CN102374040B - 用于电动可变气门操作的前馈控制的方法和系统 - Google Patents

用于电动可变气门操作的前馈控制的方法和系统 Download PDF

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Abstract

预期影响气缸气门操作的周期性扭矩干扰，并且通过电动马达提供适当的反作用扭矩以抵消所述周期性扭矩干扰，以将气缸气门定位在期望位置。

Description

用于电动可变气门操作的前馈控制的方法和系统
技术领域
本申请涉及通过电动马达控制发动机的气缸气门操作的系统和方法。
背景技术
可变凸轮轴正时(VCT)系统使得凸轮轴的角位置调节能够改变发动机的气门正时，以便适应发动机的各种操作条件。例如，在低负载条件期间，VCT系统可以通过凸轮轴位置调节来改变气门正时以增加操作效率并增加燃料经济性。相应地，在高负载条件期间，VCT系统可以通过凸轮轴位置调节来改变气门正时以增加发动机输出。
在一个示例中，VCT系统通过控制电动马达来调节凸轮轴相对于基准曲轴位置测量的角位置，所述电动马达可操作而用于改变凸轮轴的角位置。在典型的反馈控制方法中，在VCT系统介入之前观测凸轮轴的角位置的误差以操作电动马达来对凸轮轴位置的角误差进行校正。
然而，发明人已经认识到这种反馈控制系统所具有的若干潜在问题。举例来说，凸轮轴位置测量的更新率并没有快到足以补偿通过反馈控制观测的角位置误差。这样，为了补偿角位置误差而进行的凸轮轴位置调节受到延迟，从而导致控制精度降低。另一方面，通过安装包括具有更多齿的照准标志的凸轮轴位置传感器能够增加凸轮轴位置测量的更新率，但是这种位置传感器将增加系统的生产成本。
发明内容
在一个示例中，上述问题可以通过一种方法来解决，所述方法用于控制定位调节机构用的电动马达来改变气缸气门操作。所述方法可以包括调节电动马达的扭矩输出以抵消从气门机构源施加至调节机构的预期周期性扭矩干扰，从而将调节机构定位在期望位置。
举例来说，调节机构可以包括可变凸轮轴正时致动器，所述致动器调节凸轮轴的角位置以改变气缸气门正时。在操作过程中，例如基于凸轮轴的旋转而周期性地产生的扭矩干扰可能导致凸轮轴的角位置误差。然而，由于扭矩干扰以周期性为基础发生，因此能够预期和表征扭矩干扰。在一个具体示例中，周期性干扰扭矩用于生成前馈控制信号以调节电动马达的输出扭矩。通过基于预期扭矩干扰来调节电动马达的输出扭矩，能够基本上减少或消除凸轮轴角位置误差。换言之，可以由电动马达提供扭矩以在扭矩干扰出现时抵消这些扭矩干扰，以将凸轮轴维持在期望角位置处。另一方面，在反馈响应系统中，在提供校正调节之前就已经出现了凸轮轴角位置误差。
应理解，提供上述概要描述是为了以简化形式引入在随后的详细说明中进一步描述的概念的片段。这并不意味着确定了所要求保护的主题内容的关键或主要特征，所述主题内容的范围由详细说明之后的权利要求来限定。所要求保护的主题内容并不限于解决了上述任何缺点或该公开的任何部分中的实施方案。
附图说明
本公开的主题内容将通过结合附图阅读如下非限制性实施方式的详细描述而得到更好的理解，在附图中：
图1是本公开的发动机系统的实施方式的示意图。
图2是可以在图1中的发动机系统中实施的电动可变气门操作系统的实施方式的示意图。
图3是电动马达控制系统的实施方式的框图。
图4是用于控制可变凸轮轴正时系统的电动马达的方法的实施方式的流程图。
具体实施方式
本公开涉及操作电动马达来增强气门调节机构在发动机的各种操作条件下的位置控制，以增加气缸气门控制精度。更具体地说，本公开涉及表征影响气门调节机构的周期性干扰并通过生成前馈控制信号预期它们的发生来补偿周期性干扰，以基本减少或消除气门调节机构的位置误差。
现在参照一些图示实施方式以实施例方式来描述本公开的主题内容。在两个或更多个实施方式中基本相同的部件同等地标识，并且以最少的重复来描述。然而，应注意，在本公开的不同实施方式中的同等地标识的部件可能是至少部分地不同的。还应注意，本公开中包含的附图是示意性的。图示实施方式的视图不是按比例绘制的，长宽比、特征尺寸和特征数量可能被特意变形以使得选定的特征或关系更容易看到。
