CN103362676A - 用于控制发动机速度的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于控制发动机速度的系统和方法，具体地，根据本公开的原理的系统包括：增益确定模块、期望转矩确定模块、和发动机工作控制模块。增益确定模块基于发动机的期望速度和发动机实际速度的变化率来确定增益。期望转矩确定模块基于该增益以及实际速度与期望速度之间的差值来确定期望转矩。发动机工作控制模块基于期望转矩来控制节气门面积、点火正时、和燃料加注速率中的至少一个。

Description

用于控制发动机速度的系统和方法
技术领域
本公开涉及内燃发动机，更具体地，涉及用于控制发动机速度的系统和方法。
背景技术
本文提供的背景技术描述为了从总体上介绍本发明的背景。当前署名的发明人的工作——以在此背景技术部分中所描述的为限——以及在提交时否则可能不构成现有技术的该描述的各方面，既不明示地也不默示地被承认为是针对本发明的现有技术。
内燃发动机通过燃烧气缸内的空气与燃料的混合物来驱动活塞，从而产生驱动转矩。利用节气门来调节流入发动机的空气流量。更具体地，节气门调整节气门面积，从而增加或减小流入发动机的空气流量。当节气门面积增大时，进入发动机的空气流量增加。燃料控制系统调整燃料的喷射速率，以便把期望的空气/燃料混合物提供给气缸并且/或者获得期望的转矩输出。增加提供给气缸的空气和燃料的量可增加发动机的转矩输出。
在火花点火式发动机中，火花引发提供给气缸的空气/燃料混合物的燃烧。在压燃式发动机中，气缸内的压缩使提供给气缸的空气/燃料混合物燃烧。点火正时和空气流量可以是用于调整火花点火式发动机的转矩输出的主要途径，而燃料流量可以是用于调整压燃式发动机转矩输出的主要途径。
已开发出用于控制发动机输出转矩以便获得期望转矩的发动机控制系统。然而，传统发动机控制系统并不如期望那样准确地控制发动机输出转矩。此外，传统发动机控制系统并不提供对控制信号的快速响应、或者在影响发动机输出转矩的各种装置之间协调发动机转矩控制。
发明内容
根据本公开原理的系统包括增益确定模块、期望转矩确定模块、和发动机工作控制模块。增益确定模块基于发动机期望速度和发动机实际速度的变化率来确定增益。期望转矩确定模块基于该增益以及实际速度与期望速度之间的差值来确定期望转矩。发动机工作控制模块基于该期望转矩来控制节气门面积、点火正时、和燃料加注速率中的至少一个。
本发明还涉及以下技术方案。
方案1. 一种系统，包括：
增益确定模块，所述增益确定模块基于发动机的期望速度和所述发动机的实际速度的变化率来确定增益；
期望转矩确定模块，所述期望转矩确定模块基于所述增益以及所述实际速度与所述期望速度之间的差值来确定期望转矩；以及
发动机工作控制模块，所述发动机工作控制模块基于所述期望转矩来控制节气门面积、点火正时、和燃料加注速率中的至少一个。
方案2. 如方案1所述的系统，还包括实际速度确定模块，所述实际速度确定模块确定在连续点火时段期间的实际速度，其中点火时段是连续点火事件之间的时段。
方案3. 如方案1所述的系统，其中，当满足第一条件时所述增益确定模块选择性地增大所述增益，并且当节气门前后的压力比小于第一比率并且所述实际速度的变化率小于第一变化率时满足所述第一条件。
方案4. 如方案3所述的系统，还包括第一变化率确定模块，所述第一变化率确定模块基于所述期望速度、附件负荷、以及静态换档是否在进行中中的至少一个来确定所述第一变化率，其中，所述静态换档是从驻车档和空档中的一种到前进档和倒档中的一种的变速器换档。
方案5. 如方案3所述的系统，其中，所述增益确定模块增大所述增益达第一预定时段，所述第一预定时段基于节气门面积增大与歧管压力响应于所述节气门面积增大而增大之间的延迟。
方案6. 如方案5所述的系统，其中，当所述第一预定时段结束时所述增益确定模块停止增大所述增益，并且在所述第一预定时段结束之后阻止增大所述增益达第二预定时段。
方案7. 如方案3所述的系统，还包括节气门面积确定模块，当满足所述第一条件时所述节气门面积确定模块基于期望歧管压力来确定所述节气门面积。
方案8. 如方案1所述的系统，其中，所述增益包括比例增益和积分增益中的至少一个。
方案9. 如方案8所述的系统，其中，当所述实际速度与所述期望速度之间的差值大于第一速度时，所述增益确定模块减小所述积分增益。
方案10. 如方案1所述的系统，其中，当所述期望转矩大于第一转矩时，所述期望转矩确定模块阻止以快于第一速率的速率调整所述期望转矩。
方案11. 一种方法，包括：
基于发动机的期望速度和所述发动机的实际速度的变化率来确定增益；
基于所述增益以及所述实际速度与所述期望速度之间的差值来确定期望转矩；以及
基于所述期望转矩来控制节气门面积、点火正时、和燃料加注速率中的至少一个。
方案12. 如方案11所述的方法，还包括确定在连续点火时段期间的实际速度，其中，点火时段是连续点火事件之间的时段。
方案13. 如方案11所述的方法，还包括当满足第一条件时选择性地增大所述增益，其中，当节气门前后的压力比小于第一比率且所述实际速度的变化率小于第一变化率时满足所述第一条件。
方案14. 如方案13所述的方法，还包括基于所述期望速度、附件负荷中、以及静态换档是否在进行中中的至少一个来确定所述第一变化率，其中，所述静态换档是从驻车档和空档中的一种到前进档和倒档中的一种的变速器换档。
方案15. 如方案13所述的方法，还包括增大所述增益达第一预定时段，所述第一预定时段基于节气门面积增大与歧管压力响应于所述节气门面积增大而增大之间的延迟。
方案16. 如方案15所述的方法，还包括当所述第一预定时段结束时停止增大所述增益，并且在所述第一预定时段结束之后阻止增大所述增益达第二预定时段。
方案17. 如方案13所述的方法，还包括当满足所述第一条件时基于期望歧管压力来确定所述节气门面积。
方案18. 如方案11所述的方法，其中，所述增益包括比例增益和积分增益中的至少一个。
方案19. 如方案18所述的方法，还包括当所述实际速度与所述期望速度之间的差值大于第一速度时减小所述积分增益。
方案20. 如方案11所述的方法，还包括当所述期望转矩大于第一转矩时阻止以快于第一速率的速率调整所述期望转矩。
基于下文中所提供的详细说明，本公开的进一步的应用范围将变得显见。应当理解的是，详细说明和具体实例的意图只是以说明为目的，而非意图限制本公开的范围。
附图说明
基于详细说明和附图将更充分地理解本公开。
图1是根据本公开原理的示例性发动机系统的功能方框图。
图2是根据本公开原理的示例性发动机控制系统的功能方框图。
图3是根据本公开原理的第一示例性控制模块的功能方框图。
图4是根据本公开原理的第二示例性控制模块的功能方框图。
图5是根据本公开原理的第三示例性控制模块的功能方框图。
图6是说明根据本公开原理的第一示例性控制方法的流程图。
图7是说明根据本公开原理的第二示例性控制方法的流程图。
具体实施方式
发动机控制模块(ECM)可在速度模式中运行，在该模式中ECM把发动机的实际速度维持在期望速度。ECM 可通过调整致动器值(例如节气门面积、点火正时、和/或燃料加注速率)来控制实际速度。当发动机处于怠速状态时可启用速度模式。如果在启用了速度模式时向发动机施加负荷，那么实际速度可减小到小于期望速度。这可称为发动机速度下降（engine speed droop）。
根据在施加负荷前是否把该负荷告知ECM，施加给发动机的负荷可以是已知负荷或者未知负荷。在施加负荷前ECM可通过增加怠速速度并且/或者形成转矩储备来补偿已知负荷以防止失速。可通过延迟点火正时而产生转矩储备，并且通过调整其它致动器值来补偿 所造成的转矩减小。然后，当施加负荷时ECM可通过提前点火正时来维持速度。然而，增加怠速速度或形成转矩储备会降低燃料经济性，延迟点火正时可导致断火。
