CN111636959A - 控制内燃机的电动冷却剂阀的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及控制内燃机的电动冷却剂阀的方法。一种方法可以包括：经由设置在车辆中的一个或多个传感器获取与沿车辆中的冷却剂流动路径设置的内燃机的操作有关的一个或多个发动机操作参数；根据一个或多个发动机操作参数计算至少一个目标冷却剂温度；并且控制阀致动器，以经由操作地耦接至阀致动器的电动冷却剂阀来调节通过冷却剂流动路径的冷却剂的流动，使得冷却剂的温度根据至少一个目标冷却剂温度而变化。

Description

控制内燃机的电动冷却剂阀的方法

技术领域

本公开总体上涉及汽车热管理系统，并且更具体地，涉及控制用于车辆的内燃机的电动冷却剂阀的方法。

背景技术

许多现代车辆配备有热管理系统(TMS)或热管理模块(TMM)，以用于控制内燃机以及辅助系统(例如，发动机油热交换器、加热器芯、散热器等)的操作温度。TMM通常利用电子可控的致动器来代替常规的机械恒温器，其限于固定的操作温度，以调节冷却剂和其他流体的流动，从而改善大多数操作范围内的发动机温度跟踪。通过主动控制发动机的操作温度，TMM可以使得在最短的可能时间内能够达到理想的操作温度。因此可以实现各种益处，诸如，增强的燃料经济性、加速的发动机和车厢预热以及减少的二氧化碳排放。

TMM通常使用电动冷却剂阀来调节通过车辆的发动机冷却回路的冷却剂流动。在一些情况下，冷却剂流动调节可以通过经由与阀附接的电动机控制电动冷却剂阀的位置来实现。当有效地控制时，电动冷却剂阀可以以允许发动机和变速器快速达到最佳温度的方式管理传动系内部的温度平衡。

发明内容

本公开提供了方法，这些方法控制用于内燃机的电动冷却剂阀以动态地控制冷却剂温度，使得温度跟踪基于一个或多个发动机操作参数(诸如，发动机扭矩、发动机速度等)计算的变化的目标温度。本发明进一步提供了控制逻辑，该控制逻辑用于根据实时计算的目标温度控制电动冷却剂阀的位置，以调节通过内燃机以及辅助系统(诸如，散热器、热交换器单元、加热器芯等)的冷却剂流动量。

根据本公开的实施方式，一种方法可以包括：经由设置在车辆中的一个或多个传感器获取与沿车辆中的冷却剂流动路径设置的内燃机的操作有关的一个或多个发动机操作参数；根据一个或多个发动机操作参数计算至少一个目标冷却剂温度；以及控制阀致动器，以经由操作地耦接至阀致动器的电动冷却剂阀来调节通过冷却剂流动路径的冷却剂的流动，使得冷却剂的温度根据至少一个目标冷却剂温度而变化。

对阀致动器的控制可以包括：控制阀致动器，以经由电动冷却剂阀来调节通过冷却剂流动路径的冷却剂的流动，使得位于或附近内燃机的出口的冷却剂的温度根据至少一个目标冷却剂温度而变化。

该方法可以还包括：基于至少一个目标冷却剂温度来计算阀角度位置；并且控制阀致动器，以根据阀角度位置来调节电动冷却剂阀的角度位置。另外，该方法可以包括：使用脉冲宽度(PW)调制器基于阀角度位置生成驱动信号；以及将驱动信号发送至阀致动器，以使阀致动器根据阀角度位置调节电动冷却剂阀的角度位置。

该方法可以还包括：使用发动机速度传感器获取内燃机的发动机速度；使用发动机扭矩传感器获取内燃机的发动机扭矩；以及根据发动机速度和发动机扭矩计算至少一个目标冷却剂温度。另外，该方法可以包括：使用预先生成的目标温度图来确定至少一个目标冷却剂温度，该目标温度图被配置为基于发动机速度和发动机扭矩来输出至少一个目标冷却剂温度。

对至少一个目标冷却剂温度的计算可以包括针对多个时间步长中的每个时间步长来计算至少一个目标冷却剂温度。

该方法可以还包括：根据一个或多个发动机操作参数来计算目标发动机出口冷却剂温度，该目标发动机出口冷却剂温度对应于位于或附近内燃机的出口的冷却剂的温度；基于目标发动机出口冷却剂温度来计算目标发动机入口冷却剂温度，该目标发动机入口冷却剂温度对应于位于或附近内燃机的入口的冷却剂的温度；以及控制阀致动器，以经由电动冷却剂阀来调节通过冷却剂流动路径的冷却剂的流动，使得位于内燃机的入口处的冷却剂的温度根据目标发动机入口冷却剂温度而变化。位于或附近内燃机的出口的冷却剂的温度可以基于位于内燃机的入口处的冷却剂的温度而变化。

对目标发动机入口冷却剂温度的计算可以包括：使用发动机速度传感器获取内燃机的发动机速度；使用发动机扭矩传感器获取内燃机的发动机扭矩；以及根据发动机速度和发动机扭矩计算目标发动机入口冷却剂温度。另外，对目标发动机入口冷却剂温度的计算可以包括：基于目标发动机出口冷却剂温度、位于或附近内燃机的出口的冷却剂的当前温度、以及位于或附近内燃机的入口的冷却剂的当前温度来计算目标发动机入口冷却剂温度。

