專利名稱：一種智能化的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的制作方法
一種智能化的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及機(jī)電一體化、電子控制技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種智能化的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)冷 卻系統(tǒng)，具有降低燃油消耗和提高發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性，減少磨損和延長使用壽命的特點(diǎn)。
背景技術(shù)：
據(jù)CCID統(tǒng)計(jì)，2006年全國汽車產(chǎn)銷量突破720萬輛，一舉上升到世界前三位。2007 年中國汽車總產(chǎn)量達(dá)到近840萬部，與2006年相比，產(chǎn)量的增長速度高達(dá)17%。從絕對量 看，2006、2007相比，汽車產(chǎn)量增長超過120萬輛，這個(gè)數(shù)字是相當(dāng)驚人的。相對于發(fā)達(dá)國 家，中國汽車產(chǎn)業(yè)正處于一個(gè)起步階段，和國外的汽車保有量相比，中國仍具有一定的發(fā)展 空間。2006年，推動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的直接動(dòng)力是轎車的增產(chǎn)，轎車產(chǎn)量的比重首次超過汽車 總產(chǎn)量的50%。根據(jù)汽車行業(yè)預(yù)計(jì)分析和測算，2007市場對汽車的需求為130萬輛，預(yù)計(jì) 在今后五年內(nèi)平均增長率約5% 10%，新型內(nèi)燃機(jī)水冷卻系統(tǒng)的開發(fā)成功，將會大大提 高對水冷卻控制裝置的需求，因此市場的前景十分廣闊。目前國內(nèi)新型汽車內(nèi)燃機(jī)水冷卻系統(tǒng)的研制尚無相關(guān)報(bào)道，而國外汽車行業(yè)已經(jīng) 有相關(guān)的技術(shù)，并應(yīng)用于汽車內(nèi)燃機(jī)上，但采用的技術(shù)仍處于保密階段，無法查詢。對于內(nèi) 燃機(jī)水冷卻控制裝置的運(yùn)行，目前國內(nèi)汽車行業(yè)均采用節(jié)溫器裝置控制內(nèi)燃機(jī)的水循環(huán)， 對于水流流量的大小控制無法實(shí)現(xiàn)全工況控制，因此能耗較大，新型汽車內(nèi)燃機(jī)水冷卻系 統(tǒng)的提出，就是從發(fā)動(dòng)機(jī)的水冷循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行原理上的創(chuàng)新，改變內(nèi)燃機(jī)的水循環(huán)控制方 式，在正機(jī)上采用變量水泵和調(diào)速風(fēng)機(jī)，通過智能控制適時(shí)采集內(nèi)燃機(jī)動(dòng)態(tài)參數(shù)，適時(shí)有效 控制，達(dá)到節(jié)能目的。開發(fā)研制水冷卻控制裝置屬機(jī)電一體化、電子控制技術(shù)領(lǐng)域?qū)ｍ?xiàng)產(chǎn)品，它是數(shù)字 信號處理器控制技術(shù)的軟、硬結(jié)合的產(chǎn)品，是新型汽車內(nèi)燃機(jī)水冷卻系統(tǒng)的主要研制方向 之一。由于汽車內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)速、扭矩和水溫在汽車的運(yùn)行中是一個(gè)變量，因此準(zhǔn)確采集相 關(guān)的信號，正確進(jìn)行信號處理是控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)程序計(jì)算的重要部分。由于汽車內(nèi)燃機(jī)在 溫度相同的條件下，內(nèi)燃機(jī)的工況參數(shù)與發(fā)動(dòng)機(jī)的功耗參數(shù)不是成正比關(guān)系，此系統(tǒng)控制 產(chǎn)品的軟件識別采樣的三個(gè)變量輸入信號的差異性大，因此需要通過仿真技術(shù)計(jì)算出內(nèi)燃 機(jī)的從水溫變化的最佳控制參數(shù)，來對比采集的轉(zhuǎn)速、扭矩和水溫，通過計(jì)算機(jī)內(nèi)部參數(shù)對 比，發(fā)出控制指令。形成熱源能耗處于最佳狀態(tài)。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有汽車發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻控制系統(tǒng)的不足，提供了一種新的汽 車發(fā)動(dòng)機(jī)智能化冷卻控制系統(tǒng)，具有降低燃油消耗和提高發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性，減少磨損和延 長使用壽命的特點(diǎn)。本發(fā)明的一種智能化的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)在冷卻控制裝置中，水冷卻控制裝置 根據(jù)汽車內(nèi)燃機(jī)內(nèi)部水循環(huán)系統(tǒng)的水溫、內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速、扭矩等變量指標(biāo)，通過信號采集處 理、對比由CPU給出控制指令，調(diào)節(jié)變量水泵和調(diào)速風(fēng)機(jī)。
