本發(fā)明屬于發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)控制，具體涉及一種用于商用車的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)控制方法。

背景技術(shù)：

1、冷卻風(fēng)扇、冷卻液泵和節(jié)溫器是發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的關(guān)鍵可控部件，它們的工作特性將直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的散熱特性和功率消耗。近年來，為適應(yīng)越來越嚴(yán)格的環(huán)保和能耗法規(guī)，在提升發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率的同時(shí)，減少有害氣體的排放并降低能耗，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)熱負(fù)荷逐漸增加。

2、傳統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)通常采用機(jī)械式冷卻風(fēng)扇、機(jī)械式冷卻液泵和蠟式節(jié)溫器。機(jī)械式冷卻風(fēng)扇和機(jī)械式冷卻液泵直接與發(fā)動(dòng)機(jī)相連，轉(zhuǎn)速與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速成正比，始終處于工作狀態(tài)，容易出現(xiàn)過度冷卻和無效工作等問題，占用過多發(fā)動(dòng)機(jī)功率并增加能耗。蠟式節(jié)溫器通過內(nèi)部石蠟的熱脹冷縮控制發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)中冷卻液的循環(huán)方式，但其控制精度低，無法根據(jù)散熱需求智能調(diào)整節(jié)溫器開度。另一種情況是，僅對(duì)關(guān)鍵可控部件中的冷卻風(fēng)扇進(jìn)行電控化升級(jí)，采用電控硅油離合器風(fēng)扇，在制定發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)控制策略的時(shí)候，工程師僅考慮針對(duì)冷卻風(fēng)扇轉(zhuǎn)速的控制，響應(yīng)較慢，無法實(shí)現(xiàn)更實(shí)時(shí)的溫度跟蹤。

3、中國發(fā)明公開專利cn116933500a公開了“一種基于機(jī)電一體化分析軟件的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)控制方法”，該方案中的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)使用電控硅油風(fēng)扇離合器總成、機(jī)械水泵和蠟式節(jié)溫器，僅能通過控制冷卻風(fēng)扇轉(zhuǎn)速對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)出口冷卻液溫度進(jìn)行跟蹤控制，控制精度相對(duì)較低，且冷卻系統(tǒng)能耗也較高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了至少解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題之一，本發(fā)明提供一種用于商用車的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)控制方法，控制參數(shù)意義明確，便于跟蹤發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)冷卻液溫度并減小冷卻系統(tǒng)的功耗。

2、為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的，本發(fā)明提供的一種用于商用車的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)控制方法，所述發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)包括電子冷卻液泵、發(fā)動(dòng)機(jī)、電子節(jié)溫器、膨脹水箱、電控硅油風(fēng)扇離合器總成、散熱器和控制模塊，所述方法包括：

3、控制模塊根據(jù)采集到的發(fā)動(dòng)機(jī)出口冷卻液溫度信號(hào)和散熱器出口冷卻液溫度信號(hào)，控制冷卻風(fēng)扇轉(zhuǎn)速nf、電子冷卻液泵轉(zhuǎn)速np和電子節(jié)溫器主閥門開度k。

4、控制模塊的輸入為發(fā)動(dòng)機(jī)出口冷卻液溫度teout和散熱器出口冷卻液溫度trout，輸出為冷卻風(fēng)扇轉(zhuǎn)速nf、電子冷卻液泵轉(zhuǎn)速np和電子節(jié)溫器主閥門開度k；

5、在控制模塊中，以發(fā)動(dòng)機(jī)出口冷卻液溫度teout及其跟蹤誤差eeout為輸入，使用滑模控制算法對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)出口冷卻液溫度進(jìn)行跟蹤，并確定發(fā)動(dòng)機(jī)出口冷卻液質(zhì)量流量的期望值

6、當(dāng)關(guān)閉電子節(jié)溫器主閥門，調(diào)節(jié)電子冷卻液泵轉(zhuǎn)速np，增大發(fā)動(dòng)機(jī)出口冷卻液的質(zhì)量流量；

7、當(dāng)電子節(jié)溫器主閥門打開，調(diào)節(jié)主閥門開度k；

8、在控制模塊中，以散熱器出口冷卻液溫度trout及其跟蹤誤差erout為輸入，使用滑?？刂扑惴▽?duì)散熱器出口冷卻液溫度進(jìn)行跟蹤，對(duì)冷卻風(fēng)扇轉(zhuǎn)速nf進(jìn)行控制，使得發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)功耗最小。

