CN102039892A - 在混合动力车辆发动机起动期间控制扭矩的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及在混合动力车辆发动机起动期间控制扭矩的系统和方法。具体地，提供了一种用于包括内燃发动机和电动机的混合动力车辆的控制系统，其包括发动机速度控制模块、气压控制模块和发动机扭矩控制模块。发动机速度控制模块基于驾驶者扭矩请求和预定扭矩阈值在第一校准时间段期间增加发动机速度。气压控制模块基于驾驶者扭矩请求和预定扭矩阈值在第二校准时间段期间减小发动机的进气歧管压力MAP。发动机扭矩控制模块在第一和第二校准时间段之后的时间段期间通过激活发动机的M个汽缸中的N个汽缸来起动发动机，其中N是基于驾驶者扭矩请求和预定扭矩阈值的。

Description

在混合动力车辆发动机起动期间控制扭矩的系统和方法
技术领域
本发明涉及内燃发动机，更具体地，涉及混合动力车辆中用于在发动机起动操作期间控制发动机扭矩的系统和方法。
背景技术
本文所提供的背景技术描述目的在于从总体上呈现本发明的背景。当前署名的发明人的工作，在本背景技术部分所描述的范围内以及在提交时可能不另作为现有技术的描述的方面，都既不明示也不暗示地被确认为是抵触本发明的现有技术。
内燃发动机在汽缸内燃烧空气和燃料混合物以驱动活塞，该活塞产生了驱动扭矩。进入汽油发动机的空气流量经由节气门而被调节。更具体地，节气门调整节气门面积，而这增大或减小了进入发动机的空气流量。随着节气门面积增大，进入发动机的空气流量也增大。燃料控制系统调整燃料的喷射速率，以向汽缸提供期望的空气/燃料混合物。增大提供到汽缸的空气和燃料量使发动机的扭矩输出增大。
发动机控制系统已被开发以用于控制发动机扭矩输出从而实现期望扭矩。然而，传统的发动机控制系统没有尽可能精确地控制发动机扭矩输出。而且，传统的发动机控制系统没有提供针对控制信号的快速响应，也没有在影响发动机扭矩输出的各种装置中间协调发动机的扭矩控制。
发明内容
一种用于包括有内燃发动机和电动机的混合动力车辆的控制系统，其包括发动机速度控制模块、气压控制模块、和发动机扭矩控制模块。发动机速度控制模块基于驾驶者扭矩请求和预定扭矩阈值在第一校准时间段期间增加发动机速度。气压控制模块基于驾驶者扭矩请求和预定扭矩阈值在第二校准时间段期间减小发动机的进气歧管压力(MAP)。发动机扭矩控制模块在第一和第二校准时间段之后的时间段期间通过激活发动机的M个汽缸中的N个汽缸来起动发动机，其中N基于驾驶者扭矩请求和预定扭矩阈值。
一种用于控制包括有内燃发动机和电动机的混合动力车辆的方法，其包括：基于驾驶者扭矩请求和预定扭矩阈值在第一校准时间段期间增加发动机速度；基于驾驶者扭矩请求和预定扭矩阈值在第二校准时间段期间减小发动机的进气歧管压力(MAP)；以及，在第一和第二校准时间段之后的时间段期间通过激活发动机的M个汽缸中的N个汽缸来起动发动机，其中N基于驾驶者扭矩请求和预定扭矩阈值。
本发明还提供了以下方案：
方案1.一种用于包括有内燃发动机和电动机的混合动力车辆的控制系统，包括：
发动机速度控制模块，其基于驾驶者扭矩请求和预定扭矩阈值在第一校准时间段期间增加发动机速度；
气压控制模块，其基于所述驾驶者扭矩请求和所述预定扭矩阈值在第二校准时间段期间减小所述发动机的进气歧管压力MAP；以及
发动机扭矩控制模块，其在所述第一校准时间段和第二校准时间段之后的时间段期间通过激活所述发动机的M个汽缸中的N个汽缸来起动所述发动机，其中，N是基于所述驾驶者扭矩请求和所述预定扭矩阈值。
方案2.如方案1所述的控制系统，其特征在于，当所述驾驶者扭矩请求小于所述预定扭矩阈值时，所述发动机速度控制模块将所述发动机速度增加到第一发动机速度水平，并且当所述驾驶者扭矩请求大于所述预定扭矩阈值时，所述发动机速度控制模块将所述发动机速度增加到第二发动机速度水平。
方案3.如方案2所述的控制系统，其特征在于，所述第二发动机速度水平高于所述第一发动机速度水平。
方案4.如方案1所述的控制系统，其特征在于，所述发动机速度控制模块通过使用所述电动机驱动所述发动机的曲轴来增加所述发动机速度。
方案5.如方案4所述的控制系统，其特征在于，所述电动机通过下述方式之一来直接驱动所述发动机的曲轴：经由带系统、以及经由行星齿轮组。
方案6.如方案1所述的控制系统，其特征在于，所述气压控制模块通过控制节气门将所述MAP减小到预定MAP水平。
方案7.如方案1所述的控制系统，其特征在于，当所述驾驶者扭矩请求小于所述预定阈值时，N小于M，并且其中，当所述驾驶者扭矩请求大于所述预定阈值时，N等于M。
方案8.如方案1所述的控制系统，其特征在于，所述发动机扭矩控制模块在所述第一校准时间段期间使能阀门致动，其中，所述阀门致动在所述发动机速度控制模块增加所述发动机速度之后并且在所述气压控制模块减小所述MAP之前发生。
方案9.如方案1所述的控制系统，其特征在于，所述发动机扭矩控制模块基于所述驾驶者扭矩请求来控制供给到所述N个汽缸的空气、燃料和火花中的至少一个。
方案10.如方案1所述的控制系统，其特征在于，所述驾驶者扭矩请求基于所述车辆的加速器踏板的位置。
