CN101498247A - 基于转矩***中的速度控制 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及基于转矩***中的速度控制，其中发动机控制***包括功率模块、空气流量模块、转矩估算模块和空气控制模块。功率模块根据所需的发动机速度确定基于功率的转矩。空气流量模块根据基于功率的转矩确定空气流量值。转矩估算***根据空气流量值估算所需的转矩。空气控制模块根据所需的转矩有选择地确定节流阀面积。根据节流阀面积驱动节流阀。

Description

基于转矩***中的速度控制
相关申请的交叉参考
[0001]本申请要求于2008年1月9日提交的申请号为61/019,945的美国临时申请的益处。上述申请的全部公开内容结合于此作为参考。
技术领域
[0002]本申请涉及发动机速度控制，并具体涉及到基于转矩***的发动机速度控制。
背景技术
[0003]这里提供的背景技术意在总体展现本申请的内容。在该背景技术部分对当前指定发明人的工作以及在申请时没有资格成为在先技术的描述内容(既没有明确地也没有隐含地承认在先技术与本申请相反)进行了一定程度上的描述。
[0004]内燃机在气缸内燃烧空气和燃料的混合物来驱动活塞，活塞产生驱动转矩。进入内燃机的气流通过节流阀调节。更具体的，节流阀调节节流面积，节流面积可以增加或减少进入内燃机的空气流量。当节流面积增加时，进入内燃机的空气流量增加。燃料控制***调节注入燃料的流量，以将所需的空气/燃料的混合物提供到气缸。增加提供到气缸的空气和燃料的量，就会增大内燃机的转矩输出。
[0005]开发了发动机控制***来控制发动机输出转矩以便获得所需转矩。然而，传统的发动机控制***不能如所需那样精确控制发动机输出转矩。此外，传统的发动机控制***不能提供所需的对控制信号的快速响应，或者不能通过多种影响发动机转矩输出的装置来调节发动机转矩控制。
发明内容
[0006]发动机控制***包括一个功率模块，一个空气流量模块，一个转矩估算模块和一个空气控制模块。功率模块根据所需的发动机速度确定基于功率的转矩。空气流量模块根据基于功率的转矩确定空气流量的值。转矩估算模块根据空气流量的值估算所需的转矩。空气控制模块根据所需的转矩有选择地确定节流面积。根据节流面积来驱动节流阀。
[007]方法包括：根据所需的发动机速度确定基于功率的转矩；根据基于功率的转矩确定空气流量的值；根据空气流量的值估算所需的转矩；根据所需的转矩有选择地确定节流面积；以及根据节流面积驱动节流阀。
[008]从下文提供的详细描述中，将明了本申请应用的更广泛领域。应该理解详细的描述和具体例子意旨仅仅为了解释说明，而并非意旨限制本申请的范围。
附图说明
[009]从详细的描述和附图中，可以更全面地理解本申请，其中：
[0010]图1是根据本申请原理的典型发动机***的功能性框图；
[0011]图2是根据本申请原理的典型发动机控制***的功能性框图；
[0012]图3是根据本申请原理的典型RPM控制模块和预测的转矩控制模块执行的功能性框图；和
[0013]图4是示出根据本申请原理由发动机控制模块执行的典型步骤的流程图。
具体实施方式
[0014]以下的描述在本质上仅仅是解释性的，绝无限制本申请及其应用或用途的意图。为了更加清晰，在附图中使用了相同的参考数字来标识相似的元件。正如在此处使用的，A、B和C至少之一的术语应该解释为意味着是逻辑的(A或者B或者C)，或者使用了非排外的逻辑。应该理解的是，在不改变本申请原理的情况下可以不同的顺序来执行方法中的步骤。
[0015]正如此处使用的，术语模块指的是特定用途集成电路(ASIC)，电气电路，处理器(共享的、专用的或是集群的)和执行一个或多个软件或固件程序的内存，组合逻辑电路，和/或其他提供所述功能的适当组件。
[0016]功率是控制发动机维持所需速度的普通领域。在所需的速度下操作发动机需要一定量的功率，它等同于转矩的输出量和所需的速度。假定发动机的负载不发生改变，因此需要相同量的功率，速度的减小会导致转矩增加以维持相同的功率。相似地，如果发动机速度增加，会产生较小的转矩以维持相同的功率。
[0017]图1，2示出了在转矩领域执行发动机控制的发动机***。因此可以确定基于功率的转矩数值以控制发动机至所需的速度。基于功率的转矩值可能是制动转矩值。制动转矩(还已知为飞轮转矩)可定义为在飞轮处可获得的以便为车辆变速器提供功率的转矩。
[0018]制动转矩可以从基础转矩(还已知为未修正转矩)估算，基础转矩可以用功率计测量。当用功率计测量时，发动机必须是未修正的，-也就是，没有额外负载，如空调、交流发电机/发电机，或者动力方向盘。此外，当发动机很热(高于极限温度)时，可以测量基础转矩，此时，可以减少由摩擦所致的转矩的损失数量。
[0019]气缸转矩可以定义为由气缸产生的转矩数量。因此基础转矩可等于气缸转矩减去发动机的热损失和抽气损失所致的发动机摩擦。抽气损失可包括在将气体吸入和排出发动机气缸所吸收的转矩。
