重型柴油机冷却风扇和水泵的功率分配控制对热管理系统总能耗的影响谢辉康娜

1、网络出版时间：2014-01-03 16:58网络出版地址：第*卷 第*期 201*年*月天津大学学报（自然科学与工程技术版）Journal of Tianjin University（Science and Technology）Vol.* No.*.*. 201*DOI：10.11784/tdxbz201311019重型柴油机冷却风扇和水泵的功率分配控制对 热管理系统总能耗的影响谢辉，康娜（天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室，天津 300072）摘 要：在保证发动机热安全的前提下，充分降低附件（电动水泵和电动风扇）的总能耗是热管理系统控制的重要 目标.本文针对一款重型卡车用柴油机，在 GT

2、-SUITE 平台上系统研究了电动风扇和电动水泵功率分配对热管理系统 运行总能耗的影响规律，提出了风扇和水泵功率分配控制策略.为了减少水温控制的波动，降低系统控制能耗，本文 提出采用一种基于主动扰动观测的控制算法.通过稳态工况和 HUDDS 循环工况的仿真，验证了该算法降低能耗的效 果.结果表明：稳态工况下风扇和水泵功率分配的不同可造成 2%-56%的总能耗差异.HUDDS 工况下，通过风扇和水泵 的功率分配控制，总能耗可节能约 8%.相对于 PID 水温控制，采用主动抗扰控制算法可节约附件总能耗 5%左右，出 口水温和温差控制精度可分别改善 24%，40%. 关键词：热管理系统一维建模，风扇

3、和水泵功率分配控制，主动抗扰控制算法，附件总能耗复合优化策略； 中图分类号：TK422文献标志码：A文章编号：0493-2137（201*）00-0000-00The Influence of Power Distribution Optimized Control of Fan and Pump on the Total Power Consumption in Thermal Management SystemXie Hui ，Kang Na( State Key Laboratory of Engines，Tianjin University, Tianjin 300072，China)

4、Abstract：The power consumption optimization of auxiliaries in thermal management system is of great impor- tance in improving the engine efficiency. In this paper, a dual loop optimization strategy (ODRC, optimized control, active disturbance rejection control) has been proposed to figure out the re

5、lated influences of fan and pump power distribution on the total power consumption. Besides, in ODRC, an innovative control method-active disturbance rejection control (ADRC) has been developed to get better temperature tracking performance despite its nonlinear nature, time delay and various respon

6、se times. Based on the Simulink-GT-Suite platform, the power reduction in- fluence of those two loops has been conducted. Compared with fixed both inlet and outlet temperature difference,ODRC has witness a reduction of power consumption of 8% through optimized power distribution map. Further- more,

7、ODRC has got further 5% reduction in power consumption due to 24% and 40% increase in Tout and T control. Based on our research, ODRC has been validated as a potentially effective method in thermal manage- ment control.Keywords： one-dimension model for thermal management; ODRC ; power distribution o

8、f fan and pump ;active disturbance rejection control method随着汽车节能减排要求的日益提高，发动机热 管理系统面临新的挑战.传统发动机热管理系统中 水泵、风扇等附件的转速与发动机转速硬性机械耦合，在部分工况，尤其是高转速中低负荷下附件浪 费严重1-3.为此，以电动水泵、电动风扇等可变附 件为代表的智能热管理系统引起了业内的广泛关注.收稿日期：2013-11-07；修回日期：2013-12-16. 基金项目：国家重点基础研究计划(973 计划)资助项目（2011CB707206）. 作者简介：谢 辉（1970），男，博士，教授通讯作者：谢

