多变量发动机控制的方法和系统与流程

1.技术领域一般涉及内燃机，并且更具体地涉及一种多变量发动机控制的系统和方法，该系统和方法用于使用具有组合湿度和egr稀释值的凸轮相位，同时实现调度的凸轮相位器参考和约束以及参考egr设定值以优化发动机性能。


背景技术：

2.废气再循环(egr)阀将大量的废气再循环到发动机进气系统，以提高发动机效率、降低燃料消耗和降低nox排放。已经开发出发动机控制系统来控制发动机输出扭矩，以实现期望的扭矩。然而，传统的发动机控制系统由于未能考虑或充分考虑与外部湿度和进气稀释度相关联的其他变量而未能如期望的那样准确地控制发动机输出扭矩，所述其他变量影响进气混合物并且可降低发动机性能。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者不能在影响发动机输出扭矩的各个设备之间协调发动机扭矩控制。
3.因此，希望提供用于多变量发动机控制系统的改进方法和系统，多变量发动机控制系统对一个或多个凸轮相位器和egr阀具有控制权，以在凸轮相位器操作中引入调度约束，并且在不同的egr和环境湿度操作条件下维持可接受的燃烧稳定性。
4.因此，希望提供用于可变发动机控制系统的改进方法和系统，可变发动机控制系统控制一组凸轮相位器，一组凸轮相位器包括与外部egr的组合进气凸轮和排气凸轮，以用于增强内燃机的控制；并且将由湿度和egr引起的多个效应简化为单个值以用于生成至少一个命令以限制一个或多个凸轮相位的操作。
5.此外，从随后的详细描述和所附权利要求中，结合附图和前述技术领域和背景，本公开的其他期望的特征和特性将变得显而易见。


技术实现要素：

6.在示例性实施例中，提供了一种用于车辆的多变量扭矩控制的方法。
7.该方法包括配置处理器，该处理器设置在多变量控制器中并且用一组指令对该处理器编程以确定与废气再循环(egr)相关联的一组参考；由处理器实现算法，该算法基于发动机温度和从与egr相关联的一组参考中确定的至少一个参考，以生成用于控制一组致动器的一个或多个命令；由处理器优化至少一个凸轮相位位置，该优化由基于对致动器组中的至少一个致动器的生成的命令来施加用于车辆推进的适当水平的发动机扭矩来控制；基于在车辆操作的内燃阶段期间湿度和egr阀引入的egr的量，由处理器限制与一组凸轮的egr阀的操作相关联的凸轮相位的允许范围；以及根据由处理器所提供的指示，由车辆的发动机提供推进扭矩的量。
8.在至少一个示例性实施例中，方法还包括：由处理器使用包括与外部egr的组合的进气凸轮和排气凸轮的凸轮定相，以用于增强内燃机的控制；并且由处理器将由湿度和egr引起的多个效应简化为单个值以用于生成至少一个命令以限制一个或多个凸轮相位的操作。
9.在至少一个示例性实施例中，方法还包括由处理器将湿度和egr的值组合成单个稀释值，作为调度该组凸轮相位器约束的基础。
10.在至少一个示例性实施例中，该方法还包括由处理器调谐该组凸轮相位器约束的值以优化发动机性能，同时防止不良燃烧稳定性。
11.在至少一个示例性实施例中，该方法还包括其中用于egr参考的值基于包含在至少一个高气压值和一个低气压值的一组校准表中的一个或多个值。
12.在至少一个示例性实施例中，该方法还包括基于与湿度、发动机冷却剂和空气温度相关联的一组值，由处理器来调整egr参考。
13.在至少一个示例性实施例中，方法还包括基于与湿度、发动机冷却剂和空气温度相关联的一组值，由处理器来调谐用于调整egr参考值的系数。
14.在至少一个示例性实施例中，方法还包括其中稀释值还包括：由处理器使用当前稀释值作为输入来在包括低稀释值、标称稀释值和最大稀释值的一组稀释值以及对应的一组校准表之间插值，以确定一组相位器约束，该组相位器约束包括进气相位器最大推进约束、进气相位器最大延迟约束、排气相位器最大推进约束以及排气相位器最大延迟约束。
15.在至少一个示例性实施例中，方法还包括响应于高湿度水平，由处理器减少egr的量以便维持稀释值的恒定值。
16.在至少一个示例性实施例中，方法包括：通过由处理器计算用作目标设定点的基础的egr参考的百分比值，由处理器控制egr阀的操作；基于一组校准表中包含的值，由处理器确定在低大气压下和高大气压下的egr参考的百分比值；由处理器应用与测量的大气压相关联的一组值并使用插值函数来确定来自一组校准表的一组值，在该校准表上确定egr参考的初始百分比值；以及由处理器根据当前湿度通过使用当前湿度值和与egr减少相关的百分比值之间的线性关系函数来调整egr参考的百分比值。
