用於控制提供到車輪的扭矩量以提高駕駛性能的系統和方法

2023-04-28 16:08:11

用於控制提供到車輪的扭矩量以提高駕駛性能的系統和方法
【專利摘要】本發明公開了用於控制提供到車輪的扭矩量以提高駕駛性能的系統和方法。根據本公開原理的系統包括車軸扭矩確定模塊、發動機扭矩確定模塊和發動機扭矩控制模塊。所述車軸扭矩確定模塊基於駕駛員輸入和車輛速度確定車軸扭矩請求。基於渦輪機速度和是否施用了變扭器離合器中的至少一個以及所述車軸扭矩請求，所述發動機扭矩確定模塊確定發動機扭矩請求。所述發動機扭矩控制模塊基於所述發動機扭矩請求控制由發動機產生的扭矩量。
【專利說明】用於控制提供到車輪的扭矩量以提高駕駛性能的系統和方 法

【技術領域】
[0001] 本公開涉及內燃發動機，並且更具體地，涉及用於控制提供到車輪的扭矩量以提 高駕駛性能的系統和方法。

【背景技術】
[0002] 本文提供的【背景技術】描述是出於大致呈現本公開背景的目的。當前提及的發明人 的工作（以在此【背景技術】部分中所描述的為限）以及在提交時不可能另外視為現有技術的 該描述的各方面，既不明示地也不默示地被承認為是針對本公開的現有技術。
[0003] 內燃發動機燃燒氣缸之內的空氣和燃料混合物來驅動活塞，從而產生驅動扭矩。 到發動機內的空氣流經由節氣門調整。更具體地，節氣門調整節氣面積，從而增加或減少到 發動機內的空氣流。當節氣面積增大時，到發動機內的空氣流增加。燃料控制系統調節噴射 燃料的速率，以將期望的空氣/燃料混合物提供到氣缸，並且/或者實現期望的扭矩輸出。 提供到氣缸的空氣和燃料的量增加，則發動機的扭矩輸出升高。
[0004] 在火花點火式發動機中，火花引發提供到氣缸的空氣/燃料混合物的燃燒。在壓 燃式發動機中，氣缸中的壓縮使提供到氣缸的空氣/燃料混合物燃燒。火花正時和空氣流 可以是用於調節火花點火式發動機的扭矩輸出的主要機制，而燃料流可以是用於調節壓燃 式發動機的扭矩輸出的主要機制。


【發明內容】

[0005] 根據本公開原理的系統包括車軸扭矩確定模塊、發動機扭矩確定模塊和發動機扭 矩控制模塊。所述車軸扭矩確定模塊基於駕駛員輸入和車輛速度確定車軸扭矩請求。基於 渦輪機速度和是否施用了變扭器離合器中的至少一個以及所述車軸扭矩請求，所述發動機 扭矩確定模塊確定發動機扭矩請求。所述發動機扭矩控制模塊基於所述發動機扭矩請求控 制由發動機產生的扭矩量。
[0006] 方案1. 一種系統，包括： 車軸扭矩確定模塊，所述車軸扭矩確定模塊基於駕駛員輸入和車輛速度確定車軸扭矩 請求； 發動機扭矩確定模塊，所述發動機扭矩確定模塊基於渦輪機速度和是否施用了變扭器 離合器中的至少一個以及所述車軸扭矩請求來確定發動機扭矩請求；以及 發動機扭矩控制模塊，所述發動機扭矩控制模塊基於所述發動機扭矩請求控制由發動 機產生的扭矩量。
[0007] 方案2.根據方案1所述的系統，進一步包括確定期望發動機速度的期望發動機 速度模塊，其中，所述發動機扭矩確定模塊基於所述期望發動機速度確定所述發動機扭矩 請求。
[0008] 方案3.根據方案2所述的系統，其中，當所述變扭器離合器未被施用時，所述期 望發動機速度模塊基於所述車軸扭矩請求、所述渦輪機速度和變速器檔位確定所述期望發 動機速度。
[0009] 方案4.根據方案2所述的系統，其中，當所述變扭器離合器被施用時，所述期望 發動機速度模塊基於所述渦輪機速度以及所述變扭器中的期望轉差來確定所述期望發動 機速度。
