用于變速器換高速擋的發動機控制系統和方法
【專利說明】
[0001] 相關申請的交叉引用
[0002] 此申請涉及2014年3月26日提交的美國專利申請號14/225,502、2014年3 月26日提交的美國專利申請號14/225, 516、2014年3月26日提交的美國專利申請號 14/225,569、2014年3月26日提交的美國專利申請號14/225,626、2014年3月26日提交 的美國專利申請號14/225,817、2014年3月26日提交的美國專利申請號14/225,896、2014 年3月26日提交的美國專利申請號14/225, 53U2014年3月26日提交的美國專利申請號 14/225,507、2014年3月26日提交的美國專利申請號14/225,587、2014年3月26日提交 的美國專利申請號14/225,492、2014年3月26日提交的美國專利申請號14/226,006、2014 年3月26日提交的美國專利申請號14/226, 12U2014年3月26日提交的美國專利申請號 14/225,496以及2014年3月26日提交的美國專利申請號14/225,891。以上申請的全部 披露內容以引用的方式并入本文。
技術領域
[0003] 本公開涉及內燃發動機，并且更具體來說，涉及用于車輛的發動機控制系統和方 法。
【背景技術】
[0004] 本文所提供的【背景技術】描述的目的在于從總體上介紹本公開的背景。當前提及 的發明人的工作一以在此【背景技術】部分中所描述的為限一以及在提交時否則可能不 構成現有技術的該描述的各方面，既不明示地也不默示地被承認為是針對本公開的現有技 術。
[0005] 內燃發動機在汽缸內燃燒空氣與燃料混合物以驅動活塞，這產生驅動扭矩。進入 發動機的空氣流量通過節氣門來調節。更具體來說，節氣門調整節氣門面積，這增加或減少 進入發動機的空氣流量。當節氣門面積增加時，進入發動機的空氣流量增加。燃料控制系 統調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/或實現所需的扭 矩輸出。增加提供到汽缸的空氣與燃料的量增加發動機的扭矩輸出。
[0006] 在火花點火發動機中，火花開始提供到汽缸的空氣/燃料混合物的燃燒。在壓縮 點火發動機中，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 可以是用于調整火花點火發動機的扭矩輸出的主要機構，而燃料流可以是用于調整壓縮點 火發動機的扭矩輸出的主要機構。
[0007] 已經開發出發動機控制系統來控制發動機輸出扭矩以實現所需扭矩。然而，傳統 的發動機控制系統并不如需要一樣精確地控制發動機輸出扭矩。另外，傳統的發動機控制 系統并不對控制信號提供快速響應或者在影響發動機輸出扭矩的各種設備之間協調發動 機扭矩控制。
【發明內容】
[0008] 在一個特征中，披露一種用于車輛的發動機控制系統。參考模塊設置用于變速器 的換高速擋的參考進氣門正時和參考排氣門正時中的至少一個。模型預測控制（MPC)模 塊：基于發動機扭矩請求識別可能目標值組，每個可能組包括可能目標進氣門正時和可能 目標排氣門正時；基于⑴所述組的可能目標進氣門正時與參考進氣門正時的比較和（ii) 所述組的可能目標排氣門正時與參考排氣門正時的比較選擇可能目標值組中的一個；基于 所述組中的選定一個的可能目標進氣門正時設置目標進氣門正時；基于所述組中的選定一 個的可能目標排氣門正時設置目標排氣門正時；以及相位器致動器模塊，所述相位器致動 器模炔基于目標進氣門正時控制發動機的進氣門定相并且基于目標排氣門正時控制發動 機的排氣門定相。
[0009] 在其他特征中，在換高速擋的扭矩相位之前的預定周期期間，參考模炔基于進氣 門和排氣門重疊的第一量和第一容積效率來設置參考進氣門正時和參考排氣門正時中的 至少一個。
