载货汽车高效热分配与智能控制方法

摘要

本发明公开了一种载货汽车高效热分配与智能控制方法，该方法通过EMS系统对运动件的开关时刻以及转速进行智能控制；在发动机高压共轨电控系统策略中增加对电子风扇离合器的温度自学习智能控制方法，即针对不同的冷却液温度以及温升速率进行监控，并结合环境温度，对电子风扇离合器的控制进行自学习，降低发动机的额外冷却损失。该方法经过多轮概念和方案设计，理论计算和CFD分析，试验验证以及优化设计，在没有增加特殊硬件的基础上，通过换热能力提升和智能控制，实现了载货汽车冷却系统的节能降噪、提高了零部件寿命，从而增加系统可靠性，并大幅降低用户使用成本和维修成本。

说明书

技术领域

本发明涉及一种提高载货汽车效率的控制方法，特别涉及一种载货汽车高效热分配与智能控制方法。 

背景技术

据有关资料介绍，汽车故障的50%左右来自发动机，而发动机故障的50%左右是由冷却系统故障引起的。冷却系统的功能是保证发动机在任何负荷条件下和用户所必需的任何热环境工况下均能正常和可靠地工作而不引起发动机过冷和过热。尤其是当前发动机的性能不断强化，采用增压型发动机逐渐增多，这种发动机的特征往往是结构紧凑，热负荷和机械负荷普遍提高，对发动机的冷却问题更为敏感，因此必须重视。 

传统载货汽车冷却系统设计多采用换热性能与冷却模块成本平衡的折中方案，换热性能通常按照满足GB/T12542及类似标准中规定的六工况发动机最大散热要求匹配。如此设计的冷却系统，虽然满足性能需求，但未能充分发挥系统及零部件节能降噪的潜力。 

传统载货汽车冷却系统设计侧重制造成本，保守设计冷却模块，使其能够满足“不开锅”的基本换热能力即可。其设计方法为：以经验和传统设计计算为主，通常很难实现系统级优化。 

发明内容

针对现有技术中载货汽车冷却系统设计存在的上述问题，本发明提供一种载货汽车高效热分配与智能控制方法。该方法经过多轮概念和方案设计，理论计算和CFD分析，试验验证以及优化设计，在没有增加特殊硬件的基础上，通过换热能力提升和智能控制，实现了载货汽车冷却系统的节能降噪、提高了零部件寿命，从而增加系统可靠性，并大幅降低用户使用成本和维修成本。 

本发明的技术方案是： 

载货汽车高效热分配与智能控制方法，该方法通过EMS系统对运动件的开关时刻以及转速进行智能控制；在发动机高压共轨电控系统策略中增加对电子风扇离合器的温度自学习智能控制方法，即针对不同的冷却液、机油和中冷空气的温度以及温升速率进行监控，并结合环境温度，对电子风扇离合器的控制进行自学习，降低发动机的额外冷却损失；电子风扇离合器的温度自学习智能控制方法具体包括如下步骤： 

（1）将电子风扇离合器的离合器结合温度T_Clth初始值设定为适合发动机特性的定值； 

（2）当发动机冷却液温度T_Clnt大于离合器结合温度T_Clth的初始设定值时，电子风扇离合器结合，冷却风扇运转；同时，启动自学习功能，当电控系统检测到冷却液温度T_Clnt大于离合器结合温度T_Clth时，电控系统记录离合器结合持续无中断时间Time_FanRun； 

（3）若环境温度T_Air低于最小温度值或者发动机连续运转时间超过最大连续运转时间值且发动机冷却液温度保持稳定且没有满足电磁风扇离合器结合的范围时，T_Clth保持初始值。 

进一步，步骤（1）中所述的离合器结合温度T_Clth初始值设定为94℃；步骤（3）中所述的最小温度值为5℃，最大连续运转时间值为60分钟。 

进一步，步骤（2）中所述的自学习功能的启动过程具体包括如下步骤： 

（1）如果持续无中断时间Time_FanRun低于标定最小值Time_ClthOn_Down（5分钟），则离合器结合温度T_Clth增加△T_Clth，直至离合器结合持续无中断时间Time_FanRun大于Time_ClthOn_Down； 

