載貨汽車高效熱分配與智能控制方法
2023-05-20 16:38:51 3
載貨汽車高效熱分配與智能控制方法
【專利摘要】本發明公開了一種載貨汽車高效熱分配與智能控制方法，該方法通過EMS系統對運動件的開關時刻以及轉速進行智能控制；在發動機高壓共軌電控系統策略中增加對電子風扇離合器的溫度自學習智能控制方法，即針對不同的冷卻液溫度以及溫升速率進行監控，並結合環境溫度，對電子風扇離合器的控制進行自學習，降低發動機的額外冷卻損失。該方法經過多輪概念和方案設計，理論計算和CFD分析，試驗驗證以及優化設計，在沒有增加特殊硬體的基礎上，通過換熱能力提升和智能控制，實現了載貨汽車冷卻系統的節能降噪、提高了零部件壽命，從而增加系統可靠性，並大幅降低用戶使用成本和維修成本。
【專利說明】載貨汽車高效熱分配與智能控制方法【技術領域】
[0001]本發明涉及一種提高載貨汽車效率的控制方法，特別涉及一種載貨汽車高效熱分配與智能控制方法。
【背景技術】
[0002]據有關資料介紹，汽車故障的50%左右來自發動機，而發動機故障的50%左右是由冷卻系統故障引起的。冷卻系統的功能是保證發動機在任何負荷條件下和用戶所必需的任何熱環境工況下均能正常和可靠地工作而不引起發動機過冷和過熱。尤其是當前發動機的性能不斷強化，採用增壓型發動機逐漸增多，這種發動機的特徵往往是結構緊湊，熱負荷和機械負荷普遍提高，對發動機的冷卻問題更為敏感，因此必須重視。
傳統載貨汽車冷卻系統設計多採用換熱性能與冷卻模塊成本平衡的折中方案，換熱性能通常按照滿足GB/T12542及類似標準中規定的六工況發動機最大散熱要求匹配。如此設計的冷卻系統，雖然滿足性能需求，但未能充分發揮系統及零部件節能降噪的潛力。
·[0003]傳統載貨汽車冷卻系統設計側重製造成本，保守設計冷卻模塊，使其能夠滿足「不開鍋」的基本換熱能力即可。其設計方法為:以經驗和傳統設計計算為主，通常很難實現系統級優化。
【發明內容】
[0004]針對現有技術中載貨汽車冷卻系統設計存在的上述問題，本發明提供一種載貨汽車高效熱分配與智能控制方法。該方法經過多輪概念和方案設計，理論計算和CFD分析，試驗驗證以及優化設計，在沒有增加特殊硬體的基礎上，通過換熱能力提升和智能控制，實現了載貨汽車冷卻系統的節能降噪、提高了零部件壽命，從而增加系統可靠性，並大幅降低用戶使用成本和維修成本。
[0005]本發明的技術方案是:
載貨汽車高效熱分配與智能控制方法，該方法通過EMS系統對運動件的開關時刻以及轉速進行智能控制；在發動機高壓共軌電控系統策略中增加對電子風扇離合器的溫度自學習智能控制方法，即針對不同的冷卻液、機油和中冷空氣的溫度以及溫升速率進行監控，並結合環境溫度，對電子風扇離合器的控制進行自學習，降低發動機的額外冷卻損失；電子風扇離合器的溫度自學習智能控制方法具體包括如下步驟:
(1)將電子風扇離合器的離合器結合溫度T_Clth初始值設定為適合發動機特性的定
值；
(2)當發動機冷卻液溫度T_Clnt大於離合器結合溫度T_Clth的初始設定值時，電子風扇離合器結合，冷卻風扇運轉；同時，啟動自學習功能，當電控系統檢測到冷卻液溫度T_Clnt大於離合器結合溫度T_Clth時，電控系統記錄離合器結合持續無中斷時間Time_FanRun ；
(3)若環境溫度T_Air低於最小溫度值或者發動機連續運轉時間超過最大連續運轉時間值且發動機冷卻液溫度保持穩定且沒有滿足電磁風扇離合器結合的範圍時，T_Clth保持初始值。
[0006]進一步，步驟(I)中所述的離合器結合溫度T_Clth初始值設定為94°C ;步驟(3)中所述的最小溫度值為5°C，最大連續運轉時間值為60分鐘。
[0007]進一步，步驟(2)中所述的自學習功能的啟動過程具體包括如下步驟:
(1)如果持續無中斷時間Time_FanRun低於標定最小值Time_ClthOn_Down(5分鐘)，則離合器結合溫度T_Clth增加AT_Clth,直至離合器結合持續無中斷時間Time_FanRun大於 Time_ClthOn_Down ；
(2)如果持續無中斷時間Time_FanRun超過標定最大值Time_ClthOn_Up(6分鐘)，則離合器結合溫度T_Clth減小Λ T_Clth,直至離合器結合持續無中斷時間Time_FanRun小於Time_ClthOn_Up ；
(3)發動機停機時，保存離合器結合溫度T_Clth於EMS系統內存中，下次開機調用。
[0008]進一步，所述標定最小值Time_ClthOn_Down設定為5分鐘；標定最大值Time_Clth0n_Up設定為6分鐘；Λ T_Clth設定為1°C。
[0009]進一步，根據整車總布置狀態，在可用空間尺度下，配備高換熱性能散熱器和小空氣側阻中冷器，確保在冷卻過程中換熱能力大幅超出各種工況的情況下的發動機換熱需求。
[0010]進一步，採用低轉速下的高效率運動件，所述運動件包括靜音風扇、低功耗水泵以及精確優化的節溫器。
[0011]本發明的有益效果是:
1、本發明載貨汽車高效熱分配與智能控制方法經過多輪概念和方案設計，理論計算和CFD分析，試驗驗證以及優化設計，在沒有增加特殊硬體的基礎上，通過換熱能力提升和智能控制，實現了載貨汽車冷卻系統的節能降噪、提高了零部件壽命，從而增加系統可靠性，並大幅降低用戶使用成本和維修成本。該方法可以針對不同的冷卻液溫度以及溫升速率進行監控，並結合環境溫度，對電子風扇離合器的控制進行自學習，使其符合發動機冷卻最經濟的狀態，降低發動機的額外冷卻損失；
2、本發明載貨汽車高效熱分配與智能控制方法根據整車總布置狀態，在可用空間尺度下，在現有技術水平和成本限制情況下，設計最大換熱性能的散熱器，以及滿足性能要求且空氣側阻力最小的中冷器，確保冷卻模塊換熱能力大幅超出各種工況下的發動機換熱需求。採用低轉速下的高效率運動件，控制冷卻液的流向和流量，從而優化熱量的分配；
3、本發明載貨汽車高效熱分配與智能控制方法權衡製造成本和用戶使用成本，並側重後者，以實現整車性能優勢，即最大限度地節能減排，提高零部件壽命，增加系統可靠性，並大幅降低用戶使用成本和維修成本。使長期收益遠大於製造成本的增加，用戶將得到更大的收益。可以應用在電動風扇、電磁風扇離合器和電控矽油風扇離合器等載體上，並使車輛智能適應包括環境溫度、海拔、路況等的行車工況。
【具體實施方式】
[0012]下面對本發明作進一步詳細說明。
[0013]本發明載貨汽車高效熱分配與智能控制方法的基本思路為:權衡製造成本和用戶使用成本，並側重後者，以實現整車性能優勢，即最大限度地節能減排，提高零部件壽命，增加系統可靠性，並大幅降低用戶使用成本和維修成本。使長期收益遠大於製造成本的增加，用戶將得到更大的收益。本發明載貨汽車高效熱分配與智能控制方法的設計方法:採用當前最先進的ID和3D CFD仿真分析工具，並經過全面的臺架性能試驗和策略特殊設計的整車熱平衡標定，實現系統級優化。
[0014]本發明載貨汽車高效熱分配與智能控制方法基本原理有控制策略和結構性能兩方面,主要包括:
1、控制方面:通過EMS系統對運動件的開關時刻以及轉速進行智能控制；同時針對發動機高壓共軌電控系統策略中增加對電子風扇離合器的自學習智能控制功能。該功能可以針對不同的冷卻液溫度以及溫升速率進行監控，並結合環境溫度，對電子風扇離合器的控制進行自學習，使其符合發動機冷卻最經濟的狀態，降低發動機的額外冷卻損失。自學習功能的啟動過程具體包括如下步驟:
(I)電子風扇離合器結合溫度，即離合器結合溫度T_Clth，初始值為適合發動機特性的定植(例如94°C)。