方案11.一种用于控制包括有内燃发动机和电动机的混合动力车辆的方法，包括：
基于驾驶者扭矩请求和预定扭矩阈值在第一校准时间段期间增加发动机速度；
基于所述驾驶者扭矩请求和所述预定扭矩阈值在第二校准时间段期间减小所述发动机的进气歧管压力MAP；以及
在所述第一校准时间段和第二校准时间段之后的时间段期间通过激活所述发动机的M个汽缸中的N个汽缸来起动所述发动机，其中，N是基于所述驾驶者扭矩请求和所述预定扭矩阈值。
方案12.如方案11所述的方法，其特征在于，进一步包括：
当所述驾驶者扭矩请求小于所述预定扭矩阈值时，将所述发动机速度增加到第一发动机速度水平；以及
当所述驾驶者扭矩请求大于所述预定扭矩阈值时，将所述发动机速度增加到第二发动机速度水平。
方案13.如方案12所述的方法，其特征在于，所述第二发动机速度水平大于所述第一发动机速度水平。
方案14.如方案11所述的方法，其特征在于，进一步包括：
通过使用所述电动机驱动所述发动机的曲轴来增加所述发动机速度。
方案15.如方案14所述的方法，其特征在于，所述电动机通过下述方式之一来直接驱动所述发动机的曲轴：经由带系统、以及经由行星齿轮组。
方案16.如方案11所述的方法，其特征在于，进一步包括：
通过控制节气门将所述MAP减小到预定MAP水平。
方案17.如方案11所述的方法，其特征在于，当所述驾驶者扭矩请求小于所述预定阈值时，N小于M，并且其中，当所述驾驶者扭矩请求大于所述预定阈值时，N等于M。
方案18.如方案11所述的方法，其特征在于，进一步包括：
在所述第一校准时间段期间使能阀门致动，其中，所述使能在所述发动机速度控制模块增加所述发动机速度之后并且在所述气压控制模块减小所述MAP之前发生。
方案19.如方案11所述的方法，其特征在于，进一步包括：
基于所述驾驶者扭矩请求来控制供给到所述N个汽缸的空气、燃料和火花中的至少一个。
方案20.如方案11所述的方法，其特征在于，所述驾驶者扭矩请求基于所述车辆的加速器踏板的位置。
通过本文后面提供的详细描述将明了本发明进一步的应用领域。应当理解的是，这些详细描述和特定示例仅仅用于说明的目的，而并不旨在限制本发明的范围。
附图说明
通过详细描述和附图，本发明将得到更加全面的理解，附图中：
图1是根据本发明的示例性发动机系统的功能框图；
图2是根据本发明的示例性发动机控制系统的功能框图；
图3是根据本发明的示例性发动机控制模块的功能框图；以及
图4是示出了根据本发明的在过渡时间段期间控制发动机扭矩的示例性方法的流程图。
具体实施方式
下面的描述本质上仅仅是示例性的，并不试图以任何方式限制本发明、其应用或用途。为了清楚起见，在附图中将使用相同附图标记来表示相似元件。如本文所使用的，短语“A、B和C中的至少一个”应当解释为指的是使用了非排他性逻辑“或”的逻辑(A或B或C)。应当理解的是，在不改变本发明原理的情况下，方法内的步骤也可按照不同顺序执行。
如本文所使用的，术语“模块”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(共用处理器、专用处理器或组处理器)和存储器、组合逻辑电路、和/或提供所述功能的其他适合部件。
混合动力车辆可包括内燃发动机和电动机。当车辆的动能可通过再生制动回收，转换成电和化学的形式，并储存在电池中时(通过其驱动电动机)，电动机可以被更频繁地使用(例如，在城市驾驶中)。当车轮制动和能量回收的机会不频繁，并且发动机以其最大效率操作时，可使用内燃发动机(例如，在高速路驾驶中)。在混合的城市驾驶和高速路驾驶条件中，电动机和内燃发动机可一起使用，以将功率传输到变速器输入轴，这取决于驾驶条件和电池容量的大小。
混合动力车辆在怠速和低速驾驶状况期间(其中使用电动机)可能会经历长时间段的发动机停机时间。然而，混合动力车辆还可使用电动机用于车辆的初始推进并用于起动发动机，而在所有其他状况期间均使用内燃发动机。这些混合动力车辆可称作“轻度混合动力”车辆。由于电动机的不频繁使用和低功率要求，所以轻度混合动力车辆可包括比传统混合动力车辆更小的电池和更小的电动机。
发动机“起动-停止”操作可用于改进混合动力车辆中的燃料经济性。更具体地，在发动机将通常处于怠速的时间段期间，控制程序可切断到发动机的燃料供应以导致发动机停止。然而，当驾驶者将要请求车辆加速时，控制程序可重新起动发动机。主动燃料管理(AFM，或者另外称为汽缸停用)还可用于改进车辆中的燃料经济性。汽缸停用包括在低负载和巡航条件期间停用(即，关闭阀门和/或停止燃料供给)发动机的一个或多个汽缸以减小泵送损失。
常规的发动机控制系统控制从发动机停机到发动机开启操作(即，发动机起动操作)的过渡，会使得出现噪音、振动和声振粗糙度(NVH)。换言之，起动发动机时声音可能很大和/或驾驶者可感觉到发动机扭矩的突然增加。因此，提供了一种系统和方法，其控制发动机扭矩以在轻度混合动力车辆中在发动机起动操作期间减小NVH。更具体地，提供了一种系统和方法，其基于供给燃料和/或火花到发动机(即，起动发动机)之前的时间段期间的驾驶者扭矩请求来增加发动机曲轴的旋转速度，使能进气门/排气门的致动，然后减小发动机进气歧管内的压力。更具体地，所提供的系统和方法可使用电动机来增加曲轴的速度并可通过致动节气门来减小MAP。例如，由于发动机停机操作期间的压力泄露，所以MAP可等于大气压力。此外，所提供的系统和方法可供给燃料到比发动机全部汽缸更少的汽缸(例如，半数的汽缸)以控制发动机扭矩，导致更平顺的发动机起动操作。
