控制设备、控制方法和发动机控制单元的制作方法

专利名称：控制设备、控制方法和发动机控制单元的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种控制设备、一种控制方法和一种发动机控制单元，其根据目标值的输出偏移控制受控对象的输出，以便收敛到目标值。

背景技术：
上述类型的控制设备通常可从例如公开的日本专利申请No.2000-179385得知。具体地说，公开的日本专利申请No.2000-179385描述了用于内燃机的空气/燃料比例控制设备，用于控制在内燃机排气管道中的排气的空气/燃料比。LAF探测器和O2探测器分别设置在该内燃机排气通道中放置的催化器的上游位置和下游位置。该LAF探测器在从浓区到淡区的空气/燃料比的大范围中线性地检测排气中的氧浓度，以便输出正比于被检测的氧浓度的检测信号KACT。当空气/燃料混合物浓于理论空气/燃料比时，该O2探测器又以高电平(例如0.8伏)产生检测输出VO2OUT；当该空气/燃料混合物淡于理论空气/燃料比时，以低电平(例如0.2伏)产生检测输出VO2OUT；而当该空气/燃料混合物接近理论空气/燃料比时，以在该高电平和低电平之间的预定目标值VO2TARGET(例如0.6伏)产生检测输出VO2OUT。
上述空气/燃料比例控制设备依靠如下的空气/燃料比例控制把内燃机排出气体的空气/燃料比收敛到目标值。首先，该控制设备根据该内燃机的操作条件计算基本燃料的喷射量Tim和校正系数KTOTAL。随后，控制设备确定该内燃机是否处于预定的操作模式中，其中该控制设备将采用目标空气/燃料比KCMD，该目标空气/燃料比KCMD是通过不同于此空气/燃料比例控制的自适应滑动模式控制计算的。在此过程中，当O2探测器和LAF探测器被启动时、以及当发动机转速NE和专用进气管道内部压力PBA处于各自的预定范围之内时，该控制设备确定该内燃机处于该预定的操作模式中。当该内燃机处于该预定的操作模式时，随着操作模式的确定，该控制设备读出通过自适应滑动模式控制计算的目标空气/燃料比KCMD。
另一方面，当内燃机未处于该预定的操作模式中时，该控制设备根据该发动机转速NE和专用进气管道内部压力PBA搜索映射表，以便计算该目标空气/燃料比KCMD。随后，该控制设备计算各种反馈系数#nKLAF、KFB。然后，控制设备根据空气密度而校正因此计算的目标空气/燃料比KCMD，以便计算校正的目标空气/燃料比KCMDM。该控制设备以总校正系数KTOTAL、校正的目标空气/燃料比KCMDM和反馈系数#nKLAF、KFB乘以基本的燃料喷射量Tim，以便计算针对每一汽缸的燃料喷射总量#nTOUT，并且校正产生的进行保持的燃料喷射总量#nTOUT。随后，该控制设备根据保持到燃料喷嘴的校正的燃料喷射量#nTOUT输出驱动信号。
以上述方式，该空气/燃料比例控制设备控制该LAF探测器的输出KACT，以便收敛到该目标空气/燃料比KCMD，并且因此控制该O2探测器的输出VO2OUT，以便收敛到该目标值VO2TARGET。具体地说，当内燃机处于该预定的操作模式中时，该控制设备采用自适应滑动模式控制来计算目标空气/燃料比KCMD，使得O2探测器的输出VO2OUT能够比该内燃机未处于该预定的操作模式中时更迅速地收敛到目标值VO2TARGET。换言之，该控制设备精确控制用于该内燃机的空气/燃料混合物的空气/燃料比，以便以高可靠性到达更接近理论空气/燃料比。通常，当该空气/燃料混合物的空气/燃料比处于接近理论空气/燃料比时，催化器将最有效地净化HC、CO和NOx，使得该空气燃料比例控制设备能够提供满意的排气特性。
当内燃机通过采用自适应滑动模式控制来计算目标空气/燃料比KCMD而处于预定操作模式中时，上述的传统空气/燃料比例控制设备能够有利地以高可靠性控制该空气/燃料比。然而，在内燃机处于很低负载操作模式，例如空载操作模式时，当控制设备实施上述自适应滑动模式控制时，降低的排气量、在提供该输出VO2OUT中的该O2探测器的较长响应延迟和滞后时间、以及能够保证该内燃机稳定燃烧状态的空气/燃料比降低的范围都将会引起O2探测器的输出VO2OUT的可控性相对于该目标值VO2TARGET的退化。结果是，该空气/燃料混合物的空气/燃料比在理论空气/燃料比附近波动，降低由催化器实现的排气的净化百分比，可能导致由该催化器净化的排气的恶化特性(在下文称为″后催化剂排气特性″)。


发明内容
本发明旨在解决上述问题，并且本发明的一个目标是提供一种控制设备、一种控制方法以及一种发动机控制单元，其能够控制限制在控制输入的可用范围中的受控对象的输出、控制具有相当大反应延迟和/或滞后时间的受控对象的输出，以便将受控对象的输出迅速和精确地收敛到目标值。具体地说，当该受控对象的输出被选择为内燃机中空气/燃料比探测器的输出时，该控制设备、控制方法和发动机控制单元能够控制该空气/燃料比探测器的输出，迅速和精确地收敛到目标值，即使当该内燃机处于很低负载操作模式的情况下，也可以提供满意的后催化剂排气特性。
为了实现上述目的，根据本发明的第一方面，提供一种控制设备，其特征在于包括偏移计算装置，用于计算受控对象的输出从预定目标值的偏移；以及控制输入计算装置，根据从Δ调制算法、Δ∑调制算法和∑Δ调制算法中选择的一种调制算法计算对于该受控对象的控制输入，以便根据计算的偏移，把受控对象的输出收敛到该目标值。
根据此控制设备，对该受控对象的控制输入是根据受控对象的输出从预定目标值的偏移而按照从Δ调制算法、Δ∑调制算法和∑Δ调制算法中选择的一种调制算法(在下文称为″一种调制算法″)计算的，并且该受控对象的输出被控制，以便通过计算的控制输入而收敛到目标值。由于该控制输入是根据基于一种调制算法的该受控对象的输出从该目标值的偏移计算出的，所以该控制输入能够被计算，得到该受控对象的输出，以便产生具有与该受控对象的输出从该目标值的偏移相反相位波形的偏移，抵消输出的偏移。因此有可能把施加了窄范围变化中的控制输入的受控对象、对控制输入的实际输入具有低响应精度的受控对象、具有滞后时间和响应延迟的受控对象、具有大的反应延迟的受控对象的输出精确而迅速地收敛到目标值，而没有波动(应该指出，在此说明的″偏移的计算″、″控制输入的计算″中的″计算″不局限于以程序为基础的操作，而是包括以硬件为基础的指示这种值的电信号的产生)。
为了实现上述目的，根据本发明的第二方面，提供一种控制方法，包括步骤计算受控对象的输出从预定目标值的偏移；以及根据从Δ调制算法、Δ∑调制算法和∑Δ调制算法中选择的一种调制算法计算对于该受控对象的控制输入，以便根据计算的偏移，把该受控对象的输出收敛到该目标值。
这种控制方法提供了与根据本发明第一方面的上述相关控制设备相同的有益效果。
为了实现上述目的，根据本发明的第三方面，提供一种包括控制程序的发动机控制单元，该控制程序用于使计算机计算受控对象的输出从预定目标值的偏移；以及根据从Δ调制算法、Δ∑调制算法和∑Δ调制算法中选择的一种调制算法计算对于受控对象的控制输入，以便根据计算的偏移，把受控对象的输出收敛到目标值。
这种发动机控制单元提供了与根据本发明第一方面的上述相关控制设备相同的有益效果。
在上述控制设备中，该控制输入计算装置最好根据基于一种调制算法的偏移计算第一中间值，并且根据计算的第一中间值和预定增益的乘积计算控制输入。
通常，Δ∑调制算法、∑Δ和Δ调制算法的每一个都在假设受控对象具有单位增益的条件下确定控制输入，使得如果受控对象具有不同于单位值的实际增益，则由于在计算正确控制输入中的错误的缘故，可控性可能降低。例如，当受控对象具有大于1的实际增益时，控制输入被计算为大于所需的值，导致过增益情况。另一方面，根据本控制设备的最佳实施例，根据与预定增益相乘的、按照一种调制算法计算得到的第一中间值来计算该控制输入，以致通过把预定增益设置为正确的值而能够保证满意的可控性。
在上述控制方法中，计算控制输入的步骤最好包括根据基于一种调制算法的偏移而计算第一中间值的步骤，以及根据计算的第一中间值和预定增益的乘积计算控制输入的步骤。
该控制方法的此最佳实施例提供了与由控制设备相应的最佳实施例相同有益效果。
在上述发动机控制单元中，该控制程序最好进一步使得计算机根据基于一种调制算法的偏移来计算第一中间值，并且根据计算的第一中间值和预定增益的乘积计算控制输入。
该发动机控制单元的此最佳实施例提供了与由该控制设备的相应最佳实施例相同有益效果。
上述控制设备最好进一步包括增益参数检测装置，用于检测指示受控对象的增益特性的增益参数；以及增益设置装置，用于根据检测的增益参数设置增益。
根据该控制设备的此最佳实施例，因为用于计算控制输入的增益是根据受控对象的增益特性设置的，所以控制输入能够被计算，作为具有与该受控对象的增益特性一致的正确能量的值，从而使得有可能避免过增益情况，以便确保满意的可控性。
上述控制方法最好还包括以下步骤检测指示受控对象的增益特性的增益参数；以及，根据检测的增益参数设置增益。
该控制方法的此最佳实施例提供了与由控制设备的相应最佳实施例相同的有益效果。
在上述发动机控制单元中，该控制程序最好进一步使得计算机检测指示受控对象的增益特性的增益参数；并且根据检测的增益参数设置增益。
该发动机控制单元的此最佳实施例提供了与控制设备的相应最佳实施例相同的有益效果。
在上述控制设备中，控制输入计算装置最好根据基于一种调制算法的偏移来计算第二中间值，并且通过把预定值加到计算的第二中间值来计算控制输入。
通常，Δ调制算法、Δ∑调制算法和∑Δ调制算法的任何之一都只能计算以零为中心的正-负反转型控制输入。相反，根据该控制设备的此最佳实施例，该控制输入计算装置通过把预定值加到根据一种调制算法计算的第二中间值来计算控制输入，使得控制输入计算装置不仅能够把该控制输入计算为关于零正负反转的值，而且能够把该控制输入计算为关于预定值重复预定增加和降低的值，从而使得有可能改进控制的自由度。
在上述控制方法中，该计算控制输入的步骤最好包括根据基于一种调制算法的偏移来计算第二中间值的步骤，并且通过把预定值加到计算的第二中间值来计算控制输入的步骤。
该控制方法的此最佳实施例提供了与该控制设备的相应最佳实施例相同的有益效果。
在上述发动机控制单元中，该控制程序最好使得计算机根据基于一种调制算法的偏移来计算第二中间值，并且通过把预定值加到计算的第二中间值来计算该控制输入。
该发动机控制单元的此最佳实施例提供了与该控制设备的相应最佳实施例相同的有益效果。
在上述控制设备中，偏移计算装置最好包括预测值计算装置，用于根据基于一种调制算法的偏移而计算该偏移的预测值，其中，该控制输入计算装置根据基于一种调制算法的偏移而计算的预测值来计算该控制输入。
根据该控制设备的此最佳实施例，因为根据基于调制算法的偏移而计算该偏移的预测值，并且根据此预测值计算该控制输入，所以有可能通过把该预测值计算为反映一种动态特性例如该受控对象的相位延迟、滞后时间等动态特性的值而消除在受控对象的输入和输出之间的控制定时中的滑动。结果是，本发明的控制设备能够保证该控制的稳定性以及可控性的改善。
在上述控制方法中，计算偏移的步骤最好包括根据基于一种调制算法的偏移计算该偏移的预测值的步骤，以及计算控制输入的步骤包括根据基于一种调制算法的偏移的计算预测值来计算该控制输入的步骤。
该控制方法的此最佳实施例提供了与由该控制设备的相应最佳实施例相同的有益效果。
在上述发动机控制单元中，该控制程序最好使得计算机根据基于一种调制算法的偏移计算该偏移的预测值；并且根据基于一种调制算法的偏移的计算预测值来计算该控制输入。
该发动机控制单元的此最佳实施例提供了与该控制设备的相应最佳实施例相同的有益效果。
在上述控制设备中，该控制输入计算装置最好进一步根据基于模拟该受控对象的受控对象模型的偏移而计算该控制输入。
根据该控制设备的此最佳实施例，因为该控制输入是根据Δ调制算法、Δ∑调制算法和∑Δ调制算法的任何之一以及模拟该受控对象的受控对象模型计算的，所以能够通过定义受控对象模型，把该控制输入计算为反映该受控对象的动态特性的值，使得正确地反映例如该受控对象的相位延迟、滞后时间等动态特性。结果是，本发明的控制设备能够保证该控制的稳定性以及可控性的改善。
在上述控制方法中，计算控制输入的步骤最好进一步包括根据基于模拟该受控对象的受控对象模型的偏移计算控制输入的步骤。
该控制方法的此最佳实施例提供了与该控制设备的相应最佳实施例相同的有益效果。
在上述发动机控制单元中，该控制程序最好使得计算机进一步根据基于模拟该受控对象的受控对象模型的偏移计算该控制输入。
该发动机控制单元的此最佳实施例提供了与该控制设备的相应最佳实施例相同的有益效果。
上述控制设备最好进一步包括标识装置，用于根据计算的控制输入和反映输入到该受控对象的控制输入的值以及该受控对象的输出之一，来标识用于该受控对象模型的模型参数。
根据该控制设备的此最佳实施例，能够根据计算的控制输入和反映输入到该受控对象的控制输入的值以及该受控对象的输出之一，来标识用于该受控对象模型参数，并且因此能够根据该受控对象模型计算控制输入。
上述控制方法最好进一步包括标识步骤，用于根据计算的控制输入和反映输入到该受控对象的控制输入的值以及该受控对象的输出之一，来标识用于受控对象模型的模型参数。
该控制方法的此最佳实施例提供了与该控制设备的相应最佳实施例相同的有益效果。
在上述发动机控制单元中，该控制程序最好进一步使得计算机根据计算的控制输入和反映输入到该受控对象的控制输入的值之一以及该受控对象的输出来标识用于该受控对象模型的模型参数。
该发动机控制单元的此最佳实施例提供了与该控制设备的相应最佳实施例相同的有益效果。
在上述控制设备中，该受控对象模型最好包括离散时间系统模型，其中该标识装置根据控制输入的离散数据和反映输入到该受控对象的控制输入的值的离散数据之一以及受控对象的输出的离散数据来标识用于该离散时间系统模型的模型参数。
根据该控制设备的此最佳实施例，根据控制输入的离散数据、以及反映输入到该受控对象的控制输入的值的离散数据之一和该受控对象的输出的离散数据来标识用于离散时间系统模型的模型参数。因此，即使该受控对象的动态特性在时间上改变或变化，也能够根据此种动态特性正确地标识该模型参数，使得该受控对象模型的动态特性能够被调整到该受控对象的实际动态特性。结果是，本发明的控制设备能够改进控制的可控性和稳定性。此外，与使用连续时间系统模型相比较，使用该离散时间系统模型能够改进模型参数的标识，并且降低以通常的识别算法，例如以最小二乘法等识别算法进行识别时所需要的时间。
在上述控制方法中，该受控对象模型最好包括离散时间系统模型，其中该标识步骤包括根据该控制输入的离散数据和反映输入到该受控对象的控制输入的值的离散数据之一以及该受控对象的输出的离散数据来标识用于该离散时间系统模型的模型参数的步骤。
该控制方法的此最佳实施例提供了与该控制设备的相应最佳实施例相同的有益效果。
在上述发动机控制单元中，该受控对象模型最好包括离散时间系统模型，其中该控制程序使得计算机根据该控制输入的离散数据、反映输入到该受控对象的该控制输入值的离散数据之一和该受控对象的输出的离散数据来标识用于该离散时间系统模型的模型参数。
该发动机控制单元的此最佳实施例提供了与该控制设备的相应最佳实施例相同的有益效果。
上述控制设备最好进一步包括动态特性参数检测装置，用于检测在该受控对象的动态特性中的一个变化的动态特性参数；和模型参数设置装置，用于根据检测的动态特性参数设置用于受控对象模型的模型参数。
根据该控制设备的此最佳实施例，因为该动态特性参数检测装置检测指示在该受控对象的动态特性中的变化的动态特性参数，并且该模型参数设置装置根据检测的动态特性参数设置用于该受控对象模型的模型参数，所以该受控对象模型的动态特性能够迅速地调整到该受控对象的实际动态特性。结果是，该控制设备能够快速和正确地校正由例如响应延迟、滞后时间等该受控对象的动态特性引起的、在该输入和输出之间的控制时间中的滑动，从而使得有可能改进控制的稳定性和可控性。
上述控制方法最好还进一步包括步骤检测指示在该受控对象的动态特性中的变化的动态特性参数；以及根据检测的动态特性参数设置用于受控对象模型的模型参数。
该控制方法的此最佳实施例提供了与由该控制设备的相应最佳实施例相同的有益效果。
在上述发动机控制单元中，该控制程序最好进一步使得计算机检测指示在该受控对象的动态特性中的变化的动态特性参数；以及根据检测的动态特性参数设置用于该受控对象模型的模型参数。
该发动机控制单元的此最佳实施例提供了与该控制设备的相应最佳实施例相同的有益效果。
为了实现上述目的，根据本发明第四方面提供一种控制设备，特征在于包括偏移计算装置，用于计算受控对象的输出从预定的目标值的偏移；第一控制输入计算装置，用于以从Δ调制算法、Δ∑调制算法和∑Δ调制算法中选择的一种调制算法为基础计算对于该受控对象的控制输入，以便根据计算的偏移把该受控对象的输出收敛到目标值；第二控制输入计算装置，用于根据基于响应指定控制算法的计算偏移来计算对于该受控对象的控制输入，以便把该受控对象的输出收敛到该目标值；受控对象状态检测装置，用于检测该受控对象的状态；以及控制输入选择装置，用于根据该受控对象的检测状态而选择由该第一控制输入计算装置计算的控制输入和由该第二控制输入计算装置计算的控制输入之一作为应该输入到该受控对象的控制输入。
根据此控制设备，该第一控制输入计算装置根据基于从Δ调制算法、Δ∑调制算法和∑Δ调制算法中选择的一种调制算法的受控对象的输出对预定目标值的计算偏移来计算对该受控对象的控制输入，以便把该受控对象的输出收敛到该目标值，并且该第二控制输入计算装置根据基于响应指定控制算法的偏移来计算对该受控对象的控制输入，以便把受控对象的输出收敛到该目标值。以及，控制输入选择装置根据受控对象的检测状态而选择由第一控制输入计算装置计算的控制输入和由第二控制输入计算装置计算的控制输入之一作为应该输入到该受控对象的控制输入。如上所述，Δ调制算法、Δ∑调制算法和∑Δ调制算法的特征在于能够计算控制输入，以便得到该受控对象的输出，用于产生具有与该受控对象的输出从该目标值的偏移反相位的波形的偏移，以抵消该受控对象的输出偏移。该响应指定控制算法的特征又在于能够计算控制输入，以便把该受控对象的输出的可靠性指定到该目标值，例如一个比率，该输出以该比率收敛到该目标值。
当根据两个控制算法类型控制该受控对象时，由于控制算法的特点，随着该受控对象的状态不同，该受控对象的输出在收敛到该目标值的过程中表现不同趋向。例如，由于受控对象具有大的响应延迟、滞后时间等，当该受控对象处于稳定状态中时，该响应指定控制算法能够更精确和迅速地把受控对象的输出收敛到该目标值。另一方面，当受控对象处于过渡状态时，Δ调制算法、Δ∑调制算法或∑Δ调制算法能够更精确和迅速地把受控对象的输出收敛到该目标值。因此，当受控对象具有大响应延迟、滞后时间时，有可能通过正确地选择两个类型的控制算法之一来确保该控制的更满意的可控性和更高的稳定性，与当仅根据该响应指定控制算法计算该控制输入时相比，该控制算法使得受控对象的输出根据该受控对象的状态更满意地收敛到该目标值。
为了实现上述目的，根据本发明的第五方面提供一种控制方法，包括以下步骤计算受控对象的输出从预定目标值的偏移；以从Δ调制算法、Δ∑调制算法和∑Δ调制算法中选择的一种调制算法为基础计算对于该受控对象的控制输入，以便根据计算偏移把该受控对象的输出收敛到目标值；根据以响应指定控制算法为基础计算的偏移，计算对于该受控对象的控制输入，以便把该受控对象的输出收敛到该目标值；检测该受控对象的状态；以及根据该受控对象的检测状态而选择根据该调制算法计算的控制输入和根据该响应指定控制算法计算的控制输入之一作为应该输入到该受控对象的控制输入。
这种控制方法提供了与如上所述的根据本发明第四方面的控制设备相同的有益效果。
为了实现上述目的，根据本发明的第六方面提供了包括控制程序的发动机控制单元，该控制程序用于使得计算机计算受控对象的输出从预定的目标值的偏移；以从Δ调制算法、Δ∑调制算法和∑Δ调制算法中选择的一种调制算法为基础，计算对于该受控对象的控制输入，以便根据计算的偏移把该受控对象的输出收敛到目标值；根据基于响应指定控制算法计算的偏移，计算对于该受控对象的控制输入，以便把该受控对象的输出收敛到该目标值；检测该受控对象的状态；以及根据该受控对象的检测状态选择根据该调制算法计算的控制输入和根据该响应指定控制算法计算的控制输入之一作为应该输入到该受控对象的控制输入。
此发动机控制单元提供了与如上所述的根据本发明第四方面的控制设备相同的有益效果。
在上述控制设备中，该第一控制输入计算装置最好根据基于一种调制算法的偏移而计算第一中间值，并且根据计算的第一中间值和预定增益的乘积来计算控制输入。
根据该控制设备的此最佳实施例，当由第一控制输入计算装置计算的值被选择作为控制输入时，该控制输入是以与预定增益的相乘的、根据一种调制算法计算的第一中间值的第一中间值为基础计算的，使得通过把该预定增益设置到正确值而保证满意的可控性。
在上述控制方法中，根据一种调制算法计算对该受控对象的控制输入的步骤最好包括以下步骤根据基于一种调制算法的偏移计算第一中间值，并且根据计算的第一中间值和预定增益的乘积来计算该控制输入。
该控制方法的此最佳实施例提供了与该控制设备的相应最佳实施例相同的有益效果。
在上述发动机控制单元中，该控制程序最好进一步使得计算机根据基于一种调制算法的偏移计算第一中间值，并且根据计算的第一中间值和预定增益的乘积计算该控制输入。
该发动机控制单元的此最佳实施例提供了与该控制设备的相应最佳实施例相同的有益效果。
在上述控制设备中，受控对象状态检测装置最好包括增益参数检测装置，用于检测指示该受控对象的增益特性的增益参数，并且该控制设备进一步包括增益设置装置，用于根据检测的增益参数设置该增益。
根据该控制设备的此最佳实施例，当由该第一控制输入计算装置计算的值被选择作为控制输入时，因为是根据受控对象的增益特性设置在计算控制输入时使用的增益，所以可能根据受控对象的增益特性把该控制输入计算为具有正确能量的值，从而使得有可能避免过增益情况，以便确保满意的可控性。
在上述控制方法中，检测受控对象状态的步骤最好包括检测指示该受控对象的增益特性的增益参数的步骤，并且该控制方法进一步包括根据该检测的增益参数设置该增益的步骤。
该控制方法的此最佳实施例提供了与由该控制设备的相应最佳实施例相同的有益效果。
在上述发动机控制单元中，该控制程序最好使得计算机检测受控对象状态，包括检测指示受控对象的增益特性的增益参数，并且根据检测的增益参数设置该增益。
该发动机控制单元的此最佳实施例提供了与由该控制设备的相应最佳实施例相同的有益效果。
在上述控制设备中，该第一控制输入计算装置最好根据基于一种调制算法的偏移计算第二中间值，并且通过把预定值加到计算的第二中间值来计算控制输入。
根据该控制设备的此最佳实施例，当由该第一控制输入计算装置计算的值被选择作为控制输入时，控制输入计算装置通过把预定值加到根据一种调制算法计算的第二中间值来计算控制输入，以使控制输入计算装置不仅能够把控制输入计算为关于零值正负反相的值，而且能够把该控制输入计算为关于预定值而重复预定增减的值，从而使得有可能提高控制的自由度。
在上述控制方法中，根据一种调制算法计算对受控对象的控制输入的步骤最好包括步骤根据基于一种调制算法的偏移计算第二中间值，并且通过把预定值加到计算的第二中间值而计算控制输入。
该控制方法的此最佳实施例提供了与该控制设备的相应最佳实施例相同的有益效果。
在所述的发动机控制单元中，该控制程序最好使得计算机根据基于一种调制算法的偏移来计算第二中间值，并且通过把预定值加到计算的第二中间值来计算控制输入。
该发动机控制单元的此最佳实施例提供了与该控制设备的相应最佳实施例相同的有益效果。
在上述控制设备中，该偏移计算装置最好包括预测值计算装置，用于根据基于预测算法的偏移计算该偏移的预测值，其中该第一控制输入计算装置根据基于一种调制算法的偏移的计算预测值，计算该控制输入，而该第二控制输入计算装置根据基于响应指定控制算法的偏移的计算预测值，计算该控制输入。
根据该控制设备的此最佳实施例，当由第一控制输入计算装置计算的值被选择作为控制输入时，由于该偏移的预测值是根据以预测算法为基础的偏移计算的，并且根据此预测值计算该控制输入，所以有可能通过把这样一个预测值计算为反映例如相位延迟、滞后时间等受控对象的动态特性的值，而消除在该受控对象的输入和输出之间控制定时中的滑动。结果是，本发明的控制设备能够保证该控制的稳定性以及可控性的改善。此外，当由该第二控制输入计算装置计算的值被选择作为控制输入时，同样根据预测值计算控制输入，以使该控制设备提供与上述类似的有益效果。
在上述控制方法中，计算偏移的步骤最好包步骤根据基于预测算法的偏移计算该偏移的预测值，其中以一种调制算法为基础计算对于受控对象的控制输入的步骤包括根据基于一种调制算法的偏移的计算预测值，计算控制输入；并且以响应指定控制算法为基础计算对于受控对象的控制输入的步骤包括根据基于响应指定控制算法的偏移的计算预测值，计算该控制输入。
该控制方法的此最佳实施例提供了与该控制设备的相应最佳实施例相同的有益效果。
在上述发动机控制单元中，该控制程序最好使得该计算机根据基于一种调制算法的偏移计算该偏移的预测值；根据基于一种调制算法的偏移的计算预测值来计算控制输入；并且以响应指定控制算法为基础计算对于受控对象的控制输入的步骤包括根据基于响应指定控制算法的偏移的计算预测值，计算控制输入。
该发动机控制单元的此最佳实施例提供了与该控制设备的相应最佳实施例相同的有益效果。
在上述控制设备中，第一控制输入计算装置和第二控制输入计算装置进一步根据基于模拟该受控对象的受控对象模型的偏移而计算控制输入。
根据该控制设备的此最佳实施例，当由第一控制输入计算装置计算的值被选择作为控制输入时，由于该控制输入是根据Δ调制算法、Δ∑调制算法和∑Δ调制算法任意之一以及模拟该受控对象的受控对象模型计算的，所以能够通过定义该受控对象模型而把反映该受控对象的动态特性计算为反映该受控对象的动态特性的值，以便正确地反映该动态特性，例如该受控对象的相位延迟、滞后时间等。结果是，本发明的控制设备能够保证控制的稳定性以及可控性的改善。此外，当由该第二控制输入计算装置计算的值被选择作为控制输入时，同样根据进一步按照受控对象模型计算该控制输入，以使该控制设备提供与上述类似的有益效果。
在上述控制方法中，根据一种调制算法计算控制输入的步骤最好进一步包括以下步骤根据基于模拟该受控对象的受控对象模型的偏移计算控制输入；并且根据响应指定控制算法计算对于该受控对象的控制输入的步骤包括根据进一步基于模拟该受控对象的受控对象模型的偏移而计算该控制输入的步骤。
该控制方法的此最佳实施例提供了与该控制设备的相应最佳实施例相同的有益效果。
在上述发动机控制单元中，该控制程序最好使得计算机根据基于一种调制算法以及模拟该受控对象的受控对象模型的偏移计算控制输入；并且根据基于响应指定控制算法以及模拟受控对象的受控对象模型的偏移而计算控制输入。
该发动机控制单元的此最佳实施例提供了与该控制设备的相应最佳实施例相同的有益效果。
上述控制设备最好进一步包括标识装置，用于根据计算的控制输入和反映输入到受控对象的控制输入的值之一以及受控对象的输出而标识用于该受控对象模型的模型参数。
根据该控制设备的此最佳实施例，当由第一控制输入计算装置计算的值被选择作为控制输入时，能够根据计算的控制输入和反映输入到受控对象的控制输入的值之一以及受控对象的输出标识用于受控对象的模型参数，并且能够相应地根据该受控对象模拟计算该控制输入。此外，当由第二控制输入计算装置计算的值被选择作为控制输入时，同样根据计算的控制输入和反映输入到该受控对象的控制输入的值之一以及受控对象的输出值标识用于该受控对象的模型参数，使得该控制设备提供与上述类似的有益效果。
上述控制方法最好进一步包括标识步骤，根据计算的控制输入和反映输入到受控对象的控制输入值之一以及受控对象的输出而标识用于受控对象模型的模型参数。
该控制方法的此最佳实施例提供了与该控制设备的相应最佳实施例相同的有益效果。
在上述发动机控制单元中，该控制程序最好进一步使得该计算机根据计算的控制输入和反映输入到受控对象的控制输入的值之一以及受控对象的输出来标识用于受控对象模型的模型参数。
该发动机控制单元的此最佳实施例提供了与该控制设备的相应最佳实施例相同的有益效果。
在上述控制设备中，该受控对象模型最好包括离散时间系统模型，其中该标识装置根据控制输入的离散数据和反映输入到受控对象的控制输入的值的离散数据之一以及受控对象的输出的离散数据来标识用于离散时间系统模型的模型参数。
根据该控制设备的此最佳实施例，当由第一控制输入计算装置计算的值被选择作为控制输入时，根据控制输入的离散数据和反映输入到受控对象的控制输入的值的离散数据之一以及受控对象的输出的离散数据而标识用于离散时间系统的模型参数。因此，即使受控对象的动态特性在时间上改变或变化，也能够根据此种动态特性正确地标识模型参数，使得受控对象模型的动态特性能够被调整到受控对象的实际动态特性。结果是，本发明的控制设备能够改进控制的可控性和稳定性。同样，与使用连续时间系统模型相比较，使用该离散时间系统模型能够改进该模型参数的标识，并且降低以通常的识别算法，例如以最小二乘方法等识别算法进行标识所需要的时间此外，当由第二控制输入计算装置计算的值被选择作为控制输入时，同样根据控制输入的离散数据和反映输入到受控对象的控制输入的值的离散数据之一以及受控对象的输出的离散数据而标识用于离散时间系统的模型参数，以便该控制设备提供上述类似的有益效果。
在上述控制方法中，该受控对象模型最好包括离散时间系统模型，其中该标识步骤包括根据控制输入的离散数据和反映输入到受控对象的控制输入的值的离散数据之一以及受控对象的输出的离散数据来标识用于离散时间系统模型的模型参数。
该控制方法的此最佳实施例提供了与控制设备的相应最佳实施例相同的有益效果。
在上述发动机控制单元中，该受控对象模型最好包括离散时间系统模型，其中该控制程序使得计算机根据控制输入的离散数据和反映输入到受控对象的控制输入值的离散数据之一以及受控对象的输出的离散数据标识用于离散时间系统模型的模型参数。
该发动机控制单元的此最佳实施例提供了与该控制设备的相应最佳实施例相同的有益效果。
上述控制设备最好进一步包括动态特性参数检测装置，用于检测在受控对象的动态特性中的变化的动态特性参数；和模型参数设置装置，用于根据检测的动态特性参数设置用于受控对象模型的模型参数。
根据该控制设备的此最佳实施例，当由第一控制输入计算装置计算的值被选择作为控制输入时，动态特性参数检测装置检测指示在受控对象的动态特性中变化的动态特性参数，并且模型参数设置装置根据检测的动态特性参数设置用于受控对象模型的模型参数，以便能够迅速地把受控对象模型的动态特性调整到受控对象的实际动态特性。结果是，该控制设备能够快速和正确地校正由例如响应延迟、滞后时间等受控对象的动态特性引起的在输入和输出之间的控制时间中的滑动，从而使得有可能改进该控制的稳定性和可控性。此外，当由该第二控制输入计算装置计算的值被选择作为控制输入时，该模型参数设置装置根据动态特性参数设置用于受控对象模型的模型参数，以使该控制设备提供与上述类似的有益效果。
上述控制方法最好还进一步包括步骤检测指示在受控对象的动态特性特性中的变化的动态特性参数；并且根据检测的动态特性参数设置用于受控对象模型的模型参数。
该控制方法的此最佳实施例提供了与该控制设备的相应最佳实施例相同有益效果。
在上述发动机控制单元中，该控制程序最好进一步使得计算机检测指示在受控对象的动态特性中的变化的动态特性参数；并且根据检测的动态特性参数设置用于受控对象模型的模型参数。
该发动机控制单元的此最佳实施例提供了与该控制设备的相应最佳实施例相同有益效果。
在上述控制设备中，响应指定控制算法最好是滑动模式控制算法。
根据该控制设备的此最佳实施例，由于由于滑动模式控制算法被用作响应指定控制算法，所以当由第二控制输入计算装置计算的值被选择作为控制输入时，本发明的控制设备能够以良好的可靠性和响应指定特性实施控制。
