基于压力比的节气门控制系统和方法
【专利说明】基于压力比的节气口控制系统和方法
[0001] 相关申请的交叉引用 此申请要求2014年11月7日提交的美国临时申请号62/076, 506的权益。W上申请 的全部披露内容W引用的方式并入本文。
技术领域
[0002] 本公开设及内燃发动机，并且更具体来说，设及用于车辆的发动机控制系统和方 法。
【背景技术】
[0003] 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-W在此【背景技术】部分中所描述的为限一-W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。
[0004] 内燃发动机在汽缸内燃烧空气与燃料混合物W驱动活塞，运产生驱动扭矩。进入 发动机的空气流量通过节气口来调节。更具体来说，节气口调整节气口面积，运增加或减少 进入发动机的空气流量。当节气口面积增加时，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。
[0005] 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W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W是用于调整压缩点 火发动机的扭矩输出的主要机构。
[0006] 已经开发出发动机控制系统来控制发动机输出扭矩W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】
[0007] 车辆的发动机控制系统包括：扭矩请求模块，所述扭矩请求模炔基于驾驶者输入 产生用于发动机的扭矩请求；W及模型预测控制（MPC)模块，所述MPC模块：基于扭矩请求 识别可能目标值组，可能目标值组中的每一个包括横跨节气口阀的目标压力比；分别确定 用于可能目标值组的预测操作参数；分别确定用于可能目标值组的成本值；基于成本值选 择可能目标值组中的一个；W及分别基于所述组中的选定一个的可能目标值来设置目标 值，所述目标值包括横跨节气口阀的目标压力比。目标面积模炔基于目标压力比来确定节 气口阀的目标开口面积。节气口致动器模炔基于目标开度来控制节气口阀。
[0008] 在其他特征中，目标歧管绝对压力（MAP)模炔基于目标压力比和节气口入口空气 压力（TIAP)来确定目标MAP,并且目标面积模炔基于目标MAP和目标压力比来确定节气口 阀的目标开口面积。
[0009] 在其他特征中，目标每汽缸空气（APC)模炔基于目标MAP和目标进气和排气相位 角度来确定目标APC，并且目标面积模炔基于目标APC和目标压力比来确定节气口阀的目 标开口面积。
[0010] 在其他特征中，目标质量空气流率(MF)模炔基于目标APC来确定通过节气口阀 的目标MAF，并且目标面积模炔基于目标压力比、目标MAF和TIAP来确定节气口阀的目标开 口面积。
[0011] 在其他特征中，转换模块将目标开口面积转换为目标占空比，并且节气口致动器 模炔基于目标占空比来将信号应用于节气口阀。
[0012] 在其他特征中，参考模炔基于扭矩请求来确定横跨节气口阀的参考压力比，并且 MPC模块分别基于可能目标值组的可能目标压力比与参考压力比之间的差异来确定用于所 述组的成本值。
[0013] 在其他特征中，目标约束模块输出横跨节气口阀的最大和最小压力比，并且MPC 模块选择可能目标值组中具有在最大与最小压力比之间的可能目标压力比的一个。
[0014] 在其他特征中，目标约束模块将横跨节气口阀的最大压力比设置为预定值。
[0015] 在其他特征中，目标约束模炔基于一个或多个发动机操作参数来设置横跨节气口 阀的最小压力比。
[0016] 在其他特征中：可能目标值组中的每一个进一步包括可能目标废气口开度、可能 目标排气再循环（EGR)阀开度、可能目标进气相位器角度和可能目标排气相位器角度；并 且目标值进一步包括目标废气口开度、目标EGR阀开度、目标进气相位器角度和目标排气 相位器角度。升压致动器模炔基于目标废气口开度来控制与满轮增压器相关的废气口的开 度；EGR致动器模炔基于目标EGR阀开度来控制EGR阀的开度；W及相位器致动器模块分别 基于目标进气和排气相位器角度来控制进气口和排气口定相。
