使用模型預(yù)測控制的空氣流控制系統(tǒng)和方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及使用模型預(yù)測控制的空氣流控制系統(tǒng)和方法。扭矩請求模塊基于駕駛員輸入來生成用于火花點火發(fā)動機的第一扭矩請求。扭矩轉(zhuǎn)化模塊將第一扭矩請求轉(zhuǎn)化為第二扭矩請求。設(shè)定點控制模塊基于第二扭矩請求來生成用于火花點火發(fā)動機的空氣和排氣設(shè)定點。模型預(yù)測控制（MPC）模塊執(zhí)行下述操作：基于空氣和排氣設(shè)定點來識別可能目標(biāo)值的集合；分別基于火花點火發(fā)動機的模型和可能目標(biāo)值的集合來生成預(yù)測參數(shù)；基于預(yù)測參數(shù)來選擇可能目標(biāo)值的集合中的一個；并且基于所述集合中所選的一個的可能目標(biāo)值來設(shè)置目標(biāo)值。節(jié)氣門致動器模塊基于目標(biāo)值中的第一個控制來節(jié)氣門的開度。
【專利說明】使用模型預(yù)測控制的空氣流控制系統(tǒng)和方法
[0001] 相關(guān)申請的交叉引用 本申請要求提交于2013年4月23日的美國臨時申請No. 61/815,068的權(quán)益。以上 申請的公開內(nèi)容以引用方式全文并入本文中。
[0002] 本申請與下列美國專利申請有關(guān)：2013年6月6日提交的No. 13/911，148 ;2013 年6月6日提交的No. 13/911，132;以及2013年6月6日提交的No. 13/911，121。上述 申請的全部公開內(nèi)容以引用方式并入本文中。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003] 本公開涉及內(nèi)燃發(fā)動機，并且更特別地涉及用于車輛的發(fā)動機控制系統(tǒng)和方法。

【背景技術(shù)】
[0004] 在此提供的【背景技術(shù)】描述用于總體上介紹本公開的背景的目的。當(dāng)前署名發(fā)明人 的工作(在【背景技術(shù)】部分描述的程度上）以及本描述中否則不足以作為申請時現(xiàn)有技術(shù)的 各方面，既不明顯地也非隱含地被承認(rèn)為與本公開相抵觸的現(xiàn)有技術(shù)。
[0005] 內(nèi)燃發(fā)動機在汽缸內(nèi)燃燒空氣和燃料混合物以驅(qū)動活塞，這產(chǎn)生驅(qū)動扭矩。進(jìn)入 發(fā)動機的空氣流經(jīng)由節(jié)氣門被調(diào)節(jié)。更具體而言，節(jié)氣門調(diào)整節(jié)流面積，這增加或減小進(jìn)入 發(fā)動機的空氣流。隨著節(jié)流面積的增加，進(jìn)入發(fā)動機的空氣流增加。燃料控制系統(tǒng)調(diào)整燃 料噴射的速率以向汽缸提供期望的空氣/燃料混合物和/或?qū)崿F(xiàn)期望的扭矩輸出。增加提 供至汽缸的空氣和燃料的量增加了發(fā)動機的扭矩輸出。
[0006] 在火花點火發(fā)動機中，火花引發(fā)提供給汽缸的空氣/燃料混合物的燃燒。在壓縮 點火發(fā)動機中，汽缸中的壓縮燃燒了提供給汽缸的空氣/燃料混合物。火花正時和空氣流 量可以是用于調(diào)整火花點火發(fā)動機的扭矩輸出的主要機制，而燃料流量可以是用于調(diào)整壓 縮點火發(fā)動機的扭矩輸出的主要機制。
[0007] 已開發(fā)出發(fā)動機控制系統(tǒng)，以控制發(fā)動機輸出扭矩從而實現(xiàn)期望扭矩。然而，傳統(tǒng) 的發(fā)動機控制系統(tǒng)不能如所期望的那樣準(zhǔn)確地控制發(fā)動機輸出扭矩。此外，傳統(tǒng)的發(fā)動機 控制系統(tǒng)不能提供對控制信號的快速響應(yīng)或在影響發(fā)動機輸出扭矩的各種裝置之間協(xié)調(diào) 發(fā)動機扭矩控制。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 在一個特征中，一種用于車輛的發(fā)動機控制系統(tǒng)包括：扭矩請求模塊、扭矩轉(zhuǎn)化模 塊、設(shè)定點控制模塊、模型預(yù)測控制（MPC)模塊和節(jié)氣門致動器模塊。所述扭矩請求模塊基 于駕駛員輸入來生成用于火花點火發(fā)動機的第一扭矩請求。所述扭矩轉(zhuǎn)化模塊將所述第一 扭矩請求轉(zhuǎn)化為第二扭矩請求。所述設(shè)定點控制模塊基于所述第二扭矩請求來生成用于所 述火花點火發(fā)動機的空氣和排氣設(shè)定點。所述MPC模塊基于所述空氣和排氣設(shè)定點來識別 可能目標(biāo)值的集合、分別基于所述火花點火發(fā)動機的模型和可能目標(biāo)值的所述集合來生成 預(yù)測參數(shù)、基于所述預(yù)測參數(shù)來選擇可能目標(biāo)值的所述集合中的一個、以及基于所述集合 中的所選一個的所述可能目標(biāo)值來設(shè)置目標(biāo)值。所述節(jié)氣門致動器模塊基于所述目標(biāo)值中 的第一個來控制節(jié)氣門的開度。
[0009] 在其它特征中：增壓致動器模塊，其基于所述目標(biāo)值中的第二個來控制廢氣門的 開度；排氣再循環(huán)（EGR)致動器模塊，其基于所述目標(biāo)值中的第三個來控制EGR閥的開度； 以及移相器致動器模塊，其基于所述目標(biāo)值中的第四個和第五個來控制進(jìn)氣閥定相和排氣 閥定相。
[0010] 在其它特征中，所述MPC模塊進(jìn)一步基于所述空氣和排氣設(shè)定點來選擇可能目標(biāo) 值的所述集合中的所述一個。
[0011] 在其它特征中，所述MPC模塊基于所述空氣和排氣設(shè)定點分別與所述預(yù)測參數(shù)的 比較來選擇可能目標(biāo)值的所述集合中的所述一個。
[0012] 在其它特征中，所述MPC模塊基于所述空氣和排氣設(shè)定點分別與所述預(yù)測參數(shù)的 所述比較來確定可能目標(biāo)值的所述集合的成本，并且基于所述成本來選擇可能目標(biāo)值的所 述集合中的所述一個。
[0013] 在其它特征中，所述MPC模塊將所述目標(biāo)值分別設(shè)置到針對所述目標(biāo)值的預(yù)定范 圍內(nèi)。
[0014] 在其它特征中，所述設(shè)定點模塊進(jìn)一步基于期望燃燒定相來生成所述空氣和排氣 設(shè)定點。
[0015] 在其它特征中，所述設(shè)定點模塊分別進(jìn)一步基于所述空氣和排氣設(shè)定點的預(yù)定范 圍來生成所述空氣和排氣設(shè)定點。
[0016] 在其它特征中，所述設(shè)定點模塊進(jìn)一步基于停用汽缸的數(shù)量來生成所述空氣和排 氣設(shè)定點。
[0017] 在其它特征中，所述設(shè)定點包括進(jìn)氣歧管壓力設(shè)定點、每缸空氣質(zhì)量(APC)設(shè)定 點、外部稀釋設(shè)定點、殘余稀釋設(shè)定點、以及壓縮比設(shè)定點。
[0018] 在一個特征中，一種用于車輛的發(fā)動機控制方法包括：基于駕駛員輸入來生成用 于火花點火發(fā)動機的第一扭矩請求；將所述第一扭矩請求轉(zhuǎn)化為第二扭矩請求；基于所述 第二扭矩請求來生成用于所述火花點火發(fā)動機的空氣和排氣設(shè)定點。該方法還包括使用模 型預(yù)測控制（MPC)模塊來執(zhí)行下述操作：基于所述空氣和排氣設(shè)定點來識別可能目標(biāo)值的 集合；分別基于所述火花點火發(fā)動機的模型和可能目標(biāo)值的所述集合來生成預(yù)測參數(shù)；基 于所述預(yù)測參數(shù)來選擇可能目標(biāo)值的所述集合中的一個；以及基于所述集合中的所選一個 的所述可能目標(biāo)值來設(shè)置目標(biāo)值。該方法還包括：基于所述目標(biāo)值中的第一個來控制節(jié)氣 門的開度。
[0019] 在其它特征中，該方法還包括：基于所述目標(biāo)值中的第二個來控制廢氣門的開度； 基于所述目標(biāo)值中的第三個來控制排氣再循環(huán)（EGR)閥的開度；以及基于所述目標(biāo)值中的 第四個和第五個來控制進(jìn)氣閥定相和排氣閥定相。
[0020] 在其它特征中，該方法還包括：進(jìn)一步基于所述空氣和排氣設(shè)定點來選擇可能目 標(biāo)值的所述集合中的所述一個。
[0021] 在其它特征中，該方法還包括：基于所述空氣和排氣設(shè)定點分別與所述預(yù)測參數(shù) 的比較來選擇可能目標(biāo)值的所述集合中的所述一個。
[0022] 在其它特征中，該方法還包括：基于所述空氣和排氣設(shè)定點分別與所述預(yù)測參數(shù) 的所述比較來確定可能目標(biāo)值的所述集合的成本；以及基于所述成本來選擇可能目標(biāo)值的 所述集合中的所述一個。
[0023] 在其它特征中，該方法還包括：將所述目標(biāo)值分別設(shè)置到針對所述目標(biāo)值的預(yù)定 范圍內(nèi)。
[0024] 在其它特征中，該方法還包括：進(jìn)一步基于期望燃燒定相來生成所述空氣和排氣 設(shè)定點。
[0025] 在其它特征中，該方法還包括：分別進(jìn)一步基于所述空氣和排氣設(shè)定點的預(yù)定范 圍來生成所述空氣和排氣設(shè)定點。
