设计 源汽车电动空调压缩机驱动器设计研究 孙 云，杨学平，蒋超宇，薛秀丽 （云南１＝ＪＬ电职业技术学院，云南昆明６５０２０３）
计算 新能
摘 要：电动汽车电动空调系统是一种直接依靠电动机驱动的辅助系统．代表着未来新型汽车空调 技术的发展方向。以空调压缩机驱动器为研究对象．对其进行了相应的软硬件设计，验证了压缩机控制 方案的可行性．对电动空调系统的研发具有参考价值和理论价值。 关键词：电动空调压缩机；驱动器；无刷直流电机 中图分类号：ＴＫ ４２２ 文献标志码：Ａ Ｔｈｅ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｎｅｗ Ｅｎｅｒｇｙ Ｖｅｈｉｃｌｅ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ａｉｒ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ Ｄｒｉｖｅｒ ＵＮ Ｙｕｎ．ＹＡＮＧ Ｘｕｅｐｉｎｇ．Ｊ１ＡＮＧ Ｃｈａｏｙｕ，ＸＵＥ Ｘｉｕｌｉ （Ｙｔｌｎｎａｎ Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ Ｌ、（）ｌｉｅｇｅ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｅａｌ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｋｕｎｍｉｎｇ ６５０２０３一Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｅｌｅｃｔ ｒｉｃ ｖｅｈｉｃｌｅ ａｉｒ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ ｓｙｓｌｃｎｌ ｉｓ ａｎ ａｓｓｉｓｔ ｓｙｓｔｅｍ ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｐｏｗｅｒｅｄ ｂｙ ｌｅｅｔ ｒｉｃ ｍａｃｈｉｎｅｒｙ．Ａｎｄ ｉｔ ｈａｓ Ｉ）ｔ ｃｏｌｌｉｅ ｏｎｅ ｓｉｇｎ ｏｆ ｆｕｔｕｒｅ ｄｅｖｅｋ）Ｉ）ｍｅｎｌ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｈｉｇｈ ｔｅｅｈｎｉｑｕｅ ｏｆ ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｌａｋｅｓ ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ ｄｒｉｖｅ ａｓ ｔｈｅ ｒ。ｓｅａｒ（？］１ ｅ１）ｉｅｃｔ．Ｔｈｅ ｓｏｆｔｗａｒｅ ａｎｄ ｈａｒｄｗａｒｅ＇ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｉｅ ａｉｒ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ ｄｒｉｖｅｒ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ｔｈｅ ｌｅａ ｉｂｉｌｉＩ、 ｏｆ ｔ１１ｃ ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ ｃｏｎｌ ｒ（）ｌ ｓｃｈｅｎｌ／＇ｈａｓ ｂｅｅｎ ｖｅｒｉｆｉｅｄ． Ｆｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｅｌｅｃｔ ｒｉｃ ａｉｒ—ｅｏｎｄｉｔｔｏｎｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｈ“ｓ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｖａｈｌｅ ａｎｄ ｔｈｅｏｒｅｔｉ（ ｛ｄ ｖａｌｔｉｃ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｅｌｅｃｔｔｉｃ ａｉｒ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉ ｚ１ｇ ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ，ｄ ｒｉｖｅｒ，ｂｒｕｓｈｌｅｓｓ Ｄ（７ ｎｌｏｔｏｒ
