專利名稱：用于根據系統能量減小動力系擾動的系統和方法
技術領域：
本發明涉及車輛控制系統和方法，更為具體地，涉及用于減小動力系擾動的發動機控制系統和方法。
背景技術：
此處所提供的背景說明是為了總體上呈現本發明背景的目的。發明人的一部分工作在背景技術部分中被描述，這部分內容以及在提交申請時該描述中不另構成現有技術的方面，既不明確也不暗示地被承認是破壞本發明的現有技術。車輛通常包括驅動車輛的一個或多個車輪的動力系。動力系可以包括產生驅動扭矩的發動機系統。驅動扭矩通過變速器以各種傳動比傳送到驅動車輪的傳動系。發動機系統可以包括內燃發動機、電機、或者它們的組合。內燃發動機在汽缸內燃燒空氣和燃料的混合物以驅動活塞，其產生驅動扭矩。流入發動機中的空氣流量通過節氣門調整。具體而言，節氣門調節節流面積，所述節流面積增加或者減小進入發動機中的空氣流量。隨著節流面積增加，進入發動機中的空氣流量增加。 燃料控制系統調節燃料被噴射的速率，以將期望的空氣/燃料混合物提供至汽缸和/或者實現期望的扭矩輸出。增加提供到汽缸的空氣和燃料量增加了發動機的扭矩輸出。在火花點火式發動機中，火花引起被提供至汽缸的空氣/燃料混合物的燃燒。在壓縮點火式發動機中，汽缸內的壓縮使提供至汽缸的空氣/燃料混合物燃燒。火花正時和空氣流量可以是用于調節火花點火式發動機的扭矩輸出的主機制，而燃料流量則可以是用于調節壓縮點火式發動機的扭矩輸出的主機制。已經開發了發動機控制系統來控制發動機輸出的扭矩以實現期望的扭矩。但是， 傳統的發動機控制系統不能如所需那樣精確地控制發動機輸出扭矩。此外，傳統的發動機控制系統不能提供對控制信號的迅速響應，或者在影響發動機輸出扭矩的各種裝置之中協調發動機扭矩控制。
發明內容
在一種形式中，本發明提供了一種用于包括發動機的動力系的控制系統。該控制系統包括能量確定模塊和速度控制模塊。能量確定模塊在動力系的負空隙事件的第一時段期間確定輸入到該動力系的旋轉能量。速度控制模塊則在跟隨第一時段的負空隙事件的第二時段期間基于旋轉能量選擇性地將發動機的旋轉速度的增加限制到第一預定變化率。在一個特征中，當發動機的輸出扭矩大于預定扭矩時，第二時段可以結束。在另一特征中，速度控制模塊通過控制發動機的扭矩輸出來限制所述增加。在又一特征中，速度控制模塊在開始于第二時段結束時的第三時段期間選擇性地以第二預定變化率來增加旋轉速度。在另一特征中，在所述旋轉能量大于預定能量時，所述速度控制模塊在所述第二時段期間限制所述增加。所述預定能量可以基于所述旋轉速度。在相關的特征中，所述旋轉能量基于所述旋轉速度的加速度變化率，所述速度控制模塊在所述加速度變化率大于預定的加速度變化率時限制所述增加。在再一 特征中，在動力系的變速器的扭矩轉換器滑移率處于預定的范圍之內時， 速度控制模塊在第二時段期間限制所述增加。在相關的特征中，所述預定的范圍可以基于所述旋轉能量。在其他相關特征中，當扭矩轉換器滑移率超過所述預定范圍的上限時，所述第二時段結束。在另一形式中，本發明提供了一種用于控制包括發動機的動力系的方法。所述方法包括在動力系的負空隙事件的第一時段期間確定輸入到所述動力系的旋轉能量。所述方法進一步包括在跟隨第一時段的負空隙事件的第二時段期間，基于旋轉能量選擇性地將發動機的旋轉速度的增加限制到第一預定變化率。在一個特征中，當發動機的輸出扭矩大于預定扭矩時，所述第二時段可以結束。在另一特征中，所述選擇性地限制包括限制發動機的扭矩輸出。在又一特征中，所述方法進一步包括在開始于第二時段結束時的第三時段期間，選擇性地以第二預定變化率增加旋轉速度。在另一特征中，選擇性地限制包括當旋轉能量大于預定能量時，限制所述增加。 所述預定能量可以基于所述旋轉速度。在相關的特征中，所述旋轉能量基于所述旋轉速度的加速度變化率，且所述選擇性限制包括在所述加速度變化率大于預定的加速度變化率時，限制所述增加。在再一特征中，所述選擇性地限制可以包括在動力系的變速器的扭矩轉換器滑移率處于預定的范圍之內時，限制所述增加。在相關的特征中，所述預定的范圍可以基于旋轉能量。在其他相關特征中，當扭矩轉換器滑移率超過所述預定范圍的上限時，所述第二時段結束。在又一其他特征中，如上所述的系統和方法通過由一個或多個處理器執行的計算機程序來實施。所述計算機程序可以貯存在有形的計算機可讀介質上，例如但是不限于存儲器、非易失性數據存儲器、和/或者其他適當的有形存儲介質。本發明還包括以下方案
方案1. 一種用于包括發動機的動力系的控制系統，所述控制系統包括 能量確定模塊，所述能量確定模塊在所述動力系的負空隙事件的第一時段期間確定輸入到所述動力系的旋轉能量；以及
速度控制模塊，所述速度控制模塊在跟隨所述第一時段的所述負空隙事件的第二時段期間，基于所述旋轉能量來選擇性地將所述發動機的旋轉速度中的增加限制到第一預定變化率。方案2.根據方案1所述的控制系統，其中，所述第二時段在所述發動機的輸出扭矩大于預定扭矩時結束。方案3.根據方案1所述的控制系統，其中，所述速度控制模塊通過控制所述發動機的扭矩輸出來限制所述增加。方案4.根據方案1所述的控制系統，其中，所述速度控制模塊在開始于所述第二時段結束時的第三時段期間選擇性地以第二預定變化率來增加所述旋轉速度。方案5.根據方案1所述的控制系統，其中，在所述旋轉能量大于預定能量時，所述速度控制模塊在所述第二時段期間限制所述增加。方案6.根據方案5所述的控制系統，其中，所述預定能量基于所述旋轉速度。方案7.根據方案1所述的控制系統，其中，所述旋轉能量基于所述旋轉速度的加速度變化率，且其中所述速度控制模塊在所述加速度變化率大于預定的加速度變化率時限制所述增加。方案8.根據方案1所述的控制系統，其中，當所述動力系的變速器的扭矩轉換器滑移率處于預定的范圍之內時，所述速度控制模塊在所述第二時段期間限制所述增加。方案9.根據方案8所述的控制系統，其中，所述預定范圍基于所述旋轉能量。方案10.根據方案8所述的控制系統，其中，當所述扭矩轉換器滑移率超過所述預定范圍的上限時，所述第二時段結束。方案11. 一種用于控制包括發動機的動力系的方法，所述方法包括
在所述動力系的負空隙事件的第一時段期間確定輸入到所述動力系的旋轉能量；以及在跟隨所述第一時段的所述負空隙事件的第二時段期間，基于所述旋轉能量選擇性地將所述發動機的旋轉速度中的增加限制到第一預定變化率。方案12.根據方案11所述的方法，其中，當所述發動機的輸出扭矩大于預定扭矩時，所述第二時段結束。方案13.根據方案11所述的方法，其中，所述選擇性限制包括限制所述發動機的扭矩輸出。方案14.根據方案11所述的方法，進一步包括在開始于所述第二時段結束時的第三時段期間，選擇性地以第二預定變化率增加所述旋轉速度。方案15.根據方案11所述的方法，其中，所述選擇性限制包括當所述旋轉能量大于預定能量時限制所述增加。方案16.根據方案15所述的方法，其中，所述預定能量基于所述旋轉速度。方案17.根據方案11所述的方法，其中，所述旋轉能量基于所述旋轉速度的加速度變化率，并且其中所述選擇性限制包括在所述加速度變化率大于預定的加速度變化率時限制所述增加。方案18.根據方案11所述的方法，其中，所述選擇性限制包括在所述動力系的變速器的扭矩轉換器滑移率處于預定的范圍之內時，限制所述增加。方案19.根據方案18所述的方法，其中，所述預定范圍基于所述旋轉能量。方案20.根據方案18所述的方法，其中，當所述扭矩轉換器滑移率超過所述預定范圍的上限時，所述第二時段結束。本發明的其他應用領域將從此后所提供的詳細描述中變得顯而易見。應該理解， 詳細的描述和特定的示例只是出于例示的目的，而不是為了限制本發明的范圍。
