CN108425760B - 利用充气选择多模发动机上的最佳模式的方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于为具有可变升程的多缸机动车辆发动机系统选择最佳多级操作模式的控制方法包括：基于全部汽缸以高升程操作的全转矩容量(FTC)模式、全部汽缸以低升程操作的第一降低容量经济模式(RCE1)和并非全部汽缸以低升程操作且至少一个汽缸停用的第二降低容量经济模式(RCE2)中的每一个模式的预测燃料经济性对这些模式中的每一个模式进行排序。对每个优先模式施加约束，包括通过对每个模式计算作为当前升压压力的函数的最大转矩容量来结合升压作为一个约束。进行模式确定仲裁来识别是否需要改变模式。

Description

利用充气选择多模发动机上的最佳模式的方法
引言
本公开涉及内燃机，并且更具体地涉及用于选择用于发动机操作的最佳操作模式的系统和方法。
内燃机在汽缸内燃烧空气和燃料混合物以驱动活塞，从而产生驱动转矩。进入发动机的空气流经由节气门调节。更具体地，该节气门调整节气门面积，从而增加或降低进入发动机的空气流。随着节气门面积增加，进入发动机中的空气流增加。燃料控制系统调整燃料被喷射的速率以向汽缸提供期望空气/燃料混合物和/或实现期望转矩输出。增加被提供至汽缸的空气和燃料的量会增加发动机的转矩输出。
在火花点火发动机中，火花起始被提供给汽缸的空气/燃料混合物的燃烧。在压缩点火发动机中，汽缸中的压缩燃烧被提供给汽缸的空气/燃料混合物。火花正时和空气流可为用于调整火花点火发动机的转矩输出的主要机制，而燃料流量可为用于调整压缩点火发动机的转矩输出的主要机制。
已经开发了发动机控制系统来控制发动机输出转矩以实现期望的转矩。然而，传统的发动机控制系统不能如期望的那样准确地控制发动机输出转矩。另外，特别是对于升压发动机和具有多种操作模式的发动机，传统的发动机控制系统不能提供对控制信号的快速响应，或不能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。
因此，虽然当前的发动机控制系统实现它们的预期目的，但是仍需要一种用于将加速器踏板行程转换为期望的车轴或发动机转矩的新型和改进的系统和方法。
发明内容
根据若干方面，一种用于为机动车辆发动机系统选择最佳多级骤操作模式的控制方法包括：提供至少两个可变容量操作模式；基于燃料效率对该至少两个可变容量模式进行排序；将转矩约束数据以及噪声和振动(NV)约束数据施加于优先模式；以及对施加了转矩约束和振动约束数据的优先模式进行模式确定仲裁以识别是否需要改变模式。
在本公开的另外方面中，至少两个可变容量模式包括：第一模式，其限定了全部汽缸以高升程操作的转矩容量(FTC)模式；第二模式，其限定了全部汽缸以低升程操作的第一降低容量经济模式(RCE1)；以及第三模式，其限定了并非全部汽缸操作的第二降低容量经济模式(RCE2)。
根据另一个方面，该方法包括：在第一FTC查找表中结合全转矩容量数据评估第一发动机转速(rpm)信号和第一期望转矩信号；在第二RCE1查找表中结合第一降低容量经济数据分析第二发动机转速(rpm)信号和第二期望转矩信号；以及在第三RCE2查找表中结合第二降低容量经济数据评估第三发动机转速(rpm)信号和第三期望转矩信号。
根据另一个方面，该方法包括产生预测的FTC燃料流量信号、预测的RCE1燃料流量信号和预测的RCE2燃料流量信号中的每一个。
根据另一个方面，排序步骤包括在分选模块中在最低预测燃料流量、次低或第二低预测燃料流量以及最高预测燃料流量之间分选预测的FTC燃料流量信号、预测的RCE1燃料流量信号和预测的RCE2燃料流量信号。
根据另一个方面，该方法包括将最低预测燃料流量、第二低预测燃料流量和最高预测燃料流量转发给可允许模式评估器和仲裁模块中的每一个。
根据另一个方面，该方法包括确定是否允许FTC模式、是否允许RCE1模式以及是否允许RCE2模式。
根据另一个方面，该方法包括在该进行步骤之前将被排序允许具有最低燃料消耗的模式从可允许模式评估器传输至仲裁模块和模式确定模块中的每一个。
根据另一个方面，由第一发动机转速(rpm)信号表示的发动机转速和由第二发动机转速(rpm)信号表示的发动机转速基本上相同，且由第三发动机转速(rpm)信号表示的发动机转速由于变矩器滑移而大于第一和第二发动机转速信号。
根据另一个方面，该施加步骤包括通过对每个模式计算作为当前升压压力的函数的最大转矩容量来结合升压。
根据另一个方面，该至少两个可变容量模式包括具有最高转矩容量和最低燃料效率的第一模式、具有比最高转矩容量小的中等转矩容量和比最低燃料效率高的中等燃料效率的第二模式，以及具有比中等转矩容量低的最低转矩容量和比中等燃料效率高的最高燃料效率的第三模式。
根据另一个方面，该至少两个可变容量模式包括第一模式、第二模式、第三模式和第四模式，其中第一模式包括最高升程，第二模式包括具有低于最高升程的升程的高升程，第三模式包括低于高升程的中等升程，且第四模式包括低于中等升程的低升程。
根据若干方面，一种用于为具有可变升程的多缸机动车辆发动机系统选择最佳多级操作模式的控制方法包括：基于全部汽缸以高升程操作的全转矩容量(FTC)模式、全部汽缸以低升程操作的第一降低容量经济模式(RCE1)和并非全部汽缸以低升程操作且至少一个汽缸停用的第二降低容量经济模式(RCE2)中的每一个模式的预测燃料经济性对这些模式中的每一个模式进行排序；在具有最低预测燃料流量的模式、具有次低或第二低预测燃料流量的模式和具有最高预测燃料流量的模式之间分选优先模式；对每个优先模式施加多个约束，包括通过对每个模式计算作为当前升压压力的函数的最大转矩容量来结合升压作为一个约束；以及进行模式确定仲裁来识别是否需要改变模式。
根据另一个方面，该方法包括通过测量指示当前升压压力的总节气门入口空气压力(TIAP)来确定当前升压压力。
根据另一个方面，该方法包括输入转矩请求和经滤波的转矩请求中的每一个；以及对每个模式的最大转矩容量施加偏移。
根据另一个方面，该方法包括在该进行步骤期间将经滤波的转矩请求与最大转矩容量加上偏移进行比较。
根据另一个方面，一个最大转矩容量的偏移限定了缓慢退出阈值，其中当经滤波的转矩请求超过缓慢退出阈值的最大转矩容量时，引导模式改变。
根据另一个方面，另一个最大转矩容量的偏移限定了快速退出阈值，其中当转矩请求超过快速退出阈值的最大转矩容量时，引导模式改变。
根据若干方面，一种用于为具有可变升程的多缸机动车辆发动机系统选择最佳多级操作模式的控制方法包括：基于全部汽缸以高升程操作的全转矩容量(FTC)模式、全部汽缸以低升程操作的第一降低容量经济模式(RCE1)和并非全部汽缸以低升程操作且至少一个汽缸停用的第二降低容量经济模式(RCE2)中的每一个模式的预测燃料经济性对这些模式中的每一个模式进行排序；在具有最低预测燃料流量的模式、具有次低或第二低预测燃料流量的模式和具有最高预测燃料流量的模式之间分选优先模式；对每个优先模式施加多个约束，包括通过对每个模式计算作为当前升压压力的函数的最大转矩容量来结合升压作为一个约束；将缓慢退出偏移和快速退出偏移中的每一个添加至每个模式的最大转矩容量；以及进行模式确定仲裁以识别当超过缓慢退出偏移或快速退出偏移时是否需要改变模式。
