非模型預測控制到模型預測控制過渡的制作方法
【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 14/225,808、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 的發明人的工作一一以在此【背景技術】部分中所描述的為限一一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] 此部分提供本公開的一般概述，而并非其全部范圍或所有其特征的綜述披露。
[0009] -種用于車輛的發動機控制系統可以包括產生第一組可能MPC目標值和第二組 可能MPC目標值的序列確定模塊。成本模塊確定用于第一組可能MPC目標值的第一成本和 用于第二組可能MPC目標值的第二成本。選擇模炔基于第一和第二成本從第一和第二組可 能MPC目標值中的一個選擇MPC目標值。過渡模塊接收MPC目標值、將MPC目標值與多個 先前控制請求相比較并且選擇控制多個發動機功能的范圍在先前控制請求到MPC目標值 內的目標值組。
[0010] 一種用于車輛的發動機控制方法可以包括：產生第一組可能MPC目標值和第二組 可能MPC目標值；確定用于第一組可能MPC目標值的第一成本和用于第二組可能MPC目標 值的第二成本；基于第一和第二成本從第一和第二組可能MPC目標值中的一個選擇MPC目 標值；將MPC目標值與多個先前控制請求相比較；以及選擇控制多個發動機功能的范圍在 先前控制請求到MPC目標值內的目標值組。
[0011] 本發明包括以下方案：
[0012] 1. 一種用于車輛的發動機控制系統，包括：
[0013] 序列確定模塊，所述序列確定模塊產生第一組可能MPC目標值和第二組可能MPC 目標值；
[0014] 成本模塊，所述成本模塊確定用于所述第一組可能MPC目標值的第一成本和用于 所述第二組可能MPC目標值的第二成本；
[0015] 選擇模塊，所述選擇模塊分別基于所述第一成本和所述第二成本從所述第一組可 能MPC目標值和所述第二組可能MPC目標值中的一個選擇MPC目標值；以及
[0016] 過渡模塊，所述過渡模塊接收所述MPC目標值、將所述MPC目標值與控制車輛的多 個控制請求相比較并且選擇范圍在所述多個控制請求到所述MPC目標值內的目標值組。
[0017] 2.如方案1所述的發動機控制系統，其進一步包括具有狀態估計器的狀態確定模 塊。
[0018] 3.如方案2所述的發動機控制系統，其中如果所述狀態確定模塊在小于時間閾值 的時間內變成起作用的則所述狀態估計器處于冷起動狀態中，并且如果所述狀態確定模塊 在等于或大于所述時間閾值的時間內變成起作用的則所述狀態估計器處于熱起動狀態中。
[0019] 4.如方案3所述的發動機控制系統，其進一步包括漸變確定模塊，當所述狀態估 計器處于冷起動狀態中時，所述漸變確定模塊將多個存儲的先前MPC請求設置為零。
[0020] 5.如方案4所述的發動機控制系統，其中所述漸變確定模塊將所述目標值設置為 等于所述先前控制請求。
[0021] 6.如方案5所述的發動機控制系統，其進一步包括目標值確定模塊，所述目標值 確定模塊通過將所述目標值增加或減少所述目標值與所述MPC目標值之間的差異的百分 比來將所述目標值從所述目標值漸變為所述MPC目標值。
[0022] 7.如方案3所述的發動機控制系統，其進一步包括漸變確定模塊，當所述狀態估 計器處于熱起動狀態中時，所述漸變確定模塊將所述目標值設置為等于先前控制請求，其 中所述先前控制請求來自非MPC控制器。
[0023] 8.如方案7所述的發動機控制系統，其進一步包括目標值確定模塊，所述目標值 確定模塊使得先前MPC控制請求組與所述先前控制請求相等。
[0024] 9.如方案8所述的發動機控制系統，其中所述序列確定模塊使用所述先前MPC控 制請求組來確定新的第一組可能MPC目標值和新的第二組可能MPC目標值。
[0025] 10.如方案1所述的發動機控制系統，其進一步包括：
[0026] 預測模型，所述預測模型基于所述發動機的模型和所述第一組可能MPC目標值產 生第一預測發動機輸出扭矩和第一預測每汽缸空氣（APC)質量，并且基于所述發動機的模 型和所述第二組可能MPC目標值產生第二預測發動機輸出扭矩和第二預測APC質量；
[0027] 其中用于所述第一組可能MPC目標值的所述第一成本是基于第一預定加權值、所 述第一預測發動機輸出扭矩、發動機扭矩請求、第二預定加權值以及所述第一預測APC質 量來確定；以及
[0028] 其中用于所述第二組可能MPC目標值的所述第二成本是基于所述第一預定加權 值、所述第二預測發動機輸出扭矩、所述發動機扭矩請求、所述第二預定加權值以及所述第 二預測APC質量來確定。
[0029] 11. -種用于車輛的發動機控制方法，包括：
[0030] 產生第一組可能MPC目標值和第二組可能MPC目標值；
[0031] 確定用于所述第一組可能MPC目標值的第一成本和用于所述第二組可能MPC目標 值的第二成本；
[0032] 分別基于所述第一成本和所述第二成本從所述第一組可能MPC目標值和所述第 二組可能MPC目標值中的一個選擇MPC目標值；