现在参见图1，其示出了示例性发动机系统100的功能框图。发动机系统100包括发动机102，发动机102燃烧空气/燃料混合物以基于驾驶者输入模块104产生用于车辆的驱动扭矩。空气经过节气门112被吸入进气歧管110。仅作为示例，节气门112可包括具有可旋转叶片的蝶形阀门。发动机控制模块(ECM)114控制节气门致动器模块116，节气门致动器模块116调节节气门112的打开度，以控制被吸入进气歧管110的空气量。在一个实施例中，ECM 114可实施本发明的系统和/或方法。
来自进气歧管110的空气被吸入发动机102的汽缸内。虽然发动机102可包括多个汽缸，但为了例示目的，仅示出了单个代表性汽缸118。仅作为示例，发动机102可包括2、3、4、5、6、8、10和/或12个汽缸。ECM 114可命令汽缸致动器模块120选择性地停用一些汽缸，这可在一定发动机操作条件下改进燃料经济性。
来自进气歧管110的空气经过进气门122被吸入汽缸118内。ECM114控制燃料致动器模块124，燃料致动器模块124调节燃料的喷射以实现期望的空气/燃料比。燃料可在中心位置处或在多个位置处喷射到进气歧管110内，这些位置例如是每个汽缸的进气门附近。在图1未示出的各种实施方式中，燃料可直接喷射到汽缸内或喷射到与汽缸相关联的混合室内。燃料致动器模块124可暂停向停用的汽缸喷射燃料。
喷射的燃料与空气混合并在汽缸118内形成空气/燃料混合物。汽缸118内的活塞(未示出)压缩空气/燃料混合物。基于来自ECM 114的信号，火花致动器模块126向汽缸118内的火花塞128供能，这点燃了空气/燃料混合物。可相对于活塞处于其最高位置(称为上止点TDC)的时间来规定火花正时。
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)。活塞然后开始再次向上运动并通过排气门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。
火花致动器模块126可由正时信号控制，该正时信号指示了应在TDC之前或之后多远提供火花。火花致动器模块126的工作从而可与曲轴的旋转同步。在各种实施方式中，火花致动器模块126可暂停向停用的汽缸提供火花。
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。在各种实施方式中，多个进气凸轮轴可控制每个汽缸的多个进气门和/或可控制多个汽缸排的进气门。类似地，多个排气凸轮轴可控制每个汽缸的多个排气门和/或可控制多个汽缸排的排气门。汽缸致动器模块120可通过禁止进气门122和/或排气门130的打开从而停用汽缸118。
可通过进气凸轮相位器148相对于活塞TDC来改变进气门122被打开的时间。可通过排气凸轮相位器150相对于活塞TDC来改变排气门130被打开的时间。相位器致动器模块158基于来自ECM 114的信号控制进气凸轮相位器148和排气凸轮相位器150。当实施时，可变的阀门升程也可由相位器致动器模块158来控制。
发动机系统100可包括增压装置，该增压装置向进气歧管110提供加压空气。例如，图1示出了涡轮增压器160，涡轮增压器160包括热涡轮机160-1，热涡轮机160-1由流过排气系统134的热排气提供动力。涡轮增压器160还包括由涡轮机160-1驱动的冷空气压缩机160-2，冷空气压缩机160-2压缩被导入节气门112的空气。在各种实施方式中，由曲轴驱动的增压器可压缩来自节气门112的空气，并将压缩的空气输送到进气歧管110。
废气门162可允许排气旁路绕过涡轮增压器160，从而减小涡轮增压器160的增压(进气压缩量)。ECM 114经由增压致动器模块164来控制涡轮增压器160。增压致动器模块164可通过控制废气门162的位置来调整涡轮增压器160的增压。在各种实施方式中，增压致动器模块164可控制多个涡轮增压器。涡轮增压器160可具有可变几何，其可由增压致动器模块164控制。
中间冷却器(未示出)可耗散一些压缩空气充量的热量，该热量是在空气被压缩时产生的。由于空气邻近排气系统134，所以压缩空气充量还可吸收热量。尽管为了例示目的而分开示出，但涡轮机160-1和压缩机160-2经常彼此附接，从而使得进入的空气紧邻热排气。
发动机系统100可包括排气再循环(EGR)阀门170，排气再循环阀门170选择性地将排气重引导回进气歧管110。EGR阀门170可位于涡轮增压器160上游。EGR阀门170可由EGR致动器模块172控制。
发动机系统100可使用RPM传感器180以每分钟转数(RPM)为单位来测量曲轴速度。发动机冷却剂的温度可使用发动机冷却剂温度(ECT)传感器182测量。ECT传感器182可位于发动机102内或者在冷却剂所循环的其他位置，例如散热器(未示出)。
