一种混合动力挖掘机的智能热管理动态调控系统及方法与流程

本发明涉及一种混合动力挖掘机的智能热管理动态调控系统及方法，属于挖掘机散热控制。

背景技术：

1、挖掘机作为工况复杂、长期处于高负载的工程机械，其动力系统、液压系统中核心零部件在工作中会产生大量的热量，若散热不及时，将导致部件温度过高，引发功率衰减、润滑失效、密封件老化甚至核心零部件损坏等问题，严重影响挖掘机可靠性和使用寿命。

2、当前挖掘机散热系统所用方案主要分为传统机械式传动风扇、低压电子风扇和高压电子风扇三大类，然而各类技术缺陷较明显，具体表现为：传统机械式传动风扇，其核心为将风扇通过机械结构与发动机输出轴或液压马达转轴连接，其中，与发动机直连的风扇无法根据散热需求动态调节转速，无效能耗占比较高；而液压马达驱动风扇虽然可以动态调速，但其无法精准调速，无法分区独立控制，且响应慢，此外由于液压传动损失较大导致整机能耗较高。低压电子风扇采用低压供电，配备简单温控模块，可根据单一温度参数触发风扇启停或固定档位调速，但受限于供电电压，风扇功率低，在高温、重载作业工况下散热能力不足，无法满足挖掘机多芯体协同散热需求，且同样缺乏分区控制逻辑，散热效率低导致能耗浪费。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种混合动力挖掘机的智能热管理动态调控系统及方法，实现各散热回路的独立精准控制，解决了传统统一控制导致的散热不匹配问题，大幅提升散热系统的整体效率。

2、为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：

3、一方面，本发明提供一种混合动力挖掘机的智能热管理动态调控系统，包括整车控制器以及与整车控制器电连接的发动机控制器、环境参数采集模块和散热单元，所述散热单元包括液压油散热单元、中冷散热单元和水冷散热单元；

4、所述发动机控制器与发动机电连接，其用于获取发动机运行数据并传输至整车控制器；所述环境参数采集模块用于获取环境参数并传输至整车控制器，所述整车控制器能够根据发动机运行数据和环境参数控制各个散热单元以实现热管理动态调控。

5、进一步的，所述发动机运行数据包括发动机负载率pe、发动机转速ne和发动机作业时长te；

6、所述环境参数采集模块包括环境温度传感器和海拔高度传感器，所述环境温度传感器用于采集环境温度ta，所述海拔高度传感器用于采集挖掘机海拔高度h。

7、进一步的，所述液压油散热单元包括均与整车控制器电连接的液压油散热器、高压电子风扇f1、高压电子风扇f2、高压电子风扇f3、油散进口温度传感器和油散出口温度传感器；