[0020]制动转矩可以由基础转矩减去冷摩擦和额外负载估算。与发动机是热的情况时相比，冷摩擦值是当发动机是冷的(低于临界温度)情况时额外的转矩损失。
[0021]如图3所示，基于功率的转矩(其可通过计算达到所需速度)可以从制动转矩转化到基础转矩。那么就可以确定产生所需速度下的该基础转矩的所需空气流量。根据所需的空气流量和当前发动机速度，可以确定所需的转矩。通过这种方式，基于功率的转矩(如由所需转矩所表达的那样)在基于转矩***的转矩领域就可以被确定，如图1，2所示。
[0022]然后将该所需转矩同其他转矩需求(例如发动机过速保护或者传输控制)被仲裁以便确定仲裁转矩。然后仲裁转矩基于当前发动机速度转化为可控空气流量。因此可以控制发动机产生可控的空气流量。
[0023]返回参照图1，示出了典型的发动机***100的功能块图。发动机***100包括一个发动机102，发动机102燃烧空气/燃料混合物，根据司机输入模块104，为车辆产生驱动转矩。空气通过节流阀112被带入进气歧管110。仅仅为了示例的目的，节流阀112可包括一个具有可旋转薄片的蝶形阀。发动机控制模块(ECM)114控制节流阀致动模块116，节流阀致动模块116调节节流阀112的开度，以此控制进入进气歧管110的空气吸入量。
[0024]来自进气歧管110的空气被带入发动机102的气缸内。发动机102可包括多个气缸，仅仅为了示例的目的，示出单一的一个代表性的气缸118。仅仅为了示例的目的，发动机102可包括2、3、4、5、6、8、10和/或12个气缸。ECM 114可指示气缸致动模块120有选择地关闭某些气缸，这可以在一定的发动机操作条件下提高燃料经济性。
[0025]来自进气歧管110的空气通过进气阀122被带入到气缸118中。ECM 114控制燃料致动模块124，燃料致动模块124可以调节燃料注入以达到所需的空气/燃料比。燃料可以注入到进气歧管110的一个中央位置或者多个位置处，例如靠近每个气缸的进气阀的位置。在图1中未示出的多种执行过程中，燃料可以直接注入到气缸或者进入与气缸相连的混合腔。燃料致动模块124可以阻止将燃料注入到无效的气缸。
[0026]所注入的燃料与空气混合，在气缸118中产生空气/燃料混合物。气缸118中的活塞(未显示)压缩空气/燃料混合物。根据发动机控制模块(ECM)114的信号，火花致动模块126激活气缸118中的火花塞128，火花塞128可以点燃空气/燃料混合物。火花持续时间可相对于活塞在其最高位置时(称为上止点)(TDC)的时间确定。
[0027]空气/燃料的混合物燃烧驱动活塞向下运动，因此驱动旋转曲轴(未示出)。之后活塞再次开始向上运动，并且通过排气阀130排出燃烧的副产品。来自车辆的燃烧副产品通过排气***134排出。
[0028]火花致动模块126可通过时间信号控制，时间信号指示应该在TDC之前或之后多远的距离处提供火花。因此可操作火花致动模块126来与曲轴旋转同步。在不同的执行过程中，火花致动模块126可以停止提供火花，以此来停止气缸。
[0029]进气阀122可以通过进气凸轮轴140控制，排气阀130可以通过排气凸轮阀142控制。在不同的执行过程中，多个吸气凸轮轴可控制每个气缸的进气阀，和/或控制多个气缸的进气阀。相似地，多个排气凸轮轴可以控制每个气缸的排气阀，和/或控制多个气缸的排气阀。气缸致动模块120可以通过关闭进气阀122和/或排气阀130关闭气缸118。
[0030]进气阀122打开的时间可以通过进气凸轮相位器148根据活塞上止点(TDC)调节。排气阀130打开的时间可以通过排气凸轮相位器150根据活塞TDC调节。根据来自ECM 114的信号，相位器致动模块158控制进气凸轮相位器148和排气凸轮相位器150。在执行的过程中，不同的阀门升程也可由相位器致动模块158控制。
[0031]发动机***100可包括提供压缩空气进入进气歧管110的增压装置。例如，图1示出涡轮增压器160，它包括一个热涡轮机160-1，热涡轮机160-1由热的排出气体流过排气***134提供能量。涡轮增压器160还包括一个冷空气压缩机160-2，它由涡轮机160-1驱动。冷空气压缩机160-2压缩空气将空气导入节流阀112。在不同的执行过程中，由曲轴驱动的增压器压缩来自节流阀112的空气，然后输送压缩空气至进气歧管110。
[0032]废气门162可允许排出气体通过涡轮增压器160，因此减少涡轮增压机160的升压量(压缩空气的吸气量)。ECM 114通过升压致动模块164控制涡轮增压器160。升压致动模块164可通过控制废气门162的位置来调整涡轮增压器160的升压。在不同的执行过程中，多个涡轮增压器可以由升压致动模块164控制。涡轮增压器160可能有不同的几何形状，其可由升压致动模块164控制。
