一种电子风扇的控制方法与流程

1.本发明属于汽车水冷系统技术领域，尤其涉及一种电子风扇的控制方法。


背景技术：

2.目前市面上整车使用的风扇主要有高低档风扇、无级风扇两种。其中高低档风扇的控制方式非常简单，一般是分别为高、低档位设定一个阈值，超过阈值则打开对应档位的风扇，同时设定一个滞回值，当水温下降幅度超过滞回值时，风扇停止工作。无级风扇的控制方法一般也较为容易，是高低档风扇的延伸，即设定为多档风扇进行使用，超过某个阈值，则调为设定好的某个转速。随着汽车油耗、排放要求的提升，这种粗放式的控制方式已经无法满足能量精确管理的需求。
3.现有技术中汽车的精确热管理，一般讲究工况分区，即通过试验等方式，将发动机的工况分为3～5个区域，当发动机工况运行在特定的区域时，对应的零部件以特定的负荷进行工作。此外是多测点分析，即针对发动机各零部件如增压器、egr、进出水口等位置的水温进行分区，针对每个位置每个水温区间，都设定一个对应的限值，实际工作过程中，ecu对各个位置的水温进行采集并对各个冷却需求进行对比，并以冷却需求最大的那个工况控制对应的零部件进行工作。工况分区的策略当中，电子风扇根据发动机的工况变化，实际上只运行在2～5个工作点，当发动机的工况变化范围很大时，只有少数工况点可以运行在理想的状态下，大部分工况都未能得到优化，如此浪费了电子风扇可以进行无级调速的能力。多测点分析策略是以最大限度确保发动机安全运行为目的的，并不能很好的对发动机各个工况点进行优化，而且需求多个水温传感器，成本较高。
4.使用电子风扇、热管理实现精确热管理是可行的，但实际上风扇的功耗远超过电子风扇的效能，如果不对风扇的功耗进行有效抑制，则无法充分发挥精确热管理的全部潜力。


技术实现要素：

5.针对上述技术问题，本技术提供一种电子风扇的控制方法，通过建立控制逻辑，调整控制参数，以提高精确热管理能力。
6.本发明提供了一种电子风扇的控制方法，包括，采集整车工况参数，根据所述整车工况参数获取热量评价参数qr；根据所述热量评价参数qr和/或当前水温tc，获取信号修正量β；根据所述热量评价参数qr，获取过渡时间δ；输出控制信号至所述电子风扇，其中，第n次输出的控制信号p(n)为输出的第n-1次控制信号p(n-1)与信号修正量β之和，即p(n)＝p(n-1) β，且所述信号修正量β在过渡时间δ内调整完成，n为大于1的整数。
7.在一实施方式中，所述整车工况参数包括当前车速v、电子风扇当前功率q、发动机负荷b、发动机转速n、机械水泵流量f、环境温度te、当前水温tc、冷却液比热容c和散热器修正系数s中的至少一项。
8.在一实施方式中，所述根据所述整车工况参数获取热量评价参数qr包括：
9.通过发动机负荷b、发动机转速n获取发动机的发热量q
in
；
10.通过当前车速v、电子风扇当前功率q、机械水泵流量f、环境温度te、当前水温tc、冷却液比热容c和散热器修正系数s获取发动机的散热量q
out
；
11.通过所述散热量q
out
与所述发热量q
in
获取所述热量评价参数qr，其中，qr＝q
out-q
in
。
12.在一实施方式中，所述控制方法还包括：
13.通过热量修正系数φ(qr)对所述热量评价参数qr进行修正，获取所述热量评价参数修正值q
re
，其中q
re
＝q
r-φ(qr)。
14.在一实施方式中，所述根据所述热量评价参数qr和/或当前水温tc，获取信号修正量β包括：
15.在正常工作模式下，将所述当前水温tc与目标水温t
target
进行对比，以获取差值δt，通过标定试验数据获取所述信号修正量β(δt)；和/或
16.在故障模式下，通过所述热量评价参数qr获取温度评价参数tq，通过所述温度评价参数tq获取模型水温t
qr
或当前水温tc后，将所述模型水温t
qr
或所述当前水温tc与目标水温t
target
进行对比，获取差值δt,通过标定试验数据获取所述信号修正量β(δt)。
17.在一实施方式中，在所述故障模式下，所述温度评价参数tq通过对所述热量评价参数qr进行积分获取。
18.在一实施方式中，在所述故障模式下，所述模型水温t
qr
通过标定试验数据对温度评价参数tq进行转换获取。
19.在一实施方式中，在所述故障模式下，所述当前水温tc通过标定试验数据，根据所述温度评价参数tq直接获取。