本發(fā)明的一種智能化的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)采用單片機(jī)為核心的電子控制裝置 根據(jù)傳感器反饋的信息進(jìn)行工況判別，通過變量水泵和調(diào)速風(fēng)扇自動(dòng)調(diào)整和控制冷卻液溫 度和流量，確保發(fā)動(dòng)機(jī)在最佳的溫度狀態(tài)下工作。本發(fā)明的一種智能化的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的CPU通過采集汽車內(nèi)燃機(jī)水溫 (T)、負(fù)荷⑴)、扭矩(Ne)信號通過數(shù)據(jù)處理，經(jīng)過控制算法發(fā)出控制指令，調(diào)整變速水泵流 量和調(diào)速風(fēng)扇速率，使內(nèi)燃機(jī)在設(shè)定的工作曲線工作。本發(fā)明的一種智能化的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)利用數(shù)字仿真技術(shù)與實(shí)驗(yàn)編制開發(fā) 專用軟件，專用軟件能適時(shí)監(jiān)控內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行狀況，分析、對比、計(jì)算和控制給水量和風(fēng)量。本發(fā)明的一種智能化的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)采用抗震動(dòng)設(shè)計(jì)，達(dá)到預(yù)期車體運(yùn)行 的設(shè)計(jì)要求。本發(fā)明的一種智能化的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)采用抗干擾設(shè)計(jì)，達(dá)到能抗發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn) 火時(shí)和汽車運(yùn)行中的抗高頻輻射的設(shè)計(jì)要求。本發(fā)明的一種智能化的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)采用模糊PID控制，經(jīng)過CPU控制變 量水泵速度與調(diào)速風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速來達(dá)到自動(dòng)調(diào)整和控制冷卻水的溫度及流量確保內(nèi)燃機(jī)在 最佳的溫度、工況下運(yùn)行；其核心控制CPU采用運(yùn)動(dòng)控制芯片TMS320LFM07，變量水泵、調(diào) 速風(fēng)扇的控制均采用基于空間矢量PWM調(diào)制(SVPWM)的變頻調(diào)速。本發(fā)明的一種智能化的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)包括檢測部分水溫傳感器、速度傳 感器，扭矩傳感器；控制部分LFM07及外圍電路；兩個(gè)變頻電路水泵的變頻電路及風(fēng)扇 的變頻電路，兩個(gè)電路均由驅(qū)動(dòng)電路及主電路組成，主電路均采用IGBT ；軟件部分包括主 程序及兩個(gè)事件管理器EVA、EVB中斷子程序，保護(hù)中斷子程序。本發(fā)明的一種智能化的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的模糊控制器由模糊化、模糊推理、 去模糊化三部分組成；模糊控制系統(tǒng)的輸入有四個(gè)水溫T及其變化率；內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速；內(nèi)燃 機(jī)輸出扭矩，輸出為水溫T。本發(fā)明一種智能化的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的積極效果是1、采集控制信號線路的處理，防止設(shè)計(jì)中出現(xiàn)強(qiáng)電引起的干擾；2、仿真數(shù)據(jù)信號的識別，軟件方案控制數(shù)據(jù)的計(jì)算；3、控制功能單元的劃分的合理，控制次序滿足工況優(yōu)先原則；4、防靜電設(shè)計(jì)，控制系統(tǒng)電路板設(shè)置合理；5、抗高頻干擾和防震設(shè)計(jì)；6、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的工藝性強(qiáng)，利于流水作業(yè)。

圖1汽車內(nèi)燃機(jī)水冷卻控制裝置控制原理；圖2內(nèi)燃機(jī)水冷卻系統(tǒng)溫度影響因素；
具體實(shí)施方式以下通過具體的實(shí)施例對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)的說明。從水冷卻控制裝置基本原理(如附圖1所示)中可以看出CPU通過采集汽車內(nèi) 燃機(jī)水溫T、負(fù)荷Q、扭矩Ne信號通過數(shù)據(jù)處理，經(jīng)過控制算法發(fā)出控制指令，調(diào)整變速水泵流量和調(diào)速風(fēng)扇速率，使內(nèi)燃機(jī)在設(shè)定的工作曲線工作。新型水冷卻控制裝置產(chǎn)品沿用了傳統(tǒng)工業(yè)控制產(chǎn)品的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，但在技術(shù)上和工 藝上必須滿足汽車行業(yè)的抗震與抗干擾特性。它不僅滿足工業(yè)產(chǎn)品要求，同時(shí)還擁有更多 的控制功能和更可靠的技術(shù)性能。采用了系統(tǒng)抗輻射、抗震動(dòng)工藝設(shè)計(jì)；保障產(chǎn)品質(zhì)量的一 致性的老化設(shè)計(jì)；實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的與汽車控制界面相一致設(shè)計(jì)，預(yù)留通信接口。本發(fā)明在控制信號問題的著重解決采集各種電信號信息的正確，通過對控制系統(tǒng) 的研究滿足聯(lián)動(dòng)信號自動(dòng)控制，通信接口的設(shè)計(jì)，達(dá)到汽車界面人性化控制。