[0015](2)當發動機冷卻液溫度T_Clnt大於T_Clth時，電子風扇離合器結合,冷卻風扇運轉。
[0016](3)若環境溫度T_Air過低(低於5°C )或者發動機連續運轉時間超過60分鐘且發動機冷卻液溫度保持穩定且沒有滿足電磁風扇離合器結合的範圍時，T_Clth保持初始值。
[0017]自學習功能主要為，當電控系統檢測到冷卻液溫度T_Clnt大於T_Clth時，電子風扇離合器結合，同時電控系統記錄離合器結合持續時間Time_FanRun。如果持續無中斷時間Time_FanRun低於標定值Time_Clth0n_Down(5分鐘)，則T_Clth增加1°C,直至離合器結合無中斷時間Time_FanRun大於Time_ClthOn_Down ;如果持續無中斷時間Time_FanRun超過Time_ClthOn_Up (6分鐘),則T_Clth減小1°C,直至離合器結合時間小於Time_ClthOn_Up ;發動機停機時，保存T_Clth於EMS內存中，下次開機調用。
[0018]該方法利用EMS電控系統的自學習策略，可以根據不同的發動機運轉工況調整電子風扇離合器結合溫度，有效的減少了冷卻風扇不必要的開啟時刻，降低功率損失。
[0019]2、結構性能方面:採用高性能冷卻模塊、以及高效節能的水泵、風扇和風扇離合器等運動件。
[0020]高性能冷卻模塊:根據整車總布置狀態，在可用空間尺度下，在現有技術水平和成本限制情況下，設計最大換熱性能的散熱器，以及滿足性能要求且空氣側阻力最小的中冷器，確保冷卻模塊換熱能力大幅超出各種工況下的發動機換熱需求。
[0021]高效低節能的運動件:採用低轉速下效率較高的靜音風扇、低功耗水泵以及精確優化的節溫器。
[0022]與本發明所述方法相配合的機械機構需要滿足以下要求:
1、滿足所需性能儲備係數的零部件
通過多輪完整的三維熱流場分析和一維系統級熱平衡仿真分析和優化設計，得到適合相應車型冷卻模塊的性能需求，由此需要配備性能儲備係數為15%-20%或以上(該係數視車輛配置情況而定，並經內外流場CFD分析、整車試驗進行驗證和優化)的零部件，包括散熱器總成、中冷器總成、風扇總成、副水箱總成以及發動機上的水泵和節溫器等。為得到該儲備係數，通常要將其他輔助裝置配置齊全，包括阻流板、導風板等。
[0023]2、傳感器和智能控制系統
傳感器用於實時監測冷卻液、機油、進氣等的溫度、壓力和流量，並將結果輸入給控制裝置。為實現控制的精確性並確保系統可靠性，需要全面布置傳感器，如現有車型中很少使用的副水箱壓力傳感器、以及冷卻液溫度傳感器的備份等。為實現智能化，需要配備可以輸入指令的開關設備，對於個性化控制策略，還應配備具有輸入輸出功能的操控面板。
[0024]本發明載貨汽車高效熱分配與智能控制方法可實現如下策略:
1、應用自學習智能控制功能
該策略可以應用在電動風扇、電磁風扇離合器和電控矽油風扇離合器等載體上，並使車輛智能適應包括環境溫度、海拔、路況等的行車工況。
[0025]以採用電磁風扇離合器的某款發動機為例:控制系統實時讀取和分析各傳感器得到的數據，計算處理後輸出控制指令給風扇離合器，使之在某個控制點開始工作，但系統並未將該溫度確定為能夠實現節能降噪的最佳控制點，而是車輛連續運行過程中實時修正的，工作中如果溫度持續上行到接近報警點的另一工況點則風扇全速工作，並在下一次達到啟動控制點時將啟動溫度向下平移某個範圍。如此反覆，則系統將能夠很好地自適應長期駕駛工況。
[0026]2、智能控制策略——定製個性化節能降噪策略
