CN108790786B - 一种分布式越野车动力总成换热系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种分布式越野车动力总成换热系统及其控制方法，通过涉水感应装置控制风扇驱动的快速响应，实现系统保护从而保持整车性能不衰减，提升复杂环境下的生存能力。控制器中存储多套控制策略，实现空载、中载、重载、爬坡等工况的智能或手动切换，提高动力性；通过PID闭环控制，实现各换热器的最佳工况、保证发动机进气温度/进气量、冷却液温度、机油温度等处于最佳状态，从而大幅降低燃油消耗和系统噪声，提升发动机性能和整车补给周期。

Description

一种分布式越野车动力总成换热系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种车辆动力总成换热系统及控制方法，具体来说是一种用于越野车的分布式动力总成换热系统及其控制方法，属于车辆工程和工程热物理技术领域。

背景技术

越野车要求有较高的通过性、可靠性、耐候性，还需要较高的防护性、改装及维护便利性和减震降噪等性能，对环境友好性要求也越来越高，在保证动力性的前提下尽可能提高燃油经济性。

动力总成换热装置，现有成熟技术为中置、倾斜、串联布置的换热器和弯曲风道、与发动机机械连接的直连风扇模式。本专利采用与现有技术模式不同的方式，可以解决其燃油经济性和环境适应性不佳、在低速大负荷下的换热性能下降、噪声和能量分配不受控，以及拆装维护不便等问题。同时，为下一代越野车设计提供一套新的思路和解决方案。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对以上现有技术存在的缺点，提出一种结构合理、使用方便、适应面广、可靠性高，实现整车动力、经济性和通过性提升，同时能够降低车辆振动及噪声的分布式越野车动力总成换热系统及其控制方法。

为了解决以上技术问题，本发明提供一种分布式越野车动力总成换热系统，包括安装于发动机舱内的模块化分布式换热装置，所述换热装置通过已存储多套控制策略的控制器驱动运作，实现多工况下换热装置的智能控制或在必要时进行手动切换；

所述换热装置由散热器模块、中冷器模块及冷凝器模块组成，所述散热器模块安装于前端进风口及发动机之间，所述中冷器模块、冷凝器模块分别安装于发动机的两侧，且置于前端进风口与防火墙之间。

进一步的，所述散热器模块包括散热器及安装于散热器后方的散热器风扇，所述散热器风扇通过安装于发动机上的离合器驱动装置驱动其转动；

所述中冷器模块包括中冷器及安装于中冷器前端的中冷器风扇；

所述冷凝器模块包括冷凝器及安装于冷凝器前端的冷凝器风扇；

各换热器与其相对应的风扇之间通过各风道相连接。

所述风道包括冷凝器风道及中冷器风道，分别沿左右轮罩放置；其前端分别与冷凝器风扇及中冷器风扇相连接，后端呈封闭结构，上方具有与冷凝器或中冷器相连接的接口。

所述中冷器模块及冷凝器模块上安装有控制风扇驱动快速响应的涉水感应装置；所述涉水感应装置由安装于中冷器风扇及冷凝器风扇罩壳上，用于监测整车及风扇所在水位信息的液位传感器构成，并与控制器通讯连接；当整车处于涉水路况时，根据液位传感器监测的水位信息，当水位超过液位传感器所在高度时，液位传感器向控制器输入高电平，控制器向风扇输入初始占空比16％，保护电子风扇。

进一步的，所述控制策略为：针对不同工况，设定发动机各温度参数的目标值，并形成温度-参数MAP图，控制器通过查询MAP图以确定目前工况下的目标值，并驱动换热装置运行；所述控制策略针对发动机处于不同负荷、环境温度、海拔高度、地形结构的工况进行设定，并存储于控制器内，实现车辆处于空载、中载、重载、爬坡工况下换热装置的智能控制或手动切换。

进一步的，所述发动机各温度参数包括不同转速、负荷、环境温度及整车载荷下发动机的进气温度、冷却液温度及机油温度。

一种分布式越野车动力总成换热系统的控制方法，包括如下步骤，

步骤1、针对发动机处于不同负荷、环境温度、海拔高度及地形结构的工况下，设定不同转速、负荷、环境温度及整车载荷下发动机的进气温度、冷却液温度及机油温度的目标值，形成温度-参数MAP图，以此形成针对多种工况下的多套控制策略，并将控制策略存储于车辆控制器内；

步骤2、启动车辆，并初始化系统，通过控制器监测当前发动机的温度参数，包括进气温度、冷却液温度和机油温度，并实时调整换热装置中相对应风扇的占空比；设定温度极限值：发动机进气温度≤65℃，冷却液温度≤93℃，机油温度≤135℃。当监测到的任一温度参数高于目标值，则设定换热装置中的风扇占空比为100％，若均低于目标值，则设定换热装置中的风扇初始占空比为16％；

