汽车空调变排量压缩机数字控制实现方法

作者:杨前明;许梁 刊名:山东交通学院学报 上传者:毛蕾

【摘要】基于变排量压缩机控制阀步进数字控制原理,提出了变排量压缩机内部控制阀数字化设计方案,给出了斜盘式变排量压缩机控制阀的机械传动转换机构设计方案,介绍了控制阀步进数字控制的实现方法,为实现汽车空调系统变排量数字控制奠定了技术基础。

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变排量压缩机可根据系统负荷自动、连续、平稳地对排量进行无级调节,具有能耗低、能够营造更加舒适的车内环境等优点,因而在汽车空调系统中得到了广泛应用[1-3]。变排量压缩机实现排量控制的关键元件是气动控制阀,这种自力式、依靠热动力调节的执行机构使容量控制仍然处于机械调节阶段,在车室温度及舒适性调节方面表现出一定的滞后性[4]。近年来,随着控制技术的发展,外部控制阀引入了电子数控技术,使变排量压缩机可根据汽车空调系统控制目标实现实时排量调节,具有响应快速、调节精确等特点,因而具有良好的应用前景。1变排量压缩机控制阀数字控制技术1.1步进数字阀结构及工作原理图1数字控制阀结构示意图变排量压缩机步进数字阀是在原来内部控制阀基础上增设丝杠螺纹副、采用步进电机驱动实现其流量数字调节的。图1所示是其结构示意图。该步进数字阀保留了原来内部控制阀阀体流道、阀杆、球阀、锥阀及密封组件,将原先真空波纹管移除,通过与外部驱动装置相连的传动杆将驱动力传递给阀杆。步进数字控制阀根据汽车空调外部参数信号,利用计算机模拟计算出需要脉冲数,并将脉冲送入步进电机驱动电路中,使步进电机输出设定步距角,通过机械传动转换装置(丝杠螺纹副)实现阀杆轴向位移,控制阀口开度,实现制冷工质流量调节,进而实现汽车空调系统热负荷快速、准确调节。当控制阀处于零位,球阀关闭且阀杆尚未同球阀脱离,此时锥阀开启,压缩机曲轴箱与吸气腔相通,曲轴箱压力较低。当步进电机自零位顺时针进给时,阀杆有2个特征位置:一是球阀与锥阀均开;二是锥阀关闭、球阀全开。在此过程中,压缩机曲轴箱内压力逐渐升高。当步进电机在零位逆时针进给时,阀杆有一个特征位置是球阀关闭且阀杆同球阀脱离,锥阀进一步开启,此时曲轴箱内压力最低。在步进数字阀驱动装置中,装有单独零位传感器,在每个控制周期结束时,阀杆由零位传感器控制回到零位,保证每个工作周期都在相同位置开始,使阀具有较高的重复精度。1.2步进数字阀控制原理步进数字阀闭环控制系统框图如图2所示,系统由指令元件、比较元件、控制器、环形分配器、驱动电路、步进电机、机械转换器、控制阀和检测反馈元件等组成。图2步进数字控制阀控制框图控制系统由微型控制器发出控制指令并与反馈信号Pcf比较后送给控制器,由脉冲电路生成脉冲序列控制信号,经环形分配器环分和驱动电路细分放大后驱动步进电机动作,输出与脉冲数成正比的步距角,然后通过机械转换器(丝杠螺纹副机构)使步距角转换成控制阀阀杆位移X,实现控制阀开度调节,即实现空调系统热负荷调节。2排量数字控制2.1步进电机驱动控制步进电机是一种将脉冲信号转变成角位移或直线位移的电磁装置,采用环形分配器或软件环分将控制脉冲按规定的通电方式分配到步进电机的每相绕组。由于环行分配器输出脉冲功率小,电路中设计功率放大电路对输出脉冲进行功率放大,再驱动步进电机。步进电动机驱动控制系统框图如图3所示[5]。图3步进电机驱动控制系统框图步进电机有运转和定位2种基本状态。每输入一个脉冲信号,步进电机转过角度。没有脉冲输入时,在绕组电源的激励下气隙磁场会使转子保持在原有位置而处于定位状态。在不失步的情况下,由于位移量与输入脉冲数严格成正比,且时间上与输人脉冲同步,因而只要控制输入脉冲数量、频率及各绕组通电顺序便可获得目标转角、转速和转向等特性参数值。由于步进电机的自锁作用,每次控制起点位置为前一次控制定位位置,所以送入步进电机的控制量为2次控制量的增量。为了得到足够的控制阀阀杆小位移量且提高电机运行均匀性,需对步进电机的步距角进行细分,其细分驱动电路如图4所示。2.2传动转换环节机械结构设计为

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