独立散热系统控制方法
技术领域
本发明属于工程机械及特种车辆独立散热技术领域，具体涉及一种独立散热系统控制方法。
背景技术
随着国家节能减排标准的不断提升，工程机械和特种车辆的散热系统也逐步由集成式散热系统转化为独立式散热系统，散热系统通常由水散热器、中冷器、液压油散热器、变矩器油散热器、液压泵、液压马达、风扇、控制阀组、传感器以及控制器等部件组成，通过监测水散热器、中冷器、液压油散热器、变矩器油散热器的进出口温度，对风扇转速进行实时调节，实现风扇转速依据车辆散热需求的动态链接，有效提升车辆的节能减排效果。
工程机械和特种车辆存在型号多，批量小，应用范围广的特点，由此造成各个车型之间存在着很大的差异，给控制系统的设计和实车标定带来了很多困难，目前国内在独立散热控制系统控制方法领域只有“液压独立散热控制方法、装置和系统”申请号为201510853101.8的专利有所涉及，但该专利主要阐述了从独立散热系统的温度采集，到温度趋势预判，再到风扇需求转速生成，最后到电磁阀控制电流的确定，一条完整链路的温度控制方案。但针对工程机械和特种车辆存在型号多、批量小、功能差异大等特点，每个车型需重复开发的特点，没有具体的解决方案，尤其是在独立散热控制系统软件架构设计方面属于空白，因此，需要一种通用化的控制方法，通过对控制功能的严格定义和模块功能的清晰界定，完成独立散热系统的模块化设计，实现控制系统的快速开发，满足不同车辆独立散热系统快速开发的需求。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是：如何提供一种独立散热系统控制方法。
(二)技术方案
为解决上述技术问题，本发明提供一种独立散热系统控制方法，所述独立散热系统控制方法基于独立散热系统控制系统来实施，所述独立散热系统控制系统包括：输入模块、标定参数设置模块、诊断模块、功能管理模块、转速估算模块、电磁阀控制模块；所述功能管理模块包括：自检单元、自动反转单元、强制反转单元、强制制冷单元和程序控制单元；
所述独立散热系统控制方法包括如下步骤：
步骤1：所述输入模块采集车辆所有的传感器信号、控制信号，对传感器信号、控制信号进行预处理，生成处理后的传感器信号、控制信号；
步骤2：所述标定参数设置模块与上位机通讯，接收上位机的配置文件，根据配置文件对诊断模块、功能管理模块、转速估算模块、电磁阀控制模块所涉及的参数组的预设阈值进行配置；
步骤3：所述诊断模块接收传感器信号和控制信号，对传感器信号和控制信号进行有效性诊断，并生成诊断结果传递给功能管理模块；
步骤4：所述自检单元判断是否接收到来自输入模块的传感器信号和控制信号以及来自诊断模块的诊断结果，在接收到来自输入模块的传感器信号及控制信号、且诊断结果为正常的情况下，判断自检正常；
步骤5：所述自动反转单元用于在自检正常的情况下，输出第一电磁阀驱动指令至电磁阀控制模块，由电磁阀控制模块对用于控制风扇的马达转向执行反转操作，按照预设时间持续反转操作后，电磁阀控制模块驱动马达恢复初始转向，然后由程序控制单元调用参数组的预设阈值并向转速估算模块输出，由转速估算模块根据来自输入模块的传感器信号和参数组的预设阈值，对风扇目标转速进行估算，生成风扇目标转速，由程序控制单元根据风扇目标转速生成电磁阀目标信号，根据电磁阀目标信号与控制信号中的电磁阀当前状态信号的比对值，生成第二电磁阀驱动指令并发送至电磁阀控制模块，由电磁阀控制模块驱动马达以风扇目标转速正常工作；
步骤6：在马达正常工作的过程中，若功能管理模块接收到控制信号中的马达正反转信号，则所述强制反转单元根据马达正反转信号，输出第三电磁阀驱动指令至电磁阀控制模块，由电磁阀控制模块对马达执行强制反转；
