路的發動機102的預測扭矩， BATRi是用于N個控制回路中的第i個控制回路的基礎空氣扭矩請求，并且wT是與預測扭 矩與扭矩請求之間的關系相關的加權值。在各個實施中，基礎空氣扭矩請求308可以用于N 個控制回路中的所有回路。或者，如下文進一步論述，BATR1可以是基礎空氣扭矩請求308， 并且BATR N可以被設置為用于N個控制回路中的未來回路的未來扭矩請求。APCPi 是用于N個控制回路中的第i個控制回路的預測APC，MinAPC是預定最小APC，并且wA是 與預測APC與預定最小APC之間的關系相關的加權值。
[0218] PTTOi是用于N個控制回路中的第i個控制回路的可能目標節氣門開度，TORef是 參考節氣門開度，并且wTV是與可能目標節氣門開度與參考節氣門開度之間的關系相關的 加權值。PTWGOi用于N個控制回路中的第i個控制回路的可能目標廢氣門開度，WGORef是 參考廢氣門開度，并且wWG是與可能目標廢氣門開度與參考廢氣門開度之間的關系相關的 加權值。
[0219] PTEGROi是用于N個控制回路的第i個控制回路的可能目標EGR開度，EGRRef是 參考EGR開度，并且wEGR是與可能目標EGR開度與參考EGR開度之間的關系相關的加權值。 PTICi是用于N個控制回路的第i個控制回路的可能目標進氣凸輪相位器角，ICPRef是參 考進氣凸輪相位器角，并且《IP是與可能目標進氣凸輪相位器角與參考進氣凸輪相位器角 之間的關系相關的加權值。PTECi是用于N個控制回路的第i個控制回路的可能目標排氣 凸輪相位器角，ECPRef是參考排氣凸輪相位器角，并且wEP是與可能目標排氣凸輪相位器 角與參考排氣凸輪相位器角之間的關系相關的加權值。
[0220] P是與輸出約束352的滿足相關的加權值。e是成本模塊332可以基于輸出約束 352是否將被滿足來設置的變量。例如，當預測參數大于或小于對應的最小或最大值（例 如，至少預定量）時，成本模塊332可以增加 e。當滿足所有輸出約束352時，成本模塊332 可以將e設置為零。p可以大于加權值WT、加權值wA和其他加權值（wTV、wWG、wEGR、wIP、 wEP)，這樣使得如果未滿足輸出約束352中的一個或多個則對于可能序列確定的成本將是 巨大的。這可以幫助防止選擇其中未滿足輸出約束352中的一個或多個的可能序列。
[0221] 加權值wT可以大于加權值wA以及加權值wTV、wWG、wEGR、wIP和wEP。以此方式， 預測發動機扭矩與基礎空氣扭矩請求308之間的關系之間的關系對成本具有較大影響，且 因此對可能序列中的一個的選擇具有較大影響，如以下進一步論述。成本隨著預測發動機 扭矩與扭矩請求之間的差異增加而增加，且反之亦然。
[0222] 加權值wA可以小于加權值wT并且大于加權值wTV、wWG、wEGR、wIP和wEP。以此 方式，預測APC與零之間的關系對成本具有較大影響，但是小于預測發動機扭矩與基礎空 氣扭矩請求308之間的關系的影響。成本隨著預測APC與預定最小APC之間的差異增加而 增加，且反之亦然。僅舉例而言，預定最小APC可以是零或另一個適合的值。
[0223] 基于預測APC與預定最小APC之間的差異確定成本有助于確保APC將被最小化。 當基于實際APC控制加燃料以實現目標空氣/燃料混合物時，減少APC減少燃料消耗。由 于選擇模塊344可以選擇可能序列中具有最低成本的一個序列，所以選擇模塊344可以選 擇可能序列中最佳實現基礎空氣扭矩請求308同時最小化APC的一個序列。雖然論述最小 化APC的實例，但是在各個實施中，可以預測并最大化效率參數。例如，效率參數可以是預 測扭矩除以預測APC。
[0224] 加權值wTV、wWG、wEGR、wIP和wEP可以小于所有其他加權值。以此方式，在穩態 操作過程中，目標值266至270可以分別設置接近參考值356或者處于所述參考值。然而， 在瞬間操作過程中，MPC模塊312可以調整目標值266至270遠離參考值356以實現基礎 空氣扭矩請求308,同時最小化APC并且滿足致動器約束348和輸出約束352。
