一種基于ECU水溫輸出PWM占空比的標(biāo)定策略

王超

摘要：文章通過(guò)控制ECU風(fēng)扇開(kāi)啟溫度標(biāo)定、水溫輸出標(biāo)定、高溫及高寒標(biāo)定的方式，完整的設(shè)置水溫PWM波占空比輸出策略及標(biāo)定方法，對(duì)于在不同車型不同發(fā)動(dòng)機(jī)平臺(tái)化通用某一款組合儀表方面，有較高的借鑒價(jià)值。

關(guān)鍵詞：水溫表；標(biāo)定；通用性；占空比

引言

隨著汽車行業(yè)的飛速發(fā)展，汽車用戶關(guān)注點(diǎn)已朝汽車各個(gè)細(xì)節(jié)方面轉(zhuǎn)移，水溫表的準(zhǔn)確性就是關(guān)注細(xì)節(jié)之一。

水溫表，是為發(fā)動(dòng)機(jī)散熱而使用的用于熱交換冷卻液溫度值的直觀顯示用的儀表。老式組合儀表，是熱敏電阻阻值直接輸入儀表，儀表通過(guò)阻值判斷水溫值，再進(jìn)行顯示。該種顯示水溫方式有一個(gè)缺陷，水溫傳感器有兩個(gè)，一個(gè)將阻值輸入水溫表，一個(gè)將阻值輸入ECU（發(fā)動(dòng)機(jī)電噴控制單元），而水溫傳感器本身存在制造誤差，就造成了儀表和ECU讀取的水溫值不一致，風(fēng)扇開(kāi)啟及關(guān)斷時(shí)采樣的水溫與儀表顯示水溫不一致，從而造成儀表指示在發(fā)動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行中會(huì)有或高或低的不準(zhǔn)確顯示，給用戶以發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行不正常的誤解。

最近十年水溫表的顯示方式以熱敏電阻阻值輸入ECU，其判斷水溫值以后通過(guò)PWM波的占空比方式輸出給組合儀表，用作儀表的水溫值數(shù)據(jù)，這種方式，就可以保證ECU采樣水溫值與組合儀表的采樣水溫值一致，從而避免儀表誤報(bào)水溫不穩(wěn)。

下面我從設(shè)計(jì)角度解析一下我承接的一個(gè)柴油項(xiàng)目的水溫表標(biāo)定過(guò)程。

首先確認(rèn)項(xiàng)目使用的是柴油機(jī)還是汽油機(jī)，一般柴油機(jī)工作水溫范圍在80℃-93℃，汽油機(jī)的正常工作溫度在88℃-98℃。

接下來(lái)我全部以某一款柴油機(jī)為例，根據(jù)該柴油機(jī)工作水溫范圍在80℃-93℃，進(jìn)行夏季高溫試驗(yàn)（一般選擇新疆吐魯番、重慶、海南7月中下旬8月上旬進(jìn)行），試驗(yàn)以發(fā)動(dòng)機(jī)在低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)中水溫能在合理范圍內(nèi)平衡下來(lái)，不再升高為合格。在整車標(biāo)定試驗(yàn)中，加入風(fēng)扇開(kāi)啟溫度的標(biāo)定，目前大部分車型采用了雙速風(fēng)扇的控制方式，該柴油機(jī)在86℃開(kāi)啟低速風(fēng)扇、92℃開(kāi)啟高速風(fēng)扇，86℃關(guān)閉高速風(fēng)扇，82℃關(guān)閉低速風(fēng)扇，在風(fēng)扇正常散熱情況下，能滿足柴油機(jī)水溫93℃以下平衡，則判定測(cè)試合格，但是在測(cè)試中水溫上升是線性變化的，所以會(huì)存在一個(gè)高于高速風(fēng)扇開(kāi)啟溫度值的水溫，也會(huì)存在一個(gè)低于風(fēng)扇關(guān)閉值的水溫。

該柴油機(jī)在92℃開(kāi)啟了高速風(fēng)扇，達(dá)到了最大散熱能力，由于散熱器與發(fā)動(dòng)機(jī)之間的連接水管水溫會(huì)高于機(jī)體92℃，達(dá)到了94℃，則此時(shí)的94℃水溫屬于正常水溫，不應(yīng)偏離正常儀表顯示值；在水溫下降過(guò)程中，同樣由于水管水溫會(huì)低于風(fēng)扇關(guān)斷溫度82℃，水溫實(shí)際下降到了80℃，則此時(shí)的80℃屬于正常水溫，同樣不應(yīng)偏離正常儀表顯示值。則根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)，該柴油機(jī)的正常儀表顯示為80℃-94℃，在此溫度范圍內(nèi)儀表應(yīng)顯示在居中位置。

