控制裝置的制作方法

本發明涉及控制對狀態量施加有制約的設備的控制裝置，詳細而言，涉及具備基于對施加有制約的狀態量的未來預測來決定控制量的目標值的功能的控制裝置。此外，本說明書中的設備的意思是在控制工學中作為控制對象的系統。

背景技術：

在控制工學中，已知一種基于對施加有制約的狀態量的未來預測來修正控制量的目標值的參考調節器(Reference Governor)。在專利文獻1中公開有將參考調節器用于內燃機的控制的例子。參考調節器被設計為，以當前的運轉條件在此后還繼續不變這一前提為基礎，對相對于基于控制量的目標值而決定的操作量施加有制約的狀態量從當前向未來如何變化進行預測。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開2013-079637號公報

專利文獻2：日本特開2013-084091號公報

專利文獻3：日本特開2013-228589號公報

技術實現要素：

發明要解決的問題

參考調節器也能夠應用于壓縮自燃式內燃機的后處理系統所具備的DPF的溫度控制。在將參考調節器應用于DPF的溫度控制的情況下，將作為控制量的DPF溫度的目標值輸入預測模型，進行DPF溫度的未來值的計算。并且，基于通過預測模型得到的DPF溫度的未來值與作為施加于DPF溫度的制約的上限值的關系來評價DPF溫度的目標值的適當性，進行目標值的修正，以得到更高的評價。

參考調節器是在當前的運轉條件下搜索最優化的目標值的方法。因此，只要當前的運轉條件持續不變，就能夠適當地修正目標值，以使得DPF溫度不超過上限值。然而，存在內燃機的運轉條件突然變化的情況。具體而言，存在由于加速器踏板的松開而突然變為怠速運轉的情況。在該情況下，有可能按照應用于參考調節器的目標值的修正邏輯，無論如何修正目標值，也不能避免未來DPF溫度超過上限值。

本發明是鑒于上述那樣的問題而做出的，目的在于提供一種即使在設備的運轉條件突然變化時也能夠預先調整設備的控制量，以滿足對狀態量所施加的制約的控制裝置。

用于解決問題的技術方案

本發明所涉及的控制裝置是對特定狀態量被施加了制約的設備的控制裝置，具備在輸入中含有設備的運轉條件和控制量、在輸出中含有根據輸入來預測的特定狀態量的未來值的預測模型。所謂特定狀態量，意味著數個設備的狀態量中的作為施加制約的對象而特別地設定的狀態量。控制量與被施加有制約的特定狀態量可以是同一狀態量，也可以是不同的狀態量。給予預測模型的運轉條件是對包含控制量的設備的狀態量帶來影響的條件，尤其是對特定狀態量帶來影響的條件。預測模型只要是模擬與特定狀態量有關系的設備的特性的模型即可，既可以是物理模型，也可以是統計模型，也可以是它們的復合模型。另外，預測模型也可以構成為通過控制裝置執行的例程或子程序，也可以被定義為例程或子程序內的函數，也可以被定義為映射。也即是，不限定預測模型的構成。

本發明所涉及的控制裝置構成為：使用預測模型，搜索在設備的運轉條件為預先定義的特定運轉條件這一前提下使特定狀態量在未來不違反制約的控制量的假想當前值。特定運轉條件意味著設備的運轉條件中的特定的條件，只要是預先定義的條件，則什么樣的條件都能設定為特定運轉條件。但是，作為特定運轉條件的優選的要件，能夠舉出是與其他運轉條件之間沒有連續性的離散的運轉條件這一例子。進而，制約的滿足特別嚴格的運轉條件、和/或制約的滿足被要求特別高的準確性的運轉條件等也能夠作為特定運轉條件的一個要件而舉出。控制量是預測模型的參數中的一個，若向其中輸入實際的當前值，則能夠算出根據當前的控制量而預測的特定狀態量的未來值。但是，本發明所涉及的控制裝置不將控制量的實際的當前值輸入預測模型，而是將假想當前值輸入預測模型，算出在假想當前值的基礎上預測的特定狀態量的未來值。若基于某一值的假想當前值而預測的特定狀態量的未來值違反制約，則基于別的值的假想當前值來預測特定狀態量的未來值。通過進行這樣的處理，能夠發現用于使特定狀態量在未來不違反制約的控制量的假想當前值。優選，構成為：基于設備的當前的運轉條件來設定控制量的基準目標值，以基準目標值為基準來進行假想當前值的搜索。本發明所涉及的控制裝置構成為：將通過預測模型的搜索而得到的假想當前值設定為控制量的目標值，決定設備的操作量，以使得控制量的實際的當前值接近目標值。

發明的效果

本發明所涉及的控制裝置，在特定運轉條件的基礎上搜索用于使特定狀態量的未來值不違反制約的控制量的假想當前值，將所述假想當前值設為控制量的目標值來決定設備的操作量。由此，無論設備的當前的運轉條件是什么樣的運轉條件，都使控制量的當前值變為適用于特定運轉條件的理想的當前值，或變為接近理想的當前值的值。因此，根據本發明所涉及的控制裝置，即使設備的運轉條件突然變化為特定運轉條件，也會避免特定狀態量違反制約。

附圖說明

圖1是示出了內燃機的后處理系統的構成的概略圖。

圖2是示出了本發明的實施方式1的控制構造的框圖。

圖3是示出了比較例的控制構造的框圖。

圖4是示出了通過比較例的控制構造實現的計算例的圖。

圖5是示出了通過比較例的控制構造實現的計算例的圖。

圖6是示出了通過本發明的實施方式1的控制構造實現的計算例的圖。

圖7是示出了本發明的實施方式1的控制構造的算法的流程圖。

圖8是用于說明預測模型運算處理的圖。

圖9是示出了本發明的實施方式1的控制構造的變形例的框圖。

圖10是示出了本發明的實施方式2的控制構造的框圖。

圖11是示出了通過本發明的實施方式2的控制構造實現的計算例的圖。

圖12是示出了本發明的實施方式3的控制構造的框圖。

圖13是示出了通過本發明的實施方式3的控制構造實現的計算例的圖。

圖14是示出了本發明的實施方式4的控制構造的框圖。

圖15是示出了通過本發明的實施方式4的控制構造實現的計算例的圖。

具體實施方式

實施方式1.

