发动机扭矩估计系统和方法

专利名称：发动机扭矩估计系统和方法
技术领域：
本发明涉及内燃机，且更具体地涉及发动机扭矩估计系统和方法。
背景技术：
在此提供的背景说明是为了总体上介绍本发明背景的目的。当前所署名发明人的工作(在背景技术部分描述的程度上)和本描述中否则不足以作为申请时的现有技术的各方面，既不明显地也非隐含地被承认为与本发明相抵触的现有技术。内燃机在气缸内燃烧空气和燃料混合物以驱动活塞，从而产生驱动扭矩。进入发动机的空气流量经由节气门调节。更具体地，节气门调节节气门面积，其增加或减少进入发动机的空气流量。当节气门面积增加时，进入发动机的空气流量增加。燃料控制系统调节燃料喷射的速率，以给气缸提供期望空气/燃料混合物和/或实现期望扭矩输出。增加提供给气缸的空气和燃料量增加发动机的扭矩输出。在火花点火发动机中，火花启动提供给气缸的空气/燃料混合物的燃烧。在压缩点火发动机中，气缸中的压缩燃烧提供给气缸的空气/燃料混合物。火花定时和空气流量可以是调节火花点火发动机的扭矩输出的主要机制，而燃料流量可以是调节压缩点火发动机的扭矩输出的主要机制。

发明内容
一种用于车辆的发动机控制系统，包括系数确定模块和制动扭矩估计模块。所述系数确定模块确定第一和第二扭矩估计系数，所述第一和第二扭矩估计系数基于制动扭矩对比每缸空气量(APC)线设定。所述系数确定模块确定第三、第四和第五扭矩估计系数，所述第三、第四和第五扭矩估计系数基于最大制动扭矩(MBT)火花定时对比APC线设定。所述制动扭矩估计模块基于APC、火花定时以及第一、第二、第三、第四和第五扭矩估计系数来估计发动机的制动扭矩。一种用于车辆的发动机控制系统，包括系数确定模块和制动扭矩估计模块。所述系数确定模块确定第一、第二、第三、第四和第五扭矩估计系数。所述制动扭矩估计模块基于每缸空气量(APC)、火花定时以及仅仅第一、第二、第三、第四和第五扭矩估计系数来估计发动机的制动扭矩。—种发动机控制方法，包括确定第一和第二扭矩估计系数，所述第一和第二扭矩估计系数基于制动扭矩对比每缸空气量(APC)线设定；确定第三、第四和第五扭矩估计系数，所述第三、第四和第五扭矩估计系数基于最大制动扭矩(MBT)火花定时对比APC线设定；以及基于APC、火花定时以及第一、第二、第三、第四和第五扭矩估计系数来估计发动机的制动扭矩。在另外的特征中，上文所述的系统和方法通过由一个或多个处理器执行的计算机程序实施。计算机程序可以驻留在有形计算机可读介质上，例如但不限于存储器、非易失性数据存储装置、和/或其它合适的有形存储介质。
方案1. 一种用于车辆的发动机控制系统，包括
系数确定模块，所述系数确定模块确定第一和第二扭矩估计系数，所述第一和第二扭矩估计系数基于制动扭矩对比每缸空气量(APC)线设定，所述系数确定模块确定第三、第四和第五扭矩估计系数，所述第三、第四和第五扭矩估计系数基于最大制动扭矩(MBT)火花定时对比APC线设定；和
制动扭矩估计模块，所述制动扭矩估计模块基于APC、火花定时以及第一、第二、第三、 第四和第五扭矩估计系数来估计发动机的制动扭矩。方案2.根据方案1所述的发动机控制系统，其中，所述制动扭矩估计模块使用以下方程来估计制动扭矩
T ^a1 + Ja2 +a3*e + a4*e2J*p + a5*0s(32
其中，T是制动扭矩， 对应于火花定时，β对应于APC，B1是第一扭矩估计系数，a2是第二扭矩估计系数，B3是第三扭矩估计系数，a4是第四扭矩估计系数，a5是第五扭矩估计系数。方案3.根据方案2所述的发动机控制系统，其中，第一扭矩估计系数与制动扭矩对比APC线与扭矩轴线的零截距相对应，
其中，第二扭矩估计系数与制动扭矩对比APC线的斜率相对应， 其中，第三和第四扭矩估计系数基于MBT火花定时对比APC线与MBT火花定时轴线的截距确定，以及
其中，第四和第五扭矩估计系数基于MBT火花定时对比APC线的斜率确定。方案4. 一种扭矩估计系数标定系统，包括 根据方案1所述的发动机控制系统；
系数设定模块，所述系统设定模块基于制动扭矩对比APC线与扭矩轴线的截距设定第一扭矩估计系数，基于制动扭矩对比APC线的斜率设定第二扭矩估计系数，基于最大制动扭矩(MBT)对比APC线与MBT轴线的截距设定第三和第四扭矩估计系数，基于MBT对比APC 线的斜率设定第四和第五扭矩估计系数。方案5. —种用于车辆的发动机控制系统，包括
系数确定模块，所述系数确定模块确定第一、第二、第三、第四和第五扭矩估计系数；和制动扭矩估计模块，所述制动扭矩估计模块基于每缸空气量(APC)、火花定时以及仅仅第一、第二、第三、第四和第五扭矩估计系数来估计发动机的制动扭矩。方案6.根据方案5所述的发动机控制系统，其中，所述制动扭矩估计模块使用以下方程来估计制动扭矩
T = a.i + (a〗+ a^ s θ + a^ s θ^ j4 β + a^ * θ *
其中，τ是制动扭矩H对应于火花定时，ρ对应于APC，B1是第一扭矩估计系数，a2是第二扭矩估计系数，B3是第三扭矩估计系数，a4是第四扭矩估计系数，a5是第五扭矩估计系数。方案7.根据方案5所述的发动机控制系统，还包括致动模块，所述致动模块基于制动扭矩控制至少一个发动机致动器。
方案8.根据方案5所述的发动机控制系统，其中，第一扭矩估计系数基于制动扭矩对比APC线与扭矩轴线的零截距确定。方案9.根据方案5所述的发动机控制系统，其中，第二扭矩估计系数基于制动扭矩对比APC线的斜率确定。方案10.根据方案5所述的发动机控制系统，其中，第三和第四扭矩估计系数基于最大制动扭矩(MBT)火花定时对比APC线与MBT火花定时轴线的零截距确定。方案11.根据方案5所述的发动机控制系统，其中，第四和第五扭矩估计系数基于最大制动扭矩(MBT)火花定时对比APC线的斜率确定。方案12.根据方案5所述的发动机控制系统，其中，所述系数确定模块基于发动机速度以及进气和排气凸轮轴角度来确定第一、第二、第三、第四和第五扭矩估计系数。方案13.根据方案5所述的发动机控制系统，其中，在发动机速度大于预定速度时，所述系数确定模块仅基于发动机速度来确定第一、第二、第三、第四和第五扭矩估计系数。方案14. 一种发动机控制方法，包括
确定第一和第二扭矩估计系数，所述第一和第二扭矩估计系数基于制动扭矩对比每缸空气量(APC)线设定；
确定第三、第四和第五扭矩估计系数，所述第三、第四和第五扭矩估计系数基于最大制动扭矩(MBT)火花定时对比APC线设定；以及
基于APC、火花定时以及第一、第二、第三、第四和第五扭矩估计系数来估计发动机的制动扭矩。方案15.根据方案14所述的发动机控制方法，还包括使用以下方程来估计制动扭矩
T = S1 + |a2 + a3 * θ + a4 * Θ2 J * β + a5 * θ ^ β2
