基于MPC的动力系控制中的转矩干预的协调制造技术

提供了一种用于优化燃料经济性的推进系统、控制系统和方法，其使用模型预测控制系统来产生多个可能命令值集合并且基于第一预定加权值、第二预定加权值、多个预测值和多个请求值来确定每个可能命令值集合的成本。确定具有最低成本的可能命令值集合并且将其定义为选定命令值集合。执行包括以下至少一项的仲裁：A)基于在驾驶员请求值与干预请求值之间进行仲裁来确定至少一个请求值；以及B)通过在选定命令值集合中的选定命令值与命令干预值之间进行仲裁来确定期望命令值。

Coordination of torque intervention in power system control based on MPC

A propulsion system, control system, and method for optimizing fuel economy are provided that uses a model predictive control system to generate multiple sets of possible command values and determine the cost of each set of possible command values based on a first predetermined weighting value, a second predetermined weighting value, a plurality of predicted values, and a plurality of request values. A set of possible command values with minimum cost is defined and defined as a set of selected command values. The execution includes at least one arbitration: A) determining at least one request value based on arbitration between the driver's request value and the intervention request value; and B) determining the desired command value by arbitrating between the selected command value and the command intervention value in the selected command value set.

【技术实现步骤摘要】
基于MPC的动力系控制中的转矩干预的协调
本专利技术涉及一种用于具有发动机和变速器的机动车辆的推进系统的控制系统和方法，并且更具体地涉及一种使用多变量控制器的控制系统和方法。
技术介绍
机动车辆中的推进系统控制通常涉及读取驾驶员和车辆输入，诸如加速器踏板位置、车辆传感器数据和转矩请求，并且将这些输入传送至发动机控制模块(ECM)和变速器控制模块(TCM)。ECM可计算从驾驶员和车辆输入请求的驾驶员车轴转矩。请求驾驶员车轴转矩然后可被传送至发动机和ECM。基于期望驾驶员车轴转矩来控制发动机以产生实际车轴转矩。同时并且通常在计算期望发动机和车轴转矩的同时，根据期望车轴转矩和车速来计算期望速比或传动比。然后将期望传动比或CVT皮带轮比传送至变速器。基于期望传动比(或CVT皮带轮比)来控制变速器以产生实际变速比或皮带轮比。实际车轴转矩和实际传动比或皮带轮比定义机动车辆的操作条件。虽然推进系统控制的这种系统对于其预期目的是有用的，但是本领域存在如下改进的空间：尤其是在具有无级变速器的推进系统中，提供车轴转矩的动态控制以平衡驾驶性能、性能和燃料经济性。发动机控制系统已经被开发为控制发动机输出转矩来实现期望转矩。然而，传统的发动机控制系统可能无法如期望那样准确地控制发动机输出转矩。另外，尚未存在将转矩请求覆盖干预结合至基于MPC的控制系统中的传统机制。
技术实现思路