17.在至少一个示例性实施例中，方法包括使用来自第一、第二和第三组凸轮相位器校准表的一组凸轮相位器值，凸轮相位器校准表包括含有冷凸轮相位器值的第一校准表、含有温凸轮相位器值的第二校准表和含有egr相位器值的第三校准表；在发动机暖机期间进行混合，冷-暖定标器混合包含0到1之间的值，其中冷-暖定标器混合的值提供了在冷凸轮相位器值和暖凸轮相位器表值之间应用插值函数的基础；在引入egr时进一步混合，包括通过将egr参考的最终百分比除以对应于当前湿度的egr参考的标称百分比值来计算egr混合因子的值。egr混合因子提供了在暖凸轮相位器值与egr凸轮相位器值之间应用插值函数的基础；以及生成一组值作为对应于凸轮相位器命令的参考目标值，以用于根据处理器提供的指令由车辆的发动机提供推进扭矩量。
18.在另一个示例性实施例中，提供了一种用于车辆的多变量扭矩控制的系统。该系统包括发动机；和处理器，处理器设置在多变量控制器中，多变量控制器联接到发动机并且被配置来：确定与废气再循环(egr)相关联的一组参考；实现算法，该算法基于发动机温度和从与egr相关联的一组参考中确定的至少一个参考，以生成用于控制一组致动器的一个或多个命令；优化至少一个凸轮相位位置，该优化由基于对致动器组中的至少一个致动器的生成的命令来施加用于车辆推进的适当水平的发动机扭矩来控制；基于在车辆操作的内燃阶段期间湿度和egr阀引入的egr的量，限制与一组凸轮的egr阀的操作相关联的凸轮相位的允许范围；以及根据由处理器所提供的指示，由车辆的发动机提供推进扭矩的量。
19.在至少一个示例性实施例中，该系统还包括其中处理器还被配置来使用包括与外部egr的组合的进气凸轮和排气凸轮的凸轮定相，以用于增强内燃机的控制；并且将由湿度和egr引起的多个效应简化为单个值以用于生成至少一个命令以限制一个或多个凸轮相位的操作。
20.在至少一个示例性实施例中，系统包括其中处理器还被配置来将湿度和egr的值组合成稀释值的单个值，作为调度该组凸轮相位器约束的基础。
21.在至少一个示例性实施例中，系统包括：其中处理器还被配置来调谐该组凸轮相位器约束的值以优化发动机性能，同时防止不良燃烧稳定性，其中用于egr参考的值基于包含在至少一个高气压值和一个低气压值的一组校准表中的一个或多个值。
22.在至少一个示例性实施例中，系统包括其中处理器还被配置来基于与湿度、发动机冷却剂和空气温度相关联的一组值来调整egr参考。
23.在至少一个示例性实施例中，系统包括：其中处理器还被配置来使用当前稀释值作为输入来在一组稀释值之间插值，该组稀释值包括低稀释值、标称稀释值和最大稀释值以及对应的一组校准表，以确定一组相位器约束，该组相位器约束包括进气相位器最大推进约束、进气相位器最大延迟约束、排气相位器最大推进约束以及排气相位器最大延迟约束。
24.在至少一个示例性实施例中，系统包括其中处理器还被配置来响应于高湿度水平，减少egr的量以便维持稀释值的恒定值。
25.在至少一个示例性实施例中，系统包括：其中处理器还被配置来：通过执行一组动作来控制egr阀，以便：计算用作目标设定点的基础的egr参考的百分比值；基于一组校准表中包含的值，确定在低大气压下和高大气压下的egr参考的百分比值；应用与测量的大气压相关联的一组值并使用插值函数来确定来自一组校准表的一组值，在该组校准表上确定egr参考的初始百分比值；以及根据当前湿度通过使用当前湿度值和与egr减少相关的百分比值之间的线性关系函数来调整egr参考的百分比值。
26.在至少一个示例性实施例中，系统包括其中处理器还被配置来：使用来自第一、第二和第三组凸轮相位器校准表的一组凸轮相位器值，凸轮相位器校准表包括含有冷凸轮相位器值的第一校准表、含有温凸轮相位器值的第二校准表和含有egr相位器值的第三校准表；在发动机暖机期间进行混合，冷-暖定标器混合包含0到1之间的值，其中冷-暖定标器混合的值提供了在冷凸轮相位器值和暖凸轮相位器表值之间应用插值函数的基础；在引入egr时进一步混合，包括通过将egr参考的最终百分比除以对应于当前湿度的egr参考的标称百分比值来计算egr混合因子的值。egr混合因子提供了在暖凸轮相位器值与egr凸轮相位器值之间应用插值函数的基础；以及生成一组值作为对应于凸轮相位器命令的参考目标值，以用于由车辆的发动机提供推进扭矩量。
附图说明
27.以下将结合以下附图描述本公开，其中相同的数字表示相同的元件，并且其中：
28.图1示出根据各种实施例的车辆的示例性图，该车辆包括多变量扭矩控制系统和推进系统的其他部件、响应于控制车辆控制器的进气凸轮和排气凸轮的命令的各种致动器；
29.图2示出根据各种实施例的车辆的示例性功能框图，该车辆包括多变量扭矩控制系统，改系统用于通过分析由湿度和egr引起的对燃烧的影响来限制凸轮相位器操作，以最大化发动机性能和稳定性，并且通过发布用于凸轮相位器操作的各种命令来确定最佳凸轮相位位置；
30.图3示出了根据各种实施例的针对低稀释值、标称稀释值和最大稀释值的控制模式中引入的湿度和egr之间的一组比较的示例性图表，该比较将湿度和稀释值组合在单个稀释值中，该单个稀释值限制凸轮相位器以使发动机性能最大化；
31.图4示出根据各种示例性实施例的一组校准表的示例性图，该组校准表包含用于限定三个稀释设定点的值，这三个稀释设定点用于由多变量控制器控制一个或多个凸轮相位器约束和egr阀；
