CN102062026A - 用于在侵入测试过程中控制发动机扭矩的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于在侵入测试过程中控制发动机扭矩的方法和设备。具体地，提供了一种用于控制发动机的控制系统和方法，其包括控制模块。所述控制模块包括在系统诊断过程中关闭罐净化阀的蒸发控制阀模块。扭矩确定模块确定系统诊断结束时的扭矩变化。扭矩调节模块将发动机扭矩改变为对应于扭矩变化的变化后的扭矩。所述蒸发控制阀模块在诊断结束时打开所述净化阀。

Description

用于在侵入测试过程中控制发动机扭矩的方法和设备
技术领域
本发明涉及车辆控制系统，特别是涉及用于在侵入测试过程中控制发动机内的扭矩的车辆控制系统。
背景技术
本节提供了和本发明有关的背景信息，其并不必然是现有技术。这里所提供的背景信息是用于从总体上呈现本发明背景的目的。发明人的一部分工作在背景技术部分中被描述，这部分内容以及在提交申请时该描述中不另构成现有技术的方面，既不明确也不暗示地被承认是破坏本发明的现有技术。
机动车辆可包括动力系，动力系包括动力装置（例如发动机、电动机、和/或它们的组合）、多速变速器、以及差动器或最终传动系。动力装置可以包括用于产生驱动扭矩的发动机，该扭矩通过变速器的多个齿数比中的一个传递到最终传动系，以驱动车辆的轮子。所述发动机可以通过燃烧发动机汽缸内的空气燃料混合物来产生驱动扭矩。所述空气燃料混合物可以由一个或多个电子控制模块控制。
一些系统诊断是在车辆运行的时候在车辆上进行的。由于车辆是在运行中，因此系统诊断可能是侵入式的。系统诊断的一种类型是燃料调节系统诊断（FASD）。FASD在诊断许多燃料输送、空气输送和一些排气系统故障上是有效的。由于FASD测试的一些部分是侵入式的，因此由空气/燃料输送紊乱（尤其是在怠速或低速情况下）引起的驾驶性问题对于车辆操作者而言就很明显。
发明内容
本发明提供了用于减少车辆上的侵入式系统诊断对驾驶性的影响的系统和方法。
在本发明的一方面，一种控制发动机的方法包括：关闭罐净化阀，执行系统诊断，确定扭矩变化，将发动机扭矩改变为对应于扭矩变化的变化后的扭矩，以及打开净化阀。
在本发明的另一方面，一种用于控制发动机的控制系统包括控制模块。所述控制模块包括在系统诊断过程中关闭罐净化阀的蒸发控制阀模块。扭矩确定模块确定系统诊断结束时的扭矩变化。扭矩调节模块将发动机扭矩改变为对应于扭矩损失的增加的扭矩。所述蒸发控制阀模块在诊断结束时打开所述净化阀。
本发明还提供了以下方案：
方案1. 一种控制发动机的方法，包括：
关闭罐净化阀；
执行系统诊断；
确定扭矩的变化；
为所述系统诊断结束时的燃料供应变化而产生发动机扭矩储备；
当所述系统诊断结束时，利用快速发动机致动器抵消来自燃料供应变化的发动机怠速偏差；和
打开所述净化阀。
方案2. 如方案1所述的方法，其中，产生发动机扭矩储备包括在打开所述净化阀之前的第一时间段产生所述发动机扭矩储备。
方案3. 如方案2所述的方法，其中，产生发动机扭矩储备包括在打开所述净化阀后保持所述发动机扭矩储备并持续第二时间段。
方案4. 如方案3所述的方法，其中，改变所述发动机扭矩包括使节流阀信号从第一水平变为第二水平，并且在所述第二时间之后使所述节流阀信号从第二水平变为所述第一水平。
方案5. 如方案1所述的方法，其中，改变所述发动机扭矩包括使节流阀信号从第一水平变为第二水平。
方案6. 如方案1所述的方法，其中，改变所述发动机扭矩包括改变火花正时。
