多传感耦合发动机温控系统的制作方法

本发明涉及一种多传感耦合发动机温控系统，尤其涉及一种应用于汽车发动机温度控制调节的多传感耦合发动机温控系统。

背景技术：

随着新一代信息通信技术的快速发展及与先进制造技术不断深度融合，全球兴起了以智能制造为代表的新一轮产业变革，数字化、网络化、智能化日益成为未来制造业发展的主要趋势。

目前，针对车用发动机冷却机制与冷却系统结构形式的研发已经趋于成熟：上世纪30年来起，nukiyama等学者就开始了新型冷却机制-沸腾换热技术的研究。而宝马n52系列、奥迪ea888系列、大众ea11系列等发动机也都开始采用多回路冷却系统结构。因此，无论是国内还是国外的车用发动机系统企业均聚焦于智能传感与控制装备的开发，使得基于多传感耦合精密控温的新一代发动机智能风扇成为了研发重点，进而抢先占领车用发动机智能冷却的制高点。

然而，传统的冷却风扇由发动机直接驱动，装风扇的发动机与装有风罩的散热器必须分别用弹性支座固定在车架上。为避免在汽车运行中因振动而引起风扇与风罩相碰，风扇叶轮与风罩的径向间隙的设计数值大于15mm，大大降低了风扇的容积效率。风扇的总效率取决于容积效率、机械效率和液力效率的乘积。传统风扇叶片采用薄钢板冲压而成，其液力效率液较低，又加传动存在打滑损失，其机械效率不高，从而导致传统冷却风扇的总效率只有25％左右。

现有汽车中使用的可控冷却风扇主要有：电子风扇和硅油离合器式可控风扇。具体来讲，现有技术中的电控风扇由电机直接驱动风扇，不受发动机转速限制，可独立控制，而且可灵活布置。然而，风扇电机由蓄电池供电，而一般车用蓄电池仅为12v-24v，因蓄电池不支持持续大电流放电，故风扇功率受到限制。同时额外的电源供应造成了成本上的增加。

而对于硅油式离合器，其通过在一定范围改变工作腔内硅油的充填量来驱动离合器的开闭，以传感器信号进行反馈控制，充分利用发动机本身的惯性作为动力源。同时由于硅油量的可控调节，能够实现冷却风扇的无级调速，从而避免对发动机本身造成大量的动量损耗。相较于电子风扇，硅油离合器结构简单，成本增加较少，但布置位置不如电子风扇。

有鉴于此，确有必要提供一种新的用于汽车发动机温度控制调节的风扇控制系统，以解决上述问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种多传感耦合发动机温控系统，该多传感耦合发动机温控系统通过设置多传感器进行耦合计算及前馈+反馈的组合控制策略，充分利用发动机自身惯性作为动力源，实现了温度的精密控制，在减少汽车发动机的实际燃油消耗率的同时，减少了汽车发动机的排放量。

为实现上述发明目的，本发明提供了一种多传感耦合发动机温控系统，包括发动机、连接在所述发动机上的温控系统，所述温控系统包括连接在所述发动机上的采集装置、连接在所述发动机上冷却装置以及用于控制所述冷却装置运行的控制装置，所述采集装置用于采集所述发动机及所述冷却装置的运行参数，以传递给所述控制装置进行耦合计算并调节冷却装置的实际运行参数，使得所述发动机以稳定的温度运行。

作为本发明的进一步改进，所述采集装置包括分别与所述控制装置电性连接的温度传感器、速度传感器以及转速传感器。

作为本发明的进一步改进，所述温度传感器至少设置有三个，以用于测定所述发动机使用时的环境温度及所述发动机的实际使用温度。

作为本发明的进一步改进，所述速度传感器用于测定所述发动机工作时的运行速度，所述转速传感器用于测定所述发动机转速。

作为本发明的进一步改进，所述控制装置包括耦合计算装置，所述耦合计算装置分别与所述采集装置及所述冷却装置信号连接，以接收所述采集装置采集的各类信号，并计算获取用于控制所述冷却装置运行的控制信号。

作为本发明的进一步改进，所述耦合计算装置包括map前馈控制器及pid反馈控制器，所述控制信号为通过所述map前馈控制器耦合计算获取，并通过所述pid反馈控制器进行修正。

作为本发明的进一步改进，所述冷却装置包括风扇冷却单元及液体冷却单元，且所述风扇冷却单元设有信号转换单元，以控制所述风扇冷却单元以与所述发动机不同的转速运行。

作为本发明的进一步改进，所述风扇冷却单元包括与所述信号转换单元连接设置的硅油离合器风扇单元，所述硅油离合器风扇单元设有硅油腔以及用于控制硅油腔内硅油填充量的弹片开关。

作为本发明的进一步改进，所述弹片开关与所述控制装置电性相连，以在所述控制单元的控制作用下，调节所述弹片开关的开启频率，调节所述硅油腔中硅油的填充量。

本发明的有益效果是：本发明的多传感耦合发动机温控系统通过设置多个传感器，可实时对发动机的温度进行监测；进一步的，通过使用前馈+反馈的组合控制策略，一方面通过map前馈控制器提高了冷却装置对发动机的工况及环境变化的响应，同时兼顾冷却系统中各部分的功耗；另一方面，通过pid反馈控制器将冷却装置中冷却液的温度控制在指定数值，在充分利用发动机惯性的基础上，避免了在冷却要求较低时，发动机的损耗以及油耗的增加。

