一种汽车主动进气格栅开度控制方法、装置及汽车与流程

1.本发明用于车辆的机动车辆主动进气格栅，更具体涉及一种汽车主动进气格栅开度控制方法、装置及汽车。


背景技术：

2.随着能源和环境问题日益严峻，汽车节能技术的发展刻不容缓，主动进气格栅应运而生。对于主动进气格栅的研究主要集中在格栅结构（格栅本体及相关部件等）和格栅控制系统（控制逻辑及相关硬件）两大方面。在当前与控制系统有关的主动进气格栅专利中主要集中在整车性能方面的研究，例如：cn112537197b中公开了一种主动进气格栅的控制方法、装置、设备及存储介质。其中，方法包括：在车辆的行驶过程中，获取车辆的报警信息、主动进气格栅状态信息以及车辆状态信息；根据车辆的报警信息、主动进气格栅状态信息以及车辆状态信息，检测车辆是否处于正常行驶过程；在检测到车辆处于正常行驶过程时，根据车辆状态信息，在备选开关模式中确定与车辆的主动进气格栅对应的实时开关模式；基于实时开关模式，控制主动进气格栅的格栅叶片的开启角度。可以在车辆处于正常行驶过程时根据实时信息精确控制主动进气格栅的格栅叶片的开启角度，从而根据实际需求合理控制进入发动机舱内的空气流量。
3.cn111098700b中公开了基于主动进气格栅的控制方法，该方法包括：判断是否检测到车辆的前碰撞预警信号；若是，根据主动进气格栅的格栅叶片的位置，确定格栅叶片的开启角度；若开启角度为非完全开启角度，控制格栅叶片开启至最大角度。因此，可以避免车辆发生碰撞后，导致ags的格栅叶片无法完全打开，造成车辆的发动机舱散热性能降低，甚至可能引发车辆燃烧的风险；并且降低了行驶员安全的危险系数。
4.上述两个方案的缺陷在于以下几个方面：1、没有将主动进气格栅的能耗收益与风扇能耗进行综合寻优；2、没有将空调系统、发动机冷却系统以及格栅能耗等方面进行多层级设计，使得空调系统性能、发动机冷却系统性能、格栅能耗收益综合最优；3、没有对冬季低温环境下格栅可能结冰的情况进行预防设计；4、没有对格栅可能出现的故障或者卡滞进行优化设计。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种汽车主动进气格栅开度控制方法、装置及汽车，通过实时获取汽车行驶过程中的相关运行参数信息（包括车外环境温度、车速等信号）与三维仿真获得的不同格栅开度的风阻系数进行耦合，将风阻收益与风扇能耗进行能耗寻优，在兼顾整车空调系统、冷却系统性能及机舱热害安全的基础上，设计出能耗最优的主动进气格栅控制逻辑。
6.本发明的技术方案为：本发明提供了一种汽车主动进气格栅开度控制方法，包括：
步骤s1,获取主动进气格栅的当前实际格栅开度以及整车的实时车速、车外实时环境温度、空调高压压力、空调开闭状态、发动机水温；步骤s2,基于所获取的实时车速和车外实时环境温度，确定风扇处于不同档位时所分别对应的格栅开度；步骤s3,根据各格栅开度，依次计算风扇在相邻两个档位对应的风阻能耗差值
△
cdp；步骤s4,将各风阻能耗差值
△
cdp分别与风扇在对应两个档位中的较高档位运转时的风扇能耗做比对，确定第一格栅开度；步骤s5,基于所获取的空调高压压力和空调开闭状态，确定满足空调系统性能要求的第二格栅开度；步骤s6，基于所获取的发动机水温和实时车速，确定满足发动机热管理要求的第三格栅开度；步骤s7，根据所述第一格栅开度至所述第三格栅开度取大，输出第一目标格栅开度；步骤s8，基于所获取的车外实时环境温度和所述第一目标格栅开度，输出满足防结冰需求的第二目标格栅开度；步骤s9，将所述第二目标格栅开度作为最终需求的格栅开度，对主动进气格栅进行控制。