方案7. 如方案1所述的方法，其中，改变所述发动机扭矩包括改变节流阀和改变火花正时。
方案8. 如方案1所述的方法，其中，打开所述净化阀包括在产生所述发动机扭矩储备之后打开所述净化阀。
方案9. 如方案1所述的方法，其中，确定最大可能扭矩损失包括根据所命令的最大燃料水平中的最大可能变化来确定所述最大可能扭矩损失。
方案10. 如方案1所述的方法，其中，确定扭矩的变化包括根据长期存储器值、短期存储器值和空气质量来确定所述扭矩的变化。
方案11. 如方案1所述的方法，还包括：改变所述快速发动机致动器火花以调节发动机扭矩来抵消发动机速度偏差，从而消耗所述扭矩储备。
方案12. 如方案11所述的方法，其中，执行所述系统诊断是在确定扭矩损失变化之前执行的，并且其中，打开所述净化阀包括在所述系统诊断结束时打开所述净化阀。
方案13. 一种控制发动机的方法，包括：
在系统诊断过程中关闭罐净化阀；
执行所述系统诊断；
当所述系统诊断结束且所述罐净化阀打开时，确定由燃料供应变化引起的最大可能扭矩损失；
通过在打开净化阀之前的预定第一时间段打开节流阀并延迟火花来产生扭矩储备；
此后，打开所述净化阀并结束所述诊断测试；
根据与使用了所述扭矩储备的怠速之间的发动机速度偏差，采用火花来调节所述发动机扭矩；和
在打开所述净化阀后第二预定时间段内保持所述扭矩储备，并结束所述诊断测试。 
方案14. 如方案13所述的方法，其中，产生所述发动机扭矩储备包括使节流阀信号从第一水平变为第二水平。
方案15. 如方案13所述的方法，还包括：在打开所述净化阀之前，等待对应于空气传输延迟的预定时间。
方案16. 一种用于发动机的控制模块，包括：
蒸发控制阀模块，用于在系统诊断过程中关闭罐净化阀；
扭矩确定模块，用于确定扭矩变化，并为所述系统诊断结束时的燃料供应变化产生扭矩储备；和
扭矩调节模块，用于当所述系统诊断结束时，控制快速发动机致动器以抵消来自燃料供应变化的发动机怠速偏差；
所述的蒸发控制阀模块在所述诊断结束时打开所述净化阀。
方案17. 如方案16所述的系统，其中，所述扭矩调节模块在打开所述净化阀之前的第一时间段产生所述发动机扭矩储备。
方案18. 如方案17所述的系统，其中，所述扭矩调节模块在打开所述净化阀之后产生所述发动机扭矩储备并持续第二时间段。
方案19. 如方案18所述的系统，其中，所述扭矩调节模块使所述发动机扭矩从第一水平改变到第二水平，并在所述第二时间之后使所述节流阀信号从第二水平改变到所述第一水平。
方案20. 如方案16所述的系统，其中，所述扭矩调节模块通过改变节流阀信号来改变所述发动机扭矩。
方案21. 如方案16所述的系统，其中，所述扭矩调节模块通过改变火花正时来改变所述发动机扭矩。
以下提供的详细描述将使本发明的更多应用领域变得清楚。应当理解，这些详细的描述和特定的例子，在指示了本发明的优选实施例的同时，仅仅出于解释说明的目的，而不意图构成对本发明范围的限制。
附图说明
根据下文详细的说明和附图，将更有利于对本发明的全面理解，附图中：
图1是发动机和发动机控制系统的功能框图；
图2是图1中用于执行本发明之方法的控制系统的框图；
图3是用于执行本发明之方法的流程图；和
图4是节流阀、火花和FASD随时间变化的图。
具体实施方式
接下来有关优选实施例的描述在本质上仅仅是示例性的，决不意图限制本发明、及其应用或使用。如本文中所使用的，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（共用的、专用的或成组的）和存储器、组合逻辑电路、和/或其他能提供所述功能的合适部件。如本文中所使用的，术语“增压”是指，通过像涡轮增压器这样的辅助强制进气系统，使一定量的压缩空气进入发动机。术语“正时”通常是指开始将燃料引入发动机汽缸（燃料喷射）的时刻。