可使用歧管绝对压力(MAP)传感器184来测量进气歧管110内的压力。在各种实施方式中，可测量发动机真空度，其为环境空气压力和进气歧管110内的压力的差。可使用质量空气流量(MAF)传感器186测量流入进气歧管110的空气的质量流量。在各种实施方式中，MAF传感器186可位于还包括节气门112的壳体内。
节气门致动器模块116可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。可以使用进气温度(IAT)传感器192来测量被吸入到发动机102中的空气的环境温度。ECM 114可使用来自传感器的信号来做出用于发动机系统100的控制决定。
ECM 114可与变速器控制模块194通信以协调变速器(未示出)中的换档。例如，ECM 114可在换档期间减小发动机扭矩。ECM 114可与混合动力控制模块196通信，以便协调发动机102和电动机198的工作。
电动机198也可用作发电机，并且可用于产生电能以供车辆电气系统使用和/或储存在电池中。在各种实施方式中，ECM 114、变速器控制模块194和混合动力控制模块196的各种功能可集成到一个或多个模块中。
ECM 114可与混合动力控制模块196通信以协调发动机102和电动机198的工作。电动机198也可用作发电机，并且可用于产生电能以供车辆电气系统使用和/或储存在电池中。在各种实施方式中，混合动力控制模块196和ECM 114的各种功能可集成到一个或多个模块中。
改变发动机参数的每个系统均可称为致动器，其接收致动器值。例如，节气门致动器模块116可称为致动器，而节气门打开面积可称为致动器值。在图1的示例中，节气门致动器模块116通过调整节气门112的叶片角度来得到节气门打开面积。
类似地，火花致动器模块126可称为致动器，而对应的致动器值可为相对于汽缸TDC的火花提前量。其他致动器可包括增压致动器模块164、EGR致动器模块172、相位器致动器模块158、燃料致动器模块124和汽缸致动器模块120。对于这些致动器，致动器值可分别对应于增压压力、EGR阀门打开面积、进气和排气凸轮相位器的角度、燃料供给速率和激活的汽缸数量。ECM 114可控制致动器值，以便由发动机102产生期望扭矩。
现在参见图2，其示出了示例性发动机控制系统的功能框图。ECM114的示例性实施方式包括车轴扭矩仲裁模块204。车轴扭矩仲裁模块204在来自驾驶者输入模块104的驾驶者输入和其他车轴扭矩请求之间进行仲裁。例如，驾驶者输入可基于加速器踏板的位置。驾驶者输入还可基于巡航控制，该巡航控制可为自适应巡航控制系统，其改变车辆速度以维持预定的跟随距离。
扭矩请求可包括目标扭矩值以及匀变(ramp)请求，例如使扭矩匀变降至最小发动机停机扭矩的请求或使扭矩从最小发动机停机扭矩匀变上升的请求。车轴扭矩请求可包括在车轮滑动期间由牵引控制系统请求的扭矩减小。车轴扭矩请求还可包括请求提高扭矩以抵消车轮负滑动，其中车辆的轮胎由于车轴扭矩为负而相对于路面滑动。
车轴扭矩请求还可包括制动管理请求和车辆超速扭矩请求。制动管理请求可减小发动机扭矩，以确保发动机扭矩输出没有超出当车辆停止时制动器保持车辆的能力。车辆超速扭矩请求可减小发动机扭矩输出以防止车辆超出预定速度。车身稳定性控制系统也可提出车轴扭矩请求。
车轴扭矩仲裁模块204基于在接收到的扭矩请求之间进行仲裁的结果来输出预测扭矩和即刻扭矩。预测扭矩是ECM 114准备让发动机102产生的扭矩量，并且通常可基于驾驶者的扭矩请求。即刻扭矩是当前期望的扭矩量，其可小于预测扭矩。
即刻扭矩可小于预测扭矩以提供扭矩储备(下面将更详细地进行描述)，并满足临时的扭矩减小。仅作为示例，可在车辆速度接近超速阈值和/或牵引控制系统感测到车轮滑动时请求临时的扭矩减小。
即刻扭矩可通过改变快速响应的发动机致动器来实现，而较慢的发动机致动器可用于准备预测扭矩。例如，在汽油发动机中，火花提前量可快速调整，而空气流量和凸轮相位器位置则由于机械时延而响应较慢。而且，空气流量的变化还受到进气歧管内的空气传输延迟的影响。另外，空气流量的变化要直到空气被吸入汽缸、压缩并且燃烧时才显示为扭矩变化。
扭矩储备可如下形成：将较慢的发动机致动器设定为产生预测扭矩，而将较快的发动机致动器设定为产生小于预测扭矩的即刻扭矩。例如，可打开节气门112，从而增大空气流量并准备产生预测扭矩。与此同时，可减小火花提前量(换言之，可延迟火花正时)，从而将实际发动机扭矩输出减小到即刻扭矩。
预测扭矩和即刻扭矩之间的差可称为扭矩储备。当存在扭矩储备时，能够通过改变较快的致动器而将发动机扭矩快速地从即刻扭矩提高到预测扭矩。从而，无需等待对较慢的致动器之一进行调整而得到的扭矩变化，便可实现预测扭矩。
车轴扭矩仲裁模块204可向推进扭矩仲裁模块206输出预测扭矩和即刻扭矩。在各种实施方式中，车轴扭矩仲裁模块204可向混合动力优化模块208输出预测扭矩和即刻扭矩。混合动力优化模块208确定发动机102应当产生多少扭矩以及电动机198应当产生多少扭矩。然后，混合动力优化模块208向推进扭矩仲裁模块206输出修正的预测扭矩和即刻扭矩值。在各种实施方式中，可在混合动力控制模块196内实施混合动力优化模块208。
