CN113482760B - 基于整车运行路况的冷却控制方法、装置和系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于冷却技术领域，具体涉及一种基于整车运行路况的冷却控制方法、装置及系统。本发明的冷却控制方法包括：建立车辆纵向动力学模型，获取整车当前运行时的海拔、发动机转速、发动机扭矩和整车车速；根据获取的海拔的变化率小于第一设定值计算第一坡度和整车车重；根据获取的海拔的变化率大于等于第一设定值计算第二坡度；根据第二坡度大于等于坡度设定值计算散热器进风量和热交换器对数平均温差；根据散热器进风量和热交换器对数平均温差计算流体传热单元数和两流体质量流热容比；根据流体传热单元数和两流体质量流热容比计算温度效应值；根据温度效应值计算发动机出水温度，并根据发动机出水温度大于等于最大水温值控制风扇启动。

Description

基于整车运行路况的冷却控制方法、装置和系统

技术领域

本发明属于冷却技术领域，具体涉及一种基于整车运行路况的冷却控制方法、装置及系统。

背景技术

目前车辆爬坡时，水温升高比较快，根据现有风扇的控制策略，水温只要达到某一温度时，风扇就会工作，而风扇开始工作的时候，整车往往已经快达到坡顶，很快整车将下坡，负荷率降低，水温又将下降，如果此时风扇不工作有可能也达不到发动机报警温度，因此这一段时间风扇工作属于浪费。

发明内容

本发明的目的是至少解决在车辆爬坡过程中风扇做无用功的问题。该目的是通过以下方式实现的：

本发明的第一方面提出了一种基于整车运行路况的冷却控制方法，所述冷却控制方法包括以下步骤：

建立车辆纵向动力学模型，获取整车当前运行时的海拔、发动机转速、发动机扭矩和整车车速；

根据获取的所述海拔的变化率小于第一设定值进行滤波平滑并计算第一坡度，根据所述第一坡度计算整车车重；

根据获取的所述海拔的变化率大于等于所述第一设定值，根据所述整车车重计算第二坡度；

根据所述第二坡度大于等于坡度设定值计算散热器进风量和热交换器对数平均温差；

根据所述散热器进风量和所述热交换器对数平均温差计算流体传热单元数和两流体质量流热容比；

根据所述流体传热单元数和所述两流体质量流热容比计算温度效应值；

根据所述温度效应值计算发动机出水温度，并根据所述发动机出水温度大于等于最大水温值控制风扇启动。

根据本发明的基于整车运行路况的冷却控制方法，能够根据路况信息判断在车辆爬坡过程中否需要开启风扇冷却发动机，通过对坡度的和发动机的出水温度计算，当车辆处于爬坡时且发动机出水温度大于最大水温值时控制风扇开启，从而用来冷却发动机，当车辆处于爬坡时且发动机出水温度高于平路设定的风扇工作温度并小于最大水温值时，风扇不工作，从而减少了风扇的开启次数，使风扇在车辆的运行过程中工作时间缩短，减少了风扇的震荡，达到节油目的的同时还延长了风扇的使用寿命，提高车辆运行时的可靠性。

另外，根据本发明的基于整车运行路况的冷却控制方法，还可具有如下附加的技术特征：

在本发明的一些实施方式中，所述根据所述第一坡度计算整车车重包括：将所述第一坡度、所述发动机转速、所述发动机扭矩和所述整车车速输入至所述车辆纵向动力学模型中并计算所述整车车重。

在本发明的一些实施方式中，所述根据所述整车车重计算第二坡度包括：将所述整车车重、所述发动机转速、所述发动机扭矩和所述整车车速输入至所述车辆纵向动力学模型中并计算所述第二坡度。

