DE102015103789B4 - Method for improving response time of an engine using model predictive control - Google Patents

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Abstract

Verfahren, umfassend:Erzeugen vorhergesagter Parameter basierend auf einem Modell (324) eines Teilsystems und eines Satzes möglicher Zielwerte (230, 232, 234, 236, 238, 240 ,242, 244);Erzeugen von Kosten für den Satz möglicher Zielwerte (230, 232, 234, 236, 238, 240 ,242, 244) basierend auf den vorhergesagten Parametern und zumindest einem von Gewichtungswerten (342) und Referenzwerten (340);Einstellen des zumindest einen der Gewichtungswerte (342) und der Referenzwerte (340) basierend auf einer Soll-Änderungsrate in einer Betriebsbedingung des Teilsystems;Auswählen des Satzes möglicher Zielwerte (230, 232, 234, 236, 238, 240 ,242, 244) aus mehreren Sätzen möglicher Zielwerte (230, 232, 234, 236, 238, 240 ,242, 244) basierend auf den Kosten; undEinstellen eines Aktors (116, 120, 124, 126, 158, 164, 172) des Teilsystems zumindest basierend auf einem der Zielwerte (230, 232, 234, 236, 238, 240 ,242, 244).A method comprising:generating predicted parameters based on a model (324) of a subsystem and a set of possible target values (230, 232, 234, 236, 238, 240, 242, 244); generating costs for the set of possible target values (230, 232, 234, 236, 238, 240, 242, 244) based on the predicted parameters and at least one of weighting values (342) and reference values (340); adjusting the at least one of the weighting values (342) and the reference values (340) based on a target rate of change in an operating condition of the subsystem; selecting the set of possible target values (230, 232, 234, 236, 238, 240, 242, 244) from a plurality of sets of possible target values (230, 232, 234, 236, 238, 240, 242, 244) based on cost; andadjusting an actuator (116, 120, 124, 126, 158, 164, 172) of the subsystem based on at least one of the target values (230, 232, 234, 236, 238, 240, 242, 244).

Description

Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf Brennkraftmaschinen und insbesondere auf ein Verfahren zum Verbessern der Ansprechzeit einer Kraftmaschine unter Verwendung einer Modellvorhersagesteuerung.The present disclosure relates to internal combustion engines, and more particularly to a method of improving the response time of an engine using model predictive control.

Brennkraftmaschinen verbrennen ein Luft- und Kraftstoff-Gemisch in Zylindern, um Kolben anzutreiben, was Antriebsdrehmoment erzeugt. Eine Luftströmung in die Kraftmaschine wird über eine Drosselklappe reguliert. Genauer stellt die Drosselklappe den Drosselungsquerschnitt ein, was die Luftströmung in die Kraftmaschine erhöht oder verringert. Wenn die Drosselklappenfläche zunimmt, nimmt der Luftdurchsatz in die Kraftmaschine zu. Ein Kraftstoffsteuersystem stellt die Rate ein, mit der Kraftstoff eingespritzt wird, um ein Soll-Luft/Kraftstoff-Gemisch für die Zylinder vorzusehen und/oder einen Soll-Drehmomentausgang zu erreichen. Ein Erhöhen des Betrages an Luft und Kraftstoff, der an die Zylinder geliefert wird, erhöht die Drehmomentabgabe der Kraftmaschine.Internal combustion engines burn an air and fuel mixture in cylinders to drive pistons, which produces drive torque. Air flow into the engine is regulated via a throttle valve. More specifically, the throttle valve adjusts the throttle area, which increases or decreases airflow into the engine. As the throttle area increases, the air flow into the engine increases. A fuel control system adjusts the rate at which fuel is injected to provide a desired air/fuel mixture for the cylinders and/or to achieve a desired torque output. Increasing the amount of air and fuel delivered to the cylinders increases the torque output of the engine.

In funkengezündeten Kraftmaschinen löst ein Zündfunken eine Verbrennung eines Luft/Kraftstoffgemisches aus, das an die Zylinder geliefert wird. Bei kompressionsgezündeten Kraftmaschinen verbrennt eine Kompression in den Zylindern das Luft/Kraftstoff-Gemisch, das an die Zylinder geliefert wird. Zündzeitpunkt und Luftströmung können die Primärmechanismen zum Einstellen des Drehmomentausgangs von funkengezündeten Kraftmaschinen sein, während die Kraftstoffströmung den Primärmechanismus zum Einstellen des Drehmomentausgangs von kompressionsgezündeten Kraftmaschinen darstellen kann.In spark-ignited engines, a spark initiates combustion of an air/fuel mixture that is delivered to the cylinders. In compression-ignition engines, compression in the cylinders burns the air/fuel mixture delivered to the cylinders. Ignition timing and air flow may be the primary mechanisms for adjusting the torque output of spark-ignition engines, while fuel flow may be the primary mechanism for adjusting the torque output of compression-ignition engines.

Es sind Kraftmaschinensteuersysteme entwickelt worden, um das Kraftmaschinenausgangsdrehmoment zu steuern, um ein Soll-Drehmoment zu erreichen. Herkömmliche Kraftmaschinensteuersysteme steuern jedoch das Kraftmaschinenausgangsdrehmoment nicht so genau wie gewünscht. Ferner sehen herkömmliche Kraftmaschinensteuersysteme kein schnelles Ansprechen auf Steuersignale vor oder koordinieren die Kraftmaschinendrehmomentsteuerung nicht über die verschiedenen Vorrichtungen, die das Kraftmaschinenausgangsdrehmoment beeinflussen.Engine control systems have been developed to control engine output torque to achieve a desired torque. However, conventional engine control systems do not control engine output torque as accurately as desired. Furthermore, conventional engine control systems do not provide rapid response to control signals or coordinate engine torque control across the various devices that affect engine output torque.

US 2005 0 131 620 A1 offenbart ein Verfahren zur Steuerung eines Dieselmotors, der vorübergehenden Änderungen von Zielausgängen unterliegt. Die Soll-Ausgangswerte geben die vom System benötigten Ausgangswerte an. Informationen über einen stabilen Zustand werden verwendet, um optimale Eingaben für das System zu erhalten, wenn die Zielausgänge im Wesentlichen konstant sind. Ein Modell des Systems wird verwendet, um die Ausgänge des Systems als Reaktion auf mögliche neue Werte für die Eingänge des Systems vorherzusagen. Das Verfahren kombiniert die Informationen über den stationären Zustand mit der vorhergesagten Reaktion des Systems, um die Eingaben für das System zu bestimmen, die bewirken, dass die Systemausgaben so genau wie möglich mit den Zielausgaben übereinstimmen. Für jeden Kandidaten berechnet das Verfahren die Differenz zwischen den stationären Eingaben und einem Kandidaten sowie die Differenz zwischen den Zielausgaben und den vorhergesagten Ausgaben, die sich aus der Annahme dieses Kandidaten ergeben würden, um einen optimalen Kandidaten zu bestimmen, der dann zur Aktualisierung der Eingaben in das System verwendet wird. US 2005 0 131 620 A1 discloses a method for controlling a diesel engine subject to temporary changes in target outputs. The target output values indicate the output values required by the system. Steady state information is used to obtain optimal inputs to the system when the target outputs are essentially constant. A model of the system is used to predict the outputs of the system in response to possible new values for the system's inputs. The method combines the steady state information with the predicted response of the system to determine the inputs to the system that cause the system outputs to match the target outputs as closely as possible. For each candidate, the method calculates the difference between the steady-state inputs and a candidate, as well as the difference between the target outputs and the predicted outputs that would result from accepting that candidate, to determine an optimal candidate, which is then used to update the inputs in the system is used.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zu schaffen, mit dem es möglich ist, ein schnelles Ansprechen eines Kraftmaschinensteuersystems auf Steuersignale bereitzustellen und die Kraftmaschinendrehmomentsteuerung über verschiedene Vorrichtungen, die das Kraftmaschinenausgangsdrehmoment beeinflussen, zu koordinieren.The object of the invention is to provide a method with which it is possible to provide a rapid response of an engine control system to control signals and to coordinate engine torque control via various devices that influence engine output torque.

Die Aufgabe wird durch den Gegenstand von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.The task is solved by the subject matter of claim 1. Advantageous developments of the invention are described in the subclaims.

Ein beispielhaftes System gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung weist ein Modellvorhersagesteuer- (MPC) -Modul und ein Aktormodul auf. Das MPC-Modul erzeugt vorhergesagte Parameter auf der Grundlage eines Modells eines Teilsystems und eines Satzes von möglichen Zielwerten. Das MPC-Modul erzeugt Kosten für den Satz von möglichen Zielwerten auf der Grundlage der vorhergesagten Parameter und wenigstens einem der Gewichtungswerte und Referenzwerte. Das MPC-Modul stellt den mindestens einen der Gewichtungswerte und der Referenzwerte basierend auf einer Soll-Änderungsrate in einer Betriebsbedingung des Teilsystems ein. Das MPC-Modul wählt den Satz der möglichen Zielwerte aus mehreren Sätzen möglicher Zielwerte auf der Basis der Kosten. Das Aktormodul stellt einen Aktor des Teilsystems auf Basis von mindestens einem der Zielwerte ein.An example system according to the principles of the present disclosure includes a model predictive control (MPC) module and an actuator module. The MPC module generates predicted parameters based on a model of a subsystem and a set of possible target values. The MPC module generates a cost for the set of possible target values based on the predicted parameters and at least one of the weight values and reference values. The MPC module sets the at least one of the weighting values and the reference values based on a target rate of change in an operating condition of the subsystem. The MPC module selects the set of possible target values from several sets of possible target values based on cost. The actuator module sets an actuator of the subsystem based on at least one of the target values.

Die vorliegende Offenbarung wird umfassender verständlich aus der ausführlichen Beschreibung und aus den beigefügten Zeichnungen, in denen:

  • 1 ein Funktionsblockschaltbild eines beispielhaften Kraftmaschinensystems gemäß der vorliegenden Offenbarung ist;
  • 2 ein Funktionsblockschaltbild eines beispielhaften Kraftmaschinensteuersystems gemäß der vorliegenden Offenbarung ist;
  • 3 ein Funktionsblockschaltbild eines beispielhaften Zielerzeugungsmoduls gemäß der vorliegenden Offenbarung ist;
  • 4 ein Flussdiagramm ist, das ein beispielhaftes Verfahren zum Steuern eines Drosselventils, einer Einlassventil- und einer Auslassventil-Phasenlageneinstellung, eines Ladedruckregelventils, eines Abgasrückführungs-Ventils (AGR-Ventils), einer Zündzeiteinstellung und Kraftstoffbeaufschlagung unter Verwendung einer Modellvorhersagesteuerung gemäß der vorliegenden Offenbarung zeigt; und
  • 5 und 6 Graphen sind, die beispielhafte Sollkrümmerdrücke, beispielsweise Ist-Krümmerdrücke, und beispielhafte Referenzöffnungsflächen des Ladedruckregelventils gemäß der vorliegenden Offenbarung zeigen.
The present disclosure will be more fully understood from the detailed description and accompanying drawings, in which:
  • 1 is a functional block diagram of an example engine system in accordance with the present disclosure;
  • 2 is a functional block diagram of an example engine control system in accordance with the present disclosure;
  • 3 is a functional block diagram of an example target generation module in accordance with the present disclosure;
  • 4 is a flowchart depicting an example method for controlling a throttle valve, intake valve and exhaust valve phasing, a wastegate, an exhaust gas recirculation (EGR) valve, ignition timing, and fueling using model predictive control in accordance with the present disclosure; and
  • 5 and 6 are graphs showing example target manifold pressures, such as actual manifold pressures, and example reference orifice areas of the wastegate according to the present disclosure.

Ein Kraftmaschinensteuermodul (ECM) steuert die Drehmomentausgabe einer Kraftmaschine. Genauer gesagt bestimmt das ECM Zielwerte basierend auf einem angeforderten Drehmomentbetrag und steuert Aktoren der Kraftmaschine auf der Grundlage der Zielwerte. Zum Beispiel steuert das ECM die Einlass- und Auslassnockenwellen-Phasensteller auf der Grundlage der Ziel-Phasenstellerwinkel, eine Drosselklappe auf der Grundlage einer Ziel-Drosselklappenöffnungsfläche, ein Abgasrückführungs-Ventil (AGR-Ventil) auf der Grundlage einer Ziel-AGR-Öffnung und ein Ladedruckregelventil eines Turboladers auf der Grundlage eines Ziel-Ladedruckregelventil-Tastgrads. Das ECM steuert auch die Zündzeiteinstellung basierend auf der Ziel-Zündzeiteinstellung und steuert eine Kraftstoffbeaufschlagung auf Basis der Ziel-Kraftstoffbeaufschlagungsparameter.An engine control module (ECM) controls the torque output of an engine. More specifically, the ECM determines target values based on a requested torque amount and controls actuators of the engine based on the target values. For example, the ECM controls the intake and exhaust camshaft phasers based on the target phaser angles, a throttle valve based on a target throttle opening area, an exhaust gas recirculation (EGR) valve based on a target EGR opening, and a Wastegate of a turbocharger based on a target wastegate duty cycle. The ECM also controls ignition timing based on the target ignition timing and controls fueling based on the target fueling parameters.

Das ECM könnte die Zielwerte unter Verwendung mehrerer Einzeleingabe-Einzelausgabe-Controller (SISO-Controller) wie etwa Proportional-Integral-Differential-Regler bzw. -Controller (PID-Regler / -Controller) einzeln bestimmen. Allerdings können die Zielwerte so eingestellt werden, dass die Systemstabilität auf Kosten möglicher Kraftstoffverbrauchverringerungen aufrechterhalten wird, wenn mehrere SISO-Controller verwendet werden. Außerdem können die Kalibrierung und der Entwurf der einzelnen SISO-Controller kostspielig und zeitaufwendig sein.The ECM could individually determine the target values using multiple single-input-single-output (SISO) controllers such as proportional-integral-derivative (PID) controllers. However, the target values can be adjusted to maintain system stability at the expense of possible fuel consumption reductions when multiple SISO controllers are used. Additionally, the calibration and design of each SISO controller can be costly and time-consuming.

Das ECM der vorliegenden Offenbarung erzeugt die Zielwerte unter Verwendung eines Modellvorhersagesteuermoduls (MPC-Moduls). Das MPC-Modul identifiziert mögliche Sätze von Zielwerten. Das MPC-Modul bestimmt auf der Grundlage der Zielwerte der möglichen Sätze und eines mathematischen Modells der Kraftmaschine für jeden der möglichen Sätze vorhergesagte Parameter. Zum Beispiel kann das MPC-Modul ein vorhergesagtes Kraftmaschinen-Drehmoment und einen oder mehrere andere vorhergesagte Parameter für jeden der möglichen Sätze von Zielwerten bestimmen.The ECM of the present disclosure generates the target values using a model predictive control module (MPC module). The MPC module identifies possible sets of target values. The MPC module determines predicted parameters for each of the possible sets based on the target values of the possible sets and a mathematical model of the engine. For example, the MPC module may determine a predicted engine torque and one or more other predicted parameters for each of the possible sets of target values.

Das MPC-Modul kann auch der Verwendung von jedem der möglichen Sätze zugeordnete Kosten bestimmen. Zum Beispiel können die Kosten für einen möglichen Satz, von dem vorhergesagt wird, dass er eine Kraftmaschinendrehmomentanforderung genauer nachführt, niedriger als andere mögliche Sätze sein, von denen nicht vorhergesagt wird, dass sie die Kraftmaschinen-Drehmomentanforderung so eng wie möglich nachführen. Das MPC-Modul kann den möglichen Satz, der die niedrigsten Kosten aufweist und der verschiedene Beschränkungen zur Verwendung bei der Steuerung der Aktoren erfüllt, auswählen. Bei verschiedenen Implementierungen kann das MPC-Modul, anstatt oder zusätzlich dazu, mögliche Sätze von Zielwerten zu identifizieren und die Kosten jedes der Sätze zu bestimmen, eine Fläche erzeugen, die die Kosten möglicher Sätze von Zielwerten repräsentiert. Daraufhin kann das MPC-Modul auf der Grundlage des Anstiegs der Kostenfläche den möglichen Satz mit den niedrigsten Kosten identifizieren.The MPC module may also determine costs associated with the use of each of the possible rates. For example, the cost of a possible set that is predicted to more closely track an engine torque request may be lower than other possible sets that are not predicted to track the engine torque request as closely as possible. The MPC module can select the possible set that has the lowest cost and that meets various constraints for use in controlling the actuators. In various implementations, instead of or in addition to identifying possible sets of target values and determining the cost of each of the sets, the MPC module may generate an area that represents the cost of possible sets of target values. The MPC module can then identify the possible lowest cost rate based on the increase in the cost area.

Die Kosten eines möglichen Satzes von Zielwerten können basierend auf Differenzen zwischen den möglichen Zielwerten und jeweiligen Referenzwerten bestimmt werden. Beispielsweise können die Kosten basierend auf einer Differenz zwischen einer möglichen Zieldrosselöffnungsfläche und einer Referenzdrosselöffnungsfläche bestimmt werden. Die Referenzwerte können vorbestimmt sein und können einem stabilen Betrieb der Kraftmaschine entsprechen.The cost of a possible set of target values can be determined based on differences between the possible target values and respective reference values. For example, the cost may be determined based on a difference between a possible target throttle opening area and a reference throttle opening area. The reference values may be predetermined and may correspond to stable operation of the engine.

Die Kosten eines möglichen Satzes von Zielwerten können ebenfalls basierend auf einem Gesamtänderungsbetrag in jedem der möglichen Zielwerte über eine Vorhersageperiode bestimmt werden. Beispielsweise können die Kosten basierend auf einem Gesamtänderungsbetrag in der möglichen Zieldrosselöffnungsfläche über die Vorhersageperiode bestimmt werden. Zusätzlich können die Differenzen zwischen den möglichen Zielwerten und jeweiligen Referenzwerten und/oder den Gesamtänderungsbeträgen in den möglichen Zielwerten gewichtet werden, um den Effekt zu steuern, den jede Differenz und/oder jeder Gesamtänderungsbetrag auf die Kosten hat. Beispielsweise können Gewichtungswerte auf jede Differenz und/oder jeden Gesamtänderungsbetrag aufgebracht werden.The cost of a possible set of target values may also be determined based on an overall amount of change in each of the possible target values over a prediction period. For example, the cost may be determined based on an overall amount of change in the possible target throttle opening area over the prediction period. Additionally, the differences between the possible target values and respective reference values and/or the total change amounts in the possible target values may be weighted to control the effect that each difference and/or each total change amount has on the costs. For example, weighting values can be applied to each difference and/or each total change amount.

Das Bestimmen der Kosten möglicher Sätze von Zielwerten auf eine Weise, wie oben beschrieben ist, kann die Rate beschränken, mit der eine Betriebsbedingung der Kraftmaschine geändert werden kann. Seinerseits kann eine Betriebsbedingung der Kraftmaschine nicht so schnell wie gewünscht geändert werden. Somit kann das ECM der vorliegenden Offenbarung die Referenzwerte und/oder die Gewichtungswerte basierend auf einer Soll-Änderungsrate in einer Betriebsbedingung der Kraftmaschine einstellen. Beispielsweise kann das ECM einen oder mehrere der Gewichtungswerte auf Null einstellen, so dass die entsprechenden Referenzwerte auf eine Weise eingestellt werden können, die die Soll-Rate erreicht. Bei einem anderen Beispiel kann das ECM einen oder mehrere der Referenzwerte basierend auf einer Referenztrajektorie einstellen, die die Soll-Rate erreicht. Obwohl Steuerverfahren hier im Kontext einer Kraftmaschine beschrieben worden sind, können dieselben Prinzipien auf Steuerverfahren für andere Teilsysteme angewendet werden.Determining the cost of possible sets of target values in a manner as described above may limit the rate at which an engine operating condition may be changed. In turn, an operating condition of the engine cannot be changed as quickly as desired. Thus, the ECM of the present disclosure may adjust the reference values and/or the weighting values based on a target rate of change in an operating condition of the engine. For example, the ECM may set one or more of the weighting values to zero so that the corresponding reference values can be adjusted in a manner that achieves the target rate. In another example, the ECM may adjust one or more of the reference values based on a reference trajectory that achieves the desired rate. Although control methods have been described herein in the context of an engine, the same principles can be applied to control methods for other subsystems.

Mit Bezug nun auf 1 weist das Kraftmaschinensystem 100 eine Kraftmaschine 102 auf, die ein Luft/Kraftstoff-Gemisch verbrennt, um Antriebsdrehmoment für ein Fahrzeug zu erzeugen. Die Menge des durch die Kraftmaschine 102 erzeugten Antriebsdrehmoments basiert auf einer Fahrereingabe von einem Fahrereingabemodul 104. Die Kraftmaschine 102 kann eine Benzin-Fremdzündungs-Brennkraftmaschine sein.With reference now to 1 The engine system 100 includes an engine 102 that combusts an air/fuel mixture to generate driving torque for a vehicle. The amount of drive torque generated by engine 102 is based on driver input from a driver input module 104. Engine 102 may be a gasoline spark ignition internal combustion engine.

