跳过点火式发动机控制系统中的噪声、振动和声振粗糙度降低的制作方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2015年1月12日提交的美国临时专利申请号62/102,206以及于2015年3月24日提交的美国临时专利申请号62/137,539的优先权，出于所有目的将这些申请以其整体通过援引并入本文。

本发明涉及用于内燃发动机的跳过点火式发动机控制系统。更具体地，本发明涉及使用施加到动力传动系的平滑扭矩来降低噪声、振动和声振粗糙度(nvh)的安排和方法。

背景技术：

现今在运行中的多数车辆是通过内燃(ic)发动机来供能的。内燃发动机典型地具有多个汽缸或发生燃烧所在的其他工作室。发动机产生的动力取决于递送到每个工作室的燃料和空气的量以及发动机速度。

汽缸的燃烧过程和点火会引起不想要的噪声、振动和声振粗糙度(nvh)。例如，发动机可以将振动传递到车身，在这里振动可以被车辆乘员感知到。声音也可以通过底盘传输到车辆的车厢内。在某些操作条件下，汽缸的点火通过排气系统和尾管产生所不希望的声学效应。因此，车辆乘员可能因结构传播的振动或通过空气传播的声音而经历不希望的nvh。因此，正在努力减少由内燃发动机产生的nvh的量。

技术实现要素：

描述了用于在跳过点火式发动机控制系统中减少噪声、振动和声振粗糙度(nvh)的多种方法和安排。在一个方面，生成了操作性点火分数以便递送所希望的发动机扭矩。使用点火序列以跳过点火的方式操作发动机。点火序列基于该操作性点火分数。确定了由能量储存/释放装置施加给动力传动系的平滑扭矩。该平滑扭矩帮助减少跳过点火式点火序列产生的nvh。还描述了与上述操作相关的多种不同方法、装置、动力传动系控制器、以及计算机软件。

多种不同动力传动系控制器设计在选择点火分数来便递送所希望的扭矩时考虑了能量效率。如果使用平滑扭矩可以减轻nvh，则可以使用在其他情况下由于其不利的nvh特性而将不可接受的一些点火分数。即使考虑到产生合适的平滑扭矩所涉及的能量效率，这样的点火分数也可能比其他替代方案更有效益。在一些实施例中，比较了多个候选点火分数的能量效率并选择了操作性点火分数。多种不同应用涉及使用查找表、算法或其他合适的机制来选择合适的操作性点火分数。当使用所选择的点火分数来操作发动机时，如果需要，就向动力传动系施加平滑扭矩来帮助降低所产生的nvh。

可以以各种各样的方式产生该平滑扭矩。以多种不同途径，例如，平滑扭矩是基于在发动机扭矩中识别的变化的。在一些应用中，发动机扭矩可以被理解为包括dc项和多个谐波。选择一个或多个谐波(例如，仅基频、一个或多个谐波等)。在一些实施例中，平滑扭矩具有与所选谐波相同的频率，但是其相位相对于所选择的谐波偏移，例如相位偏离180°。

在另一方面，将描述一种方法。生成用于以跳过点火的方式操作发动机的点火序列。在多个不同的实施例中，跳过点火式点火序列是基于短时域最优控制计算的。确定了由能量储存/释放装置施加给动力传动系的平滑扭矩。该平滑扭矩被安排来至少部分地抵消由该跳过点火式点火序列产生的扭矩变化，由此减少否则会由该跳过点火式点火序列产生的nvh。

附图说明

通过参照以下结合附图给出的说明，可以最好地理解本发明及其优点，在附图中：

图1是根据本发明的一个实施例的跳过点火式发动机控制系统中的动力传动系控制器的框图。

图2是流程图，图解地展示了根据本发明的一个实施例的用于在跳过点火式发动机控制系统降低噪声、振动和声振粗糙度(nvh)的方法。

图3是根据本发明的一个实施例的动力传动系和动力传动系控制器的图。

图4和5是展示根据本发明的一个实施例的、用于优化nvh的降低的示例技术的图。

图6是根据本发明的一个实施例随着不同点火分数而消耗的燃料的曲线图。

图7是根据本发明的一个实施例的发动机扭矩波形的图。

图8是叠加在图7所示的发动机扭矩波形上的一阶谐波的示例图。

图9是一阶谐波的示例图。

图10是包括叠加在图7所示的发动机扭矩波形上的一阶和二阶谐波的波形示例图。

图11是二阶谐波的示例图。

图12是根据本发明的一个实施例的跳过点火式发动机控制系统中的动力传动系控制器的框图。

图13是根据本发明的一个实施例的自适应滤波器前馈控制系统的框图。

图14是示出根据本发明的一个实施例的与汽缸点火和汽缸跳过相关联的扭矩特征的示例波形。

在附图中，有时使用相同的参考号来表示相同的结构要素。还应当认识到，附图中的描绘是图解的而不是按比例的。

具体实施方式

本发明涉及跳过点火式发动机控制系统。更具体地，本发明涉及使用平滑扭矩来减少跳过点火式发动机控制系统中的噪声、振动和声振粗糙度(nvh)的方法和安排。

跳过点火式发动机控制设想在所选择的点火时机过程中选择性地跳过某些汽缸的点火。因此，例如，一个特定的汽缸可在一个点火时机过程中被点火并且接着可在下一个点火时机过程中被跳过并且随后在下一个点火时机过程中被选择性地跳过或点火。这与常规可变排量发动机操作形成对照，在常规可变排量发动机的运行中，在某些低负载运行条件的过程中固定的一组汽缸被停用。

跳过点火式发动机控制可以提供多种不同优点，包括大幅提高燃料经济性。然而，跳过点火式发动机控制的一个挑战是噪声、振动和声振粗糙度。更具体地，存在产生大量nvh的特定点火序列或点火分数。这样的nvh是不希望的，因为它可以被车辆乘员感觉到。

处理这些问题的一种方法是不使用已知会产生不可接受的nvh水平的特定点火分数或点火序列。相反地，使用其他点火分数或点火序列，并且相应地调整汽缸输出(例如，通过调整歧管绝对压力、火花提前等)，从而递送所希望的发动机输出。共同转让的美国专利申请号13/654,244中描述了这样的不同方法，出于所有目的将该申请以其整体并入本文。

本申请描述了处理nvh的另一种方法。多种不同实现方式涉及产生被施加到车辆的动力传动系的平滑扭矩。平滑扭矩是用于帮助抵消或减少发动机产生的扭矩变化而施加的任何扭矩。平滑扭矩可以由任何合适的能量储存/捕获/释放装置产生。一个实例是具有电池和/或电容器来储存和释放能量的电动马达/发电机。替代地，可以使用机械地、气动地或液压地储存和捕获/释放能量的任何系统或装置。例如，可以用具有可变机械联接器的飞轮、或者具有控制去到和来自涡轮机或类似装置的流体流动的阀的高压流体储器来从动力传动系中捕获/释放能量。该平滑扭矩施加成其方式为至少部分地减少或抵消由跳过点火式点火序列产生的噪声和振动。

以多种不同途径，选择性地应用了上述平滑扭矩系统。也就是说，许多递送所希望扭矩的点火分数和点火序列产生可接受水平的nvh，因此在这些情况下不需要施加平滑扭矩。在其他情况下，合适的点火分数或点火序列可能产生不希望的nvh水平，但减轻nvh所涉及的能量消耗或等效能量成本可能太大。因此，使用另一个点火分数或点火序列来递送所希望的发动机输出。在另外的其他情况下，使用平滑扭矩可以允许使用否则将会由于其相关联的nvh水平而不能接受的点火分数或点火序列、并且导致节能而不是损失。在多种不同的实施例中，该平滑扭矩系统被安排成用于分析可用选项的能量成本、并且选择也使nvh达到可接受水平的最具燃料效率的方法。

