新能源汽車空調(diào)電動壓縮機控制技術研究

侯捷 廣西理工職業(yè)技術學校

近年來，由于人們環(huán)保意識提高，各國政府對新能源汽車產(chǎn)業(yè)扶持力度加大，人們對電動汽車的性能提出更高的要求。新能源汽車行業(yè)發(fā)展為電動空調(diào)系統(tǒng)創(chuàng)造廣闊的市場空間。電動空調(diào)系統(tǒng)是汽車重要電子控制系統(tǒng)，加強對其關鍵技術研究，對促進汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重要現(xiàn)實意義。傳統(tǒng)汽車向新能源汽車過渡中，壓縮機發(fā)展為高效變頻控制?？照{(diào)系統(tǒng)壓縮機具有兩個子系統(tǒng)，本文設計基于空間矢量脈寬調(diào)控技術的空調(diào)永磁同步壓縮機控制系統(tǒng)，為系統(tǒng)硬件實現(xiàn)提供思路。

一、電動壓縮機自動控制系統(tǒng)原理

研究設計汽車空調(diào)電動壓縮機控制技術，由壓縮機、控制器等部分構成。電動機需利用永磁體設計，使之在氣隙磁場下產(chǎn)生電磁力.電動壓縮機控制器采用渦旋電動壓縮機，具有體積小等特點。電動壓縮機控制器通過CAN網(wǎng)絡接收調(diào)速信號實現(xiàn)對壓縮機啟停控制。

二、通信接口相關技術

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)用于通信接口設計，可提高數(shù)據(jù)傳輸效率。電動壓縮機控制技術要求以傳統(tǒng)三相電流為基礎，將電磁原理應用于技術實現(xiàn)。技術需以空間矢量脈沖寬度調(diào)制算法為基礎實現(xiàn)。定子電壓空間矢量U與角頻率w呈線性關系。

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)境較為復雜，與車載網(wǎng)絡兼容。選擇控制器局域網(wǎng)通信作為壓縮機控制系統(tǒng)通信接口，空調(diào)壓縮機需按一定標準開發(fā)診斷功能，ISO15765是許多汽車廠商采用的診斷通信標準。

三、驅(qū)動控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)接收相關指令數(shù)據(jù)，控制壓縮機運轉(zhuǎn)，熱負荷與壓縮機制冷量平衡，壓縮機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機上模擬直流電動機轉(zhuǎn)矩控制規(guī)律，使分量相互垂直，可進行單獨調(diào)節(jié)。交流電動機轉(zhuǎn)矩控制與直流電動機相似，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。

永磁同步電動機矢量控制需對電流環(huán)調(diào)節(jié)，縮機電動機工作環(huán)境惡劣，需實現(xiàn)無傳感轉(zhuǎn)子速度位置估計功能。速度環(huán)采用含積分限幅PI控制，轉(zhuǎn)子位置與速度估計采用滑膜觀測器實現(xiàn)，控制系統(tǒng)需要微控制器對技術實現(xiàn)。

四、空調(diào)電動壓縮機控制設計

研究設計壓縮機控制芯片以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)電動壓縮控制系統(tǒng)對電壓要求較高，設計電路以SMI±30DCE-P3-O9/S16霍爾電流傳感器測量電流為主。

電動壓縮機控制器硬件系統(tǒng)由最小系統(tǒng)電路，IPM驅(qū)動電路，差動運放電路，CAN通訊接口電路等部分組成。空調(diào)電動壓縮機信號傳輸借助傳感器實現(xiàn)，設計空調(diào)電動壓縮機以永磁直流電機為主要動力源，額定電壓63V，電阻38Ω，運行最低溫度-40℃。將活性炭多孔電極與電解質(zhì)聯(lián)合，汽車停運后電力供應中斷，儲存電能可實現(xiàn)對空調(diào)電力供應。

壓縮機控制器上電后系統(tǒng)主程序調(diào)用子模塊初始化。初始化子程序設計，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)通信可正常進行。設計人員賦予寄存器變量，等待中斷循環(huán)，定時器顯示為2通信重新連接。

應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，可對止步點極限位置約束，電機施加反向電磁力。傳統(tǒng)PID算法需分別計算u（p），u（i），u（d），得到最終解。計算方法結果精確度差。將改進的模糊PID算法用于空調(diào)電動壓縮機控制，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)電壓縮機硬件平臺，由電腦，驅(qū)動板等構成。采用設計方法動態(tài)響應良好，設計方式增強汽車運行穩(wěn)定性。應用空調(diào)電動壓縮機控制技術設計控制系統(tǒng)，設計人員可將技術用于空調(diào)硬件系統(tǒng)設計中。

五、結語

目前新能源汽車電動控制技術成為研究的熱點，綜述壓縮機控制系統(tǒng)原理，給出空間矢量變頻控制原理，搭建電機矢量控制仿真模型。本文設計新能源汽車空調(diào)壓縮機永磁電機控制器，實現(xiàn)壓縮機啟?？刂?，控制器軟件工作正常，空調(diào)系統(tǒng)臺架可實現(xiàn)制冷功能。研究發(fā)現(xiàn)壓縮機運轉(zhuǎn)存在波動等問題，后期壓縮機控制算法參數(shù)匹配，運放電路PCB布局等是研究重點。