基于壓力比的節(jié)氣門控制系統(tǒng)和方法
【專利說明】基于壓力比的節(jié)氣口控制系統(tǒng)和方法
[0001] 相關申請的交叉引用 此申請要求2014年11月7日提交的美國臨時申請?zhí)?2/076, 506的權益。W上申請 的全部披露內容W引用的方式并入本文。
技術領域
[0002] 本公開設及內燃發(fā)動機，并且更具體來說，設及用于車輛的發(fā)動機控制系統(tǒng)和方 法。
【背景技術】
[0003] 本文所提供的【背景技術】描述的目的在于從總體上介紹本公開的背景。當前提及 的發(fā)明人的工作一-W在此【背景技術】部分中所描述的為限一-W及在提交時否則可能不 構成現(xiàn)有技術的該描述的各方面，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。
[0004] 內燃發(fā)動機在汽缸內燃燒空氣與燃料混合物W驅動活塞，運產生驅動扭矩。進入 發(fā)動機的空氣流量通過節(jié)氣口來調節(jié)。更具體來說，節(jié)氣口調整節(jié)氣口面積，運增加或減少 進入發(fā)動機的空氣流量。當節(jié)氣口面積增加時，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/或實現(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W是用于調整火花點火發(fā)動機的扭矩輸出的主要機構，而燃料流可W是用于調整壓縮點 火發(fā)動機的扭矩輸出的主要機構。
[0006] 已經開發(fā)出發(fā)動機控制系統(tǒng)來控制發(fā)動機輸出扭矩W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或者在影響發(fā)動機輸出扭矩的各種設備之間協(xié)調發(fā)動 機扭矩控制。
【發(fā)明內容】
[0007] 車輛的發(fā)動機控制系統(tǒng)包括：扭矩請求模塊，所述扭矩請求模炔基于駕駛者輸入 產生用于發(fā)動機的扭矩請求；W及模型預測控制（MPC)模塊，所述MPC模塊：基于扭矩請求 識別可能目標值組，可能目標值組中的每一個包括橫跨節(jié)氣口閥的目標壓力比；分別確定 用于可能目標值組的預測操作參數(shù)；分別確定用于可能目標值組的成本值；基于成本值選 擇可能目標值組中的一個；W及分別基于所述組中的選定一個的可能目標值來設置目標 值，所述目標值包括橫跨節(jié)氣口閥的目標壓力比。目標面積模炔基于目標壓力比來確定節(jié) 氣口閥的目標開口面積。節(jié)氣口致動器模炔基于目標開度來控制節(jié)氣口閥。
[0008] 在其他特征中，目標歧管絕對壓力（MAP)模炔基于目標壓力比和節(jié)氣口入口空氣 壓力（TIAP)來確定目標MAP,并且目標面積模炔基于目標MAP和目標壓力比來確定節(jié)氣口 閥的目標開口面積。
[0009] 在其他特征中，目標每汽缸空氣（APC)模炔基于目標MAP和目標進氣和排氣相位 角度來確定目標APC，并且目標面積模炔基于目標APC和目標壓力比來確定節(jié)氣口閥的目 標開口面積。
[0010] 在其他特征中，目標質量空氣流率(MF)模炔基于目標APC來確定通過節(jié)氣口閥 的目標MAF，并且目標面積模炔基于目標壓力比、目標MAF和TIAP來確定節(jié)氣口閥的目標開 口面積。
[0011] 在其他特征中，轉換模塊將目標開口面積轉換為目標占空比，并且節(jié)氣口致動器 模炔基于目標占空比來將信號應用于節(jié)氣口閥。
[0012] 在其他特征中，參考模炔基于扭矩請求來確定橫跨節(jié)氣口閥的參考壓力比，并且 MPC模塊分別基于可能目標值組的可能目標壓力比與參考壓力比之間的差異來確定用于所 述組的成本值。
[0013] 在其他特征中，目標約束模塊輸出橫跨節(jié)氣口閥的最大和最小壓力比，并且MPC 模塊選擇可能目標值組中具有在最大與最小壓力比之間的可能目標壓力比的一個。
[0014] 在其他特征中，目標約束模塊將橫跨節(jié)氣口閥的最大壓力比設置為預定值。
[0015] 在其他特征中，目標約束模炔基于一個或多個發(fā)動機操作參數(shù)來設置橫跨節(jié)氣口 閥的最小壓力比。
[0016] 在其他特征中：可能目標值組中的每一個進一步包括可能目標廢氣口開度、可能 目標排氣再循環(huán)（EGR)閥開度、可能目標進氣相位器角度和可能目標排氣相位器角度；并 且目標值進一步包括目標廢氣口開度、目標EGR閥開度、目標進氣相位器角度和目標排氣 相位器角度。升壓致動器模炔基于目標廢氣口開度來控制與滿輪增壓器相關的廢氣口的開 度；EGR致動器模炔基于目標EGR閥開度來控制EGR閥的開度；W及相位器致動器模塊分別 基于目標進氣和排氣相位器角度來控制進氣口和排氣口定相。