该方法可以还包括：使用设置在或附近内燃机的出口的发动机出口温度传感器来获取位于或附近内燃机的出口的冷却剂的当前温度；以及使用设置在或附近内燃机的入口的发动机入口温度传感器来获取位于或附近内燃机的入口的冷却剂的当前温度。

此外，该方法可以还包括：使用设置在或附近内燃机的出口的发动机出口温度传感器来获取位于或附近内燃机的出口的冷却剂的当前温度；以及基于位于或附近内燃机的出口的冷却剂的当前温度，使用预定模型来估计位于或附近内燃机的入口的冷却剂的当前温度。

对目标发动机入口冷却剂温度的计算可以还包括：进一步基于位于或附近内燃机的出口的冷却剂的当前温度与位于或附近内燃机的入口的冷却剂的当前温度之间的差值来计算目标发动机入口冷却剂温度。

该方法可以还包括：基于目标发动机出口冷却剂温度和目标发动机入口冷却剂温度来计算阀角度位置；以及控制阀致动器，以根据阀角度位置来调节电动冷却剂阀的角度位置。在这方面，对阀角度位置的计算可以包括：基于目标发动机出口冷却剂温度、目标发动机入口冷却剂温度、位于或附近内燃机的出口的冷却剂的当前温度、以及位于或附近内燃机的入口的冷却剂的当前温度来计算阀角度位置。而且，对阀角度位置的计算可以包括针对多个时间步长中的每个时间步长来计算阀角度位置。

该方法可以还包括：基于至少一个目标冷却剂温度来计算阀角度位置变化；基于阀角度位置变化和当前阀角度位置来计算期望阀角度位置；以及控制阀致动器，以根据期望阀角度位置来调节电动冷却剂阀的角度位置。另外，对阀角度位置变化的计算可以包括：基于至少一个目标冷却剂温度和电动冷却剂阀的角速度来计算阀角度位置变化。

阀致动器可以包括旋转电机，该旋转电机被配置为调节电动冷却剂阀的开口的角度位置。

该方法可以还包括：基于累积冷却需求将校正值应用于至少一个目标冷却剂温度；以及控制阀致动器，以经由操作地耦接至阀致动器的电动冷却剂阀来调节通过冷却剂流动路径的冷却剂的流动，使得冷却剂的温度根据应用有校正值的至少一个目标冷却剂温度而变化。

附图说明

通过结合附图参考以下描述可以更好地理解本文中的实施方式，附图中相同的参考数字指示相同或功能相似的元件，在附图中：

图1是示例性电动冷却剂阀控制架构的示意图；

图2是示例性发动机冷却回路的示意图；以及

图3是示出用于执行电动冷却剂阀控制的控制逻辑的示例性简化实现方式的流程图。

应当理解，以上参考附图不一定按比例绘制，呈现了说明本公开的基本原理的各种优选特征的略微简化的表示。本公开的具体设计特征(包括例如特定的尺寸、取向、位置和形状)将部分地由特定的预期应用和使用环境确定。

具体实施方式

在下文中，将参考附图详细描述本公开的实施方式。本领域技术人员将意识到，全部在不背离本公开的精神或范围的情况下，可以以各种不同的方式对所描述的实施方式进行修改。此外，贯穿说明书，相似的参考数字指代相似的元件。

本文中使用的术语仅用于描述特定实施方式的目的，并不旨在限制本公开。如本文中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”也旨在包括复数形式，除非上下文另有明确说明。将进一步理解，当在本说明书中使用时，术语“包含(comprises)”和/或“包括(comprising)”指定了陈述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除存在或附加有一个或多个其他的特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其组。如本文中所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关所列项的任何和所有组合。

应当理解，本文中所使用的术语“车辆”或“车辆的”或其他类似术语包括一般的机动车辆(诸如，包括运动型多功能车辆(SUV)、公共汽车、卡车、各种商用车辆的乘用汽车；包括各种船舶的船只；飞机等)，并且包括混合动力车辆、电动车辆、插电式混合动力电动车辆、氢动力车辆和其他替代燃料车辆(例如，源自石油以外的资源的燃料)。如本文中所提到的，混合动力车辆是具有两种或更多种动力源的车辆，例如，汽油动力且电动的车辆。

另外，应当理解，以下方法中的一个或多个方法或其方面可以由至少一个控制单元或电子控制单元(ECU)执行。术语“控制单元”可以指代包括存储器和处理器的硬件设备。存储器被配置为存储程序指令，并且处理器被具体地编程以执行程序指令，从而进行下面进一步描述的一个或多个过程。如本文中所述，控制单元可以控制单元、模块、部分、设备等的操作。此外，应当理解，如本领域普通技术人员将理解的，以下方法可以由包括控制单元的装置与一个或多个其他组件相结合来执行。