32.图5示出根据各种示例性实施例的多变量发动机控制的示例性图，多变量发动机控制利用具有用于凸轮相位器参考值的三组示例性校准表来控制一个或多个凸轮相位器和egr值；
33.图6示出根据各种示例性实施例的用于计算由多变量控制系统用作目标设定点的egr参考值的百分比的过程的示例性图；并且
34.图7示出根据各种示例性实施例的与egr和egr约束相关联的一组参考的图1-6中描述的车辆的多变量扭矩控制的示例性流程图，其中步骤简化由湿度和egr在用于限制凸轮相位器操作的单个稀释值中引起的影响。
具体实施方式
35.以下详细描述在本质上仅是示例性的，其并不旨在限制本公开或本公开的应用和使用。此外，没有被之前的背景或以下详细描述中提出的任何理论所约束的意图。
36.内燃机上进气和/或排气凸轮定相的使用允许更多控制，这具有优化发动机性能、提高燃油效率和减少排放的优点。然而，在某些环境条件下，需要根据环境湿度的量来限制可使用的凸轮重叠量，以保持良好的燃烧稳定性。为了实现最佳重叠量，可以测量或估计引入空气的湿度。此湿度与egr稀释值相结合，然后用于创建一组凸轮位置约束，这些约束可以调谐以优化发动机性能，同时防止不良的燃烧稳定性
37.图1示出了根据示例性实施例的车辆100。如下文进一步更详细描述的，车辆100包括发动机控制模块(ecm)114，发动机控制模块(ecm)114被配置用于多变量扭矩控制，以用于通过分析湿度和egr对燃烧的影响来限制凸轮相位器操作，以便最大化根据示例性实施例的车辆100的发动机性能和稳定性。
38.在各种实施例中，车辆100包括汽车。在某些实施例中，车辆100可以是许多不同类型的汽车中的任何一种，例如例如轿车、货车、卡车或运动型多用途车(suv)，并且可能是两轮驱动(2wd)(即，后轮驱动或前轮驱动)、四轮驱动(4wd)或全轮驱动(awd)和/或各种其他类型的车辆。在某些实施例中，车辆100还可包括摩托车或其他车辆，例如飞机、航天器、船只等，和/或一个或多个其他类型的移动平台(例如，机器人和/或其他移动平台)。
39.车辆100包括布置在底盘116上的主体104。主体104基本上封闭车辆100的其他部件。主体104和底盘116可共同形成框架。车辆100还包括多个车轮112。车轮112各自在主体104的相应拐角附近旋转地联接到底盘116，以促进车辆100的移动。在一个实施例中，车辆
100包括四个轮子112，尽管这在其他实施例中可变化(例如，对于卡车和某些其他车辆)。
40.驱动系统111安装在底盘116上，并且例如通过轴117驱动车轮112。在各种实施例中，驱动系统111包括发动机102，发动机102经由轴117驱动车轮112，并且还提供用于车辆100的自动制动的推进扭矩。在某些实施例中，发动机102包括内燃机。在各种其他实施例中，也可包括一种或多种其他类型的发动机102，例如混合动力发动机/内燃机，和/或一种或多种其他不同类型的发动机。
41.同样如在各种实施例中所描绘的，驱动系统111包括传动装置113。在各种实施例中，传动装置113可以自动和/或手动地移位到不同的齿轮中，例如驱动装置(d)、停车装置(p)、反向齿轮(r)等。
42.在各种实施例中，车辆100还包括内燃机102，内燃机102包括活塞125。在燃烧冲程期间，空气/燃料混合物的燃烧驱动活塞125远离上止点(tdc)，从而驱动曲轴119。因此，曲轴119可旋转以提供驱动扭矩以推进机动车辆，其中活塞缸体组件99被配置来燃烧空气/燃料混合物以旋转曲轴119。燃烧冲程可被定义为活塞125到达tdc与活塞125到达下止点(bdc)的时刻之间的时间。
43.在排气冲程期间，活塞125开始远离bdc移动，并且通过排气阀130排出燃烧产物(废气)。因此，排气阀130被配置来将废气从活塞缸体组件99排出。燃烧产物通过排气系统134从车辆排出。
44.进气阀122由进气凸轮轴140控制，而排气阀130由排气凸轮轴142控制。因此，进气凸轮轴140被配置来旋转以控制进气阀122，并且排气凸轮轴142被配置来旋转以控制排气阀130。应理解，进气凸轮轴140或多个进气凸轮轴140通常将控制与一个或多个气缸组中的一个或多个气缸118相关联的多个进气阀122。
45.同样，排气凸轮轴142或多个排气凸轮轴142通常将控制与一个或多个气缸组中的一个或多个气缸118相关联的多个排气阀130。还应理解，进气阀122和/或排气阀130可由凸轮轴以外的装置(例如无凸轮阀致动器)控制。
46.进气阀122相对于活塞tdc打开和关闭的时间由进气凸轮相位器148变化。例如，进气凸轮相位器148可被配置来通过控制进气凸轮轴140的进气凸轮相位角来控制进气凸轮轴140的旋转。相应地，排气阀130相对于活塞125上止点(tdc)打开和关闭的时间由排气凸轮相位器150变化。排气凸轮相位器150可被配置来通过控制排气凸轮轴142的排气凸轮相位角来控制排气凸轮轴142的旋转。相位器致动器模块158基于来自发动机控制模块(ecm)114的信号来控制进气凸轮相位器148和排气凸轮相位器150。任选地，可变阀升程也可由相位器致动器模块158控制。
