CN110425034A - 用于发动机控制的方法和系统 - Google Patents

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CN110425034A
CN110425034A CN201910350332.5A CN201910350332A CN110425034A CN 110425034 A CN110425034 A CN 110425034A CN 201910350332 A CN201910350332 A CN 201910350332A CN 110425034 A CN110425034 A CN 110425034A
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battery
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motor
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泰勒·凯利
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Ford Global Technologies LLC
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Abstract

本公开提供了“用于发动机控制的方法和系统”。提供了用于实现涡轮增压器轴速度控制而不会过度填充系统电池的方法和系统。在一个示例中，通过施加来自电动增压辅助马达的负扭矩直到系统电池已充分充电，来降低轴速度。此后，通过命令经由BISG将正扭矩施加到所述车辆的传动系上来回收来自轴制动的电力。

Description

用于发动机控制的方法和系统
技术领域
本说明书总体涉及用于控制耦合到车辆发动机的电辅助增压装置的轴速度同时减少对系统电池的过度填充的方法和系统。
背景技术
发动机系统可包括用于增强由内燃发动机输出的扭矩和峰值功率的增压装置。通过压缩进气，增压装置增加进入发动机的质量空气流量，这继而允许在每次点火事件中燃烧更大量的燃料。增压装置的一个示例是涡轮增压器，其中位于发动机的进气通道中的压缩机经由轴机械联接到排气涡轮。涡轮机使用排气能量旋转，这继而驱动了压缩机。
涡轮增压器还可以配置有电动辅助，其中马达/发电机联接到轴(在本文中也称为eTurbo)。eTurbo通常在具有48V带传动起动发电机(BISG)、48V电池和48V/12V DC-DC转换器的发动机的现有48V mHEV架构上运行。电动辅助可以通过在涡轮机速度低(由于低排气流量)的条件下驱动涡轮增压器轴来提供改进的瞬态发动机响应，从而减少涡轮迟滞。
然而，涡轮增压器具有硬件极限。因此，涡轮增压器(传统和电动辅助配置)的输出可能受到速度和温度约束的限制。例如，可能存在最大涡轮增压器轴速度，所述最大涡轮增压器轴速度可能在高发动机负载下或在高海拔处运行车辆时被违反。如果超过轴速度极限，则耦合到轴的磁体可能劣化，从而导致涡轮增压器的输出下降。因此，由于可能发生基本上立即的机械降解，所以不能超过涡轮增压器的速度极限。电流控制系统可以通过在预期到这种约束违反时削减最大增压压力来解决该问题。另外，可以调节气流致动器以降低增压压力，诸如通过打开废气门和/或压缩机再循环阀。然而，增压输出下降到低于驾驶员需求的增压压力可导致扭矩需求的显著欠传输性和车辆操控性的下降。此外，车辆驾驶员的驾驶体验也降级。还可以使用其他方法来以一定裕度将涡轮增压器速度或温度保持在极限内，以便避免缩短涡轮增压器的使用寿命。
Kees等人在US 9,677,486中展示了一种示例方法。其中，当涡轮增压器速度达到极限时，打开停用的汽缸的阀以允许空气流过所述汽缸。在其他示例中，使用经由联接到eTurbo的轴的马达进行的再生制动来降低涡轮速度。通过将eTurbo马达作为发电机运行来回收制动能量，并且将回收的能量储存在联接到马达的能量储存装置中，诸如储存在电池中。
然而，本发明人已经认识到这种系统的潜在问题。作为一个示例，可以用于降低涡轮速度的再生制动量本身可能是有限的。具体地，如果联接到eTurbo马达的储存装置(例如，Li离子电池)已经处于高于阈值的荷电状态(例如，完全充电)下，则所述储存装置可能无法接受另外的电能。因此，过充可能会损坏电池。如果打开废气门以快速降低涡轮速度，则增压能量被倾卸或浪费并且不能被收获。
发明内容
在一个示例中，上述问题可以通过一种用于增压发动机的方法来解决，所述方法包括：响应于当系统电池处于高于阈值的荷电状态下时涡轮增压器轴即将超速，而将来自电动马达的负扭矩施加到所述涡轮增压器轴上，同时将来自带传动起动发电机(BISG)的正扭矩施加到发动机曲轴上；以及减少发动机燃料供应以维持整体发动机扭矩输出。通过这种方式，可以控制涡轮增压器轴速度而不会过度填充系统电池，并且同时利用制动能量的更大部分。
作为一个示例，发动机系统可配置有电动涡轮增压器，所述电动涡轮增压器具有联接到涡轮增压器轴的电动马达。在驾驶员踩加速器踏板事件期间，为了加快增压输送，可关闭排气废气门和/或可经由电动马达在轴上施加正扭矩。如果轴速度增加使得即将发生超速情况，则可以通过电动马达施加负扭矩以使轴减速。可以通过给系统电池(特别地是耦合到车辆传动系的48V系统电池)充电来回收负扭矩。可以继续充电，直到电池处于阈值荷电状态(SOC)，诸如处于95％SOC。高于该水平，则电池的进一步充电可能会导致电池过充，这可能会降低电池的性能。一旦电池达到阈值SOC，就可以断开将电池耦合到车辆电气系统的48V线路的接触器，从而禁止通过电动涡轮马达进一步对电池充电。此后，可以通过驱动联接到传动系的BISG来回收由电动马达施加的用于轴速度控制的负扭矩。具体地，使用在使轴减速时由电动马达产生的电力来在发动机上(特别是在曲轴上)施加相应量的BISG正扭矩。由BISG施加的扭矩可以基于在吸收扭矩以对电池充电之后所需的额外制动。然后可以使用在BISG处吸收的扭矩来推进车辆。同时，可以根据BISG扭矩来减少发动机燃料供应，以便减小发动机扭矩对传动系的贡献并保持净车轮扭矩。
以这种方式，由电动增压马达施加的用于控制涡轮增压器轴速度的制动(负)扭矩可用于产生与车辆的48V电气架构的48V配电箱共享的电能。当系统电池充满时，在经由电动马达产生电能时从48V配电箱中汲取所述电能，以操作BISG。另外，一个或多个12V电气负载还可以在轴速度控制期间汲取由电动马达产生的电力的一部分。通过使用在涡轮增压器轴制动期间产生的电力来操作BISG，可以控制轴速度而不会过充电荷敏感的系统电池，诸如混合动力车辆的传动系的48V电池。在BISG处吸收扭矩的技术效果是制动能量可以通过车辆的传动系而不是通过电池来回收。这允许使用在系统电池充电到阈值SOC之后产生的任何过量扭矩来推进车辆，而不是浪费所述过量扭矩。此外，可以在对废气门打开的需求降低的情况下控制涡轮增压器轴速度。例如，排气废气门可以稍后打开(例如，以更高的涡轮速度)和/或打开更小的量。减少对废气门打开的需求改善了整体增压响应。总的来说，可以避免违反涡轮增压器的速度极限，同时还减少对电荷敏感的储存装置的过度充电。
应当理解，提供以上发明内容以便以简化形式引入一系列概念，这些概念在具体实施方式中进一步描述。这并不意味着确定要求保护的主题的关键或必要特征，所述要求保护的主题的范围由具体实施方式后面的权利要求唯一地限定。此外，所要求保护的主题不限于解决上文或本公开的任何部分中提及的任何缺点的实施方式。
附图说明
图1示出了配置有电动增压辅助的增压发动机系统的示意图。
图2示出了图1的增压发动机系统的部件的示例性电耦合。
图3示出了用于使用来自涡轮增压器的电动马达的负扭矩来减少涡轮增压器超速，同时经由BISG回收由电动马达产生的电力的方法的高级流程图。
图4示出了经由电动涡轮增压器的电动马达和BISG的协调操作进行的涡轮增压器速度控制的预示性示例。
具体实施方式
以下描述涉及用于在配置有电动辅助的增压发动机系统(诸如图1的发动机系统)中进行速度控制的系统和方法。该系统可以利用涡轮增压器的电动辅助马达、BISG和48V电气系统(诸如图2的系统)之间的电连接。发动机控制器可以被配置为执行控制例程，诸如图3的示例例程，以通过施加来自电动增压辅助马达的负扭矩和来自BISG的相应正扭矩来解决涡轮增压器轴超速。控制器可以使用经由电动增压辅助马达回收的电力来为BISG和一个或多个12V负载供电。参考图4示出了示例性调节。
