CN116220884A - 一种汽车风扇的无极调速方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种汽车风扇的无极调速方法，涉及汽车风扇技术领域，包括以下步骤：步骤一：利用发动机自带的采集传感器采集发动机的实时运行参数；步骤二：在发动机仓内置红外探测模块，获取发动机四周环境的的实时温度数据；步骤三：基于红外探测模块采集的数据，构建目标检测模型；本发明利用发动机自带的采集传感器采集发动机的实时运行参数，利用红外探测模块获取发动机四周环境的的实时温度数据，将两组实时温度值数据进行线性加权融合校正，获得融合校正温度值，兼顾发动机自身的温度和环境温度的影响，这样更接近发动机的准确温度值数据，减小误差，方便自适应无级控制风扇的转速，适应发动机的实际需要。

Description

一种汽车风扇的无极调速方法

技术领域

本发明涉及汽车风扇技术领域，尤其涉及一种汽车风扇的无极调速方法。

背景技术

随着技术的不断发展，柴油机散热系统也更加低功耗和智能，一套先进的发动机热管理系统能最大化的使发动机在不同工况下都处于最佳工作温度区间，同时提高了发动机内部燃烧的热效率达到节油的目的，发动机散热风扇的变革可以归纳为以下三个阶段：1.简单粗暴的机械直连式风扇，2.机械调节硅油离合器风扇，3.先进可控的电控硅油离合器风扇和电磁离合器风扇；

机械直连式风扇是早期柴油机普遍搭载的一种风扇即使目前一些高性价比机型上也能够看到，其使用曲轴带动皮带去直接驱动风扇，发动机转速等于风扇转速，这种风扇结构简单，制造成本低同时可靠性好，只要皮带不出现断裂等情况风扇一般情况不会损坏，但机械直连式风扇的缺点也是显而易见的，比如在气温较低的冬天，由于车辆行驶时有大量寒冷的迎面风吹过散热器，热交换效果明显，发动机冷却液经常处于较低的温度，此时风扇继续工作就变得毫无意义了，不但需要消耗掉发动机功率并且加速了散热效果，使冷却液温度很难上升至发动机高效工作所需的理想温度导致油耗恶化，磨损加剧；

硅油离合器风扇以硅油为传动介质，工作时通过高粘度的硅油来传递扭矩，机械控制硅油离合器风扇通过安装在外部的感温金属条变形来控制硅油是否进入工作腔并连接主动轮与从动轮使风扇旋转，硅油风扇离合器前盖与从动板之间的空间为贮油腔，高粘度的硅油就储存在此，前盖上安装有螺旋形的金属感温片，当发动机冷却液温度上升时吹过散热器的风温度上升使金属感温器形变，感温金属片与贮油腔阀门相连，变形后将贮油腔阀门打开，硅油由此流入主动板和从动板之间的空腔，这时高粘度的硅油会传递由主动板过来的转矩至从动板并带动风扇开始高速旋转增加冷却器散热量，当冷却液温度降低后感温金属片由于弹性恢复原状并关闭贮油腔阀门，硅油无法继续流出，而已经流出的硅油由于高速旋转时的离心力被甩至边缘后经小孔流回贮油腔；

电磁离合器风扇的控制则是由电磁线圈产生的磁力直接吸合摩擦片来实现动力的传递与中断，通常电磁离合风扇中配备有两组大小不同的线圈可以由ECU分别控制电流通断产生两种磁力来吸合摩擦片，这样可以实现风扇转速的两级调节；

