CN105201672B - 发动机转速控制系统和方法 - Google Patents
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Abstract
公开了发动机速度控制系统和方法。目标发动机速度模块基于增加和降低发动机速度中的一个来分别选择性地设置用于M个未来时间的M个目标发动机速度。预测模块基于用于M个未来时间的可能目标值组和发动机的模型来分别确定用于M个未来时间的M个预测发动机速度。成本模块基于用于M个未来时间的M个预测发动机速度与用于M个未来时间的M个目标发动机速度的比较来分别确定用于可能目标值组的成本。选择模块基于成本从包括可能目标值组和N个其他可能目标值组的群组中选择可能目标值组,并且基于选定的可能目标值组来设置目标值。致动器模块基于目标值中的第一值来控制发动机致动器。
Description
技术领域
本公开涉及内燃发动机,并且更具体来说,涉及用于车辆的发动机控制系统和方法。
背景技术
本文所提供的背景技术描述的目的在于从总体上介绍本公开的背景。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——以及在提交时否则可能不构成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。
内燃发动机在汽缸内燃烧空气与燃料混合物以驱动活塞,这产生驱动扭矩。进入发动机的空气流量通过节气门来调节。更具体来说,节气门调整节气门面积,这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。燃料控制系统调整燃料被喷射的速率从而将所需的空气/燃料混合物提供到汽缸和/或实现所需的扭矩输出。增加提供到汽缸的空气与燃料的量增加发动机的扭矩输出。
在火花点火发动机中,火花开始提供到汽缸的空气/燃料混合物的燃烧。在压缩点火发动机中,汽缸中的压缩燃烧提供到汽缸的空气/燃料混合物。火花正时和空气流量可以是用于调整火花点火发动机的扭矩输出的主要机构,而燃料流可以是用于调整压缩点火发动机的扭矩输出的主要机构。
已经开发出发动机控制系统来控制发动机输出扭矩以实现所需扭矩。然而,传统的发动机控制系统并不如需要一样精确地控制发动机输出扭矩。另外,传统的发动机控制系统并不对控制信号提供快速响应或者在影响发动机输出扭矩的各种设备之间协调发动机扭矩控制。
发明内容
在一个特征中,披露车辆的发动机控制系统。目标发动机转速模块基于增加和降低发动机转速中的一个来分别选择性地设置用于M个未来时间的M个目标发动机转速。M是大于一的整数。预测模块基于用于M个未来时间的可能目标值组和发动机的模型来分别确定用于M个未来时间的M个预测发动机转速。成本模块基于用于M个未来时间的M个预测发动机转速与用于M个未来时间的M个目标发动机转速的比较来分别确定用于可能目标值组的成本。选择模块基于成本从包括可能目标值组和N个其他可能目标值组的群组中选择可能目标值组,其中N是大于零的整数,并且基于选定的可能目标值组来设置目标值。致动器模块基于目标值中的第一值来控制发动机致动器。
在其他特征中:基于可能目标值组和发动机的模型,预测模块进一步分别确定用于M个未来时间的M个预测进气歧管压力;并且成本模块分别进一步基于M个预测进气歧管压力与用于M个未来时间的M个进气歧管压力范围的比较来确定用于可能目标值组的成本。
在另外其他特征中,约束模块基于发动机的最小和最大每汽缸空气(APC)和至少一个发动机转速来确定用于M个未来时间的M个进气歧管压力范围。
在其他特征中:基于可能目标值组和发动机的模型,预测模块进一步分别确定用于M个未来时间的发动机的M个预测扭矩输出;并且成本模块分别进一步基于M个预测扭矩与用于M个未来时间的M个发动机扭矩输出范围的比较来确定用于可能目标值组的成本。
在其他特征中,约束模块分别基于用于M个未来时间的M个进气歧管压力范围和至少一个发动机转速来确定用于M个未来时间的M个发动机扭矩输出范围。
在另外其他特征中:基于可能目标值组和发动机的模型,预测模块进一步分别确定用于M个未来时间的M个预测进气歧管压力;并且成本模块分别进一步基于M个预测进气歧管压力与用于M个未来时间的M个进气歧管压力范围的比较来确定用于可能目标值组的成本。
在另外其他特征中,目标发动机转速模块基于增加发动机转速以用于变速器的换低速档来分别设置用于M个未来时间的M个目标发动机转速。
在其他特征中,目标发动机转速模块基于降低发动机转速以用于变速器的换高速档来分别设置用于M个未来时间的M个目标发动机转速。
在另外其他特征中,选择模块分别基于小于N个其他可能目标值组的成本的成本来从群组中选择可能目标值组。
在另外其他特征中:升压致动器模块基于目标值中的第二值控制涡轮增压器的废气门的开度;排气再循环(EGR)致动器模块基于目标值中的第三值控制EGR阀的开度;相位器致动器模块分别基于目标值中的第四和第五值控制进气和排气阀定相;火花致动器模块基于目标值中的第六值控制火花正时;以及燃料致动器模块基于目标值中的第七值控制加燃料。致动器模块基于目标值中的一个值来控制节气门阀的开度。
在一个特征中,披露用于车辆的发动机控制方法。发动机控制方法包括:基于增加和降低发动机转速中的一个来分别选择性地设置用于M个未来时间的M个目标发动机转速,其中M是大于一的整数;基于用于M个未来时间的可能目标值组和发动机的模型来分别确定用于M个未来时间的M个预测发动机转速;基于用于M个未来时间的M个预测发动机转速与用于M个未来时间的M个目标发动机转速的比较来分别确定用于可能目标值组的成本;基于成本从包括可能目标值组和N个其他可能目标值组的群组中选择可能目标值组,其中N是大于零的整数;基于选定的可能目标值组来设置目标值;以及基于目标值中的第一值来控制发动机致动器。
在其他特征中,发动机控制方法进一步包括:基于可能目标值组和发动机的模型,分别确定用于M个未来时间的M个预测进气歧管压力;以及分别进一步基于M个预测进气歧管压力与用于M个未来时间的M个进气歧管压力范围的比较来确定用于可能目标值组的成本。
在另外其他特征中,发动机控制方法进一步包括基于发动机的最小和最大每汽缸空气(APC)和至少一个发动机转速来确定用于M个未来时间的M个进气歧管压力范围。
在另外其他特征中,发动机控制方法进一步包括:基于可能目标值组和发动机的模型,分别确定用于M个未来时间的发动机的M个预测扭矩输出;以及分别进一步基于M个预测扭矩与用于M个未来时间的M个发动机扭矩输出范围的比较来确定用于可能目标值组的成本。
在其他特征中,发动机控制方法进一步包括分别基于用于M个未来时间的M个进气歧管压力范围和至少一个发动机转速来确定用于M个未来时间的M个发动机扭矩输出范围。
在另外其他特征中,发动机控制方法进一步包括:基于可能目标值组和发动机的模型,分别确定用于M个未来时间的M个预测进气歧管压力;以及分别进一步基于M个预测进气歧管压力与用于M个未来时间的M个进气歧管压力范围的比较来确定用于可能目标值组的成本。
在另外其他特征中,发动机控制方法进一步包括基于增加发动机转速以用于变速器的换低速档来分别设置用于M个未来时间的M个目标发动机转速。
在其他特征中,发动机控制方法进一步包括基于降低发动机转速以用于变速器的换高速档来分别设置用于M个未来时间的M个目标发动机转速。
在另外其他特征中,发动机控制方法进一步包括分别基于小于N个其他可能目标值组的成本的成本来从群组中选择可能目标值组。
在其他特征中,发动机控制方法进一步包括:基于目标值中的第二值控制涡轮增压器的废气门的开度;基于目标值中的第三值控制排气再循环(EGR)阀的开度;分别基于目标值中的第四和第五值控制进气和排气阀定相;基于目标值中的第六值控制火花正时;以及基于目标值中的第七值控制加燃料,其中基于目标值中的第一值控制发动机致动器包括基于目标值中的第一值来控制节气门阀的开度。