图1是示出了多缸发动机10的一个气缸的示意图，所述发动机10可以被包括在汽车的推进系统中。发动机10可以至少部分地通过包括控制器12的控制系统并通过经由输入装置130来自车辆驾驶员132的输入来控制。在该实施例中，输入装置130包括加速踏板和用于生成比例踏板位置信号PP的踏板位置传感器134。发动机10的燃烧室(即气缸)30可以包括燃烧室壁32，燃烧室壁32内定位有活塞36。活塞36可以联接至曲轴40，从而将活塞的往复运动转变成曲轴的旋转运动。曲轴40可以通过中间传输系统联接至车辆的至少一个驱动轮。另外，起动马达可以通过飞轮联接至曲轴40，以便使发动机10能够进行起动操作。
燃烧室30可以通过进气通道42从进气歧管44接收进气，并且通过排气通道48排放燃烧气体。进气歧管44和排气通道48可以通过各自的进气门52和排气门54与燃烧室30选择性地连通。在一些实施方式中，燃烧室30可以包括两个或更多个进气门和/或两个或更多个排气门。
在该实施例中，进气门52和排气门54可以经由各自的凸轮致动系统51和53通过凸轮致动来控制。凸轮致动系统51和53均可以包括一个或更多个凸轮。进气门52和排气门54的位置可以分别通过位置传感器55和57确定。在另选的实施方式中，进气门52和/或排气门54可以通过电动气门致动来控制。例如，气缸30可以另选地包括通过电动气门致动来控制的进气门和通过凸轮致动来控制的排气门，所述凸轮致动包括CPS和/或VCT系统。
一个或更多个凸轮致动系统51和53可以包括电动可变气门操作系统200。所述电动可变气门操作系统200可以基于操作条件调节气缸气门的升程和/或正时。所述可变气门操作系统200可以采用可以通过控制器12操作来改变气门操作的可变凸轮正时(VCT)系统、凸轮轮廓线变换(CPS)系统、可变气门正时(VVT)系统和/或可变气门升程(VVL)系统中的一种或更多种。电动可变气门操作系统200通过改变相应的凸轮轴的角位置来改变进气门和/或排气门的气门正时。具体地说，电动可变气门操作系统200包括电动马达202(图2中所示)，电动马达202可操作成提供扭矩以使凸轮轴旋转或保持至期望角位置。而且，电动可变气门操作系统200通过改变气门升程致动器的位置来改变进气门和/或排气门的气门升程。具体地说，电动可变气门操作系统200包括电动马达220(在图2中示出)，该电动马达220可操作成提供扭矩输出以将气门升程致动器定位(或保持)在期望位置。下面将参照图2进一步详细地描述电动可变气门操作系统200。
燃料喷射器66被示出为直接联接至燃烧室30，以用于通过电子驱动器68与从控制器12接收到的信号FPW的脉冲宽度成比例地将燃料直接喷射到燃烧室30内。这样，燃料喷射器66提供了所谓的将燃料直接喷射到燃烧室30内直喷。燃料喷射器例如可以安装在燃烧室的侧面或燃烧室的顶部中。燃料可以通过包括燃料箱、燃料泵和燃料轨的燃料系统(未示出)输送至燃料喷射器66。在一些实施方式中，在提供所谓的将燃料喷射到燃烧室30上游的进气口内的气口喷射的构造中燃烧室30可以另选地或附加地包括布置在进气通道44中的燃料喷射器。
进气通道44[sic:42]可以包括具有节流板64的节气门62。在该具体实施例中，节流板64的位置可以由控制器12通过提供给包括在节气门62中的电动马达或致动器的信号来改变，该电动马达或致动器即通常称为电子节气门控制(ETC)的构造。这样，节气门62可以被操作而改变连同其他发动机气缸一起供给燃烧室30的进气。节流板64的位置可以通过节气门位置信号TP提供给控制器12。进气通道42可以包括用于分别将信号MAF和MAP提供给控制器12的质量气流传感器120和歧管空气压力传感器122。
在选定操作模式下，喷射系统88可以响应于来自控制器12的火花提前信号SA而借助于火花塞92向燃烧室30提供点火火花。尽管示出了火花点火部件，但是在一些实施方式中，发动机10的燃烧室30或一个或更多个其他燃烧室可以在具有点火火花或不具有点火火花的情况下以压燃模式操作。
排气传感器126被示出为在排放控制装置70的上游联接至排气通道48。传感器126可以是用于提供排气空气/燃料比的指示的任何合适的传感器，诸如线性氧传感器或UEGO(通用或宽范围排气氧)、双态氧传感器或EGO、HEGO(加热EGO)、NOx、HC或CO传感器。排放控制装置70被示出为在排气传感器126的下游沿着排气通道48布置。装置70可以是三元催化器(TWC)、NOx捕集器、各种其他排放控制器或这些装置的组合。在一些实施方式中，在发动机10操作过程中，排放控制装置70可以通过在特定空气/燃料比内操作发动机的至少一个气缸来周期性地复位。
