本發(fā)明涉及一種建立汽車電子風(fēng)扇轉(zhuǎn)速控制函數(shù)的方法，涉及汽車技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

車輛熱管理系統(tǒng)的電控化、智能化和集成化是未來汽車的設(shè)計(jì)發(fā)展趨勢(shì)。電控技術(shù)的散熱風(fēng)扇憑借其可提供精確的熱量散失，實(shí)現(xiàn)智能化熱量控制同時(shí)還可與汽車整車控制系統(tǒng)相匹配等性能，對(duì)改善駕駛舒適性和車輛的整體性能，提高燃油經(jīng)濟(jì)性以達(dá)到節(jié)能減排的效果具有越來越重要的研發(fā)意義。

國(guó)外最先研究發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)自動(dòng)控制的是美國(guó)在其發(fā)表于1981年3月的專利號(hào)為us4257554的專利文件中。該專利提出把傳統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)通過v帶輪驅(qū)動(dòng)的冷卻風(fēng)扇替換為電動(dòng)冷卻風(fēng)扇，該電動(dòng)冷卻風(fēng)扇能根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷及冷卻液溫度的不同實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)速，減少發(fā)動(dòng)機(jī)的功率輸出，降低傳熱損失，縮短預(yù)熱時(shí)間，提離發(fā)動(dòng)機(jī)的工作效率。2000年日本專家發(fā)表了jp98125363的專利，設(shè)計(jì)了一套用于防止全球變暖的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的電子控制冷卻系統(tǒng)，該電子控制系統(tǒng)包括散熱器、冷卻風(fēng)扇及恒溫器。用電子控制系統(tǒng)把冷卻風(fēng)扇連接到恒溫器，這樣能使冷卻液的上限溫度保持在適宜的溫度范圍之內(nèi)。

我國(guó)的汽車工業(yè)起步較晚，要達(dá)到國(guó)外先進(jìn)的熱管理技術(shù)還有很長(zhǎng)的路要走。2006年，大連理工大學(xué)的徐繼濤研究了基于改進(jìn)pid控制的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系智能控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過ntc負(fù)溫度系數(shù)傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，經(jīng)過單片機(jī)的內(nèi)部a/d轉(zhuǎn)換、pid控制算法，最后通過pwm的輸出信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)冷卻風(fēng)扇和循環(huán)水泵直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速，并且具有實(shí)時(shí)溫度顯示和故障報(bào)警功能。2011年沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)單超穎等設(shè)計(jì)一種新型汽車發(fā)動(dòng)冷卻智能控制器，該控制器是基于avr單片機(jī)運(yùn)用模糊pro控制策略來控制冷卻液溫度。但是，目前對(duì)于電子風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速控制基本上都是基于溫度反饋調(diào)節(jié)，這樣雖然能夠滿足發(fā)動(dòng)機(jī)的散熱要求，但是在一定程度上浪費(fèi)了能量，增加了油耗，且需要通過整車實(shí)驗(yàn)來標(biāo)定風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，增加了開發(fā)成本。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種可以解決現(xiàn)有基于溫度反饋調(diào)節(jié)電子風(fēng)扇轉(zhuǎn)速導(dǎo)致的油耗和設(shè)計(jì)成本較大等問題的建立汽車電子風(fēng)扇轉(zhuǎn)速控制函數(shù)的方法。

為了解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種建立汽車電子風(fēng)扇轉(zhuǎn)速控制函數(shù)的方法，其特征在于包括以下幾個(gè)步驟：

s1：獲取一組發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速re和對(duì)應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)熱量qe的數(shù)據(jù)做散點(diǎn)圖；

s2：根據(jù)散點(diǎn)圖得到的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速re和對(duì)應(yīng)的發(fā)熱量qe數(shù)據(jù)關(guān)系建立發(fā)熱量qe關(guān)于轉(zhuǎn)速re的函數(shù)f1；