施加给发动机的负荷类型可影响从施加负荷时起到把实际速度增加到期望速度时的响应时间。通常，基于已知负荷来调整转矩储备和怠速速度。然而，未知负荷(诸如动力转向负荷或发电机负荷)可使发动机负荷增加100%以上，这会导致失速。因此，可通过增加转矩储备和怠速速度来补偿未知负荷，与补偿已知负荷相比这导致燃料经济性的更大下降。另外，施加未知负荷时的响应时间会大于施加已知负荷时的响应时间，从而导致发动机速度下降更加明显。
根据本公开原理的控制系统和方法改进了施加负荷时的响应时间，因此可在不增加发动机速度下降的情况下降低转矩储备和怠速速度。例如，当驾驶员转动方向盘同时发动机处于怠速状态时，转向操纵会导致动力转向管路(power steering line)的弯曲，从而增加动力转向负荷。这可称为动力转向限制（power steering cramp）。如果当发动机处于550转/分钟(RPM)的怠速状态且把转矩储备设定为12牛顿米(Nm)时驾驶员转动方向盘，那么转向操纵会引起动力转向限制从而使发动机失速。然而，根据本公开的控制系统和方法可防止这些情况下的发动机失速。
根据本公开的控制系统和方法可通过在某些情况下以瞬态模式运行而改进响应时间。当发动机速度的变化率大于第一变化率且节气门前后的压力比率小于第一比率时，可启用瞬态模式。可在每个点火时段内对发动机速度进行采样(即，每个在连续点火事件之间的时段)。可基于期望速度、附件负荷(例如空气调节器压缩机负荷)、和/或静态换档（garage shift）是否在进行中来确定第一变化率。静态换档是从驻车档或空档到前进档或倒档的换档。
为了改进发动机速度稳定性，在禁用瞬态模式后可不启用瞬态模式达预定时段。可基于从增大节气门面积的第一时刻到歧管压力响应于节气门面积增大而增加的第二时刻的延迟时段而预先确定第一时段。可启用瞬态模式达预定时段。
可把由发动机所产生的实际转矩维持在产生期望速度的期望转矩，并且可基于期望转矩来调整致动器值。为了避免节气门面积超调，当期望转矩大于第一转矩时不可以以快于第一速率的速率调整期望转矩。比例增益和积分增益可用于减小实际转矩与期望转矩之间的差值。当禁用瞬态模式时可把这些增益设定为基准值，并且当启用瞬态模式时可把这些增益设定为大于基准值的值。此外，可基于期望速度和发动机速度的变化率来确定这些增益以改进响应时间。
当禁用瞬态模式时，为了提高稳定性，可基于实际歧管压力来确定节气门面积。当启用瞬态模式时，可基于期望歧管压力来确定节气门面积。当禁用瞬态模式时可为燃料经济性而优化凸轮相位器位置，并且当启用瞬态模式时可为转矩输出而优化凸轮相位器位置。
现在参照图1，图中给出了示例性发动机系统100的功能方框图。发动机系统100包括发动机102，发动机102基于来自驾驶员输入模块104的驾驶员输入来燃烧空气/燃料混合物从而产生用于车辆的驱动转矩。空气经过进气系统108被吸入发动机102。仅仅是举例，进气系统108可包括进气歧管110和节气门112。仅仅是举例，节气门112可包括具有旋转叶片的蝶阀。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的开度从而控制吸入进气歧管110的空气量。
来自进气歧管110的空气被吸入发动机102的气缸。虽然发动机102可包括多个气缸，但以说明为目的仅示出了单个代表性的气缸118。仅仅是举例，发动机102可包括2、3、4、5、6、8、10和/或12个气缸。ECM 114可命令气缸致动器模块120选择性地停用部分气缸，由此在某些发动机工况下可提高燃料经济性。
发动机102可利用四冲程循环而工作。下述四个冲程称为进气冲程、压缩冲程、燃烧冲程、和排气冲程。在曲轴(未图示)的每次旋转期间，在气缸118内发生四个冲程中的两个冲程。因此，为了让气缸118经历所有四个冲程，曲轴必须旋转两次。
在进气冲程期间，来自进气歧管110的空气经过进气门122被吸入气缸118。ECM 114控制燃料致动器模块124，燃料致动器模块124通过调节燃料喷射而获得期望的空气/燃料比。可在中央位置或多个位置(例如靠近各气缸的进气门122的位置)把燃料喷射入进气歧管110。在各种实施例(未图示)中，可把燃料直接喷射入气缸或者与气缸相关联的混合室。燃料致动器模块124可暂停向被停用的气缸喷射燃料。
在气缸118中喷射的燃料与空气混合而形成空气/燃料混合物。在压缩冲程期间，气缸118内的活塞(未图示)压缩空气/燃料混合物。发动机102可以是压燃式发动机，在此情况下气缸118中的压缩点燃空气/燃料混合物。可替代地，发动机102可以是火花点火式发动机，在此情况下点火致动器模块126基于来自ECM 114的信号给气缸118中的火花塞128通电，从而点燃空气/燃料混合物。可相对于活塞处在其最高位置的时刻(称为上止点(TDC))来指定点火正时。
可用规定在TDC之前或之后多远处产生火花的正时信号来控制点火致动器模块126。因为活塞位置与曲轴旋转直接相关，所以点火致动器模块126的操作可与曲轴角度同步。在各种实施例中，点火致动器模块126可暂停向停用的气缸提供火花。
产生火花可称为点火事件。点火致动器模块126可具有改变各点火事件的点火正时的能力。当在上一次点火事件与下一次点火事件之间改变点火正时信号时，点火致动器模块126甚至能够改变下一次点火事件的点火正时。
在燃烧冲程期间，空气/燃料混合物的燃烧驱动活塞向下运动，由此驱动曲轴。燃烧冲程可定义为活塞到达TDC时与活塞返回到下止点(BDC)时之间的时间。
在排气冲程期间，活塞开始从BDC向上运动并经过排气门130排出燃烧副产物。燃烧副产物经由排气系统134从车辆中排出。
可利用进气凸轮轴140来控制进气门122，同时可利用排气凸轮轴142来控制排气门130。在各种实施例中，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)并且/或者可控制多个气缸排(包括气缸118)的进气门(包括进气门122)。类似地，多个排气凸轮轴(包括排气凸轮轴142)可控制气缸118的多个排气门并且/或者可控制多个气缸排(包括气缸118)的排气门(包括排气门130)。
气缸致动器模块120可通过禁止进气门122和/或排气门130的打开而停用气缸118。在各种其它实施例中，可利用除凸轮轴外的装置(例如电磁致动器)来控制进气门122和/或排气门130。
可利用进气凸轮相位器148改变相对于活塞TDC的打开进气门122的时刻。可利用排气凸轮相位器150改变相对于活塞 TDC的打开排气门130的时刻。相位器致动器模块158可基于来自ECM 114的信号来控制进气凸轮相位器148和排气凸轮相位器150。当被实施时，也可利用相位器致动器模块158来控制可变气门升程(未图示)。
发动机系统100可包括增压装置，该增压装置把加压空气提供给进气歧管110。例如，图1示出了涡轮增压器，该涡轮增压器包括由流经排气系统134的热排气提供动力的热涡轮160-1。涡轮增压器还包括由涡轮160 1驱动的冷空气压缩机160-2，该压缩机压缩导入节气门112的空气。在各种实施例中，被曲轴所驱动的机械增压器(未图示)可压缩来自节气门112的空气并把压缩空气输送至进气歧管110。
废气门162可允许排气绕过涡轮160 1，由此减小涡轮增压器的增压(进气压缩量)。ECM 114可经由增压致动器模块164来控制涡轮增压器。增压致动器模块164可通过控制废气门162的位置来调整涡轮增压器的增压。在各种实施例中，可由增压致动器模块164来控制多个涡轮增压器。涡轮增压器可具有可由增压致动器模块164控制的可变几何构造。
中间冷却器(未图示)可耗散压缩空气充气中所含热量的一部分，该热量是空气被压缩时产生的。压缩空气充气也可已吸收了来自排气系统134的部件的热量。尽管以说明为目的图示为分离的，但涡轮160-1和压缩机160-2可相互附接，从而使进气非常靠近热排气。
发动机系统100可包括排气再循环(EGR)阀170，该阀选择性地改变排气的流向使其返回进气歧管110。EGR阀170可位于涡轮增压器的涡轮160-1的上游。可利用EGR致动器模块172来控制EGR阀170。