现在参考图1，示意性地示出了根据本发明的示例性发动机控制系统10。发动机控制系统10包括发动机12和控制模块14。发动机12包括进气歧管15、具有燃料喷射器的燃料喷射系统16、以及排气系统17。系统10还可以包括涡轮增压器18。示例性发动机12包括6个汽缸20，所述6个汽缸20构造成处于V型布置的相邻汽缸排22、24。虽然图1描绘了6个汽缸（N＝6），但是应当意识到，发动机12也可以包括更多或更少汽缸20。例如，具有2、4、5、8、10、12和16个汽缸的发动机都是可以设想的。还应当意识到，发动机12还可以具有直列型的汽缸构造。虽然这里设想的是采用直接喷射的汽油动力型内燃发动机，然而本发明还可以适用于端口燃料（非直接）喷射、柴油或其他替代性燃料源。
在发动机运行过程中，空气通过由发动机进气冲程所产生的入口真空被吸入进气歧管15中。空气从进气歧管15被吸进各单独汽缸20，并在其中被压缩。燃料由喷射系统16喷射。空气/燃料混合物被压缩，压缩产生的热量和/或电能点燃空气/燃料混合物。排气通过排气导管26从汽缸20排出。排气驱动涡轮增压器18的涡轮叶片25，其继而又驱动压缩机叶片25。压缩机叶片25能够将额外的空气输送（增压）给进气歧管15，并送入汽缸20中以供燃烧。
涡轮增压器18可以是任一种合适的涡轮增压器，例如但不限于可变喷嘴涡轮增压器（VNT）。涡轮增压器18可以包括多个可变位置叶片27，可变位置叶片27根据来自控制模块14的信号调节输送给发动机12的空气量。更具体地，叶片27可以在全开位置和全闭位置之间运动。当叶片27处于全闭位置时，涡轮增压器18将最大量的空气送入进气歧管15，继而进入发动机12。当叶片27处于全开位置时，涡轮增压器18将最少量空气送入发动机12。通过有选择地使叶片27定位在全开和全闭位置之间来调节所输送的空气量。
涡轮增压器18包括电子控制叶片螺线管28，该螺线管操纵流向叶片致动器（未示出）的液压流体流。叶片致动器控制叶片27的位置。叶片位置传感器30根据叶片27的物理位置生成叶片位置信号。增压传感器31根据由涡轮增压器18输送给进气歧管15的额外空气来生成增压信号。虽然此处实施的涡轮增压器被描述为VNT，但是仍然可以设想，能够使用采用了不同电子控制方法的其他涡轮增压器。
歧管绝对压力（MAP）传感器34位于进气歧管15上，并且根据进气歧管15内的压力来提供MAP信号。空气质量流量（MAF）传感器36位于空气入口内，并且根据流入进气歧管15的空气质量来提供空气质量流量（MAF）信号。控制模块14利用MAF信号来确定供应给发动机的A/F比。RPM传感器44（例如曲轴位置传感器）提供了发动机速度信号。进气歧管温度传感器46生成进气温度信号。控制模块14将喷射器正时信号传至喷射系统16。车辆速度传感器49生成车辆速度信号。
排气导管26可以包括排气再循环（EGR）阀50。EGR阀50能够使部分排气再循环。控制器14可以控制EGR阀50以获取期望的EGR率。
控制模块14控制发动机系统10的总体运行。更具体地，控制模块14根据各种参数来控制发动机系统的运行，这些参数包括但不限于驾驶者输入、稳定性控制，等等。控制模块14可以被提供为发动机控制模块（ECM）。 
控制模块14还可以通过调节到达叶片螺线管28的电流来调节涡轮增压器18的运行。根据本发明实施例的控制模块14可以和叶片螺线管28通信，从而提供进入到进气歧管15中的增加的空气流（增压）。
