一种工程机械冷却风扇控制器及控制方法

专利名称：一种工程机械冷却风扇控制器及控制方法技术领域：本发明涉及诸如装载机、挖掘装载机等工程机械领域，更具体的说涉及一种工程机械冷却风扇控制器及控制方法，用于对中冷器、冷却水散热器、液压油散热器以及变速箱变矩器散热器进行冷却时，调整冷却风扇的转速，达到保证系统性能、抑制噪声和改善油耗的功效。背景技术：工程机械，例如挖掘装载机，一方面是通过液压缸或液压马达等液压执行元件控制工作装置运动，另一方面通过变速箱变矩器等液力执行元件来传递动能，以控制工程机械的动力输出。通常，在这种工程机械中，为了对发动机进行冷却，一般是通过驱动设置在发动机舱内的冷却风扇产生冷却风来实现。冷却风扇大多依靠发动机曲轴动力，冷却风从进气栅格流入，冷却各种热交换器，进而从排气孔排出。热交换器中，有对涡轮增压器压缩空气进行冷却的中冷器，有对发动机冷却水进行冷却的撒热气，有对液压驱动装置中工作油进行冷却的油冷却器，还有对液力驱动装置中工作油进行冷却的油冷却器。但是，传统工程机械采用发动机直动型冷却风扇，冷却风扇的转速与发动机转速成比例。因此，散热器中冷却水，液压油散热器中工作油，双变散热器中工作油容易散热不足或过度冷却，中冷装置散热效果不明显降低发动机功率。因此，独立冷却系统被提出，即该系统具有:对散热器进行强制冷却的冷却风扇、冷却风扇驱动用的液压马达、可控冷却风扇用液压马达转速的可变容量型液压泵、检测各冷却液或工作油温度的传感器以及检测发动机转速的发动机转速传感器，通过输入来自这些传感器的检测信号 ，根据各个传感器的信号，通过控制器进行计算，再控制冷却风扇转速。在中国发明专利申请号为200780009604.0的专利中，提出用油温和油温与外界气温差值来控制风扇转速，从而实现一种控制策略。在中国发明专利申请号为200580029803.9的专利中，提出通过中冷器气温、液压油散热器油温和冷却水水温等参数来控制冷却风扇最佳转速。近年来，工程机械噪音限制标准日益严格，在传统冷却系统中，仅仅依靠对隔音手段进行改进存在着局限，难以满足噪音限制的标准。从现有的专利技术中，冷却风扇转速依靠冷却水温、液压油温以及中冷器气温等参数控制的独立冷却系统已经出现，但是对变速箱变矩器油温度控制策略没有明确记载。冷却系统冷却风扇转速控制策略往往按照各个散热器推算转速的最大值来设定，其会出现局部散热器冷却风过量的状况，其不仅影响了整体性能，而且在功耗和噪声方面也大大增加发明内容本发明的主要目的在于提供一种工程机械冷却风扇控制器，以解决现有技术无法兼顾性能、功耗和噪声的问题，即达到保证各散热器所需冷却风量的同时，还尽可能将各个系统温度调整至最佳性能温度区间，并且降低冷却风扇噪音和功耗。为了达成上述目的，本发明的解决方案是: 一种工程机械冷却风扇控制器，其中，包括控制系统以及均与控制系统相连的中冷器出口空气温度传感器、液压油散热器出口温度传感器、冷却水散热器出口温度传感器、双变油散热器出口温度传感器和风扇驱动系统，该控制系统基于各温度传感器的感测信号分别获得中冷器出口空气温度T1、液压油冷却器出口油温Th、冷却水散热器入口冷却水温Th以及双变油散热器出口油温Tt，再基于上述温度值分别推算出对应所需的冷却风扇转速％、N2, N3和N4,该控制系统对每个散热器流体都设置了最佳性能温度区间上限值，并分别比较T1、Th、Tri, Tt是否超过其最佳性能温度上限T ipmax、^hpmax Λ ^ripmax Λ ^tpmaxV Tr1、Tt 都没有超过其最佳性能温度上限Tipmax、Thpmax, Tripmax, Ttpmax,则选择将冷却风扇转速推算值Hn3、n4中的最小值所对应的控制信号输送至风扇驱动系统；若TpThJmTt存在一个或多个值超过其最佳性能温度上限Tipmax、Thpmax, Tripmax, Ttpmax,则选择将冷却风扇转速推算值HN3> N4中的最大值所对应的控制信号输送至风扇驱动系统。