路的发动机102的预测扭矩， BATRi是用于N个控制回路中的第i个控制回路的基础空气扭矩请求，并且wT是与预测扭 矩与扭矩请求之间的关系相关的加权值。在各个实施中，基础空气扭矩请求308可以用于N 个控制回路中的所有回路。或者，如下文进一步论述，BATR1可以是基础空气扭矩请求308， 并且BATR N可以被设置为用于N个控制回路中的未来回路的未来扭矩请求。APCPi 是用于N个控制回路中的第i个控制回路的预测APC，MinAPC是预定最小APC，并且wA是 与预测APC与预定最小APC之间的关系相关的加权值。
[0218] PTTOi是用于N个控制回路中的第i个控制回路的可能目标节气门开度，TORef是 参考节气门开度，并且wTV是与可能目标节气门开度与参考节气门开度之间的关系相关的 加权值。PTWGOi用于N个控制回路中的第i个控制回路的可能目标废气门开度，WGORef是 参考废气门开度，并且wWG是与可能目标废气门开度与参考废气门开度之间的关系相关的 加权值。
[0219] PTEGROi是用于N个控制回路的第i个控制回路的可能目标EGR开度，EGRRef是 参考EGR开度，并且wEGR是与可能目标EGR开度与参考EGR开度之间的关系相关的加权值。 PTICi是用于N个控制回路的第i个控制回路的可能目标进气凸轮相位器角，ICPRef是参 考进气凸轮相位器角，并且《IP是与可能目标进气凸轮相位器角与参考进气凸轮相位器角 之间的关系相关的加权值。PTECi是用于N个控制回路的第i个控制回路的可能目标排气 凸轮相位器角，ECPRef是参考排气凸轮相位器角，并且wEP是与可能目标排气凸轮相位器 角与参考排气凸轮相位器角之间的关系相关的加权值。
[0220] P是与输出约束352的满足相关的加权值。e是成本模块332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332可以增加 e。当满足所有输出约束352时，成本模块332 可以将e设置为零。p可以大于加权值WT、加权值wA和其他加权值（wTV、wWG、wEGR、wIP、 wEP)，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是 巨大的。这可以帮助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。
[0221] 加权值wT可以大于加权值wA以及加权值wTV、wWG、wEGR、wIP和wEP。以此方式， 预测发动机扭矩与基础空气扭矩请求308之间的关系之间的关系对成本具有较大影响，且 因此对可能序列中的一个的选择具有较大影响，如以下进一步论述。成本随着预测发动机 扭矩与扭矩请求之间的差异增加而增加，且反之亦然。
[0222] 加权值wA可以小于加权值wT并且大于加权值wTV、wWG、wEGR、wIP和wEP。以此 方式，预测APC与零之间的关系对成本具有较大影响，但是小于预测发动机扭矩与基础空 气扭矩请求308之间的关系的影响。成本随着预测APC与预定最小APC之间的差异增加而 增加，且反之亦然。仅举例而言，预定最小APC可以是零或另一个适合的值。
[0223] 基于预测APC与预定最小APC之间的差异确定成本有助于确保APC将被最小化。 当基于实际APC控制加燃料以实现目标空气/燃料混合物时，减少APC减少燃料消耗。由 于选择模块344可以选择可能序列中具有最低成本的一个序列，所以选择模块344可以选 择可能序列中最佳实现基础空气扭矩请求308同时最小化APC的一个序列。虽然论述最小 化APC的实例，但是在各个实施中，可以预测并最大化效率参数。例如，效率参数可以是预 测扭矩除以预测APC。
[0224] 加权值wTV、wWG、wEGR、wIP和wEP可以小于所有其他加权值。以此方式，在稳态 操作过程中，目标值266至270可以分别设置接近参考值356或者处于所述参考值。然而， 在瞬间操作过程中，MPC模块312可以调整目标值266至270远离参考值356以实现基础 空气扭矩请求308,同时最小化APC并且满足致动器约束348和输出约束352。
[0225] 在操作中，MPC模块312可以确定用于可能序列的成本值。MPC模块312随后可以 选择可能序列中具有最低成本的一个。MPC模块312接下来可以确定选定可能序列是否满 足致动器约束348。如果满足，则可以使用可能序列。如果不满足，则MPC模块312基于选 定的可能序列来确定满足致动器约束348并且具有最低成本的可能序列。MPC模块312可 以使用满足致动器约束348并且具有最低成本的可能序列。
[0226] 现在参照图4,呈现描绘使用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）以及EGR阀170的示例 性方法的流程图。控制可以从404开始，其中扭矩请求模块224基于调整后的预测扭矩请 求263和调整后的即时扭矩请求264来确定空气扭矩请求265。
[0227] 在408,扭矩转换模块304可以将空气扭矩请求265转换为基础空气扭矩请求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408还设置未来扭矩请 求，如下文进一步论述。在412,序列确定模块316基于基础空气扭矩请求308来确定目标 值266至270的可能序列。