[0017] 发动机控制方法包括：基于驾驶者输入产生用于发动机的扭矩请求；使用模型预 测控制（MPC):基于扭矩请求识别可能目标值组，可能目标值组中的每一个包括横跨节气口 阀的目标压力比；分别确定用于可能目标值组的预测操作参数；分别确定用于可能目标值 组的成本值；基于成本值选择可能目标值组中的一个；W及分别基于所述组中的选定一个 的可能目标值来选择目标值，所述目标值包括横跨节气口阀的目标压力比。发动机控制方 法进一步包括：基于目标压力比来确定节气口阀的目标开口面积；W及基于目标开度来控 制节气口阀。
[0018] 在其他特征中，发动机控制方法进一步包括：基于目标压力比和节气口入口空气 压力（TIAP)来确定目标歧管绝对压力（MAP) ; W及基于目标MAP和目标压力比来确定节气 口阀的目标开口面积。
[0019] 在其他特征中，发动机控制方法进一步包括：基于目标MP和目标进气和排气相 位角度来确定目标每汽缸空气（APC) ; W及基于目标APC和目标压力比来确定节气口阀的 目标开口面积。
[0020] 在其他特征中，发动机控制方法进一步包括：基于目标APC来确定通过节气口阀 的目标质量空气流率(MAF); W及基于目标压力比、目标MAF和TIAP来确定节气口阀的目标 开口面积。
[0021] 在其他特征中，发动机控制方法进一步包括：将目标开口面积转换为目标占空比； W及基于目标占空比来将信号应用于节气口阀。
[0022] 在其他特征中，发动机控制方法进一步包括：基于扭矩请求来确定横跨节气口阀 的参考压力比；W及分别基于可能目标值组的可能目标压力比与参考压力比之间的差异来 确定用于所述组的成本值。
[0023] 在其他特征中，发动机控制方法进一步包括：输出横跨节气口阀的最大和最小压 力比；W及选择可能目标值组中具有在最大与最小压力比之间的可能目标压力比的一个。
[0024] 在其他特征中，发动机控制方法进一步包括：将横跨节气口阀的最大压力比设置 为预定值。
[00巧]在其他特征中，发动机控制方法进一步包括：基于一个或多个发动机操作参数来 设置横跨节气口阀的最小压力比。
[0026] 在其他特征中，可能目标值组中的每一个进一步包括可能目标废气口开度、可能 目标排气再循环（EGR)阀开度、可能目标进气相位器角度和可能目标排气相位器角度；并 且目标值进一步包括目标废气口开度、目标EGR阀开度、目标进气相位器角度和目标排气 相位器角度；并且发动机控制方法进一步包括：基于目标废气口开度来控制与满轮增压器 相关的废气口的开度；基于目标EGR阀开度来控制EGR阀的开度；W及分别基于目标进气 和排气相位器角度来控制进气口和排气口定相。
[0027] 本发明包括W下方案： 1. 一种车辆的发动机控制系统，包括： 扭矩请求模块，所述扭矩请求模炔基于驾驶者输入产生用于发动机的扭矩请求；W及 模型预测控制（MPC)模块，所述MPC模块： 基于所述扭矩请求识别可能目标值组，所述可能目标值组中的每一个包括横跨节气口 阀的目标压力比； 分别确定用于所述可能目标值组的预测操作参数； 分别确定用于所述可能目标值组的成本值； 基于所述成本值选择所述可能目标值组中的一个；W及 分别基于所述组中的选定一个的可能目标值来设置目标值，所述目标值包括横跨所述 节气口阀的目标压力比； 目标面积模块，所述目标面积模炔基于所述目标压力比来确定所述节气口阀的目标开 口面积；化及 节气口致动器模块，所述节气口致动器模炔基于目标开度来控制所述节气口阀。
[0028] 2.如方案1所述的发动机控制系统，其进一步包括： 目标歧管绝对压力（MAP)模块，所述MAP模炔基于所述目标压力比和节气口入口空气 压力（TIAP)来确定目标MAP， 其中所述目标面积模炔基于所述目标MAP和所述目标压力比来确定所述节气口阀的 目标开口面积。
[0029] 3.如方案2所述的发动机控制系统，其进一步包括： 目标每汽缸空气（APC)模块，所述APC模炔基于所述目标MP和目标进气和排气相位 角度来确定目标APC， 其中所述目标面积模炔基于所述目标APC和所述目标压力比来确定所述节气口阀的 目标开口面积。
