CN109779767B - 用于默认节气门状况期间的车辆中的发动机扭矩控制的方法和控制器 - Google Patents

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Abstract

一种用于在默认节气门状况期间控制车辆中的发动机扭矩的方法包括：确定发动机的节气门是否处于默认节气门状况下；如果发动机的节气门处于默认节气门状况下，则确定发动机是否产生比期望值更大的扭矩；并且如果发动机在默认节气门状况下产生了比期望值更大的扭矩，则将附件负载施加到发动机。

Description

用于默认节气门状况期间的车辆中的发动机扭矩控制的方法 和控制器
技术领域
本公开涉及一种用于默认节气门状况期间的车辆中的发动机扭矩控制的方法和控制器。
引言
本引言从总体上介绍了本公开的背景。当前署名发明人的以在此引言部分中所描述的为限的工作以及在提交时可能不构成现有技术的该描述的各方面，既不明示地也不隐含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，这样便产生了驱动扭矩。进入发动机的空气流通过节气门来调节。节气门调整节气门位置，此举增加或减少了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喷射速率，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。通过增加提供到汽缸的空气与燃料的量，使得发动机的扭矩输出得以增加。
在火花点火发动机中，火花开始进行提供到汽缸的空气/燃料混合物的燃烧。在压缩点火发动机中，通过汽缸中的压缩使提供到汽缸的空气/燃料混合物燃烧。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。
为了控制节气门位置或面积以实现期望的扭矩，已经开发出了电子节气门控制系统。这些节气门中的许多节气门都是具有气门默认位置的电机致动叶片或蝶形阀，气门默认位置是対置机械弹簧的平衡点，而这些机械弹簧将气门叶片偏置，使得节气门在不受节气门致动器作用时保持默认位置。以这种方式，当节气门致动器可能无法运转或可能被禁用时，节气门保持默认节气门位置，并提供足以使发动机连续地但却有限度地运转的有限空气流。
发明内容
在一个示例性方面，一种用于在默认节气门状况期间控制车辆中的发动机扭矩的方法包括：确定发动机的节气门是否处于默认节气门状况下；如果发动机的节气门处于默认节气门状况下，则确定发动机是否产生比期望值更大的扭矩；并且如果发动机在默认节气门状况下产生了比期望值更大的扭矩，则将附件负载施加到发动机。
以这种方式，即使是在默认节气门状况下也可以控制发动机扭矩和速度。
在另一示例性方面，如果发动机在默认节气门状况下产生了比期望值更大的扭矩，则将附件负载施加到发动机包括：确定联接到发动机的曲轴的空调系统压缩机是否被启动，并且如果空调压缩机没有被启动，则启动空调压缩机。
在另一示例性方面，如果发动机在默认节气门状况下产生了比期望值更大的扭矩则将附件负载施加到发动机包括：确定联接到发动机的曲轴的交流发电机是否被启动，并且如果交流发电机没有被启动，则启动交流发电机。
在另一示例性方面，如果发动机的节气门处于默认节气门状况下则确定发动机是否产生比期望值更大的扭矩还包括：确定发动机的操作速度是否超过预定空转速度。
在另一示例性方面，该方法还包括：确定发动机是否产生比期望值更小的扭矩，并且如果发动机产生了比期望值更小的扭矩，则使附件负载与发动机分离。
在另一示例性方面，确定发动机是否产生比期望值更小的扭矩包括：确定发动机的操作速度是否低于预定最小速度。
在另一示例性方面，预定最小速度是发动机失速速度。
