CN109072798A - 用于确定至少一个致动器的位置的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于确定内燃发动机设备的至少一个致动器的位置的方法，所述方法包括以下步骤：接收所述内燃发动机设备在第一时间点处的发动机性能参数的参数值；预测至少一个第二未来时间点处的至少一个发动机性能参数值；以及，通过使用第一时间点处的参数值和所述至少一个第二时间点处的参数值作为输入进行优化，来确定所述至少一个致动器的致动器位置。

Description

用于确定至少一个致动器的位置的方法
技术领域
本发明涉及一种用于确定内燃发动机设备的至少一个致动器的位置的方法。本发明还涉及一种相应的用于确定内燃发动机设备的至少一个致动器的位置的系统。本发明适用于车辆，特别是通常被称为卡车的轻型、中型和重型车辆。虽然将主要关于卡车来描述本发明，但本发明也可适用于其它类型的车辆，例如工程机械、轿车等。
背景技术
在车辆领域，特别是在通常被称为卡车的轻型、中型和重型车辆中，由于例如地方和区域排放法规以及来自车辆消费者的需求的增长，发动机的性能和环境要求不断提高。因而，通常希望提高发动机的功率并减少燃料消耗和来自发动机的有害排放。这些要求常常彼此矛盾，即，当提高发动机的功率时，燃料消耗自然也增加，反之亦然。因而，发动机系统包括多个发动机参数，并且当控制其它参数时，必须牺牲一些发动机参数。因而，希望有一种控制策略来控制车辆的运行期间的发动机参数。
US 2013/0067894涉及一种用于减少来自内燃发动机的对环境有害的排放的系统。US 2013/0067894中的系统的目的在于协调发动机的控制策略，以便在NOX排放和车辆燃料经济性方面实现最大可实现的性能。这通过协调对发动机和SCR装置的控制来实现，根据US 2013/0067894的描述，该SCR装置减少NOX排放以满足严格的清洁空气法规，同时还提高了车辆燃料效率。
虽然US 2013/0067894描述了一种改进车辆发动机参数的系统，但是在例如改进对发动机参数的控制方面，仍存在改进空间。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于确定内燃发动机设备的至少一个致动器的位置的方法，该方法至少部分克服了现有技术的缺陷。这通过根据权利要求1所述的方法来实现。
根据本发明的第一方面，提供了一种用于确定内燃发动机设备的至少一个致动器的位置的方法，该方法包括以下步骤：接收内燃发动机设备在第一时间点处的发动机性能参数的参数值；预测至少一个第二未来时间点处的至少一个发动机性能参数值；以及，通过使用第一时间点处的参数值和所述至少一个第二时间点处的参数值作为输入进行优化，来确定所述至少一个致动器的致动器位置。
在下文和整个说明书中，措词“发动机性能参数”应被解释为与发动机的性能有关的参数。因而，发动机性能参数以一种方式或其它方式影响发动机的性能。如下面将进一步描述的，例如，发动机性能参数可以是与例如燃料消耗、NOX排放、发动机热功率、进气歧管中的氧含量或空燃比、发动机后处理系统的温度等相关的参数。
例如，如下文将描述的，所述至少一个致动器可以与特定的发动机性能参数相关联。因此，当确定所述至少一个致动器的致动器位置时，发动机性能参数受到影响。例如，当确定控制燃料喷射的致动器的致动器位置时，该特定致动器的开度影响发动机的燃料消耗。该特定致动器的开度/位置也可影响其它发动机性能参数，例如NOX排放和热功率等。
本发明的优点在于：当确定所述至少一个致动器的致动器位置时，提供对未来发动机行为的预测作为输入。这将在控制致动器时改进优化，使得各个参数将必须尽可能少地牺牲，这进而将优化燃料消耗和有害排放。通过确定或预测未来发动机行为，通过所述方法改进对至少一个致动器的瞬态控制，因为所述优化将“知道”未来和即将到来的发动机行为。因而，所述至少一个第二时间点能够由多个未来时间点组成，例如，未来的时间区间。在下文中，所述至少一个第二时间点也可被称为第二时间点。应当理解，本发明并非旨在例如始终减少燃料消耗，而是通过考虑其它发动机性能参数来优化燃料消耗。因此，这些其它发动机性能参数也得到优化。由此，实现了发动机性能参数值相对于彼此的优化。
