基于散热功率预测的冷却系统控制装置及其方法与流程

本发明属于汽车热管理，特别涉及基于散热功率预测的冷却系统控制装置及其方法。

背景技术：

1、随着汽车工业的快速发展，车辆冷却系统的设计和控制变得越来越重要。车辆冷却系统的主要目的是保持发动机、电机、电控、燃料电池电堆等关键部件的温度运行在一定范围内，以确保其正常运行和延长使用寿命。传统的车辆冷却系统控制方法通常采用基于部件温度及冷却液温度为目标的控制方法，冷却系统运行不能根据部件运行工况及时调整，且状态控制存在运行工况调节滞后、效率低的问题。随着汽车技术的不断发展，尤其在新能源汽车中对电器部件散热及冷却系统精准控制要求越来越高。为此，需要给出解决方案。

技术实现思路

1、(一)解决的技术问题

2、针对现有技术的不足，本发明提供基于散热功率预测的冷却系统控制装置及其方法，对不同行驶工况下冷却系统运行工况进行精准主动控制，对冷却系统水泵、风扇等运行工况进行动态调节，实现散热性能的超前调节以降低被冷却部件热失控风险。

3、(二)技术方案

4、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：基于散热功率预测的车辆冷却系统控制装置及其方法，所述控制装置包括：需冷却部件、散热器、水泵、联通水管、温度传感器、风扇及智能控制器300，其中智能控制器300从整车总线和\或传感器等获得所需输入参数，进而输出控制信号直接\间接控制冷却系统水泵和风扇运转；

5、所述控制方法如下：

6、步骤1：通过散热功率计算模型s1将智能控制器300从总线获取的需散热部件的运行状态参数转化为散热功率，其基本公式为：散热功率＝部件运行功率*(1-运行效率)；

7、步骤2：通过实时散热功率离散移动平均模型s2将需散热部件的散热功率进行离散平均计算出最近固定时间n秒范围内连续平均散热量qave；

8、步骤3：通过冷却液流量转化模型s3将上一步中获得的平均散热量qave求解计算出所需冷却液流量参数；

9、步骤4：通过水泵控制参数转化模型s4将上一步中冷却液流量转化为对应水泵转速控制参数；

10、步骤5：通过水泵pid控制模型s5将需散热部件实时温度与部件温控目标温度差值进行pid运算，并输出水泵转速控制参数；

11、步骤6：通过风扇pid控制模型s6将需散热部件冷却液进口温度与目标控制温度差值进行pid运算并输出风扇转速控制参数；

12、步骤7：通过最优控制参数转化模型s7将s4、s5、s6中水泵及风扇输出控制参数进行控制信号转化并对产生共振的转速区间进行筛除后，输出最优水泵风扇控制信号以驱动冷却系统水泵及风扇运行。

13、优选的，根据需散热部件实时运行参数(如电机转速、扭矩等)及效率map计算需散热部件的实时散热功率qreq。

14、优选的，根据需散热部件的实时散热功率qreq通过离散移动平均模型计算出最近固定时间n秒范围内连续平均值qave。

15、优选的，根据连续平均散热量qave计算与部件最大散热量qmax之间比值计算所需冷却液流量qreq或相对最大冷却液流量的比例η，计算公式：qreq＝qave/qmax*qmax。

16、优选的，根据连续散热器出口连续水温检测，通过pid算法计算水温超调量并输出控制信号，通过控制器控制风扇转速tfan；

17、优选的，所述最优控制参数转化模型s7设置有延时函数，在冷却功率达到峰值或冷却功率归零后冷却系统运行工况将同步按上一工作状态延时de秒运行并输出水泵控制信号。

18、优选的，所述参数传递模型设置有延时函数，在冷却功率达到峰值或冷却功率归零后冷却系统运行工况将同步按上一工作状态延时de秒运行。

19、优选的，通过设置部件温度超温控制模型，当模型温度超过一般控制目标温度时，此时通过对温度差值的pid数据处理并输出控制信号，以保证在需散热部件超温时水泵运转在最大档位，同时当需散热部件停止运行时，水泵继续以最终状态延时运行n秒时间。

20、优选的，使用pid控制来调节冷却系统风扇的转速，根据水温的变化来动态调整风扇的转速，以保持水温在设定的目标范围内；定义目标温度(设定值)、当前温度和误差。当前温度是从水温传感器获取的实时温度值，误差是目标温度与当前温度之间的差异；在每个控制周期内，计算pid控制输出；根据pid控制输出来调整风扇的转速；将pid控制输出映射到风扇转速的范围内，例如将输出值映射到0-100％的pwm信号；重复以上步骤，持续监测水温并调整风扇的转速，以使水温保持在目标范围内；所述风扇转速参数可通过标定规避共振转速区间，以规避噪声问题。

21、优选的，所述冷却系统智能控制器300可以采用整车控制器也可以采用单独控制器，控制器可以从整车控制器及温度传感器、流量传感器采集信号，经过数据运算输出对冷却系统水泵风扇的控制信号。

