其前一位置移动到新位置而存在机械延迟。此外，基于 节气门开度的空气流量改变在进气歧管110中经历空气输送延迟。此外，进气歧管110中 增加的空气流量直到汽缸118在下一个进气冲程中接收额外空气、压缩额外空气并且开始 燃烧冲程才被实现为发动机输出扭矩的增加。
[0092] 使用这些致动器作为实例，扭矩储备可以通过将节气门开度设置为将会允许发动 机102产生预测扭矩请求257的值来产生。同时，火花正时可以基于即时扭矩请求258来 设置，该即时扭矩请求小于预测扭矩请求257。尽管节气门开度产生足够发动机102产生预 测扭矩请求257的空气流量，但是火花正时基于即时扭矩请求258而受到延迟（这减少扭 矩）。因此，发动机输出扭矩将等于即时扭矩请求258。
[0093] 当需要额外扭矩时，火花正时可以基于预测扭矩请求257或预测扭矩请求257与 即时扭矩请求258之间的扭矩来设置。通过随后的点火事件，火花致动器模块126可以将 火花正时返回到允许发动机102产生可通过已经存在的空气流量实现的全部发动机输出 扭矩的最佳值。因此，发动机输出扭矩可以被快速增加到预测扭矩请求257,而不会由于改 变节气门开度而经历延迟。
[0094] 车轴扭矩仲裁模块204可以将预测扭矩请求257和即时扭矩请求258输出到推进 扭矩仲裁模块206。在各个实施中，车轴扭矩仲裁模块204可以将预测扭矩请求257和即时 扭矩请求258输出到混合优化模块208。
[0095] 混合优化模块208可以确定发动机102应产生多少扭矩和电动机198应产生多少 扭矩。混合优化模块208随后分别将修改后的预测扭矩请求259和修改后的即时扭矩请求 260输出到推进扭矩仲裁模块206。在各个实施中，混合优化模块208可以在混合控制模块 196中实施。
[0096] 推进扭矩仲裁模块206接收到的预测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）。此转换可以在混合优化模块208之前、 之后、作为其一部分或替代其发生。
[0097] 推进扭矩仲裁模块206在推进扭矩请求290 (包括转换后的预测扭矩请求和即时 扭矩请求）之间进行仲裁。推进扭矩仲裁模块206产生仲裁的预测扭矩请求261和仲裁的 即时扭矩请求262。仲裁的扭矩请求261和262可以通过从接收到的扭矩请求中选择获胜 的请求来产生。替代地或额外地，仲裁的扭矩请求可以通过基于接收到的扭矩请求中的另 一个或多个来修改接收到的请求中的一个来产生。
[0098] 例如，推进扭矩请求290可以包括用于发动机超速保护的扭矩减少、用于失速防 止的扭矩增加以及由变速器控制模块194请求适应换档的扭矩减少。推进扭矩请求290还 可以由离合器燃油切断导致，离合器燃油切断在驾驶者踩下手动变速器车辆中的离合器踏 板以防止发动机速度的突变时减少发动机输出扭矩。
[0099] 推进扭矩请求290还可以包括在检测到致命故障时可以开始的发动机关闭请求。 仅举例而言，致命故障可以包括车辆盗窃、卡住起动器电机、电子节气门控制问题以及非预 期的扭矩增加的检测。在各个实施中，当存在发动机关闭请求时，仲裁选择发动机关闭请求 作为获胜的请求。当存在发动机关闭请求时，推进扭矩仲裁模块206可以输出零作为仲裁 的预测扭矩请求261和仲裁的即时扭矩请求262。
[0100] 在各个实施中，发动机关闭请求可以与仲裁过程分开地仅关闭发动机102。推进扭 矩仲裁模块206仍可以接收发动机关闭请求，这样使得例如适当的数据可以被反馈到其他 扭矩请求者。例如，所有其他扭矩请求者可以被通知他们已输掉仲裁。
[0101] 储备/负载模块220接收仲裁的预测扭矩请求261和仲裁的即时扭矩请求262。 储备/负载模块220可以调整仲裁的预测扭矩请求261和仲裁的即时扭矩请求262来创建 扭矩储备和/或补偿一个或多个负载。储备/负载模块220随后将调整后的预测扭矩请求 263和调整后的即时扭矩请求264输出到扭矩请求模块224。
[0102] 仅举例而言，催化剂熄灯过程或冷启动减排过程可能要求延迟的火花正时。因此， 储备/负载模块220可以将调整后的预测扭矩请求263增加到高于调整后的即时扭矩请求 264以创建用于冷启动减排过程的延迟的火花。在另一个实例中，发动机的空气/燃料比和 /或空气质量流量可以直接改变，诸如通过诊断侵入等值比测试和/或新发动机净化。在 开始这些过程之前，扭矩储备可以被创建或增加以迅速弥补在这些过程期间由于稀化空气 /燃料混合物导致的发动机输出扭矩的减少。
