CN112127986A - 特种车辆独立散热系统温度控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于温度动态控制技术领域，具体涉及一种特种车辆独立散热系统温度控制系统，其中，电控单元采集空气温度信息、水温信息、油温信息以及风扇当前转速信息，通过逻辑运算产生驱动信息，控制电磁阀状态，调节风扇系统液压油的进油量，依靠风扇转速和散热量的控制，从而实现气散热器、水散热器、油散热器的温度精确调节和控制。与现有技术相比，本发明技术方案计算量小易实现嵌入式编程，自适应能力强，能有效地实现独立散热系统温度的精确控制，将温度控制在最优范围内。在保证温度可控的情况下，风扇转速变化平稳，噪声小，同时该独立散热系统温度控制系统通过修改标定参数可广泛的应用于各种特种车辆独立散热系统。

Description

特种车辆独立散热系统温度控制系统
技术领域
本发明属于温度动态控制技术领域，具体涉及一种特种车辆独立散热系统温度控制系统。
背景技术
随着电子信息的快速发展，系统自动化电控化成为当前我国车载设备发展主流趋势和重要方向，尤其是在国内特种车辆独立散热系统自动化改造过程中，起着举足轻重的作用，具有良好的市场应用前景。
独立散热系统由温度传感器检测油温、水温和压缩空气的温度以及发动机和风扇转速，并将信号传至电控单元，经过信号调理及控制运算，产生风扇电磁阀控制信号。通过调节比例阀输入电流改变比例阀输出压力，进而调节液压马达的进出压力差，起到调节风扇转速的作用(冷却风扇由液压马达驱动，转速决定散热风量的大小)，从而改变各个散热器的换热量和出口温度，使该车动力传动装置系统处于最优的工作状态。
独立散热系统主要功能是调节散热器换热量，从而实现温度控制。在温度控制策略设计过程中存在以下问题：1.一个风扇难以兼顾多个散热器温度平衡；2.不同散热系统温度模型难以准确获得和估计；3.系统温度变化响应时间长，导致风扇转速震荡；4.控制方法需要具备自适应能力。
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：如何提供一种特种车辆独立散热系统温度控制系统。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供一种特种车辆独立散热系统温度控制系统，所述系统包括：设置于电控单元内部的诊断模块、风扇模式确定模块、风扇转速估算模块、风扇目标控制转速运算模块、转速闭环控制模块、电磁阀驱动控制模块；其中，
所述诊断模块用于对温度传感器和风扇转速传感器硬件进行短路断路诊断，并对风扇电磁阀进行断路短路诊断，若不存在故障信息，则生成启动信号至风扇模式确定模块；
所述风扇模式确定模块用于在收到启动信号的情况下，根据当前的散热器油温Toil、散热器水温Twater和散热器气温Tair来设置风扇目标控制转速Ntarget；
所述风扇转速估算模块用于估计独立的风扇转速，其根据当前散热器油温Toil、水温Twater和气温Tair分别计算出独立的散热器油温对应的风扇转速Noil、散热器水温对应的风扇转速Nwater和散热器气温对应的风扇转速Nair：
Noil＝Tableoil(Toil)
Nwater＝Tablewater(Twater)
Nair＝Tableair(Tair)
其中，Tableoil、Tablewater、Tableair为标定表格，分别是不同油、水、气温度下需要的独立目标风扇转速；
所述风扇目标控制转速运算模块用于进行风扇目标控制转速计算，其根据独立的散热器油温对应的风扇转速Noil、散热器水温对应的风扇转速Nwater和散热器气温对应的风扇转速Nair以及散热器油温系数Koil、散热器水温系数Kwater和散热器气温系数Kair，计算出风扇目标控制转速Ntarget：
Figure BDA0002716238420000021
其中，Koil+Kwater+Kair＝100；
所述转速闭环控制模块用于进行转速闭环控制：
