淺談汽車?yán)鋮s風(fēng)扇控制系統(tǒng)的技術(shù)演進(jìn)

王臻

摘? 要：冷卻風(fēng)險(xiǎn)控制系統(tǒng)是汽車中重要的子系統(tǒng)之一，對(duì)于汽車的性能會(huì)產(chǎn)生直接影響。該文從多個(gè)角度入手，探究汽車?yán)鋮s風(fēng)扇控制系統(tǒng)的演進(jìn)，主要包括系統(tǒng)的發(fā)展、新型控制系統(tǒng)分析、新能源汽車的需求?；诖耍梢约由钕嚓P(guān)人員對(duì)于冷卻風(fēng)扇控制系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，同時(shí)指引該系統(tǒng)未來的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：汽車? 冷卻風(fēng)扇? 控制系統(tǒng)? 技術(shù)演進(jìn)

中圖分類號(hào)：U464 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2019）11（c）-0090-02

冷卻風(fēng)扇控制系統(tǒng)主要包含兩個(gè)部分，即風(fēng)扇控制器、冷卻風(fēng)扇。其中，冷卻風(fēng)險(xiǎn)的功能是空調(diào)散熱、發(fā)動(dòng)機(jī)散熱，所以運(yùn)行效果會(huì)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能產(chǎn)生直接影響。如果選擇的型號(hào)與汽車不匹配，則會(huì)出現(xiàn)冷卻過度或者不足的問題，無法為發(fā)動(dòng)機(jī)提供良好的運(yùn)行環(huán)境。另外，風(fēng)扇在運(yùn)行期間會(huì)消耗功率，通常占發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率的6%左右。而在新時(shí)期背景下，應(yīng)該將節(jié)能降耗的思想滲透在其中，強(qiáng)化冷卻風(fēng)扇控制系統(tǒng)的效果。

1? 汽車?yán)鋮s風(fēng)扇的控制系統(tǒng)發(fā)展

自從應(yīng)用發(fā)動(dòng)機(jī)液冷系統(tǒng)以后，雙速型發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻風(fēng)扇控制系統(tǒng)憑借實(shí)用性、成本低的優(yōu)勢，一直處于該行業(yè)的壟斷地位。對(duì)于雙速型發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻風(fēng)扇控制系統(tǒng)的原理而言，主要是在空調(diào)打開以后或者冷卻液溫度超過規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，便會(huì)直接接通空調(diào)壓力開關(guān)或者溫度開關(guān)。在這一狀態(tài)下，系統(tǒng)中的機(jī)電會(huì)得到有效控制，驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇處于運(yùn)行狀態(tài)，并發(fā)揮其冷卻作用。其中，第一個(gè)繼電器在吸合的過程中，風(fēng)扇會(huì)處于慢檔狀態(tài);當(dāng)?shù)诙€(gè)繼電器處于吸合狀態(tài)時(shí)，風(fēng)扇則會(huì)進(jìn)入全速檔位輸出狀態(tài)。在以上的冷卻系統(tǒng)中，風(fēng)扇的檔位只有兩種，其工作速度差異較大，無法對(duì)汽車水箱的溫度予以更加精準(zhǔn)的控制。不僅如此，風(fēng)扇在低速運(yùn)行的過程中，主要采用串聯(lián)的電阻分壓實(shí)現(xiàn)降速，因此會(huì)損失掉大量的熱量、能量。簡而言之，雙速降冷卻風(fēng)扇控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)、缺點(diǎn)十分明顯。具體而言，優(yōu)點(diǎn)主要包括成本低廉、系統(tǒng)穩(wěn)定、實(shí)用性強(qiáng);缺點(diǎn)則是控制性低、熱損耗較高[1]。