在上述控制方法中，响应指定控制算法最好是滑动模式控制算法。
该控制方法的此最佳实施例提供了与控制设备的相应最佳实施例相同的有益效果。
在上述发动机控制单元中，响应指定控制算法最好是滑动模式控制算法。
该发动机控制单元的此最佳实施例提供了与该控制设备的相应最佳实施例相同的有益效果。
为了实现上述目的，根据本发明的第七方面，提供一种控制设备，特征在于包括下游空气/燃料比探测器，用于输出指示在内燃机的排气管道中催化器下游位置的排气的空气/燃料比的检测信号；输出偏移计算装置，用于计算下游空气/燃料比探测器的输出从预定目标值的输出偏移；以及空气/燃料比控制装置，用于根据基于从Δ调制算法、Δ∑调制算法和∑Δ调制算法中选择的一种调制算法计算的输出偏移而控制提供给该内燃机的空气/燃料混合物的空气/燃料比，使得下游空气/燃料比探测器的输出收敛到该目标值。
根据此控制设备，以Δ调制算法、Δ∑调制算法和∑Δ调制算法之一为基础，根据输出偏移控制空气/燃料混合物的空气/燃料比，该输出偏移是下游空气/燃料比探测器的输出从目标值的偏移，使得下游空气/燃料比探测器的输出收敛到该目标值，能够控制空气/燃料混合物的空气/燃料比，以使产生下游空气/燃料比探测器的输出，得到具有与该输出偏移反相位波形的输出偏移，以便抵消该输出偏移。因此，即使在该下游空气/燃料比探测器的输出，即排出气体的空气/燃料比出现对于提供到该内燃机的空气/燃料混合物的大的响应延迟的操作模式中，也能够把该下游空气/燃料比探测器的输出精确和快速地收敛到目标值，而没有变化，例如在该内燃机容易被干扰以及在保证该空气/燃料比控制的稳定性中出现困难的操作模式中，也能够把下游空气/燃料比探测器的输出精确和快速地收敛到该目标值，而没有变化，例如在提供到该内燃机的空气/燃料混合物的空气/燃料比波动的操作模式中、在空气/燃料混合物的空气/燃料比具有低精确度控制的操作模式中、在负载大波动的瞬态操作模式中等等。出于同样的原因，即使在下游空气/燃料比探测器的输出，即排出气体的空气/燃料比出现对于提供到内燃机的空气/燃料混合物的大的响应延迟和滞后时间的操作模式中也能够把下游空气/燃料比探测器的输出精确和迅速地收敛到目标值，而没有变化，例如在特别轻负载的操作模式中，即使当空气/燃料混合物的目标空气/燃料比随着控制输入在很窄范围中变化时，也能够把下游空气/燃料比探测器的输出精确和迅速地收敛到该目标值，而没有变化。从上述内容可见，本发明的控制设备能够提供良好的后催化剂排气特性。
为了实现上述目的，根据本发明的第八方面，提供一个控制方法，包括以下步骤输出检测信号，指示在内燃机的排气管道中催化器下游位置排出气体的空气/燃料比；计算下游空气/燃料比探测器的输出从预定目标值的输出偏移；根据基于从Δ调制算法、Δ∑调制算法和∑Δ调制算法中选择的一种调制算法计算的输出偏移控制提供到该内燃机的空气/燃料混合物的空气/燃料比，使得下游空气/燃料比探测器的输出收敛到目标值。
这种控制方法提供了与如上所述的根据本发明第七方面的控制设备相同的有益效果。
为了实现上述目的，根据本发明的第九方面，提供一种发动机控制单元，包括控制程序，它使得计算机输出检测信号，指示在内燃机排气管道中催化器下游位置排出气体的空气/燃料比；计算下游空气/燃料比探测器的输出从预定目标值的输出偏移；并且根据基于从Δ调制算法、Δ∑调制算法和∑Δ调制算法中选择的一种调制算法计算的输出偏移控制提供到该内燃机的空气/燃料混合物的空气/燃料比，使得下游空气/燃料比探测器的输出收敛到该目标值。
这种发动机控制单元提供了与上述根据本发明第七方面的控制设备相同的有益效果。
在上述控制设备中，该空气/燃料比控制设备最好包括空气/燃料比计算装置，根据基于一种调制算法的输出偏移计算第一中间值，并且计算空气/燃料混合物的目标空气/燃料比，以便根据计算的第一中间值和预定增益的乘积而把下游空气/燃料比探测器的输出收敛到目标值，其中空气/燃料比控制装置根据计算的目标空气/燃料比控制空气/燃料混合物的空气/燃料比。
通常Δ∑调制算法、∑Δ调制算法和Δ调制算法的每一个都在假设受控对象具有单位增益的条件下计算控制输入，即目标空气/燃料比，使得如果受控对象具有实际不同于单位值的增益的话，则空气/燃料比控制的可控性可能由于在适当计算目标空气/燃料比中的错误而劣变。例如，当受控对象具有实际大于一的增益时，该目标空气/燃料比被计算为大于需要的值，导致过增益情况。另一方面，根据控制设备的此最佳实施例，该目标空气/燃料比是以根据一种调制算法计算的第一中间值与预定增益的乘积为基础计算的，以便通过把预定增益设置到正确值而保证空气/燃料比控制的满意的可控性。
在上述控制方法中，控制空气/燃料比的步骤最好包括以下步骤根据基于一种调制算法的输出偏移计算第一中间值；根据计算的第一中间值和预定增益的乘积计算空气/燃料混合物的目标空气/燃料比，以便把下游空气/燃料比探测器的输出收敛到目标值；以及根据计算的目标空气/燃料比而控制空气/燃料混合物的空气/燃料比。
该控制方法的此最佳实施例提供了与该控制设备的相应最佳实施例相同的有益效果。
在上述发动机控制单元中，该控制程序最好使得计算机根据基于一种调制算法的输出偏移计算第一中间值，并且计算空气/燃料混合物的目标空气/燃料比，以便根据计算的第一中间值和预定增益的乘积把下游空气/燃料比探测器的输出收敛到目标值；并且根据计算的目标空气/燃料比而控制空气/燃料混合物的空气/燃料比。
该发动机控制单元的此最佳实施例提供了与该控制设备的相应最佳实施例相同的有益效果。
根据上述内容的控制设备最好进一步包括操作条件参数检测装置，用于检测指示内燃机的操作条件的操作条件参数；以及增益设置装置，用于根据检测的操作条件参数设置增益。
根据控制设备的此最佳实施例，空气/燃料混合物的目标空气/燃料比是基于与该增益相乘的第一中间值计算的，并且根据指示内燃机的操作条件的操作条件参数设置该增益。利用这种设置，即使当该内燃机的操作条件中的变化而导致下游空气/燃料比探测器的输出，即排出气体的空气/燃料比中的变化(增益特性)时，也能够通过使用根据该变化而设置的增益来正确地计算用于空气/燃料混合物的目标空气/燃料比，从而提供空气/燃料比控制的良好收敛性和高可靠性。
上述控制方法最好还包括以下步骤检测指示内燃机的操作条件的操作条件参数；以及根据检测的操作条件参数设置该增益。
该控制方法的此最佳实施例提供了与由该控制设备的相应最佳实施例相同的有益效果。
在上述发动机控制单元中，该控制程序最好进一步使得计算机检测指示内燃机的操作条件的操作条件参数；并且根据检测的操作条件参数设置该增益。
该发动机控制单元的此最佳实施例提供了与该控制设备的相应最佳实施例相同的有益效果。
在上述控制设备中，空气/燃料比控制装置最好包括空气/燃料比计算装置，用于根据基于一种调制算法的输出偏移而计算第二中间值，并且计算空气/燃料混合物的目标空气/燃料比，以便通过把预定值加到这个计算的第二中间值而把下游空气/燃料比探测器的输出收敛到该目标值，其中空气/燃料比控制装置根据计算的目标空气/燃料比而控制该空气/燃料混合物的空气/燃料比。
通常，Δ调制算法、Δ∑调制算法和∑Δ调制算法的任何之一都只能计算以零为中心的正-负反转型控制输入。相反地，根据该控制设备的此最佳实施例，空气/燃料比计算装置通过把预定值加到根据一种调制算法计算的第二中间值来计算目标空气/燃料比，使得空气/燃料比计算装置能够计算不仅作为关于零正负反相的值，而且作为关于预定值重复预定增加和降低的值的目标空气/燃料比，从而使得有可能改进空气/燃料比的控制的自由度。
在上述控制方法中，控制空气/燃料比的步骤最好包括以下步骤根据基于一种调制算法的输出偏移计算第二中间值；通过把预定值加到计算的第二中间值而计算空气/燃料混合物的目标空气/燃料比，以便把下游空气/燃料比探测器的输出收敛到目标值；并且根据计算的目标空气/燃料比而控制空气/燃料混合物的空气/燃料比。
该控制方法的此最佳实施例提供了与该控制设备的相应最佳实施例相同的有益效果。
在上述发动机控制单元中，该控制程序最好使得计算机根据基于预测算法的输出偏移计算第二中间值；通过把预定值加到计算的第二中间值而计算空气/燃料混合物的目标空气/燃料比，以便把下游空气/燃料比探测器的输出收敛到该目标值；并且根据计算的目标空气/燃料比而控制空气/燃料混合物的空气/燃料比。
该发动机控制单元的此最佳实施例提供了与控制设备的相应最佳实施例相同的有益效果。
在上述控制设备中，输出偏移计算装置最好包括预测值计算装置，用于根据基于预测算法的输出偏移计算该输出偏移的预测值，其中空气/燃料比控制装置根据基于一种调制算法的输出偏移的计算预测值控制空气/燃料混合物的空气/燃料比，使得下游空气/燃料比探测器的输出收敛到目标值。
根据该控制设备的此最佳实施例，根据基于预测算法的输出偏移计算该输出偏移的预测值，该输出偏移是下游空气/燃料比探测器的输出从预定目标值的偏移，并且根据基于调制算法如此计算的输出偏移的预测值计算用于空气/燃料混合物的空气/燃料比，使得下游空气/燃料比探测器的输出收敛到预定的目标值。因此，通过把这种预测值计算作为反映该下游空气/燃料比探测器的输的响应延迟、滞后时间等的值，有可能正确地校正由排出气体对于提供到该内燃机的空气/燃料混合物的响应延迟、滞后时间等引起的空气/燃料比控制的定时的滑动，并且因此更迅速地把该下游空气/燃料比探测器的输出收敛到该目标值。结果是，本发明的控制设备能够提高空气/燃料比控制的稳定性并且进一步改进后催化剂排气特性。
在上述控制方法中，计算输出偏移的步骤最好包括以下步骤根据基于预测算法的输出偏移计算该输出偏移的预测值的步骤，以及控制空气/燃料比的步骤包括根据基于一种调制算法的该输出偏移的计算预测值而控制空气/燃料混合物的空气/燃料比，使得下游空气/燃料比探测器的输出收敛到该目标值。
该控制方法的此最佳实施例提供了与该控制设备的相应最佳实施例相同的有益效果。
在上述发动机控制单元中，该控制程序最好使得计算机根据基于预测算法的输出偏移计算该输出偏移的预测值；并且根据基于一种调制算法的输出偏移的计算预测值控制空气/燃料混合物的空气/燃料比，使得下游空气/燃料比探测器的输出收敛到该目标值。
该发动机控制单元的此最佳实施例提供了与该控制设备的相应最佳实施例相同的有益效果。
在上述控制设备中，该空气/燃料比控制装置最好包括空气/燃料比计算装置，用于根据基于一种算法的输出偏移而计算目标空气/燃料比，该算法应用受控对象模型，其具有与指示用于把下游空气/燃料比探测器的输出收敛到目标值的空气/燃料混合物的目标空气/燃料比的值相关的变量，以及与指示下游空气/燃料比探测器的输出的值和一种调制算法相关的变量，其中空气/燃料比控制装置根据计算的目标空气/燃料比而控制空气/燃料混合物的空气/燃料比。
根据该控制设备的此最佳实施例，该目标空气/燃料比是基于应用受控对象模型的算法和一种调制算法而根据输出偏移计算的，其中，受控对象模型具有与指示下游空气/燃料比探测器的输出的值相关的变量和与指示目标空气/燃料比的值相关的变量。因此，当定义受控对象模型反映该受控对象的例如相位延迟、滞后时间等动态特性时，该空气/燃料比能够被计算作为反映该受控对象的例如相位延迟、滞后时间等动态特性的值。如此，本发明的控制设备能够更快速地把该下游空气/燃料比探测器的输出收敛到目标值，结果是改进空气/燃料比控制的稳定性并且进一步改进后催化剂排气特性。
在上述控制方法中，控制空气/燃料比的步骤最好包括以下步骤根据基于应用受控对象模型的一种算法的输出偏移计算目标空气/燃料比，该受控对象模型具有与指示空气/燃料混合物的目标空气/燃料比的值相关的变量，用于把下游空气/燃料比探测器的输出收敛到该目标值，并且具有与指示下游空气/燃料比探测器的输出的值以及一种调制算法相关的变量；并且根据计算的目标空气/燃料比而控制空气/燃料混合物的空气/燃料比。
该控制方法的此最佳实施例提供了与该控制设备的相应最佳实施例相同的有益效果。
在上述发动机控制单元中，该控制程序最好使得计算机根据基于应用受控对象模型的一个算法的输出偏移而计算目标空气/燃料比，该受控对象模型具有与指示空气/燃料混合物的目标空气/燃料比的值相关的变量，以便把下游空气/燃料比探测器的输出收敛到该目标值，并且具有与指示下游空气/燃料比探测器的输出的值以及一种调制算法相关的变量；并且根据计算的目标空气/燃料比而控制空气/燃料混合物的空气/燃料比。
该发动机控制单元的此最佳实施例提供了与该控制设备的相应最佳实施例相同的有益效果。
上述控制设备最好进一步包括标识装置，用于根据目标空气/燃料比和下游空气/燃料比探测器的输出而标识用于受控对象模型的模型参数。
根据该控制设备的此最佳实施例，能够根据目标空气/燃料比和下游空气/燃料比探测器的输出标识用于受控对象模型的模型参数，从而根据应用受控对象模型的算法而计算目标空气/燃料比。
上述控制方法最好进一步包括步骤根据目标空气/燃料比和下游空气/燃料比探测器的输出而标识用于受控对象模型的模型参数。
该控制方法的此最佳实施例提供了与该控制设备的相应最佳实施例相同的有益效果。
在上述发动机控制单元中，该控制程序最好进一步使得计算机根据目标空气/燃料比和下游空气/燃料比探测器的输出而标识用于受控对象模型的模型参数。
该发动机控制单元的此最佳实施例提供了与该控制设备的相应最佳实施例相同的有益效果。
在上述控制设备中，该受控对象模型最好包括离散时间系统模型，其中该标识装置根据目标空气/燃料比的离散数据以及下游空气/燃料比探测器的输出的离散数据而标识用于离散时间系统模型的模型参数。
根据控制设备的此最佳实施例，根据目标空气/燃料比的离散数据以及下游空气/燃料比探探测器的输出的离散数据，标识用于离散时间系统模型的模型参数。因此，即使催化器的净化百分比以及下游空气/燃料比探测器的输出特性在时间上变化或改变，模型参数也能够根据这种改变和变化正确地标识模型参数，以便把受控对象模型的动态特性调整到实际的动态特性。而且，由于根据其模型参数被如上所述地计算的受控对象模型，以及一种调制算法而计算目标空气/燃料比，以便把下游空气/燃料比探测器的输出收敛到目标值，所以下游空气/燃料比探测器的输出能够被迅速地收敛到该目标值。从上述内容可见，本发明的控制设备能够快速和正确地校正由排出气体相对于提供到该内燃机的空气/燃料混合物的响应延迟、滞后时间等等引起的空气/燃料比控制的控制定时的滑动，并且进一步改进该空气/燃料比控制的稳定性以及后催化剂排气特性。此外，与使用连续时间系统模型相比较，使用离散时间系统模型能够改进模型参数的标识并且降低以通常的识别算法，例如以最小二乘方法等识别算法进行标识所需要的时间。
在上述控制方法中，该受控对象模型最好包括离散时间系统模型，其中该标识步骤包括以下步骤根据目标空气/燃料比的离散数据以及下游空气/燃料比探测器的输出的离散数据而标识用于离散时间系统模型的模型参数。
该控制方法的此最佳实施例提供了与该控制设备的相应最佳实施例相同的有益效果。
在上述发动机控制单元中，该受控对象模型最好包括离散时间系统模，其中该控制程序使得计算机根据目标空气/燃料比的离散数据以及下游空气/燃料比探测器的输出的离散数据，标识用于离散时间系统模型的模型参数。
该发动机控制单元的此最佳实施例提供了与该控制设备的相应最佳实施例相同的有益效果。
上述的控制设备最好进一步包括操作条件参数检测装置，用于检测指示该内燃机的操作条件的操作条件参数；和模型参数设置装置，用于根据检测的操作条件参数设置用于受控对象模型的模型参数。
根据该控制设备的此最佳实施例，由于受控对象模型的控制参数是根据检测的操作条件参数设置的，所以即使当内燃机突然改变操作条件时也能够迅速地计算模型参数，同时精确地反映提供到催化器的排气状态。而且，由于根据其模型参数被如上所述计算的受控对象模型，以及一种调制算法，来计算空气/燃料混合物的目标空气/燃料比，以将下游空气/燃料比探测器的输出收敛到目标值，所以该下游空气/燃料比探测器的输出能够被迅速地收敛到该目标值。从上述内容可见，本发明的控制设备能够快速和正确地校正由排出气体相对于提供到该内燃机的空气/燃料混合物的响应延迟、滞后时间等等引起的空气/燃料比控制的控制定时的滑动，并且进一步改进该空气/燃料比控制的稳定性以及后催化剂排气特性。
上述控制方法最好还包括步骤检测指示该内燃机的操作条件的操作条件参数；以及根据检测的操作条件参数设置用于受控对象模型的模型参数。
该控制方法的此最佳实施例提供了与该控制设备的相应最佳实施例相同的有益效果。
在上述发动机控制单元中，该控制程序最好进一步使得计算机检测指示内燃机的操作条件中的操作条件参数；以及根据检测的操作条件参数设置用于受控对象模型的模型参数。
该发动机控制单元的此最佳实施例提供了与该控制设备的相应最佳实施例相同的有益效果。
上述控制设备最好进一步包括上游空气/燃料比探测器，用于输出指示该内燃机排气管道中催化器上游位置排出气体的空气/燃料比的检测信号，其中空气/燃料比控制装置包括空气/燃料比计算装置，用于根据基于一种算法的输出偏移计算目标空气/燃料比，该算法应用受控对象模型，其具有与指示用于把下游空气/燃料比探测器的输出收敛到目标值的空气/燃料混合物的目标空气/燃料比的值相关的变量，以及与指示上游空气/燃料比探测器的输出的值和一种调制算法相关的变量，其中空气/燃料比控制装置根据计算的目标空气/燃料比而控制提供到该内燃机的空气/燃料混合物的空气/燃料比。
根据该控制设备的此最佳实施例，当目标空气/燃料比被计算用于把下游空气/燃料比探测器的输出收敛到根据应用受控对象模型和一种调制算法的目标值时，该空气/燃料比能够被计算为反映例如相位延迟、滞后时间等受控对象的动态特性的值，其中受控对象模型具有与指示下游空气/燃料比探测器的输出的值相关的变量以及与指示目标空气/燃料比的值相关的变量。如此，本发明的控制设备能够更快速地把下游空气/燃料比探测器的输出收敛到该目标值，结果是改进空气/燃料比控制的稳定性并且进一步改进后催化剂排气特性。而且，当根据用于受控对象模型的算法和一种调制算法计算空气/燃料比时，其中受控对象模型具有与指示下游空气/燃料比探测器输出的值相关的变量以及与指示上游空气/燃料比探测器输出的值相关的变量，实际提供到催化器的排出气体的空气/燃料比能够被反映到目标空气/燃料比，以使得能够以对应的改进精确度计算目标空气/燃料比。
上述控制方法最好还包括以下步骤输出检测信号，指示该内燃机排气管道中催化器的下游位置排出气体的空气/燃料比，其中控制空气/燃料比的步骤包括步骤根据基于应用受控对象模型的一种算法的输出偏移计算目标空气/燃料比，该受控对象模型具有与指示空气/燃料混合物的目标空气/燃料比的值相关的变量，用于把下游空气/燃料比探测器的输出收敛到该目标值，并且具有与指示下游空气/燃料比探测器的输出的值、以及一种调制算法相关的变量；并且根据计算的目标空气/燃料比而控制提供到该内燃机的空气/燃料混合物的空气/燃料比。
该控制方法的此最佳实施例提供了与该控制设备的相应最佳实施例相同的有益效果。
在该上述发动机控制单元中，该控制程序最好进一步使得计算机输出检测信号，指示在该内燃机排气管道中催化器下游位置排出气体的空气/燃料比；根据基于应用受控对象模型的一种算法的输出偏移计算目标空气/燃料比，该受控对象模型具有与指示空气/燃料混合物的目标空气/燃料比的值相关的变量，用于把下游空气/燃料比探测器的输出收敛到该目标值，并且具有与指示下游空气/燃料比探测器的输出的值、以及一种调制算法相关的变量；并且根据计算的目标空气/燃料比而控制提供到该内燃机的空气/燃料混合物的空气/燃料比。
该发动机控制单元的此最佳实施例提供了与该控制设备的相应最佳实施例相同的有益效果。
上述控制设备最好进一步包括标识装置，用于根据目标空气/燃料比和上游空气/燃料比探测器的输出之一以及下游空气/燃料比探测器的输出而标识用于受控对象模型的模型参数。
根据该控制设备的此最佳实施例，当根据目标空气/燃料比和下游空气/燃料比探测器的输出标识目标空气/燃料比时，能够根据应用受控对象模型的算法而计算目标空气/燃料比。此外，当根据下游空气/燃料比探测器的输出和上游空气/燃料比探测器的输出标识空气/燃料比时，能够把实际提供到催化器的排出气体的空气/燃料比反映到目标空气/燃料比，以使能够以对应的改进精确度来计算目标空气/燃料比。
上述控制方法最好进一步包括步骤根据目标空气/燃料比和上游空气/燃料比探测器的输出之一以及下游空气/燃料比探测器的输出而标识用于受控对象模型的模型参数。
该控制方法的此最佳实施例提供了与该控制设备的相应最佳实施例相同的有益效果。
在上述发动机控制单元中，该控制程序最好进一步使得计算机根据目标空气/燃料比和上游空气/燃料比探测器的输出之一以及下游空气/燃料比探测器的输出而标识用于受控对象模型的模型参数。
该发动机控制单元的此最佳实施例提供了与该控制设备的相应最佳实施例相同的有益效果。
在上述控制设备中，该受控对象模型最好包括离散时间系统模型，其中该识别装置根据目标空气/燃料比的离散数据和上游空气/燃料比探测器的输出的离散数据之一以及下游空气/燃料比探测器的输出的离散数据标识用于离散时间系统模型的模型参数。
根据该控制设备的此最佳实施例，当用于离散时间系统模型的模型参数与目标空气/燃料比的离散数据和上游空气/燃料比探测器的输出的离散数据一致时，能够根据催化器的净化百分比和下游空气/燃料比探测器的输出特征在时间上的改变或变化而正确地标识模型参数，以便把受控对象模型的动态特性调整到实际动态特性。而且，当用于离散时间系统模型的模型参数是根据下游空气/燃料比探测器的离散数据和上游空气/燃料比探测器的输出的离散数据标识时，能够把实际提供到催化器的排出气体的空气/燃料比反映到目标空气/燃料比，使得能够以对应的改进精确度计算目标空气/燃料比。
在上述控制方法中，该受控对象模型最好包括离散时间系统模型，其中，该识别步骤包括步骤根据目标空气/燃料比的离散数据和上游空气/燃料比探测器的输出的离散数据之一以及下游空气/燃料比探测器的输出的离散数据标识用于离散时间系统模型的模型参数。
该控制方法的此最佳实施例提供了与该控制设备的相应最佳实施例相同的有益效果。
在上述发动机控制单元中，该受控对象模型最好包括离散时间系统模型，其中该控制程序使得计算机根据目标空气/燃料比的离散数据和上游空气/燃料比探测器的输出的离散数据之一以及下游空气/燃料比探测器的输出的离散数据标识用于离散时间系统模型的模型参数。
该发动机控制单元的此最佳实施例提供了与该控制设备的相应最佳实施例相同的有益效果。
根据上述内容的控制设备最好进一步包括操作条件参数检测装置，用于检测指示该内燃机的操作条件的操作条件参数；和模型参数设置装置，用于根据检测的操作条件参数设置用于受控对象模型的模型参数。
根据该控制设备的此最佳实施例，由于受控对象模型的控制参数是根据检测的操作条件参数设置的，所以即使当内燃机突然改变操作条件时也能够迅速地计算模型参数，同时精确地反映提供到催化器的排气状态。而且，由于根据其模型参数被如上所述计算的受控对象模型，以及一种调制算法来计算空气/燃料的目标空气/燃料比，用于将下游空气/燃料比探测器的输出收敛到目标值，所以下游空气/燃料比探测器的输出能够被迅速地收敛到该目标值。从上述内容可见，本发明的控制设备能够快速和正确地校正由排气相对于提供到该内燃机的空气/燃料混合物的响应延迟、滞后时间等等引起的该空气/燃料比控制的控制定时的滑动，并且进一步改进空气/燃料比控制的稳定性以及后催化剂排气特性。
上述控制方法最好还包括步骤检测指示内燃机的操作条件的操作条件参数；以及根据检测的操作条件参数设置用于受控对象模型的模型参数。
该控制方法的此最佳实施例提供了与该控制设备的相应最佳实施例相同的有益效果。
在上述发动机控制单元中，该控制程序最好进一步使得计算机检测指示内燃机的操作条件的操作条件参数；以及根据检测的操作条件参数设置用于受控对象模型的模型参数。
该发动机控制单元的此最佳实施例提供了与该控制设备的相应最佳实施例相同的有益效果。
为了实现上述目的，根据本发明的第十方面，提供一种控制设备，特征在于包括下游空气/燃料比探测器，用于输出指示在内燃机排气管道中催化器的下游位置排出气体的空气/燃料比的检测信号；输出偏移计算装置，用于计算下游空气/燃料比探测器的输出从预定目标值的输出偏移；第一空气/燃料比控制装置，用于根据基于从Δ调制算法、Δ∑调制算法和∑Δ调制算法中选择的一种调制算法计算的输出偏移而控制提供到该内燃机的空气/燃料混合物的空气/燃料比，使得下游空气/燃料比探测器的输出收敛到该目标值；第二空气/燃料比控制装置，根据基于响应指定控制算法的计算输出偏移控制提供到该内燃机的空气/燃料混合物的空气/燃料比，使得下游空气/燃料比探测器的输出收敛到该目标值；操作条件参数检测装置，用于检测指示内燃机的操作条件的操作条件参数；以及选择装置，用于根据检测的操作条件参数而选择第一空气/燃料比控制装置和第二空气/燃料比控制装置之一，以便控制空气/燃料混合物的空气/燃料比。
根据此控制设备，该第一空气/燃料比控制装置根据基于从Δ调制算法、Δ∑调制算法和∑Δ调制算法中选择的一种调制算法的计算输出偏移来控制提供到该内燃机的空气/燃料混合物的空气/燃料比，使得下游空气/燃料比探测器的输出收敛到该目标值，同时第二空气/燃料比控制装置根据基于响应指定控制算法而计算的偏移来控制提供到内燃机的空气/燃料混合物的空气/燃料比，使得下游空气/燃料比探测器的输出收敛到该目标值。而且，该选择装置根据检测的操作条件参数而选择第一空气/燃料比控制装置和第二空气/燃料比控制装置之一，以便控制空气/燃料混合物的空气/燃料比。因此，当选择装置选择第一空气/燃料比控制装置用于控制空气/燃料比时，即使在其中下游空气/燃料比探测器的输出，即排出气体的空气/燃料比出现对于提供到该内燃机的空气/燃料混合物的大的响应延迟的操作模式中，也能够精确和迅速地把下游空气/燃料比探测器的输出收敛到该目标值而没有变化，例如在该内燃机易受干扰并且出现难于保证空气/燃料比控制的稳定性的操作模式中，例如在提供到该内燃机的空气/燃料混合物的空气/燃料比波动的操作模式、该空气/燃料混合物的空气/燃料比以低精确度受控的操作模式中、在其中负载波动大的瞬态操作模式中等等。出于同样的原因，即使在下游空气/燃料比探测器的输出，即排出气体的空气/燃料比出现对于提供到该内燃机的空气/燃料混合物的大的响应延迟和滞后时间的操作模式中，也能够把下游空气/燃料比探测器的输出精确和迅速地收敛到该目标值而没有变化，例如在特别轻负载的操作模式中，即使当空气/燃料混合物的目标空气/燃料比随着控制输入在一个很窄范围中变化时，也能够把下游空气/燃料比探测器的输出精确和迅速地收敛到该目标值而没有变化。
另一方面，该响应指定控制算法特征在于，能够计算目标空气/燃料比，以便把下游空气/燃料比探测器的输出的可靠性指定到目标值，例如把输出收敛到该目标值的速率。为此原因，在内燃机上的负载不常变化而引起较少干扰并且保证空气/燃料比控制的稳定性的操作模式中，例如在稳定状态操作模式中，下游空气/燃料比探测器的输出更稳定地收敛到该目标值，使得当根据响应指定控制算法控制用于空气/燃料混合物的空气/燃料比时，下游空气/燃料比探测器的输出能够比当根据一种调制算法而控制用于空气/燃料混合物的空气/燃料比时更精确地收敛到该目标值。此外，该响应指定控制算法能够降低流进催化器的排出气体的空气/燃料比的波动范围，以便改进后催化剂排气特性。因此有可能通过适当地选择第一和第二空气/燃料比控制装置之一而确保更满意的后催化剂排气特性，这将使得下游空气/燃料比探测器的输出更迅速地收敛到该目标值，即，使得由催化器净化的排出气体的空气/燃料，比与只根据等效于第二空气/燃料比控制装置的响应指定控制算法的滑动模式控制算法而计算该目标空气/燃料比的已有技术控制装置相比，将更迅速地根据该内燃机的各种操作模式而更迅速地收敛到该目标值。
为了实现上述目的，根据本发明的第十一方面提供一个控制方法，包括以下步骤输出检测信号，指示在内燃机排气管道中催化器下游位置排出气体的空气/燃料比；计算下游空气/燃料比探测器的输出从预定目标值的输出偏移；用于根据基于从Δ调制算法、Δ∑调制算法和∑Δ调制算法中选择的一种调制算法计算的输出偏移而控制提供到该内燃机的空气/燃料混合物的空气/燃料比，使得下游空气/燃料比探测器的输出收敛到该目标值；根据基于响应指定控制算法而计算的输出偏移控制提供到该内燃机的空气/燃料混合物的空气/燃料比，使得下游空气/燃料比探测器的输出收敛到该目标值；检测指示该内燃机的操作条件的操作条件参数；以及根据检测的操作条件参数而选择根据一种调制算法控制的空气/燃料比和根据该响应指定控制算法控制的空气/燃料比之一，以便控制空气/燃料混合物的空气/燃料比。
这种控制方法提供了与上述的根据本发明第十方面的控制设备相同的有益效果。
为了实现上述目的，根据本发明的第十二方面提供一种发动机控制单元，包括控制程序，它使得计算机输出检测信号，指示在内燃机排气管道中催化器下游位置排出气体的空气/燃料比；计算下游空气/燃料比探测器的输出从预定目标值的输出偏移；根据基于从Δ调制算法、Δ∑调制算法和∑Δ调制算法中选择的一种调制算法计算的输出偏移而控制提供到内燃机的空气/燃料混合物的空气/燃料比，使得下游空气/燃料比探测器的输出收敛到该目标值；根据基于响应指定控制算法而计算的输出偏移控制提供到内燃机的空气/燃料混合物的空气/燃料比，使得下游空气/燃料比探测器的输出收敛到该目标值；检测指示内燃机的操作条件的操作条件参数；以及根据检测的操作条件参数而选择基于一种调制算法控制的空气/燃料比和基于该响应指定控制算法控制的空气/燃料比之一来控制空气/燃料混合物的空气/燃料比。
这种发动机控制单元提供了与上述根据本发明第十方面的控制设备相同的有益效果。
在上述控制设备中，该选择装置最好根据在催化器中装入的催化剂的总量是否具有等于或大于预定的装入总量、以及在催化器中的用于携带催化剂的载体在排气管道中一个方向上的长度是否具有等于或长于预定的长度至少之一而选择第一空气/燃料比控制装置和第二空气/燃料比控制装置之一。
通常，在这类控制设备中，随着装入内燃机的催化器中的催化剂总量的加大、或随着用于携带催化剂的载体的加长，下游空气/燃料比探测器的输出相对于提供到催化器的排气来说呈现较大的响应延迟、滞后时间等。另一方面，根据本控制设备的此最佳实施例，由于选择装置是根据在催化器中装入的催化剂的总量是否具有等于或大于预定的装入总量、和/或在该催化器中的用于携带催化剂的载体在排气管道中一个方向上的长度是否具有等于或长于预定的长度至少之一而选择第一和第二空气/燃料比控制装置之一，所以有可能根据下游空气/燃料比探测器的输出是否展现大的响应延迟和滞后时间而正确地选择空气/燃料比控制。结果是，本发明的控制设备能够保证把下游空气/燃料比探测器的输出迅速地收敛到该目标值，以便提供满意的后催化剂排气特性。
在上述控制方法中，该选择步骤最好包括以下步骤根据在催化器中装入的催化剂的总量是否具有等于或大于预定的装入总量、以及在催化器中的用于携带催化剂的载体在排气管道中一个方向上的长度是否具有等于或长于预定的长度至少之一而选择根据一种调制算法控制的空气/燃料比和根据响应指定控制算法控制空气/燃料比之一。
该控制方法的此最佳实施例提供了与该控制设备的相应最佳实施例相同的有益效果。
在上述发动机控制单元中，该控制程序最好使得计算机根据在催化器中装入的催化剂的总量是否具有等于或大于预定的装入总量、以及在催化器中的用于携带催化剂的载体在排气管道中一个方向上的长度是否具有等于或长于预定的长度至少之一而选择根据一种调制算法控制的空气/燃料比和根据响应指定控制算法控制空气/燃料比之一。
该发动机控制单元的此最佳实施例提供了与该控制设备的相应最佳实施例相同的有益效果。