在本发明的一些实施方式中，

根据公式m＝v*b*h*Ψ*ρ/(3.6*1000000)，

计算所述散热器进风量；

其中，m为散热器进风量，单位kg/s，v为整车车速，单位km/h，b为散热器宽度，单位mm，h为散热器高度mm，Ψ为散热器进风系数，ρ为空气密度kg/m³。

在本发明的一些实施方式中，

根据公式△t＝(t1-t2-t3+t4)/ln[(t1-t2)/(t3-t4)]，

计算所述热交换器对数平均温差；

其中，△t为热交换器对数平均温差，t1为散热器热侧入口温度，t3为散热器热侧出口温度℃，t2为散热器冷侧出口温度℃，t4为散热器冷侧入口温度℃。

在本发明的一些实施方式中，

根据公式KA＝Φ/△t，NTU＝KA/C₁M₁，

计算所述流体传热单元数；

其中，NTU为流体传热单元数，K为水的传热系数，单位为W/m²℃，Φ为散热量，A为散热器面积，单位为㎡，C₁为水比热容，单位为J/(kg·℃)，M₁为水泵流量，单位为kg/s。

在本发明的一些实施方式中，

根据公式R＝C₁M₁/C₂M₂，

计算所述两流体质量流热容比R；

其中，R为两流体质量流热容比，C₁为水比热容，单位为J/(kg·℃)，M₁为水泵流量，单位为kg/s，C₂为空气比热容，单位为J/(kg·℃)，M₂等于m，为散热器进风量，单位为kg/s。

在本发明的一些实施方式中，

根据公式

E＝1-exp{[exp(-NTU^0.78·R)-1]·NTU^0.22/R}

E＝(t3-t4)/(T-t4)

计算所述温度效应值和所述发动机出水温度；

其中，E为温度效应值，T为发动机出水温度，NTU为流体传热单元数，R为两流体质量流热容比，t3为散热器热侧出口温度，t4为散热器冷侧入口温度。

本发明的另一方面还提出了一种基于整车运行路况的冷却控制装置，所述基于整车运行路况的冷却控制装置用于执行上述任一项所述的基于整车运行路况的冷却控制方法，包括：

获取单元，所述获取单元用于获取整车当前运行时的海拔、发动机转速、发动机扭矩和整车车速；

计算单元，所述计算单元用于根据获取的所述海拔的变化率小于第一设定值进行滤波平滑并计算第一坡度，并根据所述第一坡度计算整车车重，并根据获取的所述海拔的变化率大于等于所述第一设定值，根据所述整车车重计算第二坡度，并根据所述第二坡度大于等于坡度设定值计算散热器进风量和热交换器对数平均温差，并根据所述散热器进风量和所述热交换器对数平均温差计算流体传热单元数和两流体质量流热容比，并根据所述流体传热单元数和所述两流体质量流热容比计算温度效应值，并根据所述温度效应值计算发动机出水温度；

控制单元，所述控制单元用于根据所述发动机出水温度大于等于最大水温值控制风扇启动。

本发明的另一方面还提出了一种基于整车运行路况的冷却控制系统，所述基于整车运行路况的冷却控制系统包括存储器和上述所述的基于整车运行路况的冷却控制装置，所述存储器内存储有上述任一项所述的基于整车运行路况的冷却控制方法。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其它的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。其中：

图1为本发明中基于整车运行路况的冷却控制方法的控制流程图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施方式。虽然附图中显示了本发明的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

应理解的是，文中使用的术语仅出于描述特定示例实施方式的目的，而无意于进行限制。除非上下文另外明确地指出，否则如文中使用的单数形式“一”、“一个”以及“所述”也可以表示包括复数形式。术语“包括”、“包含”、“含有”以及“具有”是包含性的，并且因此指明所陈述的特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除存在或者添加一个或多个其它特征、步骤、操作、元件、部件、和/或它们的组合。文中描述的方法步骤、过程、以及操作不解释为必须要求它们以所描述或说明的特定顺序执行，除非明确指出执行顺序。还应当理解，可以使用另外或者替代的步骤。

尽管可以在文中使用术语第一、第二、第三等来描述多个元件、部件、区域、层和/或部段，但是，这些元件、部件、区域、层和/或部段不应被这些术语所限制。这些术语可以仅用来将一个元件、部件、区域、层或部段与另一区域、层或部段区分开。除非上下文明确地指出，否则诸如“第一”、“第二”之类的术语以及其它数字术语在文中使用时并不暗示顺序或者次序。因此，以下讨论的第一元件、部件、区域、层或部段在不脱离示例实施方式的教导的情况下可以被称作第二元件、部件、区域、层或部段。