（2）如果持续无中断时间Time_FanRun超过标定最大值Time_ClthOn_Up(6分钟)，则离合器结合温度T_Clth减小△T_Clth，直至离合器结合持续无中断时间Time_FanRun小于Time_ClthOn_Up； 

（3）发动机停机时，保存离合器结合温度T_Clth于EMS系统内存中，下次开机调用。 

进一步，所述标定最小值Time_ClthOn_Down设定为5分钟；标定最大值Time_ClthOn_Up设定为6分钟；△T_Clth设定为1℃。 

进一步，根据整车总布置状态，在可用空间尺度下，配备高换热性能散热器和小空气侧阻中冷器，确保在冷却过程中换热能力大幅超出各种工况的情况下的发动机换热需求。 

进一步，采用低转速下的高效率运动件，所述运动件包括静音风扇、低功耗水泵以及精确优化的节温器。 

本发明的有益效果是： 

1、本发明载货汽车高效热分配与智能控制方法经过多轮概念和方案设计，理论计算和CFD分析，试验验证以及优化设计，在没有增加特殊硬件的基础上，通过换热能力提升和智能控制，实现了载货汽车冷却系统的节能降噪、提高了零部件寿命，从而增加系统可靠性，并大幅降低用户使用成本和维修成本。该方法可以针对不同的冷却液温度以及温升速率进行监控，并结合环境温度，对电子风扇离合器的控制进行自学习，使其符合发动机冷却最经济的状态，降低发动机的额外冷却损失； 

2、本发明载货汽车高效热分配与智能控制方法根据整车总布置状态，在可用空间尺度下， 在现有技术水平和成本限制情况下，设计最大换热性能的散热器，以及满足性能要求且空气侧阻力最小的中冷器，确保冷却模块换热能力大幅超出各种工况下的发动机换热需求。采用低转速下的高效率运动件，控制冷却液的流向和流量，从而优化热量的分配； 

3、本发明载货汽车高效热分配与智能控制方法权衡制造成本和用户使用成本，并侧重后者，以实现整车性能优势，即最大限度地节能减排，提高零部件寿命，增加系统可靠性，并大幅降低用户使用成本和维修成本。使长期收益远大于制造成本的增加，用户将得到更大的收益。可以应用在电动风扇、电磁风扇离合器和电控硅油风扇离合器等载体上，并使车辆智能适应包括环境温度、海拔、路况等的行车工况。 

具体实施方式

下面对本发明作进一步详细说明。 

本发明载货汽车高效热分配与智能控制方法的基本思路为：权衡制造成本和用户使用成本，并侧重后者，以实现整车性能优势，即最大限度地节能减排，提高零部件寿命，增加系统可靠性，并大幅降低用户使用成本和维修成本。使长期收益远大于制造成本的增加，用户将得到更大的收益。本发明载货汽车高效热分配与智能控制方法的设计方法：采用当前最先进的1D和3D CFD仿真分析工具，并经过全面的台架性能试验和策略特殊设计的整车热平衡标定，实现系统级优化。 

本发明载货汽车高效热分配与智能控制方法基本原理有控制策略和结构性能两方面，主要包括： 

1、控制方面：通过EMS系统对运动件的开关时刻以及转速进行智能控制；同时针对发动机高压共轨电控系统策略中增加对电子风扇离合器的自学习智能控制功能。该功能可以针对不同的冷却液温度以及温升速率进行监控，并结合环境温度，对电子风扇离合器的控制进行自学习，使其符合发动机冷却最经济的状态，降低发动机的额外冷却损失。自学习功能的启动过程具体包括如下步骤： 

（1）电子风扇离合器结合温度，即离合器结合温度T_Clth，初始值为适合发动机特性的定植（例如94℃）。 

（2）当发动机冷却液温度T_Clnt大于T_Clth时，电子风扇离合器结合，冷却风扇运转。 

（3）若环境温度T_Air过低（低于5℃）或者发动机连续运转时间超过60分钟且发动机冷却液温度保持稳定且没有满足电磁风扇离合器结合的范围时，T_Clth保持初始值。 

