非模型預(yù)測(cè)控制到模型預(yù)測(cè)控制過(guò)渡的制作方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】
[0001] 相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002] 此申請(qǐng)涉及2014年3月26日提交的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?4/225, 502、2014年3 月26日提交的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?4/225, 516、2014年3月26日提交的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?14/225,569、2014年3月26日提交的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?4/225,626、2014年3月26日提交 的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?4/225,817、2014年3月26日提交的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?4/225,896、2014 年3月26日提交的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?4/225, 53U2014年3月26日提交的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?14/225,808、2014年3月26日提交的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?4/225,587、2014年3月26日提交 的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?4/225,492、2014年3月26日提交的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?4/226,006、2014 年3月26日提交的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?4/226, 12U2014年3月26日提交的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?14/225,496以及2014年3月26日提交的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?4/225,891。以上申請(qǐng)的全部 披露內(nèi)容以引用的方式并入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本公開(kāi)涉及內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，并且更具體來(lái)說(shuō)，涉及用于車(chē)輛的發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)和方 法。
【背景技術(shù)】
[0004] 本文所提供的【背景技術(shù)】描述的目的在于從總體上介紹本公開(kāi)的背景。當(dāng)前提及 的發(fā)明人的工作一一以在此【背景技術(shù)】部分中所描述的為限一一以及在提交時(shí)否則可能不 構(gòu)成現(xiàn)有技術(shù)的該描述的各方面，既不明示地也不默示地被承認(rèn)為是針對(duì)本公開(kāi)的現(xiàn)有技 術(shù)。
[0005] 內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)在汽缸內(nèi)燃燒空氣與燃料混合物以驅(qū)動(dòng)活塞，這產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)扭矩。進(jìn)入 發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣流量通過(guò)節(jié)氣門(mén)來(lái)調(diào)節(jié)。更具體來(lái)說(shuō)，節(jié)氣門(mén)調(diào)整節(jié)氣門(mén)面積，這增加或減少 進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣流量。當(dāng)節(jié)氣門(mén)面積增加時(shí)，進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣流量增加。燃料控制系 統(tǒng)調(diào)整燃料被噴射的速率從而將所需的空氣/燃料混合物提供到汽缸和/或?qū)崿F(xiàn)所需的扭 矩輸出。增加提供到汽缸的空氣與燃料的量增加發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩輸出。
[0006] 在火花點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)中，火花開(kāi)始提供到汽缸的空氣/燃料混合物的燃燒。在壓縮 點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)中，汽缸中的壓縮燃燒提供到汽缸的空氣/燃料混合物?；鸹ㄕ龝r(shí)和空氣流量 可以是用于調(diào)整火花點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩輸出的主要機(jī)構(gòu)，而燃料流可以是用于調(diào)整壓縮點(diǎn) 火發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩輸出的主要機(jī)構(gòu)。