[0030] 4.如方案3所述的发动机控制系统，其进一步包括： 目标质量空气流率(MAF)模块，所述MAF模炔基于所述目标APC来确定通过所述节气 口阀的目标MAF， 其中所述目标面积模炔基于所述目标压力比、所述目标MAF和所述TIAP来确定所述节 气口阀的目标开口面积。
[0031] 5.如方案1所述的发动机控制系统，其进一步包括转换模块，所述转换模块将所 述目标开口面积转换为目标占空比， 其中所述节气口致动器模炔基于所述目标占空比来将信号应用于所述节气口阀。
[0032] 6.如方案1所述的发动机控制系统，其进一步包括参考模块，所述参考模炔基于 所述扭矩请求来确定横跨所述节气口阀的参考压力比， 其中所述MPC模块分别基于所述可能目标值组的可能目标压力比与所述参考压力比 之间的差异来确定用于所述组的成本值。
[0033] 7.如方案1所述的发动机控制系统，其进一步包括目标约束模块，所述目标约束 模块输出横跨所述节气口阀的最大和最小压力比， 其中所述MPC模块选择所述可能目标值组中具有在最大与最小压力比之间的可能目 标压力比的一个。
[0034] 8.如方案7所述的发动机控制系统，其中所述目标约束模块将横跨所述节气口 阀的最大压力比设置为预定值。
[0035] 9.如方案7所述的发动机控制系统，其中所述目标约束模炔基于一个或多个发 动机操作参数来设置横跨所述节气口阀的所述最小压力比。
[003引10.如方案1所述的发动机控制系统，其中： 所述可能目标值组中的每一个进一步包括可能目标废气口开度、可能目标排气再循环 (EGR)阀开度、可能目标进气相位器角度和可能目标排气相位器角度； 所述目标值进一步包括目标废气口开度、目标EGR阀开度、目标进气相位器角度和目 标排气相位器角度；W及 所述发动机控制系统进一步包括： 升压致动器模块，所述升压致动器模炔基于所述目标废气口开度来控制与满轮增压器 相关的废气口的开度； EGR致动器模块，所述EGR致动器模炔基于所述目标EGR阀开度来控制EGR阀的开度； W及 相位器致动器模块，所述相位器致动器模块分别基于目标进气和排气相位器角度来控 制进气n和排气n定相。
[0037] 11. -种用于车辆的发动机控制方法，包括： 基于驾驶者输入产生用于发动机的扭矩请求； 使用模型预测控制（MPC)模块： 基于所述扭矩请求识别可能目标值组，所述可能目标值组中的每一个包括横跨节气口 阀的目标压力比； 分别确定用于所述可能目标值组的预测操作参数； 分别确定用于所述可能目标值组的成本值； 基于所述成本值选择所述可能目标值组中的一个；W及 分别基于所述组中的选定一个的可能目标值来设置目标值，所述目标值包括横跨所述 节气口阀的目标压力比； 基于所述目标压力比来确定所述节气口阀的目标开口面积；W及 基于目标开度来控制所述节气口阀。
[0038] 12.如方案11所述的发动机控制方法，其进一步包括： 基于所述目标压力比和节气口入口空气压力（TIAP)来确定目标歧管绝对压力（MAP); W及 基于所述目标MAP和所述目标压力比来确定所述节气口阀的目标开口面积。
[0039] 13.如方案12所述的发动机控制方法，其进一步包括： 基于所述目标MP和目标进气和排气相位角度来确定目标每汽缸空气（APC) ; W及 基于所述目标APC和所述目标压力比来确定所述节气口阀的目标开口面积。
[0040] 14.如方案13所述的发动机控制方法，其进一步包括： 基于所述目标APC来确定通过所述节气口阀的目标质量空气流率(MF) ; W及 基于所述目标压力比、所述目标MAF和所述TIAP来确定所述节气口阀的目标开口面 积。
[0041] 15.如方案11所述的发动机控制方法，其进一步包括： 将所述目标开口面积转换为目标占空比；化及 基于所述目标占空比来将信号应用于所述节气口阀。
[0042] 16.如方案11所述的发动机控制方法，其进一步包括： 基于所述扭矩请求来确定横跨所述节气口阀的参考压力比；W及 分别基于所述可能目标值组的可能目标压力比与所述参考压力比之间的差异来确定 用于所述组的成本值。
[0043] 17.如方案11所述的发动机控制方法，其进一步包括： 输出横跨所述节气口阀的最大和最小压力比；W及 选择所述