CN105317562B - 用于汽缸启动和停用的节气门控制系统和方法 - Google Patents

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Abstract

公开了用于汽缸启动和停用的节气门控制系统和方法。一种用于车辆的发动机控制系统包括基于至少一个驾驶者输入来确定发动机的目标扭矩输出的目标扭矩模块。目标每汽缸空气（APC）模块基于目标扭矩确定用于发动机的目标APC。目标质量空气流量（MAF）模块基于目标APC、发动机的启动的汽缸的数量以及发动机的汽缸的总数量来确定通过发动机的节气门阀的目标MAF。节气门控制模块基于目标MAF来确定目标节气门开度并且基于目标节气门开度来控制节气门阀的开度。

Description

用于汽缸启动和停用的节气门控制系统和方法
技术领域
本公开涉及内燃发动机，并且更具体来说，涉及用于车辆的发动机控制系统和方法。
背景技术
本文所提供的背景技术描述的目的在于从总体上介绍本公开的背景。当前提及的发明人的工作——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公开的现有技术。
内燃发动机在汽缸内燃烧空气与燃料混合物以驱动活塞，这产生驱动扭矩。进入发动机的空气流通过节气门来调节。更具体来说，节气门调整节气门面积，这增加或减少进入发动机的空气流。当节气门面积增加时，进入发动机的空气流增加。燃料控制系统调整燃料被喷射的速率从而将所需的空气/燃料混合物提供到汽缸和/或实现所需的扭矩输出。增加提供到汽缸的空气与燃料的量增加发动机的扭矩输出。
在火花点火发动机中，火花开始提供到汽缸的空气/燃料混合物的燃烧。在压缩点火发动机中，汽缸中的压缩燃烧提供到汽缸的空气/燃料混合物。火花正时和空气流可以是用于调整火花点火发动机的扭矩输出的主要机构，而燃料流可以是用于调整压缩点火发动机的扭矩输出的主要机构。
已经开发出发动机控制系统来控制发动机输出扭矩以实现所需扭矩。然而，传统的发动机控制系统并不如需要一样精确地控制发动机输出扭矩。另外，传统的发动机控制系统并不对控制信号提供快速响应或者在影响发动机输出扭矩的各种设备之间协调发动机扭矩控制。
发明内容
一种用于车辆的发动机控制系统包括基于至少一个驾驶者输入来确定发动机的目标扭矩输出的目标扭矩模块。目标每汽缸空气（APC）模块基于目标扭矩确定用于发动机的目标APC。目标质量空气流量（MAF）模块基于目标APC、发动机的启动的汽缸的数量以及发动机的汽缸的总数量来确定通过发动机的节气门阀的目标MAF。节气门控制模块基于目标MAF来确定目标节气门开度并且基于目标节气门开度来控制节气门阀的开度。
在其他特征中，目标MAF模块进一步基于发动机的APC、发动机的进气歧管内的空气温度、发动机的容积效率以及预定响应时间值来确定目标MAF。
在另外的其他特征中，目标MAF模块使用将目标APC、启动的汽缸的数量、汽缸的总数量、APC、温度、容积效率以及预定响应时间值与目标MAF相关的函数和映射中的一个来确定目标MAF。
在另外的其他特征中，第二目标MAF模块基于目标APC确定通过节气门阀的第二目标MAF，并且选择模块选择目标MAF和第二目标MAF中的一个，并且基于目标MAF和第二目标MAF中的选定的一个来设置选定目标MAF。节气门控制模块基于选定目标MAF来确定目标节气门开度。
在其他特征中，当发动机的至少一个汽缸从启动转变成停用时，选择模块选择目标MAF。
在另外的其他特征中，在发动机的至少一个汽缸从启动转变成停用之前，选择模块选择目标MAF持续预定周期。
在另外的其他特征中，当发动机的至少一个汽缸从停用转变成启动时，选择模块选择目标MAF。
在其他特征中，在发动机的至少一个汽缸从停用转变成启动之前，选择模块选择目标MAF持续预定周期。
在另外的其他特征中，当发动机的零汽缸从停用转变成启动以及发动机的零汽缸从启动转变成停用时，选择模块选择第二目标MAF。
在另外的其他特征中，节气门控制模块进一步基于目标进气歧管压力来确定目标节气门开度。
一种发动机控制方法包括：基于至少一个驾驶者输入来确定发动机的目标扭矩输出；基于目标扭矩确定用于发动机的目标每汽缸空气（APC）；基于目标APC、发动机的启动的汽缸的数量以及发动机的汽缸的总数量来确定通过发动机的节气门阀的目标质量空气流量（MAF）；基于目标MAF来确定目标节气门开度；以及基于目标节气门开度来控制节气门阀的开度。
在其他特征中，发动机控制方法进一步包括进一步基于发动机的APC、发动机的进气歧管内的空气温度、发动机的容积效率以及预定响应时间值来确定目标MAF。
在另外的其他特征中，发动机控制方法进一步包括使用将目标APC、启动的汽缸的数量、汽缸的总数量、APC、温度、容积效率以及预定响应时间值与目标MAF相关的函数和映射中的一个来确定目标MAF。
在另外的其他特征中，发动机控制方法进一步包括：基于目标APC确定通过节气门阀的第二目标MAF；选择目标MAF和第二目标MAF中的一个；基于目标MAF和第二目标MAF中的选定的一个来设置选定目标MAF；以及基于选定目标MAF来确定目标节气门开度。
在其他特征中，发动机控制方法进一步包括当发动机的至少一个汽缸从启动转变成停用时选择目标MAF。
在另外的其他特征中，发动机控制方法进一步包括在发动机的至少一个汽缸从启动转变成停用之前，选择目标MAF持续预定周期。
在另外的其他特征中，发动机控制方法进一步包括当发动机的至少一个汽缸从停用转变成启动时选择目标MAF。
在其他特征中，发动机控制方法进一步包括在发动机的至少一个汽缸从停用转变成启动之前选择目标MAF持续预定周期。
在另外的其他特征中，发动机控制方法进一步包括当发动机的零汽缸从停用转变成启动以及发动机的零汽缸从启动转变成停用时选择第二目标MAF。
在另外的其他特征中，发动机控制方法进一步包括进一步基于目标进气歧管压力来确定目标节气门开度。
本发明包括以下方案：
1. 一种用于车辆的发动机控制系统，包括：
目标扭矩模块，所述目标扭矩模块基于至少一个驾驶者输入来确定发动机的目标扭矩输出；
目标每汽缸空气（APC）模块，所述APC模块基于所述目标扭矩确定用于所述发动机的目标APC；
目标质量空气流量（MAF）模块，所述MAF模块基于所述目标APC、所述发动机的启动的汽缸的数量以及所述发动机的汽缸的总数量来确定通过所述发动机的节气门阀的目标MAF；以及
节气门控制模块，所述节气门控制模块基于所述目标MAF来确定目标节气门开度并且基于所述目标节气门开度来控制所述节气门阀的开度。
2. 如方案1所述的发动机控制系统，其中所述目标MAF模块进一步基于所述发动机的APC、所述发动机的进气歧管内的空气温度、所述发动机的容积效率以及预定响应时间值来确定所述目标MAF。
3. 如方案2所述的发动机控制系统，其中所述目标MAF模块使用将所述目标APC、启动的汽缸的数量、所述汽缸的总数量、所述APC、所述温度、所述容积效率以及所述预定响应时间值与所述目标MAF相关的函数和映射中的一个来确定所述目标MAF。
4. 如方案1所述的发动机控制系统，其进一步包括：
第二目标MAF模块，所述第二目标MAF模块基于所述目标APC确定通过所述节气门阀的第二目标MAF；以及
选择模块，所述选择模块选择所述目标MAF和所述第二目标MAF中的一个，并且基于所述目标MAF和所述第二目标MAF中的选定的一个来设置选定目标MAF，
其中所述节气门控制模块基于所述选定目标MAF来确定所述目标节气门开度。
5. 如方案4所述的发动机控制系统，其中当所述发动机的至少一个汽缸从启动转变成停用时，所述选择模块选择所述目标MAF。
6. 如方案5所述的发动机控制系统，其中在所述发动机的至少一个汽缸从启动转变成停用之前，所述选择模块选择所述目标MAF持续预定周期。
7. 如方案4所述的发动机控制系统，其中当所述发动机的至少一个汽缸从停用转变成启动时，所述选择模块选择所述目标MAF。
8. 如方案7所述的发动机控制系统，其中在所述发动机的所述至少一个汽缸从停用转变成启动之前，所述选择模块选择所述目标MAF持续预定周期。
9. 如方案4所述的发动机控制系统，其中当所述发动机的零汽缸从停用转变成启动以及所述发动机的零汽缸从启动转变成停用时，所述选择模块选择所述第二目标MAF。
10. 如方案1所述的发动机控制系统，其中所述节气门控制模块进一步基于目标进气歧管压力来确定所述目标节气门开度。
11. 一种发动机控制方法，包括：
基于至少一个驾驶者输入来确定发动机的目标扭矩输出；
基于目标扭矩确定用于所述发动机的目标每汽缸空气（APC）；
基于所述目标APC、所述发动机的启动的汽缸的数量以及发动机的汽缸的总数量来确定通过所述发动机的节气门阀的目标质量空气流量（MAF）；
基于目标MAF来确定目标节气门开度；以及