步骤3、在车辆行进过程中，控制器实时持续监测当前发动机转速负荷、环境温度、整车载荷等数值，并查询温度-参数MAP图，确定车辆的控制策略，由此设定发动机的进气温度、冷却液温度及机油温度的目标值；

步骤4、根据步骤3中设定的目标值监测当前发动机的温度参数，并依此控制换热装置风扇的占空比，调节风扇转速，实现换热装置的PID闭环控制，以达到目标值。

本发明的有益效果是：本发明针对越野车特定工况要求，通过涉水感应装置控制风扇驱动的快速响应，实现系统保护从而保持整车性能不衰减，提升复杂环境下的生存能力。控制器(ECM/ECU)中存储针对不同负荷/环境温度/海拔/地形等标定的控制策略，即多套控制策略(Map)，实现空载、中载、重载、爬坡等工况的智能或手动切换，提高动力性；通过PID闭环控制，实现各换热器的最佳工况、保证发动机进气温度/进气量、冷却液温度、机油温度等处于最佳状态，从而大幅降低燃油消耗和系统噪声，提升发动机性能和整车补给周期。将换热器、风道和电动风扇做模块化设计，可以快速整体拆装或更换零部件；将散热器、中冷器、冷凝器和其他换热器分布式布置，可以在保证性能的前提下不影响整车接近角和通过性；减少机舱开口部位和面积，降低雨雪、沙尘、碎石等影响，提高成员和车辆防护性能。

本发明结构简单、布局合理、使用方便且制作成本低，适于批量生产，能够满足需要开展此项工作的市场需求。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

图2为本发明的流程示意图。

图3为本发明的中冷器模块结构示意图。

图4为本发明的冷凝器模块结构示意图。

附图说明：1、发动机；2、散热器；3、散热器风扇及其驱动装置；4、中冷器；5、中冷器电动风扇及涉水保护装置；6、冷凝器；7、冷凝器电动风扇；8、机油冷却器/变速箱油冷器/液压油冷却器/水冷中冷器/EGR冷却器；9、中冷器风道和轮罩；10、冷凝器风道和轮罩；11、防火墙。

具体实施方式

本实施例提供的一种分布式越野车动力总成换热系统，包括安装于发动机舱内的模块化的分布式换热装置，由散热器模块、中冷器模块及冷凝器模块组成。其中，散热器模块安装于前端进风口及发动机之间，包括散热器及安装于散热器后方的散热器风扇，散热器风扇通过安装于发动机上的离合器驱动装置驱动其转动，发动机通过离合器驱动风扇带动冷却气流完成冷却系统散热。而中冷器模块、冷凝器模块则采用左右对称布置，分别安装于发动机的两侧，位于前端进风口和防火墙之间，与发动机散热器采取分布方式布置，中冷器模块包括中冷器及安装于中冷器前端的中冷器风扇；冷凝器模块包括冷凝器及安装于冷凝器前端的冷凝器风扇。且各换热器与其相对应的风扇之间通过各风道相连接，各换热器通过气流和换热量不重叠。本实施例中，采用散热器、中冷器、冷凝器的分布式布置，并通过将各换热器与其相对应的风扇及风道合成为独立的换热模块，实现模块化安装，能够快速整体拆装或零部件独立拆装。电动风扇采用无级调速，通过控制策略实现与发动机的全时解耦，采用电控硅油离合器驱动机械风扇配合控制策略实现与发动机的适时解耦或分级调速。

同时，本实施例中具有涉水保护功能，安装有涉水感应保护装置，通过涉水感应装置控制风扇驱动的快速响应，实现系统保护从而保持整车性能不衰减，提升复杂环境下的生存能力。

本实施例的控制方法为：控制器(ECM/ECU)中存储针对不同负荷/环境温度/海拔/地形等标定的控制策略，即多套控制策略(Map)，实现空载、中载、重载、爬坡等工况的智能或手动切换(必要时)，提高动力性；通过PID闭环控制，实现各换热器的最佳工况、保证发动机进气温度/进气量、冷却液温度、机油温度等处于最佳状态，从而大幅降低燃油消耗和系统噪声，提升发动机性能和整车补给周期。

包括如下步骤：

步骤1、针对发动机处于不同负荷、环境温度、海拔高度及地形结构的工况下，设定不同转速、负荷、环境温度及整车载荷下发动机的进气温度、冷却液温度及机油温度的目标值，形成温度-参数MAP图，以此形成针对多种工况下的多套控制策略，并将控制策略存储于车辆控制器内，该控制器可以采用ECU或ECM。

步骤2、启动车辆，并初始化系统，通过控制器监测当前发动机的温度参数，包括进气温度、冷却液温度和机油温度，设定温度极限值：发动机进气温度≤65℃，冷却液温度≤93℃，机油温度≤135℃。当监测到的任一温度参数高于目标值，则设定换热装置中的风扇占空比为100％，若均低于目标值，则设定换热装置中的风扇初始占空比为16％。

