具有模型預(yù)測控制的估計系統(tǒng)和方法
【專利說明】
[0001] 相關(guān)申請的交叉引用 此申請涉及2014年3月26日提交的美國專利申請?zhí)?4/225, 502、2014年3月26日 提交的美國專利申請?zhí)?4/225, 516、2014年3月26日提交的美國專利申請?zhí)?4/225, 569、 2014年3月26日提交的美國專利申請?zhí)?4/225, 817、2014年3月26日提交的美國專利申 請?zhí)?4/225,896、2014年3月26日提交的美國專利申請?zhí)?4/225,531、2014年3月26日 提交的美國專利申請?zhí)?4/225, 507、2014年3月26日提交的美國專利申請?zhí)?4/225, 808、 2014年3月26日提交的美國專利申請?zhí)?4/225, 587、2014年3月26日提交的美國專利申 請?zhí)?4/225,492、2014年3月26日提交的美國專利申請?zhí)?4/226,006、2014年3月26日 提交的美國專利申請?zhí)?4/226, 12U2014年3月26日提交的美國專利申請?zhí)?4/225, 496 以及2014年3月26日提交的美國專利申請?zhí)?4/225,891。以上申請的全部披露內(nèi)容以引 用的方式并入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本公開涉及內(nèi)燃發(fā)動機，并且更具體來說，涉及用于車輛的發(fā)動機控制系統(tǒng)和方 法。
【背景技術(shù)】
[0003] 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為是針對本公開的現(xiàn)有技 術(shù)。
[0004] 內(nèi)燃發(fā)動機在汽缸內(nèi)燃燒空氣與燃料混合物以驅(qū)動活塞，這產(chǎn)生驅(qū)動扭矩。進入 發(fā)動機的空氣流量通過節(jié)氣門來調(diào)節(jié)。更具體來說，節(jié)氣門調(diào)整節(jié)氣門面積，這增加或減少 進入發(fā)動機的空氣流量。當(dāng)節(jié)氣門面積增加時，進入發(fā)動機的空氣流量增加。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)動機的扭矩輸出。
[0005] 在火花點火發(fā)動機中，火花開始提供到汽缸的空氣/燃料混合物的燃燒。在壓縮 點火發(fā)動機中，汽缸中的壓縮燃燒提供到汽缸的空氣/燃料混合物?；鸹ㄕ龝r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構(gòu)，而燃料流可以是用于調(diào)整壓縮點 火發(fā)動機的扭矩輸出的主要機構(gòu)。
[0006] 已經(jīng)開發(fā)出發(fā)動機控制系統(tǒng)來控制發(fā)動機輸出扭矩以實現(xiàn)所需扭矩。然而，傳統(tǒng) 的發(fā)動機控制系統(tǒng)并不如需要一樣精確地控制發(fā)動機輸出扭矩。另外，傳統(tǒng)的發(fā)動機控制 系統(tǒng)并不對控制信號提供快速響應(yīng)或者在影響發(fā)動機輸出扭矩的各種設(shè)備之間協(xié)調(diào)發(fā)動 機扭矩控制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 在一個特征中，披露用于車輛的發(fā)動機控制系統(tǒng)。預(yù)測模炔基于指示發(fā)動機狀態(tài) 的多個值和基于發(fā)動機特征設(shè)置的第一組預(yù)定值產(chǎn)生用于可能目標值組的預(yù)測發(fā)動機操 作參數(shù)。參數(shù)估計模炔基于指示發(fā)動機狀態(tài)的多個值和第二組預(yù)定值確定車輛的一個或多 個估計的操作參數(shù)。成本模炔基于預(yù)測發(fā)動機操作參數(shù)確定用于可能目標值組的成本。選 擇模炔基于成本從包括可能目標值組和N個其他可能目標值組的群組中選擇可能目標值 組，其中N是大于零的整數(shù)，并且基于選定的可能目標值組來設(shè)置目標值。致動器模炔基于 目標值中的一個值來控制發(fā)動機致動器。