以下，使用附圖來對本發明的實施方式1進行說明。

<實施方式1的控制對象>

實施方式1的控制裝置是以搭載于汽車的內燃機，更詳細而言，是以具備DPF的壓縮自燃式內燃機為控制對象的控制裝置。圖1是示出了內燃機的后處理系統的構成的概略圖。后處理系統在排氣通路6的渦輪8的下游串聯地具備CCO(氧化催化轉換器)10和DPF(柴油微粒過濾器)12，在安裝于汽缸蓋2的排氣歧管4具備燃料添加閥14。在DPF12安裝有用于計測其床溫的溫度傳感器16。在本說明書中，將使用溫度傳感器16計測的DPF12的床溫稱為DPF溫度。將溫度傳感器16的信號發送至ECU(電子控制單元)20，從ECU20向燃料添加閥14發送操作信號。實施方式1的控制裝置相當于ECU20所具有的功能的一部分。實施方式1的控制裝置將DPF溫度設為控制量、將燃料添加量設為操作量來進行內燃機的控制。另外，在DPF溫度繼續上升時恐會導致DPF12的侵蝕，所以對DPF溫度施加從信賴性的觀點出發的制約。具體而言，將能夠防止侵蝕并確保DPF的可靠性的上限溫度設定為對DPF溫度的制約。DPF溫度是控制量，同時也相當于施加有制約的特定狀態量。

<實施方式1的控制構造>

圖2是示出了實施方式1的控制裝置的控制構造的框圖。圖2所示出的控制構造包括：目標溫度設定單元160、目標溫度修正單元100、以及添加量控制單元150。目標溫度設定單元160具備將DPF溫度與內燃機的運轉條件相關聯的映射。登記于映射的DPF溫度是適用于相關聯的運轉條件的DPF溫度。作為映射的自變量(arguments)的運轉條件中包含發動機轉速和燃料噴射量。目標溫度設定單元160從映射讀出與當前的運轉條件一致的DPF溫度，設定為DPF溫度的目標值(也有時記為目標DPF溫度、目標溫度)。目標溫度修正單元100修正由目標溫度設定單元160設定的DPF溫度的目標值，以使得DPF溫度不違反制約。詳細而言，目標溫度修正單元100包括：未來預測單元110、制約保證單元120、調停單元130、以及修正目標溫度輸出單元140。添加量控制單元150基于由目標溫度修正單元100修正的DPF溫度的目標值來進行燃料添加量的反饋控制。具體而言，通過對DPF溫度的目標值與計測值的偏差進行PD控制或PID控制來計算燃料添加量的修正量。控制裝置所包括的這些單元對應于在控制裝置的存儲器中存儲的控制程序或其中一部分。從存儲器中讀出控制程序并通過處理器來執行，由此，通過控制裝置實現了這些單元的功能。

對目標溫度修正單元100的詳細內容進行說明。構成目標溫度修正單元100的未來預測單元110包括：添加量控制單元111、DPF溫度模型112、以及怠速目標設定單元113。怠速目標設定單元113設定怠速狀態下的DPF溫度的目標值。適宜的DPF溫度是根據發動機轉速和燃料噴射量來決定的，而在怠速狀態下的發動機轉速和燃料噴射量被控制為能夠維持內燃機的穩定的旋轉的程度的固定值。因此，將怠速狀態下的DPF溫度的目標值固定為比非怠速狀態下的目標值低的預定值。添加量控制單元111相當于添加量控制單元150的復制，基于由怠速目標設定單元113設定的DPF溫度的目標值來算出燃料添加量。因為怠速狀態下的DPF溫度的目標值低，所以添加量控制單元111算出的燃料添加量是極少的量。將添加量控制單元111算出的怠速狀態下的燃料添加量用于接下來所說明的DPF溫度模型112的計算。

DPF溫度模型112是能夠預測DPF溫度的未來的變化的預測模型。在DPF溫度模型112中，使用物理模型等將作為操作量的燃料添加量與作為施加有制約的特定狀態量的DPF溫度的關系模型化。內燃機的運轉條件和/或DPF的狀態影響燃料添加量與DPF溫度的關系。因此，在DPF溫度模型112中，將作為內燃機的運轉條件的發動機轉速、燃料噴射量、以及進氣流量用作參數(parameters)。但是，給予DPF溫度模型112的運轉條件與當前的運轉條件沒有關系，始終固定為怠速狀態下的運轉條件。即，將作為固定值的怠速轉速、怠速噴射量、以及怠速進氣流量用作用于進行未來預測的參數。進而，在DPF溫度模型112中，也將表示DPF的狀態的PM堆積量、排氣溫度(內燃機本體的出口的排氣溫度)、以及DPF溫度的當前值用作參數。PM堆積量能夠根據內燃機的運轉歷史記錄來推定，排氣溫度可以根據內燃機的運轉狀態來推定，也可以通過傳感器來直接計測。對DPF溫度模型112給予所計測或推定的PM堆積量和排氣溫度的當前值。另外，DPF溫度的當前值能夠通過溫度傳感器16來計測實際的值。但是，在未來預測單元110中，不是將由溫度傳感器16計測的實際值給予DPF溫度模型112，而是將從修正目標溫度輸出單元140接收的DPF溫度的目標值(或修正目標值)設為假想當前值而給予DPF溫度模型112。DPF溫度模型112基于包含怠速運轉條件的各種參數和添加量控制單元111所算出的燃料添加量，將從修正目標溫度輸出單元140給予的DPF溫度的假想當前值設為初始值，算出預定的預測期間中的DPF溫度的未來值。

制約保證單元120包括預測結果評價單元121和目標值修正單元122。對于通過未來預測單元110算出的DPF溫度的未來值，預測結果評價單元121將其與作為制約的DPF溫度的上限值對照來進行評價。作為評價的方法，例如，進行預定的評價函數的計算。評價函數構成為：只要不違反制約，DPF溫度的未來值越接近作為制約的上限值，則給予越高的評價。在后面對評價函數的具體例進行敘述。目標值修正單元122基于對DPF溫度的未來值的評價結果來修正DPF溫度的目標值，以得到更高的評價。在此所修正的DPF溫度的目標值是在DPF溫度模型112中用作假想當前值的目標值。因此，通過目標值修正單元122實現的目標值的修正意味著DPF溫度的假想當前值的修正。

