CN101080559A - 用于汽车的风扇系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于冷却汽车发动机的风扇系统，所述系统具有至少一个带风扇电动机的风扇、一个控制器和一个气门执行元件，本发明的风扇系统具有与其成为一体的风扇控制装置，用于自动控制风扇电动机和气门执行元件。

Description

用于汽车的风扇系统

技术领域

本发明涉及一种用于汽车的风扇系统，以及风扇系统运行的控制方法。

背景技术

控制通常是由电气元件进行的，例如，通过一个或多个风扇电动机和气门执行元件并借助汽车侧的控制仪来调节气流。在这样一种复杂的控制系统中，要使各元件达到同步，常常引起费用的上升。此外，汽车侧的控制仪中的各电气元件必须单独控制，并分别被通电，这样在紧凑的条件下会在结构空间上出现问题。

发明内容

以现有技术为出发点，本发明的目的是提供改进的风扇系统及风扇系统运行的控制方法。

这一目的由本文开头所述的、具有下述特征的风扇系统及优选实施形式实现。

按照本发明，带有整体式风扇系统的冷却模块用于冷却冷却液，所述冷却液又用于冷却汽车发动机。所述系统具有至少一个带风扇电动机的风扇、一个控制仪和一个气门的执行元件如步进电机，其中，风扇系统具有与其成为一体的风扇控制装置，这个装置独立地控制风扇电动机和气门的执行元件，这样就使得控制可以基本上独立于汽车侧的控制系统，尤其是不必通过汽车侧的控制系统来进行单独的供电。在这里，特别是硬件和软件也可以集成到一个紧凑的系统(CFS)中。此外，汽车电路的线束布置也减少，从而使风扇系统能够容易地集成到汽车中。

通过将气门和风扇电动机、特别是百叶窗式气门的控制装置集成到风扇电动机中，使得气门和风扇电动机的控制不再直接通过汽车侧的控制系统。气门和风扇电动机的控制相互取决于对方，即特别是取决于冷却需求和行驶速度，并在必要时取决于空气温度，在必要时即如果风扇系统内部没有传感器，这个温度则由汽车侧的控制系统优选地通过标准信号(例如带有或不带有端子15的PWM信号或总线系统如CAN总线、LIN总线)传递给风扇电动机控制装置。对于尽可能独立于汽车侧的控制系统的风扇控制装置，汽车制造商还必须提供具有上述两个值的信号，而在最简单的情况下，只需传递风扇给定转速的信号。通过汽车侧的控制系统优选地只发出一个控制信号，其它功能则优选地通过一个调节后的信号例如不同的频率或占空因数、电流或电压信号传递。其中，其它功能优选地包括与冷却需求(风扇转速给定值)和行驶速度有关的信号。风扇系统的编程，即单个或多个风扇控制装置的编程通过标准接口并通过汽车侧的控制系统或通过本身的连接进行，使风扇系统能够配合不同的特定汽车参数，这样一个风扇系统就可用于不同的车型。不同的特定汽车参数可以集成到软件算法中，这样可以简化安装时的编程。在这里可以设置通向汽车侧控制器的双向接口，它既可以将汽车数据传送到风扇系统，也可实现与控制器的通信。通过风扇控电动机制装置上的软件可以实现节能模式、预热模式和/或跟踪模式及故障管理。同样也可以设置，在高速行驶的情况下风扇电动机的运转达到最大功率。

风扇控制装置优选地与至少一个冷却液温度传感器和/或发动机功率传感器和/或风扇区域的空气流动速度传感器和/或空气温度传感器相连，其中，传感器的测量值将用于风扇电动机和气门执行元件的控制，这样，就可在风扇系统内部获得这些参数并进行相应的处理。

风扇控制装置优选地具有至少一个用于识别气门或执行元件位置的传感器，它优选地作为集成到执行元件控制装置中的传感器系统的组成部分。这样就可以应用简单、低成本的执行元件和/或气门，特别是不带复位的简单执行元件，例如步进电动机或气动缸。此外，还可将低成本的高压或低压末端用于控制简单的执行元件，在这里，执行元件的位置识别也可实现集成。

