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李元勇，刘玉振，刘晓春
（山东华宇工学院 机械工程学院，山东 德州 253034）
我国现如今汽车保有量世界第一，汽车种类齐全、数量巨大，但汽车保养方面的技术服务并不是十分完善。目前对发动机冷却液的检测方式，大多采用冰点检测仪进行检测，这需要专业人员操作，因此，日常生活中车主并不能实时了解发动机冷却液的实际状况，也不知道冷却液何时需要更换，对于用户来说不仅浪费时间精力，而且如果不及时更换不合格的冷却液，不仅会对发动机的正常使用造成影响，甚至还有可能造成冷却系统或者发动机的损坏，造成更大的损失[1-3]。因此，文章设计本款基于CAN-Bus网络的汽车冷却液智能预警装置。
冷却系统作为汽车五大系统之一，不仅可以将发动机零件热量散发至外界空气，防止发动机出现过热的情况，而且还能使汽车发动机迅速升温，并使其保持在合适的工作温度，进而保证发动机拥有一个正常的工作环境，以发挥其最佳的工作性能，延长发动机的工作寿命。随着汽车技术的发展，现代汽车冷却系统绝大多数为水冷系统。汽车冷却系统简图如图1所示。
图1 汽车冷却系统简图
现有车辆自带的冷却液报警系统可以提示存在冷却液不足或者水箱温度过高等问题。水温表显示正常，则是因为冷却液低于电极水平，电路无法导通，行车电脑据此判断防冻液不足。水温表显示高温则是因为冷却液温度过高，车主无法实时了解汽车冷却液本身的质量情况。而已有的未被广泛应用的预警系统未与行车电脑进行匹配，系统装置结构较为复杂，成本也较高。
3.1 手持式冰点测试仪
现在的有手持式冰点测试仪，虽较小巧，但操作并不简便，一般的用户并不能规范地进行操作，车主仍需要去相关保养机构由专业的维修保养人员进行检测，车主不能及时了解冷却液的质量情况及冷却液是否需要更换，这使汽车发生故障的几率大幅增加。手持式冷却液冰点检测仪如图2、图3所示。
图2 手持式冷却液冰点检测仪
图3 手持式冷却液冰点检测仪数值标尺面板
3.2 数显式冷却液冰点检测仪
数显冰点仪可快速测试乙二醇和丙二醇水溶液的浓度及乙二醇与丙二醇型防冻液的结晶冰点，可应用于汽车的冷却水、冷媒液用的不冻液等。乙二醇冰点随着乙二醇在水溶液中的浓度变化而变化，浓度在 60%以下时，水溶液中乙二醇浓度升高冰点降低，但浓度超过 60%后，随着乙二醇浓度的升高，其冰点呈上升趋势，粘度也会随着浓度的升高而升高。当浓度达到99.9%时，其冰点上升至-13.2 ℃，这就是浓缩型防冻液（防冻液母液）为什么不能直接使用的一条重要原因，使用冰点仪需注意。现有数显冰点仪虽然可以智能识别冷却液冰点，但是需要吸取冷却系统中的冷却液，并且需要人为有意识地定期检测，并不能起到智能预警和实时监测冷却液使用情况的作用，只适合汽车的定期保养或汽车相关问题的检测。数显式冷却液冰点检测仪详情如图 4与表 1所示。
图4 数显式冷却液冰点检测仪
表1 数显式冷却液冰点检测仪相关技术参数
4.1 基于CAN-Bus网络的汽车冷却液智能预警装置组成
基于 CAN-Bus网络的汽车冷却液智能预警装置包括液位传感器、冷却液冰点检测传感器、发动机控制单元、可联网行车电脑、汽车音响等部件。液位传感器安装于冷却液储液罐内，用于检测冷却液的液位，液位传感器的输出端与所述的发动机控制单元通过线路相连。冷却液冰点检测传感器安装于冷却液膨胀水箱内，用于检测冷却液的冰点，冷却液冰点检测传感器的输出端与所述的发动机控制单元通过线路相连。发动机控制单元为原车发动机控制单元，用来接收并分析冷却液冰点检测传感器和液位传感器的信号，并把分析后的结果通过车载网络CAN线共享到所述的可联网行车电脑。可联网行车电脑带有显示屏兼具网络连接功能，可联网行车电脑将接收到的数据结果及时显示在可联网行车电脑显示屏上，可联网行车电脑接收到的数据结果与内置冷却液冰点参考数值有差别，则暂时会控制汽车音响工作，并播报冷却液及时更换提示语音，同时，可联网行车电脑通过网络云端查找附近可更换冷却液的维修店，并向车主进行提示。汽车冷却液智能预警系统控制原理图如图5所示。