調停單元130在被從目標溫度設定單元160輸入DPF溫度的目標值(以下，基準目標值)時，將其向修正目標溫度輸出單元140輸出。并且，在被從制約保證單元120輸入DPF溫度的修正后的目標值時，代替基準目標值而將修正目標值向修正目標溫度輸出單元140輸出。修正目標溫度輸出單元140判斷DPF溫度的目標值的修正是否已完成，并將DPF溫度的目標值或修正目標值向未來預測單元110輸出，直到修正完成為止。如上所述，從修正目標溫度輸出單元140向未來預測單元110給予的目標值或修正目標值在DPF溫度模型112中被用作DPF溫度的假想當前值。

如上所述，構成目標溫度修正單元100的修正目標溫度輸出單元140、未來預測單元110、制約保證單元120、以及調停單元130形成了用于反復修正DPF溫度的目標值(即，DPF溫度的假想當前值)的循環。通過由該循環實現的反復修正來搜索能夠滿足制約的DPF溫度的假想當前值。在DPF溫度的目標值的修正完成了的情況下，從目標溫度修正單元100向添加量控制單元150輸出修正后的DPF溫度的目標值。若使用別的表達來說則為：將能夠滿足制約的DPF溫度的假想當前值設為DPF溫度的目標值向添加量控制單元150輸出。

<比較例的控制構造>

接下來，為了使實施方式1的控制裝置的相對于現有的參考調節器(Reference Governor)的特征明顯，將應用了現有的參考調節器的控制構造的一例作為比較例來進行說明。圖3是示出了比較例的控制構造的框圖。在圖3所示出的控制構造中，圖2所示出的控制構造中的目標溫度修正單元100置換為參考調節器800。詳細而言，參考調節器800包括：未來預測單元810、制約保證單元820、調停單元830、以及修正目標溫度輸出單元840。在這些單元中，制約保證單元820、調停單元830、以及修正目標溫度輸出單元840的各功能與目標溫度修正單元100所具備的制約保證單元120、調停單元130、以及修正目標溫度輸出單元140的各功能類似。也即是，目標溫度修正單元100與現有的參考調節器800之間的特征性的區別在于未來預測單元110、810的構成。

構成參考調節器800的未來預測單元810包括添加量控制單元811和DPF溫度模型812。添加量控制單元811相當于添加量控制單元150的復制，基于從修正目標溫度輸出單元840接收的DPF溫度的目標值(或修正目標值)來算出燃料添加量。DPF溫度模型812具有與未來預測單元110的DPF溫度模型112相同的構成。但是，在參考調節器800中，作為DPF溫度模型812的輸入，給予基于DPF溫度的目標值(或修正目標值)計算出的燃料添加量。另外，在參考調節器800中，將當前的內燃機的運轉條件用作用于進行未來預測的參數。進而，在參考調節器800中，將通過計測或推定得到的DPF溫度的當前值原樣地設為初始值而給予DPF溫度模型812。DPF溫度模型812基于包含內燃機的當前的運轉條件的各種參數，以DPF溫度的實際的當前值為初始值，算出預定的預測期間中的DPF溫度的未來值。

根據圖2所示出的控制構造與圖3所示出的控制構造的比較可知，實施方式1所涉及的目標溫度修正單元100與比較例的參考調節器800，在基于DPF溫度的未來預測來修正DPF溫度的目標值這一點是相通的。但是，在目標值的修正邏輯中，在目標溫度修正單元100與參考調節器800之間有明確的區別。參考調節器800以內燃機的當前的運轉條件為前提，以DPF溫度的實際的當前值為初始值來進行DPF溫度的未來預測，搜索不使DPF溫度的未來值違反制約的目標值。與此相對，目標溫度修正單元100以作為預先定義的特定運轉條件的怠速運轉條件為前提，以DPF溫度的假想當前值為初始值來進行DPF溫度的未來預測，搜索不使DPF溫度違反制約的假想當前值。以下，以參考調節器800和目標溫度修正單元100各自的計算例為基礎，對比較例的控制構造的問題點和與其相對的實施方式1的控制裝置的控制構造的優點進行說明。

<通過比較例的控制構造進行的計算例>

圖4是示出了通過參考調節器800進行的計算例的圖。在圖4中分別用以時間軸為橫軸的曲線圖示出了作為內燃機的運轉條件的加速器開度、發動機轉速、燃料噴射量及進氣流量，作為控制量的目標值的DPF溫度目標值，作為操作量的燃料添加量，以及作為施加有制約的狀態量的DPF溫度。另外，用曲線圖示出了目標溫度與評價函數的評價值的關系。在表示運轉條件的各曲線圖中，與當前相比的過去的值是實際值，與當前相比的未來的值是在DPF溫度的未來預測中使用的前提值。如這些曲線圖所示，由參考調節器800來進行的未來預測，是在當前的運轉條件此后還繼續不變這一前提下進行的。參考調節器800以DPF溫度的實際的當前值為初始值，預測從當前向未來的DPF溫度的變化。

評價函數的評價值在DPF溫度的預測值不再違反制約時收斂于最小值附近。在評價值沒有降低至最小值的情況下，參考調節器800將DPF溫度的目標值向下方修正，將燃料添加量向下方修正。并且，基于修正后的燃料添加量，以DPF溫度的當前值為初始值，再次進行DPF溫度的未來預測。通過將燃料添加量減量來使DPF溫度的未來值降低。但是，在評價值沒有降低至最小值的情況下，再次進行DPF溫度的目標值的向下方的修正、燃料添加量的向下方的修正。

通過反復進行以上處理來修正DPF溫度的目標值，最終使得DPF溫度的未來值滿足制約，評價值收斂于最小值附近。在圖4中示出了反復處理三次而收斂的例子。由此，DPF溫度的目標值的修正完成，參考調節器800輸出完成了修正的DPF溫度的目標值。并且，在發動機轉速增大的情況下等內燃機的運轉條件發生了變化時，基于新的運轉條件來進行未來預測，在新的運轉條件的基礎上進行DPF溫度的目標值的最優化。也即是，通過參考調節器800，能夠應對內燃機的運轉條件的變化，得到使DPF溫度的未來值不違反制約的DPF溫度的目標值。