综合上面几种风扇，电控硅油离合器风扇的优势最明显，能够实现对风扇转速的无级调节，从而达到对散热效果的精准控制，然而，电控硅油离合器风扇中，单纯的靠感温金属条无法精确获取环境温度，对温度的校正存在一定的误差，从而造成风扇的转速调节难以适应发动机的实际需要，且模式单一，不论是在夏季还是冬季没有综合环境因素，跟随冷却液始终保持无级调速的模式，增加了控制系统的负担，因此，本发明提出一种汽车风扇的无极调速方法以解决现有技术中存在的问题。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种汽车风扇的无极调速方法，该汽车风扇的无极调速方法兼顾发动机自身的温度和环境温度的影响，这样更接近发动机的准确温度值数据，数据校正准确，减小误差，根据此准确数值，方便自适应无级控制风扇的转速，适应发动机的实际需要。

为实现本发明的目的，本发明通过以下技术方案实现：一种汽车风扇的无极调速方法，包括以下步骤：

步骤一：利用发动机自带的采集传感器采集发动机的实时运行参数；

步骤二：在发动机仓内置红外探测模块，获取发动机四周环境的的实时温度数据；

步骤三：基于红外探测模块采集的数据，构建目标检测模型；

步骤四：将发动机自带的采集传感器采集的温度值输入目标检测模型中，与红外探测模块采集到的温度值进行线性加权融合，获得融合校正温度值；

步骤五：在目标检测模型中内置调速模式，根据融合校正温度数值确定风扇的调速模式，对风扇进行无级调速。

进一步改进在于：所述步骤一中，利用发动机自带的采集传感器采集发动机的冷却水的进、出口温度，以此计算差值，确定发动机的实时温度数据。

进一步改进在于：所述步骤二中，获取发动机的实时温度数据包括发动机四周环境的实时红外热成像图像以及图像中相应区域的温度数值。

进一步改进在于：所述步骤三中，构建目标检测模型包括以下步骤：

将红外探测模块采集的红外图像中，YOLOv5网络的残差层替换为密集卷积块；

构建含有三个不同尺度卷积层的特征金字塔，将特征金字塔与深度密集网络进行融合；

利用Softmax函数对融合的特征进行分类，形成包含发动机以及区域温度特征的目标检测模型。

进一步改进在于：所述步骤四中，包括以下步骤：

将发动机自带的采集传感器采集的温度值与当前红外探测模块采集的温度值进行线性加权融合得到T1；

将发动机自带的采集传感器采集的温度值与上个时刻的线性加权融合温度值进行线性加权融合得到T2；

将当前红外探测模块采集的温度值与上个时刻的线性加权融合温度值进行线性加权融合得到T3；

把得出融合温度值(T1，T2，T3)*(Y1，Y2，Y3)A得出融合校正温度值RA，其中，Y1，Y2，Y3为算法融合权重值，A表示指定时间。

进一步改进在于：所述步骤五中，包括以下步骤：

根据融合校正温度值设定阈值，设定当融合校正温度值低于阈值I时，设定调速模式为冬季模式；

设定当融合校正温度值高于阈值I时，设定调速模式为夏季模式；

在目标检测模型中构建模拟模型，模拟风扇的位置和吹风范围，模拟风扇不同转速下对发动机以及区域温度降温的幅度；

以此构建控制逻辑，内置于风扇控制器中，对风扇进行无级调节。

进一步改进在于：所述步骤五中，冬季模式包括以下步骤：

当融合校正温度值低于阈值I时，且高于Y值时，风扇控制器控制风扇启动；

风扇以适合低于阈值I的恒定转速对发动机进行降温，直至融合校正温度低于Y值，风扇停止；

当融合校正温度值低于阈值Y值时，风扇控制器控制风扇停止运行。

进一步改进在于：所述步骤五中，夏季模式包括以下步骤：

当融合校正温度值高于阈值I时，风扇控制器控制风扇启动；

计算当前融合校正温度高于阈值I的数值，以控制逻辑中，风扇不同转速对发动机以及区域温度降温的数值来调节风扇的转速；

根据实时融合校正温度与阈值I的差值无级改变风扇的转速，来适配不同温度下的降温需要。

