基于发动机电动冷却风扇智能控制的研究

于德昌侯彦彪黄涛季国宏

摘要：发动机电动冷却风扇的智能控制可通过实时监测发动机温度、车速和环境温度等参数，智能调节风扇转速，从而提高发动机冷却效率，减少能源浪费和排放。引入先进的温度感知技术，系统能够实时监测发动机温度，并精准调控风扇转速，确保发动机在最佳工作温度范围内运行。本文对发动机电动冷却风扇智能控制的研究进行了深入分析，并结合了先进的人工智能算法，实现了更加精准的温度预测和响应速度。关键词：发动机；电动冷却风扇；智能控制

前言：在智能控制领域，发动机电动冷却风扇的研究日益受到关注。为了进一步提升系统性能，我们引入了先进的神经网络算法，通过学习大量实时数据，风扇的智能控制更趋于自适应和高效。通过对发动机温度、车速和环境温度等参数的实时监测，智能控制系统可以精准调控冷却风扇的转速，确保发动机在各种工况下都能处于最佳的工作状态。而引入先进的人工智能算法，则使得系统对发动机温度的预测更加准确，响应速度更快，从而进一步提高了整车的性能和能效。

一、冷却系统调节的重要性

在设计冷却系统时，首要任务是确保系统不会过度升温。通常情况下，采用智能控制算法，系统能够及时感知到发动机温度的微小波动，进而快速做出冷却风扇转速的调整。当系统开始部分负荷增加时，必须采取适当的调整措施，以避免系统过度冷却。通过对发动机负荷特性的研究，当发动机的负荷逐渐增加时，可能会导致冷却水的供应不足；相反，这可能导致冷却气体的过量。由于负荷的增加和减少，空气量的变动幅度大约是60%。由于发动机负荷的变化，冷却气量的预期变化范围也因此需要智能控制系统更为灵活地根据负荷变化来动态调整冷却气体的流量。在高负荷运行时，系统应确保足够的冷却水流过发动机，以维持稳定的温度；而在负荷减小时，则需适时减少冷却气体的供应，防止过度冷却。

二、冷却系统调节的主要途径

（一）对冷却风量的调节

可以通过改变叶片的角度和形状来控制风扇的气流输出。随着叶片角度的调整，风扇可以提供不同强度和方向的气流，从而实现对发动机的冷却效果的调节。此外，还可以通过调整散热器的换热面积来控制冷却系统的散热效率。通过改变散热器的设计或使用可调节的散热器片，可以调节换热面积，从而影响冷却液与外部空气之间的换热速率。这些调节手段的灵活运用，使得冷却系统能够根据不同工况下的需要进行精准调节，从而保障发动机的稳定运行和高效工作。当发动机处于稳定工作状态时，风扇的转速会增加，这会导致单位时间内散热量的增加，从而降低冷却液的温度；当风扇的转速下降时，冷却系统的散热效果会减弱，导致冷却液的温度上升。

（二）对冷却水的流量的调控

调整冷却水的流量是确保发动机正常运行的重要环节。通过改变水泵的工作状态和调整管道的阀门开度，可以实现冷却水在冷却系统中的精准流动控制。在高温环境下，增加冷却水的流量有助于提高冷却效果，有效降低发动机温度，确保其处于安全工作范围。而在低温环境下，适当减小流量则有助于加快发动机升温，提高燃烧效率。通过对冷却水流量的智能调节，冷却系统能够灵活应对各种工况，保障发动机的稳定性和长期可靠性。在节温器中，常见的类型包括波纹筒型、注蜡型以及双金属三大类。现阶段，注蜡型节温器在国内外和轿车中得到了广泛的应用。尽管这是一种传统的机械构造，但其技术已经相当成熟，并且操作简便可靠。

（三）换热面积和冷却风扇的叶片

冷却系统的换热面积和冷却风扇的叶片设计直接影响着发动机的散热效果。合理的换热面积能够增加与周围介质的热交换，提高散热效率，确保发动机长时间高效运转。而冷却风扇的叶片设计则需要考虑到空气流动的方向和速度，以及叶片的形状和密度，从而在保证足够散热的前提下，尽量减小能量损失和噪音产生。通过优化换热面积和冷却风扇的设计，可以实现冷却系统的最佳性能，保障发动机在各种工况下的稳定运行。

