一種基于ECU水溫輸出PWM占空比的標定策略

王超

摘要：文章通過控制ECU風扇開啟溫度標定、水溫輸出標定、高溫及高寒標定的方式，完整的設置水溫PWM波占空比輸出策略及標定方法，對于在不同車型不同發(fā)動機平臺化通用某一款組合儀表方面，有較高的借鑒價值。

關鍵詞：水溫表；標定；通用性；占空比

引言

隨著汽車行業(yè)的飛速發(fā)展，汽車用戶關注點已朝汽車各個細節(jié)方面轉(zhuǎn)移，水溫表的準確性就是關注細節(jié)之一。

水溫表，是為發(fā)動機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，儀表通過阻值判斷水溫值，再進行顯示。該種顯示水溫方式有一個缺陷，水溫傳感器有兩個，一個將阻值輸入水溫表，一個將阻值輸入ECU（發(fā)動機電噴控制單元），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，風扇開啟及關斷時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)動機正常運行中會有或高或低的不準確顯示，給用戶以發(fā)動機運行不正常的誤解。

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，從而避免儀表誤報水溫不穩(wěn)。

下面我從設計角度解析一下我承接的一個柴油項目的水溫表標定過程。

首先確認項目使用的是柴油機還是汽油機，一般柴油機工作水溫范圍在80℃-93℃，汽油機的正常工作溫度在88℃-98℃。

接下來我全部以某一款柴油機為例，根據(jù)該柴油機工作水溫范圍在80℃-93℃，進行夏季高溫試驗（一般選擇新疆吐魯番、重慶、海南7月中下旬8月上旬進行），試驗以發(fā)動機在低負荷運轉(zhuǎn)中水溫能在合理范圍內(nèi)平衡下來，不再升高為合格。在整車標定試驗中，加入風扇開啟溫度的標定，目前大部分車型采用了雙速風扇的控制方式，該柴油機在86℃開啟低速風扇、92℃開啟高速風扇，86℃關閉高速風扇，82℃關閉低速風扇，在風扇正常散熱情況下，能滿足柴油機水溫93℃以下平衡，則判定測試合格，但是在測試中水溫上升是線性變化的，所以會存在一個高于高速風扇開啟溫度值的水溫，也會存在一個低于風扇關閉值的水溫。

該柴油機在92℃開啟了高速風扇，達到了最大散熱能力，由于散熱器與發(fā)動機之間的連接水管水溫會高于機體92℃，達到了94℃，則此時的94℃水溫屬于正常水溫，不應偏離正常儀表顯示值；在水溫下降過程中，同樣由于水管水溫會低于風扇關斷溫度82℃，水溫實際下降到了80℃，則此時的80℃屬于正常水溫，同樣不應偏離正常儀表顯示值。則根據(jù)上述實驗，該柴油機的正常儀表顯示為80℃-94℃，在此溫度范圍內(nèi)儀表應顯示在居中位置。

汽油機相似，其最終的正常儀表顯示中心值應為約為88℃-98℃（以標定測量值為準）。

下面介紹一下最低值跳表（儀表零位置）標定。水溫表在發(fā)動機運轉(zhuǎn)初期是不顯示溫度的或者說一直處于初始值，直至儀表監(jiān)測到的水溫達到某一個溫度值開始，水溫表第一次跳動離開初始值到達零位置，這個溫度值，我們稱其為跳表值。這一值由冬季標定（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，汽油采-30℃低溫點。在此低溫下，發(fā)動機啟動運轉(zhuǎn)后，水溫會慢慢升高，在水溫升高的同時，標定各檔位怠速平順性（主要是發(fā)動機是否喘頓、聳動），直至無喘頓及聳動的溫度點，該溫度值作為跳表的最低溫度值，該款柴油車在低溫運行中，在35℃前，總會或多或少的存在聳動，直至35℃時開始，整車怠速運行平穩(wěn)，所以該車跳表點設置為35℃。

報警值，當水溫達到或超過某個溫度值時，發(fā)動機水溫報警燈點亮。一般情況下，水溫燈點亮時，必須停車怠速，至水溫下降到正常值才允許繼續(xù)行駛。因為涉及安全行駛，所以報警值的標定就比較重要了。標定方法如下，該柴油機在新疆吐魯番高溫標定時，在標定中有一項為滿載滿負荷爬坡工況，該工況極度惡劣，水溫達到平衡時，遠高于高速風扇的開啟溫度，最終該溫度會平衡于一個溫度點，該發(fā)動機的平衡點在104℃，如果高于該水溫點后，水溫就不能達到平衡了，會一直上升直至沸騰，所以該溫度點為水溫表報警點小于等于該最高溫度點（一般會設定限制低于該溫度，這種工況屬于極限工況），根據(jù)實際情況，該柴油機水溫表的報警點設置在102℃。

最高值水溫值標定，當水溫達到某一個限值時，發(fā)動機為自保護限值扭矩直至主動熄火，該溫度值由發(fā)動機廠家提供，一般也可以按照常規(guī)冷卻液沸點最為最大值，設置在115℃。

如上四步，已經(jīng)完成了各個溫度點的設置，下面設置各個溫度點輸出PWM波的占空比。水溫下止點一般設定-50℃，占空比為O；跳表點設置在35℃，占空比為5%；水溫平衡中間值設定在80℃-94℃，占空比為50%；報警點設置在102℃，占空比為80%；最高水溫設定115℃，占空比為100%。各點設置完畢，其余各個溫度段內(nèi)，均直線比例分配占空比，該儀表一共有21個指針位置設置后的數(shù)據(jù)如下圖1示。

如上述圖標設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，共會出現(xiàn)三種工作模式：1，冷啟動后預熱發(fā)動機至跳表；2，跳表值中心位置；3，中心位置上升至報警。假設發(fā)動機運轉(zhuǎn)正常、冷卻系統(tǒng)也正常的情況下，該發(fā)動機只會處于1和2兩種狀態(tài)下，若在常規(guī)工況發(fā)動機熱機完成后，其工作中長期處于2工作狀態(tài)，傳遞給顧客以發(fā)動機水溫長時間平穩(wěn)，從而形成發(fā)動機長時間處于正常運轉(zhuǎn)中的觀念，也就避免客戶對水溫表的抱怨。

用于儀表水溫標定的方式有多種，本文只是從標定發(fā)動機輸出占空比角度做了一種解決方案，對于柴油汽油通用或多發(fā)動機多車型通用儀表的設計，有較大借鑒價值，可以通過標定不同發(fā)動機ECU的四個水溫值點，輸出同樣的PWM占空比，就可以實現(xiàn)最大化的水溫表通用。