进一步改进在于：所述步骤五中，风扇控制器对风扇进行无级调节，包括以下步骤：

接通电源后，调速电路中的电容被充电，当电容上电压超过触发二极管的阻断电压时，触发二极管导通，使双向晶闸管也触发导通，风扇得到电压开始运转；

风扇控制器改变调速电路中的电位器，改变其电阻值；

以此改变双向晶闸管的触发角大小，使电动机绕组两端的工作电压也随之改变；

从而达到了无级调压调转速速和调节风量的目的。

本发明的有益效果为：

1、本发明利用发动机自带的采集传感器采集发动机的实时运行参数，利用红外探测模块获取发动机四周环境的的实时温度数据，将两组实时温度值数据进行线性加权融合，获得融合校正温度值，加权校正，兼顾发动机自身的温度和环境温度的影响，这样更接近发动机的准确温度值数据，数据校正准确，减小误差，根据此准确数值，方便自适应无级控制风扇的转速，适应发动机的实际需要。

2、本发明根据融合校正温度值设定冬季模式和夏季模式，在夏季时，计算当前融合校正温度高于阈值I的差值，根据控制逻辑配合实时差值无级调节风扇的转速，来适配不同温度下的降温需要，更加准确，在冬季时，设定额外的Y值，控制风扇以恒定转速对发动机进行降温至低于Y值时，风扇停止，减少不必要的无级调速，并具备启停功能，降低控制器的控制负担，并节约能源。

3、本发明通过改变调速电路中的电位器，改变其电阻值；以此改变双向晶闸管的触发角大小，使电动机绕组两端的工作电压也随之改变；从而达到了无级调压调转速速和调节风量的目的，电控无级变速，更加精准。

附图说明

图1为本发明的流程图；

图2为本发明的冬季模式流程图；

图3为本发明的夏季模式流程图。

具体实施方式

为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例对本发明做进一步详述，本实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。

实施例一

根据图1、2所示，本实施例提出了一种汽车风扇的无极调速方法，包括以下步骤：

利用发动机自带的采集传感器采集发动机的实时运行参数；具体为：利用发动机自带的采集传感器采集发动机的冷却水的进、出口温度，以此计算差值，确定发动机的实时温度数据；

在发动机仓内置红外探测模块，获取发动机四周环境的的实时温度数据，包括发动机四周环境的实时红外热成像图像以及图像中相应区域的温度数值；

基于红外探测模块采集的数据，构建目标检测模型，以下步骤：将红外探测模块采集的红外图像中，YOLOv5网络的残差层替换为密集卷积块；构建含有三个不同尺度卷积层的特征金字塔，将特征金字塔与深度密集网络进行融合；利用Softmax函数对融合的特征进行分类，形成包含发动机以及区域温度特征的目标检测模型；以此模型作为后续融合数据的基准，使得计算的数据更加准确；

将发动机自带的采集传感器采集的温度值输入目标检测模型中，与红外探测模块采集到的温度值进行线性加权融合，获得融合校正温度值，包括以下步骤：

将发动机自带的采集传感器采集的温度值与当前红外探测模块采集的温度值进行线性加权融合得到T1；将发动机自带的采集传感器采集的温度值与上个时刻的线性加权融合温度值进行线性加权融合得到T2；将当前红外探测模块采集的温度值与上个时刻的线性加权融合温度值进行线性加权融合得到T3；把得出融合温度值(T1，T2，T3)*(Y1，Y2，Y3)A得出融合校正温度值RA，其中，Y1，Y2，Y3为算法融合权重值，A表示指定时间。本发明利用发动机自带的采集传感器采集发动机的实时运行参数，利用红外探测模块，获取发动机四周环境的的实时温度数据，将两组实时温度值数据进行线性加权融合，获得融合校正温度值，加权校正，兼顾发动机自身的温度和环境温度的影响，这样更接近发动机的准确温度值数据，数据校正准确，减小误差。

