用于涡轮增压器的电动增压装置控制制造方法及图纸

在具有压缩机的发动机系统中进行性能控制的新的和/或替代的方法，该压缩机被配置为从放置在发动机的排气输出端中的涡轮机和电动机中的每一个接收扭矩。被称为ETurbo控制器的用于电动机的控制单元设置有来自发动机控制单元的速度控制信号和扭矩控制信号中的每一个。ETurbo控制器被配置为使用扭矩控制信号和速度控制信号来操作电动机，而不会使压缩机超过速度边界。超过速度边界。超过速度边界。

【技术实现步骤摘要】
用于涡轮增压器的电动增压装置控制


[0001]本专利技术总体上涉及控制器和用于此类控制器的配置。

技术介绍

[0002]涡轮增压器用于通过使用从发动机的排气流获得的动力压缩来供应给发动机的进气而提高发动机性能。基本设计包括与排气流成一直线放置的涡轮机。涡轮机随着排气流流动而旋转，并经由涡轮增压器轴将扭矩传递到压缩机，该压缩机压缩进给到发动机的进气。该基本设计限制了响应性，因为涡轮机可用的能量是发动机燃料的废热，但发动机燃烧燃料的能力受到压缩进气量限制，该压缩进气量本身受到压缩机从涡轮机可获得的能量限制。
[0003]当要求或需要时，电动机可用于通过向涡轮增压器轴施加扭矩来增强响应性（和/或其它特性）。如本文所用，ETurbo是指其中涡轮增压器轴可操作地连接到被配置为向其提供扭矩的电动机的系统。在某些条件下（例如，相对较高的发动机速度），电动机不需要施加额外的扭矩来获得所需的增压，而在其它条件下（例如，相对较低的发动机速度），电动机增强由涡轮机生成的扭矩以从压缩机获得所需的增压。在一些ETurbo配置中，电动机还可以用作发电机，从涡轮增压器轴获得扭矩以生成例如为可充电电池充电的电流。
[0004]许多发动机控制系统由电子控制单元（ECU）管理，该电子控制单元（ECU）可以依赖于各种控制策略。使用的方法可以包括比例
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积分
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微分（PID）控制、模型预测控制（MPC）、线性二次调节器（LQR）等。涡轮增压器控制的一种方法是评估涡轮增压器轴上的扭矩平衡。扭矩总和（经由压缩机输出，经由涡轮机接收，因摩擦而损失，并由ETurbo增加或减少）作用于组合式压缩机、涡轮机和涡轮增压器轴组件的惯性，导致涡轮增压器轴速度的变化。可以处理系统信息，并且可以使用扭矩平衡了解各种动作对涡轮增压器轴速度的影响。
[0005]压缩机具有压缩机速度的上限。在该上限或上限以上操作可损坏和/或加速压缩机或涡轮增压器的其它部件的老化。在一些基于模型的发动机控制策略中，一种ETurbo控制方法通常是为ETurbo的操作提供设定点（诸如扭矩设定点）。ETurbo具有自己的独立控制器，其可将扭矩设定点转换为可控度量，诸如施加到耦接到涡轮增压器轴的电机的电流。同时，原始设备制造商（OEM）的发动机控制策略在单独的ECU中直接或间接监视压缩机速度。当压缩机速度接近其上限时，ECU可以与ETurbo控制器通信以降低使用的扭矩设定点或中断ETurbo的操作。分别的ETurbo控制器和ECU会给控制系统带来延迟，从而产生出现压缩机超速情况的风险。分别的控制器还引入了以下可能性：通信链路故障、控制扭矩设定点的ECU故障，或影响由ECU用于生成设定点或监视压缩机速度的输入的任何错误或故障，都可能导致超速事件。需要用于控制ETurbo操作的新的和替代的方法和系统来提供与基于模型的发动机控制容易兼容的安全、容错的解决方案。

