專利名稱：目標(biāo)輪位置檢測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及車輛控制系統(tǒng)，且更特定地涉及目標(biāo)輪位置檢測。
背景技術(shù)：
在此部分中的陳述僅提供涉及本發(fā)明的背景信息且可以不構(gòu)成現(xiàn)有技術(shù)。
發(fā)動機控制系統(tǒng)監(jiān)測曲軸(發(fā)動機)位置。發(fā)動機速度和加速度可以基于發(fā)動機位置確定。僅作為例子，燃料供給、點火和節(jié)氣門位置可以基于發(fā)動機位置、速度和/或加速度調(diào)整。 曲軸位置監(jiān)測系統(tǒng)典型地包括控制模塊、曲軸傳感器和連接到曲軸或作為曲軸的部分的目標(biāo)輪。目標(biāo)輪可以具有齒，所述齒被曲軸傳感器監(jiān)測。曲軸傳感器生成表示目標(biāo)輪的角位置(發(fā)動機位置)的曲軸位置信號。 控制模塊可以通過曲軸傳感器以不同間隔(時間戳)檢測目標(biāo)輪的位置。例如，控制模塊可以以大于等于90。的間隔檢測發(fā)動機位置。以90°間隔，發(fā)動機位置的分辨率等于曲軸每轉(zhuǎn)四個位置樣本。

發(fā)明內(nèi)容
在一個實施例中，用于車輛的控制模塊包括時間記錄模塊，所述時間記錄模塊在存儲器內(nèi)存儲對應(yīng)于車輛的目標(biāo)輪的N個齒的每個的時間戳。N是整數(shù)。位置模塊基于時間戳生成M個角位置。M是大于l的整數(shù)。M個角位置的每個對應(yīng)于N個齒的相鄰齒之間的間距。位置估計器基于M個位置確定目標(biāo)輪的位置。 在其他特征中，濾波器包括位置模塊，所述位置模塊基于測量的位置信號生成計算的位置信號。測量的位置信號通過檢測車輛的目標(biāo)輪的N個齒的傳感器生成。計算的位置信號基于與N個齒的每個相關(guān)的M個齒間距值生成。N和M是整數(shù)且M大于1。 M個齒間距值的每個對應(yīng)于目標(biāo)輪的N個齒的相鄰齒之間的各間距。位置模塊基于位置誤差信號生成對應(yīng)于目標(biāo)輪的位置的估計位置信號。第一比較器將計算位置信號與估計位置信號進行比較，以生成位置誤差信號。 本發(fā)明的可應(yīng)用性的另外的范圍將從在下文中提供的詳細描述中變得顯見。應(yīng)理解的是詳細描述和具體例子僅意圖于圖示的目的且不意圖于限制本發(fā)明的范圍。


將從詳細描述和附圖中變得更完全地理解本公開，其中 圖1是根據(jù)本公開的實施例的控制系統(tǒng)的功能性方框 圖2是根據(jù)本公開的實施例的控制系統(tǒng)的功能性方框 圖3是根據(jù)本公開的實施例的卡爾曼濾波器的功能性方框 圖4是圖示根據(jù)本公開的實施例的濾波的速度曲線 圖5是圖示根據(jù)本公開的實施例的濾波的加速度曲線 圖6是圖示根據(jù)本公開的實施例的齒變化的加速度曲線 圖7圖示根據(jù)本公開的實施例的齒間距學(xué)習(xí)方法； 圖8圖示根據(jù)本公開的實施例的瞬時發(fā)動機速度和加速度確定方法； 圖9是根據(jù)本公開的實施例的合并有自動啟動和停止控制的混合動力動力總成
系統(tǒng)的功能性方框圖；禾口 圖10是根據(jù)本公開的實施例的另一個混合動力動力總成系統(tǒng)的功能性方框圖。
具體實施例方式
控制模塊可以通過曲軸傳感器以多種間隔檢測曲軸目標(biāo)輪的位置(發(fā)動機位置)。作為例子，控制模塊可以以大于、等于或小于90。的間隔檢測發(fā)動機位置。大于等于90°的間隔可以稱為低分辨率間隔。小于90°的間隔可以稱為高分辨率間隔。
曲軸目標(biāo)輪可以例如具有58個齒；每個齒與大致6°的旋轉(zhuǎn)相關(guān)。發(fā)動機位置的精細分辨可以通過以每6。為增量監(jiān)測來提供。通過提供精細分辨，能夠生成關(guān)于發(fā)動機的改進的位置、速度、加速度和加加速度(jerk)信息。 曲軸目標(biāo)輪的齒之間的間距(或齒寬) 一般不相同?？赡艽嬖陂g距的變化。這些變化可能由于制造公差、零件間變化、目標(biāo)輪傳感器和目標(biāo)輪傳感器系統(tǒng)變化等導(dǎo)致。如果對于小間隔的計算基于例如6。的標(biāo)稱齒間距值進行，則結(jié)果將包含誤差。誤差可能導(dǎo)致結(jié)果無用。 在此公開的實施例提供用于精確學(xué)習(xí)目標(biāo)輪的齒間距的技術(shù)。這允許系統(tǒng)對于小間隔精確計算位置信息。實施例允許在車輛生產(chǎn)期間和/或之后精確地學(xué)習(xí)發(fā)動機的目標(biāo)輪上的特定的齒間距。 如下描述僅在本質(zhì)上是典型的，且不意圖于限制此公開、其應(yīng)用或使用。為清晰期間，相同的附圖標(biāo)號將在附圖中用于識別類似的元件。如在此所使用，措辭"A、 B和C的至少一個"應(yīng)解釋為意味著邏輯(A或B或C)，即使用非排他性的邏輯或。應(yīng)理解的是在方法中的步驟可以以不同的次序執(zhí)行而不改變本公開的原理。 如在此所使用，術(shù)語模塊可以是特定用途集成電路(ASIC)、電子電路、執(zhí)行一個或多個軟件或固件程序的處理器(共享處理器、專用處理器或處理器組)和/或存儲器(共享存儲器、專用存儲器或存儲器組)、組合邏輯電路、和/或提供所述功能性的合適的部件，或作為它們的部分，或包括它們。 也如在此所使用，術(shù)語燃燒循環(huán)指發(fā)動機燃燒過程的重新發(fā)生階段。例如，在四沖程內(nèi)燃機中，一個發(fā)動機燃燒循環(huán)可以是且包括進氣行程、壓縮行程、做功行程和排氣行程。四個行程在發(fā)動機運行期間重復(fù)進行。 另外，雖然如下實施例主要關(guān)于示例的內(nèi)燃機描述，但本公開的實施例可以應(yīng)用于其他內(nèi)燃機。例如，本發(fā)明可以應(yīng)用于壓縮點燃、火花點燃、均質(zhì)火花點燃、均質(zhì)充氣壓縮點燃、分層火花點燃和火花輔助壓縮點燃型發(fā)動機。
另外，在如下描述中公開多種變量標(biāo)簽。變量標(biāo)簽僅作為例子提供。變量標(biāo)簽被 任意提供且可以每個用于識別或指出不同的項。例如，變量標(biāo)簽N可以用于指目標(biāo)輪上的 齒數(shù)或陣列內(nèi)的元素數(shù)。 用于速度的有限差分近似(Ax/At)和加速度的有限差分近似(Av/At)可以基 于來自曲軸目標(biāo)輪傳感器的離散采樣的位置和時間信息來確定，例如基于角位置e確定。 示例的用于速度的向后差分在表達式1中示出且用于時間樣本6和7。
( A x/A t) 7 = (x7_x6) / (t7_t6) (1) 等于間隔上的平均導(dǎo)數(shù)的實際值或?qū)嶋H導(dǎo)數(shù)(dx/dt和d2x/dt2)是更精確的。
連續(xù)的數(shù)據(jù)點可以用于計算用于平均速度的有限差分近似。瞬時速度的近似隨時 間間隔的減小而改進。當(dāng)時間間隔的大小降低時，近似變得對于測量誤差更敏感。見表達 式2。
△x dx (2)lim Ai」t 0厶t dt 當(dāng)使用瞬時量(非平均量)的差分時，每個有限差分計算無論間隔大小都產(chǎn)生在
相應(yīng)的時間間隔上的平均導(dǎo)數(shù)。例如，當(dāng)測: 瞬時速度時，可以確定(實際)平均加速度c
見對于樣本6和7的示例表達式3至5。
<formula>formula see original document page 6</formula>
