发动机冷却系的智能控制系统研究_图文

1、大连理工大学硕士学位论文发动机冷却系的智能控制系统研究姓名：徐继涛申请学位级别：硕士专业：机械电子工程指导教师：李启堂20061201大连理工大学硕士学位论文摘要由于冷却水温与发动机的许多工作性能有着宣接或间接的关系，如果冷却水温保持在最佳的温度范围内，不仅可以提高发动机的动力性、减少废气的产生、还可以减少燃料消耗量、增强发动机工作平稳性。与此同时，随着汽车电子技术的快速发展，电子燃油喷射（针对燃烧系）、安全气囊和系统（针对安全性）和各种电控自动部件（针对舒适性）的应用技术日益成熟。电子技术已几乎应用到汽车的各个领域。因此，电子技术的发展为智能冷却系统的发展提供了技术保证。传统的发动机冷却系由

2、冷却风扇、循环水泵和节温器等组成。受驱动方式的限制，风扇和水泵转速依赖于发动机的曲轴转速，不能根据发动机的不同工况自动调节。然而汽车的使用条件是千变万化，这样势必造成发动机的冷却不足或者过度冷却，从而对发动机造成过早损害。与此同时，也会造成发动机功率下降，燃油消耗增加。正是在这种情况下，本文介绍了基于改进控制的一套发动机冷却系智能控制系统。系统采用单片机作为微处理芯片，通过负温度系数传感器进行数据采集，经过单片机的内部转换、控制算法，最后通过的输出信号实现对冷却风扇和循环水泵直流电动机的调速，并且具有实时温度显示和故障报警功能。本系统以硬件设计为基础，以单片机的智能控制为核心，同时给出了系统的

3、控制原理图和硬件的电路原理图，对核心控制元件进行了探讨。此外，本文重点阐述了基于单片机的双脉宽调制原理、改进的原理和补偿器原理，以及算法的软件设计；此外，还详细介绍了相关控制系统的仿真模型、参数整定和仿真结果分析。通过仿真实验，得出该控制系统测温准确、反应灵敏，控制精度高，达到了预期的效果。关键词：发动机；冷却系；发动机冷却系的智能控制系统研究戤，他，碱，舔（）酗，、抽，甜；，）删：；独创性说明作者郑重声明：本硕士学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得大连理工大学或者其他

4、单位的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。作者签名：麴查盏日期：乏竺：！：呈大连理大学坝十目：究生学位呛文大连理工大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者及指导教师完全了解“大连理丁大学硕士、博士学位论文版权使用规定”，同意大连理工大学保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连理工大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论文。作者签名堑亟蔓导师签名磁垃年月上日大连理工大学硕士学位论文绪论发动机冷却系统的功能当一辆汽

5、车以的速度行驶时，发动机气缸内每个活塞每分钟要上下运动次，各动动部件因摩擦会产生热量，燃烧室内混合气燃烧后会产生高温高压的燃气（约为（），与高温气体接触的机件（如缸盖、缸套、活塞、气门等）将受热而温升很高。所以必须对气缸加以冷却，否则其中的运动件受热膨胀而破坏了正常配合间隙，导致机械强度降低而损坏、润滑失效而卡死。当然如果冷却过度也会造成气缸充气量减少、燃烧不正常、功率下降、油耗增加及润滑不良等影响。在汽车上建立冷却系的目的是要使发动机保持在适当的温度下工作。目前汽车发动机多采用强制循环水冷系统。发动机气缸盖和气缸体中都有水套。水泵将冷却水从机外吸入加压，使冷水在水套内流动，带走邻近部件的热量

6、。冷却水吸热后自身温度升高，进入车前端的散热器（水箱）内。由于汽车前进和风扇的抽吸，外界冷空气通过散热器，带走散热器内冷却水的热量并送入大气。当散热器中的冷却水得到冷却后，在水泵的作用下，再次进入水套。如此循环不断地冷却了发动机的高温部件。发动机的功率损失为了保证与高温燃气接触的零部件不至于因温度过高而影响正常工作，必须及时将多余的热量散发出去。汽车发动机在工作中，受季节变化、使用状况、负荷等因素的影响，易出现冷却水温偏离正常工作范围的异常现象。在日常使用中，发动机常出现预热缓慢、过热等现象。在冬季，环境温度一般低于，发动机启动后，要经过分钟左右冷却水温才能接近。究其原因，冷却风扇和水泵受驱动

