最小火花S_Min和火花基准S_b之间的差。最小火花S_Min可以是预定值，且指的是在以多脉冲模式运行(例如以双脉冲模式运行)发动机时的最小火花值或最小火花提前量值。火花基准S_b指的是在以多脉冲模式运行时提供最小的碳氢化合物量的火花提前量。

在发动机的火花提前量和碳氢化合物产物HC之间存在直接关系。仅作为示例，在双脉冲模式中，火花提前量可具有大约在-20°到10°之间的操作范围，其中-20°是最小火花S_Min，而10°是最大火花S_Max。火花基准S_b可约等于-17°。在所提供的示例中，ΔS等于-3°。如公式1所示，基于当前每缸空气量的值(例如APC)和当前发动机速度的值(例如RPM)确定ΔS：

ΔS＝f(APC，RPM)                                 (1)

在步骤286中，确定最小火花S_Min。可由火花控制模块279确定最小火花S_Min。可利用公式2确定最小火花S_Min。

S_Min＝f(RPM，APC，I，E，AF)                      (2)

最小火花S_Min可等于用于最佳转矩输出值的最小火花S_MBT，这指的是提供最大转矩输出量的最小提前的火花正时值。提前火花正时使之超过用于最佳转矩输出值的最小火花S_MBT不会使转矩输出增加。最小火花S_Min可利用存储的表格数据确定。

在步骤287，第一加法器276从最小火花S_Min中减去ΔS以得到火花基准S_b。这由公式3示出。火花基准S_b与产生的碳氢化合物HC直接相关或是其函数。可利用测功机数据推导火花基准S_b和产生的碳氢化合物HC之间的依赖关系。

S_b＝S_Min-ΔS＝f(HC)                               (3)

火花基准S_b可用于产生火花指令信号S_Final，如公式4所示，其中S_p是比例火花(proportional spark)。火花指令信号S_Final可指用于发动机气缸内火花正时且被提供到火花致动器模块的火花控制信号，该火花致动器模块例如为图1的火花致动器模块126。公式1-5可用于怠速速度控制或在怠速速度模式期间使用。公式5提供了对于火花基准S_b与比例火花S_p之和的怠速速度火花极限。

S_Final＝S_b+S_p                                     (4)

S_Min＜S_b+S_p＜S_Max                                 (5)

在步骤288，转矩基准模块276基于火花基准S_b、当前发动机速度、当前每缸空气量APC以及当前进气相位器位置(例如I)和当前排气相位器位置(例如E)来确定转矩基准T_b。可由公式6确定转矩基准T_b。

T_b＝f(RPM，I，E，S_b，APC)                         (6)

在步骤289，非管理转矩模块280确定非管理转矩T_un。非管理转矩指的是通过与用于最佳转矩输出值的最小火花S_MBT相等的火花所提供的转矩。

在步骤290，第二加法器277从非管理转矩T_un中减去转矩基准T_b以生成用于多脉冲模式的总转矩储备T_resmp。转矩储备可由公式7确定。

T_resmp＝T_UN-T_B                                    (7)

在步骤291，怠速转矩储备模块281确定怠速时的转矩储备。怠速时的转矩储备指的是当发动机速度处于怠速速度时为提供转矩(即，用于助力转向、空调等)所能提供的转矩储备。可利用致动器提供怠速时的转矩储备，该致动器对来自车辆操作者的转矩请求具有较短的响应时间。

在步骤292，修正转矩模块278基于转矩储备T_resmp和怠速转矩储备T_RIDLE产生修正转矩储备T_CORR。修正转矩储备T_CORR可用公式8确定并满足排放物控制要求。

T_CORR＝(T_resmp-T_RIDLE)*f_{cat_temp}*f_cool-temp*f_{run_time}*f_baro+T_RIDLE    (8)

f_{cat_temp}是催化剂温度的函数且为常数，f_{cool_temp}是发动机冷却剂温度的函数且为常数，f_{run_time}是发动机运行时间的函数且为常数，f_baro是大气压的函数且为常数。转矩储备T_R与常数f_{cat_temp}、f_{cool_temp}、f_baro、f_{run_time}的乘积提供了静止时的转矩储备T_REST。可利用一个或多个温度传感器基于排气系统的温度和/或排气系统的催化剂温度T_cat确定f_{cat_temp}常数。可利用冷却剂温度传感器基于相应发动机的冷却剂温度T_cool确定f_{cool_temp}常数。图1中示出了用于探测催化剂温度、冷却剂温度的示例性传感器和大气压传感器。

可利用发动机计时器283确定f_{run_time}常数，该计时器在发动机起动时跟踪发动机的运行时间RUN。例如，该计时器可在起动发动机点火时启动。可利用大气压传感器基于大气压T_baro确定f_baro常数。