[0026] 在其它特征中，該方法還包括：進(jìn)一步基于停用汽缸的數(shù)量來生成所述空氣和排 氣設(shè)定點。
[0027] 在其它特征中，所述設(shè)定點包括進(jìn)氣歧管壓力設(shè)定點、每缸空氣質(zhì)量(APC)設(shè)定 點、外部稀釋設(shè)定點、殘余稀釋設(shè)定點、以及壓縮比設(shè)定點。
[0028] 本發(fā)明還可包括下列方案。
[0029] 1. 一種用于車輛的發(fā)動機控制系統(tǒng)，包括： 扭矩請求模塊，所述扭矩請求模塊基于駕駛員輸入來生成用于火花點火發(fā)動機的第一 扭矩請求； 扭矩轉(zhuǎn)化模塊，所述扭矩轉(zhuǎn)化模塊將所述第一扭矩請求轉(zhuǎn)化為第二扭矩請求； 設(shè)定點控制模塊，所述設(shè)定點控制模塊基于所述第二扭矩請求來生成用于所述火花點 火發(fā)動機的空氣和排氣設(shè)定點； 模型預(yù)測控制（MPC)模塊，所述MPC模塊基于所述空氣和排氣設(shè)定點來識別可能目標(biāo) 值的集合、分別基于所述火花點火發(fā)動機的模型和可能目標(biāo)值的所述集合來生成預(yù)測參 數(shù)、基于所述預(yù)測參數(shù)來選擇可能目標(biāo)值的所述集合中的一個、以及基于所述集合中的所 選一個的所述可能目標(biāo)值來設(shè)置目標(biāo)值；以及 節(jié)氣門致動器模塊，所述節(jié)氣門致動器模塊基于所述目標(biāo)值中的第一個來控制節(jié)氣門 的開度。
[0030] 2.根據(jù)方案1所述的發(fā)動機控制系統(tǒng)，還包括： 增壓致動器模塊，其基于所述目標(biāo)值中的第二個來控制廢氣門的開度； 排氣再循環(huán)（EGR)致動器模塊，其基于所述目標(biāo)值中的第三個來控制EGR閥的開度；以 及 移相器致動器模塊，其基于所述目標(biāo)值中的第四個和第五個來控制進(jìn)氣閥定相和排氣 閥定相。
[0031] 3.根據(jù)方案1所述的發(fā)動機控制系統(tǒng)，其中，所述MPC模塊進(jìn)一步基于所述空氣和 排氣設(shè)定點來選擇可能目標(biāo)值的所述集合中的所述一個。
[0032] 4.根據(jù)方案3所述的發(fā)動機控制系統(tǒng)，其中，所述MPC模塊基于所述空氣和排氣設(shè) 定點分別與所述預(yù)測參數(shù)的比較來選擇可能目標(biāo)值的所述集合中的所述一個。
[0033] 5.根據(jù)方案4所述的發(fā)動機控制系統(tǒng)，其中，所述MPC模塊基于所述空氣和排氣設(shè) 定點分別與所述預(yù)測參數(shù)的所述比較來確定可能目標(biāo)值的所述集合的成本，并且基于所述 成本來選擇可能目標(biāo)值的所述集合中的所述一個。
[0034] 6.根據(jù)方案1所述的發(fā)動機控制系統(tǒng)，其中，所述MPC模塊將所述目標(biāo)值分別設(shè)置 到針對所述目標(biāo)值的預(yù)定范圍內(nèi)。
[0035] 7.根據(jù)方案1所述的發(fā)動機控制系統(tǒng)，其中，所述設(shè)定點模塊進(jìn)一步基于期望燃 燒定相來生成所述空氣和排氣設(shè)定點。
[0036] 8.根據(jù)方案1所述的發(fā)動機控制系統(tǒng)，其中，所述設(shè)定點模塊分別進(jìn)一步基于所 述空氣和排氣設(shè)定點的預(yù)定范圍來生成所述空氣和排氣設(shè)定點。
[0037] 9.根據(jù)方案1所述的發(fā)動機控制系統(tǒng)，其中，所述設(shè)定點模塊進(jìn)一步基于停用汽 缸的數(shù)量來生成所述空氣和排氣設(shè)定點。
[0038] 10.根據(jù)方案1所述的發(fā)動機控制系統(tǒng)，其中，所述設(shè)定點包括進(jìn)氣歧管壓力設(shè)定 點、每缸空氣質(zhì)量（APC)設(shè)定點、外部稀釋設(shè)定點、殘余稀釋設(shè)定點、以及壓縮比設(shè)定點。
[0039] 11. -種用于車輛的發(fā)動機控制方法，包括： 基于駕駛員輸入來生成用于火花點火發(fā)動機的第一扭矩請求； 將所述第一扭矩請求轉(zhuǎn)化為第二扭矩請求； 基于所述第二扭矩請求來生成用于所述火花點火發(fā)動機的空氣和排氣設(shè)定點； 使用模型預(yù)測控制（MPC)模塊執(zhí)行下述操作： 基于所述空氣和排氣設(shè)定點來識別可能目標(biāo)值的集合； 分別基于所述火花點火發(fā)動機的模型和可能目標(biāo)值的所述集合來生成預(yù)測參數(shù)； 基于所述預(yù)測參數(shù)來選擇可能目標(biāo)值的所述集合中的一個；以及 基于所述集合中的所選一個的所述可能目標(biāo)值來設(shè)置目標(biāo)值；以及 基于所述目標(biāo)值中的第一個來控制節(jié)氣門的開度。
[0040] 12.根據(jù)方案11所述的發(fā)動機控制方法，還包括： 基于所述目標(biāo)值中的第二個來控制廢氣門的開度； 基于所述目標(biāo)值中的第三個來控制排氣再循環(huán)（EGR)閥的開度；以及 基于所述目標(biāo)值中的第四個和第五個來控制進(jìn)氣閥定相和排氣閥定相。
[0041] 13.根據(jù)方案11所述的發(fā)動機控制方法，還包括：進(jìn)一步基于所述空氣和排氣設(shè) 定點來選擇可能目標(biāo)值的所述集合中的所述一個。
[0042] 14.根據(jù)方案13所述的發(fā)動機控制方法，還包括：基于所述空氣和排氣設(shè)定點分 別與所述預(yù)測參數(shù)的比較來選擇可能目標(biāo)值的所述集合中的所述一個。
[0043] 15.根據(jù)方案14所述的發(fā)動機控制方法，還包括： 基于所述空氣和排氣設(shè)定點分別與所述預(yù)測參數(shù)的所述比較來確定可能目標(biāo)值的所 述集合的成本；以及 基于所述成本來選擇可能目標(biāo)值的所述集合中的所述一個。
[0044] 16.根據(jù)方案11所述的發(fā)動機控制方法，還包括：將所述目標(biāo)值分別設(shè)置到針對 所述目標(biāo)值的預(yù)定范圍內(nèi)。
[0045] 17.根據(jù)方案11所述的發(fā)動機控制方法，還包括：進(jìn)一步基于期望燃燒定相來生 成所述空氣和排氣設(shè)定點。
[0046] 18.根據(jù)方案11所述的發(fā)動機控制方法，還包括：分別進(jìn)一步基于所述空氣和排 氣設(shè)定點的預(yù)定范圍來生成所述空氣和排氣設(shè)定點。
[0047] 19.根據(jù)方案11所述的發(fā)動機控制方法，還包括：進(jìn)一步基于停用汽缸的數(shù)量來 生成所述空氣和排氣設(shè)定點。
[0048] 20.根據(jù)方案11所述的發(fā)動機控制方法，其中，所述設(shè)定點包括進(jìn)氣歧管壓力設(shè) 定點、每缸空氣質(zhì)量（APC)設(shè)定點、外部稀釋設(shè)定點、殘余稀釋設(shè)定點、以及壓縮比設(shè)定點。 [0049] 通過詳細(xì)描述、權(quán)利要求和附圖，本公開的其它應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒆兊蔑@而易見。詳細(xì)描 述和具體示例僅意圖用于舉例說明的目的，而并非意圖限制本公開的范圍。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0050] 通過詳細(xì)描述和附圖將會更全面地理解本公開，附圖中： 圖1是根據(jù)本公開的示例性發(fā)動機系統(tǒng)的功能框圖； 圖2是根據(jù)本公開的示例性發(fā)動機控制系統(tǒng)的功能框圖； 圖3是根據(jù)本公開的示例性空氣控制模塊的功能框圖；以及 圖4包括描繪根據(jù)本公開的使用模型預(yù)測控制來控制節(jié)氣門、進(jìn)氣閥和排氣閥定相、 廢氣門以及排氣再循環(huán)（EGR)閥的示例性方法的流程圖。
[0051] 在附圖中，附圖標(biāo)記可再次使用，以標(biāo)示類似的和/或相同的元件。

【具體實施方式】
[0052] 發(fā)動機控制模塊（ECM)控制發(fā)動機的扭矩輸出。更具體而言，ECM分別基于目標(biāo)值 來控制發(fā)動機的致動器，以產(chǎn)生請求量的扭矩。例如，ECM基于目標(biāo)進(jìn)氣和排氣移相器角度 來控制進(jìn)氣和排氣凸輪軸定相、基于目標(biāo)節(jié)氣門開度來控制節(jié)氣門、基于目標(biāo)EGR開度來 控制排氣再循環(huán)（EGR)閥、并且基于目標(biāo)廢氣門占空比來控制渦輪增壓器的廢氣門。
[0053] ECM可以使用多個單輸入單輸出（SIS0)控制器(例如比例積分微分（PID)控制器） 單獨地確定目標(biāo)值。然而，當(dāng)使用多個SIS0控制器時，目標(biāo)值可以被設(shè)置以便以可能的燃 料消耗減少為代價來維持系統(tǒng)穩(wěn)定性。另外，各個SIS0控制器的標(biāo)定和設(shè)計可能是成本高 昂和耗時的。
[0054] 本公開的ECM使用模型預(yù)測控制（MPC)來生成目標(biāo)值。更具體而言，ECM生成各種 發(fā)動機空氣和排氣設(shè)定點，例如，進(jìn)氣歧管壓力設(shè)定點、每缸空氣質(zhì)量(APC)設(shè)定點、外部和 殘余稀釋設(shè)定點、以及壓縮比設(shè)定點。
