CN101216042A - 一种冷却风扇控制装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

一种冷却风扇控制装置，包括发动机冷却液温度传感器、变矩器油温度传感器和液压油温度传感器、电控单元，强制制冷开关输入，流量调节装置，驱动装置和风扇，监控传感器和设置量信号输入与电控单元的输入端连接，电控单元的输出端与流量调节装置连接，流量调节装置与驱动装置连接，驱动装置与风扇连接。本发明另外提供上述装置的控制算法，通过采集相关的系统信号或其它输入信号进行处理并输出控制信号作用于流量调节装置上，通过改变输出的脉宽调制信号的占空比，调节输出到驱动装置的驱动能力，从而调节风扇的转速。有效的保证系统始终在最佳的温度范围内工作，延长系统或部件的寿命、降低能耗，提高了工作效率并能降低风扇引起的噪音。

Description

一种冷却风扇控制装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及车辆风扇控制领域，具体为通过改变冷却风扇的驱动能力的大小来调节冷却风扇的转速的一种冷却风扇控制装置及其控制方法。

背景技术

车辆及工程机械在工作的过程中都会产生大量的热。由于工作环境和工况的变化，产热量也会发生相应的变化，为了保持装备的正常运行，通常采用各种冷却器或换热器，采用冷却风扇强制冷却的方式将热量散发到环境中，从而使各装置保持在正常温度的工作范围内。传统的冷却系统，其冷却风扇常是安装在发动机上，风扇转速的改变是由发动机转速的变化来相应变化，冷却效果是直接与发动机的转速相关，因而出现冷却系统不能满足系统所有工况的换热要求，经常使车辆及工程机械的发动机，液压作业系统、液力驱动系统、增压系统等各种产生热量并需要冷却的系统设备产生过热或过冷现象。特别是当发动机低速大工作扭矩的条件下，由于冷却风扇的转速较慢，冷却效果差，就经常造成过热；当启动怠速、环境温度较低时，又会造成过冷。不能保证系统始终工作在最佳的工作温度内，造成缩短系统或部件的寿命、增加能耗、降低工作效率等问题。另外，当发动机转速较高时，风扇转速也较高，因而造成因风扇引的噪音也较大。

发明内容

本发明的目的是针对以上所述风扇系统控制存在的不足，提供通过改变冷却风扇的驱动能力的大小来调节冷却风扇的转速的一种冷却风扇控制装置及其控制方法。

本发明是这样实现的：一种冷却风扇控制装置，包括监控传感器，电控单元(ECM)，信号输入，流量调节装置，驱动装置和风扇。监控传感器和信号输入与电控单元的输入端连接，电控单元的输出端与流量调节装置连接，流量调节装置与驱动装置连接，驱动装置与风扇连接。监控传感器将采集的系统信息输入到电控单元，电控单元还连接信号输入：包括强制制冷开关信号或其它信号输入，电控单元对输入的信号进行变换、处理，并根据系统的参数设定，进行运算，得到输出控制信号，该信号为脉宽调制(PWM)信号，并将信号输出到流量调节装置，流量调节装置改变了驱动装置的驱动能力，因而控制驱动装置的转速，风扇转速与驱动装置的转速相关，从达到调节风扇转速的目的。

所述的监控传感器包括发动机冷却液温度传感器、变矩器油温度传感器和液压油温度传感器；发动机冷却液温度传感器测量发动机冷却介质的温度，变矩器油温度传感器测量变矩器油的温度，液压油温度传感器测量液压油的温度。

所述的监控传感器可以是发动机冷却液温度传感器、变矩器油温度传感器和液压油温度传感器中的一个、两个或者三个；也可增加其它温度传感器(如中冷器温度传感器)。

所述的流量调节装置是电控比例阀或变量泵调节阀，电控比例阀可采用反比例阀。

所述的信号输入包括强制制冷开关输入和(或)其它信号，如过滤器堵塞信号等。

所述的驱动装置可以是液驱马达。

一种冷却风扇控制装置的控制方法，其控制步骤如下：

1)开始后，首先对控制装置进行系统测试，确定系统是否正常，系统正常，进入强制制冷判断程序；测试的内容主要有：控制单元的自测定；测定控制或系统的设置参数是否正常；温度传感器是否连接并正常；流量调节装置是否连接并正常和其它输入输出接口是否正常等；