风扇控制装置优选地布置在风扇电动机外壳之上或之中，并通过插头连接与汽车侧的控制系统相连。这就使风扇系统能够方便地集成到汽车中。

在多个风扇中，风扇控制装置可优选地通过内部的风扇总线系统相互通信。但通信也可通过一个相连的汽车侧的总线系统如CAN总线系统、LIN总线系统进行。优选地为一个单机或一个主单元和一个或若干从单元设有自动的控制器识别装置。在这里，主单元或从单元的编码通过插接连接进行，例如通过气门执行元件的插头。此外，优选地设有控制器识别装置，它可自动地识别出单机的存在，这样，在这里这台单机被自动地确认为主单元。在这里也可采用模块结构(单或双风扇系统)。

在带有两个风扇的风扇系统中，优选地设有故障—存储模式，在主单元失灵的情况下，这个模式使得从单元可自动地继续工作，从而保证在风扇停止的情况下至少有局部冷却。

包括两个风扇和两个气门执行元件的风扇系统优选地具有相同的或至少是基本相同的风扇和执行元件。通过使用相同的零件可以降低制造成本，并方便库存。

风扇系统优选地用于由风扇进行的发动机冷却，但也可以相应用于空调设备的其它元件，其中，与之相应调谐的信号通过汽车侧的控制系统发送。

节能模式优选地通过风扇控制装置进行调节，节能模式特别是包括至少部分打开的气门位置和至少是被降低的风扇电动机转速。这个模式可根据参数如外部温度、发动机转速和行驶速度来启动，其中，通过至少是降低风扇电动机的转速、优选为将其降低到零来节约能源。

此外，在高速行驶的情况下，优选地通过风扇控制装置来调节风扇电动机的最大转速，这样，风扇所造成的空气动力的阻力就会尽可能地少，从而可以实现最大的冷却效率。

另外，预热模式优选地通过风扇控制装置进行调节，预热模式特别是包括处于关闭位置的气门和停止运转的风扇电动机。这样，就可以通过简便的方式使汽车发动机迅速地达到运行温度，并将磨损降到最低。

此外，在汽车发动机停止后的跟踪模式优选地通过风扇控制装置进行调节，从而使冷却模块得到冷却，避免处于高温状态。特别具有优点的是，对这种跟踪模式的需求可通过风扇控制装置自动识别。

在风扇系统的一个优选实施形式中，通过编码的信号来传送气门的规定位置及风扇电动机的规定转速，这样就可以将必需的信号线路的数量保持在较低的水平。在这里，具有优点的是，编码信号为脉宽调节信号，其中，第一脉宽范围对应于第一气门位置，第二脉宽范围对应于第二气门位置。此外具有优点的是，一个脉宽区域对应于可变的、取决于脉宽的风扇电动机的规定转速。总的来说，在这里，通过少量的信号线路、理想情况下只通过一根信号线路就可以实现风扇系统和汽车之间或风扇系统(例如带两个或更多风扇的主—从系统)的各模块之间的通信。此外，这样一种由信号传输特性决定的脉宽调节信号可以通过简单的方式与标准的总线系统如CAN总线或LIN总线一起使用。

本发明的目的由具有下述特征的、用于运行风扇系统的控制方法实现。

具有优点的是，通过这一方法可以实现气门和风扇电动机的简单的同步控制。

参数优选地包括汽车发动机起动状态的信息，而在非起动状态下则通过风扇系统的跟踪控制决定。这样可以消除发动机停止后高温状态的危险。

此外，优选在控制方法的进程中对预热模式进行决定，其中，在预热模式下，气门被关闭，风扇电动机停止运转。以这种方式可以使汽车发动机通过控制方法迅速地达到运行温度。

此外还可对节能模式进行决定，其中，在节能模式下，气门被打开，风扇电动机至少以较低的功率运行。

此外，还根据参数决定气门的规定位置和风扇规定转速，其中，一种可能的决定包括风扇电动机的规定转速，它处于零到最大转速之间。这样，风扇电动机的能量消耗可以优化地与所需的冷却效率相配合，并且可以避免有时会出现的冷却过度的情况。