然而，在內燃機的運轉狀態向怠速狀態驟變的情況下，由于排氣流量的減少，從DPF帶走的熱量急劇減少，另一方面，在DPF上與PM堆積量相應的熱量因PM的燃燒而繼續產生。結果，在內燃機的運轉狀態剛向怠速狀態驟變后，DPF溫度急劇上升。也即是，內燃機為怠速狀態的情況是在與對DPF溫度施加的制約的關系中最差的條件(制約的滿足特別嚴格的運轉條件)。為了抑制這樣的最差條件下的DPF溫度的急劇上升，通過參考調節器800，根據怠速狀態下的運轉條件進行DPF溫度的目標值的向下方的修正、燃料添加量的減少。但是，怠速狀態下的燃料添加量本來就極少，所以無論如何降低DPF溫度的目標值都無法使所預測的DPF溫度的未來值降低。也即是，在應用于參考調節器800的目標值的修正邏輯中，在內燃機的運轉狀態突然向怠速狀態驟變的情況下，有可能無論如何修正DPF溫度的目標值都無法滿足對DPF溫度施加的制約。

對于這樣的問題，在本發明的發明過程中，為了即使在接下來的瞬間內燃機的運轉狀態向怠速狀態驟變的情況下也能夠應對，研究了以怠速狀態下的運轉條件為前提進行的由參考調節器800實現的未來預測。以下，參照圖5所示出的計算例來對此進行說明。

在圖4中，參考調節器800在當前的運轉條件此后還繼續不變這一前提下進行了未來預測，但在圖5中，在接下來的步驟中內燃機的運轉狀態向怠速狀態驟變的前提下進行未來預測。在怠速狀態下，燃料添加量降低至預定的最小值，或者燃料添加本身被切斷。因此，參考調節器800以DPF溫度的當前值為初始值，預測在使燃料添加量為最小值或零時的從當前向未來的DPF溫度的變化。評價所預測的DPF溫度，結果在評價值沒有降低至最小值的情況下(也即是，DPF溫度的預測值違反制約的情況下)，參考調節器800將DPF溫度的目標值向下方修正。但是，因為燃料添加量已經是最小值或零，所以DPF溫度的預測結果與上次沒有變化。因此，評價值無法降低至最小值，參考調節器800將DPF溫度的目標值進一步地向下方修正。反復進行這樣的處理，DPF溫度的目標值不斷降低，但DPF溫度的預測結果沒有發生變化。也即是，DPF溫度的預測值依然是違反制約的原樣。雖然在圖5中將處理反復進行三次，但無論反復進行多少次，結果都相同。

如上所述，在比較例的控制構造中，當內燃機的運轉狀態急變為怠速狀態時，難以使得DPF溫度不違反其制約。

<通過實施方式1的控制構造實現的計算例>

接下來，參照圖6來對通過目標溫度修正單元100進行的計算例進行說明。在圖6中與圖4、圖5同樣地繪有內燃機的各種運轉條件、DPF溫度目標值、燃料添加量、以及DPF溫度的各曲線圖，和表示目標溫度與評價值的關系的曲線圖。在表示運轉條件的各曲線圖中，與當前相比的過去的值是實際值，與當前相比的未來的值是在DPF溫度的未來預測中使用的前提值。通過目標溫度修正單元100進行的DPF溫度的未來預測，是基于在接下來的瞬間關閉加速器開度而使內燃機的運轉狀態向怠速狀態驟變這一假設，以處于怠速狀態時的運轉條件，即怠速轉速、怠速噴射量、怠速進氣流量為前提來進行。

目標溫度修正單元100在第一次的未來預測中，將DPF溫度的當前的目標值設為DPF溫度的假想當前值。通過反饋控制的作用，使DPF溫度的實際值成為與目標值一致或與其接近的值。因此，在圖6所示出的例子中，第一次的未來預測中的DPF溫度的假想當前值與DPF溫度的實際的當前值一致。目標溫度修正單元100，以DPF溫度的假想當前值為初始值，通過DPF溫度模型112來預測從當前向未來的DPF溫度的變化。在DPF溫度的曲線圖中，與當前相比的過去的值是實際值，與當前相比的未來的值是由DPF溫度模型112預測出的未來值。此外，在進行未來預測時，在燃料添加量的計算中使用的DPF溫度的目標值沒有在曲線圖中示出，但被設為預先設定的固定值(怠速狀態下的目標值)。由此，在未來預測中使用的燃料添加量變為最小值或零。在圖6所示出的例子中，將預測區間中的燃料添加量設為零。

目標溫度修正單元100將DPF溫度的未來值和作為制約的上限值輸入評價函數來算出評價值。在圖6所示出的例子中，在第一次的未來預測中的評價值沒有降低至最小值。因此，目標溫度修正單元100在第二次的未來預測中，將DPF溫度的假想當前值向下方修正。并且，將進行了下方修正的DPF溫度的假想當前值設為初始值，再次進行DPF溫度的未來預測。通過降低未來預測中使用的初始值，所預測出的DPF溫度的未來值降低。但是，在評價值沒有降低至最小值的情況下，再次進行DPF溫度的假想當前值的向下方的修正。

反復進行以上處理，通過修正作為未來預測的初始值使用的DPF溫度的假想當前值，最終使得DPF溫度的未來值滿足制約，使評價值收斂于最小值附近。在圖6中示出了反復處理三次而收斂了的例子。由此完成了DPF溫度的假想當前值的修正，目標溫度修正單元100將修正完成后的假想當前值設為DPF溫度的目標值(修正目標值)并向添加量控制單元150輸出。

根據以上的計算例可知，目標溫度修正單元100搜索在怠速狀態下不使DPF溫度的未來值違反制約的DPF溫度的假想當前值，即DPF溫度的理想的當前值，將DPF溫度的目標值修正為所述理想的當前值。添加量控制單元150基于修正后的DPF溫度的目標值來進行燃料添加量的反饋控制，所以，DPF溫度的當前值成為適于怠速運轉條件的理想的當前值，或保持為與理想的當前值接近的值。因此，根據具備目標溫度修正單元100的實施方式1的控制裝置，即使內燃機的運轉狀態突然驟變為怠速狀態，也會避免DPF溫度違反制約。