根据示例实施例，可以通过以下步骤来执行预测所述至少一个第二时间点处的至少一个发动机性能参数值的步骤：预测所述至少一个第二时间点处的发动机扭矩和发动机转速中的至少一个；以及，使用对发动机扭矩和发动机转速中的至少一个的预测，来确定所述至少一个第二时间点处的至少一个发动机性能参数值。
预测至少一个第二未来时间点处的发动机扭矩和/或发动机转速的优点在于提供了用于优化致动器的位置的、良好定义的输入参数。而且，利用所预测的发动机扭矩和/或发动机转速，能够通过例如计算或进一步的假定/预测来确定发动机参数值，这因而提高了所述优化的精确度。由此，能够使发动机对第二时间点处的未来工作状况做准备。
根据示例实施例，可通过使用第一时间点处的参数值和第二时间点处的参数值作为输入进行加权和(weighted sum)的优化来确定致动器位置。
所述加权和是有利的，因为它提供哪些参数相关以及它们如何相关的、相对简单的确定，以便实现优化。通过对这些参数加权，可以对可能期望获得的每个发动机性能参数提供相应的加权系数。因此，所述发动机性能参数被加权，使得不同的发动机性能参数可相互比较以获得加权和。
根据示例实施例，所述至少一个致动器的致动器位置可以与所述至少一个发动机性能参数相关。因此，例如当提高内燃发动机的排气热功率时，至少一个致动器的位置受到影响。
根据示例实施例，所述方法还可包括以下步骤：控制所述至少一个致动器以便位于致动器位置。
根据示例实施例，所述方法还可包括以下步骤：接收指示先前时间点处和第一时间点处的发动机扭矩和/或发动机转速的信号；确定内燃发动机设备的驾驶员踏板的驾驶员踏板位置；通过所接收到的信号和所确定的驾驶员踏板位置来预测所述至少一个第二时间点处的发动机扭矩和发动机转速中的至少一个；以及，使用对发动机扭矩和发动机转速中的至少一个的预测，来确定所述至少一个第二时间点处的至少一个发动机性能参数值。
措词“先前时间点”应被理解为是指已经发生的时间点，即，在第一时间点之前连续的时间点。
一个优点在于能够进行内燃发动机的当前使用和过去使用(即，当前和过去的发动机扭矩/发动机转速)的外推(extrapolation)，以便预测第二时间点处的发动机扭矩和/或发动机转速。因而，能够使预测第二时间点处的发动机扭矩/发动机转速的计算复杂性保持相对简单。当预测与第一当前时间点相比在时间上非常接近的第二时间点处的发动机扭矩/发动机转速时，这种外推是特别有利的。因此，前方的预测范围相对较短，这有利于控制例如发动机压力、质量流量、排放瞬态峰值等的快速动态。其它优点还能够涉及内燃发动机设备的改进的空燃比和涡轮增压器转速。
根据示例实施例，所述方法还可包括以下步骤：从全球定位系统(GPS)接收指示在至少一个第二时间点之前的道路拓扑数据的信号；利用所接收到的来自GPS的该信号来预测至少一个第二时间点处的发动机扭矩和发动机转速中的至少一个；以及，使用对发动机扭矩和发动机转速中的至少一个的预测来确定所述至少一个第二时间点处的至少一个发动机性能参数值。
因而，可以基于例如拓扑信息、限速信息、交通情形等执行预测，所述信息是从GPS接收的。当预测远超过第一时间点的第二时间点处发动机扭矩/发动机转速时，这可以是特别有利的。因此，前方的预测范围相对较长，这有利于控制内燃发动机的温度，即发动机下游的慢速动态，从而例如控制后处理系统。
应当注意，短期预测范围和长期预测范围可彼此结合使用。而且，当然也可设想除了GPS之外的其它替代方案，例如，用于车辆先前已经行驶过的特定道路的数字地图或预先存储的数据。
根据示例实施例，所述方法还可包括以下步骤：从后处理系统接收信号，该信号指示所述后处理系统的最小和/或最大容许NOX水平；以及，通过使用所接收到的来自后处理系统的信号来确定所述至少一个第二时间点处的发动机性能参数的参数值。
由此，所述优化始终满足NOX排放的要求。而且，有利的是接收来自后处理系统的输入，使得后处理系统和发动机系统彼此结合而不是单独地受到控制。通常希望在后处理系统中避免过低的NOX水平。通过这么做，例如能够避免氨泄漏。因而可能希望增加来自发动机的额外的NOX，这同时将减少内燃发动机设备的燃料消耗。此外，最大NOX水平通常来自于国家法规，因此希望将NOX水平控制到低于这种最大容许极限。另一优点在于：通过接收来自后处理系统的输入信号，燃料消耗和尿素消耗不被单独地优化。
根据示例实施例，每个发动机性能参数都能够与相应的加权参数相关联，所述方法包括以下步骤：确定每个加权参数的相应值，以获取至少一个第二时间点处的参数值的加权和的最小值。