7、方式的限制，只能随发动机的运转一起运转，在起动的开始阶段，水泵工作，循环水迅速带走气缸周围的热量，并通过散热器将热量释放到空气中，造成发动机暖机时间延长。对于城市公交车来讲，经常怠速或低速运行，会使发动机易出现开锅现象。同样的现象也经常出现在货车下坡时。主要原因在于，发动机转速降低或停止运转时，使得冷却风扇的速度降低或停止运行，从而使冷却能力大大降低【。冷却风扇是由发动机直接驱动的。装有风扇的发动机与装有风罩的散热器必须分别用弹性支座圃定在车架上，为了避免车辆在运行中因振动而引起风扇与风罩楣碰，风扇叶片与风罩的径向间隙值至少为，这就极大地降低了风扇的容积效率。再加上风扇机械效率损失较大及液力效

8、率较低，使得风扇总效率仅为左右】。由于风扇发动机冷却系的智能控制系统研究总效率较低，故风扇消耗发动机大量的有效功率约以上。这一数值是十分可观的，但大量试验指出，水冷系只有的时间是需要风扇工作的。而冬季风扇的工作只有的时间是有意义的【】。也有人认为，发动机冷却系统放出的热量占其燃料燃烧总发热量的，其数值与发动机的轴功率基本相同【】发动机的过冷和过热汽车制造厂在设计某一具体车型的冷却系时，是根据该车在某一常用工作状况下而设计的，然而汽车的使用条件干变万化。如在夏季高温、发动机高负荷低转速的条件下，需要加强冷却，防止发动机过热；在寒冷的冬季，机油的黏度明显上升，阻力变大，引擎的冷启动也就变得很困难，

9、这时发动机需要保温；另外，发动机在低负荷高转速的条件下，还需要降低冷却效果。如果发动机得不到充分冷却，即过热，会产生很多不良后果。如：机械强度降低，甚至可能出现热变形，破坏零件之间的配合间隙，引起零件强烈磨损，严重时，还可能发生零件断裂事故。高温也会引起气缸壁机油变质，使之失去润滑性能，甚至结焦。高温还会引起发动机充气系数下降，使其功率降低。另外，气缸套和活塞的最大热负荷受润滑条件的限制，温度超过，就会因机油碳化，使活塞环胶结失去弹性并刮伤缸壁，磨损加剧；轻金属活塞的热应力是受温度制约的，随着温度的增加，铝合金的强度将很快降低，温度达到以上，就不可能保证可靠运转。反之，冷却系统的冷却能力过强，

10、也是非常有害的。发动机过冷，散热损失的热量多，发动机工作的热效率低，功率下降而耗油增加：零件过冷，膨胀量不足，相互之间的配合间隙大，零件在运动过程中相互碰撞，运转噪音增大且加快磨损速度；冷却温度低，会恶化混合气的形成和燃烧，使发动机工作粗暴，增加机油粘度和摩擦功率“。由上述可知，发动机过热和过冷都是不利的，理想的冷却系统，可以使发动机在各种不同环境温度和运转工况下具有最佳的热状态，既不过冷，也不过热；既有良好的动力性和经济性，又有良好的工作可靠性。但理想的永温是多少？现在还没有非常权威的资料。有的资料认为：许多车型的最适宜温度是左右；如果采用闭式冷却系统和采用防冻剂，则可逐步提高到。也有人通过

11、试验分析得出：东风牌机型，其最佳冷却温度大致在左右嘲。冷却系统调节的必要性在冷却系统的设计中，首先着眼于防止系统过热。通常，冷却系统的热平衡设计点是选在发动机的额定功率点。当进入部分负荷或进入冬季工作时，一定要有相应的调节措施，以防止系统过冷。大连理大学硕士学位论文研究发动机的负荷特性可以发现，当发动机负荷增大时，会引起冷却气趣不足；反之，会引起冷却气量过剩。负荷增加与负荷减少所引起的空气量变化范围约为【。进入冬季后，环境温度降垒一垒，发动机冷却水与冷却空气的温差加大，导致冷却空气量严重过翻。设发动机的出水温度为。产，夏季环境温度为。冬季环境气温为。那么，冷却水与环境气温的温差，夏季为，而冬季

