一种拖拉机散热器温控系统与风扇转速控制方法与流程

1.本发明属于拖拉机领域，具体地说，涉及一种无级变速拖拉机散热器温控系统与风扇转速控制方法。


背景技术：

2.随着社会的进步和人们生活条件的改善，用户对拖拉机的使用要求越来越高，拖拉机需求的智能化应用也来越广泛。为满足拖拉机智能化需求，所应用的部件也越来越多，除了以往发动机本体冷却、进气冷却外，空调冷凝器、传动系、无级调速液压系统均有单设散热系统的需求；另外，由于拖拉机所用发动机在经济转速下、最大功率点处、标定转速点，对散热需求存在差异，而所用风扇所产生的风量在不同转速下存在明显不同，目前与发动机直连的风扇难于满足发动机不同工况下的风量需求，此外，也难于满足拖拉机各部件散热系统因负荷、持续工作的温度环境导致的差异化需求。当散热系统存在多影响因素时，单单以各部件极限风量需求控制风扇转速，一是会导致风扇转速不稳，二则会造成直连风扇提供的风量过剩，不利于整机节能。


技术实现要素：

3.针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种拖拉机散热器温控系统与风扇转速控制方法。
4.为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
5.一种拖拉机散热器温控系统，包括：中冷器、空调冷凝器、液压系统油散、传动油散、水箱、风扇、风扇电控单元、硅油离合器、转速传感器和温度传感器，其中，所述中冷器、空调冷凝器呈上下布置，液压系统油散、传动油散呈上下布置，与水箱依次排列在风扇的前方，风扇与发动机连接轴之间安装有硅油离合器，在中冷器的进气口、出气口处、液压系统油散进出油口处、传动油散进出油口处、水箱的进出油口处分别安装有温度传感器，在硅油离合器的主动端和从动端分别安装有转速传感器；温度传感器、转速传感器分别通过线束与风扇电控单元相连接。
6.进一步地，所述硅油离合器在得电时，受风扇电控单控制，在一定温度范围内随温度升高，硅油离合器结合率无级变化升高，低于设定温度范围时风扇不转或者按照最低空转转速运转；断电时或者高于最高警戒温度时，硅油离合器完全结合，能够全速旋转。
7.一种拖拉机散热器温控系统的风扇转速控制方法，所述控制方法以各散热器出口温度为最终控制目标求解硅油离合器的结合率，基于不同部件求解硅油离合器结合率，在控制逻辑中，每个散热器的温度参数上限均对应风扇转速最大值、硅油离合器的最大结合率，下限对应最小值；上限控制采用逻辑或控制，下限采用逻辑与控制，中间值采用逻辑优先控制策略，求解硅油离合器结合率；逻辑优先控制策略是结合发动机负荷率，在发动机设定的温度范围内，在部分负荷下，基于发动机经济性，优先按照进气温度确定的硅油离合器结合率进行风扇转速控制，接近满负荷时，优先按照水箱出口水温确定的硅油离合器结合
率进行风扇转速控制；传动油温、液压油温仅参与逻辑上限控制，依此确定风扇电控单元输出的pwm信号来控制硅油离合器电磁线圈的动作和硅油离合器的输出转速与转矩。
8.优选的，基于不同的使用温度环境，温度参数上限可适当调整，基于不同的使用海拔环境，对计算的硅油离合器结合率统一二次修正，使用海拔越高，硅油离合器结合率越高。