提供了一种用于通过使用模型预测控制来控制车辆推进系统中的参数(诸如车辆加速度)并同时优化燃料经济性的方法和系统。在一些形式中，模型预测控制用于协调发动机和变速器以提高燃料经济性和驾驶性能。MPC控制系统中集成了车轴转矩干预和发动机输出转矩干预。在可与本文公开的其它形式组合或分离的一种形式中，提供了一种用于控制机动车辆的推进系统的方法。该方法包括产生多个可能命令值集合，并且基于第一预定加权值、第二预定加权值、多个预测值和多个请求值来确定每个可能命令值集合的成本；该方法还可包括确定哪一个可能命令值集合具有最低成本，并且选择具有最低成本的选定命令值集合来定义选定命令值集合。该方法进一步包括执行包括以下仲裁程序A和B中的至少一个的仲裁步骤：A)基于在驾驶员请求值与干预请求值之间进行仲裁来确定至少一个请求值；以及B)通过在选定命令值集合中的选定命令值与命令干预值之间进行仲裁来确定期望命令值。在可与本文公开的其它形式组合或分离的另一种形式中，提供了一种用于具有变速器和发动机的机动车辆推进系统的控制系统。该控制系统包括命令产生器模块和成本模块，该命令产生器模块被配置为产生多个可能命令值集合。该成本模块被配置为基于第一预定加权值、第二预定加权值、多个预测值和多个请求值来确定多个可能命令值集合中的每个可能命令值集合的成本。该成本模块进一步被配置为确定多个可能命令值集合中的哪一个可能命令值集合具有最低成本。选择模块被配置为选择具有最低成本的可能命令值集合来定义选定命令值集合。包括仲裁模块，其被配置为执行以下仲裁程序A和B中的至少一个：A)基于在驾驶员请求值与干预请求值之间进行仲裁来确定多个请求值中的至少一个请求值；以及B)通过在选定命令值集合中的选定命令值与命令干预值之间进行仲裁来确定期望命令值。在可与本文公开的其它形式组合或分离的又一种形式中，提供了一种用于机动车辆的推进系统。该推进系统包括可操作以对机动车辆供电的发动机，该发动机具有被配置为传递发动机输出转矩的发动机输出轴。推进系统还包括具有变速机组件的无级变速器，该变速机组件包括第一皮带轮和第二皮带轮。第一皮带轮和第二皮带轮通过可旋转构件可旋转地联接，且第一皮带轮和第二皮带轮中的至少一者包括可移动滑轮，其可沿着轴线平移以选择性地改变发动机输出轴与变速器输出轴之间的变速比。驱动车轴被配置为经由变速器输出轴来驱动，该驱动车轴被配置为将车轴转矩输出至车轮集合。包括控制系统，其具有预测模块，该预测模块被配置为基于多个可能命令值集合来产生多个预测实际车轴转矩值和多个预测实际燃料消耗率值。多个可能命令值集合包括多个可能命令变速比值和多个可能命令发动机转矩值。成本模块被配置为基于多个预测车轴转矩值中的预测实际车轴转矩值、多个预测实际燃料消耗率值中的预测实际燃料消耗率值、第一预定加权值、第二预定加权值和多个请求值来确定每个可能命令值集合的成本。多个请求值包括请求驾驶员车轴转矩、请求发动机输出转矩、请求变速比以及请求燃料消耗率。该成本模块进一步被配置为确定哪一个可能命令值集合具有最低成本。选择模块被配置为选择具有最低成本的可能命令值集合来定义选定命令值集合。提供车轴转矩仲裁模块，其被配置为基于在请求驾驶员车轴转矩与车轴干预请求值之间进行仲裁来确定多个请求值中的至少一个请求值。提供发动机转矩仲裁模块，其被配置为通过在选定命令值集合中的选定发动机转矩命令值与发动机转矩命令干预值之间进行仲裁来确定期望命令值。可提供附加特征，包括但不限于以下项：其中执行仲裁步骤包括执行仲裁程序A和B两者；其中多个可能命令值集合包括多个命令发动机输出转矩值；其中选定命令值集合包括选定发动机输出转矩值；其中命令干预值包括发动机转矩干预值；该方法进一步包括基于多个可能命令值集合来产生多个预测实际车轴转矩值和多个预测实际燃料消耗率值；多个可能命令值集合包括多个可能变速比命令值；该方法进一步包括进一步基于多个预测车轴转矩值中的预测实际车轴转矩值和多个预测实际燃料消耗率值中的预测实际燃料消耗率值来确定每个可能命令值集合的成本；该多个请求值包括请求驾驶员车轴转矩、请求发动机输出转矩、请求变速比以及请求燃料消耗率。