在目标检测模型中内置调速模式，根据融合校正温度数值确定风扇的调速模式，对风扇进行无级调速，包括以下步骤：

根据融合校正温度值设定阈值，设定当融合校正温度值低于阈值I时，设定调速模式为冬季模式；设定当融合校正温度值高于阈值I时，设定调速模式为夏季模式；在目标检测模型中构建模拟模型，模拟风扇的位置和吹风范围，模拟风扇不同转速下对发动机以及区域温度降温的幅度；以此构建控制逻辑，内置于风扇控制器中，对风扇进行无级调节。本发明在模型中，根据风扇的位置和吹风范围，模拟转速对降温数值的影响，便于后续无级调速时，精准控制风扇的转速，使之适配发动机的降温需要；

冬季模式包括以下步骤：当融合校正温度值低于阈值I时，且高于Y值时，风扇控制器控制风扇启动；风扇以适合低于阈值I的恒定转速对发动机进行降温，直至融合校正温度低于Y值，风扇停止；当融合校正温度值低于阈值Y值时，风扇控制器控制风扇停止运行。本发明根据融合校正温度值设定阈值，以阈值I作为标准设定冬季模式和夏季模式，在冬季时，设定额外的Y值，在融合校正温度值高于Y值时，控制风扇以恒定转速对发动机进行降温，在低于Y值时，风扇停止，减少不必要的无级调速，并具备启停功能，降低控制器的控制负担，并节约能源。

风扇控制器对风扇进行无级调节，包括以下步骤：接通电源后，调速电路中的电容被充电，当电容上电压超过触发二极管的阻断电压时，触发二极管导通，使双向晶闸管也触发导通，风扇得到电压开始运转；风扇控制器改变调速电路中的电位器，改变其电阻值；以此改变双向晶闸管的触发角大小，使电动机绕组两端的工作电压也随之改变；从而达到了无级调压调转速速和调节风量的目的。本发明通过改变调速电路中的电位器，改变其电阻值；以此改变双向晶闸管的触发角大小，使电动机绕组两端的工作电压也随之改变；从而达到了无级调压调转速速和调节风量的目的，电控无级变速，更加精准。

实施例二

根据图1、3所示，本实施例提出了一种汽车风扇的无极调速方法，包括以下步骤：

利用发动机自带的采集传感器采集发动机的实时运行参数；具体为：利用发动机自带的采集传感器采集发动机的冷却水的进、出口温度，以此计算差值，确定发动机的实时温度数据；

在发动机仓内置红外探测模块，获取发动机四周环境的的实时温度数据，包括发动机四周环境的实时红外热成像图像以及图像中相应区域的温度数值；

基于红外探测模块采集的数据，构建目标检测模型，以下步骤：将红外探测模块采集的红外图像中，YOLOv5网络的残差层替换为密集卷积块；构建含有三个不同尺度卷积层的特征金字塔，将特征金字塔与深度密集网络进行融合；利用Softmax函数对融合的特征进行分类，形成包含发动机以及区域温度特征的目标检测模型；以此模型作为后续融合数据的基准，使得计算的数据更加准确；

将发动机自带的采集传感器采集的温度值输入目标检测模型中，与红外探测模块采集到的温度值进行线性加权融合，获得融合校正温度值，包括以下步骤：

将发动机自带的采集传感器采集的温度值与当前红外探测模块采集的温度值进行线性加权融合得到T1；将发动机自带的采集传感器采集的温度值与上个时刻的线性加权融合温度值进行线性加权融合得到T2；将当前红外探测模块采集的温度值与上个时刻的线性加权融合温度值进行线性加权融合得到T3；把得出融合温度值(T1，T2，T3)*(Y1，Y2，Y3)A得出融合校正温度值RA，其中，Y1，Y2，Y3为算法融合权重值，A表示指定时间。本发明利用发动机自带的采集传感器采集发动机的实时运行参数，利用红外探测模块，获取发动机四周环境的的实时温度数据，将两组实时温度值数据进行线性加权融合，获得融合校正温度值，加权校正，兼顾发动机自身的温度和环境温度的影响，这样更接近发动机的准确温度值数据，数据校正准确，减小误差。