排气氧传感器60可以置于排气歧管或排气导管内，以提供对应于排气中的氧气量的信号。
燃料箱62也可以与车辆关联，以便为车辆提供燃料。蒸发罐64可以与燃料箱62流体连通。蒸发罐64被用于接收来自燃料箱的燃料蒸气并将燃料蒸气储存在其中。阀66与罐64关联。阀66由控制模块14控制，并允许蒸气以受控制的方式从罐64穿过至进气歧管15。罐64被用于储存通常在燃料系统里产生的蒸发排放物，并阻止它们散逸到大气中。当阀66打开并且进气歧管15产生真空时，罐64通过新鲜空气入口70吸入新鲜空气。导管68允许储存在罐64内的蒸气被吸入进气歧管15而不是被排放到环境中去。阀66会在各种工况下打开，例如当冷却剂温度高于预定温度时。在燃料调节系统诊断（FASD）过程中也可能存在阀66的操作。当净化阀66从关闭位置打开时（当侵入测试完成时），可以观察到由净化阀打开转换时燃料供应动力学的不精确而导致的明显的发动机速度波动。也就是说，长期存储器值中的变动可能表示了人为的不同情况，例如不寻常的富燃（rich）情况。
现在参考图2，示出了控制模块14的示意性简化框图。控制模块14内的每个模块都可互相连接。控制模块14可以在其中包括用于实施本发明方法的各种模块。燃料调节系统诊断模块210用于实施侵入测试，例如燃料调节系统诊断。短期燃料校正模块212用于提供短期燃料校正信号。
蒸发阀控制模块214用于响应于各种输入（例如燃料调节系统诊断模块210）来控制蒸发阀或净化阀。
长期燃料校正模块216用于生成长期燃料校正信号（LTM）。长期校正信号变化得不如短期值那么快。长期校正信号提供了富燃或贫燃（lean）的指示。
空气-燃料确定模块218可以用于确定空气-燃料比是富燃还是贫燃。空气-燃料确定模块218可以确定富燃状态或贫燃状态。
稳态确定模块220用于确定发动机是否运行在稳定状态。以下将会有描述，稳定状态可以包括：当曲轴速度稳定或处于较低速度的时候由歧管绝对压力确定的负载是稳定的，或者发动机处于怠速。
控制模块14还可以包括扭矩确定模块224，该模块用于确定来自各种其他模块的输出的扭矩损失，这些模块包括FASD模块210、短期校正模块212、长期校正模块216、空气燃料模块218、蒸发阀控制模块214和稳态确定模块220。
即时扭矩可以小于预测扭矩，以便提供扭矩储备（以下将会有详细描述）和满足暂时的扭矩降低。仅为举例，当车辆速度接近超速阈值和/或当牵引控制系统感测到车轮打滑的时候，可能就需要暂时降低扭矩。
即时扭矩可以通过改变响应迅速的发动机致动器而获得，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，火花提前可被迅速地调整，而空气流量和凸轮相位器位置则由于机械滞后时间而响应较慢。还有，空气流量的变化受到进气歧管内空气传输延迟的影响。另外，直到空气被吸入汽缸、压缩和燃烧之前，空气流量中的变化并不明确表现为扭矩变化。
扭矩储备可以通过以下来获得，即：设定较慢的发动机致动器以产生预测扭矩，同时设定较快的发动机致动器以产生小于预测扭矩的即时扭矩。例如，节流阀会被打开，从而增加空气流量并准备产生预测扭矩。同时，火花提前会被减少（换言之，火花正时会被延迟），从而将实际的发动机扭矩输出降低到即时扭矩。
预测扭矩和即时扭矩之间的差可称为扭矩储备。当存在扭矩储备时，可通过改变较快的致动器来使发动机扭矩从即时扭矩迅速地提高至预测扭矩。因而，无需等待由调节某个较慢致动器而产生的扭矩变化就可以获得预测扭矩。