上述方法步骤优选地以子程序的型式组成可调用的控制流程，其中，子程序从特别是主程序的循环中调用。通过这种程序上的安排，可以方便地持续配合变化了的冷却要求。

此外，在本发明的控制方法中优选地规定，风扇系统可由汽车的启动信号起动。这可以通过接通电源电压或通过特别的总线信号进行。特别优选的是，在起动后可由汽车进行控制系统的编程。这样，具有集成控制方法的风扇系统可以特别方便地配合不同的汽车。

在本发明的控制方法的一个优选实施形式中，具有第一控制电子元件的第一风扇电动机作为主系统被启动，而至少一个具有第二控制电子元件的第二风扇电动机则作为从系统被启动，其中，这两个主或从系统中的一个从另外一个系统获得运行数据，另一个系统则是从汽车获得运行数据。此外，优选的是，在周期性的控制循环过程中，具有第一控制电子元件的第一风扇电动机被识别为主系统，而至少一个具有第二控制电子元件的第二风扇电动机被识别为从系统，其中，这两个主或从系统中的一个从另外一个系统获得运行数据，另一个系统则是从汽车获得运行数据。这样，就可以容易对若干并行的、准独立系统(风扇和气门)进行控制，其中，还可设有应急模式或故障管理，它在一个系统出现故障时至少通过另一个系统控制冷却，同时在必要的情况下将功能和冷却效率降低的情况反馈给汽车。

在一个替代实施形式中，具有第一控制电子元件的第一风扇电动机作为主系统被启动，而至少一个具有第二控制电子元件的第二风扇电动机则作为从系统被启动，其中，主或从系统这两个系统中的每个都与汽车交换运行数据。这样，两个电动机同时从汽车接受运行数据，并且每个电动机自身与汽车通信或将各数据反馈给汽车。通过主/从编码确定分配给各电动机的地址，电动机以这个地址将它的数据传输给汽车。按照总线系统的设计，这将改善其冗余，并在故障情况下有利于故障或应急程序的执行。

通常优选的是，风扇系统的故障管理可被激活。

特别优选的是，由本发明的控制方法进行控制的风扇系统是前述的风扇系统。

从所实现的装置角度来说，本发明的控制方法包括控制电子元件，它具有由程序控制的处理器，在这里，根据前述的控制方法由程序实现。

本发明的其它优点和特征见下面所述的实施例及从属权利要求。

附图说明

下面通过两个实施例和附图对本发明进行详细说明。其中，

图1是带行车风开口的风扇外罩示意图，其中，开口可被图未示的百叶窗式气门封闭；

图2是风扇系统的电路图；

图3是用来说明控制基本结构的流程图；

图4中是同步传送风扇电动机转速和气门位置的规定值的信号传输特性图。

具体实施方式

按照本发明的实施例，风扇系统具有两个风扇1、2和驱动它们的两个风扇电动机1a、2a，它们是两个无刷风扇电动机，而对于每个气门(这里是百叶窗式气门)系统则具有分别具有执行元件3、4。百叶窗式气门没有具体显示，但是可以看出与执行元件3、4相连的机械传动元件3a、4a及气门的导向件5。

在结构上，每个风扇电动机1a、2a的内部具有硬件，它可通过插头连接1b、2b直接与所对应的执行元件相连，并对其直接控制(见图2)。在这里，用于控制各执行元件3、4的电子电路，与用于控制风扇电动机1a、2a的电路处于相同的外壳内，特别是风扇电动机1a、2a的外壳内。对于汽车的其它部分，风扇1、2分别通过接口6、7与汽车其它部分的电子系统相连。

这里设有自动的主/从电动机识别和通信，两个风扇电动机中一个通过插接连接而编码并因此作为主电动机。按照这个实施例(主流变型)，主电动机只与汽车侧的电子系统通信。第二个、未编码的从电动机未和汽车通信。在这里，两个风扇电动机的硬件和软件在结构上使主从自动识别合为一体。

考虑到本发明中的硬件，在设计软件算法时，要使得风扇电动机在出现故障时能识别这一故障，而补充的并还具有有效功能的风扇则可自行继续工作。因此出现了冗余。同时，在一定的、预定的汽车运行点，发动机冷却还受到限制，而在其它的汽车运行点则不会受到限制(故障—存储模式)。两个风扇电动机之间可以通过共同的总线系统(这里为CAN总线系统)进行通信。特别是在主电动机出现故障时，从电动机可以转为主电动机或独立地与汽车通信，从而在这种情况下仍能至少在局部进行冷却。

