CN109424426A - 用于升压发动机的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于升压发动机的方法和系统。提供用于复合升压系统的协调控制的方法和系统，该复合升压系统包括在发动机进气装置中的第二压缩机的上游分级的第一压缩机。在一个示例中，方法包括：基于下游压缩机处的空气流不足，在稳态下操作第二下游压缩机以实现复合升压系统两端的总压力比，同时瞬时地操作第一上游压缩机。当第二压缩机两端的压力比改变时，动态地调节为瞬时操作第一上游压缩机而提供的电动协助的正时和量。

Description

用于升压发动机的方法和系统
技术领域
本说明书总体涉及用于具有分级(staged)增压装置的升压发动机系统的方法和系统。
背景技术
发动机可配置有升压装置，诸如涡轮增压器或机械增压器，以增加流入燃烧室中的空气流。涡轮增压器和机械增压器使用进气压缩机压缩进入发动机的进气。涡轮增压器包括由排气涡轮机械驱动的压缩机，而电动机械增压器包括由马达电驱动的压缩机。在某些发动机系统中，一个或多个进气增压装置可串联或并联地在可被称为复合升压配置处分级。例如，可利用快速辅助升压装置(例如，电动机械增压器)来增加较慢主升压装置(例如，涡轮增压器)的瞬时性能。在此类配置中，可增大涡轮增压器的尺寸以增加发动机的峰值功率和扭矩性能，这使得能够更积极地减小发动机的尺寸。
可使用各种方案以在复合升压系统中提供升压控制。由Petrovic等人在EP 1,927,739A1中示出使用压力比用于复合升压控制系统的一个示例方案。压力比可表示复合升压系统的升压装置的升压能力。在Petrovic的方案中，公开基于期望的分压比的用于协调两个涡轮增压器的方法。具体地，基于使用发送机转速和发动机扭矩作为输入的校准查找表来确定每个涡轮增压器的期望分压比。然后通过以下中的至少一个来实现期望的分压比：调节涡轮增压器废气门开度、调节涡轮叶片几何形状(例如，如果包括可变几何形状涡轮)以及调节涡轮和/或压缩机旁路的开度。
然而，本发明人已经认识到此类系统的潜在问题。作为一个示例，使用预定义校准来确定期望的分压比是静态方案，期望的分压比可彼此独立(例如，一个压缩装置的期望分压比不影响另一个压缩装置的期望分压比)。如果将Petrovic的方案应用于包括与涡轮增压器并排分级的电动机械增压器的复合升压系统，则该方案可导致机械增压器运行时间长于所需的持续时间，引起燃料经济性下降。另外，可存在目标升压压力瞬时过冲的状况，诸如在进气节气门开度瞬时增加时。这能够引起废气门过早打开。因此，涡轮增压器涡轮可开始减速旋转，并且目标升压压力的随后达到可延迟。
本发明人已经认识到，在复合升压系统两端的总压力比能够作为串联布置的每个压缩装置两端的压力比的乘积来实现。总压力比能够被确定为期望的升压压力的函数，该期望的升压压力为扭矩需求的函数。复合升压系统的多个压缩装置可包括至少较慢作用(或较低频率)的压缩装置(本文中也被称为主装置)和较快作用(或较高频率)的压缩装置(本文中也被称为辅助装置)。通过基于主压缩装置的能力将总压力比(或期望的升压压力)的一部分动态地分配到辅助压缩装置，能够更有效地达到期望的升压压力。
发明内容
在一个示例中，上述问题可通过以下方法来解决，该方法包括：响应于驾驶员扭矩需求；产生发动机进气装置的较慢的第一压缩装置的总压力比命令；以及响应于驾驶员扭矩需求所需的升压压力不足(shortfall)，调节发动机进气装置中的较快的第二压缩装置的压力比命令。以这种方式，在复合升压系统中能够较快并且较有效地达到目标升压压力。
作为一个示例，复合升压系统可包括上游较快作用的辅助压缩机(例如，电动机械增压器压缩机)和下游较慢作用的主压缩机(例如，涡轮增压器压缩机)。响应于操作者扭矩需求，发动机控制器可动态地将压力比分配到每个压缩机以满足需求。特别地，可针对涡轮增压器产生总压力比命令。总压力比命令可包括对联接在涡轮增压器涡轮两端的废气门中的排气废气门阀的开度的对应调节。例如，随着扭矩需求增加，废气门开度可降低以引导更多排气流经涡轮，加快旋转涡轮以使涡轮增压器压缩机加快旋转。然而，由于涡轮增压器的较慢响应时间，所以(通过涡轮增压器)递送的升压压力可存在不足以满足扭矩需求。然后，控制器可基于升压压力不足来针对电动机械增压器产生压力比命令。进一步，随着涡轮加快旋转并且涡轮增压器处的升压压力不足降低，可动态地更新相对于机械增压器而命令涡轮增压器的压力比。
以这种方式，通过基于较低频率主压缩机的升压压力不足来设置较高频率辅助压缩机的压力比，可更有效地实现总压力比目标。通过将辅助机械增压器操作与主涡轮增压器操作协调，减少过早的废气门打开。使用动态方案来分配压力比的技术效果是，随着涡轮增压器压缩机的升压能力改变，机械增压器的压力比能够连续地更新，从而在不损害升压输出的情况下减小电动机械增压器的操作持续时间。进一步地，可避免升压压力过冲和下冲。以这种方式，可最小化机械增压器的不必要的激活，并且可节省电力(其可为有限的)。
应该理解，提供上述发明内容是为了以简化形式引入所选概念，该所选概念将在具体实施方式中进一步描述。这并非意味着确立所要求保护的主题的关键或基本特征，主题的保护范围由随附权利要求唯一限定。此外，所要求保护的主题不限于解决以上的或本公开的任何部分中提到的任何缺点的实施。
附图说明
图1示出具有多级进气压缩装置的复合升压发动机系统的示例实施例。
图2描述用于在复合升压发动机系统中的多个进气压缩装置中的每个之间动态分配压力比，以及使用超前补偿器调节到配置有电动协助的进气压缩装置的马达扭矩递送的高级流程图。
图3描述在车辆加速事件期间电动机械增压器和涡轮增压器控制之间的示例动态压力比分配。
图4描述使用超前补偿器的示例系统响应。
图5描述包括动态压力比分配和超前补偿能力的升压控制架构的示例框图。
图6描述通过使用动态压力比分配和超前补偿协调涡轮增压器和电动机械增压器的操作来进行升压控制的示例方法。
图7示出根据本公开的具有示例加速轨迹的映射图。
图8描述在车辆操作期间涡轮增压器和电动机械增压器压力比协调的预示性示例。
具体实施方式
以下描述涉及用于具有分级升压装置的发动机系统中的升压控制的系统和方法，其中升压装置中的至少一个配置有电动协助。图1中示出此类升压发动机系统的一个非限制性示例，其中涡轮增压器在电动机械增压器的下游分级。复合升压系统中的升压控制可通过动态地将不同的压力比命令分配到每个压缩装置，并且通过进一步使用超前补偿来减小压力过冲来实现。发动机控制器可被配置成经由图5的控制架构执行控制程序(诸如图2的示例程序)，以基于扭矩需求将压力比分配到较慢作用的压缩装置，同时基于空气流不足将压力比分配到较快作用的压缩装置(其具有电动协助)。另外，控制器可使用超前补偿器来确定何时增加和降低来自电动马达的电动协助以便减小压力过冲。在图6的示例程序处示出可应用于图1的发动机系统中的一个示例方案。如图3所示，由于动态压力比分配，可在较短的时间内并且在减小对电动协助的依赖的情况下实现目标升压压力。如图4所示，由于超前补偿，可减小升压压力过冲，同时最大化电动马达处的能量回收机会。通过依赖这些方案，能够改善加速轨迹，诸如图7中所示。在图8中示出车辆操作期间基于压力比协调涡轮增压器和电动机械增压器操作的预示性示例。
图1示意性地示出示例发动机系统100的各方面，其包括联接在车辆102中的发动机10。在某些示例中，车辆102可为具有可用于一个或多个车轮47的多个扭矩源的混合动力车辆。在其它示例中，车辆102为仅具有发动机的常规车辆。在所示示例中，车辆102的动力传动系统包括发动机10和电机52。电机52可为马达或马达/发电机(M/G)。在一个或多个离合器53接合时，发动机10和电机52经由变速器48连接到车轮47。在所描绘的示例中，(第一)离合器53设置在发动机10和电机52之间，并且(第二)离合器53设置在电机52和变速器48之间。控制器12可向每个离合器53的致动器发送信号以接合或脱离离合器，从而将发动机10与电机52和与其连接的部件连接或断开，并且/或者将电机52与变速器48和与其连接的部件连接或断开。例如，在离合器53接合时，来自发动机10的扭矩可经由曲轴40、变速器48和动力传动系统轴84传递到车轮47。变速器48可为变速箱、行星齿轮系统或其它类型的变速器。变速器48可为定比变速器，其包括多个齿轮比以允许发动机10以与车轮47不同的速度转动。通过改变第一离合器53的扭矩传递能力(例如，离合器滑动量)，可调整经由动力传动系统轴84中继到车轮的发动机扭矩的量。
动力传动系统可以各种方式配置，包括并联、串联或串并联混合动力车辆。在电动车辆实施例中，系统电池45可为牵引电池，其向电机52递送电力以向车轮47提供扭矩。在某些实施例中，电机52还可被操作为发电机以提供电力以对系统电池45充电，例如，在制动操作期间。应当理解，在包括非电动车辆实施例的其它实施例中，系统电池45可为联接到交流发电机(ALT)46的典型起动、点亮、点火(SLI)电池。
交流发电机46可被配置成使用在发动机运行期间从曲轴汲取的发动机扭矩对系统电池45充电。另外，如下进一步描述，交流发电机46可基于发动机的一个或多个电气系统(诸如包括加热、通风和空气调节(HVAC)系统、车灯、车载娱乐系统的一个或多个辅助系统以及其它辅助系统)的对应的电气需求而为它们供电。在一个示例中，在交流发电机上汲取的电流可基于以下中的每个而连续变化：驾驶室冷却需求、电池充电需要、其它辅助车辆系统需求和马达扭矩。电压调节器可联接到交流发电机46，以便基于系统使用需要(包括辅助系统需求)来调控交流发电机的功率输出。
在所描绘的实施例中，发动机10为配置有多个分级升压装置的复合升压发动机。具体地，发动机10包括在第二升压装置的上游分级的第一升压装置。此处，第一升压装置为辅助升压装置，并且第二升压装置为主升压装置，尽管其它配置也是可能的。所描绘的配置引起(第一升压装置的)第一压缩机110定位在(第二升压装置的)第二压缩机114上游的发动机进气通道42中。升压装置中的至少一个可配置有来自电动马达的电动协助。在本示例中，第一升压装置为被配置成在来自电动马达的电动协助的情况下操作的电动机械增压器13，而第二升压装置为涡轮增压器15。然而，在不脱离本公开的范围的情况下，升压装置的其它组合和配置也是可能的。例如，在替代实施例中，涡轮增压器15可为具有联接到压缩机、涡轮或涡轮增压器轴的电动马达的电动涡轮增压器，而机械增压器被配置为电动机械增压器或机械式增压器。在其它示例中，第一升压装置和第二升压装置两者都可为电动机械增压器或电动涡轮增压器。