图1示意性地示出了示例车辆系统100的各方面，该车辆系统包括发动机系统101，该发动机系统具有联接在车辆102中的发动机10。在所描绘的示例中，车辆102是混合动力电动车辆，具有可用于一个或多个车轮47的多个扭矩源。然而，在另选示例中，车辆系统100可以包括常规的非混合动力动力传动系统。在所示的该示例中，车辆102的动力传动系统包括发动机10和电机52。电机52可以是马达或马达/发电机。当一个或多个离合器53接合时，发动机10和电机52经由变速器48连接到车轮47。在所描绘的该示例中，(第一)离合器53设置在发动机10与电机52之间，(第二)离合器53设置在电机52与变速器48之间。控制器12可以向每个离合器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，当离合器53接合时，来自发动机10的扭矩可以经由曲轴40、变速器48和动力传动系统轴84而传递到车轮47。变速器48可以是齿轮箱、行星齿轮系统、或另一种类型的变速器。变速器48可以是定比变速器，包括多个齿轮比以允许发动机10以与车轮47不同的速度旋转。通过改变第一离合器53的扭矩传递能力(例如，离合器滑移量)，可以调节经由动力传动系统轴84(在本文中也称为传动系)中继到车轮的发动机扭矩量。
在所描绘的示例中，电机52是联接在发动机与变速器之间的传动系中的电动马达。然而，附加的电机可以联接到曲轴40。例如，带传动起动发电机(BISG)114还可以联接到发动机的输出轴，使得在混合动力车辆系统启动期间，BISG可以提供扭矩以转动发动机以促进该发动机启动。在一些条件下，BISG还可以供应扭矩输出，以补充或替代发动机扭矩。可以由BISG通过从系统电池或电力配电箱汲取电力来提供正扭矩，如参考图2的电气架构所详细描述的。另外，BISG可以供应负扭矩输出(即，吸收传动系扭矩或发动机扭矩)，该负扭矩输出可以转换成电能，诸如用于对系统电池充电。如在本文中详细描述的，在一些条件下，BISG可以使用由涡轮增压器的电动马达(同时)产生的电力在曲轴上施加正扭矩，来控制涡轮增压器轴速度。将来自BISG的正扭矩传递到车辆的传动系，从而可以减小发动机推动车轮所需的扭矩。
动力传动系统可以通过各种方式配置，这些方式包括并联、串联或混联式混合动力车辆。在电动车辆实施例中，系统电能装置诸如系统电池45a可以联接到传动系。系统电池45a可以是牵引电池，例如48V电池，用于向电机52输送电力，从而向车轮47提供扭矩。在一些实施例中，电机52还可以作为发电机操作，以例如在使用再生扭矩进行制动操作期间向充电系统电池45a提供电力。应当理解，在包括非电动车辆实施例在内的其他实施例中，系统电池45a可以是联接到交流发电机46的典型的起动-照明-点火(SLI)电池。
应当理解，虽然系统电能储存装置45a在本文中被描绘为电池，但是在其他示例中，电能储存装置45a可以是电容器。
如参考图2详细描述的，系统电池45a可以耦合到车辆电气系统的48V分支，诸如经由48V配电箱112。此外，系统电池45a可以经由48V/12V DCDC转换器114耦合到12V辅助负载116(包括部件，诸如连接到车辆电气系统的12V分支的交流发电机)。
在所描绘的实施例中，发动机10是配置有增压装置(在本文中被示出为涡轮增压器15)的增压发动机。涡轮增压器15包括压缩机114，该压缩机经由轴19机械地联接到涡轮116并由该涡轮驱动，涡轮116则由膨胀的发动机排气驱动。在一个实施例中，涡轮增压器可以是双涡旋装置。在另一个实施例中，涡轮增压器可以是可变几何涡轮增压器(VGT)，其中涡轮几何形状根据发动机工况而主动变化。涡轮增压器15可以被进一步配置为电辅助涡轮增压器，该电辅助涡轮增压器具有电动马达108(在本文中也称为电动辅助马达)，该电动马达被配置为向压缩机、涡轮或涡轮增压器轴提供电动辅助。在所描绘的示例中，电动马达108联接到轴19，但在其他示例中，该电动马达可以选择性地联接到压缩机114或涡轮116。电动马达108可以由车载能量储存装置(诸如高电压(例如，48V)系统电池45b)(如所示，或者在另选的示例中为系统电池45a)供电。电动马达108除此之外或作为替代可以由交流发电机46供电。输送到电动马达108的电力的量可以改变，以便调整涡轮增压器的占空比。在一个示例中，可以增加输送到电动马达108的电力的量，以增大压缩机114的速度。电辅助的结果是，涡轮增压器15的压缩机114可以快速旋转，从而减小涡轮迟滞。
应当理解，尽管所描绘的示例将涡轮增压器示为增压装置，且该涡轮增压器配置有电动辅助，但这并不意味着仅限于此。在更进一步的示例中，电动辅助增压装置可包括耦合到机械增压器压缩机的电动马达。此外，发动机可以是复式增压发动机系统，该系统具有联接在发动机进气端中的涡轮增压器的上游或下游的电动机械增压器(未示出)。其中，该机械增压器可以是被配置为从电动马达108接收电动辅助的增压装置，而涡轮增压器15可以被配置为、也可以不被配置为从电动马达108接收电动辅助。通过经由电动马达使电动增压器加速，可以快速地向发动机提供增压压力的脉冲串。
电动马达108可以被配置为马达-发电机。因此，在需要电动辅助以累积增压的状况期间，电动马达可以提供正扭矩(本文也称为马达扭矩)，以驱动机械增压器的离心压缩机、或涡轮增压器轴，以改善瞬态增压压力输送。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，负扭矩(本文也称为再生扭矩)可以施加到压缩机(或轴或涡轮)，从而降低压缩机速度，并同时对联接到电动马达108的系统电池(诸如电池45b)充电。例如，在预期到涡轮增压器超速的条件期间(诸如在高增压条件期间)，可以经由电动马达108向轴施加负扭矩。可以通过对电池充电直到达到阈值荷电状态(例如，95％SOC)来回收吸收的能量。如参考图3详细描述的，在电池达到阈值荷电状态之后，可以通过向BISG供电以将正扭矩施加到曲轴上来回收吸收的能量。另外或可选地，可以通过向一个或多个12V电气负载(诸如各种加热器(例如，车厢加热器、车窗加热器、座椅加热器等))供电来回收所吸收的能量。
电动马达108可以经由逆变器110耦合到48V配电箱112。如参考图2详细描述的，48V配电箱将电动马达联接到车辆电气系统的48V分支。逆变器110被配置为将从48V配电箱接收的48V DC输入转换为48V AC输入以供电动马达108使用，以及供其他使用48V电力的装置使用。电动马达108由经由48V配电箱112从系统电池45b接收的电能供电。系统电池45b，如电池45a，可以是48V架构电池。在一个替代示例中，电动马达108也可以耦合到系统电池45a(即，发动机系统中可以存在单个48V电池，所述同一电池耦合到e-Turbo的电动马达和混合动力传动系的电动马达两者)。系统电池45a、45b各自经由转换器114耦合到车辆电气系统的12V分支。具体地，转换器114是48V/12V转换器，所述48V/12V转换器被配置为将48V电池的48V电荷转换为12V电荷以储存在12V系统电池145中。然后，使用来自12V电池146的电荷为各种12V附件负载(诸如交流发电机46)供电。其他12V负载包括各种系统电加热器，诸如挡风玻璃刮水器加热器、催化剂加热器、车厢加热器、座椅加热器和正温度系数(positive temperature coefficient,PTC)加热器。其他加热器和12V负载可以包括在车辆系统的电气架构上。
新鲜空气沿着进气通道42经由气箱112引入发动机10中，然后流到压缩机114。然后将空气在压缩机114处压缩并引入发动机10中。由涡轮增压器15压缩的空气也可以通过调整连续可变压缩机再循环阀(CCRV)62的开度，而从压缩机114的下游和增压空气冷却器18的下游通过压缩机再循环通道60再循环到压缩机114的入口。CCRV 62可以是连续可变阀，并且增大CCRV 62的开度可以包括致动(或激励)马达或螺线管以打开阀。在另选示例中，压缩机再循环通道60可以将CAC 18上游的压缩机出口联接到压缩机114的入口。
CCRV 62可以是连续可变阀，其中阀的位置从完全闭合位置连续可变到完全打开位置。在一些实施例中，CCRV 62在增压发动机操作期间可以部分打开，以提供喘振裕度。在本文中，部分打开位置可以是默认阀位置。然后，响应于喘振的指示，可以增大CCRV 62的开度。例如，CCRV 62可以从默认的部分打开位置朝向完全打开位置调整，打开的程度以喘振的指示(例如，压缩机压力比、压缩机流率、压缩机两端的压差，等等)为基础。在另选示例中，CCRV 62可以在升压发动机操作(例如，峰值性能条件)期间保持闭合，以缩短升压响应时间并增加峰值性能。