12、则为（）。于是，夏季和冬季所需的冷却风量分别是：舻丽耘；丽蠹。丽丽西吼一：丽丽“）（）。两者之比：！巫：盈×垒由气体状态方程町导得；丝：挚毋（式中；瓦：）（）所以，里芝弛×生望！±！堕吼。五如十“上式说明，如果散走相同的燕餐，夏季所需的冷却气置是冬季所需冷却气置的倍。由上所述，发动机负荷变化引起的冷却卒气量盼变化幅度大约为，季节变化引起的冷却气量的变化为，这两种变化所引起的冷却气量的总变化将达劲。照此推算，当保持散热量不变时，若夏季需要的冷却空气为，而冬季时，仅需要左右。显然，如尽采取措施，势必造成冷却系统的风量严重蓬剩，导致系统过冷。冷却系统调节的主要途径现代汽

13、车一般都采崩改变通过散热器的空气量或改变冷却水的流量来控制冷却的效果。一是调节冷却风量。冷却风扇豹转速与风量或正比；两风量与风速威正比例关系。在发动机稳定运行状态。风速与单位时间散热量成正比；丽散热量与冷却液的温度变化僮（即温度差）成正比。因此，通过控制冷却风痨的转速可以控制冷却液的温度。在发动机稳定运行的状态下，风扇转速升高，甲位时间内的散热量增多，会降低冷却液温度；风扇转速降低，单位时问内的散热量减少，会提高冷却液温度。发动机冷却系的智能控制系统研究二是调节冷却水流量。目前调节水温流量主要通过节温器来实现。节温器通常安装在发动机冷却水出口与散热器之间的管段上，其作用是根据冷却水的温度，改变

14、冷却水在水系中的循环路线，控制通过散热器冷却水的流量，调节冷却强度，以确保发动机在最佳温度范围内工作。常用的节温器有波纹筒型、注蜡型和双金属三种。目前，国内外汽车、轿车广泛应用的是注蜡型节温器，该产品虽属传统的机械结构，但技术非常成熟，简单可靠。另外，通过改变水泵的转速可以改变冷却水的流速，即改变冷却水的流量；而冷却水的流量与散热能力成例关系【。因此，可以通过改变水泵的转速来调节冷却能力。目前风扇和水泵的驱动方式及存在的问题受驱动方式的限制，冷却风扇只能安装在散热器与发动机之间的狭小空间内，空气流动阻力增大，即增大了风扇压力。另外，风扇所消耗的功率又与其转速的三次方成正比，风扇转速高，消耗的发

15、动机功率越多【】。风速是决定散热器散热能力的主要因素。散热器前风速主要取决于风扇的转速，亦即取决于发动机转速。当发动机大负荷工作时，风扇转速下降，散热器冷却能力降。水泵安装在发动机上，发动机通过皮带驱动水泵，其转速与发动机转速成正比关系。当发动机启动时，水泵开始工作，循环水迅速带走气缸周围的热量，并释放到周围环境中，造成发动机暖机时间增长，同时消耗了发动机的有效功率。当发动机低速重负荷或者夏季怠速运转等情况下，由于发动机转速低，使得水泵的转速也很低。冷却水循环量小，会造成发动机因冷却不足而过热。归根结底，这种驱动方式的主要缺点是：风扇和水泵转速依赖于发动机的曲轴转速，不能根据发动机的不同工况自

16、动调节。一方面使得冷却效果不好，同时还消耗发动机的有效功率。国内外研究概况及发展趋势国外冷却风扇技术研究现状风速的调节技术，有机械型、液压液力型、离合型、电磁离合型和电机驱动型等多种技术方案。其中离合式风扇最常用的是硅油离合式风扇，该设计利用了粘性液体在传动中，液体粘性剪切作用所能传递的力与受剪切油膜的动力粘度和剪切速度成正比，与油膜厚度成反比特性。即只要油膜的厚度足够小，受剪切作用的油膜面积足够大，就可以传递很大的力。它在工作过程中保持受剪切作用的油膜厚度不变，通过改变受剪切作用的油膜面积实现调节风扇转速的作用【巧】。离合器风扇可以将发动机工作温度控制在大连理工大学硕士学位论文范围内，与传统

