專利名稱：控制車輛發動機冷卻回路的風扇轉速的方法和設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種控制車輛發動機冷卻回路的風扇轉速的方法和設備。
背景技術：
采用熱力發動機的推進系統通常配備有不同復雜水平的流體冷卻回路，該回路使 用風扇。有各種車輛系統需要啟動風扇，這些系統例如除了包括各種附加元件如渦輪增 壓器回路及其各自的內置制冷步驟的發動機冷卻流體循環系統之外，還比如耗散型減速系 統，如被稱作“減速器”的液壓減速機、空調機組、動力輸出裝置，等等。通常有一個單獨的風扇安裝在發動機和散熱器芯之間，例如空調回路的冷凝器、 渦輪增壓回路的內置制冷熱交換器(后冷卻器)和發動機冷卻散熱器。在本領域眾所周知根據控制電路檢測到的不同條件，使風扇以不同的離散速度 轉動。如果風扇只以最大速度轉動，則會出現風扇轉速過高的幾種行駛狀況。這將會引 起循環流體的過度冷卻例如發動機油的過度冷卻將會增加其粘度，這將增加其摩擦以及 燃料消耗。因此冷卻風扇吸收發動機提供的大部分能量，從而停止轉動，或者在特定工作情 形下降低轉速，這樣可以節省很多能量。在某些車輛中，風扇通常是處于激活狀態的，如在商業和工業類車輛中，使用合適 的設備，通過機械連接到傳動軸的方式代替直接連接到傳動軸，這樣適合控制轉速。粘性連接件、電磁聯接器等設備會在風扇和發動機間產生摩擦耦合，這是本領域 公知的，且根據車輛狀況，這些設備還可以改變主動軸和風扇之間的傳動比。粘性連接件的 優點在于可連續控制傳動比，但它的缺點在于連續驅動風扇工作，而會對溫度的變化產生 滯后響應。另一方面，電磁聯接器提供合理的發動機/風扇速度比數值，當聯接器斷開連接 時，會有更快的響應，降低風扇驅動，但它的缺點是提供的風扇轉速變化較小。這些不同水 平決定了不同能量的吸收以及不同的燃料消耗水平。上述用于改變風扇轉速的方式不是最佳的，因為其中風扇有兩個或三個離散轉速 的簡化決策模式仍然確定了過高的風扇轉速，而不能使燃料消耗達到最優化。
發明內容
因此本發明的目的是克服上述與根據離散速度水平而進行的啟動有關的缺陷，提 供一種控制車輛發動機冷卻回路的風扇轉速的方法和設備，該方法和設備可通過保持令人 滿意的發動機冷卻性能來優化風扇速度變化、并進而優化燃料消耗。特別是，風扇轉速連續控制的驅動，意味著為了優化運轉、效率和燃料消耗，通過 適當的控制步驟，完全脫離主動軸的旋轉是可能的。有利的是，風扇轉速的連續控制在位于風扇和發動機間的聯接接頭上啟動。
如果是電磁活接聯接器，則通過脈沖控制方式驅動機械聯接器。本發明的主題是車輛發動機冷卻回路中控制風扇轉速的方法，包括以下步驟根 據發動機冷卻系統流體參考溫度與當前測量溫度的差異和減速器要求的制動力矩百分比， 評估發動機單元中的減速器對于風扇轉速的貢獻；根據發動機冷卻系統流體參考溫度與 當前測量溫度的差異和風扇的當前轉速值，來評估發動機系統對風扇轉速的貢獻；通過將 上述減速器和發動機系統的貢獻相加，來獲得所述的風扇轉速。當所述風扇通過電磁聯接器與所述發動機連接時，本發明的主題也是車輛發動機 冷卻回路中控制風扇轉速的方法，方法包括以下步驟根據發動機冷卻系統流體參考溫度 與當前測量溫度的差異和減速器要求的制動力矩百分比，評價發動機組減速器對風扇轉速 的貢獻；根據發動機冷卻系統流體的參考溫度與當前測量溫度的差異和測得的風扇的當前 轉速值，評價發動機系統對風扇轉速的貢獻；通過將上述減速器和發動機系統的貢獻相加， 獲得所述的風扇轉速；比較第一個速度值與風扇轉速的預定離散值，并提供第二個風扇轉 速，如所述聯接器與所述風扇直接耦合時的零值、中間值或最大值；評估測量的當前燃料消 耗相對于閾值的高低，如果當前燃料消耗高于閾值，選擇第一個速度值作為該風扇的轉速， 否則選擇第二個速度值。本發明的主題尤其涉及控制車輛發動機冷卻回路中風扇轉速的方法和設備，將在 本發明主要部分的權利要求書中做更充分的描述。