<通過實施方式1的控制構造實現的算法(計算程序/algorithm)>

最后，使用圖7的流程圖來對實施方式1的控制構造的算法的具體例進行說明。

圖7的流程圖所示出的算法在控制裝置所進行的反饋控制的每一采樣時間反復執行。在步驟S1中，將DPF溫度的目標值初始化。該處理通過目標溫度設定單元160來進行。目標溫度設定單元160使用以發動機轉速和燃料噴射量為自變量的映射來決定目標值的初始值Ttrg_ini，即基準目標值。另外，在步驟S1中，將反復進行目標值的修正的次數(反復次數)j初始化為初始值1。本處理和步驟S2以后的處理通過目標溫度修正單元100來進行。此外，以下將反復次數j中的修正目標值記為Ttrg_mod(j)。

在步驟S2中，將使用了DPF溫度模型112的DPF溫度的預測次數i初始化為初始值1。此外，預測次數i意味著對應于預測周期的離散時刻，從對應于i＝0的離散時刻到對應于i＝Pend的離散時刻為止的期間為預測區間。Pend是DPF溫度模型112的運算的反復次數的設定值，對應于預測區間的最終的離散時刻。

在步驟S3中，進行DPF溫度的假想當前值，即i＝0的DPF溫度的初始值的設定。在將反復次數為第j次、預測次數為第i次的DPF溫度的未來值設為T(j，i)時，在j＝1時將基準目標值Ttrg_ini設定為DPF溫度的假想當前值T(j，0)，在j≠1時將修正目標值Ttrg_mod(j)設定為DPF溫度的假想當前值T(j，0)。另外，在步驟S3中，進行怠速目標值(怠速狀態下的DPF溫度的目標值)的設定。

在步驟S4中，進行預測模型運算，即，使用了DPF溫度模型112的DPF溫度的預測值的計算。根據預測模型運算，基于在步驟S3中設定的DPF溫度的假想當前值T(j，0)、怠速目標值、以及怠速狀態下的各種運轉條件，使用DPF溫度模型112來計算預測次數i的DPF溫度的未來值T(j，i)。此外，DPF溫度模型112的離散時刻的間隔、也即預測周期可以任意地設定。圖8是示出了預測模型運算處理的圖像的圖，繪出了在每一離散時刻運算DPF溫度的未來值的情形。

在步驟S5中，判定預測次數i是否達到了設定次數Pend。

在預測次數i小于設定次數Pend的情況下，處理前進至步驟S6。在步驟S6中，預測次數i增加。并且，處理再次前進至步驟S4，使用DPF溫度模型112來計算本次的預測次數i的DPF溫度的未來值T(j，i)。并且，直到預測次數i達到設定次數Pend為止，反復執行步驟S4-S6的處理。

在預測次數i達到了設定次數Pend的情況下，處理前進至步驟S7。

在步驟S7中，使用預先定義的評價函數來進行本次的修正目標值Ttrg_mod(j)的評價值J(j)的計算。評價值J(j)的最期望的值是零，評價值J(j)越大則修正目標值Ttrg_mod(j)的評價越低。具體而言，給予評價值J(j)的評價函數用以下的式子來表示。Tlimit是被設定作為制約的DPF溫度的上限值，Max(T(j，i))是預測區間中的DPF溫度的未來值T(j，i)的最大值。

J(j)＝|Max(T(j，i))-Tlimit|

在步驟S7中，進而基于根據評價值J(j)的評價結果來進行目標值修正處理，即，在離散時刻k最終應輸出的目標值Ttrg_fin(k)的修正。例如，根據本次計算出的評價值J(j)的大小來決定修正量，若最大值Max(T(j，i))比上限值Tlimit大則以與修正量相應的量對目標值Ttrg_fin(k)進行上方修正，若最大值Max(T(j，i))為上限值Tlimit以下則以與修正量相應的量對目標值Ttrg_fin(k)進行下方修正。

在步驟S8中，判定反復次數j是否達到了預先設定的預定反復次數Lend。

在反復次數j小于預定反復次數Lend的情況下，處理前進至步驟S9。在步驟S9中，將在步驟S7中更新的目標值Ttrg_fin(k)設定為下次的反復次數j+1中的修正目標值Ttrg_mod(j+1)。另外，在步驟S9中，在進行了修正目標值的更新后，使反復次數j增加。并且，處理再次前進至步驟S2，將使用了DPF溫度模型112的DPF溫度的預測次數i初始化為初始值1。并且，直到反復次數j達到預定反復次數Lend為止，反復執行步驟S2-S9的處理。通過反復進行該處理來搜索滿足制約并且最接近基準目標值Ttrg_ini的目標值Ttrg_fin(k)。

在反復次數j達到了預定反復次數Lend的情況下，處理前進至步驟S10。在步驟S10中，將在步驟S7中修正了的目標值Ttrg_fin(k)正式決定為最終的目標值，向添加量控制單元150輸出。

<實施方式1的控制構造的變形例>

實施方式1的控制構造也可以以圖9所示的方式進行變形。在圖9所示出的控制構造中，從圖2所示出的控制構造中省略了添加量控制單元111和怠速目標設定單元113。如上所述，在內燃機的運轉狀態驟變為怠速狀態時所設定的燃料添加量極少，DPF溫度的上升取決于所堆積的PM的燃燒。因此，可以以燃料添加量為零來進行DPF溫度模型112的計算。此外，在實施方式1中將燃料添加量設為了操作量，但也可以將由缸內噴射器在排氣行程中噴射的燃料噴射量(排氣行程噴射量)用作操作量。

<實施方式1的制約的變形例>

除了對DPF溫度的制約之外，或者代替對DPF溫度的制約，也可以對HC凈化率、CCO溫度、DPF和/或CCO內的溫度梯度、DPF溫度和/或CCO溫度的時間變化等狀態量施加制約。也即是，施加有制約的特定狀態量也可以是作為控制量的DPF溫度以外的狀態量。通過擴張或變更預測模型，這些狀態量的未來值也能夠基于DPF溫度的假想當前值來預測。

實施方式2.

