CN102536480B - 用于加速度变化的扭矩控制系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于加速度变化的扭矩控制系统和方法，具体地，一种控制系统包括驾驶员扭矩确定模块、游隙区扭矩确定模块、速率限制确定模块和即时扭矩确定模块。当驾驶员在车辆滑行的情况下压下加速器踏板时，驾驶员扭矩确定模块确定驾驶员扭矩请求。游隙区扭矩确定模块基于变速器档位和发动机速度确定游隙区扭矩。速率限制确定模块基于先前的即时扭矩请求、游隙区扭矩和变速器档位确定调节速率限制。即时扭矩确定模块基于驾驶员扭矩请求确定当前的即时扭矩请求，并基于调节速率限制选择性地确定所述当前的即时扭矩请求。

Description

用于加速度变化的扭矩控制系统和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求在2010年12月13日提交的美国临时申请No. 61/422,437的权益。通过引用将上述申请的全部公开内容并入本文。
技术领域
本发明涉及用于改善当驾驶员操纵加速器踏板时的驾驶员感受的扭矩控制系统和方法。
背景技术
这里提供的背景技术描述用于总体上介绍本发明的背景。当前所署名发明人的在本背景技术部分中所描述的程度上的工作，以及本描述的在申请时可能不构成现有技术的各方面，既非明示也非默示地被承认为与本发明相抵触的现有技术。
内燃发动机燃烧气缸内的空气与燃料的混合物来驱动活塞，从而产生驱动扭矩。流入发动机的空气经由节气门来调节。更具体地，节气门调节节流面积，从而增加或减少流入发动机的空气流。在节流面积增大时，进入发动机的空气流增加。燃料控制系统调节喷射燃料的速度以给气缸提供期望的空气/燃料混合物和/或以实现期望的输出扭矩。增加提供给气缸的空气和燃料的量增大发动机的扭矩输出。
在火花点火发动机中，火花使提供给气缸的空气/燃料混合物的燃烧开始。在压缩点火发动机中，气缸中的压缩使提供给气缸的空气/燃料混合物燃烧。火花正时和空气流量可以是用于调节火花点火发动机的扭矩输出的主要机制，而燃料流量可以是用于调节压缩点火发动机的扭矩输出的主要机制。
已经研发了发动机控制系统来控制发动机输出扭矩从而实现期望的扭矩。然而，传统的发动机控制系统不能如期望的那样精确地控制发动机输出扭矩。此外，传统的发动机控制系统不能控制发动机输出扭矩以实现在改善加速感受和使加速延迟最小化之间的期望的平衡。
发明内容
一种控制系统包括驾驶员扭矩确定模块、游隙区扭矩确定模块、速率限制确定模块和即时扭矩确定模块。所述驾驶员扭矩确定模块确定当驾驶员在车辆滑行的情况下压下加速器踏板时的驾驶员扭矩请求。所述游隙区扭矩确定模块基于变速器档位和发动机速度确定游隙区扭矩。所述速率限制确定模块基于先前的即时扭矩请求、所述游隙区扭矩和所述变速器档位确定调节速率限制。所述即时扭矩确定模块基于所述驾驶员扭矩请求确定当前的即时扭矩请求，并基于所述调节速率限制选择性地确定所述当前的即时扭矩请求。
本发明进一步的适用范围将通过下文提供的详细描述而变得显而易见。应当理解的是，该详细描述和具体示例仅用于说明目的，而并非旨在限制本发明的范围。
本发明还提供如下方案：
1. 一种控制系统，其包括：
驾驶员扭矩确定模块，当驾驶员在车辆滑行的情况下压下加速器踏板时，所述驾驶员扭矩确定模块确定驾驶员扭矩请求；
游隙区扭矩确定模块，所述游隙区扭矩确定模块基于变速器档位和发动机速度确定游隙区扭矩；
速率限制确定模块，所述速率限制确定模块基于先前的即时扭矩请求、所述游隙区扭矩和所述变速器档位确定调节速率限制；以及
即时扭矩确定模块，所述即时扭矩确定模块基于所述驾驶员扭矩请求确定当前的即时扭矩请求，并基于所述调节速率限制选择性地确定所述当前的即时扭矩请求。
2. 根据方案1所述的控制系统，其特征在于，其还包括：
响应时间确定模块，所述响应时间确定模块基于在驾驶员压下所述加速器踏板之后经过的时间来确定响应时间；以及
齿轮滑移确定模块，所述齿轮滑移确定模块基于所述发动机速度和涡轮机速度确定齿轮滑移，其中，当所述响应时间和所述齿轮滑移中的至少一个满足第一标准时，所述即时扭矩确定模块基于所述调节速率限制确定所述当前的即时扭矩请求。
3. 根据方案2所述的控制系统，其特征在于，当所述响应时间大于时间阈值以及所述齿轮滑移大于滑移阈值中的至少一个时，所述即时扭矩确定模块基于所述调节速率限制确定所述当前的即时扭矩请求。
4. 根据方案2所述的控制系统，其特征在于，当所述响应时间大于时间阈值以及所述齿轮滑移大于滑移阈值中的至少一个时，所述即时扭矩确定模块避免基于所述调节速率限制确定所述当前的即时扭矩请求。
5. 根据方案2所述的控制系统，其特征在于，所述速率限制确定模块基于踏板位置、所述齿轮滑移和所述发动机速度确定所述调节速率限制。
6. 根据方案2所述的控制系统，其特征在于，其还包括：调节速率确定模块，当所述响应时间和所述齿轮滑移中的所述至少一个满足所述第一标准时，所述调节速率确定模块基于所述调节速率限制确定调节速率，其中，所述即时扭矩确定模块基于所述调节速率确定所述当前的即时扭矩请求。
7. 根据方案6所述的控制系统，其特征在于，当所述先前的即时扭矩请求与所述游隙区扭矩之间的差小于扭矩阈值时，所述调节速率确定模块在施加所述调节速率限制的同时减小所述调节速率。
8. 根据方案2所述的控制系统，其特征在于，其还包括：
输出扭矩确定模块，所述输出扭矩确定模块基于所述发动机速度和所述变速器档位确定发动机输出扭矩；以及
踏板扭矩确定模块，所述踏板扭矩确定模块基于在零加速器踏板位置时的期望的发动机扭矩确定零踏板扭矩，其中，当所述发动机输出扭矩和所述零踏板扭矩中的至少一个满足第二标准时，所述即时扭矩确定模块基于所述调节速率限制确定所述当前的即时扭矩请求。
9. 根据方案2所述的控制系统，其特征在于，其还包括：速度控制模块，当基于期望的发动机速度控制发动机输出扭矩时，所述速度控制模块选择性地产生扭矩储备以防止发动机停止，其中，当所述扭矩储备满足第二标准时，所述即时扭矩确定模块基于所述调节速率限制确定所述当前的即时扭矩请求。
10. 根据方案1所述的控制系统，其特征在于，其还包括：致动模块，所述致动模块基于所述当前的即时扭矩请求控制火花正时。
11. 一种方法，所述方法包括：
当驾驶员在车辆滑行的情况下压下加速器踏板时，确定驾驶员扭矩请求；
基于变速器档位和发动机速度确定游隙区扭矩；
基于先前的即时扭矩请求、所述游隙区扭矩和所述变速器档位确定调节速率限制；
基于所述驾驶员扭矩请求确定当前的即时扭矩请求；以及
基于所述调节速率限制选择性地确定所述当前的即时扭矩请求。
12. 根据方案11所述的方法，其特征在于，其还包括：
基于在驾驶员压下所述加速器踏板之后经过的时间来确定响应时间；以及
基于所述发动机速度和涡轮机速度确定齿轮滑移；以及
当所述响应时间和所述齿轮滑移中的至少一个满足第一标准时，基于所述调节速率限制确定所述当前的即时扭矩请求。
13. 根据方案12所述的方法，其特征在于，其还包括：当所述响应时间大于时间阈值以及所述齿轮滑移大于滑移阈值中的至少一个时，基于所述调节速率限制确定所述当前的即时扭矩请求。
14. 根据方案12所述的方法，其特征在于，其还包括：当所述响应时间大于时间阈值以及所述齿轮滑移大于滑移阈值中的至少一个时，避免基于所述调节速率限制确定所述当前的即时扭矩请求。
15. 根据方案12所述的方法，其特征在于，其还包括：基于踏板位置、所述齿轮滑移和所述发动机速度确定所述调节速率限制。
16. 根据方案12所述的方法，其特征在于，其还包括：
当所述响应时间和所述齿轮滑移中的所述至少一个满足所述第一标准时，基于所述调节速率限制确定调节速率；以及
基于所述调节速率确定所述当前的即时扭矩请求。
17. 根据方案16所述的方法，其特征在于，其还包括：当所述先前的即时扭矩请求与所述游隙区扭矩之间的差小于扭矩阈值时，在施加所述调节速率限制的同时减小所述调节速率。
18. 根据方案12所述的方法，其特征在于，其还包括：