步骤7：在马达正常工作的过程中，若功能管理模块接收到控制信号中的强制制冷信号，则所述强制制冷单元根据强制制冷信号，输出第四电磁阀驱动指令至电磁阀控制模块，由电磁阀控制模块驱动马达，对换热器执行强制制冷。
其中，所述独立散热系统控制系统还包括：输出模块；
所述诊断模块还将诊断结果对应的故障码传递给输出模块；
所述程序控制单元生成的第二电磁阀驱动指令，还输出至输出模块；
所述强制反转单元输出的第三电磁阀驱动指令，还输出至输出模块；
所述强制制冷单元输出的第四电磁阀驱动指令，还输出至输出模块；
所述独立散热系统控制方法还包括：
步骤8：所述输出模块将第二电磁阀驱动指令、第三电磁阀驱动指令、第四电磁阀驱动指令分别转化成物理控制量，形成电磁阀驱动显示信息；同时还将诊断模块输出的故障码，形成为故障码信号；并将所述电磁阀驱动显示信息及故障码信息上传给整车，通过整车组合仪表进行对应的独立散热系统信息显示。
其中，所述步骤1中，所述输入模块对传感器信号、控制信号进行的预处理包括：将传感器信号、控制信号转化为功能管理模块、转速估算模块和诊断模块需要的信号规格，并对传感器信号进行降噪、滤波处理，以及按照工程单位对物理量进行转换，生成处理后的传感器信号、控制信号。
其中，所述传感器信号包括：风扇转速信号、温度信号。
其中，所述传感器信号还包括：过滤器报警信号。
其中，所述温度信号包括：水温进口温度、水温出口温度、液压油进口油温、液压油出口油温、变矩器进口油温、变矩器出口油温、中冷器进口温度、中冷器出口温度。
其中，所述控制信号包括：强制制冷信号、马达正反转信号、电磁阀当前状态信号。
其中，所述参数组的预设阈值包括水温进口温度阈值、液压油进口油温阈值、变矩器进口油温阈值、中冷器出口温度阈值；风扇转速阈值；风扇反转时间阈值及转速阈值；转速传感器每转脉冲值；正反转转换等待时间阈值。
其中，所述步骤3中，所述诊断模块对传感器信号进行有效性诊断的具体内容包括：
根据温度传感器的温度信号固有特性，对独立散热控制系统中的所有温度传感器输出的温度信号有效性进行诊断；
根据转速传感器的风扇转速信号固有特性，对转速传感器的风扇转速信号有效性进行诊断。
其中，所述步骤3中，所述诊断模块对控制信号进行有效性诊断的具体内容包括：
根据比例电磁阀的电磁阀当前状态信号固有特性，对比例电磁阀的电磁阀当前状态信号进行诊断；
根据强制制冷信号、马达正反转信号经由总线传输过程中的固有特性，对强制制冷信号、马达正反转信号的有效性进行诊断。
(三)有益效果
与现有技术相比较，本发明提供一种独立散热系统控制方法，其基于独立散热系统控制系统来实施，所述独立散热系统控制系统根据系统功能实现的特点将控制模型划分为7个模块，定义了不同子模块的功能和模块之间传输变量接口,并依据独立散热系统功能需求，对核心的功能管理模块进行控制流程设计，为独立散热系统的通用化和模块化设计奠定基础。
本发明控制方法通过独立散热系统控制模型构架的划分和设计，使得系统功能实现过程清晰流畅，子功能模块任务定义明确、代码可读性高可维护性好，极大地提高控制系统的通用性和模块化，提升了控制系统的开发效率和控制系统的可移植性。
其具体具备如下有益效果：在Matlab/Simulink软件环境下，根据工程机械和特种车辆独立散热系统控制功能的实现特点,提出了一种独立散热系统控制方法及系统，该方法及系统架构逻辑时序清晰，子模块功能明确，模块可扩展性可维护性好，便于团队合作开发。将该控制方案应用于独立散热系统控制系统开发，可大大提高系统研发效率，保证系统研发质量。
附图说明
图1为本发明技术方案原理示意图。