为了便于描述，可以在文中使用空间相对关系术语来描述如图中示出的一个元件或者特征相对于另一元件或者特征的关系，这些相对关系术语例如为“内部”、“外部”、“内侧”、“外侧”、“下面”、“下方”、“上面”、“上方”等。这种空间相对关系术语意于包括除图中描绘的方位之外的在使用或者操作中装置的不同方位。例如，如果在图中的装置翻转，那么描述为“在其它元件或者特征下面”或者“在其它元件或者特征下方”的元件将随后定向为“在其它元件或者特征上面”或者“在其它元件或者特征上方”。因此，示例术语“在……下方”可以包括在上和在下的方位。装置可以另外定向(旋转90度或者在其它方向)并且文中使用的空间相对关系描述符相应地进行解释。

如图1所示，本申请中提出了一种基于整车运行路况的冷却控制方法，该冷却控制方法包括以下步骤：

首先建立车辆纵向动力学模型，获取整车当前运行时的海拔、发动机转速、发动机扭矩和整车车速。

然后根据获取的海拔的变化率小于第一设定值进行滤波平滑并计算第一坡度，根据第一坡度计算整车车重。具体地，当海拔的变化率小于第一设定值时，根据变化的海拔计算第一坡度，并将计算后的第一坡度，以及车辆获取单元获取到的发动机转速、发动机扭矩和整车车速输入至车辆纵向动力学模型中，从而计算整车车重。

在车辆行驶的过程中，当第一坡度的数值始终小于坡度设定值时，则认为车辆仅在平面上行驶。此时，按照车辆正常水平路面行驶时风扇的开启控制方式对风扇的开启进行控制。

然后根据获取的海拔的变化率大于等于第一设定值，根据整车车重计算第二坡度。具体地，当海拔的变化率大于等于第一设定值时，将之前计算出的整车车重，以及车辆获取单元获取到的发动机转速、发动机扭矩和整车车速输入至车辆纵向动力学模型中，从而计算第二坡度。

本实施方式中，当第二坡度的数值大于坡度设定值时，则认为车辆处于爬坡过程，此时风扇开启时的发动机出水温度应高于水平路面行驶时风扇开启时的发动机出水温度。具体地，在车辆爬坡过程中，若发动机出水温度始终低于发动机报警温度5℃时，则风扇不工作，反之则控制风扇开启。具体地，本实施方式中的坡度设定值为≥1％。

然后根据第二坡度大于等于坡度设定值计算散热器进风量和热交换器对数平均温差。

具体地，根据公式m＝v*b*h*Ψ*ρ/(3.6*1000000)，计算散热器进风量。其中，m为散热器进风量，单位kg/s，v为整车车速，单位km/h，b为散热器宽度，单位mm，h为散热器高度mm，Ψ为散热器进风系数，ρ为空气密度kg/m³。

根据公式△t＝(t1-t2-t3+t4)/ln[(t1-t2)/(t3-t4)]，计算热交换器对数平均温差。其中，△t为热交换器对数平均温差，t1为散热器热侧入口温度，t3为散热器热侧出口温度℃，t2为散热器冷侧出口温度℃，t4为散热器冷侧入口温度℃。

其中，将发动机散热万有曲线、风扇的性能曲线、水泵性能曲线以及水箱中冷结构尺寸等基本参数提前输入至车辆的储存器中，并根据发动机台架试验与车辆当前运行过程中的发动机转速、发动机扭矩和整车车速相比较，确定发动机散热量和水泵流量。其中，发动机散热量包括散热器热侧入口温度，散热器热侧出口温度，散热器冷侧出口温度和散热器冷侧入口温度。

