CN101982706B - 外控压缩机自动空调模拟控制器系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及汽车空调技术领域，具体地说是一种外控压缩机自动空调模拟控制器系统，包括软硬件，其特征在于：在汽车车体的相应部件分别固定相应的传感器，并由数据采集控制器采集各路传感器信号，然后通过Contec模拟量采集模块将传感器信号经数据处理后由数据线发送到微机的信号输入端，由微机内的控制软件结合输入的模拟车况信号进行调控处理。本发明同现有技术相比，能方便的对汽车外控压缩机自动空调进行调控，即能模拟输出信号来进行性能测试，又能通过传感器采集实车相关参数来进行调控测试。

Description

外控压缩机自动空调模拟控制器系统

[技术领域]

本发明涉及汽车空调技术领域，具体地说是一种外控压缩机自动空调模拟控制器系统。

[背景技术]

现在外控压缩机自动空调的调控采用ACU空调控制模块进行自动空调的控制，ACU模块基于单片机进行开发，由于ACU模块需针对每个压缩机及系统进行单独开发，因此没有通用性；造成开发周期长、成本高及不便于调试等问题。

[发明内容]

本发明的目的是克服现有技术的不足，将汽车空调的压缩机结合多种传感器，利用数据采集控制器，将传感器收集的信号及用于试验的各种模拟工控信号以输入信号的形式发送到微机中的控制软件进行模拟控制，这样通过输入各种模拟工况，对使用外控式压缩机的自动空调控制系统进行模拟控制，以达到替代实车系统进行模拟控制的目的；另外在实车系统上，替代ACU空调控制模块进行自动空调的控制，并可根据测试情况对各种预设参数进行调整修正，帮助用户进行工况及设定值的调整及实车试验。

为实现上述目的，设计一种外控压缩机自动空调模拟控制器系统，包括软硬件，其中硬件包括汽车HAVC总成、汽车空调的压缩机、冷凝器、传感器、数据采集控制器、Contec模拟量采集模块、微机，其特征在于：在汽车车体的相应部件分别固定相应的传感器，并由数据采集控制器采集各路传感器信号，然后通过Contec模拟量采集模块将传感器信号经数据处理后由数据线发送到微机的信号输入端，由微机内的控制软件再进行如下处理：(1)设定输入输出通道、模拟量扫描间隔、及实际测试数据保存路径；(2)设置各项状态值并启动程序；(3)每个采样周期将采集到的Contec模拟量数据放入模拟量流入变量A1中，并以.xls分别保存到默认路径及数据寄存器内，并采用不同的定时循环分别读数据寄存器中模拟量流入变量A1中的每一列；(4)读取好的每一列进行输出控制；(5)输出控制中的数字量由USB6501数字I/O输出，输出控制中的模拟量V、I由Contec模拟量数据输出，所述的传感器包括车外温度传感器、车内温度传感器、蒸发器温度传感器、风口温度传感器、发动机水温传感器、日照传感器、风速传感器、汽油机转速计、冷凝器压力变送器、蒸发器压力变送器；所述的V为鼓风机电压，所述的I为外控阀电流输出值。

所述的数字量包括空调状态、离合器状态、冷凝器压力及温度设定。数字量的输出控制的处理流程包括如下三种状态：

一、空调开启前判断冷凝器压力是否有系统高压报警、蒸发器压力是否有系统低压报警、蒸发器温度是否有蒸发器温度报警、是否空调状态为on、冷凝器温度是否发出冷凝器高温报警、发动机转速是否低于780rpm，上述7种至少有一种为“是”状态，则保持离合器状态为off，然后将此状态放入数字I/O量寄存，再通过USB6501数字I/O输出控制；上述7种判断中没有一个为“是”状态，则进入又改离合器状态为on，然后将此状态放入数字I/O量寄存，所有数字I/O量寄存后的数据通过USB6501数字I/O输出控制；

