CN109139282B - 用于提高计算效率的模型预测控制系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于控制机动车辆的致动器系统的方法包括利用具有MPC求解器的模型预测控制(MPC)模块来确定受到约束的多个致动器的最优位置，针对一组致动器占空比优化成本函数，用于控制多个致动器的位置，确定MPC求解器是否已经确定所述多个致动器的最优致动器位置，并且如果MPC求解器未能确定多个致动器的最优致动器位置，则应用线性二次调节器(LQR)解。

Description

用于提高计算效率的模型预测控制系统和方法
技术领域
本公开涉及内燃机并且更具体地涉及用于车辆的发动机控制系统和方法。
背景技术
内燃机在汽缸内燃烧空气和燃料混合物以驱动产生驱动转矩的活塞。经由节气阀调节进入发动机的空气流量。更具体地，节气阀调节节气阀面积，其增加或减少进入发动机的空气流量。随着节气阀面积增加，进入发动机的空气流量增加。燃料控制系统调节燃料喷射的速率以向汽缸提供期望的空气/燃料混合物和/或实现期望的转矩输出。提供给汽缸的空气量和燃料量增加了发动机的转矩输出。
在火花点火发动机中，火花引发提供给汽缸的空气/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给汽缸的空气/燃料混合物。火花正时和空气流量可以是调节火花点火发动机转矩输出的主要机制，而燃料流量可以是调节压缩点火发动机转矩输出的主要机制。
已经开发了发动机控制系统来控制发动机输出转矩以实现期望的转矩。然而，传统的发动机控制系统不能按照需要准确地控制发动机输出转矩。例如，用于控制变量的反馈回路中的一些响应输出不能足够快地更新以提供接近实时反馈以允许准确的命令。此外，传统的发动机控制系统不提供对控制信号的快速响应，或在影响发动机输出转矩的各种装置之间协调发动机转矩控制。因此，尽管当前的发动机控制系统实现其预期目的，但仍需要用于发动机控制的新的和改进的系统和方法，其包括更快的响应变量和改进的控制精度。
发明内容
在本公开的一个方面中，一种用于控制机动车辆的致动器系统的方法包括利用具有MPC求解器的模型预测控制(MPC)模块来确定受到约束的多个致动器的最优位置，优化一组致动器占空比的成本函数，用于控制多个致动器的位置，确定MPC求解器是否已确定多个致动器的最优致动器位置，并且如果MPC求解器未能确定多个致动器的最优致动器位置，则应用线性二次调节器(LQR)解。
在本公开的另一方面中，MPC求解器求解一系列二次问题，该一系列二次问题针对多个致动器细化控制范围上的致动器运动。
在本公开的又一方面，MPC模块进一步包括预测模块，其确定多个致动器的未来状态值。
在本公开的又一方面中，优化成本函数进一步包括针对每个控制循环最小化预测范围上的致动器性能标准。
在本公开的又一方面，应用LQR解进一步包括当MPC求解器未能在预定时间量内确定最优致动器位置时应用LQR解。
在本公开的又一方面中，预定时间量为大约25ms。
在本公开的又一方面中，MPC模块进一步包括设置多个约束的优化模块，该约束包括用于多个致动器的节气阀、排气再循环(EGR)阀、废气门、进气凸轮相位器、排气凸轮相位器中的至少每一个的约束。
在本公开的又一方面中，当LQR解落在操作范围之外时，优化模块调节多个约束以缩窄多个致动器的操作范围。
在本公开的又一方面中，当MPC求解器未能确定多个致动器的最优致动器位置时，优化模块针对当前控制循环应用LQR解。
在本公开的又一方面中，当MPC求解器未能在多个致动器的约束内确定多个致动器的最优致动器位置时，优化模块将LQR解应用于未来的控制循环。
在本公开的又一方面中，当MPC求解器未能在多个致动器的约束内确定多个致动器的最优致动器位置时，优化模块针对多个未来控制循环应用LQR解。
在本公开的又一方面中，一种用于控制机动车辆内的致动器系统的方法包括利用致动器控制系统，该致动器控制系统为致动器系统的至少第一致动器提供期望的输出，在第一转换模块内将期望的输出转换到期望的第一致动器位置，在第二转换模块内将期望的第一致动器位置转换为目标第一致动器位置，利用具有MPC求解器的模型预测控制(MPC)模块，该MPC求解器基于第一致动器的当前位置来确定最优第一致动器位置；在预测模块内使用致动器系统的数学模型确定致动器控制系统的未来状态值；在成本模块内确定第一组可能的MPC目标致动器占空比值的第一成本，在控制模块内识别MPC模块的目标致动器电机占空比值的最优集合，确定MPC求解器是否已确定多个致动器的最优致动器电机占空比值，并且如果MPC求解器未能确定多个致动器的最优致动器电机占空比，则针对目标致动器电机占空比值应用线性二次调节器(LQR)解，并且MPC模块基于目标致动器电机占空比值来控制致动器占空比的操作以实现目标致动器位置。
在本公开的又一方面中，利用MPC模块进一步包括确定至少第一致动器的期望输出。
在本公开的又一方面中，MPC求解器包括二次规划(QP)求解器和卡尔曼滤波器。
在本公开的又一方面中，应用线性二次调节器(LQR)解进一步包括当MPC求解器未能在预定时间量内确定最优致动器位置时应用LQR解。
在本公开的又一方面中，MPC模块进一步包括设置多个约束的优化模块，该约束包括用于致动器系统的节气阀、排气再循环(EGR)阀、废气门、进气凸轮相位器以及排气凸轮相位器中的至少每一个的约束。
在本公开的又一方面中，当LQR解落在操作范围之外时，优化模块调节约束以缩窄多个致动器的操作范围。
在本公开的又一方面中，当MPC求解器未能确定多个致动器的最优致动器电机占空比时，优化模块将LQR解应用于以下中的一个：电流控制循环、单个未来控制循环或多个未来的控制循环。
在本公开的又一方面中，MPC模块进一步包括多个MPC控制器，并且致动器控制系统进一步包括多个致动器，并且多个MPC控制器中的每一个控制多个致动器中的不同致动器。
在本公开的又一方面中，用于使用模型预测控制(MPC)的机动车辆的致动器控制系统包括MPC模块，其具有：具有第一逻辑的MPC求解器，该第一逻辑基于致动器的当前位置来确定当前系统约束；具有第二逻辑的MPC求解器，该第二逻辑确定用于控制致动器的位置的一组致动器占空比的成本；具有第三逻辑的MPC求解器，该第三逻辑确定MPC求解器是否具有用于当前系统约束的解；具有第四逻辑的MPC求解器，用于如果MPC求解器不具有用于当前系统约束的解，则应用线性二次调节器(LQR)解；以及具有第五逻辑的MPC求解器，该第五逻辑用于将LQR解约束为致动器系统的物理和编程的限制。MPC求解器包括卡尔曼滤波器和二次规划(QP)问题求解器。