常数f_{cat_temp}、f_{cool_temp}、f_{run_time}分别随着相应的温度增加和运行时间增加而减小。当常数f_{cat_temp}、fcool_t_emp、f_{run_time}中的一个或多个大于相应的排气和/或催化剂温度阈值、冷却剂温度阈值和运行时间阈值时，修正转矩储备T_CORR等于怠速时的转矩储备T_RIDLE。当大气压常数f_baro超过大气压阈值时，修正转矩储备T_CORR也可等于怠速时的转矩储备T_RIDLE。当起动发动机和/或点火时，可将常数f_{cat_temp}、f_{cool_temp}、f_baro、f_{run_time}的每一个均设为1。随着相应的排气和冷却剂温度增加、随着运行时间增加、以及随着当前大气压变得等于大气压阈值，常数f_{cat_temp}、f_{cool_temp}、f_baro、f_{run_time}的值可减小。方法可在步骤293结束。

对于基于转矩的怠速速度控制，可基于转矩基准T_b、非管理转矩T_un和转矩储备T_resmp确定即时转矩值T_im和预测转矩值T_pr。公式9和10可用于确定即时转矩值T_im和预测转矩值T_pr。

T_pr＝CTT+T_pp+T_IP+T_resmp                (9)

T_im＝T_un-T_resmp+T_p＝T_b+T_p              (10)

CTT是零踏板时(加速器踏板位置等于零或当加速器没有被按压或致动时)的转矩。T_PP是比例的预测转矩。T_P是比例转矩，其可用公式11确定。T_IP是积分的预测转矩，其可用公式12确定。

T_p＝k_pr(RPM_ref-RPM_A)                   (11)

T_IP＝k_l∫(RPM_ref-RPM_A)                 (12)

RPM_ref和RPM_A分别是怠速时的期望发动机速度和实际发动机速度。K_pr和K_I分别是预测常数和积分常数。对基于转矩的怠速速度控制的进一步描述参见美国专利申请No.7,463,970。

在图5A和图5B中，示出了提供协调式转矩控制的示例性发动机控制系统300。本文公开的实施例可应用于其它的协调式转矩控制系统。发动机控制系统300可被称为CTC系统或构架(backbone)。发动机控制系统300的任何模块。图5A和5B结合在一起来描述了完整的功能框图。图5A上的第一连接标记“A”与图5B上的第二连接标记“A”重合。图5A上的第一连接标记“B”与图5B上的第二连接标记“B”重合。图5A和图5B共同称为图5。

发动机控制系统300采用了转矩请求构架模块302，该模块确定推进转矩命令，并将该推进转矩命令传给推进转矩控制模块304。转矩请求构架模块302基于来自各转矩请求模块308-322的输入确定推进转矩命令，下面会详细描述转矩请求模块308-322。转矩请求模块308-322包括产生对致动器306_1-P(即，致动器306)的一个或多个的控制有影响的信号的模块，这些模块改变发动机转矩。推进转矩命令代表为了满足来自转矩请求模块308-322的请求而期望发动机产生的转矩。

作为示例，CTC系统可基于发动机转矩请求和由节气门位置传感器(TPS)产生的节气门位置信号来产生节气门控制信号。发动机转矩请求可以基于车辆操作者输入，例如加速器踏板位置。CTC系统基于发动机转矩请求和节气门位置信号向一个或多个装置发送命令。这些装置可包括凸轮轴相位器、排气再循环(EGR)阀、涡轮等。CTC系统可调整这些装置的运行以提供期望的输出转矩。

推进转矩控制模块304基于净推进转矩命令来控制致动器306中的一个或多个。致动器306影响发动机转矩。致动器306的示例包括：点火模块、燃料喷射模块和电子节气门控制模块；点火模块根据设置的点火正时将点火火花输送至发动机，燃料喷射模块在设置的曲轴角度将合适量的燃料输送至发动机，电子节气门控制模块调节例如节气门的角度。

转矩请求模块308-322中的每一个都可归类为车轴转矩请求模块或推进转矩请求模块。车轴转矩请求模块控制车辆速度和车辆与路面的附着力中的至少一个。推进转矩请求模块控制发动机和电机的输出转矩。图5A中示出了示例性的车轴转矩请求模块，其包括踏板位置感测模块308、驾驶员转矩请求模块309、巡航控制转矩请求模块310、自适应巡航控制转矩请求控制模块312和其它车轴转矩请求模块314_1-J。图3B中示出了示例性推进转矩请求模块304，其包括失速防止模块316、发动机发动和停机模块318、发动机容量保护模块320和其它推进转矩请求模块322_1-K。

踏板位置感测模块308产生踏板位置信号，其指示了车辆操作者请求对车辆加速。驾驶员转矩请求模块309基于踏板位置信号产生驾驶员转矩请求。驾驶员转矩请求也可以基于当前发动机速度和当前车辆速度。