基于所述目标节气门开度来控制所述节气门阀的开度。
12. 如方案11所述的发动机控制方法，其进一步包括进一步基于所述发动机的APC、所述发动机的进气歧管内的空气温度、所述发动机的容积效率以及预定响应时间值来确定所述目标MAF。
13. 如方案12所述的发动机控制方法，其进一步包括使用将所述目标APC、启动的汽缸的数量、所述汽缸的总数量、所述APC、所述温度、所述容积效率以及所述预定响应时间值与所述目标MAF相关的函数和映射中的一个来确定所述目标MAF。
14. 如方案11所述的发动机控制方法，其进一步包括：
基于所述目标APC确定通过所述节气门阀的第二目标MAF；
选择所述目标MAF和所述第二目标MAF中的一个；
基于所述目标MAF和所述第二目标MAF中的选定的一个来设置选定目标MAF；以及
基于所述选定目标MAF来确定所述目标节气门开度。
15. 如方案14所述的发动机控制方法，其进一步包括当所述发动机的至少一个汽缸从启动转变成停用时选择所述目标MAF。
16. 如方案15所述的发动机控制方法，其进一步包括在所述发动机的所述至少一个汽缸从启动转变成停用之前，选择所述目标MAF持续预定周期。
17. 如方案14所述的发动机控制方法，其进一步包括当所述发动机的至少一个汽缸从停用转变成启动时选择所述目标MAF。
18. 如方案17所述的发动机控制方法，其进一步包括在所述发动机的所述至少一个汽缸从停用转变成启动之前选择所述目标MAF持续预定周期。
19. 如方案14所述的发动机控制方法，其进一步包括当所述发动机的零汽缸从停用转变成启动以及所述发动机的零汽缸从启动转变成停用时选择所述第二目标MAF。
20. 如方案11所述的发动机控制方法，其进一步包括进一步基于目标进气歧管压力来确定所述目标节气门开度。
本公开的其他适用领域将从详细描述、权利要求书以及图式变得显而易见。详细描述和具体实例仅意欲用于说明目的而非意欲限制本公开的范围。
附图说明
本公开将从详细描述和附图变得更完整理解，其中：
图1是根据本公开的示例性发动机系统的功能方框图；
图2是根据本公开的示例性发动机控制系统的功能方框图；
图3是根据本公开的示例性空气控制模块的功能方框图；
图4是根据本公开的示例性目标每汽缸空气（APC）模块的功能方框图；以及
图5包括描绘根据本公开的控制节气门阀的示例性方法的流程图。
在图中，可以重复使用参考数字以指示类似和/或相同元件。
具体实施方式
内燃发动机在汽缸内燃烧空气与燃料混合物以产生扭矩。在一些情况下，发动机控制模块（ECM）可以停用发动机的一个或多个汽缸。例如，当发动机在使用少于发动机的所有汽缸可以实现扭矩请求时，ECM可以停用一个或多个汽缸以减少燃料消耗。例如，当扭矩请求增加时，ECM可以启动一个或多个停用的汽缸。
进入发动机的空气流可以在启动或停用一个或多个汽缸时改变。本公开的ECM可以在启动或停用一个或多个汽缸时确定供使用的通过节气门阀的目标质量空气流率（MAF）。ECM基于目标MAF来控制发动机的节气门阀的开度。基于目标MAF来控制节气门阀可以在启动或停用一个或多个汽缸同时提供更平滑的每汽缸空气（APC）状态，且因此提供更平滑的发动机扭矩输出。
现在参照图1，呈现示例性发动机系统100的功能方框图。发动机系统100包括基于来自驾驶者输入模块104的驾驶者输入燃烧空气/燃料混合物以产生用于车辆的驱动扭矩的发动机102。空气通过节气门阀112吸入到进气歧管110中。仅举例而言，节气门阀112可以包括具有可旋转叶片的蝶形阀。发动机控制模块（ECM）114控制调节节气门阀112的开度以控制吸入到进气歧管110中的空气量的节气门致动器模块116。
来自进气歧管110的空气被吸入到发动机102的汽缸中。虽然发动机102可以包括多个汽缸，但是为了说明目的，示出单个代表性汽缸118。仅举例而言，发动机102可以包括2、3、4、5、6、8、10和/或12个汽缸。ECM 114可以指示汽缸致动器模块120从而选择性地停用一些汽缸，这在某些发动机操作条件下可以提高燃料经济性。
发动机102可以使用四冲程循环来操作。以下描述的四冲程被称为为进气冲程、压缩冲程、燃烧冲程以及排气冲程。在曲轴（未示出）的每次旋转过程中，四个冲程中的两个在汽缸118内发生。因此，汽缸118经历所有四个冲程必需两次曲轴旋转。
在进气冲程期间，来自进气歧管110的空气通过进气阀122吸入到汽缸118中。ECM114控制调节燃料喷射以实现目标空气/燃料比的燃料致动器模块124。燃料可以在中心位置或者在多个位置（诸如靠近每个汽缸的进气阀122）喷射到进气歧管110中。在各个实施（未示出）中，燃料可以直接喷射到汽缸中或者喷射到与汽缸相关的混合腔室中。燃料致动器模块124可以暂停对被停用的汽缸的燃料喷射。
在汽缸118中，喷射的燃料与空气混合并且产生空气/燃料混合物。在压缩冲程期间，汽缸118内的活塞（未示出）压缩空气/燃料混合物。虽然未示出，但是发动机102可以是压缩点火发动机，在这种情况下，汽缸118内的压缩点火空气/燃料混合物。替代地，如图所示，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的信号来激励汽缸118中的火花塞128，其点燃空气/燃料混合物。火花的正时可以相对于活塞位于其最顶部位置（称为上止点（TDC））的时间来指定。
火花致动器模块126可以由指定在TDC之前或之后多久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有关，所以火花致动器模块126的操作可以与曲轴转角同步。火花致动器模块126可以暂停对被停用的汽缸的火花提供。产生火花可以称为点火事件。火花致动器模块126可以具有对于每个点火事件改变火花正时的能力。当火花正时在最后一次点火事件与下一次点火事件之间变化时，火花致动器模块126可以对于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离开TDC，由此驱动曲轴。燃烧冲程可以被定义为活塞到达TDC与活塞到达下止点（BDC）的时间之间的时间。在排气冲程期间，活塞开始移动离开BDC，并且通过排气阀130排出燃烧副产物。燃烧副产物通过排气系统134从车辆排出。
进气阀122可以由进气凸轮轴140控制，而排气阀130可以由排气凸轮轴142控制。在各个实施中，多个进气凸轮轴（包括进气凸轮轴140）可以控制用于汽缸118的多个进气阀（包括进气阀122）和/或可以控制多排汽缸（包括汽缸118）的进气阀（包括进气阀122）。类似地，多个排气凸轮轴（包括排气凸轮轴142）可以控制用于汽缸118的多个排气阀和/或可以控制用于多排汽缸（包括汽缸118）的排气阀（包括排气阀130）。汽缸致动器模块120可以通过禁用进气阀122和/或排气阀130的打开来停用汽缸118。在各个其他实施中，进气阀122和/或排气阀130可以由除凸轮轴以外的设备（诸如无凸轮的阀致动器）控制。
进气阀122打开的时间可以通过进气凸轮相位器148相对于活塞TDC来改变。排气阀130打开的时间可以通过排气凸轮相位器150相对于活塞TDC来改变。相位器致动器模块158可以基于来自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。在实施时，可变阀门升程（未示出）也可以由相位器致动器模块158来控制。
发动机系统100可以包括将增压空气提供到进气歧管110的升压设备。例如，图1示出涡轮增压器，该涡轮增压器包括由流过排气系统134的热排气供以动力的热涡轮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。压缩机160-2压缩引入节气门阀112中的空气。在各个实施中，由曲轴驱动的增压器（未示出）可以压缩来自节气门阀112的空气并且将压缩的空气传递到进气歧管110。
废气门162可以允许排气绕开涡轮160-1，由此减少由涡轮增压器提供的升压（进气空气压缩的量）。ECM 114可以通过升压致动器模块164来控制涡轮增压器。升压致动器模块164可以通过控制废气门162的开度来调节涡轮增压器的升压。在各个实施中，多个涡轮增压器可以由升压致动器模块164来控制。涡轮增压器可以具有可由升压致动器模块164控制的可变几何形状。
中间冷却器（未示出）可以耗散在空气受压缩时产生的包含在压缩空气充量中的一些热量。压缩空气充量也可以从排气系统134的部件吸收热量。尽管为了说明目的展示为分开，但是涡轮160-1和压缩机160-2可以附接至彼此，从而将进气空气置于紧密接近热排气。
发动机系统100可以包括选择性地将排气重新引导回进气歧管110的排气再循环（EGR）阀170。EGR阀170可以位于涡轮增压器的涡轮160-1的上游。EGR阀170可以由EGR致动器模块172来控制。