若风扇目标控制转速大于风扇当前转速，即Ntarget>Ncurrent且当前电磁阀控制电流大于电磁阀电流减小步长Icurrent>Idown-step时，则电磁阀控制目标电流为Itarget＝Icurrent-Idown-step-Ioffset，当希望增加风扇转速时，需减小电磁阀电流，溢流阀口变小，降低泵马达系统溢流，泵更多流量进入马达，从而风扇转速上升；
若风扇目标控制转速小于风扇当前转速Ntarget<Ncurrent且当前电磁阀控制电流小于最大允许电流Icurrent<Imax时，则电磁阀控制目标电流为Itarget＝Icurrent+Iup-step，当希望降低风扇转速时，需增大电磁阀电流，增加泵马达系统溢流，减少马达流入量，从而风扇转速下降；
其余情况下Itarget＝Icurrent保持不变；
其中，Ioffset为电磁阀滞环补偿电流；Iup-step为电磁阀电流增加步长；
所述电磁阀驱动控制模块用于进行电磁阀驱动控制，；将转速闭环控制模块计算获得的电磁阀控制目标电流Itarget，设置为当前电磁阀驱动电流。
其中，所述特种车辆独立散热系统温度控制系统工作流程的执行频率为每100ms执行一次。
其中，所述诊断模块工作过程中，若存在传感器故障，则将风扇目标控制转速Ntarget设置为风扇默认设置转速Ndefault，并传输至转速闭环控制模块进行转速闭环控制。
其中，所述诊断模块工作过程中，若风扇电磁阀存在故障，则将电磁阀目标电流Itarget设置为0，并传输至电磁阀驱动控制模块停止风扇控制。
其中，所述风扇模式确定模块工作过程中，若散热器油温Toil大于散热器标定油温上限Toil-up时，风扇目标控制转速Ntarget设置为风扇的最大转速数值Nmax，若散热器油温Toil小于散热器标定油温上限Toil-down时，风扇目标控制转速Ntarget设置为风扇的最小转速数值Nmin。
其中，所述风扇模式确定模块工作过程中，若散热器水温Twater大于散热器标定水温上限Twater-up时，风扇目标控制转速Ntarget设置为风扇的最大转速数值Nmax，若散热器水温Twater小于散热器标定水温下限Twater-down时，风扇目标控制转速Ntarget设置为风扇的最小转速数值Nmin。
其中，所述风扇模式确定模块工作过程中，若散热器气温Tair大于散热器标定空气温度上限Tair-up时，风扇目标控制转速Ntarget设置为风扇的最大转速数值Nmax，若散热器气温Tair小于散热器标定空气温度下限Tair-down时，风扇目标控制转速Ntarget设置为风扇的最小转速数值Nmin。
其中，所述风扇模式确定模块工作过程中，若当前的散热器油温Toil、散热器水温Twater和散热器气温Tair分别在设置阈值之间，则输入至进入风扇转速估算模块，否则输入至转速闭环控制模块。
其中，所述风扇目标控制转速运算模块工作过程中，所述散热器油温系数Koil、散热器水温系数Kwater和散热器气温系数Kair初设值为35、35、30。
其中，所述转速闭环控制模块工作过程中，电磁阀滞环补偿电流Ioffset与电磁阀本身特性相关，通过电磁阀电流流量特性测试即可获得。
(三)有益效果
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种特种车辆独立散热系统温度控制系统。与现有技术相比，本发明特种车辆独立散热系统温度控制系统的计算量小易实现嵌入式编程，自适应能力强，能有效地实现独立散热系统温度的精确控制，将温度控制在最优范围内。在保证温度可控的情况下，风扇转速变化平稳，噪声小，同时该独立散热系统温度控制系统通过修改标定参数可广泛的应用于各种特种车辆独立散热系统。
附图说明
图1为独立散热方案结构示意图。
图2为本发明技术方案原理示意图。
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。
