一种风扇转速控制方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种风扇转速控制方法及系统，方法包括：获取环境温度、燃油消耗率、发动机转速和发动机输出转矩；计算冷却边界条件；将风扇转速划分成离散转速；计算冷却液温度和发动机进气温度；计算综合指标函数值，比较综合指标函数值，获得最小的综合指标函数值对应的离散转速；获取实测风扇转速；以实测风扇转速为反馈值，以最小的综合指标函数值对应的离散转速为目标值，利用比例‑积分‑微分控制算法，向液压变量泵输出脉冲宽度调制控制信号，控制风扇以目标值转动。本发明专利技术能在多种环境温度和工况下使风扇处于最优转速，从而使得空调、液压油、中冷后的发动机进气、发动机冷却液以及风扇功耗处在综合最优指标状态。

【技术实现步骤摘要】
一种风扇转速控制方法及系统
本专利技术涉及卡车冷却风扇转速控制
，特别是涉及一种风扇转速控制方法及系统。
技术介绍
传统的车辆冷却系统中的风扇由发动机直接驱动，风扇的转速与发动机的转速成正比，与系统散热需求无关。由于发动机在输出最大转矩时热负荷最高，因此，在设计冷却系统时一般按最大转矩工况考虑，按最大功率工况校核。从而在部分负荷工况下必然会产生冷却能力过剩现象，使得冷却系统能耗增大，发动机寄生负荷增加；而在高温环境的高速高负荷工况下，由于发动机的转速小而使风扇转速小，冷却能力不能满足此时工况，可能造成发动机的过热风险，造成发动机寿命减小、输出效率变低，废气中污染物成分超标等问题。为了顺应全球低碳、节能、环保的趋势，近年来液压驱动风扇正逐步取代传统的机械式风扇。但在风扇的控制方面，应该如何控制风扇的输出转速和风量，能够满足系统的实时冷却需求，同时风扇功耗又较低，是本领域技术人员一直努力的方向。现今大多数此类系统采用的是线性对应方法，如将冷却液温度与风扇转速相对应，温度越高转速越高。但这只是一种经验式的方法，且往往忽略其他需要冷却的设备，并没有给出冷却结果综合的量化指标和与之对应的最优风扇转速控制方法。综上，如何提供一种功耗低、实时满足系统冷却需求的风扇控制策略是本领域亟需解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种风扇转速控制方法及系统，该风扇转速控制方法及系统应用于卡车冷却系统，以解决现有技术中不能对风扇转速实时控制导致的功耗高、不能实时满足系统冷却需求的问题。为实现上述目的，本专利技术提供了一种风扇转速控制方法，所述控制方法包括：获取环境温度、燃油消耗率、发动机转速和发动机输出转矩；计算冷却边界条件，所述冷却边界条件包括发动机所需散热量、进入中冷器的空气的温度和流量；将风扇转速下限值至风扇转速上限值之间的风扇转速以设定转速划分成离散转速；根据所述离散转速和所述冷却边界条件，计算冷却液温度和发动机进气温度；根据所述离散转速及与所述离散转速对应的冷却液温度和发动机进气温度计算综合指标函数值，所述综合指标函数值为冷却液温度指标函数、发动机进气温度指标函数和风扇功耗指标函数的和；比较所述综合指标函数值，获得最小的综合指标函数值对应的离散转速；获取实测风扇转速；以所述实测风扇转速为反馈值，以所述最小的综合指标函数值对应的离散转速为目标值，利用比例-积分-微分控制算法，向液压变量泵输出脉冲宽度调制控制信号，控制风扇以目标值转动。可选的，在所述获取环境温度、燃油消耗率、发动机转速和发动机输出转矩的步骤之前，还包括：获取空调开关信号；根据所述空调开关信号，判断空调是否开启，若是，控制所述风扇以转速下限值运行，执行获取变速箱档位信息的步骤；若否，执行获取变速箱档位信息的步骤；获取变速箱档位信息；根据所述变速箱档位信息，判断发动机是否处于怠速状态；若是，返回所述获取空调开关信号的步骤；若否，执行获取环境温度、燃油消耗率、发动机转速和发动机输出转矩的步骤。