CN110762044A - 独立散热系统风扇目标转速估算方法 - Google Patents

独立散热系统风扇目标转速估算方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于工程机械及特种车辆独立散热系统的控制系统开发技术领域，具体涉及一种独立散热系统风扇目标转速估算方法。本发明通过对采集的各子系统温度信号进行分析和权重处理，将风扇目标转速进行分模式处理，在不同温度状态下，风扇目标转速进行不同方法的解算，进而实现风扇转速的有效控制，为独立散热系统的控制系统设计奠定基础。本发明通过实车试验，可以很好的将各子系统的温度控制在车辆实际需求范围内，系统工作稳定。

Description

独立散热系统风扇目标转速估算方法
技术领域
本发明属于工程机械及特种车辆独立散热系统的控制系统开发技术领域，具体涉及一种独立散热系统风扇目标转速估算方法。
背景技术
随着国家节能减排要求的不断提升，工程机械和特种车辆的散热系统也逐步由集成式散热系统转化为独立式散热系统，散热系统通常由水散热器、中冷器、液压油散热器、变矩器油散热器，液压泵、液压马达、风扇、控制阀组、传感器以及控制器等部件组成。在车辆运行过程中通过对风扇目标转速的实时调节，实现水散热器、中冷器、液压油散热器、变矩器油散热器等各子系统的出口温度实时控制，有效提升车辆的节能减排效果。
独立式散热系统的温度控制过程为：在线测量水散热器、中冷器、液压油散热器、变矩器油散热器等各子系统温度；与理想控制温度进行比较；依据温度差值对比例电磁阀进行输出电流调节，实现风扇目标转速的升降速调节，进而实现温度的升降调节。目前国内在独立散热控制系统控制方法领域只有“液压独立散热控制方法、装置和系统”申请号为201510853101.8的专利有所涉及，但该专利主要阐述了液压独立散热系统的温度采集，到温度趋势预判，再到风扇需求转速生成，最后到电磁阀控制电流的确定，一条完整链路的温度控制方法。但实际车辆上多数包含水散热器、中冷器、液压油散热器、变矩器油散热器等多个需要控制的子系统温度，而这些个子系统温度均由一个风扇控制。风扇转速的变化引起子系统温度的变化，此过程是一个慢响应过程，需要几分钟甚至十几分钟的响应时间；而风扇转速的变化由比例电磁阀控制，此过程是一个快响应过程，只需要几秒钟或十几秒钟的响应时间；在一个系统中同时存在慢响应过程与快响应过程，极易引起系统振荡，在实际控制过程中引入风扇目标转速的控制变量，将有利于控制系统的解耦，但系统由多个子系统组成，如何依据多个子系统的温度估算风扇目标转速变得尤为重要。因此，需要一种风扇目标转速估算方法，通过对多个需要散热的子系统温度权重及阈值进行设计，解算散热器温度与转速的关系，实现独立散热系统温度的有效控制。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是：如何提供一种独立散热系统风扇目标转速的估算方法。
(二)技术方案
为解决上述技术问题，本发明提供一种独立散热系统风扇目标转速估算方法，所述方法包括如下步骤：
步骤101：获取独立散热系统的各子系统温度；
通过各子系统的温度传感器分别采集内部各个子系统的温度；
步骤102：对各子系统温度与控制最低温度阈值进行比较；
各子系统的温度传感器采集的温度与各子系统控制最低温度分别进行比较，当所有差值均小于等于各自的设定阈值时，独立散热系统进入惰转模式；
步骤103：对各子系统温度与控制最高温度阈值进行比较；
各子系统的温度传感器采集的温度与各系统控制最高温度分别进行比较，当任意一个差值小于等于各自的设定阈值时，独立散热系统进入高速模式；
步骤104：对各子系统温度值查表，确定各子系统温度各自对应的风扇目标转速值；
由预设的温度-风扇转速对应关系，分别查出各子系统的温度传感器采集的温度对应的风扇目标转速；
步骤105：进行均值模式下的目标转速估算；
当各子系统温度值不处于极值模式条件下时，独立散热系统进入均值模式，即，根据各子系统的温度传感器采集的温度对应的风扇目标转速，以及水温、液压油温、变矩器油温、中冷器温度各自的权重系数，来确定风扇目标转速。
