CN104420970B - 用于控制车辆冷却剂泵的装置 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种用于控制车辆冷却剂泵的装置，包括基于发动机冷却剂入口温度与发动机冷却剂出口温度之间的温差使冷却剂泵以一速度运转以供应期望的冷却剂流量。具有发动机和电动水泵的混合动力车辆包括控制器，所述控制器基于发动机冷却剂入口温度与发动机冷却剂出口温度之间的温差而控制水泵的速度以供应期望的冷却剂流量。还可基于发动机速度和负荷来控制泵速。基于温差、发动机速度和负荷而控制电动水泵可引起发动机更快预热并降低泵的功耗。

Description

用于控制车辆冷却剂泵的装置

技术领域

本公开通常涉及至少基于温差来控制车辆电动水泵/冷却剂泵，以提高效率。

背景技术

车辆通常包括冷却系统，冷却系统使冷却流体循环以调节多种车辆组件的温度。冷却流体通常是混有改良剂(例如，乙二醇)的水基流体，以使冷凝温度降低并使沸腾温度升高。虽然被称作冷却流体、水或冷却剂，但是上述流体均可用于将车辆组件或车厢加热或冷却到期望的运转温度。如在本公开中所使用的，对冷却剂的引用应被理解为包括用于使一个或更多个车辆组件的运转温度升高或降低的任何类型的冷却流体。冷却剂通常通过一个或更多个相关联的泵而循环通过冷却回路。对于具有内燃发动机的车辆(包括混合动力车辆)而言，冷却剂泵或水泵可通过发动机曲轴的旋转而机械地运转。由于它们依赖于发动机的运转，所以机械致动的冷却剂泵仅在发动机运转时运转，因此不能控制该冷却剂泵来提高系统效率。在各种应用(例如，混合动力车辆)中机械致动的水泵可由电致动的水泵来替代或补偿。类似地，不包括内燃发动机的电动车辆可包括水泵以向多种车辆组件(例如，牵引电池和/或车厢)提供加热/冷却。由于电致动的水泵能基于各种车辆和环境运转条件而运转，所以电致动的水泵提供更高的控制灵活性。

车辆冷却回路可包括用于调节冷却剂温度的各种组件。例如，冷却回路可包括限制或防止冷却剂回路通过换热器或散热器的恒温器，以减少冷却剂到达期望的运转温度所需要的时间。冷却剂流还可响应于(例如)车厢加热或电池调节的请求而被引导通过换热器或加热器芯。

对于包括内燃发动机和电动水泵的应用，泵的运转可基于(例如)发动机温度和发动机负荷。虽然适用于许多应用，但在一些运转条件下这会导致比所需要的冷却剂流更多的冷却剂流。

发明内容

本公开的实施例包括一种车辆，所述车辆包括：发动机，包括冷却剂入口和冷却剂出口；水泵，连接到发动机并被构造为使泵流体流过冷却剂回路；至少一个控制器，与水泵通信，并被配置为至少基于发动机冷却剂入口与发动机冷却剂出口之间的温差来控制水泵。

本公开的实施例包括一种方法，所述方法至少响应于发动机冷却剂入口与发动机冷却剂出口之间的温差通过控制电运转的水泵来冷却发动机。

一种用于控制具有电动冷却剂泵的车辆的方法，所述方法包括：基于发动机速度、负荷以及发动机冷却剂入口温度与发动机冷却剂出口温度之间的温差来控制电动冷却剂的泵速，以降低电动冷却剂泵的功耗。

所述方法还包括：基于期望的冷却剂流量来控制电动冷却剂的泵速，所述期望的冷却剂流量与当前发动机速度、负荷以及发动机冷却剂入口温度与发动机冷却剂出口温度之间的温差相关联。