其中，τ是制动扭矩，θ对应于火花定时，β对应于APC，B1是第一扭矩估计系数，a2是第二扭矩估计系数，B3是第三扭矩估计系数，a4是第四扭矩估计系数，a5是第五扭矩估计系数。方案16.根据方案15所述的发动机控制方法，还包括
基于制动扭矩对比APC线与扭矩轴线的零截距设定第一扭矩估计系数； 基于制动扭矩对比APC线的斜率设定第二扭矩估计系数；
基于MBT火花定时对比APC线与MBT火花定时轴线的截距设定第三和第四扭矩估计系数；以及
基于MBT火花定时对比APC线的斜率设定第四和第五扭矩估计系数。方案17.根据方案14所述的发动机控制方法，还包括基于制动扭矩控制至少一个发动机致动器。方案18.根据方案14所述的发动机控制方法，还包括基于发动机速度以及进气和排气凸轮轴角度来设定第一、第二、第三、第四和第五扭矩估计系数。方案19.根据方案18所述的发动机控制方法，还包括在发动机速度大于预定速度时，仅基于发动机速度来设定第一、第二、第三、第四和第五扭矩估计系数。
本发明的进一步应用领域从下文提供的详细说明显而易见。应当理解的是，详细说明和具体示例仅旨在用于说明的目的且并不旨在限制本发明的范围。


从详细说明和附图将更充分地理解本发明，在附图中 图IA是根据本发明原理的示例性发动机系统的功能框图IB是根据本发明原理的示例性发动机控制系统的功能框图； 图2是根据本发明原理的示例性裁定模块的功能框图； 图3是根据本发明原理的示例性扭矩估计模块的功能框图； 图4A是根据本发明原理的根据每缸空气量(APC)而变的扭矩的示例性曲线图； 图4B是根据本发明原理的根据APC而变的最大最佳扭矩(MBT)火花定时的示例性曲线图5是根据本发明原理的针对第一种示例性发动机使用五项扭矩估计方程来估计的根据APC而变的扭矩的示例性曲线图6是根据本发明原理的针对第一种发动机使用六项扭矩估计方程的根据APC而变的扭矩的示例性曲线图7是根据本发明原理的针对第一种发动机使用五项扭矩估计方程确定的根据火花定时而变的扭矩的示例性曲线图8是根据本发明原理的针对第一种发动机使用六项扭矩估计方程的根据火花定时而变的扭矩的示例性曲线图9是根据本发明原理的第二种示例性发动机的根据发动机速度而变的扭矩对比APC 曲线的零截距的示例性曲线图10是根据本发明原理的第三种示例性发动机在以第一模式操作时的根据发动机速度而变的扭矩对比APC曲线的零截距的示例性曲线图11是根据本发明原理的第三种发动机在以第二模式操作时的根据发动机速度而变的扭矩对比APC曲线的零截距的示例性曲线图12 — 15是根据本发明原理的第一种发动机在各种排气凸轮轴角度操作时的根据发动机速度而变的扭矩对比APC曲线的零截距的示例性曲线图； 图16是根据本发明原理的图12 - 15数据的示例性曲线图； 图17 — 20是根据本发明原理的第四种示例性发动机在各种排气凸轮轴角度操作时的根据发动机速度而变的扭矩对比APC曲线的零截距的示例性曲线图； 图21是根据本发明原理的图17 - 20数据的示例性曲线图； 图22是根据本发明原理的第二种发动机的根据发动机速度而变的扭矩对比APC曲线的斜率的示例性曲线图23是根据本发明原理的第三种发动机在以第一模式操作时的根据发动机速度而变的扭矩对比APC曲线的斜率的示例性曲线图M是根据本发明原理的第三种发动机在以第二模式操作时的根据发动机速度而变的扭矩对比APC曲线的斜率的示例性曲线图25 —观是根据本发明原理的第一种发动机在各种排气凸轮轴角度操作时的根据发动机速度而变的扭矩对比APC曲线的斜率的示例性曲线图四是根据本发明原理的图25 - 28数据的示例性曲线图； 图30 — 33是根据本发明原理的第四种发动机在各种排气凸轮轴角度操作时的根据发动机速度而变的扭矩对比APC曲线的零截距的示例性曲线图； 图34是根据本发明原理的图30 - 33数据的示例性曲线图35是根据本发明原理的第二种发动机的根据发动机速度而变的MBT火花定时对比 APC曲线的零截距的示例性曲线图36是根据本发明原理的第三种发动机在以第一模式操作时的根据发动机速度而变的MBT火花定时对比APC曲线的零截距的示例性曲线图37是根据本发明原理的第三种发动机在以第二模式操作时的根据发动机速度而变的MBT火花定时对比APC曲线的零截距的示例性曲线图38 — 41是根据本发明原理的第一种发动机在各种排气凸轮轴角度操作时的根据发动机速度而变的MBT火花定时对比APC曲线的零截距的示例性曲线图； 图42是根据本发明原理的图38 - 41数据的示例性曲线图； 图43 — 46是根据本发明原理的第四种发动机在各种排气凸轮轴角度操作时的根据发动机速度而变的MBT火花定时对比APC曲线的零截距的示例性曲线图； 图47是根据本发明原理的图43 - 46数据的示例性曲线图； 图48是根据本发明原理的第二种发动机的根据发动机速度而变的MBT火花定时对比 APC曲线的斜率的示例性曲线图49是根据本发明原理的第三种发动机在以第一模式操作时的根据发动机速度而变的MBT火花定时对比APC曲线的斜率的示例性曲线图50是根据本发明原理的第三种发动机在以第二模式操作时的根据发动机速度而变的MBT火花定时对比APC曲线的斜率的示例性曲线图51 — M是根据本发明原理的第一种发动机在各种排气凸轮轴角度操作时的根据发动机速度而变的MBT火花定时对比APC曲线的斜率的示例性曲线图； 图阳是根据本发明原理的图51 - M数据的示例性曲线图； 图56 — 59是根据本发明原理的第四种发动机在各种排气凸轮轴角度操作时的根据发动机速度而变的MBT火花定时对比APC曲线的斜率的示例性曲线图； 图60是根据本发明原理的图56 - 59数据的示例性曲线图； 图61是根据本发明原理的第二种发动机的根据扭矩而变的扭矩误差的示例性曲线
图62是根据本发明原理的第三种发动机在以第一模式操作时的根据扭矩而变的扭矩误差的示例性曲线图63是根据本发明原理的第三种发动机在以第二模式操作时的根据扭矩而变的扭矩误差的示例性曲线图64是根据本发明原理的第一种发动机的根据扭矩而变的扭矩误差的示例性曲线
图65是根据本发明原理的第四种发动机的根据扭矩而变的扭矩误差的示例性曲线
图；图66是示出了根据本发明原理的确定扭矩估计系数的示例性方法的流程图；和图67是示出了根据本发明原理的估计发动机制动扭矩的示例性方法的流程图。
具体实施例方式以下说明本质上仅为示范性的且绝不旨在限制本发明及其应用或使用。为了清楚起见，在附图中使用相同的附图标记标识类似的元件。如在此所使用的，短语A、B和C中的至少一个应当理解为意味着使用非排他逻辑或的一种逻辑(A或B或C)。应当理解的是，方法内的步骤可以以不同顺序执行而不改变本发明的原理。如在此所使用的，术语模块指的是专用集成电路(ASIC)、电子电路、执行一个或更多软件或固件程序的处理器(共享的、专用的、或组)和存储器、组合逻辑电路、和/或提供所述功能的其他合适的部件。发动机控制模块(ECM)控制发动机致动器以产生期望制动扭矩。制动扭矩指的是围绕发动机曲轴的扭矩且考虑发动机损失，例如泵送损失、摩擦损失和其它类型的损失。 ECM可以使用六项扭矩估计方程或七项扭矩估计方程来估计制动扭矩，例如分别为
