魏宇明 滕伟
空军勤务学院 221000
摘要：随着智能技术的发展，汽车电子技术开始应用于汽车行业，零部件电气化已成为趋势，电子控制模块通过对运行工况的甄别，能够使发动机各个系统、多个参数之间的配合达到最优。传统的冷却系统都处于被动控制，对发动机的工作性能和热负荷的控制局限性很大，因此电子水泵、电子节温器、温控模块会成为未来发动机本体热管理领域的主要研究及发展方向。
关键词：汽车；发动机；冷却水泵；探讨
引言
由于对于现在的汽车发动机来说，冷却水泵的系统质量好坏可以直接影响着整个发动机的整体性能，所以大量的国内外学者也对冷却水泵的研究提高了关注度，而且对其详细的展开研究分析与探讨也逐渐作为学者们的重点关注对象之一。与此同时，对其开展研究也在很大程度上推动着与冷却水泵有关的技术和应用在不断进步。所以说，加强对冷却水泵的讨论及分析，可以进一步地为日后的汽车行业发展夯实基础，对汽车行业也有着十分独特意义。
1汽车发动机冷却系统运行原理
涵盖风冷区和水冷却是现阶段汽车发动机冷却系统主要的两种运行方式，普遍采用封闭式强制化的循环水冷方式，该方式的运行原理，主要依靠水泵作用下来保持气缸水套中的冷却液加速流动，借助系统安全的电动风扇与自然风，最终达到帮助发动机进行冷却的效果。散热器、水泵、冷却风扇以及节温器等构件是汽车发动机冷却系统的组成，冷却液在上述构件中完成循环反复的程序，以此来保持汽车发动机冷却系统正常的运行。发动机温度变化会改变冷却系统中冷却液的运行路线和循环方式，短时间内发动机温度急速上升，而冷却液也只是在发动机水道之内循环，此种运行散热方式称为小循环，80℃是冷却液温度警戒线，一旦温度超过警戒线，节温器会立即关闭小循环通路，此时冷却液会从发动机水道进入到散热器中，经散热后，在水泵的作用下冷却液回到缸体水套中，此种运行散热方式称为大循环。风冷式冷却系统是发动机较为常用的冷却系统之一，该运行散热方式分为两种：①自然风冷式，借助外界气流来将运行过程中的发动机进行冷却，采用风冷式的发动机，与采用其他冷却方式发动机不同的是，其气缸盖与缸体是不可分的，由传热性能较好的铝合金等材料制成，为了扩大发动机散热面积，通常会在缸体表面安装散热片，以此来提升发动机冷却性；②强制风冷式，电动风扇为发动机散热提供动力，以此来提升缸体表面散热片周围气流流通的速度，经风扇作用后，进而降低缸盖、缸套以及缸体温度。
2汽车发动机冷却水泵的可靠性
一直以来，发动机都有一个明确的定位，就是汽车的动力来源，其是汽车上最为重要的部件之一。于冷却水泵而言，其就像发动机的中枢系统，对发动机工作温度进行全面控制。因不同系统所需的功能不同，所以进一步地决定了冷却水泵寿命长于发动机的寿命。所以说，这也就进一步要求了发动机的冷却水泵和有关的部件都必须必备极高的可靠性。但是，因为冷却水泵的空间不大，所以就要求进行水泵设计工作的人员一定要想出科学合理地办法紧凑系统结构。为进一步减小工作空间，可以将水泵的离心泵轴和具体的轴承组合进行全面更换，形成轴联轴承的连接模式。不过有具体的研究分析和工作经验证明，通过这样的改进之后，轴承强度会降低一部分，更有甚者轴承可能会发生断裂。因为冷却水泵泵轴和具体其支撑的部件间，存在着一定的缝隙，所以水泵在具体的工作环境中不但会出现噪音，不利于水泵密封性能，还可能进一步的影响水泵在工作中的综合性能。从总体上来看，因发动机冷却水泵只有在正常的工作状态下才能够进一步地带走汽车发动机运行时所产生的大量热量，以进一步地保证发动机在其工作过程中不会因为温度过高而带来严重的不可逆后果，甚至出现意外事故。所以说，冷却水泵只有具备了极高的可靠性，才能够进一步保证发动机运行。