可选的，所述计算冷却边界条件，具体包括：利用公式：传热给发动机机体的传热率＝燃油消耗率×燃油低热值×传递给发动机机体热量占燃油燃烧总能量的比例计算所述发动机所需散热量；其中，所述传递给发动机机体热量为所述发动机所需散热量；利用公式：中冷器的进气温度＝0.0833×(发动机转速+4)×(发动机输出转矩/2300)+10+环境温度计算所述进入中冷器的空气的温度；利用公式：中冷器的进气流量＝0.03117×(0.0003×发动机转速+0.3252)×(4.088×10-6×发动机输出转矩+0.0017)计算所述进入中冷器的空气的流量；其中，所述传热率单位为kW，所述流量单位为kg/s，所述温度单位为℃，所述发动机转速单位为r/min，所述发动机输出转矩单位Nm。可选的，所述根据所述离散转速和所述冷却边界条件，计算冷却液温度和发动机进气温度，具体包括：在所述冷却边界条件确定时，所述冷却液温度Teo＝f1(n)，所述发动机进气温度Tgo＝f2(n)，其中，n表示离散转速，f1表示冷却液温度与离散转速的映射关系，f2表示发动机进气温度与离散转速的映射关系。可选的，所述根据所述离散转速及与所述离散转速对应的冷却液温度和发动机进气温度计算综合指标函数值，具体包括：根据所述冷却液温度计算冷却液温度指标函数值，所述冷却液温度指标函数值的函数为其中，J1表示冷却液温度指标函数，Teo表示冷却液温度；根据所述发动机进气温度计算发动机进气温度指标函数值，所述发动机进气温度指标函数值的函数为其中，J2表示发动机进气温度指标函数，Teo表示发动机进气温度；根据与所述冷却液温度对应的离散转速计算风扇功耗指标函数值，所述风扇功耗指标函数值的函数为，其中J3表示风扇功耗指标函数，Ma表示风扇通风量，单位为kg/s，Ma＝0.003284×n，n表示离散转速；计算综合指标函数值，所述综合指标函数值的函数为J＝J1+J2+J3。可选的，在控制风扇以目标值转动的步骤之后，还包括：实时获取冷却液温度和发动机进气温度；判断是否冷却液温度小于预设危险冷却液温度且发动机进气温度小于预设危险发动机进气温度，得到判断结果；当所述判断结果为否时，控制风扇以转速上限值转动，并向CAN总线发送错误报文；当所述判断结果为是时，判断冷却系统是否处于热平衡状态；若冷却系统处于热平衡状态，获取实时冷却液温度、实时发动机进气温度，分别与计算得到的所述冷却液温度、所述发动机进气温度，校正所述边界条件。可选的，所述判断冷却系统是否处于热平衡状态，具体包括：获取固定时间段内的实时发动机转速、实时发动机输出转矩、实时冷却液温度和实时发动机进气温度；判断是否实时发动机转速的变化幅度超过转速变化阈值，且实时发动机输出转矩的变化幅度超过转矩变化阈值，且实时冷却液温度的变化幅度超过冷却液温度变化阈值，且实时进气液温度的变化幅度超过发动机进气温度变化阈值；若是，确定冷却系统未处于热平衡状态；若否，确定冷却系统处于热平衡状态。本专利技术还公开了一种风扇转速控制系统，包括：数据获取单元，用于获取环境温度、燃油消耗率、发动机转速和发动机输出转矩；边界条件计算单元，用于计算冷却边界条件，所述冷却边界条件包括发动机所需散热量、进入中冷器的空气的温度和流量；划分单元，用于将风扇转速下限值至风扇转速上限值之间的风扇转速以设定转速划分成离散转速；温度计算单元，用于根据所述离散转速和所述冷却边界条件，计算冷却液温度和发动机进气温度；综合指标函数值计算单元，用于根据所述离散转速及与所述离散转速对应的冷却液温度和发动机进气温度计算综合指标函数值，所述综合指标函数值为冷却液温度指标函数、发动机进气温度指标函数和风扇功耗指标函数的和；最优转速确定单元，用于比较所述综合指标函数值，获得最小的综合指标函数值对应的离散转速；实时风扇转速获取单元，用于获取实测风扇转速；调控单元，用于以所述实测风扇转速为反馈值，以所述最小的综合指标函数值对应的离散转速为目标值，利用比例-积分-微分控制算法，向液压变量泵输出脉冲宽度调制控制信号，控制风扇以目标值转动。