基于單級PWM風扇的某車型節油策略研究

郭文松，胡俊，劉文彬，童元，陳晨

（安徽江淮汽車股份有限公司技術中心，安徽 合肥 230022）

基于單級PWM風扇的某車型節油策略研究

郭文松，胡俊，劉文彬，童元，陳晨

（安徽江淮汽車股份有限公司技術中心，安徽 合肥 230022）

∶文章基于BOSCH+ME7發動機管理系統PWM風扇控制邏輯，提出了一種降低整車油耗及噪聲的標定試驗方法。該方法通過對BOSCH+ME7發動機管理系統PWM風扇控制邏輯的研究，調整不同工況下輸出的PWM風扇占空比，并與兩級電子風扇進行比較，使匹配PWM風扇的車型達到節油和降噪的目的。

∶單級PWM風扇；空調；油耗；控制策略；BOSCH+ME7

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.09.064

CLC NO.: U464Document Code: AArticle ID: 1671-7988 (2016)09-191-03

引言

隨著國家油耗法規越來越嚴格，許多先進的節油技術應用到汽車使用過程中。其中，PWM冷卻風扇是當前在汽車上應用較廣泛的一項技術。PWM冷卻風扇可以根據冷卻系統、空調系統、車輛行駛速度等的需求，線性控制風扇轉速，與傳統的雙級（高低速）冷卻風扇相比，其風扇轉速控制范圍廣，優化了傳統雙級風扇冷卻能量過剩的情況，從而降低車輛油耗。另外，由于PWM風扇的轉速變化基本上是無級變速，其運行噪音相對較低。

本文以江淮汽車某緊湊型轎車搭載單級PWM冷卻風扇為基礎，基于BOSCH+ME7發動機管理系統PWM風扇控制策略，提出了一種節油控制策略。

1、車用PWM風扇控制原理

圖1　車用PWM風扇控制原理

車用PWM風扇控制原理如圖1所示。車上各種傳感器將整車的工作狀態數據（發動機水溫、車速、空調狀態、進氣溫度等）發送給ECU（發動機控制單元），ECU根據整車工作狀態信息，通過計算得到合適的PWM占空比，并發送給PWM風扇控制器，PWM風扇控制器根據接收到的占空比，來控制PWM風扇電機，從而對風扇轉速進行控制，同時，PWM風扇控制器將控制器狀態信息反饋給ECU，以便ECU對控制器狀態進行監控，一旦PWM控制器出現故障，ECU可以采取措施，防止因PWM風扇或控制器出現問題導致其他問題出現。

2、PWM風扇控制邏輯

車用冷卻風扇的主要目的是對發動機進行冷卻，防止因發動機水溫過高而對發動機造成損害，同時在開啟空調時，對空調系統進行冷卻，防止因空調系統壓力過高而損壞空調，其控制邏輯見下圖2：

圖2　PWM風扇控制邏輯圖

2.1水溫、車速控制模式

根據發動機水溫和車速對PWM風扇進行控制，通過一個二維表格，實現不同發動機水溫和車速下的PWM占空比輸出。當空調系統壓力大于設定的壓力閥值時，根據水溫和車速輸出一組PWM占空比，當空調系統壓力不大于設定的壓力閥值時，根據水溫和車速輸出另一組PWM占空比，其PWM占空比設置方法為：水溫越高、車速越低輸出的PWM占空比越高，反之越低。如表1所示，其中X軸為發動機水溫，Y軸為車速，P為空調系統壓力，P1為空調系統壓力閥值。

表1　車速和水溫控制模塊輸出占空比

2.2空調系統壓力控制模式

開啟空調時，為保證空調系統壓力在正常范圍內，根據空調系統壓力對PWM風扇進行控制，通過一個一維表格，實現不同空調系統壓力下的PWM占空比輸出，空調系統壓力越大，輸出的PWM占空比越大，如表2所示，其中X軸為空調系統統壓力，Z軸為PWM占空比。

