ApwmU — универсальный шим-адаптер для электронных вентиляторов ОЖ

ПАРТНЕРСКАЯ ПРОГРАММА ПО ШИМ-АДАПТЕРАМ
APWMU НА БАЗЕ ARDUINO NANO ("народный" шилд)

Обилие электроники в большинстве управляющих узлов автомобиля уже никого не удивляет. Так и система охлаждения в многих современных авто стала управляема "электронным образом". Как же это работает?
Дабы не углубляться в конкретные конструкции систем охлаждения двигателей, акцентируем внимание на таком моменте, что когда радиатор ОЖ не успевает отдавать тепло окружающей среде, ему требуется принудительный обдув вентилятором. В классических схемах вентилятором управляет или непосредственно механическое термо-реле (термо-датчик, термо-переключатель) или обычное реле включаемое постоянным сигналом от ЭБУ. Тоесть при срабатывании вентилятор включается на максимум и крутит с постоянной скоростью, пока температура не будет снижена и термо-датчик или ЭБУ не отключит питание вентилятора.
Недостатки такой схемы очевидны и всем известны — это и просадка напряжения при включении мощного вентилятора, и неприятный шум и вибрации, и постоянные перепады температуры двигателя особенно в жаркий сезон. В современных же авто "электронным вентилятором" рулит уже непосредственно ЭБУ двигателя, управляя скоростью вращения вента, в зависимости от текущей температуры ОЖ.

Делает он это по средствам сигнала низкочастотного ШИМ (широтно-импульсной модуляции).
Как это устроено: ЭБУ на основе показаний электронного датчика температуры формирует ШИМ-сигнал определенных параметров и передает его на блок управления вентилятора, который установлен или непосредственно на диффузоре вентилятора или отдельным модулем в подкапотном пространстве. Блок в свою очередь на основе значения скважности ШИМ-сигнала (duty)(ширина импульса) плавно раскручивает вентилятор до нужных оборотов

Достоинства таких решений так же очевидны — более эффективное управление температурой, отсутствие просадок напряжения при включении, и как результат — более комфортная эксплуатация автомобиля.

С каждым годом число желающих избавиться от гидро-механических вентиляторов (вискомуфт) только растет. Так как качество современных запчастей оставляет желать лучшего, то дешевле и эффективнее ставить современные вентиляторы с электронным управлением. Но что бы использовать весь потенциал таких вентиляторов ими нужно правильно управлять!
Специально для этих целей мною было разработано электронное устройство — ШИМ-адаптер "ApwmU".

Адаптер ApwmU берет на себе роль ЭБУ, и на основе показаний температуры генерирует ШИМ-сигнал для блока управления вентилятора

Электронный вентилятор теперь не нуждается в наличии заводского ЭБУ и легко интегрируется в любой, даже "старый" автомобиль с карбюратором или механическим впрыском.
ApwmU позволяет на 100% использовать функционал вентилятора, а так же имеет много возможностей, которые недоступны в ЭБУ большинства современных автомобилей.

В последнее время так же очень актуальной остается проблема построения системы охлаждения при СВАПе. После замены двигателя, проводки и ЭБУ, штатный вентилятор может не работать, так как параметры ШИМ-сигнала у ЭБУ другой модели или производителя могут сильно отличаться. В этом случае адаптер ApwmU может выступать как согласующее звено, преобразуя ШИМ-сигнал от стороннего ЭБУ в подходящий для вентилятора

Это не первая, но самая функциональная и доработанная версия ШИМ-адаптера моей разработки. С предыдущими версиями и статьями про адаптеры можно ознакомиться по ссылкам:
www.drive2.ru/b/566918641715511788/
www.drive2.ru/b/535418458213450023/
www.drive2.ru/b/522322450092916877/

КОНСТРУКТИВ
ApwmU — самостоятельное электронное устройство, выполненное на базе микроконтроллера.
Плата адаптера полностью заводской сборки

и размещается в компактном корпусе из термостойкого ABS-пластика.