步骤3、在车辆行进过程中，控制器实时持续监测当前发动机转速负荷、环境温度、整车载荷等数值，并查询温度-参数MAP图，确定车辆的控制策略，由此设定发动机的进气温度、冷却液温度及机油温度的目标值。

监测当前发动机的温度参数，并与当前所处工况下的控制策略进行比对，根据MAP图中标定的温度参数目标值实时调整换热装置中相对应风扇的占空比；

等值，并通过查询温度-参数MAP图进行比对，设定发动机进气温度、冷却液温度及机油温度目标值；

步骤4、根据步骤3中设定的目标值监测当前发动机的温度参数，并依此控制换热装置风扇的占空比，当各温度参数中的任意一个数值低于目标值，则减小风扇占空比，降低转速；若高于目标值，则增加风扇占空比，提高风扇转速，实现换热装置的PID闭环控制，以达到目标值。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种分布式越野车动力总成换热系统，其特征在于：包括安装于发动机舱内的模块化分布式换热装置，所述换热装置通过已存储多套控制策略的控制器驱动运作，实现多工况下换热装置的智能控制或进行手动切换；

所述换热装置由散热器模块、中冷器模块及冷凝器模块组成，所述散热器模块安装于前端进风口及发动机之间，所述中冷器模块、冷凝器模块分别安装于发动机的两侧，且置于前端进风口与防火墙之间；

所述散热器模块包括散热器及安装于散热器后方的散热器风扇，所述散热器风扇通过安装于发动机上的离合器驱动装置驱动其转动；所述中冷器模块包括中冷器及安装于中冷器前端的中冷器风扇；所述冷凝器模块包括冷凝器及安装于冷凝器前端的冷凝器风扇；

各换热器与其相对应的风扇之间通过各风道相连接；

所述中冷器模块及冷凝器模块上安装有控制风扇驱动快速响应的涉水感应装置；所述涉水感应装置由安装于中冷器风扇及冷凝器风扇罩壳上，用于监测整车及风扇所在水位信息的液位传感器构成，并与控制器通讯连接；当整车处于涉水路况时，根据液位传感器监测的水位信息，当水位超过液位传感器所在高度时，液位传感器向控制器输入高电平，控制器向风扇输入初始占空比16%，保护电子风扇。

2.根据权利要求1所述的分布式越野车动力总成换热系统，其特征在于：所述风道包括冷凝器风道及中冷器风道，分别沿左右轮罩放置；其前端分别与冷凝器风扇及中冷器风扇相连接，后端呈封闭结构，上方具有与冷凝器或中冷器相连接的接口。

3.根据权利要求1所述的分布式越野车动力总成换热系统，其特征在于：所述控制策略为：针对不同工况，设定发动机各温度参数的目标值，并形成温度-参数MAP图，控制器通过查询MAP图以确定目前工况下的目标值，并驱动换热装置运行。

4.根据权利要求3所述的分布式越野车动力总成换热系统，其特征在于：所述控制策略针对发动机处于不同负荷、环境温度、海拔高度、地形结构的工况进行设定，并存储于控制器内，实现车辆处于空载、中载、重载、爬坡工况下换热装置的智能控制或手动切换。

5.根据权利要求4所述的分布式越野车动力总成换热系统，其特征在于：所述发动机各温度参数包括不同转速、负荷、环境温度及整车载荷下发动机的进气温度、冷却液温度及机油温度。

6.根据权利要求1所述的分布式越野车动力总成换热系统的控制方法，其特征在于：包括如下步骤，

步骤1、针对发动机处于不同负荷、环境温度、海拔高度及地形结构的工况下，设定不同转速、负荷、环境温度及整车载荷下发动机的进气温度、冷却液温度及机油温度的目标值，形成温度-参数MAP图，以此形成针对多种工况下的多套控制策略，并将控制策略存储于车辆控制器内；

步骤2、启动车辆，并初始化系统，通过控制器监测当前发动机的温度参数，包括进气温度、冷却液温度和机油温度，并实时调整换热装置中相对应风扇的占空比；

步骤3、在车辆行进过程中，控制器实时持续监测当前发动机转速负荷、环境温度、整车载荷等数值，并查询温度-参数MAP图，确定车辆的控制策略，由此设定发动机的进气温度、冷却液温度及机油温度的目标值；

步骤4、根据步骤3中设定的目标值监测当前发动机的温度参数，并依此控制换热装置风扇的占空比，调节风扇转速，实现换热装置的PID闭环控制，以达到目标值。

7.根据权利要求6所述的分布式越野车动力总成换热系统的控制方法，其特征在于：所述步骤2中，设定温度极限值：发动机进气温度≤65℃，冷却液温度≤93℃，机油温度≤135℃；

当监测到的任一温度参数高于目标值，则设定换热装置中的风扇占空比为100%，若均低于目标值，则设定换热装置中的风扇初始占空比为16%。

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