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CN118423158A - 用于控制发动机系统的操作的方法 - Google Patents

用于控制发动机系统的操作的方法 Download PDF

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CN118423158A
CN118423158A CN202311360475.7A CN202311360475A CN118423158A CN 118423158 A CN118423158 A CN 118423158A CN 202311360475 A CN202311360475 A CN 202311360475A CN 118423158 A CN118423158 A CN 118423158A
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CN
China
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engine
nox
urea
engine system
exhaust
Prior art date
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Application number
CN202311360475.7A
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English (en)
Inventor
约翰·达尔
埃斯特班·杰尔索
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Volvo Truck Corp
Original Assignee
Volvo Truck Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Abstract

本发明涉及一种用于控制发动机系统的操作的方法，尤其是用于控制车辆中的发动机系统的操作的计算机实现的方法，发动机系统包括发动机和排气后处理系统，所述排气后处理系统用于使用还原剂来至少还原来自发动机的排气的NOx排放。发动机系统包括被配置为执行多个NOx排放还原活动的多个发动机系统部件。

Description

用于控制发动机系统的操作的方法
技术领域
本公开涉及一种用于控制发动机系统的操作的方法。本公开还涉及一种对应的发动机系统、一种计算机程序以及一种控制单元。虽然将结合卡车形式的车辆来描述方法和系统，但是所述方法和系统也可以有效地结合到其他交通工具类型中，诸如公共汽车、轻型卡车、乘用车、施工设备、海上船舶和工业设备。
背景技术
对于柴油发动机，诸如选择性催化还原(SCR)装置的催化单元通常与尿素定量给料系统一起使用，以减少诸如NO和NO2的有害氮氧化物的排放。更具体地，尿素热解和HNCO水解将尿素转化为氨气NH3。然后氨气在选择性催化还原装置内与有害的NO和NO2发生反应以产生无害的N2和H2O。
期望保持较低的排气尾管排放，然而，为了确保适当的发动机性能，在排放水平、燃料消耗和尿素消耗之间存在权衡。
因此，需要在优化燃料和尿素消耗同时考虑发动机性能和排放约束方面进行改进。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于控制车辆的发动机系统的操作的方法，所述方法至少部分地缓解现有技术的不足。
根据本发明的第一方面，目的通过根据权利要求1所述的方法来实现。
根据本发明的第一方面，提供了一种用于控制车辆中的发动机系统的操作的计算机实现的方法，发动机系统包括发动机和排气后处理系统，所述排气后处理系统用于使用还原剂来至少还原来自发动机的排气的NOx排放，所述发动机系统包括被配置为执行多个NOx排放还原活动的多个发动机系统部件，其中所述方法包括以下步骤：
至少通过确定所述排气后处理系统的温度来确定所述发动机系统的当前状态；
确定在预测时域内随时间变化的发动机操作预览信息；