T = Q1 + a2 * θ+a3 r θ2 +(a4 + a5 * θ + a6 s θ2|s β ,或
其中，τ是估计制动扭矩，θ对应于火花定时，β对应于APC，是预定扭矩估计系数。 例如，估计制动扭矩可用于调节一个或多个发动机致动器的控制，以便以闭环方法实现期望制动扭矩。本发明的ECM使用五项扭矩估计方程来估计发动机制动扭矩
其中，τ是估计制动扭矩，θ对应于火花定时，P对应于APC^1是第一扭矩估计系数, 是第二扭矩估计系数，a3是第三扭矩估计系数，a4是第四扭矩估计系数，a5是第五扭矩估计系数。图IA和IB分别包括可以使用五项扭矩估计方程来估计制动扭矩的示例性发动机系统和示例性发动机控制系统。图2包括使用五项扭矩估计方程来估计制动扭矩的示例性扭矩估计模块。与五项扭矩估计方程一起使用的第一、第二、第三、第四和第五扭矩估计系数均具有与一个或多个发动机相关参数的关系。仅作为示例，第一扭矩估计系数可基于制动扭矩对比APC线与扭矩轴线的截距设定。第一扭矩估计系数还对应于在APC为零时的发动机损失。第二扭矩估计系数可基于制动扭矩对比APC线的斜率设定。图4A包括根据APC而变的制动扭矩的示例性曲线图。第三和第四扭矩估计系数可以基于最大制动扭矩(MBT)火花定时对比APC线与 MBT火花定时轴线的截距设定。第四和第五扭矩估计系数可基于MBT火花定时对比APC线的斜率设定。图4B包括根据APC而变的MBT火花定时的示例性曲线图。和与五项扭矩估计方程一起使用的第一至第五扭矩估计系数相比，与六项或七项扭矩估计方程一起使用的预定扭矩估计系数与发动机相关参数具有不容易识别的关系。
现在参考图1，示出示例性发动机系统100的功能框图。发动机系统100包括发动机102，发动机102基于来自于驾驶员输入模块104的驾驶员输入燃烧空气/燃料混合物为车辆产生驱动扭矩。空气通过节气门阀112被引入进气歧管110。仅作为示例，节气门阀 112可包括具有可旋转叶片的蝶形阀。发动机控制模块(ECM) 114控制节气门致动器模块 116，节气门致动器模块116调整节气门阀112的开度来控制抽吸到进气歧管110中的空气量。空气从进气歧管110被抽吸到发动机102的气缸中。虽然发动机102可能包括多个气缸，但为了说明目的，示出了单个的具有代表性的气缸118。仅作为示例，发动机102 可能包括2、3、4、5、6、8、10和/或12个气缸。ECM 114可指导气缸致动器模块120以选择性地停用某些气缸，这在某些发动机操作条件下可改善燃料经济性。发动机102可使用四冲程循环操作。下文所述的四个冲程即进气冲程、压缩冲程、 燃烧冲程和排气冲程。在曲轴(未示出)每一转期间，在气缸118内发生四个冲程中的两个。 因而，气缸118需要两个曲轴转来经历所有四个冲程。在进气冲程期间，空气从进气歧管110通过进气阀122抽吸到气缸118中。ECM 114控制燃料致动器模块124，燃料致动器模块IM调节燃料喷射，以实现期望的空气/燃料比。燃料可以在中央位置喷射燃料进入进气歧管110或在多个位置喷射燃料进入进气歧管110，例如，在每个气缸进气阀122附近附连。在各个实施方式(未示出)中，燃料可以直接喷射到气缸中或者喷射到与气缸有关的混合腔中。燃料致动器模块1 可以中止向要停用的气缸喷射燃料。喷射的燃料与空气混合且在气缸118中形成空气/燃料混合物。在压缩冲程期间， 气缸118中的活塞(未显示出)压缩空气/燃料混合物。发动机102可以是压缩点火发动机，在该情况下气缸118中的压缩点火空气/燃料混合物。可选地，发动机102可以是火花点火发动机，在该情况下，基于来自ECM 114的信号，火花致动器模块1 激励气缸118中的火花塞128，其点火空气/燃料混合物。火花的定时可相对于活塞处于其最上位置时的时间(称为上止点(TDC))来规定。火花致动器模块1 可以由定时信号控制，定时信号指定在TDC之前或之后多远产生火花。由于活塞位置与曲轴旋转直接相关，因而火花致动器模块126的操作可以与曲轴角同步。在各个实施方式中，火花致动器模块126可中止将火花提供给停用的气缸。产生火花可以称为点火事件。火花致动器模块1 可具有针对每个点火事件改变火花定时的能力。此外，火花致动器模块1 可具有针对给定点火事件改变火花定时的能力，甚至在紧接给定点火事件之前的点火事件后接收定时信号的变化时也是如此。在燃烧冲程期间，空气/燃料混合物的燃烧驱动活塞向下运动，从而驱动曲轴。燃烧冲程可限定为活塞到达TDC和活塞返回到下止点(BDC)时之间的时间。在排气冲程期间，活塞开始从BDC向上移动并且通过排气阀130排出燃烧副产物。 燃烧副产物通过排气系统134从车辆中排出。进气阀122可被进气凸轮轴140所控制，而排气阀130可被排气凸轮轴142所控制。在各种实施方式中，多个进气凸轮轴(包括进气凸轮轴140)可以控制气缸118的多个进气阀(包括进气阀122)和/或可以控制多组气缸(包括气缸118)的进气阀(包括进气阀 122)。类似地，多个排气凸轮轴(包括排气凸轮轴142)可以控制气缸118的多个排气阀和/或可以控制多组气缸(包括气缸118)的排气阀(包括排气阀130)。气缸致动器模块120可以通过禁止打开进气阀122和/或排气阀130以停用气缸 118。在各种其它实施方式中，进气阀122和/或排气阀130可以通过凸轮轴之外的装置(例如，电磁致动器)控制。进气阀122打开的时间可由进气凸轮移相器148相对于活塞TDC变化。排气阀 130打开的时间可由排气凸轮移相器150相对于活塞TDC变化。移相器致动器模块158可根据来自ECM 114的信号控制进气凸轮移相器148和排气凸轮移相器150。在实施时，各种阀升程(未示出)还可以由移相器致动器模块158控制。发动机系统100可以包括为进气歧管110提供加压空气的增压装置。例如，图1 绘制了涡轮增压器，其包括由流经排气系统134的热排气提供动力的热涡轮160-1。涡轮增压器还包括由涡轮160-1驱动的冷空气压缩机160-2，其压缩通向节气门阀112的空气。 在各种实施方式中，由曲轴驱动的增压器(未示出)可压缩来自于节气门阀112的空气且将压缩空气提供给进气歧管110。废气门162可以允许排气旁通涡轮160-1，因此减少涡轮增压器的增压(进气空气压缩量)。ECM 114可通过增压致动器模块164控制涡轮增压器。增压致动器模块164可以通过控制废气门162的位置来调整涡轮增压器的增压。在各种实施方式中，多个涡轮增压器可以由增压致动器模块164控制。涡轮增压器可以具有可变几何形状，其可以由增压致动器模块164控制。中间冷却器(未示出)可以耗散压缩空气充气中包含的一些热量，这些热量在空气被压缩时产生。