发动机系统100可利用RPM传感器180测量曲轴的速度(单位为转/分钟(RPM))。可利用发动机冷却剂温度(ECT)传感器182测量发动机冷却剂的温度。ECT传感器182可位于发动机102内部或者冷却剂循环流经的其它位置(例如散热器(未图示))。
可利用环境空气压力(AAP)传感器183测量环境空气压力。可利用歧管绝对压力(MAP)传感器184测量进气歧管110内部的压力。在各种实施例中，可测量发动机真空度，该真空度是环境空气压力与进气歧管110内压力之间的差。可利用空气质量流量(MAF)传感器186来测量流入进气歧管110的空气的质量流量。在各种实施例中，MAF传感器186可位于一壳体中，该壳体中还包括节气门112。
节气门致动器模块116可利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。可利用进气温度(IAT)传感器192测量被吸入发动机102的空气的环境温度。ECM 114可利用来自这些传感器的信号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194进行通信联系以协调变速器(未图示)中的换档。例如，在换档期间ECM 114可减小发动机转矩。ECM 114可与混合动力控制模块196进行通信联系以协调发动机102与电动机198的运行。
电动机198也可起发电机的作用，并且可用于产生被车辆电动系统使用和/或用于储存在蓄电池中的电能。在各种实施例中，可把ECM 114、变速器控制模块194、和混合动力控制模块196的各种功能并入一个或多个模块。
改变发动机参数的各系统可称为致动器，该致动器接收致动器值。例如，节气门致动器模块116 可称为致动器，节气门打开面积可称为致动器值。在图1的实例中，节气门致动器模块116通过调整节气门112的叶片角度而获得节气门打开面积。
类似地，点火致动器模块126可称为致动器，而相应的致动器值可以是相对于气缸TDC的点火提前的量。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。就这些致动器而言，致动器值可分别对应于启用气缸的数量、燃料加注速率、进气和排气凸轮相位器角度、增压压力、和EGR阀打开面积。ECM 114可控制致动器值从而导致发动机102产生期望的发动机输出转矩。
现在参照图2，图中给出了示例性发动机控制系统的功能方框图。ECM 114的一个示例性实施例包括驾驶员转矩模块202。驾驶员转矩模块202可基于来自驾驶员输入模块104的驾驶员输入来确定驾驶员转矩请求。驾驶员输入可以基于加速器踏板的位置。驾驶员输入也可以基于巡航控制，该巡航控制可以是改变车辆速度以维持预定跟随距离的自适应巡航控制系统。驾驶员转矩模块202可存储加速器踏板位置与期望转矩的一个或多个映射，并且可基于所选择的一个映射来确定驾驶员转矩请求。
车轴转矩仲裁模块204在来自驾驶员转矩模块202的驾驶员转矩请求与其它车轴转矩请求之间进行仲裁。可由各种源(包括发动机和/或电动机)产生车轴转矩(车轮处的转矩)。转矩请求可包括绝对转矩请求和相对转矩请求以及升降请求(ramp request)。仅仅是举例，升降请求可包括使转矩斜降（ramp down）至最小发动机关闭转矩或者使转矩从最小发动机关闭转矩斜升（ramp up）的请求。相对转矩请求可包括暂时或持续的转矩减小或转矩增大。
车轴转矩请求可包括当检测到正的车轮滑动时由牵引控制系统所请求的转矩减小。当车轴转矩克服车轮与道路表面之间的摩擦且车轮开始在道路表面上滑动时，发生正的车轮滑动。车轴转矩请求也可包括对抗负的车轮滑动(其中车辆轮胎相对于道路表面滑动，因为车轴转矩是负的)的转矩增大请求。
车轴转矩请求也可包括制动管理请求和车辆超速转矩请求。制动管理请求可减小车轴转矩，以确保车轴转矩不超过使车辆停止时制动器控制住车辆的能力。车辆超速转矩请求可减小车轴转矩，以防止车辆超过预定速度。也可由车辆稳定性控制系统生成车轴转矩请求。
车轴转矩仲裁模块204基于在接收到的转矩请求之间进行仲裁的结果而输出预测转矩请求和即时转矩请求。如下所述，来自车轴转矩仲裁模块204的预测转矩请求和即时转矩请求在被用于控制发动机系统100的各致动器之前，可由ECM 114的其它模块选择性地调整。
一般来说，即时转矩请求是目前期望的车轴转矩的量，而预测转矩请求是可能短期需要的车轴转矩的量。因此，ECM 114控制发动机系统100产生等于即时转矩请求的车轴转矩。然而，致动器值的不同组合可导致相同的车轴转矩。因此，ECM 114可调整致动器值，从而允许较快地转变成预测转矩请求同时仍然把车轴转矩维持在即时转矩请求。
在各种实施例中，预测转矩请求可以基于驾驶员转矩请求。即时转矩请求可以小于预测转矩请求，例如当驾驶员转矩请求导致车轮在结冰路面上滑动时。在这种情况下，牵引控制系统(未图示)可通过即时转矩请求而请求减小，并且 ECM 114把由发动机系统100产生的转矩减小到即时转矩请求。然而，ECM 114控制发动机系统100使得一旦车轮滑动停止发动机系统100可以迅速地恢复产生预测转矩请求。
一般来说，即时转矩请求与较高预测转矩请求之间的差值可以称为转矩储备。转矩储备可代表发动机系统100可以以最小延迟开始产生的额外转矩的量。快速发动机致动器用于增大或减小当前车轴转矩。如下面更详细的描述，快速发动机致动器的定义与慢速发动机致动器相反。
在各种实施例中，快速发动机致动器能够在一个范围内改变车轴转矩，其中由慢速发动机致动器确立该范围。在这种实施例中，该范围的上限是预测转矩请求，而该范围的下限则受快速致动器的转矩容量的限制。仅仅是举例，快速致动器可以仅能够减小车轴转矩达第一量，其中第一量是快速致动器的转矩容量的量度。第一量可基于由慢速发动机致动器所设定的发动机工况而改变。当即时转矩请求在所述范围内时，可以通过设定快速发动机致动器而导致车轴转矩等于即时转矩请求。当ECM 114请求输出预测转矩请求时，可以通过控制快速发动机致动器而把车轴转矩变成所述范围的上限，即预测转矩请求。
一般来说，与慢速发动机致动器相比，快速发动机致动器可以更快速地改变车轴转矩。与快速致动器相比，慢速致动器对它们各自的致动器值变化可产生较慢的响应。例如，慢速致动器可包括响应于致动器值变化需要时间从一个位置移动到另一个位置的机械部件。也可用一旦慢速致动器开始执行改变的致动器值那么车轴转矩开始变化所需时间的量来描述慢速致动器的特征。通常，就慢速致动器而言，此时间量将长于快速致动器。另外，甚至在开始变化之后，车轴转矩会用较长的时间对慢速致动器中的变化产生完全响应。
仅仅是举例，如果把快速致动器设定为适当的值，ECM 114可把慢速致动器的致动器值设定为将会使发动机系统100能够产生预测转矩请求的值。同时，ECM 114可把快速致动器的致动器值设定为这样的值：在给定慢速致动器值的情况下，该值会导致发动机系统100产生即时转矩请求而不是预测转矩请求。
因此，快速致动器值导致发动机系统100产生即时转矩请求。当ECM 114决定把车轴转矩从即时转矩请求转变成预测转矩请求时，ECM 114把一个或多个快速致动器的致动器值改变成对应于预测转矩请求的值。因为已基于预测转矩请求设定了慢速致动器值，所以发动机系统100能够仅在由快速致动器所施加的延迟之后产生预测转矩请求。换句话说，避免了否则将会由于利用慢速致动器改变车轴转矩所造成的较长延迟。
仅仅是举例，如果预测转矩请求等于驾驶员转矩请求，那么当由于暂时转矩减小请求而使即时转矩请求小于驾驶员转矩请求时可形成转矩储备。可替代地，通过把预测转矩请求增大到高于驾驶员转矩请求同时把即时转矩请求维持在驾驶员转矩请求，可形成转矩储备。所形成的转矩储备可以吸收所需车轴转矩的突然增大。仅仅是举例，通过增大即时转矩请求，可抵消来自空气调节器或者动力转向泵的突然负荷。如果即时转矩请求的增加小于转矩储备，那么可以通过使用快速致动器而迅速地产生该即时转矩请求的增加。然后，也可通过增加预测转矩请求而重新确立以前的转矩储备。