s3：根據(jù)散熱器實(shí)際散熱量qr、散熱器的進(jìn)水溫度tw以及環(huán)境溫度ta的數(shù)據(jù)；推導(dǎo)出第一個(gè)關(guān)于散熱器標(biāo)準(zhǔn)散熱qn的函數(shù)f2；

s4：獲取一組水流量q、散熱器迎面風(fēng)速vr以及散熱器標(biāo)準(zhǔn)散熱量qn的數(shù)據(jù)并根據(jù)自變量不同分別作標(biāo)準(zhǔn)散熱量和水流量的曲線圖以及標(biāo)準(zhǔn)散熱量與迎面風(fēng)速的曲線圖；

s5：根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)散熱量和水流量的曲線圖以及標(biāo)準(zhǔn)散熱量與迎面風(fēng)速的曲線圖建立第二個(gè)關(guān)于散熱器標(biāo)準(zhǔn)散熱量qn的函數(shù)f3；

s6：獲取一組發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速re和水流量q的數(shù)據(jù)作散點(diǎn)圖并繪制曲線圖；

s7：根據(jù)步驟s7中繪制的曲線圖建立水流量關(guān)于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的函數(shù)f4；

s8：獲取一組散熱器迎風(fēng)面風(fēng)速vr、車速vc以及風(fēng)扇轉(zhuǎn)速rf的數(shù)據(jù)并按照自變量不同分別作散點(diǎn)圖并繪制迎面風(fēng)速與車速的曲線圖以及迎面風(fēng)速與風(fēng)扇轉(zhuǎn)速之間的曲線圖；

s9：根據(jù)步驟s9中繪制的曲線圖建立散熱器迎風(fēng)面風(fēng)速vr關(guān)于車速vc和風(fēng)扇轉(zhuǎn)速rf的函數(shù)f5；

s10：根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)艙熱平衡條件建立發(fā)動(dòng)機(jī)通過水帶走的發(fā)熱量和散熱器實(shí)際散熱量之間的函數(shù)f0；

s11：根據(jù)上述各步驟建立的函數(shù)f0、f1、f2、f3、f4以及f5來建立以風(fēng)扇轉(zhuǎn)速作為輸出、車速、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、散熱器進(jìn)水溫度以及環(huán)境溫度作為輸入的函數(shù)組合方程。

本發(fā)明進(jìn)一步限定的技術(shù)方案為：所述s2步驟進(jìn)一步包括：

s21：根據(jù)散點(diǎn)圖建立發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)熱量qe關(guān)于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速re的函數(shù)f1：其中：a0＝0；

s22：利用最小二乘法擬合出函數(shù)f1中系數(shù)a1、a2、a3和a4的值后帶入f1公式；即函數(shù)f1：

進(jìn)一步的，所述s3步驟進(jìn)一步包括：

s41：所述散熱器標(biāo)準(zhǔn)散熱qn和散熱器實(shí)際散熱量、散熱器的進(jìn)水溫度tw以及環(huán)境溫度ta之間的函數(shù)f2的表達(dá)式為：

進(jìn)一步的，所述s5步驟進(jìn)一步包括：

s51：根據(jù)相同迎面風(fēng)速條件下標(biāo)準(zhǔn)散熱量和水流量的線性關(guān)系以及相同水流量條件下標(biāo)準(zhǔn)散熱量和迎面風(fēng)速三次方關(guān)系建立第二個(gè)關(guān)于散熱器標(biāo)準(zhǔn)散熱量qn的函數(shù)f3：其中：b0＝0；

s52：根據(jù)步驟s4中獲取的已知離散數(shù)據(jù)點(diǎn)，利用最小二乘法擬合出函數(shù)f3中系數(shù)b1、b2、b3、b4、b5、b6以及b7的數(shù)值后所述函數(shù)f3的表達(dá)式為：

進(jìn)一步的，所述s7步驟進(jìn)一步包括：

s71：根據(jù)水流量和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速之間的線性關(guān)系建立的函數(shù)f4表達(dá)式為：q＝c0+c1·re；其中：c0＝0；

s72:根據(jù)步驟s6中獲得的已知離散數(shù)據(jù)點(diǎn)，利用最小二乘法擬合出系數(shù)c1的數(shù)值后，函數(shù)f4表達(dá)式為：q＝38.41395×re；