Luft wird in einen Einlasskrümmer 110 durch ein Drosselventil 112 gezogen. Beispielhaft kann das Drosselventil 112 eine Ventilklappe sein, die eine drehbare Klappe aufweist. Ein Kraftmaschinensteuermodul (ECM) 114 steuert ein Drosselaktormodul 116, das ein Öffnen des Drosselventils 112 reguliert, um die in den Einlasskrümmer 110 gezogene Menge an Luft zu steuern.Air is drawn into an intake manifold 110 through a throttle valve 112. By way of example, the throttle valve 112 may be a valve flap that has a rotatable flap. An engine control module (ECM) 114 controls a throttle actuator module 116 that regulates opening of the throttle valve 112 to control the amount of air drawn into the intake manifold 110.

Luft von dem Einlasskrümmer 110 wird in die Zylinder der Kraftmaschine 102 gezogen. Während die Kraftmaschine 102 mehrere Zylinder aufweisen kann, ist zu Veranschaulichungszwecken ein einzelner repräsentativer Zylinder 118 gezeigt. Beispielhaft kann die Kraftmaschine 102 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10 und/oder 12 Zylinder aufweisen. Das ECM 114 kann ein Zylinderaktormodul 120 anweisen, einige der Zylinder selektiv abzuschalten, was die Kraftstoffwirtschaftlichkeit unter gewissen Kraftmaschinenbetriebsbedingungen verbessern kann.Air from the intake manifold 110 is drawn into the cylinders of the engine 102. While the engine 102 may include multiple cylinders, a single representative cylinder 118 is shown for illustrative purposes. By way of example, the engine 102 may have 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10 and/or 12 cylinders. The ECM 114 may instruct a cylinder actuator module 120 to selectively deactivate some of the cylinders, which may improve fuel economy under certain engine operating conditions.

Die Kraftmaschine 102 kann unter Verwendung eines Viertaktzyklus arbeiten. Die im Folgenden beschriebenen vier Takte können als der Einlasstakt, der Verdichtungstakt, der Arbeitstakt und der Ausstoßtakt bezeichnet werden. Während jeder Umdrehung einer Kurbelwelle (nicht gezeigt) finden zwei der vier Takte in dem Zylinder 118 statt. Daher sind zwei Kurbelwellenumdrehungen notwendig, damit der Zylinder 118 allen vier der Takte ausgesetzt ist.The engine 102 may operate using a four-stroke cycle. The four strokes described below can be referred to as the intake stroke, the compression stroke, the power stroke and the exhaust stroke. During each revolution of a crankshaft (not shown), two of the four strokes occur in cylinder 118. Therefore, two crankshaft revolutions are necessary for cylinder 118 to experience all four of the cycles.

Während des Einlasstakts wird Luft von dem Einlasskrümmer 110 in den Zylinder 118 durch ein Einlassventil 122 gezogen. Das ECM 114 steuert ein Kraftstoffaktormodul 124, das die Kraftstoffeinspritzung regelt, um ein Ziel-Luft/KraftstoffVerhältnis zu erzielen. Kraftstoff kann in den Einlasskrümmer 110 an einer zentralen Stelle oder an mehreren Stellen eingespritzt werden, wie nahe dem Einlassventil 122 von jedem der Zylinder. Bei verschiedenen Implementierungen (nicht gezeigt) kann Kraftstoff direkt in die Zylinder oder in Mischkammern, die den Zylindern zugeordnet sind, eingespritzt werden. Das Kraftstoffaktormodul 124 kann die Einspritzung von Kraftstoff in Zylinder, die deaktiviert sind, anhalten.During the intake stroke, air is drawn from the intake manifold 110 into the cylinder 118 through an intake valve 122. The ECM 114 controls a fuel actuator module 124 that regulates fuel injection to achieve a target air/fuel ratio. Fuel may be injected into the intake manifold 110 at a central location or at multiple locations, such as near the intake valve 122 of each of the cylinders. In various implementations (not shown), fuel may be injected directly into the cylinders or into mixing chambers associated with the cylinders. The fuel actuator module 124 may stop injecting fuel into cylinders that are deactivated.

Der eingespritzte Kraftstoff mischt sich mit Luft und erzeugt ein Luft/Kraftstoff-Gemisch in dem Zylinder 118. Während des Verdichtungstaktes komprimiert ein Kolben (nicht gezeigt) in dem Zylinder 118 das Luft/Kraftstoff-Gemisch. Ein Zündaktormodul 126 setzt eine Zündkerze 128 in dem Zylinder 118 auf der Grundlage eines Signals von dem ECM 114 unter Strom, was das Luft/Kraftstoff-Gemisch zündet. Die Zeiteinstellung des Zündfunkens kann im Vergleich zu dem Zeitpunkt, zu dem der Kolben in seiner obersten Position ist, was als oberer Totpunkt (TDC) bezeichnet wird, spezifiziert werden.The injected fuel mixes with air and creates an air/fuel mixture in the cylinder 118. During the compression stroke, a piston (not shown) in the cylinder 118 compresses the air/fuel mixture. An ignition actuator module 126 energizes a spark plug 128 in the cylinder 118 based on a signal from the ECM 114, igniting the air/fuel mixture. The spark timing can be specified relative to when the piston is at its top position, referred to as top dead center (TDC).

Das Zündaktormodul 126 kann durch ein Zündzeitpunktsignal gesteuert werden, das festlegt, wie weit vor oder nach dem OT der Zündfunken erzeugt werden soll. Da die Kolbenposition direkt mit der Kurbelwellendrehung in Verbindung steht, kann ein Betrieb des Zündaktormoduls 126 mit dem Kurbelwellenwinkel synchronisiert sein. Die Erzeugung von Zündfunken kann als ein Zündereignis bezeichnet werden. Das Zündaktormodul 126 kann die Fähigkeit haben, den Zündzeitpunkt des Zündfunkens für jedes Zündereignis zu variieren. Wenn die Zündfunken-Zeiteinstellung zwischen einem letzten Zündereignis und dem nächsten Zündereignis geändert wird, kann das Zündaktormodul 126 die Zündfunken-Zeiteinstellung für ein nächstes Zündereignis variieren. Das Zündaktormodul 126 kann die Bereitstellung des Zündfunkens für deaktivierte Zylinder anhalten. The ignition actuator module 126 can be controlled by an ignition timing signal that determines how far before or after TDC the spark should be generated. Since piston position is directly related to crankshaft rotation, operation of the ignition actuator module 126 may be synchronized with crankshaft angle. The production of sparks can be referred to as an ignition event. The ignition actuator module 126 may have the ability to vary the ignition timing of the spark for each ignition event. If the spark timing is changed between a last ignition event and the next ignition event, the ignition actuator module 126 may vary the spark timing for a next ignition event. The ignition actuator module 126 may stop providing spark to deactivated cylinders.

Während des Verbrennungstakts treibt die Verbrennung des Luft/KraftstoffGemisches den Kolben weg von dem OT, wodurch die Kurbelwelle angetrieben wird. Der Verbrennungstakt kann als die Zeitdauer zwischen dem Zeitpunkt, zu dem der Kolben den TDC erreicht, und dem Zeitpunkt, zu dem der Kolben den unteren Totpunkt (BDC) erreicht, definiert werden. Während des Ausstoßtakts beginnt sich der Kolben von dem BDC wegzubewegen, wobei er die Nebenprodukte der Verbrennung durch ein Auslassventil 130 ausstößt. Die Nebenprodukte der Verbrennung werden von dem Fahrzeug über ein Abgassystem 134 ausgestoßen. Das Abgassystem 134 weist einen Katalysator 136 auf, wie einen Drei-Wege-Katalysator (TWC). Der Katalysator 136 reagiert mit einer oder mehreren Komponenten des durch den Katalysator 136 strömenden Abgases. Wenn das Abgas kraftstoffarm (sauerstoffreich) ist, speichert der Katalysator 136 Sauerstoff.During the combustion stroke, combustion of the air/fuel mixture drives the piston away from TDC, thereby driving the crankshaft. The combustion stroke can be defined as the time period between the time the piston reaches TDC and the time the piston reaches bottom dead center (BDC). During the exhaust stroke, the piston begins to move away from the BDC, expelling the byproducts of combustion through an exhaust valve 130. The byproducts of combustion are expelled from the vehicle via an exhaust system 134. The exhaust system 134 includes a catalyst 136, such as a three-way catalytic converter (TWC). The catalyst 136 reacts with one or more components of the exhaust gas flowing through the catalyst 136. When the exhaust is fuel poor (oxygen rich), the catalytic converter stores 136 oxygen.

Das Einlassventil 122 kann durch eine Einlassnockenwelle 140 gesteuert werden, während das Abgasventil 130 durch eine Auslassnockenwelle 142 gesteuert werden kann. Bei verschiedenen Implementierungen können mehrere Einlassnockenwellen (einschließlich der Einlassnockenwelle 140) mehrere Einlassventile (einschließlich dem Einlassventil 122) für den Zylinder 118 steuern und/oder können die Einlassventile (einschließlich dem Einlassventil 122) mehrerer Zylinderbänke von Zylindern (einschließlich dem Zylinder 118) steuern. In ähnlicher Weise können mehrere Abgasnockenwellen (einschließlich der Abgasnockenwelle 142) mehrere Abgasventile für den Zylinder 118 steuern und/oder können Abgasventile (einschließlich dem Abgasventil 130) für mehrere Zylinderbänke (einschließlich dem Zylinder 118) steuern. Bei verschiedenen anderen Implementierungen können das Einlassventil 122 und/oder das Auslassventil 130 durch andere Vorrichtungen als Nockenwellen wie etwa durch nockenlose Ventilaktoren gesteuert werden. Das Zylinderaktormodul 120 kann den Zylinder 118 durch Deaktivieren eines Öffnens des Einlassventils 122 und/oder des Abgasventils 130 deaktivieren.The intake valve 122 may be controlled by an intake camshaft 140 while the exhaust valve 130 may be controlled by an exhaust camshaft 142. In various implementations, multiple intake camshafts (including intake camshaft 140) may control multiple intake valves (including intake valve 122) for cylinder 118 and/or may control the intake valves (including intake valve 122) of multiple cylinder banks of cylinders (including cylinder 118). Similarly, multiple exhaust camshafts (including exhaust camshaft 142) may control multiple exhaust valves for cylinder 118 and/or may control exhaust valves (including exhaust valve 130) for multiple cylinder banks (including cylinder 118). In various other implementations, the intake valve 122 and/or the exhaust valve 130 may be controlled by devices other than camshafts, such as camless valve actuators. The cylinder actuator module 120 may deactivate the cylinder 118 by disabling opening of the intake valve 122 and/or the exhaust valve 130.

Der Zeitpunkt, zu dem das Einlassventil 122 geöffnet wird, kann in Bezug auf den Kolben-TDC durch einen Einlassnocken-Phasensteller 148 geändert werden. Der Zeitpunkt, zu dem das Auslassventil 130 geöffnet wird, kann in Bezug auf den Kolben-TDC durch einen Auslassnocken-Phasensteller 150 geändert werden. Ein Phasenstelleraktormodul 158 kann den Einlassnockenphasensteller 148 und den Auslassnockenphasensteller 150 auf Grundlage von Signalen von dem ECM 114 steuern. Wenn ein variabler Ventilhub implementiert ist (nicht gezeigt), kann er ebenfalls durch das Phasensteller-Aktormodul 158 gesteuert werden.The timing at which the intake valve 122 is opened may be changed with respect to the piston TDC by an intake cam phaser 148. The timing at which the exhaust valve 130 is opened may be changed with respect to the piston TDC by an exhaust cam phaser 150. A phaser actuator module 158 may control the intake cam phaser 148 and the exhaust cam phaser 150 based on signals from the ECM 114. If variable valve lift is implemented (not shown), it may also be controlled by the phaser actuator module 158.

Das Kraftmaschinensystem 100 kann einen Turbolader enthalten, der eine heiße Turbine 160-1 enthält, die durch heiße Abgase, die durch das Abgassystem 134 strömen, mit Leistung versorgt wird. Außerdem enthält der Turbolader einen Kaltluftverdichter 160-2, der durch die Turbine 160-1 angetrieben wird. Der Verdichter 160-2 verdichtet Luft, die in die Drosselklappe 112 führt. Bei verschiedenen Implementierungen kann ein durch die Kurbelwelle angetriebener Lader (nicht gezeigt) Luft von der Drosselklappe 112 verdichten und die Druckluft an den Einlasskrümmer 110 liefern.The engine system 100 may include a turbocharger that includes a hot turbine 160-1 that is powered by hot exhaust gases flowing through the exhaust system 134. The turbocharger also includes a cold air compressor 160-2, which is driven by the turbine 160-1. The compressor 160-2 compresses air that enters the throttle valve 112. In various implementations, a crankshaft-driven supercharger (not shown) may compress air from the throttle 112 and deliver the compressed air to the intake manifold 110.

Ein Abgasregelventil 162 kann ermöglichen, dass Abgas die Turbine 160-1 umgeht, wodurch der durch den Turbolader bereitgestellte Ladedruck (der Betrag der Einlassluftverdichtung) verringert wird. Das Ladedruckaktormodul 164 kann den Ladedruck des Turboladers dadurch steuern, dass es das Öffnen des Ladedruckregelventils 162 steuert. Bei verschiedenen Implementierungen können zwei oder mehr Turbolader implementiert sein und können diese durch das Ladedruckaktormodul 164 gesteuert werden.An exhaust control valve 162 may allow exhaust to bypass the turbine 160-1, thereby reducing the boost pressure (the amount of intake air compression) provided by the turbocharger. The wastegate actuator module 164 may control the boost pressure of the turbocharger by controlling the opening of the wastegate 162. In various implementations, two or more turbochargers may be implemented and may be controlled by the boost actuator module 164.

Ein Luftkühler (nicht gezeigt) kann Wärme von der Druckluftladung an ein Kühlmedium wie etwa an ein Kraftmaschinenkühlmittel oder an Luft übertragen. Ein Luftkühler, der die Druckluftladung unter Verwendung von Kraftmaschinenkühlmittel kühlt, kann als ein Zwischenkühler bezeichnet werden. Ein Luftkühler, der die Druckluftladung unter Verwendung von Luft kühlt, kann als ein Ladeluftkühler bezeichnet werden. Die Druckluftladung kann Wärme z. B. über Verdichtung und/oder von Komponenten des Abgassystems 134 empfangen. Obgleich die Turbine 160-1 und der Verdichter 160-2 zu Veranschaulichungszwecken getrennt gezeigt sind, können sie aneinander angebracht sein, was Einlassluft in nächster Nähe zu heißem Abgas anordnet.An air cooler (not shown) may transfer heat from the compressed air charge to a cooling medium such as engine coolant or air. An air cooler that cools the compressed air charge using engine coolant may be referred to as an intercooler. An air cooler that cools the compressed air charge using air may be referred to as an intercooler. The compressed air charge can heat e.g. B. received via compression and/or from components of the exhaust system 134. Although the turbine 160-1 and the compressor 160-2 are separated for illustrative purposes As shown, they may be attached to each other, placing intake air in close proximity to hot exhaust.

Das Kraftmaschinensystem 100 kann ein Abgasrückführungs-(AGR)-Ventil 170 aufweisen, das Abgas selektiv zurück an den Einlasskrümmer 110 lenkt. Das AGR-Ventil 170 kann stromaufwärts der Turbine 160-1 des Turboladers positioniert sein. Das AGR-Ventil 170 kann durch ein AGR-Aktormodul 172 auf der Grundlage von Signalen von dem ECM 114 gesteuert werden.The engine system 100 may include an exhaust gas recirculation (EGR) valve 170 that selectively directs exhaust gas back to the intake manifold 110. The EGR valve 170 may be positioned upstream of the turbocharger turbine 160-1. The EGR valve 170 may be controlled by an EGR actuator module 172 based on signals from the ECM 114.

Ein stromaufwärtiger Sauerstoffsensor 176 misst eine Menge (z.B. Konzentration) von Sauerstoff in dem Abgas, das in den Katalysator 136 strömt. Ein stromabwärtiger Sauerstoffsensor 177 misst eine Menge (z.B. Konzentration) von Sauerstoff in dem Abgas stromabwärts des Katalysators 136. Das ECM 114 kann Signale von den Sensoren und/oder von einem oder von mehreren anderen Sensoren verwenden, um Steuerentscheidungen für das Kraftmaschinensystem 100 zu treffen.An upstream oxygen sensor 176 measures an amount (e.g., concentration) of oxygen in the exhaust gas flowing into the catalytic converter 136. A downstream oxygen sensor 177 measures an amount (e.g., concentration) of oxygen in the exhaust gas downstream of the catalytic converter 136. The ECM 114 may use signals from the sensors and/or from one or more other sensors to make control decisions for the engine system 100.

Unter Verwendung eines Kurbelwellenpositionssensors 180 kann eine Position der Kurbelwelle gemessen werden. Auf der Grundlage der Kurbelwellenposition kann eine Drehzahl der Kurbelwelle (eine Kraftmaschinendrehzahl) bestimmt werden. Unter Verwendung eines Kraftmaschinenkühlmitteltemperatur-Sensors (ECT-Sensors) 182 kann eine Temperatur des Kraftmaschinenkühlmittels gemessen werden. Der ECT-Sensor 182 kann in der Kraftmaschine 102 oder an anderen Stellen angeordnet sein, an denen das Kühlmittel zirkuliert wird, wie einem Kühler (nicht gezeigt).Using a crankshaft position sensor 180, a position of the crankshaft can be measured. Based on the crankshaft position, a speed of the crankshaft (an engine speed) may be determined. Using an engine coolant temperature (ECT) sensor 182, a temperature of the engine coolant may be measured. The ECT sensor 182 may be located in the engine 102 or other locations where coolant is circulated, such as a radiator (not shown).

Unter Verwendung eines Krümmerabsolutdruck-Sensors (MAP-Sensors) 184 kann ein Druck innerhalb des Einlasskrümmers 110 gemessen werden. Bei verschiedenen Implementierungen kann ein Kraftmaschinenunterdruck, der die Differenz zwischen Umgebungsluftdruck und dem Druck in dem Einlasskrümmer 110 ist, gemessen werden. Unter Verwendung eines Luftmassenströmungs-Sensors (MAF-Sensors) 186 kann ein Massendurchfluss der in den Einlasskrümmer 110 strömenden Luft gemessen werden. Bei verschiedenen Implementierungen kann der MAF-Sensor 186 in einem Gehäuse angeordnet sein, das auch das Drosselklappenventil 112 aufweist.Using a manifold absolute pressure (MAP) sensor 184, a pressure within the intake manifold 110 may be measured. In various implementations, engine vacuum, which is the difference between ambient air pressure and the pressure in the intake manifold 110, may be measured. Using a mass air flow (MAF) sensor 186, a mass flow rate of air flowing into the intake manifold 110 may be measured. In various implementations, the MAF sensor 186 may be located in a housing that also includes the throttle valve 112.

Das Drosselklappenaktormodul 116 kann die Position des Drosselklappenventils 112 unter Verwendung eines oder mehrerer Drosselpositionssensoren (TPS von engl.: „throttle position sensor“) 190 überwachen. Unter Verwendung eines Einlasslufttemperatur-Sensors (IAT-Sensors) 192 kann eine Umgebungstemperatur der in die Kraftmaschine 102 angesaugten Luft gemessen werden. Außerdem kann das Kraftmaschinensystem 100 einen oder mehrere andere Sensoren 193 wie etwa einen Umgebungsfeuchtigkeitssensor, einen oder mehrere Klopfsensoren, einen Verdichterauslassdrucksensor und/oder einen Drosseleinlassluftdruck-(TIPA) -Sensor, einen Ladedruckregelventil-Positionssensor, einen AGR-Positionssensor und/oder einen oder mehrere andere geeignete Sensoren enthalten. Der TIAP-Sensor kann den Druck stromabwärts des Kompressors 160-2 und stromaufwärts von dem Drosselventil 112 messen. Das ECM 114 kann Signale von den Sensoren verwenden, um Steuerentscheidungen für das Kraftmaschinensystem 100 zu treffen.The throttle actuator module 116 may monitor the position of the throttle valve 112 using one or more throttle position sensors (TPS) 190. Using an intake air temperature (IAT) sensor 192, an ambient temperature of the air drawn into the engine 102 may be measured. Additionally, the engine system 100 may include one or more other sensors 193 such as an ambient humidity sensor, one or more knock sensors, a compressor outlet pressure sensor and/or a throttle inlet air pressure (TIPA) sensor, a wastegate position sensor, an EGR position sensor, and/or one or more other suitable sensors included. The TIAP sensor may measure the pressure downstream of the compressor 160-2 and upstream of the throttle valve 112. The ECM 114 may use signals from the sensors to make control decisions for the engine system 100.

Das ECM 114 kann mit einem Getriebesteuermodul 194 kommunizieren, um ein Schalten von Gängen in einem Getriebe (nicht gezeigt) zu koordinieren. Beispielsweise kann das ECM 114 ein Kraftmaschinendrehmoment während eines Gangschaltens reduzieren. Das ECM 114 kann mit einem Hybridsteuermodul 196 kommunizieren, um einen Betrieb der Kraftmaschine 102 und eines Elektromotors 198 zu koordinieren.The ECM 114 may communicate with a transmission control module 194 to coordinate shifting gears in a transmission (not shown). For example, the ECM 114 may reduce engine torque during a gear shift. The ECM 114 may communicate with a hybrid control module 196 to coordinate operation of the engine 102 and an electric motor 198.