7.优选地，根据各格栅开度，依次计算风扇在相邻两个档位对应的风阻能耗差值
△
cdp的步骤s3包括：步骤s31,根据各格栅开度，确定风扇在不同档位运转时分别对应的风阻系数cd；步骤s32,根据各风阻系数cd，依次计算相邻两个档位对应的风阻系数差值绝对值
△
cd；步骤s33,根各风阻系数差值绝对值
△
cd，依次计算风扇在相邻两个档位对应的风阻能耗差值
△
cdp。
8.优选地，将各风阻能耗差值
△
cdp分别与风扇在对应两个档位中的较高档位运转时的风扇能耗做比对，确定第一格栅开度的步骤s4包括：步骤s41，按照风扇能耗差值从低到高的顺序，依次将相邻两个档位对应的风扇能耗差值
△
cdp和其对应的风扇能耗p做比对；步骤s42，若存在一个或多个风扇能耗差值
△
cdp小于或等于对应的风扇能耗p，则从一个或多个风扇能耗差值
△
cdp中确定排序在最前的一个第一目标风扇能耗差值，再将风扇在第一目标风扇能耗差值对应的两个档位中的较低档位运转时的格栅梯度确定为第一格栅梯度；步骤s43，若不存在一个或多个风扇能耗差值
△
cdp小于或等于对应的风扇能耗p，则从全部风扇能耗差值中确定排序在最后的一个第二目标风扇能耗差值，再将风扇在第二目标风扇能耗差值对应的两个档位中的较高档位运转时的格栅梯度确定为第一格栅梯度。
9.优选地，基于所获取的实时车速和车外实时环境温度，确定风扇处于不同档位时所分别对应的格栅开度的步骤s2包括：根据存储的当前车速、车外环境温度、风扇档位及使风扇维持在各风扇档位的最
小格栅开度的预定对应关系表，查表确认与实时车速、车外实时环境温度和不同风扇档位分别对应的格栅开度。
10.优选地，基于所获取的空调高压压力和空调开闭状态，确定满足空调系统性能要求的第二格栅开度的步骤s5包括：若空调处于开启状态，根据空调高压压力和第二格栅开度的预定对应关系表查表确认所述第二格栅开度；若空调处于关闭状态，确认第二格栅开度为0；基于所获取的发动机水温和实时车速，确定满足发动机热管理要求的第三格栅开度的步骤s6包括：根据发动机水温、实时车速和第三格栅开度的预定对应关系表查表确认所述第三格栅开度。
11.优选地，风扇能耗差值δcdp通过公式：δcdp=0.5*ρ*δcd*a*v3计算得到，其中，ρ为空气密度kg/m
³
，δcd为风阻系数差值绝对值，a为风扇的迎风面积。
12.优选地，基于所获取的车外实时环境温度和所述第一目标格栅开度，输出满足防结冰需求的第二目标格栅开度的步骤s8包括：若车外实时环境温度小于或等于预设目标温度，判断主动进气格栅按照所述第一目标格栅开度运行的持续时长是否超过第一预设时长；若超过第一预设时长，则将第一目标格栅开度至最大预设格栅开度中以及最大预设格栅开度至最小预设开度中的多个目标格栅开度依次确定为第二目标格栅开度；多个目标格栅开度包括：以第一目标格栅开度作为起始开度按照预设梯度逐渐增加至最大预设开度的多个格栅开度，以最大预设开度为起始开度按照预设梯度逐渐减小至最小预设开度的多个格栅开度；若车外实时环境温度大于预设目标温度，或，若持续时长未超过第一预设时长，则将所述第一目标格栅开度确定为所述第二目标格栅开度。
13.优选地，所述方法还包括：步骤s10，判断主动进气格栅的当前实际格栅开度是否等于第二目标格栅开度；步骤s11，若当前实际格栅开度不等于第二目标格栅开度的持续时长超过第二预设时长，则在当前的主动进气格栅扭矩基础上增加主动进气格栅扭矩，并控制主动进气格栅循环开闭预定次数；步骤s12，若主动进气格栅不能循环开闭预定次数，则恢复主动进气格栅至原扭矩，并输出报警信息；步骤s13，若主动进气格栅能循环开闭预定次数，则在主动进气格栅的当前实际格栅开度变化至等于第二目标格栅开度时，恢复主动进气格栅恢复至原扭矩。