H立置時，能夠計算(實際)平均速度。當(dāng)測量
實際平均加速度不能基于測量到的位置確定'
<formula>formula see original document page 6</formula> 在下文中描述的實施例提供齒學(xué)習(xí)和濾波技術(shù)，所述技術(shù)提供對于瞬時的位置、
速度和加速度的精確估計。 雖然如下的實施例主要關(guān)于使用卡爾曼濾波器來描述，但實施例可以應(yīng)用于包括
非卡爾曼濾波器的其他應(yīng)用。現(xiàn)在參考圖i，圖中示出控制系統(tǒng)io?？刂葡到y(tǒng)IO包括系統(tǒng)
控制模塊12，例如電子控制模塊(ECM)，該電子控制模塊從位置傳感器16接收測量到的位 置信號14。位置傳感器16可以是曲軸位置傳感器、變速器位置傳感器或電動馬達位置傳感 器。位置傳感器16檢測目標(biāo)輪18上的齒。測量到的位置信號14可以指示目標(biāo)輪18的位 置，目標(biāo)輪18例如為曲軸目標(biāo)輪、變速器目標(biāo)輪或電動馬達目標(biāo)輪。系統(tǒng)控制系統(tǒng)12可以 基于測量到的位置信號14控制燃料和點火，以及節(jié)氣門和相位器位置。
系統(tǒng)控制模塊12包括卡爾曼濾波器20，所述卡爾曼濾波器20可以生成提供到多 種模塊的瞬時的位置、速度和加速度信號22至26的估計值。模塊可以包括燃料控制模塊 28，點火控制模塊30，節(jié)氣門控制模塊32，相位器控制模塊34，發(fā)動機燃燒模塊36，失火模 塊38，其他診斷模塊40，等。 發(fā)動機燃燒模塊36可以基于瞬時位置信號、瞬時速度信號和/或瞬時加速度信號 22至26確定關(guān)于發(fā)動機的氣缸的燃燒情況的信息。燃燒信息可以用于調(diào)整燃料控制、點火 控制、節(jié)氣門位置和相位器控制。燃燒信息可以包括燃料正時和供給，火花正時，空氣供給，轉(zhuǎn)矩估計等。例如，瞬時加速度信息直接與發(fā)動機的瞬時轉(zhuǎn)矩輸出相關(guān)。瞬時轉(zhuǎn)矩直接與 發(fā)動機的氣缸內(nèi)的燃燒情況的特征相關(guān)。燃燒情況信息則可以用于提供以上所述的調(diào)整和 /或控制。 失火模塊38可以基于瞬時的位置、速度和/或加速度信號22至26檢測失火。失 火可以指發(fā)動機的氣缸內(nèi)的燃料混合物不被點燃和/或不在合適的時間被點燃。失火模塊 38可以基于失火信息調(diào)整燃料正時和供給，點火正時，節(jié)氣門位置和相位器控制。燃料控制 模塊28調(diào)整燃料噴射器的正時，燃料噴射器處于開啟狀態(tài)的時間量，和/或燃料噴射器的 每個的開啟大小。 點火控制模塊30例如調(diào)整火花塞的正時。當(dāng)所公開的實施例應(yīng)用于柴油機時，可 以不包括點火控制模塊30。節(jié)氣門控制模塊32例如可以調(diào)整節(jié)氣門板的位置，因此控制進 入發(fā)動機的空氣流量。相位器控制模塊34可以調(diào)整相位器和凸輪軸相對于發(fā)動機曲軸的 位置。當(dāng)包括多于一個凸輪軸時，相位器控制模塊34可以調(diào)整凸輪軸的相對定位。
現(xiàn)在參考圖2，圖中示出另一個控制系統(tǒng)50?？刂葡到y(tǒng)50包括系統(tǒng)控制模塊12'， 例如ECM，和存儲器54。系統(tǒng)控制模塊12'包括時間記錄模塊56，卡爾曼濾波器20'，速度 設(shè)定模塊60和位置歷史模塊62。位置模塊62包括恒定加速度模塊64，恒定加加速度模塊 66和指數(shù)衰減模塊68。存儲器54包括時間戳陣列70，齒位置陣列72和綜合齒位置陣列 74。 時間記錄模塊56例如在減速期間記錄時間戳。時間戳可以在時間歷程學(xué)習(xí)過程 期間被記錄。時間戳可以與目標(biāo)輪上的每個齒相關(guān)。例如，時間戳可以與齒的后緣相關(guān)。位 置、速度和/或加速度信息可以基于存儲的時間戳獲得。時間戳可以存儲在時間戳陣列70 內(nèi)?？梢詾槊總€齒指定不同的時間戳陣列。時間戳陣列可以具有用于特定齒的時間戳，所 述時間戳對應(yīng)于目標(biāo)輪的每轉(zhuǎn)。例如，可以包括N個時間戳陣列，其中每個時間戳陣列包括 M個元素。N和M可以是整數(shù)值。M個元素的每個可以與目標(biāo)輪的特定轉(zhuǎn)相關(guān)。例如，見如 下的圖7的步驟204至234。 卡爾曼濾波器20'可以基于來自記錄模塊56、速度設(shè)定模塊60、位置歷史模塊62 和存儲器54的信息運行。圖1的模塊28至40也可以基于來自時間記錄模塊56、速度設(shè)定 模塊60、位置歷史模塊62和存儲器54的信息運行。 速度設(shè)定模塊60可以用于在時間歷程學(xué)習(xí)過程執(zhí)行前增加和設(shè)定發(fā)動機的速 度。例如，如下見圖7的步驟202。 位置歷史模塊62可以用于基于存儲在時間戳陣列70內(nèi)的時間戳來確定位置信 息。位置信息可以存儲在齒位置陣列72內(nèi)。作為例子且作為以上的例子的繼續(xù)，因為可能 存在N個時間戳陣列，所以也可能存在與目標(biāo)輪的每個齒相關(guān)的N個齒位置陣列。N個齒位 置陣列可以具有X個元素，其中X是可以等于M的整數(shù)。 位置信息可以通過恒定加速度模塊64、恒定加加速度模塊66和/或指數(shù)衰減模 塊68來確定。恒定加速度模塊64可以確定位置信息，例如，如在圖7的步驟210至214中 描述。恒定加加速度模塊66可以確定位置信息，例如，如在圖7的步驟220至224中描述。 指數(shù)衰減模塊68可以確定位置信息，例如，如在圖7的步驟230至234中描述。
位置歷史模塊62可以對每個齒位置陣列72的元素取平均。所得平均值可以合并 到綜合齒位置陣列74，所述綜合齒位置陣列74包括對于目標(biāo)輪的每個齒的平均位置元素。此情況的例子在圖7的步驟214、224和234中描述。 現(xiàn)在參考圖3，圖中示出卡爾曼濾波器20"的功能性方框圖?？柭鼮V波器20"可 以包括位置濾波模塊IOO，速度濾波模塊102和加速度濾波模塊104。模塊100至104分別 包括位置計算器、速度計算器和加速度計算器106至110，以及位置估計器、速度估計器和 加速度估計器112至116。估計器112至116的輸出可以作為卡爾曼濾波器20"的輸出提 供。模塊100至104可以基于來自圖2中的模塊56、60和62以及存儲器54的信息運行。
位置計算器106接收測量到的位置信號120。測量到的位置信號120可以通過曲 軸位置傳感器、變速器位置傳感器或電動馬達位置傳感器生成。位置計算器106和位置估 計器112的輸出提供到第一比較器122，該第一比較器122生成位置誤差信號124，該位置 誤差信號124被反饋到位置估計器112。 位置模塊100和/或位置估計器112的輸出可以提供到速度計算器108。速度計 算器108和速度估計器114的輸出提供到第二比較器124，該第二比較器124生成速度誤差 信號126，該速度誤差信號126被反饋到速度估計器114。 速度模塊102和/或速度估計器114的輸出可以提供到加速度計算器110。加速 度計算器110和加速度估計器116的輸出提供到第三比較器130，該第三比較器130生成加 速度誤差信號132，該加速度誤差信號132被反饋到加速度估計器116。