[0103] 储备/负载模块220还可以在预期未来负载的情况下创建或增加扭矩储备，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。当驾驶者首次请求空气调节时， 可以创建用于A/C压缩机离合器的接合的储备。储备/负载模块220可以增加调整后的预 测扭矩请求263同时使得调整后的即时扭矩请求264不变以产生扭矩储备。随后，当A/C 压缩机离合器接合时，储备/负载模块220可以通过A/C压缩机离合器的估计出的负载来 增加调整后的即时扭矩请求264。
[0104] 扭矩请求模块224接收调整后的预测扭矩请求263和调整后的即时扭矩请求264。 扭矩请求模块224确定将如何实现调整后的预测扭矩请求263和调整后的即时扭矩请求 264。扭矩请求模块224可以是发动机型号专有的。例如，扭矩请求模块224可以不同地实 施或者对于火花点火发动机相对压缩点火发动机使用不同的控制方案。
[0105] 在各个实施中，扭矩请求模块224可以定义横跨所有发动机型号共用的模块与发 动机型号专有的模块之间的界线。例如，发动机型号可以包括火花点火和压缩点火。扭矩 请求模块224之前的模块（诸如推进扭矩仲裁模块206)可以是横跨发动机型号共用的，而 扭矩请求模块224和随后的模块可以是发动机型号专有的。
[0106] 扭矩请求模块224基于调整后的预测扭矩请求263和调整后的即时扭矩请求264 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。
[0107] 基于空气扭矩请求265确定用于控制发动机致动器的空气流的目标值。更具体来 说，基于空气扭矩请求265,空气控制模块228确定目标废气门打开面积266、目标节气门打 开面积267、目标EGR打开面积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。空气控制模块228使用模型预测控制来确定目标废气门打开面积266、目标节气门 打开面积267、目标EGR打开面积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,如以下进一步论述。
[0108] 升压致动器模块164控制废气门162以实现目标废气门打开面积266。例如，第一 转换模块272可以将目标废气门打开面积266转换为目标占空比274以应用于废气门162， 并且升压致动器模块164可以基于目标占空比274将信号应用于废气门162。在各个实施 中，第一转换模块272可以将目标废气门打开面积266转换为目标废气门位置（未示出）， 并且将目标废气门位置转换为目标占空比274。
[0109] 节气门致动器模块116控制节气门阀112以实现目标节气门打开面积267。例如， 第二转换模块276可以将目标节气门打开面积267转换为目标占空比278以应用于节气门 阀112,并且节气门致动器模块116可以基于目标占空比278将信号应用于节气门阀112。 在各个实施中，第二转换模块276可以将目标节气门打开面积267转换为目标节气门位置 (未示出），并且将目标节气门位置转换为目标占空比278。
[0110] EGR致动器模块172控制EGR阀170以实现目标EGR打开面积268。例如，第三转 换模块280可以将目标EGR打开面积268转换为目标占空比282以应用于EGR阀170,并且 EGR致动器模块172可以基于目标占空比282将信号应用于EGR阀170。在各个实施中，第 三转换模块280可以将目标EGR打开面积268转换为目标EGR位置（未示出），并且将目标 EGR位置转换为目标占空比282。
[0111] 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还控制排气凸轮相位器150以实现目标排气凸轮相位器角270。 在各个实施中，可以包括第四转换模块（未示出）并且其可以将目标进气和排气凸轮相位 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 个实施中，空气控制模块228可以确定目标重叠因数和目标有效位移，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以实现目标重叠因数和目标 有效位移。