其中，所述步骤101中，通过各系统的温度传感器分别采集水温T1、液压油温T2、变矩器油温T3、中冷器温度T4。
其中，所述步骤102中，各子系统的温度传感器采集的温度T1、T2、T3、T4与各子系统控制最低温度T1min、T2min、T3min、T4min分别进行比较，当所有差值均小于等于各自的设定阈值T1min_th、T2min_th、T3min_th、T4min_th时，独立散热系统进入惰转模式。
其中，所述步骤103中，各子系统的温度传感器采集的温度T1、T2、T3、T4与各系统控制最高温度T1max、T2max、T3max、T4max分别进行比较，当任意一个差值小于等于各自的设定阈值T1max_th、T2max_th、T3max_th、T4max_th时，独立散热系统进入高速模式。
其中，所述步骤104中，由预设的温度-风扇转速对应关系，分别查出各子系统的温度传感器采集的温度T1、T2、T3、T4对应的风扇目标转速nT1、nT2、nT3、nT4。
其中，所述步骤105中，当各子系统温度值不处于极值模式条件下时，独立散热系统进入均值模式，即，风扇目标转速由下述公式确定：
Figure BDA0002259197160000031
式中：
nf_target——风扇目标转速；
k1、k2、k3、k4——分别为水温、液压油温、变矩器油温、中冷器温度的权重系数。
其中，所述步骤105中，所述极值模式为惰转模式或高速模式。
其中，所述步骤102中，所述独立散热系统进入惰转模式的情况，即为，将独立散热系统的风扇目标转速设置为零或系统设定最小转速。
其中，所述步骤103中，独立散热系统进入高速模式，即为，将独立散热系统的风扇目标转速设置为系统设定最大转速。
其中，所述步骤105中，所述k1、k2、k3、k4的和为1。
(三)有益效果
与现有技术相比较，本发明提供一种独立散热系统风扇目标转速的估算方法，通过对采集的各子系统温度信号进行分析和权重处理，将风扇目标转速进行分模式处理，在不同温度状态下，风扇目标转速进行不同方法的解算，进而实现风扇转速的有效控制，为独立散热系统的控制系统设计奠定基础。
具体而言，本发明具备如下有益效果：
本发明依据各子系统温度传感器采集的信号，通过与各自的设定阈值的比较确定惰转模式、高速模式和均值模式，并通过对均值模式下各子系统权重系数的设定，确定风扇目标转速，实现独立散热系统温度的有效控制，本发明通过实车试验，可以很好的将各子系统的温度控制在车辆实际需求范围内，系统工作稳定。
附图说明
图1是本发明的风扇转速估算框图。
图2是本发明的风扇转速估算控制流程图。
图3是本发明的温度-转速对应关系示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
独立散热系统中风扇转速变化与温度变化的响应差异性导致系统易出现振荡，本发明在独立散热系统中引入风扇目标转速的控制变量的条件下，提出一种独立散热系统风扇目标转速估算方法，通过对多个需要散热的子系统温度权重及阈值进行设计，解算散热器温度与转速的关系。
该独立散热系统风扇转速估算方法主要依据采集的子系统温度值将风扇目标转速分为惰转模式、高速模式和均值模式三种。风扇转速估算框图如图1所示，控制流程如图2所示。
具体而言，本发明所提供的独立散热系统风扇目标转速估算方法，其包括如下步骤：
步骤101：获取独立散热系统的各子系统温度；
通过各子系统的温度传感器分别采集内部各个子系统的温度；
步骤102：对各子系统温度与控制最低温度阈值进行比较；
各子系统的温度传感器采集的温度与各子系统控制最低温度分别进行比较，当所有差值均小于等于各自的设定阈值时，独立散热系统进入惰转模式；
步骤103：对各子系统温度与控制最高温度阈值进行比较；
各子系统的温度传感器采集的温度与各系统控制最高温度分别进行比较，当任意一个差值小于等于各自的设定阈值时，独立散热系统进入高速模式；
步骤104：对各子系统温度值查表，确定各子系统温度各自对应的风扇目标转速值；
由预设的温度-风扇转速对应关系，示意图如图3所示，分别查出各子系统的温度传感器采集的温度对应的风扇目标转速；