图5 汽车冷却液智能预警系统控制原理图
4.2 基于CAN-Bus网络的汽车冷却液智能预警装置研究内容
1.部件安装位置的选择
本系统需要对于冷却液的性能进行检测，但是对于检测用的传感器安装位置需要根据实际工作状况进行多次实验，既要考虑到传感器检测数据的准确性和全面性，又要考虑到高温冷却液对传感器寿命的影响情况，最终确定冷却液冰点检测传感器安装于冷却液膨胀水箱内，液位传感器安装于冷却液储液罐内。
2.与原车辆控制系统间的匹配设计
本装置通过发动机控制单元将两个传感器传来的信号处理并分析得到冷却液状况信息，通过车载CAN线，传递到可联网行车电脑，故需要对原来的电脑进行升级，同时此数据类别归类到舒适CAN数据，故需要对信息进行处理，以免影响到动力数据传递。
3.预警系统的人性化设计研究
为了第一时间提醒用户冷却液存在的问题，本装置设计了基于原车可联网行车电脑控制的语音播报功能，同时可联网行车电脑通过网络云端查找附近可更换冷却液的维修店，及时帮助用户发现并解决问题。
当汽车处于启动状态时，传感器和控制系统以及行车电脑开始工作。液位传感器将检测到的液位数据传给发动机控制单元，同时冷却液冰点检测传感器将检测到的冷却液冰点数值也传递给发动机控制单元，发动机控制单元将两个传感器传来的数据处理并分析得到冷却液相关信息，通过车载CAN线，传递到可联网行车电脑，可联网行车电脑将接收到的冷却液冰点和液位数值及时显示在可联网行车电脑显示屏上，如果此时冷却液冰点和液位数值与冷却液状况的参考值有差别，则可联网行车电脑会控制汽车音响进行语音警报，播报冷却液异常或者需要更换的信息，驾驶员可通过可联网行车手动电脑关闭播报。关闭播报后再次启动车辆时，冷却液若仍存在问题，则音响仍会进行播报。在发现冷却液异常进行语音报警的同时，可联网行车电脑会通过网络云端查找附近专业的维修保养机构，并为车主提供导航服务，同时播报有关附近维修店的相关信息以帮助车主更好地解决问题。系统具体工作流程如图6所示。
图6 汽车冷却液智能预警系统工作流程示意图
通过上述技术方案，汽车冷却液智能预警系统可以实时监测冷却液的工作状况，并将相关数据信息显示在仪表板上；
在冷却液冰点超标时或者冷却液液位异常时，会通过车载音响进行报警，提醒车主及时处理，并为车主提供附近专业的可更换冷却液的维修保养机构的导航，从而保证了车主车辆维护的方便及用车安全。
截至 2020年底，全国机动车保有量约 3.67亿辆，稳居世界第一。而我国在汽车的保养方面的技术服务并不是十分完善，并且车辆基数巨大。本装置可以帮助车主及时了解车辆冷却液的使用情况，帮助车主寻找维修保养机构，使汽车更加智能化。本装置可作为附加装置选择性地进行升级安装，非常符合市场需求，故具有十分广阔的市场应用前景。
在这个智能化的时代，万物都在向着智能化、互联化发展[4-6]。本装置基于汽车CAN-Bus网络进行冷却液智能预警，并且通过互联网快速找到为车主提供冷却液更换服务的导航地址，以便于车主及时进行冷却液的更换，使车辆的使用更加智能化、贴心化。
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