从本文所提供的描述中将明白进一步应用领域。应当理解的是，该描述和具体示例仅旨在用于说明目的，并且不旨在限制本公开的范围。
附图说明
本文所述的附图仅用于说明目的并且不旨在以任何方式限制本公开的范围。
图1是根据示例性实施例的示例性发动机系统的功能框图；
图2是根据示例性实施例的示例性发动机控制系统的功能框图；
图3是用于选择最佳多级操作模式的控制方法的功能框图；
图4是描绘随时间向最大容量转矩施加缓慢退出阈值的各种转矩曲线的曲线图；且
图5是描绘随时间向最大容量转矩施加快速退出阈值的各种转矩曲线的曲线图。
具体实施方式
以下描述在本质上仅仅是示例性的并且不旨在限制本公开、应用或用途。为了清楚起见，将在附图中使用相同的附图标号来表示类似元件。如本文所使用，短语A、B和C中的至少一个应被理解为意味着使用非排他性逻辑OR的逻辑(A or B or C)。应当理解的是，方法内的步骤可以不同顺序执行且不更改本公开的原理。
如本文所使用，术语模块可以指代以下项、是以下项的部分或包括以下项：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、专用或成组)；提供所述功能性的其它合适的硬件部件；或某些或所有上述的组合，诸如在片上系统中。术语模块可以包括存储由处理器执行的代码的存储器(共享、专用或成组)。
如上所使用的术语代码可包括软件、固件和/或微代码，并且可指代程序、例程、函数、类和/或对象。如上文所使用的术语共享意味着来自多个模块的一些或全部代码可使用单个(共享)处理器来执行。另外，来自多个模块的一些或全部代码可由单个(共享)存储器存储。如上文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使用成组处理器来执行。另外，来自单个模块的一些或全部代码可使用成组存储器来存储。
本文描述的设备和方法可由被一个或多个处理器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示例是非易失性存储器、磁性存储装置和光学存储装置。
发动机控制模块(ECM)可以一个或多个增加的燃料经济性(FE)模式来选择性地操作发动机。仅作为示例，ECM可以汽缸停用模式和/或低升程模式来操作发动机。在汽缸停用模式的操作期间，ECM可停用一个或多个汽缸。在低升程模式的操作期间，凸轮轴可以比在另一个升程模式(例如，高升程模式)的操作期间更小的程度和/或以更短的时间段打开汽缸的相关阀。通常，发动机在FE模式下操作期间产生的最大转矩是有限的，但是FE增加。
现在参考图1，提出了示例性发动机系统100的功能框图。发动机系统100包括发动机102，其燃烧空气/燃料混合物以基于驾驶员输入模块104中的驾驶员输入产生用于车辆的驱动转矩。发空气通过节流阀112被吸入至进气歧管110中。仅作为示例，节流阀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，其调节该节流阀112的开度以控制被吸入至进气歧管110中的空气的量。
进气歧管110中的空气被吸入至发动机102的汽缸中。虽然发动机102可包括多个汽缸，但是为了说明目的，示出单个代表性汽缸118。仅作为示例，发动机102可以包括2、3、4、5、6、8、10和/或12个汽缸。ECM114可指示汽缸致动器模块120选择性地停用某些汽缸，这在某些发动机操作条件下可提高燃料经济性。
发动机102可使用四冲程循环来操作。下文描述的四个冲程可为称为进气冲程、压缩冲程、燃烧冲程和排气冲程。在曲轴(未示出)的每次转动期间，四个冲程中的两个冲程发生在汽缸118内。因此，汽缸118要经历所有四个冲程必须有两次曲轴转动。
在进气冲程期间，进气歧管110中的空气通过进气阀122被吸入至汽缸118中。ECM114控制燃料致动器模块124，其调节燃料喷射器以实现期望的空燃比。燃料可在中心位置处或诸如靠近每个汽缸的进气阀122的多个位置处喷射至进气歧管110中。在各种实施方案(未示出)中，燃料可被直接喷射至汽缸中或喷射至与汽缸相关联的混合室中。燃料致动器模块124可停止向已停用的汽缸喷射燃料。
喷射的燃料与空气混结合且在汽缸118中形成空气/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。发动机102可为火花点火发动机，在这种情况下，火花致动器模块126基于来自ECM114的信号激励汽缸118中的火花塞128，从而点燃空气/燃料混合物。可相对于当活塞在其最顶部位置(将被称为上止点(TDC))的时间指定火花的正时。
火花致动器模块126可受指定TDC之前或之后多久才产生火花的正时信号控制。因为活塞位置直接与曲轴旋转有关，所以火花致动器模块126的操作可与曲轴角度同步。在各种实施方案中，火花致动器模块126可停止向已停用的汽缸提供火花。
产生火花可称为点火事件。火花致动器模块126可具有改变每个点火事件的火花正时的能力。火花致动器模块126可能甚至能够在火花正时在上一次点火事件与下一次点火事件之间发生改变时改变下一个点火事件的火花正时。
在燃烧冲程期间，空气/燃料混合物的燃烧向下驱动活塞，由此驱动曲轴。燃烧冲程可被限定为活塞到达TDC与活塞返回至最底部位置(将被称为下止点(BDC))的时间之间的时间。在排气冲程期间，活塞开始从BDC上移并且通过排气阀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。
进气阀122可由进气凸轮轴140控制，而排气阀130可由排气凸轮轴142控制。在各种实施方案中，多个进气凸轮轴(包括进气凸轮轴140)可控制汽缸118的多个进气阀(包括进气阀122)和/或可控制多组汽缸(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)可控制汽缸118的多个排气阀和/或可控制多组汽缸(包括汽缸118)的排气阀(包括排气阀130)。
汽缸致动器模块120可通过禁止打开进气阀122和/或排气阀130将汽缸118停用。在各种其它实施方案中，进气阀122和/或排气阀130可由除凸轮轴之外的装置(诸如电磁致动器)控制。
可由进气凸轮相位器148改变进气阀122相对于活塞TDC的打开时间。可由排气凸轮相位器150改变排气阀130相对于活塞TDC的打开时间。相位器致动器模块158可基于ECM114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，可变阀升程(未示出)还可受相位器致动器模块158控制。
发动机系统100可包括向进气歧管110提供加压空气的升压装置。例如，图1示出包括由流过排气系统134的热废气提供动力的热涡轮160-1的涡轮增压器。涡轮增压器还包括由涡轮160-1驱动的压缩通向节流阀112中的空气的冷空气压缩机160-2。在各种实施方案中，由曲轴驱动的增压器(未示出)可压缩来自节流阀阀112的空气并且将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，由此减少由涡轮增压器形成的升压(进气压缩的量)。ECM114可经由升压致动器模块164控制涡轮增压器。升压致动器模块164通过控制废气门162的位置来调整涡轮增压器的升压。在其它实施方案中，多个涡轮增压器可由升压致动器模块164控制。涡轮增压器可具有由升压致动器模块164控制的可变几何形状。