本發明將從詳細的描述和附圖中得到充分的理解，附圖中 圖1是顯示了用于車輛的示例性動力系的功能框圖； 圖2是顯示了根據本發明原理的示例性發動機系統的功能框圖； 圖3是顯示了根據本發明原理的示例性發動機控制系統的功能框圖；圖4是顯示了圖3中所示的動力系擾動控制模塊的示例性實施方式的功能框圖；以及圖5-6是例示了根據本發明原理的、用于控制動力系的發動機以減小動力系擾動的示例性方法的流程圖。
具體實施例方式
下述描述本質上只是示例性的，而不意圖以任何方式來限制本發明、本發明的應用或者使用。為了簡潔，將在附圖中使用相同的附圖標記來指示相似的元件。如此處所使用的，短語“A、B和C中的至少一個”應理解為指的是使用了非排他性邏輯“或”的邏輯(A或 B或C)。應該理解，在不改變本發明原理的情況下，方法中的步驟可以不同的順序來執行。如此處所使用的，術語“模塊”指的是專用集成電路(ASIC)、電子電路、執行一個或多個軟件或固件程序的處理器(共享的、專用的、或者成組的)和存儲器、組合邏輯電路、和/ 或者提供所描述功能性的其他合適部件。在操作期間，車輛的動力系可以在稱之為負空隙狀態和零空隙狀態的狀態之間轉變。負空隙狀態可以稱之為這樣的操作狀態在通過直接機械接合來傳輸驅動扭矩的動力系的驅動部件和從動部件之間存在間隙。所述間隙可能由驅動部件和從動部件之間的相對運動產生。隨著所述部件朝向再接合運動，所述間隙可能導致一個或多個驅動部件和從動部件喪失旋轉運動。作為一個示例，當變速器的配對齒輪之間的相對運動在所述齒輪之間產生間隙時，可以存在負空隙狀態。零空隙狀態可以指的是這樣的操作狀態動力系的所有驅動部件和從動部件彼此接合，并且在配合部件之間存在零間隙。負空隙事件可以指的是發生在這樣的操作間隔期間的事件所述操作間隔開始于動力系從零空隙狀態轉變到負空隙狀態時，并且結束于該動力系從負空隙狀態轉變到隨后的零空隙狀態時。出于多種原因(包括但是不限于發動機輸出扭矩中的波動)，負空隙事件可以在動力系的操作期間反復發生。在動力系從負空隙狀態轉變到隨后的零空隙狀態時的負空隙事件結束時，可能產生動力系擾動。車輛的駕駛者可以感知到動力系擾動為沉悶的金屬聲或者響亮的鈴聲，所述沉悶的金屬聲或者響亮的鈴聲是在一個或多個驅動部件與配合的從動部件再接合時產生的。本發明提供了用于減少這種動力系擾動的發生和/或嚴重性的示例性控制系統和相關方法。本發明的控制系統和方法可以通過如下方式來減小動力系擾動的發生和/或嚴重性在負空隙事件期間周期地確定輸入至動力系的旋轉能量，以及在負空隙事件期間選擇性地限制發動機速度的增加。基于所述旋轉能量，所述控制系統和方法選擇性地將發動機速度的增加限制到第一預定變化率。所述控制系統和方法還選擇性地將發動機速度的增加限制到第二預定變化率并持續以一定時段，所述時段開始于動力系在負空隙事件結束時從負空隙狀態轉變到隨后的零空隙狀態之時。通過以前述方式控制發動機速度，本發明的控制系統和方法可以減小動力系擾動的發生和/或嚴重性，并且與用于減輕這樣的動力系擾動的其他常規系統和方法相比，沒有增加發動機輸出扭矩中的延遲。現在參照圖1，其給出了示例性車輛10的功能框圖。車輛10包括動力系12，所述動力系12驅動車輛10的一個或多個車輪14。動力系12包括產生驅動扭矩的發動機系統 20，所述驅動扭矩通過變速器22以一個或多個傳動比傳送到驅動車輪14的傳動系24。變速器22可以是自動變速器，并可以通過扭矩轉換器(TC) 26驅動性耦接至發動機系統20。現在參照圖2，其給出了示例性發動機系統100的功能框圖。發動機系統100包括發動機102，所述發動機102基于來自駕駛員輸入模塊104的駕駛員輸入來燃燒空氣/燃料混合物以產生用于車輛10的驅動扭矩。空氣通過節氣門閥112被吸入進氣歧管110。只是為了示例，節氣門閥112可以包括具有可旋轉葉片的蝶形閥。發動機控制模塊(ECM)114 控制節氣門致動器模塊116，所述節氣門致動器模塊116調整節氣門閥112的打開度以控制被吸入進氣歧管110的空氣量。來自進氣歧管110的空氣被吸入發動機102的汽缸。盡管發動機102可以包括多個汽缸，但是為了示例的目的，僅僅顯示了單個代表性汽缸118。只是為了示例，發動機102 可以包括2、3、4、5、6、8、10和/或12個汽缸。ECM 114可以指令汽缸致動器模塊120來選擇性地停用一些汽缸，這在特定的發動機操作狀況下可以改善燃料經濟性。發動機102可以使用四沖程循環來操作。如下所述，四沖程可以稱為進氣沖程、壓縮沖程、燃燒沖程和排氣沖程。在曲軸(未示出)每轉一周期間，在汽缸118之內發生四個沖程的兩個。因此，對于汽缸118而言，要經歷全部四個沖程必需要曲軸轉兩周。在進氣沖程期間，來自進氣歧管110的空氣通過進氣閥122被吸入到汽缸118中。 ECM 114控制燃料致動器模塊124，所述燃料致動器模塊IM調整燃料噴射以實現期望的空氣/燃料比。燃料可以在中央位置處噴射到進氣歧管110中，或者在例如靠近每個汽缸的進氣閥122的多個位置處被噴射到進氣歧管110中。在各種實施方式(未示出)中，燃料可以直接噴射到汽缸中，或者噴射到與汽缸相關聯的混合室中。燃料致動器模塊IM可以中止將燃料噴射到被停用的汽缸中。被噴射的燃料與空氣混合，并且在汽缸118內產生空氣/燃料混合物。在壓縮沖程期間，汽缸118內的活塞(未示出)壓縮所述空氣/燃料混合物。發動機102可以是壓縮點火式發動機，在這種情況下，汽缸118內的壓縮點燃所述空氣/燃料混合物。可選地，發動機102可以是火花點火式發動機，在這種情況下，火花致動器模塊1 基于來自ECM 114 的信號給汽缸118中的火花塞1 賦能，這點燃了空氣/燃料混合物。火花正時可以相對于活塞處于其最頂部位置的時刻來規定，所述最頂部位置稱為上死點(TDC)。火花致動器模塊1 可以通過規定了在TDC之前或者之后多遠來產生火花的正時信號來加以控制。因為活塞位置與曲軸旋轉直接相關，所以火花致動器模塊126的操作可以與曲軸角度同步。在各種實施方式中，火花致動器模塊126可以中止將火花供給被停用的汽缸。產生火花可以稱為著火事件。火花致動器模塊1 可以具有為每次著火事件改變火花正時的能力。此外，火花致動器模塊1 可以具有為給定著火事件改變火花正時的能力，即使正時信號中的改變是在恰好位于給定著火事件之前的著火事件后接收到時，也能為該給定著火事件改變火花正時。在燃燒沖程期間，空氣/燃料混合物的燃燒向下驅動活塞，由此驅動曲軸。燃燒沖程可以限定為活塞到達TDC和活塞返回到下死點(BDC)的時刻之間的時間。在排氣沖程期間，活塞開始從BDC向上移動并且通過排氣閥130排出燃燒副產品。 燃燒的副產品通過排氣系統134從車輛10排出。進氣閥122可以通過進氣凸輪軸140來控制，而排氣閥130可以通過排氣凸輪軸142來控制。在各種實施方式中，多個進氣凸輪軸(包括進氣凸輪軸140)可以控制用于汽缸118的多個進氣閥(包括進氣閥122)，和/或可以控制多排汽缸(包括汽缸118)的進氣閥 (包括進氣閥122)。