CN101876471B - 一种车用空调制冷系统的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种车用空调制冷系统的控制方法，包括以下步骤：温度传感器检测车内温度Ta和车外温度T_out，并发送信号至控制器；控制器对接收到的车内温度Ta和车外温度T_out进行处理和计算，并将计算结果再进行模糊运算，控制风机的出风量S和压缩机的转速N。该控制方法能使空调系统的制冷效果的控制精确，能量利用率高。

Description

一种车用空调制冷系统的控制方法

技术领域

本发明涉及汽车空调，特别涉及一种车用空调制冷系统的控制方法。

背景技术

如图1所示，现有的汽车空调制冷系统由电源控制装置、压缩机、冷凝器、电机、膨胀阀、蒸发器和鼓风机等组成，混合动力汽车和电动车中空调制冷系统的压缩机完全由独立的电机来驱动，使空调系统可在纯电动的模式下运行，空调系统的制冷效果主要是通过控制对压缩机转速和鼓风机的出风量来实现的，而目前由独立的电机驱动的空调系统的控制方法如公开号为CN189663的专利申请中公开的，空调系统的控制器仅根据设定值和车内温度的差值来计算控制压缩机的转速和鼓风机的出风量，由于计算根据的参数较少，会导致空调系统制冷效果的控制不精确，造成能量利用率低。

发明内容

本发明的目的旨在解决现有技术中存在的上述问题，提供一种制冷效果的控制精确，能量利用率高的车用空调制冷系统的控制方法。

本发明提供一种车用空调制冷系统的控制方法，包括以下步骤：

温度传感器检测车内温度Ta和车外温度T_out，并发送信号至控制器；

控制器对接收到的车内温度Ta和车外温度T_out进行处理和计算，并将计算结果再进行模糊运算，控制风机的出风量S和压缩机的转速N。

本发明与现有技术相比：由于在车外温度T_out不同时，即使空调压缩机的转速是一样的，但是所要达到空调系统的制冷效果还是不同的，因此在控制空调系统的制冷效果时，不仅要采集车内的温度，还采集车外温度来进行处理和计算，同时采用模糊运算的方法，使制冷效果的控制精确，能量利用率高。

附图说明

图1为本发明现有技术中空调系统的结构示意图；

图2为本发明第一实施例中控制方法的流程图；

图3为本发明第一实施例中模糊运算的流程图；

图4为本发明中差值T的从属度函数图；

图5为本发明中温度变化量ΔT的从属度函数图；

图6为本发明中T、ΔT的控制规则图；

图7为本发明中车外温度Tout的从属度函数图；

图8位本发明中制冷需求Q、车外综合参数B的控制规则图；

图9为本发明中压缩机的转速N的从属度函数图；

图10为压缩机转速N的各模糊变量的梯度与出风量S对应表；

图11为本发明第二实施例中控制方法的流程图；

图12为本发明第二实施例中模糊运算的流程图；

图13为本发明车辆行驶的速度SP的从属度函数图；

图14为本发明Tout、SP的控制规则图；

图15为本发明第三实施例中控制方法的流程图。

图16为本发明第三实施例中模糊运算的流程图

图17为本发明制冷需求Q、车外综合参数B的控制规则图；

图18为本发明目标蒸发器的温度值Tes从属度函数图。

具体实施方式

下面根据附图和实施例对本发明作进一步详细说明：

本发明提供的一种车用空调制冷系统的控制方法，包括以下步骤：

温度传感器检测车内温度Ta和车外温度T_out，并发送信号至控制器；

控制器对接收到的车内温度Ta和车外温度T_out进行处理和计算，并将计算结果再进行模糊运算，控制风机的出风量S和压缩机的转速N。控制空调系统的制冷效果时，不仅要采集车内的温度，还采集车外温度来进行处理和计算，同时采用模糊运算的方法，使制冷效果的控制更精确，能量利用率高。

结合图2所示，第一实施例中的控制方法中，所述控制器根据接收到的车内温度Ta，计算目标温度Ts和车内温度Ta的差值T以及车内温度变化量ΔT，通过目标温度Ts和车内温度Ta的差值T、车内温度变化量ΔT和接收到的车外温度T_out进行模糊运算，控制风机的出风量S和压缩机的转速N。

目标温度Ts和车内温度Ta的差值T(＝Ts-Ta)，车内温度变化量ΔT是检测本次目标温度和车内温度的差值T_n与检测的上次目标温度和车内温度的差值T_n-1之间的差值，即车内温度变化量ΔT＝T_n-T_n-1。