9、 辉，xiehui.密歇根大学的 Hoon Cho4、Ricardo 公司的 Pascal Revereault5 等人采用电控冷却水泵取代了机械水 泵，通过降低寄生损失和启动阶段摩擦损失，使水 泵节能约 87%.Robert W.page6 等人在 M1084A1 FMTV 5 吨的货车同时安装了电动水泵、电动风扇 和电子节温器，其稳态工况下的燃油消耗率降低了 5-20%.Behr 公司7在配备有电动水泵和电动风扇 的热管理系统上研究发现：发动机最大功率下，电 动风扇和电动水泵的功率分配可对热管理系统总能 耗产生显著影响，其差异可达 2%-10%.因此，对于 智能热管理系统，实现电动风扇和电

10、动水泵功率的 优化分配控制，具有降低系统运行能耗的巨大潜力. 确保水温处于合理值是热管理系统的首要控制 目标.由于发动机水温控制存在大时滞、非线性、 多 变 量 耦 合 等难点 ， 目 前 常 规 的 PID8,9 、 Lyapnov10,11及模糊12,13等控制方法，基于水温偏 差进行反馈控制，需要大量实验标定，且控制过程 中效率较低，能量消耗较大.因此，采用先进的水 温跟踪控制算法，降低控制对模型的依赖性以及控 制过程中的波动，是降低热管理系统运行能耗的另一重要途径.本文针对一款重型卡车用柴油机，在 GT- SUITE 平台上系统研究了电动风扇和电动水泵功 率对热管理系统运行总能耗的影响

11、规律，提出了风 扇和水泵功率分配控制策略.为了减少水温控制的 波动，降低系统控制能耗，本文提出采用一种基于 主 动 扰 动 观 测 的 控 制 算 法 . 通 过 稳 态 工 况 和 HUDDS 循环工况的仿真，验证了该附件总能耗复 合优化算法降低能耗的效果.1发动机及热管理系统建模和校核为了分析热管理系统附件能耗优化控制的规 律，以及发动机水温控制的难点，本文利用 GT- SUITE 一维仿真软件搭建了发动机及热管理系统 仿真模型，如图 1 所示.模型主要由发动机本 体、缸体缸套传热、润滑油路和外部冷却循环回 路组成.其中电动风扇和水泵的控制策略集成于 Matlab/Simulink 模块中

12、，并实现了与 GT-SUITE 的耦合仿真分析.图 1 发动机热管理系统 GT-SUITE 示意图Fig.1 Construction of engine thermal management System1.1 发动机一维仿真模型构建如图 1 所示，本文选用潍柴 WP12.480 柴油机 作为建模对象，具体参数如表 1 所示.发动机本体 集成了进排气、燃油等多个系统.发动机燃烧模型 采用 Wiebe 放热模型 . 发动机 传 热 模 型 采 用 Woschni 模型，并考虑了多区缸头和缸套传热.图 2 给出了发动机外特性扭矩和有效燃油消耗率校核曲 线，误差在 1%以内.表 1 发动机参数Ta

13、b1. Engine specification机型|WP 12 480气缸数6排量/L11.596燃油柴油压缩比17:1最大输出功率/kW353额定功率转速/(r.min-1)2100图 2 发动机外特性扭矩和 BSFC 校核Fig. 2Engine external characteristic validation1.2 热管理系统一维仿真模型构建采用 GT-SUITE 的标准模块，构建了由节温 器、风扇、散热器、水箱、水泵等主要部件构成的 车用重型柴油机热管理系统模型.其中，风扇、水泵（转速/流量/压升）、散热器（水侧和空气侧流量/ 压降/传热量）均采用了基于特性 MAP 的建模方式.