[0033]中间冷凝器(未示出)可能消耗压缩空气的部分热量，这些热量产生于空气的压缩。当它们接近并流过排气***134时，压缩空气也可能吸收热量。虽然为了描述方便将它们分开，涡轮机160-1和压缩机160-2通常连接在一起，将吸入的空气接近热的排出气体。
[0034]发动机***100可包括一个废气循环阀(EGR)170，它可以有选择地将废气导回进气歧管110。EGR 170可位于涡轮增压器160的上游。EGR 170可由EGR致动模块172控制。
[0035]发动机***100可利用RPM传感器以转/分钟(RPM)的形式测量曲轴的转速。发动机冷却剂的温度可利用发动机冷却剂温度(ECT)传感器182测量。ECT传感器182可位于发动机102的内部，或者位于冷却剂循环的位置，如散热器(未示出)等。
[0036]进气歧管110内的压力可以由歧管绝对压力(MAP)传感器184测量。在不同的执行过程中，也可以测量发动机的真空度，也就是大气压力和进气歧管110内的压力差。流入进气歧管110的空气质量流量可以由空气质量流量(MAF)传感器186测量。在不同的执行过程中，MAF传感器186可位于一个还包括节流阀112的外罩内。
[0037]节流阀致动模块116可利用一个或多个节流阀位置传感器(TPS)190监测节流阀112的位置。吸入发动机102内的外界空气温度可以利用吸入气体温度(IAT)传感器192来测量。ECM 114可以利用来自传感器的信号为发动机***100作出控制确定。
[0038]ECM 114可以与变速器控制模块194通信，以调节变速器(未示出)中的换档齿轮。例如，ECM 114在齿轮换档中可以减少发动机的转矩。ECM 114可以与混合控制模块196通信，以调节发动机102和电马达198的操作。
[0039]电马达198也可以行使类似发电机的功能，也可以用来产生电能以供车辆电器***使用，和/或存储在电池中。在不同的执行过程中，ECM 114、变速器控制模块194以及混合控制模块196的多种功能可以集成到一个或多个模块中。
[0040]每一个改变发动机参数的***可以认为是接收致动值的致动器。例如，节流阀致动模块116可以认为是一个致动器，节流阀开放面积可以认为是致动数值。在图1的例子中，节流阀致动模块116通过调整节流阀112的薄片的角度来获得节流阀的打开面积。
[0041]相似地，火花致动模块126可以认为是一个致动器，而相应的致动数值是相对于气缸TDC的火花量。其它的致动器可包括升压致动模块164、EGR致动模块172、相位器致动模块158、燃料致动模块124以及气缸致动模块120。对于这些致动器，致动数值可分别相应于升高压力、EGR打开面积、进气和排气的凸轮相位器的角度、燃料流率和有效气缸个数。ECM 114可以控制致动器值以便从发动机102产生所需转矩。
[0042]现在参考图2，示出典型发动机控制***的功能块图。一个典型的ECM 114的执行包括一个轴转矩仲裁模块204。轴转矩仲裁模块204在来自司机输入模块104的司机输入和其它的轴转矩需求之间进行仲裁。例如，司机输入可以依据加速器踏板的位置。司机输入也可以依据省油速度控制器，省油速度控制器可以是改变车辆速度以维持预定行进距离的自适应省油速度控制***。
[0043]转矩需求可包括目标转矩数值以及坡道需求，例如从坡道需求下降至最小发动机的转矩以及从最小发动机转矩上升时的坡道转矩需求。轴转矩需求可以包括通过牵引力控制***控制的车轮滑行时的转矩减少。轴转矩需求也可以包括转矩需求增加，以抵消负的车轮滑行，此时车辆的轮胎在路面上滑行，因为转矩是负的。
[0044]轴转矩需求也可以包括制动管理需求和车辆过速转矩需求。制动管理需求可以减少发动机转矩以保证发动机转矩输出不超过当车辆停止时的控制车辆制动的能力。车辆过速转矩需求可以减小发动机转矩输出以阻止车辆超过某一设定的速度。轴转矩需求还可以包括发动机熄火需求，例如当检测到严重故障时，可以产生发动机熄火需求。
[0045]轴转矩仲裁模块204输出一个预定的转矩和一个基于不同转矩需求的仲裁结果的即时转矩。预设转矩是ECM 114要求发动机102产生的转矩总和，它通常以司机的转矩需要为依据。即时转矩是当前所需的转矩的总和，它可能比预设的转矩小。
[0046]即时转矩可能比预设转矩小，以提供转矩贮备，或者满足临时转矩减少，下面将详细叙述这点。仅仅举个例子，当车辆速度接近速度档的过度速度时，和/或当牵引控制***感觉车轮滑动时，可能需要减少临时转矩。
[0047]即时转矩可以通过改变响应快速的发动机致动器得到。而较慢的发动机致动器可以用来为预设转矩作准备。例如，在燃气发动机中，火花提前可以快速调整，但是空气流量和凸轴相位器位置由于机械延迟时间而响应较慢。此外，空气流量的改变易受进气歧管中空气传输延迟的影响。此外，空气流量的改变不能表明转矩的改变，直到空气被吸入气缸、压缩和燃烧。
