具有模型預(yù)測(cè)控制的估計(jì)系統(tǒng)和方法
【專利說(shuō)明】
[0001] 相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用 此申請(qǐng)涉及2014年3月26日提交的美國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?4/225, 502、2014年3月26日 提交的美國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?4/225, 516、2014年3月26日提交的美國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?4/225, 569、 2014年3月26日提交的美國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?4/225, 817、2014年3月26日提交的美國(guó)專利申 請(qǐng)?zhí)?4/225,896、2014年3月26日提交的美國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?4/225,531、2014年3月26日 提交的美國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?4/225, 507、2014年3月26日提交的美國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?4/225, 808、 2014年3月26日提交的美國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?4/225, 587、2014年3月26日提交的美國(guó)專利申 請(qǐng)?zhí)?4/225,492、2014年3月26日提交的美國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?4/226,006、2014年3月26日 提交的美國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?4/226, 12U2014年3月26日提交的美國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?4/225, 496 以及2014年3月26日提交的美國(guó)專利申請(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
[0002] 本公開(kāi)涉及內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，并且更具體來(lái)說(shuō)，涉及用于車輛的發(fā)動(dòng)機(jī)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(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)。
[0004] 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)氣門來(lái)調(diào)節(jié)。更具體來(lái)說(shuō)，節(jié)氣門調(diào)整節(jié)氣門面積，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。
[0005] 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)。
[0006] 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】

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