CN112761772B - 基于温控模块的节温器模拟控制方法 - Google Patents

基于温控模块的节温器模拟控制方法 Download PDF

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Abstract

一种基于温控模块的节温器模拟控制方法，包括：设定假想节温器，包括假想节温器的初开温度、全开温度及对应的升程曲线；在温控模块正常工作时，判断当前水温与假想节温器的初开温度与全开温度之间的关系；若当前水温处于假想节温器的初开温度与全开温度之间，则根据当前水温和当前球阀转角，拟合假想节温器的升程曲线，计算T+1时刻等效的温控模块开度。

Description

基于温控模块的节温器模拟控制方法
技术领域
本发明涉及发动机水冷***，特别涉及一种基于温控模块的节温器模拟控制方法。
背景技术
目前，市面上常用的发动机冷却***通常包括机械水泵和节温器。节温器的物理结构以蜡包为主，水温低时，蜡包为固态，节温器阀在弹簧的作用下关闭冷却液通往散热器的支路，水温高时，蜡包熔化为液体，体积随之增大，推动节温器阀打开散热器支路进行降温。这种结构决定了该发动机冷却***仅能够在大循环(散热器参与)和小循环(散热器不参与)两种状态下进行切换，无法对更多的支路进行控制。而基于蜡包的物理特性，节温器是否打开取决于当前水温，与其他因素无关，整个过程自发而不可控，一般情况下主要考虑发动机的过热风险和可靠性，无法针对各个工况进行主动、独立的优化，且节温器从全闭到全开时，石蜡熔化存在一个渐变的过程，响应较慢。
温控模块是一种新开发的零部件，通过电机驱动球阀，当球阀的开口与对应的管路对齐时，对应的支路打开，当球阀开口与对应管路错开时，即可关闭该支路，或使该支路处于半开半闭状态。温控模块可以同时控制3～5个支路的流量，对大循环、小循环、暖风、油冷器等支路的流量按需分配，由于是通过电机驱动调整开度，因此可随时对开度进行主动式调节，解决了传统节温器设计固化的问题；并且，因为不存在蜡包熔化的过程，其调整速度极快，水温响应速度可得到提升；另外，温控模块与离合式水泵、开关阀不同，不仅可以实现无级调整，对水温的调整更加精确，同时还可在正常行车过程中使用，使发动机在任意时刻都工作在最佳的温度点，而不局限于加速暖机阶段，应用场景较广。
在整车测试过程中，往往要求对新技术的效果、收益进行评估，因此，对于同一台发动机，需要对温控模块和节温器的效果进行对比，但温控模块的控制温度边界与节温器具有较大的差异，难以同时兼容。对温控模块的效果评估，通常是基于配备有节温器的传统车型，临时改制温控模块与其进行匹配，但由于整车边界已经确定，温控模块的设计会受到比较大的束缚，而且整车ECU并没有预留相应的接口对温控模块进行控制，测试过程中需要临时加载额外的控制器，且仅能实现简单的人工控制，控制响应慢、精度较差，因此，这种测试条件下的评估难以体现温控模块的真实潜力。
对于新开发的发动机而言，往往只设计温控模块的方案，而不会对节温器的方案进行预留。由于温控模块可同时控制3～4个支路，而节温器仅能控制大、小循环两个支路，无法满足温控模块的边界，且两种方案的冷却***管路的走向完全不同。因此，针对温控模块的方案难以评估节温器方案的效果。如果为了与温控模块进行对比而单独设计一款节温器并进行试制，需要较大的代价，通常的做法是不评估，或者仅做粗略的评估，由此会使得技术收益与成本之间的关系难以摸清，无法对温控模块做出客观的评价。
还有一种方式是利用仿真计算，通过软件建模，设计符合温控模块或者节温器特性的模型，通过计算结果进行对比。但由于冷却***在整车工况下是动态的，温控模块的控制与控制策略有关，而节温器的特性在动态过程中也有比较积极的变化，而仿真通常只能对稳态过程进行计算，而无法较好的对瞬态进行模拟，因此，计算结果往往只能进行粗略的参考，无法得到准确的对比。
