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汽车发动机冷却系统的智能控制


设计!研究

汽车发动机冷却系统的智能控制
翟 丽,郭新民 !’%"%)) (山东农业大学工程技术学院,山东 泰安

摘要:介绍了单片机在汽车发动机智能控制冷却系统中的应用,并阐述了智能控制的工作原理。给出了单片 机的系统电路原理以及各组成部分的电路图。 关键词:单片机;智能控制;发动机;冷却系统 中图分类号:*+$+, %() 文献标识码:文章编号: (!""%) %""( # )$(& "% # ""%+ # "!

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概述 目前,传统的节温器、保温帘和冷却风扇仍广

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系统组成 该系统由电控冷却风扇、电控节温器、电控导

泛应用于国产汽车发动机的冷却系统。传统的节温 器控制冷却液大小循环的路线,节流损失大,工作 不可靠,工作效率低,不能根据发动机的散热要求 准确地调节冷却系统的散热能力;传统的保温帘是 人为控制散热器的通风量;传统的冷却风扇由发动 机的曲轴驱动,其冷却能力只能随发动机的转速的 变化而变化,不能满足实际散热要求。而且三者的 动作互不联系,工作效率低,燃油浪费率高,不适 应现代汽车技术的发展。针对上述提出的汽车发动 机冷却系统的弊端,从灵敏性、可靠性、以及发动 机的动力性和经济性考虑出发,应使节温器、保温 帘和冷却风扇实现多元联合控制,即将传统的冷却 风扇改为电控冷却风扇;将传统的节温器改为电控 节温 器;增 设 电 控 导 风 板;实 现 上 述 三 者 联 合 控 制,即 冷 却 系 统 的 智 能 控 制。它 可 以 根 据 行 车 速 度、大气环境温度、发动机冷却水温度的变化对冷 却系统的冷却能力进行自动控制,以实现发动机快 速预热,大量减少发动机的传热损失和功率损失。 " 冷却系统的智能控制系统 由于汽车运行过程中产生强烈的振动、热辐射 和电磁干扰,因此对该系统电路有特殊要求: ! 电 路要有较高的抗振动能力,以适应不同路况、车况 的要求。提高系统整体的可靠性和稳定性。 " 电路 应采取有效的防护隔离措施,以提高其抗干扰能力。
收稿日期:!""" # "$ # %& 作者简介:翟

风板、微控制机构组成。电控冷却风扇由电动机驱 动;电控节温器利用电加热引起双金属片变形,由 双金属片变形带动节温阀旋转运动,来改变大小循 环;电控导风板由双向电动机通过传动机构使之打 开或关闭;微控制机构是利用 )&BQ% 开发的单片机 控制系统。 "#" 单片机控制系统工作原理 由温度传感器感受发动机水温的变化,同时把 温度信号转变为同其成反比关系的电压模拟信号。 这些信号经过处理(电容器低通滤波、校正和电压 跟随器耦合)送入 - R S 转换器( -SB")"&)中 /T" 信号通道。由 - R S 转换器把采集来的模拟电压信号 转换 为 数 字 信 号 并 读 入 单 片 机 )&BQ%。 单 片 机 )&BQ% 根据不同的输入信号分析处理去控制驱动电 路,实现对节温器继电器、导风板继电器和风扇继 电器的控制。即可实现对发动机冷却能力的智能控 制。 "#$ 单片机智能控制系统电路设计 单片机智能控制系统电路原理图如图 % 所示, 主 要 包 括 微 控 制 器、 电 源 电 路、 信 号 采 样 处 理 电 路、- R S转换器、自动复位电路和控制驱动电路。 采用 15H:; 公司生产的 UBD # Q% 系 列单 片 机 -<)&BQ%,一 种 V Q W 供 电、 +" 脚 封 装、 (! 根 / R 3 线、 XU3D/ 制造技术、布尔操作处理功能 的单片机,可以对信号进行分析、处理计算和 控 微控制器

丽(%&’( # ) ,女,山东农业大学工程技术学院 &) 级研究生,研究方向为节能与测试技术。 《汽车电器》!""% 年第 % 期

万方数据 ? % + ? 

设计!研究

图!

单片机智能控制系统电路原理图

图4

自动复位电路图

制输出。它是本系统的核心。 直流电源 " !# $ 经芯片 %&’()* 转 换,得到 " * $ 稳定直流电压,与直流电源 " !# $ 构成一个二级输出电源。此外外接有滤波作用的电 容器和隔离作用的二极管,从而使输入电压稳定和 输入信号可靠。如图 # 所示。 电源电路

如图 * 所示。

图* 图# 电源电路图

控制驱动电路图

!

