用於產生基於模型的系統控制參數的構架的製作方法

2023-05-30 00:50:36 2

專利名稱：用於產生基於模型的系統控制參數的構架的製作方法
用於產生基於模型的系統控制參數的構架 發明領域
本發明大體上涉及用於控制物理系統(physical system)操作的控 制技術，更具體地涉及一種用於產生基於模型的系統控制參數的控 制構架(control framework)。
背景
時常伴隨現有的開環和閉環控制策略實現的校準負擔需要得至'J 最大程度的減小。而且還需要配置基於模型的控制策略，使得改進 的模型在精度和/或性能方面，可簡單地取代控制策略中相應的現有 ^^莫型，以取得即時的系統性能改良。而且還需要提供對物理系統在 非特定的操作工況下，即在專門為其設計現有控制策略的操作工況 以外的條件下的性能優化。這裡所述基於模型的控制構架構思致力 於實現這些以及其它控制策略目標。
概要
本發明可包括所附權利要求中所引用的 一個或多個特徵，和/或 一個或多個以下特徵和其組合。產生控制參數以控制物理系統的操 作的控制構架可包括一個或多個嵌入鬥莫型(embedded model),目標邏 輯(objective logic), 目標優化邏輯(objective optimization logic)和解約 束還輯(solution constraining logic),嵌入才莫型各產生與物理系統的不 同操作參數相對應的;f莫型輸出，其取決於(as a function of)—個或多個 與物理系統的操作工況相對應的操作值和許多解參數(solution parameters),目標邏輯產生取決於所述數量的才莫型輸出和一個或多個 系統性能目標值的標量性能量度(scalar performance metric),目標優 化邏輯按照最大程度地減小標量性能量度的方式而產生許多無約束解參數，並且解約束邏輯按照限制至少一個無約束解參數的操作範 圍的方式而從所述許多無約束解參數中確定所述許多解參數。控制 參數可對應於所述許多無約束解參數或所述許多解參數。
所述多個嵌入模型可配置成用於產生相應的模型輸出，其還取 決於 一個或多個系統性能目標值中的至少其中 一個目標值。
目標邏輯還可配置成產生取決於一個或多個權重值的標量性能 量度。
目標優化邏輯還可配置成用於產生取決於至少其中一個控制參 數的所述許多無約束解參數。
解約束邏輯還可配置成用於產生所述許多解參數中的至少其中
一個解參數，其取決於所述一個或多個系統性能目標值中的至少其 中一個目標值。
作為備選或作為附加，解約束邏輯還可配置成用於產生所述許 多解參數中的至少其中 一個解參數，其取決於所述多個嵌入模型中 的其中 一個或多個嵌入模型所提供的至少一個模型極限。
控制構架還可包括控制參數處理邏輯(processing logic),其配置 成可處理至少其中一個控制參數，並產生一個輸出，其控制至少一 個與物理系統相關的促動器。解約束邏輯還可配置成用於產生所述 許多解參數中的至少其中一個解參數，其取決於至少一個由控制參 數處理邏輯提供給解約束邏輯的反饋值。
所述多個才莫型輸出值可限定一個矢量Y,所述一個或多個系統性 能目標值可限定一個矢量YT,並且所述一個或多個權重值可限定一 個矢量W，而且目標邏輯可配置成可確定一個差矢量作為矢量Y和 YT之間的差，並且確定標量性能量度作為矢量W和差矢量函數的矢 量內積。例如目標邏輯可配置成可根據關係式U二W.(Y-YT)來確定標 量性能量度，其中U是標量性能量度。作為另一示例，目標邏輯可 配置成可根據關係式11=\￥.(丫-丫。2來確定標量性能量度，其中U是 標量性能量度。作為另一示例，目標邏輯可配置成可根據關係式U-W.IY-Yd來確定標量性能量度，其中U是標量性能量度。作為還 有的另一示例，目標邏輯可配置成可根據關係式U=W.|(Y-YT)/YT* 確定標量性能量度，其中U是標量性能量度。
所述許多解參數可限定一個矢量X,所述許多無約束解參數可限 定一個矢量X'，並且可將標量性能量度指定為U,而且目標優化邏 輯可配置成可根據直接搜索優化技術而產生取決於U和X以及特定 步長(step size)的X'。例如，目標優化邏輯可配置成可根據隨機遊動 4尤4匕算'法(random walk optimization algorithm)而產生耳又7夬於U ,口 X以 及特定步長的X'。作為另一示例，目標優化邏輯可配置成可根據帶 步長調整的隨機遊動優化算法，而產生取決於U和X以及特定步長 的x'。作為另一示例，目標優化邏輯可配置成可根據帶方向利用的 隨機遊動優化算法，而產生取決於U和X以及特定步長的x'。作為
另一示例，目標優化邏輯可配置成可根據帶方向利用和步長調整的
隨機遊動優化算法，而產生取決於U和X以及特定步長的x'。作為
另一示例，目標優化邏輯可配置成可根據隨機遊動優化算法的變量
而產生取決於U和X以及特定步長的x'。作為另一示例，目標優化 邏輯可配置成可根據單變量優化算法而產生取決於U和X以及特定
步長的x'。
物理系統可以是例如包括空氣處理系統的內燃機。在這個實施
例中，控制構架可配置成用於產生燃料數量指令值(commanded fuel quantity value)作為其中一個控制參數，並且產生噴射啟動指令值作 為另 一控制參數。與發動機相關的燃料系統可響應於加燃料的要求 而為發動機供給燃料，並且控制計算機可包括響應於燃料數量指令 值和噴射啟動指令值而產生加燃料指令的加燃料邏輯。
在這個實施例中，控制構架還可配置成用於產生充氣流量指令 值(commanded charge flow value)作為其中 一個控制參數，並且產生排 氣再循環(EGR)分數指令值作為另 一控制參數。空氣處理系統可包括 流通式地聯接在發動機進氣歧管一端和發動機排氣歧管對端上的排氣再循環(EGR)導管，以及響應於EGR控制信號而控制發動機排氣 流過EGR導管的EGR閥，並且控制計算機可包括響應於充氣流量 指令值和EGR分數指令值而產生EGR控制信號的充氣管理器邏輯。 空氣處理系統還可包括渦輪增壓器，其具有流通式地聯接在發動機 的排氣歧管上的可變幾何渦輪(VGT), VGT響應於VGT控制信號而 控制渦輪的臨界流量，並且控制計算機可包括響應於充氣流量指令 值和排氣再循環分數指令值而產生VGT控制信號的充氣管理器邏 輯。空氣處理系統還可包括排氣節流閥，其設置成與將發動機排氣 歧管流通式地聯接至周圍環境的排氣導管對準，排氣節流閥響應於 排氣節流閥控制信號而控制發動機排氣流過排氣導管，並且充氣管 理器邏輯可響應於充氣流量指令值和EGR分數指令值而產生VGT 控制信號。
在這個實施例中，所述多個嵌入模型可包括發動機輸出扭矩模 型，其產生估算取決於一個或多個發動機操作參數的發動機輸出扭 矩的模型輸出。作為備選或作為附加，所述多個嵌入模型可包括峰 值氣缸壓力模型，其產生估算取決於一個或多個發動機操作參數的 峰值氣缸壓力的模型輸出。作為備選或作為附加，所述多個嵌入模
型可包括發動機排氣溫度模型產生估算取決於一個或多個發動機操 作參數的發動機排氣溫度的模型輸出。作為備選或作為附加，所述 多個嵌入模型可包括NOx模型，其產生估算取決於一個或多個發動 機操作參數的由發動機產生的NOX的模型輸出。作為備選或作為附 加，所述多個嵌入模型可包括乾燥顆粒物質模型，其產生估算取決 於一個或多個發動機操作參數的由發動機產生的乾燥顆粒物質的模 型輸出。
作為備選或作為附加，所述多個嵌入模型可包括多個燃料極限 值模型，其各產生不同的燃料流量極限值的輸出，用於限制發動機 的加燃料。所述多個燃料極限值;漠型可包括峰值氣缸壓力(PCP)燃料 極限值模型，其產生取決於目標PCP極限值的PCP極限燃料流量值作為模型輸出，所包括的目標PCP極限值作為所述一個或多個系統 性能目標值中的其中 一個目標值，並取決於 一個或多個發動機的操 作參數。作為備選或作為附加，所述多個燃料極限值模型可包括排 氣溫度燃料極限值模型，其產生取決於目標排氣溫度極限值的排氣 溫度極限的燃料流量值作為模型輸出，所包括的目標排氣溫度極限 值作為所述一個或多個系統性能目標值中的其中 一個目標值，並取 決於一個或多個發動機的操作參數。作為備選或作為附加，所述多
個燃料極限值模型可包括乾燥顆粒物質(DPM)燃料極限值模型，其產 生取決於目標DPM極限值的DPM極限燃料流量值作為衝莫型輸出， 所包括的目標DPM極限值作為所述一個或多個系統性能目標值中的 其中一個目標值，並取決於一個或多個發動機的操作參數。
在這個實施例中，解約束邏輯可包括許多約束函數，其各通過
定的操作範圍內，而產生所述許多解參數中的規定的解參數。例如， 其中一個解參數可以是噴射啟動指令值，並且所述許多約束函數可 包括噴射啟動(SOI)約束邏輯，其確定最大和最小的噴射啟動極限值， 其各取決於發動機轉速和形成其中一個系統性能目標值的發動機輸 出扭矩目標值，並且將相應的無約束噴射啟動指令值的操作範圍限 制在最大和最小噴射啟動極限值之間。作為另一示例，其中一個解 參數可以是燃料數量指令值，並且所述許多約束函數可包括燃料數 量極限邏輯，其將相應的無約束燃料數量指令值限制在最大扭矩加 燃料值，最小扭矩加燃料值和無約束燃料數量指令值的較大者，由 其中 一個嵌入模型所產生的峰值氣缸壓力燃料極限值，由其中另一 個嵌入模型產生的發動機排氣溫度燃料極限值，以及由其中另 一嵌 入模型產生的乾燥顆粒物質燃料極限值中的最小值上。作為另 一 示 例，其中一個解參數可以是充氣流量指令值，並且其中另一個控制 參數是EGR分數指令值，而且控制構架還可包括充氣管理邏輯，其 響應於充氣流量指令值和EGR分數指令值而控制與發動機的空氣處理系統相關的一個或多個促動器，並且所述許多約束函數可包括充
氣極限調節邏輯，其限制相應的無約束充氣流量指令值和EGR分數 指令值，其取決於從充氣管理邏輯反饋至充氣極限調節邏輯的信息。
充氣極限調節邏輯可配置成可通過限制相應的無約束充氣流量 指令值而產生充氣流量指令值，所述充氣流量值取決於從充氣管理 邏輯反饋至充氣極限調節邏輯的充氣流量信息。作為備選或作為附 加，充氣極限調節邏輯可配置成可通過限制相應的無約束EGR分數 指令值而產生EGR分數指令值，所述EGR分數值取決於從充氣管 理邏輯反饋至充氣極限調節邏輯的EGR分數信息。
在這個實施例中，燃料數量極限邏輯還可配置成可確定EGR失 效值，其取決於無約束燃料數量指令值、乾燥顆粒物質燃料極限值 和發動機轉速。充氣極限調節邏輯可配置成如果EGR失效值為真時， 可產生零要求的EGR分數值，或者只要EGR分數指令值大於最小 的EGR分數值時，產生EGR分數指令值。
用於控制物理系統操作的控制系統可包括傳感器，促動器，控 制計算機，以及響應於控制參數而控制促動器操作的裝置，傳感器 產生指示物理系統的操作工況的傳感數據，促動器配置成控制物理 系統的操作特徵，控制計算機包括接收解參數和傳感數據的嵌入模 型，目標邏輯，目標優化邏輯，以及約束邏輯，嵌入模型產生與物 理系統的操作參數相對應的模型輸出，目標邏輯產生取決於模型輸 出和系統性能目標值的標量性能量度，目標優化邏輯按照最大程度 地減小標量性能量度的方式產生無約束解參數，並且約束邏輯通過 限制無約束解參數的操作範圍而從無約束解參數中確定解參數，其 中控制參數可以是無約束解參數或解參數。
響應於控制參數以便控制促動器操作的裝置可包括與控制計算 機相關，並配置成處理控制參數，且產生促動器控制信號的控制參 數處理邏輯，以及響應於促動器控制信號，以產生促動器驅動信號 而控制促動器操作的促動器驅動電路。或者，響應於控制參數，以便控制促動器操作的裝置可包括響 應於控制參數而產生促動器驅動信號，以便控制促動器操作的促動 器驅動電路。
傳感器可以是物理傳感器，其配置成可檢測物理系統的操作狀 態，並產生指示操作狀態的傳感器信號。或者，傳感器可以是包括 在控制計算機中的評估算法，評估算法評估物理系統的操作狀態， 其取決於物理系統的一個或多個其它操作工況，並產生指示操作狀 態的傳感數據。
物理系統可以是包括空氣處理系統的內燃機。
述而變得更為清楚。
附圖簡介


圖1是用於產生基於模型的控制參數，以控制物理系統的操作 的控制構架的一個說明性實施例的框圖。
圖2是在具有空氣處理系統的內燃機的控制系統的上下文中所
顯示的圖1控制構架的一個說明性實施例的框圖。
圖3是說明圖2中所示的控制計算機的一些內部特徵的框圖， 其包括在燃燒管理器塊的上下文中實現的圖1的控制構架。
圖4是圖3的系統性能目標邏輯塊的一個說明性實施例的框圖。
圖5是組成圖4系統性能目標邏輯塊部分的機器管理器邏輯塊 的 一個說明性實施例的框圖。
圖6是組成圖5機器管理器邏輯塊部分的排放物管理器邏輯塊 的 一個說明性實施例的框圖。
圖7是組成圖5機器管理器邏輯塊部分的排放物目標、極限和 權重計算塊的一個說明性實施例的框圖。
圖8是組成圖7排放物目標、極限和權重計算塊部分的權重計 算塊的一個說明性實施例的框圖。圖9是組成圖4系統性能目標邏輯塊部分的發動機管理器塊的
一個說明性實施例的框圖。
圖10是組成圖9發動機管理器塊部分的發動機結構管理器邏輯 塊的一個說明性實施例的框圖。
圖11是組成圖3燃燒管理器塊部分的系統模型塊的一個說明性 實施例的框圖。
圖12是組成圖11系統模型塊部分的參數模型塊的一個說明性 實施例的框圖。
圖13是組成圖12參數模型塊部分的流量和比例計算塊的一個 說明性實施例的框圖。
圖14是組成圖12參數模型塊部分的扭矩和GSFC模型塊的一 個說明性實施例的框圖。
圖15是組成圖12參數模型塊部分的PCP模型塊的一個說明性 實施例的框圖。
圖16是組成圖12參數模型塊部分的排氣溫度;t莫型塊的一個說 明性實施例的框圖。
圖17是組成圖16排氣溫度模型塊部分的排氣溫差計算塊的一 個說明性實施例的框圖。
圖18是組成圖12參數模型塊部分的NOx模型塊的一個說明性 實施例的框圖。
圖19是組成圖12參數模型塊部分的DPM^t型塊的一個說明性 實施例的框圖。
圖20是組成圖11系統模型塊部分的加燃料極限值才莫型塊的一 個說明性實施例的框圖。
圖21是組成圖20加燃料極限值模型塊部分的PCP燃料極限值 沖莫型的一個說明性實施例的框圖。
圖22是組成圖20加燃料極限值;漠型塊部分的排氣溫度燃料極 限值模型的一個說明性實施例的框圖。圖23是組成圖20加燃料極限值模型塊部分的DPM燃料極限值 模型的一個說明性實施例的框圖。
圖24是組成圖20加燃料極限值模型塊部分的加燃料計算塊的 一個說明性實施例的框圖。
圖25是組成圖3燃燒管理器塊部分的目標邏輯塊的一個說明性 實施例的框圖。
圖26是組成圖3燃燒管理器塊部分的目標優化邏輯塊的一個說 明性實施例的框圖。
圖27是組成圖26目標優化邏輯塊部分的單位矢量發生器塊的 一個說明性實施例的框圖。
圖28是圖26的"最佳X"塊的一個說明性實施例的框圖。
圖29是組成圖3燃燒管理器塊部分的解約束邏輯塊的一個說明 性實施例的框圖。
圖30是組成圖28解約束邏輯塊部分的燃料數量極限邏輯塊的 一個說明性實施例的框圖。
圖31是組成圖30燃料數量極限邏輯塊部分的最大扭矩加燃料 邏輯塊的 一個說明性實施例的框圖。
圖32是組成圖28所述解約束邏輯塊部分的CHM極限調節邏輯 塊的一個說明性實施例的框圖。
圖33是組成圖28解約束邏輯塊部分的SOI邏輯的一個說明性 實施例的框圖。
圖34是組成圖3燃燒管理器塊部分的輸出調節塊的一個說明性 實施例的框圖。
說明性實施例的描述 出於促進理解本發明原理的目的，現在將參照附圖中所顯示的 許多說明性實施例，並將使用專用語言來描述它。
現在參見圖1，其顯示了控制系統10的一個說明性實施例的框圖，其包括物理系統12和實現控制構架16的控制計算機14，控制 構架16用於產生基於模型的控制參數，以便控制物理系統12的操 作。物理系統12可以是任何已知的物理系統，其可具有一個或多個 傳感器或傳感系統，例如，20廣20j, 24r24K， 32,-32h，其產生與系 統12相關的一個或多個操作工況相對應的傳感數據，並且該物理系 統還具有一個或多個促動器，例如，48,-48M， 56廣56p，其響應於一 個或多個相應的促動器控制信號而控制系統12的一個或多個相應的 操作特徵，從而基於一個或多個性能目標，通過內置在控制計算機14 中的一個或多個控制算法可以開環或閉環方式控制物理系統12。物 理系統12的示例包括，但並不局限於可包括一個或多個可控制的子 系統；例如燃料系統，空氣處理系統，排氣後處理系統，反閉鎖制 動系統，自動或自動化的手動傳動裝置等等在內的內燃機，住宅或 商業器械，包括聲音和視頻處理設備的大型和小型娛樂系統，信號 識別以及其它信號處理設備，這僅舉幾個例子而言。
在圖1所示的一般化的控制系統10中，內置在控制計算機14 中的控制構架16包括嵌入才莫型塊18，其接收採用由相應的物理系統 傳感器20,-20j所產生，並通過相應的信號途徑22廣22;接收的任意數 量，如J個傳感器信號形式的傳感數據作為輸入，其中J可以是任何 正整數。嵌入一莫型塊18可備選或額外地接收採用由內置在控制計算 機14的虛擬傳感器邏輯塊28中的相應的"虛擬"傳感器所產生，並通 過相應的信號路徑30「30l接收的任意數量，如L個傳感器值形式的 傳感數據作為輸入，其中L可以是任何正整數。虛擬傳感器邏輯塊28 配置成可接收採用由相應的物理系統傳感器24廣2、所產生，並通過 相應的信號路徑26廠26k接收的任何數量，如K個傳感器信號形式的 傳感數據，其中K可以是任何正整數。虛擬傳感器邏輯塊28包括一 個或多個己知的軟體算法，其配置成可基於"K"個傳感器信號的其中 任一傳感器信號任何其組合而估算出"L"個物理系統操作工況。應當 理解，雖然圖1中所示的傳感器2(V20j只提供"J"個傳感器信號給嵌入模型塊18，並且所示傳感器24廣24K只將"k"個傳感器信號提供給 虛擬傳感器邏輯塊28,但是嵌入模型塊18和虛擬傳感器邏輯塊28 可備選地共享由傳感器20廣20j和24廣24k提供的可用侍感器信號的任
何其中 一個或多個傳感器信號。
控制計算機14還包括系統性能目標邏輯塊36,其接收的採用由 相應的物理系統傳感器32,-32H所產生，並通過相應的信號路徑34廣 34h接收的任何數量，如H個傳感器信號形式的傳感數據作為輸入。 系統性能邏輯塊36包括一個或多個軟體算法，其可響應於由一個或 多個傳感器32廣32pj產生的傳感數據而產生系統性能目標矢量YT，其 包含各與物理系統12相關的規定的性能目標相對應的一個或多個系 統性能目標值。系統性能邏輯塊36還可包括一個或多個補充的軟體 算法，其可響應於由一個或多個傳感器32'-32H產生的傳感數據而產 生權重矢量W，其包含一個或多個可各分配給規定的其中一個系統 性能目標值的權重值。系統性能目標矢量Yt和機重矢量W中的任一 個可以是隨時間而變化的或不隨時間變化的，和/或響應於與物理系 統12相關的一個或多個操作工況包括，例如，佔空因數，環境操作 工況，總的系統容量等等。應當理解，各個系統性能目標值和各個 權重值可基於傳感數據和/或可校準的數據值。還應當理解，雖然圖 1中所示的傳感器20廣20j將"J"個傳感器信號只提供給嵌入模型塊 18，所示的傳感器24廣24K將"K"個傳感器信號只提供給虛擬傳感器 邏輯塊28,並且所示的傳感器32廣32jj將"H"個傳感器信號只提供給 系統性能目標邏輯塊36，但是嵌入模型塊18，虛擬傳感器邏輯塊28 和系統性能邏輯塊36可備選地共享由傳感器20廠20p 24「2~和 3 2 j - 3 2 H提供的可用傳感器信號中的任何其中 一 個或多個傳感器信 號。在任何情況下，出於本文獻的目的，術語"傳感數據"應該被理解 為包含由物理傳感器20廣20;, 24廣24k和32,-32H中的任何其中一個或 多個物理傳感器所產生的傳感器信號，以及由內置在虛擬傳感器邏 輯塊28中的任何其中一個或多個"虛擬"傳感器所產生的傳感器值。圖1中所示的嵌入模型塊18可包括任何數量的數學系統模型，