因此，能够用公式表示良好定义的方程系统，其目的在于接收最小化的计算以优化至少一个致动器的位置。下面以方程1给出这种方程的示例。
minU(q1×燃料消耗+q2×NOX排放-q3×热功率) 方程1
其中，U是与至少一个致动器的位置相关的可控变量的向量，并且q1至q3是相应发动机性能参数的相应加权参数。也可设想其它发动机性能参数，例如与烟灰排放、后处理系统的再生等相关的参数。
因此，每个加权参数与其相应的发动机性能参数相比都具有倒数单位(inverseunit)。例如，燃料消耗能够以升/公里表示。因此，相应的加权参数(即上述示例中的q1)以公里/升表示。由此，方程1中的表达式的结果不以任何单位表示，即，该表达式是“无单位的”。
根据示例实施例，所述至少一个发动机性能参数可以是与内燃发动机设备的燃料消耗、NOX排放和热功率中的至少一个相关的参数。
措词“与...相关的参数”应被理解为是指该参数影响指定的发动机性能参数。因此，该参数必须不直接指向燃料消耗，但可以是影响燃料消耗的参数等。根据非限制性示例，发动机效率和泵送损失能够与燃料消耗相关联。
当然可以设想除了上述燃料消耗、NOX排放和热功率之外的其它替代方案。例如，发动机性能参数还可以涉及发动机烟灰(其中，考虑了最大和最小要求)、进气歧管中的氧含量或空燃比、排气温度等。
根据示例实施例，确定致动器位置的步骤可以通过动态优化求解器(dynamicoptimization solver)来执行。
动态优化求解器是有利的，因为它能够控制多个输入并且可以在运行期间进行调整。因此，该动态优化求解器能够连续地解决优化问题并考虑所预测的未来的发动机行为。然后，求解器根据该优化而直接或间接地控制致动器。
根据示例实施例，该动态优化求解器可以是模型预测控制(MPC)求解器。MPC是一种控制策略，它使用系统的模型来预测有限时间范围内的未来输出，并确定对成本函数进行优化的最优控制序列。使用MPC可能是有益的，因为它能够表征相对复杂的动态系统的行为，并且还提供用于控制相对复杂的受约束动态系统(即内燃发动机系统)的灵活框架。
根据第二方面，提供了一种用于确定内燃发动机设备的至少一个致动器的位置的系统，该系统被配置成：接收内燃发动机设备在第一时间点处的发动机性能参数的参数值；预测至少一个第二未来时间点处的至少一个发动机性能参数值；以及，通过使用第一时间点处的参数值和所述至少一个第二时间点处的参数值作为输入进行优化，来确定至少一个致动器的致动器位置。
根据示例实施例，所述系统还可包括第一子系统，该第一子系统被配置成控制内燃发动机的至少一个致动器。
第一子系统可以包括动态优化求解器(例如上文所述的MPC求解器)，以便控制内燃发动机的至少一个致动器。因而，第一子系统可以是用于发动机的致动器的本地系统。
根据示例实施例，所述系统还可包括第二子系统，该第二子系统被配置成控制发动机后处理系统的至少一个致动器。
由此，分开的子系统控制发动机后处理系统的致动器，这能够简化各个系统，因为控制功能是分开的且不是必须由单个系统执行。
根据示例实施例，所述系统还可包括第三子系统，该第三子系统被配置成预测内燃发动机设备在所述至少一个第二时间点处的发动机扭矩和发动机转速中的至少一个。
使用第三子系统来预测发动机扭矩和/或发动机转速的优点是提供了分层高阶系统(hierarchical higher order system)。该第三子系统可包括动态优化求解器，并且能够以以下方式连接到第一子系统和第二子系统：即，从相应的第一子系统和第二子系统接收对该求解器的输入。因此，第三子系统的动态优化求解器能够预测发动机扭矩和/或发动机转速，并且能够通过例如来自第一子系统和第二子系统的输入来执行其输入的优化，用于传送到第一子系统和第二子系统，以便在控制各个致动器时使用。此外，由于不仅包括第一子系统(它可以是发动机系统)的模型，而且包括第二子系统(例如后处理系统)的模型，所以能够实现两个子系统的更好协调，并因此更精确地优化所述性能参数，例如燃料消耗和后处理流体消耗。
根据示例实施例，第一子系统还可以配置成从第三子系统接收所预测的至少一个第二时间点处的发动机扭矩和/或发动机转速；并且，通过使用从第三子系统接收的对发动机扭矩和发动机转速中的至少一个的预测，来确定所述至少一个第二时间点处的发动机性能参数的参数值。
