CN116952597A - 用于混合动力总成台架试验的冷却液控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于混合动力总成台架试验的冷却液控制系统及方法，包括水温调节装置、机械球阀、终端控制器、出水温度传感器、第一合流阀、循环水温传感器、电磁阀、补液壶和支路循环监测装置；出水温度传感器安装在被测件内部的小循环管路出水处；第一合流阀的第一入口与被测件的出水口连通，第二入口与电磁阀的入口、水温调节装置的冷却液循环出水端连通，出口与水温调节装置的冷却液循环进水端连通；循环水温传感器安装在第一合流阀与水温调节装置的冷却液循环进水端之间，支路循环监测装置安装在第一合流阀与电磁阀之间，电磁阀的出口与被测件的进水口以及补液壶连通。采用本发明能实现整车稳态工况和瞬态工况模拟验证。

Description

用于混合动力总成台架试验的冷却液控制系统及方法

技术领域

本发明属于混合动力总成台架试验装置领域，具体涉及一种用于混合动力总成台架试验的冷却液控制系统及方法。

背景技术

随着国家排放法规的日益加严及混合动力技术的高速发展，无论是混合动力总成台架还是发动机台架，都非常关注在瞬态工况下的冷却液温度及流量边界变化对油耗排放乃至能耗的影响。尤其是混合动力总成中的发动机在不同需求下会频繁的起动停止，而此时冷却液温度变化较常规发动机的温升是有区别的。特别是在WLTC等法规工况下，混合动力总成的水温流量能否达到整车试验边界会成为重点关注的对象。而当前混合动力总成台架广泛采用水冷式换热器进行冷却液温度控制，这种模式下虽然能精准控制发动机在稳态工况下的冷却液温度，但因其冷却液容量一般远超出整车水箱的容量，其在瞬态工况的流量往往偏大，导致发动机过冷而错失爆震等问题的发现。尤其是在暖机过程的温度上升速率、流量变化的失真，使在混合动力总成台架进行相关验证的有效性大幅降低。

因此，在混合动力总成台架进行相关瞬态工况模拟验证时，保证其符合整车目标边界的冷却液温度变化和流量是有必要的。

目前，台架冷却液温度及流量控制系统一般采用两个三通比例阀，一个控制流量，一个控制温度。例如，CN204440208U公开的一种用于发动机台架试验的冷却液温度和流量控制装置，其通过流量控制器单元输入流量目标值，由发动机冷却液流量传感器的反馈值，控制三通比例阀调节冷却水循环泵和旁通支路的流量配比，使回流到发动机的冷却液流量达到控制目标值的要求；通过温度控制器单元输入温度目标值，由位于发动机入口的温度传感器的温度反馈值，调节相应的比例阀，使换热器冷水和电加热器的热水配比达到温度目标值。这种控制装置存在以下问题：（1）使用单一的三通比例电磁阀对流量进行控制，在发动机低速低负荷运行情况下，其流量的控制无法满足与整车一样的水平；（2）因为发动机与膨胀水箱、换热器间始终存在流通关系，当前系统无法通过其电磁阀的全关实现发动机在整车状态的真实暖机过程，所以发动机并不会真正进入整车冷却小循环状态。

CN112284742A公开了一种发动机台架用的水温及流量控制系统，其使用整车散热器作为热交换器且置于水温控制箱中，通过处于发动机冷却液回路中的流量计反馈的流量信号控制第二电磁阀开关进行流量控制，通过处于发动机冷却液回路中的温度传感器反馈的温度，控制外循环的第一电磁阀以达到控制发动机冷却液的温度。这种控制系统虽然能有效提高台架冷却系统与整车冷却系统的结构一致性，但同时也存在以下问题：（1）该控制系统使用场景有限，在进行热交变负荷等的可靠性试验工况下，因发动机无法快速进行大循环而使冷却液温度响应过程较长，即无法实现可靠性瞬态验证；（2）当水温控制箱中的介质为水，车用散热器的热交换效果会随着时间的迁移导致外表面水垢增多而降低，从而偏离整车的热交换状态。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于混合动力总成台架试验的冷却液控制系统及方法，以既能实现整车稳态工况模拟验证，又能实现整车瞬态工况模拟验证。