首先参见图1，将描述根据本发明的具体实施例的动力传动系控制器100。动力传动系控制器100包括点火分数计算器112、点火正时确定模块120、nvh减少模块121、动力传动系参数调整模块116、传感器单元122、以及点火控制单元140。点火分数计算器112、点火正时确定模块120和nvh减少模块121协调其操作，以确定用于发动机的合适的操作性点火分数和跳过点火式点火序列。取决于该操作性点火分数，它们还可以确定合适的平滑扭矩以减少由该点火序列产生的nvh。

点火分数计算器112接收基于当前加速踏板位置(app)、发动机速度和其他输入的扭矩请求信号111。该扭矩请求信号可以从app163被引导经过可选的预处理器105然后到达该点火分数计算器112。指示对所希望发动机输出的请求的该扭矩请求信号111可以从加速踏板位置传感器或其他适合的来源例如巡航控制器、扭矩计算器、ecu等接收或得到。可选的预处理器105可以在加速踏板信号被输送至点火分数计算器112之前修改该加速踏板信号。然而，应了解的是，在其他实现方式中，该加速踏板位置传感器可以直接与点火分数计算器112通信。

基于扭矩请求信号111，点火分数计算器112确定应适合于在选定的发动机操作下递送所希望扭矩并且具有可接受的nvh特性(使用或不使用平滑扭矩)的跳过点火式点火分数。每个点火分数112指示了在当前(或指定的)运行条件下为了递送所希望的输出而要求的点火分数或百分比。在一些优选的实施例中，点火分数可以基于为递送驾驶员所请求的发动机扭矩(例如，当这些汽缸在针对燃料效率进行实质性优化的运行点点火时)而要求的优化点火的百分比。然而，在其他情形中，可以使用不同水平的参考点火、针对非燃料效率的因素进行了优化的点火、当前发动机设置等来确定点火分数。在多种不同的实施例中，点火分数是选自预定点火分数的集合或库。

点火分数确定过程可以考虑各种各样的因素，包括nvh、燃料效率和所希望的扭矩。例如在一些情况下，考虑到当前发动机速度(例如，使用优化的点火)，存在以最燃料有效的方式递送所希望扭矩的特定点火分数。如果该点火分数可供点火分数计算器使用并且还与可接受的nvh水平相关联，则点火分数计算器112选择该点火分数并将其传输到点火正时确定模块120，使得基于该点火分数可以生成适当的操作性点火序列。点火分数计算器112还向nvh减少模块121指示不需要nvh减轻，因此能量储存/释放装置124在该序列被用于操作发动机150时不向动力传动系施加任何平滑扭矩。

如果相反地已知上述点火分数会产生不可接受的nvh水平，则点火分数计算器仍然可以选择该点火分数来作为操作性点火分数。这样的选择是基于确定了通过向动力传动系施加合适的平滑扭矩可以将nvh降低到可接受的水平。该选择还基于确定了即使在考虑与nvh减轻相关联的能量成本时也没有其他更具燃料效益的点火分数替代选项。在这种情况下，点火分数计算器112将所选择的操作性点火分数传输到点火正时确定模块120，从而可以基于该点火分数生成合适的操作性点火序列。点火分数计算器还向nvh减少模块指示需要减轻nvh。结果，该nvh减少模块操作该能量储存/释放装置124对动力传动系施加合适量的平滑扭矩，以减少由该点火序列产生的nvh。

在又另外的情况下，点火分数计算器112可以选择较不理想地适于递送所希望扭矩的操作性点火分数，即，更适于递送不同于所希望扭矩的扭矩量、但是具有可接受的nvh特性的点火分数。因此，必须(例如，通过调整map、火花提前和其他发动机参数)调整汽缸输出来递送所希望的扭矩。然而，与其他替代方案相比，该操作性点火分数仍然更具燃料效益，其他替代方案可以包括具有差的nvh特性的点火分数，其中nvh减轻是不可能的、或最终消耗太多的能量。

点火分数计算器112被安排成用于存储和/或访问数据以帮助其进行上述确定和能量效率比较。可以使用任何合适的数据结构或算法进行这些确定。例如在一些实施例中，点火分数计算器112使用查找表来确定合适的操作性点火分数并确定是否应当施加平滑扭矩。在又另外的实施例中，点火分数计算器通过动态地计算和比较与不同的候选点火分数和/或序列相关联的能量效率来进行这样的确定。这些途径中的一些将在本申请的后文更详细地描述。

在选择合适的操作性点火分数之后，点火分数计算器112将点火分数119传输到点火正时确定模块120。点火正时确定模块120被安排成用于发出点火命令序列(例如，驱动脉冲信号113)以致使发动机150递送由所命令的点火分数119指定的点火百分比。在一些实现方式中，例如，点火正时确定模块120生成比特流，其中每个0指示跳过而每个1指示针对当前汽缸点火时机点火。

点火正时确定模块120可以以多种多样的方式生成点火序列。举例而言，西格玛德尔塔转换器作为点火正时确定模块120工作良好。在另外的其他实施例中，该点火正时确定模块基于所接收的点火分数来从点火序列库中选择适合的点火序列。

如果已经确定不需要减轻由点火序列产生的nvh，则由点火正时确定模块120输出的点火命令序列(有时被称为驱动脉冲信号113)可以传递到点火控制单元140，该点火控制单元致动并命令实际的汽缸点火。在发动机150处执行点火序列期间，能量储存/释放装置124不向动力传动系施加平滑扭矩。

另一方面，如果已经确定了点火序列需要缓和，则点火分数计算器112和/或点火正时确定模块120在使用该点火序列操作发动机之前将该点火分数和/或点火序列传输到nvh减少模块121。基于这些输入，nvh减少模块121被安排成用于确定将使得由该点火序列产生的nvh去到可接受水平的合适的平滑扭矩。在不同的实施例中，平滑扭矩采用被应用于动力传动系的一个或多个基本上正弦扭矩波形的形式，这些正弦扭矩波形对抗由该跳过点火式点火序列产生的扭矩的特定变化。关于正弦扭矩波形的讨论可以基于发动机的曲轴角度。也就是说，平滑扭矩可以被描述为其中θ是曲轴角度，是相位，f＝n/4(对于v8发动机)，其中n是点火分数水平的分母。

在多种不同的实施例中，平滑扭矩波形由能量储存/释放装置124施加到动力传动系。平滑扭矩涉及顺序地向动力传动系添加扭矩、然后从中减去扭矩。平滑扭矩的正时、幅值和图案可以基于各种各样的因素，包括但不限于跳过点火式点火序列、发动机速度、替代性储存装置即电容器中的电池电量或充电水平、以及当前缸号。

应当注意，这里描述的平滑扭矩的不同实现方式与使用电动马达来填补由所跳过的汽缸所缺失的扭矩脉冲的一些现有技术系统不同。这样的系统需要从能量储存/释放装置124递送高带宽和振幅的扭矩脉冲。本发明的多种不同的实现方式没有明确地尝试填补由所跳过的点火时机产生的扭矩空洞。而是，这样的实现方式考虑了由特定点火分数或点火序列产生的整体扭矩特征。在这些实现方式中，控制电子装置寻求与扭矩特征的一个或多个谐波相关联地对抗扭矩变化。有利地，这种类型的控制算法需要较低带宽的能量储存/释放装置124，因为控制并不试图抵消或模拟与点火汽缸相关联的扭矩尖峰的高带宽分量。类似地，能量储存/释放装置124可以提供较低的平滑扭矩振幅，因为系统不试图模拟与点火汽缸相关联的扭矩尖峰。较低的带宽和振幅使与能量储存/释放装置124相关联的硬件更便宜并且更容易实现。该方法的另一个优点是，因为车辆乘员更强烈地感觉到较低频率的谐波，从而因此要就给定量的平滑扭矩而言，使减小所感测到的振动最大化。