47.车辆100的推进系统(即，发动机102和排气系统134)还包括废气再循环(egr)阀170，废气再循环(egr)阀170被配置来通过选择性可变的egr阀打开区域将一部分废气选择性地重新引导回进气歧管110。egr阀170由egr致动器模块172基于来自ecm114的信号来控制。
48.发动机102还包括湿度传感器107。湿度传感器可检测经由进气通道进入进气歧管110的空气的水蒸气浓度。湿度传感器107可定位在egr阀170的下游而定位在进气阀122的上游。基于egr阀170的位置，由湿度传感器产生的相对湿度读数指示的新鲜空气或新鲜空气与再循环废气的组合的湿度。
49.使用曲轴位置传感器180测量曲轴119的位置。曲轴119的旋转速度，其也是发动机102的旋转速度，可基于曲轴位置来确定。发动机冷却剂的温度由发动机冷却剂温度(ect)传感器182测量。ect传感器182优选地位于发动机102内或冷却剂循环的另一个位置，例如冷却器。
50.使用歧管绝对压力(map)传感器184测量进气歧管110内的压力。任选地，可测量发动机真空，发动机真空是环境空气压力与进气歧管110内的压力之间的差。使用质量气流(maf)传感器186测量流入进气歧管110的空气的质量流率。
51.在图1中，基于空气扭矩请求265确定用于气流控制发动机致动器的命令值或目标值。更具体地，基于空气扭矩请求265，空气控制模块228使用模型预测控制来确定命令的废气门打开区域266、命令的节气门打开区域267、命令的egr阀打开区域268、命令的进气凸轮相位角269和命令的排气凸轮相位角270。
52.在各种实施例中，发动机控制模块(ecm)114包括控制器(或计算机系统)141，控制器(或计算机系统)141基于由控制器141利用通过ecm114获得的传感器数据和其它数据和/或信息执行的处理来控制车辆操作，操作包括利用由发动机102根据由控制器141提供的指令提供的推进扭矩。
53.ecm114接收来自大气(即，气压)传感器181的输入以确定车辆内或周围的环境空气的空气压力，部分地使用此输入来调整空气/燃料比率和点火时间以改变海拔条件(以及因此进入发动机102的空气的密度)。
54.在各种实施例中，控制器141(并且在某些实施例中，设置在车辆100的主体内。应理解，控制器141可另外不同于图1中所描绘的实施例。例如，控制器141可联接到或以其他方式利用一个或多个远程计算机系统和/或其他控制系统，例如作为上述车辆100装置和系统中的一个或多个的一部分。
55.在所描绘的实施例中，控制器141的计算机系统包括计算机系统(在本文中也称为计算机系统)并且包括处理器152、存储器144、存储装置168和计算机总线150。处理器152执行控制器141的计算和控制功能并且可包括任何类型的处理器或多个处理器、单个集成电路(例如微处理器)，或任何合适数量的集成电路装置和/或电路板，这些装置协调工作以实现处理单元的功能。在操作期间，处理器152执行存储器144内所包含的一个或多个程序153，并且因此通常在执行关于图2-7描述的过程中，控制控制器141和控制器141的计算机系统的一般操作。
56.存储器144可以是任何类型的合适存储器。例如，存储器144可包括各种类型的动态随机存取存储器(dram)(例如sdram)、各种类型的静态ram(sram)和各种类型的非易失性存储器(prom、eprom和闪存)。在某些实例中，存储器144位于和/或同位于与处理器152相同的计算机芯片上
57.总线150用于在控制器141的计算机系统的各种部件与接口(未示出)之间传输程序、数据、状态和其他信息或信号，从而允许例如从系统驱动程序和/或另一计算机系统与控制器141的计算机系统通信，并且可以使用任何合适的方法和设备来实现。
58.存储装置168可以是任何合适类型的存储装置，包括不同类型的直接访问存储装置和/或其他存储器装置。在一个示例性实施例中，存储装置168包括程序产品，存储器144可从该程序产品接收执行本公开的一个或多个过程的一个或多个实施例的程序153，例如
关于图2-7所述的。
59.总线150可以是连接计算机系统和部件的任何合适的物理或逻辑方法。这包括但不限于直接硬接线连接、光纤、红外线和无线总线技术。在操作期间，程序153存储在存储器144中并且由处理器152执行。
60.应当理解，虽然这个示例性实施例是在充分运行的计算机系统的背景下描述的，但是本领域技术人员将认识到，本公开的机制能够作为程序产品分发，该程序产品具有一种或多种类型的非暂时性计算机可读信号承载介质，非暂时性计算机可读信号承载介质以用于存储程序及其指令并且执行其分布，例如非暂时性计算机可读介质承载程序并且包含存储在其中的计算机指令，以用于致使计算机处理器(例如处理器152)运行和执行程序。