9.进一步地，所述控制方法具体为：设定中冷器、空调冷凝器、液压系统油散、传动油散、水箱出口温度的工作范围，taomin、taomax、tromin、tromax、ttomin、ttomax、thomin、thomax；其中的，taomax、taomin代表中冷器出口温度设定的上下限值；tromax、tromin代表水箱散热器出口温度设定的上下限值；ttomax、ttomin代表传动系散热器出口温度设定的上下限值；thomax、thomin代表液压系统散热器出口温度设定的上下限值；首先，基于温度传感器采集的各散热器出口温度taon、tron、tton、thon，进入风扇启动仲裁，判断是否启动硅油离合器，其中的，taon、tron、tton、thon分别代表中冷器、水箱、传动系油散和液压系统油散等出口传感器测得的实际温度；若传感器测得的水箱、中冷器出口温度均低于设定的工作范围的最小值，硅油离合器不予启动或者按照最小结合率运转；若传感器测得的水箱、中冷器出口温度中，任一温度高于其设定的工作范围的最小值，启动硅油离合器结合率控制；然后，进入硅油离合器结合率取自部件仲裁，依据发动机转速和供油量或输出转矩，确定发动机负荷，若发动机功率超过标定功率的80％或者设定的发动机负荷率系数，按照控制优先原则，则输出依水箱出口温度计算的硅油离合器结合率，反之，硅油离合器结合率按照中冷器出口温度计算结果输出。
10.依据水箱出口温度计算的硅油离合器结合率如下：其中的，η代表计算的硅油离合器结合率，ηmax、ηmin代表硅油离合器的结合率上下极限范围，由硅油离合器特性决定。
11.依据中冷器出口温度计算的硅油离合器结合率如下：
12.进一步地，硅油离合器结合率取值可以结合发动机负荷率，对自水箱、中冷器计算的硅油离合器结合率加权后赋值。
13.有益效果：本发明在风扇与发动机之间连接硅油离合器，各散热器上设温度传感
器，以散热器出口温度为最终控制目标，首先基于经济性考虑，部分负荷优先基于进气温度取值，满负荷优先基于水温取值，避免了转速不稳现象，所述温控系统与控制方法，通过风扇电控单元仲裁并计算硅油离合器结合率，可有效减少风扇耗功，能够实现风扇转速在任意工作点工作，风扇控制中不会产生风扇转速的剧烈波动，可改善拖拉机工作的经济性。
附图说明
15.图1为拖拉机散热器温控系统的元件布置示意图；
16.图2为拖拉机散热器温控系统的风扇离合器控制原理图；
17.图3为拖拉机散热器温控系统的离合器结合率计算流程图。
18.附图标记：中冷器1、空调冷凝器2、液压系统油散3、传动油散4、水箱5、风扇护圈6、风扇7、风扇电控单元8、硅油离合器10、第一转速传感器9、第二转速传感器11、发动机12、第一温度传感器1-1a、第二温度传感器1-1b、第三温度传感器3-1a、第四温度传感器3-1b、第五温度传感器4-1a、第六温度传感器4-1b、第七温度传感器5-1a、第八温度传感器5-1b。
具体实施方式
20.下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细的说明。
21.如图1所示，一种拖拉机散热器温控系统包括：中冷器1、空调冷凝器2、液压系统油散3、传动油散4、水箱5、风扇护圈6、风扇7、风扇电控单元8、硅油离合器10、第一转速传感器9、第二转速传感器11、发动机12、以及设在个散热器出入口出的温度传感器，包括第一温度传感器1-1a、第二温度传感器1-1b、第三温度传感器3-1a、第四温度传感器3-1b、五温度传感器4-1a、第六温度传感器4-1b、第七温度传感器5-1a、第八温度传感器5-1b。
22.其中，所述中冷器1、空调冷凝器2呈上下布置，液压系统油散3、优选的传动油散4呈上下布置，它们与水箱5依次排列在风扇7的前方，四周由风扇护圈6包裹，风扇7大部分侵入风扇护圈6内，风扇护圈内无周边旁通进风。
23.优选地，风扇7可满足发动机在最大扭矩时、最苛刻条件下的风量和散热需求，散热器组合模块能够满足各系统最苛刻条件下的散热需求。