可以使用任何合适的算法或技术来产生平滑扭矩波形。例如在一些实施例中，nvh减少模块121从点火正时确定模块120接收稍后将用于操作发动机150的点火序列。nvh减少模块121确定该点火序列将会产生的发动机扭矩变化。nvh的产生归咎于该发动机扭矩变化。平滑扭矩包括的变化对抗并有助于抵消发动机扭矩的一种或多种类型变化。

取决于具体应用的需要，平滑扭矩的特性可以变化很大。考虑与上文描述的类似的示例过程，在该示例过程中点火分数计算器112选择已知将产生不可接受量的nvh的操作性点火分数。因此，必须使得nvh减轻。因此，点火正时确定件120基于该操作性点火分数来生成跳过点火式点火序列，该跳过点火式点火序列被传输到nvh减少模块121进行分析。

nvh减少模块121基于该跳过点火式点火序列、发动机速度、点火分数和/或任何其他合适的参数来确定预期的发动机扭矩。在一些实施例中，该发动机扭矩被理解为包括固定分量(即dc项)和可以用多谐波正弦波(包括一阶谐波(基频)和其他谐波)表示的可变分量。固定的dc项推动车辆，并且谐波是内燃发动机在其汽缸移动通过燃烧循环的各个冲程时产生的扭矩变化的不可避免的结果。这些谐波正弦波或发动机扭矩变化被认为是nvh的来源。nvh减少模块121确定平滑扭矩，该平滑扭矩将使用特定图案或序列来施加至动力传动系。在不同的实施例中，平滑扭矩图案或序列(例如，频率、幅值和相位)的特性被设计成至少部分地抵消或对抗所选定组的一个或多个谐波正弦波。

这个概念的示例在图7-11中示出。图7是展示向曲轴/动力传动系施加的发动机扭矩(n*m)随发动机角度而变的曲线图。也就是说，该曲线图指示了表示由样本跳过点火式点火序列产生的发动机扭矩的波形702。在该实例中，平均扭矩约为87n*m。这个平均扭矩是发动机扭矩的固定分量，即dc项。利用傅立叶分析技术，发动机扭矩波形702可以表示为这个固定分量和多个各自具有固定振幅的不同谐波的总和。(即，包括一阶谐波，二阶谐波...十阶谐波等的多谐波。)

图8中示出了示例dc加一阶谐波波形802，其叠加在发动机扭矩波形702上。偏移的一阶谐波波形802具有与波形702的基频相匹配的频率。从图8中可以看到，偏移的一阶谐波波形802与大部分的发动机扭矩波形702相匹配。可以通过从波形802中减去平均扭矩(例如，87n*m的dc偏移量)来区分出一阶谐波分量。这得到了图9的一阶谐波波形902。在多种不同的实施例中，平滑扭矩波形被生成来抵消波形902，即当波形902向动力传动系增加扭矩时从动力传动系削减扭矩，并且当波形902从动力传动系中削减扭矩时，向动力传动系增加扭矩。

多种不同方法涉及具有与所选组的一个或多个谐波正弦波的特性大致相同或基本相似的特性(例如，频率)的平滑扭矩，除了振幅可能不同并且相位有所偏移(例如，180°)从而使得平滑扭矩减小或消除所选择的谐波正弦波。在一些实施例中，平滑扭矩被安排成仅对抗、基于一阶谐波和/或具有与之相同的频率。也就是说，在多种不同的实施例中，平滑扭矩不是基于预期发动机扭矩中的其他谐波、具有与之不同的频率和/或不对抗这些其他谐波。发明人已经确定，在多种不同应用中，为了使nvh达到可接受的水平，仅需要消除或减少一个或几个谐波正弦波。在图7-9所示的示例情况中，可以简单地将平滑扭矩配置为消除一阶谐波波形902或将其降低到可接受水平。因此，平滑扭矩可以具有与一阶谐波波形902相同的频率和振幅、但可以简单地相位偏移180度。在又另外的实施例中，平滑扭矩考虑并且对抗多个谐波(例如，一阶谐波和一个或多个其他谐波等)

在另外的实施例中，可以向平滑扭矩添加dc项。如果dc项足够大，则平滑扭矩将一致地在一个方向上；这可以消除或减少当能量储存/释放装置跨过零净递送扭矩时产生的任何非线性行为(例如，死区、摆动等)的影响。dc项可以在任一方向上，即能量储存/释放装置可以储存来自动力传动系的能量或释放能量到动力传动系。dc项可以为零。dc的幅值和符号可以取决于许多因素，包括电池或电容器电量水平、扭矩需求、或其他操作特性。

图10展示了由波形1002表示的恒定项和两个谐波(即，一阶和二阶谐波)与示例性发动机扭矩波形702区分开并叠加在其上。从图8和10中可以看出，与图8中单独的偏移的一阶谐波的情况相比，这两个谐波当组合时甚至更好地匹配发动机扭矩波形702的整体变化。图11示出了二阶谐波波形1102，该二阶谐波波形表示在dc和一阶谐波项被去除之后的二阶谐波。从图9和11中可以看出，一阶谐波波形902的振幅明显大于二阶谐波波形1102的振幅。也就是说，发动机扭矩波形702具有的一阶谐波分量比二阶谐波分量更大。较大的一阶谐波分量通常会产生更多不希望的nvh，因此控制算法可以着眼于消除或减少此谐波分量。在多种不同应用中，平滑扭矩被安排成仅对抗第一谐波(例如，图9的波形902)、而不对抗任何其他谐波。已经确定的是，在一些设计中，这简化了平滑扭矩的计算和实现、并且然而仍足以使nvh降到可接受的水平。在又另外实施例中，平滑扭矩被安排成抵消或对抗多个谐波(例如，包括波形902和1102的复合波形)。消除较高阶谐波可能有利于减少由诱发振动引起的声学噪声。例如，可以基本上消除一阶谐波以及除二阶谐波以外的一些谐波。确切地可以有利地基本上消除或减少在车厢隆隆作响的频率附近的谐波。

取决于不同的条件和应用，可以改变平滑扭矩的幅值(例如，振幅)。例如在多种不同的实施例中，平滑扭矩的幅值显著低于它所对抗的发动机产生的谐波正弦波的幅值。在这些实施例中，平滑扭矩的幅值被安排成用于减少、而不是消除发动机nvh并且使nvh低于被确定为车辆乘员可接受的预定义水平。限定这个预定义nvh水平的因素在不同的发动机和车辆设计之间可能有所不同。在多种不同的实施例中，执行用户测试以确定nvh的可接受水平。另外，也可以基于各种各样条件动态地调整nvh的该预定义可接受水平，例如加速踏板位置、加速踏板位置的变化率、道路状况、挡位、车辆速度、车厢噪声水平、发动机怠速的存在、以及和任何其他合适的参数。这样的条件可以由一个或多个合适的传感器来检测。