控制器12在图1中被示出为微计算机，其包括微处理器单元102、输入/输出端口104、用于可执行程序和校准值的电子存储介质(在该具体实施例中被示出为只读存储器芯片106)、随机访问存储器108、保持记忆存储器110以及数据总线。除了上述讨论的那些信号之外，控制器12可以从联接至发动机10的传感器接收各种信号，包括来自质量气流传感器120的引入质量气流(MAF)的测量、来自联接至冷却套筒114的温度传感器112的发动机冷却剂温度(ECT)、来自联接至曲轴40的霍尔效应传感器118(或其他类型)的轮廓线点火拾取(PIP)信号、来自节气门位置传感器的节气门位置(TP)；以及来自传感器122的绝对歧管压力信号MAP。发动机转速信号RPM可以通过控制器12利用信号PIP产生。来自歧管压力传感器的歧管压力信号MAP可以用于提供进气歧管中的真空或压力的指示。注意，可以利用上述传感器的各种组合，例如在没有MAP传感器情况下的MAF传感器或在没有MAF传感器的情况下的MAP传感器。在化学计算操作过程中，MAP传感器可以给出发动机扭矩的指示。另外，该传感器与检测到的发动机转速一起可以提供引入到气缸内的充气(包括空气)的估计。在一个实施例中，还用作发动机转速传感器的传感器118可以在曲轴每转一圈产生预定数量的相等间隔的脉冲。
如上所述，图1仅示出了多缸发动机的一个气缸，并且每个气缸可以类似地包括其自身的一组进气门/排气门、燃料喷射器、火花塞等。
图2是电动可变气门操作系统200的示意图。根据操作条件，电动可变气门操作系统200采用电动马达202来改变发动机10的气缸气门的气门正时，采用电动马达220来改变发动机10的气缸气门的气门升程。举例来说，如本文描述的电动可变气门操作系统200可以调节发动机10的进气门52的气门操作。然而，应意识到，该可变气门操作系统可以改变发动机的进气门和/或排气门的气门升程/定时。
电动马达202通过调节凸轮轴51的角位置来改变气门正时。具体地说，电动马达202基于从控制器12接收到的凸轮轴位置信号提供输出扭矩。电动马达202可以包括具有相对高磁滞程度的同步型马达，从而即使马达转速改变时也能够产生相对恒定的扭矩输出。应意识到，在电动可变气门操作系统中可以实施几乎任何合适类型的电动马达。
在一些条件下，电动马达202提供输出扭矩以调节凸轮轴51的角位置。例如，电动马达202可以提供输出扭矩以瞬时调节凸轮轴的角位置，以便基于发动机的操作条件提前/延迟气门正时。在一些条件下，电动马达202可以提供输出扭转以将凸轮轴51维持在期望角位置处。例如，从发动机和与电动马达和/或凸轮轴相互的气门机构部件的致动可以产生作用在电动马达202和/或凸轮轴51上的各种扭矩干扰，并且电动马达可以提供输出扭矩以抵消这种扭矩干扰，以将凸轮轴的角位置维持在期望角位置处。
凸轮致动机构204操作地将电动马达202联接至凸轮轴51。凸轮致动机构204包括齿轮组件，该齿轮组件将电动马达的输出扭矩施加至凸轮轴以基于凸轮轴位置信号调节或维持凸轮轴的角位置。凸轮致动机构204可以调节凸轮轴的角位置以提前/延迟气门正时。在一个实施例中，凸轮致动机构使凸轮轴顺时针旋转以延迟气门正时并且/或者使凸轮轴逆时针旋转以提前气门正时。凸轮致动机构204的传动装置中的摩擦可能导致扭矩干扰，这会影响电动马达将曲轴保持在期望角位置的控制精度。在一些实施方式中，凸轮致动机构可以包括在电动马达中。
凸轮轴51包括通过正时链208与曲轴40的曲轴链轮210操作地相联的凸轮轴链轮206。凸轮轴链轮206的尺寸大小相对于曲轴链轮210为2:1，从而凸轮轴51每转一转，曲轴40旋转两整转。由于气缸燃烧而施加至曲轴40上的扭矩可以经由正时链208从曲轴传递至凸轮轴51。而且，传递的扭矩可能产生通过致动机构204传输至电动马达202的扭矩干扰，这会影响电动马达将曲轴定位(例如瞬时调节)或保持在期望角位置的控制精度。
凸轮轴51包括沿着凸轮轴位于不同角位置处的凸轮凸角212。每个凸轮凸角212都具有沿着角位置的方向远离凸轮轴的中心延伸的轮廓。由于每个凸轮凸角212都沿着不同角方向从凸轮轴51突出，凸轮轴的质量在这些角方向上远离凸轮轴的中心分散。在凸轮轴51旋转时，沿着凸轮轴分布在不同角位置的质量可能产生作用在致动机构204上并相应地作用在电动马达202上的扭矩干扰，这会影响电动马达将曲轴定位或保持在期望角位置的控制精度。
