CN102061976A - 控制车辆发动机冷却回路的风扇转速的方法和设备 - Google Patents

Abstract

一种控制车辆发动机冷却回路的风扇转速的方法，其特征在于，包括以下步骤：根据发动机冷却系统中流体的参考温度值（2）与测得的实时温度值（3）的差异，及减速器所需制动力矩的百分比值（4），或风扇实时速度的测量值（5），评估减速器和发动机单元对风扇转速的贡献；将所述减速器和所述发动机系统对所述风扇转速的贡献相加，得到所述风扇转速（如图1所示）。

Description

控制车辆发动机冷却回路的风扇转速的方法和设备

技术领域

本发明涉及一种控制车辆发动机冷却回路的风扇转速的方法和设备。

背景技术

采用热力发动机的推进系统通常配备有不同复杂水平的流体冷却回路，该回路使用风扇。 

有各种车辆系统需要启动风扇，这些系统例如：除了包括各种附加元件如涡轮增压器回路及其各自的内置制冷步骤的发动机冷却流体循环系统之外，还比如耗散型减速系统，如被称作“减速器”的液压减速机、空调机组、动力输出装置，等等。

通常有一个单独的风扇安装在发动机和散热器芯之间，例如空调回路的冷凝器、涡轮增压回路的内置制冷热交换器（后冷却器）和发动机冷却散热器。

在本领域众所周知：根据控制电路检测到的不同条件，使风扇以不同的离散速度转动。

如果风扇只以最大速度转动，则会出现风扇转速过高的几种行驶状况。这将会引起循环流体的过度冷却：例如发动机油的过度冷却将会增加其粘度，这将增加其摩擦以及燃料消耗。

因此冷却风扇吸收发动机提供的大部分能量，从而停止转动，或者在特定工作情形下降低转速，这样可以节省很多能量。

在某些车辆中，风扇通常是处于激活状态的，如在商业和工业类车辆中，使用合适的设备，通过机械连接到传动轴的方式代替直接连接到传动轴，这样适合控制转速。

粘性连接件、电磁联接器等设备会在风扇和发动机间产生摩擦耦合，这是本领域公知的，且根据车辆状况，这些设备还可以改变主动轴和风扇之间的传动比。粘性连接件的优点在于可连续控制传动比，但它的缺点在于连续驱动风扇工作，而会对温度的变化产生滞后响应。另一方面，电磁联接器提供合理的发动机/风扇速度比数值，当联接器断开连接时，会有更快的响应，降低风扇驱动，但它的缺点是提供的风扇转速变化较小。这些不同水平决定了不同能量的吸收以及不同的燃料消耗水平。

上述用于改变风扇转速的方式不是最佳的，因为其中风扇有两个或三个离散转速的简化决策模式仍然确定了过高的风扇转速，而不能使燃料消耗达到最优化。

发明内容

因此本发明的目的是克服上述与根据离散速度水平而进行的启动有关的缺陷，提供一种控制车辆发动机冷却回路的风扇转速的方法和设备，该方法和设备可通过保持令人满意的发动机冷却性能来优化风扇速度变化、并进而优化燃料消耗。

特别是，风扇转速连续控制的驱动，意味着为了优化运转、效率和燃料消耗，通过适当的控制步骤，完全脱离主动轴的旋转是可能的。

有利的是，风扇转速的连续控制在位于风扇和发动机间的联接接头上启动。

如果是电磁活接联接器，则通过脉冲控制方式驱动机械联接器。

本发明的主题是车辆发动机冷却回路中控制风扇转速的方法，包括以下步骤：根据发动机冷却系统流体参考温度与当前测量温度的差异和减速器要求的制动力矩百分比，评估发动机单元中的减速器对于风扇转速的贡献； 根据发动机冷却系统流体参考温度与当前测量温度的差异和风扇的当前转速值，来评估发动机系统对风扇转速的贡献；通过将上述减速器和发动机系统的贡献相加，来获得所述的风扇转速。

当所述风扇通过电磁联接器与所述发动机连接时，本发明的主题也是车辆发动机冷却回路中控制风扇转速的方法，方法包括以下步骤：根据发动机冷却系统流体参考温度与当前测量温度的差异和减速器要求的制动力矩百分比，评价发动机组减速器对风扇转速的贡献；根据发动机冷却系统流体的参考温度与当前测量温度的差异和测得的风扇的当前转速值，评价发动机系统对风扇转速的贡献；通过将上述减速器和发动机系统的贡献相加，获得所述的风扇转速；比较第一个速度值与风扇转速的预定离散值，并提供第二个风扇转速，如所述联接器与所述风扇直接耦合时的零值、中间值或最大值；评估测量的当前燃料消耗相对于阈值的高低，如果当前燃料消耗高于阈值，选择第一个速度值作为该风扇的转速，否则选择第二个速度值。

