CN102435386B - 用于确定基于曲轴位置的指示平均有效压力的系统和方法 - Google Patents

用于确定基于曲轴位置的指示平均有效压力的系统和方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于确定基于曲轴位置的指示平均有效压力的系统和方法，提供了一种用于车辆的系统包括滤波模块和指示功模块。该滤波模块基于随曲轴一起旋转的齿轮的轮齿的位置并且基于由曲轴位置传感器产生的曲轴位置信号产生发动机转速。该曲轴位置传感器基于齿轮的旋转产生该曲轴位置信号。该指示功模块基于第一和第二个发动机转速的平方产生发动机气缸燃烧循环的指示功并且输出该指示功。

Description

用于确定基于曲轴位置的指示平均有效压力的系统和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2010年9月29日提交的美国临时申请No.61/387,731的权益。上述申请的公开内容通过引用全部并入本文。
技术领域
本发明涉及内燃机并且尤其涉及指示平均有效压力（IMEP）。
背景技术
此处的背景资料描述是为了大概介绍本发明的背景。目前署名的发明人的工作，在背景资料章节做了一定程度的描述，还有那些在申请时不能称作现有技术的方面，这些都不能明显地或隐含地认作相对于本发明的现有技术。
发动机控制系统监控曲轴位置。能够基于曲轴位置确定曲轴转速（发动机转速）和曲轴加速度。仅仅举例来说，可以基于曲轴位置、发动机转速和/或加速度控制燃料、点火正时、节气门开度和/或其它的发动机参数。
曲轴位置监控系统通常包括控制模块（例如发动机控制模块）、曲轴传感器和随曲轴一起旋转的齿轮。该齿轮可以具有N个齿数，并且该曲轴传感器可以监控这些轮齿的经过。当该齿轮的轮齿经过该曲轴传感器时，该曲轴传感器产生曲轴位置信号中的脉冲。
该控制模块基于曲轴位置信号中的脉冲确定曲轴位置。该控制模块可以以各种曲轴旋转时间间隔确定曲轴位置。作为一个例子，该控制模块可以大于或等于90度的曲轴旋转间隔确定曲轴位置。曲轴位置信号的分辨率（例如曲轴每转的样本数）随着该时间间隔缩短而提高。
发明内容
一种用于车辆的系统包括滤波模块和指示功模块。该滤波模块基于随曲轴一起旋转的齿轮的轮齿的位置并且基于由曲轴位置传感器产生的曲轴位置信号产生发动机转速。该曲轴位置传感器基于齿轮的旋转产生该曲轴位置信号。该指示功模块基于第一和第二个发动机转速的平方产生发动机气缸燃烧循环的指示功并且输出该指示功。
一种方法包括：基于随曲轴一起旋转的齿轮的轮齿的位置并且基于由曲轴位置传感器产生的曲轴位置信号产生发动机转速、基于第一和第二个发动机转速的平方产生发动机气缸燃烧循环的指示功以及输出该指示功。该曲轴位置传感器基于齿轮的旋转产生该曲轴位置信号。
本发明提供下列技术方案。
技术方案1 ：一种用于车辆的系统，包括：
滤波模块，其基于随曲轴一起旋转的齿轮的轮齿的位置并且基于由曲轴位置传感器产生的曲轴位置信号产生发动机转速，
其中，所述曲轴位置传感器基于所述齿轮的旋转产生所述曲轴位置信号；和
指示功模块，其基于第一和第二个发动机转速的平方产生发动机气缸燃烧循环的指示功并且输出所述指示功。
技术方案2 ：如技术方案1所述的系统，其中，所述指示功模块使用方程式设定所述指示功：
式中，W是指示功，ωe是所述气缸燃烧循环的膨胀冲程的第一预定曲轴位置处的第一个发动机转速，ωs是所述燃烧循环的第二预定曲轴位置处的第二个发动机转速，并且所述第一预定曲轴位置在所述燃烧循环中迟于所述第二预定曲轴位置。
技术方案3 ：如技术方案1所述的系统，其中，所述指示功模块使用方程式设定所述指示功：
式中，W是指示功，ωe是所述气缸燃烧循环的膨胀冲程的第一预定曲轴位置处的第一个发动机转速，ωs是所述燃烧循环的第二预定曲轴位置处的第二个发动机转速，p是预定增益，q是预定偏差，并且所述第一预定曲轴位置在所述燃烧循环中迟于所述第二预定曲轴位置。
技术方案4 ：如技术方案1所述的系统，其中，所述指示功模块使用方程式设定所述指示功：
式中，W是指示功，ωe是所述气缸燃烧循环的膨胀冲程的第一预定曲轴位置处的第一个发动机转速，ωs是所述膨胀冲程的第二预定曲轴位置处的第二个发动机转速，ωy是所述气缸燃烧循环的压缩冲程的第三预定曲轴位置处的第三个发动机转速，ωx是所述压缩冲程的第四预定曲轴位置处的第四个发动机转速，所述第一预定曲轴位置在所述膨胀冲程中迟于所述第二预定曲轴位置，并且所述第四预定曲轴位置在所述压缩冲程中迟于所述第三预定曲轴位置。
技术方案5 ：如技术方案1所述的系统，其中，所述指示功模块使用方程式设定所述指示功：
式中，W是指示功，ωe是所述气缸燃烧循环的膨胀冲程的第一预定曲轴位置处的第一个发动机转速，ωs是所述膨胀冲程的第二预定曲轴位置处的第二个发动机转速，ωy是所述气缸燃烧循环的压缩冲程的第三预定曲轴位置处的第三个发动机转速，ωx是所述压缩冲程的第四预定曲轴位置处的第四个发动机转速，p和q分别是第一和第二预定增益，r是预定偏差，所述第一预定曲轴位置在所述膨胀冲程中迟于所述第二预定曲轴位置，并且所述第四预定曲轴位置在所述压缩冲程中迟于所述第三预定曲轴位置。