中间冷却器(未示出)消散在压缩空气时作为空气产生的包含在压缩空气充量中的一些热量。压缩空气充量还包括来自排气系统134的部件的吸收的热量。虽然为了说明目的而被示为分离的，但是涡轮160-1和压缩机160-2可彼此附接，从而将进气紧邻热排气。
发动机系统100包括废气再循环(EGR)阀170，其选择性地将废气重新引导回至进气歧管110。EGR阀170可位于涡轮增压器的涡轮160-1上游。EGR阀170可由EGR致动器模块172来控制。
发动机系统100使用每分钟转数(RPM)传感器180以RPM来测量曲轴的速度。使用发动机冷却剂温度(ECT)传感器182来测量发动机冷却剂的温度。ECT传感器182位于发动机102内或其中有冷却剂循环的其它位置(诸如散热器(未示出))处。
使用歧管绝对压力(MAP)传感器184来测量进气歧管110内的压力。在各种实施方案中，测量发动机真空，其为周围空气压力与进气歧管110内的压力之间的差值。使用质量空气流量(MAF)传感器186来测量流入进气歧管110中的空气的质量流量。在各种实施方案中，MAF传感器186位于还包括节流阀112的壳体中。
节气门致动器模块116使用一个或多个节气门位置传感器(TPS)190来监控节流阀112的位置。使用进气温度(IAT)传感器192来测量被吸入至发动机102中的空气的周围温度。ECM114使用来自传感器的信号来为发动机系统100做出控制判定。
ECM114可与变速器控制模块194通信以协调变速器(未示出)中的换挡。例如，ECM114在换挡期间减小发动机转矩。ECM114还可与混合动力控制模块196通信以协调发动机102和电动机198(当存在时)的操作。
电动机198可用作发电机以产生供车辆电气系统使用和/或存储在电池中的电能。在各种实施方案中，ECM114、变速器控制模块194和混合动力控制模块196的各种功能可被集成至一个或多个模块中。
改变发动机参数的每个系统被称为接收致动器值的发动机致动器。例如，节气门致动器模块116被称为致动器，且节气门开度面积被称为致动器值。在图1的示例中，节气门致动器模块116通过调整节流阀112的叶片的角度来实现节气门开度面积。
类似地，火花致动器模块126被称为致动器，而对应的致动器值是相对于汽缸TDC的火花提前量。其它致动器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，致动器值分别对应于启动汽缸数量、燃料供给速率、进气和排气凸轮相位器角度、升压压力以及EGR阀开度面积。ECM114控制致动器值以使发动机102产生期望的发动机输出转矩。
参考图2且再参考图1，提出了示例性发动机控制系统的功能框图。ECM114的示例性实施方案包括驾驶员转矩模块202、车轴转矩仲裁模块204和推进转矩仲裁模块206。ECM114还可包括混合动力优化模块208。ECM114的示例性实施方案还包括储备/负载模块220、致动模块224、空气控制模块228、火花控制模块232、汽缸控制模块236和燃料控制模块240。ECM114的示例性实施方案还包括转矩估计模块244，升压调度模块248和相位器调度模块252。
驾驶员转矩模块202基于来自驾驶员输入模块104的驾驶员输入255来确定驾驶员转矩请求254。根据若干方面，驾驶员输入255是基于加速器踏板的位置并且还可包括制动器踏板的位置。驾驶员输入255还可基于巡航控制，该巡航控制可为改变车速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(如下文进一步详述)，并且可基于选定的一个映射来确定驾驶员转矩请求254。
车轴转矩仲裁模块204在驾驶员转矩请求254与其它车轴转矩请求256之间做出仲裁。车轴转矩(车轮处的转矩)通过包括发动机和/或电动机的各种来源产生。通常，转矩请求可包括绝对转矩请求以及相对转矩请求和斜坡请求。仅作为示例，斜坡请求可包括将转矩斜降至最小发动机关闭转矩的请求或将转矩从最小发动机关闭转矩斜升的请求。相对转矩请求可包括临时或持续转矩减小或增加。
车轴转矩请求256可进一步包括在检测到正向车轮滑移时由牵引力控制系统请求的转矩减小。当车轴转矩克服车轮与路面之间的摩擦时，发生正向车轮滑移，且车轮开始滑向路面。车轴转矩请求256还可包括转矩增加请求以抵消负向车轮滑移，其中由于车轴转矩为负，车辆轮胎相对于路面沿着另一个方向滑移。
车轴转矩请求256还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制动器在车辆停止时保持车辆的能力。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。车轴转矩请求256也可由车辆稳定性控制系统产生。
车轴转矩仲裁模块204基于接收到的转矩请求254和256之间的仲裁结果来输出预测转矩请求257和即时转矩请求258。如下所述，来自车轴转矩仲裁模块204的预测转矩请求257和即时转矩请求258可在用于控制发动机系统100之前由ECM114的其它模块选择性地调整。
一般而言，即时转矩请求258是当前期望的车轴转矩的量，而预测转矩请求257是在临时通知时可能需要的车轴转矩的量。ECM114控制发动机系统100以产生等于即时转矩请求258的车轴转矩。然而，致动器值的不同组合可能导致相同的车轴转矩。ECM114因此可调整致动器值以允许更快地转换至预测转矩请求257，同时仍将车轴转矩维持在即时转矩请求258处。
在各种实施方案中，预测转矩请求257可基于驾驶员转矩请求254。诸如当驾驶员转矩请求254使车轮在结冰路面上滑移时，即时转矩请求258可小于预测转矩请求257。在此情况下，牵引力控制系统(未示出)可经由即时转矩请求258请求减小，且ECM114将由发动机系统100产生的转矩减小至即时转矩请求258。然而，一旦车轮滑移停止，ECM114控制发动机系统100使得发动机系统100可快速恢复产生预测转矩请求257。
一般而言，即时转矩请求258与(通常较高的)预测转矩请求257之间的差可被称为转矩储备。转矩储备可表示发动机系统100可开始以最小延迟开始产生的附加转矩的量(高于即时转矩请求258)。快速发动机致动器用于增加或减少当前的车轴转矩。如下文更详细地描述，快速发动机致动器的定义与慢速发动机致动器相反。
在各种实施方案中，快速发动机致动器能够在一定范围内改变车轴转矩，其中该范围由慢速发动机致动器建立。在此类实施方案中，范围的上限是预测转矩请求257，而范围的下限受快速致动器的转矩容量限制。仅作为示例，快速致动器可能仅能够将车轴转矩减小第一量，其中第一量是快速致动器的转矩容量的度量。第一量可基于由慢速发动机致动器设定的发动机操作条件而变化。当即时转矩请求258在该范围内时，可将快速发动机致动器设定为使车轴转矩等于即时转矩请求258。当ECM114请求输出预测转矩请求257时，可控制快速发动机致动器以将车轴转矩改变至范围的顶部，该顶部是预测转矩请求257。