[0010] 在另外其他特征中，在換高速擋的扭矩相位期間，參考模炔基于進氣門和排氣門 重疊的第二量和第二容積效率來設置參考進氣門正時和參考排氣門正時中的至少一個。
[0011] 在另外其他特征中，進氣門和排氣門重疊的第一量大于進氣門和排氣門重疊的第 二量，并且第二容積效率大于第一容積效率。
[0012] 在其他特征中，在換高速擋的扭矩相位之后的慣性相位期間，參考模炔基于進氣 門和排氣門重疊的第三量和第三容積效率來設置參考進氣門正時和參考排氣門正時中的 至少一個。
[0013] 在另外其他特征中，進氣門和排氣門重疊的第三量小于進氣門和排氣門重疊的第 二量，并且第三容積效率小于第二容積效率。
[0014] 在另外其他特征中，在換高速擋的慣性相位期間，參考模塊拖延參考進氣門正時 并且提前用于換高速擋的參考排氣門正時。
[0015] 在其他特征中，在換高速擋的扭矩相位期間，參考模塊拖延參考進氣門正時并且 提前用于換高速擋的參考排氣門正時。
[0016] 在其他特征中：升壓致動器模塊，該升壓致動器模炔基于根據所述組中的選定一 個的可能目標廢氣門開度設定的目標廢氣門開度來控制渦輪增壓器的廢氣門的開度；排氣 再循環（EGR)致動器模塊，該EGR致動器模炔基于根據所述組中的選定一個的可能目標EGR 開度設定的目標EGR開度來控制EGR閥的開度；以及節氣門致動器模塊，該節氣門致動器模 炔基于根據所述組中的選定一個的可能目標節氣門開度設定的目標節氣門開度來控制節 氣門閥的開度。
[0017] 在其他特征中，披露車輛的發動機控制系統。預測模塊分別基于用于M個未來時 間的可能目標值組和發動機的模型來確定用于M個未來時間的發動機的預測扭矩。M是大 于一的整數。成本模塊分別基于用于M個未來時間的預測扭矩與用于M個未來時間的發動 機扭矩請求的比較來確定用于可能目標值組的成本。未來請求模炔基于用于變速器的換高 速擋的發動機扭矩請求的預期改變來設置用于M個未來時間的發動機扭矩請求中的至少 一個，其中可能目標值組包括用于在預期改變之前調整進氣門定相和排氣門定相中的至少 一個的可能目標值。選擇模炔基于成本從包括可能目標值組和N個其他可能目標值組的群 組中選擇可能目標值組，其中N是大于零的整數，并且其基于選定的可能目標值組來設置 目標值。相位器致動器模塊分別基于目標值中的第一值和第二值來控制進氣門定相和排氣 門定相。
[0018] 在其他特征中，未來請求模炔基于換高速擋期間發動機扭矩請求的預期減少來設 置用于M個未來時間的發動機扭矩請求中的至少一個。
[0019] 在另外其他特征中，未來請求模炔基于換高速擋的慣性相位期間發動機扭矩請求 的預期增加來設置用于M個未來時間的發動機扭矩請求中的至少一個。
[0020] 在另外其他特征中，約束模塊將內部和外部稀釋約束設置為用于換高速擋的預定 最小值。基于用于M個未來時間的可能目標值組和發動機的模型，分別確定用于M個未來 時間的預測內部和外部稀釋值。成本模塊進一步基于預測內部稀釋值、外部稀釋值和預定 最小值來確定用于可能目標值組的成本。
[0021] 在一個特征中，一種用于車輛的發動機控制方法包括：設置用于變速器的換高速 擋的參考進氣門正時和參考排氣門正時中的至少一個；以及使用模型預測控制（MPC)模 塊：基于發動機扭矩請求識別可能目標值組，每個可能組包括可能目標進氣門正時和可能 目標排氣門正時；基于⑴所述組的可能目標進氣門正時與參考進氣門正時的比較和（ii) 所述組的可能目標排氣門正時與參考排氣門正時的比較選擇可能目標值組中的一個；基于 所述組中的選定一個的可能目標進氣門正時設置目標進氣門正時；以及基于所述組中的選 定一個的可能目標排氣門正時設置目標排氣門正時。該方法進一步包括基于目標進氣門正 時控制發動機的進氣門定相并且基于目標排氣門正時控制發動機的排氣門定相。