2)如系统错误，转至关闭脉宽调制PWM输出并调用错误处理程序，执行完错误处理程序处理流程后，返回到系统测试流程；

3)若强制制冷输入开关为强制制冷状态，系统运行转速取系统设置最大转速Smax为冷却风扇转速；

4)若未处于强制制冷状态，测量发动机冷却介质的温度Te，变矩器油的温度Tt，液压油的温度Th，对温度信号进行AD变换，并对测量信号进行判定，若测量信号有误，系统运行转速取系统设置最大转速Smax为冷却风扇转速；

5)若测量信号正确，根据预先给定的温度与转速对应关系，分别求出发动机冷却介质的温度Te对应的风扇转速Se，变矩器油的温度Tt对应的风扇转速St，液压油的温度Th对应的风扇转速Sh；

6)在流程5)求得的三个转速中，取值最大者作为系统运行转速S；

7)根据系统的特性、风扇转速与PWM信号占空比的对应关系，对所求行系统运行转速S，求得其对应的流量调节装置的PWM信号的占空比P；

8)根据系统特性，进行输出，根据所求得的占空比P，控制器按占空比P输出脉宽调制信号到流量调节装置，并对输出电流进行监控。

9)通过改变流量调节装置中的PWM信号占空比P，改变了流经驱动装置的驱动介质的流量或压力，控制了驱动装置的驱动能力，改变了驱动装置的转速，驱动装置带动风扇，风扇的转速相应发生变化，风扇转速的变化，使冷却效果发生变化，则车辆相应的冷却介质的温度发生改变。

以上的输出监控中，若监控过程中发现异常(如电流超过设定值，流量调节装置断路或短路等)，进入错误处理流程：则关闭PWM输出，并调用错误处理程序；

本发明通过流体温度传感器，测定发动机冷却介质的温度、变矩器液压油的温度和液压油的温度，控制单元对传感器测量信号或其它输入信号进行处理并输出控制信号和信息，控制信号为一脉宽调制信号(PWM)，该信号作用于流量调节装置上，通过改变脉宽调制信号占空比，调节了输出到驱动装置的驱动能力，从而调节风扇的转速。本发明采用冷却介质的温度作为信号输入量，对风扇转速进行控制，但不对风扇转速进行直接监控，可以确保冷却介质的温度在控制最佳范围内，提高作业装置的作业效率，延长系统或部件的寿命、降低能耗，提高了工作效率降低风扇引起的噪音；本发明的控制方法有较强的鲁棒性，当法检测到有故障发生或控制单元断电等现象时，输出到流量调节装备的电流为零，此时，驱动装置的转速最大，此时冷却能力最大，防止发动机冷却液、变矩器油、液压油的等冷却介质出现温度过高的现象。

附图说明

图1为本发明一种冷却风扇控制装置系统组成示意图

图2为本发明一种冷却风扇控制装置的控制方法的流程图；

图3为冷却介质温度与风扇转速的对应关系图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细的说明。

一种冷却风扇控制装置，如图1所示，包括监控传感器，电控单元(ECM)，信号输入，流量调节装置，驱动装置和风扇，监控传感器与电控单元的输入端连接，信号输入与电控单元的输入端连接，电控单元的输出端与流量控制装置连接，流量调节装置与驱动装置连接，驱动装置与风扇连接。监控传感器包括发动机冷却液温度传感器、变矩器油温度传感器和液压油温度传感器。信号输入包括强制制冷开关输入或如过滤器堵塞信号等其它信号。发动机冷却液温度传感器测量发动机冷却介质的温度，变矩器油温度传感器测量变矩器油的温度，液压油温度传感器测量液压油的温度，并把测量得到的温度信号输入到电控单元，电控单元还输入其它设置量，包含强制制冷开关输入或如过滤器堵塞信号等其它信号，电控单元对输入的信号进行变换、处理，并根据系统的参数设定，进行运算，得到输出控制信号，并将信号输出到流量调节装置，流量调节装置改变通过驱动装置的驱动能力，因而控制驱动装置的转速，风扇转速与驱动装置的转速相关，从达到调节风扇转速的目的。