提供在所述预测时域内的最小化函数，所述最小化函数至少包括以下参数：NOx排气尾管排放水平、燃料利用水平以及尿素利用水平；
至少针对所述预测时域的所述最小化函数的所述燃料利用水平参数和所述尿素利用水平参数确定权重因子；
检索所述参数中的至少一者的约束和/或参考；
通过调整模型的至少一个设定点，执行受制于所述约束的所述最小化函数的最小化，所述模型适于描述可调整的所述至少一个设定点与所述NOx排气尾管排放水平、所述燃料利用水平和所述尿素利用水平之间的关系；从最小化步骤中提取至少一个输出设定点；
根据所述至少一个输出设定点启动至少一个NOx排放控制活动。
发明人认识到提供最小化函数来优化发动机系统操作，从而以尽可能低的组合式燃料和尿素消耗或燃料消耗来满足排气尾管排放阈值，同时考虑到对系统的若干约束。所提出的方法依赖于指示最小化函数的参数之间的相对重要性的权重因子，并且可以基于若干因素来调适权重因子。因此，所述方法的每个样本的权重因子不一定是固定的。当使最小化函数最小化时，输出是发动机系统部件的最终设定点，所述最终设定点产生根据最小化函数的参数确定的发动机排出的NOx。尽管如此，设定点本身并不需要是明确的发动机排出的NOx，其可以是间接影响NOx的另一个参数，诸如不同发动机模式或燃烧中的EGR分数的设定点。
从最小化中提取的设定点是整个预测时域内的一序列设定点。在设定点的选择中，选择每个序列的第一设定点，并且丢弃所述序列的其余连续设定点。换句话说，在整个预测时域内计算一序列控制动作。仅应用所述序列中的第一控制动作，并丢弃控制序列的其余部分。随后，再次启动所述方法并重复确定当前状态的步骤。该方法通常用于模型预测控制(MPC)。
在初始步骤中确定的当前状态用作最小化函数的预测时域的起点。通过使用指示发动机在预测时域内的预测或预期使用的发动机操作预览信息，可以预测在预测时域的持续时间内对燃料和尿素的预期需求。了解了这点之后，对发动机性能设定约束，最小化函数提供最终设定点，该最终设定点使燃料消耗最小化，同时保持排气尾管排放低于排气尾管排放阈值，诸如法律要求规定的阈值，优选地具有余量。
发动机操作预览信息可以根据GPS数据或其他地图数据以及当前挡位和车辆速度来确定，以使用例如扭矩和发动机转速模型来提供对发动机操作预览的估计。另外，确定发动机操作预览信息可以包括仅根据当前转速和扭矩(以及任选地包括当前扭矩梯度和加速度)来估计预览信息。例如，预览信息可以是转速和扭矩在预测时域期间保持与当前转速和扭矩相同。另一个示例是预览信息采用与当前扭矩梯度和加速度相同的扭矩梯度和加速度。也就是说，可以根据可用数据以多种方式获得发动机预览信息。
这些参数通常受制于约束。例如，尿素利用水平可能受制于上限水平和下限水平输入约束，并且发动机排出的NOx可能受制于上限水平和下限水平输入约束。此外，NOx排气尾管排放水平可能受制于上限水平和下限水平输出约束。
模型的经调整输入或输出是输出设定点或输入设定点。在将模型最小化的执行期间，调整模型的输入，其中模型描述了可调整的输入对燃料利用水平、尿素利用水平和NOx排气尾管排放水平的影响。例如，发动机排出的NOx是模型的可调整输入，并且在最小化步骤中找到发动机排出的NOx的设定点，
NOx排气尾管排放水平可以以至少两种不同的方式包括在最小化函数中。作为一种替代方案，NOx排气尾管排放水平受制于参考，即，当使最小化函数最小化时，NOx排气尾管排放水平被导向参考水平。换句话说，NOx排气尾管排放水平参数与参考之间的差被最小化。作为另一种替代方案，包括NOx排气尾管排放水平参数作为输出上限和下限约束。换句话说，调整燃料利用水平和尿素利用水平参数，以最小化受制于NOx排气尾管排放水平的输出上限水平和下限水平约束的最小化函数。
适于描述可调整的至少一个设定点与NOx排气尾管排放水平、燃料利用水平和尿素利用水平之间的关系的模型可以包括发动机模型、尿素使用模型和排气后处理系统模型。所述模型可以是经验性的，甚至是数学的，以描述输入与输出之间的关系。
术语“NOx”是指氮氧化物。
NOx传感器通常用于车辆的排气后处理系统并且被配置为检测和测量排气中的氮氧化物水平。NOx传感器被认为本身是已知的并且关于它们的操作和功能性的细节将不在本文中详细描述。