20.在一实施方式中，所述根据所述热量评价参数qr和/或当前水温tc，获取信号修正量β，还包括：
21.在故障模式下，通过所述热量评价参数qr获取温度评价参数tq，通过标定试验数据对所述温度评价参数tq进行风险区域划分，并设定限值t
q_ulimit
；
22.若所述温度评价参数tq未超过所述限值t
q_ulimit
，则对距离当前时刻t
re
内的热量评价参数qr进行求和，以获取第一温差预测参数
△
f1＝σqr；
23.通过标定试验数据，根据所述第一温差预测参数
△
f1获取所述修正量β(δf1)。
24.在一实施方式中，所述控制方法包括，在所述故障模式下，若所述温度评价参数tq超过所述限值t
q_ulimit
，则控制所述电子风扇全功率运转。
25.在一实施方式中，所述根据所述热量评价参数qr，获取过渡时间δ包括：
26.对距离当前时刻t
rp
内的所述热量评价参数qr进行求和获取第一热量评价参数求和值q
r1
；
27.以当前工况参数为基础，对未来时间段t
rp
内的所述热量评价参数qr进行求和获取第二热量评价参数求和值q
r2
；
28.根据所述第一热量评价参数求和值q
r1
、所述第二热量评价参数求和值q
r2
获取第二温差预测参数
△
f2＝q
r1
q
r2
；
29.通过标定试验数据，根据所述第二温差预测参数
△
f2获取所述过渡时间δ(
△
f2)。
30.在一实施方式中，在所述根据所述热量评价参数qr和/或当前水温tc，获取信号修
正量β的步骤之前，包括：
31.整车上电后，判断水温传感器是否异常；
32.若所述水温传感器异常，则控制所述电子风扇进入故障模式；
33.若所述水温传感器正常，则判断发动机转速是否为零；
34.若所述发动机转速为零，则控制所述电子风扇不工作；
35.若所述发动机转速不为零，则判断当前水温tc是否低于暖机阈值t
wu
；
36.若所述当前水温tc低于暖机阈值t
wu
，则判定所述发动机为冷启动，且进入暖机模式，并控制所述电子风扇不工作；
37.若所述当前水温tc不低于暖机阈值t
wu
，则判定所述发动机不为冷启动，并判断当前水温tc是否超限；
38.若所述当前水温tc高于超限阈值t
ov
，则控制所述电子风扇全功率进行工作；
39.若所述当前水温tc处于所述暖机阈值t
wu
、所述超限阈值t
ov
之间时，在控制所述电子风扇进入所述正常工作模式。
40.本发明提供的一种电子风扇的控制方法，可以实现在发动机各个工况下对电子风扇的风量调节，有效减少机械功耗，并完成对水温的精确控制；此外对水温的评估及预测方式能完全脱离对水温传感器的依赖，在水温传感器异常时，仍可对电子风扇进行有效调控。
附图说明
41.图1是本发明实施例一提供的控制方法的流程示意图；
42.图2是本发明实施例二提供的正常工作模式下控制方法的流程示意图；
43.图3是本发明实施例三提供的故障模式下控制方法的流程示意图；
44.图4是本发明实施例四提供的控制方法的具体流程示意图。
具体实施方式
45.以下结合说明书附图及具体实施例对本发明技术方案做进一步的详细阐述。除非另有定义，本发明所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
46.图1是本发明实施例一提供的控制方法的流程示意图。如图1所示，本发明的控制方法可以包括如下步骤：
47.步骤s101：采集整车工况参数，根据所述整车工况参数获取热量评价参数qr；
48.步骤s102：根据所述热量评价参数qr和/或当前水温tc，获取信号修正量β；
49.步骤s103：根据所述热量评价参数qr，获取过渡时间δ；
50.步骤s104：输出控制信号至所述电子风扇，其中，第n次输出的控制信号p(n)为输出的第n-1次控制信号p(n-1)与信号修正量β之和，即p(n)＝p(n-1) β，且所述信号修正量β在过渡时间δ内调整完成，n为大于1的整数。
51.在步骤s101中，整车工况参数包括当前车速v、电子风扇当前功率q、发动机负荷b、发动机转速n、机械水泵流量f、环境温度te、当前水温tc、冷却液比热容c和散热器修正系数s
中的至少一项。
