CN103790687A - 连续可调风扇控制装置及控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种连续可调风扇控制装置及控制系统，该装置的空调开关及空调压力传感器与空调控制器连接，轮速传感器与防抱死系统的控制器连接；水温传感器、空调控制器、防抱死系统控制器及发动机转速传感器的输出连接到发动机控制单元的输入；发动机控制单元的输出连接到冷却风扇控制器的输入，冷却风扇控制器的输出连接到冷却风扇电机。控制系统根据当前水温、车速、发动机转速、空调状态等信息，计算所需的风扇转速，以占空比信号形式发送给冷却风扇控制器，然后冷却风扇控制器根据要求控制冷却风扇电机，从而控制风扇转速。本发明全盘考虑了整车信息，能够对发动机及整车相关零部件进行保护，并且能够减少油耗和提高冷却效率。

Description

连续可调风扇控制装置及控制系统

技术领域

本发明属于发动机电控系统的技术领域，涉及一种适用于车辆冷却系统的连续可调风扇控制装置及控制系统。

背景技术

目前，国内各厂家发动机电控系统中对冷却风扇的控制方法一般都是高低两速风扇控制，调节一个或两个冷却风扇继电器的通断来接控制冷却风扇，所以冷却风扇工作时只有一种或两种转速状态。例如，当发动机水温处于0—75度时冷却风扇不工作，当水温达到75度以上时，发动机控制单元控制打开低速冷却风扇继电器，此时风扇低速旋转，当水温达到90度时，发动机控制单元控制打开高速冷却风扇继电器，此时风扇高速旋转。可以看出，此种控制策略风扇的转速只分高低两档，不能连续控制转速，冷却效率较低，不利于节能减排。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种冷却效率高，并能减少油耗的连续可调风扇控制装置及控制系统。

为了解决上述技术问题，本发明的连续可调风扇控制装置包括水温传感器，空调开关，空调压力传感器，发动机转速传感器，轮速传感器，发动机控制单元，冷却风扇控制器，冷却风扇电机；所述水温传感器安装在节温器上，其输出连接到发动机控制单元的输入；空调开关及空调压力传感器的输出通过空调控制器连接到发动机控制单元的输入；轮速传感器的输出通过防抱死系统的控制器连接到发动机控制单元；发动机转速传感器的输出连接到发动机控制单元的输入；发动机控制单元的输出连接到冷却风扇控制器的输入，冷却风扇控制器的输出连接到冷却风扇电机。

水温传感器将测得的发动机内水的温度信号传输到发动机控制单元，发动机控制单元根据当前水温T计算对应的脉宽调制信号占空比H₁'。在发动机工作温度范围内，水温越高占空比H₁'越大，从而可以控制风扇转速在0％～100％范围内连续变化。空调开关闭合使空调起动后，空调控制器输出高电平信号给发动机控制单元，发动机控制单元将空调压力信号P与空调压力标定值P₀对比，若P≥P₀，则确定对应的脉宽调制信号占空比H₂'＝H_h，否则确定对应的脉宽调制信号占空比H₂'＝H₁；其中H₁为空调起动后对应的低脉宽调制信号占空比，H_h为脉宽调制信号最高占空比。发动机转速传感器测得的转速方波信号传输给发动机控制单元，由发动机控制单元进行运算处理得到发动机转速ω，发动机控制单元将ω与发动机转速第一标定点ω₁、发动机转速第二标定点ω₂进行比较，当ω₁≤ω≤ω₂时确定对应的脉宽调制信号占空比H₃'＝H_l，当ω＞ω₂时确定对应的脉宽调制信号占空比H₃'＝H_h；其中H_l为脉宽调制信号最低占空比。轮速传感器输出的信号经防抱死系统控制器运算处理后得到车速ν，该车速ν输出给发动机控制单元，发动机控制单元将车速ν与车速第一标定点v₁、车速第二标定点v₂进行比较，当ν₁≤ν≤ν₂时确定对应的脉宽调制信号占空比H₄'＝H_l，当ν＞ν₂时确定对应的脉宽调制信号占空比H₄'＝H_h。最后发动机控制单元将H₁'、H₂'、H₃'、H₄'进行比较，输出以其中最大值作为占空比值的脉宽调制信号。

在发动机熄火后（即发动机转速ω减小为0后），发动机控制单元将当前水温T与设定的水温阈值T₀比较，若T≥T₀，则输出设定占空比H'的脉宽调制信号并延时设定时间t，t≤10min。