9、進(jìn)一步地，發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)出口和散熱器出口均布置有溫度傳感器，溫度傳感器與控制模塊相連以將冷卻液溫度信號(hào)發(fā)送給控制模塊，控制模塊實(shí)時(shí)讀取溫度信號(hào)控制冷卻風(fēng)扇轉(zhuǎn)速nf、電子冷卻液泵轉(zhuǎn)速np和電子節(jié)溫器主閥門開度k。

10、進(jìn)一步地，發(fā)動(dòng)機(jī)出口冷卻液質(zhì)量流量的最小值的表達(dá)式為：

11、

12、式中，q為發(fā)動(dòng)機(jī)最大熱負(fù)荷，kw，其數(shù)值一般由臺(tái)架試驗(yàn)或者查詢技術(shù)手冊(cè)確定；cp,c為冷卻液的比熱容，kj/(kg·℃)。δtmax為發(fā)動(dòng)機(jī)允許溫升的最大值，℃。

13、進(jìn)一步地，發(fā)動(dòng)機(jī)出口冷卻液溫度的期望值teout,d為發(fā)動(dòng)機(jī)在最佳工況時(shí)的工作溫度。為便于優(yōu)化，可以認(rèn)為散熱器出口冷卻液溫度trout和冷卻空氣溫度ta,out近似相等，散熱器出口冷卻液溫度的期望值trout,d的表達(dá)式為：

14、

15、其中，tamb為環(huán)境空氣溫度，℃。m為一變量，對(duì)于給定的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)，m的值跟隨電子節(jié)溫器閥門開度k的變化而變化，使得冷卻系統(tǒng)功耗最小。teout為發(fā)動(dòng)機(jī)出口冷卻液溫度測(cè)量值，℃。

16、進(jìn)一步地，發(fā)動(dòng)機(jī)出口冷卻液溫度的跟蹤誤差eeout為：

17、eeout＝teout-teout,d????(3)

18、發(fā)動(dòng)機(jī)出口冷卻液溫度跟蹤誤差的動(dòng)態(tài)變化可以表示為：

19、

20、發(fā)動(dòng)機(jī)出口冷卻液溫度的期望軌跡為：

21、

22、其中，c1為定義滑模面時(shí)的正定系數(shù)，c1必須嚴(yán)格滿足hurwitz條件，c1>0。

23、進(jìn)一步地，發(fā)動(dòng)機(jī)出口冷卻液質(zhì)量流量的期望值的表達(dá)式為：

24、

25、其中，mc,e為發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部冷卻液質(zhì)量，kg；k1、ε1均為控制參數(shù)。

26、進(jìn)一步地，電子冷卻液泵的期望轉(zhuǎn)速np的表達(dá)式為：

27、

28、其中，dp,max為電子冷卻液泵的最大排量，m3/rev；ρc為冷卻液密度，kg/m3。

29、進(jìn)一步地，電子節(jié)溫器主閥門開度k的表達(dá)式為：

30、

31、進(jìn)一步地，散熱器出口冷卻空氣質(zhì)量流量的期望值的表達(dá)式：

32、

33、其中，ma,r為散熱器控制容積中的冷卻空氣質(zhì)量，kg；s2為散熱器出口冷卻液溫度的期望軌跡；c2必須嚴(yán)格滿足hurwitz條件，c2>0；k2、ε2均為控制參數(shù)。

34、進(jìn)一步地，冷卻風(fēng)扇的期望轉(zhuǎn)速nf的表達(dá)式為：

35、

36、其中，df為電子冷卻液泵的最大排量，m；cflow為冷卻風(fēng)扇的流量系數(shù)；ρa(bǔ)為冷卻空氣密度，kg/m3。

37、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明至少具有以下積極效果：

38、1)、本發(fā)明對(duì)商用車發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)關(guān)鍵可控部件進(jìn)行了電控化升級(jí)，增加了系統(tǒng)的可控變量，且控制變量容易理解，可以輕松實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)更智能和高效的控制。