[0017] 發(fā)動機控制方法包括：基于駕駛者輸入產生用于發(fā)動機的扭矩請求；使用模型預 測控制（MPC):基于扭矩請求識別可能目標值組，可能目標值組中的每一個包括橫跨節(jié)氣口 閥的目標壓力比；分別確定用于可能目標值組的預測操作參數(shù)；分別確定用于可能目標值 組的成本值；基于成本值選擇可能目標值組中的一個；W及分別基于所述組中的選定一個 的可能目標值來選擇目標值，所述目標值包括橫跨節(jié)氣口閥的目標壓力比。發(fā)動機控制方 法進一步包括：基于目標壓力比來確定節(jié)氣口閥的目標開口面積；W及基于目標開度來控 制節(jié)氣口閥。
[0018] 在其他特征中，發(fā)動機控制方法進一步包括：基于目標壓力比和節(jié)氣口入口空氣 壓力（TIAP)來確定目標歧管絕對壓力（MAP) ; W及基于目標MAP和目標壓力比來確定節(jié)氣 口閥的目標開口面積。
[0019] 在其他特征中，發(fā)動機控制方法進一步包括：基于目標MP和目標進氣和排氣相 位角度來確定目標每汽缸空氣（APC) ; W及基于目標APC和目標壓力比來確定節(jié)氣口閥的 目標開口面積。
[0020] 在其他特征中，發(fā)動機控制方法進一步包括：基于目標APC來確定通過節(jié)氣口閥 的目標質量空氣流率(MAF); W及基于目標壓力比、目標MAF和TIAP來確定節(jié)氣口閥的目標 開口面積。
[0021] 在其他特征中，發(fā)動機控制方法進一步包括：將目標開口面積轉換為目標占空比； W及基于目標占空比來將信號應用于節(jié)氣口閥。
[0022] 在其他特征中，發(fā)動機控制方法進一步包括：基于扭矩請求來確定橫跨節(jié)氣口閥 的參考壓力比；W及分別基于可能目標值組的可能目標壓力比與參考壓力比之間的差異來 確定用于所述組的成本值。
[0023] 在其他特征中，發(fā)動機控制方法進一步包括：輸出橫跨節(jié)氣口閥的最大和最小壓 力比；W及選擇可能目標值組中具有在最大與最小壓力比之間的可能目標壓力比的一個。
[0024] 在其他特征中，發(fā)動機控制方法進一步包括：將橫跨節(jié)氣口閥的最大壓力比設置 為預定值。
[00巧]在其他特征中，發(fā)動機控制方法進一步包括：基于一個或多個發(fā)動機操作參數(shù)來 設置橫跨節(jié)氣口閥的最小壓力比。
[0026] 在其他特征中，可能目標值組中的每一個進一步包括可能目標廢氣口開度、可能 目標排氣再循環(huán)（EGR)閥開度、可能目標進氣相位器角度和可能目標排氣相位器角度；并 且目標值進一步包括目標廢氣口開度、目標EGR閥開度、目標進氣相位器角度和目標排氣 相位器角度；并且發(fā)動機控制方法進一步包括：基于目標廢氣口開度來控制與滿輪增壓器 相關的廢氣口的開度；基于目標EGR閥開度來控制EGR閥的開度；W及分別基于目標進氣 和排氣相位器角度來控制進氣口和排氣口定相。
[0027] 本發(fā)明包括W下方案： 1. 一種車輛的發(fā)動機控制系統(tǒng)，包括： 扭矩請求模塊，所述扭矩請求模炔基于駕駛者輸入產生用于發(fā)動機的扭矩請求；W及 模型預測控制（MPC)模塊，所述MPC模塊： 基于所述扭矩請求識別可能目標值組，所述可能目標值組中的每一個包括橫跨節(jié)氣口 閥的目標壓力比； 分別確定用于所述可能目標值組的預測操作參數(shù)； 分別確定用于所述可能目標值組的成本值； 基于所述成本值選擇所述可能目標值組中的一個；W及 分別基于所述組中的選定一個的可能目標值來設置目標值，所述目標值包括橫跨所述 節(jié)氣口閥的目標壓力比； 目標面積模塊，所述目標面積模炔基于所述目標壓力比來確定所述節(jié)氣口閥的目標開 口面積；化及 節(jié)氣口致動器模塊，所述節(jié)氣口致動器模炔基于目標開度來控制所述節(jié)氣口閥。
[0028] 2.如方案1所述的發(fā)動機控制系統(tǒng)，其進一步包括： 目標歧管絕對壓力（MAP)模塊，所述MAP模炔基于所述目標壓力比和節(jié)氣口入口空氣 壓力（TIAP)來確定目標MAP， 其中所述目標面積模炔基于所述目標MAP和所述目標壓力比來確定所述節(jié)氣口閥的 目標開口面積。
[0029] 3.如方案2所述的發(fā)動機控制系統(tǒng)，其進一步包括： 目標每汽缸空氣（APC)模塊，所述APC模炔基于所述目標MP和目標進氣和排氣相位 角度來確定目標APC， 其中所述目標面積模炔基于所述目標APC和所述目標壓力比來確定所述節(jié)氣口閥的 目標開口面積。
