CN118008557B

CN118008557B - 一种p1构型混动商用车的两级增压控制系统及方法

Info

Publication number: CN118008557B
Application number: CN202410076083.6A
Authority: CN
Inventors: 张赞坚; 李�杰; 夏志华; 金质儒; 梁凤标; 夏长庚; 韩峰
Original assignee: China National Heavy Duty Truck Group Co ltd
Current assignee: China National Heavy Duty Truck Group Co ltd
Priority date: 2024-01-18
Filing date: 2024-01-18
Publication date: 2024-12-20
Anticipated expiration: 2044-01-18
Also published as: CN118008557A

Abstract

本发明提供一种P1构型混动商用车的两级增压控制系统及方法，属于发动机电控技术领域，所述系统包括P1车体架构、动力模块和两级增压模块；两级增压模块包括废气涡轮增压器、电动增压器和混动控制器，混动控制器与废气涡轮增压器和电动增压器连接；P1车体架构包括同轴依次设置的发动机、P1电机、离合器、变速箱、传动轴以及车桥轮胎；动力模块包括相互连接的动力电池和高压配电盒；P1车体架构第一侧设置有气体管路，废气涡轮增压器及电动增压器设置在气体管路中，且废气涡轮增压器与发动机连接，电动增压器与高压配电盒连接。本发明使用两级增压系统替代废气涡轮增压器，并使用回收的能量，提升各负荷条件下发动机的动力性。

Description

一种P1构型混动商用车的两级增压控制系统及方法

技术领域

本发明属于发动机电控技术领域，具体涉及一种P1构型混动商用车的两级增压控制系统及方法。

背景技术

车辆节能减排性能是当前车辆设计及应用的重要指标，混动商用车在P1架构下48V混合动力模式下可有效降低碳排放，并可通过动力电池充电回收部分能量，对于车辆节能减排性能的提升有重要影响。

传统车辆通过废气涡轮增压器来增加发动机的输出功率，能耗显然较低，新一代的两级增压的系统已经在车辆中使用，但由于无法确保增压系统对混动商用车整车稳定性的影响，以及无法解决两级增压系统的压力的协调分配，在大马力的商用车发动机上还未应用，而压力分配不均容易引发喘振，影响发动机效率。综上，当前混动商用车尚没有对两级增压系统的控制策略。

此为现有技术的不足，因此，针对现有技术中的上述缺陷，提供一种P1构型混动商用车的两级增压控制系统及方法，是非常有必要的。

发明内容

针对现有技术的上述当前混动商用车尚没有对两级增压系统的控制策略的缺陷，本发明提供一种P1构型混动商用车的两级增压控制系统及方法，以解决上述技术问题。

第一方面，本发明提供一种P1构型混动商用车的两级增压控制系统，包括P1车体架构、动力模块和两级增压模块；

两级增压模块包括废气涡轮增压器、电动增压器和混动控制器，混动控制器与废气涡轮增压器和电动增压器连接；

P1车体架构包括同轴依次设置的发动机、P1电机、离合器、变速箱、传动轴以及车桥轮胎；

动力模块包括动力电池和高压配电盒，动力电池与高压配电盒连接；

P1车体架构第一侧设置有气体管路，废气涡轮增压器及电动增压器设置在气体管路中，且废气涡轮增压器与发动机连接，电动增压器与高压配电盒连接；

P1电机连接有电机控制器，电机控制器也与高压配电盒连接；

发动机连接有发动机控制器，混动控制器与发动机控制器连接，混动控制器还与整车控制器连接。

进一步地，动力电池输出电压与P1电机工作电压相同。

进一步地，气体管路包括进气口和出气口，进气口连接有并联的第一气路和第二气路；

电动增压器设置在第一气路中，第二气路中设置有节气阀门；

第一气路末端与第二气路末端与废气涡轮增压器输入端连接，废气涡轮增压器输出端与出气口连接。

进一步地，P1电机与电机控制器通过第一线缆连接，电机控制器与高压配电盒通过第二线缆连接，高压配电盒与动力电池通过第三线缆连接，高压配电盒与电动增压器通过第四线缆连接。