前面的叙述在于提供一般的背景信息，并不一定构成现有技术。
发明内容
基于此，本发明提供一种基于温控模块的节温器模拟控制方法。
本发明提供的基于温控模块的节温器模拟控制方法，包括如下步骤：设定假想节温器，包括假想节温器的初开温度、全开温度及对应的升程曲线；在温控模块正常工作时，判断当前水温与假想节温器的初开温度与全开温度之间的关系；若当前水温处于假想节温器的初开温度与全开温度之间，则根据当前水温和当前球阀转角，拟合假想节温器的升程曲线，计算T+1时刻等效的温控模块开度。
进一步地，还包括：整车上电，温控模块自检，如异常则报警，如正常则进一步判断水温传感器是否故障；如水温传感器故障，则报警，如正常，则进入模拟节温器测试模式。
进一步地，还包括：在模拟节温器测试模式下，将温控模块的球阀转角调整到预设的初始位置。
进一步地，还包括：在温控模块正常工作时，如当前水温低于假想节温器的初开温度，则球阀转角保持在预设的初始位置不变；如当前水温高于假想节温器的全开温度，则将球阀转角调整至预设的结束位置，并保持在结束位置不变。
进一步地，当球阀转角处于预设的初始位置时，冷却***的小循环打开，大循环关闭，且除小循环和大循环以外的其它支路常开。
进一步地，当球阀转角处于预设的初始位置时，温控模块的流通面积等同于假想节温器未开启时的流通面积。
进一步地，当球阀转角处于预设的结束位置时，冷却***的小循环完全关闭，散热器及其他功能支路均完全打开。
进一步地，根据当前水温和当前球阀转角，拟合假想节温器的升程曲线，计算T+1时刻等效的温控模块开度包括：在温控模块正常工作状态下，记录当前水温和当前球阀转角；根据当前水温查假想节温器的温升曲线及温降曲线，得到对应的两个节温器升程，并通过节温器与温控模块标定试验的结果，将该两个节温器升程转换成对应的球阀转角；通过节温器与温控模块标定试验的结果，将当前球阀转角转化成对应的节温器升程，并计算该节温器升程相对温升曲线及温降曲线的位置；维持球阀位置不变，根据T+1时刻的水温查询假想节温器的温升曲线及温降曲线，得到对应的两个节温器升程，并计算温升曲线及温降曲线在T+1时刻的斜率；基于当前球阀转角对应的节温器升程相对温升曲线及温降曲线的位置，计算当前球阀转角对应的节温器升程曲线的斜率；根据当前球阀转角对应的节温器升程曲线的斜率，计算节温器在T+1时刻的升程，并根据节温器与温控模块标定试验的标定结果，将该升程转化为对应的球阀转角。
综上所述，本发明至少具有如下有益效果：
本发明的节温器模拟方法，使用恰当的策略控制温控模块的转动，通过温控模块中球阀开度与流量的关系，对节温器升程曲线进行拟合，匹配节温器初开和全开的时机，模拟节温器在开启、关闭过程中出现的动态特性。该方法可以在使用温控模块的整车上较好地实现温控模块对节温器随水温上升、下降时的不同动作的模拟，最大限度地复现节温器的控制效果。在循环工况测试当中，通过该方法可以在不对整车配置做改变的情况下，同时研究温控模块、节温器对油耗和排放的影响，最终实现评估温控模块收益的目的。
附图说明
图1为本发明的基于温控模块的节温器模拟控制方法中部分流程的控制策略图。
图2为假想节温器的温度-升程曲线的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
如图1所示，本发明实施例提供的基于温控模块的节温器模拟控制方法包括：
步骤S10：设计假想中的一款节温器，需要设计其初开温度Tstart、全开温度Tend、以及对应的温度-升程曲线；
在步骤S10中，假想节温器的升程曲线仿照现有的节温器升程曲线，并根据假想节温器的初开温度Tstart和全开温度Tend绘制，图2所示为假想节温器的温度-升程曲线的示意图，该温度-升程曲线包括温升曲线TIcur及温降曲线TDcur。