建立內(nèi)燃機(jī)模 型，研究數(shù)字仿真系統(tǒng)的輸出特性，模擬汽車工況特性指標(biāo)，建立軟件控制數(shù)據(jù)庫。產(chǎn)品結(jié) 構(gòu)的工藝性設(shè)計(jì)，采用通信行業(yè)和防震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，主要解決信號控制的抗干擾器件選 擇和傳輸導(dǎo)線的選擇。作為新型汽車內(nèi)燃機(jī)水冷卻系統(tǒng)的控制子系統(tǒng)，其主要作用是分析 水冷卻系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，對傳感器反饋的信息(內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)速與扭矩，冷卻水的溫度)進(jìn)行 處理，采用模糊PID控制，經(jīng)過CPU控制變量水泵速度與調(diào)速風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速來達(dá)到自動(dòng)調(diào)整和 控制冷卻水的溫度及流量確保內(nèi)燃機(jī)在最佳的溫度、工況下運(yùn)行。其核心控制CPU采用TI 公司的運(yùn)動(dòng)控制芯片TMS320LFM07，變量水泵、調(diào)速風(fēng)扇的控制均采用基于空間矢量PWM 調(diào)制(SVPWM)的變頻調(diào)速。汽車內(nèi)燃機(jī)的冷卻液溫度受許多因素的影響，如內(nèi)燃機(jī)的負(fù)荷、汽車行駛速度、外 界的氣溫、散熱器結(jié)構(gòu)形式、散熱器的水流量和風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速等。其關(guān)系可用附圖2表示。這 些影響因素大多是不斷變化的，同時(shí)汽車?yán)鋮s水溫度控制過程是一個(gè)具有大慣性、純滯后、 非線性特點(diǎn)的物理反應(yīng)過程。因此發(fā)動(dòng)機(jī)的水溫變化與各因素問的關(guān)系很難用數(shù)學(xué)方程進(jìn) 行準(zhǔn)確描述。通過測試水溫的升高和降低是一個(gè)緩慢變化和大大滯后的過程。因此對內(nèi)燃 機(jī)冷卻系統(tǒng)冷卻液溫度的控制，采用常規(guī)的PID控制，系統(tǒng)模型難以建立，且控制效果也不 好。由于模糊控制是模仿人工控制活動(dòng)中人腦的模糊概念和成功的控制策略，運(yùn)用模糊數(shù) 學(xué)，把人工控制策略用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)。模糊控制不依賴系統(tǒng)的精確數(shù)學(xué)模型，因而對系統(tǒng)參數(shù) 的變化不敏感，具有很強(qiáng)的魯棒性。因此汽車內(nèi)燃機(jī)冷卻系統(tǒng)如采用模仿人工控制活動(dòng)中 人腦的模糊概念和成功的控制策略，將達(dá)到令人滿意的效果，故本系統(tǒng)采用模糊PID控制 器，將模糊控制與傳統(tǒng)PID控制相結(jié)合。用模糊控制理論在線整定PID控制器的比例、積分、 微分系數(shù)。仿真結(jié)果表明模糊PID控制在響應(yīng)速度、穩(wěn)態(tài)精度等方面均優(yōu)于常規(guī)PID控制
ο本發(fā)明采用采用TI公司的運(yùn)動(dòng)控制專用芯片TMS320LFM07為核心控制CPU。 LF2407型DSP芯片是一款高性能16位定點(diǎn)DSP，該系列DSP控制器將實(shí)時(shí)信號處理能力和 控制器外設(shè)功能集于一身，特別適合于工業(yè)控制應(yīng)用。其芯片供電電壓為3. 3V，降低了控制 器的功耗。高達(dá)40M IPS的執(zhí)行速度(工作最高頻率為40MEz)，片內(nèi)有3 (字的Flash程 序存貯器，544字的DARAM和I字的SARAM，可以外擴(kuò)存貯器總共有194K字空間，片內(nèi)集 成了看門狗(WDT)；提供多達(dá)16路模擬輸入的10位A/D，最小轉(zhuǎn)換時(shí)間為375ns ；高達(dá)40 個(gè)可單獨(dú)編程或復(fù)用的通用輸入/輸出引腳。具有低成本、低功耗、高速運(yùn)算能力和高性能 處理能力的優(yōu)點(diǎn)；同時(shí)有專用于電機(jī)控制的兩個(gè)事件管理模塊EVA與EVB模塊，非常適合于 電機(jī)控制除此這外，LFM07還帶有CAN總線模塊，適合于汽車對數(shù)據(jù)傳送的要求。因此，該 DSP芯片可以滿足作為此系統(tǒng)主控芯片的要求。本發(fā)明的一種智能化的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系 統(tǒng)的測試結(jié)果如表1所示
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表1測試結(jié)果
權(quán)利要求
1.一種智能化的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)，其特征在于在冷卻控制裝置中，水冷卻控制 裝置根據(jù)汽車內(nèi)燃機(jī)內(nèi)部水循環(huán)系統(tǒng)的水溫、內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速、扭矩等變量指標(biāo)，通過信號采集 處理、對比由CPU給出控制指令，調(diào)節(jié)變量水泵和調(diào)速風(fēng)機(jī)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種智能化的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)，其特征在于采用單片 機(jī)為核心的電子控制裝置根據(jù)傳感器反饋的信息進(jìn)行工況判別，通過變量水泵和調(diào)速風(fēng)扇 自動(dòng)調(diào)整和控制冷卻液溫度和流量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種智能化的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)，其特征在于CPU通過采 集汽車內(nèi)燃機(jī)水溫(T)、負(fù)荷⑴)、扭矩(Ne)信號通過數(shù)據(jù)處理，經(jīng)過控制算法發(fā)出控制指 令，調(diào)整變速水泵流量和調(diào)速風(fēng)扇速率，使內(nèi)燃機(jī)在設(shè)定的工作曲線工作。