[0055] ECM識別用于實現(xiàn)設(shè)定點的目標(biāo)值的可能集合。ECM基于可能集合的目標(biāo)值和發(fā) 動機的模型針對可能集合中的每一個來確定預(yù)測參數(shù)(響應(yīng))。約束也被考慮。ECM分別基 于預(yù)測參數(shù)與各設(shè)定點的比較來確定與可能集合中的每一個的使用相關(guān)聯(lián)的成本。例如， ECM可以分別基于預(yù)測參數(shù)多快地達(dá)到設(shè)定點和/或預(yù)測參數(shù)超出設(shè)定點多遠(yuǎn)來確定與可 能集合相關(guān)聯(lián)的成本。ECM可以選擇具有最低成本的可能集合中的一個，并且使用所選的可 能集合的目標(biāo)值來設(shè)定目標(biāo)值。
[0056] 現(xiàn)在參看圖1，提供了示例性發(fā)動機系統(tǒng)100的功能框圖。發(fā)動機系統(tǒng)100包括發(fā) 動機102,發(fā)動機102基于來自駕駛員輸入模塊104的駕駛員輸入來燃燒空氣/燃料混合 物，以產(chǎn)生用于車輛的驅(qū)動扭矩。發(fā)動機102可以是汽油火花點火的內(nèi)燃發(fā)動機。
[0057] 空氣通過節(jié)氣門112被吸入進(jìn)氣歧管110中。僅僅是舉例，節(jié)氣門112可包括具 有可旋轉(zhuǎn)葉片的蝶閥。發(fā)動機控制模塊（ECM) 114控制節(jié)氣門致動器模塊116,節(jié)氣門致動 器模塊116調(diào)節(jié)節(jié)氣門112的開度，以控制吸入進(jìn)氣歧管110的空氣的量。
[0058] 來自進(jìn)氣歧管110的空氣被吸入發(fā)動機102的汽缸中。雖然發(fā)動機102可包括多 個汽缸，但為了說明目的，示出單個代表性汽缸118。僅僅是舉例，發(fā)動機102可包括2個、 3個、4個、5個、6個、8個、10個和/或12個汽缸。ECM 114可指令汽缸致動器模塊120選 擇性地停用汽缸中的一些，這在某些發(fā)動機操作條件下可以改善燃料經(jīng)濟性。
[0059] 發(fā)動機102可使用四沖程循環(huán)來操作。以下描述的四個沖程可以被稱為進(jìn)氣沖 程、壓縮沖程、燃燒沖程和排氣沖程。在曲軸(未示出）的每周旋轉(zhuǎn)期間，在汽缸118內(nèi)進(jìn)行 四個沖程中的兩個。因此，汽缸118經(jīng)歷所有四個沖程需要兩周的曲軸旋轉(zhuǎn)。
[0060] 在進(jìn)氣沖程期間，來自進(jìn)氣歧管110的空氣通過進(jìn)氣閥122被吸入汽缸118中。 ECM 114控制燃料致動器模塊124,該燃料致動器模塊調(diào)節(jié)燃料噴射以實現(xiàn)目標(biāo)空燃比。燃 料可以在中央位置處或在多個位置處(例如，在每個汽缸118的進(jìn)氣閥122附近）噴入進(jìn)氣 歧管110中。在各種實施方式(未不出）中，燃料可以直接噴入汽缸中或噴入與汽缸相關(guān)聯(lián) 的混合室中。燃料致動器模塊124可以停止向停用的汽缸噴射燃料。
[0061] 噴射的燃料在汽缸118中與空氣混合并產(chǎn)生空氣/燃料混合物。在壓縮沖程期間， 汽缸118內(nèi)的活塞(未示出）壓縮空氣/燃料混合物。基于來自ECM 114的信號，火花致動 器模塊126激勵汽缸118中的火花塞128,火花塞128點燃空氣/燃料混合物。可相對于活 塞處于其稱為上止點（TDC)的最高位置的時間來規(guī)定火花的正時。
[0062] 火花致動器模塊126可由規(guī)定在TDC之前或之后多遠(yuǎn)處的正時信號控制，以生成 火花。由于活塞位置與曲軸旋轉(zhuǎn)直接相關(guān)，因此火花致動器模塊126的操作可以與曲軸角 度同步。生成火花可被稱為點火事件。火花致動器模塊126可具有針對每個點火事件改變 火花正時的能力。當(dāng)火花正時在上一點火事件和下一點火事件之間變化時，火花致動器模 塊126可以針對下一點火事件改變火花正時?；鸹ㄖ聞悠髂K126可以停止向停用的汽缸 提供火花。
[0063] 在燃燒沖程期間，空氣/燃料混合物的燃燒驅(qū)動活塞以使其遠(yuǎn)離TDC，從而驅(qū)動曲 軸。燃燒沖程可被定義為在活塞到達(dá)TDC的時刻和活塞達(dá)到下止點（BDC)的時刻之間的時 間。在排氣沖程期間，活塞開始移動成遠(yuǎn)離BDC并且使得燃燒副產(chǎn)物通過排氣閥130排出。 燃燒副產(chǎn)物從車輛經(jīng)由排氣系統(tǒng)134排出。
[0064] 進(jìn)氣閥122可由進(jìn)氣凸輪軸140控制，而排氣閥130可由排氣凸輪軸142控制。 在各種實施方式中，多個進(jìn)氣凸輪軸(包括進(jìn)氣凸輪軸140)可以控制汽缸118的多個進(jìn)氣 閥(包括進(jìn)氣閥122)和/或可以控制多組汽缸(包括汽缸118)的進(jìn)氣閥(包括進(jìn)氣閥122)。 類似地，多個排氣凸輪軸（包括排氣凸輪軸142)可以控制汽缸118的多個排氣閥和/或可 以控制多組汽缸(包括汽缸118)的排氣閥(包括排氣閥130)。在各種其它實施方式中，可由 除凸輪軸之外的裝置(諸如無凸輪的閥致動器)來控制進(jìn)氣閥122和/或排氣閥130。汽缸 致動器模塊120可通過禁止打開進(jìn)氣閥122和/或排氣閥130而停用汽缸118。
[0065] 進(jìn)氣閥122打開的時刻可由進(jìn)氣凸輪移相器148相對于活塞TDC而改變。排氣閥 130打開的時刻可由排氣凸輪移相器150相對于活塞TDC而改變。移相器致動器模塊158 可基于來自ECM 114的信號而控制進(jìn)氣凸輪移相器148和排氣凸輪移相器150。當(dāng)實施時， 可變閥升程(未示出）也可由移相器致動器模塊158控制。
[0066] 發(fā)動機系統(tǒng)100可包括渦輪增壓器，渦輪增壓器包括由流過排氣系統(tǒng)134的熱排 氣供能的熱的渦輪160-1。渦輪增壓器還包括由渦輪160-1驅(qū)動的冷空氣壓縮機160-2。壓 縮機160-2壓縮引入節(jié)氣門112中的空氣。在各種實施方式中，由曲軸驅(qū)動的增壓器(未示 出）可以壓縮來自節(jié)氣門112的空氣并將壓縮空氣輸送至進(jìn)氣歧管110。
[0067] 廢氣門162可允許排氣繞過渦輪160-1，從而減少由渦輪增壓器提供的增壓(或進(jìn) 氣空氣壓縮量)。增壓致動器模塊164可通過控制廢氣門162的開度來控制渦輪增壓器的 增壓。在各種實施方式中，兩個或更多個渦輪增壓器可以被實施并且可由增壓致動器模塊 164來控制。
[0068] 空氣冷卻器(未示出）可以將熱從壓縮空氣充氣傳遞到冷卻介質(zhì)，例如，發(fā)動機冷 卻劑或空氣。使用發(fā)動機冷卻劑來冷卻壓縮空氣充氣的空氣冷卻器可被稱為中間冷卻器。 使用空氣來冷卻壓縮空氣充氣的空氣冷卻器可被稱為充氣空氣冷卻器。壓縮空氣充氣可以 例如經(jīng)由壓縮和/或從排氣系統(tǒng)134的部件來接收熱。雖然為了說明的目的而示出為分開 的，但渦輪160-1和壓縮機160-2可附接到彼此，從而使進(jìn)氣空氣緊鄰熱排氣。
[0069] 發(fā)動機系統(tǒng)100可包括排氣再循環(huán)（EGR)閥170,該閥將排氣選擇性地重新導(dǎo)向回 進(jìn)氣歧管110中。EGR閥170可位于渦輪增壓器的渦輪160-1的上游。EGR閥170可基于 來自ECM 114的信號由EGR致動器模塊172控制。
[0070] 曲軸的位置可使用曲軸位置傳感器180來測量。曲軸的旋轉(zhuǎn)速度(發(fā)動機速度)可 以基于曲軸位置來確定。發(fā)動機冷卻劑的溫度可使用發(fā)動機冷卻劑溫度（ECT)傳感器182 測量。ECT傳感器182可位于發(fā)動機102內(nèi)或位于冷卻劑循環(huán)所處的其它位置，例如散熱器 (未示出）。
[0071] 進(jìn)氣歧管110內(nèi)的壓力可使用歧管絕對壓力（MAP)傳感器184測量。在各種實施 方式中，可測量發(fā)動機真空度，所述發(fā)動機真空度為環(huán)境空氣壓力與進(jìn)氣歧管110內(nèi)的壓 力之差?？墒褂每諝赓|(zhì)量流量(MAF)傳感器186測量流入進(jìn)氣歧管110中的空氣的質(zhì)量流 率。在各種實施方式中，MAF傳感器186可位于還包括節(jié)氣門112的外殼中。
[0072] 節(jié)氣門致動器模塊116可使用一個或多個節(jié)氣門位置傳感器（TPS) 190來監(jiān)測節(jié) 氣門112的位置?？墒褂眠M(jìn)氣空氣溫度（IAT)傳感器192測量吸入發(fā)動機102的空氣的環(huán) 境溫度。發(fā)動機系統(tǒng)100也可包括一個或多個其它傳感器193,例如，環(huán)境濕度傳感器、一個 或多個爆震傳感器、壓縮機出口壓力傳感器和/或節(jié)氣門入口壓力傳感器、廢氣門位置傳 感器、EGR位置傳感器、和/或一個或多個其它合適的傳感器。ECM 114可使用來自傳感器 的信號來為發(fā)動機系統(tǒng)1〇〇做出控制決策。
[0073] ECM 114可與變速器控制模塊194通信，以協(xié)調(diào)變速器(未示出）中的換檔。例如， ECM 114可以在換檔期間減小發(fā)動機扭矩。ECM 114可與混合控制模塊196通信，以協(xié)調(diào)發(fā) 動機102和電動馬達(dá)198的操作。