其中，①、②、③、④、⑤、⑥、⑦、⑧、⑨、⑩均为传递参数；具体为：①：水温进口温度信号、水温出口温度信号、液压油进口油温信号、液压油出口油温信号、变矩器进口油温信号、变矩器出口油温信号、中冷器进口温度信号、中冷器出口温度信号、风扇转速信号、发动机转速信号、风扇反转信号、强制制冷信号、过滤器报警信号；
②：水温进口温度信号、液压油进口油温信号、变矩器进口油温信号、中冷器进口温度信号、风扇转速信号、发动机转速信号、风扇反转信号、强制制冷信号；
③：水温进口温度信号、液压油进口油温信号、变矩器进口油温信号、中冷器进口温度信号；
④：水温进口温度相关阈值、液压油进口油温相关阈值、变矩器进口油温相关阈值、中冷器进口温度相关阈值、风扇转速相关阈值；风扇反转时间阈值、风扇反转转速阈值、转速传感器每转脉冲值、正反转转换等待时间阈值、比例电磁阀电流滞环阈值；
⑤：水温进口温度信号状态值、液压油进口油温信号状态值、变矩器进口油温信号状态值、中冷器进口温度信号状态值、风扇转速信号状态值、发动机转速信号状态值、风扇反转信号状态值、强制制冷信号状态值、过滤器报警信号状态值；
⑥：自检模式指令、程序控制模式指令；
⑦：反转模式指令、强制制冷模式指令、风扇目标转速、比例阀驱动目标电流、开关阀开关信号；
⑧：风扇目标转速、比例阀驱动目标电流；
⑨：故障码、报警信号；
⑩：比例阀驱动电流、开关阀开关信号。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，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。
本发明的技术解决问题：针对独立散热系统控制需求差异性大、工况复杂性强和模型复杂度高等特点，提出一种独立散热系统控制方案，从而克服现有模型功能划分不明确、模型可维护性以及可移植性差的问题，提高模型开发效率和保证模型设计质量。
具体而言，本发明根据工程车辆和特种车辆独立散热系统功能实现特点，提出一种独立散热系统控制方案，逻辑清晰，子模块接口定义和功能明确，不同子模块相互独立，模型可扩展性好，复用度强，有利于控制模型的团队开发和质量保证，从而提高独立散热系统的控制系统开发效率和系统可移植性。
该独立散热系统控制方案采用模块化设计理念，主要依据车辆散热需求和驾驶员意图确定风扇转速，并对独立散热系统中的电磁阀进行控制，实现风扇的停转、反转、自动调速和最高转速旋转等需求，从而达到对独立散热系统的除尘、散热和强制制冷等功能。按照独立散热系统功能需求和使用需求，如图1所示。
本发明提供一种独立散热系统控制方法，所述独立散热系统控制方法基于独立散热系统控制系统来实施，所述独立散热系统控制系统包括：输入模块、标定参数设置模块、诊断模块、功能管理模块、转速估算模块、电磁阀控制模块；所述功能管理模块包括：自检单元、自动反转单元、强制反转单元、强制制冷单元和程序控制单元；
所述独立散热系统控制方法包括如下步骤：
步骤1：所述输入模块采集车辆所有的传感器信号、控制信号，对传感器信号、控制信号进行预处理，生成处理后的传感器信号、控制信号；
步骤2：所述标定参数设置模块与上位机通讯，接收上位机的配置文件，根据配置文件对诊断模块、功能管理模块、转速估算模块、电磁阀控制模块所涉及的参数组的预设阈值进行配置；
步骤3：所述诊断模块接收传感器信号和控制信号，对传感器信号和控制信号进行有效性诊断，并生成诊断结果传递给功能管理模块；
步骤4：所述自检单元判断是否接收到来自输入模块的传感器信号和控制信号以及来自诊断模块的诊断结果，在接收到来自输入模块的传感器信号及控制信号、且诊断结果为正常的情况下，判断自检正常；