百叶窗式气门的执行元件和风扇电动机的控制逻辑如图3中的流程图所示，在这里，汽车侧的控制系统也可使用相同的控制逻辑，即风扇控制装置可在那里集成。系统由汽车侧的控制系统激活，例如通过主控制系统的信号，这个信号在发动机启动时自动发出；或者通过施加电压，从此启动主程序并且系统进入初始位置。此外，控制逻辑的编程(闪模式(Flash-Modus))可在之前进行。这种编程可根据要求在启动后进行，并包括例如风扇系统电子元件的整个控制程序，或者只是一种特殊编程，例如在故障管理的情况下。

此外，在系统启动的过程中，电动机启动为主电动机或从电动机。其优点在于，电动机包括它们的控制及编程可以是完全相同的，这样就可以降低制造成本并减少备件的费用。

随后，用于控制和风扇运行的子程序作为循环的一部分启动，如图3的右部所示。它将检验系统是否激活。如果激活，那么则可出现不同的变型，取决于它是正常模式，还是预热模式或节能模式，同时按照要求向风扇电机和百叶窗式执行元件送电(见图3的下部)。如果不是，只要预先规定，则可采用跟踪模式。

在跟踪模式或系统停止的调用被拒绝时，则应首先决定是否采用预热模式，即当汽车还没达到运行温度时。如果采用预热模式，那么气门则被关闭，风扇电动机则被停止。

在其它情况下则根据运行参数决定，是否采用节能模式。如果是，那么气门则被打开，风扇电动机则被停止，以便仅通过行车风进行冷却。

如果没有采用节能模式，那么则根据需求调节气门和风扇转速，其中，风扇转速也可以低于最大转速。

在上面所述的决定中，运行参数如冷却液温度及行驶速度作为自变量，以便从确定的数值矩阵中得出气门位置和风扇转速的规定值。

在子程序结束之前或之后(这里为之前)，对两个风扇电动机进行测定，以确定风扇电动机是主电动机或从电动机，是否相应地与其它相应的控制器进行通信。此外，主电动机与汽车侧的控制系统通信，在这里，与冷却需求和行驶速度有关的信号被传输到主电动机。

在子程序停止后，则根据控制器是属于主电动机还是属于从电动机进行转移。

在后一种情况中，通信是与主设备进行的，以交换运行数据。之后再次进行之前所描述的循环(主/从识别和调出子程序)。

如果涉及到主电动机的控制器，那么首先与从设备通信。然后确定故障管理的必要性，并且在出现故障或失效的情况下，必要时调出图未示的特别程序。在无故障的正常情况下，接着与汽车通信，以便读出至少一个、但通常来说是多个运行参数。在这里它是例如关于系统状态(发动机启动/关闭)及行驶速度、外部温度、冷却液温度、发动机功率和发动机运行模式(如运动型或经济型)的数值。

按照实施例，设有两个风扇的特别调节，这两个风扇包括以管式风扇(Rohrlüfter)为形式的风扇和其所属的百叶窗式气门。图1中是风扇外罩，它的上部带有矩形开口便于气流通过，这个开口可被图未示的百叶窗式气门封闭。在这里，风扇外罩沿行驶方向布置在散热器之后(“吸入式风扇布置”)。关于行驶速度的信号在这里来自汽车侧的控制系统。在这种布置下，风扇控制装置必须保证，在行车风足够的情况下，风扇保持关闭状态，空气可穿过开口，而在汽车慢速行驶或停下时，风扇启动，开口关闭。

按照实施例的一个变型，为风扇区域的气流速度设有集成到风扇系统中的传感器，这样，由于由于外部影响(例如，虽然汽车慢速行驶但前部来的风很强)而造成的故障，会出现在前面所述的控制系统中，在这里，这些故障可被避免，并且在这个方面，风扇控制装置独立于汽车侧的控制系统。

按照另一个变型，为发动机冷却液设有温度传感器，它将测量值直接传递到风扇控制装置，从而可以按照需求对风扇电动机和气门执行元件进行相应的调节，并且，在这个方面，系统也独立于汽车侧的控制系统。

