CN108301911A - 铰接式自卸车动力系统智能控制冷却系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了铰接式自卸车动力系统智能控制冷却系统及其控制方法，包括冷却单元、液体传输单元和控制系统，所述的控制系统通过作用于液体传输单元控制冷却单元；所述的控制系统包括控制单元、T1温度传感器、T2温度传感器和T3温度传感器，所述的T1温度传感器、T2温度传感器和T3温度传感器的输入端与控制单元相连，所述的控制单元的输出端分别与M1电动机、M2电动机或M3电动机的控制端相连。所述的控制单元通过依次判定T1温度传感器、T2温度传感器和T3温度传感器所输入的温度信号T与设定的温度阈值T₀的大小依次调节M1电动机、M2电动机或M3电动机的转速。本发明能够实现更加精准和有效的冷却，更利于节能。

Description

铰接式自卸车动力系统智能控制冷却系统及其控制方法

技术领域

本发明属于铰接式自卸车冷却装置领域，具体涉及一种铰接式自卸车动力系统智能控制冷却系统及其控制方法。

背景技术

铰接式自卸汽车是指驾驶室和车体之间具有铰接点及摆动环的运输机械。铰接车的设计思想起源于20世纪60年代末的北欧，当时恶劣天气及空间受限的工作条件迫切需要一种介于传统刚性后卸式运输汽车和铲运机之间的铲土运输设备，这种设备就是现在的铰接式自卸车。其用途由最初的修路逐渐发展应用到采矿业、水电工程、铁路工程和机场等不同行业的工程项目中，运输物料的种类主要有泥土、岩石、木屑和垃圾等散装物料运输。

对于用于铰接式自卸车液体传输单元，发动机采用直列6缸或V列8缸机型，功率从200-400kw不等。由于运行的道路条件非常恶劣，为了提高车辆的动力性能，传动系统通常匹配具有液力变矩器的自动变速箱。液力变矩器是位于发动机和变速箱轮系之间的弹性元件，由泵轮、涡轮、导轮组成的液力元件；泵轮和发动机飞轮相连，涡轮和变速箱的齿轮轴相连，涡轮与变速箱的壳体固连；内部工作液体为变速箱油。

在变矩工况下，液力变矩器能够起到传递发动机转速和扭矩的作用，同时产生大量热量，发热功率一般在其传递功率的5％-25％，需要配备对应的冷却装置，使得变速箱油在90-95℃的最佳工作温度。变矩工况下，发动机中冷器、水套散热处于最大散热量需求，发动机水泵进水端温度为93℃，冷却发动机各部件后出水温度为100℃。

若将发动机散热和变矩器散热串联设计，则只有两种选择。选择一：将变矩器散热置于发动机进水端，满足变矩器的冷却要求，但是会导致发动机进水阻力大、进水温度高于要求，不满足发动机的冷却要求；选择二：将变矩器置于发动机出水端，因发动机出水温度为100℃，则不能达到变矩器的冷却要求。因此目前常见的动力传动设计采用双散热器方案，发动机散热器和变速箱散热器相互独立，发动机和变速箱有各自的冷却水路，能满足变矩工况的散热要求。

在缓行工况下，铰接式自卸车变速箱配备的液力缓速器启用，使得车辆安全平稳下长坡。液力缓速器是利用搅动变速箱油产生阻尼产达到缓速作用的装置，将动能转化为变速箱油的热能，此部分热能也需要冷却单元吸收。在此工况下，发动机中冷器、水套散热处于最小散热需求。通常情况下，液力缓行最大功率能达到或接近发动机额定功率，对应散热器尺寸较大。

目前的双散热器方案中，缓行工况下只有变速箱散热器参与工作，发动机散热器处于闲置状态，产生极大浪费。且双散热器方案重量较大、占用空间造成布置困难、成本高、可靠性差。

