基于單級(jí)PWM風(fēng)扇的某車型節(jié)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(shù)中心，安徽 合肥 230022）

基于單級(jí)PWM風(fēng)扇的某車型節(jié)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(shù)中心，安徽 合肥 230022）

∶文章基于BOSCH+ME7發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)PWM風(fēng)扇控制邏輯，提出了一種降低整車油耗及噪聲的標(biāo)定試驗(yàn)方法。該方法通過對(duì)BOSCH+ME7發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)PWM風(fēng)扇控制邏輯的研究，調(diào)整不同工況下輸出的PWM風(fēng)扇占空比，并與兩級(jí)電子風(fēng)扇進(jìn)行比較，使匹配PWM風(fēng)扇的車型達(dá)到節(jié)油和降噪的目的。

∶單級(jí)PWM風(fēng)扇；空調(diào)；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(guó)家油耗法規(guī)越來越嚴(yán)格，許多先進(jìn)的節(jié)油技術(shù)應(yīng)用到汽車使用過程中。其中，PWM冷卻風(fēng)扇是當(dāng)前在汽車上應(yīng)用較廣泛的一項(xiàng)技術(shù)。PWM冷卻風(fēng)扇可以根據(jù)冷卻系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、車輛行駛速度等的需求，線性控制風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，與傳統(tǒng)的雙級(jí)（高低速）冷卻風(fēng)扇相比，其風(fēng)扇轉(zhuǎn)速控制范圍廣，優(yōu)化了傳統(tǒng)雙級(jí)風(fēng)扇冷卻能量過剩的情況，從而降低車輛油耗。另外，由于PWM風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速變化基本上是無級(jí)變速，其運(yùn)行噪音相對(duì)較低。

本文以江淮汽車某緊湊型轎車搭載單級(jí)PWM冷卻風(fēng)扇為基礎(chǔ)，基于BOSCH+ME7發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)PWM風(fēng)扇控制策略，提出了一種節(jié)油控制策略。

1、車用PWM風(fēng)扇控制原理

圖1　車用PWM風(fēng)扇控制原理

車用PWM風(fēng)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(tài)數(shù)據(jù)（發(fā)動(dòng)機(jī)水溫、車速、空調(diào)狀態(tài)、進(jìn)氣溫度等）發(fā)送給ECU（發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元），ECU根據(jù)整車工作狀態(tài)信息，通過計(jì)算得到合適的PWM占空比，并發(fā)送給PWM風(fēng)扇控制器，PWM風(fēng)扇控制器根據(jù)接收到的占空比，來控制PWM風(fēng)扇電機(jī)，從而對(duì)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，同時(shí)，PWM風(fēng)扇控制器將控制器狀態(tài)信息反饋給ECU，以便ECU對(duì)控制器狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，一旦PWM控制器出現(xiàn)故障，ECU可以采取措施，防止因PWM風(fēng)扇或控制器出現(xiàn)問題導(dǎo)致其他問題出現(xiàn)。

2、PWM風(fēng)扇控制邏輯

車用冷卻風(fēng)扇的主要目的是對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行冷卻，防止因發(fā)動(dòng)機(jī)水溫過高而對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)造成損害，同時(shí)在開啟空調(diào)時(shí)，對(duì)空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行冷卻，防止因空調(diào)系統(tǒng)壓力過高而損壞空調(diào)，其控制邏輯見下圖2：

圖2　PWM風(fēng)扇控制邏輯圖

2.1水溫、車速控制模式

根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)水溫和車速對(duì)PWM風(fēng)扇進(jìn)行控制，通過一個(gè)二維表格，實(shí)現(xiàn)不同發(fā)動(dòng)機(jī)水溫和車速下的PWM占空比輸出。當(dāng)空調(diào)系統(tǒng)壓力大于設(shè)定的壓力閥值時(shí)，根據(jù)水溫和車速輸出一組PWM占空比，當(dāng)空調(diào)系統(tǒng)壓力不大于設(shè)定的壓力閥值時(shí)，根據(jù)水溫和車速輸出另一組PWM占空比，其PWM占空比設(shè)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(fā)動(dòng)機(jī)水溫，Y軸為車速，P為空調(diào)系統(tǒng)壓力，P1為空調(diào)系統(tǒng)壓力閥值。

表1　車速和水溫控制模塊輸出占空比

2.2空調(diào)系統(tǒng)壓力控制模式

開啟空調(diào)時(shí)，為保證空調(diào)系統(tǒng)壓力在正常范圍內(nèi)，根據(jù)空調(diào)系統(tǒng)壓力對(duì)PWM風(fēng)扇進(jìn)行控制，通過一個(gè)一維表格，實(shí)現(xiàn)不同空調(diào)系統(tǒng)壓力下的PWM占空比輸出，空調(diào)系統(tǒng)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(diào)系統(tǒng)統(tǒng)壓力，Z軸為PWM占空比。

