与惯量转移相匹配的空气调节扭矩补偿能量的制作方法

专利名称：与惯量转移相匹配的空气调节扭矩补偿能量的制作方法
技术领域：
本发明涉及空调压缩机控制和用于接合的扭矩补偿。
背景技术：
在这里提供的背景技术的描述的目的通常是总体展示本发明的背景。就在该背景 技术部分中描述的程度的目前指定的发明人的工作和在提交时不能作为现有技术的描述 部分，不能被明确地或隐含地认为是本发明的现有技术。下面参照图1，显示出示例性的空调压缩机控制系统的功能框图。驾驶员输入模块 50允许驾驶员控制车辆的气候设置。仅仅是举例，驾驶员输入模块50可以包括按钮、旋钮、 控制杆或踏板。驾驶员选择的气候设置被发送至主体控制模块52。主体控制模块52向发 动机控制模块58输出请求，以打开或关闭空调(A/C)压缩机54。发动机控制模块58控制 发动机56的离合器(未示出)。为了打开A/C压缩机54，A/C压缩机54和发动机56之间的离合器被接合。一旦 离合器被接合，发动机56的凸轮轴(未示出)驱动A/C压缩机54。这在发动机56上施加 了额外的负载。因此，主体控制模块52通告给发动机控制模块58离合器接合。发动机控 制模块58控制发动机56产生一定的扭矩。当A/C压缩机54被打开时，发动机控制模块58 增加发动机56的扭矩输出，以应对A/C压缩机54的增加负载。

发明内容
—种发动机控制系统包括扭矩控制模块、空调(A/C)负载比较模块和A/C负载补 偿模块。扭矩控制模块控制发动机基于第一扭矩产生第一扭矩请求，以保持发动机的当前 速度。A/C负载比较模块将瞬时负载与发动机可用的扭矩和第一扭矩请求之差进行比较。 A/C负载补偿模块在离合器接合之前基于该比较选择性地增加第一扭矩请求。本发明的更多的应用领域将通过下文中提供的详细描述变得显而易见。应当理解 的是，详细的描述和特定的实例仅仅是为了说明的目的，而不是限制本发明的范围。


本发明将通过详细的描述和附图被更加完全地理解，其中图1是根据现有技术的示例性空调压缩机控制系统的功能框图；图2是根据本发明的原理的示例性空调压缩机扭矩补偿模型的曲线图；图3是根据本发明的原理的示例性空调压缩机扭矩补偿模型的曲线图；图4是根据本发明的原理的发动机系统的功能框图5是根据本发明的原理的示例性发动机控制系统的功能框图；图6是根据本发明的原理的空调压缩机控制模块的示例性实施方案的功能框图； 和图7是描述根据本发明的原理的在用于将空调压缩机接合至发动机的扭矩补偿 中执行的示例性步骤的流程图。
具体实施例方式下面的描述实际上仅仅是示例性的，并且不试图限制本发明、其应用或用途。为了 清楚的目的，在附图中将使用相同的附图标记以表示相似的元件。这里使用的用语A、B和 C中的至少一个应当被解释为采用非排他的逻辑“或”表示一种逻辑(A或B或C)。应当理 解的是，一种方法中的步骤可以在不改变本发明的原理的前提下以不同的顺序执行。这里使用的术语模块表示特定用途集成电路(ASIC)、电子电路、执行一种或多种 软件或固件程序的处理器(共用的、专用的或组的)和存储器、组合逻辑电路和/或其它提 供所描述的功能的适当的部件。基于驾驶员的气候控制设置，空调(A/C)压缩机可以被打开或关闭。A/C压缩机可 以借助于将其通过A/C离合器连接至驱动带轮而被打开。驱动带轮可以被发动机的凸轮轴 驱动。当A/C离合器被接合时，A/C压缩机在发动机上施加额外的负载。此外，启动A/C压 缩机所需的扭矩比运行A/C压缩机所需的扭矩大。因此，使A/C离合器接合降低了可用于使发动机转动和驱动车轮的扭矩。如果发 动机怠速，那么剩余的扭矩可能不够保持发动机转动，从而导致停转。在较高的速度，驾驶 员可以注意到动力下降。当A/C离合器被接合时，发动机的燃烧扭矩输出因此增加。但是， 由于通过节气门吸入空气、通过歧管、然后进入气缸的延迟，使发动机的节气门打开导致扭 矩相对慢地增加，上述延迟典型地被称为歧管延迟。在发动机能产生足够的扭矩之前，停转 或动力下降可能已经发生。下面的说明描述了本发明的原理是如何应用于A/C离合器的接合的。本发明的原 理未被限制于A/C离合器接合。本发明的原理可以被应用于以与A/C压缩机相似的方式将 额外的负载施加到发动机上的部件。仅仅是举例，本发明的原理可以被应用到动力转向泵。图2采用曲线描述了在A/C离合器被接合之前产生扭矩储备(reserve of torque)的方法。采用扭矩储备，当A/C压缩机被连接至发动机时，发动机扭矩可以快速地 增加以便满足额外的负载。在图2的示例性实施方式中，发动机的节气门被打开以增加空 气流量，这增加了扭矩。同时，向发动机气缸提供火花的正时从最佳的点火提前被延迟(也 就是说，被推迟)，这减小了扭矩。采用这种方法，发动机扭矩保持大致不变。一旦A/C离合器接合，点火延迟可以被消除，从而快速地增加发动机的扭矩输出。 因为点火延迟可以为了随后的气缸发火而被改变，因此当下一个气缸被发火时，可立即实 现扭矩增加。这与等待发动机扭矩响应于节气门打开而增加相反，后者是相对慢的过程。然 后，增加的空气质量必须被吸入气缸，然后在实现扭矩增加之前燃烧。可能存在某些情况，在所述情况下不能够产生足够的扭矩储备以补偿A/C压 缩机负载。扭矩储备的极限由在不稳定的燃烧或误发火发生之前火花可以被推迟多久 确定。火花被完全推迟的扭矩和火花处于最佳提前的扭矩之差被称为火花管理(sparkauthority)。在较低的扭矩水平，例如接近怠速，火花管理同样地很低。对于较小的发动机(例如4-缸发动机)，在怠速时产生的扭矩与较大的发动机 (例如8-缸发动机)相比较小。