本发明所述的用于混合动力总成台架试验的冷却液控制系统，包括水温调节装置、机械球阀和终端控制器，机械球阀位于水温调节装置的冷却液循环进水端与出水端之间（即水温调节装置的冷却液循环出水端与机械球阀的进水端通过管路连通，水温调节装置的冷却液循环进水端与机械球阀的出水端通过管路连通）；还包括出水温度传感器、第一合流阀、循环水温传感器、电磁阀、补液壶和支路循环监测装置；出水温度传感器安装在被测件内部的小循环管路出水处，出水温度传感器用于检测被测件内部的小循环管路的出水温度；第一合流阀的第一入口与被测件的出水口通过管路连通，第一合流阀的第二入口与电磁阀的入口、水温调节装置的冷却液循环出水端通过管路连通，第一合流阀的出口与水温调节装置的冷却液循环进水端通过管路连通；循环水温传感器安装在第一合流阀与水温调节装置的冷却液循环进水端之间（即循环水温传感器安装在将第一合流阀的出口与水温调节装置的冷却液循环进水端连通的管路上），循环水温传感器用于检测循环水温，即检测流入水温调节装置的冷却液循环进水端的水温（即冷却液温度）；支路循环监测装置安装在第一合流阀与电磁阀之间（即支路循环监测装置安装在将第一合流阀的第二入口与电磁阀的入口连通的管路上），电磁阀的出口与被测件的进水口以及补液壶通过管路连通，补液壶与被测件的溢气口通过管路连通。出水温度传感器、第一合流阀、循环水温传感器、电磁阀、支路循环监测装置与终端控制器电连接，终端控制器获取被测件内部的小循环管路的出水温度、流入水温调节装置的冷却液循环进水端的水温以及支路循环监测装置监测的信号，进行判断后，对第一合流阀和电磁阀进行控制。

优选的，所述支路循环监测装置为支路水温传感器，支路水温传感器与终端控制器电连接。根据支路水温传感器检测的支路水温判断支路是否打开。如果支路水温传感器检测的支路水温上升，则表示支路打开，第一合流阀的第二入口与出口之间有冷却液流动，被测件中的冷却液只在自身小循环中流动，水温调节装置的冷却液在机械球阀、第一合流阀与水温调节装置之间进行循环流动，从而形成两个独立的冷却液循环回路。

优选的，所述支路循环监测装置为支路压力传感器，支路压力传感器与终端控制器电连接。根据支路压力传感器检测的支路水压判断支路是否打开。如果支路压力传感器检测的支路水压增加，则表示支路打开，第一合流阀的第二入口与出口之间有冷却液流动。

优选的，所述支路循环监测装置包括支路水温传感器和支路压力传感器，支路水温传感器、支路压力传感器与终端控制器电连接。根据支路水温传感器检测的支路水温和支路压力传感器检测的支路水压判断支路是否打开，判断更精准。

优选的，所述控制系统还包括流量计，流量计安装在电磁阀与水温调节装置的冷却液循环出水端之间（即流量计安装在将电磁阀的入口与水温调节装置的冷却液循环出水端连通的管路上），流量计与终端控制器电连接，流量计用于将检测的冷却液流量发送给终端控制器，进行冷却液循环流量监控。

优选的，所述控制系统还包括进水温度传感器，进水温度传感器安装在电磁阀与被测件之间（即进水温度传感器安装在将电磁阀的出口与被测件的进水口连接的管路上），进水温度传感器与终端控制器电连接，进水温度传感器将检测的进入被测件的冷却液温度发送给终端控制器，进行被测件的进水温度监控。

优选的，所述水温调节装置包括膨胀水箱、循环水泵、散热器、加热部件和第二合流阀。循环水泵的入口作为水温调节装置的冷却液循环进水端，与机械球阀的出水端以及膨胀水箱通过管路连通。循环水泵的出口与散热器的冷却液入口、加热部件的入口通过管路连通，加热部件的出口与第二合流阀的第一入口通过管路连通，散热器的冷却液出口与第二合流阀的第二入口通过管路连通。第二合流阀的出口作为水温调节装置的冷却液循环出水端，与机械球阀的进水端通过管路连通。循环水泵、加热部件、第二合流阀与终端控制器电连接，终端控制器对循环水泵、加热部件、第二合流阀进行控制。