[0010] 方案5.根據方案2所述的系統，進一步包括車軸扭矩調節模塊，所述車軸扭矩調 節模塊基於動力系系統的響應時間調節所述車軸扭矩請求，所述動力系系統包括所述發動 機、變速器和所述變扭器，其中，所述發動機扭矩確定模塊基於所述被調節車軸扭矩請求確 定所述發動機扭矩請求。
[0011] 方案6.根據方案5所述的系統，進一步包括變速器損失模塊，所述變速器損失模 塊確定與所述變速器中的扭矩損失相關聯的標量和偏離量，其中，所述發動機扭矩確定模 塊基於所述標量和所述偏離量確定所述發動機扭矩請求。
[0012] 方案7.根據方案6所述的系統，其中，所述變速器損失模塊基於變速器效率、變 速器傳動比、所述渦輪機速度和所述期望發動機速度確定所述標量。
[0013] 方案8.根據方案6所述的系統，其中，所述變速器損失模塊基於變速器檔位確定 所述標量。
[0014] 方案9.根據方案1所述的系統，進一步包括發動機速度控制模塊，所述發動機速 度控制模塊基於測量發動機速度和期望發動機速度之差確定零踏板扭矩，其中，所述車軸 扭矩確定模塊基於所述零踏板扭矩確定所述車軸扭矩請求。
[0015] 方案10.根據方案9所述的系統，其中，當所述車軸扭矩請求小於預定值時，所述 發動機扭矩控制模塊基於所述零踏板扭矩控制由發動機產生的扭矩量。
[0016] 方案11. 一種方法，包括： 基於駕駛員輸入和車輛速度確定車軸扭矩請求； 基於渦輪機速度和是否施用了變扭器離合器中的至少一個以及所述車軸扭矩請求來 確定發動機扭矩請求；以及 基於所述發動機扭矩請求控制由發動機產生的扭矩量。
[0017] 方案12.根據方案11所述的方法，進一步包括： 確定期望發動機速度；以及 基於所述期望發動機速度確定所述發動機扭矩請求。
[0018] 方案13.根據方案12所述的方法，進一步包括：當所述變扭器離合器未被施用 時，基於所述車軸扭矩請求、所述渦輪機速度和變速器檔位確定所述期望發動機速度。
[0019] 方案14.根據方案12所述的方法，進一步包括：當所述變扭器離合器被施用時， 基於所述渦輪機速度以及所述變扭器中的期望轉差確定所述期望發動機速度。
[0020] 方案15.根據方案12所述的方法，進一步包括： 基於動力系系統的響應時間調節所述車軸扭矩請求，所述動力系系統包括所述發動 機、變速器和所述變扭器；以及 基於被調節車軸扭矩請求確定所述發動機扭矩請求。
[0021] 方案16.根據方案15所述的方法，進一步包括： 確定與所述變速器中的扭矩損失相關聯的標量和偏離量；以及 基於所述標量和所述偏離量確定所述發動機扭矩請求。
[0022] 方案17.根據方案16所述的方法，進一步包括：基於變速器效率、變速器傳動比、 所述渦輪機速度和所述期望發動機速度確定所述標量。
[0023] 方案18.根據方案16所述的方法，進一步包括：基於變速器檔位確定所述標量。
[0024] 方案19.根據方案11所述的方法，進一步包括： 基於測量發動機速度和期望發動機速度之差確定零踏板扭矩；以及 基於所述零踏板扭矩確定所述車軸扭矩請求。
[0025] 方案20.根據方案19所述的方法，進一步包括：當所述車軸扭矩請求小於預定值 時，基於所述零踏板扭矩控制由發動機產生的扭矩量。