卡爾曼濾波器20"是狀態(tài)估計器。在此公開的卡爾曼濾波器用于確定和/或估計 目標(biāo)輪的瞬時位置、速度和/或加速度。作為卡爾曼濾波器的部分，描述系統(tǒng)(例如，發(fā)動 機)的動力學(xué)的方程被確定。這些方程用于產(chǎn)生狀態(tài)變量(例如，發(fā)動機位置、速度和加速 度)的狀態(tài)。將這些估計值與測量到的值進行比較，以生成誤差信號，所述誤差信號被反饋 以修正估計值。例如，估計的發(fā)動機速度和測量到的發(fā)動機速度之間的差異被反饋，以修正 發(fā)動機速度的估計。 卡爾曼基濾波器20"可以是二階或三階濾波器。在二階濾波器實施中，所使用的 狀態(tài)向量包括速度和加速度兩個項目。二階卡爾曼基濾波器提供例如發(fā)動機速度的估計， 將該估計與測量到的發(fā)動機速度進行比較。測量到的發(fā)動機速度可以基于來自曲軸傳感器 的曲軸位置信號。估計值和測量值之間的差異被反饋，以改進發(fā)動機速度和加速度的估計。
三階卡爾曼基濾波器總的來說比二階卡爾曼基濾波器更精確，且因此在下文中更
詳細地描述。三階卡爾曼基濾波器包括狀態(tài)向量叾,所述狀態(tài)向量^具有三個項目，即位置 i 、速度i和加速度》'。三階卡爾曼基濾波器提供位置估計^ ,將該位置估計；與測量到的位置 x進行對比。測量到的位置x可以基于例如來自曲軸傳感器的位置信息。估計值和測量值 之間的差異用作反饋，以改進位置、速度和加速度的估計。 三階卡爾曼基濾波器建立且使用描述系統(tǒng)(例如，發(fā)動機)的狀態(tài)方程。示例的 狀態(tài)方程在表達式6和7中示出，u、w和v分別是控制輸入、過程噪聲和測量噪聲。表達式<formula>formula see original document page 8</formula>
6包括矩陣A、B和C，它們可以分別定義為
<formula>formula see original document page 8</formula>和<formula>formula see original document page 8</formula>
表達式7包括矩陣
D和E，它們可以分別定義為[1 0 0]和[O]。在引入控制輸入時，矩陣B和E可以被修改c
<formula>formula see original document page 9</formula> <formula>formula see original document page 9</formula>
(6)<formula>formula see original document page 9</formula>(7) 當(dāng)使用三階卡爾曼基濾波器時，反饋基于位置，該位置為實際測量的位置。這與基 于估計而非實測的速度的二階卡爾曼基濾波器不同。三階卡爾曼基濾波器提供實際導(dǎo)數(shù)的 估計。換言之，三階卡爾曼基濾波器提供瞬時速度和瞬時加速度作為有限差分近似的替代。
現(xiàn)在參考圖4，圖中示出圖示濾波的速度曲線圖。速度曲線圖提供三個不同的速度 信號140、142、144的曲線。雖然第二速度信號142和第三速度信號144示出為其平均速度 小于第一速度信號140的平均速度，但第二速度信號142和第三速度信號144在圖上下移 以將各曲線區(qū)分開。速度信號140、142、144在實際中代表相對于時間的相同的速度。
第一速度信號140是基于使用標(biāo)稱齒間距_例如對于每個有限位置差為6° -的 有限差分近似的速度(Ax/At)的示例性曲線。對于對應(yīng)于目標(biāo)輪的每個齒的每個Ax使 用該標(biāo)稱齒間距。第二速度信號142的圖形圖示出基于使用實際齒間距的有限差分確定的 速度，所述實際齒間距在齒學(xué)習(xí)過程期間被確定。齒學(xué)習(xí)過程的例子在此描述。對于第二 速度信號142，對于每個齒(例如，AXl—58)確定或獲得特定的位置差。與每個齒相關(guān)的特 定的位置差可以存儲在存儲器內(nèi)。第三速度信號144是第二速度信號142的三階卡爾曼濾 波的例子。 現(xiàn)在參考圖5，圖中示出圖示濾波的加速度圖。加速度圖提供三個不同的加速度信 號150、152、154的曲線。雖然第二加速度信號152和第三加速度信號154示出為其平均加 速度小于第一加速度信號150的平均加速度，但第二加速度信號152和第三加速度信號154 在圖上下移，以將各曲線區(qū)分開。加速度信號150、152、154在實際中代表相對于時間的相 同的加速度。 第一加速度信號150是使用加速度的有限差分近似的加速度(Av/A t)示例曲 線。加速度的有限差分近似基于使用標(biāo)稱齒間距_例如對于每個有限位置差為6° -的速 度的有限差分近似來確定。如所示出，基于第一加速度信號150難以檢測到關(guān)于氣缸情況 的加速度的任何改變。 第二加速度信號152是使用加速度有限差分確定的加速度示例性曲線。加速度有 限差分確定基于使用在齒學(xué)習(xí)過程期間確定的實際齒間距的速度有限差分確定來確定。對 于速度的有限差分確定，對于每個齒(例如，AXl—58)確定或獲得特定的位置差。與每個齒 相關(guān)的特定的位置差可以存儲在存儲器內(nèi)。使用從齒學(xué)習(xí)獲得的間距信息，可以由第二加 速度信號152基于氣缸情況檢測到一些加速度改變和/或圖形。第三加速度信號154是第 二加速度信號152的三階卡爾曼濾波的例子。從第三加速度信號154中，加速度的改變是 清晰的且能夠被容易地檢測到。 現(xiàn)在參考圖6，圖中示出圖示齒變化的加速度圖。加速度圖是圖5的第三加速度信 號154的一部分的放大視圖。圖中示出四個正弦形循環(huán)160至166。循環(huán)160至166對應(yīng) 于四缸發(fā)動機的四個連續(xù)的氣缸情況。四個氣缸情況是不同氣缸的情況。加速度圖作為例子提供，以示出曲軸的加速度隨不同氣缸情況的改變。在此所述的齒學(xué)習(xí)過程和卡爾曼濾 波的使用允許檢測這樣的差異，且基于此調(diào)整發(fā)動機控制。 現(xiàn)在參考圖7，圖中示出學(xué)習(xí)齒間距(或齒寬)的方法。雖然如下步驟主要關(guān)于圖 1至圖3的實施例描述，但這些布驟可以應(yīng)用于本發(fā)明的其他實施例。 齒間距的學(xué)習(xí)可以在一定條件存在時發(fā)生，例如當(dāng)發(fā)動機速度近似穩(wěn)定時或以近
似平滑(非振蕩)的方式改變時。這些條件可以在發(fā)動機不燃燒時提供。這避免監(jiān)測由于
氣缸燃燒情況而導(dǎo)致的獨立的曲軸加速和減速。方法可以在步驟200處開始。 在步驟202中，發(fā)動機速度可以增加到或設(shè)定為預(yù)定速度(例如，6000RPM)。這可