图1是独立散热方案结构示意图。图中1为液压油箱，2为液压油，3为液压油泵，4为电磁阀体，5为电控单元，6为风扇系统(包含马达)，7为气散热器，8为水散热器，9为油散热器。
独立散热方案工作逻辑为：电控单元5经传感器采集气散热器7空气温度信息、水散热器8水温信息、油散热器9油温信息以及风扇系统6风扇当前转速信息，通过逻辑运算产生驱动信息，控制电磁阀4状态，调节风扇系统液压油2的进油量，依靠风扇转速和散热量的控制，从而实现气散热器7、水散热器8、油散热器9的温度精确调节和控制。
首先介绍本发明技术方案所涉及的各个技术参数的定义如表1所示：
表1
Figure BDA0002716238420000051
Figure BDA0002716238420000061
具体而言，本发明所提供的特种车辆独立散热系统温度控制系统，所述系统包括：设置于电控单元内部的诊断模块、风扇模式确定模块、风扇转速估算模块、风扇目标控制转速运算模块、转速闭环控制模块、电磁阀驱动控制模块；其中，
所述诊断模块用于对温度传感器和风扇转速传感器硬件进行短路断路诊断，并对风扇电磁阀进行断路短路诊断，若不存在故障信息，则生成启动信号至风扇模式确定模块；
所述风扇模式确定模块用于在收到启动信号的情况下，根据当前的散热器油温Toil、散热器水温Twater和散热器气温Tair来设置风扇目标控制转速Ntarget；
所述风扇转速估算模块用于估计独立的风扇转速，其根据当前散热器油温Toil、水温Twater和气温Tair分别计算出独立的散热器油温对应的风扇转速Noil、散热器水温对应的风扇转速Nwater和散热器气温对应的风扇转速Nair：
Noil＝Tableoil(Toil)
Nwater＝Tablewater(Twater)
Nair＝Tableair(Tair)
其中，Tableoil、Tablewater、Tableair为标定表格，分别是不同油、水、气温度下需要的独立目标风扇转速；
所述风扇目标控制转速运算模块用于进行风扇目标控制转速计算，其根据独立的散热器油温对应的风扇转速Noil、散热器水温对应的风扇转速Nwater和散热器气温对应的风扇转速Nair以及散热器油温系数Koil、散热器水温系数Kwater和散热器气温系数Kair，计算出风扇目标控制转速Ntarget：
Figure BDA0002716238420000071
其中，Koil+Kwater+Kair＝100；
所述转速闭环控制模块用于进行转速闭环控制：
若风扇目标控制转速大于风扇当前转速，即Ntarget>Ncurrent且当前电磁阀控制电流大于电磁阀电流减小步长Icurrent>Idown-step时，则电磁阀控制目标电流为Itarget＝Icurrent-Idown-step-Ioffset，当希望增加风扇转速时，需减小电磁阀电流，溢流阀口变小，降低泵马达系统溢流，泵更多流量进入马达，从而风扇转速上升；
若风扇目标控制转速小于风扇当前转速Ntarget<Ncurrent且当前电磁阀控制电流小于最大允许电流Icurrent<Imax时，则电磁阀控制目标电流为Itarget＝Icurrent+Iup-step，当希望降低风扇转速时，需增大电磁阀电流，增加泵马达系统溢流，减少马达流入量，从而风扇转速下降；
其余情况下Itarget＝Icurrent保持不变；
其中，Ioffset为电磁阀滞环补偿电流，为了加快电磁阀溢流阀口相应速度，因此在电流降低时需减去滞环补偿电流，滞环补偿电流与电磁阀本身特性相关，通过电磁阀电流流量特性测试即可获得；Iup-step为电磁阀电流增加步长；
所述电磁阀驱动控制模块用于进行电磁阀驱动控制；将转速闭环控制模块计算获得的电磁阀控制目标电流Itarget，设置为当前电磁阀驱动电流。
其中，所述特种车辆独立散热系统温度控制系统工作流程的执行频率为每100ms执行一次。
其中，所述诊断模块工作过程中，若存在传感器故障，则将风扇目标控制转速Ntarget设置为风扇默认设置转速Ndefault，并传输至转速闭环控制模块进行转速闭环控制。