此外，本公开的控制单元可以体现为包含由处理器、控制器等执行的可执行程序指令的非暂时性计算机可读介质。计算机可读介质的实例包括但不限于ROM、RAM、压缩光盘(CD)-ROM、磁带、软盘、闪存驱动器、智能卡和光学数据存储设备。计算机可读记录介质也可以分布在整个计算机网络中，使得程序指令通过例如远程信息处理服务器(telematicsserver)或控制器局域网(CAN)以分布式方式存储和执行。

现在参考本公开的实施方式，所公开的控制内燃机的电动冷却剂阀的方法可以包括：基于一个或多个动态变化的发动机操作参数(诸如，发动机扭矩、发动机速度等)计算一个或多个目标冷却剂温度；并且实时地控制冷却剂经由电动冷却剂阀流过发动机冷却回路。可以以这样的方式控制电动冷却剂阀，使得冷却剂的温度跟踪一个或多个计算的目标冷却剂温度中的一个。这可以允许发动机TMM的精确和响应性控制，从而产生各种性能指标的改进，诸如，燃料经济性、排放和加热/冷却性能。

图1是示例性电动冷却剂阀控制架构的示意图。如图1中所示，电动冷却剂阀控制架构100可以至少包括控制单元(例如，ECU)110和操作地耦接至电动冷却剂阀121的阀致动器120。控制单元110可以被配置为控制包括阀致动器120的车辆的各种部件的操作。如上所述，控制单元110可以指代包括存储器和处理器的硬件设备。控制单元110的存储器可以存储用于由处理器执行各种处理的程序指令。例如，存储器可以存储用于执行阀位置控制逻辑件112的程序指令，如本文中详细描述的。

控制单元110可以还包括脉冲宽度(PW)调制器111，该脉冲宽度调制器被配置为通过调制由阀位置控制逻辑件112产生的输出数据来生成信号。因此，PW调制器111可以操作地耦接至阀位置控制逻辑件112，以便接收从阀位置控制逻辑件112输出的数据。例如，控制单元110可以使用阀位置控制逻辑件112计算用以控制电动冷却剂阀121的阀角度位置，如下面更详细地描述的。PW调制器111可以从阀位置控制逻辑件112接收计算的阀角度位置，并使用计算的阀角度位置生成用于电子地控制阀致动器120的驱动信号，以便根据计算的阀角度位置来调节电动冷却剂阀121的角度位置。

控制单元110可以操作地耦接至装配在车辆(未示出)中的多个传感器，并且可以从其中获取各种测量数据。具体地，控制单元110可以操作地耦接至多个冷却剂温度传感器(例如，发动机水套温度传感器)中的一个或多个，这些冷却剂温度传感器包括例如设置在或附近内燃机140(在本文中替代性地称为“发动机”)的入口的发动机入口温度传感器131，以及设置在或附近发动机140的出口的发动机出口温度传感器132，如图2中所示。发动机入口温度传感器131可以被配置为测量流过位于或附近发动机140的入口的发动机冷却回路200的冷却剂的当前温度，并且发动机出口温度传感器132可以被配置为测量流过位于或附近发动机140的出口的发动机冷却回路200的冷却剂的当前温度。当前发动机入口冷却剂温度和当前发动机出口冷却剂温度可以被发送到控制单元110，并且阀位置控制逻辑件112可以利用这些测量值来计算可以用于控制电动冷却剂阀121的操作的至少一个目标冷却剂温度。

在车辆运行期间，应当理解的是，发动机冷却回路200中的冷却剂的温度可以动态地变化。因此，发动机入口温度传感器131和发动机出口温度传感器132可以分别将当前发动机入口冷却剂温度和当前发动机出口冷却剂温度以连续方式发送到控制单元110。然后，应用阀位置控制逻辑件112的控制单元110可以实时地基于当前发动机入口冷却剂温度和发动机出口冷却剂温度，计算用于控制电动冷却剂阀121的操作的至少一个目标冷却剂温度，从而在所有操作条件下快速实现最佳发动机温度。

在一些实施方式中，电动冷却剂阀控制架构100可以实施为发动机入口温度传感器131，使得仅在或附近发动机140的出口设置单个温度传感器(即，发动机出口温度传感器132)。在这种情况下，可以利用预先生成的动态模型来估计发动机入口冷却剂温度。然而，出于演示的目的，下面主要描述其中发动机入口温度传感器131和发动机出口温度传感器132两者都存在于电动冷却剂阀控制架构100中的实施方式。

控制单元110还可以操作地耦接至多个发动机操作传感器(包括例如发动机速度传感器133和发动机扭矩传感器134)中的一个或多个，这些发动机操作传感器可以收集与发动机140的操作有关的测量值(即，一个或多个发动机操作参数)。发动机速度传感器133可以耦接至发动机140，以通过本领域已知的技术来检测发动机140的速度，诸如，测量发动机140的曲轴自转的速度。类似地，发动机扭矩传感器(或计算器)134可以耦接到发动机140，以通过本领域已知的技术(例如，发动机测功机或“测力计(dyno)”)来测量发动机的扭矩，或者可以基于特定变量来计算发动机扭矩(诸如，发动机每分钟转数(RPM))。发动机速度和发动机扭矩可以被发送到控制单元110，并且阀位置控制逻辑件112可以利用这些测量值来计算可以用于控制电动冷却剂阀121的操作的至少一个目标冷却剂温度。控制单元110还可以操作地耦接至本文中未描述的另外的发动机操作传感器，并且可以从其中接收发动机操作参数。