压缩机114通过增压空气冷却器(CAC)18(在本文中也称为中间冷却器)联接到节气门阀20。空气从压缩机114通过CAC 18和节气门阀20流到进气歧管22。例如，CAC 18可以是空气与空气热交换器或水与空气热交换器。可以使用歧管绝对压力(MAP)传感器124来测定进气歧管压力(例如，进气歧管内的空气充气的压力)。
在选定的条件期间，可以通过调节空气储存阀74的开度来使在穿过压缩机114时被压缩的进气中的一部分进气重定向，以储存到储存罐72中。储存罐72可以经由旁路70联接到CAC 18下游和节气门20上游的进气通道42。一个或多个阀可以调节从位于压缩机下游和节气门上游的进气歧管进入压缩空气储存罐的压缩空气的流量。一个或多个阀可包括止回阀74c，所述止回阀74c确保沿着旁路70的第一分支从进气歧管进入储存罐的单向流动。(在流动方向上)位于止回阀74c上游的阀74a可在节气门上游的歧管压力高于储存罐中的压力(例如，当增压压力高于所需压力时)由控制器12命令打开，以便将由压缩机114压缩的空气中的一部分空气储存在储存罐中。在稍后的时间，诸如当压缩机下游和节气门上游的歧管压力低于储存罐中的压力时(例如，在没有增压的条件下踩加速器踏板期间)，可以打开位于旁路的第二分支中的控制阀74b以便释放储存的压缩空气中的一些或全部压缩空气。以这种方式，可以调节空气储存阀74a-b的开度以相对于节气门入口压力(或增压压力)调节储存罐72内的压力。
进气歧管22通过一系列进气阀(未示出)联接到一系列燃烧室30。这些燃烧室进一步经由一系列排气阀(未示出)联接到排气歧管36。在所描绘的实施例中，示出了单个排气歧管36。然而，在其他实施例中，排气歧管可以包括多个排气歧管部段。具有多个排气歧管部段的配置可以使得来自不同燃烧室的流出物被引导至发动机系统中的不同位置。
在一个实施例中，排气阀和进气阀中的每一者都可以是电子致动或控制的。在另一个实施例中，排气阀和进气阀中的每一者都可以是凸轮致动或控制的。无论是电子致动还是凸轮致动，都可以调整排气阀和进气阀打开和闭合的正时，以便实现期望的燃烧和排放控制性能。例如，可以经由可变凸轮正时系统来调整凸轮正时，以将进气凸轮和排气凸轮移动到针对给定工况提供最佳容积效率的位置。
燃烧室30可以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，等等。可以经由直接喷射、进气道喷射、节气门阀体喷射或它们的任何组合来将燃料供应到燃烧室。在所描绘的示例中，燃料经由燃料喷射器66的直接喷射被提供给每个燃烧室30(但图1中仅示出了一个燃料喷射器，每个燃烧室都包括与其联接的燃料喷射器)。燃料可以通过包括燃料箱、燃料泵和燃料轨的燃料系统(未示出)输送到燃料喷射器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的排气被引导至涡轮116，以驱动该涡轮。当期望减小的涡轮扭矩时，一部分排气可以被替代地引导通过废气门90，从而绕过涡轮。废气门致动器92(例如，废气门阀)可以被致动打开，以经由废气门90将至少一些排气压力从涡轮116的上游释放到涡轮116下游的位置。通过降低涡轮116上游的排气压力，可以降低涡轮速度。同样地，当要增大涡轮机速度时，诸如响应于驾驶员踩加速器踏板，可以减小废气门开度(例如，废气门可以完全关闭)。在涡轮增压器轴处于或接近硬件极限的条件期间，也可以增大废气门开度。然而，这可能限制增压性能，因为至少一些增压压力由于废气门的开度而被倾卸。如参考图3详细描述的，在轴超速条件期间，还可以通过以下方式来控制速度：在涡轮增压器轴上施加来自电动增压马达的负扭矩，以及然后汲取所产生的电力以在曲轴上施加来自BISG的正扭矩。这允许废气门保持关闭更长时间，从而改善增压性能。
来自涡轮116和废气门90的组合流量流过排放控制装置170。一般来讲，排放控制装置170可以包括一个或多个排气后处理部件，所述排气后处理部件被配置为减少排气流中的一种或多种物质的量。例如，一个排气后处理部件可以被配置为当排气流偏少时从排气流中捕获NOx，并且当排气流充足时减少捕获的NOx。在其他示例中，排气后处理部件可以被配置为使NOx不成比例或者借助于还原剂选择性地减少NOx。在其他另外的示例中，排放控制装置170包括三元催化剂，该三元催化剂被配置为当在排气流中减少NOx时氧化残留的烃类和一氧化碳。具有任何这种功能的不同的排气后处理催化剂可以单独或一起布置在涂层中或排放控制装置170中的其他地方。在一些实施例中，排放控制装置170还可以包括可再生碳烟过滤器，该可再生碳烟过滤器被配置为捕获和氧化排气流中的碳烟微粒。
来自排放控制装置170的全部或部分经处理的排气可以经由排气管道35释放到大气中。然而，取决于工况，一些排气可以替代地经由包括EGR冷却器和EGR阀的排气再循环(EGR)通道(未示出)而转向到进气通道42。EGR可以再循环到压缩机114的入口。
一个或多个传感器可以联接到压缩机114的入口。例如，温度传感器55可以联接到压缩机114的入口，用于估计压缩机入口温度。作为另一个示例，压力传感器56可以联接到压缩机114的入口，用于估计进入压缩机的空气压力。其他另外的传感器可以包括例如空燃比传感器、湿度传感器等。在其他示例中，可以基于发动机工况来推断压缩机入口状况(诸如湿度、温度、压力等)中的一者或多者。传感器可以估计在压缩机入口处从进气通道接收的进气的状况，以及通过通道60再循环的空气充气。一个或多个传感器还可以联接到压缩机114上游的进气通道42，用于确定进入压缩机的空气充气的组成和状况。这些传感器可以包括例如压力传感器58。除此之外，节气门入口压力(TIP)传感器59可以联接在CAC 18的下游和节气门阀20的上游，用于估计输送到发动机的增压压力。
在驾驶员踩加速器踏板事件期间，当响应于驾驶员的扭矩需求增加而从没有增压的发动机操作变化为有增压的发动机操作(即，从未增压到增压的踩加速器踏板事件)时，可能发生涡轮迟滞。这是由于涡轮116的自旋加快因为涡轮增压器惯性和依靠排气能量为该涡轮提供动力而延迟。当发动机以增压操作时也可能出现同样的情况，并且由于车辆驾驶员对加速器踏板的应用增加(即，从增压到增压的踩加速器踏板事件)，对增压的需求瞬时增加。为了减少这种涡轮迟滞，在那些选定的条件期间，涡轮增压器15可以通过从电动马达108(在本文中也称为电动增压马达或电动增压辅助马达)接收正扭矩来得到电辅助。具体地讲，响应于踩加速器踏板，废气门致动器92可以闭合(例如，完全闭合)，以增加通过涡轮116的排气流。在足够大的涡轮功率可用于以提供所需增压所要求的速度转动压缩机之前，电动马达可以增加到达涡轮增压器轴的功率。当涡轮具有足够大的压力，并且来自排气和涡轮增压器的流量能够提供所要求的增压量时，可以禁用来自电动马达108的对涡轮增压器的电动辅助。另外地或可选地，当涡轮机加速时，可以通过打开空气储存阀74从储存罐72排出一定量的压缩空气来提高歧管压力。
如参考图3详细描述的，在由涡轮增压器提供增压压力时，如果涡轮增压器压缩机轴达到速度极限(或者如果涡轮增压器压缩机或涡轮机速度达到速度极限)，则发动机控制器可以施加来自耦合到轴19的电动马达108的负扭矩以控制速度(例如，通过对轴速度进行制动)，同时吸收所述扭矩以对系统电池45b再充电。这可以持续直到电池达到阈值SOC(诸如当电池被填充95％时)。此后，可以通过经由电动马达施加负扭矩，同时经由BISG 114回收电力来实现进一步的轴速度控制。具体地，使用电能来为BISG 114提供动力，所述BISG114在发动机曲轴上施加正扭矩。另外地或可选地，在轴制动期间经由电动马达产生的电能的一部分可用于为车辆系统的12V电气负载(诸如各种加热器)供电。通过在BISG与各种12V负载之间对所产生的电力进行配比，可以避免与过充系统电池相关的问题，同时将轴保持在硬件极限内。由BISG施加的用于推进车辆的正扭矩可以使用从车辆的配电箱(诸如图2中详细描述的48V配电箱)汲取的电能来供电，在轴制动期间所述配电箱接收来自耦合到涡轮增压器轴的电动马达的电能。这允许收获制动能量，而不是浪费制动能量。
