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无级调速控制策略及控制装置及电磁风扇离合器(三)

 

步骤s02中,可以通过不同的温度传感器,采集发动机不同子系统中的温度变化信号,包括发动机中的水温信号、油温信号、气温信号等。
电子控制单元包含有对数据的预置控制逻辑程序,通过对多种类型的温度变化信号进行处理,以更好地生成控制成冲信号,调整脉冲信号宽度及幅值,使风扇的转速调整过程与发动机散热过程更加一致,节约发动机效率
利用本发明的电磁风扇离合器无级调速控制策略,以使风扇转速及时响应发动机运行时的温度变化,形成一条平滑的风扇转速响应曲线,使风扇及时散发发动机运转时的热量。
如图2所示,在发动机启动,被动盘由于与主轴间的轴承摩擦力,保持很低转速转动,开始升温时,电子控制单元根据温度信号变化趋势,调整生成的控制脉冲信号宽度,根据发动机的发热温度逐步提高单位时间内的控制脉冲信号宽度,提高电磁线圈控制回路的导通时间,提高被动盘的有功功率,提风扇转速进行散热;
随着发动机趋于全速运行,发动机加快散热,温度进一步提高,电子控制单元动态提高单位时间内的控制脉冲信号宽度,提高电磁线圈控制回路的导通时间,提高被动盘的有功功率,提高风扇转速,进一步加快散热;
直至风扇达到最大转速,趋于与发动机转速一致,在此过程中电子控制单元始终采集被动盘的的转速,保证电磁风扇离合器的正常况,当风扇转速维持在限定高位转速一段时间后,电子控制单元采集的度信号表明散热效果不再能够维持时,电子控制单元发出告警号;
当发动机进行减速时散热量降低, 电子控制单元通过采集的温度信号变化趋势,调整生成的控制脉冲信号宽度,根据发动机的发热温度逐步降低单位时间内的控制脉冲信号宽度,降低电磁线圈控制回路的导通时间,降低被动盘的有功功率,降低风扇转速进行有效散热;随着发动机减速停止,发动机温度进一降低,电子控制单元动态降低单位时间内的控制脉冲信号宽度,提高电磁线圈控制回路的断开时间,降低被动盘的有功功率,降低风扇转速,进一步减缓散热,使得被动盘只能通过与主轴间的轴承摩擦力,维持很低转速转动,直至发动机停车后冷却。
在发动机运行过程中加速与减速交替进行,散热量动态变化,风扇转速动态改变, 使发动机始终保持在最佳工况,被动盘从主动盘获得的有功功率与散热量匹配,使发动机功率达到最大节约。
利用本发明的电磁风扇离合器无级调速控制策略实现的无级调速控制装置,结合电子信号采集反馈和PWM信号脉冲宽度调制技术,可以对发动机散热进行有效控制,实现风扇的无级调速。
如图3所示,无级调速控制装置包括电子控制单元04、开关电路 05、电磁线圈控制回路06,还包括转速传感器07、第一温度传感器01、第二度传感器02、第三温度传感器03,电子控制单元04,接收传感器的采集信号,形成温度变化趋势数据,并根据预置数据和处理逻辑,生成与发动机散热量对应的控制脉冲信号,发送至开关电路 05;开关电路05,接收电子控制单元04发送的控制脉冲信号,进行功率放大,形成控制电磁线圈控制回路06通断的开关信号,电磁线圈控制回路06,接收开关电路05的开关信号,使电磁线圈生成或消除电磁场,转速传感器07,采集被动盘的动态转速信号,发送至电子控制单元04。
第一温度传感器01,采集发动机子系统中的动态水温信号,发送至电子控制单元04;第二温度传感器02,采集发动机子系统中的动态油温信号,发送至电子控制单元04;第三温度传感器03,采集发动机子系统中的动态气温信号,发送至电子控制单元04。各传感器连接电子控制单元04的信号输入接口,开关电路05的信号输入接口连接电子控制单元04的信号输出接口,开关电路05的信号输出接口接入电磁线圈控制回路06。
本发明的无级调速控制装置可以实现上述的无级调速控制策略,控制电磁线圈及时生成或消除电磁场,改变主动盘与被动盘的吸合状态,控制风扇的有功功率,进而实现对风扇转速的有效控制。
电子控制单元04采用成熟、廉价的单片机,如 MCS51系列 MCU或ARM 系列CPU,可以完成高精度数据处理,并降低控制装置整体制造成本。
开关电路05,通过包括的高速继电器,或三极管,或场效应管,将控制脉冲信号形成开关信号,开关电路05在输出端接入电磁线圈控制回路06,在接收端接受控制脉冲信号,完成脉冲控制信号的放大和传递。根据电子控制单元04的信号输出接口驱动能力大小,在必要时以省略开关电路05。