本发明包括以下方案:
1. 一种车辆的发动机控制系统,包括:
目标发动机转速模块,其基于增加和降低发动机转速中的一个来分别选择性地设置用于M个未来时间的M个目标发动机转速,
其中M是大于一的整数;
预测模块,其基于用于所述M个未来时间的可能目标值组和发动机的模型来分别确定用于所述M个未来时间的M个预测发动机转速;
成本模块,其基于用于所述M个未来时间的所述M个预测发动机转速与用于所述M个未来时间的所述M个目标发动机转速的比较来分别确定用于所述可能目标值组的成本;
选择模块,其基于所述成本从包括所述可能目标值组和N个其他可能目标值组的群组中选择所述可能目标值组,其中N是大于零的整数,并且基于选定的可能目标值组来设置目标值;以及
致动器模块,其基于所述目标值中的第一值来控制发动机致动器。
2. 如方案1所述的发动机控制系统,其中:
基于所述可能目标值组和所述发动机的模型,所述预测模块进一步分别确定用于所述M个未来时间的M个预测进气歧管压力;以及
所述成本模块分别基于所述M个预测进气歧管压力与用于所述M个未来时间的M个进气歧管压力范围的比较来确定用于所述可能目标值组的成本。
3. 如方案2所述的发动机控制系统,其进一步包括约束模块,所述约束模块基于所述发动机的最小和最大每汽缸空气(APC)和至少一个发动机转速来确定用于所述M个未来时间的M个进气歧管压力范围。
4. 如方案1所述的发动机控制系统,其中:
基于所述可能目标值组和所述发动机的模型,所述预测模块进一步分别确定用于所述M个未来时间的所述发动机的M个预测扭矩输出;以及
所述成本模块分别进一步基于所述M个预测扭矩与用于所述M个未来时间的M个发动机扭矩输出范围的比较来确定用于所述可能目标值组的成本。
5. 如方案4所述的发动机控制系统,其进一步包括约束模块,所述约束模块分别基于用于所述M个未来时间的M个进气歧管压力范围和至少一个发动机转速来确定用于所述M个未来时间的M个发动机扭矩输出范围。
6. 如方案5所述的发动机控制系统,其中:
基于所述可能目标值组和所述发动机的模型,所述预测模块进一步分别确定用于所述M个未来时间的M个预测进气歧管压力;以及
所述成本模块分别进一步基于所述M个预测进气歧管压力与用于所述M个未来时间的M个进气歧管压力范围的比较来确定用于所述可能目标值组的成本。
7. 如方案1所述的发动机控制系统,其中所述目标发动机转速模块基于增加所述发动机转速以用于变速器的换低速档来分别设置用于所述M个未来时间的所述M个目标发动机转速。
8. 如方案1所述的发动机控制系统,其中所述目标发动机转速模块基于降低所述发动机转速以用于变速器的换高速档来分别设置用于所述M个未来时间的所述M个目标发动机转速。
9. 如方案1所述的发动机控制系统,其中所述选择模块分别基于小于所述N个其他可能目标值组的成本的成本来从所述群组中选择所述可能目标值组。
10. 如方案1所述的发动机控制系统,其进一步包括:
升压致动器模块,其基于所述目标值中的第二值控制涡轮增压器的废气门的开度;
排气再循环(EGR)致动器模块,其基于所述目标值中的第三值控制EGR阀的开度;
相位器致动器模块,其分别基于所述目标值中的第四和第五值控制进气阀和排气阀定相;
火花致动器模块,其基于所述目标值中的第六值控制火花正时;以及
燃料致动器模块,其基于所述目标值中的第七值控制加燃料,
其中所述致动器模块基于所述目标值中的一个值来控制节气门阀的所述开度。
11. 一种用于车辆的发动机控制方法,包括:
基于增加和降低发动机转速中的一个来分别选择性地设置用于M个未来时间的M个目标发动机转速,
其中M是大于一的整数;
基于用于所述M个未来时间的可能目标值组和发动机的模型来分别确定用于所述M个未来时间的M个预测发动机转速;
基于用于所述M个未来时间的所述M个预测发动机转速与用于所述M个未来时间的所述M个目标发动机转速的比较来分别确定用于所述可能目标值组的成本;
基于所述成本从包括所述可能目标值组和N个其他可能目标值组的群组中选择所述可能目标值组,其中N是大于零的整数;
基于选定的可能目标值组来设置目标值;以及
基于所述目标值中的第一值来控制发动机致动器。
12. 如方案11所述的发动机控制方法,其进一步包括:
基于所述可能目标值组和所述发动机的模型,分别确定用于所述M个未来时间的M个预测进气歧管压力;以及
分别进一步基于所述M个预测进气歧管压力与用于所述M个未来时间的M个进气歧管压力范围的比较来确定用于所述可能目标值组的所述成本。
13. 如方案12所述的发动机控制方法,其进一步包括基于所述发动机的最小和最大每汽缸空气(APC)和至少一个发动机转速来确定用于所述M个未来时间的所述M个进气歧管压力范围。
14. 如方案11所述的发动机控制方法,其进一步包括:
基于所述可能目标值组和所述发动机的模型,分别确定用于所述M个未来时间的所述发动机的M个预测扭矩输出;以及
分别进一步基于所述M个预测扭矩与用于所述M个未来时间的M个发动机扭矩输出范围的比较来确定用于所述可能目标值组的所述成本。
15. 如方案14所述的发动机控制方法,其进一步包括分别基于用于所述M个未来时间的M个进气歧管压力范围和至少一个发动机转速来确定用于所述M个未来时间的所述M个发动机扭矩输出范围。
16. 如方案15所述的发动机控制方法,其进一步包括:
基于所述可能目标值组和所述发动机的模型,分别确定用于所述M个未来时间的M个预测进气歧管压力;以及
分别进一步基于所述于M个预测进气歧管压力与用于所述M个未来时间的所述M个进气歧管压力范围的比较来确定用于所述可能目标值组的所述成本。
17. 如方案11所述的发动机控制方法,其进一步包括基于增加发动机转速以用于变速器的换低速档来分别设置用于所述M个未来时间的所述M个目标发动机转速。
18. 如方案11所述的发动机控制方法,其进一步包括基于降低发动机转速以用于变速器的换高速档来分别设置用于所述M个未来时间的所述M个目标发动机转速。
19. 如方案11所述的发动机控制方法,其进一步包括分别基于小于所述N个其他可能目标值组的成本的成本来从所述群组中选择所述可能目标值组。
20. 如方案11所述的发动机控制方法,其进一步包括:
基于所述目标值中的第二值控制涡轮增压器的废气门的开度;
基于所述目标值中的第三值控制排气再循环(EGR)阀的开度;
分别基于所述目标值中的第四和第五值控制进气阀和排气阀定相;
基于所述目标值中的第六值控制火花正时;以及
基于所述目标值中的第七值控制加燃料,
其中基于所述目标值中的第一值控制所述发动机致动器包括基于所述目标值中的第一值来控制节气门阀的开度。
本公开的其他适用领域将从详细描述、权利要求书以及图式变得显而易见。详细描述和具体实例仅意欲用于说明目的而非意欲限制本公开的范围。
附图说明
本公开将从详细描述和附图变得更完整理解,其中:
图1是根据本公开的示例性发动机系统的功能方框图;
图2是根据本公开的示例性发动机控制系统的功能方框图;
图3是根据本公开的示例性目标产生模块的功能方框图;以及
图4是根据本公开描绘控制节气门阀、进气阀和排气阀定相、废气门、排气再循环(EGR)阀、火花正时以及加燃料的示例性方法的流程图。
图中,可以重复使用参考数字以指示类似和/或相同元件。
具体实施方式
发动机控制模块(ECM)控制发动机的扭矩输出。更具体来说,ECM分别基于根据所请求的扭矩量选择的目标值来控制发动机的致动器。例如,ECM基于目标进气和排气相位器角度来控制进气和排气凸轮轴定相、基于目标节气门开度来控制节气门阀、基于目标EGR开度控制排气再循环(EGR)阀并且基于目标废气门占空比控制涡轮增压器的废气门。ECM还基于目标火花正时来控制火花正时并且基于目标加燃料参数来控制加燃料。
