CN113898603B - 一种整车风扇控制系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种整车风扇控制系统及方法。它实时检测整车车速，当所述车速大于等于设定车速时，控制风扇的目标转速为0；当所述车速小于设定车速时，控制风扇的目标转速为Nfan，检测当前发动机怠速转速，判断发动机怠速转速Neng是否能使风扇转速达到目标转速Nfan，确定是否提升发动机怠速转速。本发明基于车速对风扇转速进行控制，控制方案更加合理，风扇仅在车速达到一定值时，才会开始工作，减少了风扇的工作时间，降低了能耗损失。

Description

一种整车风扇控制系统及方法
技术领域
本发明属于汽车控制技术领域，具体涉及一种整车风扇控制系统及方法。
背景技术
电控硅油风扇因具有转速可控，且具有较高的控制精度和转速调节范围，以及具有较低的功耗和能良好的散热性能等优点，而被广泛应用于汽车行业，以对车辆的发动机、空调的冷凝器等进行冷却。
现有的空调控制系统中，整车空调和散热风扇的开启主要受空调系统空调控制开关的控制。若空调管路没有故障，即安装在空调冷媒管路上的压力传感器检测到的管路压力在正常压力范围内时，只要打开空调系统的空调控制开关，此请求就会传递给控制器，在控制器收到空调控制开关信号后，控制空调压缩机和散热风扇同时开始工作，保证空调系统散热的需要。
上述系统的压力传感器只检测空调管路压力是否在其所设置的、代表空调系统正常工作的压力范围内，当低于该范围的下限值或高于其上限值就会断开空调请求信号的传输通道，此时即使驾驶员打开了空调控制开关，空调压缩机和散热风扇也无法工作。
但是，在车辆怠速时，特别是刚启动发动机时，空调冷凝器周围温度不高，发动机水温也较低，均还不需要散热风扇进行散热。但由于现有系统的局限性，只要空调系统开始工作，散热风扇就同步开始工作，此时散热风扇工作即为浪费能源。另外，现有系统中空调系统输出的空调请求信号为PWM(Pulse width modulation，脉冲宽度调制)信号，控制器在收到此PWM信号后，也是按此信号形式来控制风扇的通断，致使散热风扇处于不断接通、关断状态。当散热风扇在一定时间内不断接通、关断，不仅运转转速不稳定，还会导致风扇工作噪音较大。
即目前多数方案为开启空调后能直接提升目标风扇转速或者目标发动机怠速转速以保证空调的最小散热需求，但提升风扇转速或者发动机怠速转速后会提升发动机的油耗或电动车的电能损耗。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述背景技术存在的不足，提供一种整车风扇控制系统及方法，对风扇状态进行实时控制，空调制冷的同时实现节能减排。
本发明采用的技术方案是：一种整车风扇控制系统，包括
车速检测模块，用于实时检测整车车速发送至发动机控制模块；
怠速转速检测模块，用于实时检测发动机怠速转速发送至发动机控制模块；
发动机控制模块，用于判断车速大于等于设定车速时，控制风扇的目标转速为0；判断所述车速小于设定车速时，控制风扇的目标转速为Nfan，检测当前发动机怠速转速，判断发动机怠速转速是否能使风扇转速达到目标转速Nfan，确定是否提升发动机怠速转速。
进一步地，当R*Neng≥Nfan时，发动机怠速转速能使风扇转速达到目标转速Nfan；当R*Neng＜Nfan时，发动机怠速转速不能使风扇转速达到目标转速Nfan，所述R为风扇的驱动速比。
进一步地，当发动机怠速转速能使风扇转速达到目标转速Nfan时，则维持当前发动机怠速转速。
进一步地，当发动机怠速转速不能使风扇转速达到目标转速Nfan时，则提升发动机怠速转速使风扇转速达到目标转速Nfan。
更进一步地，设定车速为10-50Km/h。