但是，用于上述发动机的每一种的A/C压缩机可以由车舱 尺寸确定，而与发动机尺寸无关。大的A/C压缩机的启动扭矩可以比较小的发动机的接近 怠速的火花管理大。即使较大的发动机也可能不具有足够的火花管理。例如，较大的发动机具有更多 的旋转惯量，因此它们的怠速速度可能降低。在这些较低的速度下，较大的发动机火花管理 可能不足以补偿A/C压缩机负载。此外，A/C压缩机负载在较高的温度时增加。如果火花管理不够，那么当A/C离合器被接合时，由于提前的火花产生的扭矩快 速增加将不会产生足够扭矩。因此，当相对慢的扭矩增加通过打开节气门起作用时，可能发 生速度或动力下降或停转。缓解该扭矩不足的一种方法是在A/C离合器接合之前通过增加发动机转速而增 加发动机的惯量。在接合时，该发动机转速扩增(engine speed flare)向A/C压缩机提供 惯量，A/C压缩机的负载使发动机变慢，回到所期望的发动机转速。估计所期望的发动机转速扩增的RPM的大小可能是困难的。此外，仅在必要的情 况下明确地产生发动机转速扩增可能是困难的。在扭矩区域中的操作可允许发动机转速扩 增以扭矩为特征。可以首先计算火花管理以确定是否期望发动机转速扩增防止发动机转速 由于缺乏足够的火花管理而下降。图3是在其中产生基于扭矩的转速扩增的A/C离合器接合的曲线图。可以通过去 除点火延迟获得的实际扭矩可以被称为空气扭矩_具有当前空气流量和最佳点火提前的 可用的扭矩量。火花管理的不足是保持发动机当前速度和启动A/C压缩机所需的扭矩减去 空气扭矩的量。火花管理的不足将持续一定的时间，可能直到A/C压缩机达到运行速度和不再需 要增加的启动扭矩。火花管理的不足的量乘以该不足的持续时间粗略地确定了当A/C离合 器被接合时将损失的惯量。这与图3中的右上阴影部分相对应。为了补偿损失的惯量，在A/C离合器接合之前可以产生过多的惯量。过多的惯量 将被A/C压缩机吸收，使发动机返回用于保持之前速度的适当的惯量。例如，发动机扭矩输 出在A/C离合器接合之前可以通过减小点火延迟而向上倾斜增加(ramp up)。直角三角区 的面积可以通过将斜率乘以1/2，然后乘以底的平方计算。因此，在A/C离合器接合之前产 生的惯量可以是倾斜率乘以倾斜时间平方的1/2。这与图3的左下阴影部分相对应。倾斜率和倾斜时间可以被选择为，在A/C离合器接合之前产生的额外的惯量将大 致等于在A/C离合器接合之后损失的惯量。如果不存在火花管理不足，那么使惯量转移和 扭矩倾斜(torque ramp)不适用。图4描述能够根据本发明的原理实施的惯量转移的示例 性的发动机系统。图5描述发动机系统的示例性发动机控制模块。图6描述发动机控制模 块的示例性的A/C控制模块。A/C控制模块根据例如在图7中示出的步骤协调惯量转移。回到图2，在其中储备扭矩被用于补偿A/C压缩机负载的示例性A/C接合的曲线图 被示出。当需要空气调节以实现驾驶员的气候控制选择时，作出A/C请求。A/C请求之后的 预定时间内，A/C离合器接合以使A/C压缩机连接至发动机。术语预测扭矩和即时扭矩在图2中使用。如在后面更详细解释的，预测扭矩与在之后预期需要的扭矩相对应。在火花点火汽油发动机中，预测扭矩典型地控制空气致动。即 时扭矩与当前需要的扭矩输出相对应。预测扭矩通常可以比即时扭矩大或与之相等。发动 机的节气门可以打开到足够大以允许产生预测扭矩。但是，火花正时可以被推迟，这样发动 机的实际输出仅仅等于即时扭矩。驾驶员扭矩请求62可以在图2中示出的时间范围内保持稳定。但是，在时间64， A/C离合器接合被请求。然后A/C储备扭矩66被请求。A/C储备扭矩66是驱动A/C压缩 机所需的扭矩的估计量，并且可以由例如温度的因素确定。预测扭矩请求68可以基于驾驶员扭矩请求62。但是，当A/C储备扭矩66被请求 时，预测扭矩请求68可以A/C储备扭矩66的量增加。预测扭矩请求68可以图2中示出的 限制比率增加或立即增加。因为预测扭矩请求68确定发动机应当产生多少空气流量，因此空气扭矩70在预 测扭矩请求68增加后会出现增加。空气扭矩70由于通过节气门吸入空气、通过歧管、然后 进入气缸的延迟而慢慢向上倾斜增加。结果，空气扭矩70应当到达预测扭矩请求68。同时，发动机产生的实际扭矩由即时扭矩请求72确定。因为A/C压缩机还不需要 扭矩，因此，即时扭矩请求72保持在驾驶员扭矩请求62的水平。面对增加的空气扭矩70 通过延迟点火，如轨迹76所示，实现即时扭矩请求。在时间74，A/C离合器被接合。因此，A/C负载78通过A/C压缩机被应用到发动 机。为了满足该负载，即时扭矩请求72增加，以满足预测扭矩请求68。点火延迟被消除，并 且一旦下一个气缸发火，发动机可以到达预测扭矩请求。由于A/C负载78所需的额外的扭 矩，即时扭矩请求72保持被升高在驾驶员扭矩请求62之上。现在参照图3，在其中产生被控制的RPM扩增以将惯量转移到A/C压缩机的示例 性A/C离合器接合的线图描述被示出。在图3中，发动机被示出处于怠速状态。怠速即时 扭矩请求80被设置为ONm，其将既不使发动机在飞轮处没有负载的怠速发动机加速也不使 其减速。怠速预测扭矩请求82被确定高于怠速即时扭矩请求80。怠速预测扭矩请求82和 怠速即时扭矩请求80之间的差确定了怠速扭矩储备。怠速扭矩储备被提供为允许发动机快速调节到瞬时扭矩需求，例如动力转向泵负 载。在时间84，A/C离合器接合被请求。然后最终的预测扭矩请求86可以优先于怠速预测 扭矩请求82。