用于變速器換高速擋的發(fā)動機控制系統(tǒng)和方法
【專利說明】
[0001] 相關(guān)申請的交叉引用
[0002] 此申請涉及2014年3月26日提交的美國專利申請?zhí)?4/225,502、2014年3 月26日提交的美國專利申請?zhí)?4/225, 516、2014年3月26日提交的美國專利申請?zhí)?14/225,569、2014年3月26日提交的美國專利申請?zhí)?4/225,626、2014年3月26日提交 的美國專利申請?zhí)?4/225,817、2014年3月26日提交的美國專利申請?zhí)?4/225,896、2014 年3月26日提交的美國專利申請?zhí)?4/225, 53U2014年3月26日提交的美國專利申請?zhí)?14/225,507、2014年3月26日提交的美國專利申請?zhí)?4/225,587、2014年3月26日提交 的美國專利申請?zhí)?4/225,492、2014年3月26日提交的美國專利申請?zhí)?4/226,006、2014 年3月26日提交的美國專利申請?zhí)?4/226, 12U2014年3月26日提交的美國專利申請?zhí)?14/225,496以及2014年3月26日提交的美國專利申請?zhí)?4/225,891。以上申請的全部 披露內(nèi)容以引用的方式并入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本公開涉及內(nèi)燃發(fā)動機，并且更具體來說，涉及用于車輛的發(fā)動機控制系統(tǒng)和方 法。
【背景技術(shù)】
[0004] 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的背景。當(dāng)前提及 的發(fā)明人的工作一以在此【背景技術(shù)】部分中所描述的為限一以及在提交時否則可能不 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)為是針對本公開的現(xiàn)有技 術(shù)。
[0005] 內(nèi)燃發(fā)動機在汽缸內(nèi)燃燒空氣與燃料混合物以驅(qū)動活塞，這產(chǎn)生驅(qū)動扭矩。進入 發(fā)動機的空氣流量通過節(jié)氣門來調(diào)節(jié)。更具體來說，節(jié)氣門調(diào)整節(jié)氣門面積，這增加或減少 進入發(fā)動機的空氣流量。當(dāng)節(jié)氣門面積增加時，進入發(fā)動機的空氣流量增加。燃料控制系 統(tǒng)調(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)動機的扭矩輸出。
[0006] 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。火花正時和空氣流量 可以是用于調(diào)整火花點火發(fā)動機的扭矩輸出的主要機構(gòu)，而燃料流可以是用于調(diào)整壓縮點 火發(fā)動機的扭矩輸出的主要機構(gòu)。
[0007] 已經(jīng)開發(fā)出發(fā)動機控制系統(tǒng)來控制發(fā)動機輸出扭矩以實現(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(yīng)或者在影響發(fā)動機輸出扭矩的各種設(shè)備之間協(xié)調(diào)發(fā)動 機扭矩控制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 在一個特征中，披露一種用于車輛的發(fā)動機控制系統(tǒng)。