步骤S20：整车上电后，温控模块开始进行自检，如正常则进入下一步，如异常则报警，发动机限扭，发动机ECU对温控模块输入散热器支路全开的信号，避免发动机过热。
在步骤S20中，温控模块自检时，温控模块控制器首先控制球阀将开度调整到最大开度P100，如球阀位置传感器读取的位置信号表明球阀已转动至最大开度P100，则进一步将球阀从最大开度P100调整到最小开度P0，确认位置正常后再将球阀调回至最大开度P100。如果在球阀的转动过程中，驱动球阀转动的电机已经移动到上、下止点无法再移动，但是球阀位置传感器读取的信号表明球阀转角还未达到最大或最小值，又或者球阀位置传感器反馈的信号表明球阀转角已经超出正常量程，则说明球阀位置传感器的标定与实际位置无法对应，此时发动机控制器输出报警信号，发动机限扭，且对温控模块输入散热器支路全开的信号，将水冷***的散热器支路开至最大，避免发动机过热。
步骤S30：判断水温传感器是否故障，如水温传感器故障，则发动机控制器报警，并对温控模块输入散热器支路全开的信号，避免发动机过热；如水温传感器正常，则进入模拟节温器测试模式。
在步骤S30中，发动机控制器根据水温传感器故障码判断水温传感器是否出现故障。如果水温传感器发送的当前水温超过发动机水温的正常工作范围，则表明水温传感器存在故障，发动机控制器报警，并对温控模块输入散热器支路全开的信号，否则表示水温传感器正常工作，进入下一步骤。
步骤S40：在模拟节温器测试模式下，将温控模块的球阀转角调整到预设的初始位置Pstart。
在设定初始位置Pstart时，由于节温器不具有温控模块同时控制多开路的功能，初始位置Pstart需确保除小循环、大循环以外的其他支路常开；此外，初始位置Pstart需依据对冷却***流量-压损特性的标定结果，确保发动机小循环打开而大循环完全关闭，且在初始位置Pstart的球阀开度下，其流通面积等同于假想节温器未开启时候的状态，使其流量-压损特性能够模拟假想节温器未开启时的状态。由于节温器开度设置时，通常设置为节温器开度达到一定水平才认为节温器开启，因此，节温器未开启并不代表完全没有液体流过节温器。
步骤S50：在温控模块正常工作时，判断当前水温T0与假想节温器的初开温度Tstart和全开温度Tend之间的关系，如低于假想节温器的初开温度Tstart，则球阀转角保持在初始位置Pstart不变，如高于假想节温器的全开温度Tend，则将球阀转角调整至预设的结束位置Pend，并保持在结束位置Pend不变，如当前水温T0处于预设的初开温度Tstart和全开温度Tend之间，则需要根据当前水温和当前球阀转角，拟合假想节温器的升程曲线，计算T+1时刻等效的温控模块开度。
在步骤S50中，预设的结束位置Pend为小循环完全关闭，散热器及其他功能支路均完全打开的位置。将初始位置Pstart和结束位置Pend设定为温控模块可调范围的上下限，整个工作过程当中，温控模块的开度均位于Pstart～Pend这个区间。
在根据当前水温和当前球阀转角，拟合假想节温器升程曲线，计算T+1时刻等效的温控模块开度时：
如图2所示，由于节温器随水温上升、水温下降时的开度变化曲线是不同的，当节温器以初开温度Tstart、全开温度Tend作为起点和终点绘制升程曲线时，温升曲线TIcuv较低，而温降时由于石蜡特性温度变化存在滞后性，响应较慢，其温度-升程的曲线TDcuv处于上方，使温升、温降两条曲线形成包络。不论节温器温度在任何一个位置出现变化(温度起始点和终点不是初开温度Tstart和全开温度Tend两个阈值时)，其将存在有不同于上述两条曲线的其他变化，但其温度-升程曲线都将落在此包络内部。
基于此，根据当前水温和当前球阀转角，结合假想节温器的升程曲线，对温控模块的等效状况进行拟合，计算等效的节温器开度，具体包括：