另外，该方法/控制系统可被配置为利用以下方程集合来确定多个预测实际车轴转矩值和多个预测实际燃料消耗率值：其中，xk、xk+1＝分别为时间步长k和k+1处的状态估计值；A＝状态(或过渡)矩阵；B＝输入矩阵；Te_c_arb＝预测步长k处的命令发动机输出转矩以及发动机转矩干预值中的一个；Rat_ck＝预测步长k处的命令变速比；KKF＝卡尔曼滤波器增益；Te_ak＝预测步长k处的预测实际发动机输出转矩；FR_ak＝预测步长k处的预测实际燃料消耗率；Rat_ak＝预测步长k处的预测实际变速比；Ta_ak＝预测步长k处的预测实际车轴转矩；Te_mk＝预测步长k处的测量发动机输出转矩；FR_mk＝预测步长k处的测量燃料消耗率；Rat_mk＝预测步长k处的测量变速比；Ta_mk＝预测步长k处的测量车轴转矩；Ta_ak+1＝预测步长k+1处的预测实际车轴转矩；FR_ak+1＝预测步长k+1处的预测实际燃料消耗率；C＝输出(或测量)矩阵；v＝过程噪声；并且w＝测量噪声。另外的附加特征可包括以下项：该方法/控制系统被配置为在多个选定命令值中的选定命令值与发动机转矩干预值之间进行仲裁之后确定期望命令值是发动机转矩干预值；该方法/控制系统被配置为确定Te_c_arb等于发动机转矩干预值；从以下项确定发动机转矩干预值：变速器转矩减小请求、发动机超速请求、增压请求、速度控制请求、发动机曲轴停机振铃请求、动力输出振铃请求、排气O2传感器振铃请求、转矩切断振铃请求、混合动力转矩请求以及动力输出控制请求；该方法和该控制系统的稳态优化器模块被配置为确定加速器踏板位置(PP)、发动机转速(RPM本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于控制机动车辆的推进系统的方法，所述方法包括：产生多个可能命令值集合；基于第一预定加权值、第二预定加权值、多个预测值和多个请求值来确定所述多个可能命令值集合中的每个可能命令值集合的成本；确定所述多个可能命令值集合中的哪一个可能命令值集合具有最低成本；以及选择具有最低成本的所述可能命令值集合来定义选定命令值集合；以及执行包括以下仲裁程序A和B中的至少一个的仲裁步骤：A)基于在驾驶员请求值与干预请求值之间进行仲裁来确定所述多个请求值中的至少一个请求值；以及B)通过在所述选定命令值集合中的选定命令值与命令干预值之间进行仲裁来确定期望命令值。

【技术特征摘要】
2017.03.22 US 15/4656471.一种用于控制机动车辆的推进系统的方法，所述方法包括：产生多个可能命令值集合；基于第一预定加权值、第二预定加权值、多个预测值和多个请求值来确定所述多个可能命令值集合中的每个可能命令值集合的成本；确定所述多个可能命令值集合中的哪一个可能命令值集合具有最低成本；以及选择具有最低成本的所述可能命令值集合来定义选定命令值集合；以及执行包括以下仲裁程序A和B中的至少一个的仲裁步骤：A)基于在驾驶员请求值与干预请求值之间进行仲裁来确定所述多个请求值中的至少一个请求值；以及B)通过在所述选定命令值集合中的选定命令值与命令干预值之间进行仲裁来确定期望命令值。2.根据权利要求1所述的方法，其中执行所述仲裁步骤包括执行所述仲裁程序A和B两者。3.根据权利要求2所述的方法，其中：所述多个可能命令值集合包括多个命令发动机输出转矩值；所述选定命令值集合包括选定发动机输出转矩值；并且所述命令干预值包括发动机转矩干预值，所述方法进一步包括：基于所述多个可能命令值集合产生多个预测实际车轴转矩值和多个预测实际燃料消耗率值，所述多个可能命令值集合包括多个可能命令变速比值；以及进一步基于所述多个预测车轴转矩值中的预测实际车轴转矩值和所述多个预测实际燃料消耗率值中的预测实际燃料消耗率值来确定每个可能命令值集合的所述成本，所述多个请求值包括请求驾驶员车轴转矩、请求发动机输出转矩、请求变速比以及请求燃料消耗率。4.根据权利要求3所述的方法，进一步包括利用以下方程集合来确定所述多个预测实际车轴转矩值和所述多个预测实际燃料消耗率值：其中xk+1＝预测步长k+1处的状态变量；xk＝预测步长k处的状态变量；A＝状态矩阵；B＝输入矩阵；Te_c_arb＝所述预测步长k处的命令发动机输出转矩以及所述发动机转矩干预值中的一个；Rat_ck＝所述预测步长k处的命令变速比；KKF＝卡尔曼滤波器增益；Te_ak＝所述预测步长k处的预测实际发动机输出转矩；FR_ak＝所述预测步长k处的预测实际燃料消耗率；Rat_ak＝所述预测步长k处的预测实际变速比；Ta_ak＝所述预测步长k处的预测实际车轴转矩；Te_mk＝所述预测步长k处的测量发动机输出转矩；FR_mk＝所述预测步长k处的测量燃料消耗率；Rat_mk＝所述预测步长k处的测量变速比；Ta_mk＝所述预测步长k处的测量车轴转矩；Ta_ak+1＝所述预测步长k+1处的预测实际车轴转矩；FR_ak+1＝所述预测步长k+1处的预测实际燃料消耗率；C＝输出矩阵；v＝过程噪声；并且w＝测量噪声。