參考模塊設(shè)置用于變速器 的換高速擋的參考進氣門正時和參考排氣門正時中的至少一個。模型預(yù)測控制（MPC)模 塊：基于發(fā)動機扭矩請求識別可能目標(biāo)值組，每個可能組包括可能目標(biāo)進氣門正時和可能 目標(biāo)排氣門正時；基于⑴所述組的可能目標(biāo)進氣門正時與參考進氣門正時的比較和（ii) 所述組的可能目標(biāo)排氣門正時與參考排氣門正時的比較選擇可能目標(biāo)值組中的一個；基于 所述組中的選定一個的可能目標(biāo)進氣門正時設(shè)置目標(biāo)進氣門正時；基于所述組中的選定一 個的可能目標(biāo)排氣門正時設(shè)置目標(biāo)排氣門正時；以及相位器致動器模塊，所述相位器致動 器模炔基于目標(biāo)進氣門正時控制發(fā)動機的進氣門定相并且基于目標(biāo)排氣門正時控制發(fā)動 機的排氣門定相。
[0009] 在其他特征中，在換高速擋的扭矩相位之前的預(yù)定周期期間，參考模炔基于進氣 門和排氣門重疊的第一量和第一容積效率來設(shè)置參考進氣門正時和參考排氣門正時中的 至少一個。
[0010] 在另外其他特征中，在換高速擋的扭矩相位期間，參考模炔基于進氣門和排氣門 重疊的第二量和第二容積效率來設(shè)置參考進氣門正時和參考排氣門正時中的至少一個。
[0011] 在另外其他特征中，進氣門和排氣門重疊的第一量大于進氣門和排氣門重疊的第 二量，并且第二容積效率大于第一容積效率。
[0012] 在其他特征中，在換高速擋的扭矩相位之后的慣性相位期間，參考模炔基于進氣 門和排氣門重疊的第三量和第三容積效率來設(shè)置參考進氣門正時和參考排氣門正時中的 至少一個。
[0013] 在另外其他特征中，進氣門和排氣門重疊的第三量小于進氣門和排氣門重疊的第 二量，并且第三容積效率小于第二容積效率。
[0014] 在另外其他特征中，在換高速擋的慣性相位期間，參考模塊拖延參考進氣門正時 并且提前用于換高速擋的參考排氣門正時。
[0015] 在其他特征中，在換高速擋的扭矩相位期間，參考模塊拖延參考進氣門正時并且 提前用于換高速擋的參考排氣門正時。
[0016] 在其他特征中：升壓致動器模塊，該升壓致動器模炔基于根據(jù)所述組中的選定一 個的可能目標(biāo)廢氣門開度設(shè)定的目標(biāo)廢氣門開度來控制渦輪增壓器的廢氣門的開度；排氣 再循環(huán)（EGR)致動器模塊，該EGR致動器模炔基于根據(jù)所述組中的選定一個的可能目標(biāo)EGR 開度設(shè)定的目標(biāo)EGR開度來控制EGR閥的開度；以及節(jié)氣門致動器模塊，該節(jié)氣門致動器模 炔基于根據(jù)所述組中的選定一個的可能目標(biāo)節(jié)氣門開度設(shè)定的目標(biāo)節(jié)氣門開度來控制節(jié) 氣門閥的開度。
[0017] 在其他特征中，披露車輛的發(fā)動機控制系統(tǒng)。預(yù)測模塊分別基于用于M個未來時 間的可能目標(biāo)值組和發(fā)動機的模型來確定用于M個未來時間的發(fā)動機的預(yù)測扭矩。M是大 于一的整數(shù)。成本模塊分別基于用于M個未來時間的預(yù)測扭矩與用于M個未來時間的發(fā)動 機扭矩請求的比較來確定用于可能目標(biāo)值組的成本。未來請求模炔基于用于變速器的換高 速擋的發(fā)動機扭矩請求的預(yù)期改變來設(shè)置用于M個未來時間的發(fā)動機扭矩請求中的至少 一個，其中可能目標(biāo)值組包括用于在預(yù)期改變之前調(diào)整進氣門定相和排氣門定相中的至少 一個的可能目標(biāo)值。選擇模炔基于成本從包括可能目標(biāo)值組和N個其他可能目標(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)，并且其基于選定的可能目標(biāo)值組來設(shè)置 目標(biāo)值。相位器致動器模塊分別基于目標(biāo)值中的第一值和第二值來控制進氣門定相和排氣 門定相。
