CN102322329A - 一种工程机械用发动机冷却风扇的智能控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种工程机械用发动机冷却风扇的智能控制方法，应用于液压驱动风扇方式的冷却系统，冷却系统包括发动机电子控制模块和冷却系统控制器，在发动机的动力输出口上加装液压驱动变量泵；冷却系统控制器采集液压油温度信号和空调的压力开关信号，以及通过CAN-bus总线接收进气温度信号、柴油微粒过滤器再生状态信号、冷却液温度信号，作为冷却风扇转速的控制信号；若控制信号有异常，通过CAN-bus总线发送故障信息到显示屏显示；若信号没有异常，则对控制信号进行变换、处理和运算，冷却系统控制器输出计算好的脉宽调制信号来调节液压驱动变量泵中控制排量的比例阀的电流大小，以得到所需的排量，使冷却风扇达到需要的转速。

Description

一种工程机械用发动机冷却风扇的智能控制方法

技术领域

本发明涉及智能控制技术领域，尤其涉及一种工程机械用发动机冷却风扇的智能控制方法。

背景技术

工程机械行业通常采用冷却风扇和散热器组成冷却系统，以满足发动机和液压元件对工作温度范围的要求，从而保证整机设备的正常运行。传统的发动机驱动风扇的冷却系统，其风扇产生的进风量的大小，主要取决于发动机的转速，而不是整机系统的冷却需求，因而容易产生“过热”或“过冷”的现象，不仅导致发动机温度波动大，也造成了功率损失，降低了工作效率。近年来，液压驱动风扇的方式，正被逐步用于冷却系统，以解决传统发动机驱动风扇方式的种种弊端。但对冷却风扇选用何种控制信号，以便使其产生的进风量能实时满足系统的冷却需求，同时，又不会增加能耗，真正达到“输出”即“所需”的目的，一直是此种驱动方式的难题。另外，为了顺应全球低碳、环保、节能的趋势，越来越多的工程机械产品都搭载了满足欧IV排放要求的电喷发动机，因此，对冷却风扇的控制，还应考虑发动机的特性，如：CAN总线技术、欧IV发动机的后处理即柴油微粒过滤器再生功能等。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明的目的是提供一种工程机械用发动机冷却风扇的智能控制方法，以解决传统冷却风扇控制方面存在的不足，同时，基于整机系统中对散热影响的主要因素，实时调节冷却风扇转速，满足冷却需求。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的：

一种工程机械用发动机冷却风扇的智能控制方法，应用于液压驱动风扇方式的冷却系统，所述冷却系统包括发动机电子控制模块和冷却系统控制器，其中，在发动机的动力输出口上加装液压驱动变量泵，所述液压驱动变量泵向集成了冷却风扇的液压马达供油，通过所述液压马达的旋转来带动所述冷却风扇的转动，对整机系统进行冷却；所述冷却系统控制器采集液压油温度信号和空调的压力开关信号，以及通过CAN-bus总线接收来自所述发动机电子控制模块的进气温度信号、柴油微粒过滤器再生状态信号、冷却液温度信号，作为所述冷却风扇转速的控制信号；若所述控制信号有异常，通过CAN-bus总线发送故障信息到显示屏显示；若信号没有异常，则对所述控制信号进行变换、处理和运算，所述冷却系统控制器输出计算好的脉宽调制信号来调节所述液压驱动变量泵中控制排量的比例阀的电流大小，以得到所需的排量，使所述冷却风扇达到需要的转速。

上述智能控制方法，其中，包括下列步骤：

控制信号输入：所述控制信号包括发动机转速信号、液压油温度信号、进气温度信号、冷却液温度信号、柴油微粒过滤器再生状态信号和空调压力开关信号；

整机工作状态判断：根据发动机转速判断整机是否已开始工作：若转速小于转速阈值，整机未开始工作，不进行转速调节，结束流程；若转速大于等于所述转速阈值，整机已开始工作，进入下一步流程；

控制信号测试：所述冷却系统控制器对采集到的控制信号进行测试，判断信号是否在正常范围内，若上述控制信号有任一不正常，则设定系统需要的风扇转速为最大，同时发送相应的故障代码到显示屏显示；若控制信号都正常，则进入下一步流程；

确认不同信号需要的风扇目标转速：根据不同的控制信号与风扇转速的对应关系，分别确定柴油微粒过滤器再生状态信号、空调压力开关信号、液压油温度信号、冷却液温度信号、进气温度信号所对应的风扇目标转速。