车辆的发动机优选地是内燃发动机。内燃发动机可以是柴油发动机或汽油发动机或任何其他类型的内燃发动机。内燃发动机可以是部分地由电池供电的混合动力传动系的部分。优选地，发动机为柴油发动机，并且燃料为柴油。
排气后处理系统优选地包括催化还原装置，所述催化还原装置是能够降低车辆的排气后处理系统中的氮氧化物水平的装置。各种类型的催化还原装置本身是已知的并且是本发明的实施方案的可设想的选择，并且一些示例是选择性催化还原装置、贫氮氧化物捕集器、氢-碳选择性催化还原装置和选择性催化还原涂层柴油机微粒过滤器。
氮氧化物的水平可以以不同方式定义并且不限于此。例如，氮氧化物的水平可以是相对量，例如排气流量总量的ppm，或者氮氧化物的水平可以是氮氧化物流量，例如以质量/单位时间测量，例如，克/秒。
燃料利用水平和尿素利用水平是效率水平并且可以通过任何其他参考以各种方式表达，诸如每英里的燃料或尿素的量，例如每英里的体积或每英里的质量，或每kWh的重量或体积。
预测时域可以是滚动时域。发动机操作预览信息提供了关于在预测或滚动时域或窗口内打算如何使用发动机的信息。例如，发动机操作预览信息可以预测交通状况、天气、道路拓扑、海拔、挡位选择、车辆和货物的重量等。
根据示例性实施方案，权重因子中的至少一者在预测时域内变化。在一种可能的实施方式中，权重因子中的每一者在预测窗口内变化。这意指权重在整个预测时域内不是恒定的，而是实际上在预测窗口内随时间变化。这提供了设定点的更准确的确定，因为允许权重因子根据发动机预览信息以发动机的所确定的当前状态为基础而变化。
所述方法可以在某个采样时间下操作，并且预测或滚动时域比采样时间长。尽管可以为所述方法的下一个样本或循环中的下一个预测或滚动窗口确定新的时变权重集，但仍可以为整个预测或滚动时域确定权重。例如，如果时域是5分钟，则权重范围可能在5分钟内的若干值之间，或者通常在预测或滚动时域内。
根据示例性实施方案，权重因子可以在后续预测时域内变化。换句话说，在最小化函数的参数之间的相对重要性发生变化的情况下，可以调适权重因子。这有利地提供了适应NOx排放控制活动的自适应性或响应性方法，使得即使车辆的情况发生变化，燃料使用也始终是最优的。
权重因子的变化可以取决于不同的因素或者可以根据不同的方案进行调整。
在一个示例性实施方案中，权重因子可以取决于发动机操作预览信息。换句话说，一旦确定了发动机操作预览信息，就可以执行对发动机操作预览信息在权重方面的评估，并且可以根据评估的结果执行对权重的调整。例如，发动机操作预览信息可以指示对于预测时域，需要车辆上的重负载，并且在这种情况下，燃料利用的相对重要性可以适于允许满足重负载所需的扭矩。
在一个示例性实施方案中，所述方法可以包括基于排气后处理系统的催化还原单元的当前效率来调整至少一个权重因子。换句话说，可以首先分析催化还原单元的效率，然后可以在效率改变的情况下改变权重因子。
在又一些实施方案中，权重可以根据来自用户的输入而变化。这可以有利地允许车队所有者或用户进行手动调整，所述手动调整可以与上述更自动的调整结合使用，或者作为对权重的自动调整的超驰。
在一个示例性实施方案中，所述方法可以包括预测车辆在预测时域内的交通状况，并根据与先前交通状况相比改变的交通状况来调整权重因子中的至少一者。例如，可以根据从服务器接收的数据来预测交通状况，服务器收集来自多个车辆的数据以分析拥堵、交通事故报告、路障或可能影响车辆行驶方式的其他状况。此外，GPS或其他地图数据可以用于确定拓扑、速度、道路类型(例如砾石、沥青、高速公路、城市道路等)以及可能影响车辆在预测时域内的交通状况的其他数据。作为进一步的示例，柴油使用量与尿素使用量之间的比率也可以用于延长下次燃料补给之前的行驶距离。这样，可以考虑甚至更多参数来调整权重，以更好地最小化燃料消耗。
在实施方案中，NOx排放控制活动可以有利地包括采取措施来调整尿素喷射、发动机排出的NOx和排气后处理系统的温度中的至少一者。排气后处理系统的温度可以通过例如来自发动机的排气温度、来自发动机的排气质量流量来调整，而且还可以基于排气后处理系统的电加热器的当前功率来调整。