[0048]当通过设定较快的发动机致动器产生小于预测转矩的即时转矩时，同时设定较慢的发动机致动器产生预测转矩，可以产生转矩保留。例如，节流阀112可以打开，因此增加了空气流量和准备产生预设转矩。同时，火花提前可能被减少(或者说，火花时间可被延迟)，减少实际的发动机转矩输出至即时转矩。
[0049]预设转矩和即时转矩的差异可以称之为转矩保留。当转矩保留存在时，发动机转矩通过改变较快的致动器可以迅速从即时转矩增加到预设转矩。因此可以达到预设转矩而不需要等待调整较慢的致动器来改变转矩。
[0050]轴转矩仲裁模块204可以输出预设转矩和即时转矩至推进转矩仲裁模块206。在不同的执行过程中，轴转矩仲裁模块204也可能输出预设转矩和即时转矩到混合优化模块208。混合优化模块208确定需要由发动机102产生多少转矩以及由电马达198产生多少转矩。混合优化模块208因此输出修改的预测和即时转矩值至推进转矩仲裁模块206。在不同的执行过程中，混合优化模块208可以在混合控制模块196中执行。
[0051]由推进转矩仲裁模块206接收到的预设和即时转矩从轴转矩领域(车轮处的转矩)转化为推动转矩领域(曲轴处的转矩)。这种转变可以发生在之前的、之后的、部分的或者代替混合优化模块208。
[0052]推进转矩仲裁模块206在推进转矩需求(包括转化的预设和即时转矩)之间进行仲裁。推进转矩仲裁模块206可以产生仲裁的预设转矩和仲裁的即时转矩。仲裁的转矩可以通过从接收的转矩中选择一个得胜的转矩产生。二者择一地或者额外地，仲裁转矩可以根据另外一个或多个接收到的需求通过修改接收到的需求产生。
[0053]其他的推进转矩需求可能包括发动机过速保护的转矩减少、阻止失速的转矩增加和传输控制模块194调节齿轮换档需求的转矩减少。推进转矩需求也可以由离合器燃料截止，当司机在手动传输车辆降低离合器踏板时，它可以减少发动机转矩输出。
[0054]推进转矩需求可以包括发动机关闭需求，当发动机检测到严重错误时，发动机关闭需求就会起作用。仅仅举个例子，严重错误可能包括检测到车辆失窃、过载发动机马达、电子节流阀控制问题以及意外的转矩增加。仅仅举个例子，发动机关闭需求总是会赢得仲裁，因此输出仲裁需求，发动机关闭需求或者忽略其他全部仲裁，仅仅关闭发动机。推进转矩仲裁模块206可以仍然接受这些关闭需求，例如，直到合适的数据被反馈到其他的转矩需求。例如，可以通知所有的其他转矩需求它们仲裁失败。
[0055]RPM控制模块210也可以输出预测的和即时的转矩需求至推进转矩仲裁模块206。当ECM 114采用RPM模式时，来自RPM控制模块210的转矩需求在仲裁中获胜。当司机从加速踏板移开他们的脚时，例如当车辆空载或者高速惯性行进时，可以选用RPM模式。二者择一地或者额外地，RPM模式，当预测转矩轴转矩仲裁模块204需求的预测转矩比计算转矩值小时，可以选择RPM模式。
[0056]RPM控制模块210从RPM轨线模块212接受所需的RPM，控制预测的和即时的转矩需求以减少所需的RPM和实际的RPM的差异。仅仅举个例子，对于车辆高速惯性行进时，RPM轨线模块212可以输出线性减少的所需的RPM，直到产生一个空闲的RPM。RPM轨线模块212之后持续输出空闲的RPM作为所需的RPM。
[0057]储量/负载模块220接受来自推进转矩仲裁模块206的仲裁过的预测的和即时的转矩需求。不同的发动机操作条件可以影响发动机转矩的输出。为了对这些条件作出响应，储量/负载模块220可以通过增加预测的转矩需求产生转矩储存。
[0058]仅仅举个例子，催化剂点火过程和冷启动排气缩小过程对于同一发动机可以直接产生不同的火花提前。储量/负载模块220因此会增加预设转矩需求以抵消火花提前对于发动机转矩输出的影响。在另一个例子中，发动机的空气/燃料比和/或空气质量流量可以直接变化，例如通过检测侵入的当量比率测试和/或者新发动机清洗。在这些过程中，可以采用相应的预测转矩需求来抵消发动机转矩的输出的变化。
[0059]储量/负载模块220也会在备用燃料负载中产生一个贮备，例如保证空气调节压缩离合器或者向控制泵操作提供动力。当司机第一次需要空气调节时，可以产生适于空气调节(A/C)离合器的燃料贮备。之后，当空气调节离合器工作时，储量/负载模块220可以增加A/C离合器期望的负载至即时转矩需求。
[0060]致动模块224接收来自储量/负载模块220的预测的和即时的转矩需求。致动模块224确定如何达到预测的和即时的转矩需求。致动模块224可以是具有不同控制模式的具体发动机类型，例如与柴油发动机相对的燃气发动机。在不同的执行过程中，致动模块224可以定义优先于致动模块224的模块(同时这些模块是独立于发动机的)和依赖于发动机的模块之间的界线。
[0061]例如，在气体发动机中，致动模块224可以改变节流阀112的开度，这为控制广泛范围的转矩提供了可能性。但是，节流阀112的开放和关闭产生了较慢的转矩变化。操控失灵的气缸也可以提供大范围的转矩控制，但是同样是缓慢的，而且会额外地涉及到驾驶性能和排放问题。改变火花提前相对快速，但是不能提供大范围的转矩控制。此外，火花可能的转矩控制的量(也就是火花容量)随着每一气缸的空气变化而变化。