14、 冷却水流动状态由一维 N-S 流动方程来描述.热管理系统主要部件的基本参数如表 2 所示. 水泵和风扇 的特性 MAP 如图 3 所示.表 2 热管理系统基本参数Tab.2 Basic parameters of thermal management system参数名称系统参数冷却介质乙二醇/水（50/50）节温器全开温度/90水泵传动比1.7风扇传动比1.17散热器长/宽/厚/mm1100/1040/130额定功率点液气侧温差/62（a）水泵特性 MAP图 4 风扇能耗仿真与实验值对比Fig.4 Fan power validation图 5 水泵给水量仿真与实验值对比Fig.5 Coo

15、lant mass flow rate validation基于上述附件的标定结果，本文以传统热管理 为例，在八个工况点（1200 r/min,1900 r/min 两个转 速， 25、50、75、100% 四种负荷）对冷却液带走 热量进行了实验校核，结果如图 6 所示.可以看出模 型在 8 个工况点的散热量估算误差均在 5%以内.（a）1200r/min(b) 风扇特性 MAP图 3 水泵和风扇特性 MAPFig.3 The performance MAP of fan and pump1.3热管理系统一维仿真模型的标定根据实测的风扇和水泵能耗数据，标定了空气 侧阻力系数和冷却液回路的阻力系

16、数.通过校核，风 扇能耗的实验和仿真值偏差可以控制在 5%以内，如 图 4 所示.其次对不同工况下水泵给水量进行校核， 偏差在 1%以内，如图 5 所示.(b)1900r/min图 6 不同工况下冷却水带走热量实验与仿真对比值Fig.6 Validation of coolant heat transfer rate2风扇和水泵功率分配对附件总能耗的影响 及面向控制的建模2.1 风扇和水泵功率分配对附件总能耗的影响规律图 7 为额定转速（2100r/min）下，发动机出 口水温一定时风扇和水泵功率分配对于附件总能耗的影响曲线.可以看到，随着负荷的下降，附件总 能耗整体降低，且总能耗最优点（红点

17、）逐渐向水 泵功率减小的方向偏移.随着水泵功率的增大，风 扇功率逐渐降低，附件总能耗特性呈 U 型规律变 化.发动机 100%和 75%负荷时，随着水泵功率的增 加，风扇功率略微下降，降幅很小，不同功率分配 对应的总能耗差异仅在 2%-6%之间.在 50%和 25% 负荷下，风扇功率受水泵功率变化的影响增强，使 得总能耗变化幅度增加，不同功率分配下的总能耗 差异在 11%-56%之间.即，功率分配带来的节能效 果随着负荷的下降而增大（2%增大至 56%）.在风 扇和水泵功率分配的过程中，还需要同时考虑水泵 自身给水能力（转速不能超越上限）和发动机热应 力（进出口温差和出口水温控制在合理范围内）

18、的 双重限制.图 7 2100r/min 不同负荷下总能耗随风扇水泵功率分配变 化特性曲线Fig.7 power distribution characteristic of fan and pump under 2100r/min,different load图 8 为发动机 75%负荷不同转速相同出口水温下附件总能耗随风扇和水泵功率分配变化的特性曲 线.在此工况下，附件总能耗随着功率分配变化呈 U 型分布.随着发动机转速(1900r/min 到 1300r/min)的 降低，由风扇和水泵功率分配带来的节能潜力逐步 减小(21%至 11%).图 8 75%负荷不同转速下总能耗随风扇水泵功率分

19、配变化特 性曲线Fig.8 power distribution characteristic of fan and pump under different engine speeds,75%load图 9 为发动机 1300r/min,75%负荷下不同出口水温下(90-105)附件总能耗随功率分配变化的特性 曲线.可以发现，随发动机出口水温提高，风扇功率 显著降低，使得附件总能耗整体下降, 但节能潜力 潜力增大（由 9%升高至 18%）. 附件总能耗最优点 向水泵功率降低的方向偏移.图 9 1300r/min,75%负荷下不同出口水温下总能耗随风扇水 泵功率分配变化特性曲线Fig.9 po

20、wer distribution characteristic of fan and pump under different outlet temperature at 1300r/min,75%load综上所述，发动机附件总能耗随着附件功率分配规律始终呈 U 型分布.额定转速下，随着负荷的增大，功率分配带来的能耗差异逐步增大（2%- 56%）；部分负荷，随发动机转速降低，功率分配Q& 2= e C a m&a (Tout - T )（5）带来的节能潜力下降（21%至 11%）.出口水温升e = (Te- T) / (Tout- T )（6）高，附件总能耗下降，功率分配的节能潜力增大.在附件