本发明的主题尤其涉及控制车辆发动机冷却回路中风扇转速的方法和设备，将在本发明主要部分的权利要求书中做更充分的描述。

附图说明

本发明的更进一步目的和优点，通过优选实施例（或相应可选择的实施例）和附图的具体描述会更加清晰，优选实施例或附图仅是说明性的而非限制性的，其中：

图1展示了本发明风扇转速控制方法的第一种可选择的实施例的框图；

图2,3,4展示了图1方法下INT、ENG和CLI模块实施例的框图；

图5展示了本发明风扇转速控制方法第二种可选择的实施例的框图；

图6展示了图5模块53的实施例的功能框图；

附图中相同的参考数字和字母用于标识相同的元件或部件。

具体实施方式

下面是本发明的描述，可对风扇转速进行连续控制，允许其与驱动轴的旋转不相关联。

通过附图中的功能框图描述本方法，其中每个框图对应于可通过相应设备实现的逻辑功能。

车辆的不同系统可能需要启动风扇，因为这些系统会产生通过各自冷却系统转移的热量。在下面描述的非限制性例子中，所涉及系统是发动机单元、减速系统（以下称减速器）和空调单元。

所述车辆系统，以本领域公知的方式，例如在CAN内部数据线上提供信号或幅值及其它，作为连续控制系统的输入，这些适合提供风扇转速幅度的输出。

如图1所示，连续控制方法包括模块INT，当发动机系统中存在减速器时，评估其对风扇速度值的贡献；此外，模块ENG评估发动机系统对风扇速度值的贡献，其可包括几个其它元件，如涡轮增压器回路。这两个值加在一起作为输出总值1。如果减速器不存在，它的贡献则为零。

减速器和发动机冷却系统同时起作用，因为在整个发动机系统中，由水加热循环和减速器运作产生的两种效应之间有相互作用，这将制动车辆运动链，将动能转化成在液压冷却回路中的热能。

根据减速器要求的制动力矩百分比，减速器以快速的方式产生热量，该模块会对风扇速度进行预控制，为了冷却水，风扇速度的控制是必要的。仅考虑发动机系统的贡献（模块ENG）将过于耽误风扇的最佳干预。因此，模块INT评估减速器在冷却系统中产生热量的值：事实上，如果启动减速器，实际需要的风扇转速会更高。

模块INT接收到的输入数据有：发动机冷却系统中流体参考温度参数2（如102℃），其理想情况是维持不变；减速器4需要的制动力矩百分比4；发动机冷却系统中流体的实时温度3。

模块ENG接收到的输入数据有：参考温度参数2；发动机冷却系统中流体实时温度3；实时风扇速度的测量值5。

对模块INT和ENG的具体描述参考附图2和3。

优选有模块CLI，适合确定和提供由空调单元的贡献提供的风扇转速值输出9。

事实上，空调单元回路中气压（氟利昂）的控制十分必要，应该确保其不超过一定的值。鉴于气压的增加与相应冷却回路的温度的增加有关，气压的控制可通过对风扇转速的控制来实现。

模块CLI接收到的输入数据有：冷却回路中气体（氟利昂）的恒定参考气压值6，如16bar；氟利昂的实时测量压力值7；风扇速度值8，例如850rpm。

模块CLI的具体实施例的描述参考附图4。

如果没有模块CLI，风扇速度控制值RPM由输出1给出。反之，如果有模块CLI，风扇速度控制值RPM在模块MX中确定，为输出1和9二者的最高值。

在非限制性实施例中，模块INT、 ENG和 CLI包括并联支路，通过积分、求导和乘法准则处理输入数据，将所得值相加，以获得输出值。输入数据可通过内部CAN线路获得。

图2中模块INT用于评估恒定温度值2与上述实测温度值3之间的差异。该差异被提供给属于三个并联支路的三个输入有合适的相乘常数的乘法器M1、M2、M3，M1的输出值直接提供给加法器S2；M2的输出值提供给积分器I2，该积分器的第二输入为减速器所需的制动力矩百分比值4，且其输出值提供给加法器S2，为加法器的第二输入；M3的输出值提供给加法器S2作为其第三输入。加法器S2将接收到的三种贡献的总和提供给饱和器，饱和器的输出提供模块INT对风扇转速值的贡献。

