专利名称：发动机动力控制装置和方法
技术领域：
本发明涉及一种发动机动力控制装置和方法，来控制由发动机产生的转矩。
背景技术：
例如，日本专利公报No.10-325348公布了发动机转矩需求控制，在其中，基于目标发动机转速和实际发动机转速之间的差来确定使发动机怠速运转的目标转矩，并且控制发动机动力，从而获得目标转矩。
不采用如上所述的基于发动机转速的PID控制和PI控制，日本专利公报No.5-248291公布了一种现代控制的类型，在其中，建立发动机模型来获得一个评价函数，并控制发动机，使得评价函数的值最小。
在第一个公报中公布的技术包括PID控制或PI控制，在其中，发动机转矩服从于反馈控制，而反馈控制是基于依据对受控对象比如节气门开度的调节而在发动机转速中实际发生的现象。因此，发动机转矩的调节量没有反映任何物理原理。因此，很难确定收敛性和通过反馈增益得到的响应之间的平衡。从而，用于改变转矩的操作的响应不得不减弱。
在第二个公报中公布的技术，响应不必像在第一公报中那样减弱。然而，执行这种操作的方法，不能被直观的理解，并且它需要许多步骤去修正模型上的控制和实际发动机的控制之间的偏差。从而，第二公报的控制不适合大规模生产。
发明内容
本发明涉及一种发动机动力控制装置和方法，来提高发动机动力控制的响应，而不用进行如现代控制中的建模。
为了达到上述的和其它的目标，根据本发明的目的，设置有用于控制发动机动力的装置。该装置包括第一计算部分、第二计算部分、第三计算部分和修正部分。第一计算部分计算第一转矩平衡，第一转矩平衡代表发动机产生的转矩和估算的发动机负荷转矩之间的差，发动机输出转矩是由发动机产生的转矩，所估算的发动机负荷转矩是施加给发动机的负荷转矩。第二计算部分计算代表发动机转速变化的第二转矩平衡。第三计算部分计算第一转矩平衡和第二转矩平衡之间的差，作为转矩平衡差。修正部分基于转矩平衡差修正发动机动力。
本发明也提供一种方法，用于控制发动机的动力。该方法包括获取发动机产生的转矩，这是由发动机产生的转矩；获取估算的发动机负荷转矩，这是施加给发动机的负荷转矩；计算第一转矩平衡，它代表发动机产生的转矩和估算的发动机负荷转矩之间的差；计算第二转矩平衡，它代表发动机转速变化；计算第一转矩平衡和第二转矩平衡之间的差，作为转矩平衡差；和基于转矩平衡差修正发动机动力。
结合附图，举例说明发明原理，从以下的说明中本发明的其它方面和优势将变得显而易见。
参考以下结合附图对当前优选实施例的说明，可以最好的理解本发明及其目标和优势，其中图1是依据本发明第一实施例的发动机和ECU的简图；图2是说明依据第一实施例的转矩控制过程的框图；图3是说明依据第一实施例的转矩控制过程的框图；图4是依据第一实施例的估算转矩平衡TQx和加速度计算转矩平衡TQy的同步曲线图；图5是依据第一实施例由ECU执行的怠速控制过程流程图；图6也是怠速控制过程流程图；图7是依据第一实施例的控制实例的时间历程图；图8是说明依据第二实施例的转矩控制过程的框图；图9是说明依据第二实施例的转矩控制过程的框图；图10是依据第二实施例由ECU执行的产生的转矩控制过程流程图；图11也是产生的转矩控制过程流程图；图12是控制的另一个实例的时间历程图；和图13是控制的另一个实例的时间历程图。
具体实施例方式
现在将说明本发明的第一实施例。
图1是汽油发动机2，电子控制单元(ECU)4的示图，电子控制单元作为控制装置运行。发动机2有多个气缸，在这个实施例里它的数量是四。发动机2是四气门发动机，其中每个气缸都有两个进气门和两个排气门。气缸的数量可以是三个或多于五个。此外，本发明可以适用于两气门发动机，或每个气缸都有三个或更多气门的多气门发动机。
车辆在行驶的时候，发动机2的动力通过动力系从曲轴6a传递到车轮，动力系包括离合器和变速器。发动机2有活塞和燃烧室。燃烧室由气缸体6和气缸盖8确定。在气缸盖8中设置有火花塞10和燃油喷射阀12。各个火花塞10在相应的燃烧室中点燃空气-燃油混和物，各个燃油喷射阀12直接将燃油喷入相应的燃烧室。可以构造为，燃油喷射阀12将燃油喷入连接到燃烧室的进气口。