21、功率分配的过程中，需要考虑发动机热安全 线（出口水温最大值和进出口温差最大值）和水泵 风扇给水能力线（水泵风扇转速最大值）的限制.式（4）（5）中： 为换热器效率；Tr 为散热器冷却 液出口温度，Te 和 T 为空气升高的温度和环境温 度；发动机入口水温为：2.2 面向附件总能耗优化控制的建模为实现热管理系统总能耗与风扇水泵功率的分Tinm& 1T out + m& 2Tr=m&（7）配，并保证热管理系统中水温的有效控制，本节建 立了热管理系统面向附件总能耗优化控制的模型.式中，m1 和 m2 分别为小循环和大循环水流量.基于上述（1）-（7）式推导，在附件功率分配 过程中，需要考虑电动风扇功

22、率 Pfan 和电动水泵功系统的物理模型示意图如图 10 所示.率 Ppump分配对于附件总能耗的影响规律.根据转速比例定律，风扇和水泵的能耗分别于对应的流量成三次方关系.由此推导可得：p pump = A m&= A Q&/ Cc (Tout - T) = A Q&1/ Cc D T（8）13333333in333 33P fan = B m& a= B Q&/ Cea2(Tout - T )（9）图 10 热管理系统物理模型Fig.10 Thermal-fluid schematic of thermal management其中 A、B 为水泵和风扇设计参数，可通过风 扇和水泵性能测试曲

23、线予以标定.本文中假定附件总 能耗为 Psum，将(8)和（9）式带入可得：33systemPsum= Ppump + PfanAQ= =1+33BQ23 63（10）发动机热管理系统被抽象为由产热源（发动Cc D TC a e(Tout - T )机）和散热源（散热器）组成的热平衡系统.发动 机产生的热量经缸壁与冷却液换热，冷却液经过散 热器与空气换热，保证冷却液温度可控.由能量守 恒可得：发动机侧：dT 根据上述（10）式，可以得到以下两个基本规律：pum pfanD T 不变时，随着 T out 的增大， P和 P均 减小，总能耗 Psum 降低.Tout 不变时，Ppump 减小时，

24、m& 降低，散热器水侧雷诺数降低，导致了水侧换热系数降低，散 热器换热效率 e 降低15，为满足发动机冷却需C out = Q&edtin- Q&（1）1求，风扇转速升高，Pfan 增大.在 Pfan 减小与其中 Ce 为发动机热容；Qin 为发动机缸壁与冷却水 传热量：Ppump 增大的折中过程中，总能耗 Psum 理论上存在最优点.Q&= ainw cA (T 1D T- T+)wout2（2）3附件总能耗复合优化算法设计Q1 为冷却水带走的热量：基于上述分析，本文提出一种简单易行附件总Q&1 = C c m& (Tout - Tin )（3）能耗复合优化算法 ODRC(optimal c

25、ontrol, active disturbance rejection control).1.依据发动机转速、式（1）（2）（3）中：a wc 为缸壁与冷却水之间的换热系数 14(与水侧雷诺数、普朗特数相关)；Tw, Tout, Tin, T 分别为发动机缸壁温度、出口水温、进 口水温、进出口温差；冷却液流量和比容分别为 m& 和 Cc,散热器侧：dT 负荷变化，由风扇和水泵功率优化分配模块给出优 化的风扇和水泵功率，进而通过水温计算模块给出 理想的出口水温和温差控制目标，实现附件功率分 配优化(第一级优化).2.基于上述功率分配优化算 法， 采用主动抗扰控制方法 16 （ ADRC， ac