技术方案6 ：如技术方案1所述的系统，其中，所述指示功模块使用方程式设定所述指示功：
式中，W是指示功，ωp、ωq、ωr、ωs、ωt和ωu分别是所述气缸燃烧循环的第一、第二、第三、第四、第五和第六预定曲轴位置处的第一个、第二个、第三个、第四个、第五个和第六个发动机转速，p、q、r、s、t和u是第一、第二、第三、第四、第五和第六预定增益，v是预定偏差。
技术方案7 ：如技术方案1所述的系统，还包括指示平均有效压力（IMEP）模块，其基于所述气缸燃烧循环的所述指示功和所述发动机的排量确定所述气缸燃烧循环的IMEP。
技术方案8 ：如技术方案7所述的系统，还包括不发火模块，其基于所述IMEP检测所述气缸内不发火的出现。
技术方案9 ：如技术方案7所述的系统，还包括故障检测模块，其基于所述IMEP诊断所述车辆中故障的出现。
技术方案10 ：如技术方案7所述的系统，还包括下列至少一个：
燃料控制模块，其基于所述IMEP选择性地调整所述气缸的将来燃烧循环的燃料供给；
点火控制模块，其基于所述IMEP选择性地调整所述气缸的所述将来燃烧循环的点火正时；
节气门控制模块，其基于所述IMEP选择性地调整节气门开度；和
相位器控制模块，其基于所述IMEP选择性地调整进气门和排气门中至少一者的开度。
技术方案11 ：一种方法，包括：
基于随曲轴一起旋转的齿轮的轮齿的位置并且基于由曲轴位置传感器产生的曲轴位置信号产生发动机转速；
其中，所述曲轴位置传感器基于所述齿轮的旋转产生所述曲轴位置信号；
基于第一和第二个发动机转速的平方产生发动机气缸燃烧循环的指示功；以及
输出所述指示功。
技术方案12 ：如技术方案11所述的方法，还包括使用方程式设定所述指示功：
式中，W是指示功，ωe是所述气缸燃烧循环的膨胀冲程的第一预定曲轴位置处的第一个发动机转速，ωs是所述燃烧循环的第二预定曲轴位置处的第二个发动机转速，并且所述第一预定曲轴位置在所述燃烧循环中迟于所述第二预定曲轴位置。
技术方案13 ：如技术方案11所述的方法，还包括使用方程式设定所述指示功：
式中，W是指示功，ωe是所述气缸燃烧循环的膨胀冲程的第一预定曲轴位置处的第一个发动机转速，ωs是所述燃烧循环的第二预定曲轴位置处的第二个发动机转速，p是预定增益，q是预定偏差，并且所述第一预定曲轴位置在所述燃烧循环中迟于所述第二预定曲轴位置。
技术方案14 ：如技术方案11所述的方法，还包括使用方程式设定所述指示功：
式中，W是指示功，ωe是所述气缸燃烧循环的膨胀冲程的第一预定曲轴位置处的第一个发动机转速，ωs是所述膨胀冲程的第二预定曲轴位置处的第二个发动机转速，ωy是所述气缸燃烧循环的压缩冲程的第三预定曲轴位置处的第三个发动机转速，ωx是所述压缩冲程的第四预定曲轴位置处的第四个发动机转速，所述第一预定曲轴位置在所述膨胀冲程中迟于所述第二预定曲轴位置，并且所述第四预定曲轴位置在所述压缩冲程中迟于所述第三预定曲轴位置。
技术方案15 ：如技术方案11所述的方法，还包括使用方程式设定所述指示功：
式中，W是指示功，ωe是所述气缸燃烧循环的膨胀冲程的第一预定曲轴位置处的第一个发动机转速，ωs是所述膨胀冲程的第二预定曲轴位置处的第二个发动机转速，ωy是所述气缸燃烧循环的压缩冲程的第三预定曲轴位置处的第三个发动机转速，ωx是所述压缩冲程的第四预定曲轴位置处的第四个发动机转速，p和q分别是第一和第二预定增益，r是预定偏差，所述第一预定曲轴位置在所述膨胀冲程中迟于所述第二预定曲轴位置，并且所述第四预定曲轴位置在所述压缩冲程中迟于所述第三预定曲轴位置。
技术方案16 ：如技术方案11所述的方法，还包括使用方程式设定所述指示功：
式中，W是指示功，ωp、ωq、ωr、ωs、ωt和ωu分别是所述气缸燃烧循环的第一、第二、第三、第四、第五和第六预定曲轴位置处的第一个、第二个、第三个、第四个、第五个和第六个发动机转速，p、q、r、s、t和u是第一、第二、第三、第四、第五和第六预定增益，v是预定偏差。
技术方案17 ：如技术方案11所述的方法，还包括基于所述气缸燃烧循环的所述指示功和所述发动机的排量确定所述气缸燃烧循环的指示平均有效压力（IMEP）。
技术方案18 ：如技术方案17所述的方法，还包括基于所述IMEP检测所述气缸内不发火的出现。
技术方案19 ：如技术方案17所述的方法，还包括基于所述IMEP诊断所述车辆中故障的出现。
技术方案20 ：如技术方案17所述的方法，还包括下列至少一个：
基于所述IMEP选择性地调整所述气缸的将来燃烧循环的燃料供给；
基于所述IMEP选择性地调整所述气缸的所述将来燃烧循环的点火正时；
基于所述IMEP选择性地调整节气门开度；和
基于所述IMEP选择性地调整进气门和排气门中至少一者的开度。
从下面提供的详细描述中将更明显地看出本发明的更多适用领域。应当理解，详细描述和特定例子只是起到举例的作用，而不意图限制本发明的范围。
附图说明