[0007] 已經(jīng)開(kāi)發(fā)出發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)來(lái)控制發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩以實(shí)現(xiàn)所需扭矩。然而，傳統(tǒng) 的發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)并不如需要一樣精確地控制發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩。另外，傳統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)控制 系統(tǒng)并不對(duì)控制信號(hào)提供快速響應(yīng)或者在影響發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩的各種設(shè)備之間協(xié)調(diào)發(fā)動(dòng) 機(jī)扭矩控制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 此部分提供本公開(kāi)的一般概述，而并非其全部范圍或所有其特征的綜述披露。
[0009] -種用于車(chē)輛的發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)可以包括產(chǎn)生第一組可能MPC目標(biāo)值和第二組 可能MPC目標(biāo)值的序列確定模塊。成本模塊確定用于第一組可能MPC目標(biāo)值的第一成本和 用于第二組可能MPC目標(biāo)值的第二成本。選擇模炔基于第一和第二成本從第一和第二組可 能MPC目標(biāo)值中的一個(gè)選擇MPC目標(biāo)值。過(guò)渡模塊接收MPC目標(biāo)值、將MPC目標(biāo)值與多個(gè) 先前控制請(qǐng)求相比較并且選擇控制多個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)功能的范圍在先前控制請(qǐng)求到MPC目標(biāo)值 內(nèi)的目標(biāo)值組。
[0010] 一種用于車(chē)輛的發(fā)動(dòng)機(jī)控制方法可以包括：產(chǎn)生第一組可能MPC目標(biāo)值和第二組 可能MPC目標(biāo)值；確定用于第一組可能MPC目標(biāo)值的第一成本和用于第二組可能MPC目標(biāo) 值的第二成本；基于第一和第二成本從第一和第二組可能MPC目標(biāo)值中的一個(gè)選擇MPC目 標(biāo)值；將MPC目標(biāo)值與多個(gè)先前控制請(qǐng)求相比較；以及選擇控制多個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)功能的范圍在 先前控制請(qǐng)求到MPC目標(biāo)值內(nèi)的目標(biāo)值組。
[0011] 本發(fā)明包括以下方案：
[0012] 1. 一種用于車(chē)輛的發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，包括：
[0013] 序列確定模塊，所述序列確定模塊產(chǎn)生第一組可能MPC目標(biāo)值和第二組可能MPC 目標(biāo)值；
[0014] 成本模塊，所述成本模塊確定用于所述第一組可能MPC目標(biāo)值的第一成本和用于 所述第二組可能MPC目標(biāo)值的第二成本；
[0015] 選擇模塊，所述選擇模塊分別基于所述第一成本和所述第二成本從所述第一組可 能MPC目標(biāo)值和所述第二組可能MPC目標(biāo)值中的一個(gè)選擇MPC目標(biāo)值；以及
[0016] 過(guò)渡模塊，所述過(guò)渡模塊接收所述MPC目標(biāo)值、將所述MPC目標(biāo)值與控制車(chē)輛的多 個(gè)控制請(qǐng)求相比較并且選擇范圍在所述多個(gè)控制請(qǐng)求到所述MPC目標(biāo)值內(nèi)的目標(biāo)值組。
[0017] 2.如方案1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括具有狀態(tài)估計(jì)器的狀態(tài)確定模 塊。
[0018] 3.如方案2所述的發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，其中如果所述狀態(tài)確定模塊在小于時(shí)間閾值 的時(shí)間內(nèi)變成起作用的則所述狀態(tài)估計(jì)器處于冷起動(dòng)狀態(tài)中，并且如果所述狀態(tài)確定模塊 在等于或大于所述時(shí)間閾值的時(shí)間內(nèi)變成起作用的則所述狀態(tài)估計(jì)器處于熱起動(dòng)狀態(tài)中。
[0019] 4.如方案3所述的發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括漸變確定模塊，當(dāng)所述狀態(tài)估 計(jì)器處于冷起動(dòng)狀態(tài)中時(shí)，所述漸變確定模塊將多個(gè)存儲(chǔ)的先前MPC請(qǐng)求設(shè)置為零。
[0020] 5.如方案4所述的發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，其中所述漸變確定模塊將所述目標(biāo)值設(shè)置為 等于所述先前控制請(qǐng)求。
[0021] 6.如方案5所述的發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括目標(biāo)值確定模塊，所述目標(biāo)值 確定模塊通過(guò)將所述目標(biāo)值增加或減少所述目標(biāo)值與所述MPC目標(biāo)值之間的差異的百分 比來(lái)將所述目標(biāo)值從所述目標(biāo)值漸變?yōu)樗鯩PC目標(biāo)值。
[0022] 7.如方案3所述的發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括漸變確定模塊，當(dāng)所述狀態(tài)估 計(jì)器處于熱起動(dòng)狀態(tài)中時(shí)，所述漸變確定模塊將所述目標(biāo)值設(shè)置為等于先前控制請(qǐng)求，其 中所述先前控制請(qǐng)求來(lái)自非MPC控制器。
[0023] 8.如方案7所述的發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括目標(biāo)值確定模塊，所述目標(biāo)值 確定模塊使得先前MPC控制請(qǐng)求組與所述先前控制請(qǐng)求相等。