8、所述中冷散热单元包括均与整车控制器电连接的中冷散热器、高压电子风扇f4、高压电子风扇f5、中冷进口温度传感器和中冷出口温度传感器；

9、所述水冷散热单元包括均与整车控制器电连接的冷却液散热器、高压电子风扇f6、水散进口温度传感器和水散出口温度传感器。

10、另一方面，本发明还提供一种混合动力挖掘机的智能热管理动态调控方法，通过如上述任一项所述的混合动力挖掘机的智能热管理动态调控系统实现，其包括：

11、实时获取各个散热单元的散热需求等级、发动机运行数据和环境参数；

12、根据各个散热单元的散热需求等级设置对应散热单元内部高压电子风扇的基础转速；

13、根据发动机运行数据和环境参数对各散热单元内部高压电子风扇的基础转速进行修正得到各散热单元内部高压电子风扇的目标转速；

14、对各散热单元内部高压电子风扇的目标转速进行补偿得到对应实际转速。

15、进一步的，所述散热单元的散热需求等级的获取方法包括：

16、获取该散热单元对应散热器的介质入口温度t入和介质出口温度t出；

17、根据介质入口温度t入和介质出口温度t出计算进出介质温度差值δt介质；

18、将介质入口温度t入、进出介质温度差值δt介质与该散热单元的温度阈值、温差阈值进行比较，若t入≥tth4或δt介质≥δtth4，则判定散热需求等级为5级；

19、若tth3≤t入＜tth4或δtth3≤δt介质＜δtth4，则判定散热需求等级为4级；

20、若tth2≤t入＜tth3或δtth2≤δt介质＜δtth3，则判定散热需求等级为3级；

21、若tth1≤t入＜tth2或δtth1≤δt介质＜δtth2，则判定散热需求等级为2级；

22、若t入＜tth1或δt介质＜δtth1，则判定散热需求等级为1级；

23、其中，tth1＜tth2＜tth3＜tth4，δtth1＜δtth2＜δtth3＜δtth4。

24、进一步的，当散热单元为液压油散热单元时，所述tth1的取值范围为55~60℃，所述tth2的取值范围为65~70℃，所述tth3的取值范围为75~80℃，所述tth4的取值范围为85~90℃；

25、所述δtth1的取值范围为3~5℃，所述δtth2的取值范围为7~9℃，所述δtth3的取值范围为11~13℃，所述δtth4的取值范围为15~17℃；

26、当散热单元为中冷散热单元时，所述tth1的取值范围为150~155℃，所述tth2的取值范围为165~170℃，所述tth3的取值范围为180~185℃，所述tth4的取值范围为195~200℃；

27、所述δtth1的取值范围为4~6℃，所述δtth2的取值范围为9~11℃，所述δtth3的取值范围为14~16℃，所述δtth4的取值范围为19~21℃；

28、当散热单元为水冷散热单元时，所述tth1的取值范围为70~75℃，所述tth2的取值范围为80~85℃，所述tth3的取值范围为90~95℃，所述tth4的取值范围为100~105℃；

29、所述δtth1的取值范围为4~6℃，所述δtth2的取值范围为9~11℃，所述δtth3的取值范围为14~16℃，所述δtth4的取值范围为19~21℃。

30、进一步的，所述根据各个散热单元的散热需求等级设置对应散热单元内部高压电子风扇的基础转速，包括：

31、对于液压油散热单元：

32、当油散散热需求为1级时，休眠2个高压电子风扇，运行1个高压电子风扇且基础转速设为nbase1；

33、当油散散热需求为2级时，休眠1个高压电子风扇，运行2个高压电子风扇且基础转速设为nbase2；

34、当油散散热需求为3级时，运行3个高压电子风扇且基础转速设为nbase3；

35、当油散散热需求为4级时，运行3个高压电子风扇且基础转速设为nbase4；

36、当油散散热需求为5级时，运行3个高压电子风扇且基础转速设为nbase5；

37、对于中冷散热单元：

38、当油散散热需求为1级时，休眠1个高压电子风扇，运行1个高压电子风扇且基础转速设为nbase1；

39、当油散散热需求为2级时，运行2个高压电子风扇且基础转速设为nbase2；

40、当油散散热需求为3级时，运行2个高压电子风扇且基础转速设为nbase3；

41、当油散散热需求为4级时，运行2个高压电子风扇且基础转速设为nbase4；

42、当油散散热需求为5级时，运行2个高压电子风扇且基础转速设为nbase5；

43、对于水冷散热单元：

44、当油散散热需求为1级时，运行1个高压电子风扇且基础转速设为nbase1；

45、当油散散热需求为2级时，运行1个高压电子风扇且基础转速设为nbase2；

46、当油散散热需求为3级时，运行1个高压电子风扇且基础转速设为nbase3；

47、当油散散热需求为4级时，运行1个高压电子风扇且基础转速设为nbase4；

48、当油散散热需求为5级时，运行1个高压电子风扇且基础转速设为nbase5；

49、其中，nbase1＜nbase2＜nbase3＜nbase4＜nbase5。

50、进一步的，所述nbase1的取值范围为800~1200rpm，所述nbase2的取值范围为1200~1600rpm，所述nbase3的取值范围为1600~2000rpm，所述nbase4的取值范围为2000~2500rpm，所述nbase5的取值范围为2500~3000rpm。