通过详细描述和附图将更完整地理解本发明，其中：
图1-3是根据本发明原理的示范控制系统的原理框图；
图4是根据本发明原理的示范滤波模块的原理框图；
图5是根据本发明原理的示范发动机燃烧模块的原理框图；和
图6是流程图，描述了根据本发明原理确定发动机气缸燃烧循环的指示平均有效压力（IMEP）的示范方法。
具体实施方式
下列描述本质上仅仅是说明性的的，并且决不意图限制本发明、其应用或用途。为了清楚起见，附图中将使用相同的附图标记表示相似的元件。本文所用的措词"A、B和C中的至少一个"应当解释成意味着使用非排他逻辑"或"的逻辑（A或B或C）。应当理解，方法内的步骤可以以不同顺序执行，只要不改变本发明的原理。
本文所使用的措词"模块"可以指的是、属于或包括专用集成电路（ASIC)；电子电路；组合逻辑电路；现场可编程门阵列（FPGA）；执行代码的处理器（共用的、专用的或分组的）；提供所描述功能的其它适用部件；或上述一些或全部的组合，例如单片系统。措词"模块"可以包括存储由处理器执行的代码的存储器（共用的、专用的或分组的）。
上文所用的措词"代码"可以包括软件、固件和/或微代码，并且可以指的是程序、例行程序、函数、类和/或对象。上文所用的措词"共用的"意味着来自多个模块的一些或全部代码可以使用单个（共用的）处理器来执行。此外，来自多个模块的一些或全部代码可以由单个（共用的）存储器来存储。上文所用的措词"分组的"意味着来自单个模块的一些或全部代码可以使用一组处理器来执行。此外，来自单个模块的一些或全部代码可以使用一组存储器来存储。
本文所述装置和方法可以通过由一个或多个处理器执行的一个或多个计算机程序实现。计算机程序包括存储在非暂时性有形计算机可读介质上的处理器可执行指令。计算机程序还可以包括存储的数据。非暂时性有形计算机可读介质的非限制性例子是非易失性存储器、磁存储器和光存储器。
当N齿齿轮的轮齿经过曲轴位置传感器时，该曲轴位置传感器产生脉冲。该N齿齿轮随发动机曲轴一起旋转。控制模块例如发动机控制模块（ECM）接收该脉冲并且基于两个脉冲之间的间隔和这两个脉冲所涉轮齿之间的旋转距离确定曲轴转速。基于分开了大于或等于90度旋转距离的两个脉冲之间的间隔确定的转速可以称为低分辨率速度。基于分开了小于90度旋转距离的两个脉冲之间的间隔确定的转速可以称为高分辨率速度。
该N齿齿轮可以具有供例如60个等距轮齿使用的空间（即N=60）。该N齿齿轮可以包括大致等距的58个轮齿和缺掉2个大致等距轮齿的缺口。因此，每个轮齿（包括缺齿）的特定位置（例如边缘）可以分开大致6度（360度/60=6度）的旋转距离。然而，连续轮齿的特定位置之间的旋转距离可以变化。换句话说，可能存在两个连续轮齿的特定位置之间的旋转距离的变化。该变化可以归因于例如制造公差、零件与零件之间的差异和/或一个或多个其它来源。
该ECM选择性地学习N齿齿轮的每对连续轮齿之间的旋转距离。基于该学习距离和曲轴位置信号中脉冲之间的间隔，该控制模块产生发动机转速信号。该ECM还对该发动机转速信号应用滤波。该发动机转速信号对应于特定曲轴位置处的瞬时发动机转速。
本发明的ECM基于燃烧循环的预定曲轴位置处的两个或更多瞬时发动机转速的平方确定气缸燃烧循环的指示功。该ECM基于该指示功确定气缸燃烧循环的指示平均有效压力（IMEP）。该ECM可以使用该IMEP例如确定气缸内是否出现不发火、调整将来燃烧循环期间向气缸的燃料供给、调整气缸的下一燃烧循环期间的点火正时和/或进行一个或多个其它活动。
现在参照图1，介绍了示范车辆系统100的原理框图。发动机102为车辆产生转矩。空气经由进气歧管104吸入发动机102中。进入发动机102中的气流可以由节气门106改变。节气门致动器模块108（例如电子节气门控制器）控制节气门106的开度。一个或多个燃料喷射器例如燃料喷射器110把燃料与空气混合形成可燃的空气/燃料混合物。燃料致动器模块112控制该燃料喷射器（或多个）。
气缸114包括与曲轴118相连的活塞（未示出）。虽然发动机102被描述成了包括单个气缸114，但是发动机102可以包括一个以上的气缸。气缸114的一个燃烧循环可以包括四个冲程：进气冲程、压缩冲程、膨胀冲程和排气冲程。一个发动机循环包括每个气缸经历一个燃烧循环。
在进气冲程期间，活塞下降到最低位置，并且空气和燃料可以提供给气缸114。该最低位置可以称作下止点（BDC)位置。在压缩冲程期间，曲轴118把活塞驱向最顶端位置，由此压缩气缸114内的空气/燃料混合物。该最顶端位置可以称作上止点（TDC)位置。在各种类型的发动机中，火花塞120可以点燃空气/燃料混合物。火花致动器模块122控制火花塞120。
在膨胀冲程期间，空气/燃料混合物的燃烧把活塞驱回至BDC位置，由此可旋转地驱动曲轴118。该旋转力（即转矩）可以是预定点火顺序中下一个气缸的燃烧循环的压缩冲程的压缩力的来源。在排气冲程期间，空气/燃料混合物的燃烧得到的废气排出气缸114。凸轮轴相位器124控制气缸114的进气门和/或排气门（或多个）的开度。更具体地说，凸轮轴相位器124控制凸轮轴（未示出）的旋转以控制进气门和/或排气门（或多个）的开度。相位器致动器模块126控制凸轮轴相位器124。