以在車輛生產(chǎn)期間、在車輛維修時或在車輛運行期間進行。 在步驟204中，允許發(fā)動機減速且使發(fā)動機不能燃燒。與發(fā)動機的相關(guān)的變速器 可以處于駐車或空檔或替代地可以在檔位中。當(dāng)在檔位中時，發(fā)動機被其上的負荷倒拖，例 如，被變速器、傳動軸、車軸、車輪等倒拖。 在步驟204A中，發(fā)動機點火被禁止。在步驟204B中，發(fā)動機的燃料供給被禁止。 當(dāng)處于駐車或空檔時，當(dāng)禁止燃料供給時發(fā)動機的速度降低。在步驟204C中，流到發(fā)動機 的空氣流量可以被減小。節(jié)氣門的關(guān)閉降低曲軸的加速/減速，這是由于發(fā)動機氣缸所殘 留的空氣質(zhì)量和殘余物所導(dǎo)致。這使在壓縮和膨脹行程期間的殘留的氣體量最小化，且降 低對于每個氣缸情況的曲軸加速/減速的幅度。由于例如發(fā)動機的連桿和活塞的往復(fù)慣性 力可能保留一些曲軸加速/減速。 在已獲得以上所述的步驟202至204的條件后，可以確定在齒學(xué)習(xí)過程進程期間 的曲軸位置、速度和/或加速度的時間歷程。當(dāng)生成時間歷程時，可以忽略由于單獨的氣缸 情況導(dǎo)致的曲軸的加速和減速。時間歷程可以使用如下技術(shù)中的一個或多個來確定恒定 加速/減速技術(shù)(步驟210至214)，恒定加加速度技術(shù)(步驟220至224)和指數(shù)衰減技術(shù) (步驟230至234)。 在步驟210中，控制假定在進行齒學(xué)習(xí)過程期間曲軸隨時間經(jīng)歷恒定加速/減速 而初始化時間歷程學(xué)習(xí)。收集時間戳信息且將其存儲在用于目標(biāo)輪的每個齒的各自陣列 中。例如，可以對于目標(biāo)輪的齒的每個后緣接收輸入脈沖，且記錄與此后緣相關(guān)的時間。
在齒學(xué)習(xí)過程期間，目標(biāo)輪可以經(jīng)歷N轉(zhuǎn)，其中N為整數(shù)。每轉(zhuǎn)提供可以為每個齒 存儲的樣本。例如，如果目標(biāo)輪具有58個齒，則可以對每個齒存儲時間戳數(shù)據(jù)的一個陣列。 時間戳陣列可以稱為第一組陣列A卜m，其中毎個m具有M個元素，其中M為整數(shù)，例如58。 時間歷程學(xué)習(xí)可以保持預(yù)定時期或齒學(xué)習(xí)時期。 在步驟212中，在齒學(xué)習(xí)時期結(jié)束時，在每個陣列A卜m中存儲的M個時間戳用于確 定每個齒的位置信息。與每個齒相關(guān)的例如以度為單位的角位置或齒間距值和/或齒寬值 的位置信息可以存儲在第二組陣列Bhm中。間距和/或?qū)挾刃畔⒖梢詮慕俏恢么_定。第二 組陣列B卜m的每個具有M個位置數(shù)據(jù)元素。 曲軸速度可以通過恒定減速運動描述。換言之，曲軸速度隨時間線性減小。曲軸 位置作為時間函數(shù)的方程可以通過將曲軸加速度方程積分兩次來提供。示例的曲軸位置x 作為時間的函數(shù)的方程可以通過表達式8來提供。v。是轉(zhuǎn)動開始時的速度且x。是轉(zhuǎn)動開 始時的位置。t是時間且a。是對應(yīng)于目標(biāo)輪轉(zhuǎn)動結(jié)束和開始時的速度差的加速度。
x(t)+。t2+v。t + x0 (8) 存儲在第二組陣列B卜m中的位置信息可以使用表達式8確定。 在步驟214中，存儲在每個第二組陣列B卜m中的位置數(shù)據(jù)的M個元素被取平均，以
提供與每個齒相關(guān)的齒間距的平均估計值(或齒寬平均值)。 在步驟220中，控制假定在進行齒學(xué)習(xí)過程期間曲軸隨時間經(jīng)歷恒定的加加速度 而初始化時間歷程學(xué)習(xí)。換言之，曲軸加速度隨時間線性改變。收集時間戳信息且將其存 儲在目標(biāo)輪的每個齒的各自陣列內(nèi)。時間戳陣列可以稱為第一組陣列C卜M，其中陣列(Vm的 每個具有M個元素。時間歷程學(xué)習(xí)可以保持預(yù)定的時間階段或保持齒學(xué)習(xí)時間階段。
在步驟222中，在齒學(xué)習(xí)時間階段結(jié)束時，存儲在C卜m的每個內(nèi)的N個時間戳用于 確定每個齒的位置信息。與每個齒相關(guān)的例如以度為單位的角位置或齒間距值和/或齒寬 值的位置信息可以存儲在第二組陣列D卜m內(nèi)。第二組陣列D卜m的每個具有M個位置數(shù)據(jù)元 素。 通過對加加速度方程積分三次得到曲軸位置與時間的方程。其例子通過表達式9 提供，其中j。是目標(biāo)輪轉(zhuǎn)動開始時的加加速度。x(t〉 = 4jof+^a0t2+v。t + x。 (9) 6 2 存儲在第二組陣列D卜m內(nèi)的位置信息可以使用表達式9確定。 在步驟224中，存儲在第二組陣列D卜m的每個內(nèi)的N個位置數(shù)據(jù)元素被取平均，以
提供與每個齒相關(guān)的齒間距的平均估計值(或齒寬平均值)。 在步驟230中，控制假定在進行齒學(xué)習(xí)過程期間曲軸的速度經(jīng)歷隨時間的指數(shù)衰 減而初始化時間歷程學(xué)習(xí)。收集時間戳信息且將其存儲在目標(biāo)輪的每個齒各陣列內(nèi)。時間 戳陣列可以稱為第一組陣列E卜m，其中陣列Eh的每個具有M個元素。時間歷程學(xué)習(xí)可以保 持預(yù)定的時間階段，或保持齒學(xué)習(xí)時間階段。 在步驟232中，在齒學(xué)習(xí)時間階段結(jié)束時，存儲在E卜m的每個內(nèi)的N個時間戳用于 確定每個齒的位置信息。與每個齒相關(guān)的例如以度為單位的角位置或齒間距值和/或齒寬 值的位置信息可以存儲在第二組陣列F卜m內(nèi)。第二組陣列F卜m的每個具有M個位置數(shù)據(jù)元素。 例如，速度可以確定為如表達式IO所提供且使用表達式11。變量A指的是初速度 減終速度，在初速度處確定時間歷程。例如，當(dāng)控制初始化時間歷程學(xué)習(xí)時，發(fā)動機速度可 以為6000轉(zhuǎn)/分(RPM)，且在時間歷程學(xué)習(xí)結(jié)束時發(fā)動機速度可以是1600RPM。變量A等 于在時間t等于零(0)時(齒學(xué)習(xí)時間階段開始時)的初速度(例如，6000RPM)減去終速 度(例如，1600RPM)(齒學(xué)習(xí)時間階段結(jié)束時)，終速度由變量C表示。C是常數(shù)且可以等于 終速度(例如，1600RPM)。 k是衰減時間常數(shù)，它可以基于最佳擬合指數(shù)衰減曲線擬合來確 定，以使目標(biāo)輪的速度相對于時間衰減。表達式11可以被積分以提供表達式12。
v(t) = Ae(—kt)+C (10)
A = v(t)_C (11)
,X(":^^ + Ct《 (12) 存儲在第二組陣列D卜m內(nèi)的位置信息可以使用表達式12確定。
在步驟234中，存儲在第二組陣列F卜m的每個內(nèi)的位置數(shù)據(jù)的M個元素被取平均， 以提供與每個齒相關(guān)的齒間距的平均估計值(或平均齒寬)。 以上所述的步驟意味圖示的示例；這些步驟可以取決于應(yīng)用而相繼地、同步地、同 時地、連續(xù)地、在重疊的時期期間執(zhí)行，或以不同的次序執(zhí)行。以上所述的齒學(xué)習(xí)技術(shù)可以 允許大致0.0r或更好的齒間距精度。來自步驟214、224和234的平均位置信息可以對于 每個齒被平均或組合，以提供對應(yīng)于目標(biāo)輪的每個齒的組合的位置信息估計。