监控传感器可以是发动机冷却液温度传感器、变矩器油温度传感器和液压油温度传感器中的一个，两个或者三个；也可增加其它温度传感器(如中冷器温度传感器)。

流量调节装置是电控比例阀或变量泵控制阀，电控比例阀可以采用反比例阀。

驱动装置可以是液驱马达，也就是液力驱动马达。

为了能更加准确的监控系统的工作情况，控制装置可增加其它传感测量器件或开关信号，如发动机转速传感器，风扇转速传感器等采集输入，过滤器堵塞开关信号等。

一种冷却风扇控制装置的控制方法，如图2所示，其控制步骤如下：

1)开始1后，首先对控制装置进行系统测试1，确定系统是否正常，系统正常，进入强制制冷判断程序；测试的内容主要有：控制单元的自测定；测定控制或系统的设置参数是否正常；温度传感器是否连接并正常；流量调节装置是否正常和其它输入输出接口是否正常等；

2)如系统不正常，关闭PWM输出，并调用错误处理程序11，系统正常，进入流程3强制制冷判断程序，执行完错误处理程序处理流程后，返回到系统测试流程；

3)若强制制冷输入开关为强制制冷状态，进入流程6取系统设置最大转速Smax为冷却风扇转速；

4)若未处于强制制冷状态，进入流程4，测量发动机冷却介质的温度Te，变矩器油的温度Tt，液压油的温度Th，并对测量信号进行判定，若测量信号有误，进入流程6，取系统设置最大转速Smax为冷却风扇转速；

5)若测量信号正确，进入流程5计算温度对应风扇转速Se、St和Sh，根据预先给定的温度与转速对应关系，如图3所示，分别求出发动机冷却介质的温度Te对应的风扇转速Se，变矩器油的温度Tt对应的风扇转速St，液压油的温度Th对应的风扇转速Sh；

6)在流程5中求得的三个转速中，在流程7中求得最大者作为系统运行转速S，

7)转入流程8，计算实际转速对应流量调节装置的PWM信号的占空比P：根据系统的特性，风扇转速与PWM信号占空比的对应关系，对所求行系统运行转速S，求得其对应的流量调节装置的PWM信号的占空比P；

8)根据系统特性，在流程9进行输出，使流量调节装置中的PWM信号占空比为P，并对输出进行监控10；

9)通过改变流量调节装置中的PWM信号占空比P，控制通过流经驱动装置的驱动能力，改变了驱动装置的转速，驱动装置的转速相应发生变化，驱动装置带动风扇，风扇的转速相应发生变化，风扇转速的变化，使冷却效果发生变化，则车辆相应的冷却介质的温度发生改变。

以上的输出监控中若监控过程中发现异常(如电流超过设定值，流量调节装置断路等)，则关闭PWM输出，并调用错误处理程序。

如图3所示，冷却介质温度与风扇的转速关系为一折线，基本原则为温度越高，风扇的转速越大，根据温度的高低，可分为三个区域：温度低于某个值Tmin时，风扇按最低转速Smin运行，中间为线性段，温度越高，风扇转速越大，当温度高于某值Tmax时，风扇转速在最大转速Smax下运行，不再增加。以上的温度值Tmin、Tmax，根据具体的工作冷却介质(发动机冷却液、液压油、变矩器油)不同，其值不同，风扇转速值(Smin、Smax)根据冷却模块的特征和液驱系统的参数确定。此对应关系可根据具体的应用情况及冷却模块与风扇具体情况进行匹配。

PWM信号的占空比大小是依据所采用的流量调节装置及驱动装置的特性而确定的，风扇转速与PWM信号的对应关系由驱动系统所决定，运用计算或试验的方法，确定占空比与风扇转速之间的对应关系。

实施例1

在推土机采用本发明的一种冷却风扇控制装置，通过以上所述相应的控制方法，通过改变冷却风扇的转速，从而改变了通过冷却系统的风量，因而改变了冷却效果，使各个冷却工作介质维持在正常范围内。

在冷却风扇控制装置中，电控单元收到温度传感器采集的发动机冷却器温度信号、变矩器油温度信号及液压油温度信号，并根据系统设定的温度转速对应关系，根据发动机冷却器温度与风扇转速关系求出对应转速Se；根据变矩器油温度与风扇转速关系求出对应转速St；根据液压油温度与风扇转速关系求出对应转速Sh；并取三者中最大值作为风扇运行转速S。

