CN115306530A - 一种串联空调冷凝器的独立散热系统的控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种串联空调冷凝器的独立散热系统的控制方法及系统，解决了串联空调冷凝器的独立散热系统中液压油温度较低时，风扇不转或维持在最小工作转速，无法满足空调冷凝器散热所需的最低转速，空调无法制冷的问题。控制方法，包括：获取空调制冷状态；当空调制冷开启且风扇转速小于冷凝器散热所需的最低转速时，按照最低转速计算输出风扇比例阀电流值；根据所述输出风扇比例阀电流值控制风扇泵比例阀调节阀芯开度，从而改变风扇转速。本发明解决了串联空调冷凝器的独立散热系统中液压油温度较低时，风扇不转或维持在最小工作转速，无法满足空调冷凝器散热所需的最低转速，空调无法制冷的问题；不需新增硬件，实现方式简便可靠。

Description

一种串联空调冷凝器的独立散热系统的控制方法及系统

技术领域

本发明涉及一种串联空调冷凝器的独立散热系统的控制方法及系统，属于工程机械技术领域。

背景技术

中小型工程机械的散热系统主要靠与发动机输出轴直联的冷却风扇吸气散热，这种散热方式结构简单、成本低廉，但散热效果受发动机转速高低的影响，且不受控制。发动机一般具有最佳工作温度，传统的散热方式不能使发动机和液压系统工作在最佳温度范围内，既会造成功率浪费，还会影响挖掘机的工作效率。对于大功率工程机械(发动机功率250kW～600kW)，冷却系统一般采用液压独立散热系统，采用液压风扇泵驱动液压马达进行散热，通过控制器调节风扇泵比例阀的输出进而控制散热风扇的转速，以满足各种工况下的散热需求。

现有技术中采用液压独立散热系统的工程机械，主控制器通过液压油温传感器读取液压油温值，采用增量式闭环PID控制，动态调节风扇泵电磁比例阀(电流大小与阀开度成反比)的开度。

现有技术存在以下缺点：当工程机械短时间断续工作或长时间连续工作在低怠速工况，主控制器检测到液压油温度较低，风扇不转或维持在最小工作转速。对于串联空调冷凝器的独立散热系统，此时若驾驶员需要开启空调制冷，由于风扇转速小于空调冷凝器正常运转所需的最小转速，空调散热器无法及时散热，会出现“空调系统冷媒压力状态故障”报警，且空调压缩机无法正常工作。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种串联空调冷凝器的独立散热系统的控制方法及系统，解决了串联空调冷凝器的独立散热系统中液压油温度较低时，风扇不转或维持在最小工作转速，无法满足空调冷凝器散热所需的最低转速，空调无法制冷的问题。

为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：

第一方面，本发明提供了一种串联空调冷凝器的独立散热系统的控制方法，包括以下步骤：

获取空调制冷状态；

当空调制冷开启且风扇转速小于冷凝器散热所需的最低转速时，按照最低转速计算输出风扇比例阀电流值；

根据所述输出风扇比例阀电流值控制风扇泵比例阀调节阀芯开度，从而改变风扇转速。

进一步的，所述冷凝器散热所需的最低转速的确定方法包括：

根据热力学公式Q＝CM(T_I-T_O),其中Q为冷凝器换热量，C为冷凝器的比热容，T_I为冷凝器的进风温度，T_O为冷凝器的出风温度，可得到风质量流量M，再将其换算为风容积流量即风量V₀；

结合散热风扇在不同转速下的静压-风量特性曲线和冷凝器的阻力曲线，根据风量找到满足冷凝器散热所需要的风扇最小转速n₀，即冷凝器散热所需的最低转速。

进一步的，按照最低转速计算输出风扇比例阀电流值，包括：

将发动机在低怠速状态的各档位下，满足冷凝器散热的风扇最低转速对应的风扇泵比例阀电流值作为输出的风扇比例阀电流值。

进一步的，所述方法还包括：

当空调制冷不开启，或空调制冷开启且风扇转速大于等于冷凝器散热所需的最低转速时，按照独立散热程序执行计算输出风扇比例阀电流值。

进一步的，按照独立散热程序执行计算输出风扇比例阀电流值，包括：

获取发动机转速和液压油温；

根据发动机转速选择对应的液压油温度与风扇泵比例阀电流的关系函数，并根据二者的关系函数计算对应的风扇泵比例阀电流，关系函数如下：

其中，t表示自变量液压油温度，取值范围一般在40℃～85℃，t₀,t₁,t₂均为拟合出的液压油变化阈值，F(t)表示因变量风扇泵比例阀电流，a₁,a₀,b_i,0≤i≤n,c₁,c₀和n代表拟合出来的多项式的系数，通过软件拟合计算得到。