通过参考以下描述和附图，本发明的其它目的、方面和优点将变得显而易见，其中相同的附图标记指代相同的部件、元件或特征。
附图说明
这里描述的附图仅用于说明目的，并不意图以任何方式限制本公开的范围。
从详细描述和附图中将更全面地理解本公开，在附图中：
图1是根据本公开的一个方面的示例发动机系统的功能框图；
图2是根据本公开的一方面的示例发动机控制系统的功能框图；
图3是根据本公开的一个方面的示例发动机系统的功能框图；
图4是示出根据本公开的一方面的使用模型预测控制来控制致动器的方法的流程图；以及
图5是描绘根据本公开的一个方面的使用模型预测控制来控制节气阀、进气阀和排气阀致动以及涡轮增压器的废气门的示例方法的流程图。
具体实施方式
以下描述本质上仅仅是示例性的，并非旨在限制本公开、应用或用途。
如美国专利号9,599,053和9,605,615中所述，其全部内容通过引用结合于此，发动机控制模块(ECM)控制发动机的转矩输出。更具体地，ECM分别基于目标值控制发动机的致动器，该目标值基于所请求的转矩量来确定。例如，ECM控制基于目标进气和排气相位器角度的进气和排气凸轮轴相位，基于目标节气阀开度的节气阀，基于目标EGR开度的排气再循环(EGR)阀，以及基于目标废气门占空比的涡轮增压器的废气门。
ECM可以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)单独确定目标值。然而，当使用多个SISO控制器时，可以以燃料消耗降低的代价来设定目标值以保持系统稳定性。此外，单个SISO控制器的校准和设计可能是昂贵和耗时的。
本公开的ECM使用模型预测控制(MPC)来生成目标值。更具体地，ECM通过迭代求解每个控制循环的约束二次优化问题来确定最优目标值。本公开的ECM以计算有效的方式解决优化问题。
现在参考图1，呈现示例发动机系统100的功能框图。发动机系统100包括发动机102，其基于来自驾驶员输入模块104的驾驶员输入来燃烧空气/燃料混合物以产生用于车辆的驱动转矩。发动机102可以是汽油火花点火式内燃机。
空气通过节气阀112被吸入到进气歧管110中。例如，节气阀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控制节气阀致动器模块116，该节气阀致动器模块116调节节气阀112的开度以控制吸入到进气歧管110中的空气的量。
来自进气歧管110的空气被吸入发动机102的汽缸中。尽管发动机102可包括多个汽缸，但为了说明的目的，示出了单个代表性汽缸118。仅作为示例，发动机102可以包括2、3、4、5、6、8、10和/或12个汽缸。ECM114可以指示汽缸致动器模块120选择性地停用一些汽缸，这可以在某些发动机工况下提高燃料经济性。
发动机102可以使用四冲程循环来操作。下面描述的四个冲程可以被称为进气冲程、压缩冲程、燃烧冲程和排气冲程。在曲轴(未示出)的每次旋转期间，四个行程中的两个发生在汽缸118内。因此，汽缸118需要两个曲轴旋转以经历所有四个冲程。
在进气冲程期间，来自进气歧管110的空气通过进气阀122被吸入汽缸118。ECM114控制燃料致动器模块124，该燃料致动器模块124调节燃料喷射以实现目标空气/燃料比。燃料可以在中心位置处或在多个位置处(诸如在汽缸中每一个气缸的进气阀122附近)被喷射到进气歧管110中。在各种实施方式中(未示出)，燃料可以被直接喷射到汽缸中或者与汽缸相关联的混合室中。燃料致动器模块124可以停止将燃料喷射到停用的汽缸。
喷射的燃料与空气混合并在汽缸118中产生空气/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ECM 114的点燃空气/燃料混合物的信号激励汽缸118中的火花塞128。火花的正时可以相对于活塞处于其最高位置(称为上止点(TDC))时的时间来指定。
火花致动器模块126可由正时信号控制，该正时信号指定在TDC之前或之后多远以生成火花。因为活塞位置与曲轴旋转直接相关，所以火花致动器模块126的操作可以与曲轴角度同步。生成火花可以被称为点火事件。火花致动器模块126可以具有改变每个点火事件的火花正时的能力。当火花正时在最后的点火事件和下一个点火事件之间改变时，火花致动器模块126可以改变用于下一个点火事件的点火正时。火花致动器模块126可以停止向停用汽缸提供火花。
在燃烧冲程期间，空气/燃料混合物的燃烧驱动活塞远离TDC，从而驱动曲轴。燃烧冲程可以定义为活塞到达TDC和活塞到达下止点(BDC)的时间之间的时间。在排气冲程期间，活塞开始远离BDC移动并通过排气阀130排出燃烧副产物。燃烧副产物经由排气系统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。在各种实施方式中，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/或可以控制多组汽缸(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/或可以控制多组汽缸(包括汽缸118)的排气阀(包括排气阀130)。在各种其它实施方式中，进气阀122和/或排气阀130可以由除凸轮轴以外的装置(诸如无凸轮阀致动器)控制。汽缸致动器模块120可通过禁用进气阀122和/或排气阀130的打开来停用汽缸118。
进气阀122打开的时间可以由进气凸轮相位器148相对于活塞TDC改变。排气阀130打开的时间可以由排气凸轮相位器150相对于活塞TDC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。当实现时，可变气门升程(未示出)也可以由相位器致动器模块158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的热排气驱动的热涡轮机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压缩通向节气阀112的空气。在各种实施方式中，由曲轴驱动的增压器(未示出)可压缩来自节气阀112的空气并将压缩空气输送至进气歧管110。
