电动粘液风扇离合器的液体模型控制.pdf

本发明提供了一种控制风扇的粘液离合器的控制系统。所述控制系统包括速度差模块，其可基于期望风扇速度和实际风扇速度来确定超速状态、速度不足状态和稳态中的一种。模式模块基于超速状态、速度不足状态和稳态中的一种来确定离合器模式，其中所述模式是泵输入模式、泵输出模式和闭循环模式之一。阀控制模块基于所述模式来控制离合器阀的操作状态。

权利要求书
1.  一种控制粘液离合器风扇系统的离合器阀的控制系统，包括：
速度差模块，其可基于期望风扇速度和实际风扇速度来判定超速状态、速度不足状态和稳态状态中的一种；
模式模块，其可基于超速状态、速度不足状态和稳态状态中的所述一种来判定离合器模式，其中所述模式是泵输入模式、泵输出模式和闭循环模式之一；和
阀控制模块，其可基于所述模式来控制离合器阀的操作状态。

2.  如权利要求1所述的系统，其中，速度差模块判定实际风扇速度和期望风扇速度之间的差值并且根据所述差值判定所述超速状态、速度不足状态和稳态状态之一。

3.  如权利要求2所述的系统，其中，如果所述差值大于最大值，则存在超速状态；如果所述差值低于最小值，则存在速度不足状态；否则存在稳态状态。

4.  如权利要求1所述的系统，其中，阀控制模块基于所述模式及泵输入分布图和泵输出分布图之一来确定所述离合器中的液体量，并且其中泵输入分布图和泵输出分布图分别对应于泵输入模式和泵输出模式。

5.  如权利要求1所述的系统，其中所述实际风扇转速等于输出速度，并且其中输出速度基于从所述离合器延伸出的输出轴的速度。

6.  如权利要求4所述的系统，其中泵输入分布图定义了液体如何流入所述粘液离合器的工作腔，且基于输出速度。

7.  如权利要求4所述的系统，其中泵输出分布图定义了液体如何流出所述粘液离合器的工作腔，且基于液体温度、和输入速度与输出速度之差。

8.  如权利要求7所述的系统，其中所述输入速度通过将发动机转速乘以传动比来计算，且其中所述输出速度基于从所述离合器延伸出的输出轴的速度。

9.  如权利要求4所述的系统，还包括重置模块，当所述模式为闭循环模式时重置模块周期性重置所述液体量。

10.  如权利要求9所述的系统，其中所述重置模块基于稳态分布图重置液体量，且其中稳态分布图定义了相对于当前运行状态的离合器内的液体量，并基于输入速度和输出速度。

11.  如权利要求10所述的系统，其中所述输入速度通过将发动机转速乘以传动比来计算，并且输出速度通过固定在所述离合器输出轴上的速度传感器得到。

12.  如权利要求9所述的系统，还包括确定输入速度是否稳定的输入速度稳定性检查模块，且其中当输入速度稳定时，所述重置模块周期性地重置所述液体量。

13.  如权利要求9所述的系统，所述重置模块刚好在所述输入速度变得稳定后重置所述液体量且所述模式等于所述闭循环模式。

14.  如权利要求1所述的系统，其中所述阀控制模块确定饱和点并基于饱和点来控制所述离合器的操作状态，其中所述饱和点基于所述离合器的输入速度。

15.  一种控制连接至发动机的风扇的粘液离合器的方法，包括：
计算期望风扇速度和实际风扇速度之间的差值；
根据所述差值来确定超速状态、速度不足状态和稳态状态中的一种；
基于所述状态确定所述离合器的泵输入模式、泵输出模式和闭循环模式中的至少一种；
基于泵输入模式、泵输出模式和闭循环模式中的所述至少一种来控制所述粘液离合器的离合器阀的状态；和
基于泵输入模式、泵输出模式和闭循环模式中的所述至少一种来确定离合器中的液体量。

16.  如权利要求15所述的方法，其中基于泵输入分布图、泵输出分布图和稳态分布图中的至少一个来确定所述液体量，其中泵输入分布图定义液体如何流入所述离合器，泵输出分布图定义液体如何流出所述离合器，和稳态分布图定义相对于当前运行状态的所述离合器中的液体量。

17.  如权利要求16所述的方法，还包括：
从安装在所述离合器的输出轴上的速度传感器接收输出速度信号；和
基于所述输出速度信号来定义所述泵输入分布图。

18.  如权利要求16所述的方法，还包括：
从安装在所述离合器的输出轴上的速度传感器接收输出速度信号；
从温度子模块接收液体温度信号；
从安装在发动机上的发动机转速传感器接收发动机转速信号；
通过将发动机转速乘以传动比来计算输入速度；
计算所述输入速度与所述输出速度信号的差值；和
基于液体温度信号、和所述输入速度与所述输出速度信号之间的差值来定义所述泵输出分布图。

