非模型预测控制到模型预测控制过渡的制作方法
【专利说明】
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 此申请涉及2014年3月26日提交的美国专利申请号14/225, 502、2014年3 月26日提交的美国专利申请号14/225, 516、2014年3月26日提交的美国专利申请号 14/225,569、2014年3月26日提交的美国专利申请号14/225,626、2014年3月26日提交 的美国专利申请号14/225,817、2014年3月26日提交的美国专利申请号14/225,896、2014 年3月26日提交的美国专利申请号14/225, 53U2014年3月26日提交的美国专利申请号 14/225,808、2014年3月26日提交的美国专利申请号14/225,587、2014年3月26日提交 的美国专利申请号14/225,492、2014年3月26日提交的美国专利申请号14/226,006、2014 年3月26日提交的美国专利申请号14/226, 12U2014年3月26日提交的美国专利申请号 14/225,496以及2014年3月26日提交的美国专利申请号14/225,891。以上申请的全部 披露内容以引用的方式并入本文。
技术领域
[0003] 本公开涉及内燃发动机，并且更具体来说，涉及用于车辆的发动机控制系统和方 法。
【背景技术】
[0004] 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 的发明人的工作一一以在此【背景技术】部分中所描述的为限一一以及在提交时否则可能不 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。
[0005] 内燃发动机在汽缸内燃烧空气与燃料混合物以驱动活塞，这产生驱动扭矩。进入 发动机的空气流量通过节气门来调节。更具体来说，节气门调整节气门面积，这增加或减少 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 统调整燃料被喷射的速率从而将所需的空气/燃料混合物提供到汽缸和/或实现所需的扭 矩输出。增加提供到汽缸的空气与燃料的量增加发动机的扭矩输出。
[0006] 在火花点火发动机中，火花开始提供到汽缸的空气/燃料混合物的燃烧。在压缩 点火发动机中，汽缸中的压缩燃烧提供到汽缸的空气/燃料混合物。火花正时和空气流量 可以是用于调整火花点火发动机的扭矩输出的主要机构，而燃料流可以是用于调整压缩点 火发动机的扭矩输出的主要机构。
[0007] 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所需扭矩。然而，传统 的发动机控制系统并不如需要一样精确地控制发动机输出扭矩。另外，传统的发动机控制 系统并不对控制信号提供快速响应或者在影响发动机输出扭矩的各种设备之间协调发动 机扭矩控制。
【发明内容】
[0008] 此部分提供本公开的一般概述，而并非其全部范围或所有其特征的综述披露。
[0009] -种用于车辆的发动机控制系统可以包括产生第一组可能MPC目标值和第二组 可能MPC目标值的序列确定模块。成本模块确定用于第一组可能MPC目标值的第一成本和 用于第二组可能MPC目标值的第二成本。选择模炔基于第一和第二成本从第一和第二组可 能MPC目标值中的一个选择MPC目标值。过渡模块接收MPC目标值、将MPC目标值与多个 先前控制请求相比较并且选择控制多个发动机功能的范围在先前控制请求到MPC目标值 内的目标值组。
[0010] 一种用于车辆的发动机控制方法可以包括：产生第一组可能MPC目标值和第二组 可能MPC目标值；确定用于第一组可能MPC目标值的第一成本和用于第二组可能MPC目标 值的第二成本；基于第一和第二成本从第一和第二组可能MPC目标值中的一个选择MPC目 标值；将MPC目标值与多个先前控制请求相比较；以及选择控制多个发动机功能的范围在 先前控制请求到MPC目标值内的目标值组。
[0011] 本发明包括以下方案：
[0012] 1. 一种用于车辆的发动机控制系统，包括：
[0013] 序列确定模块，所述序列确定模块产生第一组可能MPC目标值和第二组可能MPC 目标值；