Der Elektromotor 198 kann auch als ein Generator dienen und kann dazu verwendet werden, elektrische Energie zur Verwendung durch elektrische Fahrzeugsysteme und/oder zur Speicherung in einer Batterie zu erzeugen. In verschiedenen Implementierungen können verschiedene Funktionen des ECM 114, des Getriebesteuermoduls 194 und des Hybridsteuermoduls 196 in einem oder in mehreren Modulen integriert sein.The electric motor 198 may also serve as a generator and may be used to generate electrical energy for use by vehicle electrical systems and/or for storage in a battery. In various implementations, various functions of the ECM 114, the transmission control module 194, and the hybrid control module 196 may be integrated into one or more modules.

Jedes System, das einen Kraftmaschinenparameter variiert, kann als ein Kraftmaschinenaktor bezeichnet werden. Zum Beispiel kann das Drosselaktormodul 116 die Öffnung der Drosselklappe 116 einstellen, um eine Ziel-DrosselklappenÖffnungsfläche zu erzielen. Das Zündaktormodul 126 steuert die Zündkerzen, um eine Ziel-Zündfunken-Zeiteinstellung relativ zum Kolben-TDC zu erzielen. Das Kraftstoffaktormodul 124 steuert die Kraftstoffeinspritzeinrichtungen, um Ziel-Kraftstoffbeaufschlagungsparameter zu erzielen. Das Phasensteller-Aktormodul 158 kann den Einlassnocken-Phasensteller und den Auslassnocken-Phasensteller 148 und 150 steuern, um Ziel-Einlassnocken-Phasenstellerwinkel bzw. Ziel-Auslassnocken-Phasenstellerwinkel zu erzielen. Das AGR-Aktormodul 172 kann das AGR-Ventil 170 steuern, um eine Ziel-AGR-Öffnungsfläche zu erzielen. Das Ladedruckaktormodul 164 steuert das Ladedruckregelventil 162, um eine Ziel-Ladedruckregelventil-Öffnungsfläche zu erzielen. Das Zylinderaktormodul 120 steuert die Zylinderdeaktivierung, um eine Ziel-Anzahl aktivierter oder deaktivierter Zylinder zu erzielen.Any system that varies an engine parameter may be referred to as an engine actuator. For example, the throttle actuator module 116 may adjust the opening of the throttle 116 to achieve a target throttle opening area. The ignition actuator module 126 controls the spark plugs to achieve a target spark timing relative to the piston TDC. The fuel actuator module 124 controls the fuel injectors to achieve target fueling parameters. The phaser actuator module 158 may control the intake cam phaser and the exhaust cam phaser 148 and 150 to achieve target intake cam phaser angles and target exhaust cam phases, respectively to achieve plate angle. The EGR actuator module 172 may control the EGR valve 170 to achieve a target EGR opening area. The wastegate actuator module 164 controls the wastegate 162 to achieve a target wastegate opening area. The cylinder actuator module 120 controls cylinder deactivation to achieve a target number of activated or deactivated cylinders.

Das ECM 114 erzeugt die Zielwerte für die Kraftmaschinenaktoren, um zu veranlassen, dass die Kraftmaschine 102 ein Ziel-Kraftmaschinen-Ausgangsdrehmoment erzeugt. Wie im Folgenden weiter diskutiert wird, erzeugt das ECM 114 die Zielwerte für die Kraftmaschinenaktoren unter Verwendung der Modellvorhersagesteuerung.The ECM 114 generates the target values for the engine actuators to cause the engine 102 to produce a target engine output torque. As discussed further below, the ECM 114 generates the target values for the engine actuators using model predictive control.

Mit Bezug nun auf 2 weist eine beispielhafte Implementierung des ECM 114 ein Fahrdrehmomentmodul 114 auf. Das Fahrerdrehmomentmodul 202 bestimmt auf der Grundlage einer Fahrereingabe 206 von dem Fahrereingabemodul 104 eine Fahrerdrehmomentanforderung 204. Die Fahrereingabe 206 kann z. B. auf einer Position eines Fahrpedals und auf einer Position eines Bremspedals beruhen. Außerdem kann die Fahrereingabe 206 auf einem Fahrtregler beruhen, der ein adaptives Fahrtregelungssystem sein kann, das die Fahrzeuggeschwindigkeit variiert, um einen vorgegebenen Folgeabstand einzuhalten. Das Fahrerdrehmomentmodul 202 kann eine oder mehrere Kennlinien der Fahrpedalposition auf das Zieldrehmoment speichern und kann auf der Grundlage einer ausgewählten der Kennlinie die Fahrerdrehmomentanforderung 204 bestimmen. Das Fahrerdrehmomentmodul 202 kann auch einen oder mehrere Filter anwenden, um die Rate von Änderungen der Fahrerdrehmomentanforderung 204 zu begrenzen.With reference now to 2 An example implementation of the ECM 114 includes a driving torque module 114. The driver torque module 202 determines a driver torque request 204 based on a driver input 206 from the driver input module 104. The driver input 206 may e.g. B. based on a position of an accelerator pedal and on a position of a brake pedal. Additionally, the driver input 206 may be based on a cruise controller, which may be an adaptive cruise control system that varies vehicle speed to maintain a predetermined following distance. The driver torque module 202 may store one or more accelerator pedal position characteristics to the target torque and may determine the driver torque request 204 based on a selected one of the characteristics. The driver torque module 202 may also apply one or more filters to limit the rate of changes to the driver torque request 204.

Ein Achsdrehmoment-Arbitrierungsmodul 208 arbitriert zwischen der Fahrerdrehmomentanforderung 204 und anderen Achsdrehmomentanforderungen 210. Das Achsendrehmoment (Drehmoment an den Rädern) kann durch verschiedene Quellen erzeugt werden, einschließlich einer Kraftmaschine und/oder einem Elektromotor. Zum Beispiel können die Achsdrehmomentanforderungen 210 eine Drehmomentverringerung umfassen, die durch ein Traktionssteuersystem angefordert wird, wenn ein positiver Radschlupf detektiert wird. Ein positiver Radschlupf findet statt, wenn ein Achsendrehmoment eine Reibung zwischen den Rädern und der Straßenoberfläche überwindet und die Räder beginnen, gegen die Straßenfläche zu rutschen. Außerdem können die Achsdrehmomentanforderungen 210 eine Drehmomenterhöhungsanforderung erhalten, um einem negativen Radschlupf entgegenzuwirken, bei dem ein Reifen des Fahrzeugs in der anderen Richtung in Bezug auf die Straßenoberfläche rutscht, da das Achsdrehmoment negativ ist.An axle torque arbitration module 208 arbitrates between the driver torque request 204 and other axle torque requests 210. The axle torque (torque at the wheels) may be generated by various sources, including an engine and/or an electric motor. For example, axle torque requests 210 may include a torque reduction requested by a traction control system when positive wheel slip is detected. Positive wheel slip occurs when axle torque overcomes friction between the wheels and the road surface and the wheels begin to slip against the road surface. Additionally, the axle torque requests 210 may include a torque increase request to counteract negative wheel slip, in which a tire of the vehicle slips in the other direction with respect to the road surface because the axle torque is negative.

Außerdem können die Achsdrehmomentanforderungen 210 Bremsmanagementanforderungen und Fahrzeugübergeschwindigkeits-Drehmomentanforderungen umfassen. Bremsmanagementanforderungen können ein Achsendrehmoment reduzieren, um sicherzustellen, dass das Achsendrehmoment die Fähigkeit der Bremsen zum Halten des Fahrzeugs, wenn das Fahrzeug gestoppt wird, nicht überschreitet. Fahrzeugübergeschwindigkeitsdrehmomentanforderungen können das Achsendrehmoment reduzieren, um zu verhindern, dass das Fahrzeug eine vorbestimmte Geschwindigkeit überschreitet. Die Achsdrehmomentanforderungen 210 können ebenfalls durch Fahrzeugstabilitätssteuersysteme erzeugt werden.Additionally, the axle torque requests 210 may include brake management requests and vehicle overspeed torque requests. Brake management requirements may reduce axle torque to ensure that axle torque does not exceed the ability of the brakes to hold the vehicle when the vehicle is stopped. Vehicle overspeed torque requests may reduce axle torque to prevent the vehicle from exceeding a predetermined speed. The axle torque requests 210 may also be generated by vehicle stability control systems.

Das Achsdrehmoment-Arbitrierungsmodul 208 gibt eine Achsdrehmomentanforderung 212 auf der Grundlage der Ergebnisse einer Arbitrierung zwischen den empfangenen Achsdrehmomentanforderungen 204 und 210 aus. Wie im Folgenden beschrieben wird, kann die Achsdrehmomentanforderung 212 von dem Achsdrehmoment-Arbitrierungsmodul 208 wahlweise durch andere Module des ECM 114 eingestellt werden, bevor sie zum Steuern der Kraftmaschinenaktoren verwendet werden.The axle torque arbitration module 208 outputs an axle torque request 212 based on the results of an arbitration between the received axle torque requests 204 and 210. As described below, the axle torque request 212 from the axle torque arbitration module 208 may optionally be adjusted by other modules of the ECM 114 before being used to control the engine actuators.

Das Achsdrehmoment-Arbitrierungsmodul 208 kann die Achsdrehmomentanforderung 212 an ein Vortriebsdrehmoment-Arbitrierungsmodul 214 ausgeben. Bei verschiedenen Implementierungen kann das Achsdrehmomentarbitrierungsmodul 208 die Achsendrehmomentanforderung 212 an ein Hybridoptimierungsmodul 216 ausgeben. Das Hybridoptimierungsmodul 216 kann bestimmen, wie viel Drehmoment durch die Kraftmaschine 102 erzeugt werden sollte und wie viel Drehmoment durch den Elektromotor 198 erzeugt werden sollte. Das Hybridoptimierungsmodul 216 gibt dann eine modifizierte Achsendrehmomentanforderung 218 an das Antriebsdrehmoment-Arbitrierungsmodul 214 aus.The axle torque arbitration module 208 may output the axle torque request 212 to a propulsion torque arbitration module 214. In various implementations, the axle torque arbitration module 208 may output the axle torque request 212 to a hybrid optimization module 216. The hybrid optimization module 216 may determine how much torque should be generated by the engine 102 and how much torque should be generated by the electric motor 198. The hybrid optimization module 216 then outputs a modified axle torque request 218 to the drive torque arbitration module 214.

Das Antriebsdrehmoment-Arbitierungsmodul 214 wandelt die Achsendrehmomentanforderung 212 (oder die modifizierte Achsendrehmomentanforderung 218) von einer Achsendrehmomentdomäne (Drehmoment an den Rädern) in eine Antriebsdrehmomentdomäne (Drehmoment an der Kurbelwelle) um. Das Vortriebsdrehmoment-Arbitrierungsmodul 214 arbitriert zwischen der (umgesetzten) Achsdrehmomentanforderung 212 und anderen Vortriebsdrehmomentanforderungen 220. Das Vortriebsdrehmoment-Arbitrierungsmodul 214 erzeugt infolge der Arbitrierung eine Vortriebsdrehmomentanforderung 222.The drive torque arbitration module 214 converts the axle torque request 212 (or the modified axle torque request 218) from an axle torque domain (torque at the wheels) to a drive torque domain (torque at the crankshaft). The propulsion torque arbitration module 214 arbitrates between the (implemented) axle torque request 212 and other propulsion torque requests 220. The propulsion torque arbitration module 214 generates a propulsion torque request 222 as a result of the arbitration.

Die Vortriebsdrehmomentanforderungen 220 können z. B. Drehmomentverringerungen für den Kraftmaschinen-Überdrehzahlschutz, Drehmomenterhöhungen zum Verhindern von Stehenbleiben und durch das Getriebesteuermodul 194 zur Anpassung an Gangschaltungen angeforderte Drehmomentverringerungen enthalten. Außerdem können sich die Vortriebsdrehmomentanforderungen 220 aus einer Kupplungskraftstoffabschaltung ergeben, die das Kraftstoffausgangsdrehmoment verringert, wenn der Fahrer in einem Handschaltgetriebefahrzeug das Kupplungspedal niederdrückt, um ein Hochdrehen der Kraftmaschinendrehzahl zu verhindern.The propulsion torque requirements 220 can e.g. B. Torque reductions for engine overspeed protection, torque increases for stall prevention, and torque reductions requested by the transmission control module 194 to adapt to gear shifts. Additionally, propulsion torque requests 220 may result from a clutch fuel cutoff that reduces fuel output torque when the driver in a manual transmission vehicle depresses the clutch pedal to prevent engine speed from spinning up.

Außerdem können die Vortriebsdrehmomentanforderungen 220 eine Kraftmaschinenabschaltanforderung enthalten, die initiiert werden kann, wenn ein kritischer Fehler detektiert wird. Beispielhaft können kritische Fehler eine Detektion eines Fahrzeugdiebstahls, eines verklemmten Anlassermotors, Probleme einer elektronischen Drosselklappensteuerung sowie unerwartete Drehmomentzunahmen aufweisen. Bei verschiedenen Implementierungen wählt, wenn eine Kraftmaschinenabschaltanforderung vorhanden ist, die Arbitrierung die Kraftmaschinenabschaltanforderung als die gewinnende Anforderung. Wenn die Kraftmaschinenabschaltanforderung vorhanden ist, kann das Vortriebsdrehmoment-Arbitrierungsmodul 214 Null als die Vortriebsdrehmomentanforderung 222 ausgeben.Additionally, the propulsion torque requests 220 may include an engine shutdown request that may be initiated when a critical failure is detected. For example, critical errors may include detection of vehicle theft, a jammed starter motor, electronic throttle control problems, and unexpected torque increases. In various implementations, if an engine shutdown request is present, arbitration selects the engine shutdown request as the winning request. If the engine shutdown request is present, the propulsion torque arbitration module 214 may output zero as the propulsion torque request 222.

Bei verschiedenen Implementierungen kann eine Kraftmaschinenabschaltanforderung die Kraftmaschine 102 separat von dem Arbitrierungsprozess einfach abschalten. Das Vortriebsdrehmoment-Arbitrierungsmodul 214 kann weiterhin die Kraftmaschinenabschaltanforderung empfangen, so dass z. B. geeignete Daten an andere Drehmomentanforderungseinrichtungen rückgekoppelt werden können. Zum Beispiel können alle anderen Drehmomentanforderungseinrichtungen informiert werden, dass sie die Arbitrierung verloren haben.In various implementations, an engine shutdown request may simply shut down the engine 102 separately from the arbitration process. The propulsion torque arbitration module 214 may continue to receive the engine shutdown request such that, for example, B. suitable data can be fed back to other torque request devices. For example, all other torque requesters may be informed that they have lost arbitration.

Ein Drehmomentreservemodul 224 erzeugt eine Drehmomentreserve 226, um Änderungen der Betriebsbedingungen der Kraftmaschine, die das Kraftmaschinenausgangsdrehmoment verringern können, zu kompensieren und/oder eine oder mehrere Lasten zu kompensieren. Bei einem Beispiel können das Luft/Kraftstoff-Verhältnis der Kraftmaschine und/oder der Luftmassenstrom direkt variiert werden, wie durch diagnostische intrusive Äquivalenzverhältnisprüfung und/oder neue Kraftmaschinenspülung. Vor Beginn dieser Prozesse kann das Drehmomentreservemodul 224 die Drehmomentreserve 226 erzeugen oder erhöhen, um Abnahmen im Kraftmaschinen-Ausgangsdrehmoment schnell zu versetzen, die daraus resultieren, dass das Luft / Kraftstoff-Gemisch während dieser Prozesse magerer wird.A torque reserve module 224 generates a torque reserve 226 to compensate for changes in engine operating conditions that may reduce engine output torque and/or to compensate for one or more loads. In one example, the engine air/fuel ratio and/or mass air flow may be varied directly, such as through diagnostic intrusive equivalent ratio testing and/or new engine flushing. Prior to beginning these processes, the torque reserve module 224 may create or increase the torque reserve 226 to quickly offset decreases in engine output torque that result from the air/fuel mixture becoming leaner during these processes.

Das Drehmomentreservemodul 224 kann auch die Drehmomentreserve 226 in Erwartung einer zukünftigen Last erzeugen oder erhöhen, wie einen Betrieb der Servolenkungspumpe oder den Eingriff einer Kupplung des Klimaanlagen-(A/C)-Kompressors. Das Drehmomentreservemodul 224 kann die Drehmomentreserve 226 für den Eingriff der A/C-Kompressorkupplung erstellen oder erhöhen, wenn der Fahrer zunächst eine Luftklimatisierung anfordert. Dann kann, wenn die A/ C-Kompressorkupplung in Eingriff tritt, das Drehmomentreservemodul 224 die Drehmomentreserve 226 um einen Betrag gleich der geschätzten Belastung der A/C-Kompressorkupplung verringern.The torque reserve module 224 may also create or increase the torque reserve 226 in anticipation of a future load, such as operation of the power steering pump or engagement of an air conditioning (A/C) compressor clutch. The torque reserve module 224 may create or increase the torque reserve 226 for A/C compressor clutch engagement when the driver initially requests air conditioning. Then, when the A/C compressor clutch engages, the torque reserve module 224 may reduce the torque reserve 226 by an amount equal to the estimated load on the A/C compressor clutch.

Ein Zielerzeugungsmodul 228 erzeugt Zielwerte für die Kraftmaschinenaktoren auf der Basis der Vortriebsdrehmomentanforderung 222, der Drehmomentreserve 226 und anderen Parametern, wie weiter unten diskutiert ist. Das Zielwert-Erzeugungsmodul 228 erzeugt die Zielwerte unter Verwendung einer Modellvorhersagesteuerung (MPC von model predictive control). Die Vortriebsdrehmomentanforderung 222 kann ein Bremsdrehmoment sein. Das Bremsdrehmoment kann sich auf ein Drehmoment bei der Kurbelwelle unter den aktuellen Betriebsbedingungen beziehen.A target generation module 228 generates target values for the engine actuators based on the propulsion torque request 222, the torque reserve 226, and other parameters, as discussed further below. The target value generation module 228 generates the target values using model predictive control (MPC). The propulsion torque request 222 may be a braking torque. The braking torque may refer to a torque at the crankshaft under the current operating conditions.

Die Zielwerte umfassen eine Ziel-Ladedruckregelventil-Öffnungsfläche 230, eine Ziel-Drosselöffnungsfläche 232, eine Ziel-AGR-Öffnungsfläche 234, einen Ziel-Einlassnocken-Phasenstellerwinkel 236 und einen Ziel-Auslassnocken-Phasenstellerwinkel 238. Die Zielwerte umfassen auch eine Ziel-Zündzeiteinstellung 240, eine zu aktivierende Ziel-Zylinderzahl 242 und Ziel-Kraftstoffbeaufschlagungsparameter 244. Das Ladedruckaktormodul 164 steuert das Ladedruckregelventil 162, um die Ziel-Ladedruckregelventil-Öffnungsfläche 230 zu erzielen. Zum Beispiel kann ein erstes Umsetzungsmodul 248 die Ziel-Ladedruckregelventil-Öffnungsfläche 230 in einen Ziel-Tastgrad 250 umsetzen, der an das Ladedruckregelventil 162 angelegt werden soll, und das Ladedruckaktormodul 164 kann auf der Grundlage des Ziel-Tastgrads 250 ein Signal an das Ladedruckregelventil 162 anlegen. In verschiedenen Implementierungen kann das erste Umsetzungsmodul 248 die Ziel-Ladedruckregelventil-Öffnungsfläche 230 in eine Ziel-Ladedruckregelventil-Position (nicht gezeigt) umsetzen und die Ziel-Ladedruckregelventil-Position in den Ziel-Tastgrad 250 umsetzen.The target values include a target wastegate opening area 230, a target throttle opening area 232, a target EGR opening area 234, a target intake cam phasing angle 236 and a target exhaust cam phasing angle 238. The target values also include a target ignition timing setting 240 , a target cylinder number 242 to be activated, and target fueling parameters 244. The wastegate actuator module 164 controls the wastegate 162 to achieve the target wastegate opening area 230. For example, a first translation module 248 may translate the target wastegate opening area 230 into a target duty cycle 250 to be applied to the wastegate 162, and the wastegate actuator module 164 may provide a signal to the wastegate 162 based on the target duty cycle 250 invest. In various implementations, the first translation module 248 may translate the target wastegate opening area 230 to a target wastegate position (not shown) and translate the target wastegate position to the target duty cycle 250.

Das Drosselaktormodul 116 steuert das Drosselventil 112, um die Ziel-Drosselöffnungsfläche 232 zu erzielen. Zum Beispiel kann ein zweites Umsetzungsmodul 252 die Ziel-Drosselöffnungsfläche 232 in einen Ziel-Tastgrad 254 umsetzen, der an das Drosselventil 112 angelegt werden soll, und das Drosselaktormodul 116 kann auf der Grundlage des Ziel-Tastgrads 254 ein Signal an das Drosselventil 112 anlegen. In verschiedenen Implementierungen kann das zweite Umsetzungsmodul 252 die Ziel-Drosselöffnungsfläche 232 in eine Ziel-Drosselklappenposition (nicht gezeigt) umsetzen und die Ziel-Drosselklappenposition in den Ziel-Tastgrad 254 umsetzen.The throttle actuator module 116 controls the throttle valve 112 to achieve the target throttle opening area 232. For example, a second translation module 252 may translate the target throttle opening area 232 into a target duty cycle 254 to be applied to the throttle valve 112, and the throttle actuator module 116 may apply a signal to the throttle valve 112 based on the target duty cycle 254. In various implementations, the second translation module 252 may translate the target throttle opening area 232 into a target throttle position (not shown) and translate the target throttle position into the target duty cycle 254.