52.更进一步，发动机工作时，当前车速v即迎风量、风扇功率q，与水泵当前的流量f可以组成散热项，发动机的负荷b与转速n，决定了发热项，散热量大于发热量时，冷却液水温下降，反之亦然，故散热项与发热项之间的差值，实际上表征着冷却液温度的变化情况。可以将这些参数整合在一起，并对每一个时间点的热量情况进行评价。
53.在一实施方式中，根据所述整车工况参数获取热量评价参数qr包括：
54.通过发动机负荷b、发动机转速n获取发动机的发热量q
in
；
55.通过当前车速v、电子风扇当前功率q、机械水泵流量f、环境温度te、当前水温tc、冷却液比热容c和散热器修正系数s获取发动机的散热量q
out
，其中，冷却液的比热容c和散热器修正系数s为经验值；
56.通过所述散热量q
out
与所述发热量q
in
获取所述热量评价参数qr，其中，qr＝q
out-q
in
。
57.值得一提的是，在不同的发动机、不同的整车上时，由于各个参数设定有所不同，会导致qr的变动范围甚至数量级有较大的差异，为了较直观的区别温度的上升、下降趋势，可以通过热量修正系数φ(qr)对qr进行修正，其中，热量修正系数φ(qr)为预设值。电子风扇工作初始时的φ(qr)值可基于大量的标定试验数据进行设定，此后每隔一段时间，如3000s，可以对qr求平均值对φ(qr)进行优化，并输出新的φ(qr)值。经过修正的热量评价参数q
re
＝q
r-φ(qr)，小于零时表示发热量大于散热量，大于零时表示散热量大于发热量。
58.步骤s102、步骤s103，获取变化量β及过渡时间δ的具体方法结合图2、图3，在下文进行阐述。
59.在步骤s104中，ecu输出控制信号至电子风扇，主要控制电子风扇的风量，控制信号大小与电子风扇风量大小呈正比，控制信号持续时间与电子风扇风量的持续时间也呈正比关系。发动机启动时，ecu输出初始控制信号p(1)至电子风扇，该初始控制信号p(1)为预设值或与初始水温对应的值，其中，预设值可以系统预设，也可人为设置；与初始水温对应的值通过标定试验数据获取。另外，设置控制信号输出的间隔时间，该间隔时间为预设值，可以系统预设，也可人为设置，可以是固定间隔时间，也可设置多个不同的间隔时间，比如，设置固定时间10s，由输出初始控制信号p(1)到输出第二个控制信号p(2)及输出第二个控制信号p(2)到输出第三个控制信号p(3)至电子风扇的时间间隔均为10s；设置输出初始控制信号p(1)到输出第二个控制信号p(2)至电子风扇的时间间隔为10s，输出第二个控制信号p(2)到输出第三个控制信号p(3)至电子风扇的时间间隔为15s。其中，第n次输出的控制信号p(n)为输出的第n-1次控制信号p(n-1)与信号修正量β之和，即p(n)＝p(n-1) β，n为大于1的整数。
60.值得一提的是，控制信号的改变需考虑电机的惯性，避免风量过快的变化导致水温出现较大的波动，信号修正量β需在过渡时间δ内调整完成。除了第1次输出的控制信号p(1)外，后续每次输出的控制信号不是在一个时刻全额输出，而是在过渡时间δ内逐步输出完成的，比如，第n次输出的控制信号p(n)在第n-1次输出的控制信号p(n-1)基础上增加了信号修正量β，第n次输出的控制信号p(n)在在第n-1次输出的控制信号p(n-1)基础上每次只调整β/δ，经过过渡时间δ逐步调整完成信号修正量β。
61.其中，控制信号输出的间隔时间不小于过渡时间δ，控制信号输出的间隔时间可以
包含过渡时间δ，也可不包含过渡时间δ。比如，输出第二个控制信号p(2)到输出第三个控制信号p(3)至电子风扇的时间间隔为10s，这10s间隔时间可以包含第二个控制信号p(2)的过渡时间δ，即从第二个控制信号p(2)开始调整时获取时间间隔；这10s间隔时间也可不包含第二个控制信号p(2)的过渡时间δ，即从第二个控制信号p(2)调整完成时开始获取时间间隔。
62.图2是本发明实施例二提供的正常工作模式下控制方法的流程示意图。如图2所示，正常工作模式下的控制方法包括如下步骤：
63.步骤s201：获取热量评价参数qr；
64.同步骤s101，此处不再赘述。
65.步骤s202：获取当前水温tc与目标水温t
target
的差值δt，设定信号修正量β(δt)；
66.具体地，ecu实际输出的控制信号，应存在有闭环反馈，以便于根据实际情况的变化对风量进行调节。其中调节的过程需要注意两点，一是水温的上升与下降的趋势，二是风量变化与水温变化之间的响应速度，该步骤完成的是对水温变化趋势的风量调节。发动机通过大量标定试验数据的积累，可以在ecu中预设目标水温t