本發明的更進一步目的和優點，通過優選實施例(或相應可選擇的實施例)和附圖 的具體描述會更加清晰，優選實施例或附圖僅是說明性的而非限制性的，其中
圖1展示了本發明風扇轉速控制方法的第一種可選擇的實施例的框圖； 圖2，3，4展示了圖1方法下INT、ENG和CLI模塊實施例的框圖； 圖5展示了本發明風扇轉速控制方法第二種可選擇的實施例的框圖； 圖6展示了圖5模塊53的實施例的功能框圖； 附圖中相同的參考數字和字母用于標識相同的元件或部件。
具體實施例方式下面是本發明的描述，可對風扇轉速進行連續控制，允許其與驅動軸的旋轉不相關聯。通過附圖中的功能框圖描述本方法，其中每個框圖對應于可通過相應設備實現的 邏輯功能。車輛的不同系統可能需要啟動風扇，因為這些系統會產生通過各自冷卻系統轉移 的熱量。在下面描述的非限制性例子中，所涉及系統是發動機單元、減速系統(以下稱減速 器)和空調單元。所述車輛系統，以本領域公知的方式，例如在CAN內部數據線上提供信號或幅值 及其它，作為連續控制系統的輸入，這些適合提供風扇轉速幅度的輸出。如圖1所示，連續控制方法包括模塊INT，當發動機系統中存在減速器時，評估其 對風扇速度值的貢獻；此外，模塊ENG評估發動機系統對風扇速度值的貢獻，其可包括幾個其它元件，如渦輪增壓器回路。這兩個值加在一起作為輸出總值1。如果減速器不存在，它 的貢獻則為零。減速器和發動機冷卻系統同時起作用，因為在整個發動機系統中，由水加熱循環 和減速器運作產生的兩種效應之間有相互作用，這將制動車輛運動鏈，將動能轉化成在液 壓冷卻回路中的熱能。根據減速器要求的制動力矩百分比，減速器以快速的方式產生熱量，該模塊會對 風扇速度進行預控制，為了冷卻水，風扇速度的控制是必要的。僅考慮發動機系統的貢獻 (模塊ENG)將過于耽誤風扇的最佳干預。因此，模塊INT評估減速器在冷卻系統中產生熱 量的值事實上，如果啟動減速器，實際需要的風扇轉速會更高。模塊INT接收到的輸入數據有發動機冷卻系統中流體參考溫度參數2 (如 102°C)，其理想情況是維持不變；減速器4需要的制動力矩百分比4 ；發動機冷卻系統中流 體的實時溫度3。模塊ENG接收到的輸入數據有參考溫度參數2 ；發動機冷卻系統中流體實時溫度 3;實時風扇速度的測量值5。對模塊INT和ENG的具體描述參考附圖2和3。優選有模塊CLI，適合確定和提供由空調單元的貢獻提供的風扇轉速值輸出9。事實上，空調單元回路中氣壓(氟利昂)的控制十分必要，應該確保其不超過一定 的值。鑒于氣壓的增加與相應冷卻回路的溫度的增加有關，氣壓的控制可通過對風扇轉速 的控制來實現。模塊CLI接收到的輸入數據有冷卻回路中氣體(氟利昂)的恒定參考氣壓值6，如 16bar ；氟利昂的實時測量壓力值7 ；風扇速度值8，例如850rpm。模塊CLI的具體實施例的描述參考附圖4。如果沒有模塊CLI，風扇速度控制值RPM由輸出1給出。反之，如果有模塊CLI，風 扇速度控制值RPM在模塊MX中確定，為輸出1和9 二者的最高值。