馬磊

摘要：發(fā)動機是汽車的重要構件，是汽車運行的關鍵動力。隨著冷卻系統(tǒng)對發(fā)動機性能的影響日益顯著，汽車冷卻系統(tǒng)關鍵零部件的熱負荷及其可靠性研究已成為國內外研究的熱點。發(fā)動機冷卻系統(tǒng)作為汽車的重要系統(tǒng)之一，工作效率的高低直接影響著汽車的使用壽命。已有的發(fā)動機冷卻系統(tǒng)只是簡單顯示冷卻液溫度的高低，冷卻系統(tǒng)中的具體故障信息卻無法及時發(fā)現(xiàn)，造成冷卻系統(tǒng)過早結束服役。本文主要對汽車發(fā)動機冷卻系統(tǒng)智能控制的相關技術進行了介紹。

關鍵詞：汽車發(fā)動機;冷卻系統(tǒng);智能控制技術

引言

現(xiàn)代的汽車發(fā)動機冷卻系統(tǒng)的發(fā)展極其的迅速，而發(fā)展方向也逐漸趨向于智能化，精確化。但是就目前我國的汽車發(fā)動機冷卻系統(tǒng)的現(xiàn)狀來看，我國的汽車發(fā)動機冷卻系統(tǒng)的發(fā)展還有很長的路要走，特別是結合現(xiàn)代高端科技這一領域。而就目前我國的經(jīng)濟來看，只要我們可以選對方向，就可以促進汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。所以關于汽車發(fā)動機智能化冷卻控制系統(tǒng)的研究，我們勢在必行。

1發(fā)動機冷卻控制系統(tǒng)的構成

汽車發(fā)動機在正常工作狀態(tài)下，燃料燃燒產(chǎn)生的氣體溫度高達2000℃，直接接觸高溫氣體的汽車部件，如氣門、活塞以及汽缸壁和汽缸蓋等，溫度也會增高，為了保證其不至于膨脹變形而影響到正常的工作，必須對其進行冷卻，即采用冷卻控制系統(tǒng)，現(xiàn)代汽車冷卻系統(tǒng)以水冷卻為主，目前應用的最普遍的是強制循環(huán)式冷卻系統(tǒng)，具備可靠、強度易調節(jié)、效率高等優(yōu)點。發(fā)動機冷卻控制系統(tǒng)的主體結構分為水泵、風扇、散熱器和節(jié)溫器四部分，此外還包括水套、百葉窗、分水管等，在工作狀態(tài)下，水泵會吸入散熱器中的水，加壓后經(jīng)分水管流入氣缸水套中，冷卻氣缸后，形成的冷卻水會進入到汽缸蓋水套中，將汽缸蓋中的熱量帶走，最后再返回散熱器。

2汽車發(fā)動機冷卻系統(tǒng)智能控制技術

汽車發(fā)動機的工作主要包括3個階段：起動暖機階段、行駛階段以及后冷卻階段。起動暖機階段指在汽車發(fā)動機起動后，發(fā)動機機內冷卻液由較低溫度上升為正常的發(fā)動機運行溫度的階段。該階段是汽車發(fā)動機零部件磨損最嚴重的階段，縮短暖機時間成為發(fā)動機冷卻技術的關鍵。行駛階段為汽車發(fā)動機正常工作階段，在該階段，發(fā)動機冷卻系統(tǒng)處于穩(wěn)定循環(huán)狀態(tài)，因此不做為主要研究對象。后冷卻階段指發(fā)動機停機后，由于發(fā)動機自身的特點，需要冷卻系統(tǒng)持續(xù)為其冷卻，避免因局部過熱造成發(fā)動機的穩(wěn)定性和可靠性降低。通常的解決辦法是利用電子風扇持續(xù)為發(fā)動機降溫。汽車發(fā)動機智能冷卻系統(tǒng)控制策略如圖1所示。

汽車發(fā)動機智能冷卻系統(tǒng)控制策略所涵蓋的關鍵技術包括電子節(jié)溫器的模糊控制、電子風扇與電子水泵的MAP+模糊控制等。

2.1電子節(jié)溫器的模糊控制

所謂模糊控制理論指的是通過構建模糊集及模糊邏輯，建立隸屬函數(shù)間的相互關系，實現(xiàn)對目標對象的控制。該理論主要解決不確定性特征的目標對象的控制問題，模糊控制的原理如圖2所示。