其產生模型輸出矢量Y，其包含一個或多個取決於一個或多個模型 輸入的模型輸出值。模型輸入可包括控制構架輸出矢量X,和系統 性能目標矢量Yt中任何其中一個或其組合，控制構架輸出矢量X包 含由基於模型的控制構架16所產生的一個或多個控制參數，由所述 傳感數據源中的任何其中一個或其組合所產生的傳感數據，如圖1 中的虛線所示。所述數量的數學系統模型各可以是經驗或基礎數學 模型，其描述了在形成控制構架輸出矢量X的一個或多個控制參數， 和/或通過傳感數據而確定的物理系統12的一個或多個操作工況，以 及限定物理系統12的不同操作參數的模型輸出之間的關係。所述數 量的模型的其中任何 一 個可以是模型知識和處理器處理能力所容許 儘可能簡單或複雜的，並且應當理解，包括在控制構架輸出矢量X 中的數據精度將通常隨著模型精度的提高而提高。
基於模型的控制構架16還包括產生標量性能量度U的目標邏輯 塊38，標量性能量度U取決於至少包含一個或多個模型輸出值的模 型輸出矢量Y，以及包含一個或多個系統性能目標值的系統性能目 標矢量YT。在系統性能目標邏輯塊36還配置成用於產生權重矢量 W的系統10的實施例中，目標邏輯塊38配置成用於產生標量性能 量度U,其還取決於包含一個或多個權重值的權重矢量W。目標邏 輯塊38配置成可利用許多數學目標表達式中的任一表達式而將包含 在模型輸出矢量Y中的一個或多個模型輸出值，和包含在系統性能 目標矢量YT中的一個或多個系統性能目標值變換成標量性能量度 U。可用於產生標量性能量度U的一類說明性數學表達式包括但並不 局限於許多不同矢量內積表達式中的任何一個表達式。這種矢量內 積表達式的示例包括，但不局限於U=W<Y-YT)， U=W.(Y-YT)2， U=W.|Y-Y, U=W.| 100x(YT-Y)/YT| 。
基於模型的控制構架16還包括按照最大程度地減小標量性能量 度U的方式產生解矢量X'的目標優化邏輯塊40,其包含一個或多個無約束控制參數值。在所示的實施例中，例如，目標優化塊40配置 成可執行一個或多個"直接搜索"優化技術，因為這種優化技術通過不 需要使用實際模型的知識。對比而言，傳統的基於梯度優化技術通 常需要使用實際模型的知識，並且因此需要使用圖1目標優化邏輯
塊40中的一個或多個直接搜索優化技術，從而容許目標優化函數與 圖1中所示的^^型函數分開。以下將參見圖28來描述用於產生BX 的一個說明性軟體結構的示例。在任何情況下，目標優化邏輯塊40 的設計目標可通常包括穩定度，收斂速度，尋找全局最大最小值的 能力，以及可得到的處理能力。本領域中的技術人員應該認識到初 始解矢量可從一次運行至下次運行都保持在存儲器中，或者當系統 在不同的操作模式之間轉變時， 一 系列初始解可在操作期間應用於 速度收斂解。
在所示的實施例中，目標優化邏輯塊40可配置成用於產生取決 於標量性能量度U的解矢量X'，以及控制構架輸出矢量X，如圖1 中虛線所示。可選的是，如虛線所示，目標優化邏輯塊40可配置成 用於產生"最佳X", BX,其相當於許多最近標量性能量度值U的其 中一個最小值。通過選擇控制構架輸出矢量X,其相當於許多最近 標量性能量度值U的其中一個最小值，可最大程度地減小解矢量X 的"搜索"。在任何情況下，可用於目標優化邏輯塊的帶特定步長的己 知優化算法的示例包括但不局限於隨機遊動優化算法，帶步長調整 的隨機遊動優化算法，帶方向利用的隨機遊動優化算法，帶方向利 用和步長調整的隨機遊動優化算法，單變量優化算法，這些示例優 化算法的一個或多個變體，以及一個或多個定製優化算法。
基於模型的控制構架16還包括解約束邏輯塊42，其按照限制至 少其中 一個包含在解矢量X'中的無約束控制參數值的操作範圍的方 式而產生取決於解矢量X'的控制構架輸出矢量X，其包含一個或多 個系統控制參數。在一個實施例中，如圖1虛線中所示，解約束邏 輯塊42可接收系統性能目標矢量YT作為另一輸入，並且在這個實施例中，解約束邏輯塊42可配置成可限制其中一個或多個無約束控
制參數值的操作範圍，其取決於包含在系統性能目標矢量Yt中的其 中一個或多個系統性能目標值。作為補充或備選，解約束邏輯塊42 可從內置在控制計算機14中，並由控制計算機14執行的一個或多 個其它軟體算法和/或從控制計算機14以外的一個或多個其它系統或 子系統中接收反饋矢量F作為另一輸入，如圖1中虛線所示。在這 個實施例中，解約束邏輯塊42可配置成可限制一個或多個無約束控 制參數值的操作範圍，其取決於包含在反饋矢量F中的一個或多個 反饋值。作為補充或備選，嵌入模型塊18可包括一個或多個參數極 限值模型，並且在這個實施例中，解約束邏輯42可從嵌入模型塊18 中接收模型極限矢量ML作為另一輸入，如圖1中虛線所示。在這 個實施例中，解約束邏輯塊42可配置成可限制一個或多個無約束控 制參數值的操作範圍，其取決於包含在模型極限矢量ML中的一個 或多個模型極限。作為備選或補充，解約束邏輯塊42可配置成用於 產生"最佳X"值，BX，而非如上所述將該函數併入到目標優化邏輯 塊40中。在任何情況下，解約束邏輯塊42配置成可基於一個或多 個相應的極限值而限制包含在解矢量X'中的一個或多個優化解值的 範圍。通常，本領域中技術人員應該認識到，可針對所需的瞬變性 能強加限制，但是還可備選或補充地強加穩定狀態的限制。本領域 中的技術人員將進一步認識到解約束邏輯塊42的持續作用可指示系 統老化，並且解約束邏輯塊42因此可配置成用於產生診斷信息 DIAG，如圖1中所示，以便將診斷信息報告給內置在控制計算機14 中或內置在控制計算機14外部的其它診斷處理電路中的診斷處理邏 輯(未顯示)。
在一個實施例中，由解約束邏輯塊42產生的控制構架輸出矢量 X。限定了一個或多個控制參數XrXM，其可通過許多信號路徑46,-46M而直接提供給相應的輸入促動器驅動電路44，其中M可以是任 何正整數。促動器驅動電路44的相應輸出通過信號路徑50廣50m而電連接在促動器48廣48m上，其中由控制構架16產生的一個或多個 控制參數X,-XM通過促動器驅動控制電路44而直接控制所述數量的 促動器，48廣48m的操作，以控制相應的物理系統12的操作特徵。作 為備選或補充，由解約束邏輯塊42產生的控制構架輸出矢量X可限 定提供給控制參數處理邏輯塊52的一個或多個控制參數XM+1-XN， 其中N可以是任何大於M的正整數。控制參數處理邏輯塊52可包 括許多軟體算法，其配置成可處理一個或多個控制參數XM+1-XN,並 產生許多，如P個輸出信號，其通過相應的信號路徑54,-54p而提供 給相應的促動器驅動電路44的輸入，其中P可以是任何正整數。促 動器驅動電路44的相應輸出通過信號路徑58廣58p而電連接在促動器 56,-56p上，使得由控制構架16產生的一個或多個控制參數XM+1-XN 經過處理而形成用於通過促動器驅動控制電路44控制相應促動器 56,-56P的操作的"P"控制信號，其則控制相應的物理系統12的操作 特徵。在一個備選實施例中，可提供控制構架輸出矢量X只作為嵌 入模型塊18的反饋矢量，在這種情況下可選地由目標優化塊40產 生的"最佳X"矢量BX，如圖1中虛線所示，或可選地由解約束邏輯 塊42產生的"最佳X"矢量BX，如上所述，可用於將一個或多個控制 參數X,-Xw提供給促動器驅動電路44和/或控制參數處理邏輯塊52。
應當理解，基於模型的控制構架16可響應於由任何其中一個傳 感器2(V20J斤產生的傳感數據，和/或響應於由內置在虛擬傳感器邏 輯塊28中的一個或多個"虛擬"傳感器所產生的傳感數據，和/或響應 於由系統性能目標邏輯塊36所產生的一個或多個系統性能目標值， 以確定控制構架輸出矢量X，其包含一個或多個控制參數，用於控 制任何其中一個或多個閉環方式的促動器48-48m和/或56廣56p的操 作。作為備選或補充，控制構架16可嚴格地響應於校準數據值，以 確定控制構架輸出矢量X,其包含一個或多個控制參數，用於控制 任何其中 一個或多個閉環方式的促動器48「48M和/或56廣56p的操作。
現在參見圖2，其在用於內燃機102控制系統100的上下文中顯示了圖1控制構架的一個說明性實施例的框圖，內燃機102具有空
氣處理系統，其包括EGR閥128和渦輪增壓器108以及用於控制渦 輪增壓器渦輪116的臨界流量的一個或多個促動器176,180。應當理 解，後文中參見圖2-33所顯示和所描述的系統100的實施例只是作 為用於闡述相對於圖1所顯示和所描述的控制構架的一個說明性實 施例的目的示例而提供的，並且並不意圖以任何方式限制本文所附 的權利要求的範圍。如以上簡要所述，利用這裡所顯示和所描述的 控制構架概念的其它物理系統，同樣落在所附權利要求的範圍內， 其一些示例在本文中有所描述。
在任何情況下，系統100包括具有進氣歧管104的內燃機102, 進氣歧管104通過進氣導管110而流通式地聯接在渦輪增壓器108 的壓縮機106上。渦輪增壓器的壓縮機106包括聯接在進氣導管112 上的接收新鮮大氣的壓縮機入口，以及流通式地聯接在進氣導管110 上的壓縮機出口。可選的是，如圖2中虛線所示，系統100可包括 己知結構的空氣進氣冷卻器114,其同進氣導管110同軸地設置在渦 輪增壓器的壓縮機106和進氣歧管104之間。渦輪增壓器的壓縮機106 通過傳動軸118而機械地聯接在渦輪增壓器的渦輪116上，其中渦 輪116包括通過排氣導管122而流通式地聯接在發動機120的排氣 歧管上的渦輪入口。渦輪116的渦輪出口通過排氣導管124而流通 式地聯接到周圍環境中。
組成系統100 —部分的排氣再循環系統包括EGR閥128設置成
同軸。EGR閥128的EGR出口通過EGR導管126而流通式地取d妻 在EGR冷卻器130的入口 ， EGR冷卻器130具有流通式地聯4妻在進 氣導管110上的出口。 EGR冷卻器130以已知的方式配置成可冷卻 流過EGR導管126的再循環的排氣。EGR閥128具有己知的結構， 並且是可電子控制的，這將在以下更詳細地描述，從而選擇性地控 制再循環的排氣從排氣歧管120至進氣歧管104的流動。系統100包括控制計算機132,其通常可操作地控制和管理發動 機102的整個操作。控制計算機132包括存儲單元135以及許多用 於與聯接在發動機102上的各種傳感器和系統接口的輸入與輸出。 在一個實施例中，控制計算機132是基於微處理器的，並且可以是 已知的控制單元，有時稱為電子或發動機控制才莫塊(ECM),電子或發 動機控制單元(ECU)等等，或可備選地是一種能夠如後文所述進行操 作的通用控制電路。在任何情況下，控制計算機132包括一個或多 個軟體算法，如後文中更詳細所述，其儲存在存儲器135中，並配 置成可實行以上相對於圖1所述的控制構架概念。
控制計算機132包括許多用於從與系統100相關的各種傳感器 或傳感系統中接收信號的輸入。例如，系統100包括發動機轉速傳 感器134，其通過信號路徑136而電連接在控制計算機132的發動機 轉速輸入ES上。發動機速度傳感器134可操作地檢測發動機102的 轉速，並在信號路徑136上產生指示發動機轉速的發動機速度信號。 在一個實施例中，傳感器134是霍耳效應傳感器，其可操作地通過 齒輪或調節輪上形成的許多等角度間隔開的齒的傳感路徑，來確定 發動機轉速。或者，發動機轉速傳感器134可以是如剛才所述可操 作的任何其它己知的傳感器，包括但並不局限於可變磁阻傳感器等。
系統100還包括進氣歧管溫度傳感器138,其設置成與發動機102 的進氣歧管104流體式連通，並通過信號路徑140而電連接到控制 計算機132的進氣歧管溫度輸入IMT上。進氣歧管溫度傳感器138 可以具有已知的結構，並且可操作地在信號路徑140上產生指示進 入進氣歧管104的空氣充氣溫度的溫度信號，其中流入進氣歧管104 的空氣充氣通常由渦輪增壓器的壓縮機106所提供的新鮮空氣與通 過EGR閥128可控制地進行傳送再循環排氣組成。
系統100還包括設置成與進氣歧管104流體式連通，並通過信 號路徑144而電連接在控制計算機132的進氣歧管壓力輸入IMP上 的進氣歧管壓力傳感器142。或者，壓力傳感器142可設置成與進氣導管102流體式連通。在任何情況下，壓力傳感器142可具有己知 結構，並且可操作地在信號路徑144上產生指示進氣導管102和進 氣歧管104中的壓力的壓力信號。
系統100還包括壓差傳感器，或AP傳感器146，其具有一個通 過導管148而流通式地聯接在EGR閥128下遊的EGR導管126上 的入口 ，和通過導管150而流通式地連4妄在EGR閥128上遊的EGR 導管126上的相對的入口 。或者，聯接的AP傳感器146可橫跨與EGR 導管126同軸設置的另一節流機構。在任何情況下，AP傳感器146 可具有己知的結構，並通過信號路徑152而電連接到控制計算機132 的AP輸入上。AP傳感器146可操作地在信號路徑152上提供指示 剛才所述EGR閥128或其它節流機構上的壓差的壓差信號。
系統100還包括己知的EGR促動器154，其可電子控制地選擇 性地將EGR閥128相對於基準位置進行定位，/人而通過EGR閥128 而控制再循環排氣的流動。還包含EGR閥位置傳感器156，其通過 信號路徑158而電連接在控制計算機132的EGR閥位置輸入EGRP 上。傳感器156可具有己知結構，並可操作地通過確定EGR閥促動 器154相對於基準促動器位置的位置，並在信號路徑158上產生指 示EGR閥128相對於其基準位置的位置的位置信號，而確定EGR 閥128的位置。
系統100還包括EGR冷卻器出口溫度傳感器160，其設置成與 EGR冷卻器出口孔附近的EGR導管126流體式連通，並通過信號路 徑162而電連接到控制計算機132的EGR冷卻器出口溫度輸入COT 上。EGR冷卻器出口溫度傳感器160可具有己知的結構，並可操作 地在信號路徑162上產生指示離開EGR冷卻器130的排氣出口孔的 排氣溫度的溫度信號。或者，溫度傳感器160可定位在沿著EGR導 管126的其它地方，位於適合檢測離開EGR冷卻器130的排氣出口 孔的排氣溫度的位置。
系統100還包括與排氣導管124同軸設置的後處理系統(ATS)164。 ATS 164可以是一種的配置成可執行許多減少排氣排放功 能的己知的排氣後處理系統，其包括例如，但不局限於減少排氣顆 粒，減少NOx(氮氧化物)，減少SOx^危的氧化物)，減少未燃燒的,友 氫化合物(UHC)和/或相似的排氣。ATS 164可包括許多傳感器，其包 括例如，但並不局限於一個或多個溫度、壓力、流率、還原劑水平 和/或其它傳感器，其可操作地提供與一個或多個進入和/或離開ATS 164的排氣屬性相關的信息和/或與ATS本身操作相關的信息。ATS 164還可包括專用的信號處理電路(未顯示)，其配置成可處理由一個 或多個與ATS 164相關的傳感器所提供的信號，並且將相應的ATS 操作信息，ATS指令和/或ATS限制信息以後處理信息矢量A的形 式，通過信號路徑或路徑166而提供給控制計算機132。在題名為"用 於將電構件安裝到後處理濾波器上的裝置"的美國專利申請出版物 No.US2005/0005773 Al中公開了剛才所述的包括許多傳感器和信號 處理電路的後處理系統的一個實施例，其發明公開通過引用而結合 在本文中。在圖2所示的實施例中，ATS 164配置成可提供至少排氣 溫度要求值，排氣溫度極限值，還原劑剩餘值，NOx效率值，乾燥 顆粒物質(DPM)效率值以及未燃燒的碳氫化合物(UHC)效率值作為後 處理信息矢量A的一部分。本領域中的技術人員將認識到，ATS 164 可備選地配置成可提供或多或少的信息作為後處理信息矢量A的一 部分，並且所需要的特殊信息將通常由應用規定。
控制計算機132還包括許多用於控制一個或多個與系統100相 關的發動機功能的輸出。例如，系統100包括通過許多，如N個信 號路徑170而電連接在控制計算機132的燃料指令輸出FC上的燃料 系統168，其中N可以是任何正整數。燃料系統168響應於由控制 計算機132產生的加燃料指令FC,以便以己知方式將燃料供給發動 機102。
控制計算機132可操作地將EGR閥控制信號EGR供給促動器 驅動電路172,並且促動器驅動電路172則可操作地通過信號路徑174而將EGR促動器控制信號EGRC提供給EGR促動器154。 EGR促 動器154響應於EGR促動器控制信號EGRC，從而以己知方式控制 EGR閥128相對於其基準位置的位置。
在所示的實施例中，渦輪增壓器的渦輪116是具有促動器的可 變幾何渦輪(VGT),其大體上被指定為176,響應於VGT促動器控 制信號VGTC而以己知方式控制渦輪116的臨界流量。在這個實施 例中，控制計算機132可操作地將VGT控制信號VGT供給促動器 驅動電路172,並且促動器驅動電路172則可操作地通過信號路徑178 而將VGT促動器控制信號VGTC供給VGT促動器176。
系統100還包括與排氣導管124同軸設置的排氣節流閥或閥 180。雖然圖2中所示的排氣節流閥定位在後處理系統164的上遊， 但是本領域中的技術人員將認識到，節流閥180可備選地定位在ATS 164的下遊。或者，排氣節流閥180可定位成與渦輪增壓器渦輪116 的上遊排氣導管122同軸。在任何情況下，排氣節流閥180響應於 任何排氣節流閥促動器控制信號EXC，以控制排氣流動，從而控制 渦輪增壓器的渦輪116的運行效率。在這個實施例中，控制計算機132 可操作地將排氣節流閥控制信號EX供給促動器驅動電路172,並且 促動器驅動電路172則可操作地通過信號路徑182而將排氣節流閥 促動器控制信號EXC供給排氣節流閥180。
現在參見圖3,其顯示了圖2的控制計算機132的一些內部特徵 的一個說明性的配置框圖，其包括燃燒管理器塊204的上下文中實 現的圖1控制構架的一個示例實現形式。控制計算機132包括虛擬 傳感器邏輯塊200，其相當於圖1 一般化系統10中所示的虛擬傳感 器邏輯塊28，並且其接收信號路徑136上的發動機轉速信號ES,信 號路徑144上的進氣歧管壓力信號IMP,信號路徑140上的進氣歧 管溫度信號IMT,信號路徑162上的EGR冷卻器出口溫度COT,信 號路徑152上的壓差信號AP,和信號路徑158上的EGR閥位置信號 EGRP作為輸入。虛擬傳感器邏輯塊200可操作地估算與通過進氣歧管104而進入發動機102的充氣(新鮮空氣和再循環排氣的組合)流率 相對應的充氣流率CF，以及EGR分數EGRFR,其與通過進氣歧管 104進入發動機102的由再循環排氣組成的總充氣的分數相對應。
在所示的實施例中，虛擬傳感器邏輯塊200配置成可首先估算 充氣流率值CF，和EGR流率EGRF,之後估算取決於所估算的CF 和EGRF值的EGR分數值EGRF。在一個實施例中，塊200配置成 可通過首先估算充氣進氣系統的容積效率(tiv)，之後利用傳統的速度/ 密度方程計算取決於"v的CF，從而估算出充氣流量值CF。可使用 任何用於估算"v的己知技術，並且在塊200的一個實施例中，根據 己知的基於泰勒馬赫數的容積效率方程計算tiv如下
nv-A,((Bore/D產(stroke,ES)B/sqrt(f R*IMT)*[(1 +EP/IMP》+A2]}+A3 (1),
其中AP A2，八3和B都是基於映射的發動機數據而適合容積效 率方程的校準參數，
Bore是進氣閥孔的長度， D是進氣閥直徑，
stroke是活塞衝程長度，其中Bore、 D和stroke與發動機幾何形 狀相關，
Y和R是己知的常數(例如，Y * R = 387.414 Wkg/deg K).