在目标检测模型中内置调速模式，根据融合校正温度数值确定风扇的调速模式，对风扇进行无级调速，包括以下步骤：

根据融合校正温度值设定阈值，设定当融合校正温度值低于阈值I时，设定调速模式为冬季模式；设定当融合校正温度值高于阈值I时，设定调速模式为夏季模式；在目标检测模型中构建模拟模型，模拟风扇的位置和吹风范围，模拟风扇不同转速下对发动机以及区域温度降温的幅度；以此构建控制逻辑，内置于风扇控制器中，对风扇进行无级调节。本发明在模型中，根据风扇的位置和吹风范围，模拟转速对降温数值的影响，便于后续无级调速时，精准控制风扇的转速，使之适配发动机的降温需要；

夏季模式包括以下步骤：当融合校正温度值高于阈值I时，风扇控制器控制风扇启动；计算当前融合校正温度高于阈值I的数值，以控制逻辑中，风扇不同转速对发动机以及区域温度降温的数值来调节风扇的转速；根据实时融合校正温度与阈值I的差值无级改变风扇的转速，来适配不同温度下的降温需要。本发明根据融合校正温度值设定阈值，以阈值I作为标准设定冬季模式和夏季模式，在夏季时，计算当前融合校正温度高于阈值I的差值，根据控制逻辑配合实时差值无级调节风扇的转速，来适配不同温度下的降温需要，更加准确。

风扇控制器对风扇进行无级调节，包括以下步骤：接通电源后，调速电路中的电容被充电，当电容上电压超过触发二极管的阻断电压时，触发二极管导通，使双向晶闸管也触发导通，风扇得到电压开始运转；风扇控制器改变调速电路中的电位器，改变其电阻值；以此改变双向晶闸管的触发角大小，使电动机绕组两端的工作电压也随之改变；从而达到了无级调压调转速速和调节风量的目的。本发明通过改变调速电路中的电位器，改变其电阻值；以此改变双向晶闸管的触发角大小，使电动机绕组两端的工作电压也随之改变；从而达到了无级调压调转速速和调节风量的目的，电控无级变速，更加精准。

该汽车风扇的无极调速方法利用发动机自带的采集传感器采集发动机的实时运行参数，利用红外探测模块，获取发动机四周环境的的实时温度数据，将两组实时温度值数据进行线性加权融合，获得融合校正温度值，加权校正，兼顾发动机自身的温度和环境温度的影响，这样更接近发动机的准确温度值数据，数据校正准确，减小误差，根据此准确数值，方便自适应无级控制风扇的转速，适应发动机的实际需要。且本发明根据融合校正温度值设定阈值，以阈值I作为标准设定冬季模式和夏季模式，在夏季时，计算当前融合校正温度高于阈值I的差值，根据控制逻辑配合实时差值无级调节风扇的转速，来适配不同温度下的降温需要，更加准确，在冬季时，设定额外的Y值，在融合校正温度值高于Y值时，控制风扇以恒定转速对发动机进行降温，在低于Y值时，风扇停止，减少不必要的无级调速，并具备启停功能，降低控制器的控制负担，并节约能源。同时，本发明通过改变调速电路中的电位器，改变其电阻值；以此改变双向晶闸管的触发角大小，使电动机绕组两端的工作电压也随之改变；从而达到了无级调压调转速速和调节风量的目的，电控无级变速，更加精准。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种汽车风扇的无极调速方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：利用发动机自带的采集传感器采集发动机的实时运行参数；

