电辅助涡轮增压技术(eTurbo)能够有效解决发动机输出功率与发动机轻量化、紧凑化之间的矛盾，是内燃动力系统电气化和智能化的一种重要手段，受到内燃机研究领域的高度重视。电辅助涡轮增压柴油机是高动态强耦合系统，运行范围宽广，控制自由度高。如何实现宽广多变工况下电辅助涡轮增压柴油机节能、强劲、清洁地运行，是这项技术应用所面临的问题。本文以重型车用柴油机为对象，以降低运行能耗为目标，从进气回路跟踪和热电功率分配两方面开展研究，力图探索电辅助涡轮增压柴油机系统能效优化控制的新方法。
　　首先，通过eTurbo与柴油机空气系统的硬件集成，建成了完整的电辅助涡轮增压柴油机系统原理性样机平台。在该平台上研究揭示了eTurbo对再循环废气的稀释效应以及进气组分的超调影响，论证了进气氧浓度在面向系统能效优化控制中作为进气回路被控变量的适宜性。研究发现，eTurbo辅助增压下再循环废气的氧浓度上升65.56%，进气氧浓度超调1.88%，原始排放中NOx浓度与进气氧浓度相关系数达98%。探明了eTurbo与内燃机之间的耦合效应，明确了热电功率在分配上的工况特征。试验结果表明，eTurbo对系统总能效率的调控能力跟随工况变化，最大改善幅度为6.1%。
　　其次，采用数据建模和机理建模相结合的手段，搭建了由涡轮增压器、辅助电机、电池、重型柴油机等构成的电辅助涡轮增压柴油机系统综合能效分析的仿真平台。针对eTurbo辅助增压下进气组分的超调问题以及多变工况下热电功率分配的动态寻优问题，提出了高层进气回路跟踪控制、低层热电功率分配优化的两级控制架构，将系统动力性能、排放性能、运行效率、电池SOC等条件，以加权方式构成代价函数，研发了主动扰动抑制与模型预测控制相结合的能效优化控制算法。仿真结果表明，FTP-75驾驶循环下该算法可以使增压压力和进气氧浓度的累积跟踪误差分别降低86.59%和7.42%，涡轮机喷嘴环小开度(40%以下)运行比例降低90.48%，发动机油耗降低2.2%。
　　最后，针对系统能效优化控制算法的实时性问题，提出了扩张状态观测器辅助下能效优化控制算法的简化方法，有效去除机理预测模型中动态方程的非线性环节，通过扩张状态观测器出色的内外扰动观测能力来弥补模型简化之后的严重预测误差，完成了不同简化程度的能效优化控制算法在自主柴油机控制系统上的集成。在基于LABCAR的硬件在环平台上进行了算法执行效率的测试。结果表明，在发动机转速为3000r/min的双核调度模式下，完全简化版算法运行时间缩短至9.87ms，CPU负载下降17.5%。
　　综上所述，本文所提出的主动扰动抑制与模型预测控制相结合的能效优化控制算法，从进气回路跟踪与热电功率分配两个层面解决了电辅助涡轮增压柴油机在宽广多变工况下的节能、强劲、清洁运行问题，为电辅助涡轮增压技术的广泛应用奠定了重要基础。其研究思路对于解决多源能量系统中耦合关系复杂问题亦具有一定的借鉴价值。