[0225] 在操作中，MPC模塊312可以確定用于可能序列的成本值。MPC模塊312隨后可以 選擇可能序列中具有最低成本的一個。MPC模塊312接下來可以確定選定可能序列是否滿 足致動器約束348。如果滿足，則可以使用可能序列。如果不滿足，則MPC模塊312基于選 定的可能序列來確定滿足致動器約束348并且具有最低成本的可能序列。MPC模塊312可 以使用滿足致動器約束348并且具有最低成本的可能序列。
[0226] 現在參照圖4,呈現描繪使用MPC(模型預測控制）來控制節氣門閥112、進氣凸輪 相位器148、排氣凸輪相位器150、廢氣門162 (且因此渦輪增壓器）以及EGR閥170的示例 性方法的流程圖。控制可以從404開始，其中扭矩請求模塊224基于調整后的預測扭矩請 求263和調整后的即時扭矩請求264來確定空氣扭矩請求265。
[0227] 在408,扭矩轉換模塊304可以將空氣扭矩請求265轉換為基礎空氣扭矩請求308 或者轉換為另一種適合的類型的扭矩以供MPC模塊312使用。在408還設置未來扭矩請 求，如下文進一步論述。在412,序列確定模塊316基于基礎空氣扭矩請求308來確定目標 值266至270的可能序列。
[0228] 在416,預測模塊323確定用于目標值的每個可能序列的預測參數。預測模塊323 基于發動機102的模型324、外源輸入328和反饋輸入330來確定用于可能序列的預測參 數。更具體來說，基于目標值266至270的可能序列、外源輸入328和反饋輸入330,預測模 塊323使用模型324產生用于N個控制回路的發動機102的預測扭矩序列、用于N個控制 回路的預測APC序列、用于N個控制回路的預測量外部稀釋序列、用于N個控制回路的預測 量剩余稀釋序列、用于N個控制回路的預測燃燒定相值序列以及用于N個控制回路的預測 燃燒質量值序列。
[0229] 在420,成本模塊332分別確定用于可能序列的成本。僅舉例而言，成本模塊332 可以基于以下方程來確定用于目標值266至270的可能序列的成本
[0230]
[0231] 該方程受制于致動器約束348和輸出約束352,如以上所描述。
[0232] 在424,選擇模塊344分別基于可能序列的成本來選擇目標值266至270的可能 序列中的一個序列。例如，選擇模塊344可以選擇可能序列中具有最低成本同時滿足致動 器約束348的一個。因此，選擇模塊344可以選擇可能序列中最佳實現扭矩請求同時最小 化APC并滿足致動器約束348和輸出約束352的一個序列。作為在412確定目標值230至 244的可能序列并且在420確定每個序列的成本的替代或添加，MPC模塊312可以使用如以 上論述的凸優化技術來識別具有最低成本的可能目標值序列。
[0233] 在425, MPC模塊312可以確定可能序列中的選定序列是否滿足致動器約束348。 如果425為真，則控制可以通過428繼續。如果425為假，則在426，MPC模塊312可以基于 選定的可能序列來確定滿足致動器約束348并且具有最低成本的可能序列，并且控制可以 通過428繼續。可以使用滿足致動器約束348并且具有最低成本的可能序列，如以下論述。
[0234] 在428,第一轉換模塊272將目標廢氣門打開面積266轉換為目標占空比274以應 用于廢氣門162,第二轉換模塊276將目標節氣門打開面積267轉換為目標占空比278以應 用于節氣門閥112。在428,第三轉換模塊280還將目標EGR打開面積268轉換為目標占空 比282以應用于EGR閥170。第四轉換模塊還可以分別將目標進氣凸輪相位器角269和目 標排氣凸輪相位器角270轉換為目標進氣占空比和目標排氣占空比以用于進氣凸輪相位 器148和排氣凸輪相位器150。