类似于上述发动机入口冷却剂温度和发动机出口冷却剂温度，应当理解，发动机速度、发动机扭矩和其他相关发动机操作参数在车辆运行期间可以动态地变化。因此，发动机速度传感器133和发动机扭矩传感器134可以分别将当前发动机速度和当前发动机扭矩以连续方式发送到控制单元110。然后，应用阀位置控制逻辑件112的控制单元110可以实时地基于当前发动机速度和当前发动机扭矩(以及当前发动机入口冷却剂温度和当前发动机出口冷却剂温度)来计算用于控制电动冷却剂阀121的操作的至少一个目标冷却剂温度，从而在所有操作条件下快速实现最佳发动机温度。

一旦获取上述发动机操作参数，应用阀位置控制逻辑件112的控制单元110就可以计算至少一个目标冷却剂温度。以下参考图3详细描述用于计算至少一个目标冷却剂温度的过程。

阀位置控制逻辑件112可以基于至少一个目标冷却剂温度来计算阀角度位置。PW调制器111可以使用计算的阀角度位置(如上面简要说明的)，以生成用于电子地控制阀致动器120的驱动信号。控制单元110可以经由PW调制器111将驱动信号发送到阀致动器120，使阀致动器120根据阀角度位置设定电动冷却剂阀121的角度位置。

阀致动器120可以是可操作以变化电动冷却剂阀121的位置(例如，角度位置)的电气装置。更具体地，阀致动器120可以是可操作的，以变化电动冷却剂阀121的开口的位置，从而调节流向沿图2中所示的发动机冷却剂回路200的冷却剂流动路径设置的发动机140和辅助部件150的冷却剂的量。

在一些实施方式中，阀致动器120可以包括旋转电机(例如，伺服电机)，该旋转电机被配置为调节电动冷却剂阀121的开口的角度位置。电动冷却剂阀121可以是电控旋转阀(例如旋转滑阀)，可以可旋转地调节其开口，调节通过其的冷却剂的流动，尽管电动冷却剂阀121不限于此。阀致动器120可以调节电动冷却剂阀121的开口以影响发动机140的温度。

图2是示例性发动机冷却回路的示意图。如图2中所示，发动机冷却回路200可以包括电动冷却剂阀121，冷却剂通过该电动冷却剂阀经由冷却剂泵或水泵160流动至发动机140。发动机冷却回路200还可以包括一个或多个辅助部件150，该一个或多个辅助部件包括例如散热器、加热器芯、一个或多个热交换器(例如，油冷却器、自动变速器流体(ATF)加热器等)等等。因此，流过电动冷却剂阀121的冷却剂可以流过一个或多个辅助部件150。

辅助部件150可以设置在沿着冷却剂流动路径的各种位置处。在一些实施方式中，辅助部件150可以设置在电动冷却剂阀121的下游和发动机140的上游，使得流过电动冷却剂阀121的冷却剂在到达发动机140之前通过辅助部件150。在其他实施方式中，这些辅助部件中的一个或多个可以设置在电动冷却剂阀121和发动机140的下游，使得流过电动冷却剂阀121的冷却剂在到达所述一个或多个辅助部件之前通过发动机140。

如图2中进一步所示，发动机入口温度传感器131可以设置在发动机140的入口处或附近。发动机入口温度传感器131可以在冷却剂通过发动机140之前测量冷却剂的当前温度。同时，发动机出口温度传感器132可以设置在发动机140的出口处或附近。发动机出口温度传感器132可以在冷却剂通过发动机140之后测量冷却剂的当前温度。

如上所述，控制单元110操作地耦接至电动冷却剂阀121(经由阀致动器120，其未在图2中示出)。因此，控制单元110可以发送用于控制电动冷却剂阀121的操作的驱动或控制信号(在图2中用虚线箭头表示)，从而调节通过发动机冷却回路200的冷却剂的流动，以根据计算的目标冷却剂温度控制发动机温度，如下所述。

图3是示出用于执行电动冷却剂阀控制的控制逻辑件(即，阀位置控制逻辑件112)的示例性简化实现方式的流程图。程序300可以在步骤302开始，并且继续到步骤304，其中，如本文中更详细描述的，可以控制流过发动机冷却回路200的冷却剂的温度以跟踪给定的目标温度。在一些实施方式中，可以控制流过电动冷却剂阀121的冷却剂，使得位于或附近发动机140的出口的冷却剂的温度(即，发动机出口冷却剂温度)跟踪给定的目标温度，该目标温度可以基于由设置在车辆中的传感器检测到的发动机操作参数(例如，发动机速度、发动机扭矩等)确定的发动机140操作的具体范围而变化。

