汽车电子风扇转速控制探究

邓彦波

摘  要：本文在热管理系统冷却传热理论的基础上，与有关实验、数据以及计算流动体力学仿真技术相结合，将车速、发动机转速、环境温度以及汽车散热器作为输入，将汽车电子风扇作为可控制的输出函数，举例说明不同状况下所需要的不同转速值，并通过C/C++语言对汽车电子风扇的无极调控程序进行编写，对发动机水温进行有效地控制，最终实现汽车电子风扇智能化冷却控制，达到节能减排的效果。

关键词：汽车电子风扇  转速  控制研究

随着科学技术的不断发展，近年来汽车行业也取得了巨大的进步，车辆热管理系统是汽车管理系统的重要组成部分，它的智能化、集成化、电热化也必定是未来汽车管理系统的发展目标[1]。汽车热管理系统的关键部位便是汽车电子风扇，它控制和组织着舱内空气的流通，电子风扇转速的大小直接对散热所需的冷却风量产生影响。热管理系统的电热化和智能化需要汽车电子风扇的驱动由机械化向智能化的转变，控制信号可以对汽车电子风扇进行调节，达到控制热管理系统的效果，大大提升了汽车的驾驶舒适度。

本文以某型客车为例，通过发动机传热学说研究了热管理系统的传热方法，在发动机舱热平衡条件下与相应的实验建立输入为车速、发动机转速、温度、散热器进水温度，输出为冷却风扇的控制函数。通过该函数确定发动机温度，达到节能减排的效果。

1  汽车电子风扇转速控制函数的建立方法

水循環和冷却风道是发电机热管理系统的两个组成部分，同时它们也是将传热冷却的两种基本方法，散热器是它们的交汇点。在水泵的驱动下冷却水会被强制循环流动，并从发动机的缸套、缸盖及门座等受热部件经过后吸热，温度升高，随后流经散热器时将热量释放，温度降低;然后再次回到水泵出口，这样冷却水循环回路便形成了，经过冷却的空气可以进入发动机舱，通过风扇散发到外界。以上便是空气冷却风道原理。

通过热管理系统冷却热传播理论可知，将散热器的标准散热率作为核心，便可分别从水循环和冷却风道这两条热路径推导出其计算公式。理论来讲这两种方法的散热率相同，根据这一关系便可通过已知量求出与冷却风扇相符的关键未知量。

综上所述，散热器的实际散热率、冷却水流量和迎面风速有很大的联系。深入研究可知冷却水流量受水泵影响较大。而水泵通过曲轴与发动机连接，所以可以推导出水流量同发动机存在函数关系。迎面风速会受到风扇速度、车速、发动机零部件的影响，在一定条件下它们之间存在一个三元关系。这样便可以建立一个控制函数组。

2  建立电子风扇转速控制函数

以某客车为例，结合有关实验、数据资料，建立风扇转速控制函数

2.1 发热量与发动机转速函数

依据汽车发热量与转速之间的数据关系，可知当发动机转速在0～400r/min之内，发动机转速和发动机热量成四次方关系。通过函数公式可知相关系数为0.991，发热量与发动机之间的函数关系式为：

2.2 散热器标准散热量的换算函数

该公式中水侧标准散热功率为Qn，冷却系统应散发的散热量为Qr，散热器的进水温度为Tw，环境温度为Ta。Tw-ta表示液体与气体之间的温差，对着散热器散热功率产生影响。数值越大则散热功率越大，水温下降也就越快。

2.3 散热器标准散热量与水流量、迎面风速的函数

当我们将散热器的结构和形式确定，那么冷却水流量和迎面风速便能确定标准散热功率。

2.4 水流量与发动机转速的关系

通过以上分析可知水泵与水流量之间的关系，并且我们知道发动机曲轴直接驱动着水泵，水泵转速与发动机转速相同，当转速的范围保持在0～4000/min，那么发动机转速与水流量便呈线性关系，根据相关数据便可列出函数表达式：

3  汽车电子风扇无极调速控制程序

电子风扇无极调速的核心程序便是不同状况下所需要的冷却风扇转速，并通过冷却风扇转速从热管理系统的角度，使用C++语言对程序进行编写，编写范围包括散热器热量函数计算、散热器迎面风速计算、冷却风扇转速计算函数等。

4  结语

在热管理系统冷却传热的基础下进行分析，并将研究对象作为冷却风扇，与相关数据结合，最终便可以建立一个输出为车速、散热器进水温度、环境温度、发动机转速，输入为热管理系统的函数组。该函数组队计算车型在各种情况下通过不同挡位进行行驶时冷却风扇所需的转速值，证明了转速控制函数对研究的作用。在冷却风扇的无极调速控制策略可以使用C/C++语言对程序进行编写，控制水温的同时提高了燃油经济性，有利于节能减排。

参考文献

[1] 王嘉炜，买靖东，张佳卉.热管理技术在未来车辆发展中的应用展望[J].车辆与动力技术，2016（1）：60-63.

[2] 吕锋.商用车冷却模块匹配设计方法研究[D].浙江大学，2011.

[3] 张毅，陆国栋，俞小莉，等.商用车多风扇冷却模块匹配研究[J].汽车工程，2014，36（5）：552-555，565.