用于确定发动机的目标致动器值的系统和方法技术方案

一种根据本公开的系统包括模型预测控制(MPC)模块和致动器模块。MPC模块生成用于发动机的致动器的一组可能目标值，并预测该组可能目标值的操作参数。预测的操作参数包括排放物水平和/或排气系统操作参数。MPC模块确定该组可能目标值的成本，并基于该成本从多组可能目标值中选择该组可能目标值。MPC模块确定所选择组的预测的操作参数是否满足约束，并在预测的操作参数满足约束时将目标值设定为所选择组的可能目标值。致动器模块基于目标值中的至少一者控制发动机的致动器。

System and method for determining the target actuator value of an engine

A system according to this disclosure includes a model predictive control (MPC) module and an actuator module. The MPC module generates a set of possible target values for the actuator of the engine, and predicts the operation parameters for the possible target value of the actuator. The predicted operating parameters include emission levels and / or exhaust system operating parameters. The MPC module determines the cost of the group's possible target values, and selects the group's possible target values from multiple possible target values based on the cost. The MPC module determines whether the predicted operation parameters of the selected group meet the constraints and sets the target value to the possible target value of the selected group when the predicted operation parameter meets the constraint. The actuator module controls the actuator of the engine based on at least one of the target values.

【技术实现步骤摘要】
用于确定发动机的目标致动器值的系统和方法
本公开涉及内燃机，具体涉及在满足排放和驾驶性能目标并使燃料效率最大化的同时利用模型预测控制来确定发动机的目标致动器值。
技术介绍
本文提供的背景描述是为了实现一般地呈现本公开的上下文的目的。当前署名的专利技术人的工作就其在该背景部分所描述的以及在提交时可以不另外被作为是现有技术的多个方面的描述而言，既不明确也不隐含地被认可为是本公开的现有技术。内燃机在汽缸中燃烧空气和燃料混合物，以驱动产生驱动扭矩的活塞。进入发动机的气流通过节流阀进行调节。更具体地，节流阀调节节流面积，这可增加或减少进入发动机的气流。节流面积增加，进入发动机的气流也随之增加。燃料控制系统调节燃料喷射率，以为汽缸提供期望的空气/燃料混合物和/或获得期望的扭矩输出。通过增加提供给汽缸的空气与燃料量，发动机的扭矩输出得以增加。在火花点火式发动机中，火花引发了提供给汽缸的空气/燃料混合物的燃烧。在压缩点火式发动机中，汽缸中的压缩使提供给汽缸的空气/燃料混合物燃烧。火花正时和气流可为用于调节火花点火式发动机的扭矩输出的初级机构，而燃料流可为用于调节压缩点火式发动机的扭矩输出的初级机构。发动机控制系统已被开发来控制发动机的输出扭矩，以获得期望扭矩。然而，传统的发动机控制系统并不能如所期望的那样精确地控制发动机的输出扭矩。进一步地，传统的发动机控制系统无法对控制信号做出快速响应，或无法在各种影响发动机的输出扭矩的装置之间协调发动机扭矩控制。
技术实现思路
一种根据本公开的系统包括模型预测控制(MPC)模块和致动器模块。MPC模块生成用于发动机的致动器的一组可能目标值，并预测该组可能目标值的操作参数。预测的操作参数包括排放物水平和/或排气系统操作参数。MPC模块确定该组可能目标值的成本，并基于该成本从多组可能目标值中选择该组可能目标值。MPC模块确定所选择组的预测的操作参数是否满足约束，并在预测的操作参数满足约束时，将目标值设定为所选择组的可能目标值。致动器模块基于目标值中的至少一者控制发动机的致动器。通过详细说明、权利要求书和附图，本公开的其他适用领域将变得显而易见。详细说明和特定示例仅仅是用于示例的目的，而不是为了限定本公开的范围。附图说明从详细描述和附图中将能够更充分地理解本公开，其中：图1是示出了根据本公开的示例性发动机系统的功能框图；图2是示出了根据本公开的示例性发动机控制系统的功能框图；图3是示出了根据本公开的示例性目标生成模块的功能框图；图4是示出了根据本公开的示例性预测模块的功能框图；以及图5是示出了根据本公开的用于通过模型预测控制来控制节流阀、涡流阀、进气及排气阀定相、废气门、排气再循环(EGR)阀、EGR冷却器旁通阀、火花正时和燃料供给的示例性方法的流程图。在附图中，参考标号可重复使用来识别类似和/或相同的元件。具体实施方式发动机控制模块(ECM)控制发动机的扭矩输出。更具体地，ECM基于请求量的扭矩控制基于目标值的发动机致动器。