发动机系统100可以使用RPM传感器180来测量曲轴的旋转速度，以每分钟转数（RPM）为单位。曲轴的速度可以称为发动机速度。发动机冷却液的温度可以使用发动机冷却液温度（ECT）传感器182来测量。ECT传感器182可以位于发动机102内或者在冷却液循环的其他位置，诸如散热器（未示出）处。
进气歧管110内的压力可以使用歧管绝对压力（MAP）传感器184来测量。在各个实施中，可以测量发动机真空度（其是周围空气压力与进气歧管110内的压力之间的差）。流入到进气歧管110中的空气质量流率可以使用质量空气流量（MAF）传感器186来测量。在各个实施中，MAF传感器186可以位于壳体（也包括节气门阀112）中。
节气门致动器模块116可以使用一个或多个节气门位置传感器（TPS）190来监控节气门阀112的位置。吸入到发动机102中的空气的周围温度可以使用进气温度（IAT）传感器192来测量。发动机系统100还可以包括一个或多个其他传感器。ECM 114可以使用来自传感器的信号来做出用于发动机系统100的控制决定。
ECM 114可以与变速器控制模块194通信以协调变速器（未示出）中的换档。例如，ECM 114可以在换档期间减少发动机扭矩。ECM 114可以与混合控制模块196通信以协调发动机102和电动机198的操作。
电动机198也可以用作发电机，并且可以用来产生电能以供车辆电气系统使用和/或以供存储在电池中。在各个实施中，ECM 114、变速器控制模块194以及混合控制模块196的各种功能可以集成到一个或多个模块中。
改变发动机参数的每个系统都可以称为致动器。每个系统接收目标致动器值。例如，节气门致动器模块116可以称为致动器，并且目标节气门开度（例如，面积）可以称为目标致动器值。在图1的实例中，节气门致动器模块116通过调整节气门阀112的叶片的角度来实现目标节气门开度。
类似地，火花致动器模块126可以称为致动器，而对应的目标致动器值可以是相对于活塞TDC的目标火花正时。其他致动器可以包括汽缸致动器模块120、燃料致动器模块124、相位器致动器模块158、升压致动器模块164以及EGR致动器模块172。对于这些致动器而言，目标致动器值可以分别包括启动的汽缸的目标数量、目标加燃料参数、目标进气和排气凸轮相位器角度、目标废气门占空比以及目标EGR阀开口面积。ECM 114可以产生目标致动器值以使得发动机102产生目标发动机输出扭矩。
现在参照图2，呈现示例性发动机控制系统的功能方框图。ECM 114的示例性实施包括驾驶者扭矩模块202、车轴扭矩仲裁模块204以及推进扭矩仲裁模块206。ECM 114可以包括混合优化模块208。ECM 114还可以包括储备/负载模块220、扭矩请求模块224、空气控制模块228、火花控制模块232、汽缸控制模块236以及燃料控制模块240。ECM 114还包括每汽缸空气（APC）扭矩估计模块244、MAP扭矩估计模块246、升压控制模块248、相位器控制模块252以及EGR控制模块253。
驾驶者扭矩模块202可以基于来自驾驶者输入模块104的驾驶者输入255来确定驾驶者扭矩请求254。驾驶者输入255可以基于例如加速踏板的位置和制动踏板的位置。驾驶者输入255还可以基于巡航控制，该巡航控制可以是改变车辆速度以维持预定行车间距的自适应巡航控制系统。驾驶者扭矩模块202可以存储加速踏板位置到目标扭矩的一个或多个映射并且可以基于选定的一个映射来确定驾驶者扭矩请求254。
车轴扭矩仲裁模块204在驾驶者扭矩请求254与其他车轴扭矩请求256之间进行仲裁。车轴扭矩（车轮上的扭矩）可以由各种源（包括发动机和/或电动机）产生。例如，车轴扭矩请求256可以包括在检测到正车轮滑移时由牵引控制系统请求的扭矩减少。当车轴扭矩克服车轮与路面之间的摩擦时发生正车轮滑移，并且车轮开始抵靠在路面上滑移。车轴扭矩请求256还可以包括抵消负车轮滑移的扭矩增加请求，其中因为车轴扭矩为负而使得车辆的轮胎相对于路面在另一方向上滑移。
车轴扭矩请求256还可以包括制动管理请求和车辆超速扭矩请求。制动管理请求可以减少车轴扭矩以确保车轴扭矩不会超出当车辆停止时保持住车辆的制动能力。车辆超速扭矩请求可以减少车轴扭矩以防止车辆超出预定速度。车轴扭矩请求256还可以由车辆稳定性控制系统产生。
车轴扭矩仲裁模块204基于接收到的扭矩请求254与256之间的仲裁结果输出预测扭矩请求257和中间扭矩请求258。如以下所描述，来自车轴扭矩仲裁模块204的预测扭矩请求257和中间扭矩请求258可以在用于控制发动机系统100的致动器之前选择性地由ECM114的其他模块来调整。
一般而言，中间扭矩请求258是当前目标车轴扭矩的量，而预测扭矩请求257是可能忽然需要的车轴扭矩的量。ECM 114控制发动机系统100产生等于中间扭矩请求258的车轴扭矩。然而，致动器值的不同组合可以产生相同的车轴扭矩。因此，ECM 114可以调整目标致动器值以使得更快速过渡到预测扭矩请求257，同时仍将车轴扭矩维持在中间扭矩请求258。
在各个实施中，预测扭矩请求257可以基于驾驶者扭矩请求254来设置。中间扭矩请求258在一些情况下（诸如当驾驶者扭矩请求254使得车轮在冰面上滑移时）可以被设置成小于预测扭矩请求257。在此状况下，牵引控制系统（未示出）可以通过中间扭矩请求258请求减少，并且ECM 114减少输出到中间扭矩请求258的发动机扭矩。然而，一旦车轮滑移停止则ECM 114执行减少，因此发动机系统100可以迅速地恢复产生预测扭矩请求257。
一般而言，中间扭矩请求258与（通常较高的）预测扭矩请求257之间的差异可以称为扭矩储备。扭矩储备可以代表发动机系统100可以开始以最小延迟产生的额外扭矩的量（高于中间扭矩请求258）。快发动机致动器用来以最小延迟增加或减少当前车轴扭矩。如下文更详细描述，快发动机致动器与慢发动机致动器相反地定义。
在各个实施中，快发动机致动器能够在一个范围内改变车轴扭矩，其中范围由慢发动机致动器建立。范围的上限是预测扭矩请求257，而范围的下限由快致动器的扭矩（改变）能力限制。仅举例而言，快致动器可能仅能够将车轴扭矩减少第一量，其中第一量是快致动器的扭矩能力的测量。第一量可以基于由慢发动机致动器设置的发动机操作条件来改变。
当中间扭矩请求258在范围内时，快发动机致动器可以被控制以使得车轴扭矩等于中间扭矩请求258。当ECM 114请求输出预测扭矩请求257时，快发动机致动器可以被控制以将车轴扭矩改变为范围的最高值，该最高值是预测扭矩请求257。
一般而言，快发动机致动器可以比慢发动机致动器更迅速地改变车轴扭矩。慢致动器可以比快致动器更慢地响应以改变其相应的致动器值。例如，慢致动器可以包括需要时间来响应于致动器值的改变而从一个位置移动到另一个位置的机械部件。慢致动器的特征还可以在于一旦慢致动器开始实施改变后的致动器值则其使得车轴扭矩开始改变花费的时间量。通常，此时间量对于慢致动器而言将比对于快致动器而言长。此外，即使在开始改变之后，车轴扭矩可能花费较长时间来完全响应慢致动器中的改变。
仅举例而言，如果快致动器被设置为适当的值，则ECM 114可以将用于慢致动器的致动器值设置为将使得发动机系统100能够产生预测扭矩请求257的值。同时，给定慢致动器值，ECM 114可以将用于快致动器的目标致动器值设置为使得发动机系统100能够产生中间扭矩请求258而非预测扭矩请求257的值。
因此，快致动器使得发动机系统100能够产生中间扭矩请求258。当ECM 114决定将车轴扭矩从中间扭矩请求258转变为预测扭矩请求257时，ECM 114将用于一个或多个快致动器的目标致动器值改变为对应于预测扭矩请求257的值。因为已经基于预测扭矩请求257设置用于慢致动器的目标致动器值，所以发动机系统100能够仅在快致动器施加的（最小）延迟之后产生预测扭矩请求257。换言之，避免使用慢致动器改变车轴扭矩否则可能导致的较长延迟。
仅举例而言，在火花点火发动机中，火花正时可以是快致动器值，而节气门开度可以是慢致动器值。火花点火发动机可以通过施加火花来燃烧燃料，包括例如汽油和乙醇。通过对比，在压缩点火发动机中，燃料流量可以是快致动器值，而节气门开度可以用作除扭矩之外的关于发动机特征的致动器值。压缩点火发动机可以通过压缩燃烧燃料，包括例如柴油燃料。
当发动机102是火花点火发动机时，火花致动器模块126可以是快致动器而节气门致动器模块116可以是慢致动器。在接收新目标致动器值之后，火花致动器模块126可以能够改变用于随后的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）被设置为最佳值时，在紧跟点火事件之后的燃烧冲程中可以产生最大量的扭矩。然而，偏离最佳值的火花正时可能减少在燃烧冲程中产生的扭矩量。因此，下一个点火事件通过改变火花正时发生之后，火花致动器模块126就可以能够改变发动机输出扭矩。仅举例而言，在车辆设计的校准阶段期间，可以确定对应于不同的发动机操作条件的最佳火花正时的表，并且基于当前发动机操作条件从表中选择最佳值。