每个凸轮凸角212都具有通过气门升程致动器226作用在进气门52的气门弹簧214上以限定气门致动事件的持续时间的轮廓。具体地说，当凸轮轴51旋转时，每个凸轮凸角212压靠相应的气门升程致动器226以压缩气门弹簧214。当凸轮凸角轮廓的顶点克服气门弹簧旋转而将进气门52向下推动到打开位置时，气门弹簧214受到更大的压缩。当凸轮轴进一步旋转时，凸轮凸角轮廓的顶点远离气门升程致动器226运动，从而允许气门弹簧解除压缩并使进气门52返回到关闭位置。气门升程致动器226、气门弹簧214和进气门52的致动施加通过凸轮轴51等传递至电动马达202的扭矩干扰，这会影响电动马达将曲轴保持在期望角位置处的控制精度。
电动马达220提供输出扭矩以调节中间轴224的角位置，该中间轴224调节气门升程致动器226相对于凸轮轴51的位置以改变气门升程。电动马达220可以通过致动机构222联接至中间轴224。致动机构222包括齿轮组件，该齿轮组件将电动马达的输出扭矩施加至中间轴以基于气门升程位置信号调节或维持中间轴的角位置。致动机构222可以调节中间轴224的角位置以在气门致动事件过程中增加/减少进气门52的升程量。在一个实施例中，该致动机构包括蜗轮，该蜗轮旋转中间轴以调节气门升程相对于凸轮轴的位置。致动机构222中的传动装置的摩擦可能产生扭矩干扰，这种扭矩干扰会影响电动马达将中间轴定位在期望角位置处的控制精度。在一些实施方式中，该致动机构可以包括在电动马达中。
气门升程致动器226相对于凸轮轴51的位置限定了进气门在气门致动事件过程中的升程量。具体地说，气门升程致动器包括摇臂，该摇臂基于中间轴的位置变化或多或少地从与凸轮轴的相互作用来致动，以使摇臂朝向或远离凸轮轴旋转。例如，当摇臂朝向凸轮轴旋转时，可以增加气门升程量。相应地，当摇臂远离凸轮轴旋转时，可以降低气门升程量。气门升程致动器226可以与中间轴224相互作用以将扭矩干扰传递至电动马达220。例如，在气门致动期间由气门升程致动器－中间轴的相互作用产生的周期性扭矩干扰可以被传递至电动马达。而且，由于凸轮轴51与气门升程致动器226相互作用，施加至凸轮轴的周期性扭矩干扰还可以借助于气门升程致动器和中间轴传递至电动马达220。这种扭矩干扰会影响中间轴远离期望位置的定位，从而导致气门升程量控制误差。
凸轮轴驱动的燃料泵216安装至凸轮轴51。凸轮轴51的旋转操作燃料泵216以将喷射用燃料泵送到发动机10中。在一个实施例中，燃料泵216包括杠杆，该杠杆在凸轮轴旋转时与凸轮轴相互作用以使燃料泵216内的泵往复运动以积累燃料压力。燃料泵216的杠杆的往复运动可能施加被传递至凸轮轴51等的扭矩干扰，这会影响电动马达将曲轴保持在期望角位置的控制精度。举例来说，来自燃料泵的扭矩干扰可能基于燃料泵(例如直喷燃料泵)的泵冲程。可以调节冲程以实现期望的燃料轨压力。因而，扭矩干扰可以随着燃料压力变化以及相应地燃料泵的泵冲程变化而变化。
由于凸轮轴－气门弹簧(或气门升程致动器)的相互作用引起的扭矩干扰可能基于发动机的具体气缸的状态而变化。例如，作为部分发动机操作可以停用选定的气缸，并且进气门可以保持关闭。这样，可以修改凸轮轴－气门弹簧的相互作用，并且相应地可以改变相关联的扭矩干扰。而且，特定气缸的停用可以基于相关气门相对于凸轮轴的位置而不同地影响周期性扭矩干扰。
如上所述，电动可变气门操作系统200与发动机的气门机构和各种其他部件的相互作用可以将由于操作(例如旋转、往复运动等)产生的扭矩干扰传递至电动马达202，这会影响电动马达将曲轴保持在期望角位置的控制精度。同样，扭矩干扰可以被传递至电动马达220，这会影响电动马达将中间轴和/或可变气门升程致动器保持在期望角位置的控制精度。扭矩干扰可能与凸轮轴、中间轴和/或曲轴的旋转以及气门升程致动器、气门弹簧、气门和/或燃料泵杠杆的往复运动对应地周期性地产生。这种干扰可以在发送至电动马达202的凸轮轴位置信号和/或发送至电动马达220的中间轴位置信号中表征和解决。这样，可以对位置信号进行调节以改变电动马达202和/或电动马达220的扭矩输出以抵消这样的扭矩干扰，以便降低角位置误差并基本上将凸轮轴51和/或中间轴224保持在期望位置。
而且，电动可变气门操作系统200包括各种传感器以测量影响电动马达的操作的气门机构和其他部件的操作参数，以便表征对扭矩干扰有贡献的发动机部件的次级效应。凸轮轴位置传感器55将凸轮轴位置信号发送至控制器12。曲轴位置传感器118将曲轴位置信号发送至控制器12。燃料压力传感器218将燃料压力信号发送至控制器112。中间轴位置传感器228将中间轴位置信号发送至控制器12。这些信号可以与来自上述参照图1描述的传感器的信号一起使用以表征对电动马达202上的扭矩干扰有贡献的气门机构部件的次级效应。凸轮轴位置信号和/或中间轴位置信号可以被调节以抵消次级效应以便进一步降低角位置误差。而且，可以脱机表征一些次级效应而无需传感器反馈。