最终的预测扭矩请求86增加到当A/C压缩机启动时保持发动机怠速所需的 扭矩水平。最终的预测扭矩请求86的增加导致节气门打开，因此，空气扭矩88增加。但是， 在图3的实例中，由于不足的火花管理，空气扭矩88被限制而不能达到最终的预测扭矩请 求86。空气扭矩88增加到完全的点火延迟将允许达到即时扭矩请求的点。因此，空气扭矩88小于最终的预测扭矩请求86 —定的量。该量被称为扭矩不足。 在时间90，A/C离合器接合，并且最终的即时扭矩请求92增加到最终的预测扭矩请求86。 但是发动机扭矩仅仅可以到达与空气扭矩一样高，并且该不足将在一段时间内存在。一旦 A/C压缩机被启动，保持其运行所需的扭矩较小。对扭矩不足的补偿持续直到A/C压缩机速 度从0RPM增加到与发动机相同的速度。在A/C压缩机速度与发动机的速度相同时，最终的 即时扭矩请求92降低。最终的预测扭矩请求86仅降低到高于最终的即时扭矩请求92的 水平，这样怠速扭矩储备被保持。
发动机扭矩不足的时间量和不足量大致确定了由于该不足产生的惯量损失量。这 被表示为阴影区域94。惯量损失可以基于阴影区域94的面积乘以RPM计算。这确定在A/ C离合器在时间90接合之前有多少过多的惯量可以被添加到系统。为了产生过多的惯量，最终的即时扭矩请求92在时间96开始增加。最终的即时 扭矩请求92可以线性方式增加。因为最终的即时扭矩请求92增加高于将发动机保持在当 前RPM运行所需的扭矩，因此RPM将增加，如轨迹99所示。由该扭矩增加产生的被示出为区域98的面积可以被设置为等于区域94的预测面 积。如果时间96和时间90之间的时间被确定，那么倾斜率可以被设置为使区域94和98 的面积大致相等。如果三角区域98的底被称为X，三角区域的高度被称为y，那么倾斜率是R = y/x。 面积由A= l/2xy描述。面积公式可以被修改为求y:y = 2A/x。通过替换，倾斜率通过R =2A/x2确定。面积A应当大致等于区域94的面积，因此，倾斜率可以由R = 2DT/x2确定， 其中D是扭矩不足，T是该不足的时间间隔。代替将面积设置为彼此相等，基于该面积的能量可以被设置为相等。损失的能量 是1/2、斜率、RPM和时间平方的乘积，其中，时间在时间96和90之间测量。然后，倾斜率可 按与时间90之后的RPM和时间90之前的RPM之间的比率依比例确定。如果空气扭矩88到达时间96的最终的预测扭矩请求86，那么不使用扭矩倾斜和 转速扩增，因为将不会出现扭矩不足。在多个时间，例如怠速，发动机可能在速度控制系统的控制之下。当检测到发动机 转速降低时，速度控制系统增加发动机扭矩，当检测到发动机转速增加时，速度控制系统降 低发动机扭矩。速度控制系统可以被通告RPM扩增何时产生，这样，速度控制系统就不会试 图去除扩增。但是，速度控制系统仍然可以控制比期望更大的扩增或速度下降。速度控制 系统可以在由区域94和98包围的时间内以减小的能力操作。现在参照图4，提供了示例性的发动机系统100的功能框图。发动机系统100包 括使空气/燃料混合物燃烧以基于驾驶员输入模块104产生用于车辆的驱动扭矩的发动机 102。空气通过节气门112被吸入进气歧管110。仅仅是举例，节气门112可以包括具有可 旋转的叶片的蝶形阀。发动机控制模块(ECM) 114控制节气门致动器模块116，其调节节气 门112的开度，以控制吸入进气歧管110的空气量。来自进气歧管110的空气被吸入发动机102的气缸。而发动机102可以包括多个 气紅，为了说明的目的，单个典型的气缸118被示出。仅仅是举例，发动机102可以包括2、 3、4、5、6、8、10和/或12个气缸。ECM114可以命令气缸致动器模块120选择性地使某些气 缸不工作，这在某些发动机操作状态下可以改进燃料经济性。来自进气歧管110的空气通过进气阀122被吸入气缸118。ECM114控制燃料致动 器模块124，其调节燃料喷射以获得所期望的空气/燃料比。燃料可以在中心位置或多个位 置被喷射入进气歧管110，例如每个气缸的进气阀附近。在图1中未描述的多个实施方案 中，燃料可以被直接喷射入气缸或与气缸相关联的混合室。燃料致动器模块124可以停止 燃料向不工作的气缸的喷射。喷射的燃料与空气混合，并在气缸118中产生空气/燃料混合物。气缸118中的 活塞(未示出)压缩空气/燃料混合物。基于来自ECM114的信号，火花致动器模块126激活气缸118中的火花塞128，火花塞点燃空气/燃料混合物。火花的正时可以相对于当活塞 位于其被称为上死点(TDC)的最高位置时的时间指定。空气/燃料混合物的燃烧向下驱动活塞，由此驱动旋转凸轮轴(未示出)。然后， 活塞又开始向上移动，并且通过排气阀130排出燃烧的副产物。燃烧的副产物通过排气系 统134从车辆排出。火花致动器模块126可以通过表示在TDC之前或之后多久应当提供火花的正时信 号控制。因此，火花致动器模块126的操作可以与凸轮轴旋转同步。在多个实施方案中，火 花致动器模块126可以停止火花的提供，以使气缸不工作。进气阀122可以由进气门凸轮轴140控制，而排气阀130可以由排气门凸轮轴142 控制。在多个实施方案中，多个进气门凸轮轴可以控制每个气缸的多个进气阀，和/或可 以控制多组气缸的进气阀。相似地，多个排气凸轮轴可以控制每个气缸的多个排气阀，和/ 或可以控制多组气缸的排气阀。气缸致动器模块120可以通过使进气阀122和/或排气阀 130不能打开而使气缸118不工作。进气阀122被打开的时间可以借助于进气凸轮移相器148相对于活塞TDC变化。 