5.根据权利要求4所述的方法，进一步包括：在所述多个选定命令值中的所述选定命令值与所述发动机转矩干预值之间进行仲裁之后，确定所述期望命令值是所述发动机转矩干预值；以及确定Te_c_arb等于所述发动机转矩干预值。6.根据权利要求4所述的方法，进一步包括：从以下项确定所述发动机转矩干预值：变速器转矩减小请求、发动机超速请求、增压请求、速度控制请求、发动机曲轴停机振铃请求、动力输出振铃请求、排气O2传感器振铃请求、转矩切断振铃请求、混合动力转矩请求以及动力输出控制请求；确定加速器踏板位置(PP)；确定发动机转速(RPM)；确定车速(V)；确定空燃比(AF)；基于所述加速器踏板位置(PP)和所述车速(V)来确定所述请求驾驶员车轴转矩(Ta_dr)；通过选择所述请求驾驶员车轴转矩(Ta_dr)与所述干预请求值(A_i)之间的胜者来确定请求仲裁车轴转矩(Ta_arb)；基于所述请求仲裁车轴转矩(Ta_arb)和所述车速(V)来确定请求变速比(Rat_r)；基于所述请求仲裁车轴转矩(Ta_arb)、所述请求变速比(Rat_r)和所述最终传动比(FD)来确定所述请求发动机输出转矩(Te_r)，基于所述请求驾驶员车轴转矩(Ta_dr)、所述车速(V)、所述发动机转速(RPM)和所述空燃比(AF)来确定所述请求燃料消耗率(FR_r)，其中所述多个请求值包括所述请求驾驶员车轴转矩(Ta_dr)、所述请求燃料消耗率(FR_r)、所述请求发动机输出转矩(Te_r)和所述请求变速比(Rat_r)；从以下项确定所述干预请求值：制动转矩管理请求、车辆超速状态请求、牵引力控制请求、减速燃料切断请求、塑形请求、底盘系统请求、性能启动请求、四轮驱动请求以及紧急自主制动请求，所述多个选定指令值包括选定变速比命令值；并且基于至少一个所述期望命令值来控制车辆参数。7.一种用于具有变速器和发动机的机动车辆的推进系统的控制系统，所述控制系统包括：命令产生器模块，其被配置为产生多个可能命令值集合；成本模块，其被配置为：基于第一预定加权值、第二预定加权值、多个预测值和多个请求值来确定所述多个可能命令值集合中的每个可能命令值集合的成本；并且确定所述多个可能命令值集合中的哪一个可能命令值集合具有最低成本；以及选择模块，其被配置为选择具有最低成本的所述可能命令值集合来定义选定命令值集合；以及仲裁模块，其被配置为执行包括以下仲裁程序A和B中的至少一个：A)基于在驾驶员请求值与干预请求值之间进行仲裁来确定所述多个请求值中的至少一个请求值；以及B)通过在所述选定命令值集合中的选定命令值与命令干预值之间进行仲裁来确定期望命令值。8.根据权利请求7所述的控制系统，所述选定命令值集合中的至少一个选定命令值是选定发动机输出转矩值，所述命令干预值是发动机转矩干预值，所述驾驶员请求值是请求驾驶员车轴转矩，所述仲裁模块是发动机转矩仲裁模块，所述发动机转矩仲裁模块被配置为通过选择所述选定发动机输出转矩值与所述发动机转矩干预值之间的胜者来确定所述期望命令值，所述控制系统进一步包括车轴转矩仲裁模块，所述车轴转矩仲裁模块被配置为通过选择所述请求驾驶员车轴转矩与所述干预请求值之间的胜者来确定请求仲裁车轴转矩，所述控制系统进一步包括：预测模块，其被配置为基于所述多个可能命令值集合来产生多个预测实际车轴转矩值和多个预测实际燃料消耗率值，所述多个可能命令值集合包括多个可能命令变速比值和多个可能命令发动机转矩值，其中所述成本模块被配置为进一步基于所述多个预测车轴转矩值中的预测实际车轴转矩值和所述多个预测实际燃料消耗率值中的预测实际燃料消耗率值来确定每个可能命令值集合的所述成本，所述多个请求值包括所述请求驾驶员车轴转矩...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·李维斯兹，B·帕提帕提，C·E·惠特尼，D·贝尔纳迪尼，A·贝伯拉德，
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