具体的关系函数确定方法包括：

散热系统采用分段控制策略，两端采用定功率控制，中间段采用变功率控制；根据发动机各档位转速下液压油温度与控制电流的关系曲线，通过MATLAB工具进行曲线拟合，基于最小二乘法原理，可得到二者的关系函数：

其中，t表示自变量液压油温度，取值范围一般在40℃～85℃，F(t)表示因变量风扇泵比例阀电流，a和b代表拟合出来的多项式的系数，通过软件拟合计算得到。

第二方面，本发明提供一种串联空调冷凝器的独立散热系统的控制系统，包括：

空调控制器，位于驾驶室内，通过CAN线与主控制器连接，用于将空调制冷状态实时发送给主控制器；

主控制器，根据接收到的空调AC状态，执行如第一方面所述的控制方法，输出风扇泵比例阀电流值；

风扇泵比例阀，用于根据控制器输出的风扇泵比例阀电流值调节阀芯开度，从而改变风扇泵的流量，风扇泵流量改变后风扇马达转速随之改变，从而控制风扇的转速。

进一步的，所述控制系统还包括：

液压油温传感器，安装在液压油箱上，与主控制器电连接，用于将液压油温发送给主控制器；

总线油门旋钮，与主控制器通过CAN线连接，用于将发动机油门档位(转速)实时发送给主控制器；

主控制器的控制方法包括以下步骤：

钥匙上电后，空调将AC状态发送至主控制器；

主控制器判断空调制冷是否开启；

如果空调制冷未开启，主控制器根据读取的液压油温和发动机转速，计算输出风扇比例阀电流值；

如果空调制冷开启，主控制器判断此时的风扇转速是否满足空调冷凝器散热所需的最低转速；

如果风扇转速大于等于空调冷凝器散热所需的最低转速，主控制器根据读取的液压油温和发动机转速，计算输出风扇比例阀电流值；

如果风扇转速小于空调冷凝器散热所需的最低转速，主控制器按照最低转速，计算输出风扇比例阀电流值；

风扇泵比例阀根据电流大小调节阀芯开度，从而改变风扇泵的流量；

风扇泵流量改变后风扇马达转速随之改变，从而控制风扇的转速。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：

(1)解决了串联空调冷凝器的独立散热系统中液压油温度较低时，风扇不转或维持在最小工作转速，无法满足空调冷凝器散热所需的最低转速，空调无法制冷的问题。

(2)利用已有的CAN线将空调AC状态发送至主控制器，由主控制器进行逻辑判断，不需新增硬件，实现方式简便可靠。

附图说明

附图1是冷凝器散热所需的风扇最低转速。

附图2是风扇泵比例阀的电流、压力、流量和温度的关系曲线。

附图3是风扇转速和风扇泵比例阀电流的关系。

附图4是本发明的控制系统的结构示意图。

附图5是本发明的控制流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

实施例一：

本实施例提供一种串联空调冷凝器的独立散热系统的控制方法，利用已有的CAN线将空调AC状态发送至主控制器，当主控制器判断空调制冷不开启，或空调制冷开启且风扇转速大于等于冷凝器散热所需的最低转速时，按照原独立散热程序执行；当空调制冷开启且风扇转速小于冷凝器散热所需的最低转速时，由主控制器根据最低转速计算输出风扇比例阀电流值，风扇泵比例阀根据电流大小调节阀芯开度，从而改变风扇转速。

具体包括以下步骤：

获取空调AC状态；

根据所述空调AC状态判断空调制冷状态；

当空调制冷不开启，或空调制冷开启且风扇转速大于等于预设的冷凝器散热所需的最低转速时，按照预设的独立散热程序执行计算输出风扇比例阀电流值；

当空调制冷开启且风扇转速小于预设的冷凝器散热所需的最低转速时，根据最低转速计算输出风扇比例阀电流值；

控制风扇泵比例阀根据所述输出风扇比例阀电流值调节阀芯开度，从而改变风扇转速。

其中，根据热力学公式Q＝CM(T_I-T_O),其中Q为冷凝器换热量，C为冷凝器的比热容，T_I为冷凝器的进风温度，T_O为冷凝器的出风温度，可得到风质量流量M，再将其换算为风容积流量即风量V₀；最后结合散热风扇在不同转速下的静压-风量特性曲线和冷凝器的阻力曲线(如附图1所示，n₀＜n₁＜n₂)，根据风量找到满足冷凝器散热所需要的风扇最小转速n₀。