表2　空調(diào)系統(tǒng)壓力控制模式輸出占空比

2.3最終PWM占空比數(shù)據(jù)

根據(jù)以上控制邏輯，兩種控制模式下均會(huì)輸出一組占空比信號(hào)，在不同水溫、車速、空調(diào)系統(tǒng)壓力條件下兩種模式輸出的占空比進(jìn)行取大運(yùn)算，取大運(yùn)算后再進(jìn)行濾波計(jì)算，最終輸出PWM占空比發(fā)送給PWM風(fēng)扇控制器。

以江淮汽車某緊湊型轎車為基礎(chǔ)，匹配1.5L自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)和6檔手動(dòng)變速箱為研究對(duì)象，在環(huán)境倉中，模擬不同的環(huán)境溫度、車速等條件，對(duì)PWM風(fēng)扇占空比進(jìn)行數(shù)據(jù)匹配，最終得到表3、4的結(jié)果，其中P為空調(diào)系統(tǒng)壓力， V為車速，P1為空調(diào)系統(tǒng)壓力閥值，V1、V2、V3為設(shè)定的3個(gè)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(diào)系統(tǒng)壓力控制模式占空比

3、試驗(yàn)驗(yàn)證

為了驗(yàn)證控制邏輯及表3、表4設(shè)置的PWM占空比信號(hào)的合理性，進(jìn)行了整車的熱平衡、經(jīng)濟(jì)性及NVH性能試驗(yàn)驗(yàn)證。

3.1整車熱平衡試驗(yàn)

整車熱平衡試驗(yàn)方法如下，在整車轉(zhuǎn)轂中模擬高速和爬坡兩種工況，車內(nèi)空調(diào)風(fēng)量開到最大，溫度最低且使用外循環(huán)，評(píng)價(jià)發(fā)動(dòng)機(jī)水溫在這種工況下是否能夠達(dá)到整車熱平衡的設(shè)計(jì)要求，試驗(yàn)結(jié)果如表5所示，按照表3、表4設(shè)置PWM占空比信號(hào)，熱平衡試驗(yàn)中，發(fā)動(dòng)機(jī)出水口水溫最高為99.1℃，滿足設(shè)計(jì)要求。

表5　熱平衡試驗(yàn)結(jié)果

3.2整車經(jīng)濟(jì)性試驗(yàn)

整車經(jīng)濟(jì)性試驗(yàn)方法如下，在整車轉(zhuǎn)轂上模擬 25℃和40℃環(huán)境溫度，開啟空調(diào)，進(jìn)行勻速行駛、NEDC 循環(huán)行駛、怠速工況下的油耗對(duì)比試驗(yàn)，結(jié)果如表 6、7 所示。由結(jié)果可以得出，除怠速工況油耗基本相當(dāng)外，勻速行駛和循環(huán)行駛工況下，PWM 風(fēng)扇要比兩級(jí)風(fēng)扇節(jié)油，在 25℃環(huán)境溫度下，NEDC 循環(huán)行駛工況下，節(jié)油率最高，達(dá)到 1.94%；在40℃環(huán)境溫度下，60km/h 勻速行駛工況下，節(jié)油率最高，達(dá)到 0.88%。

表7　40℃開空調(diào)油耗對(duì)比

3.3整車NVH性能試驗(yàn)

表8　NVH性能試驗(yàn)結(jié)果

整車NVH性能試驗(yàn)方法如下，在道路試驗(yàn)中，通過模擬不同工況下PWM占空比輸出的值，測(cè)量怠速背景噪聲下，駕駛員右耳噪聲。其結(jié)果如表8所示，相同的工況下，匹配PWM風(fēng)扇比兩級(jí)風(fēng)扇，駕駛員右耳噪聲值低約0.4～1.5dB。

4、總結(jié)

本文對(duì)BOSCH ME7系統(tǒng)的PWM風(fēng)扇控制邏輯進(jìn)行研究，并在江淮某緊湊型轎車上進(jìn)行試驗(yàn)，通過整車熱平衡試驗(yàn)、經(jīng)濟(jì)性試驗(yàn)及NVH性能試驗(yàn)驗(yàn)證，PWM風(fēng)扇能夠按照控制邏輯合理的運(yùn)行，并能達(dá)到整車熱平衡性能的要求。且匹配PWM風(fēng)扇在經(jīng)濟(jì)性和NVH性能上均優(yōu)于兩級(jí)風(fēng)扇，在25℃環(huán)境溫度下節(jié)油效果優(yōu)于40℃環(huán)境溫度下的節(jié)油效果。后期將針對(duì)不同環(huán)境溫度下的節(jié)油效率進(jìn)行研究，通過硬件及軟件匹配，達(dá)到高環(huán)境溫度下節(jié)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(biāo)定工程師，就職于安徽江淮汽車股份有限公司，從事整車標(biāo)定工作。