用于控制提供到车轮的扭矩量以提高驾驶性能的系统和方法
【专利摘要】本发明公开了用于控制提供到车轮的扭矩量以提高驾驶性能的系统和方法。根据本公开原理的系统包括车轴扭矩确定模块、发动机扭矩确定模块和发动机扭矩控制模块。所述车轴扭矩确定模块基于驾驶员输入和车辆速度确定车轴扭矩请求。基于涡轮机速度和是否施用了变扭器离合器中的至少一个以及所述车轴扭矩请求，所述发动机扭矩确定模块确定发动机扭矩请求。所述发动机扭矩控制模块基于所述发动机扭矩请求控制由发动机产生的扭矩量。
【专利说明】用于控制提供到车轮的扭矩量以提高驾驶性能的系统和方 法
【技术领域】
[0001] 本公开涉及内燃发动机，并且更具体地，涉及用于控制提供到车轮的扭矩量以提 高驾驶性能的系统和方法。
【背景技术】
[0002] 本文提供的【背景技术】描述是出于大致呈现本公开背景的目的。当前提及的发明人 的工作（以在此【背景技术】部分中所描述的为限）以及在提交时不可能另外视为现有技术的 该描述的各方面，既不明示地也不默示地被承认为是针对本公开的现有技术。
[0003] 内燃发动机燃烧气缸之内的空气和燃料混合物来驱动活塞，从而产生驱动扭矩。 到发动机内的空气流经由节气门调整。更具体地，节气门调整节气面积，从而增加或减少到 发动机内的空气流。当节气面积增大时，到发动机内的空气流增加。燃料控制系统调节喷射 燃料的速率，以将期望的空气/燃料混合物提供到气缸，并且/或者实现期望的扭矩输出。 提供到气缸的空气和燃料的量增加，则发动机的扭矩输出升高。
[0004] 在火花点火式发动机中，火花引发提供到气缸的空气/燃料混合物的燃烧。在压 燃式发动机中，气缸中的压缩使提供到气缸的空气/燃料混合物燃烧。火花正时和空气流 可以是用于调节火花点火式发动机的扭矩输出的主要机制，而燃料流可以是用于调节压燃 式发动机的扭矩输出的主要机制。
【发明内容】
[0005] 根据本公开原理的系统包括车轴扭矩确定模块、发动机扭矩确定模块和发动机扭 矩控制模块。所述车轴扭矩确定模块基于驾驶员输入和车辆速度确定车轴扭矩请求。基于 涡轮机速度和是否施用了变扭器离合器中的至少一个以及所述车轴扭矩请求，所述发动机 扭矩确定模块确定发动机扭矩请求。所述发动机扭矩控制模块基于所述发动机扭矩请求控 制由发动机产生的扭矩量。
[0006] 方案1. 一种系统，包括： 车轴扭矩确定模块，所述车轴扭矩确定模块基于驾驶员输入和车辆速度确定车轴扭矩 请求； 发动机扭矩确定模块，所述发动机扭矩确定模块基于涡轮机速度和是否施用了变扭器 离合器中的至少一个以及所述车轴扭矩请求来确定发动机扭矩请求；以及 发动机扭矩控制模块，所述发动机扭矩控制模块基于所述发动机扭矩请求控制由发动 机产生的扭矩量。
[0007] 方案2.根据方案1所述的系统，进一步包括确定期望发动机速度的期望发动机 速度模块，其中，所述发动机扭矩确定模块基于所述期望发动机速度确定所述发动机扭矩 请求。
[0008] 方案3.根据方案2所述的系统，其中，当所述变扭器离合器未被施用时，所述期 望发动机速度模块基于所述车轴扭矩请求、所述涡轮机速度和变速器档位确定所述期望发 动机速度。
[0009] 方案4.根据方案2所述的系统，其中，当所述变扭器离合器被施用时，所述期望 发动机速度模块基于所述涡轮机速度以及所述变扭器中的期望转差来确定所述期望发动 机速度。
[0010] 方案5.根据方案2所述的系统，进一步包括车轴扭矩调节模块，所述车轴扭矩调 节模块基于动力系系统的响应时间调节所述车轴扭矩请求，所述动力系系统包括所述发动 机、变速器和所述变扭器，其中，所述发动机扭矩确定模块基于所述被调节车轴扭矩请求确 定所述发动机扭矩请求。
[0011] 方案6.根据方案5所述的系统，进一步包括变速器损失模块，所述变速器损失模 块确定与所述变速器中的扭矩损失相关联的标量和偏离量，其中，所述发动机扭矩确定模 块基于所述标量和所述偏离量确定所述发动机扭矩请求。
[0012] 方案7.根据方案6所述的系统，其中，所述变速器损失模块基于变速器效率、变 速器传动比、所述涡轮机速度和所述期望发动机速度确定所述标量。
