CN101537790A - 使用可变速风扇控制车辆装置的温度 - Google Patents

使用可变速风扇控制车辆装置的温度 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种冷却车辆中的装置的风扇的控制方法，包括：将至少第一装置和第二装置的当前温度与每个所述装置的多重温度范围做比较，并且以所述比较结果为基础确定是否应当改变风扇速度，如果所述比较结果的至少一个显示期望最大风扇速度，则提高风扇速度至最大风扇速度，如果所述比较结果的至少一个显示期望在最大风扇速度内提高风扇速度，则提高风扇速度至参考风扇速度，以及如果所述比较结果显示期望降低风扇速度，则降低风扇速度至参考风扇速度。

Description

使用可变速风扇控制车辆装置的温度
技术领域
[0001]本发明总的涉及一种位于机动车辆中的风扇，利用该风扇产生的空气流以对流方式转移来自各个组件、装置或系统的热量。
背景技术
[0002]在混合电动车辆中、或动力源为燃料电池的车辆中或者拥有传统动力系的车辆中，速度和工作效率可变的风扇被用在各种车辆系统中以将温度维持在可接受的范围内。每个系统都有特定的温度范围，在此范围内系统工作效率最优。受风扇运转影响的车辆系统可包括发动机冷却剂、变速箱油、动力转向油、发动机油、电动机和功率电子器件的冷却剂、燃料电池堆、电池热系统、发动机中冷器、致冷剂或者空调。
[0003]需要一种策略来应对系统的温度需求并控制风扇，从而使得风扇能耗、风扇功率和风扇噪声最小化。优选地，该控制策略还将使风扇和与车辆系统相关的其他装置(例如，制冷压缩机)的总能耗最小化。
[0004]该控制策略还应当使受风扇运转影响的动态系统的噪声、振动和声振粗糙度(NVH)最小化。
发明内容
[0005]实施例设想了一种控制车辆中的风扇的方法。该方法将至少第一装置和第二装置的当前温度与每个所述装置的多重温度范围做比较，并且以比较结果为基础确定是否应当改变风扇速度。如果比较结果的至少一个显示期望最大风扇速度，则提高风扇速度至最大风扇速度；如果比较结果的至少一个显示期望在低于最大风扇速度内提高风扇速度，则提高风扇速度至参考风扇速度；以及如果比较结果显示期望降低风扇速度，则降低风扇速度至参考风扇速度。
[0006]实施例的优点在于，在很宽的工作模式范围内最小化了风扇功耗和风扇噪声，提高了燃料效率，改进了NVH，并结合控制策略来控制前端风扇以最小化混合动力、燃料电池和传统动力车辆的能耗从而最小化风扇功率和风扇噪声。日益增加的主动控制多个车辆系统(发动机冷却剂、变速箱油、动力转向油、发动机室中的组件、发动机油、电动机和功率电子器件的冷却剂、燃料电池堆、电池热系统、中冷器、空调)的温度的需求得到了满足，其中每个车辆系统均具有对应有效点的特定最优控制点。该控制策略控制风扇速度以使满足每个系统冷却需求的风扇功率最小化，并结合NVH控制以最小化风扇噪声来满足车辆的需求。
附图说明
[0007]图1A-1B为图示机动车辆的风扇速度控制的逻辑流程图；
[0008]图2示出了图1所示的发动机冷却剂控制模块的控制逻辑步骤；
[0009]图3示出了图1所示的制冷系统风扇速度请求模块的控制逻辑步骤；
[0010]图4示出了图1所示的NVH控制模块的控制逻辑步骤；以及
[0011]图5示出了图1所示的风扇效率控制模块的控制逻辑步骤。
具体实施方式
[0012]参照图1A-1B，基于需要温度控制的组件/子系统的数目的一系列测试50-55被执行，以确定对于每个组件或系统是否要设置一种显示需要提高风扇速度的标记，或者设置另一种显示需要降低风扇速度的标记。在图1A-1B中，提高和降低的箭头代表被设置的标记的本身含意，即，通过风扇产生的空气流冷却的每个系统或组件的风扇速度的提高或降低需要。如果设置了提高风扇速度的标记，控制算法则确定是否要提高风扇速度、新速度值以及速度变化率。如果设置了降低风扇速度的标记，控制算法则确定是否降低风扇速度、新速度值以及速度变化率。
[0013]温度被测试的装置和系统可包括发动机冷却剂50、变速箱油温度(TOT)51、中冷器(CAC)52、低温回路53、电池冷却剂温度54以及制冷系统风扇55。低温回路是工作温度低于发动机冷却系统的冷却剂回路。车辆可包括多重低温回路，用来冷却功率电子器件、电动机、发动机增压空气、混合电池、燃料电池堆等。
[0014]图2图示了用于发动机冷却系统的判定模块50，其包括两个额定冷却剂温度范围测试60以决定(1)发动机冷却剂温度是否高于额定最大参考温度，以及(2)发动机冷却剂温度是否低于额定最小发动机冷却剂温度范围。如果测试60(1)的结果在逻辑上为真，则在61处设定指示将风扇速度提高到权重因子倍的标记。如果测试60(2)的结果在逻辑上为真，则在62处设定指示将风扇速度降低到权重因子倍的标记。如果测试60(1)和60(2)的结果均为假，则不设置标记。
