用于调节分配给发动机的目标致动器值中的误差的加权值的系统和方法与流程

本公开涉及内燃机，且更具体地，涉及用于调节当使用模型预测控制来控制发动机时分配给发动机的目标致动器值中的误差的加权值的系统和方法。

背景技术：

本文所提供的背景技术描述的目的在于从总体上介绍本公开的背景。当前提及的发明人的工作--以在此背景技术部分中所描述的为限--以及在提交时可能不另外构成现有技术的该描述的各方面，既不明示地也不默示地被承认为是针对本公开的现有技术。

内燃机在汽缸内燃烧空气和燃料混合物以驱动活塞，该活塞产生驱动扭矩。进入发动机的空气流量经由节气门调节。更具体地，节气门调节节气门面积，增加或减少进入发动机的空气流量。当节气门面积增加时，进入发动机的空气流量增加。燃料控制系统调节燃料被喷射的速率以将期望的空气/燃料混合物提供到汽缸和/或实现期望的扭矩输出。通过增加提供到汽缸的空气与燃料的量来增加发动机的扭矩输出。

在火花点火发动机中，火花引燃提供到汽缸的空气/燃料混合物的燃烧。在压缩点火发动机中，汽缸中的压缩引燃提供到汽缸的空气/燃料混合物。火花正时和空气流量可以是用于调节火花点火发动机的扭矩输出的主要机构，而燃料流量可以是用于调节压缩点火发动机的扭矩输出的主要机构。

已经开发出发动机控制系统来控制发动机输出扭矩，以实现期望的扭矩。然而，传统的发动机控制系统不能如所期望的那样精确地控制发动机输出扭矩。此外，传统的发动机控制系统不能提供对控制信号的快速响应或者不能在影响发动机输出扭矩的各个装置之间协调发动机扭矩控制。

技术实现要素：

根据本公开的原理的系统包括模型预测控制(MPC)模块和致动器模块。该MPC模块生成用于发动机致动器的一组可能目标值并预测用于可能目标值中的每一个的发动机操作参数。该MPC模块基于对应的迭代数量来确定与目标值中的每一个相关联的加权值，并基于预测的操作参数和加权值来确定该组可能目标值的成本。该MPC模块基于成本从多个可能目标值组中选择该组可能目标值，并将目标值设定为选择的组的可能目标值。致动器模块基于目标值中的至少一个来控制发动机的致动器。

本公开进一步的适用领域将从详细说明、权利要求书及附图中变得清楚。详细说明和具体示例旨在仅用于说明目的，而非旨在限制本公开的范围。

附图说明

本公开将通过详细说明和附图来更充分地理解，其中：

图1是根据本公开的示例发动机系统的功能框图；

图2是根据本公开的示例发动机控制系统的功能框图；

图3是根据本公开的示例空气控制模块的功能框图；

图4是描绘根据本公开的使用模型预测控制来控制节气阀、进气阀定相和排气阀定相、废气门以及排气再循环(EGR)阀的示例方法的流程图；

图5是描绘调节分配给节气阀、进气阀定相和排气阀定相、废气门以及EGR阀的目标值中的误差的加权值的示例方法的流程图；以及

图6A、图6B和图6C是曲线图，示出了根据本公开的作为时间函数而调节的加权值，以及由此产生的用于发动机致动器的目标值中的相对于用于目标值的参考值的误差。

在附图中，可以重复使用参考数字来识别类似和/或相同元件。

具体实施方式

发动机控制模块(ECM)控制发动机的扭矩输出。更具体地，ECM基于所请求的扭矩量来控制发动机的致动器。例如，ECM基于目标进气和排气相位器角来控制进气和排气凸轮轴定相，基于目标节气门开度来控制节气阀，基于目标EGR开度来控制排气再循环(EGR)阀并且基于目标废气门占空比来控制涡轮增压器的废气门。

ECM可以单独地使用多个单输入单输出(SISO)控制器(诸如比例积分微分(PID)控制器)来确定目标值。然而，当使用多个SISO控制器时，可以设定目标值以在有损可能的燃料消耗减少的情况下维持系统稳定性。此外，个别SISO控制器的校准和设计可能是昂贵且耗时的。

本公开的ECM使用模型预测控制(MPC)模块来生成目标值。MPC模块基于发动机扭矩请求来识别可能组的目标值。MPC模块基于可能组的目标值和发动机的数学模型来确定用于可能组中的每一组的预测参数。

MPC模块还可以确定与可能组中每一组的使用相关联的成本。对于可能组确定的成本可随着可能组的目标值与参考值之间的差异的增加而增加，且反之亦然。MPC模块还可以将加权值应用到可能组的目标值与参考值之间的差异以调节这些差异中的每一个差异对成本的影响程度。MPC模块可以选择具有最低成本的可能组。作为识别目标值的可能组并且确定每个组的成本的替代或补充，MPC模块可以生成代表目标值可能组的成本面。MPC模块随后可以基于成本面的斜率来识别具有最低成本的可能组。

MPC模块可确定选择组的预测参数是否满足约束。如果满足，则MPC模块可以基于选择组来设定目标值。否则，MPC模块可选择具有第二最低成本的可能组并测试该组是否满足约束。选择一组和测试该组满足约束的过程可称为迭代。在每一控制回路期间可进行多个迭代。

本公开的ECM调节应用到可能组目标值与参考值之间的差异的加权值，以实现相应的发动机致动器的期望响应。可能组目标值和参考值之间的差异可称为跟踪误差。ECM动态调节作为时间(或控制回路数量)的函数的加权值，使得根据需要跟踪误差，这可以提高控制动作的瞬态性能。另外，调节作为时间的函数的加权值允许实现在多目标情况下的各输出之间的再度均衡。

ECM可调节作为时间函数的加权值，使得发动机致动器在变化发生之前响应于参考值中的预期变化(例如，干扰)，这可称为早期跟踪误差。例如，ECM可调节作为时间函数的加权值，以在参考值中的预期变化(例如，干扰)发生之前进行预留。当发动机负荷由于例如发动机附件接通或变速箱升档而预计将增加时，早期跟踪误差可能是期望的。可替代地，ECM可调节作为时间函数的加权值，使得发动机致动器在变化发生之后响应于参考值中的预期变化，这可称为后期跟踪误差。当发动机负荷由于例如发动机附件断开或变速箱降档而预计将减少时，后期跟踪误差可能是期望的。

现在参考图1，呈现了示例发动机系统100的功能框图。发动机系统100包括发动机102，其燃烧空气/燃料混合物以基于来自驾驶员输入模块104的驾驶员输入产生用于车辆的驱动扭矩。发动机102可以是汽油火花点火内燃机。

空气是通过节气阀112被汲取至进气歧管110中。仅举例来说，节气阀112可以包括具有可旋转叶片的蝶形阀。发动机控制模块(ECM)114控制节气致动器模块116，其调节所述节气阀112的开度以控制被汲取至进气歧管110中的空气量。

来自进气歧管110的空气被汲取至发动机102的汽缸中。虽然发动机102可以包括多个汽缸，但是为了说明目的，示出单个代表性汽缸118。仅举例来说，发动机102可以包括2、3、4、5、6、8、10和/或12个汽缸。ECM 114可以指示汽缸致动器模块120选择性地停用一些汽缸，这可以在某些发动机操作条件下改进燃料经济性。

发动机102可以使用四冲程循环来操作。下文描述的四个冲程可以称为进气冲程、压缩冲程、燃烧冲程和排气冲程。在曲轴(未示出)的每次回转期间，四个冲程中的两个冲程发生在汽缸118内。因此，两个曲轴回转对于汽缸118经历全部四个冲程是必要的。

在进气冲程期间，来自进气歧管110的空气通过进气阀122汲取至汽缸118中。ECM 114控制燃料致动器模块124，其调节燃料喷射以实现目标空气/燃料比。燃料可以在中心位置处或多个位置处(诸如靠近每个汽缸的进气阀122)喷射至进气歧管110中。在各个实施方式(未示出)中，燃料可以被直接喷射至汽缸中或与汽缸相关联的混合腔室中。燃料致动器模块124可以停止向已停用的汽缸喷射燃料。

