一种多组电子风扇配合散热的控制方法及挖掘机与流程

1.本发明属于工程机械控制技术领域，更具体地，涉及一种配合散热的多组电子风扇控制方法及挖掘机。


背景技术：

2.工程机械很多时候会在高温环境下工作，而且工况复杂时，可能会导致进气温度、冷却水温和液压油温以快速爬坡的形式上升，如果车辆的散热能力不足或未被合理利用，会降低能量利用率，影响工作效率。
3.当前工程机械产品采用的散热方式主要有发动机和风机轴连的方式和独立液压泵驱动液压马达带动风机转动的方式。不管是发动机直驱还是液压泵驱动的方式，都是由一个大尺寸风机同时给中冷、水和液压油散热，风机功率固定或功率存在浪费。前一种散热方式因为转速完全依靠发动机转速，会浪费能量的浪费，后一种散热方式会伴随较大噪声，液压驱动也会造成部分能量损失。
4.所以，结合现有散热方式，电子风扇作为一种散热方式能够很大限度的降低上述缺点。安装电子风扇作为散热装置的挖掘机一般会考虑进气温度、冷却水温和液压油温的散热，但这三者之间的最佳散热区间却不一样，如果想要精准化的控制三者的温度值都保持在最佳的范围内，就需要对进气温度、冷却水温和液压油问分开控制，即三者的散热器由三组不同的电子风扇控制。由于三组电子风扇通常不会同时开启或关闭，若未考虑多组电子风扇配合散热的情况，这样的控制方式会使散热器风洞扩大，影响其散热性能和阻力性能。
5.上述方式的换热效率用η表示，即，散热器实际换热量与相同条件下最大可能的换热量之比，公式如下：
6.η＝q/q
max
ꢀꢀ
(1)
7.其中，q表示实际换热量(单位:kw),q
max
表示最大可能换热量(单位:kw)。
8.实际换热量按照下面公式计算：
9.q＝mh*cph*(t
hin-t
hout
)＝mc*cpc*(t
cin-t
cout
)
ꢀꢀ
(2)
10.最大可能换热量按照下面公式计算：
11.q
max
＝min(mh*cph，mc*cpc)*(t
hin-t
cin
)
ꢀꢀ
(3)
12.在公式(2)和公式(3)中，mh表示热侧介质质量流量(单位:kg/s),mc表示冷侧介质质量流量(单位:kg/s),cph表示热侧介质定压比热容(单位:kj/(kg*k)),cpc表示冷侧介质定压比热容(单位:kj/(kg*k)),t
hin
表示热侧介质流入温度(单位:℃),t
hout
表示热侧介质流出温度(单位:℃),t
cin
表示冷侧介质流入温度(单位:℃),t
cout
表示冷侧介质流出温度(单位:℃)。
13.因此，当工程机械产品采用电子风扇方式进行散热时，没有考虑多组电子风扇配合散热的问题，也会造成部分功率浪费，散热性能下降。


