第３１卷第６期 ２０１４年１２月 内燃机与动力装置Ｉ．Ｃ．Ｅ＆Ｐｏｗｅｒｐｌａｎｔ Ｖｏｌ＿３ｌ Ｎｏ．６ Ｄｅｃ．２０１４ 【试验研究】 车用ＰＷＭ冷却风扇控制策略试验研究 韩晓峰，张士路，翁锐，赵强 （安徽江淮汽车股份有限公司，安徽合肥２３０６０１） 摘要：本文在瑞风Ｓ５匹配的ＰＷＭ冷却风扇的基础上，设计研究了ＰＷＭ冷却风扇的控制 策略。试验表明：依据设计的控制策略，ＰＷＭ冷却风扇能够根据不同的整车运行的状态准确 及时地运行，并且能够保证整车热平衡和空调性能，另外，经济性和ＮＶＨ性能尤为突出。 关键词：ＰＷＭ风扇；控制策略；空调 中图分类号：ＴＫ４ｌ４．２文献标志码：Ａ文章编号：１６７３—６３９７（２０１４）０６—０００８—０２ Ｔｈｅ Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｔｒａｔｅｇｙ ｏｎ ＰＷＭ Ｃｏｏｌｉｎｇ Ｆａｎ ＨＡＮ Ｘｉａｏ—ｆｅｎｇ，ＺＨＡＮＧ Ｓｈｉ—ｌｕ，ＷＥＮＧ Ｒｕｉ，Ｚｈａｏ Ｑｉａｎｇ （Ａｎｈｕｉ Ｊｉａｎｈｕａｉ Ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｈｅｆｅｉ ２３０６０１，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＰＷＭ ｃｏｏｌｉｎｇ ｆａｎ ｃｏｎｔｒｏｌ ｌｏｇｉｃ ｗａｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ａｎｄ ｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｂａｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｒｅｆｉｎｅ Ｓ５．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｔｒａｔｅｇｙ．ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ＰＷＭ ｃｏｏｌｉｎｇ ｆａｎ ｏｐｅｒａｔｅｓ ａｃ— ｃｕｒａｔｅｌｙ ａｎｄ ｔｉｍｅｌｙ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｒｕｎｎｉｎｇ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｓｔａｔｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｖｅｈｉｃｌｅ，ｅｎｓｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｔｈｅｒｍａｌ ｂａｌ— ａｎｃｅ ａｎｄ ｔｈｅ ａｉｒ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｅｒ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｖｅｈｉｃｌｅ，ｉｎ ａｄｄｉｔｉｏｎ ａｎｄ ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ ｉｔｓ ｅｃｏｎｏｍｙ ａｎｄ ｔｈｅ ＮＶＨ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ． Ｋｅｙ Ｗｏｒｄｓ：ＰＷＭ Ｆａｎ；Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｔｒａｔｅｇｙ；Ａ／Ｃ 引 言 为了满足越来越严格的油耗法规要求，许多先 进的技术应用到汽车使用过程中。其中，ＰＷＭ（脉 １ ＰＷＭ风扇控制系统 宽调制）冷却风扇是当前应用最广的技术之一。