(57)【要約】【課題】内燃機関のモデル予測制御において、計算負荷の低減と計算精度の向上を両立させることのできる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。【解決手段】車両に搭載される複数アクチュエータの操作量を組み合わせた制御入力と、制御出力との間の関係を定めたモデルを用いて、予測区間で最適な制御出力が得られる現在の制御入力を決定し制御を実行するモデル予測制御手段を備える。前記複数アクチュエータは、応答時間が前記予測区間よりも長い低応答アクチュエータと、応答時間が前記予測時間よりも短い高応答アクチュエータとを有する。前記モデル予測制御手段は、前記低応答アクチュエータの操作量を固定値とする複数の条件下で、最適な制御出力が得られる前記高応答アクチュエータの現在の操作量を算出し、これらの操作量の組み合わせを現在の制御入力として決定する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に搭載される複数アクチュエータの操作量を組み合わせた制御入力と、制御出力との間の関係を定めたモデルを用いて、予測区間で最適な制御出力が得られる現在の制御入力を決定し制御を実行するモデル予測制御手段を備え、
前記複数アクチュエータは、応答時間が前記予測区間よりも長い低応答アクチュエータと、応答時間が前記予測時間よりも短い高応答アクチュエータとを有し、
前記モデル予測制御手段は、
前記低応答アクチュエータの操作量を固定値とする複数の条件下で、条件毎に最適な制御出力が得られる前記高応答アクチュエータの現在の操作量を算出する演算手段と、
前記演算手段により条件毎に得られる最適な制御出力のうち最高の制御出力が得られる前記複数アクチュエータの操作量の組み合わせを現在の制御入力として決定する調停手段とを備えること、
を特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記複数アクチュエータは、応答時間が前記予測区間よりも短い高応答アクチュエータを複数有し、
前記モデル予測制御手段は、前記予測区間よりも短いサンプリング間隔で繰り返し実行され、応答時間が前記サンプリング間隔よりも長い高応答アクチュエータについて前サンプリング時刻において決定された前操作量に基づく動作が、現サンプリング時刻において未だ完了していない場合に、現サンプリング時刻における該高応答アクチュエータの操作量を前操作量で固定して、最適な制御出力が得られる他の高応答アクチュエータの操作量を算出し、これらの操作量の組み合わせを現在の制御入力として決定する決定手段を備えること、
を特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関の制御装置に係り、特に、車両に搭載される内燃機関の制御を実行するのに好適な内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
制御とは、被制御量（制御出力）が目標値に一致するようにアクチュエータの操作量（制御入力）を変化させることである。モデル予測制御（ＭＰＣ：Model Predictive Control）は、制御対象のモデルを用いて未来の被制御量の変化を予測し、被制御量と目標値が一致するような操作量を求めるべく、各時刻において有限の予測区間（ＰＨ：Prediction Horizon）の最適制御問題を解きながら制御入力を決定する。制御入力を決めるために、非線形最適化問題を解かねばならないので、従来は大規模プラントなどのサンプリング時間が長いシステムに適用が限られてきたが、計算機の発展に伴い、近年は内燃機関の制御にも適用が期待されている。
【０００３】
内燃機関に適用するモデル予測制御に関し、特許文献１には、モデル予測制御における評価関数における操作量のパワーに関する項を、現時刻の１単位時間前の操作量との差を全予測区間において考慮する形で変更することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−１６７５７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、制御信号に基づくアクチュエータの動作が完了するまでの応答時間は、アクチュエータ毎に異なる。応答時間が予測区間よりも長いアクチュエータは、予測区間内にアクチュエータの動作が完了しないため、モデル予測制御を用いてそのアクチュエータの操作量を算出し制御入力として用いても、期待する制御出力は得られない。また、この操作量を算出すれば、モデルが予測する候補の母数が増大し、組み合わせが指数関数的に増大するため計算負荷が増大することとなる。