通过对比，节气门开度的改变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通过调整节气门阀112的叶片的角度来改变节气门开度。因此，一旦接收新致动器值，由于节气门阀112基于新的目标致动器值从其先前位置移动到新位置而存在机械延迟。此外，基于节气门开度的空气流改变在进气歧管110中经历空气输送延迟。此外，进气歧管110中增加的空气流直到汽缸118在下一个进气冲程中接收额外空气、压缩额外空气并且开始燃烧冲程才被实现为发动机输出扭矩的增加。
使用这些致动器作为实例，扭矩储备可以通过将节气门开度设置为将会允许发动机102产生预测扭矩请求257的值来产生。同时，火花正时可以基于中间扭矩请求258来设置，该中间扭矩请求小于预测扭矩请求257。尽管节气门开度产生足够发动机102产生预测扭矩请求257的空气流，但是火花正时基于中间扭矩请求258而受到拖延（这减少扭矩）。因此，发动机输出扭矩将等于中间扭矩请求258。
当需要额外扭矩时，火花正时可以基于预测扭矩请求257或预测扭矩请求257与中间扭矩请求258之间的扭矩来设置。通过随后的点火事件，火花致动器模块126可以将火花正时返回到允许发动机102产生可通过已经存在的空气流实现的全发动机输出扭矩的最佳值。因此，发动机输出扭矩可以被快速增加到预测扭矩请求257，而不会在改变节气门开度之后经历延迟。
车轴扭矩仲裁模块204可以将预测扭矩请求257和中间扭矩请求258输出到推进扭矩仲裁模块206。在各个实施中，车轴扭矩仲裁模块204可以将预测扭矩请求257和中间扭矩请求258输出到混合优化模块208。
混合优化模块208可以确定发动机102应产生多少扭矩和电动机198应产生多少扭矩。混合优化模块208随后分别将修改后的预测扭矩请求259和修改后的中间扭矩请求260输出到推进扭矩仲裁模块206。在各个实施中，混合优化模块208可以在混合控制模块196中实施。
推进扭矩仲裁模块206接收到的预测和中间扭矩请求从车轴扭矩域（车轮处的扭矩）转换为推进扭矩域（曲轴处的扭矩）。此转换可以在混合优化模块208之前、之后、作为其一部分或替代其发生。
推进扭矩仲裁模块206在推进扭矩请求290（包括转换后的预测和中间扭矩请求）之间进行仲裁。推进扭矩仲裁模块206产生仲裁的预测扭矩请求261和仲裁的中间扭矩请求262。仲裁的扭矩请求261和262可以通过从接收到的扭矩请求中选择获胜的请求来产生。替代地或额外地，仲裁的扭矩请求可以通过基于接收到的扭矩请求中的另一个或多个来修改接收到的请求中的一个来产生。
例如，推进扭矩请求290可以包括用于发动机超速保护的扭矩减少、用于失速防止的扭矩增加以及由变速器控制模块194请求以适应换档的扭矩减少。推进扭矩请求290还可以由离合器燃油切断导致，离合器燃油切断在驾驶者踩下手动变速器车辆中的离合器踏板以防止发动机速度的突变（快速升高）时减少发动机输出扭矩。
推进扭矩请求290还可以包括在检测到危急故障时开始的发动机关闭请求。仅举例而言，危急故障可以包括车辆盗窃、卡住起动器电机、电子节气门控制问题以及非预期的扭矩增加的检测。在各个实施中，当存在发动机关闭请求时，仲裁选择发动机关闭请求作为获胜的请求。当存在发动机关闭请求时，推进扭矩仲裁模块206可以输出零作为仲裁的预测扭矩请求261和仲裁的中间扭矩请求262。
在各个实施中，发动机关闭请求可以与仲裁过程分开地仅关闭发动机102。推进扭矩仲裁模块206仍可以接收发动机关闭请求，这样使得例如适当的数据可以被反馈到其他扭矩请求者。例如，所有其他扭矩请求者可以被通知他们仲裁未能成功。
储备/负载模块220接收仲裁的预测扭矩请求261和仲裁的中间扭矩请求262。储备/负载模块220可以调整仲裁的预测扭矩请求261和仲裁的中间扭矩请求262来创建扭矩储备和/或补偿一个或多个负载。储备/负载模块220随后将调整后的预测扭矩请求263和调整后的中间扭矩请求264输出到扭矩请求模块224。
仅举例而言，催化剂熄灯过程或冷启动减排过程可能要求延迟的火花正时。因此，储备/负载模块220可以将调整后的预测扭矩请求263增加到高于调整后的中间扭矩请求264以创建用于冷启动减排过程的延迟的火花。在另一个实例中，发动机的空气/燃料比和/或质量空气流量可以直接改变，诸如通过诊断侵入等值比测试和/或新发动机净化。在开始这些过程之前，扭矩储备可以被创建或增加以迅速抵消在这些过程期间由于稀化空气/燃料混合物导致的发动机输出扭矩的减少。
储备/负载模块220还可以创建或增加扭矩储备以预期未来负载，诸如动力转向泵操作或空气调节（A/C）压缩机离合器的啮合。当驾驶者首次请求空气调节时，可以创建用于A/C压缩机离合器的啮合的储备。储备/负载模块220可以增加调整后的预测扭矩请求263同时使得调整后的中间扭矩请求264不变以产生扭矩储备。随后，当A/C压缩机离合器啮合时，储备/负载模块220可以通过A/C压缩机离合器的估计出的负载来增加调整后的中间扭矩请求264。
扭矩请求模块224接收调整后的预测扭矩请求263和调整后的中间扭矩请求264。扭矩请求模块224确定将如何实现调整后的预测扭矩请求263和调整后的中间扭矩请求264。扭矩请求模块224可以是发动机型号专有的。例如，扭矩请求模块224可以不同地实施或者对于火花点火发动机相对压缩点火发动机使用不同的控制方案。
在各个实施中，扭矩请求模块224可以定义所有发动机型号共用的模块与发动机型号专有的模块之间的界线。例如，发动机型号可以包括火花点火和压缩点火。扭矩请求模块224之前的模块（诸如推进扭矩仲裁模块206）可以是发动机型号共用的，而扭矩请求模块224和随后的模块可以是发动机型号专有的。
例如，在火花点火发动机中，扭矩请求模块224可以改变节气门阀112的开度，其作为慢致动器允许大范围的扭矩控制。扭矩请求模块224可以使用也提供大范围的扭矩控制的汽缸致动器模块120来禁用汽缸，但是也可以慢的并且可以涉及驾驶性能和排放问题。扭矩请求模块224可以使用火花正时作为快致动器。然而，火花正时不可以提供这样大范围的扭矩控制。此外，通过火花正时的改变可能实现的扭矩控制的量（称为火花储备能力）可以随空气流改变而变化。
在各个实施中，扭矩请求模块224可以基于调整后的预测扭矩请求263产生空气扭矩请求265。空气扭矩请求265可以等于调整后的预测扭矩请求263，从而设置空气流以使得调整后的预测扭矩请求263可以通过对其他（例如，快）致动器的改变来实现。
用于空气流控制致动器的目标致动器值可以基于空气扭矩请求265来确定。仅举例而言，空气控制模块228（也参见图3）可以基于空气扭矩请求265确定目标歧管绝对压力（MAP）266、目标节气门开度（例如，面积）267、第二目标每汽缸空气（APC2）268以及第三目标APC（APC3）291。第二目标APC 268和第三目标APC 291的确定在下文进一步论述。
升压控制模块248可以基于目标MAP 266来确定用于废气门162的目标占空比269。虽然将论述目标占空比269，但是升压控制模块248可以确定用于控制废气门162的另一个适合的值。相位器控制模块252可以基于第二目标APC 268确定目标进气凸轮相位器角度270和目标排气凸轮相位器角度271。EGR控制模块253基于第三目标APC 291确定目标EGR开度292。
扭矩请求模块224还可以产生火花扭矩请求272、汽缸关闭扭矩请求273和燃料扭矩请求274。火花控制模块232可以基于火花扭矩请求272来确定使得火花正时从最佳火花正时拖延多少（这减少发动机输出扭矩）。仅举例而言，可以反转扭矩关系以求解所需火花正时299。对于给定扭矩请求（Tdes），可以基于以下公式确定所需火花正时（Sdes）299：
(0)
此关系可以实施为方程和/或查找表。空气/燃料比（AF）可以是实际空气/燃料比，如由燃料控制模块240所报告。APC是发动机102的APC，I是进气凸轮相位器角度，E是排气凸轮相位器角度，OT是油温，并且#是启动的汽缸的数量。火花控制模块232还可以产生目标火花正时275，如下文结合图3进一步论述。
当火花正时被设置为最佳火花正时，所得的扭矩可以尽可能接近用于最佳扭矩的最小火花提前（MBT火花正时）。最佳扭矩是指在使用比预定辛烷额定值大的辛烷额定值的燃料并且使用化学计量加燃料时，由于火花正时提前而对于给定空气流产生的最大发动机输出扭矩。此最佳扭矩发生的火花正时称为MBT火花正时。最佳火花正时可能由于例如燃料质量（诸如当使用较低辛烷燃料时）和环境因素而与MBT火花正时稍微不同。因此，最佳火花正时的发动机输出扭矩可以小于MBT。