ES是發動機轉速， IMP是進氣歧管壓力， EP是排氣壓力，EP=IMP+AP，和 IMT-進氣歧管溫度。
利用根據前面方程估算的容積效率值"v,塊200配置成可根據 如下方程來估算充氣流量值CF: CF - tiv * VDIS * ES * IMP/(2*R*IMT) 其中，
tiv是所估算的容積效率，
V，是發動機排量，並且通常與發動機幾何形狀相關，ES M動機轉速，
IMP是進氣歧管壓力，
R是己知的氣體常數(例如，53.3fWbf/lbnn。F^R-287J/Kg。K),和
IMT是進氣歧管溫度。
本領域中的技術人員將認識到，可備選地計算或根據其它己知 技術確定充氣流量值CF。例如，系統100可選地包括質量流量傳感 器(未顯示)，其設置成與導管110和EGR導管126的接頭下遊的進 氣導管110同軸，或備選地適合地設置成與進氣歧管104流體式連 通，並且控制計算機132可配置成可以已知的方式，直接從這種傳 感器所提供的信息中確定充氣流量值。作為另 一示例，控制計算機132 可配置成可根據一種或多種不同於剛才所述的己知的充氣流量估算 技術而估算充氣流量值CF。任何這種用於確定充氣流量值CF的備 選機構和/或技術，都落在所附權利要求的範圍內。
在一個實施例中，塊200配置成可估算取決於壓差值AP的EGR 流率EGRF，進氣歧管壓力IMP, EGR冷卻器出口溫度COT，以及 有效的流通截面EFA,其對應於糹皮限定穿過EGR導管126的流動截 面積。在一個特定的實施例中，塊126配置成可估算有效的流通截 面值EFA，其取決於EGR閥位置信號EGRP。在這個實施例中，塊 200可包括一個或多個使EGR位置值EGRP與有效的流通截面值EFA 相關聯的方程，圖表和/或表。或者，塊200可配置成可根據其它己 知的技術而確定有效的流通截面值EFA。在任何情況下，塊200可 操作地根據如下方程而估算EGR的流量值EGRF:
EGRF - EFA * sqrtfl(2 * AP * !MP)/(R * COT)I] (3),
其中EFA是有效的穿過EGR導管38的流通截面，
△P是跨過EGR問36的壓差，
IMP是進氣歧管壓力，
R是己知的氣體常數(例如，53.3 ft-lbf/lbm 。R烕R = 287 J/Kg 。K), COT是EGR冷卻器出口溫度。或者，塊200可額外地配置成可確定與發動機102所產生的排 氣溫度相對應的排氣溫度值，並且在方程(3)中用排氣溫度值替代EGR 冷卻器出口溫度值。在一個實施例中，例如，可將塊200配置成可 估算取決於許多發動機操作工況的排氣溫度，並且在題名為"用於
估算發動機排氣溫度的系統"的美國專利No.6,508，242 B2中描述了 與這種塊200配置相關的細節，該美國專利轉讓給本發明的受讓人， 並且其發明公開通過引用而結合在本文中。本領域中的技術人員將 認識到，或者可根據其它己知的排氣溫度估算技術來計算排氣溫度 值。或者，系統100可包括排氣溫度傳感器(未顯示)，並且可將控制 計算機132配置成可以己知的方式直接從這種傳感器所提供的信息 中確定排氣溫度信息。任何這種用於確定排氣溫度值的備選機構和/ 或技術，都落在所附權利要求的範圍內。
在任何情況下，在題名為"用於估算EGR質量流量和EGR分 數的系統和方法"的待決的美國專利No.6，837，227 B2中描述了與前 述EGR流率估算技術，以及其它合適的EGR流率估算技術的相關 詳細細節，該美國專利轉讓給本發明的受讓人，並且其發明公開通 過引用而結合在本文中。本領域中的技術人員將認識到，可使用其 它己知技術來估算或確定EGR流率值EGRF。例如，系統100可包 括具有己知結構，並且流通式地聯接在進氣導管20和EGR導管126 接頭下遊的進氣歧管104或進氣導管110上的CO或C02傳感器。 這種CO或C02傳感器將可操作地產生指示進入進氣歧管104中的 空氣充氣中CO或C02水平的信號，並且可使用這種信息，利用己 知方程來確定EGR流率值EGRF。作為另一示例，系統100可包4舌 與EGR導管126(未顯示)同軸設置的質量流率傳感器，並且在這樣一 個實施例中，可將控制計算機132配置成可直接從這種傳感器中接 收EGR質量流率信息，在這種情況下，可從塊200中省略剛才所述 的EGR流率估算技術。作為又一示例，控制計算機132可包括其它 EGR流率評估算法，例如上面參考文獻中所述的一種或多種算法，其中控制計算機132可操作地根據一個或多個這種備選EGR流率估 算策略而估算EGR流率。任何和所有這種備選EGR流率確定技術 和策略落在所附權利要求的範圍內。
在任何情況下，在根據任一前述技術所確定的EGR流率EGRF 和充氣流率CF的條件下，塊200配置成可估算EGR分數值EGRFR 作為CF和EGRF的比值；即EGRFR=CF/EGRF。應當理解，剛才所 述的EGR分數值EGRFR的計算代表基於假定穿過EGR閥128的恆 定的排氣溫度和穿過EGR閥128的穩定的排氣流量的基礎上對這個 參數的簡化近似，並且可忽略由於在再循環排氣穿過EGR閥128和 發動機氣缸中到達相應的EGR分數之間的可變的時間延遲所引起的 影響。在題名為"用於估算EGR質量流量和EGR分數的系統和方 法"的待決的美國專利No.6,837,227 B2中描述了用於確定這種假定 條件的策略相關的詳細細節，該美國專利轉讓給本發明的受讓人， 並且其發明公開通過引用而結合在本文中。在任何情況下，虛擬傳 感器塊200提供充氣流量值CF,和EGR分數值EGRFR作為輸出。
圖3中所示的控制計算機132還包括系統性能目標邏輯塊202， 其接收信號路徑166上的後處理信息矢量A，信號路徑136上的發 動機轉速信號，以及內部產生的扭矩控制信號或值TQC作為輸入。 扭矩控制信號TQC相當於發動機輸出扭矩指令值或目標值，並且可 通過一種或多種內置在存儲器135中的已知的控制算法而產生，其 可操作地產生取決於一個或多個發動機操作工況的TQC;例如，由 與車輛攜帶的發動機102相關的加速踏板(未顯示)所產生的扭矩請求 信號，由已知的巡航控制算法產生的扭矩請求信號，和/或由一個或 多個相應的發動機輸出扭矩極限算法產生的 一 個或多個扭矩極限 值。在任何情況下，圖3中所示的系統性能目標邏輯塊202相當於 參見圖1所示和所述的系統性能目標邏輯塊36。在圖3所示的實施 例中，塊202可操作地產生系統性能目標矢量YT，以及權重矢量W 作為輸出。後文將相對於圖4-10更完整地顯示和描述系統性能目標邏輯塊202的一個說明性實施例。
控制計算機132還包括燃燒管理器塊204,其相當於參見圖1所 示和所述的基於模型的控制構架16。燃燒管理器塊204包括系統模 型塊206，其相當於參見圖1所示和所述的嵌入^^莫型塊18。在所示 的實施例中，系統模型塊206接收作為輸入由解約束邏輯塊212產 生的輸出矢量X,分別由虛擬傳感器邏輯塊200產生的充氣流量CF 和EGR分數值EGRFR，以及信號路徑140上的進氣歧管溫度IMT, 信號路徑144上的進氣歧管壓力值IMP，信號路徑136上的發動機 轉速信號ES,以及組成系統性能目標矢量Yt—部分的一個或多個系 統性能目標值。在一個實施例中，如將在後文中參見圖11-24更詳細 所述，系統模型塊206包括許多數學模型，其各產生不同的系統IOO 的操作參數作為輸出，並且由這種模型所提供的信息上由塊206以 組成才莫型輸出矢量Y的許多^f莫型輸出值的形式而產生的。圖3中所 示的系統模型塊206還包括許多燃料極限值模型，其各產生不同模 型的燃料極限值作為輸出，並且這種模型所提供的信息是由塊206 以組成模型極限矢量ML的許多模型極限的形式而產生的。在一個 備選實施例中，系統衝莫型塊206可包括以上相對於虛擬傳感器邏輯 塊200所述的充氣流量和EGR分數^t型，在這種情況下，可省略塊 200，並且可將估算充氣流量CF和EGR分數EGRFR所需要的各種 輸入信號直接提供給系統^t型塊206 。
燃燒管理器塊204還包括目標邏輯塊208,其相當於參見圖l所 示和所述的目標邏輯塊38。目標邏輯塊208接收模型輸出矢量Y、 系統性能目標矢量Yj和權重矢量W作為輸入，並且產生取決於它們 的標量性能量度U作為輸出。以下將參見圖25更完整地顯示和描迷 目標邏輯塊208的一個說明性實施例。
標量性能量度U和輸出矢量X各提供給目標優化邏輯塊210作 為輸入，其相當於參見圖1所示和所述的目標優化邏輯塊40。目標 優化邏輯塊210可操作地以最大程度地減小標量性能量度U的方式而產生無約束解矢量X'。在所示的實施例中，目標優化塊210還可 操作地產生"最佳X"矢量BX，其對應於許多最近的標量性能量度值 U的最優的其中一個值。以下將參見圖26-28更完整地顯示和描述目 標優化邏輯塊210的一個說明性實施例。
燃燒管理器塊204還包括解約束邏輯塊212,其相當於以上參見 圖1所示和所述的解約束邏輯塊42。解約束邏輯塊212接收由目標 優化邏輯塊210產生的無約束解矢量X',由系統模型塊206產生的 模型極限矢量ML,信號路徑136上的發動機轉速信號ES，組成系 統性能目標邏輯矢量YT—部分的許多系統性能目標值，以及由充氣 管理器塊216產生的反饋矢量F作為輸入，充氣管理器塊216將在 後文進行更完整的描述。解約束邏輯塊212可操作地產生輸出矢量 X,其與根據解約束邏輯塊212所約束的矢量X'相對應。在所示的實 施例中，輸出矢量X如同"最佳X"矢量BX —樣包括噴射啟動指令值， 燃料數量指令值，EGR分數指令值，和充氣流量指令值。以下將參 見圖29-32更完整地顯示和描述解約束邏輯塊212的一個說明性實施 例。
在所示的實施例中，燃燒管理器塊204還包括輸出調節塊214， 其接收"最佳X"矢量BX,並且產生噴射啟動指令值CSOI,燃料數量 指令值CFQ, EGR分數指令值CEGRFR，和充氣流量指令值CCF 作為輸出。以下將參見圖33更完整地顯示和描述指令超弛邏輯塊214 的一個說明性實施例。
控制計算機132還包括從燃燒管理器塊204接收噴射啟動指令 值CSOI和燃料數量指令值CFQ作為輸入，並在信號路徑170上產 生加燃料指令值FC作為輸出的加燃料邏輯塊218。在一個實施例中， 塊218包括一個或多個己知的控制算法，其以本領域中眾所周知的 方式響應於至少CSOI和CFQ，以確定加燃料指令值FC。加燃料系 統168響應於加燃料指令值FC,以便如以上所述為發動機102供給 燃料。
43控制計算機132還包括充氣管理器塊216,其接收EGR分數指 令值CEGRFR和由燃燒管理器塊204產生的充氣流量指令值CCF作 為輸入，並產生EGR控制信號EGR， VGT控制信號VGT,和排氣 節流閥控制信號EX，以及反饋矢量F提供給燃燒管理器塊204。充 氣管理器塊216以己知方式響應於至少CCF和CEGRFR信號，以確 定並提供空氣處理系統控制信號EGR， VGT和EX，以及反饋矢量F。 例如在一個實施例中，可將充氣管理器塊216作為如分別在美國專 利No.6,480,782 B2和No.6,408,834 Bl中所示和所述的充氣極限管理 器和變換管理器塊的組合而實現，以上專利都轉讓給本發明的受讓 人，並且其發明公開各自通過引用而結合在本文中。在任何情況下， 控制計算機132在圖3所示的各種邏輯塊的引導下，可操作地控制 發動機102的加燃料系統168,以及發動機102的空氣處理系統，其 取決於各種發動機操作工況，後處理系統操作狀態條件和目標操作 工況，這將在後文中進行更詳細地描述。
現在參見圖4,其顯示了圖3系統性能目標邏輯塊202的一個說 明性實施例。在所示的實施例中，塊202包括機器管理器塊230，其 接收發動機轉速信號ES，扭矩指令信號TQC，和後處理矢量A作為 輸入。機器管理器塊230響應於前述輸入信號和值而產生許多採用 發動機控制矢量EC形式的發動機控制值，以及許多採用發動機權重 矢量EW形式的發動機權重值。以下將參見圖5-8描述圖4中所示的 機器管理器塊230的一個說明性實施例相關的細節。
系統性能目標邏輯塊202還包括發動機管理器塊232，其接收發 動機轉速信號ES,和發動機控制矢量EC，和由機器管理器塊230產 生的發動機權重矢量EW作為輸入。發動機管理器塊232響應於前 面的輸入信號和值而產生系統性能目標矢量YT，並提供權重矢量W, 作為系統性能目標邏輯塊202的輸出。後文中將參見圖9-10描述發 動機管理器塊232的一個說明性實施例的相關細節。
現在參見圖5,其顯示了組成圖4系統性能目標邏輯塊202部分的機器管理器塊230的一個說明性實施例。機器管理器塊230包括 排;^文物管理器塊234，其具有接收扭矩指令值TQC的扭矩輸入T， 以及接收發動機轉速信號ES的速度輸入S。排放物管理器塊234響 應於扭矩和速度輸入而產生許多採用排放物管理器極限矢量EML形 式的排放物管理器極限值。排放物管理器極限矢量EML和後處理矢 量A，各作為輸入而供給排放物目標、極限和權重計算塊236,如圖 5中所示。排放物目標、極限和權重計算塊236響應於排放物管理器 極限矢量EML,和後處理矢量A而產生許多採用發動機極限矢量EL 形式的發動機極限值，許多採用機器管理器發動機指令矢量MMEC 形式的機器管理器發動機指令值，以及上面參見圖4所述的發動機 權重矢量EW。扭矩指令值TQC,發動機極限矢量EL，和機器管理 器發動機指令矢量MMEC，如圖5中所示結合而形成由機器管理器 塊230產生的發動機指令矢量EC。
現在參見圖6,其顯示了組成圖5機器管理器塊230部分的排放 物管理器塊234的一個說明性實施例。塊234包括BSNOX ^ l限確定 塊238，其接收扭矩指令值TQC，和發動機轉速值ES作為輸入。塊 238可操作地利用其之間己知的關係式而確定取決於發動機扭矩指令 值TQC和發動機轉速ES的BSNOX極限值。在一個實施例中，塊238 作為將扭矩和速度值映射到BSNOX極限值上的表而被實現，但是塊 238可備選地採用儲存在控制計算機132的存儲器135中的一個或多 個數學方程， 一個或多個框圖或圖表等形式來實現。BSNOX極限確 定塊238的輸出^皮供給限制器240,其具有規定的下極限值和上極限 值；例如，分別為0和6。限制器塊240的輸出是BSNOX極限值 BSNOXL，其組成了排放物管理器極限矢量EML的一部分。塊234 還包括BSDPM(乾燥顆粒物質)限制確定塊242，其也接收發動機扭 矩指令值TQC，和發動機轉速值ES作為輸入。BSDPM極限確定塊 242響應於扭矩和速度值而確定取決於它的BSDPM極限值。在一個 實施例中，塊232採用將扭矩和速度值映射到BSDPM極限值上的表的形式來實現，但是塊242可備選地採用一個或多個數學方程，框 圖或圖表等形式來實現。BSDPM確定塊242的輸出作為輸入淨皮供給 限制器塊244，其具有規定的下極限值和上極限值；例如，分別為1 和20。限制器塊244的輸出是BSDPM極限值，即BSDPML,其組 成了排放物管理器極限矢量EML的一部分。塊244還包括存儲位置 246,其存儲了 BSUHC(未燃燒的碳氫化合物)極限值，即BSUHCL, 其組成了排放物管理器極限值EML的一部分。
現在參見圖7,其顯示了組成圖5機器管理器塊230 —部分的排 放物目標、極限和權重計算塊236的一個說明性實施例。塊236包 括存儲位置250,其存儲了總體燃料指令目標值GSFCT，其組成了 機器管理器發動機指令矢量MMEC的一部分。塊236還包括數據提 取塊252,其接收後處理矢量A作為輸入，並且可操作地提取排氣 溫度請求值，其組成後處理矢量A的一部分。塊252的輸出是，與 從後處理矢量A中提取的排氣溫度請求值相對應的機器管理器排氣 溫度指令值MMEXTC,其中MMEXTC組成機器管理器發動機指令 矢量MMEC的一部分。
另一數據提取塊254接收後處理矢量A作為輸入，並且可操作 地提取NOX、 DPM和UHC效率值組成後處理矢量A的一部分。這 些效率值被供給求和節點256的減法輸入，求和節點256具有^v存 儲器塊258中接收矢量的加法輸入。求和節點的輸出被供給乘法塊260 的第一輸入，乘法塊260具有接收由圖5排放物管理器塊234所產 生的排放物管理器極限矢量EML的第二輸入。乘法塊260可操作地 將求和塊256的輸出值乘以相應的組成排放物管理器極限矢量EML 的極限值，並產生相應的輸出值；例如，(l-NOx效率)xBSNOXL等 等。這三個由乘法塊260產生的值組成了發動機管理器指令矢量MMC 的一部分，其本身組成了機器管理器發動機指令矢量MMEC的一部 分，如圖7中所示。
後處理矢量A還提供給另 一數據提取塊262，其配置成可從後處理矢量A中提取排氣溫度極限值EXTL。從後處理矢量A中提取的 排氣溫度極限值EXTL，作為機器管理器排氣溫度極限值MMEXTL 由塊262提供，其組成了發動機極限矢量EL的一部分，如圖7中所 示。存儲器塊264,266和268分別存儲了機器管理器NOx極限 MMNOXL，機器管理器DPM極限MMDPML，以及機器管理器UHC 極限MMUHCL。 MMNOXL、 MMDPML和MMUHCL各自形成發 動機極限矢量EL的一部分，如圖7中所示。
後處理矢量A被提供給另 一數據提取塊270,其可操作地-提取還 原劑殘留值RRV,其相當於殘留在後處理系統164中的排;^文物還原 劑流體的數量(見圖2)。還原劑殘留值RRV被提供至"比較大"塊272 的第一輸入，"比較大"塊272具有第二輸入，其接收儲存在存儲器塊 274中的最小還原劑值MINRED。如果與殘留在後處理系統164中的 還原劑數量相對應的還原劑殘留值RRV,大於校準的最小還原劑值 MINRED時，塊272的輸出為"真"，否則為"假"。塊272的輸出被提 供給真/假塊276的控制輸入，真/假塊276具有接收分別儲存在存儲 器塊278和280中的"真"和"假''值的第二和第三數據輸入。真/假塊276 的輸出相當於"容許燃料優化"值AFO，並且作為輸入提供給權重計 算塊282。只要還原劑殘留值RRV大於最小還原劑值MINRED， AFO 就為"真"，否則為"假"。權重計算塊282在第二輸入處接收後處理矢 量A，如圖7中所示。權重計算塊282可操作地處理AFO值，以及 後處理值，形成後處理矢量A,並且產生組成發動機權重矢量EW 的許多權重值。在所示的示例中，權重計算塊282配置成用於產生 扭矩權重值TW，總體燃料指令權重值GFSCW，排氣溫度權重值 EXTW， NOx權重值NOXW,乾燥顆粒物質權重值DPMW,以及未 燃燒的碳氫化合物權重值UHCW。前面的權重值組合限定了發動機 權重矢量EW，如圖7中所示。