喷射的燃料与空气混合并且在汽缸118中产生空气/燃料混合物。在压缩冲程期间，汽缸118内的活塞(未示出)压缩空气/燃料混合物。火花致动器模块126基于来自ECM 114的信号激励汽缸118中的火花塞128，其将空气/燃料混合物点火。火花的正时可以相对于当活塞在其最顶部位置(称为上止点(TDC))的时间而指定。

火花致动器模块126可以通过正时信号指定在TDC之前或之后多久产生火花来控制。因为活塞位置与曲轴旋转直接有关，所以火花致动器模块126的操作可以与曲轴角度同步。产生火花可以称为点火事件。火花致动器模块126可以具有改变每个点火事件的火花的正时的能力。火花致动器模块126可以在改变上一次点火事件与下一次点火事件之间的火花正时的情况下改变下一次点火事件的火花正时。火花致动器模块126可以停止向已停用汽缸提供火花。

在燃烧冲程期间，空气/燃料混合物的燃烧将活塞驱动远离TDC，由此驱动曲轴。燃烧冲程可以被定义为活塞到达TDC与活塞到达下止点(BDC)的时间之间的时间。在排气冲程期间，活塞开始远离BDC移动并且通过排气阀130排出燃烧的副产物。燃烧的副产物经由排气系统134从车辆中排出。

进气阀122可以由进气凸轮轴140控制，而排气阀130可以由排气凸轮轴142控制。在各个实施方式中，多个进气凸轮轴(包括进气凸轮轴140)可以控制汽缸118的多个进气阀(包括进气阀122)和/或可以控制多个汽缸组(包括汽缸118)的进气阀(包括进气阀122)。类似地，多个排气凸轮轴(包括排气凸轮轴142)可以控制汽缸118的多个排气阀和/或可以控制多个汽缸组(包括汽缸118)的排气阀(包括排气阀130)。在各个其它实施方式中，进气阀122和/或排气阀130可以由除凸轮轴之外的装置(诸如无凸轮阀致动器)控制。汽缸致动器模块120可以通过禁用进气阀122和/或排气阀130的打开来停用汽缸118。

进气阀122打开的时间可以关于活塞TDC由进气凸轮相位器148而改变。排气阀130打开时的时间可以关于活塞TDC由排气凸轮相位器150而改变。相位器致动器模块158可以基于来自ECM 114的信号来控制进气凸轮相位器148和排气凸轮相位器150。当被实施时，可变阀升程(未示出)还可以由相位器致动器模块158控制。

发动机系统100可以包括由流过排气系统134的废气供电的热涡轮160-1的涡轮增压器。涡轮增压器还包括由涡轮160-1驱动的冷空气压缩机160-2。冷空气压缩机160-2压缩引入至节气阀112中的空气。在各个实施方式中，由曲轴驱动的增压器(未示出)可以压缩来自节气阀112的空气并且将压缩空气传递至进气歧管110。

废气门162可以允许废气绕过涡轮1601，由此减小涡轮增压器提供的增压(进气压缩的量)。增压致动器模块164可以通过控制废气门162的开度来控制涡轮增压器的增压。在各个实施方式中，两个或更多个增压器可以被实施并且可以由增压致动器模块164控制。

空气冷却器(未示出)可以将来自压缩空气充量的热量传送至诸如发动机冷却剂或空气的冷却介质。使用发动机冷却剂将压缩空气充量冷却的空气冷却器可以称为中间冷却器。使用空气将压缩空气充量冷却的空气冷却器可以称为充气冷却器。压缩空气充量可以例如经由压缩和/或从排气系统134的部件接收热量。虽然为了说明目的而被分开示出，但是涡轮160-1和压缩机160-2可以彼此附接，从而将进气紧邻热排气放置。

发动机系统100可以包括排气再循环(EGR)阀170，其选择性地将排气返回改向至进气歧管110。EGR阀170可以位于涡轮增压器的涡轮160-1上游。EGR阀170可以由EGR致动器模块172基于来自ECM 114的信号而控制。

可以使用曲轴位置传感器180测量曲轴的位置。曲轴的转速(发动机速度)可以基于曲轴位置来确定。发动机冷却剂的温度可以使用发动机冷却剂温度(ECT)传感器182来测量。ECT传感器182可以位于发动机102内或其中冷却剂循环的其它位置(诸如散热器(未示出))处。

进气歧管110内的压力可以使用歧管绝对压力(MAP)传感器184来测量。在各个实施方式中，可以测量发动机真空，其是环境空气压力与进气歧管110内的压力之间的差值。流入进气歧管110中的质量空气流速可以使用质量气流(MAF)传感器186来测量。在各个实施方式中，MAF传感器186可以位于还包括节气阀112的壳体中。

节气致动器模块116可以使用一个或多个节气位置传感器(TPS)190监测节气阀112的位置。可以使用进气温度(IAT)传感器192测量被汲取至发动机102中的空气的环境温度。发动机系统100还可以包括一个或多个其它传感器193，诸如环境湿度传感器、一个或多个爆振传感器、压缩机出口压力传感器和/或节气入口压力传感器、废气门位置传感器、EGR位置传感器和/或一个或多个其它合适的传感器。ECM 114使用来自传感器的信号以对发动机系统100作出控制决定。

ECM 114可以与变速器控制模块194通信以协调变速器(未示出)中的换档齿轮。例如，ECM 114可以减小齿轮换档期间的发动机扭矩。ECM 114可以与混合控制模块196通信以协调发动机102和电动马达198的操作。

电动马达198还可以用作发电机，并且可以用于产生由车辆的电气系统使用和/或存储在电池中的电能。在各个实施方式中，ECM 114、变速器控制模块194和混合控制模块196的各个功能可以被集成至一个或多个模块中。

改变发动机参数的每一个系统可被称为发动机致动器。例如，节气致动器模块116可调节节气阀112的开度以实现目标节气开度面积。火花致动器模块126控制火花塞以实现相对于活塞TDC的目标火花正时。燃料致动器模块124控制燃料喷射器以实现目标加注燃料参数。相位器致动器模块158可分别控制进气凸轮相位器148和排气凸轮相位器150以实现目标进气凸轮相位器角和排气凸轮相位器角。EGR致动器模块172可控制EGR阀170以实现目标EGR开度面积。增压致动器模块164控制废气门162以实现目标废气门开度面积。汽缸致动器模块120控制汽缸停用以实现目标数量的启动或停用汽缸。

ECM 114生成用于发动机致动器的目标值以使发动机102生成目标发动机输出扭矩。ECM 114通过模型预测控制(MPC)来生成用于发动机致动器的目标值，如下文进一步论述。

现在参考图2，呈现了示例发动机控制系统的功能框图。ECM 114的示例实施方式包括驾驶员扭矩模块202、车轴扭矩仲裁模块204和推进扭矩仲裁模块206。ECM 114可包括混合优化模块208。ECM 114还包括储备/加载模块220、扭矩请求模块224、空气控制模块228、火花控制模块232、汽缸控制模块236和燃料控制模块240。

驾驶员扭矩模块202可基于来自驾驶员输入模块104的驾驶员输入255来确定驾驶员扭矩请求254。驾驶员输入255可基于例如油门踏板的位置和制动踏板位置。驾驶员输入255还可基于巡航控制，其可为改变车辆速度以维持预定跟车间距的自适应巡航控制系统。驾驶员扭矩模块202可存储油门踏板位置到目标扭矩的一个或多个映射，且可基于映射中的所选一个映射来确定驾驶员扭矩请求254。

