一种节能自适应调节的中央温控系统和控制方法

技术领域

本发明涉及一种中央温控系统，具体涉及一种节能自适应调节的中央温控系统和控制方法。

背景技术

装载机械作为一种土石方工程机械，目前被广泛使用于矿业开采、交通运输、市政管理抢险救援等多种领域，装载机工况复杂、多样、跨度大，覆盖轻、中、重各种工作强度。传统装载机冷却系统结构单一，回路固定，对于单一回路散热能力依赖过重，多通过调节风扇转速与冷却介质循环速度在小范围、单回路调节，难以在功耗与性能间达到平衡，容易出现散热能力冗余或者不足。

同时，随着装载机电动化趋势的发展，散热元件数量更多，电子元器件对于温度要求更高，整机各散热元件温度梯度分布更为离散，对整机冷却系统的能力与适应性提出了更高的要求。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种节能自适应调节的中央温控系统，包括：中央节能温控单元、冷却回路控制系统、冷却回路温感系统、主动介入系统、过温保护单元；

中央节能温控单元用于接收、处理、判断整机各处传感器返回信号，判断冷却系统运行情况，并向相关系统下达操作指令调节整机散热功率，和处理可能发生的元件超温现象；

冷却回路控制系统用于执行中央节能温控单元下达的各种指令，调剂分配各冷却回路流量，动态调控整机冷却能力；

冷却回路温感系统用于实时采集整机相关元件与重要冷却节点状态，并返回至中央节能温控单元作为冷却策略调控依据；

主动介入系统用于特定工况下，在中央节能温控单元的调配下，介入过温元件回路，以提高不同工况适应性；

过温保护单元用于保护整机中对温度敏感、价值量高的元器件，在自适应调节系统无法满足温度需求或者失效时，从原有高温温控回路中将其屏蔽，再接入所述主动介入系统，最大限度保证重要元件的安全。

进一步的，中央节能温控单元基于节能自适应控制方法负责整套系统的数据接收、处理、判断，是整机温控策略最终决策单元，通过有线或无线的方式与冷却回路温感系统、过温保护单元、主动介入系统连接并通讯，节能自适应控制方法用于在不同的工况下根据整车实际返回数据，作为调节整车冷却回路的依据，实现根据工况实时调控的自适应控制。

进一步的，中央节能温控单元包括：接口电路与中央微处理器，与整机各处分布的传感器通过有线或无线的方式连接通讯，通过接口电路将所测得的物理信号处理成相应电平，并实时输入到中央微处理器，中央微处理器根据输入的相关传感器信号结合整机动力系统有关信号，综合判断整机所处工况，根据实际情况，做出相应决策，保证整机各冷却回路处于最佳状态，既不会出现元件超温运行，也不会出现散热功率过大浪费，优化整机能耗，实现节能。

所述中央节能温控单元也可集成至整机控制器，所述接口电路也可集成至传感器单元。

进一步的，冷却回路控制系统包括：中央阀组、主节点电磁阀、冷却管道，所述中央阀组按照系统排布要求，将装载机的中的散热油路和散热水路共同汇合于中央阀组，用于在中央节能温控单元的指令下，统一调配各散热油路和散热水路的流量，这能使得当某一冷却管路过热时，实际水路驱动功率由原水路散热功率和一定比例其他水路散热功率共同组成，可以实现高于原水路散热功率循环的目的，主节点电磁阀用于执行所述中央节能温控单元的相关指令，配合中央阀组共同调控各散热油路和散热水路；冷却管道用于连接各散热元件与大小阀体，必要时其表面可覆盖保温层、防磨套、标识物等附件。

进一步的，散热油路包括：轮边散热油路、液压散热油路，散热水路包括：发动机散热水路、控制器散热水路、电机散热水路，所述中央阀组分为水冷阀组和油冷阀组，水冷阀组用于控制散热水路，油冷阀组用于控制散热油路，各阀组状态根据冷却系统初始计算匹配结果处于初始默认状态，使得各独立冷却管路互不相通，各自保持初始系统设计值。

所述中央阀组也可根据需要在物理层或逻辑层离散式分布，多点就近布置于相关管路附近。所谓“中央”并非仅指单个集中式结构，客观上能发挥相同作用的也应视为本专利要求范围内；主节点电磁阀可集成至各元器件实现，也可简化为挡板、隔板、压板等限制管路流量的相关装置。