应意识到，上述电动可变气门操作系统、气门机构、发动机部件等是示例性的，并且在不脱离本公开的范围的情况下可以实现其他发动机构造。例如，可以实现任何合适的发动机构造，该构造采用电动马达抵消预期周期性干扰扭矩以降低可变气门控制的位置误差。在一些实施方式中，可变气门操作系统可以改变气门正时而不改变气门升程。因而，包括电动马达、中间轴和气门升程致动器的可变气门升程机构可以从所述构造中省略。注意，凸轮轴和中间轴以及相关的中间部件可以称为用于改变气门操作的调节机构。而且，改变气门操作可以包括调节气门正时和气门升程中的一个或多个。
图3是电动马达控制系统300的实施方式的框图。该控制系统例如可以通过控制器12实现。电动马达控制系统300表征发送至电动马达202和/或电动马达220的位置信号以产生用于将凸轮轴51的角位置和/或中间轴224的角位置调节(维持)至期望位置的期望输出扭矩。电动马达控制系统300包括反馈环，该反馈环提供凸轮轴和/或中间轴的实际位置，利用凸轮轴和/或中间轴的目标位置评估该实际位置以产生用于电动马达的初始扭矩项。
控制系统300表征由与凸轮轴和/或中间轴相互作用的气门机构部件和其他稳态部件产生的周期性干扰。来自这些部件的周期性干扰提供在凸轮轴旋转过程中周期性地作用在凸轮轴上的扭矩，该扭矩可能将凸轮轴从期望位置移开。同样，周期性扭矩干扰可能作用在中间轴上而将其从期望位置移开。由于干扰根据基于凸轮轴的旋转和/或气缸气门的致动的预定周期而产生，因此利用周期性干扰扭矩的预期来产生周期性干扰补偿项。补偿项是前馈控制信号，该前馈控制信号调节凸轮轴/中间轴位置信号的扭矩输出以抵消周期性干扰，从而基本减小或消除由干扰引起的角误差。
周期性干扰补偿前馈控制项可以表征来自气门机构部件的周期性干扰扭矩。例如，气门机构部件可以包括凸轮轴和与凸轮轴相互作用的部件，所述部件通过凸轮轴传递扭矩，该扭矩在电动马达202的输出处观察到。而且，气门机构部件可以包括中间轴和与中间轴相互作用以通过中间轴传递扭矩的部件，该扭矩在电动马达220的输出处观察到。如上所述，气门机构扭矩干扰的示例可以包括凸轮轴的质量动态，更具体地说，凸轮凸角的分布质量，该凸轮凸角的分布质量提供基于凸轮轴的旋转周期地变化的扭矩干扰。作为另一示例，可以被表征的气门机构扭矩干扰包括气门质量动态。气门质量动态可以包括在气门开/闭事件过程中在气门往复运动期间传递至凸轮轴的气门的动量。作为又一示例，气门机构扭矩干扰可以包括由于气门升程致动器、凸轮轴、气门弹簧和中间轴之间的相互作用产生的扭矩干扰。例如，通过气门升程致动器传递的周期性扭矩干扰可以在相对于凸轮轴调节摇臂位置时改变以调节气门升程。
而且，气门机构扭矩干扰可以包括气门弹簧-凸轮轴的相互作用。换言之，在气门打开/关闭(停用)事件期间作用在凸轮轴上的气门弹簧的弹簧力以及气门弹簧、摇臂和凸轮凸角之间的摩擦引起的扭矩干扰可以由周期性干扰补充前馈项来表征。在其中干扰包括气门弹簧挠曲干扰的实施例中，干扰的各种频率成分的大小可以基于发动机点火顺序和发动机构造(V型发动机、直列发动机等)以及进气门和/或排气门是否停用。
例如，如果气缸的进气门和/或排气门被停用(例如在燃烧循环期间保持关闭而不是打开)，干扰的扭转特征(torque signature)与进气门和/或排气门被启用的情况相比可以变化。举例来说，被启用的进气门和/或排气门在每个打开/关闭事件中都可以产生通过气门弹簧传递至凸轮轴的周期性扭矩干扰。该扭矩干扰可以基于启用的气门的质量动态以及凸轮轴-气门弹簧(和/或摇臂)的相互作用。在气缸停用时，将凸轮轴连接至气门的摇臂可以被断开，从而凸轮轴不致动气门。由于气门与凸轮轴不相互作用，由气门的质量动态产生的扭矩干扰在气缸停用期间被减小或消除。而且，由气门弹簧产生的扭转干扰在气缸停用期间可以被减小或消除。因而，通过前馈项提供的相消扭矩可以被动态地调节以在整个发动机操作过程中当气缸启用/停用时适应与气缸相关的部件的不同扭矩特征。
注意在某些条件下，气缸的仅一个气门可以被停用(例如进气门可以保持关闭而排气门可以打开)。另外，在某些条件下，发动机的仅进气门可以被停用。在其中进气门通过同一凸轮轴控制的实施方式中，相对于控制排气门的致动的凸轮轴，反作用扭矩对于该凸轮轴来说可以不同地变化。而且，在某些条件下，仅一些气缸可以被停用(例如使进气门/排气门都保持关闭)，而其他气缸可以工作(例如可变排量操作)。在选定的气缸启用/停用时，可以向/从周期性扭矩干扰补偿项增加/减去用于扭矩干扰的扭矩特征以动态地抵消扭矩干扰并增加位置控制精度。