[0024] 9.如方案8所述的發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，其中所述序列確定模塊使用所述先前MPC控 制請(qǐng)求組來(lái)確定新的第一組可能MPC目標(biāo)值和新的第二組可能MPC目標(biāo)值。
[0025] 10.如方案1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括：
[0026] 預(yù)測(cè)模型，所述預(yù)測(cè)模型基于所述發(fā)動(dòng)機(jī)的模型和所述第一組可能MPC目標(biāo)值產(chǎn) 生第一預(yù)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩和第一預(yù)測(cè)每汽缸空氣（APC)質(zhì)量，并且基于所述發(fā)動(dòng)機(jī)的模 型和所述第二組可能MPC目標(biāo)值產(chǎn)生第二預(yù)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩和第二預(yù)測(cè)APC質(zhì)量；
[0027] 其中用于所述第一組可能MPC目標(biāo)值的所述第一成本是基于第一預(yù)定加權(quán)值、所 述第一預(yù)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩、發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩請(qǐng)求、第二預(yù)定加權(quán)值以及所述第一預(yù)測(cè)APC質(zhì) 量來(lái)確定；以及
[0028] 其中用于所述第二組可能MPC目標(biāo)值的所述第二成本是基于所述第一預(yù)定加權(quán) 值、所述第二預(yù)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩、所述發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩請(qǐng)求、所述第二預(yù)定加權(quán)值以及所述第 二預(yù)測(cè)APC質(zhì)量來(lái)確定。
[0029] 11. -種用于車(chē)輛的發(fā)動(dòng)機(jī)控制方法，包括：
[0030] 產(chǎn)生第一組可能MPC目標(biāo)值和第二組可能MPC目標(biāo)值；
[0031] 確定用于所述第一組可能MPC目標(biāo)值的第一成本和用于所述第二組可能MPC目標(biāo) 值的第二成本；
[0032] 分別基于所述第一成本和所述第二成本從所述第一組可能MPC目標(biāo)值和所述第 二組可能MPC目標(biāo)值中的一個(gè)選擇MPC目標(biāo)值；
[0033] 將所述MPC目標(biāo)值與控制車(chē)輛的多個(gè)控制請(qǐng)求相比較；以及
[0034] 選擇范圍在所述先前控制請(qǐng)求到所述MPC目標(biāo)值內(nèi)的目標(biāo)值組，其中所述目標(biāo)值 組控制多個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)功能。
[0035] 12.如方案11所述的發(fā)動(dòng)機(jī)控制方法，其進(jìn)一步包括確定狀態(tài)估計(jì)器的狀態(tài)。
[0036] 13.如方案12所述的發(fā)動(dòng)機(jī)控制方法，其中如果狀態(tài)確定模塊在小于時(shí)間閾值的 時(shí)間內(nèi)變成起作用的則所述狀態(tài)估計(jì)器處于冷起動(dòng)狀態(tài)中，并且如果所述狀態(tài)確定模塊在 等于或大于所述時(shí)間閾值的時(shí)間內(nèi)變成起作用的則所述狀態(tài)估計(jì)器處于熱起動(dòng)狀態(tài)中。
[0037] 14.如方案13所述的發(fā)動(dòng)機(jī)控制方法，其進(jìn)一步包括當(dāng)所述狀態(tài)估計(jì)器處于冷起 動(dòng)狀態(tài)中時(shí)，將多個(gè)存儲(chǔ)的先前MPC請(qǐng)求設(shè)置為零。
[0038] 15.如方案14所述的發(fā)動(dòng)機(jī)控制方法，其進(jìn)一步包括將所述目標(biāo)值設(shè)置為等于所 述先前控制請(qǐng)求，其中所述先前控制請(qǐng)求來(lái)自非MPC控制器。
[0039] 16.如方案15所述的發(fā)動(dòng)機(jī)控制方法，其進(jìn)一步包括通過(guò)將所述目標(biāo)值增加或減 少所述目標(biāo)值與所述MPC目標(biāo)值之間的差異的百分比來(lái)將所述目標(biāo)值從所述目標(biāo)值漸變 為所述MPC目標(biāo)值。
[0040] 17.如方案13所述的發(fā)動(dòng)機(jī)控制方法，其進(jìn)一步包括當(dāng)所述狀態(tài)估計(jì)器處于熱再 起動(dòng)狀態(tài)中時(shí)，將所述目標(biāo)值設(shè)置為等于所述先前控制請(qǐng)求，其中所述先前控制請(qǐng)求來(lái)自 非MPC控制器。
[0041] 18.如方案17所述的發(fā)動(dòng)機(jī)控制方法，其進(jìn)一步包括使得先前MPC控制請(qǐng)求組與 所述先前控制請(qǐng)求相等。
[0042] 19.如方案18所述的發(fā)動(dòng)機(jī)控制方法，其進(jìn)一步包括從所述先前MPC控制請(qǐng)求組 來(lái)確定新的第一組可能MPC目標(biāo)值和新的第二組可能MPC目標(biāo)值。
[0043] 20.如方案11所述的發(fā)動(dòng)機(jī)控制方法，其進(jìn)一步包括：
[0044] 基于第一預(yù)定加權(quán)值、第一預(yù)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩、發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩請(qǐng)求、第二預(yù)定加權(quán) 值以及第一預(yù)測(cè)APC質(zhì)量來(lái)確定用于所述第一組可能MPC目標(biāo)值的所述第一成本；以及