在实施方案中，所述方法可以包括响应于最终设定点来调整以下各项中的至少一者：发动机气缸的2冲程/4冲程启用和/或停用、发动机开/关，以及排气后处理系统加热。这些是可以实施的一些进一步有利的NOx排放控制活动。
在实施方案中，最小化函数可以描述根据参数变化的总CO2排放。其他可能的最小化函数是最小化诸如柴油和尿素的燃料的量。
预测时域可以取决于当前的实施方式，但是可以在约30秒到约20分钟的范围内选择典型的预测时域。
最小化函数优选地被最小化以优化燃料利用水平和尿素利用水平，同时满足NOx排气尾管排放水平要求，所述要求可以是NOx排气尾管参考和/或NOx排气尾管约束。
在一些实施方案中，执行最小化的步骤还包括提供尿素利用的设定点。因此，除了提供发动机排出的NOx的设定点之外，所述方法还可以有利地调适尿素利用的设定点，从而为NOx排放控制提供更通用的处理。尿素由尿素喷射器喷射，所述尿素喷射器可以布置在后处理系统的催化还原装置的上游。
根据本发明的第二方面，提供了一种计算机程序，所述计算机程序包括用于在程序在计算机上运行时执行第一方面的步骤的程序代码装置。
根据本发明的第三方面，提供了一种承载计算机程序的计算机可读介质，所述计算机程序包括用于在程序产品在计算机上运行时执行第一方面的步骤的程序代码装置。
根据本发明的第四方面，提供了一种控制单元，所述控制单元被配置为执行根据第一方面的方法的步骤。
根据第五方面，提供了一种用于车辆的发动机系统，发动机系统包括：发动机；排气后处理系统，所述排气后处理系统用于使用还原剂来至少还原来自发动机的排气的NOx排放；多个发动机系统部件，所述多个发动机系统部件被配置为执行多个NOx排放还原活动；以及根据第四方面的控制单元。
第二方面、第三方面、第四方面和第五方面的效果和特征在很大程度上类似于上面关于第一方面描述的那些效果和特征。
当研究所附权利要求和以下描述时，另外的特征和优点将变得显而易见。本领域技术人员将认识到，在不脱离本公开的范围的情况下，可以组合不同特征以产生不同于以下描述的实施方案。
附图说明
下文将参考附图更详细地描述作为示例引用的本发明的实施方案。
在附图中：
图1是根据本发明的示例性实施方案的卡车形式的车辆；
图2是根据本发明的示例性实施方案的方法步骤的流程图；
图3是根据本发明的示例性实施方案的发动机系统的示意图；以及
图4是本发明的实施方案的模块概览。
具体实施方式
现在将在下文中参考附图更完整描述本发明，在附图中示出了本发明的示例性实施方案。然而，本发明可以以许多不同的形式体现，并且不应被解释为限于本文阐述的实施方案；而是，提供这些实施方案是为了透彻和完整起见。技术人员将认识到可以在所附权利要求的范围内做出许多改变和修改。
贯穿本描述，相似的参考符号指代相似的元件。
图1示出了卡车1形式的车辆，其包括用于车辆的发动机系统10，该发动机系统包括发动机2，例如，诸如内燃发动机。卡车1还包括控制单元100和排气后处理系统300，所述排气后处理系统包括诸如选择性催化还原单元的催化装置。此外，排气后处理系统300包括例如尿素喷射器、氮氧化物传感器，并且通常包括微粒过滤器。发动机系统还包括被配置为执行多个NOx排放还原活动的其他发动机系统部件。本文将进一步讨论示例性NOx排放还原活动。
图2是根据本发明的实施方案的方法步骤的流程图，并且图3概念性地示出了根据本发明的实施方案的发动机系统10。
发动机系统10包括排气后处理器系统300，所述排气后处理器系统包括用于将排气304朝向排气出口307传送的排气管部段302。排气管部段302是用于将排气从发动机2传送到排气出口307的较大传送系统的部分。后处理系统300包括催化还原装置306，例如布置在排气流中用于接收排气304的选择性催化还原装置。此外，后处理系统300包括位于催化还原装置306上游的NOx传感器308以用于测量流入催化还原装置306的NOx水平。尽管对于本公开而言并非严格必需，但通常情况是第二NOx传感器310布置在催化还原装置306的下游以用于测量从催化还原装置306流出的NOx水平。一般来说，流入的NOx水平是进入催化还原装置306的NOx的量。流出的NOx水平是在催化还原装置306下游直接离开的NOx的量。尽管没有明确指出，但是后处理系统300包括可由控制单元100控制的装置，所述装置用于例如通过使用发动机致动器通过以下操作来实现对催化还原装置306的加热：执行再生过程；通过控制发动机2来增加车辆发动机负荷和转速(例如，每分钟转数)；以及通过控制催化还原装置306的流出节流阀来增加催化还原装置306上的压力。