[0008] 在其他特征中：基于目標值中的第二值控制渦輪增壓器的廢氣門的開度的升壓致 動器模塊；基于目標值中的第三值控制排氣再循環(huán)（EGR)閥的開度的EGR致動器模塊；以及 分別基于目標值中的第四值和第五值控制進氣門和排氣門定相的相位器致動器模塊，其中 致動器模炔基于目標值中的一個值來控制節(jié)氣門閥的開度。
[0009] 在另外其他特征中，預(yù)測模炔基于關(guān)系y(fc) = Cx㈦來產(chǎn)生用于可能目標值組的 預(yù)測發(fā)動機操作參數(shù)，其中y(k)是包括用于時間k的預(yù)測發(fā)動機操作參數(shù)的向量，C是包 括基于發(fā)動機特征設(shè)置的第一組預(yù)定值的矩陣，并且X(k)是包括指示用于時間k的發(fā)動機 狀態(tài)的多個值的向量；并且參數(shù)估計模炔基于關(guān)系= 來確定一個或多個估計 的操作參數(shù)，其中E(k)是包括用于時間k的一個或多個估計的操作參數(shù)的向量并且(：2是 包括第二組預(yù)定值的矩陣。
[0010] 在另外其他特征中，預(yù)測模炔基于根據(jù)發(fā)動機特征設(shè)置的第三組預(yù)定值、指示發(fā) 動機狀態(tài)的第二組多個值、基于發(fā)動機特征設(shè)置的第四組預(yù)定值以及可能目標值組來產(chǎn)生 指示用于時間k的發(fā)動機狀態(tài)的多個值。
[0011] 在其他特征中，預(yù)測模炔基于關(guān)系x〔fe) = - i) - - Γ)來產(chǎn)生指示用 于時間k的發(fā)動機狀態(tài)的多個值，其中是X (k)是包括指示用于時間k的發(fā)動機狀態(tài)的多個 值的向量，A是包括基于發(fā)動機特征設(shè)置的第三組預(yù)定值的矩陣，x(k-l)是包括指示在時 間k之前的先前時間k-Ι確定的發(fā)動機狀態(tài)的第二組多個值的向量，B是包括基于發(fā)動機特 征設(shè)置的第四組預(yù)定值的矩陣，并且u(k)是包括用于先前時間k-Ι的可能目標值的向量。
[0012] 在另外其他特征中，一個或多個估計的操作參數(shù)包括排氣壓力和排氣溫度中的至 少一個。
[0013] 在另外其他特征中，一個或多個估計的操作參數(shù)包括渦輪增壓器速度。
[0014] 在其他特征中，一個或多個估計的操作參數(shù)包括排氣再循環(huán)（EGR)流速。
[0015] 在另外其他特征中，序列確定模炔基于發(fā)動機扭矩請求確定可能目標值組和N個 其他可能目標值組。
[0016] 在其他特征中：預(yù)測模炔基于指示發(fā)動機狀態(tài)的多個值和基于發(fā)動機特征設(shè)置的 第一組預(yù)定值產(chǎn)生分別用于N個其他可能目標值組的N個其他預(yù)測發(fā)動機操作參數(shù)組；成 本模塊分別基于N個其他預(yù)測發(fā)動機操作參數(shù)組確定用于N個其他可能目標值組的N個其 他成本；并且當(dāng)用于可能目標值組的成本小于N個其他成本時選擇模塊從群組選擇可能目 標值組。
[0017] 在一個特征中，用于車輛的發(fā)動機控制方法包括：基于指示發(fā)動機狀態(tài)的多個值 和基于發(fā)動機特征設(shè)置的第一組預(yù)定值產(chǎn)生用于可能目標值組的預(yù)測發(fā)動機操作參數(shù)；基 于指示發(fā)動機狀態(tài)的多個值和第二組預(yù)定值確定車輛的一個或多個估計的操作參數(shù)；基于 預(yù)測發(fā)動機操作參數(shù)確定用于可能目標值組的成本；基于成本從包括可能目標值組和N個 其他可能目標值組的群組中選擇可能目標值組，其中N是大于零的整數(shù)，并且基于選定的 可能目標值組來設(shè)置目標值；以及基于目標值中的一個值來控制發(fā)動機致動器。