ECM可以单独地使用多个单输入单输出(SISO)控制器(诸如比例积分微分(PID)控制器)来确定目标值。然而,当使用多个SISO控制器时,可以设置目标值以在有损可能的燃料消耗减少的情况下维持系统稳定性。此外,个别SISO控制器的校准和设计可能是昂贵且耗时的。
本公开的ECM识别可能目标值组。ECM基于可能组的目标值和发动机的数学模型来确定用于可能组中的每一个的预测参数。例如,ECM可以确定用于可能目标值组中的每一个的预测发动机扭矩、预测发动机转速、预测歧管压力以及一个或多个其他预测参数。
ECM还可以确定与可能组中的每一个的使用相关的成本。例如,被预测为更接近地遵循发动机扭矩请求的可能组的成本可能低于不被预期如此接近地遵循发动机扭矩请求的其他可能组。ECM可以选择具有最低成本的可能组以尽可能接近地遵循发动机扭矩请求。
在一些情况下,发动机转速的改变可以在改变实际发生之前被预期。例如,当将执行换档时和在其他情况下,可以预期发动机转速的改变。例如,发动机转速可以增加以用于变速器的换低速档并且可以降低以用于变速器的换高速档。
根据本公开,进一步基于目标发动机转速轨迹来确定成本。因此,ECM将选择使得发动机能够实现扭矩请求并且遵循目标发动机转速轨迹的可能组。这允许发动机更平滑地实现发动机转速改变。
现在参照图1,呈现示例性发动机系统100的功能方框图。发动机系统100包括基于来自驾驶者输入模块104的驾驶者输入燃烧空气/燃料混合物以产生用于车辆的驱动扭矩的发动机102。发动机102可以是汽油火花点火内燃发动机。
空气通过节气门阀112被吸入到进气歧管110中。仅举例而言,节气门阀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控制调节节气门阀112的开度以控制吸入到进气歧管110中的空气量的节气门致动器模块116。
来自进气歧管110的空气被吸入到发动机102的汽缸中。虽然发动机102可以包括多个汽缸,但是为了说明目的,示出单个代表性汽缸118。仅举例而言,发动机102可以包括2、3、4、5、6、8、10和/或12个汽缸。ECM 114可以指示汽缸致动器模块120选择性地停用一些汽缸,这在某些发动机操作条件下可以提高燃料经济性。
发动机102可以使用四冲程循环来操作。以下描述的四冲程可以被称为进气冲程、压缩冲程、燃烧冲程以及排气冲程。在曲轴(未示出)的每次旋转过程中,四个冲程中的两个在汽缸118内发生。因此,汽缸118经历所有四个冲程必需两次曲轴旋转。
在进气冲程期间,来自进气歧管110的空气通过进气阀122被吸入到汽缸118中。ECM 114控制调节燃料喷射以实现目标空气/燃料比的燃料致动器模块124。燃料可以在中心位置或者在多个位置(诸如靠近每个汽缸的进气阀122)喷射到进气歧管110中。在各个实施(未示出)中,燃料可以直接喷射到汽缸中或者喷射到与汽缸相关的混合腔室中。燃料致动器模块124可以暂停对被停用的汽缸的燃料喷射。
在汽缸118中,喷射的燃料与空气混合并且产生空气/燃料混合物。在压缩冲程期间,汽缸118内的活塞(未示出)压缩空气/燃料混合物。火花致动器模块126基于来自ECM114的点燃空气/燃料混合物的信号来激励汽缸118中的火花塞128。火花的正时可以相对于活塞位于其最顶部位置(称为上止点(TDC))的时间来指定。
火花致动器模块126可以由指定在TDC之前或之后多久的正时信号来控制产生火花。因为活塞位置与曲轴旋转直接有关,所以火花致动器模块126的操作可以与曲轴角同步。产生火花可以称为点火事件。火花致动器模块126可以具有对于每次点火事件改变火花正时的能力。当火花正时在最后一次点火事件与下一次点火事件之间变化时,火花致动器模块126可以对于下一次点火事件改变火花正时。火花致动器模块126可以暂停对被停用的汽缸的火花提供。
在燃烧冲程期间,空气/燃料混合物的燃烧驱动活塞离开TDC,由此驱动曲轴。燃烧冲程可以被定义为活塞到达TDC与活塞到达下止点(BDC)的时间之间的时间。在排气冲程期间,活塞开始移动离开BDC,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从车辆排出。
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。在各个实施中,多个进气凸轮轴(包括进气凸轮轴140)可以控制用于汽缸118的多个进气阀(包括进气阀122)和/或可以控制多排汽缸(包括汽缸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)可以控制用于汽缸118的多个排气阀和/或可以控制用于多排汽缸(包括汽缸118)的排气阀(包括排气阀130)。在各个其他实施中,进气阀122和/或排气阀130可以由除凸轮轴以外的设备(诸如无凸轮的阀致动器)控制。汽缸致动器模块120可以通过使得进气阀122和/或排气阀130不能打开来停用汽缸118。
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而改变。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而改变。相位器致动器模块158可以基于来自ECM 114的信号来控制进气凸轮相位器148和排气凸轮相位器150。在实施时,可变气门升程(未示出)也可以由相位器致动器模块158来控制。
发动机系统100可以包括涡轮增压器,该涡轮增压器包括由流过排气系统134的热排气供以动力的热涡轮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。压缩机160-2压缩引入节气门阀112中的空气。在各个实施中,由曲轴驱动的增压器(未示出)可以压缩来自节气门阀112的空气并且将压缩的空气传递到进气歧管110。
废气门162可以允许排气绕开涡轮160-1,由此减少由涡轮增压器提供的升压(进气空气压缩的量)。升压致动器模块164可以通过控制废气门162的开度来控制涡轮增压器的升压。在各个实施中,两个或更多个涡轮增压器可以被实施并且可以由升压致动器模块164来控制。
空气冷却器(未示出)可以将来自压缩空气充量的热量转移到冷却介质(诸如发动机冷却液或空气)。使用发动机冷却液来冷却压缩空气充量的空气冷却器可以称为中间冷却器。使用空气来冷却压缩空气充量的空气冷却器可以称为充量空气冷却器。压缩空气充量可以例如通过压缩和/或从排气系统134的部件接收热量。尽管为了说明目的分开展示,但是涡轮160-1和压缩机160-2可以彼此附接,从而将进气空气置于紧密接近热排气。
发动机系统100可以包括选择性地将排气重新引导回至进气歧管110的排气再循环(EGR)阀170。EGR阀170可以位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基于来自ECM 114的信号来控制。
曲轴的位置可以使用曲轴位置传感器180来测量。曲轴的旋转速度(发动机转速)可以基于曲轴位置来确定。发动机冷却液的温度可以使用发动机冷却液温度(ECT)传感器182来测量。ECT传感器182可以位于发动机102内或者在冷却液循环的其他位置处,诸如散热器(未示出)处。
进气歧管110内的压力可以使用歧管绝对压力(MAP)传感器184来测量。在各个实施中,可以测量发动机真空(其是周围空气压力与进气歧管110内的压力之间的差)。流入到进气歧管110中的空气的质量流率可以使用空气质量流量(MAF)传感器186来测量。在各个实施中,MAF传感器186可以位于壳体(其也包括节气门阀112)中。