二、运行过程中判断冷凝器压力是否有系统高压报警、蒸发器压力是否有系统低压报警、蒸发器温度是否有蒸发器温度报警，如上述三种报警中至少有一个为“是”状态，则判断此时的空调状态，如空调状态为on则自动关闭空调开关直到报警消除并手动再次开启空调开关；如空调状态为off，则维持原状态，不响应空调开关；如上述三种报警中没有一个报警，则空调开关一直保持on状态；

三、空调on运行过程中判断发动机转速有无转速过高报警或转速斜率ΔR/ΔT大于设定值报警，上述两种报警中至少有一种报警，则进入又改离合器状态为off这一步，待报警消除后系统自动切换离合器状态为on。

模拟量的输出控制处理流程为：提取当前车内温度T后，判断此时空调状态，为off则维持原状态；为on，则读取预设自动/手动的值，当选择自动时，判断下列设定条件：车内温度T＞Tc或设定＜T＜Tc或T＜设定是否成立，如果成立，即当T＞Tc，则进入控制状态1，其中I＝Max，V＝13.5v，将控制状态1中的参数放入模拟量寄存器；当设定＜T＜Tc，则进入控制状态2，由PID调节I，V＝7.5v，将控制状态2中的参数放入模拟量寄存器；当T＜设定，则进入控制状态3，由PID控制冷凝器温度，V＝3.5v，将控制状态3中的参数放入模拟量寄存器；当选择手动时，则对空调进行风速设定，然后鼓风机电压V对应输出值，进入控制状态4，将控制状态4中的参数放入模拟量寄存器，模拟量寄存器内的数据再通过Contec输出；判断下列设定条件：车内温度T＞Tc或设定＜T＜Tc或T＜设定为不成立时，即车内温度T＜设定不成立时，则这种不满足条件的持续时间＞设定值release则将鼓风机电压V由原来的3.5改为2.6，而外控阀电流I则改由公式：I＝0.65*[(Qp+Wl)+(As+(To-Ti)*P％*t+Wc*t1)]/[(Pd-Ps)*R/600]+(Ps-0.23)*t2来计算；当设定＜T＜Tc，不成立时，如这种不满足条件的持续时间＞设定值release时，则将鼓风机电压V由原来的7.5改为5.55，并由PID算法控制调节I，使蒸发器温度大约维持在设定温度-15；当T＞Tc，不成立时，如这种不满足条件的持续时间＞设定值release，则将鼓风机电压V由原来的13.5改为10，并将外控阀电流I由原来的0.75改为10，所述的Tc为工况切换温差设定值。

控制状态1中的外控阀电流输出值I由PID算法来控制调节，使蒸发器温度维持在零上4℃。

控制状态2中的外控阀电流输出值I由PID算法来控制调节，使蒸发器温度维持在零上4℃。

控制状态3中的外控阀电流输出值由公式I＝0.65*[(Qp+Wl)+(As+(To-Ti)*P％*t+Wc*t1)]/[(Pd-Ps)*R/600]+(Ps-0.23)*t2来计算。

所述的控制状态4中外控阀电流输出值I由PID算法来控制调节，使蒸发器温度维持在设定温度-15℃。

本发明同现有技术相比，能方便的对汽车外控压缩机自动空调进行调控，即能模拟输出信号来进行性能测试，又能通过传感器采集实车相关参数来进行调控测试。

[附图说明]

图1为本发明中控制软件的总的流程框图。

图2为本发明实施例中控制程序流程图。

图3为本发明实施例中数字量输出的流程图。

图4为本发明实施例中模拟量输出的一种流程示意图。

图5为本发明连接原理示意图。

图6为本发明的系统电原理图。

图7为本发明实施例中的控制参数设定简图。

图8为本发明实施例中急加速状态图。

参见附图5，1为外控式压缩机；2为HVAC总成；3为数据采集控制器；4为微机。

[具体实施方式]