在非限制性實施例中，模塊INT、ENG和CLI包括并聯支路，通過積分、求導和乘法 準則處理輸入數據，將所得值相加，以獲得輸出值。輸入數據可通過內部CAN線路獲得。圖2中模塊INT用于評估恒定溫度值2與上述實測溫度值3之間的差異。該差異 被提供給屬于三個并聯支路的三個輸入有合適的相乘常數的乘法器Ml、M2、M3，Ml的輸出 值直接提供給加法器S2 ；M2的輸出值提供給積分器12，該積分器的第二輸入為減速器所需 的制動力矩百分比值4，且其輸出值提供給加法器S2，為加法器的第二輸入；M3的輸出值提 供給加法器S2作為其第三輸入。加法器S2將接收到的三種貢獻的總和提供給飽和器，飽 和器的輸出提供模塊INT對風扇轉速值的貢獻。圖3中模塊ENG用于評估恒定溫度值2與上述實測溫度值3的差異。該差異提供 給屬于三個并聯支路的三個輸入有合適的相乘常數的乘法器M4、M5、M6，M4的輸出值直接 提供給加法器S3 ；M5的輸出值提供給積分器13，積分器的第二輸入為當前風扇轉速的實測 值5，其輸出值作為加法器S3的第二輸入；M6的輸出值提供給求導器D3，求導器的輸出作 為加法器S2的第三輸入。后者將接收到的三種貢獻的總和提供給飽和器，飽和器的輸出提 供模塊ENG對風扇轉速值的貢獻。附圖4中模塊CLI用于評價氟利昂的恒定壓力值6與上述實測壓力值7的差異。
7所得的差異提供給屬于三個并聯支路的、輸入有合適的相乘常數的三個乘法器M7、M8、M9， M7的輸出值直接提供給加法器S4 ；M8的輸出值提供給積分器14，積分器的第二輸入為當前 風扇轉速的實測值8，其輸出值作為加法器S4的第二輸入；M9的輸出值提供給求導器D4， 求導器的輸出作為加法器S4的第三輸入。后者將接收到的三種貢獻的總和提供給飽和器， 飽和器的輸出提供模塊CLI對風扇轉速值的貢獻。下面的描述中給出了通過電磁活接聯接器連接到主動軸時，風扇轉速控制方法的 替代實施例。在本領域中眾所周知，耦合條件使風扇按照離散速度旋轉，例如直接耦合時， 為兩種速度，中間速度與最大速度(除了風扇停止的條件)。如上所述，這種速度控制方式可 改善燃料的消耗。另一方面，直接耦合保證了聯接器材料的較少磨損。本發明這種風扇速度連續控制，可通過使用PWM技術(脈沖調制寬度)的脈沖控制 方式，應用到電磁聯接器中。所述風扇速度的連續控制，優化了燃料消耗。但是另一方面， PWM型脈沖控制可引起聯接器材料的磨損。為了解決此潛在缺陷，所述系統(圖1)由決策模 塊完成，無論是連續還是離散類型，根據對驅動或控制條件的評估，能夠立刻決定啟動哪種 風扇速度控制。這種情況下該方法包括附圖1的模塊，以及模塊51，其接收由所述模塊INT和ENG 計算的加和值得到的速度值1，評估兩個離散風扇速度值的定位，在輸出決定選擇直接耦合 時的中間值和最大值，或者為零值。決策回路D5預計啟動風扇速度控制類型的決策，根據輸入信號，啟動所述模塊MX 或者模塊51的輸出。模塊52接收當前燃料消耗的測量值10。如果該測量值低于閾值11，例如當油門 踏板是松的或剎車時，它的值為零，決策回路D5提供給模塊51選擇最初離散控制的信號， 因為沒有燃料消耗的問題。模塊53也可存在，其可根據得到的表格中的值，評估電磁聯接器的瞬時和逐漸磨 損程度。圖6為模塊53的可能的具體實施例。發動機速度(主動軸的角速度)，某一時刻風扇速度以及整個覆蓋距離的測量值是 可以得到的，例如通過CAN數據線。此外，電磁聯接器的溫度數據也可以得到。