【０００６】
特許文献１の制御では、アクチュエータの応答時間を考慮していないため、応答時間の短い高応答アクチュエータに合わせてモデル予測制御を実施すると、応答時間の遅い低応答アクチュエータの制御性が悪化するおそれがある。逆に、低応答アクチュエータに合わせてモデル予測制御を実施すると、高応答アクチュエータの制御性が悪化するおそれがある。アクチュエータの応答時間に応じて最適タイミングで操作量を算出・更新できていないため、制御が収束しない、もしくは最適に内燃機関を制御できず性能をロスする可能性がある。
【０００７】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、応答時間が予測区間よりも長いアクチュエータと短いアクチュエータとを有する内燃機関のモデル予測制御において、応答性の異なるアクチュエータの制御性を向上させることのできる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の制御装置であって、
車両に搭載される複数アクチュエータの操作量を組み合わせた制御入力と、制御出力との間の関係を定めたモデルを用いて、予測区間で最適な制御出力が得られる現在の制御入力を決定し制御を実行するモデル予測制御手段を備え、
前記複数アクチュエータは、応答時間が前記予測区間よりも長い低応答アクチュエータと、応答時間が前記予測時間よりも短い高応答アクチュエータとを有し、
前記モデル予測制御手段は、
前記低応答アクチュエータの操作量を固定値とする複数の条件下で、条件毎に最適な制御出力が得られる前記高応答アクチュエータの現在の操作量を算出する演算手段と、
前記演算手段により条件毎に得られる最適な制御出力のうち最高の制御出力が得られる前記複数アクチュエータの操作量の組み合わせを現在の制御入力として決定する調停手段とを備えること、を特徴とする。
【０００９】
また、第２の発明は、第１の発明において、
前記複数アクチュエータは、応答時間が前記予測区間よりも短い複数の高応答アクチュエータを有し、
前記モデル予測制御手段は、前記予測区間よりも短いサンプリング間隔で繰り返し実行され、応答時間が前記サンプリング間隔よりも長い高応答アクチュエータについて前サンプリング時刻において決定された前操作量に基づく動作が、現サンプリング時刻において未だ完了していない場合に、現サンプリング時刻における該高応答アクチュエータの操作量を前操作量で固定して、最適な制御出力が得られる他の高応答アクチュエータの操作量を算出し、これらの操作量の組み合わせを現在の制御入力として決定する決定手段を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
第１の発明によれば、低応答アクチュエータについて操作量を固定値とすることで、モデルが予測する候補の母数を低減し、計算負荷を低減することができる。また、母数が減ることにより最適解を導出し易くなり、最適な制御出力の計算精度を向上させることができる。よって、応答性の異なるアクチュエータの制御性を向上させることができる。
【００１１】
第２の発明によれば、高応答アクチュエータについて未だ前サンプリング時刻において決定された前操作量に基づく動作が完了しない場合には、現サンプリング時刻における操作量を前操作量で固定する。アクチュエータの応答時間に応じて操作量の更新周期を絞り込むことで、モデルが予測する候補の母数を低減することができる。これにより、計算負荷の低減と計算精度の向上を両立させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。
【図２】本発明における制御の流れを説明するためのフローチャートであって、ＥＣＵ５０が実行する制御ルーチンの概要を説明するためのフローチャートである。
【図３】本発明の実施の形態１において、ＥＣＵ５０が実行する制御ルーチンのフローチャートである。
【図４】本発明の実施の形態２において、ＥＣＵ５０が実行する制御ルーチンのフローチャートである。
【図５】本発明の実施の形態３において、ＥＣＵ５０が実行する制御ルーチンのフローチャートである。
【図６】本発明の実施の形態４において、ＥＣＵ５０が実行する制御ルーチンのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１４】
実施の形態１．
［実施の形態１のシステム構成］
図１は、本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。図１に示すシステムは、内燃機関（以下、単にエンジンとも記す。）１０を備えている。内燃機関１０は、車両等に搭載され、その動力源とされる。図１に示す内燃機関１０は、直列４気筒型であるが、本発明において、気筒数および気筒配置はこれに限定されるものではない。
