用于內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的模型預(yù)測控制系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】
[0001] 相關(guān)申請的交叉引用 此申請涉及2014年3月26日提交的美國專利申請?zhí)?4/225, 516、2014年3月26日 提交的美國專利申請?zhí)?4/225, 569、2014年3月26日提交的美國專利申請?zhí)?4/225, 626、 2014年3月26日提交的美國專利申請?zhí)?4/225, 817、2014年3月26日提交的美國專利申 請?zhí)?4/225,896、2014年3月26日提交的美國專利申請?zhí)?4/225,531、2014年3月26日 提交的美國專利申請?zhí)?4/225, 507、2014年3月26日提交的美國專利申請?zhí)?4/225, 808、 2014年3月26日提交的美國專利申請?zhí)?4/225, 587、2014年3月26日提交的美國專利申 請?zhí)?4/225,492、2014年3月26日提交的美國專利申請?zhí)?4/226,006、2014年3月26日 提交的美國專利申請?zhí)?4/226, 12U2014年3月26日提交的美國專利申請?zhí)?4/225, 496 以及2014年3月26日提交的美國專利申請?zhí)?4/225,891。以上申請的全部披露內(nèi)容以引 用的方式并入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本公開涉及內(nèi)燃發(fā)動機(jī)，并且更具體來說，涉及用于車輛的發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)和方 法。
【背景技術(shù)】
[0003] 本文所提供的【背景技術(shù)】描述的目的在于從總體上介紹本公開的背景。當(dāng)前提及 的發(fā)明人的工作一一以在此【背景技術(shù)】部分中所描述的為限一一以及在提交時否則可能不 構(gòu)成現(xiàn)有技術(shù)的該描述的各方面，既不明示地也不默示地被承認(rèn)為是針對本公開的現(xiàn)有技 術(shù)。
[0004] 內(nèi)燃發(fā)動機(jī)在汽缸內(nèi)燃燒空氣與燃料混合物以驅(qū)動活塞，這產(chǎn)生驅(qū)動扭矩。進(jìn)入 發(fā)動機(jī)的空氣流量通過節(jié)氣門來調(diào)節(jié)。更具體來說，節(jié)氣門調(diào)整節(jié)氣門面積，這增加或減少 進(jìn)入發(fā)動機(jī)的空氣流量。當(dāng)節(jié)氣門面積增加時，進(jìn)入發(fā)動機(jī)的空氣流量增加。燃料控制系 統(tǒng)調(diào)整燃料被噴射的速率從而將所需的空氣/燃料混合物提供到汽缸和/或?qū)崿F(xiàn)所需的扭 矩輸出。增加提供到汽缸的空氣與燃料的量增加發(fā)動機(jī)的扭矩輸出。
[0005] 在火花點火發(fā)動機(jī)中，火花開始提供到汽缸的空氣/燃料混合物的燃燒。在壓縮 點火發(fā)動機(jī)中，汽缸中的壓縮燃燒提供到汽缸的空氣/燃料混合物。火花正時和空氣流量 可以是用于調(diào)整火花點火發(fā)動機(jī)的扭矩輸出的主要機(jī)構(gòu)，而燃料流可以是用于調(diào)整壓縮點 火發(fā)動機(jī)的扭矩輸出的主要機(jī)構(gòu)。
[0006] 已經(jīng)開發(fā)出發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)來控制發(fā)動機(jī)輸出扭矩以實現(xiàn)所需扭矩。然而，傳統(tǒng) 的發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)并不如需要一樣精確地控制發(fā)動機(jī)輸出扭矩。另外，傳統(tǒng)的發(fā)動機(jī)控制 系統(tǒng)并不對控制信號提供快速響應(yīng)或者在影響發(fā)動機(jī)輸出扭矩的各種設(shè)備之間協(xié)調(diào)發(fā)動 機(jī)扭矩控制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 預(yù)測模炔基于火花點火發(fā)動機(jī)的模型和基于發(fā)動機(jī)扭矩請求確定的第一組可能 目標(biāo)值產(chǎn)生第一預(yù)測發(fā)動機(jī)輸出扭矩和第一預(yù)測每汽缸空氣（APC)質(zhì)量，并且基于火花點 火發(fā)動機(jī)的模型和基于發(fā)動機(jī)扭矩請求確定的第二組可能目標(biāo)值產(chǎn)生第二預(yù)測發(fā)動機(jī)輸 出扭矩和第二預(yù)測APC質(zhì)量。