相似地，多個排氣凸輪軸(包括排氣凸輪軸142)可以控制用于汽缸118 的多個排氣閥，和/或可以控制用于多排汽缸(包括汽缸118)的排氣閥(包括排氣閥130)。汽缸致動器模塊120可以通過禁止進氣閥122和/或排氣閥130的打開來停用汽缸118。在各種其他實施方式中，進氣閥122和/或排氣閥130可以通過除曲軸之外的裝置來控制，例如電磁致動器。進氣閥122被打開的時間可以通過進氣凸輪相位器148來相對活塞TDC變化。排氣閥130被打開的時間可以通過排氣凸輪相位器150來相對于活塞TDC變化。相位器致動器模塊158可以基于來自ECM 114的信號控制進氣凸輪相位器148和排氣凸輪相位器150。 當實施時，可變閥升程(未示出)也可以通過相位器致動器模塊158來控制。發動機系統100可以包括增壓裝置，所述增壓裝置將加壓空氣提供給進氣歧管 110。例如，圖2顯示了包括熱渦輪160-1的渦輪增壓器，熱渦輪160-1通過流經排氣系統 134的熱廢氣來提供動力。渦輪增壓器也包括由渦輪160-1驅動的冷空氣壓縮機160-2，所述冷空氣壓縮機160-2對將要引導到節氣門閥112中的空氣進行壓縮。在各種實施方式中， 由曲軸驅動的增壓器(未示出)可以壓縮來自節氣門閥112的空氣，并將被壓縮的空氣輸送到進氣歧管110。廢氣門162可以允許廢氣旁通繞過渦輪160-1，由此減小渦輪增壓器的增壓(進氣空氣壓縮量)。ECM 114可以通過增壓致動器模塊164控制渦輪增壓器。增壓致動器模塊 164可以通過控制廢氣門162的位置來調節渦輪增壓器的增壓。在各種實施方式中，多個渦輪增壓器可以通過增壓致動器模塊164來控制。渦輪增壓器可以具有可變幾何，其可以通過增壓致動器模塊164來控制。中間冷卻器(未示出)可以耗散一些包含在壓縮空氣充量中的熱，所述熱在空氣被壓縮時產生。壓縮空氣充量還可以吸收來自排氣系統134的部件的熱。盡管為了說明目的而分開顯示，但是渦輪160-1和壓縮機160-2可以彼此附接，將進氣空氣放置成與熱廢氣接近。發動機系統100可以包括廢氣再循環(EGR)閥170，所述廢氣再循環(EGR)閥170 選擇性地將廢氣再引導回到進氣歧管110。EGR閥170可以位于渦輪增壓器的渦輪160-1 的上游。EGR閥170可以通過EGR致動器模塊172來控制。發動機系統100可以使用RPM傳感器180以每分鐘轉數(RPM)來測量曲軸的旋轉速度。通過測量曲軸的旋轉速度，發動機系統100也可以測量發動機102的旋轉速度(即發動機速度)。RPM傳感器180可以基于表示了發動機速度的被測量曲軸速度來輸出信號 (發動機RPM)。發動機冷卻劑的溫度可以使用發動機冷卻劑溫度(ECT)傳感器182來測量。 ECT傳感器182可以位于發動機102之內，或者位于冷卻劑能循環到其他位置處，例如散熱器(未示出)。進氣歧管110之內的壓力可以使用歧管絕對壓力(MAP)傳感器184來測量。在各種實施方式中，可以測量作為環境空氣壓力和進氣歧管110之內的壓力之間的差的發動機真空度。流入進氣歧管110的空氣的質量流率可以使用質量空氣流量(MAF)傳感器186來測量。在各種實施方式中，MAF傳感器186可以位于也包括節氣門閥112的殼體內。
節氣門致動器模塊116可以使用一個或多個節氣門位置傳感器(TPS) 190來監測節氣門閥112的位置。被吸入發動機102之內的空氣的環境溫度可以使用進氣溫度(IAT) 傳感器192來測量。ECM 114可以使用來自傳感器的信號來做出用于發動機系統100的控制決定。ECM 114可以與變速器控制模塊194通信以協調變速器22中的換擋。例如，ECM 114可以在擋位變換期間減小發動機扭矩。ECM 114可以與混合動力控制模塊196通信以協調發動機102和電動機198的操作。電動機198也可以用作發電機，從而可以用于產生用于車輛電氣系統和/或者用于存儲在電池中的電能。在各種實施方式中，ECM 114、變速器控制模塊194和混合動力控制模塊196的各種功能都可以集成到一個或多個模塊中。改變發動機參數的每個系統都可以稱為接收致動器值的致動器。例如，節氣門致動器模塊116可以稱為致動器，而節氣門打開面積可以稱為致動器值。在圖2的示例中，節氣門致動器模塊116通過調節節氣門閥112的葉片角度來實現節氣門打開面積。相似地，火花致動器模塊1 可以稱為致動器，而對應的致動器值可以是相對于汽缸TDC的火花提前量。其他的致動器可以包括汽缸致動器模塊120、燃料致動器模塊124、 相位器致動器模塊158、增壓致動器模塊164和EGR致動器模塊172。對于這些致動器，致動器值可以分別對應于被啟用的汽缸的數目、燃料供給速率、進氣凸輪相位器角度和排氣凸輪相位器角度、增壓壓力和EGR閥打開面積。ECM 114可以控制致動器值，以便使發動機 102產生期望的發動機輸出扭矩。現在參照圖3，其顯示了示例性發動機控制系統的功能框圖。ECM 114的示例性實施方式包括駕駛員扭矩模塊200、動力系擾動控制(PDC)模塊202和車軸扭矩仲裁模塊204。駕駛員扭矩模塊200基于來自駕駛員輸入模塊104的駕駛員輸入確定駕駛員扭矩請求。駕駛員輸入可以基于加速器踏板的位置。駕駛員輸入也可以基于巡航控制，該巡航控制可以是自適應巡航控制系統，該自適應巡航控制系統變化車輛的速度以保持預定的尾隨距離。駕駛員扭矩模塊200可以存儲加速器踏板位置至期望扭矩的一個或多個映射，并且可以基于所選擇的映射之一來確定駕駛員扭矩請求。PDC模塊202通過實施對發動機輸出扭矩的閉環控制在動力系12的負空隙事件期間選擇性地控制發動機速度。更為具體地，PDC模塊202在負空隙事件期間基于輸入到動力系12的旋轉能量來選擇性地控制發動機速度。PDC模塊202在每個負空隙事件的第一時段期間監測發動機輸出扭矩和旋轉能量，所述第一時段在發動機輸出扭矩超過零時開始。當該負空隙事件期間的旋轉能量超過預定的能量時，PDC模塊202在該負空隙事件中跟隨第一時段的第二時段期間將發動機速度的增加限制到第一預定變化率。所述預定能量可以基于發動機速度。在當前的示例中， 預定能量可以是發動機速度中的預定加速度變化率(例如，轉數/秒-秒-秒)。第二時段在負空隙事件結束時結束。PDC模塊202在第二時段期間限制發動機速度的增加，是為了在動力系12從負空隙狀態轉變到零空隙狀態時控制輸入到動力系12中的旋轉能量的量。在第二時段期間限制發動機速度之后，PDC模塊202在跟隨負空隙事件的第三時段期間將發動機速度的增加限制到第二預定變化率。第三時段在動力系12從負空隙事件的負空隙狀態進入到零空隙狀態時開始。第二預定變化率可以大于第一預定變化率。PDC模塊202在第三時段中限制發動機速度的增加，是為了避免在將發動機速度限制到第一預定變化率的第二時段之后發動機速度會迅速增大。在當前的示例中，PDC模塊202在第二和第三時段期間通過輸出以期望方式限制發動機速度增加的傳動系扭矩請求來控制發動機速度。PDC模塊202輸出傳動系扭矩請求以抑制動力系擾動，否則所述動力系擾動將在動力系12從負空隙狀態轉變到零空隙狀態時產生。車軸扭矩仲裁模塊204在來自駕駛員扭矩模塊200的駕駛員扭矩請求、來自PDC 模塊202的傳動系扭矩請求和其他的車軸扭矩請求之間進行仲裁。車軸扭矩(車輪14處的扭矩)可以由包括發動機和/或者電動機的各種源來產生。扭矩請求可以包括絕對扭矩請求、以及相對扭矩請求和斜坡漸變請求(ramp request)。