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CAN总线控制的电动汽车涡旋压缩机教学平台设计

摘要：基于CAN总线的电动汽车涡旋压缩机教学平台设计，可从热泵空调系统和涡旋压缩机工作原理、平台架构、硬件选用、软件设计、教学过程等方面实施，使用USB-CAN接口卡、将PC机作为上位机接入电动汽车涡旋压缩机，利用C#语言调用DLL文件配置接口卡参数，发送CAN报文控制压缩机工作，通过教学平台开展教学，学生可以掌握电动汽车涡旋压缩机的CAN总线控制原理、驱动控制、压力测试的知识和技能，为空调系统课程教学提供真实化、可视化的学习情境，对接电动汽车维修岗位新技术的需求，有利于提高实训教学效果。

关键词：CAN总线；涡旋压缩机；电动汽车；教学平台

近年来，我国电动汽车产量与销量增长迅猛，消费者对续航里程和充电时间的要求也越来越高。目前我国电动汽车的续航里程比较短、充电时间比较长，这两个痛点在短时间内难以解决。单就续航里程来说，平时还可以长一点，但如果是在气温低于-10℃的冬天，续航里程还会减少30%以上。因为驾驶室的供暖由电池提供能源，需要消耗比较大的电能。以前，驾驶室的供暖采用PTC电辅助加热的方式，近来普遍采用涡旋压缩机的热泵空调系统供给暖气方式。这种方式比PTC加热效率高2—3倍，因此种方式在中高端汽车中已得到了广泛应用，故在未来3至5年将迎来维修高峰期。

高职院校是培养综合型技术技能人才的主阵地，课程设置应与行业技术发展紧密对接［1］。电动汽车空调维修技术是新能源汽车维修专业核心课程中的一门技术，其中的CAN（控制器局域网络）总线更是重要的内容。在电动汽车空调系统中，CAN（控制器局域网络）总线负责传输控制信号。空调控制模块（ECM）利用CAN总线控制压缩机、鼓风机、伺服元件等工作［2］。涡旋压缩机是热泵空调系统的核心部件，在电动汽车中被越来越广泛地应用，因此了解和掌握涡旋压缩机的CAN总线通信协议和维修方法非常必要。笔者基于涡旋压缩机维修技术和课程教学，对汽车行业和设置新能源汽车维修专业的职业院校调研，发现两个主要问题。一是维修技术和专业人员缺乏，导致维修周期长、成本高、质量不稳定等问题；另一个是热泵空调维修课程教学还处于探索阶段，实践教学资源相对匮乏，缺乏先进的涡旋压缩机设备和实训条件，教学内容跟不上涡旋压缩机技术的更新换代。而更突出的问题是，各职业院校都没有办法在短时间内更新或购买相应的实训设备、装配。因此有的职业院校开始设计教学平台，以便更好地开展教学与实训工作。笔者在参考相关的资料和教学平台的基础上，从教学实训和维修岗位能力需求出发，探索设计涡旋压缩机教学平台，以便学生能直观地了解车载CAN总线软硬件设计过程以及掌握CAN总线的工作原理、CAN报文的数据解析以及熟悉C#语言开发流程，并通过平台能独立检测涡旋压缩机性能。

一、电动汽车涡旋热泵空调系统工作原理

涡旋压缩机是热泵空调系统的主要部件［3］，结构如图1所示（见下页）。学生要想学会涡旋压缩机维修技术，要先掌握涡旋压缩机和电动汽车热泵空调系统的工作原理。涡旋压缩机是电动汽车空调系统中的典型压缩机，其工作原理主要是通过两个相互啮合的涡旋形动盘和定盘运动使吸气腔和排气腔的容积发生变化，从而实现吸气、压缩和排气。

（一）涡旋压缩机工作原理

电动汽车涡旋压缩机由静涡盘和动涡盘组成，两者相互啮合形成多个工作腔。静涡盘被固定在机架上，保持静止不动；动涡盘则由电机驱动，进行特定的旋转运动，被限制在围绕静涡盘的一个很小回转半径内。当电机驱动动涡盘旋转时，气体制冷剂首先被吸入到静涡盘的外围部分。随着动涡盘旋转，将气体带入与静涡盘形成的月牙形压缩腔内。压缩腔的体积逐渐减小，气体被压缩。最后气体从静涡盘中心部件的轴向孔连续排出，供给空调系统。

现以四个特定位置0°，90°，180°，270°，讲解压缩机工作过程。如图2所示，当处于0°时，动涡盘和静涡盘之间的月牙形工作容积处于最大状态，吸气口打开，气体被吸入到工作容积中。当处于90°时，随着动涡盘的旋转，吸气过程结束，工作容积开始逐渐减小，气体在静涡盘和动涡盘之间被压缩。当处于180°时，动涡盘和静涡盘之间的月牙形工作容积达到最小，此时气体的压缩达到最大，准备排出气体。当处于270°时，压缩气体开始从排气口排出，同时新的吸气过程准备开始。随着动涡盘继续旋转，被压缩的气体完全排出，同时新的气体被吸入，周而复始，涡旋压缩机完成工作循环。

（二）涡旋热泵空调系统工作原理

热泵空调系统有制冷、制热和除霜等工作模式，由动力电池驱动涡旋压缩机工作。该系统由压缩装置、热量交换器件、流量控制元件组成，车内蒸发器、车内和车外冷凝器与外界进行热量交换，四通阀、电磁阀、电子膨胀阀控制流量。如图3所示（见下页）。

当系统处于制冷和除霜状态时，气态制冷剂受到电动压缩机的动涡盘和静涡盘压缩，变成高温高压状态，其