61.这种程序产品可以采取各种形式，并且本公开同样适用，而不管用于执行分布的计算机可读信号承载介质的特定类型。信号承载介质的示例包括可记录介质，例如软盘、硬盘驱动器、存储卡和光盘，以及传输介质，例如数字和模拟通信链路。应理解，在某些实施例中，基于云的存储和/或其他技术也可用与特定实施例。同样应理解，控制器141的计算机系统也可以另外不同于图1中所描绘的实施例，例如，其中控制器141的计算机系统可以联接到或者可以以其他方式利用一个或多个远程计算机系统和/或其他控制系统。
62.图2示出根据示例性实施例的多变量扭矩控制系统的示例性图，多变量扭矩控制系统通过发布用于凸轮相位器操作的各种命令来确定最佳凸轮相位位置。在图2中，示出参考模块205的一组参考，该模块205包括百分比egr参考模块210，以生成指示与egr参考相关联的百分比值的一组信号，以及包括一组相位器参考模块，以生成与相位器参考的值相关联的一组信号。
63.在实施例中，参考模块205的一组参考生成将被发送到多变量控制器230的y和u参考，多变量控制器230使用处理器来实现算法，该处理器部分地使用egr百分比参考(即，egr y
ref
)的y和u参考，与由约束模块220生成的y和u约束组合，以发出一组u命令240。u命令240包括(尽管未实现)与节气门、废气门、凸轮相位器、egr阀和火花部件相关联的动作的命令。
64.在实施例中，参考模块205经由百分比egr模块210计算egr参考的百分比值，其中百分比egr参考值被计算并在多变量控制系统中用作目标设定点。校准表包括在低气压和高气压下的egr参考百分比的值，并且所测量的气压用于由egr参考模块210在这些表之间插值以确定初始百分比egr参考。使用湿度和egr降低百分比之间的线性关系来针对当前湿度调整egr参考百分比。
65.约束模块220实施一组稀释相位器约束225，该组稀释相位器约束225通过多变量控制器230在一个或多个凸轮相位器的操作中发出一组约束。在实施例中，稀释相位器约束225包括对一个或多个凸轮相位器的控制。在实施例中，约束模块220实施将湿度和egr水平组合成单个稀释值的过程，单个稀释值用于调度凸轮相位器约束。稀释相位器约束基于三个稀释设定值：低稀释度＝k1*低湿度+k2*零egr，标称稀释度＝k1*高湿度+k2*高湿度下的标称egr，最大稀释度＝k1*高湿度+k2*高湿度下的最大egr。每个稀释设定点都有一组对应的凸轮相位器最大前进和最大延迟约束表。计算(k1*湿度+k2*egr)当前稀释值，并将该值用于在三组约束表之间插值。约束表的输出被应用为多变量控制器230的约束。可调谐凸轮相位器约束(由约束模块220生成)以优化发动机性能，同时防止不良燃烧稳定性。
66.在实施例中，相位器参考模块215根据发动机温度和egr分数确定最佳凸轮相位器
位置。相位器参考模块215使用一组多个(即，三个或更多个)凸轮相位器校准表，凸轮相位器校准表包括含有冷值、暖值和具有egr值的校准表以确定用于最佳相位器位置的u命令240。
67.在实施例中，在发动机预热阶段期间，相位器参考模块215处理0至1的冷-暖定标器共混物，冷-暖定标器共混物用于在冷和暖凸轮相位器校准表中包含的一组值之间应用插值或估计函数。一旦冷-暖定标器达到1，使用egr混合因子以在暖和具有egr凸轮相位器表之间插值。通过在当前湿度下将最终％egr参考除以标称％egr参考来计算egr混合因子。
68.在实施例中，多变量控制器230使用计算的egr参考的百分比值(来自参考模块205)来实现多变量发动机扭矩/气流控制，egr参考值被接收为输入以确定发动机的致动器位置命令。此egr参考(y,u参考)基于高低气压值的校准表中的值，以及对湿度、发动机冷却剂和空气温度所做的调整。湿度调节使用一个简单的公式，通过乘以湿度变化的系数来减少egr。egr和湿度对燃烧的影响相似，但程度不同。可通过根据湿度改变egr来调谐系数以维持恒定的有效稀释。
69.图3示出了根据实施例的针对低稀释值、标称稀释值和最大稀释值的控制模式中引入的湿度和egr之间的一组比较的示例性图表，该比较将湿度和稀释值组合在单个稀释值中，该单个稀释值限制凸轮相位器以使发动机性能最大化；在图3中，对于低稀释值302，等效湿度被示出为低而没有任何egr。在标称稀释值304中，对于湿度等于0.7％的干燥条件，等效湿度相对于egr比率310示出了egr相对于等效湿度具有高百分比。对于湿度等于2.4％的湿度条件，等效湿度相对于egr比率315显示了更小的egr相对于等效湿度的百分比。