現(xiàn)在參考圖8，圖中示出瞬時發(fā)動機速度和加速度的確定方法。雖然如下步驟主要 相對于圖1至圖3中的實施例描述，但步驟可以應(yīng)用于本發(fā)明的其他實施例。方法可以在 步驟300處開始。 在步驟302處，基于測量到的位置信號且基于齒間距學(xué)習(xí)確定實際的位置、速度 和加速度，例如在圖7中進行。實際的發(fā)動機位置和速度是瞬時位置和速度的估計量。實 際速度基于每個齒的預(yù)定間距信息確定。例如，當(dāng)目標(biāo)輪標(biāo)稱間距為6。時，使用與目標(biāo)輪 的每個齒相關(guān)的實際間距，例如5.9。 、6. 1° 、6.05°等。實際速度可以通過將實際間距的 有限差分除以與目標(biāo)輪的轉(zhuǎn)動的每個齒相關(guān)的時間At來確定。實際加速度可以使用有限 差分近似來確定。對于每個齒，例如，實際加速度可以基于在與齒相關(guān)的時段的開始和結(jié)束 時確定的實際速度除以At來確定。 在步驟304中，確定發(fā)動機位置、速度和加速度的估計量。估計的發(fā)動機位置基于 位置誤差信號生成。估計的發(fā)動機速度基于速度誤差信號生成。估計的發(fā)動機加速度基于 加速度誤差信號生成。 在步驟306中，將實際的發(fā)動機位置、速度和加速度分別與估計的發(fā)動機位置、速 度和加速度進行比較，以生成位置、速度和加速度誤差信號。 在步驟308中，基于位置、速度和加速度誤差信號修正估計的位置、速度和加速度 信號。這可以包括調(diào)整狀態(tài)向量的位置、速度和加速度分量，所述狀態(tài)向量例如為以上表達 式6的A向量。 在步驟310中，可以輸出估計的位置、速度和加速度信號。輸出的估計的位置、速 度和加速度信號可以用于控制發(fā)動機的多種方面，如上所述。 以上所述的步驟意味圖示的示例；步驟可以取決于應(yīng)用而相繼地、同步地、同時 地、連續(xù)地、在重疊的時期期間執(zhí)行，或以不同的次序執(zhí)行。以上所述的方法提供具有最小 噪聲的瞬時發(fā)動機速度和加速度的估計。 在此所公開的實施例提供齒學(xué)習(xí)，所述齒學(xué)習(xí)包括齒間距學(xué)習(xí)，這用于最小化由 于不一致的齒間距導(dǎo)致的噪聲。在此所述的卡爾曼濾波器的使用將來自多種源的噪聲最小 化?？柭鼮V波器的使用允許將來自多種噪聲源的噪聲最小化，但不明顯地改變主要信號。
來自多種源的噪聲的例子是齒之間的變化，"學(xué)習(xí)"齒間距后的變化，由于氣缸體 振動生成的噪聲，由于施加在電線上的電噪聲(電磁干擾)導(dǎo)致的變化，傳感器對于齒邊緣 的通過的響應(yīng)時間的變化，活塞和齒目標(biāo)輪之間的部件撓曲，等。 卡爾曼濾波器可以包括發(fā)動機系統(tǒng)的動態(tài)運行模型。基于測量歷史，卡爾曼濾波 器估計下一個樣本是什么(例如，發(fā)動機位置、速度和/或加速度)?？柭鼮V波器使用估 計和測量之間的誤差歷史來表征發(fā)動機系統(tǒng)內(nèi)的噪聲。基于卡爾曼濾波器對于噪聲的學(xué) 習(xí)，卡爾曼濾波器提供改進的估計(例如，位置、速度和/或加速度)。這迭代地進行，以逐漸改進該估計且提供帶有最小噪聲的信號。 噪聲可以包括靜態(tài)噪聲和隨機噪聲。靜態(tài)噪聲和隨機噪聲可能由于如下情況所導(dǎo) 致傳感器對于通過的齒邊緣的響應(yīng)時間的變化，齒之間變化和目標(biāo)輪的一個區(qū)域內(nèi)與另 一個區(qū)域內(nèi)的磁特性的相互間變化。不均勻的加熱和嵌入在目標(biāo)輪內(nèi)的部件可能使得與目 標(biāo)輪的每個齒相關(guān)的電邊緣(檢測到的齒邊緣)畸變。這樣，存在與目標(biāo)輪的齒相關(guān)的電 變化和機械變化。電變化和機械變化的一些是靜態(tài)的(可重復(fù)的)，且一些是不可重復(fù)的 (顫抖)。 以上所述的齒學(xué)習(xí)允許去除靜態(tài)噪聲。卡爾曼濾波器去除未被系統(tǒng)學(xué)習(xí)的不可重 復(fù)噪聲。顫抖能夠?qū)е聦⒃肼曇氲角S位置測量，且因此使此測量的質(zhì)量下降。
卡爾曼濾波器作為狀態(tài)估計器工作，且可以具有與發(fā)動機的限制或位置檢測系統(tǒng) 的限制相關(guān)的數(shù)據(jù)。當(dāng)檢測到的顫抖的頻率不合實際地高時，卡爾曼濾波器有效地排除或 忽略顫抖。當(dāng)卡爾曼濾波器相繼地接收到數(shù)個低頻顫抖信號時，卡爾曼濾波器允許顫抖通 過。當(dāng)噪聲中的兩個小增加符合發(fā)動機的動力學(xué)行為模型時，低頻顫抖被允許通過。這與 接收到高頻顫抖不同，所述高頻顫抖提供大的"尖峰"，此"尖峰"是不合實際的發(fā)動機行為 或位置檢測系統(tǒng)行為?？柭鼮V波器允許很接近期望的系統(tǒng)行為的信號通過。
在此公開的實施例可以應(yīng)用于與曲軸目標(biāo)輪相關(guān)的多種時間間隔。通過高的分辨 間隔，實施例提供對于發(fā)動機瞬時速度和加速度的精確估計。實施例可以與任何齒數(shù)的目 標(biāo)輪一起使用，例如360x。實施例不限于曲軸位置的信號處理，而是可以應(yīng)用于變速器位置 和/或電動機位置的信號處理。實施例可以用于估計變速器和/或電動馬達的瞬時位置、 速度和加速度。 由本公開的實施例提供的瞬時發(fā)動機速度和加速度能夠用于增強控制和診斷策 略。信息例如可以用于失火診斷，以實時推斷和監(jiān)測發(fā)動機燃燒性能和改進發(fā)動機性能。
現(xiàn)在參考圖9，圖中示出合并有以上所述的齒學(xué)習(xí)、濾波和位置確定技術(shù)的示例性 的混合動力動力總成系統(tǒng)410。雖然動力總成系統(tǒng)410圖示為后輪驅(qū)動(RWD)動力總成，認 識到的是本公開的實施例能夠與任何其他動力總成構(gòu)造實施。動力總成系統(tǒng)410包括推進 系統(tǒng)412和傳動系系統(tǒng)414。推進系統(tǒng)412包括內(nèi)燃機(ICE)416和電動馬達或電動機/發(fā) 電機單元(MGU)418。推進系統(tǒng)412也能夠包括輔助部件，該輔助部件包括但不限于空調(diào)壓 縮機420和轉(zhuǎn)向泵422。 MGU 18和輔助部件使用皮帶和帶輪系統(tǒng)424聯(lián)接到ICE 416。皮 帶和帶輪系統(tǒng)424可以聯(lián)接到ICE 416的曲軸426，且使得轉(zhuǎn)矩能夠在曲軸426和MGU 418 和/或輔助部件之間傳遞。此構(gòu)造稱為皮帶式交流發(fā)電機起動機(BAS)系統(tǒng)。
曲軸426驅(qū)動傳動系系統(tǒng)414。傳動系系統(tǒng)414包括柔性板或飛輪(未示出)，轉(zhuǎn) 矩變換器或其他聯(lián)接裝置430，變速器432，傳動軸434，差速器436，車軸438，制動器440和 驅(qū)動輪442。作為ICE 416的曲軸46的輸出的推進轉(zhuǎn)矩(TPK。P)通過傳動系系統(tǒng)部件傳遞， 以在車軸438處提供軸轉(zhuǎn)矩以驅(qū)動車輪442。軸轉(zhuǎn)矩T^E可以稱為動力總成輸出轉(zhuǎn)矩。更 特定地，TPK。P與由聯(lián)接裝置430、變速器432和差速器436提供的數(shù)個傳動比相乘，以在車 軸438處提供T,。基本上，T，與有效傳動比相乘，所述有效傳動比是如下項的函數(shù)由 聯(lián)接裝置430引入的比率，通過變速器輸入/輸出軸速度確定的變速器傳動比，差速比，以 及可以在傳動系系統(tǒng)414中引入比率的任何其他部件(例如，在四輪驅(qū)動(4WD)或全輪驅(qū) 動(AWD)動力總成中為分動箱)。為轉(zhuǎn)矩控制的目的，T,范圍包括ICE 416和MGU 418。