target
值，其与发动机的负荷、转速有关，发动机运行在各个工况时，电子风扇需尽量使水温达到该目标值。ecu通过采集的水温信号所对应的当前水温tc与目标水温t
target
进行对比，并获取差值δt，通过标定试验数据，依据差值δt获取所述信号修正量β(δt)。
67.步骤s203：获取第二温差预测参数
△
f2，设定过渡时间δ(
△
f2)。
68.同步骤s303，结合图3在下文进行阐述。
69.图3是本发明实施例三提供的故障模式下控制方法的流程示意图。如图3所示，故障模式下的控制方法包括如下步骤：
70.步骤s301：获取温度评价参数tq；
71.在一实施方式中，从发动机启动后，对热量评价参数qr进行积分，得到温度评价参数tq＝∫qrdt。其中，热量评价参数qr通过步骤s101获取。积分的时间段同步骤s104中设置的输出两个控制信号之间的间隔时间。
72.值得一提的是，若整车一上电即进入故障模式，则在故障模式下，当前水温tc的初始值等于所述环境温度te，后续当前水温tc采用步骤s302中获得的当前水温tc进行迭代；
73.若在整车上电后由正常工作模式转换到故障模式，则在故障模式下，当前水温tc的初始值等于所述正常工作模式下记录的最后一次所述当前水温tc，后续当前水温tc采用步骤s302中获得的当前水温tc进行迭代。
74.步骤s302：获取模型水温t
qr
或当前水温tc与目标水温t
target
的差值δt和/或第一温差预测参数
△
f1，设定信号修正量β(δt)和/或β(
△
f1)；
75.在一实施方式中，在水温传感器异常时，包括水温传感器故障或整机取消水温传感器，则无法获取当前水温tc，也无法评估当前的过热风险。此时可以通过大量的标定试验数据，建立热量评价参数qr与实际水温的关系，通过热量评价参数qr获取模型水温t
qr
，以模型水温t
qr
替代实际水温进行修正，具体方法包括以下几种：
76.方法一，直接使用模型水温t
qr
代替实际水温。基于热量与温度之间的关系，温度评价参数tq的变化趋势与实际的水温变化趋势大体一致。通过标定试验数据，根据温度评价参数tq获取模型水温t
qr
，将模型水温t
qr
与目标水温t
target
进行对比，并获取差值δt，通过标
定试验数据，依据差值δt获取所述信号修正量β(δt)；
77.方法二，通过试验标定温度评价参数tq与实际水温之间的关系。如此通过温度评价参数tq直接估算当前水温值tc，再与目标水温t
target
进行对比，并获取差值δt，通过标定试验数据，依据差值δt获取所述信号修正量β(δt)；
78.方法三，温差预测。该方法可以在规避发动机过热的同时，对电子风扇进行相对准确的控制。通过标定试验数据对温度评价参数tq进行风险区域划分，将水温区间划分为高、低风险区域。如试验时实测水温分别为80℃、100℃、110℃时，获取温度评价参数tq，划分tq值的风险区域，并以110℃时的值作为限值t
q_ulimit
。如前所述，温度评价参数tq＝∫q
re
dt的变化趋势与水温变化趋势一致，则对tq求微分，可以得到温度变化的加速度，如对一个区间内的加速度进行求和，就可以评估该区间的温度变化趋势，所以如温度评价参数tq未超限，则可继续对电子风扇工况进行优化，ecu对最近时间段t
re
内的热量评价参数qr进行求和，得到第一温差预测参数
△
f1＝σqr，通过标定试验数据，根据第一温差预测参数
△
f1获取修正量β(δf1)。由于实际水温变化略有迟滞，该获取可以预测5～10s后的水温变化。其中，超限阈值t
q_ulimit
为预设值。
79.值得一提的是，在发动机工作过程中，对获取到的温度评价参数tq进行判断，如温度评价参数tq已经超过超限阈值t
q_ulimit
，则水温较高，ecu控制电子风扇全功率运转。
80.步骤s303：获取第二温差预测参数
△
f2，设定过渡时间δ(
△
f2)。
81.在一实施方式中，在步骤s302中提到的第一温差预测参数
△
f1的基础上，可以得知未来5～10s内的水温变化，但在水温逐渐接近目标值的过程中，控制信号的改变需要考虑电机的惯性，避免风量过快的变化导致水温出现较大的波动。ecu假设未来一段时间t