步骤105：进行均值模式下的目标转速估算；
当各子系统温度值不处于极值模式条件下时，独立散热系统进入均值模式，即，根据各子系统的温度传感器采集的温度对应的风扇目标转速，以及水温、液压油温、变矩器油温、中冷器温度各自的权重系数，来确定风扇目标转速。
其中，所述步骤101中，通过各系统的温度传感器分别采集水温T1、液压油温T2、变矩器油温T3、中冷器温度T4。
其中，所述步骤102中，各子系统的温度传感器采集的温度T1、T2、T3、T4与各子系统控制最低温度T1min、T2min、T3min、T4min分别进行比较，当所有差值均小于等于各自的设定阈值T1min_th、T2min_th、T3min_th、T4min_th时，独立散热系统进入惰转模式。
其中，所述步骤103中，各子系统的温度传感器采集的温度T1、T2、T3、T4与各系统控制最高温度T1max、T2max、T3max、T4max分别进行比较，当任意一个差值小于等于各自的设定阈值T1max_th、T2max_th、T3max_th、T4max_th时，独立散热系统进入高速模式。
其中，所述步骤104中，由预设的温度-风扇转速对应关系，示意图如图3所示，分别查出各子系统的温度传感器采集的温度T1、T2、T3、T4对应的风扇目标转速nT1、nT2、nT3、nT4。
其中，所述步骤105中，当各子系统温度值不处于极值模式条件下时，独立散热系统进入均值模式，即，风扇目标转速由下述公式确定：
式中：
nf_target——风扇目标转速；
k1、k2、k3、k4——分别为水温、液压油温、变矩器油温、中冷器温度的权重系数。
其中，所述步骤105中，所述极值模式为惰转模式或高速模式。
其中，所述步骤102中，所述独立散热系统进入惰转模式的情况，即为，将独立散热系统的风扇目标转速设置为零或系统设定最小转速。
其中，所述步骤103中，独立散热系统进入高速模式，即为，将独立散热系统的风扇目标转速设置为系统设定最大转速。
其中，所述步骤105中，所述k1、k2、k3、k4的和为1。
综上，所述均值模式下，目标转速估算不限于具有四种子系统的独立散热系统，可适用于任意多个子系统的独立散热系统，在计算时只需确保各权重系数的和为1即可。
与现有技术相比，本发明优点在于给出了独立散热系统在由多个子系统组成情况下，通过阈值与权重系数设计，将风扇目标转速进行分模式处理，在不同温度状态下，风扇目标转速进行不同方法的解算，进而实现风扇转速的有效控制。
实施例1
为了更好地理解本发明，以下通过具体实施方式结合附图1风扇转速估算框图、附图2风扇转速估算控制流程图和附图3温度-转速对应关系示意图，对本发明进行详细的描述。
步骤101：获取独立散热系统的各子系统温度；通过传感器分别采集水温T1、液压油温T2、变矩器油温T3、中冷器温度T4等各子系统的温度；
步骤102：惰转模式判断及惰转模式目标转速输出；对各子系统温度传感器采集的温度与各子系统控制最低温度T1min、T2min、T3min、T4min分别进行比较，当所有差值均小于等于各自的设定阈值T1min_th、T2min_th、T3min_th、T4min_th时，系统进入惰转模式，风扇目标转速为零或系统设定最小转速；否则，进入高速模式判断及高速模式目标转速输出步骤；
步骤103：高速模式判断及高速模式目标转速输出步骤，对各子系统温度传感器采集的温度与各子系统控制最高温度T1max、T2max、T3max、T4max分别进行比较，当任意一个差值小于等于各自的设定阈值T1max_th、T2max_th、T3max_th、T4max_th时，系统进入高速模式，风扇目标转速为系统设定最大转速；否则，进入各子系统目标转速查询步骤；
步骤104：各子系统目标转速查询步骤；由预设的温度-风扇转速对应图，分别查出T1、T2、T3、T4温度对应的风扇目标转速nT1、nT2、nT3、nT4；然后进入均值模式目标转速估算步骤；
步骤105：均值模式目标转速估算步骤；系统进入均值模式，风扇目标转速由下述公式确定。
式中：
nf_target——风扇目标转速；
k1、k2、k3、k4——分别为水温、液压油温、变矩器油温、中冷器温度的权重系数；k1、k2、k3、k4的和为1；
