CN201202669Y - 一种液力驱动风扇控制器 - Google Patents

Abstract

一种液力驱动风扇控制器，包括微控制器、电源电路、信号处理电路、驱动及保护电路、通信及接口电路，电源电路分别与为控制器和驱动及保护电路连接，信号处理电路和通信及接口电路分别与微处理器连接，信号处理电路内设置有外部输入信号接口。本实用新型含有多路输入端，通过输入各种工作介质的温度信号或辅助以发动机转速、风扇转速或其它信号，通过对信号处理、转换和微控制器的处理和运算，输出脉宽调制和开关信号作用在液力驱动系统元件上，使冷却风扇的驱动功率相应发生改变，风扇的转速随之发生变化，改变了冷却系统的冷却效果，保障车辆各冷却介质保持在最佳工作温度下，能提高工作装置的工作效率，提高系统的使用寿命，并能节约能耗。

Description

一种液力驱动风扇控制器

技术领域

本实用新型涉及一种车辆风扇控制器，具体来说，是用于车辆及工程机械液力驱动风扇冷却系统的一种液力驱动风扇控制器。

背景技术

车辆及工程机械在工作的过程中都会产生大量的热，由于工作环境和工况的变化，产热量也会发生相应的变化，为了保持装备的正常运行，通常采用各种冷却器或换热器，采用冷却风扇强制冷却的方式将热量散发到环境中，从而使各装置保持在正常温度的工作范围内。传统的冷却系统，其冷却风扇常是安装在发动机上，风扇转速与发动机转速成比例，冷却效果直接与发动机的转速相关，因而出现冷却系统不能满足各种系统所有工况的换热要求，经常发生车辆及工程机械的发动机，液压作业系统、液力驱动系统、增压系统等各种产生热量并需要冷却的系统设备产生过热或过冷现象。特别是当发动机低速大工作扭矩条件下，由于冷却风扇的转速较慢，冷却效果差，就经常造成过热；当启动怠速、环境温度较低时，又会造成过冷。不能保证系统始终工作在最佳的工作温度内，造成缩短系统或部件的寿命、增加能耗、降低工作效率等问题。另外，当发动机转速较高时，风扇转速也较高，因而造成因风扇引的噪音也较大。

目前，车辆冷却风扇控制的其中一种方法是通过双温热敏开关控制风扇的继电器的搭铁线实现的，其原理是风扇的高低运转是通过散热器上的双温热敏开关根据冷却液的温度，控制继电器的搭铁线实现的。另一种方法是通过控制器实现，其原理是通过发动机冷却液温度传感器给车用控制器一个使风扇运转的信号，使风扇工作。上述的温度控制方法由于受发电机功率的限制，不能驱动大功率的风扇，只能用于小功率的发动机，并且冷却器的数量较少的情况，对于高功率的车辆，或工程机械，由于其风扇的驱动功率较大，不能直接采用电流驱动，冷却器的数量较多，一般须要控制多个冷却器的温度，并且很难实现风扇转速的无级变速功能。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对以上所述车辆风扇控制的不足，提供一种液力驱动风扇控制器，配合相应的液力驱动部分，实现了风扇的无级变速，从而控制了冷却系统中各单元的散热量，使车辆、工程机械等的发动机、液压作业系统、液力取力系统、增压系统等各种产生热量并需要冷却的系统设备维持在最佳的工作温度。

本实用新型是这样实现的：一种液力驱动风扇控制器，包括微控制器、电源电路、信号处理电路、驱动及保护电路、通信及接口电路，其特征在于：电源电路分别与控制器和驱动及保护电路连接，信号处理电路和通信及接口电路分别与微处理器连接，信号处理电路内设置有外部信号输入接口。电源电路的输入端与点火开关相连接；外部输入信号接口收集各种需要冷却的工作介质温度信号及其它辅助信号，如风扇转速、发动机转速等信号，信号处理电路对各种输入信号进行采样、转换等操作，变换成数字信号输入到微控制器中，微控制器按照编制的程序进行处理、运算，计算出对应的风扇的转速，并根据液力驱动系统的特征输出脉宽调制信号(PWM)，该信号作用在液力驱动系统流量调节元件(如比例阀、或柱塞泵等)上，使流经驱动元件(如液压马达)的驱动介质的流量或压力发生变化，使驱动元件的转速发生变化，使被驱动的风扇转速发生变化，从而改变了冷却系统的风量，使冷却模块的散热效果相应改变，从而调节了冷却介质的温度。因脉宽调制信号(PWM)的占空比(高电平信号时间/信号周期时间)是连续可调，因此驱动元件的转速可连续变化，实现了风扇的无级变速功能。其中的输入输出带有监测和保护功能，当控制器检测到输入输出或冷却系统部件出现异常时，控制器输出使风扇转速最高，使系统具有最大冷却能力，并提示报警信息，可确保车辆及工程机械的被冷却的系统工作部件不至于过热而损坏系统部件。

