量。
[0071] 在一个实例中，设定值模炔基于催化剂状态与所需排气焓之间的非线性关系来产 生所需排气焓。催化剂状态包括催化剂的温度、催化剂中氧气的浓度和/或催化剂下游的 排气系统中的排放物浓度。在另一个实例中，第二MPC模块使用催化剂的线性模型产生所 需排气焓。
[0072] 现在参照图1，发动机系统100包括燃烧空气/燃料混合物以产生用于车辆的驱动 扭矩的发动机102。发动机102所产生的驱动扭矩的量是基于来自驾驶者输入模块104的 驾驶者输入。发动机102可以是汽油火花点火内燃发动机。
[0073] 空气通过节气门阀112被吸入到进气歧管110中。举例而言，节气门阀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控制调节节气门阀112的开度 以控制吸入到进气歧管110中的空气量的节气门致动器模块116。
[0074] 来自进气歧管110的空气被吸入到发动机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。举例而言，发动机102可以包括 2、3、4、5、6、8、10和/或12个汽缸。ECM114可以指示汽缸致动器模块120选择性地停用一 些汽缸，这在某些发动机操作条件下可以提高燃料经济性。
[0075] 发动机102可以使用四冲程循环来操作。以下描述的四冲程可以被称为进气冲 程、压缩冲程、燃烧冲程以及排气冲程。在曲轴（未示出）的每个旋转过程中，四个冲程中 的两个在汽缸118内发生。因此，汽缸118经历所有四个冲程必需两次曲轴旋转。
[0076] 在进气冲程期间，来自进气歧管110的空气通过进气门122被吸入到汽缸118中。 ECM114控制调节燃料喷射以实现目标空气/燃料比的燃料致动器模块124。燃料可以在中 心位置或者在多个位置（诸如靠近每个汽缸的进气门122)喷射到进气歧管110中。在各个 实施（未示出）中，燃料可以直接喷射到汽缸中或者喷射到与汽缸相关的混合腔室中。燃 料致动器模块124可以暂停对被停用的汽缸的燃料喷射。
[0077] 在汽缸118中，喷射的燃料与空气混合并且产生空气/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ECM114的点燃空气/燃料混合物的信号来激励汽缸118中的火花塞128。火花的正时可 以相对于活塞位于其最顶部位置（称为上止点（TDC))的时间来指定。
[0078] 火花致动器模块126可以由指定在TDC之前或之后多久的正时信号来控制产生火 花。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可以具有对于每次点火事件改变火 花正时的能力。当火花正时在最后一次点火事件与下一次点火事件之间变化时，火花致动 器模块126可以对于下一次点火事件改变火花正时。火花致动器模块126可以暂停对被停 用的汽缸的火花提供。
[0079] 在燃烧冲程期间，空气/燃料混合物的燃烧驱动活塞离开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，活塞开始移动离开BDC，并且通过排气门130排出燃烧副产物。燃烧副产物通过排 气系统134从车辆排出。排气系统134包括催化剂136,诸如三元催化剂（TWC)。催化剂 136与流动通过催化剂136的排气的一个或多个成分反应。当排气是贫油（富氧）时，催化 剂136储存氧气。
[0080] 进气门122可以由进气凸轮轴140控制，而排气门130可以由排气凸轮轴142控 制。在各个实施中，多个进气凸轮轴（包括进气凸轮轴140)可以控制用于汽缸118的多个 进气门（包括进气门122)和/或可以控制多排汽缸（包括汽缸118)的进气门（包括进气 门122)。类似地，多个排气凸轮轴（包括排气凸轮轴142)可以控制用于汽缸118的多个排 气门和/或可以控制用于多排汽缸（包括汽缸118)的排气门（包括排气门130)。在各个 其他实施中，进气门122和/或排气门130可以由除凸轮轴以外的设备（诸如无凸轮的阀 致动器）控制。汽缸致动器模块120可以通过使得进气门122和/或排气门130不能打开 来停用汽缸118。
