CN107664058A - 发动机的冷却系统控制方法、系统及车辆 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种发动机的冷却系统控制方法、系统及车辆,控制方法包括:获取发动机的实际水温、转速和负荷;根据发动机转速和发动机负荷确定发动机的目标水温;计算目标水温和实际水温的本次偏差值,并根据当前偏差值和上次偏差值得到偏差变化率;根据目标水温得到用于调节球阀开度的前馈信号;根据本次偏差值和偏差变化率确定用于调节球阀开度的比例积分控制的反馈信号;根据前馈信号和反馈信号得到开度调节信号,以根据开度调节信号调节球阀的开度。本发明的方法可以实现发动机水温快速而准确的控制,从而提升发动机性能并降低燃油消耗。
Description
技术领域
本发明涉及汽车技术领域,特别涉及一种发动机的冷却系统控制方法、系统及车辆。
背景技术
传统的冷却系统由机油冷却系统、增压器冷却系统、变速器机油冷却系统、暖风系统、发动机机体冷却系统等组成,这些系统互为边界、互相耦合,很难建立准确的数学模型,增加了控制的难度,因此,很难满足发动机不同工况下最为适合的工作温度的要求,发动机的油耗与排放较差。
智能冷却系统可以加速暖机,改善发动机性能,降低整车燃油消耗等。然而,目前的控制方式中智能冷却系统调节发动机水温的迟滞性较大,不能很好地实现发动机水温准确而快速的调节,进而也会影响发动机的油耗与排放。
发明内容
有鉴于此,本发明旨在提出一种发动机的冷却系统控制方法,该方法可以实现发动机水温快速而准确的控制,从而提升发动机性能并降低燃油消耗。
为达到上述目的,本发明的技术方案是这样实现的:
一种发动机的冷却系统控制方法,所述冷却系统包括用于调节水温的球阀,所述方法包括以下步骤:获取发动机的实际水温、转速和负荷;根据所述发动机转速和发动机负荷确定发动机的目标水温;计算所述目标水温和所述实际水温的本次偏差值,并根据所述当前偏差值和上次偏差值得到偏差变化率;根据所述目标水温得到用于调节球阀开度的前馈信号;根据所述本次偏差值和所述偏差变化率确定用于调节所述球阀开度的比例积分控制的反馈信号;根据所述前馈信号和所述反馈信号得到开度调节信号,以根据所述开度调节信号调节所述球阀的开度。
进一步的,所述根据所述本次偏差值和所述偏差变化率确定用于调节所述球阀开度的比例积分控制的反馈信号的步骤,包括:根据所述本次偏差值和所述偏差变化率得到比例控制系数,并根据所述比例控制系数确定所述第一反馈信号;判断所述本次偏差值是否小于或等于预定温度;如果是,则根据所述本次偏差值和所述偏差变化率得到积分控制系数,并根据所述积分控制系数确定第二反馈信号,并将所述第一反馈信号和所述第二反馈信号作为用于调节所述球阀开度的比例积分控制的反馈信号。
进一步的,还包括:如果所述本次偏差值大于所述预定温度,则将所述第一反馈信号作为用于调节所述球阀开度的比例积分控制的反馈信号。
进一步的,所述预定温度根据试验标定得到。
进一步的,所述发动机的负荷包括:进气流量、进气压力和发动机的输出扭矩中的至少一个。
相对于现有技术,本发明所述的发动机的冷却系统控制方法具有以下优势:
本发明所述的发动机的冷却系统控制方法,根据前馈信号可以实现球阀开度的快速调节,以使发动机的实际水温快速达到目标水温附近,而通过比例积分控制,可以实现实际水温精细调节,从而实现发动机水温快速而准确的控制,从而提升发动机性能并降低燃油消耗。
本发明的另一个目的在于提出一种发动机的冷却系统控制系统,该系统可以实现发动机水温快速而准确的控制,从而提升发动机性能并降低燃油消耗。
为达到上述目的,本发明的技术方案是这样实现的:
一种发动机的冷却系统控制系统,所述冷却系统包括用于调节水温的球阀,所述系统包括:获取模块,用于获取发动机的实际水温、转速和负荷;目标水温确定模块,用于根据所述发动机转速和发动机负荷确定发动机的目标水温;计算模块,用于计算所述目标水温和所述实际水温的本次偏差值,并根据所述当前偏差值和上次偏差值得到偏差变化率,并根据所述目标水温得到用于调节球阀开度的前馈信号,以及根据所述本次偏差值和所述偏差变化率确定用于调节所述球阀开度的比例积分控制的反馈信号;控制模块,用于根据所述前馈信号和所述反馈信号得到开度调节信号,以根据所述开度调节信号调节所述球阀的开度。