推进扭矩仲裁模块206接收到的预测扭矩和即刻扭矩被从车轴扭矩域(车轮处的扭矩)转变到推进扭矩域(曲轴处的扭矩)。该转变可发生在混合动力优化模块208之前、之后，或作为混合动力优化模块208的一部分发生，或者代替混合动力优化模块208发生。
推进扭矩仲裁模块206在推进扭矩请求之间进行仲裁，这些推进扭矩请求包括已转变的预测扭矩和即刻扭矩。推进扭矩仲裁模块206可产生仲裁过的预测扭矩和仲裁过的即刻扭矩。可通过从接收到的请求之间选择优胜请求来产生仲裁过的扭矩。替代地或另外地，可如下产生仲裁过的扭矩：基于所接收到的请求中另外的一个或多个来修改所接收到的请求中的一个。
其他的推进扭矩请求可包括用于发动机超速保护的扭矩减小、用于防止熄火的扭矩提高、以及变速器控制模块194所请求的用于适应换档的扭矩减小。推进扭矩请求也可由离合器燃料切断引起，而这可以在驾驶者踏下手动变速器车辆中的离合器踏板时减小发动机扭矩输出。
推进扭矩请求还可包括发动机关闭请求，发动机关闭请求可在探测到严重故障时发起。仅作为示例，严重故障可包括探测到车辆被盗窃、起动电动机卡住、电子节气门控制问题、和不期望的扭矩提高。仅作为示例，发动机关闭请求可总是在仲裁中获胜(win)，从而作为仲裁过的扭矩被输出，或者可完全绕过仲裁，从而简单地关掉发动机。推进扭矩仲裁模块206仍可接收这些关闭请求，使得例如可向其他扭矩请求器反馈适当的数据。例如，所有其他的扭矩请求器可被告知它们在仲裁中失败。
RPM控制模块210也可向推进扭矩仲裁模块206输出预测扭矩请求和即刻扭矩请求。来自RPM控制模块210的扭矩请求在ECM 114处于RPM模式时可在仲裁中获胜。当驾驶者将他们的脚从加速器踏板移开(例如当车辆处于怠速或者从较高速度滑行)时，RPM模式可被选定。替代地或另外地，当车轴扭矩仲裁模块204请求的预测扭矩小于可校准扭矩值时，RPM模式可被选定。
RPM控制模块210从RPM轨迹模块(RPM trajectory module)212接收期望RPM，并且控制预测扭矩请求和即刻扭矩请求，以减小期望RPM和实际RPM之间的差。仅作为示例，RPM轨迹模块212针对车辆滑行可以输出线性下降的期望RPM，直到达到怠速RPM时为止。然后，RPM轨迹模块212可继续将怠速RPM作为期望RPM输出。
储备/负载模块220从推进扭矩仲裁模块206接收仲裁过的预测扭矩请求和即刻扭矩请求。各种发动机工作条件可影响发动机扭矩输出。响应于这些条件，储备/负载模块220可通过提高预测扭矩请求来产生扭矩储备。
仅作为示例，催化剂起燃过程或冷起动减排过程可要求延迟的火花提前量。储备/负载模块220从而可将预测扭矩请求提高到即刻扭矩请求之上，以产生用于冷起动减排过程的延迟的火花。在另一个示例中，发动机的空气/燃料比和/或质量空气流量可以例如通过诊断性侵入式当量比测试和/或新的发动机清扫来直接改变。在这些过程开始之前，可请求相应的扭矩储备以产生火花延迟。火花延迟能够被去除，以允许对于这些过程期间由于空气/燃料混合物变稀所引起的发动机扭矩输出减小进行快速响应。
储备/负载模块220也可在对未来负载的预期下产生储备，该未来负载例如是动力转向泵操作或空调(A/C)压缩机离合器的接合。用于空调(A/C)压缩机离合器接合的储备可在驾驶者首次请求空调时产生。然后，当A/C压缩机离合器接合时，储备/负载模块220可向即刻扭矩请求添加预期的A/C压缩机离合器负载。
致动模块224接收来自储备/负载模块220的预测扭矩请求和即刻扭矩请求。致动模块224确定将如何实现预测扭矩请求和即刻扭矩请求。致动模块224可特定于发动机的类型，对于汽油发动机和柴油发动机，致动模块224具有不同的控制方案。在各种实施方式中，致动模块224可限定在致动模块224之前的发动机无关模块与发动机相关模块之间的界限。
例如，在汽油发动机中，致动模块224可改变节气门112的打开度，这允许大范围的扭矩控制。然而，打开和关闭节气门112导致相对较慢的扭矩变化。禁用汽缸也提供了大范围的扭矩控制，但类似地，其也可能较慢并且额外地牵涉了驾驶性和排放问题。改变火花提前量是相对较快的，但是不提供那么大的扭矩控制范围。另外，可与火花有关的扭矩控制量(称为火花容量(spark capacity))随着每缸空气的变化而变化。
在各种实施方式中，致动模块224可基于预测扭矩请求来产生空气扭矩请求。空气扭矩请求可等于预测扭矩请求，导致空气流量被设定成使得可通过其他致动器的变化来实现预测扭矩请求。
空气控制模块228可基于空气扭矩请求为较慢的致动器确定期望致动器值。例如，空气控制模块228可控制期望歧管绝对压力(MAP)、期望节气门面积、和/或期望每缸空气(APC)。期望MAP可用于确定期望增压，而期望APC可用于确定期望凸轮相位器位置。在各种实施方式中，空气控制模块228还可确定EGR阀门170的打开度。