所述的电源电路上采用专用的浪涌电压抑制元件，采用智能电源开关器件，微控制器用电源和驱动电源分开设计，另外电源电路与微控制器之间设置有保护及监控电路，提高了控制器的抗干扰能力，并采用其它措施，使电源电路具有防反接、防短路、防高压及静电放电(ESD)和热保护功能；适合车辆、工程机械等严酷的环境要求。

所述的输入信号接口有开关信号输入接口、转速信号输入接口、温度信号输入接口以及预留的其它信号输入接口；开关信号可以输入如强制冷却开关信号，过滤器堵塞开关信号。输入信号接口也可输入频率量的信号，如发动机转速、风扇转速等。输入接口电路具有对电源及地具有防短路功能，并能对输入接口的状态及故障进行诊断。

所述的温度信号包括发动机冷却液的温度信号、中冷器的温度信号、变矩器油温度信号、液压油温度信号，亦可输入其它温度信号或这几个温度信号的部份信号，这种温度信号可以是电阻信号，也可以是电压信号，电阻信号可以是正温度系数(PTC)电阻，也可以是负温度系数(NTC)电阻。

所述驱动及保护电路设置有脉宽调制信号输出电路，其输出的脉宽调制信号(PWM)信号，可根据被控制元件的特征，其频率可改变和调整，通过改变脉宽调制信号的占空比调节被控液压元件。

所述驱动及保护电路设置有开关量输出电路，输出信号包括各种可以定义的状态及指示信号，也包含控制开关阀的电流驱动信号，所有输出带驱动保护和负载保护并具监测功能。

所述的通信及接口电路内设置有RS232通信接口及区域网络控制器(CAN)总线接口，可以和其它该类接口设备进行通讯，也可通过总线设置控制器各种参数并进行通讯和监控。通过在PC机和移动电脑和安装的调试和监控软件，可随时监控或记录控制器各输入输出状态。

本实用新型含有多路输入端，通过输入各种工作介质的温度信号，或辅助以发动机转速、风扇转速或其它信号，通过信号处理电路处理、转换，并经过微控制器的处理和运算，输出PWM和开关信号，信号作用在液力驱动系统相应的元件上。从而改变通过液力驱动系统中液压马达的驱动介质的流量来调节风扇的转速，实现风扇的无级变速，从而控制了冷却系统中各单元的散热量，使车辆、工程机械等的发动机、液压作业系统、液力取力系统、增压系统等各种产生热量并需要冷却的系统设备维持在最佳的工作温度。并能提高工作装置的工作效率，提高系统的使用寿命，并能节约系统能耗。

说明书附图

图1为本实用新型车辆风扇控制器的硬件系统组成原理图；

图2为本实用新型车辆风扇控制器的应用实例图；

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本实用新型一种液力驱动风扇控制器作进一步的详细描述。

如图1所示，一种液力驱动风扇控制器，包括微控制器8、电源电路1、信号处理电路7、驱动及保护电路13、通信及接口电路，电源电路1分别与控制器8和驱动及保护电路13连接，信号处理电路7和通信及接口电路分别与微处理器8连接，信号处理电路7内设置有外部输入信号接口电路。外部输入信号接口电路设置有开关信号输入接口3、转速信号输入接口4、温度信号输入接口5、其它信号输入接口6。通信及接口电路包括CAN总线接口9和RS232通信接口10。以上的电路可以安装在相应的控制器壳体内。

电源电路1由两部分组成，一部分为微控制器8和外围传感电路基准电压源，另一部份为驱动及保护电路13提供电源，两部份电源相对独立，并通过保护及监控电路2进行监控，当输入电源的电压过高或过低超过预先设定值时，保护及监控电路4将断开电源电路，对微控制器8及外围电路进行保护。电源电路上采用专用的浪涌电压抑制元件，用于提高电源的抗干扰能力，浪涌电压抑制元件可以采用Vishay Semiconductors公司生产的SM8S36。

开关信号输入接口3主要输入的是指强制制冷输入信号，过滤器堵塞信号，这种信号为高低电平信号，经过信号处理电路处理后，以开关信号输入到微控制器8的输入端口。转速信号输入接口4主要输入有风扇转速信号、发动机转速信号等，这些频率信号经过整形处理变换，输入到微控制器的进行处理。温度信号输入接口5主要输入各种工作介质的温度信号，主要有发动机冷却液的温度信号、中冷器的温度信号、变矩器油温度信号、液压油温度信号、其它温度信号或这几个温度信号的部份温度信号，这种温度信号可以是电阻信号，也可以是电压信号，电阻信号可以是正温度系数，也可以是负温度系数。电压信号经过处理后可以直接输入微控制器8，而对于温度信号是电阻信号的情况，不能直接输入微控制器8进行测量，需在电阻信号上施加标准电压(标准电压由前述电源模块产生)，并经过串联标准电阻进行分压，变换成为电压信号，输入到微控制器进行测量。其它信号输入接口6主要为预留的信号输入接口，为车辆或工程机械其它需要输入信号预留。信号处理电路7主要对传感器的信号进行隔离、变换、转换等功能，使信号变成微控制器可以接收的信号，并完成对信号的电气隔离，提高系统的抗干扰的能力。

