CN105626290A - 控制排气再循环系统、空气节流系统和充气系统的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种控制排气再循环系统、空气节流系统和充气系统的方法。一种发动机包括排气再循环系统、空气节流系统和充气系统。一种用于控制发动机的方法包括：监测用于每个系统的期望操作目标命令；监测空气充气系统的操作参数；以及基于各个期望操作目标命令和空气充气系统的操作参数来确定用于每个系统的反馈控制信号。基于用于每个系统的各个反馈控制信号来确定排气再循环系统中的排气再循环流量、空气节流系统中的空气流量以及空气充气系统中的涡轮功率参数。基于各个排气再循环流量、空气流量和涡轮功率参数确定用于每个系统的系统控制命令。基于用于每个系统的系统控制命令来控制空气充气系统。

Description

控制排气再循环系统、空气节流系统和充气系统的方法

技术领域

本发明涉及内燃发动机的控制。

背景技术

在该部分中的陈述只是提供关于本发明的背景信息。因此，这些陈述并非意在构成对现有技术的承认。

发动机控制包括基于期望发动机输出来控制发动机运转中的参数，包括发动机速度和发动机载荷以及所产生的运转，例如包括发动机排放。由发动机控制方法所控制的参数包括空气流量、燃料流量、以及进气阀和排气阀设定。

可以将增压空气提供至发动机，以相对于自然吸气进气系统向发动机提供增大的空气流量从而提高发动机的输出。涡轮增压器利用发动机的排气系统中的压力来驱动压缩机，从而向发动机提供增压空气。示例性的涡轮增压器可以包括可变几何涡轮增压器（VGT），使得能够调节对于排气系统中的给定条件所提供的增压空气。机械式增压器利用来自发动机的例如如由附件带提供的机械功率来驱动压缩机，从而向发动机提供增压空气。发动机控制方法控制增压空气，以便于控制在发动机内所产生的燃烧以及所产生的发动机输出。

排气再循环（EGR）是可以由发动机控制所控制的另一参数。在发动机排气系统内的排气流耗尽了氧气并且基本上是惰性气体。当与燃料和空气的燃烧充量结合被引入或者保留在燃烧腔室内时，排气减缓了燃烧，从而减少了输出并且降低了绝热火焰温度。也可以在先进燃烧策略中与其他参数组合来控制EGR，例如包括均质充量压燃式（HCCI）燃烧。也可以控制EGR以改变所产生的排气流的属性。发动机控制方法控制EGR以便于控制在发动机内所产生的燃烧以及所产生的发动机输出。

用于发动机的空气调节系统管理进入空气和EGR至发动机中的流量。必须装备空气调节系统以满足充入空气成分目标（例如EGR比例目标）从而实现排放目标，并且满足总空气可用目标（例如充气流质量流量）从而实现期望的功率和扭矩目标。最强地影响EGR流量的致动器通常影响充气流量，并且最强地影响充气流量的致动器通常影响EGR流量。因此，具有现代空气调节系统的发动机展示了具有联接的输入-输出响应回路的多输入多输出（MIMO）系统。

联接了输入即输入-输出响应回路相互影响的MIMO系统呈现了本领域中的公知挑战。发动机空气调节系统呈现了进一步的挑战。发动机在大范围的参数上运转，包括可变的发动机速度、可变的扭矩输出、以及可变的加油和正时安排。在许多情况下，对于系统的精确转移功能是不可用的和/或对于标准解耦计算所需的计算能力是不可用的。

发明内容

一种发动机包括排气再循环系统、空气节流系统以及充气系统。一种用于控制发动机的方法包括：对于排气再循环系统、空气节流系统和空气充气系统的每一个监测期望操作目标命令；监测空气充气系统的操作参数；以及基于各个期望操作目标命令和空气充气系统的操作参数而对于排气再循环系统、空气节流系统和空气充气系统的每一个确定反馈控制信号。基于用于排气再循环系统、空气节流系统和空气充气系统的每一个的各个反馈控制信号来确定排气再循环系统中的排气再循环流量、空气节流系统中的空气流量以及空气充气系统中的涡轮功率参数。基于各个排气再循环流量、空气流量和涡轮功率参数而对于排气再循环系统、空气节流系统和空气充气系统的每一个确定系统控制命令。基于用于排气再循环系统、空气节流系统和空气充气系统的每一个的系统控制命令来控制空气充气系统。

1．一种用于控制内燃发动机中的排气再循环系统、空气节流系统和空气充气系统的方法，该方法包括：

监测用于所述排气再循环系统、所述空气节流系统和所述空气充气系统的每一个的期望操作目标命令；

监测所述空气充气系统的操作参数；

基于各个期望操作目标命令和空气充气系统的操作参数，来确定用于所述排气再循环系统、所述空气节流系统和所述空气充气系统的每一个的反馈控制信号；

基于用于所述排气再循环系统、所述空气节流系统和所述空气充气系统的每一个的各个反馈控制信号，来确定所述排气再循环系统中的排气再循环流量、所述空气节流系统中的空气流量以及所述空气充气系统中的涡轮功率参数；

基于各个排气再循环流量、空气流量和涡轮功率参数，来确定用于所述排气再循环系统、所述空气节流系统和所述空气充气系统的每一个的系统控制命令；以及

基于用于所述排气再循环系统、所述空气节流系统和所述空气充气系统的每一个的系统控制命令，来控制所述空气充气系统。

2．根据方案1所述的方法，其中，所述期望操作目标命令包括期望进气歧管压力命令、期望压缩机增压比命令以及期望已燃废气比例命令。

3．根据方案1所述的方法，其中，所述期望操作目标命令包括期望进气歧管压力命令、期望压缩机增压比命令以及期望氧气比例命令。

4．根据方案1所述的方法，其中，所述空气充气系统的操作参数包括进气歧管压力、进气歧管温度、外界压力和外界温度。

5．根据方案1所述的方法，其中，基于各个期望操作目标命令和所述空气充气系统的操作参数来确定用于所述排气再循环系统、所述空气节流系统和所述空气充气系统的每一个的反馈控制信号包括使用比例积分微分反馈控制。

6．根据方案1所述的方法，其中，基于各个期望操作目标命令和所述空气充气系统的操作参数来确定用于所述排气再循环系统、所述空气节流系统和所述空气充气系统的每一个的反馈控制信号包括使用线性二次调节器反馈控制。

7．根据方案1所述的方法，其中，基于各个期望操作目标命令和所述空气充气系统的操作参数来确定用于所述排气再循环系统、所述空气节流系统和所述空气充气系统的每一个的反馈控制信号包括使用模型预测反馈控制。