[0045] 基于所述第一預(yù)定加權(quán)值、所述第二預(yù)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩、所述發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩請(qǐng)求、 第二預(yù)定加權(quán)值以及所述第二預(yù)測(cè)APC質(zhì)量來(lái)確定用于所述第二組可能MPC目標(biāo)值的所述 第二成本。
[0046] 其他適用領(lǐng)域?qū)谋疚奶峁┑拿枋鲎兊蔑@而易見(jiàn)。此概述中的描述和具體實(shí)例僅 意欲用于說(shuō)明目的而非意欲限制本發(fā)明的范圍。
【附圖說(shuō)明】
[0047] 本文描述的圖示僅用于說(shuō)明選定實(shí)施例而非所有可能實(shí)施方式的目的，且并不意 欲限制本公開(kāi)的范圍。
[0048] 圖1是根據(jù)本公開(kāi)的示例性發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的功能方框圖；
[0049] 圖2是根據(jù)本公開(kāi)的示例性發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的功能方框圖；
[0050] 圖3是根據(jù)本公開(kāi)的示例性空氣控制模塊的功能方框圖；
[0051] 圖4是根據(jù)本公開(kāi)的示例性過(guò)渡模塊的功能方框圖；以及
[0052] 圖5是描繪根據(jù)本公開(kāi)的從非模型預(yù)測(cè)控制到模型預(yù)測(cè)控制過(guò)渡的示例性方法 的流程圖。
[0053] 所有圖的若干視圖中，對(duì)應(yīng)參考數(shù)字指示對(duì)應(yīng)部分。
【具體實(shí)施方式】
[0054] 現(xiàn)在將參照附圖來(lái)更完整地描述示例性實(shí)施例。
[0055] 發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊（ECM)控制發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩輸出。更具體來(lái)說(shuō)，ECM分別基于根據(jù) 所請(qǐng)求的扭矩量的目標(biāo)值來(lái)控制發(fā)動(dòng)機(jī)的致動(dòng)器。例如，ECM基于目標(biāo)進(jìn)氣和排氣相位器 角來(lái)控制進(jìn)氣和排氣凸輪軸定相、基于目標(biāo)節(jié)氣門(mén)開(kāi)度來(lái)控制節(jié)氣門(mén)閥、基于目標(biāo)EGR開(kāi) 度控制排氣再循環(huán)（EGR)閥并且基于目標(biāo)廢氣門(mén)占空比控制渦輪增壓器的廢氣門(mén)。
[0056] ECM可以單獨(dú)地使用多個(gè)單輸入單輸出（SISO)控制器（諸如比例積分微分（PID) 控制器）來(lái)確定目標(biāo)值。然而，當(dāng)使用多個(gè)SISO控制器時(shí)，可以設(shè)置目標(biāo)值以在有損可能 的燃料消耗減少的情況下維持系統(tǒng)穩(wěn)定性。此外，個(gè)別SISO控制器的校準(zhǔn)和設(shè)計(jì)可能是昂 貴且耗時(shí)的。
[0057] 本公開(kāi)的ECM使用模型預(yù)測(cè)控制（MPC)模塊來(lái)產(chǎn)生目標(biāo)值。更具體來(lái)說(shuō)，MPC模 炔基于發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩請(qǐng)求來(lái)識(shí)別目標(biāo)值的可能組。MPC模炔基于可能組的目標(biāo)值和發(fā)動(dòng)機(jī)的 數(shù)學(xué)模型來(lái)確定用于每個(gè)可能組的預(yù)測(cè)參數(shù)。
[0058] MPC模塊還可以確定與每個(gè)可能組的使用相關(guān)的成本。對(duì)于可能組確定的成本隨 著對(duì)于該可能組確定的預(yù)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩與發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩請(qǐng)求之間的第一差異的量值增 加而增加，且反之亦然。在各個(gè)實(shí)施中，作為識(shí)別目標(biāo)值的可能組并且確定每個(gè)組的成本的 替代或添加，MPC模塊可以產(chǎn)生代表目標(biāo)值的可能組的成本的面。MPC模塊隨后可以基于成 本面的斜率來(lái)識(shí)別具有最低成本的可能組。
[0059] 對(duì)于復(fù)雜的系統(tǒng)，諸如內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，用MPC替代所有閉環(huán)控制可能是不可能、不實(shí) 際或者不必要的。因此，ECM中可以共存不同的控制方法。通過(guò)這種在一個(gè)系統(tǒng)中的多種 類(lèi)型的控制器，從一個(gè)控制器到下一個(gè)控制器（例如，從MPC控制到非MPC控制）的過(guò)渡變 得關(guān)鍵，因?yàn)楣β柿鳎ú⑶译S后駕駛性能）或發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)上的任何類(lèi)型的干擾可能導(dǎo)致發(fā) 動(dòng)機(jī)調(diào)整和/或發(fā)動(dòng)機(jī)/車(chē)輛振動(dòng)模式改變。
[0060] 現(xiàn)在參照?qǐng)D1，呈現(xiàn)示例性發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)100的功能方框圖。發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)100包括基 于來(lái)自駕駛者輸入模塊104的駕駛者輸入燃燒空氣/燃料混合物以產(chǎn)生用于車(chē)輛的驅(qū)動(dòng)扭 矩