[0015]判定模块50进一步包括中间冷却剂温度范围测试64，该测试确定当前发动机冷却剂温度是否处在位于最大中间参考温度和最小中间参考温度之间的范围内。如果测试64的结果在逻辑上为真，则在63处设定指示效率和上升限度最优化支路的标记。
[0016]如果测试64结果为假，则不设置指示将在步骤57中执行的效率和上升限度最优化的标记，且控制前进到步骤66。
[0017]在步骤68中，进行测试以确定在步骤50至54中被测试的任何装置是否已经设定了效率和上升限度最优化支路标记。如果在步骤50至54中被测试的任何装置的测试68的结果为假，则在步骤70-76被执行之前，在步骤69中为相应装置设定风扇速度上升标记。
[0018]如果在步骤50至54中被测试的每个装置的测试68的结果为真，则不执行风扇速度上升，控制则前进到步骤57。
[0019]判定模块50进一步包括最大风扇模式测试66，该测试确定当前发动机冷却剂温度是否处在位于最大高参考温度和最小高参考温度之间的范围内。如果测试66的结果在逻辑上为真，则在67处设置指示将风扇速度提高至其最大速度的标记，否则不设置标记。
[0020]相应装置、组件和系统的测试51-54中的每一个均包括参考图2所描述的一系列测试。因此，对最初两个测试60(1)和60(2)中的每一个都会设定一种标记，对测试64可以设定一种标记，以及对测试66可以设定一种标记。
[0021]回到图1B，在步骤70中执行测试以确定是否设置任何风扇全速标记67。如果测试70的结果为真，则在71中风扇速度将增至其最大速度。
[0022]如果测试70的结果为假，则控制前进到步骤72。在该步骤中进行测试以确定是否设定了作为执行步骤57的结果的任何风扇全速标记，下面将参照图5对此进行描述。如果设定了任何风扇速度上升标记以及测试72的结果为真，则在步骤73中将风扇速度提高到校准因子倍，该校准因子是基于设定了风扇速度上升标记的装置。
[0023]如果测试72的结果为假，控制则前进到步骤74，在该步骤中进行测试以确定对每个装置50-54的每一个风扇降速标记62是否均被设定。如果测试74的结果为真，则在75中将风扇速度降低到校准因子倍。
[0024]如果测试74的结果为假，控制则前进到步骤76。在该步骤中进行测试以确定是否对在步骤50-54中被测试的任何装置设定了任何风扇提速标记61。如果测试76结果为真，则在步骤77中确定增加的风扇速度，其是当前风扇速度的倍数。在步骤78和82中确定风扇速度的变化率。
[0025]如果测试76的结果为真，则在78中确定车速并用函数82确定风扇速度的期望变化率80，函数82由车速和属于要求提高风扇速度的装置或多个装置的值来表征。在84中按照期望变化率80改变风扇速度，且算法在步骤85处结束。
[0026]在步骤98中，进行测试以确定风扇噪声是否大于风扇噪声限度。如果测试98的结果为真，控制则前进到步骤100以确定在步骤73、75、77的任何一个中是否已经设定了风扇提速标记。如果在步骤100中的测试为假，则在步骤102中进行测试来确定当前风扇速度下的函数94的斜率是否为负。
[0027]图3更详细地图示了制冷系统风扇速度请求55的控制步骤，其在图1所示的步骤54之后被立即执行。在步骤120中，检查制冷系统压缩机的“开/关”运行状态。如果压缩机是关的，控制则前进到步骤56。
[0028]但如果压缩机是开的，则在步骤122中执行测试以确定发动机速度改变是否引起压缩机速度大的变化。如果压缩机速度变化大于压缩机速度的参考变化，控制则前进到步骤56，且制冷系统风扇请求55被跳过。如果压缩机速度变化小于参考速度变化，则在步骤124中计算当前驱动压缩机和风扇所需要的功率值，并在步骤126中将该功率值存储到电子存储器中。
[0029]经验显示，提高风扇速度能减小压缩机负载。因此，在128中提高风扇速度，在步骤130中计算驱动压缩机和速度提高后的风扇所需要的新的总功率，并在步骤132中将该新的总功率存储到电子存储器中。
[0030]在步骤134中确定驱动压缩机和风扇所需的新的总功率随时间的变化率，并且将该变化率用作确定函数136期望增益的一个指标。在步骤138中设定期望增益，并且将其存储在电子存储器中以便于步骤140、142中的使用。期望增益为期望的风扇速度的时间变化率。