曲轴位置传感器130监控N齿齿轮132并且基于N齿齿轮132的旋转产生曲轴位置信号134。仅仅举例来说，曲轴位置传感器130可以包括可变磁阻（VR）传感器或别的适当类型的曲轴位置传感器。N齿齿轮132随曲轴118一起旋转。N齿齿轮132包括供N个等距轮齿使用的空间。
每当N齿齿轮132的轮齿（例如轮齿的上升边或下降边）经过曲轴位置传感器130时，曲轴位置传感器130产生曲轴位置信号134中的脉冲。因此，曲轴位置信号134中的每个脉冲可以对应于曲轴118的等于360度除以N的角旋转量。仅仅举例来说，N齿齿轮132可以包括供60个等距轮齿使用的空间（即N=60），并且曲轴位置信号134中的每个脉冲因此可以对应于大约6度的曲轴旋转。在不同实施例，可以省去这N个轮齿中的一个或多个。仅仅举例来说，在不同实施例中，可以省去这N个轮齿中的两个。
发动机102传递转矩给变速器140。变速器140可以包括手动型变速器、自动型变速器、自动-手动型变速器或别的适当类型的变速器。变速器140可以经由变速器输出轴142和动力传动系统（未示出）传递转矩给一个或多个车轮（未示出）。
虽然N齿齿轮132的连续轮齿之间的旋转距离应当相等（例如上面例子中的6度），但是连续轮齿之间的旋转距离可以变化。该变化可以归因于例如制造公差、零件与零件之间的差异、磨损、传感器差异和/或一个或多个其它来源。
发动机控制模块（ECM）160选择性地学习N齿齿轮132的每对连续轮齿之间的距离。基于该学习距离和曲轴位置信号134，ECM 160产生第二曲轴位置信号。ECM 160基于该第二曲轴位置信号产生发动机转速信号。特定曲轴位置处的发动机转速信号表征该曲轴位置处的瞬时发动机转速。
ECM 160分别基于气缸114的燃烧循环的预定曲轴位置处的两个或更多瞬时发动机转速的平方确定该燃烧循环的指示功。ECM 160基于发动机102的指示功和排量确定气缸114的燃烧循环的指示平均有效压力（IMEP）。
基于该IMEP，ECM 160可以确定气缸114的下一燃烧循环的单个气缸燃料校正（ICFC）、诊断燃烧循环期间是否出现发动机不发火、诊断是否存在一个或多个故障和/或确定燃料的驾驶性能指数（DI）。基于该IMEP，ECM 160可以另外或者可替代地控制一个或多个发动机工作参数。仅仅举例来说，发动机工作参数可以包括基于曲轴角的50%的燃料将在气缸114内燃烧的凸轮轴定相（CA50）、进气和/或气门致动、点火正时和/或一个或多个其它适当的发动机工作参数。ECM 160可以基于该IMEP另外或者可替代地执行一个或多个其它适当的动作。
现在参照图2，示出了示范控制系统200的原理框图。控制系统200包括ECM 160和曲轴位置传感器130。ECM 160包括滤波模块202，其基于曲轴位置信号134产生对（瞬时）曲轴位置、（瞬时）发动机转速和曲轴加速度的估计值。滤波模块202分别产生曲轴位置信号206、发动机转速信号210和加速度信号214以表征这些估计值。滤波模块202可以使用例如基于Kalman的滤波器、基于Chebyshev的滤波器、基于Butterworth型II的滤波器或其它适当类型的滤波器产生这些估计值。在下面连同图4的示范实施例详细论述滤波模块202。
曲轴位置信号206、发动机转速信号210和/或加速度信号214可以提供给一个或多个模块。这些模块可以包括例如燃料控制模块218、点火控制模块222、节气门控制模块226、相位器控制模块230、发动机燃烧模块234、不发火模块238、故障检测模块242和/或一个或多个其它适当的模块。
发动机燃烧模块234基于曲轴位置信号206、发动机转速信号210和/或加速度信号214确定发动机102的气缸的燃烧循环的燃烧信息。该燃烧信息共同用244说明。仅仅举例来说，发动机燃烧模块234分别基于燃烧循环的预定曲轴位置处的两个或更多瞬时发动机转速的平方确定气缸114的该燃烧循环的指示功。发动机燃烧模块234还确定气缸114的每个其它燃烧循环的指示功。
发动机燃烧模块234基于该燃烧循环的指示功确定气缸114的燃烧循环的IMEP。发动机燃烧模块234还基于发动机102的排量确定气缸114的燃烧循环的IMEP。发动机燃烧模块234还确定发动机102的每个其它气缸的每个燃烧事件的指示功和IMEP。在下面连同图5的示范实施例详细论述发动机燃烧模块234。
不发火模块234可以基于曲轴位置信号206、发动机转速信号210和/或加速度信号214产生不发火信息。该不发火信息共同用246说明。燃烧信息244和/或不发火信息246可以用于例如调整燃料供给和/或正时、点火正时、节气门106的开度、进气门和/或排气门致动和/或一个或多个其它发动机工作参数。仅仅举例来说，燃料控制模块218、点火控制模块222、节气门控制模块226和相位器控制模块230可以基于燃烧信息244和/或不发火信息246分别产生提供给燃料致动器模块112、火花致动器模块122、节气门致动器模块108和相位器致动器模块126的信号250、254、258和262。