在另一示例性方面，如果发动机在默认节气门状况下产生了比期望值更大的扭矩则将附件负载施加到发动机包括：确定联接到发动机的曲轴的交流发电机是否被启动，并且如果交流发电机被启动，则提高交流发电机充电水平。
根据下面提供的详细描述，本公开的其他应用领域将变得显而易见。应该理解的是，详细描述和具体示例仅用于说明的目的，并不旨在限制本公开的范围。
结合附图，通过包括权利要求的详细描述以及示例性实施例，本发明的上述特征和优点以及其他特征和优点容易变得显而易见。
附图说明
通过详细描述和附图将更全面地理解本公开，其中：
图1是根据本公开的用于车辆的示例性车辆系统100的示意图；
图2是节气门主体的横截面侧视图；以及
图3是根据本公开的示例性方法的流程图。
在附图中，附图标记可以重复用来标识相似和/或相同的元件。
具体实施方式
现参考图1，提出了用于车辆的示例性车辆系统100的示意图。发动机102为车辆产生扭矩。空气通过进气歧管104被吸入发动机102中。可以通过节气门106改变进入进气歧管104的空气流。节气门致动器模块108(例如，电子节气门控制器)控制节气门106的开度。一个或多个燃料喷射器(如燃料喷射器110)将燃料与空气混合，形成可燃空气/燃料混合物。燃料致动器模块112控制燃料喷射器。
汽缸114包括联接到曲轴116的活塞(未示出)。尽管发动机102被描绘为仅包括汽缸114，但发动机102可以包括一个以上的汽缸。燃料喷射器可以将燃料直接喷射到汽缸中或者其他合适位置处。汽缸114的一个燃烧循环可以包括四个冲程：进气冲程、压缩冲程、膨胀冲程和排气冲程。在曲轴116的一次旋转期间(即，360度的曲轴旋转)，可以发生四个冲程中的两个冲程。一个发动机循环可以包括每个汽缸都经历一个燃烧循环。一个发动机循环可以在曲轴116的两次旋转(即，720度的曲轴旋转)上发生。
在进气冲程期间，活塞下降到最底部位置，并且可以将空气和燃料提供给汽缸114。最底部位置可以称为下止点(BDC)位置。空气通过与汽缸114相关联的一个或多个进气门(未示出)进入汽缸114。一个或多个排气门(未示出)也与汽缸114相关联。仅出于讨论的目的，将仅仅讨论一个进气门和一个排气门。
在压缩冲程期间，曲轴116将活塞朝向最顶部位置驱动。最顶部位置可以称为上止点(TDC)位置。进气门和排气门在压缩冲程期间都被关闭，并且活塞对汽缸114的内容物进行压缩。火花塞122可以在发动机102的操作期间点燃空气/燃料混合物。火花致动器模块124控制火花塞122。
在膨胀冲程期间，空气/燃料混合物的燃烧将活塞驱回到BDC位置。活塞驱动曲轴116。曲轴116上的由空气/燃料混合物的燃烧产生的旋转力(即扭矩)可以是用于各汽缸预定点火顺序中的下一个汽缸的燃烧循环的压缩冲程的压缩力来源。在排气冲程期间，由空气/燃料混合物的燃烧产生的废气从汽缸114排出。虽然发动机102被描述为四冲程发动机，但是，发动机102可以是另一种合适类型的发动机。
发动机控制模块(ECM)130经由节气门致动器模块108控制节气门106，并且经由燃料致动器模块112控制燃料喷射器。ECM 130经由火花致动器模块124控制火花塞。ECM 130还可以控制一个或多个其他发动机致动器，比如，一个或多个凸轮轴相位器、一个或多个气门升程致动器、一个或多个增压装置、废气再循环(EGR)阀等。
ECM 130可以控制发动机致动器，以便产生目标发动机输出。ECM 130可以例如基于一个或多个驾驶员输入来确定目标发动机输出。例如，驾驶员输入可以包括一个或多个加速踏板位置(APP)、一个或多个制动踏板位置(BPP)、巡航控制输入和其他合适的驾驶员输入。
APP传感器132测量加速踏板(未示出)的位置并基于加速踏板的位置生成APP信号134。BPP传感器136测量制动踏板(未示出)的位置并基于制动踏板的位置生成BPP信号138。当驾驶员没有踩下加速踏板时，加速踏板处于静止位置。当驾驶员没有踩下制动踏板时，制动踏板处于静止位置。