轴扭矩仲裁模块204在驾驶员扭矩请求254与其他车轴扭矩请求256之间进行仲裁。车轴扭矩(车轮处的扭矩)可通过包括发动机和/或电动马达的各种来源而产生。例如，车轴扭矩请求256可包括在检测到正的车轮滑移时由牵引控制系统请求的扭矩减小。正的车轮滑移是在轴扭矩克服了车轮与路面之间的摩擦且车轮开始靠着路面滑移时发生的。轴扭矩请求256还可包括扭矩增加请求来抵消负的车轮滑移，其中由于车轴扭矩是负的，所以车辆的轮胎在相对于路面的另一方向上滑移。

车轴扭矩请求256还可包括制动管理请求和车辆超速扭矩请求。制动管理请求可减小车轴扭矩以确保在停止车辆时车轴扭矩不会超过制动保持车辆的能力。车辆超速扭矩请求可减小车轴扭矩以防止车辆超过预定速度。车轴扭矩请求256还可通过车辆稳定性控制系统来产生。

车轴扭矩仲裁模块204基于在所接收的扭矩请求254与256之间进行仲裁的结果而输出预测扭矩请求257和即时扭矩请求258。如下文描述，来自车轴扭矩仲裁模块204的预测扭矩请求257和即时扭矩请求258可在用以控制发动机致动器之前通过ECM 114的其他模块来选择性地调节。

一般地说，即时扭矩请求258可为当前期望的车轴扭矩量，而预测扭矩请求257可为在短时间内需要的车轴扭矩量。ECM 114控制发动机系统100产生等于即时扭矩请求258的车轴扭矩。然而，目标值的不同组合可产生相同的车轴扭矩。ECM 114因此可调节目标值以实现较快地转变到预测扭矩请求257，而仍维持在即时扭矩请求258的车轴扭矩。

在各种实施方式中，预测扭矩请求257可基于驾驶员扭矩请求254来设定。在一些情况下，可将即时扭矩请求258设定为小于预测扭矩请求257，诸如当驾驶员扭矩请求254正导致车辆在结冰路面上滑移时。在此类情况下，牵引控制系统(未示出)可经由即时扭矩请求258来请求减小，且ECM 114减小到即时扭矩请求258的发动机扭矩输出。然而，ECM 114执行所述减小，使得一旦车轮滑移停止，发动机系统100即可快速地恢复产生预测扭矩请求257。

一般地说，即时扭矩请求258与(一般较高的)预测扭矩请求257之间的差异可被称为扭矩储备。扭矩储备可表示发动机系统100可以最小延迟来开始产生的额外扭矩(高于即时扭矩请求258)的量。快速发动机致动器可用于以最小延迟来增加或减小当前的车轴扭矩。快速发动机致动器可与缓慢发动机致动器相对比来定义。

一般地说，快速发动机致动器可比缓慢发动机致动器更快地改变车轴扭矩。缓慢致动器相比于快速致动器可更慢地响应于其相应目标值的变化。例如，缓慢致动器可包括响应于目标值的变化而需要时间来从一个位置移动到另一位置的机械组件。缓慢致动器的特征还在于，一旦缓慢致动器开始实施改变的目标值时，车轴扭矩开始改变所花费的时间量。一般来说，用于缓慢致动器的时间量将比用于快速致动器的时间量长。另外，即使在开始改变之后，车轴扭矩可能花费较长时间来完全响应于缓慢致动器的变化。

仅举例来说，火花致动器模块126可为快速致动器。火花点火式发动机可通过应用火花来燃烧包含例如汽油和乙醇的燃料。通过对比，节气致动器模块116可为缓慢致动器。

例如，如上文描述，火花致动器模块126可在改变上一次点火事件与下一次点火事件之间的火花正时的情况下改变下一次点火事件的火花正时。通过对比，节气开度的变化花费较长时间来影响发动机输出扭矩。节气致动器模块116通过调节节气阀112的叶片的角度来改变节气开度。因此，当用于节气阀112的开度的目标值改变时，由于节气阀112响应于改变而从其先前位置移动到新的位置，所以存在机械延迟。另外，基于节气开度的气流改变经受进气歧管110中的空气输送延迟。此外，进气歧管110中的增加气流由于发动机输出扭矩的增加而并未实现，直到汽缸118接收到下一次进气冲程中的额外空气、压缩额外空气并开始燃烧冲程为止。

使用这些致动器作为示例，扭矩储备可通过将节气开度设定为允许发动机102产生预测扭矩请求257的值来创建。同时，火花正时可基于小于预测扭矩请求257的即时扭矩请求258来设定。尽管节气开度产生足够的气流用于发动机102产生预测扭矩请求257，但火花正时基于即时扭矩请求258而受到延迟(这减小了扭矩)。发动机输出扭矩因此将等于即时扭矩请求258。

当需要额外扭矩时，基于预测扭矩请求257或所述预测扭矩请求257与即时扭矩请求257和258之间的扭矩可设定火花正时。通过点火后事件，火花致动器模块126可将火花正时返回到最优值，从而允许发动机102产生通过已存在的气流来实现的满发动机输出扭矩。发动机输出扭矩因此可快速地增加到预测扭矩请求257而无需经历来自改变节气开度的延迟。

车轴扭矩仲裁模块204可将预测扭矩请求257和即时扭矩请求258输出到推进扭矩仲裁模块206。在各种实施方式中，车轴扭矩仲裁模块204可将预测扭矩请求257和即时扭矩请求258输出到混合优化模块208。

混合动力优化模块208可以确定发动机102应当产生多少扭矩以及电动马达198应当产生多少扭矩。随后，混合动力优化模块208向推进扭矩仲裁模块206分别输出修改后的预计扭矩请求259和即时扭矩请求260。在各种不同的实施方式中，混合动力优化模块208可在混合动力控制模块196中得以实现。

推进扭矩仲裁模块206所接收到的预计扭矩请求和即时扭矩请求从车轴扭矩域(车轮处的扭矩)转换为推进扭矩域(曲轴处的扭矩)。这个转换可以发生在混合动力优化模块208之前、之后、作为其一部分、或代替混合动力优化模块。

推进扭矩仲裁模块206在推进扭矩请求290(包括转换后的预计扭矩请求和即时扭矩请求)之间进行仲裁。推进扭矩仲裁模块206生成仲裁后的预计扭矩请求261和仲裁后的即时扭矩请求262。仲裁后的扭矩请求261和262可通过从所接收到的扭矩请求中选择优胜的请求来产生。可替代地或另外，仲裁后的扭矩请求可通过基于所接收到的扭矩请求中的另一个或多个来修改所接收到的请求中的一个而产生。

例如，推进扭矩请求290可包括用于发动机超速保护的扭矩减小、用于防止失速的扭矩增大以及由变速器控制模块194请求的以适应档位变换的扭矩减小。推进扭矩请求290还可由离合器燃料切断产生，当驾驶员在手动变速器车辆中压下离合器踏板以防止发动机速度的突增时，离合器燃料切断减小发动机输出扭矩。

推进扭矩请求290还可包括发动机关闭请求，当检测到重大故障时可以启动该发动机关闭请求。仅举例而言，重大故障可包括检测到车辆被盗、起动马达卡住、电子节气门控制问题以及意想不到的扭矩增加。在各种不同的实施方式中，当发动机关闭请求出现时，仲裁将选择发动机关闭请求作为优胜请求。当发动机关闭请求出现时，推进扭矩仲裁模块206可输出零作为仲裁后的预计扭矩请求261和仲裁后的即时扭矩请求262。

在各种不同的实施方式中，发动机关闭请求可独立于仲裁过程而关闭发动机102。推进扭矩仲裁模块206仍然可接收发动机关闭请求，使得例如将适当的数据反馈到其他的扭矩请求者。例如，所有其他的扭矩请求者可能会被告知，他们已失掉仲裁。