在驾驶员松加速器踏板期间，当从有增压的发动机操作变化为没有增压的发动机操作(即，从增压到未增压的松加速器踏板事件)时，可能发生压缩机喘振。这是由于当节气门阀20在松加速器踏板的情况下闭合时通过压缩机114的流量减少而造成的。通过压缩机的前向流量减少可能导致喘振，并且降低涡轮增压器的性能。除此之外，喘振可能导致噪声、振动和不平顺性(NVH)问题，诸如来自发动机进气系统的不期望的噪声。为了能够在车辆操作的默认模式期间响应于松加速器踏板快速降低扭矩需求而不引起压缩机喘振，由压缩机114压缩的空气充气的至少一部分可以再循环到压缩机入口。这允许在减少的流量被输送到进气歧管的同时，有足够大的流量继续通过压缩机。具体地，CCRV 62可以被打开以将(冷却的)压缩空气从CAC 18下游的压缩机114出口再循环到压缩机114入口。除此之外，废气门致动器92可以移动到更加打开(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排气尾管，从而加快涡轮的自旋减速。
控制器12可以被包括在控制系统14中。控制器12被示出为从多个传感器16(它们的各种示例在本文中描述)接收信息，并且将控制信号发送到多个致动器81(它们的各种示例在本文中描述)。作为一个示例，传感器16可以包括位于涡轮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和TIP传感器59。诸如附加的压力传感器、温度传感器、空燃比传感器和组成传感器的其他传感器可以联接到车辆系统100中的各个位置。除了所描绘的传感器之外或者替代所描绘的传感器，控制器可以基于工况推断或模拟压力、温度和/或流率的值。致动器81可以包括例如节气门阀20、CCRV 62、电动马达108、废气门致动器92、BISG 114和燃料喷射器66。控制器12可以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来基于所接收的信号和储存在控制器的储存器上的指令来调整发动机操作。控制器可以响应于经处理的输入数据而基于在其中编程的指令或代码来采用致动器，该指令或代码对应于一个或多个程序，诸如本文关于图3描述的示例性控制程序。作为一个示例，响应于如根据歧管流量、踏板位置、压缩机入口压力和增压压力中的一者或多者所推断的对涡轮增压器轴超速的指示，控制器可以向耦合到涡轮增压器轴的电动马达的致动器发送在轴上施加一定量的负扭矩的命令信号，并且将马达作为发电机运行，以将能量回收作为电能来用于对相关联的48V系统电池充电。然后，一旦电池处于阈值荷电，则控制器可以命令耦合到电池的接触器断开。控制器还可以命令经由BISG将一定量的正扭矩施加到发动机曲轴，同时从48V配电箱汲取电力。
现在转向图2，示出了电气系统200的示例性实施例，所述电气系统200的示例性实施例可以耦合到混合动力车辆系统，诸如图1的车辆系统。先前介绍的部件编号相似，因此不再重新介绍。
电气系统包括低电压架构，所述低电压架构在本示例中是12V架构并且在本文中经由长虚线205描绘；以及高电压架构，所述高电压架构在本示例中是48V架构并且在本文中经由实线202描绘。耦合到12V架构的电气部件被配置为接收12V的电力。这些电气部件包括交流发电机46、12V系统电池145和辅助12V负载116。其他12V部件包括但未示出地包括各种电加热器，诸如挡风玻璃加热器、PTC加热器、车厢加热器等。耦合到12V架构的电气部件还经由将48V DC电压转换为12V DC电压的DCDC转换器114耦合到48V架构。
DCDC转换器114耦合到48V电池45。因此，转换器114转换从系统电池45接收的电力以供由包括系统电池145在内的12V部件使用。在一个示例中，12V系统电池145是铅酸电池，而48V系统电池45是锂离子电池。由于组成不同，所以48V电池对过充更敏感。为了避免过充48V电池，将接触器206(或开关或继电器)耦合到电池45，所述接触器206将电池45连接到48V电源。当电池45的荷电状态(SOC)低于非零阈值，诸如低于95％SOC时，使接触器致动到闭合位置，从而导致电路被闭合。该位置允许电池45从48V配电箱112接收电荷。否则，当电池45的荷电状态(SOC)高于非零阈值，诸如高于95％SOC时，命令接触器到达断开位置并且使电路被断开，从而使电池45无法接收任何进一步的充电。
配电箱112从多个源接收电力。这些源包括马达/发电机，所述马达/发电机可以作为发电机操作以产生电力，所述电力被传递到配电箱112以储存在电池45中。同一马达/发电机也可以作为马达操作，以使用经由配电箱112从电池45汲取的电力。例如，当带传动起动发电机BISG 114将曲轴旋转转换成电力(其中BISG在发电模式下操作)时，电力由所述带传动起动发电机BISG 114产生。当在减速事件期间由BISG 114在车辆传动系上施加负扭矩(同样其中BISG在发电模式下操作)时，电力也由BISG 114产生。其中，所施加的负扭矩引起再生制动，所述再生制动在BISG处产生电力，所述电力被传递到配电箱112。当在电动模式下操作时，BISG 114还可以汲取电力以向传动系提供扭矩。作为另一个示例，诸如在轴制动事件期间，当耦合到电动增压装置(在本文中是eTurbo)的电动马达108将轴旋转转换为电力时，电力由所述电动马达108产生。电动马达108还可以从电池汲取电力以增大eTurbo输出。如图3所详细描述的，在涡轮增压器轴制动事件期间由电动增压辅助马达产生的电力(用于轴速度控制)可以被输送到配电箱并用于对48V电池充电。然后，当电池充分充电时，从电动增压辅助马达传递到配电箱的电力可以同时由BISG抽取并用于在发动机曲轴上施加来自BISG的正扭矩。当电池不能接受电能时，由BISG 114在发动机曲轴上施加的正扭矩使电能能够被回收，而不是被浪费。
以这种方式，图1和图2的部件实现了一种车辆系统，所述车辆系统包括：发动机，所述发动机具有进气口和排气口；带传动起动发电机(BISG)，所述带传动起动发电机(BISG)与发动机曲轴耦合；涡轮增压器，所述涡轮增压器具有经由轴机械联接到排气涡轮的进气压缩机，以及联接到所述轴的电动增压辅助马达；电气系统，所述电气系统包括高压电池、低压电池、电加热器和配电箱，所述高压电池经由接触器电耦合到配电箱，所述低压电池和所述电加热器经由DC-DC转换器耦合到配电箱，所述配电箱将所述BISG电耦合到所述电动增压辅助马达；以及具有计算机可读指令的控制器，所述计算机可读指令在被执行时使所述控制器：响应于高于阈值的轴速度，在所述接触器闭合的情况下经由所述电动增压辅助马达在所述轴上施加负扭矩并对所述高压电池充电；以及在所述高压电池充电至阈值荷电状态后，在所述接触器断开的情况下经由电动增压辅助马达在所述轴上施加负扭矩，同时经由所述BISG在所述发动机上施加正扭矩，以及同时减少发动机燃料供应以保持车轮扭矩。另外，控制器可以包括进一步的指令，所述进一步的指令使所述控制器：当在接触器断开的情况下经由电动增压辅助马达在轴上施加负扭矩时，对低压电池充电；以及操作电加热器。在一个示例中，经由电动增压辅助马达在轴上施加负扭矩包括将由电动增压辅助马达产生的电力传递到配电箱，并且其中经由BISG在发动机上施加正扭矩、对低压电池充电和操作电加热器中的每一者包括从配电箱汲取电能。控制器可以另外包括指令，所述指令用于基于轴速度、低压电池荷电状态和环境温度中的每一者来调节从配电箱汲取的电力用于对低压电池充电、操作电加热器，以及经由BISG在发动机上施加正扭矩的比率。
现在转向图3，示出了用于在不对电荷敏感系统电池过度充电的情况下实现涡轮增压器速度控制的示例性方法300。用于执行方法300的指令和本文包括的其余方法可由控制器基于储存在控制器的储存器上的指令并结合从发动机系统的传感器(诸如以上参考图1描述的传感器)接收的信号来执行。根据下文描述的方法，控制器可以采用发动机系统的发动机致动器来调整发动机操作。
在302处，所述方法包括估计和/或测量车辆工况。这些车辆工况包括例如车辆速度、驾驶员扭矩需求、涡轮增压器轴速度、涡轮机速度、传动制动需求、环境条件(诸如环境温度、压力和湿度)、系统电池(例如，系统48V电池和/或12V电池)的荷电状态(SOC)、经由发动机扭矩提供的车轮扭矩相对于来自电动马达的马达扭矩的比率等。车辆工况还可包括发动机工况。这些发动机工况包括例如发动机速度、MAF、MAP、EGR流量、增压压力，节气门入口压力等。