8．根据方案1所述的方法，其中，基于用于所述排气再循环系统、所述空气节流系统和所述空气充气系统的每一个的各个反馈控制命令来确定所述排气再循环系统中的排气再循环流量、所述空气节流系统中的空气流量和所述空气充气系统中的涡轮功率进一步基于监测到的所述空气充气系统的操作参数。

9．根据方案1所述的方法，还包括基于用于所述排气再循环系统、所述空气节流系统和所述空气充气系统的每一个的各个期望操作目标命令来确定用于所述排气再循环系统、所述空气节流系统和所述空气充气系统的每一个的前馈控制命令。

10．根据方案9所述的方法，其中基于用于所述排气再循环系统、所述空气节流系统和所述空气充气系统的每一个的各个反馈控制命令来确定所述排气再循环系统中的排气再循环流量、所述空气节流系统中的空气流量和所述空气充气系统中的涡轮功率进一步基于用于所述排气再循环系统、所述空气节流系统和所述空气充气系统的每一个的各个前馈控制命令。

11．根据方案1所述的方法，其中，基于各个排气再循环流量、空气流量和涡轮功率参数确定用于所述排气再循环系统、所述空气节流系统和所述空气充气系统的每一个的系统控制命令包括采用每个各个系统的逆向模型。

12．一种用于控制内燃发动机中的排气再循环系统、空气节流系统和空气充气系统的方法，该方法包括：

提供内燃发动机的基于物理的空气和充气系统模型；

对所述内燃发动机的基于物理的空气和充气系统模型施加基于模型的非线性控制；

对所述基于物理的空气和充气系统模型施加反馈控制；

将用于所述空气和充气系统模型的期望空气和充气目标转换为用于EGR致动器、ITV致动器和VGT致动器的每一个的单个流量或功率信号；以及

基于各自的单个流量或功率信号来确定用于所述EGR致动器、ITV致动器和VGT致动器的每一个的致动器位置。

13．根据方案12所述的方法，其中，对所述内燃发动机的基于物理的空气和充气系统模型施加基于模型的非线性控制包括对所述基于物理的空气和充气系统模型施加基于物理模型的多变量前馈控制。

14．根据方案12所述的方法，其中，对所述内燃发动机的基于物理的空气和充气系统模型施加基于模型的非线性控制包括对所述基于物理的空气和充气系统模型施加状态反馈线性化控制。

15．根据方案12所述的方法，其中，对所述基于物理的空气和充气系统模型施加反馈控制包括使用比例积分微分反馈控制。

16．根据方案12所述的方法，其中，对所述基于物理的空气和充气系统模型施加反馈控制包括使用模型预测反馈控制。

17．根据方案12所述的方法，其中，对所述基于物理的空气和充气系统模型施加反馈控制包括使用线性二次调节器反馈控制。

18．根据方案12所述的方法，所述内燃发动机的基于物理的空气和充气系统模型包括根据以下关系式的系统模型：

其中u由以下关系式描述：

。

19．根据方案18所述的方法，其中，所述系统模型由以下系统关系式表示：

其中p_rc是表示为p_{c_ds}/p_a的压缩机增压比，其中p_{c_ds}是压缩机下游压力并且p_a是外界压力，

c是基于压缩机增压比和涡轮速度的平方之间的关系而确定的常数，

P_c是由压缩机提供的功率，

是由外界温度（T_a）和外界压力（p_a）校正后的空气节流阀流量（W_itv），

是将涡轮连接至压缩机的涡轮轴的惯性效应，

P_t是涡轮功率，

p_i是进气歧管处的发动机进气压力，

R是通用气体常数，

T_im是进气歧管温度，

V_i是进气歧管体积，

W_itv是空气节流阀流量，

W_egr是通过EGR系统的流量，

W_e(pi)是发动机气缸中的总充气量，

F_i是进气歧管中的已燃废气比例，

F_x是排气歧管中的已燃废气比例，以及

m_i是进气歧管中的质量。

20．根据方案18所述的方法，其中，所述系统模型由以下系统关系式表示：

其中p_{c_ds}是压缩机下游压力，

c是基于压缩机增压比和涡轮速度的平方之间的关系而确定的常数，

T_{c_ds}是压缩机下游温度，

T_{c_us}是压缩机上游温度，

W_c是流出压缩机的流量，

V_int是进气歧管的体积，

R_t是涡轮功率变换率，

R_c是压缩机功率增长比例，

p_i是进气歧管处的发动机进气压力，

R是通用气体常数，

T_im是进气歧管温度，

V_i是进气歧管体积，

W_itv是空气节流阀流量，

W_egr是通过EGR系统的流量，

W_e(pi)是发动机气缸中的总充气量，

F_i是进气歧管中的已燃废气比例，

F_x是排气歧管中的已燃废气比例，以及

m_i是进气歧管中的质量。

21．一种用于控制内燃发动机中的排气再循环（EGR）系统、空气节流系统和空气充气系统的方法，该方法包括：

提供包括排气再循环系统、空气节流系统和空气充气系统的内燃发动机的基于物理的空气和充气系统模型；

对所述基于物理的空气和充气系统模型施加基于物理模型的多变量前馈控制；

对所述基于物理的空气和充气系统模型施加反馈控制，该反馈控制包括比例积分微分反馈控制方法、线性二次调节器反馈控制方法和模型预测反馈控制中的一种；

将用于所述EGR系统、所述空气节流系统和所述空气充气系统的每一个的期望操作目标命令转换为对应的EGR流量、空气流量和涡轮功率参数；以及

使用所述排气再循环系统、所述空气节流系统和所述空气充气系统的每一个的各个逆向模型，将所述EGR流量、所述空气流量和所述涡轮功率参数转换为用于EGR致动器、ITV致动器和VGT致动器的每一个的对应致动器位置。