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

在汽车车体的相应部件分别固定相应的传感器，数据采集控制器将采集到的各路传感器信号输入到Contec模拟量采集模块，并将信号经数据处理后由数据线发送到微机的信号输入端，由微机内的控制软件进行处理，参见图5。

本发明中的硬件配置：

选用Contec公司生产ADA16-32/2(CB)F模拟量采集模块进行控制输出；

选用NI公司生产USB-6501数字I/O模块进行开关量控制；

一、本发明中模拟控制器的作用有如下两条：

1)在试验台架上通过输入各种模拟车况，对使用外控式压缩机的自动空调控制系统进行模拟控制，以达到替代实车系统进行模拟控制的目的；

2)在实车系统上替代ACU空调控制模块进行空调的自动控制，并可根据采集到的各种数据对各项控制参数进行调整修正，帮助用户进行工况及设定值的调整及实车试验。

二、本发明中外控压缩机自动空调模拟控制器的控制原理：当为实验台架状态时，可通过利用实车上设置的多路传感器经数据采集控制器进行整车环境的数据采集；当为实车测试状态，可通过手动输入模拟信号进数据采集控制器，并输出到Contec模拟量采集模块，然后将采集到的信号经数据处理后由数据线发送到微机的信号输入端，由微机内的程序进行系统热负荷的计算，然后根据系统热负荷计算调整外控压缩机电控阀及HVAC总成中鼓风机的转速对车内温度进行自动控制。

一般汽车空调是利用R134a压缩释放的瞬间体积急剧膨胀就要吸收大量热能的原理制冷，汽车空调的压缩机安装在汽车发动机上，并用皮带驱动，冷凝器安装在汽车散热器的前方，而蒸发器在车里面，工作时从蒸发器出来的低压气态致冷剂流经压缩机变成高压高温气体，经过冷凝器散热管降温冷却变成高压低温的液体，再经过贮液干燥器除湿与缓冲，然后以较稳定的压力和流量流向膨胀阀，经节流和降压最后流向蒸发器。致冷剂一遇低压环境即蒸发，吸收大量热能，车厢内的空气不断流经蒸发器，车厢内温度也就因此降低，液态致冷剂流经蒸发器后再次变成低压气体，又重新被吸入压缩机进行下一次的循环工作，在整个系统中，压缩机是系统的心脏，本发明中采用外控式压缩机就是使用电信号控制汽车空调的压缩机排气量，并进一步调节制冷量以达到控制温度的目的。

三、空调系统数据采集信号

1)信号采集及处理

2)控制计算及补偿

采用LabView系统进行程序开发，程序具备以下功能

四、控制用预设参数

五、信号输出

六、报警显示

七、在自动模式下控制策略

7.1启动申请

条件：压力报警无、蒸发器低温报警无、空调启动开关OFF。

输出：空调启动开关ON。

7.2压缩机运行许可

条件：空调启动开关ON、发动机转速＞780RPM、冷凝器高温报警无。

输出：离合器ON。

7.3冷凝器风扇控制

条件：离合器ON、冷凝器压力设定2启动。

输出：电子风扇高速运转。

7.4自动模式下外控阀电流/鼓风机电压控制，参见图7中的控制参数设定简图。

经济运行段冷量计算方法：

总体冷量Q＝①辐照热量Q1+②底盘渗入热量Q2+③外循环下室外空气带入热量Q3+④发动机舱传入热量Q4+⑤车内成员热量Q5+⑥车内设备发热Q6

试验测得—④发动机舱传入热量Q4

——⑤车内成员热量Q5

——⑥车内设备发热Q6

为定值，各项目均与辐照量As、车内温度Ti、车外温度Te、车速Wc、车辆表面积Fx、车底面积F、颜色系数ε、车身传热系数K、空气比重ρ及空气焓差值h有直接关系；

各项公式简化为①辐照热量Q1＝K*ε*Wc*(Te-Ti)*As*Fx

②底盘渗入热量Q2＝K*F*(Te-Ti)

③室外空气带入热量Q3＝风量*ρ*h_(Te-Ti)

