CN104832275A

CN104832275A - 涡轮增压器扭矩补偿方法、装置和系统

Info

Publication number: CN104832275A
Application number: CN201410805339.9A
Authority: CN
Inventors: 桑泽英
Original assignee: Beiqi Foton Motor Co Ltd
Current assignee: Beijing Treasure Car Co Ltd
Priority date: 2014-12-20
Filing date: 2014-12-20
Publication date: 2015-08-12
Anticipated expiration: 2034-12-20
Also published as: CN104832275B

Abstract

本发明提供了一种涡轮增压器扭矩补偿方法、装置和系统，该方法包括如下步骤：判断车辆当前时刻的工作状态；当车辆当前时刻的工作状态处于起步加速状态或超车加速状态时，确定当前时刻的目标扭矩；当废气涡轮增压器输出扭矩小于涡轮增压器目标扭矩且电池电量大于电池电量阈值时，启动预先与废气涡轮增压器并联的电动涡轮增压器以补偿涡轮增压器扭矩；电池为电动涡轮增压器供电。本发明通过将废气涡轮增压器和电动涡轮增压器相结合，直接利用电动涡轮增压器响应速度快的优点，从根本上解决了涡轮增压器加速状态动力不足的问题，大大地提高了车辆的动力性和驾驶性。

Description

涡轮增压器扭矩补偿方法、装置和系统

技术领域

本发明涉及车辆工程领域，尤其涉及一种涡轮增压器扭矩补偿方法、装置和系统。

背景技术

目前,废气涡轮增压发动机在车辆领域得到广泛应用。废气涡轮增压发动机本质上是在发动机上增设废气涡轮增压器。废气涡轮增压器实际上是一个压气机，通过压缩新鲜空气来增加单位时间内的发动机进气量。工作过程为：废气涡轮增压器利用发动机排出的废气的惯性冲力来推动涡轮高速旋转，涡轮再带动同轴刚性连接的叶轮，叶轮高速旋转压送经空气滤清器管道来的新鲜空气，增压后进入气缸；发动机转速增高，涡轮转速也随之同步增快，叶轮压缩更多的空气进入气缸，进入气缸的高压高密度空气就可以燃烧更多的燃料，发动机相应增加供油量并调整发动机点火时刻以增加发动机的输出功率。可以看出，废气涡轮增压器可以有效地提高了发动机升功率，改善了发动机的动力性能和加速性能，在发动机不增加排量的情况下，通过增加进气压力和密度，同时发动机燃油系统配合增加喷油，从而来提高发动机的最大功率和扭矩，加装了涡轮增压器后的发动机最大功率和扭矩要增大40％左右；相反，在相同的功率和扭矩输出的情况下，可以有效地减小发动机的缸径，缩小发动机的体积和重量，实现轻量化并可以适当减小发动机排量。

但由于涡轮的旋转要靠发动机排出的废气驱动，发动机低转速时，排气的流速不够，此时涡轮的转速不够，起不到增压的作用，反而会阻碍发动机废气的排出，导致排气不畅，因此，低速时汽车的加速性能不良；此外，由于叶轮存在惯性，因此实际工作中存在油门反应和实际车速不同步的现象，特别是急加速或急减速的时候，要求发动机快速增加或减少输出功率，这对于要突然加速或超车的汽车而言，瞬间会有点提不上劲的感觉，存在涡轮反应迟滞现象。而低速加速性能不佳和涡轮反应迟滞严重影响车辆的动力性和驾驶性。目前解决上述问题的方法主要有两种：一种是采取可变进气管路截面或可变涡轮角度、配合机械增压使用达到双增压；另一种是减小涡轮尺寸及使用轻量化高强度的材料来减小涡轮的转动惯量来减小涡轮的迟滞现象，但受废弃涡轮增压器工作原理的制约，通过上述两种方法解决增压汽油机低速动力不足和急加速迟滞的效果不够理想。

发明内容

鉴于此，本发明提供了一种涡轮增压器扭矩补偿方法、装置和系统，旨在解决现有涡轮增压器加速时动力不足的问题。

一方面，本发明提供了一种涡轮增压器扭矩补偿方法，该方法包括如下步骤：判断车辆当前时刻的工作状态；当车辆当前时刻的工作状态处于起步加速状态或超车加速状态时，确定当前时刻的目标扭矩；当废气涡轮增压器输出扭矩小于涡轮增压器目标扭矩且电池电量大于电池电量阈值时，启动预先与废气涡轮增压器并联的电动涡轮增压器以补偿涡轮增压器扭矩；电池为电动涡轮增压器供电。

