CN106837825B - 一种传动冷却系统及冷却控制方法 - Google Patents

Abstract

一种传动冷却系统，包括液压驱动装置和电控装置，其中：液压驱动装置，用于接收控制信号调整齿轮马达的功率输出，控制冷却风扇的转速；电控装置，用于采集散热器进出管路的温度信号差异，形成与散热量关联的控制信号输出。本发明的传动冷却系统及冷却控制方法，针对大功率车用液力机械传动装置，冷却系统最大散热能力尽可能覆盖比较大的发动机转速范围，确保发动机工作可靠。冷却系统的散热能力实现了风扇转速随冷却介质温度变化而变化的控制逻辑。满足当控制系统故障时，实现冷却系统以最大散热能力工作，确保发动机正常工作。

Description

一种传动冷却系统及冷却控制方法

技术领域

本发明涉及一种冷却系统及冷却方法，特别涉及一种车辆底盘的冷却系统及冷却方法。

背景技术

特种车辆(载荷总质量达100吨)底盘液力机械传动采用的液力变矩器、缓速器和机械变速器共用润滑油，所需散热功率较大，对散热器散热能力要求较高。而整车布置空间非常紧凑，需要在有限的布置空间内提供高效、低能耗、智能化的散热装置。以往采用与发动机直联的散热器冷却风扇驱动装置已无法满足整车空间布置、散热功率及性能等方面的要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种传动冷却系统及冷却控制方法，用于解决在有限底盘空间内无法形成适应不同工况的散热结构，有效将车辆底盘液力传动油热量带离液力系统的技术问题。

本发明的传动冷却系统，包括液压驱动装置和电控装置，其中：

液压驱动装置，用于接收控制信号调整齿轮马达的功率输出，控制冷却风扇的转速；

电控装置，用于采集散热器进出管路的温度信号差异，形成与散热量关联的控制信号输出。

所述电控装置包括电子控制单元、散热器输入管路温度传感器和散热器输出管路温度传感器，其中：

电子控制单元，用于采集散热管路的介质温度变化信号，以及获取动力系统的工况信号和/或获取环境信号，根据预置控制逻辑生成控制信号；

散热器输入管路温度传感器，用于采集散热器散热介质流入端的温度信号；

散热器输出管路温度传感器，用于采集散热器散热介质流出端的温度信号。

所述液压驱动装置包括液压泵、齿轮马达和比例控制阀，其中：

液压泵，用于将输入的机械能转换为液压回路中的液压动力源；

齿轮马达，用于将液压回路中的液压力转换为转动力矩，驱动冷却风扇转动；

比例控制阀，用于调节液压回路中传导至齿轮马达的液压力；

液压泵和齿轮马达串联接入液压回路，比例控制阀接入液压回路，与齿轮马达形成并联。

所述比例控制阀采用电液比例压力控制阀中的电液常闭式反向比例溢流阀。液压泵采用与发动机传动轴直联的齿轮泵。齿轮马达采用齿轮马达中的可插装式类型，比例控制阀插装在齿轮马达上。齿轮马达输出轴和冷却风扇间采用前置轴承的内圈固定连接，利用前置轴承的外圈承受风扇产生的径向力。

还包括阻流阀、防吸空单向阀和安全阀其中：

阻流阀，用于在齿轮马达与比例控制阀间形成预设压力阈值的通断开关；阻流阀的设定压力高于比例控制阀全通时产生的压降，其作用是保证在发动机系统不需要散热，系统流量能全部通过比例溢流阀溢流而不进入马达，保证散热风扇能够停止运转。

防吸空单向阀，用于在液压力丧失时，迟滞齿轮马达转速；在发动机转速突变或停机导致液压力丧失的短时间内，防止齿轮马达在风扇惯性作用下运转产生吸空现象，保护齿轮马达。

安全阀，用于调节比例控制阀向齿轮马达输出的液压力；在比例控制阀出现故障打不开时将液压力限定在一定范围内，保证齿轮马达不会出现转速过高，保护系统安全。

安全阀与齿轮马达通过液压管路形成并联结构，防吸空单向阀与安全阀通过液压管路形成并联结构，阻流阀串联在比例控制阀与齿轮马达的输入端连接的液压管路上。

还包括过滤器和测压接头，其中：

过滤器，用于保持液压回路中的介质清洁度；

测压接头，用于采集齿轮马达的液压控制回路的压力工况信号。

本发明的冷却控制方法，包括：

通过传感器采集散热器进、出管路的介质温度；

电子控制单元判断综合温度是否超过较低温度阈值，如果没超过则不产生控制信号，使冷却风扇跟转或保持怠速运转，如果超过则判断综合温度是否超过较高温度阈值，如果超过则输出控制信号，控制冷却风扇最高转速运转，如果没超过则按控制策略输出控制信号控制冷却风扇运转。