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来监控节气门阀112的位置。吸入到发动机102中的空气的周围温度可以使用进气温度(IAT)传感器192来测量。发动机系统100还可以包括一个或多个其他传感器193,诸如周围湿度传感器、一个或多个爆震传感器、压缩机出口压力传感器和/或节气门入口压力传感器、废气门位置传感器、EGR位置传感器和/或一个或多个其他适合的传感器。ECM 114可以使用来自传感器的信号来做出用于发动机系统100的控制决策。
ECM 114可以与变速器控制模块194通信以协调变速器(未示出)中的调档。例如,ECM 114可以在换档期间减少发动机扭矩。ECM 114可以与混合控制模块196通信以协调发动机102和电动机198的操作。
电动机198也可以用作发电机,并且可以用来产生电能以供车辆电气系统使用和/或以供存储在电池中。在各个实施中,ECM 114、变速器控制模块194以及混合控制模块196的各种功能可以集成到一个或多个模块中。
改变发动机参数的每个系统都可以称为发动机致动器。例如,节气门致动器模块116可以调整节气门阀112的开度以实现目标节气门打开面积。火花致动器模块126控制火花塞以实现相对于活塞TDC的目标火花正时。燃料致动器模块124控制燃料喷射器以实现目标加燃料参数。相位器致动器模块158可以分别控制进气凸轮相位器148和排气凸轮相位器150以实现目标进气凸轮相位器角和目标排气凸轮相位器角。EGR致动器模块172可以控制EGR阀170以实现目标EGR打开面积。升压致动器模块164控制废气门162以实现目标废气门打开面积。汽缸致动器模块120控制汽缸停用以实现目标数量的启用的或停用的汽缸。
ECM 114产生用于发动机致动器的目标值以使得发动机102产生目标发动机输出扭矩。ECM 114使用模型预测控制来产生用于发动机致动器的目标值,如以下进一步论述。
现在参照图2,呈现示例性发动机控制系统的功能方框图。驾驶者扭矩模块202基于来自驾驶者输入模块104的驾驶者输入206来确定驾驶者扭矩请求204。驾驶者输入206可以基于例如加速踏板的位置和制动踏板的位置。驾驶者输入206还可以基于巡航控制,该巡航控制可以是改变车辆速度以维持预定行车间距的自适应巡航控制系统。驾驶者扭矩模块202可以存储加速踏板位置到目标扭矩的一个或多个映射并且可以基于选定的一个映射来确定驾驶者扭矩请求204。驾驶者扭矩模块202还可以应用一个或多个过滤器以对驾驶者扭矩请求204的改变进行速率限制。
车轴扭矩仲裁模块208在驾驶者扭矩请求204与其他车轴扭矩请求210之间进行仲裁。车轴扭矩(车轮处的扭矩)可以由各种源(包括发动机和/或电动机)产生。例如,车轴扭矩请求210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。当车轴扭矩克服车轮与路面之间的摩擦时发生正车轮滑移,并且车轮开始与路面相反地滑移。车轴扭矩请求210还可以包括抵消负车轮滑移的扭矩增加请求,其中因为车轴扭矩为负而使得车辆的轮胎相对于路面沿另一方向滑移。
车轴扭矩请求210还可以包括制动管理请求和车辆超速扭矩请求。制动管理请求可以减少车轴扭矩以确保车轴扭矩不会超出当车辆停止时保持住车辆的制动能力。车辆超速扭矩请求可以减少车轴扭矩以防止车辆超出预定速度。车轴扭矩请求210还可以由车辆稳定性控制系统产生。
车轴扭矩仲裁模块208基于接收到的车轴扭矩请求204与210之间的仲裁结果输出车轴扭矩请求212。如以下所描述,来自车轴扭矩仲裁模块208的车轴扭矩请求212可以在用于控制发动机致动器之前选择性地由ECM 114的其他模块来调整。
车轴扭矩仲裁模块208可以将车轴扭矩请求212输出到推进扭矩仲裁模块214。在各个实施中,车轴扭矩仲裁模块208可以将车轴扭矩请求212输出到混合优化模块(未示出)。混合优化模块可以确定发动机102应产生多少扭矩和电动机198应产生多少扭矩。混合优化模块随后将修改后的扭矩请求输出到推进扭矩仲裁模块214。
推进扭矩仲裁模块214将来自车轴扭矩域(车轮上的扭矩)的车轴扭矩请求212转换为推进扭矩域(曲轴上的扭矩)。推进扭矩仲裁模块214在(转换后的)车轴扭矩请求212与其他推进扭矩请求216之间进行仲裁。推进扭矩仲裁模块214产生推进扭矩请求218作为仲裁结果。
例如,推进扭矩请求216可以包括用于发动机超速保护的扭矩减少、用于失速防止的扭矩增加以及由变速器控制模块194请求适应换档的扭矩减少。推进扭矩请求216还可以由离合器燃油切断导致,离合器燃油切断在驾驶者踩下手动变速器车辆中的离合器踏板以防止发动机转速的突变时减少发动机输出扭矩。
推进扭矩请求216还可以包括在检测到致命故障时可以开始的发动机关闭请求。仅举例而言,致命故障可以包括车辆盗窃、卡住起动器电机、电子节气门控制问题以及非预期的扭矩增加的检测。在各个实施中,当存在发动机关闭请求时,仲裁选择发动机关闭请求作为获胜的请求。当存在发动机关闭请求时,推进扭矩仲裁模块214可以输出零作为推进扭矩请求218。
在各个实施中,发动机关闭请求可以与仲裁过程分开地仅关闭发动机102。推进扭矩仲裁模块214仍可以接收发动机关闭请求,这样使得例如适当的数据可以被反馈到其他扭矩请求者。例如,所有其他扭矩请求者可以被通知他们已输掉仲裁。
目标产生模块220(也参见图3)基于推进扭矩请求218和如下文进一步论述的其他参数来产生用于发动机致动器的目标值。目标产生模块220使用模型预测控制(MPC)产生目标值。推进扭矩请求218可以是制动扭矩。制动扭矩可以指代在当前操作条件下曲轴上的扭矩。
目标值包括目标废气门开口面积230、目标节气门开口面积232、目标EGR开口面积234、目标进气凸轮相位器角度236以及目标排气凸轮相位器角度238。目标值还包括目标火花正时240、有待启动的汽缸的目标数量242以及目标加燃料参数244。升压致动器模块164控制废气门162以实现目标废气门开口面积230。例如,第一转换模块248可以将目标废气门开口面积230转换为目标占空比250以应用于废气门162,并且升压致动器模块164可以基于目标占空比250来将信号应用于废气门162。在各个实施中,第一转换模块248可以将目标废气门开口面积230转换为目标废气门位置(未示出),并且将目标废气门位置转换为目标占空比250。
节气门致动器模块116控制节气门阀112以实现目标节气门打开面积232。例如,第二转换模块252可以将目标节气门打开面积232转换为目标占空比254以应用于节气门阀112,并且节气门致动器模块116可以基于目标占空比254将信号应用于节气门阀112。在各个实施中,第二转换模块252可以将目标节气门打开面积232转换为目标节气门位置(未示出),并且将目标节气门位置转换为目标占空比254。
EGR致动器模块172控制EGR阀170以实现目标EGR打开面积234。例如,第三转换模块256可以将目标EGR打开面积234转换为目标占空比258以应用于EGR阀170,并且EGR致动器模块172可以基于目标占空比258将信号应用于EGR阀170。在各个实施中,第三转换模块256可以将目标EGR打开面积234转换为目标EGR位置(未示出),并且将目标EGR位置转换为目标占空比258。
相位器致动器模块158控制进气凸轮相位器148以实现目标进气凸轮相位器角度236。相位器致动器模块158还控制排气凸轮相位器150以实现目标排气凸轮相位器角度238。在各个实施中,可以包括第四转换模块(未示出)并且其可以将目标进气凸轮相位器角度236和排气凸轮相位器角度238分别转换为目标进气和排气占空比。相位器致动器模块158可以分别将目标进气和排气占空比应用于进气凸轮相位器148和排气凸轮相位器150。在各个实施中,目标产生模块220可以确定目标阀门重叠因数和目标有效排量,并且相位器致动器模块158可以控制进气凸轮相位器148和排气凸轮相位器150以实现目标重叠因数和目标有效排量。