基于所述发动机速度和所述变速器档位确定发动机输出扭矩；
基于在零加速器踏板位置时的期望的发动机扭矩确定零踏板扭矩；以及
当所述发动机输出扭矩和所述零踏板扭矩中的至少一个满足第二标准时，基于所述调节速率限制确定所述当前的即时扭矩请求。
19. 根据方案12所述的方法，其特征在于，其还包括：
当基于期望的发动机速度控制发动机输出扭矩时，选择性地产生扭矩储备以防止发动机停止；以及
当所述扭矩储备满足第二标准时，基于所述调节速率限制确定所述当前的即时扭矩请求。
20. 根据方案11所述的方法，其特征在于，其还包括：基于所述当前的即时扭矩请求控制火花正时。
附图说明
通过详细描述和附图将会更全面地理解本发明，在附图中：
图1是根据本发明原理的示例发动机系统的功能框图；
图2是根据本发明原理的示例发动机控制系统的功能框图；
图3是包括在图2的发动机控制系统中的示例驾驶员扭矩模块的功能框图；
图4是包括在图3的驾驶员扭矩模块中的示例即时扭矩成形模块的功能框图；
图5是包括在图3的驾驶员扭矩模块中的示例模式选择模块的功能框图；
图6是示出根据本发明原理的示例扭矩控制方法的流程图；以及
图7是示出根据本发明原理的示例扭矩控制信号和产生的发动机扭矩输出的曲线图。
具体实施方式
下面的描述本质上仅是示例性的并且决不是要限制本发明、其应用或用途。为了清楚的目的，在附图中将使用相同的附图标记标识相似的元件。如这里所使用的，短语A、B和C中的至少一个应当被解释为是指使用非排他逻辑或的逻辑（A或B或C）。应当理解的是，在不改变本发明的原理的情况下，可以以不同的顺序执行方法内的步骤。
如这里所使用的，术语模块可以指或包括：专用集成电路（ASIC）；电子电路；组合逻辑电路；场可编程门阵列（FPGA）；执行代码的处理器（共用的、专用的、或成组的）；提供所描述功能的其它适合部件；或上述的一些或全部的组合，例如以芯片上系统的形式，或者可以是上述的一部分。术语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、或成组的）。
如上面所使用的，术语代码可以包括软件、固件和/或微代码，并可以指程序、例程、函数、类和/或对象。如上面所使用的，术语共用意味着来自多个模块的一些或全部代码可以使用单个（共享的）处理器来执行。另外，来自多个模块的一些或全部代码可以由单个（共享的）存储器存储。如上面所使用的，术语成组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。另外，来自单个模块的一些或全部代码可以使用一组存储器存储。
这里描述的装置和方法可以由通过一个或多个处理器执行的一个或多个计算机程序来执行。计算机程序包括存储在非瞬时的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。非瞬时的有形计算机可读介质的非限制性示例是非易失性存储器、磁存储器和光存储器。
当驾驶员在车辆正在滑行时压下加速器踏板时，发动机系统的扭矩输出转变通过游隙区（lash zone）。游隙区是与发动机系统从被动力系驱动到驱动动力系的转变对应的扭矩值或扭矩范围。在该转变期间，驾驶员会体验到不期望的感受，例如颠簸或突跳。颠簸是由游隙引起的动力系的碰撞，其是动力系中的接合松弛的消除。突跳是在加速增大之后由驾驶员感受到的加速的突然降低。可以通过减小加速的速率来使颠簸和突跳最小化。然而，这会导致不期望的加速响应延迟。
本发明的扭矩控制系统和方法在驾驶员在车辆正在滑行时压下加速器踏板时限制游隙区中的加速速率，从而在使响应延迟最小化的同时改善感受。合意模式（pleasibility mode）在扭矩请求接近游隙区时被激活并且在扭矩请求穿过游隙区之后被去激活。在合意模式下，将速率限制施加于扭矩请求的调节速率，以限制发动机系统的扭矩输出。基于发动机运行条件以及在改善感受和使响应时间最小化之间的期望的平衡来确定速率限制。
现在参照图1，给出了示例发动机系统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/燃料混合物从而基于来自驾驶员输入模块104的驾驶员输入产生用于车辆的驱动扭矩。空气经进气系统108被吸入发动机102。仅举例，进气系统108可以包括进气歧管110和节气门112。仅举例，节气门112可包括具有可旋转叶片的蝶形阀。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的开度来控制被吸入进气歧管110的空气的量。
来自进气歧管110的空气被吸入到发动机102的气缸中。尽管发动机102可以包括多个气缸，但为了示例目的，示出单个代表性气缸118。仅举例，发动机102可以包括2个、3个、4个、5个、6个、8个、10个和/或12个气缸。ECM 114可以指示气缸致动器模块120来选择性地停用某些气缸，这在某些发动机运行条件下可改进燃料经济性。
发动机102可使用四冲程循环来运行。下面描述的四个冲程被称为进气冲程、压缩冲程、燃烧冲程和排气冲程。在曲轴（未示出）的每一次旋转期间，在气缸118内发生所述四个冲程中的两个。因此，对于气缸118来说为了经历全部四个冲程两次曲轴旋转是必要的。
在进气冲程期间，来自进气歧管110的空气通过进气门122被吸入到气缸118中。ECM 114控制燃料致动器模块124，燃料致动器模块124调节燃料喷射，以实现期望的空气/燃料比。在中心位置处或在多个位置处，例如靠近每个气缸的进气门122，可将燃料喷入进气歧管110中。在各种实施方式（未示出）中，可将燃料直接喷入气缸中或喷入与气缸相关联的混合室中。燃料致动器模块124可使燃料暂停喷入到被停用的气缸。
所喷射的燃料与空气混合并在气缸118中产生空气/燃料混合物。在压缩冲程期间，气缸118内的活塞（未示出）压缩空气/燃料混合物。发动机102可以是压缩点火发动机，在这种情况下，气缸118中的压缩点燃空气/燃料混合物。替代地，发动机102可以是火花点火发动机，在这种情况下，火花致动器模块126基于来自ECM 114的信号激发气缸118中的火花塞128，火花塞128点燃空气/燃料混合物。火花的正时可被指定成与活塞处于其最上部位置的时刻相关，所述活塞的最上部位置被称为上止点（TDC）。
火花致动器模块126可由指示在TDC之前或之后多远来产生火花的正时信号来控制。因为活塞位置与曲轴旋转直接相关，所以火花致动器模块126的操作可以与曲轴角同步。在各种实施方式中，火花致动器模块126可暂停向被停用的气缸提供火花。
产生火花可被称为点火事件。火花致动器模块126可以具有为每次点火事件改变火花正时的能力。火花致动器模块126可以甚至在火花正时信号在最后的点火事件和下一个点火事件之间改变时能够为该下一个点火事件改变火花正时。
在燃烧冲程期间，空气/燃料混合物的燃烧驱动活塞向下，由此驱动曲轴。燃烧冲程可限定为在活塞到达TDC与活塞返回到下止点（BDC）的时刻之间的时间。
在排气冲程期间，活塞开始从BDC向上运动并且经排气门130排出燃烧的副产物。燃烧的副产物经排气系统134排出车辆。
进气门122可由进气凸轮轴140控制，同时排气门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（包括进气凸轮轴140）可控制气缸118的多个进气门（包括进气门122）和/或可控制多个气缸（包括气缸118）组的进气门（包括进气门122）。相似地，多个排气凸轮轴（包括排气凸轮轴142）可控制气缸118的多个排气门和/或可控制多个气缸（包括气缸118）组的排气门（包括排气门130）。
气缸致动器模块120可通过禁止打开进气门122和/或排气门130而停用气缸118。在各种其它实施方式中，进气门122和/或排气门130可由凸轮轴以外的装置例如电磁致动器控制。
进气门122被打开的时刻可相对于活塞TDC通过进气凸轮相位器148而改变。排气门130被打开的时刻可相对于活塞TDC通过排气凸轮相位器150而改变。相位器致动器模块158可基于来自ECM 114的信号控制进气凸轮相位器148和排气凸轮相位器150。在被实施时，可变气门升程（未示出）也可由相位器致动器模块158控制。