汽缸关闭扭矩请求273可以由汽缸控制模块236用来确定将停用的汽缸的目标数量276。汽缸控制模块236还可以指示燃料控制模块240停止对停用的汽缸提供燃料并且可以指示火花控制模块232停止对停用的汽缸提供火花。一旦已经存在于汽缸中的燃料/空气混合物被燃烧，则火花控制模块232可以停止对汽缸提供火花。
燃料控制模块240可以基于燃料扭矩请求274来改变提供给每个汽缸的燃料的量。更具体来说，燃料控制模块240可以基于燃料扭矩请求274来产生目标加燃料参数277。目标加燃料参数277可以包括例如目标燃料质量、目标喷射起动正时以及燃料喷射的目标数量。
空气控制模块228基于MAP估计扭矩278产生目标MAP 266。MAP估计扭矩278对应于基于使用MAP传感器184测量出的MAP 279确定的当前发动机扭矩输出的估计值。MAP扭矩估计模块246基于MAP 279和其他测量出的发动机操作参数来产生MAP估计扭矩278。例如，MAP扭矩估计模块246使用以下关系来产生MAP估计扭矩278：
(1) ，
其中TMAP是MAP估计扭矩278，MAP是MAP 279，RPM是发动机速度（曲轴的旋转速度），SM是由火花致动器模块126使用的当前火花正时280，IM是测量出的进气凸轮相位器角度281，EM是测量出的排气凸轮相位器角度282，AF是由燃料致动器模块124使用的当前空气/燃料比，OT是油温，并且#是启动的汽缸的当前数量。关系可以实施为方程或查找表。
相位器控制模块252可以提供测量出的进气凸轮相位器角度281和测量出的排气凸轮相位器角度282。相位器控制模块252可以基于测量出的进气凸轮相位器角度281和测量出的排气凸轮相位器角度282的先前值以及目标进气凸轮相位器角度270和目标排气凸轮相位器角度271产生测量出的进气凸轮相位器角度281和测量出的排气凸轮相位器角度282。例如，相位器控制模块252可以使用以下关系产生测量出的进气凸轮相位器角度281和测量出的排气凸轮相位器角度282：
(2) ，以及
(3) ，
其中IM是测量出的进气凸轮相位器角度281，IT是目标进气凸轮相位器角度270，k是预定纯量/增益值，IM_PREV是测量出的进气凸轮相位器角度281的先前值，EM是测量出的排气凸轮相位器角度282，ET是目标排气凸轮相位器角度271，k是预定纯量/增益值，并且EM_PREV是测量出的排气凸轮相位器角度282的先前值。
空气控制模块228进一步基于第一APC估计扭矩283产生各个目标值。第一APC估计扭矩283对应于基于当前APC 284确定的当前发动机扭矩输出的估计值。当前APC 284是基于一个或多个测量出的参数来确定，诸如MAF、MAP和/或IAT。
APC扭矩估计模块244基于当前APC 284和其他测量出的发动机操作参数来产生第一APC估计扭矩283。例如，APC扭矩估计模块244可以使用以下关系来产生第一APC估计扭矩283：
(4) ，
其中TAPC1是第一APC估计扭矩283，APCP是当前APC 284，RPM是发动机速度，SM是由火花致动器模块126使用的当前火花正时280，IM是测量出的进气凸轮相位器角度281，EM是测量出的排气凸轮相位器角度282，AF是由燃料致动器模块124使用的当前空气/燃料比，OT是油温，并且#是启动的汽缸的当前数量。关系可以实施为方程或查找表。
APC扭矩估计模块244还基于当前APC 284以及目标进气凸轮相位器角度270和目标排气凸轮相位器角度271来产生第二APC估计扭矩298。例如，APC扭矩估计模块244可以使用以下关系来产生第二APC估计扭矩298：
(5)
其中TAPC2是第二APC估计扭矩298，APCM是当前APC 284，RPM是发动机速度，SM是由火花致动器模块126使用的当前火花正时280，IT是目标进气凸轮相位器角度270，ET是目标排气凸轮相位器角度271，AF是由燃料致动器模块124使用的当前空气/燃料比，OT是油温，并且#是启动的汽缸的当前数量。关系可以实施为方程或查找表。
空气控制模块228可以将目标节气门开度267输出到节气门致动器模块116。节气门致动器模块116调节节气门阀112以产生目标节气门开度267。空气控制模块228将目标MAP 266输出到升压控制模块248。升压控制模块248基于目标MAP 266控制废气门162。空气控制模块228将第二目标APC 268输出到相位器控制模块252。基于第二目标APC 268和发动机速度（和/或曲轴位置），相位器控制模块252可以控制进气凸轮相位器148和/或排气凸轮相位器150的位置。
现在参照图3，呈现空气控制模块228的示例性实施的功能方框图。延迟和速率限制模块302将一个或多个成形动作应用于空气扭矩请求265以产生成形的空气扭矩请求303。更具体来说，延迟和速率限制模块302在将存储的空气扭矩请求输出作为延迟的空气扭矩请求（未输出）之前存储空气扭矩请求265持续一个延迟周期。延迟和速率限制模块302可以基于EGR值（例如，开度或质量流率）和/或发动机速度（RPM）来确定延迟周期。
延迟和速率限制模块302将速率限制应用于延迟的空气扭矩请求以产生成形的空气扭矩请求303。换言之，延迟和速率限制模块302将成形的空气扭矩请求303朝向延迟的空气扭矩请求调整高达每预定周期的最大量。延迟和速率限制模块302可以基于EGR值和/或发动机速度来确定最大量。虽然已经描述延迟和速率限制成形动作，但是也可以执行一个或多个其他成形动作。
扭矩误差模块304基于成形的空气扭矩请求303与第一APC估计扭矩283之间的差异来确定扭矩误差308。例如，扭矩误差模块304可以将扭矩误差308设置为等于空气扭矩请求265减去第一APC估计扭矩283。
调整模块312基于扭矩误差308产生扭矩调整316。调整模块312可以例如使用以下关系来产生扭矩调整316：
(6) ，
其中TADJ是扭矩调整316，KP是比例增益，TERROR是扭矩误差308，并且KI是积分增益。将称为比例（P）扭矩调整，并且称为积分（I）扭矩调整318。扭矩调整318等于P扭矩调整与I扭矩调整318的和。在各个实施中，可以使用另一个适合类型的闭环控制器基于扭矩误差308产生扭矩调整316。
目标确定模块320基于成形的空气扭矩请求303和扭矩调整316来确定目标扭矩324。例如，目标确定模块320可以将目标扭矩324设置为等于成形的空气扭矩请求303加上扭矩调整316。
目标APC模块328产生第一目标APC（APC1）329。图4是目标APC模块328的示例性实施的功能方框图。现在参照图3和4，第一APC确定模块404基于目标扭矩324、目标火花正时275以及选定的进气凸轮相位器角度330和选定的排气凸轮相位器角度331来确定第一目标APC 329。第一APC确定模块404基于发动机速度、当前空气/燃料比、油温以及有效汽缸的当前数量来确定第一目标APC 329。可以反转并求解以上提供的关系（4）以确定第一目标APC329。例如，第一APC确定模块404可以使用以下关系来产生第一目标APC 329：
(7) ，
其中APCT_1是第一目标APC 329，TT是目标扭矩324，RPM是发动机速度，ST是目标火花正时275，ISEL是选定的进气凸轮相位器角度330，ESEL是选定的排气凸轮相位器角度331，AF是由燃料致动器模块124使用的当前空气/燃料比，OT是油温，#是启动的汽缸的当前数量，并且T-1指示以上用来将当前APC 284与第一APC估计扭矩283相关的关系（4）的反转。在各个实施中，可以使用目标进气凸轮相位器角度270和目标排气凸轮相位器角度271来替代选定的进气凸轮相位器角度330和选定的排气凸轮相位器角度331。此关系可以实施为方程或查找表。选定的进气凸轮相位器角度330和选定的排气凸轮相位器角度331的产生在下文进一步论述。
目标APC模块328还产生第二目标APC 268和第三目标APC 291。第二APC确定模块408基于相位器目标扭矩412、目标火花正时275以及选定的进气凸轮相位器角度330和选定的排气凸轮相位器角度331来确定第二目标APC 268。第二APC确定模块408进一步基于发动机速度、当前空气/燃料比、油温以及有效汽缸的当前数量来确定第二目标APC 268。可以反转并求解以上提供的关系（4）以确定第二目标APC 268。例如，第二APC确定模块408可以使用以下关系来产生第二目标APC 268：
(8) ，
其中APCT_2是第二目标APC 268，TPTT是相位器目标扭矩412，RPM是发动机速度，ST是目标火花正时275，ISEL是选定的进气凸轮相位器角度330，ESEL是选定的排气凸轮相位器角度331，AF是由燃料致动器模块124使用的当前空气/燃料比，OT是油温，#是启动的汽缸的当前数量，并且T-1指示以上用来将当前APC 284与第一APC估计扭矩283相关的关系（4）的反转。在各个实施中，可以使用目标进气凸轮相位器角度270和目标排气凸轮相位器角度271来替代选定的进气凸轮相位器角度330和选定的排气凸轮相位器角度331。此关系可以实施为方程或查找表。