[0026] 本公開的進一步的應用領域將通過詳細說明、權利要求和附圖變得明顯。詳細說 明和具體實例旨在僅用於闡述的目的，而並不旨在限制本公開的範圍。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0027] 本公開將通過詳細說明和附圖得到更全面理解，在這些附圖中： 圖1是根據本公開原理的實例發動機系統的功能框圖； 圖2是根據本公開原理的實例控制系統的功能框圖；以及 圖3是顯示根據本公開原理的實例控制方法的流程圖。
[0028] 在這些附圖中，附圖標記可以重新使用以識別相似和/或等同元件。

【具體實施方式】
[0029] -種系統和方法可以基於發動機動力請求控制由發動機產生的扭矩量。該系統和 方法可以基於駕駛員輸入和車輛速度確定發動機動力請求，該駕駛員輸入例如為踏板位置 或巡航控制設定。例如，該系統和方法可以利用踏板位置和車輛速度對於發動機動力的映 射圖確定發動機動力請求。該系統和方法隨後可以通過發動機動力請求除以發動機速度來 確定發動機扭矩請求。該系統和方法轉而可以基於發動機扭矩請求控制由發動機產生的扭 矩量。
[0030] 基於發動機動力請求控制由發動機產生的扭矩量可能引起駕駛性能問題。例如， 踏板位置和車輛速度對於發動機動力的映射圖可以假設變速器正在升檔並且變扭器離合 器被施用。因而，如果變速器正在降檔並且/或者變扭器離合器未被施用，則由發動機產生 的扭矩量可能不按期望響應駕駛員輸入。
[0031] 在另一實例中，由於發動機動力請求除以發動機速度，因此發動機速度的改變可 能引起發動機扭矩的不期望改變。發動機速度的改變可以在變速器換檔時或者在變扭器離 合器被使用或鬆開時發生。當這些事件發生時，由發動機產生的扭矩量可能獨立於駕駛員 輸入而改變。
[0032] 根據本公開的系統和方法基於車軸扭矩請求控制由發動機產生的扭矩量。該系統 和方法基於駕駛員輸入和車輛速度確定車軸扭矩請求。該系統和方法可以基於動力系系統 的響應時間調節車軸扭矩請求，該動力系系統可以包括發動機、變速器、變扭器和傳動系。 該系統和方法可以基於被調節車軸扭矩請求和變速器損失(變速器中的扭矩損失）確定發 動機扭矩請求。該系統和方法隨後可以基於發動機扭矩請求控制由發動機產生的扭矩量。
[0033] 基於變速器檔位（transmission gear)、與變扭器相關聯的潤輪機速度以及是否 施用了變扭器離合器，該系統和方法可以確定變速器損失。因而，當生成發動機扭矩請求 時，該系統和方法考慮變速器檔位、渦輪機速度以及是否施用了變扭器離合器。該系統和方 法轉而相對於基於動力的發動機控制系統和方法提高了駕駛性能。
[0034] 根據本公開的系統和方法還避免了與發動機動力請求除以發動機速度以確定發 動機扭矩請求相關聯的駕駛性能問題。此外，相對於發動機動力，車軸扭矩與車輛加速度更 直接相關。因而，相對於就發動機動力解釋駕駛員輸入，就車軸扭矩解釋駕駛員輸入提高了 駕駛性能。
[0035] 現參考圖1，發動機系統100包括發動機102,該發動機102燃燒空氣/燃料混合 物以產生用於車輛的驅動扭矩。由發動機102產生的驅動扭矩的量基於來自駕駛員輸入模 塊104的駕駛員輸入。駕駛員輸入可以基於加速器踏板的位置。駕駛員輸入還可以基於巡 航控制系統，該巡航控制系統可以是改變車輛速度以維持預定淨車距的自適應巡航控制系 統。
[0036] 空氣穿過進氣系統108被吸入發動機102內。僅是舉例，進氣系統108可以包括 進氣歧管110和節氣閥112。僅是舉例，節氣閥112可以包括具有可旋轉葉片的蝶形閥。發 動機控制模塊（ECM) 114控制節氣致動器模塊116,該節氣致動器模塊116調整節氣閥112 的開度以控制吸入進氣歧管110內的空氣量。
