CN103821752B - 车辆室内试验车轮冷却风机的控制系统和控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明创造提供一种车辆室内试验车轮冷却风机的控制系统和控制方法，通过转鼓转速测量单元、转速信号调理单元、车速信号转换单元、风机转速转换单元、风机变频控制单元等实现对风机出风量变化的控制。本发明创造采用随动控制技术使车辆室内试验工作环境更接近于实际车辆道路行驶环境，且相对于现有技术，有效地减少不必要的过度能耗，节省了能源，提高了系统利用效率，降低了成本。

Description

车辆室内试验车轮冷却风机的控制系统和控制方法

技术领域

本发明创造涉及冷却风机，具体涉及车辆室内试验车轮冷却风机的控制系统和控制方法。

背景技术

车辆室内试验中，使用底盘测功机(转鼓试验台)来模拟汽车在实际行驶时受到的各种阻力。汽车在底盘测功机上进行试验目的是模拟道路行驶状况，使车轮阻力与实际道路阻力一致，但在室内试验环境下的被试车辆相对于地面并未发生移动，缺少实际情况中的迎面风场环境，致使试验车辆散热冷却条件与实际道路车辆不同。故为了使室内试验更接近于实际情况，至少需要应用两种冷却风机，一是模拟行驶风场的迎面风机，用以通过进气栅格冷却发动机，二是为轮胎冷却的轮胎冷却风机。这样就使得车辆室内试验更接近于真实道路情况。

在现有技术中，采用定速定风量方式来实现上述的冷却，定速方式一般是将风量设定在最高时速，它存在的问题是低速时过度冷却，如果将定速风量下调，则会出现高速时冷却风量不足的问题。而车辆在实际运动过程中，车辆的运动状态与风量是成正比的关系，由于一般车辆采用热机原理作为动力，这种比例关系将影响到热机的工作效率。因此需要采用随动技术来实现车辆的散热冷却，使车辆室内试验测试环境更接近于真实行驶环境，从而进一步提高车辆室内试验测试的可信度。

发明内容

本发明创造要解决的问题是提供一种车辆室内试验车轮冷却风机的控制系统和控制方法，通过随动控制技术控制用以冷却车辆发动机的迎面风机和用以冷却轮胎的车轮风机两种风机的转速，形成车速与风机转速之间的控制关系，使试验车辆发动机与驱动轮的散热能力更接近于实际道路效果。

为解决上述技术问题，本发明创造采用的技术方案是：提供一种车辆室内试验车轮冷却风机的控制系统，包括转鼓转速测量单元、转速信号调理单元、试验车速转换单元、风机转速转换单元和风机变频控制单元，

所述转鼓转速测量单元，用于测量转鼓的转速，并将转鼓转速脉冲信号输出至所述转速信号调理单元，

所述转速信号调理单元，用于将转鼓转速脉冲信号转换为转鼓转速电压信号，并将转鼓转速电压信号传输至所述试验车速转换单元，

所述试验车速转换单元，用于将转鼓转速电压信号转换为车速测量信号V，并将所述车速测量信号V传输至风机转速转换单元，

所述风机转速转换单元，用于将所述车速测量信号V转换为迎面风机转速给定信号N₁和车轮风机转速给定信号N₂，

所述风机变频控制单元，用于将所述迎面风机转速给定信号N₁和车轮风机转速给定信号N₂分别通过变频器和交流电机来控制迎面风机的送风量Q₁和车轮风机的送风量Q₂。

进一步地，所述转鼓转速测量单元包括试验车辆、转鼓以及车速信号传感器；

所述转速信号调理单元包括整形电路和F/V转换电路；

所述试验车速转换单元为转鼓转速与试验车速转换单元；

所述风机转速转换单元包括迎面风机转速转换单元与车轮风机转速转换单元；

风机变频控制单元包括第一变频器、第二变频器、第一交流电机、第二交流电机、迎面风机与车轮风机；

所述转鼓以及车速信号传感器与所述整形电路连接，整形电路与所述F/V转换电路连接，所述F/V转换电路与所述试验车速转换单元连接，所述试验车速转换单元分别连接所述迎面风机转速转换单元和所述车轮风机转速转换单元，所述迎面风机转速转换单元依次通过所述第一变频器和第一交流电机连接所述迎面风机，所述车轮风机转速转换单元依次通过所述第二变频器和第二交流电机连接所述车轮风机。