发动机系统100可包括将加压空气提供给进气歧管110的增压装置。例如，图1示出包括热涡轮机160-1的涡轮增压器，热涡轮机160-1由流经排气系统134的热废气驱动。涡流增压器还包括由涡轮机160-1驱动的将导引到节气门112的空气进行压缩的冷气压缩机160-2。在各种实施方式中，由曲轴驱动的增压器（未示出）可压缩来自节气门112的空气并将压缩空气传送到进气歧管110。
废气门162可允许排气旁路通过涡轮机160-1，从而减小涡轮增压器的增压（进气压缩的量）。ECM 114可通过增压致动器模块164控制涡轮增压器。增压致动器模块164可通过控制废气门162的位置来调节涡轮增压器的增压。在各种实施方式中，多个涡轮增压器可由增压致动器模块164控制。涡轮增压器可具有可由增压致动器模块164控制的可变几何结构。
中冷器（未示出）可耗散包含在压缩空气充气中的一些热量，其在空气被压缩时产生。压缩空气充气还可吸收来自排气系统134的组件中的热。虽然为了说明目的而分开示出，但是涡轮机160-1和压缩机160-2可彼此附接，从而将进气空气置于与热排气紧密接近。
发动机系统100可包括废气再循环（EGR）阀170，其选择性地将废气再导引回进气歧管110。EGR阀170可定位在涡轮增压器的涡轮机160-1的上游。EGR阀170可由EGR致动器模块172控制。
发动机系统100可使用发动机速度（ES）传感器180测量发动机102的速度。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可定位在发动机102内或定位在冷却剂被循环的其它位置处，例如定位在散热器（未示出）处。
进气歧管110内的压力可使用歧管绝对压力（MAP）传感器184测量。在各种实施方式中，可测量发动机真空度，即环境空气压力与进气歧管110内的压力之间的差。流入进气歧管110中的空气的质量流率可使用质量空气流量（MAF）传感器186测量。在各种实施方式中，MAF传感器186可定位在壳体中，该壳体还包括节气门112。
节气门致动器模块116可使用一个或多个进气门位置传感器（TPS）190监测节气门112的位置。被吸入发动机102的空气的环境温度可使用进气空气温度（IAT）传感器192测量。由发动机系统100供以动力的车辆速度可以使用车辆速度（VS）传感器193测量。ECM 114可使用来自传感器的信号来做出用于发动机系统100的控制决策。
ECM 114可与变速器控制模块（TCM）194通信以协调变速器195中的换档。例如，ECM 114可在换档期间减小发动机扭矩。TCM 194可以向ECM 114提供变速器输入。变速器输入可以包括变速器档位和涡轮速度。ECM 114可与混合动力控制模块（HCM）196通信以协调发动机102和电马达198的操作。
电马达198还可用作发电机，并且可用于产生由车辆电气系统使用的电能和/或存储在电池中的电能。在各种实施方式中，可将ECM 114、TCM 194和HCM 196的各种功能集成到一个或多个模块中。
改变发动机参数的每个系统可被称为接收致动器值的致动器。例如，节气门致动器模块116可被称为致动器，而节气门开度面积可被称为致动器值。在图1的示例中，节气门致动器模块116通过调节节气门112的叶片的角度来实现节气门开度面积。
相似地，火花致动器模块126可被称为致动器，同时相应的致动器值可以是关于气缸TDC的火花提前的量。其它致动器可包括气缸致动器模块120、燃料致动器模块124、相位器致动器模块158、增压致动器模块164和EGR致动器模块172。对于这些致动器，致动器值可分别对应于所启用的气缸的数目、燃料供给速度、进气和排气凸轮相位器角度、增压压力和EGR阀开度面积。ECM 114可控制致动器值以使发动机102产生期望的发动机输出扭矩。
当加速器踏板（未示出）被压下时，ECM 114控制火花正时以限制游隙区中的发动机系统100的扭矩输出。游隙区是与发动机系统100从被动力系（未示出）驱动到驱动动力系的转变对应的扭矩值或扭矩范围。通过限制游隙区中的发动机输出扭矩，ECM 114消除不期望的加速感受，例如颠簸或突跳，同时使加速响应时间最小化。控制火花正时来限制发动机输出扭矩允许ECM 114在发动机输出扭矩穿过游隙区之后快速地增大发动机输出扭矩。继而，可以进一步减小加速响应时间。
现在参照图2，给出了示例发动机控制系统的功能框图。ECM 114的示例实施方式包括驾驶员扭矩模块202。驾驶员扭矩模块202可基于来自驾驶员输入模块104的驾驶员输入确定驾驶员扭矩请求。驾驶员扭矩模块202可基于驾驶员扭矩请求确定预测扭矩请求和即时扭矩请求。当驾驶员压下加速器踏板时，驾驶员扭矩模块202可以成形（shape）预测扭矩请求和即时扭矩请求以消除颠簸和突跳，同时使响应时间最小化。
车轴扭矩仲裁模块204在来自驾驶员扭矩模块202的预测扭矩请求和即时扭矩请求与其它车轴扭矩请求之间进行仲裁。车轴扭矩（车轮处的扭矩）可以由包括发动机和/或电马达的各种源产生。扭矩请求可包括绝对扭矩请求以及相对扭矩请求和斜变（ramp）请求。仅举例而言，斜变请求可包括使扭矩斜降到最小发动机关闭扭矩的请求或者使扭矩从最小发动机关闭扭矩斜升的请求。相对扭矩请求可包括临时的或持久的扭矩减小或增大。
车轴扭矩请求可包括在检测到正向车轮滑移（slip）时由牵引控制系统请求的扭矩减小。在车轴扭矩克服车轮与道路表面之间的摩擦并且车轮相对道路表面开始滑移时发生正向车轮滑移。车轴扭矩请求还可包括为抵消负向车轮滑移的扭矩增大请求，在负向车轮滑移中，车辆的轮胎相对于道路表面在另一方向上滑移，因为车轴扭矩是负的。
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车轴扭矩以确保车轴扭矩不超过制动器在停止车辆时保持车辆的能力。车辆超速扭矩请求可减小车轴扭矩以防止车辆超过预定速度。车轴扭矩请求还可由车辆稳定性控制系统产生。
车轴扭矩仲裁模块204基于在所接收到的扭矩请求之间的仲裁结果输出预测扭矩请求和即时扭矩请求。如下所述，来自车轴扭矩仲裁模块204的预测扭矩请求和即时扭矩请求在被用于控制发动机系统100的致动器之前可选择性地由ECM 114的其它模块调节。
一般而言，即时扭矩请求是当前期望的车轴扭矩的量，而预测扭矩请求是在临时通知时可能需要的车轴扭矩的量。因此，ECM 114控制发动机系统100来产生与即时扭矩请求相等的车轴扭矩。然而，不同的致动器值组合可引起相同的车轴扭矩。因此，ECM 114可在使车轴扭矩仍保持在即时扭矩请求的同时，调节致动器值以允许较快速地转变到预测扭矩请求。
在各种实施方式中，预测扭矩请求可基于驾驶员扭矩请求。即时扭矩请求可以小于预测扭矩请求，例如在驾驶员扭矩请求在冰面上正引起车轮滑移时。在这样的情况下，牵引控制系统（未示出）可通过即时扭矩请求来请求减小，并且ECM 114将由发动机系统100产生的扭矩减小到即时扭矩请求。然而，ECM 114控制发动机系统100，使得：一旦车轮滑移停止，发动机系统100就可迅速地恢复产生预测扭矩请求。
一般而言，即时扭矩请求与较高的预测扭矩请求之间的差可被称为扭矩储备。扭矩储备可表示发动机系统100在最小延迟的情况下可开始产生的附加扭矩的量。快速的发动机致动器用于增大或减小当前的车轴扭矩。如下面更详细地描述，快速的发动机致动器是相对于缓慢的发动机致动器来定义的。
发动机系统100的即时扭矩请求与实际扭矩输出之间的差也可以被成为扭矩储备。当发动机系统100正在稳态条件下运行时，该差可以等于即时扭矩请求与较高的预测扭矩请求之间的差。当即时扭矩请求和预测扭矩请求保持恒定时，可以存在稳态条件。
