汽车发动机电动冷却风扇智能控制系统设计

汽车发动机电动冷却风扇智能控制系统设计

余海洋;曹志良;刘绍波

【摘要】Aiming at the problem of fan cooling in automobile engine,based on the working principle of engine cool?ing system,the control requirement and strategy of the electric cooling fan is discussed. The intelligent control sys?tem of cooling fan and the hardware and software of the control unit of the electric fan are designed. AMEsim simula?tion model is established. The temperature change of engine coolant under different working conditions is simulated and analyzed. When at the motor speeds 2000 r/min,2500 r/min,2800 r/min,the cooling liquid temperatures of the engine outlet are 80°,82° and 85° respectively by the designed control system,test experiment is made under the input maximum temperature of 93.7°,the output maximum water temperature is 101.8℃. The test results show that the system can ensure the engine thermal balance,control system has a stable control effect.%针对汽车发动机风扇冷却存在的问题,基于发动机冷却系统的工作原理,探讨了电动冷却风扇的控制需求和策略,设计了冷却风扇智能控制系统.建立了AMEsim仿真模型,仿真分析了不同工况下发动机冷却液的温度变化,电动机转速在2000 r/min、2500 r/min、2800

r/min时,发动机出口冷却液温度分别为80℃、82℃和85℃.设计了控制系统测试实验,在进水温度最高93.7℃条件下,出水最高温度101.8℃,测试结果显示该系统能够保证发动机热平衡,控制系统具有稳定的控制效果.

【期刊名称】《电子器件》

【年(卷),期】2016(039)006

【总页数】4页(P1512-1515)

【关键词】汽车发动机;电动冷却风扇;AMEsim仿真;智能控制系统

【作者】余海洋;曹志良;刘绍波

【作者单位】重庆工商职业学院汽车工程学院,重庆401520;重庆工商职业学院汽

车工程学院,重庆401520;重庆工商职业学院汽车工程学院,重庆401520

【正文语种】中文

【中图分类】U464.138

随着汽车行业的快速发展，人们对于汽车性能的要求也越来越高，而作为汽车核心结构的发动机部分，其性能好坏直接影响汽车的稳定性和动力性。汽车发动机冷却系统是发动机的重要组成部分，对发动机的动力性、经济性和可靠性有很大影响。随着发动机转速和功率的不断提高，对冷却系统的要求越来越高［1］，汽车发动机冷却系统包括水循环冷却和电动风扇冷却，本文主要针对电动风扇冷却进行研究。近年来，美国、德国、日本及瑞典等汽车发达国家开始对发动机冷却风扇温控系统展开研究，国内学者也逐渐重视该方面的研究，哈尔滨工业大学进行过发动机冷却系统的智能控制研究，提出了在汽车上采用电机无级变速控制冷却风扇的冷却控制系统；青岛大学也研制出了一种发动机风扇温度控制液压驱动系统。但该方面的研究还存在一定问题，脱离发动机的独立电动风扇控制系统还不成熟。结合已有的研究成果，基于改变散热器的空气量来控制冷却效果的电动风扇冷却原理，设计了汽车发动机电动冷却风扇智能控制系统，采用先进的电子控制技术，通过NTC温度传感器采集发动机冷却介质的温度值，温度信号反馈给控制系统后，经过控制算法

的计算和处理控制风扇的转速值，通过微处理器来控制直流电机的转速，从而实现发动机电动冷却风扇的实时控制［2］。

发动机冷却风扇的控制主要是对冷却风量的实时调节，冷却风扇的转速与进风量成正比关系，而风量与风速又成正比关系［3-4］。在汽车发动机稳定运行的条件下，散热风扇提供的风速与单位时间的散热量成正比，而散热量又与冷却液的温度差成正比。基于此散热原理，设计了智能控制系统的控制策略（图1所示）。

汽车驾驶人根据需求和实际情况对控制系统设置一个温度值，在汽车发动机工作的情况下，NTC温度传感器会检测实际温度与设定值误差并提供反馈，反馈信号及

时反馈到PID温度控制器中，控制器以消除二者间的偏差为目的，经过控制算法

的计算，提供冷却风扇转速控制风扇的电动机的转速来调整被控参数，使其始终向着设定值的方向变化。

由于采用了NTC温度传感器来实时监测水温的变化，并将检测值反馈到控制器实时比较，使设定温度与实际水温能够紧密地联系在一起，因此本系统构成的是带有负反馈的闭环调节控制系统。

根据汽车发动机冷却风扇控制系统的工作原理［5-6］，基于AMEsim多领域建

模与仿真软件，建立该控制系统的仿真模型，参照汽车发动机的实际参数，仿真分析不同工况下冷却风扇控制系统的冷却效果，仿真模型如图2所示。

2.1 稳定工况下的仿真分析

控制系统的设定温度值为20℃，发动机的转速为3 000 r/min，汽车的行驶速度

为45 km/h，路况为平坦的公路，仿真分析发动机不同出口位置冷却液的温度变化，如图3所示。

由图3可知，发动机出口的温度在0～80 s时呈线性增长的趋势，随后出现60 s

左右的波动，最后温度趋于稳定；散热器的出口温度在0～80 s时温度没有变化，这是由于这段时间发动机冷却系统处于小循环阶段，散热器还没有发挥作用，在