转矩储备的另一个示例性应用是减少慢速致动器值的波动。由于相对较慢的速度，改变慢速致动器值会引起控制不稳定性。另外，慢速致动器可包括当频繁移动时会吸收更多的能量并且/或者更快速地磨损的机械零件。形成充分的转矩储备允许通过经由即时转矩请求改变快速致动器同时维持慢速致动器的值而完成期望转矩的变化。例如，为了维持给定的怠速速度，即时转矩请求可在一个范围内变化。如果把预测转矩请求设定为高于此范围的水平，那么可以利用快速致动器完成维持怠速速度的即时转矩请求的变化，并且无需调整慢速致动器。
仅仅是举例，在火花点火式发动机中，点火正时可以是快速致动器值，而节气门打开面积可以是慢速致动器值。火花点火式发动机可通过施加火花而使燃料(包括例如汽油和乙醇)燃烧。相反，在压燃式发动机中，燃料流量可以是快速致动器值，同时可把节气门打开面积用作用于发动机特性而不是转矩的致动器值。压燃式发动机可通过压缩燃料而使包括例如柴油的燃料燃烧。
当发动机102是火花点火式发动机时，点火致动器模块126 可以是快速致动器并且节气门致动器模块116可以是慢速致动器。在接收新的致动器值后，点火致动器模块126能够改变用于下一次点火事件的点火正时。当把用于点火事件的点火正时(也称为点火提前)设定为校准值时，在紧接点火事件之后的燃烧冲程中产生最大转矩。然而，偏离校准值的点火提前可减小燃烧冲程中所产生的转矩量。因此，通过改变点火提前，点火致动器模块126能够在一发生下一个点火事件时就改变发动机输出转矩。仅仅是举例，可在车辆设计的校准阶段确定对应于不同发动机工况的点火提前的表，并且基于当前发动机工况从该表中选择校准值。
相反，节气门打开面积的变化要用更长的时间来影响发动机输出转矩。节气门致动器模块116通过调整节气门112的叶片角度来改变节气门打开面积。因此，一旦接收到新的致动器值，则当节气门112基于新致动器值从其以前位置移动到新位置时存在机械延迟。另外，基于节气门开度的空气流量变化受到进气歧管110中的空气输送延迟的制约。此外，进气歧管110中的空气流量增加直到在下一次进气冲程中气缸118 接收到额外的空气、压缩该额外的空气并且开始燃烧冲程，才会被实现为发动机输出转矩的增加。
把这些致动器用作例子，通过把节气门打开面积设定为将会允许发动机102产生预测转矩请求的值，可以形成转矩储备。同时，可以基于小于预测转矩请求的即时转矩请求来设定点火正时。尽管节气门打开面积产生足够的用于发动机102产生预测转矩请求的空气流量，但却是基于即时转矩请求而延迟了点火正时(从而减小转矩)。因此，发动机输出转矩将等于即时转矩请求。
当需要额外的转矩时(例如当起动空气调节压缩机时)、或者当牵引控制确定车轮滑动已结束时，可以基于预测转矩请求来设定点火正时。通过接下来的点火事件，点火致动器模块126可使点火提前恢复到校准值，从而允许发动机102产生可利用已存在的空气流量所实现的全部发动机输出转矩。因此，可在不经历由于改变节气门打开面积所导致延迟的情况下，把发动机输出转矩迅速增加到预测转矩请求。
当发动机102是压燃式发动机时，燃料致动器模块124 可以是快速致动器，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。这样，可基于即时转矩请求来设定燃料质量，并且可基于预测转矩请求来设定节气门打开面积和增压。节气门打开面积可产生比所需更多的空气流量以满足预测转矩请求。相应地，所产生的空气流量可大于喷射的燃料完全燃烧所需的空气流量，使得空气/燃料比通常较稀并且空气流量的变化不影响发动机转矩输出。因此，发动机输出转矩将等于即时转矩请求，并且可通过调整燃料流量来增加或减小发动机输出转矩。
可基于预测转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，以便控制排放并且使涡轮迟滞最小化。节气门致动器模块116可通过形成真空而把排气经过EGR阀170吸入进气歧管110。
车轴转矩仲裁模块204可把预测转矩请求和即时转矩请求输出至推进转矩仲裁模块206。在各种实施例中，车轴转矩仲裁模块204可把预测转矩请求和即时转矩请求输出至混合动力优化模块208。混合动力优化模块208确定有多少转矩应由发动机102产生且有多少转矩应由电动机198产生。然后，混合动力优化模块208把修改的预测转矩请求和即时转矩请求输出至推进转矩仲裁模块206。在各种实施例中，可在混合动力控制模块196中实施混合动力优化模块208。
将由推进转矩仲裁模块206所接收的预测转矩请求和即时转矩请求从车轴转矩值域(车轮处的转矩)转变成推进转矩值域(在曲轴处的转矩)。此转变可发生在混合动力优化模块208之前、之后、作为其部分、或者代替该模块。
推进转矩仲裁模块206在各推进转矩请求(包括转变的预测转矩请求和即时转矩请求)之间进行仲裁。推进转矩仲裁模块206生成经仲裁的预测转矩请求和经仲裁的即时转矩请求。通过从接收的请求中选择获胜的请求，可产生经仲裁的转矩。可替代地或另外，通过基于一个或多个接收请求中的其它请求来修改一个接收请求，可产生经仲裁的转矩。
其它推进转矩请求可包括：用于发动机超速保护的转矩减小、用于防止失速的转矩增加、由变速器控制模块194请求的用于适应换档的转矩减小。推进转矩请求也可由于离合器燃料切断所产生，当驾驶员踩下手动变速器车辆中的离合器踏板时离合器燃料切断会减小发动机输出转矩从而防止发动机速度的剧增(flare，快速升高)。
推进转矩请求也可包括发动机停止请求，当检测到严重故障时可启动该发动机停止请求。仅仅是举例，严重故障可包括检测到车辆盗窃、起动电动机被卡住、电子节气门控制问题、和意外转矩增加。在各种实施例中，当存在发动机停止请求时，仲裁把发动机停止请求选作获胜的请求。当存在发动机停止请求时，推进转矩仲裁模块206可输出零作为经仲裁的转矩。
在各种实施例中，发动机停止请求可独立于仲裁过程而简单地关闭发动机102。推进转矩仲裁模块206仍然可以接收发动机停止请求，以便可以把例如适当的数据反馈至其它转矩请求者。例如，可告知所有其它转矩请求者它们已在仲裁中失败。
速度控制模块210也可把预测转矩请求和即时转矩请求输出至推进转矩仲裁模块206。当ECM 114处于速度模式时，来自速度控制模块210的转矩请求可在仲裁中占优势。当驾驶员把脚从加速器踏板上移开时可启用速度模式，例如当发动机102正处于怠速状态、或者当车辆正从较高速度滑行减速时。可替代地或另外，当来自车轴转矩仲裁模块204的预测转矩请求小于预定转矩值时可启动速度模式。
速度控制模块210从速度轨迹模块212中接收实际速度和期望速度，并且通过控制预测转矩请求和即时转矩请求而减小实际速度与期望速度之间的差值。仅仅是举例，速度轨迹模块212可输出用于车辆滑行减速的线性减小的期望速度，直到达到怠速速度。然后，速度轨迹模块212可继续输出怠速速度作为期望速度。在前面的实例中，线性减小的期望速度可称为参考速度，并且怠速速度可称为期望速度。速度控制模块210可从速度轨迹模块212中接收参考速度和期望速度。
储备/负荷模块220从推进转矩仲裁模块206中接收经仲裁的预测转矩请求和即时转矩请求。储备/负荷模块220可通过调整经仲裁的预测转矩请求和即时转矩请求而形成转矩储备并且/或者补偿一个或多个负荷。然后，储备/负荷模块220把经调整的预测转矩请求和即时转矩请求输出至致动模块224。致动模块224可称为发动机工作控制模块。
仅仅是举例，催化剂起燃过程或者冷起动排放减少过程会要求延迟的点火提前。因此，储备/负荷模块220可把经调整的预测转矩请求增加到高于经调整的即时转矩请求，从而形成用于冷起动排放减小过程的延迟的点火。在另一个实例中，可直接地改变发动机的空气/燃料比和/或空气质量流量，例如通过诊断性侵入式当量比测试和/或新的发动机吹洗。在开始这些过程之前，可通过形成或增加转矩储备而迅速地抵消在这些过程期间由于稀的空气/燃料混合物所造成的发动机输出转矩减小。