利用运算放大电路,采集发动机温度信号的细微变化,利于电子控制单元04形成准确的温度变化趋势,实现用于电磁线圈控制回路的控制成冲信号对温度变化的精确、快速响应。
如图4所示,包括第一功放71,第二功放72,第三功放73,第四功放74,第一功放71于接入动态水温信号,并将信号放大、滤除扰;第二功放72,于接入动态油温信号,并将信号放大、滤除扰;第三功放73,于接入动态气温信号,并将信号放大、滤除扰;第四功放74,于接入放大的各动态信号,进行放大,合成复合温度号发送电子控制单元04。
第一功放71的一个输入端连接第一温度传感器01,另一个输入端连接基准信号vset1,第二功放72的一个输入端连接第二温度传感器02,另一个输入端连接基准信号vset2,第三功放73的一个输入端连接第三温度传感器03,另一个输入端连接基准信号vset3;第一功放71、第二功放72和第三功放73的输出端连接第四功放74的一个输入端,第四功放74的另一个输入端连接基准信号vset4,第四功放74的输出端连接电子控制单元04的信号输入接口。
通过运算放大电路使各传感器采集的温度信号差异表现更加清楚,使电子控制单元04可以更准确的接收到细微的温度差异信号。
通过使用成熟的如LM324系列集成运算放大电路,可以减低成本,提高温度信号的釆集精度,降低采集噪声。
如图5所示,集成运放电路007的引脚4连接工作电源vcc,引脚11,引脚3 连接基准信号vset1,引脚5连接基准号vset2,引脚10连接基准信号vset3,引脚12连接基准信号vset4;工作电源vcc串联电阻r1后连按引脚2,作电源vcc中联电阻r2后连接引脚6,工作电源vcc串联电r3后连接引脚9。第一温度传感器01的信号输出端串联电阻r5后连接引脚2,第二温度传感器02 的信号输出端串联电阻r7后连接引脚6,第三温度传感器03的号输出端串联电阻r9后连接引脚9;引脚1与引脚2之间连接电阻r4,引脚6与引脚7之问连接电阻r6,引脚8与引脚9之间连接电r8,引脚13与引脚14之间连接电阻r13;引脚1经串联电r10后连接引脚13,引脚7经串联电阻r11后连接引脚13,引脚8经串联电阻r12后连接引脚13,引脚14连接电子控制单元04的信号输入接口。经集成运放007处理的复合信号可以细微的温度变化信号成功采集发送至电子控制单元04。
包含本发明的无级调速控制装置的电磁风扇离合器,通过合理设计电磁风扇离合器与无级调速控制装置的连接结构,使现有电磁风扇离合器的散热效率大幅提高,同时保证发动机的正常况。
如图6所示,电磁风扇离合器包括铁芯120、电磁线圈118、主轴116、传动盘110、风扇固定盘108、第一承114、第二轴承102,发动机的动力输出轴通过传动皮带连接皮带轮100,主轴116穿过皮带轮100中心,与皮带轮100固定连接,皮带轮100、风扇固定盘108、传动盘110、铁芯120和主轴116共轴线,风扇固定盘108通过中心的第一轴承114与主轴116固定连接,铁芯120通过中心的第二102与主轴116固定连接,传动盘110的中心通过键槽与主轴116的花键配合连接,传动盘110可沿花键作轴向滑动。
传动盘110的吸合面与风扇固定盘108的吸合面相邻,风扇固定盘108的内腔底部与铁芯120的内腔开口端相邻,铁芯120的内腔中固定安装有电磁线圈118,风扇叶106固定连接在风扇固定盘108的外圆壁上;传动盘110的吸合面与风扇固定盘108的吸合面上,对应安装有摩擦片112;铁芯120的外壁上,与风扇固定盘108对应的位置上安装有转速传感器104。
电子控制单元与开关电路、集成运放电路集成在电路板上,安装在驾驶室中,转速传感器104的信号线经铁芯120的导线孔连接电子控制单元。水温传感器安装在发动机水循环子系统散热部位,油温传感器安装在发动机油循环子系统散热部位,气温传感器安装在发动机气循环子系统散热部位,各温度传感器的信号线与集成运放电路连接。电磁线圈118两端的信号线经铁芯120上的导线孔接入电磁线圈控制回路。开关电路也通过信号线接入电磁线圈控制路。转速传感器可以采用磁电感应式、光电效应式、霍尔效应式、磁阻效应式、介质电磁感应式等。还可以采用加速度传感器,位移传感器等,大多数都输出脉冲信号。