2? 新型汽車?yán)鋮s風(fēng)扇控制系統(tǒng)的分析

2.1 PWM控制方式的保護(hù)功能

在微電子技術(shù)高速發(fā)展的背景下，各個(gè)行業(yè)的工藝技術(shù)均有顯著提升。此時(shí)大功率PWM風(fēng)扇控制系統(tǒng)，以低成本的優(yōu)勢得到廣泛應(yīng)用。對(duì)于PWM控制方式而言，分為有刷電機(jī)、無刷電機(jī)兩種。無論是哪一種方式，在運(yùn)行的過程中均需要發(fā)動(dòng)機(jī)的性質(zhì)作為標(biāo)準(zhǔn)。在現(xiàn)代汽車中，PWM冷卻風(fēng)扇控制系統(tǒng)發(fā)揮著重要作用，其運(yùn)行的機(jī)理為：正?？刂破鳛閂CU或者發(fā)動(dòng)機(jī)ECU，會(huì)對(duì)當(dāng)前汽車的諸多傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行收集。在這一基礎(chǔ)上，可以計(jì)算出在當(dāng)前工況下汽車的散熱需求。然后以PWM信號(hào)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)對(duì)需求的傳輸。此時(shí)，風(fēng)扇控制器在得到指令后，能夠通過針對(duì)性的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)散熱性能的調(diào)整，從而可以有效滿足汽車散熱的需求。當(dāng)風(fēng)扇控制器收到散熱需求以后，會(huì)采用大功率的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)，并調(diào)整其運(yùn)行轉(zhuǎn)速。另外，PWM風(fēng)扇控制器還會(huì)對(duì)諸多傳感器實(shí)現(xiàn)集成，因此具備軟、啟動(dòng)過熱保護(hù)、風(fēng)扇短路保護(hù)等功能。在檢測以后，如果發(fā)現(xiàn)故障將會(huì)通過PWM信號(hào)線將數(shù)據(jù)直接反饋給發(fā)動(dòng)機(jī)ECU，強(qiáng)化汽車?yán)鋮s風(fēng)扇控制系統(tǒng)的可靠性。

2.2 PWM控制方式的無極調(diào)速功能

除了上述功能之外，PWM控制系統(tǒng)還能夠?qū)崿F(xiàn)無極調(diào)速，所以可以對(duì)風(fēng)扇進(jìn)行更加針對(duì)性的調(diào)整。在這一前提下，確保風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速能夠滿足發(fā)動(dòng)機(jī)水溫的需求，可以有效強(qiáng)化冷卻控制的精準(zhǔn)性。正因如此，即使在不同工況下，也能夠確保發(fā)動(dòng)機(jī)水溫的溫度穩(wěn)定在90℃左右，確保發(fā)動(dòng)機(jī)處于最佳的工作狀態(tài)。結(jié)合實(shí)際情況，能夠發(fā)現(xiàn)PWM冷卻風(fēng)扇控制系統(tǒng)在應(yīng)用過程中，實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的改善與優(yōu)化，彌補(bǔ)傳統(tǒng)雙速型控制系統(tǒng)的缺陷。對(duì)于應(yīng)用PWM控制風(fēng)扇的汽車而言，每100km能夠減少0.4L左右的汽油，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的目的。

2.3 有刷電機(jī)與無刷電機(jī)的比較

在當(dāng)前的經(jīng)濟(jì)發(fā)展中，汽車具有市場化的特點(diǎn)，因此需要對(duì)所有零部件的成本進(jìn)行控制。目前，緊湊型車型依然采用雙速型冷卻風(fēng)扇控制系統(tǒng)，但是在國六排放標(biāo)準(zhǔn)的背景下，對(duì)于汽車排放以及節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)有了全新要求。也就是說，傳統(tǒng)的雙塑型控制系統(tǒng)基本上會(huì)被市場淘汰。此時(shí)，PWM控制系統(tǒng)將會(huì)得到廣泛應(yīng)用。其中，有刷電機(jī)PWM系統(tǒng)應(yīng)用的過程中，僅僅需要將以往雙速型的控制器調(diào)整為PWM控制器即可。也就是說，此種電機(jī)結(jié)構(gòu)只需要實(shí)現(xiàn)微調(diào)，便可以滿足汽車的需求。

因此，當(dāng)前市場中有刷電機(jī)控制系統(tǒng)的應(yīng)用更加廣泛。在運(yùn)行的過程中，由于轉(zhuǎn)向器、電刷之間會(huì)產(chǎn)生摩擦，會(huì)對(duì)電刷的壽命產(chǎn)生影響。這一背景下，無刷電機(jī)PWM風(fēng)扇控制系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。對(duì)于無刷電機(jī)而言，主要采用電子轉(zhuǎn)向器完成冷卻，因此具備壽命長、無火花、聲音小、可靠性、高效率高的優(yōu)勢。還需要注意的是，此種控制系統(tǒng)具有相對(duì)復(fù)雜的電路結(jié)構(gòu)，同時(shí)價(jià)格相對(duì)較高，限制了無刷電機(jī)的應(yīng)用與發(fā)展。目前無刷電機(jī)通常只應(yīng)用在高端性能的汽車中，未能實(shí)現(xiàn)大范圍的應(yīng)用。相信在電子技術(shù)不斷發(fā)展的過程中，無刷電機(jī)的成本將會(huì)得到有效控制，不久的將來很可能會(huì)應(yīng)用在更多的汽車中[2]。