在上述控制设备中，该选择装置最好包括操作模式识别装置，用于根据该操作条件参数识别内燃机的操作模式，其中该选择装置在识别的操作模式是预定的第一操作模式时选择第一空气/燃料比控制装置，而在识别的操作模式是预定的第二操作模式时选择第二空气/燃料比控制装置。
如上所述，在这类控制设备中，该下游空气/燃料比探测器的输出，即由该催化器净化排出气体的空气/燃料比以不同的趋向而收敛到该目标值，并且当空气/燃料比由第一和第二空气/燃料比控制装置之一所控制时，以及当由另外一个空气/燃料比控制装置控制时，根据内燃机的具体操作模式，催化器上游的空气/燃料比也具有不同的波动范围和不同的工作情况。因此有可能通过预先把第一和第二操作模式设置为分别适合于第一和第二空气/燃料比控制装置的空气/燃料比控制，而确保满意的后催化剂排气特性。
在上述控制方法中，该选择步骤最好包括以下步骤根据操作条件参数识别该内燃机的操作模式；并且当识别的操作模式是预定的第一操作模式时，则选择根据一种调制算法控制的空气/燃料比，并且当识别的操作模式是预定的第二操作模式时，则选择根据响应指定控制算法控制的空气/燃料比。
该控制方法的此最佳实施例提供了与该控制设备的相应最佳实施例相同的有益效果。
在上述发动机控制单元中，该控制程序使得计算机根据操作条件参数而识别内燃机的操作模式；当识别的操作模式是预定的第一操作模式时，则选择根据一种调制算法控制的空气/燃料比；而当识别的操作模式是预定的第二操作模式时，则选择根据响应指定控制算法控制的空气/燃料比。
该发动机控制单元的此最佳实施例提供了与该控制设备的相应最佳实施例相同的有益效果。
在上述控制设备中，催化器最好包括沿着内燃机排气管道放置并且空间彼此远离的多个催化器，并且该选择装置包括操作模式识别装置，用于根据操作条件参数识别内燃机的操作模式，其中当识别的操作模式是预定的第一操作模式时，则选择装置选择第一空气/燃料比控制装置，而当该识别的操作模式是预定的第二操作模式时，则选择第二空气/燃料比控制装置。
通常，在这类控制设备中，当多个催化器被放置在下游空气/燃料比探测器的上游时，相对于提供到催化器的排出气体而言，该下游空气/燃料比探测器的输出展现出比放置单个催化器时更大的响应延迟、滞后时间等。为此原因，由于意图是更快速地把下游空气/燃料比探测器的输出收敛到该目标值，则内燃机提供有扩展操作模式，其中空气/燃料比是由第一空气/燃料比控制装置所控制，而不是由第二空气/燃料比控制装置所控制。因此，根据控制设备的本最佳实施例，通过设置用于第一操作模式的扩展区域，可以特别有效地产生通过第一空气/燃料比控制装置控制空气/燃料比所提供的优点，以便确保满意的后催化剂排气特性。
在上述控制方法中，该催化器最好包括沿着内燃机的排气管道放置并且空间彼此远离的多个催化器，并且选择步骤最好包括以下步骤根据操作条件参数识别内燃机的操作模式；并且当识别的操作模式是预定的第一操作模式时，则选择根据一种调制算法控制的空气/燃料比，并且当识别的操作模式是预定第二操作模式时，则选择根据响应指定控制算法控制的空气/燃料比。
该控制方法的此最佳实施例提供了与控制设备的相应最佳实施例相同的有益效果。
在上述发动机控制单元中，该催化器最好包括沿着内燃机的排气管道放置并且彼此远离的多个催化器，其中控制程序使得计算机根据操作条件参数而识别内燃机的操作模式；当识别的操作模式是预定的第一操作模式时，则选择根据一种调制算法控制的空气/燃料比；并且当识别的操作模式是预定的第二操作模式时，则选择根据响应指定控制算法控制的空气/燃料比； 该发动机控制单元的此最佳实施例提供了与该控制设备的相应最佳实施例相同的有益效果。
在上述控制设备中，该内燃机最好包括在下游空气/燃料比探测器下游位置的排气管道中的下游催化器，并且选择装置包括操作模式识别装置，用于根据操作条件参数识别内燃机的操作模式，其中选择装置在识别的操作模式是预定的第一操作模式时，选择第一空气/燃料比控制装置，而在识别的操作模式是预定的第二操作模式时，选择第二空气/燃料比控制装置。
根据该控制设备的此最佳实施例，由于在下游空气/燃料比探测器的下游位置提供有下游催化器，所以与下游空气/燃料比探测器的上游放置单个催化器的情况相比较，能够容易地增加作为整体的催化器的净化能力。此外，能够提供如此效果而不改变下游空气/燃料比探测器的输出相对于提供到催化器的排气的响应延迟、滞后时间等。结果是，本发明的控制设备能够确保更满意的后催化剂排气特性。
在上述控制方法中，该内燃机最好包括在下游空气/燃料比探测器的下游位置的排气管道中的下游催化器，并且该选择步骤最好包括以下步骤根据操作条件参数识别内燃机的操作模式，并且当识别的操作模式是预定的第一操作模式时，则选择根据一种调制算法控制的空气/燃料比，并且当识别的操作模式是预定第二操作模式时，则选择根据响应指定控制算法控制的空气/燃料比。
该控制方法的此最佳实施例提供了与该控制设备的相应最佳实施例相同的有益效果。
在上述发动机控制单元中，该内燃机最好包括在排气管道中下游空气/燃料比探测器的下游位置的下游催化器，其中该控制程序使得计算机根据操作条件参数而识别内燃机的操作模式；当识别的操作模式是预定的第一操作模式时，则选择根据一种调制算法控制的空气/燃料比；并且当识别的操作模式是预定的第二操作模式时，则选择根据响应指定控制算法控制的空气/燃料比。
该发动机控制单元的此最佳实施例提供了与该控制设备的相应最佳实施例相同的有益效果。
在上述控制设备中，装入在下游催化器中的催化剂总量最好被设置为小于装入在催化器中的催化剂的总量，并且设置该目标值，以便提供该催化器的最高净化百分比。
已经由实验确认(见图3)，在控制设备中设置下游空气/燃料比探测器的输出的目标值，以便提供该催化器的最大值净化百分比，如果下游催化器中装入的催化剂的总量等于或大于装入在该催化器中的催化剂的总量，则排气中的一氧化碳不被净化，而是相反地在下游催化器中产生一氧化碳。因此，根据该控制设备的本最佳实施例，由于装入在下游催化器中的催化剂的总量被设置为小于装入在催化器中的催化剂的总量，故而有可能避免上述现象并且因此保证满意的后催化剂排气特性。
在上述控制方法中，装入在下游催化器中的催化剂总量最好被设置为小于装入在该催化器中的催化剂的总量，并且设置该目标值，以便提供该催化器的最高的净化百分比。
该控制方法的此最佳实施例提供了与该控制设备的相应最佳实施例相同的有益效果。
在上述发动机控制单元中，装入在下游催化器中的催化剂总量最好被设置为小于装入在催化器中的催化剂的总量，并且设置目标值，以便提供催化器的最高的净化百分比。
该发动机控制单元的此最佳实施例提供了与由该控制设备的相应最佳实施例相同的有益效果。
在该上述控制设备中，第一操作模式最好包括该内燃机的瞬态操作模式。
如上所述，在这类控制设备中，下游空气/燃料比探测器的输出能够被精确和迅速地收敛到该目标值而在该内燃机的瞬态操作模式中没有变化，其中该内燃机易于干扰，并且因此当根据一种调制算法控制空气/燃料比时，与根据该响应指定控制算法控制该空气/燃料比时相比，有保证空气/燃料比控制的稳定性的困难。因此，根据控制设备的此最佳实施例，由于当该内燃机处于瞬态操作模式时选择由第一空气/燃料比控制装置控制的空气/燃料比，所以下游空气/燃料比探测器的输出能够比当选择由第二空气/燃料比控制装置控制的空气/燃料比时更精确和迅速地收敛到该目标值而没有变化。结果是，本发明的控制设备能够确保更满意的后催化剂排气特性。
在该上述控制方法中，第一操作模式最好包括内燃机的瞬态操作模式。
该控制方法的此最佳实施例提供了与该控制设备的相应最佳实施例相同的有益效果。
在该上述发动机控制单元中，第一操作模式最好包括内燃机的瞬态操作模式。
该发动机控制单元的此最佳实施例提供了与该控制设备的相应最佳实施例相同的有益效果。
在该上述控制设备中，第一操作模式最好包括内燃机的空载操作模式。
如上所述，在这类控制设备，空载操作模式中的排气量被降低，引起下游空气/燃料比探测器的响应延迟和滞后时间的增加，以及能够确保内燃机中稳定燃烧状态的更窄范围的空气/燃料比，使得当根据一种调制算法控制空气/燃料比时，与根据该响应指定控制算法控制该空气/燃料比时相比，下游空气/燃料比探测器的输出能够精确和迅速地收敛到该目标值而没有变化。因此，根据该控制设备的此最佳实施例，由于当该内燃机处于空载操作模式时，选择由第一空气/燃料比控制装置控制的空气/燃料比，所以下游空气/燃料比探测器的输出能够比当选择由第二空气/燃料比控制装置控制的空气/燃料比时更精确和迅速地收敛到目标值，从而确保更满意的后催化剂排气特性。
在该上述控制方法中，第一操作模式最好包括空载操作模式。
该控制方法的此最佳实施例提供了与该控制设备的相应最佳实施例相同的有益效果。
在该上述发动机控制单元中，第一操作模式最好包括空载操作模式。
该发动机控制单元的此最佳实施例提供了与该控制设备的相应最佳实施例相同的有益效果。
在该上述控制中，第二操作模式最好包括稳态操作模式，其中该内燃机实际以稳态加负载。
如上所述，在这类控制设备中，在根据响应指定控制算法控制空气/燃料比时，与根据一种调制算法控制该空气/燃料比时相比，发生干扰较少，因此能够保证稳态操作模式中的空气/燃料比控制的稳定性，使得下游空气/燃料比探测器的输出能够精确和迅速地收敛到目标值而没有变化(稳态偏差)。此外，能够减小流入催化器的排气中的波动范围。因此，根据控制设备的此最佳实施例，由于当内燃机处于稳态操作模式时，选择由第二空气/燃料比控制装置控制的空气/燃料比，所以下游空气/燃料比探测器的输出能够比当选择由第一空气/燃料比控制装置控制的空气/燃料比时更精确和迅速地收敛到该目标值，从而确保更满意的后催化剂排气特性。
在该上述控制方法中，第二操作模式最好包括稳态操作模式，其中内燃机实际以稳态加负载。
该控制方法的此最佳实施例提供了与该控制设备的相应最佳实施例相同的有益效果。
在该上述发动机控制单元中，第二操作模式最好包括稳态操作模式，其中内燃机实际以稳态加负载。
该发动机控制单元的此最佳实施例提供了与该控制设备的相应最佳实施例相同的有益效果。
在上述控制设备中，第一空气/燃料比控制装置最好包括第一空气/燃料比计算装置，用于根据基于一种调制算法的输出偏移计算第一中间值，并且计算空气/燃料混合物的目标空气/燃料比，以便根据计算的第一中间值和预定增益的乘积把该下游空气/燃料比探测器的输出收敛到该目标值，其中该第一空气/燃料比控制装置根据计算的目标空气/燃料比而控制空气/燃料混合物的空气/燃料比。
根据该控制设备的此最佳实施例，当选择由第一空气/燃料比控制装置控制的空气/燃料比时，根据由预定增益相乘的基于一种调制算法计算的第一中间值计算目标空气/燃料比，以便通过把预定的增益设置到正确值而能够确保用于空气/燃料比控制的满意可控性。
在上述控制方法中，根据一种调制算法控制空气/燃料比的步骤最好包括以下步骤根据基于一种调制算法的输出偏移计算第一中间值；根据计算的第一中间值和预定增益的乘积计算空气/燃料混合物的目标空气/燃料比，以便把下游空气/燃料比探测器的输出收敛到该目标值；并且根据计算的目标空气/燃料比而控制空气/燃料混合物的空气/燃料比。
该控制方法的此最佳实施例提供了与该控制设备的相应最佳实施例相同的有益效果。
在上述发动机控制单元中，该控制程序最好使得计算机根据基于预测算法的输出偏移计算第一中间值；根据计算的第一中间值和预定增益的乘积计算空气/燃料混合物的目标空气/燃料比，以便把下游空气/燃料比探测器的输出收敛到该目标值；并且根据计算的目标空气/燃料比而控制空气/燃料混合物的空气/燃料比。
该发动机控制单元的此最佳实施例提供了与该控制设备的相应最佳实施例相同的有益效果。
上述控制设备最好进一步包括增益设置装置，用于根据操作条件参数设置增益。
根据该控制设备的此最佳实施例，当选择由第一空气/燃料比控制装置控制的空气/燃料比时，根据与增益相乘的第一中间值计算空气/燃料混合物的目标空气/燃料比，并且根据指示内燃机的操作条件的操作条件参数设置增益。利用这种设置，即使当内燃机的操作条件中的变化导致下游空气/燃料比探测器的输出，即排气的空气/燃料比中的变化(增益特性)时，也能够通过使用根据变化而设置的增益来正确地计算用于空气/燃料混合物的目标空气/燃料比，从而提供空气/燃料比控制的良好收敛性和高可靠性。
上述控制方法最好进一步包括以下步骤根据操作条件参数设置增益。
该控制方法的此最佳实施例提供了与该控制设备的相应最佳实施例相同的有益效果。
在上述发动机控制单元中，该控制程序最好使得计算机根据操作条件参数而使得计算机设置增益。
该发动机控制单元的此最佳实施例提供了与该控制设备的相应最佳实施例相同的有益效果。
在上述控制设备中，第一空气/燃料比控制装置最好包括第一空气/燃料比计算装置，用于根据基于一种调制算法的输出偏移计算第二中间值，并且计算空气/燃料混合物的目标空气/燃料比，以便通过把预定值加到计算的第二中间值而把下游空气/燃料比探测器的输出收敛到该目标值，其中第一空气/燃料比控制装置根据计算的目标空气/燃料比而控制空气/燃料混合物的空气/燃料比。
根据该控制设备的此最佳实施例，当选择由第一空气/燃料比控制装置控制的空气/燃料比时，空气/燃料比计算装置通过把预定值加到根据一种调制算法计算的第二中间值而计算作为控制输入的目标空气/燃料比，使得目标空气/燃料比计算装置能够计算不仅作为关于零正负反相的值，而且作为关于预定值重复预定增加和降低的值空气/燃料比，从而使得有可能改进空气/燃料比的控制的自由度。
在上述控制方法中，根据一种调制算法控制空气/燃料比控制的步骤最好包括以下步骤根据基于一种调制算法的输出偏移计算第二中间值；通过把预定值加到计算的第二中间值而计算空气/燃料混合物的目标空气/燃料比，以便把下游空气/燃料比探测器的输出收敛到该目标值；并且根据计算的目标空气/燃料比而控制空气/燃料混合物的空气/燃料比。
该控制方法的此最佳实施例提供了与该控制设备的相应最佳实施例相同的有益效果。
在上述发动机控制单元中，该控制程序最好使得计算机根据基于预测算法的输出偏移而计算第二中间值；通过把预定值加到计算的第二中间值而计算空气/燃料混合物的目标空气/燃料比，以便把下游空气/燃料比探测器的输出收敛到该目标值；并且根据计算的目标空气/燃料比而控制空气/燃料混合物的空气/燃料比。
该发动机控制单元的此最佳实施例提供了与该控制设备的相应最佳实施例相同的有益效果。
在上述控制设备中，该输出偏移计算装置最好包括预测值计算装置，用于根据基于一个预测算法的输出偏移而计算输出偏移的预测值，第一空气/燃料比控制装置根据基于一种调制算法的输出偏移的计算预测值而控制空气/燃料混合物的空气/燃料比，使得下游空气/燃料比探测器的输出收敛到该目标值，并且第二空气/燃料比控制装置根据基于响应指定控制算法的输出偏移的计算预测值而控制空气/燃料混合物的空气/燃料比，使得下游空气/燃料比探测器的输出收敛到该目标值。
根据该控制设备的此最佳实施例，当选择由第一空气/燃料比控制装置控制的空气/燃料比时，根据基于预测算法的输出偏移而计算输出偏移的预测值，该输出偏移的预测值是下游空气/燃料比探测器的输出从预定目标值的偏移，并且根据基于一种调制算法的输出偏移如此计算的预测值而计算用于空气/燃料混合物的空气/燃料比，使得下游空气/燃料比探测器的输出收敛到预定的目标值。因此，通过把这种预测值计算作为反映下游空气/燃料比探测器的输出的响应延迟、滞后时间等的值，有可能正确地校正在空气/燃料比控制中由排气相对于提供到内燃机的空气/燃料混合物的响应延迟、滞后时间等引起的的定时滑动，并且因此更迅速地把下游空气/燃料比探测器的输出收敛到目标值。结果是，本发明的控制设备能够提高空气/燃料比控制的稳定性并且进一步改进后催化剂排气特性。而且，当选择由第二空气/燃料比控制装置控制的空气/燃料比时，同样地根据基于响应指定控制算法的输出偏移的预测值而控制空气/燃料混合物的空气/燃料比，以使该控制设备提供与上述类似的有益效果。
在上述控制方法中，计算输出偏移的步骤最好包括以下步骤根据基于预测算法的输出偏移而计算输出偏移的预测值，根据一种调制算法而控制空气/燃料比的步骤包括以下步骤根据基于一种调制算法的输出偏移的计算预测值控制空气/燃料混合物的空气/燃料比，使得下游空气/燃料比探测器的输出收敛到该目标值；并且根据响应指定控制算法而控制空气/燃料比的步骤包括以下步骤根据基于响应指定控制算法的输出偏移的计算预测值而控制空气/燃料混合物的空气/燃料比，使得下游步骤探测器的输出收敛到该目标值； 该控制方法的此最佳实施例提供了与该控制设备的相应最佳实施例相同的有益效果。
在上述发动机控制单元中，该控制程序最好使得计算机根据基于预测算法的输出偏移计算输出偏移的预测值；根据基于一种调制算法的输出偏移的计算预测值控制空气/燃料混合物的空气/燃料比，使得下游空气/燃料比探测器的输出收敛到该目标值；并且根据基于响应指定控制算法的输出偏移的计算预测值控制空气/燃料混合物的空气/燃料比，使得下游空气/燃料比探测器的输出收敛到该目标值。
该发动机控制单元的此最佳实施例提供了与该控制设备的相应最佳实施例相同的有益效果。
在上述控制设备中，该第一空气/燃料比控制装置最好包括第一空气/燃料比计算装置，用于根据基于一种算法的输出偏移而计算目标空气/燃料比，该算法应用受控对象模型，其具有与指示用于把下游空气/燃料比探测器的输出收敛到目标值的空气/燃料混合物的目标空气/燃料比的值相关的变量，以及与指示下游空气/燃料比探测器的输出的值和一种调制算法相关的变量，其中该第一空气/燃料比控制装置根据计算的目标空气/燃料比控制空气/燃料混合物的空气/燃料比，并且第二空气/燃料比控制装置包括第二空气/燃料比计算装置，用于根据基于应用一种受控对象模型的算法的输出偏移计算目标空气/燃料比，该受控对象模型具有与指示空气/燃料混合物的目标空气/燃料比的值相关的变量，以便把下游空气/燃料比探测器的输出收敛到该目标值，并且具有与指示下游空气/燃料比探测器的输出的值以及响应指定控制算法相关的变量，其中第二空气/燃料比控制装置根据计算的目标空气/燃料比而控制空气/燃料混合物的空气/燃料比。
根据该控制设备的此最佳实施例，当选择由第一空气/燃料比控制装置控制的空气/燃料比时，根据基于应用一种受控对象模型的一个算法和一种调制算法的输出偏移计算目标空气/燃料比，其中受控对象模型具有与指示下游空气/燃料比探测器的输出的值相关的变量和与指示目标空气/燃料比的值相关的变量。因此，当定义受控对象模型反映受控对象的例如相位延迟、滞后时间等动态特性时，该空气/燃料比能够被计算作为反映受控对象的例如相位延迟、滞后时间等动态特性的值。如此，本发明的控制设备能够更快速地把下游空气/燃料比探测器的输出收敛到该目标值，结果是改进空气/燃料比控制的稳定性并且进一步改进后催化剂排气特性。当选择由第二空气/燃料比控制装置控制的空气/燃料比时，根据基于应用受控对象模型的算法和响应指定控制算法的输出偏移计算目标空气/燃料比，以便根据此目标空气/燃料比控制空气/燃料混合物的空气/燃料比，以使控制设备提供与上述类似的有益效果。
在上述控制方法中，根据一种调制算法控制空气/燃料比的步骤最好包括以下步骤根据基于一种应用受控对象模型的算法的输出偏移计算目标空气/燃料比，该受控对象模型具有与指示空气/燃料混合物的目标空气/燃料比的值相关的变量，以便把下游空气/燃料比探测器的输出收敛到该目标值，并且具有与指示下游空气/燃料比探测器的输出的值以及一种调制算法相关的变量；并且根据计算的目标空气/燃料比控制空气/燃料混合物的空气/燃料比，并且以响应指定控制算法为基础而控制空气/燃料比的步骤包括以下步骤根据基于应用受控对象模型的一种算法的输出偏移计算目标空气/燃料比，该受控对象模型具有与指示空气/燃料混合物的目标空气/燃料比的值相关的变量，以便把下游空气/燃料比探测器的输出收敛到该目标值，并且具有与指示下游空气/燃料比探测器的输出的值以及响应指定控制算法相关的变量；并且根据计算的目标空气/燃料比而控制空气/燃料混合物的空气/燃料比。
该控制方法的此最佳实施例提供了与该控制设备的相应最佳实施例相同的有益效果。
在上述发动机控制单元中，该控制程序最好使得计算机根据基于应用受控对象模型的一个算法的输出偏移而计算目标空气/燃料比，该受控对象模型具有与指示空气/燃料混合物的目标空气/燃料比的值相关的变量，以便把下游空气/燃料比探测器的输出收敛到该目标值，并且具有与指示下游空气/燃料比探测器的输出的值、以及一种调制算法相关的变量；并且根据计算的目标空气/燃料比而控制空气/燃料混合物的空气/燃料比；根据基于应用受控对象模型的一种算法的输出偏移计算目标空气/燃料比，受控对象模型具有与指示空气/燃料混合物的目标空气/燃料比的值相关的变量，用于把下游空气/燃料比探测器的输出收敛到该目标值，并且具有与指示下游空气/燃料比探测器的输出的值、以及响应指定控制算法相关的变量；并且根据计算的目标空气/燃料比而控制空气/燃料混合物的空气/燃料比。
该发动机控制单元的此最佳实施例提供了与该控制设备的相应最佳实施例相同的有益效果。
上述控制设备最好进一步包括标识装置，用于根据目标空气/燃料比和下游空气/燃料比探测器的输出而标识用于受控对象模型的模型参数。
根据该控制设备的此最佳实施例，当选择由第一空气/燃料比控制装置控制的空气/燃料比时，能够根据目标空气/燃料比和下游空气/燃料比探测器的输出标识用于受控对象模型的模型参数，从而以应用受控对象模型的算法为基础而计算目标空气/燃料比。而且，当选择由第二空气/燃料比控制装置控制的空气/燃料比时，根据目标空气/燃料比和下游空气/燃料比探测器的输出而标识用于受控对象模型的模型参数，以使控制设备提供类似于上述的有益效果。
上述控制方法最好进一步包括以下步骤根据目标空气/燃料比和下游空气/燃料比探测器的输出而标识用于受控对象模型的模型参数。
该控制方法的此最佳实施例提供了与该控制设备的相应最佳实施例相同的有益效果。
在上述发动机控制单元中，该控制程序最好进一步使得计算机根据目标空气/燃料比和下游空气/燃料比探测器的输出而标识用于受控对象模型的模型参数。
该发动机控制单元的此最佳实施例提供了与该控制设备的相应最佳实施例相同的有益效果。
在上述控制设备中，该受控对象模型最好包括离散时间系统模型，其中该标识装置根据目标空气/燃料比的离散数据和下游空气/燃料比探测器的输出的离散数据而标识用于离散时间系统模型的模型参数。
根据该控制设备的此最佳实施例，当选择由第一空气/燃料比控制装置控制的空气/燃料比时，根据目标空气燃料比的离散数据和下游空气/燃料比探测器的输出的离散数据而标识用于离散时间系统模型的模型参数。因此，即使催化器的净化百分比以及下游空气/燃料比探测器的输出特性在时间上变化或改变，该模型参数也能够根据这种改变和变化正确地标识该模型参数，以便把受控对象模型的动态特性调整到实际的动态特性。而且，由于根据其模型参数被如上所述计算的受控对象模型以及一种调制算法而计算目标空气/燃料比，以便把下游空气/燃料比探测器的输出收敛到该目标值，所以下游空气/燃料比探测器的输出能够被迅速地收敛到该目标值。从上述内容可见，本发明的控制设备能够快速和正确地校正由排出气体相对于提供到该内燃机的空气/燃料混合物的响应延迟、滞后时间等等引起的空气/燃料比控制的控制定时的滑动，并且进一步改进空气/燃料比控制的稳定性以及后催化剂排气特性。此外，与使用连续时间系统模型相比较，使用该离散时间系统模型能够改进模型参数的标识并且降低以通常的识别算法，例如以最小二乘方法等识别算法进行标识所需要的时间。而且，当选择由第二空气/燃料比控制装置控制的空气/燃料比时，同样根据目标空气/燃料比的离散数据和下游空气/燃料比探测器的离散数据而标识用于离散时间系统模型的模型参数，以使该控制设备提供类似于上述的有益效果。
在上述控制方法中，该受控对象模型最好包括离散时间系统模型，其中，进行标识的步骤包括以下步骤根据目标空气/燃料比的离散数据和下游空气/燃料比探测器的输出的离散数据而标识用于离散时间系统模型的模型参数。
该控制方法的此最佳实施例提供了与该控制设备的相应最佳实施例相同的有益效果。
在上述发动机控制单元中，该受控对象模型最好包括离散时间系统模型，其中该控制程序使得计算机根据目标空气/燃料比的离散数据和下游空气/燃料比探测器的输出的离散数据而标识用于离散时间系统模型的模型参数。
该发动机控制单元的此最佳实施例提供了与该控制设备的相应最佳实施例相同的有益效果。
上述控制设备最好进一步包括模型参数设置装置，用于根据操作条件参数而设置用于受控对象模型的模型参数。
根据该控制设备的此最佳实施例，当选择由第一空气/燃料比控制装置控制的空气/燃料比时，即使当内燃机的操作条件突变时也能够迅速地计算模型参数，同时精确地反映提供到催化器的排气的状态。而且，由于根据其模型参数被如上计算的受控对象模型以及一种调制算法来计算空气/燃料的目标空气/燃料比，用于把下游空气/燃料比探测器的输出收敛到该目标值，所以下游空气/燃料比探测器的输出能够被迅速地收敛到该目标值。
从上述内容可见，本发明的控制设备能够快速和正确地校正由排气相对于提供到该内燃机的空气/燃料混合物的响应延迟、滞后时间等等引起的空气/燃料比控制的控制定时的滑动，并且进一步改进空气/燃料比控制的稳定性以及后催化剂排气特性。而且，当选择由第二空气/燃料比控制装置控制的空气/燃料比时，同样根据操作条件参数而标识用于受控对象模型的模型参数，以使该控制设备提供类似于上述的有益效果。
上述控制方法最好进一步包括以下步骤根据操作条件参数而设置用于受控对象模型的模型参数。
该控制方法的此最佳实施例提供了与该控制设备的相应最佳实施例相同的有益效果。
在上述发动机控制单元中，该控制程序最好使得计算机根据操作条件参数而设置用于受控对象模型的模型参数。
该发动机控制单元的此最佳实施例提供了与该控制设备的相应最佳实施例相同的有益效果。
上述控制设备最好进一步包括上游空气/燃料比探测器，用于输出指示在内燃机排气管道中催化器的上游位置排出气体的空气/燃料比的检测信号。该第一空气/燃料比控制装置包括第一空气/燃料比计算装置，用于根据基于应用受控对象模型的算法和一种调制算法的输出偏移来计算目标空气/燃料比，其中受控对象模型具有与指示把下游空气/燃料比探测器的输出收敛到目标值的空气/燃料混合物的目标空气/燃料比之一的值、指示上游空气/燃料比探测器的输出的值相关的变量，并且受控对象模型具有与指示下游空气/燃料比探测器的输出的值相关的变量。该第一空气/燃料比控制装置根据计算的目标空气/燃料比控制空气/燃料混合物的空气/燃料比。该第二空气/燃料比控制装置包括第二空气/燃料比计算装置，用于根据基于应用受控对象模型的一种算法和响应指定控制算法的输出偏移而计算目标空气/燃料比，其中受控对象模型具有与指示用于把该下游空气/燃料比探测器的输出收敛到该目标值的该空气/燃料混合物的目标空气/燃料比之一的值、指示上游空气/燃料比探测器的输出的值相关的变量，并且受控对象模型具有与指示下游空气/燃料比探测器的输出的值相关的变量。该第二空气/燃料比控制装置根据计算的目标空气/燃料比控制空气/燃料混合物的空气/燃料比。
根据该控制设备的此最佳实施例，当选择由第一空气/燃料比控制装置控制的空气/燃料比时，该空气/燃料比能够被计算为一个反映例如相位延迟、滞后时间等受控对象动态特性的值。如此，本发明的控制设备能够更快速地把下游空气/燃料比探测器的输出收敛到该目标值，结果是改进空气/燃料比控制的稳定性并且进一步改进后催化剂排气特性。而且，当选择由第二空气/燃料比控制装置控制的空气/燃料比时，根据基于应用受控对象模型的算法的输出偏移计算目标空气/燃料比，该受控对象模型具有与指示下游空气/燃料比探测器的输出的值相关的变量以及与指示目标空气/燃料比的值和指示上游空气/燃料比探测器的输出的值相关的变量，使得控制设备提供类似于上述的有益效果。
上述控制方法最好还包括以下步骤输出检测信号，指示在内燃机排气管道中催化器的上游位置排出气体的空气/燃料比，其中根据一种调制算法控制空气/燃料比的步骤最好包括以下步骤根据基于一种应用受控对象模型的算法的输出偏移计算目标空气/燃料比，该受控对象模型具有与指示空气/燃料混合物的目标空气/燃料比的值相关的变量，以便把下游空气/燃料比探测器的输出收敛到该目标值，并且具有与指示下游空气/燃料比探测器的输出的值以及一种调制算法相关的变量；并且根据计算的目标空气/燃料比控制空气/燃料混合物的空气/燃料比，并且根据响应指定控制算法而控制空气/燃料比的步骤包括以下步骤根据基于应用受控对象模型的一种算法的输出偏移计算目标空气/燃料比，该受控对象模型具有与指示空气/燃料混合物的目标空气/燃料比的值相关的变量，以便把下游空气/燃料比探测器的输出收敛到该目标值，并且具有与指示下游空气/燃料比探测器的输出的值以及响应指定控制算法相关的变量；并且根据计算的目标空气/燃料比而控制空气/燃料混合物的空气/燃料比。
该控制方法的此最佳实施例提供了与由该控制设备的相应最佳实施例相同的有益效果。
在该上述发动机控制单元中，该控制程序最好进一步使得计算机输出检测信号，指示在内燃机排气管道中催化器上游位置排出气体的空气/燃料比；以应用受控对象模型的一种算法为基础而根据输出偏移计算目标空气/燃料比，该受控对象模型具有与指示空气/燃料混合物的目标空气/燃料比的值相关的变量，用于把下游空气/燃料比探测器的输出收敛到目标值，并且具有与指示下游空气/燃料比探测器的输出的值、以及一种调制算法相关的变量；并且根据计算的目标空气/燃料比而控制空气/燃料混合物的空气/燃料比；并且根据基于应用受控对象模型的一种算法的输出偏移计算目标空气/燃料比，该受控对象模型具有与指示空气/燃料混合物的目标空气/燃料比的值相关的变量，以便把下游空气/燃料比探测器的输出收敛到该目标值，并且具有与指示下游空气/燃料比探测器的输出的值以及响应指定控制算法相关的变量；并且根据计算的目标空气/燃料比而控制空气/燃料混合物的空气/燃料比。
该发动机控制单元的此最佳实施例提供了与该控制设备的相应最佳实施例相同的有益效果。
上述控制设备最好进一步包括标识装置，用于根据目标空气/燃料比和上游空气/燃料比探测器的输出之一以及下游空气/燃料比探测器的输出而标识用于受控对象模型的模型参数。
根据该控制设备的此最佳实施例，当选择由第一空气/燃料比控制装置控制的空气/燃料比时，能够基于应用受控对象模型的算法计算目标空气/燃料比。而且，当选择由第二空气/燃料比控制装置控制的空气/燃料比时，同样基于下游空气/燃料比探测器的输出和上游空气/燃料比探测器的输出而标识该空气/燃料比，以使该控制设备提供类似于上述的有益效果。
上述控制方法最好进一步包括以下步骤根据目标空气/燃料比和上游空气/燃料比探测器的输出之一以及下游空气/燃料比探测器的输出而标识用于受控对象模型的模型参数。
该控制方法的此最佳实施例提供了与该控制设备的相应最佳实施例相同的有益效果。
在上述发动机控制单元中，该控制程序最好进一步使得计算机根据目标空气/燃料比和上游空气/燃料比探测器的输出之一以及下游空气/燃料比探测器的输出而标识用于受控对象模型的模型参数。
该发动机控制单元的此最佳实施例提供了与该控制设备的相应最佳实施例相同的有益效果。
在上述控制设备中，该受控对象模型最好包括离散时间系统模型，其中，识别装置根据目标空气/燃料比的离散数据和上游空气/燃料比探测器的输出的离散数据之一以及下游空气/燃料比探测器的输出的离散数据，标识用于离散时间系统模型的模型参数。
根据该控制设备的此最佳实施例，当选择由第一空气/燃料比控制装置控制的空气/燃料比时，能够根据催化器的净化百分比以及下游空气/燃料比探测器的输出特性在时间上的改变或变化正确地标识模型参数，以便把受控对象模型的动态特性调整到实际动态特性。而且，当选择由第二空气/燃料比控制装置控制的空气/燃料比时，根据下游空气/燃料比探测器的输出的离散数据和上游空气/燃料比探测器的输出的离散数据而标识用于离散时间系统模型的模型参数，以使控制设备提供类似于上述的有益效果。