上述智能控制方法，其中，所述转速阈值为600转/分钟。

上述智能控制方法，其中，所述不同的风扇转速的确定方法如下：

当柴油微粒过滤器进行再生时，风扇转速为100%，当柴油微粒过滤器未再生时，风扇转速取0；

当空调工作时，取50%的风扇最大转速，当空调未工作时，风扇转速取0；

依次得出液压油温度、冷却液温度、进气温度需要的风扇目标转速；

对上述得到的5个目标转速取最大值，作为当前系统需要的风扇转速；

确定风扇转速对应的目标控制电流；

电流PID控制：所述冷却系统控制器采集液压驱动变量泵排量比例阀回路上的控制电流，并计算出其平均电流作为返回值，与上述目标控制电流进行闭环PID控制，PID计算的结果作为PWM信号的输出；

所述冷却系统控制器输出PWM信号调节所述液压驱动变量泵的排量，使风扇达到需要的转速。

上述智能控制方法，其中，在确定温度信号与风扇转速过程中，将温度分为低温区、中温区和高温区三段，在所述低温区，风扇转速为0，在所述中温区，风扇转速与温度呈线性关系递增，在所述高温区，风扇转速为最大。

与已有技术相比，本发明的有益效果在于：

（1）基于工程机械搭载欧IV发动机的发展趋势，充分考虑整机系统的冷却需求，实时调节冷却风扇的转速，降低了系统的功率损失，达到风扇“输出”即系统“所需”的目的；

（2）具有较高的控制精度和可靠性：传感器有故障时，显示屏会有故障代码提示操作者排除故障；控制器故障或PWM输出线路断路时，输出到泵排量比例阀的电流为0，此时泵的排量最大，风扇转速最高，防止系统出现“过热”的现象。

附图说明

图1是本发明工程机械用发动机冷却风扇的智能控制方法中冷却系统的结构示意框图；

图2是本发明工程机械用发动机冷却风扇的智能控制方法的最佳实施例的流程示意图；

图3是本发明工程机械用发动机冷却风扇的智能控制方法中风扇转速与温度信号的关系示意图；

图4是本发明工程机械用发动机冷却风扇的智能控制方法中液压驱动变量泵与控制电流的关系示意图。

具体实施方式

下面结合原理图和具体操作实施例对本发明作进一步说明。

本发明工程机械用发动机冷却风扇的智能控制方法，应用于液压驱动风扇方式的冷却系统，如图1所示，冷却系统包括发动机电子控制模块1和冷却系统控制器2，在发动机0的动力输出口上加装液压驱动变量泵3，液压驱动变量泵3向集成了冷却风扇4的液压马达5供油，通过液压马达5的旋转来带动冷却风扇4的转动，对整机系统进行冷却。冷却系统控制器2采集液压油温度信号和空调的压力开关信号，以及通过CAN-bus总线6接收来自发动机电子控制模块1的进气温度信号、柴油微粒过滤器再生状态信号、冷却液温度信号，作为冷却风扇4转速的控制信号。如果控制信号有异常，通过CAN-bus总线6发送故障信息到显示屏7显示；若信号没有异常，则对控制信号进行变换、处理和运算，冷却系统控制器2输出计算好的脉宽调制信号来调节液压驱动变量泵3中控制排量的比例阀的电流大小，以得到所需的排量，使冷却风扇4达到需要的转速。

具体地，如图2所示，包括下列步骤：

控制信号输入：控制信号包括发动机转速信号、液压油温度信号、进气温度信号、冷却液温度信号、柴油微粒过滤器（DPF）再生状态信号和空调压力开关信号，其中，液压油温度信号通过液压油温传感器得到；

整机工作状态判断：根据发动机转速判断整机是否已开始工作：若转速小于转速阈值，整机未开始工作，不进行转速调节，结束流程；若转速大于等于转速阈值，整机已开始工作，进入下一步流程；

控制信号测试：冷却系统控制器2对采集到的控制信号进行测试，判断信号是否在正常范围内，若上述控制信号有任一不正常，则设定系统需要的风扇转速S为最大，同时发送相应的故障代码到显示屏显示；若控制信号都正常，则进入下一步流程；

确认不同信号需要的风扇目标转速：根据不同的控制信号与风扇转速的对应关系，分别确定柴油微粒过滤器再生状态信号、空调压力开关信号、液压油温度信号、冷却液温度信号、进气温度信号所对应的风扇目标转速S1、S2、S3、S4和S5。

进一步地，转速阈值为600转/分钟。具体根据实际需要而设定。

其中，不同的风扇转速的确定方法如下：

当柴油微粒过滤器进行再生时，S1为100%的风扇转速，当柴油微粒过滤器未再生时，S1取0；

当空调工作时，S2取50%的风扇最大转速，当空调未工作时，S2取0；

依次得出液压油温度、冷却液温度、进气温度需要的风扇目标转速S3、S4和S5，如图3所示，在确定温度信号与风扇转速过程中，将温度分为低温区（T1至T2）、中温区（T2至T3）和高温区（T3至T4）三段，在低温区，风扇转速为0，在中温区，风扇转速与温度呈线性关系递增，在高温区，风扇转速为最大；

