[發明專利]用于發動機組件的線性參數變化模型預測控制

有效

• 申請號: 201810024750.0
• 申請日: 2018-01-10
• 公開（公告）號: CN108333923B
• 公開（公告）日: 2021-09-21
• 發明（設計）人: Y-Y·王;龍瑞星;J·R·貝爾德霍;J-S·陳
• 申請（專利權）人: 通用汽車環球科技運作有限責任公司
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 安文森

公開了一種LPV/MPC發動機控制系統，其包括連接到多個傳感器的發動機控制單元。發動機控制單元從傳感器接收指示期望發動機轉矩和發動機轉矩輸出的信號，并且使用分段LPV/MPC例程從這些信號中確定最優發動機控制命令。該例程包括：確定發動機組件的非線性和線性系統模型，最小化線性系統模型的滾動時域中的控制成本函數，確定非線性和線性系統模型的系統響應，確定系統響應之間的誤差函數的范數是否小于校準閾值，并且如果范數小于預定閾值，則在下一滾動時域內的下一采樣時間中應用線性化系統模型以確定最優控制命令。一旦確定，則最優控制命令被輸出到發動機組件。

技術領域

本發明總體上涉及用于調節發動機組件的操作的基于模型的控制。更具體地，本發明的方面涉及用于內燃機組件的模型預測控制策略。

背景技術

當前的生產機動交通工具(諸如現代汽車)最初配備有動力總成，該動力總成操作以推進交通工具并為車載交通工具電子裝置供電。包括并且通常被錯誤分類為交通工具傳動系的動力總成通常包括原動機，該原動機通過多速度動力變速器向交通工具的最終傳動系統(例如，差速器、車軸和車輪)傳遞驅動動力。汽車通常由往復活塞式內燃機(ICE)提供動力，因為其易于獲得以及相對便宜的成本、重量輕和總體效率。作為一些非限制性示例，這種發動機包括兩沖程和四沖程壓縮點火(CI)柴油機、四沖程火花點火(SI)汽油機、六沖程架構和旋轉式發動機。另一方面，混合動力交通工具利用諸如電池供電的電動發電機的替代動力源來推進交通工具，最小化對發動機的動力依賴，并且從而提高總體燃料經濟性。

典型的頂置閥內燃機包括具有一系列缸膛的發動機缸體，每個缸膛具有可在其中往復運動的活塞。與發動機缸體的頂部表面聯接的是與活塞和缸膛配合形成可變容積燃燒室的氣缸蓋。這些往復活塞用于將由燃燒室內壓縮的燃料與空氣混合物點燃所生成的壓力轉換成旋轉力以驅動曲軸。氣缸蓋限定進氣端口，由進氣歧管提供的空氣通過所述進氣端口選擇性地引入每個燃燒室。在氣缸蓋內還限定有排氣端口，排氣和燃燒副產物通過該排氣端口選擇性地從燃燒室排出到排氣歧管。排氣歧管進而將用于再循環的排氣收集并組合到進氣歧管中，輸送到渦輪驅動的渦輪增壓器，和/或經由排氣系統從ICE排空。

在ICE組件的每個燃燒工作循環期間產生的排氣通常包括顆粒物質和其它已知的燃燒副產物，諸如一氧化碳(CO)、碳氫化合物(HC)、揮發性有機化合物(VOC)和氮氧化物(NOx)。排氣后處理系統操作以將未燃燒的碳氫化合物和一氧化碳氧化成二氧化碳和水，并且在氣體釋放到大氣之前將氮氧化物的混合物還原成氮氣和水。排氣處理可以單獨地并以任何組合方式并入氧化催化劑(OC)、NOx吸收器/吸附器、排氣再循環(EGR)、選擇性催化還原(SCR)系統、顆粒物質(PM)過濾器、催化轉化器和其它排放控制手段。選擇性催化還原是先進的主動排放控制技術，其將諸如無水或氨水(NH3)或汽車級尿素(也稱為柴油機排氣流體(DEF))的配料劑注入排氣流中。該配料劑包括與排氣中的NOx反應并與NOx混合的還原劑，并且該混合物可被吸收到SCR催化劑上。然后SCR催化劑可以分解吸收的混合物，形成水蒸氣(H2O)和氮氣(N2)。

發明內容

在此公開了用于調節發動機組件的操作的多變量模型預測控制系統，用于制造的方法和使用這種模型預測控制系統的方法，以及帶有具有閉環轉矩和排放控制能力的內燃機組件和排氣后處理系統的機動交通工具。作為示例而非限制，提出了一種用于調節發動機系統操作的新穎的分段線性參數變化(LPV)模型預測控制(MPC)策略和架構。在這個新的解中，基于非線性物理學的設備模型被建立或以其它方式被檢索，例如用于發動機充氣系統和轉矩模型。然后在當前操作狀況下對非線性設備模型進行線性化，并且例如基于非線性系統的雅可比矩陣，例如關于系統狀態和輸入的導數，計算系統動態矩陣A、B、C、D和V。