[0013] 方案8.根据方案6所述的系统，其中，所述变速器损失模块基于变速器档位确定 所述标量。
[0014] 方案9.根据方案1所述的系统，进一步包括发动机速度控制模块，所述发动机速 度控制模块基于测量发动机速度和期望发动机速度之差确定零踏板扭矩，其中，所述车轴 扭矩确定模块基于所述零踏板扭矩确定所述车轴扭矩请求。
[0015] 方案10.根据方案9所述的系统，其中，当所述车轴扭矩请求小于预定值时，所述 发动机扭矩控制模块基于所述零踏板扭矩控制由发动机产生的扭矩量。
[0016] 方案11. 一种方法，包括： 基于驾驶员输入和车辆速度确定车轴扭矩请求； 基于涡轮机速度和是否施用了变扭器离合器中的至少一个以及所述车轴扭矩请求来 确定发动机扭矩请求；以及 基于所述发动机扭矩请求控制由发动机产生的扭矩量。
[0017] 方案12.根据方案11所述的方法，进一步包括： 确定期望发动机速度；以及 基于所述期望发动机速度确定所述发动机扭矩请求。
[0018] 方案13.根据方案12所述的方法，进一步包括：当所述变扭器离合器未被施用 时，基于所述车轴扭矩请求、所述涡轮机速度和变速器档位确定所述期望发动机速度。
[0019] 方案14.根据方案12所述的方法，进一步包括：当所述变扭器离合器被施用时， 基于所述涡轮机速度以及所述变扭器中的期望转差确定所述期望发动机速度。
[0020] 方案15.根据方案12所述的方法，进一步包括： 基于动力系系统的响应时间调节所述车轴扭矩请求，所述动力系系统包括所述发动 机、变速器和所述变扭器；以及 基于被调节车轴扭矩请求确定所述发动机扭矩请求。
[0021] 方案16.根据方案15所述的方法，进一步包括： 确定与所述变速器中的扭矩损失相关联的标量和偏离量；以及 基于所述标量和所述偏离量确定所述发动机扭矩请求。
[0022] 方案17.根据方案16所述的方法，进一步包括：基于变速器效率、变速器传动比、 所述涡轮机速度和所述期望发动机速度确定所述标量。
[0023] 方案18.根据方案16所述的方法，进一步包括：基于变速器档位确定所述标量。
[0024] 方案19.根据方案11所述的方法，进一步包括： 基于测量发动机速度和期望发动机速度之差确定零踏板扭矩；以及 基于所述零踏板扭矩确定所述车轴扭矩请求。
[0025] 方案20.根据方案19所述的方法，进一步包括：当所述车轴扭矩请求小于预定值 时，基于所述零踏板扭矩控制由发动机产生的扭矩量。
[0026] 本公开的进一步的应用领域将通过详细说明、权利要求和附图变得明显。详细说 明和具体实例旨在仅用于阐述的目的，而并不旨在限制本公开的范围。
【专利附图】
【附图说明】
[0027] 本公开将通过详细说明和附图得到更全面理解，在这些附图中： 图1是根据本公开原理的实例发动机系统的功能框图； 图2是根据本公开原理的实例控制系统的功能框图；以及 图3是显示根据本公开原理的实例控制方法的流程图。
[0028] 在这些附图中，附图标记可以重新使用以识别相似和/或等同元件。
【具体实施方式】
[0029] -种系统和方法可以基于发动机动力请求控制由发动机产生的扭矩量。该系统和 方法可以基于驾驶员输入和车辆速度确定发动机动力请求，该驾驶员输入例如为踏板位置 或巡航控制设定。例如，该系统和方法可以利用踏板位置和车辆速度对于发动机动力的映 射图确定发动机动力请求。该系统和方法随后可以通过发动机动力请求除以发动机速度来 确定发动机扭矩请求。该系统和方法转而可以基于发动机扭矩请求控制由发动机产生的扭 矩量。
[0030] 基于发动机动力请求控制由发动机产生的扭矩量可能引起驾驶性能问题。例如， 踏板位置和车辆速度对于发动机动力的映射图可以假设变速器正在升档并且变扭器离合 器被施用。因而，如果变速器正在降档并且/或者变扭器离合器未被施用，则由发动机产生 的扭矩量可能不按期望响应驾驶员输入。
[0031] 在另一实例中，由于发动机动力请求除以发动机速度，因此发动机速度的改变可 能引起发动机扭矩的不期望改变。发动机速度的改变可以在变速器换档时或者在变扭器离 合器被使用或松开时发生。当这些事件发生时，由发动机产生的扭矩量可能独立于驾驶员 输入而改变。