火花致动器模块126基于目标火花正时240来提供火花。在各个实施中,目标产生模块220可以产生目标燃烧定相值,诸如目标曲轴角度,其中所提供的燃料量中的百分之50将被燃烧(CA50)。目标火花正时可以基于目标燃烧定相值和估计出的燃烧持续时间来确定。估计出的燃烧持续时间可以例如基于APC、汽缸内空气的湿度、稀度和温度来确定。替代地,目标产生模块220可以确定目标扭矩减少,并且目标火花正时240可以基于将火花正时相对于最佳火花正时延迟多久以实现目标扭矩减少来确定。
汽缸致动器模块120基于汽缸的目标数量242来选择性的启动和禁用汽缸的阀。也可以对被停用的汽缸停用加燃料和火花。目标加燃料参数244可以包括例如目标燃料量、目标喷射开始正时以及燃料喷射的目标数量。燃料致动器模块124基于目标加燃料参数244来控制加燃料。
图3是目标产生模块220的示例性实施的功能方框图。现在参照图2和3,如以上所论述,推进扭矩请求218可以是制动扭矩。扭矩转换模块304将推进扭矩请求218从制动扭矩转换为基础扭矩。由于转换为基础扭矩而产生的扭矩请求将被称为基础扭矩请求308。
基础扭矩可以指代当发动机102温热并且附件(诸如交流发电机和A/C压缩机)不对发动机102施加扭矩负载时,在测力计上在发动机102的操作过程中产生的曲轴上的扭矩。扭矩转换模块304可以例如使用将制动扭矩与基础扭矩相关联的映射或函数来将推进扭矩请求218转换为基础扭矩请求308。在各个实施中,扭矩转换模块304可以将推进扭矩请求218转换为另一种适合的类型的扭矩(诸如指示的扭矩)。指示的扭矩可以指代由于通过汽缸内的燃烧产生的功而导致的曲轴上的扭矩。
MPC(模型预测控制)模块312使用MPC产生目标值230至244。MPC模块312可以是单个模块或者可以包括多个模块。例如,MPC模块312可以包括序列确定模块316。序列确定模块316确定可以在N个未来的控制回路期间一起使用的目标值230至244的可能序列。
由序列确定模块316识别出的每个可能序列包括用于目标值230至244中的每一个的N个值的一个序列。换言之,每个可能序列包括用于目标废气门开口面积230的N个值的序列、用于目标节气门开口面积232的N个值的序列、用于目标EGR开口面积234的N个值的序列、用于目标进气凸轮相位器角度236的N个值的序列以及用于目标排气凸轮相位器角度238的N个值的序列。每个可能序列还包括用于目标火花正时240、汽缸的目标数量242以及目标加燃料参数244的N个值的序列。N个值中的每一个是用于N个未来控制回路中的一个对应回路。N是大于一的整数。由N个未来控制回路定义的时间周期可以称为控制时域。
预测模块323基于发动机102的数学模型324分别确定发动机102对目标值230至244的可能序列的预测响应。例如,基于目标值230至244的可能序列,预测模块323使用模型324产生用于N个未来控制回路中的M个的发动机102的M个预测扭矩的序列、用于M个未来控制回路的M个预测发动机转速的序列以及用于M个未来控制回路的M个预测MAP的序列。虽然描述产生预测扭矩、预测发动机转速以及预测MAP的实例,但是预测参数可以包括一个或多个其他预测操作参数。由M个未来控制回路定义的时间周期可以称为预测时域。M是大于或等于N的整数。因此,预测时域大于或等于控制时域。模型324可以包括例如基于发动机102的特征校准的函数或映射。
预测模块323可以基于以下关系来产生用于给定的可能目标值序列的预测参数:
;以及
;
其中x(k+1)是具有指示用于下一个控制回路k+1的发动机102的状态的条目的向量,A是包括基于发动机102的特征校准的常数值的矩阵,x(k)是具有指示用于第k个控制回路的发动机102的状态的条目的向量,B是包括基于发动机102的特征校准的常数值的矩阵,u(k)是包括用于第k个控制回路的可能目标值的条目的向量,y(k)是包括用于第k个控制回路的预测参数的向量,并且C是包括基于发动机102的特征校准的常数值的矩阵。在第k个控制回路期间确定的向量x(k+1)将用作用于下一个控制回路k+1的向量x(k)。预测模块323产生用于N个未来控制回路中的M个的每一个的预测参数,其中M是大于零并且大于或等于N的整数(即,k=0, 1, . . . M)。关系也可以写为:
;以及
;
其中k是控制回路,x(k-1)是具有指示用于上一个控制回路的发动机102的状态的条目的向量,A是包括基于发动机102的特征校准的常数值的矩阵,x(k)是具有指示用于第k个控制回路的发动机102的状态的条目的向量,B是包括基于发动机102的特征校准的常数值的矩阵,u(k-1)是包括用于上一个控制回路k-1的可能目标值的条目的向量。
现在将描述如何对于包括预测扭矩、预测发动机转速以及预测MAP的预测参数的实例重写以上关系的分量。向量x(k+1)可以重写为:
;
其中x1(k+1)是用于下一个控制回路的发动机102的第一状态参数,x2(k+1)是用于下一个控制回路的发动机102的第二状态参数,并且x3(k+1)是用于下一个控制回路的发动机102的第三状态参数。
矩阵A可以重写为:
;
其中a11至a33是基于发动机102的特征校准的常数值。
向量x(k)可以重写为:
;
其中x1(k)是用于第k个控制回路的发动机102的第一状态参数,x2(k)是用于第k个控制回路的发动机102的第二状态参数,并且x3(k)是用于第k个控制回路的发动机102的第三状态参数。向量x(k)的条目是对于上一个控制回路计算出的向量x(k+1)的条目。对于第k个控制回路计算出的向量x(k+1)的条目在下一个控制回路用作向量x(k)的条目。
矩阵B可以重写为:
;
其中b11至b38是基于发动机102的特征校准的常数值。
向量u(k)可以重写为:
;
其中PTT(k)是用于第k个控制回路的可能序列的可能目标节气门开度,PTWG(k)是用于第k个控制回路的可能序列的可能目标废气门开度,PTEGR(k)是用于第k个控制回路的可能序列的可能目标EGR开度,PTICP(k)是用于第k个控制回路的可能序列的可能目标进气凸轮定相值,并且PTECP(k)是用于第k个控制回路的可能序列的可能目标排气凸轮定相值。PTS(k)是用于第k个控制回路的可能目标火花正时,PTN(k)是用于第k个控制回路的汽缸的可能数量,并且PTF(k)包括用于第k个控制回路的可能加燃料参数。
向量y(k)可以重写为:
;
其中PT(k)是用于第k个控制回路的发动机102的预测扭矩,PRPM(k)是用于第k个控制回路的预测发动机转速,并且PMAP(k)是用于第k个控制回路的预测MAP。
矩阵C可以重写为:
;
其中c11至c33是基于发动机102的特征校准的常数值。
模型324可以包括用于不同操作条件的A、B和C矩阵的几个不同组。预测模块323可以基于例如发动机转速、发动机负载和/或一个或多个其他参数来选择使用A、B和C矩阵的哪个组。
成本模块332基于对于可能序列确定的预测参数的比较确定用于目标值230至244的每个可能序列的成本值。以下进一步论述示例性成本确定。选择模块344分别基于可能序列的成本来选择目标值230至244的可能序列中的一个。例如,选择模块344可以选择可能序列中具有最低成本同时满足致动器约束348和输出约束352的一个序列。
可以在成本确定中考虑到输出约束352的满足。换言之,成本模块332可以基于输出约束352来确定成本值。如以下进一步论述,基于如何确定成本值,选择模块344将选择可能序列中最佳实现基础扭矩请求308并遵循目标发动机转速轨迹356同时满足致动器约束348和输出约束352的一个序列。