一种整车风扇控制方法，实时检测整车车速，当所述车速大于等于设定车速时，控制风扇的目标转速为0；当所述车速小于设定车速时，控制风扇的目标转速为Nfan，检测当前发动机怠速转速，判断发动机怠速转速Neng是否能使风扇转速达到目标转速Nfan，确定是否提升发动机怠速转速。
进一步地，当R*Neng≥Nfan时，发动机怠速转速能使风扇转速达到目标转速Nfan；当R*Neng＜Nfan时，发动机怠速转速不能使风扇转速达到目标转速Nfan，所述R为风扇的驱动速比。
进一步地，当发动机怠速转速能使风扇转速达到目标转速Nfan时，则维持当前发动机怠速转速。
进一步地，当发动机怠速转速不能使风扇转速达到目标转速Nfan时，则提升发动机怠速转速使风扇转速达到目标转速Nfan。
更进一步地，所述设定车速为10-50Km/h。
本发明的有益效果是：
本发明在开启空调后提升风扇转速，如果当前的发动机怠速转速无法达成该风扇转速则提升发动机的怠速转速以保证空调的散热需求；当整车具有一定的车速时，车辆行进时的迎面风已经可以保证空调的散热需求，此时关闭这种风扇请求，避免风扇或者发动机过高的怠速一直消耗过量的能量。
本发明的空调控制方法，基于车速对风扇转速进行控制，控制方案更加合理，风扇仅在车速低于一定值时，才会开始工作，不仅减少了风扇的工作时间，减少能耗损失，同时风扇运转状态及转速相对稳定，延长了风扇的使用寿命。
附图说明
图1为本发明的系统原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以互相结合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在使用本说明书中描述的“包括”、“具有”和“包含”的情况下，除非使用否则还可以具有另一部分或其他部分，所用的术语通常可以是单数但也可以表示复数形式。
应该指出，尽管在本说明书可能出现并使用术语“第一”、“第二”、“顶部”、“底部”、“一侧”、“另一侧”、“一端”、“另一端”等来描述各种不同的组件，但是这些成分和部分不应受这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个成分和部分和另一个成分和部分。例如，在不脱离本说明书的范围的情况下，第一部件可以被称为第二部件，并且类似地，第二部件可以被称为第一部件，顶部和底部的部件在一定情况下，也可以彼此对调或转换；一端和另一端的部件可以彼此性能相同或者不同。
此外，在构成部件时，尽管没有其明确的描述，但可以理解必然包括一定的误差区域。
在描述位置关系时，例如，当位置顺序被描述为“在...上”、“在...上方”、“在...下方”和“下一个”时，除非使用“恰好”或“直接”这样的词汇或术语，此外则可以包括它们之间不接触或者接触的情形。如果提到第一元件位于第二元件“上”，则并不意味着在图中第一元件必须位于第二元件的上方。所述部件的上部和下部会根据观察的角度和定向的改变而改变。因此，在附图中或在实际构造中，如果涉及了第一元件位于第二元件“上”的情况可以包括第一元件位于第二元件“下方”的情况以及第一元件位于第二元件“上方”的情况。在描述时间关系时，除非使用“恰好”或“直接”，否则在描述“之后”、“后续”、“随后”和“之前”时，可以包括步骤之间并不连续的情况。
本发明的各种实施方案的特征可以部分地或全部地彼此组合或者拼接，并且可以如本领域技术人员可以充分理解的以各种不同地构造来执行。本发明的实施方案可以彼此独立地执行，或者可以以相互依赖的关系一起执行。
如图1所示，本发明提供一种整车风扇控制系统，包括车速检测模块、怠速转速检测模块和发动机控制模块，其中，车速检测模块、怠速转速检测模块分别为车速传感器和发动机转速传感器，用来分别检测整车车速和发动机怠速转速。