14.本发明还提供了一种汽车主动进气格栅开度控制装置，包括：参数获取模块,用于获取主动进气格栅的当前实际格栅开度以及整车的实时车速、车外实时环境温度、空调高压压力、空调开闭状态、发动机水温；格栅开度确定模块,用于基于所获取的实时车速和车外实时环境温度，确定风扇
处于不同档位时所分别对应的格栅开度；风阻能耗差值确定模块,用于根据各格栅开度，依次计算风扇在相邻两个档位对应的风阻能耗差值
△
cdp；第一格栅开度确定模块,用于将各风阻能耗差值
△
cdp分别与风扇在对应两个档位中的较高档位运转时的风扇能耗做比对，确定第一格栅开度；第二格栅开度确定模块,用于基于所获取的空调高压压力和空调开闭状态，确定满足空调系统性能要求的第二格栅开度；第三格栅开度确定模块,用于基于所获取的发动机水温和实时车速，确定满足发动机热管理要求的第三格栅开度；第一目标格栅开度输出模块,用于根据所述第一格栅开度至所述第三格栅开度取大，输出第一目标格栅开度；第二目标格栅开度输出模块,用于基于所获取的车外实时环境温度和所述第一目标格栅开度，输出满足防结冰需求的第二目标格栅开度；格栅控制模块,用于将所述第二目标格栅开度作为最终需求的格栅开度，对主动进气格栅进行控制。
15.本发明还提供了一种汽车，包括上述的汽车主动进气格栅控制装置。
16.本发明的有益效果为：通过实时获取汽车行驶过程中的相关运行参数信息（包括车外环境温度、车速等信号）与三维仿真获得的不同格栅开度的风阻系数进行耦合，将风阻收益与风扇能耗进行能耗寻优，在兼顾整车空调系统、冷却系统性能及机舱热害安全的基础上，设计出能耗最优的主动进气格栅控制逻辑。
附图说明
17.图1为本实施例中的主动进气格栅控制方法的流程示意图；图2为本实施例中的主动进气格栅控制装置的原理框图。
具体实施方式
18.下面结合附图对本发明作详细说明。
19.参见图1，本实施例提供了一种汽车主动进气格栅开度控制方法，其包括如下步骤：s101，从整车控制器中获得实时车速和车外实时环境温度，根据实时车速和车外实时环境温度计算在不同预期风扇档位下的不同格栅开度。
20.在不同预期风扇档位下，均设计一个与实时车速和车外实时环境温度相对应的格栅开度map表，该表可由cae仿真或者试验标定获得。然后根据整车获得的当前车速、车外实时环境温度，通过map表得出对应的格栅开度。本发明实施例中，基于风扇有off挡、低速挡、高速挡三个档位（实际使用中需根据实际情况增减工况，特别是对于非档位风扇的pwm风扇，需将风扇档位替换为若干pwm占空比），分别通过map表1获得对应的三个格栅开度，即格栅开度1、格栅开度2、格栅开度3。（注：例如预期风扇为off挡，该map表的功能就是使得在某个实时车速和车外实时环境温度下，得到一个能维持风扇off挡的最小格栅开度（即格栅开
度1））。
21.s102，根据s101得到的不同格栅开度，分别换算成对应工况下的风阻系数cd，再根据不同的cd值进行差值计算。
22.通过三维仿真，得到一个与不同格栅开度相对应的风阻系数cd map表，根据s1获得的不同格栅开度（格栅开度1、格栅开度2、格栅开度3），分别通过风阻系数cd map表获得对应的风阻系数cd1、cd2、cd3。然后进行差值计算得到风阻系数差值绝对值δcd，其中满足：δcd1=|cd1
‑ꢀ
cd2|，δcd2=|cd2
‑ꢀ
cd3|。
23.s103，根据s102获取的风阻系数差值绝对值δcd，计算出各相应cd值的风阻能耗差值δcdp，并与不同风扇档位时的风扇能耗进行寻优。