在各种实施方式中，快速的发动机致动器能够在某个范围内改变车轴扭矩，其中，所述范围由缓慢的发动机致动器建立。在这些实施方式中，所述范围的上限是预测扭矩请求，而所述范围的下限由快速致动器的扭矩容量限制。仅举例，快速的发动机致动器可仅能够使车轴扭矩减小第一量，其中，所述第一量是快速致动器的扭矩容量的测量值。所述第一量可基于由缓慢的发动机致动器设定的发动机运行条件而改变。在即时扭矩请求处于所述范围内时，快速的发动机致动器可被设定成促使车轴扭矩等于即时扭矩请求。当ECM 114请求输出预测扭矩请求时，快速的发动机致动器可被控制成使车轴扭矩改变到所述范围的上限，即预测扭矩请求。
一般而言，与缓慢的发动机致动器相比，快速的发动机致动器可更迅速地改变车轴扭矩。与快速的致动器相比，缓慢的致动器可更缓慢地响应于其相应致动器值的变化。例如，缓慢的致动器可包括机械部件，所述机械部件响应于致动器值的变化需要时间来从一个位置移动到另一个位置。缓慢的致动器还可由一旦其开始执行变化的致动器值车轴扭矩开始变化所花费的时间量来表征。通常，对于缓慢的致动器来说该时间量将比对于快速的致动器来说的更长。此外，甚至在车轴扭矩开始变化之后，车轴扭矩可能花费更长的时间来完全响应缓慢的致动器的变化。
仅举例而言，ECM 114可将用于缓慢的致动器的致动器值设定为如果快速的致动器被设定到合适的值则将使发动机系统100能够产生预测扭矩请求的值。此时，ECM 114可将用于快速的致动器的致动器值设定为对于给定的缓慢的致动器值引起发动机系统100产生即时扭矩请求而不是预测扭矩请求的值。
因此，快速的致动器值引起发动机系统100产生即时扭矩请求。在ECM 114决定将车轴扭矩从即时扭矩请求转变为预测扭矩请求时，ECM 114将一个或多个快速的致动器的致动器值变化到相应于预测扭矩请求的值。因为缓慢的致动器值已经基于预测扭矩请求而被设定，所以发动机系统100能够仅在由快速的致动器施加的延迟之后产生预测扭矩请求。换句话说，避免了否则会通过使用缓慢的致动器由于改变车轴扭矩引起的更长延迟。
仅举例而言，当预测扭矩请求等于驾驶员扭矩请求时，可在由临时扭矩减小请求引起的即时扭矩请求小于驾驶员扭矩请求时产生扭矩储备。可替换地，可通过在使即时扭矩请求保持为驾驶员扭矩请求的同时使预测扭矩请求增加到大于驾驶员扭矩请求来产生扭矩储备。由此产生的扭矩储备可用于吸收所需的车轴扭矩的突然增大。仅举例而言，来自空气调节器或动力转向泵的突然负荷可以通过增大即时扭矩请求来补偿。如果即时扭矩请求的增大小于扭矩储备，那么可通过使用快速的致动器迅速地产生所述增大。然后，预测扭矩请求还可被增大以重新建立先前的扭矩储备。
使用扭矩储备的另一示例用途是减小缓慢的致动器值的波动。由于其相对慢的速度，所以变化的缓慢的致动器值可能产生控制不稳定性。此外，缓慢的致动器可包括在频繁被移动时可吸收更多动力和/或更快地磨损的机械零件。产生足够的扭矩储备允许通过在保持缓慢的致动器的值的同时经由即时扭矩请求通过改变快速的致动器来做出期望扭矩的变化。例如，为了维持给定的怠速速度，即时扭矩请求可在某个范围内改变。如果预测扭矩请求被设定为大于这个范围的水平，那么即时扭矩请求中的维持怠速速度的改变可在无需调节缓慢的致动器的情况下使用快速的致动器做出。
仅举例而言，在火花点火式发动机中，火花正时可以是快速的致动器值，而节气门开度面积可以是缓慢的致动器值。火花点火式发动机可通过施加火花来燃烧包括例如汽油和乙醇的燃料。作为对比，在压燃式发动机中，燃料流量可以是快速的致动器值，而节气门开度面积可以用作除扭矩之外的发动机特性的致动器值。压燃式发动机可通过压缩燃料来燃烧包括例如柴油的燃料。
当发动机102是火花点火式发动机时，火花致动器模块126可以是快速的致动器，节气门致动器模块116可以是缓慢的致动器。在接收到新的致动器值后，火花致动器模块126能够改变随后点火事件的火花正时。当用于点火事件的火花正时（也称为火花提前）被设定为校准值时，在紧跟该点火事件的燃烧冲程中产生最大扭矩。然而，偏离校准值的火花提前可减小在燃烧冲程中产生的扭矩的量。因此，火花致动器模块126可以能够在发生下次点火事件时通过改变火花提前来改变发动机输出扭矩。仅举例而言，可在车辆设计的校准阶段期间确定火花提前对应于不同发动机运行条件的表，并且基于当前发动机运行条件从所述表中选出所校准的值。
作为对比，节气门开度面积的变化要花费较长时间来影响发动机输出扭矩。节气门致动器模块116通过调节节气门112的叶片的角度来改变节气门开度面积。因此，一旦接收到新的致动器值，在节气门112基于所述新的致动器值从其先前位置移动到新的位置时就有机械延迟。此外，基于节气门开度的空气流改变经受进气歧管110中的空气运送延迟。此外，进气歧管110中的增加的空气流不被实现为发动机输出扭矩的增大，直到气缸118在下次进气冲程中接收到额外空气、压缩所述额外空气并开始燃烧冲程。
使用这些致动器作为示例，可通过将节气门开度面积设定到将允许发动机102产生预测扭矩请求的值来产生扭矩储备。此时，可基于比预测扭矩请求更小的即时扭矩请求来设定火花正时。虽然节气门开度面积产生用于使发动机102产生预测扭矩请求的足够的空气流，但是火花正时基于即时扭矩请求被延迟（这将减小扭矩）。因此，发动机输出扭矩将等于即时扭矩请求。
当需要额外的扭矩时，例如在起动空调压缩机时或在牵引控制确定出车轮滑移结束时，可基于预测扭矩请求设定火花正时。通过接下来的点火事件，火花致动器模块126可使火花提前返回到校准值，这允许发动机102产生在先前存在的空气流下能够实现的完全发动机输出扭矩。因此在不经受改变节气门开度面积引起的延迟的情况下，发动机输出扭矩可被迅速增大到预测扭矩请求。
当发动机102是压缩点火式发动机时，燃料致动器模块124可以是快速的致动器，并且节气门致动器模块116和增压致动器模块164可以是排放致动器。以这种方式，燃料质量可基于即时扭矩请求来设定，节气门开度面积和增压可基于预测扭矩请求来设定。节气门开度面积可以产生比满足预测扭矩请求所需的更多的空气流量。继而，产生的空气流量可以比用于喷射燃料的全部燃烧所需的空气流量更多，从而空气/燃料比通常是贫的，并且空气流量的改变不影响发动机输出扭矩。因此，发动机输出扭矩将等于即时扭矩请求，并可以通过调节燃料流量来增大或减小。
可基于预测扭矩请求来控制节气门致动器模块116、增压致动器模块164和EGR致动器模块172，以控制排放并使涡轮迟滞最小化。节气门致动器模块116可以产生真空，以通过EGR阀170抽吸废气并进入进气歧管110。
车轴扭矩仲裁模块204可将预测扭矩请求和即时扭矩请求输出到推进扭矩仲裁模块206。由推进扭矩仲裁模块206接收到的预测扭矩请求和即时扭矩请求从车轴扭矩域（车轮处的扭矩）转换到推进扭矩域（曲轴处的扭矩）。
推进扭矩仲裁模块206在包括经转换的预测扭矩请求和经转换的即时扭矩请求的推进扭矩请求之间仲裁。推进扭矩仲裁模块206产生经仲裁的预测扭矩请求和经仲裁的即时扭矩请求。经仲裁的扭矩可通过从接收到的请求中选择胜出的请求来产生。可替换地或另外地，经仲裁的扭矩可通过基于接收到的请求中的另一个或多个修正接收到的请求中的一个来产生。
其它推进扭矩请求可包括用于发动机超速保护的扭矩减小、用于防止失速的扭矩增大以及由变速器控制模块194请求的以适应档位变换的扭矩减小。推进扭矩请求还可以产生于离合器燃料切断，这在驾驶员在手动变速器车辆中按下离合器踏板时减小发动机输出扭矩，以防止发动机速度的突增（快速升高）。
推进扭矩请求还可包括发动机关闭请求，其可在检测到关键故障时启动。仅举例而言，关键故障可包括检测到车辆被盗、停止的起动机马达、电子节气门控制问题和意外的扭矩增大。在各种实施方式中，当出现发动机关闭请求时，仲裁选择发动机关闭请求作为胜出的请求。当出现发动机关闭请求时，推进扭矩仲裁模块206可输出零作为经仲裁的扭矩。
在各种实施方式中，发动机关闭请求可独立于仲裁程序而仅关闭发动机102。推进扭矩仲裁模块206仍可接收发动机关闭请求，以便例如适当的数据可被反馈给其它扭矩请求器。例如，所有其它扭矩请求器可被通知它们在仲裁中失败。