废气门162可允许排气绕过涡轮机160-1，由此减小由涡轮增压器提供的增压(进气压缩量)。增压致动器模块164可以通过控制废气门162的开度来控制涡轮增压器的增压。在各种实施方式中，两个或更多个涡轮增压器可以被实施并且可以由增压致动器模块164控制。
空气冷却器(未示出)可将热量从压缩空气充量传递到冷却介质，诸如发动机冷却剂或空气。使用发动机冷却剂来冷却压缩空气充量的空气冷却器可以被称为中间冷却器。使用空气来冷却压缩空气的空气冷却器可以被称为充量空气冷却器。压缩空气充量可以例如经由压缩和/或从排气系统134的部件接收热量。虽然为了说明的目的示出了分离，但是涡轮机160-1和压缩机160-2可以彼此附接，将进气置于热排气附近。
发动机系统100可以包括排气再循环(EGR)阀170，该排气再循环(EGR)阀170选择性地将排气重新导向回到进气歧管110。该EGR阀170可以位于涡轮增压器的涡轮机160-1的上游。EGR阀170可以基于来自ECM 114的信号由EGR致动器模块172控制。
可以使用曲轴位置传感器180来测量曲轴的位置。曲轴的转速(发动机速度)可以基于曲轴位置来确定。可使用发动机冷却剂温度(ECT)传感器182测量发动机冷却剂的温度。ECT传感器182可位于发动机102内或冷却剂循环的其它位置处，诸如散热器(未示出)。
可以使用歧管绝对压力(MAP)传感器184测量进气歧管110内的压力。在各种实施方式中，可以测量作为环境空气压力与进气歧管110内的压力之间的差异的发动机真空。可以使用质量空气流量(MAF)传感器186来测量流入进气歧管110的空气的质量流率。在各种实施方式中，MAF传感器186可以位于也包括节气阀112的壳体中。
节气阀致动器模块116可以使用一个或多个节气阀位置传感器(TPS)190来监测节气阀112的位置。被吸入到发动机102中的空气的环境温度可以使用进气温度(IAT)传感器192来测量。发动机系统100还可包括一个或多个其它传感器193，诸如环境湿度传感器、一个或多个爆震传感器、压缩机出口压力传感器和/或节气阀入口压力传感器、废气门位置传感器、EGR位置传感器，和/或一个或多个其它合适的传感器。ECM 114可以使用来自传感器的信号来为发动机系统100做出控制决定。
ECM 114可以与变速器控制模块194通信以协调变速器(未示出)中的换挡。例如，ECM 114可以在换挡期间减小发动机转矩。ECM 114可以与混合动力控制模块196通信以协调发动机102和电动机198的操作。
电动机198还可以用作发电机，并且可以用于产生供车辆电气系统使用和/或存储在电池中的电能。在各种实施方式中，ECM 114、变速器控制模块194和混合动力控制模块196的各种功能可以被集成到一个或多个模块中。
改变发动机参数的每个系统可以被称为发动机致动器。例如，节气阀致动器模块116可调节节气阀112的开度以实现目标节气阀开度面积。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注燃料参数。相位器致动器模块158可以控制进气和排气凸轮相位器148和150，以分别实现目标进气和排气凸轮相位器角度。EGR致动器模块172可以控制EGR阀170以实现目标EGR开度面积。增压致动器模块164控制废气门162以实现目标废气门开度面积。汽缸致动器模块120控制汽缸停用以实现目标数量的启动或停用汽缸。
ECM 114生成发动机致动器的目标值以使发动机102生成目标发动机输出转矩。如下面进一步讨论的，ECM 114使用模型预测控制生成用于发动机致动器的目标值。
现在参考图2，呈现示例发动机控制系统的功能框图。ECM 114的示例实施方式包括驾驶员转矩模块202、车轴转矩仲裁模块204和推进转矩仲裁模块206。ECM 114可以包括混合优化模块208。ECM 114还包括储备/负载模块220、转矩请求模块224、空气控制模块228、火花控制模块232、汽缸控制模块236和燃料控制模块240。
驾驶员转矩模块202可以基于来自驾驶员输入模块104的驾驶员输入255来确定驾驶员转矩请求254。驾驶员输入255可以基于例如加速器踏板的位置和刹车踏板的位置。驾驶员输入255也可以基于巡航控制，该巡航控制可以是改变车辆速度以保持预定跟随距离的自适应巡航控制系统。驾驶员转矩模块202可以存储加速器踏板位置与目标转矩的一个或多个映射，并且可以基于选择的映射中的一个映射来确定驾驶员转矩请求254。
车轴转矩仲裁模块204在驾驶员转矩请求254与其它车轴转矩请求256之间进行仲裁。车轴转矩(车轮处的转矩)可以由包括发动机和/或电动机的各种源产生。例如，车轴转矩请求256可以包括当检测到正向车轮打滑时由牵引力控制系统请求的转矩减小。当车轴转矩克服车轮与路面之间的摩擦力时，发生正向车轮滑动，并且车轮开始滑向路面。车轴转矩请求256还可以包括转矩增加请求以抵消负向车轮滑动，其中由于车轴转矩为负，车辆的轮胎相对于路面在另一方向中滑动。
车轴转矩请求256还可以包括制动管理请求和车辆超速转矩请求。制动管理要求可能会降低车轴转矩，以确保车轴转矩不超过制动器在车辆停止时保持车辆的能力。车辆超速转矩请求可以减小车轴转矩以防止车辆超过预定速度。车轴转矩请求256也可以由车辆稳定性控制系统生成。
车轴转矩仲裁模块204基于接收到的转矩请求254和256之间的仲裁结果来输出预测转矩请求257和即时转矩请求258。如下所述，来自车轴转矩仲裁模块204的预测和即时转矩请求257和258可以在被用于控制发动机致动器之前由ECM 114的其它模块选择性地调节。
一般而言，即时转矩请求258可以是当前期望的车轴转矩的量，而预测转矩请求257可以是短时间内可能需要的车轴转矩的量。ECM 114控制发动机系统100以产生等于即时转矩请求258的车轴转矩。然而，目标值的不同组合可导致相同的车轴转矩。ECM 114因此可以调节目标值以使得能够更快地转换到预测转矩请求257，同时仍将轴转矩保持在即时转矩请求258处。