周期性补偿前馈项可以表征作用在凸轮轴和/或气门机构上的其他稳态源。例如，前馈补偿项可以包括从凸轮轴安装的燃料泵提供的扭矩干扰的特性。举例来说，致动燃料泵的杠杆可以骑跨在凸轮轴上并且凸轮轴的旋转致使杠杆往复运动。燃料泵杠杆的往复运动性质形成了通过前馈项预期的周期性扭矩干扰。来自燃料泵的周期性扭矩干扰可以基于燃料的泵冲程的持续时间而变化，所述燃料泵的泵冲程的持续时间基于燃料压力变化。
而且，周期性补偿前馈项可以表征气门机构以及与凸轮轴相互作用的其他稳态源的次级效应。例如，次级效应可以包括马达输入扭矩特征、发动机转速、发动机温度和/或部件的控制状态，诸如燃料泵的压力水平或气缸启用/停用。例如，可以使用燃料压力确定燃料泵的泵冲程的长度，以便适当地表征来自燃料泵的扭矩干扰。作为另一示例，可以利用气缸停用来调节来自停用的气缸的气门质量动态和/或凸轮轴-气门弹簧的相互作用的扭矩干扰的特性以抵消扭矩干扰。当次级效应参数变化时，气门机构的扭矩干扰也变化并且可以相应地调节所述特性。
来自气门机构、相关部件及其次级效应的周期性扭矩干扰的特性共同形成了扭矩表达式，该扭矩表达式被实现为前馈项以便为电动马达产生合适的反作用扭矩以防止凸轮轴从期望角位置运动离开。换言之，由于扭矩干扰根据基于凸轮轴等的旋转的建立周期而产生，因此前馈项将预期扭矩干扰何时发生，并且命令电动马达在适当时间提供输出扭矩以在干扰发生时抵消这些干扰。这样，可以降低或消除凸轮轴的角位置误差。
控制系统可以包括可能影响凸轮轴的定位控制的电动马达扭矩干扰。该电动马达扭矩干扰可能导致扭矩从电动马达通过致动机构到凸轮轴的传输的延迟。这种延迟可能与电动马达和/或致动机构的内部摩擦有关。相应地，马达滞后会影响扭矩到凸轮轴的传输。这样，电动马达扭矩干扰被表征为电动马达干扰补充前馈项，该前馈项与周期性干扰补偿前馈项一起应用以调节电动马达的扭矩输出。
在一些条件下，电动马达干扰补偿前馈项可以更早地提供扭矩(或更大的扭矩)以补偿马达和/或致动机构的内部(诸如由于摩擦或滞后引起的)任何延迟(或滞后)。在一些条件下，电动马达干扰补偿前馈项可以(例如从周期性干扰补偿项)减少扭矩，因为马达的内部摩擦可以提供一些抗干扰能力，例如如果干扰适当地小的话。在一些实施方式中，可以在鲁棒裕度内以该量减小前馈反作用扭矩目标以在不产生控制误差的情况下抵制干扰。而且，在其中存在马达滞后的一些条件下，可以利用马达滞后减小前馈扭矩请求而不是对马达供电以提供扭矩补偿。这样，可以降低马达的功率消耗。
控制系统300向电动马达提供凸轮轴/中间轴位置信号以生成控制角位置的输出扭矩。位置信号由周期性干扰补偿前馈项来操纵以预期来自气门机构、相关部件及其次级效应的公知的周期性扭矩干扰。而且，位置信号由电动马达干扰补偿前馈项来操纵以补偿延迟或滞后，并且另一方面如果内部摩擦提供抗干扰能力和/或存在马达滞后来抵消扭矩干扰，则降低了扭矩/功率。由于扭矩干扰被预期，可以在凸轮轴角位置产生误差之前调节输出扭矩。这样可以增加凸轮轴控制精度。
上述构造使得各种用于控制电动马达，更具体地说用于控制凸轮轴/中间轴的角位置的方法能够改变气门操作。因而，现在继续参照上述构造通过实施例方式描述这样的一些方法。然而，应理解，完全在本公开的范围内的这些及其他方法还可以借助于其他构造来实现。
图4是用于控制可变凸轮轴正时系统的电动马达的方法400的实施方式的流程图。方法400例如可以通过控制器12来执行以控制电动马达202的操作。该方法可以产生向电动马达提供目标输出扭矩的位置信号。
在步骤402，该方法可以包括表征来自气门机构源的周期性扭矩干扰。气门机构源可以包括气门机构部件和与凸轮轴、中间轴和/或中间部件相互作用的其他稳态源。气门机构源可能产生基于凸轮轴/中间轴的旋转的周期性扭矩干扰。
而且表征来自气门机构源的周期性扭矩干扰可以包括表征来自气门机构源的次级效应的扭矩干扰。该次级效应可以包括不同的发动机参数，例如影响凸轮轴的旋转的参数。例如，发动机参数可以包括发动机转速、发动机温度等。作为具体实施例，当发动机转速增加时，凸轮轴旋转也增加，这增加了周期性扭矩的频率。另外，次级效应可以包括凸轮轴部件的操作状态参数，诸如安装在凸轮轴上的燃料泵的压力水平。作为具体实施例，如果燃料压力适当地高，燃料泵的操作可能发生变化(例如关闭)，这可能影响由燃料泵提供给凸轮轴的扭矩干扰。