对于代表性的发动机速度和负荷，所述期望的冷却剂流量基于发动机冷却剂入口温度与发动机冷却剂出口温度之间的期望温差而根据经验确定。

使用基于发动机速度、负荷和温差的回归方程来确定所述期望的冷却剂流量。

在一个实施例中，车辆包括冷却剂泵和控制器，所述控制器被配置为基于发动机冷却剂入口处的冷却剂温度与发动机冷却剂出口处的冷却剂温度之间的预定温差来控制冷却剂泵的冷却剂流量。控制冷却剂泵速，以供应期望的冷却剂流量。所述期望的冷却剂流量还可基于发动机速度和负荷。在一个实施例中，使用根据经验确定的回归方程并使用当前发动机冷却剂入口温度和当前发动机冷却剂出口温度、发动机速度、发动机负荷来计算期望冷却剂泵的流量。

一种用于控制电动冷却剂泵的方法，所述电动冷却剂泵与具有牵引电池和控制器的混合动力车辆的内燃发动机相关联，所述控制器被配置为：基于发动机冷却剂入口温度与发动机冷却剂出口温度之间的温差、发动机速度和负荷来使电动冷却剂泵以一泵速运转，以提供期望的冷却剂流量。

所述控制器被配置为：基于所述期望的冷却剂流量而使电动冷却剂泵运转，其中，所述期望的冷却剂流量根据下面形式的等式来计算：

期望的冷却剂流量＝α+(β×发动机速度)+(ρ×负荷)+(σ×ΔT)

其中，α、β、ρ和σ是通过回归分析根据经验确定的常数，ΔT是发动机冷却剂入口温度与发动机冷却剂出口温度之间的温差。

所述方法还包括：如果当前发动机冷却剂温度低于对应的阈值，那么根据当前发动机冷却剂温度来选择发动机冷却剂入口温度与发动机冷却剂出口温度之间的期望温差；否则，将所述期望温差设置为预定的最小值。

根据本公开的实施例提供了许多优点。例如，本公开通过确认冷却剂流量、发动机速度和负荷与发动机冷却剂入口/出口温差之间的关系，提供了用于降低电动水泵的功耗的系统和方法，以控制冷却剂流量并使泵运转最优化，从而保持期望的运转温度范围。相对于仅基于发动机速度来控制电动水泵的运转而言，通过使冷却剂流量与冷却系统的预定的热负荷这两者更好地匹配，至少基于发动机冷却剂入口温度与发动机冷却剂出口温度之间的温差而控制电动水泵的运转能提高效率。根据各种实施例的电动水泵的运转利用的冷的发动机比热的发动机能容许入口温度与出口温度之间的更大的温差的事实。通过基于入口/出口温差来控制水/冷却剂泵，对冷却剂流量的控制有助于在降低总的泵能耗的同时使发动机更快预热并使车厢更快加热。

通过下面结合附图对优选实施例进行的详细描述，本公开的上述优点以及其他优点和特征将变得显而易见。

附图说明

图1是本公开的一个实施例的车辆的示意图，所述车辆具有发动机冷却系统，该发动机冷却系统具有对其进行控制以降低能耗的电动水泵；

图2是示出了本公开的各个实施例的用于控制车辆的电动水泵的代表性装置或方法的操作的简化流程图；

图3是根据本公开的实施例的经验数据的示例性表格，该经验数据用来计算冷却剂泵流量以控制冷却剂泵从而降低能耗；

图4是示出了根据本公开的实施例的通过一组经验数据(例如，图3的那些经验数据)来计算用在车辆中的各个冷却剂流量的示例性表格。

具体实施方式

在此描述本公开的实施例。然而，应当理解，公开的实施例仅仅是示例，其它实施例可采用各种和可选形式。附图不一定成比例地绘制；一些特征可被夸大或最小化，以显示特定组件的细节。因此，在此公开的具体结构和功能细节不应当被解释为限制，而仅作为用于教导本领域技术人员以不同的方式应用本公开的教导的代表性基础。如本领域普通技术人员将理解的，参照任一附图示出和描述的各种特征可与在一个或更多个其它附图中示出的特征相组合，以产生未明显示出或描述的实施例。示出的特征的组合为典型应用提供代表性实施例。然而，对于特定应用或实施方式，可期望与本公开的教导一致的特征的各种组合和修改。如之前所描述的，术语“发动机冷却剂”、“冷却剂”、“水”或“冷却流体”指用于在一个或更多个车辆组件与周围环境之间进行热交换的流体冷却剂，并且通常可被称作防冻剂或冷却剂。通常由用水稀释的丙二醇和乙二醇来制成，但是如本领域普通技术人员通常所理解的是，根据特定应用冷却剂可由多种其它类型的冷却流体来实现。