[0228] 在416,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和反馈输入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266至270的可能序列、外源输入328和反馈输入330,预测模 块323使用模型324产生用于N个控制回路的发动机102的预测扭矩序列、用于N个控制 回路的预测APC序列、用于N个控制回路的预测量外部稀释序列、用于N个控制回路的预测 量剩余稀释序列、用于N个控制回路的预测燃烧定相值序列以及用于N个控制回路的预测 燃烧质量值序列。
[0229] 在420,成本模块332分别确定用于可能序列的成本。仅举例而言，成本模块332 可以基于以下方程来确定用于目标值266至270的可能序列的成本
[0230]
[0231] 该方程受制于致动器约束348和输出约束352,如以上所描述。
[0232] 在424,选择模块344分别基于可能序列的成本来选择目标值266至270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同时满足致动 器约束348的一个。因此，选择模块344可以选择可能序列中最佳实现扭矩请求同时最小 化APC并满足致动器约束348和输出约束352的一个序列。作为在412确定目标值230至 244的可能序列并且在420确定每个序列的成本的替代或添加，MPC模块312可以使用如以 上论述的凸优化技术来识别具有最低成本的可能目标值序列。
[0233] 在425, MPC模块312可以确定可能序列中的选定序列是否满足致动器约束348。 如果425为真，则控制可以通过428继续。如果425为假，则在426，MPC模块312可以基于 选定的可能序列来确定满足致动器约束348并且具有最低成本的可能序列，并且控制可以 通过428继续。可以使用满足致动器约束348并且具有最低成本的可能序列，如以下论述。
[0234] 在428,第一转换模块272将目标废气门打开面积266转换为目标占空比274以应 用于废气门162,第二转换模块276将目标节气门打开面积267转换为目标占空比278以应 用于节气门阀112。在428,第三转换模块280还将目标EGR打开面积268转换为目标占空 比282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269和目 标排气凸轮相位器角270转换为目标进气占空比和目标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。
[0235] 在432,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 267,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269和目标排气凸轮相位器角270。例如，节气门致动器模块116 可以目标占空比278将信号应用于节气门阀112从而实现目标节气门打开面积267。另外 在432, EGR致动器模块172控制EGR阀170以实现目标EGR打开面积268,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266。例如，EGR致动器模块172可 以目标占空比282将信号应用于EGR阀170从而实现目标EGR打开面积268,并且升压致 动器模块164可以目标占空比274将信号应用于废气门162从而实现目标废气门打开面积 266。虽然图4被示出为在432之后结束，但是图4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。
[0236] 返回参照图2和3,参考模块368可以进一步基于一个或多个其他输入（诸如换高 速挡指示符380)来确定参考值356。变速器控制模块194产生换高速挡指示符380以指示 变速器控制模块194将执行变速器的换高速挡。
[0237] 图5是包括在用于换高速挡的时间528内关于发动机速度504、发动机扭矩输出 506、基础空气扭矩请求508、如果使用最佳火花正时则由发动机102实现的估计空气扭矩 510、火花扭矩请求512、节气门开度516、容积效率520、MAP 524、排气凸轮开度532以及进 气凸轮开度536的示例性轨迹的示例性图。现在参照图2、3和5,换高速挡涉及将变速器内 的传动比改变到较低传动比。发动机扭矩增加是将相同量的车轴扭矩维持在较低传动比所 必需的。这由图5中的506示出。
[0238] 换高速挡包括扭矩相位和惯性相位。扭矩相位发生在图5中的时间540与544之 间。惯性相位发生在扭矩相位之后并且发生在图5中的时间544与548之间。在换高速挡 的扭矩相位期间，变速器控制模块194使得一个或多个即将到来的摩擦装置（例如，离合 器）准备好执行换高速挡。在惯性相位期间，释放一个或多个即将离开的摩擦装置并且完 全应用一个或多个即将到来的摩擦装置，以完成换高速挡到较低传动比。
[0239] 在换高速挡的扭矩相位期间，因为即将到来和即将离开的摩擦装置都接收扭矩， 所以应增加发动机扭矩同时接合一个或多个即将到来的摩擦装置以维持所需量的车轴扭 矩。发动机扭矩的增加可以通过增加进入发动机102的气流来实现，诸如通过打开节气门 阀 112。