随着新能源汽车产业的兴起和人们生活质量的 提高．人们对新能源汽车的可靠性、舒适性和常能环 保等性能提出了更高的要求．而电动汽车空调的好 坏是决定乘车舒适性的重要因素之一 。电动空调 系统属于新能源汽车电动辅助系统的“六小电”（电 动转向、电动空凋、电动制动、车载充电器、Ｉ）Ｃ—ＤＣ、 远程监控系统 电动仪表）之一，在当前我国强调新 能源汽车部件自主知识产权的背景下，对其关键技 术进行基础研究，对加快电动汽车节能技术发展、促 进电动汽车产业技术进步具有现实和长远的意义。 Ｉ乜动空凋压缩机是电动空调系统的重要核心零 部什。随着新能源汽车的产业化。该产品的需求量 会 断七升，经济利润空间大，拥有光明的市场前 景。同电动汽车驱动系统一样，电动空凋压缩机也 使用电动机进行驱动；为其研究ｌＪＦ发一款性能良好、 运行平稳、工作高效和安全可靠的驱动器控制系统 非常重要。电动空涮压缩机驱动系统所采用的控制 算法的优劣以及设计编写对应的控制程序的水平是 缩机正常工作的关键。目前，电动空调系统的研 究停 住模型阶段．并且还需要大皱试验进行模型 验证 。 本文以电动空凋压缩机驱动器为研究对象，对 其进行相应的软硬件设计，验证压缩机控制方案的 ¨丁行性，对电动空调系统的研发具有参考价值和理 论价值 。
１ 电动空调系统概述 电动空调系统是使月ｊ电动压缩机的空调系统的 总称。动力电池是电动汽车的动力源，也是电动压 缩机的驱动源。常见的电动汽车使用电动压缩机制 冷系统进行制冷。电动机驱动相对于传统发动机驱 动，能量利用率更高，而空凋系统是汽车耗能很大的 辅助系统，几乎占辅助系统功耗的７Ｏ ，采用电动 空调大大提高ｒ汽车能量利用率。电动空调制冷系 统如图１所示。
藤发器 储液罐 图１ 电动空调制冷系统 而电动汽车采暖系统主要包括热电电动汽车空 调系统、热泵型电动汽车 凋系统及液氮电动汽车 空调系统。
《新技术新工艺》设计与计算 新技术新工艺２０１７年 第６期 ２ 压缩机驱动电动机型式确定 无论是在传统内燃机汽车上，还是在混合动力 汽车上，亦或是在纯电动汽车上，在压缩机工作过程 中，空调系统会充满了制冷剂蒸汽，有刷电动机工作 时碳刷会产生火花，安全性能降低，所以不采用有刷 电动机，而无刷直流电动机结构紧凑，换相无火花， 运行效率高，在各领域应用广泛；故电动空调压缩机 驱动电动机采用无刷直流电动机。
３ 压缩机驱动电动机控制系统分析 独立式全电动压缩机采用无刷直流电动机和压 缩机的一体化设计，但是这种设计有自身的缺陷。 传统无刷直流电动机需要通过位置传感器产生正确 的换向信息来进行控制，由于工作环境的影响，位置 传感器的信号受干扰会产生畸变，这将降低电动机 控制系统的实时性及可靠性，因此需要研究开发无 位置、无刷直流电动机控制系统。压缩机驱动示意 图如图２所示。
图２压缩机驱动示意图 ４ 驱动器控制系统硬件设计 电动空调压缩机驱动控制器的硬件构成框图如 图３所示。驱动控制系统的硬件主要由保护电路、 电压电流检测电路、控制电路及功率驱动电路等组 成。主要控制器是依据设计者需求，通过串行通信 接口传递信息值到控制中心，芯片根据数模转换器 对直流电动机端的电压与电流进行同步采样，根据 相应的控制算法程序，将得到的ＰＷＭ控制信号传 输给功率模块，实现无刷电动机的实时控制。电源 稳压电路提供３种电压，即单片机最小系统使用的 电压（３．３ Ｖ），外围电路使用的电压（５ Ｖ）和逆变桥 驱动使用的电压（１５ Ｖ）。
图３控制器硬件框图 由于电动机的转速与无刷直流电动机的绕组反
电势是正相关的，电动机低速或者不工作时几乎没 有反电势，此时无法检测到电势过零信号，无法确定 转子位置，因而电动机无法起动，需要采用其他控制 策略方法来起动。常见的软硬件起动方法有硬件起 动、预定位起动和三段式起动等。
５ 驱动器控制系统软件设计 控制系统的软件主程序流程图如图４所示，主 程序的功能是对驱动控制系统进行相应的初始化设 计，控制流程中设置死循环进行按键扫描，同时具有 系统中断功能处理。驱动控制平台采用６４位 ＡＲＭ单片机构建，经过Ｉ／ｏ接口完成数据信号的 采集、处理、计算和控制ＰＷＭ逆变信号的生成。平 台ＰＷＭ开关控制频率可选择２０ ｋＨｚ（控制循环周 期为５０肚ｓ）。采用６４位单片机系统控制，程序可用 Ｃ语音编程，明显提高了此驱动系统程序的可移植 性、可修改性并且方便后期维护修改，使得此研究编 写的控制程序容易移植到其他电动压缩机控制平台 进行交互。