系统控制工作过程

信号采样处理电路

采用

负温度系数热敏电阻 &+%,其 温度 值 与 模 拟 电 压 信 号 成 反 比。模拟电压信号经电容器滤 波后送入 ,-%)(). 的 /&) 模拟 信号通道。如图 0 所示。 ,1- 转换器采用 常 见 的 ,-%)().,二 进 制 输 出、逐 次 比较型转换器。本系统温度模 拟量通过通道 /&) 输入 , 1 - 转 换器,再由 , 1 - 转换器输入单 片机。 自动复位电路 当 系 统 运 行 出 现 错 误 时, ,-%)(). 的 23%(中断申请)信号经 # 个与非门和 由运放器构成的电压跟随器的处理得到一高电平信 号,此 信 号 把 三 极 管 基 极 钳 到 高 电 位,三 极 管 导 通,由 &2*** 组成的多谐振荡器开始向单片机发出 复位脉冲,使单片机复位,此时系统会避开错误操 作 而 返 回 到 正 常 状 态。 系 统 恢 复 正 常 状 态 后, &2*** 在 23% 信号的控制下便会停止工作。如图 4 所示。 控制驱动电路 单片机输出的控制信号首先送 入由电容器和电阻构成的延时电路,经过延时处理 后,再送入继电器驱动三极管基极,最后由驱动三 极管控制执行元件用继电器,从而 控 制 执 行 元 件。
图0 信号采样处 理电路图

当发动机预热时(发动机水温 5 ’) 6 ) ,单片 机根据检测来的温度数据处理分析向执行元件发出 控制信号,使其完成如下操作。 ! 7 电控冷却风扇不工作; " 7 电控导风板关闭状态; # 7 电控节温器处于小循环状态。 由于导风板关闭,冷却风扇不工作,以至冷却 空气不能进入散热器;同时节温器处于小循环(加 热电阻丝通电) ,发动机水温上升很快。当水温升 至 ’* 6 ,单片机根据检测来的温度数据处理分析 向执行元件发出控制信号,使电控节温器的加热电 阻丝断电(让其进入大循环控制状态) 。当水温达 到 () 6 时,单片机又发出指令,使电控导风板处 于敞开状态。 此时可充分利用汽车行驶迎面风对散热器的冷 却作用,尽量减少冷却风扇的工作时间。当水温高 达 .* 6 时,单片机经数据分析发出控制指令使电 控冷却风扇工作,而让节温器仍处于大循环状态, 导风板仍处于敞开状态。 这时冷却 系 统 的 冷 却 能 力 最 大,实 现 快 速 降 温。当发动机水温降至 (. 6 时,单片机根据采样 数据分析处理发出控制指令,使执行元件完成以下 操作。 ! 7 电控冷却风扇不工作; " 7 电控导风板处于敞开状态; (下转第 !. 页)
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如果您还在为蓄电池用水犯愁

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(上接第 +* 页) ! 1 电控节温器处于大循环状态。 这样,直到发动机水温返升至 3* R ,电控冷 却风扇又重新工作。 % 结论 这种汽车发动机冷却系统智能控制装置实现了 汽车发动机散热能力控制的智能化,可以精确、自 动地调节冷却液的温度,把发动机的工作温度限制 在最佳阶段,延长发动机的使用寿命,提高发动机 的工作效率,减少发动机的故障率。该控制系统可 根据汽车的行驶速度、发动机的冷却水温来综合控 制冷却系统,从而可达到减少电耗 27 S +,7 、减 少油耗 +,7 的效果。性能稳定,工作可靠,节能潜 力大,具有良好的推广前景。 参考文献:
[+] 白驹珩 1 单片计算机及其应用 [ N] 电子科技大学 1 北京: 出版社, +33#1 6 P 2,1 ["] 董 [!] 阎 辉 1 汽车电子技术与传感器 [ N] 北京理工大 1 北京: 石 1 数学电子技术与基础简明教程 [ N] 高等 1 北京: 学出版社, +33*1 "!! P "*61 教育出版社, +36*1 #!" P #4#1 [#]吴植民 1 汽车构造 [ N] 人民交通出版社, 1 北京: +3641 ""6 P "!#1

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汽车发动机冷却系统的智能控制
作者: 作者单位: 刊名: 英文刊名: 年,卷(期): 被引用次数: 翟丽, 郭新民, ZAI Li, GUO Xin-min 山东农业大学工程技术学院, 汽车电器 AUTO ELECTRIC PARTS 2001(1) 7次

参考文献(4条) 1.吴植民 汽车构造 1986 2.阎石 数学电子技术与基础简明教程 1985 3.董辉 汽车电子技术与传感器 1995 4.白驹珩 单片计算机及其应用 1994

引证文献(7条) 1.郭学勤.刘瑞祥 基于GT-COOL的对发动机冷却系散热能力影响研究[期刊论文]-农业装备与车辆工程 2010(6) 2.邓飞.周伟 汽车发动机冷却系统的模糊控制[期刊论文]-汽车电器 2008(11) 3.韩树.蔡锋.骆清国.张更云 车用发动机冷却系统控制仿真研究综述[期刊论文]-内燃机 2008(5) 4.杨胜兵.邓楚南 42 V电控发动机冷却系统的研究[期刊论文]-湖北汽车工业学院学报 2007(1) 5.蒋开正 汽车发动机冷却系统的模糊控制[期刊论文]-四川职业技术学院学报 2006(3) 6.孟建.郭新民.傅旭光.刘永进 工程机械发动机及液压系统的冷却系统的智能控制[期刊论文]-山东内燃机 2005(1) 7.蔡伟义.李贵炎 电控发动机微机控制故障模拟系统的研制[期刊论文]-南京林业大学学报(自然科学版) 2002(3)

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