下游进气通道14连接到各个气缸的进气口。下游进气通道14位于稳压罐16下游，并连接到稳压罐16。上游进气通道18连接到稳压罐16的上游。节气门22位于上游进气通道18中。节气门22的开度，或节气门开度TA，是由电机20调节的。节气门开度TA被控制用来调节进气量GA。节气门开度TA由节气门开度传感器24检测，并发送给ECU 4。进气量GA由位于节气门22上游的进气量传感器26检测，并发送给ECU 4。
连接到燃烧室的排气口连接到排气道28。排气净化催化转化器30位于排气道28中。此外，空-燃比传感器32位于排气道28中。空-燃比传感器32基于排气道28中废气的成分检测空-燃比AF。检测到的空-燃比AF发送给ECU 4。
ECU 4是有作为主要构成的数字计算机的发动机控制电路。除了节气门开度传感器24、进气量传感器26和空-燃比传感器32，ECU 4还从检测发动机2的工况的传感器中接收信号。特别的，ECU 4从油门踏板传感器36、发动机转速传感器38和基准曲柄角传感器40中接收信号。油门踏板传感器36检测油门踏板34的下压量，或油门踏板下压量ACCP。发动机转速传感器38基于曲轴6a的旋转检测发动机的转速NE。基准曲柄角传感器40基于进气凸轮轴的旋转角确定基准曲柄角。此外，发动机ECU 4从冷却液温度传感器42和空调开关44中接收信号，前者42检测发动机冷却液温度THW，后者44用来开启和关闭由发动机2驱动的空调。除了上面说明的传感器，还设置有用于检测其它数据的传感器。
基于连接的传感器的检测结果，通过把控制信号发送给燃油喷射阀12、用于节气门22的电机20和火花塞10，发动机ECU 4控制发动机2的燃油喷射正时、燃油喷射量Q、节气门开度TA和点火正时。用这种方法，ECU 4依据工况调节发动机产生的转矩。此外，如果ECU4从空调开关44接收到开启空调的信号，ECU 4利用电磁离合器48使曲轴6a和用于空调的压缩机46接合，从而开启空调。相反，如果ECU 4从空调开关44接收到关闭空调的信号，ECU 4使电磁离合器48分离，从而关闭空调。
当发动机2怠速的时候，ECU 4如在图2和3的框图中的说明那样调节发动机产生的转矩TQe。
现在将说明图2。基于目标怠速NT，参考定义了发动机转速NE和发动机摩擦力矩TQ之间关系的关系图MapTQ，ECU4获得对应于发动机转速处于目标怠速NT状态的发动机摩擦力矩TQi。发动机摩擦力矩TQ指的是由于发动机2中产生的摩擦而施加给发动机2的负荷转矩。如果发动机2没有承受附属设备比如空调的负荷，目标怠速NT设定为基本目标怠速。如果有任何附属设备正在运转，目标怠速设定为高于基本目标怠速。
附属设备负荷转矩TQh加上发动机摩擦力矩TQi，结果被设定为估算的发动机负荷转矩TQa。附属设备负荷转矩TQh是由附属设备施加给发动机2的负荷转矩，相当于在目标怠速NT下的负荷转矩，在这种情况下，是由空调施加的负荷转矩。附属设备负荷转矩TQh也是基于目标怠速NT，参考关系图来设定。
当发动机2处于目标怠速NT运转的时候，估算的发动机负荷转矩TQa代表了阻碍发动机2旋转的负荷作用在发动机2上的转矩。
估算的发动机负荷转矩TQa、转速反馈修正转矩TQb和估算的转矩偏差TQc之和作为ISC需求转矩TQr被输出。转速反馈修正转矩TQb基于目标怠速NT和由发动机转速传感器38的信号检测到的发动机转速NE之间的差来设定，使得发动机转速NE向目标怠速NT靠近。估算的转矩偏差TQc如图3所示。
然后，ECU 4的转矩实现部分控制火花塞10的点火正时、节气门开度TA和燃油喷射阀12的喷射量Q，使ISC需求转矩TQr得以实现。
现在将说明图3。首先基于发动机转速NE，参考如图2所示的关系图MapTQ设定当前发动机摩擦力矩TQd。
附属设备负荷转矩TQg加上发动机摩擦力矩TQd，其结果被设定为估算的发动机负荷转矩TQf。附属设备负荷转矩TQg相当于在当前发动机转速NE下由附属设备施加给发动机2的负荷转矩。基于发动机实际转速NE，参考用来获取附属设备负荷转矩TQh的同样的关系图，来设定附属设备负荷转矩TQg。
当处于当前发动机转速NE下运转的时候，估算的发动机负荷转矩TQf代表阻碍发动机2旋转的负荷作用在发动机2上的转矩。