在304处，可以确定涡轮增压器轴超速情况是否即将发生。在一个示例中，在驾驶员踩加速器踏板之后可能即将发生轴超速情况，在所述驾驶员踩加速器踏板的情况下增压需求增加。响应于踩加速器踏板，可以关闭排气废气门以增大涡轮机速度。另外地或可选地，可以经由电动增压辅助马达在轴上施加正扭矩以使压缩机加速。在每种情况下，有可能轴速度快速上升并超过硬件极限。控制器可以基于轴速度的上升速率和/或废气门关闭的速率(或程度)来预测超速情况是否即将发生。在一个示例中，在轴的硬件极限等于或高于80,000rpm的情况下，当轴速度接近70,000rpm时，控制器可以推断轴超速即将发生。响应于即将发生超速情况，可以确定需要降低轴速度。需要施加到涡轮增压器轴的制动扭矩的量被确定为相对于硬件极限或相关阈值速度的轴速度(或涡轮机速度)的函数。
如果确认即将发生轴超速情况，则所述方法移动到308。如果轴超速情况不是即将发生，则在306处，所述方法包括维持电动增压马达设置和废气门设置。例如，如果正在通过电动增压马达在轴上施加正扭矩以满足增压需求，则可以继续施加正扭矩。作为另一个示例，如果废气门开度被减小到更闭合的状态以增大涡轮机速度，则废气门可以保持在更闭合的状态以满足增大的增压需求。然后所述方法退出。
如果响应于即将发生的轴超速而需要涡轮增压器轴减速以进行轴速度控制，则在308处，所述方法包括施加来自联接到涡轮增压器轴的电动马达(即，电动增压马达或电动增压辅助马达)的负扭矩以提供所需的速度降低，同时使用所述负扭矩来为48V系统电池充电。具体地，如果预计轴速度将超过阈值速度(或硬件极限)，则电动增压马达用作发电机，从旋转中的轴回收(动能)能量以将所述轴的速度降低到低于阈值速度，同时将所述动能转换为电能以储存在系统电池中。在一个示例中，在轴的硬件极限为80,000rpm的情况下，当轴速度达到70,000rpm时，可以启动负扭矩施加。
在一个示例中，控制器可以根据当前轴速度相对于所需轴速度的函数来确定提供所需轴速度控制所需的负扭矩总量。作为另一个示例，轴减速事件期间所需的负扭矩的总量可以经由模型、查找表或算法，作为驾驶员的增压需求(诸如基于加速器踏板的压下程度)相对于当前轴速度的函数来确定。
可以通过经由电动马达施加的负扭矩来回收轴制动能量，直到系统电池达到阈值SOC。在310处，可以确定系统高压(例如，48V)电池的荷电状态是否高于非零阈值。例如，可以确定SOC是否高于95％。高于阈值SOC，则电池可能无法在不损坏电池性能的情况下接受额外的充电。此外，电池寿命可能会受到影响。
如果电池SOC不高于阈值SOC，则在312处，控制器可以保持48V电池的接触器闭合并继续经由电动马达施加负扭矩和使用所述负扭矩来对系统电池充电。例如，控制器可以向接触器臂发送命令信号以将接触器臂保持在某一位置，在所述位置处经由48V配电箱将48V电池耦合到电能源的电路被闭合。
如果电池SOC处于阈值，则在314处，所述方法包括断开耦合到系统电池的接触器以禁用到电池的进一步电荷转移。例如，控制器可以向接触器臂发送命令信号以将接触器臂移动到某一位置，在所述位置处将48V电池耦合到48V配电箱、接收来自电动马达的电能的电路被断开。因此，电池不再接收进一步的电能。
在316处，在禁用对电池的进一步充电之后，可以确定是否需要进一步制动。例如，可以确定轴速度是否已经充分降低到低于轴的硬件极限。如果不需要进一步制动，诸如当轴速度低于极限时可能发生的，则在318处，所述方法包括闭合48V系统电池的接触器，因为不能预期进一步的电荷转移。此外，可以禁用经由电动增压马达进行负扭矩施加。然后所述方法退出。
如果需要进一步制动，诸如当在将电池充电到阈值SOC之后在当前轴速度与轴的硬件极限之间的裕度不足时可能发生的，则在320处，所述方法包括继续施加来自电动增压马达的负扭矩以降低轴速度，同时在发动机曲轴上施加来自BISG的正扭矩。控制器可以估计需要回收以避免使涡轮增压器轴超速的最坏情况下的功率量。然后，控制器可以施加与所估计的最坏情况下的功率量相对应的负扭矩。从轴制动中汲取对应于最坏情况下的功率量的电能，并将所述电能传递到耦合到电动增压马达的48V配电箱。控制器可以命令BISG将正扭矩施加到发动机曲轴，以便同时消耗所确定的最坏情况下的功率量。可以由BISG通过从48V配电箱汲取与最坏情况下的功率量对应的电能来施加正扭矩。也就是说，由BISG使用由涡轮增压器轴制动经由电动增压马达产生的电能来推进车辆。BISG正扭矩使得能够经由传动系来推进车辆。在322处，控制器可以基于由BISG施加的正扭矩来减少发动机燃料供应，以便维持整体发动机扭矩输出并由此保持一致的车轮扭矩。由于在发动机曲轴上施加BISG正扭矩，因此BISG扭矩补充了发动机扭矩。因此，为了保持整体车轮扭矩，减少发动机燃料供应以与补充BISG扭矩成比例地减小发动机燃烧扭矩。减少发动机燃料供应可以包括减少多个燃烧事件的喷射器脉冲宽度。
以这种方式，当系统电池不能接受任何进一步的电荷时，经由BISG对在轴制动期间产生的电能进行消耗并由此进行回收。控制器还可以经由一个或多个额外的电力消耗者来回收电能。例如，在324处，另外地或可选地，控制器可以调节(例如，增大)来自将48V配电箱耦合到车辆系统的12V电气架构的DC-DC转换器上的各种12V电气负载所请求的电力。增加12V电气负载可以包括从轴制动中汲取电能以操作一个或多个加热器，诸如车厢加热器、挡风玻璃加热器、门加热器、座椅加热器、PTC加热器等。例如，从DC-DC转换器上的12V电气负载所请求的功率可以从原始请求改变为以下量＝原始请求-最差情况下的功率(要汲取用于轴速度控制)。还有其他负载可以包括控制器，所述控制器操作车辆的空调单元以将车厢温度升高或降低到基于驾驶员需求或历史的设定。
作为另一个示例，在326处，另外地或可选地，控制器可以将回收的电能的全部或一部分沉没到12V储存系统(诸如较不电荷敏感的铅酸电池)中。以这种方式，可以将从轴制动回收的电能在BISG与12V电气负载之间配比。在一个示例中，当BISG劣化并且不能提供正扭矩时，可能将所有电能引导到12V负载(或12V电池)。作为另一个示例，当不需要加热器使用时，或者当环境温度较高时，可将电能的较大部分引导至BISG(相对于12V负载)(从而导致向12V电池的电荷转移效率较低)。作为又一个示例，当需要加热器使用时，或者当环境温度较低时，可将电能的较大部分引导至12V负载(相对于BISG)(从而导致向12V电池的电荷转移更有效)。
以这种方式，当电能不能经由系统高压电池回收时，控制器可以施加负扭矩以将轴速度降低到低于轴的硬件极限，并且经由BISG和/或一个或多个12V负载来回收与施加的负扭矩相对应的电能。这允许电能被回收而不是浪费。
将进一步理解的是，经由BISG回收电能通过使排气废气门能够保持关闭更长时间而改善了增压发动机的性能。例如，如果没有施加BISG扭矩，则响应于即将发生的轴超速，可能需要增大排气废气门开度以降低轴速度。然而，打开废气门也可能导致增压压力和增压发动机性能下降，当响应于驾驶员扭矩需求的增加而发生即将发生的超速时，这可能适得其反。在一个示例中，在轴的硬件极限为80,000rpm的情况下，当轴速度接近70,000rpm时，可能需要打开废气门。相比之下，通过经由BISG施加正扭矩来回收能量，可以将废气门打开延迟到75,000rpm。此外，轴速度控制可能需要较小的废气门开度。在其他示例中，可以在不需要打开废气门的情况下控制轴速度。
现在转向图4，在映射图400处示出了经由在BISG处施加正扭矩来进行涡轮增压器轴速度控制的示例。可以根据图3的方法，通过指向车辆致动器的命令信号来实现图4的调节。所述方法能够实现涡轮增压器轴速度控制，特别是在电荷敏感的系统电池可能潜在过度充电的情况下。
映射图400在曲线401处描绘了踏板位置，所述踏板位置反映了驾驶员扭矩需求。映射图400在曲线402处相对于速度阈值404描绘了涡轮增压器轴速度。高于速度阈值404时，轴超速可能即将发生。速度阈值404可以是轴的硬件极限的函数。曲线406描绘了相对于阈值荷电状态(SOC)408，高压系统电池(特别是耦合到车辆传动系的48V架构电池)的SOC。高于阈值SOC 408，则可以指示电池过充。曲线410描绘了由耦合到涡轮增压器轴的电动马达输出的扭矩，所述马达被配置为提供电动增压辅助(并且在本文中也称为电动增压马达)。高于0标记的扭矩输出指示正扭矩输出，这表示电动马达正在作为马达运行以提供正扭矩来旋转涡轮增压器轴。当扭矩输出低于0标记时，这表示电机正在作为发电机操作以提供负扭矩输出，其中使用来自旋转轴的扭矩来驱动发电机。曲线412示出了联接在涡轮增压器的排气涡轮机上的排气废气门的开度。随着废气门开度的减小，更多的废气被引导通过涡轮，从而增大了轴的速度。随着废气门开度的增大，更多的废气被在涡轮周围转向(绕过涡轮)，从而降低了轴的速度。曲线416描绘了发动机(燃烧)扭矩对总所需扭矩(曲线414)的贡献。总所需扭矩可以是基于驾驶员扭矩需求所需的车轮扭矩。曲线418描绘了BISG扭矩对总所需扭矩的贡献。BISG正扭矩反映了通过使用电力操作BISG产生的扭矩，所述扭矩由BISG在发动机曲轴上施加。曲线420描绘了耦合到系统电池的接触器开关的状态。当所述开关断开时，将电池耦合到48V配电箱的电路断开，从而禁止电荷转移进/出电池。当所述开关闭合时，将电池耦合到48V配电箱的电路闭合，从而使电荷能够转移进/出电池。曲线422描绘了发动机上的辅助12V负载。12V负载的施加增加了发动机电气架构上的电气负载，并且表明正在使用从车辆系统的电力配电箱汲取的电能来操作一个或多个车辆加热器。