一般而言，与慢速发动机致动器相比，快速发动机致动器可更快速地改变车轴转矩。与快速致动器相比，慢速致动器对它们相应的致动器值的变化反应可能会更慢。例如，慢速致动器可包括响应于致动器值的变化而需要时间从一个位置移动至另一个位置的机械部件。慢速致动器的特征还可在于，一旦慢速致动器开始实施改变后的致动器值，车轴转矩就开始改变所花费的时间量。一般来说，慢速致动器的该时间量将长于快速致动器。另外，即使在开始改变之后，车轴转矩也可能花费更长的时间来完全响应慢速致动器的变化。
仅作为示例，如果快速致动器被设定为适当的值，那么ECM114可设定致动器值以使慢速致动器将使得发动机系统100能够产生预测转矩请求257。同时，ECM114可将用于快速致动器的致动器值设定为在给定缓慢致动器值的情况下使发动机系统100产生即时转矩请求258而不是预测转矩请求257的值。
快速致动器值因此使发动机系统100产生即时转矩请求258。当ECM114决定将车轴转矩从即时转矩请求258转换至预测转矩请求257时，ECM114将一个或多个快速致动器的致动器值改变为对应于预测转矩请求257的值。因为基于预测转矩请求257已经设定了慢速致动器值，所以发动机系统100能够在仅由快速致动器施加的延迟之后产生预测转矩请求257。换言之，避免了由于使用慢速致动器而改变车轴转矩所导致的更长延迟。
仅作为示例，当预测转矩请求257等于驾驶员转矩请求254时，由于临时转矩减小请求，当即时转矩请求258小于驾驶员转矩请求254时，可产生转矩储备。替代地，可通过将预测转矩请求257增加至驾驶员转矩请求254以上同时将即时转矩请求258保持在驾驶员转矩请求254处来产生转矩储备。所得转矩储备可吸收所需车轴转矩的突然增加。仅作为示例，可通过增加即时转矩请求258来抵消由空调或动力转向泵施加的突发负载。如果即时转矩请求258的增加小于转矩储备，那么通过使用快速致动器可快速地产生增加。预测转矩请求257也可增加以重新建立先前的转矩储备。
转矩储备的另一个示例是减少慢速致动器值的波动。由于它们的速度相对较慢，改变慢速致动器值可能会导致控制不稳定。另外，慢速致动器可包括机械零部件，当经常移动时，这些机械零部件可吸取更多的动力和/或更快地磨损。产生足够的转矩储备允许通过经由即时转矩请求258改变快速致动器同时保持慢速致动器的值来进行期望转矩的改变。例如，为了保持给定的怠速，即时转矩请求258可在一定范围内变化。如果预测转矩请求257被设定为高于该范围的水平，那么可使用快速致动器且不需要调整慢速致动器来改变保持怠速的即时转矩请求258。
仅作为示例，在火花点火发动机中，火花正时可为快速致动器值，而节气门开度面积可为慢速致动器值。火花点火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。相比之下，在压缩点火发动机中，燃料流量可为快速致动器值，而节气门开度面积可用作除了转矩之外的发动机特性的致动器值。压缩点火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是火花点火发动机时，火花致动器模块126可为快速致动器且节气门致动器模块116可为慢速致动器。在接收到新的致动器值之后，火花致动器模块126可能能够改变火花正时用于后续点火事件。当用于点火事件的点火正时(也称为点火提前量)被设定为最佳值时，可在点火事件之后的燃烧冲程中产生最大转矩量。然而，偏离最佳值的点火提前量可减少在燃烧冲程中产生的转矩的量。因此，一旦发生下一个点火事件，火花致动器模块126可能能够通过改变火花提前量来改变发动机输出转矩。仅作为示例，可在车辆设计的校准阶段期间确定与不同的发动机操作条件对应的点火提前量的表，且基于当前的发动机操作条件从该表中选择最佳值。
相比之下，节气门开度面积的变化需要较长时间来影响发动机输出转矩。节气门致动器模块116通过调整节流阀112的叶片的角度来实现节气门开度面积。因此，一旦接收到新的致动器值，当节流阀112基于新的致动器值从其先前位置移动至新的位置时存在机械延迟。另外，基于节气门开度面积的空气流量变化在进气歧管110中经受空气输送延迟。另外，进气歧管110中的空气流量增加不能被实现为发动机输出转矩的增加，直至汽缸118在下一个进气冲程中接收到附加空气、压缩附加空气并且开始燃烧冲程。
使用这些致动器作为示例，通过将节气门开度面积设定为将允许发动机102产生预测转矩请求257的值，可产生转矩储备。同时，可基于小于预测转矩请求257的即时转矩请求258来设定火花正时。虽然节气门开度面积产生足够的空气流量以供发动机102产生预测转矩请求257，但是基于即时转矩请求258延迟了点火正时(其减小了转矩)。发动机输出转矩因此将等于即时转矩请求258。
当需要附加转矩时，可基于预测转矩请求257或预测转矩请求257与即时转矩请求258之间的转矩来设定火花正时。通过接下来的点火事件，火花致动器模块126可将点火提前量恢复至最佳值，这允许发动机102产生在已经存在的空气流量下可实现的全发动机输出转矩。发动机输出转矩因此可快速地增加至预测转矩请求257而不经历从改变节气门开度面积的延迟。
当发动机102是压缩点火发动机时，燃料致动器模块124可为快速致动器且节气门致动器模块116和升压致动器模块164可为排放致动器。燃料质量可基于即时转矩请求258来设定，且节气门开度面积、升压和EGR开度可基于预测转矩请求257来设定。节气门开度面积可产生比满足预测转矩请求257所需的更多的空气流量。进而，所产生的空气流量又可能比喷射燃料的完全燃烧所需要的空气流量更多，使得空燃比通常是稀的且空气流量的变化不会影响发动机输出转矩。发动机输出转矩因此将等于即时转矩请求258，并且可通过调整燃料流量来增加或减少发动机输出转矩。
节气门致动器模块116、升压致动器模块164和EGR阀170可基于预测转矩请求257来控制，以控制排放并使涡轮滞后最小化。节气门致动器模块116可在进气歧管110内产生真空以通过EGR阀170吸入废气并使废气进入进气歧管110。
车轴转矩仲裁模块204可将预测转矩请求257和即时转矩请求258输出至推进转矩仲裁模块206。在各种实施方案中，车轴转矩仲裁模块204可将预测转矩请求257和即时转矩请求258输出至混合动力优化模块208。
混合动力优化模块208可确定发动机102应当产生多少转矩以及电动机198应当产生多少转矩。混合动力优化模块208然后分别将修改的预测转矩请求259和即时转矩请求260输出至推进转矩仲裁模块206。在各种实施方案中，混合动力优化模块208可在混合动力控制模块196中实施。
由推进转矩仲裁模块206接收的预测和即时转矩请求从车轴转矩域(车轮处的转矩)转换成推进转矩域(曲轴处的转矩)。该转换可发生在混合动力优化模块208之前、之后、作为其一部分或代替混合动力优化模块208。
