使用模型预测控制的空气流控制系统和方法技术方案

本发明专利技术涉及使用模型预测控制的空气流控制系统和方法。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用于火花点火发动机的设定点。真空请求模块请求发动机的进气歧管内的真空度。设定点模块基于所请求的真空度来选择性地调节所述设定点中的至少一个。模型预测控制（MPC）模块：基于所述设定点来识别可能目标值的集合；分别基于火花点火发动机的模型和所述可能目标值的集合来生成预测参数；基于所述预测参数来选择所述可能目标值的集合中的一个；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。

【技术实现步骤摘要】
使用模型预测控制的空气流控制系统和方法相关申请的交叉引用本申请要求于2013年4月23日提交的美国临时申请序列号61/815,014的权益。上述申请的公开内容全部并入本文以供参考。本申请与于2013年6月6日提交的美国专利申请序列号13/911,156、2013年6月6日提交的美国专利申请序列号13/911,148和2013年6月6日提交的美国专利申请序列号13/911,121相关。上述申请的全部内容并入本文以供参考。
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。
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在此提供的
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描述用于总体上介绍本公开的背景的目的。当前署名专利技术人的工作（在
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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。
技术实现思路
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用于火花点火发动机的空气和排气设定点。真空请求模块请求发动机的进气歧管内的真空度。设定点模块基于所请求的真空度来选择性地调节所述空气和排气设定点中的至少一个。模型预测控制（MPC）模块：基于所述空气和排气设定点来识别可能目标值的集合；分别基于火花点火发动机的模型和所述可能目标值的集合来生成预测参数；基于所述预测参数来选择所述可能目标值的集合中的一个；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所述目标值中的第一个来控制节气门的开度。在另一特征中，所述真空请求模块请求相对于环境压力来说的所述发动机的所述进气歧管内的所述真空度。在另一特征中，所述真空请求模块响应于制动踏板的致动来生成所述请求。在另一特征中，当燃料蒸汽罐内的燃料蒸汽的量大于预定值时，所述真空请求模块生成所述请求。在另一特征中，所述真空请求模块响应于执行蒸发排放物系统故障诊断的第二请求而生成所述请求。在另一特征中，汽缸致动器模块允许打开目标数量的汽缸的进气阀和排气阀。所述设定点模块基于所述请求选择性地增加所述目标数量。在另一特征中，所述设定点模块借助于所述进气歧管内的所述真空度来确定所述发动机的最大扭矩输出，并且当所述发动机的所述最大扭矩输出小于预定扭矩时选择性请求将变速器换档为较低档位。在另一特征中：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；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。在另一特征中，所述MPC模块分别基于所述空气和排气设定点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。在另一特征中，所述MPC模块分别基于所述空气和排气设定点与所述预测参数的比较来确定所述可能目标值的所述集合的成本，并且基于所述成本来选择所述可能目标值的所述集合中的所述一个。在一个特征中，用于车辆的发动机控制方法包括：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；将所述第一扭矩请求转化为第二扭矩请求；基于所述第二扭矩请求来生成用于所述火花点火发动机的空气和排气设定点；请求所述发动机的进气歧管内的真空度；基于所请求的所述真空度来选择性地调节所述空气和排气设定点中的至少一个。所述方法还包括使用模型预测控制（MPC）模块来执行下述操作：基于所述空气和排气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所述可能目标值来设置目标值。所述方法还包括：基于所述目标值中的第一个来控制节气门的开度。在另一特征中，所述方法还包括：请求相对于环境压力来说的所述发动机的所述进气歧管内的所述真空度。在另一特征中，所述方法还包括：响应于制动踏板的致动来生成所述请求。在另一特征中，所述方法还包括：当燃料蒸汽罐内的燃料蒸汽的量大于预定值时生成所述请求。在另一特征中，所述方法还包括：响应于执行蒸发排放物系统故障诊断的第二请求而生成所述请求。在另一特征中，所述方法还包括：允许打开目标数量的汽缸的进气阀和排气阀；以及基于所述请求选择性地增加所述目标数量。在另一特征中，所述方法还包括：借助于所述进气歧管内的所述真空度来确定所述发动机的最大扭矩输出；以及当所述发动机的所述最大扭矩输出小于预定扭矩时选择性请求将变速器换档为较低档位。在另一特征中，所述方法还包括：基于所述目标值中的第二个来控制废气门的开度；基于所述目标值中的第三个来控制排气再循环（EGR）阀的开度；以及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。在另一特征中，所述方法还包括：分别基于所述空气和排气设定点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。在另一特征中，所述方法还包括：分别基于所述空气和排气设定点与所述预测参数的比较来确定所述可能目标值的所述集合的成本；以及基于所述成本来选择所述可能目标值的所述集合中的所述一个。本专利技术还可包括下列方案。1.一种用于车辆的发动机控制系统，包括：扭矩请求模块，所述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，所述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，所述设定点控制模块基于所述第二扭矩请求来生成用于所述火花点火发动机的空气和排气设定点；真空请求模块，所述真空请求模块请求所述发动机的进气歧管内的真空度；其中，所述设定点模块基于所请求的所述真空度来选择性地调节所述空气和排气设定点中的至少一个；模型预测控制（MPC）模块，所述MPC模块基于所述空气和排气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所述可能目标值来设置目标值；以及节气门致动器模块，所述节气门致动器模块基于所述目标值中的第一个来控制节气门的开度本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于车辆的发动机控制系统，包括：扭矩请求模块，所述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，所述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，所述设定点控制模块基于所述第二扭矩请求来生成用于所述火花点火发动机的空气和排气设定点；真空请求模块，所述真空请求模块请求所述发动机的进气歧管内的真空度；其中，所述设定点模块基于所请求的所述真空度来选择性地调节所述空气和排气设定点中的至少一个；模型预测控制（MPC）模块，所述MPC模块基于所述空气和排气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所述可能目标值来设置目标值；以及节气门致动器模块，所述节气门致动器模块基于所述目标值中的第一个来控制节气门的开度。