本发明风扇采用电磁硅油风扇，并通过电控硅油风扇离合器控制，电控硅油风扇离合器与普通硅油风扇离合器结构类似，不同的是由带有电磁线圈的电磁阀门取代普通硅油风扇离合器的热敏双金属感温阀门，根据发动机的外部条件(水温、进气温度、空调温度等)来自动调整风扇的转速，使发动机工作在最佳温度下。在满足整车散热需求的前提下有效降低风扇功率消耗，最终达到降低油耗的目的。电控硅油风扇具有省油、噪声低、发动机可靠性增强等优势。
1、当电磁线圈断电时，阀门开启，硅油进入工作腔，风扇全速运转。
2、当电磁线圈通电时，阀门关闭，硅油流回硅油池，风扇怠速运转。
3、当电磁线圈通入脉冲电时，根据不同的脉冲占空比，阀门有相适应的开启程度，风扇以相适应的转速运转。
不同于常规热控硅油风扇、温控开关风扇，电磁硅油风扇由ECU自动控制，动态调整风扇转速，使柴油机保持在90℃水温恒定，有效降低风扇消耗的功率。
与普通硅油风扇离合器相比，避免了热敏双金属感温器感应水箱周围空气场温度时受系统布置影响导致控制滞后或提前等问题，其控制更为精准。
与电磁和气动离合器相比，有滑差，无冲击，可直接与发动机主轴连接，不损伤发动机主轴，电磁和气动大多为二级或三级调速，电控硅油离合器与发动机ECU结合可实现无级调速，更节能。
ECU收集发动机转速、散热器水温、中冷器气温、风扇的转速信号，并对这些数据进行整理和计算，按脉冲宽度调制理论(PWM)输出电脉冲指令到电控硅油风扇离合器的电磁线圈，控制离合器阀门开启程度，即决定离合器工作室的硅油量，进而改变风扇的转速。如实际风扇转速与指令转速不符，ECU通过计算再发出调整指令，直至实际风扇转速与指令风扇转速相符。
ECU接收并判断发动机水温和进气温度信号，根据信号通过风扇控制阀调整风扇转速。风扇通过转速传感器将转速信号反馈给ECU，。当发动机水温和进气温度较低时，ECU控制风扇以较低怠速运转(440r/min)，当发动机水温和进气温度较高时，ECU以较高转速的全转速运转。不考虑风扇的滑差率，怠速时的全转速约为600r/min。
车速传感器安装在变速箱壳体上、发动机怠速转速传感器安装在发动机飞轮壳上，分别通过线束连接至发动机ECU。ECU能通过这两个传感器实时的探测到整车的行驶速度是多少、发动机的怠速转速是多少。
硅油风扇安装在发动机的前端，通过曲轴前端的皮带轮经过一定的速比进行驱动，当需求的风扇转速比较低时，硅油风扇里的离合器会处于一种分离状态，风扇会以一个非常低的转速运转(200rpm左右)；当需求的转速比较高时，风扇会根据发动机的转速来将风扇离合器逐步啮合，最高能和发动机转速同速即全啮合(如果风扇的驱动速比为R且大于1，则风扇的最大转速为R倍的发动机转速)。硅油风扇自带风扇转速传感器，能实时测量当前的风扇转速是多少，和目标风扇转速进行闭环控制，使风扇转速维持在目标风扇转速附近。
电控硅油风扇由于为固定动力的发动机散热。因为如果发动机的转速不恒定，会导致冷却设备(例如，依靠冷却水进行冷却的冷却设备)的出水量不同，进而导致发动机的散热量产生差异，瞬态散热量下风扇转速控制达不到效果。电控硅油风扇是用于对发动机上的冷却水进行冷却，冷却水用来对发动机进行冷却。为了将发动机的温度保持在预设温度(预设温度为一温度阈值，例如，保证发动机正常工作的最高温度)以下，需要及时降低发动机冷却系统中的冷却材料(可以是冷却水、液氮、或者其它气体)的温度。本实施例采用电控硅油风扇对冷却系统降温，通过对电控硅油风扇的出风质量的控制保证电控硅油风扇达到预设的目标热量，从而保证冷却系统对发动机的冷却能力。