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種智能化的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)，其特征在于利用數(shù)字 仿真技術(shù)與實(shí)驗(yàn)編制開發(fā)專用軟件，專用軟件能適時(shí)監(jiān)控內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行狀況，分析、對比、計(jì) 算和控制給水量和風(fēng)量。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種智能化的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)，其特征在于采用抗震 動(dòng)設(shè)計(jì)，達(dá)到預(yù)期車體運(yùn)行的設(shè)計(jì)要求。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種智能化的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)，其特征在于采用抗干 擾設(shè)計(jì)，達(dá)到能抗發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火時(shí)和汽車運(yùn)行中的抗高頻輻射的設(shè)計(jì)要求。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種智能化的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)，其特征在于采用模 糊PID控制，經(jīng)過CPU控制變量水泵速度與調(diào)速風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速來達(dá)到自動(dòng)調(diào)整和控制冷卻水 的溫度及流量確保內(nèi)燃機(jī)在最佳的溫度、工況下運(yùn)行；其核心控制CPU采用運(yùn)動(dòng)控制芯片 TMS320LFM07，變量水泵、調(diào)速風(fēng)扇的控制均采用基于空間矢量PWM調(diào)制(SVPWM)的變頻調(diào) 速。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種智能化的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)，其特征在于包括檢測 部分水溫傳感器、速度傳感器，扭矩傳感器；控制部分LFM07及外圍電路；兩個(gè)變頻電 路水泵的變頻電路及風(fēng)扇的變頻電路，兩個(gè)電路均由驅(qū)動(dòng)電路及主電路組成，主電路均采 用IGBT ；軟件部分包括主程序及兩個(gè)事件管理器EVA、EVB中斷子程序，保護(hù)中斷子程序。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種智能化的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)，其特征在于模糊控制 器由模糊化、模糊推理、去模糊化三部分組成；模糊控制系統(tǒng)的輸入有四個(gè)水溫T及其變 化率；內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速；內(nèi)燃機(jī)輸出扭矩，輸出為水溫T。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種智能化的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)，在冷卻控制裝置中，水冷卻控制裝置根據(jù)汽車內(nèi)燃機(jī)內(nèi)部水循環(huán)系統(tǒng)的水溫、內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速、扭矩等變量指標(biāo)，通過信號采集處理、對比由CPU給出控制指令，調(diào)節(jié)變量水泵和調(diào)速風(fēng)機(jī)；采用單片機(jī)為核心的電子控制裝置根據(jù)傳感器反饋的信息進(jìn)行工況判別，通過變量水泵和調(diào)速風(fēng)扇自動(dòng)調(diào)整和控制冷卻液溫度和流量，確保發(fā)動(dòng)機(jī)在最佳的溫度狀態(tài)下工作；利用數(shù)字仿真技術(shù)與實(shí)驗(yàn)編制開發(fā)專用軟件，專用軟件能適時(shí)監(jiān)控內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行狀況，分析、對比、計(jì)算和控制給水量和風(fēng)量；本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)降低燃油消耗和提高發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性，減少磨損和延長使用壽命。
文檔編號F01P7/00GK102135030SQ201010023139
公開日2011年7月27日 申請日期2010年1月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月22日
發(fā)明者陳寧 申請人:陳寧