在一些实现方式中，还基于从传感器单元122接收的反馈来调整平滑扭矩。传感器单元122包括可以检测各种各样发动机参数的一个或多个传感器，包括但不限于曲轴速度/加速度、加速度计数据、振动等。作为示例，加速度计可以定位在座椅轨道处、邻近于ecu和/或在其内部，以便检测车辆乘员感觉到的振动。基于从传感器单元122接收到的反馈，动态地调整平滑扭矩。作为示例，可以基于传感器输入来改变平滑扭矩序列的正时(相位)和幅值。应当理解，不要求上述传感器反馈，并且在多种不同的实施例中，平滑扭矩产生系统是前馈系统。

一旦nvh减少模块准备了合适的平滑扭矩，该nvh减少模块就操作该能量储存/释放装置124将该平滑扭矩施加给动力传动系。施加平滑扭矩与发动机120处执行相应点火序列相协调。结果，平滑扭矩对抗发动机扭矩的特定变化，并且由跳过点火式点火序列产生的nvh减少。

在所展示的实施例中，提供了与点火分数计算器112合作的可选的动力传动系参数调整模块116。动力传动系参数调节模块116指导点火控制单元140来适当地设定选定的动力传动系参数以确保实际的发动机输出基本上等于在所命令的点火分数下请求的发动机输出。举例而言，动力传动系参数调整模块116可以负责确定为了帮助确保实际的发动机输出与请求的发动机输出相匹配而希望的所希望的进气质量(mac)、火花正时、以及气门正时和/或其他发动机设置。当然，在其他实施例中，该动力传动系参数调整模块可以被安排成用于直接控制多个不同的发动机设置。

点火分数计算器112、点火正时确定模块120、nvh减少模块121、动力传动系参数调整模块116、传感器单元122、以及图1展示的其他部件可以采取多种多样不同的形式，并且其功能可以替代地被结合到ecu中、或者由其他更多集成部件、由多组子部件、或使用多种多样的替代性途径来提供。在多个不同的替代性实现方式中，可以使用微处理器、ecu或其他计算装置，使用模拟部件或数字部件，使用可编程逻辑，使用前述各项的组合和/或以任何其他适合的方式来在算法上实现这些功能块。

虽然并非在所有实现方式中都作要求，但是在一些实现方式中，确定适当的点火分数和/或平滑扭矩(即，确定是否将使用平滑扭矩以及平滑扭矩将是怎样的)可以逐个点火时机地进行。也就是说，可以在每个点火时机之前基于加速踏板位置或其他操作参数来重新确定当前希望的点火分数和/或平滑扭矩。这允许控制器100尤其响应于变化的需求(例如，歧管绝对压力或其他发动机参数的变化)而同时维持跳过点火式运行的益处。在其他实现方式中，可以预测在改变点火分数时产生的扭矩，并且可以使用基于自适应滤波器或模型预测控制的控制系统来改善nvh。

逐点火时机地进行控制是有利的一个实例是当所希望的点火分数改变时。具体实例是如果点火分数从1/2改变至1。在这个实例中，map需要减小以产生合适的扭矩水平，但是这是缓慢的，即，map逐点火时机地发生改变的能力有限。这个问题的一个现有技术解决方案(例如在美国专利申请13/654,244中所描述的)是以相对低的速度调整点火分数以匹配map的预期变化。通过不断重新计算并递送适当的平滑扭矩，nvh减少模块就可以消除由于过高的map引起的过大扭矩，从而允许更快的过渡。

在一些实施例中，可以使用预先计算的未来点火序列来以短时域最优控制计算确定平滑扭矩。当点火序列不重复时，例如在点火分数水平之间过渡期间，该控制方法尤其有用。这里的短时域可以是指已经作出但尚未实施的点火决定。这可能在4到20个点火时机的范围内、但可能更多或更少。由于这些决定在实施之前是已知的，因此可以预先计算出平滑扭矩。受制于马达/发电机和储能装置的约束，平滑扭矩可以包括负扭矩和正扭矩，以便获得最佳的nvh-燃料经济性折中。马达/发电机约束可以包括最大允许扭矩和功率水平。能量储存约束可以包括当前能量储存水平以及来自能量储存装置的最大功率传输。

接下来参考图2，将描述根据本发明的特定实施例的用于确定平滑扭矩的方法200。最初，在步骤202，接收发动机扭矩请求。在多个不同的实现方式中，点火分数计算器112基于加速踏板位置、发动机速度、巡航控制器设置、以及任何其他合适的发动机参数来确定所希望的发动机扭矩。

步骤203、204、206和208涉及的过程用于评估不同候选点火分数以选择递送所希望扭矩并具有可接受的nvh特性(无论是否具有任何减轻)的操作性点火分数。在一些实施例中，当需要选择操作性点火分数时，动力传动系控制器适当地执行这些步骤。然而，在其他实施例中，不同的候选点火分数的评估替代地被并入算法、查找表或任何其他合适的决策机制中。也就是说，动力传动系控制器不是忙于动态地比较不同的候选点火分数，而是可以参考基于多种不同输入来直接生成操作性点火分数的表或其他机制。在这种情况下，该方法直接进行到步骤210。

返回到图2的步骤203，在获得所希望的扭矩水平之后，点火分数计算器112确定以具有可接受的nvh特性的可用点火分数是否可以在最佳汽缸负载(例如，将燃料经济性最大化的汽缸负载)运行时递送所希望的扭矩。例如在一些实施例中，点火分数计算器112存储指示已知在某些操作条件下在最佳汽缸负载运行时具有可接受的nvh特性的一组这样的点火分数的数据。应当理解，如共同未决的美国专利申请号13/654,244和13/963,686中描述的，哪些点火分数产生可接受的nvh是随着发动机速度和变速器挡位而变的，出于所有目的将这些申请的全部内容通过援引并入本文。如果这些点火分数之一可以递送所希望的扭矩，则该方法进行到步骤212，并且该点火分数成为操作性点火分数。

如果点火分数计算器112确定没有可以以最佳汽缸负载递送所希望扭矩的、具有可接受的nvh特性的点火分数，则该方法进行到步骤204。在步骤204中，点火分数计算器获得一组候选点火分数。该组点火分数可以包括两种类型的点火分数。一种类型涉及一个或多个递送所希望扭矩(但是只有当汽缸输出被调整到非最佳负载时)的、具有可接受的nvh特性的候选点火分数，如在美国专利申请号13/654,244中所讨论的，出于所有目的将该申请的全部内容通过援引并入本文。出于本申请的目的，将这样的点火分数称为“低nvh点火分数”。另一种类型的点火分数涉及一个或多个可以通过较少或最小的汽缸负载调整来递送所希望扭矩的候选点火分数，但是与这种点火分数相关联的nvh可能在没有减轻的情况下是不可接受的。出于本申请的目的，将这样的点火分数称为“高nvh点火分数”。

在步骤206中，确定与用于在高nvh点火分数时减轻nvh相关联的能量成本。这可以以各种各样的方式进行。下面描述一种示例性途径。

在此实例中，点火正时确定模块120基于候选高nvh点火分数来生成候选跳过点火式点火序列。由该跳过点火式点火序列和点火分数产生的扭矩可以被建模为周期性波形。该波形又可以表示为傅里叶级数：

其中tq(t)是作为时间的函数的扭矩，a0是平均扭矩(dc项)，an是与n阶谐波分量相关联的振幅，t是一阶谐波(基频)的周期，是n阶谐波分量的相位。

人类对nvh的感知随频率而异。通常低于约8hz的较低频率被感知为比较高的频率振荡更烦人。每个谐波分量对nvh的相对贡献可以用加权因子wn来定义。如果wn是n阶谐波的权重，则可以通过获取加权函数的乘积的rms值和这些不同谐波频率的幅值来确定总nvh：