尝试解决这一问题的有中国实用新型专利CN200720046839：将变速箱冷却和一个小尺寸的变速箱风冷散热器串联到发动机散热水路当中，能减小变速箱风冷散热器的尺寸。但是存在以下问题：一、由于变速箱风冷散热器一直会对变速箱冷却，造成变速箱油温过低或升温缓慢。变速箱油温过低，油液粘稠，会造成润滑不良和换挡阀无动作，在车辆启动的过程中，要求变速箱油温能快速上升。二、变速箱冷却回路中的冷却水由发动机自带水泵驱动，会造成冷却回路阻力过大。

目前所有的技术方案都依赖于节温器调节水路的流向，实现不同的循环，通过风扇离合器调节风扇转速达到节能，元件复杂不可靠、不够智能化。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种铰接式自卸车动力系统智能控制冷却系统。

实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

铰接式自卸车动力系统智能控制冷却系统，包括冷却单元、液体传输单元和控制系统，所述的控制系统通过作用于液体传输单元控制冷却单元中实现对发动机和变速箱的冷却；

所述的冷却单元包括膨胀水箱、变速箱热交换箱、散热器和对散热器进行散热的风扇；

所述的液体传输单元包括发动机水泵和变速箱水泵，所述的发动机水泵的入口端与散热器相连，其流出端与发动机的入口端相连；所述的变速箱水泵的入口端与散热器相连，其出口端与变速箱热交换箱的入口端相连；所述的发动机水泵或变速箱水泵分别通过与之相连的M2电动机或M3电动机控制转速；还包括作用于风扇的M1电动机；

所述的控制系统包括控制单元、T1温度传感器、T2温度传感器和T3温度传感器，所述的T1温度传感器、T2温度传感器和T3温度传感器的输入端与控制单元相连，所述的控制单元的输出端分别与M1电动机、M2电动机或M3 电动机的控制端相连，所述的控制单元根据所接收的T1温度传感器、T2温度传感器和T3温度传感器的温度信号对应的控制M1电动机、M2电动机或M3 电动机的转速。

作为本发明的进一步改进，所述的散热器包括两个用于提供冷却液的水路通道，分别与发动机和变速箱热交换箱相连。

作为本发明的进一步改进，所述的与发动机相连的水路通道，冷却液由散热器上端接口14c流向发动机上端接口4a，之后从发动机下端接口4c由散热器的第一下端接口14d流回散热器中。

作为本发明的进一步改进，所述变速箱热交换箱中包括与变速箱相连的油路通路和与散热器的水流通路，热交换过程中，从变速箱出油端5-2d流出的高温油从变速箱热交换箱中油路底端入口7d进入变速箱热交换箱中，之后从上端的油路出口7c流回变速箱5-1a中，所述的冷却液从散热器的第二上端接口14a 流向变速箱热交换箱的水路底端入口7b，热交换后，依次从水路上端出口7a 和散热器的第二下端接口14d流回散热器中。

作为本发明的进一步改进，所述的T1温度传感器设置在散热器正对风扇的出风口、所述的T2温度传感器设置在发动机下端接口4c处，所述的T3温度传感器设置在变速箱热交换箱的油路出口7c处。

根据以上所述的控制冷却系统的控制方法，所述的控制系统中的控制单元依次判定T1温度传感器、T2温度传感器和T3温度传感器所输入的温度信号T 与设定的温度阈值T₀的大小依次调节M1电动机、M2电动机或M3电动机的转速。

作为本发明的进一步改进，所输入的温度信号T小于或者等于所设定的温度阈值T₀时，所述的控制单元结束控制，所述的电动机按设定初始值转动。

作为本发明的进一步改进，所输入的温度信号T大于所设定的温度阈值T₀时，启动控制模式，所述的控制单元根据T与T₀之间的差值大小控制发动机的转速n，即n＝f(T-T₀)。

作为本发明的进一步改进，所述的函数n＝f(T-T₀)包括线性、指数、对数或复合函数，所述的控制单元采用上述任一种或几种函数关系对M1电动机、M2 电动机或M3电动机的转速进行控制。