3? 新能源汽車對(duì)于冷卻風(fēng)險(xiǎn)控制系統(tǒng)的需求

3.1 需求分析

對(duì)于新能源汽車而言，傳統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)被電動(dòng)機(jī)所取代，因此整車對(duì)于冷卻系統(tǒng)的需求也得到了根本性改變。由于此種類型汽車的電量影響著行駛狀態(tài)，而整車中的用電器電量消耗也會(huì)對(duì)續(xù)航產(chǎn)生直接影響。由于鋰電池自身的特點(diǎn)，其溫度區(qū)間的范圍相對(duì)較窄，對(duì)冷卻風(fēng)扇控制系統(tǒng)的要求更高。如果不能對(duì)溫度進(jìn)行有效控制，很可能會(huì)對(duì)電池產(chǎn)生威脅，甚至?xí)黾悠囘\(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)此，技術(shù)人員必須結(jié)合新能源汽車的實(shí)際需求，明確冷卻風(fēng)扇控制系統(tǒng)的研究方向，結(jié)合實(shí)際情況將溫度控制在合理范圍內(nèi)，最大程度上滿足更多新能源汽車的需求。

3.2 節(jié)能降耗

雖然車輛環(huán)境已經(jīng)顯出改變，但是汽車?yán)鋮s風(fēng)扇控制系統(tǒng)依然是其中重要的構(gòu)成部分，能夠有效提高新能源汽車運(yùn)行的穩(wěn)定性。對(duì)此，必須將PWM控制系統(tǒng)應(yīng)用在其中。新能源汽車在運(yùn)行期間，空調(diào)、電池組會(huì)產(chǎn)生大量的功率消耗，但是與傳統(tǒng)的燃油發(fā)動(dòng)機(jī)相比，所產(chǎn)生的熱量相對(duì)較小，可以將風(fēng)冷系統(tǒng)應(yīng)用在汽車中，實(shí)現(xiàn)對(duì)熱量的有效控制。從當(dāng)前情況來看，新能源汽車所采用的冷卻風(fēng)扇，運(yùn)行期間不會(huì)消耗大量功率，可結(jié)合汽車運(yùn)行的狀態(tài)實(shí)現(xiàn)對(duì)功率的調(diào)整。只有在需要打開系統(tǒng)的工況下，才會(huì)進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)，深化了該系統(tǒng)節(jié)能降耗的意義?？傮w而言，新能源汽車的應(yīng)用是順應(yīng)新時(shí)期環(huán)境保護(hù)的需求，更是人們環(huán)保意識(shí)不斷強(qiáng)化的產(chǎn)物。因此，在選擇冷卻風(fēng)扇控制系統(tǒng)的過程中，也需要將節(jié)能降耗等環(huán)保思想滲透在其中，實(shí)現(xiàn)對(duì)電量的有效控制。這一前提下，不僅可以有效冷卻風(fēng)扇控制系統(tǒng)的性能水平，還能夠在發(fā)揮其作用的同時(shí)提高新能源汽車的穩(wěn)定性，為電動(dòng)機(jī)營造一個(gè)良好的環(huán)境。長此以往，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)鋰電池的保護(hù)，增強(qiáng)電池的續(xù)航性、安全性。

4? 結(jié)語

綜上所述，經(jīng)過長時(shí)間的發(fā)展能夠發(fā)現(xiàn)，汽車?yán)鋮s風(fēng)扇控制系統(tǒng)的性能相對(duì)穩(wěn)定，同時(shí)也逐漸成熟，可以滿足汽車發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行的需求。但是，在技術(shù)水平不斷提高的背景下，冷卻風(fēng)扇控制系統(tǒng)也得到優(yōu)化，并且被廣泛應(yīng)用在實(shí)際中。未來一段時(shí)間內(nèi)，新能源汽車將會(huì)成為主流，所以冷卻風(fēng)扇控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、優(yōu)化應(yīng)該順應(yīng)時(shí)代的發(fā)展，考慮新型汽車的實(shí)際需求，確保系統(tǒng)能夠得到針對(duì)性的升級(jí)、調(diào)整。

參考文獻(xiàn)

[1] 封進(jìn)，杜常清.混合動(dòng)力汽車?yán)鋮s風(fēng)扇的模糊邏輯優(yōu)化控制[J].制造業(yè)自動(dòng)化，2018，40（6）：60-63.

[2] 余海洋，曹志良，劉紹波.汽車發(fā)動(dòng)機(jī)電動(dòng)冷卻風(fēng)扇智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電子器件，2017，39（6）：1512-1515.