鄧彥波

摘? 要：本文在熱管理系統(tǒng)冷卻傳熱理論的基礎(chǔ)上，與有關(guān)實(shí)驗(yàn)、數(shù)據(jù)以及計(jì)算流動(dòng)體力學(xué)仿真技術(shù)相結(jié)合，將車速、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、環(huán)境溫度以及汽車散熱器作為輸入，將汽車電子風(fēng)扇作為可控制的輸出函數(shù)，舉例說明不同狀況下所需要的不同轉(zhuǎn)速值，并通過C/C++語言對(duì)汽車電子風(fēng)扇的無極調(diào)控程序進(jìn)行編寫，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)水溫進(jìn)行有效地控制，最終實(shí)現(xiàn)汽車電子風(fēng)扇智能化冷卻控制，達(dá)到節(jié)能減排的效果。

關(guān)鍵詞：汽車電子風(fēng)扇? 轉(zhuǎn)速? 控制研究

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，近年來汽車行業(yè)也取得了巨大的進(jìn)步，車輛熱管理系統(tǒng)是汽車管理系統(tǒng)的重要組成部分，它的智能化、集成化、電熱化也必定是未來汽車管理系統(tǒng)的發(fā)展目標(biāo)[1]。汽車熱管理系統(tǒng)的關(guān)鍵部位便是汽車電子風(fēng)扇，它控制和組織著艙內(nèi)空氣的流通，電子風(fēng)扇轉(zhuǎn)速的大小直接對(duì)散熱所需的冷卻風(fēng)量產(chǎn)生影響。熱管理系統(tǒng)的電熱化和智能化需要汽車電子風(fēng)扇的驅(qū)動(dòng)由機(jī)械化向智能化的轉(zhuǎn)變，控制信號(hào)可以對(duì)汽車電子風(fēng)扇進(jìn)行調(diào)節(jié)，達(dá)到控制熱管理系統(tǒng)的效果，大大提升了汽車的駕駛舒適度。

本文以某型客車為例，通過發(fā)動(dòng)機(jī)傳熱學(xué)說研究了熱管理系統(tǒng)的傳熱方法，在發(fā)動(dòng)機(jī)艙熱平衡條件下與相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)建立輸入為車速、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、溫度、散熱器進(jìn)水溫度，輸出為冷卻風(fēng)扇的控制函數(shù)。通過該函數(shù)確定發(fā)動(dòng)機(jī)溫度，達(dá)到節(jié)能減排的效果。

1? 汽車電子風(fēng)扇轉(zhuǎn)速控制函數(shù)的建立方法

水循環(huán)和冷卻風(fēng)道是發(fā)電機(jī)熱管理系統(tǒng)的兩個(gè)組成部分，同時(shí)它們也是將傳熱冷卻的兩種基本方法，散熱器是它們的交匯點(diǎn)。在水泵的驅(qū)動(dòng)下冷卻水會(huì)被強(qiáng)制循環(huán)流動(dòng)，并從發(fā)動(dòng)機(jī)的缸套、缸蓋及門座等受熱部件經(jīng)過后吸熱，溫度升高，隨后流經(jīng)散熱器時(shí)將熱量釋放，溫度降低;然后再次回到水泵出口，這樣冷卻水循環(huán)回路便形成了，經(jīng)過冷卻的空氣可以進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)艙，通過風(fēng)扇散發(fā)到外界。以上便是空氣冷卻風(fēng)道原理。

通過熱管理系統(tǒng)冷卻熱傳播理論可知，將散熱器的標(biāo)準(zhǔn)散熱率作為核心，便可分別從水循環(huán)和冷卻風(fēng)道這兩條熱路徑推導(dǎo)出其計(jì)算公式。理論來講這兩種方法的散熱率相同，根據(jù)這一關(guān)系便可通過已知量求出與冷卻風(fēng)扇相符的關(guān)鍵未知量。

綜上所述，散熱器的實(shí)際散熱率、冷卻水流量和迎面風(fēng)速有很大的聯(lián)系。深入研究可知冷卻水流量受水泵影響較大。而水泵通過曲軸與發(fā)動(dòng)機(jī)連接，所以可以推導(dǎo)出水流量同發(fā)動(dòng)機(jī)存在函數(shù)關(guān)系。迎面風(fēng)速會(huì)受到風(fēng)扇速度、車速、發(fā)動(dòng)機(jī)零部件的影響，在一定條件下它們之間存在一個(gè)三元關(guān)系。這樣便可以建立一個(gè)控制函數(shù)組。