巡航控制转矩请求模块310产生巡航控制转矩请求。巡航控制转矩请求代表将车辆维持在设定速度的车轴转矩。自适应巡航控制转矩请求控制模块312可与巡航控制转矩请求模块310通信，以基于车辆周围的环境来修改巡航控制转矩请求。例如，自适应巡航控制转矩请求模块312可请求车轴转矩减小。该请求可为了使车辆减速和/或在巡航控制开启的同时将车辆维持在第二车辆后的最小跟随距离处。

其它车轴转矩请求模块由车轴转矩请求模块314_1-J表示，其共同称为车轴转矩请求模块314。车轴转矩请求模块314的第一个示例是附着力/牵引力控制模块。附着力/牵引力控制模块确定车轴转矩的改变，以控制正车轮滑动和负车轮滑动。正车轮滑动指的是车辆轮胎和路面之间由于加速期间过大的动力系转矩导致的滑动。负车轮滑动指的是车辆轮胎和路面之间由于减速期间过大的制动车轴转矩导致的滑动。可基于来自车轮速度传感器的信号探测上述滑动。

车轴转矩请求模块314的另一个示例是车辆超速保护模块。车辆超速保护模块确定最大车轴转矩极限，以将车辆速度维持在预定速度极限以下。

车轴转矩请求模块314的又一个示例是制动转矩管理模块。制动转矩管理模块在实施车辆制动时确定最大车轴转矩。该最大车轴转矩是在不克服车辆制动器的制动转矩的条件下所能提供的车轴转矩。

车轴转矩请求模块314的再一个示例是稳定性控制模块。稳定性控制模块基于车辆的横摆率产生车轴转矩请求。稳定性控制模块可包含在电子稳定性控制系统内。

转矩请求构架模块302包括车轴转矩仲裁模块330和推进转矩仲裁模块332。车轴转矩仲裁模块330接收来自驾驶员转矩请求模块309、巡航控制转矩请求模块310、车轴转矩请求模块314和转矩断开控制模块334(在图5B中示出)的各种转矩请求和/或极限。

在某些情形中，通过暂时停止向发动机供应燃料和/或火花来使推进转矩最小。转矩断开模块334可用于产生针对这些情形的转矩请求，这些情形可包括离合器燃料断开和减速燃料断开两者中的至少一个。当车辆装备有手动变速器并且车辆操作者使离合器分离时，发生离合器燃料断开。离合器燃料断开阻止发动机速度在离合器分离并且从发动机去除负载时增大到超过预定速度。当车辆以高于预定速度的速度滑行时，发生减速燃料断开。减速燃料断开有助于增大发动机制动。减速燃料断开也被传送到车轴转矩仲裁模块330。

车轴转矩仲裁模块330基于转矩请求和/或极限产生净车轴转矩请求，并将该净车轴转矩请求传到车轴-推进转矩转换模块3536。车轴-推进转矩转换模块336将净车轴转矩请求转换成对应的推进转矩请求，该推进转矩请求可被提供到推进转矩仲裁模块332。该转换可基于车轴差速齿轮的齿轮比、车轮直径、变速器齿轮比和转矩转换器增益进行。

车轴转矩仲裁模块330可被构造成用于混合动力电动车辆。在混合动力电动车辆中，来自车轴转矩仲裁模块330的总车轴转矩请求被传送到混合动力控制模块340。混合动力控制模块340可确定由电机和发动机提供的推进转矩量。混合动力控制模块340基于上述确定结果产生推进转矩请求信号，这些信号被分别提供到推进转矩仲裁模块332和电机。车轴-推进转矩转换模块336可与混合动力控制模块340组合。而且，转矩断开模块334可将减速燃料断开转矩请求传送到混合动力控制模块340，而非传送到车轴转矩仲裁模块332。

推进转矩仲裁模块332基于来自各种推进转矩请求模块、车轴转矩仲裁模块330、和/或混合动力控制模块340的推进转矩请求和/或极限来产生总的被请求推进转矩。推进转矩仲裁模块332将总的被请求推进转矩传送给推进转矩控制模块304。推进转矩仲裁模块332接收来自推进转矩请求模块316-322的推进转矩请求。推进转矩请求模块322_1-K共同称为推进转矩请求模块322。

失速防止模块316确定使发动机维持在运行状态所需要的最小转矩。失速防止模块316可基于来自发动机发动和停机模块318、以及发动机容量保护模块320的输入来增加该最小转矩。

发动机发动和停机模块318基于发动机是否是新发动机或绿色发动机来增大最小转矩请求。绿色发动机指的是当车辆第一次组装后利用燃料喷射脉冲宽度从燃料系统中清除空气的发动机。发动机发动和停机模块318也可与推进转矩仲裁模块304通信以延迟点火正时并维持恒定的发动机转矩，而不管燃料喷射器脉冲宽度的增加。