進(jìn)一步的，所述s9步驟進(jìn)一步包括：

s91：根據(jù)相同風(fēng)扇轉(zhuǎn)速下迎面風(fēng)速與車速之間的線性關(guān)系以及相同車速下迎面風(fēng)速與風(fēng)扇轉(zhuǎn)速之間的二次方關(guān)系建立函數(shù)f5的表達(dá)式為：其中：d0＝0；

s92：根據(jù)步驟s8中獲取的已知離散數(shù)據(jù)點(diǎn)，利用最小二乘法擬合出函數(shù)f5中系數(shù)d1、d2、d3、d4以及d5的數(shù)值后函數(shù)f5的表達(dá)式為：

進(jìn)一步的，所述f0的表達(dá)式為：qe＝qr。

進(jìn)一步的，所述步驟s11中的函數(shù)組合方程表達(dá)式為：

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明是基于發(fā)動(dòng)機(jī)艙熱平衡的冷卻傳熱各路徑的傳遞函數(shù)推導(dǎo)建立，結(jié)合相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)和cfd仿真技術(shù)，建立了以車速、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、散熱器進(jìn)水溫度和環(huán)境溫度作為輸入，電子風(fēng)扇轉(zhuǎn)速作為輸出的控制函數(shù)組，可以精確控制發(fā)動(dòng)機(jī)溫度，在保證發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作的前提下，減少油耗，減少設(shè)計(jì)成本，提高燃油經(jīng)濟(jì)性，以達(dá)到節(jié)能減排的效果。

附圖說明

圖1為本發(fā)明電子風(fēng)扇轉(zhuǎn)速函數(shù)建立的推導(dǎo)示意圖。

圖2為發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)熱量qe和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速re之間的散點(diǎn)圖。

圖3為擬合函數(shù)f1的曲線圖。

圖4為標(biāo)準(zhǔn)散熱量與水流量的趨勢(shì)線圖。

圖5為標(biāo)準(zhǔn)散熱量與迎面風(fēng)速的趨勢(shì)線圖。

圖6為擬合函數(shù)f3的趨勢(shì)云圖。

圖7為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和水流量之間的散點(diǎn)圖。

圖8為擬合函數(shù)f4的趨勢(shì)線圖。

圖9為迎面風(fēng)速與車速之間的線性關(guān)系圖。

圖10為風(fēng)扇轉(zhuǎn)速與迎面風(fēng)速之間的趨勢(shì)線圖。

圖11為擬合函數(shù)f5的趨勢(shì)云圖。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

本實(shí)施例提供的某商用車型的發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)為f1c國(guó)五：

a:根據(jù)《f1c國(guó)五發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)規(guī)范》提供的16個(gè)已知數(shù)據(jù)點(diǎn)(re，qe)作散點(diǎn)圖2可知，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速在0～4kr/min之內(nèi)，發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)熱量(通過水帶走)與其轉(zhuǎn)速近似成四次方關(guān)系，故可用四次多項(xiàng)式曲線方程來表示，函數(shù)f1的形式如下：

當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)不工作(即re＝0)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)熱量為0，故函數(shù)f1的常數(shù)項(xiàng)系數(shù)a0＝0；根據(jù)已知的16個(gè)離散數(shù)據(jù)點(diǎn)(re，qe)，利用最小二乘法擬合出函數(shù)f1的其余4個(gè)系數(shù)的值，函數(shù)f1的圖像如圖3所示，表達(dá)式如下：

式中，qe為發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)熱量，kw；

re為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，kr/min；

b:由于散熱器標(biāo)準(zhǔn)散熱量表征的是在進(jìn)水溫度與環(huán)境溫度差值60℃時(shí)的散熱性能，其與實(shí)際散熱量之間的換算公式f2的表達(dá)式如下：