通过计算冷量的方法，进行进一步试验，通过数据比对简化对应关系，优化为控制电流与内外温度、发动机转速、辐照强度及车速的关系。

7.5急加速状态，参见图8

条件：发动机转速斜率ΔR/ΔT＞设定条件值。

输出：离合器停止。

后续：稳态后恢复自动恢复运行。

7.6超高速状态

条件：发动机转速＞设定值。

输出：离合器停止。

后续：低于设定值后恢复自动恢复运行。

八、手动控制模式下，外控阀/鼓风机电压控制

8.1启动申请

条件：压力报警无、蒸发器低温报警无、空调启动开关OFF

输出：空调启动开关ON

8.2压缩机运行许可

条件：空调开关ON、HVAC中鼓风机电压＞0v、发动机转速＞780RPM、冷凝器高温报警无。

输出：离合器ON。

8.3手动模式下鼓风机电压控制

风量选择	1档	2档	3档	4档	5档
						鼓风机电压	DC3.5V	DC5.5V	DC7.5V	DC10.0V	DC13.5V

8.4手动模式下压缩机控制电流输出控制

九、控制软件处理

(1)设定输入输出通道、模拟量扫描间隔、及实际测试数据保存路径，保存的数据可根据需要，通过双击打开下一层目录的方式进行历史数据读取，到底层时可双击绘图，也可更改项目并按“刷新”绘图；(2)设置各项状态值并启动程序，(3)每个采样周期将采集到的Contec模拟量数据放入模拟量流入变量A1中，并以.xls分别保存到默认路径及数据寄存器内，并采用不同的定时循环分别读数据寄存器中模拟量流入变量A1中的每一列；此变量数据可在“当前”标签分别绘图；(4)读取好的每一列进行输出控制；(5)输出控制中的数字量由USB6501数字I/O输出，输出控制中的模拟量V、I由Contec模拟量数据输出，所述的传感器包括车外温度传感器、车内温度传感器、蒸发器温度传感器、风口温度传感器、发动机水温传感器、日照传感器、风速传感器、汽油机转速计、冷凝器压力变送器、蒸发器压力变送器，其中V为鼓风机电压，I为外控阀电流输出值，参见图1。

A、数字量的输出控制的处理流程包括如下三种状态：

1、空调开启前判断冷凝器压力是否有系统高压报警、蒸发器压力是否有系统低压报警、蒸发器温度是否有蒸发器温度报警、是否空调状态为on、冷凝器温度是否发出冷凝器高温报警、发动机转速是否低于780rpm，上述7种至少有一种为“是”状态，则保持离合器状态为off，然后将此状态放入数字I/O量寄存，再通过USB6501数字I/O输出控制；上述7种判断中没有一个为“是”状态，则进入又改离合器状态为on，然后将此状态放入数字I/O量寄存，所有数字I/O量寄存后的数据通过USB6501数字I/O输出控制；

2、运行过程中判断冷凝器压力是否有系统高压报警、蒸发器压力是否有系统低压报警、蒸发器温度是否有蒸发器温度报警，如上述三种报警中至少有一个为“是”状态，则判断此时的空调状态，如空调状态为on则自动关闭空调开关直到报警消除并手动再次开启空调开关；如空调状态为off，则维持原状态，不响应空调开关；如上述三种报警中没有一个报警，则空调开关一直保持on状态；

3、空调on运行过程中判断发动机转速有无转速过高报警或转速斜率ΔR/ΔT大于设定值报警，上述两种报警中至少有一种报警，则进入又改离合器状态为off这一步，待报警消除后系统自动切换离合器状态为on。

B、模拟量的输出控制处理流程为：

参见图2，提取当前车内温度T后，判断此时空调状态，为off则维持原状态；为on，则读取预设自动/手动的值，当选择自动时，判断车内温度T＞Tc或设定＜T＜Tc或T＜设定的条件是否成立：