选择模块344可以分别将目标值230至244设置为选定可能序列的N个值中的第一值。换言之,选择模块344将目标废气门开口面积230设置为用于目标废气门开口面积230的N个值的序列中的N个值的第一值,将目标节气门开口面积232设置为用于目标节气门开口面积232的N个值的序列中的N个值的第一值,将目标EGR开口面积234设置为用于目标EGR开口面积234的N个值的序列中的N个值的第一值,将目标进气凸轮相位器角度236设置为用于目标进气凸轮相位器角度236的N个值的序列中的N个值的第一值,并且将目标排气凸轮相位器角度238设置为用于目标排气凸轮相位器角度238的N个值的序列中的N个值的第一值。选择模块344还将目标火花正时240设置为用于目标火花正时240的N个值的序列中的N个值的第一值、将汽缸的目标数量242设置为用于汽缸的目标数量242的N个值的序列中的N个值的第一值并且将目标加燃料参数244设置为用于目标加燃料参数244的N个值的序列中的N个值的第一值。
在下一个控制回路期间,MPC模块312识别可能序列、产生用于可能序列的预测参数、确定可能序列中的每一个的成本、选择可能序列中的一个并且将目标值230至244设置为选定可能序列中的第一组目标值230至244。此过程对于每一个控制回路继续。
致动器约束模块360(参见图2)设置用于目标值230至244中的每一个的致动器约束348。换言之,致动器约束模块360设置用于节气门阀112的致动器约束、用于EGR阀170的致动器约束、用于废气门162的致动器约束、用于进气凸轮相位器148的致动器约束以及用于排气凸轮相位器150的致动器约束。致动器约束模块360还设置用于火花致动器模块126的致动器约束、用于汽缸致动器模块120的致动器约束以及用于燃料致动器模块124的致动器约束。
用于目标值230至244中的每一个的致动器约束348可以包括用于相关目标值的最大值和用于那个目标值的最小值。致动器约束模块360通常可以将致动器约束348设置为用于相关发动机致动器的预定操作范围。更具体来说,致动器约束模块360通常可以分别将致动器约束348设置为用于节气门阀112、EGR阀170、废气门162、进气凸轮相位器148、排气凸轮相位器150、火花致动器模块126、汽缸致动器模块120以及燃料致动器模块124的预定操作范围。
输出约束模块364(参见图2)设置用于发动机102的预测扭矩输出和预测MAP的输出约束352。用于每一个预测参数的输出约束352可以包括用于M个未来控制回路中的每一个的相关的预测参数的最大值和用于M个未来控制回路中的每一个的那个预测参数的最小值。例如,输出约束352分别包括用于M个未来控制回路的发动机102的M个最大扭矩、用于M个未来控制回路的发动机102的M个最小扭矩、用于M个未来控制回路的M个最大MAP以及用于M个未来控制回路的M个最小MAP。
输出约束模块364确定输出约束352。输出约束模块364例如使用以下关系来确定MAP输出约束:
以及
;
其中MAPMaxi是用于M个控制回路中的第i个的最大MAP,MAPMini是用于M个控制回路中的第i个的最小MAP,APCMax是M个控制回路期间的最大APC,APCMin是M个控制回路期间的最小APC,RPM是发动机转速,ti是用于M个控制回路中的第i个的时间,并且t0是当前时间。ti-t0对应于当前时间与用于M个控制回路中的第i个的执行时间之间的周期。发动机转速(RPM)可以是在当前时间的发动机转速,或者在各个实施中,可以使用多个发动机转速。例如,可以使用用于M个控制回路的预测发动机转速来分别确定用于M个控制回路的最大和最小MAP。以上关系可以例如被实施为方程和/或映射(例如,查找表)。输出约束模块364可以例如根据一个或多个发动机转速(诸如当前发动机转速和用于M个控制回路的预测发动机转速)来确定最大APC和最小APC。
输出约束模块364例如使用以下关系来确定扭矩输出约束:
,以及
;
其中TMaxi是用于M个控制回路中的第i个的最大扭矩,TMini是用于M个控制回路中的第i个的最小扭矩,MAPMaxi是用于M个控制回路中的第i个的最大MAP,MAPMini是用于M个控制回路中的第i个的最小MAP,RPM是发动机转速,ti是用于M个控制回路中的第i个的时间,并且t0是当前时间。如以上所述,ti-t0对应于当前时间与用于M个控制回路中的第i个的执行时间之间的周期。发动机转速(RPM)可以是在当前时间的发动机转速,或者在各个实施中,可以使用多个发动机转速。例如,可以使用用于M个控制回路的预测发动机转速来分别确定用于M个控制回路的最大和最小扭矩。以上关系可以例如被实施为方程和/或映射(例如,查找表)。
目标发动机转速模块368(参见图2)产生目标发动机转速轨迹356。目标发动机转速轨迹356包括分别用于M个未来控制回路的M个目标发动机转速。目标发动机转速模块368在一种或多种情况下改变目标发动机转速轨迹356。例如,目标发动机转速模块368可以改变目标发动机转速轨迹356以进行变速器的换档。目标发动机转速模块368可以例如产生目标发动机转速轨迹356以增加发动机转速来进行变速器的换低速档(例如,三档到二档)并且降低发动机转速以进行变速器的换高速档(例如,二档到三档)。变速器控制模块194可以向ECM 114指示即将到来的换档。
作为产生可能目标值的序列和确定每个序列的成本的替代或添加,MPC模块312可以使用凸优化技术来识别具有最低成本的可能目标值的序列。例如,MPC模块312可以使用二次规划(QP)解算器(诸如丹齐格QP解算器)来确定目标值230至244。在另一个实例中,MPC模块312可以产生用于目标值230至244的可能序列的成本值的面,并且基于成本面的斜率来识别具有最低成本的可能目标值序列。MPC模块312随后可以测试该可能目标值序列以确定该可能目标值序列是否满足致动器约束348。如果满足,则MPC模块312可以将目标值230至244分别设置为该选定可能序列的N个值中的第一值,如以上所论述。
如果不满足致动器约束348,则MPC模块312选择具有下一个最低成本的另一个可能目标值序列,并且测试该可能目标值序列对于致动器约束348的满足。选择序列和测试序列对于致动器约束348的满足的过程可以称为迭代。在每个控制回路期间可以执行多个迭代。
MPC模块312执行迭代直到识别出满足致动器约束348的具有最低成本的序列。以此方式,MPC模块312选择具有最低成本同时满足致动器约束348和输出约束352的可能目标值序列。
成本模块332可以基于以下各项之间的关系来确定用于目标值230至244的可能序列的成本:预测扭矩与基础扭矩请求308;以及预测发动机转速与目标发动机转速轨迹356的目标发动机转速。所述关系可以例如被加权以控制每个关系对成本的影响。
仅举例而言,成本模块332可以基于以下方程来确定用于目标值230至244的可能序列的成本:
;
该方程受制于致动器约束348和输出约束352。Cost是用于目标值230至244的可能序列的成本,TP是用于下一个控制回路的发动机102的预测扭矩,BTR是用于下一个控制回路(即,i=1)的基础扭矩请求308,并且wT是与预测扭矩与基础扭矩请求之间的关系相关的加权值。RPMPi是用于N个控制回路中的第i个的预测RPM,TRPMi是用于N个控制回路中的第i个的目标发动机转速中的一个,并且wRPM是与预测发动机转速与目标发动机转速轨迹356的目标发动机转速之间的关系相关的加权值。