【技术特征摘要】
2013.04.23 US 61/815014;2013.06.06 US 13/9111321.一种用于车辆的发动机控制系统，包括：扭矩请求模块，所述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，所述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，所述设定点控制模块基于所述第二扭矩请求来生成用于所述火花点火发动机的空气和排气设定点；真空请求模块，所述真空请求模块请求所述发动机的进气歧管内的真空度；其中，所述设定点模块基于所请求的所述真空度来选择性地调节所述空气和排气设定点中的至少一个；模型预测控制（MPC）模块，所述MPC模块基于所述空气和排气设定点来识别可能致动器目标值的集合，分别基于所述火花点火发动机的模型和可能致动器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致动器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所述可能致动器目标值来设置致动器目标值；以及节气门致动器模块，所述节气门致动器模块基于所述致动器目标值中的第一个来控制节气门的开度。2.根据权利要求1所述的发动机控制系统，其中，所述真空请求模块请求相对于环境压力来说的所述发动机的所述进气歧管内的所述真空度。3.根据权利要求1所述的发动机控制系统，其中，所述真空请求模块响应于制动踏板的致动来生成所述请求。4.根据权利要求1所述的发动机控制系统，其中，当燃料蒸汽罐内的燃料蒸汽的量大于预定值时，所述真空请求模块生成所述请求。5.根据权利要求1所述的发动机控制系统，其中，所述真空请求模块响应于执行蒸发排放物系统故障诊断的第二请求而生成所述请求。6.根据权利要求1所述的发动机控制系统，还包括汽缸致动器模块，所述汽缸致动器模块允许打开目标数量的汽缸的进气阀和排气阀；其中，所述设定点模块基于所述请求选择性地增加所述目标数量。7.根据权利要求1所述的发动机控制系统，其中，所述设定点模块借助于所述进气歧管内的所述真空度来确定所述发动机的最大扭矩输出，并且当所述发动机的所述最大扭矩输出小于预定扭矩时选择性请求将变速器换档为较低档位。8.根据权利要求1所述的发动机控制系统，还包括：增压致动器模块，其基于所述致动器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，其基于所述致动器目标值中的第三个来控制EGR阀的开度；以及移相器致动器模块，其基于所述致动器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。9.根据权利要求1所述的发动机控制系统，其中，所述MPC模块分别基于所述空气和排气设定点与所述预测参数的比较...

【专利技术属性】
技术研发人员：CE惠特尼，RJ金斯拉克，JS陈，
申请(专利权)人：通用汽车环球科技运作有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US