[0018] 在其他特征中，未來請求模炔基于換高速擋期間發(fā)動機扭矩請求的預(yù)期減少來設(shè) 置用于M個未來時間的發(fā)動機扭矩請求中的至少一個。
[0019] 在另外其他特征中，未來請求模炔基于換高速擋的慣性相位期間發(fā)動機扭矩請求 的預(yù)期增加來設(shè)置用于M個未來時間的發(fā)動機扭矩請求中的至少一個。
[0020] 在另外其他特征中，約束模塊將內(nèi)部和外部稀釋約束設(shè)置為用于換高速擋的預(yù)定 最小值。基于用于M個未來時間的可能目標(biāo)值組和發(fā)動機的模型，分別確定用于M個未來 時間的預(yù)測內(nèi)部和外部稀釋值。成本模塊進一步基于預(yù)測內(nèi)部稀釋值、外部稀釋值和預(yù)定 最小值來確定用于可能目標(biāo)值組的成本。
[0021] 在一個特征中，一種用于車輛的發(fā)動機控制方法包括：設(shè)置用于變速器的換高速 擋的參考進氣門正時和參考排氣門正時中的至少一個；以及使用模型預(yù)測控制（MPC)模 塊：基于發(fā)動機扭矩請求識別可能目標(biāo)值組，每個可能組包括可能目標(biāo)進氣門正時和可能 目標(biāo)排氣門正時；基于⑴所述組的可能目標(biāo)進氣門正時與參考進氣門正時的比較和（ii) 所述組的可能目標(biāo)排氣門正時與參考排氣門正時的比較選擇可能目標(biāo)值組中的一個；基于 所述組中的選定一個的可能目標(biāo)進氣門正時設(shè)置目標(biāo)進氣門正時；以及基于所述組中的選 定一個的可能目標(biāo)排氣門正時設(shè)置目標(biāo)排氣門正時。該方法進一步包括基于目標(biāo)進氣門正 時控制發(fā)動機的進氣門定相并且基于目標(biāo)排氣門正時控制發(fā)動機的排氣門定相。
[0022] 在其他特征中，發(fā)動機控制方法進一步包括在換高速擋的扭矩相位之前的預(yù)定周 期期間，基于進氣門和排氣門重疊的第一量和第一容積效率來設(shè)置參考進氣門正時和參考 排氣門正時中的至少一個。
[0023] 在另外其他特征中，發(fā)動機控制方法進一步包括在換高速擋的扭矩相位期間，基 于進氣門和排氣門重疊的第二量和第二容積效率來設(shè)置參考進氣門正時和參考排氣門正 時中的至少一個。
[0024] 在另外其他特征中，進氣門和排氣門重疊的第一量大于進氣門和排氣門重疊的第 二量，并且第二容積效率大于第一容積效率。
[0025] 在其他特征中，發(fā)動機控制方法進一步包括在換高速擋的扭矩相位之后的慣性相 位期間，基于進氣門和排氣門重疊的第三量和第三容積效率來設(shè)置參考進氣門正時和參考 排氣門正時中的至少一個。
[0026] 在另外其他特征中，進氣門和排氣門重疊的第三量小于進氣門和排氣門重疊的第 二量，并且第三容積效率小于第二容積效率。
[0027] 在另外其他特征中，發(fā)動機控制方法進一步包括在換高速擋的慣性相位期間，拖 延參考進氣門正時并且提前用于換高速擋的參考排氣門正時。
[0028] 在其他特征中，發(fā)動機控制方法進一步包括在換高速擋的扭矩相位期間，拖延參 考進氣門正時并且提前用于換高速擋的參考排氣門正時。
[0029] 在另外其他特征中，發(fā)動機控制方法進一步包括：基于根據(jù)所述組中的選定一個 的可能目標(biāo)廢氣門開度設(shè)定的目標(biāo)廢氣門開度來控制渦輪增壓器的廢氣門的開度；基于根 據(jù)所述組中的選定一個的可能目標(biāo)排氣再循環(huán)（EGR)開度設(shè)定的目標(biāo)EGR開度來控制EGR 閥的開度；以及基于根據(jù)所述組中的選定一個的可能目標(biāo)節(jié)氣門開度設(shè)定的目標(biāo)節(jié)氣門開 度來控制節(jié)氣門閥的開度。