接下來，使用附圖來對本發明的實施方式2進行說明。

<實施方式2的控制對象>

實施方式2的控制裝置是以具備EGR系統的內燃機為控制對象的控制裝置。EGR系統至少具備連接排氣通路與進氣通路的EGR通路、和設于EGR通路的EGR閥。也可以在EGR通路設置EGR冷卻器和/或EGR催化劑。內燃機可以是火花點火式的內燃機，也可以是壓縮自燃式的內燃機。實施方式2的控制裝置將EGR率設為控制量、將EGR閥開度設為操作量來進行內燃機的控制。另外，在具備EGR系統的內燃機中，當在殘存有較多的EGR氣體的狀態下停止時，在缸內會產生含有酸性成分的冷凝水。尤其是，在內燃機在暖機過程中停止了的情況下，暖機后在不同的部位附著有冷凝水，這恐會對內燃機的功能部件(例如，活塞環、氣缸套、以及閥座等)造成損害。因此，在實施方式2中，對在缸內產生的冷凝水的量施加從可靠性的觀點出發的制約。具體而言，將不會對功能部件造成影響的冷凝水量的上限值設定為對冷凝水量的制約。也即是，在實施方式2中，在缸內產生的冷凝水的量相當于施加有制約的特定狀態量。另外，在實施方式2中，內燃機處于停止狀態時的運轉條件相當于特定運轉條件。

<實施方式2的控制構造>

圖10是示出了實施方式2的控制裝置的控制構造的框圖。圖10所示出的控制構造包括：目標EGR率設定單元260、目標EGR率修正單元200、以及EGR控制單元250。目標EGR率設定單元260基于吸入空氣量和/或發動機轉速等運轉條件來設定EGR率的目標值。目標EGR率修正單元200修正由目標EGR率設定單元260設定的EGR率的目標值，以使得冷凝水量不違反制約。詳細而言，目標EGR率修正單元200包括：未來預測單元210、制約保證單元220、調停單元230、以及修正目標EGR率輸出單元240。EGR控制單元250基于通過目標EGR率修正單元200修正了的EGR率的目標值來控制EGR閥，以使得實際的EGR率成為目標值。控制裝置所包括的這些單元對應于在控制裝置的存儲器中存儲的控制程序或其中一部分。從存儲器中讀出控制程序并通過處理器來執行，由此，通過控制裝置實現了這些單元的功能。

對目標EGR率修正單元200的詳細內容進行說明。構成目標EGR率修正單元200的未來預測單元210包括冷凝水量模型212。冷凝水量模型212使用物理模型等將缸內氣體的EGR率與在缸內產生的冷凝水的量的關系模型化。內燃機的運轉狀態之外，冷卻水的水溫和/或空氣溫度也影響EGR率與冷凝水量的關系。因此，在冷凝水量模型212中，在內燃機停止這一前提下，將水溫和/或空氣溫度用作參數。在內燃機處于停止狀態時變為在滿足對冷凝水量施加的制約的方面特別嚴格的運轉條件。缸內氣體的EGR率能夠根據內燃機的各種參數來推定。但是，未來預測單元210從修正目標EGR率輸出單元240接收EGR率的目標值(或修正目標值)，將其設為EGR率的假想當前值而給予冷凝水量模型212。冷凝水量模型212以內燃機停止為前提，基于包含EGR率的假想當前值的各種參數來算出預定的預測期間中的冷凝水量的未來值。

制約保證單元220包括預測結果評價單元221和目標值修正單元222。對于通過未來預測單元210算出的冷凝水量的未來值，預測結果評價單元221將其與作為制約的冷凝水量的上限值對照來進行評價。目標值修正單元222基于對冷凝水量的未來值的評價結果來修正EGR率的目標值，以得到更高的評價。在此所修正的EGR率的目標值是在冷凝水量模型212中用作EGR率的假想當前值的目標值。因此，通過目標值修正單元222進行的目標值的修正意味著EGR率的假想當前值的修正。

調停單元230在被從目標EGR率設定單元260輸入EGR率的目標值(以下，基準目標值)時，將其向修正目標EGR率輸出單元240輸出。并且，在被從制約保證單元220輸入EGR率的修正后的目標值時，代替基準目標值而將修正目標值向修正目標EGR率輸出單元240輸出。修正目標EGR率輸出單元240判斷EGR率的目標值的修正是否已完成，并將EGR率的目標值或修正目標值設為EGR率的假想當前值而向未來預測單元210輸出，直到修正完成為止。

目標EGR率修正單元200通過執行由修正目標EGR率輸出單元240、未來預測單元210、制約保證單元220、以及調停單元230形成的循環來反復修正目標EGR率，搜索能夠滿足對冷凝水量施加的制約的EGR率的假想當前值。并且，將能夠滿足對冷凝水量施加的制約的EGR率的假想當前值設為EGR率的目標值而從目標EGR率修正單元200向EGR控制單元250輸出。

<通過實施方式2的控制構造實現的計算例>

在圖11中，用以時間軸為橫軸的曲線圖示出了使用冷凝水量模型212來預測出的冷凝水量的未來值。在該曲線圖中繪有示出了在作為EGR率的假想當前值而使用EGR率的基準目標值的情況下的冷凝水量的未來值的變化的曲線(標記為“修正前”的曲線)、和示出了在作為EGR率的假想當前值而使用EGR率的修正目標值的情況下的冷凝水量的未來值的變化的曲線(標記為“修正后”的曲線)。如該曲線圖所示，通過適當修正EGR率的假想當前值，能夠使冷凝水量的未來值變化以滿足制約。目標EGR率修正單元200搜索在內燃機的停止狀態下不使冷凝水量的未來值違反制約的EGR率的假想當前值，即，EGR率的理想的當前值，將EGR率的目標值修正為所述理想的當前值。由此，即使內燃機突然停止，也會避免伴隨著所述停止而在缸內產生的冷凝水的量違反制約。

實施方式3.

接下來，使用附圖來對本發明的實施方式3進行說明。

<實施方式3的控制對象>

實施方式3的控制裝置是以具備車間距離控制系統的汽車為控制對象的控制裝置。車間距離控制系統構成為：通過毫米波雷達和/或攝像頭等來計測與先行車的車間距離，根據其變化而自動地進行節氣門控制和/或制動器控制。實施方式3的控制裝置將與先行車之間的車間距離設為控制量、將節氣門開度和制動器壓力設為操作量來進行汽車的控制。另外，在具備車間距離控制系統的汽車中，在先行車施加急制動時，車間距離急速變短，恐會給駕駛員帶來恐怖感。因此，在實施方式3中，對車間距離施加從安全性的觀點出發的制約。具體而言，將即使先行車施加急制動也不會給予駕駛員帶來恐怖感的下限值設定為對車間距離的制約。也即是，在實施方式3中，與先行車之間的車間距離相當于施加有制約的特定狀態量。另外，在實施方式3中，先行車施加急制動時的運轉條件相當于特定運轉條件。