储备/负荷模块220接收仲裁后的预计扭矩请求261和仲裁后的即时扭矩请求262。储备/负荷模块220可调节仲裁后的预计扭矩请求261和仲裁后的即时扭矩请求262以产生扭矩储备和/或补偿一个或多个负荷。随后，储备/负荷模块220将调节后的预计扭矩请求263和即时扭矩请求264输出到扭矩请求模块224。

仅举例而言，催化剂起燃过程或冷起动排放减少过程可能需要延迟的火花正时。因此，储备/负荷模块220可将调节后的预计扭矩请求263增大到调节后的即时扭矩请求264以上，以便为冷起动排放减少过程产生延迟的火花正时。在另一示例中，诸如通过诊断侵入当量比测试和/或新发动机净化，可直接改变发动机的空气/燃料比和/或质量空气流量。在开始这些过程之前，储备/负荷模块可以产生或增加扭矩储备以快速地弥补在这些过程期间由于缺乏空气/燃料混合物导致的发动机输出扭矩的减少。

储备/负荷模块220还可以预期到未来负荷(诸如动力转向泵操作或空气调节(A/C)压缩机离合器的接合)来产生或增加扭矩储备。当驾驶者首次请求空气调节时，储备/负荷模块可以产生或增加用于接合A/C压缩机离合器的储备。储备/负荷模块220可增大调节后的预计扭矩请求263，同时不改变调节后的即时扭矩请求264，以产生扭矩储备。随后，当A/C压缩机离合器接合时，储备/负荷模块220可以将调节后的即时扭矩请求264增加等于A/C压缩机离合器的估计负荷的量。

扭矩请求模块224接收调节后的预计扭矩请求263和调节后的即时扭矩请求264。扭矩请求模块224确定如何实现调节后的预计扭矩请求263和调节后的即时扭矩请求264。扭矩请求模块224可以是发动机类型专用的。例如，对于火花点火式发动机和压缩燃烧式发动机来说，扭矩请求模块224可被不同地实施或使用不同的控制方案。

在各种不同的实施方式中，扭矩请求模块224可在所有发动机类型通用的模块与发动机类型专用的模块之间限定界限。例如，发动机类型可包括火花点火式和压缩燃烧式。扭矩请求模块224之前的模块(诸如推进扭矩仲裁模块206)可以是发动机类型通用的，而扭矩请求模块224和随后的模块可以是发动机类型专用的。

扭矩请求模块224基于调节后的预计扭矩请求263和调节后的即时扭矩请求264来确定空气扭矩请求265。空气扭矩请求265可以是制动扭矩。制动扭矩可以指代在当前操作条件下曲轴处的扭矩。

基于空气扭矩请求265确定用于气流控制发动机致动器的目标值。更具体地，空气控制模块228基于空气扭矩请求265来确定目标废气门开度面积266、目标节气门开度面积267、目标EGR开度面积268、目标进气凸轮相位器角269以及目标排气凸轮相位器角270。如以下进一步所讨论的，空气控制模块228使用模型预测控制来确定目标废气门开度面积266、目标节气门开度面积267、目标EGR开度面积268、目标进气凸轮相位器角269以及目标排气凸轮相位器角270。

增压致动器模块164控制废气门162以实现废气门开度面积266。例如，第一转换模块272可将目标废气门开度面积266转换成将应用于废气门162的目标占空比274，并且增压致动器模块164可基于目标占空比274将信号应用于废气门162。在各种不同的实施方式中，第一转换模块272可将目标废气门开度面积266转换成目标废气门位置(未示出)，并且将该目标废气门位置转换成目标占空比274。

节气致动器模块116控制节气阀112以实现目标节气门开度面积267。例如，第二转换模块276可将目标节气门开度面积267转换成将应用于节气阀112的目标占空比278，并且节气致动器模块116可基于目标占空比278将信号应用于节气阀112。在各种不同的实施方式中，第二转换模块276可将目标节气门开度面积267转换成目标节气门位置(未示出)，并且将该目标节气门位置转换成目标占空比278。

EGR致动器模块172控制EGR阀170以实现目标EGR开度面积268。例如，第三转换模块280可将目标EGR开度面积268转换成将应用于EGR阀170的目标占空比282，并且EGR致动器模块172可基于目标占空比282将信号应用于EGR阀170。在各种不同的实施方式中，第三转换模块280可将目标EGR开度面积268转换成目标EGR位置(未示出)，并且将该目标EGR位置转换成目标占空比282。

相位器致动器模块158控制进气凸轮相位器148以实现目标进气凸轮相位器角269。相位器致动器模块158控制排气凸轮相位器150以实现目标排气凸轮相位器角270。在各种不同的实施方式中，可包括第四转换模块(未示出)并且其可将目标进气相位器角和排气凸轮相位器角分别转换为目标进气占空比和目标排气占空比。相位器致动器模块158可以分别将目标进气占空比和目标排气占空比应用于进气凸轮相位器148和排气凸轮相位器150。在各种不同的实施方式中，空气控制模块228可以确定目标重叠因数和目标有效排量，并且相位器致动器模块158可以控制进气凸轮相位器148和排气凸轮相位器150以实现所述目标重叠因数和所述目标有效排量。

扭矩请求模块224还可基于预计扭矩请求263和即时扭矩请求264来生成火花扭矩请求283、汽缸关闭扭矩请求284和燃料扭矩请求285。火花控制模块232可基于火花扭矩请求283来确定将火花正时从最佳火花正时延迟多少(从而减小发动机输出扭矩)。仅举例而言，可倒置扭矩关系，以求解火花正时286。对于给定的扭矩请求(T_Req)，确定目标火花正时(S_T)286可基于以下方程来确定：

(1)S_T＝f^-1(T_Req,APC,I,E,AF,OT,#),

其中APC是APC，I是进气阀定相值，E是排气阀定相值，AF是空气/燃料比，OT是油温，以及#是启动的汽缸数。这一关系可以具体实施为等式和/或查找表。空气/燃料比(AF)可以是实际空气/燃料比，如燃料控制模块240所报告的。

当火花正时设定为最佳火花正时时，所导致的扭矩可以尽量接近最大最优扭矩(MBT)。MBT指代最大发动机输出扭矩，由于火花正时提前，为给定气流生成该最大扭矩，同时使用其具有的辛烷值大于预定辛烷值的燃料以及使用化学计量的燃料加注。这一最大扭矩发生时的火花正时被称为MBT火花正时。最佳火花正时可以稍许不同于MBT火花正时，因为，例如，燃料质量(诸如使用低辛烷燃料时的燃料质量)以及环境因素，诸如环境湿度和温度。在最佳火花正时的发动机输出扭矩可因而小于MBT。仅举例而言，对应不同发动机操作条件的最佳火花正时表可在车辆设计的校准阶段确定，并且最佳值基于当前发动机操作条件从表中确定。

汽缸关闭扭矩请求284可由汽缸控制模块236使用来确定停用汽缸的目标数287。在各种实施方式中，可使用启动汽缸的目标数。汽缸致动器模块120基于目标数287，选择性地启动和停用汽缸阀。

汽缸控制模块236也可指示燃料控制模块240停止对停用汽缸提供燃料并且可以指示火花控制模块232停止对停用汽缸提供火花。一旦汽缸中已存在的燃料空气混合物已被燃烧，火花控制模块232可停止对汽缸提供火花。

燃料控制模块240可基于燃料扭矩请求285改变提供给每个汽缸的燃料量。更具体而言，燃料控制模块240可基于燃料扭矩请求生成目标加注燃料参数288。目标加注燃料参数288可包括，例如，目标燃料质量、目标喷射开始正时，和目标燃料喷射次数。

在正常操作期间，燃料控制模块240可在空气导引模式下操作，其中燃料控制模块240通过基于气流控制燃料加注，尝试维持化学计量的空气/燃料比。例如，燃料控制模块240可确定目标燃料质量，该目标燃料质量在与单缸空气(APC)的当前质量结合时会产生化学计量燃烧。