各种实施例可包括控制器或控制电路，控制器或控制电路中的每个可包括与不同类型的非瞬态计算机可读存储装置或介质通信的微处理器或中央处理单元(CPU)。非瞬态计算机可读存储装置或介质可包括易失性存储器和非易失性存储器，例如，只读存储器(ROM)和随机存取存储器(RAM)。计算机可读存储装置或介质可采用多个存储装置(例如，PROM(可编程只读存储器)、EPROM(电可编程只读存储器)、EEPROM(电可擦除可编程只读存储器)、闪速存储器或能够存储数据(这些数据中的一些代表由控制器或处理电路所使用的可执行指令)的任何其它的电的、磁的、光学的或它们相结合的存储装置)中的任意存储装置来实现。本公开的实施例通常提供多个电路或其它电子装置。对电路和其它电子装置以及由这二者中的每个所提供的功能的所有引用并不意在限定为仅包含明确示出的和描述的。虽然具体的标号被指定到所公开的各个电路或其它电子装置，但是这些标号并不意在限定控制器、电路和/或其它电子装置的操作范围。这些电路和其它电子装置可基于所期望的特定类型的电实施方式而按照任何方式彼此组合和/或分开。

在一个或更多个附图中，流程图或类似的示意图可代表由处理器、处理电路或其它控制电路、控制器所执行的控制逻辑或功能。这些附图提供代表性控制策略和/或控制逻辑，控制策略和/或控制逻辑可使用一个或更多个处理策略(例如，事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等)来实施。这样，示出的各种步骤或功能可以按照示出的顺序执行、并行地执行或在一些省略的情况下执行。类似地，可通过经网络(例如，控制器局域网(CAN))进行通信的单个控制器或多个控制器来执行所述步骤或功能。虽然一直没有明确示出，但是本领域普通技术人员将意识到一个或更多个示出的步骤或功能可根据正在使用的具体处理策略而被重复地执行。类似地，处理命令不一定要获得所描述的特征或优点，仅为容易示出和描述而提供处理命令。可主要在由基于微处理器的控制器执行的软件中实现控制逻辑。当然，可根据具体的应用而在一个或更多个控制器或处理器中的软件、硬件或软件和硬件的组合中实现控制逻辑。当在软件中实现控制逻辑时，控制逻辑可设置在具有由计算机执行的存储数据代码或指令的一个或更多个计算机可读存储装置或介质中。

图1的框图中示出了用于在具有电动冷却剂泵的车辆中控制冷却剂流量的装置或方法的一个实施例。车辆24的车辆冷却系统22可包括冷却剂管路26、恒温器28以及电动水泵(EWP)或冷却剂泵32。恒温器28与电动冷却剂泵32通过冷却剂管路26连接，该冷却剂管路26将恒温器28和电动水泵32的输出引导到发动机36的冷却剂入口34。冷却剂管路26还将发动机36的冷却剂出口38连接到散热器39，该散热器39可包括相关的溢流罐/脱气罐41。冷却剂旁通管路30可连接在冷却剂出口38与散热器39之间。冷却剂旁通管路30可绕开散热器39并引导冷却剂回到恒温器28，回到电动冷却剂泵32，然后回到发动机36。车辆24还可包括：加热器芯42，用于向车厢供应热；换热器44，可与废气再循环(EGR)系统40相关联。