模糊运算是如何进行的，其方法示于图3中。

首先，对差值T进行模糊化，准备好如图4所示的9类、三角形、控制幅度“1至22”的从属度函数，并将其存储到控制器中。将差值T分配在该从属度函数中的形式算出差值T的各模糊变量的梯度。(步骤101)

同样，对于温度变化量ΔT进行模糊化，准备好如图5所示的6类、三角形、控制幅度“-3至+3”的从属度函数，并将其存储到控制器中。以将温度变化量ΔT分配在该从属度函数中的形式求出温度变化量ΔT的各模糊变量的梯度。(步骤102)

然后将准备好图6所示的T、ΔT的控制规则，并将其存储到控制器中，通过对该控制规则分配上述算出的T、ΔT的梯度，算出制冷需求Q的各模糊变量的梯度。(步骤103)

另一方面，对接收到的车外温度T_out进行模糊化，准备好如图7所示的6类、三角形、控制幅度“15至35”的从属度函数，并将其存储到控制器中。将车外温度T_out分配在该从属度函数中的形式算出车外温度T_out的各模糊变量的梯度，所述车外温度T_out的各模糊变量的梯度即车外综合参数B的各模糊变量的梯度。(步骤104)

然后将准备好图8所示的制冷需求、车外综合参数的控制规则，并将其存储到控制器中，通过对该控制规则分配上述算出的制冷需求Q、车外综合参数B的的梯度，算出压缩机转速N梯度。(步骤105)

再将压缩机转速N按照图9所示的6类、三角形、控制幅度“1000至3600”的从属度函数进行解耦，算出压缩机转速N对应的数值，从而控制压缩机转速N。(步骤106)

压缩机转速N的各模糊变量的梯度与出风量S对应表如图10所示，算出风量档位，从而控制风机的出风量S。(步骤107)

车外综合参数B以及制冷需求Q与压缩机转速N之间的关系为本领域技术人员在环境模拟试验室中得到的。模拟不同的车外温度下的环境即车外综合参数B，选取不同的压缩机转速，测定在一定时间内空调系统的温度变化曲线，再根据温度变化曲线，得到压缩机转速和制冷效果表，制冷效果即制冷需求Q。该压缩机转速和制冷效果表中同时已经包括在不同的车辆行驶速度时，压缩机转速N和制冷需求Q以及车外温度T_out的关系。当只检测车外温度T_out时，车辆行驶速度SP为默认值，车外温度T_out确定车外综合参数B的量。

结合图11所示，为了更精确地算出车外综合参数的各模糊变量的梯度，与第一实施例的控制方法相比，第二实施例的控制方法还包括以下步骤：

转速传感器检测车辆行驶的速度SP，并发送信号至控制器；

所述控制器根据接收到的车内温度Ta，计算目标温度Ts和车内温度Ta的差值T以及车内温度变化量ΔT，通过目标温度Ts和车内温度Ta的差值T、车内温度变化量ΔT、接收到的车辆行驶的速度SP和接收到的车外温度T_out进行模糊运算，控制风机的出风量S和压缩机的转速N。

如图12模糊运算进行了步骤101-104之后，对接收到的车辆行驶的速度SP同样进行模糊化，准备好如图13所示的3类、三角形、控制幅度“20至100”的从属度函数，并将其存储到控制器中。将车外温度SP分配在该从属度函数中的形式算出车外温度SP的各模糊变量的梯度。(步骤1041)

然后将准备好图14所示的T_out、SP的控制规则，并将其存储到控制器中，通过对该控制规则分配上述算出的T_out、SP的梯度，算出车外综合参数B的各模糊变量的梯度。(步骤1042)

然后将准备好图8所示的制冷需求、车外综合参数的控制规则，并将其存储到控制器中，通过对该控制规则分配上述算出的制冷需求Q、车外综合参数B的的梯度，算出压缩机转速N梯度。(步骤105)

再将压缩机转速N按照图9所示的6类、三角形、控制幅度“1000至3600”的从属度函数进行解耦，算出压缩机转速N对应的数值，从而控制压缩机转速N。(步骤106)

压缩机转速N的各模糊变量的梯度与出风量S对应表如图10所示，算出风量档位，从而控制风机的出风量S。(步骤107)