22、(三)有益效果

23、本发明提供了一种新型线束卡扣安装支架。具备以下有益效果：

24、1、本发明通过基于散热功率预测方法实现对冷却系统部件水泵、风扇等的精确运行状态控制，并保证在不同工况下的高效运行。

25、2、以需散热部件冷却液进口温度为控制目标，使用pid方法对风扇转速进行控制，并根据具体系统运行特点和要求进行参数设置和调试，以达到最佳的控制效果和系统运行稳定性。

26、3、适用于汽车电机、燃料电池电堆、电器部件的水冷/油冷等冷却系统控制，该控制方法可以在满足需散热部件散热需求的基础上，通过对部件散热功率的准确预测，实现对冷却系统性能的提前调节，以规避被冷却部件的热失控风险。

技术特征：

1.基于散热功率预测的车辆冷却系统控制装置及其方法，其特征在于：所述控制装置包括：需冷却部件、散热器、水泵、联通水管、温度传感器、风扇及智能控制器300，其中智能控制器300从整车总线和\或传感器等获得所需输入参数，进而输出控制信号直接\间接控制冷却系统水泵和风扇运转；

2.根据权利要求1所述的基于散热功率预测的车辆冷却系统控制装置及其方法，其特征在于：根据需散热部件实时运行参数(如电机转速、扭矩等)及效率map计算需散热部件的实时散热功率qreq。

3.根据权利要求2所述的基于散热功率预测的车辆冷却系统控制装置及其方法，其特征在于：根据需散热部件的实时散热功率qreq通过离散移动平均模型计算出最近固定时间n秒范围内连续平均值qave。

4.根据权利要求3所述的基于散热功率预测的车辆冷却系统控制装置及其方法，其特征在于：根据连续平均散热量qave计算与部件最大散热量qmax之间比值计算所需冷却液流量qreq或相对最大冷却液流量的比例η，计算公式：qreq＝qave/qmax*qmax。

5.根据权利要求4所述的基于散热功率预测的车辆冷却系统控制装置及其方法，其特征在于：根据连续散热器出口连续水温检测，通过pid算法计算水温超调量并输出控制信号，通过控制器控制风扇转速tfan。

6.根据权利要求5所述的基于散热功率预测的车辆冷却系统控制装置及其方法，其特征在于：所述最优控制参数转化模型s7设置有延时函数，在冷却功率达到峰值或冷却功率归零后冷却系统运行工况将同步按上一工作状态延时de秒运行并输出水泵控制信号。

7.根据权利要求6所述的基于散热功率预测的车辆冷却系统控制装置及其方法，其特征在于：所述参数传递模型设置有延时函数，在冷却功率达到峰值或冷却功率归零后冷却系统运行工况将同步按上一工作状态延时de秒运行。

8.根据权利要求7所述的基于散热功率预测的车辆冷却系统控制装置及其方法，其特征在于：通过设置部件温度超温控制模型，当模型温度超过一般控制目标温度时，此时通过对温度差值的pid数据处理并输出控制信号，以保证在需散热部件超温时水泵运转在最大档位，同时当需散热部件停止运行时，水泵继续以最终状态延时运行n秒时间。

9.根据权利要求8所述的基于散热功率预测的车辆冷却系统控制装置及其方法，其特征在于：使用pid控制来调节冷却系统风扇的转速，根据水温的变化来动态调整风扇的转速，以保持水温在设定的目标范围内；定义目标温度(设定值)、当前温度和误差。当前温度是从水温传感器获取的实时温度值，误差是目标温度与当前温度之间的差异；在每个控制周期内，计算pid控制输出；根据pid控制输出来调整风扇的转速；将pid控制输出映射到风扇转速的范围内，例如将输出值映射到0-100％的pwm信号；重复以上步骤，持续监测水温并调整风扇的转速，以使水温保持在目标范围内；所述风扇转速参数可通过标定规避共振转速区间，以规避噪声问题。

10.根据权利要求9所述的基于散热功率预测的车辆冷却系统控制装置及其方法，其特征在于：所述冷却系统智能控制器300可以采用整车控制器也可以采用单独控制器，控制器可以从整车控制器及温度传感器、流量传感器采集信号，经过数据运算输出对冷却系统水泵风扇的控制信号。

技术总结
本发明公开一种基于散热功率预测的冷却系统控制装置，包括：需冷却部件、散热器、水泵、联通水管、温度传感器、风扇及智能控制器300，其中智能控制器300从整车总线和\或传感器等获得所需输入参数，进而输出控制信号直接\间接控制冷却系统水泵和风扇运转。本发明可用于车辆冷却系统的实时主动控制，通过对冷却系统部件的动态精确控制，实现散热性能的超前调节以降低被冷却部件热失控风险。

技术研发人员：丁浩青,周建军,陈海彬,王力
受保护的技术使用者：上海小点汽车科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15