在汽油系统中，致动模块224也可产生火花扭矩请求、汽缸关闭扭矩请求和燃料质量扭矩请求。火花控制模块232可利用火花扭矩请求来确定将火花从校准的火花提前量延迟多少(这减小了发动机扭矩输出)。
汽缸控制模块236可使用汽缸关闭扭矩请求来确定多少汽缸被停用。汽缸控制模块236可命令汽缸致动器模块120来停用发动机102的一个或多个汽缸。在各种实施方式中，可共同地停用预定组的汽缸。汽缸控制模块236还可命令燃料控制模块240来停止为停用的汽缸提供燃料，并可命令火花控制模块232来停止为停用的汽缸提供火花。
在各种实施方式中，汽缸致动器模块120可包括液压系统，其选择性地使进气门和/或排气门从一个或多个汽缸的相应凸轮轴分离，从而停用这些汽缸。仅作为示例，半数汽缸的阀门通过汽缸致动器模块120作为一组从而被液压地联接或分离。在各种实施方式中，在不停止进气门和排气门的打开和关闭的情况下，可通过暂停向汽缸提供燃料从而简单地停用那些汽缸。在这种实施方式中，汽缸致动器模块120可省略。
燃料控制模块240可使用燃料质量扭矩请求来改变提供到每个汽缸的燃料量。仅作为示例，燃料控制模块240可确定燃料质量，其当与每缸空气的当前量结合时产生化学计量的燃烧。燃料控制模块240可命令燃料致动器模块124来为每个激活的汽缸喷射该燃料质量。在正常发动机操作期间，燃料控制模块240可试图维持化学计量的空气/燃料比。
燃料控制模块240可将燃料质量增加到高于化学计量值以增加发动机扭矩输出，并且可减小燃料质量以减小发动机扭矩输出。在各种实施方式中，燃料控制模块240可接收与化学计量不同的期望空气/燃料比。燃料控制模块240然后可确定用于实现期望空气/燃料比的每个汽缸的燃料质量。在柴油系统中，燃料质量可为用于控制发动机扭矩输出的主要致动因素。
致动模块224为了实现即刻扭矩请求所采取的途径可通过模式设定来确定。模式设定可以被提供到致动模块224(例如通过推进扭矩仲裁模块206)，并且可以选择模式，这些模式包括未激活模式、满意模式(pleasible mode)、最大范围模式和自动致动模式。
在未激活模式中，致动模块224可忽略即刻扭矩请求并试图实现预测扭矩请求。致动模块224因此可设定火花扭矩请求、汽缸关闭扭矩请求和燃料质量扭矩请求为预测扭矩请求，其最大化当前发动机空气流量条件下的扭矩输出。替代地，致动模块224可设定这些请求为预定的(例如，范围外的高的)值，以禁止由延迟火花、停用汽缸或减小燃料/空气比所致的扭矩减小。
在满意模式中，致动模块224可试图仅通过调节火花提前量来实现即刻扭矩请求。致动模块224因此可将预测扭矩请求输出为空气扭矩请求，并将即刻扭矩请求输出为火花扭矩请求。火花控制模块232将尽可能多地延迟火花以试图实现火花扭矩请求。如果期望的扭矩减小大于火花储备容量(可由火花延迟实现的扭矩减小量)，则可能实现不了该扭矩减小。
在最大范围模式中，致动模块224可将预测扭矩请求输出为空气扭矩请求，并将即刻扭矩请求输出为火花扭矩请求。另外，致动模块224可生成汽缸关闭扭矩请求，其足够低以使得火花控制模块232能够实现即刻扭矩请求。换言之，当单独减小火花提前量不能实现即刻扭矩请求时，致动模块224可减小汽缸关闭扭矩请求(由此停用汽缸)。
在自动致动模式中，致动模块224可基于即刻扭矩请求减小空气扭矩请求。例如，可仅在允许火花控制模块232通过调节火花提前量实现即刻扭矩请求所必需的范围内减小空气扭矩请求。因此，在自动致动模式中，实现了即刻扭矩请求，同时允许发动机102尽可能快地返回预测扭矩请求。换言之，通过尽可能多地减小快速响应的火花提前量从而得以最小化对相对慢速响应的节气门修正的使用。
扭矩估计模块244可估计发动机102的扭矩输出。空气控制模块228可使用该估计的扭矩来执行发动机空气流量参数的闭环控制，这些参数包括节气门面积、MAP和相位器位置。仅作为示例，可将扭矩关系定义如下：
    T＝f(APC，S，I，E，AF，OT，#)                (1)
其中，扭矩T是下列参数的函数：每缸空气APC、火花提前量S、进气凸轮相位器位置I、排气凸轮相位器位置E、空气/燃料比AF、油温OT和激活的汽缸数量#。另外的变量可以被考虑到，例如排气再循环(EGR)阀门的打开程度。
该关系可由方程式来模型化和/或可被存储为查找表。扭矩估计模块244可基于测量的MAF和当前RPM来确定APC，从而允许基于实际空气流量的闭环空气控制。由于相位器可朝期望位置行进，因此所使用的进气凸轮相位器和排气凸轮相位器的位置可基于实际位置。
当校准的火花提前量的值被用于估计扭矩时，所估计的扭矩可称为估计的空气扭矩，但是实际的火花提前量也可用于估计扭矩。估计的空气扭矩是估计值，表示如果取消了火花延迟(即火花提前量被设定为校准的火花提前量值)且所有汽缸都被供应燃料，则在当前空气流量下发动机能够产生多少扭矩。
空气控制模块228可产生输出到增压调度模块248的期望歧管绝对压力(MAP)信号。增压调度模块248使用期望MAP信号来控制增压致动器模块164。然后，增压致动器模块164控制一个或多个涡轮增压器和/或增压器。