图3是空气控制模块228的示例性实施方式的功能框图。现在参照图2和图3，如上所述，空气扭矩请求265可以是制动扭矩。扭矩转换模块304将空气扭矩请求265从制动扭矩转换到基础扭矩。由转换到基础扭矩产生的扭矩请求将被称为基础空气扭矩请求308。

基础扭矩可指代发动机102操作期间测力机上显示的曲轴处的扭矩，同时发动机102是热的并且没有扭矩负荷通过附件(诸如交流发电机和A/C压缩机)施加到发动机102上。扭矩转换模块304可将空气扭矩请求265转换为基础空气扭矩请求308，例如，使用将制动扭矩与基础扭矩联系在一起的映射或函数。在各种实施方式中，扭矩转换模块304可将空气扭矩请求265转换为扭矩的另一种合适类型，诸如指示扭矩。指示扭矩可以指代曲轴处的扭矩，其可归因于经由汽缸内的燃烧产生的工作。

MPC模块312使用MPC(模型预测控制)生成目标值266至目标值270。MPC模块312可以是单个模块或包括多个模块。例如，MPC模块312可包括序列确定模块316。序列确定模块316确定可在N未来控制回路期间一起使用的目标值266至270的可能序列。由序列确定模块316识别的可能序列中的任何一个都包括用于目标值266至270中的任何一个的N值的一个序列。换句话说，每个可能序列包括用于目标废气门开度面积266的N值序列、用于目标节气开度面积267的N值序列、用于目标EGR开度面积268的N值序列、用于目标进气凸轮相位器角269的N值序列，和目标排气凸轮相位器角270的N值序列。N值中任何一个用于N未来控制回路中的一个。N是大于或等于1的整数。

预测模块323基于发动机102的数学模型324、外来输入328，和反馈输入330而确定发动机102分别对目标值266至270的可能序列的预测响应。更具体而言，基于目标值266至270的可能序列、外来输入328，和反馈输入330，使用模型324，预测模块323生成用于N个控制回路的发动机102的预测扭矩序列、用于N个控制回路的预测APC序列、用于N个控制回路的预测量外部稀释序列、用于N个控制回路的预测量残留稀释序列、用于N个控制回路的预测燃烧定相值序列，和用于N个控制回路的预测燃烧质量值序列。在描述了生成预测扭矩、预测APC、预测外部稀释、预测残留稀释、预测燃烧稀释，和预测燃烧质量的示例的同时，预测参数可包括一个或多个其他所预测的发动机操作参数。

模型324可包括，例如基于发动机102特性校准的函数或映射。稀释可指代为燃烧事件限制在汽缸内，由先前燃烧事件产生的排气量。外部稀释可指代经由EGR阀170，为燃烧事件提供的排气。残留稀释可指代残留在汽缸的排气和/或在燃烧循环的排气冲程后被推压进汽缸的排气。残留稀释也可称为内部稀释。

燃烧定相可指代曲轴位置，其中预定量喷射燃料在汽缸内燃烧，该位置相对于用于预定量喷射燃料的燃烧的预定曲轴位置。例如，燃烧定相可以依据相对于预定CA50的CA50来表达。CA50可指代曲轴角(CA)，其中50％的喷射燃料质量已经在汽缸中燃烧。预定的CA50可对应于CA50，其中工作的最大量由喷射的燃料产生并且在各种实施方式中可以是TDC(上死点)后约8.度至约10度。当燃烧定相将依据CA50值来讨论时，可使用指示燃烧定相的另一合适参数。另外，当燃烧质量将以指示平均有效压力(IMEP)值的变化系数(COV)来讨论时，可使用指示燃烧质量的另一合适参数。

外来输入328可包括不受节气阀112直接影响的参数、EGR阀170、涡轮增压器、进气凸轮相位器148，和排气凸轮相位器150。例如，外来输入328可包括发动机速度、涡轮增压器进气压力、IAT，和/或一个或多个其他参数。反馈输入330可包括，例如发动机102的估算扭矩输出、涡轮增压器的涡轮160-1下游的排气压力、IAT、发动机102的APC、估算的残留稀释、估算的外部稀释，和/或一个或多个其他的合适参数。反馈输入330可使用传感器(如IAT)测量和/或基于一个或多个其他参数来估算。

成本模块332基于对可能序列和参考值356确定的预测参数来确定目标值266至270的可能序列中的每一个的成本值。示例成本确定在下面作进一步的讨论。

选择模块344分别基于可能序列的成本来选择目标值266至270的可能序列中的一个。例如，选择模块344可选择具有最低成本的可能序列同时满足致动器约束348和输出约束352。

在各种不同的实施方式中，可以在成本确定中考虑到致动器约束348和输出约束的满足。换句话说，成本模块332可进一步基于致动器约束348和输出约束352确定成本值。如以下进一步讨论的，基于如何确定成本值，选择模块344将选择可能序列中最佳实现基础空气扭矩请求308、同时尽量减少燃料消耗、受制于致动器约束348和输出约束352的一个序列。

选择模块344可以分别将目标值266至270设定为选定的可能序列的N个值中的第一值。换句话说，选择模块344将目标废气门开度面积266设定为用于目标废气门开度面积266的N个值的序列中的N个值的第一值，将目标节气门开度面积267设定为用于目标节气门开度面积267的N个值的序列中的N个值的第一值，将目标EGR开度面积268设定为用于目标EGR开度面积268的N个值的序列中的N个值的第一值，将目标进气凸轮相位器角269设定为用于目标进气凸轮相位器角269的N个值的序列中的N个值的第一值，并且将目标排气凸轮相位器角270设定为用于目标排气凸轮相位器角270的N个值的序列中的N个值的第一值。

在下一个控制回路期间，MPC模块312识别可能序列，生成用于可能序列的预测参数，确定可能序列中的每一个的成本，选择可能序列中的一个，并且将目标值266至270设定为选择的可能序列中的第一组目标值266至270。此过程继续用于每一个控制回路。

致动器约束模块360(参见图2)设定用于目标值266至270中的每一个的致动器约束348。换句话说，致动器约束模块360设定用于节气阀112的致动器约束、用于EGR阀170的致动器约束、用于废气门162的致动器约束、用于进气凸轮相位器148的致动器约束以及用于排气凸轮相位器150的致动器约束。

用于目标值266至270中的每个的致动器约束348可以包括用于相关联目标值的最大值和用于该目标值的最小值。此外，致动器约束248可以包括用于相关联目标值的变化速率约束。致动器约束模块360通常可以将致动器约束348设定为用于相关联致动器的预定操作范围。更具体地，致动器约束模块360通常可以分别将致动器约束348设定为用于节气阀112、EGR阀170、废气门162、进气凸轮相位器148以及排气凸轮相位器150的预定操作范围。

然而，致动器约束模块360在一些情况下可以选择性地改变致动器约束348中的一个或多个。例如，致动器约束模块360可以调节用于给定致动器的致动器约束，以在发动机致动器被诊断到故障时缩窄用于该发动机致动器的操作范围。仅举另一个示例，例如，对于故障诊断(诸如凸轮相位器故障诊断、节气门诊断、EGR诊断等)，致动器约束模块360可以调节致动器约束以使得用于给定致动器的目标值遵循随时间推移的预定时间表或者改变预定量。对于遵循随时间推移的预定时间表或者改变预定量的目标值而言，致动器约束模块360可以将最小和最大值设定为相同的值。设定为相同值的最小和最大值可以迫使对应的目标值设定为与最小和最大值相同的值。致动器约束模块360可以随时间推移改变最小和最大值被设定为的相同值以使得目标值遵循预定时间表。

输出约束模块364(参见图2)设定用于发动机102的预测扭矩输出、预测CA50、IMEP的预测COV、预测残留稀释以及预测外部稀释的输出约束352。用于每个预测值的输出约束352可以包括用于相关联预测参数的最大值和用于该预测参数的最小值。例如，输出约束352可以包括最小扭矩、最大扭矩、最小CA50和最大CA50、IMEP的最小COV和IMEP的最大COV、最小残留稀释和最大残留稀释以及最小外部稀释和最大外部稀释。