排气阀130被打开的时间可以借助于排气门凸轮轴相位器150相对于活塞TDC变化。相位 器致动器模块158基于来自ECM 114的信号控制进气门凸轮轴相位器148和排气门凸轮轴 相位器150。当实施时，可变阀门升程也可以通过相位器致动器模块158控制。发动机系统100可以包括向进气歧管110提供增压空气的增压装置。例如，图1示 出包括借助于流经排气系统134的热废气提供动力的热涡轮160-1的涡轮增压器160。涡 轮增压器160还包括由涡轮160-1驱动的冷空气压缩机160-2，其压缩导入节气门112的空 气。在多个实施方案中，由凸轮轴驱动的增压器可以压缩来自节气门112的空气，并将压缩 空气输送至进气歧管110。废气门162可以允许废气绕过涡轮增压器160，由此减少涡轮增压器160的增压 (进气压缩量)。ECM114通过增压致动器模块164控制涡轮增压器160。增压致动器模块 164可以通过控制废气门162的位置调节涡轮增压器160的增压。在多个实施方案中，多个 涡轮增压器可以由增压致动器模块164控制。涡轮增压器160可以具有可变的几何形状， 这可以通过增压致动器模块164控制。中间冷却器(未示出)可以驱散一些压缩充气热量，该热量在空气被压缩时产生。 压缩充气也可以吸收热量，因为空气邻近排气系统134。虽然为了说明的目的而被分开地示 出，但是涡轮160-1和压缩机160-2通常相互连接，使进气紧靠在热废气附近。发动机系统100可以包括废气再循环(EGR)阀170，其选择性地使废气改变方向回 到进气歧管110。EGR阀170可以位于涡轮增压器160的上游。EGR阀170可以由EGR致动 器模块172控制。发动机系统100可以采用RPM传感器180以每分钟转数(RPM)测量凸轮轴的速度。 发动机冷却剂的温度可以采用发动机冷却剂温度(ECT)传感器182测量。ECT传感器182 可以位于发动机102中或者位于冷却剂循环的其它位置，例如散热器(未示出)处。进气歧管110中的压力可以采用歧管绝对压力(MAP)传感器184测量。在多个实 施方案中，作为周围空气压力和进气歧管110中的压力之间的差的发动机进气歧管真空度 可以被测量。流入进气歧管110的空气质量流量可以采用空气质量流量(MAF)传感器186测量。在多个实施方案中，MAF传感器186可以位于也包括节气门112的壳体中。节气门致动器模块116可以采用一个或多个节气门位置传感器(TPS) 190监控节 气门112的位置。被吸入发动机102的空气的周围温度可以采用进气温度(IAT)传感器 192测量。ECM114可以采用来自传感器的信号进行发动机系统100的精度控制。ECM114可以与变速器控制模块194通信，以协调变速器中的换档齿轮(未示出)。 例如，ECM114可以在齿轮换档过程中降低发动机扭矩。ECM114可以与混合动力控制模块 196通信，以协调发动机102和电动机198的操作。电动机198也可以起发电机的作用，并且也可以被用于产生车辆电气系统使用和 /或储备在电池中的电能。在多个实施方案中，ECM114、变速器控制模块194和混合动力控 制模块196的多个作用可以被结合到一个或多个模块中。每种改变发动机参数的系统可以被称为接收致动器值的致动器。例如，节气门致 动器模块116可以被称为致动器，节气门打开面积可以被称为致动器值。在图1的实例中， 节气门致动器模块116通过调节节气门112的叶片角度获得节气门打开面积。相似地，火花致动器模块126可以被称为致动器，而相应的致动器值可以是相对 于气缸TDC的火花提前量。其它的致动器可以包括增压致动器模块164、EGR致动器模块 172、相位器致动器模块158、燃料致动器模块124和气缸致动器模块120。对于这些致动器， 致动器值可以分别与增压压力、EGR阀打开面积、进气和排气门凸轮轴相位器角、燃料添加 速度和被激活的气缸数量相对应。ECM114可以控制致动器数值，以便从发动机102产生所 期望的扭矩。空调压缩机144也可以被连接至发动机102。空调压缩机144压缩并传送制冷气 体。发动机102向空调压缩机144提供用于操作的扭矩。现在参照图5，提供了示例性的发动机控制系统的功能框图。ECM114的示例性的 实施方案包括轴扭矩仲裁模块504。轴扭矩仲裁模块504在来自驾驶员输入模块104的驾 驶员输入和其它的轴扭矩请求之间进行仲裁。例如，驾驶员输入可以基于加速器踏板的位 置。驾驶员输入也可以基于巡航控制，其可以是使车辆速度变化以保持预定的跟踪距离的 自适应的巡航控制系统。扭矩请求可以包括目标扭矩值和倾斜请求(ramp request)，例如使扭矩向下倾斜 减小到最小的发动机关闭扭矩或使扭矩从最小的发动机关闭扭矩向上倾斜增加的请求。轴 扭矩请求可以包括在借助于牵引控制系统的车轮滑动过程中请求的扭矩减小。轴扭矩请求 也可以包括扭矩请求增加以抵消消极的车轮滑动，其中，车辆的轮胎相对于道路表面滑动， 因为轴扭矩是负的。轴扭矩请求也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 小发动机扭矩以保证发动机扭矩输出不超过制动能力以当车辆停止时固定车辆。车辆超速 扭矩请求可以减小发动机扭矩输出，以防止车辆超过预定的速度。轴扭矩请求也可以由车 体稳定性控制系统产生。轴扭矩请求还可以包括发动机关闭请求，例如可以当严重的故障 被检测到时产生。轴扭矩仲裁模块504基于所接收的扭矩请求之间的仲裁结果输出预测扭矩和即 时扭矩。预测扭矩是ECM114使发动机102准备产生的扭矩量，并且通常可以基于驾驶员的 扭矩请求。即时扭矩是当前期望的扭矩量，其可以小于预测扭矩。