目标转速的计算与发动机所处环境的空气比热容、电控硅油风扇的迎风面积以及目标热量决定。目标热量指的是保证发动机的温度小于等于预设温度时，电控硅油风扇需要散发的热量，也可以说保证冷却设备(例如，依靠冷却水进行冷却的冷却设备)的温度低于一个预设温度电控硅油风扇需要散发的热量就是目标热量。
风扇转速控制脉谱通过实验获取，由于不同的发动机功率对应的风扇转速控制脉谱不同，因此对于不同功率的发动机需要分别通过实验获取风扇转速控制脉谱。在实验过程中，通过调节电控硅油风扇的转速来保证冷却设备为预设温度，在通过公式计算该转速对应的风扇散发的热量，以作为在当前温度下，电控硅油风扇需要达到的初始目标热量。在发动机工作的过程中，工作环境温度较高时，通过空气散发的热量较少，通过电控硅油风扇散发的热量就相对较多。发动机的出水流量较大比出水流量较小的发动机通过空气散发的热量多，因此需要电控硅油风扇散发的热量就少。所以在获取电控硅油风扇的风扇转速控制脉谱中，需要同时记录该脉谱对应的发动机功率、冷却水的出水流量，以便在保证发动机功率、冷却水的出水流量相同的情况下查找该风扇转速控制脉谱对应的初始目标热量，以提高控制的精确度。
发动机控制模块(即ECU——电子控制单元模块，俗称电脑版)为一种带输入输出接口的集成电路板，里面会刷写发动机控制软件程序以控制电控发动机按所需要的工作方式进行运转。ECU通过线束和发动机上的各种传感器和执行器相连，包含发动机目标怠速模块和风扇目标转速模块。
发动机目标怠速模块会根据输入(即当前的目标怠速需求值)对发动机进行闭环控制，使发动机的转速维持在目标怠速附近。
风扇目标转速模块会根据输入(即当前的目标风扇转速需求值)对风扇进行闭环控制，使风扇的转速维持在目标怠速附近。
本发明控制系统中，电控硅油风扇至少能够对车辆的发动机和空调的冷凝器进行冷却。该电控硅油风扇的转速控制装置能够精确、稳定地控制电控硅油风扇的转速。本发明实施例提供的电控硅油风扇的转速控制装置可用于执行本发明实施例提供的电控硅油的转速控制方法；本发明实施例提供的电控硅油的转速控制装置可由软件和/或硬件实现，该电控硅油的转速控制装置可集成于车辆的主控器中。包括信息获取模块、转速确定模块和信号确定模块。其中，信息获取模块用于获取空调的空压机输出气态制冷剂的目标控制压力、空调的空压机输出气态制冷剂的实际输出压力以及电控硅油风扇的实际运行转速；转速确定模块用于将目标控制压力和实际输出压力作为输入量，通过PID控制算法，确定电控硅油风扇的设定转速；信号确定模块用于将设定转速和实际运行转速作为输入量，通过PID控制算法，确定控制电控硅油风扇运转的控制信号，以控制电控硅油风扇的当前运行转速。
本发明实施例根据空调中空压机的运行状态结合电控硅油风扇的实际运行转速，以闭环的PID控制算法控制电控硅油风扇的当前运行转速，能够准确、平稳地控制电控硅油风扇的运行转速，从而有利于提高空调的性能以及发动机的运行效率，进而提高车辆的舒适性和经济性。
基于上述的风扇控制系统，本发明还提供一种风扇控制方法，当整车车速值V1低于某一标定值VX时，ECU发出请求风扇运转的需求，目标转速Nfan为保证空调散热需求的最低转速需求；如果当前的发动机怠速转速Neng无法达成该风扇转速(风扇的最大转速和发动机转速存在一定的速比关系R)则需要提升发动机怠速至Neng’；一旦整车车速V1超过VX时，ECU发出的风扇运转的目标转速变为0，即不再请求风扇运转，所提升的发动机怠速转速也恢复原来的初始值Neng。
具体过程如下：
实时检测整车车速，当所述车速大于等于设定车速时，控制风扇的目标转速为0；当所述车速小于设定车速时，控制风扇的目标转速为Nfan，检测当前发动机怠速转速，判断发动机怠速转速Neng是否能使风扇转速达到目标转速Nfan，确定是否提升发动机怠速转速。设定车速为10-50Km/h，优选为10Km/h、20Km/h、30Km/h、40Km/h或50Km/h。