步骤5：所述自动反转单元用于在自检正常的情况下，输出第一电磁阀驱动指令至电磁阀控制模块，由电磁阀控制模块对用于控制风扇的马达转向执行反转操作，按照预设时间持续反转操作后，电磁阀控制模块驱动马达恢复初始转向，然后由程序控制单元调用参数组的预设阈值并向转速估算模块输出，由转速估算模块根据来自输入模块的传感器信号和参数组的预设阈值，对风扇目标转速进行估算，生成风扇目标转速，由程序控制单元根据风扇目标转速生成电磁阀目标信号，根据电磁阀目标信号与控制信号中的电磁阀当前状态信号的比对值，生成第二电磁阀驱动指令并发送至电磁阀控制模块，由电磁阀控制模块驱动马达以风扇目标转速正常工作；
步骤6：在马达正常工作的过程中，若功能管理模块接收到控制信号中的马达正反转信号，则所述强制反转单元根据马达正反转信号，输出第三电磁阀驱动指令至电磁阀控制模块，由电磁阀控制模块对马达执行强制反转；
步骤7：在马达正常工作的过程中，若功能管理模块接收到控制信号中的强制制冷信号，则所述强制制冷单元根据强制制冷信号，输出第四电磁阀驱动指令至电磁阀控制模块，由电磁阀控制模块驱动马达，对换热器执行强制制冷。
所述电磁阀控制模块是风扇转速控制的执行单元，其用于依据用于控制比例电磁阀、开关电磁阀的第一电磁阀驱动指令、第二电磁阀驱动指令、第三电磁阀驱动指令、第四电磁阀驱动指令对相关电磁阀进行控制，进而驱动马达。
其中，所述独立散热系统控制系统还包括：输出模块；
所述诊断模块还将诊断结果对应的故障码传递给输出模块；
所述程序控制单元生成的第二电磁阀驱动指令，还输出至输出模块；
所述强制反转单元输出的第三电磁阀驱动指令，还输出至输出模块；
所述强制制冷单元输出的第四电磁阀驱动指令，还输出至输出模块；
所述独立散热系统控制方法还包括：
步骤8：所述输出模块将第二电磁阀驱动指令、第三电磁阀驱动指令、第四电磁阀驱动指令分别转化成物理控制量，形成电磁阀驱动显示信息；同时还将诊断模块输出的故障码，形成为故障码信号；并将所述电磁阀驱动显示信息及故障码信息上传给整车，通过整车组合仪表进行对应的独立散热系统信息显示。
其中，所述步骤1中，所述输入模块对传感器信号、控制信号进行的预处理包括：将传感器信号、控制信号转化为功能管理模块、转速估算模块和诊断模块需要的信号规格，并对传感器信号进行降噪、滤波处理，以及按照工程单位对物理量进行转换，生成处理后的传感器信号、控制信号。
其中，所述传感器信号包括：风扇转速信号、温度信号。
其中，所述传感器信号还包括：过滤器报警信号。
其中，所述温度信号包括：水温进口温度、水温出口温度、液压油进口油温、液压油出口油温、变矩器进口油温、变矩器出口油温、中冷器进口温度、中冷器出口温度。
其中，所述控制信号包括：强制制冷信号、马达正反转信号、电磁阀当前状态信号。
其中，所述参数组的预设阈值包括水温进口温度阈值、液压油进口油温阈值、变矩器进口油温阈值、中冷器出口温度阈值；风扇转速阈值；风扇反转时间阈值及转速阈值；转速传感器每转脉冲值；正反转转换等待时间阈值。
其中，所述步骤3中，所述诊断模块对传感器信号进行有效性诊断的具体内容包括：
根据温度传感器的温度信号固有特性，对独立散热控制系统中的所有温度传感器输出的温度信号有效性进行诊断；
根据转速传感器的风扇转速信号固有特性，对转速传感器的风扇转速信号有效性进行诊断。
其中，所述步骤3中，所述诊断模块对控制信号进行有效性诊断的具体内容包括：
根据比例电磁阀的电磁阀当前状态信号固有特性，对比例电磁阀的电磁阀当前状态信号进行诊断；
根据强制制冷信号、马达正反转信号经由总线传输过程中的固有特性，对强制制冷信号、马达正反转信号的有效性进行诊断。
此外，本发明还提供一种独立散热系统控制系统，所述独立散热系统控制系统，包括：输入模块、标定参数设置模块、诊断模块、功能管理模块、转速估算模块、电磁阀控制模块；其中，
所述输入模块为控制系统输入信息的唯一接口模块，用于采集车辆所有的传感器信号、控制信号，对传感器信号、控制信号进行预处理，生成处理后的传感器信号、控制信号；