然后根据散热器进风量和热交换器对数平均温差计算流体传热单元数和两流体质量流热容比。

具体地，根据公式KA＝Φ/△t，NTU＝KA/C₁M₁，计算流体传热单元数。其中，NTU为流体传热单元数，K为水的传热系数，单位为W/m²℃，Φ为散热量，可通过发动机散热万有曲线获得，A为散热器面积，单位为㎡，C₁为水比热容，单位为J/(kg·℃)，M₁为水泵流量，单位为kg/s。

根据公式R＝C₁M₁/C₂M₂，计算两流体质量流热容比R。其中，R为两流体质量流热容比，C₁为水比热容，单位为J/(kg·℃)，M₁为水泵流量，单位为kg/s，C₂为空气比热容，单位为J/(kg·℃)，M₂等于m，为散热器进风量，单位为kg/s。

然后，根据流体传热单元数和两流体质量流热容比计算温度效应值。

具体地，根据公式E＝1-exp{[exp(-NTU^0.78·R)-1]·NTU^0.22/R}，计算温度效应值。其中，E为温度效应值，T为发动机出水温度。

最后根据温度效应值计算发动机出水温度，并根据发动机出水温度大于等于最大水温值控制风扇启动。具体地，根据公式E＝(t3-t4)/(T-t4)，计算发动机出水温度T。本实施方式中的最大水温值是指小于发动机报警温度5℃时的数值。当车辆处于爬坡时，且发动机出水温度大于等于最大水温值时，则风扇开启工作。当发动机出水温度小于最大水温值时，则在车辆爬坡过程中风扇不工作。

根据本发明的基于整车运行路况的冷却控制方法，能够根据路况信息判断在车辆爬坡过程中否需要开启风扇冷却发动机，通过对坡度的和发动机的出水温度计算，当车辆处于爬坡时且发动机出水温度大于最大水温值时控制风扇开启，从而用来冷却发动机，当车辆处于爬坡时且发动机出水温度高于平路设定的风扇工作温度并小于最大水温值时，风扇不工作，从而减少了风扇的开启次数，使风扇在车辆的运行过程中工作时间缩短，减少了风扇的震荡，达到节油目的的同时还延长了风扇的使用寿命，提高车辆运行时的可靠性。

本发明的另一方面还提出了一种基于整车运行路况的冷却控制装置，该基于整车运行路况的冷却控制装置用于执行上述实施方式中的基于整车运行路况的冷却控制方法。该冷却控制装置包括获取单元、计算单元和控制单元。获取单元用于获取整车当前运行时的海拔、发动机转速、发动机扭矩和整车车速。计算单元用于根据获取的海拔的变化率小于第一设定值进行滤波平滑并计算第一坡度，并根据第一坡度计算整车车重，并根据获取的海拔的变化率大于等于第一设定值，根据整车车重计算第二坡度，并根据第二坡度大于等于坡度设定值计算散热器进风量和热交换器对数平均温差，并根据散热器进风量和热交换器对数平均温差计算流体传热单元数和两流体质量流热容比，并根据流体传热单元数和两流体质量流热容比计算温度效应值，并根据温度效应值计算发动机出水温度。控制单元用于根据发动机出水温度大于等于最大水温值控制风扇启动。

本发明的另一方面还提出了一种基于整车运行路况的冷却控制系统，该基于整车运行路况的冷却控制系统包括存储器和上述的基于整车运行路况的冷却控制装置，存储器内存储有上述实施方式中的基于整车运行路况的冷却控制方法。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种基于整车运行路况的冷却控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