输出约束模块364通常可以分别将输出约束352设定为用于相关的预测参数的预定范围。然而，输出约束模块364在一些情况下可以改变输出约束352中的一个或多个。例如，输出约束模块364可以延迟最大CA50，诸如当发动机102内发生爆震时。举另一个示例，输出约束模块364可以在低负荷条件下增加IMEP的最大COV，诸如在可能需要IMEP的较高COV来实现给定扭矩请求的发动机怠速期间。

参考值模块368(参见图2)分别生成用于目标值266至270的参考值356。参考值356包括用于目标值266至270中的每一个的参考值。换句话说，参考值356包括参考废气门开度面积、参考节气门开度面积、参考EGR开度面积、参考进气凸轮相位器角以及参考排气凸轮相位器角。

参考值模块368可以例如基于空气扭矩请求265和/或基础空气扭矩请求308来确定参考值356。参考值356分别提供用于设定目标值266至270的参考。参考值356可以用来确定用于可能序列的成本值，如以下进一步讨论的。还可以对于一个或多个其他原因来使用参考值356，诸如由序列确定模块316来确定可能序列。

作为产生生成目标值的序列和确定每个序列的成本的替代或补充，MPC模块312可以使用凸优化技术来识别具有最低成本的可能目标值的序列。例如，MPC模块312可以使用二次规划(QP)解算器(诸如丹齐格QP解算器)来确定目标值266至270。在另一个示例中，MPC模块312可以生成用于目标值266至270的可能序列的成本值的面，并且基于成本面的斜率来识别具有最低成本的一组可能目标值。MPC模块312随后可以测试该组可能目标值以确定该组可能目标值是否满足致动器约束348和输出约束352。如果满足，则MPC模块312可以分别将目标值266至270设定为该选择的可能序列的N个值中的第一值，如以上所讨论的。

如果不满足致动器约束348和/或输出约束352，则MPC模块312选择具有下一个最低成本的另一个可能目标值组并且测试该可能目标值组以满足致动器约束348和输出约束352。选择序列和测试该序列以满足致动器约束348和输出约束352的过程可以称为迭代。在每个控制回路期间可以执行多个迭代。

MPC模块312执行迭代直到识别出满足致动器约束348和输出约束352的具有最低成本的组。以此方式，MPC模块312选择具有最低成本同时满足致动器约束348和输出约束352的可能目标值组。如果不能识别出序列，则MPC模块312可以指示不可获得解决方案。

成本模块332可以基于以下各项之间的关系来确定用于目标值266至270的可能序列的成本：预测扭矩与基础扭矩请求308；预测APC与预定最小APC；可能目标值与相应致动器约束348；其他预测参数与相应输出约束352；以及可能目标值与相应参考值356。例如，关系可以被加权以控制每个关系对成本的影响。

仅举例而言，成本模块332可以基于以下关系来确定用于目标值266至270的可能序列的成本：

该关系受制于致动器约束348和输出约束352。Cost是用于目标值266至270的可能序列的成本。TPi是用于N个控制回路中的第i个控制回路的发动机102的预测扭矩，BATR是基础空气扭矩请求308，并且wTi是用于N个控制回路中的第i个控制回路的加权值。加权值wTi与用于N个控制回路中的第i个控制回路的预测扭矩和基础空气扭矩请求308相关联。APCPi是用于N个控制回路中的第i个控制回路的预测APC，MinAPC是预定最小APC，并且wAi是用于N个控制回路中的第i个控制回路的加权值。加权值wAi与用于N个控制回路中的第i个控制回路的预测APC和预定最小APC之间的关系相关联。

PTTOi是用于N个控制回路中的第i个控制回路的可能目标节气门开度，TORef是参考节气门开度，并且wTOi是用于N个控制回路中的第i个控制回路的加权值。加权值wTOi与用于N个控制回路中的第i个控制回路的可能目标节气门开度和所述参考节气门开度之间的关系相关联。PTWGOi用于N个控制回路中的第i个控制回路的可能目标废气门开度，WGORef是参考废气门开度，并且wWGi是用于N个控制回路中的第i个控制回路的加权值。加权值wWGi与用于N个控制回路中的第i个控制回路的可能目标废气门开度和参考废气门开度之间的关系相关联。

PTEGROi是用于N个控制回路的第i个控制回路的可能目标EGR开度，EGRRef是参考EGR开度，并且wEGRi是用于N个控制回路中的第i个控制回路的加权值。加权值wEGRi与用于N个控制回路中的第i个控制回路的可能目标EGR开度和参考EGR开度之间的关系相关联。PTICi是用于N个控制回路的第i个控制回路的可能目标进气凸轮相位器角，ICPRef是参考进气凸轮相位器角，并且wIPi是用于N个控制回路中的第i个控制回路的加权值。加权值wIPi与用于N个控制回路中的第i个控制回路的可能目标进气凸轮相位器角和参考进气凸轮相位器角之间的关系相关联。PTECi是用于N个控制回路的第i个控制回路的可能目标排气凸轮相位器角，ECPRef是参考排气凸轮相位器角，并且wEPi是用于N个控制回路中的第i个控制回路的加权值。加权值wEPi与用于N个控制回路中的第i个控制回路的可能目标排气凸轮相位器角和参考排气凸轮相位器角之间的关系相关联。

ρ是与输出约束352的满足相关联的加权值。∈是成本模块332可以基于输出约束352是否将被满足来设定的变量。例如，当预测参数大于或小于对应的最小或最大值(例如，至少预定量)时，成本模块332可以增加∈。当满足所有输出约束352时，成本模块332可以将∈设定为零。ρ可以大于加权值wTi、加权值wAi和其他加权值(wTOi、wWGi、wEGRi、wIPi以及wEPi)，使得如果未满足输出约束352中的一个或多个，则对于可能序列确定的成本将是巨大的。这可以帮助防止选择其中未满足输出约束352中的一个或多个的可能序列。

加权值wTi可以大于加权值wAi以及加权值wTOi、wWGi、wEGRi、wIPi和wEPi。以此方式，预测发动机扭矩与基础空气扭矩请求308之间的关系之间的关系对成本具有较大影响，且因此对可能序列中的一个的选择具有较大影响，如以下进一步讨论的。成本随着预测发动机扭矩与基础空气扭矩请求308之间的差异增加而增加，且反之亦然。

加权值wAi可以小于加权值wTi并且大于加权值wTOi、wWGi、wEGRi、wIPi和wEPi。以此方式，预测APC与零之间的关系对成本具有较大影响，但是小于预测发动机扭矩与基础空气扭矩请求308之间的关系的影响。成本随着预测APC与预定最小APC之间的差异增加而增加，且反之亦然。仅举例而言，预定最小APC可以是零或另一个适合的值。

基于预测APC与预定最小APC之间的差异确定成本有助于确保APC将被最小化。当基于实际APC控制加注燃料以实现目标空气/燃料混合物时，减少APC将减少燃料消耗。由于选择模块344可以选择可能序列中具有最低成本的一个序列，所以选择模块344可以选择可能序列中最佳实现基础空气扭矩请求308同时使APC最小化的一个序列。虽然讨论使APC最小化的示例，但是在各种不同的实施方式中，可以预测并最大化效率参数。例如，效率参数可以是除以预测APC或预测燃料消耗的预测扭矩。

加权值wTOi、wWGi、wEGRi、wIPi以及wEPi可以小于所有其他加权值。以此方式，在稳态操作期间，目标值266至270可以分别设定接近参考值356或者处于参考值。然而，在瞬间操作期间，MPC模块312可以调节目标值266至270远离参考值356以实现基础空气扭矩请求308，同时最小化APC并且满足致动器约束348和输出约束352。