自学习功能主要为，当电控系统检测到冷却液温度T_Clnt大于T_Clth时，电子风扇 离合器结合，同时电控系统记录离合器结合持续时间Time_FanRun。如果持续无中断时间Time_FanRun低于标定值Time_ClthOn_Down（5分钟），则T_Clth增加1℃，直至离合器结合无中断时间Time_FanRun大于Time_ClthOn_Down；如果持续无中断时间Time_FanRun超过Time_ClthOn_Up(6分钟)，则T_Clth减小1℃，直至离合器结合时间小于Time_ClthOn_Up；发动机停机时，保存T_Clth于EMS内存中，下次开机调用。 

该方法利用EMS电控系统的自学习策略，可以根据不同的发动机运转工况调整电子风扇离合器结合温度，有效的减少了冷却风扇不必要的开启时刻，降低功率损失。 

2、结构性能方面：采用高性能冷却模块、以及高效节能的水泵、风扇和风扇离合器等运动件。 

高性能冷却模块：根据整车总布置状态，在可用空间尺度下，在现有技术水平和成本限制情况下，设计最大换热性能的散热器，以及满足性能要求且空气侧阻力最小的中冷器，确保冷却模块换热能力大幅超出各种工况下的发动机换热需求。 

高效低节能的运动件：采用低转速下效率较高的静音风扇、低功耗水泵以及精确优化的节温器。 

与本发明所述方法相配合的机械机构需要满足以下要求： 

1、满足所需性能储备系数的零部件 

通过多轮完整的三维热流场分析和一维系统级热平衡仿真分析和优化设计，得到适合相应车型冷却模块的性能需求，由此需要配备性能储备系数为15%-20%或以上（该系数视车辆配置情况而定，并经内外流场CFD分析、整车试验进行验证和优化）的零部件，包括散热器总成、中冷器总成、风扇总成、副水箱总成以及发动机上的水泵和节温器等。为得到该储备系数，通常要将其他辅助装置配置齐全，包括阻流板、导风板等。 

2、传感器和智能控制系统 

传感器用于实时监测冷却液、机油、进气等的温度、压力和流量，并将结果输入给控制装置。为实现控制的精确性并确保系统可靠性，需要全面布置传感器，如现有车型中很少使用的副水箱压力传感器、以及冷却液温度传感器的备份等。为实现智能化，需要配备可以输入指令的开关设备，对于个性化控制策略，还应配备具有输入输出功能的操控面板。 

本发明载货汽车高效热分配与智能控制方法可实现如下策略： 

1、应用自学习智能控制功能 

该策略可以应用在电动风扇、电磁风扇离合器和电控硅油风扇离合器等载体上，并使车辆智能适应包括环境温度、海拔、路况等的行车工况。 

以采用电磁风扇离合器的某款发动机为例：控制系统实时读取和分析各传感器得到的数据，计算处理后输出控制指令给风扇离合器，使之在某个控制点开始工作，但系统并未将该温度确定为能够实现节能降噪的最佳控制点，而是车辆连续运行过程中实时修正的，工作中如果温度持续上行到接近报警点的另一工况点则风扇全速工作，并在下一次达到启动控制点时将启动温度向下平移某个范围。如此反复，则系统将能够很好地自适应长期驾驶工况。 

2、智能控制策略——定制个性化节能降噪策略 

经过差异性策略调整，可在模拟道路工况状态下，使系统快速适应驾驶工况，以符合特定驾驶员的行车习惯，在上述策略的基础上定制符合特定驾驶员操作习惯的个性化智能控制策略。个性化策略可以配合外接硬件控制面板功能，将系统就自动设定为符合该驾驶员操作习惯的个性化控制策略，并可以多策略存储和载入，如山路策略、城市策略、高温策略、冬季或寒区策略等。 

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。