基于单级PWM风扇的某车型节油策略研究

基于单级PWM风扇的某车型节油策略研究
郭文松;胡俊;刘文彬;童元;陈晨
【摘要】文章基于BOSCH+ME7发动机管理系统PWM风扇控制逻辑,提出了一种降低整车油耗及噪声的标定试验方法.该方法通过对BOSCH+ME7发动机管理系统PWM风扇控制逻辑的研究,调整不同工况下输出的PWM风扇占空比,并与两级电子风扇进行比较,使匹配PWM风扇的车型达到节油和降噪的目的.
【期刊名称】《汽车实用技术》
【年(卷),期】2016(000)009
【总页数】3页(P191-192,195)
【关键词】单级PWM风扇;空调;油耗;控制策略;BOSCH+ME7
【作者】郭文松;胡俊;刘文彬;童元;陈晨
【作者单位】安徽江淮汽车股份有限公司技术中心,安徽合肥 230022;安徽江淮汽车股份有限公司技术中心,安徽合肥 230022;安徽江淮汽车股份有限公司技术中心,安徽合肥 230022;安徽江淮汽车股份有限公司技术中心,安徽合肥 230022;安徽江淮汽车股份有限公司技术中心,安徽合肥 230022
【正文语种】中文
【中图分类】U464
10.16638/ki.1671-7988.2016.09.064
CLC NO.: U464 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2016)09-191-03
随着国家油耗法规越来越严格，许多先进的节油技术应用到汽车使用过程中。

其中，PWM冷却风扇是当前在汽车上应用较广泛的一项技术。

PWM冷却风扇可以根据冷却系统、空调系统、车辆行驶速度等的需求，线性控制风扇转速，与传统的双级（高低速）冷却风扇相比，其风扇转速控制范围广，优化了传统双级风扇冷却能量过剩的情况，从而降低车辆油耗。

另外，由于PWM风扇的转速变化基本上是无
级变速，其运行噪音相对较低。

本文以江淮汽车某紧凑型轿车搭载单级PWM冷却风扇为基础，基于
BOSCH+ME7发动机管理系统PWM风扇控制策略，提出了一种节油控制策略。

车用PWM风扇控制原理如图1所示。

车上各种传感器将整车的工作状态数据
（发动机水温、车速、空调状态、进气温度等）发送给ECU（发动机控制单元），ECU根据整车工作状态信息，通过计算得到合适的PWM占空比，并发送给PWM风扇控制器，PWM风扇控制器根据接收到的占空比，来控制PWM风扇电机，从而对风扇转速进行控制，同时，PWM风扇控制器将控制器状态信息反馈给ECU，以便ECU对控制器状态进行监控，一旦PWM控制器出现故障，ECU可以采取措施，防止因PWM风扇或控制器出现问题导致其他问题出现。

车用冷却风扇的主要目的是对发动机进行冷却，防止因发动机水温过高而对发动机造成损害，同时在开启空调时，对空调系统进行冷却，防止因空调系统压力过高而损坏空调，其控制逻辑见下图2：
2.1 水温、车速控制模式
根据发动机水温和车速对PWM风扇进行控制，通过一个二维表格，实现不同发
动机水温和车速下的PWM占空比输出。

当空调系统压力大于设定的压力阀值时，根据水温和车速输出一组PWM占空比，当空调系统压力不大于设定的压力阀值时，根据水温和车速输出另一组PWM占空比，其PWM占空比设置方法为：水
温越高、车速越低输出的PWM占空比越高，反之越低。

如表1所示，其中X轴
为发动机水温，Y轴为车速，P为空调系统压力，P1为空调系统压力阀值。

2.2 空调系统压力控制模式
开启空调时，为保证空调系统压力在正常范围内，根据空调系统压力对PWM风
扇进行控制，通过一个一维表格，实现不同空调系统压力下的PWM占空比输出，空调系统压力越大，输出的PWM占空比越大，如表2所示，其中X轴为空调系
统统压力，Z轴为PWM占空比。

2.3 最终PWM占空比数据
根据以上控制逻辑，两种控制模式下均会输出一组占空比信号，在不同水温、车速、空调系统压力条件下两种模式输出的占空比进行取大运算，取大运算后再进行滤波计算，最终输出PWM占空比发送给PWM风扇控制器。

以江淮汽车某紧凑型轿车为基础，匹配1.5L自然吸气发动机和6档手动变速箱为
研究对象，在环境仓中，模拟不同的环境温度、车速等条件，对PWM风扇占空
比进行数据匹配，最终得到表3、4的结果，其中P为空调系统压力，V为车速，P1为空调系统压力阀值，V1、V2、V3为设定的3个车速阀值，其中V1＜V2＜
V3。

为了验证控制逻辑及表3、表4设置的PWM占空比信号的合理性，进行了整车
的热平衡、经济性及NVH性能试验验证。

3.1 整车热平衡试验
整车热平衡试验方法如下，在整车转毂中模拟高速和爬坡两种工况，车内空调风量开到最大，温度最低且使用外循环，评价发动机水温在这种工况下是否能够达到整车热平衡的设计要求，试验结果如表5所示，按照表3、表4设置PWM占空比
信号，热平衡试验中，发动机出水口水温最高为99.1℃，满足设计要求。

3.2 整车经济性试验
整车经济性试验方法如下，在整车转毂上模拟25℃和40℃环境温度，开启空调，
进行匀速行驶、NEDC 循环行驶、怠速工况下的油耗对比试验，结果如表 6、7 所示。

由结果可以得出，除怠速工况油耗基本相当外，匀速行驶和循环行驶工况下，PWM 风扇要比两级风扇节油，在25℃环境温度下，NEDC 循环行驶工况下，节油率最高，达到 1.94%；在40℃环境温度下，60km/h 匀速行驶工况下，节油率最高，达到 0.88%。

3.3 整车NVH性能试验
整车NVH性能试验方法如下，在道路试验中，通过模拟不同工况下PWM占空比输出的值，测量怠速背景噪声下，驾驶员右耳噪声。

其结果如表8所示，相同的工况下，匹配PWM风扇比两级风扇，驾驶员右耳噪声值低约0.4～1.5dB。

本文对BOSCH ME7系统的PWM风扇控制逻辑进行研究，并在江淮某紧凑型轿车上进行试验，通过整车热平衡试验、经济性试验及NVH性能试验验证，PWM 风扇能够按照控制逻辑合理的运行，并能达到整车热平衡性能的要求。

且匹配PWM风扇在经济性和NVH性能上均优于两级风扇，在25℃环境温度下节油效果优于40℃环境温度下的节油效果。

后期将针对不同环境温度下的节油效率进行研究，通过硬件及软件匹配，达到高环境温度下节油效率提升的目的。

【相关文献】
[1] 蔡兴旺,付晓光.汽车构造与原理[M].北京:机械工业出版社,2009.
[2] 刘永长.内燃机原理[M].武汉:华中科技大学出版社,2007.
[3] 韩晓峰,张士路等.车用PWM冷却风扇控制策略实验研究[J].内燃机与动力装置,2014 (6):8-9,44.
[4] 李毅,董林等.电子风扇与散热器距离匹配的试验研究[J].装备制造技术,2012(9):3-4,48.
[5] 徐锦华,倪计民等.车用冷却风扇安装位置对其性能影响的分析研究[J].汽车技术,2012(1):1-5.。