CN102644503A - 一种汽车发动机冷却风扇电子控制系统与方法 - Google Patents

一种汽车发动机冷却风扇电子控制系统与方法 Download PDF

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黄旭为
王惜慧
郭明林
雷雄
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Abstract

本发明公开了一种汽车发动机冷却风扇电子控制系统与方法，包括采集单元、控制单元、执行单元；采集单元实时采集各项发动机参数，所述发动机参数包括冷却水的进、出口温度；控制单元根据发动机的各项参数计算风扇的目标转速，并得到驱动执行单元的PWM脉宽信号；执行单元根据PWM脉宽信号驱动风扇电机使风扇达到目标转速，本发明对冷却风扇转速实行智能化控制，以实现发动机冷却系统工作在最佳状况，以最低的能耗发挥发动机动力性，经济性，满足排放要求。

Description

一种汽车发动机冷却风扇电子控制系统与方法
技术领域
本发明涉及汽车电子控制领域，特别涉及一种汽车发动机冷却风扇电子控制系统与方法。
背景技术
汽车发动机的冷却系统目前最常用的是液体冷却。即用于冷却的液体经过循环系统，再通过散热器散热来使发动机降温，冷却风扇用来给散热器通过风速强制补风，以满足发动机适度冷却的需要。 
 从冷却风扇工作形式来看，冷却风扇的控制方式有3种：一是适用于大型车辆和重型车辆的机械驱动控制方式；二是与发动机ECU无关、环境参数独自监控的自控电动控制方式；三是综合发动机、空调、压缩机、车速等多种参数信息的综合型智能控制方式。
其中，第三种控制方式，以最新一代PWM脉宽调制输出方式的控制电路为代表，兼有集中控制和PWM技术的特点，控制电路对发动机及其周围环境参数考虑地极为全面，真正地体现了智能化控制，克服了前两种方式能耗大的缺点，使风扇工作在最佳的转速，真正节省能耗。
而第三种控制方式控制器核心在于ECU,国内目前在ECU技术上所依赖的单片机原件一般都选用飞思卡尔、英飞灵、英特尔等国外企业产品，而国外供货商提供的都是自己的成套技术服务，使国内ECU服务商的产品难以得到应用。同时供应商提供的硬件都绑定自设的软件，设计人员无法完全掌握其功能资源，并且硬件的可扩张性如接口数目，并无法满足特殊拥护的需求。
发明内容
为了克服现有技术存在的缺点与不足，本发明提供了一种汽车发动机冷却风扇电子控制系统与方法。对冷却风扇转速实行智能化控制，以实现发动机冷却系统工作在最佳状况，以最低的能耗发挥发动机动力性，经济性，满足排放要求。
本发明采用如下技术方案：
一种汽车发动机冷却风扇电子控制系统，该系统包括：
采集单元，用于采集发动机的各项参数，并将发动机的各项参数传送给控制单元；
    控制单元，包括DSP，用于根据发动机的各项参数计算风扇的目标转速，并得出驱动执行单元的PWM脉宽信号；
    执行单元，包括相互连接的风扇电机、风扇以及风扇的隔离电路和大功率H桥驱动电路，根据PWM脉宽信号驱动风扇电机使风扇达到目标转速。
一种汽车发动机冷却风扇的控制方法，包括如下步骤：
实时采集各项发动机参数，所述发动机参数包括冷却水的进、出口温度，
排气温度，发动机转速，爆震传感压力，节气门开度，空调制冷剂压力；
根据发动机的各项参数计算风扇的目标转速，并得到驱动执行单元的PWM脉宽信号；
DSP以冷却水的进、出口温度为主判断发动机当前的散热情况，辅之以不同工况参数综合分析发动机的热平衡趋势，得出执行风扇目标转速。
所述根据发动机的各项参数计算风扇的目标转速包括如下步骤：
（1）根据发动机冷却水进、出温度确定风扇转速基本量
当80℃≤T出≤98℃，以T入为自变量根据函数关系得出目标转速基本量    
当T入≤84℃时   Nbas=Nmin=15%Nmax
当T入≥90℃且≤98℃时    Nbas= B2+K2（T入-90)，其值域为[75%,85%]Nmax
当84℃＜T入≤90℃时  Nbas=B1+K1（T入-84) ，其值域为 [15%,75%]Nmax