本发明的另一目的在于提供一种工程机械冷却风扇控制方法，其中，包括如下步骤: 步骤101:中冷器出口空气温度传感器感应空气温度Ti,控制系统接收温度信号，推算冷却风扇转速N1，然后执行步骤102 ； 步骤102:液压油散热器出口温度传感器感应液压油温度Th，控制系统接收温度信号，推算冷却风扇转速N2，然后执行步骤103 ； 步骤103:冷却水散热器出口温度传感器感应冷却水温度IVi，控制系统接收温度信号，推算冷却风扇转速N3，然后执行步骤104 ； 步骤104:双变油散热器出口温度传感器感应双变油温度Tt，控制系统接收温度信号，推算冷却风扇转速N4，然后执行步骤105 ； 步骤105:控制系统比较分别比较1\、Th、Tri, Tt是否超过其最佳性能温度上限Tipmax、Thpmax、^ripmax Λ ^tpmax 如果T1、Th、Tjr1、Tt中的个超过其对应的取彳土性日Ei温度上限Tipmax、Thpmax、T_ax、Ttpmax，则执行步骤106，如果不存在则执行107 ； 步骤106:控制系统选择冷却风扇推算转速值％、N2, N3> N4中的最大值作为目标转速，然后执行步骤108 ； 步骤107:控制系统选择冷却风扇推算转速值％、N2, N3> N4中的最小值作为目标转速，然后执行步骤108 ； 步骤108:控制系统输出与目标转速对应的控制信号。采用上述结构后，本发明在控制冷却风扇转速时，应用了 4种流体温度值作为参考，由于每个散热器内流体温度转速函数都是线性曲线，故根据散热器内流体温度推算冷却风扇转速，可以实现精确地和最佳地控制冷却风扇转速。本发明比较判断中间冷却器出口空气温度、液压油冷却器出口油温、冷却水散热器入口冷却水温、双变油散热器出口油温是否超过其最佳性能温度上限；如果超过，则选用推算转速最大值作为冷却风扇的目标转速，让其温度下降，尽快回到最佳性能温度区间；如果没有超过，则选用推算转速最小值作为冷却风扇的目标转速，让不在最佳性能温度区间的流体温度上升，尽快达到最佳性能温度区间。因此，本发明在充分保证冷却能力的同时，尽可能地将各个系统流体温度约束在最佳性能温度区间内，保证各系统在最佳性能下工作；减少了冷却风扇不必要的转动，不仅降低了冷却风扇产生的机器噪声，还同时降低了油耗。图1为本发明涉及一种工程机械冷却风扇控制器的原理框图。图2为本发明涉及一种工程机械冷却风扇控制方法的流程 图3为本发明涉及控制器中中冷器流体温度与冷却风扇目标转速关系函数。图4为本发明涉及控制器中冷却水散热器流体温度与冷却风扇目标转速关系函数。图5为本发明涉及控制器中双变油散热器流体温度与冷却风扇目标转速关系函数。图6为本发明涉及控制器中液压油散热器流体温度与冷却风扇目标转速关系函数。图中: 中冷器出口空气温度传感器 11 液压油散热器出口温度传感器12 冷却水散热器出口温度传感器13 双变油散热器出口温度传感器14 控制系统2风扇驱动系统 3 风扇4。具体实施例方式为了进一步解释本发明的技术方案，下面通过具体实施例来对本发明进行详细阐述。如图1所示，本发明涉及的一种工程机械冷却风扇控制器，包括控制系统2以及均与控制系统2相连的中冷器出口空气温度传感器11、液压油散热器出口温度传感器12、冷却水散热器出口温度传感器13、双变油散热器出口温度传感器14和风扇驱动系统3，该风扇驱动系统3与风扇4相连以驱动风扇4转动。该控制系统2基于各温度传感器的感测信号分别获得中冷器出口空气温度T1、液压油冷却器出口油温Th、冷却水散热器入口冷却水温Th以及双变油散热器出口油温Tt，再基于上述温度值分别推算出对应所需的冷却风扇转速H N3和N4。