7-пиновый разъем выполнен на стандартной колодке 7х2,54мм

Устройство способно так же взаимодействовать с системой кондиционера с помощью двух отдельных портов.
Всего адаптер имеет 5 портов взаимодействия:
— S1, S2 (зеленый, желтый) – для подключения датчика температуры;
— A/C1 (белый) – для подключения «+» от муфты компрессора кондиционера;
— A/C2 (коричневый) – для подключения «-» от датчика давления хладагента, или внешнего ШИМ-
сигнала управления (ШИМ-вход);
— PWM (голубой) – ШИМ-выход;

ФУНКЦИОНАЛ
Среди подобных устройств ApwmU является уникальным и универсальным благодаря своему функционалу и гибкой настройке разных параметров, а так же благодаря работе с любыми NTC-сенсорами и возможностью настроить срабатывание вентилятора на любой диапазон температуры.
Электронные вентиляторы разных производителей имеют разную схемотехнику, поэтому и управляющий ШИМ-сигнал требуется разных параметров. В основном это отличие по: частоте, амплитуде, инверсии, а так же по определенным режимам.
Адаптер же работает в широком спектре частот, в частности: 10/25/50/100/250/500/1000Гц (так же при желании заказчика перечень частот может быть изменен на необходимый). Амплитуда ШИМ-сигнала может принимать значения +5В или +12В (переключается микротумблером на плате). Инверсия сигнала активируется программно.

Все настройки разделены на 3 независимых друг от друга ПРЕСЕТА, что позволяет пользователю отстраивать работу вентилятора определенным образом, например для летнего, зимнего времен года, а так же межсезонья, или же для спокойной, спортивной езды или бездорожья. Достаточно один раз настроить каждый из ПРЕСЕТОВ и потом просто переключаться между ними по необходимости.

Все изменения сохраняются в энергонезависимой памяти микроконтроллера и не исчезают при отключении питания!

В каждом ПРЕСЕТЕ доступны следующие параметры для настройки:
— калибровка температуры;
— выбор частоты ШИМ [10/25/50/100/250/500/1000 Гц];
— настройка скорости вентилятора для порта кондиционера А/С1 [мин/макс/откл];
— настройка минимальных оборотов вентилятора [15/20/30%duty];
— настройка максимальных оборотов вентилятора [60/75/90%duty];
— настройка плавности раскрутки вентилятора [1/2/3/4 режимы];
— выбор стратегии охлаждения [1/2/3/4/5];
— "холостой" шим-сигнал [вкл/откл] (отключено по умолчанию);
— инверсия шим-сигнала [вкл/откл] (отключено по умолчанию);
— сброс калибровки температуры;

Немного теории.
Что бы понять принцип управления электронным вентилятором для начала следует разобраться, что же такое Широтно-Импульсная Модуляция. Если не вдаваться глубоко в техническую терминологию, то из названия можно понять что это некое изменение значения ширины импульса. Если рассмотреть на графике череду прямоугольных импульсов, то частота — это время от начала(фронта) одного импульса до начала(фронта) следующего, а ширина(duty) это время от начала и до конца(спада) одного импульса

Ширина импульса или duty — это и есть основное значение скорости вентилятора. То есть — чем больше значение duty — тем выше скорость вращения. Но так же существуют вентиляторы, управляемые импульсами обратной полярности (инверсный ШИМ), то есть, чем меньше длинна импульса — тем выше обороты. У большинства электронных вентиляторов рабочее значение duty находиться в диапазоне от 10% до 90%. Где при 10% — вентилятор стоит на месте, от 15% — начинает вращение, а при 90% — выходит на максимальные обороты. В случае с инверсным управлением — всё с точностью наоборот.

Таким образом адаптер ApwmU и управляет вентилятором, генерируя импульсы нужной ширины, раскручивая вентилятор до нужной скорости!
Существуют так же варианты управления не ШИМом, а цифровым протоколом по LIN(CAN) шине, но такими вентиляторами адаптер данной версии управлять не умеет.

"Стратегии охлаждения"
Под этим термином понимаются разные режимы работы вентилятора.
Стратегий всего пять:
1.Поддержание температуры;
2.Стандартный режим (2 скорости);
3.Плавный пуск (макс. скорость);
4.Адаптация ШИМ;
5.Адаптация ШИМ(инверсия);

1-3 стратегии предназначены для работы с датчиком температуры.
4-5 стратегии служат для работы с "внешним" ШИМ-сигналом.

Поддержание температуры
Пользователь в реальном времени, на запущенном двигателе, в моменты прогрева до нужных температур, программирует Нижний и Верхний пороги, создавая таким образом диапазон для плавного регулирования температуры по средству ускорения/замедления вращения вентилятора. Вентилятор начинает плавно раскручиваться в момент преодоления температурой нижнего порога, и продолжает ускоряться, выходя на максимальные обороты при достижении верхнего порога; и наоборот – при понижении температуры скорость вращения плавно снижается, а по преодолению нижнего порога – вентилятор отключается. Такой алгоритм работы не позволяет двигателю нагреться выше среднего значения запрограммированного диапазона температуры. Например, при диапазоне 86-94С, двигатель не будет нагреваться выше 90С.