汽油機(jī)相似，其最終的正常儀表顯示中心值應(yīng)為約為88℃-98℃（以標(biāo)定測(cè)量值為準(zhǔn)）。

下面介紹一下最低值跳表（儀表零位置）標(biāo)定。水溫表在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)初期是不顯示溫度的或者說(shuō)一直處于初始值，直至儀表監(jiān)測(cè)到的水溫達(dá)到某一個(gè)溫度值開(kāi)始，水溫表第一次跳動(dòng)離開(kāi)初始值到達(dá)零位置，這個(gè)溫度值，我們稱其為跳表值。這一值由冬季標(biāo)定（一般在黑河、漠河、五大連池等地，1月下旬底2月上中旬）完成，柴油采-25℃低溫點(diǎn)，汽油采-30℃低溫點(diǎn)。在此低溫下，發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)后，水溫會(huì)慢慢升高，在水溫升高的同時(shí)，標(biāo)定各檔位怠速平順性（主要是發(fā)動(dòng)機(jī)是否喘頓、聳動(dòng)），直至無(wú)喘頓及聳動(dòng)的溫度點(diǎn)，該溫度值作為跳表的最低溫度值，該款柴油車在低溫運(yùn)行中，在35℃前，總會(huì)或多或少的存在聳動(dòng)，直至35℃時(shí)開(kāi)始，整車怠速運(yùn)行平穩(wěn)，所以該車跳表點(diǎn)設(shè)置為35℃。

報(bào)警值，當(dāng)水溫達(dá)到或超過(guò)某個(gè)溫度值時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)水溫報(bào)警燈點(diǎn)亮。一般情況下，水溫?zé)酎c(diǎn)亮?xí)r，必須停車怠速，至水溫下降到正常值才允許繼續(xù)行駛。因?yàn)樯婕鞍踩旭偅詧?bào)警值的標(biāo)定就比較重要了。標(biāo)定方法如下，該柴油機(jī)在新疆吐魯番高溫標(biāo)定時(shí)，在標(biāo)定中有一項(xiàng)為滿載滿負(fù)荷爬坡工況，該工況極度惡劣，水溫達(dá)到平衡時(shí)，遠(yuǎn)高于高速風(fēng)扇的開(kāi)啟溫度，最終該溫度會(huì)平衡于一個(gè)溫度點(diǎn)，該發(fā)動(dòng)機(jī)的平衡點(diǎn)在104℃，如果高于該水溫點(diǎn)后，水溫就不能達(dá)到平衡了，會(huì)一直上升直至沸騰，所以該溫度點(diǎn)為水溫表報(bào)警點(diǎn)小于等于該最高溫度點(diǎn)（一般會(huì)設(shè)定限制低于該溫度，這種工況屬于極限工況），根據(jù)實(shí)際情況，該柴油機(jī)水溫表的報(bào)警點(diǎn)設(shè)置在102℃。

最高值水溫值標(biāo)定，當(dāng)水溫達(dá)到某一個(gè)限值時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)為自保護(hù)限值扭矩直至主動(dòng)熄火，該溫度值由發(fā)動(dòng)機(jī)廠家提供，一般也可以按照常規(guī)冷卻液沸點(diǎn)最為最大值，設(shè)置在115℃。

如上四步，已經(jīng)完成了各個(gè)溫度點(diǎn)的設(shè)置，下面設(shè)置各個(gè)溫度點(diǎn)輸出PWM波的占空比。水溫下止點(diǎn)一般設(shè)定-50℃，占空比為O；跳表點(diǎn)設(shè)置在35℃，占空比為5%；水溫平衡中間值設(shè)定在80℃-94℃，占空比為50%；報(bào)警點(diǎn)設(shè)置在102℃，占空比為80%；最高水溫設(shè)定115℃，占空比為100%。各點(diǎn)設(shè)置完畢，其余各個(gè)溫度段內(nèi)，均直線比例分配占空比，該儀表一共有21個(gè)指針位置設(shè)置后的數(shù)據(jù)如下圖1示。

如上述圖標(biāo)設(shè)置該車型儀表的水溫顯示數(shù)據(jù)，水溫表按照輸入占空比值，線性調(diào)節(jié)水溫顯示，不再增加特殊的顯示策略，該車在任何工況下，共會(huì)出現(xiàn)三種工作模式：1，冷啟動(dòng)后預(yù)熱發(fā)動(dòng)機(jī)至跳表；2，跳表值中心位置；3，中心位置上升至報(bào)警。假設(shè)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)正常、冷卻系統(tǒng)也正常的情況下，該發(fā)動(dòng)機(jī)只會(huì)處于1和2兩種狀態(tài)下，若在常規(guī)工況發(fā)動(dòng)機(jī)熱機(jī)完成后，其工作中長(zhǎng)期處于2工作狀態(tài)，傳遞給顧客以發(fā)動(dòng)機(jī)水溫長(zhǎng)時(shí)間平穩(wěn)，從而形成發(fā)動(dòng)機(jī)長(zhǎng)時(shí)間處于正常運(yùn)轉(zhuǎn)中的觀念，也就避免客戶對(duì)水溫表的抱怨。

用于儀表水溫標(biāo)定的方式有多種，本文只是從標(biāo)定發(fā)動(dòng)機(jī)輸出占空比角度做了一種解決方案，對(duì)于柴油汽油通用或多發(fā)動(dòng)機(jī)多車型通用儀表的設(shè)計(jì)，有較大借鑒價(jià)值，可以通過(guò)標(biāo)定不同發(fā)動(dòng)機(jī)ECU的四個(gè)水溫值點(diǎn)，輸出同樣的PWM占空比，就可以實(shí)現(xiàn)最大化的水溫表通用。