汽車?yán)鋮s系統(tǒng)

1、基于模糊控制的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)1=1冷卻系統(tǒng)的論述09自動(dòng)化二班黃璞(20091522147)摘要本文論述了冷卻系統(tǒng)的作用、組成、主要構(gòu)造、工作原理，同時(shí)論述 了冷卻系統(tǒng)系統(tǒng)化、模塊化設(shè)計(jì)方法，以及模糊控制系統(tǒng)的簡單介紹。1冷卻系統(tǒng)的意義如果一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)，冷卻系統(tǒng)的維修率一直居高不下，往往會(huì)引起發(fā)動(dòng)機(jī) 其他構(gòu)件損壞，特別是隨著車輛行駛里程的增加，冷卻系統(tǒng)的工作效率 逐漸下降，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的整體工作能力產(chǎn)生較大影響，冷卻系統(tǒng)的重要性 在于維護(hù)發(fā)動(dòng)機(jī)常溫下工作，尤如人體的皮膚汗腺，如果有一天，人體 的汗腺不能正常工作，那么身體內(nèi)的熱量將無法散去，輕則產(chǎn)生中暑, 重則休克。2冷卻系統(tǒng)的作用冷卻系統(tǒng)的功用是帶走引

2、擎因燃燒所產(chǎn)生的熱量，使引擎維持在正常 的運(yùn)轉(zhuǎn)溫度范圍內(nèi)。引擎依照冷卻的方式可分為氣冷式引擎及水冷式 引擎，氣冷式引擎是靠引擎帶動(dòng)風(fēng)扇及車輛行駛時(shí)的氣流來冷卻引 擎；水冷式引擎則是靠冷卻水在引擎中循環(huán)來冷卻引擎。不論采何種 方式冷卻，正常的冷卻系統(tǒng)必須確保引擎在各樣行駛環(huán)境都不致過 熱。本文主要是對(duì)水冷系統(tǒng)的分析，研究。3冷卻系統(tǒng)的組成水冷卻系統(tǒng)一般由散熱器、節(jié)溫器、水泵、水道、風(fēng)扇等組成。如下 圖1所示。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)溫度低的時(shí)候，冷卻液就在發(fā)動(dòng)機(jī)本身內(nèi)部做小 循環(huán)；當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)溫度高的時(shí)候，冷卻液就在發(fā)動(dòng)機(jī)一散熱器之間做大 循環(huán)。實(shí)現(xiàn)冷卻液做不同循環(huán)的控制部件是節(jié)溫器?？梢詫⒐?jié)溫器看 作一個(gè)閥門，其

3、原理是利用可隨溫度伸縮的材料(石蠟或乙醚之類的 材料)做開關(guān)閥門，當(dāng)水溫高時(shí)材料膨脹頂開閥門，冷卻液進(jìn)行大循 環(huán)，當(dāng)水溫低時(shí)材料收縮關(guān)閉閥門，冷卻液小循環(huán)。水溫卷散熱麟百葉宣放水塞圖1.四缸汽油機(jī)的冷節(jié)溫器Fk- T散點(diǎn)器志卻液循環(huán)示意圖水套!分水曾4控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)該控制系統(tǒng)由傳感器、電子控制器和執(zhí)行器三部分組成。傳感器為水 溫傳感器，電子控制裝置為控制電腦ECU(Electric Control Unit)， 執(zhí)行器為電子節(jié)溫器、電風(fēng)扇和電控百葉窗。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在工作時(shí)，點(diǎn) 火開關(guān)處T“ON”，水溫傳感器對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的溫度進(jìn)行檢測(cè)， 檢測(cè)到的水溫信號(hào)經(jīng)A，D轉(zhuǎn)換后送入電腦ECU，ECU將