如图1所示，车辆24可包括用于控制各种车辆的系统和子系统的一个或更多个控制器。在图1中，车辆系统控制器(VSC)20控制各种车辆系统的运转并可与一个或更多个其它的控制器通信。例如，车辆24可包括诸如牵引控制模块、防抱死制动系统模块、动力传动系控制模块、发动机控制器等的控制器或模块。控制器通常包括(例如)与非瞬态计算机可读存储介质或装置(包括易失性存储装置、持久性存储装置和/或永久性存储装置，例如，随机存取存储器(RAM)或不失效记忆体(KAM))通信的微处理器。计算机可读存储介质可采用多个已知的存储装置(例如，PROM(可编程只读存储器)、EPROM(电可编程只读存储器)、EEPROM(电可擦除可编程只读存储器)、闪速存储器或能够存储数据(这些数据中的一些代表可执行指令，微处理器使用这些可执行指令，以通过操作和/或控制冷却剂泵32的速度而直接或间接地控制冷却剂流量)的任何其它的电的、磁的、光学的或它们相结合的存储装置)中的任意存储装置来实现。各种控制器可使用(例如)标准通信协议(例如，控制器局域网(CAN)协议)而彼此通信。一个或更多个控制器可与(例如)关联的传感器直接或间接地通信，所述关联的传感器测量或检测多个车辆运转条件和/或周围操作条件，例如，发动机冷却剂入口温度和发动机冷却剂出口温度。

当发动机36运转时，VSC 20计算或以其他方式确定期望的冷却剂流量以使运转温度保持在预定范围内，并且VSC 20控制电动冷却剂泵32的运转速度以向发动机冷却回路提供所述期望的冷却剂流量。与主要基于发动机速度和负荷来确定冷却剂流量和/或冷却剂泵速的各种现有技术策略相比，本公开的实施例基于期望的发动机冷却剂入口/出口的温差来确定冷却剂流量，所述温差可基于当前发动机冷却剂温度直到发动机冷却剂温度到达相关的阈值为止，然后将温差设置为最小值。如图1所示，电动冷却剂泵32使冷却剂通过冷却剂回路26和恒温器28循环至发动机36。起初，冷却剂可通过冷却剂旁通管路30循环而绕开散热器39直到冷却剂到达足够打开恒温器28的温度为止。例如，恒温器28可被构造为当发动机冷却剂温度到达82摄氏度时开始打开。绕开散热器39使发动机36更快速地到达期望的运转温度从而降低排放，同时还能够更快速地对车厢进行加热。

当恒温器28打开时，冷却剂流动经过散热器39以提供额外的冷却并使发动机运转温度保持在期望的范围内。如下面更详细地解释，VSC 20还可增大或减小电动冷却剂泵32的速度来改变冷却剂流量，以使发动机运转温度保持在期望的范围内。除了当前发动机速度和负荷之外，还可基于发动机冷却剂入口温度与发动机冷却剂出口温度之间的温差来确定期望的冷却剂流量和相关联的冷却剂泵的运转速度。发动机冷却剂入口温度可在冷却剂进入发动机或发动机冷却套的位置或该位置附近进行测量，该位置取决于具体的应用和实施。发动机冷却剂入口温度可在实际的发动机入口的多个上游位置进行测量。类似地，根据具体的应用和实施，发动机冷却剂出口温度可在实际的发动机出口的多个下游位置进行测量。

电动冷却剂泵32可连接到牵引电池46。发动机36可连接到动力源(或能量源)48，例如，燃料系统或燃料单元，发动机36还可经由电动机/发电机连接到牵引电池46。在较高的冷却剂流量和对应的较高的速度运转下电动冷却剂泵32所进行的操作需要来自电池46和/或燃料源48的更多的能量。这样，通常期望仅在需要使发动机或其它车辆组件保持在期望的运转温度范围内时运转电动冷却剂泵32。类似地，通常期望使电动冷却剂泵的运转及其运转速度最优化，从而冷却剂流量不会超出使发动机运转温度保持在期望的范围内所需要的流量，否则除了会导致能量浪费且系统效率降低之外，还会导致预热时间变长。