储备/负荷模块220也可在预期到未来负荷(例如动力转向泵操作或者空气调节(A/C)压缩机离合器的接合)时形成或增加转矩储备。当驾驶员首先请求空气调节时，可形成用于A/C 压缩机离合器的接合的储备。储备/负荷模块220可增大经调整的预测转矩请求同时使 经调整的即时转矩请求处于未变化状态从而产生转矩储备。然后，当A/C压缩机离合器接合时，储备/负荷模块220可使即时转矩请求增加，增加量为A/C压缩机离合器的估计负荷。
致动模块224从储备/负荷模块220中接收经调整的预测转矩请求和即时转矩请求。致动模块224确定如何实现经调整的预测转矩请求和即时转矩请求。致动模块224可以是发动机类型特异性的。例如，火花点火式发动机相对于压燃式发动机，致动模块224可以以不同的方式被应用或者采用不同的控制方案。
在各种实施例中，致动模块224可限定在所有发动机类型和发动机类型特异性模块中为常见的模块之间的边界。例如，发动机类型可包括火花点火式和压燃式。在致动模块224之前的模块(例如推进转矩仲裁模块206) 在各发动机类型中可以是常见的，而致动模块224和后面的模块可以是发动机类型特异性的。
例如，在火花点火式发动机中，致动模块224可改变节气门112(作为允许大范围转矩控制的慢速致动器)的开度。致动模块224可利用气缸致动器模块120来停用气缸，气缸致动器模块120也提供大范围的转矩控制但也是慢的并且会涉及驾驶性能和排放方面的问题。致动模块224可把点火正时用作快速致动器。然而，点火正时不可以提供同样大范围的转矩控制。另外，可利用点火正时的变化进行转矩控制的量(称为点火储备容量)可随空气流量的变化而发生变化。
在各种实施例中，致动模块224可基于经调整的预测转矩请求来生成空气转矩请求。空气转矩请求可等于经调整的预测转矩请求，把空气流量设定成使得可以利用其它致动器的变化而实现经调整的预测转矩请求。
空气控制模块228可基于空气转矩请求来确定期望的致动器值。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/或期望每气缸空气量(APC)。期望MAP可用于确定期望增压，并且期望APC可用于确定期望凸轮相位器位置。在各种实施例中，空气控制模块228也可确定EGR阀170开度的量。
致动模块224也可生成点火转矩请求、气缸关闭转矩请求、和燃料转矩请求。点火控制模块232可利用点火转矩请求来确定相对于校准的点火提前而言点火正时要延迟多少(延迟点火正时会减小发动机输出转矩)。
气缸控制模块236可利用气缸关闭转矩请求来确定多少气缸要被停用。气缸控制模块236可命令气缸致动器模块120停用发动机102的一个或多个气缸。在各种实施例中，可共同地停用预定的一组气缸。
气缸控制模块236也可命令燃料控制模块240停止为停用的气缸提供燃料并且可命令点火控制模块232停止为停用的气缸提供火花。在各种实施例中，点火控制模块232仅在已存在于气缸中的任何燃料/空气混合物已燃烧后，才停止为该气缸提供火花。
在各种实施例中，气缸致动器模块120可包括液压系统，该液压系统选择性地使一个或多个气缸的进气门和/或排气门与相应凸轮轴分离从而停用这些气缸。仅仅是举例，由气缸致动器模块120以液压方式使一半气缸的气门作为一组联接或分离。在各种实施例中，可在不停止进气门和排气门的打开和关闭的情况下，仅通过暂停向气缸提供燃料而停用这些气缸。在这种实施例中，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的燃料转矩请求而改变提供给各气缸的燃料量。在火花点火式发动机的正常工作期间，燃料控制模块240可在空气主导模式中运行，在该模式中燃料控制模块240试图通过基于空气流量来控制燃料流量而维持化学计量空气/燃料比。燃料控制模块240可确定当与当前量的每气缸空气混合时会形成化学计量燃烧的燃料质量。燃料控制模块240可通过燃料加注速率来命令燃料致动器模块124向各启用气缸喷射此燃料质量。
在压燃式系统中，燃料控制模块240可在燃料主导模式中运行，在该模式中燃料控制模块240确定满足燃料转矩请求同时使排放、噪声和燃料消耗最小化的各气缸的燃料质量。在燃料主导模式中，基于燃料流量来控制空气流量，并且可通过控制空气流量而形成稀的空气/燃料比。另外，空气/燃料比可维持成高于预定水平，从而可防止在动态发动机工况中的黑烟产生。
模式设定可确定致动模块224如何处理经调整的即时转矩请求。模式设定例如可由推进转矩仲裁模块206提供给致动模块224，并且可选择的模式包括：非活跃模式（inactive mode）、合意模式(pleasible mode)、最大范围模式、和自动致动模式。
在非活跃模式中，致动模块224可忽略经调整的即时转矩请求并且基于经调整的预测转矩请求来设定发动机输出转矩。因此，致动模块224可把点火转矩请求、气缸关闭转矩请求、和燃料转矩请求设定为经调整的预测转矩请求，从而在当前发动机空气流量条件下使发动机输出转矩最大化。可替代地，致动模块224可把这些请求设定为预定的(例如超过范围的高)值，以便禁用由于延迟点火、停用气缸或者减小燃料/空气比所造成的转矩减小。
在合意模式中，致动模块224输出经调整的预测转矩请求作为空气转矩请求，并且通过仅调整点火提前而试图实现经调整的即时转矩请求。因此，致动模块224 输出经调整的即时转矩请求作为点火转矩请求。点火控制模块232将尽可能多地延迟点火，以试图实现点火转矩请求。如果期望的转矩减小大于点火储备容量(可利用点火延迟实现的转矩减小的量)，那么会不能实现该转矩减小。因此，发动机输出转矩将大于经调整的即时转矩请求。
在最大范围模式中，致动模块224可输出经调整的预测转矩请求作为空气转矩请求，并且输出经调整的即时转矩请求作为点火转矩请求。另外，当仅通过减小点火提前不能实现经调整的即时转矩请求时，致动模块224可减小气缸关闭转矩请求(由此停用气缸)。
在自动致动模式中，致动模块224可基于经调整的即时转矩请求来减小空气转矩请求。在各种实施例中，可仅在需要时减少空气转矩请求从而允许点火控制模块232通过调整点火提前来实现经调整的即时转矩请求。因此，在自动致动模式中，在尽可能少地调整空气转矩请求的同时实现经调整的即时转矩请求。换句话说，通过尽可能多地减小快速响应的点火提前，而使相对较慢响应的节气门打度的使用最小化。这允许发动机102恢复成能尽可能快速地产生经调整的预测转矩请求。
转矩估计模块244可估计发动机102的转矩输出。空气控制模块228可利用此估计转矩来实施对发动机空气流量参数(诸如节气门面积、MAP和相位器位置)的闭环控制。例如，可定义如下的转矩关系：
(1) T=f(APC，S，I，E，AF，OT，#)
其中转矩(T)是每气缸空气量(APC)、点火提前(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)、油温度(OT)、和启用气缸数(#)的函数。也可考虑其它变量，例如排气再循环(EGR)阀的开度。
可利用方程式使此关系模型化并且/或者可使此关系作为查找表的形式进行存储。转矩估计模块244 可基于测量的MAF和当前RPM来确定APC，由此允许基于实际空气流量进行闭环空气控制。使用的进气和排气凸轮相位器位置可以基于实际位置，因为相位器可朝向期望位置移动。
实际点火提前可用于估计实际发动机输出转矩。当把校准的点火提前值用于估计转矩时，可把估计转矩称作估计的空气转矩，或者简单地称作空气转矩。空气转矩是在假如去除了点火延迟(即，把点火正时设定为校准的点火提前值)并且对所有气缸加注燃料的情况下，对当前空气流量下发动机可以产生多少转矩的估计值。
空气控制模块228可把期望节气门面积输出至节气门致动器模块116。然后，节气门致动器模块116通过调整节气门112而获得期望节气门面积。空气控制模块228可基于反向转矩模型和空气转矩请求来确定期望节气门面积。空气控制模块228可使用估计的空气转矩和/或MAF信号来执行闭环控制。例如，可通过控制期望节气门面积，而使估计空气转矩与空气转矩请求之间的差值最小化。
空气控制模块228可把期望歧管绝对压力(MAP)信号输出至增压调度模块248。增压调度模块248利用期望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(例如，包括涡轮160-1和压缩机160-2的涡轮增压器)和/或机械增压器。