冷却风扇控制器将发动机控制单元输出的控制级脉宽调制信号转换为功率级脉宽调制信号，通过冷却风扇电机控制风扇以所需转速转动，从而对发动机进行冷却控制。

本发明的连续可调风扇控制系统包括：

存储单元：用于存储空调起动后对应的低脉宽调制信号占空比H₁、脉宽调制信号最低占空比H_l、脉宽调制信号最高占空比H_h、空调压力标定值P₀、发动机转速第一标定点ω₁、第二标定点ω₂、车速第一标定点v₁、车速第二标定点v₂、水温阈值T₀、延时脉宽调制信号占空比H'；

水温传感器接口单元：用于接收水温传感器输出的水温信号；

空调控制器接口单元：用于接收空调控制器输出的空调开关信号和空调压力信号；

发动机转速传感器接口单元；用于接收发动机转速方波信号；

防抱死系统控制器信号接口单元：用于接收防抱死系统控制器输出的车速ν；

第一运算处理单元：根据当前水温T计算对应的脉宽调制信号占空比H₁'；

第二运算处理单元：当空调开关信号为高电平时，将空调压力信号P与空调压力标定值P₀对比，若P≥P₀，则确定对应的脉宽调制信号占空比H₂'＝H_h；否则确定对应的脉宽调制信号占空比H₂'＝H₁；

第三运算处理单元：对发动机转速方波信号进行运算处理得到发动机转速ω，将ω与发动机转速第一标定点ω₁、发动机转速第二标定点ω₂进行比较，当ω₁≤ω≤ω₂时确定对应的脉宽调制信号占空比H₃'＝H_l，当ω＞ω₂时确定对应的脉宽调制信号占空比H₃'＝H_h；

第四运算处理单元：将车速ν与车速第一标定点v₁、车速第二标定点v₂进行比较，当ν₁≤ν≤ν₂时确定对应的脉宽调制信号占空比H₄'＝H_l，当ν＞ν₂时确定对应的脉宽调制信号占空比H₄'＝H_h；

脉宽调制信号输出单元：将H₁'、H₂'、H₃'、H₄'进行比较，输出以其中最大值作为占空比值的脉宽调制信号。

所述脉宽调制信号输出单元在发动机熄火后（发动机转速ω减小为0后），将当前水温T与设定的水温阈值T₀比较，若T≥T₀，则输出占空比H'的脉宽调制信号并延时设定时间t，t≤10min；否则停止输出脉宽调制信号。

本发明发动机控制单元识别当前水温、车速、发动机转速、空调状态等信息，计算所需的风扇转速，以占空比信号形式发送给冷却风扇控制器，然后冷却风扇控制器根据要求控制冷却风扇电机，从而控制风扇转速，其优点如下：

1、根据当前水温输出占空比连续可调的脉宽调制信号，控制风扇转速从0％～100％连续变化，能够减少油耗和提高冷却效率。

2、空调起动后，控制风扇以设定的低转速运转，在空调正常工作状态下起到有效保护作用；由于低转速功耗低，能够减少整车的油耗及污染物排放。当空调压力信号超过设定值P₀时，控制风扇以最高转速（100％转速）运转。在空调压力过大时，控制高速风扇运转从而对发动机及空调进行冷却保护，能够避免由于空调压力过高导致发动机及压缩机的损坏。

3、当发动机转速超过第一个标定点并且低于第二个标定点时，控制风扇以最低转速（0％转速）运转，当发动机转速超过第二个标定点时，控制风扇以最高转速（100％转速）运转，其优点是根据发动机转速实时控制风扇转速，冷却效率高，并能减少整车油耗及污染物排放。

4、当车速超过第一个标定点并且低于第二个标定点时，控制风扇以最低转速（0％转速）运转，当车速超过第二个标定点时，控制风扇以最高转速（100％转速）运转；其优点是根据车速实时控制风扇转速，冷却效率高，并能减少整车油耗及污染物排放。

5、以上条件如果同时满足多个时，以最大的请求为准，其优点是全盘考虑整车信息，从安全角度出发，对发动机及整车相关零部件进行保护。

6、发动机熄火后，根据当前水温控制风扇以设定转速工作一段时间，其优点是延时冷却发动机，对发动机实施进一步的保护。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1是本发明的连续可调风扇控制装置结构框图。