[0074] 電動馬達(dá)198也可充當(dāng)發(fā)電機，并可用來產(chǎn)生電能以便由車輛的電氣系統(tǒng)使用和 /或儲存在蓄電池中。在各種實施方式中，ECM 114、變速器控制模塊194和混合控制模塊 196的各種功能可以一體化到一個或多個模塊中。
[0075] 改變發(fā)動機參數(shù)的每個系統(tǒng)可被稱為發(fā)動機致動器。例如，節(jié)氣門致動器模塊116 可以調(diào)整節(jié)氣門112的開度，以實現(xiàn)目標(biāo)節(jié)氣門打開面積。火花致動器模塊126控制火花 塞，以實現(xiàn)相對于活塞TDC的目標(biāo)火花正時。燃料致動器模塊124控制燃料噴射器，以實現(xiàn) 目標(biāo)燃料供給參數(shù)。移相器致動器模塊158可以分別控制進(jìn)氣凸輪移相器148和排氣凸輪 移相器150,以實現(xiàn)目標(biāo)進(jìn)氣和排氣凸輪移相器角度。EGR致動器模塊172可以控制EGR閥 170,以實現(xiàn)目標(biāo)EGR打開面積。增壓致動器模塊164控制廢氣門162,以實現(xiàn)目標(biāo)廢氣門打 開面積。汽缸致動器模塊120控制汽缸停用，以實現(xiàn)啟用或停用的汽缸的目標(biāo)數(shù)量。
[0076] ECM 114生成用于發(fā)動機致動器的目標(biāo)值，以使得發(fā)動機102生成目標(biāo)發(fā)動機輸 出扭矩。ECM 114使用模型預(yù)測控制來生成用于發(fā)動機致動器的目標(biāo)值，如下文進(jìn)一步討論 的。
[0077] 現(xiàn)在參看圖2,提供了示例性發(fā)動機控制系統(tǒng)的功能框圖。ECM 114的示例性實施 方式包括駕駛員扭矩模塊202、輪軸扭矩仲裁模塊204和推進(jìn)扭矩仲裁模塊206。ECM 114 可包括混合優(yōu)化模塊208。ECM 114也包括儲備/負(fù)載模塊220、扭矩請求模塊224、空氣控 制模塊228、火花控制模塊232、汽缸控制模塊236和燃料控制模塊240。
[0078] 駕駛員扭矩模塊202可基于來自駕駛員輸入模塊104的駕駛員輸入255來確定駕 駛員扭矩請求254。駕駛員輸入255可基于例如加速器踏板的位置和制動器踏板的位置。 駕駛員輸入255還可基于巡航控制，該巡航控制可以是改變車輛速度以保持預(yù)定跟隨距離 的自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)。駕駛員扭矩模塊202可存儲加速器踏板位置與目標(biāo)扭矩的一個或 多個映射并可基于映射中選定的一個來確定駕駛員扭矩請求254。
[0079] 輪軸扭矩仲裁模塊204在駕駛員扭矩請求254和其它輪軸扭矩請求256之間進(jìn)行 仲裁。輪軸扭矩(車輪處的扭矩）可由包括發(fā)動機和/或電動馬達(dá)的各種源產(chǎn)生。例如，輪 軸扭矩請求256可包括當(dāng)檢測到正向車輪打滑（positive wheel slip)時由牽引控制系統(tǒng) 請求的扭矩減小。當(dāng)輪軸扭矩克服車輪與路面之間的摩擦并且車輪開始抵靠路面打滑時， 發(fā)生所述正向車輪打滑。輪軸扭矩請求256還可包括用于抵消負(fù)向車輪打滑的扭矩增加請 求，在負(fù)向車輪打滑的情況下，因為輪軸扭矩為負(fù)，所以車輛的輪胎沿相對于路面的另一方 向打滑。
[0080] 輪軸扭矩請求256還可包括括制動管理請求和車輛超速扭矩請求。制動管理請求 可在車輛停止時減小輪軸扭矩以確保輪軸扭矩不超過制動器固定住車輛的能力。車輛超速 扭矩請求可減小輪軸扭矩以防止車輛超過預(yù)定速度。輪軸扭矩請求256還可通過車輛穩(wěn)定 性控制系統(tǒng)產(chǎn)生。
[0081] 輪軸扭矩仲裁模塊204基于在接收的扭矩請求254和256之間的仲裁結(jié)果來輸出 預(yù)測扭矩請求257和即時扭矩請求258。如下所述，來自輪軸扭矩仲裁模塊204的預(yù)測扭矩 請求257和即時扭矩請求258在被用于控制發(fā)動機致動器之前可選擇性地由ECM 114的其 它模塊調(diào)整。
[0082] 一般而言，即時扭矩請求258可以是當(dāng)前期望輪軸扭矩的量，而預(yù)測扭矩請求257 可以是在短時間內(nèi)可能需要的輪軸扭矩的量。ECM 114控制發(fā)動機系統(tǒng)100以產(chǎn)生等于即 時扭矩請求258的輪軸扭矩。然而，目標(biāo)值的不同組合可導(dǎo)致相同的輪軸扭矩。ECM 114可 因此調(diào)整目標(biāo)值以便能夠較快地轉(zhuǎn)變到預(yù)測扭矩請求257,同時使輪軸扭矩仍保持在即時 扭矩請求258。
[0083] 在各種實施方式中，預(yù)測扭矩請求257可基于駕駛員扭矩請求254被設(shè)置。即時 扭矩請求258在某些情況下可設(shè)置成小于預(yù)測扭矩請求257,例如當(dāng)駕駛員扭矩請求254正 使得車輪在結(jié)冰路面上打滑時。在這種情況下，牽引控制系統(tǒng)(未示出）可通過即時扭矩請 求258來請求減小，并且ECM 114將發(fā)動機扭矩輸出減小到即時扭矩請求258。然而，ECM 114執(zhí)行所述減小，使得一旦車輪停止打滑，發(fā)動機系統(tǒng)100就可以迅速重新開始產(chǎn)生預(yù)測 扭矩請求257。
[0084] 一般而言，即時扭矩請求258和（通常更高的）預(yù)測扭矩請求257之差可被稱為扭 矩儲備。扭矩儲備可表示發(fā)動機系統(tǒng)100可以最小延遲開始產(chǎn)生的額外的扭矩(超過即時 扭矩請求258)的量?？焖侔l(fā)動機致動器用來以最小的延遲增加或減小當(dāng)前輪軸扭矩?？?速發(fā)動機致動器相對于慢速發(fā)動機致動器而定義。
[0085] 一般而言，快速發(fā)動機致動器能比慢速發(fā)動機致動器更快速地改變輪軸扭矩。與 快速致動器所做的相比，慢速致動器可以更慢地響應(yīng)于其相應(yīng)目標(biāo)值的變化。例如，慢速致 動器可包括機械部件，該機械部件需要時間以響應(yīng)于目標(biāo)值的變化而從一位置移動至另一 位置。慢速致動器還可由在慢速致動器開始實施變化的目標(biāo)值之后輪軸扭矩開始變化所花 費的時間量來表征。通常，慢速致動器的這個時間量將比快速致動器的更長。此外，甚至在 開始變化之后，輪軸扭矩也可能花費更長時間以完全響應(yīng)慢速致動器的變化。
[0086] 僅僅是舉例，火花致動器模塊126可以是快速致動器?；鸹c火發(fā)動機可以通過 施加火花而燃燒包括例如汽油和乙醇的燃料。相比之下，節(jié)氣門致動器模塊116可以是慢 速致動器。
[0087] 例如，如上所述，當(dāng)火花正時在上一點火事件和下一點火事件之間改變時，火花致 動器模塊126可能改變下一點火事件的火花正時。相比之下，節(jié)氣門開度的變化花費更長 時間來影響發(fā)動機輸出扭矩。節(jié)氣門致動器模塊116通過調(diào)整節(jié)氣門112的葉片的角度來 改變節(jié)氣門開度。因此，當(dāng)節(jié)氣門112的開度的目標(biāo)值改變時，當(dāng)節(jié)氣門112響應(yīng)于該變化 而從其先前位置移動至新位置時，存在機械延遲。此外，基于節(jié)氣門開度的空氣流變化經(jīng)受 進(jìn)氣歧管110中的空氣傳輸延遲。此外，直到汽缸118在下一進(jìn)氣沖程接收額外空氣、壓縮 該額外空氣并且開始燃燒沖程，才將進(jìn)氣歧管110中增加的空氣流實現(xiàn)為發(fā)動機輸出扭矩 的增加。
[0088] 使用這些致動器作為例子，能夠通過將節(jié)氣門開度設(shè)置為允許發(fā)動機102產(chǎn)生預(yù) 測扭矩請求257的值來形成扭矩儲備。同時，可基于小于預(yù)測扭矩請求257的即時扭矩請 求258設(shè)置火花正時。雖然節(jié)氣門開度產(chǎn)生用于發(fā)動機102的足夠的空氣流以產(chǎn)生預(yù)測扭 矩請求257,但基于即時扭矩請求258來延遲火花正時(這減小扭矩)。發(fā)動機輸出扭矩將因 此等于即時扭矩請求258。
[0089] 當(dāng)需要額外的扭矩時，可基于預(yù)測扭矩請求257或在預(yù)測扭矩請求257和即時扭 矩請求258之間的扭矩來設(shè)置火花正時。通過后面的點火事件，火花致動器模塊126可以 使火花正時返回至最佳值，這允許發(fā)動機102產(chǎn)生借助于已經(jīng)存在的空氣流能夠獲得的全 部發(fā)動機輸出扭矩。發(fā)動機輸出扭矩可因此快速增加至預(yù)測扭矩請求257,而不經(jīng)歷由改變 節(jié)氣門開度導(dǎo)致的延遲。
[0090] 輪軸扭矩仲裁模塊204可將預(yù)測扭矩請求257和即時扭矩請求258輸出到推進(jìn)扭 矩仲裁模塊206。在各種實施方式中，輪軸扭矩仲裁模塊204可將預(yù)測扭矩請求257和即時 扭矩請求258輸出到混合優(yōu)化模塊208。
[0091] 混合優(yōu)化模塊208可確定應(yīng)該由發(fā)動機102產(chǎn)生多少扭矩和應(yīng)該由電動馬達(dá)198 產(chǎn)生多少扭矩。混合優(yōu)化模塊208接著分別將修改后的預(yù)測扭矩請求259和即時扭矩請求 260輸出至推進(jìn)扭矩仲裁模塊206。在各種實施方式中，混合優(yōu)化模塊208可在混合控制模 塊196中執(zhí)行。