現在參見圖8，其顯示了組成圖7排放物目標和權重計算塊236 部分的權重計算塊282的一個說明性實施例。塊282包括存儲器塊284,存儲了機器管理器^t醜矩權重值MMTW,其相當於由塊282產 生的扭矩權重值TW。機器管理器總體燃料指令權重值MMGSFCW, 儲存在存儲器塊288中，並作為"真"值輸入而提供給真/假塊286。真 /假塊286的"假"值輸入接收儲存在存儲器塊290中的恆定的值；例 如0，並且真/假塊286的控制輸入接收由圖7的真Af叚塊276產生的" 容許燃料優化"值AFO。真/假塊286的輸出是由塊282產生的總體燃 料指令權重值GSFCW,並且在所示的實施例中等於機器管理器總體 燃料指令權重值MMGSFCW,只要APO為"真"，或否則為零。機器 管理器排氣溫度權重值MMEXTW，儲存在存儲器塊292中，並且相 當於由塊282產生的排氣溫度權重值EXTW。
後處理矢量A被提供給第一數據提取塊292，其可操作地提取 NOx效率值NOXE，後處理矢量A,並將NOXE作為第一輸入提供 給NOX權重函數塊294。塊294接收儲存在存儲器塊296中的高的 NOx權重值NOXWH作為第二輸入，並且接收儲存在存儲器塊298 中的低的NOx權重值NOXWL作為第三輸入。NOX權重函數塊294 可以是任何已知函數，其可操作地將NOx效率值NOXE變換成NOx 權重分數值NOXWFR,其分別受到NOXWH和NOXWL值的約束。 由函數塊294產生的NOx權重分數值NOXWFR,被提供給乘法塊300 的第一輸入，乘法塊300具有接收儲存在存儲器塊302中的最大NOx 權重值NOXWMAX的第二輸入。乘法塊300的輸出是由塊282產生 的NOx權重值NOXW，並且是儲存在塊302中的最大可容許的NOx 權重值乘以由函數塊294計算的取決於NOx效率值NOXE的分數 NOx權重值，NOx效率值NOXE由塊292從後處理矢量A中提取。
後處理矢量A還提供給第二數據提取塊304,其可操作地^v後處 理矢量A中提取乾燥顆粒物質(DPM)效率值DPME,並將DPME作 為第一輸入提供給DPM權重函數塊306。塊306接收儲存在存儲器 塊308中的較高DPM權重值DPMWH作為第二輸入，並且4婁收儲 存在存儲器塊310中的較低DPM權重值DPMWL作為第三輸入。DPM權重函數塊306可以是任何已知函數，其可操作地將DPM效率值 DPME，變換成DPM權重分數值DPMWFR，其分別受到DPMWH 和DPMWL值的約束。由函數塊306產生的DPM權重分數值 DPMWFR,被提供給乘法塊312的第一輸入，乘法塊314具有接收 儲存在存儲器塊302中的最大DPM權重值DPMWMAX的笫二輸入。 乘法塊312的輸出是由塊282產生的DPM權重值DPMW，並且是 儲存在塊314中的最大可容許的DPM權重值乘以由函數塊306計算 的取決於DPM效率值DPME的分數DPM權重值，DPM效率值DPME 由塊304從後處理矢量A中提取。
後處理矢量A還提供給第二數據提取塊316，其可操作地從後處 理矢量A中提取未燃燒的碳氫化合物(UHC)效率值UHCE，並將UHCE 作為第一輸入提供給UHC權重函數塊318。塊318接收儲存在存儲 器塊320中的高的UHC權重值UHCWH作為第二輸入，並且"l妻收儲 存在存儲器塊322中的低的UHC權重值UHCWL作為第三輸入。UHC 權重函數塊318可以是任何已知函數，其可操作地將UHC效率值 UHCE,變換成UHC權重分數值UHCWFR，其分別受到UHCWH 和UHCWL值的約束。由函數塊318產生的UHC權重分數值 UHCWFR,被提供給乘法塊324的第一輸入，乘法塊326具有接收 儲存在存儲器塊302中的最大UHC權重值UHCWMAX的第二輸入。 乘法塊324的輸出是由塊282產生的UHC權重值UHCW,並且是儲 存在塊326中的最大可容許的UHC權重值乘以由函數塊318計算的 取決於UHC效率值UHCE的分數UHC權重值，UHC效率值UHCE 由塊316從後處理矢量A中提取。
應該注意的是，組成發動機指令矢量的目標發動機指令值，EC， 和組成發動機權重矢量EW的目標發動機權重值，都由圖4的機器 管理器塊230產生，其取決於由後處理矢量A提供的信息，並因此 取決於後處理系統164的能力(例如效率)。這種因果關係基於同圖2 系統100的其餘構件通常較快的響應時間比較而言，後處理系統164
49內在的延遲響應的基礎上。
現在參見圖9，其顯示了組成圖4系統性能目標邏輯塊202部分 的發動機管理器塊232的一個說明性實施例。塊232包括發動機結 構管理器塊330，其具有接收發動機轉速信號ES的發動機轉速輸入 ES，以及接收扭矩指令值TQC的扭矩輸入T，扭矩指令值TQC組 成發動機指令矢量EC的一部分。發動機結構管理器塊330可操作地 處理發動機轉速和扭矩輸入信號，並產生發動機管理器扭矩指令值 EMTC，發動機管理器峰值氣缸壓力極限EMPCPL，以及結構管理器 排氣溫度極限值SMEXTL。 EMTC和EMPCPL各自形成系統性能目 標邏輯矢量Yt的一部分，並且將SMEXTL提供給最小塊332的第 一輸入，最小塊332具有接收機器管理器排氣溫度極限值MMEXTL 的第二輸入，其組成發動機指令矢量EC的一部分。代表SMEXTL 和MMEXTL最小值的最小塊332的輸出，限定了機器管理器排氣溫 度極限值EMEXTL,並組成系統性能目標邏輯矢量Yt的一部分。機 器管理器NOx極限MMNOXL,機器管理器乾燥顆粒物質極限 MMDPML，機器管理器未燃燒的碳氫化合物極限MMUHCL,機器 管理器排氣溫度指令MMEXTC，和機器管理器BSUHC指令值 MMBSUHCC,分別各作為傳遞值EMNOXL， EMDPML, EMUHCL， EMEXTC和EMUHCC來提供，各自形成系統性能目標邏輯矢量YT 的一部分。雖然圖中沒有作特別顯示，但是機器管理器塊232還可 配置成可強加較低的未燃燒的碳氫化合物極限，例如EMUHCL,以 防止，或至少最大程度地減小EGR閥128和/或EGR冷卻器130的 浸漆。
機器管理器塊232還包括制動器特定-總體變換塊(brake specific-to-gross conversion block)334,其接收由發動機結構管理器塊330產 生的發動機管理器扭矩指令值EMTC以及總體燃料指令扭矩值 GSFCT作為輸入，其組成發動機指令矢量EC —部分。塊334響應 於EMTC和GSFCT輸入而將制動器特定扭矩值變換成機器管理器總體燃料指令EMGSFCC，其組成系統性能目標邏輯矢量YT的一部分。 另一變換塊336接收由發動機結構管理器塊330產生的發動機管理 器扭矩指令值EMTC，發動機管理器BSNOx指令MMBSNOXC，以 及發動機管理器BSDPM指令MMBSDPMC作為輸入。塊336可操 作地將制動器特定輸入值變換成絕對的機器管理器乾燥顆粒物質指 令值EMDPMC,其組成系統性能目標邏輯矢量Yt的一部分。發動 機權重矢量EW直接穿過機器管理器塊232而組成由系統性能目標 邏輯塊202產生的權重矢量W。
現在參見圖10,其顯示了組成圖9發動機管理器塊232部分的 發動機結構管理器330的一個說明性實施例。在所示的實施例中， 在扭矩輸入T處接收的扭矩指令值TQC，其直接穿過塊330而組成 發動機管理器扭矩指令值EMTC。峰值氣缸壓力極限確定塊338接 收發動機轉速信號ES作為輸入，並以己知的方式處理該速度信號而 產生發動機管理器峰值氣缸壓力極限值EMPCPL。同樣，排氣溫度 極限確定塊340接收發動機轉速信號ES作為輸入，並以己知的方式 處理該速度信號而產生結構管理器排氣溫度極限值SMEXTL 。
在所示的實施例中，系統性能目標邏輯塊202因而可操作地處 理由後處理系統164提供的，採用後處理矢量A形式的信息，以及 發動機扭矩指令和發動機轉速信息，以確定分別採用矢量Yt和W形 式的系統目標和權重值。如後文中將更詳細所述，燃燒管理器塊204 配置成以驅動系統100的操作狀態對應於系統目標值的方式而控制 一個或多個系統促動器。應當理解，系統性能目標邏輯塊202可備 選地配置成用於產生系統性能目標矢量YT，和/或權重矢量W,其取 決於更多或更少的輸入目標和操作工況，並且塊202的任何這種備 選配置都落在所附權利要求的範圍內。
應當理解，機器管理器塊230可或包括用於確定排放物目標和 權重的任何一個或多個策略，並且這裡所示和所述的機器管理器塊 230的細節僅僅是作為示例而提供的。類似地，發動機管理器塊232可包括或多，或少或不同的用於保護髮動機結構的參數，並且這裡
所示和所述的發動機管理器塊232的細節只是作為示例而提供的。
現在參見圖11,其顯示了組成圖3燃燒管理器塊204部分的系 統模型塊206的一個說明性實施例。在所示的實施例中，系統模型 塊206包括參數模型塊348，其具有發動機轉速輸入ES，進氣歧管 溫度輸入IMT,和進氣歧管壓力輸入IMP,其分別接收發動機轉速， 進氣歧管溫度和進氣歧管壓力信號。參數模型塊348還包括充氣流 量指令值輸入CCF，指令的EGR分數輸入CEGRFR,燃料數量指令 值輸入CFQ，和噴射啟動指令值輸入CSOI，其分別接收組成輸出矢 量X—部分的指令的充氣流量，指令的EGR分數，燃料數量指令值 和噴射啟動指令值。如後文中將更詳細所述，參數模型塊348可操 作地處理前述輸入信號，並產生才莫型化的以加侖每秒為單位的加燃 料值MFGPS，模型化的發動機輸出扭矩值MTQ，模型化的總體加 燃料指令值MGSFC，模型化的排氣溫度值MEXT，模型化的NOx 輸出值MNOX，模型化的乾燥顆粒物質值MDPM，和模型化的峰值 氣缸壓力值MPCP作為模型輸出矢量Y。參數模型塊348還可操作 地將模型排氣溫度值MEXT，等容積壓力值ISOP,等熵壓力值 ISENP,以及能量分數值EFR提供給加燃料極限值模型塊350。
除了前述輸入以外，加燃料極限值模型塊350還接收充氣流量 值CF，和由圖3虛擬傳感器邏輯塊200產生的EGR分數值EGRFR, 以及進氣歧管溫度IMT，和發動機轉速ES值作為輸入。作為補充輸 入，加燃料極限值模型塊還接收峰值氣缸壓力極限值PCPL,排氣溫 度極限值EXTL，和乾燥顆粒物質極限值DPML，其各自形成系統性 能目標邏輯矢量Yt的一部分。如後文中將更詳細所述，加燃料極限 值模型塊350可操作地處理前述輸入信號，並產生模型化的峰值氣 缸壓力燃料極限值MPCPFL,模型化的排氣溫度燃料極限值 MEXTFL,和^^型化的乾燥顆粒物質燃料極限值MDPMFL作為輸出 值，其各自形成模型極限矢量ML的一部分，如圖11中所示。現在參見圖12,其顯示了組成圖11系統模型塊206部分的參數 才莫型塊348的一個說明性實施例。塊348包括流量和比率計算塊352, 其接收發動機轉速信號ES，燃料數量指令值CFQ,和充氣流量指令 值CCF作為輸入。如後文中將參見圖13更詳細所述，塊352可操作 地處理前述輸入信號和值，並產生才莫型化的以加侖每秒為單位的加 燃料值MFGPS,以千克/秒為單位的充氣流量值CFKPS，以及充氣 燃料比值CFR。塊348還包括單位變換塊354，其接收充氣流量指令 值CCF作為輸入，並可操作地將充氣流量指令值CCF,從磅質量/分 鐘的單位lbm/min變換成千克/秒kg/s。
塊348還包括扭矩和總體加燃料指令模型塊356,其接收燃料數 量指令值CFQ,發動機轉速信號ES，噴射啟動指令值CSOI,和由 流量和比率計算塊352所產生的以千克/秒為單位的燃料指令值 CFKPS作為輸入。如後文中將參見圖14更詳細所述，扭矩和總體燃 料指令模型塊356可操作地處理前述輸入信號和值，並產生作為輸 出才莫型扭矩值MTQ，和^t型化的總體加燃料指令值MGSFC。
塊348還包括峰值氣缸壓力(PCP)模型塊358，其接收由流量和 比率計算塊352產生的以千克/秒為單位的燃料指令值CFKPS，噴射 啟動指令值CSOI，發動機轉速信號ES，和進氣歧管壓力信號IMP 作為輸入。如後文中將參見圖15更詳細所述，PCP模型塊358可操 作地處理前述輸入信號和值，並產生才莫型峰值氣缸壓力值MPCP、等 熵壓力值ISENP和等容積壓力值ISOP作為輸出。
參數模型塊348還包括排氣溫度模型塊360,其接收發動機轉速 信號ES,進氣歧管壓力信號IMP，由流量和比率塊352產生的充氣 燃料比值CFR,進氣歧管溫度信號IMT,和噴射啟動指令值CSOI 作為輸入。如後文中將參見圖16-17更詳細所述，排氣溫度^t型塊360 可操作地處理前述信號和值，並產生能量分數值EFR，和一莫型排氣 溫度值MEXT作為輸出。
參數模型塊348還包括NOx模型塊362,其接收噴射啟動指令值CSOI, EGR分數指令值CEGRFR,發動機轉速信號ES，燃料數 量指令值CFQ,進氣歧管溫度信號IMT,和由流量和比率計算塊352 產生的以千克/秒為單位的加燃料指令值CFKPS作為輸入。如後文中 將參見圖18更詳細所述，NOx衝莫型塊362可操作地處理前面的輸入 信號，並產生模型化的NOx值MNOX作為輸出。
參數模型塊348還包括乾燥顆粒物質(DPM)模型塊364，其接收 由排氣溫度模型塊360產生的模型化的排氣溫度值MEXT，由流量 和比率計算塊352產生的以千克/秒為單位的燃料指令值CFKPS， EGR 分數指令值CEGRFR，燃料數量指令值CFQ，和由單位變換塊354 產生的充氣流量指令值CCF作為輸入。如後文中將參見圖19更詳細 所述，DPM模型塊364可操作地處理前面的輸入信號，並產生模型 化的乾燥顆粒物質值MDPM作為輸出。
應當理解，雖然參數模型塊348如圖12中所示包括扭矩和 GSFC, PCP，排氣溫度，NOx和DPM模型，但是塊348可備選地 配置成包括更多或更少的^f莫型。可併入到塊348中的補充才莫型的示 例，其包括但不局限於未燃燒的碳氫化合物(UHC)模型、氧化硫(SOx) 模型以及其它排放物和/或非排放物相關的模型。參數模型塊348的 任何這種備選配置都落在所附權利要求的範圍內。
現在參見圖13，其顯示了組成圖12參數模型塊348部分的流量 和比率計算塊352的一個說明性實施例。在所示的實施例中，塊352 包括算術運算符塊370,其具有接收儲存在存儲器塊372中的變換值， 例如，0.4532578的除法輸入，其中變換值代表千克(kg)和磅質量(lbm) 的比率。第一乘法輸入塊370接收儲存在存儲器塊374中的另一變 換值，例如7.079,其代表磅質量(lbm)和加侖(gal.)的比率。算術塊370 的第三乘法輸入連接到第二算術塊376的輸出上，其具有接收儲存 在存儲器塊378中的變換值，例如，lx^的除法輸入，其中這個變換 值代表毫克(mg)和千克(kg)的比率。塊376的第一乘法輸入連接到第 三算術塊380的輸出上，其具有接收儲存在存儲器塊382中的整數值的乘法輸入，其中該整數值相當於發動機102的氣缸數。塊380 的除法輸入接收儲存在塊384中的另一整數值，例如2。由算術塊380 產生的值因此是發動機102中的氣缸數除以2。算術塊376的第二乘 法輸入接收燃料數量指令值CFQ(以mg/str為單位)，並且算術塊376 的第三乘法輸入接收發動機轉速信號ES,其通過變換塊386而從每 分鐘轉數變換成每秒鐘轉數。算術塊376的輸出是以千克/秒為單位 的燃料指令值CFKPS,並且作為塊352的輸出提供給算術塊370的 第二乘法輸入。算術塊370的輸出是以加侖每秒為單位的;f莫型化的 燃料值MFGPS，其由塊352產生。
以千克/秒為單位的燃料指令值CFKPS還提供給MAX塊388的 第一輸入，MAX塊388具有接收儲存在存儲器塊390中的常數，例 如，0.001的第二輸入。MAX塊388的輸出被供給第四算術塊392 的除法輸入，第四算術塊392具有接收充氣指令值CCF的乘法輸入。 塊388和390為塊392提供除零保護，並且算術塊392的輸出是充 氣燃料比值CFR，其作為塊352的輸出而產生，作為指令的充氣流 量CCF，和以千克/秒為單位的燃^F指令值CFKPS的比率。
現在參見圖14,其顯示了組成圖12參數模型塊348 —部分的扭 矩和總體加燃料指令值GSFC模型塊356的一個說明性實施例。在 所示的實施例中，塊356包括接收噴射啟動指令值CSOI的延遲塊 400,並且延遲塊400的輸出被提供給算術塊402的減法輸入，算術 塊402具有接收噴射啟動指令值CSOI的加法輸入。塊402的輸出提 供給乘法塊404的第一乘法輸入，乘法塊404具有接收表406輸出 的笫二乘法輸入，表406具有發動機轉速信號ES和燃料指令值CFQ 作為輸入。表406填充有SOI調整扭矩的增益值，其取決於發動機 轉速信號ES和燃料數量指令值CFQ。乘法塊404的輸出被供給限制 器塊408，其接收儲存在存儲器塊410中的最大SOI扭矩調整值 SOITAMAX作為上極限值，並且接收儲存在存儲器塊412中的最小 SOI扭矩調整值SOITAMIN作為下極限值。限制器塊408的輸出因而是噴射啟動指令值CSOI在延遲周期上的變化和由表406產生的 SOI調整扭矩的增益值的乘積，SOI調整扭矩的增益值分別具有 SOITAMIN和SOITAMAX的下限和上限。
限制器塊408的輸出被供給求和塊414的笫一加法輸入，求和 塊414具有接收燃料數量指令值CFQ的第二加法輸入。求和塊414 的輸出被供給另一表416的第一輸入，所述另一表416具有接收發 動機轉速信號ES的第二輸入。表416填充有取決於發動機轉速信號 ES，以及求和塊414的輸出的發動機輸出扭矩值，並且表416的輸 出由塊356於其扭矩輸出TQ處產生，並且相當於由參數模型塊348 產生的才莫型化的扭矩值MTQ。
表416的輸出被供給乘法塊418的第一乘法輸入，所述乘法塊418 具有接收發動機轉速信號ES的第二乘法輸入。塊418的輸出被供給 變換塊420，其可操作地將單位revxftxlbs/min變換成馬力HP。塊420 的馬力輸出作為輸入提供給零點以上夾緊塊422，其具有提供給算術 塊424的除法輸入的輸出。塊422因此為算術塊424提供了除零保 護。塊424的乘法輸入接收以千克/秒為單位的加燃料指令值CFKPS, 其通過變換塊426而從kg/s單位變換成lbm/min單位。算術塊424 的輸出被供給限制器塊428,其接收儲存在存儲器塊430中的最大總 體燃料指令值GFSCMAX作為上限，並且接收儲存在存儲器塊432 中的最小總體燃料指令值GSFCMIN作為下限。限制器塊428的輸出 限定塊356的總體燃料指令輸出GSFC，並相當於由參數;f莫型塊348 產生的模型化的總體燃料指令MGSFC。
本領域中的技術人員將認識到，這裡參見圖13和14所示和所 述扭矩和總體燃料模型只是代表這種模型的一個示例，並且可備選 或補充地使用取決於一個或多個發動機操作參數而限定的其它扭矩 和總體燃料模型。任何這種備選或補充的扭矩和總體燃料模型都落 在所附權利要求的範圍內。
現在參見圖15,其顯示了組成圖12參數^^莫型塊348—部分的PCP模型塊358的一個說明性實施例。在所示的實施例中，塊358包括 變換塊450，其接收進氣歧管壓力信號IMP作為輸入，並且將該信 號從單位psi變換成Pa。變換塊450的輸出提供給乘法塊452的第一 乘法輸入，乘法塊452具有第二乘法輸入，其接收數學函數塊454 的輸出。數學函數塊454具有接收儲存在存儲器塊458中的 PCPGAMMA值的笫一輸入，以及接收儲存在存儲器塊456中的比 值CRATIO的第二輸入。數學函數塊454可操作地計算取決於升高 至PCPGAMMA乘冪的CRATIO值的輸出值。在塊358的ISENP輸 出處提供乘法塊452的輸出，其相當於由參數模型塊348根據函數 ISENP=IMPxCRATIOPCPGAMMA而產生的等熵壓力值。