当加速踏板处于静止位置时，APP传感器132可以将APP信号134设置为激活状态，并且当加速踏板没有处于静止位置时，APP传感器132可以将APP信号134设置为非激活状态。可以提供一个或多个其他APP传感器。例如，另一个APP传感器可以基于驾驶员将加速踏板相对于静止位置踩得有多深来生成APP信号。当制动踏板处于静止位置时，BPP传感器136可以将BPP信号138设置为激活状态，并且当制动踏板没有处于静止位置时，BPP传感器136可以将BPP信号138设置为非激活状态。可以提供一个或多个其他BPP传感器。
发动机102经由曲轴116将扭矩输出到变速器(未示出)。在变速器包括自动变速器、离合器到离合器变速器、双离合器变速器或其他类型的非手动变速器的实施方式中，变速器控制模块(TCM)140控制变速器的操作。
例如，TCM 140可以控制变速器的一个或多个扭矩传递装置(比如，离合器、带等)的接合与分离。TCM 140还可以控制包括变矩器的变速器中的变矩器离合器的接合与分离。TCM 140和ECM 130可以共享数据。仅作为示例，TCM 140可以将变速器状态发送到ECM 130。变速器状态指示出发动机102和变速器是联接的还是脱离的。
在变速器是手动变速器的实施方式中，驾驶员可以致动离合器踏板，以将发动机102联接到发动机/与发动机脱离。一个或多个离合器踏板位置(CPP)传感器可以测量离合器踏板的位置并基于离合器踏板的位置生成CPP信号。
曲轴皮带轮150附接到曲轴116并与曲轴116一起旋转。皮带152、链条或其他合适的装置围绕曲轴皮带轮150和一个或多个其他皮带轮。仅作为示例，皮带152围绕图1中的空气/调节器(A/C)皮带轮154和交流发电机皮带轮156，并且可以围绕一个或多个其他皮带轮。曲轴皮带轮150驱动皮带152，而皮带152驱动A/C皮带轮154和交流发电机皮带轮156。
A/C皮带轮154联接到A/C轴(未编号)，A/C轴经由A/C压缩机离合器(未示出)选择性地联接到A/C压缩机158。ECM 130可以控制A/C压缩机离合器的接合和分离。当A/C压缩机离合器接合时，发动机102驱动A/C压缩机，并且A/C压缩机向发动机102施加扭矩负载。
交流发电机皮带轮156联接到交流发电机轴(未编号)，该交流发电机轴联接到交流发电机160。基于通过交流发电机160的绕组的电流，交流发电机160将来自发动机102的机械能(即扭矩)转换成电能。由交流发电机160输出的电能可以存储在电池162中。车辆的一个或多个电气部件可以吸取电能来进行操作。
调节器164基于针对交流发电机160的L端子的命令电压166来控制通过交流发电机160的绕组的电流。调节器164可以基于命令电压166将PWM信号施加到交流发电机160的L端子。更具体地，调节器164可以根据命令电压166确定PWM信号的占空比，并将PWM信号(在占空比下)施加到交流发电机160。
车身控制模块(BCM)170产生BCM期望电压172。BCM170可以例如基于电池162的充电状态(SOC)、当前电负载和/或一个或多个其他合适的参数来产生BCM期望电压。电压命令模块174基于BCM期望电压172和/或一个或多个其他参数来产生命令电压166。
曲轴位置传感器180监测N齿齿轮182，并基于N齿齿轮182的旋转生成曲轴位置信号。仅作为示例，曲轴位置传感器180可以包括可变磁阻(VR)传感器或另一种合适类型的曲轴位置传感器。N齿齿轮182与曲轴116一起旋转。
油温(OT)传感器184测量发动机油的温度并基于发动机油的温度生成OT信号。可以实现发动机冷却剂温度(ECT)，以测量发动机冷却剂的温度并相应地生成ECT信号。A/C压缩机158可以包括可变位置泵。泵位置传感器188可以测量可变位置泵的位置并基于该位置产生泵位置信号。压力传感器190可以测量由A/C压缩机输出的制冷剂的压力，并基于该压力生成压力信号。还可以实现一个或多个其他传感器。
