CN102052735B

CN102052735B - 车辆电动空调压缩机的控制方法

Info

Publication number: CN102052735B
Application number: CN 200910211213
Authority: CN
Inventors: 林博煦; 施骏达
Original assignee: Automotive Research and Testing Center
Current assignee: Automotive Research and Testing Center
Priority date: 2009-11-02
Filing date: 2009-11-02
Publication date: 2013-06-26
Anticipated expiration: 2029-11-02
Also published as: CN102052735A

Abstract

本发明是一种车辆电动空调压缩机的控制方法，依据一压缩机冷房功率曲线以及一马达输出效率曲线可决定复数个压缩机操作点，所述的压缩机操作点将划分出不同操作区域，各操作区域制定有对应的压缩机控制条件，当使用者设定车厢的空调目标温度后，依据实际车厢内部温度可计算所需移除的目标热负载量，根据所述的目标热负载量是确定压缩机的操作区域以及应如何运转的控制条件，基于已确定的控制条件便能得知马达应提供多少输出功率而驱使压缩机运作，使车厢可快速达到设定的空调目标温度。

Description

车辆电动空调压缩机的控制方法

技术领域

本发明涉及一种控制车辆电动空调压缩机功率值的方法，特别是预先将压缩机的可操作范围划分为复数区域，再根据各区域中所制定的控制策略，决定压缩机应如何运作以达到恒温、稳定的空调效果。

背景技术

由于天然石油资源有限且过去数年国际油价上涨幅度惊人，使各车厂以及车辆技术相关研究机构均投入大量研究能力，进行电动车辆等具备省能车辆的研发。

在电动车辆上是以一电动马达取代传统内燃机作为压缩机驱动动力，相较于传统的内燃机，电动马达除了具有较高的效率表现以外，也可凭借一控制器所控制，而使电动马达运转在需求的操作点。

请参考图6所示，另一方面，电动式空调压缩机61在转速调变上比传统汽车空调更具有弹性，电动式空调压缩机61是凭借一驱动马达62所控制，因此若有制定合适的驱动马达62控制策略，便能达成恒温、恒湿控制以及提高车辆的省油能力使车辆具备高续航力，故各式电动空调控制策略相当值得进行发展。

传统车辆的空调控制方式可概略分为以下数种：

1.多方面控制不同机构零件以使车厢达到设定温度，例如同时控制混风闸门开度、鼓风机风量、出风口位置等空调系统元件。此方式的缺点在于必须设计一高复杂度的控制器，使其控制各元件的驱动器。

2.依照热负载量而控制一变频器的频率，进而控制马达输出转速。然而当负荷量变化过快时，会使得马达效率降低。

3.以一个固定排量压缩机以及一变排量压缩机混合搭配，使马达转速变化范围缩小。但如此一来，需要增加整体空调系统的建置成本，且也必须变动修改现有空调管路。

4.预先记录在不同转速下需施加于马达的电压数值，以达到精确、高效率马达操作。然而此方式需要重复进行多次实验，才能获得所需要的各组控制参数。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种车辆电动空调压缩机的控制方法，其毋须复杂地控制空调组件、不必重复进行多次实验也不必提高设备成本，即能利用弹性化的方式控制压缩机适时有效率地运作，使车厢内温度达到所预设的温度范围。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种车辆电动空调压缩机的控制方法，其特征在于，包含：

依据一压缩机冷房功率曲线、一压缩机COP曲线以及一马达输出效率曲线，定义复数个压缩机操作点,其中复数个压缩机操作点包含一压缩机最小冷房功率(P_min)、一压缩机最大COP点的冷房功率(P _maxCOP)、一马达区域最佳效率点的冷房功率(P_mtreff)以及一压缩机最大冷房功率(P_max)；

以所述的复数个压缩机操作点划分出数个操作区域，其中各操作区域具有独自的压缩机控制条件；

根据一设定温度以及一车厢温度计算欲移除的目标热负载量；

判断所述的目标热负载量所对应的操作区域，以确定压缩机控制条件；

依据确定的压缩机控制条件，控制马达的输出功率而令压缩机得以在所述的压缩机控制条件进行运作；

其中：

在所述的压缩机最小冷房功率(P_min)以及压缩机最大COP点的冷房功率(P_maxCOP)之间是定义为第一操作区域，当目标热负载量落在第一操作区域，是令压缩机操作在最大COP点的冷房功率(P_maxCOP)；

在所述的压缩机最大COP点的冷房功率(P_maxCOP)以及马达区域最佳效率点的冷房功率(P_mtreff)之间是定义为第二操作区域，当目标热负载量落在第二操作区域，是令压缩机操作在马达区域最佳效率点的冷房功率(P_mtreff)；