只是為了示例，斜坡漸變請求可以包括將扭矩向下斜坡漸變到最小的發動機關閉扭矩的請求，或者使扭矩從最小的發動機關閉扭矩向上斜坡漸變的請求。相對扭矩請求可以包括臨時的或者永久的扭矩減小或者增加。車軸扭矩請求可以包括在檢測到正車輪滑移時由牽引控制系統所請求的扭矩減小。正車輪滑移發生在車軸扭矩克服了車輪14和路表面之間的摩擦并且車輪14開始相對于路表面滑移之時。車軸扭矩請求也可以包括抵消負車輪滑移的扭矩增加請求，在負車輪滑移時，車輛10的一個或多個車輪14因為車軸扭矩是負值而沿著其他方向相對于路表面滑移。車軸扭矩請求也可以包括剎車管理請求和車輛過速扭矩請求。剎車管理請求可以減小車軸扭矩，以保證車軸扭矩沒有超過剎車在車輛停止時保持所述車輛的能力。車輛過速扭矩請求則可以減小車軸扭矩以防止車輛超過預定的速度。車軸扭矩請求也可以通過車輛穩定性控制系統來產生。車軸扭矩仲裁模塊204基于在所接收的扭矩請求之間的仲裁結果來輸出預測扭矩請求和即時扭矩請求。如下所述，在被用于控制發動機系統100的致動器之前，來自車軸扭矩仲裁模塊204的預測扭矩請求和即時扭矩請求可以通過ECM 114的其他模塊來選擇性地調節。—般而言，即時扭矩請求是當前期望的車軸扭矩量，而預測扭矩請求則是在較短時間后可能所需的車軸扭矩量。因此，ECM 114控制發動機系統100以產生等于即時扭矩請求的車軸扭矩。但是，致動器值的不同組合可以導致相同的車軸扭矩。因此，ECM 114可以調節致動器值以允許到預測扭矩請求的更快速轉變，同時仍然將車軸扭矩保持在即時扭矩請求。在各種實施方式中，預測扭矩請求可以基于駕駛員扭矩請求。即時扭矩請求可以小于預測扭矩請求，例如，當駕駛員扭矩請求導致車輪在冰面上滑移時。在這樣的情況下， 牽引控制系統(未示出)可以通過即時扭矩請求來請求減小，ECM 114將發動機系統100所產生的扭矩減小到即時扭矩請求。但是，ECM 114控制發動機系統100，使得一旦車輪滑移停止，則發動機系統100可以快速地恢復產生預測扭矩請求。一般而言，即時扭矩請求和更高的預測扭矩請求之間的差可以稱為扭矩儲備。扭矩儲備可以表示發動機系統100能夠以最小延遲開始產生的額外扭矩量。快速發動機致動器被用于增加或者減小當前的車軸扭矩。如下面更為詳細地描述，快速發動機致動器是相對于慢速發動機致動器而限定的。在各種實施方式中，快速發動機致動器能夠在一定范圍之內變化車軸扭矩，其中所述范圍通過慢速發動機致動器來建立。在這樣的實施方式中，所述范圍的上限是預測扭矩請求，而所述范圍的下限則由快速致動器的扭矩容量來限制。只是為了示例，快速致動器只能夠將車軸扭矩減小第一量，而所述第一量是對快速致動器的扭矩容量的測量結果。所述第一量可以基于慢速發動機致動器所設定的發動機操作條件而變化。當即時扭矩請求處于所述范圍之內時，快速發動機致動器可以被設定成使車軸扭矩等于即時扭矩請求。當ECM 114請求預測扭矩請求被輸出時，快速發動機致動器可以被控制，以便將車軸扭矩變化到所述范圍的頂部，所述范圍的頂部是預測扭矩請求。一般而言，當與慢速發動機致動器相比時，快速發動機致動器可以更快速地改變車軸扭矩。慢速致動器可以比快速致動器更緩慢地響應其相應致動器值中的變化。例如， 慢速致動器可以包括響應于致動器值中的改變而需要時間來從一個位置移動到另一個位置的機械部件。慢速致動器的特征也可以在于一旦慢速致動器開始實施所改變的致動器值時，使所述車軸扭矩開始變化所需要的時間量。通常地，該時間量對慢速致動器比對快速致動器更長。此外，即使在開始改變之后，所述車軸扭矩可能需要更長的時間來完全響應慢速致動器中的改變。只是為了示例，ECM 114可以將用于慢速致動器的致動器值設定成這樣的值，所述值使得如果快速致動器設定到合適的值則能夠使發動機系統100產生預測扭矩請求。同時，ECM 114可以將用于快速致動器的致動器值設定到這樣的值在給定慢速致動器值時， 所述值導致發動機系統100產生即時扭矩請求而不是預測扭矩請求。因此，快速致動器值導致發動機系統100產生即時扭矩請求。當ECM 114決定將車軸扭矩從即時扭矩請求轉變到預測扭矩請求時，ECM 114將用于一個或多個快速致動器的致動器值改變到對應于預測扭矩請求的值。因為慢速致動器的值已經基于預測扭矩請求而設定，所以發動機系統100能夠僅在快速致動器所施加的延遲之后產生預測扭矩請求。換言之，避免了使用慢速致動器改變車軸扭矩將另外導致的更長的延遲。只是為了示例，當預測扭矩請求等于駕駛員扭矩請求時，扭矩儲備可以在即時扭矩請求由于臨時扭矩減小請求的緣故而小于駕駛員扭矩請求時產生。可選地，通過將預測扭矩請求增加到高于駕駛員扭矩請求同時將即時扭矩請求保持為駕駛員扭矩請求，也可以產生扭矩儲備。所獲得的扭矩儲備可以吸收所請求的車軸扭矩中的突然增加。只是為了示例，來自空調或者動力轉向泵的突然加載可以通過增加即時扭矩請求來平衡。如果即時扭矩請求的增加小于所述扭矩儲備，則該增加可以通過使用快速致動器來快速地產生。然后， 還可以增加預測扭矩請求以重新建立前面的扭矩儲備。使用扭矩儲備的另一示例在于減小慢速致動器值中的波動。由于其相對低的速度，所以變化慢速致動器值可能產生控制的不穩定性。此外，慢速致動器可以包括機械零部件，所述機械零部件在頻繁移動時可能吸收更多的功率和/或更快速地磨損。產生足夠的扭矩儲備允許期望的扭矩變化經由即時扭矩請求通過變化快速致動器來實現，同時保持慢速致動器的值。例如，為了保持給定的空轉速度，即時扭矩請求可以在一定范圍之內變化。 如果預測扭矩請求設定成高于該范圍的水平，則保持空轉速度的即時扭矩請求中的變化可以使用快速致動器來實現，而不需要調節慢速致動器。
只是為了示例，在火花點火式發動機中，火花正時可以是快速致動器值，節氣門打開面積可以是慢速致動器值。火花點火式發動機可以通過施加火花來燃燒包括例如汽油和乙醇之類的燃料。作為比較，在壓縮點火式發動機中，燃料流量可以是快速致動器值，而節氣門打開面積可以用作用于除了扭矩之外的發動機特征的致動器值。壓縮點火式發動機可以通過壓縮燃料(包括，例如柴油)來使燃料燃燒。當發動機102是火花點火式發動機時，火花致動器模塊1 可以是快速致動器，而節氣門致動器模塊116可以是慢速致動器。在接收到新的致動器值時，火花致動器模塊1 可以能夠改變用于隨后的著火事件的火花正時。當用于著火事件的火花正時(也稱為活化提前)設定成校準值時，在緊隨該著火事件之后的燃燒沖程中產生最大扭矩。但是，偏離校準值的火花提前則可以減小在燃燒沖程中所產生的扭矩量。因此，火花致動器模塊1 能夠通過改變火花提前從而在發生下一個著火事件時就立即改變發動機輸出扭矩。只是為了示例，在車輛設計的校準階段期間可以確定對應于不同發動機操作狀況的火花提前的表， 并且校準值基于當前的發動機操作狀況從所述表中加以選擇。相反，節氣門打開面積的改變則需要更長時間來影響發動機輸出扭矩。節氣門致動器模塊116通過調整節氣門閥112的葉片的角度來改變節氣門打開面積。因此，一旦接收到新的致動器值，則在節氣門閥112基于新的致動器值從其先前位置移動到新的位置時存在著機械延遲。此外，基于節氣門閥打開度的空氣流量的改變在進氣歧管110中還經歷空氣傳輸延遲。進一步地，進氣歧管110中增加的空氣流量不會實現為發動機輸出扭矩中的增加，直到汽缸118在下一進氣沖程中接收額外的空氣、壓縮該額外的空氣、以及開始燃燒沖程時。