26、tiveC r = - Q&+ Q&- Q&（4）disturbance rejection control），提高目标水温的闭r dt 012环控制效率，降低瞬态过程的控制能耗（第二级优其中，Cr 为散热器热容，Q0 为散热器散热损失，Q2为空气带走的热量：化），利用两级优化降低附件总能耗.控制框架如 图 11 所示.图 11 热管理系统附件能耗复合优化控制架构Fig.11 Control Structure of ODRC on thermal management此控制框架中包括附件功率分配模块和自抗扰 控制器(ADRC).其中，“附件功率分配模块”根 据发动机工况确定最佳的风扇和水泵和

27、功率（Pfan 和 Ppump），经“目标水温模块”计算，即在发动 机特定工况下可由式（8）和（9）计算出此工况下 发动机理想的最佳出口水温(Tout) 和进出口温差（ D T ）.最后 Tout 和 D T 基于两个 ADRC 控制模 块，分别由 Ufan 和 Upump 进行水温的闭环控制.（b）风扇功率优化 MAP图 12 热管理系统风扇和水泵功率优化分配 MAP Fig.12 optimized power distribution map of fan and pump 3.2 基于 ADRC 的低能耗水温闭环控制为实现水温的闭环控制，基于上述（ 1）-（7）式，将热管理系统模型归纳

28、为用于控制的两 输入两输出系统：3.1 基于风扇和水泵功率的优化分配 C dTout = aA T - TD T+ - C m& T- T风扇和水泵的功率分配模块可通过式（11）求得附件功率分配最优解： edt dTinw c 1 ( w&out)2c ( out)in （12）hJ = m in( P fan + Ppum p + P friction + P eatloss )（11）C r= - Q 0 + C c m& (Tout - Tin ) - e C a m& a (Tout - T )dt s.t . Tout Tout _ lim it ; D T D Tlim itN p

29、um p N pum p _ m ax ; N fan N fan _ m ax其中由于本文中发动机目标出口水温均高于节温 器 全 开 时 温 度 ， 故 假 定 Tin=Tr. 控 制 目 标 为fa naTout,Tin,控制变量为分别为风扇转速 u= m& 和水泵其中，Pheatloss 和 Pfriction 为发动机与外界热交换 损失和摩擦损失,本文暂不考虑.但上述最优求解过转速 upum p= m&.将（12）变形为可以用于控制的状态程较为复杂，为简化求解过程，本文中通过标定形空间，如(13)所示：成发动机全工况范围下风扇和水泵功率优化分配 & Tout Tout u fa n （

30、13） & = A ( t ) + B ( t ) MAP（图 12，出口水温为 363K），进而实现附件总能耗的第一级优化： Tin 其中 Tin u p u m p a A T a Aw c 1 w - w c 1 a A C r T& - w c 1 -i n 0 -e C (T - T ) C T2C2CC eT a out CA (t )= e outeein B (t ) = ea a o u t e C m (T - T ) Q 0 -C c (T o u t - Ti n ) 0C r ToutC r TinC r（a）水泵功率优化 MAP为实现水温的闭环控制，基于 ADRC

31、思想， 将式（13）转换为两个一阶微分方程，其中，风扇 回路模型可转换为：outoutinfanpum pT& = A (1,1)T + A (1, 2 )T + B (1,1) u+ B (1, 2 ) u（14）= f fan + b0 fan u fan&其中 ff a nQi n - C r T i n- Q0=C为风扇回路扰动 ， b0 是eB(1,2)在某一个固定工况点下近似的常数. 类似对（13）进行变形如下：T& = A ( 2 , 1)T+ A ( 2 , 2 )T + B ( 2 , 1) u+ B ( 2 , 2 ) uinoutinfanpum p （15）ODRC 与