ρ是与输出约束352的满足相关的加权值。ϵ是成本模块332可以基于输出约束352是否将被满足来设置的变量。当参数大于或小于对应的最小或最大值(例如,至少预定量)时,成本模块332可以增加ϵ。
例如,当预测扭矩中的一个或多个值对于其相应控制回路而言大于最大扭矩或者小于最小扭矩和/或预测MAP中的一个或多个值对于其相应控制回路而言大于最大MPA或者小于最小MAP时,成本模块332可以增加ϵ。以此方式,当将不满足输出约束352中的一个或多个时,用于可能序列的成本将增加。当满足所有输出约束352时,成本模块332可以将ϵ设置为零。ρ可以大于加权值wT和加权值wRPM,这样使得如果未满足输出约束352中的一个或多个则对于可能序列确定的成本将相对大。这可以帮助防止选择其中未满足输出约束352中的一个或多个的可能序列。
在一些情况下,成本模块332也可以改变加权值wRPM。例如,当将使用目标发动机转速轨迹356时(诸如用于变速器的换档),成本模块332可以将加权值wRPM设置为大于0的预定值。当将不使用目标发动机转速轨迹356时,成本模块332可以将加权值wRPM设置为例如0或近似0。当加权值wRPM被设置为0或近似零时,预测发动机转速与目标发动机转速轨迹356之间的关系将对成本没有影响或将对成本具有极小影响。
加权值wT可以大于加权值wRPM的预定值。以此方式,预测发动机扭矩与基础扭矩请求308之间的关系对成本具有较大影响(与预测发动机转速与目标发动机转速轨迹356之间的关系相比),且因此对可能序列中的一个的选择具有较大影响。成本随着预测发动机扭矩与基础扭矩请求308之间的差异增加而增加,且反之亦然。
图4是描绘控制节气门阀112、进气凸轮相位器148、排气凸轮相位器150、废气门162(且因此涡轮增压器)、EGR阀170、火花正时、加燃料以及启动/停用的汽缸数量的示例性方法的流程图。控制可以从404开始,其中扭矩请求模块224确定推进扭矩请求218。
在408,扭矩转换模块304将推进扭矩请求218转换为基础扭矩请求308或者转换为另一种适合的类型的扭矩以供MPC模块312使用。在412,序列确定模块316确定目标值230至244的可能序列。
在416,成本模块332和目标发动机转速模块368可以确定是否预期发动机转速的改变。如果416为是,则在420,成本模块332可以将加权值wRPM设置为预定值(大于零),并且目标发动机转速模块368可以设置用于预期改变的目标发动机转速轨迹356,并且控制继续到428。预定值近似大于零以使得预测发动机转速与目标发动机转速之间的关系影响成本值。例如,目标发动机转速模块368可以设置目标发动机转速轨迹356以增加发动机转速以用于变速器的换低速档并且可以设置目标发动机转速轨迹356以降低发动机转速以用于变速器的换高速档。如果416为否,则在424,成本模块332可以将加权值wRPM设置为零或近似零,并且控制继续到428。当加权值wRPM被设置为0或近似零时,预测发动机转速与目标发动机转速轨迹356的目标发动机转速之间的关系对成本值具有极小影响或没有影响。
在428,输出约束模块364确定输出约束352。输出约束包括用于预测扭矩的最小和最大值以及用于预测MAP的最小和最大值。输出约束模块364可以例如使用以下关系来确定最小和最大MAP以及最小和最大扭矩,如以上所描述:
,
,
,以及
;
在428,致动器约束模块360还可以确定致动器约束348。
在432,预测模块323确定用于目标值的每个可能序列的预测参数。预测模块323基于发动机102的模型324确定用于可能序列的预测参数。更具体来说,基于目标值230至244的可能序列,预测模块323使用模型324产生用于M个控制回路的发动机102的M个预测扭矩的序列、用于M个控制回路的M个预测发动机转速的序列以及用于M个控制回路的M预测MAP的序列。
在436,成本模块332分别确定用于可能序列的成本。仅举例而言,成本模块332可以基于以下方程来确定用于目标值230至244的可能序列的成本:
,
该方程受制于致动器约束348和输出约束352,如以上所描述。同样如以上所论述,当发动机转速不被预期改变时,涉及将预定发动机转速与目标发动机转速轨迹356的目标发动机转速相比较的项可以近似为零。
在440,选择模块344分别基于可能序列的成本来选择目标值230至244的可能序列中的一个序列。例如,选择模块344可以选择可能序列中具有最低成本的一个。因此,选择模块344可以选择可能序列中最佳实现基础扭矩请求308同时尽可能接近地遵循目标发动机转速轨迹356并满足输出约束352的一个序列。
在444,MPC模块312可以确定可能序列中的一个选定序列是否满足致动器约束348。如果444为是,则控制可以继续到452。如果444为否,则在448,MPC模块312可以选择可能序列中具有下一个最低成本的另一个序列。以此方式,将使用满足致动器约束348的具有最低成本的序列。
在452,第一转换模块248将目标废气门开口面积230转换为目标占空比250以应用于废气门162,第二转换模块252将目标节气门开口面积232转换为目标占空比254以应用于节气门阀112。在452,第三转换模块256还将目标EGR开口面积234转换为目标占空比258以应用于EGR阀170。第四转换模块还可以分别将目标进气凸轮相位器角度236和目标排气凸轮相位器角度238转换为目标进气和排气占空比以用于进气凸轮相位器148和排气凸轮相位器150。如果确定除火花正时以外的值,诸如目标扭矩减少或目标燃烧定相,则在452,可以基于那个值来确定火花正时。
在456,节气门致动器模块116控制节气门阀112以实现目标节气门开口面积232,并且相位器致动器模块158分别控制进气凸轮相位器148和排气凸轮相位器150以实现目标进气凸轮相位器角度236和目标排气凸轮相位器角度238。例如,节气门致动器模块116可以在目标占空比254将信号应用于节气门阀112以实现目标节气门开口面积232。
另外在456,EGR致动器模块172控制EGR阀170以实现目标EGR开口面积234,并且升压致动器模块164控制废气门162以实现目标废气门开口面积230。例如,EGR致动器模块172可以在目标占空比258将信号应用于EGR阀170以实现目标EGR开口面积234,并且升压致动器模块164可以在目标占空比250将信号应用于废气门162以实现目标废气门开口面积230。另外在456,火花致动器模块126基于目标火花正时240来控制火花正时,汽缸致动器模块120基于汽缸的目标数量242来控制汽缸启动和停用,并且燃料致动器模块124基于目标加燃料参数244来控制加燃料。虽然图4被示出为在456之后结束,但是图4可以示出一个控制回路,并且可以在预定速率下执行控制回路。另外,关于图4提供和论述的操作的次序是实例,并且可以用不同的次序来执行操作。
以上描述实质上仅是说明性的,而绝不意欲限制本公开、其应用或使用。本公开的广泛教示可以各种形式来实施。因此,虽然本公开包括具体实例,但是本公开的真实范围不应限于此,因为其他修改将在学习附图、说明书以及随附权利要求之后变得显而易见。如本文所使用,短语A、B和C中的至少一个应解释为意味着使用非排他性的逻辑或的逻辑(A或B或C)。应理解,在不改变本公开的原理的情况下,方法内的一个或多个步骤可以不同的次序(或同时地)执行。
在包括以下定义的此申请中,术语模块可以由术语电路取代。术语模块可以指代以下内容、是其一部分或者包括以下内容:特定应用集成电路(ASIC);数字、模拟或混合模拟/数字分立电路;数字、模拟或混合模拟/数字集成电路;组合逻辑电路;场可编程门阵列(FPGA);执行代码的处理器(共享、专用或集群);存储由处理器执行的代码的内存(共享、专用或集群);提供所描述的功能性的其他适合的硬件部件;或者以上内容中的一些或所有的组合,诸如片上系统。