如果能量储存/释放装置124被包括在动力传动系中，则等式2需要被修改为包括由能量储存/释放装置124向动力传动系施加的平滑扭矩。平滑扭矩可以用类似于等式1的傅里叶展开来表示，其中n阶谐波分量具有幅值en。假设平滑扭矩的每个谐波项的相位与发动机扭矩偏移了180度，则下面的等式3表示包括平滑扭矩的影响的nvh：

产生上述减轻波形或平滑扭矩所需的功率如下：

这里η是能量储存/释放装置的往返(roundtrip)效率。换句话说，等式4表示能量储存/释放装置124产生相应的平滑扭矩所需的能量。η的典型值对于基于马达/发电机和电容性能量储存的能量储存/释放装置为0.7至0.9。其他能量储存/释放装置可以具有更高或更低的效率。

应该理解的是，等式4假设往返效率对于所有谐波是恒定的，并且使用单一能量源/汇。通常，这些是有效的假设，因为通常内燃发动机是驱动车辆的所有能量的最终来源，并且在车辆内仅存在单一能量储存/释放装置。虽然这是一般情况，但是在一些车辆架构中，这可能不为真。例如，插电式混合动力车辆从电网获得能量。同样，具有再生制动的车辆可以将能量储存在独立于内燃发动机的能量储存/释放装置中。在这种情况下，监督模块可以获取来自不同来源的能量的相对成本、并使用最佳来源或混合来源来施加平滑扭矩。应注意的是，储存动力传动系的能量和对动力传动系释放能量的往返效率总是小于1。可以在nvh减轻、电容器中的能量水平的管理、电池等方面考虑与这种能量转移相关联的能量低效率。

在等式3和4中，注意，平滑扭矩谐波分量en并不需要具有与它们所对应的发动机产生的谐波分量an相同的幅值。也就是说，平滑扭矩不需要消除所有nvh、而是可以将其降低到目标的可接受nvh水平。在目标nvh水平，nvh可以由两个分量构成，来自没有被减轻的谐波的nvh(即，较高阶谐波)以及来自可能未完全消除的谐波的nvh。

因此，挑战是确定达到目标可接受nvh所需的最低能耗水平。这个优化问题可以表示为由以下等式获得的成本函数：

受制于以下约束：

这个优化问题可以用图形表示。图4和5中示出了两个简化的实例。图4示出了一组圆圈402a、402b和402c以及一组椭圆404a和404b，它们分别代表特定候选点火分数的能量成本函数即等式(5)和约束函数即等式(6)。此样本曲线图仅涉及前两个谐波。沿着水平轴给出了一阶谐波平滑扭矩分量e1的幅值，并且沿竖直轴给出了二阶谐波平滑扭矩分量e2的幅值。注意发动机产生的一阶和二阶谐波分量的值分别为a1和a2。各汽缸负载、点火分数、发动机速度和变速器挡位将具有可以通过车辆校准或某些其他方式确定的相关联的一组a1和a2。

在图4中，假设对于一阶和二阶谐波频率，能量储存/释放装置124的效率相同，则圆圈组402a-402c中的每个同心圆代表用于减轻扭矩的恒定能量消耗量。圆越小，使用的能量就越少。圆圈组的中心，即原点，表示没有使用能量的点，即e1＝e2＝0。椭圆组404a-404b中的每个同心椭圆表示由一阶和二阶谐波分量产生的目标nvh水平。所选择的目标nvh椭圆上或其内部的点将产生可接受的nvh水平。椭圆404a和404b的偏心度由加权因子之比w2/w1决定。对于相等的加权因子，椭圆减小到圆。通常，人类对较低频率的一阶谐波更敏感，因此椭圆在图4中是竖直伸长的。。对于将nhv改变固定的量，e1比e2需要较少的变化。椭圆越小，允许的nvh越低。椭圆404a和404b的中心406表示与一阶和二阶谐波相关联的所有nvh已被消除的情况。在点406处，a1＝e1并且a2＝e2，平滑扭矩精确地消除发动机产生的扭矩变化的一阶和二阶谐波。

为了优化能量成本，希望在将nvh减少到可接受的水平的同时消耗尽可能少的能量。假设可接受的nvh水平是由椭圆404b定义，则该目标在椭圆404b和圆402c相交的点a处实现。点a给出可接受的nvh，因为它在椭圆404b上并且使得能量消耗最小化，因为椭圆404b上的该点最接近原点，即保持与椭圆404b相交的圆402c尽可能小。

出于比较的目的，图5展示了涉及不同车辆操作点，即汽缸负载、点火分数、发动机速度和/或变速器挡位的图。例如，发动机扭矩、发动机速度和变速器挡位可以与图4的相同，但是点火分数和汽缸负载可能不同。这个操作点与对应于图4的点火分数和汽缸负载相比具有明显不同的nvh特性。图5具有与图4相似的轴，并且同心圆502a、502b和502c表示来自能量储存/释放装置124的恒定能量消耗。类似地，椭圆504a和504b表示由一阶和二阶谐波分量产生的不同可接受水平的nhv。如图5所示，发动机产生的一阶和二阶谐波分别为a1和a2。如果e1＝a1并且e2＝a2，则动力传动系在点506处运行，并且一阶和二阶谐波不产生nvh。假设可接受的nvh水平是由椭圆504b定义，则不需要来自能量储存/释放装置124的平滑扭矩来满足nvh目标，因为对应于e1＝e2＝0的点b位于椭圆504b内。如果椭圆504a表示可接受的nvh极限，则将会需要一些平滑扭矩减轻来达到该目标。

应当理解，在能量储存/释放装置可以减轻前两个谐波的情况下，图4和5所示的图形解释是适合的。如果仅考虑一阶谐波，则二维的圆和椭圆将变成线。同样地，如果考虑一阶、二阶和三阶谐波，则圆圈将变成球体，而椭圆将变成椭球体。通常，优化变量的数量等于潜在减轻的谐波数。如果希望，可以减轻任何数量的谐波，但是如上文解释的，通常只需要减轻一个或两个谐波来获得可接受的nvh性能。

上述途径假设，已经建立了可接受的nvh水平。nvh的可接受水平可以以任何合适的方式来确定。作为示例，可以执行广泛的用户测试以确定车辆中乘员可接受的振动量。应当理解，nvh的可接受水平可以基于不同的条件动态地变化。在一些实施例中，基于道路状况、用户选择、操作挡位、换挡、车辆速度、驾驶室噪声水平、发动机怠速的存在、加速踏板位置(例如，加速踏板位置的变化率)和/或任何其他合适的发动机参数或指标来调整nvh的可接受水平。

返回图2，使用上述技术中的任一种技术，nvh减少模块121确定减轻每个高nvh候选点火分数的nvh使得相关联的nvh减少到可接受的水平所需的能量成本。与高nvh候选点火分数相关联的总能量成本是在候选点火分数和汽缸负载下的减轻成本以及与发动机运行相关的成本的总和。应当理解，可以执行任何已知的技术来实现这一点，并且能量成本估计过程不受限于上面提供的实例、图和等式。