进一步的，冷却回路温感系统按所处位置分类自上而下共包括三级温感系统，第一级为安置于各散热芯体进、出口的温度、流量传感器，第二级为安置于各大冷却回路主要节点的温度、流量传感器，第三级为各电子元件自带的温度传感器；各级传感器通过有有线或无线的放置连接至所述中央节能温控单元，实时返回系统数据，作为中央节能温控单元判断决策的依据。

进一步的，所述的主动介入系统包括：备用水路、备用水室、备用风场、温度流量监测单元，所述备用水室通过备用水路连接至中央阀组，为降低整机功耗，一般情况下不参与整机温控系统，由中央节能温控单元根据整车状态判断主动介入系统是否接入，再经由中央阀组接入整机相关温控系统，参与循环，提高相应温控回路的能力，所述备用风场包括：机舱壁上的电磁风扇、散热器进风仓上常闭的通风孔，一般情况下均处于常闭状态。根据中央温控单元做出的相应判断，在中央节能温控单元做出主动介入系统接入的决策后，根据需要调节风扇转速与通风孔的开合，配合整机温控系统工作，所述温度流量检测单元安置于主动介入系统中的备用水路与备用风场下游，通过有线或无线的方式连接至所述中央节能温控单元，用于监测主动介入系统中冷却介质的状态，为中央节能温控单元提供决策依据，同时也是判断所述主动介入系统工作状态的主要依据，可以避免因主动介入系统工作状况不佳，影响整机温控回路。

进一步的，所述备用水室可以由散热芯体、副水箱等客观上发挥相同作用的部件代替。

进一步的，所述的过温保护单元包括：两位三通电磁阀、单向阀、短接管路，所述两位三通电磁阀与短接管路和正常温控管路连接，用于切换至短接水路，达到屏蔽短接过温元件的目的，所述单向阀用于隔断备用水路与原温控回路，防止短接后原温控回路冷却介质干扰主动介入系统。

进一步的，电磁阀和单向阀可简化为任意一种改变管路流向，防止管路回流的装置、措施，基于屏蔽过温元件、引入低温回路的任意一种方式或装置，客观上能发挥相同作用的也应视为本专利要求范围内。

进一步的，所述有线的方式为硬线或CAN线。

一种节能自适应调节控制方法包括：预先设定的一套元件优先度评级体系，一套元件温升指标参数，一套元件过温判断指标，多套不同工况预设默认配置，一套以节能和自适应调节为核心的控制逻辑。所述一套元件优先评级体系用于区分各元件对于整机工作而言的重要程度，所述一套元件温升指数用于表示当前元件目前状态下预期温升速率，所述一套元件过温判断指标用于判断当前原件是否处于正常工作温度范围内，所述多套不同工况预设默认配置用于系统根据不同工况，调配温控系统控制策略，所述一套以节能和自适应调节为核心的控制逻辑用于判断当前系统所处状态，根据不同状采取对应的控制策略，在随真实工况自适应调节的同时，避免温控系统整体功耗过高。

本发明的有益效果是：

（1）整机对于不同工况，会设置一套根据不同工况的预设策略，这套预设策略作为初始化默认调节依据可最大程度上使得整机处于离对应工况最接近的状态，有利于提高系统调节反应速度，各工况对于不同系统的功率需求不同，其所需散热功率也随之变化，简单来说可分为过热工况与过冷工况，对于过热工况，整机会优先调动资源保证初始散热功率集中服务于对应工况下散热需求最大的部件，而对于过冷工况，整机则会提前限制有关温控回路功率，特定情况下会主动提高元件散热量，用于快速达到适宜温度；

（2）节能自适应控制方法基于传感器信号，实时迭代控制，实现系统自适应调节；

（3）本发明实现了整机根据不同工况，自适应调节各冷却回路的状态，实现了整机层面的系统化温控，提高了恶劣工况的适应能力，降低了整机散热功耗。

附图说明

图1是中央温控系统框架示意图；

图2是中央阀组工作示意图；

图3是过温保护单元结构示意图；

图4是节能自适应控制方法流程图。

实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。但是应该理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限制本发明的范围。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术术语和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同，本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