所述上式中：B1=0.15、 K1=0.1、 B2=0.75、K2=0.0125，Nbas为风扇的转速基本量，Nmax为风扇最大的转速，T入为冷却水进口温度；
（2）通过采集发动机的各项参数的变化量得到风扇转速修正量；
所述转速修正量是值域为[0,  4%Nmax]的线性函数，用户可根据自己对冷却系统控制准确程度的要求，增减关于风扇转速修正量的自变量个数，选取个数越多，对发动机散热情况考虑越全面，准确程度度越高。每增加一个自变量，应根据车辆各自的发动机参数具体确定自变量的范围。例如，增加发动机转速修正自变量，该自变量的范围为[怠速，最高转速]，各车辆怠速与最高转速都不同，应具体标定。当自变量范围确定，而转速修正量是值域确定为[0,  4%Nmax]，自变量与转速修正量取线性关系，则修正量函数确定。
（3）风扇转速基本量与风扇修正量相加得到所述风扇目标转速N；
根据PWM脉宽信号驱动风扇电机使风扇达到目标转速。
   （4）特殊工况的判定与处理
    当T出＞98℃，风扇目标转速为风扇最大转速；T出＜80℃，风扇目标转速为零；当接到爆震信号，风扇目标转速为风扇最大转速；当检测到排气温度大于800℃，风扇目标转速为风扇最大转速。
所述采集单元包括传感器或CAN总线，其中CAN总线可与车载电脑相互连接。
总之，与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：
（1） 实现冷却风扇无级调速性能，节省能耗
（2） 控制算法满足发动多种工况下的冷却风扇控制需求
（3）控制硬件可扩展性强。
附图说明
图1为一种汽车发动机冷却风扇控制系统与方法的结构框图；
图2为本发明的目标转速基本量—进水温度的函数关系图；
图3为本发明的风扇转速修正量—发动机转速的关系图；
图4为本发明的工作流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的说明，但需要说明的是发明要求保护的范围并不局限于实施方式表述的范围。
如附图1所示：本发明一种汽车发动机冷却风扇控制系统，该系统包括
采集单元，用于采集发动机的各项参数，并将发动机的各项参数传送给控制单元；
    控制单元，包括DSP，用于根据发动机的各项参数计算风扇的目标转速，并得出驱动执行单元的PWM脉宽信号；
    执行单元，包括相互连接的风扇电机、风扇以及风扇的隔离电路和大功率H桥驱动电路，根据PWM脉宽信号驱动风扇电机使风扇达到目标转速。
如图4所示为本发明的工作流程图，首先系统初始化，采集单元通过传感器采集发动机的各项参数，包括冷却水的进、出口温度，排气温度，发动机转速，爆震传感压力，节气门开度，空调制冷剂压力等；
    采集发动机的冷却水进口温度90℃、出口温度为97℃，2500r/min，节气门开度30%，空调未开启，排气温度550℃，工作循环开始，进入怠速工况判断环节，若出口温度＜80℃、节气门开度为0，则风扇转速为0；若出口温度＜80℃，节气门开度不为0，设定目标转速基本量为零，冷却水进出温差相等，转至进入目标转速修正量判断，即此时风扇转速仅仅由修正量决定。
若出口温度＞80℃，则进入排气温度与爆震判断环节；如果排气温度＞800℃，风扇目标转速为风扇最大转速；如果排气温度＜800℃，则进入爆震判断环节，若接到爆震信号则风扇以最大转速运行，否则进入正常工况状态；
当80℃≤T出≤98℃，为发动机正常工况状态，若T出＞98℃，则风扇目标转速为最大值。
本次测得冷却水进口温度T出= 97℃>80℃，跳过启动怠速工况判断环节，进入排气温度与爆震判读环节，排气温度在正常范围，未发生爆震，可暂时判断不需以最高转速运转，则进入基本量确定阶段，判断发动机在正常运行工况下，如图2所示：
则当80℃≤T出≤98℃，以T入为自变量根据函数关系得出目标转速基本量    
当T入≤84℃时   Nbas=Nmin=15%Nmax
当T入≥90℃且≤98℃时    Nbas= B2+K2（T入-90)，其值域为[75%,85%]Nmax