塊358還包括求和塊460，其具有接收儲存在存儲器塊462中的 才莫型常數值"A"的第一加法輸入。求和塊460的第二加法輸入^f妄收乘 法塊464的輸出，乘法塊464具有接收發動機轉速信號ES的第一乘 法輸入，其通過變換塊474而從每分鐘轉數變換成弧度每秒。塊464 的第二乘法輸入接收求和塊466的輸出，求和塊466具有接收另一 乘法塊470輸出的笫一加法輸入，乘法塊470具有接收儲存在存儲 器塊472中的模型常數值"D"的第一輸入，以及接收變換後的發動機 轉速信號ES的第二乘法輸入。求和塊466的第二輸入接收儲存在存 儲器塊468中的另一模型常數值"B"。
求和塊460的第三加法輸入接收乘法塊476的輸出，乘法塊476 具有接收另一求和塊478輸出的第一乘法輸入。塊478的第一加法 輸入接收乘法塊480的輸出，乘法塊480具有接收變換後的發動機 轉速信號ES的第一輸入，以及接收儲存在存儲器塊482中的另一沖莫 型常數值"F"的第二乘法輸入。塊478的第二加法輸入接收儲存在存 儲器塊484中的另一模型常數值"C"，並且塊478的第三加法輸入接 收乘法塊486的輸出。塊486具有接收儲存在存儲器塊488中的另 一;f莫型常數值"E"的第一乘法輸入，以及接收噴射啟動指令值CSOI 的第二乘法輸入，其乘以儲存在存儲器塊490中的-1值。存儲器塊490的輸出還提供給塊476的第二乘法輸入。
求和塊460的輸出提供給塊358的ISOP輸出，並且代表由參數 模型塊 348 根據函數 ISOP=A+BxES+CxCSOI+D x ES2+ExSOI2+FxESxSOI產生的等容積壓力值。求和塊460的輸出還 被供給乘法塊492的第一乘法輸入，其具有接收以千克/秒為單位的 加燃料指令值CFKPS的第二乘法輸入。塊492的輸出被供給求和節 點494的第一加法輸入，求和節點494具有^l妄收由塊452產生的等 熵壓力值ISENP的第二加法輸入。求和節點494的輸出作為輸入#皮 供給變換塊496，其可操作地將壓力單位Pa變換成psi。變換塊496 的輸出是PCP衝莫型估算值，並且提供給塊358的PCP輸出，其相當 於由參數模型塊348根據函數MPCP=ISENP+ISOPxCFKPS而產生的 模型化的峰值氣缸壓力值MPCP。
本領域中的技術人員將認識到，這裡參見圖15所示和所述PCP 模型只是代表一個PCP模型示例，並且可備選或補充地使用限定PCP 的取決於一個或多個其它發動機操作工況的其它PCP模型。例如， 在題名為"用於估算內燃機中的峰值氣缸壓力的系統"的美國專利 No.6,782，737B2中描述了可併入到參數 f莫型塊348中的一個備選或補 充的PCP模型，該專利轉讓給本發明的受讓人，並且其發明公開通 過引用而結合在本文中。本領域中的技術人員將想起其它PCP模型， 並且任何這種備選或補充的PCP模型都落在所附權利要求的範圍 內。
現在參見圖16，其顯示了組成圖12參數模型塊348 —部分的排 氣溫度模型塊360的一個說明性實施例。在所示的實施例中，塊360 包括邏輯或塊500，其具有接收算術塊502輸出的笫一輸入，算術塊 502具有接收儲存在存儲器塊504中的值"l"的第一輸入，以及接收 由流量和比率計算塊352產生的充氣燃料比CFR的第二輸入。如果"1" 大於或等於充氣燃料比CFR，那麼塊502產生"1"，否則產生"O"。邏 輯或塊500的第二輸入接收另一算術運算符塊506的輸出，另一算術運算符塊506具有接收儲存在塊504中的值"r的第一輸入，以及 接收發動機轉速信號ES的第二輸入。如果儲存在塊504中的"l"大 於或等於發動機轉速信號ES，那麼算術運算符塊506產生'T',否則 產生"0"。邏輯或塊500的輸出提供給真/假塊508的控制輸入，真/假 塊508在其"真"輸入處接收儲存在存儲器塊510中的零值，並在其" 假"輸入處接收排氣AT計算塊512的AT輸出。
塊512接收發動機轉速信號ES，充氣燃料比值CFR，噴射啟動 指令值CSOI，和進氣歧管壓力信號IMP作為輸入。如將參見圖17 更詳細所述，排氣AT塊512可操作地處理前述輸入，並產生提供給 真/，￡塊508的溫差值AT作為第一輸出，並產生於塊360的能量分 數輸出EFR處所產生的能量分數值EFR作為第二輸出。
現在參見圖17，其顯示了組成圖16排氣溫度模型塊360 —部分
的排氣AT計算塊512的一個說明性實施例。在所示的實施例中，塊
512包括求和塊520，其具有接收儲存在存儲器塊522中的補償參數
值OFFP的第一加法輸入。塊520的第二加法輸入接收乘法塊524的
輸出，乘法塊524具有接收儲存在存儲器塊526中的噴射啟動參數
值SOIP的第一乘法輸入，以及接收噴射啟動指令值CSOI的第二乘
法輸入。塊520的第三加法輸入接收乘法塊528的輸出，乘法塊528
具有接收的儲存在存儲器塊530中的速度參數值SPEEDP的第一乘
法輸入，以及接收發動機轉速信號ES的第二乘法輸入。塊520的第
四加法輸入接收乘法塊532的輸出，乘法塊532具有接收儲存在存
儲器塊534中的進氣歧管壓力參數IMPP的第一乘法輸入，以及接收
進氣歧管壓力信號IMP的第二乘法輸入。求和塊520的輸出是由塊 512才艮才居方禾呈EFROFFP + SOn^CSOI + SPEEDP下S + IMMP"MP產生的能量
分數值EFR。
求和塊520的EFR輸出還被供給算術塊536的乘法輸入，算術 塊536具有接收MAX塊538輸出的除法輸入。MAX塊538的第一 輸入接收儲存在存儲器塊540中的常數值"l",並且第二輸入接收由
59流量和比率計算塊352產生的充氣燃料比值CFR。塊538和540因 而為塊536提供除零保護。算術塊536的輸出^皮供給塊512的AT輸 出，並根據方程AT-EFR/CFR而產生AT值。
再次參見圖16,真/假塊508的輸出#皮供給求和節點514的第一 加法輸入，求和節點514具有接收進氣歧管溫度信號IMT的第二加 法輸入。求和節點514的輸出是塊360的排氣溫度輸出EXT，其提 供由參數模型塊348產生的排氣溫度模型值MEXT。只要發動機轉 速信號ES小於或等於1,或者充氣燃料比值CFR小於或等於1,那 麼邏輯或塊500的輸出為'T'或"真"，並且真AR塊508的輸出因而為 零。在這種情況下，由塊360產生的排氣溫度估值EXT是進氣歧管 溫度值IMT。如果另一方面，發動機轉速信號ES大於1，並且充氣 燃料比值CFR大於1,那麼邏輯或塊500的輸出為"0"或"假"，並且 真/假塊508的輸出因而是由排氣AT值計算塊512產生的AT值。在 這種情況下，根據方程EXT=IMT+AT可計算由塊360產生的排氣溫 度估值EXT。
本領域中的技術人員將認識到，這裡參見圖16和17所示和所 述的排氣溫度模型只是代表一個排氣溫度模型示例，並且可備選或 補充地使用限定EXT的取決於一個或多個其它發動機操作工況的其 它排氣溫度模型。任何這種備選或補充的排氣溫度模型都落在所附 權利要求的範圍內。
現在參見圖18，其顯示了組成圖12參數模型塊348—部分的NOx 衝莫型塊362的一個說明性實施例。在所示的實施例中，塊362包括 求和塊550，其具有接收儲存在存儲器塊552中的;f莫型常數"A"的第 一加法輸入。塊550的第二加法輸入接收乘法塊554的輸出，乘法 塊554具有接收儲存在存儲器塊556中的模型常數"B"的第一輸入， 以及接收EGR分數指令值CEGRFR的第二乘法輸入。塊550的笫三 加法輸入接收乘法塊558的輸出，乘法塊558具有接收儲存在存儲 器塊560中的另一模型常數"C"的第一乘法輸入，以及接收噴射啟動指令值CSOI的笫二乘法輸入，其乘以儲存在存儲器塊562中的"-r。 塊550的第四加法輸入接收乘法塊564的輸出，乘法塊564具有接 收儲存在存儲器塊566中的另一模型常數"D"的第一乘法輸入，以及 接收發動機轉速信號ES的第二乘法輸入，其通過變換塊568而從每 分鐘轉數變換成弧度每秒。塊550的第五加法輸入接收乘法塊570 的輸出，乘法塊570具有接收儲存在存儲器塊572中的另一模型常 數"E"的第一乘法輸入，以及接收燃料數量指令值CFQ的第二乘法輸 入，其通過變換塊574而從mg/st變換成kg/st。塊550的第六加法輸 入接收乘法塊576的輸出，乘法塊576具有接收儲存在存儲器塊578 中的模型常數"F"的第一乘法輸入，以及接收變換塊580輸出的第二 乘法輸入。變換塊580的輸入輸出求和節點582的接收，求和節點582 具有接收進氣歧管溫度信號IMT的第一加法輸入，以及接收儲存在 存儲器塊584中的常數值；例如460的第二加法輸入。進氣歧管溫 度信號IMT以。C為單位來提供，並且由塊584加上460而將溫度單 位變換為。R。然後，變換塊580利用己知關係式，將溫度單位從。R 變換成。K 。求和塊550的輸出根據方程u=A+BxCEGRFR-OCSOI+DxES+ExCFQ+FxIMT而產生參數u。
求和塊550的輸出作為輸入被供給算術運算符塊586,其可操作 地到將"e"升到"u"乘冪，其中"u"是剛才所述的求和塊550的輸出。算 術運算符塊586的輸出作為乘法塊588的第一乘法輸入而提供，乘 法塊588具有接收由流量和比率計算塊352產生的以千克/秒值為單 位的燃料指令值CFKPS的第二乘法輸入。乘法塊588的輸出作為輸 入提供給變換塊590，其可操作地將kg/s變換成g/h。變換塊590的 輸出限定塊362的NOx輸出，其相當於參數才莫型塊348的^^莫型化的 MNOX輸出。由塊362產生的NOx衝莫型值MNOX遵循方程 MNOX=CFKPSxeu，其中
u - A + B*CEGR(=R - C*CSOI + D*ES + E*CFQ + PIMT 。
本領域中的技術人員將認識到，這裡參見圖18所示和所述NOx模型只是代表一個NOx模型示例，並且可備選或補充地使用取決於
一個或多個其它發動機操作工況而限定的其它NOx才莫型。例如，在 題名為"用於估算由內燃機所產生的排氣中NOX含量的系統，，的美 國專利No.6,697,729 B2中描述了可併入到參數;f莫型塊348中的一個 備選或補充的NOx模型，該專利轉讓給本發明的受讓人，並且其發 明公開通過引用而結合在本文中。本領域中的技術人員將想起其它 NOx模型，並且任何這種備選或補充的NOx模型都落在所附權利要 求的範圍內。
現在參見圖19,其顯示了組成圖12參數沖莫型塊348—部分的DPM 才莫型塊364的一個說明性實施例。在所示的實施例中，塊364包括 MAX塊600,其具有接收由流量和比率塊352產生的以千克/秒為單 位的加燃料指令值CFKPS的第一輸入，以及接收儲存在存儲器塊602 中的常數值，例如lxe-s的第二輸入。MAX塊600的輸出提供給算 術塊604的除法輸入，因而塊600和602為塊604提供了除零保護。 塊604的乘法輸入接收乘法塊606的輸出，乘法塊606具有"^妄收充 氣流量指令值CCF的第一乘法輸入，以及接收求和節點608輸出的 第二乘法輸入，求和節點608具有接收儲存在存儲器塊610中的常 數值，例如'T'的加法輸入，以及接收EGR分數指令值CEGRFR的 減法輸入。算術塊604的輸出代表空氣-燃料比值，並且作為輸入提 供給低的燃料乘法器塊612,其具有提供給求和塊614第一加法輸入 的輸出。塊614的第二加法輸入接收儲存在存儲器塊616中的常數 值，例如'T'。求和塊614的輸出提供》合乘法塊618的第一乘法輸入。 乘法塊618的第二乘法輸入接收儲存在存儲器塊620中的常數值， 例如lxe-6，並且塊618的第三乘法輸入接收儲存在存儲器塊622中 的另一常數，例如0.8315。塊620提供變換kg/mg，並且塊622提供 變換stdm3/kg。
DPM ;f莫型塊364還包括另一求和塊624，其具有接收儲存在存 儲器塊626中的模型常數"A"的第一加法輸入。塊624的第二加法輸入接收乘法塊628的輸出，乘法塊628具有接收EGR分數指令值 CERFR的第一乘法輸入，和接收另一模型常數"B"的第二乘法輸入。 塊624的第三加法輸入接收乘法塊632的輸出，乘法塊632具有接 收燃料數量指令值CFQ的第一乘法輸入，其通過變換塊634從mg/st 變換成kg/st，以及接收儲存在存儲器塊636中的另 一模型常數"C"的 第二乘法輸入。塊624的第四加法輸入接收乘法塊638的輸出，乘 法塊638具有接收儲存在存儲器塊640中的另一;f莫型常數"D"的第一 乘法輸入，以及第二乘法輸入，其接收配置成可將。R變換成。K溫度 換算塊642的輸出。變換塊642的輸入接收求和節點644的輸出， 求和節點644具有接收儲存在存儲器塊646中的常數值，例如460 的第一加法輸入，以及接收由排氣溫度模型塊360產生的模型化的 排氣溫度值MEXT的第二加法輸入。如以上參見圖18所述，塊642，644 和646可操作地將模型化的排氣溫度值MEXT從。C單位變換成'K。
求和塊624的輸出作為輸入提供給數學函數塊648,其配置成可 根據方程eu而產生輸出，其中"u"是求和塊624的輸出，並通過方程 u-A + B"EGRFR + C^CFQ + yMEXT而限定。數學函數塊648的輸出作
為第一輸入提供給MIN塊650，其具有接收儲存在存儲器塊652中 的常數值，例如9.99的第二輸入。MIN塊650的輸出代表一個估算 的NOX值，其具有由塊652建立的上極限值。MIN塊650的輸出作 為輸入提供給變換塊654，其具有可操作地將MIN塊650所產生的 估算的NOx值變換為乾燥顆粒物質(DPM)單位的函數f(u)。塊654 的輸出提供給乘法塊618的第四乘法輸入。
乘法塊618的輸出作為輸入提供給限制器塊656,其具有儲存在 存儲器塊658中的上極限值UL;例如0.005,並且具有儲存在存儲 器塊660中的下極限值LL;例如0。限制器塊656的輸出提供給乘 法塊662的第一乘法輸入，乘法塊662具有第二乘法輸入，其接收 由流量和比率計算塊352提供的以千克/秒為單位的加燃料指令值 CFKPS。乘法塊662的輸出估算乾燥顆粒物質值DPM，並通過變換塊664將kg/s變換成g/h。變換塊664的輸出是DPM模型塊364的 DPM輸出，其相當於由參數模型塊348產生的模型化的DPM值 MDPM。
本領域中的技術人員將認識到，這裡參見圖19所示和所述DPM 模型只是代表一個DPM模型示例，並且可備選或補充地使用取決於 一個或多個其它發動機操作工況而限定的其它DPM^^莫型。任何這種 備選或補充的DPM模型都落在所附權利要求的範圍內。
現在參見圖20，其顯示了組成圖11系統模型塊206 —部分的加 燃料極限值模型塊350的一個說明性實施例。在所示的實施例中， 塊350包括峰值氣缸壓力(PCP)燃料極限值模型塊670,其接收組成 系統性能目標矢量YT—部分的峰值氣缸壓力極限值PCPL,由PCP 模型塊358產生的等容積壓力值ISOP，以及也由PCP衝莫型塊358產 生的等熵壓力值ISENP作為輸入。如後文中將參見圖21更詳細所述， PCP燃料極限值模型塊670可操作地處理前述輸入，並產生峰值氣 缸壓力燃料極限值PCPFL作為輸出。
加燃料極限值模型塊350還包括排氣溫度燃料極限值模型塊 672,其接收組成系統性能目標矢量YT —部分的排氣溫度極限值 EXTL,由排氣溫度模型塊360產生的能量分數比EFR，進氣歧管進 氣溫度信號IMT,以及充氣流量值CF作為輸入。如將在後文中參見 圖22更詳細所述，排氣溫度燃料極限值模型塊672可操作地處理前 述輸入信號，並產生排氣溫度燃料極限值EXTFL作為輸出。
加燃料極限值;漠型塊350還包括DPM燃料極限值衝莫型塊674， 其接收充氣流量值CF,組成系統性能目標矢量Yt—部分的乾燥顆粒 物質極限值DPML， EGR分數值EGRFR，由排氣溫度才莫型塊360產 生的模型化的排氣溫度值MEXT，以及發動機轉速信號ES作為輸入。 如後文中將參見圖23更詳細所述，DPM燃料極限值才莫型塊674可操 作地處理前述輸入，並產生千燥顆粒物質燃料極限值DPMFL作為輸 出。分別由模型塊670,672和674產生的PCPFL, EXTFL和DPMFL 值組成提供給加燃料計算塊676的燃料極限輸入的數據矢量FLI，加 燃料計算塊676還接收發動機轉速信號ES作為輸入。如後文中將參 見圖24更詳細所述，加燃料計算塊676可操作地處理前述輸入信號， 並產生燃料極限矢量FL作為輸出，其作為輸入提供給第一級過濾器 塊678，第一級過濾器塊678還接收儲存在存儲器塊680中的過濾器 常數值FC。第一級過濾器塊678的輸出相當於由加燃料極限值模型 塊350產生的模型極限矢量ML,並攜帶模型化的峰值氣缸壓力燃料 極限值MPCPFL，模型化的排氣溫度極限值MEXTFL，和模型化的 乾燥顆粒物質燃料極限值MDPMFL。
應當理解，雖然加燃料模型塊350如圖20中所示包括PCP，排 氣溫度和DPM燃料極限值模型，但是塊350可備選地配置成包括更 多或更少的模型。可併入到塊350中的補充對莫型的示例，其包括但 不局限於未燃燒的碳氫化合物(UHC)燃料極限值模型，氧化硫(SOX) 燃料極限值模型，渦輪增壓器速度燃料極限值模型以及其它排放物 和/或非排放物相關的模型。加燃料極限值模型塊350的任何這種備 選配置都落在所附權利要求的範圍內。
現在參見圖21,其顯示了組成圖20加燃料極限值;漠型塊350 — 部分的PCP燃料極限值才莫型670的一個說明性實施例。在所示的實 施例中，塊670包括算術塊，其具有接收零點以上夾緊塊692輸出 的除法輸入，零點以上夾緊塊692接收等容積壓力值ISOP作為輸入。 零點以上夾緊塊692為塊690提供除零保護。算術塊690還包括接 收求和節點694輸出的乘法輸入，求和節點694具有接收峰值氣缸 壓力極限值PCPL的加法輸入，其通過變換塊696從psi單位變換成 Pa。求和節點694的減法輸入接收等熵壓力值ISENP。算術塊690 的輸出限定PCP燃料極限值模型塊670的PCPFL輸出，並產生相應 的峰值氣缸燃料極限值PCPFL。
現在參見圖22，其顯示了組成圖20加燃料極限值模型塊350的
65一部分的排氣溫度燃料極限值模型672的一個說明性實施例。在所 示的實施例中，塊672包括算術塊700,其具有接收排氣溫度極限值 EXTL的加法輸入，和接收進氣歧管溫度值IMT的減法輸入。求和 塊700的EFR輸出^皮供給算術塊702的乘法輸入，算術塊702具有 接收MAX塊704輸出的除法輸入。能量分數值EFR被供給MAX 塊704的第一輸入，並且MAX塊704的第二輸入接收儲存在存儲器 塊706中的常數值，例如0.01。塊704和706因而為塊702提供除 零保護。塊702的輸出提供給乘法塊708的第一乘法輸入，乘法塊708 具有接收由虛擬傳感器邏輯塊200(圖3)產生的充氣流量值CF的第二 乘法輸入。乘法塊708的輸出作為輸入提供給變換塊710，其配置成 可將單位lbm/min變換成kg/s。變換塊710的輸出限定排氣溫度燃料 極限值才莫型塊672的EXTL輸出，並且產生相應的排氣溫度燃料極 限值EXTFL。