图4中所示是信号传输特性及它如何在本发明的控制装置中可被编程，例如以固定的数值矩阵的形式。在这里，可以通过所示的信号传输特性对规定状态中的气门开/闭进行控制，以及对具有可连续设定的规定转速的风扇电动机进行控制，其中，同时只使用一个唯一的或对上述元件来说是共同的脉宽调节信号。脉宽(TVin)可在0％到100％之间。在这里，0％到10％的脉宽对应于处于静止状态的风扇电动机和关闭的气门。这对应于预热模式。在10％-11％的TVin范围内，风扇电动机关闭，气门打开，这可对应于节能模式。在11％到90％的范围内，气门关闭，电动机转速位于技术上合理的最小值33％和最大转速之间，线性地取决于脉宽。在90％到95％的范围内，风扇转速达到最大，而气门则是在93％到94％的范围内打开，在其它情况下则是关闭。在95％到100％的TVin范围内，电动机再次停止，气门也关闭。通过这种方式，以单维的信号传输特性或唯一的脉宽调节信号对整个适合于运行的组合进行编码。

这种信号传输特性可用于主电动机和汽车之间的通信，也可用于主电动机和从电动机之间的通信。

Claims (36)

1.用于冷却汽车发动机的风扇系统，具有至少一个带风扇电动机(1a、2a)的风扇(1、2)、一个控制器和一个气门执行元件(3、4)，其特征在于，风扇系统具有与其成为一体的风扇控制装置，它独立地控制风扇电动机(1a、2a)和气门执行元件(3、4)。

2.根据权利要求1所述的风扇系统，其特征在于，风扇控制装置与汽车侧的控制系统相连。

3.根据权利要求2所述的风扇系统，其特征在于，风扇控制装置基本上独立于汽车侧的控制系统，同时它从汽车侧的控制系统接受接通和/或断路信号。

4.根据权利要求2或3所述的风扇系统，其特征在于，风扇控制装置基本上独立于汽车侧的控制系统，同时它从汽车侧的控制系统接受与发动机冷却需求有关的信号。

5.根据权利要求2到4中任一项所述的风扇系统，其特征在于，风扇控制装置基本上独立于汽车侧的控制系统，同时它从汽车侧的控制系统接受与行驶速度有关的信号。

6.根据权利要求2到5中任一项所述的风扇系统，其特征在于，风扇控制装置基本上独立于汽车侧的控制系统，同时它从汽车侧的控制系统接受与空气温度有关的信号。

7.根据前面的权利要求中任一项所述的风扇系统，其特征在于，风扇控制装置与至少一个冷却液温度传感器和/或发动机功率传感器和/或风扇区域的空气流动速度传感器和/或空气温度传感器相连，其中，传感器的测量值用于风扇电动机和气门执行元件的控制。

8.根据前面的权利要求中任一项所述的风扇系统，其特征在于，风扇控制装置具有至少一个用于识别气门或执行元件位置的传感器。

9.根据权利要求8所述的风扇系统，其特征在于，所述至少一个传感器作为集成到执行元件控制装置中的传感器系统的组成部分。

10.根据前面的权利要求中任一项所述的风扇系统，其特征在于，风扇控制装置布置在风扇电动机外壳之上或之中，并通过接口与汽车侧的控制系统相连。

11.根据前面的权利要求中任一项所述的风扇系统，其特征在于，风扇控制装置通过接口，特别是包括标CAN总线或LIN总线的标准接口，与其余的汽车侧的控制系统相连，在这里，参数传输和/或风扇控制装置的编程通过这个接口进行。

12.根据前面的权利要求中任一项所述的风扇系统，其特征在于，设有内部的风扇—总线系统。

13.根据前面的权利要求中任一项所述的风扇系统，其特征在于，为一个单机或一个主单元和一个或若干从单元设有自动的控制器识别装置。

14.根据权利要求13所述的风扇系统，其特征在于，在带有两个风扇的风扇系统中，设有故障—存储模式，在主单元失灵的情况下，这个模式使得从单元自动地继续工作。

15.根据前面的权利要求中任一项所述的风扇系统，其特征在于，风扇系统具有两个带风扇电动机的风扇和两个气门执行元件，其中，采用相同的风扇和执行元件。

16.根据前面的权利要求中任一项所述的风扇系统，其特征在于，节能模式通过风扇控制装置进行调节，其中，节能模式包括至少部分打开的气门位置和至少是被降低的风扇电动机转速。