该控制系统2对每个散热器流体都设置了最佳性能温度区间上限值，并分别比较T1、Th、Tri, Tt是否超过其最佳性能温度上限Tipmax、^hpmax Λ ^ripmax Λ ^tpmaxV Tr1、Tt 都没有超过其最佳性能温度上限Tipmax、Thpmax, Tripmax, Ttpmax,则选择将冷却风扇转速推算值HN3> N4中的最小值所对应的控制信号输送至风扇驱动系统3 ;若1\、Th、Tri, Tt存在一个或多个值超过其最佳性能温度上限Tipmax、Thpmax, Tripmax, Ttpmax，则选择将冷却风扇转速推算值N1、N2> N3> N4中的最大值所对应的控制信号输送至风扇驱动系统3。如图2所示，本发明还提供一种工程机械冷却风扇控制方法，包括如下步骤: 步骤101:中冷器出口空气温度传感器11感应空气温度Ti,控制系统2接收温度信号，推算冷却风扇转速N1，然后执行步骤102 ； 步骤102:液压油散热器出口温度传感器12感应液压油温度Th，控制系统2接收温度信号，推算冷却风扇转速N2，然后执行步骤103 ； 步骤103:冷却水散热器出口温度传感器13感应冷却水温度I^i，控制系统2接收温度信号，推算冷却风扇转速N3，然后执行步骤104 ； 步骤104:双变油散热器出口温度传感器14感应双变油温度Tt，控制系统2接收温度信号，推算冷却风扇转速N4,然后执行步骤105 ； 步骤105:控制系统2比较分别比较HU是否超过其最佳性能温度上限Tipmax、Thpmax、^ripmax Λ ^tpmax 如果T1、Th、Tjr1、Tt中的个超过其对应的取彳土性日Ei温度上限Tipmax、Thpmax、T_ax、Ttpmax，则执行步骤106，如果不存在则执行107 ； 步骤106:控制系统2选择冷却风扇推算转速值N1、N2、N3、N4中的最大值作为目标转速，然后执行步骤108 ； 步骤107:控制系统2选择冷却风扇推算转速值N1、N2、N3、N4中的最小值作为目标转速，然后执彳了步骤108 ； 步骤108:控制系统2输出与目标转速对应的控制信号。如图3所示，其示出了中冷器出口温度与风扇目标转速的函数关系图，当温度低于Tia时，风扇目标转速为Nmin恒定值，当温度高于Tib时，风扇目标转速为Nmax恒定值；在Tia和Tib之间，存在一个最佳性能温度区间，上限为Tipmax，下限为Tipmin，对应的冷却风扇目标转速分别为 Npniax、Npniin。如图4所示，其示出了冷却水散热器入口温度与风扇目标转速的函数关系图，当温度低于I；ia时，风扇目标转速为Nmin恒定值，当温度高于THb时，风扇目标转速为Nmax恒定值！在了&和I；ib之间，存在一个最佳性能温度区间，上限为THpmax，下限为I；ipmin，对应的冷却风扇目标转速分别为Npmax、Npmin0如图5所示，其示出了双变油散热器出口温度与风扇目标转速的函数关系图，当温度低于Tta时，风扇目标转速为Nmin恒定值，当温度高于Ttb时，风扇目标转速为Nmax恒定值；在Tta和Ttb之间，存在一个最佳性能温度区间，上限为Ttpmax,下限为Ttpmin,对应的冷却风扇目标转速分别为Npmax、Npmin0如图6所示，其示出了液压油散热器出口温度与风扇目标转速的函数关系图，当温度低于Tha时，风扇目标转速为Nmin恒定值，当温度高于Thb时，风扇目标转速为Nmax恒定值；在Tha和Thb之间，存在一个最佳性能温度区间，上限为Thpmax,下限为Thpmin,对应的冷却风扇目标转速分别为Npmax，Npmin0这样，本发明比较判断中间冷却器出口空气温度、液压油冷却器出口油温、冷却水散热器入口冷却水温、双变油散热器出口油温是否超过其最佳性能温度上限；如果超过，则选用推算转速最大值作为冷却风扇的目标转速，让其温度下降，尽快回到最佳性能温度区间；如果没有超过，则选用推算转速最小值作为冷却风扇的目标转速，让不在最佳性能温度区间的流体温度上升，尽快达到最佳性能温度区间。 因此，本发明在充分保证冷却能力的同时，尽可能地将各个系统流体温度约束在最佳性能温度区间内，保证各系统在最佳性能下工作；减少了冷却风扇不必要的转动，不仅降低了冷却风扇产生的机器噪声，还同时降低了油耗。