步骤二：在发动机仓内置红外探测模块，获取发动机四周环境的的实时温度数据；

步骤三：基于红外探测模块采集的数据，构建目标检测模型；

步骤四：将发动机自带的采集传感器采集的温度值输入目标检测模型中，与红外探测模块采集到的温度值进行线性加权融合，获得融合校正温度值；

步骤五：在目标检测模型中内置调速模式，根据融合校正温度数值确定风扇的调速模式，对风扇进行无级调速。

2.根据权利要求1所述的一种汽车风扇的无极调速方法，其特征在于：所述步骤一中，利用发动机自带的采集传感器采集发动机的冷却水的进、出口温度，以此计算差值，确定发动机的实时温度数据。

3.根据权利要求2所述的一种汽车风扇的无极调速方法，其特征在于：所述步骤二中，获取发动机的实时温度数据包括发动机四周环境的实时红外热成像图像以及图像中相应区域的温度数值。

4.根据权利要求3所述的一种汽车风扇的无极调速方法，其特征在于：所述步骤三中，构建目标检测模型包括以下步骤：

将红外探测模块采集的红外图像中，YOLOv5网络的残差层替换为密集卷积块；

构建含有三个不同尺度卷积层的特征金字塔，将特征金字塔与深度密集网络进行融合；

利用Softmax函数对融合的特征进行分类，形成包含发动机以及区域温度特征的目标检测模型。

5.根据权利要求4所述的一种汽车风扇的无极调速方法，其特征在于：所述步骤四中，包括以下步骤：

将发动机自带的采集传感器采集的温度值与当前红外探测模块采集的温度值进行线性加权融合得到T1；

将发动机自带的采集传感器采集的温度值与上个时刻的线性加权融合温度值进行线性加权融合得到T2；

将当前红外探测模块采集的温度值与上个时刻的线性加权融合温度值进行线性加权融合得到T3；

把得出融合温度值(T1，T2，T3)*(Y1，Y2，Y3)^A得出融合校正温度值RA，其中，Y1，Y2，Y3为算法融合权重值，A表示指定时间。

6.根据权利要求5所述的一种汽车风扇的无极调速方法，其特征在于：所述步骤五中，包括以下步骤：

根据融合校正温度值设定阈值，设定当融合校正温度值低于阈值I时，设定调速模式为冬季模式；

设定当融合校正温度值高于阈值I时，设定调速模式为夏季模式；

在目标检测模型中构建模拟模型，模拟风扇的位置和吹风范围，模拟风扇不同转速下对发动机以及区域温度降温的幅度；

以此构建控制逻辑，内置于风扇控制器中，对风扇进行无级调节。

7.根据权利要求6所述的一种汽车风扇的无极调速方法，其特征在于：所述步骤五中，冬季模式包括以下步骤：

当融合校正温度值低于阈值I时，且高于Y值时，风扇控制器控制风扇启动；

风扇以适合低于阈值I的恒定转速对发动机进行降温，直至融合校正温度低于Y值，风扇停止；

当融合校正温度值低于阈值Y值时，风扇控制器控制风扇停止运行。

8.根据权利要求6所述的一种汽车风扇的无极调速方法，其特征在于：所述步骤五中，夏季模式包括以下步骤：

当融合校正温度值高于阈值I时，风扇控制器控制风扇启动；

计算当前融合校正温度高于阈值I的数值，以控制逻辑中，风扇不同转速对发动机以及区域温度降温的数值来调节风扇的转速；

根据实时融合校正温度与阈值I的差值无级改变风扇的转速，来适配不同温度下的降温需要。

9.根据权利要求6所述的一种汽车风扇的无极调速方法，其特征在于：所述步骤五中，风扇控制器对风扇进行无级调节，包括以下步骤：

接通电源后，调速电路中的电容被充电，当电容上电压超过触发二极管的阻断电压时，触发二极管导通，使双向晶闸管也触发导通，风扇得到电压开始运转；

风扇控制器改变调速电路中的电位器，改变其电阻值；

以此改变双向晶闸管的触发角大小，使电动机绕组两端的工作电压也随之改变；

从而达到了无级调压调转速速和调节风量的目的。

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