在所描绘的示例中，电动机械增压器13包括由电动马达108驱动的第一压缩机110。具体地，第一压缩机110的风扇可由从电动马达108接收到的动力沿机械增压器压缩机轴80驱动。在某些示例中，机械增压器13的第一压缩机110可另外经由离合器和齿轮机构由发动机曲轴驱动。电动马达108可由车载能量存储装置(诸如系统电池45)供电。电动马达108可另外或替代地由交流发电机46供电。递送到电动马达108的电力的量可变化，以便调节机械增压器的占空比。在一个示例中，可增加递送到电动马达108的电力的量以增加第一压缩机110的速度，其中施加在交流发电机上的电力负荷对应地增加并且交流发电机电流对应地减小。由于电动协助，机械增压器13可快速地加快旋转，从而提供快速作用或高频升压致动。
在所选条件期间，在电动机械增压器旁通阀(electric supercharger bypassvalve,ESBV)72的开度降低时，空气可进入第一压缩机110，从而引导来自空气箱112的进入空气通过第一压缩机旁通通道70和第一压缩机110，在第一压缩机110处，空气被加压以用于递送到第二压缩机114。然后，在第二压缩机114的入口处接收到的新鲜空气被压缩并且被引导进入发动机10中。随着ESBV 72的开度增加，进入第二压缩机114而没有经过第一压缩机旁通通道70和第一压缩机110的空气的量增加。在ESBV 72完全打开的状况下，压缩空气可仅经由涡轮增压器15的第二压缩机114递送到发动机10。通过经由电动马达加快旋转电动机械增压器，可快速地向发动机提供升压压力的爆发。
电动马达108可被配置为马达发电机。因此，在需要电动协助以用于升压累积的状况期间，电动马达可提供正扭矩以驱动机械增压器的离心压缩机(或涡轮增压器轴)以改善瞬时升压压力递送。然而，电动马达还能够通过“制动”马达轴来进行能量回收。其中，可向压缩机(或轴)施加负扭矩，从而减小压缩机速度并且同时对联接到马达的系统电池(诸如电池45)充电。如参考图2阐述的，发动机控制器可控制从电动马达施加到机械增压器的正扭矩和负扭矩的正时和量，以便调控节气门入口压力(TIP)/升压压力。
涡轮增压器15包括由涡轮116驱动的第二压缩机114。第二压缩机114被示出为经由轴19机械地联接到涡轮116的涡轮增压器压缩机，涡轮116由膨胀的发动机排气驱动。在一个实施例中，涡轮增压器可为双涡旋装置。在另一实施例中，涡轮增压器可为可变几何形状涡轮增压器(VGT)，其中涡轮几何形状根据发动机工况而主动地变化。
新鲜空气沿进气通道42经由空气箱112被引导进入发动机10中并且流动到第二压缩机114。在所选条件期间，如下所阐述的，通过调节压缩机再循环阀(CRV)62的开度，由涡轮增压器15压缩的空气可通过第二压缩机旁通通道60从第二压缩机114的出口再循环到第二压缩机114的入口。CRV 62可为连续可变阀，并且增加CRV 62的开度可包括致动(或激励)阀的螺线管。
CRV 62和ESBV 72中的一个或两个可为连续可变阀，其中阀的位置从完全关闭位置到完全打开位置连续可变。替代地，CRV 62可为连续可变阀，而ESBV 72为开关阀。在某些实施例中，CRV 62可在升压发动机操作期间部分打开以提供喘振裕度。此处，部分打开位置可为默认阀位置。然后，响应于喘振的指示，CRV 62的开度可增加。例如，CRV 62可从默认的、部分打开的位置朝向完全打开的位置调节，其中打开的程度基于喘振指示(例如，压缩机比率、压缩机流率、压缩机两端的压差等)。在替代示例中，CRV 62可在升压发动机操作期间(例如，峰值性能状况)保持关闭，以降低升压响应时间并且增加峰值性能。
第二压缩机114通过增压空气冷却器(CAC)18(本文也被称为中间冷却器)联接到节流阀20。空气从第二压缩机114通过CAC 18和节流阀20流向进气歧管22。CAC 18可为例如空气-空气热交换器或水-空气热交换器。可使用歧管绝对压力(MAP)传感器124来确定进气歧管压力(例如，进气歧管内的充气的压力)。
进气歧管22通过一系列进气门(未示出)联接到一系列燃烧室30。燃烧室经由一系列排气门(未示出)进一步联接到排气歧管36。在所示实施例中，示出单个排气歧管36。然而，在其它实施例中，排气歧管可包括多个排气歧管节段。具有多个排气歧管节段的配置可使得来自不同燃烧室的流出物能够被引导到发动机系统中的不同位置。
在一个实施例中，排气门和进气门中的每个可为电子致动的或电子控制的。在另一实施例中，排气门和进气门中的每个可为凸轮致动或凸轮控制的。不管是电子致动还是凸轮致动，可调节排气门和进气门打开和关闭的正时，以实现期望的燃烧性能和排放控制性能。例如，可经由可变凸轮正时系统调节凸轮正时，以将进气凸轮和排气凸轮移动到为给定工况提供最佳容积效率的位置。
可向燃烧室30供应一种或多种燃料，诸如汽油、醇燃料共混物、柴油、生物柴油、压缩天然气等。可经由直接喷射、进气道喷射、节流阀体喷射或它们的任何组合将燃料供应到燃烧室。在所描绘的示例中，燃料通过燃料喷射器66经由直接喷射提供到每个燃烧室30(而图1中仅示出一个燃料喷射器，每个燃烧室包括与其联接的燃料喷射器)。燃料可通过包括燃料箱、燃料泵和燃料轨的燃料系统(未示出)递送到燃料喷射器66。在燃烧室中，可经由火花点火和/或压缩点火来引发燃烧。
如图1所示，来自排气歧管36的排气被引导到涡轮116以驱动涡轮。在期望减小的涡轮扭矩时，排气的一部分可反而被引导通过废气门90，从而绕过涡轮。废气门致动器92(例如，废气门阀)可被致动打开以经由废气门90将至少某些排气压力从涡轮116的上游释放到涡轮116下游的位置。通过减小涡轮116上游的排气压力，可减小涡轮速度。
来自涡轮116和废气门90的组合流流经排放控制装置170。通常，排放控制装置170可包括被配置成减少排气流中的一种或多种物质的量的一个或多个排气后处理部件。例如，一个排气后处理部件可被配置成在排气流贫化时从排气流捕获NOx并且在排气流富化时减少捕获的NOx。在其它示例中，排气后处理部件可被配置成使NOx不成比例或借助于还原剂选择性地还原NOx。在其它示例中，排放控制装置170包括三元催化剂，该三元催化剂被配置成氧化残余烃和一氧化碳，同时还原排气流中的NOx。具有任何此类功能性的不同排气后处理催化剂可被单独或一起布置在洗涤涂层中或排放控制装置170中的其它地方。在某些实施例中，排放控制装置170可进一步包括可再生烟尘过滤器，该可再生烟尘过滤器被配置成捕获和氧化排气流中的烟尘颗粒。
来自排放控制装置170的经处理的排气的全部或部分可经由排气导管35释放到大气中。然而，根据工况，某些排气反而可经由排气再循环(EGR)通道(未示出)转向到进气通道42，该排气再循环通道包括EGR冷却器和EGR阀。EGR可再循环到第一压缩机110的入口、第二压缩机114的入口或两者。
一个或多个传感器可联接到第二压缩机114的入口(如图所示)和/或第一压缩机110的入口(未示出)。例如，温度传感器55可联接到第二压缩机114的入口，以用于估计压缩机入口温度。作为另一示例，压力传感器56可联接到第二压缩机114的入口，以用于估计进入第二压缩机的空气压力。如由压力传感器56测量的第二压缩机114上游和第一压缩机110下游的压力在本文中将被称为P1。还有其它传感器可包括例如空燃比传感器、湿度传感器等。在其它示例中，可基于发动机工况推断第二压缩机入口状况(诸如湿度、温度等)中的一个或多个。传感器可估计在第二压缩机入口处从进气通道接收到的进气的状况以及从CAC18的上游再循环的充气。一个或多个传感器也可在第一压缩机110的上游联接到进气通道42，以用于确定进入压缩机的充气的成分和状况。这些传感器可包括例如压力传感器58。如由压力传感器58测量的空气箱112上游的压力(例如，大气压力)在本文中将被称为P0。另外，节气门入口压力(TIP)传感器59可联接在CAC 18的下游和节流阀20的上游，以用于估计递送到发动机的升压压力。如由TIP传感器59测量的CAC 18下游和节流阀20上游的压力在本文中将被称为P2。复合升压系统两端的总压力比被定义为第一压缩机110两端的压力比被定义为并且第二压缩机114两端的压力比被定义为
在操作者踩加速器踏板事件期间，在响应于操作者扭矩需求的增加而从没有升压的情况下的发动机操作转换到具有升压的情况下的发动机操作时，能够发生涡轮迟滞。这是因为由于涡轮增压器为较慢作用的压缩装置造成的涡轮116旋转加快的延迟，以及当节流阀20在踩加速器踏板时打开时通过第二压缩机114的流量的短暂减少。在发动机操作升压时也会发生同样的情况，并且由于车辆操作者对加速器踏板的应用增加而存在升压需求的瞬时增加。为了减小这种涡轮迟滞，在那些所选条件期间，可启用机械增压器13和涡轮增压器15两者。特别地，可使用较快作用的电动致动压缩装置(电动机械增压器)来改善瞬时升压响应。具体地，响应于踩加速器踏板，废气门致动器92可关闭(例如，完全关闭)以增加通过涡轮116的排气流。当涡轮116旋转加快时，能够由第一压缩机110瞬时提供升压压力。启用机械增压器13可包括从系统电池45汲取能量以使电动马达108旋转并且由此使第一压缩机110加速。另外，ESBV 72可关闭(例如，完全关闭)以便使进气的较大部分流经旁通通道70并且由第一压缩机10压缩。另外，CRV 62可关闭(例如，完全关闭)以便增加通过第二压缩机114的流量。当涡轮已经充分地旋转加快并且涡轮增压器能够提供期望量的升压时，第一压缩机110可通过禁用电动马达108(例如，通过中断从电池45到电动马达108的电力供应)来减速。另外，可打开ESBV 72以便使空气的较大部分能够绕过第一压缩机110。如本文进一步所述，可精确地控制第一压缩机110的启动(和停用)，以便提供期望的升压压力，同时减少期望的升压压力的过冲或下冲，当第一压缩机110启用/禁用时最小化升压压力干扰，并且使第一压缩机110的操作持续时间最小化，从而使由机械增压器13消耗的电力的量最小化。如参考图2至图6所述，可通过基于涡轮增压器15在给定时间的升压能力(例如，在第二压缩机114两端的压力比)和期望的总升压压力比动态地协调涡轮增压器15和机械增压器13来提供期望量的升压。其中，控制器可基于涡轮增压器处招致的空气流的不足来动态地调节对机械增压器的压力比分配。另外，控制器可调节由电动马达供应到机械增压器的马达扭矩的正时和输出，以便在最大化能量回收的同时减小压力过冲。
