新能源汽車電控水泵控制系統(tǒng)研究

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關(guān)鍵詞：新能源汽車；電控水泵；控制系統(tǒng)

1新能源汽車電控水泵控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的作用

1.1更加高效的應(yīng)用能源

在新能源汽車發(fā)展的這一過(guò)程中需要注意的是，石油資源消耗的增加將導(dǎo)致污染物排放的增加，進(jìn)而引起了嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題。因此，節(jié)約能源和減少排放已成為人類社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。新能源產(chǎn)品的開發(fā)可以達(dá)到節(jié)能減排的目的。由于可再生和可重復(fù)使用新能源功能以及使用新的自動(dòng)電源系統(tǒng)可以達(dá)到節(jié)能減排的目的，因此，許多主要的技術(shù)國(guó)家都在大力開發(fā)新能源汽車，這也將對(duì)人類有幫助，進(jìn)而促使人們有效利用珍貴的自然資源。

1.2提升發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行效率

通常來(lái)說(shuō)，如果發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速高則冷卻強(qiáng)度高，如果發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速低則冷卻強(qiáng)度低，在高負(fù)載下需要高強(qiáng)度的冷卻時(shí)，由于高負(fù)載會(huì)使得發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不高，這會(huì)導(dǎo)致水泵和風(fēng)扇的工作效率低，使低冷卻發(fā)動(dòng)機(jī)性能受到影響。此外，考慮到傳統(tǒng)汽車中使用的恒溫器通常由石蠟制成，在這一前提下，進(jìn)行新能源汽車電控水泵控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，就可以提升新能源汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行效率。綜上所述，電控水泵與傳統(tǒng)機(jī)械水泵相比，具有更加廣闊的應(yīng)用前景。

2新能源汽車電控水泵控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

2.1提升電控水泵控制系統(tǒng)可靠性

常規(guī)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的風(fēng)扇和水泵由曲軸驅(qū)動(dòng)，其生產(chǎn)主要由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器控制。在該過(guò)程中，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速高且冷卻密度高，而如果發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速低，則冷卻密度低，這樣的工作效率并不理想。因此，當(dāng)BLDC電控水泵控制系統(tǒng)采用電子控制技術(shù)時(shí)，它不僅獨(dú)立于發(fā)動(dòng)機(jī)工作，減少了機(jī)械損耗，而且還確保了發(fā)動(dòng)機(jī)處于最佳運(yùn)行狀態(tài)，從而減少了燃油消耗并減少了碳排放。由于在無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)中產(chǎn)生磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)子組由稀土永磁材料制成，因此，該材料可以以較小的尺寸和較低的磁損耗接收較高的磁能。這不僅減少了發(fā)動(dòng)機(jī)的空間需求，而且減輕了重量并提高了設(shè)備的運(yùn)行效率。無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)使用電子設(shè)備進(jìn)行緩解而不是機(jī)械切換，并且不依靠電刷和反射鏡，因此，有效減少換向過(guò)程中的抖動(dòng)和噪聲，并使這一設(shè)備可以在更復(fù)雜的環(huán)境中使用。然而，傳統(tǒng)的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子位置主要是由位置傳感器收集到的轉(zhuǎn)子信號(hào)獲得的，這會(huì)讓其總體的開發(fā)應(yīng)用前景有限。盡管無(wú)刷無(wú)傳感器電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，但它沒(méi)有用于檢測(cè)轉(zhuǎn)子位置的位置傳感器，因此，很容易發(fā)生啟動(dòng)錯(cuò)誤。因此，技術(shù)人員需要結(jié)合PID控制理論，才能夠讓無(wú)傳感器直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的電控水泵控制系統(tǒng)更加高效地運(yùn)行。

2.2采用智能化、自動(dòng)化技術(shù)