目标相位器扭矩模块416基于成形的空气扭矩请求303和相位器扭矩调整420来确定相位器目标扭矩412。例如，目标相位器扭矩模块416可以将相位器目标扭矩412设置为等于相位器扭矩调整420加上成形的空气扭矩请求303。
第一选择模块424基于第一选择信号428将相位器扭矩调整420设置为零和I扭矩调整318中的一个。例如，当第一选择信号428处于第一状态中时，第一选择模块424可以将相位器扭矩调整420设置为零，并且当第一选择信号428处于第二状态中时将相位器扭矩调整420设置为I扭矩调整318。第一选择信号428的状态可以例如在车辆设计的校准阶段期间设置。例如，当相位器控制模块252可以在大于预定速率的速率下改变目标进气相位器角度270和/或目标排气相位器角度271时，第一选择信号428可以被设置为第一状态。当相位器控制模块252限于在小于预定速率的速率下改变目标进气相位器角度270和/或目标排气相位器角度271时，第一选择信号428可以被设置为第二状态。
如上所述，相位器控制模块252（图2）基于第二目标APC 268产生目标进气凸轮相位器角度270和目标排气凸轮相位器角度271。更具体来说，相位器控制模块252可以基于第二目标APC 268和发动机速度来确定目标进气凸轮相位器角度270和目标排气凸轮相位器角度271。例如，相位器控制模块252可以使用以下关系来产生目标进气凸轮相位器角度270和目标排气凸轮相位器角度271：
(9) ；以及
(10) ，
其中IT是目标进气凸轮相位器角度270，RPM是发动机速度，APCT_2是第二目标APC268，并且ET是目标排气凸轮相位器角度271。这些关系可以实施为方程或查找表。相位器致动器模块158分别基于目标进气凸轮相位器角度270和目标排气凸轮相位器角度271来控制进气凸轮相位器148和排气凸轮相位器150。
第三APC确定模块432基于EGR目标扭矩436、目标火花正时275以及选定的进气凸轮相位器角度330和排气凸轮相位器角度331来确定第三目标APC 291。第三APC确定模块432基于发动机速度、当前空气/燃料比、油温以及有效汽缸的当前数量来确定第三目标APC291。可以反转并求解以上提供的关系（4）以确定第三目标APC 291。例如，第三APC确定模块432可以使用以下关系来产生第三目标APC 291：
(11) ，
其中APCT_3是第三目标APC 291，TEGRT是EGR目标扭矩436，RPM是发动机速度，ST是目标火花正时275，ISEL是选定的进气凸轮相位器角度330，ESEL是选定的排气凸轮相位器角度331，AF是由燃料致动器模块124使用的当前空气/燃料比，OT是油温，#是启动的汽缸的当前数量，并且T-1指示以上用来将当前APC 284与第一APC估计扭矩283相关的关系（4）的反转。在各个实施中，可以使用目标进气凸轮相位器角度270和目标排气凸轮相位器角度271来替代选定的进气凸轮相位器角度330和选定的排气凸轮相位器角度331。此关系可以实施为方程或查找表。
目标EGR扭矩模块440基于空气扭矩请求265和EGR扭矩调整444来确定EGR目标扭矩436。例如，目标EGR扭矩模块440可以将EGR目标扭矩436设置为等于EGR扭矩调整444加上空气扭矩请求265。
第二选择模块448基于第二选择信号452将EGR扭矩调整444设置为零和I扭矩调整318中的一个。例如，当第二选择信号452处于第一状态中时，第二选择模块448可以将EGR扭矩调整444设置为零，并且当第二选择信号452处于第二状态中时将EGR扭矩调整444设置为I扭矩调整318。第二选择信号452的状态可以例如在车辆设计的校准阶段期间设置。例如，当EGR控制模块253可以在大于预定速率的速率下改变目标EGR开度292时，第二选择信号452可以被设置为第一状态。当EGR控制模块253限于在小于预定速率的速率下改变目标EGR开度292时，第二选择信号452可以被设置为第二状态。
如上所述，EGR控制模块253（图2）基于第三目标APC 291产生目标EGR开度292。更具体来说，EGR控制模块253可以基于第三目标APC 291和发动机速度来确定目标EGR质量流率。EGR控制模块253可以例如使用以下关系来产生目标EGR质量流率：
(12) ，
其中MEGRT是质量EGR流率，RPM是发动机速度，并且APCT_3是第三目标APC 291。此关系可以实施为方程或查找表。
EGR控制模块253可以基于目标EGR质量流率来确定目标EGR开度292。EGR控制模块253进一步基于目标MAP 266、排气温度以及排气压力来确定目标EGR开度292。例如，EGR控制模块253可以使用以下关系来确定目标EGR开度292：
(13) ，
其中AREAEGRT是目标EGR开度292，MEGRT是目标EGR质量流率，MAPT是目标MAP 266，RGAS是理想气体常数，Texh是排气温度，Pexh是排气压力，并且Φ代表空气密度函数。如上所述，EGR致动器模块172基于目标EGR开度292来控制EGR阀170。
返回参照图3，目标MAP模块332基于目标扭矩324、目标火花正时275以及选定的进气凸轮相位器角度330和选定的排气凸轮相位器角度331来产生目标MAP 266。目标MAP模块332进一步基于发动机速度、当前空气/燃料比、油温、有效汽缸的当前数量以及估计的扭矩差异336来产生目标MAP 266。可以反转并求解以上提供的关系（1）以确定目标MAP 266。例如，目标MAP模块332可以使用以下关系来产生目标MAP 266：
(14) ，
其中MAPT是目标MAP 266，TT是目标扭矩324，TEST_DIFF是估计的扭矩差异336，RPM是发动机速度，ST是目标火花正时275，ISEL是选定的进气凸轮相位器角度330，ESEL是选定的排气凸轮相位器角度331，AF是由燃料致动器模块124使用的当前空气/燃料比，OT是油温，#是启动的汽缸的当前数量，并且T-1指示以上用来将MAP 279与MAP估计扭矩278相关的关系（1）的反转。在各个实施中，可以使用目标进气凸轮相位器角度270和目标排气凸轮相位器角度271来替代选定的进气凸轮相位器角度330和选定的排气凸轮相位器角度331。此关系可以实施为方程或查找表。如上所述，选定的进气凸轮相位器角度330和选定的排气凸轮相位器角度331的产生在下文进一步论述。
差异模块340确定估计的扭矩差异336。差异模块340基于MAP估计扭矩278与第一APC估计扭矩283之间的差异来确定估计的扭矩差异336。差异模块340还可以将过滤器（诸如低通过滤器）应用于MAP估计扭矩278与第一APC估计扭矩283之间的差异，并且输出过滤后的差异作为估计的扭矩差异336。
如上所述，升压控制模块248可以基于目标MAP 266产生目标占空比269。升压致动器模块164基于目标占空比269来控制废气门162（且因此控制涡轮增压器）。
第一目标MAF模块344基于第一目标APC 329产生进入发动机102中的第一目标MAF348。第一目标MAF模块344进一步基于发动机速度和发动机102的汽缸的总数量来产生第一目标MAF 348。例如，第一目标MAF模块344可以使用以下关系来产生第一目标MAF 348：
(15)，
其中MAFT_1是第一目标MAF 348，APCT_1是第一目标APC 329，RPM是发动机速度，并且KCYL是基于发动机102的汽缸的总数量设置的预定值。仅举例而言，KCYL对于8汽缸发动机而言可以是约15并且对于4汽缸发动机而言可以是约30。
当一个或多个汽缸从被启动转变成被停用时以及当一个或多个汽缸从被停用转变成被启动时，进入发动机102的空气流可以改变。进入发动机102的空气流的动力学可以使用以下一阶关系来表示：
(16)；以及
(17)，
其中u是MAF，x是MAP，是MAP的改变速率，并且y是APC。a、b和c的值可以如下表示：
(18)，
(19)，以及
(20)，
其中η是发动机102的容积效率，VD是发动机102的排量容积，FF是发动机102的点火分数，RPM是发动机速度，VMAN是进气歧管110的容积，R是理想气体常数，TMAN是进气歧管110内的空气的温度，并且Cyls是发动机102的汽缸的总数量。发动机102的点火分数是0与1之间的值，该值对应于启动的汽缸的数量与发动机102的汽缸的总数量的比。
用于APC遵循汽缸启动和停用转变的示例性目标可以如下表达：
(21)，