32、 PID 控制算法在水温控制精度和能耗方 面的差异.采用 ITAE18（误差绝对值对时间积分= fpum p+ bu0 pum p pum p的性能指标），即其中f pum p =0a a out 为水泵回路扰动；- Q& - e C m& (T- T )C rJ ITAE=t e (t ) dt0（20）针对 Tout 和 Tin 两个回路分别设计一阶 ADRC 控制器，由于两个回路设计类似，故本文仅以 Tout 回路为例对 ADRC 控制器算法予以说明. 首先 ADRC 控制器将(13)式将转化为如下状态空间： x&1 = x 2 + b0 fa n u fa n作为水温控制精度的评价指标

33、.4.1 ODRC 阶跃测试控制效果分析图 13 给出了发动机额定转速下负荷阶跃（5bar 到 20bar）时 ODRC 与 PID 的控制效果对比. x& 2 = h y = x1 x& = A x + B u fan + E h y = C z（16）（17）其中 x2=ffan 为扩张状态，h= f&未知扰动，Z2 是fa n真实扰动的观测值,且（a） 负荷阶跃温差控制效果对比A = 0 1 , B = 0 0 b0 fan , C =1 0 , E = 0 . 1 0 于是，可以构建线性状态观测器（LESO）： z& = A z + B u y = C zfan+ L ( y - y

34、)（18）12其中，L 是观测器增益向量， z = zz T 是待观测的状态，也就是式（13）中的 Tout 和 ffan 的估计值.通过 设 计u fan = ( - Z 2 + u 0 ) / b0 fan的 控 制 律 ， 可 以 将(b) 负荷阶跃出口水温控制效果对比图 13 额定工况点负荷阶跃 ODRC 与 PID 控制效果对比（13）式近似变换为 yu0，该式很容易通过一个 比例控制进行控制：Fig.13 Control performance comparison of ODRC and PID at rated point如上图所示，在负荷阶跃过程中，ODRC 中u 0 = K

35、 p ( r - z1 )（19）观测器 LESO 通过对负荷变化带来影响的主动观其中，r 是设定值，Z1 是 x1 的估计值，Kp 是比例 系数.这里比例系数可以利用基于带宽的参数整定 方法17实现快速调参.本文中风扇和水泵的 ADRC 参数如下表 3 所示：表 3 风扇水泵 ADRC 控制器参数Tab.3 Control parameters of fan and pump测，使得其风扇转速可以在水温产生明显偏差之前 产生补偿动作，比 PID 控制器的响应更超前，从 而避免了调节过程中出现过高的风扇转速/功耗.因 此有效降低了控制能耗，提升了水温控制的抗扰能 力,体现出更高的控制效率.变发

36、动机转速工况下， 水温控制效果与之类似.表 4 中给出了具体的对比 效果.控制参数b0w0wc风扇-0.000480.30.03水泵-0.000450.60.12表 4 阶跃测试控制效果评价Tab.4 Evaluation for the control performance by step test变负荷变转速控制 方法ODRCPID改善%ODRCPID改善%4附件总能耗复合优化策略效果验证在 第 一 节所建立的 仿真平台上 ， 对比了 ITAE/Tout74710733030442729ITAE/T1001147913448793Psum/ kJ29471323298.812072129

37、736.9可以看出：发动机转速和负荷阶跃变化时，相对于 PID，ODRC 作用下的能耗改善约 6-8%， Tout 和 T 的 ITAE 优化了 30%和 90%. 以上两个 测试结果印证了 ODRC 中 ADRC 算法对降低控制 能耗，提升水温控制抗扰能力发挥的重要作用.4.2 HUDDS 下控制效果对比在道路工况下，发动机运行工况频繁波动，水 温的控制管理更为复杂多变.为了更系统地评价 ODRC 的控制效果，本文在 HUDDS 工况下，设计 了三种控制测试实例(见表 5)，通过相互对比，评 价了 ODRC 中功率分配优化和控制能耗优化的优 化效果. 出口水温参考文献19 中的优化管理方 法