17、风扇相比具有明显的节能效果，而且离合器体积小安装方便，目前在车辆上得到广泛的使用。硅油离合器在国内外的汽车、轿车上的应用十分普及。在世纪年代出现了电动冷却风扇。这种风扇不再是由发动机通过型带驱动风扇，而是利用电机带动风扇，使风扇可以根据发动机温度和负荷情况的不同，实现运转速度的变化，避免了发动机驱动冷却风扇的功率损失，缩短了发动机的预热时间，减少传热损失【”。电机驱动型调节技术是近年来研究的热点。最早的汽车电动冷却风扇出现在年月的美国专利文件中【】（专利号），该专利首次提出了用电动冷却风扇取代发动机曲轴通过型皮带驱动的冷却风扇。当汽车低速大负荷行驶时，由于迎面风对散热器的冷却作用不强，发动机水

18、温上升，当温度超过正常工作温度时，电动冷却风扇运转，消除了发动机的过热。当汽车高速行驶时，由于迎面风对散热器的冷却作用足可以保持发动机的正常工作温度，电动风扇停止工作。在韩国现代汽车公司生产的现代（）牌轿车上，设计者就用两个相对独立而又相互联系的电子控制的冷却风扇，这两个风扇分别用于冷却发动机散热器和冷凝器散热器，利用对冷却液温度和空调冷凝器温度进行多级联合控制，该系统可以根据冷却水温度和空调系统的工作状态不同对风扇的转速进行分别的控制【”。美国年的发明专利【（专利号）中，首次提出在载重汽车上采用电动冷却风扇。美国年的发明专利“机动车发动机的通风系统”。该专利将电动冷却风扇布置在散热器前方。需

19、要散热时，电动风扇向散热器吹风，通过散热器之后的空气沿热风管绕流向发动机的下部排出，热风管将散热器与发动机隔开。另外，世纪年代中期，美国、德国、日本及瑞典等国家开始进行发动机冷却风扇温控液压驱动系统的研究开发工作。电液比例控制系统一般由冷却液温度传感器、电控单元、比例阀、油泵、油箱、冷油器、油马达及过滤器等组成。系统由冷却液温度传感器将冷却液温度信号传给电控单元，电控单元处理冷却液温度信号后，发出控制信号，通过比例阀调节液压系统油压，从而实现马达及风扇转速的无级调节】。丰田佳美型轿车上，使用了这种电液比例技术控制发动机的冷却风扇，它通过控制阀的流量来连续控制风扇的转速。这种控制方法的缺点是结构

20、复杂，体积大，维护困难且价格高。目前国内汽车上还没有采用的先例。国外水泵调节技术研究现状在水泵智能控制方面的研究起步稍晚。年，法雷奥（）公司提出了在发动机上配置名为（智能熟调节系统）的新型电子调节系统】，来改善发动机的发动机冷却系的智能控制系统研究冷却性能。它实现了水泵和缸体的分离，泵的流量和通风装置都通过发动机的（微处理器）来进行调整和控制，便于水泵的安装，而且远离缸体这一热源后，水泵可以用塑料制成，既降低了成本，又减轻了水泵的重量，达到了水泵的转速随水温的变化而变化，进一步降低传热损失和机械损失，降低了污染和油耗的目的。年，台湾裕隆汽车公司申请专利刚（专利号），提出了在冷却系统中装置可调转

21、速电动水泵的设计。以反馈控制水泵冷却液流量，其主要是根据水温、节气门位置、车速等的传感器所传给的信号，以反馈控制的方式，调整电动水泵的转速，使得引擎水套中流动的冷却液流量能随着不同的驾驶状况而作调整，保持发动机的正常温度，以减少污染的排放。维斯通（）公司提出了精确冷却系统的设计，用电控水泵和精确开闭的电磁阀取代传统的水泵和节温器，（微处理器）根据发动机的工况来控制电控风扇、电控节温器和电控水泵，使发动机的温度始终保持在最佳范围内。据相关媒体报道，世界首发搭载电动水泵的宝马系列新型轿车于年问世。该车率先使用电动式水泵，与引擎的转速无关，独立后的水泵在的控制下能在必要的时候向引擎输送适当的水量，既

22、可以更有效的利用冷却水，又可以实现降低燃烧费用【”。国内研究的现状国内各汽车厂家正在消化、理解、吸收国外现有先进的冷却系统设计方案的基础上开发新型冷却系统鲫。科研院校也积极研究探索，山东农业大学一直在从事发动机冷却控制方面的研究，在年研制出的新型电控节温裂钔，随后又提出了以单片机控制发动机冷却的理论，实现了风扇两级调速工【，即风扇可以工作在静止，低速、高速三个工作状态。华中农业大学、哈尔滨工业大学也进行过发动机冷却系统的智能控制研究，提出了在汽车上采用电机无级变速控制冷却风扇的冷却控制系统，并在吉林轻型车厂的车用发动机进行了试验研究，试验表明冷却系统采用的转速可调电动风扇，可以将温度控制在理想