具体的，计算输出风扇比例阀电流值的方法包括：

如果空调制冷未开启，获取液压油温和发动机转速，并按照预设的独立散热程序进行计算，根据液压油温和发动机转速，计算输出风扇比例阀电流值；

通过发动机额定转速下风扇泵功率控制曲线，可得到风扇泵比例阀的电流、压力、流量和温度的关系曲线，如附图2所示。由于发动机转速和泵流量成正比，可推算出其他档位发动机转速下液压油温度与风扇泵比例阀电流的关系，可结合现场实测对该曲线进行修正。散热系统采用分段控制策略，两端采用定功率控制，中间段采用变功率控制。根据发动机各档位转速下液压油温度与控制电流的关系曲线，通过MATLAB工具进行曲线拟合，基于最小二乘法原理，可得到二者的关系函数

其中t表示自变量液压油温度，取值范围一般在40℃～85℃，F(t)表示因变量风扇泵比例阀电流，取值范围一般在(200mA～650mA)。当多项式的阶数过小时，函数不能很好地反映原曲线样本点的分布情况；当阶数过高时，会出现过拟合的情况，可结合实际情况选择合适的阶数。

按照预设的独立散热程序进行计算输出风扇比例阀电流值的方法包括：

获取发动机转速和液压油温；

根据发动机转速选择对应的液压油温度与风扇泵比例阀电流的关系函数，并根据二者的关系函数计算对应的风扇泵比例阀电流，关系函数如下：

其中，t表示自变量液压油温度，取值范围一般在40℃～85℃，t₀,t₁,t₂均为拟合出的液压油变化阈值，F(t)表示因变量风扇泵比例阀电流，a₁,a₀,b_i,0≤i≤n,c₁,c₀和n代表拟合出来的多项式的系数，通过如matlab等软件拟合计算得到。

独立散热程序也可以是现有技术中的其他散热程序，比如现有的独立散热系统的控制方法。

如果风扇转速小于空调冷凝器散热所需的最低转速，按照此最低转速，计算输出风扇泵比例阀电流值。

因风扇泵的流量跟风扇转速成正比，根据风扇泵功率控制曲线，可得到发动机某一转速下风扇转速和风扇泵比例阀电流的关系，如附图3所示。可将发动机在低怠速状态的各档位下，满足冷凝器散热的风扇最低转速对应的风扇泵比例阀电流值预先存入主控制器。

本方法解决了串联空调冷凝器的独立散热系统中液压油温度较低时，风扇不转或维持在最小工作转速，无法满足空调冷凝器散热所需的最低转速，空调无法制冷的问题。

本发明利用已有的CAN线将空调AC状态发送至主控制器，由主控制器进行逻辑判断，不需新增硬件，实现方式简便可靠。

实施例二：

本实施例提供一种串联空调冷凝器的独立散热系统的控制系统，如附图4所示，包括：空调控制器1、液压油温传感器2、总线油门旋钮3、主控制器4、风扇泵比例阀5。

空调控制器1，位于驾驶室内，通过CAN线与主控制器连接，将AC状态实时发送给主控制器4；

液压油温传感器2，一般安装在液压油箱上，与主控制器4电连接，将液压油温信号发送给主控制器4；

总线油门旋钮3，与主控制器4通过CAN线连接，将发动机油门档位(转速)实时发送给主控制器4；

主控制器4，根据接收到的空调AC状态，液压油温，发动机转速，计算输出风扇泵比例阀5电流值；

风扇泵比例阀5根据电流大小调节阀芯开度，从而改变风扇泵的流量；风扇泵流量改变后风扇马达转速随之改变，从而控制风扇的转速。

图5所示为本发明的控制流程图，本系统的控制方法包括以下步骤：

(1)钥匙上电后，空调通过CAN线将AC状态发送至主控制器；

(2)主控制器判断空调制冷是否开启；

(3)如果空调制冷未开启，主控制器根据读取的液压油温和发动机转速，计算输出风扇比例阀电流值；

(4)如果空调制冷开启，主控制器判断此时的风扇转速是否满足空调冷凝器散热所需的最低转速；

(5)如果风扇转速大于等于空调冷凝器散热所需的最低转速，主控制器根据读取的液压油温和发动机转速，计算输出风扇比例阀电流值；

(6)如果风扇转速小于空调冷凝器散热所需的最低转速，主控制器按照此最低转速，计算输出风扇比例阀电流值；

(7)风扇泵比例阀根据电流大小调节阀芯开度，从而改变风扇泵的流量；

(8)风扇泵流量改变后风扇马达转速随之改变，从而控制风扇的转速。

本系统中的控制器可以执行如实施例一所述的控制方法。

说明书中未公开部分为现有技术。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

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 (7)