[0092] 由推進(jìn)扭矩仲裁模塊206接收的預(yù)測扭矩請求和即時扭矩請求從輪軸扭矩域(車 輪處的扭矩)被轉(zhuǎn)換成推進(jìn)扭矩域（曲軸處的扭矩)。這種轉(zhuǎn)換可在混合優(yōu)化模塊208之前、 之后、作為其一部分發(fā)生，或者替代混合優(yōu)化模塊208而發(fā)生。
[0093] 推進(jìn)扭矩仲裁模塊206在包括轉(zhuǎn)換后的預(yù)測扭矩請求和即時扭矩請求的推進(jìn)扭 矩請求290之間進(jìn)行仲裁。推進(jìn)扭矩仲裁模塊206生成仲裁的預(yù)測扭矩請求261和仲裁的 即時扭矩請求262。仲裁的扭矩請求261和仲裁的扭矩請求262可通過從接收的扭矩請求 中選擇勝出的請求而生成。替代地或另外地，仲裁的扭矩請求可通過基于接收的扭矩請求 中的另一個或多個來修改接收的請求中的一個而生成。
[0094] 例如，推進(jìn)扭矩請求290可包括針對發(fā)動機超速保護(hù)的扭矩減小、針對失速預(yù)防 的扭矩增加、以及為適應(yīng)換檔而由變速器控制模塊194請求的扭矩減小。推進(jìn)扭矩請求290 還可由離合器燃料切斷產(chǎn)生，當(dāng)駕駛員踩下手動變速器車輛中的離合器踏板以防止發(fā)動機 轉(zhuǎn)速猛增(急劇升高）時，所述離合器燃料切斷減小發(fā)動機輸出扭矩。
[0095] 推進(jìn)扭矩請求290還可包括發(fā)動機停止請求，其在檢測到重大故障時可以被啟 動。僅僅是舉例，重大故障可包括檢測到車輛被盜、起動馬達(dá)卡住、電子節(jié)氣門控制問題和 意外的扭矩增加。在各種實施方式中，當(dāng)存在發(fā)動機停止請求時，仲裁會選擇發(fā)動機停止請 求作為勝出的請求。當(dāng)存在發(fā)動機停止請求時，推進(jìn)扭矩仲裁模塊206可以輸出零作為仲 裁的預(yù)測扭矩請求261和仲裁的即時扭矩請求262。
[0096] 在各種實施方式中，發(fā)動機停止請求可以獨立于仲裁過程而簡單地關(guān)閉發(fā)動機 102。推進(jìn)扭矩仲裁模塊206仍然可以接收發(fā)動機停止請求，以便例如適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)能夠反饋 給其他的扭矩請求者。例如，可以通知所有其他扭矩請求者：它們已經(jīng)輸?shù)袅酥俨谩?br> [0097] 儲備/負(fù)載模塊220接收仲裁的預(yù)測扭矩請求261和仲裁的即時扭矩請求262。儲 備/負(fù)載模塊220可調(diào)整仲裁的預(yù)測扭矩請求261和仲裁的即時扭矩請求262以產(chǎn)生扭矩 儲備和/或補償一個或多個負(fù)載。儲備/負(fù)載模塊220然后將調(diào)整后的預(yù)測扭矩請求263 和調(diào)整后的即時扭矩請求264輸出到扭矩請求模塊224。
[0098] 僅僅是舉例，催化劑起燃過程或冷啟動排放降低過程可能需要延遲的火花正時。 儲備/負(fù)載模塊220可因此將調(diào)整后的預(yù)測扭矩請求263增加成高于調(diào)整后的即時扭矩請 求264,以便為冷啟動排放降低過程形成延遲的火花。在另一示例中，可以直接改變發(fā)動機 的空燃比和/或空氣質(zhì)量流量，例如通過診斷侵入式當(dāng)量比試驗和/或新發(fā)動機凈化實現(xiàn)。 在開始這些過程之前，可以形成或增加扭矩儲備，以迅速彌補由在這些過程期間稀的空氣/ 燃料混合物引起的發(fā)動機輸出扭矩的降低。
[0099] 儲備/負(fù)載模塊220還可在諸如動力轉(zhuǎn)向泵操作或空氣調(diào)節(jié)（A/C)壓縮機離合器 的接合的將來負(fù)載的預(yù)期下產(chǎn)生或增加扭矩儲備。用于A/C壓縮機離合器的接合的儲備可 在駕駛員第一次請求空氣調(diào)節(jié)時產(chǎn)生。儲備/負(fù)載模塊220可增加調(diào)整的預(yù)測扭矩請求 263,同時使調(diào)整的即時扭矩請求264保持不變以產(chǎn)生扭矩儲備。然后，當(dāng)A/C壓縮機離合 器接合時，儲備/負(fù)載模塊220可通過A/C壓縮機離合器的估計負(fù)載來增加調(diào)整的即時扭 矩請求264。
[0100] 扭矩請求模塊224接收調(diào)整的預(yù)測扭矩請求263和調(diào)整的即時扭矩請求264。扭 矩請求模塊224確定將如何獲得調(diào)整的預(yù)測扭矩請求263和調(diào)整的即時扭矩請求264。扭 矩請求模塊224可以是因發(fā)動機類型而異的。例如，扭矩請求模塊224可以針對火花點火 發(fā)動機對比于壓縮點火發(fā)動機而不同地實施或者使用不同的控制方案。
[0101] 在各種實施方式中，扭矩請求模塊224可以限定全部發(fā)動機類型所共用的模塊與 因發(fā)動機類型而異的模塊之間的界線。例如，發(fā)動機類型可包括火花點火和壓縮點火。在 扭矩請求模塊224之前的模塊(例如推進(jìn)扭矩仲裁模塊206)可以是全部發(fā)動機類型所共用 的模塊，而扭矩請求模塊224和隨后的模塊可以是因發(fā)動機類型而異的。
[0102] 扭矩請求模塊224基于調(diào)整的預(yù)測扭矩請求263和調(diào)整的即時扭矩請求264來確 定空氣扭矩請求265?？諝馀ぞ卣埱?65可以是制動器扭矩。制動器扭矩可以指在當(dāng)前操 作條件下在曲軸處的扭矩。
[0103] 空氣流控制發(fā)動機致動器的目標(biāo)值基于空氣扭矩請求265被確定。更具體而言， 基于空氣扭矩請求265,空氣控制模塊228確定目標(biāo)廢氣門打開面積266、目標(biāo)節(jié)氣門打開 面積267、目標(biāo)EGR打開面積268、目標(biāo)進(jìn)氣凸輪移相器角度269和目標(biāo)排氣凸輪移相器角 度270?？諝饪刂颇K228使用模型預(yù)測控制來確定目標(biāo)廢氣門打開面積266、目標(biāo)節(jié)氣門 打開面積267、目標(biāo)EGR打開面積268、目標(biāo)進(jìn)氣凸輪移相器角度269和目標(biāo)排氣凸輪移相 器角度270,如下文進(jìn)一步討論的。
[0104] 增壓致動器模塊164控制廢氣門162以實現(xiàn)目標(biāo)廢氣門打開面積266。例如，第 一轉(zhuǎn)化模塊272可以將目標(biāo)廢氣門打開面積266轉(zhuǎn)化為將施加到廢氣門162的目標(biāo)占空比 274,并且增壓致動器模塊164可以基于目標(biāo)占空比274將信號施加到廢氣門162。在各種 實施方式中，第一轉(zhuǎn)化模塊272可以將目標(biāo)廢氣門打開面積266轉(zhuǎn)化為目標(biāo)廢氣門位置(未 示出），并且將目標(biāo)廢氣門位置轉(zhuǎn)化為目標(biāo)占空比274。
[0105] 節(jié)氣門致動器模塊116控制節(jié)氣門112以實現(xiàn)目標(biāo)節(jié)氣門打開面積267。例如，第 二轉(zhuǎn)化模塊276可以將目標(biāo)節(jié)氣門打開面積267轉(zhuǎn)化為將施加到節(jié)氣門112的目標(biāo)占空比 278,并且節(jié)氣門致動器模塊116可以基于目標(biāo)占空比278將信號施加到節(jié)氣門112。在各 種實施方式中，第二轉(zhuǎn)化模塊276可以將目標(biāo)節(jié)氣門打開面積267轉(zhuǎn)化為目標(biāo)節(jié)氣門位置 (未示出），并且將目標(biāo)節(jié)氣門位置轉(zhuǎn)化為目標(biāo)占空比278。
[0106] EGR致動器模塊172控制EGR閥170以實現(xiàn)目標(biāo)EGR打開面積268。例如，第三轉(zhuǎn) 化模塊280可以將目標(biāo)EGR打開面積268轉(zhuǎn)化為將施加到EGR閥170的目標(biāo)占空比282,并 且EGR致動器模塊172可以基于目標(biāo)占空比282將信號施加到EGR閥170。在各種實施方 式中，第三轉(zhuǎn)化模塊280可以將目標(biāo)EGR打開面積268轉(zhuǎn)化為目標(biāo)EGR位置(未示出），并且 將目標(biāo)EGR位置轉(zhuǎn)化為目標(biāo)占空比282。
[0107] 移相器致動器模塊158控制進(jìn)氣凸輪移相器148以實現(xiàn)目標(biāo)進(jìn)氣凸輪移相器角度 269。 移相器致動器模塊158也控制排氣凸輪移相器150以實現(xiàn)目標(biāo)排氣凸輪移相器角度 270。 在各種實施方式中，第四轉(zhuǎn)化模塊(未示出)可以被包括并且可以將目標(biāo)進(jìn)氣和排氣凸 輪移相器角度分別轉(zhuǎn)化為目標(biāo)進(jìn)氣和排氣占空比。移相器致動器模塊158可以將目標(biāo)進(jìn)氣 占空比和目標(biāo)排氣占空比分別施加到進(jìn)氣凸輪移相器148和排氣凸輪移相器150。
[0108] 扭矩請求模塊224也可以基于預(yù)測扭矩請求263和即時扭矩請求264而生成火花 扭矩請求283、汽缸關(guān)閉扭矩請求284和燃料扭矩請求285。火花控制模塊232可基于火花 扭矩請求283確定將火花正時從最佳火花正時起延遲(這減小發(fā)動機輸出扭矩)多少。僅僅 是舉例，扭矩關(guān)系可被顛倒以求解目標(biāo)火花正時286。對于給定的扭矩請求（Τ_)，目標(biāo)火花 正時（S T) 286可以基于下式被確定： (1)ST = Γ1 (TEeq, APC, I, E, AF, 0T, #). 這種關(guān)系可具體化為公式和/或查找表?？杖急龋ˋF)可以是由燃料控制模塊240報 告的實際空燃比。