压缩空气充气还可以从排气系统134的部件吸热。虽然为了图示目的单独示出，但是涡轮160-1和压缩机160-2可以彼此附连，使得进气空气紧邻热排气。发动机系统100可以包括排气再循环(EGR)阀170，其可以有选择地将排气改向回到进气歧管110。EGR阀170可以设置于涡轮增压器的涡轮160-1的上游。EGR阀170可以由EGR致动器模块172控制。发动机系统100可以使用RPM传感器180测量曲轴速度(每分钟的转数(RPM))。 发动机冷却剂的温度可以用发动机冷却剂温度(ECT)传感器182测量。ECT传感器182可以设置在发动机102中或在冷却剂循环的其他位置，例如散热器(未示出)。进气歧管110中的压力可以使用歧管绝对压力(MAP)传感器184测量。在各种实施方式中，发动机真空度可以被测量，发动机真空度是环境空气压力和进气歧管110中压力之间的差。流入进气歧管110的空气质量流率可以使用空气质量流量(MAF)传感器186 测量。在各种实施方式中，MAF传感器186可以位于还包括节气门阀112的壳体内。节气门致动器模块116可以使用一个或多个节气门位置传感器(TPS) 190监测节气门阀112的位置。被抽吸到发动机102中的空气的环境温度可以使用进气空气温度(IAT) 传感器192测量。ECM 114可以利用来自传感器的信号对发动机系统100作出控制决定。ECM 114可以与变速器控制模块(TCM) 194通信以协调变速器(未示出)中的换档。 例如，ECM 114可以在换档期间减少发动机扭矩。ECM 114可以与混合动力控制模块196通信以协调发动机102和电动马达198的操作。电动马达198也可以起到发电机的作用，且可以用于产生电能以由车辆电气系统所使用和/或存储于蓄电池中。在各种实施方式中，ECM 114、TCM 194和混合动力控制模块196的各个功能可以集成于一个或多个模块。改变发动机参数的每个系统都可以称作接收致动器值的致动器。例如，节气门致动器模块116可被称作致动器，且节气门开启面积可以被称作致动器值。在图1的示例中， 节气门致动器模块116可以通过调节节气门阀112的叶片的角度来实现节气门开启面积。类似地，火花致动器模块1 可以被称作致动器，而相应的致动器值可以是相对于气缸TDC的火花提前量。其他致动器可包括气缸致动器模块120、燃料致动器模块124、 移相器致动器模块158、增压致动器模块164和EGR致动器模块172。对于这些致动器，致动器位置可分别对应于起用的气缸的数量、燃料供应速率、进气和排气凸轮轴角度、增压压力和EGR阀开启面积。ECM 114可控制致动器值以便使得发动机102产生期望发动机输出扭矩。现在参照图1B，示出了示例性发动机控制系统的功能框图。ECM 114的示例性实施方式包括驾驶员扭矩模块202。驾驶员扭矩模块202可基于来自于驾驶员输入模块104 的驾驶员输入确定驾驶员扭矩请求。驾驶员输入可基于加速踏板位置。驾驶员输入还可以基于巡航控制系统的输出，其可以是改变车辆速度以保持预定跟车距离的适应性巡航控制系统。驾驶员扭矩模块202可以存储加速踏板位置至期望扭矩的一个或多个映射图，且可以基于所述映射图中的选定一个来确定驾驶员扭矩请求。车轴扭矩裁定模块204在来自驾驶员扭矩模块202的驾驶员扭矩请求和其他车轴扭矩请求之间进行裁定。车轴扭矩(车轮处的扭矩)可以通过各自源(包括发动机和/或电动马达)产生。扭矩请求可以包括绝对扭矩请求以及相对于扭矩请求和斜变请求。仅作为示例，斜变请求可包括使扭矩向下斜变至最小发动机关闭扭矩或使扭矩从最小发动机关闭扭矩向上斜变的请求。相对扭矩请求可包括临时或永久性扭矩减少或增加。车轴扭矩请求可以包括在检测到正车轮滑移时由牵引控制系统请求的扭矩减少。 正车轮滑移在车轴扭矩克服车轮和道路表面之间的摩擦且车轮开始相对于道路表面滑移时发生。车轴扭矩请求也可以包括抵消负车轮滑移的扭矩增加请求，其中，由于车轴扭矩为负，车辆轮胎相对于道路表面在另一个方向滑移。车轴扭矩请求也可以包括制动管理请求和车辆过速扭矩请求。制动管理请求可以减少车轴扭矩以确保车轴扭矩在车辆停止时不超出制动器稳住车辆的能力。车辆过速扭矩请求可以减少车轴扭矩以防止车辆超过预定速度。车轴扭矩请求还可以由车辆稳定性控制系统产生。车轴扭矩裁定模块204基于所接收扭矩请求之间的裁定结果输出预测扭矩请求和即时扭矩请求。如下文所述，来自于车轴扭矩裁定模块204的预测扭矩请求和即时扭矩请求在用于控制发动机系统100的致动器之前可以由ECM 114的其它模块选择性地调节。一般地说，即时扭矩请求是当前期望车轴扭矩量，而预测扭矩请求是可能临时需要的车轴扭矩量。因而，ECM 114控制发动机系统100以产生与即时扭矩请求相等的车轴扭矩。然而，致动器值的不同组合可导致相同车轴扭矩。因而，ECM 114可调节致动器值以允许更快地过渡至预测扭矩请求，同时仍将车轴扭矩保持在即时扭矩请求。在各个实施方式中，预测扭矩请求可基于驾驶员扭矩请求。即时扭矩请求可小于预测扭矩请求，例如当驾驶员扭矩请求在结冰表面上引起车轮滑移时。在这种情况下，牵引控制系统(未示出)可经由即时扭矩请求来请求减少，且ECM 114将发动机系统100产生的扭矩减少为即时扭矩请求。然而，一旦车轮滑移停止，ECM 114就控制发动机系统100，使得发动机系统100可以快速地恢复产生预测扭矩请求。一般地说，即时扭矩请求和较高预测扭矩请求之间的差可以称为扭矩储备。扭矩储备可表示发动机系统100能够以微小延迟开始产生的附加扭矩量。快速发动机致动器用于增加或减少当前车轴扭矩。如下文更详细所述，快速发动机致动器与缓慢发动机致动器对比地限定。在各种实施方式中，快速发动机致动器能够在一定范围内改变车轴扭矩，其中，所述范围由缓慢发动机致动器建立。在这种实施方式中，范围的上限是预测扭矩请求，而范围的下限受快速致动器扭矩容量限制。仅作为示例，快速致动器可能仅仅能够将车轴扭矩减少第一量，其中，第一量是快速致动器扭矩容量的度量。第一量可基于由缓慢发动机致动器设定的发动机操作条件而变化。当即时扭矩请求在所述范围内时，快速发动机致动器可以设定为使得车轴扭矩等于即时扭矩请求。当ECM 114请求输出预测扭矩请求时，快速发动机致动器可以被控制以将车轴扭矩改变为该范围的上限(预测扭矩请求)。一般来说，与缓慢发动机致动器相比，快速发动机致动器可更快速地改变车轴扭矩。缓慢致动器对其相应致动器值的变化可能比快速致动器更慢地响应。例如，缓慢致动器可包括需要时间以响应于致动器值的变化从一个位置移动到另一个位置的机械部件。缓慢致动器还可以由一旦缓慢致动器开始实施变化致动器值车轴扭矩开始变化需要花费的时间量表征。通常，该时间量对于缓慢致动器来说比快速致动器更长。此外，甚至在开始变化之后，车轴扭矩可能需要更长时间来完全响应于缓慢致动器中的变化。