示例性车辆系统100还可以包括额外的附件负载192，这些附件负载也可以消耗能量并且直接或间接地从发动机102汲取该能量。额外的附件负载192可以与一个或多个控制器进行通信，例如，发动机控制模块130、变速器控制模块140和/或车身控制模块170。出于本公开的目的，附件负载可以被定义为发动机上的任何直接或间接的负载，此负载是为了实现除推进车辆之外的其他目的而消耗或使用能量。例如，附件负载可以包括A/C压缩机158、交流发电机160等，并无具体限制。
还应理解的是，车辆的电气系统(未示出)可以包括多个装置，这些装置可能需要动力并且因此可能经由交流发电机160从发动机请求和/或消耗能量，并且，任何这些电气装置的启动可能会对电气系统提出额外的要求，而这个要求仅可以通过发动机产生足够的额外扭矩以驱动交流发电机160来满足。这种装置的示例可以包括电动后窗除霜系统，这种系统可以向电气系统提出需要额外电流的较大需求，而这种需求仅可以通过如下方式来满足：发动机为交流发电机产生足够的额外扭矩，从而提供这种额外的电流。
类似地，应当认识到的是，A/C压缩机158可以构成车辆中的热传递系统(未示出)的一部分，该热传递系统可以包括多个热交换器，这些热交换器可以消耗从A/C压缩机158提供的并且源自由发动机提供给A/C压缩机的扭矩的能量。以这种方式，车辆热传递系统对能量的任何需求都必须最终由发动机通过A/C压缩机产生的扭矩来满足。例如，车辆中的乘客舱可以包括空调系统，该空调系统依靠A/C压缩机提供能量来驱动空调系统。此能量必须源自发动机提供给A/C压缩机的扭矩。
如前所述，在例如已经检测到节气门控制故障的某些状况下，可以禁用节气门致动器模块106，使其不再能调节节气门开度。在这种情况下，节气门106中的节气门叶片200(参见图2)返回到默认位置，该默认位置可以由将气门叶片偏置到该默认位置的一个或多个机械弹簧来确定。以这种方式，节气门106的控制能力的失效或丧失不会阻碍至少有最小量的空气流持续地流过节气门，从而使得发动机的操作可以继续进行。
传统上，对于具有更大的排量和相应地较大的节气门的发动机来说，相对容易的是选出提供足以使发动机提供足够扭矩以移动车辆的空气流量的默认位置，同时还不会出现以下情形：提供了过多的空气流，而这可能会使发动机以比期望值更高的速度运行和/或提供比期望值更大的扭矩。参考图2，节气门叶片200定位在节气门主体207的节气门通道202中，并且可以在完全关闭的节气门位置200'与完全打开的节气门位置200”之间旋转大约90度。节气门叶片200可围绕由轴206限定的轴线旋转。节气门叶片位置200由示出为200'的关闭位置与完全打开位置200”之间的角度限定出。在正常操作下，致动器(未示出)由节气门致动器模块108控制，以使节气门叶片200旋转到期望或目标打开角度。然而，在致动器和/或致动器模块没有控制节气门叶片位置的位置的故障情形下，安装在轴206上的相对的偏置构件208可以将节气门叶片偏置到默认位置200”'。节气门叶片的默认位置可以因为不同的发动机或节气门设计而有所不同，并且是示出为节气门叶片的位置200”'。对于大排量发动机而言，因为节气门主体204的尺寸相应地相对较大，所以可以为默认位置选择相对较低的打开角度，这种相对较低的打开角度提供了足够的空气流来使发动机继续运行，不会提供过多的空气流。