在步骤304，控制单元110可以获得当前发动机出口冷却剂温度(T_out)，该当前发动机出口冷却剂温度对应于位于发动机140的出口处或附近的冷却剂的温度。如上所述，控制单元110可以操作地耦接至设置在发动机140的出口处或附近的发动机出口温度传感器132。发动机出口温度传感器132可以向控制单元110发送在当前时间步长(k)在发动机140的出口处或附近的冷却剂的温度的指示。

在步骤306中，控制单元110可以确定在步骤304中获取的当前发动机出口冷却剂温度(T_out)是否过热，或者换句话说，当前发动机出口冷却剂温度(T_out)是否超过预定上限阈值温度(T_{upper_threshold})。如果发动机出口冷却剂温度(T_out)超过预定上限阈值温度(T_{upper_threshold})，则程序300可以继续到步骤308，其中控制单元110可以将电动冷却剂阀角度位置变化(Δθ)变化设置为最大可能的电动冷却剂阀角度位置变化(Δθ_max)。

相反，如果控制单元110确定当前发动机出口冷却剂温度(T_out)没有过热、或者小于或等于预定上限阈值温度(T_{upper_threshold})，则程序300可以继续到步骤310，其中，控制单元110可以确定当前发动机出口冷却剂温度(T_out)是否过冷，或者换句话说，当前发动机出口冷却剂温度(T_out)是否小于预定下限阈值温度(T_{lower_threshold})。如果发动机出口冷却剂温度(T_out)小于预定下限阈值温度(T_{lower_threshold})，则程序300可以继续到步骤312，其中，控制单元110可以将电动冷却剂阀角度位置变化(Δθ)设置为最大可能的电动冷却剂阀角度位置变化的负值(-Δθ_max)。

在步骤308或312之后，过程300可以继续到步骤338，下面将详细描述。然而，在步骤306和310之后，如果控制单元110确定当前发动机出口冷却剂温度(T_out)小于或等于预定上限阈值温度(T_{upper_threshold})并且大于或等于预定下限阈值温度(T_{lower_threshold})，则过程300可以继续到步骤314。

在步骤314，控制单元110可以获取与发动机140的操作有关的一个或多个发动机操作参数。该一个或多个发动机操作参数可以包括例如发动机速度和发动机扭矩，但是由控制单元110获取的发动机操作参数不限于此。如上所述，控制单元110可以相应地从发动机速度传感器133和发动机扭矩传感器134获取发动机速度和发动机扭矩。使用这些参数，控制单元110可以检测发动机140的当前操作条件，诸如，例如，低扭矩负载/速度、高扭矩负载/速度、发动机爆震的存在等。

在步骤316，控制单元110可以基于步骤314中获取的一个或多个发动机操作参数来计算目标发动机出口冷却剂温度(T_{out_target})。目标发动机出口冷却剂温度(T_{out_target})可以以各种方式导出。在一些实施方式中，目标温度图可以被预先生成并且用于基于发动机操作参数(诸如，发动机速度和扭矩)来确定目标冷却剂温度。目标温度图可以使用一个或多个传感器(诸如，用于测量发动机扭矩的发动机测功机和用于测量发动机速度的发动机速度传感器)通过物理测试或分析而生成。在一些情况下，测试可以取决于发动机速度和发动机扭矩产生二维图，以确定最佳目标冷却剂温度。也就是说，目标温度图可以接收步骤314中获取的发动机速度和发动机扭矩作为输入，并产生最佳目标发动机出口冷却剂温度(T_{out_target})作为输出。

因为发动机操作参数(例如，发动机速度、发动机扭矩等)在车辆运行期间可以连续变化，所以可以针对每个时间步长(k)重复计算目标发动机出口冷却剂温度(T_{out_target})。为了防止目标发动机出口冷却剂温度(T_{out_target})过于频繁地变化，导致过度的阀位置调节，可以将校正值应用于步骤316确定的目标发动机出口冷却剂温度(T_{out_target})。校正逻辑可以基于“累积冷却需求”(T_accum)，其在存在一定量的累积目标移动请求时更新目标发动机出口冷却剂温度(T_{out_target})。下面在方程1和方程2中示出了校正逻辑的数学表示。

方程1

方程2

方程1和方程2的变量可以如下定义。T_{out_target}(k)是当前时间步长k的目标发动机出口冷却剂温度，T_rawTarget(k)是从上述目标温度图导出的基于当前发动机速度和扭矩操作条件确定的原始目标发动机出口冷却剂温度值，并且μ_up和μ_down是冷却需求阈值，其中μ_up＞0且μ_down＜0，分别用于向上或向下移动原始温度目标值T_rawTarget(k)。当T_{out_target}(k)≠T_{out_target}(k-1)时，索引i可以设置为零。上述校正逻辑最终可以用作滞后功能，以保持目标发动机出口冷却剂温度不会过于频繁地变化。

在步骤318，控制单元110可以估计发动机140中的发动机排热或损失量(ΔT)。发动机排热(ΔT)可以对应于跨发动机入口到发动机出口的温度变化量。可以以各种方式估计发动机排热(ΔT)。例如，以类似于上述的方式，可以使用预先生成的图或模型基于步骤314中获取的一个或多个发动机操作参数来估计发动机排热(ΔT)。发动机排热图或模型可以接收步骤314中获取的发动机速度和发动机扭矩作为输入，并产生发动机排热(ΔT)作为输出。