作为本发明的进一步改进，所述的控制过程包括在发动机运行的启动工况、变矩工况或者缓行工况下任一种状态下。

本发明的有益效果：本发明所设计的系统中采用传感器和控制单元代替传统的节温器、离合器实现智能控制，不仅系统简单可靠，而且能够实现更加精准和有效的冷却，更利于节能。

附图说明

图1为本发明动力传动智能控制冷却单元结构构成图；

图2动力传动智能控制冷却单元控制流程图；

其中：1-膨胀水箱，2-M2电动机，3-发动机水泵，4-发动机，5-变速箱， 5-1变矩器，5-2缓速器，6-T3温度传感器，7-变速箱热交换器，8-M3电动机， 9-变速箱水泵，10-T2温度传感器，11-M1电动机，12-T1温度传感器，13-风扇， 14-散热器，15-控制单元。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。

如图1所示的本发明所设计的动力传动智能控制冷却单元结构构成图，包括作用于发动机4和变速箱5的冷却单元、还包括液体传输单元和控制系统，所述的控制系统通过作用于液体传输单元控制冷却单元中实现对发动机 4和变速箱5的冷却。

所述的冷却单元包括提供冷却液的膨胀水箱1，用于冷却变速箱5的变速箱热交换箱7、所吸收的发动机4和变速箱5的热量经散热器14和对散热器14 进行散热的风扇13进行散热冷却。

所述的膨胀水箱1设置在系统的水位最高点，包括主进水口1b，还包括分别通过接口1a、1c和1d分别与散热器14、发动机4和变速箱5相连为系统提供冷却水，与接口1a、1c和1d相连的管路的直径远小于系统中其它管路的直径，用于去除系统内的气体，起到保护系统的作用。

所述的散热器14包括两个用于提供冷却液的水路通道，分别与发动机4 和变速箱热交换箱7相连。具体的为与发动机4相连的水路通道，冷却液由散热器14上端接口14c流向发动机上端接口4a，发动机4冷却后的高温液体从发动机下端接口4c由散热器14的第一下端接口14d流回散热器14中，进行散热。所述变速箱热交换箱7中包括与变速箱5相连的油路通路和与散热器14 的水流通路，在变速箱热交换箱7从变速箱5中流入的高温油与从散热器14 中流入的低温冷却液进行热交换。根据动力传动系统工作的需求，所述的变速箱5包括变矩器5-1和缓速器5-2，通过变矩器5-1b口和缓速器5-2c口连接变速箱5内部的油路通路。热交换过程中，从变速箱出油端5-2d流出的高温油从变速箱热交换箱7中油路底端入口7d进入变速箱热交换箱7中，之后从上端的油路出口7c流回变速箱5-1a中，所述的冷却液从散热器14的第二上端接口14a 流向变速箱热交换箱7的水路底端入口7b，热交换后，依次从水路上端出口7a 和散热器14的第二下端接口14d流回散热器14中。

所述的冷却单元所提供的冷却液通过液体传输单元完成在各个通路中的热量和冷却液循环。所述的液体传输单元包括发动机水泵3和变速箱水泵9，所述的发动机水泵3的入口端与膨胀水箱1或散热器14相连，其流出端与发动机 4的入口端相连，即控制散热器14的上端接口14c和发动机上端接口4a之间的管路中的冷却液的流速。变速箱水泵所述的变速箱水泵9的入口端与散热器 14相连，其出口端与变速箱热交换箱7的入口端相连，控制由散热器14的第二上端接口14a输入变速箱热交换箱7的冷却液的流速。所述的发动机水泵3或变速箱水泵9分别通过与之相连的M2电动机2或M3电动机8控制转速，从而调节冷却液的流量和交换速度。冷却液吸收发动机4和变速箱5的热量在散热器14中进行散热冷却，通过风扇13对散热器14进行散热，所述的风扇 13转速通过与之相连的M1电动机11进行调节控制，从而控制热量散发的速度。