进一步的,所述计算模块用于根据所述本次偏差值和所述偏差变化率得到比例控制系数,并根据所述比例控制系数确定所述第一反馈信号,判断所述本次偏差值是否小于或等于预定温度,如果是,则根据所述本次偏差值和所述偏差变化率得到积分控制系数,并根据所述积分控制系数确定第二反馈信号,并将所述第一反馈信号和所述第二反馈信号作为用于调节所述球阀开度的比例积分控制的反馈信号。
进一步的,所述计算模块还用于在所述本次偏差值大于所述预定温度时,将所述第一反馈信号作为用于调节所述球阀开度的比例积分控制的反馈信号。
进一步的,所述发动机的负荷包括:进气流量、进气压力和发动机的输出扭矩中的至少一个。
所述的发动机的冷却系统控制系统与上述的发动机的冷却系统控制方法相对于现有技术所具有的优势相同,在此不再赘述。
本发明的另一个目的在于提出一种车辆,该车辆可以实现发动机水温快速而准确的控制,从而提升发动机性能并降低燃油消耗。
为达到上述目的,本发明的技术方案是这样实现的:
一种车辆,设置有如上述实施例所述的发动机的冷却系统控制系统。
所述的车辆与上述的发动机的冷却系统控制系统相对于现有技术所具有的优势相同,在此不再赘述。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
图1为本发明实施例所述的发动机的冷却系统控制方法的流程图;
图2为本发明实施例所述的发动机的冷却系统控制方法的具体流程图;
图3为本发明实施例所述的发动机的冷却系统控制系统的结构框图;
图4为本发明实施例所述的发动机的冷却系统控制方法的反馈控制中积分控制为分段控制的示意图。
附图标记说明:
发动机的冷却系统控制系统300、获取模块310、目标水温确定模块320、计算模块330、控制模块340。
具体实施方式
需要说明的是,在不冲突的情况下,本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
图1是根据本发明一个实施例的发动机的冷却系统控制方法的流程图。
在描述本发明实施例的车辆的控制方法之前,首先对冷却系统进行描述,冷却系统又称为智能冷却系统或者智能热管理系统,冷却系统包括用于调节水温的球阀(如电子球阀),冷却系统还包括热管理模块、水套、散热器、电子风扇、水泵、补偿水箱,智能冷却系统外接部件包括机油冷却器、变速器冷却器等。热管理模块采用电子球阀控制各个通道的开启角度。暖机完成后的稳态工况下,各通道完全打开,通过控制电子球阀开度可以实现水温的闭环控制。
需要说明的是,上述冷却系统的结构属于现有技术,此处不做赘述。
如图1所示,并结合图2,根据本发明一个实施例的发动机的冷却系统控制方法,包括如下步骤:
S101:获取发动机的实际水温、转速和负荷。
其中,发动机的负荷包括但不限于:发动机的进气流量、发动机的进气压力和发动机的输出扭矩中的至少一个。
在本发明的具体示例中,建议采用进气流量或者进气压力,这是因为进气流量或者进气压力可以通过相关传感器直接采集得到,而如果采用输出扭矩,则通常需要根据相关参数计算得出。
此外,实际水温和发动机的转速也可以通过相关传感器采集得到,如温度传感器、速度传感器等。
发动机的实际水温、转速和负荷的获取是周期性的,例如程序运行的每个时钟周期进行采样,或者根据预先设定的采样间隔而获取。因此,为了便于变数,将本次获取的发动机的实际水温记为T(k),如果为前一次获取的发动机的实际水温。
S102:根据发动机转速和发动机负荷确定发动机的目标水温。
作为一个具体的示例,如图2所示,通过本次获取到的发动机的转速、负荷等,采用查询预设的目标水温映射表MAP得到,其中,目标水温映射表MAP可以预先通过试验标定得到,例如:目标水温映射表MAP中横坐标和纵坐标分别表示发动机转速和发动机负荷,而两者的交叉点为对应于该转速和符合的目标水温。
S103:计算目标水温和实际水温的本次偏差值,并根据当前偏差值和上次偏差值得到偏差变化率。
结合图2所示,根据目标水温与实际水温T(k)计算偏差值e(k)(即:本次偏差值),并与上次偏差值e(k-1)比较得到偏差变化率ec(k),其中,上次偏差值为根据上次得到的目标水温和上次检测到的实际水温T(k-1)得到的。
S104:根据目标水温得到用于调节球阀开度的前馈信号。如图2所示,前馈信号为前馈值,记为PRE_angle。
在本发明的一个示例中,可以预先生成一个前馈补偿查询表,在该前馈补偿查询表中包括了对应于多个目标水温的多个前馈值,该表同样可以根据试验预先标定得到。