2? 建立電子風(fēng)扇轉(zhuǎn)速控制函數(shù)

以某客車為例，結(jié)合有關(guān)實(shí)驗(yàn)、數(shù)據(jù)資料，建立風(fēng)扇轉(zhuǎn)速控制函數(shù)

2.1 發(fā)熱量與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速函數(shù)

依據(jù)汽車發(fā)熱量與轉(zhuǎn)速之間的數(shù)據(jù)關(guān)系，可知當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速在0～400r/min之內(nèi)，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和發(fā)動(dòng)機(jī)熱量成四次方關(guān)系。通過函數(shù)公式可知相關(guān)系數(shù)為0.991，發(fā)熱量與發(fā)動(dòng)機(jī)之間的函數(shù)關(guān)系式為：

2.2 散熱器標(biāo)準(zhǔn)散熱量的換算函數(shù)

該公式中水側(cè)標(biāo)準(zhǔn)散熱功率為Qn，冷卻系統(tǒng)應(yīng)散發(fā)的散熱量為Qr，散熱器的進(jìn)水溫度為Tw，環(huán)境溫度為Ta。Tw-ta表示液體與氣體之間的溫差，對(duì)著散熱器散熱功率產(chǎn)生影響。數(shù)值越大則散熱功率越大，水溫下降也就越快。

2.3 散熱器標(biāo)準(zhǔn)散熱量與水流量、迎面風(fēng)速的函數(shù)

當(dāng)我們將散熱器的結(jié)構(gòu)和形式確定，那么冷卻水流量和迎面風(fēng)速便能確定標(biāo)準(zhǔn)散熱功率。

2.4 水流量與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的關(guān)系

通過以上分析可知水泵與水流量之間的關(guān)系，并且我們知道發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸直接驅(qū)動(dòng)著水泵，水泵轉(zhuǎn)速與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速相同，當(dāng)轉(zhuǎn)速的范圍保持在0～4000/min，那么發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與水流量便呈線性關(guān)系，根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)便可列出函數(shù)表達(dá)式：

3? 汽車電子風(fēng)扇無極調(diào)速控制程序

電子風(fēng)扇無極調(diào)速的核心程序便是不同狀況下所需要的冷卻風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，并通過冷卻風(fēng)扇轉(zhuǎn)速從熱管理系統(tǒng)的角度，使用C++語言對(duì)程序進(jìn)行編寫，編寫范圍包括散熱器熱量函數(shù)計(jì)算、散熱器迎面風(fēng)速計(jì)算、冷卻風(fēng)扇轉(zhuǎn)速計(jì)算函數(shù)等。

4? 結(jié)語

在熱管理系統(tǒng)冷卻傳熱的基礎(chǔ)下進(jìn)行分析，并將研究對(duì)象作為冷卻風(fēng)扇，與相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)合，最終便可以建立一個(gè)輸出為車速、散熱器進(jìn)水溫度、環(huán)境溫度、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，輸入為熱管理系統(tǒng)的函數(shù)組。該函數(shù)組隊(duì)計(jì)算車型在各種情況下通過不同擋位進(jìn)行行駛時(shí)冷卻風(fēng)扇所需的轉(zhuǎn)速值，證明了轉(zhuǎn)速控制函數(shù)對(duì)研究的作用。在冷卻風(fēng)扇的無極調(diào)速控制策略可以使用C/C++語言對(duì)程序進(jìn)行編寫，控制水溫的同時(shí)提高了燃油經(jīng)濟(jì)性，有利于節(jié)能減排。

參考文獻(xiàn)

[1] 王嘉煒，買靖東，張佳卉.熱管理技術(shù)在未來車輛發(fā)展中的應(yīng)用展望[J].車輛與動(dòng)力技術(shù)，2016（1）：60-63.

[2] 呂鋒.商用車?yán)鋮s模塊匹配設(shè)計(jì)方法研究[D].浙江大學(xué)，2011.

[3] 張毅，陸國(guó)棟，俞小莉，等.商用車多風(fēng)扇冷卻模塊匹配研究[J].汽車工程，2014，36（5）：552-555，565.