例如，ECM基于目标进气和排气相位器角度控制进气和排气凸轮轴定相、基于目标节流阀开度控制节流阀、基于目标EGR开度控制排气再循环(EGR)阀以及基于目标废气门占空比控制涡轮增压器的废气门。ECM可通过多个单输入单输出(SISO)控制器(例如，比例-积分-微分(PID)控制器)单独地确定目标值。然而，当使用多个SISO控制器时，可以燃料消耗的可能降低为代价来设定目标值，以保持系统的稳定。另外，单独的SISO控制器的校准和设计可能会比较昂贵且耗时。本公开的ECM利用模型预测控制(MPC)模块来生成目标值。MPC模块基于发动机扭矩请求识别可能组的目标值。MPC模块基于该可能组的目标值和发动机的数学模型预测每个可能组的参数。MPC模块也可确定与每个可能组的使用相关联的成本。由于可能组的目标值与参考值之间的差值变大，因此为可能组确定的成本可能会增加，反之亦然。MPC模块可选择具有最低成本的可能组。代替或除了识别可能组的目标值及确定每一组的成本之外，MPC模块还可生成代表可能组的目标值的成本的表面。MPC模块随后可基于该成本表面的斜率识别具有最低成本的可能组。MPC模块可确定所选择组的预测参数是否满足约束条件。如果满足，则MPC模块可基于所选择组设定目标值；否则，MPC模块可选择具有次最低成本的可能组，并进行测试来确定该组是否满足约束。选择某一组并进行测试来确定该组是否满足约束的过程可被称为迭代。可在每一控制环期间执行多次迭代。ECM可在单独控制影响排放物水平和排气系统操作参数的目标致动器值的同时，利用MPC以如上所述的方式生成影响燃烧的目标致动器值。一些影响燃烧的目标致动器值也影响排放物水平和排气系统参数。这些目标致动器值的示例包括目标主喷射量和目标节流面积。其他目标致动器值(例如，目标后喷射量)仅仅影响排放物水平和排气系统参数。在任一情况下，单独控制这些目标致动器值需要进行校准来获得这些目标致动器值与排放物水平或排气系统参数之间的关系，并且不优化这些目标致动器值。本公开的ECM协调地控制影响燃烧的目标致动器值与影响排放物水平和排气系统参数的目标致动器值。ECM利用MPC模块来实现这种协调控制，以预测用于所选择组的可能目标值的某些参数，包括排放物水平和排气系统参数。MPC模块随后确定预测参数是否满足约束。如果满足，则MPC模块基于所选择组设定目标值；否则，MPC模块选择具有次最低成本的可能组，并进行测试来确定该组是否满足约束。MPC模块以这种方式继续，直至MPC模块识别出具有最低成本的满足约束的可能目标值的组。这样一来，ECM可在无需付出较多校准努力的情况下利用MPC来最佳化影响排放物水平和排气系统参数的目标致动器值。现参照图1，发动机系统100包括发动机102，其燃烧空气/燃料混合物以产生用于车辆的驱动扭矩。由发动机102产生的驱动扭矩量基于来自驱动器输入模块104的驱动器输入之上。发动机102可为火花点火式发动机(例如，汽油发动机)或压缩点火式发动机(例如，柴油发动机)。通过节流阀112将空气吸入至进气歧管110中。节流阀112可包括具有可旋转叶片的蝶阀。发动机控制模块(ECM)114控制节流阀致动器模块116，其调节节流阀112的开度以控制被吸入至进气歧管110中的空气量。来自进气歧管110的空气被吸入至发动机102的汽缸中。虽然发动机102可包括多个汽缸，但是为了说明的目的，示出了单个代表性汽缸118。例如，发动机102可包括2、3、4、5、6、8、10和/或12个汽缸。ECM114可指示汽缸致动器模块119选择性地禁用一些汽缸，这在某些发动机操作条件下可提高燃料经济性。来自进气歧管110的空气通过涡流阀120被吸入至发动机102的每一汽缸中。涡流阀120可包括具有可旋转叶片的蝶阀。涡流阀120可小于位于设置有涡流阀120的进气歧管110中的进气流道，使得当涡流阀120关闭时，空气可在涡流阀120周围流动。ECM114控制涡流致动器模块121，其调节涡流阀120的开度，以控制进气歧管110中的湍流量。当发动机102处于怠速时，涡流阀120可关闭，以在进气歧管110中形成湍流。当发动机102的速度增加时，涡流致动器模块121可逐渐打开涡流阀120，直至涡流阀12本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种方法，其包括：生成用于发动机的致动器的一组可能目标值；预测所述一组可能目标值的操作参数，其中所述预测的操作参数包括排放物水平和排气系统操作参数中的至少一者；确定所述一组可能目标值的成本；基于所述成本从多组可能目标值中选择所述一组可能目标值；确定所述所选择组的所述预测的操作参数是否满足约束；当所述预测的操作参数满足所述约束时，将目标值设定为所述所选择组的所述可能目标值；以及基于所述目标值中的至少一者控制发动机的致动器。

【技术特征摘要】
2015.12.10 US 14/9646801.一种方法，其包括：生成用于发动机的致动器的一组可能目标值；预测所述一组可能目标值的操作参数，其中所述预测的操作参数包括排放物水平和排气系统操作参数中的至少一者；确定所述一组可能目标值的成本；基于所述成本从多组可能目标值中选择所述一组可能目标值；确定所述所选择组的所述预测的操作参数是否满足约束；当所述预测的操作参数满足所述约束时，将目标值设定为所述所选择组的所述可能目标值；以及基于所述目标值中的至少一者控制发动机的致动器。2.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括：预测所述一组可能目标值的燃烧噪声水平；以及基于所述预测的燃烧噪声水平确定所述一组可能目标值的所述成本。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述预测的操作参数包括由所述发...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·孙，S·李，F·西甘弗隆，P·尼尔博恩，
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