使用這些致動器作為示例，扭矩儲備可以通過將節氣門打開面積設定到允許發動機102產生預測扭矩請求的值而產生。同時，火花正時則可以基于小于預測扭矩請求的即時扭矩請求來設定。盡管節氣門打開面積產生足夠的空氣流量用于發動機102來產生預測扭矩請求，但是火花正時基于即時扭矩請求被延遲(其減小扭矩)。因此，發動機輸出扭矩將等于即時扭矩請求。當需要額外扭矩時，例如當啟動空調壓縮機或者當牽引控制確定車輪滑移已經結束時，火花正時可以基于預測扭矩請求來設定。通過隨后的著火事件，火花致動器模塊1 可以使火花提前返回到校準值，這允許發動機102產生利用已經存在的空氣流量可實現的完全發動機輸出扭矩。因此，發動機輸出扭矩可以快速地增加到預測扭矩請求，而沒有經歷改變節氣門打開面積所導致的延遲。當發動機102是壓縮點火式發動機時，燃料致動器模塊IM可以是快速致動器，而節氣門致動器模塊116和增壓致動器模塊164可以是排放致動器(emissions actuators). 以這種方式，燃料質量可以基于即時扭矩請求來設定，而節氣門打開面積和增壓則可以基于預測扭矩請求來設定。節氣門打開面積可以產生比滿足預測扭矩請求所必須的空氣流量更多的空氣流量。所產生的空氣流量轉而又可以多于所噴射燃料的完全燃燒所需的空氣流量，使得空氣/燃料比通常為貧，且空氣流量的改變不會影響發動機扭矩輸出。因此，發動機輸出扭矩將等于即時扭矩請求，并且可以通過調節燃料流量來增加或者減小。節氣門致動器模塊116、增壓致動器模塊164和EGR 170可以基于預測扭矩請求來控制，以控制排放物并最小化渦輪遲滯。節氣門致動器模塊116可以產生真空，以通過EGR170抽吸廢氣并使其進入到進氣歧管110中。車軸扭矩仲裁模塊204可以將預測扭矩請求和即時扭矩請求輸出到推進扭矩仲裁模塊206。在各種實施方式中，車軸扭矩仲裁模塊204可以將預測扭矩請求和即時扭矩請求輸出到混合動力優化模塊208。混合動力優化模塊208確定多少扭矩應當由發動機102 產生以及多少扭矩應當由電動機198來產生。然后，混合動力優化模塊208輸出修改的預測扭矩請求和即時扭矩請求至推進扭矩仲裁模塊206。在各種實施方式中，混合動力優化模塊208可以實施在混合動力控制模塊196中。通過推進扭矩仲裁模塊206接收的預測扭矩請求和即時扭矩請求被從車軸扭矩域(車輪14處的扭矩)轉換到推進扭矩域(曲軸處的扭矩)。該轉換可以發生在混合動力優化模塊208之前、之后，或者作為其一部分而發生，或者替代混合動力優化模塊208而發生。推進扭矩仲裁模塊206在包括了被轉換的預測和即時扭矩請求的推進扭矩請求之間進行仲裁。推進扭矩仲裁模塊206產生經仲裁的預測扭矩請求和經仲裁的即時扭矩請求。經仲裁的扭矩可以通過從接收的請求中選擇勝出的請求來生成。可選地或者另外地， 經仲裁的扭矩可以通過基于所接收請求中的另一個或另外多個請求來修改所接收請求中的一個請求而產生。其他推進扭矩請求可以包括用于發動機過速保護的扭矩減小、用于防止熄火的扭矩增加、以及變速器控制模塊194所請求的適應換擋的扭矩減小。推進扭矩請求也可以從離合器燃料切斷來獲得，這在手動變速器車輛中當駕駛員壓下離合器踏板時減小發動機輸出扭矩，以防止發動機速度中的突變(flare)(迅速上升)。推進扭矩請求也可以包括發動機關閉請求，其可以在檢測到關鍵故障時被引發。 只是出于示例，關鍵故障可以包括檢測到車輛被盜、起動器電動機卡住、電子節氣門控制問題、以及未預期的扭矩增加。在各種實施方式中，當存在發動機關閉請求時，仲裁將選擇發動機關閉請求作為勝出請求。當存在發動機關閉請求時，推進扭矩仲裁模塊206可以輸出零作為經仲裁的扭矩。在各種實施方式中，發動機關閉請求可以與仲裁過程分開，而僅是簡單地關閉發動機102。推進扭矩仲裁模塊206仍然可以接收發動機關閉請求，使得例如合適的數據可以反饋到其他扭矩請求器。例如，所有其他扭矩請求器可以被通知它們已經在仲裁中輸掉。RPM控制模塊210也可以將預測扭矩請求和即時扭矩請求輸出到推進扭矩仲裁模塊206。當ECM 114處于RPM模式中時，來自RPM控制模塊210的扭矩請求可以在仲裁中勝出。當駕駛員將其腳從加速器踏板移開時，例如當車輛空轉或者從更高的速度滑行減慢時，RPM模式可以被選擇。可選地或者另外地，當來自車軸扭矩仲裁模塊204的預測扭矩請求小于預定扭矩值時，RPM模式可以被選擇。RPM控制模塊210接收來自RPM軌跡模塊212的期望RPM，并控制預測扭矩請求和即時扭矩請求以減小期望RPM和當前RPM之間的差。只是為了示例，RPM軌跡模塊212可以輸出用于車輛滑行減慢的線性減小的期望RPM，直到達到空轉RPM時。然后，RPM軌跡模塊212可以繼續輸出空轉RPM作為期望的RPM。儲備/載荷模塊220從推進扭矩仲裁模塊206接收經仲裁的預測扭矩請求和經仲裁的即時扭矩請求。儲備/載荷模塊220可以調節經仲裁的預測扭矩請求和即時扭矩請求以產生扭矩儲備和/或補償一個或多個載荷。然后，儲備/載荷模塊220將被調節的預測扭矩請求和即時扭矩請求輸出至致動模塊224。只是為了示例，催化劑起燃過程或者冷起動減排過程都可能需要推遲的火花提前。因此，儲備/載荷模塊220可能將被調節的預測扭矩請求增加到高于被調節的即時扭矩請求，以產生用于冷起動減排過程的延遲的火花。在另一示例中，發動機的空氣/燃料比和/或質量空氣流量可以直接改變，例如通過診斷性侵入式當量比測試(diagnostic intrusive equivalence ratio testing)和/或者新的發動機清掃。在開始這些過程之前， 可以產生或者增加扭矩儲備以快速地抵消發動機輸出扭矩中的減小，所述發動機輸出扭矩的減小是由于在這些過程期間空氣/燃料混合物的貧化造成的。在預料到未來的載荷(例如，動力轉向泵的操作或者空調(A/C)壓縮機離合器的接合)的情況下，儲備/載荷模塊220也可以產生或者增加扭矩儲備。用于A/C壓縮機離合器的接合的儲備可以在駕駛員初次請求空調時產生。儲備/載荷模塊220可以增加被調節的預測扭矩請求，同時保留被調節的即時扭矩請求未改變以產生扭矩儲備。然后，當A/C壓縮機離合器接合時，儲備/載荷模塊220可以通過A/C壓縮機離合器的估計載荷來增加即時扭矩請求。致動模塊2M從儲備/載荷模塊220接收被調節的預測扭矩請求和調節的即時扭矩請求。致動模塊2M確定被調節的預測扭矩請求和即時扭矩請求如何被實現。致動模塊 2M可以是發動機類型特定的。例如，對于火花點火式發動機相對于壓縮點火式發動機，致動模塊2M可以被不同地實施，或者使用不同的控制方案。在各種實施方式中，致動模塊2M可以限定位于對所有的發動機類型通用的模塊與發動機類型特定的模塊之間的界限。例如，發動機類型可以包括地火花點火式和壓縮點火式。在致動模塊2M之前的模塊，例如推進扭矩仲裁模塊206，可以是對所有發動機類型通用的，而致動模塊2M和隨后的模塊可以是發動機類型特定的。例如，在火花點火式發動機中，致動模塊2M可以作為慢速致動器來變化節氣門閥112的打開度，所述慢速致動器允許更寬范圍的扭矩控制。致動模塊2M可以使用汽缸致動器模塊120來禁用汽缸，其可以提供寬范圍的扭矩控制，但是也可能是緩慢的，并且可能涉及駕駛性和排放問題。致動模塊2M可以使用火花正時作為快速致動器。但是，火花正時可能不能提供相同的扭矩控制范圍。