Das AGR-Aktormodul 172 steuert das AGR-Ventil 170, um die Ziel-AGR-Öffnungsfläche 234 zu erzielen. Zum Beispiel kann ein drittes Umsetzungsmodul 256 die Ziel-AGR-Öffnungsfläche 234 in einen Ziel-Tastgrad 258 umsetzen, der an das AGR-Ventil 170 angelegt werden soll, und das AGR-Aktormodul 172 kann auf der Grundlage des Ziel-Tastgrads 258 ein Signal an das AGR-Ventil 170 anlegen. In verschiedenen Implementierungen kann das dritte Umsetzungsmodul 256 die Ziel-AGR-Öffnungsfläche 234 in eine Ziel-AGR-Position (nicht gezeigt) umsetzen und die Ziel-AGR-Position in den Ziel-Tastgrad 258 umsetzen.The EGR actuator module 172 controls the EGR valve 170 to achieve the target EGR opening area 234. For example, a third translation module 256 may translate the target EGR opening area 234 into a target duty cycle 258 to be applied to the EGR valve 170, and the EGR actuator module 172 may generate a signal based on the target duty cycle 258 to the EGR valve 170. In various implementations, the third translation module 256 may translate the target EGR opening area 234 to a target EGR position (not shown) and the target EGR position to the target duty cycle 258.

Das Phasensteller-Aktormodul 158 steuert den Einlassnocken-Phasensteller 148, um den Ziel-Einlassnocken-Phasenstellerwinkel 236 zu erzielen. Außerdem steuert das Phasensteller-Aktormodul 158 den Auslassnocken-Phasensteller 150, um den Ziel-Auslassnocken-Phasenstellerwinkel 238 zu erzielen. In verschiedenen Implementierungen kann ein viertes Umsetzungsmodul (nicht gezeigt) enthalten sein und den Ziel-Einlassnocken-Phasenstellerwinkel und den Ziel-Auslassnocken-Phasenstellerwinkel 236 und 238 in einen Ziel-Einlasstastgrad bzw. in einen Ziel-Auslasstastgrad umsetzen. Das Phasensteller-Aktormodul 158 kann den Ziel-Einlasstastgrad und den Ziel-Auslasstastgrad an den Einlassnocken-Phasensteller und an den Auslassnocken-Phasensteller 148 bzw. 150 anlegen. In verschiedenen Implementierungen kann das Zielwert-Erzeugungsmodul 228 einen Ziel-Ventilüberlappungsfaktor und einen effektiven Zielhubraum bestimmen, und das Phasensteller-Aktormodul 158 kann den Einlassnocken-Phasensteller und den Auslassnocken-Phasensteller 148 und 150 steuern, um den Ziel-Überlappungsfaktor und den effektiven Zielhubraum zu erzielen.The phaser actuator module 158 controls the intake cam phaser 148 to achieve the target intake cam phaser angle 236. Additionally, the phaser actuator module 158 controls the exhaust cam phaser 150 to achieve the target exhaust cam phaser angle 238. In various implementations, a fourth translation module (not shown) may be included and translates the target intake cam phasing angle and the target exhaust cam phasing angle 236 and 238 into a target intake duty cycle and a target exhaust duty cycle, respectively. The phaser actuator module 158 may apply the target intake duty cycle and the target exhaust duty cycle to the intake cam phaser and exhaust cam phaser 148 and 150, respectively. In various implementations, the target generation module 228 may determine a target valve overlap factor and a target effective displacement, and the phaser actuator module 158 may control the intake cam phaser and the exhaust cam phaser 148 and 150 to achieve the target overlap factor and the target effective displacement achieve.

Das Zündungsaktormodul 126 liefert auf der Grundlage der Ziel-Zündzeiteinstellung 240 Zündfunken. Das Zylinderaktormodul 120 aktiviert und deaktiviert wahlweise auf der Grundlage der Ziel-Zylinderzahl 242 die Ventile von Zylindern. Außerdem kann die Beaufschlagung mit Kraftstoff und Zündfunken für deaktivierte Zylinder gesperrt werden. Die Ziel-Kraftstoffbeaufschlagungsparameter 244 können zum Beispiel eine Zielanzahl von Kraftstoffeinspritzungen, eine Ziel-Kraftstoffmasse für jede Einspritzung und die Zielstartzeiteinstellung für jede Einspritzung aufweisen. Das Kraftstoffaktormodul 124 steuert die Kraftstoffbeaufschlagung auf der Grundlage der Ziel-Kraftstoffbeaufschlagungsparameter 244.The ignition actuator module 126 delivers 240 sparks based on the target ignition timing setting. The cylinder actuator module 120 selectively activates and deactivates the valves of cylinders based on the target cylinder number 242. In addition, the supply of fuel and spark to deactivated cylinders can be blocked. The target fueling parameters 244 may include, for example, a target number of fuel injections, a target fuel mass for each injection, and the target start timing for each injection. The fuel actuator module 124 controls fueling based on the target fueling parameters 244.

3 ist ein Funktionsblockschaltbild einer beispielhaften Implementierung des Zielwert-Erzeugungsmoduls 228. Nun unter Bezugnahme auf die 2 und 3 kann die Vortriebsdrehmomentanforderung 222 wie oben diskutiert ein Bremsdrehmoment sein. Ein Drehmoment-Umsetzungsmodul 304 setzt die Vortriebsdrehmomentanforderung 222 von einem Bremsdrehmoment in ein Basisdrehmoment um. Die Drehmomentanforderung, die sich aus der Umsetzung in das Basisdrehmoment ergibt, wird als eine Basisdrehmomentanforderung 308 bezeichnet. 3 is a functional block diagram of an example implementation of the target value generation module 228. Now referring to the 2 and 3 The propulsion torque request 222 may be a braking torque as discussed above. A torque conversion module 304 converts the propulsion torque request 222 from a braking torque to a base torque. The torque request resulting from conversion to base torque is referred to as a base torque request 308.

Basisdrehmomente können sich auf ein Drehmoment bei der Kurbelwelle beziehen, das während des Betriebs der Kraftmaschine 102 an einem Dynamometer erzeugt wird, während die Kraftmaschine 102 warm ist und an der Kraftmaschine 102 keine Drehmomentlasten durch Zubehör wie etwa eine Lichtmaschine und den A/C-Kompressor auferlegt werden. Das Drehmoment-Umsetzungsmodul 304 kann die Vortriebsdrehmomentanforderung 222 z. B. unter Verwendung eines Kennfelds oder einer Funktion, die die Bremsdrehmomente mit Basisdrehmomenten in Beziehung setzt, in die Basisdrehmomentanforderung 308 umsetzen. Bei verschiedenen Implementierungen kann das Drehmoment-Umsetzungsmodul 304 die Vortriebsdrehmomentanforderung 222 in einen anderen geeigneten Drehmomenttyp wie etwa in ein indiziertes Drehmoment umsetzen. Ein indiziertes Drehmoment kann sich auf ein Drehmoment bei der Kurbelwelle beziehen, das Arbeit zuzuschreiben ist, die über Verbrennung innerhalb der Zylinder erzeugt wird.Base torques may refer to crankshaft torque generated at a dynamometer during operation of the engine 102 while the engine 102 is warm and there are no torque loads on the engine 102 from accessories such as an alternator and the A/C compressor be imposed. The torque translation module 304 may provide the propulsion torque request 222, e.g. B. into the base torque request 308 using a map or a function that relates the braking torques to base torques. In various implementations, the torque translation module 304 may translate the propulsion torque request 222 into another suitable torque type, such as an indicated torque. An indicated torque may refer to a torque at the crankshaft attributable to work produced via combustion within the cylinders.

Ein MPC-Modul (Modellvorhersage-) Modul 312 erzeugt die Zielwerte 230-244 unter Verwendung von MPC. Das MPC-Modul 312 kann ein einzelnes Modul sein oder kann mehrere Module umfassen. Zum Beispiel kann das MPC-Modul 312 ein Sequenzbestimmungsmodul 316 enthalten. Das Sequenzbestimmungsmodul 316 bestimmt mögliche Sequenzen der Zielwerte 230-244, die während N künftiger Steuerschleifen zusammen verwendet werden können. Jede der möglichen durch das Sequenzbestimmungsmodul 316 identifizierten Sequenzen umfasst für jeden der Zielwerte 230-244 eine Sequenz von N Werten. Mit anderen Worten, jede mögliche Sequenz umfasst eine Sequenz von N Werten für die Ziel-Ladedruckregelventil-Öffnungsfläche 230, eine Sequenz von N Werten für die Ziel-Drosselöffnungsfläche 232, eine Sequenz von N Werten für die Ziel-AGR-Öffnungsfläche 234, eine Sequenz von N Werten für den Ziel-Einlassnocken-Phasenstellerwinkel 236 und eine Sequenz von N Werten für den Ziel-Auslassnocken-Phasenstellerwinkel 238. Jede mögliche Sequenz umfasst auch eine Sequenz von N Werten für die Ziel-Zündzeiteinstellung 240, die Ziel-Zylinderzahl 242 und die Ziel-Kraftstoffbeaufschlagungsparameter 244. Jeder der N Werte entspricht einer der N zukünftigen Steuerschleifen. N ist eine ganze Zahl größer als Eins.An MPC (model prediction) module 312 generates the target values 230-244 using MPC. The MPC module 312 may be a single module or may include multiple modules. For example, the MPC module 312 may include a sequence determination module 316. The sequence determination module 316 determines possible sequences of target values 230-244 that may be used together during N future control loops. Each of the possible sequences identified by the sequence determination module 316 includes a sequence of N values for each of the target values 230-244. With other Wor th, each possible sequence includes a sequence of N values for the target wastegate opening area 230, a sequence of N values for the target throttle opening area 232, a sequence of N values for the target EGR opening area 234, a sequence of N values for the target intake cam phasor angle 236 and a sequence of N values for the target exhaust cam phasor angle 238. Each possible sequence also includes a sequence of N values for the target ignition timing 240, the target cylinder number 242 and the target Fueling parameters 244. Each of the N values corresponds to one of the N future control loops. N is an integer greater than one.

Ein Vorhersagemodul 323 bestimmt auf der Grundlage eines mathematischen Modells 324 der Kraftmaschine 102, exogener Eingaben 328 und Rückkopplungseingaben 330 jeweils das vorhergesagte Ansprechen der Kraftmaschine 102 auf die möglichen Sequenzen der Zielwerte 230-244. Genauer erzeugt das Vorhersagemodul 323 auf der Grundlage einer möglichen Sequenz der Zielwerte 266-270, der exogenen Eingaben 328 und der Rückkopplungseingaben 330 unter Verwendung des Modells 324 eine Sequenz vorhergesagter Drehmomente der Kraftmaschine 102 für die N Steuerschleifen, eine Sequenz vorhergesagter MAPs für die N Steuerschleifen, eine Sequenz vorhergesagter APCs für die N Steuerschleifen, eine Sequenz vorhergesagter Mengen externer Verdünnung für die N Steuerschleifen, eine Sequenz vorhergesagter Mengen interner Verdünnung für die N Steuerschleifen, eine Sequenz vorhergesagter Verbrennungs-Phasenlageneinstellungswerte für die N Steuerschleifen, eine Sequenz vorhergesagter Verbrennungsqualitätswerte für die N Steuerschleifen und eine Sequenz vorhergesagter Werte des effektiven Hubraums für die N Steuerschleifen.A prediction module 323 determines the predicted response of the engine 102 to the possible sequences of target values 230-244 based on a mathematical model 324 of the engine 102, exogenous inputs 328, and feedback inputs 330, respectively. More specifically, the prediction module 323 generates a sequence of predicted engine 102 torques for the N control loops, a sequence of predicted MAPs for the N control loops, based on a possible sequence of the target values 266-270, the exogenous inputs 328 and the feedback inputs 330 using the model 324 , a sequence of predicted APCs for the N control loops, a sequence of predicted amounts of external dilution for the N control loops, a sequence of predicted amounts of internal dilution for the N control loops, a sequence of predicted combustion phasing values for the N control loops, a sequence of predicted combustion quality values for the N Control loops and a sequence of predicted effective displacement values for the N control loops.

Das Modell 324 kann auf der Grundlage von Charakteristiken der Kraftmaschine 102 eine kalibrierte Funktion oder ein kalibriertes Kennfeld aufweisen. Die Beziehung zwischen den Reaktionen der Kraftmaschine 102, den Zielwerten 230-244, den exogenen Eingängen 328 und den Rückkopplungseingängen 330 können über den gesamten Bereich der möglichen Kraftmaschinendrehzahlen und Kraftmaschinenlasten nichtlinear sein. Jedoch kann das Modell 324 eine Vielzahl von linearen Modellen aufweisen, die jeweils einem Kraftmaschinendrehzahl- und Lastbereich entsprechen. Das Vorhersagemodul 323 kann eines der Modelle auf der Grundlage der aktuellen Kraftmaschinendrehzahl und -last auswählen und das ausgewählte Modell verwenden, um die Reaktionen der Kraftmaschine 102 vorherzusagen. Zum Beispiel kann ein erstes Modell in einem Kraftmaschinendrehzahlbereich von 1.000 Umdrehungen pro Minute (U/min) bis 2000 U/min und einem Kraftmaschinenlastbereich von 100 Newtonmeter (Nm) bis 150 Nm verwendet werden. Ein zweites Modell kann in einem Kraftmaschinendrehzahlbereich von 1.000 U/min bis 2000 U/min und einem Kraftmaschinenlastbereich von 150 Nm bis 200 Nm verwendet werden. Ein drittes Modell kann in einem Kraftmaschinendrehzahlbereich von 2.000 U/min bis 3000 U/min und einem Kraftmaschinenlastbereich von 100 Nm bis 150 Nm verwendet werden.The model 324 may have a calibrated function or map based on characteristics of the engine 102. The relationship between the engine 102 responses, the target values 230-244, the exogenous inputs 328, and the feedback inputs 330 may be nonlinear over the entire range of possible engine speeds and engine loads. However, model 324 may include a variety of linear models, each corresponding to an engine speed and load range. The prediction module 323 may select one of the models based on the current engine speed and load and use the selected model to predict the responses of the engine 102. For example, a first model may be used in an engine speed range of 1,000 revolutions per minute (rpm) to 2000 rpm and an engine load range of 100 Newton meters (Nm) to 150 Nm. A second model can be used in an engine speed range of 1,000 rpm to 2,000 rpm and an engine load range of 150 Nm to 200 Nm. A third model can be used in an engine speed range of 2,000 rpm to 3,000 rpm and an engine load range of 100 Nm to 150 Nm.

Die Verdünnung kann sich auf eine Menge Abgas von einem früheren Verbrennungsereignis beziehen, das für ein Verbrennungsereignis innerhalb eines Zylinders eingeschlossen ist. Die externe Verdünnung kann sich auf Abgas beziehen, das über das AGR-Ventil 170 für ein Verbrennungsereignis bereitgestellt wird. Die interne Verdünnung (auch als Restverdünnung bezeichnet) kann sich auf Abgas, das in einem Zylinder verbleibt, und/oder auf Abgas, das nach dem Ausstoßtakt eines Verbrennungszyklus in den Zylinder zurückgetrieben wird, beziehen. Ein effektiver Hubraum kann das Luftvolumen, das in Zylinder einer Kraftmaschine gezogen wird, betreffen, wenn sich Kolben in den Zylindern von dem TDC zu dem BDC bewegen, abzüglich Verlusten im Luftvolumen aufgrund dessen, dass Kolben Luft zurück in einen Einlasskrümmer durch Einlassventile der Zylinder treiben.Dilution may refer to an amount of exhaust gas from a previous combustion event that is trapped within a cylinder for a combustion event. External dilution may refer to exhaust gas provided via the EGR valve 170 for a combustion event. Internal dilution (also referred to as residual dilution) may refer to exhaust gas remaining in a cylinder and/or exhaust gas driven back into the cylinder after the exhaust stroke of a combustion cycle. Effective displacement may refer to the volume of air drawn into cylinders of an engine as pistons in the cylinders move from TDC to BDC, less losses in air volume due to pistons driving air back into an intake manifold through intake valves of the cylinders .

Die Verbrennungs-Phasenlageneinstellung kann sich auf eine Kurbelwellenposition, bei der eine vorgegebene Menge eingespritzten Kraftstoffs innerhalb eines Zylinders verbrannt wird, im Vergleich zu einer vorgegebenen Kurbelwellenposition für die Verbrennung der vorgegebenen Menge von injiziertem Kraftstoff beziehen. Zum Beispiel kann die Verbrennungs-Phasenlageneinstellung hinsichtlich CA50 im Vergleich zu einem vorgegebenen CA50 ausgedrückt werden. CA50 kann sich auf einen Kurbelwellenwinkel (CA) beziehen, bei dem 50 Prozent einer Masse eingespritzten Kraftstoffs innerhalb eines Zylinders verbrannt sind. Das vorgegebene CA50 kann einem CA50 entsprechen, bei dem aus dem eingespritzten Kraftstoff eine maximale Menge Arbeit erzeugt wird, und kann in verschiedenen Implementierungen näherungsweise 8,5 - näherungsweise 10 Grad nach dem TDC (oberen Totpunkt) sein. Obgleich die Verbrennungs-Phasenlageneinstellung hinsichtlich CA50-Werten diskutiert ist, kann irgendein geeigneter Parameter verwendet werden, der die Verbrennungs-Phasenlageneinstellung angibt. Obgleich die Verbrennungsqualität als Variationskoeffizient (COV) indizierter mittlerer Druckwerte (IMEP-Werte) diskutiert ist, kann außerdem ein anderer geeigneter Parameter verwendet werden, der die Verbrennungsqualität angibt.Combustion phasing may refer to a crankshaft position at which a predetermined amount of injected fuel is burned within a cylinder compared to a predetermined crankshaft position for combustion of the predetermined amount of injected fuel. For example, combustion phasing may be expressed in terms of CA50 compared to a given CA50. CA50 can refer to a crankshaft angle (CA) at which 50 percent of a mass of injected fuel has burned within a cylinder. The predetermined CA50 may correspond to a CA50 at which a maximum amount of work is produced from the injected fuel and may be approximately 8.5 - approximately 10 degrees after TDC (top dead center) in various implementations. Although combustion phasing is discussed in terms of CA50 values, any suitable parameter indicating combustion phasing may be used. Additionally, although combustion quality is discussed as the coefficient of variation (COV) of indexed mean pressure (IMEP) values, another suitable parameter indicating combustion quality may be used.

Die exogenen Eingänge 328 können Parameter umfassen, die nicht direkt durch die Kraftmaschinenaktoren beeinflusst werden. Zum Beispiel können die exogenen Eingaben 328 die Kraftmaschinendrehzahl, den Turbolader-Einlassluftdruck, die IAT und/oder einen oder mehrere andere Parameter umfassen. Die Rückkopplungseingaben 330 können z. B. eine geschätzte Drehmomentausgabe der Kraftmaschine 102, einen Auslassdruck stromabwärts der Turbine 160-1 des Turboladers, die IAT, eine APC der Kraftmaschine 102, eine geschätzte interne Verdünnung, eine geschätzte externe Verdünnung, MAF, ein Luft/Kraftstoffverhältnis der Kraftmaschine 102, eine Zündzeiteinstellung, und/oder eine oder mehrere andere geeignete Parameter enthalten. Die Rückkopplungseingaben 330 können unter Verwendung von Sensoren (z. B. dem IAT-Sensor 192) gemessen werden und/oder können auf der Grundlage eines oder mehrerer anderer Parameter geschätzt werden.The exogenous inputs 328 may include parameters that are not directly influenced by the engine actuators. For example, the exogenous inputs 328 may include engine speed, turbocharger inlet air pressure, IAT, and/or one or more other parameters. The feedback inputs 330 can e.g. B. an estimated torque output of the engine 102, an exhaust pressure downstream of the turbine 160-1 of the turbocharger, the IAT, an APC of the engine 102, an estimated internal dilution, an estimated external dilution, MAF, an air / fuel ratio of the engine 102, an Ignition timing adjustment, and/or one or more other suitable parameters included. The feedback inputs 330 may be measured using sensors (e.g., IAT sensor 192) and/or may be estimated based on one or more other parameters.

Ein Kostenmodul 332 bestimmt für jede der möglichen Sequenzen der Zielwerte 230-244 auf der Grundlage der vorhergesagten Parameter, die für eine mögliche Sequenz bestimmt worden sind, und der Referenzwerte 340 einen Kostenwert. Das Kostenmodul 332 kann den Kostenwert für jede der möglichen Sequenzen basierend auf Beziehungen zwischen den vorhergesagten Parametern und den entsprechenden der Referenzwerte 340 bestimmen. Die Beziehungen können gewichtet werden, um z. B. die Wirkung zu steuern, die jede der Beziehungen auf die Kosten hat. Mit anderen Worten kann das Kostenmodul 332 Gewichtungswerte 342 auf jede der Beziehungen anwenden.A cost module 332 determines a cost value for each of the possible sequences of target values 230-244 based on the predicted parameters determined for a possible sequence and the reference values 340. The cost module 332 may determine the cost value for each of the possible sequences based on relationships between the predicted parameters and the corresponding ones of the reference values 340. The relationships can be weighted to e.g. B. Control the effect that each of the relationships has on costs. In other words, the cost module 332 may apply weight values 342 to each of the relationships.