上述实施例和图式并非限定本发明的产品形态和式样，任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变 化或修饰，皆应视为不脱离本发明的专利范畴。权利要求1.一种工程机械冷却风扇控制器，其特征在于，包括控制系统以及均与控制系统相连的中冷器出口空气温度传感器、液压油散热器出口温度传感器、冷却水散热器出口温度传感器、双变油散热器出口温度传感器和风扇驱动系统，该控制系统基于各温度传感器的感测信号分别获得中冷器出口空气温度T1、液压油冷却器出口油温Th、冷却水散热器入口冷却水温Th以及双变油散热器出口油温Tt，再基于上述温度值分别推算出对应所需的冷却风扇转速&、队、乂和队，该控制系统对每个散热器流体都设置了最佳性能温度区间上限值，并分别比较1\、Th、Tri, Tt是否超过其最佳性能温度上限 Tipmax、Thpmax、^ripmax Λ ^tpmaxTri> Tt都没有超过其最佳性能温度上限Tipmax、Thpmax, Tripmax, Ttpmax,则选择将冷却风扇转速推算值N1、N2、N3、N4中的最小值所对应的控制信号输送至风扇驱动系统；若TpThJmTt存在一个或多个值超过其最佳性能温度上限Tipmax、Thpmax, Tripmax, Ttpmax,则选择将冷却风扇转速推算值H N3> N4中的最大值所对应的控制信号输送至风扇驱动系统。2.一种工程机械冷却风扇控制方法，其特征在于，包括如下步骤: 步骤101:中冷器出口空气温度传感器感应空气温度Ti,控制系统接收温度信号，推算冷却风扇转速N1，然后执行步骤102 ； 步骤102:液压油散热器出口温度传感器感应液压油温度Th，控制系统接收温度信号，推算冷却风扇转速N2，然后执行步骤103 ； 步骤103:冷却水散热器出口温度传感器感应冷却水温度IVi，控制系统接收温度信号，推算冷却风扇转速N3，然后执行步骤104 ； 步骤104:双变油散热器出口温度传感器感应双变油温度Tt，控制系统接收温度信号，推算冷却风扇转速N4，然后执行步骤105 ； 步骤105:控制系统比较分别比较1\、Th、Tri, Tt是否超过其最佳性能温度上限Tipmax、Thpmax、^ripmax Λ ^tpmax 如果T1、Th、Tjr1、Tt中的个超过其对应的取彳土性日Ei温度上限Tipmax、Thpmax、T_ax、Ttpmax，则执行步骤106，如果不存在则执行107 ； 步骤106:控制系统选择冷却风扇推算转速值％、N2, N3> N4中的最大值作为目标转速，然后执行步骤108 ； 步骤107:控制系统选择冷却风扇推算转速值％、N2, N3> N4中的最小值作为目标转速，然后执彳了步骤108 ； 步骤108:控制系统 输出与目标转速对应的控制信号。全文摘要本发明公开一种工程机械冷却风扇控制器及控制方法，该控制器包括控制系统、中冷器出口空气温度传感器、液压油散热器出口温度传感器、冷却水散热器出口温度传感器、双变油散热器出口温度传感器和风扇驱动系统，通过各温度传感器获得Ti、Th、Tri、Tt，再将与最佳性能温度上限进行比较，若没有一个超过最佳性能温度上限，执行N1、N2、N3、N4中自小的一个，若有一个超过最佳性能温度上限，执行N1、N2、N3、N4最大的一个。本发明在充分保证冷却能力的同时，尽可能地将各个系统流体温度约束在最佳性能温度区间内，保证各系统在最佳性能下工作，减少冷却风扇不必要的转动，降低了冷却风扇产生的机器噪声，还同时降低了油耗。文档编号F04D27/00GK103216304SQ20131014982公开日2013年7月24日 申请日期2013年4月26日 优先权日2013年4月26日发明者侯亮, 黄锴, 郑聪, 郭涛, 钱尧一 申请人:厦门大学, 厦门厦工机械股份有限公司