現在參見圖23，其顯示了組成圖20加燃料極限值模型塊350的 一部分的DPM燃料極限值才莫型674的一個說明性實施例。在所示的 實施例中，圖74包括求和節點720，其具有接收千燥顆粒物質極限 值DPML的加法輸入，和接收由DPM才莫型塊730產生的估算的乾燥 顆粒物質值DPM的減法輸入。求和節點720的輸出代表乾燥顆粒物 質誤差值，並且通過數學函數塊722進行平方運算，之後作為第一 輸入提供給燃燒優化邏輯塊724。塊724可操作地處理DPM誤差值， 並產生相應的燃料值作為輸出，其作為輸入提供給具有下極限值和 上才及限值；例如分別為0和200的限制器塊726,並將限制器塊726 的燃料流量輸出提供給流量計算塊728的燃料流量輸入，以及燃燒 優化邏輯塊724的第二輸入。流量計算塊728還接收發動機轉速信 號ES作為輸入，並且可操作地處理發動機轉速和燃料流量輸入值， 並產生相應的乾燥顆粒物質燃料極限值DPMFL，其限定了 DPM燃 料極限值;漠型塊674的輸出。由流量計算塊728產生的DPMFL值提 供給DPM模型塊730的燃料數量輸入FQ,並且由限制器塊726產生的燃料流量值以千克/秒為單位提供給DPM模型塊730的燃料流量 輸入FFKPS。模型化的排氣溫度輸入MEXT接收由排氣溫度^^莫型塊 360產生的模型化的排氣溫度值MEXT,並且EGR分數輸入EGRFR 接收由虛擬傳感器邏輯塊200產生的EGR分數值EGRFR。 DPM模 型塊730的充氣流量輸入CF接收由虛擬傳感器邏輯塊200產生的充 氣流量值CF,其通過變換塊732從lbm/min變換成kg/s。 DPM模型 塊730可與圖19中所示的DPM模型塊364是相同的，利用圖23中 所示的輸入、信號和值。
應該注意的是，PCP燃料極限值模型塊670和排氣溫度燃料極 限值模型塊672各分別轉化為如圖15和16中所示的相應的PCP模 型塊358和相應的排氣溫度衝莫型塊360。對比而言，DPM燃^f^及限 值模型塊674代表迭代解(iteration solution)的燃料極限值模型，其包 含如圖19中所示的整個DPM模型364,並且配置成可最大程度地減 小在估算的乾燥顆粒物質值DPM與組成系統性能目標矢量Yt—部 分的乾燥顆粒物質極限值DPML之間的誤差。
現在參見圖24，其顯示了組成圖20加燃料極限值模型塊350 — 部分的加燃料計算塊676的一個說明性實施例。在所示的實施例中， 塊676包括算術塊750，其具有接收儲存在存儲器塊752中的常數值， 例如2的第一乘法輸入。塊750的第二乘法輸入接收儲存在存儲器 塊754中的另 一常數，例如lxe6。塊750的除法輸入接收MAX塊756 的輸出，MAX塊756具有接收儲存在存儲器塊758中的常數，例如 lxe-s的笫一輸入，和接收乘法塊760輸出的笫二輸入。乘法塊760 的第一輸入接收與儲存在存儲器塊762中的發動機102的氣缸數相 對應的常數值。塊760的第二乘法輸入接收發動機轉速信號ES，其 通過變換塊764從每分鐘轉數變換成每秒鐘轉數。算術塊750的另 一乘法輸入接收燃料極限輸入矢量FLI,其攜帶燃料極限值PCPFL， EXTFL，和DPMFL，如圖20中所示。算術塊750的輸出是供給限 制器塊的數據矢量，其具有下極限值和上極限值，例如分別為0和500，並且限制器塊766的輸出限定了由塊676產生的燃料極限矢量 FL。
現在參見圖25,其顯示了組成圖3燃燒管理器塊204部分的目 標邏輯塊208的一個說明性實施例。在所示的實施例中，塊208包 括接收系統性能目標矢量YT作為輸入的數據提取塊770。塊770配 置成可提取組成矢量YT的各種數據值，並將這種值提供給零點以上 夾緊塊772，在將這種數據值提供給算術塊774的除法輸入之前，其 可操作地提供各提取數據值的下限。模型輸出矢量Y作為輸入提供 給另一數據提取塊776，其可操作地提取由系統模型塊206產生的各 模型輸出值，並可將這種提取值提供給求和節點778的減法輸入， 求和節點778具有加法輸入，其接收由數據提取塊770從系統性能 目標矢量YT中提取的相應的目標數據值。求和節點778的輸出是攜 帶與各種數據值之間差值相對應的值的數據矢量，包括系統性能目
標值YT，以及由模型輸出矢量Y攜帶的相應的模型輸出值。塊774 的第二乘法輸入接收儲存在存儲器塊780中的常數值，例如100。塊 774的輸出作為輸入提供給絕對值塊782，其具有供給標量或"點"積 塊784的笫一輸入的輸出，標量或"點"積塊784具有接收由系統性能 目標邏輯塊202產生的權重矢量W的第二輸入。塊784的輸出限定 了由目標邏輯塊208產生的標量性能量度U。如以上所述，目標邏 輯塊208可配置成可根據任意數量的目標差函數而估算標量性能量 度U，並且在圖25所示的實施例中，根據方程I^W.卩00x(Yt-Y)/Yt1 來計算標量性能量度U。
現在參見圖26,其顯示了組成圖2燃燒管理器塊204部分的目 標優化邏輯塊210的一個說明性實施例。在所示的實施例中，塊210 包括單位矢量產生器790,其從算術輸出塊806的輸出中接收啟用值 E，並當^f支啟用值E啟用時，產生單位數據矢量UV。由塊790產生 的單位數據矢量UV提供給乘法塊792的第一乘法輸入，乘法塊792 具有接收儲存在存儲器塊794中的步長值STEP的第二乘法輸入。STEP值相當於用於優化算法的計算步長或時間。塊792的第三乘法 輸入接收儲存在存儲器塊796中的步長調整值，其中步長調整值通 過如圖26中所示的目標優化邏輯進行連續計算，並且乘以儲存在塊 794中的STEP值，從而調整到目標優化算法的計算步長。乘法塊792 的輸出是被供給求和節點798的第一加法輸入的數據矢量，求和節 點798具有接收輸出矢量X的第二加法輸入，其^皮延遲塊804延遲 一個計算循環。求和節點798的輸出是#皮供給真/假塊800的"真"輸 入的數據矢量，真/假塊800具有"假"輸入接收分別^f皮延遲塊804和802 延遲的輸出矢量X的第二延遲量。真/假塊800的控制輸入接收算術 運算符塊806的輸出，其還將啟用值E提供給單位矢量產生器塊790, 其中算術運算符塊806具有接收另一延遲塊808輸出的第一輸入， 另一延遲塊808具有與塊806的第二輸入共享的輸入，並接收另一 延遲塊810的輸出。延遲塊810的輸入是標量性能量度U,從而算 術塊806的一個輸入接收標量性能量度U的單延遲表徵，並且第二 輸入接收標量性能量度U的雙延遲表徵。在所示的實施例中，算術 運算符塊806是"小於"塔算符，從而當由塊810產生的標量性能量度 U的單延遲表徵小於由塊808產生的標量性能量度U的雙延遲表徵， 塊806的輸出為"真"，否則為"假"。真/假塊800的輸出是無約束解矢 量X'。
輸出矢量x還被供給"最佳x"邏輯塊812的"xr輸入，以及第
一延遲塊814。第一延遲塊814的輸出^L供給塊812的"X2"輸入，並 且還供給第二延遲塊814，其輸出被供給塊812的"X3"輸入。類似地， 標量性能量度U被供給邏輯塊812的"Ul"輸入，並且還供給第三延 遲塊814。第三延遲塊814的輸出被供給塊812的"U2"輸入，並且還 供給第四延遲塊814，其輸出被供給塊812的"U3"輸入。因而標量性 能量度值，Ul-U3對應於由於燃燒管理器塊204的三個最近迭代而 引起的三個最近的標量性能量度值，並且輸出矢量Xl-X3類似地對 應於由燃燒管理器塊204的三個最近迭代而引起的三個最近的輸出矢量。如以下將參見圖28更完整所述，"最佳X"邏輯塊812可操作 地選擇其中一個輸出矢量X1-X3,作為"最佳的"輸出矢量BX。
如以上所述，目標優化邏輯塊210可配置成可符合許多己知的 直接搜索優化算法。在圖26的實施例中，所示的優化算法是己知的 帶方向利用的隨機遊動和步長調整優化算法，但是應當理解，或者 可使用任何己知的優化算法，例如以上所述的任何一種或多種優化 算法。
現在參見圖27，其顯示了組成圖26目標優化邏輯塊210部分的 單位矢量發生器塊790的一個說明性實施例。在所示的實施例中， 塊790包括配置成可隨機地產生矢量RV的隨機矢量發生器820。隨 機矢量發生器820的輸出是被供給平方函數塊822的輸入，以及供 給算術塊828的乘法輸入的數據矢量。平方函數塊822可操作地對 由塊820產生的隨機數數據矢量各值進行平方運算，並將相應的平 方數據值矢量供給求和塊824，其配置成可對組成由塊822產生的平 方數據矢量的平方數據值求和。求和節點824的輸出是供給平方根 函數塊826的標量值，平方根函數塊826可操作地估算由求和節點824 產生的總計數據值的平方根，並將相應的平方根值供給算術塊828 的除法輸入。算術塊828配置成可計算由隨機數發生器820產生的 數據矢量中的各數據值和由塊826產生的平方根值的比，並且產生 相應的數據值作為輸出，其組成由塊790產生的單位矢量UV。當啟 用值從非啟用狀態改變到啟用狀態時，由目標優化邏輯塊210產生 的啟用值E啟用單位矢量發生器塊790,以產生和寄存單位矢量UV。
現在參見圖28,其顯示了組成圖26目標優化邏輯塊210部分的 最佳X邏輯塊812的一個"^兌明性實施例。在所示的實施例中，MIN 塊830配置成可接收三個標量性能量度值Ul-U3，並產生具有最小 量值的標量性能量度作為輸出。第一標量性能量度U1，和MIN塊830 的輸出作為等式塊832的兩個輸入，從而只有當Ul是三個標量性能 量度值Ul-U3的其中一個具有最小量值的標量性能量度值時，等式
70塊832的輸出為真。等式塊832的輸出被供給真/假塊834的控制輸 入，真/假塊834具有接收數1的真輸入和接收另一真/假塊836輸出 的假輸入，另一真/假塊836具有接收數2的真輸入和接收數3的假 輸入。真/假塊836的控制輸入接收另一等式塊838的輸出，另一等 式塊838具有接收MIN塊830輸出的第一輸入，以及接收第二標量 性能量度U2的第二輸入。因而，只有當U2是三個標量性能量度值 Ul-U3的其中一個具有最小量值的標量性能量度值時，等式塊838 的輸出為真。假如這樣，真/假塊產生數的2和輸出，等等產生數的 3和輸出。根據真/假塊836的輸出，真/假塊834類似地產生數1作 為等式塊832的輸出為真，或者產生數2或3作為輸出。真/j叚塊834 的輸出因而為數例如l， 2或3，其相當於其中一個具有最小量值的標 量性能量度值U1-U3。
真/假塊834的輸出被供給中繼840的控制輸入，中繼840具有 第一、第二和第三數據輸入，其分別接收相應的第一、第二和第三 輸出矢量X1， X2和X3。中繼840的輸出是"最佳"輸出矢量BX，其 是輸出矢量Xl-X3的其中一個矢量，其對應於真/假塊834輸出處所 產生的數。因而，例如如故標量性能量度U2的量值是Ul-U3量值 中最小的，那麼由中繼840產生的最佳X矢量BX將是X2。
應當理解，雖然目標優化邏輯塊210和最佳X邏輯塊812如圖26 和28中所示和所述配置成可處理三個U值和X矢量，但是目標優化 邏輯塊210和最佳X邏輯塊812可備選地配置成可處理任何數量如 N個U值和X矢量，從而從這"N"個最近的輸出矢量X1-XN中選擇 "最佳"輸出矢量BX,其取決於這"N"個最近的標量性能量度值Ul-UN。
現在參見圖29,其顯示了組成圖3燃燒管理器塊204的一部分 的解約束邏輯212的一個說明性實施例。在所示的實施例中，解約 束邏輯塊212包括燃料數量極限邏輯塊844，其接收通過數據提取塊 842而從系統性能目標矢量YT中提取的目標發動機扭矩值TTQ，發動機轉速信號ES，以及由目標優化邏輯塊210產生的組成無約束解 矢量X'—部分的無約束燃料數量指令值CFQ'作為輸入，並且還4妄收 模型化的峰值氣缸壓力極限值MPCPL，模型化的排氣溫度極限值 MEXTL,以及才莫型化的乾燥顆粒物質極限值MDPML作為輸入，所 有這些組成由系統模型塊206產生的模型極限矢量ML的一部分。 如後文中將參見圖30和31更詳細所迷，燃料數量極限邏輯塊844 可操作地處理前述輸入信號，並產生燃料數量指令值CFQ，和EGR 失效值EGRD作為輸出。燃料數量指令值CFQ由燃料數量極限邏輯 塊844提供給真/假塊846的假輸入，真/假塊846具有從塊848中接 收燃料數量超越值(override value)FQOV的真輸入，以及從塊850中 接收燃料數量用戶超越值FQUO的控制輸入。真/假塊846用於用戶 超越由燃料數量極限邏輯塊844所產生的燃料數量指令值CFQ，並 且如果FQUO為真，則產生燃料數量超越值FQOV作為其輸出，否 則產生燃料數量指令值CFQ作為其輸出。真/假塊846的輸出作為輸 入提供給限制器塊852，其具有下極限值和上極限值；例如分別為0 和500，並且限制器塊850的輸出是組成輸出矢量X —部分的燃料 數量指令值CFQ。
無約束soi指令值csor，組成由目標優化邏輯塊210產生的無
約束解矢量X'的一部分，其提供給真/假塊854的假輸入，真/假塊854 具有從塊856中接收SOI超越值S0I0V1的真輸入，以及從塊858 中接收SOI用戶超越值S0IU0的控制輸入。真/假塊854用於用戶超
越無約束的soi指令值csor，並且如果soiuo為真，則產生soi 超越值soiov作為其輸出，否則產生無約束燃料數量指令值csor
作為其輸出。真/假塊854的輸出作為輸入提供給限制器塊860，其 具有下極限值和上極限值；例如分別為-10和10,並且限制器塊860 的輸出是組成輸出矢量X—部分的SOI指令值CSOI。
解約束邏輯塊212還包括充氣管理器(CHM)極限調節邏輯塊 862，其接收由圖3的充氣管理器塊216提供的反饋矢量F,無約束充氣流量指令值CCF,以及無約束EGR分數指令值CEGRFR'，和 來自燃料數量極限邏輯塊844的EGR失效值EGRD作為輸入信號， 無約束充氣流量指令值CCF，和無約束EGR分數指令值CEGRFR' 組成由目標優化邏輯塊210產生的無約束解矢量XI的一部分。如後 文中將參見圖32更詳細所述，充氣管理器極限調節邏輯塊862可操 作地處理前述輸入信號，並產生充氣流量指令值CCF,和EGR分數 指令值CEGRFR作為輸出。充氣流量指令值CCF由CHM極限調節 邏輯塊862提供給真/假塊864的假輸入，真/假塊864具有從塊866 中接收充氣流量超越值CFOV的真輸入，以及從塊868中接收充氣 流量用戶超越值CFUO的控制輸入。真/假塊864用於用戶超越由CHM 極限調節邏輯塊862所產生的燃料流量指令值CCF,並且如果CFUO 為真，則產生燃料流量超越值CFOV作為其輸出，否則產生燃料流 量指令值CCF作為其輸出。真/假塊864的輸出作為輸入提供給限制 器塊870，其具有下極限值和上極限值；例如分別為0和80,並且 限制器塊870的輸出是組成輸出矢量X —部分的充氣流量指令值 CFQ。 EGR分數指令值CEGRFR，由CHM極限調節邏輯塊862提 供給真/假塊872的假輸入，真/假塊872具有從塊874中接收EGR 分數超越值EFROV的真輸入，以及接收從塊876中EGR分數用戶 超越值EFRUO的控制輸入。真/假塊872用於用戶超越由CHM極限 調節邏輯塊862所產生的EGR分數指令值CEGRFR,並且如果EFRUO 為真，則產生EGR分數超越值EFROV作為其輸出，否則產生EGR 分數指令值CEGRFR作為其輸出。真/假塊872的輸出作為輸入提供 給限制器塊878,其具有下極限值和上極限值；例如分別為0和30， 並且限制器塊878的輸出是組成輸出矢量X —部分的EGR分數指令 值CEGRFR 。
應當理解，雖然解約束邏輯塊212如圖29中所示包括燃料數量 極限邏輯和CHM極限調節邏輯，但是塊212可備選地配置成可包括 更多或更少的參數約束策略。例如，解約束邏輯塊212可備選或補充地包括SOI約束邏輯塊，其配置成可根據規定的準則而約束無約
束soi指令值csor,其組成無約束輸出矢量x'的一部分。本領域
中的技術人員應該想到可併入到塊212中的其它備選或補充的參數 約束策略的示例，並且包括在塊212中的任何這種補充的參數約束 策略都落在所附權利要求的範圍內。
現在參見圖30，其顯示了組成圖28解約束邏輯塊212的一部分 的燃料數量極限邏輯塊844的一個說明性實施例。在所示的實施例 中，塊844包括求和節點880，其具有4^收目標發動機:扭矩值TTQ 的第一加法輸入，和接收儲存在存儲器塊882中的最大扭矩補償值 MAXTQOFF的第二加法輸入。求和節點880的輸出代表TTQ和 MAXTQOFF的總和，並被供給最大扭矩加燃料邏輯塊884的最大扭 矩輸入MXT。發動機轉速信號ES作為第二輸入供給塊884，並且如 後文中將參見圖31更詳細所述，塊884可操作地處理前述輸入，並 提供最大扭矩加燃料值MXTF作為輸出，其供給MIN塊886的第一 輸入。
另 一求和節點888具有4妄收目標發動機扭矩值TTQ的加法輸入， 以及接收儲存在存儲器塊890中的最小扭矩補償值MINTQOFF的減 法輸入。求和節點888的輸出代表TTQ和MINTQOFF之間的差值， 並供給最小扭矩加燃料邏輯塊892的最小扭矩輸入MNT，最小扭矩 加燃料邏輯塊892具有接收發動機轉速信號ES的發動機轉速輸入 ES。如後文中將參見圖31所述，最小扭矩加燃料邏輯塊892可操作 地處理前述輸入信號和值，並產生最小扭矩燃料值MNTF作為輸出， 其供給MAX塊894的第一輸入，MAX塊894具有接收無約束燃料 數量指令值CFQ'的第二輸入，其組成了由目標優化邏輯塊210產生 的無約束解矢量X'的一部分。MAX塊894的輸出作為第二輸入浮皮供 給MIN塊886。 MIN塊886的第三、第四和笫五輸入分別接收模型 化的峰值氣缸壓力極限值MPCPL,模型化的排氣溫度極限值 MEXTL，和模型化的乾燥顆粒物質極限值MDPML，所有這些組成由系統模型塊206產生的模型極限矢量ML的一部分。MIN塊886 可操作地產生最小MXTF、 MPCPL、 MEXTL、 MDPML和MNTF和
CFQ'之最大值作為燃料數量指令值CFQ。
模型化的乾燥顆粒物質極限值MDPML，作為第一輸入還被供給 MAX塊896，其具有接收儲存在存儲器塊898中的常數，例如0.1 的第二輸入。MAX塊896的輸出被供給算術塊900的除法輸入，因 此塊896和898為塊900提供除零保護。算術塊900的乘法輸入接 收無約束燃料數量指令值CFQ'，其組成由目標優化邏輯塊210產生 的無約束解矢量X'的一部分。CFQ1和MDPML的比值限定了流量 控制參數FCLR,其作為輸入提供給滯後開關塊902。開關塊902的" 真"開關點由FCLR"on"l'司值表904的FCLRON輸出來提供，其接收 發動機轉速信號ES作為輸入。表904填充有各取決於發動機轉速ES 的開關點值。開關塊902的"假"開關點由FCLR"off'閾值表906的 FCLROFF輸出來提供，其接收發動機轉速信號ES作為輸入。表906 填充有各取決於發動機轉速ES的開關點值FCLROFF。滯後開關902 的輸出EGR失效值EGRD，並且只要算術塊900的FCLR輸出大於 低開關點，FCLROFF， EGRD則為"真"或"r'，並且只要算術塊900 的FCLR輸出低於上開關點FCLRON， EGRD則為"假"或"0"。