[0030] 本發(fā)明包括以下方案：
[0031] 1. 一種用于車輛的發(fā)動機控制系統(tǒng)，包括：
[0032] 參考模塊，所述參考模塊設(shè)置用于變速器的換高速擋的參考進氣門正時和參考排 氣門正時中的至少一個；
[0033] 模型預(yù)測控制（MPC)模塊，所述MPC模塊：
[0034] 基于發(fā)動機扭矩請求識別可能目標(biāo)值組，每個可能組包括可能目標(biāo)進氣門正時和 可能目標(biāo)排氣門正時；
[0035] 基于（i)所述組的所述可能目標(biāo)進氣門正時與所述參考進氣門正時的比較和 (ii)所述組的所述可能目標(biāo)排氣門正時與所述參考排氣門正時的比較選擇所述可能目標(biāo) 值組中的一個；
[0036] 基于所述組中的選定一個的所述可能目標(biāo)進氣門正時設(shè)置目標(biāo)進氣門正時；以及
[0037] 基于所述組中的選定一個的所述可能目標(biāo)排氣門正時設(shè)置目標(biāo)排氣門正時；以及
[0038] 相位器致動器模塊，所述相位器致動器模炔基于所述目標(biāo)進氣門正時控制發(fā)動機 的進氣門定相并且其基于所述目標(biāo)排氣門正時控制所述發(fā)動機的排氣門定相。
[0039] 2.如方案1所述的發(fā)動機控制系統(tǒng)，其中在所述換高速擋的扭矩相位之前的預(yù)定 周期期間，所述參考模炔基于進氣門和排氣門重疊的第一量和第一容積效率來設(shè)置所述參 考進氣門正時和所述參考排氣門正時中的至少一個。
[0040] 3.如方案2所述的發(fā)動機控制系統(tǒng)，其中在所述換高速擋的扭矩相位期間，所述 參考模炔基于進氣門和排氣門重疊的第二量和第二容積效率來設(shè)置所述參考進氣門正時 和所述參考排氣門正時中的至少一個。
[0041] 4.如方案3所述的發(fā)動機控制系統(tǒng)，其中進氣門和排氣門重疊的第一量大于進氣 和排氣門重疊的第二量，以及
[0042] 其中所述第二容積效率大于所述第一容積效率。
[0043] 5.如方案3所述的發(fā)動機控制系統(tǒng)，其中在所述換高速擋的扭矩相位之后的慣性 相位期間，所述參考模炔基于進氣門和排氣門重疊的第三量和第三容積效率來設(shè)置所述參 考進氣門正時和所述參考排氣門正時中的至少一個。
[0044] 6.如方案5所述的發(fā)動機控制系統(tǒng)，其中進氣門和排氣門重疊的第三量小于進氣 門和排氣門重疊的第二量，以及
[0045] 其中所述第三容積效率小于所述第二容積效率。
[0046] 7.如方案5所述的發(fā)動機控制系統(tǒng)，其中在所述換高速擋的慣性相位期間，所述 參考模塊拖延所述參考進氣門正時并且提前用于所述換高速擋的所述參考排氣門正時。
[0047] 8.如方案2所述的發(fā)動機控制系統(tǒng)，其中在所述換高速擋的扭矩相位期間，所述 參考模塊拖延所述參考進氣門正時并且提前用于所述換高速擋的所述參考排氣門正時。
[0048] 9.如方案1所述的發(fā)動機控制系統(tǒng)，其進一步包括：
[0049] 升壓致動器模塊，該升壓致動器模炔基于根據(jù)所述組中的選定一個的可能目標(biāo)廢 氣門開度設(shè)定的目標(biāo)廢氣門開度來控制渦輪增壓器的廢氣門的開度；
[0050] 排氣再循環(huán)（EGR)致動器模塊，所述EGR致動器模炔基于根據(jù)所述組中的選定一 個的可能目標(biāo)EGR開度設(shè)定的目標(biāo)EGR開度來控制EGR閥的開度；以及