所述标定参数设置模块是控制系统标定量设定的唯一接口，用于与上位机通讯，接收上位机的配置文件，根据配置文件对诊断模块、功能管理模块、转速估算模块、电磁阀控制模块所涉及的参数组的预设阈值进行配置；
所述诊断模块用于接收传感器信号和控制信号，对传感器信号和控制信号进行有效性诊断，并生成诊断结果传递给功能管理模块，将诊断结果对应的故障码传递给输出模块；
所述功能管理模块主要是独立散热控制系统的核心控制单元，控制大脑。功能管理模块包括：自检单元、自动反转单元、强制反转单元、强制制冷单元和程序控制单元；
其中，所述自检单元用于判断是否接收到来自输入模块的传感器信号和控制信号以及来自诊断模块的诊断结果，在接收到来自输入模块的传感器信号及控制信号、且诊断结果为正常的情况下，判断自检正常；
所述自动反转单元用于在自检正常的情况下，输出第一电磁阀驱动指令至电磁阀控制模块，由电磁阀控制模块对用于控制风扇的马达转向执行反转操作，按照预设时间持续反转操作后，电磁阀控制模块驱动马达恢复初始转向，然后由程序控制单元调用参数组的预设阈值并向转速估算模块输出，由转速估算模块根据来自输入模块的传感器信号和参数组的预设阈值，对风扇目标转速进行估算，生成风扇目标转速，由程序控制单元根据风扇目标转速生成电磁阀目标信号，根据电磁阀目标信号与控制信号中的电磁阀当前状态信号的比对值，生成第二电磁阀驱动指令并发送至电磁阀控制模块及输出模块，由电磁阀控制模块驱动马达以风扇目标转速正常工作；
在马达正常工作的过程中，若功能管理模块接收到控制信号中的马达正反转信号，则所述强制反转单元根据马达正反转信号，输出第三电磁阀驱动指令至电磁阀控制模块及输出模块，由电磁阀控制模块对马达执行强制反转；
在马达正常工作的过程中，若功能管理模块接收到控制信号中的强制制冷信号，则所述强制制冷单元根据强制制冷信号，输出第四电磁阀驱动指令至电磁阀控制模块及输出模块，由电磁阀控制模块驱动马达，对换热器执行强制制冷；
所述电磁阀控制模块是风扇转速控制的执行单元，其用于依据用于控制比例电磁阀、开关电磁阀的第一电磁阀驱动指令、第二电磁阀驱动指令、第三电磁阀驱动指令、第四电磁阀驱动指令对相关电磁阀进行控制，进而驱动马达。
所述独立散热系统控制系统还包括：输出模块；
所述程序控制单元生成的第二电磁阀驱动指令，还输出至输出模块；
所述强制反转单元输出的第三电磁阀驱动指令，还输出至输出模块；
所述强制制冷单元输出的第四电磁阀驱动指令，还输出至输出模块；
所述输出模块是输出指令生成单元，也是控制系统与外界的唯一输出接口；输出模块用于将第二电磁阀驱动指令、第三电磁阀驱动指令、第四电磁阀驱动指令分别转化成物理控制量，形成电磁阀驱动显示信息；同时还将诊断模块输出的故障码，形成为故障码信号；并将所述电磁阀驱动显示信息及故障码信息上传给整车，通过整车组合仪表进行对应的独立散热系统信息显示。
其中，所述输入模块对传感器信号、控制信号进行的预处理包括：将传感器信号、控制信号转化为功能管理模块、转速估算模块和诊断模块需要的信号规格，并对传感器信号进行降噪、滤波处理，以及按照工程单位对物理量进行转换，生成处理后的传感器信号、控制信号。
其中，所述传感器信号包括：风扇转速信号、温度信号。
其中，所述传感器信号还包括：过滤器报警信号。
其中，所述温度信号包括：水温进口温度、水温出口温度、液压油进口油温、液压油出口油温、变矩器进口油温、变矩器出口油温、中冷器进口温度、中冷器出口温度。
其中，所述控制信号包括：强制制冷信号、马达正反转信号、电磁阀当前状态信号。
其中，所述参数组的预设阈值包括水温进口温度阈值、液压油进口油温阈值、变矩器进口油温阈值、中冷器出口温度阈值；风扇转速阈值；风扇反转时间阈值及转速阈值；转速传感器每转脉冲值；正反转转换等待时间阈值。