[0109] 當(dāng)火花正時被設(shè)定為最佳火花正時時，所得的扭矩可盡可能接近最大最佳扭矩 (MBThMBT是指在使用具有大于預(yù)定辛烷值的辛烷值的燃料并使用化學(xué)計量比燃料供給的 情況下在火花正時提前時針對給定空氣流生成的最大發(fā)動機輸出扭矩。該最大扭矩發(fā)生時 的火花正時被稱為MBT火花正時。由于例如燃料質(zhì)量(例如，當(dāng)使用較低辛烷值的燃料時） 和諸如環(huán)境濕度和溫度的環(huán)境因素，最佳火花正時可以略微不同于MBT火花正時。因此，在 最佳火花正時時的發(fā)動機輸出扭矩可小于MBT。僅僅是舉例，在車輛設(shè)計的標(biāo)定階段期間可 以確定對應(yīng)于不同的發(fā)動機操作條件的最佳火花正時的表，并且基于當(dāng)前發(fā)動機操作條件 從表中確定最佳值。
[0110] 汽缸關(guān)閉扭矩請求284可由汽缸控制模塊236用來確定要停用的汽缸的目標(biāo)數(shù)量 287。在各種實施方式中，可以使用要啟用的汽缸的目標(biāo)數(shù)量。汽缸致動器模塊120基于目 標(biāo)數(shù)量287選擇性地啟用和停用汽缸的閥。
[0111] 汽缸控制模塊236還可指令燃料控制模塊240停止向停用的汽缸提供燃料，并可 指令火花控制模塊232停止向停用的汽缸提供火花。一旦汽缸中已存在的空氣/燃料混合 物被燃燒，火花控制模塊232就可以停止向汽缸提供火花。
[0112] 燃料控制模塊240可基于燃料扭矩請求285改變提供至每個汽缸的燃料的量。更 具體而言，燃料控制模塊240可基于燃料扭矩請求285生成目標(biāo)燃料供給參數(shù)288。目標(biāo)燃 料供給參數(shù)288可包括例如目標(biāo)燃料質(zhì)量、目標(biāo)噴射開始正時和目標(biāo)燃料噴射次數(shù)。
[0113] 在正常操作期間，燃料控制模塊240可以空氣主導(dǎo)模式操作，在該模式下，燃料控 制模塊240試圖通過基于空氣流控制燃料供給來保持化學(xué)計量空燃比。例如，燃料控制模 塊240可確定目標(biāo)燃料質(zhì)量，該目標(biāo)燃料質(zhì)量在與當(dāng)前的每缸空氣質(zhì)量(APC)結(jié)合時將產(chǎn) 生化學(xué)計量比燃燒。
[0114] 圖3是空氣控制模塊228的示例性實施方式的功能框圖。現(xiàn)在參看圖2和圖3， 如上文所討論的，空氣扭矩請求265可以是制動扭矩。扭矩轉(zhuǎn)化模塊304將空氣扭矩請求 265從制動器扭矩轉(zhuǎn)化為基本扭矩。由轉(zhuǎn)化為基本扭矩產(chǎn)生的扭矩請求將被稱為基本空氣 扭矩請求308。
[0115] 基本扭矩可以指在發(fā)動機102暖機并且沒有扭矩負(fù)載通過諸如交流發(fā)電機和空 調(diào)壓縮機的附件方式施加在發(fā)動機102上時在發(fā)動機102在測功器上操作期間在曲軸處得 到的扭矩。扭矩轉(zhuǎn)化模塊304可以例如使用將制動器扭矩與基本扭矩關(guān)聯(lián)的映射或函數(shù)將 空氣扭矩請求265轉(zhuǎn)化為基本空氣扭矩請求308。
[0116] 在各種實施方式中，扭矩轉(zhuǎn)化模塊304可以將空氣扭矩請求265轉(zhuǎn)化為諸如指示 扭矩的另一種扭矩，這種扭矩適合由設(shè)定點模塊312使用。指示扭矩可以指可歸因于經(jīng)由 在汽缸內(nèi)的燃料產(chǎn)生的功的在曲軸處的扭矩。
[0117] 設(shè)定點模塊312生成設(shè)定點值以用于控制節(jié)氣門112、EGR閥170、廢氣門162、進(jìn) 氣凸輪移相器148和排氣凸輪移相器150,以便在當(dāng)前發(fā)動機速度316下實現(xiàn)基本空氣扭矩 請求308。設(shè)定點可以被稱為發(fā)動機空氣和排氣設(shè)定點。發(fā)動機速度316可以例如基于使 用曲軸位置傳感器180測量的曲軸位置來確定。
[0118] 例如，設(shè)定點模塊312可以生成歧管壓力（例如，MAP)設(shè)定點318、每缸空氣質(zhì)量 (APC)設(shè)定點320、外部稀釋設(shè)定點324、殘余稀釋設(shè)定點328和有效壓縮比設(shè)定點332。設(shè) 定點模塊312可以使用將基本空氣扭矩請求308和發(fā)動機速度316關(guān)聯(lián)到設(shè)定點的一個或 多個函數(shù)或映射生成歧管壓力設(shè)定點318、APC設(shè)定點320、外部稀釋設(shè)定點324、殘余稀釋 設(shè)定點328和有效壓縮比設(shè)定點332。設(shè)定點模塊312也可以基于基本空氣扭矩請求308 和發(fā)動機速度316生成一個或多個其它設(shè)定點。
[0119] 歧管壓力設(shè)定點318可以指進(jìn)氣歧管110內(nèi)的目標(biāo)壓力。APC設(shè)定點320可以指 用于燃燒事件的將吸入汽缸內(nèi)的目標(biāo)空氣質(zhì)量。有效壓縮比也可以被稱為動態(tài)壓縮比。
[0120] 稀釋可以指用于燃燒事件的捕集在汽缸內(nèi)的來自前一燃燒事件的排氣的量。外部 稀釋可以指經(jīng)由EGR閥170被提供用于燃燒事件的排氣。內(nèi)部稀釋可以指保持在汽缸中的 排氣和/或在燃燒循環(huán)的排氣沖程之后推回到汽缸中的排氣。外部稀釋設(shè)定點324可以指 外部稀釋的目標(biāo)量。內(nèi)部稀釋設(shè)定點328可以指內(nèi)部稀釋的目標(biāo)量。
[0121] 設(shè)定點模塊312可以進(jìn)一步基于期望燃燒定相336和汽缸模式340來生成設(shè)定點 318-332中的一個或多個。汽缸模式340可以指例如在一個或多個汽缸(例如，一半或其他 比例）被停用時被停用（或啟用）的汽缸的數(shù)量和/或發(fā)動機102的操作模式。
[0122] 當(dāng)一個或多個汽缸被停用時，啟用的每個汽缸負(fù)責(zé)產(chǎn)生更大量的扭矩以便實現(xiàn)基 本空氣扭矩請求308。因此，設(shè)定點模塊312可以基于汽缸模式340調(diào)整設(shè)定點318-332中 的一個或多個。例如，設(shè)定點模塊312可以基于汽缸模式340增加 APC設(shè)定點320。設(shè)定點 模塊312可以附加地或備選地基于汽缸模式340來調(diào)整其它設(shè)定點318-332中的一個或多 個。
[0123] 燃燒定相可以指相對于用于預(yù)定量的噴射燃料的燃燒的預(yù)定曲軸位置而言當(dāng)該 預(yù)定量的噴射燃料在汽缸內(nèi)燃燒時的曲軸位置。例如，燃燒定相可以以相對于預(yù)定CA50來 說的CA50來表達(dá)。CA50可以指當(dāng)噴射燃料的質(zhì)量的50%已在汽缸內(nèi)燃燒時的曲軸位置(或 角度，從而CA)。預(yù)定CA50可以對應(yīng)于其中從噴射的燃料產(chǎn)生最大量的功時的CA50,并且 可以為在TDC之后大約8. 5至大約10度。
[0124] 燃燒定相模塊344 (圖2)可以大體上設(shè)置期望燃燒定相336,使得CA50發(fā)生在預(yù) 定CA50處。換言之，燃燒定相模塊344可以大體上設(shè)置期望燃燒定相336,使得發(fā)生零燃燒 定相以實現(xiàn)最大功和因此實現(xiàn)最大燃料效率。然而，燃燒定相模塊344在某些情況下可以 選擇性地調(diào)整期望燃燒定相336。
[0125] 例如，燃燒定相模塊344可以將期望燃燒定相設(shè)置成使得當(dāng)檢測到爆震時CA50發(fā) 生在預(yù)定CA50之后。爆震可以例如使用一個或多個爆震傳感器來檢測。附加地或備選地， 燃燒定相模塊344可以將期望燃燒定相設(shè)置成使得當(dāng)存在可能導(dǎo)致發(fā)生爆震的一個或多 個條件時CA50發(fā)生在預(yù)定CA50之后。例如，當(dāng)車輛的燃料箱內(nèi)的燃料質(zhì)量小于預(yù)定質(zhì)量 和/或環(huán)境溫度大于預(yù)定溫度且環(huán)境濕度小于預(yù)定值時，可能發(fā)生爆震。
[0126] 當(dāng)燃燒被延遲以使得CA50發(fā)生在預(yù)定CA50之后時，進(jìn)入汽缸的空氣流應(yīng)增加，以 實現(xiàn)基本空氣扭矩請求308。因此設(shè)定點模塊312可以基于期望燃燒定相336來調(diào)整設(shè)定 點318-332中的一個或多個。例如，當(dāng)期望燃燒定相336被延遲以提供在預(yù)定CA50之后的 CA50時，設(shè)定點模塊312可以增加 APC設(shè)定點320。
[0127] 設(shè)定點模塊312也基于一個或多個設(shè)定點約束348生成設(shè)定點318-332。約束設(shè) 置模塊352可以將用于設(shè)定點318-332的設(shè)定點約束348分別設(shè)置到預(yù)定的可接受范圍。 設(shè)定點模塊312分別設(shè)置設(shè)定點318-332以使其保持在設(shè)定點約束348內(nèi)。