如上所述，第三子系统可以是分层高阶系统，并且，通过允许第三子系统预测第二时间点处的发动机扭矩/发动机转速，第三子系统可以向第一子系统提供输入预测和设定点，这减少了第一子系统所需的计算工作量。
根据示例实施例，第二子系统可配置成接收指示发动机后处理系统在第一时间点处的温度水平的信号；并将指示温度水平的所述信号提供给第三子系统。
由此，第三子系统也有利地从第二子系统接收对第三子系统的动态优化求解器的输入值。
根据示例实施例，第三子系统可配置成：利用所接收到的指示温度水平的信号和对所述至少一个第二时间点处的发动机扭矩和/或发动机转速的预测，来确定发动机后处理系统的最小和/或最大容许NOX水平；并且将所确定的最大容许NOX水平提供给所述第一子系统。
第二方面的进一步的效果和特征在很大程度上类似于上文关于本发明的第一方面所描述的那些效果和特征。
根据第三方面，提供了一种计算机程序，其包括程序代码组件，用于当所述程序在计算机上运行时执行上文关于第一方面描述的示例实施例的任何步骤。
根据第四方面，提供了一种携载计算机程序的计算机可读介质，该计算机程序包括程序组件，用于当所述程序组件在计算机上运行时执行上文关于第一方面描述的示例实施例的任何步骤。
根据第五方面，提供了一种车辆，其包括根据上文关于第二方面描述的任何示例实施例的系统。
本发明的第三、第四和第五方面的效果和特征在很大程度上类似于上文关于第一和第二方面描述的那些效果和特征。
当研究所附权利要求书和以下描述时，本发明的进一步的特征和优点将变得显而易见。本领域技术人员应认识到，在不脱离本发明的范围的情况下，本发明的不同特征可进行组合，以产生除了下文中描述的实施例以外的实施例。
附图说明
通过以下对本发明的示例性实施例的说明性和非限制性的详细描述，将更好地理解本发明的上述及其他目的、特征和优点，其中：
图1是示出了卡车形式的车辆的示例实施例的侧视图；
图2是根据本发明的一个示例实施例的系统的示意图；
图3是根据本发明的另一个示例实施例的系统的示意图；
图4是示出了多个未来时间点处的预测范围的示例实施例的曲线图；并且
图5是根据本发明的示例实施例的方法的流程图。
具体实施方式
现在，将在下文中参考附图更充分地描述本发明，这些附图中示出了本发明的示例性实施例。然而，本发明可以以许多不同的形式实施，且不应解释为局限于本文阐述的实施例；而是，提供这些实施例是为了彻底性和完整性。在整个说明书中，相同的附图标记指代相同的元件。
具体参考图1，提供了包括内燃发动机设备100的车辆1。详细地，车辆1设有根据本发明的示例实施例的、用于确定至少一个致动器的位置的系统(在图2和3中详细描述)。图1中描绘的车辆1是重型车辆(这里为卡车的形式)，本发明的系统(下面将进一步描述)尤其适合于这种车辆。
现在参考图2，图2是根据示例实施例的系统200的示意图。图2中描绘的系统200包括第一子系统202，在下文中，该第一子系统202将被称为发动机控制器。发动机控制器202连接至内燃发动机设备100的致动器204、206。在所示的实施例中，内燃发动机设备100包括内燃发动机101和排气后处理系统(EATS)102。在图2所描绘的示例实施例中，为了便于理解，仅示出了第一致动器204和第二致动器206。然而，应容易理解的是，发动机控制器202能够连接至内燃发动机设备100的多个致动器。致动器204、206例如能够包括发动机排气循环(EGR)阀、可变几何涡轮(VGT)阀、进气阀节流阀等。因此，致动器204、206可以控制例如内燃发动机101的阀以及EATS 102的阀。
此外，发动机控制器202包括动态优化求解器，在下文中，将关于模型预测控制(MPC)求解器208来描述该动态优化求解器。然而，本发明不应被解释为局限于MPC求解器208，因为可想到其它类型的动态优化求解器，例如基于线性矩阵不等式的预测控制器等。MPC求解器208是控制求解器，它使用内燃发动机系统100的模型来预测有限时间范围内的未来输出。通过该MPC求解器208，能够通过优化由MPC求解器208设定的数学函数来确定致动器204、206的未来位置。由此，各个致动器204、206的位置被控制，以用于车辆1的优化的驱动状况。