上述方案中，当R*Neng≥Nfan时，发动机怠速转速能使风扇转速达到目标转速Nfan；当R*Neng＜Nfan时，发动机怠速转速不能使风扇转速达到目标转速Nfan，所述R为风扇的驱动速比。
上述方案中，当发动机怠速转速能使风扇转速达到目标转速Nfan时，则维持当前发动机怠速转速。当发动机怠速转速不能使风扇转速达到目标转速Nfan时，则提升发动机怠速转速使风扇转速达到目标转速Nfan。
本发明在开启空调后提升风扇转速，如果当前的发动机怠速转速无法达成该风扇转速则提升发动机的怠速转速以保证空调的散热需求；当整车具有一定的车速时，车辆行进时的迎面风已经可以保证空调的散热需求，此时关闭这种风扇请求，避免风扇或者发动机过高的怠速一直消耗过量的能量。
本发明的空调控制方法，基于车速对风扇转速进行控制，控制方案更加合理，风扇仅在车速低于一定值时，才会开始工作，不仅减少了风扇的工作时间，减少能耗损失，同时风扇运转状态及转速相对稳定，延长了风扇的使用寿命。
此外，本发明实施例还提供了一种车辆，该车辆例如可以为乘用或货运汽车，本发明实施例对此不做具体限定。其中，由于本发明实施例提供的车辆包括发动机、空调、电控硅油风扇以及本发明实施例提供的电控硅油风扇的转速控制系统，且电控硅油风扇的转速控制系统用于控制电控硅油风扇的当前运行转速，电控硅油风扇用于冷却发动机和空调的冷凝器，因此本发明实施例提供的车辆也具备本发明实施例提供的电控硅油风扇的转速控制方法的特征和有益效果，相同之处可参照上述对本发明实时例提供的电控硅油风扇的转速控制方法的描述，在此不再赘述。
应该明白，公开的过程中的步骤的特定顺序或层次是示例性方法的实例。基于设计偏好，应该理解，过程中的步骤的特定顺序或层次可以在不脱离本公开的保护范围的情况下得到重新安排。所附的方法权利要求以示例性的顺序给出了各种步骤的要素，并且不是要限于所述的特定顺序或层次。
为了使本揭示内容的叙述更加详尽与完备，上文针对本发明的实施方式与具体实施例提出了说明性的描述；但这并非实施或运用本发明具体实施例的唯一形式。实施方式中涵盖了多个具体实施例的特征以及用以建构与操作这些具体实施例的方法步骤与其顺序。然而，亦可利用其它具体实施例来达成相同或均等的功能与步骤顺序。
在上述的详细描述中，各种特征一起组合在单个的实施方案中，以简化本公开。不应该将这种公开方法解释为反映了这样的意图，即，所要求保护的主题的实施方案需要比清楚地在每个权利要求中所陈述的特征更多的特征。相反，如所附的权利要求书所反映的那样，本发明处于比所公开的单个实施方案的全部特征少的状态。因此，所附的权利要求书特此清楚地被并入详细描述中，其中每项权利要求独自作为本发明单独的优选实施方案。
为使本领域内的任何技术人员能够实现或者使用本发明，上面对所公开实施例进行了描述。对于本领域技术人员来说；这些实施例的各种修改方式都是显而易见的，并且本文定义的一般原理也可以在不脱离本公开的精神和保护范围的基础上适用于其它实施例。因此，本公开并不限于本文给出的实施例，而是与本申请公开的原理和新颖性特征的最广范围相一致。
上文的描述包括一个或多个实施例的举例。当然，为了描述上述实施例而描述部件或方法的所有可能的结合是不可能的，但是本领域普通技术人员应该认识到，各个实施例可以做进一步的组合和排列。因此，本文中描述的实施例旨在涵盖落入所附权利要求书的保护范围内的所有这样的改变、修改和变型。此外，就说明书或权利要求书中使用的术语“包含”，该词的涵盖方式类似于术语“包括”，就如同“包括，”在权利要求中用作衔接词所解释的那样。此外，使用在权利要求书的说明书中的任何一个术语“或者”是要表示“非排它性的或者”。