空气控制模块228也可把期望每气缸空气量(APC)信号输出至相位器调度模块252。基于期望的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来控制进气和/或排气凸轮相位器148和150的位置。
再次涉及点火控制模块232，校准的点火提前值可基于各种发动机工况而变化。仅仅是举例，可通过反演转矩关系而求解出期望点火提前。就给定的转矩请求(Tdes)而言，可基于以下关系来确定期望点火提前(Sdes)
(2) Sdes=f -1(Tdes，APC，I，E，AF，OT，#)。
此关系可具体化为方程式和/或查找表。空气/燃料比可以是实际的空气/燃料比，如由燃料控制模块240所报告的。
当把点火提前设定为校准的点火提前时，所形成的转矩也会尽可能地接近平均最佳转矩(MBT)。MBT是指在给定的空气流量下当增加点火提前同时使用具有大于预定阈值的辛烷值的燃料并且采用化学计量燃料加注时所产生的最大发动机输出转矩。在产生此最大转矩时的点火提前称为MBT点火。由于例如燃料品质(例如当使用较低辛烷值的燃料时)和环境因素，因此校准的点火提前可能稍微不同于MBT点火。因此，在经校准的点火提前下的转矩可能小于MBT。
现在参照图3，速度轨迹模块212的一个示例性实施例包括实际速度确定模块302、期望速度确定模块304、和参考速度确定模块306。实际速度确定模块302确定在发动机102的各点火时段期间发动机102的实际速度。点火时段是连续点火事件之间的时段。在每个点火时段，实际速度确定模块302可通过对从RPM 传感器180中接收的输入进行采样而确定实际速度。
期望速度确定模块304基于施加给发动机102的一个或多个已知负荷来确定发动机102的期望速度。已知负荷是在施加该负荷之前ECM 114已知的负荷。相反，未知负荷是在施加该负荷之前ECM 114未知的负荷。未知负荷可包括由动力转向泵(未图示)施加的负荷，该负荷可称为动力转向负荷。未知负荷可包括由电动机198施加的负荷，该负荷可称为发电机负荷。
已知负荷可包括由变速器施加的负荷，该负荷可称为变速器负荷。期望速度确定模块304可从ECM 114内的其它模块并且/或者从在ECM 114外部的模块中接收已知负荷。例如，期望速度确定模块304可从变速器控制模块194中接收变速器负荷。
当启用了速度模式时，期望速度确定模块304可把期望速度设定为怠速速度。如上所述，当驾驶员把脚从加速器踏板上移开时可启用速度模式，例如当发动机102处于怠速状态或者当车辆从较高速度滑行减速时。在施加已知负荷之前，期望速度确定模块304可把期望速度增加到大于怠速速度的速度，以防止发动机102失速。
参考速度确定模块306基于实际速度和期望速度来确定参考速度。如上所述，速度轨迹模块212可输出线性减小的期望速度用于车辆滑行减速直到达到怠速速度，并且线性减小的期望速度可称为参考速度。尽管参考速度被描述成线性地减小，但参考速度也可以非线性方式转变成怠速速度并且当参考速度转变成怠速速度时参考速度可增加。当实际速度等于怠速速度时，可把参考速度设定成期望速度。实际速度确定模块302、期望速度确定模块304、和参考速度确定模块306分别输出实际速度、期望速度、和参考速度。
现在参照图4，速度控制模块210的一个示例性实施例包括变化率确定模块402、瞬态模式启动模块404、第一变化率确定模块406、和静态换档确定模块408。变化率确定模块402确定发动机102的实际速度变化率。变化率确定模块402可通过确定当前发动机速度与以前发动机速度之间的差值，然后把该差值除以发动机速度采样周期，而确定变化率。变化率确定模块402输出变化率。
当满足第一条件时，瞬态模式启动模块404启用瞬态模式。当所述变化率大于第一变化率且节气门112前后的压力比大于第一比率时，可满足第一条件。当已禁用瞬态模式达小于第一时段时，瞬态模式启动模块404可阻止启用瞬态模式。可以预先确定第一时段，并且第一时段可以基于从节气门面积增大时的第一时刻到歧管绝对压力响应于节气门面积增大而增加时的第二时刻的延迟时段。瞬态模式启动模块404输出表示何时启用瞬态模式的信号。
节气门112前后的压力比是环境空气压力与歧管绝对压力的比率。瞬态模式启动模块404可基于从AAP传感器183和MAP传感器184中接收的输入来确定该压力比。可替代地，瞬态模式启动模块404可接收来自压力比确定模块(未图示)的压力比。
第一变化率确定模块406基于参考速度、一个或多个附件负荷、和/或静态换档是否进行中来确定第一变化率。附件负荷可包括由A/C压缩机离合器和/或动力转向泵所带来的负荷。静态换档是从驻车档或空档到前进档或倒档的换档。当参考速度减小时，当附件负荷增加时，并且/或者当静态换档在进行中时，第一变化率确定模块406可减小第一变化率。第一变化率确定模块406输出第一变化率。
静态换档确定模块408基于例如档位选择器位置来判断静态换档是否在进行中。静态换档确定模块408可从测量档位选择器位置的档位选择器位置(GSP)传感器(未图示)中接收档位选择器位置。另外或可替代地，静态换档确定模块408可基于从变速器控制模块194中所接收的输入来确定静态换档是否在进行中。静态换档确定模块408 输出表示静态换档是否在进行中的信号。
比例增益确定模块410和积分增益确定模块412分别确定比例增益和积分增益。比例增益可包括预测比例增益和即时比例增益。即时转矩确定模块414和预测转矩确定模块416可分别确定由速度控制模块210输出的即时转矩和预测转矩。即时转矩和预测转矩确定模块414、416可基于比例增益和积分增益来确定即时转矩和预测转矩。
预测转矩确定模块416可利用以下关系并基于零踏板转矩(ZPT)、附件负荷(Lacc)、积分增益(I)和预测比例增益(Ppr)来确定预测转矩(Tpr)：
(3) Tpr=ZPT+Lacc+I+Ppr。
零踏板转矩可以是防止当驾驶员把脚从加速器踏板上移开时发动机失速的最小量的转矩。
根据发动机102是火花点火式发动机还是压燃式发动机，即时转矩确定模块414可利用不同关系来确定即时转矩。就压燃式发动机而言，即时转矩确定模块414可利用以下关系并基于零踏板转矩(ZPT)、积分增益(I)和即时比例增益(Pim)来确定即时转矩(Tim)：
(4) Tim = ZPT+I+Pim。
就火花点火式发动机而言，即时转矩确定模块414可利用以下关系并基于零踏板转矩(ZPT)、经滤波的积分增益(If)和即时比例增益(Pim)来确定即时转矩(Tim)：
(5) Tim=ZPT+If+Pim。
通过把一阶时滞滤波器应用于积分增益，可确定经滤波的积分增益。例如，可利用以下关系并基于当前积分增益(Iprs)、以前的积分增益(Iprv)和滤波器常数(Kf1)来确定经滤波的积分增益(If)：
(6) If=Iprv+Kf1×(Iprs-Iprv)。
比例增益确定模块410可利用以下关系并基于实际速度(N)、参考速度(Nref)、实际速度的变化率(Ṅ)、预测比例常数(KPpr1 和KPpr2)、和预测瞬态常数(KTpr)来确定预测比例增益(Ppr)：
(7) Ppr = KPpr1×f (N-Nref)×KPpr2×f(Ndes，Ṅ)×KTpr
此关系可具体化为方程式和/或查找表。
比例增益确定模块410可利用以下关系并基于实际速度(N)、参考速度(Nref)、实际速度的变化率(Ṅ)、即时比例常数(KPim1和KPim2)、和即时瞬态常数(KTim)来确定即时比例增益(Pim)：
(8) Pim = KPim1×f(N-Nref)×KPim2×f(Ndes，Ṅ)×KTim
此关系可具体化为方程式和/或查找表。
积分增益确定模块412可利用以下关系并基于实际速度(N)、参考速度(N)、实际速度的变化率(Ṅ)、积分常数(KI)来确定积分增益(I)：
(9) I=KI×f(N-Nref)×f(Ndes，Ṅ)