进一步地，上述涡轮增压器扭矩补偿方法还包括如下步骤：判断车辆当前时刻的工作状态；当废气涡轮增压器输出扭矩大于涡轮增压器目标扭矩和/或电池电量小于电池电量阈值时，关闭电动涡轮增压器。

进一步地，上述涡轮增压器扭矩补偿方法中，加速状态为起步加速状态时，对应地，目标扭矩为起步加速目标扭矩；确定起步加速目标扭矩的方法包括：查询所述车辆的起步加速度目标曲线，确定车辆当前时刻的目标加速度；根据目标加速度确定车辆当前时刻的起步加速目标扭矩。

进一步地，上述涡轮增压器扭矩补偿方法中，加速状态为超车加速状态时，对应地，目标扭矩为超车加速目标扭矩；确定超车加速目标扭矩的方法包括：获取车辆的变速箱档位、油门踏板开度和踏板速度；根据变速箱档位、油门踏板开度和踏板速度确定车辆当前时刻的超车加速目标扭矩；

进一步地，上述涡轮增压器扭矩补偿方法中，判断加速状态为起步加速状态的方法包括如下步骤：获取车辆的发动机转速；当发动机转速小于第一阈值时，确定车辆处于起步加速阶段。

进一步地，上述涡轮增压器扭矩补偿方法中，判断加速状态为超车加速状态的方法包括如下步骤：获取车辆的发动机转速、油门踏板开度和踏板速度；当发动机转速大于第一阈值、油门踏板开度大于第二阈值且踏板速度大于第三阈值，确定车辆处于超车加速阶段。

与现有技术中通过改善废气涡轮增压器的特性来改善车辆的加速性能相比，本发明跳出动力总成的范畴，不改变现有的废气涡轮增压器，而是通过增设与废气涡轮增压器并联的电动涡轮增压器，直接利用电动涡轮增压器响应速度快的优点，通过电动涡轮增压器对发动机的扭矩进行补偿，以解决车辆加速时动力不足的问题，大大地提高了车辆的动力性和驾驶性。

另一方面，本发明还提供了一种涡轮增压器扭矩补偿装置，该装置包括：判断模块，用于判断车辆当前时刻的工作状态；目标扭矩确定模块，用于当车辆当前时刻的工作状态处于起步加速状态或超车加速状态时，确定当前时刻的目标扭矩；启动模块，当废气涡轮增压器输出扭矩小于发动机目标扭矩且电池电量大于电池电量阈值时，启动与废气涡轮增压器并联的电动涡轮增压器，电池为电动涡轮增压器供电。

进一步地，上述涡轮增压器扭矩补偿装置还包括：关闭模块，用于当废气涡轮增压器输出扭矩大于发动机目标扭矩和/或电池电量小于电池电量阈值时，关闭电动涡轮增压器。

本发明通过将废气涡轮增压器和电动涡轮增压器相结合，直接利用电动涡轮增压器响应速度快的优点，从根本上解决了涡轮增压器加速状态动力不足的问题，大大地提高了车辆的动力性和驾驶性。

又一方面，本发明还提供了一种涡轮增压器扭矩补偿系统，该系统包括电池、废气涡轮增压器和控制器及与废气涡轮增压器并联的电动涡轮增压器，其中：电动涡轮增压器分别与控制器和电池相连；控制器用于车辆处于起步加速状态或超车加速状态时，当废气涡轮增压器输出扭矩小于涡轮增压器目标扭矩且电池电量大于电池电量阈值时，启动电动涡轮增压器以补偿涡轮增压器扭矩。

进一步地，上述涡轮增压器扭矩补偿系统还包括：单向阀，上述单向阀设置于与电动涡轮增压器和/或废气涡轮增压器的出气口相连通的连接管路上。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本发明实施例提供的涡轮增压器扭矩补偿方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的涡轮增压器扭矩补偿方法的又一流程图；

