侯捷 廣西理工職業(yè)技術(shù)學(xué)校

近年來，由于人們環(huán)保意識(shí)提高，各國政府對(duì)新能源汽車產(chǎn)業(yè)扶持力度加大，人們對(duì)電動(dòng)汽車的性能提出更高的要求。新能源汽車行業(yè)發(fā)展為電動(dòng)空調(diào)系統(tǒng)創(chuàng)造廣闊的市場空間。電動(dòng)空調(diào)系統(tǒng)是汽車重要電子控制系統(tǒng)，加強(qiáng)對(duì)其關(guān)鍵技術(shù)研究，對(duì)促進(jìn)汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重要現(xiàn)實(shí)意義。傳統(tǒng)汽車向新能源汽車過渡中，壓縮機(jī)發(fā)展為高效變頻控制?？照{(diào)系統(tǒng)壓縮機(jī)具有兩個(gè)子系統(tǒng)，本文設(shè)計(jì)基于空間矢量脈寬調(diào)控技術(shù)的空調(diào)永磁同步壓縮機(jī)控制系統(tǒng)，為系統(tǒng)硬件實(shí)現(xiàn)提供思路。

一、電動(dòng)壓縮機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)原理

研究設(shè)計(jì)汽車空調(diào)電動(dòng)壓縮機(jī)控制技術(shù)，由壓縮機(jī)、控制器等部分構(gòu)成。電動(dòng)機(jī)需利用永磁體設(shè)計(jì)，使之在氣隙磁場下產(chǎn)生電磁力.電動(dòng)壓縮機(jī)控制器采用渦旋電動(dòng)壓縮機(jī)，具有體積小等特點(diǎn)。電動(dòng)壓縮機(jī)控制器通過CAN網(wǎng)絡(luò)接收調(diào)速信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)壓縮機(jī)啟停控制。

二、通信接口相關(guān)技術(shù)

汽車內(nèi)部電氣元件較多，傳統(tǒng)方式數(shù)據(jù)傳輸通信質(zhì)量較差，將控制器局域網(wǎng)用于通信接口設(shè)計(jì)，可提高數(shù)據(jù)傳輸效率。電動(dòng)壓縮機(jī)控制技術(shù)要求以傳統(tǒng)三相電流為基礎(chǔ)，將電磁原理應(yīng)用于技術(shù)實(shí)現(xiàn)。技術(shù)需以空間矢量脈沖寬度調(diào)制算法為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)。定子電壓空間矢量U與角頻率w呈線性關(guān)系。

新能源汽車能源必須兼顧舒適性要求合理分配，空調(diào)壓縮機(jī)自身能耗需要快速反饋給主控微控制單元[1]?？紤]汽車內(nèi)部電磁環(huán)境較為復(fù)雜，與車載網(wǎng)絡(luò)兼容。選擇控制器局域網(wǎng)通信作為壓縮機(jī)控制系統(tǒng)通信接口，空調(diào)壓縮機(jī)需按一定標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)診斷功能，ISO15765是許多汽車廠商采用的診斷通信標(biāo)準(zhǔn)。

三、驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)接收相關(guān)指令數(shù)據(jù)，控制壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，熱負(fù)荷與壓縮機(jī)制冷量平衡，壓縮機(jī)低速保持車廂舒適溫度。矢量變換控制理論由德國Blaschke等人提出，在普通三相交流電動(dòng)機(jī)上模擬直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩控制規(guī)律，使分量相互垂直，可進(jìn)行單獨(dú)調(diào)節(jié)。交流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩控制與直流電動(dòng)機(jī)相似，定子電流控制中需要將直流電流分量id與交軸電流分量iq轉(zhuǎn)化三相交流電。

永磁同步電動(dòng)機(jī)矢量控制需對(duì)電流環(huán)調(diào)節(jié)，縮機(jī)電動(dòng)機(jī)工作環(huán)境惡劣，需實(shí)現(xiàn)無傳感轉(zhuǎn)子速度位置估計(jì)功能。速度環(huán)采用含積分限幅PI控制，轉(zhuǎn)子位置與速度估計(jì)采用滑膜觀測器實(shí)現(xiàn)，控制系統(tǒng)需要微控制器對(duì)技術(shù)實(shí)現(xiàn)。