Das Kostenmodul 332 kann auch den Kostenwert für jede der möglichen Sequenzen auf der Grundlage eines Gesamtbetrags an Änderung in jedem der möglichen Zielwerte über die N Steuerschleifen bestimmen. Wenn beispielsweise N gleich zwei ist und die mögliche Zieldrosselöffnungsfläche um 50 Quadratmillimeter (mm2) in der ersten Steuerschleife erhöht ist und um 50 mm2 in der zweiten Steuerschleife verringert ist, ist der Gesamtbetrag der Änderung der möglichen Ziel-Drosselöffnungsfläche 100 mm2. Somit können die Kosten steigen, da der Gesamtbetrag an Änderung eines möglichen Zielwerts steigt und umgekehrt. Eine beispielhafte Kostenbestimmung wird im Folgenden weiter diskutiert.The cost module 332 may also determine the cost value for each of the possible sequences based on a total amount of change in each of the possible target values across the N control loops. For example, if N equals two and the possible target throttle opening area is increased by 50 square millimeters (mm 2 ) in the first control loop and decreased by 50 mm 2 in the second control loop, the total amount of change in the possible target throttle opening area is 100 mm 2 . Thus, costs may increase as the total amount of change in a possible target value increases and vice versa. An example cost determination is discussed further below.

Ein Auswahlmodul 344 wählt auf der Grundlage jeweiliger Kosten der möglichen Sequenzen eine der möglichen Sequenzen der Zielwerte 230-244 aus. Zum Beispiel kann das Auswahlmodul 344 die eine der möglichen Sequenzen mit den niedrigsten Kosten, während die Aktorbeschränkungen 348 und die Ausgabebeschränkungen 352 erfüllt sind, auswählen.A selection module 344 selects one of the possible sequences of the target values 230-244 based on respective costs of the possible sequences. For example, the selection module 344 may select one of the lowest cost possible sequences while satisfying the actor constraints 348 and the output constraints 352.

Bei verschiedenen Implementierungen kann bei der Kostenbestimmung eine Erfüllung der Aktorbeschränkungen 348 und der Ausgabebeschränkungen 352 betrachtet werden. Beispielsweise kann das Kostenmodul 332 den Kostenwert für jede der möglichen Sequenzen basierend auf Beziehungen zwischen den vorhergesagten Parametern und den entsprechenden der Aktorbeschränkungen 352 und der Ausgangsbeschränkungen 348 bestimmen. Wie im Folgenden weiter diskutiert wird, wählt das Auswahlmodul 344 auf der Grundlage dessen, wie die Kostenwerte bestimmt werden, die eine der möglichen Sequenzen aus, die vorbehaltlich der Aktorbeschränkungen 348 und der Ausgabebeschränkungen 352 die Basis-Luftdrehmomentanforderung 306 am besten erzielt, während sie die APC minimiert.In various implementations, compliance with the actor constraints 348 and the output constraints 352 may be considered when determining costs. For example, the cost module 332 may determine the cost value for each of the possible sequences based on relationships between the predicted parameters and the corresponding ones of the actor constraints 352 and the output constraints 348. As discussed further below, based on how the cost values are determined, the selection module 344 selects one of the possible sequences that best achieves the base air torque request 306, subject to the actuator constraints 348 and the output constraints 352, while achieving the APC minimized.

Das Auswahlmodul 344 kann die Zielwerte 230-244 jeweils auf die Ersten der N Werte der ausgewählten möglichen Sequenz einstellen. Mit anderen Worten kann das Auswahlmodul 344 die Ziel-Ladedruckregelventil-Öffnungsfläche 230 auf den Ersten der N Werte in der Sequenz von N Werten für die Ziel-Ladedruckregelventil-Öffnungsfläche 230 einstellen, kann die Ziel-Drosselöffnungsfläche 232 auf den Ersten der N Werte in der Sequenz von N Werten für die Ziel-Drosselöffnungsfläche 232 einstellen, kann die Ziel-AGR-Öffnungsfläche 234 auf den Ersten der N Werte in der Sequenz von N Werten für die Ziel-AGR-Öffnungsfläche 234 einstellen, kann den Ziel-Einlassnocken-Phasenstellerwinkel 236 auf den Ersten der N Werte in der Sequenz von N Werten für den Ziel-Einlassnocken-Phasenstellerwinkel 236 einstellen und kann den Ziel-Auslassnocken-Phasenstellerwinkel 238 auf den Ersten der N Werte in der Sequenz von N Werten für den Ziel-Auslassnocken-Phasenstellerwinkel 238 einstellen. Das Auswahlmodul 344 stellt auch die Ziel-Zündzeiteinstellung 240 auf den Ersten der N Werte in der Sequenz von N Werten für die Ziel-Zündzeiteinstellung 240, die Ziel-Zylinderzahl 242 auf den Ersten der N Werte in der Sequenz von N Werten für die Ziel-Zylinderzahl 242 und die Ziel-Kraftstoffbeaufschlagungsparameter 244 auf den Ersten der N Werte in der Sequenz von N Werten für die Ziel-Kraftstoffbeaufschlagungsparameter 244 ein.The selection module 344 can set the target values 230-244 to the first of the N values of the selected possible sequence. In other words, the selection module 344 may set the target wastegate opening area 230 to the first of the N values in the sequence of N values for the target wastegate opening area 230, may set the target throttle opening area 232 to the first of the N values in the Sequence of N values for the target throttle opening area 232, may set the target EGR opening area 234 to the first of the N values in the sequence of N values for the target EGR opening area 234, may set the target intake cam phaser angle 236 to the first of the N values in the sequence of N values for the target intake cam phasor angle 236 and may set the target exhaust cam phasor angle 238 to the first of the N values in the sequence of N values for the target exhaust cam phasor angle 238 set. The selection module 344 also sets the target ignition timing setting 240 to the first of the N values in the sequence of N values for the target ignition timing setting 240, the target cylinder number 242 to the first of the N values in the sequence of N values for the target Cylinder number 242 and the target fueling parameters 244 to the first of the N values in the sequence of N values for the target fueling parameters 244.

Während einer nächsten Steuerschleife identifiziert das MPC-Modul 312 mögliche Sequenzen, erzeugt die vorhergesagten Parameter für die möglichen Sequenzen, bestimmt die Kosten jeder der möglichen Sequenzen, wählt eine der möglichen Sequenzen aus und stellt die Zielwerte 230-244 auf den ersten Satz der Zielwerte 230-244 in der ausgewählten möglichen Sequenz ein. Dieser Prozess wird für jede Steuerschleife fortgesetzt.During a next control loop, the MPC module 312 identifies possible sequences, generates the predicted parameters for the possible sequences, determines the cost of each of the possible sequences, selects one of the possible sequences, and sets the target values 230-244 to first Set the target values 230-244 in the selected possible sequence. This process continues for each control loop.

Ein Aktorbeschränkungsmodul 360 (siehe 2) stellt für jeden der Zielwerte 230-244 die Aktorbeschränkungen 348 ein. Mit anderen Worten stellt das Aktorbeschränkungsmodul 360 Aktorbeschränkungen für das Drosselventil 112, Aktorbeschränkungen für das AGR-Ventil 170, Aktorbeschränkungen für das Ladedruckregelventil 162, Aktorbeschränkungen für den Einlassnocken-Phasensteller 148 und Aktorbeschränkungen für den Auslassnocken-Phasensteller 150 ein. Das Aktorbeschränkungsmodul 360 stellt auch Aktorbeschränkungen für das Zündungsaktormodul 126, Aktorbeschränkungen für das Zylinderaktormodul 120 und Aktorbeschränkungen für das Kraftstoffaktormodul 124 ein.An actuator limitation module 360 (see 2 ) sets the actuator restrictions 348 for each of the target values 230-244. In other words, the actuator restriction module 360 sets actuator restrictions for the throttle valve 112, actuator restrictions for the EGR valve 170, actuator restrictions for the wastegate 162, actuator restrictions for the intake cam phaser 148, and actuator restrictions for the exhaust cam phaser 150. The actuator limitation module 360 also sets actuator limitations for the ignition actuator module 126, actuator limitations for the cylinder actuator module 120, and actuator limitations for the fuel actuator module 124.

Die Aktorbeschränkungen 348 für jeden der Zielwerte 230-244 können einen Maximalwert für einen zugeordneten Zielwert und einen Minimalwert für diesen Zielwert enthalten. Allgemein kann das Aktorbeschränkungsmodul 360 die Aktorbeschränkungen 348 auf vorbestimmte Betriebsbereiche für die zugeordneten Kraftmaschinenaktoren einstellen. Im Einzelnen kann das Aktorbeschränkungsmodul 360 im Allgemeinen die Aktorbeschränkungen 348 jeweils auf vorbestimmte Betriebsbereiche für das Drosselventil 112, das AGR-Ventil 170, das Ladedruckregelventil 162, den Einlassnocken-Phasensteller 148, den Auslassnocken-Phasensteller 150, das Zündungsaktormodul 126, das Zylinderaktormodul 120 bzw. das Kraftstoffaktormodul 124 einstellen. Somit kann der maximale Wert für einen Zielwert eine Maximalgrenze eines entsprechenden Aktors sein und der Minimalwert für den Zielwert kann eine Mindestgrenze dieses Aktors sein.The actuator constraints 348 for each of the target values 230-244 may include a maximum value for an associated target value and a minimum value for that target value. In general, the actuator limitation module 360 may set the actuator limitations 348 to predetermined operating ranges for the associated engine actuators. Specifically, the actuator restriction module 360 may generally set the actuator restrictions 348 to predetermined operating ranges for the throttle valve 112, the EGR valve 170, the wastegate 162, the intake cam phaser 148, the exhaust cam phaser 150, the ignition actuator module 126, the cylinder actuator module 120, respectively .Adjust the fuel actuator module 124. Thus, the maximum value for a target value can be a maximum limit of a corresponding actuator and the minimum value for the target value can be a minimum limit of this actuator.

Ein Ausgabeschränkungsmodul 364 (siehe 2) setzt die Ausgangsbeschränkungen 352 für den vorhergesagten Drehmomentausgang der Kraftmaschine 102, die vorhergesagte MAP, die vorhergesagte APC, die vorhergesagte CA50, die vorhergesagte COV des IMEP, die vorhergesagte interne Verdünnung, die vorhergesagte externe Verdünnung und/oder den vorausgesagten effektiven Hubraum. Die Ausgabebeschränkungen 352 für jeden der vorhergesagten Werte können einen Maximalwert für einen zugeordneten vorhergesagten Parameter und einen Minimalwert für diesen vorhergesagten Parameter enthalten. Zum Beispiel können die Ausgangsbeschränkungen 352 ein minimales Drehmoment, ein maximales Drehmoment, einen minimalen MAP, einen maximalen MAP, ein minimale APC, eine maximale APC, eine minimale CA50, eine maximale CA50, einen minimalen COV des IMEP, einen maximalen COV des IMEP, eine minimale interne Verdünnung, eine maximale interne Verdünnung und eine minimale externe Verdünnung, eine maximale externe Verdünnung, einen minimalen wirksamen Hubraum und/oder einen maximalen wirksamen Hubraum aufweisen.An output restriction module 364 (see 2 ) sets the output constraints 352 for the predicted torque output of the engine 102, the predicted MAP, the predicted APC, the predicted CA50, the predicted COV of IMEP, the predicted internal dilution, the predicted external dilution, and/or the predicted effective displacement. The output constraints 352 for each of the predicted values may include a maximum value for an associated predicted parameter and a minimum value for that predicted parameter. For example, the output constraints 352 may include a minimum torque, a maximum torque, a minimum MAP, a maximum MAP, a minimum APC, a maximum APC, a minimum CA50, a maximum CA50, a minimum COV of IMEP, a maximum COV of IMEP, have a minimum internal dilution, a maximum internal dilution and a minimum external dilution, a maximum external dilution, a minimum effective displacement and / or a maximum effective displacement.

Das Ausgabebeschränkungsmodul 364 kann die Ausgabebeschränkungen 352 jeweils allgemein auf vorgegebene Bereiche für die zugeordneten vorhergesagten Parameter einstellen. Allerdings kann das Ausgabebeschränkungsmodul 364 unter einigen Umständen eine oder mehrere der Ausgabebeschränkungen 352 variieren. Zum Beispiel kann das Ausgabebeschränkungsmodul 364 das maximale CA50, wie etwa, wenn innerhalb der Kraftmaschine 102 Klopfen auftritt, nach spät verstellen. Bei einem anderen Beispiel kann das Ausgabebeschränkungsmodul 364 die maximale COV des IMEP unter Niederlastbedingungen wie etwa während des Kraftmaschinenleerlaufs, wo eine höhere COV des IMEP notwendig sein kann, um eine gegebene Drehmomentanforderung zu erzielen, erhöhen.The output restriction module 364 may generally set the output restrictions 352 to predetermined ranges for the associated predicted parameters. However, under some circumstances, the output restriction module 364 may vary one or more of the output restrictions 352. For example, the output restriction module 364 may retard the maximum CA50, such as when knocking occurs within the engine 102. In another example, the output limiting module 364 may increase the maximum COV of the IMEP under low load conditions, such as during engine idling, where a higher COV of the IMEP may be necessary to achieve a given torque requirement.

Ein Einstellpunktmodul 368 (siehe 2) erzeugt die Referenzwerte 340 für die Zielwerte 230-244. Die Referenzwerte 340 umfassen für jeden der Zielwerte 230-244 eine Referenz. Mit anderen Worten, die Referenzwerte 340 enthalten eine Referenz-Ladedruckregelventil-Öffnungsfläche, eine Referenz-DrosselklappenÖffnungsfläche, eine Referenz-AGR-Öffnungsfläche, einen Referenz-Einlassnocken-Phasenstellerwinkel und einen Referenz-Auslassnocken-Phasenstellerwinkel. Die Referenzwerte 340 weisen auch eine Referenzzündeinstellung, eine Referenzanzahl von Zylindern und Referenzkraftstoffbeaufschlagungsparameter auf. Die Referenzwerte 340 können auch eine Referenz für jede der Ausgangsbeschränkungen 352 aufweisen. Mit anderen Worten können die Referenzwerte 340 einen Referenz-Krümmerabsolutdruck (MAP), eine Referenzluftmasse pro Zylinder (APC), ein externe Referenzverdünnung, eine interne Referenzverdünnung und einen effektiven Referenzhubraum umfassen.A setpoint module 368 (see 2 ) creates the reference values 340 for the target values 230-244. The reference values 340 include a reference for each of the target values 230-244. In other words, the reference values 340 include a reference wastegate opening area, a reference throttle opening area, a reference EGR opening area, a reference intake cam phasing angle, and a reference exhaust cam phasing angle. The reference values 340 also include a reference ignition timing, a reference number of cylinders, and reference fueling parameters. The reference values 340 may also include a reference for each of the exit restrictions 352. In other words, the reference values 340 may include a reference manifold absolute pressure (MAP), a reference air mass per cylinder (APC), an external reference dilution, an internal reference dilution, and a reference effective displacement.

Das Einstellpunktmodul 368 kann auch Gewichtungswerte 342 erzeugen. Die Gewichtungswerte 342 können einen Gewichtungswert aufweisen, der Beziehungen zwischen den folgenden zugeordnet ist: dem vorhergesagten Drehmoment und der Basisdrehmomentanforderung 308; der vorhergesagten APC und der minimalen APC; den möglichen Zielwerten und den jeweiligen Aktorbeschränkungen 348; den anderen vorhergesagten Parametern und den jeweiligen Ausgabebeschränkungen 352; den möglichen Zielwerten und den jeweiligen Referenzwerten 340; und den Gesamtmengen der Änderung der möglichen Zielwerte. Das Einstellpunktmodul 368 kann die Referenzwerte 340 und/oder die Gewichtungswerte 342 basierend auf einer Soll-Änderungsrate in einer oder mehreren Betriebsbedingungen der Kraftmaschine 102 bestimmen, wie weiter unten detaillierter erörtert ist.The set point module 368 can also generate weighting values 342. The weight values 342 may include a weight value associated with relationships between: the predicted torque and the base torque request 308; the predicted APC and the minimum APC; the possible target values and the respective actuator restrictions 348; the other predicted parameters and the respective output constraints 352; the possible target values and the respective reference values 340; and the total amounts of change in the possible target values. The Setpoint module 368 may determine the reference values 340 and/or the weighting values 342 based on a desired rate of change in one or more operating conditions of the engine 102, as discussed in more detail below.

Anstelle oder zusätzlich zum Erzeugen von Sequenzen möglicher Zielwerte und zum Bestimmen der Kosten jeder der Sequenzen kann das MPC-Modul 312 eine Sequenz möglicher Zielwerte mit den niedrigsten Kosten unter Verwendung konvexer Optimierungstechniken identifizieren. Zum Beispiel kann das MPC-Modul 312 die Zielwerte 230-244 unter Verwendung eines Gleichungslösers der quadratischen Programmierung (QP) wie etwa eines Dantzig-QP-Gleichungslösers bestimmen. In einem anderen Beispiel kann das MPC-Modul 312 für die möglichen Sequenzen der Zielwerte 230-244 eine Fläche der Kostenwerte erzeugen und auf der Grundlage des Anstiegs der Kostenfläche eine Sequenz möglicher Zielwerte mit den niedrigsten Kosten identifizieren. Daraufhin kann das MPC-Modul 312 diese Sequenz möglicher Zielwerte testen, um zu bestimmen, ob diese Sequenz möglicher Zielwerte die Aktorbeschränkungen 348 erfüllt. Wenn dies der Fall ist, kann das MPC-Modul 312 die Zielwerte 230-244 jeweils auf die Ersten der N Werte dieser ausgewählten möglichen Sequenz einstellen, wie es oben besprochen wurde.Instead of or in addition to generating sequences of possible target values and determining the cost of each of the sequences, the MPC module 312 may identify a sequence of possible target values with the lowest cost using convex optimization techniques. For example, the MPC module 312 may determine the target values 230-244 using a quadratic programming (QP) solver such as a Dantzig QP solver. In another example, the MPC module 312 may generate a surface of cost values for the possible sequences of target values 230-244 and identify a sequence of possible target values with the lowest cost based on the slope of the cost surface. The MPC module 312 may then test this sequence of possible target values to determine whether this sequence of possible target values meets the actuator constraints 348. If this is the case, the MPC module 312 may set the target values 230-244 to the first of the N values of this selected possible sequence, respectively, as discussed above.

Wenn die Aktorbeschränkungen 348 nicht erfüllt sind, wählt das MPC-Modul 312 eine andere Sequenz möglicher Zielwerte mit nächst niedrigsten Kosten aus und testet diese Sequenz möglicher Zielwerte auf Erfüllung der Aktorbeschränkungen 348. Der Prozess des Auswählens einer Sequenz und des Testens der Sequenz auf Erfüllung der Aktorbeschränkungen 348 kann als eine Iteration bezeichnet werden. Es können mehrere Iterationen während jeder Steuerschleife durchgeführt werden.If the actuator constraints 348 are not met, the MPC module 312 selects another sequence of possible target values with the next lowest cost and tests this sequence of possible target values for satisfaction of the actuator constraints 348. The process of selecting a sequence and testing the sequence for satisfaction Actor Constraints 348 can be referred to as an iteration. Multiple iterations can be performed during each control loop.

Das MPC-Modul 312 führt Iterationen durch, bis eine Sequenz mit den niedrigsten Kosten identifiziert wird, die die Aktorbeschränkungen 348 erfüllt. Auf diese Weise wählt das MPC-Modul 312 die Sequenz möglicher Zielwerte mit den niedrigsten Kosten aus, während die Aktorbeschränkungen 348 und die Ausgabebeschränkungen 352 erfüllt werden. Wenn keine Sequenz identifiziert werden kann, kann das MPC-Modul 312 angeben, dass keine Lösung verfügbar ist.The MPC module 312 iterates until a lowest cost sequence that meets the actor constraints 348 is identified. In this way, the MPC module 312 selects the lowest cost sequence of possible target values while satisfying the actuator constraints 348 and the output constraints 352. If no sequence can be identified, the MPC module 312 may indicate that no solution is available.

Das Kostenmodul 332 kann die Kosten für die möglichen Sequenzen der Zielwerte 230-244 auf der Grundlage von Beziehungen bestimmen zwischen: dem vorhergesagten Drehmoment und der Basisdrehmomentanforderung 308, der vorhergesagten APC und der minimalen APC; den möglichen Zielwerten und den jeweiligen Aktorbeschränkungen 348; den anderen vorhergesagten Parametern und den jeweiligen Ausgabebeschränkungen 352; und den möglichen Zielwerten und den jeweiligen Referenzwerten 340. Wie oben diskutiert ist, können die Beziehungen gewichtet werden, um z. B. die Wirkung zu steuern, die jede der Beziehungen auf die Kosten hat.The cost module 332 may determine the cost for the possible sequences of target values 230-244 based on relationships between: the predicted torque and base torque request 308, the predicted APC and the minimum APC; the possible target values and the respective actuator restrictions 348; the other predicted parameters and the respective output constraints 352; and the possible target values and the respective reference values 340. As discussed above, the relationships can be weighted to e.g. B. Control the effect that each of the relationships has on costs.