[0037] 來自進氣歧管110的空氣被吸入到發動機102的氣缸內。儘管發動機102可以包 括多個氣缸，但出於闡明目的，示出了單個代表性的氣缸118。僅是舉例，發動機102可以包 括2、3、4、5、6、8、10和/或12個氣缸。ECM114可以停用部分氣缸，從而可以在某些發動機 運行狀況下提高燃料經濟性。
[0038] 發動機102可以利用四衝程循環運行。以下描述的四個衝程被命名為進氣衝程、 壓縮衝程、燃燒衝程和排氣衝程。在曲軸(未示出)每旋轉一周期間，在氣缸118之內發生四 個衝程中的兩個。因此，要使氣缸118經歷所有四個衝程，則曲軸必須旋轉兩周。
[0039] 在進氣衝程期間，來自進氣歧管110的空氣穿過進氣閥122被吸入到氣缸118內。 ECM114控制燃料致動器模塊124,燃料致動器模塊124調整燃料噴射以實現期望的空氣/ 燃料比。燃料可以在中心位置或在多個位置(例如在每一氣缸的進氣閥122附近)處被噴射 到進氣歧管110內。在各種實施方案中，燃料可以被直接噴射到氣缸內、或者噴射到與氣缸 相關聯的混合室內。燃料致動器模塊124可以中止將燃料噴射到被停用的氣缸。
[0040] 在氣缸118中，被噴射的燃料與空氣混合併形成空氣/燃料混合物。在壓縮衝程 期間，氣缸118之內的活塞(未示出）壓縮空氣/燃料混合物。發動機102可以是壓燃式發 動機，在此情況下氣缸118中的壓縮點燃空氣/燃料混合物。替代地，發動機102可以是火 花點火式發動機，在此情況下火花致動器模塊126基於來自ECMl 14的信號為氣缸118中的 火花塞128通電，該火花塞128點燃空氣/燃料混合物。火花正時可以相對於當活塞處於 其最高位置(稱為上止點（TDC))的時刻來規定。
[0041] 火花致動器模塊126可以通過規定了在TDC之前或之後多久處生成火花的正時信 號來控制。因為活塞位置與曲軸旋轉直接相關，所以火花致動器模塊126的運行可以與曲 軸角度同步。在各種實施方案中，火花致動器模塊126可以中止向停用的氣缸提供火花。
[0042] 生成火花可以被稱為點火事件。火花致動器模塊126可以具有改變用於每一點火 事件的火花正時的能力。當火花正時信號在上一次點火事件與下一次點火事件之間被改變 時，火花致動器模塊126可以甚至有能力改變下一次點火事件的火花正時。在各種實施方 案中，發動機102可以包括多個氣缸，並且火花致動器模塊126可以為發動機102中的所有 氣缸以相同量改變相對於TDC的火花正時。
[0043] 在燃燒衝程期間，空氣/燃料混合物的燃燒向下驅動活塞，由此驅動曲軸。燃燒衝 程可以被定義為活塞到達TDC與活塞返回至下止點（BDC)的時間之間的時間。在排氣衝程 期間，活塞開始從BDC向上運動並將燃燒副產物穿過排氣閥130排出。燃燒副產物經由排 氣系統134從車輛中排出。
[0044] 進氣閥122可以由進氣凸輪軸140控制，而排氣閥130可以由排氣凸輪軸142控 制。在各種實施方案中，多個進氣凸輪軸(包括進氣凸輪軸140)可以控制用於氣缸118的 多個進氣閥（包括進氣閥122)，並且/或者可以控制多個氣缸排(包括氣缸118)的進氣閥 (包括進氣閥122)。類似地，多個排氣凸輪軸(包括排氣凸輪軸142)可以控制用於氣缸118 的多個排氣閥，並且/或者可以控制用於多個氣缸排(包括氣缸118)的排氣閥(包括排氣閥 130)。
