汽車電動風(fēng)扇電控單元設(shè)計

符方雄

（廣東省中山市公共交通運輸集團有限公司，廣東 中山 528436）

汽車電動風(fēng)扇是汽車發(fā)動機的重要組成部分，電動風(fēng)扇是目前冷卻設(shè)計中最為常用的方案之一，一般風(fēng)扇冷卻系統(tǒng)通常由發(fā)動機通過皮帶輪直接驅(qū)動，風(fēng)扇轉(zhuǎn)速和發(fā)動機轉(zhuǎn)速是一致的。電動風(fēng)扇利用高速流動的空氣直接吹過氣缸蓋和氣缸體外表面，把熱量散到大氣中去，保證發(fā)動機在最有利的范圍內(nèi)工作。

1 電動風(fēng)扇的控制需求和策略

設(shè)計汽車電控冷卻風(fēng)扇時，要求冷卻系統(tǒng)冷卻能力要強，能在規(guī)定的時間內(nèi)排除系統(tǒng)內(nèi)部空氣；設(shè)計冷卻系統(tǒng)時，應(yīng)留有膨脹空間；冷卻系統(tǒng)初次加注量應(yīng)滿足要求；發(fā)動機高怠速運轉(zhuǎn)時，冷卻液加注蓋或散熱器打開，水泵進口處應(yīng)為正壓；冷卻系統(tǒng)缺水量應(yīng)滿足發(fā)動機安裝推薦要求；冷卻系統(tǒng)設(shè)有冷卻液溫度報警裝置。

電動冷卻風(fēng)扇總體控制策略，如圖1所示。溫度傳感器將發(fā)動機水溫變化以電壓模擬信號的形式，并經(jīng)濾波校正后送入模數(shù)（A／D）轉(zhuǎn)換器。A／D轉(zhuǎn)換器將該模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后送入單片機（AT89C51），AT89C51進行信號分析處理，通過控制節(jié)溫器、導(dǎo)風(fēng)板和電動扇的工作，實現(xiàn)電動冷卻風(fēng)扇控制。

圖1 電動風(fēng)扇控制關(guān)系

2 電動風(fēng)扇的控制單元硬件設(shè)計

電動風(fēng)扇控制單元包括電源路、信號處理電路、A／D轉(zhuǎn)換器、單片機和控制驅(qū)動電路。選用的單片機為AT89C51，8位單片機，片內(nèi)含4Kbytes的反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器（PEROM）和128 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM）。

電源電路如圖2所示，＋12V直流電源經(jīng)CN7805轉(zhuǎn)換為＋5V的穩(wěn)定直流電壓，并與＋12 V直流電源構(gòu)成二級輸出電源。外接帶濾波功能的電容器和隔離功能的二極管，使輸入電壓穩(wěn)定，并使輸入信號不失真。

圖2 電源電路

信號處理電路如圖3所示，采用負溫度系數(shù)（NTC）的熱敏電阻，模擬電壓信號經(jīng)電容器濾波后送入A／D574的IN0通道。

圖3 信號處理電路

A／D轉(zhuǎn)換器采用十二進制輸出，溫度信號通過通道IN0送入A／D轉(zhuǎn)換器，由A／D轉(zhuǎn)換器送入單片機。A／D574為12位逐次比較型轉(zhuǎn)換器，內(nèi)置混合集成轉(zhuǎn)換顯片，外接元件少、精度高、功耗低，具有自動校零功能。

驅(qū)動電路如圖4所示，輸出信號送入由電阻和電容器構(gòu)成的延時電路處理后，送入驅(qū)動三極管基極，由驅(qū)動三極管控制執(zhí)行元件的繼電器，控制電動風(fēng)扇工作。

3 電控冷卻風(fēng)扇的系統(tǒng)軟件設(shè)計

圖4 控制驅(qū)動電路

電控冷卻風(fēng)扇的系統(tǒng)軟件設(shè)計使用匯編語言編程，在電控風(fēng)扇系統(tǒng)運行時，單片機由電源電路提供電能，信號采樣處理電路采集溫度信號，將溫度信號轉(zhuǎn)化為電壓信號傳送至A／D轉(zhuǎn)換器，經(jīng)A／D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后將信號傳送入AT89C51。AT89C51根據(jù)A／D轉(zhuǎn)換器的輸入信號，進行分析處理后，發(fā)出信號控制驅(qū)動電路，控制電動風(fēng)扇。主程序設(shè)計流程如圖5所示。

圖5 主程序控制流程

4 結(jié)束語

文中表述的電動風(fēng)扇控制系統(tǒng)設(shè)計是通過對汽車發(fā)動機電控冷卻風(fēng)扇系統(tǒng)的設(shè)計，來確定一套發(fā)動機電控冷卻風(fēng)扇系統(tǒng)方案，設(shè)計以轎車為研究對象，進行汽車電動風(fēng)扇機械部分設(shè)計；進行電動風(fēng)扇控制策略研究；進行電動風(fēng)扇控制單元硬件設(shè)計；進行電動風(fēng)扇控制軟件設(shè)計，進行單片機仿真；如條件允許進行控制單元硬件研制。本設(shè)計分析了最新冷卻系統(tǒng)的設(shè)計和工作特性，冷卻系統(tǒng)改進的目標(biāo)是提高發(fā)動機的保護能力、燃油效率及低排放性。

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