[0128] 然而，約束設(shè)置模塊352在一些情況下可以選擇性地調(diào)整設(shè)定點約束。僅僅是舉 例，約束設(shè)置模塊352可以設(shè)置禁止稀釋的設(shè)定點約束。設(shè)定點模塊312可以響應(yīng)于禁止 稀釋的設(shè)定點約束而將外部稀釋設(shè)定點324和殘余稀釋設(shè)定點328限制為零。
[0129] 設(shè)定點模塊312也可以基于設(shè)定點的限制來調(diào)整其它設(shè)定點中的一個或多個。例 如，當(dāng)外部稀釋設(shè)定點324和殘余稀釋設(shè)定點328被限制時，設(shè)定點模塊312可以增加 APC 設(shè)定點320以實現(xiàn)基本空氣扭矩請求308。
[0130] 模型預(yù)測控制（MPC)模塊360使用MPC基于設(shè)定點318-332、感測值368、實際燃 燒定相372和發(fā)動機102的模型376來生成經(jīng)受致動器約束364的目標(biāo)值266-270。MPC 包括：使得所述MPC模塊識別在N個將來控制循環(huán)期間可以一起使用的目標(biāo)值266-270的 可能序列、經(jīng)受致動器約束364、并且被給出感測值368和實際燃燒定相372,以實現(xiàn)設(shè)定點 318-332。
[0131] 每個可能序列包括用于目標(biāo)值266-270中的每一個的N個值的一個序列。換言之， 每個可能序列包括用于目標(biāo)廢氣門打開面積266的N個值的序列、用于目標(biāo)節(jié)氣門打開面 積267的N個值的序列、用于目標(biāo)EGR打開面積268的N個值的序列、用于目標(biāo)進(jìn)氣凸輪移 相器角度269的N個值的序列、以及用于目標(biāo)排氣凸輪移相器角度270的N個值的序列。N 個值中的每一個用于N個控制循環(huán)中的對應(yīng)一個。
[0132] MPC模塊360使用發(fā)動機102的模型376來確定發(fā)動機102分別對目標(biāo)值266-270 的識別的可能序列的預(yù)測響應(yīng)。MPC模塊360基于目標(biāo)值266-270的給定的可能序列來生 成與設(shè)定點318-332相對應(yīng)的參數(shù)的預(yù)測。更具體而言，基于目標(biāo)值266-270的給定的可能 序列，借助于使用模型376，MPC模塊360生成用于N個控制循環(huán)的預(yù)測的歧管壓力的序列、 用于N個控制循環(huán)的預(yù)測的APC的序列、用于N個控制循環(huán)的外部稀釋的預(yù)測量的序列、用 于N個控制循環(huán)的殘余稀釋的預(yù)測量的序列、以及用于N個控制循環(huán)的預(yù)測的壓縮比的序 列。模型376可以是例如基于發(fā)動機102的特性標(biāo)定的函數(shù)或映射。
[0133] MPC模塊360基于設(shè)定點318-332與預(yù)測之間的關(guān)系分別確定目標(biāo)值266-270的 可能序列中每一個的成本(值)。例如，MPC模塊360可以基于預(yù)測參數(shù)分別達(dá)到各個設(shè)定點 318-332的時期和/或預(yù)測參數(shù)分別超出各個設(shè)定點318-332的量來確定目標(biāo)值266-270 的可能序列中的每一個的成本。僅僅是舉例，成本可以隨著預(yù)測參數(shù)達(dá)到設(shè)定點的時期增 加和/或隨著預(yù)測參數(shù)超出設(shè)定點的量增加而增加。
[0134] 每一對預(yù)測參數(shù)和設(shè)定點可以被加權(quán)以影響預(yù)測參數(shù)和設(shè)定點之間的關(guān)系影響 成本的程度。例如，預(yù)測APC和APC設(shè)定點320之間的關(guān)系可以被加權(quán)，以比另一個預(yù)測參 數(shù)和對應(yīng)設(shè)定點之間的關(guān)系更多地影響成本。
[0135] MPC模塊360基于目標(biāo)值266-270的可能序列的成本來選擇目標(biāo)值266-270的可 能序列中的一個。例如，MPC模塊360可以選擇可能序列中的具有最低成本的那一個。
[0136] MPC模塊360可以接著將目標(biāo)值266-270分別設(shè)置到所選的可能序列的N個值中 的第一個。換言之，MPC模塊360可以將目標(biāo)廢氣門打開面積266設(shè)置到用于目標(biāo)廢氣門 打開面積266的N個值的序列中的N個值中的第一個、將目標(biāo)節(jié)氣門打開面積267設(shè)置到 用于目標(biāo)節(jié)氣門打開面積267的N個值的序列中的N個值中的第一個、將目標(biāo)EGR打開面 積268設(shè)置到用于目標(biāo)EGR打開面積268的N個值的序列中的N個值中的第一個、將目標(biāo) 進(jìn)氣凸輪移相器角度269設(shè)置到用于目標(biāo)進(jìn)氣凸輪移相器角度269的N個值的序列中的N 個值中的第一個、以及將目標(biāo)排氣凸輪移相器角度270設(shè)置到用于目標(biāo)排氣凸輪移相器角 度270的N個值的序列中的N個值中的第一個。在下一控制循環(huán)期間，MPC模塊360識別 可能序列、生成可能序列的預(yù)測響應(yīng)、確定可能序列中每一個的成本、選擇可能序列中的一 個、并且將目標(biāo)值266-270設(shè)置到所選可能序列中的目標(biāo)值266-270的第一集合。
[0137] 約束設(shè)置模塊352可以設(shè)置致動器約束364。通常，約束設(shè)置模塊352可以將用于 節(jié)氣門112、EGR閥170、廢氣門162、進(jìn)氣凸輪移相器148和排氣凸輪移相器150的致動器 約束364分別設(shè)置到預(yù)定的可接受范圍。MPC模塊360識別可能序列，使得目標(biāo)值266-270 分別保持在致動器約束364內(nèi)。
[0138] 然而，約束設(shè)置模塊352在一些情況下可以選擇性地調(diào)整致動器約束。例如，約束 設(shè)置模塊352可以為給定的發(fā)動機致動器調(diào)整致動器約束，以便在該發(fā)動機致動器中診斷 出故障時縮窄該發(fā)動機致動器的可能的目標(biāo)的范圍。僅僅作為另一示例，約束設(shè)置模塊352 可以調(diào)整致動器約束，使得給定致動器的目標(biāo)值遵循用于諸如凸輪移相器故障診斷或EGR 診斷的故障診斷的預(yù)定計劃。
[0139] 感測值368可以使用傳感器來測量，或基于使用一個或多個傳感器測量的一個或 多個值來確定。可以例如基于在前一預(yù)定時期內(nèi)相對于預(yù)定CA50而言的實際CA50來確定 實際燃燒定相372。在預(yù)定時期內(nèi)CA50相對于預(yù)定CA50的延遲可以表明：多余的能量已 輸入到排氣系統(tǒng)134。因此MPC模塊360可以增加目標(biāo)廢氣門打開面積266,以抵消排氣系 統(tǒng)134中多余的能量。否則，多余的能量會導(dǎo)致渦輪增壓器的增壓增加。
[0140] 現(xiàn)在參看圖4,提供了描繪使用MPC (模型預(yù)測控制）來控制節(jié)氣門112、進(jìn)氣凸輪 移相器148、排氣凸輪移相器150、廢氣門162和EGR閥170的示例性方法的流程圖?？刂?過程可以始于404,其中，扭矩請求模塊224基于調(diào)整的預(yù)測扭矩請求263和調(diào)整的即時扭 矩請求264來確定空氣扭矩請求265。
[0141] 在408中，扭矩轉(zhuǎn)化模塊304可以將空氣扭矩請求265轉(zhuǎn)化為基本空氣扭矩請求 308或適合由設(shè)定點模塊312使用的另一種扭矩。在412中，設(shè)定點模塊312基于基本空氣 扭矩請求308和發(fā)動機速度316生成經(jīng)受設(shè)定點約束348的設(shè)定點318-332。設(shè)定點模塊 312可以進(jìn)一步基于汽缸模式340和/或期望燃燒定相336來生成設(shè)定點318-332。
[0142] 在416中，MPC模塊360基于設(shè)定點318-332使用MPC來生成經(jīng)受致動器約束364 的目標(biāo)值266-270。更具體而言，如上所述，MPC模塊360識別目標(biāo)值266-270的可能序列 并且使用模型376來生成預(yù)測響應(yīng)。MPC模塊360也分別基于預(yù)測響應(yīng)來確定可能序列的 成本、基于該成本來選擇可能序列中的一個、并且基于所選的可能序列中的目標(biāo)值中的第 一個來設(shè)置目標(biāo)值266-270。
[0143] 在420中，第一轉(zhuǎn)化模塊272將目標(biāo)廢氣門打開面積266轉(zhuǎn)化為將施加到廢氣門 162的目標(biāo)占空比274,第二轉(zhuǎn)化模塊276將目標(biāo)節(jié)氣門打開面積267轉(zhuǎn)化為將施加到節(jié)氣 門112的目標(biāo)占空比278。在420中，第三轉(zhuǎn)化模塊280也將目標(biāo)EGR打開面積268轉(zhuǎn)化為 將施加到EGR閥170的目標(biāo)占空比282。第四轉(zhuǎn)化模塊也可以將目標(biāo)進(jìn)氣凸輪移相器角度 269和目標(biāo)排氣凸輪移相器角度270分別轉(zhuǎn)化成將施加到進(jìn)氣凸輪移相器148和排氣凸輪 移相器150的目標(biāo)進(jìn)氣占空比和目標(biāo)排氣占空比。