仅作为示例，ECM 114可以将缓慢致动器的致动器值设定为在快速致动器设定为合适值时将允许发动机系统100产生预测扭矩请求的值。同时，ECM 114可以将快速致动器的致动器值设定为给定缓慢致动器值使得发动机系统100产生即时扭矩请求而不是预测扭矩请求的值。因而，快速致动器值使得发动机系统100产生即时扭矩请求。当ECM 114决定将车轴扭矩从即时扭矩请求过渡至预测扭矩请求时，ECM 114将一个或多个快速致动器的致动器值变化为与预测扭矩请求相对应的值。由于缓慢致动器值已经基于预测扭矩请求设定， 因而发动机系统100能够在仅仅由快速致动器施加的延迟之后产生预测扭矩请求。换句话说，避免了否则使用缓慢致动器来改变车轴扭矩导致的较长延迟。仅作为示例，当预测扭矩请求等于驾驶员扭矩请求时，在即时扭矩请求由于临时扭矩减少请求而小于驾驶员扭矩请求时可产生扭矩储备。可选地，扭矩储备可以通过将预测扭矩请求增加高于驾驶员扭矩请求同时将即时扭矩请求保持在驾驶员扭矩请求而产生。 得到的扭矩储备可以吸收所需车轴扭矩的突然增加。仅作为示例，来自于空气调节器或电动转向泵的突然负载可以通过增加即时扭矩请求而补偿。如果即时扭矩请求的增加小于扭矩储备，所述增加可以通过使用快速致动器快速地产生。预测扭矩请求然后也可以增加以重新建立先前扭矩储备。扭矩储备的另一个示例性使用是减少缓慢致动器值的波动。由于其相对缓慢的速度，改变缓慢致动器值可产生控制不稳定性。此外，缓慢致动器可包括机械部件，其在频繁地移动时可消耗更多功率和/或更快地磨损。产生足够的扭矩储备允许期望扭矩的变化通过经由即时扭矩请求改变快速致动器而进行，同时保持缓慢致动器的值。例如，为了保持给定怠速速度，即时扭矩请求可在一定范围内变化。如果预测扭矩请求设定为高于该范围的水平，那么保持怠速速度的即时扭矩请求的变化可以使用快速致动器进行，而不需要调节缓慢致动器。仅作为示例，在火花点火发动机中，火花定时可以是快速致动器值，而节气门开启面积可以是缓慢致动器值。火花点火发动机可以通过应用火花而燃烧燃料，包括例如汽油和乙醇。相比而言，在压缩点火发动机中，燃料流量可以是快速致动器值，而节气门开启面积可以用作除了扭矩之外的发动机特性的致动器值。压缩点火发动机可以通过压缩燃料而燃烧燃料，包括例如柴油。当发动机102是火花点火发动机时，火花致动器模块1 可以是快速致动器，节气门致动器模块116可以是缓慢致动器。在接收新致动器值之后，火花致动器模块1 可能能够改变火花定时以用于接下来的点火事件。当点火事件的火花定时(也称为火花提前量) 设定为标定值时，在紧接点火事件之后的燃烧冲程中产生最大扭矩。然而，偏离标定值的火花提前量可减少在燃烧冲程中产生的扭矩量。因而，下一个点火事件一通过改变火花提前量发生，火花致动器模块1 就可能能够改变发动机输出扭矩。仅作为示例，与不同发动机操作条件相对应的火花提前量表可以在车辆设计的标定阶段期间确定，且标定值基于当前发动机操作条件从该表选择。相比而言，节气门开启面积的变化需要较长时间来影响发动机输出扭矩。节气门致动器模块116通过调节节气门阀112的叶片角度来改变节气门开启面积。因而，一旦接收新致动器值，在节气门阀112基于新致动器值从其先前位置移动到新位置时存在机械延迟。此外，基于节气门开启面积的空气流量变化经受进气歧管110中的空气传输延迟。另外，进气歧管110中增加的空气流量不实现为发动机输出扭矩的增加，直到气缸118在下一进气冲程中接收附加空气、压缩附加空气且开始压缩冲程为止。使用这些致动器作为示例，通过将节气门开启面积设定为将允许发动机102产生预测扭矩请求的值，可以产生扭矩储备。同时，火花定时可以基于小于预测扭矩请求的即时扭矩请求设定。虽然节气门开启面积为发动机102产生预测扭矩请求产生足够的空气流量，但是火花定时基于即时扭矩请求延迟(减少扭矩)。因而，发动机输出扭矩将等于即时扭矩请求。当需要附加扭矩时，例如在空气调节压缩机启动时或者在牵引控制确定车轮滑移已经结束时，火花定时可以基于预测扭矩请求设定。通过接下来的点火事件，火花致动器模块1 可以使得火花提前量返回至标定值，这允许发动机102产生在已经存在的空气流量的情况下可实现的全部发动机输出扭矩。因而，发动机输出扭矩可以快速地增加至预测扭矩请求，而没有经历改变节气门开启面积的延迟。当发动机102是压缩点火发动机时，燃料致动器模块IM可以是快速致动器，节气门致动器模块116和增压致动器模块164可以是排放致动器。由此，燃料质量可以基于即时扭矩请求设定，节气门开启面积和增压可基于预测扭矩请求设定。节气门开启面积可以产生比满足预测扭矩请求所需更多的空气流量。继而，所产生的空气流量可以多于所喷射燃料完全燃烧所需，从而空气/燃料比通常稀且空气流量的变化不会影响发动机扭矩输出。因而，发动机输出扭矩将等于即时扭矩请求，且可以通过调节燃料流量增加或减少。节气门致动器模块116、增压致动器模块164和EGR阀170可以基于预测扭矩请求控制以控制排放且使得涡轮滞后最小化。节气门致动器模块116可以形成真空以将排气抽吸通过EGR阀170且进入进气歧管110。车轴扭矩裁定模块204可以输出预测扭矩请求和即时扭矩请求给推进扭矩裁定模块206。在各种实施方式中，车轴扭矩裁定模块204可以输出预测扭矩请求和即时扭矩请求给混合动力优化模块208。混合动力优化模块208确定发动机102应当产生多少扭矩和电动马达198应当产生多少扭矩。然后混合动力优化模块208向推进扭矩裁定模块206输出经修正的预测和即时扭矩请求。在各种实施方式中，混合动力优化模块208可以在混合动力控制模块196中实现。推进扭矩裁定模块206接收到的预测和即时扭矩请求从车轴扭矩域(车轮上的扭矩)转换为推进扭矩域(曲轴上的扭矩)。该转换可以发生在混合动力优化模块208之前、之后、作为其一部分或以之代替混合动力优化模块208。推进扭矩裁定模块206在推进扭矩请求(包括转换的预测和即时扭矩请求)之间进行裁定。推进扭矩裁定模块206产生裁定预测扭矩请求和裁定即时扭矩请求。裁定扭矩可以通过从所接收请求中选择获胜请求来产生。可选地或附加地，裁定扭矩可以通过基于所接收请求中的另一个或多个修正所接收请求中的一个来产生。其它推进扭矩请求可以包括为了发动机过速保护的扭矩减少、为了避免失速的扭矩增加，以及由TCM 194请求以适应换档的扭矩减少。推进扭矩请求也可来自离合器燃料切断，其在驾驶员踩下手动变速器车辆的离合器踏板时减少发动机输出扭矩以防止发动机速度的爆发(快速升高)。推进扭矩请求还可以包括发动机关闭请求，其可以在检测到重大故障时启动。仅作为示例，重大故障可以包括检测到车辆盗窃、卡住的起动器马达、电子节气门控制问题和意外的扭矩增加。在各种实施方式中，当存在发动机关闭请求时，裁定选择发动机关闭请求作为获胜请求。当存在发动机关闭请求时，推进扭矩裁定模块206可输出零作为裁定扭矩。