[0033] 將所述MPC目標值與控制車輛的多個控制請求相比較；以及
[0034] 選擇范圍在所述先前控制請求到所述MPC目標值內的目標值組，其中所述目標值 組控制多個發動機功能。
[0035] 12.如方案11所述的發動機控制方法，其進一步包括確定狀態估計器的狀態。
[0036] 13.如方案12所述的發動機控制方法，其中如果狀態確定模塊在小于時間閾值的 時間內變成起作用的則所述狀態估計器處于冷起動狀態中，并且如果所述狀態確定模塊在 等于或大于所述時間閾值的時間內變成起作用的則所述狀態估計器處于熱起動狀態中。
[0037] 14.如方案13所述的發動機控制方法，其進一步包括當所述狀態估計器處于冷起 動狀態中時，將多個存儲的先前MPC請求設置為零。
[0038] 15.如方案14所述的發動機控制方法，其進一步包括將所述目標值設置為等于所 述先前控制請求，其中所述先前控制請求來自非MPC控制器。
[0039] 16.如方案15所述的發動機控制方法，其進一步包括通過將所述目標值增加或減 少所述目標值與所述MPC目標值之間的差異的百分比來將所述目標值從所述目標值漸變 為所述MPC目標值。
[0040] 17.如方案13所述的發動機控制方法，其進一步包括當所述狀態估計器處于熱再 起動狀態中時，將所述目標值設置為等于所述先前控制請求，其中所述先前控制請求來自 非MPC控制器。
[0041] 18.如方案17所述的發動機控制方法，其進一步包括使得先前MPC控制請求組與 所述先前控制請求相等。
[0042] 19.如方案18所述的發動機控制方法，其進一步包括從所述先前MPC控制請求組 來確定新的第一組可能MPC目標值和新的第二組可能MPC目標值。
[0043] 20.如方案11所述的發動機控制方法，其進一步包括：
[0044] 基于第一預定加權值、第一預測發動機輸出扭矩、發動機扭矩請求、第二預定加權 值以及第一預測APC質量來確定用于所述第一組可能MPC目標值的所述第一成本；以及
[0045] 基于所述第一預定加權值、所述第二預測發動機輸出扭矩、所述發動機扭矩請求、 第二預定加權值以及所述第二預測APC質量來確定用于所述第二組可能MPC目標值的所述 第二成本。
[0046] 其他適用領域將從本文提供的描述變得顯而易見。此概述中的描述和具體實例僅 意欲用于說明目的而非意欲限制本發明的范圍。
【附圖說明】
[0047] 本文描述的圖示僅用于說明選定實施例而非所有可能實施方式的目的，且并不意 欲限制本公開的范圍。
[0048] 圖1是根據本公開的示例性發動機系統的功能方框圖；
[0049] 圖2是根據本公開的示例性發動機控制系統的功能方框圖；
[0050] 圖3是根據本公開的示例性空氣控制模塊的功能方框圖；
[0051] 圖4是根據本公開的示例性過渡模塊的功能方框圖；以及
[0052] 圖5是描繪根據本公開的從非模型預測控制到模型預測控制過渡的示例性方法 的流程圖。
[0053] 所有圖的若干視圖中，對應參考數字指示對應部分。
【具體實施方式】
[0054] 現在將參照附圖來更完整地描述示例性實施例。
[0055] 發動機控制模塊（ECM)控制發動機的扭矩輸出。更具體來說，ECM分別基于根據 所請求的扭矩量的目標值來控制發動機的致動器。例如，ECM基于目標進氣和排氣相位器 角來控制進氣和排氣凸輪軸定相、基于目標節氣門開度來控制節氣門閥、基于目標EGR開 度控制排氣再循環（EGR)閥并且基于目標廢氣門占空比控制渦輪增壓器的廢氣門。
[0056] ECM可以單獨地使用多個單輸入單輸出（SISO)控制器（諸如比例積分微分（PID) 控制器）來確定目標值。然而，當使用多個SISO控制器時，可以設置目標值以在有損可能 的燃料消耗減少的情況下維持系統穩定性。此外，個別SISO控制器的校準和設計可能是昂 貴且耗時的。
[0057] 本公開的ECM使用模型預測控制（MPC)模塊來產生目標值。更具體來說，MPC模 炔基于發動機扭矩請求來識別目標值的可能組。MPC模炔基于可能組的目標值和發動機的 數學模型來確定用于每個可能組的預測參數。
[0058] MPC模塊還可以確定與每個可能組的使用相關的成本。對于可能組確定的成本隨 著對于該可能組確定的預測發動機輸出扭矩與發動機扭矩請求之間的第一差異的量值增 加而增加，且反之亦然。在各個實施中，作為識別目標值的可能組并且確定每個組的成本的 替代或添加，MPC模塊可以產生代表目標值的可能組的成本的面。MPC模塊隨后可以基于成 本面的斜率來識別具有最低成本的可能組。
[0059] 對于復雜的系統，諸如內燃發動機，用MPC替代所有閉環控制可能是不可能、不實 際或者不必要的。因此，ECM中可以共存不同的控制方法。通過這種在一個系統中的多種 類型的控制器，從一個控制器到下一個控制器（例如，從MPC控制到非MPC控制）的過渡變 得關鍵，因為功率流（并且隨后駕駛性能）或發動機狀態上的任何類型的干擾可能導致發 動機調整和/或發動機/車輛振動模式改變。
[0060] 現在參照圖1，呈現示例性發動機系統100的功能方框圖。發動機系統100包括基 于來自駕駛者輸入模塊104的駕駛者輸入燃燒空氣/燃料混合物以產生用于車輛的驅動扭 矩