成本模块332可以接收来自加权值模块380的加权值ρ、wTi、wAi、wTOi、wWGi、wEGRi、wIPi和wEPi。加权值模块380可以基于参考值356和相应控制回路数量i中的相应一个，确定用于N个控制回路中每一个控制回路的加权值wTOi、wWGi、wEGRi、wIPi、和/或wEPi中的一个。例如，加权值模块380可基于参考值356中相应的参考值中的预期变化，调节作为控制回路数量i的函数的加权值wTOi、wWGi、wEGRi、wIPi和wEPi中的一个。类似地，加权值模块380可基于基础空气扭矩请求308中的预期变化，调节作为控制回路数量i的函数的加权值wTi。同样地，加权值模块380可基于预定最小APC中的预期变化，调节作为控制回路数量i的函数的加权值wAi。

成本模块332为其确定成本的N个控制回路可包括当前的控制回路和N-1个未来控制回路。被确定成本的未来控制回路的数量可以被称为控制水平。加权值模块380可接收来自成本模块332的被确定成本的控制回路的数量N。在各种实施方式中，成本模块332可以在此所描述的方式确定加权值ρ、wT、wA、wTO、wWG、wEGR、wIP、和/或wEP，并可省略加权值模块380。

现在参照图4，示出了一种使用从402开始的MPC(模型预测控制)来控制节气阀112、进气凸轮相位器148、排气凸轮相位器150、废气门162(且因此涡轮增压器)以及EGR阀170的示例方法。在404处，扭矩请求模块224基于调节后的预测扭矩请求263和调节后的即时扭矩请求264来确定空气扭矩请求265。

在408处，扭矩转换模块304可以将空气扭矩请求265转换为基础空气扭矩请求308或者转换为另一种适合的类型的扭矩以供MPC模块312使用。在408处，序列确定模块316基于基础空气扭矩请求308来确定目标值266至270的可能序列。

在410处，预测模块323确定用于目标值的可能序列中每一个可能序列的预测参数。预测模块323基于发动机102的模型324、外来输入328和反馈输入330来确定用于可能序列的预测参数。更具体地，基于目标值266至270的可能序列、外来输入328和反馈输入330，使用模型324，预测模块323生成用于N个控制回路的发动机102的预测扭矩序列、用于N个控制回路的预测APC序列、用于N个控制回路的预测量外部稀释序列、用于N个控制回路的预测量残留稀释序列、用于N个控制回路的预测燃烧定相值序列，以及用于N个控制回路的预测燃烧质量值序列。

在411处，加权值模块380确定用于N个控制回路中的每个控制回路的加权值wTi、wAi、wTOi、wWGi、wEGRi、wIPi和/或wEPi。N个控制回路可包括当前的控制回路和N-1个未来控制回路(或未来迭代)。加权值模块380可基于参考值356中相应的一个参考值和相应的控制回路数量(或迭代数量)i来调节用于N个控制回路中的第i个控制回路的加权值wTOi、wWGi、wEGRi、wIPi和/或wEPi。例如，加权值模块380可基于参考值356中相应的一个参考值中的预期变化，调节作为控制回路数量(或迭代数量)i的函数的加权值wTOi、wWGi、wEGRi、wIPi和wEPi中的一个。类似地，加权值模块380可基于基础空气扭矩请求308中的预期变化，调节作为控制回路数量i的函数的加权值wTi。同样地，加权值模块380可基于预定最小APC中的预期变化，调节作为控制回路数量i的函数的加权值wAi。

在412处，成本模块332分别确定用于可能序列的成本。仅举例而言，成本模块332可以基于以下方程来确定用于目标值266至270的可能序列的成本：

该方程受制于致动器约束348和输出约束352，如以上所讨论的。

在414处，选择模块344基于可能序列的成本来选择目标值266至270的可能序列中的一个序列。例如，选择模块344可以选择具有最低成本的可能序列中的一个序列。因此，选择模块344可以选择可能序列中最佳实现基础空气扭矩请求308同时使APC最小化的一个序列。作为在408处确定目标值230至244的可能序列并且在412处确定序列中每一个序列的成本的替代或补充，MPC模块312可以使用如以上所讨论的凸优化技术来识别具有最低成本的可能目标值序列。

在416处，MPC模块312可以确定可能序列中的选择序列是否满足致动器约束348。如果可能序列中的选择序列满足致动器约束348，则该方法在418处继续。否则，该方法在420处继续，其中MPC模块312选择具有下一个最低成本的可能序列中的一个序列。该方法随后返回到416。以此方式，使用满足致动器约束348的具有最低成本的序列。

在418处，第一转换模块272将目标废气门开度面积266转换为将应用于废气门162的目标占空比274，第二转换模块276将目标节气门开度面积267转换为将应用于节气阀112的目标占空比278。同样在418处，第三转换模块280将目标EGR开度面积268转换为将应用于EGR阀170的目标占空比282。同样在418处，第四转换模块分别将目标进气凸轮相位器角269和目标排气凸轮相位器角270转换为将应用于进气凸轮相位器148和排气凸轮相位器150的目标进气占空比和排气占空比。

在422处，节气致动器模块116控制节气阀112以实现目标节气门开度面积267，并且相位器致动器模块158分别控制进气凸轮相位器148和排气凸轮相位器150以实现目标进气凸轮相位器角269和目标排气凸轮相位器角270。例如，节气致动器模块116可以将信号应用于目标占空比278处的节气阀112以实现目标节气门开度面积267。

同样在422处，EGR致动器模块172控制EGR阀170以实现目标EGR开度面积268，并且增压致动器模块164控制废气门162以实现目标废气门开度面积266。例如，EGR致动器模块172可以将信号应用于目标占空比282处的EGR阀170以实现目标EGR开度面积268，并且增压致动器模块164可以将信号应用于目标占空比274处的废气门162以实现目标废气门开度面积266。尽管示出了该方法在424处结束，但是图4可示出一个控制回路，并且该控制回路的迭代可以在预定速率下执行。

现在参照图5，示出了一种用于调节在控制发动机102时使用MPC(模型预测控制)时分配给该发动机102的致动器的目标值266至270中的误差的加权值的示例方法。如本文所使用的，目标值266至270中的误差可称为目标值266至270和参考值356中相应的参考值之间的差异。图5中的方法可结合或独立于图4中的方法执行。在前者的示例中，图5中的方法可在图4中的411处执行。图5中的方法在502处开始。

在504处，参考值模块368在N个控制回路中的每个控制回路处分别生成用于目标值266至270的参考值356。在506处，加权值模块380确定一个或多个参考值356是否在N个控制回路中的一个未来控制回路处发生变化。如果一个或多个参考值356在一个未来控制回路处发生变化，则该方法在508处继续。否则，该方法在510处继续。

在510处，加权值模块380使用N个控制回路中用于目标值266至270中的误差中的每一个误差的固定加权值。换句话说，对于目标值266至270中的误差中的每一个误差，加权值模块380使用相同的加权值用于N个控制回路中的每个控制回路。这样的示例如图6A所示。

图6A示出了相对于代表时间(或控制回路数量)的x轴608和代表幅度的y轴610描绘的用于发动机致动器的参考值602、加权值604以及用于发动机致动器的目标值606。在612处，其可代表当前的控制回路(或未来迭代)，参考值602具有第一幅度。在614处，其可代表未来控制回路(或未来迭代)，参考值602的幅度从第一幅度改变为大于第一幅度的第二幅度。

如图6A所示，加权值604的幅度在控制水平内保持固定。由此，发生在参考值602变化之前的跟踪误差(标记为616)和发生在参考值602变化之后的跟踪误差(标记为618)同样不相等。因此，早期跟踪误差616的幅度等于后期跟踪误差618的幅度。

再次参照图5，在508处，加权值模块380确定早期跟踪误差目标值266至270中的任何一个是否是期望的。换句话说，加权值模块380确定目标值266至270中的任何一个在参考值356中相应一个参考值中的预期变化仅在变化发生之前做出的响应是否是期望的。如果早期跟踪误差是期望的，则该方法在512处继续。否则，该方法在514处继续。在512处，加权值模块380增加N个控制回路内用于目标值266至270中早期跟踪误差是其所期望的那些目标值的加权值。这样的示例如图6B所示。