《新技术新工艺》设计与计算 图４软件控制流程图 设计 计算 一种硬岩掘进机滚刀设计研究 王 锴 ，王 琴 （１．中铁工程装备集团隧道设备制造有限公司，河南新乡４５３０１１；２．河南机电职业学院，河南郑州４５１１９１） 摘 要：刀盘是硬岩掘进机施工中的关键部件，而滚刀是刀盘掘进中的利器，掘进机在施工过程中能 否顺利推进，能否把坚硬的岩石啃下来，完全取决于滚刀的性能。假设岩体是连续和均质的工况下，对特 定的硬岩掘进机滚刀起动牵引力的数值进行计算，计算的结果比实际所需的值略大，安全系数高，滚刀性 能卓越、稳定，并可节约施工时间。通过三维建模和计算校核可知，刀轴设计满足强度要求。 关键词：硬岩掘进机；刀盘；滚刀；有限元分析 中图分类号：ＴＨ １２２ 文献标志码：Ａ Ａ Ｋｉｎｄ ｏｆ Ｈａｒｄ Ｒｏｃｋ Ｔｕｎｎｅｌ Ｂｏｒｉｎｇ Ｍａｃｈｉｎｅ Ｈｏｂ ＷＡＮＧ Ｋａｉ ，ＷＡＮＧ Ｑｉｎ （１．Ｃｈｉｎａ Ｒａｉｌｗａｙ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｇｒｏｕｐ Ｔｕｎｎｅｌ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｘｉｎｘｉａｎｇ ４５３０１１，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｈｅｎａｎ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ ４５１１９１，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｕｔｔｅｒ－ｈｅａｄ ｉｓ ｔｈｅ ｋｅｙ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｉｎ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｈａｒｄ ｒｏｃｋ ｔｕｎｎｅｌ ｂｏｒｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ．Ｈｏｂ ｉｓ ａ ｓｈａｒｐ ｗｅａｐｏｎ ｉｎ ｃｕｔｔｅｒ—。ｈｅａｄ ｂｏｒｉｎｇ ｂｅｃａｕｓｅ ｔｈｅ ｓｕｃｃｅｓｓｅｓ ｏｆ ｐｒｏｐｉｔｉｏｕｓｎｅｓｓ ｄｒｉｖｉｎｇ ａｎｄ ｒｏｃｋｉｎｇ ｔｈｅ ｈａｒｄ ｒｏｃｋ ｄｅｐｅｎｄ ｅｎｔｉｒｅｌｙ ｏｎ ｉｔｓ ｐｅｒ－・ ｆｏｒｍａｎｃｅ ｄｕｒｉｎｇ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ．Ｂｙ ａｓｓｕｍｉｎｇ ｔｈｅ ｒｏｃｋ ｉｓ ｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓ ａｎｄ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ｔｈｅ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｖａｌｕｅ ｏｆ ｔｈｅ ｄｒｉｖｉｎｇ ｆｏｒｃｅ ｓｔａｒｔｉｎｇ ｆｏｒ ａ ｃｅｒｔａｉｎ ＴＢＭ ｉｓ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ａｒｅ ｓｌｉｇｈｔｌｙ ｌａｒｇｅｒ ｔｈａｎ ｔｈｅ ａｃｔｕａｌ ｖａｌｕｅｓ，ｓｏ ｔｈｅ ｓａｆｅｔｙ ｆａｃ— ｔｏｒ ｉｓ ｈｉｇｈ．Ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｈｏｂ ｉｓ ｅｘｃｅｌｌｅｎｔ ａｎｄ ｓｔａｂｌｅ，ａｎｄ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｔｉｍｅ ｃａｎ ｂｅ ｓａｖｅｄ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ３Ｄ ｍｏｄｅｌｉｎｇ ａｎｄ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｔｈｅ ｃｕｔｔｅｒ ｓｈａｆｔ ｍｅｅｔｓ ｔｈｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｈａｒｄ ｒｏｃｋ ｔｕｎｎｅｌ ｂｏｒｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ，ｃｕｔｔｅｒ—ｈｅａｄ，ｈｏｂ，ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ａｎａｌｙｓｉｓ
本文提出一种假设岩体是连续和均质的工况下 ４４把。在某洞段某里程掘进时，岩层为片麻岩，抗 滚刀起动牵引力的计算过程。由于假设岩体是连续 压强度为１００ ＭＰａ，某循环平均贯入度为８ ｍｍ。 和均质的，计算的结果应比实际所需的值略大，安全 滚刀关键部件包括刀轴、轴承、浮动密封、刀毂和刀 系数高，作为对厂商提供数据的复核是安全的，并可 圈。 三苎建模和计算，校核刀轴设计是否满足设计 ｌ 滚刀切削驱动牵引力计算 强度要求