控制单元100还可以被配置为控制发动机输出的NOx设定点、发动机输出的温度(约束或设定点)，以及尿素流量设定点或针对每个SCR的选择性催化铵存储目标和电加热催化剂设定点。
另外，控制单元100操作性地连接到发动机2，使得其可以控制发动机中的NOx排放控制活动，诸如气缸停用、气缸压缩制动、发动机排气质量流量、发动机输出的排气功率、二冲程或四冲程燃烧需求。
此外，后处理系统300包括尿素喷射器312，所述尿素喷射器位于NOx传感器308下游和催化还原装置306上游并且被配置为响应于来自控制单元100的控制信号而喷射存储在尿素存储装置中的尿素。尽管未明确说明，但后处理系统300可以包括例如氨气逃逸催化剂、柴油机氧化催化剂、微粒过滤器、排气温度传感器以及本身为本领域技术人员所已知的且将不在本文中详细描述的其他部件。
本公开的实施方案涉及一种用于控制车辆1中的发动机系统10的操作的计算机实现的方法。发动机系统10包括发动机2和排气后处理系统300，所述排气后处理系统用于使用还原剂来至少还原来自发动机2的排气304的NOx排放。发动机系统包括多个发动机系统部件312、2、306，所述多个发动机系统部件被配置为执行多个NOx排放还原活动，使得排气尾管出口307处的NOx保持较低。
根据本公开的步骤S102，控制单元100被配置为至少通过确定排气后处理系统300的温度来确定发动机系统10的当前状态。排气后处理系统300的温度可以通过合适的温度传感器来测量，所述温度传感器测量例如可以是选择性催化还原装置(SCR)的催化还原装置306的温度，或排气后处理系统300中其他位置的排气温度，所述其他位置优选地直接在发动机2的下游、SCR 306的上游。在一些实施方式中，存储在SCR中的尿素量也被确定为当前状态的部分。
此外，作为直接测量的替代，由一组内部状态给出的当前状态(例如上述温度和/或存储的氨气的量)可以从发动机和/或排气后处理系统模型来估计，如图4中概念性地示出的，其示出了计算机实现的方法的模块概览。这里，EATS模型402将排气部件温度，诸如颗粒过滤器出口温度Tdpf、排气质量流量NOx质量流量和尿素质量流量用作输入，并针对预测时域提供包括SCR温度的输出，其中1-k指示SCR的不同部段，以及不同部段1-k中存储的氨气量应注意，SCR温度和存储的氨气量同样可以通过传感器或传感器融合来确定。和是包含扭矩、发动机转速和排气质量流量的预览的矢量。
在步骤S104中，控制单元100确定在预测时域内随时间变化的发动机操作预览信息。为此，诸如GPS数据或其他地图数据以及当前挡位和车辆速度的数据可以为预期扭矩和转速模型404提供输入，以在预测时域期间提供来自发动机的预期所需扭矩τe和发动机的转速ne(rpm)的输出。然后，发动机扭矩和转速模型可以在预测时域内内部估计挡位选择和车辆速度，以便计算预测时域内的发动机转速和扭矩。即使GPS或其他地图数据可能不可用，也可以确定车辆使用(诸如扭矩和发动机转速)的预览信息的估计。相对简单的预览信息估计的示例是采用与当前扭矩和转速相同的扭矩和发动机转速。但是可以基于历史扭矩和发动机转速(ne)对预览信息进行其他估计。
此外，发动机操作预览信息优选地还包括可以从排气流量模型406估计的预期排气质量流量预测时域被选择在约30秒至约20分钟的范围内，并且在优选实施方案中，预测时域为约5至10分钟。预测时域的选择取决于若干因素，诸如发动机动力学、后处理动力学和排气尾管NOx的法规。
在步骤S106中，控制单元100提供预测时域内的最小化函数。该最小化函数至少包括以下参数：NOx排气尾管排放水平、燃料利用水平和尿素利用水平。这些参数可以分别通过发动机模型409、尿素使用模型411和排气后处理系统模型410来建模。
概括地，最小化函数可以由下式给出：