[0081] 进气门122打开的时间可以通过进气凸轮相位器148相对于活塞TDC而改变。排 气门130打开的时间可以通过排气凸轮相位器150相对于活塞TDC而改变。相位器致动器 模块158可以基于来自ECMl 14的信号来控制进气凸轮相位器148和排气凸轮相位器150。 在实施时，可变气门升程（未示出）也可以由相位器致动器模块158来控制。
[0082] 发动机系统100可以包括涡轮增压器，该涡轮增压器包括由流过排气系统134的 热排气供以动力的热涡轮160-1。涡轮增压器还包括由涡轮160-1驱动的冷空气压缩机 160-2。压缩机160-2压缩引入节气门阀112中的空气。在各个实施中，由曲轴驱动的增压 器（未示出）可以压缩来自节气门阀112的空气并且将压缩的空气传递到进气歧管110。
[0083] 废气门162可以允许排气绕开涡轮160-1，由此减少由涡轮增压器提供的升压（进 气空气压缩的量）。升压致动器模块164可以通过控制废气门162的开度来控制涡轮增压 器的升压。在各个实施中，两个或更多个涡轮增压器可以被实施并且可以由升压致动器模 块164来控制。
[0084] 空气冷却器（未示出）可以将来自压缩空气充量的热量转移到冷却介质（诸如发 动机冷却液或空气）。使用发动机冷却液来冷却压缩空气充量的空气冷却器可以称为中间 冷却器。使用空气来冷却压缩空气充量的空气冷却器可以称为充量空气冷却器。压缩空气 充量可以例如通过压缩和/或从排气系统134的部件接收热量。尽管为了说明目的分开展 示，但是涡轮160-1和压缩机160-2可以彼此附接，从而将进气空气置于紧密接近热排气。
[0085] 发动机系统100可以包括选择性地将排气重新引导回至进气歧管110的排气再循 环（EGR)阀170。EGR阀170可以位于涡轮增压器的涡轮160-1的上游。EGR阀170可以由 EGR致动器模块172基于来自ECMl 14的信号来控制。
[0086] 上游氧气传感器176测量流入到催化剂136中的排气中的氧气的量（例如，浓 度）。下游氧气传感器177测量催化剂136下游的排气中的氧气的量（例如，浓度）。ECMl 14 可以使用来自传感器和/或一个或多个其他传感器的信号来进行用于发动机系统100的控 制决策。
[0087] 曲轴的位置可以使用曲轴位置传感器180来测量。曲轴的旋转速度（发动机速 度）可以基于曲轴位置来确定。发动机冷却液的温度可以使用发动机冷却液温度（ECT)传 感器182来测量。ECT传感器182可以位于发动机102内或者在冷却液循环的其他位置处， 诸如散热器（未示出）处。
[0088] 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 实施中，可以测量发动机真空（其是周围空气压力与进气歧管110内的压力之间的差）。流 入到进气歧管110中的空气的质量流率可以使用空气质量流量（MF)传感器186来测量。 在各个实施中，MAF传感器186可以位于壳体（其也包括节气门阀112)中。
[0089] 节气门致动器模块116可以使用一个或多个节气门位置传感器（TPS) 190来监控 节气门阀112的位置。吸入到发动机102中的空气的周围温度可以使用进气温度（IAT)传 感器192来测量。发动机系统100还可以包括一个或多个其他传感器193,诸如催化剂温 度传感器、发动机冷却液温度传感器、周围湿度传感器、一个或多个爆震传感器、压缩机出 口压力传感器和/或节气门入口压力传感器、废气门位置传感器、EGR位置传感器和/或一 个或多个其他适合的传感器。催化剂温度传感器可以位于催化剂136上游的排气系统134 中。ECM114可以使用来自传感器的信号来做出用于发动机系统100的控制决策。
[0090] ECM114可以与变速器控制模块194通信以协调变速器（未示出）中的调档。例 如，ECMl 14可以在换档期间减少发动机扭矩。ECMl 14可以与混合控制模块196通信以协调 发动机102和电动机198的操作。
[0091] 电动机198也可以用作发电机，并且可以用来产生电能以供车辆电气系统使用和 /或以供存储在电池中。在各个实施中，ECMl 14、变速器控制模块194以及混合控制模块196 的各种功能可以集成到一个或多个模块中。