发动机容量保护模块320基于动力系的机械极限提供发动机的最大转矩极限。机械极限的示例包括变速器的最大转矩极限和排气催化剂的最高温度极限。

推进转矩请求模块322的一个示例是变速器转矩请求模块，该变速器转矩请求模块在变速器换档期间产生减少发动机转矩的转矩请求。其它推进转矩请求模块322可包括发动机超速保护模块和发动机怠速速度控制模块。发动机超速保护模块确定推进转矩极限以阻止发动机速度超过预定发动机速度。发动机怠速速度控制模块确定在滑行期间将发动机维持在预定的怠速速度或在变速器处于驱动档或空档情况下维持发动机怠速所需要的推进转矩。

推进转矩仲裁模块332也可接收来自一个或多个储备转矩请求模块350_1-Q的储备转矩请求，储备转矩请求模块350_1-Q共同被称为储备转矩请求模块350。储备转矩是可由发动机提供的额外转矩，例如用于补偿可能突然加载到发动机上的未知负载。未知负载可指来自助力转向、空调等的负载。储备转矩请求模块350的第一个示例是空调压缩机转矩补偿模块。空调压缩机转矩补偿模块请求储备转矩以在压缩机离合器接合和分离时维持恒定的发动机速度。

储备转矩请求模块350的另一个示例是催化剂起燃模块。当发动机起动后且温度小于某一温度时，催化剂起燃模块请求延迟发动机火花以增高排气温度，从而将排气催化剂加热到转换温度。催化剂起燃模块也可在火花被延迟时请求增大节气门开度以补偿任何相关的转矩损失。

储备转矩请求模块350的又一示例是侵入式诊断模块。侵入式诊断模块(例如，怠速催化剂监视器)可改变发动机的空气/燃料比以执行诊断测试。该空气/燃料比的变化可改变发动机的转矩输出。侵入式诊断模块可请求储备转矩以补偿转矩输出中的该变化。

现在参照图6，示出了协调式转矩控制方法。虽然以下步骤主要是关于图2的实施例描述的，但这些步骤可被改变和/或应用于本发明的其它实施例。在下列步骤中，产生了各种信号并呈现了多种功能。这些信号的每一个都可基于相关的表产生，而每一个功能也都可基于相关的表，该相关的表例如是图1的表210中的一个。而且，还对各种模块进行了描述。该各种模块可包含在例如图3A和3B的转矩请求构架模块302中和/或包含在转矩请求构架模块302内的仲裁模块之一中。该方法可开始于步骤400。

在步骤401，CLO使能信号。CLO使能信号可基于例如排气温度、氧气传感器信号、空气流、排气压力、发动机起动/停机时间、冷却剂温度、发动机运行时间等而产生。

在步骤402，CLO使能模块产生例如多模式信号MME，该多模式信号MME指示了运行是在单脉冲模式下或是在多脉冲模式下。多模式信号MME可基于例如CLO使能信号CLO、转矩估计信号T_EST、发动机速度信号RPM、预测转矩信号T_pr、即时转矩信号T_im、转矩容量预测信号T_prcap、和转矩即时容量信号T_imcap而产生。

在一个实施例中，多模式信号MME基于CLO使能信号CLO、小于预定最大转矩输出的转矩请求、和指示了当前发动机速度在预定发动机速度范围内的发动机速度信号RPM而产生。仅作为示例，当转矩请求小于多脉冲模式的预测最大转矩输出且当前发动机速度在预定的发动机速度范围内时，多模式信号可指示运行在多脉冲模式下。示例性的发动机速度范围是约1200-1600转/分钟。转矩请求可基于预测转矩信号T_pr和即时转矩信号T_im。多模式信号MME可基于发动机负载产生。

仅作为示例，控制方法可基于加速器踏板定位、变速器接合状态、飞轮负载(制动转矩)、最大可用发动机转矩、多脉冲模式的火花提前量、发动机负载等确定是否保持在多脉冲模式。仅作为示例，当第一和大于多脉冲模式的第二和(如公式1所示)时，控制方法可保持在多脉冲模式。第一和可等于制动转矩BT加上转矩储备(例如转矩储备修正信号T_CORR)。第二和可等于最大发动机容量EC_M加上标定偏差Cal_OFF。当公式13成立时，控制方法可运行在单脉冲模式下和/或转换成单脉冲模式。标定偏差Cal_OFF可用于允许控制方法调节何时停止运行在多脉冲模式下的正时。

BT+T_res＞EC_M+Cal_OFF                             (13)

作为一种替代方式，控制方法也可按2009年4月29日提交的美国临时申请No.61/173,785所描述的那样确定是否保持在多脉冲模式下。

在步骤404，驾驶员译释模块可产生例如预测转矩信号T_pr和即时转矩信号T_im。预测转矩信号T_pr和即时转矩信号T_im可基于例如来自加速器踏板传感器、巡航控制等的一个或多个驱动输入信号而产生。作为示例，即时转矩信号T_im可用于调节火花正时。预测转矩信号T_pr可用于调节节气门面积、节气门位置和/或进气/排气增压。

在步骤406，当多模式使能信号MME指示运行在单脉冲模式下时，控制方法前进到步骤408；当多模式使能信号MME指示运行在多脉冲模式下时，控制方法前进到步骤438。