19.  如权利要求16所述的方法，还包括：
从安装在所述风扇的输出轴上的速度传感器接收输出速度；
通过将发动机转速乘以传动比来计算输入速度；和
基于所述输入速度和所述输出速度定义所述稳态分布图。

20.  如权利要求19所述的方法，还包括当所述模式等于基于所述稳态分布图的所述闭循环模式时，周期性地重置所述液体量。

21.  如权利要求15所述的方法，还包括确定何时输入速度稳定，并且当所述模式等于所述闭循环模式且所述输入速度稳定时重置所述液体量。

说明书电动粘液风扇离合器的液体模型控制
技术领域
本发明涉及一种控制电动粘液风扇离合器的的方法和系统。
背景技术
本部分的综述仅提供与本发明相关的背景信息并可能不构成现有技术。
目前内燃机会产生大量的热。当内燃机燃烧室中的空气和燃料混合物点燃时产生这些热量。为防止气缸壁、活塞、气门及其它发动机部件过热，需要处理该热量。在发动机运行过程中，风扇系统送风至发动机以保持其适当的温度。
纵向布置发动机的后轮驱动车辆典型地包括发动机驱动的冷却风扇。发动机驱动的冷却风扇包括风扇和粘液离合器。风扇一般位于水泵的前方并且由连接至发动机曲轴的皮带和皮带轮系统驱动。粘液离合器设置于风扇的毂处。粘液离合器操作以使风扇与发动机结合和分离。当发动机在冷态，或甚至在正常运转温度时，该风扇离合器部分地分离风扇。由于发动机不必全驱动风扇，分离风扇可节省动力。
发明内容
因此，提出一种控制风扇的粘液离合器的控制系统。该控制系统包括速度差模块(delta speed module)，其可基于期望风扇速度和实际风扇速度来确定超速状态、速度不足状态和稳态中的一种。模式模块基于超速状态、速度不足状态和稳态来确定离合器模式，其中所述模式是泵输入模式、泵输出模式和闭循环模式之一。阀控制模块基于所述模式控制离合器阀的操作状态。
其它特征中，提出一种控制与发动机结合的风扇的粘液离合器的方法。该方法包括：计算期望风扇速度和实际风扇速度的差值；根据该差值确定超速状态、速度不足状态和稳态之一；基于所述状态确定泵输入模式、泵输出模式和闭循环模式中的至少一个；基于泵输入模式、泵输出模式和闭循环模式中至少一种模式来控制粘液离合器的离合器阀的状态；并基于泵输入模式、泵输出模式和闭循环模式中至少一种模式来确定离合器中的液体量。
根据这里的描述，其进一步的适用范围变得明显。可以理解的是，说明书和实施例仅仅旨在说明本发明，而不是对本发明范围的限定。
附图说明
此处所述的图仅仅用于举例说明目的，并且无意以任何方式限制本发明的范围。
图1是图示包括了电动粘液风扇系统的后轮驱动车辆的功能方框图；
图2是粘液离合器控制系统的数据流图；
图3是图示确定粘液离合器中液体量和控制离合器阀的方法的流程图；
图4是确定离合器输入速度是否稳定的方法的流程图；
图5是重置液体量的方法的流程图。
具体实施方式
以下对不同实施例的描述实际上仅仅是示例性的，而决不是对本发明及其应用和使用的限制。为了清楚起见，在附图中用相同的附图标记表示相同的零件。在此使用时，术语模块是指专用集成电路(ASIC)、电子电路、执行一个或多个软件或固件程序的处理器(共享的、专用的或组群的)和存储器、组合逻辑电路、和/或提供所述功能的其它适当部件。
现参照图1，一般地以10示出后轮驱动的车辆。发动机12在气缸14中燃烧空气和燃料混合物以提供驱动转矩。示例的发动机12包括构造为V型布置的相邻气缸组16和18的6个气缸14。尽管描述为六个气缸(N＝6)，很显然，发动机12可以包括另外的或更少的气缸14。例如，可预期的，发动机可具有2、4、6、8、10、12和16个气缸。很显然，发动机12也可选择地包括直列型气缸布置。
发动机12产生的转矩通过变矩器22传递到后轮驱动变速器20。很显然，变速器20可为手动或自动的。变速器20可以是飞轮式变速器、离合对离合器(clutch-to-clutch)变速器或无级变速器。该变速器20包括与车辆驱动轴24连接的单个输出轴。驱动轴24将转矩从变速器20传递至车辆后部的车轴26A和26B及车轮28A和28B。
风扇30由连接至发动机12曲轴的皮带和皮带轮系统驱动。风扇30作用以冷却发动机12的部件。电动粘液离合器32接合或分离以连接风扇30至发动机12。液体从调节液源34供给离合器32。离合器32通过离合器阀36与液源34连接。离合器阀36控制至离合器32的液体流。