鑒于汽車水泵是汽車?yán)鋮s系統(tǒng)的主要組件，因此，它也是汽車?yán)鋮s系統(tǒng)的動(dòng)力來(lái)源。水泵的功能是使冷卻液在冷卻系統(tǒng)中正常循環(huán)，并減少由于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)和電池的長(zhǎng)期運(yùn)行而引起的溫度升高。如果發(fā)動(dòng)機(jī)工作溫度過(guò)高，則接觸部件之間的溫度也會(huì)升高，這將導(dǎo)致部件之間的機(jī)械強(qiáng)度降低和變形，并進(jìn)一步增加適當(dāng)?shù)拈g隙甚至斷裂，這將導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生故障。相反，在純電動(dòng)汽車中，形成水泵更為重要。純電動(dòng)汽車的電池溫度很高，需要良好的冷卻系統(tǒng)進(jìn)行冷卻，因此，水泵在新能源汽車中的作用非常重要。但是，在此過(guò)程中，應(yīng)注意，隨著新能源汽車的發(fā)展以及對(duì)汽車安全性的日益關(guān)注，對(duì)水泵的性能和可靠性提出了更高的要求。隨著信息技術(shù)和經(jīng)濟(jì)水平的飛速發(fā)展，電子控制技術(shù)發(fā)生了質(zhì)的變化，機(jī)械水泵不再滿足新能源汽車的要求。相反，電控水泵不僅可以提高水泵的運(yùn)行效率，而且還可以提高其運(yùn)行時(shí)間的可靠性。技術(shù)穩(wěn)定性還將有助于降低駕駛成本。同時(shí)，未來(lái)的水泵控制站將具有智能、自動(dòng)化、強(qiáng)大的可擴(kuò)展性、靈活性和高可靠性等技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

2.3注重吸取成功經(jīng)驗(yàn)

與其他國(guó)家相比，我國(guó)對(duì)汽車電控水泵及其控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究目前還比較少，在技術(shù)水平上也相對(duì)落后，目前較為常見的研究方向也較窄。但是，在這一過(guò)程中，也有許多突出的技術(shù)成果，如大連理工大學(xué)的李其堂和許繼濤開發(fā)了一種智能發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)基于PID控制，同時(shí)，可以調(diào)節(jié)風(fēng)扇和水泵的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，實(shí)時(shí)監(jiān)控溫度變化計(jì)時(shí)并在發(fā)生故障時(shí)觸發(fā)警報(bào)，這有助于提高新能源汽車電控水泵控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的效率和準(zhǔn)確性。

2.4采取電機(jī)保護(hù)控制策略

考慮到新能源汽車在操作過(guò)程中往往會(huì)面臨各種緊急情況，因此，電控水泵使用電機(jī)驅(qū)動(dòng)器且不同的引擎中具有各種類型的保護(hù)裝置，如保險(xiǎn)絲、熱保護(hù)繼電器和保護(hù)電路。在這一階段，最常用的電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置是熱繼電器，其具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、使用簡(jiǎn)單等優(yōu)越性，但是，容易受到外部環(huán)境的影響，設(shè)備本身的保護(hù)功能受到工作原理的限制，因此，無(wú)法解決電機(jī)反復(fù)故障的問(wèn)題。通過(guò)建模方法對(duì)本文研究的用于新能源汽車電子控制的新型水泵進(jìn)行了仿真，將過(guò)電流、過(guò)電壓、低電壓、怠速和溫度模板的生成代碼組合到滑塊中，以確保其正常運(yùn)行。

3新能源汽車電控水泵控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.1過(guò)壓、欠壓保護(hù)設(shè)計(jì)

通常來(lái)說(shuō)，欠壓是在電氣設(shè)備正常運(yùn)行期間電壓下降的現(xiàn)象，如負(fù)載端子電壓由于線路接觸不良而下降。在電控水泵的實(shí)際使用中，由于設(shè)備會(huì)受到外部環(huán)境影響，電源電壓有時(shí)會(huì)在某些時(shí)候升高或降低，這會(huì)使電動(dòng)機(jī)電壓過(guò)大，電動(dòng)機(jī)磁路飽和且溫度升高或電壓升高。因此，過(guò)壓和欠壓保護(hù)至關(guān)重要?？紤]到較高的電源電壓會(huì)導(dǎo)致磁飽和與開路電流過(guò)大，如果不及時(shí)糾正，水泵和汽車都會(huì)受到嚴(yán)重?fù)p害。針對(duì)這一情況，過(guò)壓、欠壓保護(hù)策略是極為重要的，其原理是設(shè)置電流極限并每100ms實(shí)時(shí)捕獲一次電流值，以確定其是否超過(guò)極限。此外，如果電壓太大，則PID計(jì)算會(huì)減小輸出PWM，并且可以通過(guò)設(shè)置兩組運(yùn)算放大器以在硬件級(jí)別進(jìn)行保護(hù)，從而起到良好的過(guò)壓、欠壓保護(hù)效果。