[0062]在不同的执行过程中，致动模块224根据预测的转矩需求可以产生空气转矩需求。空气转矩需求等同于预测转矩需求，致使设定空气流量，这样可以通过改变其他的执行器获得预设的转矩需求。
[0063]空气控制模块228根据空气转矩需求，可以确定较慢的致动器的致动值。例如，空气控制模块228可以控制所需的歧管的绝对压力(MAP)、所需的节流阀面积，和/或所需的每气缸的空气量(APC)。所需的MAP可以用来确定所需的升压，以及所需的APC可以用来确定凸轮相位器的位置。在不同的执行过程中，空气控制模块228也可以确定废气循环阀(EGR)170的开度。
[0064]在气体***中，致动模块224也可以产生火花转矩需求、气缸关闭转矩需求和燃料质量转矩需求。火花转矩需求可以被火花控制模块232使用，以确定从较准的火花提前延迟多少火花(它能减少发动机转矩输出)。
[0065]气缸关闭转矩需求可以被气缸控制模块236用来确定关闭多少气缸。气缸控制模块236可以命令气缸执行器模块120关闭一个或多个发动机102的气缸。在不同的执行过程中，一个预定的气缸组可以一起关闭。气缸控制模块236也可以命令燃料控制模块240停止向关闭的气缸提供燃料，也可以命令火花控制模块232停止向关闭的气缸提供火花。
[0066]在不同的执行过程中，气缸致动模块120包括水压***，水压***在关闭一个或者多个气缸时，可以有选择地减弱这些气缸的吸气和/或排气阀和相应的凸轮转轴之间的影响。仅仅举个例子，作为一个气缸致动模块120控制的组，控制气缸一半的阀门或者是液压耦合的或者是非耦合的。在不同的执行过程中，可以仅仅通过阻止向这些气缸提供燃料，而不需要停止打开和关闭进气和排气阀门来关闭气缸。在这些执行过程中，气缸致动模块120可以被省略。
[0067]燃料质量转矩需求可以由燃料控制模块240用来改变提供给每个气缸的燃料的量。仅仅举个例子，当与当前的每个气缸的空气的量联合时，燃料控制模块240可以确定燃料的质量，产生符合化学计量的燃烧反应。燃料控制模块240命令燃料致动模块124为每一有效的气缸注入所需的燃料质量。在正常的发动机操作中，燃料控制模块240可以尝试维持符合化学计量的空气/燃料比值。
[0068]燃料控制模块240可以增加高于化学计量值的燃料质量，以增加发动机转矩输出，也可以减少燃料质量以减少发动机转矩输出。在不同的执行过程中，燃料控制模块240可以接收所需的空气/燃料比值，该比值可以不同于化学计量比。那么燃料控制模块240可以为每一个气缸确定燃料的质量，以达到所需的空气/燃料比值。在柴油机***中，燃料质量是控制发动机转矩输出的主要执行器。
[0069]致动模块224采用的满足即时转矩要求的方法，可以由模式设定来确定。模式设定例如可以通过推进转矩仲裁模块206提供给致动模块224。模式设定可以选择模式，上述模式包括关闭模式、愉悦模式、最大范围模式和自动执行模式。
[0070]在关闭模式中，致动模块224可忽略即时转矩需求并试图满足预设转矩需求。因此致动模块224可以设定火花转矩需求、气缸关闭转矩需求和燃料质量转矩需求至预设的转矩需求，这使得在当前发动机空气质量流量下输出转矩最大化。可选的，致动模块224可以设定这些需求至预设的数值(例如超出范围的高值)，使得不会发生延迟火花、关闭气缸或者降低空气/燃料比值导致的转矩减小。
[0071]在愉悦模式中，致动模块224可以只通过调整火花提前来尝试满足即时需求。因此致动模块224可以输出预设的转矩需求作为空气转矩需求和即时转矩需求的火花转矩需求。火花控制模块232将尽可能延迟火花，以试图满足火花转矩需求。如果所需的转矩减少比火花贮存容量(通过火花延迟来达到的转矩减少的量)更大，就不可能达到转矩减少。
[0072]在最大范围模式中，致动模块224可输出作为空气转矩需求的预设转矩需求以及作为火花转矩需求的即时转矩需求。此外，致动模块224可以产生气缸关闭转矩需求，气缸关闭需求其值足够低，以便使得火花控制模块232满足即时转矩需求。换言之，当仅仅减少火花提前不能满足技术转矩需求时，致动模块224可以减少气缸转矩需求(因此关闭气缸)。
[0073]在自动执行模式中，根据即时转矩需求，致动模块224可以减少空气转矩需求。例如，空气转矩需求可以减少，只要允许火花控制模块232通过调整火花提前满足即时转矩需求。因此，在自动执行模式中，当允许发动机102尽可能快地返回到预设的转矩需求，可以满足即时转矩需求。换言之，通过尽可能快地减少快速响应的火花提前，使用相对响应慢的节流阀的修正达到最小。
[0074]转矩估算模块244可以估算发动机102的输出转矩。该估算的转矩被空气控制模块228用来闭合环路控制发动机空气流量的参数，诸如歧管绝对压力(MAP)、节流阀面积和相位器位置。仅仅为了举例，转矩关系可以定义为：