[0031]在步骤144中执行测试以确定步骤126中存储的总功率是否大于步骤132中存储的总功率。如果测试144的结果为真，则在步骤140中用风扇速度变化和期望增益的乘积来计算风扇速度的改变。在146中设定指示将风扇速度提高到校准的权重因子倍的标记。
[0032]如果测试144的结果为假，则在步骤142中用风扇速度变化和期望增益的乘积来计算风扇速度的改变。在148中设定指示将风扇速度降低到校准的权重因子倍的标记。
[0033]图4图示了对图1A的NVH模块56代表的NVH进行优化的控制步骤。如果在步骤190中的测试显示风扇是开的，控制则前进到步骤192以通过由当前风扇速度表征的函数194确定当前风扇噪声。目标风扇噪声限度在图194中表示为水平线。
[0034]目标风扇噪声限度可以是由函数196确定的动态值，其自变量包括车速、发动机速度和由变速箱产生的当前档位。目标风扇噪声限度可依赖于这些以及其他变量，包括节气门位置、风扇速度、发动机速度和发动机冷却剂温度。在198中通过将风扇速度提高或降低到校准因子倍来优化NVH。
[0035]在200中，执行测试以确定当前风扇噪声是否大于目标风扇噪声限度。如果测试200的结果为真，控制则转到步骤202，在步骤202中执行测试以确定是否设置了风扇提速标记73、75、77。
[0036]如果测试202的结果为假，则在步骤204中执行测试以确定当前风扇速度下的风扇噪声函数194的斜率是否为负。
[0037]如果测试204的结果为真，则在步骤206中将风扇速度降低到因子倍，且控制前进到步骤68。但如果测试204的结果为假，其显示当前风扇速度下的函数194的斜率为正，控制则前进到步骤68而不提高风扇速度。
[0038]如果测试200的结果为假，其显示风扇噪声小于风扇噪声限度，或者如果测试202的结果为真，其显示风扇提速标记被设定，则在步骤208中例如通过函数194确定更高的风扇速度，该更高的风扇速度产生的噪声低于对应的风扇速度限度所产生的噪声。在步骤210中，风扇速度增至在步骤208中所确定的风扇速度，控制则前进到步骤68。
[0039]图5图示了图1B的风扇效率模块57的步骤。如果步骤250中的测试显示风扇是关的，控制则前进到步骤70。但如果步骤250的测试显示风扇是开的，控制则前进到步骤252以通过函数254确定当前风扇速度下的风扇效率的斜率是否为负。如果效率斜率是正的，则在步骤256中将风扇速度降低到校准权重因子倍。如果效率斜率是负的，在步骤258中将风扇速度提高到校准权重因子倍。如此，就将风扇速度变为最优风扇速度，在此速度下驱动风扇所需的电功耗降低了。
[0040]贯穿说明书，术语“风扇”适用于产生气流的吹风机。术语“装置”和“系统”适用于其温度受气流的速度和温度影响的组件。
[0041]尽管已详述了本发明某些实施例，本发明所涉及领域的技术人员将能认知由所附权利要求限定的本发明的各种替代方式和实施例。

Claims (18)

1.一种冷却车辆中的装置的风扇的控制方法，包括：
(a)将至少第一和第二所述装置的当前温度与每个所述装置的多重温度范围做比较，并以比较结果为基础确定风扇速度是否应当降低、是否应当通过阶跃变化提高、是否应当随时间而提高或者是否应当最大化；
(b)如果所述比较结果的至少一个显示期望最大风扇速度，则提高风扇速度至最大风扇速度；
(c)如果所述比较结果的至少一个显示期望阶跃式提高风扇速度，则以阶跃变化来增大风扇速度至参考风扇速度；
(d)如果所述比较结果的至少一个显示期望随着时间来提高风扇速度，则以参考变化率来提高风扇速度至参考风扇速度；以及
(e)如果所述比较结果显示期望降低风扇速度，则降低风扇速度至参考风扇速度。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括步骤：
确定驱动制冷系统的压缩机和处于第一速度的所述风扇所需的第一功率值；
提高风扇速度至第二风扇速度，并确定驱动所述压缩机和处于所述第二风扇速度的所述风扇所需的第二功率值；
如果所述第一功率值大于所述第二功率值，则以期望比率提高所述风扇速度至所述第二风扇速度；以及
如果所述第一功率值小于所述第二功率值，则以期望比率降低所述风扇速度。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括步骤：
确定风扇效率对风扇速度的变量；
如果当前风扇速度下的所述风扇效率对风扇速度的变量的斜率为正，且期望提高风扇速度，则提高风扇速度；以及
如果当前风扇速度下的所述风扇效率对风扇速度的变量的斜率为负，且期望降低风扇速度，则降低风扇速度。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括步骤：
