汽车发动机冷却系统智能控制技术探讨

马磊

摘要：发动机是汽车的重要构件，是汽车运行的关键动力。随着冷却系统对发动机性能的影响日益显著，汽车冷却系统关键零部件的热负荷及其可靠性研究已成为国内外研究的热点。发动机冷却系统作为汽车的重要系统之一，工作效率的高低直接影响着汽车的使用寿命。已有的发动机冷却系统只是简单显示冷却液温度的高低，冷却系统中的具体故障信息却无法及时发现，造成冷却系统过早结束服役。本文主要对汽车发动机冷却系统智能控制的相关技术进行了介绍。

关键词：汽车发动机;冷却系统;智能控制技术

引言

现代的汽车发动机冷却系统的发展极其的迅速，而发展方向也逐渐趋向于智能化，精确化。但是就目前我国的汽车发动机冷却系统的现状来看，我国的汽车发动机冷却系统的发展还有很长的路要走，特别是结合现代高端科技这一领域。而就目前我国的经济来看，只要我们可以选对方向，就可以促进汽车产业的发展。所以关于汽车发动机智能化冷却控制系统的研究，我们势在必行。

1发动机冷却控制系统的构成

汽车发动机在正常工作状态下，燃料燃烧产生的气体温度高达2000℃，直接接触高温气体的汽车部件，如气门、活塞以及汽缸壁和汽缸盖等，温度也会增高，为了保证其不至于膨胀变形而影响到正常的工作，必须对其进行冷却，即采用冷却控制系统，现代汽车冷却系统以水冷却为主，目前应用的最普遍的是强制循环式冷却系统，具备可靠、强度易调节、效率高等优点。发动机冷却控制系统的主体结构分为水泵、风扇、散热器和节温器四部分，此外还包括水套、百叶窗、分水管等，在工作状态下，水泵会吸入散热器中的水，加压后经分水管流入气缸水套中，冷却气缸后，形成的冷却水会进入到汽缸盖水套中，将汽缸盖中的热量带走，最后再返回散热器。

2汽车发动机冷却系统智能控制技术

汽车发动机的工作主要包括3个阶段：起动暖机阶段、行驶阶段以及后冷却阶段。起动暖机阶段指在汽车发动机起动后，发动机机内冷却液由较低温度上升为正常的发动机运行温度的阶段。该阶段是汽车发动机零部件磨损最严重的阶段，缩短暖机时间成为发动机冷却技术的关键。行驶阶段为汽车发动机正常工作阶段，在该阶段，发动机冷却系统处于稳定循环状态，因此不做为主要研究对象。后冷却阶段指发动机停机后，由于发动机自身的特点，需要冷却系统持续为其冷却，避免因局部过热造成发动机的稳定性和可靠性降低。通常的解决办法是利用电子风扇持续为发动机降温。汽车发动机智能冷却系统控制策略如图1所示。

汽车发动机智能冷却系统控制策略所涵盖的关键技术包括电子节温器的模糊控制、电子风扇与电子水泵的MAP+模糊控制等。

2.1电子节温器的模糊控制

所谓模糊控制理论指的是通过构建模糊集及模糊逻辑，建立隶属函数间的相互关系，实现对目标对象的控制。该理论主要解决不确定性特征的目标对象的控制问题，模糊控制的原理如图2所示。

模糊控制的工作步骤如下：

1）根据部件输入参数确定目标值，通过A/D转换器将采集的信号进行转换，将目标值与转换后的值相减，从而得出系统误差e;

2）通过微分计算系统误差的变化率de/dt，通常采取一个周期的变化表示△e。

3）构建隶属函数，将误差e和误差变化率按照某种规律划分为不同的模糊子集，得到模糊量E和△E;

4）根据实际的汽车发动机智能冷却系统工作流程建立相关规则，通过行为模拟的方式完成目标对象的控制;

5）对模糊量E和△E所属区间进行判断，根据

4）所定义的模糊规则进行模糊推理，得出控制量U;

6）对模糊控制量U完成去模糊操作，得出精确的控制量u。

以发动机缸盖出口处的冷却液温度与预测温度差作为电子节温器模糊控制器的输入量，以上述步骤计算所得出的电子节温器开度增量u作为输出量，完成对冷却系统大小循环流量的分配。在控制过程中，电子节温器需遵循如下规则：

1）若冷却液实际温度超高（远大于目标值），并且上升速率较高（处于暖机状态），则较大幅度增加电子节温器的开度;

2）若冷却液实际温度稍高（距离目标值不大），并且上升速率较低（处于正常行驶状态），则保持电子节温器的开度基本不变;

3）若冷却液实际温度较低（远小于目标值），并且下降速率较高（处于后冷却控制状态），则较小幅度减小电子节温器的开度。

2.2电子风扇与电子水泵联合的MAP+模糊控制

当汽车发动机处于暖机或正常行驶状态时，电子风扇与电子水泵即进入工作状态，该时刻执行MAP+模糊控制的联合控制模式，控制流程如图3所示。

在联合控制过程中，融合了MAP模糊查询以及模糊控制等2种控制策略，通过动态的匹配方式寻求电子风扇及电子水泵的最优组合解，并以各自的最优解作为模糊控制策略的输入进行控制调节，完成对目标对象的控制。

3仿真实验

仿真實验是通过仿真手段对不同的控制技术进行性能分析，主要包括起动暖机阶段和后冷却阶段对智能控制策略进行模拟，并与传统的蜡式冷却模式进行对比，也就是将采用电子节温器和电子水泵的智能冷却模式与采用传统蜡式节温器和机械水泵的传统冷却模式进行对比。实验条件如表1所示。

利用表1所示的实验参数进行智能控制策略的模拟，并在汽车行驶的不同阶段，将智能冷却系统控制模式与传统冷却系统控制模式进行对比，按照汽车发动机不同阶段的运行情况对发动机进口、出口的冷却液温度进行检测，实验结果如图4所示。

从图4可以看出，在起动暖机阶段，智能冷却系统温度较高;在行驶阶段，相比传统冷却系统，智能冷却系统的温度变化更为平稳，表明智能冷却系统能更稳定地为发动机散热提供支持，而传统冷却系统往往由于部件间的性能瓶颈，造成整体性能下降。

结语

本文介绍了汽车发动机智能冷却系统的系统结构以及相关的关键技术，并对电子风扇、电子水泵等的控制策略进行了分析，对相关的模糊控制流程进行了说明，通过仿真实验证明了智能冷却系统在发动机降温的稳定性上比传统冷却系统好。

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（作者单位：安徽江淮汽车集团股份有限公司）