在步骤208中，nvh减少模块比较与每个候选点火分数相关联的能量成本。执行该比较的方式可以根据每个候选点火分数的特征而变化。考虑以下实例，其中假设每个汽缸理想地在最佳条件下点火，例如其中节气门位置、进气质量、火花提前、气门正时、以及其他发动机参数针是对燃料效率显著优化的。进一步考虑，在该实例中，可以使用低nvh点火分数和高nvh点火分数二者来递送所希望的扭矩。高nvh点火分数能够在接近最佳的汽缸条件下递送所希望的扭矩。然而，要求减轻来以减少所得的nvh。另一方面，低nvh点火分数具有相反的问题——尽管具有可接受的nvh特性，但是如果不进行汽缸输出的一些调整，即，离开上述最佳条件(这导致燃料效率损失)，则不能递送所希望的扭矩。因此，比较这两个候选点火分数的能量成本包括将调整与低nvh点火分数相关联的汽缸输出的能量成本(损失)与减轻与高nvh点火分数相关联的nvh的能量成本进行比较。这样的比较可以在任何数量和类型的候选点火分数之间进行。

基于上述分析和/或比较，nvh减少模块和/或点火分数计算器来选择以最具燃料效率的方式(即，以最低的能量成本)递送所希望扭矩的候选点火分数。在一些实施例中，在选择过程中考虑了其他因素。所选择的候选点火分数成为操作性点火分数(步骤210)。

在图6中描述了用于从多个候选点火分数中选择操作性点火分数的示例性过程。图6是展示与燃料效率负相关的燃料消耗随点火分数而变的曲线图。该图假设发动机速度为1200rpm并且发动机扭矩分数(etf)为0.2。(在此实例中，etf表示希望的发动机扭矩。例如，etf＝1假设满负载发动机输出。)

该曲线图的纵轴表示燃料消耗(克/秒)。横轴表示候选点火分数。在此图中，用正方形内的圆标记的数据点表示低nvh点火分数，其中不需要减轻nvh来满足可接受的nhv。圆内带有x的数据点表示高nvh点火分数，其中nvh在不减轻的情况下是不可接受的。这些点正上方的点是用方形标记的点，表示与运行内燃发动机以及使用上述技术来使扭矩平滑从而使nvh达到可接受水平相关联的总燃料消耗。

在没有任何nvh减轻的情况下，点604表示最具燃料效率的点火分数选择，即，递送所希望扭矩的点火分数为0.5，具有可接受的nvh特性和大约0.93g/s的燃料消耗率。然而，点606是对于点604而言更优的选择，因为点606需要更少的能量(约0.87g/s)并且使用0.4的点火分数、同时还递送希望的扭矩。虽然已知在发动机速度为1200时点火分数为0.4将产生不可接受量的nvh，但可以使用平滑扭矩来减轻nvh。计算出的0.87g/s的能量成本考虑了减轻的能量成本、但仍低于与点604相关联的能量成本。因此，在该简化实例中，选择点火分数0.4作为操作性点火分数。在这种情况下的燃料节约((0.93-0.87)/0.93)约为6.5％，表明了使用这里描述的控制方法的优点。

应该指出的是，可以基于除燃料效率以外的因素选择操作性点火分数。例如在一些实施例中，能量储存/释放装置124的状态参与选择过程。也就是说，考虑其中特定的高nvh点火分数被确定为适合于递送所希望扭矩的实例。此外，nvh减少模块121确定可以利用平滑扭矩、例如使用上述技术来充分地减轻与点火分数相关联的nvh。nvh减少模块121还确定产生合适的平滑扭矩所需的能量。然而，nvh减少模块121和/或点火分数计算器112还可以由于能量储存/释放装置当前不能产生必要的平滑扭矩而确定不能将该点火分数选择为操作性点火分数(例如基于电池状态、缺乏储存能量、不能提供所确定的能量等)。相反，如果能量储存装置几乎已满(可能由于再生制动)，那么减轻的成本可能与先前的计算相比降低。

返回图2，在步骤212中，点火分数计算器112将所选择的操作性点火分数传输到点火正时确定模块120。基于操作点火分数，点火正时确定模块120产生跳过点火式点火序列(步骤212)。在步骤214中，确定操作性点火分数是否要求nvh减轻。如果不(例如，为低nvh点火分数)，则该方法进行到步骤222。在步骤222中，基于点火序列以跳过点火方式运行发动机。

如果确定操作点火分数确实要求nvh减轻，则nvh减少模块121确定合适的平滑扭矩(步骤216)。平滑扭矩可以包括由能量储存/释放装置124施加给动力传动系的任何合适的平滑扭矩或平滑扭矩波形，以帮助减少由点火序列产生的nvh。可以使用任何合适的算法、技术或机制(例如，结合图1描述的任何技术)来产生平滑扭矩。

一种途径可以描述如下。在点火分数计算器112选择操作性点火分数并确定需要产生适当的平滑扭矩之后，点火分数计算器112将操作性点火分数传输到点火正时确定模块120。点火正时确定模块然后基于操作性点火分数来生成跳过点火式点火序列。

该点火序列被传输到nvh减少模块121。nvh减少模块分析该跳过点火式点火序列、并确认该序列应产生的发动机扭矩中的一个或多个所选择的变化。这可以以各种各样的方式进行。例如在一些实施例中，扭矩可以被表征为具有固定分量和可变分量(例如由多谐波变化/正弦波形成)的扭矩波形。一些途径涉及选择频率为基频的谐波正弦波。其他途径涉及选择相关频率包括基频和一个或多个其他频率的多谐波正弦波(例如，二阶谐波等)。

nvh减少模块121接着基于所选择的变化/正弦波来产生平滑扭矩。如之前讨论的，以多种不同途径，平滑扭矩采用与由内燃发动机产生的谐波基本相同的频率的一个或多个正弦波形的形式。以一些途径，平滑扭矩波形将具有与所选择的变化相同的频率、但是将异相(例如，偏移180°)，以消除由发动机产生的扭矩变化。平滑扭矩被设计为至少部分地但不一定完全抵消作为至少一些nvh的来源的所选择的变化。在多种不同应用中，平滑扭矩波形的幅值被设计成使点火序列所产生的nvh低于预定义水平。

在步骤218中，基于在步骤210中选择的操作性点火分数及其相应的点火序列，以跳过点火方式来运行发动机。在步骤220中，当在发动机编排跳过点火式点火序列时，能量储存/释放装置124将步骤216中所确定的平滑扭矩施加给动力传动系。因此，平滑扭矩帮助减少由该跳过点火式点火序列产生的nvh。在多种不同的实施例中，nvh减少模块121接收恰当地对施加平滑扭矩和执行点火序列加以协调所需的任何合适的输入(例如，点火序列、发动机速度、当前汽缸等)。

方法200的上述操作可以逐个点火时机地执行。替代地，一个、一些或所有上述操作可以稍微更不频繁地执行，例如每个发动机循环一次或多次。

接着参见图3，将描述根据本发明的具体实施例的动力传动系统300。动力传动系统300包括动力传动系控制器100、内燃发动机304、能量储存/释放装置124、曲轴308、变速器312、以及车轮314。发动机304和/或发动机储存/释放装置124被安排成用于向曲轴308施加扭矩，该曲轴通过变速器312驱动车轮314。在图1中描述的动力传动系控制器被安排成用于协调发动机304和能量储存释放装置124的操作。可以使用结合图1、2、12和13描述的任何技术来操作该动力传动系统。应当理解，尽管在图3中展示了特定的动力传动系配置，但图中的部件可以以任何合适的安排来定位。

能量储存/释放装置124被安排成用于向动力传动系添加扭矩或从中削减扭矩。在多种不同的实施例中，能量储存/释放装置124产生平滑扭矩脉冲波形。由能量储存/释放装置124施加的平滑扭矩脉冲波形可以基本上是在一个时刻施加扭矩并在另一时刻削减扭矩的一个或多个正弦波形的总和。通常，平滑扭矩脉冲波形被安排成用于抵消由发动机产生的扭矩的选定变化(例如，结合图1的nvh减少模块121和图2的步骤216所讨论的)。

