模型預測控制的故障診斷系統和方法
【專利說明】
[0001] 相關申請的交叉引用 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, 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14/225,496、 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
[0002] 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】
[0003] 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--以在此【背景技術】部分中所描述的為限--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。
[0004] 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。
[0005] 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。
[0006] 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】
[0007] 在一個特征中，披露一種發動機控制系統。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；分別確定用于可能目標值組的預測操作參數；分別確定用于 可能目標值組的成本值；基于成本值選擇可能目標值組中的一個；以及基于所述組中選定 的一個的可能目標值來設置目標值。致動器模炔基于目標值中的一個值來控制發動機致動 器。故障診斷模塊選擇性地診斷MPC模塊中的故障。
[0008] 在其他特征中，MPC模塊進一步分別基于用于目標值的預定范圍來選擇可能目標 值組中的一個。
[0009] 在另外其他特征中，當目標值中的一個在其預定范圍之外時，故障診斷模塊診斷 故障。
[0010] 在另外其他特征中，MPC模塊：基于可能目標值組中的第一個的第一成本值來識 別所述組中的第一個；分別確定可能組中的第一個的可能目標值是否在預定范圍之內；當 所述組中選定的一個的可能目標值中的一個在其預定范圍之外時，基于可能目標值組中的 第二個的第二成本值來識別所述組中的第二個；以及當所述組中的第二個的可能目標值分 別在預定范圍之內時，選擇所述組中的第二個。
[0011] 在其他特征中，當所述組中的第二個的第二成本值小于所述組中的第一個的第一 成本值時，故障診斷模塊診斷故障。
[0012] 在另外其他特征中，當MPC模塊未能在預定周期內選擇可能目標值組中的一個 時，故障診斷模塊診斷MPC模塊中的故障。
[0013] 在另外其他特征中，MPC模塊進一步基于預測操作參數中的第一個與該操作參數 的測量值和估計值中的一個之間的差異來確定積分值。
[0014] 在其他特征中，當積分值大于預定值時，故障診斷模塊診斷MPC模塊中的故障。
[0015] 在另外其他特征中：參考模炔基于發動機扭矩請求確定參考值；以及當在MPC模 塊中診斷到故障時，致動器模炔基于參考值中的一個來控制發動機致動器。
[0016] 在另外其他特征中：基于目標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；基于目標值中的第三值控制排氣再循環（EGR)閥的開度的EGR致動器模塊； 以及分別基于目標值中的第四和第五值控制進氣門和排氣門定相的相位器致動器模塊，其 中致動器模炔基于目標值中的一個值來控制節氣門閥的開度。
[0017] 一種用于車輛的發動機控制方法包括使用模型預測控制（MPC)模塊：基于發動機 扭矩請求識別可能目標值組；分別確定用于可能目標值組的預測操作參數；分別確定用于 可能目標值組的成本值；基于成本值選擇可能目標值組中的一個；以及基于所述組中選定 的一個的可能目標值來設置目標值。發動機控制方法進一步包括：基于目標值中的一個值 來控制發動機致動器；以及選擇性地診斷MPC模塊中的故障。
[0018] 在其他特征中，發動機控制方法進一步包括進一步分別基于用于目標值的預定范 圍來選擇可能目標值組中的一個。
[0019] 在另外其他特征中，發動機控制方法進一步包括當目標值中的一個在其預定范圍 之外時診斷故障。
[0020] 在另外其他特征中，發動機控制方法進一步包括使用MPC模塊：基于可能目標值 組中的第一個的第一成本值來識別所述組中的第一個；分別確定可能組中的第一個的可能 目標值是否在預定范圍之內；當所述組中選定的一個的可能目標值中的一個在其預定范圍 之外時，基于可能目標值組中的第二個的第二成本值來識別所述組中的第二個；以及當所 述組中的第二個的可能目標值分別在預定范圍之內時，選擇所述組中的第二個。
[0021] 在其他特征中，發動機控制方法進一步包括當所述組中的第二個的第二成本值小 于所述組中的第一個的第一成本值時診斷故障。
[0022] 在另外其他特征中，發動機控制方法進一步包括當MPC模塊未能在預定周期內選 擇可能目標值組中的一個時，診斷MPC模塊中的故障。
[0023] 在另外其他特征中，發動機控制方法進一步包括基于預測操作參數中的第一個與 該操作參數的測量值和估計值中的一個之間的差異來確定積分值。
[0024] 在其他特征中，發動機控制方法進一步包括當積分值大于預定值時，診斷MPC模 塊中的故障。
[0025] 在另外其他特征中，發動機控制方法進一步包括：基于發動機扭矩請求確定參考 值；以及當在MPC模塊中診斷到故障時，基于參考值中的一個來控制發動機致動器。
[0026] 在另外其他特征中，發動機控制方法進一步包括：基于目標值中的第二值控制渦 輪增壓器的廢氣門的開度；基于目標值中的第三值控制排氣再循環（EGR)閥的開度；以及 分別基于目標值中的第四值和第五值控制進氣門和排氣門定相，其中發動機致動器是節氣 門閥。