23、的范围内。青岛大学也研制出了一种发动机风扇温度控制液压驱动系统，属于电液比例控制。目前处于试验阶段，未用于生产实际。本课题的主要工作目前，发动机工作的最佳温度范围到底是多少尚无定论；同时，某一具体冷却水温值对柴油机的零件磨损、功率、工作噪声、排气质量、润滑油质量等性能的影响有多大，这些都无现成资料可查。另外，不同机型、不同功率发动机的最佳温度范围，同一型号柴油机在不同季节，不同工况下，它的最佳冷却水温范围也不尽相刚。大连理工大学硕士学位论文上述的这些问题都有待进一步研究。本课题的研究目的是研制一套冷却水温自动控制器，该系统可以设定需要的冷却水温范围，系统通过改变风扇和水泵转速来调节发动机冷却水

24、温，使其始终保持在设定的温度范围。为以后进一步研究冷却水温对柴油机各个工作性能的影响打好基础，创造实验条件。本课题采用了电子控制技术，通过温度传感器采集冷却水的温度值，经过微处理器将物理量转换为电量；同时微处理器根据该测量值，经过控制算法得到所需的风扇和水泵的转速值；微处理器根据计算结果发出信号控制直流电机的转速，实现了水泵和冷却风扇协调工作，从而达到快速、准确调节发动机冷却水温的目的。本课题的主要工作：）系统硬件设计由于本系统应用在发动机上，故要求有良好的抗震、抗热辐射和抗电磁干扰的性能，同时要求可靠性高、能耗少。本系统主要包括温度采集、信号放大电路、转换电路、驱动电路、温度显示和超温报警等

25、。）系统软件设计由于温控对象（冷却水温）惯性比较大，过程反应较慢，有时发动机的负荷变化较大，控制质量要求又较高，因而用控制技术是比较理想的。编写温度采集、数字滤波、计算、）嗍出等子程序。）建立动态模型及仿真建立控制系统的仿真模型，可以有效的节省控制系统设计时间，及时验证施加于系统的控制算法，观察系统的控制输出；利用该模型，进行了控制系统的仿真试验，可进行各种控制策略和算法的验证，加快了实际系统设计和调试的进程。发动机冷却系的智能控制系统研究冷却系智能控制系统的整体设计冷却系统的原理和组成冷却系统的原理冷却系统以水泵为动力使冷却液在机体内进行强制性循环。安装在缸体前端的水泵将散热器内的冷却液泵入

26、缸体的各缸水套，然后进入缸盖，最后从缸盖的出水管经节温器流出，完成冷却液循环。当机体内冷却液温度低于时，冷却液由出水管经水泵的水循环管返回水泵，再次泵入机体内进行小循环。当出水口温度达到时，节温器控制阀全开，机体内的冷却液经节温器流入散热器进行散热，即为大循环。图是四缸柴油机的冷却液循环示意图：卑章皇图四缸柴油机的冷却液循环示意图冷却系统的组成根据上述可以看出，冷却系由散热器、风扇、水泵和节温器组成，由水管和缸体内的流道组成封闭的系统。在传统的冷却系统中，风扇和水泵均有发动机的曲轴来驱动，因此其转速是相对固定的。本课题将传统的轴流式风扇改为直流电机风扇，将水泵改为直流电机驱动。除此之外，智能控

27、制系统比传统的控制系统还增加了微控制器和温度传感器，风扇和水泵的电机转速由微控制器根据冷却液的温度不同来控制。本课题的研究重点就是微控制器系统，又称智能控制系统。大连理工大学硕士学位论文温度控制系统的组成组成原理图本系统主要由信号采集，时钟电路、温度设定、温度显示、电源电路、电机驱动、蜂鸣指示灯报警等部分组成。隧篓：卜震鬃一一一电壤厂一匝母一徽摊嚣嚣）鞫勰棚魄路一暖丑一隧耻设磐厂一图系统的组成原理图图表明了本系统的整体结构、主要模块间的逻辑关系和大致功能。其中，输入模块有温度采集电路、温度设定电路、时钟电路、电源电路，输出模块有声光指示电路、温度显示电路、电机驱动电路。温度采集电路的核心部件是