在操作者松加速器踏板事件期间，当从具有升压的情况下的发动机操作转换到没有升压(或升压减小)的情况下的发动机操作时，可发生压缩机喘振。这是由于当节流阀20在松加速器踏板处关闭时通过第二压缩机114的流量降低。通过第二压缩机的减小的向前流动能够导致喘振并且使涡轮增压器的性能退化。另外，喘振能够引起噪音、振动和不舒适性(NVH)问题，诸如来自发动机进气系统的不期望的噪音。为了使扭矩需求能够在车辆操作的默认模式期间响应于松加速器踏板而快速减小而不会招致压缩机喘振，可将由第二压缩机114压缩的充气的至少一部分再循环到压缩机入口。这允许过度升压压力将基本上立即减轻。特别地，可打开CRV 62以将(暖的)压缩空气从CAC 18上游的第二压缩机114的出口再循环到第二压缩机114的入口。在某些实施例中，压缩机再循环系统可另外或替代地包括再循环通道，以用于将冷却的压缩空气从CAC 18的下游再循环到第二压缩机114的入口。另外，废气门致动器92可移动到更打开(例如，完全打开)的位置，使得更多的排气流在绕过涡轮的同时行进到尾管，从而加快涡轮的旋转减慢。
控制器12可包括在控制系统14中。所示控制器12从多个传感器16(本文描述了该多个传感器的各种示例)接收信息并且向多个致动器81(本文描述了该多个致动器的各种示例)发送控制信号。作为一个示例，传感器16可包括位于涡轮116上游的排气传感器126、MAP传感器124、排气温度传感器128、排气压力传感器129、压缩机入口温度传感器55、压缩机入口压力传感器56(例如，用于测量P1)、质量空气流量(MAF)传感器57、压力传感器58(例如，用于测量P0)和TIP传感器59(例如，用于测量P2)。其它传感器，诸如额外压力传感器、温度传感器、空气/燃料比传感器和成分传感器，可联接到发动机系统100中的各个位置。致动器81可包括例如节流阀20、CRV 62、ESBV 72、电动马达108、废气门致动器92和燃料喷射器66。控制器12可从各种传感器接收输入数据、处理输入数据，并且采用各种致动器基于接收到的信号和存储在控制器的存储器上的指令来调节发动机操作。基于对应于一个或多个程序(诸如本文参考图2(和图6)描述的示例控制程序)的编程在其中的指令或代码，控制器可响应于处理的输入数据而采用致动器。作为示例，响应于在操作涡轮增压器时指示升压压力缺乏(deficiency)的测量的压力，控制器可致动驱动机械增压器压缩机的电动马达并且致动关闭的ESBV以便经由机械增压器压缩机提供额外的升压。
以这种方式，图1的部件使车辆系统能够包括：发动机，该发动机具有进气装置(intake)；加速器踏板，该加速器踏板用于接收操作者扭矩需求；复合升压系统，该复合升压系统包括：由从电池接收电力的电动马达驱动的第一(辅助)机械增压器压缩机，以及由排气涡轮驱动的第二(主)涡轮增压器压缩机，第二压缩机定位在发动机进气装置中的第一压缩机的下游；旁路，该旁路包括旁通阀，该旁路联接在第一压缩机两端；废气门，该废气门包括废气门致动器，该废气门联接在排气涡轮两端；第一压力传感器，该第一压力传感器在第一压缩机上游联接到进气装置，以估计大气压力；第二压力传感器，该第二压力传感器在第一压缩机下游和第二压缩机上游联接到进气装置，以用于估计涡轮增压器入口压力；第三压力传感器，该第三压力传感器在第二压缩机下游联接到进气装置，以用于估计节气门入口压力；以及控制器，该控制器具有存储在非暂时性存储器上的计算机可读指令，以用于：响应于操作者扭矩需求，经由对废气门致动器的调节来命令复合升压系统两端的总压力比；并且基于第二压缩机处的空气流不足，经由对电动马达的输出的调节，使第一压缩机两端命令的压力比变化，该空气流不足基于第二压缩机两端的实际压力比来估计。在一个示例中，命令总压力比可包括：随着操作者扭矩需求增加而降低废气门致动器的开度以增加第二压缩机两端的实际压力比，并且其中使第一压缩机两端命令的压力比变化包括：在空气流不足增加到阈值以上时以马达运行模式(motoring mode)操作电动马达，并且在空气流不足降低到阈值以下时以发电模式(generating mode)操作电动马达。在另一示例中，控制器可包括进一步的指令，以用于：在空气流不足增加到阈值以上时关闭ESBV，以增加第一压缩机两端的压力比；并且在空气流不足降低到阈值以下时打开ESBV，以降低第一压缩机两端的压力比。
图1的部件可进一步使控制器能够基于操作者扭矩需求来命令发动机进气装置的第一压缩装置的总压力比；在第二压缩机的实际压力比较远离总压力比时，提供正马达扭矩以增加第一压缩机的压力比；并且在第二压缩机的实际压力比较接近总压力比时，提供负马达扭矩以减小第一压缩机的压力比。在前述示例中，命令总压力比可包括：随着操作者扭矩需求增加而降低废气门致动器的开度以增加第二压缩机两端的实际压力比，其中提供正马达扭矩包括基于空气流不足在马达运行模式下以马达输出操作电动马达，该空气流不足基于第二压缩机的实际压力比和总压力比之间的差值来估计，并且其中提供负扭矩包括基于该差值在发电模式下以发电机输出操作电动马达。在进一步的示例中，控制器可进一步包括指令，以用于：在提供正马达扭矩或负马达扭矩的同时关闭ESBV。该系统可进一步包括第一压力传感器，该第一压力传感器在第一压缩机上游联接到进气装置，以估计大气压力；第二压力传感器，该第二压力传感器在第一压缩机下游和第二压缩机上游联接到进气装置，以用于估计涡轮增压器入口压力；以及第三压力传感器，该第三压力传感器在第二压缩机下游联接到进气装置，以用于估计节气门入口压力；其中控制器可进一步包括指令，以用于：基于第三压力传感器的输出相对于第一压力传感器的输出估计总压力比；基于第三压力传感器的输出相对于第二压力传感器的输出估计第二压缩机两端的实际压力比；并且基于第二压力传感器的输出相对于第一压力传感器的输出估计第一压缩机两端的实际压力比。
现在转到图2，其示出用于操作具有分级升压装置的复合升压发动机系统的示例方法200。该复合升压发动机系统可包括至少两个串联布置的进气压缩装置，其中的至少一个包括电动协助。至少两个压缩装置中的一个可为较慢作用(较低频率)的压缩装置，诸如配置为主升压装置的涡轮增压器，而两个压缩装置中的另一个可为较快作用(较高频率)的压缩装置，诸如配置为辅助升压装置的电动机械增压器。用于进行方法200和本文所包括的其余方法的指令可由控制器(例如，图1的控制器12)基于存储在控制器的存储器上的指令并且结合从发动机系统的传感器(诸如上面参考图1描述的传感器)接收到的信号来执行。控制器可采用发动机系统的发动机致动器，诸如电动机械增压器旁通阀(例如，图1的ESBV72)、电动马达(诸如图1的马达108)，以及涡轮增压器废气门致动器(例如，图1的废气门致动器92)，以根据下述方法调节发动机操作。
在202处，方法200包括估计并且/或者测量发动机工况。例如，所评估的工况可包括发送机转速、踏板位置、操作者扭矩需求、歧管绝对压力、歧管空气流量、歧管空气温度、环境条件(诸如环境温度、大气压力和湿度)、发动机冷却剂温度等。例如，大气压力可由压力传感器诸如图1的压力传感器58测量。
在204处，方法200包括确定是否请求升压。在一个示例中，可在中高发动机负荷下请求升压。在另一示例中，响应于操作者踩加速器踏板或者驾驶员扭矩需求的增加，可请求升压。如果不请求升压，诸如在发动机负荷低或者驾驶员扭矩需求低时，方法200进行到206并且包括以自然抽吸(例如，歧管真空)操作发动机。以自然抽吸操作发动机可包括不启动分级升压装置。例如，用于驱动电动机械增压器的电动马达(例如，电动马达108)可不被供电，并且可命令涡轮增压器废气门致动器完全打开，以便引导排气的一部分在绕过涡轮增压器的涡轮(例如，图1的涡轮116)的同时通过废气门。在206以后，方法200结束。
如果在204处请求升压，诸如响应于踩加速器踏板事件，则方法200进行到208并且包括基于操作者扭矩/升压需求产生较慢主压缩装置的总压力比命令。此处总压力比是逐渐地由主压缩装置命令并且由主压缩装置实现的稳态期望压力比。命令的总压力比可被定义为其中表示期望的节气门入口压力或复合升压系统的出口处的期望压力。在一个示例中，这是较慢作用的主压缩装置的出口处的压力，诸如涡轮增压器压缩机的出口压力。P0表示复合升压系统的入口压力或大气压力。在一个示例中，这是较快作用的辅助压缩装置的入口处的压力，诸如电动机械增压器压缩机的入口压力。在辅助压缩装置在主压缩装置的上游分级的配置中，主压缩装置的实际出口压力P2(例如，如由TIP传感器测量的)可被描述为：
其中P1为辅助压缩装置的出口压力，其也是主压缩装置的入口压力。P2还对应于在分级升压装置两端实现的总升压压力。如从上述等式可看出，为辅助压缩装置两端的压力比，而为主压缩装置两端的压力比。换句话说，系统两端的总压力比为串联的每个压缩机两端的压力比的乘积。压力比表示升压装置(例如电动机械增压器、涡轮增压器或复合升压系统)的能力。然而，节气门入口压力不能将升压贡献与每个装置分离。因此，通过协调对每个升压装置命令的压力比以及稳态期望压力比P2 */P0，能够改善瞬时升压响应。
在一个示例中，控制器可通过基于气压传感器的输出估计P0来产生总压力比命令。控制器可进一步基于操作者加速器踏板位置传感器的输出来估计控制器可参考查找表，其中目标升压压力被存储为踏板位置的函数，诸如随着加速器踏板下压增加(踏板位置朝向完全下压位置的运动增加)而增加目标升压压力。替代地，控制器可使用模型或算法，该模型或算法使用踏板位置作为输入，并且提供目标升压压力作为输出。然后，压力比命令可被确定为P2 */P0。
在一个示例中，可控制涡轮增压器以递送整个所请求的升压压力因此，命令涡轮增压器压缩机的总压力比可被确定为：
其中t表示时间。