控制模块14还可以包括扭矩调节模块226。扭矩调节模块226可用于以各种方式来调节发动机扭矩。当从净化“关”切换为净化“开”的时候，退出FASD时（净化阀打开时）的最大可能扭矩损失将通过利用由“燃料供应长期存储器值”中的改变引起的所命令燃料的最大增量变化而被计算出来。计算出的由燃料供应误差所引起的最大可能扭矩损失可用于发送扭矩储备请求。扭矩储备可用于迅速增加扭矩以补偿由燃料供应误差引起的扭矩损失。当扭矩储备已经建立且净化阀打开时，发动机速度可被监测以确定是否需要对即时扭矩进行调节以补偿燃料供应误差。当出现发动机速度低于期望怠速的下跌量大于预定量（例如25 rpm）时，发动机可以增加即时扭矩，从而消耗扭矩储备。这会驱使发动机速度回升。如果出现发动机速度高于期望怠速的突变量大于25 rpm时，发动机可以降低即时扭矩并维持一段预定的时间。这会使发动机速度回落。
计时器模块228可用于记录各种不同的时长，包括从所命令的诊断测试开始时的时间、或直到诊断测试将要结束的时间。用于被调节扭矩请求的时间也可以由计时器模块228来确定。当然，也可以提供其他的计时确定。
控制器14还可以包括存储器230。存储器230可以存储各种数据以及与各种模块210-228相关的中间计算。存储器230可以是各种类型的存储器，包括易失性存储器、非易失性存储器、不失效（keep alive）存储器、或它们的各种组合。
现在参考图3，详细描述了一种围绕侵入诊断程序来控制发动机的方法。在步骤310中，诸如燃料调节系统诊断（FASD）之类的诊断程序（系统诊断）被执行。应指明的是，该程序可以在诊断开始的时候被执行。例如，步骤310可以恰好在下面的步骤326中关闭净化阀之前或之后执行。用于蒸发罐的净化阀在步骤312中关闭。通常，当净化阀打开时，系统会协同诊断程序的运行以补偿可能的扭矩损失。应该指明的是，当存在稳态驱动状况时，该程序就会发生。稳态驱动状况可以是怠速状况或低速的车辆驾驶状况。本方法确定了增加的扭矩量，但如果由FASD引起的燃料中的增量变化使得扭矩增加不再发生，则可以想到能够确定扭矩的降低量。所命令的燃料总量必须被执行。如下所述，所命令的燃料总量使用了基本燃料命令、长期存储器校正和短期存储器校正。
所命令的燃料总量=基本燃料命令（预测的空气质量/所命令的A/F）×[1＋(长期存储器校正－1)＋(总的短期校正－1)]。
在稳态怠速状况或低速驾驶状况时，所命令的燃料的最大增量变化等于所命令的燃料基本量乘以长期存储器中的变化，以下会详细说明。
所命令的燃料的最大增量变化=（所命令的燃料基本量）×（长期存储器中的增量变化）。该增量变化是由于蒸发罐净化阀从“关”位置变到“开”位置。
稳态可以通过空气质量流量的变化率小于校正值来确定，如以下所描述的那样。
稳态的定义：MAF变化率＜校正值。
在步骤314中，获得长期和短期存储器校正值。在步骤316中，确定诊断结束时的可能扭矩损失。上述的燃料供应变化量可以输入到图2所示的扭矩确定模块224中，以确定所要获得的扭矩储备量。燃料供应的变化决定了系统中的扭矩损失量。步骤316确定了退出诊断时的可能扭矩损失，步骤318请求与诊断结束之前的扭矩损失相对应的扭矩储备。诊断之前扭矩在系统中被建立起来的时间称为时间T1，以下将会说明。也就是说，时间T1对应于一段时间量，其允许发动机内建立达到可能扭矩损失水平的扭矩。为了补偿扭矩损失，通过在步骤320中调节节流阀和在步骤322中调节火花来请求扭矩储备。当诊断于步骤324完成时，净化阀在步骤326中打开。在步骤328中，根据发动机速度和期望的怠速之间的偏差来调节即时扭矩，从而在步骤329中，在燃料调节系统诊断结束后，所命令的稳态扭矩储备被保持一段预定的时间量T2。在燃料调节系统诊断结束时，扭矩储备请求在步骤330中被去除，节流阀和火花在步骤332重返其正常的怠速水平。
