刁一峰

摘要：电子增压器是提升汽车性能的关键元器件，本文结合多年工作实践，阐述汽车电子增压器控制系统的结构，并且基于汽车安全行驶的要求，结合电子增压器控制系统原理提出一种基于KD.TCU的电控系统，以此满足我国汽车电子增压器装置性能发展的要求。

关键词：汽车;电子增压器;控制系统

0  引言

随着我国汽车技术的不断发展，尤其是环保工作对汽车性能的要求日益严格。降低汽车污染排量、提高汽车动力是汽车行业发展的主要趋势。实践证明提升汽车发动机性能的关键手段就是利用电子增压器，同电子增压器达到调整控制供气量，实现汽车进气量与排气量的有效匹配，达到精准燃烧的目的。相比于传统的增压技术，电子增压器实现了无需与发动机进行机械连接，因此电子增压器不仅具有安装自由度高的优势，而且还不需要对发动机排气端进行改变，达到了增压器的快速响应。基于电子增压器的优势，发挥电子增压器功能关键就是要设计完善的控制系统，因此本文设计KD-TCU电控系统，并且通过检验验证了其能够达到精准控制电子增压器，满足发动机的实际需求[1]。

1  电子增压器电控系统的结构概述

电子增压器电控系统见图1所示。电子增压器电控系统是实现对汽车发动机进气自动控制的关键系统，其主要是通过对汽车变截面喷嘴环口流通面积调节结构的运动，以此改变进入汽车气流的流量。根据其结构图可以看出电控系统主要包括CAN总线通讯接口电路、微处理器、电源调节电路以及位置信息反馈电路等等。

本文电子增压器电控系统需要满足以下要求：一是要保证电子增压器电控系统具有耐高温的特点，因此需要采取高精度的32位微处理器的集成电路，这样可以适应电控系统高精度的控制性及对系统的适应性要求;二是具有加强获悉控制指令的功能，能够对控制指令做出最快的响应。目前控制系统获取指令的方式主要有两种：一是电控系统在获得发动机等参数值后，电控系统会利用系统的控制模型发出对驱动机构的运动指令;二是利用主控制算法将其放在ECU中，经过计算机ECU直接计算出最佳增压器叶片开度位置，以此发出控制指令;三是强化对执行机构的优化设计，缩短运动相应的时间;四是采取PID位置闭环反馈系统，以此保证执行的精度。同时为了保证控制系统的稳定性，防止故障发生后出现适应性不强的问题，需要开发设计多种故障处理程序，以此保证系统的可靠性。

2  电控系统的研究及设计

2.1 控制策略

电子增压器使用的关键就是要提高发动机的性能，而增加发动机性能的关键就是通过增压器实现对进气量的调整，以此保证发动机充分燃烧。目前电子增压器的控制参数有3种：增压压力、喷嘴开度位置以及增压器转速。实践证明在发动机和增压器参数确定的环境下，三种控制参数均与进气量有对应关系，但是其精度不同。增压器控制方法有很多种，例如控制算法虽然实现了精度高的要求，但是其系统比较复杂。位置控制方法虽然MAP的制取工作量比较大，但是其叶轮转速控制方法比较简单，瞬间响应比较快，因此本文采取位置控制方法。

KD-GCT增压器采取的是双组叶片喷嘴结构，为了提高测量传感器的精度，检测执行机构的末端转轴角度代表喷嘴位置。具体的操作算法为当汽车处于稳态工况下电子增压器控制系统采取闭环的数字式PID算法，当汽车处于加速或者减速工况时，为了提高相应的速度采取前馈控制作为PI的补充[2]。在判断控制算法时主要是根据发动机的工况进行判断，例如当冷怠速时，为了降低冒白烟等现象，需要将喷嘴叶片置于最小开度。

2.2 位置闭环反馈控制系统

位置闭环反馈控制系统工作原理见图2所示。其主要是当电子增压器微处理器发出控制信号后，通过闭环反馈系统判断执行机构是否执行到位。

2.3 总线通讯及信息反馈

电子增压器控制系统需要接受与反馈发动机指令信息，因此控制系统比需要设计总线通信系统。本文设计的电子增压器采取CAN总线控制方式，其控制标准严格按照我国相关的行业标准进行。因此根据电子增压器工作原理，发动机电子增压控制系统设计为享有优先权，与电子增压器形成统一整体，具有独立工作的功能。控制系统在接受到发动机指令后，对指令进行解析，然后计算轴的转动角度，并且将信息传递给驱动电路，以此达到控制发动机进气量的目的。

2.4 直流永磁電机控制

增压控制的动力来源是增压器控制系统所必须要解决的，直流无刷永磁电动机在现代汽车制造领域得到广泛的应用，其具有运行效率高的优点，但是其存在转交控制难的缺陷。因此在KD-TCU控制系统中用开关型霍尔集成电路，这样可以准确的对位置信号进行判断，以此达到精准控制电机的目的[3]。

另外基于对故障保护的处理，需要设计故障处理及补偿算法。例如在增压器控制系统通电以后，系统会自动检测各器件的状态，通过软件系统的自检实现对各个元器件性能的诊断。

3  执行器的研制

通过研究分析，本次设计的KD-TCU电子执行器主要包括两种型号：一种是自控型，自动型包含了上述所有的控制策略，当然自控型需要执行器要对发动机的所有参数，例如温度、大气压力温度、负荷以及转速等信息进行全面的掌握，而这些信息参数可以通过CAN总线获悉。当然还可以通过传感器测量或许;二是从控型。从控型就是电控单元只是接受发动机发出的指令信息，通过对指令信息解析后进行操作。

3.1 执行器基本技术参数

执行器是控制系统的关键元件，其外形结构见图3所示。执行器的基本参数为：输出扭矩大于8Nm;平均运动速度大于0.25m/s;平均电流消耗小于1.5A;重复位置精度±2%;响应时间小于500ms;工作温度为一40～+125℃，符合IS016750--2010《道路车辆安全及电子设备的环境条件和试验》标准要求。同时基于电子增压器设计原理的指令，为了减少空间占用，执行器采取电机驱动的方式，一级主动轮和电机转子采取一体结构，这样满足位置控制算法的要求。具体的设计位置就是在输出末端设转角传感器，这样便于位置反馈[4]。

3.2 控制程序的设计

控制程序以控制策略和算法为基础进行设计。执行器配用的控制程序主要包括寄存器配置、硬件初始化、中断调用、数据通信、故障诊断及处理、补偿等几大模块[5]。基本的控制软件功能示意框图如图4所示。

为了检验电子增压器控制系统的稳定性与安全性，对其进行多次试验，并且将其与SD493发动机进行了匹配试验，经过试验对比本文设计的电子增压器控制系统在发动机功率、油耗、烟度等指标上都要高于普通的电子增压器控制系统的性能，因此基于KD-TCU的电控系统具有较高的稳定性与实践应用性，能够满足多种工况的要求。

参考文献：

[1]谢云臣，施永强.车用可变截面增压器电控系统KD-TCU的开发[J].现代车用动力，2017（1）.

[2]刘青林，颜丙辉.电子增压器对增压小型化发动机性能改善研究[J].内燃机，2017（4）.

[3]冯浩，秦博，林思聪，孙云龙.电子增压器对增压米勒循环汽油机性能影响的试验研究[J].汽车工程，2019（7）.

[4]江苏凯迪航控系统股份有限公司.《双叶片喷嘴系统的涡轮增压器》项目鉴定资料[Z].北京：中高科鉴字[2014]第214号，2014.

[5]石伟.可变喷嘴涡轮增压器控制算法的研究[J].企业技术开发，2016（4）.