3未来汽车发动机冷却水泵发展趋势
3.1系统硬件设计
本文设计的新能源车载冷却水泵系统由整车控制器（VCU）、CAN发送与接收模块、冷却水泵驱动与显示模块等构成。VCU采用恩智浦（NXP）公司的MPC5644A，主要用于收发CAN报文、PWM发送驱动信号及反馈采集、冷却水泵运行状况监测显示等。冷却水泵采用60W无刷直流电动水泵。当电源电压采样值高于16V时，水泵停止工作。当电源电压采样值低于8V时，水泵停止工作。冷却水泵包括电源正极、电源负极、故障信号输出与PWM调速。外围设备，如电池、电机、DCDC等关键设备，通过CAN总线与VCU通信，实时采集并发送温度数据。
3.2开发智能可控的新型电动水泵
从现有科技方面考虑，在对冷却水泵进行设计工作时，不能仅的考虑其适宜的工作环境，其具体的综合工作性能同时也会因现正在使用的发动机转速变化而变化。因为这些不同因素的影响，造就了冷却水泵不能在发动机运行的各个工况中进行较为完美的适应。近些年来，通过研究冷却水泵领域的科学家进行设计，出现了新型的旋片水泵，其有着较低效率敏感度，当发动机转速不停变化时还能正常使用，这样就大大地提高了水泵寿命。最近，因为有了电控冷却系统，让水泵的运行和管理变得更为方便。
3.3系统软件设计
系统软件基于模块化设计原则，主要包括：PWM初始化与发送程序、CAN报文过滤与解析程序、PWM返回信号采集与解析程序、冷却水泵显示程序、中断服务程序等。首先，系统初始化时钟，基于外部8M晶振倍频为64M，配置时钟中断定时器为1ms。VCU初始化CAN接收缓冲区，为每个缓冲区配置FIFO队列与掩码，保证指定缓冲区只能接收某些类型ID的CAN报文数据。然后，VCU解析CAN报文，获取关键设备附近的温度数据，通过max函数得到温度的最大值，通过查表获得PWM占空比。基于硬线发送PWM信号，驱动冷却水泵运行。最后，VCU实时采集冷却水泵反馈的PWM信号，监测当前冷却水泵的运行状态，保障行车安全。
3.4电动汽车电池热管理系统设计
电池包热管理系统系统主要由热管理控制单元（TCU）、液冷板、进出水口与液冷管路、电池管理系统（BMS）、整车热管理系统组成。通过将电池包内划分为不同的温度区域，在每个区域布置一块液冷板，布置在同一液冷板上的电池温度一致性高，且液冷板都具备独立的液冷流道和加热模块，从而使得热管理效率更高。其中，TCU由比例阀和继电器构成，可以集中管理电池包加热回路和冷却回路，且可根据实时采集的电芯温度调整TCU内比例阀开度，以实现温度分区域精准控制，从而提高电池包内部电芯温度的一致性。
结束语
新能源车载冷却系统具有成本低、安全可靠、适应性强等优点。本文利用恩智浦MPC5644A芯片、电阻、三极管等组成驱动电路，驱动冷却水泵运行。同时，采集冷却水泵反馈的PWM信号，监测其运行状态。经多次实车测试，冷却水泵系统运行平稳。PWM反馈信号，采集的占空比误差在3%以内，能够满足新能源整车冷却系统的使用要求。
参考文献
[1]夏承睿,柏晓峰.发动机冷却水泵异响改进与分析[J].内燃机与配件,2019(18):52-53.
[2]王华生,朱昊,花群,徐开芸.自适应自诊断发动机电子冷却泵控制器设计[J].机械设计与制造工程,2019,48(02):29-32.
[3]王景能,DF117汽车发动机冷却水泵.浙江省,浙江维新汽车配件有限公司,2018-11-29.
[4]任家潮.关于汽车发动机冷却水泵研究进展分析[J].内燃机与配件,2018(17):107-108.
[5]蒋和团.汽车水泵效率优化研究[J].内燃机与配件,2018(17):74-76.