51、进一步的，所述根据发动机运行数据和环境参数对各散热单元内部高压电子风扇的基础转速进行修正得到各散热单元内部高压电子风扇的目标转速，包括：

52、预设基础多维度动态调控因子kbase；

53、当发动机负载率超过发动机负载率阈值时，设置发动机负载量因子kload=kbase+δ1，否则kload=kbase，所述发动机负载量阈值为75~85%；

54、当环境温度超过环境温度阈值时，设置环境温度因子kenv=kbase+δ2，否则kenv=kbase，所述环境温度阈值为40~45℃；

55、当海拔高度超过海拔高度阈值时，设置海拔高度因子kalt= kbase+δ3，否则kalt=kbase，所述海拔高度阈值为2000~2500m；

56、当发动机作业时长超过发动机作业阈值时，设置发动机作业时长因子ktime= kbase+δ4，否则ktime= kbase，所述发动机作业阈值为15~30min；

57、根据发动机负载量因子、环境温度因子、海拔高度因子和发动机作业时长因子计算得到总调控因子ktotal，其表达式为：

58、ktotal=kload×kenv×kalt×ktime；

59、利用总调控因子对对应散热单元内部高压电子风扇的基础转速nbase进行修正得到目标转速ntarget，其表达式为：

60、ntarget=nbase×ktotal；

61、其中，kbase的取值范围为0.9~1.1，δ1、δ2、δ3和δ4的取值范围均为0.08~0.1。

62、进一步的，所述补偿分为基于散热器进出口温差的反馈补偿、基于发动机转速的反馈补偿和基于发动机负载率的前馈预判补偿；

63、所述基于散热器进出口温差的反馈补偿包括：

64、实时获取各散热单元的进出介质温度差值δt介质；

65、若进出介质温度差值δt介质＞δtupper，则将对应散热单元内高压电子风扇的目标转速按α1增大；若进出介质温度差值δt介质＜δtlower，则将对应散热单元内高压电子风扇的目标转速按α2减小；

66、所述基于发动机转速的反馈补偿包括：

67、实时获取发动机转速ne；

68、若发动机转速ne＞nehigh，则将各散热单元内高压电子风扇的目标转速按β1增大；若发动机转速ne＜nelow，则将各散热单元内高压电子风扇的目标转速按β2减小；

69、所述基于发动机负载率的前馈预判补偿包括：

70、实时获取发动机负载率pe；

71、若发动机负载率pe发生阶跃式突增，则将各散热单元内高压电子风扇的目标转速按γ增大；

72、其中，所述δtupper的取值范围为16~20℃，所述δtlower的取值范围为2~4℃，所述nehigh的取值范围为1400~1450rpm，所述nelow的取值范围为1200~1250rpm，所述阶跃式突增的确定方法为在3~5s内发动机负载率pe的变化率为20~30%，

73、所述α1、α2、β1、β2和γ的取值范围均为0.05~0.1。

74、与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：

75、本发明针对油散、水散、中冷三块独立散热器，设置六个分区受控风扇，分区散热需求等级评价体系，实现各散热回路的独立精准控制，解决了传统统一控制导致的散热不匹配问题；通过分区温度采集、分区转速设定、分区补偿调节，避免局部过热或散热过度，大幅提升散热系统的整体效率；

76、本发明引入动态调控因子k，根据发动机负载率pe、发动机工作时长te、环境温度ta、海拔高度h等多维度参数，对因子k进行修正，保证了极端环境、工况下的散热余量，实现了各分区风扇按需分配与节能，克服了散热延迟问题，通过提前提升风扇转速，实现主动防御；

77、本发明可以根据不同型号挖掘机、不同作业场景，个性化标定各分区控制参数，且支持多风扇模块化布局，通用性强，便于推广应用。