在t1之前，发动机可以以较低的扭矩需求(曲线401)运行，所述较低的扭矩需求通过经由涡轮增压器提供较小水平的增压来满足，如由涡轮增压器轴转速(曲线402)所指示。此时，增压控制不需要电动辅助，如通过没有来自电动增压马达的马达扭矩(曲线410)并且电池SOC没有变化(曲线406)所指示的。由于电池低于阈值SOC 408，所以将电池耦合到车辆系统的48V架构的接触器开关保持闭合(曲线420)。这允许电池经由48V配电箱来接收电荷或向车辆系统的其他电气部件输送电荷。联接在排气涡轮机上的废气门保持部分关闭(曲线412)以使排气能够流过涡轮机以驱动压缩机来提供所需的增压压力。经由发动机燃烧扭矩(曲线416，虚线)提供所有所需扭矩(曲线414，实线)，并且BISG扭矩对传动系没有贡献(曲线418)。
在t1处，存在诸如由于驾驶员踩加速器踏板而导致的扭矩需求增加，其中加速器踏板下压增加。这导致了所需增压压力的增加。为了满足增加的增压需求，在保持停用电动马达的同时，减小废气门开度以使涡轮增压器轴速度增大，从而增加涡轮增压器压缩机的增压压力输出。发动机扭矩输出相应地增加以满足扭矩需求。
在t2处，诸如由于另一次驾驶员踩加速器踏板，扭矩需求进一步增加。为了满足增加的增压需求，在保持停用电动马达的同时，将废气门开度进一步减小到完全关闭状态，以使涡轮增压器轴速度增大，从而增加涡轮增压器压缩机的增压压力输出。发动机扭矩输出相应地增加以满足扭矩需求。
基于在t2和t3之间朝向阈值404的轴速度上升速率，确定轴超速可能即将发生。高于硬件极限的轴旋转可能导致轴不可逆地降解。如果打开废气门以降低轴速，则增压发动机性能可能会降级。因此，在t3处，在保持废气门完全关闭的同时，通过在涡轮增压器轴上施加来自电动增压马达的负扭矩，可以抑制轴速度上升速率的增加并且将轴速度保持在或略低于速度阈值404(曲线410)。在t3与t4之间使用所施加的负扭矩来对耦合到电动增压马达的系统电池充电。在本文中电池是48V架构电池，诸如锂离子电池。
在t4处，电池达到阈值SOC 408。如果如虚线区段407所示，电池继续接收电荷，则电池可能会被过充，从而导致性能问题。为了避免过充电池，在t4处，断开将电池耦合到车辆系统的剩余48V电气架构的接触器开关。这可以防止在电池处接收到进一步的电荷。另外，将经由电动增压马达进行的负扭矩施加调节(在此为增大)到基于防止轴速度超过速度阈值404所需的功率量的值。如果由于电池正在被填充而未施加负扭矩，则预期轴速度将沿着由虚线405描绘的轨迹移动。然后，通过经由耦合到发动机的BISG沿着车辆传动系施加正扭矩来消耗通过经由电动增压马达施加负扭矩而产生的电能。具体地，BISG和电动增压马达都可以经由48V配电箱彼此耦合。通过经由电动增压马达施加负扭矩，控制轴速度并将电能输送到48V配电箱。通过经由BISG同时施加正扭矩，将产生的电能从48V配电箱中汲取并进行消耗，而不会过充电池。由于BISG在发动机曲轴处联接到传动系，因此BISG扭矩有助于用于推进车辆的总所需扭矩。为了保持产生的总发动机扭矩以满足所需扭矩，随着施加在发动机上的BISG扭矩增加，相应地减小发动机扭矩输出。例如，通过减少发动机燃料供应来减小发动机燃烧扭矩。
作为一个示例，控制器可以基于如果未在轴上施加制动扭矩时会发生的预测超速来估计将轴速度维持在极限内所需的电力(或制动扭矩)的总量，如由在t4和t5之间曲线405下的区域422所指示。然后，控制器可以经由电动增压马达施加负扭矩以产生总电力量，如由在t4和t5之间的曲线410下方阴影区域411所示。然后施加对应于相同电力量的BISG正扭矩，在此相当于t4和t5之间的曲线418下的区域426。因此，对应于区域426的BISG扭矩与对应于区域411的负马达扭矩成比例。发动机扭矩的减小(区域424)被调节为区域426的函数(例如，与其成比例)。减少发动机燃料供应以提供所需的发动机扭矩减小。例如，减小燃料喷射器脉冲宽度。
另外地或可选地，可以增加发动机的辅助电气负载(曲线422)。例如，在t4和t5之间经由电动增压马达产生的电能的至少一部分可用于为一个或多个系统电加热器供电。在操作电加热器的情况下，由BISG和电加热器消耗的电力的总和等于由电动增压马达产生的电力。
可以经由调节废气门的开度来实现进一步的轴速度控制。例如，可以在t5之前不久增大废气门开度。因此，如果BISG没有施加正扭矩，则轴速度控制将需要更早地(诸如在t3处)打开废气门，并且需要打开废气门达更大的量，如虚线曲线413所示。
在t5处，发动机工况存在变化，从而需要降低增压压力。例如，诸如由于驾驶员松加速器踏板而可能存在扭矩需求的减小，在所述松加速器踏板中加速器踏板下压减小。将经由电动马达施加负扭矩禁用，并且将废气门移动到更打开的位置以使轴速度下降，从而减小由涡轮增压器压缩机输出的增压压力。此外，将BISG扭矩施加禁用，并且通过增加发动机燃料供应来相应地增大发动机扭矩输出。
将接触器开关保持在断开位置，直到电池SOC下降到低于阈值SOC，诸如在使用电动增压马达来提供正扭矩以在车辆驾驶循环中的稍后时间辅助增压压力发展之后可能发生的。以这种方式，通过经由电动增压辅助马达产生电力以使涡轮增压器轴减速并命令BISG正扭矩消耗所产生的电力，可以启用涡轮增压器速度控制，而不会过充系统电池。
以这种方式，通过经由BISG在发动机曲轴上施加正扭矩，可以回收在涡轮增压器轴速度控制期间产生的电力，而不会过充系统电池。将从轴制动产生的电力在BISG与各种12V电气负载之间配比的技术效果是经由除系统电池之外的电气部件的操作来回收经由耦合到轴的电动增压辅助马达产生的电力。通过回收轴制动能量，减少了浪费，从而改善了燃料经济性。通过经由电动增压马达负扭矩和BISG正扭矩控制轴速度，减少了打开排气废气门进行轴速度控制的需要，从而提高了发动机性能。减少对涡轮增压器轴速度极限的违反的技术效果是可以提高增压性能，同时还减少对电荷敏感的储存装置的过度充电。
一种示例方法包括：响应于当系统电池处于高于阈值的荷电状态下时涡轮增压器轴即将超速，而将来自电动马达的负扭矩施加到所述涡轮增压器轴上，同时将来自带传动起动发电机(BISG)的正扭矩施加到在前面的示例中，另外地或可选地，所述电动马达经由配电箱耦合到所述BISG，其中所述电池经由接触器耦合到所述配电箱，所述方法还包括：响应于所述系统电池处于所述高于阈值的荷电状态而断开所述接触器。在任何或所有前述示例中，另外地或可选地，所述施加的负扭矩与使涡轮增压器轴的速度相对于所述轴的硬件极限下降所需的制动扭矩成比例，并且其中施加所述负扭矩包括在所述马达处产生电力，以及在所述接触器断开的情况下将所述电力传递到所述配电箱。在任何或所有前述示例中，另外地或可选地，从所述BISG施加的所述正扭矩与从所述电动马达施加的所述负扭矩成比例，并且其中施加所述正扭矩包括在所述接触器断开的情况下从所述配电箱汲取所述产生的电力。在任何或所有前述示例中，另外地或可选地，所述方法还包括汲取所述所产生的电力以操作一个或多个电加热器，所述一个或多个电加热器包括挡风玻璃加热器、车厢加热器和PTC加热器。在任何或所有前述示例中，另外地或可选地，相对于被汲取用于操作所述一个或多个电加热器的电力，从所述配电箱汲取的所述产生的电力中用于施加来自所述BISG的所述正扭矩的一部分电力至少基于环境温度。在任何或所有前述示例中，另外地或可选地，当所述环境温度较高时，所述产生的电力的较大部分被汲取以用于施加来自所述BISG的所述正扭矩，并且其中当所述环境温度较低时或在所述BISG劣化时，所述产生的电力的所述较大部分被汲取以用于操作所述一个或多个电加热器。在任何或所有前述示例中，另外地或可选地，所述系统电池是48V锂离子电池，所述配电箱是48V配电箱，并且所述一个或多个电加热器通过经由DC-DC转换器耦合到所述48V配电箱的12V铅酸电池来供电。在任何或所有前述示例中，另外地或可选地，所述方法还包括：响应于当所述系统电池处于低于阈值的荷电状态时即将发生的所述涡轮增压器轴的超速，在接触器闭合的情况下，将来自所述电动马达的负扭矩施加到所述涡轮增压器轴上，同时对所述系统电池充电。在任何或所有前述示例中，另外地或可选地，与来自所述BISG的所述施加的正扭矩成比例地减少所述发动机燃料供应，并且其中减少发动机燃料供应包括减小对汽缸燃料喷射器所命令的脉冲宽度。在任何或所有前述示例中，另外地或可选地，所述方法还包括打开联接在所述涡轮增压器的排气涡轮机上的废气门，开度基于从所述BISG施加的所述正扭矩。