能量储存/释放装置124可以是可以从动力传动系吸收或削减扭矩、储存所得到的能量、和/或使用该能量来向动力传动系添加扭矩的任何一个或多个合适的装置。在多种不同的实现方式中，能量储存/释放装置124包括马达/发电机和电池或电容器。在其他实现方式中，能量/储存释放装置124以机械(例如飞轮)、气动或液压的方式储存和释放能量。

一些实施例涉及被安排成具有多种应用、即除了产生平滑扭矩之外的其他应用的能量储存/释放装置124。例如在一些应用中，为了提高燃料效率(例如，使用再生制动等)，能量储存/释放装置124也以与任何现代混合动力车辆相同的方式从动力传动系中削减扭矩并向其添加扭矩。这就是说，除了提供振荡的平滑扭矩外，能量储存/释放装置还向动力传动系扭矩提供dc分量。该dc分量可以根据操作条件、当前储存在能量储存/释放装置中的能量的量以及其他变量而为正或负。可以部分地选择dc分量来补偿与能量储存/释放装置的存储和释放能量相关联的低效率。能量储存/释放装置124也可以是用于作为起动/停止发动机系统的一部分来重新启动发动机的集成起动器-发电机。

以多种不同途径，能量储存/释放装置124还用于使不同点火分数之间过渡平滑。作为示例，如果发动机以跳过点火方式运行并且从较低的点火分数转换到较高的点火分数，则歧管绝对压力可能需要时间从较高水平调整到较低水平。也就是说，如果立即进行切换，则由于汽缸输出过大，车辆可能会向前窜动。在多种不同应用中并且在这样的情形下，能量储存/释放装置124被安排成从动力传动系吸收扭矩/向其供应扭矩，从而有助于确保点火分数之间的平滑过渡。作为示例，动力传动系控制器100和能量储存/释放装置124可以使用美国专利申请号13/654,244和美国临时专利申请号62/053,351中描述的任何技术或操作进行操作，出于所有目的将这些申请的全部内容通过援引并入本文。

本发明主要是在控制适用于机动车辆中的4-冲程活塞发动机的点火的背景下进行描述的。然而，应理解的是，所描述的跳过点火方法非常适合用于多种多样的内燃发动机中。这些内燃发动机包括用于几乎任何类型的车辆—包括汽车、卡车、轮船、建筑设备、飞行器、摩托车、轻便摩托车等；并且适合于涉及工作室的点火和利用内燃发动机的几乎任何其他应用的发动机。所描述的这些不同途径用于以多种多样的不同热力学循环来运行的发动机，包括几乎任何类型的两冲程活塞发动机、柴油发动机、奥托循环发动机、双循环发动机、米勒循环发动机、艾金森(atkinson)循环发动机、汪克尔(wankel)发动机以及其他类型的旋转发动机、混合循环发动机(例如，双奥托发动机和柴油发动机)、星型发动机等。还认为所描述的方法将良好地适用于新开发的内燃发动机，无论它们是否利用当前已知的或以后开发的热力学循环来运行。

在一些优选实施例中，该点火正时确定模块利用了德尔塔西格玛转换。虽然认为德尔塔西格玛转换器非常适合用于此应用中，但应了解的是，这些转换器可以采用多种多样的调制方案。例如，可以使用脉宽调制、脉冲高度调制、cdma定向调制、或其他调制方案来递送该驱动脉冲信号。所描述的实施例中的一些实施例利用了一阶转换器。然而，在其他实施例中可以使用高阶转换器或预定点火序列库。

应了解的是，在本申请中考虑到的这些动力传动系控制器不局限于图1和3中所示的具体安排。可以将所展示模块中的一个或多个整合在一起。替代地，具体模块的特征可以替代地分布到多个模块中。该控制器还可以包括基于其他共同转让的专利申请的附加特征、模块或操作，包括美国专利号7,954,474；7,886,715；7,849,835；7,577,511；8,099,224；8,131,445；和8,131,447；美国专利申请号13/774,134；13/963,686；13/953,615；13/886,107；13/963,759；13/963,819；13/961,701；13/963,744；13/843,567；13/794,157；13/842,234；13/004,839，13/654,244；13/004,844；14/207,109；和13/681,378以及美国临时专利申请号61/952,737和61/879,481，出于所有目的将这些申请各自的全部内容通过援引并入本文。可以将以上专利文献中描述的任何特征、模块和操作添加至控制器100。在多个不同的替代性实现方式中，可以使用微处理器、ecu或其他计算装置，使用模拟部件或数字部件，使用可编程逻辑，使用前述各项的组合和/或以任何其他适合的方式来在算法上实现这些功能块。

在美国专利号8,015,960中描述了使用电动机器减少振动的技术，尽管该技术在若干方面与本发明的多个不同实施例不同。一方面，‘960号专利专注于可变排量发动机控制系统，而不是跳过点火式发动机控制系统。此外，‘960号专利描述了以下过程：1)确定施加到曲轴的扭矩；2)从由于可变排量模式中不均匀汽缸点火引起的扭矩中提取分量；3)从所提取的分量中去除固定分量(固定目标扭矩)以便在所提取的分量中仅留下可变分量；4)产生对抗在第三步骤中产生的可变分量的减振扭矩。换句话说，该减振扭矩被安排成对抗由于不均匀汽缸点火引起的所有变化(即，在去除目标扭矩之后)。在本发明的不同实施例中，产生的平滑扭矩并不一定对抗由于不均匀的汽缸点火引起的所有变化。而是，在一些实施例中，平滑扭矩仅对抗一部分的变化(例如，平滑扭矩可以仅对抗具有特定频率、诸如基频等的一个或多个谐波正弦波)。在多种不同的实现方式中，平滑扭矩并不对抗由于不均匀汽缸点火引起的特定类型的变化，例如，可能不会对抗一个或多个其他谐波正弦波。本发明的多个不同实施例还描述了仅应用足以满足nvh目标的量的平滑扭矩的控制算法。考虑到与产生平滑扭矩相关联的能量成本，该控制算法还选择使燃料效率最大化的操作性点火分数。本发明与现有技术之间的另一区别在于，平滑扭矩的频率可能不等于点火频率。例如，在1500rpm并且点火分数为40％的情况下，点火频率为40hz，但是希望的平滑扭矩可以具有20hz的频率。

虽然已经通过使用点火分数来表征点火序列而一般性地描述了本发明，但这不是要求。图12示出了动力传动系控制器1200的实施例。动力传动系控制器1200的这些不同元件中的许多元件与关于图1所示的动力传动系控制器100所示出和描述的相似或相同。与动力传动系统控制器100不同，图12示出了不参考点火分数地直接从扭矩请求信号111生成驱动脉冲信号113。替代地，点火序列发生器1202可以产生驱动脉冲信号113。驱动脉冲信号113可以由比特流组成，其中针对定义了该点火序列的当前汽缸点火时机每个0指示跳过、并且每个1指示点火。与点火时机相关联的点火决定是在点火时机之前生成的，以便为点火控制单元140正确配置发动机提供足够的时间，例如，在跳过点火时机中停用汽缸进气门。根据点火时机对应于跳过还是点火、以及动力传动系参数调整模块116所限定的动力传动系参数的设定，每个点火时机将具有已知的扭矩特征。

