用于变速器换高速挡的发动机控制系统和方法
【专利说明】
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 此申请涉及2014年3月26日提交的美国专利申请号14/225,502、2014年3 月26日提交的美国专利申请号14/225, 516、2014年3月26日提交的美国专利申请号 14/225,569、2014年3月26日提交的美国专利申请号14/225,626、2014年3月26日提交 的美国专利申请号14/225,817、2014年3月26日提交的美国专利申请号14/225,896、2014 年3月26日提交的美国专利申请号14/225, 53U2014年3月26日提交的美国专利申请号 14/225,507、2014年3月26日提交的美国专利申请号14/225,587、2014年3月26日提交 的美国专利申请号14/225,492、2014年3月26日提交的美国专利申请号14/226,006、2014 年3月26日提交的美国专利申请号14/226, 12U2014年3月26日提交的美国专利申请号 14/225,496以及2014年3月26日提交的美国专利申请号14/225,891。以上申请的全部 披露内容以引用的方式并入本文。
技术领域
[0003] 本公开涉及内燃发动机，并且更具体来说，涉及用于车辆的发动机控制系统和方 法。
【背景技术】
[0004] 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 的发明人的工作一以在此【背景技术】部分中所描述的为限一以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。
[0005] 内燃发动机在汽缸内燃烧空气与燃料混合物以驱动活塞，这产生驱动扭矩。进入 发动机的空气流量通过节气门来调节。更具体来说，节气门调整节气门面积，这增加或减少 进入发动机的空气流量。当节气门面积增加时，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。
[0006] 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 可以是用于调整火花点火发动机的扭矩输出的主要机构，而燃料流可以是用于调整压缩点 火发动机的扭矩输出的主要机构。
[0007] 已经开发出发动机控制系统来控制发动机输出扭矩以实现所需扭矩。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】
[0008] 在一个特征中，披露一种用于车辆的发动机控制系统。参考模块设置用于变速器 的换高速挡的参考进气门正时和参考排气门正时中的至少一个。模型预测控制（MPC)模 块：基于发动机扭矩请求识别可能目标值组，每个可能组包括可能目标进气门正时和可能 目标排气门正时；基于⑴所述组的可能目标进气门正时与参考进气门正时的比较和（ii) 所述组的可能目标排气门正时与参考排气门正时的比较选择可能目标值组中的一个；基于 所述组中的选定一个的可能目标进气门正时设置目标进气门正时；基于所述组中的选定一 个的可能目标排气门正时设置目标排气门正时；以及相位器致动器模块，所述相位器致动 器模炔基于目标进气门正时控制发动机的进气门定相并且基于目标排气门正时控制发动 机的排气门定相。
[0009] 在其他特征中，在换高速挡的扭矩相位之前的预定周期期间，参考模炔基于进气 门和排气门重叠的第一量和第一容积效率来设置参考进气门正时和参考排气门正时中的 至少一个。
[0010] 在另外其他特征中，在换高速挡的扭矩相位期间，参考模炔基于进气门和排气门 重叠的第二量和第二容积效率来设置参考进气门正时和参考排气门正时中的至少一个。
[0011] 在另外其他特征中，进气门和排气门重叠的第一量大于进气门和排气门重叠的第 二量，并且第二容积效率大于第一容积效率。
[0012] 在其他特征中，在换高速挡的扭矩相位之后的惯性相位期间，参考模炔基于进气 门和排气门重叠的第三量和第三容积效率来设置参考进气门正时和参考排气门正时中的 至少一个。
[0013] 在另外其他特征中，进气门和排气门重叠的第三量小于进气门和排气门重叠的第 二量，并且第三容积效率小于第二容积效率。
[0014] 在另外其他特征中，在换高速挡的惯性相位期间，参考模块拖延参考进气门正时 并且提前用于换高速挡的参考排气门正时。
[0015] 在其他特征中，在换高速挡的扭矩相位期间，参考模块拖延参考进气门正时并且 提前用于换高速挡的参考排气门正时。
[0016] 在其他特征中：升压致动器模块，该升压致动器模炔基于根据所述组中的选定一 个的可能目标废气门开度设定的目标废气门开度来控制涡轮增压器的废气门的开度；排气 再循环（EGR)致动器模块，该EGR致动器模炔基于根据所述组中的选定一个的可能目标EGR 开度设定的目标EGR开度来控制EGR阀的开度；以及节气门致动器模块，该节气门致动器模 炔基于根据所述组中的选定一个的可能目标节气门开度设定的目标节气门开度来控制节 气门阀的开度。
