[发明专利]使用模型预测控制的空气流控制系统和方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求提交于2013年4月23日的美国临时申请No. 61/815,002的权益。以上申请的公开内容以引用方式全文并入本文中。

本申请与下列美国专利申请有关：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. 13/911,156。上述申请的全部公开内容以引用方式并入本文中。

技术领域

本公开涉及内燃发动机，并且更特别地涉及用于车辆的发动机控制系统和方法。

背景技术

在此提供的背景技术描述用于总体上介绍本公开的背景的目的。当前署名发明人的工作（在背景技术部分描述的程度上）以及本描述中否则不足以作为申请时现有技术的各方面，既不明显地也非隐含地被承认为与本公开相抵触的现有技术。

内燃发动机在汽缸内燃烧空气和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经由节气门被调节。更具体而言，节气门调整节流面积，这增加或减小进入发动机的空气流。随着节流面积的增加，进入发动机的空气流增加。燃料控制系统调整燃料喷射的速率以向汽缸提供期望的空气/燃料混合物和/或实现期望的扭矩输出。增加提供至汽缸的空气和燃料的量增加了发动机的扭矩输出。

在火花点火发动机中，火花引发提供给汽缸的空气/燃料混合物的燃烧。在压缩点火发动机中，汽缸中的压缩燃烧了提供给汽缸的空气/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制，而燃料流量可以是用于调整压缩点火发动机的扭矩输出的主要机制。

已开发出发动机控制系统，以控制发动机输出扭矩从而实现期望扭矩。然而，传统的发动机控制系统不能如所期望的那样准确地控制发动机输出扭矩。此外，传统的发动机控制系统不能提供对控制信号的快速响应或在影响发动机输出扭矩的各种装置之间协调发动机扭矩控制。

发明内容

在一个特征中，公开了一种用于车辆的发动机控制系统。扭矩请求模块基于驾驶员输入来生成用于火花点火发动机的第一扭矩请求。扭矩转化模块将所述第一扭矩请求转化为第二扭矩请求。设定点控制模块基于所述第二扭矩请求来生成每缸空气质量（APC）设定点、排气再循环（EGR）设定点、进气阀定相设定点和排气阀定相设定点。模型预测控制（MPC）模块：基于所述APC设定点、EGR设定点、进气阀定相设定点和排气阀定相设定点来识别可能目标值的集合；分别基于所述火花点火发动机的模型和可能目标值的所述集合来生成预测参数；基于所述预测参数来选择可能目标值的所述集合中的一个；以及基于所述集合中的所选一个的可能目标值来设置目标值。节气门致动器模块基于目标值中的第一个来控制节气门的开度。

在其它特征中：增压致动器模块基于所述目标值中的第二个来控制废气门的开度；排气再循环（EGR）致动器模块基于所述目标值中的第三个来控制EGR阀的开度；并且移相器致动器模块基于所述目标值中的第四个和第五个来控制进气阀定相和排气阀定相。

在其它的特征中，所述MPC模块进一步基于所述APC设定点、EGR设定点、进气阀定相设定点和排气阀定相设定点来选择可能目标值的所述集合中的所述一个。

在其它的特征中，所述MPC模块基于所述APC设定点、EGR设定点、进气阀定相设定点和排气阀定相设定点分别与所述预测参数的比较来选择可能目标值的所述集合中的所述一个。

在其它的特征中，所述MPC模块基于下述来确定所述集合的成本：所述APC设定点分别与针对所述集合确定的预测APC的第一比较；所述EGR设定点分别与针对所述集合确定的预测EGR的第二比较；所述进气阀定相设定点分别与针对所述集合确定的预测进气阀定相值的第三比较；以及所述排气阀定相设定点分别与针对所述集合确定的预测排气定相值的第四比较。所述MPC模块基于所述成本来选择可能目标值的所述集合中的所述一个。

在其它的特征中，所述MPC模块将第一、第二、第三和第四权重值分别应用到所述第一、第二、第三和第四比较，以确定所述成本。所述第一权重值大于或者小于所有的所述第二、第三和第四权重值。

在其它的特征中，所述MPC模块将所述目标值分别设置到针对所述目标值的预定范围内。

在其它的特征中，所述设定点模块进一步基于期望燃烧定相来生成所述APC设定点、EGR设定点、进气阀定相设定点和排气阀定相设定点。