附图说明

现在将参照附图借由示例的方式描述一个或多个实施例，其中：

图1示意地描绘根据本发明的示例性内燃发动机、控制模块和排气后处理系统；

图2示意地描绘根据本发明的包括涡轮增压器的示例性发动机配置；

图3示意地描绘根据本发明的包括机械式增压器的示例性发动机配置；

图4示意地描绘根据本发明的使用状态反馈线性化控制的示例性空气充气多变量非线性控制系统；

图5示意地描绘根据本发明的使用基于模型的前馈控制和PID反馈控制方法的示例性空气充气多变量控制系统；

图6示意地描绘根据本发明的使用基于模型的前馈控制和MPC反馈控制方法的示例性空气充气多变量控制系统；

图7示意地描绘根据本发明的使用基于模型的前馈控制和LQR反馈控制方法的示例性空气充气多变量控制系统；以及

图8描绘根据本发明的示例性方法。

具体实施方式

现在参照附图，其中图示仅用于例示某些示例性实施例的目的，而并非为了对其进行限制的目的，图1示意地描绘根据本发明的示例性的内燃发动机10、控制模块5以及排气后处理系统65。示例性的发动机包括多气缸的直接喷射的压燃式内燃发动机，具有附接于曲轴24并且能够在限定了可变容积燃烧腔室34的气缸20中移动的往复式活塞22。曲轴24可操作地附接至车辆变速器和传动系统，以响应于操作者的扭矩请求To_REQ而向其输送牵引扭矩。发动机优选地采用四冲程操作，其中每个发动机燃烧循环包括划分为四个180度阶段（进气-压缩-膨胀-排气）的曲轴24的720度的角度旋转，这描述说明了活塞22在发动机气缸20中的往复式运动。多齿目标轮26附接至曲轴并且随其旋转。发动机包括用于监测发动机运转的传感器、以及控制发动机运转的致动器。传感器和致动器信号地或操作性地连接至控制模块5。

发动机优选地是直接喷射的四冲程内燃发动机，包括由在气缸内在上止点与下止点之间往复运动的活塞限定的可变容积燃烧腔室、以及包括进气阀和排气阀的气缸盖。活塞在重复循环中往复运动，每个循环包括进气、压缩、膨胀和排气冲程。

发动机优选地具有主要依赖于化学计量的空气/燃料操作模式。本领域技术人员理解的是，本发明的各方面适用于以化学计量或主要依赖于化学计量操作的其他发动机配置，例如稀燃火花点火发动机或传统的汽油发动机。在压燃式发动机的正常运转期间，当将供给燃料喷射到燃烧腔室中以与进入空气一起形成气缸充气时，在每个发动机循环期间发生燃烧事件。充气随后在压缩冲程期间通过其压缩动作而燃烧。

发动机适用于在广泛范围的温度、气缸充气（空气、燃料和EGR）和喷射事件上运转。本文公开的方法特别地适用于采用依赖于化学计量操作的直接喷射压燃式发动机操作，以在正在进行的操作期间确定每个燃烧腔室中的与放热相关的参数。该方法还适用于其他发动机配置，包括火花点火发动机，包括适于使用均质充量压燃式（HCCI）策略的发动机。该方法适用于每个发动机循环每个气缸采用多脉冲燃料喷射事件的系统，例如采用了用于燃料重整的引燃喷射、用于发动机功率的主喷射事件、以及在适用的情况下用于后处理管理的燃烧后燃料喷射事件的系统，每个喷射事件影响气缸压力。

传感器安装在发动机上或附近以监测物理特性并且生成能够与发动机和外界参数相关的信号。传感器包括曲轴旋转传感器，包括用于通过感测在多齿目标轮26的齿部上的边缘来监测曲轴（即发动机）速度（RPM）的曲柄传感器44。曲柄传感器是已知的，并且可以包括例如霍尔效应传感器、电感传感器或磁阻传感器。来自曲柄传感器44的信号输出输入至控制模块5。燃烧压力传感器30适于监测气缸内压力（COMB_PR）。燃烧压力传感器30优选地是非侵入式的，并且包括具有环形截面的测力传感器，其适于在用于电热塞28的开口处安装至气缸盖中。燃烧压力传感器30与电热塞28结合安装，并且燃烧压力通过电热塞机械地传递至压力传感器30。压力传感器30的输出信号COMB_PR正比于气缸压力。压力传感器30包括压电陶瓷或同样可适用的其他装置。其他传感器优选地包括用于监测歧管压力（MAP）和外界大气压力（BARO）的歧管压力传感器、用于监测进入空气质量流量（MAF）和进入空气温度（T_IN）的空气质量流量传感器、以及监测发动机冷却剂温度（COOLANT）的冷却剂传感器35。该系统可以包括用于监测一个或多个排气参数的状态的排气传感器，参数例如是温度、空燃比以及成分。本领域技术人员理解的是，可以存在用于控制和诊断的目的的其他传感器和方法。操作者扭矩请求To_REQ的形式的操作者输入通常通过节流踏板和制动踏板而获得，除了其他装置之外。发动机优选地装备有用于监测操作和用于系统控制的目的的其他传感器。每个传感器信号地连接至控制模块5以提供信号信息，该信号信息由控制模块转换为代表各自监测到的参数的信息。应该理解的是，该配置是例示性而非限制性的，包括可替换为功能等同的装置和程序的各种传感器。

致动器安装在发动机上，并且由控制模块5响应于操作者输入来控制以实现各种性能目标。致动器包括响应于控制信号（ETC）控制节流开口的电子控制的节流阀、以及用于响应于控制信号（INJ_PW）而直接将燃料喷射到每个燃烧腔室中的多个燃料喷射器12，所有这些都响应于操作者扭矩请求To_REQ而控制。排气再循环阀32和冷却器响应于来自控制模块的控制信号（EGR）而控制外部再循环排气至发动机进气口的流动。电热塞28安装在每个燃烧腔室中并且适于与燃烧压力传感器30一起使用。另外，可以根据期望歧管空气压力而在一些实施例中采用充气系统，从而供应增压空气。

燃料喷射器12是适于响应于来自控制模块的命令信号INJ_PW而将供给燃料直接喷射至一个燃烧腔室中的高压燃料喷射器。从燃料分布系统对每个燃料喷射器12供应加压燃料，并且每个燃料喷射器12具有包括最小脉冲宽度和相关最小可控燃料流量以及最大燃料流量的操作特性。

发动机可以装备有操作用于调节每个气缸的进气阀和排气阀的开闭的可控阀组系，包括阀正时、调相（即相对于曲柄角度和活塞位置的正时）以及阀开度的提升幅度中的任意一个或多个。一种示例性系统包括可变凸轮调相，其适用于压燃式发动机、火花点火发动机以及均质充量压燃式发动机。

控制模块5执行存储在其中的程序以控制前述致动器从而控制发动机运转，包括节流阀位置、燃料喷射质量和正时、EGR阀位置，以控制再循环排气的流量、电热塞操作，并且控制进气阀和/或排气阀正时、调相、以及对这样装备的系统的提升。控制模块配置为从操作者接收输入信号（例如节流踏板位置和制动踏板位置）以确定操作者扭矩请求To_REQ，并且从指示发动机速度（RPM）和进入空气温度（Tin）、冷却剂温度和其他外界条件的传感器接收输入信号。