此关系可具体化为方程式和/或查找表。
比例增益确定模块410输出包括预测比例增益和即时比例增益的比例增益。积分增益确定模块412输出积分增益。即时转矩确定模块414输出即时转矩。预测转矩确定模块416输出预测转矩。
现在参照图5，空气控制模块228的一个示例性实施例包括：比例增益确定模块502、积分增益确定模块504、和期望转矩确定模块506。比例增益确定模块502确定比例增益，积分增益确定模块 504确定积分增益。期望转矩确定模块506基于比例增益和/或积分增益来确定期望转矩。
在瞬态状态期间(例如当实际速度的变化率大于第一变化率时)，期望转矩确定模块506可基于比例增益和积分增益来确定期望转矩。例如，期望转矩确定模块506可利用以下关系并基于比例增益(P)、积分增益(I)、和速度控制模块210输出的预测转矩(Tpr)来确定期望转矩(Tdes)：
(10) Tdes=Tpr+P+I。
在稳态状态期间（例如当实际速度的变化率小于或等于第一变化率时），期望转矩确定模块506可基于比例增益而非积分增益来确定期望转矩。例如，期望转矩确定模块506可利用以下关系并基于比例增益(P)和预测转矩(Tpr)来确定期望转矩(Tdes)：
(11) Tdes=Tpr+P。
比例增益确定模块502可利用以下关系并基于预测转矩(Tpr)、实际转矩(Tact)、比例常数(KP)来确定比例增益(P)：
(12) P = KP×f(Tpr-Tact)
此关系可具体化为方程式和/或查找表。实际转矩可以是由转矩估计模块244输出的估计转矩。
积分增益确定模块504可利用以下关系并基于预测转矩(Tpr)、实际转矩(Tact)、积分常数(KI)来确定积分增益(I)：
(13) I=KI×f(Tpr-Tact)
此关系可具体化为方程式和/或查找表。
比例增益确定模块502输出比例增益。积分增益确定模块504输出积分增益。期望转矩确定模块506输出期望转矩。期望MAP确定模块508、节气门面积确定模块510、期望APC确定模块512分别确定由空气控制模块228输出的期望MAP、节气门面积、期望APC。期望MAP确定模块508、节气门面积确定模块510、和期望APC确定模块512可利用例如逆向转矩关系并基于期望转矩而进行这些确定。期望MAP确定模块508可利用以下关系并基于期望转矩(Tdes)和点火提前(S)来确定期望MAP(MAPdes)：
(14) MAPdes=f -1(Tdes，S)。
期望APC确定模块512可利用以下关系并基于期望转矩(Tdes)、实际速度(N)、和点火提前(S)来确定期望APC：
(15) APCdes=f -1(Tdes，N，S)
此关系可具体化为方程式和/或查找表。
在稳态状态期间，节气门面积确定模块510可基于实际MAP来确定节气门面积，以改进发动机速度稳定性。例如，可利用以下关系并基于期望APC(APCdes)、实际速度(N)、通用气体常数(R)、进气温度(IAT)、环境空气压力(AAP)、psi滤波器系数(Φ)、实际MAP(MAPact)、和节气门常数(Kth)来确定节气门面积(Ath)：
(16)
Figure 810726DEST_PATH_IMAGE002
节气门面积确定模块510可分别从AAP传感器183、MAP传感器184、和IAT传感器192中接收环境空气压力、实际MAP、和进气温度。
在瞬态状态中，节气门面积确定模块510可基于期望MAP来确定节气门面积，从而改进发动机速度响应时间。例如，可利用以下关系并基于期望APC(APCdes)、实际速度(N)、通用气体常数(R)、进气温度(IAT)、环境空气压力(AAP)、psi滤波器系数(Φ)、期望MAP(MAPdes)、和节气门常数(Kth)来确定节气门面积(Ath)：
(17)
Figure 980064DEST_PATH_IMAGE004
。
现在参考图6，控制发动机速度的方法开始于步骤602。在步骤604，所述方法确定发动机的实际速度。该方法可通过在发动机的每个点火时段期间对发动机速度信号采样至少一次，而确定实际速度。点火时段是连续点火事件之间的时段并且可包括连续点火事件的时间。
在步骤606，所述方法确定实际速度的变化率。所述方法可通过确定当前发动机速度与以前发动机速度之间的差值并且把该差值除以一时段，而确定变化率。该时段是在确定以前发动机速度时的第一时刻与确定当前发动机速度时的第二时刻之间的时间。因此，如果通过对发动机速度信号进行采样来确定实际速度，那么该时段可以是采样周期。
所述方法可利用一阶时滞滤波器对对实际速度的变化率进行滤波。例如，所述方法可利用以下关系并基于当前变化率(Ṅprs)、以前变化率(Ṅprv)、和滤波器常数(Kf2)来确定经滤波的变化率(Ṅ f)：
(18) Ṅ f =Ṅprv+Kf2×(Ṅprs-Ṅprv)。
在步骤608，所述方法确定第一变化率。所述方法可基于发动机的期望速度、附件负荷(例如A/C压缩机负荷)、以及/或者静态换档是否在进行中来确定第一变化率。静态换档是从驻车档或空档到前进档或倒档的换档。在步骤610，所述方法判断实际速度的变化率或者经滤波的变化率是否大于第一变化率。如果变化率或者经滤波的变化率大于第一变化率，那么所述方法继续到步骤612。否则，所述方法继续到步骤604。
在步骤612，所述方法确定节气门前后的压力比。所述方法可通过确定节气门上游的第一压力与节气门下游的第二压力的比率而确定该压力比。第一压力可以是环境压力或大气压力，并且第二压力可以是进气歧管内的压力。
在步骤614，所述方法判断所述压力比是否大于第一比率(例如，0.9)。可以预先确定第一比率。如果所述压力比大于第一比率，那么所述方法继续到步骤616。否则，所述方法继续到步骤604。在瞬态状态期间，所述压力比可以大于第一比率并且实际速度的变化率可大于第一变化率。
在步骤616，所述方法判断瞬态模式关闭时段是否大于第一时段(例如，1.5秒)。瞬态模式关闭时段是从禁用瞬态模式的第一时刻到在步骤616中做出判断的第二时刻的时段。如果瞬态模式关闭时段大于第一时段，那么所述方法继续到步骤618。否则，所述方法继续到步骤604。
当启用了瞬态模式时，可增大节气门面积。可基于从节气门面积增加时的第一时刻到歧管压力响应于节气门面积增加而增大时的第二时刻的延迟时段，来预先确定第一时段。如果第一时段小于延迟时段，那么在歧管压力响应于启用瞬态模式的第一时刻而增大之前可启用瞬态模式2次。这可导致发动机速度超调，从而导致发动机速度波动。因此，第一时段可以大于或等于延迟时段，从而改善发动机速度稳定性。
在步骤618，所述方法启用瞬态模式。当启用了瞬态模式时，所述方法可包含下面参照图7所述的步骤。在步骤620，所述方法判断瞬态模式开启时段是否大于第二时段(例如，0.1秒)。瞬态模式开启时段是从启用瞬态模式的第一时刻到步骤620中做出判断的第二时刻的时段。可以预先确定第二时段。如果瞬态模式开启时段大于第二时段，那么所述方法继续到步骤622。否则，所述方法继续到步骤618。在步骤622，所述方法禁用瞬态模式。
现在参照图7，控制发动机速度的方法开始于步骤702。在步骤704，所述方法判断瞬态模式是否被启用。如果启用了瞬态模式，那么所述方法继续到步骤 706。否则，所述方法继续到步骤 708。所述方法可通过基于增益来确定期望转矩，而减小发动机实际速度与发动机期望速度之间的差值。期望转矩可包括即时转矩和预测转矩，该增益可包括比例增益和积分增益，并且可基于增益倍数来确定增益，如上面参照图4所述。
在步骤706，所述方法把增益倍数设定为大于1的值。该增益倍数可包括关系(7)和(8)的预测瞬态常数(KTpr)和即时瞬态常数(KTim)，如上面参照图4所述。在步骤710，所述方法基于期望MAP来确定节气门面积。所述方法可利用关系(17)并基于期望的MAP来确定节气门面积，如上面参照图5所述。
在步骤712，所述方法优化用于转矩输出的凸轮相位器位置。凸轮相位器位置可包括排气凸轮相位器位置和/或进气凸轮相位器位置。所述方法可通过利用使转矩输出最大化的凸轮相位器位置与转矩输出之间的关系来确定凸轮相位器位置，从而优化用于转矩输出的凸轮相位器位置。此关系可预先确定，并且可具体化为方程式和/或查找表。