与之形成鲜明对比的是，对于小排量的发动机而言，节气门主体207的整体尺寸相比起较大排量的发动机可以缩小。本发明人已经认识到的是，随着小排量发动机将会成为以后的趋势，如果为小排量发动机的节气门选择与传统的较大发动机相同的打开角度，那么，通过较小节气门主体的空气流的量可能不足以从小排量发动机提供所需量的最小发动机扭矩。例如，在可能失去了对节气门的控制并且节气门可能进入默认节气门状况的故障情形下，最好是确保有足够的发动机扭矩可用来将车辆移动到更优选的位置，即使是以较慢的速度移动。为了能够获得实现这种操纵的足够发动机扭矩，可能不得不增大小排量发动机的节气门中的节气门打开角度。例如，虽然可以将传统的相对较大排量发动机的默认打开角度选择为与30度的打开角度相对应，但是，为了从具有较小节气门的小排量发动机提供最小期望量的发动机扭矩，对于默认气门位置来说，可能需要更大的45度打开角度。
此外，本发明人所观察到的不但有小排量发动机的未来趋势，而且还有使那些小排量发动机增压以提高其扭矩容量的趋势。使发动机增压是指将进入发动机的空气压缩到更高的压力，这便为燃烧提供了更多的空气质量，而此举又能使发动机产生比没有增压时更大的扭矩。因此，进行增压以改善发动机扭矩容量的能力进一步使得能在提供相同扭矩量的同时降低发动机的排量。然而，增压发动机对通过节气门主体的空气流更加敏感。例如，在具有涡轮增压器的发动机中，必须向发动机提供足够的空气流，此空气流足以使该发动机产生充足的焓来驱动涡轮增压器的涡轮机，在此之后，涡轮增压器的压缩机能够在进入的空气流中形成充足的压缩以使发动机能够在最佳水平下运转，这样一来，它便能够产生足够的扭矩。因此，当发动机排量降低并对这些小排量发动机进行增压时，更加关键的地方在于确保有充足的空气流通过节气门主体。为了实现最小的期望扭矩容量，这需要更大的默认节气门位置来提供充足的空气流，而不是传统上的大排量和/或非增压发动机所要求的那样。不过，本发明人已经认识到，更大的默认节气门开度可能会引发其他问题。
尽管为了确保小排量发动机的充足扭矩而可能必须采用更大的默认节气门位置(尤其是在增压的情况下)，但是，对于某些状况来说，更大的开度可能会带来比其他状况下的期望值更多的空气流。例如，更大的默认节气门位置可以提供比维持期望空转速度所需的更多的空气流。因此，这可能导致高于期望值的发动机速度。例如，发动机通常可以在约600-800转/分钟之间的空转速度下操作，并且小排量的增压发动机可以在默认节气门状况下接收使得发动机以每分钟约3000转的速度空转的空气流。这些过余的空转速度可能会增大对发动机部件的磨损，并且还使噪音及振动水平增大来高于期望水平。此外，高于期望值的发动机速度还可能会产生比期望值更大的发动机扭矩。虽然增大默认节气门位置解决了提供充足的最小扭矩这一问题，但是，所产生的扭矩量在超过期望扭矩这一方面的风险较高。
根据本公开的示例性实施例，响应于过大扭矩和/或超速状况，可以启动附件负载，该附件负载在发动机上提供额外的扭矩负载，随后便可以将发动机速度和扭矩降低到更可取的较低水平。例如，车辆系统100可以启动A/C压缩机、交流发电机或其他附件负载，以增大发动机上的负载扭矩。通过这种方式，可以改善在默认节气门状况期间的发动机扭矩。
就传统上而言，已知的是通过管理火花、燃料和其他发动机致动器来控制发动机扭矩。然而，那些传统方法对发动机扭矩进行控制的能力可能会受到在默认节气门状况下通过节气门的空气流量的限制。例如，汽缸可以完全停用，火花可以发生延迟，但是，由于在默认节气门状况下存在有空气流，发动机仍然可以产生比期望值更大的扭矩。
图3是根据本公开的示例性方法的流程图300。方法开始于步骤302并继续到步骤304。在步骤304中，控制器确定默认节气门状况是否处于激活状态下。如果在步骤304中控制器确定了默认节气门状况是处于激活状态下，则方法继续到步骤306。在步骤306中，控制器确定发动机是否产生比期望值更大的扭矩。如果在步骤306中控制器确定了发动机产生比期望值更大的扭矩，则控制器继续进行到步骤308。此确定可以基于在结束时实际产生的扭矩量与期望的扭矩量之间的比较。期望扭矩可以不受限制地基于任何数量的因素，例如，加速踏板位置、来自变速器控制模块的扭矩请求等。在步骤308中，控制器通过启动附件负载(例如，A/C压缩机、交流发电机等)来施加附件负载扭矩。然后，方法继续到步骤310，在该步骤中，控制器确定发动机是否产生比期望值更小的扭矩。如果在步骤310中控制器确定了发动机产生比期望值更小的扭矩，则方法继续进行到步骤312。在步骤312中，控制器随后可以分离在步骤308中启动的附件负载。之后，方法继续到步骤314，在该步骤中，控制返回到开始302。如果控制器在步骤304、306、310和312中的任何一个步骤中做出的确定是否定的，则方法跳到步骤314。