推进转矩仲裁模块206在推进转矩请求279(包括转换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产生仲裁的预测转矩请求261和仲裁的即时转矩请求262。仲裁转矩请求261和262可通过从接收的转矩请求中选择获胜请求来产生。替代地或另外地，仲裁转矩请求可通过基于一个接收的请求来修改另外的一个或多个接收的转矩请求。
推进转矩请求279可包括用于发动机超速保护的转矩减小、用于失速防止的转矩增加以及由变速器控制模块194请求以适应换挡的转矩减小。推进转矩请求279还可由离合器燃料切断引起，该离合器燃料切断在驾驶员压下手动变速器车辆中的离合器踏板时减小发动机输出转矩以防止发动机转速的剧增(快速上升)。
推进转矩请求279还可包括发动机关闭请求，该发动机关闭请求可在检测到严重故障时起始。仅作为示例，严重故障可包括检测车辆盗窃、起动电动机卡住、电子节气门控制问题以及意外的转矩增加。在各种实施方案中，当发动机关闭请求存在时，仲裁选择发动机关闭请求作为获胜请求。当发动机关闭请求存在时，推进转矩仲裁模块206可输出零作为仲裁的预测转矩请求261和即时转矩请求262。
在各种实施方案中，发动机关闭请求可简单地独立于仲裁过程而关闭发动机102。推进转矩仲裁模块206仍然可接收发动机关闭请求，使得例如可将适当的数据反馈给其它转矩请求器。例如，可通知所有其它转矩请求器它们已经输了仲裁。
储备/负载模块220接收仲裁的预测转矩请求261和即时转矩请求262。储备/负载模块220可调整仲裁的预测转矩请求261和即时转矩请求262以产生转矩储备和/或补偿一个或多个负载。储备/负载模块220然后将调整的预测转矩请求263和即时转矩请求264输出至致动模块224。
仅作为示例，催化剂起燃过程或冷起动排放减少过程可能需要延迟的火花提前量。储备/负载模块220因此可将调整的预测转矩请求263增加至调整的即时转矩请求264之上，以为冷启动排放减少过程产生延迟的火花。在另一个示例中，发动机的空燃比和/或质量空气流量可(诸如通过诊断侵入式当量比测试和/或新型发动机净化)直接变化。在开始这些过程之前，可产生或增加转矩储备以快速抵消在这些过程期间由于空气/燃料混合物稀薄而引起的发动机输出转矩的降低。
储备/负载模块220还可在预期未来负载(诸如动力转向泵操作或空调(A/C)压缩机离合器的接合)的情况下产生或增加转矩储备。当驾驶员首先请求进行空气调节时，可产生用于A/C压缩机离合器的储备。储备/负载模块220可增加调整的预测转矩请求263，同时使调整的即时转矩请求264不变以产生转矩储备。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加调整的即时转矩请求264。
致动模块224接收调整的预测转矩请求263和即时转矩请求264。致动模块224确定将如何实现调整的预测转矩请求263和即时转矩请求264。致动模块224可为发动机类型所特有的。例如，致动模块224可不同地实施，或针对火花点火发动机与压缩点火发动机使用不同的控制方案。
在各种实施方案中，致动模块224可限定在所有发动机类型中所共有的模块与发动机类型所特有的模块之间的边界。例如，发动机类型可包括火花点火和压缩点火。在致动模块224之前的模块(诸如推进转矩仲裁模块206)可在整个发动机类型中是共有的，而转矩请求模块224和后续模块可为发动机类型所特有的。
例如，在火花点火发动机中，致动模块224可将节流阀112的开度改变为允许宽范围的转矩控制的慢速致动器。致动模块224可使用汽缸致动器模块120来禁用汽缸，该汽缸致动器模块也提供宽范围的转矩控制，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尽可能多的转矩控制范围。另外，随着火花正时(称为火花储备容量)的改变，可能的转矩控制量可能随着空气流量的变化而变化。
在各种实施方案中，致动模块224可基于调整的预测转矩请求263产生空气转矩请求265。空气转矩请求265可等于调整的预测转矩请求263，从而设定空气流量使得可通过改变其它致动器来实现调整的预测转矩请求263。
空气控制模块228可基于空气转矩请求265来确定期望的致动器值。仅作为示例，空气控制模块228可基于空气转矩请求265来确定期望的歧管绝对压力(MAP)266、期望的节气门面积267和/或期望的单缸空气(APC)268。期望的MAP266可用于确定期望的升压，且期望的APC268可用于确定期望的凸轮相位器位置和期望的节气门面积267。在各种实施方案中，空气控制模块228还可基于空气转矩请求265来确定EGR阀170的开度量。
致动模块224还可产生火花转矩请求269、汽缸关闭转矩请求270和燃料转矩请求271。火花转矩请求269可由火花控制模块232使用以确定将火花正时从最佳火花正时延迟多少时间(其降低发动机输出转矩)。
汽缸控制模块236可使用汽缸关闭转矩请求270来确定在请求燃料经济性(FE)模式下的操作时停用多少个汽缸。FE模式可仅包括例如主动燃料管理(AFM)模式或按需排量(DOD)模式。
当命令AFM模式时，汽缸控制模块236可指示汽缸致动器模块120停用发动机102的一个或多个汽缸。汽缸致动器模块120可包括液压系统，该液压系统选择性地将进气阀和/或排气阀与用于一个或多个汽缸的对应凸轮轴分离以便停用那些汽缸。仅作为示例，当命令AFM模式时，汽缸致动器模块120可联合停用预定义的一组汽缸(例如，一半)。汽缸控制模块236还可指示燃料控制模块240停止为停用的汽缸提供燃料，并且可在命令AFM模式时指示火花控制模块232停止为停用的汽缸提供火花。一旦已经存在于汽缸中的燃料/空气混合物已经燃烧，火花控制模块232可停止为汽缸提供火花。
另外或替代地，一些车辆可能能够以燃料切断(FCO)模式操作发动机102。仅作为示例，在车辆减速期间可命令FCO模式中的操作。根据车辆减速命令的FCO模式下的操作可被称为减速燃料切断(DFCO)。与AFM模式相比，当命令FCO模式时，一个或多个汽缸可通过停止向这些汽缸提供燃料而停用，但不停止进气阀和排气阀的打开和关闭。
燃料控制模块240可基于燃料转矩请求271来改变提供给每个汽缸的燃料的量。在火花点火发动机的正常操作期间，燃料控制模块240可以空气领先模式操作，其中燃料控制模块240通过基于空气流量控制燃料供给来试图保持化学计量的空燃比。例如，燃料控制模块240可确定与当前单缸空气(APC)结合时将产生化学计量的燃烧的燃料质量。燃料控制模块240可指示燃料致动器模块124经由燃料供给速率为每个启动的汽缸喷射该燃料质量。
在压缩点火系统中，燃料控制模块240可以燃料领先模式操作，其中燃料控制模块240确定满足燃料转矩请求271同时最小化排放、噪声和燃料消耗的每个汽缸的燃料质量。在燃料领先模式中，基于燃料流量来控制空气流量，并且可控制空气流量以产生稀空燃比。另外，空燃比可保持在预定水平以上，这可防止动态发动机操作条件下的黑烟产生。