表2　空調系統壓力控制模式輸出占空比

2.3最終PWM占空比數據

根據以上控制邏輯，兩種控制模式下均會輸出一組占空比信號，在不同水溫、車速、空調系統壓力條件下兩種模式輸出的占空比進行取大運算，取大運算后再進行濾波計算，最終輸出PWM占空比發送給PWM風扇控制器。

以江淮汽車某緊湊型轎車為基礎，匹配1.5L自然吸氣發動機和6檔手動變速箱為研究對象，在環境倉中，模擬不同的環境溫度、車速等條件，對PWM風扇占空比進行數據匹配，最終得到表3、4的結果，其中P為空調系統壓力， V為車速，P1為空調系統壓力閥值，V1、V2、V3為設定的3個車速閥值，其中V1＜V2＜V3。

表3　水溫、車速控制模式占空比

表4　空調系統壓力控制模式占空比

3、試驗驗證

為了驗證控制邏輯及表3、表4設置的PWM占空比信號的合理性，進行了整車的熱平衡、經濟性及NVH性能試驗驗證。

3.1整車熱平衡試驗

整車熱平衡試驗方法如下，在整車轉轂中模擬高速和爬坡兩種工況，車內空調風量開到最大，溫度最低且使用外循環，評價發動機水溫在這種工況下是否能夠達到整車熱平衡的設計要求，試驗結果如表5所示，按照表3、表4設置PWM占空比信號，熱平衡試驗中，發動機出水口水溫最高為99.1℃，滿足設計要求。

表5　熱平衡試驗結果

3.2整車經濟性試驗

整車經濟性試驗方法如下，在整車轉轂上模擬 25℃和40℃環境溫度，開啟空調，進行勻速行駛、NEDC 循環行駛、怠速工況下的油耗對比試驗，結果如表 6、7 所示。由結果可以得出，除怠速工況油耗基本相當外，勻速行駛和循環行駛工況下，PWM 風扇要比兩級風扇節油，在 25℃環境溫度下，NEDC 循環行駛工況下，節油率最高，達到 1.94%；在40℃環境溫度下，60km/h 勻速行駛工況下，節油率最高，達到 0.88%。

表7　40℃開空調油耗對比

3.3整車NVH性能試驗

表8　NVH性能試驗結果

整車NVH性能試驗方法如下，在道路試驗中，通過模擬不同工況下PWM占空比輸出的值，測量怠速背景噪聲下，駕駛員右耳噪聲。其結果如表8所示，相同的工況下，匹配PWM風扇比兩級風扇，駕駛員右耳噪聲值低約0.4～1.5dB。

4、總結

本文對BOSCH ME7系統的PWM風扇控制邏輯進行研究，并在江淮某緊湊型轎車上進行試驗，通過整車熱平衡試驗、經濟性試驗及NVH性能試驗驗證，PWM風扇能夠按照控制邏輯合理的運行，并能達到整車熱平衡性能的要求。且匹配PWM風扇在經濟性和NVH性能上均優于兩級風扇，在25℃環境溫度下節油效果優于40℃環境溫度下的節油效果。后期將針對不同環境溫度下的節油效率進行研究，通過硬件及軟件匹配，達到高環境溫度下節油效率提升的目的。

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The research of fuel-efficient strategy based on single PWM fan

Guo Wensong, Hu Jun, Liu Wenbin, Tong Yuan, Chen Chen
(Technique center, Anhui Jianghuai Automobile CO. LTD, Anhui Hefei 230022)

The paper proposes a calibration method which can reduce the fuel consumption and noise of thevehicle,basing on PWM fan control logic of BOSCH+ME7 engine management system. Thismethod through the study of PWM control logic BOSCH+ME7 engine management system,adjustthe output of the PWM duty cycle fan under different working conditions, andcomparing with two levels of electronic fan,make matching PWM fan models to achieve thepurpose of fuel-efficient and noise reduction.

SinglePWMfan; A/C; Fuelconsumption; Control logic; BOSCH+ME7

∶U464

∶A

∶1671-7988 (2016)09-191-03

郭文松（1989—），電控標定工程師，就職于安徽江淮汽車股份有限公司，從事整車標定工作。