風扇速度61及主動軸速度62被提供給模塊65，該模塊65核實這兩個速度值之 間的差異，并利用這種差異在預先存儲的、已知類型的表中找到正在發生的瞬時磨損的增 量值(mm/s)。將該磨損值在積分器66中進行積分。每次啟動發動機時，積分器從預先確定 的值(例如零)開始積分；每次停止發動機時，得到的積分值將被儲存，并被加入到發動機下 一輪工作獲得的趨勢值中。積分器的輸出值提供給比較器67，該比較器67將該輸出值與模塊68提供的表格 值進行比較，模塊68輸出預期磨損值或可容忍磨損值，其為從輸入端63獲得的全部行駛公 里數的函數。所述表格是預先裝好的。如果計算出的磨損值高于預期的或可容忍的磨損值， 比較器67的輸出將被提供給所述系統、作為模塊53的輸出，這表明要選擇最初的離散型 速度控制，以便將聯接器的磨損最小化。此外，如果可得到聯接器溫度的數據，它提供給模塊69的輸入64，評估耦合溫度 是否高于閾值然后模塊69的輸出指示系統選擇離散型的速度控制，可以將耦合磨損最小 化。
模塊70是可選的，適合區分車輛使用的類型，事實上，根據現有的車輛參數，評估 是否在高速公路上使用。該模塊可通過本領域公知的方式實現。高速公路使用適合于連續 脈沖控制風扇速度，以將燃料損耗最小化。相反，車輛系統熱流量的驅散會變得困難，比如 山路，有很多上坡，此時燃料的損耗會增加很多，連續控制速度將不會有明顯的優勢，而聯 接器磨損的風險將會成為主導。然后同樣是模塊70的輸出給系統信號，選擇最初的離散型 控制速度，可以將聯接器磨損降低到最小。模塊67，69和70的輸出提供給邏輯0R，其可提供給決策回路D5關于控制類型的 指示信號(如圖5)。實現該方法的設備可包括含有完成上述操作的軟件的電子控制單元，使 用本領域技術人員可得知的編程技術的適當的程序。此外，該設備包括連接回路，將控制單 元輸出的電扇速度數據轉換成電子信號或者類似物，其特性取決于風扇和主動軸之間的聯 接器裝置的類型。在上述電磁聯接器的例子中，該信號為脈沖電子信號。至少本發明的一部分控制方法通過計算機程序來實現，當所述程序在計算機上運 行時，包括運行一個或多個上述方法的步驟的程序代碼。因為這個原因，本發明包括所述計 算機程序及包括計算機可讀介質，包括記錄信息，上述計算機可讀介質包括計算機程序代 碼，當所述程序在計算機上運行時，完成一個或多個上述方法的步驟。在不脫離本發明范圍的前提下，對本發明進一步的替換或者相對等的實施例對本 領域技術人員而言是顯而易見的。本發明的優點是明顯的。使用該解決方法，可以保持最好的和準確的冷卻回路的流體的控制，因此，能夠保 持高溫，從而增加發動機的效率，降低燃料損耗。使用現有系統，給定不精確及延遲的啟動，可將溫度控制的較低，以防止過熱。通過上述描述，不再需要更多的細節，本領域技術人員即可以實現本發明。
權利要求
1.用于控制車輛發動機冷卻回路的風扇轉速的方法，其特征在于，包括以下步驟 根據發動機冷卻系統中流體的參考溫度值(2)與測得的所述流體的實時溫度值(3)的差異、以及根據減速器所需的制動力矩的百分比值(4)，評估發動機單元內的減速器對風扇 轉速的貢獻；根據發動機冷卻系統中流體的參考溫度值(2)與測得的所述流體的實時溫度值(3)的 差異、以及根據風扇實時速度的測量值(5)，評估發動機系統對風扇轉速的貢獻； 將所述減速器和所述發動機系統的貢獻相加，得到所述風扇轉速。