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        一種基于脈沖寬度調(diào)制控制低成本空調(diào)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方式

        2020-01-06 03:44:59閆偉孔令靜陳信強(qiáng)沙文瀚
        電子產(chǎn)品世界 2020年4期

        閆偉 孔令靜 陳信強(qiáng) 沙文瀚

        摘要:本文介紹了一種新能源低成本空調(diào)系統(tǒng)控制實(shí)現(xiàn)方案。引入整車(chē)控制器,參與空調(diào)系統(tǒng)中PTC、壓縮機(jī)、面板的交互。根據(jù)鼓風(fēng)機(jī)自身電性能屬性,增加整車(chē)控制器脈沖寬度調(diào)制(PWM)接口資源,匹配性修正調(diào)速模塊部分電路,另增加與鼓風(fēng)機(jī)閉環(huán)交互能力,通過(guò)整車(chē)控制器的PWM來(lái)控制鼓風(fēng)機(jī)調(diào)速,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)低成本空調(diào)系統(tǒng)??蓪?shí)現(xiàn)在快節(jié)奏研發(fā)基調(diào)下的整車(chē)鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)速調(diào)節(jié),滿足節(jié)能降本的空調(diào)制冷和制熱功能。

        關(guān)鍵詞:脈沖寬度調(diào)制控制;鼓風(fēng)機(jī)調(diào)速;修正電路;低成本空調(diào)

        0引言

        隨著新能源汽車(chē)市場(chǎng)關(guān)注度的日益提升及國(guó)家推出的一系列利好于新能源汽車(chē)的政策,我國(guó)新能源汽車(chē)表現(xiàn)很亮眼,產(chǎn)銷量同比增幅很明顯。電動(dòng)車(chē)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力增強(qiáng)也制約著產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期,在高質(zhì)量要求的同時(shí),開(kāi)發(fā)周期精簡(jiǎn)后提早進(jìn)入市場(chǎng),起到先入為主效果,滿足市場(chǎng)需求。與此同時(shí),隨著產(chǎn)量的越發(fā)增加,整車(chē)成本也將會(huì)面臨壓縮,面對(duì)開(kāi)發(fā)周期壓縮和成本降低的雙重挑戰(zhàn),在硬件基礎(chǔ)條件下的控制改進(jìn)將會(huì)是重點(diǎn)。自身車(chē)型中的低成本空調(diào)系統(tǒng)的控制顯得尤為重要,其控制效果的改進(jìn)和功能的完善對(duì)于提升整個(gè)汽車(chē)空調(diào)系統(tǒng)的性能也將至關(guān)重要。不同廠商也針對(duì)自身空調(diào)系統(tǒng)特性提出了不同的解決方案。

        鑒于開(kāi)發(fā)進(jìn)度,采用原空調(diào)系統(tǒng)各單件元素,引入整車(chē)控制器(VCU)做適應(yīng)性開(kāi)發(fā),在調(diào)速模塊基礎(chǔ)上進(jìn)行簡(jiǎn)單匹配性更改,實(shí)現(xiàn)低成本統(tǒng)調(diào)系統(tǒng)功能。

        1系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

        1.1系統(tǒng)交互功能方案

        整車(chē)空調(diào)系統(tǒng)是使用者根據(jù)整車(chē)溫度過(guò)高或者過(guò)低去觸發(fā)空調(diào)系統(tǒng),通過(guò)人機(jī)交互界面或者遠(yuǎn)程APP對(duì)空調(diào)系統(tǒng)的ACP(空調(diào)面板)發(fā)送風(fēng)量、溫度、模式、AC/PTC、內(nèi)外循環(huán)、除霜除霧、自動(dòng)控制(AUTO)請(qǐng)求指令,ACP將請(qǐng)求指令進(jìn)行分解傳輸至VCU(整車(chē)控制器)、風(fēng)門(mén)電機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)及PTC,VCU根據(jù)需求輸入控制EAC(壓縮機(jī))轉(zhuǎn)速,實(shí)現(xiàn)使用者所需的空調(diào)請(qǐng)求效果;

        而低成本空調(diào)系統(tǒng)方案將鼓風(fēng)機(jī)控制權(quán)和PTC控制權(quán)交由VCU來(lái)控制,VCU分解面板對(duì)鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)速要求,VCU通過(guò)PWM調(diào)速控制鼓風(fēng)機(jī)的調(diào)速模塊,實(shí)現(xiàn)電壓的控制,進(jìn)而對(duì)鼓風(fēng)機(jī)控制,概圖如圖1所示;

        1.2匹配電路設(shè)計(jì)

        采用低成本空調(diào)系統(tǒng)方案重點(diǎn)是VCU與調(diào)速模塊的匹配,需要對(duì)原鼓風(fēng)機(jī)調(diào)速模塊基礎(chǔ)電路進(jìn)行細(xì)微修改,外部通過(guò)面板輸入調(diào)速模塊PWM電壓信號(hào),經(jīng)內(nèi)部RC及分壓電路轉(zhuǎn)換為可供MOSFETI作在放大區(qū)的電壓,通過(guò)調(diào)節(jié)PWM占空比,可以實(shí)現(xiàn)不同供電電壓,從而利用MOSFET放大的工作原理對(duì)鼓風(fēng)機(jī)回路的控制。調(diào)速模塊引出MOS管D極電壓,反饋至空調(diào)面板,通過(guò)內(nèi)部電路調(diào)整PWM占空比,從而實(shí)現(xiàn)整車(chē)控制器PWM控制鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)速,前后基礎(chǔ)電路預(yù)修正如圖2所示。