第二方面，本发明提供一种P1构型混动商用车的两级增压控制方法，包括如下步骤：

S1.预先根据发动机工况参数、环境参数及整车运行模式对发动机增压压力需求值进行设定；

S2.预先根据发动机工况参数、环境参数设置当前前馈值，使用前馈与反馈叠加的两级增压控制模式；

S3.预先基于发动机喷油量及发动机转速对两级增压系统的开闭环条件进行设定；

S4.预先在两级增压系统的开闭环控制开关状态切换时设置延时；

S5.根据需求增压压力对两级增压系统的实际开度和开闭环状态进行协调控制，确保至多有一个增压系统处于闭环状态。

进一步地，步骤S1具体步骤如下：

S11.混动控制器通过发动机控制器获取发动机当前转速及油量参数，通过整车控制器获取整车所处海拔、压力、温度参数，通过整车控制器获取整车运行模式；

S12.混动控制器基于发动机运行工况查表获取基本增压压力值，并进行稳态矫正得到增压压力的稳态设定基本值；

S13.混动控制器引入调节快慢参数，根据稳态设定基本值与预先设定上下限阈值的关系确定调节快慢参数的值，并基于调节快慢参数的值对增压压力的稳态设定基本值进行动态矫正；

S14.混动控制器基于发动机转速和大气压力查表对动态矫正后设定值进行协调限制，设置限制上限值和限制下限值；

S15.混动控制器引入迟滞调节参数和滤波参数对动态矫正后设定值进行滤波，得到最终的增压压力需求设定值。

进一步地，步骤S2具体步骤如下：

S21.混动控制器通过发动机控制器获取发动机当前转速及油量参数，通过整车控制器获取整车所处海拔、压力、温度参数，通过整车控制器获取整车运行模式；

S22.预先根据发动机当前转速、油量参数、整车所处海拔、压力、温度参数设定发动机转速和放气阀开度的前馈值；

S23.对设定的前馈值按照步骤S1方式进行稳态矫正、动态矫正、协调限制以及滤波，得到最终的前馈设定值。

进一步地，步骤S3具体步骤如下：

S31.预先设置各整车运行模式下的发动机转速与喷油量上限表、发动机转速与喷油量下限表；

S32.混动控制器确定整车运行模式，并查找对应整车运行模式下的发动机转速与喷油量上限表设置滞环油量上限值，以及查找对应发动机运行模式下发动机转速与喷油量下限表设置滞环油量下限值；

S33.混动控制器获取当前发动机实际喷油量，并将当前发动机实际喷油量与滞环油量上限值比较，超过时令开闭环控制开关置位，完成对废气涡轮增压器的开环到闭合的控制，以及将当前发动机实际喷油量与滞环油量下限值比较，低于时令开闭环控制开关无效，完成对废气涡轮增压器的闭环到开环的控制。

进一步地，步骤S4具体步骤如下：

S41.预先设置发动机转速与延时时间表；

S42.预先通过发动机实际喷油量确定实际负荷，并在实际负荷低于阈值为各级增加器查表发动机转速与延时时间表确定延时时间，使用延时时间进行各级增压器从闭环到开环调节切换的延时。

进一步地，步骤S5具体步骤如下：

S51.混动控制器判断发动机实际喷油量是否低于查表获取的滞环油量下限值；

若是，进入步骤S52；

若否，进入步骤S53;

S52.混动控制器判定发动机处于低负荷运行状态，控制发动机转速低于转速阈值，控制废气涡轮增压器处于开环状态，并控制废气涡轮增压器的比例阀关闭，设置电动增压器闭环控制，并设置电动增压器的开度，返回步骤S51；

S53.混动控制器判定发动机处于高负荷运行状态，并根据整车所处海拔判定废气涡轮增压器是否可满足需求增压压力；

若是，进入步骤S54;

若否，进入步骤S55;