在各种实施方式中，可基于驾驶员转矩请求254来设置预测转矩请求257。在一些情况下，诸如当驾驶员转矩请求254导致车轮在冰面上滑动时，即时转矩请求258可被设置为小于预测转矩请求257。在这种情况下，牵引力控制系统(未示出)可以经由即时转矩请求258请求减少，并且ECM114将发动机转矩输出减小到即时转矩请求258。然而，ECM 114执行减少，因此一旦车轮滑动停止，发动机系统100可以快速恢复产生预测转矩请求257。
一般而言，即时转矩请求258和(通常较高的)预测转矩请求257之间的差可被称为转矩储备。转矩储备可以表示发动机系统100能够以最小延迟开始产生的附加转矩的量(高于即时转矩请求258)。快速发动机致动器用于以最小的延迟增加或减少当前车轴转矩。快速发动机致动器定义为与慢速发动机致动器相反。
一般而言，快速发动机致动器可以比慢速发动机致动器更快地改变车轴转矩。与快速致动器相比，慢速致动器可能对它们相应的目标值的变化反应更慢。例如，慢速致动器可以包括响应于目标值的变化而需要时间从一个位置移动到另一个位置的机械部件。慢速致动器的特征还可在于，一旦慢速致动器开始实施改变的目标值，车轴转矩开始改变所花费的时间量。通常，慢速致动器的该时间量比快速致动器长。另外，即使在开始改变之后，车轴转矩可能花费更长的时间以完全响应慢速致动器的变化。
仅作为示例，火花致动器模块126可以是快速致动器。火花点火式发动机可通过施加火花来燃烧包括例如汽油和乙醇的燃料。相反，节气阀致动器模块116可以是慢速致动器。
例如，如上所述，当火花正时在上次点火事件和下一次点火事件之间改变时，火花致动器模块126可以改变下一次点火事件的点火正时。相反，节气阀开度的变化需要更长的时间才能影响发动机输出转矩。节气阀致动器模块116通过调节节气阀112的叶片的角度来改变节气阀开度。因此，当节气阀112开度的目标值改变时，随着节气阀112响应于该变化从其先前位置移动到新的位置，存在机械延迟。另外，基于节气阀开度的空气流量变化受到进气歧管110中的空气传输延迟的影响。此外，进气歧管110中增加的空气流量不会实现为发动机输出转矩的增加，直到汽缸118在下一个进气冲程中接收到附加空气，压缩附加空气，并开始燃烧冲程。
使用这些致动器作为示例，通过将节气阀开度设定为将允许发动机102产生预测转矩请求257的值，可以产生转矩储备。同时，火花正时可以基于即时转矩请求258，其小于预测转矩请求257。虽然节气阀开度生成足够的空气流量供发动机102产生预测转矩请求257，但是基于即时转矩请求258延迟了火花正时(其减小了转矩)。发动机输出转矩因此将等于即时转矩请求258。
当需要附加转矩时，可以基于预测转矩请求257或预测转矩请求257和即时转矩请求258之间的转矩来设置火花正时。通过下面的点火事件，火花致动器模块126可以将火花正时返回到最优值，这允许发动机102产生可用已经存在的气流实现的全发动机输出转矩。发动机输出转矩因此可以快速增加到预测转矩请求257，而不会经历从改变节气阀开度的延迟。
车轴转矩仲裁模块204可将预测转矩请求257和即时转矩请求258输出到推进转矩仲裁模块206。在各种实施方式中，车轴转矩仲裁模块204可输出预测和即时转矩请求257和258给混合动力优化模块208。
混合动力优化模块208可以确定发动机102应当产生多少转矩以及电动机198应该产生多少转矩。混合动力优化模块208然后分别输出修改的预测和即时转矩请求259和260到推进转矩仲裁模块206。在各种实施方式中，混合动力优化模块208可以在混合控制模块196中实现。
由推进转矩仲裁模块206接收的预测和即时转矩请求从车轴转矩域(车轮处的转矩)转换成推进转矩域(曲轴处的转矩)。这种转换可以在混合动力优化模块208之前、之后、作为其一部分或代替混合动力优化模块208发生。
推进转矩仲裁模块206在推进转矩请求290之间仲裁，包括转换的预测转矩请求和即时转矩请求。推进转矩仲裁模块206生成仲裁预测转矩请求261和仲裁即时转矩请求262。仲裁转矩请求261和262可以通过从接收到的转矩请求中选择获胜请求来生成。可替代地或附加地，仲裁转矩请求可以通过基于接收到的转矩请求中的另一个或多个来修改接收到的请求中的一个来生成。
例如，推进转矩请求290可以包括用于发动机超速保护的转矩减小，用于失速防止的转矩增加，以及由变速器控制模块194请求以适应换挡的转矩减小。推进转矩请求290也可以由离合器燃料切断产生，其在驾驶员压下手动变速器车辆中的离合器踏板时减小发动机输出转矩以防止发动机转速中的突变。
推进转矩请求290还可以包括发动机关闭请求，该发动机关闭请求可以在检测到关键故障时启动。仅作为示例，关键故障可包括检测到车辆被盗、启动电机卡住、电子节气阀控制问题以及意外的转矩增加。在各种实施方式中，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请求。当存在发动机关闭请求时，推进转矩仲裁模块206可以输出零作为仲裁的预测转矩请求261和即时转矩请求262。
在各种实施方式中，发动机关闭请求可以简单地将仲裁过程与发动机102分开关闭。推进转矩仲裁模块206仍然可以接收发动机关闭请求，使得例如可以将适当的数据反馈给其它转矩请求者。例如，可以通知所有其它转矩请求者他们已经失去了仲裁。
储备/负载模块220接收仲裁的预测转矩请求261和即时转矩请求262。储备/负载模块220可调节仲裁的预测转矩请求261和即时转矩请求262以创建转矩储备和/或补偿一个或多个负载。储备/负载模块220然后将调节的预测转矩请求263和即时转矩请求264输出到转矩请求模块224。
仅作为示例，催化剂起燃过程或冷起动排放减少过程可能需要延迟的火花正时。储备/负载模块220因此可以将调节的预测转矩请求263增加到调节的即时转矩请求264之上以为冷启动排放减少过程产生延迟火花。在另一个示例中，发动机的空气/燃料比和/或质量空气流量可以诸如通过诊断侵入式当量比测试和/或新的发动机净化而直接改变。在开始这些过程之前，可以创建或增加转矩储备以快速抵消在这些过程期间由于倾斜空气/燃料混合物而引起的发动机输出转矩的减少。
储备/负载模块220还可以在预期未来负载(诸如动力转向泵操作或空调(A/C)压缩机离合器的接合)的情况下创建或增加转矩储备。当驾驶员首先要求空调时，可以创建A/C压缩机离合器的接合储备。储备/负载模块220可增加调节的预测转矩请求263，同时保持调节的即时转矩请求264不变以产生转矩储备。然后，当A/C压缩机离合器接合时，储备/负载模块220可以通过A/C压缩机离合器的估计负载来增加调节的即时转矩请求264。