<實施方式3的控制構造>

圖12是示出了實施方式3的控制裝置的控制構造的框圖。圖12所示出的控制構造包括：目標車間距離設定單元360、目標車間距離修正單元300、以及車間距離控制單元350。目標車間距離設定單元360基于己車的車速和/或先行車的車速等運轉條件來設定車間距離的目標值。目標車間距離修正單元300修正由目標車間距離設定單元360設定的車間距離的目標值，使得即使先行車施加急制動也不使車間距離違反制約。詳細而言，目標車間距離修正單元300包括：未來預測單元310、制約保證單元320、調停單元330、以及修正目標車間距離輸出單元340。車間距離控制單元350基于由目標車間距離修正單元300修正后的車間距離的目標值來控制節氣門或制動器，以使得實際的車間距離成為目標值。控制裝置所包括的這些單元對應于在控制裝置的存儲器中存儲的控制程序或其中一部分。從存儲器中讀出控制程序并通過處理器來執行，由此，通過控制裝置實現了這些單元的功能。

對目標車間距離修正單元300的詳細內容進行說明。構成目標車間距離修正單元300的未來預測單元310包括車間距離模型312。車間距離模型312是預測通過車間距離控制實現的車間距離的未來值的模型。在車間距離模型312中，將己車與先行車各自的車速用作參數。另外，在能夠從道路交通信息系統接收路面信息(例如，干燥、濕潤、凍結等信息)的情況下，也可以將路面信息用作參數。未來預測單元310以在接下來的瞬間先行車施加急制動這一運轉條件為前提，進行通過車間距離模型312實現的車間距離的未來預測。先行車施加急制動的情況，是在滿足對車間距離施加的制約的方面特別嚴格的運轉條件，同時也是在安全上被要求以特別高的準確性來滿足制約的情況的運轉條件。根據車間距離控制，在檢測到先行車的急制動時，也對己車施加急制動以避免沖撞。在車間距離模型312中，以車間距離的當前值為初始值來預測在這樣的車間距離控制工作的情況下的車間距離的變化。但是，向車間距離模型312輸入的車間距離的當前值不是通過毫米波雷達等來計測的實際的當前值。未來預測單元310從修正目標車間距離輸出單元340接收車間距離的目標值(或修正目標值)，將其設為車間距離的假想當前值而給予車間距離模型312。車間距離模型312將車間距離的假想當前值設為初始值，算出預定的預測期間中的車間距離的未來值。

制約保證單元320包括預測結果評價單元321和目標值修正單元322。對于通過未來預測單元310算出的車間距離的未來值，預測結果評價單元321將其與作為制約的車間距離的下限值對照來進行評價。目標值修正單元322基于對車間距離的未來值的評價結果來修正車間距離的目標值，以得到更高的評價。在此所修正的車間距離的目標值是在車間距離模型312中用作車間距離的假想當前值的目標值。因此，通過目標值修正單元322實現的目標值的修正意味著車間距離的假想當前值的修正。

調停單元330在被從目標車間距離設定單元360輸入車間距離的目標值(以下，基準目標值)時，將其向修正目標車間距離輸出單元340輸出。并且，在被從制約保證單元320輸入車間距離的修正后的目標值時，代替基準目標值而將修正目標值向修正目標車間距離輸出單元340輸出。修正目標車間距離輸出單元340判斷車間距離的目標值的修正是否已完成，并將車間距離的目標值或修正目標值設為車間距離的假想當前值而向未來預測單元310輸出，直到修正完成為止。

目標車間距離修正單元300通過執行由修正目標車間距離輸出單元340、未來預測單元310、制約保證單元320、以及調停單元330形成的循環來反復修正目標車間距離，搜索能夠滿足制約的車間距離的假想當前值。并且，將能夠滿足制約的車間距離的假想當前值設為車間距離的目標值而從目標車間距離修正單元300向車間距離控制單元350輸出。

<通過實施方式3的控制構造實現的計算例>

在圖13中用以時間軸為橫軸的曲線圖示出了使用車間距離模型312預測出的車間距離的未來值。在該曲線圖中繪有示出了在作為車間距離的假想當前值而使用基準目標值的情況下的車間距離的未來值的變化的曲線(標記為“修正前”的曲線)、和示出了在作為車間距離的假想當前值而使用修正目標值的情況下的車間距離的未來值的變化的曲線(標記為“修正后”的曲線)。如該曲線圖所示，通過適當修正車間距離的假想當前值，能夠使車間距離的未來值變化以滿足制約。目標車間距離修正單元300搜索在先行車施加了急制動的情況下不使車間距離的未來值違反制約的車間距離的假想當前值，即車間距離的理想的當前值，將車間距離的目標值修正為所述理想的當前值。由此，即使先行車施加了急制動，也會避免車間距離急速變短，即避免違反制約。

實施方式4.

接下來，使用附圖來對本發明的實施方式4進行說明。

<實施方式4的控制對象>

實施方式4的控制裝置是以搭載于汽車的帶有渦輪增壓裝置的內燃機為控制對象的控制裝置。內燃機可以是火花點火式的內燃機，也可以是壓縮自燃式的內燃機。實施方式4的控制裝置將取入內燃機的缸內的空氣量(新氣量)設為控制量、將包含節流閥的空氣系統致動器(Air System Actuator)的控制變量設為操作量來進行內燃機的控制。節流閥之外，在空氣系統致動器中還包含：廢氣旁通閥、EGR閥、及可變正時氣門機構等。在帶有渦輪增壓裝置的內燃機中，即使在駕駛員使加速器踏板全踩下而要求加速時，若在要求加速的時刻空氣量不充足，則渦輪轉速的上升也產生延遲。渦輪轉速上升的延遲產生加速的遲緩，會給駕駛員帶來壓力。因此，在實施方式3中，對作用于車輛的加速度的變化率施加從駕駛舒適性的觀點出發的制約。具體而言，將不給駕駛員帶來壓力的加速度變化率的下限值設定為對加速度變化率的制約。也即是，在實施方式4中，汽車的加速度的變化率相當于施加有制約的特定狀態量。另外，在實施方式4中，處于全力加速狀態(全負荷加速狀態)時的運轉條件相當于特定運轉條件。