        1.2.1元器件參數(shù)修正

        在預(yù)修正電路下,PWM波形高電平與整車(chē)低壓電源電壓有關(guān),針對(duì)此,對(duì)原有電路內(nèi)部RC及分壓電路器件參數(shù)進(jìn)行調(diào)整:電阻R1和R2分別選擇:6.8 kΩ和5.1 kΩ,電容選擇2個(gè)22 uF并聯(lián)。參考MOs管特性曲線圖3,更改后的MOS管G極輸入電壓最大值可以達(dá)到6.8 V,小于其飽和開(kāi)啟電壓,不會(huì)對(duì)其工作效果產(chǎn)生影響。

        與此同時(shí),F(xiàn)B反饋電壓需滿足VCU的接收電壓在0-5 V內(nèi),故需要再對(duì)電路電壓采樣點(diǎn)路進(jìn)行更改,根據(jù)公式(1)計(jì)算確定參數(shù)。經(jīng)計(jì)算R3=4.7K,R4=llK,故選用R3和R4的阻值來(lái)實(shí)現(xiàn)修正電路的匹配;

        2系統(tǒng)臺(tái)架仿真設(shè)計(jì)

        2.1系統(tǒng)臺(tái)架構(gòu)建

        為驗(yàn)證匹配修正電路和低成本空調(diào)系統(tǒng)方案的可行性,須提前在臺(tái)架上模擬測(cè)試驗(yàn)證。當(dāng)臺(tái)架仿真數(shù)據(jù)滿足要求即可同步搭載在實(shí)車(chē)車(chē)型體現(xiàn)。

        系統(tǒng)臺(tái)架構(gòu)建元素:VCU控制器、鼓風(fēng)機(jī)、調(diào)速模塊、穩(wěn)壓電源替代蓄電池供電、PC電腦,利用萬(wàn)用表和示波器來(lái)實(shí)現(xiàn)同步監(jiān)測(cè)電壓和波形的實(shí)際輸出狀態(tài)。在此構(gòu)建的系統(tǒng)臺(tái)架中,首先利用穩(wěn)壓電源模擬現(xiàn)實(shí)蓄電池正常供電11-16 V范圍輸出給此系統(tǒng);其次通過(guò)PC電腦CCP標(biāo)定方式實(shí)現(xiàn)不同檔位對(duì)應(yīng)的占空比輸出給調(diào)速模塊;最后通過(guò)萬(wàn)用表和示波器監(jiān)測(cè)并采集鼓風(fēng)機(jī)端電壓值形成控制數(shù)據(jù)庫(kù)供VCU使用。

        系統(tǒng)臺(tái)架構(gòu)建實(shí)物如圖4所示。

        2.2臺(tái)架仿真測(cè)試

        在臺(tái)架仿真測(cè)試過(guò)程中,考慮到鼓風(fēng)機(jī)在整車(chē)低壓電源是有范圍的,故使用臺(tái)架模擬11-16 V有效工作區(qū)域,工況測(cè)試結(jié)果如表1。

        2.3臺(tái)架仿真分析

        通過(guò)臺(tái)架模擬實(shí)際工況的供電電壓測(cè)試,更改后可以匹配VCU的PWM控制電路,分析繪制出鼓風(fēng)機(jī)兩端電壓一檔位一占空比邏輯值,如圖5所示。

        從圖中可知,此仿真比較精確地控制鼓風(fēng)機(jī)兩端工作電壓且在合理的要求范圍內(nèi),故此低成本空調(diào)系統(tǒng)匹配電路修正方案可行。

        3實(shí)車(chē)搭載驗(yàn)證

        為了驗(yàn)證低成本空調(diào)功能和臺(tái)架數(shù)據(jù)建模設(shè)計(jì)低成本空調(diào)系統(tǒng)的控制邏輯,實(shí)現(xiàn)PWM占空比轉(zhuǎn)模擬量輸出控制調(diào)速模塊,實(shí)現(xiàn)鼓風(fēng)機(jī)調(diào)速模塊的調(diào)速,滿足低成本空調(diào)系統(tǒng)架構(gòu)對(duì)VCU的控制要求的方案能否真正體現(xiàn)在量產(chǎn)車(chē)型上,需要經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的需求一設(shè)計(jì)一開(kāi)發(fā)一驗(yàn)SEv流程。

        作為整個(gè)V流程中是最關(guān)鍵的環(huán)節(jié),實(shí)車(chē)搭載驗(yàn)證將決定功能方案的可靠性和其他性能。實(shí)車(chē)測(cè)試數(shù)據(jù)如圖6所示;通過(guò)采集數(shù)據(jù)與控制數(shù)據(jù)對(duì)比,在恒定蓄電池供電電壓下,風(fēng)擋占空比的控制與風(fēng)擋檔位請(qǐng)求一致,鼓風(fēng)機(jī)電壓也趨近于曲線形變化而非斷崖式。故此方案在實(shí)車(chē)搭載是可靠的。

        4結(jié)論

        本文基于預(yù)設(shè)計(jì)方案思想對(duì)低成本空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行V流程設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā),針對(duì)低成本空調(diào)系統(tǒng)中的VCU與調(diào)速模塊控制匹配核心難點(diǎn)進(jìn)行模擬、測(cè)試和驗(yàn)證,為達(dá)到最優(yōu)控制效果,修正匹配電路。參考臺(tái)架測(cè)試數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)PWM輸出占空比,實(shí)現(xiàn)VCU與調(diào)速模塊的控制,經(jīng)實(shí)車(chē)搭載測(cè)試驗(yàn)證分析,滿足低成本空調(diào)系統(tǒng)的方案要求。

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