如图1所示，一种优选的中央温控系统的基本工作原理，中央节能温控单元102基于节能自适应控制方法101负责整套系统的数据接收、处理、判断，是整机温控策略最终决策单元，通过硬线或CAN线等信号通路118与冷却回路温感系统103、过温保护单元107、主动介入系统112连接并通讯，也可通过无线的方式进行通讯，所述冷却回路温感系统103包括各主节点传感器104与各元件传感器105、106，通过散布在整机各处的传感器组成一套实时监测整机工作状况的传感系统，所述冷却回路控制系统114包括中央阀组115、主节点电磁阀116、冷却管路117，用于在整机温控回路113中执行中央节能温控单元102的确定的温控系统调节策略，所述中央阀组115用于实现不同温控回路之间的调节，所述主节点电磁阀116用于配合中央阀组调节各温控回路，所述主动介入系统112包括备用风场111、备用水路110、备用水室109、温度流量测量单元108，用于特定工况下，在中央节能温控单元102的调配下，介入过温元件回路，以提高不同工况适应性，主动介入系统112在一般工况下处于常闭状态，可根据实际情况灵活调整配置，在长时间工作稳定工作于工况不重，温度不高的作业条件下，可选择不注入冷却液封存该系统，等工况有需求时再做启用，其中备用水路110与备用水室109的动力源可以是单独一个水泵，也可以将发动机水泵联通至备用水路110，同时，根据应用实际情况，备用水室109可变形设计为小型备用散热器，也可将副水箱适当扩容作为备用冷却水来源，也可仅为一储水装置。所述过温保护单元107原则上只为预先设定的关重件106配置，所谓关重件106，是指对于整机工作而言的关键元件、重要元件，在整个温控系统中属于绝对的优先保护元件，一般而言关重件价值量大，温度要求高，对整机性能影响大。

在中央节能温控单元102做出启用某一过温保护单元107时，过温保护单元107会将对应关重件从原温控回路的高温冷却介质中屏蔽短接，同时主动介入系统112的备用水路110会向对应元件提供低温冷却介质，用以快速降低该元件温度，这样优势在于：

1.某个对温度敏感的元件过温时，同一个温控回路中的其他元件不会受影响；

2.允许同一温控回路中元件的温度梯度差值更大，对整体系统设计限制更少；

3.只针对某一过温元件，属于小范围内调控，整机功耗更低。

如图2所示，所述中央阀组210分为水冷阀组209与油冷阀组208，用于统一调控温控系统中的水冷回路与油冷回路，如图中为示意列出的第一温控回路水冷207、第三温控回路水冷206由水冷阀组209统一调控，所列第二温控回路油冷202、第四温控回路油冷203由油冷阀组208统一调控，整个中央阀组的调整基于中央节能温控单元201的调控，另外中央阀组210还与备用回路水冷205、备用回路油冷204连通，用于调配备用水路用于整机温控。

如图3所示，在过温保护单元不介入时，温控回路冷却介质由冷却液入口301进入，经由电磁阀302A口依次流经过温元件304此时未过温、单向阀306、正常元件307，从冷却液出口308流出；在过温保护单元工作时，电磁阀302由A口切换至B口，原温控回路冷却介质经由短接管路305越过过温元件304直接流向正常元件307，同时由于单向阀306的作用，不会流向过温元件307或者主动介入系统303，此时的过温元件304由主动介入系统303负责温控调节，直到温度恢复，系统切换会原状态。

图四中展示了一种优选的节能自适应控制方法控制方法的流程图，用以简化说明整套温控系统的工作逻辑，在此之前需要引入两个概念：

优先级排序：根据元件对于整机性能影响程度，预先人为设定不同的优先度等级，用以在必要情况下，按照优先度排序对元件采用相应冷却策略，最大限度保证整机性能。为了便于说明，后续说明中用优先级参数L简化表示；

温升指数：用于描述元件目前状态下预期温升速率，该值由中央微处理器根据元件工作状态，元件发热量，冷却介质容量、温度，冷却回路流量等实际情况实时生成，为了便于说明，后续说明中用温升指数QR表示。