可以使用各种各样的方法来确定点火序列和平滑扭矩。在一个实施例中，可以使用短时域模型预测控制作为该优化问题的一部分，其包括匹配所请求的和所递送的扭矩、nvh、以及与产生该平滑扭矩相关联的能量成本。在多种不同的实施例中，模型预测控制是使用短时域最优控制计算直接了当地处理具有多个性能指标的系统的最优控制方法。在该方法的多种不同实现方式中，每次使用新的系统测量来执行离散优化，以计算在当前时刻应用于受控系统的最佳系统输入。该方法在每次希望新的输入时重复地求解该优化。该模型的输入可以包括请求的扭矩、与跳过和点火相关联的扭矩特征、可接受的nvh水平、可接受的排放水平、以及与产生平滑扭矩相关联的能量成本和能量/功率约束。模型变量可以包括但不限于发动机速度、变速器挡位设定、发动机和环境温度、道路状况、以及发动机参数如map、气门正时和火花正时。

应用该控制方法可以涉及在点火序列发生器1202中在每个点火时机确定和评估动力传动系参数、平滑扭矩和点火序列的递送所请求扭矩的多种不同组合。然后，点火序列发生器1202可以产生点火序列，该点火序列可以根据系统约束以可接受的nvh递送最优/改进的燃料经济性。这种控制方法在点火序列是非周期性的时、例如在与改变扭矩请求111相关联的点火序列之间过渡期间也是尤其有用的，但也自然适用于稳定的扭矩请求。这里的短时域可以指的是已经做出但尚未实施的决定。这可以在4到8个点火时机的范围内，因为这些决定在实施之前是已知的，所以可以预先计算平滑扭矩。对平滑扭矩的约束可以包括最大允许扭矩水平和频率递送限制。能量储存约束可以包括当前能量储存水平以及来自能量储存装置的最大功率传输。

在另一实施例中，可以使用自适应滤波器(af)前馈(ff)控制来衰减由燃烧事件引起的不希望的扭矩振荡。在一些实施例中，af-ff控制可以利用以下事实的优点，即点火序列和所产生的扭矩扰动是清楚限定的。图13示出了af-ff控制的示意图。af-ff控制的目的是衰减对于系统的感兴趣的扰动，af-ff控制通过产生对抗施加在系统上的扰动的扰动消除信号来实现这一目标。在这种情况下，扰动是发动机扭矩1310距其平均值的变化。数字滤波器1304基于输入的扰动相关信号1312产生滤波器输出1314。扰动相关信号1312可以具有为零的平均值，以便不改变平均总动力传动系输出扭矩。扰动相关信号1312含有关于预期扰动的信息，具有一些时间提前。该信号1312可以基于与跳过和点火相关联的点火序列和估计的扭矩特征。可以使用扭矩请求、点火分数、西格玛德尔塔滤波器、查找表、状态机或通过其他方式来推导出点火序列。滤波器输出1314可以被输入到平滑扭矩模块1302，该平滑扭矩模块产生平滑扭矩1316。平滑扭矩模块1302表示马达/发电机或提供平滑扭矩的任何其他系统的动态响应，该平滑扭矩包括任何响应延迟或限制，以便产生希望的平滑扭矩1316。在求和点1318中将平滑扭矩1316与发动机扭矩1310组合。求和点1318向动力传动系输出所递送的扭矩1320。求和点1318示出了从发动机扭矩1310减去平滑扭矩1316。应当理解，在其他实施例中，平滑扭矩可以具有相反的极性，并且平滑扭矩被添加到发动机扭矩。

称为权重的自适应滤波器参数可以被权重更新模块1306更新，该权重更新模块使用自适应算法来使得平滑扭矩1316与扰动之间的差异最小化，发动机扭矩1310小于平均值，以便使所递送的扭矩1320平滑。权重更新模块1306使用平滑扭矩模块1302的模型和所递送扭矩1320和扰动相关信号1312二者的输入来确定适当的权重。这种最小化可能涉及使这些信号之间的均方差最小化，但可以使用其他最小化指标。

示出了在图13中描绘这些不同信号的时间行为的曲线图，以更好地理解和解释示例动力传动系控制器1300的操作。发动机扭矩曲线图1311表示与图8中先前所示相似的发动机扭矩输出振荡。扰动相关信号曲线图1313示出了为了使得所递送扭矩1320的变化最小化而需要的发动机扭矩扰动的估计信号。该估计反映了点火的跳过点火性质，因此它将向数字滤波器1304提供必要的频率分量信息，这将导致滤波器输出1314具有适当的频率分量。基于与滤波器的幅值和相位响应相关联的这些不同权重，数字滤波器1304将自适应地控制滤波器输出1314来使得所递送扭矩1320中的扰动最小化。滤波器输出曲线图1315示出了数字滤波器1304如何修改扰动相关信号1312。滤波器输出1314被输入到平滑扭矩模块1302中，该平滑扭矩模块包括马达/发电机或能产生或吸收扭矩的某个类似系统。平滑扭矩模块1302输出曲线图1317所描绘的平滑扭矩1316。曲线图1317示出了平滑扭矩1316如何匹配和抵消发动机扭矩1310的变化。当在加法器1318中组合平滑扭矩与发动机扭矩时，所得到的递送扭矩1320具有如曲线图1321中描绘的相对小的扭矩变化。

af-ff控制的多种不同实现方式的优点在于，由于它是前馈控制，所以它可以消除或至少最小化在平滑扭矩模块的带宽内的扰动相关信号中的任何扰动，只要扰动相关信号1312相对于扰动的时间提前大于由扭矩平滑模块1302和数字滤波器1304中的滤波器计算引起的延迟即可。对数字滤波器1304中使用的权重的适配相对于扰动的变化更慢，但这并不制约控制器1300衰减该扰动的能力。该自适应算法确定关于扰动相关信号1312和实际扰动(发动机扭矩1310的变化)的动力传动系特性，该信号是固定的或其变化率比扰动的变化率慢得多。

自适应滤波器前馈和短时域模型预测控制二者的一种输入是与汽缸跳过和点火相关联的扭矩特征。图14示出了与点火曲线1410和没有点火(跳过)曲线1420相关联的代表性扭矩特征。这些代表性曲线描绘了跨过720度曲轴旋转的工作循环与汽缸相关联的归一化扭矩输出。这些代表性的扭矩特征可以基于发动机参数进行缩放和调整。总发动机扭矩是由所有汽缸产生的扭矩之和给出。总估计发动机扭矩接着可以用作短时域预测模型控制或自适应滤波器前馈控制系统的一部分。

虽然已经详细描述了本发明的几个实施例，但应当理解，本发明可以以许多其他形式来实施而不背离本发明的精神或范围。例如，这些附图和实施例有时候描述了具体的安排、操作步骤和控制机构。应了解的是，可以适当地修改这些机构和步骤以适应不同应用的需要。例如，并不要求nvh减少模块的这些操作和特征中的一些或全部，而是可以将这些操作中的一些或全部适当地转移给其他模块，例如点火分数计算器和/或点火正时确定单元。此外，虽然图2展示的方法隐含着具体顺序，但应了解的是，不要求这个顺序。在一些实施例中，所描述的操作中的一项或多项被重新排序、替换、修改或去除。虽然本发明适用于所有形式的混合动力车辆，但是它尤其适用于具有相对较小能量储存和不足以提供驱动车辆的全部动力的马达/发电机容量的微混合动力车。本发明也适用于具有任何数量汽缸的发动机。本发明的多个不同实施例在具有相对较小的发动机、例如2、3或4缸发动机的紧凑型车辆中是尤其有利的，其中与低汽缸数的跳过点火式发动机相关联的nvh可以通过平滑扭矩来减轻。因此，本发明实施例应当被认为是展示性的而非限制性的，并且本发明不限于在此给出的细节。