在步骤404，该方法可以包括表征电动马达扭矩干扰。电动马达扭矩干扰可以由马达和/或将马达联接至凸轮轴/中间轴的致动机构的内部摩擦产生。在一些条件下，摩擦可能导致滞后或延迟向凸轮轴/中间轴提供扭矩。在一些条件下，摩擦提供抗扭矩干扰能力。
在步骤406，该方法可以包括施加表征的扭矩干扰，作为发送到电动马达的位置信号的前馈项。前馈项预期被表征的扭矩干扰的发生并在适当时间提供反作用扭矩以抵消扭矩干扰。如果存在其中电动马达的内部摩擦提供抗干扰能力的条件，则电动马达扭矩干扰补偿项可以在鲁棒裕度内减少周期性扭矩干扰补偿项的反作用扭矩以不产生控制误差地抵制扭矩干扰。
在步骤408，该方法可以包括确定是否存在其中马达滞后能够用于基于电动马达的提供扭矩抗干扰能力的内部摩擦来减少前馈项的扭矩的条件。如果确定存在所述条件，则方法继续到步骤410。否则方法继续至步骤412。
在步骤410，该方法可包括基于电动马达的滞后调节位置信号的目标输出扭矩。例如，该输出扭住可以由于马达的滞后而被减少。
在步骤412，该方法可以包括基于前馈项调节电动马达以产生施加至凸轮轴上的反作用扭矩。基于根据前馈项在适当时间发送的凸轮轴位置信号调节电动马达以抵消周期性扭矩干扰。
通过利用表征已知周期性扭住干扰的前馈项预期该已知周期性扭矩干扰，电动马达可以在适当时间提供反作用扭矩以抵消扭矩干扰，以由此减少凸轮轴位置的角位置误差。这样，相对于仅仅提供可能被延迟的反馈控制的系统来说可以增强凸轮轴保持控制。而且，该方法可以在瞬时调节凸轮轴/中间轴过程中施加以减少来自周期性扭矩干扰的位置误差。
另外，通过补偿来自马达和可变气门操作系统部件的内部摩擦的干扰，可以适当地调节周期性扭矩干扰补偿前馈项从而不会过渡补偿扭矩干扰。这样，可以减小角位置控制误差。而且，通过利用马达的滞后来减小周期性干扰补偿项的反作用扭矩，电动马达不需要使用额外的功率来提供扭矩调节。这样，可以降低功率消耗。
注意，包含在本文中的示例控制和评估程序可以与各种发动机和/或车辆系统构造一起使用。这里描述的具体程序可以代表任何数量的处理策略中的一个或更多个，诸如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等。这样，图示的各种动作、操作或功能可以以图示顺序执行、并行执行或在某些情况下可以省略。同样，处理的顺序不是获得这里描述的示例实施方式的特征和优点所必不可少的，只是为了易于说明和描述的目的而提供。根据正在使用的具体策略可以反复地执行图示的动作或功能中的一个或更多个。另外，所描述的动作可以以图表方式代表将在发动机控制系统中的计算机可读介质上编程的代码。
应该知道，这里公开的构造和程序在本质上是示例性的，并且这些具体的实施方式并不应被认为是限制性的，因为可以进行各种变型。例如，上述技术可以应用于V-6、I-4、I-6、V-12、对置四缸和其他发动机类型。本公开的主题内容包括这里公开的各种系统和构造以及其他特征、功能和/或特性的所有新颖且非显而易见的组合及子组合。
如下的权利要求具体指出了被认为是新颖和非显而易见的组合和子组合。这些可能引用“一”元件或“第一”元件或其同义词。这种权利要求应该被理解为包括一个或更多个这种元件的结合，并不需要或排除两个或更多个这种元件。所公开的特征、功能、元件和/或特性的其他组合和子组合可以通过修改当前权利要求或在该申请或相关申请中提出新权利要求而要求保护。这种权利要求，无论是扩大、缩小、相等、不同于原始权利要求的范围，都应被认为包含在本公开的主题内容内。

Claims (19)

1.一种用于控制第一电动马达和第二电动马达的方法，所述第一电动马达和所述第二电动马达通过气门调节机构改变气缸气门操作，以分别调节气门正时和气门升程，所述方法包括：
调节所述第一电动马达和所述第二电动马达的扭矩输出以抵消从气门机构源和所述电动马达的内部摩擦施加至所述气门调节机构的预期周期性扭矩干扰，以将所述气门调节机构定位在期望位置。
2.根据权利要求1所述的方法，其中在瞬变期间执行调节所述扭矩输出。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述气门调节机构包括可变凸轮正时，并且所述调节机构包括可变气门升程致动器。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二电动马达联接到中间轴和可变气门升程致动器。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一电动马达调节凸轮轴的提前/延迟角位置。