控制模块、模块、控制器、控制单元、处理器以及类似的术语表示以下部件中的一个或多个的任意适当的一种或者各种组合：专用集成电路(ASIC)、电子电路、执行一个或多个软件或固件程序的中央处理器(优选微处理器)及相关联的内存和存储器(只读存储器、可编程只读存储器、随机存取存储器、硬盘驱动器等)、组合逻辑电路、输入/输出电路和装置、适当的信号调节及缓冲电路、以及提供期望功能的其它适当部件。控制模块具有一组控制例行程序，包括存储在存储器中的常驻软件程序指令和校准，并且被执行以提供期望的功能。例行程序优选地在预设的循环周期期间执行。例行程序例如由中央处理器执行，并且可操作来监测来自传感器和其它联网控制模块的输入，并执行控制和诊断例行程序而控制致动器的操作。在正在进行的发动机和车辆运行期间，可以以定期间隔(例如每3.125、6.25、12.5、25和100毫秒)来执行循环周期。替代地，可以响应于事件的发生来执行例行程序。

图1描绘了示例性柴油发动机，然而，本发明可以用于其他发动机配置，例如包括供给汽油的发动机、供给乙醇或E85的发动机或其他类似的已知设计。本发明并非意在限制于本文公开的具体示例性实施例。

图2示意地描绘根据本发明的包括涡轮增压器的示例性发动机配置。示例性发动机是多气缸的，并且包括本领域已知的各种加油类型和燃烧策略。发动机系统部件包括进入空气压缩机40、空气节流阀136、充气空气冷却器142、EGR阀132和冷却器152、进气歧管50以及排气歧管60，进入空气压缩机40包括涡轮46和空气压缩机45。外界进入空气通过进气口171吸入到压缩机45中。加压进入空气和EGR流输送至进气歧管50以在发动机10中使用。排气流通过排气歧管60离开发动机10，驱动涡轮46，并且通过排气管道170排出。所描绘的EGR系统是高压EGR系统，从排气歧管60向进气歧管50输送加压排气。替代配置，低压EGR系统可以从排气管道170向进气口171输送低压排气。传感器安装在发动机上以监测物理特性并生成可与发动机和外界参数相关联的信号。传感器优选地包括外界空气压力传感器112、外界或进入空气温度传感器114、以及空气质量流量传感器116（所有可以单独地配置或者配置为单个集成装置）、进气歧管空气温度传感器118、MAP传感器120、排气温度传感器124、空气节流阀位置传感器134和EGR阀位置传感器130、以及涡轮叶片位置传感器138。发动机速度传感器44监测发动机的旋转速度。每个传感器信号地连接至控制模块5以提供信号信息，该信号信息由控制模块5转换为代表各自监测到的参数的信息。应该理解的是，该配置是例示性而非限制性的，包括可在功能等同的装置和程序内替换的各种传感器，并且仍然落入本发明的范围内。此外，进入空气压缩机40可以包括在本发明范围内的替代涡轮增压器配置。

进入空气压缩机40包括涡轮增压器，该涡轮增压器包括定位在发动机的空气进气口中的空气压缩机45，由定位在排气流中的涡轮46驱动。涡轮46可以包括许多实施例，包括具有固定叶片朝向或可变叶片朝向的装置。此外，涡轮增压器可以作为单个装置使用，或者可以使用多个涡轮增压器来向同一发动机供应增压空气。

图3示意地描绘根据本发明的包括机械式增压器的示例性发动机配置。示例性发动机是多气缸的并且包括本领域已知的各种加油类型和燃烧策略。发动机系统部件包括机械式增压器160，机械式增压器160包括空气压缩机45和带驱动轮164、充气空气冷却器142、EGR阀132和冷却器152、进气歧管50和排气歧管60。发动机10包括从动轮162，向驱动带驱动轮164的带166提供动力。示例性的带166可以包括本领域已知作为蛇形带的配置。示例性的配置包括同时地驱动机械式增压器160和诸如交流发电机或空气调节压缩机等其他附件的带166。传感器安装在发动机上，以监测物理特性并且生成可以与发动机和外界参数相关联的信号。传感器优选地包括外界空气压力传感器112、外界或进入空气温度传感器114和空气质量流量传感器116（所有这些可以单独地或者作为单个集成装置配置）、进气歧管空气温度传感器118、MAP传感器120、排气温度传感器124和EGR阀位置传感器130。示例性的EGR阀130和EGR冷却器152提供了用于EGR流在机械式增压器160的上游进入进气系统的路径。在其他配置下，EGR流可以在机械式增压器160的下游进入进气系统，尽管将意识到机械式增压器下游的高压会限制EGR流在该配置下将有效地进入进气口的状况。发动机速度传感器44监测发动机的旋转速度。每个传感器信号地连接至控制模块5以提供信号信息，该信号信息由控制模块5转换为代表各个所监测的参数的信息。应该理解的是，该配置是例示性而非限制性的，包括在功能等同装置和程序内可以替换的各种传感器并且仍然落入本发明的范围内。机械式增压器160可以用于向发动机提供增压空气，或者机械式增压器160可以与涡轮增压器配合使用以向发动机提供增压空气。

可变几何涡轮增压器（VGT）使得能够控制对进入空气执行多少压缩。控制信号可以例如通过调节压缩机和/或涡轮中的叶片的角度，来调节VGT的操作。这样的示例性调节可以减小这些叶片的角度而减小进入空气的压缩，或者增大这些叶片的角度而增大进入空气的压缩。VGT系统允许控制模块选择输送至发动机的增压压力的水平。控制可变增压器输出例如包括废气门或旁路阀的其它方法可以类似于VGT系统地实施，并且本发明并非意在限制于本文公开的用于控制输送至发动机的增压压力的具体示例性实施例。

示例性的柴油发动机装备有共轨燃料喷射系统、EGR系统以及VGT系统。排气再循环用于可控地降低燃烧火焰温度并且减少NOx排放。VGT系统用于调节增压压力以控制歧管空气压力并增加发动机输出。为了完成包括EGR和VGT系统的控制的发动机控制，可以采用多输入多输出空气充气控制模块（MIMO模块）。MIMO模块使得计算上能够高效，并且基于描述期望发动机运转的单个输入集合而协调控制EGR和VGT。这些输入例如可以包括描述发动机速度和发动机负载的对于发动机的操作点。将意识到，其他参数可以用作输入，例如包括指示发动机负载的压力测量值。