24.根据s102获得的δcd1、δcd2，通过功率计算公式δcdp=0.5*ρ*δcd*a*v3（ρ：空气密度kg/m
³
，δcd：风阻系数差值绝对值，a：风扇的迎风面积
㎡
，ρ：车速m/s）分别计算出风扇能耗差值δcdp1、δcdp2，该风扇能耗差值δcdp可视为降低风阻的收益。能耗寻优分为两步，第一步是将δcdp1与风扇低速运转时的风扇能耗p1进行差值，如果δcdp1≤p1，说明减小格栅开口率降低风阻时的能耗收益小于或者等于风扇低速运转时的能耗，则选择风阻系数为cd1时的格栅开度1作为输出。如果δcdp1＞p1，则进入能耗寻优的第二步，将δcdp2与风扇高速运转时的风扇能耗p2进行差值，如果δcdp2≤p2，说明进一步减小格栅开口率降低风阻时的能耗收益小于或者等于风扇高速运转时的能耗p2，则选择风阻系数为cd2时的格栅开度2作为输出；如果δcdp2＞p2，说明进一步减小格栅开口率降低风阻时的能耗收益大于风扇高速运转时的能耗p2，则选择风阻系数为cd3时的格栅开度3作为输出。通过两次能耗差值，最终选择能耗最优的格栅开度作为输出，即本技术所需要的第一格栅开度。
25.其中，上述风扇低速运转时的风扇能耗p1、风扇高速运转时的风扇能耗p2是根据风扇的参数表进行确定的。
26.总结来说，当风扇为非档位风扇的pwm风扇时，进行格栅开度选取的原则为：按照风扇能耗差值从低到高的顺序，依次将相邻两个档位对应的风扇能耗差值
△
cdp和其对应的风扇能耗p做比对；若存在一个或多个风扇能耗差值
△
cdp小于或等于对应的风扇能耗p，则从一个或多个风扇能耗差值
△
cdp中确定排序在最前的一个第一目标风扇能耗差值，再将风扇在第一目标风扇能耗差值对应的两个档位中的较低档位运转时的格栅梯度确定为第一格栅梯度；若不存在一个或多个风扇能耗差值
△
cdp小于或等于对应的风扇能耗p，则从全部风扇能耗差值中确定排序在最后的一个第二目标风扇能耗差值，再将风扇在第二目标风扇能耗差值对应的两个档位中的较高档位运转时的格栅梯度确定为第一格栅梯度。
27.s104，基于所获取的空调高压压力和空调开闭状态，确定满足空调系统性能要求的第二格栅开度。
28.从整车控制器中获得实时的空调高压压力和空调开闭状态，在空调开启时（即on档），通过与空调高压压力相对应的map表2（即空调高压压力-第二格栅开度map）计算出第二格栅开度，该map表可根据试验标定获得。当空调关闭时（即off档），则输出第二格栅开度为常数0，即此时不考虑空调需求。
29.s105，基于所获取的发动机水温和实时车速，确定满足发动机热管理要求的第三
格栅开度。
30.从整车控制器中获得实时的发动机水温和实时车速，通过与发动机水温和实时车速相关的map表3（即发动机水温-实时车速-第三格栅开度map）计算出第三格栅开度。
31.s106，根据所述第一格栅开度至所述第三格栅开度取大，输出第一目标格栅开度。
32.s107，基于所获取的车外实时环境温度和所述第一目标格栅开度，输出满足防结冰需求的第二目标格栅开度。
33.s107具体包括：若车外实时环境温度小于或等于预设目标温度，判断主动进气格栅按照所述第一目标格栅开度运行的持续时长是否超过第一预设时长；若超过第一预设时长，则将第一目标格栅开度至最大预设格栅开度中以及最大预设格栅开度至最小预设开度中的多个目标格栅开度依次确定为第二目标格栅开度；多个目标格栅开度包括：以第一目标格栅开度作为起始开度按照预设梯度逐渐增加至最大预设开度的多个格栅开度，以最大预设开度为起始开度按照预设梯度逐渐减小至最小预设开度的多个格栅开度；若车外实时环境温度大于预设目标温度，或，若持续时长未超过第一预设时长，则将所述第一目标格栅开度确定为所述第二目标格栅开度。