[0022] 在其他特征中，發動機控制方法進一步包括在換高速擋的扭矩相位之前的預定周 期期間，基于進氣門和排氣門重疊的第一量和第一容積效率來設置參考進氣門正時和參考 排氣門正時中的至少一個。
[0023] 在另外其他特征中，發動機控制方法進一步包括在換高速擋的扭矩相位期間，基 于進氣門和排氣門重疊的第二量和第二容積效率來設置參考進氣門正時和參考排氣門正 時中的至少一個。
[0024] 在另外其他特征中，進氣門和排氣門重疊的第一量大于進氣門和排氣門重疊的第 二量，并且第二容積效率大于第一容積效率。
[0025] 在其他特征中，發動機控制方法進一步包括在換高速擋的扭矩相位之后的慣性相 位期間，基于進氣門和排氣門重疊的第三量和第三容積效率來設置參考進氣門正時和參考 排氣門正時中的至少一個。
[0026] 在另外其他特征中，進氣門和排氣門重疊的第三量小于進氣門和排氣門重疊的第 二量，并且第三容積效率小于第二容積效率。
[0027] 在另外其他特征中，發動機控制方法進一步包括在換高速擋的慣性相位期間，拖 延參考進氣門正時并且提前用于換高速擋的參考排氣門正時。
[0028] 在其他特征中，發動機控制方法進一步包括在換高速擋的扭矩相位期間，拖延參 考進氣門正時并且提前用于換高速擋的參考排氣門正時。
[0029] 在另外其他特征中，發動機控制方法進一步包括：基于根據所述組中的選定一個 的可能目標廢氣門開度設定的目標廢氣門開度來控制渦輪增壓器的廢氣門的開度；基于根 據所述組中的選定一個的可能目標排氣再循環（EGR)開度設定的目標EGR開度來控制EGR 閥的開度；以及基于根據所述組中的選定一個的可能目標節氣門開度設定的目標節氣門開 度來控制節氣門閥的開度。
[0030] 本發明包括以下方案：
[0031] 1. 一種用于車輛的發動機控制系統，包括：
[0032] 參考模塊，所述參考模塊設置用于變速器的換高速擋的參考進氣門正時和參考排 氣門正時中的至少一個；
[0033] 模型預測控制（MPC)模塊，所述MPC模塊：
[0034] 基于發動機扭矩請求識別可能目標值組，每個可能組包括可能目標進氣門正時和 可能目標排氣門正時；
[0035] 基于（i)所述組的所述可能目標進氣門正時與所述參考進氣門正時的比較和 (ii)所述組的所述可能目標排氣門正時與所述參考排氣門正時的比較選擇所述可能目標 值組中的一個；
[0036] 基于所述組中的選定一個的所述可能目標進氣門正時設置目標進氣門正時；以及
[0037] 基于所述組中的選定一個的所述可能目標排氣門正時設置目標排氣門正時；以及
[0038] 相位器致動器模塊，所述相位器致動器模炔基于所述目標進氣門正時控制發動機 的進氣門定相并且其基于所述目標排氣門正時控制所述發動機的排氣門定相。
[0039] 2.如方案1所述的發動機控制系統，其中在所述換高速擋的扭矩相位之前的預定 周期期間，所述參考模炔基于進氣門和排氣門重疊的第一量和第一容積效率來設置所述參 考進氣門正時和所述參考排氣門正時中的至少一個。
[0040] 3.如方案2所述的發動機控制系統，其中在所述換高速擋的扭矩相位期間，所述 參考模炔基于進氣門和排氣門重疊的第二量和第二容積效率來設置所述參考進氣門正時 和所述參考排氣門正時中的至少一個。
[0041] 4.如方案3所述的發動機控制系統，其中進氣門和排氣門重疊的第一量大于進氣 和排氣門重疊的第二量，以及
[0042] 其中所述第二容積效率大于所述第一容積效率。
[0043] 5.如方案3所述的發動機控制系統，其中在所述換高速擋的扭矩相位之后的慣性 相位期間，所述參考模炔基于進氣門和排氣門重疊的第三量和第三容積效率來設置所述參 考進氣門正時和所述參考排氣門正時中的至少一個。
[0044] 6.如方案5所述的發動機控制系統，其中進氣門和排氣門重疊的第三量小于進氣 門和排氣門重疊的第二量，以及