附图说明

图1是本发明多传感耦合发动机温控系统的结构示意框图。

图2是图1中温控系统的结构示意框图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。

需要理解的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参阅图1所示，为本发明一种多传感耦合发动机温控系统100。多传感耦合发动机温控系统100包括发动机1、连接在所述发动机1上的温控系统2。

所述发动机1用于驱动汽车的运行，所述温度控制系统2连接在所述发动机1上，以用于控制所述发动机1以合适的温度运行，以保证所述发动机1的使用寿命。

请参阅图2并结合图1所示，所述温控系统2包括连接在所述发动机1上的采集装置21、连接在所述发动机1上冷却装置22以及用于控制所述冷却装置22运行的控制装置23。所述采集装置21用于采集所述发动机1及所述冷却装置22的运行参数，以传递给所述控制装置23进行耦合计算并调节冷却装置22的实际运行参数，使得所述发动机1以稳定的温度运行。

具体来讲，所述采集装置21包括分别与所述控制装置23电性连接的温度传感器211、速度传感器212以及转速传感器213。所述温度传感器211用于测定所述发动机1的运行温度及使用环境温度，所述速度传感器212用于测定所述发动机1工作时的运行速度，例如，当所述发动机1应用于汽车中时，所述发动机1工作时的运行速度即为汽车的运行速度；所述转速传感器213用于测定所述发动机1转速。

所述冷却装置22包括风扇冷却单元221及液体冷却单元222。具体来讲，所述风扇冷却单元221设有信号转换单元223，且在本发明中，所述风扇冷却单元221设有与所述信号转换单元223连接设置的硅油离合器风扇单元，具体来讲，所述硅油离合器风扇单元设有硅油腔、用于控制硅油腔内硅油填充量的弹片开关以及连接在所述硅油腔上的扇叶。

进一步的，所述弹片开关与所述控制装置电性相连，以在所述控制单元的控制作用下，调节所述弹片开关的开启频率，调节所述硅油腔中硅油的填充量，如此设置，可根据所述硅油填充量的多少改变硅油离合器风扇齿轮啮合过程的摩擦力，从而实现风扇冷却单元221的无级精确调速。

所述液体冷却单元222与所述采集装置21电性连接，具体来讲，在本发明的一较佳实施例中，所述采集装置21设置有三个温度传感器211，以分别用于测定所述发动机使用时的环境温度、所述发动机的进口温度以及所述液体冷却单元222的冷却液温度。

所述控制装置23包括耦合计算装置231，所述耦合计算装置231分别与所述采集装置21及所述冷却装置22信号连接，以接收所述采集装置21采集的各类信号，并计算获取用于控制所述冷却装置22运行的控制信号。

在本发明中，所述控制装置23收容/部分收容在所述发动机1中，且当本发明的多传感耦合发动机温控系统100应用在汽车中时，所述控制装置23的主体为行车电脑ecu，如此设置，简化了所述多传感耦合发动机温控系统100的结构，方便本发明的多传感耦合发动机温控系统100与各类汽车的发动机进行整合设置，有效提高了本发明多传感耦合发动机温控系统100的适用性。

进一步的，所述耦合计算装置231包括map前馈控制器2311及pid反馈控制器2312，所述map前馈控制器2311与所述采集单元21中的所述温度传感器211、速度传感器212以及转速传感器213分别电性连接，以用于接收所述采集装置21采集、传递的所述汽车发动机的工作环境信号。

具体来讲，所述map前馈控制器2311可用于根据所述采集装置21传递的所述发动机1的工作环境信号，提高对所述发动机1的工况及环境变化的响应，同时可兼顾多传感耦合发动机温控系统100的功耗。

所述pid反馈控制器2312用于接收所述温度传感器211传递的所述发动机1的实际温度信号及所述发动机1的目标工作温度。如此设置，可方便所述控制装置23反馈所述液体冷却单元222中冷却液温度，并控制所述液体冷却单元222的温度控制、稳定在指定数值。

进一步的，所述控制装置23传递的所述控制信号为通过所述map前馈控制器2311耦合计算获取，并通过所述pid反馈控制器2312进行修正。具体来讲，所述信号转换单元223可用于接收所述控制信号，并可对所述控制信号进行调制，以获取用于控制所述风扇冷却单元221运行的脉宽信号pmw；如此设置，如此设置，一方面充分利用所述发动机1自身惯性作为风扇冷却单元221的动力源，另一方面避免了风扇冷却单元221与发动机1仅通过简单齿轮啮合或皮带传动时，风扇冷却单元221转速单一跟随发动机转速变动，从而造成散热目标要求较低时，风扇冷却单元221过度转动所带来的发动机1本身的损耗以及油耗的增大等问题。

综上所述，本发明的多传感耦合发动机温控系统100通过设置多个传感器，可实时对发动机1的温度进行监测；进一步的，通过使用前馈+反馈的组合控制策略，一方面通过map前馈控制器提高了冷却装置22对发动机1的工况及环境变化的响应，同时兼顾冷却系统中各部分的功耗；另一方面，通过pid反馈控制器2312将冷却装置22中冷却液的温度控制在指定数值，在充分利用发动机1惯性的基础上，避免了在冷却要求较低时，发动机1的损耗以及油耗的增加。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。