通常目标水温越高,前馈值越大,这样,可以快速的实现球阀开度的调节。例如:根据目标水温得知球阀的当前开度与目标开度相差较大,因此球阀开度需要调节的范围越大,此时,前馈值可以保证球阀能够一下子将球阀调节到接近目标开度的范围,而不用球阀每次以单位调节量进行调节,具有调节速度快的优点。
S105:根据本次偏差值e(k)和偏差变化率ec(k)确定用于调节球阀开度的比例积分控制的反馈信号。
例如:根据本次偏差值e(k)和偏差变化率ec(k)得到比例控制系数KP,并根据比例控制系数确定所述第一反馈信号。
结合图4所示,其中,积分控制是分段进行的,例如:判断所述本次偏差值是否小于或等于预定温度;如果是,则根据所述本次偏差值和所述偏差变化率得到积分控制系数,并根据所述积分控制系数确定第二反馈信号,并将所述第一反馈信号和所述第二反馈信号作为用于调节所述球阀开度的比例积分控制的反馈信号。
否则,如果所述本次偏差值大于所述预定温度,则将所述第一反馈信号作为用于调节所述球阀开度的比例积分控制的反馈信号。结合图2所示,根据e(k)、ec(k)查表获得相应的比例控制系数KP,从而得到反馈信号以用于比例控制。其中,比例控制系数KP和e(k)以及ec(k)的关系可以预先通过试验标定得到,并建立三者之间的关系表MAP。
积分控制起作用后,即:判断本次偏差值e(k)小于或等于预定温度后,即为β℃。其中,预定温度β℃可以根据试验标定得到,例如为3℃。根据本次偏差值e(k)和偏差变化率ec(k)得到积分控制系数KI,并根据积分控制系数KI确定第二反馈信号。将所述第一反馈信号和所述第二反馈信号作为用于调节所述球阀开度的比例积分控制的反馈信号,以便能够根据开度调节信号调节球阀的开度。
也就是说,当|e(k)|≤β℃时,积分控制开始作用,通过e(k)、ec(k)查表获得积分控制系数KI,|e(k)|>β时,积分控制不起作用。其中,积分控制系数KI和e(k)以及ec(k)的关系可以预先通过试验标定得到,并建立三者之间的关系表MAP。即:为避免积分过饱和,将积分控制分段,仅在|e(k)|≤β℃时,积分控制作用,从而实现发动机水温的准确调节。
S106:根据前馈信号和反馈信号得到开度调节信号,以根据开度调节信号调节球阀的开度。
结合图2所示,前馈信号和反馈信号相加得到开度调节信号,即开度信号V_angle(k),然后根据开度信号V_angle(k)调节球阀的开度,从而实现发动机水温的闭环控制。
根据本发明实施例的发动机的冷却系统控制方法,根据前馈信号可以实现球阀开度的快速调节,以使发动机的实际水温快速达到目标水温附近,而通过比例积分控制,可以实现实际水温精细调节,从而实现发动机水温快速而准确的控制,从而提升发动机性能并降低燃油消耗。
根据本发明实施例的发动机的冷却系统控制方法,可以实现实际水温精细调节,从而实现发动机水温快速而准确的控制,从而提升发动机性能并降低燃油消耗。
图3是根据本发明一个实施例的发动机的冷却系统控制系统的结构框图。如图3所示,根据本发明一个实施例的发动机的冷却系统控制系统300,包括:获取模块310、目标水温确定模块320、计算模块330和控制模块340。
其中,获取模块310用于获取发动机的实际水温、转速和负荷。目标水温确定模块320用于根据所述发动机转速和发动机负荷确定发动机的目标水温。计算模块330用于计算所述目标水温和所述实际水温的本次偏差值,并根据所述当前偏差值和上次偏差值得到偏差变化率,并根据所述目标水温得到用于调节球阀开度的前馈信号,以及根据所述本次偏差值和所述偏差变化率确定用于调节所述球阀开度的比例积分控制的反馈信号。控制模块340用于根据所述前馈信号和所述反馈信号得到开度调节信号,以根据所述开度调节信号调节所述球阀的开度。
在本发明的一个实施例中,计算模块330用于根据所述本次偏差值和所述偏差变化率得到比例控制系数,并根据所述比例控制系数确定所述第一反馈信号,判断所述本次偏差值是否小于或等于预定温度,如果是,则根据所述本次偏差值和所述偏差变化率得到积分控制系数,并根据所述积分控制系数确定第二反馈信号,并将所述第一反馈信号和所述第二反馈信号作为用于调节所述球阀开度的比例积分控制的反馈信号。。
在本发明的一个实施例中,计算模块330还用于在所述本次偏差值大于所述预定温度时,将所述第一反馈信号作为用于调节所述球阀开度的比例积分控制的反馈信号。
在本发明的一个实施例中,发动机的负荷包括:进气流量、进气压力和发动机的输出扭矩中的至少一个。