[0017] 在其他特征中，披露车辆的发动机控制系统。预测模块分别基于用于M个未来时 间的可能目标值组和发动机的模型来确定用于M个未来时间的发动机的预测扭矩。M是大 于一的整数。成本模块分别基于用于M个未来时间的预测扭矩与用于M个未来时间的发动 机扭矩请求的比较来确定用于可能目标值组的成本。未来请求模炔基于用于变速器的换高 速挡的发动机扭矩请求的预期改变来设置用于M个未来时间的发动机扭矩请求中的至少 一个，其中可能目标值组包括用于在预期改变之前调整进气门定相和排气门定相中的至少 一个的可能目标值。选择模炔基于成本从包括可能目标值组和N个其他可能目标值组的群 组中选择可能目标值组，其中N是大于零的整数，并且其基于选定的可能目标值组来设置 目标值。相位器致动器模块分别基于目标值中的第一值和第二值来控制进气门定相和排气 门定相。
[0018] 在其他特征中，未来请求模炔基于换高速挡期间发动机扭矩请求的预期减少来设 置用于M个未来时间的发动机扭矩请求中的至少一个。
[0019] 在另外其他特征中，未来请求模炔基于换高速挡的惯性相位期间发动机扭矩请求 的预期增加来设置用于M个未来时间的发动机扭矩请求中的至少一个。
[0020] 在另外其他特征中，约束模块将内部和外部稀释约束设置为用于换高速挡的预定 最小值。基于用于M个未来时间的可能目标值组和发动机的模型，分别确定用于M个未来 时间的预测内部和外部稀释值。成本模块进一步基于预测内部稀释值、外部稀释值和预定 最小值来确定用于可能目标值组的成本。
[0021] 在一个特征中，一种用于车辆的发动机控制方法包括：设置用于变速器的换高速 挡的参考进气门正时和参考排气门正时中的至少一个；以及使用模型预测控制（MPC)模 块：基于发动机扭矩请求识别可能目标值组，每个可能组包括可能目标进气门正时和可能 目标排气门正时；基于⑴所述组的可能目标进气门正时与参考进气门正时的比较和（ii) 所述组的可能目标排气门正时与参考排气门正时的比较选择可能目标值组中的一个；基于 所述组中的选定一个的可能目标进气门正时设置目标进气门正时；以及基于所述组中的选 定一个的可能目标排气门正时设置目标排气门正时。该方法进一步包括基于目标进气门正 时控制发动机的进气门定相并且基于目标排气门正时控制发动机的排气门定相。
[0022] 在其他特征中，发动机控制方法进一步包括在换高速挡的扭矩相位之前的预定周 期期间，基于进气门和排气门重叠的第一量和第一容积效率来设置参考进气门正时和参考 排气门正时中的至少一个。
[0023] 在另外其他特征中，发动机控制方法进一步包括在换高速挡的扭矩相位期间，基 于进气门和排气门重叠的第二量和第二容积效率来设置参考进气门正时和参考排气门正 时中的至少一个。
[0024] 在另外其他特征中，进气门和排气门重叠的第一量大于进气门和排气门重叠的第 二量，并且第二容积效率大于第一容积效率。
[0025] 在其他特征中，发动机控制方法进一步包括在换高速挡的扭矩相位之后的惯性相 位期间，基于进气门和排气门重叠的第三量和第三容积效率来设置参考进气门正时和参考 排气门正时中的至少一个。
[0026] 在另外其他特征中，进气门和排气门重叠的第三量小于进气门和排气门重叠的第 二量，并且第三容积效率小于第二容积效率。
[0027] 在另外其他特征中，发动机控制方法进一步包括在换高速挡的惯性相位期间，拖 延参考进气门正时并且提前用于换高速挡的参考排气门正时。
[0028] 在其他特征中，发动机控制方法进一步包括在换高速挡的扭矩相位期间，拖延参 考进气门正时并且提前用于换高速挡的参考排气门正时。
[0029] 在另外其他特征中，发动机控制方法进一步包括：基于根据所述组中的选定一个 的可能目标废气门开度设定的目标废气门开度来控制涡轮增压器的废气门的开度；基于根 据所述组中的选定一个的可能目标排气再循环（EGR)开度设定的目标EGR开度来控制EGR 阀的开度；以及基于根据所述组中的选定一个的可能目标节气门开度设定的目标节气门开 度来控制节气门阀的开度。
[0030] 本发明包括以下方案：
[0031] 1. 一种用于车辆的发动机控制系统，包括：
[0032] 参考模块，所述参考模块设置用于变速器的换高速挡的参考进气门正时和参考排 气门正时中的至少一个；
[0033] 模型预测控制（MPC)模块，所述MPC模块：
[0034] 基于发动机扭矩请求识别可能目标值组，每个可能组包括可能目标进气门正时和 可能目标排气门正时；
[0035] 基于（i)所述组的所述可能目标进气门正时与所述参考进气门正时的比较和 (ii)所述组的所述可能目标排气门正时与所述参考排气门正时的比较选择所述可能目标 值组中的一个；
[0036] 基于所述组中的选定一个的所述可能目标进气门正时设置目标进气门正时；以及
[0037] 基于所述组中的选定一个的所述可能目标排气门正时设置目标排气门正时；以及