1.一种串联空调冷凝器的独立散热系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取空调制冷状态；

当空调制冷开启且风扇转速小于冷凝器散热所需的最低转速时，按照最低转速计算输出风扇比例阀电流值；

根据所述输出风扇比例阀电流值控制风扇泵比例阀调节阀芯开度，从而改变风扇转速。

2.根据权利要求1所述的串联空调冷凝器的独立散热系统的控制方法，其特征在于，所述冷凝器散热所需的最低转速的确定方法包括：

根据热力学公式Q＝CM(T_I-T_O),其中Q为冷凝器换热量，C为冷凝器的比热容，T_I为冷凝器的进风温度，T_O为冷凝器的出风温度，可得到风质量流量M，再将其换算为风容积流量即风量V₀；

结合散热风扇在不同转速下的静压-风量特性曲线和冷凝器的阻力曲线，根据风量找到满足冷凝器散热所需要的风扇最小转速n₀，即冷凝器散热所需的最低转速。

3.根据权利要求1所述的串联空调冷凝器的独立散热系统的控制方法，其特征在于，按照最低转速计算输出风扇比例阀电流值，包括：

将发动机在低怠速状态的各档位下，满足冷凝器散热的风扇最低转速对应的风扇泵比例阀电流值作为输出的风扇比例阀电流值。

4.根据权利要求1所述的串联空调冷凝器的独立散热系统的控制方法，其特征在于，所述方法还包括：

当空调制冷不开启，或空调制冷开启且风扇转速大于等于冷凝器散热所需的最低转速时，按照独立散热程序执行计算输出风扇比例阀电流值。

5.根据权利要求4所述的串联空调冷凝器的独立散热系统的控制方法，其特征在于，按照独立散热程序执行计算输出风扇比例阀电流值，包括：

获取发动机转速和液压油温；

根据发动机转速选择对应的液压油温度与风扇泵比例阀电流的关系函数，并根据二者的关系函数计算对应的风扇泵比例阀电流，关系函数如下：

其中，t表示自变量液压油温度，t₀,t₁,t₂均为拟合出的液压油变化阈值，F(t)表示因变量风扇泵比例阀电流，a₁,a₀,b_i,0≤i≤n,c₁,c₀和n代表拟合出来的多项式的系数，通过软件拟合计算得到。

6.一种串联空调冷凝器的独立散热系统的控制系统，其特征在于，包括：

空调控制器，位于驾驶室内，通过CAN线与主控制器连接，用于将空调制冷状态实时发送给主控制器；

主控制器，根据接收到的空调AC状态，执行如权利要求1-5任一项所述的控制方法，输出风扇泵比例阀电流值；

风扇泵比例阀，用于根据控制器输出的风扇泵比例阀电流值调节阀芯开度，从而改变风扇泵的流量，风扇泵流量改变后风扇马达转速随之改变，从而控制风扇的转速。

7.根据权利要求6所述的串联空调冷凝器的独立散热系统的控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括：

液压油温传感器，安装在液压油箱上，与主控制器电连接，用于将液压油温发送给主控制器；

总线油门旋钮，与主控制器通过CAN线连接，用于将发动机油门档位(转速)实时发送给主控制器；

主控制器的控制方法包括以下步骤：

钥匙上电后，空调将AC状态发送至主控制器；

主控制器判断空调制冷是否开启；

如果空调制冷未开启，主控制器根据读取的液压油温和发动机转速，计算输出风扇比例阀电流值；

如果空调制冷开启，主控制器判断此时的风扇转速是否满足空调冷凝器散热所需的最低转速；

如果风扇转速大于等于空调冷凝器散热所需的最低转速，主控制器根据读取的液压油温和发动机转速，计算输出风扇比例阀电流值；

如果风扇转速小于空调冷凝器散热所需的最低转速，主控制器按照最低转速，计算输出风扇比例阀电流值；

风扇泵比例阀根据电流大小调节阀芯开度，从而改变风扇泵的流量；

风扇泵流量改变后风扇马达转速随之改变，从而控制风扇的转速。

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