[0235] 在432,節氣門致動器模塊116控制節氣門閥112以實現目標節氣門打開面積 267,并且相位器致動器模塊158分別控制進氣凸輪相位器148和排氣凸輪相位器150以實 現目標進氣凸輪相位器角269和目標排氣凸輪相位器角270。例如，節氣門致動器模塊116 可以目標占空比278將信號應用于節氣門閥112從而實現目標節氣門打開面積267。另外 在432, EGR致動器模塊172控制EGR閥170以實現目標EGR打開面積268,并且升壓致動 器模塊164控制廢氣門162以實現目標廢氣門打開面積266。例如，EGR致動器模塊172可 以目標占空比282將信號應用于EGR閥170從而實現目標EGR打開面積268,并且升壓致 動器模塊164可以目標占空比274將信號應用于廢氣門162從而實現目標廢氣門打開面積 266。雖然圖4被示出為在432之后結束，但是圖4可以示出一個控制回路，并且可以在預 定速率下執行控制回路。
[0236] 返回參照圖2和3,參考模塊368可以進一步基于一個或多個其他輸入（諸如換高 速擋指示符380)來確定參考值356。變速器控制模塊194產生換高速擋指示符380以指示 變速器控制模塊194將執行變速器的換高速擋。
[0237] 圖5是包括在用于換高速擋的時間528內關于發動機速度504、發動機扭矩輸出 506、基礎空氣扭矩請求508、如果使用最佳火花正時則由發動機102實現的估計空氣扭矩 510、火花扭矩請求512、節氣門開度516、容積效率520、MAP 524、排氣凸輪開度532以及進 氣凸輪開度536的示例性軌跡的示例性圖。現在參照圖2、3和5,換高速擋涉及將變速器內 的傳動比改變到較低傳動比。發動機扭矩增加是將相同量的車軸扭矩維持在較低傳動比所 必需的。這由圖5中的506示出。
[0238] 換高速擋包括扭矩相位和慣性相位。扭矩相位發生在圖5中的時間540與544之 間。慣性相位發生在扭矩相位之后并且發生在圖5中的時間544與548之間。在換高速擋 的扭矩相位期間，變速器控制模塊194使得一個或多個即將到來的摩擦裝置（例如，離合 器）準備好執行換高速擋。在慣性相位期間，釋放一個或多個即將離開的摩擦裝置并且完 全應用一個或多個即將到來的摩擦裝置，以完成換高速擋到較低傳動比。
[0239] 在換高速擋的扭矩相位期間，因為即將到來和即將離開的摩擦裝置都接收扭矩， 所以應增加發動機扭矩同時接合一個或多個即將到來的摩擦裝置以維持所需量的車軸扭 矩。發動機扭矩的增加可以通過增加進入發動機102的氣流來實現，諸如通過打開節氣門 閥 112。
[0240] 根據本公開，參考模塊368可以選擇性地調整用于變速器的換高速擋的參考進氣 和排氣凸輪相位器角。變速器控制模塊194可以在開始換高速擋的扭矩相位之前的第一預 定周期產生換高速擋指示符380。響應于換高速擋指示符380,在扭矩相位之前的第一預定 周期期間，參考模塊368基于氣門重疊的第一量和第一容積效率（VE)來設置參考進氣和排 氣凸輪相位器角。如以上所論述，參考模塊368設置參考值356以便共同地允許發動機102 實現例如基礎空氣扭矩請求308。氣門重疊可以指當活塞靠近一個燃燒周期的排氣沖程和 汽缸的下一個燃燒周期的進氣沖程的TDC時汽缸的排氣門和進氣門都被打開的周期。容積 效率可以指在給定進氣歧管110內的壓力的情況下相對于最大APC提供的APC。
[0241] 基于根據氣門重疊的第一量和第一容積效率的參考進氣和排氣凸輪相位器角的 設置，選擇模塊344選擇受制于致動器約束348和輸出約束356的在換高速擋的扭矩相位 開始之前盡可能接近地提供氣門重疊的第一量和第一容積效率的可能目標值組。更具體來 說，包括較接近于參考進氣和排氣凸輪相位器角的目標進氣和排氣凸輪相位器角的可能目 標值的成本將小于包括較遠離參考進氣和排氣凸輪相位器角的目標進氣和排氣凸輪相位 器角的可能目標值的成本。因此，選擇模塊344將選擇包括較接近于參考進氣和排氣凸輪 相位器角的目標進氣和排氣凸輪相位器角的可能目標值組。這由圖5中的時間540之前的 示例性排氣門開度532和進氣門開度536示出。