进一步地，所述迎面风机的送风量Q₁和车轮风机的送风量Q₂均随着试验车辆车速V的变化而变化。

进一步地，所述迎面风机的送风量与风速和出风口面积之间存在如下关系式：

Q₁＝V₁×S₁

其中，V₁(m/h)为迎面风机风速，S₁(m²)为迎面风机出风口面积。

所述车轮风机的送风量与风速和出风口面积之间存在如下关系：

Q₂＝V₂×S₂

其中，V₂(m/h)为车轮风机风速，S₂(m²)为车轮风机出风口面积。

为实现上述目的，本发明创造还提供了一种车辆室内试验车轮冷却风机的控制方法，包括以下步骤：

(1)通过转鼓转速测量单元检测汽车底盘测功机转鼓转速脉冲信号N_P；

(2)通过转速信号调理单元将转鼓转速脉冲信号N_P转换为电压标准信号N_V；

(3)通过车速信号转换单元将转鼓转速信号N_V转换为试验车辆车速信号V；

(4)通过风机转速转换单元根据车速信号V计算出迎面风机与车轮风机转速给定信号N₁与N₂；

(5)风机变频控制单元根据迎面风机转速给定信号N₁，通过第一变频器来控制迎面风机的送风量Q₁，根据车轮风机转速给定信号N₂，通过第二变频器来控制车轮风机的送风量Q₂。

本发明创造具有的优点和有益效果是：

(1)随动控制技术为模拟车辆实际道路行驶的散热风场环境提供了技术基础，建立起车速与迎面风机和轮胎冷却风机联动机制，车辆室内试验工作环境更接近于实际车辆道路行驶环境。

(2)与定速风机系统相比，本发明创造中通过随动控制方式，根据不同的车速来实现迎面风机和车轮冷却风机不同的出风量，克服了定速风机送风量大、容易出现过度冷却的缺点，减少了不必要的过度能耗，更加节能。

(3)迎面风机和轮胎冷却风机控制共用一套转速测量、调理电路，简化了电路结构，提高了系统利用效率，降低了成本。

附图说明

图1是本发明的车辆室内试验车轮冷却风机布置结构示意图；

图2是本发明的车辆室内试验车轮冷却风机的控制系统结构图；

图3是本发明的车辆室内试验车轮冷却风机的控制方法流程图。

图中：1、试验车辆；2、驱动轮；3、发动机；4、车轮风机；5、迎面风机；10、转鼓以及车速信号传感器；20、整形电路；21、F/V转换电路；41、迎面风机转速转换单元；42、车轮风机转速转换单元；51、第一变频器；52、第二变频器；53、第一交流电机；54、第二交流电机。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明创造作进一步说明。

如图1所示，本发明创造提供的用于车辆室内试验的冷却风机系统包括：试验车辆1、驱动轮2、发动机3、车轮风机4和迎面风机5，其中车轮风机4为两台，对称地布置在试验车辆1的正前方10cm处，对准试验车辆1的车轮，用以对试验车辆车轮进行冷却，迎面风机5有一台，布置在试验车辆1的散热栅格正前方80cm处，用以通过进气栅格对车辆发动机进行冷却。

图2是本发明提供的车辆室内试验车轮冷却风机的控制系统结构图，试验车辆冷却风机的控制系统，包括转鼓转速测量单元S11、转速信号调理单元S12、试验车速转换单元S13、风机转速转换单元S14和风机变频控制单元S15，

其中，转鼓转速测量单元S11，包括试验车辆1、转鼓以及车速信号传感器10，用于测量转鼓的转速，并将转鼓转速脉冲信号N_P输出至所述转速信号调理单元S12；

转速信号调理单元S12，包括整形电路20和F/V转换电路21，用于将转鼓转速脉冲信号N_P转换为转鼓转速电压信号N_V，并将转鼓转速电压信号N_V传输至所述试验车速转换单元S13；