此外，利用火花正時的改變所可能獲得的扭矩控制量(稱為火花儲備容量)可能隨著空氣流量的改變而變化。在各種實施方式中，致動模塊2M可以基于被調節的預測扭矩請求來產生空氣扭矩請求。空氣扭矩請求可以等于被調節的預測扭矩請求，從而設定空氣流量，使得被調節的預測扭矩請求可以通過對其他致動器的改變來實現。空氣控制模塊2 可以基于空氣扭矩請求確定期望的致動器值。例如，空氣控制模塊2 可以控制期望的歧管絕對壓力(MAP)、期望的節流面積、和/或者期望的每缸空氣量(APC)。期望的MAP可以用于確定期望的增壓，期望的APC可以用于確定期望的凸輪相位器位置。在各種實施方式中，空氣控制模塊2 也可以確定EGR閥170的打開量。致動模塊2M也可以產生火花扭矩請求、汽缸關閉扭矩請求和燃料扭矩請求。火花扭矩請求可以被火花控制模塊232用來確定需要將火花正時從校準的火花提前延遲多少(這減小發動機輸出扭矩)。汽缸關閉扭矩請求可以被汽缸控制模塊236用來確定多少汽缸將被停用。汽缸控制模塊236可以指令汽缸致動器模塊120停用發動機102的一個或多個汽缸。在各種實施方式中，預先限定組的汽缸可以被一起停用。汽缸控制模塊236也可以指令燃料控制模塊240停止將燃料提供給被停用的汽缸，并且可以指令火花控制模塊232停止對停用的汽缸提供火花。在各種實施方式中，火花控制模塊232僅僅在一旦已存在于汽缸內的燃料/空氣混合物已經燃燒后才停止給該汽缸提供火花。在各種實施方式中，汽缸致動器模塊120可以包括液壓系統，所述液壓系統選擇性地使進氣閥和/或排氣閥與用于一個或多個汽缸的對應凸輪軸分離，以停用這些汽缸。 只是為了示例，用于汽缸中半數汽缸的閥作為一組被汽缸致動器模塊120液壓耦接或者分離。在各種實施方式中，汽缸可以簡單地通過中止將燃料提供給這些汽缸而停用，而不必停止進氣閥和排氣閥的打開和關閉。在這樣的實施方式中，可以省略汽缸致動器模塊120。燃料控制模塊240可以基于來自致動模塊224的燃料扭矩請求來改變提供給每個汽缸的燃料量。在火花點火式發動機的正常操作期間，燃料控制模塊240能夠以空氣主導模式操作，在所述空氣主導模式中，燃料控制模塊240試圖通過基于空氣流量來控制燃料流量從而保持化學計量比的空氣/燃料比。燃料控制模塊240可以確定在與當前每缸空氣量組合時將產生化學計量比燃燒的燃料質量。燃料控制模塊240可以通過燃料供給速率來指令燃料致動器模塊124，以便對每個啟用的汽缸噴射該燃料質量。在壓縮點火式系統中，燃料控制模塊240可以操作在燃料主導模式中，在所述燃料主導模式中，燃料控制模塊240為每個汽缸確定滿足燃料扭矩請求且同時最小化排放物、噪音和燃料消耗的燃料質量。在燃料主導模式中，基于燃料流量來控制空氣流量，并且所述空氣流量可以被控制成產生貧的空氣/燃料比。此外，空氣/燃料比可以保持在預定水平之上，這可以防止在動態發動機操作狀況中產生黑煙。模式設定可以確定致動模塊224如何處理被調節的即時扭矩請求。模式設定可以提供至致動模塊224，例如通過推進扭矩仲裁模塊206，并且可以選擇模式，所述模式包括 非活動模式、合理模式(pleasible mode)、最大范圍模式和自動致動模式。在非活動模式中，致動模塊224可以忽視被調節的即時扭矩請求，并且基于被調節的預測扭矩請求設定發動機輸出扭矩。因此，致動模塊224可以將火花扭矩請求、汽缸關閉扭矩請求和燃料扭矩請求設定到被調節的預測扭矩請求，這最大化了用于當前發動機空氣流量狀況的發動機輸出扭矩。可選地，致動模塊224可以將這些請求設定到預定(例如， 超出范圍的高)值，以便禁止通過延遲火花、停用汽缸、或者減小燃料/空氣比來減小扭矩。在合理模式中，致動模塊224將被調節預測扭矩請求輸出為空氣扭矩請求，并試圖通過僅調節火花提前來實現被調節的即時扭矩請求。因此，致動模塊224將被調節的即時扭矩請求輸出為火花扭矩請求。火花控制模塊232將盡可能多地延遲所述火花，以試圖實現所述火花扭矩請求。如果期望的扭矩減小大于火花儲備容量(通過火花延遲可實現的扭矩減少量)，則可能不能實現所述扭矩減小。然后，發動機輸出扭矩將大于被調節的即時扭矩請求。在最大范圍模式中，致動模塊224可以將被調節的預測扭矩請求輸出為空氣扭矩請求，并將被調節即時扭矩請求輸出為火花扭矩請求。此外，當僅減小點火提前不能實現所調節的即時扭矩請求時，致動模塊224可以減小汽缸關閉扭矩請求(由此停用汽缸)。
在自動致動模式中，致動模塊2M可以基于被調節的即時扭矩請求來減小空氣扭矩請求。在各種實施方式中，只是在必要時才減小空氣扭矩請求，以允許火花控制模塊232 通過調節火花提前來實現所調節的即時扭矩請求。因此，在自動致動模式中，實現所調節的即時扭矩請求，同時盡可能小地調節空氣扭矩請求。換言之，通過盡可能多地減小快速響應的火花提前，從而使得對相對較慢響應的節氣門閥打開度的使用最少。這允許發動機102 盡可能快地恢復產生所調節的預測扭矩請求。扭矩估計模塊244估計發動機102的輸出扭矩。該估計的扭矩可以被空氣控制模塊2 使用以執行對發動機空氣流量參數(例如，節流面積、MAP和相位器位置)的閉環控制。例如，可以限定諸如這樣的扭矩關系
T=f UPC, S，I，E，AF, OT, #)(1)
其中扭矩(T)是每缸空氣量(APC)、火花提前(S)、進氣凸輪相位器位置(I)、排氣凸輪相位器位置(E)、空氣/燃料比(AF)、油溫(OT)和被啟用的汽缸數(#)的函數。也可以考慮額外的變量，例如廢氣再循環(EGR)閥的打開程度。該關系可以通過公式來建模和/或者可以存儲作為查找表。扭矩估計模塊244可以基于被測量的MAF和當前RPM確定APC，從而允許基于實際空氣流量的閉環空氣控制。在相位器可以朝向期望位置行進時，所使用的進氣和排氣凸輪相位器的位置可以基于實際的位置。實際的火花提前可以被用于估計實際的發動機輸出扭矩。當校準的火花提前值被用于估計扭矩時，被估計的扭矩可以被稱為估計的空氣扭矩，或者簡單稱為空氣扭矩。該空氣扭矩是在火花延遲被去除(即火花正時被設定為校準的火花提前值)且所有汽缸都被供給燃料的情況下，發動機在當前空氣流量條件下可以產生多少扭矩的估計。空氣控制模塊2 可以將期望的面積信號輸出到節氣門致動器模塊116。然后，節氣門致動器模塊116調整節氣門閥112，以產生期望的節流面積。空氣控制模塊2 可以基于反演的扭矩模型和空氣扭矩請求來產生期望的面積信號。空氣控制模塊2 可以使用被估計的空氣扭矩和/或MAF信號以執行閉環控制。例如，期望的面積信號可以被控制，以最小化被估計的空氣扭矩和空氣扭矩請求之間的差。空氣控制模塊2 可以將期望的歧管絕對壓力(MAP)輸出到增壓調度模塊M8。增壓調度模塊248使用期望的MAP信號控制增壓致動器模塊164。然后，增壓致動器模塊164 控制一個或多個渦輪增壓器(例如，包括渦輪160-1和壓縮機160-2的渦輪增壓器)和/或者增壓器。空氣控制模塊2 也可以將期望的每缸空氣量(APC)信號輸出到相位器調度模塊 252。基于期望的APC信號和RPM信號，相位器調度模塊252可以使用相位器致動器模塊 158來控制進氣和/或排氣凸輪相位器148、150的位置。再返回參考火花控制模塊232，校準的火花提前可以基于各種發動機操作狀況來變化。只是為了示例，扭矩關系可以被反演，以便求解期望的點火提前。對于給定的扭矩請求(Tdes),期望的點火提前(Sdes)可以基于如下來確定