图2是示出了根据本公开的各种实施例的用于控制混合动力车辆的电动冷却剂泵的装置或方法的操作的流程图。在框200中，将发动机冷却剂温度(ECT)与相关联的阈值做比较。如果ECT低于阈值，那么可根据当前发动机冷却剂温度来确定或选择发动机冷却剂入口温度与发动机冷却剂出口温度之间的期望的温差或温度增量，如框210所示。在一个实施例中，可通过由ECT进行索引的查询表格来选择或确定期望的温度增量。由于在发动机较冷时能适应较大的温差而不像在发动机较热时要考虑发动机的温度会超过期望的最大运转温度那样，所以有助于更快地进行发动机预热。如果如框200所确定的当前发动机冷却剂温度超过阈值，那么将期望的温差或温度增量设置为最小值，如框220所示。

基于针对当前发动机速度和负荷的所确定或选择的入口-出口温度增量来确定期望的冷却剂流量，如框230所示。在一个实施例中，使用回归方程来确定期望的冷却剂流量，所述回归方程具有针对具体应用而根据经验确定的常数，如参照图3和图4更详细地描述。然后，如框240所示，控制泵的速度以向发动机输送期望的冷却剂流量，从而保持所选择的入口-出口温差。因为电动冷却剂泵的运转时间和速度相对于主要基于发动机速度和负荷的现有策略降低，所以采用变化的期望温差会使电动冷却剂泵更有效率地利用能量，其中，所述变化的期望温差除了基于当前发动机速度和负荷之外还基于当前发动机冷却剂温度。

本公开的实施例自动控制电动冷却剂泵的运转和速度以提高总的系统效率。在一个实施例中，根据以下等式，利用具有根据经验确定的常数的回归方程来确定流量以获得针对当前发动机速度、负荷和冷却剂温度的期望的入口-出口冷却剂温差，该等式为：

流量＝α+(β×发动机速度)+(ρ×负荷)+(σ×ΔT)

其中，α、β、ρ和σ是根据经验确定的常数，并且ΔT是期望的入口-出口冷却剂温差。

现在参照图3，示出了经验结果300的表格，以便针对代表性的混合动力车辆应用，建立冷却剂流量(H20FLOW)、发动机速度(RPM)、负荷(EECLOAD)及温差(ΔT)(该温差(ΔT)为冷却剂入口温度(COOLANT IN)与冷却剂出口温度(COOLANT OUT)之间的温差)之间的关系。图3示出了通过发动机的动力测试而在不同的发动机速度312、发动机负荷314和温差316处为流量310提供的一些代表性数据。用于基于回归分析而确定常数的实际数据包括针对比图3中示出的操作条件实际上更多的操作条件的数据，所述更多的操作条件包括(例如)发动机速度从1000rpm变化到6000rpm、负荷从0.25变化到1以及ΔT从4摄氏度变化到10摄氏度。然后，可利用先前所描述的常数的代表性值来获得如下的回归方程：

电动冷却剂泵的流量＝48.5+(0.018×发动机速度)+(39.6×负荷)+(-9.52×ΔT)

当然，根据具体的应用和实施，数据可用来确定各种其它类型的方程。在一个示例性的实施方式中，当车辆以某一发动机速度并在某一负荷下行驶时，车辆系统控制器(VSC)可基于根据经验确定的方程来持续地计算期望的电动冷却剂泵流量，并且VSC可通过增大或减小泵速而将电动冷却剂泵的流量调节到所计算的流量，以保持发动机冷却剂入口与出口之间的预定的发动机冷却剂温差。所选择的ΔT使实现更快的发动机预热与防止发动机超出最大期望的运转温度这二者平衡。对于热的发动机而言，示例性的预定的最小ΔT可设为5摄氏度，将根据当前发动机冷却剂温度(ECT)所选择或期望的ΔT从针对冷的发动机的10摄氏度的最大值变化为所述最小ΔT。热的发动机可被预定为温度在(例如)82摄氏度以上的发动机。冷的发动机的ΔT可大于温热的发动机的ΔT，以使用于使发动机更快预热的流量最小化并允许使车厢更快加热。由于发动机预热升温且ECT增大，所以所选择或期望的ΔT减小直到ΔT到达最小值为止，以防止发动机温度超出最大期望的运转温度。