四、空調(diào)電動(dòng)壓縮機(jī)控制設(shè)計(jì)

研究設(shè)計(jì)壓縮機(jī)控制芯片以DSP芯片為主，主頻最高60MHz，代碼效率高。DSP控制芯片中USB接口多功能調(diào)試器為核心構(gòu)件。接口通信方式以UART串行通信為主，芯片仿真模式包括自然以及他仿真。空調(diào)電動(dòng)壓縮控制系統(tǒng)對(duì)電壓要求較高，設(shè)計(jì)電路以SMI±30DCE-P3-O9/S16霍爾電流傳感器測量電流為主。

電動(dòng)壓縮機(jī)控制器硬件系統(tǒng)由最小系統(tǒng)電路，IPM驅(qū)動(dòng)電路，差動(dòng)運(yùn)放電路，CAN通訊接口電路等部分組成?？照{(diào)電動(dòng)壓縮機(jī)信號(hào)傳輸借助傳感器實(shí)現(xiàn)，設(shè)計(jì)空調(diào)電動(dòng)壓縮機(jī)以永磁直流電機(jī)為主要?jiǎng)恿υ?，額定電壓63V，電阻38Ω，運(yùn)行最低溫度-40℃。將活性炭多孔電極與電解質(zhì)聯(lián)合，汽車停運(yùn)后電力供應(yīng)中斷，儲(chǔ)存電能可實(shí)現(xiàn)對(duì)空調(diào)電力供應(yīng)。

壓縮機(jī)控制器上電后系統(tǒng)主程序調(diào)用子模塊初始化。初始化子程序設(shè)計(jì)，可將系統(tǒng)變量清零[2]。子程序初始化定義串口通信波特率為115300，空調(diào)通信可正常進(jìn)行。設(shè)計(jì)人員賦予寄存器變量，等待中斷循環(huán)，定時(shí)器顯示為2通信重新連接。

應(yīng)用通信檢測硬件以傳感器為主，可通過查詢電流控制表方式得到給定電流值，可對(duì)止步點(diǎn)極限位置約束，電機(jī)施加反向電磁力。傳統(tǒng)PID算法需分別計(jì)算u（p），u（i），u（d），得到最終解。計(jì)算方法結(jié)果精確度差。將改進(jìn)的模糊PID算法用于空調(diào)電動(dòng)壓縮機(jī)控制，模糊PID算法要求得到偏差變化率ec（t），通過查詢模糊控制表方式得到PID修正參量。

壓縮機(jī)電阻0.7Ω，控制電壓15V，允許最小環(huán)境溫度-55℃，模擬空調(diào)電壓縮機(jī)硬件平臺(tái)，由電腦，驅(qū)動(dòng)板等構(gòu)成。采用設(shè)計(jì)方法動(dòng)態(tài)響應(yīng)良好，設(shè)計(jì)方式增強(qiáng)汽車運(yùn)行穩(wěn)定性。應(yīng)用空調(diào)電動(dòng)壓縮機(jī)控制技術(shù)設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)，設(shè)計(jì)人員可將技術(shù)用于空調(diào)硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)中。

五、結(jié)語

目前新能源汽車電動(dòng)控制技術(shù)成為研究的熱點(diǎn)，綜述壓縮機(jī)控制系統(tǒng)原理，給出空間矢量變頻控制原理，搭建電機(jī)矢量控制仿真模型。本文設(shè)計(jì)新能源汽車空調(diào)壓縮機(jī)永磁電機(jī)控制器，實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)啟?？刂?，控制器軟件工作正常，空調(diào)系統(tǒng)臺(tái)架可實(shí)現(xiàn)制冷功能。研究發(fā)現(xiàn)壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)存在波動(dòng)等問題，后期壓縮機(jī)控制算法參數(shù)匹配，運(yùn)放電路PCB布局等是研究重點(diǎn)。