S54.混动控制器控制电动增压器停止运行，设置废气涡轮增压器闭环控制，返回步骤S51；

S55.混动控制器电动增压器开启，通过闭环控制电动增压器的比例阀的开度，以及设置废气涡轮增压器开环控制，返回步骤S51。

本发明的有益效果在于：

本发明提供的P1构型混动商用车的两级增压控制系统及方法，整车平台采用P1构型方案，电机、动力电池、两级增压系统均为48V平台，省略DC-DC设备电压转换，减少了DC-DC设备带来的能耗损失；在混动平台下，可将回收的能量用于两级增压系统做功，采用两级增压系统替代废气涡轮增压器，可提升高、低负荷条件下发动机的动力性，特别在高海拔地区，减少发动机进气压力不足导致输出扭矩降低的问题。

此外，本发明设计原理可靠，结构简单，具有非常广泛的应用前景。

由此可见，本发明与现有技术相比，具有突出的实质性特点和显著的进步，其实施的有益效果也是显而易见的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明P1构型混动商用车的两级增压控制系统示意图。

图2是本发明P1构型混动商用车的两级增压控制系统的控制示意图。

图3是本发明P1构型混动商用车的两级增压控制方法一个实施例的流程示意图。

图4是本发明P1构型混动商用车的两级增压控制方法另一个实施例的流程示意图。

图5是本发明P1构型混动商用车的两级增压控制方法表1示意图。

图6是本发明P1构型混动商用车的两级增压控制方法表2示意图。

图7是本发明P1构型混动商用车的两级增压控制方法表3示意图。

图8是本发明P1构型混动商用车的两级增压控制方法表4示意图。

图9是本发明P1构型混动商用车的两级增压控制方法表5示意图。

图10是本发明P1构型混动商用车的两级增压控制方法表6示意图。

图11是本发明P1构型混动商用车的两级增压控制方法表7示意图。

主要附图标记说明

1、发动机，2、P1电机，3、废气涡轮增压器，4、动力电池，5、离合器，6、变速箱，7、车桥轮胎， 8、高压配电盒，9、电机控制器，10、节气阀门，11、电动增压器；12-混动控制器；13-整车控制器；14-发动机控制器。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

实施例1：

如图1和图2所示，本发明提供一种P1构型混动商用车的两级增压控制系统，包括P1车体架构、动力模块和两级增压模块；

两级增压模块包括废气涡轮增压器3、电动增压器11和混动控制器12，混动控制器12与废气涡轮增压器3和电动增压器11连接；

P1车体架构包括同轴依次设置的发动机1、P1电机2、离合器5、变速箱6、传动轴以及车桥轮胎7；

动力模块包括动力电池4和高压配电盒8，动力电池4与高压配电盒8连接；

P1车体架构第一侧设置有气体管路，废气涡轮增压器3及电动增压器11设置在气体管路中，且废气涡轮增压器3与发动机1连接，电动增压器11与高压配电盒8连接；

P1电机2连接有电机控制器9，电机控制器9也与高压配电盒8连接；

发动机1连接有发动机控制器14，混动控制器12与发动机控制器14连接，混动控制器12还与整车控制器13连接。

实施例2：

需要说明的是，在发动机1后方去掉原来的飞轮壳后，改为带飞轮壳的P1电机2，工作电压48V，P1电机通过长螺栓固定，新的飞轮壳相比原来的飞轮壳长度增加110；

发动机1与P1电机2的中心同轴，保证了结构的紧凑，离合器5中心与P1电机2轴心同轴，离合器5后面连接变速箱6，变速箱6输出轴通过法兰方式连接传动轴，传动轴后方连接着差速器后动力传送到车桥轮胎7；

P1车体架构第一侧设置有气体管路，废气涡轮增压器3及电动增压器11设置在气体管路中，且废气涡轮增压器3与发动机1连接，电动增压器11与高压配电盒8连接；废气涡轮增压器3与电动增压器11设置在发动机1的同一侧；