17.根据前面的权利要求中任一项所述的风扇系统，其特征在于，在高速行驶的情况下，通过风扇控制装置来调节风扇电动机的最大转速。

18.根据前面的权利要求中任一项所述的风扇系统，其特征在于，预热模式可通过风扇控制装置进行调节，其中，预热模式包括处于关闭位置的气门和停止运转的风扇电动机。

19.根据前面的权利要求中任一项所述的风扇系统，其特征在于，在汽车发动机停止后的跟踪模式通过风扇控制装置进行调节。

20.根据前面的权利要求中任一项所述的风扇系统，其特征在于，通过编码的信号来传送气门的规定位置及风扇电动机的规定转速。

21.根据权利要求21所述的风扇系统，其特征在于，编码信号为脉宽调节信号，其中，第一脉宽范围对应于第一气门位置，第二脉宽范围对应于第二气门位置。

22.根据权利要求21所述的风扇系统，其特征在于，一个脉宽区域对应于可变的、取决于脉宽的风扇电动机的规定转速。

23.用于冷却汽车发动机的风扇系统运行的控制方法，包括以下步骤：

a.测定至少一个取决于汽车发动机运行状态的参数；

b.根据参数推导出气门的规定位置及风扇电动机的规定转速；

c.对气门进行控制以达到规定位置，对风扇电动机进行控制以达到规定转速。

24.根据权利要求23所述的控制方法，其特征在于，参数包括汽车发动机起动状态的信息，而在非起动状态下则通过风扇系统的跟踪控制决定。

25.根据权利要求23或24所述的控制方法，其特征在于，对预热模式进行决定，其中，在预热模式下，气门被关闭，风扇电动机停止运转。

26.根据权利要求23到25中任一项所述的控制方法，其特征在于，对节能模式进行决定，其中，在节能模式下，气门被打开，风扇电动机至少以较低的功率运行。

27.根据权利要求23到26中任一项所述的控制方法，其特征在于，对气门的规定位置和风扇的规定转速进行决定，其中，一种决定包括风扇电动机的规定转速，处于零到最大转速之间。

28.根据权利要求23到27中任一项所述的控制方法，其特征在于，各方法步骤以子程序的型式组成可调用的控制流程，其中，子程序从循环中调用。

29.根据权利要求23到28中任一项所述的控制方法，其特征在于，风扇系统由汽车的启动信号起动。

30.根据权利要求23到29中任一项所述的控制方法，其特征在于，在起动后由汽车进行控制系统的编程。

31.根据权利要求23到30中任一项所述的控制方法，其特征在于，具有第一控制电子元件的第一风扇电动机作为主系统被启动，而至少一个具有第二控制电子元件的第二风扇电动机则作为从系统被启动，其中，这两个主或从系统中的一个从另外一个系统获得运行数据，另一个系统则是从汽车获得运行数据。

32.根据权利要求23到31中任一项所述的控制方法，其特征在于，在周期性的控制循环过程中，具有第一控制电子元件的第一风扇电动机被识别为主系统，而至少一个具有第二控制电子元件的第二风扇电动机被识别为从系统，其中，这两个主或从系统中的一个从另外一个系统获得运行数据，另一个系统则是从汽车获得运行数据。

33.根据权利要求23到30中任一项所述的控制方法，其特征在于，具有第一控制电子元件的第一风扇电动机作为主系统被启动，而至少一个具有第二控制电子元件的第二风扇电动机则作为从系统被启动，其中，主或从系统这两个系统中的每个都与汽车交换运行数据。

34.根据权利要求23到33中任一项所述的控制方法，其特征在于，风扇系统的故障管理被激活。

35.根据权利要求23到34中任一项所述的控制方法，其特征在于，风扇系统是根据权利要求1到22中任一项所述的风扇系统。

36.用于冷却汽车冷却液的装置，包括控制电子元件，它具有由程序控制的处理器，在这里，根据权利要求23到35中任一项所述的控制方法由程序实现。

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