图6B示出了关于x轴608和y轴610描绘的用于发动机致动器的参考值602、加权值620以及用于发动机致动器的目标值622。如图6B所示，加权值620作为控制回路数量(或迭代数量)i的函数而增加。例如，加权值620可作为控制回路数量i的函数而单调增加，如图所示，或者作为控制回路数量i的函数而呈指数增长。由此，在参考值602中变化之前发生的跟踪误差弱于在参考值602中变化之后发生的跟踪误差，这有利于使目标值622接近参考值602的较早控制动作。因此，即使不是全部，大部分的跟踪误差在参考值602中的变化之前发生。该早期跟踪误差在图6B中标记为624。

再次参照图5，在514处，加权值模块380确定后期跟踪误差对于目标值266至270中的任何一个是否是期望的。换句话说，加权值模块380确定目标值266至270中的任何一个在参考值356中相应的一个参考值的预期变化仅在变化发生后所做出的响应是否是期望的。如果后期跟踪误差是期望的，则该方法在516处继续。否则，该方法在518处继续。在516处，加权值模块380增加N个控制回路内用于目标值266至270中早期跟踪误差是其所期望的那些目标值的加权值。这样的示例如图6C所示。

图6C示出了关于x轴608和y轴610描绘的用于发动机致动器的参考值602、加权值626以及用于发动机致动器的目标值628。如图6C所示，加权值626作为控制回路数量(或迭代数量)i的函数而减少。例如，加权值626可作为控制回路数量i的函数而单调减少，如图所示，或者作为控制回路数量i的函数而呈指数减少。由此，在参考值602中的变化之前发生的跟踪误差强于参考值602中的变化之后发生的跟踪误差，这有利于使目标值622接近参考值602的较晚控制动作。因此，即使不是全部，大部分的跟踪误差发生在参考值602中的变化之后。该后期跟踪误差在图6B中标记为630。

在518处，加权值模块380增加N个控制回路内对应于参考值356中相应的一个参考值中的预期变化之前的一段时间的用于目标值266至270中的误差的加权值。此外，加权值模块380减少N个控制回路内对应于参考值356中相应的一个参考值中的预期变化之后的一段时间的用于目标值266至270中的误差的加权值。这样的示例如图6A所示。

图6A示出了加权值632，其在N个控制回路中对应于参考值602中的变化之前的一段时间的增加，以及在N个控制回路中对应于参考值602中的变化之后的一段时间的减少。由此，发生在参考值602中的变化之前的跟踪误差(标记为616)和发生在参考值602中的变化之后的跟踪误差(标记为618)的程度一样。这就产生了跟踪误差，其似乎与由固定加权值604所产生的跟踪误差类似，其中，早期跟踪误差616的幅度等于后期跟踪误差618的幅度。然而，由加权值632所产生的早期跟踪误差616和晚期跟踪误差618的幅度可能会小于由加权值604所产生的早期跟踪误差616和晚期跟踪误差618的幅度。

以上描述实质上仅是说明性的，而绝不旨在限制本公开、其应用或使用。本公开的广泛教示可以各种形式来实施。因此，虽然本公开包括具体实例，但是本公开的真实范围不应限于此，因为其他修改将在附图、说明书以及随附权利要求的研究之后变得显而易见。如本文所使用，短语A、B和C中的至少一个应解释为意味着使用非排他性的逻辑(OR)的逻辑(A或B或C)，而不应该应解释为意味着“A中的至少一个、B中的至少一个和C中的至少一个”。应理解，在不改变本公开的原理的情况下，方法内的一个或多个步骤可以不同的次序(或同时地)执行。

在包括以下定义的此申请中，术语“模块”或术语“控制器”可以由术语“电路”取代。术语“模块”可以指代以下内容、是其一部分或者包括以下内容：特定应用集成电路(ASIC)；数字、模拟或混合模拟/数字分立电路；数字、模拟或混合模拟/数字集成电路；组合逻辑电路；场可编程门阵列(FPGA)；执行代码的处理器电路(共享、专用或集群)；存储由处理器电路执行的代码的存储器电路(共享、专用或集群)；提供所描述的功能性的其他适合的硬件部件；或者以上内容中的一些或所有的组合，诸如芯片上系统。

模块可包括一个或多个接口电路。在一些示例中，接口电路可包括有线或无线接口，这些接口连接到局域网(LAN)、互联网、广域网(WAN)或上述的组合。本公开所述的任何给定模块的功能可分布在经由接口电路连接的多个模块之间。例如，多个模块可以允许负荷均衡。在另一个示例中，服务器(也称为远程或云)模块可以代表客户端模块完成一些功能。

如以上所使用的术语“代码”可以包括软件、固件和/或微代码，并且可以指代程序、例程、功能、分类、数据结构和/或目标。术语“共享处理器电路”涵盖执行来自多个模块的一些或所有代码的单处理器电路。术语“集群处理器电路”涵盖与额外处理器电路组合执行来自一个或多个模块的一些或所有代码的处理器电路。对多个处理器电路的参考涵盖多个芯片上的多个处理器电路、单芯片上的多个处理器电路、单处理器电路的多个内核、单个处理器电路的多个线程或上述的组合。术语“共享存储器电路”涵盖存储来自多个模块的一些或所有代码的单个存储器电路。术语“集群存储器电路”涵盖与额外存储器组合存储来自一个或多个模块的一些或所有代码的存储器电路。

术语“存储器电路”是术语“计算机可读介质”的子集。本文所使用的术语“计算机可读介质”并不涵盖通过介质(诸如在载波上)传播的暂时电信号和电磁信号。术语“计算机可读介质”因此可以被认为是有形且永久的。永久的有形计算机可读介质的非限制性示例包括非易失性存储器电路(诸如闪存电路、可擦除可编程只读存储器电路或掩模只读存储器电路)、易失性存储器(诸如静态随机存取存储器电路或动态随机存取存储器电路)、磁性存储器(诸如模拟或数字磁带或硬盘驱动器)和光学存储器(诸如CD、DVD或Blu-Ray光盘)。

此申请中描述的装置和方法可以部分地或完全地由通过配置通用计算机创建的专用计算机来执行一个或多个体现在计算机程序中特殊功能来实施。功能模块、流程图组件和上述的其他元件作为软件规范，可以经由熟练技术人员或程序员的日常工作转换成计算机程序。

计算机程序包括存储在至少一个永久的有形计算机可读介质上的处理器可执行指令。计算机程序也可以包括和/或依赖于所存储的数据。计算机程序可涵盖与专用计算机硬件进行交互的基本输入/输出系统(BIOS)、与专用计算机的特定设备进行交互的设备驱动程序、一个或多个操作系统、用户应用程序、后台服务、后台应用程序等等。

该计算机程序可以包括：(i)待解析的描述性文本，诸如HTML(超文本标记语言)或XML(可扩展标记语言)，(ii)汇编代码，(iii)由编译器从源代码生成的目标代码，(iv)用于由解释器执行的源代码，(v)用于由即时编译器编译和执行的源代码，等。仅作为示例，可以通过使用语言的句法来书写源代码，这些语言包括：C、C++、C#、ObjectiveC、Haskell、Go、SQL、R、Lisp、Fortran、Perl、Pascal、Curl、OCaml、HTML5、Ada、ASP(动态服务器页面)，PHP、Scala、Eiffel、Smalltalk、Erlang、Ruby、Lua、和

在《美国法典》第35标题的第112节(f)(35U.S.C§112(f))的含义内，如权利要求所述的这些元件中没有一个是用作部件加功能的元件，除非通过使用短语“用于……的部件”、或在方法权利要求的情况下通过使用短语“用于……的操作”或“用于……的步骤”对一个元件进行确切叙述。