在210处，该方法包括基于产生的总压力比命令调节较慢作用的主压缩装置的升压压力致动器。例如，其中主压缩装置为涡轮增压器，控制器可基于产生的总压力比命令产生用于联接在排气涡轮两端的废气门的命令。用于废气门的命令可指示被发送到废气门致动器的废气门阀打开的程度。在一个示例中，随着总压力比命令增加，命令的废气门打开的程度可降低。例如，在高于阈值压力比的命令下，废气门可完全关闭。
在一个示例中，控制器可将总压力比命令和MAF(如从进气MAF传感器所确定的)输入到查找表(或模型或算法)中，该查询表(或模型或算法)输出涡轮增压器废气门致动器的位置，该涡轮增压器废气门致动器的位置对应于涡轮速度和对应的涡轮增压器压缩机速度。在另一示例中，控制器可参考压缩机映射图，以确定针对命令的总升压压力比和给定的空气流状况的期望的涡轮增压器压缩机速度，并且可进一步将得到的涡轮增压器压缩机速度与涡轮增压器废气门致动器的对应位置相关。进一步地，实际涡轮增压器压力比可被用作废气门控制的反馈。例如，随着实际涡轮增压器压力比增加，涡轮增压器废气门致动器可调节到更打开的位置。另外或替代地，如果涡轮增压器在喘振的阈值范围内，则可增加CRV和废气门致动器中的一个或两个的开度。
应当理解，在进一步的示例中，可调节(例如，限制)命令的总压力比以考虑升压发动机系统的任何机械约束，诸如主压缩装置的温度约束、压力约束或速度约束，在其(温度、压力或速度)之上，主压缩装置的性能可受到不利影响，诸如由于硬件问题。在一个示例中，如果仅基于操作者扭矩需求的命令的总压力比被预测为导致(主压缩装置的)压缩机入口温度或压缩机出口温度高于主压缩装置的硬件退化的阈值温度，则控制器可用基于预测温度和阈值温度之间的差值的因子来减小命令的总压力比。
由于主压缩装置(此处为涡轮增压器)的较慢响应时间，可存在暂时的升压压力缺乏。例如，该缺乏可由于稳态升压压力递送需要涡轮在其能够驱动涡轮增压器压缩机之前旋转加快。在212处，该方法包括估计升压压力缺乏和主压缩装置处的对应空气流不足。例如，涡轮增压器的升压压力比缺乏(Π*)可被定义为如下：
控制器可计算升压压力缺乏作为主压缩装置两端的实际压力比相对于期望的或命令的压力比的函数(例如，比或差值)。实际压力比可被确定为主压缩装置的压缩机入口压力相对于实际节气门入口压力。此升压压力缺乏反映主压缩装置处的空气流不足并且用于将压力比命令分配到辅助压缩装置。
例如，在辅助压缩装置为电动机械增压器的情况下，基于涡轮增压器的能力(如从涡轮增压器的实际压力比P2/P1所推断的)动态地调度命令到电动机械增压器的压力比。这允许控制器实时准确地知道涡轮旋转加快时的确切升压压力缺乏，并且调控电动机械增压器速度命令(n_eSC)以减小缺乏。另外，控制器能够通过知道电动机械增压器的压力比(P1/P0)来形成闭环系统动力学，如本文所述。
例如，电动机械增压器的期望的压力比目标被定义为Π*，其中对涡轮增压器的压力比有约束，如下所示：
如果P1>P2，则包括该约束以防止电动机械增压器的期望的压力比目标超越总期望系统压力比，这可在节气门打开之后短暂出现。
在214处，该方法包括产生较快辅助压缩装置的压力比命令。在一个示例中，基于压力比缺乏产生压力比命令。在另一示例中，基于对应的空气流不足产生压力比命令。例如，控制器可(例如，基于测量的大气压力)估计电动机械增压器的入口压力并且使用查找表、模型或算法来计算满足空气流不足的电动机械增压器的期望出口压力。然后可将电动机械增压器的压力比命令确定为实际入口压力相对于期望出口压力的比。
在216处，该方法包括命令对辅助压缩装置的电动协助。特别地，控制器可根据基于缺乏的压力比命令从电动马达向辅助压缩装置(诸如电动机械增压器)命令正马达扭矩。在一个示例中，命令正马达扭矩包括诸如经由查找表、映射图或算法估计电动压缩机的压缩机速度，该压缩机速度将在电动机械增压器处提供期望的压缩机出口压力，并且然后估计电动马达的马达速度(或电动协助的程度)，该马达速度(或电动协助的程度)将提供估计的压缩机速度。然后，控制器可调节命令到电动马达的占空比，以便以所需的马达速度操作马达。
接下来，在218处，可相对于目标节气门入口压力比较实际升压压力，以确定实际升压压力是否在目标节气门入口压力(TIP)的阈值内。例如，可确定涡轮增压器的出口压力是否在期望的TIP的阈值内，诸如在出口压力和期望的TIP之间的差值小于阈值时。在替代示例中，可将涡轮增压器的出口压力的比与目标节气门入口压力进行比较。如果差值(或比)不在阈值内，则在220处，控制器继续动态调节主压缩装置和辅助压缩装置两端的压力比的分配。特别地，随着涡轮旋转加快并且涡轮增压器的升压能力增加，涡轮增压器两端的压力比可开始接近命令的压力比，不足可开始下降，并且因此在电动机械增压器处命令的压力比(和电动协助)可降低。
以这种方式，控制器基于主压缩装置的实际能力实时地连续调节辅助压缩装置。控制器可使用动态分配模块，如本文在图5处进一步描述的，以调节压力比。因此，随着较慢响应的涡轮增压器的加速，来自较快响应的电动机械增压器的期望的协助逐渐停止。最后，在涡轮增压器能够维持总期望升压时，不需要来自电动机械增压器的协助。在此参考图3描述在对电动协助的依赖最小的情况下的压力比的动态分配的示例以及由此产生的目标升压压力的加速实现。
简要地转到图3，映射图300描绘横跨y轴的压力比和沿x轴的时间。由P*2/P0表示的基于扭矩需求的总命令压力比由虚线302描绘。如此，这是命令到主压缩装置的压力比。由P2/P1表示的主压缩装置的实际压力比由虚线304描绘，并且表示主压缩装置的升压能力。随着时间的推移，这会发生改变并且发展为逐渐被命令的稳态值，这是由于主压缩装置的响应时间较慢。由Π*(未削波(unclipped))表示的临时压力比缺乏由虚线306描绘。此压力比缺乏的削波(clipped)形式用于调度命令到辅助压缩装置的压力比，其具有较快的响应时间。由P*1/P0表示的命令到辅助压缩装置的压力比由实线308描绘。
响应于扭矩需求，确定总压力比命令302并且将其命令到主压缩装置。然而，由于主压缩装置的较慢响应时间(例如，涡轮迟滞)，在主压缩装置处实现的实际压力比304较低，并且最初压力比缺乏306可为显著的。如果未解决此压力比缺乏，则瞬时升压响应会受到不利影响。通过向辅助压缩装置命令压力比308来满足压力比缺乏。特别地，在升压响应的最初部分期间，由于在主压缩装置处招致的较大压力比缺乏，总压力比的较大部分被动态地分配到辅助压缩装置。然后，随着主压缩装置旋转加快，总压力比的较大部分由主压缩装置递送，并且通过停止向辅助压缩装置命令压力力来动态地减小辅助压缩装置的贡献。因此，对电动协助的整体依赖最小化，同时改善瞬时升压响应。
返回到图2，在218处，如果升压压力在目标TIP的阈值内，但仍低于目标TIP，则在222处，该方法包括从电动马达向辅助压缩装置提供负马达扭矩。这允许升压压力滑行到目标TIP，从而减少压力过冲的可能性。另外，来自马达的电动协助较早减小，从而提高燃油经济性。此外，通过在可发生压力过冲的区域中将马达作为发电机操作，实现经由马达的能量回收，从而进一步提高燃料经济性，同时还改善升压响应。控制器可使用超前补偿器模块，如本文在图5处进一步描述的，以确定中断来自马达的电动协助处的正时(例如，与涡轮速度或升压压力相关)以及马达何时转变为作为发电机操作。在一个示例中，马达可以基于预测的过冲的速度作为发电机旋转。然后程序结束。
如前所述，复合升压系统能够被描述为：
其中P0为第一升压装置的入口压力，并且P1、P2为来自第一升压装置和第二升压装置的出口压力(TIP)。指代第一升压装置和第二升压装置的期望压力目标。在上述配置中，第一升压装置为瞬时(辅助)装置，诸如电动机械增压器，并且第二升压装置为主装置，诸如涡轮增压器。第一升压装置的控制基准被确定为：
如果P1>P2，则包括削波以防止第一升压装置的期望压力目标超越第二升压装置的期望压力目标，这可在节气门打开之后短暂发生。需要主升压装置来递送整个期望的升压压力。因此，不管辅助装置的状态如何，第二装置的目标总是提供完整压力比(来自环境)。在这种情况下：
如此，能够重写基站控制器以不操作辅助升压装置或以连续方式操作辅助升压装置，并且对于主升压装置反之亦然。
如果保守地校准控制器以最小化P2过冲，则升压压力响应可变得比最大系统能力慢。因此，通过使用超前补偿器以及控制器的积极校准，改善了升压系统的瞬时响应。与此同时，在P2接近之前，超前补偿器将请求速度减小。该命令启用电动马达的能量回收模式，从而最大化能量回收的窗口。
拉普拉斯(Laplace)域中的超前补偿器能够被表达为：
输入U为电动机械增压器的压力比误差：
为了在离散系统中实现，将导出以下转换：
其中f为离散域中的时间常数，r为超前比，Ts为执行率。
超前补偿器的输出被削波，以允许在增加方向或降低方向上对U上的超前作用的范围进行规范。
在此参考图4描述电动机械增压器处的压力比的超前补偿的示例以及由此造成的压力过冲的减小和电动马达处的能量回收的加速启用。
简要地转到图4，映射图400描绘如何使用超前补偿以及动态压力比分配来改善瞬时升压响应，同时最大化能量回收机会。映射图400包括映射图402和映射图404。映射图404描绘相对于涡轮增压器和电动机械增压器之间在同一时间帧(沿x轴)内的压力比(横跨y轴)的分配，命令到电动机械增压器(横跨y轴)的电动协助随时间(沿x轴)的变化，如映射图402所示。由实线408描绘由P2 */P0表示的基于扭矩需求的总命令压力比。如此，这是命令到主压缩装置的压力比，此处为涡轮增压器。由曲线410描绘由P2/P0表示的在没有超前补偿(w/o LC)的情况下经由复合升压系统实现的实际压力比，并且将其与由曲线412描绘的在具有超前补偿(具有LC)的情况下实现的P2/P0进行比较。曲线430处示出在没有超前补偿(w/o LC)的情况下命令到电动机械增压器的马达速度，并且将其与由曲线434描绘的在具有超前补偿(具有LC)的情况下的马达速度命令进行比较。在曲线432处示出经由控制器的超前补偿器模块接收到的马达速度命令的一部分。