转矩请求模块224接收调节的预测转矩请求263和即时转矩请求264。转矩请求模块224确定将如何实现调节的预测转矩请求263和即时转矩请求264。转矩请求模块224可以是发动机类型特定的。例如，转矩请求模块224可以不同地实现，或者针对火花点火式发动机相对于压缩点火发动机使用不同的控制方案。
在各种实施方式中，转矩请求模块224可以定义在所有发动机类型和发动机类型特定的模块之间共同的模块之间的边界。例如，发动机类型可以包括火花点火和压缩点火。在转矩请求模块224之前的模块(诸如推进转矩仲裁模块206)可以在发动机类型之间是共同的，而转矩请求模块224和随后的模块可以是发动机类型特定的。
转矩请求模块224基于调节的预测转矩请求263和即时转矩请求264来确定空气转矩请求265。空气转矩请求265可以是制动转矩。制动转矩可指当前操作条件下曲轴处的转矩。
基于空气转矩请求265来确定气流控制发动机致动器的目标值。更具体地，基于空气转矩请求265，空气控制模块228确定目标废气门开度面积266，目标节气阀开口区域267、目标EGR开度面积268、目标进气凸轮相位器角度269和目标排气凸轮相位器角度270。如下面进一步讨论的，空气控制模块228使用模型预测控制确定目标废气门开度面积266、目标节气阀开度面积267、目标EGR开度面积268、目标进气凸轮相位器角度269，以及目标排气凸轮相位器角度270。
增压致动器模块164控制废气门162以实现目标废气门开度面积266。例如，第一转换模块272可将目标废气门开度面积266转换成目标占空比274以施加到废气门162，并且增压致动器模块164可以基于目标占空比274向废气门162施加信号。在各种实施方式中，第一转换模块272可以将目标废气门开度面积266转换成目标废气门位置(未示出)并将目标废气门位置转换成目标占空比274。
节气阀致动器模块116控制节气阀112以实现目标节气阀开度面积267。例如，第二转换模块276可以将目标节气阀开度面积267转换成目标占空比278以被施加到节气阀112，并且节气阀致动器模块116可基于目标占空比278向节气阀112施加信号。在各种实施方式中，第二转换模块276可将目标节气阀开度面积267转换成目标节气阀位置(未示出)，并且将目标节气阀位置转换成目标占空比278。
EGR致动器模块172控制EGR阀170以实现目标EGR开度面积268。例如，第三转换模块280可将目标EGR开度面积268转换成目标占空比282，以施加至EGR阀170，并且EGR致动器模块172可以基于目标占空比282向EGR阀170施加信号。在各种实施方式中，第三转换模块280可以将目标EGR开度面积268转换成目标EGR位置(未示出)，并且将目标EGR位置转换成目标占空比282。
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269。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270。在各种实施方式中，第四转换模块(未示出)可以被包括并且可以分别将目标进气和排气凸轮相位器角度转换成目标进气和排气占空比。相位器致动器模块158可分别将目标进气和排气占空比应用于进气和排气凸轮相位器148和150。在各种实施方式中，空气控制模块228可以确定目标重叠因子和目标有效位移，并且相位器致动器模块158可以控制进气和排气凸轮相位器148和150以实现目标重叠因子和目标有效位移。
转矩请求模块224还可基于预测转矩请求263和即时转矩请求264生成火花转矩请求283、汽缸关闭转矩请求284和燃料转矩请求285。火花控制模块232可确定多少以基于火花转矩请求283从最优火花正时延迟火花正时(其降低发动机输出转矩)。仅作为示例，转矩关系可被反转以求解目标火花正时286。对于给定转矩请求(TReq)，目标火花正时(ST)286可以基于以下来确定：
ST＝f-1(TReq,APC,I,E,AF,OT,#)
其中APC是每汽缸的空气，I是进气阀定相值，E是排气阀定相值，AF是空气/燃料比，OT是油温，并且#是启动汽缸的数量。这种关系可以体现为等式和/或查找表。如由燃料控制模块240报告的，空气/燃料比(AF)可以是实际的空气/燃料比。
当火花正时设定为最优火花正时时，所得到的转矩可尽可能接近最优转矩(MBT火花正时)的最小点火提前。最优转矩是指当使用具有大于预定辛烷值的辛烷值的燃料和使用化学计量加注燃料时，当火花正时提前时，对于给定气流生成的最大发动机输出转矩。这种最优发生的火花正时被称为MBT火花正时。由于例如燃料质量(诸如当使用较低辛烷值燃料时)和环境因素(诸如环境湿度和温度)，最优火花正时可能与MBT火花正时略有不同。因此，最优火花正时的发动机输出转矩可能小于MBT。仅作为示例，可以在车辆设计的校准阶段期间确定与不同发动机工况对应的最优火花正时表，并且基于当前发动机工况根据该表确定最优值。
汽缸切断转矩请求284可以由汽缸控制模块236用来确定停用汽缸287的目标数量。在各种实施方式中，可以使用要启动的汽缸的目标数量。汽缸致动器模块120基于目标数量287选择性地启动和停用汽缸的阀。
汽缸控制模块236还可以指示燃料控制模块240停止为停用汽缸提供燃料并且可以指示火花控制模块232停止为停用汽缸提供火花。一旦已经存在于汽缸中的燃料/空气混合物已经燃烧，火花控制模块232就可以停止向汽缸提供火花。
基于燃料转矩请求285，燃料控制模块240可以改变提供给每个汽缸的燃料量。更具体地，燃料控制模块240可以基于燃料转矩请求285生成目标加注燃料参数288。目标加注燃料参数288可包括例如燃料的目标质量、目标喷射开始正时和目标燃料喷射次数。
在正常操作期间，燃料控制模块240可以以空气提前模式操作，其中燃料控制模块240试图通过基于空气流量控制加注燃料来保持化学计量空气/燃料比。例如，燃料控制模块240可以确定当与当前每汽缸空气质量(APC)结合时产生化学计量燃烧的目标燃料质量。
图3是空气控制模块228的示例实施方式的功能框图。参考图2和图3，如上所讨论，空气转矩请求265可以是制动转矩。转矩转换模块304将空气转矩请求265从制动转矩转换为基础转矩。由转换为基础转矩产生的转矩请求将被称为基础空气转矩请求308。
