电辅助涡轮增压(Electrically Assisted Turbocharger,EAT)技术是在传统涡轮增压柴油机的增压装置中增加了辅助电机,旨在改善由于涡轮迟滞带来的瞬态响应性能差、低速输出扭矩不足以及废气能量利用率低等问题。然而,辅助电机的引入不仅增加了柴油机气路系统的控制自由度,又让系统成为了一个“机-电”高度耦合的复杂系统,为设计可靠、高效的气路控制系统带来了挑战,多执行器协调控制的好坏将影响柴油机系统的动力性、经济性和排放性。为此,本文针对EAT柴油机气路系统的多目标优化控制问题展开研究,提出了基于分层式结构的气路优化控制方案,实现了气路系统的能耗优化和多状态目标的快速跟踪控制,从而提升了发动机的综合性能。具体工作围绕如下方面展开:首先,基于平均值建模思想,结合机理模型和多项式拟合,建立面向控制的EAT气路系统模型。在高精度的传统涡轮增压柴油机模型中进行拓展,完成了EAT柴油机气路系统仿真模型的搭建,实现了EAT的功能,并通过EAT气路系统仿真模型的动力学分析对EAT的功能进行了合理性验证。通过仿真实验与高精度仿真模型的输出进行对比,验证了面向控制的EAT气路系统模型的准确性。其次,通过分析多执行器对气路状态的影响,选取气路系统的进气歧管压强、排气歧管压强和废气再循环(Exhaust Gas Recirculation,EGR)流量为被控量。以满足驾驶员扭矩需求为前提,多组执行器工况点对柴油机能耗的影响进行了灵敏度分析。进而面向EAT柴油机气路系统多目标优化的控制需求,提出了上层排气歧管压强轨迹优化和下层多目标轨迹跟踪相结合的分层式EAT气路优化控制方案。然后,针对EAT下层气路跟踪控制系统多优化目标、存在约束和耦合非线性的特点,设计了基于非线性模型预测控制的气路系统多目标跟踪控制器。该控制器通过调节涡轮可变喷嘴环、辅助电机和EGR阀实现了进气歧管压强、排气歧管压强和EGR流量的快速跟踪控制,同时能够保证发动机运行在安全约束范围内。通过基于高精度模型的仿真,与传统控制方法作对比,验证了所提出控制方法的有效性和优越性。最后,面向下层控制器中参考轨迹优化需求,考虑EAT气路系统机-电耦合的特点,以发动机能效最优为目标,给出了基于等效燃油消耗最小控制策略(Equivalent Consumption Minimization Strategies,ECMS)的排气歧管压强参考轨迹优化方法。该方法利用稳态标定得到的期望排气歧管压强可行区域表和实时电池荷电状态反馈量,将电池的能耗折算成燃油消耗,以系统等效总燃油消耗为优化性能指标,采用动态查表的方式,在线求解期望排气歧管压强参考轨迹。此外利用查表的方式,获得期望进气歧管压强和EGR流量参考轨迹。通过上层-下层控制系统的联合仿真,验证了分层控制策略的有效性。