[0045] 進氣閥122打開的時間可以通過進氣凸輪相位器148相對於活塞TDC改變。排氣 閥130打開的時間可以通過排氣凸輪相位器150相對於活塞TDC改變。閥致動器模塊158 可以基於來自ECM114的信號控制進氣和排氣凸輪相位器148、150。當被實施時，可變閥升 程也可以由閥致動器模塊158控制。
[0046] 閥致動器模塊158可以通過禁止進氣閥122和/或排氣閥130的打開來停用氣缸 118。閥致動器模塊158可以通過使進氣閥122與進氣凸輪相位器148脫離聯接來禁止進 氣閥122的打開。類似地，閥致動器模塊158可以通過使排氣閥130與排氣凸輪相位器150 脫離聯接來禁止排氣閥130的打開。在各種實施方案中，閥致動器模塊158可以利用凸輪 軸之外的裝置(例如，電磁或電動液壓致動器）控制進氣閥122和/或排氣閥130。
[0047] 發動機系統100可以包括向進氣歧管110提供加壓空氣的增壓設備。例如，圖1 示出了包括熱渦輪機160-1的渦輪增壓器，熱渦輪機160-1由流經排氣系統134的熱排氣 提供動力。渦輪增壓器還包括由渦輪機160-1驅動的冷空氣壓縮機160-2,該冷空氣壓縮 機160-2壓縮導入到節氣閥112內的空氣。在各種實施方案中，由曲軸驅動的增壓器(未示 出）可以壓縮來自節氣閥112的空氣並將壓縮空氣輸送到進氣歧管110。
[0048] 廢氣門162可以允許排氣繞過渦輪機160-1，由此減小渦輪增壓器的增壓(進氣空 氣壓縮量)。ECM114可以經由增壓致動器模塊164控制渦輪增壓器。增壓致動器模塊164 可以通過控制廢氣門162的位置來調整渦輪增壓器的增壓。在各種實施方案中，多個渦輪 增壓器可以由增壓致動器模塊164控制。渦輪增壓器可以具有可以由增壓致動器模塊164 控制的可變幾何構造。
[0049] 中冷器(未示出）可以耗散掉壓縮空氣充量中所包含的部分熱，所述熱隨著空氣被 壓縮而生成。壓縮空氣充量還可以已吸收了來自排氣系統134的部件的熱量。儘管出於闡 述目的而被顯示為分離的，但是渦輪機160-1和壓縮機160-2可以附接到彼此，從而將進氣 空氣設置為非常靠近熱排氣。
[0050] 發動機系統100可以包括廢氣再循環（EGR)閥170,該閥170選擇性地將排氣改向 回到進氣歧管110。EGR閥170可以位於渦輪增壓器的渦輪機160-1的上遊。EGR閥170可 以由EGR致動器模塊172控制。
[0051] 發動機系統100可以利用曲軸位置（CKP)傳感器180測量曲軸的位置。發動機冷 卻劑的溫度可以利用發動機冷卻劑溫度（ECT)傳感器182測量。ECT傳感器182可以位於 發動機102之內或者位於冷卻劑循環的其它位置處，例如散熱器(未示出）。
[0052] 進氣歧管110之內的壓力可以利用歧管絕對壓力（MAP)傳感器184測量。在各種 實施方案中，作為環境空氣壓力與進氣歧管110之內的壓力之差的發動機真空度可以被測 量。流入到進氣歧管110內的空氣的質量流量可以利用質量空氣流(MF)傳感器186測量。 在各種實施方案中，MF傳感器186可以位於還包括節氣閥112的殼體中。車輛的速度可 以利用可以位於車輪處的車輛速度（VS)傳感器188測量。
[0053] 節氣致動器模塊116可以利用一個或更多個節氣位置傳感器（TPS) 190監測節氣 閥112的位置。吸入到發動機102內的空氣的環境溫度可以利用進氣空氣溫度（IAT)傳感 器192測量。ECMl 14可以利用來自傳感器的信號以作出用於發動機系統100的控制決定。