优选的，补液壶与膨胀水箱通过管路连通，且补液壶的液位高度与膨胀水箱的液位高度相同，其能避免在高温时因两者高度差而导致冷却液膨胀溢出。

本发明所述的用于混合动力总成台架试验的冷却液控制方法，采用上述冷却液控制系统，该方法包括：

如果被测件需要进行整车瞬态工况模拟验证，则终端控制器先控制第一合流阀的第一入口关闭、第二入口打开，控制电磁阀全关；然后，在支路循环监测装置监测到第一合流阀的第二入口与出口之间有冷却液流动（即检测到第一合流阀的第一入口已关闭、第二入口已打开）时，根据ΔT对第二合流阀的开度（对应第一入口开度、第二入口开度）和加热部件的加热功率进行PID控制；最后，在T1=T2=Tz时，控制第一合流阀的第一入口打开、第二入口关闭，控制电磁阀恢复至预设的初始开度。其中，T1为出水温度传感器检测的被测件内部的小循环管路出水温度，T2为循环水温传感器检测的循环水温，ΔT= T1-T2，Tz为预设的暖机结束温度阈值。在支路循环监测装置监测到第一合流阀的第二入口与出口之间有冷却液循环流动时，散热器与被测件隔离，冷却液循环分成了两个部分：一部分从第一合流阀的出口流出，经循环水泵、散热器、加热部件、第二合流阀、机械球阀、流量计循环回到第一合流阀的第二入口。另一部分冷却液只依靠被测件自身的小循环途径进行循环，从而达到两部分冷却液换热互不干涉，形成两个独立的冷却液循环回路。在暖机过程，第一部分冷却液会依靠加热部件和第一合流阀对内部进行循环加热温升，直至循环水温传感器检测的水温达到预设的暖机结束温度阈值。与此同时，出水温度传感器检测的水温也会达到暖机结束温度阈值。终端控制器控制第一合流阀的第一入口打开、第二入口关闭，控制电磁阀恢复至预设的初始开度，此时因为两边循环的冷却液温度一致，不会有强烈的温度冲击，将会平稳的过渡到混合动力总成的大循环模式，从而实现混合动力发动机小循环过渡到整个大控制系统的大循环控制，实现被测件的真实暖机过程。

优选的，如果被测件需要进行整车稳态工况模拟验证，则终端控制器先控制第一合流阀的第一入口打开、第二入口关闭，控制电磁阀维持预设的初始开度；再在支路循环监测装置监测到第一合流阀的第二入口与出口之间没有冷却液流动（即检测到第一合流阀的第一入口已打开、第二入口已关闭）时，根据T1对第二合流阀的开度（对应第一入口开度、第二入口开度）和加热部件的加热功率进行PID控制，根据预设的发动机转速MAP控制电磁阀的开度，以满足混合动力总成对不同转速工况的流量需求，从而实现了稳态工况或实车热机工况下的温度流量控制；其中，预设的初始开度为通过标定得到的满足被测件怠速下的流量需求的开度。

本发明具有如下有益效果：

（1）既实现了模拟整车真实瞬态工况时的冷却液温度变化和流量控制边界，又保证了稳态工况的冷却液温度和流量控制。

（2）可模拟WLTC循环下的混合动力发动机的起停工况时的冷却液温度和流量控制，最大程度还原整车真实运行状态，保证边界的准确有效。

（3）通过电磁阀、第一合流阀形成支路与主流道的流量控制方式，使系统具有更大幅度的流量控制范围，可以通过实时修正来满足实车边界下冷却液流量变化，避免造成因台架测试流量与整车存在较大差异，而导致整车爆震等问题发生。