然后，发动机产生的转矩TQe减去估算的发动机负荷转矩TQf，其结果被设定为转矩差DTQ。可以通过用转矩传感器实际检测发动机2的输出转矩，依据基于由燃烧压力传感器检测到的燃烧压力的平均有效压力计算转矩，或者参考通过使用发动机转速NE和燃油喷射量Q作为参数的实验预先设置的关系图来获得发动机产生的转矩TQe。在这个实施例中，基于发动机转速NE和燃油喷射量Q，参考关系图获得发动机产生的转矩TQe。
转矩差DTQ加上在上一个控制循环中得到的转矩差DTQold，结果被设定为总转矩DTQadd。总转矩DTQadd减半，结果被设定为估算的转矩平衡TQx(第一转矩平衡)。
另一方面，发动机转速NE减去在上一个控制循环中得到的先前发动机转速NEold，结果被设定为发动机转矩变化ΔNE。发动机转矩变化ΔNE除以控制周期Δt，这个结果乘以变换因子K得到曲轴6a的角加速度dw(rad/s)。角加速度dw乘以预先得到的包括发动机2和由发动机2驱动的附属设备的发动机旋转系统的转动惯量Ie，结果被设定为加速度计算转矩平衡TQy(相当于第二转矩平衡)。
估算的转矩平衡TQx减去加速度计算转矩平衡TQy，结果被设定为转矩偏差TQc。
然后，如图2所示，估算的转矩偏差TQc加上估算的发动机负荷转矩TQa和反馈修正转矩TQb，得到ISC需求转矩TQr。
当设定估算的转矩平衡TQx的时候，总转矩DTQadd是转矩差DTQ和上个循环的转矩差DTQold的和，总转矩DTQadd减半，原因如下。
如图4所示，在间隔一个控制周期Δt的时间点t1、t2和t3执行控制。在时间点t2的计算中，通过从执行时间点t2的发动机转速NE减去在前一个执行时间点t1的先前发动机转速NEold，得到用于获取加速度计算转矩平衡TQy的发动机转速变化ΔNE。因此，基于发动机转速变化ΔNE、控制周期Δt、变换因子K和转动惯量Ie计算得到的加速度计算转矩平衡TQy是在执行时间点t1和执行时间点t2的两个加速度值的平均值。从而，作为估算的转矩平衡TQx，从中加速度计算转矩平衡TQy被减去，用到的是执行时间点t1的转矩差DTQold和执行时间点t2的转矩差DTQ之间的平均值。
怠速控制过程流程图实例如图5和6所示。流程图5和6对应于框图2和3。当发动机2怠速的时候或当节气门开度TA为0％的时候，在一个预定时间间隔内，重复执行这个过程，在这个实施例中这个时间间隔等于控制周期Δt。流程图中的步骤，每个都对应一个过程，用S表示。
首先，基于从发动机转速传感器38传来的信号检测到的发动机转速NE和从燃油喷射阀12喷射的燃油喷射量Q被读入设置在ECU 4中的工作存储器(S102)。然后，确定空调开关44是开启还是关闭。
如果空调开关44是关闭的，或者如果S104的结果是否定的，那么基本目标怠速的值设定为目标怠速NT(S106)。另一方面，如果空调开关是开启的，或者如果S104的结果是肯定的，那么用于运转空调的目标怠速的值设定为目标怠速NT(S108)。
在步骤110，基于目标怠速NT，参考关系图MapTQ计算发动机摩擦力矩TQi。
在步骤112，基于目标怠速NT，参考关系图Maph计算附属设备负荷转矩TQh。关系图Maph是依靠当前由发动机2驱动的附属设备的类型和数量从一组关系图中选择的。如果当前没有附属设备被驱动，那么附属设备负荷转矩TQh为零。
如下面的表达式1所示，发动机摩擦力矩TQi加上附属设备负荷转矩TQh，结果被设定为估算的发动机负荷转矩TQa(S114)。
TQa←TQi+TQh在步骤116，基于发动机转速NE，参考关系图MapTQ计算发动机摩擦力矩TQd。
此外，在步骤118，基于发动机转速NE，参考关系图Maph计算附属设备负荷转矩TQg。关系图Maph设定为和上述步骤S112中讨论的一样。如果当前没有附属设备被驱动，那么附属设备负荷转矩TQg为零。
如下面的表达式2所示，发动机摩擦力矩TQd加上附属设备负荷转矩TQg，结果被设定为估算的发动机负荷转矩TQf(S120)。
TQf←TQd+TQg接着，基于发动机转速NE和燃油喷射量Q，参考关系图MapE计算发动机产生的转矩TQe(S122)。然后，如下面的表达式3所示，发动机产生的转矩TQe减去估算的发动机负荷转矩TQf，结果被设定为转矩差DTQ(S124)。
DTQ←TQe-TQf采用下面的表达式4计算估算的转矩平衡TQx(S126)。
TQx←(DTQ+DTQold)/2表达式4右边的先前转矩差DTQold是上个控制循环中的转矩差DTQ。