28、负温度系数温度传感器（），可将温度信号转化成电压信号，实现从非电量到电量的转换。微处理器（即，这里使用）中含有转换模块，可将电压输入的模拟量转化成能够识别的数字量，经过处理后以方式输出驱动电机工作，同时用于指示电路工作状态、显示检测到的水温。时钟电路提供微处理器工作所需的时钟信号，电源电路提供整个系统工作必须的直流电源，由于系统中存在感性负载元件，故在电源及输出部分采用隔离处理。系统工作原理由低阻值传感器组成的水温检测电路，将连续变化的电压信号输入单片机的口，经过单片机的处理后转变为十进常温度值，显示在两位数码管上。按键用于输入期望的温度设定值，单片机根据此温度值运用调节并输出路信号，经过隔离

29、与驱动后分另控制风扇和水泵电动机工作。发动机冷却系的智能控制系统研究在汽车运行、水温逐渐升高（工况改变）的过程中，传感器实时反馈发动机冷却系内的水温，并随着温度的升高逐渐提高，智能调节风扇及水泵的转速，加强散热及水路的循环，从而达到良好的冷却效果。电路还设有工作指示电路与故障报警电路。电路工作正常时，红色指示灯与绿色指示灯同时点亮当冷却水温低于温度下限时，报警系统发出提示性报警信号，红色指示灯闪烁；当冷却水温高于温度上限时，报警系统发出声光报警，电动机无条件全速运转。此外，当电路检测到传感器故障时，也可发出声光报警。系统硬件的设计系统硬件电路主要包括：温度采集、单片机与晶振设定、显示与报警、输

30、出与驱动、隔离电源，现将各部分电路分解。温度采集电路热敏电阻的基本电气特性是它们随其温度变化而改变电阻。用于温度传感的热敏电阻由结合的金属氧化物组成，这些金属氧化物既不是十分优良的绝缘体又不是十分优良的导体。实际上热敏电阻的电阻范围由于易受到多种温度的影响可从数欧直至兆欧，当温度升高时电阻则减小。这种电阻性能被认为具有负斜率或负温度系数，热敏电阻常被称为“”（负温度系数）热敏电阻【】。它们通常由或种金属氧化物组成，混合在粘土中，并在高温炉内锻烧成致密的烧结陶瓷，陶瓷通常是极好的绝缘体。但只有在理论上，当温度接近绝对零度时，热敏电阻型陶瓷才是这种情况。但是，当温度增加至较常见的范围对，热会激发出

31、越来越多的自由电子。随着许多电子载流通过陶瓷，有效阻值则降低【。电阻随温度的变化极为灵敏。典型变化为每摄氏度减少至。这时适合宽温度范围内使用的任何传感器来说是最灵敏的。当电阻随温度增加而下降时，它远离线性。从室温开始，冷却至乃至时电阻约加倍。但从上升至时电阻减小略超过一半从一。至（量程范围内，电阻产生的变化是至。将电阻值作为温度的函数作图则得出下列曲线（图）注意曲线在冷端太陡、在熟端太平坦，使研究它很难。将同样数据（只是指电阻）换算成对数作图会产生较有用的曲线（图）：大连理大学硕士学位论文、鬟赛置（）图电阻随温度的变化曲线图垴（）口则公式会很简化：；加“”（）式中：勋指原始温度时的电阻。指新温

32、度时的未知电阻。指原始温度，以开氏温度计（在摄氏温度上加）堪智温度，§是根据点的电阻温度数据用公式求得的常数汽车上冷却水温度一般为一至（，熟敏电阻被广泛地采用¨汽车电子系统要求抗干扰能力强、温度特性好，为了增强可弗性、提高检测精度，这里选用形状厚而圆的低阻值热敏电阻作为温度传感器，增强毫漉强度，减小输入误差。测温电限实际卜是分爪电路的一部分，电路供以电乐。在测温电阻：铡得的电乐随温度而变化。铡景电压输入模一数转换器，转换成数字信号。在微处理器（中存储了温度传感器的特性啦线，对应每一个电阻值或电压值，就对应一个温度值”。其应用电路见图：陶温度采臭电路窑发动机冷却系的智能控制系