[0030] 4.如方案3所述的發(fā)動機控制系統(tǒng)，其進一步包括： 目標質量空氣流率(MAF)模塊，所述MAF模炔基于所述目標APC來確定通過所述節(jié)氣 口閥的目標MAF， 其中所述目標面積模炔基于所述目標壓力比、所述目標MAF和所述TIAP來確定所述節(jié) 氣口閥的目標開口面積。
[0031] 5.如方案1所述的發(fā)動機控制系統(tǒng)，其進一步包括轉換模塊，所述轉換模塊將所 述目標開口面積轉換為目標占空比， 其中所述節(jié)氣口致動器模炔基于所述目標占空比來將信號應用于所述節(jié)氣口閥。
[0032] 6.如方案1所述的發(fā)動機控制系統(tǒng)，其進一步包括參考模塊，所述參考模炔基于 所述扭矩請求來確定橫跨所述節(jié)氣口閥的參考壓力比， 其中所述MPC模塊分別基于所述可能目標值組的可能目標壓力比與所述參考壓力比 之間的差異來確定用于所述組的成本值。
[0033] 7.如方案1所述的發(fā)動機控制系統(tǒng)，其進一步包括目標約束模塊，所述目標約束 模塊輸出橫跨所述節(jié)氣口閥的最大和最小壓力比， 其中所述MPC模塊選擇所述可能目標值組中具有在最大與最小壓力比之間的可能目 標壓力比的一個。
[0034] 8.如方案7所述的發(fā)動機控制系統(tǒng)，其中所述目標約束模塊將橫跨所述節(jié)氣口 閥的最大壓力比設置為預定值。
[0035] 9.如方案7所述的發(fā)動機控制系統(tǒng)，其中所述目標約束模炔基于一個或多個發(fā) 動機操作參數(shù)來設置橫跨所述節(jié)氣口閥的所述最小壓力比。
[003引10.如方案1所述的發(fā)動機控制系統(tǒng)，其中： 所述可能目標值組中的每一個進一步包括可能目標廢氣口開度、可能目標排氣再循環(huán) (EGR)閥開度、可能目標進氣相位器角度和可能目標排氣相位器角度； 所述目標值進一步包括目標廢氣口開度、目標EGR閥開度、目標進氣相位器角度和目 標排氣相位器角度；W及 所述發(fā)動機控制系統(tǒng)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廢氣口開度來控制與滿輪增壓器 相關的廢氣口的開度； EGR致動器模塊，所述EGR致動器模炔基于所述目標EGR閥開度來控制EGR閥的開度； W及 相位器致動器模塊，所述相位器致動器模塊分別基于目標進氣和排氣相位器角度來控 制進氣n和排氣n定相。
[0037] 11. -種用于車輛的發(fā)動機控制方法，包括： 基于駕駛者輸入產生用于發(fā)動機的扭矩請求； 使用模型預測控制（MPC)模塊： 基于所述扭矩請求識別可能目標值組，所述可能目標值組中的每一個包括橫跨節(jié)氣口 閥的目標壓力比； 分別確定用于所述可能目標值組的預測操作參數(shù)； 分別確定用于所述可能目標值組的成本值； 基于所述成本值選擇所述可能目標值組中的一個；W及 分別基于所述組中的選定一個的可能目標值來設置目標值，所述目標值包括橫跨所述 節(jié)氣口閥的目標壓力比； 基于所述目標壓力比來確定所述節(jié)氣口閥的目標開口面積；W及 基于目標開度來控制所述節(jié)氣口閥。
[0038] 12.如方案11所述的發(fā)動機控制方法，其進一步包括： 基于所述目標壓力比和節(jié)氣口入口空氣壓力（TIAP)來確定目標歧管絕對壓力（MAP); W及 基于所述目標MAP和所述目標壓力比來確定所述節(jié)氣口閥的目標開口面積。
[0039] 13.如方案12所述的發(fā)動機控制方法，其進一步包括： 基于所述目標MP和目標進氣和排氣相位角度來確定目標每汽缸空氣（APC) ; W及 基于所述目標APC和所述目標壓力比來確定所述節(jié)氣口閥的目標開口面積。
[0040] 14.如方案13所述的發(fā)動機控制方法，其進一步包括： 基于所述目標APC來確定通過所述節(jié)氣口閥的目標質量空氣流率(MF) ; W及 基于所述目標壓力比、所述目標MAF和所述TIAP來確定所述節(jié)氣口閥的目標開口面 積。
[0041] 15.如方案11所述的發(fā)動機控制方法，其進一步包括： 將所述目標開口面積轉換為目標占空比；化及 基于所述目標占空比來將信號應用于所述節(jié)氣口閥。
[0042] 16.如方案11所述的發(fā)動機控制方法，其進一步包括： 基于所述扭矩請求來確定橫跨所述節(jié)氣口閥的參考壓力比；W及 分別基于所述可能目標值組的可能目標壓力比與所述參考壓力比之間的差異來確定 用于所述組的成本值。
[0043] 17.如方案11所述的發(fā)動機控制方法，其進一步包括： 輸出橫跨所述節(jié)氣口閥的最大和最小壓力比；W及 選擇所述