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即时扭矩可以小于预测扭矩，以提供扭矩储备，这在下面进行更详细的描述，并且 满足临时扭矩减小。仅仅是举例，当车辆速度到达超速阈值和/或当牵引控制系统感应到 车轮打滑时，临时扭矩减小可以被请求。即时扭矩可以通过改变快速响应的发动机致动器而获得，而较慢的发动机致动器 可以被用于准备预测扭矩。例如，在气体发动机中，点火提前可以被快速地调节，而空气流 量和凸轮轴相位器位置由于机械滞后时间可能较慢地响应。此外，空气流量的改变经受进 气歧管中的空气输送延迟。此外，空气流量中的改变不会被表现为扭矩变化，直到空气被吸 入气缸、被压缩和燃烧。扭矩储备可以通过设置较慢的发动机致动器而产生，以产生预测扭矩，而设置较 快的发动机致动器以产生小于预测扭矩的即时扭矩。例如，节气门112可以被打开，由此增 加空气流量和准备产生预测扭矩。同时，点火提前可以被减小(换句话说，火花正时可以被 推迟)，从而的将实际的发动机扭矩减小到即时扭矩输出。预测和即时扭矩之差可以被称为扭矩储备。当扭矩储备存在时，发动机扭矩可以 通过改变更快的致动器而从即时扭矩快速地增加到预测扭矩。由此，实现预测扭矩，而在不 需要等待由调节较慢的致动器中的一个产生扭矩的改变。轴扭矩仲裁模块504可以向推进扭矩仲裁模块506输出预测扭矩和即时扭矩。在 多个实施方案中，轴扭矩仲裁模块504可以向混合动力最佳化模块508输出预测扭矩和即 时扭矩。混合动力最佳化模块508确定发动机102应当产生多少扭矩和电动机198应当产 生多少扭矩。然后，混合动力最佳化模块508向推进扭矩仲裁模块506输出修改的预测和 即时扭矩。在多个实施方案中，混合动力最佳化模块508可以在混合动力控制模块196中 实施。由推进扭矩仲裁模块506接收的预测和即时扭矩被从轴扭矩区域(车轮处的扭 矩)转化到推进扭矩区域(凸轮轴处的扭矩)。该转化可以在混合动力最佳化模块508之 前、之后、作为其一部分或代替其发生。推进扭矩仲裁模块506在推进扭矩请求之间进行仲裁，其包括转化的预测和即时 扭矩。推进扭矩仲裁模块506可以产生经仲裁的预测扭矩和经仲裁的即时扭矩。经仲裁的 扭矩可以通过从所接收的请求中选择成功的请求而产生。替代地或附加地，经仲裁的扭矩 可以通过基于所接收的请求中的另一个或更多个修改接收的请求中的一个而产生。另一种推进扭矩请求可以包括用于发动机超速保护的扭矩减小、用于防止停止的 扭矩增加、和由变速器控制模块194请求以适应换档的扭矩减小。推进扭矩请求还可以由 离合器燃料切断产生，当驾驶员下压手动变速器车辆中的离合器踏板时，这会减小发动机 扭矩输出。推进扭矩请求还可以包括发动机关闭请求，当严重的故障被检测到时，该请求可 以被启动。仅仅是举例，严重的故障可以包括检测到车辆偷窃、起动器马达卡住、电子节气 门控制问题和不期望的扭矩增加。仅仅是举例，发动机关闭请求总可以赢得仲裁，由此被输 出为经仲裁的扭矩，或者可以使共同地绕过仲裁，简单地关闭发动机。推进扭矩仲裁模块 506仍然可以接收这些关闭请求，这样，例如适当的数据可以被反馈到其它的扭矩请求器。 例如，所有其它的扭矩请求器可以被通告，它们输了仲裁。RPM控制模块510还可以向推进扭矩仲裁模块506输出预测和即时扭矩请求。当ECM114处于RPM模式时，来自RPM控制模块510的扭矩请求可以在仲裁中占主导。当驾驶 员将他们的脚从加速器踏板移走时，例如当车辆怠速或从较高的速度以惯性减速时，RPM模 式可被选择。替代地或附加地，当轴扭矩仲裁模块504请求的预测扭矩小于可标定的扭矩 值时，RPM模式可以被选择。RPM控制模块510从RPM轨迹模块512接收所期望的RPM，并控制预测和即时扭矩 请求，以减小所期望的RPM和实际的RPM之差。仅仅是举例，RPM轨迹模块512可以输出用 于车辆惯性减速的线性减小的期望RPM，直到到达怠速RPM。然后，RPM轨迹模块512可以 继续输出作为所期望的RPM的怠速RPM。储备/负载模块520从推进扭矩仲裁模块506接收经仲裁的预测和即时扭矩请 求。多个发动机操作状态可以影响发动机扭矩输出。响应于这些状态，储备/负载模块520 可以通过增加预测扭矩请求产生扭矩储备。仅仅是举例，催化剂点燃过程或冷启动排放减少过程可以直接改变发动机的点火 提前。因此，储备/负载模块520可以增加预测扭矩请求，以抵消发动机扭矩输出中的点火 提前的效果。在另一个实例中，发动机的空气/燃料比和/或空气质量流量可以直接改变， 例如通过用于诊断的插入的当量比测试和/或新的发动机清洗。在这些过程中，可以作出 相应的预测扭矩请求以补偿发动机扭矩输出的改变。储备/负载模块520还可以产生未来负载的预期中的储备。当驾驶员首先请求空 气调节时，可以产生用于A/C离合器接合的储备。然后，当A/C离合器接合时，储备/负载 模块520可以将A/C离合器的期望负载添加到即时扭矩请求。空调压缩机控制模块(ACCCM) 502确定用于空调压缩机的扭矩请求。它向储备/ 负载模块520提供扭矩储备请求和负载扭矩请求。ACCCM 502在接收空调命令后开始产生 请求。空调命令可以基于驾驶员选择的气候设置产生，例如当空调压缩机打开时。致动模块524从储备/负载模块520接收预测和即时扭矩请求。