[0045] 其中所述第三容積效率小于所述第二容積效率。
[0046] 7.如方案5所述的發動機控制系統，其中在所述換高速擋的慣性相位期間，所述 參考模塊拖延所述參考進氣門正時并且提前用于所述換高速擋的所述參考排氣門正時。
[0047] 8.如方案2所述的發動機控制系統，其中在所述換高速擋的扭矩相位期間，所述 參考模塊拖延所述參考進氣門正時并且提前用于所述換高速擋的所述參考排氣門正時。
[0048] 9.如方案1所述的發動機控制系統，其進一步包括：
[0049] 升壓致動器模塊，該升壓致動器模炔基于根據所述組中的選定一個的可能目標廢 氣門開度設定的目標廢氣門開度來控制渦輪增壓器的廢氣門的開度；
[0050] 排氣再循環（EGR)致動器模塊，所述EGR致動器模炔基于根據所述組中的選定一 個的可能目標EGR開度設定的目標EGR開度來控制EGR閥的開度；以及
[0051] 節氣門致動器模塊，所述節氣門致動器模炔基于根據所述組中的選定一個的可能 目標節氣門開度設定的目標節氣門開度來控制節氣門閥的開度。
[0052] 10. -種車輛的發動機控制系統，包括：
[0053] 預測模塊，所述預測模塊分別基于用于M個未來時間的可能目標值組和發動機的 模型來確定用于所述M個未來時間的所述發動機的預測扭矩，
[0054] 其中M是大于一的整數；
[0055] 成本模塊，所述成本模塊分別基于用于所述M個未來時間的所述預測扭矩與用于 所述M個未來時間的發動機扭矩請求的比較來確定用于所述可能目標值組的成本；
[0056] 未來請求模塊，所述未來請求模炔基于用于變速器的換高速擋的所述發動機扭矩 請求的預期改變來設置用于所述M個未來時間的所述發動機扭矩請求中的至少一個，
[0057] 其中所述可能目標值組包括用于在所述預期改變之前調整進氣門定相和排氣門 定相中的至少一個的可能目標值；
[0058] 選擇模塊，所述選擇模炔基于所述成本從包括所述可能目標值組和N個其他可能 目標值組的群組中選擇所述可能目標值組，其中N是大于零的整數，并且其基于選定的可 能目標值組來設置目標值；以及
[0059] 相位器致動器模塊，所述相位器致動器模塊分別基于所述目標值中的第一值和第 二值來控制進氣門定相和排氣門定相。
[0060] 11.如方案10所述的發動機控制系統，其中所述未來請求模炔基于所述換高速擋 期間所述發動機扭矩請求的預期減少來設置用于所述M個未來時間的所述發動機扭矩請 求中的至少一個。
[0061] 12.如方案10所述的發動機控制系統，其中所述未來請求模炔基于所述換高速擋 的慣性相位期間所述發動機扭矩請求的預期增加來設置用于所述M個未來時間的所述發 動機扭矩請求中的至少一個。
[0062] 13.如方案10所述的發動機控制系統，其進一步包括約束模塊，所述約束模塊將 內部稀釋約束和外部稀釋約束設置為用于所述換高速擋的預定最小值，
[0063] 其中基于用于M個未來時間的所述可能目標值組和發動機的模型，分別確定用于 所述M個未來時間的預測內部稀釋值和預測外部稀釋值，以及
[0064] 其中所述成本模塊進一步基于所述預測內部稀釋值、所述外部稀釋值和所述預定 最小值來確定用于所述可能目標值組的所述成本。
[0065] 14. -種用于車輛的發動機控制方法，包括：
[0066] 設置用于變速器的換高速擋的參考進氣門正時和參考排氣門正時中的至少一 個；
[0067] 使用模型預測控制（MPC)模塊：
[0068] 基于發動機扭矩請求識別可能目標值組，每個可能組包括可能目標進氣門正時和 可能目標排氣門正時；
[0069] 基于（i)所述組的所述可能目標進氣門正時與所述參考進氣門正時的比較和 (ii)所述組的所述可能目標排氣門正時與所述參考排氣門正時的比較選擇所述可能目標 值組中