動力總成410也包括控制系統(tǒng)450，該控制系統(tǒng)450在發(fā)動機416自動起動期間調(diào) 節(jié)MGU 418的轉(zhuǎn)矩輸出。控制系統(tǒng)450包括系統(tǒng)控制模塊451，所述系統(tǒng)控制模塊451可以 包括變速器控制模塊(TCM)452，發(fā)動機控制模塊(ECM)454和混合動力控制模塊(HCM)456。 控制系統(tǒng)450可以基于MGU 418的速度調(diào)節(jié)MGU 418的轉(zhuǎn)矩輸出，所述MGU418的速度可以 由速度傳感器451檢測到。來自速度傳感器451的信息可以直接提供到HCM 456。這允許 快速檢測MGU 418的速度且調(diào)整MGU 418的輸出轉(zhuǎn)矩。輸出轉(zhuǎn)矩可以施加到發(fā)動機416的 曲軸。 系統(tǒng)控制模塊451通過TCM 452，ECM 454和HCM 456控制生成的動力總成輸出轉(zhuǎn) 矩。系統(tǒng)控制模塊451可以基于齒學(xué)習(xí)控制動力總成輸出轉(zhuǎn)矩，所述齒學(xué)習(xí)與發(fā)動機416、 MGU 418和/或變速器432的目標(biāo)輪相關(guān)地進行。HCM 456能夠包括一個或多個子模塊，所 述子模塊包括但不限于BAS控制處理器(BCP)458。 TCM 452， ECM 454和HCM 456相互之間 通過控制器局域網(wǎng)(CAN)總線460通信。駕駛員輸入462與ECM通信。駕駛員輸入462能 夠包括但不限于加速器踏板和/或巡航控制系統(tǒng)。駕駛員接口 464與TCM 452通信。駕駛 員接口 464包括但不限于變速器檔位范圍選擇器(例如，PRNDL桿)。系統(tǒng)控制模塊451可 以與存儲器465通信。 控制系統(tǒng)450可以基于協(xié)同轉(zhuǎn)矩控制運行，所述協(xié)同轉(zhuǎn)矩控制可以包括軸轉(zhuǎn)矩范 圍和推進轉(zhuǎn)矩范圍。TpK。p是曲軸輸出轉(zhuǎn)矩，它可以包括EM轉(zhuǎn)矩貢獻。根據(jù)本公開的協(xié)同轉(zhuǎn) 矩控制在ECM內(nèi)實施軸轉(zhuǎn)矩(TmE)仲裁，以提供經(jīng)仲裁的軸轉(zhuǎn)矩(TmEAKB)且將推進轉(zhuǎn)矩控 制責(zé)任分?jǐn)偟紼CM和HCM。此分?jǐn)偼七M協(xié)同轉(zhuǎn)矩控制便于部件保護，發(fā)動機超速保護和系統(tǒng) 補救動作，以及ECM上的其他轉(zhuǎn)矩要求等?；旌蟿恿ν七M轉(zhuǎn)矩控制可以在HCM中恢復(fù)，其中 ECM停止且實施變速器轉(zhuǎn)矩控制，再生制動，和發(fā)動機超速保護以及其他技術(shù)要求等。
協(xié)同轉(zhuǎn)矩控制可以監(jiān)測加速踏板位置(aPED)和車輛速度(VVEH)。駕駛員意圖或希 望的軸轉(zhuǎn)矩(TmEDES)基于a，和V，確定。例如，a，和V，能夠用作預(yù)標(biāo)定的預(yù)存儲的 查詢表的輸入，所述查詢表提供相應(yīng)的T皿皿s。 ECM 454仲裁T^皿s和其他轉(zhuǎn)矩要求，以提 供Tax區(qū)kb。其他轉(zhuǎn)矩要求包括一個或多個提供在軸轉(zhuǎn)矩要求組內(nèi)的轉(zhuǎn)矩要求。轉(zhuǎn)矩要求通 過轉(zhuǎn)矩特征生成，且包括但不限制于絕對轉(zhuǎn)矩值、最小轉(zhuǎn)矩極限值、最大轉(zhuǎn)矩極限值或差值 轉(zhuǎn)矩值要求。與軸轉(zhuǎn)矩要求組相關(guān)的轉(zhuǎn)矩特征包括但不限制于牽引控制系統(tǒng)(TCS)，車輛 穩(wěn)定性增強系統(tǒng)(VSES)和車輛超速保護系統(tǒng)(VOS)。 一旦確定T^自b，使用有效傳動比在 ECM 4S4中將TAXL咖b轉(zhuǎn)化為推進轉(zhuǎn)矩(T卿p腦)。在已確定TPK。PECM后，ECM 4S4仲裁T卿腦和 ECM 454對其負責(zé)的其他推進轉(zhuǎn)矩要求，以向HCM 456提供最終TPK。PECM。
HCM 456可以發(fā)出轉(zhuǎn)矩要求，以通過將發(fā)動機氣缸停止工作(例如，通過切斷供給 氣缸的燃料)來將發(fā)動機燃燒轉(zhuǎn)矩輸出設(shè)定為零。這能夠在車輛滑行情況中發(fā)生，此時加 速器踏板位置為零。例如，燃料被切斷且車輛的再生制動開始以便通過MGU 418將車輛的 動能轉(zhuǎn)換為電力。為此，將車輛轉(zhuǎn)矩連接到曲軸的轉(zhuǎn)矩變換器離合器被接合。以此，MGU 418 被驅(qū)動。因此，進入ECM 454推進轉(zhuǎn)矩仲裁的轉(zhuǎn)矩要求從HCM 456提供，使得兩個轉(zhuǎn)矩要求 輸入到ECM 454推進轉(zhuǎn)矩仲裁即駕駛員/巡航(軸轉(zhuǎn)矩仲裁的)推進轉(zhuǎn)矩要求和HCM 456 零燃料轉(zhuǎn)矩要求。 TCM 452提供仲裁的推進轉(zhuǎn)矩值(TPK。PTeM)。更特定地，TCM 452仲裁來自轉(zhuǎn)矩特征 的各轉(zhuǎn)矩要求。典型的TCM轉(zhuǎn)矩特征是變速器保護算法，所述算法生成最大轉(zhuǎn)矩極限，以限制變速器輸入軸處的轉(zhuǎn)矩。最大轉(zhuǎn)矩極限指示通過變速器輸入軸的最大可允許轉(zhuǎn)矩，以保 護變速器部件。 來自ECM 454的TPK0PECM和來自TCM 452的T,TCM都被發(fā)送到HCM 456，所述HCM 456完成TPK。P的仲裁。更特定地，HCM 456仲裁TPK。PEQ(、 TPK。PTCM和其他轉(zhuǎn)矩要求，以提供 TPK。PFim。其他轉(zhuǎn)矩要求包括提供在推進轉(zhuǎn)矩要求組內(nèi)的一個或多個轉(zhuǎn)矩要求。轉(zhuǎn)矩要求每 個通過轉(zhuǎn)矩特征生成，且包括但不限制于絕對轉(zhuǎn)矩值、最小轉(zhuǎn)矩極限值、最大轉(zhuǎn)矩極限值或 差值轉(zhuǎn)矩值要求。與推進轉(zhuǎn)矩組相關(guān)的轉(zhuǎn)矩特征包括但不限制于再生制動、發(fā)動機超速保 護和EM增壓。 HCM 456基于TPK。PFim確定TKE和TEM。更特定地，HCM 456包括優(yōu)化算法，所述優(yōu) 化算法基于ICE 416和MGU 418的每個的可利用的轉(zhuǎn)矩輸出將TPK。PFim分割。TieE被送到 ECM 454，所述ECM 454生成控制信號，用于使用ICE 416實現(xiàn)TICE。 HCM 456基于TEM生成 控制信號，用于使用MGU 418實現(xiàn)TEM。 現(xiàn)在參考圖10，圖中示出包含有以上所述的齒學(xué)習(xí)、濾波和位置確定技術(shù)的發(fā)動 機系統(tǒng)500的功能性方框圖。發(fā)動機系統(tǒng)500可以構(gòu)造為用于混合動力電動車輛。發(fā)動機 系統(tǒng)500包括發(fā)動機502，所述發(fā)動機502燃燒空氣/燃料混合物以產(chǎn)生用于車輛的驅(qū)動轉(zhuǎn) 矩，還包括MGU 503，所述MGU 503可以連接到電源505或與電源505連通。電源可以包括 一個或多個電池。空氣通過節(jié)氣門512被抽吸到進氣歧管510內(nèi)。系統(tǒng)控制模塊514可以 基于齒學(xué)習(xí)控制發(fā)動機系統(tǒng)500以及發(fā)動機系統(tǒng)500的相應(yīng)的模塊和裝置，所述齒學(xué)習(xí)與 發(fā)動機502、 MGU 503和/或電動馬達變速器系統(tǒng)602的目標(biāo)輪相關(guān)地進行。