基础转矩可以指在测力计上发动机102的操作期间在曲轴处产生的转矩，同时发动机102是暖的并且没有扭矩负载通过诸如交流发电机和A/C压缩机的附件施加在发动机102上。例如，使用将制动转矩与基础转矩相关的映射或函数，转矩转换模块304可以将空气转矩请求265转换为基础空气转矩请求308。在各种实施方式中，转矩转换模块304可以将空气转矩请求265转换为另一适合类型的转矩，诸如指示的转矩。指示的转矩可以指归因于经由汽缸内的燃烧产生的功的曲轴处的转矩。
MPC模块312使用MPC(模型预测控制)生成目标值266-270以实现基础空气转矩请求308。MPC模块312包括状态估计器模块316和优化模块320。
状态估计器模块316基于发动机102的数学模型、来自先前(例如，最后)控制循环的发动机状态以及来自先前控制循环的目标值266-270来确定用于控制循环的状态。例如，状态估计器模块316可以基于以下关系确定控制循环的状态：
x(k)＝Ax(k-1)+Bu(k-1)+Bvv(k-1)；以及
y(k)＝Cx(k)，
其中k是第k个控制循环，x(k)是具有指示用于第k个控制循环的发动机102的状态的条目的向量，x(k-1)是来自k-1个控制循环的向量，A是包括基于发动机102的特性校准的常数值的矩阵，B是包括基于发动机102的特性校准的常数值的矩阵，u(k-1)是包括在最后一个控制循环中使用的目标值266-270的条目，y(k)是向量x(k)的线性组合，C是包括基于发动机102的特性校准的常数值的矩阵，Bv是包括基于发动机特性校准的常数值，以及v是包括测量干扰的矩阵。测量干扰模型包括影响发动机行为但不能直接操纵的参数，诸如环境压力和/或温度。可以基于这些参数的测量或估计值来调节一个或多个状态参数，该参数由反馈输入330共同示出。状态估计器模块316可以例如使用卡尔曼滤波器或另一种合适类型的状态估计器来确定状态。
由MPC模块312执行的功能可以大致描述如下。对于k＝1，…，N，N是大于1的整数，则：
(1)使用上述等式和反馈输入330以获得时间k处的发动机102的状态的估计；
(2)为时间k计算目标值266-270的最优值，以使从时间k到未来时间k+p的时段期间的成本函数最小化；以及
(3)仅将目标值266-270设置为所计算的时间k+1的最优值。然后返回(1)进行下一个控制循环。
时间k与k+p之间的时段指的是预测范围。
成本函数是在每个控制循环的预测范围内定义的最优控制问题中最小化的性能标准。该函数反映了所需的控制目标。例如，它可以是与跟踪误差对应的不同项的总和，对于跟踪一些参考位置的操纵变量，是∑i|(u(i)-uref(i))|2,，对于跟踪一些期望设定点值的受控变量，是∑i|(y(i)-yref(i))|2，例如∑i|(u(i))|2或∑i|(Δu(i))|2的控制努力，以及用于约束违反的惩罚项。更一般地，成本函数取决于操纵变量u，来自上一个控制循环Δu的操纵变量的变化，受控变量y和约束违背惩罚变量∈。目标值266-270可以被称为操纵变量并且由变量u表示。预测参数可以被称为控制变量，并且可以由变量y表示。
致动器约束模块360(图2)可以针对目标值266-270设置致动器约束348。例如，致动器约束模块360可设置节气阀112的致动器约束，EGR阀170的致动器约束，废气门162的致动器约束，进气凸轮相位器148的致动器约束，以及排气凸轮相位器150的致动器约束。
目标值266-270的致动器约束348可以包括相关联的目标值的最大值和该目标值的最小值。致动器约束模块360通常可以将致动器约束348设置为关联致动器的预定操作范围。更具体地，致动器约束模块360通常可将致动器约束348分别设置为节气阀112、EGR阀170、废气门162、进气凸轮相位器148和排气凸轮相位器150的预定操作范围。然而，在一些情况下，致动器约束模块360可以选择性地调节致动器约束348中的一个或多个。
输出约束模块364(图2)可以为受控变量(y)设置输出约束352。受控变量的输出约束352可以包括该受控变量的最大值和该受控变量的最小值。输出约束模块364通常可以将输出约束352分别设置为关联受控变量的预定范围。然而，在一些情况下，输出约束模块364可以改变一个或多个输出约束352。
参考模块368(图2)分别为目标值266-270生成参考值356。参考值356包括用于目标值266-270中的每一个目标值的参考。换句话说，参考值356包括参考废气门开度面积、参考节气阀开度面积、参考EGR开度面积、参考进气凸轮相位器角度和参考排气凸轮相位器角度。参考模块368可以例如基于空气转矩请求265、基础空气转矩请求308和/或一个或多个其它合适的参数来确定参考值356。
优化模块320使用Dantzig二次规划(QP)求解器来确定目标值266-270。QP求解器在不等式约束下采用二次成本函数解决优化问题。例如，如果向量
Figure BDA0001690507590000191
代表一些优化变量，x的二次函数可以表示为以下形式：
Figure BDA0001690507590000192
其中Q是一个n×n常数对称正定矩阵，Constant是常数值，其中x是预测范围内的致动器位置。例如，假设在时间k具有节气阀致动器、废气门致动器、排气凸轮轴致动器、进气凸轮轴致动器和3的控制范围的系统，则向量x具有等于12的大小。在时间k+1处的节气阀致动器、废气门致动器、排气凸轮轴致动器、进气凸轮轴致动器占据前四个分量，并且相同的致动器在未来时间k+2处占用接下来的四个分量，并且在未来时间k+3也是如此。总之，如上所述，向量x有12个分量。
模型预测控制(MPC)的优化问题具有以下一般形式，最小化：
Figure BDA0001690507590000193
在线性约束下
Cx≤d，
其中
Figure BDA0001690507590000194
h是每个控制循环恒定的向量，但可以从控制循环到控制循环变化。线性约束的形式是
Cx≤b，
其中C是常数矩阵，并且b是对每个控制循环恒定的向量，但是可以从控制循环到控制循环变化，以及
Figure BDA0001690507590000201
以及
上标T的使用表示转置用法。