在步骤408，发动机容量模块产生例如转矩容量预测信号T_prcapsp和转矩即时容量信号T_imcapsp。发动机容量模块可产生用于单脉冲模式的最大和/或最小转矩、每缸空气量、火花正时、进气相位器位置和排气相位器位置信息。转矩容量预测信号T_prcapsp和转矩即时容量信号T_imcapsp可基于由公式19-20给出的最大值信息产生。例如，发动机速度R、最大转矩T_MAXsp、最大每缸空气量A_MAXsp、最大火花正时值S_MAXsp、最大进气相位器位置I_MAXsp和最大排气相位器位置E_MAXsp可基于下列公式14-18确定。sp指的是单脉冲模式。BARO指的是大气压，其可基于来自大气压传感器的信号而产生。

T_MAXsp＝f(R，A_MAXsp，S_MAXsp，I_MAXsp，E_MAXsp)       (14)

A_MAXsp＝VE_MAXsp*BARO                               (15)

S_MAXsp＝f(R，A_MAXsp)                               (16)

I_MAXsp＝f(R，A_MAXsp)                               (17)

E_MAXsp＝f(R，A_MAXsp)                               (18)

T_prcapsp＝f(T_MAXsp，A_MAXsp，S_MAXsp，I_MAXsp，E_MAXsp)(19)

T_imcapsp＝T_prcapsp-T_RESsp                          (20)

在步骤410中，CLO转矩储备模块产生例如转矩储备信号T_ressp。转矩储备信号T_ressp可按公式21产生。用于多脉冲模式的转矩储备可大于用于单脉冲模式的转矩储备。例如，与单脉冲模式相比，在多脉冲模式中火花正时可被更多地延迟或更少地提前。在一个实施例中，火花正时在单脉冲模式时是用于最佳转矩输出值的最小火花S_MBT，而在多脉冲模式时则是负的火花提前量值。当预测转矩信号T_pr等于即时转矩信号T_im或当转矩储备等于零时，提供用于最佳转矩输出值的最小火花S_MBT。预测转矩可等于即时转矩加上转矩储备。

T_ressp＝f_sp(R，DAPC)                               (21)

在步骤412，冲裁器转换控制模块可基于预测转矩信号T_pr、即时转矩信号T_im、转矩容量预测信号T_prcapsp、转矩即时容量信号T_imcapsp和转矩储备信号T_ressp产生预测转矩最终信号T_prfsp和即时转矩最终信号T_imfsp。仲裁器转换控制模块可控制单脉冲模式和多脉冲模式之间的转换。例如参见2009年4月29日提交的美国临时专利申请No.61/173,785。

在步骤414，发动机转矩估计器可产生用于单脉冲模式的转矩灵敏度向量T_senssp。可按美国专利No.6,704,638所描述地确定转矩灵敏度。仅作为示例，转矩灵敏度向量T_senssp可按公式22确定。第一组系数值可用于单模式，而不同的系数值或第二组系数值可用于多脉冲模式。可利用Taylor级数确定发动机的转矩输出T_Osp。可利用公式23确定转矩输出T_Osp，其中a_A(R，I_sp，E_sp)可被称为用于单脉冲模式的灵敏度。

和

都是系数值。

T_senssp＝f(R，I_sp，E_sp，A_sp，S_sp)                  (22)

$T_{\mathrm{Osp}}=a_A(R,I_{\mathrm{sp}},E_{\mathrm{sp}})A+a_{A^2}(R,I_{\mathrm{sp}},E_{\mathrm{sp}})A^2+...+a_S(R,I_{\mathrm{sp}},E_{\mathrm{sp}})S+a_{S^2}(R,I_{\mathrm{sp}},E_{\mathrm{sp}})S^2+...---\left(23\right)$

在步骤416，空气/燃料比模块可以产生空气/燃料命令信号AF_comsp。空气/燃料命令信号AF_comsp可包括由公式24提供的当量比EQR_sp，其中COOL是冷却剂温度而IVT是进气门温度。空气/燃料比可设置为化学计量燃烧比或接近化学计量燃烧比，其例如是14.7∶1。

EQR_sp＝f(COOL，IVT)                                (24)

在步骤418，发动机转矩控制模块可基于转矩灵敏度向量T_senssp、预测转矩最终信号T_prfsp、即时转矩最终信号T_imfsp和空气/燃料命令信号AF_comsp产生期望每缸空气量信号APC_sp、期望节气门面积信号DAREA_sp和火花控制信号S_tmsp。对于单脉冲模式，转矩控制可包括不同于多脉冲模式的积分增益。

在步骤420，相位控制模块可基于期望的每缸空气量信号APC_sp控制相位器定位。例如，进气相位器定位和排气相位器定位可基于公式25-26。

I_sp＝f_sp(R，DAPC)                                (25)

E_sp＝f_sp(R，DAPC)                                (26)

