基于FPGA的电动汽车空调电子膨胀阀控制器的研究与实现

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当前,全球气候及环境问题日趋严峻,汽车给环境带来的影响越来越明显,因此,新能源汽车的研究日趋重要。电动汽车作为新能源汽车的一部分,这几年得到了快速发展,许多大的汽车厂家都加入了研究生产电动汽车行列。电动汽车空调是电动汽车必不可少的一部分,而空调控制器控制着整个空调系统,对电动汽车的续航有着直接影响。电子膨胀阀控制器是整个空调制冷系统的一部分,对其研究具有一定的意义,现有电子膨胀阀控制器都相对独立于空调控制系统中,在使用过程中,当空调系统的参数出现变化时,控制器不易作出调整,应用不灵活,同时系统结构复杂,成本高昂,针对这一系列的特点,本文研发设计了一种基于FPGA的电动汽车空调电子膨胀阀控制器。本文通过对电子膨胀阀控制器需求分析,对控制器控制策略和方式进行了分析论证,对FPGA芯片、温度、压力传感器等进行了芯片选型,并针对电子膨胀阀控制器的特点设计和论证了总体方案。本文详细分析了过热度控制的方法,即通过压力、温度传感器测量蒸发器出口和入口的温度和压力,计算和分析了温度压力与过热度的关系,并通过实验的方式找出最优控制参数,通过参数选取对阀门开度的控制,优化整合的PID算法控制逻辑和控制方案,并利用美国Altera公司的硬件开发工具QuartusⅡ对电子膨胀阀控制器系统进行顶层设计,用C语言对电子膨胀阀控制器系统的软件的开发。本文详细介绍了系统主要模块,温度采集模块、压力采集模块、A/D转换模块、LCD显示模块等软硬件的开发流程和程序实现,并对各模块进行仿真波形及部分模块的测试。基于FPGA的强大功能,设计的电子膨胀阀控制器以模块化的方式嵌入整个空调控制器中。通过完整的测试和实验,结果表明,用FPGA作为主控芯片的电子膨胀阀控制器系统,与传统的单片机或者ARM相比,具有体积小,设计周期短,可移植性强,并且在线可编程等优点,在未来,高度集成化、智能化的汽车电控系统,采用FPGA作为芯片可以有效满足更多车载设备模块的集成,有利于系统设计的小型化,同时降低了汽车成本,并为汽车内部节省了空间。最后,通过对电子膨胀阀控制器控制性能及结果的研究分析,对整个控制器的特点进行了总结与分析,并对未来提出展望和期待。
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