24.风扇7与发动机12连接轴之间安装有电控硅油离合器10，在硅油离合器10的主动端安装有第二转速传感器11，从动端安装有第一转速传感器9，第二转速传感器11安装在发动机上，第一转速传感器9安装在硅油离合器内，可以检测到硅油离合器主从动端速差。
25.硅油离合器10在得电时，受风扇电控单元8控制，在一定温度范围内随温度升高，硅油离合器10结合率无级变化升高，低于设定温度范围时风扇不转或者按照最低空转转速运转。断电时或者高于最高警戒温度时，硅油离合器10完全结合，可全速旋转。
26.优选的，中冷器1的进气口、出气口处安装有第一温度传感器1-1a、第二温度传感器1-1b，液压系统油散3进出油口处分别安装有第三温度传感器3-1a、第四温度传感器3-1b，传动油散4进出油口处分别安装有第五温度传感器4-1a、第六温度传感器4-1b，水箱5的进出油口处分别安装有第七温度传感器5-1a、第八温度传感器5-1b。
27.进一步的，第一转速传感器9、第二转速传感器11、第一温度传感器1-1a、第二温度传感器1-1b、第三温度传感器3-1a、第四温度传感器3-1b、五温度传感器4-1a、第六温度传感器4-1b、第七温度传感器5-1a、第八温度传感器5-1b通过线束与风扇电控单元8相连接。
28.如图2-3，分别为本发明风扇转速控制原理框图和控制流程图，本发明基于前述的温控系统，以各散热器出口温度为最终控制目标求解硅油离合器的结合率；风扇电控单元(ecu)根据传感器采集的各散热器出口温度、环境温度、发动机负荷、大气压力或海拔、以及发动机转速等因素，按照相应的控制逻辑计算离合器结合率，输出pwm信号，控制风扇转速，对于单一部件而言，温度值越高，风扇离合器结合率就越高，反之风扇离合器结合率就越低。
29.本发明基于不同部件求解硅油离合器结合率，在控制逻辑中，每个散热器的温度参数上限均对应风扇转速最大值、硅油离合器的最大结合率，基于不同的使用温度环境，温度参数上限可适当调整，上限控制采用逻辑或控制；下限对应最小值，采用逻辑与控制；中间值采用逻辑优先控制策略，求解硅油离合器结合率；基于不同的使用海拔环境，可对计算的硅油离合器结合率统一二次修正，使用海拔越高，风扇离合器结合率越高；
30.进一步的，逻辑优先控制策略是结合发动机负荷率，在发动机设定的温度范围内，部分负荷下(可设定为80％以下)，基于发动机经济性，优先按照进气温度确定的风扇离合器结合率进行风扇转速控制，接近满负荷，优先按照水箱出口水温确定的风扇离合器结合率进行风扇转速控制。传动油温、液压油温仅参与逻辑上限控制；依此确定风扇电控单元8输出的pwm信号来控制硅油离合器电磁线圈的动作和风扇离合器的输出转速与转矩。
31.特别的，各散热器入口温度仅作为检测热媒供给量是否满足要求判断，各散热器进出口温差参与热交换面散热能力判断，不参与风扇转速控制方法运算，本控制方法不再赘述。
32.具体的，如图2所示，本散热系统风扇转速控制方法包括以下步骤：
33.设定中冷器1、空调冷凝器2、液压系统油散3、传动油散4、水箱5出口温度的工作范围，taomin、taomax、tromin、tromax、ttomin、ttomax、thomin、thomax。其中：
34.taomax、taomin代表中冷器出口温度设定的上下限值。
35.tromax、tromin代表水箱散热器出口温度设定的上下限值。
36.ttomax、ttomin代表传动系散热器出口温度设定的上下限值。
37.thomax、thomin代表液压系统散热器出口温度设定的上下限值。