[0092] 改变发动机参数的每个系统都可以称为发动机致动器。例如，节气门致动器模块 116可以调整节气门阀112的开度以实现目标节气门打开面积。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 现目标加燃料参数。相位器致动器模块158可以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目标排气凸轮相位器角。EGR致动器模块172 可以控制EGR阀170以实现目标EGR打开面积。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。汽缸致动器模块120控制汽缸停用以实现目标数量的启用的或停 用的汽缸。
[0093] ECM114产生用于发动机致动器的目标值以使得发动机102产生目标发动机输出 扭矩。ECM114使用模型预测控制来产生用于发动机致动器的目标值，如以下进一步论述。
[0094] 现在参照图2, ECMl 14的示例性实施包括驾驶者扭矩模块。驾驶者扭矩模块202 基于来自驾驶者输入模块104的驾驶者输入206来确定驾驶者扭矩请求204。驾驶者输入 206可以基于例如加速踏板的位置和制动踏板的位置。驾驶者输入206还可以基于巡航控 制，该巡航控制可以是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。驾驶者 扭矩模块202可以存储加速踏板位置到目标扭矩的一个或多个映射并且可以基于选定的 一个映射来确定驾驶者扭矩请求204。驾驶者扭矩模块202还可以对驾驶者扭矩请求204 的速率限制改变应用一个或多个过滤器。
[0095] 车轴扭矩仲裁模块208在驾驶者扭矩请求204与其他车轴扭矩请求210之间进行 仲裁。车轴扭矩（车轮处的扭矩）可以由各种源（包括发动机和/或电动机）产生。例如， 车轴扭矩请求210可以包括在检测到正车轮滑移时由牵引控制系统请求的扭矩减少。当车 轴扭矩克服车轮与路面之间的摩擦时发生正车轮滑移，并且车轮开始与路面相反地滑移。 车轴扭矩请求210还可以包括抵消负车轮滑移的扭矩增加请求，其中因为车轴扭矩为负而 使得车辆的轮胎相对于路面沿另一方向滑移。
[0096] 车轴扭矩请求210还可以包括制动管理请求和车辆超速扭矩请求。制动管理请求 可以减少车轴扭矩以确保车轴扭矩不会超出当车辆停止时保持住车辆的制动能力。车辆超 速扭矩请求可以减少车轴扭矩以防止车辆超出预定速度。车轴扭矩请求210还可以由车辆 稳定性控制系统产生。
[0097] 车轴扭矩仲裁模块208基于接收到的车轴扭矩请求204与210之间的仲裁结果输 出车轴扭矩请求212。如以下所描述，来自车轴扭矩仲裁模块208的车轴扭矩请求212可以 在用于控制发动机致动器之前选择性地由ECM114的其他模块来调整。
[0098] 车轴扭矩仲裁模块208可以将车轴扭矩请求212输出到推进扭矩仲裁模块214。 在各个实施中，车轴扭矩仲裁模块208可以将车轴扭矩请求212输出到混合优化模块216。 混合优化模块216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216随后将修改后的扭矩请求218输出到推进扭矩仲裁模块214。
[0099] 推进扭矩仲裁模块214将车轴扭矩请求212 (修改后的扭矩请求218)可从车轴 扭矩域（车轮处的扭矩）转换为推进扭矩域（曲轴处的扭矩）。推进扭矩仲裁模块214在 (转换后的）车轴扭矩请求212与其他推进扭矩请求220之间进行仲裁。作为该仲裁的结 果，推进扭矩仲裁模块214产生推进扭矩请求222.
[0100] 例如，推进扭矩请求220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220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。
[0101] 推进扭矩请求220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。 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214可以输出零作为推进扭 矩请求222。
[0102] 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214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。
[0103] 扭矩储