其中NOxtp是NOx排气尾管排放水平，U尿素是尿素利用水平，并且U燃料是燃料利用水平。W'是参数各自的权重。因此，在步骤S108中，控制单元100被配置为至少针对当前预测时域的最小化函数中的参数确定权重因子(W)。权重因子可能在当前预测时域内变化。因此，权重因子在当前预测时域内可能不是恒定的。在下一个预测时域内，可以确定一组新的变化权重，其更好地反映新确定的发动机预览信息。
权重因子W还可以在随后的预测或滚动时域内变化。换句话说，针对所述方法的第一循环确定权重W，并且在下一个循环中，可以根据反映车辆、发动机2和排气后处理系统300的当前情况的各种因素来改变权重W。
在步骤S108中，控制单元100接收参数中的至少一者的约束和/或参考。
根据步骤S110，控制单元100被配置为针对预测时域执行最小化。最小化受制于约束并且通过调整模型的至少一个设定点来执行，所述模型适于描述可调整的至少一个设定点与NOx排气尾管排放水平、燃料利用水平和尿素利用水平之间的关系。在该示例性实施方案中，其通过调整发动机模型409、尿素使用模型411和排气后处理系统模型410的至少一个设定点来执行。
在本实施方案中，当使函数最小化时，考虑从确定的当前状态到发动机的发动机操作预览信息的发动机操作，以提供来自模型409至411的最终设定点，至少包括与发动机排出的NOx直接或间接相关的设定点。所述参数中的至少一者受制于上限水平和下限水平约束。最小化函数被最小化以优化燃料利用水平和尿素利用水平，同时满足如由参考和/或约束提供的NOx排气尾管排放水平要求。优选地，最小化被执行为通过由随时间变化的权重加权的性能指数在滚动窗口内进行的优化。然后基于当前状态和预览信息在滚动窗口内进行优化。换句话说，预测不是针对整个行驶路线执行的，而是针对覆盖不久的将来的滚动时间窗口或时域执行的。
当使最小化函数最小化时，参数受制于上限水平和下限水平约束。因此，上述最小化函数满足：
发动机系统模型：xk+1＝f(xk,NOx发动机(k),尿素(k))
NOxtp(k)＝g(xk,NOx发动机(k),尿素(k))
和输入约束：
Min Lim≤NOx发动机≤Max lim
Min Lim≤U尿素≤Max lim
和输出约束：
Min Lim≤NOxtp≤Max lim
其中权重为
其中x是模型f中的状态，f是(xk,NOx发动机(k),尿素(k))的任意函数，描述状态如何在样本间更新，g是(xk,NOx发动机(k),尿素(k))的任意函数，描述NOx_tp如何取决于(xk,NOx发动机(k),尿素(k))。输出约束是软约束。约束与其权重一起包括在最小化中。
约束408在预测时域内有效并且提出约束，诸如关于发动机排出的NOx(NOx发动机)，以及NOx排气尾管排放水平、尿素利用率、任选地发动机排出的排气温度和SCR NOx(图4中的SCRNOx)和存储尿素(图4中的SCRNH3)的输出的最小值和最大值。进一步的约束可以涉及诸如移动平均窗口/排气尾管NOx(NOxtp)的输出的最小值和最大值，以及对逸出SCR 306的NH3的约束、对排气尾管N2O和NO2的约束和对发动机排气质量流量的约束。
作为示例，发动机模型409将扭矩τe、发动机转速(例如，每分钟转数)ne和设定点NOx发动机,用作输入并估计燃料利用水平尿素使用模型411可以将NOx发动机用作输入来对尿素利用水平建模，并且排气后处理系统模型410可以将设定点NOx发动机, 和排气质量流量用作输入来估计NOx排气尾管排放水平(NOxtp)。因此，从当前状态、预览信息(从模型或输入形式402、404和406共同提供)以及约束提供对优化的第一输入。这些输入与可调整设定点NOx发动机, 一起在模型409至411中使用以找到使包括约束的最小化函数最小化的设定点。
最小化可以使用本身已知的各种方法来执行。例如，诸如动态规划、间接方法(即NLP问题的解决方案、多线性MPC、LPV MPC、SQP MPC)以及直接方法(即基于庞特里亚金原理)的优化方法。
最小化的输出是可以用于影响发动机排出的NOx的设定点。在步骤S111中提取设定点。同样，在最小化期间，可以将设定点调整为模型409至411的输入，以用使得从其相应的模型估计的加权参数、NOx排气尾管排放水平、燃料利用水平和尿素利用水平使最小化函数最小化的方式估计参数。