[0032] 根据本公开的系统和方法基于车轴扭矩请求控制由发动机产生的扭矩量。该系统 和方法基于驾驶员输入和车辆速度确定车轴扭矩请求。该系统和方法可以基于动力系系统 的响应时间调节车轴扭矩请求，该动力系系统可以包括发动机、变速器、变扭器和传动系。 该系统和方法可以基于被调节车轴扭矩请求和变速器损失(变速器中的扭矩损失）确定发 动机扭矩请求。该系统和方法随后可以基于发动机扭矩请求控制由发动机产生的扭矩量。
[0033] 基于变速器档位（transmission gear)、与变扭器相关联的润轮机速度以及是否 施用了变扭器离合器，该系统和方法可以确定变速器损失。因而，当生成发动机扭矩请求 时，该系统和方法考虑变速器档位、涡轮机速度以及是否施用了变扭器离合器。该系统和方 法转而相对于基于动力的发动机控制系统和方法提高了驾驶性能。
[0034] 根据本公开的系统和方法还避免了与发动机动力请求除以发动机速度以确定发 动机扭矩请求相关联的驾驶性能问题。此外，相对于发动机动力，车轴扭矩与车辆加速度更 直接相关。因而，相对于就发动机动力解释驾驶员输入，就车轴扭矩解释驾驶员输入提高了 驾驶性能。
[0035] 现参考图1，发动机系统100包括发动机102,该发动机102燃烧空气/燃料混合 物以产生用于车辆的驱动扭矩。由发动机102产生的驱动扭矩的量基于来自驾驶员输入模 块104的驾驶员输入。驾驶员输入可以基于加速器踏板的位置。驾驶员输入还可以基于巡 航控制系统，该巡航控制系统可以是改变车辆速度以维持预定净车距的自适应巡航控制系 统。
[0036] 空气穿过进气系统108被吸入发动机102内。仅是举例，进气系统108可以包括 进气歧管110和节气阀112。仅是举例，节气阀112可以包括具有可旋转叶片的蝶形阀。发 动机控制模块（ECM) 114控制节气致动器模块116,该节气致动器模块116调整节气阀112 的开度以控制吸入进气歧管110内的空气量。
[0037] 来自进气歧管110的空气被吸入到发动机102的气缸内。尽管发动机102可以包 括多个气缸，但出于阐明目的，示出了单个代表性的气缸118。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可以停用部分气缸，从而可以在某些发动机 运行状况下提高燃料经济性。
[0038] 发动机102可以利用四冲程循环运行。以下描述的四个冲程被命名为进气冲程、 压缩冲程、燃烧冲程和排气冲程。在曲轴(未示出)每旋转一周期间，在气缸118之内发生四 个冲程中的两个。因此，要使气缸118经历所有四个冲程，则曲轴必须旋转两周。
[0039] 在进气冲程期间，来自进气歧管110的空气穿过进气阀122被吸入到气缸118内。 ECM114控制燃料致动器模块124,燃料致动器模块124调整燃料喷射以实现期望的空气/ 燃料比。燃料可以在中心位置或在多个位置(例如在每一气缸的进气阀122附近)处被喷射 到进气歧管110内。在各种实施方案中，燃料可以被直接喷射到气缸内、或者喷射到与气缸 相关联的混合室内。燃料致动器模块124可以中止将燃料喷射到被停用的气缸。
[0040] 在气缸118中，被喷射的燃料与空气混合并形成空气/燃料混合物。在压缩冲程 期间，气缸118之内的活塞(未示出）压缩空气/燃料混合物。发动机102可以是压燃式发 动机，在此情况下气缸118中的压缩点燃空气/燃料混合物。替代地，发动机102可以是火 花点火式发动机，在此情况下火花致动器模块126基于来自ECMl 14的信号为气缸118中的 火花塞128通电，该火花塞128点燃空气/燃料混合物。火花正时可以相对于当活塞处于 其最高位置(称为上止点（TDC))的时刻来规定。
[0041] 火花致动器模块126可以通过规定了在TDC之前或之后多久处生成火花的正时信 号来控制。因为活塞位置与曲轴旋转直接相关，所以火花致动器模块126的运行可以与曲 轴角度同步。在各种实施方案中，火花致动器模块126可以中止向停用的气缸提供火花。