根据本发明实施例的发动机的冷却系统控制系统,根据前馈信号可以实现球阀开度的快速调节,以使发动机的实际水温快速达到目标水温附近,而通过比例积分控制,可以实现实际水温精细调节,从而实现发动机水温快速而准确的控制,从而提升发动机性能并降低燃油消耗。
需要说明的是,本发明实施例的发动机的冷却系统控制系统的具体实现方式与本发明实施例的发动机的冷却系统控制方法的具体实现方式类似,具体请参见方法部分的描述,为了减少冗余,此处不做赘述。
进一步地,本发明的实施例公开了一种车辆,设置有如上述任意一个实施例中的发动机的冷却系统控制系统。该车辆可以实现发动机水温快速而准确的控制,从而提升发动机性能并降低燃油消耗。
另外,根据本发明实施例的车辆的其它构成以及作用对于本领域的普通技术人员而言都是已知的,为了减少冗余,此处不做赘述。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种发动机的冷却系统控制方法,其特征在于,所述冷却系统包括用于调节水温的球阀,所述方法包括以下步骤:
获取发动机的实际水温、转速和负荷;
根据所述发动机转速和发动机负荷确定发动机的目标水温;
计算所述目标水温和所述实际水温的本次偏差值,并根据所述当前偏差值和上次偏差值得到偏差变化率;
根据所述目标水温得到用于调节球阀开度的前馈信号;
根据所述本次偏差值和所述偏差变化率确定用于调节所述球阀开度的比例积分控制的反馈信号;
根据所述前馈信号和所述反馈信号得到开度调节信号,以根据所述开度调节信号调节所述球阀的开度。
2.根据权利要求1所述的发动机的冷却系统控制方法,其特征在于,所述根据所述本次偏差值和所述偏差变化率确定用于调节所述球阀开度的比例积分控制的反馈信号的步骤,包括:
根据所述本次偏差值和所述偏差变化率得到比例控制系数,并根据所述比例控制系数确定所述第一反馈信号;
判断所述本次偏差值是否小于或等于预定温度;
如果是,则根据所述本次偏差值和所述偏差变化率得到积分控制系数,并根据所述积分控制系数确定第二反馈信号,并将所述第一反馈信号和所述第二反馈信号作为用于调节所述球阀开度的比例积分控制的反馈信号。
3.根据权利要求2所述的发动机的冷却系统控制方法,其特征在于,还包括:
如果所述本次偏差值大于所述预定温度,则将所述第一反馈信号作为用于调节所述球阀开度的比例积分控制的反馈信号。
4.根据权利要求3所述的发动机的冷却系统控制方法,其特征在于,所述预定温度根据试验标定得到。
5.根据权利要求1所述的发动机的冷却系统控制方法,其特征在于,所述发动机的负荷包括:进气流量、进气压力和发动机的输出扭矩中的至少一个。
6.一种发动机的冷却系统控制系统,其特征在于,所述冷却系统包括用于调节水温的球阀,所述系统包括:
获取模块,用于获取发动机的实际水温、转速和负荷;
目标水温确定模块,用于根据所述发动机转速和发动机负荷确定发动机的目标水温;
计算模块,用于计算所述目标水温和所述实际水温的本次偏差值,并根据所述当前偏差值和上次偏差值得到偏差变化率,并根据所述目标水温得到用于调节球阀开度的前馈信号,以及根据所述本次偏差值和所述偏差变化率确定用于调节所述球阀开度的比例积分控制的反馈信号;
控制模块,用于根据所述前馈信号和所述反馈信号得到开度调节信号,以根据所述开度调节信号调节所述球阀的开度。
7.根据权利要求6所述的发动机的冷却系统控制系统,其特征在于,所述计算模块用于根据所述本次偏差值和所述偏差变化率得到比例控制系数,并根据所述比例控制系数确定所述第一反馈信号,判断所述本次偏差值是否小于或等于预定温度,如果是,则根据所述本次偏差值和所述偏差变化率得到积分控制系数,并根据所述积分控制系数确定第二反馈信号,并将所述第一反馈信号和所述第二反馈信号作为用于调节所述球阀开度的比例积分控制的反馈信号。
8.根据权利要求6或7所述的发动机的冷却系统控制系统,其特征在于,所述计算模块还用于在所述本次偏差值大于所述预定温度时,将所述第一反馈信号作为用于调节所述球阀开度的比例积分控制的反馈信号。
9.根据权利要求6所述的发动机的冷却系统控制系统,其特征在于,所述发动机的负荷包括:进气流量、进气压力和发动机的输出扭矩中的至少一个。
10.一种车辆,其特征在于,设置有如权利要求6-9任一项所述的发动机的冷却系统控制系统。
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