[发明专利]内燃发动机控制器

说明书

一种用于内燃发动机的内燃发动机控制器，其包括存储器和处理器。存储器被配置成存储多个控制脉谱图，每个控制脉谱图限定致动器设定点的超曲面，用于基于到所述内燃发动机控制器的多个输入变量来控制内燃发动机的致动器。处理器包括脉谱图更新模块、参数更新模块和发动机设定点模块。脉谱图更新模块被配置成基于内燃发动机的性能目标函数、来自内燃发动机的传感器数据和多个输入变量来计算控制脉谱图中的至少一个控制脉谱图的优化超曲面，其中性能目标函数包括参数。参数更新模块被配置成在确定内燃发动机的运行状况的变化时更新性能目标函数的参数。所述参数包括下列中的一者或两者：与发动机模型相关联的发动机参数；以及与成本函数相关联的成本参数。脉谱图更新模块还被配置成基于优化超曲面来更新控制脉谱图的超曲面。发动机设定点模块被配置成基于由多个输入变量限定的相应控制脉谱图的超曲面上的位置向每个致动器输出控制信号。

技术领域

本公开涉及对内燃发动机的控制。更具体地，本公开涉及用于控制内燃发动机的致动器的系统和方法。

背景技术

内燃发动机通常包括一个或多个用于管理从内燃发动机的排气输出的排放物的系统。例如，内燃发动机通常包括用于处理由内燃发动机产生的排气的后处理系统。

典型的后处理系统可以包括许多传感器和(控制)致动器。在内燃发动机中可以设置另外的传感器和致动器，用于监测内燃发动机的排气、性能和/或效率。因此，内燃发动机可以包括许多独立的可控变量和校准值。因此，用于内燃发动机的发动机控制系统的设计是多维控制问题。

发动机控制系统需要响应于内燃发动机的运行状况的实时变化而向内燃发动机的致动器提供设定点。对满足排放法规的高效率内燃发动机的需求进一步限制可控制系统的设计。对控制系统设计的进一步限制是发动机控制系统可用的计算能力的量可能受到限制。

常规地，对内燃发动机和后处理系统的控制由车载处理器(发动机控制模块)管理。由于内燃发动机和后处理系统的复杂性，所实现的发动机控制通常利用基于一系列“控制脉谱图(map)”的开环控制系统，所述控制脉谱图包括用于内燃发动机和后处理系统的预校准的、时不变的发动机设定点。通常，所控制的发动机设定点包括燃料质量、喷射开始(SOI)、排气再循环(EGR)和进气歧管绝对压力(IMAP)。

一些简单的控制脉谱图包括多个查找表，其中存储了与不同发动机运行状况相关联的多个时不变发动机设定点。发动机控制模块仅可从与所需的发动机运行相关的控制脉谱图读出发动机设定点。一些发动机控制脉谱图还可以提供一个变量的估计值作为有限数量的其他变量的函数。由于随着附加变量的加入，存储器和脉谱图复杂性呈指数级增长，因此发动机设定点脉谱图只能基于有限数量的输入变量。在一些情况下，系统存储器可能受损，但是以插值误差为代价。

一种用于减小对开环控制方案的性能的影响的方法是为不同的工况提供不同的控制脉谱图。例如，可以为怠速运行和节气门全开运行或启动提供不同的控制脉谱图。为每个内燃发动机提供许多不同的控制脉谱图使得对每个内燃发动机的校准昂贵且耗时。此外，这些预校准的脉谱图各自为时不变查找表。因此，这些时不变控制脉谱图不能考虑发动机部件中的部件间变化，或者例如湿度的无法测量的影响。时不变控制脉谱图也不能适应发动机部件性能随时间的变化。

一种替代方法是实现发动机的实时、车载、基于模型的控制，以代替预校准的控制脉谱图。因此，发动机模型直接控制内燃发动机的一个或多个设定点。基于模型的发动机控制可包括动态发动机模型以预测发动机性能、排放和运行状况。预测的发动机性能可被反馈到模型中以进一步优化发动机设定点。因此，基于模型的控制方法有效地将负反馈形式结合到发动机控制系统中，以便改善性能和排放。

基于模型的控制难以实现，因为必须实时计算发动机设定点。因此，包括预测元件的基于模型的发动机控制器理想地也实时完成它们的预测。因此，许多基于模型的控制方案需要大量的计算资源以在用于控制内燃发动机的合适的时间尺度内优化模型输出。

发明内容