燃料致动器模块112基于信号250控制燃料喷射和正时。在火花点火型发动机中，火花致动器模块122基于信号254控制点火正时。节气门致动器模块108基于信号258控制节气门106的开度。相位器致动器模块126基于信号262控制凸轮轴相位器124。相位器致动器模块126还可以控制一个或多个进气门正时和持续时间、排气门正时和持续时间、可变气门升程、可变气门正时、可变气门致动等。故障检测模块242可以基于曲轴位置信号206、发动机转速信号210、加速度信号214、燃烧信息244和/或不发火信息246选择性地诊断一个或多个故障的存在。
现在参照图3，给出了另一控制系统300的原理框图。控制系统300包括ECM 160和存储器302。在不同实施例中，存储器302可以实现在ECM 160内。ECM 160包括时间记录模块306、滤波模块202、速度设定模块310和位置历史模块314。位置历史模块314包括恒定加速模块318、恒定加速度率模块322和指数衰减模块326。存储器302包括时标阵列330、轮齿位置阵列334和合并轮齿位置阵列338。
时间记录模块306记录曲轴位置信号134中的每个脉冲的时标，例如，在曲轴减速事件期间。可以在轮齿学习过程期间记录这些时标。每个时标都可以关联N齿齿轮132的一个轮齿。基于这些存储的时标可以获得曲轴位置、发动机转速和/或加速度数据。
这些时标可以存储在时标阵列330中。这些时标阵列330可以包括用于N齿齿轮132的N个齿的每一个的时标阵列330，并且这些时标可以通过轮齿存储在关联时标阵列330中。通过这种方式，特定的时标阵列可以包括针对N齿齿轮132的一转或多转的关联轮齿的时标。这N个时标阵列中的每一个都包括M个入口，时标在这里被或能够被存储。这M个入口的每一个都与特定发动机循环（即，N齿齿轮132的2转）相关联。
滤波模块202可以基于来自时间记录模块306、速度设定模块310、位置历史模块314和/或存储器302的信息进行操作。图2的模块218-242也可以基于来自时间记录模块306、速度设定模块310、位置历史模块314和/或存储器302的信息进行操作。
速度设定模块310可以用来控制轮齿学习程序的发动机转速。该轮齿学习程序可以包括确定N齿齿轮132的每个轮齿（例如轮齿的下降边）的位置（例如曲轴角度数）。每个轮齿的位置可以用来确定连续轮齿之间的旋转距离。位置历史模块314可以执行该轮齿学习程序并且基于存储在时标阵列330中的时标确定这些位置。这些位置中的每一个都可以存储在轮齿位置阵列334中。
轮齿位置阵列334可以包括N个轮齿位置阵列334，其中，N等于N齿齿轮132的N。这N个轮齿位置阵列334的每一个都包括X个入口，曲轴位置在这里被或能够被存储。这X个入口的每一个都与特定发动机循环相关联。这些位置能够经由恒定加速模块318、恒定加速度率模块322和/或指数衰减模块326进行确定。
位置历史模块314可以对轮齿位置阵列334的N个轮齿位置阵列的每一个的X个位置入口取平均值以确定N个平均位置。这N个平均位置的每一个都对应于为N齿齿轮132的关联轮齿确定的X个位置入口的平均值。这N个平均位置都可以存储在合并轮齿位置阵列338中的N个阵列中的一个中。
现在参照图4，给出了滤波模块202的示范实施例的原理框图。滤波模块202可以包括例如Kalman滤波器、Butterworth型II滤波器、Chebyshev滤波器或其它适当类型的滤波器。在滤波模块202包括Kalman滤波器的情况下，滤波模块202可以包括用于确定或估计瞬时曲轴位置、瞬时发动机转速和（平均）曲轴加速度的状态估计器。
定义描述发动机102的动态特性的函数（例如方程式）。这些函数用来产生状态变量（例如瞬时曲轴位置、瞬时发动机转速和曲轴加速度）的估计值。这些估计值分别与这些状态变量的测定值相比较来产生误差信号，反馈这些误差信号来修正这些状态变量的将来估计值。例如，反馈估计值与测定瞬时发动机转速之间的误差来修正瞬时发动机转速的将来估计值。
滤波模块202可以包括位置滤波模块402、速度滤波模块406和加速度滤波模块410。位置、速度和加速度滤波模块402、406和410分别包括位置、速度和加速度计算器模块414、418和422。位置、速度和加速度滤波模块402、406和410还分别包括位置、速度和加速度估计器模块426、430和434。估计器模块426、430和434的输出分别是曲轴位置信号206、发动机转速信号210和加速度信号214。位置、速度和加速度滤波模块402、406和410可以基于来自图3的时间记录模块306、速度设定模块310、位置历史模块314和/或存储器302的信息进行操作。
位置计算器模块414从曲轴位置传感器130接收曲轴位置信号134。位置计算器模块414基于曲轴位置信号134产生第二曲轴位置信号440。位置估计器模块426输出曲轴位置信号206。