图3为本发明实施例一提供的涡轮增压发动机扭矩补偿方法中，确定起步加速目标扭矩的方法流程图；

图4为本发明实施例一提供的涡轮增压发动机扭矩补偿方法中，确定加速状态为起步加速状态的方法流程图；

图5为本发明实施例提供的涡轮增压发动机扭矩补偿方法中，判断是否启动电动涡轮增压器的方法流程图；

图6为本发明实施例二提供的涡轮增压发动机扭矩补偿方法中，确定超车加速目标扭矩的方法流程图；

图7为本发明实施例二提供的涡轮增压发动机扭矩补偿方法中，确定加速状态为超车加速状态的方法流程图；

图8为本发明实施例提供的涡轮增压发动机扭矩补偿方法中，判断车辆工作状态的又一方法流程图；

图9为本发明实施例提供的涡轮增压器扭矩补偿装置的结构框图；

图10为本发明实施例提供的涡轮增压器扭矩补偿装置的又一结构框图；

图11为本发明实施例提供的涡轮增压发动机扭矩补偿系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

涡轮增压器扭矩补偿方法实施例：

参见图1，图1为本发明实施例提供的涡轮增压器扭矩补偿方法的流程图。如图1所示，该方法包括如下步骤：

步骤S1，判断车辆当前时刻的工作状态；

步骤S2，当车辆当前时刻的工作状态处于加速状态时，确定当前时刻的目标扭矩；

步骤S3，当废气涡轮增压器输出扭矩小于涡轮增压器目标扭矩且电池电量大于电池电量阈值时，启动预先与废气涡轮增压器并联的电动涡轮增压器以补偿涡轮增压器扭矩。电池为电动涡轮增压器供电。

本实施例中，车辆有三种工作状态，分别是：起步加速状态，正常行驶状态和超车加速状态。具体实施时，如果车辆处于起步加速状态，此时仅仅依靠废气涡轮增压器无法起到很好的增压作用，车辆的起步动力会不足；如果车辆处于超车加速状态，超车加速时会有一些迟滞的现象，阻碍了速度及时变化以适应车辆的需要。在这两种状态下，如果废气涡轮增压器输出扭矩小于目标扭矩，且电池内有充足的电量，足够为电动涡轮增压器供电，则预先与废气涡轮增压器并联的电动涡轮增压器将会启动以补偿涡轮增压器所需的扭矩，以提高车辆的动力性和驾驶性。

与现有技术中通过改善废气涡轮增压器的特性来改善车辆的加速性能相比，本发明实施例跳出动力总成的范畴，在不改变现有的废气涡轮增压器的前提下，通过增设一个与废气涡轮增压器并联的电动涡轮增压器，利用电动涡轮增压器响应速度快的特点，迅速地对发动机的扭矩进行补偿，为车辆的加速过程增加动力，以满足车辆加速时对动力的要求，从根本上解决了现有涡轮增压器加速时动力不足的问题，

参见图2，本实施例中，涡轮增压器扭矩补偿方法还可以包括如下步骤：

步骤S4，当车辆当前时刻的工作状态处于加速状态时，确定当前时刻的目标扭矩；当废气涡轮增压器输出扭矩大于涡轮增压器目标扭矩和/或电池电量小于电池电量阈值时，关闭电动涡轮增压器。

具体实施时，若废气涡轮增压器输出扭矩大于涡轮增压器目标扭矩，则可以认为废气涡轮增压器提供的动力足以满足车辆本身的要求，故不需要启动电动涡轮增压器对其扭矩进行补偿；若电池电量小于电池电量阈值，则电池电量不足以为电动涡轮增压器供电，无论如何，电动涡轮增压器都不会启动。

下面分别对起步加速状态和超车加速状态进行说明：

实施例一：

加速状态为起步加速状态时，对应地，目标扭矩为起步加速目标扭矩；

参见图3，图3示出了确定起步加速目标扭矩的方法，该方法包括如下步骤：

步骤S11，查询车辆的起步加速度目标曲线，确定车辆当前时刻的目标加速度；

步骤S12，根据目标加速度确定车辆当前时刻的起步加速目标扭矩。

需要说明的是，起步加速度目标曲线为本领域技术人员所公知，故不赘述；对于不同的载重质量，会有不同的起步加速度目标曲线，具体实施时，需要根据车辆的载重质量，查询相应的起步加速度目标曲线；另外，根据目标起步加速度计算起步需求扭矩的方法也为本领域技术人员所公知，本发明实施例在此不再赘述。

参见图4，本实施例中，判断加速状态为起步加速状态的方法可以包括如下步骤：

步骤S13，获取车辆的发动机转速n；步骤S14，当发动机转速n小于第一阈值n0时，确定车辆处于起步加速阶段。

参见图5，具体实施时，为了防止工作状态频繁变动、信号干扰等，需要一个时间延时t0，对上述状态进行两次判断。具体地，如果发动机转速n<n0，则延时t0时间后再次判断为n<n0，则确定该车辆处于起步加速状态。时间延时t0的具体选择可以根据具体情况进行确定，本实施例对此不做任何限定。