图3中模块ENG用于评估恒定温度值2与上述实测温度值3的差异。该差异提供给属于三个并联支路的三个输入有合适的相乘常数的乘法器M4、M5、M6，M4的输出值直接提供给加法器S3；M5的输出值提供给积分器I3，积分器的第二输入为当前风扇转速的实测值5，其输出值作为加法器S3的第二输入；M6的输出值提供给求导器D3，求导器的输出作为加法器S2的第三输入。后者将接收到的三种贡献的总和提供给饱和器，饱和器的输出提供模块ENG对风扇转速值的贡献。

附图4中模块CLI用于评价氟利昂的恒定压力值6与上述实测压力值7的差异。所得的差异提供给属于三个并联支路的、输入有合适的相乘常数的三个乘法器M7、M8、M9，M7的输出值直接提供给加法器S4；M8的输出值提供给积分器I4，积分器的第二输入为当前风扇转速的实测值8，其输出值作为加法器S4的第二输入；M9的输出值提供给求导器D4，求导器的输出作为加法器S4的第三输入。后者将接收到的三种贡献的总和提供给饱和器，饱和器的输出提供模块CLI对风扇转速值的贡献。

下面的描述中给出了通过电磁活接联接器连接到主动轴时，风扇转速控制方法的替代实施例。在本领域中众所周知，耦合条件使风扇按照离散速度旋转，例如直接耦合时，为两种速度，中间速度与最大速度（除了风扇停止的条件）。如上所述，这种速度控制方式可改善燃料的消耗。另一方面，直接耦合保证了联接器材料的较少磨损。

本发明这种风扇速度连续控制，可通过使用PWM技术（脉冲调制宽度）的脉冲控制方式，应用到电磁联接器中。所述风扇速度的连续控制，优化了燃料消耗。但是另一方面，PWM型脉冲控制可引起联接器材料的磨损。为了解决此潜在缺陷，所述系统（图1）由决策模块完成，无论是连续还是离散类型，根据对驱动或控制条件的评估，能够立刻决定启动哪种风扇速度控制。

这种情况下该方法包括附图1的模块，以及模块51，其接收由所述模块INT和ENG计算的加和值得到的速度值1，评估两个离散风扇速度值的定位，在输出决定选择直接耦合时的中间值和最大值，或者为零值。

决策回路D5预计启动风扇速度控制类型的决策，根据输入信号，启动所述模块MX或者模块51的输出。

模块52接收当前燃料消耗的测量值10。如果该测量值低于阈值11，例如当油门踏板是松的或刹车时，它的值为零，决策回路D5提供给模块51选择最初离散控制的信号，因为没有燃料消耗的问题。

模块53也可存在，其可根据得到的表格中的值，评估电磁联接器的瞬时和逐渐磨损程度。图6为模块53的可能的具体实施例。

发动机速度（主动轴的角速度），某一时刻风扇速度以及整个覆盖距离的测量值是可以得到的，例如通过CAN数据线。此外，电磁联接器的温度数据也可以得到。

风扇速度61及主动轴速度62被提供给模块65， 该模块65核实这两个速度值之间的差异，并利用这种差异在预先存储的、已知类型的表中找到正在发生的瞬时磨损的增量值(mm/s)。将该磨损值在积分器66中进行积分。每次启动发动机时，积分器从预先确定的值（例如零）开始积分；每次停止发动机时，得到的积分值将被储存，并被加入到发动机下一轮工作获得的趋势值中。

积分器的输出值提供给比较器67，该比较器67将该输出值与模块68提供的表格值进行比较，模块68输出预期磨损值或可容忍磨损值，其为从输入端63获得的全部行驶公里数的函数。所述表格是预先装好的。如果计算出的磨损值高于预期的或可容忍的磨损值，比较器67的输出将被提供给所述系统、作为模块53的输出， 这表明要选择最初的离散型速度控制，以便将联接器的磨损最小化。

