基于PWM控制的发动机冷却风扇控制系统

文/戴茜

发动机是汽车系统中的核心部件，其运作效果好坏对车辆动力性和油料排放性有直接影响，因此，有必要设计并运用功能性强的冷却风扇系统，从而在系统正常作用下，控制发动机工作环境温度较低。实际设计冷却风扇系统时，需要考虑车速、气压等因素对工作条件的影响，加大PWM控制技术在冷却系统中的应用，以节约能耗和合理调节发动机温度等目的为主，设计智能化冷却系统。

1 PWM介绍

PWM控制指的是借助半导体开关的关断和导通作用，促使直流电压转变为电压脉冲列，能在控制脉冲宽度及脉冲列周期的基础上，实现冷却风扇系统运行状态的有效控制，避免冷却系统运行过程中受到其他因素影响。PWM控制系统包括控制器和控制对象。冷却风扇控制系统实际运行时，首先设置既定的控制参数期望值，之后对比分析期望值和系统实测值，能进一步分析得出误差信号。

为了保证冷却风扇系统运行性能较好，需要将误差控制在规定范围内，将误差信号和三角波信号导入比较器中，当误差信号相较于三角波信号要大时，表明这时比较器将输出脉冲波。因此，比较器输出的矩形波脉冲宽度受到误差信号影响，两者成线性关系。

当发动机工作环境温度较高时，则传感器实际测量值和期望值间有较大差异，误差信号随之增大，这时脉冲波脉冲宽度有所增加，并且线圈中电流加大，在大电流影响下，液压马达转动效率加大，能通过PWM控制技术的使用，将发动机工作环境温度降低到设定范围内。当温度低于设定值时，会出现误差信号，要想保证冷却系统功能的实现，需要冷却系统处于不工作状态。在冷却系统控制系统中增加监测程序，可实现冷却水温度值和预期值的实时比较，能对系统运行状态进行控制。

2 冷却风扇系统特点分析

基于PWM控制的冷却风扇系统，可提高系统运行性能，为发动机安全运作创造良好条件。PWM信号作用在电机上，通过控制占空比及作用在电机上的电压的大小控制风扇转速，旨在为冷却风扇变频功能的实现提供技术支持。将PWM波作为控制信号，进一步保证风扇电机良好运行。另外，风扇控制器还能起到实时监控电子运行情况的作用，针对风扇电机运行故障采取适当的处理方法。同时将风扇电机故障问题以信号形式及时传递给发动机，使其能根据冷却系统故障状况调节自己的运行状态，保证车辆行驶过程中发动机正常工作。从冷却风扇控制方法和驱动方式来看，其主要体现出以下特点：

（1）风扇具有较好起动、制动性能，可结合发动机运行需求适当调整风扇电机工作状态。

（2）利用PWM控制来调节冷却风扇转速，在PWM信号有效传递下，实现风扇转速动态调整，完成稳速、调速等调节指令。

（3）风扇电机应用计算机设备进行控制，相对来讲硬件电路较简单，简化了系统建设过程，可通过改变运行程序来控制运行状态，能灵活控制冷却风扇系统。

3 发动机冷却风扇控制系统的组成

本文设计的冷却风扇系统主要包括微控制器、传感器、光电隔离电路、功放电路、液压马达以及电液比例阀等部分组成。

3.1 温度传感器

这一器件在冷却风扇系统中有着重要作用，能接收发动机运行过程中的温度信息，进一步为冷却系统的运行控制提供依据。传感器接口方式较简单，可利用一条口线来完成传感器和控制器间的信息交互传递。实际选用温度传感器时，要求其测温范围较大，能适用于不同温度环境下的冷却风扇变频调节。在实际使用时不需要借助外围元件作用，体现出传输距离远、体积小等特点。能在接收温度信号后将其转变成数字信号，表明不需要额外设置转换电路，从而简化系统结构。

3.2 微控制器

在微控制器方面，通常采用嵌入式单片机，具有较大容量，能包含大量片内外资源，在高性能微控制器作用下，能完成PWM信号完整输出。在嵌入式单片机作用下，能利用比较器模块功能，发出相应的控制信号。实际进行冷却风扇系统分析时，需要注重微控制器在系统中的重要地位，结合实际需求选择需要的微控制器型号。

3.3 光电隔离电路

车辆通行过程中，系统内发动机会受到外界因素干扰，要想确保系统功能有效实现，需要提高系统抗外部干扰能力，这时需要合理设计光电隔离电路。在PWM控制信号输出端和比较器输入端间，增设一个光电隔离器，从而形成光电隔离电路。考虑到车辆行驶路况比较复杂，因此，需要合理选择光电隔离器型号，保证温度信号顺利传输，能为冷却风扇系统功能发挥奠定基础。

总的来说，要想利用风扇电机来调整冷却水温度，要做到冷却风扇系统内部各个器件的合理设计，以智能化冷却系统建设为主，利用PWM控制来实现风扇电机速度实时调节，以便利用冷却风扇系统来营造适宜的发动机工作环境。当前，基于PWM控制的冷却风扇系统在车辆发动机稳定运行中发挥着重要作用，设置具体的PWM控制期望值，利用监控系统来比较期望值和传感器测量值间的大小，当传感器测量值超过期望值时，风扇开展工作，进一步降低发动机温度。由于PWM控制方法体现出较好适用性，因此，基于PWM控制的冷却系统建设将是未来发展主要方向。

4 结论

综上所述，汽车发动机安全运行离不开冷却风扇系统的作用，需要注重冷却系统合理设计，使其适用于发动机中。以PWM控制为基础的冷却控制系统，能通过设置PWM波占空比来控制系统运行状态。针对传统冷却风扇系统调速缺陷，本文提出了基于PWM控制的新型冷却系统建设方法，可保证发动机处于良好工作状态下，尽可能降低作业温度，可提高发动机经济性，为汽车安全通行提供保障。