微控制器8是控制器的核心，可以为采用INFINEON公司CS167芯片的单片计算机，除了含算术运算及控制单元外，还包括FLASH EPROM，EEPROM，A/D转换等模块，并具有RS232和CAN接口。FLASH EPROM中存储编制的程序，各种原始数据，EEPROM中存储为设置的参数，控制器有关状态等信息，多通道的A/D转换器负责将模拟信号转化为数字量参与运算和控制。

区域网络控制器(CAN)总线接口9用于与其它的具有CAN总线的设备进行通讯，RS232通讯接口10负责与其它具有RS232总线设备(如PC机)等进行通讯，实现监控以及参数设置等功能。

驱动及保护电路13用于驱动输出，主要输出有PWM信号12和开关信号11，驱动及保护电路13的驱动能力较强，PWM用于直接驱动电磁阀，变量泵等器件，开关信号用于驱动单向阀，报警及指示灯等器件，驱动及保护电路13能对外接器件进行短路、断路进行检测及判断，当出现异常时关闭输出，对电源系统及其它相关电路进行保护。

液力驱动风扇控制器在工程机械上的应用，如图2所示，液力驱动风扇控制器中的电源电路1的输入端与点火开关17相连接，点火开关17与车辆电源15连接，在点火开关17与电源15之间设置有保险装置16，电源15与搭铁14连接。为了方便检修，液力驱动风扇控制器与故障指示装置22。控制器和比例阀23连接。液力驱动风扇控制器内的通信及接口电路24中的CAN总线接口9和RS232通讯接口10用于工程机械驾驶室内部的显示模块或其它设备联接，实现监控以及参数设置等功能。

一般的工程机械系统需冷却的工作介质主要有发动机冷却液，变矩器油，液压油，三种冷却介质由三个冷却器进行冷却，三个冷却器采用并串联的方式，其性能经过匹配，组成冷却模块，该冷却模块能过风扇吹风强制冷却进行散热，散热量大小由通过冷却模块的风量决定，随冷却风扇转速的改变成改变，冷却风扇由液压马达驱动，马达的输出功率和转速由比例阀调节，从而调节风扇的转速，使各工作介质维持在最佳的工作温度范围内。发动机冷却液冷却器上设置有发动机冷却液温传感器19，变矩器油冷却器上设置有变矩器油温传感器21，液压油冷却器上设置有液压油温传感器20。控制器连接三个温度传感器和一个强制制冷开关18信号作为输入，三个温度传感器安放在可以准确采集发动机冷却液，变矩器油，液压油三种工作介质温度的散热器内，强制制冷开关18安装在驾驶或工作仓内，控制器根据当前的温度和设定的参数，进行运算，输出给电磁阀PWM信号，通过改变PWM的占空比，调节阀的开启度，从而改变流经阀和驱动马达的液压油的流量及压力，从而调节了风扇的转速，改变了冷却效果，使各工作介质维持在最佳的工作温度范围内，起到了提高作业效率并节约了能耗。

Claims (9)

1、一种液力驱动风扇控制器，包括微控制器、电源电路、信号处理电路、驱动及保护电路、通信及接口电路，其特征在于：电源电路分别与控制器和驱动及保护电路连接，信号处理电路和通信及接口电路分别与微处理器连接，信号处理电路内设置有外部输入接口。

2、根据权利要求1所述的一种液力驱动风扇控制器，其特征在于：所述的电源电路与微控制器之间设置有保护及监控电路。

3、根据权利要求1所述的一种液力驱动风扇控制器，其特征在于：所述的外部输入接口有开关信号输入接口、转速信号输入接口、温度信号输入接口以及预留的其它信号输入接口。

4、根据权利要求3所述的一种液力驱动风扇控制器，其特征在于：所述的温度信号包括发动机冷却液的温度信号、中冷器的温度信号、变矩器油温度信号以及液压油温度信号。

5、根据权利要求3或4所述的一种液力驱动风扇控制器，其特征在于：所述的温度信号是电阻信号或者热电偶产生的电压信号。

6、根据权利要求1所述的一种液力驱动风扇控制器，其特征在于：所述驱动及保护电路设置有脉宽调制信号输出电路。

7、根据权利要求6所述的一种液力驱动风扇控制器，其特征在于：所述驱动及保护电路设置有开关量输出电路。

8、根据权利要求1所述的一种液力驱动风扇控制器，其特征在于：所述的通信及接口电路内设置有RS232通信接口和CAN总线接口。

9、根据权利要求1所述的一种液力驱动风扇控制器，其特征在于：所述电源电路上设置有浪涌电压抑制元件。

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