[0014] 成本模块，所述成本模块确定用于所述第一组可能MPC目标值的第一成本和用于 所述第二组可能MPC目标值的第二成本；
[0015] 选择模块，所述选择模块分别基于所述第一成本和所述第二成本从所述第一组可 能MPC目标值和所述第二组可能MPC目标值中的一个选择MPC目标值；以及
[0016] 过渡模块，所述过渡模块接收所述MPC目标值、将所述MPC目标值与控制车辆的多 个控制请求相比较并且选择范围在所述多个控制请求到所述MPC目标值内的目标值组。
[0017] 2.如方案1所述的发动机控制系统，其进一步包括具有状态估计器的状态确定模 块。
[0018] 3.如方案2所述的发动机控制系统，其中如果所述状态确定模块在小于时间阈值 的时间内变成起作用的则所述状态估计器处于冷起动状态中，并且如果所述状态确定模块 在等于或大于所述时间阈值的时间内变成起作用的则所述状态估计器处于热起动状态中。
[0019] 4.如方案3所述的发动机控制系统，其进一步包括渐变确定模块，当所述状态估 计器处于冷起动状态中时，所述渐变确定模块将多个存储的先前MPC请求设置为零。
[0020] 5.如方案4所述的发动机控制系统，其中所述渐变确定模块将所述目标值设置为 等于所述先前控制请求。
[0021] 6.如方案5所述的发动机控制系统，其进一步包括目标值确定模块，所述目标值 确定模块通过将所述目标值增加或减少所述目标值与所述MPC目标值之间的差异的百分 比来将所述目标值从所述目标值渐变为所述MPC目标值。
[0022] 7.如方案3所述的发动机控制系统，其进一步包括渐变确定模块，当所述状态估 计器处于热起动状态中时，所述渐变确定模块将所述目标值设置为等于先前控制请求，其 中所述先前控制请求来自非MPC控制器。
[0023] 8.如方案7所述的发动机控制系统，其进一步包括目标值确定模块，所述目标值 确定模块使得先前MPC控制请求组与所述先前控制请求相等。
[0024] 9.如方案8所述的发动机控制系统，其中所述序列确定模块使用所述先前MPC控 制请求组来确定新的第一组可能MPC目标值和新的第二组可能MPC目标值。
[0025] 10.如方案1所述的发动机控制系统，其进一步包括：
[0026] 预测模型，所述预测模型基于所述发动机的模型和所述第一组可能MPC目标值产 生第一预测发动机输出扭矩和第一预测每汽缸空气（APC)质量，并且基于所述发动机的模 型和所述第二组可能MPC目标值产生第二预测发动机输出扭矩和第二预测APC质量；
[0027] 其中用于所述第一组可能MPC目标值的所述第一成本是基于第一预定加权值、所 述第一预测发动机输出扭矩、发动机扭矩请求、第二预定加权值以及所述第一预测APC质 量来确定；以及
[0028] 其中用于所述第二组可能MPC目标值的所述第二成本是基于所述第一预定加权 值、所述第二预测发动机输出扭矩、所述发动机扭矩请求、所述第二预定加权值以及所述第 二预测APC质量来确定。
[0029] 11. -种用于车辆的发动机控制方法，包括：
[0030] 产生第一组可能MPC目标值和第二组可能MPC目标值；
[0031] 确定用于所述第一组可能MPC目标值的第一成本和用于所述第二组可能MPC目标 值的第二成本；
[0032] 分别基于所述第一成本和所述第二成本从所述第一组可能MPC目标值和所述第 二组可能MPC目标值中的一个选择MPC目标值；
[0033] 将所述MPC目标值与控制车辆的多个控制请求相比较；以及
[0034] 选择范围在所述先前控制请求到所述MPC目标值内的目标值组，其中所述目标值 组控制多个发动机功能。
[0035] 12.如方案11所述的发动机控制方法，其进一步包括确定状态估计器的状态。
[0036] 13.如方案12所述的发动机控制方法，其中如果状态确定模块在小于时间阈值的 时间内变成起作用的则所述状态估计器处于冷起动状态中，并且如果所述状态确定模块在 等于或大于所述时间阈值的时间内变成起作用的则所述状态估计器处于热起动状态中。
[0037] 14.如方案13所述的发动机控制方法，其进一步包括当所述状态估计器处于冷起 动状态中时，将多个存储的先前MPC请求设置为零。
[0038] 15.如方案14所述的发动机控制方法，其进一步包括将所述目标值设置为等于所 述先前控制请求，其中所述先前控制请求来自非MPC控制器。