另一示例方法包括：响应于即将发生的电动涡轮增压器轴超速情况，施加来自联接到所述涡轮增压器轴的所述电动马达的负扭矩以将电池充电到阈值荷电状态；以及然后命令BISG吸收来自所述电动马达的所述负扭矩，同时减少发动机燃料供应以维持整体发动机扭矩输出。在前述示例中，另外地或可选地，命令所述BISG吸收所述负扭矩包括在发动机曲轴上施加来自所述BISG的正扭矩，所述正扭矩是在将所述电池充电到所述阈值荷电状态之后，使用从由所述电动马达施加在所述轴上的所述负扭矩产生的电力而从所述BISG施加的。在任何或所有前述示例中，另外地或可选地，命令所述BISG吸收所述负扭矩包括命令所述BISG吸收所述负扭矩的至少一部分，同时经由一个或多个辅助电气负载来吸收所述负扭矩的剩余部分，所述一个或多个辅助电气负载包括电加热器。在任何或所有前述示例中，另外地或可选地，所述方法还包括，在经由所述BISG吸收所述负扭矩的同时，增大联接到所述电动涡轮增压器的排气废气门的开度，所述排气废气门的开度基于相对于由所述电动马达施加的所述负扭矩的总量由所述BISG吸收的所述负扭矩的一部分。在任何或所有前述示例中，从所述电动马达施加的所述负扭矩基于相对于极限的涡轮增压器轴速度，并且其中减少发动机燃料供应包括与在所述BISG处吸收的所述负扭矩成比例地减小对气缸燃料喷射器所命令的脉冲宽度。
另一示例性车辆系统包括：发动机，所述发动机具有进气口和排气口；带传动起动发电机(BISG)，所述带传动起动发电机(BISG)与发动机曲轴耦合；涡轮增压器，所述涡轮增压器具有经由轴机械联接到排气涡轮的进气压缩机，以及联接到所述轴的电动增压辅助马达；电气系统，所述电气系统包括高压电池、低压电池、电加热器和配电箱，所述高压电池经由接触器电耦合到配电箱，所述低压电池和所述电加热器经由DC-DC转换器耦合到配电箱，所述配电箱将所述BISG电耦合到所述电动增压辅助马达；以及具有计算机可读指令的控制器，所述计算机可读指令在被执行时使所述控制器：响应于高于阈值的轴速度，在所述接触器闭合的情况下经由所述电动增压辅助马达在所述轴上施加负扭矩并对所述高压电池充电；以及在所述高压电池充电至阈值荷电状态后，在所述接触器断开的情况下经由电动增压辅助马达在所述轴上施加负扭矩，同时经由所述BISG在所述发动机上施加正扭矩，以及同时减少发动机燃料供应以保持车轮扭矩。在前述示例中，另外地或可选地，所述控制器包括进一步的指令，所述进一步的指令使所述控制器：当在接触器断开的情况下经由电动增压辅助马达在轴上施加负扭矩时，对低压电池充电；以及操作电加热器。在任何或所有前述示例中，另外地或可选地，经由电动增压辅助马达在轴上施加负扭矩包括将由电动增压辅助马达产生的电力传递到配电箱，并且其中经由BISG在发动机上施加正扭矩、对低压电池充电和操作电加热器中的每一者包括从配电箱汲取电能。在任何或所有前述示例中，另外地或可选地，所述控制器包括进一步的指令，所述进一步的指令使得所述控制器：基于轴速度、低压电池荷电状态和环境温度中的每一者来调节从所述配电箱汲取的电力用于对所述低压电池充电、操作所述电加热器，以及经由所述BISG在所述发动机上施加所述正扭矩的比率。
在又一表示中，用于具有增压发动机的车辆的方法包括：当系统电池的荷电状态高于阈值时，通过在发动机上施加来自带传动起动发电机(BISG)的正扭矩，同时施加来自联接到涡轮增压器轴的电动马达的负扭矩，来降低所述涡轮增压器轴的速度。在前述示例中，另外地或可选地，所述方法还包括基于所施加的正扭矩减少发动机燃料供应以维持发动机扭矩输出。
在另一个进一步的表示中，一种用于发动机的方法包括：通过在将系统电池充电到阈值荷电状态时施加来自电动增压辅助马达的负扭矩来使涡轮增压器轴减速；以及然后通过施加来自所述电动增压辅助马达的负扭矩，同时在发动机上施加来自带传动起动发电机(BISG)的正扭矩，来进一步使所述轴减速。在前述示例中，另外地或可选地，施加来自所述BISG的正扭矩包括使用由于施加来自所述电动马达的所述负扭矩而产生的电力，所述BISG被配置为经由电耦合到所述电动辅助马达和所述BISG中的每一者的配电箱来接收所述电力。
注意，本文所包括的示例性控制和估计程序可以结合各种发动机和/或车辆系统配置一起使用。本文公开的控制方法和程序可以作为可执行指令储存在非暂时性储存器中，并且可以由包括控制器的控制系统结合各种传感器、执行器和其他发动机硬件来实施。本文所描述的特定程序可表示任何数目的处理策略(诸如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等)中的一种或多种。因此，所示出的各种动作、操作和/或功能可以以所示出的顺序执行、并行执行，或者在一些情况下被省略。同样，处理顺序不一定是实现本文所描述的示例性实施例的特征和优点所需要的，而是为了便于说明和描述而提供的。所示出的动作、操作和/或功能中的一个或多个可以取决于所使用的特定策略而重复地执行。此外，所描述的动作、操作和/或功能可以图形地表示将被编程到发动机控制系统中的计算机可读储存介质的非瞬态储存器中的代码，其中所描述的动作通过结合电子控制器在包括各种发动机硬件部件的系统中执行指令而执行。
应当理解，本文公开的配置和程序在性质上是示例性的，并且这些具体实施例不应被视为具有限制含义，因为众多变化形式是可能的。例如，以上技术可应用于V型6缸、直列4缸、直列6缸、V型12缸、对置4缸及其他发动机类型。本公开的主题包括本文公开的各种系统和配置以及其他特征、功能和/或性质的所有新颖的和非显而易见的组合和子组合。
以下权利要求特别地指出被认为新颖且并非显而易见的某些组合和子组合。这些权利要求可以指“一个”要素或“第一”要素或其等效形式。这些权利要求应当被理解成包括一个或多个此类要素的结合，既不要求也不排除两个或更多个此类要素。所公开的特征、功能、元件和/或性质的其他组合和子组合可以通过本权利要求的修改或通过在本申请或相关申请中提出新权利要求而被要求保护。此类权利要求与原始权利要求相比无论在范围上更宽、更窄、等同或不同都被认为包括在本公开的主题内。
根据本发明，一种方法包括：响应于当系统电池处于高于阈值的荷电状态下时涡轮增压器轴即将超速，而将来自电动马达的负扭矩施加到所述涡轮增压器轴上，同时将来自带传动起动发电机(BISG)的正扭矩施加到发动机曲轴上；以及减少发动机燃料供应以维持整体发动机扭矩输出。
根据一个实施例，所述电动马达经由配电箱耦合到所述BISG，其中所述电池经由接触器耦合到所述配电箱，所述方法还包括：响应于所述系统电池处于所述高于阈值的荷电状态而断开所述接触器。
根据一个实施例，所述施加的负扭矩与使涡轮增压器轴的速度相对于所述轴的硬件极限下降所需的制动扭矩成比例，并且其中施加所述负扭矩包括在所述马达处产生电力，以及在所述接触器断开的情况下将所述电力传递到所述配电箱。
根据一个实施例，从所述BISG施加的所述正扭矩与从所述电动马达施加的所述负扭矩成比例，并且其中施加所述正扭矩包括在所述接触器断开的情况下从所述配电箱汲取所述产生的电力。
根据一个实施例，上述发明的特征还在于，汲取所述所产生的电力以操作一个或多个电加热器，所述一个或多个电加热器包括挡风玻璃加热器、车厢加热器和PTC加热器。
根据一个实施例，从所述配电箱汲取的用于施加来自所述BISG的所述正扭矩的所述产生的电力相对于被汲取用于操作所述一个或多个电加热器的电力的比率至少基于环境温度。
根据一个实施例，当所述环境温度较高时，所述产生的电力的较大部分被汲取以用于施加来自所述BISG的所述正扭矩，并且其中当所述环境温度较低时或在所述BISG劣化时，所述产生的电力的所述较大部分被汲取以用于操作所述一个或多个电加热器。