6.根据权利要求1所述的方法，其中基于所述第一电动马达和所述第二电动马达的内部摩擦调节所述第一电动马达和所述第二电动马达的扭矩输出包括利用所述电动马达的滞后来减小所述扭矩输出以降低所述电动马达的功率消耗。
7.根据权利要求1所述的方法，其中基于所述电动马达的内部摩擦调节所述第一电动马达和所述第二电动马达的扭矩输出包括基于由于所述电动马达的内部摩擦引起的将要传递至所述气门调节机构的扭矩的预期滞后来调节所述扭矩输出。
8.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括：
通过响应于气缸启用/停用而增加动态马达输出扭矩特征来调节所述第一电动马达和所述第二电动马达中的一者的扭矩输出。
9.根据权利要求1所述的方法，其中调节扭矩输出包括调节扭矩输出以抵消所述气门调节机构上的周期性气缸气门－弹簧干扰扭矩，所述周期性气缸气门－弹簧干扰扭矩基于发动机转速并基于气缸气门是否停用。
10.根据权利要求1所述的方法，其中调节扭矩输出在适当时间执行以在所述预期周期性扭矩干扰使气门调节机构产生远离所述期望位置的位置误差之前抵消所述预期周期性扭矩干扰。
11.根据权利要求1所述的方法，其中所述预期周期性扭矩干扰基于根据凸轮轴的旋转周期性地变化的凸轮轴质量动态、气门质量动态、可变气门升程致动器质量动态和凸轮轴－气门弹簧相互作用中的一个或更多个。
12.一种发动机系统，所述发动机系统包括：
联接到气门升程调节机构的中间轴；
第一电动马达，所述第一电动马达能够操作，以调节气门正时调节机构；
第二电动马达，所述第二电动马达通过所述中间轴调节所述气门升程调节机构；以及
控制器，所述控制器用于调节所述第一电动马达和所述第二电动马达的扭矩输出以抵消从气门机构源和所述电动马达的内部摩擦施加至所述气门正时调节机构和所述气门升程调节机构二者的预期周期性扭矩干扰，以将所述气门正时调节机构和所述气门升程调节机构定位在期望位置。
13.根据权利要求12所述的系统，其中所述气门升程调节机构包括改变进气门或排气门的升程的可变气门升程致动器。
14.根据权利要求12所述的系统，其中所述气门正时调节机构包括可变凸轮轴正时致动器，所述可变凸轮轴正时致动器改变凸轮轴的角位置以改变进气门或排气门的正时。
15.根据权利要求12所述的系统，其中所述预期周期性扭矩干扰基于根据凸轮轴的旋转周期地变化的并且根据所述气门机构源的次级效应而变化的凸轮轴质量动态、气门质量动态、可变气门升程致动器质量动态和凸轮轴－气门弹簧相互作用中的一个或多个，所述气门机构源的次级效应包括发动机转速、发动机温度和气缸停用中的一个或多个。
16.根据权利要求12所述的系统，所述系统还包括：
基于凸轮轴的旋转可操作的、安装在凸轮轴上的燃料泵；以及
控制器，所述控制器基于预期周期性扭矩干扰来调节所述电动马达的扭矩输出，所述预期周期性扭矩干扰基于所述安装在凸轮轴上的燃料泵的泵冲程而变化，所述泵冲程响应于燃料压力中的变化而被调节。
17.一种可变凸轮轴正时系统，所述可变凸轮轴正时系统包括：
可旋转而致动进气门或排气门的凸轮轴；
可操作成用于调节所述凸轮轴的角位置的第一电动马达；
调节气门升程机构的第二电动马达；以及
控制器，所述控制器用于在来自凸轮轴源和所述电动马达的内部摩擦的预期周期性扭矩干扰导致凸轮轴角位置误差之前在适当时间基于所述预期周期性扭矩干扰调节所述第一电动马达和所述第二电动马达的扭矩输出，以抵消所述预期周期性扭矩干扰并且校正所述角位置误差。
18.根据权利要求17所述的系统，其中所述预期周期性扭矩干扰基于根据凸轮轴的旋转周期地变化的并且根据所述凸轮轴源的次级效应而变化的凸轮轴质量动态、气门质量动态和凸轮轴－气门弹簧相互作用中的一个或多个，所述凸轮轴源的次级效应包括发动机转速、发动机温度和气缸停用中的一个或多个。
19.根据权利要求17所述的系统，所述系统还包括：
安装在凸轮轴上的燃料泵，所述燃料泵基于所述凸轮轴的旋转可操作；以及
所述控制器，所述控制器基于预期周期性扭矩干扰来调节所述电动马达的扭矩输出，所述预期周期性扭矩干扰基于所述安装在凸轮轴上的燃料泵的泵冲程而变化，所述泵冲程响应于燃料压力中的变化而被调节。
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