汽車電子風扇轉速控制探究

鄧彥波

摘? 要：本文在熱管理系統冷卻傳熱理論的基礎上，與有關實驗、數據以及計算流動體力學仿真技術相結合，將車速、發動機轉速、環境溫度以及汽車散熱器作為輸入，將汽車電子風扇作為可控制的輸出函數，舉例說明不同狀況下所需要的不同轉速值，并通過C/C++語言對汽車電子風扇的無極調控程序進行編寫，對發動機水溫進行有效地控制，最終實現汽車電子風扇智能化冷卻控制，達到節能減排的效果。

關鍵詞：汽車電子風扇? 轉速? 控制研究

隨著科學技術的不斷發展，近年來汽車行業也取得了巨大的進步，車輛熱管理系統是汽車管理系統的重要組成部分，它的智能化、集成化、電熱化也必定是未來汽車管理系統的發展目標[1]。汽車熱管理系統的關鍵部位便是汽車電子風扇，它控制和組織著艙內空氣的流通，電子風扇轉速的大小直接對散熱所需的冷卻風量產生影響。熱管理系統的電熱化和智能化需要汽車電子風扇的驅動由機械化向智能化的轉變，控制信號可以對汽車電子風扇進行調節，達到控制熱管理系統的效果，大大提升了汽車的駕駛舒適度。

本文以某型客車為例，通過發動機傳熱學說研究了熱管理系統的傳熱方法，在發動機艙熱平衡條件下與相應的實驗建立輸入為車速、發動機轉速、溫度、散熱器進水溫度，輸出為冷卻風扇的控制函數。通過該函數確定發動機溫度，達到節能減排的效果。

1? 汽車電子風扇轉速控制函數的建立方法

水循環和冷卻風道是發電機熱管理系統的兩個組成部分，同時它們也是將傳熱冷卻的兩種基本方法，散熱器是它們的交匯點。在水泵的驅動下冷卻水會被強制循環流動，并從發動機的缸套、缸蓋及門座等受熱部件經過后吸熱，溫度升高，隨后流經散熱器時將熱量釋放，溫度降低;然后再次回到水泵出口，這樣冷卻水循環回路便形成了，經過冷卻的空氣可以進入發動機艙，通過風扇散發到外界。以上便是空氣冷卻風道原理。

通過熱管理系統冷卻熱傳播理論可知，將散熱器的標準散熱率作為核心，便可分別從水循環和冷卻風道這兩條熱路徑推導出其計算公式。理論來講這兩種方法的散熱率相同，根據這一關系便可通過已知量求出與冷卻風扇相符的關鍵未知量。

綜上所述，散熱器的實際散熱率、冷卻水流量和迎面風速有很大的聯系。深入研究可知冷卻水流量受水泵影響較大。而水泵通過曲軸與發動機連接，所以可以推導出水流量同發動機存在函數關系。迎面風速會受到風扇速度、車速、發動機零部件的影響，在一定條件下它們之間存在一個三元關系。這樣便可以建立一個控制函數組。

2? 建立電子風扇轉速控制函數

以某客車為例，結合有關實驗、數據資料，建立風扇轉速控制函數

2.1 發熱量與發動機轉速函數

依據汽車發熱量與轉速之間的數據關系，可知當發動機轉速在0～400r/min之內，發動機轉速和發動機熱量成四次方關系。通過函數公式可知相關系數為0.991，發熱量與發動機之間的函數關系式為：

2.2 散熱器標準散熱量的換算函數

該公式中水側標準散熱功率為Qn，冷卻系統應散發的散熱量為Qr，散熱器的進水溫度為Tw，環境溫度為Ta。Tw-ta表示液體與氣體之間的溫差，對著散熱器散熱功率產生影響。數值越大則散熱功率越大，水溫下降也就越快。

2.3 散熱器標準散熱量與水流量、迎面風速的函數

當我們將散熱器的結構和形式確定，那么冷卻水流量和迎面風速便能確定標準散熱功率。

2.4 水流量與發動機轉速的關系

通過以上分析可知水泵與水流量之間的關系，并且我們知道發動機曲軸直接驅動著水泵，水泵轉速與發動機轉速相同，當轉速的范圍保持在0～4000/min，那么發動機轉速與水流量便呈線性關系，根據相關數據便可列出函數表達式：

3? 汽車電子風扇無極調速控制程序

電子風扇無極調速的核心程序便是不同狀況下所需要的冷卻風扇轉速，并通過冷卻風扇轉速從熱管理系統的角度，使用C++語言對程序進行編寫，編寫范圍包括散熱器熱量函數計算、散熱器迎面風速計算、冷卻風扇轉速計算函數等。

4? 結語

在熱管理系統冷卻傳熱的基礎下進行分析，并將研究對象作為冷卻風扇，與相關數據結合，最終便可以建立一個輸出為車速、散熱器進水溫度、環境溫度、發動機轉速，輸入為熱管理系統的函數組。該函數組隊計算車型在各種情況下通過不同擋位進行行駛時冷卻風扇所需的轉速值，證明了轉速控制函數對研究的作用。在冷卻風扇的無極調速控制策略可以使用C/C++語言對程序進行編寫，控制水溫的同時提高了燃油經濟性，有利于節能減排。

參考文獻

[1] 王嘉煒，買靖東，張佳卉.熱管理技術在未來車輛發展中的應用展望[J].車輛與動力技術，2016（1）：60-63.

[2] 呂鋒.商用車冷卻模塊匹配設計方法研究[D].浙江大學，2011.

[3] 張毅，陸國棟，俞小莉，等.商用車多風扇冷卻模塊匹配研究[J].汽車工程，2014，36（5）：552-555，565.