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

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)控制實現(xiàn)方案。引入整車控制器，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，通過整車控制器的PWM來控制鼓風(fēng)機(jī)調(diào)速，進(jìn)而實現(xiàn)低成本空調(diào)系統(tǒng)?？蓪崿F(xiàn)在快節(jié)奏研發(fā)基調(diào)下的整車鼓風(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

隨著新能源汽車市場關(guān)注度的日益提升及國家推出的一系列利好于新能源汽車的政策，我國新能源汽車表現(xiàn)很亮眼，產(chǎn)銷量同比增幅很明顯。電動車市場競爭力增強(qiáng)也制約著產(chǎn)品開發(fā)周期，在高質(zhì)量要求的同時，開發(fā)周期精簡后提早進(jìn)入市場，起到先入為主效果，滿足市場需求。與此同時，隨著產(chǎn)量的越發(fā)增加，整車成本也將會面臨壓縮，面對開發(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)將會是重點。自身車型中的低成本空調(diào)系統(tǒng)的控制顯得尤為重要，其控制效果的改進(jìn)和功能的完善對于提升整個汽車空調(diào)系統(tǒng)的性能也將至關(guān)重要。不同廠商也針對自身空調(diào)系統(tǒng)特性提出了不同的解決方案。

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

1系統(tǒng)方案設(shè)計

1.1系統(tǒng)交互功能方案

整車空調(diào)系統(tǒng)是使用者根據(jù)整車溫度過高或者過低去觸發(fā)空調(diào)系統(tǒng)，通過人機(jī)交互界面或者遠(yuǎn)程APP對空調(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、自動控制（AUTO）請求指令，ACP將請求指令進(jìn)行分解傳輸至VCU（整車控制器）、風(fēng)門電機(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，實現(xiàn)使用者所需的空調(diào)請求效果;

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來控制，VCU分解面板對鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)速要求，VCU通過PWM調(diào)速控制鼓風(fēng)機(jī)的調(diào)速模塊，實現(xiàn)電壓的控制，進(jìn)而對鼓風(fēng)機(jī)控制，概圖如圖1所示;

1.2匹配電路設(shè)計

采用低成本空調(diào)系統(tǒng)方案重點是VCU與調(diào)速模塊的匹配，需要對原鼓風(fēng)機(jī)調(diào)速模塊基礎(chǔ)電路進(jìn)行細(xì)微修改，外部通過面板輸入調(diào)速模塊PWM電壓信號，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，通過調(diào)節(jié)PWM占空比，可以實現(xiàn)不同供電電壓，從而利用MOSFET放大的工作原理對鼓風(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，通過內(nèi)部電路調(diào)整PWM占空比，從而實現(xiàn)整車控制器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波形高電平與整車低壓電源電壓有關(guān)，針對此，對原有電路內(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，小于其飽和開啟電壓，不會對其工作效果產(chǎn)生影響。

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

2系統(tǒng)臺架仿真設(shè)計

2.1系統(tǒng)臺架構(gòu)建

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

系統(tǒng)臺架構(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，利用萬用表和示波器來實現(xiàn)同步監(jiān)測電壓和波形的實際輸出狀態(tài)。在此構(gòu)建的系統(tǒng)臺架中，首先利用穩(wěn)壓電源模擬現(xiàn)實蓄電池正常供電11-16 V范圍輸出給此系統(tǒng);其次通過PC電腦CCP標(biāo)定方式實現(xiàn)不同檔位對應(yīng)的占空比輸出給調(diào)速模塊;最后通過萬用表和示波器監(jiān)測并采集鼓風(fēng)機(jī)端電壓值形成控制數(shù)據(jù)庫供VCU使用。

系統(tǒng)臺架構(gòu)建實物如圖4所示。

2.2臺架仿真測試

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

2.3臺架仿真分析

通過臺架模擬實際工況的供電電壓測試，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實車搭載驗證

為了驗證低成本空調(diào)功能和臺架數(shù)據(jù)建模設(shè)計低成本空調(diào)系統(tǒng)的控制邏輯，實現(xiàn)PWM占空比轉(zhuǎn)模擬量輸出控制調(diào)速模塊，實現(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VCU的控制要求的方案能否真正體現(xiàn)在量產(chǎn)車型上，需要經(jīng)過嚴(yán)格的需求一設(shè)計一開發(fā)一驗SEv流程。

作為整個V流程中是最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，實車搭載驗證將決定功能方案的可靠性和其他性能。實車測試數(shù)據(jù)如圖6所示;通過采集數(shù)據(jù)與控制數(shù)據(jù)對比，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。故此方案在實車搭載是可靠的。

4結(jié)論

本文基于預(yù)設(shè)計方案思想對低成本空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行V流程設(shè)計開發(fā)，針對低成本空調(diào)系統(tǒng)中的VCU與調(diào)速模塊控制匹配核心難點進(jìn)行模擬、測試和驗證，為達(dá)到最優(yōu)控制效果，修正匹配電路。參考臺架測試數(shù)據(jù)設(shè)計PWM輸出占空比，實現(xiàn)VCU與調(diào)速模塊的控制，經(jīng)實車搭載測試驗證分析，滿足低成本空調(diào)系統(tǒng)的方案要求。