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，還包括以下步驟根據空調冷卻系統的參考氣壓值(6)與測得的實時氣壓值(7)的差異、以及根據所述 風扇的實時轉速，評估空調單元對風扇轉速的貢獻；將所述減速器和發動機系統的貢獻總和與所述空調單元的貢獻之間的較高值作為所 述風扇轉速。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于根據并聯支路來確定所述減速器、發 動機系統及空調單元中的每一個對所述風扇轉速的貢獻，所述并聯支路按照積分、求導和 乘法準則對輸入的數據進行處理，再將這些數據進行相加和限定，得到輸出值。
4.用于控制車輛發動機冷卻回路的風扇轉速的方法，所述風扇通過電磁活接聯接器與 發動機單元相連，所述方法包括以下步驟根據發動機冷卻系統中流體的參考溫度值(2)與測得的實時溫度值(3)的差異、以 及根據減速器所需的制動力矩的百分比值(4)，評估發動機單元的減速器對風扇轉速的貢 獻；根據發動機冷卻系統中流體的參考溫度值(2)與測得的實時溫度值(3)的差異、以及 根據風扇實時轉速的測量值(5)，評估發動機系統對風扇轉速的貢獻； 將所述減速器和發動機系統的貢獻相加，得到第一風扇轉速值； 將所述第一風扇轉速值與預先分配的離散的風扇轉速值進行比較，并提供第二風扇轉 速值，該第二風扇轉速值為以下三者的其中之一空值、中間值和所述聯接器與所述風扇之 間為直接耦合時的最大值；評估比較燃料消耗的實時測量值(10)與閾值(11)；如果所述燃料消耗的實時測量值(10)高于所述閾值，選擇所述第一風扇轉速值作為風 扇轉速，否則選擇所述第二風扇轉速值作為風扇轉速。
5.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，還包括以下步驟根據空調冷卻系統的參考氣壓值(6)與測得的實時氣壓值(7)的差異、以及根據所述 風扇的實時轉速，評估空調單元對風扇轉速的貢獻；將所述減速器和發動機系統的貢獻總和與所述空調單元的貢獻之間的較高值，作為所 述第一風扇轉速值。
6.根據權利要求4或5所述的方法，其特征在于，還包括所述電磁活接聯接器的磨損程 度的評估步驟，該評估步驟包括如下步驟評估測得的發動機速度值與測得的風扇轉速值之間的差異； 利用上述差異、在已儲存的表中找到所述電磁聯接器的瞬時磨損增量值； 對所述瞬時磨損增量值進行積分，即將其加入到從所述電磁聯接器的第一次使用開始陸續獲得的在先值中，獲得積分值；將所述積分值與表格值(68)進行比較，所述表格值提供作為車輛全部行駛公里數的函 數的預期磨損值或可容忍磨損值輸出；如果所述積分值低于所述預期磨損值，選擇所述第一風扇轉速值作為風扇轉速，否則 選擇所述第二風扇轉速值作為風扇轉速。
7.根據權利要求6所述的方法，其特征在于，還包括將所述電磁聯接器的測得的溫度 值與溫度閾值進行比較的步驟；如果所述測得的溫度值低于所述溫度閾值，選擇所述第一風扇轉速值作為風扇轉速， 否則選擇所述第二風扇轉速值作為風扇轉速。
8.根據權利要求4或5所述的方法，其特征在于根據并聯支路來確定所述減速器、發 動機系統及空調單元中的每一個對所述風扇轉速的貢獻，所述并聯支路按照積分、求導和 乘法準則對輸入的數據進行處理，再將這些數據進行相加和限定，得到輸出值。