[0054] ECM114可以與變速器控制模塊（TCM)194通信，以協調變速器(未示出）中的換檔。 例如，在換檔期間，ECM114可以減小發動機扭矩。ECM114可以與混合動力控制模塊（HCM) 196通信，以協調發動機102與電機198的運行。電機198也可以充當發電機，並且可以用於 產生用於由車輛電系統使用和/或用於存儲於電池中的電能。在各種實施方案中，ECM114、 TCM194和HCM196的各種功能可以集成到一個或更多個模塊內。
[0055] 變扭器(未示出)可以用於將發動機102以液壓方式聯接到變速器。變扭器可以包 括葉輪和渦輪機。葉輪可以機械聯接到發動機102。渦輪機可以按液壓方式聯接到葉輪，並 且可以驅動變速器。變扭器還可以包括鎖止離合器，該鎖止離合器將渦輪機鎖定到葉輪，從 而機械地聯接葉輪和渦輪機。渦輪機的速度可以利用可以將渦輪機速度輸出到TCM194的 渦輪機速度傳感器(未示出）測量。
[0056] 現參考圖2，ECM114的實例實施方案包括車軸扭矩確定模塊202、車軸扭矩調節模 塊204和發動機扭矩確定模塊206。車軸扭矩確定模塊202基於來自駕駛員輸入模塊104 的駕駛員輸入和來自VS傳感器188的車輛速度確定車軸扭矩請求。車軸扭矩確定模塊202 可以基於例如如下關係式確定車軸扭矩請求： (1)

【權利要求】
1. 一種方法，包括： 基於駕駛員輸入和車輛速度確定車軸扭矩請求； 基於渦輪機速度和是否施用了變扭器離合器中的至少一個以及所述車軸扭矩請求來 確定發動機扭矩請求；以及 基於所述發動機扭矩請求控制由發動機產生的扭矩量。
2. 根據權利要求1所述的方法，進一步包括： 確定期望發動機速度；以及 基於所述期望發動機速度確定所述發動機扭矩請求。
3. 根據權利要求2所述的方法，進一步包括：當所述變扭器離合器未被施用時，基於所 述車軸扭矩請求、所述渦輪機速度和變速器檔位確定所述期望發動機速度。
4. 根據權利要求2所述的方法，進一步包括：當所述變扭器離合器被施用時，基於所述 渦輪機速度以及所述變扭器中的期望轉差確定所述期望發動機速度。
5. 根據權利要求2所述的方法，進一步包括： 基於動力系系統的響應時間調節所述車軸扭矩請求，所述動力系系統包括所述發動 機、變速器和所述變扭器；以及 基於被調節車軸扭矩請求確定所述發動機扭矩請求。
6. 根據權利要求5所述的方法，進一步包括： 確定與所述變速器中的扭矩損失相關聯的標量和偏離量；以及 基於所述標量和所述偏離量確定所述發動機扭矩請求。
7. 根據權利要求6所述的方法，進一步包括：基於變速器效率、變速器傳動比、所述渦 輪機速度和所述期望發動機速度確定所述標量。
8. 根據權利要求6所述的方法，進一步包括：基於變速器檔位確定所述標量。
9. 根據權利要求1所述的方法，進一步包括： 基於測量發動機速度和期望發動機速度之差確定零踏板扭矩；以及 基於所述零踏板扭矩確定所述車軸扭矩請求。
10. 根據權利要求9所述的方法，進一步包括：當所述車軸扭矩請求小於預定值時，基 於所述零踏板扭矩控制由發動機產生的扭矩量。
【文檔編號】F02D29/02GK104343553SQ201410371656
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2014年7月31日 優先權日:2013年7月31日
【發明者】M.利夫施斯, R.A.馬森, R.B.傑斯, M.J.皮特施, M.L.沃特曼, R.Z.古德 申請人:通用汽車環球科技運作有限責任公司