70.同样地，对于最大稀释值306，示出了具有等于0.7％的湿度的干燥值以及egr相对于等效湿度的较高百分比的相似比率320的干燥条件，并且对于具有等于2.4％的湿度的湿度条件，(巧合地)呈现了具有比率330的较低的egr相对于湿度的百分比。基于由湿度和egr水平的组合值引入湿度和egr的量，随后由低稀释度302、标称稀释度304和最大稀释度306值的图3中所示的单一稀释值限制所允许的凸轮定相的范围。
71.使用变量k1和k2并将其加在一起来计算单次稀释值，方法如下：低稀释度＝k1*低湿度+k2*零egr，标称稀释度＝k1*高湿度+k2*高湿度下的标称egr，最大稀释度＝k1*高湿度+k2*高湿度下的最大egr。每个稀释设定点都有一组对应的凸轮相位器最大前进和最大延迟约束表。计算(k1*湿度+k2*egr)当前稀释值，并将该值用于在三组约束表之间插值。
72.在示例性实施例中，经由低稀释值、标称值和最大稀释值的系统将湿度和egr的影响简化为能够使多变量控制器(图2的230)限制凸轮相位器的单个值，这是为了将发动机的性能、稳定性和效率最大化。
73.在示例性实施例中，可实现多变量扭矩控制器，多变量扭矩控制器可允许气流致动器(包括凸轮)远离参考位置移动以更优化地产生所需扭矩。基于单个稀释值实现的约束允许在不同的egr和环境湿度条件下具有可接受的燃烧稳定性。约束还考虑了湿度和egr对燃烧的影响(其由图3中的图表示出)，以对燃烧有类似影响，但程度不同。为了考虑不同的程度，湿度和egr影响(如图3所示)可通过首先分别将湿度和egr乘以缩放因子k1和k2来加在一起。
74.图4示出对应于低稀释度415、标称稀释度425和最大稀释度435的凸轮相位器约束
的校准表。每个稀释度水平都有进气相位器最大前进、进气相位器最大延迟、排气相位器最大前进和排气相位器最大延迟的校准表。
75.当前稀释值405用于在低稀释值410、标称稀释值420和最大稀释值430(即，在图3中示出的对应于低稀释值302、标称稀释值304和最大稀释值306的低稀释值、标称稀释值和最大稀释值)的稀释值之间插值，及其各自的校准表以确定进气相位器最大推进约束440、进气相位器最大延迟约束445、排气相位器最大推进约束450和排气相位器最大延迟约束455。
76.在示例性实施例中，传统的凸轮相位器控制也可由用于相位器设定点的表的值在不同条件下利用。
77.图5示出根据各种实施例的多变量发动机控制的示例性图，多变量发动机控制利用具有用于凸轮相位器参考值的三组示例性校准表来控制一个或多个凸轮相位器和egr值；
78.在图5中，多变量发动机控制过程500包括冷凸轮相位器值的校准表510、暖凸轮相位器值的校准表520和具有egr相位器值的校准表530。冷-暖定标器515被配置成具有发动机温度。在发动机预热之后，配置egr混合因子525(即，egr y
ref
值的最终百分比值/egr y
ref
值的标称百分比值)。来自所有三个校准表的值通过插值函数535、540插值，其中来自冷-暖校准表的相应成对值以及用于确定凸轮相位器u命令u
ref
545(即，凸轮相位器参考目标)的暖-egr校准表。
79.如果冷-暖标量器515具有小于1的值，那么所使用的估计或插值基于来自冷-暖校准表对的值，否则它基于来自暖-egr校准表的值。因此，如果发动机未预热，则混合冷和暖表以确定凸轮相位器参考值。冷-暖混合因子由发动机温度和校准表确定。在替代示例性实施例中，凸轮相位器可以独立于egr来控制，但是发动机的燃烧过程的稳定性和效率可能在没有考虑egr的情况下受到影响。
80.图6是根据各种实施例的用于计算由多变量控制系统用作目标设定点的egr参考值的百分比的过程的示例性图。
81.在图6中，示出了用于由多变量控制器使用低气压和高气压下的egr的百分比值进行插值的过程600。在图6中，示出了含有高气压百分比值的校准表605，以及含有低气压百分比值的另一个校准表615，低气压百分比值由插值函数610调整，插值函数610提供插值气压值，插值气压值由插值函数620调整以用于插值湿度值，插值湿度值随后温度调整以在输出端640处产生egr参考的百分比值。在实施例中，校准表中的值是低气压和高气压的egr参考的基础百分比值，并且每个值与发动机的每分钟转数(rpm)和所需每气缸空气(apc)相关联或为其函数。输出640基于针对湿度和温度两者调整的值。
82.在实施例中，通过-k乘以当前湿度减去低湿度值(即，-k*(当前湿度-低湿度))的插值函数620的适度调整来调整校准表的每个值，该值被发送到温度调整函数625，乘以来自表630的冷却剂温度值或常数(*k
coolanttemp
)627，并且接下来乘以来自表635的充电温度值或常数(*k
chargetemp
)629，以生成egr参考的百分比值的输出640。
83.测量的大气压602用于插值(即，由插值函数610从低/高校准表大气压值调整的大气压值)来自低/高大气压校准表的一组值，该组值随后针对湿度进行调整(即，插值的大气压值随后基于恒定值乘以当前湿度降低的量来进一步插值)，以使用温度调节函数625确定