9.根據權利要求3或8所述的方法，其特征在于用所述參考溫度值( 與測得的溫 度值( 之間的差異來評估所述減速器(INT)對風扇轉速的貢獻；所述差異被提供給所述 三個并聯支路，該三個并聯支路包括三個乘法器(Ml，M2, M3)，所述三個乘法器將所述差 異分別與不同常數相乘；第一乘法器(Ml)的輸出值直接提供給加法器(S2)；第二乘法器 (M2)的輸出值提供給積分器(12)，該積分器的第二輸入為減速器所需的制動力矩百分比值 (4)，且該積分器的輸出值提供給加法器(S2)，為加法器的第二輸入；第三乘法器(M3)的輸 出值提供給求導器(D2)，該求導器的輸出提供給加法器(S2)作為其第三輸入；所述加法器 (S2)將接收到的值的總和提供給飽和器，該飽和器的輸出提供了減速器(INT)對風扇轉速 的貢獻。
10.根據權利要求3或8所述的方法，其特征在于，用所述參考溫度值(2)和測得值(3) 的差異來評估所述發動機單元(ENG)對風扇轉速的貢獻；所述差異被提供給所述三個并聯 支路，該三個并聯支路包括三個乘法器(M4，M5, M6)，該三個乘法器將所述差異分別與不 同常數相乘；第一個乘法器(M4)的輸出直接提供給加法器(S3)；第二個乘法器(M5)的輸 出提供給積分器(13)，該積分器的第二輸入為測得的實時風扇轉速值(5)，所述積分器的 輸出提供給加法器(S3)作為加法器的第二輸入；第三個乘法器(M6)的輸出提供給求導器 (D3)，該求導器的輸出提供給加法器(S3)作為加法器的第三輸入；所述加法器(S； )將接收 到的值的總和提供給飽和器，該飽和器的輸出表示所述發動機單元(ENG)對風扇轉速的貢 獻。
11.根據權利要求3或8所述的方法，其特征在于，冷卻回路中的參考氣壓值(6)與測 得的實時氣壓值(7)的差異來評估所述空調單元(CLI)對所述風扇轉速的貢獻；所述差異 被提供給三個并聯支路，該三個并聯支路包括三個乘法器(M7，M8, M9)，該三個乘法器將 所述差異分別與不同常數相乘；第一個乘法器(M7)的輸出直接提供給加法器(S4);第二個 乘法器(M6)的輸出提供給積分器(14)，該積分器的第二個輸入為所述測得的實時風扇轉 速值，積分器的輸出提供給加法器(S4)作為加法器的第二個輸入；第三個乘法器(M9)的輸 出提供給求導器(D4)，該求導器的輸出提供給加法器(S4)作為加法器的第三個輸入；所述 加法器(S4)將接收到的值的總和提供給飽和器，該飽和器的輸出表示所述空調單元(CLI) 對風扇轉速的貢獻。
12.用于控制發動機冷卻回路風扇轉速的設備，其特征在于，包括電子控制單元，該電 子控制單元包括用于進行前面任一權利要求所述的方法的各步驟的裝置，所述設備還包括 用于將所述電子控制單元的輸出數據轉化為控制信號的接口，所述控制信號用于控制冷卻 回路中的風扇與車輛發動機之間的聯接器裝置。
13.計算機程序，包括當該程序在計算機上運行時、適于進行權利要求1至11中任一項 的步驟的程序代碼。
14.記錄著程序的計算機可讀介質，包括當所述程序在計算機上運行時、適于進行權利 要求1至11中的步驟的程序代碼。
全文摘要
一種控制車輛發動機冷卻回路的風扇轉速的方法，其特征在于，包括以下步驟根據發動機冷卻系統中流體的參考溫度值(2)與測得的實時溫度值(3)的差異，及減速器所需制動力矩的百分比值(4)，或風扇實時速度的測量值(5)，評估減速器和發動機單元對風扇轉速的貢獻；將所述減速器和所述發動機系統對所述風扇轉速的貢獻相加，得到所述風扇轉速(如圖1所示)。
文檔編號F01P7/04GK102061976SQ201010547599
公開日2011年5月18日 申請日期2010年11月17日 優先權日2009年11月17日
發明者卡洛·德安布羅西奧, 莫羅·科倫巴諾 申請人:依維柯公司