在从属度函数中，NB是Negative Big(负的大)，NM是NegativeMiddle(负的中)，NS是Negative Small(负的大)，ZO是Zero(中等)PS是Postive Small(正的小)，PM是Postive Middle(正的中)，而PS+，以及PS++即位于PS与PM之间，PB是Postive Big(正的大)，而PM+，以及PM++即位于PM与PB之间，PB+，PB++即大于PB。

由于空调系统的制冷过程为控制压缩机的转速，压缩机转速提高使蒸发器的温度降低，通过风机将蒸发器的冷气吹入车内，才降低车内的温度，因此蒸发器的温度能直接地体现压缩机转速的变化。当控制器进行模糊运算后，控制压缩机的转速，当要加快空调系统达到所需要的制冷效果时，需要进一步改变压缩机的转速，因而需要车内温度的变化(一般情况下车外温度不会经常变化的)，但是车内温度响应压缩机转速变化而变化比较慢，而蒸发器影响压缩机转速的变化而变化比较快，所以采用实际的蒸发器温度来对压缩机转速进行PID控制和修正，进一步控制压缩机转速变化的精确度。在进行PID控制时，需要目标蒸发器的温度值作PID控制的目标量。结合图15所示，与第一实施例的控制方法相比，第二实施例的控制方法还包括以下步骤：

所述控制器进行模糊运算，控制压缩机的转速N和风机的出风量S，同时计算得到目标蒸发器的温度值T_es。

需要同时计算出目标蒸发器的温度值T_es的模糊运算是如何进行的，其方法示于图16中。

首先判断是否需要算出目标蒸发器的温度值T_es，否的话便结束(步骤108)。

需要算出目标蒸发器的温度值T_es时，将按照上述步骤103和步骤1042算好的制冷需求、车外综合参数的的梯度，然后准备好图17所示的制冷需求Q、车外综合参数B的控制规则，并将其存储到控制器中，通过对该控制规则分配上述算出的制冷需求Q、车外综合参数B的梯度，算出目标蒸发器的温度值T_es的各模糊变量的梯度。(步骤109)

最后目标蒸发器的温度值T_es的各模糊变量的梯度按照图18所示的7类、三角形、控制幅度“1至9”的从属度函数进行解耦，算出目标蒸发器的温度值T_es对应的数值。(步骤110)

在从属度函数中，NB是Negative Big(负的大)，NM是NegativeMiddle(负的中)，NS是Negative Small(负的大)，ZO是Zero(中等)PS是Postive Small(正的小)，PM是Postive Middle(正的中)，而PS+，以及PS++即位于PS与PM之间，PB是Postive Big(正的大)，而PM+，以及PM++即位于PM与PB之间，PB+，PB++即大于PB。

而且由于车内温度响应压缩机转速的变化而变化比较慢，而为了避免可能有压缩机转速忽大忽小的情况和压缩机容易因为过冷而频繁保护。结合图15所示，与第三实施例的控制方法相比，第四实施例的控制方法还包括以下步骤：

温度传感器检测蒸发器实际温度T_ef，并发送信号至控制器；

所述控制器接收蒸发器实际温度值T_ef，并计算目标蒸发器的温度值与实际的蒸发器温度值的差值T_e以及对该差值T_e进行PID控制，得到PID修正系数N_-xd，对压缩机的转速N进行修正，得到修正后控制压缩机的转速N_xd。该控制方法中，PID控制即通过根据差值T_e(＝T_es-T_ef)和以下公式计算得到PID修正系数N_-xd。

N_-xd＝K_p*T_e+∫K_i*T_edt+K_d*(T_en-T_en-1)

得到PID修正系数N_-xd后，对压缩机的转速N进行修正，得到修正后控制压缩机的转速N_xd，即N_xd＝N+N_-xd。

由于风机的换热量与实际的蒸发器温度和入口风的温度的差值有关，在温差较小时风机的出风量大并不利于散热。而且在压缩机刚运行时，风机将大量的自然风吹到车内，造成不舒适的感觉。为了使在实际的蒸发器温度较高时降低风量，避免造成不舒适的感觉。结合图15所示，与第二实施例的控制方法相比，第三实施例的控制方法还包括以下步骤：

所述控制器接收蒸发器实际温度值T_ef，根据蒸发器实际温度值T_ef选取修正系数a，对风机的出风量S进行修正得到最终控制风机的出风量S_a，即最终控制风机的出风量S_a＝风机的出风量S*a。