当成立时，即当T＞Tc，则进入控制状态1，其中I＝Max，V＝13.5v，将控制状态1中的参数放入模拟量寄存器；当设定＜T＜Tc，则进入控制状态2，由PID调节I，V＝7.5v，将控制状态2中的参数放入模拟量寄存器；当T＜设定，则进入控制状态3，由PID控制冷凝器温度，V＝3.5v，将控制状态3中的参数放入模拟量寄存器；当选择手动时，则对空调进行风速设定，然后鼓风机电压V对应输出值，这里的对应输出值设为5档，然后进入控制状态4，将控制状态4中的参数放入模拟量寄存器，模拟量寄存器内的数据再通过Contec输出，所述的Tc为工况切换温差设定值；

参见图4，如当空调在自动运行时，车内温度T＞Tc或设定＜T＜Tc或T＜设定的条件不成立时，即车内温度T＜设定不成立，则如果这种不满足条件的持续时间＞设定值release则将鼓风机电压V由原来的3.5改为2.6，而外控阀电流I则改由公式：I＝0.65*[(Qp+Wl)+(As+(To-Ti)*P％*t+Wc*t1)]/[(Pd-Ps)*R/600]+(Ps-0.23)*t2来计算；设定＜T＜Tc，为不成立时，则如果这种不满足条件的持续时间＞设定值release，则将鼓风机电压V由原来的7.5改为5.55，并由PID算法控制调节I，使蒸发器温度大约维持在设定温度-15；T＞Tc，不成立时，则如果这种不满足条件的持续时间＞设定值re]ease，则将鼓风机电压V由原来的13.5改为10，并将外控阀电流I由原来的0.75改为10。

所述的控制状态1中的外控阀电流输出值I由PID算法来控制调节，使蒸发器温度维持在零上4℃；

所述的控制状态2中的外控阀电流输出值I由PID算法来控制调节，使蒸发器温度维持在零上4℃；

所述的控制状态3中的外控阀电流输出值由公式：I＝0.65*[(Qp+Wl)+(As+(To-Ti)*P％*t+Wc*t1)]/[(Pd-Ps)*R/600]+(Ps-0.23)*t2；

所述的控制状态4中外控阀电流输出值I由PID算法来控制调节，使蒸发器温度维持在设定温度-15℃，上述公式中各参数符号参见下表：

序号

参数名

参数

单位

数值范围

		符号
					1	排气压力	Pd	Mpa	1.0～2.0
2	吸气压力	Ps	Mpa	0.15～0.4
					3	蒸发器温度	Te	℃	0～20
4	车外温度	To	℃	15～45
					5	设定温度	Te	℃	18～30
6	车内温度	Ti	℃	16～45
					7	混风比例	P％	％	0～0.3
8	输出电流值	Ci	A	0～0.65
					9	发动机转速	R	RPM	850～4500
10	车速	Wc	m/sec	0～145
					11	成员热负荷	Qp	KW	0.75
12	太阳辐照量	As	KW	0.4～1.3
					13	鼓风机电压	V	V	3.5～13.5
14	车辆热系数	Wl	KW	0.7
					15	温度修正系数	t		0～100％
16	车速对应修正系数	t1
					17	蒸发器修正系数	t2		0～1

Claims (7)

1.一种外控压缩机自动空调模拟控制器系统，包括软件、硬件，其中硬件包括汽车HAVC总成、汽车空调的压缩机、冷凝器、传感器、数据采集控制器、Contec模拟量采集模块、微机，其特征在于：在汽车车体的相应部件分别固定相应的传感器，并由数据采集控制器采集各路传感器信号，然后通过Contec模拟量采集模块将传感器信号经数据处理后由数据线发送到微机的信号输入端，由微机内的控制软件再进行如下处理：（1）设定输入输出通道、模拟量扫描间隔、及实际测试数据保存路径；（2）设置各项状态值并启动程序；（3）每个采样周期将采集到的Contec模拟量数据放入模拟量流入变量A1中，并以.xls分别保存到默认路径及数据寄存器内，并采用不同的定时循环分别读数据寄存器中模拟量流入变量A1中的每一列；（4）读取好的每一列进行输出控制；（5）输出控制中的数字量由USB6501数字I/O输出，输出控制中的模拟量V、I由Contec模拟量数据输出，所述的传感器包括车外温度传感器、车内温度传感器、蒸发器温度传感器、风口温度传感器、发动机水温传感器、日照传感器、风速传感器、汽油机转速计、冷凝器压力变送器、蒸发器压力变送器；所述的V为鼓风机电压，所述的I为外控阀电流输出值。