在上述控制方法中，该控对象模型最好包括离散时间系统模型，其中进行标识的步骤包括以下步骤根据上游空气/燃料比探测器的输出的离散数据和下游空气/燃料比探测器的输出的离散数据而标识用于离散时间系统模型的模型参数。
该控制方法的此最佳实施例提供了与该控制设备的相应最佳实施例相同的有益效果。在上述发动机控制单元中，该受控对象模型最好包括离散时间系统模型，其中该控制程序使得计算机根据目标空气/燃料比的离散数据和上游空气/燃料比探测器的输出的离散数据之一以及下游空气/燃料比探测器的输出的离散数据，标识用于离散时间系统模型的模型参数。
该发动机控制单元的此最佳实施例提供了与该控制设备的相应最佳实施例相同的有益效果。
上述控制最好进一步包括模型参数设置装置，用于根据操作条件参数而设置用于受控对象模型的模型参数。
根据该控制设备的此最佳实施例，当选择由第一空气/燃料比控制装置控制的空气/燃料比时，由于根据检测的操作条件参数设置用于受控对象模型的控制参数，所以，即使当内燃机的操作条件突变时也能够迅速地计算模型参数，同时精确地反映提供到催化器的排气的状态。而且，由于根据其模型参数被如上计算的受控对象模型以及一种调制算法来计算空气/燃料的目标空气/燃料比，用于把下游空气/燃料比探测器的输出收敛到该目标值，所以下游空气/燃料比探测器的输出能够被迅速地收敛到该目标值。从上述内容可见，本发明的控制设备能够快速和正确地校正由排出气体相对于提供到内燃机的空气/燃料混合物的响应延迟、滞后时间等等引起的空气/燃料比控制的控制定时的滑动，并且进一步改进空气/燃料比控制的稳定性以及后催化剂排气特性。而且，当选择由第二空气/燃料比控制装置控制的空气/燃料比时，同样根据检测的操作条件参数而标识用于受控对象模型的模型参数，以使该控制设备提供类似于上述的有益效果。
上述控制方法最好进一步包括模型参数设置步骤，用于根据操作条件参数而设置用于受控对象模型的模型参数。
该控制方法的此最佳实施例提供了与该控制设备的相应最佳实施例相同的有益效果。
在上述发动机控制单元中，该控制程序最好使得计算机根据操作条件参数而设置用于受控对象模型的模型参数。
该发动机控制单元的此最佳实施例提供了与该控制设备的相应最佳实施例相同的有益效果。
在上述控制设备中，该响应指定控制算法最好是滑动模式控制算法。
根据该控制设备的此最佳实施例，该滑动模式控制算法被用作响应指定控制算法，从而使得有可能实现用具有优越可靠性和响应指定特性的内燃机的空气/燃料比控制设备。
在上述控制方法中，该响应指定控制算法最好是滑动模式控制算法。
该控制方法的此最佳实施例提供了与该控制设备的相应最佳实施例相同的有益效果。
在上述发动机控制单元中，响应指定控制算法最好是滑动模式控制算法。
该发动机控制单元的此最佳实施例提供了与该控制设备的相应最佳实施例相同的有益效果。



图1是说明根据本发明第一实施例的控制设备以及应用控制设备的内燃机的框图； 图2是曲线图，分别示出相对于LAF探测器的输出KACT作出的第一催化器和O2探测器15的输出Vout的HC和NOx净化百分比的劣变和正常第一催化器的示例性测量结果； 图3示出在空气/燃料比控制过程中保持在第一和第二催化剂附近的排出气体中的CO、HC和O2的量的测量结果； 图4是说明Δ∑调制算法的结构以及应用Δ∑调制算法的示例性控制系统的框图； 图5示出图控制系统的示例性控制仿真的结果； 图6是用于解释Δ∑调制控制器的控制特性的示意图； 图7是说明Δ∑调制控制器以及应用该Δ∑调制控制器的示例性控制系统的框图； 图8示出用于该图7的控制系统的示例性控制仿真的结果； 图9是自适应滑动模式控制器的框图； 图10和图11是用于执行计算燃料喷射量的处理的程序组合的流程图； 图12是说明根据自适应滑动模式控制而执行用于计算目标空气/燃料比KCMD的处理的程序流程图； 图13是说明根据该Δ∑调制控制而执行用于计算目标空气/燃料比KCMD的处理的程序流程图； 图14是表示在图13中的步骤39计算增益FDSM中使用的示例性表格的示意图； 图15是说明∑Δ调制算法以及应用∑Δ调制算法的示例性控制系统的结构框图； 图16是说明Δ调制算法以及应用该Δ调制算法的示例性控制系统的框图； 图17是说明在根据第二实施例的控制设备中的ADSM控制器和PRISM控制器的结构框图； 图18示出表示状态预测器的预测算法的一组示例性方程式； 图19示出表示车载识别器的识别算法的一组示例性方程式； 图20示出表示该车载识别器的该识别算法的另一组示例性方程式； 图21是用于说明由第二实施例中的ADSM控制器实施的自适应预测型Δ∑调制控制原理的定时图； 图22是说明在该ADSM控制器中的DSM控制器结构的框图； 图23示出表示滑动模式控制算法的方程式； 图24示出表示用于该PRISM控制器的滑动模式控制算法的方程式； 图25是说明用于执行内燃机的燃料喷射控制处理的程序流程图； 图26和图27是用于执行自适应空气/燃料比控制流程的程序组合的流程图； 图28是说明用于在图26中的步骤121执行启动确定处理的程序流程图； 图29是说明用于在图26中的步骤123执行PRISM/ADSM处理的程序流程图； 图30是说明用于执行确定是否将在图26中的步骤124执行标识符处理操作的程序流程图； 图31是说明用于在图26中的步骤125执行用于计算各种参数处理的程序流程图； 图32示出在计算滞后时间CAT_DELAY、KACT_D中使用的示例性表格； 图33示出在计算加权参数λ1中使用的示例性表格； 图34示出在计算用于限制模型参数a1、a2、b1范围的极限值X_IDA2L、X_IDB1L、X_IDB1H中使用的示例性表格； 图35示出在计算滤波器阶数n中使用的示例性表格； 图36是说明用于在图26中的步骤131执行用于计算各种识别器操作的程序流程图； 图37是说明在图36的步骤194执行θ(k)稳定处理的程序流程图； 图38是说明用于执行在图37中的步骤201用于限制标识值a1’和a2’的处理的程序流程图； 图39是表示限制范围的示意图，其中示出由图38的处理限制的标识值a1’和a2’的组合； 图40是说明用于在图37中的步骤202执行用于限制标识值b1’的处理的程序流程图； 图41是在图27的步骤133由状态预测器执行的操作的流程图； 图42是说明用于在图27中的步骤134执行用于计算控制量Us1的处理的程序流程图； 图43是所示用于在图42步骤251中执行用于计算预测切换函数的集合值的处理的程序流程图； 图44和图45是说明用于在图27中步骤136执行计算滑动模式控制量DKCMDSLD流程的程序组合流程图； 图46是说明用于在图27中的步骤137执行用于计算Δ∑调制控制量DKCMDDSM处理的程序流程图； 图47示出在计算增益KDSM中使用的示例性表格； 图48是说明用于在图27中的步骤138执行用于计算自适应目标空气/燃料比KCMDSLD处理的程序流程图； 图49是说明用于在图27中的步骤139执行用于计算自适应校正项FLAFADP处理的程序的流程图； 图50是说明根据第三实施例的控制设备结构的框图； 图51是说明根据第四实施例的控制设备结构的框图； 图52是说明根据第五实施例的控制设备结构的框图； 图53示出在根据第五实施例的控制设备参数规划器中计算模型参数使用的示例性表格； 图54是说明在根据第六实施例的控制设备ADSM控制器的结构的框图； 图55是说明在根据第七实施例的控制设备DM控制器的结构的框图； 图56是说明根据本发明第八实施例的控制设备以及应用该控制设备的内燃机的框图； 图57是说明根据第八实施例的控制设备的结构的框图；和 图58是说明根据第九实施例的控制设备的结构的框图。

具体实施例方式 随后参照附图描述根据本发明第一实施例的控制设备。以示例的方式，构成根据第一实施例的控制设备，以控制内燃机的空气/燃料比。图1概括示出控制设备1和应用该控制设备1的内燃机(以下称为“发动机”)3的结构。如示出的那样，控制设备1包括电子控制单元(ECU)2，根据操作条件如稍后描述的那样控制提供到该发动机的空气/燃料混合物的空气/燃料比。
发动机3是配备在车辆(没示出)中的一行四汽缸汽油发动机，具有四个汽缸#1-#4。油门开启探测器10，例如包括电位器等，靠近该发动机3进气管道4中的油门5放置。油门开启探测器10实现受控对象状态检测装置，以及操作条件参数检测装置。油门开启探测器10检测油门5的开启θTH(以下称为“油门开启”)，并且把指示油门开启的检测信号发送到ECU 2。在本实施例中，该油门开启θTH对应于操作条件参数和指示受控对象状态的参数。
在油门5下游的进气管道4的位置还提供专用进气管内压探测器11。实现增益参数检测装置、动态特性参数检测装置、受控对象状态检测装置和操作条件参数检测装置的专用进气管内压探测器11包括例如半导体压力探测器等，用于检测在进气管道4之内的专用进气管道内部压力PBA，以便把指示专用进气管道内部压力PBA的检测信号输出到ECU 2。在本实施例中，该专用进气管道内部压力PBA对应于增益参数、动态特性参数、指示受控对象状态的参数和操作条件参数。
经过进气多支管4a的四个分支4b，进气管道4分别连接到四个汽缸#1-#4。在每一汽缸的进气口(没示出)的上游位置，喷油嘴6附加到每一个分支4b。依据最终燃料的喷射量TOUT，每一个喷油嘴6由来自ECU 2的驱动信号控制，指示阀门的开启时间以及当发动机3操作时的喷射定时。
由例如热敏电阻构成的水温度探测器12被连接到发动机3的主体。该水温度探测器12检测发动机水温TW，即在发动机3的汽缸组之内循环的冷却水的温度，并且输出指示该发动机水温TW的检测信号到ECU 2。
曲轴角探测器13安装在该发动机3的曲轴杆(没示出)上。实现增益参数检测装置、动态特性参数检测装置、受控对象状态检测装置和操作条件检测装置的该曲轴角探测器13，随着曲轴的旋转，把均为脉冲信号的CRK信号和TDC信号输出到ECU 2。
CRK信号以每个预定的曲轴角(例如30°)产生一个脉冲。响应该CRK信号，ECU 2计算发动机3的转动速度NE(以下称为″发动机转速″)。在本实施例中，该发动机转速NE对应于增益参数、动态特性参数、指示受控对象状态的参数和操作条件参数。TDC信号又指示每一汽缸的活塞(没示出)出现在预定曲轴角度位置，该位置稍在进气冲程中的TDC(上部死点)位置的前面，并且在每个预定的曲轴角产生一个脉冲。
在排气管道7(排气通道)中的排气多支管7a的下游位置，从上游开始彼此远离地提供有第一和第二催化器8a、8b(催化剂)。催化剂8a、8b的每一个都是NOx催化剂和三元催化剂的组合。虽然没示出，NOx催化剂包括涂覆在蜂窝结构的基底材料表面上的铱催化剂(支持在碳化硅接触晶体粉末和硅石上的铱烧结产物)和涂覆在该铱催化剂上的钙钛矿双氧化物(一种LaCoO3粉末和硅石的烧结产物)。通过该NOx催化剂的氧化/还原功能，催化器8a、8b在低燃烧操作过程中净化排气中的NOx，并且通过三元催化剂的氧化/还原作用在除了低燃烧操作之外的操作过程中净化排气中的CO、HC和NOx。应该指出，该催化器8不限制为NOx催化剂和三元催化剂的组合，而可以是任意材料的组合，只要其能够净化排气中的CO、HC、和NOx即可。例如，催化剂8a、8b可能由非金属催化剂制成，例如钙钛矿催化剂等，和/或金属基催化剂，制成例如三元催化剂等。
针对稍后阐明的原因，装入第一催化器8a中的非金属催化剂和金属催化剂的总量被设置为预定装入量M1(例如8g)，而装入第二催化器8b中的非金属催化剂和金属催化剂的总量被设置为小于预定装入量M1的预定装入量M2(例如0.75-1.5g)。而且，第一催化器8a包括载体，其长度(沿着排气管道7)设置为预定长度L1(例如115mm的具有一升容量的催化剂)。
在第一和第二催化器8a、8b之间装有氧浓度探测器(在下文称为″O2″探测器)。O2探测器15(其实现下游空气/燃料比探测器)由白金电极制成，根据第一催化器8a下游排出气体中的氧浓度把输出Vout送到ECU 2。当燃烧的空气/燃料混合物比浓于理论空气/燃料比时，O2探测器15的输出Vout(受控对象的输出)变成高电平电压值(例如0.8V)，而当空气/燃料混合物是低浓度时，变成低电平(例如0.2V)电压值。而且，当空气/燃料混合物接近理论空气/燃料比时，该输出Vout转成预定的目标值Vop(例如0.6V)(见图2)。LAF探测器14(实现上游空气/燃料比探测器)安装在靠近第一催化器8a上游的排气多支管7a的会合处。LAF探测器14包括与O2探测器类似的探测器，和检测电路，例如组合的线性化电路，用于在从浓区域到淡区域延伸大范围的空气/燃料比的条件下检测排气中的氧浓度，以便把正比于检测氧气浓度的KACT输出到ECU 2。该输出KACT被表示为正比于空气/燃料比倒数的等价比例。
随后参考图2，描述在由第一催化器8a提供的净化百分比和O2探测器15的输出Vout(电压值)之间的关系。图2示出当LAF探测器14的输出KACT，即提供到发动机3的空气/燃料混合物的空气/燃料比靠近理论空气/燃料比变化时，测量由第一催化器8a提供的HC和NOx净化百分比和O2探测器的输出Vout的示例性结果，用于两个情况其中第一催化器8a由于长期使用而因此有净化能力的降低的情况，以及第一催化器8a没有下降，因此具有高净化能力的情况。图2中，由虚线指示的数据表示第一催化器8a没有下降时的测量结果，实线指示的数据表示第一催化器8a劣变时的测量结果。图2还显示空气/燃料混合物的空气/燃料比随着LAF探测器14的输出KACT的越大而更浓。
如图2所示，当第一催化器8a劣变时，其净化排气的能力与没有劣变的催化剂相比被降低，因此当LAF探测器14的输出KACT处于倾斜区域中心的值KACT1时，O2探测器15的输出Vout交于目标值Vop。另一方面，当O2探测器15的输出Vout是目标值Vop时，第一催化器8a具有最有效率地净化HC和NOx的特性，与第一催化器8a是否劣变无关。因此理解到，通过控制空气/燃料混合物的空气/燃料比以便使O2探测器15的输出Vout到达目标值Vop，该排气可以最有效地由第一催化器8a净化。为此原因，在随后描述的空气/燃料控制中，对目标空气/燃料比KCMD的控制即为了使得O2探测器15的输出Vout收敛到目标值Vop。
随后参考图3，描述由第一和第二催化器8a、8b净化的排气状态与在第一和第二催化器8a、8b中装入的非金属催化剂和金属催化剂的总量之间的关系。图3示出当控制目标空气/燃料比KCMD使得O2探测器15的输出Vout收敛到上面阐明原因的目标值Vop时，在排气管道7中第一催化器8a的上游位置、在第一催化器8a和第二催化器8b之间的位置以及第二催化器8b的下游位置保持的CO、HC和NOx的测量结果。尤其对于CO的保持量来说，实线指示的测量结果是在本实施例中使用第一和第二催化器8a、8b时获得的，而由虚线指示的测量结果是在一个比较实例中获得的，为了比较的目的，其中装入在第二催化器8b中的非金属催化剂和金属催化剂的总量被设置得与装入在第一催化器8a中的非金属催化剂和金属催化剂的总量相同。
参考图3，可见当在本实施例中使用第一和第二催化器8a、8b时，在第一催化器8a下游位置保持CO、HC、和NOx的量小于在上游位置的第一催化器8a的量，并且在第二催化器8b下游位置的第一催化器8a的量小于下游位置的第一催化器8a的量，使得这两个催化剂8a、8b充分展示其净化性能。但是，由虚线指示的比较实例中的测量结果可以看到，第一催化器8a下游位置保持CO的量小于第一催化器8a的上游位置的量，而第二催化器8b下游位置保持CO的量大于第一催化器8a的下游位置的量。因此，当其中装入非金属催化剂和金属催化剂的总量的第二催化器8b大于装入在第一催化器8b中的非金属催化剂和金属催化剂的总量时，在该第二催化器8b中再生CO。此事实已经由实验认识到。当第二催化器8b仅有由载体携带的非金属催化剂或金属催化剂时，同样是这种情况。针对上述原因，在本实施例中装入在第二催化器8b的非金属催化剂和金属催化剂的总量M2被设置为小于装入在第一催化器8a的非金属催化剂和金属催化剂的总量M1。
ECU 2进一步连接到加速器开启探测器16、气压探测器17、进气温度探测器18、车辆速度探测器19等。车辆速度探测器19实现受控对象状态检测装置以及操作条件参数检测装置。加速器开启探测器16检测量AP，由司机踩在没示出的交通工具的加速踏板上的量(在下文称为“加速器开启”)，并且把指示加速器开启AP的检测信号输出到ECU 2。而且，气压探测器17、进气温度探测器18和车辆速度探测器19分别检测大气压力PA、进气温度TA和车辆速度VP，并且把指示分别检测的值的检测信号输出至ECU 2。
ECU 2基于一种微计算机，其包括I/O接口、CPU、RAM、ROM等。ECU 2根据上面提到的探测器10-19的多样输出确定发动机3的操作条件，并且根据预先存储在ROM中的控制程序和存储在RAM中的数据，通过执行稍后描述的Δ∑调制控制处理、自适应滑动模式控制处理或映射表搜索处理而计算目标空气/燃料比KCMD(控制输入)。而且，如后面将描述的那样，ECU 2根据计算的目标空气/燃料比KCMD计算用于每一汽缸的喷油嘴6的最终燃料喷射量TOUT，并且使用基于计算的最终燃料喷射量TOUT的驱动信号驱动该喷油嘴6，以便控制空气/燃料混合物的空气/燃料比。在本实施例中，ECU 2实现偏移计算装置、控制输入计算装置、增益参数检测装置、增益设置装置、第一控制输入计算装置、第二控制输入计算装置、受控对象状态检测装置、控制输入选择装置、输出偏移计算装置、空气/燃料比计算装置、空气/燃料比控制装置、操作条件参数检测装置、第一空气/燃料比计算装置、第二空气/燃料比计算装置、目标空气/燃料比选择装置和操作模式识别装置。
随后描述由ECU 2执行的Δ∑调制控制。在Δ∑调制控制中，应用Δ∑调制算法的Δ∑调制控制器40用于根据O2探测器的输出的从目标值Vop的偏移计算控制输入φop(k)(＝目标空气/燃料比KCMD)，并且把控制输入φop(k)输入到受控对象，即O2探测器，以便控制O2探测器而使得其输出Vout收敛到目标值Vop。稍后将详细地描述用于执行Δ∑调制控制的具体程序。
首先参考图4框图，描述Δ∑调制算法的特性。如图4示出，在实现Δ∑调制算法的控制系统中，减法器41在基准信号r(k)和由延迟元件42延迟的DSM信号u(k-1)之间的产生偏移δ(k)。随后，积分器43产生积分偏移值σd(k)，作为指示该偏移δ(k)和被延迟元件44延迟的积分偏移值σd(k-1)的之和的信号 随后，量化器45(符号函数)产生DSM信号u(k)，作为积分的偏移值σd(k)的符号。结果是，因此产生的DSM信号u(k)被输入到受控对象49，该受控对象对应地提供输出信号y(k)。
上述Δ∑调制算法由下面方程式(1)-(3)表示 δ(k)＝r(k)-u(k-1) …(1) σd(k)＝σd(k-1)+δ(k) …(2) u(k)＝sgn(σd(k))…(3) 其中当σd(k)≥0时，符号函数sgn(σd(k))的值取1(sgn(σd(k)＝1)，当σd(k)＜0时，符号函数sgn(σd(k))的值取-1(sgn(σd(k)＝-1)，而当σd(k)＝0时，符号函数sgn(σd(k))的值取0(sgn(σd(k)＝0)。
随后参考图5，描述用于应用上述Δ∑调制算法的控制系统的控制仿真结果。如图5所示，当正弦曲线基准信号r(k)输入到控制系统时，DSM信号u(k)被产生作为方波信号并且馈送到受控对象49，所述的受控对象对应地输出具有幅度不同于基准信号r(k)而频率相同于基准信号r(k)的输出信号y(k)，通常与波形类似，尽管包括有噪声。如所描述的那样，Δ∑调制算法的特征在于，当该受控对象49被馈以从基准信号r(k)产生的DSM信号u(k)时，能够产生DSM信号u(k)，使得该受控对象49产生输出y(k)，其具有不同于该基准信号r(k)的幅度和相同的频率，并且有通常相似于基准信号r(k)的波形。换言之，该Δ∑调制算法特征在于，能够产生(计算)DSM信号u(k)，使得在该受控对象49的实际输出y(k)中再现该基准信号r(k)。
随后参考图6，描述在本实施例中的DSM控制器40的特性。该DSM控制器40利用上述Δ∑调制算法的特性产生控制输入φop(k)，以便把O2探测器的输出收敛到目标值Vop。描述该计算的原理，当O2探测器的输出Vout相对于目标值Vop波动时，例如由图6中的实线显示，可以产生控制输入φop(k)，以便产生由图6虚线表示的具有与该受控对象49反相位波形的输出Vout’，以便把该O2探测器的输出Vout收敛到目标值Vop。在此处假设O2探测器的输出的抽样数据Vout(k)从该目标值Vop的偏移是输出偏移VO2(k)(＝Vout(k)-Vop)，则具有反相位波形的输出偏移VO2’(k)抵消该偏移，提供满足关系VO2’(k)＝-VO2(k)的值。因此，可以产生控制输入φop(k)，以得到该输出偏移VO2’(k)。DSM控制器40产生该控制输入φop(k)以便得到该输出Vout，产生具有与该输出偏移VO2(k)反相位波形的输出偏移VO2’(k)，以便抵消输出偏移。据此控制输入φop(k)，能把输出Vout收敛到目标值Vop。
随后参考图7的框图描述DSM控制器40。在本实施例中，DSM控制器40实现了控制输入计算装置、第一控制输入计算装置、空气/燃料比计算装置和第一空气/燃料比计算装置。在图7中，与图4相同的部件以同一个参考数字表示，并且省略其描述。在DSM控制器40中，减法器48产生基准信号r(k)作为受控对象49从目标值Vop的偏移(输出y(k)(＝Vout(k)的输出偏移VO2’(k))。
放大器46产生放大的DSM信号u’(k)作为由量化器45产生的DSM信号u”(k)和增益F的乘积。随后，加法器47产生控制输入φop(k)作为放大的信号u’(k)和1之和。随后，随着因此产生的控制输入φop(k)(目标空气/燃料比KCMD)被输入到受控对象49，该受控对象49输出收敛到目标值Vop的输出Vout(k)。如稍后描述的那样，在本实施例中，作为控制输入φop(k)的目标空气/燃料比KCMD被输入到受控对象49，作为基于已经根据该发动机3的操作条件校正的最终燃料喷射量TOUT的驱动信号。受控对象49对应于从包括喷油嘴6的发动机3的进气系统到包括第一催化器8a的排气系统中第一催化器8a下游的系统。
上述DSM控制器40的算法由下面方程式(4)-(9)表示 r(k)＝VO2′(k)＝Vop-Vout(k)…(4) δ(k)＝r(k)-u″(k-1) …(5) σd(k)＝σd(k-1)+δ(k) …(6) u″(k)＝sgn(σd(k))…(7) u′(k)＝Fd·u″(k) …(8) φop(k)＝1+u′(k) …(9) 当σd(k)≥0时，符号函数sgn(σd(k))的值取1(sgn(σd(k)＝1)，当σd(k)＜0时，符号函数sgn(σd(k))的值取-1(sgn(σd(k)＝-1)，而当σd(k)＝0时，符号函数sgn(σd(k))的值取0(sgn(σd(k)＝0)。
随后参考图8，上述DSM控制器40的控制仿真结果。图8表示一个示例性仿真的结果，其中正弦曲线干扰被输入到该受控对象49，其中实线曲线表示当DSM控制器40实施Δ∑调制控制时，输出Vout的波形，而点链线曲线表示当不执行Δ∑调制控制时，输出Vout的波形。参考两个波形，可见没有Δ∑调制控制的输出Vout不收敛到目标值Vop，而是随着反映干扰波动，利用Δ∑调制控制的输出Vout收敛到该目标值Vop。以此方式，能够确认该输出Vout能够根据由该DSM控制器40实施的Δ∑调制控制到目标值Vop。
随后描述由ECU 2执行的自适应滑动模式控制(车载识别滑动模式控制)。该自适应滑动模式控制采用稍后描述的滑动模式控制器52，根据LAF探测器14的输出KACT、O2探测器的输出Vout和目标值Vop计算目标空气/燃料比KCMD。稍后将详细地描述用于执行该自适应滑动模式控制的程序。
随后，参照图9的框图描述用于执行该自适应滑动模式控制的PRISM控制器50。虽然在此处没有描述，但是该PRISM控制器50的算法配置类似于稍后描述的图17中的PRISM控制器21的算法。PRISM控制器50包括基准值设置单元51、控制量产生器52、限幅器53、减法器54、55、加法器56等。
在PRISM控制器50中，基准值设置单元51产生用于发动机3的空气/燃料比的基准值FLAFBASE。减法器54计算该LAF探测器14的输出KACT从该基准值FLAFBASE的偏移kact。减法器55又计算O2探测器的输出Vout从该目标值Vop的输出偏移VO2。
控制量产生器52产生控制量Usl，用于根据输出偏移VO2和偏移kact把输出Vout收敛到目标值Vop。控制量产生器52包括滑动模式控制器52a、车载识别器52b和状态预测器52c。虽然在此处没有描述，但是该滑动模式控制器52a、车载识别器52b和状态预测器52c的算法配置的方式类似于稍后在图17中描述的滑动模式控制器25、车载识别器23和状态预测器22的算法。
而且，限幅器55限制控制量Usl，以便产生控制量kcmd。随后，加法器56把基准值FLAFBASE加到控制量kcmd，以便产生目标空气/燃料比KCMD。
随后，参照图10和11描述由ECU 2执行的燃料喷射量的计算处理。图10和11示出控制处理的主程序，在与输入TDC信号作为中断的同步中执行。在本处理中，如稍后描述的那样，ECU 2使用根据Δ∑调制控制处理、自适应滑动模式控制处理或映射表搜索处理计算的目标空气/燃料比KCMD来计算用于每一汽缸的燃料喷射量TOUT。
首先在步骤1(图中缩写为“S1”，同样用于随后的附图)，ECU 2读出上述的探测器10-19的各种输出。随后，程序前进到步骤2，其中该ECU 2计算基础燃料喷射量Tim。在此处理中，ECU 2通过搜索没示出的映射图，根据发动机转速NE和专用进气管道内部压力PBA计算该基础燃料喷射量Tim。
随后程序前进到步骤3，其中ECU 2计算总校正系数KTOTAL。为了计算该总校正系数KTOTAL，ECU 2通过搜索各种表格和映射，根据各种操作条件参数(比如进气温度TA、大气压力PA、发动机水温TW、加速器开启AP等)计算各种校正系数，并且将这些校正系数彼此相乘。
随后，程序前进到步骤4，其中根据稍后描述的自适应滑动模式控制而确定状态是否已经满足把计算的目标空气/燃料比KCMD使用在KCMD计算处理中。换句话说，确定该发动机3是否处于空气/燃料比应该是以自适应滑动模式来控制的操作模式中。当如下条件(f1)-(f6)被充分满足时，要根据自适应滑动模式控制确定其中条件(选择条件)满足使用目标空气/燃料比KCMD。
(f1)LAF探测器14和O2探测器15都被启动； (f2)发动机3未处于淡化燃烧操作中； (f3)油门5没有充分地打开； (f4)点火时间没有被控制来，以减速； (f5)发动机3未处于燃料削减操作中；和 (f6)发动机转速NE和专用进气管道内部压力PBA都在其各自的预定自适应滑动模式控制范围之内。
如果在步骤4的确定结果是肯定的，则根据该自适应滑动模式控制，当条件满足使用该目标空气/燃料比KCMD时，程序前进到步骤5，假设发动机3处于空气/燃料比应该根据自适应滑动模式控制来控制空气/燃料比的操作模式中，该ECU 2根据自适应滑动模式控制而读出在KCMD计算处理中计算的目标空气/燃料比KCMD。
图12说明根据自适应滑动模式控制的KCMD计算处理。在步骤20，ECU2计算目标空气/燃料比KCMD。虽然省略了步骤20的详细说明，但是ECU 2执行稍后在图26、27中描述的步骤120-139(除了步骤137以外)类似处理。
转回到图10，如果在步骤4的确定结果是否定的，即当根据自适应滑动模式控制，该条件不满足使用目标空气/燃料比KCMD时，程序前进到步骤6，其中确定条件是否满足使用根据稍后描述的Δ∑调制控制在CKMD计算处理中计算的目标空气/燃料比KCMD。换句话说，确定发动机3是否处于空气/燃料比应该根据Δ∑调制控制来控制的操作模式中。当如下条件(f1)-(f6)被充分满足时，要根据Δ∑调制控制确定其中条件(选择条件)满足使用目标空气/燃料比KCMD (f1)发动机3未处于淡化燃烧操作中； (f8)LAF探测器14和O2探测器15都被启动； (f9)油门5没有充分地打开； (f10)发动机3未处于燃料削减操作中； (f11)点火时间没有被控制来减速；和 (f12)发动机转速NE和专用进气管道内部压力PBA都在分别预定的Δ∑调制控制范围之内(例如在很低负载的操作模式之内)。
如果在步骤6的确定结果是肯定的，则该条件满足根据Δ∑调制控制而使用目标空气/燃料比KCMD，该程序前进到步骤7，假设发动机处于空气/燃料比应该根据Δ∑调制控制来控制空气/燃料比的操作模式中，其中ECU 2根据图13示出的Δ∑调制控制而读出在KCMD计算处理中计算的目标空气/燃料比KCMD。稍后将描述根据Δ∑调制控制的KCMD计算处理的具体细节。
另一方面，如果步骤6的确定结果是否定的，即当该条件不满足根据Δ∑调制控制而使用目标空气/燃料比KCMD，则流程前进到步骤8，其中ECU 2根据发动机转速NE和专用进气管道内部压力PBA而搜索没有示出的映射图来计算目标空气/燃料比KCMD。
在上述步骤5、7或8的随后步骤9，ECU 2计算用于每一汽缸的观测反馈校正系数#nKLAF。该观测反馈校正系数#nKLAF被用于校正针对每一汽缸的真实空气/燃料比中的变化。具体地说，ECU 2基于根据由观测器针对每一汽缸从LAF探测器14的输出KACT估计的实际空气/燃料比的PID控制来计算观测反馈校正系数#nKLAF。观测反馈校正系数#nKLAF中的符号#n表示汽缸号码#1-#4。同样用于稍后描述的要求的燃料喷射量#nTCYL和最终燃料喷射量#nTOUT。
随后程序前进到步骤10，其中ECU 2计算反馈校正系数KFB。具体地说，ECU 2以下面方式计算反馈系数KFB。基于根据LAF探测器14的输出KACT从目标空气/燃料比KCMD的偏移的PID控制输入，ECU 2计算反馈系数KLAF。而且，ECU 2通过由自调整调节器类型的自适应控制器(没示出)计算该反馈校正系数KSTR并且用该目标空气/燃料比KCMD除该反馈校正系数KSTR，计算一个反馈校正系数KSTR。随后，该ECU 2根据发动机3的操作条件把反馈系数KLAF和反馈校正系数KSTR二者之一设置为反馈校正系数。
随后程序前进到步骤11，其中ECU 2计算校正目标空气/燃料比KCMDM。此校正的目标空气/燃料比KCMDM被用于补偿由于空气/燃料比A/F中的变化而产生的填充效率中的改变。根据在步骤5、7或8计算的目标空气/燃料比KCMD，ECU 2通过搜索没有示出的表格而计算该校正的目标空气/燃料比KCMDM。
随后，程序前进到步骤12，其中ECU 2使用如上述计算的基础燃料喷射量Tim、总校正系数KTOTAL、观测反馈校正系数#nKLAF、反馈校正系数KFB和校正的目标空气/燃料比KCMDM而根据如下方程式(10)计算要求的燃料喷射量#nTCYL。
#nTCYL＝Tim·KTOTAL·KCMDM·KFB·#nKLAF…(10) 随后该程序前进到步骤13，其中ECU 2校正要求的燃料喷射量#nTCYL，以便继续计算最终燃料喷射量#nTOUT。具体地说，根据该发动机3的操作条件，通过计算从附在燃烧室内壁的喷油嘴6在当前燃烧周期中喷射的燃料比例，该ECU 2计算此最终燃料喷射量#nTOUT，并且根据该如此计算的比例而校正要求的燃料喷射量#nTCYL。
随后，程序前进到步骤14，其中ECU 2基于上述方式计算的最终燃料喷射量#nTOUT把驱动信号输出到对应汽缸的喷油嘴6，随后结束此处理。
随后，参照图13和14描述上述讨论的根据Δ∑调制控制的KCMD计算处理。使用程序定时器(没示出)以预定的周期(例如每30-60毫秒)执行此处理。