空气控制模块228可产生输出到节气门致动器模块116的期望面积信号。然后，节气门致动器模块116调节节气门112以产生期望节气门面积。空气控制模块228可基于反演的扭矩模型和空气扭矩请求产生期望面积信号。空气控制模块228可使用估计的空气扭矩和/或MAF信号，以便执行闭环控制。例如，可控制期望面积信号以最小化估计的空气扭矩和空气扭矩请求之间的差。
空气控制模块228还可产生输出到相位器调度模块252的期望每缸空气(APC)信号。基于期望APC信号和RPM信号，相位器调度模块252可利用相位器致动器模块158来控制进气凸轮相位器148和/或排气凸轮相位器150的位置。
返回参照火花控制模块232，火花提前量值可在各种发动机工作条件下校准。仅作为示例，可将扭矩关系反演为求解期望火花提前量。对于给定的扭矩请求Tdes，期望火花提前量Sdes可基于下式确定：
  Sdes＝T-1(Tdes，APC，I，E，AF，OT，#)        (2)
该关系可以被具体化为方程式和/或作为查找表。空气/燃料比(AF)可以是实际的比率，如通过燃料控制模块240所指示的那样。
当火花提前量被设定到校准的火花提前量时，得到的扭矩可以尽可能的接近均值最优扭矩(MBT)。MBT指的是，对于给定空气流，当火花提前量增大，且同时使用辛烷值高于预定阈值的燃料并使用化学计量燃料供应时，所产生的最大扭矩。该最大扭矩产生时的火花提前量可称为MBT火花。例如因为燃料质量(如使用较低辛烷的燃料时)和环境因素，所以校准的火花提前量可不同于MBT火花。因此，校准的火花提前量下的扭矩可能会小于MBT。
现在参照图3，其示出了示例性发动机控制模块(ECM)300的功能框图。ECM 300可包括发动机速度控制模块310、气压控制模块320和发动机扭矩控制模块330。示例性ECM 300可实施本发明的系统和/或方法。此外，尽管未示出，但ECM 300可包括图2中示出并在前面详细讨论的各种系统和方法。
发动机速度控制模块310可接收驾驶者扭矩请求。例如，驾驶者扭矩请求可对应于车辆加速器踏板的位置。发动机速度控制模块310可确定以每分钟转数(RPM)为单位测量的发动机曲轴的旋转速度(即发动机速度)，从而在从发动机停机到发动机开启操作的过渡期间减小NVH。更具体地，发动机速度控制模块310可将驾驶者扭矩请求与预定扭矩阈值相比较以确定发动机速度。
发动机速度控制模块310可在起动(即将燃料供应到)发动机102之前的第一校准时间段期间控制发动机速度。例如，当驾驶者扭矩请求小于预定扭矩阈值时，发动机速度控制模块310可将发动机速度增加到第一预定发动机速度。仅作为示例，第一预定发动机速度可小于1000rpm。替代地，例如，当驾驶者扭矩请求大于预定扭矩阈值时，发动机速度控制模块310可将发动机速度增加到第二预定发动机速度。第二预定发动机速度可大于第一预定发动机速度。仅作为示例，第二预定发动机速度可大于或等于1000rpm。
发动机速度控制模块310于是可将发动机速度增加到第一预定发动机速度和第二预定发动机速度中的一个。发动机速度控制模块310可使用电动机198来增加发动机速度。换言之，在使能进气门/排气门致动之前，发动机速度控制模块310可通过利用电动机198驱动发动机曲轴来增加发动机速度。例如，电动机198可通过下述方式之一来直接驱动发动机曲轴：经由带系统、或经由行星齿轮组。然而，电动机198还可经由其他间接方法来驱动发动机曲轴。在起动发动机102之前使用电动机198增加发动机速度可导致更平顺的发动机起动操作并由此减小NVH。
发动机扭矩控制模块330然后可使能进气门/排气门致动。换言之，发动机扭矩控制模块330可在第一校准时间段期间使能进气门/排气门致动。然而，尽管发动机扭矩控制模块330可使能进气门/排气门致动，但另外的模块也可使能进气门/排气门致动，例如阀门控制模块(未示出)。在发动机速度控制模块310增加发动机速度之后，发动机扭矩控制模块330可使能进气门/排气门致动。
气压控制模块320可在起动发动机102(即将燃料供应到发动机102)之前的第二校准时间段期间控制进气歧管绝对压力(MAP)。在一个实施例中，第二校准时间段可与第一校准时间段相同。然而，要认识到的是，第二时间段可短于或长于第一校准时间段，并且可在第一校准时间段之前、与其同时、或在其之后运行。换言之，在发动机控制模块330使能进气门/排气门致动之后，气压控制模块可减小MAP。
气压控制模块320可在从发动机停机到发动机开启操作的过渡期间确定MAP以减小NVH。更具体地，气压控制模块320可将驾驶者扭矩请求与预定扭矩阈值相比较以确定MAP。例如，气压控制模块320可将MAP减小到预定MAP水平。仅作为示例，预定MAP水平可为0(即真空)。气压控制模块320可通过控制节气门112来减小MAP。例如，气压控制模块320可使用节气门致动器模块116来致动节气门112。
在第一和第二校准时间段(前面所述)完成之后，发动机扭矩控制模块330然后可基于驾驶者扭矩请求来控制发动机扭矩。发动机扭矩控制模块330可控制供给到汽缸118的燃料和/或供给到汽缸118的火花。换言之，发动机扭矩控制模块330可通过将燃料和火花供给到汽缸118中的至少一个从而激活相应的汽缸118。更具体地，发动机扭矩控制模块330可将驾驶者扭矩请求与预定扭矩阈值相比较以确定发动机扭矩。