致动模块524确 定将如何获得预测和即时扭矩请求。致动模块524可以是发动机类型特有的，其具有用于 气体发动机相对于柴油发动机不同的控制方案。在多个实施方案中，致动模块524可以在 致动模块524之前的独立于发动机的模块和依赖发动机的模块之间限定边界。例如，在气体发动机中，致动模块524可以改变节气门112的开度，这允许宽范围 的扭矩控制。但是，节气门112的打开和关闭导致扭矩相对慢的改变。使气缸不工作也提 供宽范围的扭矩控制，但是可能相似地较慢并且附加地包含驾驶性能和排放的考虑。改变 点火提前相对较快，但是不能提供一样大的扭矩控制范围。此外，当每个缸的空气改变时， 可能具有火花(被称为火花容量)的扭矩控制量会改变。在多个实施方案中，致动模块524可以基于预测扭矩请求产生空气扭矩请求。空 气扭矩请求可以等于预测扭矩请求，这导致空气流量被设置为使得预测扭矩请求可以通过 改变其它致动器获得。空气控制模块528可以基于空气扭矩请求确定用于慢的致动器所期望的致动器 值。例如，空气控制模块528可以控制所期望的歧管绝对压力(MAP)、所期望的节气门面积 和/或所期望的每个缸的空气(APC)。所期望的MAP可以被用于确定所期望的增压，并且所 期望的APC可以被用于确定所期望的凸轮轴相位器位置。在多个实施方案中，空气控制模 块528也可以确定EGR阀170的打开量。
在气体系统中，致动模块524还可以产生火花扭矩请求、气缸关闭扭矩请求和燃 料质量扭矩请求。火花扭矩请求可以通过火花控制模块532使用，以确定火花从标定的点 火提前延迟(这减小发动机扭矩输出)多少。气缸关闭扭矩请求可以通过气缸控制模块536使用，以确定多少气缸不工作。气 缸控制模块536可以命令气缸致动器模块120使发动机102的一个或多个气缸停止工作。 在多个实施方案中，预先限定的气缸组可以共同地停止工作。气缸控制模块536还可以命 令燃料控制模块540停止提供用于不工作的气缸的燃料，并且可以命令火花控制模块532 停止提供用于不工作的气缸的火花。在多个实施方案中，气缸致动器模块120可以包括选择性地使进气和/或排气阀 从用于一个或多个气缸的相应的凸轮轴分离的液压系统，以便使这些气缸不工作。仅仅是 举例，用于一半的气缸的阀被成组地借助于气缸致动器模块120液压地连接或断开。在多 个实施方案中，气缸可以在不停止进气和排气阀的打开和关闭的前提下，简单地借助于停 止向这些气缸供给燃料而被停止工作。在这样的实施方案中，气缸致动器模块120可以省 略。燃料质量扭矩请求可以通过燃料控制模块540被使用以改变向每个气缸提供的 燃料量。仅仅是举例，燃料控制模块540可以确定当与每个缸的空气的当前量混合时产生 化学计量燃烧的燃料质量。燃料控制模块540可以命令燃料致动器模块124喷射该用于每 个工作的气缸的燃料质量。在正常发动机操作中，燃料控制模块540可以试图保持化学计 量空气/燃料比。燃料控制模块540可以将燃料质量增加到化学计量值以上，以增加发动机扭矩输 出，并且可以减少燃料质量以减少发动机扭矩输出。在多个实施方案中，燃料控制模块540 可以接收与化学计量不同的所期望的空气/燃料比。然后，燃料控制模块540可确定实现 所需的空气/燃料比的每个缸的燃料质量。在柴油系统中，燃料质量可以是用于控制发动 机扭矩输出的主致动器。致动模块524获得即时扭矩请求的方法可以通过模式设置确定。模式设置可以被 提供至致动模块524，例如通过推进扭矩仲裁模块506，并且可以选择包括不活动模式、令 人愉快的模式、最大范围模式和自动致动模式的模式。在不活动模式中，致动模块524可以忽略即时扭矩请求和试图获得预测扭矩请 求。因此，致动模块524可以将火花扭矩请求、气缸关闭扭矩请求和燃料质量扭矩请求设 置为预测扭矩请求，其使用于当前发动机空气流量状态的扭矩输出最大。替代地，致动模块 524可以将这些请求设置为预定(例如高到超出范围)值，以使扭矩不会由于推迟火花、不 工作的气缸或减少燃料/空气比而减小。在令人愉快的模式中，致动模块524可以试图通过仅调节点火提前而获得即时扭 矩请求。因此，致动模块524可以将预测扭矩请求输出为空气扭矩请求，将即时扭矩请求输 出为火花扭矩请求。火花控制模块532将尽可能多地推迟火花以试图获得火花扭矩请求。 如果所期望的扭矩减小大于火花储备能力(可通过点火延迟获得的扭矩减小量)，那么可 能不会获得扭矩减小。在最大范围模式中，致动模块524可以将预测扭矩请求输出为空气扭矩请求，将 即时扭矩请求输出为火花扭矩请求。此外，致动模块524可以产生足够低以使火花控制模块532获得即时扭矩请求的气缸关闭扭矩请求。换句话说，当单独减少点火提前不能获得 即时扭矩请求时，致动模块524可以降低气缸关闭扭矩请求(由此使气缸不工作)。在自动致动模式中，致动模块524可以基于即时扭矩请求减少空气扭矩请求。例 如，空气扭矩请求可以仅被减小到允许火花控制模块532通过调节点火提前获得即时扭矩 请求所需的程度。因此，在自动致动模式中，当允许发动机102尽快回到预测扭矩请求时， 获得即时扭矩请求。换句话说，通过尽可能多地减小响应快的点火提前而使响应相对慢的 节气门修正的使用最小化。扭矩估计模块544可以估计发动机102的扭矩输出。该估计的扭矩可以被空气控 制模块528使用，以执行发动机空气流量参数的闭环控制，例如节气门面积、MAP和相位器 位置。