如以上所使用的术语代码可以包括软件、固件和/或微代码,并且可以指代程序、例程、功能、分类和/或目标。术语共享处理器涵盖执行来自多个模块的一些或所有代码的单个处理器。术语集群处理器涵盖与额外处理器组合执行来自一个或多个模块的一些或所有代码的处理器。术语共享内存涵盖存储来自多个模块的一些或所有代码的单个内存。术语集群内存涵盖与额外内存组合存储来自一个或多个模块的一些或所有代码的内存。术语内存可以是术语计算机可读介质的子集。术语计算机可读介质并不涵盖通过介质传播的暂时电信号和电磁信号,并且因此可以被认为是有形且永久的。永久的有形计算机可读介质的非限制性实例包括非易失性内存、易失性内存、磁性存储器和光学存储器。
此申请中描述的装置和方法可以部分地或完全地由一个或多个处理器所执行的一个或多个计算机程序来实施。计算机程序包括存储在至少一个永久的有形计算机可读介质上的处理器可执行指令。计算机程序也可以包括和/或依赖于所存储的数据。
Claims (20)
1.一种车辆的发动机控制系统,包括:
目标发动机转速模块,其基于增加和降低发动机转速中的一个来分别选择性地设置用于M个未来时间的M个目标发动机转速,
其中M是大于一的整数;
预测模块,其基于用于所述M个未来时间的可能目标值组和发动机的模型来分别确定用于所述M个未来时间的M个预测发动机转速;
成本模块,其基于用于所述M个未来时间的所述M个预测发动机转速与用于所述M个未来时间的所述M个目标发动机转速的比较来分别确定用于所述可能目标值组的成本;
选择模块,其基于所述成本从包括所述可能目标值组和N个其他可能目标值组的群组中选择所述可能目标值组,其中N是大于零的整数,并且基于选定的可能目标值组来设置目标值;以及
致动器模块,其基于所述目标值中的第一值来控制发动机致动器。
2.如权利要求1所述的发动机控制系统,其中:
基于所述可能目标值组和所述发动机的模型,所述预测模块进一步分别确定用于所述M个未来时间的M个预测进气歧管压力;以及
所述成本模块分别基于所述M个预测进气歧管压力与用于所述M个未来时间的M个进气歧管压力范围的比较来确定用于所述可能目标值组的成本。
3.如权利要求2所述的发动机控制系统,其进一步包括约束模块,所述约束模块基于所述发动机的最小和最大每汽缸空气(APC)和至少一个发动机转速来确定用于所述M个未来时间的M个进气歧管压力范围。
4.如权利要求1所述的发动机控制系统,其中:
基于所述可能目标值组和所述发动机的模型,所述预测模块进一步分别确定用于所述M个未来时间的所述发动机的M个预测扭矩输出;以及
所述成本模块分别进一步基于所述M个预测扭矩与用于所述M个未来时间的M个发动机扭矩输出范围的比较来确定用于所述可能目标值组的成本。
5.如权利要求4所述的发动机控制系统,其进一步包括约束模块,所述约束模块分别基于用于所述M个未来时间的M个进气歧管压力范围和至少一个发动机转速来确定用于所述M个未来时间的M个发动机扭矩输出范围。
6.如权利要求5所述的发动机控制系统,其中:
基于所述可能目标值组和所述发动机的模型,所述预测模块进一步分别确定用于所述M个未来时间的M个预测进气歧管压力;以及
所述成本模块分别进一步基于所述M个预测进气歧管压力与用于所述M个未来时间的M个进气歧管压力范围的比较来确定用于所述可能目标值组的成本。
7.如权利要求1所述的发动机控制系统,其中所述目标发动机转速模块基于增加所述发动机转速以用于变速器的换低速档来分别设置用于所述M个未来时间的所述M个目标发动机转速。
8.如权利要求1所述的发动机控制系统,其中所述目标发动机转速模块基于降低所述发动机转速以用于变速器的换高速档来分别设置用于所述M个未来时间的所述M个目标发动机转速。
9.如权利要求1所述的发动机控制系统,其中所述选择模块分别基于小于所述N个其他可能目标值组的成本的成本来从所述群组中选择所述可能目标值组。
10.如权利要求1所述的发动机控制系统,其进一步包括:
升压致动器模块,其基于所述目标值中的第二值控制涡轮增压器的废气门的开度;
排气再循环(EGR)致动器模块,其基于所述目标值中的第三值控制EGR阀的开度;
相位器致动器模块,其分别基于所述目标值中的第四和第五值控制进气阀和排气阀定相;
火花致动器模块,其基于所述目标值中的第六值控制火花正时;以及
燃料致动器模块,其基于所述目标值中的第七值控制加燃料,
其中所述致动器模块基于所述目标值中的一个值来控制节气门阀的所述开度。
11.一种用于车辆的发动机控制方法,包括:
基于增加和降低发动机转速中的一个来分别选择性地设置用于M个未来时间的M个目标发动机转速,
其中M是大于一的整数;
基于用于所述M个未来时间的可能目标值组和发动机的模型来分别确定用于所述M个未来时间的M个预测发动机转速;
基于用于所述M个未来时间的所述M个预测发动机转速与用于所述M个未来时间的所述M个目标发动机转速的比较来分别确定用于所述可能目标值组的成本;
基于所述成本从包括所述可能目标值组和N个其他可能目标值组的群组中选择所述可能目标值组,其中N是大于零的整数;
基于选定的可能目标值组来设置目标值;以及
基于所述目标值中的第一值来控制发动机致动器。
12.如权利要求11所述的发动机控制方法,其进一步包括:
基于所述可能目标值组和所述发动机的模型,分别确定用于所述M个未来时间的M个预测进气歧管压力;以及
分别进一步基于所述M个预测进气歧管压力与用于所述M个未来时间的M个进气歧管压力范围的比较来确定用于所述可能目标值组的所述成本。
13.如权利要求12所述的发动机控制方法,其进一步包括基于所述发动机的最小和最大每汽缸空气(APC)和至少一个发动机转速来确定用于所述M个未来时间的所述M个进气歧管压力范围。
14.如权利要求11所述的发动机控制方法,其进一步包括:
基于所述可能目标值组和所述发动机的模型,分别确定用于所述M个未来时间的所述发动机的M个预测扭矩输出;以及
分别进一步基于所述M个预测扭矩与用于所述M个未来时间的M个发动机扭矩输出范围的比较来确定用于所述可能目标值组的所述成本。
15.如权利要求14所述的发动机控制方法,其进一步包括分别基于用于所述M个未来时间的M个进气歧管压力范围和至少一个发动机转速来确定用于所述M个未来时间的所述M个发动机扭矩输出范围。
16.如权利要求15所述的发动机控制方法,其进一步包括:
基于所述可能目标值组和所述发动机的模型,分别确定用于所述M个未来时间的M个预测进气歧管压力;以及
分别进一步基于所述M个预测进气歧管压力与用于所述M个未来时间的所述M个进气歧管压力范围的比较来确定用于所述可能目标值组的所述成本。
17.如权利要求11所述的发动机控制方法,其进一步包括基于增加发动机转速以用于变速器的换低速档来分别设置用于所述M个未来时间的所述M个目标发动机转速。
18.如权利要求11所述的发动机控制方法,其进一步包括基于降低发动机转速以用于变速器的换高速档来分别设置用于所述M个未来时间的所述M个目标发动机转速。
19.如权利要求11所述的发动机控制方法,其进一步包括分别基于小于所述N个其他可能目标值组的成本的成本来从所述群组中选择所述可能目标值组。
20.如权利要求11所述的发动机控制方法,其进一步包括:
基于所述目标值中的第二值控制涡轮增压器的废气门的开度;
基于所述目标值中的第三值控制排气再循环(EGR)阀的开度;
分别基于所述目标值中的第四和第五值控制进气阀和排气阀定相;
基于所述目标值中的第六值控制火花正时;以及
基于所述目标值中的第七值控制加燃料,
其中基于所述目标值中的第一值控制所述发动机致动器包括基于所述目标值中的第一值来控制节气门阀的开度。
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