速度控制模块210也可将预测扭矩请求和即时扭矩请求输出到推进扭矩仲裁模块206。当ECM 114处于速度模式下时，来自速度控制模块210的扭矩请求可以在仲裁中胜出。当驾驶员将其脚从加速器踏板移开时，例如当车辆正在怠速或从较高速度向下滑行时，速度模式可以被激活。可替换地或另外地，当来自车轴扭矩仲裁模块204的预测扭矩请求小于预定的扭矩值时，速度模式可以被激活。
速度控制模块210从速度轨迹模块212接收期望的速度，并控制预测扭矩请求和即时扭矩请求，以减小期望的速度与由ES传感器180测量的发动机速度之间的差。仅举例而言，速度轨迹模块212可以输出用于车辆滑移停车的线性减小的期望速度直到达到怠速。然后，速度轨迹模块212可以继续输出怠速作为期望的速度。
预料到在ECM 114处于速度模式下时会引起发动机102停止的附件负载，速度控制模块210可产生扭矩储备。速度控制模块210可以将该扭矩储备输出到驾驶员扭矩模块202。
储备/负载模块220从推进扭矩仲裁模块206接收经仲裁的预测扭矩请求和经仲裁的即时扭矩请求。储备/负载模块220可调节经仲裁的预测扭矩请求和经仲裁的即时扭矩请求以产生扭矩储备和/或补偿一个或多个负载。然后，储备/负载模块220将经调节的预测扭矩请求和经调节的即时扭矩请求输出到致动模块224。
仅举例而言，催化剂起燃过程或冷起动排放减少过程可需要延迟的火花提前。因此，储备/负载模块220可增大经调节的预测扭矩请求大于经调节的即时扭矩请求从而产生用于冷起动排放减少过程的延迟的火花。在另一示例中，例如通过诊断侵入等比测试（diagnostic intrusive equivalence ratio testing）和/或新发动机清扫（new engine purging），可直接改变发动机的空气/燃料比和/或质量空气流量。在开始这些过程之前，扭矩储备可被产生或增大以快速弥补因在这些过程期间空气/燃料混合物稀贫引起的发动机输出扭矩的降低。
预料到未来负载，例如动力转向泵操作或空调（A/C）压缩机离合器的接合，储备/负载模块220还可产生或增大扭矩储备。用于A/C压缩机离合器的接合的储备可在驾驶员首次请求空气调节时产生。储备/负载模块220可在不改变经调节的即时扭矩请求的情况下增大经调节的预测扭矩请求以产生扭矩储备。然后，当A/C压缩机离合器接合时，储备/负载模块220可通过A/C压缩机离合器的估计负载来增大即时扭矩请求。
致动模块224从储备/负载模块220接收经调节的预测扭矩请求和经调节的即时扭矩请求。致动模块224确定将如何实现经调节的预测扭矩请求和经调节的即时扭矩请求。致动模块224可以是发动机类型专用的。例如，对于火花点火式发动机和压燃式发动机来说致动模块224可被不同地实施或使用不同的控制方案。
在各种实施方式中，致动模块224可在所有发动机类型通用的模块与发动机类型专用的模块之间限定界限。例如，发动机类型可包括火花点火式和压燃式。致动模块224之前的模块，例如推进扭矩仲裁模块206可以是发动机类型通用的，而致动模块224和随后的模块可以是发动机类型专用的。
例如，在火花点火式发动机中，致动模块224可作为缓慢致动器来改变节气门112的开度，其允许大范围的扭矩控制。致动模块224可使用气缸致动器模块120来禁用气缸，这也提供大范围的扭矩控制，但是也可能是缓慢的并且可能涉及驾驶性能和排放问题。致动模块224可使用火花正时作为快速致动器。然而，火花正时可能不能提供大范围的扭矩控制。此外，使用火花正时的改变（被称为火花储备容量）而可能的扭矩控制量可能随空气流的变化而改变。
在各种实施方式中，致动模块224可基于经调节的预测扭矩请求产生空气扭矩请求。空气扭矩请求可等于经调节的预测扭矩请求，设定空气流量使得通过改变其它致动器而实现经调节的预测扭矩请求。
空气控制模块228可基于空气扭矩请求确定期望的致动器值。例如，空气控制模块228可控制期望的歧管绝对压力（MAP）、期望的节流面积和/或期望的每气缸空气量（APC）。期望的MAP可用于确定期望增压，而期望的APC可用于确定期望的凸轮相位器位置。在各种实施方式中，空气控制模块228还可确定EGR阀170的开度的量。
致动模块224还可产生火花扭矩请求、气缸关闭扭矩请求和燃料扭矩请求。火花扭矩请求可由火花控制模块232使用以确定从校准的火花提前延迟多少火花正时（这减小发动机输出扭矩）。
气缸关闭扭矩请求可由气缸控制模块236使用以确定停用多少气缸。气缸控制模块236可指示气缸致动器模块120停用发动机102的一个或多个气缸。在各种实施方式中，可联合地停用预先限定的气缸组。
气缸控制模块236还可指示燃料控制模块240停止提供用于停用气缸的燃料并且可指示火花控制模块232停止提供用于停用气缸的火花。在各种实施方式中，一旦气缸中已经存在的任何燃料/空气混合物燃烧，则火花控制模块232仅停止提供用于该气缸的火花。
在各种实施方式中，气缸致动器模块120可包括液压系统，所述液压系统选择性地从相应的凸轮轴断开用于一个或多个气缸的进气门和/或排气门以便停用这些气缸。仅举例而言，用于一半气缸的气门被气缸致动器模块120作为组液压地联接或断开。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仅通过暂停给气缸供应燃料可停用这些气缸。在这些实施方式中，可省略气缸致动器模块120。
燃料控制模块240可基于来自致动模块224的燃料扭矩请求改变提供给每个气缸的燃料量。在火花点火式发动机的正常操作期间，燃料控制模块240可在空气主导模式下运行，在空气主导模式下，燃料控制模块240通过基于空气流量控制燃料流量来试图维持化学计量的空气/燃料比。燃料控制模块240可确定在与当前每个气缸的空气量组合时将产生化学计量燃烧的燃料质量。燃料控制模块240可指示燃料致动器模块124经由燃料供给速率喷射用于每个启用气缸的该燃料质量。
在压燃式系统中，燃料控制模块240可以在燃料主导模式下运行，在燃料主导模式下，燃料控制模块240在使排放、噪声和燃料消耗最小化的同时确定满足燃料扭矩请求的每个气缸的燃料质量。在燃料主导模式下，空气流量基于燃料流量来控制，并可以被控制以产生贫空气/燃料比。另外，空气/燃料比可以被保持高于预定水平，这可以防止在动态发动机运行条件下的黑烟产生。
模式设定可确定致动模块224如何处理经调节的即时扭矩请求。模式设定可提供给致动模块224，例如通过推进扭矩仲裁模块206，并且可选取包括未激活模式、合意模式、最大范围模式和自动致动模式的模式。
在未激活模式下，致动模块224可忽略经调节的即时扭矩请求并且基于经调节的预测扭矩请求设定发动机输出扭矩。因此，致动模块224可设定火花扭矩请求、气缸关闭扭矩请求和燃料扭矩请求到经调节的预测扭矩请求，其将用于当前发动机空气流量条件下的发动机输出扭矩最大化。可替换地，致动模块224可将这些请求设定到预定（例如越界高出）值以禁止来自延迟火花、停用气缸或减小燃料/空气比的扭矩减小。
在合意模式下，致动模块224将经调节的预测扭矩请求输出为空气扭矩请求并且试图仅通过调节火花提前来实现经调节的即时扭矩请求。因此，致动模块224将经调节的即时扭矩请求输出为火花扭矩请求。火花控制模块232将尽可能大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（由火花延迟可实现的扭矩减小的量），那么可能不能实现扭矩减小。于是发动机输出扭矩将大于经调节的即时扭矩请求。
在最大范围模式下，致动模块224可将经调节的预测扭矩请求输出为空气扭矩请求并且将经调节的即时扭矩请求输出为火花扭矩请求。此外，致动模块224可在仅减小火花提前不能实现经调节的即时扭矩请求时减小气缸关闭扭矩请求（从而停用气缸）。
在自动致动模式下，致动模块224可基于经调节的即时扭矩请求减小空气扭矩请求。在各种实施方式中，可仅在需要允许火花控制模块232通过调节火花提前来实现经调节的即时扭矩请求的程度上减小空气扭矩请求。因此，在自动致动模式下，在尽可能小地调节空气扭矩请求的同时实现经调节的即时扭矩请求。换句话说，通过尽可能大地减小快速响应火花提前使相对缓慢地响应节气门开度的使用最小化。这允许发动机102返回到尽可能迅速地产生经调节的预测扭矩请求。