例如，当驾驶者扭矩请求小于预定扭矩阈值时，发动机扭矩控制模块330可将燃料和/或火花供给到多个汽缸118中的第一组。仅作为示例，第一组可包括多个汽缸118中的半数汽缸。替代地，例如，当驾驶者扭矩请求大于预定扭矩阈值时，发动机扭矩控制模块330可将燃料和/或火花供给到多个汽缸118中的第二组。第二组可包括多个汽缸118中比第一组更多的汽缸。仅作为示例，第二组可包括多个汽缸118的全部汽缸。
发动机扭矩控制模块330然后可基于驾驶者扭矩请求来增加发动机扭矩。发动机扭矩控制模块330可使用燃料致动器模块124和火花致动器模块126中的至少一个来控制发动机扭矩。例如，当起动发动机102时，发动机扭矩控制模块330可延迟火花以预定百分比，以便抵消增加的扭矩。仅作为示例，预定百分比可为70％。
在第一和第二校准时间段之后，通过将燃料和/或火花供给到多个汽缸118中的第一组和第二组之一来起动发动机和控制发动机扭矩，可以导致NVH减小。换言之，当驾驶者扭矩请求为低(即，低于预定阈值)时，发动机扭矩控制模块330可将燃料和/或火花供给到比全部多个汽缸118更少的汽缸，从而实现更平顺的起动操作并由此实现减小的NVH。
现在参照图4，用于在过渡时间段期间控制发动机扭矩的示例性方法的流程图开始于步骤400。在步骤402中，控制方法确定发动机102是否关闭。如果否，则控制方法可返回到步骤402。如果是，则控制方法可进行到步骤404。在步骤404中，在第一校准时间段期间，控制方法可基于驾驶者扭矩请求和预定扭矩阈值将发动机速度增加到第一和第二发动机速度水平中的一个。
在步骤406中，控制方法可使能进气门/排气门致动。在步骤408中，控制方法在第二校准时间段期间可将MAP减小到预定MAP水平。在步骤410中，控制方法可基于驾驶者扭矩请求和预定扭矩阈值来确定是否激活供给到多个汽缸118中的第一组和第二组之一的燃料。在步骤412中，控制方法可通过控制供给到多个汽缸118中的所确定组的每一个汽缸的空气、燃料和火花中的至少一个来调节发动机扭矩。控制方法然后可结束于步骤414。
本发明的广泛教导能够以多种形式实施。因此，虽然本发明包括具体示例，但本发明的真实范围不应限制于此，因为其他修改在本领域技术人员研究了附图、说明书和所附权利要求书后将变得明显。

Claims (10)

1.一种用于包括有内燃发动机和电动机的混合动力车辆的控制系统，包括：
发动机速度控制模块，其基于驾驶者扭矩请求和预定扭矩阈值在第一校准时间段期间增加发动机速度；
气压控制模块，其基于所述驾驶者扭矩请求和所述预定扭矩阈值在第二校准时间段期间减小所述发动机的进气歧管压力MAP；以及
发动机扭矩控制模块，其在所述第一校准时间段和第二校准时间段之后的时间段期间通过激活所述发动机的M个汽缸中的N个汽缸来起动所述发动机，其中，N是基于所述驾驶者扭矩请求和所述预定扭矩阈值。
2.如权利要求1所述的控制系统，其特征在于，当所述驾驶者扭矩请求小于所述预定扭矩阈值时，所述发动机速度控制模块将所述发动机速度增加到第一发动机速度水平，并且当所述驾驶者扭矩请求大于所述预定扭矩阈值时，所述发动机速度控制模块将所述发动机速度增加到第二发动机速度水平。
3.如权利要求2所述的控制系统，其特征在于，所述第二发动机速度水平高于所述第一发动机速度水平。
4.如权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述发动机速度控制模块通过使用所述电动机驱动所述发动机的曲轴来增加所述发动机速度。
5.如权利要求4所述的控制系统，其特征在于，所述电动机通过下述方式之一来直接驱动所述发动机的曲轴：经由带系统、以及经由行星齿轮组。
6.如权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述气压控制模块通过控制节气门将所述MAP减小到预定MAP水平。
7.如权利要求1所述的控制系统，其特征在于，当所述驾驶者扭矩请求小于所述预定阈值时，N小于M，并且其中，当所述驾驶者扭矩请求大于所述预定阈值时，N等于M。
8.如权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述发动机扭矩控制模块在所述第一校准时间段期间使能阀门致动，其中，所述阀门致动在所述发动机速度控制模块增加所述发动机速度之后并且在所述气压控制模块减小所述MAP之前发生。
9.如权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述发动机扭矩控制模块基于所述驾驶者扭矩请求来控制供给到所述N个汽缸的空气、燃料和火花中的至少一个。
10.如权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述驾驶者扭矩请求基于所述车辆的加速器踏板的位置。
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