式中，qn為散熱器標(biāo)準(zhǔn)散熱量，kw；

qr為散熱器實(shí)際散熱量，kw；

tw為散熱器的進(jìn)水溫度，℃；

ta為環(huán)境溫度，℃；

c:根據(jù)f1c國(guó)五的散熱器臺(tái)架試驗(yàn)數(shù)據(jù)，將30個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)(q，vr，qn)按自變量不同分別作散點(diǎn)圖并繪制趨勢(shì)線，得到標(biāo)準(zhǔn)散熱量與水流量的趨勢(shì)線圖4、標(biāo)準(zhǔn)散熱量與迎面風(fēng)速的趨勢(shì)線圖5。

由圖4可知，當(dāng)水流量在0～200l/min之內(nèi)，相同的迎面風(fēng)速下，標(biāo)準(zhǔn)散熱量與水流量近似成線性關(guān)系；由圖5可知，當(dāng)迎面風(fēng)速在0～12m/s之內(nèi)，相同的水流量下，標(biāo)準(zhǔn)散熱量與迎面風(fēng)速近似成三次方關(guān)系。

故q、vr和qn之間的三元關(guān)系可用規(guī)范的三次多項(xiàng)式曲面方程(z＝k0+k1x+k2y+k3x²+k4xy+k5y²+k6x³+k7x²y+k8xy²+k9y³)來近似表示，其中q最高保留一次方項(xiàng)，vr最高保留三次方項(xiàng)，如下式：

對(duì)規(guī)范的三次多項(xiàng)式曲面方程，共有10個(gè)系數(shù)，故10個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)能確定唯一的方程，而已知的數(shù)據(jù)點(diǎn)(q，vr，qn)有30個(gè)，故上式可增加一項(xiàng)即可擬合不規(guī)范的四次多項(xiàng)式曲面方程，以提高方程的擬合精度。

綜上，標(biāo)準(zhǔn)散熱量與水流量、迎面風(fēng)速的關(guān)系近似可用不規(guī)范的四次多項(xiàng)式曲面方程來表示，函數(shù)f3的形式如下式：

當(dāng)水流量和迎面風(fēng)速都為0時(shí)，故函數(shù)f3的常數(shù)項(xiàng)系b0＝0；根據(jù)已知的30個(gè)離散數(shù)據(jù)點(diǎn)(q，vr，qn)，利用最小二乘法擬合出函數(shù)f3的其余7個(gè)系數(shù)的值，函數(shù)f3圖像如圖6所示，表達(dá)式如下：

式中，qn為散熱器標(biāo)準(zhǔn)散熱量，kw；

q為水流量，l/min；

vr為散熱器迎面風(fēng)速，m/s；

d:根據(jù)水泵的性能實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，將62個(gè)已知數(shù)據(jù)點(diǎn)(re，q)作散點(diǎn)圖7可知，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速在0～4kr/min之內(nèi)，水流量與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速近似成線性關(guān)系，故可用直線方程來表示，函數(shù)f4的形式如下式：

q＝c0+c1·re

當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)不工作(即re＝0)時(shí)，水流量為0，故函數(shù)f4的常數(shù)項(xiàng)系數(shù)c0＝0；根據(jù)已知的62個(gè)離散數(shù)據(jù)點(diǎn)(re，q)，利用最小二乘法擬合出函數(shù)f4的c1系數(shù)的值，函數(shù)f4圖像如圖8所示，表達(dá)式如下：

q=38.41395×re

式中，q為水流量，l/min；re為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，kr/min；

e:根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)艙流場(chǎng)cfd仿真數(shù)據(jù)可知，將42個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)(vc，rf，vr)按自變量不同分別作散點(diǎn)圖并繪制趨勢(shì)線，得到迎面風(fēng)速與車速的趨勢(shì)線圖9、迎面風(fēng)速與風(fēng)扇轉(zhuǎn)速的趨勢(shì)線圖10。