在步骤708，所述方法把增益倍数设定(例如，斜变)为1。在步骤714，所述方法基于实际MAP来确定节气门面积。所述方法可利用关系(16)并基于实际MAP来确定节气门面积，如上面参照图5所述。在步骤716，为了提高燃料经济性，所述方法优化凸轮相位器位置。为了提高燃料经济性，所述方法可通过利用使燃料经济性最大化的凸轮相位器位置与转矩输出之间的关系来确定凸轮相位器，而优化凸轮相位器位置。此关系可预先确定，并且可具体化为方程式和/或查找表。
在步骤718，所述方法判断速度误差是否大于第一速度达第一时段。第一速度可以是预定的速度(例如，150 RPM)并且第一时段可以是预定的时段(例如，0.5秒)。如果速度误差大于第一速度达第一时段，那么所述方法继续到步骤 720。否则，所述方法继续到步骤722。速度误差可以是参考速度与实际速度之间的差值。当启用了速度模式时参考速度可以等于期望速度，并且在转变成速度模式或者从速度模式转变成其它模式期间参考速度可以不同于期望速度。在速度模式中，所述方法可通过调整发动机的转矩输出来减小速度误差。
在步骤720，所述方法减小积分增益。所述方法可通过把积分增益乘以一个因子(例如，0.1、0.2)而减小积分增益。所述方法可减小积分增益从而减小抗积分饱和（integral anti-windup）。当速度误差大于第一速度达第一时段时减小积分增益，可防止发动机速度剧增和/或发动机速度下降。
在步骤722，所述方法确定期望转矩。所述方法可利用关系(11)来确定期望转矩，如上面参照图5所述。在步骤724，所述方法判断期望转矩是否大于第一转矩。第一转矩可以大于零踏板转矩达预定量(例如，60牛顿米)。零踏板转矩可以是防止当驾驶员把脚从加速器踏板上移开时发动机失速的最小量的转矩。
在步骤726，所述方法限制期望转矩的调整率。在当驾驶员把脚从加速器踏板上移开时向发动机施加负荷的情况下，期望转矩可增大。相应地，可增大节气门面积以满足期望转矩，并且可用空气流使进气歧管变饱和。当从发动机中去除该负荷时，发动机速度会突然增加。因此，限制期望转矩的调整率可防止发动机速度剧增。
在从惯性滑行转变成怠速期间或者当所选档位是驻车档或空档且发动机速度小于预定速度(例如，1000转/分钟)时，所述方法可把参考速度的轨迹设定为实际速度。在这些时段期间，通过调整比例增益而把实际速度降低至期望速度。因此，如果在这些时段内施加负荷，那么所形成的发动机速度下降可足以导致发动机失速。
在上述时段期间通过把参考速度的轨迹设定为实际速度而控制比例增益的大小。因此，如果在这些时段内施加负荷，那么所形成的发动机速度下降不足以导致发动机失速。当把参考速度的轨迹设定为实际速度时，所述方法可把积分增益设定为零从而防止转矩不连续。
上述系统和方法改进了从发动机负荷变化时的第一时刻到实际速度被调整为期望速度时的第二时刻的响应时间。通过限定瞬态状态而改进了响应时间，在瞬态状态时预测转矩和即时转矩调整的速率可以快于在稳态状态期间预测转矩和即时转矩调整的速率。改进响应时间可减小发动机速度下降和发动机速度剧增。
另外，所述系统和方法增加了发动机速度稳定性，由此减小了发动机速度波动。通过当已禁用瞬态模式的时间小于延迟时段时阻止启用瞬态模式以及通过在每个点火时段确定发动机速度，而提高了发动机速度稳定性。延迟时段是从增大节气门面积时的第一时刻到歧管压力响应于节气门面积增大而增加时的第二时刻的时段。
在动力转向限制期间、在紧急停车期间、以及在手动变速器的起动期间，所述系统和方法减小了发动机速度下降。减小发动机速度下降会缩短实际速度小于期望速度的时间量。所述系统和方法减小了当在动力转向限制之后释放A/C压缩机离合器时以及当在已踩下离合器达一段时间后释放手动变速器离合器时的发动机速度剧增。
前面的描述在本质上只是说明性的而决不是意图限制本公开、其应用或使用。可以通过多种形态实施本公开的广泛教导。因此，虽然本公开包括具体实例，但本公开的真实范围不应受如此限制，因为在研究了附图、说明书和所附权利要求之后其它修改将变得显而易见。为了清楚起见，在附图中将用相同的附图标记来标示类似的元件。本文中使用的短语“A、B和C中的至少一个”应当被理解成利用非排他性逻辑“或”来表示的逻辑(A或B或C)。应当理解的是，在不改变本公开原理的情况下，方法中的一个或多个步骤可按不同的顺序(或者同时地)执行。
本文中使用的术语“模块”可以指代以下部件、是其一部分、或者包括：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(共享处理器、专用处理器、或组处理器)；提供所述功能的其它合适的硬件部件；或者部分或所有上述部件的组合(例如在片上系统中)。术语“模块”可包括存储由处理器所执行的代码的存储器(共享存储器、专用存储器、或组存储器)。
上面使用的术语“代码”可包括：软件、固件和/或微代码，并且可以指代程序、例行程序、函数、类、和/或对象。上面使用的术语“共享的”表示可利用单个(共享)处理器执行来自多个模块的部分或所有代码。另外，可由单个(共享)存储器存储来自多个模块的部分或所有代码。上面使用的术语“组”表示可利用一组处理器执行来自单个模块的部分或所有代码。另外，可利用一组存储器存储来自单个模块的部分或所有代码。
可利用由一个或多个处理器执行的一个或多个计算机程序来实施本文中所描述的装置和方法。计算机程序包含存储在非暂时性有形计算机可读介质中的处理器可执行指令。计算机程序也可包含存储数据。非暂时性有形计算机可读介质的非限制性实例是非易失性存储器、磁存储器、和光存储器。

Claims (10)

1.一种系统，包括：
增益确定模块，所述增益确定模块基于发动机的期望速度和所述发动机的实际速度的变化率来确定增益；
期望转矩确定模块，所述期望转矩确定模块基于所述增益以及所述实际速度与所述期望速度之间的差值来确定期望转矩；以及
发动机工作控制模块，所述发动机工作控制模块基于所述期望转矩来控制节气门面积、点火正时、和燃料加注速率中的至少一个。
2.如权利要求1所述的系统，还包括实际速度确定模块，所述实际速度确定模块确定在连续点火时段期间的实际速度，其中点火时段是连续点火事件之间的时段。
3.如权利要求1所述的系统，其中，当满足第一条件时所述增益确定模块选择性地增大所述增益，并且当节气门前后的压力比小于第一比率并且所述实际速度的变化率小于第一变化率时满足所述第一条件。
4.如权利要求3所述的系统，还包括第一变化率确定模块，所述第一变化率确定模块基于所述期望速度、附件负荷、以及静态换档是否在进行中中的至少一个来确定所述第一变化率，其中，所述静态换档是从驻车档和空档中的一种到前进档和倒档中的一种的变速器换档。
5.如权利要求3所述的系统，其中，所述增益确定模块增大所述增益达第一预定时段，所述第一预定时段基于节气门面积增大与歧管压力响应于所述节气门面积增大而增大之间的延迟。
6.如权利要求5所述的系统，其中，当所述第一预定时段结束时所述增益确定模块停止增大所述增益，并且在所述第一预定时段结束之后阻止增大所述增益达第二预定时段。
7.如权利要求3所述的系统，还包括节气门面积确定模块，当满足所述第一条件时所述节气门面积确定模块基于期望歧管压力来确定所述节气门面积。
8.如权利要求1所述的系统，其中，所述增益包括比例增益和积分增益中的至少一个。
9.如权利要求8所述的系统，其中，当所述实际速度与所述期望速度之间的差值大于第一速度时，所述增益确定模块减小所述积分增益。
10.一种方法，包括：
基于发动机的期望速度和所述发动机的实际速度的变化率来确定增益；
基于所述增益以及所述实际速度与所述期望速度之间的差值来确定期望转矩；以及
基于所述期望转矩来控制节气门面积、点火正时、和燃料加注速率中的至少一个。
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