[0042] 生成火花可以被称为点火事件。火花致动器模块126可以具有改变用于每一点火 事件的火花正时的能力。当火花正时信号在上一次点火事件与下一次点火事件之间被改变 时，火花致动器模块126可以甚至有能力改变下一次点火事件的火花正时。在各种实施方 案中，发动机102可以包括多个气缸，并且火花致动器模块126可以为发动机102中的所有 气缸以相同量改变相对于TDC的火花正时。
[0043] 在燃烧冲程期间，空气/燃料混合物的燃烧向下驱动活塞，由此驱动曲轴。燃烧冲 程可以被定义为活塞到达TDC与活塞返回至下止点（BDC)的时间之间的时间。在排气冲程 期间，活塞开始从BDC向上运动并将燃烧副产物穿过排气阀130排出。燃烧副产物经由排 气系统134从车辆中排出。
[0044] 进气阀122可以由进气凸轮轴140控制，而排气阀130可以由排气凸轮轴142控 制。在各种实施方案中，多个进气凸轮轴(包括进气凸轮轴140)可以控制用于气缸118的 多个进气阀（包括进气阀122)，并且/或者可以控制多个气缸排(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)可以控制用于气缸118 的多个排气阀，并且/或者可以控制用于多个气缸排(包括气缸118)的排气阀(包括排气阀 130)。
[0045] 进气阀122打开的时间可以通过进气凸轮相位器148相对于活塞TDC改变。排气 阀130打开的时间可以通过排气凸轮相位器150相对于活塞TDC改变。阀致动器模块158 可以基于来自ECM114的信号控制进气和排气凸轮相位器148、150。当被实施时，可变阀升 程也可以由阀致动器模块158控制。
[0046] 阀致动器模块158可以通过禁止进气阀122和/或排气阀130的打开来停用气缸 118。阀致动器模块158可以通过使进气阀122与进气凸轮相位器148脱离联接来禁止进 气阀122的打开。类似地，阀致动器模块158可以通过使排气阀130与排气凸轮相位器150 脱离联接来禁止排气阀130的打开。在各种实施方案中，阀致动器模块158可以利用凸轮 轴之外的装置(例如，电磁或电动液压致动器）控制进气阀122和/或排气阀130。
[0047] 发动机系统100可以包括向进气歧管110提供加压空气的增压设备。例如，图1 示出了包括热涡轮机160-1的涡轮增压器，热涡轮机160-1由流经排气系统134的热排气 提供动力。涡轮增压器还包括由涡轮机160-1驱动的冷空气压缩机160-2,该冷空气压缩 机160-2压缩导入到节气阀112内的空气。在各种实施方案中，由曲轴驱动的增压器(未示 出）可以压缩来自节气阀112的空气并将压缩空气输送到进气歧管110。
[0048] 废气门162可以允许排气绕过涡轮机160-1，由此减小涡轮增压器的增压(进气空 气压缩量)。ECM114可以经由增压致动器模块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。涡轮增压器可以具有可以由增压致动器模块164 控制的可变几何构造。
[0049] 中冷器(未示出）可以耗散掉压缩空气充量中所包含的部分热，所述热随着空气被 压缩而生成。压缩空气充量还可以已吸收了来自排气系统134的部件的热量。尽管出于阐 述目的而被显示为分离的，但是涡轮机160-1和压缩机160-2可以附接到彼此，从而将进气 空气设置为非常靠近热排气。
[0050] 发动机系统100可以包括废气再循环（EGR)阀170,该阀170选择性地将排气改向 回到进气歧管110。EGR阀170可以位于涡轮增压器的涡轮机160-1的上游。EGR阀170可 以由EGR致动器模块172控制。
[0051] 发动机系统100可以利用曲轴位置（CKP)传感器180测量曲轴的位置。发动机冷 却剂的温度可以利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之内或者位于冷却剂循环的其它位置处，例如散热器(未示出）。
[0052] 进气歧管110之内的压力可以利用歧管绝对压力（MAP)传感器184测量。在各种 实施方案中，作为环境空气压力与进气歧管110之内的压力之差的发动机真空度可以被测 量。流入到进气歧管110内的空气的质量流量可以利用质量空气流(MF)传感器186测量。 在各种实施方案中，MF传感器186可以位于还包括节气阀112的壳体中。车辆的速度可 以利用可以位于车轮处的车辆速度（VS)传感器188测量。