rp
，如5～10s，整车工况不发生变化，并对最近时间段t
rp
内以及未来时间段t
rp
内的热量评价参数qr分别求和，得到第一热量评价参数求和值q
r1
和第一热量评价参数求和值q
r2
，获取第二温差预测参数
△
f2＝q
r1
q
r2
。通过标定试验数据，依据第二温差预测参数
△
f2获得过渡时间δ(
△
f2)。
82.值得一提的是，通过第一温差预测参数
△
f1、第二温差预测参数
△
f2，可以估算未来10s～20s后的水温，并与目标温度t
target
进行对比，有如下几种情况：
83.a.当前水温tc低于目标水温t
target
，当前水温tc呈上升趋势，未来t
rp
内不会超过目标水温t
target
，则控制信号使风量调大时给定较长的过渡时间，使风量调小时给定较短的过渡时间，反之亦然；
84.b.当前水温tc低于目标水温t
target
，当前水温tc呈下降趋势，则控制信号使风量调大时给定较长的过渡时间，使风量调小时给定较短的过渡时间；
85.c.当前水温tc高于目标水温t
target
，当前水温tc呈上升趋势，则控制信号使风量调大时给定较短的过渡时间，使风量调小时给定较长的过渡时间；
86.d.当前水温tc高于目标水温t
target
，当前水温tc呈下降趋势，未来t
rp
内即将低于目标水温t
target
，则控制信号使风量调大时给定较长的过渡时间，使风量调小时给定较短的过渡时间，反之亦然。
87.其中，热量评价参数qr也可用热量评价参数修正值q
re
替代。
88.图4是本发明实施例四提供的控制方法的具体流程示意图。如图4所示，本发明的控制方法可以包括如下步骤：
89.步骤s401：判断水温传感器是否异常；
90.具体地，水温传感器异常包括水温传感器故障、整机取消水温传感器中的任一项。可以在发动机的出水口和/或入水口和/或其他水流位置安装水温传感器，并由ecu采集发动机水温信号。具体地，整机每次上电时，ecu开始对水温信号进行采集，并根据水温信号对应的数值是否正常来判断水温传感器是否异常。
91.若水温传感器异常，则控制电子风扇进入故障模式。
92.具体地，若水温传感器出现最大故障、最小故障、信号不合理故障中的任意一种故障或整机取消水温传感器，ecu无法通过水温传感器对水温情况进行判断，则控制电子风扇进入故障模式。
93.若温度传感器无异常，则进入步骤s402：判断发动机转速是否为零；
94.具体地，ecu采集发动机转速信号，并根据发动机转速信号对应的数值来判断发动机转速是否为零。
95.若发动机转速为零，则电子风扇不工作；
96.若所述发动机转速不为零，则进入步骤s403：判断当前水温tc是否低于暖机阈值t
wu
；
97.若所述当前水温tc低于暖机阈值t
wu
，则判定所述发动机为冷启动，且进入暖机模式，并控制所述电子风扇不工作；
98.若所述当前水温tc不低于暖机阈值t
wu
，则判定所述发动机不为冷启动，并进入步骤s404：判断当前水温tc是否超限；
99.若当前水温tc高于超限阈值t
ov
，则发动机有过热风险，ecu控制电子风扇全功率进行工作；
100.若当前水温tc处于暖机阈值t
wu
、超限阈值t
ov
两个阈值之间，则ecu控制电子风扇进入正常工作模式。
101.其中，暖机阈值t
wu
、超限阈值t
ov
均为预设值。
102.值得一提的是，上述执行步骤及其先后顺序也可根据实际情况进行调整。比如，步骤s403也可先于步骤s402执行，即在步骤s401中判断水温传感器无异常时，则进入步骤s403：判断当前水温tc是否低于暖机阈值t
wu
；在步骤s403中判断当前水温tc不低于暖机阈值t
wu
时，则进入步骤s402：判断发动机转速是否为零；在步骤s402中判断发动机转速不为零时，则进入步骤s404：判断当前水温tc是否超限。
103.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
104.在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，除了包含所列的那些要素，而且还可包含没有明确列出的其他要素。
105.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。