当在单脉冲模式和多脉冲模式之间转换时，渐变策略(rampingstrategy)可用于凸轮轴相位器和转矩储备。例如，当从单脉冲模式向多脉冲模式转换时，相位器位置可渐变(ramped)到期望位置，空气流可渐变降低(减小)，并且火花正时可增大。这降低了转换速度。作为另一个实施例，相位器位置、空气流和火花正时可在转换之前调节，使得当前相位器位置、空气流和火花正时既适合于单脉冲模式也适合于多脉冲模式下的稳定燃烧。然后在不改变发动机转矩输出的情况下执行在单脉冲模式和多脉冲模式之间的转换。单脉冲模式可具有不同于多脉冲模式的相位器计划表(phasor schedule)。在单脉冲模式和多脉冲模式的每一个中调节燃烧效率以使排放物最少。可按照2009年4月29日提交的美国临时申请No.61/173,785的描述执行单脉冲模式和多脉冲模式之间的转换。

在步骤422，节气门控制模块可基于期望节气门面积信号DAREA_sp调节节气门位置。当在单脉冲模式和多脉冲模式之间转换时，可调节空气流。例如，当关于单脉冲模式提前火花时，可增加空气流。

在步骤424，火花控制模块可基于火花控制信号S_tmsp调节火花正时。仅作为示例，公式27-29可用于确定和设置火花正时。S_minsp指的是单脉冲模式的火花正时最小值，S_sp指的是当前火花正时或期望火花正时，S_ascalsp指的是标定的火花正时，S_EQRsp指的是基于当量比EQR_sp的火花正时，而S是火花正时函数。标定的火花正时S_ascalsp可等于用于最佳转矩输出值的最小火花S_MBT。

S_minsp(R，A_sp，I_sp，E_sp)＜S_sp＜S_ascalsp(R，A_sp，I_sp，E_sp) (27)

S_sp＝S_ascalsp-S_EQR-S_TM                                    (28)

S_EQRsp＝S(R，EQR_sp)                                       (29)

当在单脉冲模式和多脉冲模式之间转换时，可改变火花正时。用于单脉冲模式的火花正时范围可不同于多脉冲模式所用的火花正时范围。作为示例，单脉冲火花运行范围可从上止点之前(DBTDC)-5°到最佳转矩之前的最小火花。一个例子，多脉冲火花运行范围是从上止点之前-20°到多脉冲模式的最大火花提前量。同样地，单脉冲模式和多脉冲模式的火花延迟量可不同。

在步骤424以后，控制方法可返回到步骤401和/或402以产生更新的CLO使能信号和/或更新的多模式使能信号。替代性地，控制方法可如图所示返回到步骤404。CLO使能信号和/或多模式使能信号可在步骤402-424的任何步骤期间产生。结果，控制方法可返回到步骤404并在步骤402-424中的任一个步骤期间或之后从在单脉冲模式下运行切换到在多脉冲模式下运行。

在步骤438，发动机容量模块产生例如转矩容量预测信号T_prcapmp和转矩即时容量信号T_imcapmp。转矩容量预测信号T_prcapmp和转矩即时容量信号T_imcapmp可基于最大和/或最小信息产生，其中一个示例由公式35-36给出。例如，最大转矩T_MAXmp、最大每缸空气量A_MAXmp、最大火花正时值S_MAXmp、最大进气相位器位置I_MAXmp和最大排气相位器位置E_MAXmp可基于以下公式30-34确定。mp指的是多脉冲模式。在公式30-34中提供的函数可以是基于公式的、基于表的，等等。

T_MAXmp＝f(R，A_MAXmp，S_MAXmp，I_MAXmp，E_MAXmp)        (30)

A_MAXmp＝VE_MAXmp*BARO                                (31)

S_MAXmp＝f(R，A_MAXmp)                                (32)

I_MAXmp＝f(R，A_MAXmp)                                (33)

E_MAXmp＝f(R，A_MAXmp)                                (34)

T_prcapmp＝f(T_MAXmp，A_MAXmp，S_MAXmp，I_MAXmp，E_MAXmp) (35)

T_imcapmp＝T_prcapmp-T_RESmp                           (36)

在步骤440，CLO转矩储备模块产生例如转矩储备信号T_resmp。转矩储备信号T_resmp可按公式37-39产生，其中T_un是可由发动机转矩估计模块产生的非管理转矩，T_b是基准转矩，该转矩是发动机速度R、进气凸轮轴相位器位置I和排气凸轮轴相位器位置I、火花提前量S和每缸空气量A的函数。T_p是比例转矩。

T_resmp＝T_un-T_b                                     (37)

T_b＝f(R，I，E，S，A)                               (38)

TC_im＝T_un-T_R+T_P                                      (39)

可按如上描述进一步产生转矩储备信号T_resmp。

在步骤442，仲裁器转换控制模块基于预测转矩信号T_pr、即时转矩信号T_im、转矩容量预测信号T_prcap、转矩即时容量信号T_imcap和转矩储备信号T_resmp来产生预测转矩最终信号T_prfmp和即时转矩最终信号T_imfmp。仲裁器转换控制模块可控制单脉冲模式和多脉冲模式之间的转换。