其中TRef是目标响应时间常数，r是有待遵循的参考输入，并且am和bm等于1/TRef。仅举例而言，对于在80毫秒（ms）内的90%的所需改变而言TRef的值约为0.0364。虽然已提供示例性的一阶实例，但是可以使用二阶或更高阶关系。目标响应时间常数可以是固定值或可变值。如果是可变值，则目标响应时间常数可以基于例如发动机速度、发动机负载、进气歧管110中的空气的温度和/或一个或多个其他参数来确定。
第二目标MAF模块460基于关系（16）至（21）来确定进入发动机102的第二目标MAF464。更具体来说，第二目标MAF模块460基于第一目标APC 329、当前APC 284、点火分数、进气歧管110内的温度、发动机的容积效率以及目标响应时间常数（TRef）来确定第二目标MAF464。例如，第二目标MAF模块460可以使用以下关系来确定第二目标MAF 464：
(22)，
其中MAFT_2是第二目标MAF 464，APCT_1是第一目标APC 329，并且APCP是当前APC284。a、am、b、bm和c在以上描述。
第三选择模块468基于第三选择信号476来将选定的目标MAF 472设置为第一目标MAF 348和第二目标MAF 464中的一个。例如，当第三选择信号476处于第一状态下时，第三选择模块468可以将选定的目标MAF 472设置为第一目标MAF 348，并且当第三选择信号476处于第二状态下时，可以将选定的目标MAF 472设置为第二目标MAF 464。
汽缸控制模块236可以设置第三选择信号476的状态。例如，在将一个或多个汽缸从被启动转变成被停用之前的预定周期，和在将一个或多个汽缸从被停用转变成被启动之前的预定周期，汽缸控制模块236可以将第三选择信号476设置为第二状态。汽缸控制模块236随后可以将第三选择信号维持在第二状态中直到转变完成。当转变完成时，汽缸控制模块236可以将第三选择信号从第二状态转变成第一状态。汽缸控制模块236可以将第三选择信号维持在第一状态中直到一个或多个汽缸将从被启动转变成被停用，且反之亦然。
以此方式，第二目标MAF 464将用于一个或多个汽缸从被启动转变成被停用或者从被停用转变成被启动之前的预定周期和同时。第一目标MAF 348可以用于启动和停用的汽缸数量不变时。
当第三选择信号476从第一状态变成第二状态或反之亦然时，第三选择模块468可以对选定目标MAF 472的改变进行速率限制。例如，当第三选择信号476从第一状态转变成第二状态时，第三选择模块468可以将选定目标MAF 472朝向第二目标MAF 464调整高达每预定周期的预定量。当第三选择信号476从第二状态转变成第一状态时，第三选择模块468可以将选定目标MAF 472朝向第一目标MAF 348调整高达每预定周期的预定量。在各个实施中，可以省略第一目标MAF模块344和第三选择模块468，并且可以始终使用第二目标MAF464。
节气门控制模块352基于选定目标MAF 472来确定用于节气门阀112的目标节气门开度267。节气门控制模块352进一步基于目标MAP 266、空气温度以及大气压力来确定目标节气门开度267。例如，节气门控制模块352可以使用以下关系来确定目标节气门开度267：
(23)，
其中AREAT是目标节气门开度267，MAFT_S是选定目标MAF 472，MAPT是目标MAP 266，RGAS是理想气体常数，T是空气温度（例如，周围或进气），B是节气门阀112上游的压力，并且Φ表示空气密度函数。如上所述，节气门致动器模块116基于目标节气门开度267来控制节气门阀112。
返回参照目标火花正时275，可以反转以上提供的关系（4）以求解火花APC（未示出）。例如，火花控制模块232可以使用以下关系来确定火花APC：
(24)，
其中APCSPARK是火花APC，TSPARK是火花扭矩请求272，RPM是发动机速度，SM是由火花致动器模块126使用的当前火花正时280，IT是目标进气凸轮相位器角度270，ET是目标排气凸轮相位器角度271，AF是由燃料致动器模块124使用的当前空气/燃料比，OT是油温，#是启动的汽缸的当前数量，并且T-1指示以上用来将当前APC 284与第一APC估计扭矩283相关的关系（4）的反转。此关系可以实施为方程或查找表。
火花控制模块232可以基于火花APC和发动机速度来确定目标火花正时275。例如，火花控制模块232可以使用以下关系来确定目标火花正时275：
(25)，
其中ST是目标火花正时275，APCSPARK是火花APC，并且RPM是发动机速度。
选择模块356分别基于以下中的任一项来设置选定的进气凸轮相位器角度330和选定的排气凸轮相位器角度331：测量出的进气凸轮相位器角度281和测量出的排气凸轮相位器角度282；或者目标进气凸轮相位器角度270和目标排气凸轮相位器角度271。更具体来说，选择模块356：基于测量出的进气凸轮相位器角度281或目标进气凸轮相位器角度270来设置选定的进气凸轮相位器角度330；并且基于测量出的排气凸轮相位器角度282或目标排气凸轮相位器角度271来设置选定的排气凸轮相位器角度331。
选择信号360基于测量出的进气凸轮相位器角度281和测量出的排气凸轮相位器角度282或者基于目标进气凸轮相位器角度270和目标排气凸轮相位器角度271来控制选择模块356是否设置选定的进气凸轮相位器角度330和选定的排气凸轮相位器角度331。例如，当选择信号360处于第一状态中时，选择模块356可以基于目标进气凸轮相位器角度270和目标排气凸轮相位器角度271来设置选定的进气凸轮相位器角度330和选定的排气凸轮相位器角度331。当选择信号360处于第二状态中时，选择模块356可以基于测量出的进气凸轮相位器角度281和测量出的排气凸轮相位器角度282来设置选定的进气凸轮相位器角度330和选定的排气凸轮相位器角度331。
当选择信号360从第一状态转变成第二状态或反之亦然时，选择模块356可以对选定的进气凸轮相位器角度330和选定的排气凸轮相位器角度331的改变进行速率限制。例如，当选择信号360从第一状态转变成第二状态时，选择模块356可以将选定的进气凸轮相位器角度330和选定的排气凸轮相位器角度331朝向测量出的进气凸轮相位器角度281和测量出的排气凸轮相位器角度282调整高达每预定周期的第一预定量。当选择信号360从第二状态转变成第一状态时，选择模块356可以将选定的进气凸轮相位器角度330和选定的排气凸轮相位器角度331朝向目标进气凸轮相位器角度270和目标排气凸轮相位器角度271调整高达每预定周期的第二预定量。第一和第二预定量可以相同或不同。
选择产生模块364产生选择信号360。选择产生模块364将一个预定周期内的APC扭矩差异365（或预定数量的样本）求和以确定累计差异。第二差异模块366确定APC扭矩差异365。第二差异模块366基于第一APC估计扭矩283与第二APC估计扭矩298之间的差异来确定APC扭矩差异365。第二差异模块366还可以将过滤器（诸如低通过滤器）应用于第一APC估计扭矩283与第二APC估计扭矩298之间的差异，并且输出过滤后的差异作为APC扭矩差异365。
选择产生模块364基于累计差异产生选择信号360。更具体来说，当累计差异小于预定值时，选择产生模块364将选择信号360设置为第一状态。当累计差异大于预定值时，选择产生模块364可以将选择信号360设置为第二状态。
以此方式，当累计差异小于预定值时，选择模块356基于目标进气凸轮相位器角度270和目标排气凸轮相位器角度271来设置选定的进气凸轮相位器角度330和选定的排气凸轮相位器角度331。当累计差异大于预定值时，选择模块356可以基于测量出的进气凸轮相位器角度281和测量出的排气凸轮相位器角度282来设置选定的进气凸轮相位器角度330和选定的排气凸轮相位器角度331。这可以确保目标进气凸轮相位器角度270和目标排气凸轮相位器角度271的使用限于目标进气凸轮相位器角度270和目标排气凸轮相位器角度271精确的时候，所述精确如由累计差异小于预定值所指示。
现在参照图5，呈现控制节气门阀112的示例性方法的流程图。控制可以通过504开始，其中扭矩请求模块224产生空气扭矩请求265。在508，延迟和速率限制模块302更新成形的空气扭矩请求303。延迟和速率限制模块302接收空气扭矩请求265并且存储空气扭矩请求265持续延迟周期。延迟和速率限制模块302将成形的空气扭矩请求303朝向存储的空气扭矩请求调整高达预定量。延迟周期和预定量可以例如基于EGR值和/或发动机速度来确定。
在512，扭矩误差模块304产生扭矩误差308。扭矩误差模块304基于成形的空气扭矩请求303与第一APC估计扭矩283之间的差异来确定扭矩误差308。在516，调整模块312基于扭矩误差308确定P扭矩调整、I扭矩调整318以及扭矩调整316。如以上结合关系（6）所论述，调整模块312可以基于比例增益（KP）与扭矩误差308的乘积来确定P扭矩调整，并且基于扭矩误差308与积分增益（KI）的乘积来确定I扭矩调整318。调整模块312可以将扭矩调整316设置为等于I扭矩调整318加上P扭矩调整。