基于任何给定输入的EGR和VGT的联接MIMO控制或者EGR和VGT的控制固定响应是计算上高效的，并且能够实现对于变化输入的复杂控制响应，而这基于EGR和VGT的独立控制可能是实时地计算上不可能的。然而，包括对于任何给定输入的两个参数的固定响应的EGR和VGT的联接控制需要联接控制的简化或最佳配合校准，以便于控制两个固定响应。结果，这样的校准可能是挑战性的，并且可能包括比基于所选择的简化控制校准的最佳发动机性能更少的性能。EGR和VGT例如可以最佳地对于负载的变化率或者对于发动机温度不同地做出反应。此外，EGR或VGT的控制可能达到限制条件并且导致致动器饱和。导致致动器饱和的联接控制可能引起本领域中称为扭振的状况，其中甚至在已经解决了致动器饱和之后系统的预期行为和系统的期望控制仍然偏离并且导致控制错误。此外，由MIMO模块对EGR和VGT的控制是非线性的，并且限定联接的功能关系以提供期望控制输出需要大规模的校准工作。

VGT命令是控制增压压力的一种方式。然而，可以替代VGT命令类似地采用控制增压压力的其他命令，诸如增压压力命令或歧管空气压力命令。

诸如如图2中示意性描绘的包括涡轮增压器的示例性发动机配置等发动机配置可以由数学模型表示。基于模型的非线性控制可以应用于将期望空气和充气目标转换为用于每个致动器的单个流量或功率，诸如排气再循环流量、进入空气流量和涡轮功率。可以基于单个流量或功率值唯一地确定对于EGR阀、空气节流阀和VGT控制的每个的致动器位置，另外产生用于反馈控制的解耦和几乎线性化的系统。用于控制包括EGR、空气节流和空气充气控制的发动机的方法包括采用基于物理模型的前馈控制或反馈线性化控制，以解耦多变量系统的控制。

用于基于模型的非线性控制的示例性的系统模型可以由如以下关系式所列出的非线性微分方程来表示。

在如上所示的示例性系统模型中施加至输入u的MIMO前馈控制可以由以下关系式表示。

如果y是来自系统的实际测得或估算参数，则项目表示系统的反馈线性化，或者如果y由用于追踪的其期望参考命令替换，则其表示系统的前馈控制。前馈控制器v可以采用比例积分微分（PID）、线性二次调节器（LQR）、或具有所需最小增益调度的模型预测控制（MPC）反馈控制方法。可以将多变量系统输出矢量解耦至线性SISO反馈系统中，如由以下关系式表示。

输入矢量u是对系统模型中的输入，其施加基于模型的多变量前馈控制以替换查找表，并且另外施加反馈控制以改进针对非模型化不定性的追踪。输出矢量随后解耦至线性SISO反馈矢量v中。

由以下一组关系式表示根据如上所述基本系统模型关系式[1]、[2]和[3]的包括如图2中示意性描绘的涡轮增压器的示例性发动机配置的第一示例性基于物理的空气和充气系统模型。

可以由以下一组关系式表示同样根据如上所述基本系统模型关系式[1]、[2]和[3]的包括图2中示意性描绘的涡轮增压器的示例性发动机配置的第二替代示例性基于物理的空气和充气系统模型：

如在对应组关系式（[4]、[5]、[6]）或（[7]、[8]、[9]）中所列出的这些替代的三态模型的每一个中，将意识到关系式[5]和[8]是等同的并且关系式[6]和[9]是等同的，其中：

p_i是进气歧管处的发动机进气压力，

R是本领域已知的通用气体常数，

T_im是进气歧管温度，

V_i是进气歧管体积，

W_itv是空气节流阀流量（空气流量），

W_egr是通过EGR系统的流量，

W_e(pi)是发动机气缸中的总充气量，

F_i是进气歧管中的已燃废气比例，

F_x是排气歧管中的已燃废气比例，以及

m_i是进气歧管中的质量。

W_e(pi)可以由以下关系式表示：

其中N是发动机速度

D是发动机排量，

η是发动机容积效率，以及

T_i是进气温度。

并且，在对应组关系式（[4]、[5]、[6]）或（[7]、[8]、[9]）中所列出的两个替代模型的每一个中，将意识到关系式[4]和[7]是不同的，其中关于关系式[4]：

p_rc是表示为p_{c_ds}/p_a的压缩机增压比，其中p_{c_ds}是压缩机下游压力（即增压压力）并且p_a是外界压力，

c是基于压缩机增压比与涡轮速度的平方之间的关系而确定的常数，

Pc是由压缩机提供的功率，

是由外界温度（Ta）和外界压力（pa）校正后的空气节流阀流量（W_itv），

是将涡轮连接至压缩机的涡轮轴的惯性效应，

P_t是涡轮功率，并且

其中关于关系式[7]：

p_{c_ds}是压缩机下游的压力，

c是基于压缩机增压比与涡轮速度的平方之间的关系而确定的常数，

T_{c_ds}是压缩机下游的温度，

T_{c_us}是压缩机上游的温度，

W_c是流出压缩机的流量，

V_int是进气歧管的体积，

R_t是涡轮功率变换率，以及

R_c是压缩机功率增大比例。

可以对通过EGR系统的流量建模以基于许多已知输入而估算流量。可以将通过EGR系统的流量建模为通过节流孔的流量，其中节流孔主要包括对于具体设计的EGR阀或节流孔或文氏管。根据一个示例性实施例，可以根据以下节流孔流量关系式对EGR流量W_egr建模：

其中PR是在EGR系统的出口处的进气系统中充入的空气的进气压力或压力P_i、与在充气系统上游的EGR系统的入口处的排气系统中的排气压力或压力P_x的增压比或比例，

T_egr可以指示在EGR系统的入口处的排气的温度或排气温度。根据一个示例性实施例，T_egr可以作为EGR冷却器的出口温度来测量，

A_egr是EGR系统的有效流量面积，

R是本领域已知的通用气体常数。

临界增压比PR_c可以由以下关系式表示：

其中γ是本领域已知的比热比。如果PR大于PR_c，则流是亚音速的。如果PR小于或等于PRc，则流是扼流的。Ψ(PR)是非线性函数并且可以由以下关系式表示。

A_egr可以表示为EGR阀位置X_egr的函数。然而，基于详细的建模和试验数据，包括确定通过系统的壁的热损耗，对于A_egr的更精确估算可以表示为X_egr和PR的函数，其可以由以下关系式表示。

以上关系式假设EGR系统包括在充气系统压缩机下游的出口以及在充气系统涡轮单元或涡轮机上游的入口。将意识到，不同的实施例可以与包括在充气系统压缩机上游的出口以及在充气系统涡轮单元或涡轮机下游的入口的EGR系统一起使用，或者在利用机械式增压器而不具有涡轮机的车辆的排气系统中使用。将意识到，可以对以上关系式和相关联的回流模型进行变更，用于与许多示例性EGR和充气系统配置一起使用，并且本发明并非意在限制于本文公开的具体示例性实施例。