在步骤30，ECU 2首先读出O2探测器的输出Vout的采样数据VOUT(＝Vout(k)，即该受控对象的输出)。随后，程序前进到步骤31，其中ECU 2读出存储在RAM中的DSM信号的当前值SGNSIGMA
(＝u”(k))到先前值SGNSIGMA[1](＝u”(k-1))。
随后，程序前进到步骤32，其中ECU 2把存储在RAM中的积分偏移的当前值SIGMA
(＝σd(k))设置为先前值SIGMA[1](＝σd(k-1))。
随后，流程前进到步骤33，其中ECU从目标值VO2TARGET(＝Vop)减去步骤30读出的取样数据VOUT，并且把结果值设置为输出偏移VO2R(＝VO2’(k)＝r(k))。此处理对应于上述方程式(4)。
随后，流程前进到步骤34，其中ECU 2从输出偏移VO2R减去DSM信号的先前值SGNSIGMA[1]，并且把结果值设置为偏移DELTA(＝σ(k))。此处理对应于上述的方程式(5)。
随后，流程前进到步骤35，其中ECU 2把偏移DELTA加到积分偏移的先前值SIGMA[1]，并且把产生的和设置为积分偏移的当前值SIGMA
。此处理对应于上述的方程式(6)。
随后流程进到步骤36，其中确定该在步骤35计算的该积分偏移的当前值SIGMA
是否等于或大于“0”。如果在步骤36的确定结果是肯定的，则ECU 2把DSM信号的当前值SGNSIGMA
设置为“1”(步骤37)。另一方面，如果在步骤36的确定结果是否定的，则ECU 2把DSM信号的当前值SGNSIGMA
设置为“-1”(步骤38)。上述步骤36-38的处理对应于上述的方程式(7)。
在接着步骤37或38的步骤39，ECU 2根据步骤2计算的基础燃料喷射量Tim，通过搜索图14所示的表格而计算增益FDSM(＝Fd)。在图14所示的表格中，随着基础燃料喷射量Tim越小，即随着发动机3在更轻负载的操作中，增益FDSM被设置为更大的值。进行此设置是为了补偿O2探测器的输出Vout，以便实现可靠性，该可靠性随着发动机3在更轻负载操作中而降低，以便降低排气量。使用在增益FDSM的计算中的表格不局限于上述的根据基础燃料喷射量Tim设置该增益FDSM的表格，而可以是采用任何表格，只要已经根据指示关于发动机3的工作负载的参数预先设置该增益FDSM(例如该排气量AB_SV)。当提供用于催化器8a、8b的劣变核查器时，随着该催化器8a、8b劣变程度越高，增益FDSM可以校正到由该劣变核查器确定的更小的值。
随后，流程前进到步骤40，其中ECU 2把DSM信号的当前值SGNSIGMA
与增益FDSM相乘，并且把产生的乘积设置为目标空气/燃料比KCMD的放大的中间值DKCMDA(＝u’(k))。在步骤39、40的处理对应于上述的方程式(8)。
随后流程前进到步骤41，其中ECU 2把1加到放大的中间值DKCMDA，并且把产生的和设置为目标空气/燃料比KCMD(＝φop(k))，随后结束计算燃料喷射量的处理。该步骤41的处理对应于上述的方程式(9)。
如上所述，根据本实施例的控制设备1，根据发动机3的操作条件，用于计算目标空气/燃料比KCMD的处理被切换到自适应滑动模式控制、Δ∑调制控制或映射搜索。因此，利用根据上述策略之一计算的目标空气/燃料比KCMD，有可能通过经实验等手段预先确定使得输出Vout最满意地收敛到目标值Vop的目标空气/燃料比KCMD，而确保针对各种发动机3的操作模式有更满意的后催化剂排气特性。
当条件满足用于使用根据Δ∑调制控制的目标空气/燃料比KCMD时，例如在很低负载的操作模式，例如空载操作模式中时，该ECU 2根据Δ∑调制控制而计算目标空气/燃料比KCMD，以便符合O2探测器的输出Vout从目标值Vop的输出偏移VO2’(k)。因此有可能计算用于空气/燃料混合物的目标空气/燃料比KCMD，以便产生输出Vout，从其得到具有与输出偏移VO2(k)反相位波形的偏移，以便抵消输出偏移VO2(k)。随后，通过根据如此计算的目标空气/燃料比KCMD计算最后燃料喷射量TOUT，该最后燃料喷射量TOUT能够被计算而使得产生的输出Vout收敛到目标值Vop。结果是，当具有该目标空气/燃料比KCMD的空气/燃料混合物被提供到发动机3时，其展现响应延迟或滞后时间的排出气体的空气/燃料比，即O2探测器的输出Vout能够精确和迅速地收敛到该目标值Vop而没有变化。为了同样的原因，即使在很低负载的操作模式中，其中降低的排气量使得O2探测器的输出Vout增加响应延迟或滞后时间，O2探测器的输出Vout也能够被精确和迅速地收敛到该目标值Vop而没有变化。如上述理解的那样，该O2探测器的输出Vout能够精确和迅速地收敛到目标值Vop，使得第一催化器8a能够如上所述最有效地净化排气，以便提供很满意的后催化剂排气。
而且，在Δ∑调制控制中，ECU 2根据DSM信号的当前值SGNSIGMA
和增益FDSM的乘积计算目标空气/燃料比KCMD，并且根据要求的燃料喷射量TCYL设置增益FDSM，使得即使在发动机3的操作条件中的改变导致排出气体的空气/燃料比可靠性中的改变的情况下，也能够通过使用已经根据要求的空气/燃料喷射量TCYL设置的增益FDSM而计算用于空气/燃料混合物的正确目标空气/燃料比KCMD，以便同时地提供对目标值Vop的快速收敛性和高可靠性。
应该理解，虽然第一实施例已经示出一个示例性结构，其中根据本发明的控制设备控制内燃机3的空气/燃料比，但是本发明不局限于这种具体结构，而是可以广泛地用于控制其它任意控制目的的控制设备。而且，DSM控制器40可以通过电路来实现，而不是以实施例中示出的程序来实现。
而且，虽然根据第一实施例的控制设备依靠Δ∑调制算法来计算(产生)目标空气/燃料比KCMD，但是∑Δ调制算法可以替代Δ∑调制算法来计算目标空气/燃料比KCMD。随后将参照图15的框图描述∑Δ调制算法的特性。
如图15示出，在应用了∑Δ调制算法的控制系统中，积分器60产生基准信号积分值σdr(k)作为基准信号r(k)和由延迟元件61延迟的基准信号积分值σdr(k-1)之和。另一方面，积分器63产生SDM信号积分值σdu(k)作为由延迟元件64延迟的SDM信号积分值σdu(k-1)与由延迟元件65延迟的SDM信号u(k-1)之和。随即，减法器62从基准信号积分值σdr(k)产生SDM信号积分值σdu(k-1)的偏移δ(k)。
随后，量化器66(符号函数)产生SDM信号u(k)作为偏移δ(k)的符号。随后，以上述方式产生的DSM信号u(k)被输入到对应地提供该输出信号y(k)的受控对象49。
上述∑Δ调制算法由下面方程式(11)-(14)表示 σdr(k)＝r(k)+σdr(k-1) …(11) σdu(k)＝σdu(k-1)+u(k-1)…(12) δ′(k)＝σdr(k)-σdu(k) …(13) u(k)＝sgn(δ′(k)) …(14) 当δ′(k)≥0时，符号函数sgn(δ′(k))的值取1(sgn(δ′(k))＝1)，当δ′(k)＜0时，符号函数sgn(δ′(k))的值取-1(sgn(δ′(k))＝-1)，而当δ′(k)＝0时，符号函数sgn(δ′(k))的值取0(sgn(δ′(k))＝0)。
虽然没示出，但是上述的Δ∑调制算法、∑Δ调制算法特征在于该SDM信号u(k)能够被产生作为对受控对象49的控制输入，使得该受控对象49产生具有与基准信号r(k)频率相同而幅度不同的输出y(k)，并且通常在波形上与该基准信号r(k)类似。因此，利用了上述∑Δ调制算法的特性的控制器能够计算该目标空气/燃料比KCMD而提供与根据Δ∑调制算法的第一实施例的控制设备类似的优点。
进一步可选择地，该目标空气/燃料比KCMD可以根据Δ调制算法来计算而不是根据第一实施例中的Δ∑调制算法来计算。随后将参照图16的框图描述Δ调制算法的特性。
如图16所示，在Δ调制算法中，积分器70产生DM信号积分值σdu(k)，作为由延迟元件71延迟的DM信号积分值σdu(k-1)和由延迟元件74延迟的DM信号u(k-1)之和。随即，减法器72从该基准信号r(k)产生DM信号积分值σdu(k)的偏移信号δ”(k)。
随后，量化器73(符号函数)产生DM信号u(k)，作为偏移信号δ”(k)的符号。随后，因此产生的SDM信号u(k)被输入到对应地提供输出信号y(k)的受控对象49。
上述Δ调制算法由下面方程式(15)-(17)表示 σdu(k)＝σdu(k-1)+u(k-1)…(15) δ″(k)＝r(k)-σdu(k)…(16) u(k)＝sgn(δ″(k)) …(17) 当δ″(k)≥0时，符号函数sgn(δ″(k))的值取1(sgn(δ″(k))＝1)，当δ″(k)＜0时，符号函数sgn(δ″(k))的值取-1(sgn(δ″(k))＝-1)，另外，当δ″(k)＝0时，符号函数sgn(δ″(k))可设置为0(sgn(δ″(k))＝0)。
虽然没有示出，但是与上述Δ∑调制算法相同，上述Δ调制算法特征在于DM信号u(k)能够被产生作为对受控对象49的控制输入，使得该受控对象49产生的输出信号y(k)与作为基准信号r(k)的幅度不同而频率相同，并且在波形上与该基准信号r(k)类似。因此，利用了上述Δ调制算法的特性的控制器能够计算目标空气/燃料比KCMD而提供与根据Δ∑调制算法的第一实施例的控制设备类似的优点。
随后，将描述根据本发明第二实施例的控制设备。与根据第一实施例的控制设备1相同，该控制设备201同样用于控制内燃机的空气/燃料比，其方式与图1示出的类似。
具体地说，控制设备201也包括基于微型计算机的ECU 2。ECU 2根据上面提到的探测器10-19的多样输出确定发动机3的操作条件，计算目标空气/燃料比KCMD，并且根据预先存储在ROM中的控制程序和存储在RAM中的数据，通过执行稍后描述的自适应空气/燃料比控制处理或映射表搜索处理而控制空气/燃料混合物的空气/燃料比。而且，ECU 2计算最终燃料喷射量TOUT。在第二实施例中，ECU 2实现偏移控制装置、第二控制输入控制装置、增益参数检测装置、增益设置装置、预测值计算装置、识别装置、动态参数检测装置、模型参数设置装置、第一控制输入计算装置、第二控制输入计算装置、受控对象状态检测装置、控制输入选择装置、输出偏移计算装置、空气/燃料比控制装置、空气/燃料比计算装置、操作条件参数检测装置、第一空气/燃料比控制装置、第二空气/燃料比控制装置、选择装置、操作模式识别装置、第一空气/燃料比计算装置、和第二空气/燃料比计算装置。
如图17所示，控制器201包括ADSM控制器20和PRISM控制器21，用于计算目标空气/燃料比KCMD。具体地说，两个控制器20、21都是由ECU 2实现的。
随后将描述ADSM控制器20。ADSM控制器20根据稍后描述的自适应预测Δ∑调制控制(在下文缩写为“ADSM”)的一种控制算法计算目标空气/燃料比KCMD，以便把O2探测器15的输出Vout收敛到目标值Vop。ADSM控制器20包括状态预测器22、车载识别器23和DSM控制器24。稍后将描述用于执行ADSM处理的具体程序。
首先描述状态预测器22(其实现了预测值计算装置)。状态预测器22根据稍后描述的预测算法预测(计算)输出偏移VO2的预测值PREVO2。在本实施例中假设对受控对象的控制输入是空气/燃料混合物的目标空气/燃料比KCMD；该受控对象的输出是O2探测器15的输出Vout；并且该受控对象是从包括喷油嘴6的发动机3的进气系统到在包括第一催化器8a的排气系统中的第一催化器8a下游的O2探测器15的系统。随后，此受控对象被模型化，由下面方程式(18)表示，作为离散时间系统模型的ARX模型(带有外来输入自回归模型)。
VO2(k)＝a1·VO2(k-1)+a2·VO2(K-2)+b1·DKCMD(k-dt)…(18) 其中VO2表示输出偏移，它是在O2探测器15的输出Vout和上述的目标值Vop之间的偏移(Vout-Vop)；DKCMD表示空气/燃料比偏移，它是在目标空气/燃料比KCMD(＝φop)和基准值FLAFBASE之间的偏移(KCMD-FLAFBASE)；而字符k表示一个取样周期中的每一数据的次序。基准值FLAFBASE被设置为预定定值。模型参数a1、a2、b1以下面描述的方式由车载识别器23顺序地标识。
在方程式(18)中的dt表示从以目标空气/燃料比KCMD设置的空气/燃料混合物由喷油嘴6提供到进气系统之时到目标空气/燃料比KCMD被反映到O2探测器15的输出Vout之时的一个预测周期，并且由下面方程式(19)限定 dt＝d+d′+dd …(19) 其中d表示在排气系统中从LAF探测器14到O2探测器15的滞后时间；d′是在空气/燃料比操作系统中从喷油嘴6到LAF探测器14的滞后时间；并且dd表示在排气系统和空气/燃料比操作系统之间的相位延迟(应该指出，在稍后描述的用于该自适应空气/燃料比控制处理的控制程序中，该相位延迟时间dd被置零(dd＝0)，用于计算在ADSM处理与PRISM处理之间进行切换时的目标空气/燃料比)。
针对下面阐明的原因，该控对象模型包括如上所述的输出偏移VO2和空气/燃料比偏移DKCMD的时间序列数据。通常知道，在受控对象模型中，当在受控对象和预定值之间的输入/输出的偏移被定义为表示该输入/输出的变量时，与当该输入/输出的绝对值被定义为变量时相比，该受控对象模型的动态特性能够更接近该受控对象的实际动态特性，因为其能够更精确地标识或限定模型参数。因此，如本实施例的控制设备1中实现的那样，当该受控对象模型包括该输出偏移VO2的时间序列数据和该空气/燃料比偏移DKCMD时，与把O2探测器15的输出Vout的绝对值的情况和目标空气/燃料比KCMD被选择作为变量的情况比较，该受控对象模型的动态特性能够被调整得更接近该受控对象的实际动态特性，从而使得有可能以更高的精确度计算预测值PREVO2。
预测值PREVO2又表示在从以该目标空气/燃料比KCMD设置的空气/燃料混合物已经提供到进气系统之时经过了预测时间期dt以后的预测输出偏移VO2(k+dt)。当根据上述的方程式(18)得到用于计算该预测值PREVO2的方程式时，定义下面的方程式(20) PREVO2(k)VO2(k+dt)＝a1·VO2(k+dt-1)+a2·VO2(k+dt-2) +b1·DKCMD(k)…(20) 在此方程式(20)中，需要计算对应于输出偏移VO2(k)的未来值的VO2(k+dt-1)、VO2(k+dt-2)，使得该方程式(20)的实际编程是困难的。因此使用如图18所示的方程式(21)、(22)的模型参数a1、a2、b1定义矩阵A、B，并且重复地使用该方程式(20)的递归公式来变换该方程式(20)，以便得到图18示出的方程式(23)。当方程式(23)被用作预测算法时，即用作用于计算预测值PREVO2的方程式时，从输出偏移VO2和空气/燃料比偏移DKCMD计算预测值PREVO2。
随后，当LAF输出偏移DKACT被定义为在LAF探测器14的输出KACT(＝φin)和基准值FLAFBASE之间的偏移时，满足由DKACT(k)＝DKCMD(k-d′)表示的关系。通过把此关系应用到图18中的方程式(23)而得到图18所示的方程式(24)。
在通过如随后描述的那样使用通过上述方程式(23)或(24)计算的预测值PREVO2计算该目标空气/燃料比KCMD，来正确地补偿在该受控对象的输入/输出之间的响应延迟和滞后时间的同时，可以计算目标空气/燃料比KCMD。具体地说，当方程式(24)被用作该预测算法时，从根据LAF输出偏移VO2、输出偏移DKACT和空气/燃料比偏移DKCMD计算该预测值PREVO2，使得该预测值PREVO2能够被计算为反映实际提供到第一催化器8a排出气体的空气/燃料比的值，从而改进计算精度，即预测精度比使用方程式(23)时更精确。而且，当使用方程式(24)时，如果d′能够被视为小于1(d′≤1)，则能够仅从输出偏移VO2和LAF输出偏移DKACT计算该预测值PREVO2而不使用空气/燃料比偏移DKCMD。在本实施例中，由于发动机3具有LAF探测器14，所以方程式(24)被采用作为预测算法。
由该方程式(18)表示的受控对象模型能够被定义为模型，其通过把由DKACT(k)＝DKCMD(k-d′)表示的关系应用到方程式(18)，把输出偏移VO2和LAF输出偏移DKACT用作为变量。
随后，描述该车载识别器23(其实现了标识装置)。根据下面描述的顺序识别算法，车载识别器23以上述的方程式(18)标识(计算)模型参数a1、a2、b1。具体地说，用于模型参数的矢量θ(k)由图19所示的方程式(25)、(26)来计算。在图19的方程式(25)中，KP(k)是用于增益系数的矢量，而ide_f(k)是标识误差滤选值。在方程式(26)中，θ(k)T表示θ(k)的转置矩阵，而a1’(k)、a2’(k)和b1’(k)表示在被限制在稍后描述的限制处理的范围之内以前的模型参数。下列描述中，如有可能，将省略术语“矢量”。
通过把图19中由方程式(27)表示的移动平均滤选处理应用到由图19所示方程式(28)-(30)计算的标识误差ide(k)而得到方程式(25)中的标识误差滤选值ide_f(k)。图19方程式(27)中的n表示在移动平均滤选处理中的滤选次序(等于或大于1的整数)，而方程式(29)中的VO2HAT(K)表示该输出偏移VO2的标识值。
由于下面阐明的原因而使用标识误差滤选值ide_f(k)。具体地说，在本实施例中的受控对象将目标空气/燃料比KCMD作为控制输入，而O2探测器15的输出Vout作为受控对象的输出。该受控对象同样具有低通频率特性。在这种具有低通特性的受控对象中，由于该车载识别器23的识别算法的频率加权特性，更具体地说是稍后描述的加权最小平方算法，在模型参数被识别的同时，而受控对象的高频特性得到加强，这使得该受控对象模型倾向具有比该受控对象的实际增益特性更低的增益特性。结果是，当通过控制设备1执行ADSM处理或PRISM处理时，由于该处理可能导致过大的增益，控制系统将发散，而因此变得不稳定。
因此，在本实施例中，控制设备201正确地校正用于该频率加权特性的加权最小平方算法，并且针对标识误差ide(k)使用施加了移动平均滤选处理的标识错误滤选值ide_f(k)，以及根据排气量AB_SV设置移动平均滤选处理的滤波器阶数n，以便如将稍后描述的那样把受控对象模型的增益特性与受控对象的实际增益特性匹配。
而且，通过图19中的方程式(31)计算用于图19中方程式(25)的增益系数的矢量KP(k)。方程式31中的P(k)是由图19中的方程式(32)限定的三阶方阵。
在上述识别算法中，通过设置方程式(32)中的加权参数λ1、λ2，从如下四个识别算法中选择一个识别算法 λ1＝1，λ2＝0固定增益算法； λ1＝1，λ2＝1最小-平方算法； λ1＝1，λ2＝λ逐渐降低增益算法；和 λ1＝λ，λ2＝1加权最小-平方算法。
其中λ是设置在范围0＜λ＜1范围中的预定值。
(0197-0209)本实施例从四个识别算法中采用加权最小-平方算法。这是因为，该加权最小-平方算法能够通过根据发动机3的操作条件，更具体地说是根据排气量AB_SV设置加权参数λ1而正确地设置标识精度、以及模型参数收敛到最优值的速率。例如，当发动机3处于轻负载操作中时，即使当在低负载操作中的增加的滞后时间和响应延迟而导致可控性低(增加输入/输出波动)，也能够抑制模型参数的波动，使得能够通过根据此操作条件把加权参数λ1设置到接近于1的值，即通过把该算法设置得接近最小-平方算法而确保高的标识精度。另一方面，当发动机3处于重负载操作中，通过相应地把加权参数λ1设置到小于低负载工作过程中的值，该模型参数能够被迅速地收敛到最优值。通过以上述方式根据排气量AB_SV设置该加权参数λ1，有可能正确地设置识别精度，以及模型参数收敛到最优值的速率，从而改进后催化剂排气特性。
当上述关系DKACT(k)＝DKCMD(k-d’)被应用于由方程式(25)-(32)表示的识别算法时，得到由图20所示方程式(33)-(40)表示的识别算法。在第二实施例中，由于发动机3具有LAF探测器14，所以采用方程式(33)-(40)。当采用这些方程式(33)-(40)时，因为上述阐明的原因，该模型参数能够被标识为更高程度反映实际馈送到第一催化器8a排出气体的空气/燃料比的值，并且相应地能够以比当使用由方程式(25)-(32)表示的识别算法时更高的精确度标识该模型参数。
而且，该车载识别器23把稍后描述的限制处理应用到由上述识别算法计算的模型参数a1′(k)、a2′(k)、b1′(k)，以便计算该模型参数a1(k)、a2(k)、b1(k)。而且，在a1(k)、a2(k)、b1(k)已经被限制在限制处理的范围中之后，上述状态预测器22根据模型参数a1(k)、a2(k)、b1(k)计算预测值PREVO2。
随后将描述DSM控制器24(其实现了控制输入计算装置、第一控制输入计算装置、空气/燃料比计算装置和第一空气/燃料比计算装置)。基于由状态预测器22计算的预测值PREVO2，DSM控制器24根据使用了Δ∑调制算法(由上述方程式(1)-(3)表示)的控制算法产生(计算)控制输入φop(k)(＝目标空气/燃料比KCMD)，并且把计算的控制输入φop(k)输入到受控对象，以便控制作为受控对象输出的O2探测器15的输出Vout，使得其收敛到该目标值Vop。由于Δ∑调制算法的特性已经在第一实施例中描述，所以在此将其描述省略。
参照图21描述DSM控制器24的原理。当输出偏移VO2相对于零值波动时，例如象图21中的1点划线表示的那样(即O2探测器15的输出Vout相对于目标值Vop波动)，可以产生控制输入φop(k)，以便生产具有反相位波形的输出偏移VO2*来抵消输出偏移VO2，如图21中虚线表示的那样，以便把输出偏移VO2收敛到零(即把输出Vout收敛到目标值Vop)，如第一实施例中描述的那样。
但是，如上所述，本实施例中的受控对象经历了时间延迟，它等于从目标空气/燃料比KCMD被输入到受控对象作为控制输入φop(k)之时，到该目标空气/燃料比KCMD被反映到O2探测器15的输出Vout之时的预测周期dt。因此，当根据当前输出偏移VO2计算控制输入φop(k)时得到的输出偏移VO2#从该输出偏移VO2*延迟，如图21中的实线表明的那样，从而引起控制时间中的滑动。为了补偿控制定时的滑动，根据本实施例的ADSM控制器20中的DSM控制器24采用输出偏移VO2的预测值PREVO2，以便产生控制输入φop(k)作为产生输出偏移的信号(类似于反相波形输出偏移VO2*的输出偏移)，其抵消当前输出偏移VO2，而不引起控制定时的滑动。
具体地说，如图22所示，DSM控制器24中的反相放大器24a通过-1值、用于基准信号的增益Gd和预测值PREVO2(k)的相乘而产生基准信号r(k)。随后，减法器24b产生偏移信号δ(k)，作为基准信号r(k)和由延迟元件24c延迟的DSM信号u”(k-1)之间的偏移。
随后，积分器24d产生积分的偏移值σd(k)作为偏移信号δ(k)和由延迟元件24e延迟的积分偏移值σd(k-1)之和。随后，量化器24f(符号函数)产生DSM信号u”(k)作为积分的偏移值σd(k)的符号。通过以预定增益Fd放大DSM信号u”(k)，放大器24g随后产生放大的DSM信号u(k)。最终，加法器24h把放大的DSM信号u(k)加到预定的基准值FLAFBASE，以便产生控制输入φop(k)。
上述的DSM控制器24的控制算法由方程式(41)-(46)表示 r(k)＝-1·Gd·PREVO2(k)…(41) δ(k)＝r(k)-u″(k-1) …(42) σd(k)＝σd(k-1)+δ(k) …(43) u″(k)＝sgn(σd(k))…(44) u(k)＝Fd·u″(k) …(45) φop(k)＝FLAFBASE+u(k) …(46) 其中Gd、Fd表示增益。当σd(k)≥0时，符号函数sgn(σd(k))的值取1(sgn(σd(k)＝1)，当σd(k)＜0时，符号函数sgn(σd(k))的值取-1(sgn(σd(k)＝-1)，而当σd(k)＝0时，符号函数sgn(σd(k))的值取0(sgn(σd(k)＝0)。
DSM控制器24根据由上述方程式(41)-(46)表示的控制算法计算控制输入φop(k)，作为产生输出偏移VO2*的值，如上所述，它抵消了输出偏移VO2而不引起控制定时中的滑动。换言之，DSM控制器24计算控制输入φop(k)作为能够把O2探测器15的输出Vout收敛到目标值Vop的值。而且，由于DSM控制器24通过把放大的DSM信号u(k)加到预定的基准值FLAFBASE而计算控制输入φop(k)，所以产生控制输入φop(k)不仅关于零值正负反向，而且关于基准值FLAFBASE重复地增加和减小。与通常的Δ∑调制算法相比较，这将能够增加控制的自由度。
随后描述上述PRISM控制器21。PRISM控制器21依靠用于稍后描述的车载识别滑动模式控制处理(在下文称为“PRISM处理”)的控制算法，以便计算目标空气/燃料比KCMD，用于把O2探测器15的输出Vout收敛到目标值Vop。PRISM控制器21包括状态预测器22、车载识别器23以及滑动模式控制器(在下文称为“SLD控制器”)25。随后描述执行PRISM处理的具体程序。
由于在PRISM控制器21中已经描述了状态预测器22和车载识别器23，所以下面将集中描述SLD控制器25(其实现了第二控制输入计算装置和第二空气/燃料比计算装置)。SLD控制器25根据滑动模式控制算法执行滑动模式控制。下面描述通常的滑动模式控制算法。由于该滑动模式控制算法使用由方程式(18)表示的上述离散时间系统模型作为受控对象模型，所以切换函数σ被设置为输出偏移VO2的时间系列数据的线性函数，由下面方程式(47)表示 σ(k)＝S1·VO2(k)+S2·VO2(k-1)…(47) 其中S1、S2是设置为满足由-1＜(S2/S1)＜1表示的关系的预定系数。
通常，在该滑动模式控制算法中，当切换函数σ包括二值变量(在本实施例中的输出偏移VO2的时间序列数据)时，由该二值变量定义的相位空间形成二维相位空间，其中该二值变量分别由垂直轴和水平轴表示，使得满足σ＝0的二值变量的值的组合处在此相平面上被称为“切换线”的一条线上。因此，两个二值变量都能够被收敛(滑动)到平衡位置，通过正确地确定对于受控对象的控制输入而使得状态变量在平衡位置取零值，使得二值变量的组合收敛到(处在)该切换线上。而且，通过设置该切换函数σ，该滑动模式控制算法能指定动态特性，更具体地说，能够指定状态变量的收敛行为和收敛速度。例如，当切换函数σ由在本实施例中的二值变量组成时，随着该切换线的斜率接近1而该状态变量收敛较慢，而随着其接近0则收敛较快。如理解到的那样，该滑动模式控制是一种所谓的响应指定控制技术。
在本实施例中，如图上述方程式(47)所示，该切换函数σ包括输出偏移VO2的两个时间序列数据，即输出偏移VO2的当前值VO2(k)和在先值VO2(k-1)，因此对受控对象的控制输入，即该目标空气/燃料比KCMD可以被这样设置使得输出偏移VO2(k)的当前值VO2(k)和在先值VO2(k-1)的组合被收敛到该切换线上。具体地说，假定控制总量Usl(k)和基准值FLAFBASE之和等于目标空气/燃料比KCMD，根据自适应滑动模式控制算法，则用于把当前值VO2(k)和在先值VO2(k-1)的组合收敛在该切换线上的控制量Usl(k)被设置为等效控制输入Ueq(k)、达到定则(reching law)输入Urch(k)和自适应定则输入Uadp(k)的总和，如图23方程式(48)所示。
该等效控制输入Ueq(k)被提供用于把输出偏移VO2的当前值VO2(k)和在先值VO2(k-1)的组合限制在该切换线上，并且具体地被定义为图23中的方程式(49)所示。如果由于干扰、模型误差等原因引起该组合从切换线偏移，则达到定则输入Urch(k)被提供用于把输出偏移VO2的当前值VO2(k)和在先值VO2(k-1)的组合收敛在该切换线上，并且具体地被定义为图23中的方程式(50)所示。方程式(50)中的F表示增益。
自适应定则输入Uadp(k)被提供用于把输出偏移VO2的当前值(k)和在先值VO2(k-1)的组合可靠地收敛在一个切换超平面上，同时防止该受控对象的稳态偏移、建模误差和干扰的影响，并且具体地定义为图23中所示的方程式(51)。该方程式(51)中的G表示增益，而ΔT表示控制周期。
如上所述，根据本实施例的PRISM控制器21中的SLD控制器25使用该预测值PREVO2而不使用输出偏移VO2，以使由方程式(47)-(51)表示的算法被重新写为图12所示的方程式(52)-(56)，以便使用在由采用PREVO2VO2(k+dt)所表示的关系的控制中。方程式(52)中的σPRE表示当使用预测值PREVO2时的切换函数的值(在下文称为″预测切换函数″)。换言之，该SLD控制器25通过把根据上述算法计算的控制量Usl(k)加到该基准值FLAFBASE来计算目标空气/燃料比KCMD。
下面参照图25描述由ECU 2执行的燃料喷射量的计算处理。如图25中所示，此计算处理与图10和11中的上述计算处理的不同之处仅在于步骤104-107，而其余步骤是完全相同的，因此下面描述将集中在步骤104-107。在下面描述中，如有可能，则将省略表示当前数值的符号(k)。
在此处理中，在接着步骤103的步骤104，ECU 2设置自适应控制标志F_PRISMON。尽管这一处理在图中没有具体示出，但是当如下条件(f14)-(f19)被完全满足时，该ECU 2设置自适应控制标志F_PRISMON为″1″，确定该条件适用于在该自适应空气/燃料比例控制处理中计算的目标空气/燃料比KCMD。换句话说，发动机3处于这样一种操作模式中，其中的空气/燃料比应该根据自适应空气/燃料比控制而控制。另一方面，如果条件(f14)-(f19)的任何之一不被满足，ECU 2将把自适应控制标志F_PRISMON设置为″0″。
(f14)LAF探测器14和O2探测器15都被启动； (f15)发动机3未处于低燃烧操作中； (f16)油门5没有完全打开； (f17)点火时间没有被控制用来减速； (f18)发动机3未处于削减燃烧的操作中；以及 (f19)发动机转速NE和专用进气管道内部压力PBA都在各自的预定范围之内。
随后程序进到步骤105，其中确定在步骤104中设置的自适应控制标志F_PRISMON是否为“1”。如果步骤105的确定结果肯定的，则程序前进到步骤106，其中ECU 2把目标空气/燃料比KCMD设置到自适应目标空气/燃料比KCMDSLD，该自适应空气/燃料比KCMDSLD是通过稍后描述的自适应空气/燃料比例控制处理计算的。
另一方面，如果步骤5的确定结果是否定的，则该程序前进到步骤107，其中ECU把目标空气/燃料比KCMD设置到映射值KCMDMAP。该映射值KCMDMAP是根据发动机转速NE和进气管道内部绝对压力PBA搜索映射(没示出)而计算的。随后，以类似于上述图10和11中的步骤9-14的方式执行步骤108-113。
随后，将参照图26和27描述包括ADSM处理和PRISM处理的自适应空气/燃料比控制处理，图26和27分别示出用于执行ADSM和PRISM处理程序。此处理是以预定的周期(例如每10毫秒)执行的。而且，在此处理中，ECU 2根据发动机3的操作条件，通过ADSM处理、PRISM处理或把滑动模式控制量DKCMDSLD设置到预定值SLDHOLD的处理来计算目标空气/燃料比KCMD。
首先，在此处理中，ECU 2在步骤120执行后F/C确定处理。虽然该图中没有详细示出，但是在燃料削减操作过程中，该ECU 2把F/C后确定标志F_AFC设置为“1”，用于指示发动机3处于燃料削减操作。当燃料削减操作结束以后经过预定的时间X_TM_TM_AFC时，该ECU 2把后F/C确定标志FAFC设置为“0”，用于指示此情形。