系統(tǒng)控制模塊514命令節(jié)氣門促動器模塊516調(diào)節(jié)節(jié)氣門512的開啟，以控制抽 吸到進氣歧管510內(nèi)的空氣的量。來自進氣歧管510的空氣被抽吸到發(fā)動機502的氣缸內(nèi)。 發(fā)動機502可以包括任何個數(shù)的氣缸。系統(tǒng)控制模塊514可以指令氣缸促動器模塊520選 擇地使一些氣缸停止工作，以改進燃料經(jīng)濟性。 空氣從進氣歧管510通過進氣門522被抽吸到氣缸518內(nèi)。ECM 514控制由燃料 噴射系統(tǒng)524噴射的燃料量。燃料噴射系統(tǒng)524可以將燃料在中央位置噴射到進氣歧管 510內(nèi)，或可以在多個位置將燃料噴射到進氣歧管510內(nèi)，例如靠近每個氣缸的進氣門。替 代地，燃料噴射系統(tǒng)524可以將燃料直接噴射到氣缸內(nèi)。 噴射的燃料與空氣混合且造成氣缸518內(nèi)的空氣/燃料混合物。氣缸518內(nèi)的活 塞(未示出)將空氣/燃料混合物壓縮。基于來自系統(tǒng)控制模塊514的信號，火花促動器 模塊526為氣缸518內(nèi)的火花塞528加電，所述火花塞528將空氣/燃料混合物點燃。火 花正時可以相對于活塞處于其稱為上止點(TDC)的最上方位置的時間被規(guī)定，在所述上止 點處空氣/燃料混合物被最大地壓縮。 空氣/燃料混合物的燃燒驅(qū)動活塞向下，因此驅(qū)動旋轉(zhuǎn)的曲軸(未示出)。活塞 然后開始再次向上移動且將燃燒副產(chǎn)物通過排氣門530排出。燃燒的副產(chǎn)物通過排氣系統(tǒng) 534從車輛排出。排氣通過催化器535。 進氣門522可以通過進氣凸輪軸540控制，而排氣門530可以通過排氣凸輪軸542 控制。在多種實施中，多個進氣凸輪軸可以控制每個氣缸的多個進氣門，和/或可以控制多 排氣缸的進氣門。類似地，多個排氣凸輪軸可以控制每個氣缸的多個排氣門，和/或可以控 制多排氣缸的排氣門。氣缸促動模塊520可以使氣缸停止工作，這通過停止提供燃料和火花實現(xiàn)，和/或通過使所述氣缸的排氣門和/或進氣門停止工作實現(xiàn)。 進氣門522開啟的時間可以通過進氣凸輪相位器548相對于活塞TDC變化。排氣
門530開啟的時間可以通過排氣凸輪相位器550相對于活塞TDC變化。相位器促動器模塊
558基于來自ECM 514的信號控制進氣凸輪相位器548和排氣凸輪相位器550。 發(fā)動機系統(tǒng)500可以包括增壓裝置，所述增壓裝置將壓縮空氣提供到進氣歧管
510。例如，圖2描繪出渦輪增壓器560。渦輪增壓器560通過流過排氣系統(tǒng)534的排氣驅(qū)
動，且將壓縮空氣進氣提供到進氣歧管510。渦輪增壓器560可以在空氣達到進氣歧管510
前將空氣壓縮。 廢氣門564可以允許廢氣旁通繞過渦輪增壓器560，因此降低渦輪增壓器的輸出 (或增壓)。系統(tǒng)控制模塊514通過增壓促動器模塊562控制渦輪增壓器560。增壓促動器 模塊562可以通過控制廢氣門564的位置來調(diào)節(jié)渦輪增壓器560的增壓。壓縮空氣進氣通 過渦輪增壓器560提供到進氣歧管510。中冷器(未示出)可以將壓縮空氣進氣的一部分 熱量散熱，所述熱量在空氣被壓縮時生成且也可能由于靠近排氣系統(tǒng)534而升高。替代的 發(fā)動機系統(tǒng)可以包括將壓縮空氣提供到進氣歧管510且由曲軸驅(qū)動的增壓器。
發(fā)動機系統(tǒng)500可以包括廢氣再循環(huán)(EGR)閥570，所述EGR閥570選擇地將廢 氣改變方向引導(dǎo)回到進氣歧管510。在多種實施例中，EGR閥570可以位于渦輪增壓器560 后面。發(fā)動機系統(tǒng)500可以使用RPM傳感器580測量以轉(zhuǎn)/分(RPM)為單位的曲軸速度。 發(fā)動機冷卻劑的溫度可以使用發(fā)動機冷卻劑溫度(ECT)傳感器582測量。ECT傳感器582 可以位于發(fā)動機502內(nèi)，或處于冷卻劑進行循環(huán)的其他位置處，例如處于散熱器(未示出) 處。 進氣歧管510內(nèi)的壓力可以使用歧管絕對壓力(MAP)傳感器584測量。在多種實 施中，可以測量發(fā)動機真空度，其中發(fā)動機真空度是環(huán)境空氣壓力和進氣歧管510內(nèi)的壓 力之間的差。流入進氣歧管510內(nèi)的空氣的質(zhì)量可以使用質(zhì)量空氣流量(MAF)傳感器586 測量。在多種實施中，MAF傳感器586可以位于帶有節(jié)氣門512的殼體內(nèi)。
節(jié)氣門促動器模塊516可以使用一個或多個節(jié)氣門位置傳感器(TPS)590監(jiān)測節(jié) 氣門512的位置。抽吸到發(fā)動機系統(tǒng)500內(nèi)的空氣的環(huán)境溫度可以使用進氣空氣溫度(IAT) 傳感器592測量。ECM 514可以使用來自傳感器的信號來進行對于發(fā)動機系統(tǒng)500的控制 決定。 系統(tǒng)控制模塊514可以與變速器控制模塊594通信，以協(xié)調(diào)變速器(未示出)內(nèi) 的換檔。例如，系統(tǒng)控制模塊514可以在換檔期間降低轉(zhuǎn)矩。系統(tǒng)控制模塊514可以與混 合動力控制模塊196通信以協(xié)調(diào)發(fā)動機502和MGU 503的運行。MGU 503可以用于產(chǎn)生電 能，用于被車輛電氣系統(tǒng)使用和/或存儲在電池內(nèi)。在多種實施中，系統(tǒng)控制模塊514、變速 器控制模塊594和混合動力控制模塊596可以集成到一個或多個模塊內(nèi)。
為抽象地陳述發(fā)動機502的多種控制機制，改變發(fā)動機參數(shù)的每個系統(tǒng)可以稱為 促動器。例如，節(jié)氣門促動器模塊516能夠改變節(jié)氣門512的葉片位置，且因此改變其開啟 面積。節(jié)氣門促動器模塊516因此能夠稱為促動器，且節(jié)氣門開啟面積能夠稱為促動器位 置。 類似地，火花促動器模塊526能夠稱為促動器，而相應(yīng)的促動器位置是火花提前 量。其他促動器包括增壓促動器模塊562、 EGR閥570、相位器促動器模塊558、燃料噴射系統(tǒng)524和氣缸促動器模塊520。對于這些促動器，術(shù)語促動器位置可以分別對應(yīng)于增壓壓 力、EGR閥開啟、進氣凸輪和排氣凸輪相位器角度、空燃比和被啟用的氣缸數(shù)量。
雖然MGU 503可以提供與發(fā)動機502的轉(zhuǎn)矩輸出串聯(lián)和/或并聯(lián)的電動機轉(zhuǎn)矩， 但應(yīng)認識到的是在此說明書的范圍內(nèi)也構(gòu)思其他構(gòu)造。例如，MGU 503可以實施為一個或 多個電動機，它們將轉(zhuǎn)矩直接提供到車輪600而非通過電動馬達變速器系統(tǒng)602來提供。
發(fā)動機502和MGU 503的組合的轉(zhuǎn)矩施加到變速器602的輸入。電動機變速器系 統(tǒng)602可以包括根據(jù)來自系統(tǒng)控制模塊514的檔位改變命令轉(zhuǎn)換檔位的自動變速器。電動 馬達變速器系統(tǒng)602可以包括用于傳動比選擇、旋轉(zhuǎn)輔助、發(fā)動機制動、再生等的一個或多 個電動馬達。電動馬達變速器系統(tǒng)602的輸出軸聯(lián)接到差速器604的輸入。差速器604驅(qū) 動車軸和車輪600。車輪速度傳感器606生成指示各車輪的轉(zhuǎn)速的信號。 [OMO] 發(fā)動機系統(tǒng)500可以進一步包括大氣壓力傳感器608。大氣壓力傳感器608可以 用于確定環(huán)境條件，所述環(huán)境條件可以進一步用于確定希望的節(jié)氣門面積。希望的節(jié)氣門 面積可以對應(yīng)于特定的節(jié)氣門位置。 本領(lǐng)域一般技術(shù)人員現(xiàn)在能夠從前述描述認識到公開的廣泛教示能夠以多種形 式實施。因此，雖然此公開包括特定的例子，但公開的真實范圍不限制于此，因為在閱讀附 圖、說明書和如下的權(quán)利要求時，其他的修改將對于一般技術(shù)人員變得顯見。