图2是本发明的连续可调风扇控制系统框图。

图3是连续可调风扇控制软件流程图。

具体实施方式

如图1所示，本发明的连续可调风扇控制装置包括水温传感器，空调开关，空调压力传感器，发动机转速传感器，轮速传感器，发动机控制单元，冷却风扇控制器，冷却风扇电机。所述水温传感器安装在节温器上，其输出连接到发动机控制单元的输入；水温传感器将测得的发动机内水的温度信号传输到发动机控制单元。空调压力传感器安装在空调管道上，空调开关及空调压力传感器的输出与空调控制器输入连接，通过空调控制器将空调开关信号及空调压力信号传输给发动机控制单元。轮速传感器的输出与防抱死系统的控制器连接，轮速传感器测得的轮速信息经防抱死系统控制器运算处理后得到车速信号；车速信号传输到发动机控制单元。发动机转速传感器的输出连接到发动机控制单元的输入，发动机转速传感器将测得的发动机转速方波信号传输给发动机控制单元。发动机控制单元的输出连接到冷却风扇控制器的输入，冷却风扇控制器的输出连接到冷却风扇电机；冷却风扇控制器将发动机控制单元输出的控制级脉宽调制信号转换为功率级脉宽调制信号，从而通过冷却风扇电机驱动风扇以所需转速运转。

本发明的连续可调风扇控制系统为发动机控制单元（ECU）内的软系统，如图2所示，该软系统包括存储单元，水温传感器接口单元，空调控制器接口单元，发动机转速传感器接口单元，防抱死系统控制器信号接口单元，第一、第二、第三、第四运算处理单元，脉宽调制信号输出单元。

存储单元：用于存储空调起动后对应的低脉宽调制信号占空比H₁、脉宽调制信号最低占空比H_l、脉宽调制信号最高占空比H_h、空调压力标定值P₀、发动机转速第一标定点ω₁、第二标定点ω₂、车速第一标定点v₁、车速第二标定点v₂、水温阈值T₀，延时脉宽调制信号占空比H'；H₁、P₀、ω₁、ω₂、v₁、v₂、T₀、H'根据对发动机及整车相关件有效保护、油耗及排放标准、整车的驾驶性及动力性等方面进行标定，H_l、H_h为ECU的PWM输出最低占空比和最高占空比。当占空比为H_l时，控制风扇以低转速（0%）工作。当占空比为H_h时，控制风扇以高转速（100%）工作。

水温传感器接口单元：用于接收水温传感器输出的水温信号。

空调控制器接口单元：用于接收空调控制器输出的空调开关信号和空调压力信号。

发动机转速传感器接口单元；用于接收发动机转速方波信号。

防抱死系统控制器信号接口单元：用于接收防抱死系统控制器输出的车速ν。

第一运算处理单元：根据当前水温T计算对应的脉宽调制信号占空比H₁'；在发动机工作温度范围内，水温越高占空比H₁'越大，从而可以控制风扇转速在0％～100％范围内连续变化。

第二运算处理单元：当空调开关信号为高电平时，将空调压力信号P与空调压力标定值P₀对比，若P≥P₀，为了保护压缩机，确定对应的脉宽调制信号占空比H₂'＝H_h，使风扇以高转速（100%）工作；否则确定对应的脉宽调制信号占空比H₂'＝H₁，使风扇以某一低转速工作。

第三运算处理单元：对发动机转速方波信号进行运算处理得到发动机转速ω，将ω与发动机转速第一标定点ω₁、发动机转速第二标定点ω₂进行比较，当ω₁≤ω≤ω₂时确定对应的脉宽调制信号占空比H₃'＝H_l，使风扇以低转速（0%）工作，当ω＞ω₂时确定对应的脉宽调制信号占空比H₃'＝H_h，使风扇以高转速（100%）工作。

第四运算处理单元：将车速ν与车速第一标定点v₁、车速第二标定点v₂进行比较，当ν₁≤ν≤ν₂时确定对应的脉宽调制信号占空比H₄'＝H_l，使风扇以低转速（0%）工作；当ν＞ν₂时确定对应的脉宽调制信号占空比H₄'＝H_h，使风扇以高转速（100%）工作。

脉宽调制信号输出单元：将H₁'、H₂'、H₃'、H₄'进行比较，输出以其中最大值作为占空比值的脉宽调制信号。

所述脉宽调制信号输出单元在发动机熄火后（发动机转速ω减小为0后），将当前水温T与设定的水温阈值T₀比较，若T≥T₀，则输出占空比H'的脉宽调制信号并延时设定时间t，t≤10min；否则停止输出脉宽调制信号。