成本模炔基于第一預(yù)定加權(quán)值、第一預(yù)測發(fā)動機(jī)輸出扭矩、發(fā) 動機(jī)扭矩請求、第二預(yù)定加權(quán)值以及第一預(yù)測APC質(zhì)量確定用于第一組可能目標(biāo)值的第一 成本；并且基于第一預(yù)定加權(quán)值、第二預(yù)測發(fā)動機(jī)輸出扭矩、發(fā)動機(jī)扭矩請求、第二預(yù)定加 權(quán)值以及第二預(yù)測APC質(zhì)量確定用于第二組可能目標(biāo)值的第二成本。選擇模炔基于第一和 第二成本選擇第一組和第二組中的一個并且基于第一組和第二組中的選定一個的可能目 標(biāo)值設(shè)置目標(biāo)值。節(jié)氣門致動器模炔基于目標(biāo)值中的第一值控制節(jié)氣門閥的開度。
[0008] 在其他特征中：基于目標(biāo)值中的第二值控制渦輪增壓器的廢氣門的開度的升壓致 動器模塊；基于目標(biāo)值中的第三值控制排氣再循環(huán)（EGR)閥的開度的EGR致動器模塊；以及 基于目標(biāo)值中的第四值和第五值控制進(jìn)氣門和排氣門定相的相位器致動器模塊。
[0009] 在其他特征中，成本模炔基于以下各項確定第一成本：第一預(yù)定加權(quán)值與第一預(yù) 測發(fā)動機(jī)輸出扭矩和發(fā)動機(jī)扭矩請求之間的第一差異的量值的第一乘積；以及第二預(yù)定加 權(quán)值與第一預(yù)測APC質(zhì)量和預(yù)定最小APC之間的第二差異的第二乘積。成本模炔基于以下 各項確定第二成本：第一加權(quán)值與第二預(yù)測發(fā)動機(jī)輸出扭矩和發(fā)動機(jī)扭矩請求之間的第三 差異的量值的第三乘積；以及第二加權(quán)值與第二預(yù)測APC質(zhì)量和預(yù)定最小APC之間的第四 差異的量值的第四乘積。
[0010] 在其他特征中，成本模炔基于第一乘積與第二乘積的和確定第一成本；并且基于 第三乘積與第四乘積的和確定第二成本。
[0011] 在其他特征中，第一預(yù)定加權(quán)值大于第二預(yù)定加權(quán)值。
[0012] 在另外其他特征中，當(dāng)?shù)谝怀杀拘∮诘诙杀緯r選擇模塊選擇第一組，并且當(dāng)?shù)?二成本小于第一成本時選擇模塊選擇第二組。
[0013] 在其他特征中，成本模塊進(jìn)一步基于第三預(yù)定加權(quán)值、預(yù)定百分比的噴射燃料將 被燃燒情況下的第一預(yù)測曲軸角、預(yù)定最小曲軸角以及預(yù)定最大曲軸角來確定第一成本； 并且進(jìn)一步基于第三預(yù)定加權(quán)值、預(yù)定百分比的噴射燃料將被燃燒情況下的第二預(yù)測曲軸 角、預(yù)定最小曲軸角以及預(yù)定最大曲軸角來確定第二成本。
[0014] 在其他特征中，預(yù)測模塊進(jìn)一步基于火花點火發(fā)動機(jī)的模型和第一組可能目標(biāo)值 產(chǎn)生第一預(yù)測曲軸角；并且基于火花點火發(fā)動機(jī)的模型和第二組可能目標(biāo)值產(chǎn)生第二預(yù)測 曲軸角。
[0015] 在其他特征中，成本模塊進(jìn)一步基于第四預(yù)定加權(quán)值、指示的平均有效壓力 (MEP)的第一預(yù)測變化系數(shù)（COV)、MEP的預(yù)定最小COV以及MEP的預(yù)定最大COV來確 定第一成本；并且進(jìn)一步基于第四預(yù)定加權(quán)值、頂EP的第二預(yù)測COV、MEP的預(yù)定最小COV 以及IMEP的預(yù)定最大COV來確定第二成本。
[0016] 在其他特征中，預(yù)測模塊進(jìn)一步基于火花點火發(fā)動機(jī)的模型和第一組可能目標(biāo)值 產(chǎn)生頂EP的第一預(yù)測COV ;并且基于火花點火發(fā)動機(jī)的模型和第二組可能目標(biāo)值產(chǎn)生頂EP 的第二預(yù)測C0V。