權(quán)利要求
一種用于車輛的控制模塊，包括時間記錄模塊，所述時間記錄模塊將對應(yīng)于車輛的目標(biāo)輪的N個齒的每個齒的時間戳存儲在存儲器內(nèi)，其中N為整數(shù)；和位置模塊，所述位置模塊基于時間戳生成M個角位置，且其中M是大于一的整數(shù)，其中M個角位置的每個對應(yīng)于N個齒的相鄰齒之間的間距；和位置估計器，所述位置估計器基于M個位置確定目標(biāo)輪的位置。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制模塊，其中時間記錄模塊存儲第一組陣列，所述第一組 陣列的每個對應(yīng)于目標(biāo)輪的X轉(zhuǎn)之一且存儲對應(yīng)于N個齒的每個的時間戳。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的控制模塊，其中位置模塊存儲第二組陣列，所述第二組陣列 的每個對應(yīng)于第一組陣列的一個且存儲N個齒的每個的位置數(shù)據(jù)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的控制模塊，其中位置模塊基于第二組陣列生成綜合位置陣列。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的控制模塊，其中位置模塊將第二組陣列的每個內(nèi)的陣列元素 的值取平均以生成N個齒的每個的各平均值，且將平均值存儲在綜合位置陣列中。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制模塊，其中目標(biāo)輪連接到發(fā)動機的曲軸。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制模塊，其中目標(biāo)輪是變速器目標(biāo)輪和電動馬達目標(biāo)輪的 至少一個。
8. —種控制系統(tǒng)，包括根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制模塊且進一步包括曲軸位置傳感 器，所述曲軸位置傳感器檢測N個齒且生成對應(yīng)于發(fā)動機曲軸的位置且包括時間戳的測量 位置信號。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制模塊，其中位置模塊基于與目標(biāo)輪的恒定加速度、恒定 加加速度和速度的指數(shù)衰減的至少一個相關(guān)的關(guān)系確定M個位置。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制模塊，其中位置模塊基于如下表達式的至少一個確定M 個位置x(t)-4kt3+4a3t2+vGt + x。禾p 6 2 和其中x是位置，v是速度，a是加速度，j是加加速度，t是時間，A是目標(biāo)輪轉(zhuǎn)動的開始 速度和終速度之差，k是衰減時間常數(shù)且C是目標(biāo)輪的轉(zhuǎn)動的終速度。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制模塊，進一步包括速度模塊，所述速度模塊在時間記錄 模塊存儲時間戳之前增加車輛發(fā)動機的速度且使發(fā)動機內(nèi)的燃燒停止工作。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制模塊，其中位置是目標(biāo)輪的瞬時位置，禾口 其中控制模塊基于所述位置估計目標(biāo)輪的瞬時速度和瞬時加速度。
13. —種濾波器，包括位置模塊，所述位置模塊基于由檢測車輛目標(biāo)輪的N個齒的傳感器生成的測量的位置信號且基于與N個齒的每個相關(guān)的M個齒間距值生成計算的位置信號，其中N和M是整數(shù) 且M大于一，其中M個齒間距值的每個對應(yīng)于目標(biāo)輪的N個齒的相鄰齒之間的各自間距，禾口 其中所述位置模塊基于位置誤差信號生成對應(yīng)于目標(biāo)輪位置的估計的位置信號；禾口 第一比較器，所述第一比較器將計算的位置信號與估計的位置信號進行比較以生成位 置誤差信號。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的濾波器，其中位置模塊基于卡爾曼濾波器的狀態(tài)方程生成 估計的位置信號。
15. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的濾波器，進一步包括速度模塊，所述速度模塊基于估計的 位置信號生成計算的速度信號，且基于速度誤差信號生成估計的速度信號。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的濾波器，進一步包括第二比較器，所述第二比較器將計算 的速度信號與估計的速度信號進行比較，以生成速度誤差信號。
17. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的濾波器，進一步包括加速度模塊，所述加速度模塊基于估 計的速度信號生成計算的加速度信號，且基于加速度誤差信號生成估計的加速度信號。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的濾波器，進一步包括第二比較器，所述第二比較器將計算 的加速度信號與估計的加速度信號進行比較，以生成加速度誤差信號。
19. 一種控制系統(tǒng)，包括根據(jù)權(quán)利要求13所述的濾波器，且進一步包括控制模塊，所述控制模塊基于估計的位置信號調(diào)整燃料控制、點火控制、節(jié)氣門控制和相位器控制的至少一個。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的控制系統(tǒng)，其中濾波器進一步包括速度模塊，所述速度模 塊基于估計的位置信號估計目標(biāo)輪的瞬時速度，禾口其中控制模塊基于瞬時速度的估計來調(diào)整燃料控制、點火控制、節(jié)氣門控制和相位器 控制的至少一個。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種目標(biāo)輪位置檢測系統(tǒng)。一種用于車輛的控制模塊，包括將對應(yīng)于車輛的目標(biāo)輪的N個齒的每個的時間戳存儲在存儲器內(nèi)的時間記錄模塊。N是整數(shù)。位置模塊基于時間戳生成M個角位置。M是大于一的整數(shù)。M個角位置中的每個對應(yīng)于N個齒的相鄰齒之間的間距。位置估計器基于M個位置確定目標(biāo)輪的位置。
文檔編號B60W10/10GK101716929SQ20091017828
公開日2010年6月2日 申請日期2009年10月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月8日
發(fā)明者D·S·馬修斯, J·R·貝爾德霍, M·R·格賴姆斯, N·J·卡爾維特 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作公司