[0038] 相位器致动器模块，所述相位器致动器模炔基于所述目标进气门正时控制发动机 的进气门定相并且其基于所述目标排气门正时控制所述发动机的排气门定相。
[0039] 2.如方案1所述的发动机控制系统，其中在所述换高速挡的扭矩相位之前的预定 周期期间，所述参考模炔基于进气门和排气门重叠的第一量和第一容积效率来设置所述参 考进气门正时和所述参考排气门正时中的至少一个。
[0040] 3.如方案2所述的发动机控制系统，其中在所述换高速挡的扭矩相位期间，所述 参考模炔基于进气门和排气门重叠的第二量和第二容积效率来设置所述参考进气门正时 和所述参考排气门正时中的至少一个。
[0041] 4.如方案3所述的发动机控制系统，其中进气门和排气门重叠的第一量大于进气 和排气门重叠的第二量，以及
[0042] 其中所述第二容积效率大于所述第一容积效率。
[0043] 5.如方案3所述的发动机控制系统，其中在所述换高速挡的扭矩相位之后的惯性 相位期间，所述参考模炔基于进气门和排气门重叠的第三量和第三容积效率来设置所述参 考进气门正时和所述参考排气门正时中的至少一个。
[0044] 6.如方案5所述的发动机控制系统，其中进气门和排气门重叠的第三量小于进气 门和排气门重叠的第二量，以及
[0045] 其中所述第三容积效率小于所述第二容积效率。
[0046] 7.如方案5所述的发动机控制系统，其中在所述换高速挡的惯性相位期间，所述 参考模块拖延所述参考进气门正时并且提前用于所述换高速挡的所述参考排气门正时。
[0047] 8.如方案2所述的发动机控制系统，其中在所述换高速挡的扭矩相位期间，所述 参考模块拖延所述参考进气门正时并且提前用于所述换高速挡的所述参考排气门正时。
[0048] 9.如方案1所述的发动机控制系统，其进一步包括：
[0049] 升压致动器模块，该升压致动器模炔基于根据所述组中的选定一个的可能目标废 气门开度设定的目标废气门开度来控制涡轮增压器的废气门的开度；
[0050] 排气再循环（EGR)致动器模块，所述EGR致动器模炔基于根据所述组中的选定一 个的可能目标EGR开度设定的目标EGR开度来控制EGR阀的开度；以及
[0051] 节气门致动器模块，所述节气门致动器模炔基于根据所述组中的选定一个的可能 目标节气门开度设定的目标节气门开度来控制节气门阀的开度。
[0052] 10. -种车辆的发动机控制系统，包括：
[0053] 预测模块，所述预测模块分别基于用于M个未来时间的可能目标值组和发动机的 模型来确定用于所述M个未来时间的所述发动机的预测扭矩，
[0054] 其中M是大于一的整数；
[0055] 成本模块，所述成本模块分别基于用于所述M个未来时间的所述预测扭矩与用于 所述M个未来时间的发动机扭矩请求的比较来确定用于所述可能目标值组的成本；
[0056] 未来请求模块，所述未来请求模炔基于用于变速器的换高速挡的所述发动机扭矩 请求的预期改变来设置用于所述M个未来时间的所述发动机扭矩请求中的至少一个，
[0057] 其中所述可能目标值组包括用于在所述预期改变之前调整进气门定相和排气门 定相中的至少一个的可能目标值；
[0058] 选择模块，所述选择模炔基于所述成本从包括所述可能目标值组和N个其他可能 目标值组的群组中选择所述可能目标值组，其中N是大于零的整数，并且其基于选定的可 能目标值组来设置目标值；以及
[0059] 相位器致动器模块，所述相位器致动器模块分别基于所述目标值中的第一值和第 二值来控制进气门定相和排气门定相。
[0060] 11.如方案10所述的发动机控制系统，其中所述未来请求模炔基于所述换高速挡 期间所述发动机扭矩请求的预期减少来设置用于所述M个未来时间的所述发动机扭矩请 求中的至少一个。
[0061] 12.如方案10所述的发动机控制系统，其中所述未来请求模炔基于所述换高速挡 的惯性相位期间所述发动机扭矩请求的预期增加来设置用于所述M个未来时间的所述发 动机扭矩请求中的至少一个。
[0062] 13.如方案10所述的发动机控制系统，其进一步包括约束模块，所述约束模块将 内部稀释约束和外部稀释约束设置为用于所述换高速挡的预定最小值，
[0063] 其中基于用于M个未来时间的所述可能目标值组和发动机的模型，分别确定用于 所述M个未来时间的预测内部稀释值和预测外部稀释值，以及
[0064] 其中所述成本模块进一步基于所述预测内部稀释值、所述外部稀释值和所述预定 最小值来确定用于所述可能目标值组的所述成本。
[0065] 14. -种用于车辆的发动机控制方法，包括：
[0066] 设置用于变速器的换高速挡的参考进气门正时和参考排气门正时中的至少一 个；
[0067] 使用模型预测控制（MPC)模块：
[0068] 基于发动机扭矩请求识别可能目标值组，每个可能组包括可能目标进气门正时和 可能目标排气门正时；
[0069] 基于（i)所述组的所述可能目标进气门正时与所述参考进气门正时的比较和 (ii)所述组的所述可能目标排气门正时与所述参考排气门正时的比较选择所述可能目标 值组中