需要说明的是，本发明实施例采集的各信号可以通过相应的传感器获取，各传感器的设置方式为本领域技术人员所公知，故不赘述。

实施例二：

加速状态为超车加速状态时，对应地，目标扭矩为超车加速目标扭矩；

参见图6，本实施例中，确定超车加速目标扭矩的方法包括：

步骤S15，获取车辆的变速箱档位、油门踏板开度L和踏板速度ΔL；步骤S16，根据变速箱档位、油门踏板开度L和踏板速度ΔL确定车辆当前时刻的超车加速目标扭矩。

需要说明的是，根据车辆的变速箱档位、油门踏板开度L和踏板速度ΔL计算超车需求扭矩的方法也为本领域技术人员所公知，本发明实施例在此不再赘述。

参见图7，本实施例中，判断加速状态为超车加速状态的方法可以包括如下步骤：

步骤S17，获取车辆的发动机转速n、油门踏板开度L和踏板速度ΔL；

步骤S18，当发动机转速n大于第一阈值n0、油门踏板开度L大于第二阈值L0且踏板速度ΔL大于第三阈值ΔL0时，确定车辆处于超车加速阶段。

参见图5，具体实施时，为了防止工作状态频繁变动、信号干扰等，需要一个时间延时t0，对上述状态进行两次判断。具体地，如果n>n0、L>L0、ΔL>ΔL0同时成立，则延时t0时间后，再次判断为n>n0、L>L0、ΔL>ΔL0同时成立，则确定车辆处于超车加速状态；

继续参见图5，如果n＝n0、L≤L0、ΔL≤ΔL0有一个条件成立时，则判断车辆处于正常行驶状态。

需要说明的是，第一阈值n0、第二阈值L0及第三阈值ΔL0可以根据实际情况来确定，本发明实施例对其不做任何限定。

参见图8，为了防止工作状态频繁变动、信号干扰等，在起步加速阶段或超车加速状态阶段，对电动蜗轮增压器的启动条件进行两次判断。具体地，如果发动机的超车目标扭矩T_target大于发动机当前扭矩T_engine、电池荷电状态soc大于驱动荷电状态阈值soc0,则间隔时间间隔t2后，对上述条件再次进行判断，如果仍满足，则启动电动蜗轮增压器。时间延时t2的具体选择可以根据实际情况进行确定，本实施例对此不做任何限定。

可以看出，与现有技术中通过改善废气涡轮增压器的特性来改善车辆的加速性能相比，本发明跳出动力总成的范畴，不改变现有的废气涡轮增压器，而是通过增设与废气涡轮增压器并联的电动涡轮增压器，直接利用电动涡轮增压器响应速度快的优点，通过电动涡轮增压器对发动机的扭矩进行补偿，以解决车辆加速时动力不足的问题，大大地提高了车辆的动力性和驾驶性。

参见图9，图9为本发明实施例提供的一种涡轮增压器扭矩补偿装置的结构框图。如图9所示，该装置包括：判断模块100，用于判断车辆当前时刻的工作状态；目标扭矩确定模块200，用于当车辆当前时刻的工作状态处于加速状态时，确定当前时刻的目标扭矩；启动模块300，当废气涡轮增压器输出扭矩小于发动机目标扭矩且电池电量大于电池电量阈值时，启动与废气涡轮增压器并联的电动涡轮增压器，

参见图10，具体实施时，涡轮增压器扭矩补偿装置还可以包括：关闭模块400，用于当废气涡轮增压器输出扭矩大于发动机目标扭矩和/或电池电量小于电池电量阈值时，关闭电动涡轮增压器。

与现有技术中通过改善废气涡轮增压器的特性来改善车辆的加速性能相比，本发明实施例跳出动力总成的范畴，不改变现有的废气涡轮增压器，而是通过增设电动涡轮增压器，通过电动涡轮增压器对发动机的扭矩进行补偿，以解决车辆起步时动力不足的问题；本发明实施例通过将电动涡轮增压器和废气涡轮增压器相结合，直接利用电动涡轮增压器响应速度快的优点，从根本上解决了增压汽油机低速动力不足的问题，对扭矩进行有效补偿，从根本上解决了涡轮增压器加速状态动力不足的问题，大大地提高了车辆的动力性和驾驶性。

参见图11，图11为本发明实施例提供的涡轮增压发动机扭矩补偿系统的结构示意图。如图11所示，该系统包括电池(图中未示出)、废气涡轮增压器1和控制器(图中未示出)及与废气涡轮增压器1并联的电动涡轮增压器2，其中：电动涡轮增压器2分别与控制器和电池相连；控制器用于车辆处于起步加速状态时，当废气涡轮增压器1输出扭矩小于涡轮增压器目标扭矩且电池电量大于电池电量阈值时，启动电动涡轮增压器2以补偿涡轮增压器扭矩。