[0018] 在其他特征中，發(fā)動機控制方法進一步包括：基于目標值中的第二值控制渦輪增 壓器的廢氣門的開度；基于目標值中的第三值控制排氣再循環(huán)（EGR)閥的開度；以及分別 基于目標值中的第四值和第五值控制進氣門和排氣門定相。發(fā)動機致動器是節(jié)氣門閥。
[0019] 在另外其他特征中，發(fā)動機控制方法進一步包括：基于關(guān)系= 來產(chǎn)生 用于可能目標值組的預(yù)測發(fā)動機操作參數(shù)，其中y (k)是包括用于時間k的預(yù)測發(fā)動機操作 參數(shù)的向量，C是包括基于發(fā)動機特征設(shè)置的第一組預(yù)定值的矩陣，并且x(k)是包括指示 用于時間k的發(fā)動機狀態(tài)的多個值的向量；以及基于關(guān)系= 來確定一個或多 個估計的操作參數(shù)，其中E (k)是包括用于時間k的一個或多個估計的操作參數(shù)的向量并且 (：2是包括第二組預(yù)定值的矩陣。
[0020] 在另外其他特征中，發(fā)動機控制方法進一步包括：基于根據(jù)發(fā)動機特征設(shè)置的第 三組預(yù)定值、指示發(fā)動機狀態(tài)的第二組多個值、基于發(fā)動機特征設(shè)置的第四組預(yù)定值以及 可能目標值組來產(chǎn)生指示用于時間k的發(fā)動機狀態(tài)的多個值。
[0021] 在其他特征中，發(fā)動機控制方法進一步包括基于關(guān)系x(A〇 = i) _ Buit - 1) 來產(chǎn)生指示用于時間k的發(fā)動機狀態(tài)的多個值，其中是x (k)是包括指示用于時間k的發(fā)動 機狀態(tài)的多個值的向量，A是包括基于發(fā)動機特征設(shè)置的第三組預(yù)定值的矩陣，x(k-l)是 包括指示在時間k之前的先前時間k-Ι確定的發(fā)動機狀態(tài)的第二組多個值的向量，B是包 括基于發(fā)動機特征設(shè)置的第四組預(yù)定值的矩陣，并且u (k)是包括用于先前時間k-Ι的可能 目標值的向量。
[0022] 在另外其他特征中，一個或多個估計的操作參數(shù)包括排氣壓力和排氣溫度中的至 少一個。
[0023] 在其他特征中，一個或多個估計的操作參數(shù)包括渦輪增壓器速度。
[0024] 在其他特征中，一個或多個估計的操作參數(shù)包括排氣再循環(huán)（EGR)流速。
[0025] 在另外其他特征中，發(fā)動機控制方法進一步包括基于發(fā)動機扭矩請求確定可能目 標值組和N個其他可能目標值組。
[0026] 在其他特征中，發(fā)動機控制方法進一步包括：基于指示發(fā)動機狀態(tài)的多個值和基 于發(fā)動機特征設(shè)置的第一組預(yù)定值產(chǎn)生分別用于N個其他可能目標值組的N個其他預(yù)測發(fā) 動機操作參數(shù)組；分別基于N個其他預(yù)測發(fā)動機操作參數(shù)組確定用于N個其他可能目標值 組的N個其他成本；以及當(dāng)用于可能目標值組的成本小于N個其他成本時從群組選擇可能 目標值組。
[0027] 本發(fā)明包括以下方案： 1. 一種用于車輛的發(fā)動機控制系統(tǒng)，包括： 預(yù)測模塊，所述預(yù)測模炔基于指示所述發(fā)動機的狀態(tài)的多個值和基于所述發(fā)動機的特 征設(shè)置的第一組預(yù)定值產(chǎn)生用于可能目標值組的預(yù)測發(fā)動機操作參數(shù)； 參數(shù)估計模塊，所述參數(shù)估計模炔基于指示所述發(fā)動機的狀態(tài)的多個值和第二組預(yù)定 值確定所述車輛的一個或多個估計的操作參數(shù)； 成本模塊，所述成本模炔基于所述預(yù)測發(fā)動機操作參數(shù)確定用于所述可能目標值組的 成本； 選擇模塊，所述選擇模炔基于所述成本從包括所述可能目標值組和N個其他可能目標 值組的群組中選擇可能目標值組，其中N是大于零的整數(shù)，并且基于選定的可能目標值組 來設(shè)置目標值；以及 致動器模塊，所述致動器模炔基于所述目標值中的一個值來控制發(fā)動機致動器。