在t1之前，发动机在没有升压的情况下操作，并且因此命令的压力比低。在t1处，响应于操作者扭矩需求的增加，升压压力需要增加。因此，基于扭矩需求而产生的总压力比命令(408)增加。这是命令到涡轮增压器以用于稳态实现目标TIP的信号。然而，由于涡轮增压器的慢响应时间，所以存在通过致动电动机械增压器并且动态地分配电动机械增压器的总命令压力比的较大部分而满足的暂时压力比缺乏。特别地，在t1处，压力比命令作为升压压力的函数被递送到电动机械增压器(例如，基于对应的空气流缺乏)，该升压压力由涡轮增压器的慢响应引起。因此，电动机械增压器的马达速度增加(430、434)，这导致机械增压器两端压力比的增加。此时，电动马达以马达模式操作以向机械增压器提供能量。
随着涡轮旋转加快，其能够占总压力比命令的较大部分。在t2以后，当涡轮增压器处的压力比在总压力比的阈值内但仍低于总压力比时，超前补偿器模块向电动马达发送信号(432)以降低马达速度并且提供负马达扭矩。此时，电动马达以发电模式操作以从机械增压器回收能量。由于在达到目标总压力比之前的超前补偿的正时，在涡轮增压器(412)处的压力比滑行到目标压力比。如果未提供超前补偿，则在涡轮增压器(410)处的压力比将超过总压力比(即，P2/P0将超越P2 */P0)，从而导致扭矩误差。这可影响驾驶性能。另外，由于在达到目标总压力比之前的超前补偿的正时，在机械增压器处的压力比以及时的方式降低。如果没有提供超前补偿，则在机械增压器(420)处的压力比也将超过命令的压力比(即，P1/P0将超越P1 */P0)。由于电动机械增压器操作时间长于所需时间，这不仅将导致燃料经济性下降，而且由于错过的能量回收机会，将发生燃料经济性的额外下降。相反，通过较早提供超前补偿，通过吸收马达处的扭矩来解决压力过冲。因此，升压的发动机的总瞬时响应得到改善，同时还延长了电动马达的能量回收窗口。
应当理解，电动机械增压器可为不连续控制的瞬时装置。监督控制器可协调电动机械增压器和电动机械增压器旁通阀的操作。监督控制器的主要目的可为根据系统约束和硬件保护来确定何时启动和停用电动机械增压器和电动机械增压器旁通阀以满足控制需要。在高水平处，在满足启动标准并且没有观察到系统故障时，启动电动机械增压器并且关闭旁通阀。一旦满足停用标准或观察到系统故障，则停用电动机械增压器并且打开旁通阀。
在启动策略的设计中可存在若干考虑因素。首先，控制器可仅在必要时启动电动机械增压器，诸如在由于涡轮增压器的慢响应而导致车辆驾驶性能不能接受时。其次，如果策略不必等到观察到不能接受的驾驶性能，则可期望主动行动。最后，控制器旨在减小驾驶员改变想法事件的不必要的启动。
由于升压压力比缺乏(Π*)能够被用作确定驾驶员需求缺乏(其代表驾驶性能)的指标，所以能够通过查看Π*的变化率来实现主动行动，并且启动的阈值(f2)被确定为Π*的函数，如下：
在Π*和两者上添加两个一阶低通滤波器(Hlp)以减轻驾驶员改变想法事件期间(诸如在驾驶员积极地按下加速器踏板但快速移除该命令时)的“假阳性(falsepositive)”启动，如下：
其中h1,2为离散域中的两个时间常数。
经由图7处的样本加速轨迹示出启动策略。在映射图700处示出的轨迹被构造为：其中X轴描绘经滤波的升压压力缺乏，并且Y轴描绘升压压力缺乏的滤波的改变率。由实线702描绘的启动阈值被确定为经滤波的Π*的函数。由空圆圈706示出在不需要来自电动马达的电动协助时的加速轨迹。由实心圆圈704示出在需要来自电动马达的电动协助时的加速轨迹。校准表明在Π*的改变率高时，即使绝对值Π*低，电动机械增压器也将启动。另一方面，如果Π*逐渐发展为达到不能接受的水平，该策略将启动电动机械增压器。停用电动机械增压器的主要标准是在涡轮增压器能够维持期望的增压，或升压压力缺乏减小并且低于阈值时，诸如在以下情况时：
Π*≤α
其中α为可校准常数。
应当理解，虽然上面讨论的示例涉及包括联接到电动机械增压器的涡轮增压器的配置，但是这并不意味着是限制性的。在其它示例中，涡轮增压器可配置有电动协助(例如，作为具有联接到压缩机、涡轮或涡轮增压器轴的电动马达的电动涡轮)。进一步的示例可涉及升压发动机，其具有分级机械增压器或分级涡轮增压器，其中的至少一个具有电动协助。
现在转到图5，其示出用于复合升压系统的示例控制架构的框图，该复合升压系统具有带有电动协助的较高频压缩装置和较低频压缩装置。例如，控制架构可应用于具有电动机械增压器压缩机(例如，图1的第一压缩机110)的发动机系统，该电动机械增压器压缩机联接到涡轮增压器压缩机(例如，图1的第二压缩机114)上游的发动机进气通道。控制架构可由控制器(例如，图1的控制器12)利用，同时执行控制方法(诸如图2的方法200)，以便调控升压压力递送。
电动机械增压器控制器(C1)包括：动态分配器(D1)，该动态分配器分摊期望的升压压力控制基准；状态机(A1)，该状态机管理电动机械增压器系统的操作；闭环控制器(I1)，该闭环控制器由基于模型的前馈函数(F1)和用于计算期望的的电动机械增压器速度命令的反馈控制器(H1)组成。
电动机械增压器的前馈控制动作(neSC_ff)基于由供应商提供的稳态压缩机映射图。压缩机映射图被转换为基于校正质量流量和期望的压力比的输入来查找期望的压缩机速度。
质量流量被估计为期望的汽缸空气流量，然后质量流量被校正为基准压力(Pref)和基准温度(Tref)。
电动机械增压器的期望的升压基准是从由高通滤波器(H1)处理的期望的节气门入口压力获得的。经过高通滤波器的频率是涡轮增压器不能够响应的频率，换句话说，是涡轮增压器能力的缺乏。闭环控制C1确定电动机械增压器的期望的速度命令(neSC)。C2为涡轮增压器的控制器，以用于确定废气门位置(θwg)。由于废气门和涡轮增压器速度之间的动力学，所以通常不需要为添加低通滤波器以用于涡轮增压器控制，不过必要时能够添加一个低通滤波器。另外，C2被设计成使得废气门在大瞬变期间饱和并且仅在节气门入口压力接近期望目标时调整响应。此时，由于高通滤波器确保两个致动器之间的最小相互作用，所以来自C1的控制动作大大减小。
比例反馈控制器(H1)被实现为考虑设备模型(电动机械增压器压缩机映射图)不匹配。稳态升压跟踪被设计成由主涡轮增压器递送。因此，反馈控制器中不存在积分动作。由于内环电动机械增压器速度控制器可具有不同的带宽，以用于控制在增加方向或降低方向上的速度，所以添加超前补偿器以形成闭环控制响应。
监督控制器(A1)用于协调电动机械增压器和电动机械增压器旁通阀。监督控制器的主要目的为根据系统约束和硬件保护确定何时启动和停用电动机械增压器和电动机械增压器旁通阀以满足控制需要。在高水平时，在满足启动标准并且没有观察到系统故障时，将启动电动机械增压器并且关闭旁通阀。一旦满足停用标准或观察到系统故障，将停用电动机械增压器并且打开旁通阀。
将两个压缩机两端的期望的升压压力比与涡轮增压器压缩机两端的测量的(例如，实现的)压力比一起输入到动态分配器D1中。涡轮增压器压缩机两端的压力比可由涡轮增压器控制器C2控制，该涡轮增压器控制器C2接收两个压缩机两端的期望的升压压力比以及涡轮增压器压缩机两端的测量的压力比作为反馈。然后，控制器C2产生用于调节涡轮增压器废气门致动器的打开的程度(θwg)的信号，然后将该信号发送到涡轮增压器G2，从而导致涡轮增压器压缩机两端的压力比因此，涡轮增压器废气门致动器的开度可基于期望的升压压力比和涡轮增压器压缩机两端实现的压力比来控制。例如，随着期望的升压压力比增加，废气门致动器的打开的程度可减小，以便使排气的较大部分流经涡轮增压器的涡轮而不流经涡轮增压器废气门致动器，从而增加涡轮的速度，并且因此增加涡轮增压器压缩机两端的压力比。
动态分配器D1使用涡轮增压器压缩机两端的压力比和总期望升压压力比来计算机械增压器压缩机的期望的压力比例如，使用上述函数。将机械增压器的期望的压力比以及测量的压力P0和P2以及期望的升压压力输入到状态机A1中，该状态机A1为用于离散事件系统的监督控制器。状态机A1确定P2是否足够缺乏(例如，大于阈值缺乏)以触发电动机械增压器的启动。另外，还存在确保电动机械增压器操作不违反其它发动机系统约束的其它标准，例如，由于故障、温度、电力可用性等。滞后也会被添加到启动标准，如：
以避免系统的开/关循环。
一旦触发电动机械增压器启动，则将期望的机械增压器压缩机压力比以及期望的质量流量输入到基于模型的前馈控制器F1中。例如，基于模型的前馈控制器F1可从压缩机映射图查找对应的机械增压器压缩机速度。然后将对应的机械增压器压缩机速度neSC_ff输出到加法器元件518。
将期望的机械增压器压缩机压力比也与关于实际机械增压器压缩机压力比的反馈信号一起输入到加法器元件520中，该反馈信号作为外环控制C1的一部分从期望的机械增压器压缩机压力比中减去。将结果输入到误差反馈控制器中以对机械增压器压缩机速度进行微调并且调控压缩机映射图的任何不准确。然后，将由误差反馈控制器产生的关于机械增压器压缩机速度neSC_fb的反馈响应输入到加法器元件518，该加法器元件518输出针对给定工况的电动增压器压缩机速度neSC。电动机械增压器压缩机速度可变换成对应的电信号(例如，占空比)，该电信号被施加到电动机械增压器G1的电动马达以产生机械增压器压缩机两端的压力比因此，可基于和并且更具体地，基于和之间的缺乏连续更新机械增压器压缩机速度。
现在转向图6，其示出用于操作升压发动机系统的示例方法600，该升压发动机系统具有在涡轮增压器(例如，图1的涡轮增压器15)的上游分级的电动机械增压器(例如，图1的机械增压器13)。此处，涡轮增压器被配置为主升压装置，并且机械增压器被配置为辅助升压装置。
在602处，方法200包括估计并且/或者测量发动机工况。例如，评估的工况可包括发动机转速、踏板位置、操作者扭矩需求、歧管绝对压力、歧管空气流量、歧管空气温度、环境条件(诸如环境温度、大气压力和湿度)、发动机冷却剂温度等。例如，大气压力可由压力传感器诸如图1的压力传感器58测量。
在604处，方法600包括确定是否请求升压。在一个示例中，可在中高发动机负荷下请求升压。在另一示例中，响应于操作者踩加速器踏板或者驾驶员扭矩需求的增加，可请求升压。如果不请求升压，诸如在发动机负荷低或者驾驶员扭矩需求低时，方法600进行到606并且包括以自然抽吸(例如，歧管真空)操作发动机。以自然抽吸操作发动机可包括不启动分级升压装置。例如，用于驱动电动机械增压器的电动马达(例如，电动马达108)可不被供电，并且可命令涡轮增压器废气门致动器完全打开，以便引导排气的一部分在绕过涡轮增压器的涡轮(例如，图1的涡轮116)的同时通过废气门。在606以后，方法600结束。