仅仅是举例，可以限定扭矩关系，例如，(1)T = f(APC，S，I，E，AF，0T，#)其中，扭矩(T)是每个缸的空气(APC)、点火提前(S)、进气门凸轮轴相位器位置 (I)、排气凸轮轴相位器位置(E)、空气/燃料比(AF)、油温(0T)、和工作的气缸的数量(#) 的函数。可以考虑附加的变量，例如废气再循环(EGR)阀的打开度。该关系可以通过公式建模和/或可以被储存为查询表。扭矩估计模块544可以基 于测量的MAF和当前RPM确定APC，由此基于实际的空气流量允许闭环空气控制。当所使用 的进气和排气门凸轮轴相位器向所期望的位置行进时，所述相位器位置可以基于实际的位 置。虽然实际的点火提前可以被用于估计扭矩，但是当标定的点火提前值被用于估计 扭矩时，估计的扭矩可以被称为估计的空气扭矩。估计的空气扭矩是如果点火延迟被去除 (也就是说，点火提前被设置为标定的点火提前值)，发动机在当前空气流量下可以产生多 少扭矩的估计。空气控制模块528可以产生所期望的歧管绝对压力(MAP)信号，其被输出至增压 计划模块548。增压计划模块548使用所期望的MAP信号以控制增压致动器模块164。然 后增压致动器模块164控制一个或多个涡轮增压器和/或增压器。空气控制模块528可以产生所期望的面积信号，其被输出至节气门致动器模块 116。然后节气门致动器模块116调节节气门112以产生所期望的节气门面积。空气控制 模块528可以基于逆向的扭矩模型和空气扭矩请求产生所期望的面积信号。空气控制模块 528可以使用估计的空气扭矩和/或MAF信号，以便执行闭环控制。例如，所期望的面积信 号可以被控制为使估计的空气扭矩和空气扭矩请求之间的差最小。空气控制模块528也可以产生所期望的每个缸的空气(APC)信号，其被输出至相 位器计划模块552。基于所期望的APC信号和RPM信号，相位器计划模块552可以采用相位 器致动器模块158控制进气和/或排气门凸轮轴相位器148和150的位置。回到火花控制模块532，点火提前值可以在多个发动机操作状态下被标定。仅仅是 举例，扭矩关系可以被逆向以求解所期望的点火提前。对于给定的扭矩请求(TdJ，所期望 的点火提前(Sd6s)可以基于公式计算，(2) Sdes = r1 (Tdes, APC, I，E，AF, 0T，#)该关系可以被实施为公式和/或查询表。空气/燃料比(AF)可以是实际的比率， 其由燃料控制模块540指示。
当点火提前被设置为标定的点火提前时，产生的扭矩可以尽可能地接近平均最佳 扭矩(MBT)。MBT表示当采用具有大于预定阈值的辛烷值的燃料时，当点火提前增加时，对 于给定的空气流量产生的最大扭矩。最大扭矩发生时的点火提前可以被称为MBT点火。由 于例如燃料品质(例如当使用低辛烷燃料时)和环境因素，标定的点火提前可以与MBT点 火不同。因此，标定的点火提前时的扭矩可以小于MBT。现在参照图6，根据本发明的原理的空调压缩机控制模块的示例性实施方式被示 出。当温度上升时，A/C负载增加。A/C负载基于周围温度和A/C压缩机144的水头压力。 水头压力(head pressure)是用在流体机械中的术语，表示由于施加在其容器上的压力而 产生的流体内能。A/C负载可以基于周围温度和水头压力计算。A/C负载计算模块600接收例如可 以通过IAT传感器192测量的周围温度测量值。A/C负载计算模块600可以测量A/C压缩 机144的水头压力。A/C负载计算模块600计算A/C负载并基于A/C负载产生储备和负载 对。当驾驶员选择的气候设置指示A/C压缩机144被请求时，A/C负载计算模块600可 以接收空调命令。例如，ECM114可以被通告以便基于驾驶员选择的气候设置使A/C离合器 接合。当空调命令被接收时，A/C负载计算模块600开始产生储备和负载扭矩请求。火花管理模块602通过从当前APC和最佳火花的估计扭矩减去最小运行负载扭矩 确定火花管理。最小运行负载扭矩基于当前APC和可以采用稳定的燃烧获得的最大火花延 迟。火花管理模块602将火花管理传递至A/C负载比较模块604。A/C负载比较模块604 接收储备扭矩请求和将储备扭矩请求与火花管理进行比较。当A/C负载比较模块604接收储备扭矩请求时，A/C负载比较模块604确定储备 扭矩请求小于还是等于火花管理。如果储备扭矩请求小于或等于火花管理，那么不需要补 偿。如果火花管理不足以满足储备扭矩请求，那么储备扭矩请求和火花管理之间的差被传 递至A/C负载补偿模块606。A/C负载补偿模块606确定离合器接合的能量损失量。A/C负载补偿模块606基 于能量损失量确定倾斜率。储备扭矩请求和火花管理扭矩值之间的差被用于计算倾斜率。 倾斜率的计算可以在A/C负载补偿模块606开始增加负载扭矩请求之前发生。如果储备扭 矩请求大于火花管理，那么A/C负载补偿模块606通过倾斜率增加负载扭矩请求，以在A/C 离合器接合之前增加发动机中的能量。A/C负载补偿模块606可以在预定的时间内增加负载扭矩请求。例如，A/C负载补 偿模块606可以在A/C压缩机144被连接至发动机之前开始在预定的时间内增加负载扭矩 请求。当A/C压缩机144被连接至发动机时，负载扭矩请求被增加到储备扭矩请求。负载 扭矩请求可以预定的速率被增加至储备扭矩请求。负载扭矩请求和储备扭矩请求在A/C压缩机144被连接至发动机之后降低，因为 保持A/C压缩机144运行所需的扭矩小于启动A/C压缩机144所需的扭矩。储备扭矩请求 和负载扭矩请求降低并保持怠速扭矩储备。储备和负载扭矩请求可以在第二预定时间降 低。A/C负载补偿模块606可以在第二预定时间内降低储备和负载扭矩请求。例如，A/C负 载补偿模块606可以在A/C压缩机144被连接至发动机之后在第二预定时间内开始降低储 备和负载扭矩请求。