附图说明

图1为本实施例中用于混合动力总成台架试验的冷却液控制系统的示意图。

图2为本实施例中被测件需要进行整车稳态工况模拟验证时终端控制器的控制流程图。

图3为本实施例中被测件需要进行整车瞬态工况模拟验证时终端控制器的控制流程图。

图4为在某次WLTC循环试验过程中所展现的部分温度控制效果图。

具体实施方式

如图1所示，本实施例中的用于混合动力总成台架试验的冷却液控制系统，包括水温调节装置、机械球阀17、终端控制器11、出水温度传感器2、第一合流阀3、循环水温传感器4、电磁阀13、补液壶5、流量计12、进水温度传感器14和支路循环监测装置。

支路循环监测装置包括支路水温传感器15和支路压力传感器16。

水温调节装置包括膨胀水箱6、循环水泵7、散热器8、加热部件9和第二合流阀10。循环水泵7的入口作为水温调节装置的冷却液循环进水端，与机械球阀17的出水端以及膨胀水箱6通过管路连通。循环水泵7的出口与散热器8的冷却液入口、加热部件9的入口通过管路连通，加热部件9的出口与第二合流阀10的第一入口通过管路连通，散热器8的冷却液出口与第二合流阀10的第二入口通过管路连通，散热器8具有台架冷冻水进口18和台架冷冻水出口19；第二合流阀10的出口作为水温调节装置的冷却液循环出水端，与机械球阀17的进水端通过管路连通。出水温度传感器2安装在被测件1（比如混合动力发动机）内部的小循环管路出水处，以便实时准确的反馈内部温度信号。第一合流阀3的第一入口与被测件1的出水口通过管路连通，且尽可能靠近被测件1的出水口，以有利于增强整个控制系统的温度控制效果，有效减少大小循环切换时的温度冲击。第一合流阀3的第二入口与电磁阀13的入口、第二合流阀10的出口通过管路连通，第一合流阀3的出口与循环水泵7的入口通过管路连通，循环水温传感器4安装在将第一合流阀3的出口与循环水泵7的入口连通的管路上，支路水温传感器15、支路压力传感器16安装在将第一合流阀3的第二入口与电磁阀13的入口连通的管路上。电磁阀13的出口与被测件1的进水口以及补液壶5通过管路连通，且电磁阀13尽可能靠近被测件1的进水口，以有利于增强整个控制系统的温度控制效果，有效减少大小循环切换时的温度冲击。补液壶5与被测件1的溢气口通过管路连通。补液壶5与膨胀水箱6通过管路连通，且补液壶5的液位高度与膨胀水箱6的液位高度相同。流量计12安装在将电磁阀13的入口与第二合流阀10的出口连通的管路上，进水温度传感器14安装在将电磁阀13的出口与被测件1的进水口连接的管路上。出水温度传感器2、第一合流阀3、循环水温传感器4、循环水泵7、加热部件9、第二合流阀10、流量计12、电磁阀13、水温度传感器14、支路水温传感器15、支路压力传感器16都与终端控制器11电连接。

被测件1内部的小循环应按实车进行布置，有利于在混合动力总成台架上还原实车暖机瞬态工况过程。被测件1的进出水控制系统若采用的是蜡式节温器，则需拆除相应的蜡式节温器，若采用的是电子节温器，则需使电子节温器处于全开状态。第一合流阀3、电磁阀13的阀门特性应优于对应的蜡式节温器或温控系统开度特性，以保证整个系统的冷却液温升真实性。循环水泵7的运行状态与被测件1内部的发动机水泵运行状态保持关联，即被测件1内部的发动机水泵运行时，循环水泵7也运行，被测件1内部的发动机水泵停止运行时，循环水泵7也停止运行，从而保证控制系统在发动机每次起停时的冷却液状态一致。

上述控制系统通电后，第一合流阀3的第一入口处于打开状态、第二入口处于关闭状态（即冷却液流向为A→AB方向），电磁阀13处于预设的初始开度。通过旁通支路的机械球阀17对整个系统进行一次流量调节，获得整个系统的安全流量。此时整个系统可进行稳态工况下的冷却液温度流量控制。

如图2所示，如果被测件1需要进行整车稳态工况模拟验证，则终端控制器11执行如下步骤：

S11、控制第一合流阀3的第一入口打开、第二入口关闭，控制电磁阀13维持预设的初始开度，然后执行S12。其中，预设的初始开度为通过标定得到的满足被测件1怠速下的流量需求的开度。