发动机1连接有发动机控制器14，混动控制器12与发动机控制器14连接，混动控制器12还与整车控制器13连接；

动力电池4输出电压与P1电机2工作电压相同，均为48V；

气体管路包括进气口和出气口，进气口连接有并联的第一气路和第二气路；

电动增压器11设置在第一气路中，第二气路中设置有节气阀门10；

第一气路末端与第二气路末端与废气涡轮增压器3输入端连接，废气涡轮增压器3输出端与出气口连接；

其中，废气涡轮增压器3为原部件，电动增压器11为新增部件，电动增压器11串联在废气涡轮增压器3的进气前段；

需要说明的是，当需要电动增压器11工作时，可直接旁通，节气阀门10在作为第二气路的旁通管路中，用原来控制旁通的关闭；

P1电机2与电机控制器9通过第一线缆连接，电机控制器9与高压配电盒8通过第二线缆连接，高压配电盒8与动力电池4通过第三线缆连接，高压配电盒8与电动增压器11通过第四线缆连接；

第一线缆采用75平的三相线缆，线缆两端采用M6的铜螺栓固定；

第二线缆的电流在1000A以内，采用正负两个100平的线束，线束的两端铜鼻子也通过铜螺栓进行连接；

第三线缆采用正负两根100平的线束；

第四线缆采用25平正负两个线束。

需要说明的是，动力电池4的充放电过程如下：

当动力电池4放电时，电流从动力电池的模拟器流向高压配电盒8，混动控制器12判断高压配电盒8是否给电动增压器11和48V的P1电机2供电;

当需要供电时，高压配电盒8将打开开关，电流分别流向电机控制器9和电动增压器11，电机控制器9将接受到的直流转为三相电流控制P1电机2运转；

当动力电池4需要充电时，则电流流向相反。

需要说明的是，P1电机2、动力电池4以及两级增压系统均采用48V供电，从而避免使用DC-DC设备转换。

实施例3：

如图3所示，本发明提供一种P1构型混动商用车的两级增压控制方法，包括如下步骤：

本发明通过P1混动架构和两级增压系统平台，提升整车动力性和经济性，使得发动机在低负荷和高海拔地区也能燃烧完全，改善发动机发力的情况。

实施例4：

需要说明的是，混动控制器对两级增压系统的逻辑控制是根据发动机运行状态进行切换的，所述发动机运行状态包括整车常规运行模式和整车非常规运行模式；整车非常规运行模式包括行车再生模式、驻车再生模式和排气制动模式；

发动机在运行过程中发动机控制器会检测和显示当前运行模式，并将当前运行模式通过CAN报文发送给混动控制器，HCU针对各种运行模式下对两级增压系统进行开闭环控制和需求增压压力计算；

如图4所示，本发明提供一种P1构型混动商用车的两级增压控制方法，包括如下步骤：

S1.预先根据发动机工况参数、环境参数及整车运行模式对发动机增压压力需求值进行设定；步骤S1具体步骤如下：

稳态设定基本值BST_pDesBase_N在基本增压压力计算值BST_pDesBase_map基础上增加大气压力修正值，进气温度修正值和其他压力修正值。基本增压压力计算值BST_pDesBase_map可基于发动机运行工况例如转速、油量/扭矩查如图5所示的表1给出，其中X为发动机转速，单位r/min，Y为发动机喷油量，单位mg/hub；其中大气压力或海拔修正方法为在当前大气压力或海拔条件下，根据发动机转速和喷油量查表给出增压压力值BST_pDesHiAltd_map,将BST_pDesHiAltd_map与基本增压压力值BST_pDesBase_map差值乘大气压力修正系数，可获取大气压力修正增压压力值；同理可获取进气温度和其他压力例如如增加PDF颗粒捕捉器等的修正值；

稳态设定基本值BST_pDesBase_N经过要给DT1控制环节得到动态增压压力设定值BST_pDesDyn；其中DT1控制环节中的调节快慢参数K主要通过稳态设定基本值和设定上限BST_Pos_C下限值BST_Neg_C进行比较,当在不同区间中将设定相应值；