【００１５】
内燃機関１０の各気筒には、燃料を気筒内（燃焼室内）に直接噴射するインジェクタ１２、混合気に点火するための点火プラグ１４が設けられている。
【００１６】
内燃機関１０の各気筒には、吸気通路１６および排気通路１８が接続されている。吸気通路１６の下流端には、気筒内（燃焼室内）と吸気通路１６との間を開閉する吸気バルブ２０が設けられている。排気通路１８の上流端には、気筒内（燃焼室内）と排気通路１８との間を開閉する排気バルブ２２が設けられている。
【００１７】
内燃機関１０の各気筒から排出される排気ガスは、排気通路１８に流入する。内燃機関１０は、排気ガスのエネルギーによって過給を行うターボチャージャ２４を備えている。ターボチャージャ２４は、排気ガスのエネルギーによって回転するタービン２４ａと、タービン２４ａに駆動されて回転するコンプレッサ２４ｂとを備えている。タービン２４ａは、合流後の排気通路１８下流に配置されている。コンプレッサ２４ｂは、吸気通路１６の途中に設けられている。
【００１８】
タービン２４ａの近傍には、タービン２４ａの入口付近の排気通路１８と、タービン２４ａの出口付近の排気通路１８とを接続して、タービン２４ａを迂回するバイパス通路３２が設けられている。バイパス通路３２には、バイパス通路３２を任意に開閉可能な電子制御式のウェイストゲートバルブ（以下、ＷＧＶ（Waste Gate Valve）と記す。）３４が設けられている。
【００１９】
さらに、タービン２４ａ下流の排気通路１８には、排気ガスを浄化する触媒３６が設けられている。触媒３６には、例えば三元触媒が用いられる。
【００２０】
吸気通路１６の入口付近には、エアクリーナ３８が設けられている。また、エアクリーナ３８の下流近傍には、吸気通路１６に吸入される空気の流量に応じた信号を出力するエアフローメータ４０が設けられている。エアフローメータ４０の下流にはコンプレッサ２４ｂが設けられている。コンプレッサ２４ｂの下流には、インタークーラ４２が設けられている。インタークーラ４２の下流には、吸気通路１６を任意に開閉可能な電子制御式のスロットルバルブ４４が設けられている。
【００２１】
エアクリーナ３８を通って吸入された新気は、ターボチャージャ２４のコンプレッサ２４ｂで圧縮された後、インタークーラ４２で冷却される。冷却された新気は、スロットルバルブ４４を通過し、各気筒に分配されて流入される。
【００２２】
本実施形態のシステムは、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０を更に備えている。ＥＣＵ５０は、例えばＲＯＭ、ＲＡＭ等を含む記憶回路を備えた並列演算可能な演算処理装置により構成されている。
【００２３】
ＥＣＵ５０の入力側には、上述したエアフローメータ４０の他、クランク角およびクランク角速度を検出するためのクランク角センサ５２等の内燃機関１０の運転状態を検出するための各種センサが接続されている。エンジン回転数はクランク角センサ５２の出力値から算出できる。
【００２４】
ＥＣＵ５０の出力側には、上述したインジェクタ１２、点火プラグ１４、ＷＧＶ３４、スロットルバルブ４４、の他、吸気バルブ２０及び排気バルブ２２の少なくとも一方の作用角を変更することができる可変バルブタイミング装置（以下、ＶＶＴ（Variable Valve Timing）と記す。）５４、インジェクタ１２に供給される燃圧を変更可能な燃料ポンプ５６、車速やエンジン回転数等に応じて変速比を自動的に切り替え可能な自動変速機（オートマチックトランスミッション）５８等の内燃機関１０の運転状態を制御するための各種アクチュエータが接続されている。
【００２５】
また、ＥＣＵ５０には、各種アクチュエータの操作量を組み合わせた制御入力と、内燃機関１０の被制御量である制御出力との間の関係を定めた動的モデルが実装されている。制御出力は、例えばトルク、燃費、エミッションの組み合わせである。制御入力は、例えば、空気系（ＷＧＶ３４、スロットルバルブ４４、ＶＶＴ５４）、噴射系（インジェクタ１２、燃料ポンプ５６）、点火系（点火プラグ１４）、自動変速機５８の操作量の組み合わせである。
【００２６】
ＥＣＵ５０は、モデルを用いたモデル予測制御を実行する。モデル予測制御では、各時刻において有限の予測区間（評価区間）の最適制御問題を解きながら制御入力を決定する。ＥＣＵ５０は、予測区間で最適な制御出力が得られる現在の制御入力を決定し、各種アクチュエータに制御信号を出力する。この決定の手続は予測区間よりも短いサンプリング間隔で繰り返し実行される。なお、上述の最適な制御出力は、例えば、予測区間において、各被制御量に重み付けした評価関数を最小化するものとして算出可能である。例えば、制約条件としてトルクを要求される範囲内に収めつつ、重み付けした燃費やエミッションの評価値の合計を最小化するものである。