<實施方式4的控制構造>

圖14是示出了實施方式4的控制裝置的控制構造的框圖。圖14所示出的控制構造包括：目標空氣量設定單元460、目標空氣量修正單元400、以及空氣量控制單元450。目標空氣量設定單元460基于發動機轉速和/或加速器踏板開度等運轉條件來設定空氣量的目標值。目標空氣量修正單元400修正由目標空氣量設定單元460設定的空氣量的目標值，以使得加速度變化率不違反制約。詳細而言，目標空氣量修正單元400包括：未來預測單元410、制約保證單元420、調停單元430、以及修正目標空氣量輸出單元440。空氣量控制單元450基于由目標空氣量修正單元400修正后的空氣量的目標值來控制空氣系統致動器，以使得實際的空氣量成為目標值。控制裝置所包括的這些單元對應于在控制裝置的存儲器中存儲的控制程序或其中一部分。從存儲器中讀出控制程序并通過處理器來執行，由此，通過控制裝置實現了這些單元的功能。

對目標空氣量修正單元400的詳細內容進行說明。構成目標空氣量修正單元400的未來預測單元410包括加速度模型412。加速度模型412使用物理模型等來將空氣量與作用于車輛的加速度的關系模型化。車速、發動機轉速、變速器的變速比、排氣狀態(溫度、流量等)、以及渦輪轉速等參數影響在帶有渦輪增壓裝置的內燃機中的空氣量與加速度的關系。因此，在通過加速度模型412實現的未來預測中，也對這些參數進行考慮。此外，空氣量能夠通過空氣流量計來計測，但未來預測單元410從修正目標空氣量輸出單元440接收空氣量的目標值(或修正目標值)，將其設為空氣量的假想當前值而給予加速度模型412。加速度模型412以使加速器踏板全踩下的全力加速為前提，基于包含空氣量的假想當前值的各種參數來算出預定的預測期間中的加速度的未來值。根據駕駛員的意思而使加速器踏板全踩下的全力加速，是從駕駛舒適性的觀點出發，被要求以特別高的準確性來滿足對加速度變化率的制約的運轉條件。

制約保證單元420包含預測結果評價單元421和目標值修正單元422。預測結果評價單元421根據由未來預測單元410算出的加速度的未來值來計算預測區間中的加速度變化率。并且，將加速度變化率與作為制約的下限值對照來進行評價。目標值修正單元422基于對加速度變化率的評價結果來修正空氣量的目標值，以得到更高的評價。在此所修正的空氣量的目標值是在加速度模型412中用作空氣量的假想當前值的目標值。因此，通過目標值修正單元422實現的目標值的修正意味著空氣量的假想當前值的修正。

調停單元430在被從目標空氣量設定單元460輸入空氣量的目標值(以下，基準目標值)時，將其向修正目標空氣量輸出單元440輸出。并且，在被從制約保證單元420輸入空氣量的修正后的目標值時，代替基準目標值而將修正目標值向修正目標空氣量輸出單元440輸出。修正目標空氣量輸出單元440判斷空氣量的目標值的修正是否已完成，并將空氣量的目標值或修正目標值設為空氣量的假想當前值而向未來預測單元410輸出，直到修正完成為止。

目標空氣量修正單元400通過執行由修正目標空氣量輸出單元440、未來預測單元410、制約保證單元420、以及調停單元430形成的循環來反復修正目標空氣量，搜索能夠滿足對加速度變化率施加的制約的空氣量的假想當前值。并且，將能夠滿足對加速度變化率施加的制約的空氣量的假想當前值設為空氣量的目標值而從目標空氣量修正單元400向空氣量控制單元450輸出。

<通過實施方式4的控制構造實現的計算例>

在圖15中用以時間軸為橫軸的曲線圖示出了使用加速度模型412來預測出的加速度的未來值。在該曲線圖中繪有表示在作為空氣量的假想當前值而使用基準目標值的情況下的加速度的未來值的變化的曲線(標記為“修正前”的曲線)、和表示在作為空氣量的假想當前值而使用修正目標值的情況下的加速度的未來值的變化的曲線(標記為“修正后”的曲線)。如該曲線圖所示，通過適當修正空氣量的假想當前值，能夠使加速度的未來值變化，以使得加速度變化率滿足制約。目標空氣量修正單元400搜索在全力加速狀態下用于滿足制約的空氣量的假想當前值，即空氣量的理想的當前值，將空氣量的目標值修正為所述理想的當前值。由此，即使突然使加速器踏板全踩下，也會避免給駕駛員帶來壓力這樣的加速的遲緩。

其他實施方式.

本發明所涉及的控制裝置也可以以具備通過EGR通路將渦輪的下游與壓縮機的上游連接的LPL-EGR系統的內燃機為控制對象。在該內燃機中，存在加速時相伴于EGR氣體的切斷的延遲而缸內的空氣量(新氣量)的變化產生延遲這一問題。因此，將EGR氣體量設為控制量、將空氣量設為施加有制約的特定狀態量，通過使用了模型的未來預測搜索EGR氣體量的理想的當前值。將這樣得到的EGR氣體量的理想的當前值設為EGR氣體量的目標值來控制LPL-EGR系統，由此，能夠防止加速時的空氣量的響應延遲。

以上介紹了本發明的幾種實施方式，本發明不限于這些實施方式。只要是在不脫離本發明的主旨的范圍內，則能夠對上述的實施方式進行各種變形并實施。例如，在上述的實施方式中，通過反復修正來搜索最適當的目標值，但也可以采用其他的搜索方法。以實施方式1為例，以DPF溫度的基準目標值或實際的當前值為中心而決定多個假想當前值，分別將多個假想當前值設為初始值來進行DPF溫度的未來預測。并且，選擇在多個假想當前值中的不使DPF溫度的未來值違反制約的值，進而將其中最接近基準目標值的值決定為DPF溫度的目標值。

附圖標記說明

6：排氣通路

12：DPF

14：燃料添加閥

16：溫度傳感器

20：ECU

100：目標溫度修正單元

112：DPF溫度模型

150：添加量控制單元

160：目標溫度設定單元

200：目標EGR率修正單元

212：冷凝水量模型

250：EGR控制單元

260：目標EGR率設定單元

300：目標車間距離修正單元

312：車間距離模型

350：車間距離控制單元

360：目標車間距離設定單元

400：目標空氣量修正單元

412：加速度模型

450：空氣量控制單元

460：目標空氣量設定單元

800：參考調節器