技术实现要素：

14.本发明的目的是针对以上不足，提供一种配合散热的多组电子风扇控制方法，以及使用该方法进行散热的挖掘机，该方法采用多组电子风扇配合散热的控制方式，当多组电子风扇需要独立控制时，优化多组电子风扇启停和转速的控制策略使其配合散热，提高换热效率。
15.为实现上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：
16.一种多组电子风扇配合散热的控制方法，包括以下步骤：
17.在工程机械的各散热位置分别设置对应的电子风扇组，通过温度传感器采集各散热位置的实际温度；
18.主控制器接收温度传感器的信号以及各电子风扇组的反馈信号，输出其对应组的电子风扇的驱动信号值；
19.电子风扇的控制端口接收驱动信号并输出电子风扇的转速；
20.在起始运行阶段，当某一组的电子风扇的转速状态已经从停转状态变为运转状态，则其他组的电子风扇需要解除停转状态，输出以最低设置转速为下限的实际转速；
21.在持续运行阶段，当任意一组的电子风扇转速已经最大但仍无法有效降温时，则需要其他组电子风扇提高转速配合散热。
22.优选的，所述驱动信号值服从以下公式：
[0023][0024]
式中：s为电子风扇的驱动信号实际输出值，t为散热位置的实际温度值，t
min
为散热位置的目标温度设置最小值，t
max
为散热位置的目标温度设置最大值，s
min
为驱动信号输出最小值，s
max
为驱动信号输出最大值。
[0025]
优选的，所述散热位置一般包括中冷器、冷却水和液压油，根据工程机械实际操作和运行的不同，也可以选取其他散热位置设置电子风扇组。
[0026]
优选的，所述电子风扇的驱动信号端口为pwm，所述驱动信号值为pwm值。根据电子风扇型号的不同，也可以设置其他类型的端口，接收其他类型的驱动信号。
[0027]
优选的，所述电子风扇组中设置多个电子风扇，每个电子风扇组中的电子风扇的转速都是一致的。
[0028]
优选的，各电子风扇组中的电子风扇为平铺式排列，能够最大限度减小风洞。
[0029]
优选的，在各运行阶段均需由电子风扇输出反馈信号，以确认电子风扇的运行状态和转速信息。如，当输出的反馈信号为false时说明运行状态正常，反之，说明电子风扇无法正常运行。
[0030]
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
[0031]
本发明在现有电子风扇控制策略的基础上，考虑各组电子风扇运行初期启动时间不一致会导致换热性能下降和后期部分电子风扇转速已最大但仍无法有效降温的情况，协调各组电子风扇配合散热，一定程度上缓解了针对轴连式或液压泵独立驱动散热的方式存在摩擦损失、溢流损失、机械损失等能量浪费问题，并将散热功率进行了优化，使用多组电子风扇时，考虑配合散热问题，能够提高换热效率。
附图说明
[0032]
图1为实施例1所述的多组电子风扇配合散热的控制流程图；
[0033]
图2为实施例1所述的多组电子风扇配合散热的运行逻辑图；
[0034]
图3为实施例1所述的pwm值和转速值的对应关系图；
[0035]
图4为实施例1所述的多组电子风扇配合散热的控制电路图。
具体实施方式
[0036]
下面将结合附图和具体实施例更详细地描述本发明的优选实施方式。
[0037]
实施例1
[0038]
本实施例提供一种多组电子风扇配合散热的控制方法，在中冷器、冷却水和液压油分别设置电子风扇组，记为a组、b组和c组，其控制流程如图1所示，具体实施方式如下：
[0039]
s0：通过中冷器温度传感器、冷却水温传感器和液压油温传感器采集各散热位置的温度并传递信号给控制器，控制器接收温度传感器信号经数据转换得到中冷温度、冷却水温和液压油温。
[0040]
s1：主控制器mcu将上述各处的温度数据以及电子风扇组的fo反馈信号进行数据处理，输出其对应组的电子风扇的驱动信号pwm值，温度与pwm值的转换如公式(5)所示：
[0041][0042]
式中，pwm为pwm实际输出值，t为对应散热位置的实际温度，t
min
为对应散热位置的目标温度设置最小值，t
max
为对应散热位置的目标温度设置最大值，pwm
min
为pwm输出最小值，pwm
max
为pwm输出最大值；其中，pwm输出的最小值和最大值根据整机散热需要的电子风扇最小转速和最大转速决定。
[0043]
s2：电子风扇的pwm端口接收驱动信号，并转化为电子风扇的转速，所述pwm值与电子风扇的转速的对应关系如图3所示。图中，speed output是以百分比形式输出，max speed代表需要电子风扇达到的最大转速，用100％表示(该值不能超过该电子风扇能够达到的最大转速理论值)，min speed代表需要电子风扇达到的最小转速，用x％表示(该值不能低于该电子风扇能够达到的最小转速理论值)，stop speed代表电子风扇停转时的转速，用0％表示。这里最大转速、最小转速和停止转速由控制工程师根据整机散热需要标定，并不唯一。
[0044]
s3：如附图2所示，demo1和demo2分别表示为多组电子风扇运行处于起始运行阶段和持续运行阶段的三组pwm驱动信号的分配逻辑，该逻辑与s1共同作用，输出对应组电子风扇的驱动信号；
[0045]
当多组电子风扇运行处于配合散热的起始运行阶段，根据电子风扇输出的反馈信号，确认a、b、c三组电子风扇均正常运转，若其中任意一组电子风扇的转速状态已经从停转状态变为运转状态，那么其余两组电子风扇就需要解除停转状态，输出以最低设置转速为下限的实际转速，其运行逻辑参考附图2中的demo1；
[0046]
当多组电子风扇运行处于配合散热的持续运行阶段，根据电子风扇输出的反馈信号，确认a、b、c三组电子风扇均正常运转，a、b、c三组电子风扇均正常运转，其中任意一组电
子风扇转速已经达到最大，但该组温度仍持续升高，那么其余两组电子风扇均需要输出最大转速，其运行逻辑参考附图2中的demo2。
[0047]
图2中，pwma表示a组电子风扇的实际pwm输出，pwmb表示b组电子风扇的实际pwm输出，pwmc表示c组电子风扇的实际pwm输出，pwm
min
表示电子风扇的最小pwm输出，pwm
max
表示电子风扇的最大pwm输出，ta表示获取到的中冷器温度传感器的实际温度，tb表示获取到的冷却水温传感器的实际温度，tc表示获取到的液压油温度传感器的实际温度，t
max_a
表示设置a组电子风扇转速最大时对应的中冷器温度传感器的温度，t
max_b
表示设置b组电子风扇转速最大时对应的冷却水温传感器的温度，t
max_c
表示设置c组电子风扇转速最大时对应的液压油温度传感器的温度。
[0048]
上述多组电子风扇配合散热的控制方法中，涉及的电路控制如图4所示，图中，t1代表温度传感器模块，t2代表主控制器，t3代表电子风扇组模块。详细的，t1中sensor1、sensor2和sensor3分别表示为冷却水、液压油和中冷器的三个温度传感器，t2中input1-4表示为主控制器mcu的控制信号输入，t2中output-n表示为第n组电子风扇的pwm控制信号输出，t2中vcc和gnd分别表示为电子风扇组的电源信号和接地信号，t3中signal-n表示为第n组电子风扇的pwm控制信号输入，t3中fo表示为电子风扇组运转状态的反馈信号。
[0049]
上述方法中，各电子风扇组中的电子风扇均为平铺式排列，能够最大限度减小风洞。
[0050]
与现有技术中风机散热的方案相比，本发明是将现有技术中风机的散热功率拆分为各电子风扇组的功率，再对组的功率进行组合配置，以达到在相同的换热效率下降低风机实际功率的效果。如本实施例中即拆分为中冷器、冷却水、液压油三处的电子风扇组的功率输出，计算公式如下：
[0051]
p＝p1 p2 p3ꢀꢀ
(6)
[0052]
式中，p代表现有技术中风机侧总的实际功率，p1代表用于中冷器温度散热的电子风扇组的实际功率，p2代表用于冷却水散热的电子风扇组的实际功率，p3代表用于液压油散热的电子风扇组的实际功率。
[0053]
实施例2
[0054]
本实施例提供一种挖掘机，实行实施例1所述的多组电子风扇配合散热的控制方法进行散热。
[0055]
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和技术原理的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的，这些修改和变更也应视为本发明的保护范围。