【００２７】
ＥＣＵ５０は、各種センサ出力に基づいて、モデル予測制御を含むプログラムに従って各種アクチュエータを駆動させることにより、内燃機関１０の運転状態を制御する。
【００２８】
［本発明における特徴的制御１］
ところで、各種アクチュエータには、応答時間が予測区間よりも長い低応答アクチュエータと、応答時間が予測時間よりも短い高応答アクチュエータがある。本明細書においてアクチュエータの応答時間とは、ＥＣＵ５０が制御入力に基づく制御信号を出力してから対象アクチュエータが動作を完了するまでに要する時間をいう。
【００２９】
応答時間が予測区間よりも長い低応答アクチュエータは、予測区間内にアクチュエータの動作が完了しないため、モデル予測制御を用いてそのアクチュエータの操作量を算出し、制御入力として用いても、期待する制御出力は得られない。また、この操作量を算出すれば、モデルが予測する候補の母数が増大し、組み合わせが指数関数的に増大するため計算負荷が増大することとなる。
【００３０】
そこで、本発明におけるモデル予測制御では、制御入力のうち低応答アクチュエータの操作量を固定値とする複数の条件下で、条件毎に予測区間で最適な制御出力が得られる高応答アクチュエータの現在の操作量を算出し、条件毎に得られる最適な制御出力のうち、最高の制御出力（評価関数が最小）が得られる各アクチュエータの操作量の組み合わせを現在の制御入力として決定し、内燃機関１０を制御することとした。なお、上記複数の条件の数は、高応答アクチュエータの操作量の設定値（変数値）が取りうる数よりも少ないこととする。
【００３１】
このように、予測区間内で複数回変更することが困難な低応答アクチュエータの操作量を予め絞り込むことで、制御時にモデルが予測する候補の母数を低減することができる。低応答アクチュエータについて操作量を固定値とすることで、モデルが予測する候補の母数を減らし、計算負荷を低減することができる。また、母数が減ることにより、最適解を導出し易くなり、最適な制御出力の計算精度を向上させることができる。特徴的制御１によれば、応答性を考慮してモデル予測制御を実行できるため、応答性の異なるアクチュエータの制御性が向上する。
【００３２】
［本発明における特徴的制御２］
次に、本発明の他の特徴的制御について説明する。上述した特徴的制御１では低応答アクチュエータ分の計算負荷を低減したが、高応答アクチュエータについても計算負荷の低減をできることが好ましい。
【００３３】
上述のモデル予測制御では、予測区間よりも短いサンプリング間隔で繰り返しアクチュエータの現操作量が算出され現在の制御入力が決定される。ここで、応答時間がサンプリング間隔よりも長い高応答アクチュエータについては、前サンプリング時刻において算出された操作量（前操作量）に基づく動作が現サンプリング時刻において未だ完了していない場合がある。この場合、前回の動作が完了するまでその高応答アクチュエータの操作量を変更しない方が好ましいと考えられる。
【００３４】
そこで、本発明におけるモデル予測制御では、応答時間がサンプリング間隔よりも長い高応答アクチュエータについて、前サンプリング時刻において算出された前操作量に基づく動作が完了していない場合に、制約として現サンプリング時刻における操作量を前操作量のまま固定する。この制約の下、予測区間で最適な制御出力が得られる他の高応答アクチュエータの操作量を算出し、これらの操作量の組み合わせを現在の制御入力として決定し、内燃機関１０を制御することとした。
【００３５】
このように、高応答アクチュエータについても操作量の更新周期を絞り込むことで、モデルが予測する候補の母数を減らし、計算負荷を低減することができる。また、最適解を導出し易くなり、最適な制御出力の計算精度を向上させることができる。
【００３６】
（フローチャート）
図２は、本発明における制御の流れを説明するためのフローチャートであって、ＥＣＵ５０が実行する制御ルーチンの概要を説明するためのフローチャートである。この制御ルーチンは、予測区間よりも短いサンプリング間隔で繰り返し実行される。
【００３７】
まず、ＥＣＵ５０は、各種アクチュエータの応答時間が予測区間よりも長いか否かを判定する（ステップＳ２００）。ＥＣＵ５０には、予測区間、サンプリング間隔、各種アクチュエータの応答時間が予め記憶されている。予測区間は一定値でも運転状態に応じて変更されるものであってもよい。また、各種アクチュエータの応答時間も一定値に限らず、アクチュエータの状態や運転状態に応じて変更されるものでも良い。ＥＣＵ５０は、記憶された予測区間とアクチュエータの応答時間を取得し大小比較する。