Sdes=T1 (J— APC，I，E，AFf OT, #、(2)
該關系可以作為公式和/或作為查找表來實施。空氣/燃料比(AF)可以是實際的空氣/燃料比，如由燃料控制模塊240所報告的。
當火花提前設定成校準火花提前時，所獲得的扭矩可以盡可能地接近平均最佳扭矩(MBT)。MBT指的是，在使用具有大于預定閾值的辛烷值的燃料和使用化學計量比的燃料供給的情況下，在火花提前增加時，對于給定的空氣流量所產生的最大發動機輸出扭矩。該最大扭矩所發生時的火花提前稱為MBT火花。校準火花提前可以與MBT火花稍微不同，這是因為例如燃料品質(例如，當使用了更低辛烷值的燃料時)和環境因素。因此，校準火花提前處的扭矩可以小于MBT。現在參照圖4，其給出了顯示PDC模塊202的示例性實施方式的功能框圖。如上所討論，PDC模塊202在負空隙事件的第二時段和緊隨負空隙事件的第三時段期間選擇性地控制發動機速度，所述第三時段開始于動力系12從負空隙事件的負空隙狀態進入零空隙狀態之時。PDC模塊202包括動力系擾動控制(PDC)使能模塊300、能量輸入確定模塊302、 空隙狀態確定模塊304、TCC滑移率確定模塊306、和速度控制模塊308。PDC使能模塊300基于所接收的各種動力系信號來確定是否符合用于使能PDC控制的總的使能標準。通常，可以滿足總的PDC控制使能標準，除非存在不能進行PDC控制的超越原因。當存在某些車軸扭矩請求和/或者推進扭矩請求時，可能存在超越原因。作為一個示例，由牽引控制系統請求的用于減小發動機輸出扭矩的車軸扭矩請求可以提供不使能PDC控制的超越原因。其他示例包括提供用于發動機過速保護的扭矩減小的推進扭矩請求、用于防止熄火的扭矩增加、以及適應換擋的扭矩減小。PDC使能模塊300輸出表示了當前是否使能了 PDC控制的信號(PDC使能)。能量輸入確定模塊302在動力系12操作在負空隙狀態中的時段期間周期地確定輸入到動力系12的旋轉能量。特別地，能量輸入確定模塊302在每個負空隙事件的第一時段期間周期地確定旋轉能量。能量輸入確定模塊302輸出表示了所確定的當前旋轉能量的信號(旋轉能量)。旋轉能量被通信至速度控制模塊308。旋轉能量是對輸入到作為系統的動力系12的旋轉能量的測量結果，并因此可以作為對系統能量的測量結果。在各種實施方式中，旋轉能量可以通過各種驅動扭矩源(包括發動機102)輸入到動力系12。在本示例中，旋轉能量是對使發動機102從第一旋轉速度加速到大于第一旋轉速度的第二旋轉速度所需的功的測量。因此，能量輸入確定模塊302通過確定發動機速度的加速度變化率(例如，轉數/秒_秒_秒)來確定旋轉能量。能量輸入確定模塊302通過RPM傳感器180接收發動機速度，從空隙狀態確定模塊304接收空隙狀態，并基于所接收的信號周期地確定旋轉能量。空隙狀態確定模塊304監測動力系12的一個或多個操作狀況，并基于所監測的操作狀況來確定動力系12的當前空隙狀態。空隙狀態確定模塊304輸出表示了所確定的當前空隙狀態的信號(空隙狀態)。空隙狀態被通信至能量輸入確定模塊302和速度控制模塊 308。空隙狀態通過確定動力系12何時在負空隙狀態和零空隙狀態之間轉變來確定。 通過檢測所述轉變，還可以檢測負空隙事件的發生。所述轉變可以基于，例如但不限于，發動機輸出扭矩和TCC滑移率之類的操作狀況來確定。通常，要理解的是，從零空隙狀態到負空隙狀態的轉變可能在發動機輸出扭矩和/或者TCC滑移率為負時發生。也可以理解的是， 隨后從負空隙狀態到零空隙狀態的轉變可能在發動機輸出扭矩和/或者TCC滑移率再次變正之后發生。
在本示例中，空隙狀態確定模塊304基于由扭矩估計模塊244輸出的估計發動機輸出扭矩和由TCC滑移率確定模塊306輸出的TCC滑移率來確定所述轉變。更為具體地， 空隙狀態確定模塊基于實際的發動機輸出扭矩來確定所述轉變。從零空隙狀態至負空隙狀態的第一轉變可以通過確定何時實際的發動機輸出扭矩為負且小于第一預定扭矩，和/或何時TCC滑移率為負且小于第一預定滑移率來確定。隨后從負空隙狀態回到零空隙狀態的第二轉變通過確定何時實際的發動機輸出扭矩大于第二預定扭矩和/或何時TCC滑移率大于第二預定滑移率來確定。可選地或者另外地，空隙狀態確定模塊可以在實際發動機輸出扭矩保持大于零的預定時段之后確定已經發生隨后的轉變。應該理解，從負空隙狀態返回到零空隙狀態的隨后轉變可能在發動機輸出扭矩增加到高于零之后的一致時段之內發生。因此，在本示例中，空隙狀態確定模塊304 輸出基于實際發動機輸出扭矩、實際發動機輸出扭矩保持大于零的時段、和TCC滑移率中的至少一個所確定的、表示了當前空隙狀態的信號。TCC滑移率確定模塊306監測動力系12的一個或多個操作狀況并周期地確定TC 26的TCC滑移率。TCC滑移率確定模塊306輸出所確定的、表示了當前TCC滑移率的信號 (TCC滑移率)。TCC滑移率被通信至空隙狀態確定模塊304和速度控制模塊308。TCC滑移率是對耦接到發動機102的曲軸的TC 26的泵(未示出)的第一旋轉速度和耦接到變速器22的輸入軸(未示出)的渦輪(未示出)的第二旋轉速度之間的差的測量。 當泵速度小于渦輪速度時發生負滑移率。在本示例中，TCC滑移率可以基于曲軸的旋轉速度和變速器22的旋轉速度之間的差來確定。因此，TCC滑移率確定模塊306通過確定由RPM 傳感器180輸出的曲軸速度和變速器22的旋轉速度(變速器RPM)之間的差來確定TCC滑移率。變速器22的旋轉速度可以從測量變速器22的輸入軸的旋轉速度的傳感器(未示出) 來獲得。TCC滑移率確定模塊306基于當前的曲軸速度和當前的變速器RPM之間的差來產生“ TCC滑移率”信號。在每個負空隙事件期間和之后，速度控制模塊308監測動力系12的各種操作狀況，并選擇性地輸出用于以期望方式控制發動機速度的傳動系扭矩請求。傳動系扭矩請求包括預測扭矩請求(預測扭矩PDC請求)和即時扭矩請求(即時扭矩PDC請求)。在本示例中，速度控制模塊308監測空隙狀態、旋轉能量、TCC滑移率、實際的發動機輸出扭矩、發動機速度、和通過速度控制模塊308所接收的其他動力系信號。其他動力系信號可以包括但是不限于由儲備/載荷模塊220輸出的被調節的預測和即時扭矩請求。 速度控制模塊308基于所接收的各種信號輸出預測扭矩PD。請求和即時扭矩PDC請求。預測扭矩PD。請求和即時扭矩PDC請求可以產生扭矩儲備，所述扭矩儲備可以由儲備/載荷請求提供，但并不局限于儲備/載荷請求。一般而言，即時扭矩PDe請求是將發動機速度中的增加限制到預定變化率的當前期望的車軸扭矩量。預測扭矩PD。請求則是在負空隙事件之后為了滿足駕駛員扭矩請求和/或所述儲備/載荷請求可能需要的車軸扭矩量。在本示例中，速度控制模塊308可以輸出預測扭矩PDC請求和即時扭矩請求，同時“PDC使能”信號指示了 PDC控制被使能，且“空隙狀態”信號指示了動力系12在負空隙狀態中操作。預測扭矩PD。請求和即時扭矩PD。請求可以在實際的發動機輸出扭矩大于零、旋轉能量大于預定能量、且TCC滑移率在預定的范圍之內時的時段(第二時段)期間輸出。例如，只有預定范圍可以在大約二十RPM和六十RPM之間。預定范圍可以基于旋轉能量。