Beispielhaft kann das Kostenmodul 332 die Kosten (engl.: Cost) für eine mögliche Sequenz der Zielwerte 230-244 auf der Grundlage der folgenden Gleichung: C o s t = i = 1 N p ε 2 + w T ( T P i BT R i ) 2 + w A ( A P C P i MinAPC ) 2 ,

Figure DE102015103789B4_0001
vorbehaltlich der Aktorbeschränkungen 348 und der Ausgabebeschränkungen 352 bestimmen. Kosten sind die Kosten für die mögliche Sequenz der Zielwerte 230-244, TPi ist das vorhergesagte Drehmoment der Kraftmaschine 102 für die i-te der N Steuerschleifen, BTRi ist die Basis-Drehmomentanforderung für die i-te der N Steuerschleifen und wT ist ein Gewichtungswert, der der Beziehung zwischen dem vorhergesagten Drehmoment und der Basis-Drehmomentanforderung zugeordnet ist. APCPi ist eine vorhergesagte APC für die i-te der N Steuerschleifen, MinAPC ist die minimale APC und wA ist der Gewichtungswert, der der Beziehung zwischen der vorhergesagten APC und der minimalen APC zugeordnet ist.By way of example, the cost module 332 may determine the cost for a possible sequence of target values 230-244 based on the following equation: C O s t = i = 1 N p ε 2 + w T ( T P i BT R i ) 2 + w A ( A P C P i MinAPC ) 2 ,
Figure DE102015103789B4_0001
subject to the actor restrictions 348 and the output restrictions 352. Cost is the cost for the possible sequence of target values 230-244, TPi is the predicted engine 102 torque for the ith of the N control loops, BTRi is the base torque request for the ith of the N control loops, and wT is a weighting value , which is associated with the relationship between the predicted torque and the base torque request. APCPi is a predicted APC for the ith of the N control loops, MinAPC is the minimum APC, and wA is the weight value associated with the relationship between the predicted APC and the minimum APC.

Die obige Gleichung kann erweitert werden zu: C o s t = i = 1 N p ε 2 + w T ( T P i BT R i ) 2 + w A ( A P C P i MinAPC ) 2 + w T O ( P T T O i TORefi ) 2 + w Δ TO Δ TO 2 + w W G ( P T W G O i W G O R e f i ) 2 + w Δ WG Δ WG 2 + w E G R ( P T E G R i E G R R e f i ) 2 + w Δ EGR Δ EGR 2 + w I C P ( P T I C P i I C R R e f i ) 2 + w Δ ICP Δ ICP 2 + w E C P ( P T E C P i E C P R e f i ) 2 + w Δ ECP Δ ECP 2 + w S ( P S i S R e f i ) 2 + w Δ S Δ S 2 + w N ( P N i N R e f i ) 2 + w Δ N Δ N 2 + w F ( P F i F R e f i ) 2 + w Δ F Δ F 2

Figure DE102015103789B4_0002
vorbehaltlich der Aktorbeschränkungen 348 und der Ausgabebeschränkungen 352. PTTOi ist eine mögliche Zieldrosselklappenöffnung für die i-te der N Steuerschleifen, TORefi ist die Referenzdrosselklappenöffnung für die i-te der N Steuerschleifen und wTO ist ein Gewichtungswert, der der Beziehung zwischen den möglichen Zieldrosselklappenöffnungen und den Referenzdrosselklappenöffnungen zugeordnet ist. ΔTO ist ein Gesamtbetrag der Änderung in den möglichen Zieldrosselklappenöffnungen über die N Steuerschleifen und wΔTO ist ein Gewichtungswert, der den Gesamtbetrag der Änderung in den möglichen Drosselklappenöffnungen zugeordnet ist.The above equation can be expanded to: C O s t = i = 1 N p ε 2 + w T ( T P i BT R i ) 2 + w A ( A P C P i MinAPC ) 2 + w T O ( P T T O i TORefi ) 2 + w Δ TO Δ TO 2 + w W G ( P T W G O i W G O R e f i ) 2 + w Δ WG Δ WG 2 + w E G R ( P T E G R i E G R R e f i ) 2 + w Δ EGR Δ EGR 2 + w I C P ( P T I C P i I C R R e f i ) 2 + w Δ ICP Δ ICP 2 + w E C P ( P T E C P i E C P R e f i ) 2 + w Δ ECP Δ ECP 2 + w S ( P S i S R e f i ) 2 + w Δ S Δ S 2 + w N ( P N i N R e f i ) 2 + w Δ N Δ N 2 + w F ( P F i F R e f i ) 2 + w Δ F Δ F 2
Figure DE102015103789B4_0002
subject to the actuator constraints 348 and the output constraints 352. PTTOi is a possible target throttle opening for the ith of the N control loops, TORefi is the reference throttle opening for the ith of the N control loops, and wTO is a weighting value corresponding to the relationship between the possible target throttle openings and the Reference throttle valve openings are assigned. ΔTO is a total amount of change in the possible target throttle openings across the N control loops and wΔTO is a weight value associated with the total amount of change in the possible throttle openings.

PTWGOi ist eine mögliche Zielladedruckregelventilöffnung für die i-te der N Steuerschleifen, WGORefi ist die Referenzladedruckregelventilöffnung für die i-te der N Steuerschleifen und wWG ist ein Gewichtungswert, der der Beziehung zwischen den möglichen Zielladedruckregelventilöffnungen und den Referenzladedruckregelventilöffnungen zugeordnet ist. ΔWG ist ein Gesamtbetrag der Änderung der möglichen Ladedruckregelventilöffnungen über die N Steuerschleifen und wΔWG ist ein Gewichtungswert, der den Gesamtbetrag der Änderung der möglichen Ladedruckregelventilöffnungen zugeordnet ist.PTWGOi is a possible target wastegate opening for the ith of the N control loops, WGORefi is the reference wastegate opening for the ith of the N control loops, and wWG is a weight value associated with the relationship between the possible target wastegate openings and the reference wastegate openings. ΔWG is a total amount of change in possible wastegate openings across the N control loops and wΔWG is a weighting value associated with the total amount of change in possible wastegate openings.

PTEGROi ist eine mögliche Ziel-AGR-Öffnung für die i-te der N Steuerschleifen, EGRRef ist die Referenz-EGR-Öffnung für die i-te der N Steuerschleifen und wEGR ist ein Gewichtungswert, der der Beziehung zwischen den möglichen Ziel-EGR-Öffnungen und den Referenz-EGR-Öffnungen zugeordnet ist. ΔEGR ist ein Gesamtbetrag der Änderung der möglichen Ziel-EGR-Öffnungen über die Endsteuerschleifen und wΔEGR ist ein Gewichtungswert, der dem Gesamtbetrag der Änderung der möglichen EGR-Öffnungen zugeordnet ist.PTEGRi is a possible target EGR opening for the ith of the N control loops, EGRRef is the reference EGR opening for the ith of the N control loops, and wEGR is a weight value corresponding to the relationship between the possible target EGR Openings and the reference EGR openings are assigned. ΔEGR is a total amount of change in possible target EGR openings across the final control loops and wΔEGR is a weight value associated with the total amount of change in possible EGR openings.

PTICPi ist ein möglicher Zieleinlassnockenphasenstellerwinkel für die i-te der N Steuerschleifen, ICPref ist der Referenzeinlassnockenphasenstellerwinkel für die i-te der N Steuerschleifen und wICP ist ein Gewichtungswert, der der Beziehung zwischen dem möglichen Zieleinlassnockenphasenstellerwinkel und den Referenzeinlassnockenphasenstellerwinkeln zugeordnet ist. ΔIPC ist ein Gesamtbetrag der Änderung der möglichen Zieleinlassnockenphasenstellerwinkel über die N Steuerschleifen und wΔICP ist ein Gewichtungswert, der dem Gesamtbetrag der Änderung der möglichen Zieleinlassnockenphasenstellerwinkel zugeordnet ist.PTICPi is a possible target intake cam phaser angle for the ith of the N control loops, ICPref is the reference intake cam phaser angle for the ith of the N control loops, and wICP is a weight value associated with the relationship between the possible target intake cam phaser angle and the reference intake cam phaser angles. ΔIPC is a total amount of change in the possible target intake cam phaser angles over the N control loops and wΔICP is a weighting value associated with the total amount of change in the possible target intake cam phaser angles.

PTECPi ist ein möglicher Zielauslassnockenphasenstellerwinkel für die i-te der N Steuerschleifen, ECPRef ist der Referenzabgasnockenphasenstellerwinkel für die i-te der N Steuerschleifen und wECP ist ein Gewichtungswert, der der Beziehung zwischen dem möglichen Zielabgasnockenphasenstellerwinkel und den Referenzabgasnockenphasenstellerwinkeln zugeordnet ist. ΔECP ist ein Gesamtbetrag der Änderung der möglichen Zielabgasnockenphasenstellerwinkel über die N Steuerschleifen und wΔECP ist ein Gewichtungswert, der dem Gesamtbetrag der Änderung der möglichen Zielabgasnockenphasenstellerwinkel zugeordnet ist.PTECPi is a possible target exhaust cam phaser angle for the ith of the N control loops, ECPRef is the reference exhaust cam phaser angle for the ith of the N control loops, and wECP is a weighting value associated with the relationship between the possible target exhaust cam phaser angle and the reference exhaust cam phaser angles. ΔECP is a total amount of change in the possible target exhaust cam phaser angles over the N control loops and wΔECP is a weighting value associated with the total amount of change in the possible target exhaust cam phaser angles.

PSi ist eine mögliche Zielzündzeiteinstellung für die i-te der N Steuerschleifen, SRef ist die Referenzzündeinstellung für die i-te der N Steuerschleifen und wS ist ein Gewichtungswert, der der Beziehung zwischen den möglichen Zielzündeinstellungen und den Referenzzündeinstellungen zugeordnet ist. ΔS ist ein Gesamtbetrag der Änderung in den möglichen Zielzündeinstellungen über die N Steuerschleifen und wΔS ist ein Gewichtungswert, der dem Gesamtbetrag der Änderung der möglichen Zielzündzeiteinstellungen zugeordnet ist.PSi is a possible target firing timing setting for the i-th of the N control loops, SRef is the reference firing setting for the i-th of the N control loops, and wS is a weighting value associated with the relationship between the possible target firing settings and the reference firing settings. ΔS is a total amount of change in the possible target firing settings across the N control loops and wΔS is a weighting value associated with the total amount of change in the possible target firing timing settings.

PNi ist eine mögliche Anzahl von Zylindern für die i-te der N Steuerschleifen, NRef ist die Referenzanzahl von Zylindern für die i-te der N Steuerschleifen und wN ist ein Gewichtungswert, der der Beziehung zwischen der möglichen Anzahl von Zylindern und der Referenzanzahl von Zylindern zugeordnet ist. ΔN ist ein Gesamtbetrag der Änderung der möglichen Anzahl von Zylinder über die N Steuerschleifen und wΔN ist ein Gewichtungswert, der dem Gesamtbetrag der Änderung der möglichen Anzahl von Zylindern zugeordnet ist.PNi is a possible number of cylinders for the i-th of the N control loops, NRef is the reference number of cylinders for the i-th of the N control loops, and wN is a weighting value corresponding to the relationship between the possible number of cylinders and the reference number of cylinders assigned. ΔN is a total amount of change in the possible number of cylinders over the N control loops and wΔN is a weighting value associated with the total amount of change in the possible number of cylinders.

PFi ist eine mögliche Kraftstoffbeaufschlagung für die i-te der N Steuerschleifen, FRef ist die Referenzkraftstoffbeaufschlagung für die i-te der N Steuerschleifen und wF ist ein Gewichtungswert, der der Beziehung zwischen der möglichen Kraftstoffbeaufschlagung und der Referenzkraftstoffbeaufschlagung zugeordnet ist. ΔF ist ein Gesamtbetrag der Änderung der möglichen Kraftstoffbeaufschlagung über die N Steuerschleifen, und wΔF ist ein Gewichtungswert, der dem Gesamtbetrag der Änderung bei der möglichen Kraftstoffbeaufschlagung zugeordnet ist.PFi is a possible fueling for the ith of the N control loops, FRef is the reference fueling for the ith of the N control loops, and wF is a weighting value associated with the relationship between the possible fueling and the reference fueling. ΔF is a total amount of change in potential fueling across the N control loops, and wΔF is a weighting value associated with the total amount of change in potential fueling.

p ist ein Gewichtungswert, der der Erfüllung der Ausgabebeschränkungen 352 zugeordnet ist. ε ist eine Variable, die das Kostenmodul 332 auf der Grundlage dessen einstellen kann, ob die Ausgabebeschränkungen 352 erfüllt sind. Zum Beispiel kann das Kostenmodul 332 ε erhöhen, wenn ein vorgegebener Parameter (z. B. wenigstens um einen vorgegebenen Betrag) größer oder kleiner als der entsprechende Minimal- oder Maximalwert ist. Wenn alle Ausgabebeschränkungen 352 erfüllt sind, kann das Kostenmodul 332 auf null einstellen. ρ kann größer als der Gewichtungswert wT, der Gewichtungswert wA und die anderen Gewichtungswerte (wTO, wΔTO, wWG, wΔWG, wEGR, wΔEGR, wICP, wΔICP, wECP, wΔECP, wS, wΔS, wN, wΔN, wf, wΔF) sein, so dass die für eine mögliche Sequenz bestimmten Kosten groß werden, wenn eine oder mehrere der Ausgangsbeschränkungen 352 nicht erfüllt sind. Dies kann die Auswahl einer möglichen Sequenz verhindern, wenn eine oder mehrere der Ausgabebeschränkungen 352 nicht erfüllt sind.p is a weight value associated with satisfying the output constraints 352. ε is a variable that the cost module 332 can adjust based on whether the output constraints 352 are met. For example, the cost module 332 may increase ε when a predetermined parameter is greater or less than the corresponding minimum or maximum value (e.g., at least by a predetermined amount). If all output constraints 352 are met, the cost module 332 may set to zero. ρ can be greater than the weighting value wT, the weighting value wA and the other weighting values (wTO, wΔTO, wWG, wΔWG, wEGR, wΔEGR, wICP, wΔICP, wECP, wΔECP, wS, wΔS, wN, wΔN, wf, wΔF), so that the costs determined for a possible sequence become large if one or more of the exit constraints 352 are not met. This may prevent selection of a possible sequence if one or more of the output constraints 352 are not met.

Der Gewichtungswert wT kann größer als der Gewichtungswert wA und die Gewichtungswerte wTO wΔTO, wWG, wΔWG, wEGR, wΔEGR, wICP, wΔICP, wECP, wΔECP, wS, wΔS, wN, wΔN, wf und wΔF sein. Wie im Folgenden diskutiert wird, hat die Beziehung zwischen dem vorhergesagten Kraftmaschinendrehmoment und der Basis-Luftdrehmomentanforderung 308 auf diese Weise eine größere Wirkung auf die Kosten und somit auf die Auswahl einer der möglichen Sequenzen. Während die Differenz zwischen dem vorhergesagten Kraftmaschinendrehmoment und der Basis-Luftdrehmomentanforderung 308 zunimmt, nehmen die Kosten zu, und umgekehrt.The weighting value wT can be greater than the weighting value wA and the weighting values wTO wΔTO, wWG, wΔWG, wEGR, wΔEGR, wICP, wΔICP, wECP, wΔECP, wS, wΔS, wN, wΔN, wf and wΔF. In this way, as will be discussed below, the relationship between the predicted engine torque and the base air torque request 308 has a greater impact on the cost and thus on the selection of one of the possible sequences. As the difference between the predicted engine torque and the base air torque request 308 increases, the cost increases, and vice versa.

Der Gewichtungswert wA kann kleiner als der Gewichtungswert wT und größer als die Gewichtungswerte wTO wΔTO, WWG, wΔWG, wEGR, wΔEGR, wICP, wΔICP, WECP, wΔECP, WS, wΔS, wN, wΔN wf und wΔF sein. Auf diese Weise hat die Beziehung zwischen der vorhergesagten APC und der vorgegebenen minimalen APC eine große Wirkung, aber weniger als die Beziehung zwischen dem vorhergesagten Kraftmaschinendrehmoment und der Basis-Luftdrehmomentanforderung 308, auf die Kosten. Während die Differenz zwischen der vorhergesagten APC und der vorgegebenen minimalen APC zunimmt, nehmen die Kosten zu, und umgekehrt. Die vorbestimmte Mindest-APC kann null sein, so dass die Kosten steigen und die vorhergesagte APC zunimmt und umgekehrt.The weighting value wA can be smaller than the weighting value wT and larger than the weighting values wTO wΔTO, WWG, wΔWG, wEGR, wΔEGR, wICP, wΔICP, WECP, wΔECP, WS, wΔS, wN, wΔN wf and wΔF. In this way, the relationship between the predicted APC and the predetermined minimum APC has a large effect, but less than the relationship between the predicted engine torque and the base air torque request 308, on cost. As the difference between the predicted APC and the given minimum APC increases, the cost increases, and vice versa. The predetermined minimum APC can be zero so that the cost increases and the predicted APC increases and vice versa.

Die Bestimmung der Kosten auf der Grundlage der Differenz zwischen der vorhergesagten APC und der vorgegebenen minimalen APC hilft daher sicherzustellen, dass die APC minimiert wird. Da die Kraftstoffbeaufschlagung auf der Grundlage der tatsächlichen APC gesteuert wird, verringert das Verringern der APC den Kraftstoffverbrauch, um ein Ziel-Luft/Kraftstoff-Gemisch zu erzielen. Während das Auswahlmodul 344 die eine der möglichen Sequenzen mit den niedrigsten Kosten auswählen kann, kann das Auswahlmodul 344 die eine der möglichen Sequenzen auswählen, die die Basis-Luftdrehmomentanforderung 308 am besten erzielt, während sie die APC minimiert.Therefore, determining the cost based on the difference between the predicted APC and the specified minimum APC helps ensure that the APC is minimized. Since fueling is controlled based on actual APC, reducing APC reduces fuel consumption to achieve a target air/fuel mixture. While the selection module 344 may select the one of the possible sequences with the lowest cost, the selection module 344 may select the one of the possible sequences that best achieves the base air torque requirement 308 while minimizing APC.

Die Gewichtungswerte wTO, wΔTO, wWG, wΔWG, wEGR, wΔEGR, wICP, wΔICP, wECP, wΔECP, wS, wΔS, wN, wΔN, wF und wΔF können kleiner als alle der anderen Gewichtungswerte sein. Auf diese Weise können die Zielwerte 266-270 während des stationären Betriebs jeweils in der Nähe der oder bei den Referenzwerten 340 ausregeln. Allerdings kann das MPC-Modul 312 die Zielwerte 266-270 während des Übergangsbetriebs von den Referenzwerten 340 entfernt einstellen, um die Basis-Luftdrehmomentanforderung 308 zu erzielen, während die APC minimiert wird und die Aktorbeschränkungen 348 und die Ausgabebeschränkungen 352 erfüllt sind.The weighting values wTO, wΔTO, wWG, wΔWG, wEGR, wΔEGR, wICP, wΔICP, wECP, wΔECP, wS, wΔS, wN, wΔN, wF and wΔF can be smaller than any of the other weighting values. In this way, the target values 266-270 can be adjusted near or at the reference values 340 during stationary operation. However, the MPC module 312 may adjust the target values 266-270 away from the reference values 340 during transient operation to achieve the base air torque request 308 while minimizing APC and satisfying the actuator constraints 348 and the output constraints 352.

Wie oben angegeben ist, kann das Einstellpunktmodul 368 die Referenzwerte 340 und/oder die Gewichtungswerte 342 basierend auf der Soll-Änderungsrate in einer oder mehreren Betriebsbedingungen der Kraftmaschine 102 bestimmen. Beispielsweise kann das Einstellpunktmodul 368 die Referenzwerte 340 und/oder die Gewichtungswerte 342 basierend auf der Soll-Änderungsrate des Drehmomentausgangs der Kraftmaschine 102 bestimmen. Somit kann das Einstellpunktmodul 368 die Referenzwerte 340 und/oder die Gewichtungswerte 342 basierend auf der Änderungsrate der Vortriebsdrehmomentanforderung 222 und/oder der Basisdrehmomentanforderung 308 bestimmen.As indicated above, the set point module 368 may determine the reference values 340 and/or the weighting values 342 based on the desired rate of change in one or more operating conditions of the engine 102. For example, the set point module 368 can use the reference values 340 and/or determine the weighting values 342 based on the desired rate of change of the torque output of the engine 102. Thus, the set point module 368 may determine the reference values 340 and/or the weighting values 342 based on the rate of change of the propulsion torque request 222 and/or the base torque request 308.

Ein Bestimmen der Kosten für die möglichen Sequenzen der Zielwerte 230-244 basierend auf einer der oben beschriebenen Gleichungen kann die Rate beschränken, mit der eine Betriebsbedingung der Kraftmaschine 102 geändert werden kann. Beispielsweise kann eine Bestimmung der Kosten basierend auf den Referenzen zwischen den möglichen Zielwerten und den Referenzwerten 340 die Änderungsrate einer Kraftmaschinenbetriebsbedingung begrenzen. Bei einem anderen Beispiel kann eine Bestimmung der Kosten basierend auf den Gesamtänderungsbeträgen der möglichen Zielwerte die Änderungsrate einer Kraftmaschinenbetriebsbedingung begrenzen.Determining the cost of the possible sequences of target values 230-244 based on one of the equations described above may limit the rate at which an operating condition of the engine 102 can be changed. For example, determining the cost based on the references between the possible target values and the reference values 340 may limit the rate of change of an engine operating condition. In another example, determining the cost based on the total amounts of change in the possible target values may limit the rate of change of an engine operating condition.