經過差異性策略調整，可在模擬道路工況狀態下，使系統快速適應駕駛工況，以符合特定駕駛員的行車習慣，在上述策略的基礎上定製符合特定駕駛員操作習慣的個性化智能控制策略。個性化策略可以配合外接硬體控制面板功能，將系統就自動設定為符合該駕駛員操作習慣的個性化控制策略，並可以多策略存儲和載入，如山路策略、城市策略、高溫策略、冬季或寒區策略等。
[0027]以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明。凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
【權利要求】
1.載貨汽車高效熱分配與智能控制方法，其特徵在於:通過EMS系統對運動件的開關時刻以及轉速進行智能控制；在發動機高壓共軌電控系統策略中增加對電子風扇離合器的溫度自學習智能控制方法，即針對不同的冷卻液溫度以及溫升速率進行監控，並結合環境溫度，對電子風扇離合器的控制進行自學習，降低發動機的額外冷卻損失；所述電子風扇離合器的溫度自學習智能控制方法具體包括如下步驟: (1)將電子風扇離合器的離合器結合溫度T_cith初始值設定為適合發動機特性的定值； (2)當發動機冷卻液溫度T_Clnt大於離合器結合溫度T_Clth的初始設定值時，電子風扇離合器結合，冷卻風扇運轉；同時，啟動自學習功能，當電控系統檢測到冷卻液溫度T_Clnt大於離合器結合溫度T_Clth時，電控系統記錄離合器結合持續無中斷時間Time_FanRun ； (3)若環境溫度T_Air低於最小溫度值或者發動機連續運轉時間超過最大連續運轉時間值且發動機冷卻液溫度保持穩定且沒有滿足電磁風扇離合器結合的範圍時，T_Clth保持初始值。
2.根據權利要求1所述的載貨汽車高效熱分配與智能控制方法，其特徵在於:步驟(I)中所述的離合器結合溫度T_Clth初始值設定為94°C;步驟(3)中所述的最小溫度值為5°C，最大連續運轉時間值為60分鐘。
3.根據權利要求1或2所述的載貨汽車高效熱分配與智能控制方法，其特徵在於:步驟(2)中所述的自學習功能的啟動過程具體包括如下步驟: (1)如果持續無中斷時間Time_FanRun低於標定最小值Time_ClthOn_Down,即5分鐘，則離合器結合溫度T_Clth增加AT_Clth,直至離合器結合持續無中斷時間Time_FanRun大於 Time_ClthOn_Down ； (2)如果持續無中斷時間Time_FanRun超過標定最大值Time_ClthOn_Up,即6分鐘,貝Ij離合器結合溫度T_Clth減小AT_Clth,直至離合器結合持續無中斷時間Time_FanRun小於Time_ClthOn_Up ； (3)發動機停機時，保存離合器結合溫度T_Clth於EMS系統內存中，下次開機調用。
4.根據權利要求3所述的載貨汽車高效熱分配與智能控制方法，其特徵在於:所述標定最小值Time_ClthOn_Down設定為5分鐘；標定最大值Time_ClthOn_Up設定為6分鐘；Δ T_Clth 設定為 1°C。
5.根據權利要求1或2所述的載貨汽車高效熱分配與智能控制方法，其特徵在於:根據整車總布置狀態，在可用空間尺度下，配備高換熱性能散熱器和小空氣側阻中冷器，確保在冷卻過程中換熱能力大幅超出各種工況的情況下的發動機換熱需求。
6.根據權利要求1或2所述的載貨汽車高效熱分配與智能控制方法，其特徵在於:採用低轉速下的高效率運動件，所述運動件包括靜音風扇、低功耗水泵以及精確優化的節溫器。
【文檔編號】F01P7/08GK103437879SQ201310385555
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年8月29日 優先權日:2013年8月29日
【發明者】張兆金, 焦慶宏, 吳昌林, 鄒小俊, 劉立軍 申請人:南京依維柯汽車有限公司