当84℃＜T入＜90℃时  Nbas=B1+K1（T入-84) ，其值域为 [15%,75%]Nmax
所述上式中：B1=0.15、 K1=0.1、 B2=0.75、K2=0.0125，Nbas为风扇的转速基本量，Nmax为风扇最大的转速，T入为冷却水进口温度；  
所述根据测得的冷却水进口温度为T入为90℃，则风扇转速基本量Nbas= B2+K2（T入-90)。
得到风扇转速基本量后进入修正量阶段，即通过采集发动机的各项参数的变化量得到修正量，所述每项参数的修正量是值域为[0,  4%Nmax]的线性函数；
温差修正量N1：以△T=T出-T入为自变量，且自变量区间为[0,8℃]；若实际测得△T大于8℃则以8℃运算；
发动机转速修正量N2：以转速为自变量，且自变量区间为[怠速，最高转速nmax]；
如附图3所示，本次测得发动机转速为2500r/min，在自变量的变化区间内，由图3得出发动机转速修正量；
节气门开度修正量N3：以节气门开度大小为自变量，且自变量区间为[0,100%]；
空调制冷剂压力修正量N4：以空调制冷剂压力为自变量，且自变量区间为[最低制冷压力，最高制冷压力]；
最后，风扇目标转速为Nbas+ N1 +N2 +N3 +N4，控制单元通过存储在DSP中的程序得出与目标转速相对应的PWM脉宽信号；
执行单元接收PWM脉宽信号，驱动风扇电机使风扇达到目标转速。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种汽车发动机冷却风扇电子控制系统，其特征在于该系统包括：
采集单元，用于采集发动机的各项参数，并将发动机的各项参数传送给控制单元；
     控制单元，包括DSP，用于根据发动机的各项参数计算风扇的目标转速，并得出驱动执行单元的PWM脉宽信号；
    执行单元，包括相互连接的风扇电机、风扇以及风扇的隔离电路和大功率H桥驱动电路，根据PWM脉宽信号驱动风扇电机使风扇达到目标转速。
2.一种汽车发动机冷却风扇的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
     实时采集各项发动机参数，所述发动机参数包括冷却水的进、出口温度；
     根据发动机的各项参数计算风扇的目标转速，并得到驱动执行单元的PWM脉宽信号；
     根据PWM脉宽信号驱动风扇电机使风扇达到目标转速。
3.根据权利要求2所述的一种汽车发动机冷却风扇的控制方法，其特征在于所述根据发动机的各项参数计算风扇的目标转速包括如下步骤：
（1）根据发动机冷却水进、出温度确定风扇转速基本量
当80℃≤T出≤98℃，以T入为自变量根据函数关系得出目标转速基本量    
当T入≤84℃时   Nbas=Nmin=15%Nmax
当T入≥90℃且≤98℃时    Nbas= B2+K2（T入-90)，其值域为[75%,85%]Nmax
当84℃＜T入＜90℃时  Nbas=B1+K1（T入-84) ，其值域为 [15%,75%]Nmax
所述上式中：B1=0.15、 K1=0.1、 B2=0.75、K2=0.0125，Nbas为风扇的转速基本量，Nmax为风扇最大的转速，T入为冷却水进口温度；
（2）通过采集发动机的各项参数得到修正量；
所述每个参数的修正量是值域为[0,  4%Nmax]的线性函数   
（3）风扇转速基本量与风扇修正量相加得到所述风扇目标转速。
4.根据权利要求2所述的一种汽车发动机冷却风扇电子的控制方法，其特征在于， T出＞98℃，风扇目标转速为风扇最大转速；T出＜80℃，风扇目标转速为零；当接到爆震信号，风扇目标转速为风扇最大转速；当检测到排气温度大于800℃，风扇目标转速为风扇最大转速。
5.根据权利要求1所述的一种汽车发动机冷却风扇电子控制系统，其特征在于所述采集单元包括传感器或CAN总线，其中CAN总线与车载电脑相互连接。
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