【００３８】
ステップＳ２００において判定条件が成立する場合、すなわち、低応答アクチュエータである場合には、ＥＣＵ５０は、ステップＳ２１０〜Ｓ２３０の処理を並列演算する。
【００３９】
ステップＳ２１０では、まず、ＥＣＵ５０は、低応答アクチュエータの操作量を固定値Ａに固定し、上述のモデルを用いて、予測区間で最適な制御出力が得られる他のアクチュエータの操作量を算出する。そして、固定値Ａ及び算出された操作量の組み合わせを、Ｓ２１０により算出された制御入力とする。
【００４０】
同様に、ステップＳ２２０、Ｓ２３０においても、それぞれ低応答アクチュエータの操作量を固定値Ａとは異なる固定値Ｂ、固定値Ａ、Ｂとは異なる固定値Ｃに固定し、上記ステップＳ２１０と同様に制御入力を算出する。
【００４１】
その後、ステップＳ２４０において、ＥＣＵ５０は、ステップＳ２１０〜Ｓ２３０で並列演算された最適化結果を調停して最適に収束可能な操作パターンを現在の制御入力として決定する。具体的には、ＥＣＵ５０は調停部を備え、ステップＳ２１０〜Ｓ２３０においてそれぞれ算出された最適な制御出力のうち、制御出力の各被制御量に重み付けを加えた評価関数を最小化する１つを選択し、その制御出力が得られる制御入力を現在の制御入力として決定する。
【００４２】
ステップＳ２５０において、ＥＣＵ５０は、決定された現在の制御入力に基づいて各アクチュエータに制御信号を出力する。
【００４３】
一方、ステップＳ２００において判定条件が成立しない場合、すなわち、高応答アクチュエータである場合には、ＥＣＵ５０はステップＳ２６０の処理を実行する。ステップＳ２６０では、まず、高応答アクチュエータの応答時間がサンプリング間隔よりも長いか否かを判定する。次に、応答時間がサンプリング間隔よりも長い高応答アクチュエータについて、前サンプリング時刻において算出された操作量（前操作量）に基づく動作が完了していない場合に、制約として現サンプリング時刻における操作量を前操作量のまま固定する。この制約の下、予測区間で最適な制御出力が得られる他の高応答アクチュエータの操作量を算出し、これらの操作量の組み合わせを現在の制御入力として決定する。その後、ステップＳ２５０において、ＥＣＵ５０は、決定された現在の制御入力に基づいて各アクチュエータに制御信号を出力する。
【００４４】
［実施の形態１における特徴的制御］
ここでは、図２で説明した本発明の制御の実施の形態の１つとして、ＶＶＴ５４により変更される作用角を固定値とする例を示す。図３の各ステップは、それぞれ図２の各ステップの内容の具体例であるため、図２の各ステップと同様の内容に関しては説明を省略又は簡略する。
【００４５】
（フローチャート）
図３は、本発明の実施の形態１において、ＥＣＵ５０が実行する制御ルーチンのフローチャートである。図３に示すルーチンでは、まず、ステップＳ３００において、ＥＣＵ５０は、ＶＶＴ５４の３段可変作用角応答時間が予測区間よりも長いか否かを判定する。
【００４６】
ステップＳ３００において判定条件が成立する場合、すなわち、ＶＶＴ５４が低応答アクチュエータである場合には、ＥＣＵ５０は、ステップＳ３１０〜Ｓ３３０の処理を並列演算する。
【００４７】
ステップＳ３１０では、まず、ＥＣＵ５０は、ＶＶＴ５４の動作により変更される作用角を固定値Ａ（例えば２１０［ｄｅｇ］）に固定し、上述のモデルを用いて、予測区間で最適な制御出力が得られる他のアクチュエータ（噴射系・点火系）の操作量を算出する。そして、固定値Ａ及び算出された操作量の組み合わせを、Ｓ３１０により算出された制御入力とする。
【００４８】
同様に、ステップＳ３２０、Ｓ３３０においても、それぞれ作用角を固定値Ａとは異なる固定値Ｂ（例えば２４０［ｄｅｇ］）、固定値Ａ、Ｂとは異なる固定値Ｃ（例えば２７０［ｄｅｇ］）に固定し、上記ステップＳ３１０と同様に制御入力を算出する。
【００４９】
その後、ステップＳ３４０において、上述した図２のステップＳ２４０と同様に、ＥＣＵ５０は、ステップＳ３１０〜Ｓ３３０で並列演算された最適化結果を調停して最適に収束可能な操作パターンを現在の制御入力として決定する。その後、ステップＳ３５０において、ＥＣＵ５０は、決定された現在の制御入力に基づいて各アクチュエータに制御信号を出力する。
【００５０】