然后，转矩差DTQ设定为先前转矩差DTQold(S128)。
采用下面的表达式5计算发动机转速变化ΔNE(S130)。
ΔNE←NE-NEold表达式5右边的先前发动机转速NEold是上个控制循环中的发动机转速NE。
然后，如下面的表达式6所示，基于发动机转速变化ΔNE、转动惯量Ie、变换因子K和控制周期Δt计算加速度计算转矩平衡TQy(S132)。
TQy←Ie×ΔNE×K/Δt然后，发动机转速NE设定为先前发动机转速NEold(S134)。
采用下面的表达式7计算估算的转矩偏差TQc(S136)。
TQc←TQx-TQy接着，基于发动机转速NE和目标怠速NT之间的差，通过PI控制计算反馈修正转矩TQb。
采用下面的表达式8计算ISC需求转矩TQr(S140)。
TQr←TQa+TQb+TQc节气门22的节气门开度TA、燃油喷射阀12的喷射量Q和火花塞10的点火正时受到控制，使ISC需求转矩TQr得以实现(S142)。
依据本实施例的一个处理实例如图7中的时间历程图所示。将说明这样一种情形，在其中，当发动机2怠速的时候，意外的负荷不连续的出现在系统中。在这个实施例中，为了回应紧接在时间点t10之后的发动机转速变化ΔNE的突然下降，加速度计算转矩平衡TQy不连续的变化到负的区域。从而，估算的转矩偏差TQc依据表达式7立即增大，快速而准确的代表了发动机负荷转矩的实际增大。从而ISC需求转矩TQr依据表达式8不连续的增大。
在图7的实例中，当发动机怠速的时候，系统将节气门开度TA调整到对应于怠速状态负荷的程度，并通过调节燃油喷射阀12的喷射量Q控制发动机产生的转矩TQe。因此，喷射量Q对应于ISC需求转矩TQr的不连续增大而不连续的增大，这快速的将发动机产生的转矩TQe增大到所需要的水平。
既然发动机产生的转矩TQe快速增大，那么估算的转矩平衡TQx也增大。从而，即使加速度计算转矩平衡TQy由于发动机转速变化ΔNE的增大而从负的区域趋近于零，估算的转矩偏差TQc也不会减小。因此，如果发动机转速NE在意外的负荷不连续增大之后立即变得不稳定，估算的转矩偏差TQc仍然保持在对应于意外负荷的水平上(t10到t11)。然后，在发动机转速NE稳定之后(从t11开始)，估算的转矩偏差TQc保持在对应于意外负荷的水平上。这允许发动机2的怠速持续到被稳定的控制。也就是说，执行高响应的发动机动力控制。
相反的，在现有技术中，获得发动机转速NE减小到比目标怠速NT低的程度，获得的程度反映在发动机产生的转矩TQe中。在现有技术体系中，当负荷意外的并不连续的增大的时候，因为收敛性和响应之间的平衡设置，不连续增大的负荷不能立即反映在燃油喷射量Q上。因此发动机产生的转矩TQe不能很快增大，并且发动机转速NE要花较长的时间达到稳定，如虚线所示(t10到t12)。也就是说，不能仅仅通过现有的转速反馈控制提高发动机动力控制的响应。
意外的负荷在时间点t13上不连续的成为零。在这个实施例中，为了回应在时间点t13之后的发动机转速变化ΔNE的突然增大，加速度计算转矩平衡TQy不连续的变化到正的区域。从而，估算的转矩偏差TQc依据表达式7立即减小，快速而准确的代表了发动机负荷转矩变成零。从而ISC需求转矩TQr依据表达式8立即不连续的减小。从而，燃油喷射量Q不连续的减小，这快速的将发动机产生的转矩TQe减小到所需要的水平。
既然发动机产生的转矩TQe快速减小，估算的转矩平衡也减小。从而，即使加速度计算转矩平衡TQy由于发动机转速变化ΔNE的减小而从正的区域趋近于零，估算的转矩偏差TQc也不会增大。因此，如果发动机转速NE在意外的负荷不连续变为零之后立即变得不稳定，估算的转矩偏差TQc仍然保持在对应于被消除的负荷的水平上(t13到t14)。然后，在发动机转速NE稳定之后(从t14开始)，估算的转矩偏差TQc保持在对应于意外负荷消失后状态的水平上。这允许发动机2的怠速持续到被稳定的控制。也就是说，执行高响应的发动机动力控制。
相反的，在现有技术中，获得发动机转速NE增大到比目标怠速NT高的程度，获得的程度反映在发动机产生的转矩TQe中。在现有技术体系中，当意外的负荷不连续的变为零的时候，因为收敛性和响应之间的平衡设置，不连续的负荷减小量不能立即反映在燃油喷射量Q上。因此发动机产生的转矩TQe不能很快减小，并且发动机转速NE要花较长的时间达到稳定，如虚线所示(t13到t15)。也就是说，不能仅仅通过现有的转速反馈控制提高发动机动力控制的响应。