温升指数QR与优先级参数L共同作为冷却策略调节的主要参数，一般而言，发热量大，冷却流量小，冷却介质少的元件QR指数就大，这意味着该元件在未来的一段时间内可能存在较大温升，QR指数越大，该种可能性就越强。整机系统在初始化阶段会默认为相关元件赋值温升指数QR，作为初始阶段整机状态判断依据，在中央微处理器做出相应调节后，根据返回数据，动态赋值该指数。中央微处理器会综合优先度参数L和温升指数QR两者，避免整机冷却系统因实时自适应调节而出现失稳的状态。同时，QR指数这也是判断是否启用主动介入系统的一项重要指标。

下面结合图4简化说明一种优选的节能自适应控制方法，整个流程分为初始化阶段与自适应温控阶段，其中自适应温控阶段又分为四个阶段。所述初始化阶段包括：整机上电后，首先通过初始程序自检，主要内容包括检查各温度传感器与电磁阀状态是否正常，是否有重要节点的电磁阀或者传感器无法正常工作，根据自检结果，判断是否影响整机工作，如果影响则整机无法启动。直到问题排查完毕，再次上电自检通过后才可以正常工作；如果自检通过，温控系统还会确认中央阀组与各个电磁阀是否处于正确初始位置，如果没有，则调节就位后完成初始化。

所述自适应温控阶段包括四个阶段，第一阶段中系统根据是否收到过温信号判断整机是否存在过温元件，如果不存在，则判断切换节能降耗调节策略，根据整机各元件QR值不断降低整机散热功耗，手段包括但不限于：降低冷却介质动力源功率，减低风扇转速等，直到整机有元件QR值达到目标值，此处的目标值为阈值的85%，达到目标值后则保持系统状态，已达到节约整机能耗的目的。如果存在过温元件，系统需要区分其是否为预先设定的关重件，所谓关重件，是预先设定的对于整机工作关键和重要的元件。如果判断不是关重件，则会驱动中央阀组介入，限制其他温控回路的散热流量，用以补充该温控回路，如果是关重件，则会直接启用主动介入系统，用于直接调节过温元件温控环境。第二阶段中，系统会根据过温元件QR值的变化来调控，如果元件QR值减小，则说明主动介入系统能够满足元件散热需求，可以在小范围内以较低的功耗满足某一元件的散热需求，不需要调动中央阀组进行较大规模的调控，这也是节能调控的一种方式。当元件在主动介入系统的调解下不在过温时，系统保持当下状态，结束此次温控过程；但如果主动介入系统无法满足当前元件的散热需求，即元件QR值不减小，此时系统就会进入第三阶段，第三阶段中，系统会驱动中央阀组限制其他散热正常的温控回路，用以补充过温元件回路的散热功率，并同时监测其他路元件QR值是否达到阈值，直到有元件QR值达到阈值时，中央阀组会停止限制该回路散热流量，并恢复10%，同时屏蔽该回路所有QR值并标记该回路不可再调，接下来系统会进入第四阶段的判定，如果还有未标记的温控回路，那么系统会不断限制，直到元件不再处于过温状态，或者所有回路均被标记，此时系统正式进入第四阶段，在第四阶段中，所有温控回路均已被标记不可再调，如果此时元件还处于过温状态，此时系统会根据预先设定的优先度排序依次限制非关重件的工作功率，但在这之前，会判断过温元件是否为关重件，如果不是，则直接限制该元件功率即可，如果是关重件，那么此时系统会解除第三阶段中所有的QR值屏蔽，消除所有回路标记，重新判断当前QR值，通过限制非关重件的工作功率，来提高过温回路的散热功率，并不断判断此时元件是否过温，直到不再过温，或者所有非关重件全部达到调节阈值，发出高温报警并开始限制关重件功率，

值得说明的是，整机对于不同工况，会设置一套根据不同工况的预设策略，这套预设策略作为初始化默认调节依据可最大程度上使得整机处于离对应工况最接近的状态，有利于提高系统调节反应速度，包括但不限于以下工况：冷启动工况、铲装工况、打滑工况、堵转工况、堆垛工况、平地工况、长下坡工况等，各工况对于不同系统的功率需求不同，其所需散热功率也随之变化。简单来说可分为过热工况与过冷工况，对于过热工况，整机会优先调动资源保证初始散热功率集中服务于对应工况下散热需求最大的部件，而对于过冷工况，整机则会提前限制有关温控回路功率，特定情况下会主动提高元件散热量，用于快速达到适宜温度。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。