在步骤320到步骤326中，可以基于目标发动机出口冷却剂温度(T_{out_target})来计算目标发动机入口冷却剂温度(T_{in_target})，该目标发动机入口冷却剂温度对应于位于发动机140的入口处或附近的冷却剂的温度。在一些实施方式中，目标发动机入口冷却剂温度(T_{in_target})可以通过实施包括两个反馈环路的级联反馈过程来计算：用于计算虚拟目标发动机入口冷却剂温度的第一反馈环路(“外反馈环路”)；以及用于跟踪计算的目标发动机入口冷却剂温度的第二反馈环路(“内反馈环路”)。反馈环路可以利用由发动机入口温度传感器131测量的当前发动机入口冷却剂温度(T_{in_current})和由发动机出口温度传感器132测量的当前发动机出口冷却剂温度(T_{out_current})，如下所述。

在步骤320，根据下面的方程3，可以利用步骤318中估计的发动机排热量信息(ΔT)来计算前馈项(T_FF)，该前馈项对应于发动机140的入口与出口之间的预期温度差值。可以针对每个时间步长k计算前馈项(T_FF)。

方程3

T_FF(k)＝T_{out_target}(k)-ΔT(k)

因为在步骤318中使用预先生成的图或模型估计发动机排热信息(ΔT)，对于有限数量的测试点，大多数处于稳定状态，因此可以基于发动机出口冷却剂温度中的实际误差来添加校正。为此，在步骤322，可以(在“外反馈环路”中)针对每个时间步长k计算误差值(e_out)作为目标发动机出口冷却剂温度(T_{out_target})与由发动机出口温度传感器132测量的当前发动机出口冷却剂温度(T_{out_current})之间的差值，如下面的方程4所示。

方程4

e_out(k)＝T_{out_target}(k)-T_{out_current}(k)

在步骤324中，可以使用下面的方程5来计算反馈项(T_FB)。反馈项(T_FB)的计算可以基于控制单元110对发动机出口冷却剂温度的增益K_{P_out}、K_{I_out}和K_{D_out}，其中的每一者可以通过一系列的测试和/或模拟来预校准。这里，C可以是控制单元110中的执行时间步长。可以针对每个时间步长k计算反馈项(T_FB)。

方程5

在步骤326中，可以通过结合步骤320中计算的前馈项(T_FF)和步骤324中计算的反馈项(T_FB)来计算目标发动机入口冷却剂温度(T_{in_target})。如下面的方程6所示，可以针对每个时间步长k计算目标发动机入口冷却剂温度(T_{in_target})。

方程6

T_{in_target}(k)＝T_FF(k)+T_FB(k)

在步骤326中计算目标发动机入口冷却剂温度(T_{in_target})之后，控制单元110(在“内反馈环路”中)可以通过在每个时间步长k确定由电动冷却剂阀121所需的运动量来调节电动冷却剂阀121的角度位置(在电动冷却剂阀121的角速度限制内)。对电动冷却剂阀121的这种控制可以使发动机入口冷却剂温度能够跟踪从先前反馈环路获得的目标发动机入口冷却剂温度(T_{in_target})。

首先，在步骤330，可以计算另一个误差值(e_in)作为在步骤328中由发动机入口温度传感器131测量的当前发动机入口冷却剂温度(T_{in_current})与步骤326中计算的目标发动机入口冷却剂温度(T_{in_target})之间的差值，如下面的方程7所示。

方程7

e_in＝T_{in_current}-T_{in_target}

其次，在步骤332，可以使用步骤330中计算的误差值(e_in)针对每个时间步长k计算电动冷却剂阀121的角度位置变化(Δθ)。角度位置变化(Δθ)的计算可以基于控制单元110对发动机入口冷却剂温度的增益K_{P_in}、K_{I_in}和K_{D_in}，其中的每一者可以通过一系列的测试和/或模拟来预先校准，类似于对发动机出口冷却剂温度的前述控制单元110增益。再次地，C可以是控制单元110中的执行时间步长，如下面的方程8所示。

方程8

在步骤334，控制单元110可以确定步骤332中计算的电动冷却剂阀121的角度位置变化(Δθ)是否在每个时间步长k的允许范围之外。更具体地，控制单元110可以确定角度位置变化(Δθ)是否大于预定上限阈值角度位置变化(Δθ_max)(即，步骤308中参考的最大可能的电动冷却剂阀角度位置变化)、或小于预定下限阈值角度位置变化(-Δθ_max)(即，步骤312中参考的最大可能的电动冷却剂阀角度位置变化的负值)。如果角度位置变化(Δθ)大于预定上限阈值角度位置变化(Δθ_max)、或小于预定下限阈值角度位置变化(-Δθ_max)，则过程300可以继续到步骤336，其中控制单元110可以根据下面的方程9设置电动冷却剂阀角度位置变化(Δθ)。