4、送來溫度信號(hào)進(jìn) 行分析計(jì)算，以判斷此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻液溫度是否偏高、偏低、還是 適合，再根據(jù)計(jì)算結(jié)果輸出控制指令控制電子節(jié)溫器、電動(dòng)百葉窗和 冷卻風(fēng)扇工作，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)冷卻液溫度進(jìn)行適時(shí)控制和調(diào)節(jié)，使發(fā)動(dòng)機(jī)處于最佳溫度狀態(tài)下工作。圖2.汽車發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)電控結(jié)構(gòu)圖5冷卻系統(tǒng)的控制原理 當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)熱時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)水溫（70C）,單片機(jī)根據(jù)檢測(cè)來的溫度數(shù)據(jù)處 理分析向執(zhí)行元件發(fā)出控制信號(hào)，使其完成如下操作。電控冷卻風(fēng)扇不工作；電控導(dǎo)風(fēng)板關(guān)閉狀態(tài)；電控節(jié)溫器處于小循環(huán)狀態(tài)。由于導(dǎo)風(fēng)板關(guān)閉，冷卻風(fēng)扇不工作，以至冷卻空氣不能進(jìn)入散熱器； 同時(shí)節(jié)溫器處于小循環(huán)（加熱電阻絲通電），發(fā)動(dòng)機(jī)水溫上升很快。當(dāng) 水溫升

5、至75C,單片機(jī)根據(jù)檢測(cè)來的溫度數(shù)據(jù)處理分析向執(zhí)行元件發(fā) 出控制信號(hào)，使電控節(jié)溫器的加熱電阻絲斷電（讓其進(jìn)入大循環(huán)控制 狀態(tài)）。當(dāng)水溫達(dá)到80C時(shí)，單片機(jī)又發(fā)出指令，使電控導(dǎo)風(fēng)板處于 敞開狀態(tài)。此時(shí)可充分利用汽車行駛迎面風(fēng)對(duì)散熱器的冷卻作用，盡量減少冷卻風(fēng)扇的工作時(shí)間。當(dāng)水溫高達(dá)95r時(shí)，單片機(jī)經(jīng)數(shù)據(jù)分析 發(fā)出控制指令使電控冷卻風(fēng)扇工作，而讓節(jié)溫器仍處于大循環(huán)狀態(tài)， 導(dǎo)風(fēng)板仍處于敞開狀態(tài)。這時(shí)冷卻系統(tǒng)的冷卻能力最大，實(shí)現(xiàn)快速降 溫。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)水溫降至89r時(shí)，單片機(jī)根據(jù)采樣數(shù)據(jù)分析處理發(fā)出控 制指令，使執(zhí)行元件完成以下操作。a.電控冷卻風(fēng)扇不工作;b.電控導(dǎo)風(fēng)板處于敞開狀態(tài);c.電控節(jié)溫器處于大

6、循環(huán)狀態(tài)。這樣，直到發(fā)動(dòng)機(jī)水溫返升至95 r，電控冷卻風(fēng)扇又重新工作。6汽車發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)控制模型一模糊控制.汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻液溫度，受許多因素的影響，如發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷、汽 車行駛速度、外界的氣溫、散熱器結(jié)構(gòu)形式、散熱器的水流量和風(fēng)扇 的轉(zhuǎn)速等。其關(guān)系可用結(jié)構(gòu)圖3.表示。這些影響因素大多是不斷變化 的，且與發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液溫度呈非線性關(guān)系，因此發(fā)動(dòng)機(jī)的水溫變化與 各因素間的關(guān)系很難用數(shù)學(xué)方程進(jìn)行準(zhǔn)確描述。況且通過測(cè)試，發(fā)動(dòng) 機(jī)的水溫的升高和降低是一個(gè)緩慢變化和大滯后過程。因此對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī) 冷卻系統(tǒng)冷卻液溫度的控制，采用常規(guī)的PID控制，系統(tǒng)模型難以建 立，且控制效果也不好。因此需要用到模糊控制。影嗚因素

7、投制參數(shù)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系.,1111 _ A統(tǒng):控制系統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷汽車速度散熱器水流量散熱器結(jié)構(gòu)形風(fēng)府轉(zhuǎn)速冷卻風(fēng)通過量*冷卻液溫度圖3.發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液溫度影響因素由于模糊控制是一種智能控制，它是模仿人工控制活動(dòng)中人腦的模糊 概念和成功的控制策略，運(yùn)用模糊數(shù)學(xué)，把人工控制策略用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)；模糊控制不依賴系統(tǒng)的精確數(shù)學(xué)模型，因而對(duì)系統(tǒng)參數(shù)的變化不 敏感，具有很強(qiáng)的魯棒性。因此汽車發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)如采用模仿人工 控制活動(dòng)中人腦的模糊概念和成功的控制策略，將達(dá)到令人滿意的效 果，故本控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要采用模糊控制理論進(jìn)行控制。如下圖：圖4.發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系模糊控制系統(tǒng)在模糊控制系統(tǒng)中，給定溫度值與系統(tǒng)反饋回的溫度