[0017] 發(fā)動機(jī)控制方法包括：基于火花點火發(fā)動機(jī)的模型和基于發(fā)動機(jī)扭矩請求確定的 第一組可能目標(biāo)值產(chǎn)生第一預(yù)測發(fā)動機(jī)輸出扭矩和第一預(yù)測每汽缸空氣（APC)質(zhì)量；基于 火花點火發(fā)動機(jī)的模型和基于發(fā)動機(jī)扭矩請求確定的第二組可能目標(biāo)值產(chǎn)生第二預(yù)測發(fā) 動機(jī)輸出扭矩和第二預(yù)測APC質(zhì)量；基于第一預(yù)定加權(quán)值、第一預(yù)測發(fā)動機(jī)輸出扭矩、發(fā)動 機(jī)扭矩請求、第二預(yù)定加權(quán)值以及第一預(yù)測APC質(zhì)量確定用于第一組可能目標(biāo)值的第一成 本；基于第一預(yù)定加權(quán)值、第二預(yù)測發(fā)動機(jī)輸出扭矩、發(fā)動機(jī)扭矩請求、第二預(yù)定加權(quán)值以 及第二預(yù)測APC質(zhì)量確定用于第二組可能目標(biāo)值的第二成本；基于第一成本和第二成本選 擇第一組和第二組中的一個；基于第一組和第二組中的選定一個的可能目標(biāo)值設(shè)置目標(biāo) 值；以及基于目標(biāo)值中的第一值控制節(jié)氣門閥的開度。
[0018] 在其他特征中，發(fā)動機(jī)控制方法進(jìn)一步包括：基于目標(biāo)值中的第二值控制渦輪增 壓器的廢氣門的開度；基于目標(biāo)值中的第三值控制排氣再循環(huán)（EGR)閥的開度；以及基于 目標(biāo)值中的第四值和第五值控制進(jìn)氣門和排氣門定相。
[0019] 在其他特征中，發(fā)動機(jī)控制方法進(jìn)一步包括：基于以下各項確定第一成本：（i)第 一預(yù)定加權(quán)值與第一預(yù)測發(fā)動機(jī)輸出扭矩和發(fā)動機(jī)扭矩請求之間的第一差異的量值的第 一乘積；以及（ii)第二預(yù)定加權(quán)值與第一預(yù)測APC質(zhì)量和預(yù)定最小APC之間的第二差異的 第二乘積；以及基于以下各項確定第二成本：（i)第一加權(quán)值與第二預(yù)測發(fā)動機(jī)輸出扭矩 和發(fā)動機(jī)扭矩請求之間的第三差異的量值的第三乘積；以及（ii)第二加權(quán)值與第二預(yù)測 APC質(zhì)量和預(yù)定最小APC之間的第四差異的量值的第四乘積。
[0020] 在其他特征中，發(fā)動機(jī)控制方法進(jìn)一步包括：基于第一乘積與第二乘積的和確定 第一成本；并且基于第三乘積與第四乘積的和確定第二成本。
[0021] 在其他特征中，第一預(yù)定加權(quán)值大于第二預(yù)定加權(quán)值。
[0022] 在其他特征中，發(fā)動機(jī)控制方法進(jìn)一步包括：當(dāng)?shù)谝怀杀拘∮诘诙杀緯r選擇第 一組；以及當(dāng)?shù)诙杀拘∮诘谝怀杀緯r選擇第二組。
[0023] 在其他特征中，發(fā)動機(jī)控制方法進(jìn)一步包括：進(jìn)一步基于第三預(yù)定加權(quán)值、預(yù)定百 分比的噴射燃料將被燃燒情況下的第一預(yù)測曲軸角、預(yù)定最小曲軸角以及預(yù)定最大曲軸角 來確定第一成本；以及進(jìn)一步基于第三預(yù)定加權(quán)值、預(yù)定百分比的噴射燃料將被燃燒情況 下的第二預(yù)測曲軸角、預(yù)定最小曲軸角以及預(yù)定最大曲軸角來確定第二成本。
[0024] 在其他特征中，發(fā)動機(jī)控制方法進(jìn)一步包括：基于火花點火發(fā)動機(jī)的模型和第一 組可能目標(biāo)值產(chǎn)生第一預(yù)測曲軸角；以及基于火花點火發(fā)動機(jī)的模型和第二組可能目標(biāo)值 產(chǎn)生第二預(yù)測曲軸角。
[0025] 在其他特征中，發(fā)動機(jī)控制方法進(jìn)一步包括：進(jìn)一步基于第四預(yù)定加權(quán)值、指示的 平均有效壓力（MEP)的第一預(yù)測變化系數(shù)（COV)、MEP的預(yù)定最小COV以及MEP的預(yù)定 最大COV來確定第一成本；以及進(jìn)一步基于第四預(yù)定加權(quán)值、MEP的第二預(yù)測C0VUMEP的 預(yù)定最小COV以及IMEP的預(yù)定最大COV來確定第二成本。