[0051] 節(jié)氣門致動器模塊，所述節(jié)氣門致動器模炔基于根據(jù)所述組中的選定一個的可能 目標(biāo)節(jié)氣門開度設(shè)定的目標(biāo)節(jié)氣門開度來控制節(jié)氣門閥的開度。
[0052] 10. -種車輛的發(fā)動機控制系統(tǒng)，包括：
[0053] 預(yù)測模塊，所述預(yù)測模塊分別基于用于M個未來時間的可能目標(biāo)值組和發(fā)動機的 模型來確定用于所述M個未來時間的所述發(fā)動機的預(yù)測扭矩，
[0054] 其中M是大于一的整數(shù)；
[0055] 成本模塊，所述成本模塊分別基于用于所述M個未來時間的所述預(yù)測扭矩與用于 所述M個未來時間的發(fā)動機扭矩請求的比較來確定用于所述可能目標(biāo)值組的成本；
[0056] 未來請求模塊，所述未來請求模炔基于用于變速器的換高速擋的所述發(fā)動機扭矩 請求的預(yù)期改變來設(shè)置用于所述M個未來時間的所述發(fā)動機扭矩請求中的至少一個，
[0057] 其中所述可能目標(biāo)值組包括用于在所述預(yù)期改變之前調(diào)整進氣門定相和排氣門 定相中的至少一個的可能目標(biāo)值；
[0058] 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個其他可能 目標(biāo)值組的群組中選擇所述可能目標(biāo)值組，其中N是大于零的整數(shù)，并且其基于選定的可 能目標(biāo)值組來設(shè)置目標(biāo)值；以及
[0059] 相位器致動器模塊，所述相位器致動器模塊分別基于所述目標(biāo)值中的第一值和第 二值來控制進氣門定相和排氣門定相。
[0060] 11.如方案10所述的發(fā)動機控制系統(tǒng)，其中所述未來請求模炔基于所述換高速擋 期間所述發(fā)動機扭矩請求的預(yù)期減少來設(shè)置用于所述M個未來時間的所述發(fā)動機扭矩請 求中的至少一個。
[0061] 12.如方案10所述的發(fā)動機控制系統(tǒng)，其中所述未來請求模炔基于所述換高速擋 的慣性相位期間所述發(fā)動機扭矩請求的預(yù)期增加來設(shè)置用于所述M個未來時間的所述發(fā) 動機扭矩請求中的至少一個。
[0062] 13.如方案10所述的發(fā)動機控制系統(tǒng)，其進一步包括約束模塊，所述約束模塊將 內(nèi)部稀釋約束和外部稀釋約束設(shè)置為用于所述換高速擋的預(yù)定最小值，
[0063] 其中基于用于M個未來時間的所述可能目標(biāo)值組和發(fā)動機的模型，分別確定用于 所述M個未來時間的預(yù)測內(nèi)部稀釋值和預(yù)測外部稀釋值，以及
[0064] 其中所述成本模塊進一步基于所述預(yù)測內(nèi)部稀釋值、所述外部稀釋值和所述預(yù)定 最小值來確定用于所述可能目標(biāo)值組的所述成本。
[0065] 14. -種用于車輛的發(fā)動機控制方法，包括：
[0066] 設(shè)置用于變速器的換高速擋的參考進氣門正時和參考排氣門正時中的至少一 個；
[0067] 使用模型預(yù)測控制（MPC)模塊：
[0068] 基于發(fā)動機扭矩請求識別可能目標(biāo)值組，每個可能組包括可能目標(biāo)進氣門正時和 可能目標(biāo)排氣門正時；
[0069] 基于（i)所述組的所述可能目標(biāo)進氣門正時與所述參考進氣門正時的比較和 (ii)所述組的所述可能目標(biāo)排氣門正時與所述參考排氣門正時的比較選擇所述可能目標(biāo) 值組中