模糊控制的工作步驟如下：

1）根據(jù)部件輸入?yún)?shù)確定目標值，通過A/D轉換器將采集的信號進行轉換，將目標值與轉換后的值相減，從而得出系統(tǒng)誤差e;

2）通過微分計算系統(tǒng)誤差的變化率de/dt，通常采取一個周期的變化表示△e。

3）構建隸屬函數(shù)，將誤差e和誤差變化率按照某種規(guī)律劃分為不同的模糊子集，得到模糊量E和△E;

4）根據(jù)實際的汽車發(fā)動機智能冷卻系統(tǒng)工作流程建立相關規(guī)則，通過行為模擬的方式完成目標對象的控制;

5）對模糊量E和△E所屬區(qū)間進行判斷，根據(jù)

4）所定義的模糊規(guī)則進行模糊推理，得出控制量U;

6）對模糊控制量U完成去模糊操作，得出精確的控制量u。

以發(fā)動機缸蓋出口處的冷卻液溫度與預測溫度差作為電子節(jié)溫器模糊控制器的輸入量，以上述步驟計算所得出的電子節(jié)溫器開度增量u作為輸出量，完成對冷卻系統(tǒng)大小循環(huán)流量的分配。在控制過程中，電子節(jié)溫器需遵循如下規(guī)則：

1）若冷卻液實際溫度超高（遠大于目標值），并且上升速率較高（處于暖機狀態(tài)），則較大幅度增加電子節(jié)溫器的開度;

2）若冷卻液實際溫度稍高（距離目標值不大），并且上升速率較低（處于正常行駛狀態(tài)），則保持電子節(jié)溫器的開度基本不變;

3）若冷卻液實際溫度較低（遠小于目標值），并且下降速率較高（處于后冷卻控制狀態(tài)），則較小幅度減小電子節(jié)溫器的開度。

2.2電子風扇與電子水泵聯(lián)合的MAP+模糊控制

當汽車發(fā)動機處于暖機或正常行駛狀態(tài)時，電子風扇與電子水泵即進入工作狀態(tài)，該時刻執(zhí)行MAP+模糊控制的聯(lián)合控制模式，控制流程如圖3所示。

在聯(lián)合控制過程中，融合了MAP模糊查詢以及模糊控制等2種控制策略，通過動態(tài)的匹配方式尋求電子風扇及電子水泵的最優(yōu)組合解，并以各自的最優(yōu)解作為模糊控制策略的輸入進行控制調節(jié)，完成對目標對象的控制。

3仿真實驗

仿真實驗是通過仿真手段對不同的控制技術進行性能分析，主要包括起動暖機階段和后冷卻階段對智能控制策略進行模擬，并與傳統(tǒng)的蠟式冷卻模式進行對比，也就是將采用電子節(jié)溫器和電子水泵的智能冷卻模式與采用傳統(tǒng)蠟式節(jié)溫器和機械水泵的傳統(tǒng)冷卻模式進行對比。實驗條件如表1所示。

利用表1所示的實驗參數(shù)進行智能控制策略的模擬，并在汽車行駛的不同階段，將智能冷卻系統(tǒng)控制模式與傳統(tǒng)冷卻系統(tǒng)控制模式進行對比，按照汽車發(fā)動機不同階段的運行情況對發(fā)動機進口、出口的冷卻液溫度進行檢測，實驗結果如圖4所示。

從圖4可以看出，在起動暖機階段，智能冷卻系統(tǒng)溫度較高;在行駛階段，相比傳統(tǒng)冷卻系統(tǒng)，智能冷卻系統(tǒng)的溫度變化更為平穩(wěn)，表明智能冷卻系統(tǒng)能更穩(wěn)定地為發(fā)動機散熱提供支持，而傳統(tǒng)冷卻系統(tǒng)往往由于部件間的性能瓶頸，造成整體性能下降。

結語

本文介紹了汽車發(fā)動機智能冷卻系統(tǒng)的系統(tǒng)結構以及相關的關鍵技術，并對電子風扇、電子水泵等的控制策略進行了分析，對相關的模糊控制流程進行了說明，通過仿真實驗證明了智能冷卻系統(tǒng)在發(fā)動機降溫的穩(wěn)定性上比傳統(tǒng)冷卻系統(tǒng)好。

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（作者單位：安徽江淮汽車集團股份有限公司）