[0028] 2.如方案1所述的發(fā)動機控制系統(tǒng)，其進一步包括： 升壓致動器模塊，所述升壓致動器模炔基于所述目標值中的第二值控制渦輪增壓器的 廢氣門的開度； 排氣再循環(huán)（EGR)致動器模塊，所述EGR致動器模炔基于所述目標值中的第三值控制 EGR閥的開度；以及 相位器致動器模塊，所述相位器致動器模塊分別基于所述目標值中的第四值和第五值 控制進氣門和排氣門定相， 其中所述致動器模炔基于所述目標值中的所述一個值來控制所述節(jié)氣門閥的開度。
[0029] 3.如方案1所述的發(fā)動機控制系統(tǒng)，其中： 所述預(yù)測模炔基于以下關(guān)系來產(chǎn)生用于所述可能目標值組的所述預(yù)測發(fā)動機操作參 數(shù)： y(fc) = Cx(fc)， 其中y(k)是包括用于時間k的所述預(yù)測發(fā)動機操作參數(shù)的向量，C是包括基于所述發(fā) 動機的特征設(shè)置的所述第一組預(yù)定值的矩陣，并且X (k)是包括指示用于所述時間k的所述 發(fā)動機的狀態(tài)的所述多個值的向量；以及 所述參數(shù)估計模炔基于以下關(guān)系來確定所述一個或多個估計的操作參數(shù)： f(fc) = C2xIk^) 7 其中E(k)是包括用于所述時間k的所述一個或多個估計的操作參數(shù)的向量并且(：2是 包括所述第二組預(yù)定值的矩陣。
[0030] 4.如方案3所述的發(fā)動機控制系統(tǒng)，其中所述預(yù)測模炔基于根據(jù)所述發(fā)動機的 特征設(shè)置的第三組預(yù)定值、指示所述發(fā)動機的狀態(tài)的第二組多個值、基于所述發(fā)動機的特 征設(shè)置的第四組預(yù)定值以及所述可能目標值組來產(chǎn)生指示用于所述時間k的所述發(fā)動機 的狀態(tài)的多個值。
[0031] 5.如方案4所述的發(fā)動機控制系統(tǒng)，其中所述預(yù)測模炔基于以下關(guān)系來產(chǎn)生指 示用于所述時間k的所述發(fā)動機的狀態(tài)的多個值： x'(k) = Axlk - I) - B k - 1)， 其中是x(k)是包括指示用于所述時間k的所述發(fā)動機的狀態(tài)的多個值的向量，A是包 括基于所述發(fā)動機的特征設(shè)置的第三組預(yù)定值的矩陣，x(k-l)是包括指示在所述時間k之 前的先前時間k-Ι確定的所述發(fā)動機的狀態(tài)的第二組多個值的向量，B是包括基于所述發(fā) 動機的特征設(shè)置的第四組預(yù)定值的矩陣，并且u (k)是包括用于所述先前時間k-Ι的可能目 標值的向量。
[0032] 6.如方案1所述的發(fā)動機控制系統(tǒng)，其中所述一個或多個估計的操作參數(shù)包括 排氣壓力和排氣溫度中的至少一個。
[0033] 7.如方案1所述的發(fā)動機控制系統(tǒng)，其中所述一個或多個估計的操作參數(shù)包括 渦輪增壓器速度。
[0034] 8.如方案1所述的發(fā)動機控制系統(tǒng)，其中所述一個或多個估計的操作參數(shù)包括 排氣再循環(huán)（EGR)流速。
[0035] 9.如方案1所述的發(fā)動機控制系統(tǒng)，其進一步包括： 序列確定模塊，所述序列確定模炔基于發(fā)動機扭矩請求確定所述可能目標值組和所述 N個其他可能目標值組。
[0036] 10.如方案1所述的發(fā)動機控制系統(tǒng)，其中： 所述預(yù)測模炔基于指示所述發(fā)動機的狀態(tài)的所述多個值和基于所述發(fā)動機的特征設(shè) 置的所述第一組預(yù)定值產(chǎn)生分別用于所述N個其他可能目標值組的N個其他預(yù)測發(fā)動機操 作參數(shù)組； 所述成本模塊分別基于所述N個其他預(yù)測發(fā)動機操作參數(shù)組確定用于所述N個其他可 能目標值組的N個其他成本；以及 當(dāng)用于所述可能目標值組的所述成本小于所述N個其他成本時所