基于单级PWM风扇的某车型节油策略研究

郭文松，胡俊，刘文彬，童元，陈晨

（安徽江淮汽车股份有限公司技术中心，安徽 合肥 230022）

基于单级PWM风扇的某车型节油策略研究

郭文松，胡俊，刘文彬，童元，陈晨

（安徽江淮汽车股份有限公司技术中心，安徽 合肥 230022）

∶文章基于BOSCH+ME7发动机管理系统PWM风扇控制逻辑，提出了一种降低整车油耗及噪声的标定试验方法。该方法通过对BOSCH+ME7发动机管理系统PWM风扇控制逻辑的研究，调整不同工况下输出的PWM风扇占空比，并与两级电子风扇进行比较，使匹配PWM风扇的车型达到节油和降噪的目的。

∶单级PWM风扇；空调；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

随着国家油耗法规越来越严格，许多先进的节油技术应用到汽车使用过程中。其中，PWM冷却风扇是当前在汽车上应用较广泛的一项技术。PWM冷却风扇可以根据冷却系统、空调系统、车辆行驶速度等的需求，线性控制风扇转速，与传统的双级（高低速）冷却风扇相比，其风扇转速控制范围广，优化了传统双级风扇冷却能量过剩的情况，从而降低车辆油耗。另外，由于PWM风扇的转速变化基本上是无级变速，其运行噪音相对较低。

本文以江淮汽车某紧凑型轿车搭载单级PWM冷却风扇为基础，基于BOSCH+ME7发动机管理系统PWM风扇控制策略，提出了一种节油控制策略。

1、车用PWM风扇控制原理

图1　车用PWM风扇控制原理

车用PWM风扇控制原理如图1所示。车上各种传感器将整车的工作状态数据（发动机水温、车速、空调状态、进气温度等）发送给ECU（发动机控制单元），ECU根据整车工作状态信息，通过计算得到合适的PWM占空比，并发送给PWM风扇控制器，PWM风扇控制器根据接收到的占空比，来控制PWM风扇电机，从而对风扇转速进行控制，同时，PWM风扇控制器将控制器状态信息反馈给ECU，以便ECU对控制器状态进行监控，一旦PWM控制器出现故障，ECU可以采取措施，防止因PWM风扇或控制器出现问题导致其他问题出现。

2、PWM风扇控制逻辑

车用冷却风扇的主要目的是对发动机进行冷却，防止因发动机水温过高而对发动机造成损害，同时在开启空调时，对空调系统进行冷却，防止因空调系统压力过高而损坏空调，其控制逻辑见下图2：

图2　PWM风扇控制逻辑图

2.1水温、车速控制模式

根据发动机水温和车速对PWM风扇进行控制，通过一个二维表格，实现不同发动机水温和车速下的PWM占空比输出。当空调系统压力大于设定的压力阀值时，根据水温和车速输出一组PWM占空比，当空调系统压力不大于设定的压力阀值时，根据水温和车速输出另一组PWM占空比，其PWM占空比设置方法为：水温越高、车速越低输出的PWM占空比越高，反之越低。如表1所示，其中X轴为发动机水温，Y轴为车速，P为空调系统压力，P1为空调系统压力阀值。

表1　车速和水温控制模块输出占空比

2.2空调系统压力控制模式

开启空调时，为保证空调系统压力在正常范围内，根据空调系统压力对PWM风扇进行控制，通过一个一维表格，实现不同空调系统压力下的PWM占空比输出，空调系统压力越大，输出的PWM占空比越大，如表2所示，其中X轴为空调系统统压力，Z轴为PWM占空比。

表2　空调系统压力控制模式输出占空比

2.3最终PWM占空比数据

根据以上控制逻辑，两种控制模式下均会输出一组占空比信号，在不同水温、车速、空调系统压力条件下两种模式输出的占空比进行取大运算，取大运算后再进行滤波计算，最终输出PWM占空比发送给PWM风扇控制器。

以江淮汽车某紧凑型轿车为基础，匹配1.5L自然吸气发动机和6档手动变速箱为研究对象，在环境仓中，模拟不同的环境温度、车速等条件，对PWM风扇占空比进行数据匹配，最终得到表3、4的结果，其中P为空调系统压力， V为车速，P1为空调系统压力阀值，V1、V2、V3为设定的3个车速阀值，其中V1＜V2＜V3。

表3　水温、车速控制模式占空比

表4　空调系统压力控制模式占空比

3、试验验证

为了验证控制逻辑及表3、表4设置的PWM占空比信号的合理性，进行了整车的热平衡、经济性及NVH性能试验验证。

3.1整车热平衡试验

整车热平衡试验方法如下，在整车转毂中模拟高速和爬坡两种工况，车内空调风量开到最大，温度最低且使用外循环，评价发动机水温在这种工况下是否能够达到整车热平衡的设计要求，试验结果如表5所示，按照表3、表4设置PWM占空比信号，热平衡试验中，发动机出水口水温最高为99.1℃，满足设计要求。

表5　热平衡试验结果

3.2整车经济性试验

整车经济性试验方法如下，在整车转毂上模拟 25℃和40℃环境温度，开启空调，进行匀速行驶、NEDC 循环行驶、怠速工况下的油耗对比试验，结果如表 6、7 所示。由结果可以得出，除怠速工况油耗基本相当外，匀速行驶和循环行驶工况下，PWM 风扇要比两级风扇节油，在 25℃环境温度下，NEDC 循环行驶工况下，节油率最高，达到 1.94%；在40℃环境温度下，60km/h 匀速行驶工况下，节油率最高，达到 0.88%。

表7　40℃开空调油耗对比

3.3整车NVH性能试验

表8　NVH性能试验结果

整车NVH性能试验方法如下，在道路试验中，通过模拟不同工况下PWM占空比输出的值，测量怠速背景噪声下，驾驶员右耳噪声。其结果如表8所示，相同的工况下，匹配PWM风扇比两级风扇，驾驶员右耳噪声值低约0.4～1.5dB。

4、总结

本文对BOSCH ME7系统的PWM风扇控制逻辑进行研究，并在江淮某紧凑型轿车上进行试验，通过整车热平衡试验、经济性试验及NVH性能试验验证，PWM风扇能够按照控制逻辑合理的运行，并能达到整车热平衡性能的要求。且匹配PWM风扇在经济性和NVH性能上均优于两级风扇，在25℃环境温度下节油效果优于40℃环境温度下的节油效果。后期将针对不同环境温度下的节油效率进行研究，通过硬件及软件匹配，达到高环境温度下节油效率提升的目的。

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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—），电控标定工程师，就职于安徽江淮汽车股份有限公司，从事整车标定工作。