包括：

控制策略初始化；

强制散热开关是否有效；

在强制散热开关未动作时，采集散热器介质温度；

判断传感器是否故障；

在传感器正常采集状态下，对采集的综合温度数据计算升温速率；

判断升温速率是否达到下限调节阈值；

在达到下限调节阈值的状态下判断是否达到上限调节阈值；

在没有达到上限调节阈值的状态下，按以下规则计算比例控制阀开度并形成控制信号：

比例控制阀输出开度＝

开度区间数据*(温变数度)/(温度调节区间)+当前开度；

持续控制过程。

当判断传感器是故障时，包括：

生成控制信号控制比例控制阀全开度；

故障报警；

持续控制过程。

当判断升温速率未达到下限调节阈值时，包括：

生成控制信号控制比例控制阀零开度；

持续控制过程；

当判断是到上限调节阈值时，包括：

生成控制信号控制比例控制阀全开度；

持续控制过程。

当判断强制散热开关动作有效时，包括：

生成控制信号控制比例控制阀全开度；

采集散热器介质温度；

判断传感器是否故障；

在传感器正常状态下持续控制过程；

在传感器正常故障状态下，进行故障报警，并持续控制过程。

本发明的传动冷却系统及冷却控制方法，针对大功率车用液力机械传动装置，冷却系统最大散热能力尽可能覆盖比较大的发动机转速范围，确保发动机工作可靠。冷却系统的散热能力实现了风扇转速随冷却介质温度变化而变化的控制逻辑。满足当控制系统故障时，实现冷却系统以最大散热能力工作，确保发动机正常工作。

附图说明

图1为本发明传动冷却系统的架构示意图。

图2为本发明传动冷却系统的液压驱动装置的结构示意图。

图3为本发明冷却控制方法的主要流程图。

图4为本发明冷却控制方法的具体控制策略的流程图。

图5为本发明冷却控制方法的控制效果示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。

如图1所示，本实施例的传动冷却系统包括液压驱动装置100和电控装置200，其中：

液压驱动装置100，用于接收控制信号调整齿轮马达的功率输出，控制冷却风扇的转速；

电控装置200，用于采集散热器进出管路的温度信号差异，形成与散热量关联的控制信号输出。

电控装置200包括电子控制单元(ECU)、散热器输入管路温度传感器和散热器输出管路温度传感器，其中：

电子控制单元(ECU)，用于采集散热管路的介质温度变化信号，以及获取动力系统的工况信号和/或获取环境信号，根据预置控制逻辑生成控制信号；

散热器输入管路温度传感器，用于采集散热器散热介质流入端的温度信号；

散热器输出管路温度传感器，用于采集散热器散热介质流出端的温度信号。

上述的工况信号包括发动机起动、怠速和全功率运转等工况。

环境信号包括海拔高度、环境温度和环境湿度等相关状态。

介质温度变化信号包括冷却介质的温度及温度变化率。

如图2所示，液压驱动装置100包括液压泵110、齿轮马达120和比例控制阀130，其中：

液压泵110，用于将输入的机械能转换为液压回路中的液压动力源；

齿轮马达120，用于将液压回路中的液压力转换为转动力矩，驱动冷却风扇转动；

比例控制阀130，用于调节液压回路中传导至齿轮马达120的液压力；

液压泵110和齿轮马达120串联接入液压回路，比例控制阀130接入液压回路，与齿轮马达120形成并联。

在本实施例中，比例控制阀130采用电液比例压力控制阀中的电液常闭式反向比例溢流阀。液压泵110采用与发动机传动轴直联的齿轮泵。齿轮马达120采用齿轮马达中的可插装式类型，比例控制阀130插装在齿轮马达120上。齿轮马达120输出轴和冷却风扇间采用前置轴承的内圈固定连接，利用前置轴承的外圈承受风扇产生的径向力。

实际应用中，比例控制阀130控制电压越大，溢流压力越低，齿轮马达120的进出口压差越小，风扇转速越低，反之，控制电压越小，风扇转速越高。当控制电流越小时，比例控制阀130的输出压力越高，这样如果ECU掉电或其他控制阀出现故障时，仍能保证齿轮马达在额定工作压力下工作，使冷却风扇以最高转速运转，以避免冷却液温度过高而损坏动力传动系统。随着控制电流的增大，阀输出压力以线性规律减小，而且随着设定压力的变化，特性曲线也略有变化，设定压力越小，机械死区越小，线性度越好，滞环误差也越小。其中，比例控制阀130的设定压力可根据冷却系统的不同要求而进行设定，即由马达的额定工作压力所决定。

