N个控制回路中的第i个控制回路的预测催化剂温度，MaxCT是预定 最大催化剂温度，并且wCT是与预测催化剂温度与预定最大催化剂温度之间的关系相关的 加权值。CTPi是用于N个控制回路中的第i个控制回路的预测催化剂温度，MaxCT是预定 最大催化剂温度，并且wCT是与预测催化剂温度与预定最大催化剂温度之间的关系相关的 加权值。由于选择模块418可以选择可能序列中具有最低成本的一个，所以选择模块418 可以选择可能序列中最佳实现预定氧气浓度和参考排气焓416同时最大化催化剂温度并 最小化排放物浓度的一个。
[0162] P是与输出约束352的满足相关的加权值。e是成本模块414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414可以增加 e。当满足所有输出约束352时，成本模块414 可以将e设置为零。p可以大于加权值wEE，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大。这可以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。
[0163] 现在参照图5,使用MPC(模型预测控制）来控制节气门阀112、进气凸轮相位器 148、排气凸轮相位器150、废气门162 (且因此涡轮增压器）、EGR阀170、火花正时、加燃料 以及启动/禁用的汽缸数量的示例性方法在502开始。在504,推进扭矩仲裁模块212确定 推进扭矩请求222。
[0164] 在506,扭矩转换模块304将推进扭矩请求222转换为基础扭矩请求308或者转换 为另一种适合的类型的扭矩以供MPC模块312使用。在508,设定值模块370确定排气焓设 定值342。或者，MPC模块406可以确定目标排气焓404。排气焓设定值342和目标排气焓 404可以各自称为所需排气焓。
[0165] 在510,序列确定模块316确定目标值230至244的可能序列。在512,预测模块 323确定用于目标值的每个可能序列的预测参数。预测模块323基于发动机102的模型 324、外源输入328以及反馈输入330来确定用于可能序列的预测参数。更具体来说，基于目 标值230至244的可能序列、外源输入328以及反馈输入330,预测模块323使用模型324 来产生用于N个控制回路的发动机102的N个预测扭矩的序列、用于N个控制回路的N个 预测燃料效率值的序列以及用于N个控制回路的N个预测NVH值的序列。
[0166] 在514,成本模块332确定用于可能序列的成本。举例而言，成本模块332可以基 于以下方程来确定用于目标值230至244的可能序列的成本
[0167]
[0168] 该方程受制于致动器约束348和输出约束352,如以上所描述。
[0169] 在516,选择模块344基于可能序列的成本来选择目标值230至244的可能序列中 的一个序列。例如，选择模块344可以选择可能序列中具有最低成本的一个。因此，选择模 块344可以选择可能序列中最佳实现基础扭矩请求308和所需排气；)；含同时最小化燃料消耗 和颗粒排放物的一个序列。作为在510确定目标值230至244的可能序列并且在514确定 每个序列的成本的替代或添加，MPC模块312可以如以上论述地使用凸优化技术来识别具 有最低成本的可能目标值序列。
[0170] 在518，MPC模块312确定可能序列中的选定序列是否满足致动器约束348。如果 可能序列中的选定序列满足致动器约束348,则方法在520继续。否则，方法在522继续，其 中MPC模块312选择可能序列中具有下一个最低成本的一个序列。方法随后返回到518。 以此方式，使用满足致动器约束348的具有最低成本的序列。
[0171] 在520,第一转换模块248将目标废气门打开面积230转换为目标占空比250以应 用于废气门162，第二转换模块252将目标节气门打开面积232转换为目标占空比254以应 用于节气门阀112。在428,第三转换模块256还将目标EGR打开面积234转换为目标占空 比258以应用于EGR阀170。第四转换模块还可以分别将目标进气凸轮相位器角236和目 标排气凸轮相位器角238转换为目标进气和排气占空比以用于进气凸轮相位器148和排气 凸轮相位器150。
[0172] 在524,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 232,并且相位器致动器模块158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236和目标排气凸轮相位器角238。例如，节气门致动器模块116 可以目标占空比254将信号应用于节气门阀112以实现目标节气门打开面积232。
[0173] 另外在524, EGR致动器模块172控制EGR阀170以实现目标EGR打开面积234， 并且升压致动器模块164控制废气门162以实现目标废气门打开面积230。例如，EGR致动 器模块172可以目标占空比258将信号应用于EGR阀170以实现目标EGR打开面积234,并 且升压致动器模块164可以目标占空比250将信号应用于废气门162以实现目标废气门打 开面积230。另外在524,火花致动器模块126基于目标火花正时240来控制火花正时，汽 缸致动器模块120基于汽缸的目标数量242来控制汽缸启动和禁用，并且燃料致动器模块 124基于目标加燃料参数244来控制加燃料。在526,方法可以结束。替代地，图5可以示 出一个控制回路，并且可以在预定速率下执行控制回路。