[0026] 在其他特征中，發(fā)動機(jī)控制方法進(jìn)一步包括：基于火花點火發(fā)動機(jī)的模型和第一 組可能目標(biāo)值產(chǎn)生MEP的第一預(yù)測COV ;以及基于火花點火發(fā)動機(jī)的模型和第二組可能目 標(biāo)值產(chǎn)生頂EP的第二預(yù)測C0V。
[0027] 本發(fā)明包括以下方案： 1. 一種用于車輛的發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)，包括： 預(yù)測模塊，所述預(yù)測模炔基于火花點火發(fā)動機(jī)的模型和基于發(fā)動機(jī)扭矩請求確定的第 一組可能目標(biāo)值產(chǎn)生第一預(yù)測發(fā)動機(jī)輸出扭矩和第一預(yù)測每汽缸空氣（APC)質(zhì)量，并且基 于所述火花點火發(fā)動機(jī)的所述模型和基于所述發(fā)動機(jī)扭矩請求確定的第二組可能目標(biāo)值 產(chǎn)生第二預(yù)測發(fā)動機(jī)輸出扭矩和第二預(yù)測APC質(zhì)量； 成本模塊，所述成本模塊： 基于第一預(yù)定加權(quán)值、所述第一預(yù)測發(fā)動機(jī)輸出扭矩、所述發(fā)動機(jī)扭矩請求、第二預(yù)定 加權(quán)值以及所述第一預(yù)測APC質(zhì)量確定用于所述第一組可能目標(biāo)值的第一成本；以及 基于所述第一預(yù)定加權(quán)值、所述第二預(yù)測發(fā)動機(jī)輸出扭矩、所述發(fā)動機(jī)扭矩請求、所述 第二預(yù)定加權(quán)值以及所述第二預(yù)測APC質(zhì)量確定用于所述第二組可能目標(biāo)值的第二成本； 選擇模塊，所述選擇模炔基于第一成本和第二成本選擇第一組和第二組中的一個并且 基于第一組和第二組中的選定一個的可能目標(biāo)值設(shè)置目標(biāo)值；以及 節(jié)氣門致動器模塊，所述節(jié)氣門致動器模炔基于所述目標(biāo)值中的第一值控制節(jié)氣門閥 的開度。
[0028] 2.如方案1所述的發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)，進(jìn)一步包括： 升壓致動器模塊，所述升壓致動器模炔基于所述目標(biāo)值中的第二值控制渦輪增壓器的 廢氣門的開度； 排氣再循環(huán)（EGR)致動器模塊，所述EGR致動器模炔基于所述目標(biāo)值中的第三值控制 EGR閥的開度；以及 相位器致動器模塊，所述相位器致動器模炔基于所述目標(biāo)值中的第四值和第五值控制 進(jìn)氣門和排氣門定相。
[0029] 3.如方案1所述的發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)，其中所述成本模塊： 基于以下各項確定所述第一成本： 所述第一預(yù)定加權(quán)值與所述第一預(yù)測發(fā)動機(jī)輸出扭矩和所述發(fā)動機(jī)扭矩請求之間的 第一差異的量值的第一乘積；以及 所述第二預(yù)定加權(quán)值與所述第一預(yù)測APC質(zhì)量和預(yù)定最小APC之間的第二差異的第二 乘積；以及 基于以下各項確定所述第二成本： 所述第一加權(quán)值與所述第二預(yù)測發(fā)動機(jī)輸出扭矩和所述發(fā)動機(jī)扭矩請求之間的第三 差異的量值的第三乘積；以及 所述第二加權(quán)值與所述第二預(yù)測APC質(zhì)量和所述預(yù)定最小APC之間的第四差異的量值 的第四乘積。
[0030] 4.如方案3所述的發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)，其中所述成本模塊： 基于第一乘積與第二乘積的和確定所述第一成本；以及 基于第三乘積與第四乘積的和確定所述第二成本。
[0031] 5.如方案3所述的發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)，其中所述第一預(yù)定加權(quán)值大于所述第二預(yù) 定加權(quán)值。
[0032] 6.如方案1所述的發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)，其中當(dāng)所述第一成本小于所述第二成本時 所述選擇模塊選擇所述第一組，并且當(dāng)所述第二成本小于所述第一成本時所述選擇模塊選 擇所述第二組