本发明的传动冷却系统可以满足总质量达100吨的车辆，在变矩、牵引、缓速制动等不同工况下，能够将液力传动油的所发出的热量带离液力系统，并且满足紧张的空间布置。

在本发明另一实施例中，在上述实施例的基础上，还包括阻流阀140、防吸空单向阀150和安全阀160其中：

阻流阀140，用于在齿轮马达120与比例控制阀130间形成预设压力阈值的通断开关；阻流阀140的设定压力高于比例控制阀130全通时产生的压降，其作用是保证在发动机系统不需要散热，系统流量能全部通过比例溢流阀溢流而不进入马达，保证散热风扇能够停止运转。

防吸空单向阀150，用于在液压力丧失时，迟滞齿轮马达120转速；在发动机转速突变或停机导致液压力丧失的短时间内，防止齿轮马达120在风扇惯性作用下运转产生吸空现象，保护齿轮马达120。

安全阀160，用于调节比例控制阀130向齿轮马达120输出的液压力；在比例控制阀130出现故障打不开时将液压力限定在一定范围内，保证齿轮马达120不会出现转速过高，保护系统安全。

安全阀160与齿轮马达120通过液压管路形成并联结构，防吸空单向阀150与安全阀160通过液压管路形成并联结构，阻流阀140串联在比例控制阀130与齿轮马达120的输入端连接的液压管路上。

本实施例的传动冷却系统保证了散热适用范围，充分考虑了比例控制阀或液压源失效时的冷却效率和设备安全性，避免了关键部件的损坏，大大增加系统的适用性和可靠性。采用定量泵、马达和比例溢流阀控制的结构中，比例溢流阀根据输入控制信号来调节系统的溢流压力,控制散热风扇转速随信号变化而变化，最大限度减少功率浪费。

电控系统采集多个(或单个)温度信号进行比对判断，进行分析计算后输出控制信号，实现智能化闭环控制。电控系统同时具有容错机能，确保控制系统断电或期间故障时系统以最大散热功率工作。

本实施例的传动冷却系统实现了对控制对象温度的控制，成功应用于底盘液力机械传动装置散热系统，经过总计近6万公里道路试验、高低温环境试验验证，使用效果良好。

在本发明另一实施例中，在上述实施例的基础上，还包括过滤器170和测压接头180，其中：

过滤器170，用于保持液压回路中的介质清洁度；

测压接头180，用于采集齿轮马达120的液压控制回路的压力工况信号。

本实施例的传动冷却系统提供了对系统工况的检测手段和系统维护手段，偏于尽早发现潜在故障。

上述实施例的传动冷却系统的各种控制阀、接头和传感器与电控装置200形成有线或无线的数据连接，以保证控制-反馈-控制过程的实时性。过滤器170和测压接头180可以与额外的温度传感器配合，具有自身的温度过载保护功能，当ECU检测到系统本身的液压油温度过高时，会自动调节电液比例阀减小溢流发热量，降低液压油的工作温度，以保证系统工作安全。

如图3所示，采用上述实施例的传动冷却系统的冷却控制方法，包括：

通过传感器采集散热器进、出管路的介质温度；

电子控制单元判断综合温度是否超过较低温度阈值，如果没超过则不产生控制信号，使冷却风扇跟转或保持怠速运转，如果超过则判断综合温度是否超过较高温度阈值，如果超过则输出控制信号，控制冷却风扇最高转速运转，如果没超过则按控制策略输出控制信号控制冷却风扇运转。

本实施例的冷却控制方法可以保证液力传动装置在不同发动机工况下的可靠散热和对动力系统的最小影响。

如图4所示，控制策略的控制过程包括：

控制策略初始化；

强制散热开关是否有效；

在强制散热开关未动作(无效)时，采集散热器介质温度；

判断传感器是否故障；

在传感器正常采集状态下，对采集的综合温度数据计算升温速率；

判断升温速率是否达到下限调节阈值；

在达到下限调节阈值的状态下判断是否达到上限调节阈值；

在没有达到上限调节阈值的状态下，按以下规则计算比例控制阀开度并形成控制信号：

比例控制阀输出开度＝

开度区间数据*(温变数度)/(温度调节区间)+当前开度；

持续控制过程。

在上述实施例的控制过程中，当判断传感器是故障时，包括：

生成控制信号控制比例控制阀全开度；

故障报警；

持续控制过程。

在上述实施例的控制过程中，当判断升温速率未达到下限调节阈值时，包括：

生成控制信号控制比例控制阀零开度；

持续控制过程。

在上述实施例的控制过程中，当判断是到上限调节阈值时，包括：

生成控制信号控制比例控制阀全开度；

持续控制过程。

在上述实施例的控制过程中，当判断强制散热开关动作(有效)时，包括：

生成控制信号控制比例控制阀全开度；

采集散热器介质温度；

判断传感器是否故障；

在传感器正常状态下持续控制过程；

在传感器正常故障状态下，进行故障报警，并持续控制过程。

如图5所示，本传动冷却系统的冷却控制方法能够充分利用系统结构，充分考虑海拔高度、环境温度等影响因素，为可能遇到的极端恶劣环境条件留有足够的设计余量；系统的控制策略综合考虑各种因素的干扰，使之具有较强的鲁棒性和适应性。通过环境温度、冷却液温度及温度变化率可以综合分析散热系统的实际热负荷，形成带有滞回作用的调速控制规律。