根据一个实施例，所述系统电池是48V锂离子电池，所述配电箱是48V配电箱，并且所述一个或多个电加热器通过经由DC-DC转换器耦合到所述48V配电箱的12V铅酸电池来供电。
根据一个实施例，上述发明的特征还在于，响应于当所述系统电池处于低于阈值的荷电状态时即将发生的所述涡轮增压器轴的超速，在接触器闭合的情况下，将来自所述电动马达的负扭矩施加到所述涡轮增压器轴上，同时对所述系统电池充电。
根据一个实施例，与来自所述BISG的所述施加的正扭矩成比例地减少所述发动机燃料供应，并且其中减少发动机燃料供应包括减小对汽缸燃料喷射器所命令的脉冲宽度。
根据一个实施例，上述发明的特征还在于，打开联接在所述涡轮增压器的排气涡轮机上的废气门，开度基于从所述BISG施加的所述正扭矩。
根据本发明，一种方法包括：响应于即将发生的电动涡轮增压器轴超速情况，施加来自联接到所述涡轮增压器轴的所述电动马达的负扭矩以将电池充电到阈值荷电状态；以及然后命令BISG吸收来自所述电动马达的所述负扭矩，同时减少发动机燃料供应以维持整体发动机扭矩输出。
根据一个实施例，命令所述BISG吸收所述负扭矩包括在发动机曲轴上施加来自所述BISG的正扭矩，所述正扭矩是在将所述电池充电到所述阈值荷电状态之后，使用从由所述电动马达施加在所述轴上的所述负扭矩产生的电力而从所述BISG施加的。
根据一个实施例，命令所述BISG吸收所述负扭矩包括命令所述BISG吸收所述负扭矩的至少一部分，同时经由一个或多个辅助电气负载来吸收所述负扭矩的剩余部分，所述一个或多个辅助电气负载包括电加热器。
根据一个实施例，上述发明的特征还在于，在经由所述BISG吸收所述负扭矩的同时，增大联接到所述电动涡轮增压器的排气废气门的开度，所述排气废气门的开度基于相对于由所述电动马达施加的所述负扭矩的总量由所述BISG吸收的所述负扭矩的一部分。
根据一个实施例，从所述电动马达施加的所述负扭矩基于相对于极限的涡轮增压器轴速度，并且减少发动机燃料供应包括与在所述BISG处吸收的所述负扭矩成比例地减小对气缸燃料喷射器所命令的脉冲宽度。
根据本发明，提供了一种车辆系统，所述车辆系统具有：发动机，所述发动机具有进气口和排气口；带传动起动发电机(BISG)，所述带传动起动发电机(BISG)与发动机曲轴耦合；涡轮增压器，所述涡轮增压器具有经由轴机械联接到排气涡轮的进气压缩机，以及联接到所述轴的电动增压辅助马达；电气系统，所述电气系统包括高压电池、低压电池、电加热器和配电箱，所述高压电池经由接触器电耦合到配电箱，所述低压电池和所述电加热器经由DC-DC转换器耦合到配电箱，所述配电箱将所述BISG电耦合到所述电动增压辅助马达；以及具有计算机可读指令的控制器，所述计算机可读指令在被执行时使所述控制器：响应于高于阈值的轴速度，在所述接触器闭合的情况下经由所述电动增压辅助马达在所述轴上施加负扭矩并对所述高压电池充电；以及在所述高压电池充电至阈值荷电状态后，在所述接触器断开的情况下经由电动增压辅助马达在所述轴上施加负扭矩，同时经由所述BISG在所述发动机上施加正扭矩，以及同时减少发动机燃料供应以保持车轮扭矩。
根据一个实施例，控制器包括进一步的指令，所述进一步的指令使所述控制器：当在接触器断开的情况下经由电动增压辅助马达在轴上施加负扭矩时，对低压电池充电；以及操作电加热器。
根据一个实施例，经由所述电动增压辅助马达在所述轴上施加负扭矩包括将由所述电动增压辅助马达产生的电力传递到所述配电箱，并且经由所述BISG在所述发动机上施加正扭矩、对所述低压电池充电和操作所述电加热器中的每一者包括从所述配电箱汲取电能。
根据一个实施例，所述控制器包括进一步的指令，所述进一步的指令使得所述控制器：基于轴速度、低压电池荷电状态和环境温度中的每一者来调节从所述配电箱汲取的电力用于对所述低压电池充电、操作所述电加热器，以及经由所述BISG在所述发动机上施加所述正扭矩的比率。

Claims (15)

1.一种方法，所述方法包括：
当系统电池处于高于阈值的荷电状态下时，响应于涡轮增压器轴即将超速，
将来自电动马达的负扭矩施加到所述涡轮增压器轴上，同时将来自带传动起动发电机(BISG)的正扭矩施加到发动机曲轴上；以及
减少发动机燃料供应以维持整体发动机扭矩输出。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述电动马达经由配电箱耦合到所述BISG，其中所述电池经由接触器耦合到所述配电箱，所述方法还包括：响应于所述系统电池处于所述高于阈值的荷电状态而断开所述接触器。
3.如权利要求2所述的方法，其中所述施加的负扭矩与使涡轮增压器轴的速度相对于所述轴的硬件极限下降所需的制动扭矩成比例，并且其中施加所述负扭矩包括在所述马达处产生电力，以及在所述接触器断开的情况下将所述电力传递到所述配电箱。
4.如权利要求3所述的方法，其中从所述BISG施加的所述正扭矩与从所述电动马达施加的所述负扭矩成比例，并且其中施加所述正扭矩包括在所述接触器断开的情况下从所述配电箱汲取所述产生的电力。
5.如权利要求4所述的方法，所述方法还包括：汲取所述所产生的电力以操作一个或多个电加热器，所述一个或多个电加热器包括挡风玻璃加热器、车厢加热器和PTC加热器。
6.如权利要求5所述的方法，其中从所述配电箱汲取的用于施加来自所述BISG的所述正扭矩的所述产生的电力相对于被汲取用于操作所述一个或多个电加热器的电力的比率至少基于环境温度。
7.如权利要求6所述的方法，其中当所述环境温度较高时，所述产生的电力的较大部分被汲取以用于施加来自所述BISG的所述正扭矩，并且其中当所述环境温度较低时或在所述BISG劣化时，所述产生的电力的所述较大部分被汲取以用于操作所述一个或多个电加热器。
8.如权利要求5所述的方法，其中所述系统电池是48V锂离子电池，所述配电箱是48V配电箱，并且所述一个或多个电加热器通过经由DC-DC转换器耦合到所述48V配电箱的12V铅酸电池来供电。
9.如权利要求3所述的方法，所述方法还包括：响应于当所述系统电池处于低于阈值的荷电状态时即将发生的所述涡轮增压器轴的超速，在接触器闭合的情况下，将来自所述电动马达的负扭矩施加到所述涡轮增压器轴上，同时对所述系统电池充电。
10.如权利要求1所述的方法，其中与来自所述BISG的所述施加的正扭矩成比例地减少所述发动机燃料供应，并且其中减少发动机燃料供应包括减小对汽缸燃料喷射器所命令的脉冲宽度。
11.如权利要求1所述的方法，所述方法还包括：打开联接在所述涡轮增压器的排气涡轮机上的废气门，开度基于从所述BISG施加的所述正扭矩。
12.一种车辆系统，其包括：
发动机，所述发动机具有进气口和排气口；
带传动起动发电机(BISG)，所述带传动起动发电机(BISG)与发动机曲轴耦合；
涡轮增压器，所述涡轮增压器具有经由轴机械联接到排气涡轮的进气压缩机，以及联接到所述轴的电动增压辅助马达；
电气系统，所述电气系统包括高压电池、低压电池、电加热器和配电箱，所述高压电池经由接触器电耦合到所述配电箱，所述低压电池和所述电加热器经由DC-DC转换器耦合到所述配电箱，所述配电箱将所述BISG电耦合到所述电动增压辅助马达；以及
具有计算机可读指令的控制器，所述计算机可读指令在被执行时使所述控制器：
响应高于阈值的轴速度，
在所述接触器闭合的情况下经由所述电动增压辅助马达在所述轴上施加负扭矩并对所述高压电池充电；以及
在所述高压电池充电至阈值荷电状态后，在所述接触器断开的情况下经由电动增压辅助马达在所述轴上施加负扭矩，同时经由所述BISG在所述发动机上施加正扭矩，以及同时减少发动机燃料供应以保持车轮扭矩。
13.如权利要求12所述的系统，其中所述控制器还包括使所述控制器执行以下操作的指令：
当在所述接触器断开的情况下经由所述电动增压辅助马达在所述轴上施加负扭矩时，
对所述低压电池充电；以及
操作所述电加热器。
14.如权利要求13所述的系统，其中经由所述电动增压辅助马达在所述轴上施加负扭矩包括将由所述电动增压辅助马达产生的电力传递到所述配电箱，并且其中经由所述BISG在所述发动机上施加正扭矩、对所述低压电池充电和操作所述电加热器中的每一者包括从所述配电箱汲取电能。
15.如权利要求14所述的系统，其中所述控制器还包括进一步的指令，所述进一步的指令使得所述控制器：
基于轴速度、低压电池荷电状态和环境温度中的每一者来调节从所述配电箱汲取的电力用于对所述低压电池充电、操作所述电加热器，以及经由所述BISG在所述发动机上施加所述正扭矩的比率。
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