现在参照图7，其描述了根据本发明的原理的在用于将空调压缩机接合至发动机 的扭矩补偿中执行的示例性步骤的流程图。控制在使用者请求打开空调之后开始。在步骤 700中，周围温度和水头压力被确定。在步骤702中，控制计算储备扭矩。在步骤704中，控制计算负载扭矩。在步骤 706中，控制计算火花管理。在步骤708中，控制比较火花管理和储备扭矩。如果储备扭矩 大于火花管理，那么控制转到步骤710 ；否则，控制转到步骤716。在步骤710中，控制确定 能量损失量。在步骤712中，控制确定负载扭矩的增加率。在步骤714中，控制增加负载扭矩。在步骤716中，控制确定负载扭矩。在步骤 718中，控制接合A/C离合器。在步骤720中，控制将负载扭矩增加到储备扭矩。在步骤722 中，负载扭矩被降低。本领域的技术人员可以通过上面的描述理解，本发明的广泛教导可以多种形式实 施。因此，虽然本发明包括特别的实例，但是本发明的真实范围不应当被这样限制，因为其 它的修改对于熟练的专业人员来说，通过研究附图、说明书和随后的权利要求书将变得显 而易见的。
权利要求
一种发动机控制系统，包括控制发动机基于第一扭矩产生第一扭矩请求的扭矩控制模块，以保持所述发动机的当前速度；将瞬时负载与所述发动机可用的扭矩和所述第一扭矩请求之间的差进行比较的空调(A/C)负载比较模块；和在A/C离合器接合之前基于所述比较选择性地增加所述第一扭矩请求的A/C负载补偿模块。
2.如权利要求1所述的发动机控制系统，其中，所述A/C负载补偿模块在所述A/C离合 器接合之前在预定的时间增加所述第一扭矩请求。
3.如权利要求1所述的发动机控制系统，其中，所述第一扭矩请求在所述A/C离合器接 合之后保持增加预定的时期。
4.如权利要求1所述的发动机控制系统，其中，所述离合器接合包括空调压缩机，其 中，所述瞬时负载基于周围温度和水头压力。
5.如权利要求1所述的发动机控制系统，其中，当所述瞬时负载大于所述发动机可用 的所述扭矩和所述第一扭矩请求之间的所述差时，所述A/C负载补偿模块选择性地增加所 述第一扭矩请求。
6.如权利要求1所述的发动机控制系统，其中，当所述瞬时负载大于所述发动机可用 的所述扭矩和所述第一扭矩请求之间的所述差时，所述A/C负载比较模块计算扭矩不足值。
7.如权利要求6所述的发动机控制系统，其中，所述A/C负载补偿模块基于R= 2DT/ x2增加所述第一扭矩请求，其中，R是增加率，D是所述扭矩不足值，T是扭矩不足的时距，x 是所述A/C离合器接合之前的预定时间段。
8.如权利要求6所述的发动机控制系统，其中，所述A/C负载补偿模块在所述A/C离合 器接合过程中基于所述扭矩不足值估计能量损失量。
9.如权利要求8所述的发动机控制系统，其中，所述A/C负载补偿模块基于所述能量损 失量增加所述第一扭矩请求。
10.如权利要求9所述的发动机控制系统，其中，所述A/C负载补偿模块基于所述扭矩 不足值、扭矩不足的时距和发动机转速的乘积估计所述能量损失量。
11.一种扭矩补偿方法，包括控制发动机基于第一扭矩产生第一扭矩请求，以保持所述发动机的当前速度；将瞬时负载与所述发动机可用的扭矩和所述第一扭矩请求之间的差进行比较；和在A/C离合器接合之前基于所述比较选择性地增加所述第一扭矩请求。
12.如权利要求11所述的扭矩补偿方法，还包括在所述A/C离合器接合之前在预定的 时间增加所述第一扭矩请求。
13.如权利要求11所述的扭矩补偿方法，还包括在所述A/C离合器接合之后保持所述 增加的第一扭矩请求预定的时期。
14.如权利要求11所述的扭矩补偿方法，其中，所述离合器接合包括空调压缩机，其 中，所述瞬时负载基于周围温度和水头压力。
15.如权利要求11所述的扭矩补偿方法，还包括当所述瞬时负载大于所述发动机可用的所述扭矩和所述第一扭矩请求之间的所述差时，选择性地增加所述第一扭矩请求。
16.如权利要求11所述的扭矩补偿方法，还包括当所述瞬时负载大于所述发动机可用 的所述扭矩和所述第一扭矩请求之间的所述差时，计算扭矩不足值。
17.如权利要求16所述的扭矩补偿方法，还包括基于R= 2DT/x2增加所述第一扭矩请 求，其中，R是增加率，D是所述扭矩不足值，T是扭矩不足的时距，x是所述A/C离合器接合 之前的预定时间段。
18.如权利要求16所述的扭矩补偿方法，还包括在所述A/C离合器接合过程中基于所 述扭矩不足值估计能量损失量。
19.如权利要求18所述的扭矩补偿方法，还包括基于所述能量损失量增加所述第一扭 矩请求。
20.如权利要求19所述的扭矩补偿方法，还包括基于所述扭矩不足值、扭矩不足的时 距和发动机转速的乘积估计所述能量损失量。
全文摘要
本发明涉及与惯量转移相匹配的空气调节扭矩补偿能量。一种发动机控制系统包括扭矩控制模块、空调(A/C)负载比较模块和A/C负载补偿模块。扭矩控制模块控制发动机基于第一扭矩产生第一扭矩请求，以保持发动机的当前速度。A/C负载比较模块将瞬时负载与发动机可用的扭矩和第一扭矩请求之差进行比较。A/C负载补偿模块在离合器接合之前基于该比较选择性地增加第一扭矩请求。
文档编号F02D29/04GK101858264SQ200910173320
公开日2010年10月13日 申请日期2009年8月14日 优先权日2009年4月10日
发明者C·E·惠特尼, M·E·约翰斯顿, T·R·舒普 申请人:通用汽车环球科技运作公司