S12、判断是否第一合流阀3的第二入口与出口之间有冷却液流动，如果是，则返回执行S11，否则执行S13。其中，如果支路水温传感器15检测的支路水温上升，且支路压力传感器16检测的支路水压增加，则表示第一合流阀3的第二入口与出口之间有冷却液循环流动（即冷却液流向为B→AB方向）。

S13、根据T1对第二合流阀10的开度（对应第一入口开度、第二入口开度）和加热部件9的加热功率进行PID控制，根据预设的发动机转速MAP控制电磁阀13的开度，以满足混合动力总成对不同转速工况的流量需求，从而实现了稳态工况或实车热机工况下的温度流量控制，然后结束。其中，T1为出水温度传感器2检测的被测件1内部的小循环管路出水温度。

整车稳态工况下，被测件1的冷却液出水经第一合流阀3、循环水泵7泵入散热器8、加热部件9，再经第二合流阀10、电磁阀13回到被测件1。当出水温度传感器2检测的被测件1内部的小循环管路出水温度未达到预设温度时，终端控制器11对第二合流阀10和加热部件9进行PID控制，直到被测件1内部的小循环管路出水温度达到预设温度。

如图3所示，如果被测件1需要进行整车瞬态工况（比如WLTC）模拟验证，则终端控制器11执行如下步骤：

S21、控制第一合流阀3的第一入口关闭、第二入口打开，控制电磁阀13全关，然后执行S22。

S22、判断是否第一合流阀3的第二入口与出口之间有冷却液流动，如果是，则执行S23，否则返回执行S21。

S23、根据ΔT对第二合流阀10的开度（对应第一入口开度、第二入口开度）和加热部件9的加热功率进行PID控制（目的是保持图1中左侧的温度控制部分与被测件1任意时刻小循环都尽量处于相同的温度），然后执行S24。其中，ΔT= T1-T2，T2为循环水温传感器4检测的循环水温，Tz为预设的暖机结束温度阈值。暖机结束温度阈值由被测件1的冷却液大小循环条件确定，可以参考蜡式节温器的性能曲线，也可以参考电子节温器的相关特性。终端控制器11通过控制加热部件9的加热功率，来控制加热部件9的加热速率大于被测件1内部的小循环温升速率，从而实现两侧（两个）循环的同时开启和关闭。

S24、判断是否T1=T2=Tz（即是否被测件内部的小循环管路出水温度等于循环水温，且等于预设的暖机结束温度阈值），如果是，则执行S25，否则继续执行S24。

S25、控制第一合流阀3的第一入口打开、第二入口关闭，控制电磁阀13恢复至预设的初始开度，然后结束。

图4为混合动力总成台架在某次WLTC循环试验过程中所展现的部分温度控制效果图，从图4中可以看出，不管是稳态工况，还是瞬态工况，系统冷却液温度都是跟随对应实车冷却液温度变化的，从而在最大程度上还原了整车真实运行状态中冷却液的温度和流量控制。

Claims (10)

1.一种用于混合动力总成台架试验的冷却液控制系统，包括水温调节装置、机械球阀（17）和终端控制器（11），机械球阀（17）位于水温调节装置的冷却液循环进水端与出水端之间；其特征在于：还包括出水温度传感器（2）、第一合流阀（3）、循环水温传感器（4）、电磁阀（13）、补液壶（5）和支路循环监测装置；出水温度传感器（2）安装在被测件（1）内部的小循环管路出水处，第一合流阀（3）的第一入口与被测件（1）的出水口通过管路连通，第一合流阀（3）的第二入口与电磁阀（13）的入口、水温调节装置的冷却液循环出水端通过管路连通，第一合流阀（3）的出口与水温调节装置的冷却液循环进水端通过管路连通，循环水温传感器（4）安装在第一合流阀（3）与水温调节装置的冷却液循环进水端之间，支路循环监测装置安装在第一合流阀（3）与电磁阀（13）之间，电磁阀（13）的出口与被测件（1）的进水口以及补液壶（5）通过管路连通，出水温度传感器（2）、第一合流阀（3）、循环水温传感器（4）、电磁阀（13）、支路循环监测装置与终端控制器（11）电连接。