应用egr参考的初始百分比值。使用湿度与egr降低百分比值之间的线性关系来针对当前湿度调整egr参考的百分比值。如图6所示的湿度调整是一个相对简单的公式，通过乘以湿度变化的系数“k”来减少egr。egr和湿度对燃烧的影响相似，但程度不同。可通过根据湿度改变egr来调谐系数“k”以维持恒定的有效稀释。
84.图7是根据各种实施例的与egr和凸轮相位器相关联的一组参考和限制的结合图1-6中描述的车辆的多变量扭矩控制的示例性流程图，其中步骤简化由湿度和egr在用于限制凸轮相位器操作的单个稀释值中引起的影响。
85.在图7中，在任务705处，过程由实施至少一个处理器的多变量控制器发起，至少一个处理器用一组指令编程以确定与废气再循环(egr)相关联的一组参考。
86.在示例性实施例中，多变量控制器实现使用发动机温度的值和与egr分数相关联的一组参考确定的至少一个参考的算法，以生成用于控制一组致动器的一个或多个命令。多变量控制器被配置来基于所生成命令通过控制来优化至少一个凸轮相位位置，该命令对于致动器组中的至少一个致动器并且施加用于车辆推进的适当水平的发动机扭矩。在实施例中，多变量控制器被配置来基于在车辆操作期间由egr阀引入的湿度和egr的量来施加约束以针对一组凸轮优化与egr阀操作相关联的凸轮相位位置，并且根据处理器提供的指令提供由车辆的发动机产生的推进扭矩的量。
87.在任务710处，实施由与外部egr组合的进气凸轮和排气凸轮组成的一组凸轮定相，以用于增强内燃机的控制，内燃机的控制基于软件中的一组指令来控制处理器以将由车辆相位期间的湿度和egr引起的多种影响简化为单个值，该单个值用于生成至少一个命令以限制一个或多个凸轮相位器的操作。该过程还包括将湿度和egr的值组合成单个稀释值，作为调度该组凸轮相位器约束的基础。
88.在任务720处，过程包括由处理器调谐该组凸轮相位器约束的值以优化发动机性能，同时防止不良燃烧稳定性。egr参考的值基于包含高气压值和低气压值的一组校准表中包含的一个或多个值，这些值由处理器基于与湿度、发动机冷却剂和空气温度相关联的一组值进行调整。该调整包括基于与湿度、发动机冷却剂和空气温度相关联的该组值，由处理器来调谐用于调整egr参考值的系数。
89.在任务730处，在该过程中，通过使用当前稀释值作为输入来在一组低稀释值、标称稀释值和最大稀释值与对应的一组校准表之间插值，以由处理器生成稀释值以确定一组相位器约束。所确定的相位器约束包括进气相位器最大前进约束、进气相位器最大延迟约束、排气相位器最大前进约束和排气相位器最大延迟约束。
90.在任务740处，在该过程中，响应于在操作环境中感测到的高湿度水平，处理器按照指示减少egr的量以维持稀释值的恒定值。
91.在任务750中，在过程中，由处理器发出控制命令以基于实施计算用作目标设定点的基础的egr参考的百分比值的算法来控制egr阀的操作，以执行对egr量的控制；基于一组校准表中包含的值，确定在低大气压下和高大气压下的egr参考的百分比值；应用与测量的大气压相关联的一组值并使用插值函数来确定来自一组校准表的一组值，在该组校准表上确定egr参考的初始百分比值；以及根据当前湿度通过使用当前湿度值和与egr减少相关的百分比值之间的线性关系函数来调整egr参考的百分比值。
92.在任务760处，在处理过程中，可指示处理器使用来自第一组、第二组和第三组凸
轮相位器校准表的一组凸轮相位器值。该表包括：第一校准表，其包含冷凸轮相位器值；第二校准表，其包含暖凸轮相位器值；以及第三校准表，其包含egr凸轮相位器值。然后，在发动机预热期间混合，含有介于0到1之间的值的冷-暖定标器混合，其中冷-暖定标器混合的值提供在冷凸轮相位器值与暖凸轮相位器表值之间应用插值函数的基础。接下来，在引入egr时实施混合的另一个混合操作，包括通过将最终百分比egr参考除以对应于当前湿度的egr参考的标称百分比值来计算egr混合因子的值。egr混合因子提供了在暖凸轮相位器值与egr凸轮相位器值之间应用插值函数的基础；以及生成一组值作为对应于凸轮相位器命令的参考目标值，以用于根据处理器提供的进一步指令由车辆的发动机提供推进扭矩量。
93.因此，提供方法、系统和车辆，将湿度和egr的影响简化为单个值，以通过约束或限制凸轮相位器控制以将车辆的发动机性能、稳定性和效率最大化。
94.应理解，所述系统、车辆和方法可不同于附图中描绘和本文描述的那些。例如，图1的车辆100，图1的其控制系统和/或其部件可在不同实施例中变化。类似地，应理解，过程700的步骤可不同于图1-6所描绘的那些，和/或过程700的各个步骤可同时和/或以不同于图7中的顺序而发生
95.虽然在前述详细描述中已经呈现了至少一个示例性实施例，但是应理解存在大量变型。还应理解，一个或多个示例性实施例仅仅是示例，并且不意图以任何方式限制本公开的范围、适用性或配置。相反，前述详细描述将为本领域技术人员提供用于实现一个或多个示例性实施例的方便路线图。应理解，在不脱离所附权利要求书及其法律等效物中阐述的本公开的范围的情况下，可以对元件的功能和布置进行各种改变。