38、，设定发动机怠速（N700rpm,BMEP5bar）时 目标值为 368K，其余工况为保证发动机安全性， 定为 363K.表 5 HUDDS 工况试控制效果对比Tab.5 Control performance under HUDDS driving cyclePIDPIDODRC功率分配_目标 T7KMAPMAP ITAE/Tout378935652866ITAE/T433445314Pfan/kJ1092981924Ppump/kJ110130133Psum/kJ120111111057通过对比表 5 中的第二列和第三列，水温闭环 控制均采用 PID 算法，将功率未分配（进出口温 差固定为

39、 7K）变为基于发动机工况查询的功率分 配最优值（基于功率分配 MAP）以后，Psum 改善 了 8%.这一结果验证了功率分配优化（第一级优 化）对 Psum 改善的重要作用.在采用优化的功率分 配算法的基础上，将 PID 算法改换为 ADRC 算法（表 5 第四列，即 ODRC 算法），如图 14 和图15 所示.图 14 HUDDS 工况 ODRC 与 PID 水温控制/风扇能耗效果对比Fig.14 Tout and fan power comparison of ODRC and PID under HUDDS cycle图 15 HUDDS 工况 ODRC 与 PID 温差控制/水泵能

40、耗效果对 比Fig.15 T and pump power consumption comparison of ODRC and PID under HUDDS cycle可以看到 , 水 温 的 控 制 精 度 有 了 明 显 提 升（Tout 控制精度提升 24%，T 的控制精度提升 40%），同时，Psum 也得到较大幅度的降低.其原 因在于：1.采用了控制效率更高的 ADRC 算法，其 控制过程的能耗得到了明显的改善，具体表现为水 泵和风扇的波动幅度减小，高转速运行的比例显著 下降.2.由于实际水泵和风扇的功率分配值更趋于最 优值（散热器效率处于优化值，只需要较低的风扇 功率就可以实现

41、有效散热），进一步改善了 Psum. 由此验证了 ODRC 中第二级优化（控制能耗优 化）控制的有效性.综上所述，在 HUDDS 道路工况下的验证结 果，进一步说明了 ODRC 控制算法在功率分配和 控制能耗降低上的有效性（较无功率分配、采用 PID 控制的策略相比，Psum 改善 13%），是智能 热管理系统节能控制的一种有效方案.5 结 论为降低智能热管理系统电动水泵和风扇的总能耗： 1) 研究了热管理系统附件总能耗与电动水泵和风扇功率分配的特殊规律:在电动水泵和电动风扇功 率分配过程中，附件总能耗与功率分配之间呈 U 型 关系.通过两者的功率分配调节，可产生 2%-56%的 总能耗优化潜

42、力（随发动机负荷的减小/转速的升 高而增大）；随着发动机出口水温的增加，功率分 配节能潜力逐步增加（9%至 18%）.功率分配的最 优值需要在发动机热安全线（出口水温和进出口温 差的最高值）和水泵给水能力线（水泵转速最高 值）所定义的有限窗口内选取.2）提出了由电动水泵和电动风扇功率分配优化（第一级）和水温闭环控制能耗优化（第二级）组 成的两级优化策略 ODRC：根据发动机工况预估 最佳的风扇和水泵功率输出，实现第一级优化；采 用 ADRC 控制方法，对发动机工况变化对水温的 影响进行主动观测和抑制，提升控制效率，降低控 制能耗，实现第二级优化。3) 在 HUDDS 工况下的仿真验证结果表明：

43、与固 定目标 T 的策略（无功率分配优化）对比，通过 标定的风扇水泵功率分配优化 MAP 控制，附件总 能耗降低 8%；与 PID 控制方法相比，ODRC 可以 降低水温的控制能耗，使附件总能耗改善约 5%， 同时使出口水温和进出口温差的控制精度分别提高 了 24%和 40%，两级优化综合节约附件总能耗13%.参考文献：1 Frank Melzer, Ullrich Hesse. Thermomanagement C/SAE Paper. Detroit, Michigan, USA, 1999, 1999-01-0238.2 M. Gumus. Reducing cold-start emi

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