建立车辆纵向动力学模型，获取整车当前运行时的海拔、发动机转速、发动机扭矩和整车车速；

根据获取的海拔的变化率小于第一设定值进行滤波平滑并计算第一坡度，根据所述第一坡度计算整车车重；

根据获取的所述海拔的变化率大于等于所述第一设定值，根据所述整车车重计算第二坡度；

根据所述第二坡度大于等于坡度设定值，获取散热器热侧入口温度、散热器热侧出口温度、散热器冷侧出口温度和散热器冷侧入口温度；

根据所述散热器热侧入口温度、所述散热器热侧出口温度、所述散热器冷侧出口温度、所述散热器冷侧入口温度和所述整车车速，计算散热器进风量和热交换器对数平均温差；

根据所述散热器进风量和所述热交换器对数平均温差计算流体传热单元数和两流体质量流热容比；

根据所述流体传热单元数和所述两流体质量流热容比计算温度效应值；

根据所述温度效应值、所述散热器冷侧出口温度和所述散热器冷侧入口温度，计算发动机出水温度，并根据所述发动机出水温度大于等于最大水温值控制风扇启动；

所述根据所述第一坡度计算整车车重包括：将所述第一坡度、所述发动机转速、所述发动机扭矩和所述整车车速输入至所述车辆纵向动力学模型中并计算所述整车车重；

所述根据所述整车车重计算第二坡度包括：将所述整车车重、所述发动机转速、所述发动机扭矩和所述整车车速输入至所述车辆纵向动力学模型中并计算所述第二坡度；

根据公式m＝v*b*h*Ψ*ρ/(3.6*1000000)，

计算所述散热器进风量；

其中，m为散热器进风量，单位kg/s，v为整车车速，单位km/h，b为散热器宽度，单位mm，h为散热器高度mm，Ψ为散热器进风系数，ρ为空气密度kg/m³；

根据公式△t＝(t1-t2-t3+t4)/ln[(t1-t2)/(t3-t4)]，

计算所述热交换器对数平均温差；

其中，△t为热交换器对数平均温差，t1为散热器热侧入口温度，t3为散热器热侧出口温度℃，t2为散热器冷侧出口温度℃，t4为散热器冷侧入口温度℃；

根据公式KA＝Φ/△t，NTU＝KA/C₁M₁，

计算所述流体传热单元数；

其中，NTU为流体传热单元数，K为水的传热系数，单位为W/m²℃，Φ为散热量，A为散热器面积，单位为㎡，C₁为水比热容，单位为J/(kg·℃)，M₁为水泵流量，单位为kg/s；

根据公式R＝C₁M₁/C₂M₂，

计算所述两流体质量流热容比R；

其中，R为两流体质量流热容比，C₁为水比热容，单位为J/(kg·℃)，M₁为水泵流量，单位为kg/s，C₂为空气比热容，单位为J/(kg·℃)，M₂等于m，为散热器进风量，单位为kg/s；

根据公式

E＝1-exp{[exp(-NTU^0.78·R)-1]·NTU^0.22/R}

E＝(t3-t4)/(T-t4)

计算所述温度效应值和所述发动机出水温度；

其中，E为温度效应值，T为发动机出水温度，NTU为流体传热单元数，R为两流体质量流热容比，t3为散热器热侧出口温度，t4为散热器冷侧入口温度。

2.一种基于整车运行路况的冷却控制装置，其特征在于，所述基于整车运行路况的冷却控制装置用于执行权利要求1所述的基于整车运行路况的冷却控制方法，包括：

获取单元，所述获取单元用于获取整车当前运行时的海拔、发动机转速、发动机扭矩和整车车速；

计算单元，所述计算单元用于根据获取的所述海拔的变化率小于第一设定值进行滤波平滑并计算第一坡度，并根据所述第一坡度计算整车车重，并根据获取的所述海拔的变化率大于等于所述第一设定值，根据所述整车车重计算第二坡度，并根据所述第二坡度大于等于坡度设定值计算散热器进风量和热交换器对数平均温差，并根据所述散热器进风量和所述热交换器对数平均温差计算流体传热单元数和两流体质量流热容比，并根据所述流体传热单元数和所述两流体质量流热容比计算温度效应值，并根据所述温度效应值计算发动机出水温度；

控制单元，所述控制单元用于根据所述发动机出水温度大于等于最大水温值控制风扇启动。

3.一种基于整车运行路况的冷却控制系统，其特征在于，所述基于整车运行路况的冷却控制系统包括存储器和权利要求2所述的基于整车运行路况的冷却控制装置，所述存储器内存储有权利要求1所述的基于整车运行路况的冷却控制方法。

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