第二時段結束于負空隙事件已經結束時。預測扭矩請求和即時扭矩請求可以在緊隨第二時段的時段(第三時段)期間繼續輸出，從而以第二預定變化率來增加發動機速度。速度控制模塊308可以在第三時段結束時中斷輸出預測扭矩請求和即時扭矩請求。現在參照圖5-6，其給出了根據本發明的、用于控制動力系(例如動力系12)的發動機的示例性方法400。所述方法400是用于減小由于在負空隙狀態和零空隙狀態之間的動力系轉變所導致的動力系擾動的發生和/或者嚴重性的方法。所述方法400可以通過由發動機系統的一個或多個模塊執行的計算機程序來實施，例如，如上所討論的發動機系統 100。因此，為了簡潔，所述方法400將參照發動機系統100來描述。這樣，發動機系統100 的各個模塊的操作、特別是PDC模塊202，也可以被更充分地描述。根據方法400的控制以402開始，在402，PDC使能控制模塊300確定是否滿足用于使能PDC控制的總的使能標準。如果是，那么控制可以在404繼續，否則控制將如圖所示那樣循環返回。在404，速度控制模塊308開始監測發動機輸出扭矩。特別地，速度控制模塊308 開始監測由扭矩估計模塊244所通信的實際發動機輸出扭矩。在406，速度控制模塊308開始監測由TCC滑移率確定模塊306所通信的TCC滑移率。在408，空隙狀態確定模塊304開始周期地確定動力系12的空隙狀態。在410，速度控制模塊308基于由空隙狀態確定模塊304所通信的空隙狀態來確定動力系12是否操作在負空隙狀態中。如果動力系12在負空隙狀態中操作，那么所述控制可以在412處繼續，否則控制可以如圖所示那樣循環返回。在412，速度控制模塊308確定發動機輸出扭矩(更為具體地，實際發動機輸出扭矩)是否大于零。如果是，那么所述控制可以在414處繼續，否則控制可以如圖所示那樣循環返回。通過評估發動機輸出扭矩是否大于零，速度控制模塊308可以確定是否即將發生從負空隙狀態到零空隙狀態的轉變。在414處，速度控制模塊308開始監測發動機輸出扭矩保持大于零的時段的持續時間。在416處，能量輸入確定模塊302開始周期地確定輸入到動力系12的旋轉能量。旋轉能量可以基于發動機速度的加速度變化率來確定。在418處，速度控制模塊308開始監測由能量輸入確定模塊302所通信的旋轉能量。在420處，速度控制模塊308確定當前的旋轉能量是否大于預定的能量。如果是， 那么控制可以在422處進行，否則控制可以在430處進行。在422處，速度控制模塊308確定由TCC滑移率確定模塊306通信的當前TCC滑移率是否在預定的范圍之內。如果是，那么控制可以在4M處進行，否則控制可以如圖所示那樣循環返回。在4M處，速度控制模塊308開始將發動機速度的增加限制到第一預定變化率。速度控制模塊308通過對發動機輸出扭矩的閉環控制來限制發動機速度的增加。特別地，速度控制模塊308通過輸出傳動系扭矩請求、預測扭矩請求和即時扭矩請求來限制發動機速度中的增加。傳動系扭矩請求可以基于當前的發動機速度、實際的發動機輸出扭矩、被調節的預測和即使扭矩請求、以及儲備/載荷請求。
在426處，速度控制模塊308基于由空隙狀態確定模塊304所通信的空隙狀態來確定負空隙事件是否結束。如果是，那么控制可以在428處進行，否則控制可以如圖所示那樣循環返回。當“空隙狀態”信號從指示動力系12在負空隙狀態中操作切換到指示動力系 12在零空隙狀態中操作時，速度控制模塊308確定負空隙事件結束。如上所述，通過“空隙狀態”信號所指示的操作狀態是基于實際的發動機輸出扭矩、實際發動機輸出扭矩保持大于零的時段、和TCC滑移率中的至少一個。在428處，速度控制模塊308將發動機速度的增加限制到第二預定變化率并持續以第三時段，所述第三時段開始于在426處速度控制模塊308確定負空隙事件結束之時。這樣，第三時段在根據424對發動機速度進行限制的第二時段結束時開始。速度控制模塊308 可以在第三時段中限制發動機速度的增加，以避免在將發動機速度限制到第一預定變化率的第二時段之后發動機速度迅速增加。從428，控制可以如圖所示那樣返回到開始(圖5)， 以開始根據方法400的另一控制循環。在430處，以與上述在426處的描述相似的方式，速度控制模塊308基于由空隙狀態確定模塊304所通信的空隙狀態來確定負空隙事件是否結束。如果是，則控制可以如圖所示那樣返回到開始(圖5)，以開始根據方法400的另一控制循環，否則控制可以返回到 414并如上所述那樣繼續進行。該公開的寬泛教導可以多種形式來實施。因此，盡管該公開包括特定的例子，但是該公開的真實范圍不能被如此限制，因為在研習了附圖、說明書和所附權利要求后，其他的修改對于本領域技術人員而言將變得顯而易見。
權利要求
1.一種用于包括發動機的動力系的控制系統，所述控制系統包括能量確定模塊，所述能量確定模塊在所述動力系的負空隙事件的第一時段期間確定輸入到所述動力系的旋轉能量；以及速度控制模塊，所述速度控制模塊在跟隨所述第一時段的所述負空隙事件的第二時段期間，基于所述旋轉能量來選擇性地將所述發動機的旋轉速度中的增加限制到第一預定變化率。
2.根據權利要求1所述的控制系統，其中，所述第二時段在所述發動機的輸出扭矩大于預定扭矩時結束。
3.根據權利要求1所述的控制系統，其中，所述速度控制模塊通過控制所述發動機的扭矩輸出來限制所述增加。
4.根據權利要求1所述的控制系統，其中，所述速度控制模塊在開始于所述第二時段結束時的第三時段期間選擇性地以第二預定變化率來增加所述旋轉速度。
5.根據權利要求1所述的控制系統，其中，在所述旋轉能量大于預定能量時，所述速度控制模塊在所述第二時段期間限制所述增加。
6.根據權利要求5所述的控制系統，其中，所述預定能量基于所述旋轉速度。
7.根據權利要求1所述的控制系統，其中，所述旋轉能量基于所述旋轉速度的加速度變化率，且其中所述速度控制模塊在所述加速度變化率大于預定的加速度變化率時限制所述增加。
8.根據權利要求1所述的控制系統，其中，當所述動力系的變速器的扭矩轉換器滑移率處于預定的范圍之內時，所述速度控制模塊在所述第二時段期間限制所述增加。
9.根據權利要求8所述的控制系統，其中，所述預定范圍基于所述旋轉能量。
10.一種用于控制包括發動機的動力系的方法，所述方法包括在所述動力系的負空隙事件的第一時段期間確定輸入到所述動力系的旋轉能量；以及在跟隨所述第一時段的所述負空隙事件的第二時段期間，基于所述旋轉能量選擇性地將所述發動機的旋轉速度中的增加限制到第一預定變化率。
全文摘要
本發明涉及用于根據系統能量減小動力系擾動的系統和方法。具體地，提供了一種用于動力系的控制系統，其包括能量確定模塊和速度控制模塊。能量確定模塊在動力系的負空隙事件的第一時段期間確定輸入到動力系的旋轉能量。速度控制模塊在跟隨第一時段之后的負空隙事件的第二時段期間基于旋轉能量選擇性地將發動機的旋轉速度的增加限制到第一預定變化率。旋轉能量基于旋轉速度的加速度變化率，速度控制模塊在加速度變化率大于預定加速度變化率時限制所述增加。在開始于第二時段結束時的第三時段期間，速度控制模塊進一步選擇性地以第二預定變化率來增加所述旋轉速度。還提供了相關的方法。
文檔編號F02D43/00GK102235252SQ20111011668
公開日2011年11月9日 申請日期2011年5月6日 優先權日2010年5月6日
發明者A·W·鮑爾, D·N·維爾魏因, M·L·科奇巴, N·金 申請人:通用汽車環球科技運作有限責任公司