例如BST_pDesDyn＞BST_Pos_C，则K=BST_Pos_K；

在BST_Neg_C＜BST_pDesDyn≤BST_Pos_C，则K=BST_K; BST_pDesDyn＜BST_Neg_C，则K=K=BST_Neg_K；

设定限制下限值为PCR_pMinDesVal_C=0，限制上限值为PCR_pMaxDesValLim，单位为hPa，根据发动机转速和大气压力查如图6所示的表2可得，其中X为发动机转速，单位为r/min，Y为当前大气压力，单位为hPa；

S15.混动控制器引入迟滞调节参数和滤波参数对动态矫正后设定值进行滤波，得到最终的增压压力需求设定值；

针对未滤波的增压压力需求设定值经过迟滞模块和PT1滤波，给出最终的增压压力需求设定值BST_pDes；经过迟滞和PT1滤波后，将很好抑制整车加速踏板发生tip out状况时的波动，提供更好的进气系统表现；其中基于工况点的迟滞模块调节参数为PCR_tiDes_Dely=100ms可标和PT1滤波参数PCR_tiDes_PT1=90ms可标；

S2.预先根据发动机工况参数、环境参数设置当前前馈值，使用前馈与反馈叠加的两级增压控制模式；步骤S2具体步骤如下：

S23.对设定的前馈值按照步骤S1方式进行稳态矫正、动态矫正、协调限制以及滤波，得到最终的前馈设定值；

需要说明的是，理想情况下两级增压系统的转速和放气阀开度均稳定在前馈设定值附近，若出现偏差，可通过两级增压器闭环调节。

需要说明的是，本发明基于油量、转速等条件进行增压器开闭环界定；若负荷超过了滞环油量值，控制器的闭环控制模式通过开闭环控制开关BST_SwtGov释放；

步骤S3具体步骤如下：

S33.混动控制器获取当前发动机实际喷油量，并将当前发动机实际喷油量与滞环油量上限值比较，超过时令开闭环控制开关置位，完成对废气涡轮增压器的开环到闭合的控制，以及将当前发动机实际喷油量与滞环油量下限值比较，低于时令开闭环控制开关无效，完成对废气涡轮增压器的闭环到开环的控制；

首先主要针对高压级进行开闭环界定判断，开闭环控制开关BST_SwtGov是通过当前发动机实际喷油量BST_q_Gov与滞环上下限值BST_qGov_On和BST_qGov_Off比较得到；若超过上限，则开关BST_SwtGov将从0置于1，系统从开环切换到闭环控制；

如图7所示的表3为滞环油量上限值BST_qGov_On根据查表可得，当前处于发动机常规运行模式Normal；其中X为发动机转速r/min，Y为BST_qGov_On油量单位mg/hub；

同上，如图8所示的表4为滞环油量下限值BST_qGov_Off，根据查表可得，当前处于发动机常规运行模式Normal, 其中X为发动机转速r/min，Y为BST_qGov_On油量单位mg/hub；

在Normal模式外，可增加非常规运行模式行车再生模式Rgn1、驻车再生模式Rgn2）和排气制动模式Ebrk以行车再生模式Rgn1为例，其滞环油量上限制可查如图9所示的表5，其滞环油量下限值可查如图10所示的表6；

S4.预先在两级增压系统的开闭环控制开关状态切换时设置延时；步骤S4具体步骤如下：

S41.预先设置发动机转速与延时时间表；

S42.预先通过发动机实际喷油量确定实际负荷，并在实际负荷低于阈值为各级增加器查表发动机转速与延时时间表确定延时时间，使用延时时间进行各级增压器从闭环到开环调节切换的延时；

两级增压系统开闭环控制开关状态切换时需增加一段延时以防止闭环控制关闭时，增压器在低负荷门槛值时出现波动冲击，延时时间BST_tiGovOff可通过查如图11所示的表7得出，其中X为发动机转速单位为r/min，Y为延时时间单位为s；

需要说明的是，此延时主要用于整车正常运行模式下，高压级增压器即废气涡轮增压器从闭环调节到开环调节时所设，但当整车处于行车再生状态rgn1时，高压级增压器即废气涡轮增压器从闭环调节到开环调节可不设延时；