Somit kann, wenn eine Soll-Änderungsrate in einer Kraftmaschinenbetriebsbedingung einem transienten Betrieb entspricht, das Einstellpunktmodul 368 einen oder mehrere der Gewichtungswerte 342 auf Null setzen. Seinerseits kann der entsprechende der Zielwerte 230-244 auf eine Weise eingestellt werden, die die Kraftmaschinenbetriebsbedingung mit der Soll-Rate ändert. Das Einstellpunktmodul 368 kann bestimmen, dass die Soll-Rate einem transienten Betrieb entspricht, wenn die Soll-Rate größer als eine erste Rate ist. Umgekehrt kann das Einstellpunktmodul 368 bestimmen, dass die Soll-Rate einem stabilen Betrieb entspricht, wenn die Soll-Rate kleiner als oder gleich der ersten Rate ist. Die erste Rate kann die Rate sein, mit der die Kraftmaschinenbetriebsbedingung geändert werden kann, wenn die Kosten basierend auf einer der oben beschriebenen Gleichungen ermittelt werden. Das Einstellpunktmodul 368 kann die erste Rate basierend auf einer Änderungsrate in einem vorhergesagten Parameter (z.B. dem vorhergesagten Drehmomentausgang) bestimmen. Alternativ dazu kann die erste Rate vorgegeben sein.Thus, when a desired rate of change in an engine operating condition corresponds to transient operation, the set point module 368 may set one or more of the weighting values 342 to zero. In turn, the corresponding one of the target values 230-244 may be adjusted in a manner that changes the engine operating condition at the desired rate. The set point module 368 may determine that the desired rate corresponds to transient operation when the desired rate is greater than a first rate. Conversely, the setpoint module 368 may determine that the target rate corresponds to stable operation if the target rate is less than or equal to the first rate. The first rate may be the rate at which the engine operating condition may be changed when the cost is determined based on one of the equations described above. The set point module 368 may determine the first rate based on a rate of change in a predicted parameter (e.g., predicted torque output). Alternatively, the first installment can be specified.

Bei einem Beispiel kann die Bestimmung der Kosten basierend auf der Referenzdrosselklappenöffnungsfläche und dem Gesamtbetrag der Änderung der möglichen Zieldrosselklappenöffnungen die Rate beschränken, mit der der Drehmomentausgang der Kraftmaschine 102 geändert werden kann. Somit können, falls der Fahrer die Gaspedalposition in eine weit offene Drosselklappe einstellt, die Gewichtungswerte, die der Referenzdrosselklappenöffnungsfläche und dem Gesamtänderungsbetrag der möglichen Zieldrosselklappenöffnungen zugeordnet ist, auf Null gesetzt werden. Seinerseits kann die Zieldrosselklappenöffnungsfläche 232 auf eine Weise eingestellt werden, die den Drehmomentausgang der Kraftmaschine 102 mit einer Soll-Rate ändert.In one example, determining the cost based on the reference throttle opening area and the total amount of change in possible target throttle openings may limit the rate at which the torque output of the engine 102 may be changed. Thus, if the driver adjusts the accelerator pedal position to a wide open throttle, the weighting values associated with the reference throttle opening area and the total change amount of the possible target throttle openings may be set to zero. In turn, the target throttle opening area 232 may be adjusted in a manner that changes the torque output of the engine 102 at a desired rate.

Bei einem anderen Beispiel kann ein Soll-Krümmerdruck schnell zunehmen, wenn beispielsweise ein oder mehrere Zylinder der Kraftmaschine 102 abgeschaltet werden. Jedoch kann eine Ermittlung der Kosten basierend auf der Referenzladedruckregelventilöffnungsfläche und dem Gesamtänderungsbetrag der möglichen Ladedruckregelventilöffnungsflächen einer Sequenz die Rate beschränken, mit der der Drehmomentausgang der Kraftmaschine 102 geändert werden kann. Somit können, wenn ein oder mehrere Zylinder der Kraftmaschine 102 abgeschaltet werden, die Gewichtungswerte, die der Referenzladedruckregelventilöffnungsfläche und dem Gesamtbetrag der Änderung der Ladedruckregelventilöffnungsfläche zugeordnet ist, auf Null gesetzt werden. Seinerseits kann die Zielladedruckregelventilöffnungsfläche 230 auf eine Weise eingestellt werden, die den Krümmerdruck mit der Soll-Rate ändert.In another example, a desired manifold pressure may increase rapidly when, for example, one or more cylinders of the engine 102 are deactivated. However, determining the cost based on the reference wastegate opening area and the total amount of change in the possible wastegate opening areas of a sequence may limit the rate at which the torque output of the engine 102 can be changed. Thus, when one or more cylinders of the engine 102 are deactivated, the weighting values associated with the reference wastegate opening area and the total amount of change in the wastegate opening area may be set to zero. In turn, the target wastegate opening area 230 may be adjusted in a manner that changes the manifold pressure at the desired rate.

Wenn die Soll-Änderungsrate in der Kraftmaschinenbetriebsbedingung einem stabilen Betrieb entspricht, kann das Einstellpunktmodul 368 jeden der Referenzwerte 340 auf eine gestufte Weise von einem ersten Wert auf einen zweiten Wert einstellen. Wenn jedoch eine Soll-Änderungsrate einer Kraftmaschinenbetriebsbedingung einem transienten Betrieb entspricht, kann das Einstellpunktmodul 368 einen oder mehrere der Referenzwerte 340 auf eine Weise einstellen, die die Soll-Rate erreicht. Beispielsweise kann das Einstellpunktmodul 368 den Referenzwert auf eine Weise einstellen, die ein anfängliches Überschwingen oder Unterschwingen des zweiten Wertes abhängig davon bewirkt, ob das Einstellpunktmodul 368 den Referenzwert erhöht oder verringert. Bei einem Überschwingen oder Unterschwingen des zweiten Wertes kann das Einstellpunktmodul 368 den Referenzwert von einem ersten Wert auf eine entsprechende der Aktorbeschränkungen 348 einstellen und dann den Referenzwert auf einen zweiten Wert einstellen.When the desired rate of change in the engine operating condition corresponds to stable operation, the set point module 368 may adjust each of the reference values 340 from a first value to a second value in a stepped manner. However, if a desired rate of change of an engine operating condition corresponds to transient operation, the set point module 368 may adjust one or more of the reference values 340 in a manner that achieves the desired rate. For example, the set point module 368 may adjust the reference value in a manner that causes an initial overshoot or undershoot of the second value depending on whether the set point module 368 increases or decreases the reference value. In the event of an overshoot or undershoot of the second value, the set point module 368 may adjust the reference value from a first value to a corresponding one of the actuator constraints 348 and then adjust the reference value to a second value.

Bei einem Beispiel kann, wenn die Basisluftdrehmomentanforderung 308 von 50 Nm auf 300 Nm zunimmt, die Zieldrosselklappenöffnungsfläche 232 auf eine gestufte Weise von 100 mm2 bis 500 mm2 eingestellt werden, wenn die oben beschriebenen Gleichungen verwendet werden. Wenn jedoch die Änderungsrate der Basisluftdrehmomentanforderung 308 einem transienten Betrieb entspricht, kann die Referenzdrosselklappenöffnungsfläche auf eine Weise eingestellt werden, die die Soll-Änderungsrate in dem Kraftmaschinendrehmomentausgang erreicht. Beispielsweise kann die Referenzdrosselklappenöffnungsfläche anfänglich von 100 mm2 auf 1000 mm2 eingestellt werden und dann auf 500 mm2 eingestellt werden. Seinerseits kann die Zieldrosselklappenöffnungsfläche 232 auf eine Weise eingestellt werden, die den Drehmomentausgang der Kraftmaschine 102 bei der Soll-Rate ändert.In one example, when the base air torque request 308 increases from 50 Nm to 300 Nm, the target throttle opening area 232 may be adjusted in a stepped manner from 100 mm 2 to 500 mm 2 using the equations described above. However, if the rate of change of the base air torque request 308 corresponds to transient operation, the reference throttle opening area may be adjusted in a manner that reflects the desired rate of change in the Engine torque output achieved. For example, the reference throttle opening area may be initially set from 100 mm 2 to 1000 mm 2 and then set to 500 mm 2 . In turn, the target throttle opening area 232 may be adjusted in a manner that changes the torque output of the engine 102 at the desired rate.

Bei einem anderen Beispiel, wie oben diskutiert ist, kann ein Sollkrümmerdruck schnell zunehmen, wenn ein oder mehrere Zylinder der Kraftmaschine 102 abgeschaltet werden. Jedoch kann ein Einstellen der Referenzladedruckregelventilöffnungsfläche auf eine gestufte Weise von einem ersten Wert auf einen zweiten Wert die Rate beschränken, mit der der Krümmerdruck geändert werden kann. Somit kann, wenn ein oder mehrere Zylinder der Kraftmaschine 102 abgeschaltet werden, die Referenzladedruckregelventilöffnungsfläche von dem ersten Wert auf eine Ladedruckregelventilöffnungsfläche, die vollständig geschlossen entspricht, eingestellt werden und dann auf einen zweiten Wert eingestellt werden. Seinerseits kann die Zielladedruckregelventilöffnungsfläche 230 auf eine Weise eingestellt werden, die den Krümmerdruck mit der Soll-Rate ändert.In another example, as discussed above, a desired manifold pressure may increase rapidly when one or more cylinders of the engine 102 are deactivated. However, adjusting the reference wastegate opening area in a stepped manner from a first value to a second value may limit the rate at which the manifold pressure can be changed. Thus, when one or more cylinders of the engine 102 are deactivated, the reference wastegate opening area may be adjusted from the first value to a wastegate opening area corresponding to fully closed and then adjusted to a second value. In turn, the target wastegate opening area 230 may be adjusted in a manner that changes the manifold pressure at the desired rate.

Anstatt oder zusätzlich einer Ermittlung, ob die Soll-Rate einem transienten Betrieb entspricht, kann das Einstellpunktmodul 368 die Referenzwerte 340 basierend auf einer vorbestimmten Beziehung zwischen der Soll-Rate und den Referenzwerten 340 bestimmen. Ferner kann das Einstellpunktmodul 368 einen oder mehrere der Referenzwerte 340 von einem ersten Wert, der einem stabilen Betrieb entspricht, auf einen zweiten Wert, der einem stabilen Betrieb entspricht, basierend auf einer Referenztrajektorie einstellen. Die Referenztrajektorie kann eine Mehrzahl von Referenzwerten aufweisen. Die Referenztrajektorie kann nichtlinear, vorgegeben und/oder basierend auf einer vorgegebenen Beziehung zwischen der Soll-Rate und der Referenztrajektorie bestimmt sein. Die Referenztrajektorie kann auch basierend auf dem zweiten Wert bestimmt sein, der dem stabilen Betrieb entspricht, nachdem die Änderung der Kraftmaschinenbetriebsbedingung vollständig ist. Die vorbestimmten Beziehungen, die dazu verwendet werden, die Referenzwerte und/oder die Referenztrajektorie zu ermitteln, können in einer Nachschlagetabelle und/oder einer Gleichung ausgeführt sein und können linear oder nichtlinear sein.Instead of or in addition to determining whether the target rate corresponds to transient operation, the set point module 368 may determine the reference values 340 based on a predetermined relationship between the target rate and the reference values 340. Further, the set point module 368 may adjust one or more of the reference values 340 from a first value corresponding to stable operation to a second value corresponding to stable operation based on a reference trajectory. The reference trajectory can have a plurality of reference values. The reference trajectory can be non-linear, predetermined and/or determined based on a predetermined relationship between the target rate and the reference trajectory. The reference trajectory may also be determined based on the second value corresponding to stable operation after the change in engine operating condition is complete. The predetermined relationships used to determine the reference values and/or the reference trajectory may be embodied in a lookup table and/or an equation and may be linear or nonlinear.

Gleichermaßen kann anstatt oder zusätzlich zu einem Vergleich der Soll-Änderungsrate mit der ersten Rate das Einstellpunktmodul 368 die Gewichtungswerte 342 basierend auf einer vorbestimmten Beziehung zwischen der Soll-Rate und den Gewichtungswerten 342 bestimmen. Die vorbestimmte Beziehung kann in einer Nachschlagetabelle und/oder einer Gleichung ausgeführt sein und kann linear oder nichtlinear sein. Ferner können die Gewichtungswerte 342 auf vorbestimmte Werte, die von Null verschieden sind, gesetzt werden.Likewise, instead of or in addition to comparing the target rate of change to the first rate, the set point module 368 may determine the weighting values 342 based on a predetermined relationship between the target rate and the weighting values 342. The predetermined relationship may be embodied in a lookup table and/or an equation and may be linear or nonlinear. Further, the weight values 342 may be set to predetermined values other than zero.

Das Einstellpunktmodul 368 kann die Referenzwerte 340 und/oder die Gewichtungswerte 342 dynamisch basierend auf einer Soll-Änderungsrate in einer oder mehreren Betriebsbedingungen der Kraftmaschine 102 einstellen. Mit anderen Worten kann das Einstellpunktmodul 368 die Referenzwerte 340 und/oder die Gewichtungswerte 342 in Echtzeit einstellen, während die Kraftmaschine 102 arbeitet (d.h. ohne Abschalten der Kraftmaschine 102 oder des ECM 114). Zusätzlich können die Referenzwerte 340 und/oder die Gewichtungswerte 342 von einer Steuerschleife zu der nächsten oder von einem Steuermanöver zu dem nächsten verschieden sein, müssen jedoch nicht.The set point module 368 may adjust the reference values 340 and/or the weighting values 342 dynamically based on a desired rate of change in one or more operating conditions of the engine 102. In other words, the set point module 368 may adjust the reference values 340 and/or the weighting values 342 in real time while the engine 102 is operating (i.e., without turning off the engine 102 or the ECM 114). Additionally, the reference values 340 and/or the weighting values 342 may or may not be different from one control loop to the next or from one control maneuver to the next.

Nun Bezug nehmend auf 4 beginnt ein beispielhaftes Verfahren zum Steuern des Drosselklappenventils 112, des Einlassnockenphasenstellers 148, des Auslassnockenphasenstellers 150, des Abgasladedruckregelventils 162 (und daher des Turboladers), des AGR-Ventils 170, der Zündzeiteinstellung, der Kraftstoffbeaufschlagung und der Anzahl von Zylindern, die eingeschaltet/abgeschaltet sind, unter Verwendung der MPC (Modellvorhersagesteuerung) bei 402. Bei 404 bestimmt das Vortriebsdrehmomentarbitrierungsmodul 214 die Vortriebsdrehmomentanforderung 222. Bei 406 wandelt das Drehmomentumwandlungsmodul 304 die Vortriebsdrehmomentanforderung 222 in die Basisdrehmomentanforderung 308 oder in irgendeinen anderen geeigneten Typ von Drehmoment zur Verwendung durch das MPC-Modul 312 um.Now referring to 4 begins an exemplary method for controlling the throttle valve 112, the intake cam phaser 148, the exhaust cam phaser 150, the exhaust wastegate 162 (and therefore the turbocharger), the EGR valve 170, the ignition timing, fueling, and the number of cylinders turned on/off , using the MPC (Model Predictive Control) at 402. At 404, the propulsion torque arbitration module 214 determines the propulsion torque request 222. At 406, the torque conversion module 304 converts the propulsion torque request 222 to the base torque request 308 or to any other suitable type of torque for use by the MPC module 312 around.

Bei 408 bestimmt das Einstellpunktmodul 368 die Referenzwerte 340 und die Gewichtungswerte 342. Wie oben diskutiert ist, kann das Einstellpunktmodul 368 die Referenzwerte 340 und/oder die Gewichtungswerte 342 basierend auf einer Soll-Änderungsrate in einer Betriebsbedingung der Kraftmaschine 102 bestimmen. Beispielsweise kann das Einstellpunktmodul 368 einen oder mehrere der Gewichtungswerte 342 auf Null setzen, wenn die Soll-Rate einem transienten Betrieb entspricht. Bei einem anderen Beispiel kann das Einstellpunktmodul 368 einen oder mehrere der Referenzwerte 340 basierend auf einer Referenztrajektorie einstellen, wenn die Soll-Rate einem transienten Betrieb entspricht.At 408, the setpoint module 368 determines the reference values 340 and the weighting values 342. As discussed above, the setpoint module 368 may determine the reference values 340 and/or the weighting values 342 based on a desired rate of change in an operating condition of the engine 102. For example, the setpoint module 368 may set one or more of the weighting values 342 to zero when the target rate corresponds to transient operation. In another example, the set point module 368 may adjust one or more of the reference values 340 based on a reference trajectory when the desired rate corresponds to transient operation.

Bei 410 bestimmt das Sequenzbestimmungsmodul 316 mögliche Sequenzen der Zielwerte 230-244. Bei 412 bestimmt das Vorhersagemodul 323 für jede der möglichen Sequenzen von Zielwerten die vorhergesagten Parameter. Das Vorhersagemodul 323 bestimmt die vorhergesagten Parameter für die möglichen Sequenzen auf der Grundlage des Modells 324 der Kraftmaschine 102, der exogenen Eingaben 328 und der Rückkopplungseingaben 330. Im Einzelnen erzeugt das Vorhersagemodul 323 unter Verwendung des Models 324 auf der Grundlage einer möglichen Sequenz der Zielwerte 230-244, der exogenen Eingänge 328 und der Rückkopplungseingänge 330 eine Sequenz von N vorhergesagten Drehmomenten der Kraftmaschine 102 für die N Steuerschleifen, eine Sequenz von N vorhergesagten Kraftstoffwirkungsgradwerten für die N Steuerschleifen und eine Sequenz von N vorhergesagten NVH-Werten für die N Steuerschleifen.At 410, the sequence determination module 316 determines possible sequences of the target values 230-244. At 412, the prediction module 323 determines the predicted parameters for each of the possible sequences of target values. The prediction module 323 determines the predicted parameters for the possible sequences based on the model 324 of the engine 102, the exogenous inputs 328, and the feedback inputs 330. Specifically, the prediction module 323 generates using the model 324 based on a possible sequence of the target values 230 -244, the exogenous inputs 328 and the feedback inputs 330, a sequence of N predicted engine 102 torques for the N control loops, a sequence of N predicted fuel efficiency values for the N control loops, and a sequence of N predicted NVH values for the N control loops.

Bei 414 bestimmt das Kostenmodul 332 jeweils die Kosten der möglichen Sequenzen. Beispielhaft kann das Kostenmodul 332 die Kosten (engl.: Cost) für eine mögliche Sequenz der Zielwerte 230-244 auf der Grundlage der Gleichung: C o s t = i = 1 N p ε 2 + w T ( T P i BT R i ) 2 + w A ( A P C P i MinAPC ) 2 ,

Figure DE102015103789B4_0003
oder auf der Grundlage der Gleichung: C o s t = i = 1 N p ε 2 + w T ( T P i BT R i ) 2 + w A ( A P C P i MinAPC ) 2 + w T O ( P T T o i TORefi ) 2 + w Δ PTTO Δ PTTO 2 + w W G ( P T W G O i W G O R e f i ) 2 + w Δ PTWG Δ PTWG 2 + w E G R ( P T E G R i E G R R e f i ) 2 + w Δ PTEGR Δ PTEGR 2 + w I P ( P T I C P i I C P R e f i ) 2 + w Δ PTICP Δ PTICP 2 + w E P ( P T E C P i E C P R e f i ) 2 + w Δ PTECP Δ PTECP 2 + w S ( P S i S R e f i ) 2 + w Δ PS Δ PS 2 + w N ( P N i N R e f i ) 2 + w Δ PN Δ PN 2 + w F ( P F i F R e f i ) 2 + w Δ PF Δ PF 2
Figure DE102015103789B4_0004
vorbehaltlich der Aktorbeschränkungen 348 und der Ausgabebeschränkungen 352, bestimmen, wie es oben besprochen wurde.At 414, the cost module 332 determines the costs of each possible sequence. By way of example, the cost module 332 can calculate the costs for a possible sequence of target values 230-244 based on the equation: C O s t = i = 1 N p ε 2 + w T ( T P i BT R i ) 2 + w A ( A P C P i MinAPC ) 2 ,
Figure DE102015103789B4_0003
or based on the equation: C O s t = i = 1 N p ε 2 + w T ( T P i BT R i ) 2 + w A ( A P C P i MinAPC ) 2 + w T O ( P T T O i TORefi ) 2 + w Δ PTTO Δ PTTO 2 + w W G ( P T W G O i W G O R e f i ) 2 + w Δ PTWG Δ PTWG 2 + w E G R ( P T E G R i E G R R e f i ) 2 + w Δ PTEGR Δ PTEGR 2 + w I P ( P T I C P i I C P R e f i ) 2 + w Δ PTICP Δ PTICP 2 + w E P ( P T E C P i E C P R e f i ) 2 + w Δ PTECP Δ PTECP 2 + w S ( P S i S R e f i ) 2 + w Δ P.S Δ P.S 2 + w N ( P N i N R e f i ) 2 + w Δ PM Δ PM 2 + w F ( P F i F R e f i ) 2 + w Δ PF Δ PF 2
Figure DE102015103789B4_0004
subject to the actor constraints 348 and the output constraints 352, determine as discussed above.