扭矩估计模块244可估计发动机102的扭矩输出。该估计的扭矩可由空气控制模块228使用以执行对发动机空气流量参数例如节流面积、MAP和相位器位置的闭环控制。例如，可限定例如
(1)                                                
的扭矩关系，其中扭矩（T）是每气缸空气量（APC）、火花提前（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）和启用气缸的数目（#）的函数。额外的变量也可被使用，例如废气再循环（EGR）阀的开度。
该关系可通过方程建模和/或可存储为查询表。扭矩估计模块244可基于测量到的MAF和当前的ES来确定APC，从而允许基于实际空气流量进行闭环空气控制。所使用的进气和排气凸轮相位器位置可基于实际位置，因为相位器可朝期望的位置行进。
可使用实际的火花提前来估计实际的发动机输出扭矩。当校准的火花提前值被用于估计扭矩时，所估计的扭矩可被称为估计到的空气扭矩，或仅被称为空气扭矩。空气扭矩是对如果消除火花延迟（即，火花正时被设定到校准的火花提前值）并且所有气缸被供以燃料则在当前空气流量下发动机可产生多大扭矩的估计。
空气控制模块228可将期望的面积信号输出到节气门致动器模块116。然后节气门致动器模块116调节节气门112来产生期望的节流面积。空气控制模块228可基于逆扭矩模型和空气扭矩请求产生期望的面积信号。空气控制模块228可使用估计到的空气扭矩和/或MAF信号以便执行闭环控制。例如，期望的面积信号可被控制成用于使估计到的空气扭矩和空气扭矩请求之间的差最小化。
空气控制模块228可将期望的歧管绝对压力（MAP）信号输出到增压调度模块248。增压调度模块248使用期望的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（例如，包括涡轮机160-1和压缩机160-2的涡轮增压器）和/或增压机。
空气控制模块228还可将期望的每气缸空气量（APC）信号输出到相位器调度模块252。基于期望的APC信号，相位器调度模块252可使用相位器致动器模块158控制进气凸轮相位器148和/或排气凸轮相位器150的位置。
返回参考火花控制模块232，校准的火花提前值可基于各种发动机运行条件而改变。仅举例而言，扭矩关系可被求逆以求解期望的火花提前。对于给定的扭矩请求（Tdes），可基于
(2) 
确定期望的火花提前（Sdes）。
这种关系可具体化为方程和/或查询表。空气/燃料比（AF）可以是实际的空气/燃料比，如由燃料控制模块240报出的。
当火花提前被设定到校准的火花提前时，由此得到的扭矩可尽可能地接近于平均最优扭矩（MBT）。MBT是指对于给定空气流量，在使用具有比预定阈值更大的辛烷额定值并且使用化学计量供以燃料的情况下在火花提前被增加时所产生的最大发动机输出扭矩。该最大扭矩产生时的火花提前被称为MBT火花。由于例如燃料质量（例如当使用较低的辛烷燃料时）和环境因素，校准的火花提前可稍微不同于MBT火花。因此，校准的火花提前下的扭矩可小于MBT。
返回参考驾驶员扭矩模块202，当ECM 114处于合意模式下时，执行扭矩成形，以消除颠簸和突跳。驾驶员扭矩模块202基于发动机系统100的运行条件激活和去激活合意模式，并使预测扭矩请求和即时扭矩请求成形。运行条件可包括来自ES传感器180的发动机速度、来自VS传感器193的车辆速度、来自TCM 194的变速器输入和来自驾驶员输入模块104的驾驶员输入。运行条件还可以包括来自速度控制模块210的扭矩储备。
驾驶员扭矩模块202输出模式设定，以激活和去激活合意模式。致动模块224接收模式设定。如上所述，当合意模式被激活时，致动模块224可以通过仅调节火花提前来满足经调节的即时扭矩请求。
现在参照图3，驾驶员扭矩模块202可以包括驾驶员扭矩确定模块302、预测扭矩成形模块304、即时扭矩成形模块306和模式选择模块308。驾驶员扭矩确定模块302基于驾驶员输入确定驾驶员扭矩请求。驾驶员输入可基于加速器踏板的位置。驾驶员输入还可基于巡航控制，所述巡航控制可以是改变车速来维持预定跟随距离的自适应巡航控制系统。驾驶员扭矩确定模块302可存储加速器踏板位置与期望扭矩的一个或多个映射，并且可基于所述映射中所选择的一个确定驾驶员扭矩请求。
预测扭矩成形模块304基于驾驶员扭矩请求来成形预测扭矩请求，即时扭矩成形模块306基于驾驶员扭矩请求来成形即时扭矩请求。独立地成形预测扭矩请求和即时扭矩请求，从而为调节缓慢的致动器和快速的致动器提供灵活性，以满足扭矩成形要求。尽管本发明在下面更详细地讨论了成形即时扭矩请求，但是可以以类似的方式来成形预测扭矩请求。
即时扭矩成形模块306基于从传感器和/或其它模块接收的输入来成形即时扭矩请求。传感器输入可以包括来自ECT传感器182的发动机冷却剂温度、来自ES传感器180的发动机速度和来自VS传感器193的车辆速度。模块输入可以包括来自驾驶员扭矩确定模块302的驾驶员扭矩请求、来自驾驶员输入模块104的驾驶员输入和来自TCM模块194的变速器输入。
模式选择模块308输出模式设定，以选择或取消选择合意模式。模式选择模块308可以基于来自ES传感器180的发动机速度和/或基于从其它模块接收的输入来选择或取消选择合意模式。模块输入可以包括来自驾驶员输入模块104的驾驶员输入、来自TCM模块194的变速器输入和来自速度控制模块210的扭矩储备。模块输入还可以包括来自驾驶员扭矩确定模块302的驾驶员扭矩请求和来自即时扭矩成形模块306的即时扭矩请求。
模式选择模块308还可以基于齿轮滑移和响应时间激活和去激活合意模式。齿轮滑移是发动机速度与涡轮速度之间的差。响应时间是在驾驶员按下加速器踏板之后经过的时间。模式选择模块308可以确定齿轮滑移和响应时间，并可以将齿轮滑移和响应时间输出到即时扭矩成形模块306。替代地，模式选择模块308可以从包括即时扭矩成形模块306的其它模块接收齿轮滑移和响应时间。
现在参照图4，即时扭矩成形模块306包括即时扭矩确定模块402、调节速率确定模块404和速率限制确定模块406。即时扭矩确定模块402基于来自调节速率确定模块404的调节速率来确定即时扭矩请求。即时扭矩确定模块402可以存储在先前的控制环迭代中确定的先前的即时扭矩请求，并可以基于先前的即时扭矩请求确定即时扭矩请求。
调节速率可以是百分比，在这种情况下，即时扭矩确定模块402可以基于先前的即时扭矩请求与调节速率的乘积来确定调节量。即时扭矩确定模块402可以基于先前的即时扭矩请求与调节量的和来确定即时扭矩请求。调节速率可以是扭矩值，在这种情况下，即时扭矩确定模块404可以基于先前的即时扭矩请求与调节速率的和来确定即时扭矩请求。
调节速率确定模块404可以基于来自驾驶员扭矩确定模块302的调节速率和来自模式选择模块308的响应时间来确定驾驶员扭矩请求。调节速率可以确定成：当车辆加速度等于由驾驶员请求的峰值加速度的预定百分比时，确保响应时间小于预定时间。预定时间可以是0.4秒（s）或更少，预定百分比可以是50%。
当来自模式选择模块308的模式设定指示合意模式被激活时，调节速率确定模块404还基于速率限制确定调节速率。当合意模式被激活时，调节速率确定模块404可以如上所述来确定调节速率，然后施加速率限制来限制调节速率。当即时扭矩与游隙区扭矩之间的差小于扭矩阈值时，施加速率限制可以减小调节速率。例如，扭矩阈值可以在0牛顿-米（Nm）和50Nm之间。
速率限制确定模块406可以接收来自传感器和其它模块的输入。传感器输入可以包括来自ECT传感器182的发动机冷却剂温度、来自ES传感器180的发动机速度和来自VS传感器193的车辆速度。模块输入可以包括来自模式选择模块308的齿轮滑移、来自驾驶员输入模块104的驾驶员输入和来自TCM模块194的变速器输入。另外，速率限制模块可以接收来自游隙区扭矩确定模块408和发动机加速度确定模块410的输入。
