R诊断等）， 致动器约束模块360可以调整致动器约束以使得用于给定致动器的目标值遵循随时间的 预定时间表或者改变预定量。对于遵循随时间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置为相同的值。被设置为相同值的最小和 最大值可以迫使对应的目标值被设置为与最小和最大值相同的值。致动器约束模块360可 以随时间改变最小和最大值被设置为的相同值以使得目标值遵循预定时间表。
[0171] 输出约束模块364(参见图2)设置用于发动机102的预测扭矩输出、预测CA50、 IMEP的预测C0V、预测剩余稀释以及预测外部稀释的输出约束352。用于每一个预测值的 输出约束352可以包括用于相关的预测参数的最大值和用于那个预测参数的最小值。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、MEP的最小COV和 IMEP的最大C0V、最小剩余稀释和最大剩余稀释以及最小外部稀释和最大外部稀释。
[0172] 输出约束模块364通常可以分别将输出约束352设置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。举另一个实 例，输出约束模块364可以在低负载条件下增加 IMEP的最大C0V，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过程中。
[0173] 参考模块368 (参见图2)分别产生用于MPC目标值316至320的参考值356。参 考值356包括用于MPC目标值316至320中的每一个的参考。换言之，参考值356包括参 考废气门打开面积、参考节气门打开面积、参考EGR打开面积、参考进气凸轮相位器角以及 参考排气凸轮相位器角。
[0174] 参考模块368可以例如基于空气扭矩请求265、基础空气扭矩请求308和/或一个 或多个其他适合的参数来确定参考值356。参考值356分别提供用于设置MPC目标值316 至320的参考。参考值356可以用来确定用于可能序列的成本值。还可以鉴于一个或多个 其他原因来使用参考值356,诸如由序列确定模块322用来确定可能序列。
[0175] 作为产生可能目标值的序列和确定每个序列的成本的替代或添加，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MPC目标值316至320。在另 一个实例中，MPC模块312可以产生用于MPC目标值316至320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 试那组可能目标值以确定那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MPC目标值316至320设置为那个选定的可能序列中的 N个值中的第一值，如以上所论述。
[0176] 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序列，并且测试那个可能目标值序列以满足致动器约束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。
[0177] 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 低成本的序列。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的可能目标值序列。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。
[0178] 成本模块332可以基于以下各项之间的关系来确定用于MPC目标值316至320的 可能序列的成本：预测扭矩与基础空气扭矩请求308 ;预测APC与零；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。所 述关系可以例如被加权以控制每个关系对成本的影响。
[0179] 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：
[0180]
[0181] 该关系受制于致动器约束348和输出约束352。Cost是用于MPC目标值316至 320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，BTRi是用于N个控制回路中的第i个控制回路的基础扭矩请求308,并且wT是与 预测扭矩与基础扭矩请求308之间的关系相关的加权值。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wA是与预测APC与预定最小APC 之间的关系相关的加权值。
[0182] 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wTV是与可能目标节气门开度与参考节气门开度之间的关系相关的 加权值。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wWG是与可能目标废气门开度与参考废气门开度之间的关系相关的 加权值。
[0183] 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wEGR是与可能目标EGR开度与参考EGR开度之间的关系相关的加权值。 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wIP是与可能目标进气凸轮相位器角与参考进气凸轮相位器角 之间的关系相关的加权值。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wEP是与可能目标排气凸轮相位器 角与参考排气凸轮相位器角之间的关系相关的加权值。
[0184] P是与输出约束352的满足相关的加权值。e是成本模块332可以基于输出约束 352是否将被满足来设置的变量。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 e。当满足所有输出约束352时，成本模块332 可以将e设置为零。p可以大于加权值WT、加权值wA和其他加权值（wTV、wWG、wEGR、wIP、 wEP)，这样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。