如图5所示，本发明的冷却控制方法利用了比例控制阀130的反比例特性，可以避免由于电液比例阀非线性度、滞环误差等因素导致的系统温度频繁波动，由冷却介质温度变化率可以判断系统是升温或是降温过程，当系统温度升高超过最低预设值时，ECU根据预先设定的风扇调速率，控制冷却风扇转速逐渐升高，直到系统温度达到热平衡为止，而当系统温度出现小幅波动时，由于滞回特性的存在，风扇转速不会产生频繁波动，而冷却液的小幅波动对动力传动系统的影响甚微，保证了系统稳定、可靠的工作。其中，滞回控制特性的量化指标及风扇调速率，是根据系统设计要求、散热系统的动态特性进行综合分析与调整。

当冷却介质温度均低于预定值时，则控制电液比例阀全开，冷却风扇以最低转速运转，以减小系统热机时间；如果某个冷却介质温度超过预定值，则控制电液比例阀全闭，使液压马达在额定压力下工作，冷却风扇以最高转速运转，以避免冷却介质过热；当冷却介质的温度处于预定的温度区间内时，ECU会根据在控制参数中预设的调速率及冷却系统的散热需求量，动态的调节电液比例阀的输出压力，以控制马达的驱动扭矩，从而适时的调节风扇转速，使之与实际所需的散热功率相一致，这样不仅使冷却介质的工作温度更加稳定，而且降低了冷却风扇的功率消耗，提高了冷却系统的效率。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种传动冷却系统，包括液压驱动装置和电控装置，其中：液压驱动装置，用于接收控制信号调整齿轮马达的功率输出，控制冷却风扇的转速；电控装置，用于采集散热器进出管路的温度信号差异，形成与散热量关联的控制信号输出；所述液压驱动装置包括液压泵、齿轮马达和比例控制阀，其中：液压泵，用于将输入的机械能转换为液压回路中的液压动力源；齿轮马达，用于将液压回路中的液压力转换为转动力矩，驱动冷却风扇转动；比例控制阀，用于调节液压回路中传导至齿轮马达的液压力；液压泵和齿轮马达串联接入液压回路，比例控制阀接入液压回路，与齿轮马达形成并联；还包括阻流阀、防吸空单向阀和安全阀，其中：阻流阀，用于在齿轮马达与比例控制阀间形成预设压力阈值的通断开关；阻流阀的设定压力高于比例控制阀全通时产生的压降，其作用是保证在发动机系统不需要散热，系统流量能全部通过比例控制阀溢流而不进入马达，保证散热风扇能够停止运转；防吸空单向阀，用于在液压力丧失时，迟滞齿轮马达转速；在发动机转速突变或停机导致液压力丧失的短时间内，防止齿轮马达在风扇惯性作用下运转产生吸空现象，保护齿轮马达；安全阀，用于调节比例控制阀向齿轮马达输出的液压力；在比例控制阀出现故障打不开时将液压力限定在一定范围内，保证齿轮马达不会出现转速过高，保护系统安全；安全阀与齿轮马达通过液压管路形成并联结构，防吸空单向阀与安全阀通过液压管路形成并联结构，阻流阀串联在比例控制阀与齿轮马达的输入端连接的液压管路上。

2.如权利要求1所述的传动冷却系统，其特征在于，所述电控装置包括电子控制单元、散热器输入管路温度传感器和散热器输出管路温度传感器，其中：电子控制单元，用于采集散热管路的介质温度变化信号，以及获取动力系统的工况信号和/或获取环境信号，根据预置控制逻辑生成控制信号；散热器输入管路温度传感器，用于采集散热器散热介质流入端的温度信号；散热器输出管路温度传感器，用于采集散热器散热介质流出端的温度信号。

3.如权利要求1所述的传动冷却系统，其特征在于，所述比例控制阀采用电液比例压力控制阀中的电液常闭式反向比例溢流阀，液压泵采用与发动机传动轴直联的齿轮泵，齿轮马达采用齿轮马达中的可插装式类型，比例控制阀插装在齿轮马达上，齿轮马达输出轴和冷却风扇间采用前置轴承的内圈固定连接，利用前置轴承的外圈承受风扇产生的径向力。

4.如权利要求1所述的传动冷却系统，其特征在于，还包括过滤器和测压接头，其中：过滤器，用于保持液压回路中的介质清洁度；测压接头，用于采集齿轮马达的液压控制回路的压力工况信号。