由圖9可知，當(dāng)車速在0～120km/h之內(nèi)，相同的風(fēng)扇轉(zhuǎn)速下，迎面風(fēng)速與車速近似成線性關(guān)系；由圖10可知，當(dāng)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速在0～2.5kr/min之內(nèi)，相同的車速下，迎面風(fēng)速與風(fēng)扇轉(zhuǎn)速近似成二次方關(guān)系。

故vc、rf和vr之間的三元關(guān)系可用規(guī)范的二次多項(xiàng)式曲面方程(z＝k0+k1x+k2y+k3x²+k4xy+k5y²)來近似表示，其中vc最高保留一次方項(xiàng)，rf最高保留二次方項(xiàng)，如下式：

對(duì)規(guī)范的二次多項(xiàng)式曲面方程，共有6個(gè)系數(shù)，故6個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)能確定唯一的方程，而已知的數(shù)據(jù)點(diǎn)(vc，rf，vr)有42個(gè)，故上式可增加一項(xiàng)即可擬合不規(guī)范的三次多項(xiàng)式曲面方程，以提高方程的擬合精度。

綜上，迎面風(fēng)速與車速、風(fēng)扇轉(zhuǎn)速的關(guān)系近似可用不規(guī)范的三次多項(xiàng)式曲面方程來表示，函數(shù)f5的形式如下式：

當(dāng)車速和風(fēng)扇轉(zhuǎn)速都為0時(shí)，故函數(shù)f5的常數(shù)項(xiàng)系數(shù)d0＝0；根據(jù)已知的42個(gè)離散數(shù)據(jù)點(diǎn)(vc，rf，vr)，利用最小二乘法擬合出函數(shù)f5的其余5個(gè)系數(shù)的值，函數(shù)f5圖像如圖11所示，表達(dá)式如下：

式中，vr為散熱器迎面風(fēng)速，m/s；vc為車速，km/h；rf為風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，kr/min；

f:根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻傳熱理論基礎(chǔ)，發(fā)動(dòng)機(jī)艙熱平衡條件為發(fā)動(dòng)機(jī)(通過水帶走)發(fā)熱量等于散熱器實(shí)際散熱量，故函數(shù)f0表達(dá)式如下：

qe＝qr

綜上a-f所建立的各路徑傳遞函數(shù)及推導(dǎo)關(guān)系，如圖1所示：可得如下電子風(fēng)扇轉(zhuǎn)速的控制函數(shù)組：

利用上述電子風(fēng)扇轉(zhuǎn)速的控制函數(shù)，分別計(jì)算該車型在怠速、最大扭矩點(diǎn)、中間點(diǎn)和最大功率點(diǎn)四種工況下，理論所需的電子風(fēng)扇轉(zhuǎn)速值，總結(jié)如下表：

上述表中數(shù)值：每種工況下的第ⅰ行風(fēng)扇轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)是適用于水溫為tw＝98℃，環(huán)境溫度為ta＝45℃時(shí)；第ⅱ行風(fēng)扇轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)適用于水溫為tw＝98℃，環(huán)境溫度為ta＝35℃時(shí)；第ⅲ行風(fēng)扇轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)適用于水溫為tw＝98℃，環(huán)境溫度為ta＝25℃時(shí)。上述實(shí)施例為本發(fā)明的汽車電子風(fēng)扇轉(zhuǎn)速控制函數(shù)的建立方法的詳細(xì)過程，建立了以車速、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、散熱器進(jìn)水溫度和環(huán)境溫度作為輸入，電子風(fēng)扇轉(zhuǎn)速作為輸出的控制函數(shù)組，可以精確控制發(fā)動(dòng)機(jī)溫度，在保證發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作的前提下，減少油耗，減少設(shè)計(jì)成本，提高燃油經(jīng)濟(jì)性，以達(dá)到節(jié)能減排的效果。

除上述實(shí)施例外，本發(fā)明還可以有其他實(shí)施方式。凡采用等同替換或等效變換形成的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明要求的保護(hù)范圍。