本发提供的风扇转速控制方法是应用于汽车的冷却系统中，其通过向汽车ECU获取相关发动机工况信息和环境温度等信息，将获得的数据计算后转换为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种风扇转速控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：获取环境温度、燃油消耗率、发动机转速和发动机输出转矩；计算冷却边界条件，所述冷却边界条件包括发动机所需散热量、进入中冷器的空气的温度和流量；将风扇转速下限值至风扇转速上限值之间的风扇转速以设定转速划分成离散转速；根据所述离散转速和所述冷却边界条件，计算冷却液温度和发动机进气温度；根据所述离散转速及与所述离散转速对应的冷却液温度和发动机进气温度计算综合指标函数值，所述综合指标函数值为冷却液温度指标函数、发动机进气温度指标函数和风扇功耗指标函数的和；比较所述综合指标函数值，获得最小的综合指标函数值对应的离散转速；获取实测风扇转速；以所述实测风扇转速为反馈值，以所述最小的综合指标函数值对应的离散转速为目标值，利用比例‑积分‑微分控制算法，向液压变量泵输出脉冲宽度调制控制信号，控制风扇以目标值转动。

【技术特征摘要】
1.一种风扇转速控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：获取环境温度、燃油消耗率、发动机转速和发动机输出转矩；计算冷却边界条件，所述冷却边界条件包括发动机所需散热量、进入中冷器的空气的温度和流量；将风扇转速下限值至风扇转速上限值之间的风扇转速以设定转速划分成离散转速；根据所述离散转速和所述冷却边界条件，计算冷却液温度和发动机进气温度；根据所述离散转速及与所述离散转速对应的冷却液温度和发动机进气温度计算综合指标函数值，所述综合指标函数值为冷却液温度指标函数、发动机进气温度指标函数和风扇功耗指标函数的和；比较所述综合指标函数值，获得最小的综合指标函数值对应的离散转速；获取实测风扇转速；以所述实测风扇转速为反馈值，以所述最小的综合指标函数值对应的离散转速为目标值，利用比例-积分-微分控制算法，向液压变量泵输出脉冲宽度调制控制信号，控制风扇以目标值转动。2.根据权利要求1所述的风扇转速控制方法，其特征在于，在所述获取环境温度、燃油消耗率、发动机转速和发动机输出转矩的步骤之前，还包括：获取空调开关信号；根据所述空调开关信号，判断空调是否开启，若是，控制所述风扇以转速下限值运行，执行获取变速箱档位信息的步骤；若否，执行获取变速箱档位信息的步骤；获取变速箱档位信息；根据所述变速箱档位信息，判断发动机是否处于怠速状态；若是，返回所述获取空调开关信号的步骤；若否，执行获取环境温度、燃油消耗率、发动机转速和发动机输出转矩的步骤。3.根据权利要求1所述的风扇转速控制方法，其特征在于，所述计算冷却边界条件，具体包括：利用公式：传热给发动机机体的传热率＝燃油消耗率×燃油低热值×传递给发动机机体热量占燃油燃烧总能量的比例计算所述发动机所需散热量；其中，所述传递给发动机机体热量为所述发动机所需散热量；利用公式：中冷器的进气温度＝0.0833×(发动机转速+4)×(发动机输出转矩/2300)+10+环境温度计算所述进入中冷器的空气的温度；利用公式：中冷器的进气流量＝0.03117×(0.0003×发动机转速+0.3252)×(4.088×10-6×发动机输出转矩+0.0017)计算所述进入中冷器的空气的流量；其中，所述传热率单位为kW，所述流量单位为kg/s，所述温度单位为℃，所述发动机转速单位为r/min，所述发动机输出转矩单位Nm。4.根据权利要求1所述的风扇转速控制方法，其特征在于，所述根据所述离散转速和所述冷却边界条件，计算冷却液温度和发动机进气温度，具体包括：在所述冷却边界条件确定时，所述冷却液温度Teo＝f1(n)，所述发动机进气温度Tgo＝f2(n)，其中，n表示离散转速，f1表示冷却液温度与离散转速的映射关系，f2表示发动机进气温度与离散转速的映射关系。5.根据权利要求4所述的风扇转速控制方法，其特征在于，所述根据所述离散转速及与所述离散转速对应的冷却液温度和发动机进气温度计算综合指标函数值，具体包括：根据所...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑戍华，孙明晓，王向周，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京,11