33、统研究图中参考电压直接使用。由于阻值变化，引起节点处的电压在。一之间变化，其分压系数为：（，根据转换器的采样精度，转换后得到的数字量为：×（）。为测温参考电阻，为保证系统的温度特性，选用五环精密电阻和与（）可比的阻值，使整个测温曲线均有效：为陶瓷滤波电容，滤除输入端的高频干扰。单片机单片机的选择主要是考虑以下因素：）有内部转换；）双输出，以简化外部电路：）能够耐低温和高温；）经济节约，性价比高。经过认真挑选，最后选定了这款单片机。赫黔酗螭，烈；埴，§：嚣嚣蠡；蚴锊贸堪，气酯！书凇”！平僦盯毡舒图单片机与晶振电路，台湾义隆微电子公司生产的是（）。它具有以下特点：先进的单片机结

34、构将众多功能集于一身，这其中包括叫、堆栈、中断控制器、定时计数器、看门狗、电压检测器、复位电路、振荡电路等。）优越的数据处理性能采用指令集、总线结构设计、单周期、单字节及流水线指令、八级堆栈，最短指令周期，程序页面为。）强大的单片机控制功能集定时器中断、变化唤醒中断、外部信号输入中断、转换结束中断、周期结束中断、比较器输出中断，电压检测器，多功能双向口，看门狗定时器，位转换器，×位脉宽调制器设计于一体。）通俗易懂的指令系统采用一指令风格设计，共计条指令，便于短时间内掌握运用。大连理工大学硕士学位论文）完备的开发手段开发工具包括：软件仿真器、硬件仿真器（版）、脱机烧写器（写入时间为片秒

35、）、编译器（汇编和语言）等。在设计中，充分考虑各引脚的功能，最大化发挥了本单片机的优点，全部利用了个引脚，恰好满足了原始设计的功能要求，具体各引脚功能见表：表各引脚功能列表序号引脚号功能功能用途温度采集（）（）（）（）（）（）输入输出珊一（）风扇直流电机水泵直流电机蜂鸣器工作指示灯电源指示灯数码管公共端数码管公共端按键电源接地时钟时钟选用此款芯片作为系统的核心控制部件，不仅可以提高控制精度、缩减夕卜围电路，还有效的抑制了成本上涨，使本系统成为通用性更强的智能温度控制系统。同时该款三片机最低工作稳定为，满足汽车在高寒的环境工作。输入与报警电路用只指示灯分别显示电路的工作状态和故障状态。正常工作时

36、绿灯点亮，故障状态时红灯闪烁，与蜂鸣器配合形成声音和灯光报警。发动机冷却系的智能控制系统研究图工作指示电路如图，和分别由和独立驱动，工作电流（）。蜂鸣器由输出方波控制，如图示。选择低频小功率三极管，使它工作在开关状态（）、，由于不是全波输出，实际电流比上述最大电流小很多，一方面满足工作所需的方波信号，另方面保证在动作时有足够的响度。图蜂鸣器电路考虑到操作的简便性，采用一只独立的按键进行期望温度的设定（程序的缺省值为），使用的外部中断功能使程序进入温度设定状态，温度值的调节和确认均由程序设置延时来判断，具体电路如图所示：圈。外部中断电路】上拉电阻取，另一端接信号地，当被按下时，节点电压被拉低到地

37、，所产生的下降沿信号即可触发外部中断，此时应将外部中断屏蔽，程序进入温度设定状态，按键停止后延时退出中断，直到下一次外部中断产生。大连理工大学硕士学位论文温度显示由于冷却水温度一般控制在以内（超过报警），选用两位段共阴数码管显示水温及故障代码，显示数字精确到度（采样精度高于显示精度）。目前集成度及引脚的驱动能力不断增强，使外围显示电路及控制方式不断简化，综合考虑片上资源、尺寸等因素，选用动态显示方式为佳。所谓动态显示，是指由定时对显示器件扫描，在这种方法中，显示器件分时工作，每次只能有一个器件显示，但由于人的视觉暂留现象，所以仍感觉到所有的器件同时显示。与静态显示方式相比，动态显示的优点是使用