[0053] 节气致动器模块116可以利用一个或更多个节气位置传感器（TPS) 190监测节气 阀112的位置。吸入到发动机102内的空气的环境温度可以利用进气空气温度（IAT)传感 器192测量。ECMl 14可以利用来自传感器的信号以作出用于发动机系统100的控制决定。
[0054] ECM114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，在换档期间，ECM114可以减小发动机扭矩。ECM114可以与混合动力控制模块（HCM) 196通信，以协调发动机102与电机198的运行。电机198也可以充当发电机，并且可以用于 产生用于由车辆电系统使用和/或用于存储于电池中的电能。在各种实施方案中，ECM114、 TCM194和HCM196的各种功能可以集成到一个或更多个模块内。
[0055] 变扭器(未示出)可以用于将发动机102以液压方式联接到变速器。变扭器可以包 括叶轮和涡轮机。叶轮可以机械联接到发动机102。涡轮机可以按液压方式联接到叶轮，并 且可以驱动变速器。变扭器还可以包括锁止离合器，该锁止离合器将涡轮机锁定到叶轮，从 而机械地联接叶轮和涡轮机。涡轮机的速度可以利用可以将涡轮机速度输出到TCM194的 涡轮机速度传感器(未示出）测量。
[0056] 现参考图2，ECM114的实例实施方案包括车轴扭矩确定模块202、车轴扭矩调节模 块204和发动机扭矩确定模块206。车轴扭矩确定模块202基于来自驾驶员输入模块104 的驾驶员输入和来自VS传感器188的车辆速度确定车轴扭矩请求。车轴扭矩确定模块202 可以基于例如如下关系式确定车轴扭矩请求： (1)
【权利要求】
1. 一种方法，包括： 基于驾驶员输入和车辆速度确定车轴扭矩请求； 基于涡轮机速度和是否施用了变扭器离合器中的至少一个以及所述车轴扭矩请求来 确定发动机扭矩请求；以及 基于所述发动机扭矩请求控制由发动机产生的扭矩量。
2. 根据权利要求1所述的方法，进一步包括： 确定期望发动机速度；以及 基于所述期望发动机速度确定所述发动机扭矩请求。
3. 根据权利要求2所述的方法，进一步包括：当所述变扭器离合器未被施用时，基于所 述车轴扭矩请求、所述涡轮机速度和变速器档位确定所述期望发动机速度。
4. 根据权利要求2所述的方法，进一步包括：当所述变扭器离合器被施用时，基于所述 涡轮机速度以及所述变扭器中的期望转差确定所述期望发动机速度。
5. 根据权利要求2所述的方法，进一步包括： 基于动力系系统的响应时间调节所述车轴扭矩请求，所述动力系系统包括所述发动 机、变速器和所述变扭器；以及 基于被调节车轴扭矩请求确定所述发动机扭矩请求。
6. 根据权利要求5所述的方法，进一步包括： 确定与所述变速器中的扭矩损失相关联的标量和偏离量；以及 基于所述标量和所述偏离量确定所述发动机扭矩请求。
7. 根据权利要求6所述的方法，进一步包括：基于变速器效率、变速器传动比、所述涡 轮机速度和所述期望发动机速度确定所述标量。
8. 根据权利要求6所述的方法，进一步包括：基于变速器档位确定所述标量。
9. 根据权利要求1所述的方法，进一步包括： 基于测量发动机速度和期望发动机速度之差确定零踏板扭矩；以及 基于所述零踏板扭矩确定所述车轴扭矩请求。
10. 根据权利要求9所述的方法，进一步包括：当所述车轴扭矩请求小于预定值时，基 于所述零踏板扭矩控制由发动机产生的扭矩量。
【文档编号】F02D29/02GK104343553SQ201410371656
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2014年7月31日 优先权日:2013年7月31日
【发明者】M.利夫施斯, R.A.马森, R.B.杰斯, M.J.皮特施, M.L.沃特曼, R.Z.古德 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司