在这个实施例中，既然发动机转速NE收敛到目标怠速NT，反馈修正转矩TQb被单独计算。然而，反馈修正转矩TQb是被设计用来补偿估算的转矩偏差TQc的，对控制有很少的影响。
图7是一个意外的负荷不连续出现或消失的实例。然而，即使意外的负荷是逐渐出现或消失的，本实施例也能提高控制负荷变化的响应，而不像现有的技术，有较低的响应。
在上述结构中，怠速控制过程(图5和6)中的步骤S116到S128对应于第一计算部分，步骤S130到S134对应于第二计算部分，步骤S136对应于第三计算部分，步骤S140对应于修正部分。
上述的第一实施例有如下的优势。
(A)估算的转矩平衡TQx，它是发动机产生的转矩TQe和估算的发动机负荷转矩TQf之间的差，作用于发动机2上，改变发动机转速NE。加速度计算转矩平衡TQy，它代表发动机转速NE的变化，是受发动机旋转影响的转矩。
因此，如果估算的转矩平衡TQx不等于加速度计算转矩平衡TQy，那么估算的转矩偏差TQc(相当于转矩平衡差)被认为代表了用于控制发动机动力的估算的发动机负荷转矩TQa和实际的发动机负荷转矩之间的差。
因此，通过基于估算转矩偏差TQc修正发动机的动力(S140)，发动机的状态转变到一个更合适的状态。
同样，既然发动机动力由估算的转矩偏差TQc修正，这已经利用物理原理获得了，收敛性和响应不必利用反馈增益平衡。这就允许发动机的动力对负荷波动有较大的响应。
采用这样的方式，高响应的发动机动力控制可能不需要进行现代控制的建模。
(B)基于发动机工况获得发动机产生的转矩TQe。特别的，通过基于对发动机转速NE和燃油喷射量Q的估算获得发动机产生的转矩TQe。从而，容易执行发动机控制而不需要设置转矩传感器和发动机燃烧压力传感器。
(C)估算的发动机负荷转矩TQf代表了发动机摩擦的负荷转矩和附属设备的负荷转矩，作用于发动机2上并阻碍其转动。因此，基于发动机转速NE参考关系图MapTQ得到发动机摩擦力矩TQd(S116)，基于发动机转速NE、参考对应于附属设备类型和数量的Maph得到附属设备负荷转矩TQg(S118)。
采用这种方法，基于发动机转速NE容易计算估算的发动机负荷转矩TQf。从而，容易执行上述的发动机控制。
(D)基于发动机转速NE也容易计算加速度计算平衡TQy(S130，S132)。从而，容易执行上述的发动机控制。
(E)如表达式6所示，用于计算加速度计算转矩平衡TQy的发动机转速变化ΔNE，相当于在一个约相当于控制周期Δt的周期内加速度的平均值。
因此，在各个控制循环中，估算的转矩平衡TQx不是严格等于发动机产生的转矩TQe和估算的发动机负荷转矩TQf之间的转矩差DTQ，但是它是两个转矩差DTQ和在约相当于控制周期Δt的时间间隔上得到的DTQold之间的平均值。从而，估算的转矩平衡TQx和加速度计算转矩平衡TQy之间的延时被消除。这更进一步的提高了发动机动力控制的精度。
现在将说明本发明的第二实施例。
在这个实施例中，本发明也应用于发动机2除了怠速状态的其它状态。在这个实施例中，当发动机2怠速的时候，ECU 4执行和第一实施例中一样的怠速控制过程(图2，3，5和6)。当发动机2不处于怠速状态时，ECU 4如图8和9中的框图说明那样调节发动机产生的转矩TQe。从而，在下面的说明中，必须参考图1到6。同样，发动机2和车辆有换档传感器、车速传感器、车重传感器和道路倾角传感器。ECU 4检测变速器的换档状态、车速、车辆加速度、包括乘客在内的车重和道路倾角。此外，在曲轴6a和离合器之间设置有转矩传感器，用来检测变速系统的负荷，或动力系的负荷转矩TQv。动力系负荷转矩TQv是动力系施加在发动机2上的负荷转矩。
现在将说明图8。基于由油门踏板传感器36检测到的油门踏板下压量ACCP，参考关系图MapTQacep，它定义了油门踏板下压量ACCP和指令转矩TQaccp之间的关系，ECU 4首先获得指令转矩TQaccp。关系图MapTQaccp被设计成使得油门踏板下压量ACCP和指令转矩TQaccp实际上是互相成比例的。