转矩估计模块244可确定发动机102的实现的转矩输出。发动机102在当前操作条件下的实现的转矩输出可被称为实现的空气转矩272。空气控制模块228可使用实现的空气转矩272来执行一个或多个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，可限定诸如：(1)T＝f(APC,S,I,E,AF,OT,#)的APC与转矩关系273，其中转矩(T)是实现的空气转矩272并且是单缸空气(APC)、火花正时(S)、进气凸轮相位器位置(I)、排气凸轮相位器位置(E)、空燃比(AF)、油温(OT)和启动汽缸数量(#)的函数。还可考虑另外的变量，诸如废气再循环(EGR)阀的开度。APC与转矩关系273可通过方程来建模和/或可被存储为查找表。所使用的进气和排气凸轮相位器位置可基于实际位置，因为相位器可朝向期望位置行进。实际火花提前量可用于确定实现的空气转矩272。
空气控制模块228可将期望的节气门面积267输出至节气门致动器模块116。节气门致动器模块116然后调节该节流阀112以产生期望的节气门面积267。空气控制模块228可基于空气转矩请求265来确定期望的节气门面积267，如下文进一步讨论。
空气控制模块228可将期望的MAP266输出至升压调度模块248。升压调度模块248使用期望的MAP266来控制升压致动器模块164。升压致动器模块164然后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/或增压器。
空气控制模块228将期望的APC268输出至相位器调度模块252。基于期望的APC268和RPM信号，相位器调度模块252可使用相位器致动器模块158来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，最佳火花正时可基于各种发动机操作条件而变化。仅作为示例，转矩关系可被反转以求解期望的火花提前量。对于给定的转矩请求(T.sub.des)，可基于下式确定期望的火花提前量(S.sub.des)：(2)S.sub.des＝T.sup.-1(T.sub.des,APC,I,E,AF,OT,#)。这种关系可被实施为方程式和/或查找表。如由燃料控制模块240报告的，空燃比(AF)可为实际的空燃比。
在火花提前量被设定为最佳火花正时的情况下，所得转矩可尽可能接近最大最佳转矩(MBT)。MBT是指在火花提前量增加的情况下在使用辛烷值大于预定辛烷值的燃料并且使用化学计量燃料供给的同时针对给定的空气流量产生的最大发动机输出转矩。该最大转矩出现的火花提前量被称为MBT火花正时。由于例如燃料质量(诸如当使用较低辛烷值燃料时)和环境因素，最佳火花正时可能与MBT火花正时略有不同。最佳火花正时处的发动机输出转矩因此可能小于MBT。
ECM114的示例性实施方案还包括最大转矩确定模块280、校正模块282和燃料经济性(FE)模式控制模块284。
最大转矩确定模块280确定用于在FE模式(最大FE制动转矩)286中操作的最大制动转矩。最大FE制动转矩286对应于在FE模式下操作的最大发动机输出(飞轮)转矩。当以FE模式操作时，发动机102的转矩产生能力受到限制，但是车辆的FE增加。
仅作为示例，FE模式可为车辆中能够在能够执行选择性汽缸停用的主动燃料管理(AFM)模式或可为车辆中能够执行可变阀升程(VVL)的低升程模式。AFM模式的操作可包括停用发动机102的预定数量(例如一半)的汽缸。低升程模式的操作可包括在较短的时间段(称为持续时间)和/或较小的程度(称为升程)下打开进气阀122和排气阀130中的至少一个。
最大转矩确定模块280使用MAP与转矩之间的关系287来确定最大FE制动转矩286。MAP与转矩关系287可通过方程来建模和/或可被存储为查找表。例如，MAP与转矩关系287可为：(3)T＝f(MAP,S,I,E,AF,OT,#,RPM)，其中转矩(T)是最大FE制动转矩286并且是歧管绝对压力(MAP)、火花正时(S)、进气凸轮相位器位置(I)、排气凸轮相位器位置(E)、空燃比(AF)、油温(OT)、启动汽缸数量(#)和发动机转速(RPM)的函数。还可考虑另外的变量，诸如废气再循环(EGR)阀的开度。
最大转矩确定模块280确定用于在FE模式中操作的期望的最大MAP(期望的最大FEMAP)。在MAP与转矩关系287中使用的MAP可为期望的最大FE MAP。然而，在一些情况下，分别使用APC与转矩关系273和MAP与转矩关系287确定的转矩可能是不同的。最大转矩确定模块280基于可由校正模块282提供的MAP与转矩校正288来选择性地调整最大FE制动转矩286。最大转矩确定模块280可基于MAP与转矩校正288来校正MAP与转矩关系287，使得基于MAP确定的制动转矩将与基于APC使用APC与转矩关系273确定的制动转矩相同。
期望的最大FE MAP是对应于在FE模式下操作的期望的最小真空(期望的最小FE真空)的MAP。最大转矩确定模块280使用MAP与APC关系289将期望的最大FE MAP转换为用于在FE模式中操作的期望的最大APC(期望的最大FE APC)。
然而，通过使用MAP与APC关系289将MAP转换为APC而确定的APC可与在期望的最大FE MAP下操作时的实际APC不同。因此，最大转矩确定模块280基于可由校正模块282提供的MAP至APC校正290来选择性地调整期望的最大FE APC。
FE模式控制模块284确定用于在FE模式下操作的最大噪声、振动和粗糙度(NVH)转矩(最大NVH转矩)。最大NVH转矩对应于在FE模式下的操作期间的最大发动机输出转矩，在该最大发动机输出转矩之上，在车辆的乘客舱内可能经历超过预定的NVH水平。
FE模式控制模块284将FE模式的最大转矩(Max FE Torque)291设定为等于最大FE制动转矩286和最大NVH转矩中的较小者。FE模式控制模块284选择性地触发进入FE模式(当不在FE模式中操作时)，并且基于最大FE转矩291选择性地触发退出FE模式(当在FE模式中操作时)。FE模式控制模块284产生FE模式信号292，其指示是否以FE模式操作发动机102。
FE模式控制模块284将最大FE转矩291和FE模式信号292提供给空气控制模块228。当FE模式信号292指示发动机102应当被控制在FE模式时，空气控制模块228将空气转矩请求265限制至最大FE转矩291。空气控制模块228基于空气转矩请求265来确定期望的MAP266、期望的节气门面积267以及期望的APC268。
参考图3并且再次参考图1至2，提出了一种用于为多级气门机构选择本公开的最佳多级操作模式300的控制方法，该控制方法可用在升压发动机系统上。多级气门机构提供滑动凸轮，其允许多种操作模式并且因此有多次机会来在多种模式之间进行选择以优化燃料经济性。在低升程模式的操作期间，凸轮轴可以比在另一个升程模式(例如，高升程模式)的操作期间更小的程度和/或以更短的时间段打开汽缸的相关阀。如上所述，FE模式可为车辆中能够在能够执行选择性汽缸停用的主动燃料管理(AFM)模式或可为车辆中能够执行可变阀升程(VVL)的低升程模式。AFM模式的操作可包括停用发动机102的预定数量(例如一半)的汽缸。当命令AFM模式时，汽缸致动器模块120可联合地停用预定义的一组汽缸(例如，一半)。