Bei 416 wählt das Auswahlmodul 344 auf der Grundlage der Kosten der möglichen Sequenzen eine der möglichen Sequenzen der Zielwerte 230-244 aus. Zum Beispiel kann das Auswahlmodul 344 die eine der möglichen Sequenzen mit den niedrigsten Kosten auswählen. Das Auswahlmodul 344 kann daher die eine der möglichen Sequenzen wählen, die die Basisdrehmomentanforderung 308 und die Soll-Abgasenthalpie am besten erreicht, während gleichzeitig der Kraftstoffverbrauch und die Partikelemissionen minimiert werden. Anstelle oder zusätzlich zur Bestimmung möglicher Sequenzen der Zielwerte 230-244 bei 410 und zur Bestimmung der Kosten jeder der Sequenzen bei 414 kann das MPC-Modul 312 wie oben diskutiert eine Sequenz möglicher Zielwerte mit den niedrigsten Kosten unter Verwendung konvexer Optimierungstechniken identifizieren.At 416, the selection module 344 selects one of the possible sequences of the target values 230-244 based on the cost of the possible sequences. For example, the selection module 344 may select one of the lowest cost possible sequences. The selection module 344 may therefore select one of the possible sequences that best achieves the base torque request 308 and the target exhaust enthalpy while minimizing fuel consumption and particulate emissions. Instead of or in addition to determining possible sequences of target values 230-244 at 410 and determining the cost of each of the sequences at 414, the MPC module 312 may identify a lowest cost sequence of possible target values using convex optimization techniques, as discussed above.

Bei 418 bestimmt das MPC-Modul 312, ob die ausgewählte eine der möglichen Sequenzen die Aktorbeschränkungen 348 erfüllt. Wenn die ausgewählte der möglichen Sequenzen die Aktorbeschränkungen 348 erfüllt, fährt das Verfahren mit 420 fort. Andernfalls fährt das Verfahren mit 422 fort, wo das MPC-Modul 312 die eine der möglichen Sequenzen mit dem nächst niedrigsten Kosten wählt. Das Verfahren kehrt dann zu 418 zurück. Auf diese Weise wird die Sequenz mit den niedrigsten Kosten, die die Aktorbeschränkungen 348 erfüllen, verwendet.At 418, the MPC module 312 determines whether the selected one of the possible sequences meets the actor constraints 348. If the selected one of the possible sequences meets the actor constraints 348, the method continues at 420. Otherwise, the method continues at 422 where the MPC module 312 selects the next lowest cost one of the possible sequences. The procedure then returns to 418. In this way, the lowest cost sequence that meets the actor constraints 348 is used.

Bei 420 setzt das erste Umsetzungsmodul 248 die Ziel-Ladedruckregelventil-Öffnungsfläche 230 in den Ziel-Tastgrad 250 um, der an das Ladedruckregelventil 162 angelegt werden soll, setzt das zweite Umsetzungsmodul 252 die Ziel-Drosselöffnungsfläche 232 in den Ziel-Tastgrad 254 um, der an das Drosselventil 112 angelegt werden soll. Außerdem setzt das dritte Umsetzungsmodul 256 bei 428 die Ziel-AGR-Öffnungsfläche 234 in den Ziel-Tastgrad 258 um, der an das AGR-Ventil 170 angelegt werden soll. Außerdem kann das vierte Umsetzungsmodul den Ziel-Einlassnocken-Phasenstellerwinkel und den Ziel-Auslassnocken-Phasenstellerwinkel 236 und 238 in den Ziel-Einlasstastgrad und in den Ziel-Auslasstastgrad umsetzen, der an den Einlassnocken-Phasensteller bzw. an den Auslassnocken-Phasensteller 148 bzw. 150 angelegt werden soll.At 420, the first implementation module 248 converts the target wastegate opening area 230 into the target duty cycle 250 to be applied to the wastegate 162, the second implementation module 252 converts the target throttle opening area 232 into the target duty cycle 254, which should be applied to the throttle valve 112. Additionally, at 428, the third translation module 256 translates the target EGR opening area 234 into the target duty cycle 258 to be applied to the EGR valve 170. In addition, the fourth implementation module may translate the target intake cam phasing angle and the target exhaust cam phasing angle 236 and 238 into the target intake duty cycle and the target exhaust duty cycle, which is to be applied to the intake cam phaser or to the exhaust cam phaser 148 or 150.

Bei 424 steuert das Drosselaktormodul 116 das Drosselventil 112, um die Ziel-Drosselöffnungsfläche 232 zu erzielen, und steuert das Phasensteller-Aktormodul 158 den Einlassnocken-Phasensteller und den Auslassnocken-Phasensteller 148 und 150, um den Ziel-Einlassnocken-Phasenstellerwinkel und den Ziel-Auslassnocken-Phasenstellerwinkel 236 bzw. 238 zu erzielen. Zum Beispiel kann das Drosselaktormodul 116 ein Signal mit dem Ziel-Tastgrad 254 an das Drosselventil 112 anlegen, um die Ziel-Drosselöffnungsfläche 232 zu erzielen.At 424, the throttle actuator module 116 controls the throttle valve 112 to achieve the target throttle opening area 232 and the phaser actuator module 158 controls the intake cam phaser and exhaust cam phaser 148 and 150 to achieve the target intake cam phaser angle and target To achieve exhaust cam phaser angles 236 or 238. For example, the throttle actuator module 116 may apply a signal with the target duty cycle 254 to the throttle valve 112 to achieve the target throttle opening area 232.

Außerdem steuert das AGR-Aktormodul 172 das AGR-Ventil 170 bei 424, um die Ziel-AGR-Öffnungsfläche 234 zu erzielen, und steuert das Ladedruckaktormodul 164 das Ladedruckregelventil 162, um die Ziel-Ladedruckregelventil-Öffnungsfläche 230 zu erzielen. Zum Beispiel kann das AGR-Aktormodul 172 ein Signal mit dem Ziel-Tastgrad 258 an das AGR-Ventil 170 anlegen, um die Ziel-AGR-Öffnungsfläche 234 zu erzielen, und kann das Ladedruckaktormodul 164 ein Signal mit dem Ziel-Tastgrad 250 an das Ladedruckregelventil 162 anlegen, um die Ziel-Ladedruckregelventil-Öffnungsfläche 230 zu erzielen. Außerdem steuert das Zündungsaktormodul 126 bei 424 die Zündzeiteinstellung auf der Grundlage der Ziel-Zündzeiteinstellung 240, das Zylinderaktormodul 120 steuert die Zylinderaktivierung und -deaktivierung auf der Grundlage der Ziel-Zylinderzahl 242, und das Kraftstoffaktormodul 124 steuert die Kraftstoffbeaufschlagung auf der Grundlage der Ziel-Kraftstoffbeaufschlagungsparameter 244. Bei 426 kann das Verfahren enden. Alternativ dazu kann 4 eine Steuerschleife veranschaulichen, und die Steuerschleifen können mit einer vorbestimmten Rate ausgeführt werden. Additionally, the EGR actuator module 172 controls the EGR valve 170 at 424 to achieve the target EGR opening area 234 and the wastegate actuator module 164 controls the wastegate 162 to achieve the target wastegate opening area 230. For example, the EGR actuator module 172 may apply a signal with the target duty cycle 258 to the EGR valve 170 to achieve the target EGR opening area 234, and the boost actuator module 164 may apply a signal with the target duty cycle 250 to that Apply wastegate 162 to achieve the target wastegate opening area 230. Additionally, at 424, the ignition actuator module 126 controls ignition timing based on the target ignition timing setting 240, the cylinder actuator module 120 controls cylinder activation and deactivation based on the target cylinder number 242, and the fuel actuator module 124 controls fueling based on the target fueling parameters 244. The procedure can end at 426. Alternatively, you can 4 illustrate a control loop, and the control loops may execute at a predetermined rate.

Nun Bezug nehmend auf 5 sind ein Sollkrümmerdruck 502, ein Istkrümmerdruck 504 sowie eine Referenzladedruckregelventilöffnungsfläche 506 in Bezug auf eine x-Achse aufgetragen, die die Zeit 508 repräsentiert. Bei 510 steigt der Sollkrümmerdruck 502 von einem ersten Druck 512 auf einen zweiten Druck 514 in einer gestuften Weise. In Ansprechen darauf verringert das Einstellpunktmodul 368 die Referenzladedruckregelventilöffnungsfläche 506 auf eine gestufte Weise von einer ersten Fläche 516 zu einer zweiten Fläche 518. Das Kostenmodul 332 bestimmt die Kosten möglicher Sequenzen der Zielwerte 230-244 basierend auf den oben beschriebenen Gleichungen, und das Auswahlmodul 344 wählt die eine der möglichen Sequenzen, die die geringsten Kosten besitzen. Somit kann die Rate, mit der der Istkrümmerdruck 504 von dem ersten Druck 512 auf den zweiten Druck 514 ansteigt, kleiner als die Rate sein, mit der der Sollkrümmerdruck 502 von dem ersten Druck 512 auf den zweiten Druck 514 ansteigt.Now referring to 5 are a target manifold pressure 502, an actual manifold pressure 504 and a reference wastegate opening area 506 plotted with respect to an x-axis that represents the time 508. At 510, the desired manifold pressure 502 increases from a first pressure 512 to a second pressure 514 in a stepped manner. In response, the set point module 368 reduces the reference wastegate opening area 506 in a stepped manner from a first area 516 to a second area 518. The cost module 332 determines the cost of possible sequences of the target values 230-244 based on the equations described above, and the selection module 344 selects the one of the possible sequences that has the lowest cost. Thus, the rate at which the actual manifold pressure 504 increases from the first pressure 512 to the second pressure 514 may be less than the rate at which the desired manifold pressure 502 increases from the first pressure 512 to the second pressure 514.

Nun Bezug nehmend auf 6 sind ein Sollkrümmerdruck 602, ein Istkrümmerdruck 604 sowie eine Referenzladedruckregelventilöffnungsfläche 606 in Bezug auf eine x-Achse aufgetragen, die die Zeit 608 repräsentiert. Bei 610 steigt der Sollkrümmerdruck 502 von einem ersten Druck 612 auf einen zweiten Druck 614 in einer gestuften Weise. In Ansprechen darauf verringert das Einstellpunktmodul 368 die Referenzladedruckregelventilöffnungsfläche 506 von einer ersten Fläche 616 zu einer zweiten Fläche 618 basierend auf einer Referenztrajektorie 620. Die Referenztrajektorie 620 ist basierend auf der Änderungsrate des Sollkrümmerdrucks 602 bestimmt. Somit ist die Rate, mit der der Istkrümmerdruck 604 von dem ersten Druck 612 auf den zweiten Druck 614 ansteigt, nahezu gleich der Rate, mit der der Sollkrümmerdruck 602 von dem ersten Druck 612 auf den zweiten Druck 614 ansteigt.Now referring to 6 are a target manifold pressure 602, an actual manifold pressure 604 and a reference wastegate opening area 606 plotted with respect to an x-axis that represents the time 608. At 610, the desired manifold pressure 502 increases from a first pressure 612 to a second pressure 614 in a stepped manner. In response, the set point module 368 reduces the reference wastegate opening area 506 from a first area 616 to a second area 618 based on a reference trajectory 620. The reference trajectory 620 is determined based on the rate of change of the desired manifold pressure 602. Thus, the rate at which the actual manifold pressure 604 increases from the first pressure 612 to the second pressure 614 is nearly equal to the rate at which the desired manifold pressure 602 increases from the first pressure 612 to the second pressure 614.

Der Begriff Modul kann sich auf eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC); auf eine digitale, analoge oder gemischt analog/digitale diskrete Schaltung; auf eine digitale, analoge oder gemischt analog/digitale integrierte Schaltung; auf eine Kombinationslogikschaltung; auf eine feldprogrammierbare logische Anordnung (FPGA); auf einen Prozessor (gemeinsam genutzt, dediziert oder Gruppe), der Code ausführt; auf Speicher (gemeinsam genutzt, dediziert oder Gruppe), der durch einen Prozessor ausgeführten Code speichert; auf andere geeignete Hardwarekomponenten, die die beschriebene Funktionalität bereitstellen; oder auf eine Kombination einiger oder aller der Obigen wie etwa in einem Ein-Chip-System beziehen, ein Teil davon sein oder sie enthalten.The term module can refer to an application specific integrated circuit (ASIC); to a digital, analog or mixed analog/digital discrete circuit; to a digital, analog or mixed analog/digital integrated circuit; to a combinational logic circuit; to a field programmable logic array (FPGA); to a processor (shared, dedicated, or group) that executes code; to memory (shared, dedicated or group) that stores code executed by a processor; to other suitable hardware components that provide the described functionality; or relate to, be part of, or contain a combination of some or all of the above, such as in a single-chip system.

Der Begriff Code, wie er oben verwendet ist, kann Software, Firmware und/oder Mikrocode enthalten und kann sich auf Programme, Routinen, Funktionen, Klassen und/oder Objekte beziehen. Der Begriff gemeinsam genutzter Prozessor umfasst einen einzelnen Prozessor, der einen Teil des Codes oder allen Code von mehreren Modulen ausführt. Der Begriff Gruppenprozessor umfasst einen Prozessor, der einen Teil oder allen Code von einem oder von mehreren Modulen zusammen mit zusätzlichen Prozessoren ausführt. Der Begriff gemeinsam genutzter Speicher umfasst einen einzelnen Speicher, der einen Teil oder allen Code von mehreren Modulen speichert. Der Begriff Gruppenspeicher umfasst einen Speicher, der einen Teil oder allen Code von einem oder von mehreren Modulen zusammen mit zusätzlichen Speichern speichert. Der Begriff Speicher kann eine Teilmenge des Begriffs computerlesbares Medium sein. Der Begriff computerlesbares Medium umfasst keine vorübergehenden elektrischen und elektromagnetischen Signale, die sich durch ein Medium ausbreiten, und kann somit als konkret und nichtflüchtig angesehen werden. Nichteinschränkende Beispiele eines nicht vorübergehenden konkreten computerlesbaren Mediums enthalten nichtflüchtigen Speicher, flüchtigen Speicher, eine magnetische Ablage und eine optische Ablage.The term code, as used above, may include software, firmware and/or microcode and may refer to programs, routines, functions, classes and/or objects. The term shared processor includes a single processor that executes some or all of the code from multiple modules. The term group processor includes a processor that executes some or all of the code from one or more modules together with additional processors. The term shared memory includes a single memory that stores some or all of the code from multiple modules. The term group memory includes a memory that is a part or stores all code from one or more modules together with additional memories. The term storage can be a subset of the term computer-readable medium. The term computer-readable medium does not include transient electrical and electromagnetic signals propagating through a medium and can therefore be considered concrete and non-transitory. Non-limiting examples of a non-transitory tangible computer-readable medium include non-volatile memory, volatile memory, magnetic storage, and optical storage.

Claims (10)

Verfahren, umfassend: Erzeugen vorhergesagter Parameter basierend auf einem Modell (324) eines Teilsystems und eines Satzes möglicher Zielwerte (230, 232, 234, 236, 238, 240 ,242, 244); Erzeugen von Kosten für den Satz möglicher Zielwerte (230, 232, 234, 236, 238, 240 ,242, 244) basierend auf den vorhergesagten Parametern und zumindest einem von Gewichtungswerten (342) und Referenzwerten (340); Einstellen des zumindest einen der Gewichtungswerte (342) und der Referenzwerte (340) basierend auf einer Soll-Änderungsrate in einer Betriebsbedingung des Teilsystems; Auswählen des Satzes möglicher Zielwerte (230, 232, 234, 236, 238, 240 ,242, 244) aus mehreren Sätzen möglicher Zielwerte (230, 232, 234, 236, 238, 240 ,242, 244) basierend auf den Kosten; und Einstellen eines Aktors (116, 120, 124, 126, 158, 164, 172) des Teilsystems zumindest basierend auf einem der Zielwerte (230, 232, 234, 236, 238, 240 ,242, 244).Method comprising: generating predicted parameters based on a model (324) of a subsystem and a set of possible target values (230, 232, 234, 236, 238, 240, 242, 244); generating costs for the set of possible target values (230, 232, 234, 236, 238, 240, 242, 244) based on the predicted parameters and at least one of weight values (342) and reference values (340); adjusting the at least one of the weighting values (342) and the reference values (340) based on a desired rate of change in an operating condition of the subsystem; selecting the set of possible target values (230, 232, 234, 236, 238, 240, 242, 244) from a plurality of sets of possible target values (230, 232, 234, 236, 238, 240, 242, 244) based on the cost; and Setting an actuator (116, 120, 124, 126, 158, 164, 172) of the subsystem based on at least one of the target values (230, 232, 234, 236, 238, 240, 242, 244). Verfahren nach Anspruch 1, ferner mit einem Einstellen von zumindest einem der Gewichtungswerte (342) auf Null, wenn die Soll-Änderungsrate größer als eine erste Rate ist.Procedure according to Claim 1 , further comprising setting at least one of the weighting values (342) to zero if the target rate of change is greater than a first rate. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Gewichtungswerte (342) einen ersten Gewichtungswert (342), der einer Differenz zwischen einem der möglichen Zielwerte (230, 232, 234, 236, 238, 240 ,242, 244) und einem der Referenzwerte (340) zugeordnet ist, aufweist, wobei das Verfahren ferner umfasst, dass der erste Gewichtungswert (342) auf Null eingestellt wird, wenn die Soll-Änderungsrate größer als die erste Rate ist.Procedure according to Claim 2 , wherein the weighting values (342) have a first weighting value (342) which is assigned to a difference between one of the possible target values (230, 232, 234, 236, 238, 240, 242, 244) and one of the reference values (340). , the method further comprising setting the first weight value (342) to zero if the target rate of change is greater than the first rate. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Gewichtungswerte (342) einen ersten Gewichtungswert (342), der dem Gesamtbetrag der Änderung eines der möglichen Zielwerte (230, 232, 234, 236, 238, 240 ,242, 244) über N Steuerschleifen zugeordnet ist, aufweist, und N eine ganze Zahl größer als Eins ist, wobei das Verfahren ferner umfasst, dass der erste Gewichtungswert (342) auf Null eingestellt wird, wenn die Soll-Änderungsrate größer als die erste Rate ist.Procedure according to Claim 2 , wherein the weighting values (342) have a first weighting value (342) which is assigned to the total amount of change in one of the possible target values (230, 232, 234, 236, 238, 240, 242, 244) over N control loops, and N is an integer greater than one, the method further comprising setting the first weight value (342) to zero if the desired rate of change is greater than the first rate. Verfahren nach Anspruch 2, ferner mit einem Ermitteln der ersten Rate basierend auf einer Änderungsrate in zumindest einem der vorhergesagten Parameter.Procedure according to Claim 2 , further comprising determining the first rate based on a rate of change in at least one of the predicted parameters. Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend: Bestimmen einer Referenztrajektorie (620) basierend auf der Soll-Änderungsrate; und Einstellen zumindest eines der Referenzwerte (340) basierend auf der Referenztrajektorie (620).Procedure according to Claim 1 , further comprising: determining a reference trajectory (620) based on the desired rate of change; and adjusting at least one of the reference values (340) based on the reference trajectory (620). Verfahren nach Anspruch 1, ferner mit einem Einstellen zumindest eines der Referenzwerte (340) auf zumindest eines einer maximalen Grenze des Aktors (116, 120, 124, 126, 158, 164, 172) und einer minimalen Grenze des Aktors (116, 120, 124, 126, 158, 164, 172), wenn die Soll-Änderungsrate größer als eine erste Rate ist.Procedure according to Claim 1 , further with setting at least one of the reference values (340) to at least one of a maximum limit of the actuator (116, 120, 124, 126, 158, 164, 172) and a minimum limit of the actuator (116, 120, 124, 126, 158, 164, 172) if the target rate of change is greater than a first rate. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Teilsystem eine Kraftmaschine (102) ist und die Betriebsbedingung ein Solldrehmomentausgang der Kraftmaschine (102) ist.Procedure according to Claim 1 , wherein the subsystem is an engine (102) and the operating condition is a desired torque output of the engine (102). Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Gewichtungswerte (342) einen ersten Gewichtungswert (342), der einer Differenz zwischen einer Zieldrosselklappenöffnungsfläche (232) und einer Referenzdrosselklappenöffnungsfläche zugeordnet ist, aufweist, wobei das Verfahren ferner ein Einstellen des ersten Gewichtungswertes (342) auf Null umfasst, wenn die Soll-Änderungsrate größer als eine erste Rate ist.Procedure according to Claim 8 , wherein the weighting values (342) have a first weighting value (342) associated with a difference between a target throttle opening area (232) and a reference throttle opening area, the method further comprising setting the first weighting value (342) to zero if the target -Rate of change is greater than a first rate. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Referenzwerte (340) eine Referenzdrosselklappenöffnungsfläche aufweisen, wobei das Verfahren ferner umfasst: Bestimmen einer Referenztrajektorie (620) basierend auf der Soll-Änderungsrate; und Einstellen der Referenzdrosselklappenöffnungsfläche basierend auf der Referenztrajektorie.Procedure according to Claim 8 , wherein the reference values (340) have a reference throttle opening area, the method further comprising: determining a reference trajectory (620) based on the desired rate of change; and adjusting the reference throttle opening area based on the reference trajectory.
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