步骤S51：在温控模块正常工作状态下，保持对水温T的记录，确认当前水温为Tcur，当前球阀位置为AGcur；
步骤S52：通过当前水温Tcur查询对应的节温器温升曲线TIcuv及温降曲线TDcuv，得到对应的两个节温器升程RIcur和RDcur，并通过节温器与温控模块标定试验的标定结果(标定结果中包括节温器开度与温控模块开度的对应关系，表示在某个节温器开度下，要实现相同的流通面积，以得到相同的流量和压损关系，需要对应的温控模块开度)，转换成对应的球阀转角AGTI和AGTD，如上所述，由于当前水温Tcur下节温器的实际升程将出现在RIcur和RDcur的包络当中，故温控模块的实际等效开度，将出现在AGTI和AGTD这两个转角区间内；
步骤S53：将当前球阀转角AGcur，通过节温器与温控模块标定试验的标定结果转化成对应的节温器升程Rcur，并计算该升程相对温升、温降两条曲线的位置，该相对位置以百分比PERcur表示，PERcur＝100*(Rcur-RIcur)/(RDcur-RIcur)或PERcur＝100*(RDcur-Rcur)/(RDcur-RIcur)，如PERcur＝100*(Rcur-RIcur)/(RDcur-RIcur)，则当前转角对应的升程恰好落在温升曲线TIcuv上时，百分比PERcur＝0％，当前转角恰好落在温降曲线TDcuv上时，百分比PERcur＝100％；如PERcur＝100*(RDcur-Rcur)/(RDcur-RIcur)，则当前转角对应的升程恰好落在温升曲线TIcuv上时，百分比PERcur＝100％，当前转角恰好落在温降曲线TDcuv上时，百分比PERcur＝0％；
步骤S54：进入下一次计算循环时，先暂时维持球阀位置AGcur不变，记录水温值为Tcur+1，查询对应的节温器温升曲线TIcuv及温降曲线TDcuv，得到节温器对应的两个升程RIcur+1和RDcur+1，在计算频率足够高的条件下，Tcur与Tcur+1变化间隔足够小，可认为两次记录数据时，两个温度值的区间内，节温器升程变化是线性的，此时分别计算温升曲线TIcuv及温降TDcuv曲线在该处的斜率：KTI＝(RIcur+1-RIcur)/(Tcur+1-Tcur)，而KTD＝(RDcur+1-RDcur)/(Tcur+1-Tcur)；
步骤S55：基于当前球阀转角AGcur对应的节温器升程Rcur相对温升、温降两条曲线的位置，计算当前球阀转角AGcur对应的节温器温度-升程曲线的斜率Kcur；
由于假想节温器开度的变化趋势与水温变化趋势有关，水温升高或降低将使假想节温器的升程增大或减小，而温升、温降曲线斜率的正负则与假想节温器的升程变化趋势有关。由于在温升曲线TIcuv和温降曲线TDcuv包络内，节温器温度-升程曲线的斜率连续变化，该斜率的变化趋势类似于该包络内节温器升程相对温升、温降两条曲线的位置变化趋势，因此，可以根据水温变化趋势及温升曲线TIcuv和温降曲线TDcuv包络内节温器升程相对温升、温降两条曲线的位置来预测对应的节温器温度-升程曲线的斜率，即以水温变化趋势，以及当前球阀转角AGcur对应的节温器升程Rcur相对温升、温降两条曲线的位置，来预测当前球阀转角AGcur对应的节温器温度-升程曲线的斜率Kcur，由此得到，Kcur＝(KTD-KTI)*PERcur+KTI或Kcur＝KTD-(KTD-KTI)*PERcur。
步骤S56：根据当前球阀转角AGcur对应的节温器温度-升程曲线的斜率Kcur计算节温器在水温为Tcur+1时对应的升程Rcur+1＝(Tcur+1-Tcur)*Kcur+Rcur，并根据节温器与温控模块标定试验的标定结果，求得升程Rcur+1对应的球阀转角AGcur+1，进行输出。
综上所述，本发明至少具有如下有益效果：