[0039] 16.如方案15所述的发动机控制方法，其进一步包括通过将所述目标值增加或减 少所述目标值与所述MPC目标值之间的差异的百分比来将所述目标值从所述目标值渐变 为所述MPC目标值。
[0040] 17.如方案13所述的发动机控制方法，其进一步包括当所述状态估计器处于热再 起动状态中时，将所述目标值设置为等于所述先前控制请求，其中所述先前控制请求来自 非MPC控制器。
[0041] 18.如方案17所述的发动机控制方法，其进一步包括使得先前MPC控制请求组与 所述先前控制请求相等。
[0042] 19.如方案18所述的发动机控制方法，其进一步包括从所述先前MPC控制请求组 来确定新的第一组可能MPC目标值和新的第二组可能MPC目标值。
[0043] 20.如方案11所述的发动机控制方法，其进一步包括：
[0044] 基于第一预定加权值、第一预测发动机输出扭矩、发动机扭矩请求、第二预定加权 值以及第一预测APC质量来确定用于所述第一组可能MPC目标值的所述第一成本；以及
[0045] 基于所述第一预定加权值、所述第二预测发动机输出扭矩、所述发动机扭矩请求、 第二预定加权值以及所述第二预测APC质量来确定用于所述第二组可能MPC目标值的所述 第二成本。
[0046] 其他适用领域将从本文提供的描述变得显而易见。此概述中的描述和具体实例仅 意欲用于说明目的而非意欲限制本发明的范围。
【附图说明】
[0047] 本文描述的图示仅用于说明选定实施例而非所有可能实施方式的目的，且并不意 欲限制本公开的范围。
[0048] 图1是根据本公开的示例性发动机系统的功能方框图；
[0049] 图2是根据本公开的示例性发动机控制系统的功能方框图；
[0050] 图3是根据本公开的示例性空气控制模块的功能方框图；
[0051] 图4是根据本公开的示例性过渡模块的功能方框图；以及
[0052] 图5是描绘根据本公开的从非模型预测控制到模型预测控制过渡的示例性方法 的流程图。
[0053] 所有图的若干视图中，对应参考数字指示对应部分。
【具体实施方式】
[0054] 现在将参照附图来更完整地描述示例性实施例。
[0055] 发动机控制模块（ECM)控制发动机的扭矩输出。更具体来说，ECM分别基于根据 所请求的扭矩量的目标值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门阀、基于目标EGR开 度控制排气再循环（EGR)阀并且基于目标废气门占空比控制涡轮增压器的废气门。
[0056] 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，可以设置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。
[0057] 本公开的ECM使用模型预测控制（MPC)模块来产生目标值。更具体来说，MPC模 炔基于发动机扭矩请求来识别目标值的可能组。MPC模炔基于可能组的目标值和发动机的 数学模型来确定用于每个可能组的预测参数。
[0058] MPC模块还可以确定与每个可能组的使用相关的成本。对于可能组确定的成本随 着对于该可能组确定的预测发动机输出扭矩与发动机扭矩请求之间的第一差异的量值增 加而增加，且反之亦然。在各个实施中，作为识别目标值的可能组并且确定每个组的成本的 替代或添加，MPC模块可以产生代表目标值的可能组的成本的面。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。
[0059] 对于复杂的系统，诸如内燃发动机，用MPC替代所有闭环控制可能是不可能、不实 际或者不必要的。因此，ECM中可以共存不同的控制方法。通过这种在一个系统中的多种 类型的控制器，从一个控制器到下一个控制器（例如，从MPC控制到非MPC控制）的过渡变 得关键，因为功率流（并且随后驾驶性能）或发动机状态上的任何类型的干扰可能导致发 动机调整和/或发动机/车辆振动模式改变。
[0060] 现在参照图1，呈现示例性发动机系统100的功能方框图。发动机系统100包括基 于来自驾驶者输入模块104的驾驶者输入燃烧空气/燃料混合物以产生用于车辆的驱动扭 矩