[0027] 本發明包括以下方案： 1. 一種用于車輛的發動機控制系統，包括： 模型預測控制（MPC)模塊，所述MPC模塊： 基于發動機扭矩請求識別可能目標值組； 分別確定用于所述可能目標值組的預測操作參數； 分別確定用于所述可能目標值組的成本值； 基于所述成本值選擇所述可能目標值組中的一個；以及 基于所述組中選定的一個的可能目標值來設置目標值； 致動器模塊，所述致動器模炔基于所述目標值中的一個值來控制發動機致動器；以及 故障診斷模塊，所述故障診斷模塊選擇性地診斷所述MPC模塊中的故障。
[0028] 2.如方案1所述的發動機控制系統，其中所述MPC模塊進一步分別基于用于所述 目標值的預定范圍來選擇所述可能目標值組中的一個。
[0029] 3.如方案2所述的發動機控制系統，其中當所述目標值中的一個在其預定范圍 之外時，所述故障診斷模塊診斷故障。
[0030] 4.如方案2所述的發動機控制系統，其中所述MPC模塊： 基于所述可能目標值組中的第一個的第一成本值來識別所述組中的所述第一個； 分別確定可能組中的所述第一個的可能目標值是否在預定范圍之內； 當所述組中選定的一個的可能目標值中的一個在其預定范圍之外時，基于所述可能目 標值組中的第二個的第二成本值來識別所述組中的所述第二個；以及 當所述組中的所述第二個的可能目標值分別在預定范圍之內時，選擇所述組中的所述 第二個。
[0031] 5.如方案4所述的發動機控制系統，其中當所述組中的所述第二個的第二成本 值小于所述組中的所述第一個的第一成本值時，所述故障診斷模塊診斷故障。
[0032] 6.如方案2所述的發動機控制系統，其中當所述MPC模塊未能在預定周期內選擇 所述可能目標值組中的一個時，所述故障診斷模塊診斷所述MPC模塊中的故障。
[0033] 7.如方案1所述的發動機控制系統，其中所述MPC模塊進一步基于所述預測操作 參數中的第一個與該操作參數的測量值和估計值中的一個之間的差異來確定積分值。
[0034] 8.如方案7所述的發動機控制系統，其中當所述積分值大于預定值時，所述故障 診斷模塊診斷所述MPC模塊中的故障。
[0035] 9.如方案1所述的發動機控制系統，其進一步包括： 參考模塊，所述參考模炔基于所述發動機扭矩請求確定參考值， 其中當在所述MPC模塊中診斷到故障時，所述致動器模炔基于所述參考值中的一個來 控制所述發動機致動器。
[0036] 10.如方案1所述的發動機控制系統，其進一步包括： 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（EGR)致動器模塊，所述EGR致動器模炔基于所述目標值中的第三值控制 EGR閥的開度；以及 相位器致動器模塊，所述相位器致動器模塊分別基于所述目標值中的第四值和第五值 控制進氣門和排氣門定相， 其中所述致動器模炔基于所述目標值中的所述一個值來控制節氣門閥的開度。
[0037] 11. -種用于車輛的發動機控制方法，包括： 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； 分別確定用于所述可能目標值組的預測操作參數； 分別確定用于所述可能目標值組的成本值； 基于所述成本值選擇所述可能目標值組中的一個；以及 基于所述組中選定的一個的可能目標值來設置目標值； 基于所述目標值中的一個值來控制發動機致動器；以及 選擇性地診斷所述MPC模塊中的故障。
[0038] 12.如方案11所述的發動機控制方法，其進一步包括進一步分別基于用于所述 目標值的預定范圍來選擇所述可能目標值組中的一個。
[0039] 13.如方案12所述的發動機控制方法，其進一步包括當所述目標值中的一個在 其預定范圍之外時診斷故障。
[0040] 14.如方案12所述的發動機控制方法，其進一步包括： 使用所述MPC模塊： 基于所述可能目標值組中的第一個的第一成本值來識別所述組中的所述第一個； 分別確定可能組中的所述第一個的可能目標值是否在預定范圍之內； 當所述組中選定的一個的可能目標值中的一個在其預定范圍之外時，基于所述可能目 標值組中的第二個的第二成本值來識別所述組中的所述第二個；以及 當所述組中的所述第二個的可能目標值分別在預定范圍之內時，選擇所述組中的所述 第二個。
[0041] 15.如方案14所述的發動機控制方法，其進一步包括當所述組中的所述第二個 的所述第二成本值小于所述組中的所述第一個的所述第一成本值時診斷故障。
[0042] 16.如方案12所述的發動機控制方法，其進一步包括當所述MPC模塊未能在預定 周期內選擇所述可能目標值組中的一個時，診斷所述MPC模塊中的故障。
[0043] 17.如方案11所述的發動機控制方法，其進一步包括基于所述預測操作參數中 的第一個與該操作參數的測量值和估計值中的一個之間的差異來確定積分值。
[0044] 18.如方案17所述的發動機控制方法，其進一步包括當所述積分值大于預定值 時，診斷所述MPC模塊中的故障。
[0045] 19.如方案11所述的發動機控制方法，其進一步包括： 基于所述發動機扭矩請求確定參考值；以及 當在所述MPC模塊中診斷到故障時，基于所述參考值中的一個來控制所述發動機致動 器。
[0046] 20.如方案11所述的發動機控制方法，其進一步包括： 基于所述目標值中的第二值控制渦輪增壓器的廢氣門的開度； 基于所述目標值中的第三值控制排氣再循環（EGR)閥的開度；以及 分別基于所述目標值中的第四值和第五值控制進氣門和排氣門定相， 其中所述發動機致動器是節氣門閥。
[0047] 本公開的其他適用領域將從詳細描述、權利要求書以及圖式變得顯而易見。詳細 描述和具體實例僅意欲用于說明目的而非意欲限制本公開的范圍。
【附圖說明】
[0048] 本公開將從詳細描述和附圖變得更完整理解，其中： 圖1是根據本公開的示例性發動機系統的功能方框圖； 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； 圖3是根據本公開的示例性空氣控制模塊的功能方框圖； 圖4是描繪根據本公開的使用模型預測控制來控制節氣門閥、進氣門和排氣門定相、 廢氣門以及排氣再循環（EGR)閥的示例性方法的流程圖； 圖5是描繪根據本公開的診斷模型預測控制模