随后，程序前进到步骤121，其中ECU 2根据车辆速度VP执行起动确定处理，以便确定配备发动机3的交通工具是否已经起动。如图28所示，其示出用于执行该起始确定处理的程序，首先在步骤149确定空闲操作标志F_IDLE是否为“1”。在空闲操作期间，该空闲操作标志F_IDLE被设置为“1”，否则设置为“0”。
如果步骤149的确定结果是肯定的，则表明处于空闲操作，该程序前进到步骤150，其中确定车辆速度VP是否低于预定的车辆速度VSTART(例如1km/h)。如果在步骤150的确定结果是肯定的，则表明车辆是停止的，该程序前进到步骤151，其中ECU 2把第一下降计数型的启动确定定时器的时间值TMVOTVST设置到第一预定时间TVOTVST(例如3毫秒)。
随后，程序前进到步骤152，其中该ECU 2把第二下降计数型启动确定定时器的定时值TMVST设置到比第一预定时间TVOTVST长的第二预定时间TVST(例如500毫秒)。然后，在该处理的结束以后，在步骤53、54，ECU 2把第一和第二启动标志F_VOTVST、F_VST设置到“0”。
另一方面，如果在步骤149或150的判定结果是否定的，即当交通工具未处于空闲操作或当该通工具已经启动时，该程序前进到步骤155，其中确定第一启动确定定时器的定时值TMVOTVST是否大于零。如果在步骤155的确定结果是肯定的，则表明在空闲操作之后或在车辆启动之后尚未通过第一预定时间TVOVST，程序前进到步骤156，其中ECU 2把第一启动标志F_VOTVST设置到“1”，以便显示该车辆处于第一启动模式。
另一方面，如果在步骤155的确定结果是否定的，则表明在空闲操作结束之后或该车辆启动之后已经通过了第一预定时间TVOTVST，该程序前进到步骤157，其中ECU 2把第一启动标志F_VOTVST设置到“0”，用于指示第一启动模式已经终止。
在接着步骤156或157的步骤158，确定第二启动确定定时器的定时值TMVST是否大于零。如果步骤158的确定结果是肯定的，即当该空闲操作之后或该车辆启动之后尚未通过第二预定时间TVST时，该程序前进到步骤159，其中ECU 2把第二启动标志F_VST设置到“1”，显示该车辆处于第二启动模式，随后结束此处理。
另一方面，如果步骤158的确定结果是否定的，即当空闲操作结束之后或该车辆启动之后已经通过了第二预定时间TVST，则该ECU 2执行上述步骤154，认为第二启动模式已经终止，随后结束此处理。
回到图26，在接着步骤121的步骤122，ECU 2执行设置状态变量的处理。尽管没示出，在此处理中，该ECU 2借助一个取样周期把存储在RAM中的目标空气/燃料比KCMD、LAF探测器14的输出KACT、输出偏移VO2的时序序列数据的全部都移动到过去值。然后，ECU 2根据最新的KCMD、KACT和VO2的时序序列数据的值、基准值FLAFBASE、和稍后描述的自适应校正项FLFADP计算KCMD、KACT和VO2的当前值。
随后，程序前进到步骤123，其中确定是否执行PRISM/ADSM处理。这一处理确定用于执行PRISM处理或ADSM处理的条件是否满足。具体地说，该处理是沿着图29中示出的流程图执行的。
更具体地说，在图29的步骤160-163，当条件(f20)-(f23)被完全满足时，则在步骤164该ECU 2把PRISM/ADSM执行标志F_PRISMCAL设置为“1”，用于指示处于一种操作条件中的交通工具，其中应该执行PRISM或ADSM处理，随后结束此处理。另一方面，如果条件(f20)-(f23)的任何之一没有被满足，ECU 2在步骤165把PRISM/ADSM执行标志F_PRISMCAL设置为“0”，用于指示该交通工具未处于应该执行PRISM处理或ADSM处理的操作条件中，随后结束此处理。
(f20)O2探测器15被启动； (f21)LAF探测器14被启动； (f22)发动机3未处于低燃烧操作中；和 (f23)点火时间没有被控制用来减速。
转回到图26，接着步骤123的步骤124，ECU 2执行确定处理，用于确定识别器23是否应该执行该操作。ECU 2确定是否满足车载识别器23识别参数的条件，通过本处理，执行图30示出的流程图。
当图30中的步骤170与171的确定结果都是否定时，换句话说，当油门打开θTH不充分，以及发动机3未处于燃料削减操作中时，程序前进到步骤172，其中ECU 2把识别执行标志F_IDCAL设置为“1”，确定发动机3处于应该执行参数标识的操作条件中，随后结束该处理。另一方面，如果在步骤170或171的确定结果是肯定的，则该程序前进到步骤173，其中ECU2把标识执行标志F_IDCAL设置到“0”，确定该发动机3未处于应该执行参数识别的操作条件中，随后结束该处理。
转回到图26，在步骤124的随后步骤125，ECU 2计算各种参数(排气量AB_SV等)。此计算的具体说明将稍后描述。
随后程序前进到步骤126，其中确定在步骤123中设置的PRISM/ADSM执行标志F_PRISMCAL是否为“1”。如果步骤126的确定结果是肯定的，即当条件满足执行该PRISM处理或ADSM处理时，该程序前进到步骤127，其中确定在步骤124设置的识别执行标志F_IDCAL是否为“1”。
如果步骤127的确定结果是肯定的，即当该发动机3处于该车载识别器23应该执行参数识别的操作条件中时，该程序前进到步骤128，其中确定参数初始化标志F_IDRSET是否为“1.”。如果步骤128的确定结果是否定的，即当不需要初始化存储在RAM中的模型参数a1、a2、b1时，程序前进到稍后描述的步骤131。
另一方面，如果步骤128的确定结果是肯定的，即当需要初始化模型参数a1、a2、b1时，程序前进到步骤129，其中ECU 2把模型参数a1、a2、b1设置到各自的初始值。然后，程序前进到步骤130，其中ECU 2把参数初始化标志F_IDRSET设置到“0”，表明该模式型数a1、a2、b1已经设置为初始值。
在步骤130或128的随后步骤131，车载识别器23执行识别该模型参数a1、a2、b1的操作，随后程序进行稍后描述的图15中的步骤132。车载识别器23操作的详细说明将稍后进行。
另一方面，如果步骤127的确定结果是否定的，即当发动机3处于应该执行参数识别的操作条件中，则该程序跳过上述步骤128-131，并且前进到图27中的步骤132。在接着步骤127或131的步骤132，ECU 2选择用于模型参数a1、a2、b1的识别值或预定值。尽管没有示出此操作的有关细节，但具体地说，当在步骤24设置的识别执行标志F_IDCAL是“1.”时，该模型参数a1、a2、b1被设置为在步骤131识别的识别值。另一方面，当识别执行标志F_IDCAL是“0.”时，该模型参数a1、a2、b1被设置为预定值。
随后，程序前进到步骤133，其中状态预测器22执行如稍后描述的计算该预测值PREVO2的操作。随后，程序前进到步骤134，其中ECU 2如稍后描述的那样计算控制量Usl。
随后，程序前进到步骤135，其中ECU 2执行处理，用于确定SLD控制器25是否稳定。尽管没有显示此处理的有关细节，但是具体地说，该ECU2将根据预测切换函数σPRE确定由该SLD控制器125实施的滑动模式控制是否为稳定的。
随后，在步骤136和137，该SLD控制器25和DSM控制器24分别计算该滑动模式控制总量DKCMDSLD和Δ∑调制控制总量DKCMDDSM，如稍后描述的那样。
随后，程序前进到步骤138，其中该ECU 2使用由SLD控制器25计算的滑动模式控制总量DKCMDSLD或通过DSM控制器24计算的Δ∑调制控制总量DKCMDDSM来计算自适应目标空气/燃料比KCMDSLD。随后，程序前进到步骤139，其中该ECU 2如稍后描述的那样计算自适应校正项FLAFADP，随后结束该处理。
再次转回到图26，如果在步骤126的确定结果为否定的，即当条件不满足用于执行PRISM处理或ADSM处理之一时，该程序前进到步骤140，其中该ECU 2把参数初始化标志F_IDRSET设置到“1.”。随后，程序前进到图17中的步骤141，其中该ECU 2把滑动模式控制总量DKCMDSLD设置到预定值SLDHOLD。然后，在执行上述步骤138、139之后，终止该处理。
随后，将参照图31描述在步骤125用于计算各种参数的处理，其示出执行此处理的程序。首先，在此处理中，ECU 2根据下面方程式(58)在步骤180计算排气量AB_SV(空间速度的估计值) AB_SV＝(NE/1500)·PBA·X_SVPRA…(58) 其中X_SVPRA是根据该发动机3的移动确定的预定系数。
随后，程序前进到步骤181，其中该ECU 2计算上述空气/燃料比操作系统中的滞后时间KACT_D(＝d′)、排气系统中的滞后时间CAT_DELAY(＝d)和预测时间dt。具体地说，根据在步骤180计算的排气体积AB_SV，通过检索图32所示的表格，ECU 2分别计算滞后时间KACTD、CAT_DELAY，并且设置这些滞后时间的和(KACT_D+CAT_DELAY)作为预测时间dt。换句话说，在此控制程序中，相位延迟时间dd被置零。
在图32所示的表格中，随着排气量AB_SV的加大，滞后时间KACT_D、CAT_DELAY被设置为更小的值。这是因为滞后时间KACT_D、CAT_DELAY随着排气流动加快而引起的排气量AB_SV的加大而减短。如上所述，因为滞后时间KACT_D、CAT_DELAY和预测时间dt是根据排气量AB_SV计算的，所以有可能根据已经使用它们而计算的输出偏移VO2的预测值PREVO2，通过计算自适应目标空气/燃料比KCMDSLD来消除在受控对象的输入和输出之间控制定时中的滑动。而且，由于模型参数a1、a2、b1是利用该滞后时间CAT_DELAY固定的，所以该受控对象模型的动态特性能够被调整到该受控对象的实际动态特性，从而使得有可能更完全地消除在该受控对象的输入和输出之间的控制定时中的滑动。
随后，程序进到步骤182，其中ECU 2计算识别算法的加权参数λ1、λ2。具体地说，ECU 2把加权参数λ2设置为1，并且同时根据排气量AB_SV，通过检索图33所示的表来计算加权参数λ2。
在图33所示的表格中，随着排气量AB_SV的加大，加权参数λ1被设置为更小的值。换句话说，随着排气量AB_SV减小，加权参数λ1被设置为接近1的较大值。这样进行设置的原因如下。由于随着排气量AB_SV的加大，换言之随着发动机3处于较重的负载操作中，该模型参数必须被更快速识别，所以该模型参数将通过把加权参数λ1设置到更小的值而把该]模型参数更快地收敛到最优值。另外，随着排气量AB_SV减小，即随着发动机3处于较轻的负载操作中，该空气/燃料比将更易受到波动的影响，引起后催化剂排气特性变得不稳定，使得必须保证模型参数识别的高精度。因此，加权参数λ1被产生接近1(对于最小平方算法)，以便改进模型参数的识别精确度。
随后，程序前进到步骤183，其中ECU 2通过根据排气量AB_SV而检索图34所示的表格，计算用于限制模型参数a1、a2的容许范围的下限值X_IDA2L，以及用于限制模型参数b1的容许范围的下限值X_IDB1L和上限值X_IDB1H。
在图34所示的表格中，随着排气量AB_SV的加大，该下限值X_IDA2L被设置为更大的值。这是因为由于排气量AB_SV中的变化所导致的滞后时间的增加和/或降低，将引起提供该控制系统中的稳定状态的模型参数a1、a2的组合中的变化。同样，随着排气量AB_SV加大，下限值X_IDB1L和上限值X_IDB1H被设置为更大的值。这是因为前催化剂空气/燃料比(第一催化前8a上游排出气体的空气/燃料比)对O2探测器15的输出Vout的影响更大，即受控对象的增益将随着排气量AB_SV加大而加大。
随后，程序前进到步骤184，其中ECU 2计算该移动平均滤选处理的滤波器阶数n，随后结束该处理。具体地说，ECU 2根据排气量AB_SV，通过检索图35所示的表格来计算该滤波器阶数n。
在图35所示的表格中，随着排气量AB_SV的加大，滤波器阶数n被设置为更小的值。这样进行设置的原因如下。如上所述，排气量AB_SV中的改变将引起频率特性的波动，具体地说是将引起受控对象的增益特性的波动，因此加权最小平方算法必须根据排气量AB_SV的频率加权特性而正确地校正，以便使受控对象模型的增益特性适合该受控对象的实际增益特性。因此，通过根据图35所示表格中的排气量AB_SV设置移动平均滤选处理的滤波器阶数n，能够确保在识别算法中的恒定识别加权，而与排气量AB_SV中的改变无关，并且该受控模型能够以增益特性匹配该受控对象，从而使得有可能改进识别精确度。
随后，参照图36描述在步骤131由车载识别器23执行的操作，其示出执行处理的程序。如图36中所示，在此操作中，车载识别器23首先根据上述方程式(39)，在步骤190计算增益系数KP(k)。随后，程序前进到步骤191，其中车载识别器23根据上述方程式(37)计算针对输出偏移VO2的识别值VO2HAT(k)。
随后，程序前进到步骤192，其中车载识别误差滤波器器23根据上述方程式(35)、(36)计算该识别误差滤波器值ide_f(k)。随后该程序前进到步骤193，其中车载识别器23根据上述方程式(33)计算针对模型参数的矢量θ(k)，随后程序进行到步骤194，其中该车载识别器23执行处理，用于稳定针对模型参数的矢量θ(k)。该稳定处理将稍后描述。
随后，该程序前进到步骤195，其中该车载识别器23根据上述方程式(40)计算方阵P(k)的随后值P(k+1)。这随后值P(k+1)被用作在下一个循环计算中的方阵P(k)的值。
随后，将参照图37描述在步骤194执行的稳定模型参数矢量θ(k)的处理。如图37中所示，该ECU 2首先在步骤200把三个标志F_A1STAB、F_A2STAB、F_B1STAB设置为0。
随后，程序前进到步骤201，其中该ECU 2如稍后描述的那样限制识别值a1′、a2′。随后，在步骤202，ECU 2如稍后描述的那样限制识别值b1′，随后终止用于稳定模型参数矢量θ(k)的处理。
随后，参照图38描述步骤101中的限制识别值a1′、a2′的处理，图38示出了用于执行该处理的程序。如图所示，其首先在步骤210确定在步骤193计算的模型参数的识别值a2′是否等于或大于图31中的步骤183计算的下限值X_IDA2L。如果步骤210的确定结果是否定的，则程序前进到步骤211，其中ECU 2把模型参数a2设置到下限值X_IDA2L，用于稳定该控制系统，并且同时把标志F_A2STAB设置到″1″，用于指示已经执行了用于模型参数a2的稳定处理。另一方面，如果步骤210的确定结果是肯定的，则表明该a2′≥X_IDA2L，程序前进到步骤212，其中该ECU 2把模型参数a2设置到标识的值a2′。
在接着上述步骤211或212的步骤213，确定在步骤193计算的模型参数的识别值a1′是否等于或大于预定下限值X_IDA1L(例如等于或大于-2并且小于0的常量)。如果步骤213的确定结果是否定的，则程序前进到步骤214，其中ECU 2把模型参数a1设置到下限值X_IDA1L，用于稳定该控制系统，并且同时把标志F_A1STAB设置到“1”，用于指示已经执行了用于模型参数a1的稳定处理。
另一方面，如果步骤213的确定结果是肯定的，则该程序前进到步骤215，其中确定标识值a′是否等于或低于预定上限值X_IDA1H(例如2)。如果步骤215的确定结果是肯定的，则表明X_IDA1L≤a1′≤X_IDA1H，程序前进到步骤216，其中该ECU 2把模型参数a1设置到标识值a1′。另一方面，如果步骤215的确定结果是否定的，则表明X_IDA1H＜a1′，程序进到步骤217，其中该ECU 2把模型参数a1设置到上限值X_IDA1H，并且同时把标志F_A1STAB设置到″1″，指示已经执行了针对该模型参数a1的稳定处理。
在接着上述步骤214、216或217的步骤218，确定按照上述方式计算的模型参数a1的绝对值与模型参数a2之和(|a1|+a2)是否等于或小于预定确定值X_A2STAB(例如0.9)。如果在步骤218的确定结果是肯定的，则在假定该模型参数a1、a2的组合处于能够确保该控制系统的稳定性的范围(由图27中的阴影指示的限制范围)之内的条件下，终止用于限制识别值a1′、a2′的处理而不必进一步的处理。
另一方面，如果在步骤218的确定结果是否定的，则程序前进到步骤219，其中确定该模型参数a1是否等于或小于通过从确定值X_A2STAB减去下限值X_IDA2L(XA2STAB-X_IDA2L)计算的值。如果在步骤219的确定结果是肯定的，则程序前进到步骤220，其中该ECU 2把模型参数a2设置到通过从确定值X_A2STAB减去模型参数的绝对值计算的值(X_A2STAB-|a1|)，并且同时把标志F_A2STAB设置到″1″，指示已经执行了针对模型参数a2的稳定处理，随后结束用于限制识别值a1′、a2′的处理。
另一方面，如果步骤219的确定结果是否定的，则表明a1＞(X_A2STAB-X_IDA2L)，程序前进到步骤221，其中ECU 2把模型参数a1设置到通过从确定值X_A2STAB减去下限值X_IDA2L计算的值，以便稳定该控制系统，并且把模型参数a2设置到下限值X_IDA2L。在进行这些设置的同时，ECU 2把两个标志F_A1STAB、F_A2STAB设置到″1″，指示已经针对模型参数a1、a2执行了稳定处理，随后结束用于限制识别值a1′、a2′的处理。
如上所述，利用顺序识别算法，当受控对象的输入和输出进入稳定状态时，因为所谓的漂移现象而更可能发生控制系统变得不定或波动，其中由于缺少自激条件而增加识别的模型参数的绝对值。而且，其稳定极限随着发动机3的操作条件改变。例如，在低负载操作条件期间，排气量AB_SV变小而引起排气的响应延迟、滞后时间等相对于提供的空气/燃料混合物有所增加，实现对该O2探测器15的波动输出Vout的高敏感度。
相比之下，上述a1′、a2′的限制处理把模型参数a1、a2的组合设置在由图39中的阴影所指示的限制范围之内，并且根据排气量AB_SV设置用于确定此限制范围的下限值X_IDA2L，使得此限制范围能够被设置作为正确的稳定极限范围，其反映与发动机3的操作条件中的改变，即受控对象的动态特性中的改变相关的稳定极限中的变化。利用限制到这种限制范围中的模型参数a1、a2，有可能避免漂移现象的发生，以便确保控制系统的稳定性。另外，通过把模型参数a1、a2的组合设置为在能够确保控制系统稳定性的限制范围之内的值，有可能避免当a1、a2被彼此独立限制时可能看到的控制系统的不稳定状态。利用上述策略，有可能改进控制系统的稳定性以及后催化剂排气特性。
随后，将参照图40描述在步骤202的b1′限制处理，其图40示出执行此处理的程序。如图所示，其在步骤230确定在步骤193计算的模型参数的识别值b1′是否等于或大于在图31中步骤183计算的下限值X_IDB1L。
如果步骤230的确定结果是肯定的，则表明b1′≥X_IDB1L，程序前进到步骤231，其中确定用于模型参数的识别值b1′是否等于或小于在图31中步骤183计算的上限值X_IDB1H。如果步骤231的确定结果是肯定的，则表明X_IDB1L b1′X_IDB1H，程序前进到步骤232，其中该ECU 2把模型参数b1设置到标识值b1′，随后结束b′的限制处理。
另一方面，如果步骤231的确定结果是否定的，则表明b′＞X_IDB1H，程序前进到步骤233，其中ECU 2把模型参数b1设置到上限值X_IDB1H，并且同时把标志F_B1LMT设置到″1″以便指示此设置，随后结束b1′的限制处理。
另一方面，如果步骤230的确定结果是否定的，则表明b1′＜X_IDB1L，程序前进到步骤234，其中ECU 2把模型参数b1设置到下限值X_IDB1L，并且同时把F_B1LMT设置到″1″用于指示此设置，随后结束b′的限制处理。
通过执行上述b1′的限制处理，模型参数b1能够被限制在从X_IDB1L到X_IDB1H的范围之内，从而避免由顺序识别算法引起的漂移现象。进一步，如上所述，这些上限和下限值X_IDB1H、X_IDB1L是根据排气量AB_SV设置的，使得限制范围能够被设置为正确的稳定极限范围，其反映与发动机3的操作条件的改变，即受控对象动态特性中的变化相关的稳定极限中的改变。利用这种限制范围中限制的模型参数b1，能够确保控制系统的稳定性。上述策略能够提供控制系统的稳定性中的一种改善，并且实现后催化剂排气特性中的改善。
随后，参照图41描述在步骤133由状态预测器22执行的操作，其示出执行此处理的程序。首先，状态预测器22在步骤240以上述方程式(24)计算矩阵元素α1、α2、βi、βj。然后，程序前进到步骤241，其中状态预测器22采用在步骤240以方程式(24)计算的矩阵元素α1、d 2、βi、βj来计算输出偏移VO2的预测值PREVO2，随后结束该处理。
随后，参照图42描述图15中用于计算控制量Usl的上述处理的步骤134，图42示出用于执行此处理的程序。首先，在步骤150，ECU 2根据图24中的上述方程式(52)计算预测切换函数σPRE。
然后，程序前进到步骤251，其中ECU 2计算预测切换函数σPRE的积分值SUMSIGMA。如图43中所示，在积分值SUMSIGMA的计算中，首先在步骤260确定是否满足如下三个条件(f24)-(f26)至少之一 (f24)该自适应控制标志F_PRTSMON是″1″； (f25)稍后描述的积分值保持标志F_SS_HOLD是″0″；并且 (f26)稍后描述的ADSM执行结束标志F_KOPR是″0″。
如果步骤260的确定结果是肯定的，即当该条件满足用于计算积分值SUMSIGMA时，则程序前进到步骤261，其中ECU 2把积分值SUMSIGMA的当前值SUMSIGMA(k)设置到通过把控制周期ΔT和预测切换函数σPRE的乘积加到在先值SUMSIGMA(k-1)而计算的值[SUMSIGMA(K-1)+ΔT·σPRE]。
随后，程序前进到步骤262，其中确定在步骤261计算的当前值SUMSIGMA(k)是否大于预定下限值SUMSL。如果在步骤262的确定结果是肯定的，则程序前进到步骤263，其中确定当前值SUMSIGMA(k)是否小于预定上限值SUMSH。如果步骤263的确定结果是肯定的，则表示SUMSL＜SUMSIGMA(K)＜SUMSH，终止用于计算预测切换函数σPRE的处理，而不必进一步的处理。
另一方面，如果步骤263的确定结果是否定的，则表明SUMSIGMA(k)≥SUMSH，该程序前进到步骤264，其中ECU 2把当前值SUMSIGMA(k)设置到上限值SUMSH，随后结束用于计算预测切换函数σPRE的处理。另一方面，如果步骤262的确定结果是否定的，则表明SUMSIGMA(k)≤SUMSH，该程序前进到步骤265，其中ECU 2把当前值SUMSIGMA(k)设置到下限值SUMSL，随后结束用于计算预测切换函数σPRE的处理。
另一方面，如果步骤260的确定结果是否定的，即当(f24)-(f26)的三个状态的任何之一都没有满足，而导致确立计算积分值SUMSIGMA的状态的失败，则该程序前进到步骤266，其中ECU 2把当前值SUMSIGMA(k)设置为在先值SUMSIGMA(k-1)。换言之，该积分值SUMSIGMA保持不变。随后，用于计算预测切换函数σPRE的处理被终止。
转回到图42，在接着步骤251的步骤252-254，ECU 2根据图25中的上述方程式(54)-(56)，分别计算等效控制输入Ueq、达到定则输入Urch、以及自适应定则输入Uadp。
随后，程序前进到步骤255，其中ECU 2把等效控制输入Ueq、达到定则输入Urch、以及自适应定则输入Uadp之和设置为控制总量Usl，随后结束计算控制总量Usl的处理。
随后，参照图44、45详细描述图27中用于计算滑动模式控制总量DKCMDSLD的处理的步骤136，图44、45示出用于执行此处理的程序。首先在步骤270，ECU 2执行用于计算控制总量Usl的极限值的处理。在此处理中，虽然详细的描述被省略，该ECU 2根据用于确定在步骤135的稳定性的确定结果，分别计算用于非空载操作的上、下限值Usl_ahf、Usl_alf以及用于空载操作的上、下限值Usl_ahfi、Usl_alfi，以及稍后描述的自适应上、下限值Usl_ah、Usl_al，用于控制总量Usl。
随后，程序前进到步骤271，其中确定空闲操作标志F_IDLE是否为″0″。如果步骤271的确定结果是肯定的，则表示发动机3未处于空载操作中，该程序前进到步骤272，其中确定在图30的上述处理中计算的控制总量Usl是否等于或小于用于非空载操作的下限值Usl_alf。
如果步骤272的确定结果是否定的，表示Usl＞Usl_alf，程序前进到步骤273，其中确定控制总量Usl是否等于或大于用于非空载操作的上限值Usl_ahf。如果步骤273的确定结果是否定的，则表示该Usl_alf＜Usl＜Usl_ahf，该程序前进到步骤274，其中ECU 2把滑动模式控制总量DKCMDSLD设置为控制总量Usl，并且同时把积分值保持标志F_SS_HOLD设置为″0″。
随后，程序前进到步骤275，其中ECU 2把自适应下限值的当前值Usl_al设置为值[Usl_al(k-1)+X_AL_DEC]，该值是通过把预定递减值X_AL_DEC加到在先值Usl_al(k-1)计算来的，并且同时把该自适应上限值的当前值Usl_ah(k)设置为通过从该在先值Usl_ah(k-1)[Usl_al(k-1)-X_AL_DEC]减去该预定递减值X_AL_DEC计算的值，随后结束用于计算该滑动模式控制总量DKCMDSLD的处理。
另一方面，如果步骤273的确定结果是肯定的，则表明Usl＞Usl_ahf，该程序前进到步骤276，其中ECU 2把滑动模式控制总量DKCMDSLD设置到非空载操作的自适应上限值Usl_ahf，并且同时把积分值保持标志F_SS_HOLD设置为″1″。
随后，程序前进到步骤277，其中确定起动后定时器是否展现小于预定时间X_TMAWAST的定时值，或F/C确定后标志F_AFC是否为″1″。此起动后定时器是升值型定时器，用于测量在发动机3起动之后经过的时间。
如果在步骤277的确定结果是肯定的，即当发动机3的起动之后尚未通过预定时间X_TMAWAST时，或当燃料削减被结束之后尚未通过预定时间X_TM_AFC时，则终止用于计算滑动模式控制总量DKCMDSLD的处理，而不作进一步处理。
另一方面，如果步骤277的确定结果是否定的，即当在发动机3起动之后已经经过了预定时间X_TMAWAST、以及当燃料削减之后已经经过了预定时间X_TM_AFC时，该程序前进到步骤278，其中ECU 2把自适应下限值的当前值Usl_al(k)设置到通过把递减值X_AL_DEC加到在先值Usl_al(k-1)而计算的值[Usl-al(k-1)+X_AL_DEC]，并且同时把自适应上限值的当前值Usl_ah(k)设置到通过把递增值X_AL_INC加到在先值Usl_ah(k-1)而计算的值[Usl-ah(k-1)+X_AL_INC]，随后结束用于计算该滑动模式控制总量DKCMDSLD的处理。
另一方面，如果步骤272的确定结果是肯定的，则表明Usl≤Usl_alf，该程序前进到步骤279，其中ECU 2把滑动模式控制总量DKCMDSLD设置到非空载操作的自适应下限值Usl_alf，并且同时把积分值保持标志F_SS_HOLD设置为″1″。
随后，程序进到步骤280，其中确定第二启动标志F_VST是否为″1″。如果步骤280的确定结果是肯定的，即当在车辆的启动之后尚未通过第二预定时间TV_ST使得该车辆仍然处于第二启动模式中，则结束用于计算该滑动模式控制总量DKCMDSLD的处理而不必进一步处理。
另一方面，如果步骤280的确定结果是否定的，即当在车辆启动之后已经经过了第二预定时间TVST，使得第二启动模式已经结束，则程序前进到步骤281，其中ECU 2把自适应下限值的当前值Usl_al(k)设置到通过从该在先值Usl_al(k-1)减去该递增值X_AL_INC而计算的值[Usl_al(k-1)-X_AL_INC]，并且同时把该自适应上限值的当前值Usl_ah(k)设置到通过从该在先值Usl_ah(k-1)减去该递减值X_AL_DEC而计算的值[Usl_ah(k-1)-X_AL_DEC]，随后结束用于计算该滑动模式控制总量DKCMDSLD的处理。
另一方面，如果步骤271的确定结果是否定的，则表明该发动机3处于空载操作，程序前进到图45中的步骤282，其中确定控制总量Usl是否等于或小于空载操作下限值Usl_alfi。如果步骤182的确定结果是否定的，表示Usl＞Usl_alfi，程序前进到步骤283，其中确定控制总量Usl是否等于或大于用于空载操作的上限值Usl_ahfi。
如果步骤283的确定结果是否定的，则表示该Usl_alfi＜Usl＜Usl_ahfi，该程序前进到步骤284，其中ECU 2把该滑动模式控制总量DKCMDSLD设置为控制总量Usl，并且同时把积分值保持标志F_SS_HOLD设置为″0″，随后结束用于计算该滑动模式控制总量DKCMDSLD的处理。
另一方面，如果步骤283的确定结果是肯定的，则表明Usl≥Usl_ahfi，该程序进到步骤285，其中该ECU 2把该滑动模式控制总量DKCMDSLD设置到空载操作的上限值Usl_ahfi，并且同时把积分值保持标志F_SS_HOLD设置为″1″，随后结束用于计算滑动模式控制总量DKCMDSLD的处理。
另一方面，如果步骤282的确定结果是肯定的，则表明Usl≤Usl_ahfi，该程序前进到步骤286，其中ECU 2把滑动模式控制总量DKCMDSLD设置到空载操作的下限值Usl_alfi，并同时把积分值保持标志F_SS_HOLD设置为″1″，随后结束用于计算该滑动模式控制总量DKCMDSLD的处理。
随后，参照图46描述图27中用于计算Δ∑调制控制总量DKCMDDSM的处理的步骤137，图46示出用于执行此处理的程序。如所示那样，在步骤290，ECU 2首先把在先前循环中计算并且存储在RAM中的DSM信号值的当前值DSMSGNS(k)[＝u″(k)]设置为先前值DSMSGNS(k-1)[＝u″(k-1)]。
随后，程序前进到步骤291，其中ECU 2把在先前循环中计算并且存储在RAM中的偏移积分值的当前值DSMSIGMA(k)[＝σd(k)]设置为先前值DSMSIGMA(k-1)[＝σd(k-1)]。
随后，程序前进到步骤292，其中确定输出偏移的预测值PREVO2(k)是否等于或大于零。如果步骤292的确定结果是肯定的，则程序前进到步骤293，其中用于基准信号值的增益KRDSM(＝Gd)被设置为倾斜系数KRDSML，其中假定该发动机3处于操作条件中，其中的空气混合物的空气/燃料比将被改变为更淡的值。然后程序前进到稍后描述的步骤295。
另一方面，如果步骤292的确定结果是否定的，则程序前进到步骤294，其中用于基准信号值的增益KRDSM被设置为大于淡化系数KRDSML的加浓系数KRDSMR，假设发动机3处于操作条件中，其中该空气燃料混合物的空气/燃料比将被改变更浓的值。然后该程序前进到步骤295。
淡化系数KRDSML和加浓系数KRDSMR被如上所述地设置为彼此不同的值，其原因阐明如下。为了改变将要被淡化的空气/燃料混合物的空气/燃料比，该淡化系数KRDSML被设置为小于该加浓系数KRDSMR的值，以便通过淡化偏置有效地抑制排出的NOx量，确保第一催化器8a的NOx净化百分比。因此，该空气/燃料比的控制使得O2探测器15的输出Vout收敛到目标值Vop比当该空气/燃料比被改变到更浓时要慢。另一方面，为了把该空气/燃料混合物的空气/燃料比改变为更浓的值，该加浓系数KRDSMR被设置为大于该淡化系数KRDSML的值，以便充分地恢复第一和第二催化器8a、8b的NOx净化百分比。因此，该空气/燃料比的控制使得O2探测器15的输出Vout收敛到目标值Vop比当空气/燃料比被改变到更淡时要快。以上述方式，不论何时该空气/燃料混合物的空气/燃料比被更改为更淡或更浓，都能够确保满意的后催化剂排气特性。