对上述得到的5个目标转速S1、S2、S3、S4、S5 取最大值，作为当前系统需要的风扇转速S；

确定风扇转速S对应的目标控制电流I，如图4所示，由于风扇转速与液压驱动变量泵的排量成正比，因此转速与控制电流的关系，等同于图4所示的液压驱动变量泵排量与控制电流的关系。

电流PID控制：冷却系统控制器采集液压驱动变量泵排量比例阀回路上的控制电流I，并计算出其平均电流I0作为返回值，与上述目标控制电流I进行闭环PID控制，PID计算的结果作为PWM信号的输出；

冷却系统控制器输出PWM信号调节液压驱动变量泵的排量，使风扇达到需要的转速。

另外，对于有独立液压主泵的工程机械，如挖掘机等，可通过CAN-bus总线或集成到同一个控制器的方式，将此部分冷却风扇的控制功能与对整机液压系统的控制结合起来，当风扇不消耗发动机功率时，可以最大限度地将发动机功率应用于整机的运行，达到最优化发动机输出功率的目的。

综上所述，本发明工程机械用发动机冷却风扇的智能控制方法基于整机系统中对散热影响的主要因素，实时调节冷却风扇转速，满足冷却需求。

以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但本发明并不限制于以上描述的具体实施例，其只是作为范例。对于本领域技术人员而言，任何对该工程机械用发动机冷却风扇的智能控制方法进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作出的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。

Claims (5)

1.一种工程机械用发动机冷却风扇的智能控制方法，应用于液压驱动风扇方式的冷却系统，所述冷却系统包括发动机电子控制模块和冷却系统控制器，其特征在于，在发动机的动力输出口上加装液压驱动变量泵，所述液压驱动变量泵向集成了冷却风扇的液压马达供油，通过所述液压马达的旋转来带动所述冷却风扇的转动，对整机系统进行冷却；所述冷却系统控制器采集液压油温度信号和空调的压力开关信号，以及通过CAN-bus总线接收来自所述发动机电子控制模块的进气温度信号、柴油微粒过滤器再生状态信号、冷却液温度信号，作为所述冷却风扇转速的控制信号；若所述控制信号有异常，通过CAN-bus总线发送故障信息到显示屏显示；若信号没有异常，则对所述控制信号进行变换、处理和运算，所述冷却系统控制器输出计算好的脉宽调制信号来调节所述液压驱动变量泵中控制排量的比例阀的电流大小，以得到所需的排量，使所述冷却风扇达到需要的转速。

2.根据权利要求1所述的智能控制方法，其特征在于，包括下列步骤：

控制信号输入：所述控制信号包括发动机转速信号、液压油温度信号、进气温度信号、冷却液温度信号、柴油微粒过滤器再生状态信号和空调压力开关信号；

整机工作状态判断：根据发动机转速判断整机是否已开始工作：若转速小于转速阈值，整机未开始工作，不进行转速调节，结束流程；若转速大于等于所述转速阈值，整机已开始工作，进入下一步流程；

控制信号测试：所述冷却系统控制器对采集到的控制信号进行测试，判断信号是否在正常范围内，若上述控制信号有任一不正常，则设定系统需要的风扇转速为最大，同时发送相应的故障代码到显示屏显示；若控制信号都正常，则进入下一步流程；

确认不同信号需要的风扇目标转速：根据不同的控制信号与风扇转速的对应关系，分别确定柴油微粒过滤器再生状态信号、空调压力开关信号、液压油温度信号、冷却液温度信号、进气温度信号所对应的风扇目标转速。

3.根据权利要求2所述的智能控制方法，其特征在于，所述转速阈值为600转/分钟。

4.根据权利要求1所述的智能控制方法，其特征在于，所述不同的风扇转速的确定方法如下：

当柴油微粒过滤器进行再生时，风扇转速为100%，当柴油微粒过滤器未再生时，风扇转速取0；

当空调工作时，取50%的风扇最大转速，当空调未工作时，风扇转速取0；

依次得出液压油温度、冷却液温度、进气温度需要的风扇目标转速；

对上述得到的5个目标转速取最大值，作为当前系统需要的风扇转速；

确定风扇转速对应的目标控制电流；

电流PID控制：所述冷却系统控制器采集液压驱动变量泵排量比例阀回路上的控制电流，并计算出其平均电流作为返回值，与上述目标控制电流进行闭环PID控制，PID计算的结果作为PWM信号的输出；

所述冷却系统控制器输出PWM信号调节所述液压驱动变量泵的排量，使风扇达到需要的转速。

5.根据权利要求4所述的智能控制方法，其特征在于，在确定温度信号与风扇转速过程中，将温度分为低温区、中温区和高温区三段，在所述低温区，风扇转速为0，在所述中温区，风扇转速与温度呈线性关系递增，在所述高温区，风扇转速为最大。

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