在各种实施方式中，发动机关闭请求可独立于裁定过程简单地关闭发动机102。推进扭矩裁定模块206可仍然接收发动机关闭请求，从而例如合适的数据可以反馈回到其它扭矩请求器。例如，所有其它扭矩请求器可被通知它们输掉裁定。RPM控制模块210也可以将预测和即时扭矩请求输出给推进扭矩裁定模块206。当 ECM 114处于RPM模式时，来自于RPM控制模块210的扭矩请求可以在裁定中胜出。RPM模式可以在驾驶员从加速踏板移开其脚时被选择，例如在车辆怠速或者从较高速度滑行减速时。可选地或附加地，RPM模式可以在来自于车轴扭矩裁定模块204的预测扭矩请求小于预定扭矩值时被选择。RPM控制模块210从RPM迹线模块212接收期望RPM，且控制预测和即时扭矩请求以减少期望RPM和当前RPM之间的差。仅作为示例，对于车辆滑行减速，RPM迹线模块212 可输出线性减少的期望RPM，直到达到怠速RPM。然后，RPM迹线模块212可继续输出怠速 RPM作为期望RPM。储备/负载模块220从推进扭矩裁定模块206接收裁定预测和即时扭矩请求。储备/负载模块220可以调节裁定预测和即时扭矩请求以产生扭矩储备和/或补偿一个或多个负载。储备/负载模块220然后将调节预测和即时扭矩请求输出给致动模块224。仅作为示例，催化剂起燃过程或者冷启动排放减少过程可以需要延迟火花提前量。因而，储备/负载模块220可将调节预测扭矩请求增加高于调节即时扭矩请求以产生延迟火花用于冷启动排放减少过程。在另一个示例中，发动机的空气/燃料比和/或空气质量流量可以直接改变，例如通过诊断性的侵入式当量比试验和/或新的发动机清洗。在开始这些过程之前，扭矩储备可产生或增加以快速地抵消在这些过程期间稀化空气/燃料混合物导致的发动机输出扭矩减少。储备/负载模块220还可以在预期未来负载时产生或增加扭矩储备，例如电动转向泵操作或者空气调节(A/C)压缩机离合器的接合。接合A/C压缩机离合器的储备可以在驾驶员第一次请求空气调节时产生。储备/负载模块220可以增加调节预测扭矩请求，同时使得调节即时扭矩请求不变以产生扭矩储备。然而，当A/C压缩机离合器接合时，储备/ 负载模块220可以将即时扭矩请求增加A/C压缩机离合器的估计负载。致动模块2M从储备/负载模块220接收调节预测和即时扭矩请求。致动模块 2M确定将如何实现调节预测和即时扭矩请求。致动模块2M可以是依发动机类型而定的。 例如，对于火花点火发动机与压缩点火发动机，致动模块2M可以不同地实施或者使用不同的控制方案。在各种实施方式中，致动模块2M可以限定在所有发动机类型中共同的模块和依发动机类型而定的模块之间的边界。例如，发动机类型可以包括火花点火和压缩点火。致动模块2M之前的模块(例如，推进扭矩裁定模块206)可以是发动机类型中共同的，而致动模块2M和随后的模块可以是依发动机类型而定的。例如，在火花点火发动机中，致动模块2M可以作为缓慢致动器改变节气门阀112 的开度，其允许宽范围的扭矩控制。致动模块2M可以使用气缸致动器模块120停用气缸， 这也提供宽范围的扭矩控制，但是也可能是缓慢的且可能涉及驾驶性能和排放问题。致动模块2M可以使用火花定时作为快速致动器。然而，火花定时可能不能提供一样大范围的扭矩控制。此外，借助于火花定时变化可能的扭矩控制量(称为火花储备容量)可能随着空气流量变化而变化。在各种实施方式中，致动模块2M可以基于调节预测扭矩请求产生空气扭矩请求。空气扭矩请求可以等于调节预测扭矩请求，设定空气流量使得调节预测扭矩请求可以通过其它致动器的变化实现。空气控制模块2 可以基于空气扭矩请求确定期望致动器值。例如，空气控制模块2 可以控制期望歧管绝对压力(MAP)、期望节气门面积和/或期望每缸空气量(APC)。 期望MAP可以用于确定期望增压，期望APC可以用于确定期望凸轮移相器位置。在各种实施方式中，空气控制模块2 还可以确定EGR阀170的开度量。致动模块2M还可以产生火花扭矩请求、气缸关闭扭矩请求和燃料扭矩请求。火花扭矩请求可以由火花控制模块232使用以确定火花定时从标定火花提前量延迟多少(减少发动机输出扭矩)。气缸关闭扭矩请求可以由气缸控制模块236使用以确定停用多少气缸。气缸控制模块236可以指令气缸致动器模块120停用发动机102的一个或多个气缸。在各种实施方式中，预先限定的气缸组可以一起停用。气缸控制模块236还可以指令燃料控制模块240停止给停用气缸提供燃料，且可指令火花控制模块232停止给停用气缸提供火花。在各种实施方式中，火花控制模块232仅仅在气缸中已经存在的任何燃料/空气混合物已经燃烧时停止提供火花给该气缸。在各种实施方式中，气缸致动器模块120可以包括液压系统，其选择性地将进气阀和/或排气阀与一个或多个气缸的相应凸轮轴断开联接以便停用这些气缸。仅作为示例，一半气缸的阀作为一组由气缸致动器模块120液压地联接或断开联接。在各种实施方式中，气缸可以简单地通过中止提供燃料给这些气缸而停用，而不用停止打开和关闭进气阀和排气阀。在这种实施方式中，气缸致动器模块120可以省去。燃料控制模块240可以基于来自于致动模块2M的燃料扭矩请求而改变提供给每个气缸的燃料量。在火花点火发动机的正常操作期间，燃料控制模块240能以空气引导模式操作，其中，燃料控制模块240通过基于空气流量控制燃料流量而试图保持化学计量空气/燃料比。燃料控制模块240可确定在与当前每缸空气量结合时将产生化学计量比燃烧的燃料质量。燃料控制模块240可以经由燃料供应速率指令燃料致动器模块124以将该燃料质量喷射到每个起用气缸。在压缩点火系统中，燃料控制模块240能以燃料引导模式操作，其中，燃料控制模块240确定每个气缸的燃料质量，其满足燃料扭矩请求同时使得排放、噪音和燃料消耗最小化。在燃料弓I导模式中，空气流量基于燃料流量控制且可以被控制以产生稀空气/燃料比。此外，空气/燃料比可以保持高于预定水平，这可防止在动态发动机操作条件下产生黑烟。模式设置可以确定致动模块2M如何对待调节即时扭矩请求。模式设置可以提供给致动模块224，例如由推进扭矩裁定模块206，且可以选择包括被动模式、理想 (pleasible)模式、最大范围模式，和自动致动模式在内的模式。在被动模式中，致动模块2M可以忽略调节即时扭矩请求且基于调节预测扭矩请求设定发动机输出扭矩。因而，致动模块2M可以将火花扭矩请求、气缸关闭扭矩请求和燃料扭矩请求设定为调节预测扭矩请求，这使得对于当前发动机空气流量条件来说发动机输出扭矩最大化。可选地，致动模块2M可以将这些请求设定为预定(例如，在范围高之外)值以禁止由于延迟火花、停用气缸或减少燃料/空气比的扭矩减少。在理想模式中，致动模块2M将调节预测扭矩请求输出为空气扭矩请求且试图仅仅通过调节火花提前量来实现调节即时扭矩请求。因而，致动模块2M将调节即时扭矩请求输出为火花扭矩请求。火花控制模块232将尽可能多地延迟火花以试图实现火花扭矩请求。如果期望扭矩减少大于火花储备容量(通过火花延迟可实现的扭矩减少量)，那么扭矩减少可能不能被实现。于是，发动机输出扭矩将大于调节即时扭矩请求。在最大范围模式中，致动模块2M可以将调节预测扭矩请求输出为空气扭矩请求，且将调节即时扭矩请求输出为火花扭矩请求。此外，当仅仅减少火花提前量不能实现调节即时扭矩请求时，致动模块2M可以减少气缸关闭扭矩请求(从而停用气缸)。在自动致动模式中，致动模块2M可以基于调节即时扭矩请求减少空气扭矩请求。在各种实施方式中，空气扭矩请求可以仅仅在允许火花控制模块232通过调节火花提前量实现调节即时扭矩请求所需的范围内减少。因而，在自动致动模式中，实现调节即时扭矩请求，同时尽可能少地调节空气扭矩请求。换句话说，通过尽可能多地减少快速响应的火花提前量，相对缓慢响应的节气门阀开度的使用最小化。这允许发动机102尽可能快速地返回产生调节预测扭矩请求。
