一种基于ECU水温输出PWM占空比的标定策略

王超

摘要：文章通过控制ECU风扇开启温度标定、水温输出标定、高温及高寒标定的方式，完整的设置水温PWM波占空比输出策略及标定方法，对于在不同车型不同发动机平台化通用某一款组合仪表方面，有较高的借鉴价值。

关键词：水温表；标定；通用性；占空比

引言

随着汽车行业的飞速发展，汽车用户关注点已朝汽车各个细节方面转移，水温表的准确性就是关注细节之一。

水温表，是为发动机散热而使用的用于热交换冷却液温度值的直观显示用的仪表。老式组合仪表，是热敏电阻阻值直接输入仪表，仪表通过阻值判断水温值，再进行显示。该种显示水温方式有一个缺陷，水温传感器有两个，一个将阻值输入水温表，一个将阻值输入ECU（发动机电喷控制单元），而水温传感器本身存在制造误差，就造成了仪表和ECU读取的水温值不一致，风扇开启及关断时采样的水温与仪表显示水温不一致，从而造成仪表指示在发动机正常运行中会有或高或低的不准确显示，给用户以发动机运行不正常的误解。

最近十年水温表的显示方式以热敏电阻阻值输入ECU，其判断水温值以后通过PWM波的占空比方式输出给组合仪表，用作仪表的水温值数据，这种方式，就可以保证ECU采样水温值与组合仪表的采样水温值一致，从而避免仪表误报水温不稳。

下面我从设计角度解析一下我承接的一个柴油项目的水温表标定过程。

首先确认项目使用的是柴油机还是汽油机，一般柴油机工作水温范围在80℃-93℃，汽油机的正常工作温度在88℃-98℃。

接下来我全部以某一款柴油机为例，根据该柴油机工作水温范围在80℃-93℃，进行夏季高温试验（一般选择新疆吐鲁番、重庆、海南7月中下旬8月上旬进行），试验以发动机在低负荷运转中水温能在合理范围内平衡下来，不再升高为合格。在整车标定试验中，加入风扇开启温度的标定，目前大部分车型采用了双速风扇的控制方式，该柴油机在86℃开启低速风扇、92℃开启高速风扇，86℃关闭高速风扇，82℃关闭低速风扇，在风扇正常散热情况下，能满足柴油机水温93℃以下平衡，则判定测试合格，但是在测试中水温上升是线性变化的，所以会存在一个高于高速风扇开启温度值的水温，也会存在一个低于风扇关闭值的水温。

该柴油机在92℃开启了高速风扇，达到了最大散热能力，由于散热器与发动机之间的连接水管水温会高于机体92℃，达到了94℃，则此时的94℃水温属于正常水温，不应偏离正常仪表显示值；在水温下降过程中，同样由于水管水温会低于风扇关断温度82℃，水温实际下降到了80℃，则此时的80℃属于正常水温，同样不应偏离正常仪表显示值。则根据上述实验，该柴油机的正常仪表显示为80℃-94℃，在此温度范围内仪表应显示在居中位置。

汽油机相似，其最终的正常仪表显示中心值应为约为88℃-98℃（以标定测量值为准）。

下面介绍一下最低值跳表（仪表零位置）标定。水温表在发动机运转初期是不显示温度的或者说一直处于初始值，直至仪表监测到的水温达到某一个温度值开始，水温表第一次跳动离开初始值到达零位置，这个温度值，我们称其为跳表值。这一值由冬季标定（一般在黑河、漠河、五大连池等地，1月下旬底2月上中旬）完成，柴油采-25℃低温点，汽油采-30℃低温点。在此低温下，发动机启动运转后，水温会慢慢升高，在水温升高的同时，标定各档位怠速平顺性（主要是发动机是否喘顿、耸动），直至无喘顿及耸动的温度点，该温度值作为跳表的最低温度值，该款柴油车在低温运行中，在35℃前，总会或多或少的存在耸动，直至35℃时开始，整车怠速运行平稳，所以该车跳表点设置为35℃。

报警值，当水温达到或超过某个温度值时，发动机水温报警灯点亮。一般情况下，水温灯点亮时，必须停车怠速，至水温下降到正常值才允许继续行驶。因为涉及安全行驶，所以报警值的标定就比较重要了。标定方法如下，该柴油机在新疆吐鲁番高温标定时，在标定中有一项为满载满负荷爬坡工况，该工况极度恶劣，水温达到平衡时，远高于高速风扇的开启温度，最终该温度会平衡于一个温度点，该发动机的平衡点在104℃，如果高于该水温点后，水温就不能达到平衡了，会一直上升直至沸腾，所以该温度点为水温表报警点小于等于该最高温度点（一般会设定限制低于该温度，这种工况属于极限工况），根据实际情况，该柴油机水温表的报警点设置在102℃。

最高值水温值标定，当水温达到某一个限值时，发动机为自保护限值扭矩直至主动熄火，该温度值由发动机厂家提供，一般也可以按照常规冷却液沸点最为最大值，设置在115℃。

如上四步，已经完成了各个温度点的设置，下面设置各个温度点输出PWM波的占空比。水温下止点一般设定-50℃，占空比为O；跳表点设置在35℃，占空比为5%；水温平衡中间值设定在80℃-94℃，占空比为50%；报警点设置在102℃，占空比为80%；最高水温设定115℃，占空比为100%。各点设置完毕，其余各个温度段内，均直线比例分配占空比，该仪表一共有21个指针位置设置后的数据如下图1示。

如上述图标设置该车型仪表的水温显示数据，水温表按照输入占空比值，线性调节水温显示，不再增加特殊的显示策略，该车在任何工况下，共会出现三种工作模式：1，冷启动后预热发动机至跳表；2，跳表值中心位置；3，中心位置上升至报警。假设发动机运转正常、冷却系统也正常的情况下，该发动机只会处于1和2两种状态下，若在常规工况发动机热机完成后，其工作中长期处于2工作状态，传递给顾客以发动机水温长时间平稳，从而形成发动机长时间处于正常运转中的观念，也就避免客户对水温表的抱怨。

用于仪表水温标定的方式有多种，本文只是从标定发动机输出占空比角度做了一种解决方案，对于柴油汽油通用或多发动机多车型通用仪表的设计，有较大借鉴价值，可以通过标定不同发动机ECU的四个水温值点，输出同样的PWM占空比，就可以实现最大化的水温表通用。