方程9

Δθ(k)＝sin(Δθ(k))×Δθ_max

相反，如果角度位置变化(Δθ)既不大于预定上限阈值角度位置变化(Δθ_max)，也不小于预定下限阈值角度位置变化(-Δθ_max)，则程序300可以继续到步骤338，其中控制单元110可以计算电动冷却剂阀121的期望角度位置。例如，电动冷却剂阀121的期望角度位置(θ)可以是电动冷却剂阀121的先前角度位置(θ(k-1))与步骤332中计算的角度位置变化(Δθ)之和，如下面的方程10所示。可以针对每个时间步长k计算期望角度位置(θ)。

方程10

θ(k)＝θ(k-1)+Δθ(k)

在步骤340，控制单元110可以确定在步骤338中计算的电动冷却剂阀121的期望角度位置(θ)是否在允许范围之外。更具体地，控制单元110可以确定期望角度位置(θ)是否大于预定最大角度位置(θ_max)或小于预定最小角度位置(θ_min)。在一些实施方式中，最大角度位置(θ_max)可以对应于当冷却剂完全流过电动冷却剂阀121到达辅助部件150时的阀位置，而最小角度位置(θ_min)可以对应于当冷却剂被完全封堵时的阀位置。在这些位置之外，发动机缸体侧冷却剂路径(未示出)可能不正确地打开，导致分离冷却而停用。

在步骤342，可以基于期望角度位置(θ)是否在上述允许范围之外来调节电动冷却剂阀121针对当前时间步长k的期望角度位置(θ)，如下面在方程11中所示。如果期望角度位置(θ)大于预定最大角度位置(θ_max)，则控制单元110可以将期望角度位置(θ)调节到最大角度位置(θ_max)。如果期望角度位置(θ)小于预定最小角度位置(θ_min)，则控制单元110可以将期望角度位置(θ)调节到最小角度位置(θ_min)。否则，不需要调节期望角度位置(θ)。

方程11

在步骤344，控制单元110可以指示PW调制器111基于最终命令的阀角度(θ)生成驱动信号。PW调制器111可以将生成的信号发送到阀致动器120，该阀致动器致动电动冷却剂阀121，使电动冷却剂阀121(在必要时)旋转到计算的角度位置(θ)。

过程300说明性地在步骤344结束。以上详细描述了可以执行过程300的步骤的技术，以及辅助过程和参数。应该理解，在发动机操作参数(例如，发动机速度、发动机扭矩等)变化时，可以重复图3中所示的步骤。

应注意，图3中所示的步骤仅仅是用于说明的实例，并且可以根据需要包括或排除某些其他步骤。此外，虽然示出了步骤的特定顺序，但是这种排序仅仅是说明性的，并且在不背离本文中的实施方式的范围的情况，下可以利用这些步骤的任何合适的布置。更进一步地，可以根据本权利要求的范围以任何合适的方式修改所示步骤。

因此，本文中描述的控制用于车辆的内燃机的电动冷却剂阀的方法可以允许对发动机TMM的准确和响应性控制。结果是一系列有益的结果，包括改善燃料经济性和排放，以及增强加热和冷却性能。

前面的描述涉及本公开的某些实施方式。然而，显而易见的是，可以对所描述的实施方式进行其他变化和修改，同时获得它们的一些或全部优点。因此，该描述仅通过举例的方式进行，而不是以其他方式限制本文中的实施方式的范围。因此，所附权利要求的目的是覆盖落入本文中的实施方式的真实精神和范围内的所有这些变化和修改。

Claims (20)

1.一种控制内燃机的电动冷却剂阀的方法，包括以下步骤：

经由设置在车辆中的一个或多个传感器来获取与沿所述车辆中的冷却剂流动路径设置的所述内燃机的操作有关的一个或多个发动机操作参数；

根据所述一个或多个发动机操作参数来计算至少一个目标冷却剂温度；并且

控制阀致动器，经由可操作地耦接至所述阀致动器的电动冷却剂阀来调节通过所述冷却剂流动路径的冷却剂的流动，使得冷却剂的温度根据所述至少一个目标冷却剂温度而变化。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，控制阀致动器包括：控制所述阀致动器，以经由所述电动冷却剂阀来调节通过所述冷却剂流动路径的冷却剂的流动，使得位于所述内燃机的出口处或邻近所述内燃机的出口的冷却剂的温度根据所述至少一个目标冷却剂温度而变化。

3.根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤：

基于所述至少一个目标冷却剂温度来计算阀角度位置；并且

控制所述阀致动器，以根据所述阀角度位置来调整所述电动冷却剂阀的角度位置。

4.根据权利要求3所述的方法，还包括以下步骤：

使用脉冲宽度调制器基于所述阀角度位置来生成驱动信号；并且

将所述驱动信号发送至所述阀致动器，以使所述阀致动器根据所述阀角度位置调整所述电动冷却剂阀的角度位置。

5.根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤：

使用发动机速度传感器获取所述内燃机的发动机速度；

使用发动机扭矩传感器获取所述内燃机的发动机扭矩；并且

根据所述发动机速度和所述发动机扭矩计算所述至少一个目标冷却剂温度。

6.根据权利要求5所述的方法，还包括以下步骤：

使用预先生成的目标温度图来确定所述至少一个目标冷却剂温度，所述目标温度图被配置为基于所述发动机速度和所述发动机扭矩来输出所述至少一个目标冷却剂温度。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，计算至少一个目标冷却剂温度包括计算多个时间步长中的每个时间步长的所述至少一个目标冷却剂温度。