34.具体来说，当车外实时环境温度t≤预设目标温度t0（例如0℃），且步骤s106输出的第一目标格栅开度为同一开度值（例如12
°
）持续时间超过60s时，即判定格栅有结冰风险，此时格栅执行一次防结冰循环（例如全开（90
°
）-全闭（0
°
）各一次），循环结束后再次恢复执行第一格栅开度的需求。当环境温度t＞预设值t0（例如0℃）时，则不执行防结冰需求，第二格栅开度=第一目标格栅开度。
35.步骤s108，将所述第二目标格栅开度作为最终需求的格栅开度，对主动进气格栅进行控制。
36.步骤s109，判断主动进气格栅的当前实际格栅开度是否等于第二目标格栅开度；步骤s110，若当前实际格栅开度不等于第二目标格栅开度的持续时长超过第二预设时长，则在当前的主动进气格栅扭矩基础上增加主动进气格栅扭矩，并控制主动进气格栅循环开闭预定次数；步骤s111，若主动进气格栅不能循环开闭预定次数，则恢复主动进气格栅至原扭矩，并输出报警信息；步骤s112，若主动进气格栅能循环开闭预定次数，则在主动进气格栅的当前实际格栅开度变化至等于第二目标格栅开度时，恢复主动进气格栅恢复至原扭矩。
37.当监测到当前实际格栅开度≠第二目标格栅开度，且持续时间t≥第二预设时长t0（例如10s）时，则判定格栅故障或者卡滞，此时通过增加格栅电机扭矩值（例如原有的扭矩为5n，增加1n）并循环开闭格栅3次来试图排除卡滞物，若格栅不能正常执行完3次开闭需求，则判定格栅依旧故障或者卡滞物未排除，则发出报警指令（且格栅电机扭矩恢复原有的扭矩）；若格栅能完成3次开闭循环，则判定格栅正常或者卡滞物排除，则进入正常状态执行步骤s107中第二目标格栅开度的需求（电机扭矩）。当监测到当前实际格栅开度=第二目标格栅开度，且持续时间t＜第二预设时长t0（例如10s）时，说明格栅开闭正常，则正常执行第二目标格栅开度的需求。
38.参照图2，本发明还提供了一种汽车主动进气格栅控制装置，包括：参数获取模块101,用于获取主动进气格栅的当前实际格栅开度以及整车的实时车速、车外实时环境温度、空调高压压力、空调开闭状态、发动机水温；格栅开度确定模块102,用于基于所获取的实时车速和车外实时环境温度，确定风扇处于不同档位时所分别对应的格栅开度；风阻能耗差值确定模块103,用于根据各格栅开度，依次计算风扇在相邻两个档位对应的风阻能耗差值
△
cdp；第一格栅开度确定模块104,用于将各风阻能耗差值
△
cdp分别与风扇在对应两个档位中的较高档位运转时的风扇能耗做比对，确定第一格栅开度；第二格栅开度确定模块105,用于基于所获取的空调高压压力和空调开闭状态，确定满足空调系统性能要求的第二格栅开度；第三格栅开度确定模块106,用于基于所获取的发动机水温和实时车速，确定满足发动机热管理要求的第三格栅开度；第一目标格栅开度输出模块107,用于根据所述第一格栅开度至所述第三格栅开度取大，输出第一目标格栅开度；第二目标格栅开度输出模块108,用于基于所获取的车外实时环境温度和所述第一目标格栅开度，输出满足防结冰需求的第二目标格栅开度；格栅控制模块109,用于将所述第二目标格栅开度作为最终需求的格栅开度，对主动进气格栅进行控制。
39.本发明还提供了一种汽车，包括上述的汽车主动进气格栅控制装置。
40.以上所述仅为本发明的实施示例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。