38.首先，基于传感器采集的各散热器出口温度taon、tron、tton、thon，进入风扇启动仲裁，判断是否启动硅油离合器。其中的，taon、tron、tton、thon代表中冷器、水箱、传动系油散和液压系统油散等出口传感器测得的实际温度。
39.若传感器测得的水箱、中冷器出口温度均低于设定的工作范围的最小值，硅油离合器不予启动或者按照最小结合率运转。
40.若传感器测得的水箱、中冷器出口温度中，任一温度高于其设定的工作范围的最小值，启动硅油离合器结合率控制。
41.进一步的，进入硅油离合器最大结合率判断仲裁，判断水箱、中冷器、液压系统油散、传动油散出口温度是否高于设定的工作范围的最大值，任一部件出口传感器测得的温度高于控制系统相应部件设定的工作范围的最大值，硅油离合器则按照最大结合率运转。
42.若传感器测得的水箱、中冷器出口温度任何一个高于控制系统该部件设定的工作范围的最小值，则依据水箱、中冷器出口温度分别计算硅油离合器结合率。
43.然后，进入硅油离合器结合率取自部件仲裁，依据发动机转速和供油量或输出转
矩，确定发动机负荷，若发动机功率超过标定功率的80％或者设定的发动机负荷率系数，按照控制优先原则，则输出依水箱出口温度计算的硅油离合器结合率。反之，硅油离合器结合率按照中冷器出口温度计算结果输出。
44.进一步的，依据水箱出口温度计算的硅油离合器结合率如下：
[0045][0046]
其中，η代表计算的硅油离合器结合率，ηmax、ηmin代表硅油离合器的结合率上下极限范围，由硅油离合器特性决定。
[0047]
进一步的，依据中冷器出口温度计算的硅油离合器结合率如下：
[0048][0049]
进一步的，硅油离合器结合率的取值，还可以结合发动机负荷率，对自水箱、中冷器计算的硅油离合器结合率加权后赋值。
[0050]
本发明所述的温控系统，散热模块包括多个散热器，满足智能化拖拉机各部件的散热需求，风扇与发动机之间通过硅油离合器连接，通过风扇电控单元仲裁计算硅油离合器结合率，在风扇转速受多方面因素影响时，通过合理的控制逻辑，有效减少风扇耗功，同时保证风扇转速的稳定性、不会发生剧烈波动，且风扇转速能够在任意点工作，从而保证了发动机工作的经济性、可靠性。

技术特征：
1.一种拖拉机散热器温控系统，其特征在于，包括：中冷器(1)、空调冷凝器(2)、液压系统油散(3)、传动油散(4)、水箱(5)、风扇(7)、风扇电控单元(8)、硅油离合器(10)、转速传感器和温度传感器，其中，所述中冷器(1)、空调冷凝器(2)呈上下布置，液压系统油散(3)、传动油散(4)呈上下布置，与水箱(5)依次排列在风扇(7)的前方，风扇(7)与发动机(12)连接轴之间安装有硅油离合器(10)，在中冷器(1)的进气口、出气口处、液压系统油散(3)进出油口处、传动油散(4)进出油口处、水箱(5)的进出油口处分别安装有温度传感器，在硅油离合器的主动端和从动端分别安装有转速传感器；温度传感器、转速传感器分别通过线束与风扇电控单元(8)相连接。2.根据权利要求1所述的一种拖拉机散热器温控系统，其特征在于，所述硅油离合器(10)在得电时，受风扇电控单元(8)控制，在一定温度范围内随温度升高，硅油离合器结合率无级变化升高，低于设定温度范围时风扇不转或者按照最低空转转速运转；断电时或者高于最高警戒温度时，硅油离合器完全结合，能够全速旋转。3.