基于PWM控制的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻風(fēng)扇控制系統(tǒng)

文/戴茜

發(fā)動(dòng)機(jī)是汽車系統(tǒng)中的核心部件，其運(yùn)作效果好壞對(duì)車輛動(dòng)力性和油料排放性有直接影響，因此，有必要設(shè)計(jì)并運(yùn)用功能性強(qiáng)的冷卻風(fēng)扇系統(tǒng)，從而在系統(tǒng)正常作用下，控制發(fā)動(dòng)機(jī)工作環(huán)境溫度較低。實(shí)際設(shè)計(jì)冷卻風(fēng)扇系統(tǒng)時(shí)，需要考慮車速、氣壓等因素對(duì)工作條件的影響，加大PWM控制技術(shù)在冷卻系統(tǒng)中的應(yīng)用，以節(jié)約能耗和合理調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)溫度等目的為主，設(shè)計(jì)智能化冷卻系統(tǒng)。

1 PWM介紹

PWM控制指的是借助半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的關(guān)斷和導(dǎo)通作用，促使直流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷好}沖列，能在控制脈沖寬度及脈沖列周期的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)冷卻風(fēng)扇系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的有效控制，避免冷卻系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中受到其他因素影響。PWM控制系統(tǒng)包括控制器和控制對(duì)象。冷卻風(fēng)扇控制系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行時(shí)，首先設(shè)置既定的控制參數(shù)期望值，之后對(duì)比分析期望值和系統(tǒng)實(shí)測(cè)值，能進(jìn)一步分析得出誤差信號(hào)。

為了保證冷卻風(fēng)扇系統(tǒng)運(yùn)行性能較好，需要將誤差控制在規(guī)定范圍內(nèi)，將誤差信號(hào)和三角波信號(hào)導(dǎo)入比較器中，當(dāng)誤差信號(hào)相較于三角波信號(hào)要大時(shí)，表明這時(shí)比較器將輸出脈沖波。因此，比較器輸出的矩形波脈沖寬度受到誤差信號(hào)影響，兩者成線性關(guān)系。

當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)工作環(huán)境溫度較高時(shí)，則傳感器實(shí)際測(cè)量值和期望值間有較大差異，誤差信號(hào)隨之增大，這時(shí)脈沖波脈沖寬度有所增加，并且線圈中電流加大，在大電流影響下，液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)效率加大，能通過(guò)PWM控制技術(shù)的使用，將發(fā)動(dòng)機(jī)工作環(huán)境溫度降低到設(shè)定范圍內(nèi)。當(dāng)溫度低于設(shè)定值時(shí)，會(huì)出現(xiàn)誤差信號(hào)，要想保證冷卻系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)，需要冷卻系統(tǒng)處于不工作狀態(tài)。在冷卻系統(tǒng)控制系統(tǒng)中增加監(jiān)測(cè)程序，可實(shí)現(xiàn)冷卻水溫度值和預(yù)期值的實(shí)時(shí)比較，能對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行控制。

2 冷卻風(fēng)扇系統(tǒng)特點(diǎn)分析

基于PWM控制的冷卻風(fēng)扇系統(tǒng)，可提高系統(tǒng)運(yùn)行性能，為發(fā)動(dòng)機(jī)安全運(yùn)作創(chuàng)造良好條件。PWM信號(hào)作用在電機(jī)上，通過(guò)控制占空比及作用在電機(jī)上的電壓的大小控制風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，旨在為冷卻風(fēng)扇變頻功能的實(shí)現(xiàn)提供技術(shù)支持。將PWM波作為控制信號(hào)，進(jìn)一步保證風(fēng)扇電機(jī)良好運(yùn)行。另外，風(fēng)扇控制器還能起到實(shí)時(shí)監(jiān)控電子運(yùn)行情況的作用，針對(duì)風(fēng)扇電機(jī)運(yùn)行故障采取適當(dāng)?shù)奶幚矸椒āＭ瑫r(shí)將風(fēng)扇電機(jī)故障問(wèn)題以信號(hào)形式及時(shí)傳遞給發(fā)動(dòng)機(jī)，使其能根據(jù)冷卻系統(tǒng)故障狀況調(diào)節(jié)自己的運(yùn)行狀態(tài)，保證車輛行駛過(guò)程中發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作。從冷卻風(fēng)扇控制方法和驅(qū)動(dòng)方式來(lái)看，其主要體現(xiàn)出以下特點(diǎn)：

（1）風(fēng)扇具有較好起動(dòng)、制動(dòng)性能，可結(jié)合發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行需求適當(dāng)調(diào)整風(fēng)扇電機(jī)工作狀態(tài)。

（2）利用PWM控制來(lái)調(diào)節(jié)冷卻風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，在PWM信號(hào)有效傳遞下，實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速動(dòng)態(tài)調(diào)整，完成穩(wěn)速、調(diào)速等調(diào)節(jié)指令。