游隙区扭矩确定模块408基于发动机速度和变速器档位确定游隙区扭矩。还可以基于车辆速度和/或车辆加速度来确定游隙区扭矩。可以通过对车辆速度求微分来确定车辆加速度。可以基于发动机速度、变速器档位、车辆速度和游隙区扭矩之间的预定关系来确定游隙区扭矩。
发动机加速度确定模块410基于发动机速度确定发动机加速度。发动机加速度确定模块410可以对发动机速度求微分来获得发动机加速度。速率限制确定模块406从游隙区扭矩确定模块408接收游隙区扭矩，并从发动机加速度确定模块410接收发动机加速度。
速率限制确定模块406基于游隙区邻近度来确定速率限制。游隙区邻近度是游隙区扭矩与先前的即时扭矩请求之间的差。速率限制可以随着游隙区邻近度减小而降低。以这种方式，速率限制减小了游隙区中的即时扭矩请求的调节速率，由此限制发动机系统100的扭矩输出，以消除颠簸和突跳。
速率限制确定模块406还可以基于变速器档位、发动机速度、发动机加速度、车辆速度、齿轮滑移、踏板位置和发动机冷却剂温度来确定速率限制。速率限制可以基于游隙区邻近度和变速器档位来确定，然后可以基于发动机速度、发动机加速度、车辆速度、齿轮滑移、踏板位置和/或发动机冷却剂温度来修正。速率限制可以与基于加速感受和诸如排放的其它因素的这些输入直接相关或反向相关。
速率限制可以与变速器档位、发动机速度、齿轮滑移和踏板压下百分比直接相关。踏板压下百分比可以基于踏板位置来确定。速率限制可以与发动机加速度和发动机冷却剂温度反向相关。
现在参照图5，模式选择模块308包括齿轮滑移确定模块502、响应时间确定模块504和模式激活模块506。齿轮滑移确定模块502从ES传感器180接收发动机速度，并从TCM 194接收变速器输入。齿轮滑移确定模块502基于发动机速度和涡轮速度之间的差确定齿轮滑移。
响应时间确定模块504从驾驶员输入模块104接收驾驶员输入。响应时间确定模块504基于踏板位置确定响应时间。可以使用当驾驶员压下加速器踏板时经历的计时器来确定响应时间。
模式激活模块506从齿轮滑移确定模块502接收齿轮滑移，并从响应时间确定模块504接收响应时间。模式激活模块506基于齿轮滑移和响应时间经由模式设定来激活和去激活合意模式。
随着发动机输出扭矩接近游隙区，模式激活模块506激活合意模式。齿轮滑移和响应时间可以用于确定发动机输出扭矩何时正在接近游隙区。因此，当齿轮滑移大于第一滑移阈值时，和/或当响应时间大于第一时间阈值时，模式激活模块506可以激活合意模式。第一滑移阈值可以在每分钟0转（rpm）和100rpm之间，或者为大约0rpm。第一时间阈值可以在0.2s和0.4s之间，或者为大约0.2s。
当发动机输出扭矩在游隙区之外时，模式激活模块506将合意模式去激活。当齿轮滑移大于第二滑移阈值时，和/或当响应时间大于第二时间阈值时，模式激活模块506可以将合意模式去激活。第二滑移阈值可以在200rpm和300rpm之间，或者为大约200rpm。第二时间阈值可以在0.4s和0.5s之间，或者为大约0.4s。
在各种条件下，当驾驶员减油门（即，释放加速器踏板）以使颠簸和继续滑行最小化时，可以激活合意模式。当车辆加速而不是由驾驶员请求的减速时，发生继续滑行。当在驾驶员减油门时激活合意模式时，在驾驶员加油门（即，压下加速器踏板）时合意模式可以是活跃的（active）。另外，合意模式可以保持为活跃的，直到齿轮滑移大于第二滑移阈值和/或响应时间大于第二时间阈值。
模式选择模块308还可以包括扭矩输出确定模块508和踏板扭矩确定模块510。输出扭矩确定模块508接收来自ES传感器180的发动机速度和来自TCM 194的变速器输入。输出扭矩确定模块508基于发动机速度和变速器档位确定发动机输出扭矩。
踏板扭矩确定模块510基于期望的发动机扭矩确定零踏板扭矩。零踏板扭矩是当驾驶员离开加速器踏板（即，当加速器踏板处于零加速器踏板位置时）的扭矩值。可以调节期望的发动机扭矩，以将发动机速度保持在期望的速度，该期望的速度可以是预定的。
模式激活模块506可以接收来自输出扭矩确定模块508的发动机输出扭矩和来自踏板扭矩确定模块510的零踏板扭矩。模式激活模块506还可以接收来自速度控制模块210的扭矩储备和来自即时扭矩成形模块306的即时扭矩请求。
模式激活模块506可以基于发动机扭矩输出、零踏板扭矩、即时扭矩请求和扭矩储备激活和去激活合意模式。当扭矩储备大于零时，可以激活合意模式。当即时扭矩请求与发动机扭矩输出或零踏板扭矩之间的差大于扭矩阈值时，可以将合意模式去激活。
现在参照图6，用于控制扭矩的方法开始于602。在604，该方法判断驾驶员是否在车辆正在滑行的同时压下加速器踏板。该方法可以基于加速器踏板位置做出该判断。如果604为否，则该方法在604继续做出该判断。如果604为是，则该方法在606继续。
在606，该方法基于加速器踏板被压下的量增大即时扭矩请求。在608，该方法确定响应时间。可以使用在驾驶员压下加速器踏板时开始的计时器来确定响应时间。在610，该方法确定齿轮滑移。齿轮滑移是发动机速度与涡轮机速度之间的差。
在612，该方法判断是否激活合意模式。如果在减油门期间合意模式被激活，则合意模式在加油门之前可以是活跃的。如果612为否，则该方法在614继续。如果612为是，则该方法在620继续。在合意模式下，限制即时扭矩请求的调节速率，以限制游隙区中的发动机输出扭矩。这限制了游隙区中的加速度的速率，由此消除了颠簸和突跳，从而改善了加速期间的驾驶员感受。
在614，该方法判断响应时间是否大于第一时间阈值。当发动机输出扭矩接近游隙区时，可以确定第一时间阈值以使响应时间大于第一时间阈值。第一时间阈值可以在0.2s和0.4s之间，或者为大约0.2s。如果614为否，则该方法继续至618。如果614为是，则该方法在620继续。
在618，该方法判断齿轮滑移是否大于第一滑移阈值。当发动机输出扭矩接近游隙区时，可以确定第一滑移阈值以使齿轮滑移大于第一滑移阈值。第一滑移阈值可以在0rpm和100rpm之间，或者为大约0rpm。如果618为否，则该方法继续至606。如果618为是，则该方法在620继续。在620，该方法激活合意模式，并继续至606。
在616，该方法确定游隙区扭矩。该方法基于发动机速度和变速器档位确定游隙区扭矩。该方法还可以基于车辆速度和/或车辆加速度确定游隙区扭矩。可以通过对车辆速度求微分来确定车辆加速度。该方法在622继续。
在622，该方法限制即时扭矩请求的扭矩调节速率。该方法可以基于速率限制来限制扭矩调节速率。基于变速器档位以及游隙区扭矩与先前的即时扭矩请求之间的差来确定速率限制。还可以基于齿轮滑移、发动机速度、发动机加速度和踏板位置来确定速率限制。
在624，该方法判断响应时间是否大于第二时间阈值。当发动机输出扭矩已经穿过游隙区时，可以确定第二时间阈值以使响应时间大于第二时间阈值。第二时间阈值可以在0.4s和0.5s之间，或者为大约0.4s。如果624为否，则该方法继续至626。如果624为是，则该方法在628继续。
在626，该方法判断齿轮滑移是否大于第二滑移阈值。当发动机输出扭矩已经穿过游隙区时，可以确定第二滑移阈值以使齿轮滑移大于第二滑移阈值。第二滑移阈值可以在200rpm和300rpm之间，或者为大约200rpm。如果626为否，则该方法继续至606。如果626为是，则该方法在628继续。
在628，该方法将合意模式去激活。该方法可以基于其它发动机运行条件和/或控制值将合意模式去激活。例如，该方法可以基于即时扭矩请求和发动机输出扭矩之间的差将合意模式去激活。另外，该方法可以基于零踏板扭矩和发动机输出扭矩之间的差将合意模式去激活。该方法可以在630结束。
现在参照图7，曲线图示出了根据本发明原理的预测扭矩请求702和即时扭矩请求704。预测扭矩请求702和即时扭矩请求704产生发动机输出扭矩706。响应于在708发生的驾驶员加油门产生预测扭矩请求702和即时扭矩请求704。在驾驶员加油门之后，基于加速器踏板压下的百分比增大预测扭矩请求702和即时扭矩请求704。