(1)T＝f(APC，S，I，E，AF，OT，#)
其中，转矩(T)是每气缸空气(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)和有效气缸数(#)的函数。额外的变量也应在考虑范围之内，例如废气循环阀(EGR)的打开程度。
[0075]这种关系可以用一个方程模型化，和/或被存储为一张参考表。转矩估算模块244基于测量的MAF和当前RPM可以确定APC，因此可以根据实际的空气流量允许闭合环路空气控制。进气和排气凸轮相位器位置通常基于实际的位置，因为相位器可以向所需的位置移动。此外，可以利用校准的火花提前值。该估算的转矩可以认为是空气转矩，-也就是估算在当前的空气流量下需要产生多少转矩，而不用考虑实际的发动机转矩输出，估算可以根据火花提前计算。
[0076]空气控制模块228产生所需的歧管绝对压力(MAP)信号，信号输出至升压进度模块248。升压进度模块248使用所需的MAP信号以控制升压致动模块164。那么升压致动模块164可以控制一个或多个涡轮增压器和/或增压器。
[0077]空气控制模块228可以产生所需的面积信号，信号被输出到节流阀致动模块116。然后节流阀致动模块116控制节流阀112以产生所需的节流阀面积。空气控制模块228可以利用估算的转矩和/或MAF信号以实行闭合环路控制。例如，根据比较估算的转矩和所需的转矩可以控制所需的面积信号。
[0078]空气控制模块228也可以产生所需的每气缸空气(APC)信号，该信号被输出至相位器进度模块252。根据所需的APC信号和RPM信号，使用相位器致动模块158，相位器进度模块252可以控制吸气和/或排气凸轮相位器148和150。
[0079]参考火花控制模块232，可以在不同的发动机操作条件下校准火花提前值。仅仅举个例子，转矩关系式可以用来解决所需的火花提前。对于给定的转矩需求(Tdes)，所需的火花提前(Sdes)可以依据下式确定：
(2)
这个关系式可以具体化表示为一个方程和/或一张参考表。如燃料控制模块240显示的一样，空气/燃料(AF)可以是实际的比率。
[0080]当火花提前被设定为校准的火花提前时，产生的转矩可以被认为尽可能的接***均最优转矩(MBT)。MBT可以被认为是最大转矩，最大转矩是在给定的空气流量下，使用辛烷值比率高于预定阈值的燃料时，随着火花提前的增加而产生的。最大转矩发生时的火花提前可以称为MBT火花。由于例如燃料质量(例如使用了低辛烷值的燃料时)和环境因素，校准的火花提前可能不同于MBT火花。因此校准的火花提前时的转矩会小于MBT。
[0081]现在参考图3，展示了RPM控制模块210和空气控制模块228的典型执行的功能性框图。RPM控制模块210接收来自RPM轨线模块212的所需RPM信号。所需的RPM信号也可以由零踏板转矩模块302、变速器负载模块304、保留转矩模块306、比例-积分(PI)模块308和RPM稳定模块312。当司机应用小于预设的压力于加速踏板时，零踏板转矩模块302确定发动机需要提供的转矩。
[0082]变速器负载模块304确定变速器加到发动机的负载。例如，这可以根据发动机的速度和车辆车轮的速度而定。保留转矩模块306确定保留转矩的量，保留转矩的量是发动机为了应付例如功率转向辅助和空气调节压缩机打开等事件。
[0083]根据所需的RPM和实际的RPM的差值，PI模块308产生一个比例项和一个积分项。在不同的执行过程中，比例项可以等于比例常数乘以差值。在不同的执行过程中，积分项可以是积分常数乘以根据差值时间而定的整数项。PI模块308的输出可以是比例项和积分项的总和。
[0084]RPM转矩模块314接收来自零踏板转矩模块302、变速器负载模块304、保留转矩模块306以及PI模块308的输出结果。RPM转矩模块314确定所需的基于功率的转矩，其使得发动机在所需的RPM下运行。在不同的执行过程中，RPM转矩模块314将接收到的值求和。在不同的执行过程中，保留转矩模块306可以被忽略，并且其功能可以被保留/负载模块220取代。
[0085]RPM转矩模块314输出所需的基于功率的转矩到制动至基础转化模块320。仅仅举个例子，制动至基础转化模块320可以将基于冷摩擦和加速负载的转矩偏移加至所需的基于功率的转矩。转矩偏移的冷摩擦部分基于发动机温度，发动机温度可以由发动机冷却剂温度估算，并且当发动机温度达到预设的水平时，转矩偏移的冷摩擦部分可以为零。
[0086]制动至基础转化模块320可根据来自RPM稳定模块312的稳定的RPM值来将制动至基础转化。在不同的执行过程中，RPM稳定模块312通过在所需的RPM应用一个低-通过滤器可以产生稳定的RPM值。稳定的RPM值可以输出至每气缸空气的倒数(APC)模块322和空气质量流量(MAF)计算模块324。