[0240] 根据本公开，参考模块368可以选择性地调整用于变速器的换高速挡的参考进气 和排气凸轮相位器角。变速器控制模块194可以在开始换高速挡的扭矩相位之前的第一预 定周期产生换高速挡指示符380。响应于换高速挡指示符380,在扭矩相位之前的第一预定 周期期间，参考模块368基于气门重叠的第一量和第一容积效率（VE)来设置参考进气和排 气凸轮相位器角。如以上所论述，参考模块368设置参考值356以便共同地允许发动机102 实现例如基础空气扭矩请求308。气门重叠可以指当活塞靠近一个燃烧周期的排气冲程和 汽缸的下一个燃烧周期的进气冲程的TDC时汽缸的排气门和进气门都被打开的周期。容积 效率可以指在给定进气歧管110内的压力的情况下相对于最大APC提供的APC。
[0241] 基于根据气门重叠的第一量和第一容积效率的参考进气和排气凸轮相位器角的 设置，选择模块344选择受制于致动器约束348和输出约束356的在换高速挡的扭矩相位 开始之前尽可能接近地提供气门重叠的第一量和第一容积效率的可能目标值组。更具体来 说，包括较接近于参考进气和排气凸轮相位器角的目标进气和排气凸轮相位器角的可能目 标值的成本将小于包括较远离参考进气和排气凸轮相位器角的目标进气和排气凸轮相位 器角的可能目标值的成本。因此，选择模块344将选择包括较接近于参考进气和排气凸轮 相位器角的目标进气和排气凸轮相位器角的可能目标值组。这由图5中的时间540之前的 示例性排气门开度532和进气门开度536示出。
[0242] 基础空气扭矩请求308在换高速挡的扭矩相位期间增加。这由时间540与544之 间的示例性基础空气扭矩请求508指示。火花扭矩请求512可以被设置为等于扭矩相位期 间的基础空气扭矩请求508,因此火花正时将被设置为最佳火花正时。
[0243] 参考模块368基于换高速挡的扭矩相位期间的气门重叠的第二量、第二容积效率 以及第一有效排量来设置参考进气和排气凸轮相位器角。气门重叠的第二量小于气门重叠 的第一量，并且第二容积效率大于第一容积效率。有效排量也可以称为有效压缩比。
[0244] 由于使用这些参考进气和排气凸轮相位器角，所以选择模块344选择受制于致动 器约束348和输出约束356的在换高速挡的扭矩相位期间提供较低气门重叠、较高有效排 量以及较高容积效率的可能目标值组。例如，可以拖延参考进气凸轮相位器角和/或可以 提前参考排气凸轮相位器角以在扭矩相位期间提供较低气门重叠、较高有效排量以及较高 容积效率。这由图5中时间540与544之间的示例性排气门开度532和进气门开度536以 及示例性容积效率520示出。
[0245] 参考模块368还可以在换高速挡的扭矩相位期间增加参考节气门打开面积，因此 选择模块344选择也增加目标节气门打开面积267的可能目标值组。这由图5中时间540 与544之间的示例性节气门打开516的增加示出。虽然讨论在扭矩相位期间增加参考节气 门开度，但是在扭矩相位期间可以维持或较少程度增加参考节气门开度。变速器控制模块 194可以在第二预定周期期间执行换高速挡的扭矩相位。
[0246] 基础空气扭矩请求308在换高速挡的惯性相位期间减少并且随后增加。这由图5 中时间544与548之间的示例性基础空气扭矩请求508示出。在惯性相位期间，可以将火 花扭矩请求512设置为小于基础空气扭矩请求508以使得火花正时将被拖延。这些减少和 稍后增加可以使得换高速挡平滑。
[0247] 参考模块368基于换高速挡的惯性相位期间的气门重叠的第三量、第三容积效率 以及第二有效排量来设置参考进气和排气凸轮相位器角。气门重叠的第三量小于气门重叠 的第一量并且可以小于气门重叠的第二量。第三容积效率小于第二容积效率。第二有效排 量小于第一有效排量。
[0248] 由于使用这些参考进气和排气凸轮相位器角，所以选择模块344选择受制于致动 器约束348和输出约束356的在换高速挡的惯性相位期间尽可能接近地提供较低气门重 叠、较低有效排量以及较低容积效率的可能目标值组。例如，可以拖延参考进气凸轮相位器 角和/或可以提前参考排气凸轮相位器角以在惯性相位期间提供较低气门重叠、较低有效 排量以及较低容积效率。这由图5中时间544与548之间的示例性排气门开度532和进气 门开度536示出。变速器控制模块194可以在第三预定周期期间执行换高速挡的惯性相位。
[0249] 在换高速挡的惯性相位期间参考模块368还可以在惯性相位开始时减少参考节 气门打开面积并且随后增加参考节气门打开面积。因此，选择模块344可以选择在惯性相 位期间也减少并随后增加目标节气门打开面积267的可能目标值组。这由图5中时间544 与548之间的示例性节气门开度516示出。目标节气门打开面积267的减少使得示例性 MAP524减少。如以上所描述对于换高速挡调整目标进气凸轮相位器角269和/或排气凸轮 相位器角270相对于通过调整目标节气门打开面积267执行换高速挡而言可以提供燃料效 率增加，因为调整目标进气凸轮相位器角269和/或排气凸轮相位器角270减少换高速挡 期间通过发动机102的气流。
[0250] 现在参照图6,呈现描绘设置用于换高速挡的参考值值356的示例性方法的流程 图。控制可以通过604开始，其中参考模块36