S5.根据需求增压压力对两级增压系统的实际开度和开闭环状态进行协调控制，确保至多有一个增压系统处于闭环状态；

步骤S5具体步骤如下：

若是，进入步骤S52；

若否，进入步骤S53;

若是，进入步骤S54;

若否，进入步骤S55;

S55.混动控制器电动增压器开启，通过闭环控制电动增压器的比例阀的开度，以及设置废气涡轮增压器开环控制，返回步骤S51；

需要说明的是，调两级增压系统高低压级的需求增压压力，最终输出高、低压级增压器实际开度和当前两级控制的开闭环状态，当高压级存在闭环请求时，只有当低压级闭环完成时，才能进行高压级别闭环，若低压级闭环未完成，此时高压级无法从开环切换到闭环；这样保障了两增压器不会同时基于增压后压力进行闭环，避免两级增压系统在闭环过程中出现失控风险；

针对两级增压系统增压压力分配问题，将分为三个不同负荷阶段：

在发动机低负荷运行时，发动机转速低于1100转/min，此时根据开闭环判断调节可知，当前喷油量低于滞环下限值，废弃涡轮增压器处于开环状态，增压器比例阀关闭，但即使全关闭状态，因发动机转速不高，废气涡轮几乎不运行，需求的增压压力控制可通过电动增压器进行补偿，并进行闭环控制；采用的两级增压系统工作方式为高压级增压器开环控制，低压级增压器闭环调节；

当发动机处于高负荷运行，发动机转速高于1100转/min，此时废气涡轮进行闭环调节，同时在低海拔地区，废气涡轮增压压力可覆盖需求增压压力；此时电动增压器可停止运行，节省电耗能；采用的两级增压系统工作方式为高压级增压器进行闭环调节，低压级增压器不工作；

当发动机处于高负荷运行，发动机转速高于1100转/min，同时在高海拔地区，此时废弃涡轮增压器的工作能力依旧不满足需求增压压力，可让电动增压器介入，进一步提升增压压力；采用的两级增压系统工作方式高低压增压器开环调节，低压级增压器闭环调节。

尽管通过参考附图并结合优选实施例的方式对本发明进行了详细描述，但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本发明的实施例进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内/任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种P1构型混动商用车的两级增压控制方法，其特征在于，基于P1构型混动商用车的两级增压控制系统实现，所述系统包括P1车体架构、动力模块和两级增压模块；

发动机连接有发动机控制器，混动控制器与发动机控制器连接，混动控制器还与整车控制器连接；

动力电池的充放电过程如下：

当动力电池放电时，电流从动力电池的模拟器流向高压配电盒，混动控制器判断高压配电盒是否给电动增压器和48V的P1电机供电；

当需要供电时，高压配电盒将打开开关，电流分别流向电机控制器和电动增压器，电机控制器将接收到的直流转为三相电流控制P1电机运转；

当动力电池需要充电时，则电流流向相反；

所述方法包括如下步骤：

S3.预先基于发动机喷油量及发动机转速对两级增压系统的开闭环条件进行设定；步骤S3具体步骤如下：

S41.预先设置发动机转速与延时时间表；

S5.根据需求增压压力对两级增压系统的实际开度和开闭环状态进行协调控制，确保至多有一个增压系统处于闭环状态；步骤S5具体步骤如下：

若是，进入步骤S52；

若否，进入步骤S53;

若是，进入步骤S54；

若否，进入步骤S55；

2.如权利要求1所述的P1构型混动商用车的两级增压控制方法，其特征在于，动力电池输出电压与P1电机工作电压相同。

3.如权利要求1所述的P1构型混动商用车的两级增压控制方法，其特征在于，气体管路包括进气口和出气口，进气口连接有并联的第一气路和第二气路；

4.如权利要求1所述的P1构型混动商用车的两级增压控制方法，其特征在于，P1电机与电机控制器通过第一线缆连接，电机控制器与高压配电盒通过第二线缆连接，高压配电盒与动力电池通过第三线缆连接，高压配电盒与电动增压器通过第四线缆连接。