其中，所述诊断模块工作过程中，若风扇电磁阀存在故障，则将电磁阀目标电流Itarget设置为0，并传输至电磁阀驱动控制模块停止风扇控制。
其中，所述风扇模式确定模块工作过程中，若散热器油温Toil大于散热器标定油温上限Toil-up时，风扇目标控制转速Ntarget设置为风扇的最大转速数值Nmax，若散热器油温Toil小于散热器标定油温上限Toil-down时，风扇目标控制转速Ntarget设置为风扇的最小转速数值Nmin。
其中，所述风扇模式确定模块工作过程中，若散热器水温Twater大于散热器标定水温上限Twater-up时，风扇目标控制转速Ntarget设置为风扇的最大转速数值Nmax，若散热器水温Twater小于散热器标定水温下限Twater-down时，风扇目标控制转速Ntarget设置为风扇的最小转速数值Nmin。
其中，所述风扇模式确定模块工作过程中，若散热器气温Tair大于散热器标定空气温度上限Tair-up时，风扇目标控制转速Ntarget设置为风扇的最大转速数值Nmax，若散热器气温Tair小于散热器标定空气温度下限Tair-down时，风扇目标控制转速Ntarget设置为风扇的最小转速数值Nmin。
其中，所述风扇模式确定模块工作过程中，若当前的散热器油温Toil、散热器水温Twater和散热器气温Tair分别在设置阈值之间，则输入至进入风扇转速估算模块，否则输入至转速闭环控制模块。
其中，所述风扇目标控制转速运算模块工作过程中，所述散热器油温系数Koil、散热器水温系数Kwater和散热器气温系数Kair初设值为35、35、30。
其中，所述转速闭环控制模块工作过程中，电磁阀滞环补偿电流Ioffset与电磁阀本身特性相关，通过电磁阀电流流量特性测试即可获得。
此外，本发明还提供一种特种车辆独立散热系统温度控制方法，图2是该方法的流程图。该流程图每100ms执行一次，当该流程触发时，包括如下步骤：
步骤1到步骤6在嵌入式电控单元中每100ms周期顺序执行一次。
步骤1：首先，电控单元5对温度传感器和风扇转速传感器硬件进行短路断路诊断，若存在传感器故障，则将风扇目标控制转速Ntarget设置为风扇默认设置转速Ndefault，跳转到步骤5进行转速闭环控制；
其次，电控单元5对风扇电磁阀进行断路短路诊断，若风扇电磁阀存在故障，则将电磁阀目标电流Itarget设置为0，跳转到步骤6停止风扇控制；在步骤1中若不存在故障信息，则进入步骤2；
步骤2：风扇控制模式选择；根据当前的散热器油温Toil、散热器水温Twater和散热器气温Tair来设置风扇目标控制转速Ntarget；
所述步骤2包括：
步骤21：若散热器油温Toil大于散热器标定油温上限Toil-up时，风扇目标控制转速Ntarget设置为风扇的最大转速数值Nmax，若散热器油温Toil小于散热器标定油温上限Toil-down时，风扇目标控制转速Ntarget设置为风扇的最小转速数值Nmin；
步骤22：若散热器水温Twater大于散热器标定水温上限Twater-up时，风扇目标控制转速Ntarget设置为风扇的最大转速数值Nmax，若散热器水温Twater小于散热器标定水温下限Twater-down时，风扇目标控制转速Ntarget设置为风扇的最小转速数值Nmin；
步骤23：若散热器气温Tair大于散热器标定空气温度上限Tair-up时，风扇目标控制转速Ntarget设置为风扇的最大转速数值Nmax，若散热器气温Tair小于散热器标定空气温度下限Tair-down时，风扇目标控制转速Ntarget设置为风扇的最小转速数值Nmin；
步骤24：若当前的散热器油温Toil、散热器水温Twater和散热器气温Tair分别在设置阈值之间则进入步骤3，否则进入步骤5；
步骤3：估计独立的风扇转速。根据当前散热器油温Toil、水温Twater和气温Tair分别计算出独立的散热器油温对应的风扇转速Noil、散热器水温对应的风扇转速Nwater和散热器气温对应的风扇转速Nair：