8.根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤：

根据所述一个或多个发动机操作参数来计算与位于所述内燃机的出口处或邻近所述内燃机的出口的冷却剂的温度相对应的目标发动机出口冷却剂温度；

基于所述目标发动机出口冷却剂温度来计算对应于位于所述内燃机的入口处或邻近所述内燃机的入口的冷却剂的温度的目标发动机入口冷却剂温度；并且

控制所述阀致动器，以经由所述电动冷却剂阀来调节通过所述冷却剂流动路径的冷却剂的流动，使得位于所述内燃机的入口处的冷却剂的温度根据所述目标发动机入口冷却剂温度而变化，

其中，位于所述内燃机的出口处或邻近所述内燃机的出口的冷却剂的温度基于位于所述内燃机的入口处的冷却剂的温度而变化。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，计算所述目标发动机入口冷却剂温度包括以下步骤：

使用发动机速度传感器获取所述内燃机的发动机速度；

使用发动机扭矩传感器获取所述内燃机的发动机扭矩；并且

根据所述发动机速度和所述发动机扭矩计算所述目标发动机入口冷却剂温度。

10.根据权利要求8所述的方法，其中，计算所述目标发动机入口冷却剂温度包括：基于所述目标发动机出口冷却剂温度、位于所述内燃机的出口处或邻近所述内燃机的出口的冷却剂的当前温度、以及位于所述内燃机的入口处或邻近所述内燃机的入口的冷却剂的当前温度来计算所述目标发动机入口冷却剂温度。

11.根据权利要求10所述的方法，还包括以下步骤：

使用设置在所述内燃机的出口处或邻近所述内燃机的出口的发动机出口温度传感器来获取位于所述内燃机的出口处或邻近所述内燃机的出口的冷却剂的当前温度；并且

使用设置在所述内燃机的入口处或邻近所述内燃机的入口的发动机入口温度传感器来获取位于所述内燃机的入口处或邻近所述内燃机的入口的冷却剂的当前温度。

12.根据权利要求10所述的方法，还包括以下步骤：

使用设置在所述内燃机的出口处或邻近所述内燃机的出口的发动机出口温度传感器来获取位于所述内燃机的出口处或邻近所述内燃机的出口的冷却剂的当前温度；并且

基于位于所述内燃机的出口处或邻近所述内燃机的出口的冷却剂的当前温度，使用预定模型来估计位于所述内燃机的入口处或邻近所述内燃机的入口的冷却剂的当前温度。

13.根据权利要求10所述的方法，其中，计算目标发动机入口冷却剂温度还包括：进一步基于位于所述内燃机的出口处或邻近所述内燃机的出口的冷却剂的当前温度与位于所述内燃机的入口处或邻近所述内燃机的入口的冷却剂的当前温度之间的差值来计算所述目标发动机入口冷却剂温度。

14.根据权利要求8所述的方法，还包括以下步骤：

基于所述目标发动机出口冷却剂温度和所述目标发动机入口冷却剂温度来计算阀角度位置；并且

控制所述阀致动器，以根据所述阀角度位置来调整所述电动冷却剂阀的角度位置。

15.根据权利要求14所述的方法，其中，计算所述阀角度位置包括：基于所述目标发动机出口冷却剂温度、所述目标发动机入口冷却剂温度、位于所述内燃机的出口处或邻近所述内燃机的出口的冷却剂的当前温度、以及位于所述内燃机的入口处或邻近所述内燃机的入口的冷却剂的当前温度来计算所述阀角度位置。

16.根据权利要求14所述的方法，其中，计算所述阀角度位置包括：计算多个时间步长中的每个时间步长的阀角度位置。

17.根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤：

基于所述至少一个目标冷却剂温度来计算阀角度位置变化；

基于所述阀角度位置变化和当前阀角度位置来计算期望阀角度位置；并且

控制所述阀致动器，以根据期望的阀角度位置来调整所述电动冷却剂阀的角度位置。

18.根据权利要求17所述的方法，其中，计算阀角度位置变化包括：基于所述至少一个目标冷却剂温度和所述电动冷却剂阀的角速度来计算所述阀角度位置变化。

19.根据权利要求1所述的方法，其中，所述阀致动器包括旋转电机，所述旋转电机被配置为调整所述电动冷却剂阀的开口的角度位置。

20.根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤：

基于累积冷却需求将校正值应用于所述至少一个目标冷却剂温度；并且

控制所述阀致动器，以经由可操作地耦接至所述阀致动器的所述电动冷却剂阀来调节通过所述冷却剂流动路径的冷却剂的流动，使得所述冷却剂的温度根据应用了所述校正值的所述至少一个目标冷却剂温度而变化。

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