即时扭矩请求704表示当驾驶员加油门时在合意模式为活跃时的即时扭矩请求。在各种条件下，合意模式可以在减油门期间被激活，并可以在驾驶员加油门时保持为活跃。即时扭矩请求710表示在合意模式为非活跃的同时当驾驶员加油门时的即时扭矩请求。因为即时扭矩请求704被限制在合意模式下，所以当驾驶员加油门时，即时扭矩请求710大于即时扭矩请求704。
在712，如果合意模式在先前的减油门期间为非活跃，则激活合意模式，以限制即时扭矩请求704的调节速率。当即时扭矩请求704大于第一扭矩阈值714时，可以激活合意模式。替代地，当响应时间大于第一时间阈值时和/或当齿轮滑移大于第一滑移阈值时，可以激活合意模式。在任一情况下，当即时扭矩请求704小于游隙区扭矩716时，激活合意模式。继而，当即时扭矩请求704处于或接近游隙区扭矩716时，限制即时扭矩请求704的调节速率。
在718，将合意模式去激活，并停止即时扭矩请求704、710的成形。当即时扭矩请求704、710大于第二扭矩阈值720时，可以将合意模式去激活。替代地，当响应时间大于第二时间阈值和/或当齿轮滑移大于第二滑移阈值时，可以将合意模式去激活。在任一情况向，当即时扭矩请求704大于游隙区扭矩716时，将合意模式去激活。
本发明的广义教导可以以各种形式实施。因此，虽然本发明包括具体示例，但是，本发明的真正范围不应局限于此，因为在研究附图、说明书和下面权利要求书的基础上其他修改对于本领域技术人员来说将是显而易见的。

Claims (20)

1.一种控制系统，其包括：
驾驶员扭矩确定模块，当驾驶员在车辆滑行的情况下压下加速器踏板时，所述驾驶员扭矩确定模块确定驾驶员扭矩请求；
游隙区扭矩确定模块，所述游隙区扭矩确定模块基于变速器档位和发动机速度确定游隙区扭矩；
速率限制确定模块，所述速率限制确定模块基于先前的即时扭矩请求、所述游隙区扭矩和所述变速器档位确定调节速率限制；以及
即时扭矩确定模块，所述即时扭矩确定模块基于所述驾驶员扭矩请求确定当前的即时扭矩请求，并基于所述调节速率限制选择性地确定所述当前的即时扭矩请求。
2.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，其还包括：
响应时间确定模块，所述响应时间确定模块基于在驾驶员压下所述加速器踏板之后经过的时间来确定响应时间；以及
齿轮滑移确定模块，所述齿轮滑移确定模块基于所述发动机速度和涡轮机速度确定齿轮滑移，其中，当所述响应时间和所述齿轮滑移中的至少一个满足第一标准时，所述即时扭矩确定模块基于所述调节速率限制确定所述当前的即时扭矩请求。
3.根据权利要求2所述的控制系统，其特征在于，当所述响应时间大于时间阈值以及所述齿轮滑移大于滑移阈值中的至少一个时，所述即时扭矩确定模块基于所述调节速率限制确定所述当前的即时扭矩请求。
4.根据权利要求2所述的控制系统，其特征在于，当所述响应时间大于时间阈值以及所述齿轮滑移大于滑移阈值中的至少一个时，所述即时扭矩确定模块避免基于所述调节速率限制确定所述当前的即时扭矩请求。
5.根据权利要求2所述的控制系统，其特征在于，所述速率限制确定模块基于踏板位置、所述齿轮滑移和所述发动机速度确定所述调节速率限制。
6.根据权利要求2所述的控制系统，其特征在于，其还包括：调节速率确定模块，当所述响应时间和所述齿轮滑移中的所述至少一个满足所述第一标准时，所述调节速率确定模块基于所述调节速率限制确定调节速率，其中，所述即时扭矩确定模块基于所述调节速率确定所述当前的即时扭矩请求。
7.根据权利要求6所述的控制系统，其特征在于，当所述先前的即时扭矩请求与所述游隙区扭矩之间的差小于扭矩阈值时，所述调节速率确定模块在施加所述调节速率限制的同时减小所述调节速率。
8.根据权利要求2所述的控制系统，其特征在于，其还包括：
输出扭矩确定模块，所述输出扭矩确定模块基于所述发动机速度和所述变速器档位确定发动机输出扭矩；以及
踏板扭矩确定模块，所述踏板扭矩确定模块基于在零加速器踏板位置时的期望的发动机扭矩确定零踏板扭矩，其中，当所述发动机输出扭矩和所述零踏板扭矩中的至少一个满足第二标准时，所述即时扭矩确定模块基于所述调节速率限制确定所述当前的即时扭矩请求。
9.根据权利要求2所述的控制系统，其特征在于，其还包括：速度控制模块，当基于期望的发动机速度控制发动机输出扭矩时，所述速度控制模块选择性地产生扭矩储备以防止发动机停止，其中，当所述扭矩储备满足第二标准时，所述即时扭矩确定模块基于所述调节速率限制确定所述当前的即时扭矩请求。
10.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，其还包括：致动模块，所述致动模块基于所述当前的即时扭矩请求控制火花正时。
11.一种扭矩控制方法，所述方法包括：
当驾驶员在车辆滑行的情况下压下加速器踏板时，确定驾驶员扭矩请求；
基于变速器档位和发动机速度确定游隙区扭矩；
基于先前的即时扭矩请求、所述游隙区扭矩和所述变速器档位确定调节速率限制；
基于所述驾驶员扭矩请求确定当前的即时扭矩请求；以及
基于所述调节速率限制选择性地确定所述当前的即时扭矩请求。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，其还包括：
基于在驾驶员压下所述加速器踏板之后经过的时间来确定响应时间；以及
基于所述发动机速度和涡轮机速度确定齿轮滑移；以及
当所述响应时间和所述齿轮滑移中的至少一个满足第一标准时，基于所述调节速率限制确定所述当前的即时扭矩请求。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，其还包括：当所述响应时间大于时间阈值以及所述齿轮滑移大于滑移阈值中的至少一个时，基于所述调节速率限制确定所述当前的即时扭矩请求。
14.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，其还包括：当所述响应时间大于时间阈值以及所述齿轮滑移大于滑移阈值中的至少一个时，避免基于所述调节速率限制确定所述当前的即时扭矩请求。
15.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，其还包括：基于踏板位置、所述齿轮滑移和所述发动机速度确定所述调节速率限制。
16.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，其还包括：
当所述响应时间和所述齿轮滑移中的所述至少一个满足所述第一标准时，基于所述调节速率限制确定调节速率；以及
基于所述调节速率确定所述当前的即时扭矩请求。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，其还包括：当所述先前的即时扭矩请求与所述游隙区扭矩之间的差小于扭矩阈值时，在施加所述调节速率限制的同时减小所述调节速率。
18.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，其还包括：
基于所述发动机速度和所述变速器档位确定发动机输出扭矩；
基于在零加速器踏板位置时的期望的发动机扭矩确定零踏板扭矩；以及
当所述发动机输出扭矩和所述零踏板扭矩中的至少一个满足第二标准时，基于所述调节速率限制确定所述当前的即时扭矩请求。
19.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，其还包括：
当基于期望的发动机速度控制发动机输出扭矩时，选择性地产生扭矩储备以防止发动机停止；以及
当所述扭矩储备满足第二标准时，基于所述调节速率限制确定所述当前的即时扭矩请求。
20.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，其还包括：基于所述当前的即时扭矩请求控制火花正时。
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