三、发动机电动冷却风扇智能控制设计

（一）冷却系统

（1）原理

冷却系统利用散热器将循环的冷却液冷却后再次送回发动机，完成对发动机温度的调节。而发动机电动冷却风扇则作为辅助控制装置，根据发动机温度和工作状态智能调节风扇转速，提供额外的冷却效果。通过与节温器和水泵的联动，整个冷却系统形成了高效的协同作用，确保发动机在各种工况下都能稳定运行。当机体内的冷却液达到一定温度时，发动机电动冷却风扇将启动，并根据传感器实时监测的数据进行调节。风扇转速的智能控制，使得冷却系统能够快速响应发动机的工作状态变化，有效地降低了发动机运行过程中的温度波动。

（2）冷却系统的组成

冷却系统是由散热器、水泵、节温器和冷却风扇组成的复杂系统。而在这一系统中，冷却风扇扮演着至关重要的角色。它不仅仅是简单的机械装置，更是一项精密的智能控制装置。通过对发动机温度的实时监测和智能调节，冷却风扇能够在发动机运行过程中保持恰到好处的温度，确保发动机处于最佳工作状态。在传统的冷却系统中，风扇转速往往是固定的，无法根据具体情况做出灵活调整。而现代冷却系统的智能化设计，使得风扇能够根据发动机的实际工作状态进行动态调节，从而最大程度地提升了冷却效率。另外，与传统控制系统相比，智能冷却系统的智能化设计还在于其对能源的高效利用。通过先进的传感器技术和智能算法，冷却风扇能够精准感知发动机的热量变化，实现实时调整。

（二）关于电动风扇控制单元的硬件设计方案

该系统采用了一种分离式的控制策略，即从发动机内部进行独立分离。风扇的驱动是由外部的电子控制单元来实现的。从控制策略方面，选用了以目标水温和空调压力为核心的冷却风扇，可以实现风扇的多级调节，这包括速度从低速到高速，类似于家用电风扇的快到慢的切换。风扇的电机是由微型计算机控制的，这使得其硬件电路设计相对简洁。只需使用很少的芯片，就能实现多种功能，这使得其易于普及，维护起来也相对简单，并且其设计相对稳定可靠。

（三）电子控制冷却风扇的软件系统设计

发动机上该电子控制单元采用了基于实时温度和压力数据的智能控制算法，通过对传感器数据的实时监测和分析，可以快速响应发动机工作状态的变化。软件系统采用了模糊逻辑控制和PID控制相结合的方式，以确保风扇转速在不同工况下能够及时调整，保持最佳的冷却效果。传感器的温度报告已被控制器接收。当温度升至预设值，例如温度达到108°C，ECU将开始以较低的速度运行。当温度升至115°C时，开始进入高速状态。无论风扇是以高速度还是低速度开启，都需要等待温度下降至90°C后，ECU将逐渐降低风扇速度以避免过度冷却。这种智能调节保证了发动机在各种工况下的稳定性和效率。当压力超过预设值，特别是当压力超过1 MPa时，ECU会以较低的速度开启；而当压力超过1.4 MPa时，ECU则以较高的速度开启。这两个通道遵循信号先到先得的规则，满足开启条件的通道将立即启动风扇。

四、结论

研究和开发风扇在不同压力下的运行速度变化，与温度控制相辅相成，为系统提供了全面的冷却保障。这种智能调节系统不仅保证了发动机的稳定性和效率，也延长了关键部件的使用寿命。此外，通过对压力和温度的精准监测和控制，系统可以在各种极端工况下保持稳定性，确保发动机始终处于最佳状态。采用风扇智能控制的理论和方法，对电动风扇的控制单元进行了硬件和软件的综合设计，并成功开发出发动机电动冷却风 扇智能控制系统。

参考文献：

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