38、硬件少，因而价格低，但占用机时较多，只要不执行显示程序，就立刻停止显示。图动态显示电路动态显示的连接方式见图，图中只有位执行显示任务，合理的程序结构可以提高程序的执行速度，可以解决动态刷新占用机时较多的问题。为限流排阻，的经排阻缓冲后直接连到输入端，、作为共阴控制引脚，当输出高位显示段码时，程序设定选通，截止，当输出低位显示段码时，程序设定截止，选通，二者交替执行即可显示完整的数值或代码。由于动态显示时电压值分时输出，故阻值不宜选的太大，根据程序的执行时间选择昏之间为宜。驱动与隔离电路驱动电路是控制信号与执行装置的接口，经单片机智能调节后输出控制信号，需要进行隔离与放大，这部分任务由驱动电路来

39、完成。发动机冷却系的智能控制系统研究图聊驱动电路瘩隔离器选用芯片，内含两路独立的光电隔离器，如图所示。其工作原理是：当输入二极管的阳极对阴极施加高电平时，输出三极管导通；当输入二极管的阳极对阴极施加低电平时，输出三极管截止，以此等效传递输入端的波形。驱动器与隔离器构成简单可靠的集电极开路的（）与功率场效应晶体管（）连接，见图。这种方式可以产生足够高的栅极电压使器件充分导通，并保证较高的关断速度。由于驱动器的负载电阻须有一定大小，以限制低电平输出晶体管的功率耗散，因而这种驱动方式的开通速度不够高。不过，对于感性负载的开关电路来说，出于对动态损耗的考虑，关断速度的重要性要强一些。为高频小功率三极管

40、。与光电隔离器的输出三极管构成逻辑，作为前置驱动控制功率场效应管通断，为续流二极管，可以保护场效应管免受高频回流的损坏。由于该系统中电动机只做单方向转动，相比桥驱动电路来说，该电路简单可靠、价格低廉，加之一般功率场效应管的最高栅源极电压为左右，所以如果在应用中需要保证栅源极电压不能超过，会增加电路的复杂程度。但在或更低电压的应用中，电路就可以大大简化。，隔离电源一个稳定、可靠的系统，需要一个独立、安全的供电网络来支持，本系统不止一处用到了隔离措施，如：输入端使用转换器、输出端使用光电隔离器、供电部分使用隔离稳压电源等（见图）。大连理工大学硕士学位论文图隔离电源电路由于采用了抗干扰措施，保证了控

41、制电路与驱动电路的独立性，避免干扰传入控制系统导致系统工作不稳定，为后续的软件设计提供了平台保障。本章小结）介绍了柴油发动机冷却系的原理和组成。）介绍了本控制系统的控制原理和构成。）重点分析了硬件电路的设计。发动机冷却系的智能控制系统研究冷却系智能控制系统的控制系统的控制原理图图为本系统的控制原理图。通过人为（或默认）方式输入一个温度值，此温度值作为整个系统的设定值，温度传感器检测到的实际温度与设定值作比较，将比较结果输入到温度控制器中，控制器以消除二者间的偏差（纠偏）为目的，控制删的输出信号，通过改变风扇、水泵的转速来调整被控参数（水温），使其始终向着设定值的方向变化。图系统的控制原理图由于

42、采用了温度传感器来实时监测水温的变化，并将检测值反馈到控制器实时比较，使设定温度与实际水温能够紧密地联系在一起，因此本系统构成的是带有负反馈的闭环调节控制系统。此种控制方式不但能够较侠的感应到被控参数的变化并做出相应调整，而且结合控制算法及吼输出方式，使得控制精度上得以提高，是温度控制系中使用较为广泛的一种控制方式。调压调速原理在各类机电系统中，由于直流电机具有良好的起动、制动和调速性能，直流调速技术已广泛运用于工业、航天领域的各个方面。最常用的直流调速技术是脉宽调制（）直流调速技术，它具有调速精度高、响应速度快、调速范围宽和耗损低等特点。通过脉宽调制删来控制电动机电枢电压，直流电动机转速的表达式为：足中（）、：电枢端电压；：每极磁通量；：电枢电流；：电枢电路总电阻：电动机结构参数绝大多数直流电动机采用开关驱动方式。开关驱动方式是使半导体功率器件工作在开关状态，通过脉宽调制来控制电动机电枢电压，实现调速。簟藏理霹伯赣入输毫蕊城影主（）图喇调速控制原理和电压波形图图中，电动机的电枢绕组两端的电压平均值：筹争，其中，为占空比，口兰占空比表示在一个周期里，开关管导通的时间与周期的比值。的变化范围为。由上式可知，当电源电压不变的情况下电枢的端电压的平均值取决于占空比的大小，改变值就可以改变端电压的平均值，从而达到调速的目的