根据若干方面，用于选择本公开的最佳多级操作模式300的控制方法还可用在具有升压(例如具有带升压的两个操作模式)的AFM发动机、具有8、6、4或2个汽缸的四模式AFM发动机或具有不同升程能力的四模式发动机(诸如具有例如最高升程、高升程、中等升程和低升程的四模升程发动机)。
根据若干方面，用于选择本公开的最佳多级操作模式300的控制方法还可包括：对至少三种模式进行排序，这至少三种模式包括具有最高转矩容量和最低燃料效率的第一模式、具有比最高转矩容量小的中等转矩容量和比最低燃料效率高的中等燃料效率的第二模式，以及具有比中等转矩容量低的最低转矩容量和比中等燃料效率高的最高燃料效率的第三模式。将转矩约束数据以及噪声和振动(NV)约束数据施加于每个优先模式；以及对施加了转矩约束数据和振动约束数据的优先模式进行模式确定仲裁以识别是否需要改变模式。
根据若干方面，用于示例性四缸发动机的本公开的多级发动机操作模式包括选择全转矩容量(FTC)模式、第一降低容量经济模式(RCE1)和第二降低容量经济模式(RCE2)中的一个，该全转矩容量(FTC)模式的所有四个汽缸均以高升程操作，该第一降低容量经济模式(RCE1)的所有四个汽缸均以低升程操作，该第二降低容量经济模式(RCE2)的四个汽缸中有两个汽缸以低升程操作且两个汽缸被停用。具有多于或少于4个汽缸的系统的可比较操作包括选择全转矩容量(FTC)模式、第一降低容量经济模式(RCE1)和第二降低容量经济模式(RCE2)中的一个，该全转矩容量(FTC)模式的所有汽缸均以高升程操作，该第一降低容量经济模式(RCE1)的所有汽缸均以低升程操作，该第二降低容量经济模式(RCE2)的所有汽缸中有一半或并非所有汽缸以低升程操作且一半汽缸或至少一个汽缸被停用。
为了选择具有最佳效率和可驾驶性的操作模式，将三种模式中的每一种模式的转矩阈值作为当前速度和转矩条件的函数进行计算。使用来自燃料流量的一个或多个查找表的数据将三种模式中的每一种模式的燃料效率确定作为发动机转速和转矩的函数。每个查找表中的数据可从测功机上的传动系操作中预定。将每个模式从具有最低燃料流量(最高效率)的模式至具有最高燃料流量(最低效率)的模式进行排序。然后结合约束信息，且进行仲裁以识别给定的模式选择约束所允许的最有效的模式。
继续参考图3，根据若干方面，用于选择最佳多级操作模式300的方法被划分成第一段302、第二段304和第三段306，在该第一段中，基于预测的燃料经济性对3个模式进行排序，在该第二段中，约束被施加于每个优先模式，在该第三段中，进行模式确定仲裁。
在第一段302中，在第一或FTC查找表312中结合全转矩容量数据使用第一发动机转速(rpm)信号308和第一期望转矩信号310。在第二或RCE1查找表318中结合降低容量4操作汽缸低升程数据使用第二发动机转速(rpm)信号314和第二期望转矩信号316。在第三或RCE2查找表324中结合降低容量2或并非全部操作汽缸低升程数据使用第三发动机转速(rpm)信号320和第三期望转矩信号322。根据若干方面，由发动机转速(rpm)信号308表示的发动机转速和由发动机转速(rpm)信号314表示的发动机转速可基本上相同。由发动机转速(rpm)信号320表示的发动机转速可相同于或可大于其它两个速度信号，这是由于NV约束限制所要求的RCE2双汽缸低升程操作中产生的变矩器滑移。输入至FTC查找表312中的数据产生预测的FTC燃料流量信号326，输入至RCE1查找表318中的数据产生预测的RCE1燃料流量信号330，且输入至RCE2查找表324中的数据产生预测的RCE2燃料流量信号332。
FTC燃料流量信号326、RCE1燃料流量信号330和RCE2燃料流量信号332各自被传送至分选模块328。分选模块328对使用查找表数据产生的三个燃料流量信号326、330、332在最低预测燃料流量334、次低或第二低预测燃料流量336和最高预测燃料流量338之间进行分选。然后将最低预测燃料流量334、第二低预测燃料流量336和最高预测燃料流量338中的每一个保存在燃料经济性模式RAM单元340中。
保存在燃料经济性模式RAM单元340中的数据作为最佳经济模式输出342被转发给可允许模式评估器344和仲裁模块346中的每一个。可允许模式评估器344接收包括转矩约束数据348以及噪声和振动(NV)约束数据的约束输入数据。基于约束数据，第一RAM部分354保存是否允许FTC模式的结果，第二RAM部分356保存是否允许RCE1模式的结果，且第三RAM部分358保存是否允许RCE2模式的结果。被排序为也被识别为允许的最高燃料经济性的模式作为可允许模式信号360从可允许模式评估器344传输至仲裁模块346和模式确定模块362中的每一个。
仲裁模块346使用来自燃料经济性模式RAM单元340的最佳经济模式输出342以及可允许模式信号360来评估是否指示当前模式中的继续操作或是否指示改变为新模式。作为仲裁输出信号362的输出判定和可允许模式信号360两者均被传送至判定模块364。判定模块364查询模式是否既是期望的也是可允许的。如果查询结果为是，那么输出模式信号366。如果查询结果为否，那么保持当前模式，且系统循环返回至第一段302。根据若干方面，每个系统循环时间大约为25ms。
查找表不提供关于是否可以快速方式或在给定时间段内实现期望的转矩的数据。因此通过以下特征来提供作为系统约束的升压可用性。当在自然吸气区域中操作时且例如当以大约10Nm的发动机转矩操作时，通过打开节气门，可实现快速改变至更高的期望转矩，诸如140Nm的转矩。当仍然在自然吸气区域中操作时，可快速(例如大约150ms)实现更高的期望转矩。然而，如果发动机例如以140Nm转矩操作且输入快速请求以实现显著更高的转矩，诸如例如300Nm的发动机转矩，那么需要建立升压。转矩水平的这种变化可能需要大约一秒钟，这取决于发动机转速。然而，通过从低升程改变为高升程，可更快地实现发动机转矩变化。
如果操作处于燃料效率低升程RCE1模式且驾驶员转矩请求以渐进的速率增加，那么希望系统保持在低升程(RCE1)模式并且使用升压压力缓慢地增加至所请求的转矩，因为它更具燃料经济性。升压压力需要时间来增加，因为涡轮增压器必须卷起来压缩空气。然而，如果驾驶员转矩请求快速增加，那么希望跳出当前的低升程RCE1模式至RCE2模式或全转矩容量(FTC)模式。
为了将升压作为约束结合至系统中，计算每个模式的最大转矩容量，其是当前升压压力的函数。为了识别每种模式下的升压压力的值，测量总节气门入口空气压力(TIAP)，其指示当前升压压力。对转矩请求施加滤波器。为了提供裕量以允许在缓慢转矩变化请求(即，操作员加速器变化缓慢)期间保持当前的燃料效率模式，对每个最大转矩容量施加偏移。然后将经滤波的转矩请求与最大转矩容量加上偏移进行比较以识别是否需要模式改变。由此将RCE1最大容量转矩和RCE2最大容量转矩转换为转矩约束。