然后，基于由发动机转速传感器38检测到的发动机转速NE，参考第一实施例中说明的关系图MapTQ，计算对应于检测到的发动机转速NE的发动机摩擦力矩TQd。发动机摩擦力矩TQd加上附属设备负荷转矩TQg，结果被设定为负荷转矩TQa。在第一实施例中说明了附属设备负荷转矩TQg。然而，在第二实施例中，附属设备负荷转矩TQg是基于发动机转速NE，参考关系图Maph得到的。
指令转矩TQaccp、负荷转矩TQa、反馈修正转矩TQb和估算的转矩偏差TQc的和作为行驶状态需求转矩TQar输出。在第一实施例中，当发动机2怠速的时候，计算修正转矩用于使发动机转速NE靠近目标怠速NT。在第二实施例中，这个修正转矩设定为一个固定的值(经验值)，用作反馈修正转矩TQb。
然后，ECU 4的转矩实现部分控制火花塞10的点火正时、节气门22的开度TA和燃油喷射阀12的喷射量Q，使得发动机2产生行驶状态需求转矩TQar。
现在将参考图9说明估算的转矩偏差TQc。采用第一实施例中说明的方法计算的发动机产生的转矩TQe减去估算的发动机负荷TQz，结果被设定为转矩差DTQ。估算的转矩平衡TQx是采用第一实施例中说明的方法从转矩差DTQ中计算的。
估算的发动机负荷转矩TQz是动力系负荷转矩TQv和如图8中所示的负荷转矩TQa的和(TQz＝TQd+TQg)。动力系负荷转矩TQv是从动力系传递到曲轴6a的负荷转矩，由设置在曲轴6a和离合器之间的转矩传感器检测。不用这种转矩传感器检测动力系负荷转矩TQv，动力系负荷转矩TQv也可以通过以下方式获得。那就是，通过上述传感器检测车辆加速度、包括乘客在内的车重、变速器的换档状态、依据车速的行驶阻力和道路倾角，基于检测到的数据，参考用于动力系负荷的转矩图可以得到动力系负荷转矩TQv。
发动机转速NE和角加速度dw采用如第一实施例中说明的方法进行计算。
此外，发动机旋转系统的转动惯量Ie加上动力系转动惯量Ix得到行驶状态中的转动惯量Iae。动力系转动惯量Ix指的是由包括乘客在内的车重、变速器的换档状态、依据车速的行驶阻力和道路倾角产生的转动惯量。转动惯量Ix的值是基于车重传感器、换档传感器、车速传感器和道路倾角传感器检测到的值，参考转动惯量图而计算的。例如，与车重相关的行驶状态转动惯量是基于车重M、档位SFT和道路倾角α，参考关系图Mapmst得到的。此外，与速度比如车辆行驶阻力相关的行驶状态转动惯量是基于车速SPD，参考关系图Mapspd得到的。转动惯量的和设定为动力系转动惯量Ix。
角速度dw乘以行驶状态中的转动惯量Iae，来计算加速度计算转矩平衡TQy。
如第一实施例所述，估算的转矩平衡TQx减去加速度计算转矩平衡TQy，结果被设定为转矩偏差TQc。
如图8所示，指令转矩TQaccp、负荷转矩TQa和反馈修正转矩TQb加上估算的转矩偏差TQc，得到行驶状态需求转矩TQar。
输出转矩控制过程的流程图的实例如图10和11所示。图10和11的流程图对应于图8和9的框图。当发动机不处于怠速状态时，在一个预定时间间隔内重复执行这个过程，这个时间间隔在这个实施例中相当于控制周期Δt。
首先，从传感器和过程中将油门踏板下压量ACCP、发动机转速NE、燃油喷射量Q、车重M、档位SFT、车速SPD、车辆加速度Vacc、道路倾角α和动力系负荷转矩TQv读入设置在ECU 4中的工作存储器(S202)。
然后，基于油门踏板下压量ACCP，参考关系图MapTQaccp计算指令转矩TQaccp(S204)。
在步骤206，基于发动机转速NE，参考关系图MapTQ计算发动机摩擦力矩TQd。
在步骤208，基于发动机转速NE，参考关系图Maph，采用和第一实施例中同样的方法，计算附属设备负荷转矩TQg。
如下面的表达式9所示，发动机摩擦力矩TQ加上附属设备负荷转矩TQg，结果被设定为负荷转矩TQa(S120)。
TQa←TQd+TQg接着，基于发动机转速NE和燃油喷射量Q，参考关系图MapE，得到发动机产生的转矩TQe(S212)。然后如下面的表达式10所示，发动机产生的转矩TQe减去负荷转矩TQa和动力系负荷转矩TQv，结果被设定为转矩差DTQ(S214)。
DTQ←TQe-TQa-TQv
用下面的表达式11计算估算的转矩平衡TQx(S216)。