进一步地，上述涡轮增压器扭矩补偿系统还包括单向阀3，单向阀3设置于与电动涡轮增压器2和/或废气涡轮增压器1的出气口相连通的连接管路上。单向阀3可以防止气体倒流，进一步保证电动涡轮增压器2对扭矩进行有效补偿。

本发明通过将废气涡轮增压器1和电动涡轮增压器2相结合，直接利用电动涡轮增压器2响应速度快的优点，从根本上解决了涡轮增压器加速状态动力不足的问题，大大地提高了车辆的动力性和驾驶性。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims

1.一种涡轮增压器扭矩补偿方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

判断车辆当前时刻的工作状态；

当车辆当前时刻的工作状态为起步加速状态或超车加速状态时，确定当前时刻的目标扭矩；

当废气涡轮增压器输出扭矩小于涡轮增压器目标扭矩且电池电量大于电池电量阈值时，启动预先与所述废气涡轮增压器并联的电动涡轮增压器以补偿涡轮增压器扭矩，所述电池为所述电动涡轮增压器供电。

2.如权利要求1所述的涡轮增压器扭矩补偿方法，其特征在于，该方法还包括如下步骤：

当所述废气涡轮增压器输出扭矩大于涡轮增压器目标扭矩和/或电池电量小于电池电量阈值时，关闭所述电动涡轮增压器。

3.如权利要求1或2所述的涡轮增压器扭矩补偿方法，其特征在于，所述加速状态为起步加速状态时，对应地，所述目标扭矩为起步加速目标扭矩；确定起步加速目标扭矩的方法包括：

查询所述车辆的起步加速度目标曲线，确定车辆当前时刻的目标加速度；

根据所述目标加速度确定车辆当前时刻的起步加速目标扭矩。

4.如权利要求1或2所述的涡轮增压器扭矩补偿方法，其特征在于，所述加速状态为超车加速状态时，对应地，目标扭矩为超车加速目标扭矩；确定超车加速目标扭矩的方法包括：

获取车辆的变速箱档位、油门踏板开度和踏板速度；

根据变速箱档位、油门踏板开度和踏板速度确定所述车辆当前时刻的超车加速目标扭矩。

5.如权利要求1所述的涡轮增压器扭矩补偿方法，其特征在于，判断所述加速状态为起步加速状态的方法包括如下步骤：

获取所述车辆的发动机转速；

当发动机转速小于第一阈值时，确定所述车辆处于起步加速状态。

6.如权利要求1所述的涡轮增压器扭矩补偿方法，其特征在于，判断所述加速状态为超车加速状态的方法包括如下步骤：

获取所述车辆的发动机转速、油门踏板开度和踏板速度；

当发动机转速大于第一阈值、油门踏板开度大于第二阈值且踏板速度大于第三阈值时，确定所述车辆处于超车加速状态。

7.一种涡轮增压器扭矩补偿装置，其特征在于，包括：

判断模块，用于判断车辆当前时刻的工作状态；

目标扭矩确定模块。用于当车辆当前时刻的工作状态为起步加速状态或超车加速状态时，确定当前时刻的目标扭矩；

启动模块，用于当废气涡轮增压器输出扭矩小于发动机目标扭矩且电池电量大于电池电量阈值时，启动与所述废气涡轮增压器并联的电动涡轮增压器。

8.如权利要求7所述的涡轮增压器扭矩补偿装置，其特征在于，还包括：

关闭模块，用于当废气涡轮增压器输出扭矩大于发动机目标扭矩和/或电池电量小于电池电量阈值时，关闭所述电动涡轮增压器。

9.一种涡轮增压器扭矩补偿系统，包括电池、废气涡轮增压器和控制器、其特征在于，还包括：与所述废气涡轮增压器并联的电动涡轮增压器，其中：

所述电动涡轮增压器分别与所述控制器和所述电池相连接；

所述控制器用于车辆处于起步加速状态或超车加速状态时，当所述废气涡轮增压器输出扭矩小于涡轮增压器目标扭矩且所述电池电量大于电池电量阈值时，启动所述电动涡轮增压器以补偿涡轮增压器扭矩。

10.如权利要求9所述的涡轮增压器扭矩补偿系统，其特征在于，还包括：单向阀，所述单向阀设置于与所述电动涡轮增压器和/或所述废气涡轮增压器的出气口相连通的连接管路上。