最小化函数可以描述根据参数变化的总CO2排放。其他可能的最小化函数是最小化诸如柴油和尿素的燃料的量。
在步骤S112中，控制单元100响应于最终设定点启动至少一个NOx排放控制活动。
NOx排放控制活动包括采取措施以通过控制燃烧参数来调整经由喷射器312的尿素喷射、发动机排出的NOx和排气后处理系统的温度中的至少一者。设想了控制发动机的若干种可能的替代方案，诸如响应于最终设定点来调整以下各项中的至少一者：发动机气缸的2冲程/4冲程启用和/或停用、发动机开/关，以及排气后处理系统加热。其他设想的实施方式包括控制气缸停用、气缸压缩制动、发动机排气质量流量、发动机输出的排气功率、二冲程或四冲程燃烧需求。另外，权重可以随着滚动时域而改变，以捕获例如滚动时域中发生的上坡的影响。
在步骤S112之后，在步骤S102处重新启动计算机实现的方法。
优选地，权重是随时间变化的。换句话说，对于每个样本或周期，重新计算权重因子，并且权重因子因此可以根据各种情况而变化，使得可以调适最小化函数的参数之间的相对重要性以更好地适合当前情况，例如，发动机系统的当前状态和/或下一个滚动时域的发动机操作预览信息。为了充分利用发动机操作预览信息，权重可以在当前预测或滚动窗口内随时间变化。
在一种可能的实施方式中，控制单元100基于排气后处理系统300的催化还原单元306的当前效率来调整至少一个权重因子。例如，如果SCR效率已下降，则尿素和燃料的权重因子可能会发生变化，以导致发动机输出的NOx需求降低。
在一种可能的实施方式中，控制单元100被配置为预测车辆1在预测时域期间的交通状况，并且根据与先前交通状况相比改变的交通状况来调整权重因子中的至少一者。
还设想了权重可根据来自用户的输入而变化。例如，允许所有者基于燃料和尿素价格水平的变化来更新燃料和尿素利用的权重。
对后处理系统及其用于执行本文描述的方法的装置的控制由车辆上的控制单元执行。
控制单元可以包括微处理器、微控制器、可编程数字信号处理器或另一个可编程装置。因此，控制单元包括电子电路和连接(未示出)以及处理电路(未示出)，使得控制单元可以与卡车的不同部分诸如制动器、悬架、传动系(特别是电动发动机、电机、离合器和齿轮箱)通信，以便至少部分地操作卡车。控制单元可以包括硬件或软件形式的模块，或者部分硬件或软件形式的模块，并且使用已知的传输总线(诸如CAN总线和/或无线通信能力)进行通信。处理电路可以是通用处理器或专用处理器。控制单元包括用于存储计算机程序代码和数据的非暂时性存储器。因此，本领域技术人员认识到控制单元可以由许多不同的结构来体现。
本公开的控制功能性可以使用现有的计算机处理器来实施，或者通过针对这个目的或另一个目的并入的用于适当系统的专用计算机处理器来实施，或者通过硬线系统来实施。在本公开的范围内的实施方案包括程序产品，该程序产品包括机器可读介质以用于承载机器可执行指令或数据结构或将机器可执行指令或数据结构存储在其上。此类机器可读介质可以是可由通用或专用计算机或具有处理器的其他机器访问的任何可用介质。例如，此类机器可读介质可以包括RAM、ROM、EPROM、EEPROM、CD-ROM或其他光盘存储装置、磁盘存储装置或其他磁存储装置，或者可以用于承载或存储期望的呈机器可读指令或数据结构形式的程序代码并且可以由通用或专用计算机或具有处理器的其他机器访问的任何其他介质。当信息通过网络或其他通信连接(硬连线、无线或硬连线或无线的组合)传递或提供给机器时，机器适当地将连接视为机器可读介质。因此，任何此类连接都被适当地称为机器可读介质。以上内容的组合也包括在计算机可读介质的范围内。机器可执行指令包括例如使通用计算机、专用计算机或专用处理机器执行某一功能或功能组的指令和数据。
尽管附图可能示出顺序，但步骤的次序可能与所描述的不同。而且，可以同时或部分同时执行两个或更多个步骤。此类变化将取决于所选择的软件和硬件系统以及设计者的选择。所有此类变化都在本公开的范围内。同样，软件实施方式可以用标准编程技术来完成，该标准编程技术具有基于规则的逻辑和其他逻辑，以完成各种连接步骤、处理步骤、比较步骤和决定步骤。另外，即使本发明已经参考其特定示例性实施方案进行了描述，许多不同的变更、修改等对于本领域技术人员来说也将变得显而易见。