一方、ステップＳ３００において判定条件が成立しない場合、すなわち、高応答アクチュエータである場合には、ＥＣＵ５０はステップＳ３６０の処理を実行する。ステップＳ３６０では、上述した図２のステップＳ２６０と同様の処理により、算出されたアクチュエータ（ＶＶＴ５４の３段可変作用角・噴射系・点火系）の操作量の組み合わせを現在の制御入力として決定する。その後、ステップＳ３５０において、ＥＣＵ５０は、決定された現在の制御入力に基づいて各アクチュエータに制御信号を出力する。
【００５１】
（変形例）
ところで、上述した実施の形態１のシステムにおいては、説明容易のため１つのアクチュエータ（ＶＶＴ５４）の操作量を固定値としているが、これに限定されるものではなく、複数のアクチュエータの操作量を固定値としてもよい。具体的なアクチュエータの例は実施の形態２〜４に示す。
【００５２】
また、上述した実施の形態１のシステムにおいては、ＶＶＴ５４により変更される作用角を３段可変作用角としているが、これに限定されるものではない。２段や４段以上の段数としてステップＳ３１０〜Ｓ３３０と同様に並列に処理することとしてもよい。
【００５３】
本発明が適用されるエンジンは、上述の実施の形態のような筒内直噴エンジンには限定されない。ポート噴射式のエンジンにも本発明の適用は可能である。また、火花点火式のエンジンに限らず、圧縮自着火式のエンジンにも本発明を適用することができる。この点、以下の実施の形態においても同様である。
【００５４】
尚、上述した実施の形態１においては、ＶＶＴ５４が前記第１の発明における「低応答アクチュエータ」に相当している。また、ＥＣＵ５０が、上記ステップＳ３００〜Ｓ３５０の処理を実行することにより前記第１の発明における「モデル予測制御手段」が、上記ステップＳ３１０〜Ｓ３３０の処理を実行することにより前記第１の発明における「演算手段」が、上記ステップＳ３４０の処理を実行することにより前記第１の発明における「調停手段」が、上記ステップＳ３６０の処理を実行することにより前記第２の発明における「決定手段」が、それぞれ実現されている。
【００５５】
実施の形態２．
［実施の形態２のシステム構成］
次に、図４を参照して本発明の実施の形態２について説明する。本実施形態のシステムは図１に示す構成において、ＥＣＵ５０に後述する図４のルーチンを実施させることで実現することができる。
【００５６】
［実施の形態２における特徴的制御］
実施の形態２では、図２で説明した本発明の制御の実施の形態の１つとして、自動変速機５８により切り替えられる変速比を固定値とする例を示す。図４の各ステップは、それぞれ図２の各ステップの内容の具体例であるため、図２の各ステップと同様の内容に関しては説明を省略又は簡略する。
【００５７】
図４は、本発明の実施の形態２において、ＥＣＵ５０が実行する制御ルーチンのフローチャートである。図４に示すルーチンでは、まず、ステップＳ４００において、ＥＣＵ５０は、トランスミッションの応答時間が予測区間よりも長いか否かを判定する。
【００５８】
ステップＳ４００において判定条件が成立する場合、すなわち、自動変速機５８が低応答アクチュエータである場合には、ＥＣＵ５０は、ステップＳ４１０〜Ｓ４３０の処理を並列演算する。
【００５９】
ステップＳ４１０では、まず、ＥＣＵ５０は、自動変速機５８の動作により変更される変速比を固定値Ａ（例えば１速）に固定し、上述のモデルを用いて、予測区間で最適な制御出力が得られる他のアクチュエータ（空気系・噴射系・点火系）の操作量を算出する。そして、固定値Ａ及び算出された操作量の組み合わせを、Ｓ４１０により算出された制御入力とする。
【００６０】
同様に、ステップＳ４２０、Ｓ４３０においても、それぞれ変速比を固定値Ａとは異なる固定値Ｂ（例えば２速）、固定値Ａ、Ｂとは異なる固定値Ｃ（例えば３速）に固定し、上記ステップＳ４１０と同様に制御入力を算出する。
【００６１】
その後、ステップＳ４４０において、上述した図２のステップＳ２４０と同様に、ＥＣＵ５０は、ステップＳ４１０〜Ｓ４３０で並列演算された最適化結果を調停して最適に収束可能な操作パターンを現在の制御入力として決定する。その後、ステップＳ４５０において、ＥＣＵ５０は、決定された現在の制御入力に基づいて各アクチュエータに制御信号を出力する。
【００６２】
一方、ステップＳ４００において判定条件が成立しない場合、すなわち、高応答アクチュエータである場合には、ＥＣＵ５０はステップＳ４６０の処理を実行する。ステップＳ４６０では、上述した図２のステップＳ２６０と同様の処理により、算出されたアクチュエータ（自動変速機５８の変速比・空気系・噴射系・点火系）の操作量の組み合わせを現在の制御入力として決定する。その後、ステップＳ４５０において、ＥＣＵ５０は、決定された現在の制御入力に基づいて各アクチュエータに制御信号を出力する。
【００６３】
（変形例）