硬件接口电路：

要求发动机控制单元保留一路PWM信号发送的引脚，引脚驱动能力如下：

a)工作状态：PWM输出；

b)最大电压：16V；

c)正常工作电压：9～15V；

d)通信电压范围：高电平4.3～6V，低电平0～1.9V；

e)通信电流：Max.10mA；

f)漏电流：Max.100uA

g)通信频率：200±5HZ；

h)通讯占空比：低电平有效；

i)通讯占空比状态：风扇最低转速30％；风扇最高转速85％；

j)故障诊断：当风扇发生故障时，此时电压是低电平，风扇不工作。要求ECU内部有电压反馈功能；

软件识别逻辑如图3所示，：

a)根据当前水温，风扇转速从0％～100％连续可调；

b)空调起动后，风扇低转速（可标定）；

c)空调压力信号超过一定值（可标定）时，风扇高转速（100％转速）；

d)当发动机转速超过第一个标定点（可标定）并且低于第二个标定点（可标定），风扇低转速；

e)当发动机转速为超过第二个标定点（可标定）时，风扇高转速；当车速超过第一个标定点（可标定）并且低于第二个标定点（可标定），风扇低转速；

f)当车速超过第二个标定点（可标定）时，风扇高转速；

注：以上条件如果同时满足多个时，以最大的请求为准。

特殊控制要求：发动机熄火后，发动机控制单元根据水温（可标定）驱动风扇继续工作一段时间（不能超过10分钟）。风扇转速和工作时间可标定。

Claims (3)

1.一种连续可调风扇控制装置，包括水温传感器，发动机控制单元；所述水温传感器安装在节温器上，其输出连接到发动机控制单元的输入；其特征在于还包括空调开关，空调压力传感器，发动机转速传感器，轮速传感器，冷却风扇控制器，冷却风扇电机；空调开关及空调压力传感器的输出通过空调控制器连接到发动机控制单元的输入；轮速传感器的输出通过防抱死系统的控制器连接到发动机控制单元；发动机转速传感器的输出连接到发动机控制单元的输入；发动机控制单元的输出连接到冷却风扇控制器的输入，冷却风扇控制器的输出连接到冷却风扇电机。

2.一种连续可调风扇控制系统，其特征在于包括：

存储单元：用于存储空调起动后对应的低脉宽调制信号占空比H₁、脉宽调制信号最低占空比H_l、脉宽调制信号最高占空比H_h、空调压力标定值P₀、发动机转速第一标定点ω₁、第二标定点ω₂、车速第一标定点v₁、车速第二标定点v₂、水温阈值T₀、延时脉宽调制信号占空比H'；

水温传感器接口单元：用于接收水温传感器输出的水温信号；

空调控制器接口单元：用于接收空调控制器输出的空调开关信号和空调压力信号；

发动机转速传感器接口单元；用于接收发动机转速方波信号；

防抱死系统控制器信号接口单元：用于接收防抱死系统控制器输出的车速ν；

第一运算处理单元：根据当前水温T计算对应的脉宽调制信号占空比H₁'；

第二运算处理单元：当空调开关信号为高电平时，将空调压力信号P与空调压力标定值P₀对比，若P≥P₀，则确定对应的脉宽调制信号占空比H₂'＝H_h；否则确定对应的脉宽调制信号占空比H₂'＝H₁；

第三运算处理单元：对发动机转速方波信号进行运算处理得到发动机转速ω，将ω与发动机转速第一标定点ω₁、发动机转速第二标定点ω₂进行比较，当ω₁≤ω≤ω₂时确定对应的脉宽调制信号占空比H₃'＝H_l，当ω＞ω₂时确定对应的脉宽调制信号占空比H₃'＝H_h；

第四运算处理单元：将车速ν与车速第一标定点v₁、车速第二标定点v₂进行比较，当ν₁≤ν≤ν₂时确定对应的脉宽调制信号占空比H₄'＝H_l，当ν＞ν₂时确定对应的脉宽调制信号占空比H₄'＝H_h；

脉宽调制信号输出单元：将H₁'、H₂'、H₃'、H₄'进行比较，输出以其中最大值作为占空比值的脉宽调制信号。

3.根据权利要求2所述的连续可调风扇控制系统，其特征在于所述脉宽调制信号输出单元在发动机转速ω减小为0后，将当前水温T与设定的水温阈值T₀比较，若T≥T₀，则输出占空比H'的脉宽调制信号并延时设定时间t，t≤10min；否则停止输出脉宽调制信号。

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