基于PWM控制的發動機冷卻風扇控制系統

文/戴茜

發動機是汽車系統中的核心部件，其運作效果好壞對車輛動力性和油料排放性有直接影響，因此，有必要設計并運用功能性強的冷卻風扇系統，從而在系統正常作用下，控制發動機工作環境溫度較低。實際設計冷卻風扇系統時，需要考慮車速、氣壓等因素對工作條件的影響，加大PWM控制技術在冷卻系統中的應用，以節約能耗和合理調節發動機溫度等目的為主，設計智能化冷卻系統。

1 PWM介紹

PWM控制指的是借助半導體開關的關斷和導通作用，促使直流電壓轉變為電壓脈沖列，能在控制脈沖寬度及脈沖列周期的基礎上，實現冷卻風扇系統運行狀態的有效控制，避免冷卻系統運行過程中受到其他因素影響。PWM控制系統包括控制器和控制對象。冷卻風扇控制系統實際運行時，首先設置既定的控制參數期望值，之后對比分析期望值和系統實測值，能進一步分析得出誤差信號。

為了保證冷卻風扇系統運行性能較好，需要將誤差控制在規定范圍內，將誤差信號和三角波信號導入比較器中，當誤差信號相較于三角波信號要大時，表明這時比較器將輸出脈沖波。因此，比較器輸出的矩形波脈沖寬度受到誤差信號影響，兩者成線性關系。

當發動機工作環境溫度較高時，則傳感器實際測量值和期望值間有較大差異，誤差信號隨之增大，這時脈沖波脈沖寬度有所增加，并且線圈中電流加大，在大電流影響下，液壓馬達轉動效率加大，能通過PWM控制技術的使用，將發動機工作環境溫度降低到設定范圍內。當溫度低于設定值時，會出現誤差信號，要想保證冷卻系統功能的實現，需要冷卻系統處于不工作狀態。在冷卻系統控制系統中增加監測程序，可實現冷卻水溫度值和預期值的實時比較，能對系統運行狀態進行控制。

2 冷卻風扇系統特點分析

基于PWM控制的冷卻風扇系統，可提高系統運行性能，為發動機安全運作創造良好條件。PWM信號作用在電機上，通過控制占空比及作用在電機上的電壓的大小控制風扇轉速，旨在為冷卻風扇變頻功能的實現提供技術支持。將PWM波作為控制信號，進一步保證風扇電機良好運行。另外，風扇控制器還能起到實時監控電子運行情況的作用，針對風扇電機運行故障采取適當的處理方法。同時將風扇電機故障問題以信號形式及時傳遞給發動機，使其能根據冷卻系統故障狀況調節自己的運行狀態，保證車輛行駛過程中發動機正常工作。從冷卻風扇控制方法和驅動方式來看，其主要體現出以下特點：

（1）風扇具有較好起動、制動性能，可結合發動機運行需求適當調整風扇電機工作狀態。

（2）利用PWM控制來調節冷卻風扇轉速，在PWM信號有效傳遞下，實現風扇轉速動態調整，完成穩速、調速等調節指令。

（3）風扇電機應用計算機設備進行控制，相對來講硬件電路較簡單，簡化了系統建設過程，可通過改變運行程序來控制運行狀態，能靈活控制冷卻風扇系統。

3 發動機冷卻風扇控制系統的組成

本文設計的冷卻風扇系統主要包括微控制器、傳感器、光電隔離電路、功放電路、液壓馬達以及電液比例閥等部分組成。

3.1 溫度傳感器

這一器件在冷卻風扇系統中有著重要作用，能接收發動機運行過程中的溫度信息，進一步為冷卻系統的運行控制提供依據。傳感器接口方式較簡單，可利用一條口線來完成傳感器和控制器間的信息交互傳遞。實際選用溫度傳感器時，要求其測溫范圍較大，能適用于不同溫度環境下的冷卻風扇變頻調節。在實際使用時不需要借助外圍元件作用，體現出傳輸距離遠、體積小等特點。能在接收溫度信號后將其轉變成數字信號，表明不需要額外設置轉換電路，從而簡化系統結構。

3.2 微控制器

在微控制器方面，通常采用嵌入式單片機，具有較大容量，能包含大量片內外資源，在高性能微控制器作用下，能完成PWM信號完整輸出。在嵌入式單片機作用下，能利用比較器模塊功能，發出相應的控制信號。實際進行冷卻風扇系統分析時，需要注重微控制器在系統中的重要地位，結合實際需求選擇需要的微控制器型號。

3.3 光電隔離電路

車輛通行過程中，系統內發動機會受到外界因素干擾，要想確保系統功能有效實現，需要提高系統抗外部干擾能力，這時需要合理設計光電隔離電路。在PWM控制信號輸出端和比較器輸入端間，增設一個光電隔離器，從而形成光電隔離電路?？紤]到車輛行駛路況比較復雜，因此，需要合理選擇光電隔離器型號，保證溫度信號順利傳輸，能為冷卻風扇系統功能發揮奠定基礎。

總的來說，要想利用風扇電機來調整冷卻水溫度，要做到冷卻風扇系統內部各個器件的合理設計，以智能化冷卻系統建設為主，利用PWM控制來實現風扇電機速度實時調節，以便利用冷卻風扇系統來營造適宜的發動機工作環境。當前，基于PWM控制的冷卻風扇系統在車輛發動機穩定運行中發揮著重要作用，設置具體的PWM控制期望值，利用監控系統來比較期望值和傳感器測量值間的大小，當傳感器測量值超過期望值時，風扇開展工作，進一步降低發動機溫度。由于PWM控制方法體現出較好適用性，因此，基于PWM控制的冷卻系統建設將是未來發展主要方向。

4 結論

綜上所述，汽車發動機安全運行離不開冷卻風扇系統的作用，需要注重冷卻系統合理設計，使其適用于發動機中。以PWM控制為基礎的冷卻控制系統，能通過設置PWM波占空比來控制系統運行狀態。針對傳統冷卻風扇系統調速缺陷，本文提出了基于PWM控制的新型冷卻系統建設方法，可保證發動機處于良好工作狀態下，盡可能降低作業溫度，可提高發動機經濟性，為汽車安全通行提供保障。