如果在604处请求升压，诸如响应于踩加速器踏板事件，则方法600进行到608并且包括基于升压需求产生涡轮增压器的期望的压力比(例如，目标压力比)命令。被定义为的期望的压力比为涡轮增压器的压缩机(例如，图1的第二压缩机114)的期望的出口压力(其也等于期望的升压压力(或者期望的TIP))相对于表示电动机械增压器的压缩机(例如，图1的第一压缩机110)的入口压力的P0的比。例如，P0可等于大气压力(例如，如由图1的压力传感器58所测量的)。
在610处，该方法包括基于总压力比命令降低涡轮增压器废气门的开度。例如，随着压力比命令增加，废气门开度可降低。在一个示例中，废气门完全关闭。通过关闭涡轮增压器废气门，可将排气流中的所有引导通过涡轮增压器涡轮，从而加速涡轮的旋转加快。任选地，也可将压缩机再循环阀(诸如图1的CRV 62)关闭，使得涡轮增压器压缩机两端的压力损失减小。此后，压缩空气经由涡轮增压器压缩机流到发动机。此时，电动机械增压器旁通阀打开，从而导致空气在绕过机械增压器的同时流到涡轮增压器压缩机。
在612处，该方法包括计算涡轮增压器处的升压压力缺乏。升压压力缺乏可通过升压压力不足(其为期望的升压压力和测量的节气门入口压力之间的差值)以及升压压力不足的改变率来确定。例如，如参考图2所描述的，涡轮增压器可由于涡轮迟滞而不能实现期望的升压压力。控制器还可确定涡轮增压器(入口)处的空气流量不足，该空气流量不足对应于升压压力缺乏或使用压力比而不是增量压力。在替代示例中，升压压力缺乏基于期望的升压压力与测量的节气门入口压力的比而不是差值。换句话说，升压压力缺乏基于期望的升压压力相对于测量的节气门入口压力。
在614处，响应于存在升压压力缺乏的指示，该方法包括关闭ESBV。通过(完全)关闭ESBV，电动机械增压器压缩机可包括在进气流动路径中，并且进气经由电动机械增压器流到涡轮增压器压缩机。也就是说，通过机械增压器压缩机的空气流增加。在其它示例中，ESBV可响应于升压压力缺乏的量诸如响应于大于阈值(诸如高于该阈值，瞬时升压响应受到不利影响)的量而关闭。例如，可确定升压压力缺乏的绝对量是否大于阈值，或者升压压力不足的改变率是否大于阈值，其中阈值被校准为升压压力不足的函数：
其中f2表示函数。例如，阈值可随着升压压力不足增加而降低。阈值可限定升压压力缺乏的可允许量，高于该升压压力缺乏的可允许量发动机峰值功率和扭矩性能可降低。进一步地，可设定阈值，使得在该阈值之上，通过操作电动机械增压器提供的额外功率和扭矩的量超过由电动机械增压器消耗的电量。另外，升压压力不足和升压压力不足的改变率两者都可运行通过一阶低通滤波器。通过对升压压力不足和/或升压压力不足的改变率进行滤波，可减小机械增压器压缩机的不必要的启动，诸如由于驾驶员改变想法(例如，应用加速器踏板小于阈值持续时间)而引起的不必要的启动。如果升压压力缺乏不大于阈值，则ESBV可维持打开状态，电动机械增压器可保持停用，并且压缩空气可在绕过机械增压器压缩机的同时仅经由涡轮增压器压缩机流到发动机。
在616处，响应于升压压力缺乏，该方法包括使用电动协助操作电动机械增压器压缩机以改善瞬时升压响应。致动联接到机械增压器压缩机的电动马达用于使机械增压器压缩机加速，从而增加提供到发动机的升压压力。例如，使机械增压器压缩机加速可包括使用从电池(例如，图1的系统电池45)汲取的电力经由电动马达使机械增压器压缩机旋转。因此，机械增压器可能够在有限的持续时间内提供升压，该持续时间受到为电动马达供电的系统电池的充电状态的限制。命令到电动马达的功率量(或功率的占空比)可基于分配到机械增压器的压力比，该压力比为缺乏的函数。例如，控制器可基于空气流不足确定期望的机械增压器压力比。控制器可进一步将计算出的机械增压器压力比和MAF输入到查找表中，以确定期望的机械增压器压缩机速度。然后，控制器可将机械增压器压缩机速度输入到额外查找表或函数中，以输出马达速度，以及对应的功率量(或功率的占空比)以提供到电动马达，以产生机械增压器两端的目标压力比。
如果P1大于P2，则可削波期望的机械增压器压力比以防止机械增压器的期望的压力目标超越涡轮增压器的期望值，这可在节气门打开以后短暂地发生。因此，机械增压器压缩机的控制基准可被描述为：
这也等于涡轮增压器压缩机的压力比缺乏(或压力缺乏，如果确定而不是)。也就是说，可基于涡轮增压器升压压力比缺乏(或升压压力缺乏)来控制机械增压器压缩机，以便提供期望的升压压力比(或升压压力)。此后，压缩空气经由涡轮增压器压缩机和机械增压器压缩机流到发动机。如此，涡轮增压器压缩机的出口压力P2包含由机械增压器压缩机和涡轮增压器压缩机两者产生的压力。
在618处，该方法包括确定在涡轮增压器的出口处实现的实际升压压力是否在目标升压压力或TIP的阈值内。阈值可被确定为目标TIP或总命令的压力比的函数，并且阈值可被调节以减小压力过冲的可能性。例如，在较高压力比下，阈值可较大。
如果实际升压压力比期望的TIP低超过阈值量，则在622处，该方法包括经由机械增压器继续提供电动协助，同时经由涡轮增压器提供稳态升压压力。例如，控制器可维持或进一步降低(如果可能的话)废气门的开口。另外，控制器可维持或进一步增加(如果可能的话)电动马达的马达速度。
在实际升压压力仅比期望的TIP低阈值量时，控制器可应用超前补偿并且中止电动协助。特别地，可降低电动马达的马达速度，以便在减小过冲的情况下使升压压力滑行到目标TIP。另外，控制器可将马达转变到发电机模式并且操作发电机以在机械增压器压缩机上施加负扭矩，从而使机械增压器压缩机减速并且回收能量，否则将导致升压压力过冲。
在624处，可确认已经达到目标升压压力。如果未达到目标升压压力，则在626处，该方法包括进一步调节废气门开度和/或发电机速度。例如，可调节致动器以向目标升压压力提供目标速度曲线或轨迹。否则，如果已经达到目标升压压力，则在628处，该方法包括禁用马达/发电机。其中，可通过从控制器发送到马达的机电致动器的减小马达转速的信号来禁用联接到机械增压器压缩机的电动马达。另外，ESBV可被致动打开(例如，完全打开)以允许进气在绕过机械增压器压缩机的同时经由涡轮增压器压缩机流到发动机。此后，压缩空气可仅通过涡轮增压器压缩机而不经由机械增压器压缩机供应到发动机。
以这种方式，通过基于涡轮增压器压缩机压力比瞬时并且动态地操作机械增压器压缩机，减小了升压压力缺乏(例如，由于涡轮增压器涡轮的旋转加快的延迟)。进一步地，启动机械增压器的时间量和抽吸功率被最小化，从而减小电力消耗并且提高燃料经济性。在628以后，该方法结束。
图8描绘压力比的动态分配的预示性示例图形800，以在车辆操作期间提供协调的涡轮增压器和电动机械增压器控制，诸如根据图2(和图6)的方法并且使用图5的控制架构。曲线802中示出加速器踏板位置，实线曲线806处示出实际节气门入口压力(TIP)相对于虚线曲线805处的期望的TIP，曲线808中示出涡轮增压器压缩机两端实现的压力比相对于曲线804中示出的期望的总升压压力比曲线810中示出涡轮增压器的涡轮速度，曲线812中示出电动机械增压器压缩机(ES)两端实现的压力比曲线816中示出命令的电动机械增压器马达速度，而曲线817示出发电机启动，曲线818中示出电动机械增压器旁通阀(ESBV)的打开的程度，并且曲线820中示出涡轮增压器废气门打开的程度。对于所有上述情况，X轴表示时间，其中时间沿X轴从左向右增加。Y轴表示标记的参数，其中值从下到上增加。在本示例中，电动机械增压器压缩机位于涡轮增压器压缩机的上游，诸如在图1的发动机系统中。
在时间t1前，由于较低的驾驶员需求(曲线802)需要较低的TIP(曲线805)，发动机在没有升压的情况下操作(曲线806)。因此，实际涡轮增压器压缩机(TC)压力比(曲线808)和电动机械增压器压缩机比(曲线812)处于基线量(例如，大约1)，从而指示由于空气未被任何压缩机压缩，所以每个压缩机上游的压力等于每个压缩机下游的压力。因为电动机械增压器(ES)未被启动，所以电动机械增压器压缩机的命令的速度保持在零处(曲线816)并且ESBV完全打开(曲线818)。由此，进气绕过电动机械增压器压缩机而不是被引导到电动机械增压器压缩机，如参考图1进一步描述的。进一步地，涡轮增压器废气门完全打开(曲线820)，由于排气通过打开的废气门绕过涡轮而保持涡轮增压器涡轮速度低(曲线810)。
在时间t1处，操作者踩加速器踏板，如加速器踏板位置的增加(曲线802)所示，将发动机从以自然抽吸的操作移动到具有升压的情况下的操作。如由期望的TIP(曲线805)的上升反映的升压压力的期望量基于驾驶员需求扭矩的量来确定，并且升压发动机系统两端期望的总压力比(曲线804)相应地增加。涡轮增压器经由基于总期望升压压力比的命令来控制。为了在稳态下提供期望的总升压比，涡轮增压器废气门完全关闭(曲线820)，从而将排气中的全部引导通过涡轮增压器涡轮(而不是通过涡轮增压器废气门)以便使涡轮旋转加快。因此，涡轮速度(曲线810)开始增加。然而，由于涡轮速度的慢的响应时间，涡轮增压器不能实现期望的总压力比(参见曲线804和808之间的差值)和期望的TIP。实际涡轮增压器压缩机压力比(曲线808)在时间t1和时间t2之间低于期望的总升压压力比(曲线804)。
基于期望的总压力比(804)相对于涡轮增压器处的实际升压压力比(808)(例如，基于如此示例中的差值或基于比)来确定涡轮增压器处的压力比缺乏和对应的空气流缺乏。然后向机械增压器压缩机(曲线812)命令对应于空气流缺乏的压力比，使得机械增压器压缩机两端的压力比(曲线812)和涡轮增压器压缩机两端的压力比(曲线808)的组合一起能够满足总期望升压压力比(曲线804)。因此，在t1和t2之间，在涡轮速度较低时，由于总升压压力比的较小部分由涡轮增压器递送，所以总升压压力比的较大部分被分配到机械增压器。