优化模块320还包括用于在优化模块320未能解决MPC优化问题时确定致动器位置的逻辑。当优化模块320未能解决MPC优化问题时，优化模块忽略线性约束(即忽略Cx≤d)，而是使用输入约束。也就是说，优化模块320使用约束x，其中x被设置为大于或小于特定于给定致动器的值。例如，如果优化模块320未能确定用于节气阀致动器位置的MPC优化解，并且节气阀致动器可从0°-90°移动，则优化模块320确定节气阀致动器位置的无约束解，并且然后将无约束解限制在节气阀致动器的物理极限范围内。也就是说，如果优化模块320确定节气阀致动器位置的无约束解为120°，则解然后被裁剪到节气阀致动器的物理范围的合适限制，即90°。类似地，如果优化模块320确定节气阀致动器位置的无约束解为-15°，则无约束解将被裁剪为0°。更一般地，对于给定的控制循环和给定的一个致动器或多个致动器，如果优化模块320未能解决MPC优化问题，则优化模块320使用裁剪为给定一个致动器或多个致动器的最小或最大约束的无约束解。
图4是描绘解决优化问题并确定单个控制循环的目标值266-270的示例方法的流程图。在404处，优化模块320从已经从
Figure BDA0001690507590000202
即Q-1h.的最简单解得到的原始非约束解中迭代。
在408处，优化模块320继续正常运行MPC计算。在412处，优化模块320确定MPC计算是否未能生成对MPC优化问题的解。如果已经找到对MPC优化问题的解，则不会发生故障，并且该方法进行到416，其中将对MPC优化问题的解应用于致动器系统。然而，如果MPC计算未能生成解，则该方法进行到418，其中原始无约束解被裁剪为输入约束。在420处，裁剪成输入约束的原始无约束解被应用于致动器系统。应该注意的是，应用针对图4的方法的每个控制循环。因此，在一些情况下，对于无限数量的控制循环可能找不到MPC解，而在其它情况下，可能会在单个控制循环中找到MPC解。虽然图4示为在420之后结束，但是图4是一个控制循环的说明，并且控制循环可以以预定速率执行。
现在参考图5，其描绘了使用MPC(模型预测控制)来估计操作参数和控制节气阀112、进气凸轮相位器148、排气凸轮相位器150、废气门162(并因此控制涡轮增压器)和EGR阀170的示例方法的流程图。控制可以以504开始，其中转矩请求模块224基于调节的预测转矩请求263和即时转矩请求264确定空气转矩请求265。在508处，转矩转换模块304可以将空气转矩请求265转换为基础空气转矩请求308或转换成供MPC模块312使用的另一适当类型的转矩。在512处，如上所述，状态估计器模块316确定用于当前控制循环的发动机102的状态。状态估计器模块316可以例如使用卡尔曼滤波器来确定状态。
在516处，如上所述，优化模块320解决优化问题以确定目标值266-270。优化模块320分别基于最后一个控制循环的目标值266-270和x*的增量值确定当前控制循环的目标值266-270。仅作为示例，优化模块320通过将x*的增量值分别与最后一个控制循环的目标值266-270相加来确定目标值266-270。此外，如果在516处优化模块320未能找到x*的最优值，则裁剪到当前控制循环的输入约束的LQR解将被发送到520。
在528处，第一转换模块272将目标废气门开度面积266转换成要施加到废气门162的目标占空比274，第二转换模块276将目标节气阀开度面积267转换成目标占空比278以施加到节气阀112。第三转换模块280还将目标EGR开度面积268转换成目标占空比282以在428处施加到EGR阀170。第四转换模块还可将目标进气和排气凸轮相位器角度269和270分别转换为目标进气和排气占空比以分别施加到进气和排气凸轮相位器148和150。
在532处，节气阀致动器模块116控制节气阀112以实现目标节气阀开度面积267，并且相位器致动器模块158控制进气和排气凸轮相位器148和150以分别实现目标进气和排气凸轮相位器角度269和270。例如，节气阀致动器模块116可以以目标占空比278向节气阀112施加信号以实现目标节气阀开度面积267。同样在532处，EGR致动器模块172控制EGR阀170以实现目标EGR开度面积268，并且增压致动器模块164控制废气门162以实现目标废气门开度面积266。例如，EGR致动器模块172可以以目标占空比282向EGR阀170施加信号以实现目标EGR开度面积268，并且增压致动器模块164可以在目标占空比274处将信号施加到废气门162以实现目标废气门开度面积266。虽然图5示为在532之后结束，但是图5是控制循环的说明，并且控制循环可以以预定的速率执行。
用于提高本公开的计算效率的模型预测控制系统和方法提供了若干优点。这些包括：提高的发动机响应速度，发动机转矩请求和发动机转矩响应之间的减少计算时间，降低的传动系统冲击，改善的NVH特性以及计算冗余。
前面的描述本质上仅仅是说明性的，绝非意图限制本公开、其应用或用途。本公开的广泛教导可以以各种形式来实现。因此，尽管本公开包括特定示例，但是本公开的真实范围不应该如此受限制，因为在研究附图、说明书和以下权利要求书后其它修改将变得明显。如本文所使用的，短语A、B和C中的至少一个应该被解释为意指使用非排他性逻辑OR的逻辑(A或B或C)，并且不应该被解释为意指“A中的至少一个，B中的至少一个，和C中的至少一个”。应该理解的是，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以不同顺序(或同时)执行。
在包括以下定义的本申请中，术语“模块”或术语“控制器”可以用术语“电路”代替。术语“模块”可以指如下的一部分，或者包括：专用集成电路(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；现场可编程门阵列(FPGA)；执行代码的处理器电路(共享、专用或群组)；存储由处理器电路执行的代码的存储器电路(共享、专用或群组)；提供所述功能的其它合适的硬件组件；或者上述中的一些或全部的组合，诸如在片上系统中。
该模块可以包括一个或多个接口电路。在一些示例中，接口电路可以包括连接到局域网(LAN)、互联网、广域网(WAN)或其组合的有线或无线接口。本公开的任何给定模块的功能可以分布在经由接口电路连接的多个模块中。例如，多个模块可能允许负载平衡。在进一步的示例中，服务器(也称为远程或云)模块可代表客户端模块完成一些功能。