技术特征：
1.一种用于车辆的多变量扭矩控制的方法，所述方法包括：配置设置在多变量控制器中并且用一组指令编程的处理器，以确定与废气再循环(egr)相关联的一组参考；由所述处理器实现基于发动机温度和与所述egr相关联的一组参考确定的至少一个参考的算法，以生成用于控制一组致动器的一个或多个命令；由所述处理器通过基于对于所述致动器组中的至少一个致动器的所生成的命令的控制来优化至少一个凸轮相位位置，以施加适当水平的发动机扭矩以用于车辆推进；基于在车辆操作的内燃阶段期间由所述egr阀引入的湿度和egr的量，由所述处理器限制与一组凸轮的egr阀的操作相关联的凸轮相位的允许范围；以及由所述车辆的发动机根据由所述处理器提供的指令提供一定量的推进扭矩。2.根据权利要求1所述的方法，还包括：由所述处理器使用包括与外部egr组合的进气凸轮和排气凸轮的所述一组凸轮相控，以增强对内燃机的控制；以及由所述处理器将由所述湿度和egr引起的多个影响简化为单个值，以用于生成至少一个命令以限制一个或多个凸轮相位器的操作。3.根据权利要求2所述的方法，还包括：由所述处理器将所述湿度和egr的值组合成单个稀释值，作为调度所述一组凸轮相位器约束的基础。4.根据权利要求3所述的方法，还包括：由所述处理器调谐所述组凸轮相位器约束的所述值以优化所述发动机性能，同时防止不良燃烧稳定性，其中egr参考的值基于至少一个高气压值和一个低气压值的一组校准表中所包含的一个或多个值。5.根据权利要求4所述的方法，还包括：由所述处理器基于与所述湿度、发动机冷却剂和空气温度相关联的一组值来调整所述egr参考。6.根据权利要求5所述的方法，还包括：基于与所述湿度、所述发动机冷却剂和所述空气温度相关联的一组所述值，由所述处理器调谐用于调整所述egr参考值的系数。7.根据权利要求6所述的方法，还包括：其中所述稀释值还包括：由所述处理器使用当前稀释值作为输入从而在包含低稀释值、标称稀释值和最大稀释值的一组稀释值与对应的一组校准表之间插值，以确定包含进气相位器最大前进约束、进气相位器最大延迟约束、排气相位器最大前进约束和排气相位器最大延迟约束的一组相位器约束。8.根据权利要求7所述的方法，还包括：响应于高湿度水平，通过所述处理器减少所述egr的量以便保持所述稀释值的恒定值。9.根据权利要求8所述的方法，还包括：由所述处理器控制，通过以下步骤操作所述egr阀：由所述处理器计算用作目标设定点的基础的所述egr参考的百分比值；
由所述处理器基于所述一组校准表中包含的所述值确定所述egr参考在低大气压下和高大气压下的百分比值；由所述处理器应用与所测量的气压相关联的所述一组值，并且使用插值函数来确定来自所述一组校准表的所述一组值，在所述一组校准表上确定所述egr参考的初始百分比值；以及通过使用所述当前湿度的所述值与egr降低相关联的所述百分比值之间的线性关系函数，由所述处理器根据当前湿度调整所述egr参考的所述百分比值。10.根据权利要求9所述的方法，还包括：使用来自第一、第二和第三组凸轮相位器校准表的一组凸轮相位器值，所述凸轮相位器校准表包括：含有冷凸轮相位器值的第一校准表；含有暖凸轮相位器值的第二校准表；以及含有egr凸轮相位器值的第三校准表；在所述发动机预热期间混合，含有介于0到1之间的所述值的冷热缩放器混合，其中所述冷热缩放器混合的值提供用于在所述冷凸轮相位器值与所述暖凸轮相位器表值之间应用所述插值函数的基础；当引入egr时，进一步混合包括通过将最终百分比egr参考除以对应于当前湿度的egr参考的标称百分比值来计算egr共混因子的所述值，其中所述egr共混因子提供在所述暖凸轮相位器值与所述egr凸轮相位器值之间应用所述插值函数的基础；以及生成所述一组值作为对应于凸轮相位器命令的参考目标值，以用于根据由所述处理器提供的指令由所述车辆的所述发动机提供推进扭矩的量。

技术总结
在示例性实施例中，提供了用于车辆的多变量扭矩控制的方法和系统。该方法包括配置处理器，该处理器设置在多变量控制器中以确定与废气再循环(EGR)相关联的一组参考；实现算法，该算法基于发动机温度和从与EGR相关联的至少一个参考，以生成用于控制一组致动器的命令；优化至少一个凸轮相位位置，该优化由基于生成的命令来施加用于车辆推进的适当水平的发动机扭矩来控制；基于在车辆操作的内燃阶段期间湿度和EGR阀引入的EGR的量，限制与一组凸轮的EGR阀的操作相关联的凸轮相位的允许范围；以及根据由处理器所提供的指示，由发动机提供推进扭矩的量。进扭矩的量。进扭矩的量。


技术研发人员：D.N.海登 T.E.戈德瓦德 I.里巴
受保护的技术使用者：通用汽车环球科技运作有限责任公司
技术研发日：2022.10.12
技术公布日：2023/6/16