[0185] 加权值wT可以大于加权值wA以及加权值wTV、wWG、wEGR、wIP和wEP。以此方式， 预测发动机扭矩与基础扭矩请求308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，如以下进一步论述。成本随着预测发动机扭矩与基础扭矩 请求308之间的差异增加而增加，且反之亦然。
[0186] 加权值wA可以小于加权值wT并且大于加权值wTV、wWG、wEGR、wIP和wEP。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。
[0187] 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控制加燃料以实现目标空气/燃料混合物时，减少APC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同时最小化APC的一个序列。虽然论述最小 化APC的实例，但是在各个实施中，可以预测和最大化效率参数。例如，效率参数可以是预 测扭矩除以预测APC。
[0188] 加权值wTV、wWG、wEGR、wIP和wEP可以小于所有其他加权值。以此方式，在稳态操 作过程中，MPC目标值316至320可以分别设置接近参考值356或者处于所述参考值。然 而，在瞬间操作过程中，MPC模块312可以调整MPC目标值316至320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。
[0189] 一旦确定MPC目标值316至320,则过渡模块372从选择模块344接收MPC目标值 316至320并且使用MPC目标值316至320来确定目标值266至270,如将关于图4进一步 详细论述。
[0190] 现在参照图4,示出过渡模块372的示例性实施的功能方框图。当控制模块（仅举 例而言，空气控制模块228)从非MPC控制过渡到MPC控制时，过渡模块372将MPC目标值 316至320渐变为目标值266至270。如果控制模块228在非MPC控制或MPC控制中都起 作用并且不处于过渡状态下，则MPC目标值316至320 (或者任何输入值）将与输出目标值 266至270相等。
[0191] 非MPC控制到MPC控制过渡通常在发动机启动期间或者在用于不同控制模块的 MPC控制之间切换时发生。为了在非MPC与MPC控制之间过渡，过渡模块372改变MPC目标 值316至320以在标称点与相应MPC目标值316至320之间渐变从而避免系统中的显著干 扰。渐变值和/或速度可以是可校准值以便对于用户偏好进行调整。
[0192] 渐变确定模块388接收来自发动机状态确定模块376的发动机状态和状态估计器 378的状态、来自选择模块344的MPC目标值316至320以及多个非MPC目标参数390。多 个非MPC目标参数390可以从非MPC控制的系统传达并且可以包括但不限于目标废气门打 开面积、目标节气门打开面积、目标EGR打开面积、目标进气凸轮相位器角以及目标排气凸 轮相位器角。
[0193] 渐变确定模块388评估发动机状态和状态估计器378的状态并且确定是否将目标 值266至270设置为等于MPC目标值316至320、是否将目标值266至270设置为等于非 MPC目标参数390或者将渐变值应用于MPC目标值316至320还是非MPC目标参数390。如 果状态估计器378处于冷起动状态中，则渐变确定模块388将MPC先前请求设置为零。如 果状态估计器378处于热起动状态中，则渐变确定模块388维持非MPC目标参数390。当 发动机状态确定模块376在非MPC至MPC过渡之前在小于预定的可校准时间量（仅举例而 言，一秒）的时间周期内变成起作用的时，状态估计器378处于冷起动状态中。当发动机状 态确定模块376在非MPC至MPC过渡之前在大于或等于预定的可校准时间量的时间周期内 变成起作用的时，状态估计器378处于热起动状态中。
[0194] 在冷起动状态期间，模型326将标称值传达到模型预测控制模块213以用于产生 MPC目标值316至320。模型326基于区域被分为分段的线性模型。仅举例而言，模型A可 以覆盖X轴上的1500rpm至2000rpm至y轴上的150Nm。模型A由以预定点（仅举例而言， 1750rpm和125Nm)为中心的数据产生。在该预定点获得的历史数据产生用于模型A的标 称值。例如，标称废气门位置可以为200mnT2，标称节气门可以为300mnT2，标称EGR可以为 0mnT2,标称ICAM可以为100度Μ0Ρ，并且标称ECAM可以为-100度ΕΜ0Ρ。
[0195] 渐变确定模块388维持先前非MPC目标参数390作为标称点。非MPC目标参数390 是在车辆停车之前来自上一个操作点的非MPC目标参数390。仅举例而言，如果来自上一个 操作点的先前非MPC目标参数390指示目标发动机速度为1900RPM，目标废气门为150,目 标节气门为250,目标EGR为10,目标ICAM为105,并且目标ECAM为-95,则渐变确定模块 388维持先前非MPC目标参数390作为标称点。渐变确定模块388将非MPC目标参数390 传达到目标值确定模块392。
[0196] 在选择模块344产生MPC目标值316至320时，MPC目标值316至320由渐变确 定模块388接收。渐变确定模块388将MPC目标值316至320与非MPC目标参数390相比 较并且确定渐变值以应用于非MPC目标参数390。渐变可以是可校准值以防止系统中的干 扰。仅举例而言，渐变可以是每个回路10%直到目标值266至270等于MPC目标值316至 320〇
[0197] 当状态估计器378处于冷起动状态中时，渐变确定模块388将第一传达的渐变设 置为等于零。零渐变导致目标值确定模块392提供与先前非MPC目标参数390相等的输出 目标值266至270。在第一传达的渐变之后的随后回路中，如果非MPC目标参数390不等于 MPC目标值316至320,则渐变确定模块388将传达目标值确定模块392应用于非MPC目标 参数390的渐变值。渐变确定模块388将渐变值传达到目标值确定模块392。
[0198] 目标值确定模块392接收MPC目标值316至320、非MPC目标参数390以及来自 渐变确定模块388的渐变值。目标值确定模块392将渐变值应用于非MPC目标