2.如权利要求1所述的一种外控压缩机自动空调模拟控制器系统，其特征在于：所述的数字量包括空调状态、离合器状态、冷凝器压力及温度设定。

3.如权利要求1所述的一种外控压缩机自动空调模拟控制器系统，其特征在于数字量的输出控制的处理流程包括如下三种状态：

一、空调开启前判断冷凝器压力是否有系统高压报警、蒸发器压力是否有系统低压报警、蒸发器温度是否有蒸发器温度报警、是否空调状态为on、冷凝器温度是否发出冷凝器高温报警、发动机转速是否低于780rpm，上述6种至少有一种为“是”状态，则保持离合器状态为off，然后将此状态放入数字I/O量寄存，再通过USB6501数字I/O输出控制；上述6种判断中没有一个为“是”状态，则进入修改离合器状态为on，然后将此状态放入数字I/O量寄存，所有数字I/O量寄存后的数据通过USB6501数字I/O输出控制；

二、运行过程中判断冷凝器压力是否有系统高压报警、蒸发器压力是否有系统低压报警、蒸发器温度是否有蒸发器温度报警，如上述三种报警中至少有一个为“是”状态，则判断此时的空调状态，如空调状态为on则自动关闭空调开关直到报警消除并手动再次开启空调开关；如空调状态为off，则维持原状态，不响应空调开关；如上述三种报警中没有一个报警，则空调开关一直保持on状态；

三、空调on 运行过程中判断发动机转速有无转速过高报警或转速斜率ΔR/ΔT大于设定值报警，上述两种报警中至少有一种报警，则进入修改离合器状态为off这一步，待报警消除后系统自动切换离合器状态为on。

4.如权利要求1所述的一种外控压缩机自动空调模拟控制器系统，其特征在于模拟量的输出控制处理流程为：提取当前车内温度T后，判断此时空调状态，为off则维持原状态；为on，则读取预设自动/手动的值，当选择自动时，判断下列设定条件：车内温度T＞Tc或设定＜T＜Tc或T＜设定是否成立，如果成立，即当T＞Tc，则进入控制状态1，其中I＝Max，所述的Max＝0.75A，V＝13.5v，将控制状态1中的参数放入模拟量寄存器；当设定＜T＜Tc，则进入控制状态2，由PID调节I，V＝7.5v，将控制状态2中的参数放入模拟量寄存器；当T＜设定，则进入控制状态3，由PID控制冷凝器温度，V＝3.5v，将控制状态3中的参数放入模拟量寄存器；当选择手动时，则对空调进行风速设定，然后鼓风机电压V对应输出值，进入控制状态4，将控制状态4中的参数放入模拟量寄存器，模拟量寄存器内的数据再通过Contec输出。

5.如权利要求4所述的一种外控压缩机自动空调模拟控制器系统，其特征在于：控制状态1中的外控阀电流输出值I由PID算法来控制调节，使蒸发器温度维持在零上4℃。

6.如权利要求4所述的一种外控压缩机自动空调模拟控制器系统，其特征在于：控制状态2 中的外控阀电流输出值I由PID算法来控制调节，使蒸发器温度维持在零上4℃。

7.如权利要求4所述的一种外控压缩机自动空调模拟控制器系统，其特征在于：所述的控制状态4中外控阀电流输出值I由PID算法来控制调节，使蒸发器温度维持在设定温度-15℃。

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