图4示意地描绘根据本发明的使用状态反馈线性化控制的示例性空气充气多变量非线性控制系统400。空气充气系统404接收命令并产生输出。描绘了开发命令的许多模块和控制策略，包括状态变量观测器模块403、包括反馈控制模块405、406和407的线性控制策略401、以及非线性控制策略402。将包括期望压缩机增压比p_{rc_des}420、进气歧管中的期望进入氧气比例O_{2_des}421以及期望进气歧管压力p_{i_des}422的期望操作参数点，与由直接传感器测量值或者状态变量观测器模块403基于空气充气系统404的实际操作参数而确定的各个反馈信号439、438和437进行比较。这些操作参数可以包括例如进气歧管压力432、进气歧管温度433、空气质量434、外界压力435以及外界温度436。空气充气系统参数可以由传感器监测，或者替代地如果不存在传感器则由状态变量观测器模块403估算。反馈信号描述了实际压缩机增压比p_rc439、进气歧管中的实际氧气比例O₂438、以及实际进气歧管压力p_i437。期望操作参数与各个实际操作参数的比较确定了对于每个参数的误差项，包括压缩机增压比误差项446、进气歧管中的O₂误差项447以及进气歧管压力误差项448。然后将这些误差项输入至线性控制策略401的反馈控制模块405、406和407中。由反馈控制模块405、406和407的每个实施的反馈控制方法确定反馈控制信号v₁423、v₂424以及v₃425。将反馈控制信号423、424和425以及反馈信号439、438和437输入至非线性控制策略402中。在计算点408、409和410处的各个空气节流阀流量W_itv426，EGR流量W_egr427以及涡轮功率变换率R_t428时，使用这些信号。用于确定这些值的计算可以由以下关系式表示：

其中r_air是新鲜空气相对于总气缸充气的比率，以及

r_egr是EGR相对于总气缸充气的比率。

然后将空气节流阀流量426、EGR流量427和涡轮功率变换率428转换为系统控制命令，包括空气节流阀命令u_itv429、EGR阀命令u_egr430以及VGT命令u_vgt431。然后使用空气节流阀命令429、EGR阀命令430和VGT命令431来控制空气充气系统404。空气流量426、EGR流量427和涡轮功率变换率428转换为系统控制命令可以通过使用系统的回流模型或物理模型的逆转来实现。

系统的回流模型或物理模型反转在确定实现通过系统中的节流孔的期望流量所需的设定时可以是有用的。可以将通过系统的流量建模为跨越系统的压力差和系统中的流量限制的函数。可以替换已知的或可确定的项，并且操纵功能关系以建立对于确定期望系统设定从而实现期望流量有用的系统的回流模型。本文公开的示例性方法采用有效流量面积或者对于所建模系统的流量限制的第一输入、以及包括用于使得流通过系统的压力的系统的压力值的第二输入。EGR阀的解耦前馈控制的一种示例性方法可以包括采用基于逆向模型和校准项而在混合多项式中实施的系统的回流模型。EGR阀的解耦前馈控制的另一示例性方法可以包括采用基于维度表格的方法。EGR阀的解耦前馈控制的另一示例性方法可以包括采用指数型多项式拟合（polyfit）模型。空气节流阀的解耦前馈控制的示例性方法可以采用系统的物理模型的逆转、维度表格方法、或指数型多项式拟合模型。充气系统诸如装备有VGT的涡轮增压器的解耦前馈控制的示例性方法可以采用系统的物理模型的逆转、维度表格方法或指数型多项式拟合模型。

这些方法可以单独地或组合使用，并且不同的方法可以在不同的条件和操作范围下用于同一系统。控制方法可以采用回流模型来确定对于包括EGR回路、空气节流系统和充气系统之一的第一选集的前馈控制命令。控制方法可以另外采用第二回流模型来确定用于包括EGR回路、空气节流系统和充气系统的另一个的第二选集的第二前馈控制命令。控制方法可以另外采用第三回流模型来确定用于包括EGR回路、空气节流系统和充气系统的又一个的第三选集的第三前馈控制命令。以此方式，控制方法能够控制EGR回路、空气节流系统和充气系统的任意一个或全部。

用于根据EGR流的逆向模型由逆向控制方法控制EGR流的方法公开在共同未决并且共同分配的申请号12/982,994中，对应于公开文献US2012-0173118A1，通过参考并入本文。

线性控制策略401的反馈控制模块405、406和407使用反馈控制方法确定反馈控制命令423、424和425。由图4的反馈控制模块使用的示例性反馈控制方法可以包括PID控制和输入压缩机增压比误差项446、歧管中空气误差项447以及增压压力误差项448。在示例性实施例中，PID控制模块405、406和407可以单独地设计来输出解耦反馈控制信号。

图5示意地描绘根据本发明的使用基于模型的前馈控制500和PID反馈控制方法的示例性空气充气多变量控制系统。空气充气系统504接收命令并产生输出。描绘了开发命令的许多模块和控制策略，包括状态变量观测器模块503、包括反馈控制模块505、506和507的线性控制策略501、以及非线性控制策略502。将包括期望压缩机增压比p_{rc_des}522、期望已燃废气比例F_i521和期望进气歧管压力p_{i_des}520的期望操作参数点与由直接传感器测量值或者状态变量观测器模块503基于空气充气系统504的实际操作参数确定的各个反馈信号537、538和539进行比较。这些操作参数可以包括例如进气歧管压力532、进气歧管温度533、空气质量534、外界压力535以及外界温度536。空气充气系统参数可以由传感器监测，或者替代地由状态变量观测器模块503估算。示例性的估算的空气充气系统参数可以包括实际压缩机增压比以及排气歧管压力。监测的和估算的系统操作参数可以用于确定反馈信号。反馈信号描述了实际压缩机增压比537、实际已燃废气比例538以及实际进气歧管压力539。期望操作参数与各个实际操作参数的比较确定了对于每个参数的误差项，包括进气歧管压力误差项546、已燃废气比例误差项547以及压缩机增压比误差项548。然后将这些误差项输入至线性控制策略501的反馈控制模块505、506和507中。由反馈控制模块505、506和507的每一个实施的PID反馈控制方法确定反馈控制信号v₁523、v₂524、v₃525。另外将包括期望压缩机增压比p_{rc_des}522、期望已燃废气比例F_i521和期望进气歧管压力p_{i_des}520的期望操作参数点输入至前馈控制模块514中，并且输出包括进气歧管压力前馈信号543、已燃废气比例前馈信号544、和压缩机增压比前馈信号545的前馈信号。用于确定这些前馈信号的计算可以由以下关系式表示。