发动机转速传感器38检测发动机12的转速并产生发动机转速信号40。离合器输出速度传感器42检测输出轴44的转速并产生输出转速信号46。液体温度传感器检测液体温度并产生液体温度信号50。控制器52接收发动机速度传感器信号40、输出转速信号46和液体温度信号50并控制离合器阀36向离合器32供给液体和/或从离合器32排出液体。在不同的实施例中，控制器52的液体温度模型提供估计的液体温度(可作为液体温度信号50的替代)。
参照图2，描述粘液离合器控制系统的数据流图。根据本发明的粘液离合器控制系统的不同实施例，可包括嵌入在控制器52中的任意数量子模块。所示子模块可组合和/或进一步划分来对离合器阀36进行相类似的控制。在不同的实施例中，图2所示控制器52包括速度差模块54、离合器模式模块56、输入速度稳定性检查模块58、重置模块60和阀控制模块62。该速度差模块54、离合器模式模块56和阀控制模块62确定将发送到离合器阀36(图1)的信号，并确定在该离合器32(图1)的工作腔中的液体量66。输入速度稳定性检查模块58和重置模块60周期性地对液体量66进行重置。所述液体量66可存储在数据存储器74中。
更特别地，速度差模块54接收期望风扇速度68和速度输出信号46作为输入。输出速度表示风扇的实际速度。很显然，可使用其它类似输入来指示实际的风扇速度。速度差模块54通过从期望风扇转速68减去输出转速46来确定速度差。通过速度差来确定风扇速度状态70。如果速度差高于最大值，就处于超速状态。如果速度差低于最小值，就处于速度不足状态。否则风扇状态就指示风扇在当前运转状态的容限内运转。
离合器模式模块56接收风扇状态70作为输入并基于风扇状态70确定离合器模式72。离合器模式72可以是泵输出模式、泵输入模式和闭循环模式中的至少一个。当处于超速状态时，离合器状态被设置为泵输出模式，当处于速度不足状态时，离合器状态被设置为泵输入模式。当风扇状态指示离合器在容限内运转时，离合器状态被设置为闭循环模式。
阀控制模块62接收离合器模式72。基于该离合器模式72，阀控制模块设置阀控制信号64为预定占空比。如果离合器模式72等于泵输出模式，设置阀控制信号64来命令关闭阀，从而降低风扇转速或防止饱和。饱和点基于离合器输入转速来确定，并且表示形成“过满”状态的离合器工作腔中的液体量。如果离合器模式72等于泵输入模式，设置阀控制信号64来命令阀完全打开，从而允许液体流入离合器，提高风扇转速。控制信号命令离合器完全打开直至离合器在容限内运转。如果离合器模式72等于闭循环模式，阀控制信号64就被设置为调制使得保持该位置。
阀控制模块62也接收液体温度信号50、输出转速信号46和发动机转速信号40作为输入。阀控制模块62根据与离合器模式72相对应的分布图来确定离合器中的液体的量66。分布图可以是泵输入分布图和泵输出分布图中的至少一种。该分布图基于液体温度50，输出速度46和发动机转速40中的至少一种。泵输入分布图定义了液体如何流入离合器的工作腔。泵输出分布图定义了液体如何流出离合器的工作腔。当离合器模式等于闭循环模式时，液体量可基于当前运行状态，利用重置模块60周期性地重置液体液面而确定。
理想的是，当离合器模式72适于用闭循环模式时，通过周期性地重置确定的液体量66可提高液体量66的精确度。基于稳态分布图重置液体量66。稳态分布图定义了相对于当前运行情况的离合器中的液体量。稳态分布图基于输入速度和输出速度46。输入速度可通过发动机转速40和水泵皮带轮传动比来计算，其中发动机转速40由该传动比相乘。
当输入速度稳定时，液体量66可周期性重置。输入速度稳定性检查模块58和重置模块60确定输入速度是否稳定和重置液体量66。更特别地，输入速度稳定性检查模块58接收发动机转速信号40作为输入。由于输入速度等于发动机速度乘上水泵皮带轮传动比，且传动比保持恒定，故可以估计发动机的转速。输入速度稳定性检查模块58通过估计发动机转速信号40确定输入速度是否是稳定的，从而判断是否已发生变化。如果发动机转速40有显著变化，输入速度就不稳定且速度稳定性标志76被设置为假。如果发动机转速保持相对恒定，速度稳定性标志76被设置为真。