如果从当前风扇速度开始降低风扇速度会提高风扇效率，且期望降低风扇速度，则降低风扇速度；以及
如果提高风扇速度会提高风扇效率，且期望提高风扇速度，则提高风扇速度。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括步骤：
确定风扇噪声限度；
确定风扇噪声对风扇速度的变量；以及
如果当前风扇噪声大于所述风扇噪声限度，不期望提高风扇速度，且当前风扇速度下的风扇噪声对风扇速度的变量的斜率为负，则降低风扇速度。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括步骤：
确定风扇噪声限度；
确定风扇噪声对风扇速度的变量；以及
如果当前风扇噪声小于所述风扇噪声限度，且期望提高风扇速度，则提高风扇速度。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，进一步包括步骤：
提高风扇速度，从而使得处于提高了的风扇速度下的风扇噪声小于所述风扇噪声限度。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括步骤：
确定风扇噪声限度；
如果当前风扇噪声大于所述风扇噪声限度，不期望提高风扇速度，且降低风扇速度将减小风扇噪声，则降低风扇速度；以及
如果当前风扇噪声小于所述风扇噪声限度，且期望提高风扇速度，则提高风扇速度。
9.一种冷却位于车辆中的装置的风扇的控制方法，包括步骤：
(a)将至少第一装置和第二装置的当前温度与每个所述装置的多重温度范围做比较，并以比较结果为基础确定是否应当改变风扇速度；
(b)如果所述比较结果的至少一个显示期望最大风扇速度，则提高风扇速度至所述最大风扇速度；
(c)如果所述比较结果的至少一个显示期望在最大风扇速度内提高风扇速度，则提高风扇速度至参考风扇速度；以及
(d)如果所述比较结果显示期望降低风扇速度，则降低风扇速度至参考风扇速度。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，步骤(c)进一步包括步骤：
如果所述比较结果的至少一个显示要求风扇速度的阶跃提高，则按阶跃变化提高风扇速度至参考风扇速度。
11.如权利要求9所述的方法，其特征在于，步骤(c)进一步包括步骤：
如果所述比较结果的至少一个显示要求随时间提高风扇速度，则以参考变化率来提高风扇速度至参考风扇速度。
12.如权利要求9所述的方法，其特征在于，进一步包括步骤：
确定驱动制冷系统的压缩机和处于第一速度的风扇所需的第一功率值；
提高风扇速度至第二风扇速度，并确定驱动所述压缩机和处于所述第二风扇速度的所述风扇所需的第二功率值；
如果所述第一功率值大于所述第二功率值，则以期望速率提高所述风扇速度至所述第二风扇速度；以及
如果所述第一功率值小于所述第二功率值，则以期望速率降低所述风扇速度。
13.如权利要求9所述的方法，其特征在于，进一步包括步骤：
确定风扇效率对风扇速度的变量；
如果当前风扇速度下的风扇效率对风扇速度的变量的斜率为正，且期望提高风扇速度，则提高风扇速度；以及
如果当前风扇速度下的风扇效率对风扇速度的变量的斜率为负，且期望降低风扇速度，则降低风扇速度。
14.如权利要求9所述的方法，其特征在于，进一步包括步骤：
如果从当前风扇速度开始降低风扇速度会提高风扇效率，且期望降低风扇速度，则降低风扇速度；以及
如果提高风扇速度会提高风扇效率，且期望提高风扇效率，则提高风扇效率。
15.如权利要求9所述的方法，其特征在于，进一步包括步骤：
确定风扇噪声限度；
确定风扇噪声对风扇速度的变量；
如果当前风扇噪声大于所述风扇噪声限度，不期望提高风扇速度，且当前风扇速度下的风扇噪声对风扇速度的变量的斜率为负，则降低风扇速度。
16.如权利要求9所述的方法，其特征在于，进一步包括步骤：
确定风扇噪声限度；
确定风扇噪声对风扇速度的变量；
如果当前风扇噪声小于所述风扇噪声限度，且期望提高风扇速度，则提高风扇速度。
17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，进一步包括步骤：
提高风扇速度，从而使得处于提高了的风扇速度下的风扇噪声小于所述风扇噪声限度。
18.如权利要求9所述的方法，其特征在于，进一步包括步骤：
确定风扇噪声限度；
如果当前风扇噪声大于所述风扇噪声限度，不期望提高风扇速度，且降低风扇速度会减小所述风扇噪声，则降低风扇速度；以及
如果当前风扇噪声小于所述风扇噪声限度，且期望提高风扇速度，则提高风扇速度。
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