由于在开启空调时整车的振动和噪音会有一定的提高，为了降低振动和噪音，提高整车的舒适性。结合图15所示，与第二实施例的控制方法相比，第三实施例的控制方法还包括以下步骤：

控制器根据修正后的压缩机转速和控制器中事先设定的振动和噪音表，查看当前压缩机转速时的振动和噪音值，当查找到的振动和噪音值超出最高值时，对修正后的压缩机转速值进行降低转速的处理。

本领域技术人员在NVH试验室中测试空调系统在各个压缩机转速下运行时的振动和噪音，也针对混合动力汽车，在发动机不同转速下工作时进行测定以免有共振的影响，同时绘制不同转速下振动和噪音的曲线便得到上述的振动和噪音表。

而且压缩机转速的振动和噪音处理该步骤，可以是对PID修正之后的压缩机转速进行处理，也可以控制器模糊运算后得到的压缩机转速时就进行振动和噪音处理了，不局限于第三实施例中的情况。

同时为了避免在电力不足时开空调可能影响整车动力性能，严重时会造成整车放电过低。与第二实施例中的控制方法相比，第三实施例的控制方法还包括以下步骤：

控制器检测当前混合动力汽车的电池电量，当电池电量到达较低点时，控制器降低压缩机的转速。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (9)

1.一种车用空调制冷系统的控制方法，包括以下步骤：

温度传感器检测车内温度Ta和车外温度T_out，并发送信号至控制器；

控制器对接收到的车内温度Ta和车外温度T_out进行处理和计算，并将计算结果再进行模糊运算，控制风机的出风量S和压缩机的转速N。

2.如权利要求1所述的车用空调制冷系统的控制方法，其特征在于：

所述控制器根据接收到的车内温度Ta，计算目标温度Ts和车内温度Ta的差值T以及车内温度变化量ΔT，所述车内温度变化量ΔT是本次目标温度和车内温度的差值T_n与上次目标温度和车内温度的差值T _n-1之间的差值，通过目标温度Ts和车内温度Ta的差值T、车内温度变化量ΔT和接收到的车外温度T_out进行模糊运算，控制风机的出风量S和压缩机的转速N。

3.如权利要求2所述的车用空调制冷系统的控制方法，其特征在于：还包括以下步骤：

转速传感器检测车辆行驶的速度SP，并发送信号至控制器；

所述控制器根据接收到的车内温度Ta，计算目标温度Ts和车内温度Ta的差值T以及车内温度变化量ΔT，通过目标温度Ts和车内温度Ta的差值T、车内温度变化量ΔT、接收到的车辆行驶的速度SP和接收到的车外温度T_out进行模糊运算，控制风机的出风量S和压缩机的转速N。

4.如权利要求1-3任意一项所述的车用空调制冷系统的控制方法，其特征在于：

所述控制器进行模糊运算，控制风机的出风量S和压缩机的转速N以及得到目标蒸发器的温度值T_es。

5.如权利要求4所述的车用空调制冷系统的控制方法，其特征在于：还包括以下步骤：

温度传感器检测蒸发器实际温度T_ef，并发送信号至控制器；

所述控制器接收蒸发器实际温度值T_ef，对风机的出风量S和压缩机的转速N进行修正。

6.如权利要求5所述的车用空调制冷系统的控制方法，其特征在于：所述控制器接收蒸发器实际温度值T_ef，选取修正系数a，对风机的出风量S进行修正得到最终控制风机的出风量S_a。

7.如权利要求5所述的车用空调制冷系统的控制方法，其特征在于：所述控制器接收蒸发器实际温度值T_ef，并计算目标蒸发器的温度值与实际的蒸发器温度值的差值T_e以及对该差值T_e进行PID控制，得到PID修正系数N_-xd，对压缩机的转速N进行修正，得到修正后控制压缩机的转速N_xd。

8.如权利要求4所述的车用空调制冷系统的控制方法，其特征在于：还包括以下步骤：

控制器根据修正后控制压缩机的转速值和控制器中事先设定的振动和噪音表，查看当前压缩机的转速值的当前振动和噪音值，当当前的振动和噪音值超出最高值时，对修正后控制压缩机的转速值进行降低转速的处理。

9.如权利要求4所述的车用空调制冷系统的控制方法，其特征在于：还包括以下步骤：

所述控制器检测当前混合动力汽车的电池电量，当电池的电量到达较低点时，所述控制器降低压缩机的转速。

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