与 传统的高低速冷却风扇相比，ＰＷＭ风扇可以根据整 车运行状态，提供相应的转速，其转速控制范围广， 优化了传统高低冷却风扇存在冷却效能过剩的情 况，从而达到节油目的。另外，由于ＰＷＭ风扇转速 变化基本上是无极变速，其运行噪音相对较低。但 针对ＰＷＭ冷却风扇的核心控制技术都被国外公司 所掌握。 图１ ＰＷＭ风扇控制系统结构 ＰＷＭ风扇控制系统结构如图１所示。ＥＣＭ（发 动机控制模块）根据当前整车的工作状态（空调状态、 车速、发动机水温等）通过查询预先标定ＰＷＭ占空 比，发送给ＰＷＭ控制器，然后通过ＰＷＭ控制器对 本文以瑞风ｓ５搭载双极ＰＷＭ冷却风扇为基 础，搭建ＰＷＭ冷却风扇的控制系统，并对ＰＷＭ冷 却风扇的控制策略进行设计研究。 ＰＷＭ风扇进行控制，同时ＰＷＭ风扇控制器将风扇工 作状态信息反馈给ＥＣＭ，以便ＥＣＭ对风扇工作状态 作者简介：韩晓峰（１９８３一），男，安徽宿州人，硕士研究生，主要从事发动机试验及整车标定等工作。 收稿日期：２０１４—０７—０１ ２０１４年第６期 韩晓峰，等：车用ＰＷＭ冷却风扇控制策略试验研究 进行判断，一旦风扇出现故障，ＥＣＭ可以采取相应的 措施，避免因风扇故障导致其它问题发生。 如表１所示，其中 轴为发动机水温，ｚ轴为风扇占 空比。 表１空调关闭状态下ＰＷＭ风扇占空比 Ｘ １ Ｔ１ ｌ Ｔ２ Ｉ ３＂３ ｌ Ｔ４ ｌ Ｔ５ ｌ Ｔ６ １ Ｔ７ ｌ Ｔ８ Ｉ Ｔ９ １ Ｔ１０ ２控制策略 冷却风扇应用主要目的是防止发动机水温过 Ｚ ＩＰＷＭ１ＩＰＷＭ２ＩＰＷＭ３ＩＰＷＭ４ＩＰＷＭ５ＩＰＷＭ６ＩＰＷＭ７ｌＰｗＭ８ＩＰＷＭ９ｌ ＰｗＭ１０ 高，同时开启空调系统的时候，防止空调系统压力过 高而损坏空调系统。依据以上目的及结合匹配车型 的ＰＷＭ控制系统，制定相应的ＰＷＭ控制策略，其 流程图如图２所示。 ２．２空调开启模式 空调开启状态下，应用冷却风扇的目的不仅仅 是要来降低发动机水温，同时要兼顾保护空调压力 在其安全范围内。因此，在此状态下，发动机水温、 空调系统压力都决定了ＰＷＭ风扇的占空比。另 外，考虑到车辆在行驶的过程中，不同的车速带来不 同的风量，也会对风扇的冷却起到一定的作用。综 合以上考虑，设计一个三维表格，依据发动机水温、 空调压力、车速来放置不同的ＰＷＭ占空比，如表２ 所示，其中Ｐ为空调压力， 为车速。 表２空调开启状态下ＰＷＭ风扇占空比 ２．３ ＰＷＭ占空比数据匹配 按照上述的控制策略，以Ｓ５越野车，匹配１．５Ｌ 缸内直喷发动机和６速变速箱为研究对象，在环境 图２ ＰＷＭ控制策略流程图 舱中，模拟不同的环境温度、车速等条件，对ＰＷＭ 风扇占空比进行数据匹配，最终得到表３的结果，其 中 、 、日为设定的空调系统的低压、中压和高压 ２．１空调关闭模式 空调关闭的状态下，应用冷却风扇的主要目的 是防止发动机水温过高，因此，设计了一个一维的控 制表格，依据不同的发动机水温放置不同的占空比， 值，¨、 、 为设定的车速低速、中速和高速值。 表３最终ＰＷＭ风扇占空比 空调状态 关闭 空调压力／ｋＰａ ， Ｐ＜ 车速／ｋｍ・ｈ 一发动机水温／。Ｃ ２Ｏ ６０ ７０ ８０ ８５ ９０ ９５ １００ １０５ １１０ ， ＡＬＬ ＜¨ １０ １０ ５０ １０ １０ １０ １０ ５０ ３０ ２０ １０ ２０ ５０ ３０ ２０ １０ ２０ ５０ ４０ ２０ １０ ２０ ６０ ５０ ２０ １０ ３０ ７０ ６０ ２０ ２０ ６０ ７５ ７０ ６０ ６０ ８０ ８０ ８０ ８０ ８０ ９０ ９０ ９０ ９０ ９０ ９０ ９０ ９０ ９０ ≤Ｐ＜ ¨≤Ｖ＜Ｖ２ ≥ 开启 Ｍ≤Ｐ＜Ｈ ＜ ≤Ｖ＜Ｖ２ ≥ ＪＰ≥ ＡＬＬ ５０ ６０ ４０ ９０ ５０ ６０ ４０ ９０ ５０ ６０ ４０ ９０ ５０ ６０ ４０ ９０ ５０ ６０ ４０ ９０ ５０ ７０ ４０ ９０ ５０ ７０ ４０ ９０ ８０ ８０ ７０ ９０ ９０ ９０ ９０ ９０ ９０ ９０ ９０ ９０ ３试验验证 为了验证上述设计的控制策略和表３中的 Ｐ聊占空比的合理性，进行了整车热平衡、经济性 和车内噪声试验验证。 ３・ 鬈 转毂中，模拟高速和爬坡两种 （下转第４４页） 工况，车内空调开到风量最大、温度最低且使用外循 环，评价发动机水温是否能够按照设计指标要求达 到热平衡，试验结果如表４所示，按照表３的放置的 ・４４・ 内燃机与动力装置 ２０１４年１２月 低了试验台的制造成本，也节省了试验设备安装空 （３）本试验台“水泵测试试验软件”的设计，实 间。结合驱动轴可垂直两个方向输出适用多种水泵 现了人机交流。在界面内，可方便用户进行数据采 试验的特点，使得试验台具有更好的适用性和经济 性。 集、显示、存档、打印和输出。 参考文献： 二 ～ （２）本试验台多种控制开关或按键集成设在触 摸屏上，使得试验操作控制简洁方便。通过各测量 ［１］ＪＢ／ＴＳ１２６．２—２０１０．内燃机冷却水泵第２部分：总成试 验方法． 二一耵～ 一 一 参数传感器、ＰＬＣ控制器、模拟量扩展模块、工控机 的应用和水泵测试试验软件的设计，提高了试验精 度，并能够实现试验数据的自动测量和处理，以及实 时试验曲线的绘制。 ＼ ＼ ＼ ＼ ＼ ＼ ＼ ＼ ／ ／ ／ 、！／ ／ ／ ／ ／ ／ 、！／ ［２］ＱＣ／Ｔ ２８８．２—２００１．汽车发动机冷却水泵试验方法． ～ ［３］杨志宝．ＳＯＦＩＭ水泵总成试验台的研制与应用［Ｒ］．南 京：跃进汽车集团公司设备处，２００４． ／ 、．／ ＼ ／ ／ ／ ／ ／ ／ ／ ／ ／ 、！／ ＼ 三 ＿＿耵／ ．／ －／ ／ ／； 螂 （上接第９页） 骀 ＰＷＭ双极风扇占空比，在热平衡试验中，出水温度 最高到１０２．ｏＣ，满足设计指标要求。 表４热平衡试验结果 验工况下，应用ＰＷＭ风扇比高低风扇，车内噪声值 扇一 一，ｌｌ－［ ～ ～ ～■怠 ～］基 ＝］ 低约０．１～２．１ｄＢ。 表５车内噪声对比结果 车速 高低速风扇 ＰＷＭ双极风扇 ｋｍ／ｈ 空调档位 试验结果：ｄＢ（Ａ） 试验结果：ｄＢ（Ａ） 怠速 ４５ ５８．６ ６３．１ ７０．５ ４４．９ ５．２ ６２ ６９．４ ３．２经济性试验 试验方法，在环境舱中模拟环境温度为２５。Ｃ和 ４０ ＩＩ档最大 ６０ 制冷 １００ ４０。Ｃ情况下，开启空调，进行等速行驶、循环行驶、 怠速工况下的油耗对比，其结果如图３和图４所示。 从结果上得出，除了在怠速工况油耗基本相当， ４ 结论 其他工况下，使用ＰＷＭ风扇要比高低风扇节油，尤 其是在ＮＥＤＣ循环中，综合油耗要低０．４Ｌ／ｌＯＯｋｍ。 １４ ，… 本文对瑞风Ｓ５匹配的ＰＷＭ冷却风扇的控制 策略进行研究，并且通过热平衡试验、经济性和车内 噪声对比试验验证。ＰＷＭ风扇能够按照本文设计 的控制策略合理的运行，且确保整车热平衡性能和 空调性能，另外，经济性和ＮＶＨ性能表现突出。后 期将针对ＰＷＭ风扇诊断控制策略进行试验研究， 并最终应用到量产车中。 参考文献： ［１］刘永长．内燃机原理［Ｍ］．武汉：华中科技大学出版社， ２ｏｏ７． 一…，…一，一 …ｕ… …，…～…，， 一……～一… …一… …………………， ～， ，…一 ，一一－，一一，一一 ＷＭ风扇 …～ 图３ ２５℃开空调油耗对比 ＿一 ［２］陈家瑞．汽车构造［Ｍ］．北京：机械工业出版社，２００５． ＿ＰＷＭ风扇 ［３］王绍鱿．汽车电子学［Ｍ］．北京：清华大学出版社，２０１１． 口高低风扇 ［４］查兵．车载冷却风扇智能控制系统设计［Ｊ］．工矿自动 化，２０１３（３）：９８—１００． ［５］何春鸣．汽车发动机冷却风扇控制技术评析［Ｊ］．上海汽 车，２００９（３）：３７—４０． ［６］盛德号，崔海梁，李洪，等．发动机电控水泵冷却系统的 。 一 一～囊口 沽 设计与试验研究［Ｊ］．流体机械，２０１２（４）：５—９． ： ： 请 △ 图４ ４０￣Ｃ开空调油耗对比 ３．３车内噪声试验 试验方法，道路试验中，进行怠速、等速工况下， 驾驶员右耳噪声测试，其结果如表５所示，相同的试