ところで、上述した実施の形態２のシステムにおいては、説明容易のため１つのアクチュエータ（自動変速機５８）の操作量を固定値としているが、これに限定されるものではない。実施の形態１におけるＶＶＴ５４を含む複数のアクチュエータの操作量を固定値としてもよい。
【００６４】
また、上述した実施の形態２のシステムにおいては、変速比の固定値を３種類としているが、これに限定されるものではない。２種類や４種類以上としてステップＳ４１０〜Ｓ４３０と同様に並列に処理することとしてもよい。
【００６５】
尚、上述した実施の形態２においては、自動変速機５８が前記第１の発明における「低応答アクチュエータ」に相当している。また、ＥＣＵ５０が、上記ステップＳ４００〜Ｓ４５０の処理を実行することにより前記第１の発明における「モデル予測制御手段」が、上記ステップＳ４１０〜Ｓ４３０の処理を実行することにより前記第１の発明における「演算手段」が、上記ステップＳ４４０の処理を実行することにより前記第１の発明における「調停手段」が、上記ステップＳ４６０の処理を実行することにより前記第２の発明における「決定手段」が、それぞれ実現されている。
【００６６】
実施の形態３．
［実施の形態３のシステム構成］
次に、図５を参照して本発明の実施の形態３について説明する。本実施形態のシステムは図１に示す構成において、ＥＣＵ５０に後述する図５のルーチンを実施させることで実現することができる。
【００６７】
［実施の形態３における特徴的制御］
実施の形態３では、図２で説明した本発明の制御の実施の形態の１つとして、燃料ポンプ５６によりインジェクタ１２に供給される直噴燃料圧力を固定値とする例を示す。図５の各ステップは、それぞれ図２の各ステップの内容の具体例であるため、図２の各ステップと同様の内容に関しては説明を省略又は簡略する。
【００６８】
図５は、本発明の実施の形態３において、ＥＣＵ５０が実行する制御ルーチンのフローチャートである。図５に示すルーチンでは、まず、ステップＳ５００において、ＥＣＵ５０は、燃料ポンプ５６の応答時間が予測区間よりも長いか否かを判定する。
【００６９】
ステップＳ５００において判定条件が成立する場合、すなわち、燃料ポンプ５６が低応答アクチュエータである場合には、ＥＣＵ５０は、ステップＳ５１０〜Ｓ５３０の処理を並列演算する。
【００７０】
ステップＳ５１０では、まず、ＥＣＵ５０は、燃料ポンプ５６の動作により変更される直噴燃料圧力を固定値Ａ（例えば直噴燃料圧力を上昇させる値）に固定し、上述のモデルを用いて、予測区間で最適な制御出力が得られる他のアクチュエータ（空気系・点火系）の操作量を算出する。そして、固定値Ａ及び算出された操作量の組み合わせを、Ｓ５１０により算出された制御入力とする。
【００７１】
同様に、ステップＳ５２０、Ｓ５３０においても、それぞれ直噴燃料圧力を固定値Ａとは異なる固定値Ｂ（例えば直噴燃料圧力を下降させる値）、固定値Ａ、Ｂとは異なる固定値Ｃ（例えば直噴燃料圧力を保持する値）に固定し、以下ステップＳ５１０と同様に制御入力を算出する。
【００７２】
その後、ステップＳ５４０において、上述した図２のステップＳ２４０と同様に、ＥＣＵ５０は、ステップＳ５１０〜Ｓ５３０で並列演算された最適化結果を調停して最適に収束可能な操作パターンを現在の制御入力として決定する。その後、ステップＳ５５０において、ＥＣＵ５０は、決定された現在の制御入力に基づいて各アクチュエータに制御信号を出力する。
【００７３】
一方、ステップＳ５００において判定条件が成立しない場合、すなわち、高応答アクチュエータである場合には、ＥＣＵ５０はステップＳ５６０の処理を実行する。ステップＳ５６０では、上述した図２のステップＳ２６０と同様の処理により、算出されたアクチュエータ（燃料ポンプ５６による直噴燃料圧力・空気系・点火系）の操作量の組み合わせを現在の制御入力として決定する。その後、ステップＳ５５０において、ＥＣＵ５０は、決定された現在の制御入力に基づいて各アクチュエータに制御信号を出力する。
【００７４】
（変形例）
ところで、上述した実施の形態３のシステムにおいては、説明容易のため１つのアクチュエータ（燃料ポンプ５６）の操作量を固定値としているが、これに限定されるものではない。実施の形態１におけるＶＶＴ５４、実施の形態２における自動変速機５８を含む複数のアクチュエータの操作量を固定値としてもよい。
【００７５】
尚、上述した実施の形態３においては、燃料ポンプ５６が前記第１の発明における「低応答アクチュエータ」に相当している。また、ＥＣＵ５０が、上記ステップＳ５００〜Ｓ５５０の処理を実行することにより前記第１の発明における「モデル予測制御手段」が、上記ステップＳ５１０〜Ｓ５３０の処理を実行することにより前記第１の発明における「演算手段」が、上記ステップＳ５４０の処理を実行することにより前記第１の発明における「調停手段」が、上記ステップＳ５６０の処理を実行することにより前記第２の発明における「決定手段」が、それぞれ実現されている。