一旦风扇运行转速被确定，根据系统的特性，即采用计算或实验方法确定的风扇转速和通过流量调节装置电流的关系，计算并确定转速对应的流量调节装置就输入PWM信号占空比，电控单元通过软硬件保证按该占空比输出PWM信号到流量调节装置，并对电流进行监控，当出现错误时关闭流量调节装置的PWM信号输出。

通过控制输出到流量调节装置中的PWM信号的占空比大小，即调节了流经驱动装置(此应用为液驱马达)的液压油的流量，从而调节了液驱马达的转速，液驱马达直接驱动风扇，从而调节了经流冷却器的风速，即改变了冷却器的冷却效果，从而调节了发动机冷却液、变矩器油、液压油的等冷却介质的温度。

此风扇控制装置和控制算法与其它装置和算法相比，有如下优点：采用冷却介质的温度作为信号输入量，对风扇转速进行控制，但不对风扇转速进行直接监控，可以确保冷却介质的温度在控制最佳范围内，提高作业装置的作业效率；该算法和控制装置具有较强的鲁棒性，当检测到故障或控制单元被断电时，输出到流量调节装置的电流为零，此时，液驱马达的转速最大，风扇转速最高，此时冷却能力最大，防止发动机冷却液、变矩器油、液压油的等冷却介质出现温度过高的现象。

本发明的技术方案不限于以上实施例，凡是采用发明所述的技术方案相同或者相似方法，均应列入本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种冷却风扇控制装置，其特征在于：包括监控传感器、信号输入、电控单元、流量调节装置、驱动装置和风扇，监控传感器和信号输入与电控单元的输入端连接，电控单元的输出端与流量调节装置连接，流量调节装置与驱动装置连接，驱动装置与风扇连接。

2.如权利1所要求所述一种冷却风扇控制装置，其特征在于：所述的监控传感器包括发动机冷却液传感器、变矩器温度传感器和液压油温度传感器。

3.如权利2所要求所述一种冷却风扇控制装置，其特征在于：所示的监控传感器是发动机冷却液传感器、变矩器温度传感器和液压油温度传感器中的一个，两个或者三个。

4.如权利1所要求所述一种冷却风扇控制装置，其特征在于：所述的流量调节装置是电控比例阀或变量泵调节阀。

5.如权利1所要求所述一种冷却风扇控制装置，其特征在于：所述的信号输入为强制制冷开关输入和/或过滤器堵塞信号。

6.如权利1所要求所述一种冷却风扇控制装置，其特征在于：所述的驱动装置是液驱马达。

7.一种冷却风扇控制装置的控制方法，其特征在于：控制步骤如下：

1)开始后，电控单元对系统时行系统测试，如系统正常，进入强制制冷判断流程；

2)如系统错误，则转至关闭脉宽调制输出并调用错误处理程序处理流程，执行完错误处理程序处理流程后，返回到系统测试流程；

3)若强制制冷输入开关为强制制冷状态，系统运行转速取系统设置的最大转速Smax为冷却风扇转速；

4)若系统未处于强制制冷状态，则对发动机冷却液传感器、变矩器温度传感器、液压油温度传感器测量的信号进行AD变换，并对测量信号进行判定，若测量信号有误，系统运行转速取系统设置最大转速Smax为冷却风扇转速；

5)根据给定的温度与转速的对应关系，对测得的温度分别求出其对应的转速；

6)在5)获取的转速中，取最大的转速作为系统运行的转速S；

7)求得流量调节装置对应的脉宽调制信号的占空比P；

8)根据所求得的占空比P，控制器按占空比P输出脉宽调制信号到流量调节装置，并对输出进行监控；

9)通过改变流量调节装置的脉宽调制信号的占空比P，改变驱动装置的驱动能力，驱动装置的转速相应发生变化，驱动装置带动风扇，风扇的转速相应发生变化，风扇转速的变化，使冷却效果发生变化，则车辆相应的冷却介质的温度发生改变。

8.如权利要求7所述的一种冷却风扇控制装置的控制方法，其特征在于：当系统测试和输出监控检测到系统错误时，系统关闭脉宽调制输出，并调用错误处理程序。

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