发动机控制器202(且因而MPC求解器208)接收各种发动机性能参数，以便求解对所述数学函数的优化。能够根据特定参数从各种车辆系统210接收发动机性能参数。因此应当理解，能够从车辆1的各个传感器(未示出)接收各种发动机性能参数。如下文将关于对图3的描述而进一步描述的，也能够从第三子系统接收发动机性能参数。所述发动机性能参数可以是与例如燃料消耗、NOX排放、发动机热功率、进气歧管中的氧含量或空燃比、发动机后处理系统的温度等相关的参数。
此外，MPC求解器208在第一当前时间点处接收各种发动机性能参数的参数值。由此，获取/提供用于MPC求解器208的初始起动位置的输入值。MPC求解器208然后预测第二未来时间点或多个未来时间点处的发动机性能参数值。作为示例，对第二时间点处的发动机性能参数的预测能够基于对第二时间点处的发动机转速和/或发动机扭矩的预测。将在下文在关于图4给出如何预测第二时间点处的发动机转速和/或发动机扭矩的进一步细节。因此，第一时间点涉及当前状况，而第二时间点涉及将在第一时间点之后发生的、即将到来的未来时间点或多个时间点。
为了描述MPC求解器208如何优化所述参数值以确定第二时间点处的致动器204、206位置，将在内燃发动机的燃料消耗、NOX排放和热功率方面关于发动机性能参数给出下文的示例。
首先，针对第二时间点，预测内燃发动机的燃料消耗、NOX排放和热功率中的每一个。这能够通过预测(优选通过使用例如第一时间点处的发动机性能参数进行计算)第二时间点处的发动机转速和/或发动机扭矩来实现，并且确定如此预测的发动机转速和/或发动机扭矩将会提供/需要的燃料消耗、NOX排放和热功率。作为示例，以下方程2和方程3中给出的等式能够用于计算被称为k的时间点处的相应发动机性能参数：
y(k)＝C·x(k)+Dc·uc(k)+Dd·ud(k) 方程3
其中，y(k)是所预测的时间(k)处的发动机性能参数，x(k)是包括与发动机的状态有关的各种变量的向量且是其时间导数，uc(k)是可控变量，例如不同致动器204、206的位置，并且ud(k)是所预测的时间(k)处的发动机转速和发动机扭矩。也能够如以下方程4所定义地描述向量ud(k)。A、Bc、Bd、C、Dc和Dd是相应的恒定和/或随时间变化的参数。
ud(k)＝[ne(k)uδ(k)]T 方程4
其中，ne(k)是所预测的时间(k)处的发动机转速，并且uδ(k)对应于所预测的发动机扭矩。
通过方程3中对所预测的发动机性能参数y(k)的计算，能够用公式表示以下方程5定义的优化问题。因此，方程3计算分别针对内燃发动机的燃料消耗、NOX排放和热功率的y(k)。
minU(q1×燃料消耗+q2×NOX排放-q3×热功率) 方程5
其中，U是对应于致动器204、206的位置的可控变量的向量，并且q1、q2和q3分别是燃料消耗、NOX排放和热功率的加权参数。还能够通过以下方程6中的表达式来进一步详述有限时间范围内的方程5中的优化问题。
其中，N1是预测范围，即，直到第二时间点。由此，对从第一当前时间点直到第二未来时间点的多个时间段执行优化。
因而，方程5和方程6中所述的优化问题可能导致必须提高燃料消耗以补偿内燃发动机101的提高的热功率等。
所述优化问题还可以考虑各种约束条件，例如排气的最大和最小温度水平、NOX排放的范围值、最小容许空燃比、对致动器本身的限制等。通过对MPC求解器208使用这些约束条件，甚至能够进一步改进所述优化。MPC求解器208还能够从发动机后处理系统102接收输入值。这些输入值例如可涉及第一时间点处的发动机后处理系统102的温度水平和/或第二时间点处的发动机后处理系统102的期望的温度水平。
现在参考图3，其示出了用于确定至少一个致动器的位置的系统300的另一示例实施例。图3中的系统300包括上述第一子系统202(也称为发动机控制器)、第二子系统302(也称为排气后处理控制器)、以及第三子系统304(也称为发动机和EATS协调器)。
图3中的发动机控制器202与上文关于图2的描述类似地工作。因此，发动机控制器202包括动态优化求解器(优选为MPC求解器)，用于优化发动机性能参数值，以便确定内燃发动机设备100的致动器204、206、207各自的致动器位置。
排气后处理控制器302被布置成控制发动机后处理系统102的致动器306、308。发动机后处理系统102的致动器306、308可布置成控制例如到发动机后处理系统102中的尿素流量和HC喷射等。
