【摘 要】
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近年来,发动机冷却系统发展迅速,关键零部件已基本实现电气化,目前相关研究集中在对冷却系统控制策略的设计与优化。其中,高度集成的热管理系统（Thermal Management Model,TMM）有着优秀的流量调节特性和冷却液控制精度,存在较大的控制潜力,但相应控制策略的研究仍较为缺乏。加之大部分控制策略是基于当前传感器所测温度对冷却系统进行控制,存在一定的滞后性。本文提出以发动机热管理系统模块（
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近年来,发动机冷却系统发展迅速,关键零部件已基本实现电气化,目前相关研究集中在对冷却系统控制策略的设计与优化。其中,高度集成的热管理系统（Thermal Management Model,TMM）有着优秀的流量调节特性和冷却液控制精度,存在较大的控制潜力,但相应控制策略的研究仍较为缺乏。加之大部分控制策略是基于当前传感器所测温度对冷却系统进行控制,存在一定的滞后性。本文提出以发动机热管理系统模块（TMM）作为主要控制对象,辅以电子水泵转速控制策略,在构建可变流量冷却系统数学模型的基础上,根据发动机实时工况预测冷却液流量和组件温度,以目标水温作为参考对冷却系统进行调节,并基于模型开发出相关软件,目的是与发动机控制系统集成,实现基于发动机可变流量冷却系统的更高效水温控制,减少能源消耗、降低尾气污染物排放。本文研究的主要内容如下:（1）以某款搭载涡轮增压发动机的混合动力车型为对象,搭建整车测试平台,并简单介绍数据采集工具链的运用;（2）基于所研究的发动机可变流量冷却系统物理结构和热力学与传热学定律,搭建冷却系统数学模型,实现对发动机关键部件的冷却液温度、流量和散热量的预测计算;（3）在发动机可变流量冷却系统数学模型的基础上,开发控制策略模型,目的是对发动机当前状态进行判断,并通过对水泵转速和TMM开度控制,实现各支路冷却液体积流量的精确控制,高温阶段基于发动机主水温与目标水温偏差进行跟踪调节,间接改善发动机性能;（4）对开发的数学模型和控制策略进行仿真验证,热管理功能模块在验证通过后利用基于模型设计的工具自动生成代码,与发动机管理系统的其他功能模块集成,在整车上完成测试验证。验证结果表明,本文研究的发动机可变流量冷却系统数学模型,包括缸体、缸盖、发动机入水口在内的模型水温能较好地跟随实际水温,水温偏差不大（稳态工况水温误差在1.5℃内,发动机转速激烈变化工况下最大误差控制在4.8℃以内）,在一定程度上说明该水温模型的准确性。在其他整车条件一致的前提下,采用发动机可变流量控制策略的冷却系统相较于采用传统节温器的冷却系统,在低温冷启动时具有更好的暖机效果,快速暖机工况下,相同时间内发动机升温提升约7.2%,且水温受发动机转速波动影响更小;在WLTC工况下,配有可变流量冷却系统的发动机,在低速段升温更快,中低速段间的停车工况体现了良好的保温效果,在中高速段的部分负荷工况,冷却液维持在较高温度,保证发动机机油润滑性,减少摩擦,在高速、超高速段等满负荷工况,能实现很好的冷却效果,避免发动机出现过热现象。
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