2.根据权利要求1所述的用于混合动力总成台架试验的冷却液控制系统，其特征在于：所述支路循环监测装置为支路水温传感器（15），支路水温传感器（15）与终端控制器（11）电连接。

3.根据权利要求1所述的用于混合动力总成台架试验的冷却液控制系统，其特征在于：所述支路循环监测装置为支路压力传感器（16），支路压力传感器（16）与终端控制器（11）电连接。

4.根据权利要求1所述的用于混合动力总成台架试验的冷却液控制系统，其特征在于：所述支路循环监测装置包括支路水温传感器（15）和支路压力传感器（16），支路水温传感器（15）、支路压力传感器（16）与终端控制器（11）电连接。

5.根据权利要求1所述的用于混合动力总成台架试验的冷却液控制系统，其特征在于：还包括流量计（12），流量计（12）安装在电磁阀（13）与水温调节装置的冷却液循环出水端之间，流量计（12）与终端控制器（11）电连接。

6.根据权利要求1所述的用于混合动力总成台架试验的冷却液控制系统，其特征在于：还包括进水温度传感器（14），进水温度传感器（14）安装在电磁阀（13）与被测件（1）之间，进水温度传感器（14）与终端控制器（11）电连接。

7.根据权利要求1至6任一项所述的用于混合动力总成台架试验的冷却液控制系统，其特征在于：所述水温调节装置包括膨胀水箱（6）、循环水泵（7）、散热器（8）、加热部件（9）和第二合流阀（10）；循环水泵（7）的入口作为水温调节装置的冷却液循环进水端，与机械球阀（17）的出水端以及膨胀水箱（6）通过管路连通；循环水泵（7）的出口与散热器（8）的冷却液入口、加热部件（9）的入口通过管路连通，加热部件（9）的出口与第二合流阀（10）的第一入口通过管路连通，散热器（8）的冷却液出口与第二合流阀（10）的第二入口通过管路连通；第二合流阀（10）的出口作为水温调节装置的冷却液循环出水端，与机械球阀（17）的进水端通过管路连通，循环水泵（7）、加热部件（9）、第二合流阀（10）与终端控制器（11）电连接。

8.根据权利要求7所述的用于混合动力总成台架试验的冷却液控制系统，其特征在于：所述补液壶（5）与膨胀水箱（6）通过管路连通，且补液壶（5）的液位高度与膨胀水箱（6）的液位高度相同。

9.一种用于混合动力总成台架试验的冷却液控制方法，其特征在于：采用如权利要求7或8所述的控制系统，该方法包括：

如果被测件（1）需要进行整车瞬态工况模拟验证，则终端控制器（11）先控制第一合流阀（3）的第一入口关闭、第二入口打开，控制电磁阀（13）全关；然后，在支路循环监测装置监测到第一合流阀（3）的第二入口与出口之间有冷却液流动时，根据ΔT对第二合流阀（10）的开度和加热部件（9）的加热功率进行PID控制；最后，在T1=T2=Tz时，控制第一合流阀（3）的第一入口打开、第二入口关闭，控制电磁阀（13）恢复至预设的初始开度；

其中，T1为出水温度传感器（2）检测的被测件（1）内部的小循环管路出水温度，T2为循环水温传感器（4）检测的循环水温，ΔT= T1-T2，Tz为预设的暖机结束温度阈值。

10.根据权利要求9所述的用于混合动力总成台架试验的冷却液控制方法，其特征在于：

如果被测件（1）需要进行整车稳态工况模拟验证，则终端控制器（11）先控制第一合流阀（3）的第一入口打开、第二入口关闭，控制电磁阀（13）维持预设的初始开度；再在支路循环监测装置监测到第一合流阀（3）的第二入口与出口之间没有冷却液流动时，根据T1对第二合流阀（10）的开度和加热部件（9）的加热功率进行PID控制，根据预设的发动机转速MAP控制电磁阀（13）的开度；其中，预设的初始开度为通过标定得到的满足被测件（1）怠速下的流量需求的开度。