TQx←(DTQ+DTQold)/2表达式11和第一实施例的表达式4是一样的。
然后，转矩差DTQ设定为先前转矩差DTQold(S218)。
用下面的表达式12计算转矩变化ΔNE(S220)。
ΔNE←NE-NEold表达式12和第一实施例的表达式5是一样的。
然后将从关系图Mapmst中得到的与重量相关的转动惯量加上从关系图Mapspd中得到的与行驶阻力相关的转动惯量，计算动力系转动惯量Ix(S222)。
如表达式13所示，将前面得到的发动机旋转系统的转动惯量Ie加上动力系转动惯量Ix，得到行驶状态中的转动惯量Iae。
Iae←Ie+Ix然后，基于行驶状态中的转动惯量Iae、发动机转速变化ΔNE、变换因子K和控制周期Δt，采用下面的表达式14计算加速度计算转矩平衡TQy(S226)。
TQy←Iae×ΔNE×K/Δt然后，发动机转速NE设定为先前发动机转速NEold(S228)。
采用下面的表达式15计算估算的转矩偏差TQc(S230)。
TQc←TQx-TQy然后，如下面的表达式16所示，计算行驶状态需求转矩TQar(S232)。
TQar←TQaccp+TQa+TQb+TQc节气门22的节气门开度TA、燃油喷射阀12的喷射量Q和火花塞10的点火正时受到控制，使行驶状态需求转矩TQar得以实现(S234)。
当车辆由依据上述过程的发动机动力驱动的时候，即使出现意外的负荷(包括负的负荷)，转矩也能立即被反映在估算的转矩偏差TQc中。因此，行驶状态被保持在对应于油门踏板下压量ACCP的状态，这使得车辆稳定行驶。
在上述结构中，输出转矩控制过程(图10和11)的步骤S210到S218对应于第一转矩平衡计算方法，步骤S220到S228对应于第二转矩平衡计算方法。步骤S230对应于转矩平衡偏差量计算方法，步骤S232对应于修正方法。
上述的第二实施例有如下优势。
(A)当发动机2不处于怠速状态的时候，用于改变发动机转速NE的转矩除了发动机摩擦产生的负荷转矩和附属设备的负荷转矩之外，还包括动力系的负荷转矩。
因此，通过考虑除发动机摩擦力矩TQd和附属设备负荷转矩TQg之外的动力系负荷转矩TQv，即使在发动机2不处于怠速状态的时候，也总是能得到合适的估算的发动机负荷转矩TQz的值。因此可计算得到合适的估算的转矩平衡TQx的值。
同样，通过考虑发动机旋转系统的转动惯量Ie和动力系转动惯量Ix，即使在发动机2不处于怠速状态的时候，也总是能得到合适的加速度计算转矩TQy的值。
因此，如果估算的转矩平衡TQx和加速度计算转矩平衡TQy不相等，估算的转矩偏差TQc被认为代表了指令转矩TQaccp和估算的发动机负荷转矩TQa对实际的发动机负荷转矩的偏差。
因此，基于估算的转矩偏差量TQc，修正发动机动力(S232)，发动机动力转变到更合适的状态。
同样，既然发动机动力由估算的转矩偏差TQc修正，这已经利用物理原理获得了，那么即使发动机不处于怠速状态，收敛性和响应也不必利用反馈增益平衡。这就允许发动机的动力对负荷波动有高的响应。
采用这样的方法，高响应的发动机动力控制可能不需要执行现代控制的建模。
(B)当发动机2怠速的时候，可以获得和第一实施例同样的优势(A)到(E)。即使发动机2不处于怠速状态，也可以获得优势(B)到(E)。从而，车辆的行驶更加稳定。
已经说明的实施例可以做如下修改。
(a)在已经说明的实施例中，本发明应用于汽油发动机。然而，本发明也可以应用于柴油发动机。
(b)在已经说明的实施例中，通过调节燃油喷射量Q控制怠速。然而，也可以通过调节节气门或ISCV的开度来控制怠速，ISCV与节气门平行布置。当通过调节进气量GA控制怠速的时候，一个有发动机转速NE和进气量GA作为参数的关系图用来获取发动机产生的转矩TQe。
(c)在已经说明的实施例中，附属设备包括空调。然而，附属设备可以包括其它的电力负荷，比如前灯，和液压负荷，比如动力转向装置。
(d)在第一实施例的图7的实例中，当发动机2怠速的时候，系统将节气门开度TA设定到对应于怠速状态的开度，通过调节燃油喷射阀12的喷射量Q控制发动机产生的转矩。然而，如图12所示，也可以通过调节节气门开度TA控制发动机产生的转矩TQe。从t20到t25时间段相当于时间段t10到t15。