发动机和EATS协调器304被布置为用于发动机控制器202和排气后处理控制器302的上级控制器(upper level controller)。发动机和EATS协调器304接收来自发动机控制器202和排气后处理控制器302、以及来自不同的环境车辆系统310、312、314、316、318、320、322的控制信号。由此，与例如发动机控制器202自身相比，发动机和EATS协调器304获取对整个系统的更全面了解。此外，发动机和EATS协调器304也可以包括动态优化求解器，例如MPC求解器。由此，发动机和EATS协调器304的MPC求解器能够分别优化对发动机控制器202和排气后处理控制器302的输入参数。特别地，发动机和EATS协调器304的MPC求解器例如能够优化发动机的燃料消耗以及排气后处理系统、排气后处理系统中的尿素消耗等。
如上所述，发动机和EATS协调器304能够接收来自环境车辆系统的控制信号。这些系统例如能够包括被布置成提供指示车辆尾管中的最大容许NOX水平的信号的系统310、被布置成提供指示来自车辆辅助设备的扭矩需求的信号的系统312、被布置成提供指示即将到来的未来道路信息的信号的系统314。这种道路信息可涉及道路拓扑、交通枢纽的位置、海拔高度、车辆的计划停靠等。另外的环境车辆系统可以是被布置成提供指示前方交通信息(例如动态交通标志、排放区域、交通提示、车辆间的通信等)的信号的系统316，或者是被布置成提供指示当前天气状况或预测的天气预报的信号的系统318，或者是提供指示车辆的车载诊断的信号的系统320等。
由发动机和EATS协调器304从发动机控制器202接收的控制信号例如能够涉及内燃发动机101的当前状态，例如当前发动机转速、发动机扭矩等。由发动机和EATS协调器304从排气后处理控制器302接收的控制信号能够涉及排气后处理系统102的当前状态，例如排气后处理系统102的当前温度水平等。
利用由发动机和EATS协调器304接收的这些控制信号，发动机和EATS协调器304中的MPC求解器能够提供优化算法，以便向排气后处理控制器302以及向发动机控制器202提供控制信号。
从发动机和EATS协调器304提供给发动机控制器202的控制信号能够被布置为对发动机控制器202的MPC求解器的输入信号。该信号例如能够指示所预测的第二未来时间点处的发动机转速和/或发动机扭矩、最大容许极限值(例如NOX极限值，排气温度极限、烟灰极限等)，和/或设定点值(set point values)。这样的设定点值例如能够涉及最大/最小NOX极限、发动机排气温度等。
从发动机和EATS协调器304提供给排气后处理控制器302的控制信号能够被布置为用于确定排气后处理系统102的各个致动器306、308的位置的控制信号。因而，通过发动机和EATS协调器304的MPC求解器，所述设定点值能够被传送到排气后处理控制器302，排气后处理控制器302进而计算排气后处理系统102的各个致动器306、308的致动器位置。
现在参考图4，图4是示出了多个未来时间点处的不同预测范围的曲线图。详细地，图4示出了短期预测范围402和长期预测范围404。短期预测范围402示出了在被表示为N0和N1的未来时间点之间的发动机转速406的变化的预测，而长期预测范围404示出了在被表示为N2和N3的未来时间点之间的发动机转速408的变化的预测。尽管图4示出了发动机转速的预测变化，但也可以为发动机扭矩的预测变化提供类似的曲线图。
在N0和N1之间的短期预测范围402能够涉及与第一当前时间点T0相比预计在不久的将来发生的发动机转速的快速动态。能够通过确定发动机的当前使用和先前使用(即，先前发动机转速以及当前发动机转速)来预测在N0和N1之间的发动机转速406的变化。当预测在N0和N1之间的发动机转速406的变化时，也可以考虑来自驾驶员的驾驶员踏板位置需求。由此，能够执行包含这些参数的函数的外推(extrapolation)，以预测第二时间点处的发动机转速，在本示例中，该第二时间点在N0和N1之间。
在N2和N3之间的长期预测范围能够涉及发动机转速的慢速动态，与短期预测范围相比，该长期预测范围预计将在更远的未来时间点发生。能够从获得车辆前方的道路的系统预测在N2和N3之间的发动机转速408的变化。这种系统例如可包括数字地图或视觉系统等。
当执行优化算法时，发动机控制器202或者发动机和EATS协调器304的MPC求解器能够使用上述短期预测范围和长期预测范围二者作为输入。