在步骤444，发动机转矩估计器可产生用于单脉冲模式的转矩灵敏度向量T_sensmp。转矩灵敏度可按美国专利No.6,704,638中的描述确定。仅作为示例，转矩灵敏度向量T_sensmp可按公式40确定。可利用Taylor级数确定发动机的转矩输出T_Omp。可利用公式41确定转矩输出T_Omp，其中b_A(R，I_mp，E_mp)可被称为多脉冲模式的灵敏度。

和

是系数值。

T_sensmp＝f(R，I_mp，E_mp，A_mp，S_mp)                    (40)

$T_{\mathrm{sensmp}}=b_A(R,I_{\mathrm{mp}},E_{\mathrm{mp}})A+b_{A^2}(R,I_{\mathrm{mp}},E_{\mathrm{mp}})A^2+...+b_S(R,I_{\mathrm{mp}},E_{\mathrm{mp}})S+b_{S^2}(R,I_{\mathrm{mp}},E_{\mathrm{mp}})S^2+...---\left(41\right)$

在步骤446，空气/燃料比模块可产生空气/燃料命令信号AF_commp。空气/燃料命令信号AF_commp可包括公式42所表示的当量比EQR_mp。空气/燃料比模块指令了使发动机以稀薄模式运行的空气/燃料比。稀薄模式与大于化学计量燃烧比的空气/燃料比相关。示例性的稀薄模式比是19∶1。

EQR_mp＝f(COOL，IVT)                                 (42)

在步骤448，发动机转矩控制模块可基于转矩灵敏度向量T_sensmp、预测转矩最终信号T_prfmp、即时转矩最终信号T_imfmp和空气/燃料命令信号AF_commp产生期望的每缸空气量信号APC_mp、期望节气门面积信号DAREA_mp和火花控制信号S_tmmp。

在步骤450，相位控制模块可基于期望每缸空气量信号APC_mp控制相位器定位。作为示例，进气和排气相位器定位可基于公式43-44。

I_mp＝f_mp(R，APC)                                   (43)

E_mp＝f_mp(R，APC)                                   (44)

当在单脉冲模式和多脉冲模式之间转换时，可使用如上述在步骤420中描述的渐变策略。

在步骤452，节气门控制模块可基于期望节气门面积信号DAREA_mp调整节气门位置。当在单脉冲模式和多脉冲模式之间转换时，可调整空气流。例如当关于多脉冲模式延迟火花时可减小空气流。

在步骤454，火花控制模块可基于火花控制信号S_tmmp调节火花正时。仅作为示例，公式45-47可用于确定和设置火花正时。S_minmp指的是单脉冲模式的火花正时最小值。S_mp指的是当前火花正时或期望火花正时，S_ascalmp指的是标定的火花正时，S_EQRsp指的是基于当量比EQR_mp的火花正时，而S是火花正时函数。

S_minmp(R，A_mp，I_mp，E_mp)＜S_mp＜S_ascalmp(R，A_mp，I_mp，E_mp) (45)

S_mp＝S_ascalmp-S_EQR-S_TM                                    (46)

S_EQRmp＝S(R，EQR_mp)                                       (47)

在步骤454之后，控制方法可返回到步骤401和/或402，以产生更新的CLO使能信号和/或更新的多模式使能信号。替代性地，控制方法可如图所示返回到步骤404。CLO使能信号和/或多模式使能信号可在步骤438-454的任何步骤期间产生。结果，控制方法可返回到步骤404并在步骤438-454中的任一个步骤期间或之后从在多脉冲模式下运行切换到在单脉冲模式下运行。作为示例，在催化剂上升到预定温度时、在CLO模式已被激活并持续预定时间段时、当排气中的氧气水平在预定范围内时等等，控制方法可从多脉冲模式切换至单脉冲模式。

上述的图4和图6的步骤是说明性示例；取决于应用，这些步骤可在重叠的时间段期间顺序地、同步地、同时地、连续地被执行或以不同的顺序被执行。

本领域技术人员现在能够从前面的描述中认识到本发明的广泛教导可按照多种形式来实施。因此，尽管结合本发明的具体示例对本发明进行了描述，但本发明的真实范围却不应当限于这些具体示例，因为本领域技术人员在研究了附图、说明书和所附权利要求后将会明白其他的修改。

Claims (20)