[0144] 在424中，節(jié)氣門致動器模塊116控制節(jié)氣門112以實現(xiàn)目標(biāo)節(jié)氣門打開面積 267,并且移相器致動器模塊158分別控制進(jìn)氣凸輪移相器148和排氣凸輪移相器150以實 現(xiàn)目標(biāo)進(jìn)氣凸輪移相器角度269和目標(biāo)排氣凸輪移相器角度270。例如，節(jié)氣門致動器模 塊116可以以目標(biāo)占空比278將信號施加到節(jié)氣門112,以實現(xiàn)目標(biāo)節(jié)氣門打開面積267。 同樣在424中，EGR致動器模塊172控制EGR閥170以實現(xiàn)目標(biāo)EGR打開面積268,并且增 壓致動器模塊164控制廢氣門162以實現(xiàn)目標(biāo)廢氣門打開面積266。例如，EGR致動器模塊 172可以以目標(biāo)占空比282將信號施加到EGR閥170,以實現(xiàn)目標(biāo)EGR打開面積268,并且增 壓致動器模塊164可以以目標(biāo)占空比274將信號施加到廢氣門162,以實現(xiàn)目標(biāo)廢氣門打開 面積266。雖然圖4示出為在424之后結(jié)束，但是圖4可以是一個控制循環(huán)的示例，并且控 制循環(huán)可以以預(yù)定速率被執(zhí)行。
[0145] 以上描述在本質(zhì)上僅是說明性的，并且決不意在限制本公開、其應(yīng)用或用途。本公 開的寬泛教導(dǎo)可以以多種方式實現(xiàn)。因此，盡管本公開包括特定的例子，但是本公開的真實 范圍不應(yīng)該受限于此，這是因為其它修改通過研究附圖、說明書和所附權(quán)利要求將變得顯 而易見。如本文使用的，短語A、B和C中的至少一個應(yīng)該被解釋為意味著使用非排他性邏 輯或（0R)的邏輯（A或B或C)。應(yīng)該理解，在不改變本公開的原理的情況下，可以以不同的 順序(或并行地）執(zhí)行方法中的一個或多個步驟。
[0146] 在本申請中，包括以下的定義，術(shù)語"模塊"可以替換為術(shù)語"電路"。術(shù)語"模塊" 可以指代以下器件、是以下器件的一部分或包含以下器件：專用集成電路（ASIC);數(shù)字、模 擬或混合模/數(shù)離散電路；數(shù)字、模擬或混合模/數(shù)集成電路；組合邏輯電路；現(xiàn)場可編程 門陣列（FPGA);執(zhí)行代碼的處理器(共享、專用或成組）；存儲由處理器執(zhí)行的代碼的存儲器 (共享、專用或成組）；提供描述的功能的其他合適的硬件部件；或上述器件的一些或全部的 組合，諸如在片上系統(tǒng)中。
[0147] 上面使用的術(shù)語"代碼"可以包含軟件、固件和/或微代碼，并且可以涉及程序、例 程、函數(shù)、類和/或?qū)ο蟆Ｐg(shù)語"共享的處理器"涵蓋執(zhí)行來自多個模塊的一些或全部代碼 的單個處理器。術(shù)語"成組的處理器"涵蓋與附加處理器一起執(zhí)行來自一個或多個模塊的 一些或全部代碼的處理器。術(shù)語"共享的存儲器"涵蓋存儲來自多個模塊的一些或全部代 碼的單個存儲器。術(shù)語"成組的存儲器"涵蓋與附加存儲器一起存儲來自一個或多個模塊 的一些或全部代碼的存儲器。術(shù)語"存儲器"可以是術(shù)語"計算機可讀介質(zhì)"的子集。術(shù)語 "計算機可讀介質(zhì)"不涵蓋通過介質(zhì)傳播的瞬態(tài)電氣和電磁信號，并且因此可被認(rèn)為是有形 的且非瞬態(tài)的。非瞬態(tài)有形計算機可讀介質(zhì)的非限制性示例包括非易失性存儲器、易失性 存儲器、磁存儲裝置和光學(xué)存儲裝置。
[0148] 本申請中描述的設(shè)備和方法可以通過由一個或更多個處理器執(zhí)行的一個或更多 個計算機程序被部分或全部地實現(xiàn)。計算機程序包含存儲在至少一個非瞬態(tài)有形計算機可 讀介質(zhì)上的處理器可執(zhí)行指令。計算機程序還可包含和/或依賴于存儲的數(shù)據(jù)。
【權(quán)利要求】
1. 一種用于車輛的發(fā)動機控制系統(tǒng)，包括： 扭矩請求模塊，所述扭矩請求模塊基于駕駛員輸入來生成用于火花點火發(fā)動機的第一 扭矩請求； 扭矩轉(zhuǎn)化模塊，所述扭矩轉(zhuǎn)化模塊將所述第一扭矩請求轉(zhuǎn)化為第二扭矩請求； 設(shè)定點控制模塊，所述設(shè)定點控制模塊基于所述第二扭矩請求來生成用于所述火花點 火發(fā)動機的空氣和排氣設(shè)定點； 模型預(yù)測控制（MPC)模塊，所述MPC模塊基于所述空氣和排氣設(shè)定點來識別可能目標(biāo) 值的集合、分別基于所述火花點火發(fā)動機的模型和可能目標(biāo)值的所述集合來生成預(yù)測參 數(shù)、基于所述預(yù)測參數(shù)來選擇可能目標(biāo)值的所述集合中的一個、以及基于所述集合中的所 選一個的所述可能目標(biāo)值來設(shè)置目標(biāo)值；以及 節(jié)氣門致動器模塊，所述節(jié)氣門致動器模塊基于所述目標(biāo)值中的第一個來控制節(jié)氣門 的開度。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動機控制系統(tǒng)，還包括： 增壓致動器模塊，其基于所述目標(biāo)值中的第二個來控制廢氣門的開度； 排氣再循環(huán)（EGR)致動器模塊，其基于所述目標(biāo)值中的第三個來控制EGR閥的開度；以 及 移相器致動器模塊，其基于所述目標(biāo)值中的第四個和第五個來控制進(jìn)氣閥定相和排氣 閥定相。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動機控制系統(tǒng)，其中，所述MPC模塊進(jìn)一步基于所述空氣和 排氣設(shè)定點來選擇可能目標(biāo)值的所述集合中的所述一個。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的發(fā)動機控制系統(tǒng)，其中，所述MPC模塊基于所述空氣和排氣設(shè) 定點分別與所述預(yù)測參數(shù)的比較來選擇可能目標(biāo)值的所述集合中的所述一個。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的發(fā)動機控制系統(tǒng)，其中，所述MPC模塊基于所述空氣和排氣設(shè) 定點分別與所述預(yù)測參數(shù)的所述比較來確定可能目標(biāo)值的所述集合的成本，并且基于所述 成本來選擇可能目標(biāo)值的所述集合中的所述一個。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動機控制系統(tǒng)，其中，所述MPC模塊將所述目標(biāo)值分別設(shè)置 到針對所述目標(biāo)值的預(yù)定范圍內(nèi)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動機控制系統(tǒng)，其中，所述設(shè)定點模塊進(jìn)一步基于期望燃 燒定相來生成所述空氣和排氣設(shè)定點。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動機控制系統(tǒng)，其中，所述設(shè)定點模塊分別進(jìn)一步基于所 述空氣和排氣設(shè)定點的預(yù)定范圍來生成所述空氣和排氣設(shè)定點。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動機控制系統(tǒng)，其中，所述設(shè)定點模塊進(jìn)一步基于停用汽 缸的數(shù)量來生成所述空氣和排氣設(shè)定點。
10. -種用于車輛的發(fā)動機控制方法，包括： 基于駕駛員輸入來生成用于火花點火發(fā)動機的第一扭矩請求； 將所述第一扭矩請求轉(zhuǎn)化為第二扭矩請求； 基于所述第二扭矩請求來生成用于所述火花點火發(fā)動機的空氣和排氣設(shè)定點； 使用模型預(yù)測控制（MPC)模塊執(zhí)行下述操作： 基于所述空氣和排氣設(shè)定點來識別可能目標(biāo)值的集合； 分別基于所述火花點火發(fā)動機的模型和可能目標(biāo)值的所述集合來生成預(yù)測參數(shù)； 基于所述預(yù)測參數(shù)來選擇可能目標(biāo)值的所述集合中的一個；以及 基于所述集合中的所選一個的所述可能目標(biāo)值來設(shè)置目標(biāo)值；以及 基于所述目標(biāo)值中的第一個來控制節(jié)氣門的開度。
【文檔編號】F02D13/00GK104121105SQ201410164590
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年4月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年4月23日
【發(fā)明者】C.E.惠特尼, K.C.王, P.R.納拉, J.R.維爾德霍 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作有限責(zé)任公司