均值模式目标转速估算不限于具有四种子系统的独立散热系统，可适用于任意多个子系统的独立散热系统，在计算时只需确保各权重系数的和为1即可。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种独立散热系统风扇目标转速估算方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
步骤101：获取独立散热系统的各子系统温度；
通过各子系统的温度传感器分别采集内部各个子系统的温度；
步骤102：对各子系统温度与控制最低温度阈值进行比较；
各子系统的温度传感器采集的温度与各子系统控制最低温度分别进行比较，当所有差值均小于等于各自的设定阈值时，独立散热系统进入惰转模式；
步骤103：对各子系统温度与控制最高温度阈值进行比较；
各子系统的温度传感器采集的温度与各系统控制最高温度分别进行比较，当任意一个差值小于等于各自的设定阈值时，独立散热系统进入高速模式；
步骤104：对各子系统温度值查表，确定各子系统温度各自对应的风扇目标转速值；
由预设的温度-风扇转速对应关系，分别查出各子系统的温度传感器采集的温度对应的风扇目标转速；
步骤105：进行均值模式下的目标转速估算；
当各子系统温度值不处于极值模式条件下时，独立散热系统进入均值模式，即，根据各子系统的温度传感器采集的温度对应的风扇目标转速，以及水温、液压油温、变矩器油温、中冷器温度各自的权重系数，来确定风扇目标转速。
2.如权利要求1所述的独立散热系统风扇目标转速估算方法，其特征在于，所述步骤101中，通过各系统的温度传感器分别采集水温T1、液压油温T2、变矩器油温T3、中冷器温度T4。
3.如权利要求2所述的独立散热系统风扇目标转速估算方法，其特征在于，所述步骤102中，各子系统的温度传感器采集的温度T1、T2、T3、T4与各子系统控制最低温度T1min、T2min、T3min、T4min分别进行比较，当所有差值均小于等于各自的设定阈值T1min_th、T2min_th、T3min_th、T4min_th时，独立散热系统进入惰转模式。
4.如权利要求2所述的独立散热系统风扇目标转速估算方法，其特征在于，所述步骤103中，各子系统的温度传感器采集的温度T1、T2、T3、T4与各系统控制最高温度T1max、T2max、T3max、T4max分别进行比较，当任意一个差值小于等于各自的设定阈值T1max_th、T2max_th、T3max_th、T4max_th时，独立散热系统进入高速模式。
5.如权利要求2所述的独立散热系统风扇目标转速估算方法，其特征在于，所述步骤104中，由预设的温度-风扇转速对应关系，分别查出各子系统的温度传感器采集的温度T1、T2、T3、T4对应的风扇目标转速nT1、nT2、nT3、nT4。
6.如权利要求5所述的独立散热系统风扇目标转速估算方法，其特征在于，所述步骤105中，当各子系统温度值不处于极值模式条件下时，独立散热系统进入均值模式，即，风扇目标转速由下述公式确定：
Figure FDA0002259197150000021
式中：
nf_target——风扇目标转速；
k1、k2、k3、k4——分别为水温、液压油温、变矩器油温、中冷器温度的权重系数。
7.如权利要求1或6所述的独立散热系统风扇目标转速估算方法，其特征在于，所述步骤105中，所述极值模式为惰转模式或高速模式。
8.如权利要求1或3所述的独立散热系统风扇目标转速估算方法，其特征在于，所述步骤102中，所述独立散热系统进入惰转模式的情况，即为，将独立散热系统的风扇目标转速设置为零或系统设定最小转速。
9.如权利要求1或4所述的独立散热系统风扇目标转速估算方法，其特征在于，所述步骤103中，独立散热系统进入高速模式，即为，将独立散热系统的风扇目标转速设置为系统设定最大转速。
10.如权利要求6所述的独立散热系统风扇目标转速估算方法，其特征在于，所述步骤105中，所述k1、k2、k3、k4的和为1。
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