此外，如果可得到联接器温度的数据，它提供给模块69的输入64，评估耦合温度是否高于阈值：然后模块69的输出指示系统选择离散型的速度控制，可以将耦合磨损最小化。

模块70是可选的，适合区分车辆使用的类型，事实上，根据现有的车辆参数，评估是否在高速公路上使用。该模块可通过本领域公知的方式实现。高速公路使用适合于连续脉冲控制风扇速度，以将燃料损耗最小化。相反，车辆系统热流量的驱散会变得困难，比如山路，有很多上坡，此时燃料的损耗会增加很多，连续控制速度将不会有明显的优势，而联接器磨损的风险将会成为主导。然后同样是模块70的输出给系统信号，选择最初的离散型控制速度，可以将联接器磨损降低到最小。

模块67,69和70的输出提供给逻辑OR，其可提供给决策回路D5关于控制类型的指示信号（如图5）。实现该方法的设备可包括含有完成上述操作的软件的电子控制单元，使用本领域技术人员可得知的编程技术的适当的程序。此外，该设备包括连接回路，将控制单元输出的电扇速度数据转换成电子信号或者类似物，其特性取决于风扇和主动轴之间的联接器装置的类型。在上述电磁联接器的例子中，该信号为脉冲电子信号。

至少本发明的一部分控制方法通过计算机程序来实现，当所述程序在计算机上运行时，包括运行一个或多个上述方法的步骤的程序代码。因为这个原因，本发明包括所述计算机程序及包括计算机可读介质，包括记录信息，上述计算机可读介质包括计算机程序代码，当所述程序在计算机上运行时，完成一个或多个上述方法的步骤。

在不脱离本发明范围的前提下，对本发明进一步的替换或者相对等的实施例对本领域技术人员而言是显而易见的。

本发明的优点是明显的。

使用该解决方法，可以保持最好的和准确的冷却回路的流体的控制，因此，能够保持高温，从而增加发动机的效率，降低燃料损耗。

使用现有系统，给定不精确及延迟的启动，可将温度控制的较低，以防止过热。

通过上述描述，不再需要更多的细节，本领域技术人员即可以实现本发明。 

Claims (14)

1.用于控制车辆发动机冷却回路的风扇转速的方法，其特征在于，包括以下步骤：

根据发动机冷却系统中流体的参考温度值（2）与测得的所述流体的实时温度值（3）的差异、以及根据减速器所需的制动力矩的百分比值（4），评估发动机单元内的减速器对风扇转速的贡献；

根据发动机冷却系统中流体的参考温度值（2）与测得的所述流体的实时温度值（3）的差异、以及根据风扇实时速度的测量值（5），评估发动机系统对风扇转速的贡献；

将所述减速器和所述发动机系统的贡献相加，得到所述风扇转速。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤：

根据空调冷却系统的参考气压值（6）与测得的实时气压值（7）的差异、以及根据所述风扇的实时转速，评估空调单元对风扇转速的贡献；

将所述减速器和发动机系统的贡献总和与所述空调单元的贡献之间的较高值作为所述风扇转速。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：根据并联支路来确定所述减速器、发动机系统及空调单元中的每一个对所述风扇转速的贡献，所述并联支路按照积分、求导和乘法准则对输入的数据进行处理，再将这些数据进行相加和限定，得到输出值。

4.用于控制车辆发动机冷却回路的风扇转速的方法，所述风扇通过电磁活接联接器与发动机单元相连，所述方法包括以下步骤：

根据发动机冷却系统中流体的参考温度值（2）与测得的实时温度值（3）的差异、以及根据减速器所需的制动力矩的百分比值（4），评估发动机单元的减速器对风扇转速的贡献；

根据发动机冷却系统中流体的参考温度值（2）与测得的实时温度值（3）的差异、以及根据风扇实时转速的测量值（5），评估发动机系统对风扇转速的贡献；

将所述减速器和发动机系统的贡献相加，得到第一风扇转速值；

将所述第一风扇转速值与预先分配的离散的风扇转速值进行比较，并提供第二风扇转速值，该第二风扇转速值为以下三者的其中之一：空值、中间值和所述联接器与所述风扇之间为直接耦合时的最大值；

评估比较燃料消耗的实时测量值（10）与阈值（11）；

如果所述燃料消耗的实时测量值（10）高于所述阈值，选择所述第一风扇转速值作为风扇转速，否则选择所述第二风扇转速值作为风扇转速。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤：

根据空调冷却系统的参考气压值（6）与测得的实时气压值（7）的差异、以及根据所述风扇的实时转速，评估空调单元对风扇转速的贡献；

将所述减速器和发动机系统的贡献总和与所述空调单元的贡献之间的较高值，作为所述第一风扇转速值。

6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，还包括所述电磁活接联接器的磨损程度的评估步骤，该评估步骤包括如下步骤：