将反馈控制信号523、524和525以及前馈信号543、544和545输入至解耦策略502中。这些信号用于基于关系式[17]和[18]在点508、509和510处计算各个空气节流阀流量W_itv526、EGR流量W_egr527和涡轮功率变换率R_t528。同样应用如参照图4讨论的使用系统的回流模型或物理模型的逆转来确定实现通过系统中节流孔的期望流量所需的设定的方法，以将空气流量526、EGR流量527和涡轮功率528转换为空气充气系统控制命令。空气充气系统控制命令包括空气进气阀控制命令529、EGR阀控制命令530和VGT控制命令531。然后控制空气充气系统504以基于这些控制命令而操作，从而实现期望操作参数。

图6示意地描绘使用基于模型的前馈控制600并使用模型预测控制（MPC）反馈控制方法的示例性空气充气多变量控制系统。空气充气系统604接收命令并产生输出。描绘了开发命令的许多模块和控制策略，包括状态变量观测器模块603、包括反馈控制模块605的线性控制策略601以及解耦策略602。将包括期望压缩机增压比p_{rc_des}622、期望已燃废气比例F_i621和期望进气歧管压力p_{i_des}620的期望操作参数点与由状态变量观测器模块603基于空气充气系统604的实际操作参数而确定的各个反馈信号637、638和639进行比较。这些操作参数可以包括例如进气歧管压力632、进气歧管温度633、空气质量634、外界压力634以及外界温度636。空气充气系统参数可以由传感器监测，或者替代地由状态变量观测器模块603估算。示例性的估算的空气充气系统参数可以包括实际压缩机增压比以及排气歧管压力。监测的和估算的系统操作参数可以用于确定反馈信号。反馈信号描述了实际压缩机增压比637、实际已燃废气比例638以及实际进气歧管压力639。期望操作参数和各个实际操作参数的比较确定了对于每个参数的误差项，包括增压压力误差项646、已燃废气比例误差项647以及压缩机增压比误差项648。然后将这些误差项输入至线性控制策略601的反馈控制模块605中。由反馈控制模块605实施的反馈控制方法可以包括模型预测控制和输入压缩机增压比误差项648、已燃废气比例误差项647以及增压压力误差项646。由反馈控制模块605实施的模型预测控制方法确定反馈控制信号，包括进气歧管压力反馈控制信号v₁623、已燃废气比例反馈控制信号v₂624以及压缩机增压比反馈控制信号v₃625。另外将包括期望压缩机增压比p_{rc_des}622、期望已燃废气比例F_i621和期望进气歧管压力p_{i_des}620的期望操作参数点输入至前馈控制模块614中，并且输出包括进气歧管压力前馈信号643、已燃废气比例前馈信号644和压缩机增压比前馈信号645的前馈信号。将反馈控制信号623、624和625以及前馈信号643、644和645输入至解耦策略602中。在点608、609和610处计算各个空气节流阀流量W_itv626、EGR流量W_egr627以及涡轮功率P_t628时，使用这些信号。用于确定这些值的计算可以由关系式[17]和[18]表示。使用每个系统的回流模型或者物理模型的逆转来将空气流量626、EGR流量627和涡轮功率628转换为空气充气系统控制命令。空气充气系统控制命令包括空气进气阀控制命令629、EGR阀控制命令630以及VGT控制命令631。然后控制空气充气系统604以基于这些控制命令来操作从而实现期望操作参数。

图7示意地描绘使用基于模型的前馈控制700并使用线性二次调节器（LQR）反馈控制方法的示例性空气充气多变量控制系统。空气充气系统704接收命令并且产生输出。描绘了开发命令的许多模块和控制策略，包括状态变量观测器模块703、包括反馈控制模块705的线性控制策略701以及解耦策略702。将包括期望压缩机增压比p_{rc_des}722、期望已燃废气比例F_i721和期望进气歧管压力p_{i_des}720的期望操作参数点与由状态变量观测器模块703基于空气充气系统704的实际操作参数而确定的各个反馈信号7373、738和739进行比较。这些操作参数可以包括例如进气歧管压力732、进气歧管温度733、空气质量734、外界压力735以及外界温度736。空气充气系统参数可以由传感器监测，或者替代地由状态变量观测器模块703估算。示例性的估算的空气充气系统参数可以包括实际压缩机增压比以及排气歧管压力。监测的和估算的系统操作参数可以用于确定反馈信号。反馈信号描述了实际压缩机增压比737、实际已燃废气比例738以及实际进气歧管压力739。期望操作参数和各个实际操作参数的比较确定对于每个参数的误差项，包括进气歧管压力误差项746、已燃废气比例误差项747以及压缩机增压比误差项748。然后将这些误差项输入至线性控制策略701的反馈控制模块705中。由反馈控制模块705实施的反馈控制方法可以包括线性二次调节器控制，如本领域已知的那样，并且输入压缩机增压比误差项748、已燃废气比例误差项747以及进气歧管压力误差项746。由反馈控制模块705实施的LQR控制方法确定反馈控制信号，包括进气歧管压力控制信号v₁723、已燃废气比例控制信号v₂724以及压缩机增压比控制信号v₃725。另外将包括期望压缩机增压比p_{rc_des}722、期望已燃废气比例F_i721和期望进气歧管压力p_{i_des}720的期望操作参数点输入至前馈控制模块714中，并且输出包括进气歧管压力前馈信号743、已燃废气比例前馈信号744和压缩机增压比前馈信号745的前馈信号。将反馈控制信号723、724和725以及前馈信号743、744和745输入至解耦策略702中。在计算708、709和710处计算各个空气节流阀流量W_itv726、EGR流量W_egr727和涡轮功率P_t728，使用这些信号。用于确定这些值的计算可以由关系式[17]和[18]表示。使用每个系统的回流模型或物理模型的逆转来将空气流量726、EGR流量727和涡轮功率728转换为空气充气系统控制命令。空气充气系统控制命令包括空气进气阀控制命令729、EGR阀控制命令730和VGT控制命令731。然后控制空气充气系统704以基于这些控制命令来操作从而实现期望操作参数。

图8描绘了根据本发明的用于控制内燃发动机中的排气再循环、空气节流系统和空气充气系统的示例性方法800。提供表格1作为图解，其中标示数字的方框和对应的功能如下所述。

表格1

方框	方框内容
		801	监测用于EGR系统、空气节流系统和空气充气系统的每一个的期望操作目标命令
802	监测空气充气系统的操作参数
		803	基于期望操作目标命令和空气充气系统的操作参数确定用于EGR系统、空气节流系统和空气充气系统的每一个的反馈控制信号
804	基于反馈控制信号和期望操作目标命令的任一个确定EGR流量、空气流量和涡轮功率参数
		805	确定用于EGR系统、空气节流系统和空气充气系统的每一个的系统控制命令
806	基于系统控制命令控制空气充气系统