为了达到更加精准有效的冷却效果，同时使发动机4和变速箱5工作在合适温度，所述的电动机的转速是通过所述的控制系统进行智能控制的。所述的控制系统包括控制单元15、T1温度传感器12、T2温度传感器10和T3温度传感器6，所述的T1温度传感器12、T2温度传感器10和T3温度传感器6的输入端与控制单元15相连，所述的控制单元15的输出端分别与M1电动机11、 M2电动机2或M3电动机8的控制端相连。其中，所述的T1温度传感器12 设置在散热器14正对风扇13的出风口，用于监测散热器出风口的空气的温度。所述的T2温度传感器10设置在发动机下端接口4c处，用于监测从发动机4 中流出的冷却液的温度。所述的T3温度传感器6设置在变速箱热交换箱7的油路出口7c处，用于监测流入变速箱5经冷却后冷却油的温度。所述的控制单元15根据所接收的T1温度传感器12、T2温度传感器10和T3温度传感器6 的温度信号对应的控制M1电动机11、M2电动机2或M3电动机8的转速。

所述的控制系统按照如图2所示的步骤控制电动机的转速，总的思路为，在铰接式自卸车动力系统运行的任何一种工况下，所述的控制系统中的控制单元15在依次判定T1温度传感器12、T2温度传感器10和T3温度传感器6所输入的温度信号T与设定的温度阈值T₀的大小依次调节M1电动机11、M2电动机2或M3电动机8的转速。其中M1电动机11调节风扇13的速度通过T₁与T₁₀之间的大小进行判断，当T₁>T₁₀时，控制单元15则通过T₁和T₁₀差值，通过函数n₁＝f₁(T₁-T₁₀)计算M1电动机的调节目标转速n₁；当T₁≤T₁₀时，结束风扇13的调节，M1电动机11按照设定初始值控制风扇13的运转。所述的发动机水泵3调节流速的大小分别通过T₂与T₂₀之间的大小进行判断，当T₂>T₂₀时，控制单元15则通过T₂和T₂₀差值，通过函数n₂＝f₂(T₂-T₂₀)计算M2电动机的调节目标转速n₂；当T₂≤T₂₀时，结束发动机水泵3的调节，M2电动机2按照设定初始值控制输入发动机4中的冷却液的流量。同理，控制单元15通过同样的方式判断T₃与T₃₀之间的大小调节M3电动机8，控制输入变速箱热交换箱7冷却液的流量。

其中上述所涉及的函数中，转速均随之温度差的增大而上升，函数的形式可以包括线性、指数、对数或复合函数，所述的控制单元15采用上述任一种或几种函数关系对M1电动机11、M2电动机2或M3电动机8的转速进行控制。

本发明中的实施例中，所述的M1电动机11初始值设定为0，所述的 M2电动机2或M3电动机8的初始值设定为其所能达到的最高转速的5％，所述的M1电动机11、的M2电动机2或M3电动机8的初始值也可以设定为其它的比例值。

实施过程中，首先，动力传动系统启动后，由于发动机4和变速箱5刚刚启动，并未产生大量的热量，考虑到节能，所述的控制单元5不进行调节，电动机按照初始设定的最低转速进行旋转。随着发动机4和变速箱5的运行，系统快速升温，当控制单元15接受到T2温度传感器10和T3温度传感器6的温度信号T₂>T₂₀且T₃>T₃₀时，控制单元5按照以上所述的调节电动机的转速。所述的控制过程包括在发动机4运行的启动工况、变矩工况或者缓行工况下任一种状态下进行调节。

Claims (10)

1.铰接式自卸车动力系统智能控制冷却系统，其特征在于：包括冷却单元、液体传输单元和控制系统，所述的控制系统通过作用于液体传输单元控制冷却单元中实现对发动机(4)和变速箱(5)的冷却；

