且可以由以下关系式表示。
[0066] A#可以表示为EGR阀位置X#的函数。然而，基于详细的建模和试验数据，包括 确定通过系统的壁的热损耗，对于A#的更精确估算可以表示为Xegl^PPR的函数，其可以由 以下关系式表示。
[0067] 以上公开的方法假设EGR系统包括在充气系统压缩机下游的出口以及在充气系 统涡轮单元或涡轮机上游的入口。将意识到，不同的实施例可以与包括在充气系统压缩机 上游的出口以及在充气系统涡轮单元或涡轮机下游的入口的EGR系统一起使用，或者在利 用机械式增压器而不具有涡轮机的车辆的排气系统中使用。将意识到，可以对以上关系式 和相关联的回流模型进行变更，用于与许多示例性EGR和充气系统配置一起使用，并且本 发明并非意在限制于本文公开的具体示例性实施例。
[0068]图3示意地描绘根据本发明的使用基于模型的前馈控制和反馈控制方法的示例 性空气充气多变量控制系统。空气充气系统311接收命令并产生输出。描绘了开发命令的 许多模块和控制策略，包括状态变量观测器模块314、包括反馈控制模块302的线性控制策 略311、以及非线性控制策略312。期望操作参数点或目标操作点可以包括期望压缩机增压 Kprc des 320、期望进气歧管压力pl des 321、进气口处的估算已燃废气比例F1 322、以及压 缩机之前的在低压EGR固定点处的估算已燃废气比例F。323。这些期望/目标点可以替代 地关于在期望混合点处EGR率或氧气浓度来表示，如由本文描述的关系描述的那样。作为 示例，目标点可以包括如本文所述的变量1^、1^、1' ；3^、？(：、(\;和02,(；的任意配对。将这些 期望操作参数点与各个反馈信号348、349、350和351进行比较，其由直接传感器测量值或 者状态变量观测器模块314基于空气充气系统311的实际操作参数来确定。这些操作参数 由操作参数信号344、345、346和347表示，并且作为示例可以包括进气歧管压力、进气歧管 温度、空气质量、外界压力和外界温度。空气充气系统参数可以由传感器监测，或者替代地 如果不存在传感器则由状态变量观测器模块314估算。监测或估算的系统操作参数可以用 于确定反馈信号。反馈信号描述实际压缩机增压比P ra 348、实际进气歧管压力P1 349、进 气口处的实际已燃废气比例F1 350、以及压缩机之前的在低压EGR固定点处测量到的实际 已燃废气比例F。351。期望操作参数与各个实际操作参数的比较确定了对于每个参数的误 差项，包括压缩机增压比误差项324、进气歧管压力误差项325、进气口处的已燃废气比例 误差项326、以及压缩机之前的已燃废气比例误差项327。然后将这些误差项输入至线性控 制策略313的反馈控制模块302中。由反馈控制模块302实施的反馈控制方法确定反馈控 制信号V 1 328、v2 329、v3 330和~331。另外将包括期望压缩机增压比Prc des 320、期望进 气歧管压力P1^s 321、进气口处的估算已燃废气比例F1 322、以及压缩机之前的估算已燃 废气比例F。323的期望操作参数点输入至前馈控制模块301中，并且输出包括压缩机增压 比前馈信号332、进气歧管压力前馈信号333、进气口处的已燃废气比例前馈信号334、以及 压缩机之前的已燃废气比例前馈信号的前馈信号。将反馈控制信号328、329、330和331以 及前馈信号332、333、334和335输入至非线性控制策略312中。在计算点303、304、305和 306处的涡轮机功率变换率R t 336、空气流量Wltv 337、HP EGR流量Weglflp 338以及LP EGR 流量339时，使用这些信号。用于确定这些前馈信号的计算可以由以下关系式表示：
其中Pc是压缩机功率，以及 ht是排气能量流量；
通过关系式[34]的矩阵相乘，使得前馈模块301、反馈控制模块302和非线性控制策略 312也能够访问关于发动机运转的信息、以及空气充气系统311的操作参数，诸如可以由传 感器监测或者替代地由状态变量观测器模块314估算的操作参数信号344、345、346和347。 然后将信号336、以及空气流量Wltv 337、HP EGR流量WeffHP 338和LP EGR流量Wegl^ 339转 换为系统控制命令，信号336可以是涡轮机功率变换率Rt或涡轮机功率P t，因为两者由Pt =ht*Rt相关，系统控制命令包括VGT命令u vgt 340、空气节流阀命令Ultv 341、HP EGR阀命 令Ueff 342以及LP EGR阀命令343。VGT命令Uvgt 340、空气节流阀命令ultv 341、HP EGR阀 命令342、以及LP EGR阀命令343然后用于控制空气充气系统311。涡轮机功率变换率 336、空气流量337、HP EGR流量338以及LP EGR流量339至系统控制命令的转换可以通过 使用系统的回流模型或物理模型的逆转来实现。