Noil＝Tableoil(Toil)
Nwater＝Tablewater(Twater)
Nair＝Tableair(Tair)
其中，Tableoil、Tablewater、Tableair为标定表格，分别是不同油、水、气温度下需要的独立目标风扇转速；
步骤4：风扇目标控制转速计算；
根据独立的散热器油温对应的风扇转速Noil、散热器水温对应的风扇转速Nwater和散热器气温对应的风扇转速Nair以及散热器油温系数Koil、散热器水温系数Kwater和散热器气温系数Kair，计算出风扇目标控制转速Ntarget：
Figure BDA0002716238420000111
其中，Koil+Kwater+Kair＝100，散热器油温系数Koil、散热器水温系数Kwater和散热器气温系数Kair初设值为35、35、30；
步骤5：转速闭环控制；
若风扇目标控制转速大于风扇当前转速，即Ntarget>Ncurrent且当前电磁阀控制电流大于电磁阀电流减小步长Icurrent>Idown-step时，则电磁阀控制目标电流为Itarget＝Icurrent-Idown-step-Ioffset，当希望增加风扇转速时，需减小电磁阀电流，溢流阀口变小，降低泵马达系统溢流，泵更多流量进入马达，从而风扇转速上升；
若风扇目标控制转速小于风扇当前转速Ntarget<Ncurrent且当前电磁阀控制电流小于最大允许电流Icurrent<Imax时，则电磁阀控制目标电流为Itarget＝Icurrent+Iup-step，当希望降低风扇转速时，需增大电磁阀电流，增加泵马达系统溢流，减少马达流入量，从而风扇转速下降；
其余情况下Itarget＝Icurrent保持不变；
其中，Ioffset为电磁阀滞环补偿电流，为了加快电磁阀溢流阀口相应速度，因此在电流降低时需减去滞环补偿电流，滞环补偿电流与电磁阀本身特性相关，通过电磁阀电流流量特性测试即可获得；Iup-step为电磁阀电流增加步长；
步骤6：电磁阀驱动控制；将步骤5中计算获得的电磁阀控制目标电流Itarget，设置为当前电磁阀驱动电流。
完成执行以上各个步骤后，即可结束特种车辆独立散热系统温度控制流程。
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)

1.一种特种车辆独立散热系统温度控制系统，其特征在于，所述系统包括：设置于电控单元内部的诊断模块、风扇模式确定模块、风扇转速估算模块、风扇目标控制转速运算模块、转速闭环控制模块、电磁阀驱动控制模块；其中，
所述诊断模块用于对温度传感器和风扇转速传感器硬件进行短路断路诊断，并对风扇电磁阀进行断路短路诊断，若不存在故障信息，则生成启动信号至风扇模式确定模块；
所述风扇模式确定模块用于在收到启动信号的情况下，根据当前的散热器油温Toil、散热器水温Twater和散热器气温Tair来设置风扇目标控制转速Ntarget；
所述风扇转速估算模块用于估计独立的风扇转速，其根据当前散热器油温Toil、水温Twater和气温Tair分别计算出独立的散热器油温对应的风扇转速Noil、散热器水温对应的风扇转速Nwater和散热器气温对应的风扇转速Nair：
Noil＝Tableoil(Toil)
Nwater＝Tablewater(Twater)
Nair＝Tableair(Tair)
其中，Tableoil、Tablewater、Tableair为标定表格，分别是不同油、水、气温度下需要的独立目标风扇转速；
所述风扇目标控制转速运算模块用于进行风扇目标控制转速计算，其根据独立的散热器油温对应的风扇转速Noil、散热器水温对应的风扇转速Nwater和散热器气温对应的风扇转速Nair以及散热器油温系数Koil、散热器水温系数Kwater和散热器气温系数Kair，计算出风扇目标控制转速Ntarget：
Figure FDA0002716238410000011
其中，Koil+Kwater+Kair＝100；