响应于升压压力缺乏大于阈值，在时间t1以后不久启动电动机械增压器以在涡轮旋转加快的同时填充缺乏。启动电动机械增压器包括关闭ESBV(曲线818)以将进气引导到电动机械增压器压缩机，并且向以占空比驱动压缩机的电动马达供电，该占空比以基于涡轮增压器压缩机的升压压力缺乏的速度(曲线816)操作电动马达。特别地，选择联接到机械增压器压缩机的电动马达的命令的速度，使得能够提供机械增压器压缩机两端的期望的压力比。随着涡轮增压器压缩机处的升压压力缺乏增加，期望的电动机械增压器压缩机压力比增加。在时间t1和时间t2之间，总升压压力比(曲线806)的较大部分由电动机械增压器产生的升压压力提供，其中随着电动马达被启动，电动机械增压器压力比快速增加(曲线812)。由于较低的涡轮增压器涡轮速度(曲线810)，由涡轮增压器压力比(曲线808)提供总升压压力比的较小部分。
在时间t1和时间t2之间，涡轮缓慢地旋转加快(曲线810)。然而，涡轮增压器压缩机两端的压力比(曲线808)继续滞后于总的实现的升压压力比(曲线806)。在时间t2和时间t3之间，涡轮速度(曲线810)较快地增加，其中涡轮增压器压缩机两端的压力比(曲线808)对应增加并且升压压力缺乏对应降低。随着涡轮增压器压缩机两端的压力比(曲线808)增加，机械增压器压缩机两端的压力比降低，使得实现的总升压压力比(曲线806)等于期望的升压压力比。然后，一旦实现的总升压压力比(曲线806)接近期望的升压压力比(804)，机械增压器压缩机两端的压力比随着涡轮增压器压缩机两端的压力比增加而逐渐降低(经由对电动马达的占空比的调节)。在t2和t3之间，总升压压力比(曲线806)的增加部分由涡轮增压器产生的升压压力提供，而总升压压力比的剩余部分由电动机械增压器产生的升压压力提供。
在时间t3处，由于由涡轮增压器压缩机和电动机械增压器压缩机两者产生的升压压力，实际TIP(曲线806)在期望的TIP(曲线805)的阈值内。为了减小升压压力过冲，在t3和t4之间，控制器应用超前补偿以在P2接近之前减小电动马达速度。特别地，在实际TIP达到目标TIP之前，电动马达制动压缩机以便减小机械增压器压缩机速度和ES压力比。发电机命令(曲线817)意味着马达以发电机模式操作，这使得能够在联接到机械增压器压缩机的电动马达/发电机处进行能量回收。涡轮增压器废气门可起动以在时间t3和时间t4之间打开(曲线820)。如果未提供这种超前补偿，则TIP将超过期望的值，从而导致扭矩误差，并且能量回收机会将丢失。
在时间t4处，涡轮增压器压缩机压力比(曲线808)达到期望的总压力比(曲线804)。因此，机械增压器压缩机两端的期望的压力比(曲线812)减小到基线量(例如，大约1)并且电动机械增压器被停用(例如，没有动力供应到驱动机械增压器压缩机的电动马达)。打开ESBV(曲线818)以将进气直接引导到涡轮增压器压缩机而不引导到机械增压器压缩机，并且命令的电动机械增压器速度(曲线816)减小到零。随着机械增压器压缩机旋转减慢，机械增压器压缩机两端的压力比(曲线812)返回到基线。进一步地，响应于涡轮增压器压缩机升压压力比(曲线808)达到期望的升压压力比(曲线804)，涡轮增压器废气门致动器打开的程度(曲线820)增加。因此，维持涡轮速度(曲线810)以提供期望的升压压力目标，该期望的升压压力目标具有关于实现的涡轮增压器压缩机升压压力比(曲线808)的反馈。
在时间t5处，加速器踏板位置降低(曲线802)。因此，期望的总升压压力比相应地降低(曲线804)。为了减小升压压力，涡轮增压器废气门致动器(曲线820)进一步打开以使涡轮增压器涡轮减速(曲线810)，并且从而使涡轮增压器压缩机减速。因此，涡轮增压器压缩机两端实现的压力比(曲线808)降低。进一步地，因为电动机械增压器被禁用，所以涡轮增压器压缩机提供升压压力中的全部。
在时间t6处，加速器踏板位置进一步降低(曲线802)，例如，由于松加速器踏板事件。由于不再基于驾驶员需求请求升压，所以期望的总升压压力比(曲线804)降低到基线。涡轮增压器废气门完全打开(曲线820)以减小升压压力，从而进一步使涡轮增压器涡轮减速(曲线810)到基线速度。涡轮增压器压缩机的速度相应地降低，从而降低由涡轮增压器压缩机产生的升压压力量。因此，涡轮增压器压缩机两端的压力比(曲线808)降低到基线(例如，大约1)。如上所述，因为涡轮增压器压缩机提供升压压力的全部，所以总升压压力比(曲线806)也降低到基线。
以这种方式，联接在机械增压器压缩机下游的涡轮增压器压缩机可经由废气门调节来操作，以基于操作者扭矩需求提供机械增压器压缩机的入口和涡轮增压器压缩机的出口之间的总压力比，同时基于涡轮增压器压缩机处的实时压力比(或空气流)不足，经由电动马达的调节来动态调节机械增压器压缩机的操作。此处，经由废气门调节操作涡轮增压器压缩机可包括，随着操作者升压需求增加，降低废气门的开度以使涡轮增压器的排气涡轮旋转加快并且使总压力比增加。在进一步的示例中，涡轮增压器压缩机处的实时压力(或空气流)不足可基于涡轮增压器压缩机两端的实际压力比相对于期望的总压力比来估计，涡轮增压器压缩机两端的实际压力比随着排气涡轮旋转加快而改变。发动机控制器可通过增加从电动马达向机械增压器压缩机提供的正马达扭矩来调节机械增压器压缩机的操作，以随着空气流不足增加而增加机械增压器压缩机速度，同时基于期望的总压力比，并且进一步基于涡轮增压器压缩机两端的实际压力比，将机械增压器压缩机两端的实际压力比维持在阈值压力比以下。进一步地，响应于基于操作者升压需求高于阈值的实际节气门入口压力和目标节气门入口压力之间的差值(或比)，控制器可增加从电动马达向机械增压器压缩机提供的负马达扭矩，以降低机械增压器压缩机速度。在另一示例中，响应于升压压力过冲，机械增压器压缩机的速度可通过从电动马达提供负马达扭矩同时维持废气门的降低的开度来减小。相比之下，响应于升压压力下冲，机械增压器压缩机的速度可通过从电动马达提供额外的正马达扭矩同时进一步降低废气门的开度来增加。基于空气流不足来调节机械增压器压缩机的操作可包括，作为示例，独立于废气门的位置并且独立于涡轮增压器的涡轮速度来调节机械增压器压缩机的输出。
以这种方式，在用复合升压系统的涡轮增压器提供升压的同时，可响应于升压压力缺乏而启动电动机械增压器，以便实现期望的升压压力，其中涡轮增压器和电动机械增压器两者都是基于压力比测量来控制的。基于涡轮增压器的升压能力来实时动态地调节对电动机械增压器的压力比分配的技术效果是能够改善瞬时升压响应。特别地，仅仅只要在需要时支撑涡轮增压器，就可启动电动机械增压器，从而最小化从机械增压器汲取的电动协助。通过节省电力使用，改善燃料经济性。通过更积极地校准命令到电动机械增压器和涡轮增压器的压力比，能够更方便地满足升压需求。在涡轮增压器的升压能力为实际升压压力较低时，通过向电动机械增压器提供正马达扭矩，能够解决涡轮迟滞。在升压压力在目标压力的阈值距离内时，转变到提供负马达扭矩的技术效果是升压压力可滑行到目标压力而不招致任何压力过冲。另外，提高了电动马达的能量回收能力。总的来说，能够快速并且更有效地提供升压压力。
在一个示例中，方法包括：响应于驾驶员扭矩需求，产生发动机进气装置的较慢的第一压缩装置的总压力比命令；并且响应于驾驶员扭矩需求所需的升压压力不足，调节发动机进气装置中的较快的第二压缩装置的压力比命令。在前述示例中，另外或任选地，产生包括基于驾驶员扭矩需求产生总压力比命令，其中升压压力不足包括空气流不足和压力比不足中的一个，并且其中调节包括估计第一压缩装置两端的实际压力比、基于实际压力比相对于总压力比命令估计升压压力不足，以及基于升压压力不足来调节第二压缩装置的压力比命令。在前述示例中的任一个或全部中，另外或任选地，调节进一步包括当第一压缩装置两端的实际压力比较接近总压力比命令时动态地减小升压压力不足，并且当升压压力不足减小时动态地调节第二压缩装置的压力比命令。在前述示例中的任一个或全部中，另外或任选地，第一压缩装置在发动机进气装置中的第二压缩装置的下游分级。在前述示例中的任一个或全部中，另外或任选地，第一压缩装置为涡轮增压器，而第二压缩装置为电动机械增压器。在前述示例中的任一个或全部中，另外或任选地，该方法进一步包括基于总压力比命令调节联接在涡轮增压器的排气涡轮两端的废气门阀的开度，废气门阀开度随着总压力比命令增加而降低。在前述示例中的任一个全部中，另外或任选地，涡轮增压器的排气涡轮为可变几何形状涡轮，并且其中产生第一压缩装置的总压力比命令包括基于驾驶员扭矩需求命令排气涡轮的叶片角。在前述示例中的任一个或全部中，另外或任选地，基于驾驶员扭矩需求产生总压力比命令包括基于驾驶员扭矩需求的绝对值和驾驶员扭矩需求的改变率中的一个或多个来产生总压力比命令。在前述示例中的任一个或全部中，另外或任选地，调节第二压缩装置的压力比命令包括：随着升压压力不足增加，增加从电动马达输出到电动机械增压器的正马达扭矩。在前述示例中的任一个或全部中，另外或任选地，该方法进一步包括：响应于节气门入口压力在基于驾驶员扭矩需求的目标升压压力的阈值距离内，增加从电动马达输出到电动机械增压器的负马达扭矩。在前述示例中的任一个或全部中，另外或任选地，该方法进一步包括：响应于节气门入口压力处于目标升压压力，禁用电动马达和电动机械增压器，同时仅经由第一压缩装置满足驾驶员扭矩需求。
另一示例方法包括：经由废气门调节来操作联接在机械增压器压缩机下游的涡轮增压器压缩机，以基于操作者扭矩需求提供机械增压器压缩机的入口和涡轮增压器压缩机的出口之间的总压力比；并且基于涡轮增压器压缩机处的实时空气流不足，经由电动马达的调节来动态地调节机械增压器压缩机的操作。在前述示例中，另外或任选地，经由废气门调节来操作涡轮增压器压缩机包括：随着操作者升压需求增加，降低废气门的开度以使涡轮增压器的排气涡轮旋转加快并且使总压力比增加，该方法进一步包括：基于涡轮增压器压缩机两端的实际压力比相对于总压力比来估计涡轮增压器压缩机处的实时空气流不足，涡轮增压器压缩机两端的实际压力比随着排气涡轮旋转加快而改变。在前述示例中的任一个或全部中，另外或任选地，调节机械增压器压缩机的操作包括：随着空气流不足增加，增加从电动马达向机械增压器压缩机提供的正马达扭矩，以增加机械增压器压缩机速度，同时基于总压力比，并且进一步基于涡轮增压器压缩机两端的实际压力比，将机械增压器两端的实际压力比维持在阈值压力比以下。在前述示例中的任一个或全部中，另外或任选地，调节机械增压器压缩机的操作进一步包括：响应于基于操作者升压需求高于阈值的实际节气门入口压力和目标节气门入口压力之间的差值，增加从电动马达向机械增压器压缩机提供的负马达扭矩，以降低机械增压器压缩机速度。在前述示例中的任一个或全部中，另外或任选地，该方法进一步包括：响应于升压压力过冲，通过从电动马达提供负马达扭矩同时维持废气门减小的开度来减小机械增压器压缩机的速度；并且响应于升压压力下冲，通过从电动马达提供额外的正马达扭矩同时进一步降低废气门的开度来增加机械增压器压缩机的速度。在前述示例中的任一个或全部中，另外或任选地，基于空气流不足来调节机械增压器压缩机的操作包括：独立于废气门的位置并且独立于涡轮增压器的涡轮速度来调节机械增压器压缩机的输出。