現在參見圖31，其顯示了組成圖30燃料數量極限邏輯塊844 — 部分的最大扭矩加燃料邏輯塊884的一個說明性實施例。在所示的 實施例中，塊884包括真/假塊912,其具有接收儲存在存儲器塊910 中的噴射啟動扭矩-燃料調整值SOTFA的"真"輸入。真/假塊912的" 假"輸入接收儲存在存儲器塊914中的常數值；例如0。真/假塊912 的控制輸入由算術輸出部件916的輸出提供，其具有第一輸入以及 第二輸入，第一輸入接收儲存在存儲器塊918中的噴射啟動調整的 燃料閾值SOIADFTH,第二輸入接收由扭矩-燃料表920產生的總體 燃料值GF。表920接收由求和節點880產生的最大扭矩值MXT, 和發動機轉速信號ES作為輸入，最大扭矩值MXT是目標發動機扭
75矩值TTQ,和儲存在存儲器塊882中的(見圖30)最大扭矩補償值 MAXTQOFF之和。表920填充有各取決於MXT和ES的總體加燃 料值GF。塊916的算術運算符"小於或等於"運算符，從而只要 SOIADFTH小於或等於由表920產生的總體加燃料值GF,那麼真/ 假塊912的輸出就是儲存在存儲器塊910中的SOI扭矩-燃料調整值 SOTFA，否則為零。
真/假塊912的輸出被供給算術塊922的減法輸入，算術塊922 具有接收由扭矩-燃料表920產生的總體加燃料值GF的加法輸入。 算術塊922的輸出是由塊884產生的最大扭矩燃料值MXTF，並且 是由表920產生的總體加燃料值GF，和真/假塊912輸出之間的差值。 圖30的最小扭矩加燃料邏輯塊892可類似於圖1中所示的塊884構 造而成，除了扭矩-燃料表920接收發動機轉速信號ES,和由求和節 點888產生的最小扭矩值MMT作為輸入以外，最小扭矩值MMT是 目標發動機扭矩值TTQ，和儲存在存儲位置890(見圖30)中的最小扭 矩補償值MINTQOFF之間的差值。
現在參見圖32，其顯示了組成圖29解約束邏輯塊212的一部分 的充氣管理器極限調整邏輯塊862的一個說明性實施例。在所示的 實施例中，塊862包括乘法塊930，其具有第一乘法輸入和第二乘法 輸入，笫一乘法輸入接收由圖3的充氣管理器塊216產生的組成反 饋矢量F —部分的指令的充氣流量極限值CCFl,並且第二乘法輸入 接收儲存在存儲器塊932中的充氣流量指令分數值CFCF。乘法塊930 的輸出被供給求和塊934的第一加法輸入，求和塊934具有接收另 一乘法塊936輸出的第二加法輸入。塊936的第一乘法輸入接收由 圖3的充氣管理器塊216提供(或備選地由系統衝莫型塊206提供)的組 成反饋矢量F —部分的充氣流量值CF,並且笫二乘法輸入接收儲存 在存儲器塊938中的充氣流量反々貴分數值CFFF。求和塊934的輸出 供給真/假塊938和944的"真"輸入，並且代表實際的充氣流量值CF, 和指令的充氣流量極限值CFFL的加權和。真/假塊938的"假"輸入接收儲存在存儲器塊940中的常數值，例如0，並且真/假塊944的" 假"輸入接收儲存在存儲器塊946中的另一常數值，例如70。真/假塊 938的控制輸入是指令的充氣流量低值，CCFl,並且真/假塊944的 控制輸入是指令的充氣流量高值CCFH，其各自形成由充氣管理器塊 216產生的反饋矢量F的 一 部分。真/假塊93 8的輸出作為限制器塊942 的下限LL,並且真Af叚塊944的輸出作為限制器塊942的上限UL。 由目標優化邏輯塊210產生的組成無約束解矢量XI —部分的無約束 充氣流量指令值CCF,其供給限制器塊942的另一輸入，並且限制 器塊942可操作地根據CCFH的邏輯狀態而將CCF'限制在UL和CF 及CCFl的加權和的上限，並根據CCF^的邏輯狀態而將CCF限制在 LL或CF和CCFt加權和的下限。在任何情況下，限制器塊942的輸 出是由塊862產生的充氣流量指令值CCF。
塊862還包括具有第一乘法輸入和笫二乘法輸入的乘法塊950， 第一乘法輸入接收由圖3的充氣管理器塊216產生的組成反饋矢量F 一部分的指令的EGR分數極限值CEGRFR^，並且第二乘法輸入接 收儲存在存儲器塊952中的EGR分數指令值EFCF。乘法塊950的 輸出被供給求和塊954的第一加法輸入，求和塊956具有接收另一 乘法塊936輸出的第二加法輸入。塊956的第一乘法輸入接收由圖3 的充氣管理器塊216提供(或備選地由系統模型塊206提供)的組成反 饋矢量F —部分的EGR分數值EGRFR,並且第二乘法輸入接收儲 存在存儲器塊958中的EGR分數反饋分數值EFFF。求和塊954的 輸出被供給真/假塊960和966的"真"輸入，並且代表實際EGR分數 值EGRFR，和指令的EGR分數極限值CEGRFRl的加權和。真/假塊 960的"假"輸入接收儲存在存儲器塊962中的常數值，例如0，並且" 假"輸入真/假塊966接收儲存在存儲器塊968中的另一常數值，例如 100。真/假塊960的控制輸入是指令的EGR分數低值CEGRFRl，並 且真/假塊966的控制輸入是指令的EGR分數高值EGRFRH，其各自 形成由充氣管理器塊216產生的反々貴矢量F的一部分。真/假塊960的輸出作為限制器塊964的下限LL，並且真AfFi塊966的輸出作為限 制器塊964的上限UL,由目標優化邏輯塊210產生的組成無約束解 矢量X"—部分的無約束EGR分數指令值CEGRFR',其供給限制器 塊964的另一輸入，並且限制器塊964可操作地根據CEGRFRH的 邏輯狀態而將CEGRFR'限制在UL和EGRFR及CEGRFRl的加權和 的上限，並根據CEGRFR^的邏輯狀態而將CEGRFR'限制在LL或 EGRFR和CEGRFRL的加權和的下限。在任何情況下，限制器塊964 的輸出提供給另一真/假塊970的假輸入，真/假塊970具有從塊972 中接收零值的真輸入，並且具有接收由圖29的燃料數量極限邏輯塊 844所產生的EGR失效信號的控制輸入。真Mi塊970的輸出是由塊 862產生的EGR分數指令值CEGRFR。只要EGR失效信號EGRD 是未啟用的，或假的，那麼由塊862產生的EGR分數指令值CEGRFR 將是由限制器塊964產生的EGR分數指令值。如果另一方面，EGR 失效信號EGRD是啟用的或真的，那麼EGR分數指令值CEGRFR 將失效或為零。
現在參見圖33，其顯示了組成圖29解約束邏輯塊212的一部分 的SOI邏輯塊875的一個說明性實施例。在所示的實施例中，塊875 包括三維特定計時錶973，其接收發動機轉速信號和目標發動機扭矩 值TTQ作為輸入，並且產生特定噴射啟動(SOI)值NOMSOI作為輸 出，其通過表973而確定，其取決於發動機轉速和目標發動機扭矩。 特定噴射啟動值NOMSOI供給一對求和節點975和979的加法輸入。 求和節點975的減法輸入4妻收儲存在存儲器塊977中的恆定的最小 SOI補償值MINOFF。求和節點975的輸出因而是特定噴射啟動值 NOMSOI，和最小SOI補償值MINOFF之間的差值，並供給限制器 985的下限輸入。求和節點979的另一加法輸入接收儲存在存儲器塊 981中的恆定的最大SOI補償值MAXOFF。求和節點979的輸出因 而是特定噴射啟動值NOMSOI，和最大SOI補償值MAXOFF之間 的差值，並供給限制器985的上限輸入。限制器985的信號輸入接收無約束SOI指令值CSOI'。限制器985的輸出是噴射啟動指令值 CSOI。在操作過程中，SOI邏輯塊875產生噴射啟動指令值CSOI， 無約束CSOI值CSOI'被限制於NOMSOI-MINOFF的下限和 NOMSOI+MAXOFF的上限。
現在參見圖34,其顯示了組成圖3燃燒管理器塊204部分的輸 出調節邏輯塊214的一個說明性實施例。在所示的實施例中，塊214 包括第一級過濾器974,其接收組成輸出矢量X —部分的充氣流量 指令值CCF作為輸入，並且接收儲存在存儲器塊976中的過濾器常 數值FC1。過濾器塊974的輸出是由燃燒管理器塊204產生的充氣 流量指令值CCF，並且是過濾後的充氣流量指令值CCF，其組成輸 出矢量X的一部分。
塊214還包括第二個第一級過濾器塊978,其接收真/假塊982 的輸出作為輸入，並且接收儲存在存儲器塊980中的過濾器常數值 FC2。真/假塊982的"真"輸入是EGR分數指令值CEGRFR，其組成 輸出矢量X的一部分，並且真/假塊982的"假"輸入是儲存在存儲器 塊988中的常數，例如0。真/假塊982的控制輸入是算術運算符塊984 的輸出，其具有接收組成輸出矢量X —部分的EGR分數指令值 CEGRFR的第一輸入，並且具有接收儲存在存儲器塊986中的最小 EGR分數值MINEGRFR的第二輸入。塊984的算術運算符是"大於" 運算符，從而只要CEGRFR大於最小EGR分數值MINEGRFR，那 麼真/假塊982的輸出就是組成輸出矢量X —部分的EGR分數指令 值CEGRFR，否則為零。如果塊984的輸出為"假"，那麼真/假塊982 的輸出為零，如同過濾器塊978和塊214的CEGRFR輸出，從而指 令零值EGR流量。如果另一方面，塊982的輸出為"真"，那麼真Af艮 塊982的輸出就是組成輸出矢量X —部分的EGR分數指令值 CEGRFR,並且過濾器塊978的輸出是由燃燒管理器塊204產生的 EGR分數指令值CEGRFR。
塊214包括第三個第一級過濾器990，其接收組成輸出矢量X —部分的燃料數量指令值CFQ作為輸入，並且接收儲存在存儲器塊992 中的過濾器常數值FC3。過濾器塊990的輸出是由燃燒管理器塊204 產生的燃料數量指令值CFQ,並且是過濾後的燃料數量指令值CFQ， 其組成輸出矢量X的一部分。塊214還包括第四個第一級過濾器994, 其接收組成輸出矢量X —部分的噴射啟動指令值CSOI作為輸入， 並且接收儲存在存儲器塊996中的過濾器常數值FC4。過濾器塊994 的輸出是由燃燒管理器塊204產生的噴射啟動指令值CSOI,並且是 過濾後的噴射啟動指令值CSOI,其組成輸出矢量X的一部分。
這裡所述的控制構架使用 一種基於模型的解決方案，其中模型 輸出基於傳感器數據。因而這種控制構架提供在廣泛的操作工況範 圍上的精度，包括特定的操作工況。由這種構架產生的解因此對當 前操作工況始終是最優化的，並且在所有操作工況下是健壯的。
雖然已經在前面附圖和描述中詳細顯示並描述了本發明，但是 應該認為這些圖解和描述本質上是說明性的而非限制性的，應當理 解，本文只是顯示並描述了說明性的實施例，並且處於本發明精神 範圍內的所有變型和改型都將得到防護。
權利要求
1.一種產生用於控制物理系統操作的控制參數的控制構架，所述控制構架包括一個或多個嵌入模型，其各產生與所述物理系統的不同操作參數相對應的模型輸出，其取決於一個或多個與所述物理系統的操作工況相對應的操作值和許多解參數中的一個或多個解參數；目標邏輯，其產生取決於一個或多個模型輸出和一個或多個系統性能目標值的標量性能量度；目標優化邏輯，其以最大程度地減小所述標量性能量度的方式而產生許多無約束解參數；和解約束邏輯，其從所述許多無約束解參數中，以限制至少其中一個所述無約束控制參數的操作範圍的方式來確定所述許多解參數；其中，所述控制參數對應於所述許多無約束控制參數與所述許多解參數的其中之一。
2. 根據權利要求1所述的控制構架，其特徵在於，所述多個嵌 入模型中的至少其中 一 個嵌入模型配置成用於產生相應的模型輸 出，所述模型輸出還取決於所述一個或多個系統性能目標值的至少 其中一個系統性能目標值。
3. 根據權利要求1所述的控制構架，其特徵在於，所述目標邏 輯還配置成用於產生取決於一個或多個權重值的標量性能量度。
4. 根據權利要求1所述的控制構架，其特徵在於，所述目標優 化邏輯還配置成用於產生取決於所述許多解參數的所述許多無約束 解參數。
5. 根據權利要求1所述的控制構架，其特徵在於，所述解約束 邏輯還配置成用於產生所述許多解參數中的至少其中一個解參數， 其取決於所述一個或多個系統性能目標值中的至少其中一個目標值。
6. 根據權利要求1所述的控制構架，其特徵在於，所述目標優 化邏輯包括解選擇邏輯，其響應於所述標量性能量度的多個最近迭 代運算，並響應於所述許多無約束解參數的相應的多個最近迭代運 算，以確定所述控制參數為所述許多無約束解參數的多個最近迭代 中的其中一個迭代，其具有相應的所述標量性能量度的多個最近迭 代中的其中一個迭代，所述多個最近迭代中的所述其中一個迭代具 有相關於所述標量性能量度的多個最近迭代中的其餘迭代的最小量 值。
7. 根據權利要求1所述的控制構架，其特徵在於，還包括控制 參數處理邏輯，其配置成可處理至少其中一個控制參數，並產生一 個輸出，所述輸出控制至少一個與所述物理系統相關的促動器；並且，所述解約束邏輯還配置成用於產生所述許多解參數中的 至少其中一個解參數，其取決於至少一個由所述控制參數處理邏輯 提供給所述解約束邏輯的反^t值。
8. 根據權利要求1所述的控制構架，其特徵在於，所述解約束 邏輯還配置成用於產生所述許多解參數中的至少其中一個解參數， 其取決於由所述嵌入模型的其中 一個或多個嵌入模型所提供的至少 一個模型極限。
9. 根據權利要求3所述的控制構架，其特徵在於，所述多個才莫 型輸出值限定了矢量Y,所述一個或多個系統性能目標值限定了矢 量Yt，並且所述一個或多個權重值限定了矢量W;其中，所述目標邏輯配置成可確定作為所述矢量Y與Yt之差的 差矢量A,並確定所述標量性能量度作為所述矢量W和所述差矢量 函數的矢量內積。
10. 根據權利要求9所述的控制構架，其特徵在於，所述目標 邏輯配置成可根據關係式U-W.(Y-YT)來確定所述標量性能量度，其 中U是所述標量性能量度。
11. 根據權利要求9所述的控制構架，其特徵在於，所述目標邏輯配置成可根據關係式U=W.(Y-YT)2來確定所述標量性能量度， 其中U是所述標量性能量度。
12. 根據權利要求9所述的控制構架，其特徵在於，所述目標 邏輯配置成可根據關係式1^W.IY-YTl來確定所述標量性能量度，其 中U是所述標量性能量度。
13. 根據權利要求9所述的控制構架，其特徵在於，所述目標 邏輯配置成可根據關係式LNW.I(Y-Y》/Y^來確定所述標量性能量 度，其中U是所述標量性能量度。
14. 根據權利要求1所述的控制構架，其特徵在於，所述許多 解參數限定了矢量X，所述許多無約束解參數限定了矢量X',並且 所述標量性能量度被指定為U;其中，所述目標優化邏輯配置成可根據直接搜索優化技術而產 生取決於U和X以及特定步長的X'。
15. 根據權利要求14所述的控制構架，其特徵在於，所述目標 優化邏輯配置成可根據隨機遊動優化算法而產生取決於U和X以及 特定步長的X'。
16. 根據權利要求14所述的控制構架，其特徵在於，所述目標 優化邏輯配置成可根據帶步長調整的隨機遊動優化算法而產生取決 於U和X以及特定步長的X'。
17. 根據權利要求14所述的控制構架，其特徵在於，所述目標 優化邏輯配置成可根據帶方向利用的隨機遊動優化算法而產生取決 於U和X以及特定步長的X'。
18. 根據權利要求14所述的控制構架，其特徵在於，所述目標 優化邏輯配置成可根據帶方向利用和步長調整的隨機遊動優化算法 而產生取決於U和X以及特定步長的X'。
19. 根據權利要求14所述的控制構架，其特徵在於，所述目標 優化邏輯配置成可根據隨機遊動優化算法的變體而產生取決於U和X以及特定步長的x'。
20. 根據權利要求14所述的控制構架，其特徵在於，所述目標 優化邏輯配置成可根據單變量優化算法而產生取決於U和X以及特 定步長的X'。
21. 根據權利要求1所述的控制構架，其特徵在於，所述物理 系統是包括空氣處理系統的內燃機。
22. 根據權利要求21所述的控制構架，其特徵在於，所述控制 構架配置成用於產生燃料數量指令值作為其中一個控制參數，並且 產生噴射啟動指令值作為另 一控制參數。
23. 根據權利要求22所述的控制構架，其特徵在於，還包括燃 料系統，其響應於加燃料指令而為發動機供給燃料；其中，所述控制計算機包括加燃料邏輯，其響應於燃料數量指 令值和噴射啟動指令值而產生加燃料指令。
24. 根據權利要求21所述的控制構架，其特徵在於，所述控制 構架配置成用於產生充氣流量指令值作為其中一個控制參數，並且 產生排氣再循環(EGR)分數指令值作為另一控制參數。
25. 根據權利要求24所述的控制構架，其特徵在於，所述空氣 處理系統包括一端流通式地聯接在所述發動機的進氣歧管上、並且及響應於EGR控制信號而控制通過所述EGR導管的發動機排氣流 量的EGR閥；其中，所述控制計算機包括充氣管理器邏輯，其響應於充氣流 量指令值和EGR分數指令值而產生所述EGR控制信號。
26. 根據權利要求24所述的控制構架，其特徵在於，所述空氣 處理系統包括渦輪增壓器，其具有流通式地聯接在所述發動機的排 氣歧管上的可變幾何渦輪(VGT)，所述VGT響應於VGT控制信號以 控制所述渦輪的臨界流量；其中，所述控制計算機包括充氣管理器邏輯，其響應於充氣流量指令值和EGR分數指令值而產生所述VGT控制信號。
27. 根據權利要求24所述的控制構架，其特徵在於，所述空氣 處理系統包括與將發動機排氣歧管流通式地聯接到周圍環境上的排 氣導管同軸設置的排氣節流閥，所述排氣節流閥響應於排氣節流閥 控制信號而控制通過所述排氣導管的發動機排氣流量；其中，所述控制計算機包括充氣管理器邏輯，其響應於充氣流 量指令值和EGR分數指令值而產生所述VGT控制信號。
28. 根據權利要求21所述的控制構架，其特徵在於，所述多個嵌入模型包括發動機輸出扭矩模型，其產生取決於一個或多個發動 機操作參數的發動機輸出扭矩估值作為模型輸出。
29. 根據權利要求21所述的控制構架，其特徵在於，所述多個 嵌入模型包括峰值氣缸壓力模型，其產生取決於一個或多個發動機 操作參數的峰值氣缸壓力估值作為模型輸出。
30. 根據權利要求21所述的控制構架，其特徵在於，所述多個嵌入模型包括發動機排氣溫度模型，其產生取決於一個或多個發動 機操作參數的發動機排氣溫度估值作為模型輸出。
31. 根據權利要求21所述的控制構架，其特徵在於，所述多個 嵌入模型包括NOx模型，其產生由發動機產生的取決於一個或多個 發動機操作參數的NOx估值作為才莫型輸出。
32. 根據權利要求21所述的控制構架，其特徵在於，所述多個 嵌入模型包括乾燥顆粒物質模型，其產生由發動機產生的取決於一 個或多個發動機操作參數的乾燥顆粒物質估值作為模型輸出。
33. 根據權利要求21所述的控制構架，其特徵在於，所述多個 嵌入模型包括多個燃料極限值模型，其各產生用於限制發動機加燃 料的不同燃料流量極限值作為輸出。