本领域技术人员还可以了解到本发明实施例列出的各种说明性逻辑块(illustrative logical block)，单元，和步骤可以通过电子硬件、电脑软件，或两者的结合进行实现。为清楚展示硬件和软件的可替换性(interchangeability)，上述的各种说明性部件(illustrative components)，单元和步骤已经通用地描述了它们的功能。这样的功能是通过硬件还是软件来实现取决于特定的应用和整个系统的设计要求。本领域技术人员可以对于每种特定的应用，可以使用各种方法实现所述的功能，但这种实现不应被理解为超出本发明实施例保护的范围。
本发明实施例中所描述的各种说明性的逻辑块，或单元都可以通过通用处理器，数字信号处理器，专用集成电路(ASIC)，现场可编程门阵列或其它可编程逻辑装置，离散门或晶体管逻辑，离散硬件部件，或上述任何组合的设计来实现或操作所描述的功能。通用处理器可以为微处理器，可选地，该通用处理器也可以为任何传统的处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器也可以通过计算装置的组合来实现，例如数字信号处理器和微处理器，多个微处理器，一个或多个微处理器联合一个数字信号处理器核，或任何其它类似的配置来实现。
上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互结合和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (6)

1.一种整车风扇控制系统，其特征在于：包括
车速检测模块，用于实时检测整车车速发送至发动机控制模块；
怠速转速检测模块，用于实时检测发动机怠速转速发送至发动机控制模块；
发动机控制模块，用于判断车速大于等于设定车速时，控制风扇的目标转速为0；判断所述车速小于设定车速时，控制风扇的目标转速为Nfan，检测当前发动机怠速转速，判断发动机怠速转速是否能使风扇转速达到目标转速Nfan，确定是否提升发动机怠速转速；
当R*Neng≥Nfan时，发动机怠速转速能使风扇转速达到目标转速Nfan；当R*Neng＜Nfan时，发动机怠速转速不能使风扇转速达到目标转速Nfan，所述R为风扇的驱动速比，Neng为发动机怠速转速；
当发动机怠速转速不能使风扇转速达到目标转速Nfan时，则提升发动机怠速转速使风扇转速达到目标转速Nfan。
2.根据权利要求1所述的整车风扇控制系统，其特征在于：当发动机怠速转速能使风扇转速达到目标转速Nfan时，则维持当前发动机怠速转速。
3.根据权利要求1所述的整车风扇控制系统及方法，其特征在于：设定车速为10-50Km/h。
4.一种整车风扇控制方法，其特征在于：实时检测整车车速，当所述车速大于等于设定车速时，控制风扇的目标转速为0；当所述车速小于设定车速时，控制风扇的目标转速为Nfan，检测当前发动机怠速转速，判断发动机怠速转速Neng是否能使风扇转速达到目标转速Nfan，确定是否提升发动机怠速转速；
当R*Neng≥Nfan时，发动机怠速转速能使风扇转速达到目标转速Nfan；当R*Neng＜Nfan时，发动机怠速转速不能使风扇转速达到目标转速Nfan，所述R为风扇的驱动速比；
当发动机怠速转速不能使风扇转速达到目标转速Nfan时，则提升发动机怠速转速使风扇转速达到目标转速Nfan。
5.根据权利要求4所述的整车风扇控制方法，其特征在于：当发动机怠速转速能使风扇转速达到目标转速Nfan时，则维持当前发动机怠速转速。
6.根据权利要求5所述的整车风扇控制方法，其特征在于：所述设定车速为10-50Km/h。
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