8、值的偏差和偏差取微分后的偏差的變化率作為控制系統(tǒng)的兩個(gè)輸入量，輸入模糊控制 器，進(jìn)而通過執(zhí)行機(jī)構(gòu)來控制發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的溫度值。7模糊控制模糊控制(Fuzzy Control)是指模糊理論在技術(shù)上的應(yīng)用，模糊控制 系統(tǒng)是一種自動(dòng)控制系統(tǒng)，它以模糊數(shù)學(xué)、模糊語言形式的知識(shí)表示 和模糊邏輯的規(guī)則推理為基礎(chǔ)；采用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)構(gòu)成的一種具有 反饋通道的閉環(huán)結(jié)構(gòu)的數(shù)字控制系統(tǒng)。其模糊控制系統(tǒng)如下圖：非模糊量，而其內(nèi)部卻建立在語言型的模糊控制率上，由條件滿足的 程度推出模糊輸出的大小。該推理過程采用模糊理論，稱為模糊推理， 為了進(jìn)行模糊推理必須先將非模糊量轉(zhuǎn)化成模糊值，此過程稱為模糊 化。由于模糊推理的輸

9、出是模糊值，還必須將模糊輸出轉(zhuǎn)化為非模糊 集，該過程稱為去模糊化。模糊控制器由模糊化、模糊推理、去模糊 化三部分組成。這三部分共同建立在知識(shí)庫的基礎(chǔ)之上。8冷卻水溫控制的模糊控制器的設(shè)計(jì)模糊控制器的設(shè)計(jì)就是依據(jù)控制問題，設(shè)計(jì)出適合于被控過程的控制 器，使之能達(dá)到預(yù)定的日的。模糊控制器的設(shè)計(jì)主要包括以下幾個(gè)方面：、選定模糊控制器的輸入輸出變量，確定輸入輸出變量的語言值域及其應(yīng)用的隸屬函數(shù)；、設(shè)計(jì)模糊控制器的控制規(guī)則；、確定模糊推理和去模糊化的方法。由模糊控制設(shè)計(jì)思路設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖如下：發(fā)動(dòng)機(jī)工作溫度范圍大部分時(shí)間在(70C, 120C),通過溫度范 圍檢測(cè)子程序后再進(jìn)入模糊控制子程序，設(shè)給定溫度85

10、C,則發(fā)動(dòng)機(jī) 溫度的偏差變量范圍在-15C, 35C；溫度變化率EC變量范圍在 -10, +10；系統(tǒng)的輸出信號(hào)為U,其變量值為0, 1, U值經(jīng)解模糊 后，查表輸出0或1的開關(guān)量。再根據(jù)輸入、輸出的隸屬函數(shù)定義來進(jìn) 行下面的過程，進(jìn)一步來控制系統(tǒng)。其控制的流程圖如下圖3-7所示：至此，運(yùn)用模糊控制來實(shí)現(xiàn)對(duì)冷卻水的控制，基本完成。9參考文獻(xiàn)【1】張杰.簡述發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)及散熱量的計(jì)算J】.裝備制 造技術(shù)，2004, 16(2)： 1315.【2】陸新儉，張翼，蘇鐵熊.發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系管路熱交換研究【J】.機(jī) 械管理開發(fā)，2007， 10(3)： 20-23.【3】李美榮.發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水溫度傳感器

11、的檢測(cè)原理與方法【1】.內(nèi) 蒙古公路與運(yùn)輸，2004, 15(1)： 5-7.【4】劉永進(jìn)，郭新民，胡佩玲，高平.工程機(jī)械發(fā)動(dòng)機(jī)電液混合驅(qū) 動(dòng)冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)”】.內(nèi)燃機(jī)，2006, 18(5)： 1113.【5】 Ganeshan Harrison T P. An Introduction to Supply Chain Management， Pen StateUniversityEB / OL. http： / si Imaril. psu. edu / misc / supply chain_intro. html.【6】Stevens J. Integrating the Supply ChainJ，Internationa