重置模块60接收稳定性标志76和离合器模式72作为输入。当输入速度稳定且离合器在闭循环模式运转时，重置模块60重置液体量66。在不同的实施例中，液体量66刚好在输入速度稳定后被重置，且此后周期性地重置。液体量66可以被储存在包含非易失性存储器的数据存储器74中。当电力从控制器52切掉时，非易失性存储器允许液体量66在存储器中保留，例如在车辆10的一个钥匙点火循环中。这样就允许在每个钥匙点火循环开始时知道液体量66。
参照图3，流程图示出通过离合器模式模块56和阀控制模块62执行的示例方法。在发动机运转过程中，该方法可以持续执行。在不同的实施例中，该方法可指定每半秒运行。图3中，如果速度差在步骤100大于最大阈值，离合器模式在步骤110设置为泵输入模式。如果速度差在步骤120低于最小阈值，离合器模式在步骤130被设置为泵输出模式。否则在步骤140，离合器模式被设置为闭循环模式。如果该模式设置为泵输入模式，在步骤150确定相对于当前输入速度的饱和点。如果当前的液体量在步骤160大于饱和点，那么在步骤170，离合器模式将被设置回泵输出模式。否则离合器模式保持泵输入模式。一旦确定了离合器模式，就在步骤180设置阀控制信号。控制信号可用是脉冲宽度调制信号，其可在零百分比占空比下控制离合器阀处于完全关闭位置，在百分之百占空比下处于完全打开状态，并在占空比被调制时处于其间的开度。
基于泵输入分布图和泵输出分布图在步骤190确定液体量。泵输入分布图基于输出速度。在示例的实施例中，泵输入分布图可实现为预定的二维查询表，其中输出速度作为索引并且输液体体积作为输出。设置液体量等于液体体积(或，更特别地，液体体积的改变)加上当前液体量。泵输出分布图基于液体温度、和输入速度与输出速度的差值。输入速度可由发动机转速和水泵皮带轮传动比来计算，其中发动机转速被该传动比所乘。在示例的实施例中，泵输出分布图可执行实现为预定的三维查询表，其中所述差值和液体温度作为索引并且液体体积作为输出。设置液体量等于当前液体量减去液体体积(或，更特别地，液体量的改变)。在步骤200保存液体量于储存器中。
参照图4，流程图示出了通过输入速度稳定性检查模块58执行的示例输入速度稳定性检查方法。该方法可以在发动机运转过程持续执行。在不同的实施例中，该方法可被设置为每半秒运行。在图4中，如果发动机转速在步骤210高于最大阈值，在步骤220将发动机转速最大值设置为发动机转速。如果发动机转速小于最小阈值，在步骤230将发动机转速最小值设置为发动机转速。在步骤240计算发动机转速最大值和发动机转速最小值的差值。如果该差值在步骤250低于最大阈值且发动机转速在步骤260低于最大阈值，计时器在步骤270被更新。否则，计时器在280步被复位且稳定标志在步骤290被设置为假。如果在步骤270计时器被更新后，计时器在步骤292大于阈值，那么在步骤294设置稳定性标志为真。否则，稳定性标志在290设置为假。
现参照图5，流程图示出了通过重置模块60执行的示例重新设置方法。该方法可以在发动机运转过程持续执行。在不同的实施例中，该方法可被设置为每半秒运行。图5中，如果在步骤300输入速度稳定，在步骤310离合器模式等于闭循环模式，且在步骤320没有控制阀关闭，则基线计时器在330被更新。否则，基线计时器在步骤370重置。如果基线计时器更新后在步骤340计时器高于阈值或者输入速度在步骤350刚变为稳定，那么液体量在步骤360被重置。液体量基于稳态分布图进行重置。在示例实施例中，稳态分布图可以被实现为预设三维查询表，其中所述输入速度和输出速度作为索引并且液体体积作为输出。液体量设置为等于液体体积。在步骤380，液体量被储存在储存器中且在步骤370基线计数器被重置。
很显然，在图3、4和5中不同实施例所作的所有比较，可根据为最小值、最大值和阈值所选择的值而以不同形式实现。例如，在不同实施例中，“大于”的比较可以实现为“大于或等于”。同样，“小于”的比较可以实现为“小于或等于”。
很显然，根据以上描述，本领域技术人员能够明了本发明的广泛的教导可通过不同的实施方式来实现。因此，尽管本发明按照结合具体示例进行了描述，但本发明的真实范围不限于此，因为本领域技术人员在研究了该附图、发明内容和权利要求后还可认识到其他的修改。