现在参考图4，该图表示了燃料调节系统诊断、节流阀和火花之间的相对时间线（timeline）。信号410是燃料调节系统诊断侵入测试开/关信号。信号412是节流阀信号，信号414是火花信号。在诊断侵入测试过程中（净化阀处于关的位置），由于发动机的速度波动，节流阀信号412可在诊断测试结束前以及在时刻416发生的净化阀打开之前的T1时间匀变上升。在对应于时刻416之前的时间T1的时刻418处，节流阀信号增大，直到诊断测试结束且阀从关闭位置打开为止。在同一时刻418，火花可下降直到时刻416。火花下降对于在由于节流阀的增大而增加气流的情况下保持同样的发动机输出扭矩是有必要的。增大的节流阀信号412在时刻416达到最大值并保持了一段时间T2，时间T2长到足以防止发动机速度的波动。在时刻416，净化阀打开，同时扭矩储备处于扭矩储备水平并保持了时间段T2。在时间段T2期间，火花根据来自燃料供应误差的发动机速度误差进行调节。在时刻422，节流阀信号回到FASD侵入诊断之前的水平。相应地，火花也回到FASD侵入诊断之前的水平。
燃料供应的短期比例和积分项的值可以通过将作为（实际发动机RPM－期望发动机RPM）之函数的比例因子乘以初始的燃料供应短期值来加以改变。当（实际发动机RPM－期望发动机RPM）的绝对值大于校正值以及在退出FASD后（净化阀从“关”到“开”）的校正持续时，上述情况就可以实现。
当净化阀被“关闭”以启动侵入检测时，在对闭环LTM燃料供应项进行滤波之前加入了纯时间延迟。当净化阀在侵入检测结束时“打开”的时候也这样做。在这段时间内，闭环LTM保持不变，直到滤波开始发生。这么做是为了在影响到汽缸内的燃料之前就模拟净化阀内变化的传输延迟，还可以帮助最大限度地减少燃料供应误差。这种延迟对于端口燃料喷射式发动机和直接喷射式发动机会有所不同。
根据本发明说明书的以上描述，本领域技术人员可以根据其教导以各种形式实施本发明。因此，尽管说明书中记载了特定的实施例，但是本发明的真正范围并不限于此，因为在本领域技术人员研究了附图、说明书和所附权利要求后，其他各种修改将变得明显。

Claims (6)

1.一种用于发动机的控制模块，包括：
蒸发控制阀模块，用于在系统诊断过程中关闭罐净化阀；
扭矩确定模块，用于确定扭矩变化，并为所述系统诊断结束时的燃料供应变化产生扭矩储备；和
扭矩调节模块，用于当所述系统诊断结束时，控制快速发动机致动器以抵消来自燃料供应变化的发动机怠速偏差；
所述的蒸发控制阀模块在所述诊断结束时打开所述净化阀。
2.如权利要求1所述的系统，其中，所述扭矩调节模块在打开所述净化阀之前的第一时间段产生所述发动机扭矩储备。
3.如权利要求2所述的系统，其中，所述扭矩调节模块在打开所述净化阀之后产生所述发动机扭矩储备并持续第二时间段。
4.如权利要求3所述的系统，其中，所述扭矩调节模块使所述发动机扭矩从第一水平改变到第二水平，并在所述第二时间之后使所述节流阀信号从第二水平改变到所述第一水平。
5.如权利要求1所述的系统，其中，所述扭矩调节模块通过改变节流阀信号来改变所述发动机扭矩。
6.如权利要求1所述的系统，其中，所述扭矩调节模块通过改变火花正时来改变所述发动机扭矩。
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