扭矩估计模块244可以估计发动机102的扭矩输出。该估计扭矩可以由空气控制模块2 使用以执行对发动机空气流参数(例如，节气门面积、MAP和移相器位置)的闭环控制。例如，可以限定如下的扭矩关系
(1)T = f(APC,S,l,E,AF,OT,#)
其中，扭矩(T)是每缸空气量(APC)、火花提前量(S)、进气凸轮移相器位置(I)、排气凸轮移相器位置(E)、空气/燃料比(AF)、油温(OT)和起用气缸数(#)的函数。还可以考虑附加变量，例如排气再循环(EGR)阀的开度。该关系可以由方程建模和/或可以存储为查询表。扭矩估计模块244可以基于测量MAF和当前RPM确定APC，从而允许基于实际空气流量的闭环空气控制。所使用的进气和排气凸轮移相器位置可以基于实际位置，因为移相器可以朝期望位置行进。实际火花提前量可以用于估计实际发动机输出扭矩。当标定火花提前量值用于估计扭矩时，估计扭矩可以称为估计空气扭矩或者简单地为空气扭矩。空气扭矩是在去除火花延迟(即，火花定时设定为标定火花提前量值)且所有气缸都供应燃料时发动机在当前空气流量下可以产生多少扭矩的估计值。空气控制模块2 可以将期望面积信号输出给节气门致动器模块116。节气门致动器模块116然后调节节气门阀112以产生期望节气门面积。空气控制模块2 可以基于逆扭矩模型和空气扭矩请求来产生期望面积信号。空气控制模块2 可以使用估计空气扭矩和/或MAF信号以便执行闭环控制。例如，期望面积信号可以被控制以使得估计空气扭矩和空气扭矩请求之间的差最小化。空气控制模块2 可以将期望歧管绝对压力(MAP)信号输出给增压排定模块M8。 增压排定模块248使用期望MAP信号来控制增压致动器模块164。增压致动器模块164然后控制一个或多个涡轮增压器(例如，包括涡轮160-1和压缩机160-2的涡轮增压器)和/ 或增压器。空气控制模块2 还可以将期望每缸空气量(APC)信号输出给移相器排定模块 252。基于期望APC信号和RPM信号，移相器排定模块252可以使用移相器致动模块158控制进气和/或排气凸轮移相器148和150的位置。返回火花控制模块232，标定火花提前量值可以基于各种发动机操作条件变化。仅作为示例，扭矩关系可以求逆以求解期望火花提前量。对于给定扭矩请求(Tdes),期望火花提前量(Sdes)可以基于以下确定
(2)Sdes =T'1(Tdes, APC1I1E1 AF,OT,#)
该关系可以实施为方程和/或查询表。空气/燃料比(AF)可以是实际空气/燃料比， 如燃料控制模块240所报告的。当火花提前量设定为标定火花提前量时，得到的扭矩可以尽可能接近平均最佳扭矩(MBT)。MBT指的是当火花提前量增大同时使用大于预定阈值的辛烷额定值的燃料且使用化学计量比燃料供应时在给定的空气流量下产生的最大发动机输出扭矩。发生该最大扭矩的火花提前量可以被称为MBT火花。标定火花提前量可以与MBT火花稍微不同，由于例如燃料品质(例如在使用较低辛烷燃料时)和环境因素。因而，标定火花提前量时的扭矩可能小于MBT。
现在参考图2，示出了示例性扭矩估计模块300的功能框图。扭矩估计模块300可包括APC确定模块302、制动扭矩估计模块306和系数确定模块310。扭矩估计模块300还可以包括触发模块314。在各种实施方式中，扭矩估计模块300可以在ECM 114内或者其它合适位置实施。仅作为示例，扭矩估计模块300可以取代扭矩估计模块244实施。APC确定模块302估计每缸空气量(APC)且将APC提供给制动扭矩估计模块306。 APC可以表示为给定燃烧事件气缸内的空气质量(例如，g)。APC确定模块302可以基于MAF、 发动机速度(即，RPM)和/或一个或多个其它合适参数来确定APC。制动扭矩估计模块306基于APC和火花定时来估计发动机102的制动扭矩。制动扭矩估计模块306可基于给定燃烧事件的APC和给定燃烧事件的火花定时来估计每个燃烧事件的制动扭矩。制动扭矩估计模块306还基于五个扭矩估计系数来估计制动扭矩。更具体地，制动扭矩估计模块306使用以下五项扭矩估计方程来估计制动扭矩
(3) T = a^ + ^2 +aq * θ + a^ * θ^J* β + a^*θ* β^
其中，τ是制动扭矩η对应于火花定时丨对应于APC， 是第一扭矩估计系数，％是第二扭矩估计系数，B3是第三扭矩估计系数，a4是第四扭矩估计系数，a5是第五扭矩估计系数。系数确定模块310将扭矩估计系数提供给制动扭矩估计模块306。系数确定模块 310可以基于发动机速度来确定扭矩系数。仅作为示例，在发动机速度大于预定发动机速度时，系数确定模块310可以将扭矩估计系数中的每个设定为一组常数系数中的相应一个。 预定发动机速度可以是可标定的，且取决于发动机系统特性可以设定在例如大约2500 RPM 和大约4000 RPM之间。在发动机速度大于预定发动机速度时，触发模块314可以触发系数确定模块310以将扭矩估计系数设定为该组常数系数中的相应一个。在发动机速度小于预定发动机速度时，系数确定模块310可以从由发动机速度、 进气和排气凸轮轴角度和/或其它合适参数标引的相应扭矩估计系数映射图确定每个扭矩估计系数。仅作为示例，映射图可以在发动机系统100的标定期间提供。由制动扭矩估计模块306估计的制动扭矩与围绕发动机102曲轴的扭矩相对应。 与指示扭矩相比，制动扭矩反映与发动机102有关的各种损失，例如摩擦损失、泵送损失和其它合适类型的损失。例如，由制动扭矩估计模块306估计的制动扭矩可以由ECM 114用于控制一个或多个发动机致动器。制动扭矩估计模块还可以由车辆的一个或多个其它模块使用，例如TCM 194、混合动力控制模块196和/或底盘控制模块(未示出)。现在参考图3，示出了示例性标定模块400的功能框图。标定模块400可包括数据获取模块402、扭矩对比APC模块406、第一曲线拟合模块410和系数设定模块414。标定模块400还可以包括MBT火花对比APC模块418和第二曲线拟合模块422。