在具有高压EGR的系统三阶模型中，可以不使用系统的回流模型或物理模型的逆转来确定实现通过系统中的节流孔的期望流量所需的设定，而替代地确定系统控制命令。通过创建采用项CdA_egr替换W_egr项的系统模型，模型能够确定系统控制命令，而无需实施系统的回流模型或物理模型的逆转。示例性的系统模型可以表示为根据以下关系式的非线性微分方程。

系统输出矢量x可以由以下矢量表示。

系统输入矢量u可以由以下矢量表示。

根据以上列出的基本系统模型关系式[1]、[2]和[3]的第三示例性三态模型在以下一组关系式中列出。

在关系式[22]－[24]中：

Ti是进气歧管处的温度，

R是通用气体常数，

V_i是进气歧管体积，

W_itv是空气进气节流阀流量，

p_x是排气处的压力，以及

W_e(p_i)是发动机气缸中总充气量，

根据节流孔流量关系来书写，并且CdA_egr项替换在替代系统模型中使用的W_egr项，因此表示EGR阀位置而不是通过EGR阀的流量。

忽略涡轮轴在[24]中的惯性效应，得到如下的近似：

其中R_t是涡轮功率变换率并且可以由以下关系式表示：

其中Pt是涡轮功率，以及

ht是排气能量流量并且可以由以下关系式表示：

其中W_t是涡轮处流量，

c_p是在恒定压力下的比热，以及

T_x是排气温度。

如在关系式[19]的基本系统模型中所述的函数C_g(t)可以由以下矩阵表示。

并且如在关系式[19]的基本系统模型中所述的函数C_f可以由以下矩阵表示。

该模型限定了确定用于控制的阀位置的替代方式，而不必须使用如在其他示例性方法中描述的所需要的逆向模型。

在待建模的系统包括低压EGR的情况下，可以将低压EGR关系作为第四关系添加至三个示例性三态模型的任一中，从而产生四态模型。该四态模型可以以类似于根据本发明的示例性三态模型的任一个的方式来处理。低压EGR可以由以下关系式表示。

其中m_c是在低压EGR固定点处的空气质量，

F_c是在低压EGR固定点处的已燃废气比例，

F_x是排气处的已燃废气比例，

t是时间，

z是时间延迟，以及

W_egr,LP是低压EGR流量。

本发明已经描述了某些优选实施例及其变更。在阅读并理解说明书时，可以想到进一步的变更和变型。因此，本发明不试图被限制于公开为用于实施本发明所设想的最佳方式的具体实施例，而是本发明将包括落在所附权利要求的范围内的所有实施例。

Claims (10)

1.一种用于控制内燃发动机中的排气再循环系统、空气节流系统和空气充气系统的方法，该方法包括：

监测用于所述排气再循环系统、所述空气节流系统和所述空气充气系统的每一个的期望操作目标命令；

监测所述空气充气系统的操作参数；

基于各个期望操作目标命令和空气充气系统的操作参数，来确定用于所述排气再循环系统、所述空气节流系统和所述空气充气系统的每一个的反馈控制信号；

基于用于所述排气再循环系统、所述空气节流系统和所述空气充气系统的每一个的各个反馈控制信号，来确定所述排气再循环系统中的排气再循环流量、所述空气节流系统中的空气流量以及所述空气充气系统中的涡轮功率参数；

基于各个排气再循环流量、空气流量和涡轮功率参数，来确定用于所述排气再循环系统、所述空气节流系统和所述空气充气系统的每一个的系统控制命令；以及

基于用于所述排气再循环系统、所述空气节流系统和所述空气充气系统的每一个的系统控制命令，来控制所述空气充气系统。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述期望操作目标命令包括期望进气歧管压力命令、期望压缩机增压比命令以及期望已燃废气比例命令。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述期望操作目标命令包括期望进气歧管压力命令、期望压缩机增压比命令以及期望氧气比例命令。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述空气充气系统的操作参数包括进气歧管压力、进气歧管温度、外界压力和外界温度。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，基于各个期望操作目标命令和所述空气充气系统的操作参数来确定用于所述排气再循环系统、所述空气节流系统和所述空气充气系统的每一个的反馈控制信号包括使用比例积分微分反馈控制。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，基于各个期望操作目标命令和所述空气充气系统的操作参数来确定用于所述排气再循环系统、所述空气节流系统和所述空气充气系统的每一个的反馈控制信号包括使用线性二次调节器反馈控制。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，基于各个期望操作目标命令和所述空气充气系统的操作参数来确定用于所述排气再循环系统、所述空气节流系统和所述空气充气系统的每一个的反馈控制信号包括使用模型预测反馈控制。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，基于用于所述排气再循环系统、所述空气节流系统和所述空气充气系统的每一个的各个反馈控制命令来确定所述排气再循环系统中的排气再循环流量、所述空气节流系统中的空气流量和所述空气充气系统中的涡轮功率进一步基于监测到的所述空气充气系统的操作参数。

9.一种用于控制内燃发动机中的排气再循环系统、空气节流系统和空气充气系统的方法，该方法包括：

提供内燃发动机的基于物理的空气和充气系统模型；

对所述内燃发动机的基于物理的空气和充气系统模型施加基于模型的非线性控制；

对所述基于物理的空气和充气系统模型施加反馈控制；

将用于所述空气和充气系统模型的期望空气和充气目标转换为用于EGR致动器、ITV致动器和VGT致动器的每一个的单个流量或功率信号；以及

基于各自的单个流量或功率信号来确定用于所述EGR致动器、ITV致动器和VGT致动器的每一个的致动器位置。

10.一种用于控制内燃发动机中的排气再循环（EGR）系统、空气节流系统和空气充气系统的方法，该方法包括：

提供包括排气再循环系统、空气节流系统和空气充气系统的内燃发动机的基于物理的空气和充气系统模型；

对所述基于物理的空气和充气系统模型施加基于物理模型的多变量前馈控制；

对所述基于物理的空气和充气系统模型施加反馈控制，该反馈控制包括比例积分微分反馈控制方法、线性二次调节器反馈控制方法和模型预测反馈控制中的一种；

将用于所述EGR系统、所述空气节流系统和所述空气充气系统的每一个的期望操作目标命令转换为对应的EGR流量、空气流量和涡轮功率参数；以及

使用所述排气再循环系统、所述空气节流系统和所述空气充气系统的每一个的各个逆向模型，将所述EGR流量、所述空气流量和所述涡轮功率参数转换为用于EGR致动器、ITV致动器和VGT致动器的每一个的对应致动器位置。