[0242] 基礎空氣扭矩請求308在換高速擋的扭矩相位期間增加。這由時間540與544之 間的示例性基礎空氣扭矩請求508指示。火花扭矩請求512可以被設置為等于扭矩相位期 間的基礎空氣扭矩請求508,因此火花正時將被設置為最佳火花正時。
[0243] 參考模塊368基于換高速擋的扭矩相位期間的氣門重疊的第二量、第二容積效率 以及第一有效排量來設置參考進氣和排氣凸輪相位器角。氣門重疊的第二量小于氣門重疊 的第一量，并且第二容積效率大于第一容積效率。有效排量也可以稱為有效壓縮比。
[0244] 由于使用這些參考進氣和排氣凸輪相位器角，所以選擇模塊344選擇受制于致動 器約束348和輸出約束356的在換高速擋的扭矩相位期間提供較低氣門重疊、較高有效排 量以及較高容積效率的可能目標值組。例如，可以拖延參考進氣凸輪相位器角和/或可以 提前參考排氣凸輪相位器角以在扭矩相位期間提供較低氣門重疊、較高有效排量以及較高 容積效率。這由圖5中時間540與544之間的示例性排氣門開度532和進氣門開度536以 及示例性容積效率520示出。
[0245] 參考模塊368還可以在換高速擋的扭矩相位期間增加參考節氣門打開面積，因此 選擇模塊344選擇也增加目標節氣門打開面積267的可能目標值組。這由圖5中時間540 與544之間的示例性節氣門打開516的增加示出。雖然討論在扭矩相位期間增加參考節氣 門開度，但是在扭矩相位期間可以維持或較少程度增加參考節氣門開度。變速器控制模塊 194可以在第二預定周期期間執行換高速擋的扭矩相位。
[0246] 基礎空氣扭矩請求308在換高速擋的慣性相位期間減少并且隨后增加。這由圖5 中時間544與548之間的示例性基礎空氣扭矩請求508示出。在慣性相位期間，可以將火 花扭矩請求512設置為小于基礎空氣扭矩請求508以使得火花正時將被拖延。這些減少和 稍后增加可以使得換高速擋平滑。
[0247] 參考模塊368基于換高速擋的慣性相位期間的氣門重疊的第三量、第三容積效率 以及第二有效排量來設置參考進氣和排氣凸輪相位器角。氣門重疊的第三量小于氣門重疊 的第一量并且可以小于氣門重疊的第二量。第三容積效率小于第二容積效率。第二有效排 量小于第一有效排量。
[0248] 由于使用這些參考進氣和排氣凸輪相位器角，所以選擇模塊344選擇受制于致動 器約束348和輸出約束356的在換高速擋的慣性相位期間盡可能接近地提供較低氣門重 疊、較低有效排量以及較低容積效率的可能目標值組。例如，可以拖延參考進氣凸輪相位器 角和/或可以提前參考排氣凸輪相位器角以在慣性相位期間提供較低氣門重疊、較低有效 排量以及較低容積效率。這由圖5中時間544與548之間的示例性排氣門開度532和進氣 門開度536示出。變速器控制模塊194可以在第三預定周期期間執行換高速擋的慣性相位。
[0249] 在換高速擋的慣性相位期間參考模塊368還可以在慣性相位開始時減少參考節 氣門打開面積并且隨后增加參考節氣門打開面積。因此，選擇模塊344可以選擇在慣性相 位期間也減少并隨后增加目標節氣門打開面積267的可能目標值組。這由圖5中時間544 與548之間的示例性節氣門開度516示出。目標節氣門打開面積267的減少使得示例性 MAP524減少。如以上所描述對于換高速擋調整目標進氣凸輪相位器角269和/或排氣凸輪 相位器角270相對于通過調整目標節氣門打開面積267執行換高速擋而言可以提供燃料效 率增加，因為調整目標進氣凸輪相位器角269和/或排氣凸輪相位器角270減少換高速擋 期間通過發動機102的氣流。
[0250] 現在參照圖6,呈現描繪設置用于換高速擋的參考值值356的示例性方法的流程 圖。控制可以通過604開始，其中參考模塊36