其中，所述诊断模块对传感器信号进行有效性诊断的具体内容包括：
根据温度传感器的温度信号固有特性，对独立散热控制系统中的所有温度传感器输出的温度信号有效性进行诊断；
根据转速传感器的风扇转速信号固有特性，对转速传感器的风扇转速信号有效性进行诊断。
其中，所述诊断模块对控制信号进行有效性诊断的具体内容包括：
根据比例电磁阀的电磁阀当前状态信号固有特性，对比例电磁阀的电磁阀当前状态信号进行诊断；
根据强制制冷信号、马达正反转信号经由总线传输过程中的固有特性，对强制制冷信号、马达正反转信号的有效性进行诊断。
与现有技术相比，本发明优点在于控制模型子模块的功能划分明确通用性好，整体控制时序逻辑清晰，有利于系统集成，便于团队合作并行研发，从而大大提高控制模块的研发效率，该架构主要适用于独立散热系统控制软件的开发。
实施例1
本实施例中，对本发明做进一步的描述。
图1描述了本发明的模型架构。输入模块1从电控单元寄存器中读取传感器信号和CAN总线信号，对信号进行降噪、滤波处理，按照工程单位对物理量进行转换，然后输出到诊断模块3进行信号有效性诊断；输出到功能管理模块4进行控制功能管理；输出到转速估算模块5进行风扇转速估算。
标定参数设置模块2通过配置文件对水温进口温度、液压油进口油温、变矩器进口油温、中冷器出口温度的温度阈值；风扇转速阈值；风扇反转时间及转速阈值；转速传感器每转脉冲值；正反转转换等待时间阈值等参数进行配置，并将配置参数等传递给功能管理模块4。
诊断模块3通过电控单元的硬件诊断功能对系统中的所有温度传感器及连接线路进行诊断，对电磁阀及连接线路进行诊断；通过软件算法对温度传感器的信号阈值进行诊断，对转速传感器的信号阈值进行诊断，对总线信号的有效性进行诊断。并将诊断结果传递给功能管理模块4，将故障码传递给输出模块7。
功能管理模块4依据采集的温度信号、转速信号、控制信号和诊断模块对信号的诊断结果，对系统自检、反转、强制制冷和程序控制等四种控制模式进行判断，并将四种控制模式指令及相应的电磁阀控制指令传递给转速估算模块5和电磁阀控制模块6。
本发明的功能管理模块控制过程中，包括：
S102：独立散热控制系统上电，系统初始化；S104：系统对传感器信号、电磁阀状态、总线状态进行自检，如果所有信号正常，系统继续向下执行，如果自检发现故障，系统报警，并等待故障排除；S106：系统初次上电，自动执行反转模式，并在预定的时间阈值后或在有强制反转信号时，退出自动反转模式，继续向下执行；S108：系统监测是否有强制反转信号，如果有则执行强制反转模式，如没有，则继续向下执行；S110：系统监测是否有强制制冷信号，如果有则执行强制制冷模式，如没有，则继续向下执行；S112：系统依据散热器温度，依据具体的控制算法开启程序控制模式，对散热器温度进行自动控制。
转速估算模块5依据采集的温度信号、转速信号和功能管理模块4的控制指令，结合独立散热系统的热平衡控制算法，对风扇目标转速进行估算，并将目标转速输出给电磁阀控制模块6。
电磁阀控制模块6依据转速估算模块5输出的风扇目标转速，结合比例电磁阀的控制策略对比例电磁阀进行输出控制；依据功能管理模块输出的比例电磁阀、开关电磁阀控制指令对相关电磁阀进行控制。并将比例电磁阀和开关电磁阀的控制指令输出给输出模块7。
输出模块7将电磁阀控制模块输出6的比例电磁阀和开关电磁阀的控制指令转化成物理控制量，驱动电磁阀工作,实现风扇转速的控制；将诊断模块3输出的故障码上传给整车。将显示信息输出给整车组合仪表用于独立散热系统的信息显示。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