【００７６】
実施の形態４．
［実施の形態４のシステム構成］
次に、図６を参照して本発明の実施の形態４について説明する。本実施形態のシステムは図１に示す構成において、ＥＣＵ５０に後述する図６のルーチンを実施させることで実現することができる。
【００７７】
［実施の形態４における特徴的制御］
実施の形態４では、図２で説明した本発明の制御の実施の形態の１つとして、ＷＧＶ３４の操作量を固定値とする例を示す。図６の各ステップは、それぞれ図２の各ステップの内容の具体例であるため、図２の各ステップと同様の内容に関しては説明を省略又は簡略する。
【００７８】
図６は、本発明の実施の形態４において、ＥＣＵ５０が実行する制御ルーチンのフローチャートである。図６に示すルーチンでは、まず、ステップＳ６００において、ＥＣＵ５０は、ＷＧＶ３４の応答時間が予測区間よりも長いか否かを判定する。
【００７９】
ステップＳ６００において判定条件が成立する場合、すなわち、ＷＧＶ３４が低応答アクチュエータである場合には、ＥＣＵ５０は、ステップＳ６１０〜Ｓ６３０の処理を並列演算する。
【００８０】
ステップＳ６１０では、まず、ＥＣＵ５０は、ＷＧＶ３４の操作量を固定値Ａ（例えば開状態とする値）に固定し、上述のモデルを用いて、予測区間で最適な制御出力が得られる他のアクチュエータ（噴射系・点火系）の操作量を算出する。そして、固定値Ａ及び算出された操作量の組み合わせを、Ｓ６１０により算出された制御入力とする。
【００８１】
同様に、ステップＳ６２０、Ｓ６３０においても、それぞれ操作量を固定値Ａとは異なる固定値Ｂ（例えば閉状態とする値）、固定値Ａ、Ｂとは異なる固定値Ｃ（例えば現状態を保持する値）に固定し、上記ステップＳ６１０と同様に制御入力を算出する。
【００８２】
その後、ステップＳ６４０において、上述した図２のステップＳ２４０と同様に、ＥＣＵ５０は、ステップＳ６１０〜Ｓ６３０で並列演算された最適化結果を調停して最適に収束可能な操作パターンを現在の制御入力として決定する。その後、ステップＳ６５０において、ＥＣＵ５０は、決定された現在の制御入力に基づいて各アクチュエータに制御信号を出力する。
【００８３】
一方、ステップＳ６００において判定条件が成立しない場合、すなわち、高応答アクチュエータである場合には、ＥＣＵ５０はステップＳ６６０の処理を実行する。ステップＳ６６０では、上述した図２のステップＳ２６０と同様の処理により、算出されたアクチュエータ（ＷＧＶ３４・噴射系・点火系）の操作量の組み合わせを現在の制御入力として決定する。その後、ステップＳ６５０において、ＥＣＵ５０は、決定された現在の制御入力に基づいて各アクチュエータに制御信号を出力する。
【００８４】
（変形例）
ところで、上述した実施の形態４のシステムにおいては、説明容易のため１つのアクチュエータ（ＷＧＶ３４）の操作量を固定値としているが、これに限定されるものではない。実施の形態１におけるＶＶＴ５４、実施の形態２における自動変速機５８、実施の形態３における燃料ポンプ５６を含む複数のアクチュエータの操作量を固定値としてもよい。
【００８５】
尚、上述した実施の形態４においては、ＷＧＶ３４が前記第１の発明における「低応答アクチュエータ」に相当している。また、ＥＣＵ５０が、上記ステップＳ６００〜Ｓ６５０の処理を実行することにより前記第１の発明における「モデル予測制御手段」が、上記ステップＳ６１０〜Ｓ６３０の処理を実行することにより前記第１の発明における「演算手段」が、上記ステップＳ６４０の処理を実行することにより前記第１の発明における「調停手段」が、上記ステップＳ６６０の処理を実行することにより前記第２の発明における「決定手段」が、それぞれ実現されている。
【符号の説明】
【００８６】
１０  内燃機関
１２  インジェクタ
１４  点火プラグ
２０  吸気バルブ
２２  排気バルブ
２４、２４ａ、２４ｂ  ターボチャージャ、タービン、コンプレッサ
３２  バイパス通路
３４  ウェイストゲートバルブ（ＷＧＶ）
４４  スロットルバルブ
５０  ＥＣＵ
５２  クランク角センサ
５４  可変バルブタイミング装置（ＶＶＴ）
５６  燃料ポンプ
５８  自動変速機
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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