试验车速转换单元S13，即转鼓转速与试验车速转换单元，用于将转鼓转速电压信号N_V转换为车速测量信号V，并将车速测量信号V传输至风机转速转换单元S14；

风机转速转换单元S14，包括迎面风机转速转换单元41与车轮风机转速转换单元42，用于将车速测量信号V转换为迎面风机转速给定信号N₁和车轮风机转速给定信号N₂；

风机变频控制单元S15，包括第一变频器51、第二变频器52、第一交流电机53、第二交流电机54、迎面风机5与车轮风机4，用于将迎面风机转速给定信号N₁通过第一变频器51和第一交流电机53来控制迎面风机的送风量Q₁，将车轮风机转速给定信号N₂通过第二变频器52和第二交流电机54来控制车轮风机的送风量Q₂。

转鼓以及车速信号传感器10与整形电路20连接，整形电路20与F/V转换电路21连接，F/V转换电路21与试验车速转换单元S13连接，试验车速转换单元S13分别连接迎面风机转速转换单元41和车轮风机转速转换单元42，迎面风机转速转换单元41依次通过第一变频器51和第一交流电机53连接迎面风机5，车轮风机转速转换单元42依次通过第二变频器52和第二交流电机54连接车轮风机4。

如图3所示，为本发明提供的车辆室内试验车轮冷却风机的控制方法流程图。其步骤为：

步骤S21：通过转鼓转速测量单元S11，检测并获取汽车底盘测功机转鼓转速脉冲信号N_P。

步骤S22：转速信号调理单元S12中采用整形电路20，将高低电平渐变的转速脉冲信号N_P转换为高低电平突跳的理想脉冲信号，经过F/V转换电路21将脉冲信号N_P转换为电压标准信号N_V。

步骤S23：试验车速转换单元S13根据转鼓转速与试验车辆车速之间的转换关系将转鼓信号N_V转换为车速测量信号V。

步骤S24：风机转速转换单元S14根据试验车速与迎面风机和车轮风机转速关系分别求解出迎面风机与车轮风机转速给定信号N₁和N₂。

其中，迎面风机5转速给定信号的计算公式为：

N₁＝N₀₁+K₁×V

车轮风机4转速给定信号的计算公式为：

N₂＝N₀₂+K₂×V

其中，N₁(r/h)为迎面风机转速给定信号，N₂(r/h)为车轮风机转速给定信号，N₀₁(r/h)为迎面风机初始转速，N₀₂(r/h)为车轮风机初始转速，K₁(r/m)、K₂(r/m)为转速转换系数。

初始转速是指当试验车速V＝0时，风机具有一定的转速。迎面风机5与车轮风机4设置初始转速N₀₁与N₀₂主要是为了降低风机变频器死区带来的不利影响，以及减少电机启动电流对输电网络的影响，并可加速风机转速至额定转速。转速转换系数K₁、K₂与试验车型有关，不同的试验车型对风机转速要求不同，且K₁、K₂可修改。

步骤S25：风机变频控制单元S15根据迎面风机转速给定信号N₁，通过第一变频器51来控制迎面风机5的送风量Q₁，根据车轮风机转速给定信号N₂，通过第二变频器52来控制车轮风机4的送风量Q₂。

以控制迎面风机与车轮风机送风量为目标的冷却风机控制方法，为满足试验车辆主要热源发动机与驱动轮散热需求提供了保障。

按照车辆室内试验中车辆的主要热源分布特征以及热源散热需求，需布置一套迎面风机与两套车轮风机来满足试验车辆的散热需求，假设两种类型的冷却风机送风量、风速与出风口面积存在关系式：

Q₁＝V₁×S₁

Q₂＝V₂×S₂

其中，Q₁(m³/h)、Q₂(m³/h)分别为迎面风机与车轮风机的送风量，V₁(m/h)、V₂(m/h)分别为迎面风机与车轮风机风速，S₁(m²)、S₂(m²)分别为迎面风机与车轮风机的出风口面积。

在车辆实际道路行驶过程中，车辆发动机迎面散热风场与驱动轮散热风场风速与汽车行驶车速一致，因此为了在车辆室内试验中模拟车辆道路行驶迎面风场环境，迎面风机风速V₁与车轮风机风速V₂应满足以下关系：

V₁＝V₂＝V

其中，V₁(m/h)为迎面风机风速，V₂(m/h)为车轮风机风速，V(m/h)为试验车辆车速。

迎面风机与车轮风机送风量Q₁、Q₂表达式变为：

Q₁＝S₁×V

Q₂＝S₂×V

其中，S₁(m²)为迎面风机的出风口面积、S₂(m²)为车轮风机的出风口面积。

试验车辆车速V为测试值，为了实现迎面风机5与车轮风机4的稳定送风量Q₁、Q₂，设计迎面风机5和车轮风机4的出风口面积S₁、S₂来实现两种风机送风量Q₁、Q₂的目标。