另一种选择是，如图13所示，可以通过调节节气门开度TA和燃油喷射量Q控制发动机产生的转矩。从t30到t35时间段相当于时间段t10到t15。
当前实例和实施例被认为是举例说明并且是不受限制的，发明不会局限于这里所给出的细节，但是可以在附加的权利要求书的等价范围内修改。
权利要求
1.一种用于控制发动机动力的装置，其特征在于用于计算第一转矩平衡的第一计算部分，第一转矩平衡代表了发动机产生的转矩和估算的发动机负荷转矩之间的差，发动机产生的转矩是由发动机产生的转矩，估算的发动机负荷转矩是施加给发动机的负荷转矩；用于计算第二转矩平衡的第二计算部分，第二转矩平衡代表了发动机转速的变化；用于计算第一转矩平衡和第二转矩平衡之间的差的第三计算部分，这个差值作为转矩平衡差；和基于转矩平衡差修正发动机动力的修正部分。
2.依据权利要求1的装置，其特征在于第一计算部分基于转矩传感器的实际测量结果，燃烧压力传感器检测到的发动机燃烧压力或发动机工况得到发动机产生的转矩。
3.依据权利要求1或2的装置，其特征在于发动机安装在至少有一个由发动机驱动的附属设备的车辆上，其中，当发动机怠速的时候，第一计算部分基于发动机摩擦力矩和附属设备负荷转矩得到估算的发动机负荷转矩，发动机摩擦力矩是由于发动机中产生的摩擦而施加给发动机的负荷转矩，附属设备负荷转矩是由附属设备施加给发动机的负荷转矩。
4.依据权利要求1或2的装置，其特征在于，当发动机怠速的时候，第二计算部分基于一个预定周期内发动机转速的变化和发动机的转动惯量计算第二转矩平衡。
5.依据权利要求4的装置，其特征在于第一计算部分获取预定周期之前和之后的发动机产生的转矩和估算的发动机负荷转矩之间的差，第一计算部分计算得到的两个值的平均值，作为第一转矩平衡。
6.依据权利要求1的装置，其特征在于，当发动机的怠速受到控制的时候，修正部分基于转矩平衡差修正发动机动力。
7.依据权利要求6的装置，其特征在于发动机安装在至少有一个由发动机驱动的附属设备的车辆上，其中，当发动机的怠速受到控制的时候，基于发动机在目标怠速运转时产生的发动机摩擦力矩和附属设备负荷转矩来控制发动机动力，发动机摩擦力矩是由于发动机中产生的摩擦而施加给发动机的负荷转矩，附属设备负荷转矩是由附属设备施加给发动机的负荷转矩。
8.依据权利要求1或2的装置，其特征在于发动机安装在至少有一个由发动机驱动的附属设备、并且动力系连接到发动机的车辆上，其中，第一计算部分基于发动机摩擦力矩、附属设备负荷转矩和动力系负荷转矩得到估算的发动机负荷转矩，发动机摩擦力矩是由于发动机中产生的摩擦而施加给发动机的负荷转矩，附属设备负荷转矩是由附属设备施加给发动机的负荷转矩，动力系负荷转矩是由动力系施加给发动机的负荷转矩。
9.依据权利要求1或2的装置，其特征在于发动机安装在有动力系的车辆上，其中，第二计算部分基于一个预定周期内发动机转速的变化、发动机的转动惯量和动力系的转动惯量计算第二转矩平衡。
10.依据权利要求9的装置，其特征在于第一计算部分获取预定周期之前和之后的发动机产生的转矩和估算的发动机负荷转矩之间的差，第一计算部分计算得到的两个值的平均值，作为第一转矩平衡。
11.一种控制发动机动力的方法，其特征在于获取发动机产生的转矩，这是由发动机产生的转矩；获取估算的发动机负荷转矩，这是施加给发动机的负荷转矩；计算第一转矩平衡，它代表发动机产生的转矩和估算的发动机负荷转矩之间的差；计算第二转矩平衡，它代表发动机转速的变化；计算第一转矩平衡和第二转矩平衡之间的差，作为转矩平衡差；和基于转矩平衡差修正发动机动力。
全文摘要
获取由发动机产生的转矩作为发动机产生的转矩TQe。获取施加给发动机的转矩作为估算的发动机负荷转矩TQf。计算发动机产生的转矩TQe和估算的发动机负荷转矩TQf之间的差作为估算的转矩平衡TQx。计算代表发动机转速NE变化的转矩作为加速度计算转矩TQy。计算估算的转矩平衡TQx和加速度计算转矩TQy之间的差作为估算的转矩偏差TQc。基于估算的转矩偏差TQc修正发动机动力。结果，发动机动力控制的响应得到提高，而不需要进行现代控制中的建模。
文档编号F02D29/02GK1673508SQ20051005900
公开日2005年9月28日 申请日期2005年3月24日 优先权日2004年3月24日
发明者伊藤真洋 申请人:丰田自动车株式会社