在接着步骤293或294的步骤295，通过从-1、基准信号值的增益KRDSM和预测值的当前值PREVO2(k)的乘积值减去在上述步骤290计算的DSM信号值的先前值DSMSGNS(K-1)，该ECU 2把计算的值[-1·KRDSM·PREVO2(k)-DSMSGNS(K-1)]设置为偏移信号值DSMDELTA[＝δ(k)]。这一设置对应于上述的方程式(41)、(42)。
随后，程序器进到步骤296，其中ECU 2把偏移积分值的当前值DSMSIGMA设置为在步骤291计算的先前值DSMSIGMA(k-1)与在步骤295计算的偏移信号值DSMDELTA之和[DSMSIGMA(k-1)+DSMDELTA]。这一设置对应于上述的方程式(43)。
随后，在步骤297-299的程序中，当在步骤296计算的偏移积分值的当前值DSMSIGMA(k)等于或大于0时，ECU 2把DSM信号值的当前值DSMSGNS(k)设置到1，并且当该偏移积分值的当前值DSMSIGMA(k)小于0时，把DSM信号值的当前值DSMSGNS(k)设置为-1。步骤297-299的此程序中的设置对应于上述方程式(44)。
随后，根据排气量AB_SV，ECU 2通过搜索图35所示的表格而在步骤300计算DSM信号值的增益KDSM(＝Fd)。如图47所示，该增益KDSM随着排气量AB_SV的变小而被设置为较大的值。这是因为O2探测器15的输出的负担随着排气量AB_SV越小，即随着引擎3操作在较小负载而降低，使得增益KDSM被设置得较大，以便补偿输出Vout的降低的负担。通过设置增益KDSM，能够根据引擎3的操作条件而正确地计算Δ∑调制控制总量DKCMDDSM，同时避免过增益状态，从而使得有可能改进该后催化剂排气特性。
用于计算增益KDSM的表格不局限于根据排气量AB_SV设置增益KDSM的图47的表格，相反可以是任何表格，只要其根据指示发动机3的工作负载的参数预先设置增益KDSM(例如基本燃料喷射时间Tim)。而且，当劣变确定单元被提供用于催化器8a、8b时，随着催化器8a、8b被劣变到较高的程度，由该劣变确定单元确定的增益KDSM可以被校正为较小值。而且，可以根据由该车载识别器23标识的模型参数确定该增益KDSM。例如，该增益KDSM可随着模型参数b1的倒数(1/b1)加大而设置为较大值，换句话说随着模型参数b1的变小而设置为较大值。
随后，程序前进到步骤301，其中ECU 2把Δ∑调制控制总量DKCMDDSM设置为用于DSM信号值的增益KDSM与DSM信号值当前值DSMSGNS(k)的乘积[KDSM·DSMSGNS(k)]，跟随结束用于计算Δ∑调制控制总量DKCMDDSM的处理。该设置步骤201对应于上述的方程式(45)。
随后，参照图48描述图27中的步骤138用于计算自适应目标空气/燃料比KCMDSLD的上述处理，图48示出用于执行此处理的程序。如所示的那样，首先在步骤310确定空闲操作标志F IDLE是否为″1″，并且确定空闲时间ADSM执行标志F_SWOPRI是否为″1″。当该发动机3处于应该执行ADSM处理的操作条件中的空闲时，空闲时间ADSM执行标志F_SWOPRI被设置为″1″，否则设置为″0″ 。
如果步骤310的确定结果是肯定的，则当引擎是处于应由ADSM处理计算自适应目标空气/燃料比KCMDSLD的操作条件中的空闲时，该程序前进到步骤311，其中ECU 2把自适应目标空气/燃料比KCMDSLD设置为基准值FLAFBASE和Δ∑调制控制总量DKCMDDSM之和[FLAFBASE+DKCMDDSM]。这一设置对应于上述的方程式(46)。
随后，程序前进到步骤312，其中ECU 2把ADSM执行结束标志F_KOPR设置到″1″，用于指示ADSM处理已经执行，随后结束用于计算自适应目标空气/燃料比KCMDSLD的处理。
另一方面，如果步骤310的确定结果被否定的，则程序进到步骤313，其中确定催化剂/O2探测器标志F_FCATDSM是否为″1″。当如下四个条件(f27)-(f30)至少之一被满足时，该催化剂/O2探测器标志F_FCATDSM被设置为″1″，否则设置为″0″ (f27)第一催化器8a具有载体，在排气管道7延伸的方向上，其长度等于或大于预定值L1； (f28)第一催化器8a具有装入在其中的非金属催化剂和金属催化剂的总量，等于或大于预定装入量M1； (f29)发动机3的排气管道7中没有提供LAF探测器14；和 (f30)O2探测器15被提供在最下游催化器(本第二实施例中的第二催化器8b)的下游。
如果步骤313的确定结果是肯定的，则程序前进到步骤314，其中确定第一启动标志F_VOTVST和启动ADSM执行标志F_SWOPRVST是否都是“1”。当处于第一启动模式中，即发动机3处于将执行该ADSM处理的操作条件中时，该启动ADSM执行标志F_SWOPRVST被设置为″1″，否则设置为″0″。
如果步骤314的确定结果是肯定的，即当在发动机处于第一启动模式中时，其中该发动机3将执行ADSM处理，该ECU 2按照上述方式执行步骤311、312，随后结束用于计算自适应目标空气/燃料比KCMDSLD的处理。
另一方面，如果步骤314的确定结果是否定的，则程序前进到步骤315，其中确定如下的两个条件是否都满足排气量AB_SV等于或小于预定值OPRSVH，以及小排气周期ADSM执行标志F_SWOPRSV是″1″。当发动机3具有小排气量AB_SV(小负载)并且当该发动机3处于应该执行ADSM处理的操作条件中时，该小排气周期ADSM执行标志F_SWOPRSV被设置为″1″，否则设置为″0″。
如果步骤315的确定结果是肯定的，即当在该排气量AB_SV是小值并且当该发动机3是处于应该执行ADSM处理的操作条件中时，该ECU 2按照上述方式执行步骤311、312，随后结束用于计算该自适应目标空气/燃料比KCMDSLD的处理。
另一方面，如果在步骤315的确定结果是否定的，则程序前进到步骤316，其中确定在该排气量AB_SV的当前值和先前值之间的差ΔAB_SV是否等于或大于预定值ΔAB_SVREF。如果步骤315的确定结果是肯定的，即当在该发动机处于负载有大波动的瞬态操作模式中时，该ECU 2按照上述方式执行步骤311、312，确定应该执行的ADSM处理，随后结束用于计算该自适应目标空气/燃料比KCMDSLD的处理。
另一方面，如果在步骤316的确定结果是否定的，即当发动机3未处于包含很小负载波动的稳态操作模式的操作模式的轻负载中时，该程序前进到步骤317，确定应该执行的PRISM处理，其中ECU 2把该自适应目标空气/燃料比KCMDSLD设置为基准值FLAFBASE、自适应校正项FLAFADP和滑动模式控制量DKCMDSLD之和[FLAFBASE+FLAFADP+DKCMDSLD]。随后该程序前进到步骤318，其中ECU 2把ADSM执行结束标志FKOPR设置为″0″，指示已经执行了PRISM处理，随后结束计算该自适应目标空气/燃料比KCMDSLD的处理。
另一方面，如果步骤313的确定结果是否定的，即当四个条件(f27)-(f30)的任何一个没有被满足，则ECU2跳过步骤314-316，并且执行上述的步骤317、318，随后结束用于计算该自适应目标空气/燃料比KCMDSLD的处理。在此过程中，当第一催化前8a的催化剂具有载体、其长度小于预定长度L1时、或当该第一催化器8a中装入的非金属催化剂和金属催化剂的总量小于预定装入量M1时、当催化器8a、8b、LAF探测器14和O2探测器象第二实施例那样全部放置时，步骤313的确定产生是否定的。
在计算该自适应目标空气/燃料比KCMDSLD的处理中，ECU 2根据发动机3的操作条件切换，以上述方式计算用于ADSM处理或PRISM处理的自适应目标空气/燃料比KCMDSLD。更具体地说，自适应目标空气/燃料比KCMDSLD，即目标空气/燃料比KCMD是根据ADSM处理计算的，与催化器8a、8b、LAF探测器14、O2探测器15的排列、第一催化器8a的载体的长度和装入催化剂的总量无关。这归因于下面的原因。在很低负载操作模式中，例如在空载操作模式中，其中排气量AB_SV被减小，以增加O2探测器15的操作延迟和滞后时间并且缩窄能够确保该发动机稳定燃烧状态的空气/燃料比的范围，当根据在这样很低负载操作模式中的PRISM处理而计算目标空气/燃料比KCMD时，O2探测器15的输出Vout将缓慢地收敛到该目标值Vop。另一方面，当根据ADSM处理计算得到目标空气/燃料比KCMD时，使得产生的O2探测器15的输出Vout提供具有与输出偏移VO2反相位波形的输出偏移，以便抵消该输出偏移VO2。因此，ADSM处理避免由PRISM处理所将发生的问题，从而使得有可能保证比PRISM处理更满意地把O2探测器15的输出Vout收敛到该目标值Vop。如此，在该第二实施例中，根据空载操作模式中的ADSM处理计算目标空气/燃料比KCDM，从而O2探测器15的输出Vout能够被快速地收敛到目标值Vop，以便保证满意的后催化剂排气特性。
而且，以第二实施例那样放置例如催化器8a、8b、LAF探测器14、O2探测器15，当第一催化器8a的载体具有小于预定长度L1的长度时、或当装入在该第一催化器8a中的非金属催化剂和金属催化剂的总量小于预定装入量M1时，则根据PRISM处理计算目标空气/燃料比KCMD。这是因为，当放置在O2探测器15上游的第一催化器8a中具有较少总量的催化剂或用于携带该催化剂的载体具有较小长度时，相对于提供到第一催化器8a的排气而言，O2探测器的输出Vout展现较小响应延迟、滞后时间。因此，当根据PRISM处理计算目标空气/燃料比KCMD时，O2探测器的输出Vout能够比当根据ADSM处理计算目标空气/燃料比KCMD时更快地收敛到目标值Vop。如此，当第一催化器8a的载体具有小于预定长度L1的长度时、或当装入该第一催化器8a中的非金属催化剂和金属催化剂的总量小于预定装入量M1时，即在不同于第二实施例的设计中，则根据PRISM处理计算目标空气/燃料比KCMD，从而使得有可能更快速地把O2探测器15的输出Vout收敛到该目标值Vop。
而且，利用第二实施例中的放置的不同装置，以第一催化器8a的载体具有等于或大于预定长度L1的长度、或以装入在该第一催化器8a中的非金属催化剂和金属催化剂的总量等于或大于预定装入量M1，当发动机3处于第一启动模式、处于排气量AB_SV小于预定值的低负载操作模式、或处于负载有大波动的瞬态操作模式中时，则根据ADSM处理计算目标空气/燃料比KCMD。此过程中的ADSM处理的使用证明如下。在上述的条件下，对于提供到第一催化器8a的排气的空气/燃料比的目标空气/燃料比KCMD的响应性被启动模式、低负载操作模式和瞬态操作模式中的干扰(例如波动负载、阀门定时、EGR阀门的通/断操作等)所降低，使得当根据ADSM处理计算目标空气/燃料比KCMD时，O2探测器的输出Vout能够比当根据PRISM处理计算目标空气/燃料比KCMD时更迅速地收敛到目标值Vop。因此，在第二实施例中，由于第一催化器8a具有载体，其长度等于或大于预定长度L1，由于装入在第一催化器8a中的非金属催化剂和金属催化剂的总量等于或大于预定装入量M1，根据ADSM处理计算目标空气/燃料比KCMD，从而使得有可能更迅速地把O2探测器的输出Vout更迅速地收敛到该目标值Vop。
随后，参照图49描述图27中用于计算该自适应校正项FLAFADP的处理的步骤139，图49示出用于执行此处理的程序。如图49所示，首先在步骤320确定输出偏移VO2是否是处于预定范围(ADL＜VO2＜ADH)之内。如果步骤320的确定结果是肯定的，即当输出偏移VO2是小值，因此O2探测器15的输出Vout接近目标值Vop时，该程序前进到步骤321，其中确定该自适应定则输入Uadp是否小于预定下限值NRL。
如果步骤321的确定结果是否定的，则表明Uadp≥NRL，程序前进到步骤322，其中确定自适应定则输入Uadp是否大于预定上限值NRH。如果步骤322的确定结果是否定的，则表明该NRL≤Uadp≤NRH，程序前进到步骤323，其中ECU 2把自适应校正项的当前值FLAFADP(k)设置到先前值FLAFADP(k-1)。换言之，自适应校正项FLAFADP的当前值被保持。然后，结束用于计算该自适应校正项FLAFADP的处理。
另一方面，如果步骤322的确定结果是肯定的，则表明Uadp＞NRH，该程序前进到步骤324，其中ECU 2把自适应校正项的当前值FLAFADP(k)设置到先前值FLAFADP(k-1)与预定更新值X_FLAFDLT之和[FLAFADP(k-1)+X_FLAFDLT]，随后结束用于计算该自适应校正项FLAFADP的处理。
另一方面，如果步骤321的确定结果是肯定的，则表明Uadp＜NRL，该程序前进到步骤325，其中ECU 2把自适应校正项的当前值FLAFADP(k)设置到先前值FLAFADP(k-1)与预定更新值X_FLAFDLT的相减值[FLAFADP(k-1)-X_FLAFDLT]，随后结束用于计算自适应校正项FLAFADP的处理。
如上所述，根据第二实施例的控制设备201能够正确地消除在受控对象的输入和输出之间的控制定时中的滑动，受控对象具有作为控制输入的目标空气/燃料比KCMD和作为输出的O2探测器15的输出Vout，并且展现相当大相位延迟、滞后时间等的动态特性，从而使得有可能改进控制的稳定性与可控性，因此改进后催化剂排气特性。
下面将参照图50-58描述本发明的第三至第九实施例的控制设备。在下面关于分别实施例的描述中，与第二实施例中完全相同或相等的部件被以相同的参考数字表示，其描述将被适当地省略。
首先参照图50描述根据第三实施例的控制设备。如图50所示，第三实施例中的控制设备301与第二实施例中的控制设备201的不同仅在于车载识别器23。具体地说，该第二实施例中的车载识别器23根据KACT、Vout和φop(KCMD)计算模型参数a1、a2、b1，而第三实施例中的车载识别器23将根据Vout和φop计算模型参数a1、a2、b1。
更具体地说，该车载识别器23根据图5中方程式(25)-(32)表示的识别算法计算模型参数的识别值a1′、a2′、b1′，取代图19中使用在第二实施例中的方程式(33)-(40)表示的识别算法，并且按照图38、40所示限制标识值a1′、a2′、b1′，以便计算模型参数a1、a2、b1。虽然没有具体示出用于由车载识别器23执行的处理的程序，但是这样的程序可以构成实质上类似于第二实施例中使用的程序。根据第三实施例的控制设备301能够提供类似于根据第一实施例的控制设备201的优点。
随后参照图51描述根据第四实施例的控制设备。如图51所示，第四实施例中的控制设备401与第二实施例中的控制设备201的不同仅在于状态预测器22。具体地说，第二实施例中的状态预测器22根据a1、a2、b1、KACT、Vout和φop(KCMD)计算预测值PREVO2，而第四实施例中的状态预测器22根据a1、a2、b1、Vout和φop计算预测值PREVO2。
更具体地说，在第四实施例中的状态预测器22根据图18中由方程式(23)表示的预测算法计算输出偏移VO2的预测值PREVO2，取代图18中使用在第二实施例中的由方程式(24)表示的预测算法。虽然没有具体示出用于由状态预测器22执行的处理的程序，但是这样的程序可以构成实质上类似于第二实施例中使用的程序。根据第四实施例的控制设备401能够提供类似于根据第二实施例的控制设备201的优点。
随后参照图52描述根据第五实施例的控制设备。如图52示出的那样，根据第五实施例的控制设备501不同于根据第二实施例控制设备201仅在于规划型DSM控制器20A、规划型状态预测滑动模式控制器21A和参数规划器28(模型参数设置装置)，用于计算模型参数a1、a2、b1，取代ADSM控制器20、PRISM控制器21和车载识别器23。
根据上述方程式(58)，参数规划器28首先根据发动机转速NE和进气管道内部绝对压力PBA计算排气量AB_SV。随后，参数规划器28根据排气量AB_SV，使用图53所示的表格计算模型参数a1、a2、b1。
在图53所示的表格中，随着排气量AB_SV的加大，模型参数a1被设置为较小的值。与模型参数a1相反，随着排气量AB_SV的加大，模参数a2、b1被设置为较大的值。这是因为受控对象的输出，即O2探测器15的输出Vout随着排气量AB_SV增加而变得更稳定，而O2探测器的输出Vout随着排气量AB_SV减小变得波动。
该规划型DSM控制器20A使用如上述计算的模型参数a1、a2、b1以类似于第二实施例的DSM控制器24计算目标空气/燃料比KCMD。同样，该规划型状态预测滑动模式控制器21A使用如上所述计算的模型参数a1、a2、b1以类似于第二实施例的SLD控制器25计算目标空气/燃料比KCMD。
根据该第五实施例的控制设备501能够提供类似于根据第二实施例的控制设备201的优点。另外，能够使用参数规划器28比使用车载识别器23更迅速地计算模型参数a1、a2、b1。因此有可能改进控制的可靠性，并且更迅速地保证良好的后催化剂排气特征。
随后参照图54描述根据第六实施例的控制设备。根据第六实施例的控制设备601不同于根据第二实施例的控制设备201仅在于使用一种SDM控制器29而取代第二实施例中的控制设备201的DSM控制器24。根据应用∑Δ调制算法的一种控制算法(参见公式(11)-(14))，SDM控制器29根据预测值PREVO2(k)计算控制输入φop(k)。在第六实施例中，SDM控制器29实现控制输入计算装置、第一控制输入计算装置、空气/燃料比计算装置和第一空气/燃料比计算装置。
在图54中图示SDM控制器29中，反相放大器29a产生基准信号r(k)，作为-1、基准信号的增益Gd和预测值PREVO2(k)的乘积。随后，积分器29b产生基准信号的积分值σdr(k)，作为由延迟元件29c延迟的基准信号积分值σdr(k-1)和基准信号r(k)之和。另一方面，积分器29d产生SDM信号的积分值σdu(k)，作为由延迟元件29e延迟的SDM信号积分值σdu(k-1)和由延迟元件29j延迟的SDM信号u″(k-1)之和。然后，减法器29f从基准信号积分值σdr(k)产生该SDM信号积分值σdu(k)的偏移信号δ″(k)。
随后，量化器29g(符号函数)产生DSM信号u″(k)作为偏移信号δ″(k)的符号。然后，通过以预定增益Fd放大DSM信号u″(k)，放大器29h产生放大的SDM信号u(k)。然后，加法器29i产生控制输入φop(k)，作为放大的SDM信号u(k)和预定基准值FLAFBASE之和。
上述的DSM控制器29的控制算法由如下方程式(59)-(65)表示 r(k)＝-1·Gd·PREVO2(k)…(59) σdr(k)＝σdr(k-1)+r(k)…(60) σdu(k)＝σdu(k-1)+u″(k-1)…(61) δ″(k)＝σdr(k)-σdu(k) …(62) u″(k)＝sgn(δ″(k)) …(63) u(k)＝Fd·u″(k) …(64) φop(k)＝FLAFBASE+u(k) …(65) 其中Gd和Fd表示增益。其中当δ″(k)≥0时，符号函数sgn(δ″(k))的值取1(sgn(δ″(k))＝1)，当δ″(k)＜0时，符号函数sgn(δ″(k))的值取-1(sgn(δ″(k))＝-1)，而当δ″(k)＝0时，符号函数sgn(δ″(k))的值取0(sgn(δ″(k))＝0)。
SDM控制器29的控制算法中的∑Δ调制算法的特征在于，可以产生(计算)SDM信号u(k)而使得时间SDM信号u(k)被输入到受控对象时在受控对象的输出再生基准信号r(k)，如上述的Δ∑调制算法的情况。换言之，该SDM控制器29具有类似于上述DSM控制器24的产生控制输入φop(k)的特性。因此，根据第六实施例的控制设备601，其使用SDM控制器29能够提供类似于根据第二实施例的控制设备201的优点。虽然没有示出用于SDM控制器29的具体程序，但是这种程序实质上类似于DSM控制器24。
随后参照图55描述根据第七实施例的控制设备。根据第七实施例的控制设备701不同于根据第二实施例的控制设备201仅在于使用DM控制器30取代DSM控制器24。根据应用Δ调制算法的一种控制算法(参见公式(15)-(17))，DM控制器30根据预测值PREVO2(k)计算控制输入φop(k)。在该第七实施例中，该DM控制器30实现控制输入计算装置、第一控制输入计算装置、空气/燃料比计算装置和第一空气/燃料比计算装置。
具体地说，如图55所示，在DM控制器30中，反相放大器30a产生基准信号r(k)作为-1值、基准信号的增益Gd和预测值PREVO2(k)的乘积。积分器30b产生DM信号的积分值δdu(k)，作为由延迟元件30延迟的DM信号积分值δdu(k-1)和由延迟元件30h延迟的DM信号u″(k)之和。然后，减法器30d从基准信号r(k)产生DM信号积分值δdu(k)的偏移信号δ″(k)。
随后，量化器30e(符号函数)产生DM信号u″(k)作为偏移信号δ″(k)的符号。然后，通过以预定增益Fd放大DM信号u″(k)，放大器30f产生放大的DM信号u(k)。随后，加法器30g产生控制输入φop(k)，作为放大的DM信号u(k)和预定基准值FLAFBASE之和。
上述的DM控制器30的控制算法由如下方程式(66)-(71)表示 r(k)＝-1·Gd·PREVO2(k) …(66) σdu(k)＝σdu(k-1)+u″(k-1) …(67) δ″(k)＝r(k)-σdu(k) …(68) u″(k)＝sgn(δ″(k))…(69) u(k)＝Fd·u″(k)…(70) φop(k)＝FLAFBASE+u(k) …(71) 其中Gd和Fd表示增益。当δ″(k)≥0时，符号函数sgn(δ″(k))的值取1(sgn(δ″(k))＝1)，当δ″(k)＜0时，符号函数sgn(δ″(k))的值取-1(sgn(δ″(k))＝-1)，而当δ″(k)＝0时，符号函数sgn(δ″(k))的值取0(sgn(δ″(k))＝0)。
DM控制器30的控制算法，即Δ调制算法的特征在于，能够产生(计算)DM信号u(k)，使得当DM信号u(k)被输入到受控对象时在受控对象的输出再现基准信号r(k)，如上述Δ∑调制算法和∑Δ调制算法的情况。换言之，该DM控制器30具有类似于上述DSM控制器24和SDM控制器29产生控制输入φop(k)的特性。因此，根据第七实施例的控制设备701，其使用DM控制器30能够提供类似于根据第二实施例的控制设备201的优点。虽然没有示出用于DM控制器30的具体程序，但是这种程序可以实质上类似于DSM控制器24。
随后参照图56和57描述根据第八实施例的控制设备。如图56所示，根据第八实施例的控制设备801不同于根据第二实施例的控制设备201仅在于发动机3不具有LAF探测器14，并且O2探测器15被放置在第二催化器8b的下游。
由于不具有LAF探测器14，该控制设备801根据O2探测器15的输出Vout和控制输入φop(k)(目标空气/燃料比KCMD)，依靠车载识别器23计算模型参数a1、a2、b1，如图57所示。换言之，车载识别器23根据由图19中的方程式(25)-(32)表示的识别算法计算模型参数的识别值a1′、a2′、b1′，并且按照上述方式限制这些识别值，以便计算模型参数a1、a2、b1。
而且，状态预测器22根据模型参数a1、a2、b1、O2探测器15的输出Vout和控制输入φop计算输出偏移VO2的预测值PREVO2。换言之，状态预测器22根据由图18中方程式(23)表示的预测算法计算输出偏移VO2的预测值PREVO2。虽然没有示出用于由该状态预测器22和车载识别器23执行的处理的具体程序，但是这样的程序实质类似于第二实施例中那些的程序。其它程序还可以按照与第二实施例中的程序类似的方式构成。
在控制设备801中，由于发动机3不带有LAF探测器14并且在第二催化器8b的下游位置提供O2探测器15，所以图48中的步骤313的确定结果是肯定的。因此，如上所述，当发动机3处于第一启动模式、处于排气量AB_SV小于预定值的低负载操作模式以及处于瞬态操作模式中时，根据ADSM处理计算目标空气/燃料比KCMD。此情况证明如下。以第八实施例的情况放置O2探测器15、催化器8a、8b，换句话说具有放置在O2探测器15上游的多个催化器，相对于在上述提到的操作模式中提供到第一催化器8a的排气，O2探测器15的输出Vout展现较大的响应延迟，使得O2探测器15的输出Vout能够更快速地收敛到该目标值Vop，以便降低流入第一催化器8a的排气的波动范围，从而由催化器8a、8b满意地保持净化排气，具体地说，在根据ADSM处理计算目标空气/燃料比KCMD时，与在根据PRISM处理计算目标空气/燃料比KCMD时相比，放置在上游侧的第一催化器8a使得O2探测器15的输出Vout更快速地收敛到该目标值Vop。虽然在此处没有示出实验数据，但是已经通过实验证实，例如在处于根据ADSM处理计算目标空气/燃料比KCMD的瞬态操作模式中，与根据PRISM处理的计算相比较，在由第八实施例的控制设备801执行的空气/燃料比控制中，排气中的NOx量能够减少几个百分比。
根据如上所述第八实施例的控制设备801，能够提供类似于根据第二实施例的控制设备201的优点。具体地说，当仅由O2探测器15控制空气/燃料比时，通过以图46中的用于把排气控制为更淡和更浓的步骤292-294，把基准信号值的增益KRDSM设置到不同的值，控制设备801能够提供满意的后催化剂排气特性，而无误地改变空气/燃料混合物的空气/燃料比为更浓和更淡，以便以不同速率把目标空气/燃料比KCMD收敛到该目标值Vop。此外，由于能够确保适当的后催化剂排气特性，而不使用LAF探测器14，所以能够相应地节省制造成本。
随后，将参照图58描述根据本发明第九实施例的控制设备。如所示，根据第九实施例的控制设备901不同于根据第八实施例的控制设备801在于第八实施例中的ADSM控制器20、PRISM控制器21和车载识别器23被替换为在第九实施例中的规划型DSM控制器20A、规划型状态预测滑动模式控制器21A和参数规划器28。控制器20A、21A和参数规划器28的配置方式类似于第五实施例中的情况。根据第九实施例的控制设备901能够提供类似于根据第八实施例的控制设备801的优点。另外，当使用参数规划器28时，能够比使用车载识别器23时更快地计算模型参数a1、a2、b1。因此能够改进控制的可靠性，并且更迅速地保证满意的后催化剂排气特征。
上述第二到第九实施例已经说明了根据本发明用于控制器内燃机3的空气/燃料比的控制设备的示例性结构。然而应该理解，本发明不局限于上述实施例，而是能够广泛地应用到用于控制其它任意控制目标的控制设备。此外，ADSM控制器20和PRISM控制器21能以硬件实现而取代实施例中示出的程序。
而且，虽然上述第一到第九实施例已经说明采用滑动模式控制作为响应指定控制的示例性控制，但是响应指定控制并不局限于滑动模式控制，而是可以采用任何方案，只要其能够规定输出偏移VO2的收敛行为即可。例如，可以用后分级控制实现响应指定控制，其能够通过调节设计参数来规定输出偏移VO2的收敛行为，其中还能够通过采用类似于这些实施例设置切换函数σ的方法提供上述的优点。
而且，虽然上述第二到第九实施例采用离散时间系统模型作为受控对象模型，但是受控对模型并不局限于这种模型，而可以使用连续时间系统模型。
如上所述，根据本发明的控制设备能够控制受控对象的输出，针对控制输入、具有相当大响应延迟和/或滞后时间的受控对象，而被限制在的可用范围之内，以便快速和精确地收敛到目标值。具体地说，当受控对象的输出被选择为内燃机中的空气/燃料比探测器的输出时，本发明能够控制空气/燃料比探测器的输出，即使当发动机处于很低负载的操作模式中，本发明也能够控制空气/燃料比探测器的输出而迅速和精确地收敛到目标值，从而提供满意的后催化剂排气特性。
权利要求
1.一种控制设备，包括
偏移计算装置，用于计算受控对象的输出从预定目标值的偏移；
第一控制输入计算装置，用于以从Δ调制算法、Δ∑调制算法和∑Δ调制算法中选择的一种调制算法为基础计算对于所述受控对象的控制输入，以便根据所述计算的偏移把所述受控对象的输出收敛到目标值；
第二控制输入计算装置，用于基于响应指定控制算法根据所计算的偏移来计算对于所述受控对象的控制输入，以便把所述受控对象的输出收敛到所述的目标值；
受控对象状态检测装置，用于检测所述受控对象的状态；以及
控制输入选择装置，用于根据所述受控对象的检测状态来选择由所述第一控制输入计算装置计算的控制输入和由所述的第二控制输入计算装置计算的控制输入之一作为应该输入到所述受控对象的控制输入。
2.根据权利要求1的控制设备，其特征在于所述的第一控制输入计算装置基于所述的一种调制算法根据偏移来计算第一中间值，并且根据所述计算的第一中间值和预定增益的乘积计算所述的控制输入。
3.根据权利要求2的控制设备，其特征在于
所述受控对象状态检测装置包括增益参数检测装置，用于检测指示所述受控对象的增益特性的增益参数，和
所述控制设备还包括增益设置装置，用于根据所述检测的增益参数设置所述增益。
4.根据权利要求1的控制设备，其特征在于所述第一控制输入计算装置基于所述的一种调制算法根据偏移来计算第二中间值，并且通过把预定值加到所述计算的第二中间值来计算所述的控制输入。
5.根据权利要求1的控制设备，其特征在于所述的偏移计算装置包括预测值计算装置，用于基于预测算法根据所述偏移来计算所述偏移的预测值，
其中所述第一控制输入计算装置基于所述一种调制算法根据所述偏移的计算预测值，来计算所述控制输入；和
所述第二控制输入计算装置基于所述响应指定控制算法根据所述偏移的计算预测值，来计算所述的第二控制输入。
6.根据权利要求1的控制设备，其特征在于所述的第一控制输入计算装置和所述的第二控制输入计算装置进一步基于模拟受控对象的受控对象模型根据所述偏移来计算所述的控制输入。
7.根据权利要求6的控制设备，进一步包括标识装置，用于根据所述计算的控制输入和反映输入到所述受控对象的控制输入的值之一以及所述受控对象的输出来标识用于所述受控对象模型的模型参数。
8.根据权利要求7的控制设备，其特征在于所述受控对象模型包括离散时间系统模型，
其中所述的标识装置根据所述的控制输入的离散数据和反映输入到所述受控对象的所述的控制输入的值的离散数据之一以及所述受控对象的输出的离散数据来标识用于所述的离散时间系统模型的模型参数。
9.根据权利要求6的控制设备，还包括
动态特性参数检测装置，用于检测指示在所述受控对象的动态特性中的改变的动态特性参数；和
模型参数设置装置，用于根据检测的动态特性参数设置用于所述受控对象模型的模型参数。
10.根据权利要求1的控制设备，其特征在于所述的响应指定控制算法是滑动模式控制算法。
11.一种控制设备，包括
下游空气/燃料比探测器，用于输出检测信号，指示在内燃机排气管道中的催化器的下游位置的排气空气/燃料比；
输出偏移计算装置，用于计算所述下游空气/燃料比探测器的输出从预定目标值的输出偏移；
第一空气/燃料比控制装置，用于基于从Δ调制算法、Δ∑调制算法和∑Δ调制算法中选择的一种调制算法根据计算输出偏移来控制提供到所述内燃机的空气/燃料混合物的空气/燃料比，使得下游空气/燃料比探测器的输出收敛到所述的目标值；
第二空气/燃料比控制装置，基于响应指定控制算法根据计算输出偏移来控制提供到所述的内燃机的空气/燃料混合物的空气/燃料比，使得所述下游空气/燃料比探测器的输出收敛到所述的目标值；
操作条件参数检测装置，用于检测指示所述内燃机的操作条件的操作条件参数；以及
选择装置，用于根据检测的操作条件参数来选择所述的第一空气/燃料比控制装置和所述的第二空气/燃料比控制装置之一，以便控制空气/燃料混合物的空气/燃料比。