迎面风机5和车轮风机4送风量Q₁、Q₂的变化分别通过对第一变频器51和第二变频器52的控制来实现，第一变频器51和第二变频器52的输入信号分别为迎面风机转速给定信号N₁与车轮风机转速给定信号N₂，其中N₁＝N₀₁+K₁×V，N₁＝N₀₁+K₁×V。为了满足试验车辆发动机与驱动轮的散热需求，保证试验车辆平稳、安全运行，迎面风机5与车轮风机4实际送风量应分别大于Q₁与Q₂，为了实现这一目标，通过设置合适的转速转换系数K₁、K₂来保证风机转速N₁与N₂，从而进一步确保迎面风机5和车轮风机4的送风量要求。

以上对本发明创造的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明创造的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明创造范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本专利涵盖范围之内。

Claims (3)

1.车辆室内试验车轮冷却风机的控制系统，其特征在于：包括转鼓转速测量单元(S11)、转速信号调理单元(S12)、试验车速转换单元(S13)、风机转速转换单元(S14)和风机变频控制单元(S15)，

所述转鼓转速测量单元(S11)，用于测量转鼓的转速，并将转鼓转速脉冲信号输出至所述转速信号调理单元(S12)；

所述转速信号调理单元(S12)，用于将转鼓转速脉冲信号转换为转鼓转速电压信号，并将转鼓转速电压信号传输至所述试验车速转换单元(S13)；

所述试验车速转换单元(S13)，用于将转鼓转速电压信号转换为车速测量信号(V)，并将所述车速测量信号(V)传输至风机转速转换单元(S14)；

所述风机转速转换单元(S14)，用于将所述车速测量信号(V)转换为迎面风机转速给定信号(N₁)和车轮风机转速给定信号(N₂)；

所述风机变频控制单元(S15)，用于将所述迎面风机转速给定信号(N₁)和车轮风机转速给定信号(N₂)分别通过变频器和交流电机来控制迎面风机的送风量(Q₁)和车轮风机的送风量(Q₂)；

所述转鼓转速测量单元(S11)包括试验车辆(1)、转鼓以及车速信号传感器(10)；

所述转速信号调理单元(S12)包括整形电路(20)和F/V转换电路(21)；所述试验车速转换单元(S13)为转鼓转速与试验车速转换单元；

所述风机转速转换单元(S14)包括迎面风机转速转换单元(41)与车轮风机转速转换单元(42)；

风机变频控制单元(S15)包括第一变频器(51)、第二变频器(52)、第一交流电机(53)、第二交流电机(54)、迎面风机(5)与车轮风机(4)；

所述转鼓以及车速信号传感器(10)与所述整形电路(20)连接，整形电路(20)与所述F/V转换电路(21)连接，所述F/V转换电路(21)与所述试验车速信号转换单元(S13)连接，所述试验车速信号转换单元(S13)分别连接所述迎面风机转速转换单元(41)和所述车轮风机转速转换单元(42)，所述迎面风机转速转换单元(41)依次通过所述第一变频器(51)和第一交流电机(53)连接所述迎面风机(5)，所述车轮风机转速转换单元(42)依次通过所述第二变频器(52)和第二交流电机(54)连接所述车轮风机(4)。

2.根据权利要求1所述的车辆室内试验车轮冷却风机的控制系统，其特征在于：所述迎面风机的送风量(Q₁)和车轮风机的送风量(Q₂)均随着试验车辆车速的变化而变化。

3.根据权利要求1所述的车辆室内试验车轮冷却风机的控制系统，其特征在于：所述迎面风机的送风量与风速和出风口面积之间存在如下关系式：

Q₁＝V₁×S₁

其中，V₁(m/h)为迎面风机风速，S₁(m²)为迎面风机出风口面积；

所述车轮风机的送风量与风速和出风口面积之间存在如下关系：

Q₂＝V₂×S₂

其中，V₂(m/h)为车轮风机风速，S₂(m²)为车轮风机出风口面积。