[0069] 系统的回流模型或物理模型反转在确定实现通过系统中的节流孔的期望流量所 需的设定时可以是有用的。可以将通过系统的流量建模为跨越系统的压力差和系统中的流 量限制的函数。可以替换已知的或可确定的项，并且操纵功能关系以建立对于确定期望系 统设定从而实现期望流量有用的系统的回流模型。本文公开的示例性方法采用有效流量面 积或者对于所建模系统的流量限制的第一输入、以及包括用于使得流通过系统的压力的系 统的压力值的第二输入。EGR阀的解耦前馈控制的一种示例性方法可以包括采用基于逆向 模型和校准项而在混合多项式中实施的系统的回流模型。EGR阀的解耦前馈控制的另一示 例性方法可以包括采用基于维度表格的方法。EGR阀的解耦前馈控制的另一示例性方法可 以包括采用指数型多项式拟合（Polyfit)模型。空气节流阀的解耦前馈控制的示例性方法 可以采用系统的物理模型的逆转、维度表格方法、或指数型多项式拟合模型。充气系统诸如 装备有VGT的涡轮增压器的解耦前馈控制的示例性方法可以采用系统的物理模型的逆转、 维度表格方法或指数型多项式拟合模型。
[0070] 这些方法可以单独地或组合使用，并且不同的方法可以在不同的条件和操作范围 下用于同一系统。控制方法可以采用回流模型来确定对于包括EGR回路、空气节流系统和 充气系统之一的第一选集的前馈控制命令。控制方法可以另外采用第二回流模型来确定用 于包括EGR回路、空气节流系统和充气系统的另一个的第二选集的第二前馈控制命令。控 制方法可以另外采用第三回流模型来确定用于包括EGR回路、空气节流系统和充气系统的 又一个的第三选集的第三前馈控制命令。以此方式，控制方法能够控制EGR回路、空气节流 系统和充气系统的任意一个或全部。
[0071 ] 用于根据EGR流的逆向模型由逆向控制方法控制EGR流的方法公开在共同未决并 且共同分配的申请号12/982, 994中，对应于公开文献US2012-0173118A1，通过参考并入本 文。
[0072] 如关于图3所示，线性控制策略313的反馈控制模块302使用反馈控制方法确定 反馈控制信号328、329、330和331。由图3的反馈控制模块使用的示例性反馈控制方法可 以包括PID控制。在示例性实施例中，PID控制模块可以设计为多个单独模块，每个分配至 特定期望操作参数输入以便于输出解耦的反馈控制信号。反馈控制模块可以替代地利用模 型预测控制或线性二次调节器控制方法。
[0073] 图4图形地描绘了根据本发明的利用高压EGR流和低压EGR流实现跨越压缩机的 相同增压比所需要的压缩机操作点的比较。该比较示出了对于变化的HP EGR和LP EGR比 例的涡轮增压器操作点偏移。X轴401表示压缩机流量W。，y轴402表示跨越压缩机的增 压比Pra。水平线412表示跨越压缩机的一致增压比，具体来说是压缩机出口处的压力P t。 竖直线410表示仅利用HP EGR实现跨越压缩机的增压比412所需要的压缩机流量，如由点 420所示。竖直线411表示仅利用LP EGR实现跨越压缩机的增压比412所需要的压缩机流 量，如由点412所示。
[0074] 可以采用LP EGR和HP EGR的不同组合来实现气缸内总EGR率r。气缸内总EGR 率r可以由以下关系式表示。
[0075] 如果仅利用LP EGR，则压缩机流量W。等于稳态下流入气缸中的流量W eyl。如果仅 利用HP EGR，则压缩机流量W。减少HP EGR流量，并且可以由以下关系式表示。
[0076] 点420示出为了仅利用HP EGR实现跨越压缩机的期望增压比，压缩机流量410可 以由以下关系式表示。
[0077] 点421示出为了仅利用LP EGR实现跨越压缩机的期望增压比，压缩机流量411可 以由以下关系式表示。
[0078] 在这两个关系式中，k是表示如关系式[6]中所表示的气缸充气流量计算得 到的项，并且可以由以下关系式表示。
[0079] 由于总EGR如何实现以使得前馈VGT命令适于给定期望增压压力和LP/HP EGR率， 所以利用涡轮增压器功率转换。涡轮增压器功率转换可以由以下关系式表示：
其中μ是比热比， Cp是在恒定压力下的比热，以及 η。是压缩机效率。
[0080] 图5示意地描绘根据本发明的利用高压EGR流和低压EGR流两者的示例性涡轮增 压器前馈控制500。将参考EGR率r 510和参考增压压力？1 511输入至压缩机流量模块501 中，其基于目标增压P1 511和目标/实际EGR率r 510来确定压缩机流量W。512。可以基 于关系式[28]中表示的气缸内EGR率r、rHP与Γ?Ρ之间的关系来确定HP EGR率rHP。在LP EGR和HP EGR均工作的情况下，rHP和rLP可以用作在操作地图上的目标，或者从在混合点 处测量到的或估算的已燃废气比例（F1, Fmnilx)和已燃排气比例Fx而计算得到。这些值可 以来自传感器，或来自状态观测器估算器，并且可以由以下关系式表示。
[0081] 压缩机流量512可以由以下关系式表示。
[0082] 将压缩机流量512和参考增压压力511输入压缩机功率/流量关系模块502中， 其基于压缩机流量512、参考增压压力511和附加系统输入513来确定压缩机功率P。514， 附加系统输入可以包括压缩机上游温度T u。、基于空气流量Walli角定的压缩机上游压力p u。、 低压节流阀控制Ulptv、外界压力pa以及外界温度T a。这些压缩机入口条件可以基于节流孔 关系由以下关系式表示。
其中Τ_ΛΡ是低压EGR的温度，并且压缩机功率/流