如上所使用的术语代码可以包括软件、固件和/或微代码，并且可以指程序、例程、函数、类、数据结构和/或对象。术语共享处理器电路包含执行来自多个模块的一些或全部代码的单个处理器电路。术语“组处理器”电路包含这样的处理器电路，该处理器电路与附加处理器电路组合来执行来自一个或多个模块的一些或全部代码。对多个处理器电路的引用包括分立管芯上的多个处理器电路、单个管芯上的多个处理器电路、单个处理器电路的多个核心、单个处理器电路的多个线程或以上的组合。术语共享存储器电路包含存储来自多个模块的一些或全部代码的单个存储器电路。术语“组存储器电路”包括存储器电路，该存储器电路结合附加存储器存储来自一个或多个模块的一些或全部代码。
术语存储器电路是术语计算机可读介质的子集。本文使用的术语“计算机可读介质”不包含通过介质(诸如在载波上)传播的瞬态电信号或电磁信号；术语计算机可读介质因此可以被认为是有形的和非暂态的。非暂态有形计算机可读介质的非限制性示例是非易失性存储器电路(诸如闪存电路、可擦除可编程只读存储器电路或掩模只读存储器电路)、易失性存储器电路(诸如静态随机存取存储器电路或动态随机存取存储器电路)、磁存储介质(诸如模拟或数字磁带或硬盘驱动器)以及光存储介质(诸如CD、DVD或蓝光光盘)。
本申请中描述的设备和方法可以通过配置通用计算机来执行一个或多个体现在计算机程序中的特定功能而创建的专用计算机来部分或全部实现。以上描述的功能框、流程图组件和其它元素用作软件规范，其可以通过熟练技术人员或程序员的日常工作翻译成计算机程序。
计算机程序包括存储在至少一个非暂态有形计算机可读介质上的处理器可执行指令。计算机程序还可以包括或依赖于存储的数据。计算机程序可以包括与专用计算机的硬件交互的基本输入/输出系统(BIOS)、与专用计算机的特定装置交互的装置驱动程序、一个或多个操作系统、用户应用程序、后台服务、背景应用程序等。
计算机程序可以包括：(i)要解析的描述性文本，诸如HTML(超文本标记语言)或XML(可扩展标记语言)，(ii)汇编代码，(iii)从源代码生成的目标代码编译器，(iv)由解释器执行的源代码，(v)由即时编译器进行编译和执行的源代码等。仅作为示例，可以使用语言的语法来编写源代码，该语言包括C、C++、C#、Objective C、Haskell、Go、SQL、R、Lisp、
Figure BDA0001690507590000241
Fortran、Pert、Pascal、Curl、OCaml、
Figure BDA0001690507590000242
HTML5、Ada、ASP(活动服务器页面)、PHP、Scala、Eiffel、Smalltalk、Erlang、Ruby、
Figure BDA0001690507590000243
Lua和
Figure BDA0001690507590000244
权利要求中列举的元素中没有一个旨在成为35U.S.C.§112(f)的含义内的模块加功能元素，除非使用短语“用于...的部件”或者在方法权利要求的情况下使用短语“用于...的操作”或“用于...的步骤”来明确地记载元素。

Claims (10)

1.一种用于控制机动车辆的致动器系统的方法，所述方法包括：
利用致动器控制系统，该致动器控制系统为致动器系统的至少第一致动器提供期望的输出；
在第一转换模块内将期望的输出转换到期望的第一致动器位置；
在第二转换模块内将期望的第一致动器位置转换为目标第一致动器位置；
利用具有模型预测控制求解器的模型预测控制模块来确定受到约束的多个致动器的最优位置；
优化一组致动器占空比的成本函数，用于控制所述多个致动器的位置；
在成本模块内确定第一组可能的模型预测控制目标致动器占空比值的第一成本；
在控制模块内识别模型预测控制模块的目标致动器占空比值的最优集合；
确定所述模型预测控制求解器是否已确定所述多个致动器的最优致动器位置；以及
如果所述模型预测控制求解器未能确定所述多个致动器的最优致动器位置，则应用线性二次调节器解，其中，模型预测控制模块基于目标致动器占空比值来控制致动器占空比的操作以实现目标致动器位置。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述模型预测控制求解器求解一系列二次问题，所述一系列二次问题针对所述多个致动器细化控制范围上的致动器运动。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述模型预测控制模块进一步包括预测模块，所述预测模块确定所述多个致动器的未来状态值。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，优化成本函数进一步包括针对每个控制循环最小化预测范围上的致动器性能标准。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，应用线性二次调节器解进一步包括当所述模型预测控制求解器未能在预定时间量内确定最优致动器位置时应用所述线性二次调节器解。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述预定时间量为25ms。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述模型预测控制模块进一步包括设置多个约束的优化模块，所述约束包括用于所述多个致动器的节气阀、排气再循环阀、废气门、进气凸轮相位器、排气凸轮相位器中的至少每一个的约束。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，当线性二次调节器解落在操作范围之外时，所述优化模块调节所述多个约束以缩窄所述多个致动器的操作范围。
9.根据权利要求7所述的方法，其中，当所述模型预测控制求解器未能确定所述多个致动器的最优致动器位置时，所述优化模块针对当前控制循环应用线性二次调节器解。
10.根据权利要求7所述的方法，其中，当所述模型预测控制求解器未能在所述多个致动器的所述约束内确定所述多个致动器的最优致动器位置时，所述优化模块将所述线性二次调节器解应用于未来的控制循环。
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