3.2空轉(zhuǎn)保護(hù)設(shè)計(jì)

使水泵空轉(zhuǎn)意味著沒(méi)有負(fù)載并且正在進(jìn)行無(wú)效工作。因此，控制策略中的性能參數(shù)將會(huì)成為評(píng)估泵電動(dòng)機(jī)性能的關(guān)鍵指標(biāo)，并且校準(zhǔn)的重要性在于更改這些參數(shù)的生產(chǎn)系統(tǒng)。這說(shuō)明，技術(shù)人員通過(guò)更改軟件的部分控制參數(shù)，可以將其應(yīng)用于不同工作環(huán)境中的電控水泵。因此，電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)參數(shù)的標(biāo)定對(duì)于電動(dòng)機(jī)的研究與開發(fā)非常重要。一般而言，狹窄的間隙則很容易咬住，而汽車的其他部分也會(huì)引起溫度急劇上升并導(dǎo)致故障。針對(duì)這一情況，空載保護(hù)基于以下原理，即泵的速度相對(duì)較高時(shí)空轉(zhuǎn)電流相對(duì)較低，此時(shí)就可以起到良好的空轉(zhuǎn)保護(hù)效果。

3.3過(guò)熱保護(hù)設(shè)計(jì)

在控制器運(yùn)行期間，電流本身的熱效應(yīng)很容易導(dǎo)致控制器發(fā)熱并出現(xiàn)顯著溫度上升，當(dāng)達(dá)到某個(gè)溫度時(shí)控制器會(huì)出現(xiàn)不良散熱或過(guò)熱現(xiàn)象。因此，過(guò)熱保護(hù)非常重要?？紤]到新能源汽車電控水泵的控制系統(tǒng)主要分為硬件部分和軟件部分，硬件部分通常由傳感器，控制器和執(zhí)行器組成，而軟件部分則由控制策略和關(guān)鍵參數(shù)組成。每個(gè)傳感器在運(yùn)行期間為泵電動(dòng)機(jī)的每個(gè)運(yùn)行狀態(tài)發(fā)出主要參數(shù)信號(hào)，然后，電子控制單元發(fā)送信息，如當(dāng)前電壓、電流、速度和其他信號(hào)，電子控制單元通過(guò)水泵電動(dòng)機(jī)分析當(dāng)前狀態(tài)，控制策略的程序部分并發(fā)送適當(dāng)?shù)拿睿丝诮邮湛刂婆_(tái)發(fā)送的控制命令并執(zhí)行相應(yīng)的工作。

3.4調(diào)整優(yōu)化電機(jī)控制參數(shù)

如果汽車電子控制技術(shù)的發(fā)展還不成熟，則每個(gè)電子控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能都不會(huì)很復(fù)雜，且需要校正的參數(shù)較少，校正的工作條件也相對(duì)簡(jiǎn)單。因此，校準(zhǔn)技術(shù)的發(fā)展對(duì)于汽車電子控制技術(shù)的發(fā)展非常重要。通常來(lái)說(shuō)，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的控制參數(shù)主要包括速度、電壓、電流等電動(dòng)機(jī)、驅(qū)動(dòng)器的關(guān)鍵參數(shù)。這意味著，技術(shù)人員可以在引擎運(yùn)行時(shí)監(jiān)視關(guān)鍵變量的更改，針對(duì)每個(gè)驅(qū)動(dòng)參數(shù)解決不同的電動(dòng)機(jī)故障，并實(shí)時(shí)更改控制參數(shù)使電動(dòng)機(jī)輸出適應(yīng)自身?xiàng)l件。

4結(jié)語(yǔ)

本文主要討論了新型電動(dòng)水泵控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。考慮到本文的深入研究和研究條件，本文僅完成了用于控制電控水泵的新電源系統(tǒng)的主要設(shè)計(jì)策略和要點(diǎn)。關(guān)于這項(xiàng)工作的研究仍然需要進(jìn)一步的深化，希望以后能夠在這一領(lǐng)域有更多的研究進(jìn)展。

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作者：蘇超杰 單位：河南工業(yè)貿(mào)易職業(yè)學(xué)院