所述的冷却单元包括膨胀水箱(1)、变速箱热交换箱(7)、散热器(14)和对散热器(14)进行散热的风扇(13)；

所述的液体传输单元包括发动机水泵(3)和变速箱水泵(9)，所述的发动机水泵(3)的入口端与散热器(14)相连，其流出端与发动机(4)的入口端相连；所述的变速箱水泵(9)的入口端与散热器(14)相连，其出口端与变速箱热交换箱(7)的入口端相连；所述的发动机水泵(3)或变速箱水泵(9)分别通过与之相连的M2电动机(2)或M3电动机(8)控制转速；还包括作用于风扇(13)的M1电动机(11)；

所述的控制系统包括控制单元(15)、T1温度传感器(12)、T2温度传感器(10)和T3温度传感器(6)，所述的T1温度传感器(12)、T2温度传感器(10)和T3温度传感器(6)的输入端与控制单元(15)相连，所述的控制单元(15)的输出端分别与M1电动机(11)、M2电动机(2)或M3电动机(8)的控制端相连，所述的控制单元(15)根据所接收的T1温度传感器(12)、T2温度传感器(10)和T3温度传感器(6)的温度信号对应的控制M1电动机(11)、M2电动机(2)或M3电动机(8)的转速。

2.根据权利要求1所述的铰接式自卸车动力系统智能控制冷却系统，其特征在于：所述的散热器(14)包括两个用于提供冷却液的水路通道，分别与发动机(4)和变速箱热交换箱(7)相连。

3.根据权利要求2所述的铰接式自卸车动力系统智能控制冷却系统，其特征在于：所述的与发动机(4)相连的水路通道，冷却液由散热器(14)上端接口14c流向发动机上端接口4a，之后从发动机下端接口4c由散热器(14)的第一下端接口14d流回散热器(14)中。

4.根据权利要求2所述的铰接式自卸车动力系统智能控制冷却系统，其特征在于：所述变速箱热交换箱(7)中包括与变速箱(5)相连的油路通路和与散热器(14)的水流通路，热交换过程中，从变速箱出油端5-2d流出的高温油从变速箱热交换箱(7)中油路底端入口7d进入变速箱热交换箱(7)中，之后从上端的油路出口7c流回变速箱5-1a中，所述的冷却液从散热器(14)的第二上端接口14a流向变速箱热交换箱(7)的水路底端入口7b，热交换后，依次从水路上端出口7a和散热器(14)的第二下端接口14d流回散热器(14)中。

5.根据权利要求3或4所述的铰接式自卸车动力系统智能控制冷却系统，其特征在于：所述的T1温度传感器(12)设置在散热器(14)正对风扇(13)的出风口、所述的T2温度传感器(10)设置在发动机下端接口4c处，所述的T3温度传感器(6)设置在变速箱热交换箱(7)的油路出口7c处。

6.根据权利要求1-5任一项所述的铰接式自卸车动力系统智能控制冷却系统的控制方法，其特征在于：所述的控制系统中的控制单元(15)依次判定T1温度传感器(12)、T2温度传感器(10)和T3温度传感器(6)所输入的温度信号T与设定的温度阈值T₀的大小依次调节M1电动机(11)、M2电动机(2)或M3电动机(8)的转速。

7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于：所输入的温度信号T小于或者等于所设定的温度阈值T₀时，所述的控制单元(15)结束控制，所述的电动机按设定初始值转动。

8.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于：所输入的温度信号T大于所设定的温度阈值T₀时，启动控制模式，所述的控制单元(15)根据T与T₀之间的差值大小控制发动机的转速n，即n＝f(T-T₀)。

9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于：所述的函数n＝f(T-T₀)包括线性、指数、对数或复合函数，所述的控制单元(15)采用上述任一种或几种函数关系对M1电动机(11)、M2电动机(2)或M3电动机(8)的转速进行控制。

10.根据权利要求7或8所述的控制方法，其特征在于：所述的控制过程包括在发动机(4)运行的启动工况、变矩工况或者缓行工况下任一种状态下。