Стандартный режим (2 скорости)
Пользователь в реальном времени, на запущенном двигателе, в моменты прогрева до нужных температур, программирует Нижний и Верхний пороги, создавая таким образом моменты для включения вентилятора соответственно с МИНИМАЛЬНОЙ и МАКСИМАЛЬНОЙ скоростями. Вентилятор плавно стартует по достижению температурой нижнего порога. Далее поддерживается минимальная скорость вращения до момента преодоления температурой верхнего порога, после чего плавно и быстро вентилятор раскручивается до максимальной скорости, поддерживая высокие обороты, пока температура ОЖ не опуститься до нижнего порога, после чего обороты плавно опустятся до минимальных, либо вентилятор остановится при снижении температуры за нижний порог.

Плавный пуск (макс. скорость)
Пользователь в реальном времени на запущенном двигателе при прогреве до нужной температуры программирует момент запуска вентилятора («верхний порог»). По достижению заданной температуры вентилятор плавно разгоняется до максимальной скорости. По снижению температуры ниже заданного значения вентилятор продолжит вращаться дальше с максимальной скоростью ещё 40 секунд, после чего остановится, если температура ОЖ продолжит снижаться.

Адаптация ШИМ
Скорость вращения вентилятора рассчитывается на основе значения duty (скважности) ШИМ-сигнала от штатного ЭБУ. График работы вентилятора будет схож с графиком стратегии «Стандартный режим (2 скорости)». При значениях duty выше 15% вентилятор плавно запустится на минимальных оборотах, при значениях duty выше 50% — плавно ускориться до максимальных оборотов. Адаптер способен обрабатывать внешний ШИМ-сигнал с частотами не выше 1000Гц!

Адаптация ШИМ(инверсия)
Полностью аналогична предыдущей стратегии с разницей в том, что на ШИМ-вход подется ИНВЕРТИРОВАННЫЙ ШИМ-сигнал от штатного ЭБУ двигателя.

Небольшое пояснение:
"Плавный пуск (макс. скорость)" — это просто название одной из стратегий, и не означает, что только в этом режиме вентилятор будет запускаться плавно. Плавность пуска и остановки вентилятора присутствует во всех пяти стратегиях!

ИЗМЕРЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ОЖ
Для отслеживания температуры двигателя с ApwmU можно использовать любой датчик NTC-типа, либо аналоговый сигнал напряжением от 0 до 5 вольт от других источников измерения температуры, например, от штатного датчика температуры ЭБУ или приборки. Возможно взаимодействие практически с любыми значениями температуры и это делает устройство УНИВЕРСАЛЬНЫМ и адаптируемым для разных целей, например: для имитации работы вискомуфты, управления обдувом интеркуллера или оборотами электронной помпы(термостата).

В полном комплекте с адаптером, как и прежде, будет присутствовать универсальный врезной NTC-датчик температуры:

Для взаимодействия с адаптером, как и в предыдущих версиях, предусмотрены кнопка и светодиод. И дабы не загружать статью большим количеством текста, процесс настройки, калибровка температуры и вся основная информация описаны в ПОЛНОЙ ВЕРСИИ инструкции, которая так же прилагается в бумажном варианте в комплекте с устройством.

Резюмируя хотелось бы рассказать об отличиях ApwmU от предыдущей версии Apwm. В своем блоге я уже выкладывал пост о разработке новой версии адаптера, где описывались все новые возможности, и их в полной мере удалось воплотить в реальность!
Из нового:
— платформа на более производительном микроконтроллере;
— заводское производство плат;
— полностью переработан и переписан алгоритм работы адаптера;
— доступны 3 отдельных пресета с настройками;
— разные "стратегии" (режимы) управления вентилятором;
— возможность настройки ШИМ в более широком спектре частот;
— регулировка плавности раскрутки вентилятора;
— тестовый запуск вентилятора для проверки совместимости параметров ШИМ-сигнала;
— добавлен дополнительный порт для управления от климата и принудительного запуска;
— возможность управления от внешнего ШИМ-сигнала (преобразование ШИМ).

Далее показаны варианты использования адаптера с наиболее распространенными блоками и вентиляторами

По ссылке представлена таблица совместимости адаптера с разными вентиляторами и блоками, и с соответствующими настройками адаптера (информация периодически обновляется).
Всем всех благ и стабильной температуры под капотом!

По всем интересующим вопросам просьба обращаться в личку или
сайт: pwmfanua.net
instagram: instagram.com/pwmfanua
Youtube: www.youtube.com/c/pwmfanua
Почта: nsystemst@gmail.com

заказать шим-адаптер так же возможно у моего партнера и представителя из Бишкека (Киргизтан):
what’s app / telegram: +996706016901
instagram: instagram.com/mercedes_service_bishkek