最后，为了总结以上描述并且还为了详细说明用于确定至少一个致动器的位置的方法，参考图5。首先，在第一当前时间点处接收S1发动机性能参数的参数值。由此，提供了该方法的给定起点。之后，预测S2第二未来时间点处的至少一个发动机性能参数值。下面将给出用于预测第二时间点处的至少一个发动机性能参数值的方法步骤的示例实施例。然后，通过使用第一时间点处和第二时间点处的参数值进行优化来确定S3至少一个致动器204、206、207、306、308的致动器位置。优选地，根据上述实施例，优选使用MPC求解器来执行该优化。
能够通过预测S4第二未来时间点处的发动机转速和发动机扭矩中的至少一个来执行预测S2所述至少一个发动机性能参数值的步骤。优选地，预测第二时间点处的发动机转速和发动机扭矩二者。上文给出了用于预测未来发动机转速和发动机扭矩的方法，因此不再进一步描述。通过预测发动机转速和/或发动机扭矩，能够确定第二时间点处的所述至少一个发动机性能参数值。
在确定S3车辆的至少一个致动器204、206、207、306、308的致动器位置之后，相应地控制S5所述至少一个致动器204、206、207、306、308。
应当理解，本发明不限于上文所述和附图中示出的实施例；而是，本领域技术人员将认识到，可以在所附权利要求书的范围内进行许多修改和变型。例如，可以将例如与发动机后处理系统的状态有关的信号提供给第三子系统或第一子系统。这种信号能够涉及发动机后处理系统的当前运行温度等。

Claims (22)

1.一种用于确定内燃发动机设备(100)的至少一个致动器(204、206、207、306、308)的位置的方法，所述方法包括以下步骤：
-接收所述内燃发动机设备(100)在第一时间点(T0)处的发动机性能参数的参数值；
-预测至少一个第二未来时间点(N0、N1、N2、N3)处的至少一个发动机性能参数值；以及
-通过使用所述第一时间点处的参数值和所述至少一个第二时间点处的参数值作为输入进行优化，来确定所述至少一个致动器(204、206、207、306、308)的致动器位置。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，通过以下步骤执行预测所述至少一个第二时间点处的至少一个发动机性能参数值的步骤：
-预测所述至少一个第二时间点处的发动机扭矩和发动机转速中的至少一个；和
-使用对发动机扭矩和发动机转速中的所述至少一个的预测，来确定所述至少一个第二时间点处的所述至少一个发动机性能参数值。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，通过使用所述第一时间点处的参数值和所述第二时间点处的参数值作为输入进行加权和的优化，来确定所述致动器位置。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述至少一个致动器的所述致动器位置与所述至少一个发动机性能参数相关。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，还包括以下步骤：
-控制所述至少一个致动器(204、206、207、306、308)以便位于所述致动器位置。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，还包括以下步骤：
-接收指示先前时间点处和所述第一时间点(T0)处的发动机扭矩和/或发动机转速的信号；
-确定所述内燃发动机设备(100)的驾驶员踏板的驾驶员踏板位置；
-通过所接收到的所述信号和所确定的驾驶员踏板位置来预测所述至少一个第二时间点(N0、N1)处的发动机扭矩和发动机转速中的至少一个；以及
-使用对发动机扭矩和发动机转速中的所述至少一个的预测，来确定所述至少一个第二时间点处的所述至少一个发动机性能参数值。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，还包括以下步骤：
-从全球定位系统(GPS)接收指示所述至少一个第二时间点之前的道路拓扑数据的信号；
-通过所接收的来自GPS的所述信号来预测所述至少一个第二时间点(N2、N3)处的发动机扭矩和发动机转速中的至少一个；以及
-使用对发动机扭矩和发动机转速中的所述至少一个的预测，来确定所述至少一个第二时间点处的所述至少一个发动机性能参数值。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，还包括以下步骤：