误差模块444基于曲轴位置信号206与第二曲轴位置信号440之间的差值产生位置误差信号448。把位置误差信号448反馈给位置估计器模块426，并且位置估计器模块426可以基于位置误差信号448在将来选择性地调整曲轴位置信号206。
速度计算器模块418接收曲轴位置信号206。速度计算器模块418基于曲轴位置信号206产生第二发动机转速信号452。速度估计器模块430输出发动机转速信号210。
误差模块456基于发动机转速信号210与第二发动机转速信号452之间的差值产生转速误差信号460。把转速误差信号460反馈给速度估计器模块430，并且速度估计器模块430可以基于转速误差信号460在将来调整发动机转速信号210。
加速度计算器模块418接收发动机转速信号210。加速度计算器模块418基于发动机转速信号210产生第二加速度信号464。加速度估计器模块434输出加速度信号214。
误差模块468基于加速度信号214与第二加速度信号464之间的差值产生加速度误差信号472。把加速度误差信号472反馈给加速度估计器模块434，并且加速度估计器模块434可以基于加速度误差信号472在将来调整加速度信号214。发动机转速210可以通过曲轴位置206存储在例如存储器中。加速度214和/或曲轴位置206也可以被存储。
现在参照图5，给出了发动机燃烧模块234的示范实施例的原理框图。发动机燃烧模块234可以包括指示功确定模块502和IMEP确定模块506。
指示功确定模块502从滤波模块202接收发动机转速信号210。指示功确定模块502分别基于燃烧循环的预定曲轴位置处的两个或更多发动机转速210的平方确定气缸114的该燃烧循环的指示功510。指示功确定模块502确定气缸114的每个燃烧循环的指示功510并且可以确定发动机102的每个其它气缸的每个燃烧循环的指示功510。
仅对第一实例而言，指示功确定模块502可以使用方程式（1）确定气缸114的燃烧循环的指示功510：
式中，W是指示功，ωe是气缸114的燃烧循环的膨胀冲程的第一预定曲轴位置处的第一发动机转速210，ωs是该膨胀冲程的第二预定曲轴位置处的第二发动机转速210。该第一预定曲轴位置在膨胀冲程中迟于该第二预定曲轴位置（即更远离TDC）。仅仅举例来说，第一和第二预定曲轴位置可以分别大约是TDC后36曲轴角度数（CAD）和TDC后30CAD，分别是TDC后40CAD和TDC后20CAD，或其它适当的曲轴位置。在不同实施例中，第一预定曲轴位置是在压缩冲程期间，第二预定曲轴位置是在膨胀冲程期间在第一预定曲轴位置之后。
仅对第二实例而言，指示功确定模块502可以使用方程式（2）确定气缸114的燃烧循环的指示功510：
式中，W是指示功，ωe是气缸114的燃烧循环的膨胀冲程的第一预定曲轴位置处的第一发动机转速210，ωs是该膨胀冲程的第二预定曲轴位置处的第二发动机转速210，p是预定（例如标定）增益，q是预定（例如标定）偏差。该第一预定曲轴位置在膨胀冲程中迟于该第二预定曲轴位置。在不同实施例中，第一预定曲轴位置是在压缩冲程期间，第二预定曲轴位置是在膨胀冲程期间在第一预定曲轴位置之后。
方程式（2）能够写成矩阵形式如下：
对于经过Z个燃烧循环的大数据集，方程式（3）能够扩展为：
指示功确定模块502在确定指示功510时用到的预定增益（p）和预定偏差（q）能够通过收集测定气缸压力数据（使用图1中未示出的气缸压力传感器）、收集不同曲轴位置（至少e和s）处的发动机转速210数据（ω1,、ω2、……）、基于这些测定气缸压力数据确定指示功（W1、W2、……)和针对预定增益和预定偏差求解方程式（4）进行确定。仅仅举例来说，可以通过使用回归拟合分析求解方程式（4）来确定预定增益和预定偏差。一旦已经确定了预定增益和预定偏差，指示功确定模块502就能够在没有测定气缸压力数据和没有气缸压力传感器的情况下确定发动机102的工作期间的指示功510。
仅对第三实例而言，指示功确定模块502可以使用方程式（5）确定气缸114的燃烧循环的指示功510：
式中，W是指示功510，ωe是气缸114的燃烧循环的膨胀冲程的第一预定曲轴位置处的第一发动机转速210，ωs是该膨胀冲程的第二预定曲轴位置处的第二发动机转速210，ωy是气缸114的燃烧循环的压缩冲程的第三预定曲轴位置处的第三发动机转速210，ωx是该压缩冲程的第四预定曲轴位置处的第四发动机转速210。该第一预定曲轴位置在膨胀冲程中迟于该第二预定曲轴位置，该第四预定曲轴位置在压缩冲程中迟于该第三预定曲轴位置（即更靠近TDC）。仅仅举例来说，第一、第二、第三和第四预定曲轴位置可以分别大约是TDC后36CAD、TDC后30CAD、TDC前60CAD和TDC前24CAD。
仅对第四实例而言，指示功确定模块502可以使用方程式（6）确定气缸114的燃烧循环的指示功510：