39、2)、本發(fā)明使用非線性控制方法(滑?？刂品椒?對(duì)冷卻風(fēng)扇、電子冷卻液泵和電子節(jié)溫器進(jìn)行聯(lián)合控制，使用滑?？刂品椒ㄗ粉櫚l(fā)動(dòng)機(jī)出口和散熱器出口冷卻液溫度，對(duì)冷卻風(fēng)扇轉(zhuǎn)速、電子冷卻液泵轉(zhuǎn)速和電子節(jié)溫器主閥開度的控制，實(shí)現(xiàn)了良好的冷卻液溫度跟蹤并降低了發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的總功耗。

40、3)、本發(fā)明順應(yīng)了汽車及汽車零部件智能化、電控化的發(fā)展趨勢(shì)，所提出的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)控制方法可以運(yùn)用于商用車的開發(fā)設(shè)計(jì)，使發(fā)動(dòng)機(jī)能持續(xù)工作在最佳溫度點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。

技術(shù)特征：

1.一種用于商用車的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)控制方法，其特征在于，所述發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)包括電子冷卻液泵、發(fā)動(dòng)機(jī)、電子節(jié)溫器、膨脹水箱、電控硅油風(fēng)扇離合器總成、散熱器和控制模塊，所述方法包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于商用車的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)控制方法，其特征在于，發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)出口和散熱器出口均布置有溫度傳感器，溫度傳感器與控制模塊相連以將冷卻液溫度信號(hào)發(fā)送給控制模塊，控制模塊實(shí)時(shí)讀取溫度信號(hào)控制冷卻風(fēng)扇轉(zhuǎn)速nf、電子冷卻液泵轉(zhuǎn)速np和電子節(jié)溫器主閥門開度k。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于商用車的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)控制方法，其特征在于，發(fā)動(dòng)機(jī)出口冷卻液質(zhì)量流量的最小值的表達(dá)式為：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于商用車的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)控制方法，其特征在于，發(fā)動(dòng)機(jī)出口冷卻液溫度的期望值teout,d為發(fā)動(dòng)機(jī)在最佳工況時(shí)的工作溫度；散熱器出口冷卻液溫度的期望值trout,d的表達(dá)式為：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于商用車的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)控制方法，其特征在于，發(fā)動(dòng)機(jī)出口冷卻液溫度的跟蹤誤差eeout為：

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于商用車的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)控制方法，其特征在于，發(fā)動(dòng)機(jī)出口冷卻液質(zhì)量流量的期望值的表達(dá)式為：

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于商用車的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)控制方法，其特征在于，電子冷卻液泵的期望轉(zhuǎn)速np的表達(dá)式為：

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于商用車的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)控制方法，其特征在于，電子節(jié)溫器主閥門開度k的表達(dá)式為：

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于商用車的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)控制方法，其特征在于，散熱器出口冷卻空氣質(zhì)量流量的期望值的表達(dá)式：

10.根據(jù)權(quán)利要求1-9任一所述的一種用于商用車的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)控制方法，其特征在于，冷卻風(fēng)扇的期望轉(zhuǎn)速nf的表達(dá)式為：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種用于商用車的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)控制方法，包括：在控制模塊中，以發(fā)動(dòng)機(jī)出口冷卻液溫度及其跟蹤誤差為輸入，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)出口冷卻液溫度進(jìn)行跟蹤，求出發(fā)動(dòng)機(jī)出口冷卻液質(zhì)量流量的期望值當(dāng)關(guān)閉電子節(jié)溫器主閥門，調(diào)節(jié)電子冷卻液泵轉(zhuǎn)速n<subgt;p</subgt;；當(dāng)電子節(jié)溫器主閥門打開，調(diào)節(jié)主閥門開度K；在控制模塊中，以散熱器出口冷卻液溫度及其跟蹤誤差為輸入，對(duì)散熱器出口冷卻液溫度進(jìn)行跟蹤，調(diào)節(jié)冷卻風(fēng)扇轉(zhuǎn)速n<subgt;f</subgt;，使得發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)功耗最小。本發(fā)明對(duì)商用車發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)關(guān)鍵可控部件進(jìn)行了電控化升級(jí)，增加了系統(tǒng)的可控變量，可以輕松實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)更智能和高效的控制。

技術(shù)研發(fā)人員：李旻,李冰,上官文斌
受保護(hù)的技術(shù)使用者：華南理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15