1.一种协调式转矩控制系统，包括：

催化剂模块，其基于催化剂起燃使能信号来产生多模式使能信号；和

转矩储备模块，其基于所述多模式使能信号、发动机速度信号和每缸空气量信号来产生转矩储备信号；

其中，所述转矩储备模块以多脉冲模式运行，所述多脉冲模式与基于所述多模式使能信号在发动机燃烧循环期间向燃烧室内喷射的N个燃料脉冲相关，其中N是大于或等于2的整数。

2.如权利要求1所述的协调式转矩控制系统，还包括增量火花模块，所述增量火花模块基于所述发动机速度信号和所述多模式使能信号来产生增量火花信号；

其中，所述转矩储备信号是基于所述增量火花信号产生的。

3.如权利要求2所述的协调式转矩控制系统，还包括第一加法器，所述第一加法器基于所述增量火花信号和最小火花信号来产生火花基准信号，

其中所述转矩储备信号是基于所述火花基准信号产生的。

4.如权利要求3所述的协调式转矩控制系统，还包括转矩基准模块，所述转矩基准模块基于所述火花基准信号、进气相位器位置和排气相位器位置来产生转矩基准信号，

其中所述转矩储备信号是基于所述转矩基准信号产生的。

5.如权利要求4所述的协调式转矩控制系统，还包括第二加法器，所述第二加法器基于所述转矩基准信号和非管理转矩来产生转矩储备信号。

6.如权利要求5所述的协调式转矩控制系统，还包括修正转矩模块，所述修正转矩模块基于所述转矩储备信号和在怠速信号时的转矩储备来产生修正转矩信号。

7.如权利要求6所述的协调式转矩控制系统，其中，所述修正转矩信号是基于催化剂温度、冷却剂温度、发动机运行时间和大气压产生的。

8.如权利要求1所述的协调式转矩控制系统，还包括修正转矩模块，所述修正转矩模块基于所述转矩储备信号、在怠速信号时的转矩储备，以及基于催化剂温度、冷却剂温度、发动机运行时间和大气压中的至少一个来产生修正转矩信号。

9.如权利要求8所述的协调式转矩控制系统，其中，所述修正转矩模块通过将所述转矩储备信号和多个常数值相乘来产生所述修正转矩信号，所述多个常数值基于所述催化剂温度、所述冷却剂温度、所述发动机运行时间和所述大气压中的相应项产生。

10.如权利要求8所述的协调式转矩控制系统，其中，所述修正转矩模块通过将在怠速信号时的转矩储备和在静止信号时的转矩相加来产生所述修正转矩信号，所述在静止信号时的转矩是基于所述转矩储备信号产生的。

11.一种用于协调式转矩控制系统的对修正转矩储备进行确定的方法，包括：

基于催化剂起燃使能信号来产生多模式使能信号；

以多脉冲模式运行转矩储备模块，所述多脉冲模式与基于所述多模式使能信号在发动机燃烧循环期间向燃烧室内喷射的N个燃料脉冲相关，其中N是大于或等于2的整数；和

基于所述多模式使能信号、发动机速度信号和每缸空气量信号来产生转矩储备信号。

12.如权利要求11所述的用于协调式转矩控制系统的对修正转矩储备进行确定的方法，还包括基于所述发动机速度信号和所述多模式使能信号来产生增量火花信号；

其中，所述转矩储备信号是基于所述增量火花信号产生的。

13.如权利要求12所述的用于协调式转矩控制系统的对修正转矩储备进行确定的方法，还包括基于所述增量火花信号和最小火花信号来产生火花基准信号；

其中，所述转矩储备信号是基于所述火花基准信号产生的。

14.如权利要求13所述的用于协调式转矩控制系统的对修正转矩储备进行确定的方法，还包括基于所述火花基准信号、进气相位器位置和排气相位器位置来产生转矩基准信号；

其中，所述转矩储备信号是基于所述转矩基准信号产生的。

15.如权利要求14所述的用于协调式转矩控制系统的对修正转矩储备进行确定的方法，还包括基于所述转矩基准信号和非管理转矩来产生转矩储备信号。

16.如权利要求15所述的用于协调式转矩控制系统的对修正转矩储备进行确定的方法，还包括基于所述转矩储备信号和在怠速信号时的转矩储备来产生修正转矩信号。

17.如权利要求16所述的用于协调式转矩控制系统的对修正转矩储备进行确定的方法，其中，所述修正转矩信号是基于催化剂温度、冷却剂温度、发动机运行时间和大气压产生的。

18.如权利要求11所述的用于协调式转矩控制系统的对修正转矩储备进行确定的方法，还包括基于所述转矩储备信号、在怠速信号时的转矩储备，以及基于催化剂温度、冷却剂温度、发动机运行时间和大气压中的至少一个来产生修正转矩信号。

19.如权利要求18所述的用于协调式转矩控制系统的对修正转矩储备进行确定的方法，其中，通过将所述转矩储备信号和多个常数值相乘来产生所述修正转矩信号，所述多个常数值基于所述催化剂温度、所述冷却剂温度、所述发动机运行时间和所述大气压中的相应项产生。

20.如权利要求18所述的用于协调式转矩控制系统的对修正转矩储备进行确定的方法，其中，通过将所述在怠速信号时的转矩储备和在静止信号时的转矩相加产生所述修正转矩信号，所述静止信号时的转矩是基于所述转矩储备信号产生的。

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