式中，W是指示功510，ωe是气缸114的燃烧循环的膨胀冲程的第一预定曲轴位置处的第一发动机转速210，ωs是该膨胀冲程的第二预定曲轴位置处的第二发动机转速210，ωy是气缸114的燃烧循环的压缩冲程的第三预定曲轴位置处的第三发动机转速210，ωx是该压缩冲程的第四预定曲轴位置处的第四发动机转速210，p和q分别是第一和第二预定增益，r是预定偏差。该第一预定曲轴位置在膨胀冲程中迟于该第二预定曲轴位置，该第四预定曲轴位置在压缩冲程中迟于该第三预定曲轴位置。第一和第二预定增益（p和q）以及预定偏差（r）可以以与上面连同方程式（2）-（4）所描述方法类似的方法进行确定。
仅对第五实例而言，指示功确定模块502可以使用方程式（7）确定气缸114的燃烧循环的指示功510：
式中，W是指示功510，ωp、ωq、ωr、ωs、ωt和ωu分别是气缸114的燃烧循环的第一、第二、第三、第四、第五和第六预定曲轴位置处的第一、第二、第三、第四、第五和第六发动机转速210，p、q、r、s、t和u是第一、第二、第三、第四、第五和第六预定增益，v是预定偏差。仅仅举例来说，第一、第二、第三、第四、第五和第六预定曲轴位置可以分别大约是TDC前72CAD、TDC前36CAD、TDC前24CAD、TDC后12CAD、TDC后30CAD和TDC后36CAD。第一、第二、第三、第四、第五和第六预定增益（p、q、r、s、t和u）以及预定偏差（v）可以以与上面连同方程式（2）-（4）所描述方法类似的方法进行确定。在不同实施例中，指示功确定模块502可以使用使两个或更多发动机转速210的平方关联上指示功510的其它适当的函数或映射来确定指示功510。
IMEP确定模块506基于气缸114的燃烧循环的指示功510确定气缸114的燃烧循环的IMEP 514。IMEP确定模块506此外可以基于发动机102的排量确定IMEP 514。仅仅举例来说，IMEP确定模块506可以设定IMEP 514等于燃烧循环的指示功510除以发动机102的排量。发动机102的排量是可以存储在存储器中的预定值。因为IMEP 514是由专门针对气缸114的燃烧事件所确定的指示功510确定的，所以IMEP 514能够被称作绝对IMEP而不是相对于发动机102的其它气缸所确定的相对IMEP。如上所述，ECM160可以基于IMEP 514执行一个或多个动作。
现在参照图6，给出了描述确定气缸114的燃烧循环的IMEP 514的示范方法600的流程图。控制从604处开始，在此，控制产生在气缸114的燃烧循环期间不同曲轴位置处的发动机转速210。
在608处，控制分别基于燃烧循环的预定曲轴位置处的两个或更多发动机转速210的平方确定气缸114的该燃烧循环的指示功510。仅仅举例来说，控制可以使用方程式（1）、（2）、（5）、（6）、（7）或使发动机转速210的平方关联上指示功510的其它适当的函数确定指示功510。在612处，控制基于燃烧循环的指示功510确定气缸114的燃烧循环的IMEP 514。控制还可以基于发动机102的排量确定燃烧循环的IMEP 514。控制可以基于IMEP 514采取一个或多个动作。
能够以多种形式实施本发明的宽泛教导。因此，尽管本发明包括特定例子，但是本发明的真实范围不会由此受到限制，因为本领域技术人员在研究附图、说明书和下列权利要求书的基础上，将很明显得到其它改型。

Claims (20)

1.一种用于车辆的系统，包括：
滤波模块，其基于随曲轴一起旋转的齿轮的轮齿的位置并且基于由曲轴位置传感器产生的曲轴位置信号产生发动机转速，
其中，所述曲轴位置传感器基于所述齿轮的旋转产生所述曲轴位置信号；和
指示功模块，其基于两个发动机转速的平方，即第一和第二个发动机转速的平方，产生发动机气缸燃烧循环的指示功并且输出所述指示功。
2.如权利要求1所述的系统，其中，所述指示功模块使用方程式设定所述指示功：
式中，W是指示功，ωe是所述气缸燃烧循环的膨胀冲程的第一预定曲轴位置处的第一个发动机转速，ωs是所述燃烧循环的第二预定曲轴位置处的第二个发动机转速，并且所述第一预定曲轴位置在所述燃烧循环中迟于所述第二预定曲轴位置。
3.如权利要求1所述的系统，其中，所述指示功模块使用方程式设定所述指示功：
式中，W是指示功，ωe是所述气缸燃烧循环的膨胀冲程的第一预定曲轴位置处的第一个发动机转速，ωs是所述燃烧循环的第二预定曲轴位置处的第二个发动机转速，p是预定增益，q是预定偏差，并且所述第一预定曲轴位置在所述燃烧循环中迟于所述第二预定曲轴位置。
4.如权利要求1所述的系统，其中，所述指示功模块使用方程式设定所述指示功：
式中，W是指示功，ωe是所述气缸燃烧循环的膨胀冲程的第一预定曲轴位置处的第一个发动机转速，ωs是所述膨胀冲程的第二预定曲轴位置处的第二个发动机转速，ωy是所述气缸燃烧循环的压缩冲程的第三预定曲轴位置处的第三个发动机转速，ωx是所述压缩冲程的第四预定曲轴位置处的第四个发动机转速，所述第一预定曲轴位置在所述膨胀冲程中迟于所述第二预定曲轴位置，并且所述第四预定曲轴位置在所述压缩冲程中迟于所述第三预定曲轴位置。
5.如权利要求1所述的系统，其中，所述指示功模块使用方程式设定所述指示功：