所述转速闭环控制模块用于进行转速闭环控制：
若风扇目标控制转速大于风扇当前转速，即Ntarget>Ncurrent且当前电磁阀控制电流大于电磁阀电流减小步长Icurrent>Idown-step时，则电磁阀控制目标电流为Itarget＝Icurrent-Idown-step-Ioffset，当希望增加风扇转速时，需减小电磁阀电流，溢流阀口变小，降低泵马达系统溢流，泵更多流量进入马达，从而风扇转速上升；
若风扇目标控制转速小于风扇当前转速Ntarget<Ncurrent且当前电磁阀控制电流小于最大允许电流Icurrent<Imax时，则电磁阀控制目标电流为Itarget＝Icurrent+Iup-step，当希望降低风扇转速时，需增大电磁阀电流，增加泵马达系统溢流，减少马达流入量，从而风扇转速下降；
其余情况下Itarget＝Icurrent保持不变；
其中，Ioffset为电磁阀滞环补偿电流；Iup-step为电磁阀电流增加步长；
所述电磁阀驱动控制模块用于进行电磁阀驱动控制，；将转速闭环控制模块计算获得的电磁阀控制目标电流Itarget，设置为当前电磁阀驱动电流。
2.如权利要求1所述的特种车辆独立散热系统温度控制系统，其特征在于，所述特种车辆独立散热系统温度控制系统工作流程的执行频率为每100ms执行一次。
3.如权利要求1所述的特种车辆独立散热系统温度控制系统，其特征在于，所述诊断模块工作过程中，若存在传感器故障，则将风扇目标控制转速Ntarget设置为风扇默认设置转速Ndefault，并传输至转速闭环控制模块进行转速闭环控制。
4.如权利要求1所述的特种车辆独立散热系统温度控制系统，其特征在于，所述诊断模块工作过程中，若风扇电磁阀存在故障，则将电磁阀目标电流Itarget设置为0，并传输至电磁阀驱动控制模块停止风扇控制。
5.如权利要求1所述的特种车辆独立散热系统温度控制系统，其特征在于，所述风扇模式确定模块工作过程中，若散热器油温Toil大于散热器标定油温上限Toil-up时，风扇目标控制转速Ntarget设置为风扇的最大转速数值Nmax，若散热器油温Toil小于散热器标定油温上限Toil-down时，风扇目标控制转速Ntarget设置为风扇的最小转速数值Nmin。
6.如权利要求5所述的特种车辆独立散热系统温度控制系统，其特征在于，所述风扇模式确定模块工作过程中，若散热器水温Twater大于散热器标定水温上限Twater-up时，风扇目标控制转速Ntarget设置为风扇的最大转速数值Nmax，若散热器水温Twater小于散热器标定水温下限Twater-down时，风扇目标控制转速Ntarget设置为风扇的最小转速数值Nmin。
7.如权利要求6所述的特种车辆独立散热系统温度控制系统，其特征在于，所述风扇模式确定模块工作过程中，若散热器气温Tair大于散热器标定空气温度上限Tair-up时，风扇目标控制转速Ntarget设置为风扇的最大转速数值Nmax，若散热器气温Tair小于散热器标定空气温度下限Tair-down时，风扇目标控制转速Ntarget设置为风扇的最小转速数值Nmin。
8.如权利要求7所述的特种车辆独立散热系统温度控制系统，其特征在于，所述风扇模式确定模块工作过程中，若当前的散热器油温Toil、散热器水温Twater和散热器气温Tair分别在设置阈值之间，则输入至进入风扇转速估算模块，否则输入至转速闭环控制模块。
9.如权利要求1所述的特种车辆独立散热系统温度控制系统，其特征在于，所述风扇目标控制转速运算模块工作过程中，所述散热器油温系数Koil、散热器水温系数Kwater和散热器气温系数Kair初设值为35、35、30。
10.如权利要求1所述的特种车辆独立散热系统温度控制系统，其特征在于，所述转速闭环控制模块工作过程中，电磁阀滞环补偿电流Ioffset与电磁阀本身特性相关，通过电磁阀电流流量特性测试即可获得。
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