参考图4且再参考图3，曲线图368描绘了转矩范围370和时间段372。缓慢退出阈值374被添加至示例性受约束的RCEx最大转矩376，其中RCEx可为RCE1最大容量转矩或RCE2最大容量转矩。缓慢退出偏移377限定缓慢退出阈值374与RCEx最大转矩376之间的差值。快速退出阈值378也被添加至受约束的RCEx最大转矩376。快速退出偏移379限定快速退出阈值378与RCEx最大转矩376之间的差值。指示转矩请求380以及经滤波的转矩请求382。经滤波的转矩请求382不超过RCEx最大转矩376，直至达到第一转矩点384。在超过RCEx最大转矩376之后且随着升压压力的建立，使用缓慢退出偏移377允许系统保持在经滤波的转矩请求382的当前降低容量RCEx模式直至第二转矩点386。在达到第二转矩点386之后，系统发出从当前降低容量模式RCEx转变至较高模式的信号。在第一转矩点384至到达第二转矩点386之前的附加时间段388允许在燃料效率更高的降低容量模式RCEx下的进一步操作。如所指示的，转矩请求380在任何时间均不会超过快速退出阈值378。
参考图5且再次参考图3至4，在快速退出示例中，曲线图390描绘了转矩范围392和时间段394。缓慢退出阈值396被添加至示例性受约束的RCEx最大转矩398，其中RCEx可为RCE1最大容量转矩或RCE2最大容量转矩。缓慢退出偏移399限定缓慢退出阈值396与RCEx最大转矩398之间的差值。快速退出阈值400也被添加至受约束的RCEx最大转矩398。快速退出偏移401限定快速退出阈值400与RCEx最大转矩398之间的差值。指示转矩请求402以及经滤波的转矩请求404。经滤波的转矩请求404在第一转矩点406处超过RCEx最大转矩398，然而在该示例中，经滤波的转矩请求404不会超过缓慢退出阈值396。转矩请求402在第二转矩点408处超过快速退出阈值400。在超过快速退出阈值400之后，系统发出从当前降低容量模式RCEx转变至较高模式的信号。
如本文所使用的，至少两个可变容量操作模式可包括限定单缸可变阀升程的模式或限定汽缸停用的模式，或这两者的组合。该至少两个可变容量操作模式还可包括具有升压(诸如具有升压的双模式操作)的AFM发动机。该至少两个可变容量操作模式还可包括具有8个操作汽缸、6个操作汽缸、4个操作汽缸或2个操作汽缸的四(4)模式AFM发动机。如本文所述，该至少两个可变容量操作模式还可包括具有不同升程(最高升程、高升程、中等升程和低升程)的四(4)模式发动机。同样如本文所述，该至少两个可变容量模式还可包括：第一模式，其限定了全部汽缸以高升程操作的转矩容量(FTC)模式；第二模式，其限定了全部汽缸以低升程操作的第一降低容量经济模式(RCE1)；以及第三模式，其限定了并非全部汽缸操作的第二降低容量经济模式(RCE2)。
用于选择本公开的最佳多级操作模式的控制方法提供了若干优点。这些包括在多模式操作系统中通过对不同模式的燃料效率进行排序来提供最有效的操作模式、将升压结合为系统中的约束以及使用阈值来扩大当前降低容量模式内的操作范围。
本公开的描述本质上仅仅是示例性的，且不偏离本公开的主旨的变型意图在本公开的范围内。此类变型不被认为是脱离本公开的精神和范围。

Claims (10)

1.一种用于为机动车辆发动机系统选择最佳多级操作模式的控制方法，包括：
提供至少两个可变容量操作模式，所述至少两个可变容量操作模式包括限定单缸可变阀升程的模式和限定汽缸停用的模式；
通过对至少两个可变容量模式从具有最低预测燃料流量的模式到具有最高预测燃料流量的模式进行排序，基于燃料效率对所述至少两个可变容量模式进行优先排序；
将转矩数据约束以及噪声和振动数据约束施加于经优先排序的可变容量模式；以及
对施加了所述转矩数据约束和所述振动数据约束的所述经优先排序的可变容量模式进行模式确定仲裁以选择所述转矩数据约束以及噪声和振动数据约束所允许的具有最低预测燃料流量的模式。
2.根据权利要求1所述的用于为机动车辆发动机系统选择最佳多级操作模式的控制方法，其中所述至少两个可变容量模式包括：第一模式，其限定了全部汽缸以高升程操作的转矩容量模式；第二模式，其限定了全部汽缸以低升程操作的第一降低容量经济模式；以及第三模式，其限定了并非全部所述汽缸操作的第二降低容量经济模式。
3.根据权利要求2所述的用于为机动车辆发动机系统选择最佳多级操作模式的控制方法，包括：
在转矩容量模式查找表中结合全转矩容量数据评估第一发动机转速信号和第一期望转矩信号；
在第一降低容量经济模式查找表中结合第一降低容量经济数据分析第二发动机转速信号和第二期望转矩信号；以及
在第二降低容量经济模式查找表中结合第二降低容量经济数据评估第三发动机转速信号和第三期望转矩信号。
4.根据权利要求3所述的用于为机动车辆发动机系统选择最佳多级操作模式的控制方法，包括产生预测的转矩容量模式燃料流量信号、预测的第一降低容量经济模式燃料流量信号和预测的第二降低容量经济模式燃料流量信号中的每一个。
5.根据权利要求4所述的用于为机动车辆发动机系统选择最佳多级操作模式的控制方法，其中所述进行排序包括在分选模块中在最低预测燃料流量、次低或第二低预测燃料流量以及最高预测燃料流量之间分选所述预测的转矩容量模式燃料流量信号、所述预测的第一降低容量经济模式燃料流量信号和所述预测的第二降低容量经济模式燃料流量信号。
6.根据权利要求5所述的用于为机动车辆发动机系统选择最佳多级操作模式的控制方法，包括将所述最低预测燃料流量、所述第二低预测燃料流量和所述最高预测燃料流量转发至可允许模式评估器和仲裁模块中的每一个。
7.根据权利要求6所述的用于为机动车辆发动机系统选择最佳多级操作模式的控制方法，包括确定是否允许转矩容量模式、是否允许第一降低容量经济模式以及是否允许第二降低容量经济模式。
8.根据权利要求7所述的用于为机动车辆发动机系统选择最佳多级操作模式的控制方法，包括在进行模式确定仲裁之前，将被排序允许具有最低燃料消耗的模式从所述可允许模式评估器传输至仲裁模块和模式确定模块中的每一个。
9.根据权利要求3所述的用于为机动车辆发动机系统选择最佳多级操作模式的控制方法，其中由所述第一发动机转速信号表示的发动机转速和由所述第二发动机转速信号表示的发动机转速基本上相同，且其中由所述第三发动机转速信号表示的发动机转速由于变矩器滑移而大于所述第一和所述第二发动机转速信号。
10.一种用于为具有可变升程的多缸机动车辆发动机系统选择最佳多级操作模式的控制方法，包括：
基于全部汽缸以高升程操作的全转矩容量模式、全部汽缸以低升程操作的第一降低容量经济模式和并非全部所述汽缸以低升程操作且至少一个汽缸停用的第二降低容量经济模式中的每一个模式的预测燃料经济性对所述模式中的每一个模式进行排序；
在具有最低预测燃料流量的模式、具有次低或第二低预测燃料流量的模式和具有最高预测燃料流量的模式之间从具有最低预测燃料流量的模式到具有最高预测燃料流量的模式分选优先模式；
对每个所述优先模式施加多个约束，包括通过对每个所述模式计算作为当前升压压力的函数的最大转矩容量来结合升压作为一个所述约束；
将缓慢退出偏移和快速退出偏移中的每一个添加至所述每个模式的所述最大转矩容量；以及
进行模式确定仲裁以识别当超过缓慢退出偏移或快速退出偏移时是否需要改变模式。
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