技术实现思路

[0006]本专利技术人已经认识到要解决的问题是需要在涡轮增压系统的操作时间线中的不
同点以不同方式控制ETurbo。
[0007]第一说明性非限制性示例采用系统的形式，该系统包括：发动机，其具有空气输入端和排气输出端；涡轮增压器，其具有耦接到空气输入端的压缩机、耦接到排气输出端的涡轮机，以及电动机，其中，压缩机被配置为选择性地接收来自涡轮机和电动机中任一项或两者的力，该电动机具有ETurbo控制器；发动机控制单元（ECU），用于控制内燃机和涡轮增压器的操作；其中：ECU被配置为确定扭矩控制信号和速度控制信号并向ETurbo控制器提供扭矩控制信号和速度控制信号，以使ETurbo控制器能够管理电动机的操作；以及ETurbo控制器被配置为使用扭矩控制信号在不允许压缩机速度超过由速度控制信号确定的最大速度的情况下管理电动机的操作。
[0008]另外或可替代地，系统可以被配置为使得速度控制信号是速度边界，并且ETurbo控制器被配置为如下操作：如果压缩机速度低于速度边界，则使用力设定点来控制电动机的操作；以及如果压缩机速度处于速度边界，则限制由电动机提供的输出力以防止压缩机速度超过速度边界。
[0009]另外或可替代地，系统可以被配置为使得ECU通过根据发动机速度确定目标增压水平并计算预期要提供目标增压水平的期望压缩机速度来确定速度控制信号。另外或可替代地，系统可以被配置为使得ECU被配置为确定速度控制信号以指示高于期望压缩机速度和低于绝对最大压缩机速度的速度。另外或可替代地，系统可以被配置为使得ECU被配置为确定速度控制信号以指示处于期望压缩机速度并且低于绝对最大压缩机速度的速度。
[0010]另外或可替代地，系统可以被配置为使得ECU将速度控制信号确定为等于压缩机的绝对最大速度的水平。另外或可替代地，系统可以被配置为使得速度控制信号是速度设定点。另外或可替代地，系统可以被配置为使得速度控制信号包括速度上边界和速度下边界。另外或可替代地，系统可以被配置为使得速度控制信号包括速度设定点、速度上边界和速度下边界中的每一个。
[0011]另外或可替代地，ETurbo控制器被配置为如下操作：在第一模式中，使用扭矩设定点操作以控制电动机操作，同时将压缩机速度限制低于由速度控制信号指示的速度上边界；以及在第二模式中，使用由速度控制信号指示的速度设定点来操作以控制电动机操作；通过：在与ECU的通信可操作的操作时间段期间选择第一模式；以及在与ECU的通信不可操作的操作时间段期间选择第二模式。
[0012]另外或可替代地，系统可以被配置为使得ETurbo控制器存储最大安全操作速度限制，并且被配置为将压缩机的最大速度限制低于最大安全操作速度限制，而不管从ECU接收到的控制信号。
[0013]另一个说明性非限制性示例采用系统的形式，该系统包括：发动机，其具有空气输入端和排气输出端；涡轮增压器，其具有耦接到空气输入端的压缩机、耦接到排气输出端的涡轮机，以及电动机，其中，压缩机被配置为选择性地接收来自涡轮机和电动机中的任一项或两者的扭矩，电动机具有ETurbo控制器；发动机控制单元（ECU），用于控制内燃机和涡轮增压器的操作；其中：ECU被配置为确定扭矩控制信号、速度控制信号和速度边界并向ETurbo控制器提供扭矩控制信号、速度控制信号和速度边界，以使ETurbo控制器能够管理电动机的操作；以及ETurbo控制器被配置为使用扭矩控制信号在不允许压缩机速度超过速度边界的情况下管理电动机的操作。
[0014]另外或可替代地，ETurbo控制器被配置为如下操作：在第一模式中，使用扭矩控制信号操作以控制电动机操作，同时将压缩机速度限制低于速度边界；以及在第二模式中，使用速度控制信号操作来控制电动机操作；通过：在与ECU的通信可操作的操作时间段期间选择第一模式；以及在与ECU的通信不可操作的操作时间段期间选择第二模式。
[0015]另外或可替代地，系统可以被配置为使得ECU通过根据发动机速度确定目标增压水平并计算预期要提供目标增压水平的期望压缩机速度来确定速度边界。另外或本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种系统，包括：发动机，其具有空气输入端和排气输出端；涡轮增压器，其具有耦接到所述空气输入端的压缩机、耦接到所述排气输出端的涡轮机，以及电动机，其中，所述压缩机被配置为选择性地接收来自所述涡轮机和所述电动机中任一项或两者的力，所述电动机具有ETurbo控制器；以及发动机控制单元（ECU），用于控制内燃机和所述涡轮增压器的操作；其中：所述ECU被配置为确定扭矩控制信号和速度控制信号并向所述ETurbo控制器提供扭矩控制信号和速度控制信号，以使所述ETurbo控制器能够管理所述电动机的操作；以及所述ETurbo控制器被配置为使用所述扭矩控制信号在不允许压缩机速度超过由所述速度控制信号确定的最大速度的情况下管理所述电动机的操作。2. 根据权利要求1所述的系统，其中，所述速度控制信号是速度边界，并且所述ETurbo控制器被配置为如下操作：如果压缩机速度低于所述速度边界，则使用力设定点来控制所述电动机的操作；以及如果压缩机速度处于所述速度边界，则限制由所述电动机提供的输出力以防止压缩机速度超过所述速度边界。3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述ECU通过根据所述发动机速度确定目标增压水平并计算预期要提供所述目标增压水平的期望压缩机速度来确定所述速度控制信号。4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述ECU被配置为确定所述速度控制信号以指示高于所述期望压缩机速度并且低于绝对最大压缩机速度的速度。5.根据权利要求3所述的系统，其中，所述ECU被配置为确定所述速度控制信号以指示在所述期望压缩机速度处并且低于绝对最大压缩机速度的速度。6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述ECU将所述速度控制信号确定为等于所述压缩机的绝对最大速度的水平。7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述速度控制信号是速度设定点。8.根据权利要求1所述的系统，其中，所述速度控制信号包括速度上边界和速度下边界。9.根据权利要求1所述的系统，其中，所述速度控制信号包括速度设定点、速度上边界和速度下边界中的每一个。10. 根据权利要求1所述的系统，其中，所述ETurbo控制器被配置为如下操作：在第一模式中，使用所述扭矩设定点操作以控制电动机操作，同时将压缩机速度限制低于由所述速度控制信号指示的速度上边界；以及在第二模式中，使用由所述速度控制信号指示的速度设定点来操作以控制所述电动机操作；通过：在与所述ECU的通信可操作的操作时间段期间选择所述第一模式；以及在与所述ECU的通信不可操作的操作时间段期间选择所述第二模式。11.根据权利要求1所述的系统，其中，所述ETurbo控制器存储最大安全操作速度限制，并且被配置为将所述压缩机的最大速度限制低于所述最大安全操作速度限制，而不管从所述ECU接收到的控制信号。
12.一种系统，包括：发动机，其具有空气输入端和排气输出端；涡轮增压器，其具有耦接到所述空气输入端的压缩机、耦接到所述排气输出端的涡轮机，以及电动机，其中，所述压缩机被配置为选择性地接收来自所述涡轮机和所述电动机中任一项或两者的扭矩，所述电动机具有ETurbo控制器；以及发动机控制单元（E...

【专利技术属性】
技术研发人员：M，
申请(专利权)人：盖瑞特动力科技上海有限公司，
类型：发明
国别省市：