另一示例车辆系统包括：发动机，该发动机具有进气装置；加速器踏板，该加速器踏板用于接收操作者扭矩需求；复合升压系统，该复合升压系统包括由从电池接收电力的电动马达驱动的第一机械增压器压缩机，以及由排气涡轮驱动的第二涡轮增压器压缩机，第二压缩机定位在发动机进气装置中的第一压缩机的下游；旁路，该旁路包括旁通阀，该旁路联接在第一压缩机两端；废气门，该废气门包括废气门致动器，该废气门联接在排气涡轮两端；第一压力传感器，该第一压力传感器在第一压缩机上游联接到进气装置，以估计大气压力；第二压力传感器，该第二压力传感器在第一压缩机下游和第二压缩机上游联接到进气装置，以用于估计涡轮增压器压缩机入口压力；第三压力传感器，该第三压力传感器在第二压缩机下游联接到进气装置，以用于估计节气门入口压力；以及控制器，该控制器具有存储在非暂时性存储器上的计算机可读指令，以用于：响应于操作者扭矩需求，经由对废气门致动器的调节来命令复合升压系统两端的总压力比；并且基于升压压力不足，经由对电动马达的输出的调节来变化第一压缩机两端命令的压力比，该升压压力不足基于第二压缩机两端的实际压力比来估计。在前述示例中，另外或任选地，命令总压力比包括：随着操作者扭矩需求增加而降低废气门致动器的开度以增加第二压缩机两端的实际压力比，并且其中变化第一压缩机两端命令的压力比包括：基于升压压力不足估计第二压缩机处的空气流不足，并且在空气流不足增加到阈值以上时以马达运行模式操作电动马达，并且在空气流不足降低到阈值以下时以发电模式操作电动马达。在前述示例中的任一个或全部中，另外或任选地，控制器包括进一步的指令，以用于：在升压压力不足增加到阈值以上时关闭ESBV，以增加第一压缩机两端的压力比；并且在升压压力不足降低到阈值以下时打开ESBV，以降低第一压缩机两端的压力比。
在进一步的表示中，控制器可包括进一步的指令，以用于基于第二压力传感器的输出相对于第一压力传感器的输出来估计第一压缩机两端的实际压力比；基于第三压力传感器的输出相对于第二压力传感器的输出估计第二压缩机两端的实际压力比；并且基于第三压力传感器的输出相对于第一压力传感器的输出估计发动机进气装置的总压力比。
在另一进一步的表示中，用于升压发动机系统的方法包括：将总压力比命令引导到涡轮增压器；并且基于涡轮增压器压缩机处的空气流不足，动态地调节对机械增压器的总压力比命令的一部分的分配，空气流不足基于涡轮速度。在前述示例中，另外或任选地，将总压力比命令引导到涡轮增压器包括废气门调节。在前述示例中的任一个或全部中，另外或任选地，基于涡轮增压器处的实际压力比相对于总压力比命令来估计空气流不足，该实际压力比从涡轮速度推断出。
注意，本文包括的示例控制和估计程序能够与各种发动机和/或车辆系统配置一起使用。本文公开的控制方法和程序可作为可执行指令存储在非暂时性存储器中，并且可由包括控制器的控制系统结合各种传感器、致动器以及其它发动机硬件来实行。本文所描述的具体程序可表示任何数量的处理策略中的一个或多个，诸如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等。如此，所示的各种动作、操作和/或功能可以所示的顺序执行、并行执行或在某些情况下被省略。同样地，处理的顺序不是实现本文所述的示例实施例的特征和优点所必需的，而是为易于说明和描述而提供。可根据所使用的特定策略重复执行所示的动作、操作和/或功能中的一个或多个。进一步，所描述的动作、操作和/或功能可通过图表表示待编程到发动机控制系统中的计算机可读存储介质的非暂时性存储器中的代码，其中所描述的动作通过在包括各种发动机硬件部件的系统中结合电子控制器执行指令来实行。
应当理解，因为许多变化为可能的，所以本文公开的配置和程序本质上是示例性的，并且这些具体实施例不应被认为具有限制意义。例如，上述技术能够应用于涡轮增压器压缩机的上游或下游的电动压缩机和V-6、I-4、I-6、V-12、对置4缸以及其它发动机类型。本公开的主题包括本文所公开的各种系统和配置，以及其它特征、功能和/或性质的所有新颖且非显而易见的组合和子组合。
所附权利要求特别指出被认为是新颖且非显而易见的某些组合和子组合。这些权利要求可指“一个”元件或“第一”元件或其等同物。此类权利要求应被理解为包括一个或多个此类元件的结合，既不要求也不排除两个或更多个此类元件。所公开的特征、功能、元件和/或性质的其它组合和子组合可通过对本申请权利要求的修正或通过在本申请或相关申请中提出新的权利要求来要求保护。此类权利要求，无论在范围上是宽于、窄于、等于或不同于原始权利要求，都被视为包括在本公开的主题内。

Claims (15)

1.一种方法，其包括：
响应于驾驶员扭矩需求，
产生发动机进气装置的较慢的第一压缩装置的总压力比命令；以及
响应于所述驾驶员扭矩需求所需的升压压力不足，调节所述发动机进气装置中的较快的第二压缩装置的压力比命令。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述产生包括基于所述驾驶员扭矩需求产生所述总压力比命令，其中所述升压压力不足包括空气流不足和压力比不足中的一个，并且其中所述调节包括估计所述第一压缩装置两端的实际压力比、基于所述实际压力比相对于所述总压力比命令估计所述升压压力不足，以及基于所述升压压力不足调节所述第二压缩装置的所述压力比命令。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述调节进一步包括：当所述第一压缩装置两端的所述实际压力比接近所述总压力比命令时，动态地减小所述升压压力不足；以及当所述升压压力不足减小时，动态地调节所述第二压缩装置的所述压力比命令。
4.根据权利要求2所述的方法，其中所述第一压缩装置在所述发动机进气装置中的所述第二压缩装置的下游分级。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述第一压缩装置为涡轮增压器，并且所述第二压缩装置为电动机械增压器。
6.根据权利要求5所述的方法，其进一步包括：基于所述总压力比命令调节联接在所述涡轮增压器的排气涡轮两端的废气门阀的开度，所述废气门阀开度随着所述总压力比命令增加而降低。
7.根据权利要求5所述的方法，其中所述涡轮增压器的排气涡轮为可变几何形状涡轮，并且其中产生所述第一压缩装置的总压力比命令包括基于所述驾驶员扭矩需求命令所述排气涡轮的叶片角。
8.根据权利要求2所述的方法，其中基于所述驾驶员扭矩需求产生所述总压力比命令包括：基于所述驾驶员扭矩需求的绝对值和所述驾驶员扭矩需求的改变率中的一个或多个产生所述总压力比命令。
9.根据权利要求5所述的方法，其中调节所述第二压缩装置的所述压力比命令包括：随着所述升压压力不足增加，增加从电动马达输出到所述电动机械增压器的正马达扭矩。
10.根据权利要求9所述的方法，其进一步包括：响应于节气门入口压力在基于所述驾驶员扭矩需求的目标升压压力的阈值距离内，增加从所述电动马达输出到所述电动机械增压器的负马达扭矩。
11.根据权利要求10所述的方法，其进一步包括：响应于节气门入口压力处于所述目标升压压力，在仅经由所述第一压缩装置满足所述驾驶员扭矩需求的同时禁用所述电动马达和所述电动机械增压器。
12.一种车辆系统，其包括：
发动机，所述发动机具有进气装置；
加速器踏板，所述加速器踏板用于接收操作者扭矩需求；
复合升压系统，所述复合升压系统包括：由从电池接收电力的电动马达驱动的第一机械增压器压缩机，以及由排气涡轮驱动的第二涡轮增压器压缩机，所述第二压缩机定位在所述发动机进气装置中的所述第一压缩机的下游；
旁路，所述旁路包括旁通阀，所述旁路联接在所述第一压缩机两端；
废气门，所述废气门包括废气门致动器，所述废气门联接在所述排气涡轮两端；
第一压力传感器，所述第一压力传感器在所述第一压缩机上游联接到所述进气装置，以估计大气压力；
第二压力传感器，所述第二压力传感器在所述第一压缩机下游和所述第二压缩机上游联接到所述进气装置，以用于估计涡轮增压器入口压力；
第三压力传感器，所述第三压力传感器在所述第二压缩机下游联接到所述进气装置，以用于估计节气门入口压力；以及
控制器，所述控制器具有存储在非暂时性存储器上的计算机可读指令，以用于：
响应于所述操作者扭矩需求，
经由对所述废气门致动器的调整命令所述复合升压系统两端的总压力比；以及
基于升压压力不足，经由对所述电动马达的输出的调整，使所述第一压缩机两端命令的压力比变化，所述升压压力不足基于所述第二压缩机两端的实际压力比被估计。
13.根据权利要求12所述的系统，其中命令所述总压力比包括随着所述操作者扭矩需求增加而减小所述废气门致动器的开度，以增加所述第二压缩机两端的所述实际压力比。
14.根据权利要求12所述的系统，其中使所述第一压缩机两端命令的所述压力比变化包括：基于所述升压压力不足估计所述第二压缩机处的空气流不足，在所述空气流不足增加到阈值以上时以马达运行模式操作所述电动马达，以及在所述空气流不足降低到所述阈值以下时以发电模式操作所述电动马达。
15.根据权利要求12所述的系统，其中所述控制器包括进一步的指令，以用于：
在所述升压压力不足增加到阈值以上时关闭电动机械增压器旁通阀,即ESBV，以增加所述第一压缩机两端的压力比；以及
在所述升压压力不足降低到所述阈值以下时打开所述ESBV，以降低所述第一压缩机两端的所述压力比。
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