（3）風(fēng)扇電機(jī)應(yīng)用計(jì)算機(jī)設(shè)備進(jìn)行控制，相對(duì)來(lái)講硬件電路較簡(jiǎn)單，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)建設(shè)過(guò)程，可通過(guò)改變運(yùn)行程序來(lái)控制運(yùn)行狀態(tài)，能靈活控制冷卻風(fēng)扇系統(tǒng)。

3 發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻風(fēng)扇控制系統(tǒng)的組成

本文設(shè)計(jì)的冷卻風(fēng)扇系統(tǒng)主要包括微控制器、傳感器、光電隔離電路、功放電路、液壓馬達(dá)以及電液比例閥等部分組成。

3.1 溫度傳感器

這一器件在冷卻風(fēng)扇系統(tǒng)中有著重要作用，能接收發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中的溫度信息，進(jìn)一步為冷卻系統(tǒng)的運(yùn)行控制提供依據(jù)。傳感器接口方式較簡(jiǎn)單，可利用一條口線來(lái)完成傳感器和控制器間的信息交互傳遞。實(shí)際選用溫度傳感器時(shí)，要求其測(cè)溫范圍較大，能適用于不同溫度環(huán)境下的冷卻風(fēng)扇變頻調(diào)節(jié)。在實(shí)際使用時(shí)不需要借助外圍元件作用，體現(xiàn)出傳輸距離遠(yuǎn)、體積小等特點(diǎn)。能在接收溫度信號(hào)后將其轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號(hào)，表明不需要額外設(shè)置轉(zhuǎn)換電路，從而簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

3.2 微控制器

在微控制器方面，通常采用嵌入式單片機(jī)，具有較大容量，能包含大量片內(nèi)外資源，在高性能微控制器作用下，能完成PWM信號(hào)完整輸出。在嵌入式單片機(jī)作用下，能利用比較器模塊功能，發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào)。實(shí)際進(jìn)行冷卻風(fēng)扇系統(tǒng)分析時(shí)，需要注重微控制器在系統(tǒng)中的重要地位，結(jié)合實(shí)際需求選擇需要的微控制器型號(hào)。

3.3 光電隔離電路

車輛通行過(guò)程中，系統(tǒng)內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)受到外界因素干擾，要想確保系統(tǒng)功能有效實(shí)現(xiàn)，需要提高系統(tǒng)抗外部干擾能力，這時(shí)需要合理設(shè)計(jì)光電隔離電路。在PWM控制信號(hào)輸出端和比較器輸入端間，增設(shè)一個(gè)光電隔離器，從而形成光電隔離電路。考慮到車輛行駛路況比較復(fù)雜，因此，需要合理選擇光電隔離器型號(hào)，保證溫度信號(hào)順利傳輸，能為冷卻風(fēng)扇系統(tǒng)功能發(fā)揮奠定基礎(chǔ)。

總的來(lái)說(shuō)，要想利用風(fēng)扇電機(jī)來(lái)調(diào)整冷卻水溫度，要做到冷卻風(fēng)扇系統(tǒng)內(nèi)部各個(gè)器件的合理設(shè)計(jì)，以智能化冷卻系統(tǒng)建設(shè)為主，利用PWM控制來(lái)實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇電機(jī)速度實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，以便利用冷卻風(fēng)扇系統(tǒng)來(lái)營(yíng)造適宜的發(fā)動(dòng)機(jī)工作環(huán)境。當(dāng)前，基于PWM控制的冷卻風(fēng)扇系統(tǒng)在車輛發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行中發(fā)揮著重要作用，設(shè)置具體的PWM控制期望值，利用監(jiān)控系統(tǒng)來(lái)比較期望值和傳感器測(cè)量值間的大小，當(dāng)傳感器測(cè)量值超過(guò)期望值時(shí)，風(fēng)扇開(kāi)展工作，進(jìn)一步降低發(fā)動(dòng)機(jī)溫度。由于PWM控制方法體現(xiàn)出較好適用性，因此，基于PWM控制的冷卻系統(tǒng)建設(shè)將是未來(lái)發(fā)展主要方向。

4 結(jié)論

綜上所述，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)安全運(yùn)行離不開(kāi)冷卻風(fēng)扇系統(tǒng)的作用，需要注重冷卻系統(tǒng)合理設(shè)計(jì)，使其適用于發(fā)動(dòng)機(jī)中。以PWM控制為基礎(chǔ)的冷卻控制系統(tǒng)，能通過(guò)設(shè)置PWM波占空比來(lái)控制系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)。針對(duì)傳統(tǒng)冷卻風(fēng)扇系統(tǒng)調(diào)速缺陷，本文提出了基于PWM控制的新型冷卻系統(tǒng)建設(shè)方法，可保證發(fā)動(dòng)機(jī)處于良好工作狀態(tài)下，盡可能降低作業(yè)溫度，可提高發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)性，為汽車安全通行提供保障。