34. 根據權利要求33所述的控制構架，其特徵在於，所述多個 燃料極限值模型包括峰值氣缸壓力(PCP)燃料極限值模型，其產生取 決於目標PCP極限值的PCP極限燃料流量值作為模型輸出，並取決於一個或多個發動機的操作值，所包括的目標PCP極限值作為所述 一個或多個系統性能目標值中的其中 一個目標值。
35. 根據權利要求33所述的控制構架，其特徵在於，所述多個 燃料極限值模型包括排氣溫度燃料極限值模型，其產生取決於目標 排氣溫度極限值的排氣溫度極限的燃料流量值作為^f莫型輸出，並取 決於一個或多個發動機的操作參數，所包括的目標排氣溫度極限值 作為所述一個或多個系統性能目標值中的其中 一個目標值。
36. 根據權利要求33所述的控制構架，其特徵在於，所述多個 燃料極限值模型包括乾燥顆粒物質(DPM)燃料極限值模型，其產生取 決於目標DPM極限值的DPM極限燃料流量值作為才莫型輸出，並取 決於一個或多個發動機的操作參數，所包括的目標DPM極限值作為 所述一個或多個系統性能目標值中的其中 一個目標值。
37. 根據權利要求21所述的控制構架，其特徵在於，所述目標 邏輯還配置成用於產生取決於一個或多個權重值的標量性能量度。
38. 根據權利要求37所述的控制構架，其特徵在於，所述多個 模型輸出值限定了矢量Y，所述一個或多個系統性能目標值限定了 矢量Yt，並且所述一個或多個權重值限定了矢量W;其中，所述目標邏輯配置成可確定作為所述矢量Y和Yt之差的 差矢量A，並確定所述標量性能量度作為所述矢量W和差矢量函數 的矢量內積。
39. 根據權利要求38所述的控制構架，其特徵在於，所述目標 邏輯配置成可根據關係式U=W.|100x(Y-Y》/YTl來確定所述標量性能 量度，其中U是所述標量性能量度。
40. 根據權利要求21所述的控制構架，其特徵在於，所述許多 解參數限定了矢量X,所述許多無約束解參數限定了矢量X'，並且 所述標量性能量度被指定為U;其中，所述目標優化邏輯配置成用於產生取決於U和X以及特 定步長的X'。
41. 根據權利要求40所述的控制構架，其特徵在於，所述目標 優化邏輯配置成可根據帶方向利用和步長調整的隨機遊動優化算法 而產生取決於U和X以及特定步長的X'。
42. 根據權利要求21所述的控制構架，其特徵在於，所述解約 束邏輯包括許多約束函數，其各通過將所述相應數量的無約束解參 數中的其中規定的解參數限制在可限定的操作範圍內，而產生所述 許多解參數中的規定的解參數。
43. 根據權利要求42所述的控制構架，其特徵在於，其中一個控制參數是燃料數量指令值；其中，所述許多約束函數包括燃料數量極限邏輯，其將相應的 無約束燃料數量指令值限制於最大扭矩加燃料值的最小限度，最小 扭矩加燃料值和無約束燃料數量指令值中的較大者，由其中一個嵌 入^t型產生的峰值氣缸壓力燃料極限值，由其中另 一個嵌入模型產 生的發動機排氣溫度燃料極限值，以及由其中又一個嵌入模型產生 的乾燥顆粒物質燃料極限值中的最小值。
44. 根據權利要求44所述的控制構架，其特徵在於，所述燃料 數量極限邏輯配置成可確定最大和最小扭矩加燃料值，其各取決於 形成其中一個系統性能目標值的發動機輸出扭矩目標值和發動機轉 速。
45. 根據權利要求42所述的控制構架，其特徵在於，其中一個 控制參數是充氣流量指令值，並且其中另一個控制參數是EGR分數 指令值；其中，所述控制構架還包括充氣管理邏輯，其響應於充氣流量 指令值和EGR分數指令值而控制與所述發動機的空氣處理系統相關 的一個或多個促動器；其中，所述許多約束函數包括極限調節邏輯，其限制相應的無 約束充氣流量指令值和EGR分數指令值，其取決於從所述充氣管理 邏輯反饋至所述極限調節邏輯的信息。
46. 根據權利要求45所述的控制構架，其特徵在於，所述充氣 極限調節邏輯配置成可通過限制相應的無約束充氣流量指令值而產 生充氣流量指令值，所述充氣流量值取決於從所述充氣管理邏輯反 饋至所述充氣極限調節邏輯的充氣流量信息。
47. 根據權利要求45所述的控制構架，其特徵在於，所述充氣 極限調節邏輯配置成可通過限制相應的無約束EGR分數指令值而產 生EGR分數指令值，所述EGR分數值取決於從所述充氣管理邏輯 反饋至所述極限調節邏輯的EGR分數信息。
48. 根據權利要求43所述的控制構架，其特徵在於，所述燃料 數量極限邏輯還配置成可確定EGR失效值，其取決於無約束燃料數 量指令值、乾燥顆粒物質燃料極限值和發動機轉速。
49. 根據權利要求48所述的控制構架，其特徵在於，其中一個 控制參數是EGR分數指令值；其中，所述控制構架還包括充氣管理邏輯，其響應於EGR分數 指令值而控制與所述發動機的空氣處理系統相關的一個或多個促動 器；並且所述控制構架還包括極限調節邏輯，其配置成可通過限制 相應的無約束EGR分數指令值而產生EGR分數指令值，所述EGR分數信息；並且，所述極限調節邏輯可配置成如果EGR失效值為真時可產 生零要求的EGR分數值，或者只要EGR分數指令值大於最小的EGR 分數值時，則產生所述EGR分數指令值。
50. —種產生用於控制物理系統操作的控制參數的方法，所述 .方法包括如下步驟維持一個或多個嵌入模型，其各產生與所述物理系統的不同操作參數相對應的多個模型輸出，所述模型輸出取決於 一個或多個與 所述物理系統操作工況相對應的操作值以及許多解參數中的一個或多個解參數；產生取決於所述多個模型輸出和 一 個或多個系統性能目標值的標量性能量度；以最大程度地減小所述標量性能量度的方式而產生許多無約束 解參數；從所述許多無約束解參數中，以限制所述許多無約束控制參數 中的至少其中 一個控制參數的操作範圍的方式，來確定所述許多解 參數；選擇所述許多解參數和所述許多無約束解參數的其中之一來作 為控制參數。
51. 根據權利要求50所述的方法，其特徵在於，所述多個嵌入 模型中的至少其中 一個嵌入模型配置成用於產生相應的模型輸出， 所述模型輸出還取決於所述一個或多個系統性能目標值的至少其中 一個系統性能目標值。
52. 根據權利要求50所述的方法，其特徵在於，所述產生標量 性能量度的步驟包括產生還取決於一個或多個權重值的標量性能量 度。
53. 根據權利要求50所述的方法，其特徵在於，所述產生許多 無約束解參數的步驟包括產生所述許多無約束解參數，其還取決於所述許多解參數的至少其中 一個解參數。
54. 根據權利要求50所述的方法，其特徵在於，所述確定所述 許多解參數的步驟包括確定所述許多解參數的至少其中 一個解參 數，其取決於所述一個或多個系統性能目標值的至少其中 一個系統 性能目標值。
55. 根據權利要求50所述的方法，其特徵在於，還包括處理至 少其中 一個控制參數以產生輸出的步驟，所述輸出控制至少 一個與 所述物理系統相關的促動器；其中，確定所述許多解參數的所述步驟包括，確定所述許多解參數的至少其中一個解參數，其取決於在處理至少其中一個控制參 數以產生輸出的所述步驟中所產生的至少一個反饋值。
56. 根據權利要求50所述的方法，其特徵在於，確定所述許多 解參數的所述步驟包括，確定所述許多解參數的至少其中一個解參 數，其取決於由所述多個嵌入^^莫型的其中 一個或多個嵌入才莫型所提 供的至少一個模型極限。
57. 根據權利要求52所述的方法，其特徵在於，所述多個^t型 輸出值限定了矢量Y，所述一個或多個系統性能目標值限定了矢量 YT,並且所述一個或多個權重值限定了矢量W;其中，所述產生標量性能量度的步驟包括，確定所述矢量Y與 YT之間的差值作為差矢量A，並且計算所述標量性能量度，其作為 所述矢量W和所述差矢量函數的矢量內積。
58. 根據權利要求57所述的方法，其特徵在於，所述產生標量 性能量度的步驟包括，根據關係式U-W.(Y-YT)來計算所述標量性能 量度，其中U是所述標量性能量度。
59. 根據權利要求57所述的方法，其特徵在於，所述產生標量 性能量度的步驟包括，根據關係式U=W.(Y-YT)2來計算所述標量性 能量度，其中U是所述標量性能量度。
60. 根據權利要求57所述的方法，其特徵在於，所述產生標量 性能量度的步驟包括，根據關係式U=W.|Y-YTl來計算所述標量性能 量度，其中U是所述標量性能量度。
61. 根據權利要求57所述的方法，其特徵在於，所述產生標量 性能量度的步驟包括，根據關係式LNW.I(Y-YT)/YTl來計算所述標量 性能量度，其中U是所述標量性能量度。
62. 根據權利要求50所述的方法，其特徵在於，所述許多解參 數限定了矢量X，所述許多無約束解參數限定了矢量X',並且所述 標量性能量度被指定為U;其中，所述產生許多無約束解參數的步驟包括，根據直接搜索優化技術而產生取決於U和X以及特定步長的x'。
63. 根據權利要求62所述的方法，其特徵在於，所述產生許多 無約束解參數的步驟包括，根據隨機遊動優化算法而產生取決於U 和X以及特定步長的X'。
64. 根據權利要求62所述的方法，其特徵在於，所述產生許多 無約束解參數的步驟包括，根據帶步長調整的隨機遊動優化算法而 產生取決於U和X以及特定步長的X'。
65. 根據權利要求62所述的方法，其特徵在於，所述產生許多 無約束解參數的步驟包括，根據帶方向利用的隨機遊動優化算法而 產生取決於U和X以及特定步長的X'。
66. 根據權利要求62所述的方法，其特徵在於，所述產生許多 無約束解參數的步驟包括，根據帶方向利用和步長調整的隨機遊動 優化算法而產生取決於U和X以及特定步長的X'。
67. 根據權利要求62所述的方法，其特徵在於，所述產生許多 無約束解參數的步驟包括，根據隨機遊動優化算法的變體而產生取 決於U和X以及特定步長的X'。
68. 根據權利要求62所述的方法，其特徵在於，所述產生許多 無約束解參數的步驟包括，根據單變量優化算法而產生取決於U和 X以及特定步長的X'。
69. —種用於控制物理系統操作的控制系統，所述控制系統包括產生指示所述物理系統操作狀態的傳感數據的傳感器； 配置成可控制所述物理系統的操作特徵的促動器； 控制計算機，其包括接收解參數和傳感數據任一個的嵌入模型，所述嵌入模型產生與所述物理系統的操作參數相對應的模型輸出；目標邏輯，其產生取決於所述模型輸出和系統性能目標值的標量性能量度；目標優化邏輯，其以最大程度地減小所述標量性能量度的方式而產生無約束解參數；和約束邏輯，其通過限制所述無約束解參數的操作範 圍而產生所述解參數，所述控制參數對應於所述無約 束解參數和所述解參數的其中一個；和 響應於所述控制參數以控制所述促動器操作的裝置。
70. 根據權利要求69所述的控制系統，其特徵在於，所述嵌入 才莫型配置成用於產生還取決於所述系統性能目標值的才莫型輸出。
71. 根據權利要求69所述的控制系統，其特徵在於，所述目標 邏輯還配置成用於產生取決於權重值的標量性能量度。
72. 根據權利要求69所述的控制系統，其特徵在於，所述目標 優化邏輯還配置成用於產生取決於所述解參數的無約束解參數。
73. 根據權利要求69所述的控制系統，其特徵在於，所述約束 邏輯還配置成用於產生取決於所述系統性能目標值的解參數。
74. 根據權利要求69所述的控制系統，其特徵在於，響應於所 述控制參數而控制所述促動器操作的所述裝置包括與所迷控制計算機相關的控制參數處理邏輯，其配置成可處理 所述控制參數並產生促動器控制信號；和促動器驅動電路，其響應於所述促動器控制信號而產生用於控 制所述促動器操作的促動器驅動信號。
75. 根據權利要求74所述的控制系統，其特徵在於，所述約束 邏輯還配置成用於產生所述解參數，其取決於由所述控制參數處理 邏輯提供給所述約束邏輯的反饋值。
76. 根據權利要求69所述的控制系統，其特徵在於，響應於所 述控制參數以便控制所述促動器操作的所述裝置包括促動器驅動電 路，所述促動器驅動電路響應於所述控制參數而產生促動器驅動信 號，以便控制所述促動器操作。
77. 根據權利要求69所述的控制系統，其特徵在於，所述約束 邏輯還配置成用於產生所述解參數，其取決於由所述嵌入模型提供 的模型極限。
78. 根據權利要求69所述的控制系統，其特徵在於，所述傳感 器是物理傳感器，其配置成可檢測所述物理系統的操作狀態，並產 生指示所述操作狀態的傳感器信號。
79. 根據權利要求69所述的控制系統，其特徵在於，所述傳感 器是包括在所述控制計算機中的評估算法，所述評估算法評估所述 物理系統的操作狀態，並產生指示所述操作狀態的傳感數據，所述 操作狀態取決於所述物理系統的一個或多個其它操作工況。
80. 根據權利要求69所述的控制系統，其特徵在於，所述物理 系統是包括空氣處理系統的內燃機。
81. 根據權利要求80所述的控制系統，其特徵在於，所述控制 參數是燃料數量指令值；其中，所述發動機還包括響應於加燃料指令而為所述發動機供 給燃料的燃料系統；並且，所述控制計算機還包括響應於燃料數量指令值而產生加 燃料指令的加燃料邏輯。
82. 根據權利要求80所述的控制系統，其特徵在於，所迷控制 參數是噴射啟動參數指令值；其中，所述發動機還包括響應於加燃料指令而為所述發動機供 給燃料的燃料系統；並且所述控制計算機還包括響應於噴射啟動參數指令值而產生 加燃料指令的加燃料邏輯。
83. 根據權利要求80所述的控制系統，其特徵在於，所述控制 參數是充氣流量指令值；其中，所述空氣處理系統包括一端流通式地l關接在所述發動機再循環(EGR)導管，以及響應於EGR控制信號而控制通過所述EGR 導管的發動機排氣流量的EGR閥；並且，所述控制計算機包括充氣管理器邏輯，其響應於充氣流 量指令值而產生所述EGR控制信號。
84. 根據權利要求83所述的控制系統，其特徵在於，所述空氣 處理系統包括渦輪增壓器，其具有流通式地聯接在EGR導管下遊的 排氣歧管上的可變幾何渦輪(VGT)，所述VGT響應於VGT控制信號 以控制所述渦輪的臨界流量；其中，所述充氣管理器邏輯響應於充氣流量指令值而產生所述 VGT控制信號。
85. 根據權利要求83所述的控制系統，其特徵在於，所述空氣 處理系統包括與流通式地將所述排氣歧管聯接到周圍環境中的排氣 導管同軸設置的排氣節流閥，所述EGR導管流通式地聯接在所述排 氣節流閥上遊的排氣導管上，所述排氣節流閥響應於排氣節流閥控 制信號而控制通過所述排氣導管的發動機排氣流量；其中，所述充氣管理器邏輯響應於充氣流量指令值而產生所述 VGT控制信號。
86. 根據權利要求80所述的控制系統，其特徵在於，所述控制 參數是排氣再循環(EGR)分數指令值；其中，所述空氣處理系統包括一端流通式地聯接在所述發動機 的進氣歧管上、並且其對端連接在所述發動機排氣歧管上的EGR導 管，以及響應於EGR控制信號而控制通過所述EGR導管的發動機 排氣流量的EGR閥；並且，所述控制計算機包括充氣管理器邏輯，其響應於EGR分 數指令值而產生所述EGR控制信號。
87. 根據權利要求86所述的控制系統，其特徵在於，所述空氣 處理系統包括渦輪增壓器，其具有流通式地聯接在EGR導管下遊的 排氣歧管上的可變幾何渦輪(VGT)，所述VGT響應於VGT控制信號以控制渦輪的臨界流量；其中，所述充氣管理器邏輯響應於EGR分數指令值而產生所述 VGT控制信號。
88. 根據權利要求86所述的控制系統，其特徵在於，所述空氣 處理系統包括與流通式地將所述排氣歧管聯接到周圍環境中的排氣 導管同軸設置的排氣節流閥，所述EGR導管流通式地聯d妻在所述排 氣節流閥上遊的排氣導管上，所述排氣節流閥響應於排氣節流閥控 制信號而控制通過所述排氣導管的發動機排氣流量；其中，所述充氣管理器邏輯響應於EGR分數指令值而產生所述 VGT控制信號。
89. 根據權利要求80所述的控制系統，其特徵在於，所述目標 邏輯還配置成用於產生取決於權重值的標量性能量度。
90.根據權利要求89所述的控制系統，其特徵在於，所述目標 邏輯配置成可根據關係式LNW.I100x(YT-Y)/YTi而確定所述標量性能 量度，其中U是所述標量性能量度，W是所述權重值，Y是所述模 型輸出，並且YT是所述系統性能目標。
91. 根據權利要求80所述的控制系統，其特徵在於，所述目標 優化邏輯配置成可根據直接搜索優化算法而產生取決於所述標量性 能量度、所述解參數和特定步長的無約束解參數。
92. 根據權利要求80所述的控制系統，其特徵在於，所述控制 參數是噴射啟動指令值；其中，所述約束邏輯包括噴射啟動(SOI)約束邏輯，其確定最大 和最小噴射啟動極限，並且將相應的無約束噴射啟動指令值的操作 範圍限制在所述最大和最小噴射啟動極限之間，所述最大和最小噴 射啟動極限各取決於發動機轉速和限定了所述系統性能目標值的發 動機輸出扭矩目標值。
93. 根據權利要求80所述的控制系統，其特徵在於，所述控制 參數是燃料數量指令值；其中，所述約束邏輯包括燃料數量極限邏輯，其將無約束燃料 數量指令值限制於最大扭矩加燃料值、最小扭矩加燃料值與所述無 約束燃料數量指令值的較大值、峰值氣缸壓力燃料極限值、發動機 排氣溫度燃料極限值，以及乾燥顆粒物質燃料極限值的最小值。
94. 根據權利要求80所述的控制系統，其特徵在於，所述控制 參數是充氣流量指令值；其中，響應於所述控制參數以便控制所述促動器操作的所述裝 置包括與所述控制計算機相關、並且配置成可處理充氣流量指令值 和產生促動器控制信號的指令處理邏輯，以及響應於所述促動器控 制信號以產生促動器驅動信號來控制所述促動器操作的促動器驅動 電路；其中，所述約束邏輯包括充氣極限調節邏輯，其限制相應的無 約束充氣流量指令值，所述的無約束充氣流量指令值取決於從所述 指令處理邏輯反饋至所述充氣極限調節邏輯的信息。
95. 根據權利要求80所述的控制系統，其特徵在於，所述控制 參數是排氣再循環(EGR)分數指令值；其中，響應於所述控制參數以便控制所述促動器操作的所述裝 置包括與所述控制計算機相關、並且並配置成可處理EGR分數指令 值和產生促動器控制信號的指令處理邏輯，以及響應於所迷促動器 控制信號以產生促動器驅動信號來控制所述促動器操作的促動器驅 動電路；其中，所述約束邏輯包括充氣極限調節邏輯，其限制相應的無 約束EGR分數指令值，所述的無約束EGR分數指令值取決於從所 述指令處理邏輯反^t至所述充氣極限調節邏輯的信息。
全文摘要
一種產生用於控制物理系統操作的控制參數的控制構架，包括一個或多個嵌入模型、目標邏輯、目標優化邏輯和解約束邏輯，嵌入模型各產生與物理系統的不同操作參數相對應的模型輸出，所述操作參數取決於一個或多個物理系統的操作工況和/或和許多解參數，目標邏輯產生取決於所述許多模型輸出和一個或多個系統性能目標值的標量性能量度，目標優化邏輯以最大程度地減小標量性能量度的方式來產生許多無約束解參數，並且解約束邏輯按照限制至少其中一個無約束解參數的操作範圍的方式而從所述許多無約束解參數中確定所述許多解參數。控制參數可對應於所述許多無約束解參數或所述許多解參數的其中一個。
文檔編號G05B13/02GK101578558SQ200680014644
公開日2009年11月11日 申請日期2006年3月1日 優先權日2005年3月2日
發明者L·J·布拉克尼 申請人:卡明斯公司