-从后处理系统(102)接收信号，所述信号指示所述后处理系统(102)的最小和/或最大容许NOX水平；和
-通过使用所接收的来自所述后处理系统(102)的所述信号来确定所述至少一个第二时间点(N0、N1、N2、N3)处的所述发动机性能参数的参数值。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，每个所述发动机性能参数都与相应的加权参数(q1、q2、q3)相关联，所述方法包括以下步骤：
-确定每个所述加权参数(q1、q2、q3)的相应值，以获取所述至少一个第二时间点(N0、N1、N2、N3)处的所述参数值的加权和的最小值。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述至少一个发动机性能参数是与所述内燃发动机设备(100)的燃料消耗、NOX排放和热功率中的至少一个相关的参数。
11.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，确定所述致动器位置的步骤是通过动态优化求解器执行的。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述动态优化求解器是模型预测控制(MPC)求解器。
13.一种用于确定内燃发动机设备(100)的至少一个致动器(204、206、207、306、308)的位置的系统(200、300)，所述系统被配置成：
-接收所述内燃发动机设备(100)在第一时间点(T0)处的发动机性能参数的参数值；
-预测至少一个第二未来时间点(N0、N1、N2、N3)处的至少一个发动机性能参数值；并且
-通过使用所述第一时间点处的参数值和所述至少一个第二时间点处的参数值作为输入进行优化，来确定所述至少一个致动器的致动器位置。
14.根据权利要求13所述的系统(200、300)，还包括第一子系统(202)，所述第一子系统(202)被配置成控制内燃发动机(101)的至少一个致动器(204、206、207)。
15.根据权利要求13或14所述的系统(200、300)，还包括第二子系统(302)，所述第二子系统(302)被配置成控制发动机后处理系统的至少一个致动器(306、308)。
16.根据权利要求13-15所述的系统(200、300)，还包括第三子系统(304)，所述第三子系统(304)被配置成预测所述内燃发动机设备在所述至少一个第二时间点处的发动机扭矩和发动机转速中的至少一个。
17.根据从属于权利要求14和15时的权利要求16所述的系统(200、300)，其中，所述第一子系统(202)还被配置成：
-从所述第三子系统(304)接收所预测的所述至少一个第二时间点处的发动机扭矩和/或发动机转速；并且
-通过使用从所述第三子系统(304)接收的对发动机扭矩和发动机转速中的至少一个的预测，来确定所述至少一个第二时间点处的所述发动机性能参数的参数值。
18.根据从属于权利要求14和15时的权利要求16所述的系统(200、300)，其中，所述第二子系统(302)被配置成：
-接收指示发动机后处理系统(102)在所述第一时间点(T0)处的温度水平的信号；和
-将指示所述温度水平的所述信号提供给所述第三子系统(304)。
19.根据权利要求18所述的系统(200、300)，其中，所述第三子系统(304)被配置成：
-利用所接收到的指示所述温度水平的信号和对所述至少一个第二时间点处的发动机扭矩和/或发动机转速的预测，来确定所述发动机后处理系统(102)的最小和/或最大容许NOX水平；并且
-将所确定的最大容许NOX水平提供给所述第一子系统(202)。
20.一种包括程序代码组件的计算机程序，所述程序代码组件用于当所述程序在计算机上运行时执行权利要求1-12中的任一项所述的步骤。
21.一种计算机可读介质，所述计算机可读介质携载包括程序组件的计算机程序，当所述程序组件在计算机上运行时，所述程序组件用于执行权利要求1-12中的任一项所述的步骤。
22.一种车辆，其包括根据权利要求13-19中的任一项所述的系统。
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