在520，目标确定模块320产生目标扭矩324。目标确定模块320基于扭矩调整316和成形的空气扭矩请求303来确定目标扭矩324，如以上所论述。在524，第一APC确定模块404确定第一目标APC 329，第一目标MAF模块344确定第一目标MAF 348，第二目标MAF模块460确定第二目标MAF 464，并且目标MAP模块332确定目标MAP 266。
第一APC确定模块404基于目标扭矩324来确定第一目标APC 329，如以上所论述。第一目标MAF模块344基于第一目标APC 329来确定第一目标MAF 348，如以上所论述。目标MAP模块332基于目标扭矩324来确定目标MAP 266，如以上所论述。第二目标MAF模块460基于第一目标APC 329、当前APC 284、点火分数、进气歧管110内的温度、发动机102的容积效率以及目标响应时间常数（TRef）来确定第二目标MAF 464，如以上所论述。
在528，汽缸控制模块236可以确定是否应将一个或多个汽缸从启动转变成停用或者从停用转变成启动。例如，汽缸控制模块236可以在扭矩请求增加时启动一个或多个汽缸，并且可以在扭矩请求减少时停用一个或多个汽缸。如果528为是，则在532，第三选择模块468可以将选定的目标MAF 472设置为第二目标MAF 464，或者基于第二目标MAF 464来设置选定的目标MAF 472，并且控制继续到540。如果528为否，则第三选择模块468可以将选定的目标MAF 472设置为第一目标MAF，或者基于第一目标MAF来设置选定的目标MAF 472，并且控制继续到540。
在540，节气门控制模块352基于选定的目标MAF 472和目标MAP 266产生目标节气门开度267，如以上所论述。在各个实施中，可以省略528至536，并且节气门控制模块352可以基于第二目标MAF 464和目标MAP 266来产生目标节气门开度267。在544，节气门致动器模块116基于目标节气门开度267选择性地调整节气门阀112。控制随后可以结束。虽然控制被展示和论述为结束，但是图5可以说明一个控制回路，并且可以在预定速率下执行控制回路。
以上描述实质上仅是说明性的，而绝不意欲限制本公开、其应用或使用。本公开的广泛教示可以各种形式来实施。因此，虽然本公开包括具体实例，但是本公开的真实范围不应限于此，因为其他修改将在学习附图、说明书以及随附权利要求之后变得显而易见。如本文所使用，短语A、B和C中的至少一个应解释为意味着使用非排他性的逻辑或的逻辑（A或B或C）。应理解，在不改变本公开的原理的情况下，方法内的一个或多个步骤可以不同的次序（或同时地）执行。
在包括以下定义的此申请中，术语模块可以由术语电路取代。术语模块可以指代以下内容、是其一部分或者包括以下内容：特定应用集成电路（ASIC）；数字、模拟或混合模拟/数字分立电路；数字、模拟或混合模拟/数字集成电路；组合逻辑电路；场可编程门阵列（FPGA）；执行代码的处理器（共享、专用或集群）；存储由处理器执行的代码的内存（共享、专用或集群）；提供所描述的功能性的其他适合的硬件部件；或者以上内容中的一些或所有的组合，诸如片上系统。
如以上所使用的术语代码可以包括软件、固件和/或微代码，并且可以指代程序、例程、功能、分类和/或目标。术语共享处理器涵盖执行来自多个模块的一些或所有代码的单个处理器。术语集群处理器涵盖与额外处理器组合执行来自一个或多个模块的一些或所有代码的处理器。术语共享内存涵盖存储来自多个模块的一些或所有代码的单个内存。术语集群内存涵盖与额外内存组合存储来自一个或多个模块的一些或所有代码的内存。术语内存可以是术语计算机可读介质的子集。术语计算机可读介质并不涵盖通过介质传播的暂时电信号和电磁信号，并且因此可以被认为是有形且永久的。永久的有形计算机可读介质的非限制性实例包括非易失性内存、易失性内存、磁性存储器和光学存储器。
此申请中描述的装置和方法可以部分地或完全地由一个或多个处理器所执行的一个或多个计算机程序来实施。计算机程序包括存储在至少一个永久的有形计算机可读介质上的处理器可执行指令。计算机程序也可以包括和/或依赖于所存储的数据。

Claims (10)

1.一种用于车辆的发动机控制系统，包括：
目标扭矩电路，所述目标扭矩电路基于至少一个驾驶者输入来确定发动机的目标扭矩输出；
目标每汽缸空气电路，所述每汽缸空气电路基于所述目标扭矩确定用于所述发动机的目标每汽缸空气；
第一目标质量空气流量电路，所述第一目标质量空气流量电路基于包括所述目标每汽缸空气、所述发动机的每汽缸空气、所述发动机的进气歧管内的空气温度、所述发动机的容积效率以及预定响应时间值、所述发动机的启动的汽缸的数量以及所述发动机的汽缸的总数量的第一组参数来确定通过所述发动机的节气门阀的第一目标质量空气流量；
第二目标质量空气流量电路，所述第二目标质量空气流量电路基于包括所述目标每汽缸空气、发动机速度以及所述发动机的汽缸的总数量的第二组参数来确定通过所述节气门阀的第二目标质量空气流量，
其中所述第一组参数中的至少一个参数不包括在所述第二组参数中，并且
其中所述第二组参数中的至少一个参数不包括在所述第一组参数中，
选择电路，所述选择电路：
当所述发动机的至少一个汽缸（a）从启动转变成停用或（b）从停用转变成启动时，选择所述第一目标质量空气流量作为选择的目标质量空气流量；并且
当（a）所述发动机的零汽缸从启动转变成停用和（b）所述发动机的零汽缸从停用转变成启动二者时，选择所述第二目标质量空气流量作为选择的目标质量空气流量；并且
节气门控制电路，所述节气门控制电路基于所述选择的目标质量空气流量来确定目标节气门开度并且基于所述目标节气门开度来控制所述节气门阀的开度。
2.如权利要求1所述的发动机控制系统，其中所述目标质量空气流量电路使用将所述目标每汽缸空气、启动的汽缸的数量、所述汽缸的总数量、所述每汽缸空气、所述温度、所述容积效率以及所述预定响应时间值与所述目标质量空气流量相关的函数和映射中的一个来确定所述目标质量空气流量。
3.如权利要求1所述的发动机控制系统，其中在所述发动机的至少一个汽缸从启动转变成停用之前，所述选择电路选择所述目标质量空气流量持续预定周期。
4.如权利要求1所述的发动机控制系统，其中在所述发动机的所述至少一个汽缸从停用转变成启动之前，所述选择电路选择所述目标质量空气流量持续预定周期。
5.如权利要求1所述的发动机控制系统，其中所述节气门控制电路进一步基于目标进气歧管压力来确定所述目标节气门开度。
6.一种发动机控制方法，包括：
基于至少一个驾驶者输入来确定发动机的目标扭矩输出；
基于目标扭矩确定用于所述发动机的目标每汽缸空气；
基于包括所述目标每汽缸空气、所述发动机的每汽缸空气、所述发动机的进气歧管内的空气温度、所述发动机的容积效率以及预定响应时间值、所述发动机的启动的汽缸的数量以及所述发动机的汽缸的总数量的第一组参数来确定通过所述发动机的节气门阀的第一目标质量空气流量；
基于包括所述目标每汽缸空气、发动机速度以及所述发动机的汽缸的总数量的第二组参数来确定通过所述节气门阀的第二目标质量空气流量，
其中所述第一组参数中的至少一个参数不包括在所述第二组参数中，并且
其中所述第二组参数中的至少一个参数不包括在所述第一组参数中，
当所述发动机的至少一个汽缸（a）从启动转变成停用或（b）从停用转变成启动时，选择所述第一目标质量空气流量作为选择的目标质量空气流量；并且
当（a）所述发动机的零汽缸从启动转变成停用和（b）所述发动机的零汽缸从停用转变成启动二者时，选择所述第二目标质量空气流量作为选择的目标质量空气流量；并且
基于所述选择的目标质量空气流量来确定目标节气门开度；并且
基于所述目标节气门开度来控制所述节气门阀的开度。
7.如权利要求6所述的发动机控制方法，其进一步包括使用将所述目标每汽缸空气、启动的汽缸的数量、所述汽缸的总数量、所述每汽缸空气、所述温度、所述容积效率以及所述预定响应时间值与所述目标质量空气流量相关的函数和映射中的一个来确定所述目标质量空气流量。
8.如权利要求6所述的发动机控制方法，其进一步包括在所述发动机的所述至少一个汽缸从启动转变成停用之前，选择所述目标质量空气流量持续预定周期。
9.如权利要求6所述的发动机控制方法，其进一步包括在所述发动机的所述至少一个汽缸从停用转变成启动之前选择所述目标质量空气流量持续预定周期。
10.如权利要求6所述的发动机控制方法，其进一步包括进一步基于目标进气歧管压力来确定所述目标节气门开度。
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