[0112] 扭矩请求模块224还可以基于预测扭矩请求263和即时扭矩请求264产生火花扭 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可以基于火花 扭矩请求283来确定使得火花正时从最佳火花正时延迟多少（这减少发动机输出扭矩）。 仅举例而言，可以反转扭矩关系以求解目标火花正时286。对于给定扭矩请求（TKrai)，可以 基于以下公式确定目标火花正时（St) 286 :
[0113] (I)ST =户⑴邱，APC，I，E，AF，0T，#)，
[0114] 其中APC是APC，I是进气门定相值，E是排气门定相值，AF是空气/燃料比，OT是 油温，并且#是启动的汽缸的数量。此关系可以实施为方程和/或查找表。空气/燃料比 (AF)可以是实际空气/燃料比，如由燃料控制模块240所报告的。
[0115] 当火花正时被设置为最佳火花正时，所得的扭矩可以尽可能接近最大最佳扭矩 (MBT) JBT是指在使用具有比预定辛烷额定值大的辛烷额定值的燃料并且使用化学计量加 燃料时，由于火花正时提前而对于给定空气流量产生的最大发动机输出扭矩。此最大扭矩 发生的火花正时称为MBT火花正时。最佳火花正时可能由于例如燃料质量（诸如当使用较 低辛烷燃料时）和环境因素（诸如周围湿度和温度）而与MBT火花正时稍微不同。因此， 最佳火花正时的发动机输出扭矩可以小于MBT。仅举例而言，对应于不同发动机操作条件的 最佳火花正时的表可以在车辆设计的校准阶段期间确定，并且基于当前发动机操作条件从 该表确定最佳值。
[0116] 汽缸关闭扭矩请求284可以由汽缸控制模块136用来确定将禁用的汽缸的目标数 量287。在各个实施中，可以使用将启动的汽缸的目标数量。汽缸致动器模块120基于目标 数量287来选择性的启动和禁用汽缸的阀。
[0117] 汽缸控制模块236还可以指示燃料控制模块240以停止对禁用的汽缸提供燃料并 且可以指示火花控制模块232以停止对禁用的汽缸提供火花。一旦已经存在于汽缸中的燃 料/空气混合物被燃烧，则火花控制模块232可以停止对汽缸提供火花。
[0118] 燃料控制模块240可以基于燃料扭矩请求285来改变提供给每个汽缸的燃料的 量。更具体来说，燃料控制模块240可以基于燃料扭矩请求285来产生目标加燃料参数288。 目标加燃料参数288可以包括例如目标燃料质量、目标喷射起动正时以及燃料喷射的目标 数量。
[0119] 在正常操作过程中，燃料控制模块240可以在空气引导模式下操作，其中燃料控 制模块240试图通过基于空气流量控制加燃料来维持化学计量的空气/燃料比。例如，燃 料控制模块240可以确定在与当前每汽缸空气（APC)质量相组合时将产生化学计量的燃烧 的目标燃料质量。
[0120] 图3是空气控制模块228的示例性实施的功能方框图。现在参照图2和3,如以上 所论述，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 动扭矩转换为基础扭矩。由于转换为基础扭矩而产生的扭矩请求将被称为基础空气扭矩请 求 308。
[0121] 基础扭矩可以指代当发动机102温热并且附件（诸如交流发电机和A/C压缩机） 不对发动机102施加扭矩负载时，测力计上的在发动机102的操作过程中产生的曲轴上的 扭矩。扭矩转换模块304可以例如使用将制动扭矩与基础扭矩相关联的映射或函数来将空 气扭矩请求265转换为基础空气扭矩请求308。在各个实施中，扭矩转换模块304可以将空 气扭矩请求265转换为另一种适合类型的扭矩（诸如指示的扭矩）。指示的扭矩可以指代 由于通过汽缸内的燃烧产生的功而导致的曲轴处的扭矩。
[0122] MPC模块312使用MPC (模型预测控制）方案产生MPC目标值316至320。MPC模 块312可以是单个模块或者可以包括多个模块。例如，MPC模块312可以包括序列确定模块 322。序列确定模块322确定可以在N个未来的控制回路期间一起使用的MPC目标值316至 320的可能序列。由序列确定模块322识别出的每个可能序列包括用于MPC目标值316至 320中的每一个的N个值序列。换言之，每个可能序列包括用于目标废气门打开面积316的 N个值的序列、用于目标节气门打开面积317的N个值的序列、用于目标EGR打开面积318 的N个值的序列、用于目标进气凸轮相位器角319的N个值