根据权利要求1所述的拖拉机散热器温控系统的风扇转速控制方法，其特征在于，所述控制方法以各散热器出口温度为最终控制目标求解硅油离合器的结合率，基于不同部件求解硅油离合器结合率，在控制逻辑中，每个散热器的温度参数上限均对应风扇转速最大值、硅油离合器的最大结合率，下限对应最小值；上限控制采用逻辑或控制，下限采用逻辑与控制，中间值采用逻辑优先控制策略，求解硅油离合器结合率；逻辑优先控制策略是结合发动机负荷率，在发动机设定的温度范围内，在部分负荷下，基于发动机经济性，优先按照进气温度确定的硅油离合器结合率进行风扇转速控制，接近满负荷时，优先按照水箱出口水温确定的硅油离合器结合率进行风扇转速控制；传动油温、液压油温仅参与逻辑上限控制，依此确定风扇电控单元输出的pwm信号来控制硅油离合器电磁线圈的动作和硅油离合器的输出转速与转矩。4.根据权利要求3所述的风扇转速控制方法，其特征在于，基于不同的使用温度环境，温度参数上限可适当调整，基于不同的使用海拔环境，对计算的硅油离合器结合率统一二次修正，使用海拔越高，硅油离合器结合率越高。5.根据权利要求3所述的风扇转速控制方法，其特征在于，所述控制方法具体为：设定中冷器(1)、空调冷凝器(2)、液压系统油散(3)、传动油散(4)、水箱(5)出口温度的工作范围，taomin、taomax、tromin、tromax、ttomin、ttomax、thomin、thomax；其中的，taomax、taomin代表中冷器出口温度设定的上下限值；tromax、tromin代表水箱散热器出口温度设定的上下限值；ttomax、ttomin代表传动系散热器出口温度设定的上下限值；thomax、thomin代表液压系统散热器出口温度设定的上下限值；首先，基于温度传感器采集的各散热器出口温度taon、tron、tton、thon，进入风扇启动仲裁，判断是否启动硅油离合器，其中的，taon、tron、tton、thon分别代表中冷器、水箱、传动系油散和液压系统油散等出口传感器测得的实际温度；若传感器测得的水箱、中冷器出口温度均低于设定的工作范围的最小值，硅油离合器不予启动或者按照最小结合率运转；若传感器测得的水箱、中冷器出口温度中，任一温度高于其设定的工作范围的最小值，启动硅油离合器结合率控制；
然后，进入硅油离合器结合率取自部件仲裁，依据发动机转速和供油量或输出转矩，确定发动机负荷，若发动机功率超过标定功率的80％或者设定的发动机负荷率系数，按照控制优先原则，则输出依水箱出口温度计算的硅油离合器结合率，反之，硅油离合器结合率按照中冷器出口温度计算结果输出。6.根据权利要求5所述的风扇转速控制方法，其特征在于，依据水箱出口温度计算的硅油离合器结合率如下：其中的，η代表计算的硅油离合器结合率，ηmax、ηmin代表硅油离合器的结合率上下极限范围，由硅油离合器特性决定。7.根据权利要求5所述的风扇转速控制方法，其特征在于，依据中冷器出口温度计算的硅油离合器结合率如下：8.根据权利要求5所述的风扇转速控制方法，其特征在于，硅油离合器结合率取值可以结合发动机负荷率，对自水箱、中冷器计算的硅油离合器结合率加权后赋值。

技术总结
本发明涉及一种拖拉机散热器温控系统与风扇转速控制方法，所述温控系统包括多个散热器和温度传感器，风扇与发动机之间连接硅油离合器，通过风扇电控单元控制风扇转速，以各散热器出口温度为最终控制目标计算硅油离合器结合率，上限采用逻辑或控制，下限采用逻辑与控制，中间值采用逻辑优先控制策略，在发动机部分负荷时优先基于进气温度取值，满负荷时优先基于水温取值，避免了转速不稳现象；通过ECU的控制，可有效减少风扇耗功，并能够实现风扇转速在任意工作点工作，风扇控制中不会产生风扇转速的剧烈波动，有效改善拖拉机工作的经济性和稳定性。性和稳定性。性和稳定性。


技术研发人员：史金钟 郭振杰 王炜 张举鑫 杨婉丽 王志超 胡云龙 张伟勋 杨茵 杨志波
受保护的技术使用者：洛阳拖拉机研究所有限公司
技术研发日：2023.02.14
技术公布日：2023/6/28