图4是示例性表格400，示出了在相关联的发动机速度420和负荷430下根据经验确定的流量410间的关系，以保持所选择或期望的ΔT 440。如图4的代表性数值所示，对于期望的ΔT被保持在9摄氏度并且发动机是冷的且发动机以1500rpm的发动机速度运转的情况下的发动机运转情形，VSC将泵流量设置为零，这意味着车辆不需要耗费使泵运转的能量。进而允许车辆节约燃料或降低电力消耗，还允许发动机快速预热。当允许发动机快速预热时，车厢也能在期望时快速预热。由于发动机速度420和负荷430增大(例如，分别从1800rpm增大到3500rpm以及从0.25增大到0.35)，所选择或期望的ΔT从9摄氏度变化到7摄氏度。作为响应，VSC使泵流量从4升/分(LPM)增大到50LPM以获得或保持期望的7摄氏度的ΔT。类似地，由于发动机速度420从4000rpm增大到6000rpm，所以VSC通过增大泵速来使泵流量增大到116LPM以将ΔT保持在5摄氏度。能实现的是，所描述的车辆冷却系统和方法能有效地设置泵流量，使得在将发动机运转温度保持在期望的运转范围内的同时使能耗最小。

如上述代表性实施例所示，本公开通过确认冷却剂流量、发动机速度和负荷以及发动机冷却剂入口/出口温差之间的关系，提供了用于降低电动水泵的功耗的系统和方法，以控制冷却剂流量并使泵运转最优化，从而保持期望的运转温度范围。相对于仅基于发动机速度来控制电动水泵的运转而言，通过使冷却系统的冷却剂流量与预定的热负荷更好地匹配，至少基于发动机冷却剂入口温度与发动机冷却剂出口温度之间的温差来控制电动水泵的运转能提高效率。根据各种实施例的电动水泵的运转利用冷的发动机能比热的发动机容许入口温度与出口温度之间的更大的温差的事实。通过基于入口/出口温差控制水/冷却剂泵速而对冷却剂流量的控制有助于在降低总的泵能耗的同时使发动机更快预热并使车厢更快加热。

虽然已经详细描述了最佳方式，但是熟悉本领域的技术人员将认识到在权利要求范围内的各种可选设计和实施方式。虽然多个实施例可能已经被描述为提供优点或在一个或更多个期望特性方面优于其它实施例，但是本领域技术人员意识到，根据特定的应用和实施方式，可以折中一个或更多个特性以实现期望的系统属性。这些属性包括但不限于：成本、强度、耐用性、生命周期成本、可销售性、外观、包装、尺寸、可维修性、重量、可制造性、装配的便利性等。这里讨论的实施例被描述为在一个或更多个特性方面比其它实施例或现有技术实施方式更不令人期望的实施例并不在本公开的范围之外并且可期望用于特定应用。

Claims (3)

1.一种车辆，包括：

发动机，包括冷却剂入口和冷却剂出口；

泵，连接到发动机，并被构造为使冷却剂流动；

至少一个控制器，与泵通信，并被配置为基于发动机速度和负荷以及冷却剂入口的温度与冷却剂出口的温度之间的期望温差来改变泵速，其中，在当前发动机冷却剂温度低于相关联的阈值时，所述期望温差响应于当前发动机冷却剂温度而变化。

2.根据权利要求1所述的车辆，其中，所述至少一个控制器还被配置为基于发动机速度和负荷以及所述期望温差利用根据经验确定的回归方程来确定期望的冷却剂流量，并基于所述期望的冷却剂流量来控制泵速。

3.根据权利要求1所述的车辆，其中，所述至少一个控制器还被配置为：在当前发动机冷却剂温度超过所述相关联的阈值时，基于冷却剂入口的温度与冷却剂出口的温度之间的预定的最小温差来控制泵速。