应当理解，本发明不限于上述和附图中所示的实施方案；而是，本领域技术人员将认识到可以在所附权利要求的范围内进行许多改变和修改。

Claims (15)

1.一种用于控制车辆中的发动机系统的操作的计算机实现的方法，所述发动机系统包括发动机和排气后处理系统，所述排气后处理系统用于使用还原剂来至少还原来自所述发动机的排气的NOx排放，所述发动机系统包括被配置为执行多个NOx排放还原活动的多个发动机系统部件，其中所述方法包括以下步骤：
至少通过确定所述排气后处理系统的温度来确定(S102)所述发动机系统的当前状态；
确定(S104)在预测时域内随时间变化的发动机操作预览信息；
提供(S106)在所述预测时域内的最小化函数，所述最小化函数至少包括以下参数：NOx排气尾管排放水平、燃料利用水平以及尿素利用水平；
至少针对所述预测时域的所述最小化函数的所述燃料利用水平参数和所述尿素利用水平参数确定(S108)权重因子；
检索(S109)所述参数中的至少一者的约束和/或参考；
通过调整模型的至少一个设定点，执行(S110)受制于所述约束的所述最小化函数的最小化，所述模型适于描述可调整的所述至少一个设定点与所述NOx排气尾管排放水平、所述燃料利用水平和所述尿素利用水平之间的关系；
从最小化步骤中提取(S111)至少一个输出设定点；
根据所述至少一个输出设定点启动(S112)至少一个NOx排放控制活动。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述权重因子中的至少一者在预测时域内变化。
3.根据权利要求1和2中任一项所述的方法，其中所述权重因子在后续预测时域内是可变的。
4.根据权利要求2和3中任一项所述的方法，其中所述权重因子取决于所述发动机操作预览信息。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的方法，其包括基于所述排气后处理系统的催化还原单元的当前效率来调整至少一个权重因子。
6.根据权利要求2至4中任一项所述的方法，其中所述权重可根据来自用户的输入而变化。
7.根据权利要求2至4中任一项所述的方法，其包括预测所述车辆在所述预测时域期间的交通状况，并根据与先前交通状况相比改变的交通状况来调整所述权重因子中的至少一者。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述NOx排放控制活动包括采取措施来调整尿素喷射、发动机排出的NOx和所述排气后处理系统的温度中的至少一者。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其包括响应于最终设定点来调整以下各项中的至少一者：发动机气缸的2冲程/4冲程启用和/或停用、发动机开/关，以及排气后处理系统加热。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述最小化函数描述根据所述参数变化的总CO2排放。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述预测时域被选择在约30秒至约20分钟的范围内。
12.一种计算机程序，其包括用于在所述程序在计算机上运行时执行根据权利要求1至11中任一项所述的步骤的程序代码装置。
13.一种承载计算机程序的计算机可读介质，所述计算机程序包括用于在所述程序产品在计算机上运行时执行根据权利要求1至11中任一项所述的步骤的程序代码装置。
14.一种用于车辆中的发动机系统的操作的控制单元(100)，所述控制单元被配置为执行根据权利要求1至11中任一项所述的方法的步骤。
15.一种用于车辆(1)的发动机系统(10)，所述发动机系统包括：
发动机(2)；
排气后处理系统(300)，所述排气后处理系统用于使用还原剂来至少还原来自所述发动机的排气的NOx排放；
多个发动机系统部件，所述多个发动机系统部件被配置为执行多个NOx排放还原活动；以及
根据权利要求14所述的控制单元(100)。
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