[0087]倒数APC模块322使用转矩的倒数模式确定所需的APC值，从而产生从制动至基础转化模块320接收的基础转矩需求。转矩的倒数模式还利用稳定的RPM值和接受自第一过滤模块326过滤的火花提前。第一过滤模块326接收火花提前的值，火花提前值是根据当前发动机的操作条件校准的，并且将过滤器(如低-通过滤器)应用到火花提前值。
[0088]转矩倒数模型可以表示为：
(3)
由倒数APC模块322确定的每气缸的空气量(APC)的值输出至空气质量流量(MAF)计算模块324。空气质量流量(MAF)计算模块324通过下式将每气缸的空气的量(APC)转化为空气质量流量(MAF)：
(4)
其中，#是当前注入燃料的气缸的数目，以及RPM是来自RPM稳定模块312的稳定的所需RPM。
[0089]由MAF计算模块324计算的MAF值是相应于基于功率的转矩的所需的空气流量。所需的空气流量被APC计算模块328转化回APC值，此时使用的是发动机当前的RPM。产生的APC值被APC转矩估算模块330用来估算具有APC值的发动机转矩。APC转矩估算模块330根据当前的RPM和经第二个过滤模块332过滤的校准的火花值估算该转矩。
[0090]如果估算的转矩是基础转矩，那么估算的转矩可以通过至制动转化模块334的基部基于当前的RPM转化为制动转矩。来自至制动转化模块334的基部的输出结果是从RPM控制模块210到推进转矩仲裁模块206的转矩需求。
[0091]如上所述，推进转矩仲裁模块206在RPM控制模块210的转矩需求和其他的推进转矩需求之间仲裁。仲裁的结果在储量/负载模块220和致动模块224上起作用。致动模块224输出空气转矩需求至空气控制模块228。
[0092]空气控制模块228包括至基础转化模块350的制动器，基础转化模块350将空气转矩需求转化为基础转矩，基础转矩根据当前的RPM发挥作用。基础转矩输出至倒数APC模块352，倒数APC模块352将确定APC的值，APC的值将允许发动机产生接收到的基础转矩。APC的值通过MAF计算模块354根据当前的RPM转化为MAF。
[0093]可压缩流量模块356根据MAF的值确定节流阀面积。可压缩流量模块356应用下式：
(5)，其中，
其中，Rgas是理想气体常数，T是吸入空气温度，空气质量流量MAPdes是所需的歧管绝对压力(MAP)，Pbaro是大气压力。Pbaro可直接利用诸如IAT传感器192的传感器测量，或可通过其他测量的或者估算的参数计算。在不同的执行过程中，MAPdes可以用当前的MAP代替。
[0094]Φ函数可以计算由于节流阀112两边的压力差导致的空气流量的变化。Φ函数可以具体表示为：
(6)，其中
(7)，对于空气
其中，γ是特殊热常数，对于空气其值一般在1.3和1.4之间。Pcritical定义为压力比，在这种压力比情况下，空气流过节流阀112时的速度等于声音的速度，此时的速度可以认为是阻流或者临界流。可压缩流量模块356输出节流阀致动模块116所需的面积，节流阀致动模块116控制节流阀112提供所需的打开面积。
[0095]现在参考图4，示出在RPM模式下执行的控制节流面积的典型步骤。在不同的执行过程中，当司机的转矩需求小于时间校准量的预设值时，可以选用RPM模式。换言之，当司机应用于踏板的压力小于时间校准的特定压力时，可以选择RPM模式。此外，当发动发动时，也可以选择RPM。
[0096]控制在步骤402开始，在步骤402，确定所需的RPM。之后，控制在步骤404继续。从步骤404到步骤412，所需的RPM可以用来执行计算。在步骤404中，零踏板转矩、变速器负载、保留转矩和RPM错误修正因子被确定。控制在步骤406中继续，此时，根据步骤404计算的值的总和，确定所需的基于功率的转矩。
[0097]控制在步骤408继续，此处，所需的基于功率的转矩从制动转矩被转化为基础转矩。控制在步骤410中继续，其中APC值通过利用倒数转矩模型从基础转矩被确定。控制在步骤412中继续，APC值被转化为MAF值。
[0098]控制在步骤414中继续，MAF的值被转化回APC值。但是，在步骤414到步骤428中，计算可依据发动机当前的RPM。因为所需的RPM和当前的RPM是不同的，步骤412和步骤414并没有彼此相互抵偿。
[0099]控制在步骤416继续，在此，确定步骤414计算的APC产生的转矩。控制在步骤418中继续，在此，转矩从基础矩被转化为制动转矩。控制在步骤420中继续，在此，包括步骤418在内的转矩需求被仲裁。在RPM模式中，步骤418计算的转矩需求可以被选为仲裁后的转矩，其他的转矩需求被忽略。
[0100]控制在步骤422中继续，仲裁后的转矩从致动转矩被转化为基础转矩。控制在步骤424中继续，在此利用转矩倒数模式和当前发动机的速度，确定允许基础转矩产生的APC值。控制在步骤426中继续，在此APC值被转化为MAF的值。控制在步骤428中继续，根据MAF的值和APC的值，确定所需的节流阀面积。控制在步骤430中继续，控制节流阀112以达到节流面积。控制之后回到步骤402。