本发明的节温器模拟方法，使用恰当的策略控制温控模块的转动，通过温控模块中球阀开度与流量的关系，对节温器升程曲线进行拟合，匹配节温器初开和全开的时机，模拟节温器在开启、关闭过程中出现的动态特性。该方法可以在使用温控模块的整车上较好地实现温控模块对节温器随水温上升、下降时的不同动作的模拟，最大限度地复现节温器的控制效果。在循环工况测试当中，通过该方法可以在不对整车配置做改变的情况下，同时研究温控模块、节温器对油耗和排放的影响，最终实现评估温控模块收益的目的。
在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，除了包含所列的那些要素，而且还可包含没有明确列出的其他要素。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种基于温控模块的节温器模拟控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
设定假想节温器，包括假想节温器的初开温度、全开温度及对应的升程曲线；
在温控模块正常工作时，判断当前水温与假想节温器的初开温度与全开温度之间的关系；
若当前水温处于假想节温器的初开温度与全开温度之间，则根据当前水温和当前球阀转角，拟合假想节温器的升程曲线，计算T+1时刻等效的温控模块开度。
2.如权利要求1所述的基于温控模块的节温器模拟控制方法，其特征在于，还包括：
整车上电，温控模块自检，如异常则报警，如正常则进一步判断水温传感器是否故障；
如水温传感器故障，则报警，如正常，则进入模拟节温器测试模式。
3.如权利要求2所述的基于温控模块的节温器模拟控制方法，其特征在于，还包括：
在模拟节温器测试模式下，将温控模块的球阀转角调整到预设的初始位置。
4.如权利要求1所述的基于温控模块的节温器模拟控制方法，其特征在于，还包括：
在温控模块正常工作时，如当前水温低于假想节温器的初开温度，则球阀转角保持在预设的初始位置不变；
如当前水温高于假想节温器的全开温度，则将球阀转角调整至预设的结束位置，并保持在结束位置不变。
5.如权利要求4所述的基于温控模块的节温器模拟控制方法，其特征在于，当球阀转角处于预设的初始位置时，冷却***的小循环打开，大循环关闭，且除小循环和大循环以外的其它支路常开。
6.如权利要求5所述的基于温控模块的节温器模拟控制方法，其特征在于，当球阀转角处于预设的初始位置时，温控模块的流通面积等同于假想节温器未开启时的流通面积。
7.如权利要求4所述的基于温控模块的节温器模拟控制方法，其特征在于，当球阀转角处于预设的结束位置时，冷却***的小循环完全关闭，散热器及其他功能支路均完全打开。
8.如权利要求1所述的基于温控模块的节温器模拟控制方法，其特征在于，根据当前水温和当前球阀转角，拟合假想节温器的升程曲线，计算T+1时刻等效的温控模块开度包括：
在温控模块正常工作状态下，记录当前水温和当前球阀转角；
根据当前水温查假想节温器的温升曲线及温降曲线，得到对应的两个节温器升程，并通过节温器与温控模块标定试验的结果，将该两个节温器升程转换成对应的球阀转角；
通过节温器与温控模块标定试验的结果，将当前球阀转角转化成对应的节温器升程，并计算该节温器升程相对温升曲线及温降曲线的位置；
维持球阀位置不变，根据T+1时刻的水温查询假想节温器的温升曲线及温降曲线，得到对应的两个节温器升程，并计算温升曲线及温降曲线在T+1时刻的斜率；
基于当前球阀转角对应的节温器升程相对温升曲线及温降曲线的位置，计算当前球阀转角对应的节温器升程曲线的斜率；
根据当前球阀转角对应的节温器升程曲线的斜率，计算节温器在T+1时刻的升程，并根据节温器与温控模块标定试验的标定结果，将该升程转化为对应的球阀转角。
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