在替代示例性方法中，控制器可以确定附件负载是否已经启动以及该启动的水平，并且基于多个不同的指示对启动水平作出调整。此外，可以进一步对示例性方法进行修改，以逐渐增多和/或减少施加到发动机的附件负载的数量。该方法可以依赖于参考了表的控制器，而此表根据具体识别出的状况和发动机过大扭矩量存储一组经过校准的附件负载。
此外，尽管本详细描述说明了其中速率比可能已经向上移动的示例性状况，但应当理解的是，本公开的控制系统和方法也适用于其中速率比可以向下移动的状况。通过参考本公开，本领域的普通技术人员将会认识到：对控制系统和方法进行调整以应对这种其他状况。
本说明书在本质上仅是说明性的，决不意图限制公开内容、其应用或用途。本公开的广泛教导可以以各种形式实现。因此，尽管本公开包括了具体的示例，但是本公开的真实范围不应受此限制，这是因为在研究了附图、说明书和所附权利要求之后，其他修改将变得显而易见。

Claims (8)

1.一种用于默认节气门状况下的车辆的发动机扭矩控制器，其中所述控制器经编程为：
确定所述发动机的节气门是否处于默认节气门状况下；
如果所述发动机的所述节气门处于所述默认节气门状况下，则确定所述发动机是否产生比期望值更大的扭矩；并且
如果所述发动机在所述默认节气门状况下产生了比期望值更大的扭矩，则将附件负载施加到所述发动机；
确定所述发动机是否产生比期望值更小的扭矩；并且
如果所述发动机产生了比期望值更小的扭矩，则使所述附件负载与所述发动机分离。
2.根据权利要求1所述的控制器，其中，为了施加所述附件负载，所述控制器经编程为：
确定联接到所述发动机的曲轴的空调系统压缩机是否被启动；并且
如果所述空调压缩机没有被启动，则启动所述空调压缩机。
3.根据权利要求1所述的控制器，其中，为了施加所述附件负载，所述控制器经编程为：
确定联接到所述发动机的曲轴的交流发电机是否被启动；并且
如果所述交流发电机没有被启动，则启动所述交流发电机。
4.根据权利要求1所述的控制器，其中，为了确定所述发动机是否产生比期望值更大的扭矩，所述控制器经编程为确定所述发动机的操作速度是否超过预定空转速度。
5.根据权利要求1所述的控制器，其中，为了确定所述发动机是否产生比期望值更小的扭矩，所述控制器经编程为确定所述发动机的操作速度是否低于预定最小速度。
6.根据权利要求5所述的控制器，其中所述预定最小速度包括发动机失速速度。
7.根据权利要求1所述的控制器，其中，为了施加所述附件负载，所述控制器经编程为：
确定联接到所述发动机的曲轴的交流发电机是否被启动；并且
如果所述交流发电机被启动，则提高交流发电机充电水平。
8.根据权利要求1所述的控制器，其中所述控制器经编程为：
确定所述发动机是否产生比第一预定量更大的扭矩；
确定所述发动机是否产生比第二预定量更大的扭矩，所述第二预定量大于所述第一预定量；
如果所述发动机产生了比所述第一预定量更大的扭矩，则将第一组一个或多个附件负载施加到所述发动机上；并且
如果所述发动机产生了比所述第二预定量更大的扭矩，则将第二组一个或多个附件负载施加到所述发动机上，并且其中所述第二组一个或多个附件负载大于所述第一组一个或多个附件负载。
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