式中，W是指示功，ωe是所述气缸燃烧循环的膨胀冲程的第一预定曲轴位置处的第一个发动机转速，ωs是所述膨胀冲程的第二预定曲轴位置处的第二个发动机转速，ωy是所述气缸燃烧循环的压缩冲程的第三预定曲轴位置处的第三个发动机转速，ωx是所述压缩冲程的第四预定曲轴位置处的第四个发动机转速，p和q分别是第一和第二预定增益，r是预定偏差，所述第一预定曲轴位置在所述膨胀冲程中迟于所述第二预定曲轴位置，并且所述第四预定曲轴位置在所述压缩冲程中迟于所述第三预定曲轴位置。
6.如权利要求1所述的系统，其中，所述指示功模块使用方程式设定所述指示功：
式中，W是指示功，ωp、ωq、ωr、ωs、ωt和ωu分别是所述气缸燃烧循环的第一、第二、第三、第四、第五和第六预定曲轴位置处的第一个、第二个、第三个、第四个、第五个和第六个发动机转速，p、q、r、s、t和u是第一、第二、第三、第四、第五和第六预定增益，v是预定偏差。
7.如权利要求1所述的系统，还包括指示平均有效压力IMEP模块，其基于所述气缸燃烧循环的所述指示功和所述发动机的排量确定所述气缸燃烧循环的IMEP。
8.如权利要求7所述的系统，还包括不发火模块，其基于所述IMEP检测所述气缸内不发火的出现。
9.如权利要求7所述的系统，还包括故障检测模块，其基于所述IMEP诊断所述车辆中故障的出现。
10.如权利要求7所述的系统，还包括下列至少一个：
燃料控制模块，其基于所述IMEP选择性地调整所述气缸的将来燃烧循环的燃料供给；
点火控制模块，其基于所述IMEP选择性地调整所述气缸的所述将来燃烧循环的点火正时；
节气门控制模块，其基于所述IMEP选择性地调整节气门开度；和
相位器控制模块，其基于所述IMEP选择性地调整进气门和排气门中至少一者的开度。
11.一种方法，包括：
基于随曲轴一起旋转的齿轮的轮齿的位置并且基于由曲轴位置传感器产生的曲轴位置信号产生发动机转速；
其中，所述曲轴位置传感器基于所述齿轮的旋转产生所述曲轴位置信号；
基于两个发动机转速的平方，即第一和第二个发动机转速的平方，产生发动机气缸燃烧循环的指示功；以及
输出所述指示功。
12.如权利要求11所述的方法，还包括使用方程式设定所述指示功：
式中，W是指示功，ωe是所述气缸燃烧循环的膨胀冲程的第一预定曲轴位置处的第一个发动机转速，ωs是所述燃烧循环的第二预定曲轴位置处的第二个发动机转速，并且所述第一预定曲轴位置在所述燃烧循环中迟于所述第二预定曲轴位置。
13.如权利要求11所述的方法，还包括使用方程式设定所述指示功：
式中，W是指示功，ωe是所述气缸燃烧循环的膨胀冲程的第一预定曲轴位置处的第一个发动机转速，ωs是所述燃烧循环的第二预定曲轴位置处的第二个发动机转速，p是预定增益，q是预定偏差，并且所述第一预定曲轴位置在所述燃烧循环中迟于所述第二预定曲轴位置。
14.如权利要求11所述的方法，还包括使用方程式设定所述指示功：
式中，W是指示功，ωe是所述气缸燃烧循环的膨胀冲程的第一预定曲轴位置处的第一个发动机转速，ωs是所述膨胀冲程的第二预定曲轴位置处的第二个发动机转速，ωy是所述气缸燃烧循环的压缩冲程的第三预定曲轴位置处的第三个发动机转速，ωx是所述压缩冲程的第四预定曲轴位置处的第四个发动机转速，所述第一预定曲轴位置在所述膨胀冲程中迟于所述第二预定曲轴位置，并且所述第四预定曲轴位置在所述压缩冲程中迟于所述第三预定曲轴位置。
15.如权利要求11所述的方法，还包括使用方程式设定所述指示功：
式中，W是指示功，ωe是所述气缸燃烧循环的膨胀冲程的第一预定曲轴位置处的第一个发动机转速，ωs是所述膨胀冲程的第二预定曲轴位置处的第二个发动机转速，ωy是所述气缸燃烧循环的压缩冲程的第三预定曲轴位置处的第三个发动机转速，ωx是所述压缩冲程的第四预定曲轴位置处的第四个发动机转速，p和q分别是第一和第二预定增益，r是预定偏差，所述第一预定曲轴位置在所述膨胀冲程中迟于所述第二预定曲轴位置，并且所述第四预定曲轴位置在所述压缩冲程中迟于所述第三预定曲轴位置。
16.如权利要求11所述的方法，还包括使用方程式设定所述指示功：
式中，W是指示功，ωp、ωq、ωr、ωs、ωt和ωu分别是所述气缸燃烧循环的第一、第二、第三、第四、第五和第六预定曲轴位置处的第一个、第二个、第三个、第四个、第五个和第六个发动机转速，p、q、r、s、t和u是第一、第二、第三、第四、第五和第六预定增益，v是预定偏差。
17.如权利要求11所述的方法，还包括基于所述气缸燃烧循环的所述指示功和所述发动机的排量确定所述气缸燃烧循环的指示平均有效压力IMEP。
18.如权利要求17所述的方法，还包括基于所述IMEP检测所述气缸内不发火的出现。
19.如权利要求17所述的方法，还包括基于所述IMEP诊断车辆中故障的出现。
20.如权利要求17所述的方法，还包括下列至少一个：
基于所述IMEP选择性地调整所述气缸的将来燃烧循环的燃料供给；
基于所述IMEP选择性地调整所述气缸的所述将来燃烧循环的点火正时；
基于所述IMEP选择性地调整节气门开度；和
基于所述IMEP选择性地调整进气门和排气门中至少一者的开度。
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