[0174] 以上描述实质上仅是说明性的，而绝不意欲限制本公开、其应用或使用。本公开的 广泛教示可以各种形式来实施。因此，虽然本公开包括具体实例，但是本公开的真实范围不 应限于此，因为其他修改将在学习附图、说明书以及随附权利要求之后变得显而易见。如本 文所使用，短语A、B和C中的至少一个应解释为意味着使用非排他性的逻辑或的逻辑（A或 B或C)。应理解，在不改变本公开的原理的情况下，方法内的一个或多个步骤可以不同的次 序（或同时地）执行。
[0175] 在包括以下定义的此申请中，术语模块可以由术语电路取代。术语模块可以指代 以下内容、是其一部分或者包括以下内容：特定应用集成电路（ASIC);数字、模拟或混合模 拟/数字分立电路；数字、模拟或混合模拟/数字集成电路；组合逻辑电路；场可编程门阵 列（FPGA);执行代码的处理器（共享、专用或集群）；存储由处理器执行的代码的内存（共 享、专用或集群）；提供所描述的功能性的其他适合的硬件部件；或者以上内容中的一些或 所有的组合，诸如片上系统。
[0176] 如以上所使用的术语代码可以包括软件、固件和/或微代码，并且可以指代程序、 例程、功能、分类和/或目标。术语共享处理器涵盖执行来自多个模块的一些或所有代码的 单个处理器。术语集群处理器涵盖与额外处理器组合执行来自一个或多个模块的一些或所 有代码的处理器。术语共享内存涵盖存储来自多个模块的一些或所有代码的单个内存。术 语集群内存涵盖与额外内存组合存储来自一个或多个模块的一些或所有代码的内存。术语 内存可以是术语计算机可读介质的子集。术语计算机可读介质并不涵盖通过介质传播的暂 时电信号和电磁信号，并且因此可以被认为是有形且永久的。永久的有形计算机可读介质 的非限制性实例包括非易失性内存、易失性内存、磁性存储器和光学存储器。
[0177] 此申请中描述的装置和方法可以部分地或完全地由一个或多个处理器所执行的 一个或多个计算机程序来实施。计算机程序包括存储在至少一个永久的有形计算机可读介 质上的处理器可执行指令。计算机程序也可以包括和/或依赖于所存储的数据。
【主权项】
1. 一种系统，包括： 第一模型预测控制（MPC)模块，所述第一 MPC模块： 基于发动机的模型和可能目标值组产生预测参数； 基于所述预测参数和所需排气焓产生用于所述可能目标值组的成本；以及 基于所述成本从多个可能目标值组中选择所述可能目标值组；以及 发动机致动器模块，所述发动机致动器模炔基于目标值中的至少一个来调整所述发动 机的致动器。2. 如权利要求1所述的系统，其中： 所述预测参数包括预测排气焓；以及 所述第一 MPC模炔基于所述所需排气焓与所述预测排气焓之间的差异来确定所述成 本。3. 如权利要求2所述的系统，其中所述成本随着所述所需排气焓与所述预测排气焓之 间的所述差异增加而增加。4. 如权利要求3所述的系统，其中所述第一 MPC模块选择所述可能目标值组中具有最 低成本的一个。5. 如权利要求1所述的系统，其进一步包括设定值模块，所述设定值模炔基于所述发 动机的排气系统中的催化剂的温度、所述催化剂中氧气的浓度以及所述催化剂下游的所述 排气系统中的排放物浓度中的至少一个来产生所述所需排气焓。6. 如权利要求5所述的系统，其中所述设定值模块调整所述所需排气焓以最小化催化 剂熄灯周期，所述催化剂熄灯周期在起动所述发动机时开始并且在所述催化剂温度等于熄 灯温度时结束。7. 如权利要求6所述的系统，其中所述设定值模块调整所述所需排气焓以最小化在所 述催化剂熄灯周期期间由所述发动机产生的排气中的排放物的量。8. 如权利要求1所述的系统，其进一步包括排气焓估计模块，所述排气焓估计模炔基 于由所述发动机产生的排气的质量流率、所述排气的温度以及所述排气的化学成分来估计 当前排气焓，其中所述第一 MPC模炔基于所述当前排气焓产生所述预测参数。9. 如权利要求1所述的系统，其进一步包括第二MPC模块，所述第二MPC模块： 基于催化剂的模型和可能目标排气焓产生所述发动机的排气系统中的所述催化剂的 预测状态； 基于预测催化剂状态产生用于所述可能目标排气焓中的每一个的成本；以及 基于与所述可能目标排气焓中的每一个相关的所述成本来选择所述可能目标排气焓 中的一个。10. -种方法，包括： 基于发动机的模型和可能目标值组产生预测参数； 基于所述预测参数和所需排气焓产生用于所述可能目标值组的成本； 基于所述成本从多个可能目标值组中选择所述可能目标值组；以及 基于目标值中的至少一个来调整所述发动机的致动器。
【专利摘要】公开了使用模型预测控制增加催化剂的温度的系统和方法。根据本公开的原理的系统包括第一模型预测控制(MPC)模块和发动机致动器模块。第一MPC模块基于发动机的模型和可能目标值组产生预测参数并且基于预测参数和所需排气焓产生用于可能目标值组的成本。第一MPC模块还基于成本从多个可能目标值组中选择所述可能目标值组。发动机致动器模块基于目标值中的至少一个来调整发动机的致动器。
【IPC分类】F02D41/00, F02D17/02, F02B37/18, F02D23/00, F02D9/00, F02D43/00, F02D13/00, F02D41/30, F02P5/04
【公开号】CN104948306
【申请号】CN201510161502
【发明人】G·R·小齐甘, R·J·根斯拉克
【申请人】通用汽车环球科技运作有限责任公司
【公开日】2015年9月30日
【申请日】2015年3月26日
【公告号】DE102015104194A1, US20150275795