12.根据权利要求11的控制设备，其特征在于所述的选择装置根据在所述的催化器中装入的催化剂的总量是否等于或大于预定装入总量、以及在所述的催化器中用于携带所述催化剂的载体在排气管道方向上延伸长度是否等于或长于预定长度至少之一来选择所述的第一空气/燃料比控制装置和所述的第二空气/燃料比控制装置之一。
13.根据权利要求11的控制设备，其特征在于
所述的选择装置包括操作模式识别装置，用于根据所述的操作条件参数识别所述的内燃机的操作模式，以及
在该识别的操作模式是预定的第一操作模式时，所述的选择装置选择所述的第一空气/燃料比控制装置，而在该识别的操作模式是预定的第二操作模式时，选择所述的第二空气/燃料比控制装置。
14.根据权利要求11的控制设备，其特征在于
所述的催化器包括沿所述内燃机排气管道放置并且彼此空间分开的多个催化器，以及
所述的选择装置包括操作模式识别装置，用于根据所述的操作条件参数识别所述内燃机的操作模式，
其中在该识别的操作模式是预定的第一操作模式时，所述的选择装置选择所述的第一空气/燃料比控制装置，而在该识别的操作模式是预定的第二操作模式时，选择所述的第二空气/燃料比控制装置。
15.根据权利要求11的控制设备，其特征在于
所述的内燃机包括在所述下游空气/燃料比探测器的下游位置的排气管道中的下游催化器，以及
所述的选择装置包括操作模式识别装置，用于根据所述的操作条件参数识别所述的内燃机的操作模式，
其中在该识别的操作模式是预定的第一操作模式时，所述的选择装置选择所述的第一空气/燃料比控制装置，而在该识别的操作模式是预定的第二操作模式时，选择所述的第二空气/燃料比控制装置。
16.根据权利要求15的控制设备，其特征在于
在所述的下游催化器中装入的催化剂的总量被设置得小于在所述的催化器中装入的催化剂的总量，以及
所述的目标值被设置为提供所述的催化器的最高净化百分比。
17.根据权利要求13的控制设备，其特征在于所述的第一操作模式包括所述的内燃机的瞬态操作模式。
18.根据权利要求13的控制设备，其特征在于所述的第一操作模式包括空载操作模式。
19.根据权利要求13的控制设备，其特征在于所述的第二操作模式包括稳态操作模式，其中所述的内燃机的负载实质上处于稳态中。
20.根据权利要求11的控制设备，其特征在于
所述的第一空气/燃料比控制装置包括第一空气/燃料比计算装置，用于基于所述的一个调制算法根据所述输出偏移来计算第一中间值，并且计算空气/燃料混合物的目标空气/燃料比，以便根据所述计算的第一中间值和预定增益的乘积来把所述的下游空气/燃料比探测器的输出收敛到所述的目标值，
其中所述的第一空气/燃料比控制装置根据计算的目标空气/燃料比来控制所述空气/燃料混合物的空气/燃料比。
21.根据权利要求20的控制设备，进一步包括增益设置装置，用于根据所述的操作条件参数来设置所述的增益。
22.根据权利要求11的控制设备，其特征在于
所述的第一空气/燃料比控制装置包括第一空气/燃料比计算装置，用于基于所述的一个调制算法根据所述输出偏移来计算第二中间值，并且计算空气/燃料混合物的目标空气/燃料比，以便通过把预定值加到计算的第二中间值来把所述的下游空气/燃料比探测器的输出收敛到所述的目标值，和
所述的第一空气/燃料比控制装置根据计算的目标空气/燃料比来控制所述的空气/燃料混合物的空气/燃料比。
23.根据权利要求11的控制设备，其特征在于
所述的输出偏移计算装置包括预测值计算装置，用于基于预测算法根据所述输出偏移来计算所述输出偏移的预测值，
其中所述的第一空气/燃料比控制装置基于一种调制算法根据输出偏移的计算预测值来控制空气/燃料混合物的空气/燃料比，使得所述的下游空气/燃料比探测器的输出收敛到所述的目标值，和
所述的第二空气/燃料比控制装置基于响应指定控制算法根据输出偏移的计算预测值来控制空气/燃料混合物的空气/燃料比，使得所述的下游空气/燃料比探测器的输出收敛到所述的目标值。
24.根据权利要求11的控制设备，其特征在于
所述的第一空气/燃料比控制装置包括第一空气/燃料比计算装置，用于基于应用受控对象模型的算法和一种调制算法根据输出偏移来计算所述的目标空气/燃料比，所述的受控对象模型具有与空气/燃料比偏移相关的变量，所述空气/燃料比偏移是所述目标空气/燃料比与用于把所述的下游空气/燃料比探测器的输出收敛到所述目标值的基准值之间的偏移，并且受控对象模型具有与所述输出偏移相关的变量，
其中所述的第一空气/燃料比控制装置根据计算的目标空气/燃料比来控制所述的空气/燃料混合物的空气/燃料比，和
所述的第二空气/燃料比控制装置包括第二空气/燃料比计算装置，用于基于应用受控对象模型的算法和所述响应指定控制算法根据输出偏移来计算所述的目标空气/燃料比，所述的受控对象模型具有与空气/燃料比偏移相关的变量，所述空气/燃料比偏移是所述目标空气/燃料比与用于把所述的下游空气/燃料比探测器的输出收敛到所述目标值的基准值之间的偏移，并且受控对象模型具有与所述输出偏移相关的变量，
其中所述的第二空气/燃料比控制装置根据计算的目标空气/燃料比来控制所述的空气/燃料混合物的空气/燃料比。
25.根据权利要求24的控制设备，进一步包括标识装置，用于根据所述的目标空气/燃料比和所述的下游空气/燃料比探测器的输出来标识用于所述的受控对象模型的模型参数。
26.根据权利要求24的控制设备，其特征在于
所述的受控对象模型包括离散时间系统模型，
其中所述的标识装置根据所述的目标空气/燃料比的离散数据和所述的下游空气/燃料比探测器的输出的离散数据来标识用于所述的离散时间系统模型的模型参数。
27.根据权利要求24的控制设备，进一步包括模型参数设置装置，用于根据所述的操作条件参数来设置用于所述的受控对象模型的模型参数。
28.根据权利要求11的控制设备，进一步包括
上游空气/燃料比探测器，用于输出指示在所述内燃机排气管道中的催化器的上游位置排气的空气/燃料比的检测信号，
所述的第一空气/燃料比控制装置包括第一空气/燃料比计算装置，用于基于应用受控对象模型的算法和一种调制算法根据所述输出偏移来计算所述的目标空气/燃料比，所述的受控对象模型具有与燃料/空气比偏移和上游输出偏移之一相关的变量，所述空气/燃料比偏移是所述目标空气/燃料比与用于把所述的下游空气/燃料比探测器的输出收敛到所述目标值的基准值之间的偏移，所述上游输出偏移是所述上游空气/燃料比探测器的输出和所述基准值之间的偏移，并且该受控对象模型具有与所述输出偏移相关的变量，其中
所述的第一空气/燃料比控制装置根据计算的目标空气/燃料比来控制所述的空气/燃料混合物的空气/燃料比，和
所述的第二空气/燃料比控制装置包括第二空气/燃料比计算装置，用于基于应用受控对象模型的算法和响应指定控制算法根据所述输出偏移来计算所述的目标空气/燃料比，所述的受控对象模型具有与燃料/空气比偏移和上游输出偏移之一相关的变量，所述空气/燃料比偏移是所述目标空气/燃料比与用于把所述的下游空气/燃料比探测器的输出收敛到所述目标值的基准值之间的偏移，所述上游输出偏移是所述上游空气/燃料比探测器的输出和所述基准值之间的偏移，并且该受控对象模型具有与所述输出偏移相关的变量，其中
所述的第二空气/燃料比控制装置根据计算的目标空气/燃料比来控制所述的空气/燃料混合物的空气/燃料比。
29.根据权利要求28的控制设备，进一步包括标识装置，用于根据所述的目标空气/燃料比和所述的上游空气/燃料比探测器的输出之一以及所述的下游空气/燃料比探测器的输出来标识用于所述的受控对象模型的模型参数。
30.根据权利要求29的控制设备，其特征在于
所述的受控对象模型包括离散时间系统模型，
其中所述的标识装置根据所述的目标空气/燃料比的离散数据和所述的上游空气/燃料比探测器的输出的离散数据之一以及所述的下游空气/燃料比探测器的输出的离散数据，来标识用于所述的离散时间系统模型的模型参数。
31.根据权利要求28的控制设备，进一步包括模型参数设置装置，用于根据所述的操作条件参数来设置用于所述的受控对象模型的模型参数。
32.根据权利要求11的控制设备，其特征在于所述的响应指定控制算法是滑动模式控制算法。
33.一个控制方法，包括以下步骤
计算受控对象的输出从预定目标值的偏移；
根据从Δ调制算法、Δ∑调制算法和∑Δ调制算法中选择的一种调制算法来计算对于所述的受控对象的控制输入，以便根据计算的偏移来把所述受控对象的输出收敛到目标值；
基于响应指定控制算法根据计算偏移来计算对于所述的受控对象的控制输入，以便把所述的受控对象的输出收敛到所述的目标值；
检测所述的受控对象的状态；以及
根据所述受控对象的检测状态来选择根据所述的调制算法计算的控制输入和根据所述响应指定控制算法计算的控制输入之一作为应该输入到所述受控对象的控制输入。
34.根据权利要求33的控制方法，其特征在于所述的根据一种调制算法计算对所述受控对象的控制输入的步骤包括以下步骤基于所述的一种调制算法根据偏移计算第一中间值，并且根据所述计算的第一中间值和预定增益的乘积来计算所述控制输入。
35.根据权利要求34的控制方法，其特征在于
所述检测受控对象状态的步骤包括检测指示所述受控对象的增益特性的增益参数，以及
所述控制方法还包括根据检测的增益参数设置所述增益的步骤。
36.根据权利要求33的控制方法，其特征在于根据一种调制算法来计算对所述受控对象的控制输入的步骤包括以下步骤基于一种调制算法根据所述偏移来计算第二中间值，并且通过把预定值加到所述计算的第二中间值来计算所述的控制输入。
37.根据权利要求33的控制方法，其特征在于所述计算偏移的步骤包括基于预测算法根据所述偏移来计算所述偏移的预测值的步骤，
其中基于一种调制算法来计算输入到所述受控对象的控制输入的步骤包括基于一种调制算法根据偏移的计算预测值来计算所述的控制输入；以及
基于响应指定控制算法来计算输入到所述受控对象的控制输入的步骤包括基于响应指定控制算法根据偏移的计算预测值来计算所述的控制输入。
38.根据权利要求33的控制方法，其特征在于
基于一种调制算法来计算输入到所述的受控对象的控制输入的步骤包括进一步基于模拟所述受控对象的受控对象模型根据偏移来计算所述的控制输入；并且
基于响应指定控制算法来计算输入到所述受控对象的控制输入的步骤包括进一步基于模拟所述的受控对象的受控对象模型根据所述偏移来计算所述的控制输入的步骤。
39.根据权利要求38的控制方法，还包括标识步骤，根据所述计算的控制输入和反映输入到所述受控对象的所述控制输入的值之一以及所述的受控对象的输出，来标识用于所述的受控对象模型的模型参数。
40.根据权利要求39的控制方法，其特征在于
所述的受控对象模型包括离散时间系统模型，
其中所述的标识步骤包括根据所述控制输入的离散数据和反映输入到所述受控对象的所述控制输入的值的离散数据之一以及所述受控对象的输出的离散数据，来标识用于所述的离散时间系统模型的模型参数。
41.根据权利要求38的控制方法，进一步包括以下步骤
检测指示在所述的受控对象的动态特性中的改变的动态特性参数；以及
根据检测的动态特性参数来设置用于所述受控对象模型的模型参数。
42.根据权利要求33的控制方法，其特征在于所述的响应指定控制算法是滑动模式控制算法。
43.一种控制方法，包括以下步骤
输出检测信号，指示在内燃机排气管道中的催化器的下游位置排出气体的空气/燃料比；
计算下游空气/燃料比探测器的输出从预定目标值的输出偏移；
基于从Δ调制算法、Δ∑调制算法和∑Δ调制算法中选择的一种调制算法根据计算输出偏移来控制提供到所述的内燃机的空气/燃料混合物的空气/燃料比，使得所述下游空气/燃料比探测器的输出收敛到所述目标值；
基于响应指定控制算法根据计算输出偏移来控制提供到所述的内燃机的空气/燃料混合物的空气/燃料比，使得所述的下游空气/燃料比探测器的输出收敛到所述目标值；
检测指示所述内燃机的操作条件的操作条件参数；以及
根据检测的操作条件参数选择基于一种调制算法控制的空气/燃料比和基于响应指定控制算法控制的空气/燃料比之一来控制空气/燃料混合物的空气/燃料比。
44.根据权利要求43的控制方法，其中所述的选择步骤包括根据在所述的催化器中装入的催化剂的总量是否等于或大于预定装入总量、以及在所述的催化器中用于携带所述的催化剂的载体在排气管道中一个方向上延伸长度是否等于或长于预定长度至少之一来选择基于一种调制算法控制的空气/燃料比和基于响应指定控制算法控制空气/燃料比之一。
45.根据权利要求43的控制方法，其特征在于所述的选择步骤包括
根据所述的操作条件参数识别所述内燃机的操作模式；并且
当识别的操作模式是预定的第一操作模式时，选择基于一种调制算法控制的空气/燃料比，并且当识别的操作模式是预定的第二操作模式时，选择基于响应指定控制算法控制的空气/燃料比。
46.根据权利要求43的控制方法，其特征在于
所述的催化器包括沿所述内燃机的排气管道放置并且彼此空间分开的多个催化器，以及
所述的选择步骤包括根据所述的操作条件参数识别所述内燃机的操作模式的步骤；以及
当识别的操作模式是预定的第一操作模式时，选择基于一种调制算法控制的空气/燃料比，并且当识别的操作模式是预定的第二操作模式时，选择基于响应指定控制算法控制的空气/燃料比。
47.根据权利要求43的控制方法，其特征在于
所述内燃机包括在所述下游空气/燃料比探测器的下游位置的排气管道中的下游催化器，以及
所述的选择步骤包括
根据所述的操作条件参数识别所述内燃机的操作模式；以及
当识别的操作模式是预定的第一操作模式时，选择基于一种调制算法控制的空气/燃料比，并且当识别的操作模式是预定的第二操作模式时，选择基于响应指定控制算法控制的空气/燃料比。
48.根据权利要求47的控制方法，其特征在于
装入在所述下游催化器中的催化剂总量被设置为小于装入在所述的催化器中的催化剂的总量，并且设置所述的目标值，以便提供所述的催化器的最高净化百分比。
49.根据权利要求45的控制方法，其特征在于所述的第一操作模式包括所述的内燃机的瞬态操作模式。
50.根据权利要求45的控制方法，其特征在于所述的第一操作模式包括空载操作模式。
51.根据权利要求45的控制方法，其特征在于所述的第二操作模式包括稳态操作模式，其中所述内燃机的负载实质上处于稳态中。
52.根据权利要求43的控制方法，其特征在于基于一种调制算法来控制空气/燃料比的步骤包括
基于所述的一种调制算法根据输出偏移来计算第一中间值；
基于所述计算的第一中间值和预定增益的乘积来计算空气/燃料混合的目标空气/燃料比，以便把所述的下游空气/燃料比探测器的输出收敛到所述目标值；以及
根据计算的目标空气/燃料比来控制空气/燃料混合物的空气/燃料比。
53.根据权利要求52的控制方法，还包括根据所述操作条件参数设置所述的增益的步骤。
54.根据权利要求43的控制方法，其特征在于基于一种调制算法来控制空气/燃料比控制的步骤包括
基于所述一种调制算法根据输出偏移来计算第二中间值；
通过把预定值加到计算的第二中间值来计算空气/燃料混合物的目标空气/燃料比，以便把所述下游空气/燃料比探测器的输出收敛到所述的目标值；以及
根据计算的目标空气/燃料比来控制空气/燃料混合物的空气/燃料比。
55.根据权利要求43的控制方法，其特征在于
所述计算输出偏移的步骤包括基于预测算法根据所述输出偏移来计算所述输出偏移的预测值的步骤；
根据一种调制算法来控制空气/燃料比的步骤包括以下步骤基于一种调制算法根据所述输出偏移的计算预测值来控制空气/燃料混合物的空气/燃料比，使得所述的下游空气/燃料比探测器的输出收敛到所述目标值；以及
根据响应指定控制算法来控制空气/燃料比的步骤包括以下步骤基于响应指定控制算法根据输出偏移的计算预测值来控制空气/燃料混合物的空气/燃料比，使得下游步骤探测器的输出收敛到所述目标值。
56.根据权利要求43的控制方法，其特征在于
基于一种调制算法来控制空气/燃料比的步骤包括
基于应用受控对象模型的算法和所述的一种调制算法根据所述输出偏移来计算所述目标空气/燃料比，所述的受控对象模型具有与空气/燃料比偏移相关的变量，所述空气/燃料比偏移是所述目标空气/燃料比与用于把所述的下游空气/燃料比探测器的输出收敛到所述目标值的基准值之间的偏移，并且所述受控对象模型具有与所述输出偏移相关的变量；以及
根据计算的目标空气/燃料比控制空气/燃料混合物的空气/燃料比，并且
基于响应指定控制算法来控制空气/燃料比控制的步骤包括
基于应用受控对象模型的算法和所述响应指定控制算法根据输出偏移来计算所述的目标空气/燃料比，所述的受控对象模型具有与空气/燃料比偏移相关的变量，所述空气/燃料比偏移是所述目标空气/燃料比与用于把所述的下游空气/燃料比探测器的输出收敛到所述目标值的基准值之间的偏移，并且所述受控对象模型具有与所述输出偏移相关的变量；以及
根据计算的目标空气/燃料比来控制空气/燃料混合物的空气/燃料比。
57.根据权利要求56的控制方法，进一步包括根据所述的目标空气/燃料比和所述下游空气/燃料比探测器的输出来标识用于所述受控对象模型的模型参数的步骤。
58.根据权利要求57的控制方法，其特征在于
所述的受控对象模型包括离散时间系统模型，
其中所述进行标识的步骤包括以下步骤根据所述目标空气/燃料比的离散数据和所述下游空气/燃料比探测器的输出的离散数据来标识用于所述离散时间系统模型的模型参数。
59.根据权利要求56的控制方法，进一步包括模型参数设置步骤，用于根据所述操作条件参数来设置用于所述的受控对象模型的模型参数。
60.根据权利要求43的控制方法，还包括输出检测信号的步骤，指示在所述的内燃机排气管道中催化器的上游位置排出气体的空气/燃料比，
其中所述的基于一种调制算法来控制空气/燃料比的步骤包括
基于应用受控对象模型的算法和一种调制算法根据所述输出偏移来计算所述目标空气/燃料比，所述的受控对象模型具有与燃料/空气比偏移和上游输出偏移之一相关的变量，所述空气/燃料比偏移是所述目标空气/燃料比与用于把所述的下游空气/燃料比探测器的输出收敛到所述目标值的基准值之间的偏移，所述上游输出偏移是所述上游空气/燃料比探测器的输出和所述基准值之间的偏移，并且该受控对象模型具有与所述输出偏移相关的变量；以及
根据计算的目标空气/燃料比来控制空气/燃料混合物的空气/燃料比，以及
基于响应指定控制算法来控制空气/燃料比控制的步骤包括
基于应用受控对象模型的算法和响应指定控制算法根据所述输出偏移来计算所述目标空气/燃料比，所述的受控对象模型具有与燃料/空气比偏移和上游输出偏移之一相关的变量，所述空气/燃料比偏移是所述目标空气/燃料比与用于把所述的下游空气/燃料比探测器的输出收敛到所述目标值的基准值之间的偏移，所述上游输出偏移是所述上游空气/燃料比探测器的输出和所述基准值之间的偏移，并且该受控对象模型具有与所述输出偏移相关的变量；以及
根据计算的目标空气/燃料比来控制空气/燃料混合物的空气/燃料比。
61.根据权利要求60的控制方法，还包括标识模型参数的步骤，根据所述目标空气/燃料比和所述的上游空气/燃料比探测器的输出之一以及所述的下游空气/燃料比探测器的输出，来标识用于所述受控对象模型的模型参数。
62.根据权利要求61的控制方法，其特征在于
所述的受控对象模型包括离散时间系统模型，
其中所述的进行标识的步骤包括以下步骤根据所述的目标空气/燃料比的离散数据和所述的上游空气/燃料比探测器的输出的离散数据之一以及所述的下游空气/燃料比探测器的输出的离散数据来标识用于所述的离散时间系统模型的模型参数。
63.根据权利要求60的控制方法，进一步包括模型参数设置步骤，用于根据所述的操作条件参数来设置用于所述的受控对象模型的模型参数。
64.根据权利要求43的控制方法，其特征在于所述的响应指定控制算法是滑动模式控制算法。
65.一种包括控制程序的发动机控制单元，用于使得计算机计算受控对象的输出从预定目标值的偏移；基于从Δ调制算法、Δ∑调制算法和∑Δ调制算法中选择的一种调制算法来计算对于所述受控对象的控制输入，以便根据计算的偏移把所述受控对象的输出收敛到所述的目标值；基于响应指定控制算法根据计算偏移来计算对于所述的受控对象的控制输入，以便把所述受控对象的输出收敛到所述的目标值；检测所述的受控对象的状态；以及根据所述的受控对象的检测状态来选择根据所述的一种调制算法计算的控制输入和根据所述的响应指定控制算法计算的控制输入之一作为应该输入到所述的受控对象的控制输入。
66.根据权利要求65的发动机控制单元，其特征在于所述的控制程序使得计算机基于所述的一种调制算法根据所述偏移来计算第一中间值，并且根据所述计算的第一中间值和预定增益的乘积计算所述的控制输入。
67.根据权利要求66的发动机控制单元，其特征在于所述的控制程序使得所述计算机检测受控对象状态，包括检测指示所述的受控对象的增益特性的增益参数，并且根据检测的增益参数设置所述的增益。
68.根据权利要求65的发动机控制单元，其特征在于所述的控制程序使得计算机基于所述的一种调制算法根据所述偏移来计算第二中间值，并且通过把预定值加到所述计算的第二中间值来计算所述的控制输入。
69.根据权利要求65的发动机控制单元，其特征在于所述的控制程序使得计算机基于预测算法根据所述偏移来计算所述偏移的预测值；基于所述的一种调制算法根据偏移的计算预测值来计算所述的控制输入；并且基于响应指定控制算法来计算输入到所述受控对象的控制输入包括基于所述响应指定控制算法根据偏移的计算预测值来计算所述的控制输入。
70.根据权利要求65的发动机控制单元，其特征在于所述的控制程序使得计算机基于一种调制算法根据所述偏移以及模拟所述受控对象的受控对象模型来计算所述的控制输入；并且基于所述的响应指定控制算法根据所述偏移以及模拟所述受控对象的受控对象模型来计算所述的控制输入。
71.根据权利要求70的发动机控制单元，其特征在于所述的控制程序进一步使得所述的计算机根据所述计算的控制输入和反映输入到所述受控对象的控制输入的值之一以及所述的受控对象的输出来标识用于所述的受控对象模型的模型参数。
72.根据权利要求71的发动机控制单元，其特征在于
所述的受控对象模型包括离散时间系统模型，
其中所述的控制程序使得计算机根据所述的控制输入的离散数据和反映输入到所述的受控对象的控制输入值的离散数据之一以及所述的受控对象的输出的离散数据来标识用于离散时间系统模型的模型参数。
73.根据权利要求70的发动机控制单元，其特征在于所述的控制程序还使得计算机检测指示在所述的受控对象的动态特性特性中的改变的动态特性参数；以及根据检测的动态特性参数来设置用于所述受控对象模型的模型参数。
74.根据权利要求65的发动机控制单元，其特征在于所述的响应指定控制算法是滑动模式控制算法。
75.一个发动机控制单元，包括控制程序，用于使得计算机输出指示在内燃机排气管道中催化器下游位置排出气体的空气/燃料比的检测信号；计算下游空气/燃料比探测器的输出从预定目标值的输出偏移；基于从Δ调制算法、Δ∑调制算法和∑Δ调制算法中选择的一种调制算法根据计算输出偏移来控制提供到所述的内燃机的空气/燃料混合物的空气/燃料比，使得所述的下游空气/燃料比探测器的输出收敛到所述的目标值；基于响应指定控制算法根据计算输出偏移来控制提供到所述的内燃机的空气/燃料混合物的空气/燃料比，使得所述的下游空气/燃料比探测器的输出收敛到所述的目标值；检测指示所述的内燃机的操作条件的操作条件参数；以及根据检测的操作条件参数来选择基于一种调制算法控制的空气/燃料比和基于响应指定控制算法控制的空气/燃料比之一来控制空气/燃料混合物的空气/燃料比。
76.根据权利要求75的发动机控制单元，其特征在于所述的控制程序使得计算机根据在所述的催化器中装入的催化剂的总量是否等于或大于预定装入总量、以及在所述的催化器中用于携带所述催化剂的载体在排气管道方向上延伸长度是否等于或长于预定长度至少之一来选择基于一种调制算法控制的空气/燃料比和基于响应指定控制算法控制空气/燃料比之一。
77.根据权利要求76的发动机控制单元，其特征在于所述的控制程序使得所述的计算机根据所述的操作条件参数来识别所述的内燃机的操作模式；当识别的操作模式是预定的第一操作模式时，则选择根据一种调制算法控制的空气/燃料比；并且当识别的操作模式是预定的第二操作模式时，则选择根据响应指定控制算法控制的空气/燃料比。
78.根据权利要求76的发动机控制单元，其特征在于所述的催化器包括沿所述内燃机的排气管道放置并且彼此空间分开的多个催化器，其中所述的控制程序使得计算机根据所述的操作条件参数来识别所述内燃机的操作模式；当识别的操作模式是预定的第一操作模式时，则选择根据一种调制算法控制的空气/燃料比；并且当识别的操作模式是预定的第二操作模式时，则选择根据响应指定控制算法控制的空气/燃料比。
79.根据权利要求76的发动机控制单元，其特征在于所述的内燃机包括在所述的下游空气/燃料比探测器的下游位置的排气管道中的下游催化器， 其中所述的控制程序使得计算机根据所述的操作条件参数来识别所述的内燃机的操作模式；当识别的操作模式是预定的第一操作模式时，则选择根据一种调制算法控制的空气/燃料比；并且当识别的操作模式是预定的第二操作模式时，则选择根据响应指定控制算法控制的空气/燃料比。
80.根据权利要求79的发动机控制单元，其特征在于
装入在所述的下游催化器中的催化剂总量被设置为小于装入在所述的催化器中的催化剂的总量，并且
设置所述的目标值，以便提供所述的催化器的最高净化百分比。
81.根据权利要求77的发动机控制单元，其特征在于所述的第一操作模式包括所述内燃机的瞬态操作模式。
82.根据权利要求77的发动机控制单元，其特征在于所述的第一操作模式包括空载操作模式。
83.根据权利要求77的发动机控制单元，其特征在于所述的第二操作模式包括稳态操作模式，其中所述的内燃机的负载实质上处于稳态中。
84.根据权利要求75的发动机控制单元，其特征在于所述的控制程序使得计算机基于所述调制算法根据所述的输出偏移来计算第一中间值；基于所述计算的第一中间值和预定增益的乘积来计算空气/燃料混合物的目标空气/燃料比，以便把所述下游空气/燃料比探测器的输出收敛到所述目标值；以及根据计算的目标空气/燃料比来控制空气/燃料混合物的空气/燃料比。
85.根据权利要求84的发动机控制单元，其特征在于所述的控制程序还使得计算机根据所述的操作条件参数设置所述的增益。
86.根据权利要求75的发动机控制单元，其特征在于所述的控制程序使得计算机基于所述的调制算法根据所述的输出偏移来计算第二中间值；通过把预定值加到计算的第二中间值来计算空气/燃料混合物的目标空气/燃料比，以便把所述的下游空气/燃料比探测器的输出收敛到所述的目标值；以及根据计算的目标空气/燃料比来控制空气/燃料混合物的空气/燃料比。
87.根据权利要求75的发动机控制单元，其特征在于所述的控制程序使得计算机基于预测算法根据输出偏移来计算所述的输出偏移的预测值；基于一种调制算法根据所述输出偏移的计算预测值来控制空气/燃料混合物的空气/燃料比，使得所述的下游空气/燃料比探测器的输出收敛到所述的目标值；并且基于所述的响应指定控制算法根据输出偏移的计算预测值来控制空气/燃料混合物的空气/燃料比，使得所述的下游空气/燃料比探测器的输出收敛到所述的目标值。
88.根据权利要求75的发动机控制单元，其特征在于所述的控制程序使得计算机基于应用受控对象模型的算法和所述的一种调制算法根据偏移来计算所述的目标空气/燃料比，所述的受控对象模型具有与空气/燃料比偏移相关的变量，所述空气/燃料比偏移是所述目标空气/燃料比与用于把所述的下游空气/燃料比探测器的输出收敛到所述目标值的基准值之间的偏移，以及所述受控对象模式具有与所述输出偏移相关的变量；并且根据计算的目标空气/燃料比来控制空气/燃料混合物的空气/燃料比；基于应用受控对象模型的算法和所述响应指定控制算法根据输出偏移来计算所述的目标空气/燃料比，所述的受控对象模型具有与空气/燃料比偏移相关的变量，所述空气/燃料比偏移是所述目标空气/燃料比与用于把所述的下游空气/燃料比探测器的输出收敛到所述目标值的基准值之间的偏移，以及所述受控对象模式具有与所述输出偏移相关的变量；并且根据计算的目标空气/燃料比来控制空气/燃料混合物的空气/燃料比。
89.根据权利要求88的发动机控制单元，其特征在于所述的控制程序还使得计算机根据所述目标空气/燃料比和所述的下游空气/燃料比探测器的输出来标识用于所述的受控对象的模型参数。
90.根据权利要求89的发动机控制单元，其特征在于
所述的受控对象模型包括离散时间系统模型，
其中所述的控制程序使得计算机根据所述的目标空气/燃料比的离散数据和所述的下游空气/燃料比探测器的输出的离散数据来标识用于所述的离散时间系统模型的模型参数。
91.根据权利要求88的发动机控制单元，其特征在于所述的控制程序还使得计算机根据所述的操作条件参数来设置用于所述的受控对象模型的模型参数。
92.根据权利要求75的发动机控制单元，其特征在于所述的控制程序还使得计算机输出检测信号，指示在所述的内燃机排气管道中催化器上游位置排出气体的空气/燃料比；基于应用受控对象模型的算法和调制算法根据所述输出偏移来计算所述目标空气/燃料比，所述的受控对象模型具有与燃料/空气比偏移和上游输出偏移之一相关的变量，所述空气/燃料比偏移是所述目标空气/燃料比与用于把所述的下游空气/燃料比探测器的输出收敛到所述目标值的基准值之间的偏移，所述上游输出偏移是所述上游空气/燃料比探测器的输出和所述基准值之间的偏移，并且受控对象模型具有与所述输出偏移相关的变量；以及根据计算的目标空气/燃料比来控制空气/燃料混合物的空气/燃料比；并且基于应用受控对象模型的算法和所述的响应指定控制算法根据所述输出偏移来计算所述的目标空气/燃料比，所述的受控对象模型具有与燃料/空气比偏移和上游输出偏移之一相关的变量，所述空气/燃料比偏移是所述目标空气/燃料比与用于把所述的下游空气/燃料比探测器的输出收敛到所述目标值的基准值之间的偏移，所述上游输出偏移是所述上游空气/燃料比探测器的输出和所述基准值之间的偏移，并且受控对象模型具有与所述输出偏移相关的变量；以及根据计算的目标空气/燃料比来控制空气/燃料混合物的空气/燃料比。
93.根据权利要求92的发动机控制单元，其特征在于所述的控制程序还使得计算机根据所述的目标空气/燃料比和所述的上游空气/燃料比探测器的输出之一以及所述下游空气/燃料比探测器的输出的离散数据来标识用于所述的受控对象模型的模型参数。
94.根据权利要求93的发动机控制单元，其特征在于
所述的受控对象模型包括离散时间系统模型，
其中所述的控制程序使得所述的计算机根据所述目标空气/燃料比的离散数据和所述上游空气/燃料比探测器的输出的离散数据之一以及所述下游空气/燃料比探测器的输出的离散数据来标识用于所述的离散时间系统模型的所述的模型参数。
95.根据权利要求92的发动机控制单元，其特征在于所述的控制程序还使得计算机根据所述的操作条件参数来设置用于所述受控对象模型的模型参数。
96.根据权利要求75的发动机控制单元，其特征在于所述的响应指定控制算法是滑动模式控制算法。
全文摘要
一种控制设备、一种控制方法和一种发动机控制单元，用于控制具有相当大响应延迟和/或滞后时间的受控对象的输出以便迅速和精确地收敛到目标值。当选择受控目对象输出为内燃机的空气/燃料比探测器的输出时，即使在很轻负载的操作模式中，也能够控制空气/燃料比探测器的输出迅速和精确地收敛到目标值。该控制设备包括ADSM控制器，用于根据基于Δ∑调制算法的输出偏移的预测值计算目标空气/燃料比，以及PRISM控制器，用于根据基于滑动模式控制算法的预测值计算目标空气/燃料比。该控制设备选择由两个控制器计算的目标空气/燃料比之一，以便使用选择的一个来控制空气/燃料比。
文档编号F01N13/02GK101158319SQ20071018870
公开日2008年4月9日 申请日期2002年7月25日 优先权日2001年7月25日
发明者安井裕司 申请人:本田技研工业株式会社