在各种实施方式中，标定模块400可以在ECM 114内、在标定工具中或者在其它合适位置实施。数据获取模块402获取可以用于确定扭矩估计系数的数据，且扭矩估计系数可以用于估计发动机102的制动扭矩。仅作为示例，数据获取模块402可以获取对于发动机系统 100可实现的各种发动机速度而言的APC数据、MBT火花定时数据和相应制动扭矩。数据获取模块402可以例如结合使用测力计执行的发动机系统100测试一起使用。数据获取模块402将所获取数据选择性地提供给扭矩对比APC模块406和MBT火花对比APC模块418。扭矩对比APC模块406可以使用所获取数据产生根据APC而变的制动扭矩曲线图。还参考图4A，示出了根据APC而变的制动扭矩的示例性曲线图。示例性星形标记(例如，星形标记502)，每个对应于根据APC而变的制动扭矩的样本。第一曲线拟合模块410将样本拟合成曲线。仅作为示例，曲线可以是直线。该直线将称为扭矩对比APC线。拟合图4A的样本的示例性直线是直线506。系数设定模块414 基于扭矩对比APC线确定第一扭矩估计系数和第二扭矩估计系数。更具体地，当θ = 0 (例如，没有火花)时，方程(3)缩减为 (4) T = a^j + a7 * β，
其中，T是制动扭矩，β对应于APC，B1是第一扭矩估计系数，a2是第二扭矩估计系数。 根据方程(4)，第一扭矩估计系数(即ai)等于扭矩对比APC线的零截距。换句话说，扭矩对比APC线在第一扭矩系数处与扭矩轴线相交。因而，系数设定模块414可以将第一扭矩估计系数设定为等于扭矩对比APC线的零截距。应当注意的是，第一扭矩估计系数近似APC (和丨)力零时摩擦损失和泵送损失的总和。同样根据方程(4)，第二扭矩估计系数(即 )等于扭矩对比APC线的斜率。因而， 系数设定模块414可以确定扭矩对比APC线的斜率且将第二扭矩估计系数设定为等于扭矩对比APC线的斜率。关于第三、第四和第五扭矩估计系数，MBT火花对比APC模块418可以使用所获取数据产生根据APC而变的MBT火花定时的曲线图。还参考图4B，示出了根据APC而变的MBT 火花定时的示例性曲线图。示例性星形标记(例如，星形标记510)，每个对应于根据APC而变的MBT火花定时的样本。第二曲线拟合模块422将根据APC而变的MBT火花定时的样本拟合成曲线。仅作为示例，曲线可以是直线。该直线将称为MBT火花定时对比APC线。拟合图4A的样本的示例性直线是直线514。系数设定模块414基于MBT火花定时对比APC线确定第三、第四和第五扭矩估计系数。在MBT火花定时，制动扭矩相对于火花定时的一阶倒数(S卩，dT/de)等于0，且五项扭矩估计方程(3)缩减为
权利要求
1.一种用于车辆的发动机控制系统，包括系数确定模块，所述系数确定模块确定第一和第二扭矩估计系数，所述第一和第二扭矩估计系数基于制动扭矩对比每缸空气量(APC)线设定，所述系数确定模块确定第三、第四和第五扭矩估计系数，所述第三、第四和第五扭矩估计系数基于最大制动扭矩(MBT)火花定时对比APC线设定；和制动扭矩估计模块，所述制动扭矩估计模块基于APC、火花定时以及第一、第二、第三、 第四和第五扭矩估计系数来估计发动机的制动扭矩。
2.根据权利要求1所述的发动机控制系统，其中，所述制动扭矩估计模块使用以下方程来估计制动扭矩T + (a〗+ ag * θ + a々 * θ，* β + 巴石 * θ * β其中，T是制动扭矩，θ对应于火花定时，β对应于APC，B1是第一扭矩估计系数，a2是第二扭矩估计系数，a3是第三扭矩估计系数，a4是第四扭矩估计系数，a5是第五扭矩估计系数。
3.根据权利要求2所述的发动机控制系统，其中，第一扭矩估计系数与制动扭矩对比 APC线与扭矩轴线的零截距相对应，其中，第二扭矩估计系数与制动扭矩对比APC线的斜率相对应，其中，第三和第四扭矩估计系数基于MBT火花定时对比APC线与MBT火花定时轴线的截距确定，以及其中，第四和第五扭矩估计系数基于MBT火花定时对比APC线的斜率确定。
4.一种扭矩估计系数标定系统，包括根据权利要求1所述的发动机控制系统；系数设定模块，所述系统设定模块基于制动扭矩对比APC线与扭矩轴线的截距设定第一扭矩估计系数，基于制动扭矩对比APC线的斜率设定第二扭矩估计系数，基于最大制动扭矩(MBT)对比APC线与MBT轴线的截距设定第三和第四扭矩估计系数，基于MBT对比APC 线的斜率设定第四和第五扭矩估计系数。
5.一种用于车辆的发动机控制系统，包括系数确定模块，所述系数确定模块确定第一、第二、第三、第四和第五扭矩估计系数；和制动扭矩估计模块，所述制动扭矩估计模块基于每缸空气量(APC)、火花定时以及仅仅第一、第二、第三、第四和第五扭矩估计系数来估计发动机的制动扭矩。
6.根据权利要求5所述的发动机控制系统，其中，所述制动扭矩估计模块使用以下方程来估计制动扭矩T = + ^2 + a^ * θ + a^ * θ^ j * β + a^ * θ * β^其中，τ是制动扭矩，θ对应于火花定时，β对应于APC，B1是第一扭矩估计系数，a2是第二扭矩估计系数，B3是第三扭矩估计系数，a4是第四扭矩估计系数，a5是第五扭矩估计系数。
7.根据权利要求5所述的发动机控制系统，还包括致动模块，所述致动模块基于制动扭矩控制至少一个发动机致动器。
8.根据权利要求5所述的发动机控制系统，其中，第一扭矩估计系数基于制动扭矩对比APC线与扭矩轴线的零截距确定。
9.根据权利要求5所述的发动机控制系统，其中，第二扭矩估计系数基于制动扭矩对比APC线的斜率确定。
10.一种发动机控制方法，包括确定第一和第二扭矩估计系数，所述第一和第二扭矩估计系数基于制动扭矩对比每缸空气量(APC)线设定；确定第三、第四和第五扭矩估计系数，所述第三、第四和第五扭矩估计系数基于最大制动扭矩(MBT)火花定时对比APC线设定；以及基于APC、火花定时以及第一、第二、第三、第四和第五扭矩估计系数来估计发动机的制动扭矩。
全文摘要
一种用于车辆的发动机控制系统，包括系数确定模块和制动扭矩估计模块。所述系数确定模块确定第一和第二扭矩估计系数，所述第一和第二扭矩估计系数基于制动扭矩对比每缸空气量(APC)线设定。所述系数确定模块确定第三、第四和第五扭矩估计系数，所述第三、第四和第五扭矩估计系数基于最大制动扭矩(MBT)火花定时对比APC线设定。所述制动扭矩估计模块基于APC、火花定时以及第一、第二、第三、第四和第五扭矩估计系数来估计发动机的制动扭矩。
文档编号F02D43/00GK102400807SQ201110267219
公开日2012年4月4日 申请日期2011年9月9日 优先权日2010年9月10日
发明者纳努亚 P. 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司