评估测得的发动机速度值与测得的风扇转速值之间的差异；

利用上述差异、在已储存的表中找到所述电磁联接器的瞬时磨损增量值；

对所述瞬时磨损增量值进行积分，即将其加入到从所述电磁联接器的第一次使用开始陆续获得的在先值中，获得积分值；

将所述积分值与表格值（68）进行比较，所述表格值提供作为车辆全部行驶公里数的函数的预期磨损值或可容忍磨损值输出；

如果所述积分值低于所述预期磨损值，选择所述第一风扇转速值作为风扇转速，否则选择所述第二风扇转速值作为风扇转速。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括将所述电磁联接器的测得的温度值与温度阈值进行比较的步骤；

如果所述测得的温度值低于所述温度阈值，选择所述第一风扇转速值作为风扇转速，否则选择所述第二风扇转速值作为风扇转速。

8.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于：根据并联支路来确定所述减速器、发动机系统及空调单元中的每一个对所述风扇转速的贡献，所述并联支路按照积分、求导和乘法准则对输入的数据进行处理，再将这些数据进行相加和限定，得到输出值。

9.根据权利要求3或8所述的方法，其特征在于：用所述参考温度值(2)与测得的温度值(3)之间的差异来评估所述减速器(INT)对风扇转速的贡献；所述差异被提供给所述三个并联支路，该三个并联支路包括三个乘法器(M1, M2, M3)，所述三个乘法器将所述差异分别与不同常数相乘；第一乘法器（M1）的输出值直接提供给加法器（S2）；第二乘法器（M2）的输出值提供给积分器（I2），该积分器的第二输入为减速器所需的制动力矩百分比值（4），且该积分器的输出值提供给加法器（S2），为加法器的第二输入；第三乘法器（M3）的输出值提供给求导器（D2），该求导器的输出提供给加法器（S2）作为其第三输入；所述加法器（S2）将接收到的值的总和提供给饱和器，该饱和器的输出提供了减速器（INT）对风扇转速的贡献。

10.根据权利要求3或8所述的方法，其特征在于，用所述参考温度值（2）和测得值（3）的差异来评估所述发动机单元（ENG）对风扇转速的贡献；所述差异被提供给所述三个并联支路，该三个并联支路包括三个乘法器(M4, M5, M6)，该三个乘法器将所述差异分别与不同常数相乘；第一个乘法器（M4）的输出直接提供给加法器（S3）；第二个乘法器（M5）的输出提供给积分器（I3），该积分器的第二输入为测得的实时风扇转速值（5），所述积分器的输出提供给加法器（S3）作为加法器的第二输入；第三个乘法器（M6）的输出提供给求导器（D3），该求导器的输出提供给加法器（S3）作为加法器的第三输入；所述加法器(S3)将接收到的值的总和提供给饱和器，该饱和器的输出表示所述发动机单元(ENG)对风扇转速的贡献。

11.根据权利要求3或8所述的方法，其特征在于，冷却回路中的参考气压值（6）与测得的实时气压值(7)的差异来评估所述空调单元(CLI)对所述风扇转速的贡献；所述差异被提供给三个并联支路，该三个并联支路包括三个乘法器(M7, M8, M9)，该三个乘法器将所述差异分别与不同常数相乘；第一个乘法器(M7)的输出直接提供给加法器（S4）；第二个乘法器（M6）的输出提供给积分器（I4），该积分器的第二个输入为所述测得的实时风扇转速值，积分器的输出提供给加法器（S4）作为加法器的第二个输入；第三个乘法器（M9）的输出提供给求导器（D4），该求导器的输出提供给加法器（S4）作为加法器的第三个输入；所述加法器(S4)将接收到的值的总和提供给饱和器，该饱和器的输出表示所述空调单元(CLI)对风扇转速的贡献。

12.用于控制发动机冷却回路风扇转速的设备，其特征在于，包括电子控制单元，该电子控制单元包括用于进行前面任一权利要求所述的方法的各步骤的装置，所述设备还包括用于将所述电子控制单元的输出数据转化为控制信号的接口，所述控制信号用于控制冷却回路中的风扇与车辆发动机之间的联接器装置。

13.计算机程序，包括当该程序在计算机上运行时、适于进行权利要求1至11中任一项的步骤的程序代码。

14.记录着程序的计算机可读介质，包括当所述程序在计算机上运行时、适于进行权利要求1至11中的步骤的程序代码。

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