[0101]现在本领域的技术人员可根据前面的描述意识到可在各种形式下执行本发明的广泛教导。因此，虽然本申请包括具体实例，但是本申请的真正范围不应该受到局限，因为对于有技能实践者而言在研究附图、说明以及下面的权利要求后其他修改是很明显的。

Claims (20)

1.发动机控制***，其包括：
功率模块，其根据所需的发动机速度确定基于功率的转矩；
空气流量模块，其根据基于功率的转矩确定所需的转矩；
转矩估算模块，其根据空气流量的值估算所需的转矩；
空气控制模块，其根据所需的转矩有选择地确定节流面积，其中根据节流面积驱动节流阀。
2.根据权利要求1所述的发动机控制***，其中当司机的加速器输入值在预设的时间段小于预设的值时，空气控制模块根据所需的转矩确定节流阀面积。
3.根据权利要求1所述的发动机控制***，其中功率模块根据第一转矩确定基于功率的转矩，其中利用转矩模型和所需的发动机速度确定第一转矩。
4.根据权利要求3所述的发动机控制***，其中功率模块依据第二和第三转矩确定基于功率的转矩，其中第二转矩依据所需的发动机速度和实际的发动机速度的差值，并且其中第三转矩依据所需的发动机速度下的变速器负载。
5.根据权利要求4所述的发动机控制***，其中功率模块根据第一、第二和第三转矩的总和确定基于功率的转矩。
6.根据权利要求5所述的发动机控制***，其中功率模块根据第四转矩和第一、第二以及第三转矩的总和确定基于功率的转矩，其中第四转矩依据保留的转矩。
7.根据权利要求1所述的发动机控制***，其中空气流量模块根据所需的发动机速度确定空气流量的值，转矩估算模块根据当前的发动机速度和转矩模型估算所需的转矩，以及空气控制模块根据当前的发动机速度确定节流阀面积。
8.根据权利要求7所述的发动机控制***，还包括：
第一转化模块，其根据基于功率的转矩、第一负载转矩和第一摩擦损失转矩的总和产生第一基础转矩，其中第一摩擦损失转矩依据所需的发动机速度；和
转矩倒数模块，其根据转矩倒数模型和所需的发动机速度确定相应于第一基础转矩的空气的值，其中空气流量模块根据空气值确定空气流量的值。
9.根据权利要求8所述的发动机控制***，还包括：
第二转化模块，其根据所需的转矩和偏移转矩的差值产生所需的转矩，其中偏移转矩依据第二负载转矩和第二摩擦损失转矩，并且其中第二摩擦损失转矩依据当前发动机速度；和
产生仲裁转矩的仲裁模块，其中仲裁的转矩有选择地依据所需的转矩，并且其中空气控制模块根据仲裁的转矩确定节流阀面积。
10.根据权利要求1所述的发动机控制***，其中空气控制模块根据转矩倒数模型确定相应于所需的矩的所需的空气值，并且根据所需的空气值确定节流阀面积。
11.方法，包括：
根据所需的发动机速度确定基于功率的转矩；
根据基于功率的转矩确定空气流量的值；
根据空气流量的值估算所需的转矩；
根据所需的转矩有选择地确定节流阀面积；
和
根据节流阀面积驱动节流阀。
12.根据权利要求11所述的方法，还包括：当司机的加速器输入值在一段预设时间段低于预设值时，根据所需的转矩确定节流阀面积。
13.根据权利要求11所述的方法，还包括：
利用转矩模型和所需的发动机速度确定第一转矩；和
根据第一转矩确定基于功率的转矩。
14.根据权利要求13所述的方法，还包括：
根据所需的发动机速度和实际的发动机速度之间的差值确定第二转矩；
根据所需的发动机速度下的变速器负载确定第三转矩；和
根据第一、第二和第三转矩确定基于功率的转矩。
15.根据权利要求14所述的方法，还包括根据第一、第二和第三转矩的总和确定基于功率的转矩。
16.根据权利要求15的方法，还包括：
根据保留转矩确定第四转矩；和
根据第一、第二、第三和第四转矩的总和确定基于功率的转矩。
17.根据权利要求11所述的方法，还包括：
根据所需的发动机速度确定空气流量值；
根据当前发动机速度估算所需的转矩；
和
根据当前的发动机速度确定节流阀面积。
18.根据权利要求17所述的方法，还包括：
根据所需的发动机速度确定第一摩擦损失转矩；
根据基于功率的转矩、第一摩擦损失转矩和第一负载转矩的总和产生第一基础转矩；
根据转矩倒数模式和所需的发动机速度确定相应于第一基础转矩的空气值；
根据空气值确定空气流量值。
19.根据权利要求18所述的方法，还包括：
根据当前发动机速度确定第二摩擦损失转矩；
根据第二负载转矩和第二摩擦损失转矩确定偏移转矩；
根据所需的转矩和偏移转矩的差值产生需求的转矩；
产生仲裁的转矩，其中仲裁的转矩有选择地依据需求的转矩；和
根据仲裁的转矩确定节流阀面积。
20.根据权利要求11所述的方法，还包括：
根据转矩倒数模式确定相应于所需转矩的所需空气值；和
根据所需的空气值确定节流阀面积。
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