在马达区域最佳效率点的冷房功率(P_mtreff)以及压缩机最大冷房功率(P_max)之间是定义为第三操作区域，当目标热负载量落在第三操作区域，是令压缩机操作在最大冷房功率(P_max)。

在较佳的技术方案中：所述的设定温度具有一允许误差值，以定义出介于一温度上限值以及一温度下限值的温度区间；

依据所述的温度上限值以及温度下限值是分别计算出一上限热负载量(P_TS+F)以及一下限热负载量(P_TS-F)；

当车厢温度达到所述的温度区间后，一旦车厢温度低于所述的温度下限值，令压缩机运转在所述的上限热负载量的对应功率，一旦车厢温度高于温度上限值，令压缩机运转在所述的下限热负载量的对应功率。

在较佳的技术方案中：当依据确定的压缩机控制条件控制马达的输出功率时，是以查表法求出马达应输出的功率值。

与现有技术相比较，本发明具有的有益效果是：凭借前述方法，由于电动式驱动马达具有可任意调变转速的优点，以压缩机的冷房效率曲线以及电动马达输出效率曲线预先定义出复数个操作点后，便能制定复数操作区域与各操作区域的控制条件，根据使用者所设定的车厢空调温度，可计算出需要移除的目标热负载量并根据目标热负载量确定压缩机所对应的操作区域及其控制条件，决定驱动马达应输出多少功率，因此，车厢的内部温度能随着压缩机的运作而快速达到所设定的温度。

附图说明

图1是本发明控制方法流程图；

图2是是本发明划分压缩机操作区域的示意图；

图3是是本发明利用马达效率等高线图决定一马达区域最佳效率点；

图4是是本发明根据目标热负载量决定压缩机操作区域的示意图；

图5是实施本发明控制方法的一实施例流程图；

图6是是现有一车辆的电动空调系统架构方块图。

附图标记说明：10-压缩机冷房功率曲线；20-压缩机COP曲线；30-马达输出功率曲线；40-输出扭力线；61-电动式空调压缩机；62-驱动马达。

具体实施方式

请参考图1所示，为本发明的方法流程图，主要步骤包含：定义复数个压缩机操作功率点101、计算欲移除的热负载量102以及判断压缩机的操作区域103。

在前述定义复数个压缩机操作功率点101的步骤中，如图2所示，是显示多条特性曲线，包含有一压缩机冷房功率曲线10、一压缩机COP曲线20与一马达输出功率曲线30，其中横轴座标表示压缩机的转速（rpm），而纵轴座标对应各不同曲线而具有不同意义，分别是压缩机输出功率、压缩机COP值（即输出功率）与输入功率的比、以及马达输出功率。

压缩机冷房功率曲线10上定义有A、B、C、D四点，其中A点代表压缩机最小冷房功率（P_min），可经由测试得知；D点代表压缩机最大冷房功率（P_max），也是经由测试得知；B点的位置是表示当压缩机COP值最大时，所对应的压缩机冷房功率（P_maxCOP），即所述的压缩机COP曲线20其最高点位置所对应的冷房功率；C点代表马达区域最佳效率点的冷房功率（P_mtreff），即马达效率最佳时所对应的压缩机冷房功率。

请参考图3所示，是决定前述马达区域最佳效率点的冷房功率（P_mtreff）的示意图，此图的横轴座标同样是压缩机转速，纵轴座标是代表马达的输出扭力力矩，图上各圈代表马达的效率等高线，越往中心处的等高线代表效率越高；本发明在压缩机最大COP值的冷房功率（P_maxCOP）所对应的转速（约2000）与压缩机最大冷房功率（P_max）（约5000）之间，找出一最佳效率点E，由图中所示的E点便是马达效率最佳的情况，以E点所在的压缩机转速值约2700对应至图2上的相同转速下，所得到的冷房功率便是定义为C点，其中所述的最佳效率点E的决定方法是先参考图2上马达输出功率曲线30，由于输出功率=转速×输出扭力，故在压缩机最大COP值的冷房功率（P_maxCOP）与压缩机最大冷房功率（P_max）之间可反算出每一转速点所对应的输出扭力值，所述的计算出的输出扭力值可反应在图3上并绘出一条输出扭力线40，在所述的输出扭力线40上则可以依据查表法，以各个转速配合其对应的输出扭力值查出相对应的马达效率，再从查询出的马达效率值中取出最佳的一点，此点即为E点，其中查表所需的资料是预先测量马达后建立得出。

图2的A、B、C、D四点可将压缩机的操作区域划分为第一至第三区域I、II、III，其中第一区域I介于A、B两点之间，第二区域II介于B、C两点之间，第三区域介于C、D两点之间，本发明是在这三个区域I、II、III分别制定不同的压缩机控制手段。

所述的计算欲移除的热负载量102的步骤中，是利用分别设在车厢内、外的温度感测器侦测出外界温度、车厢温度值，并配合使用者所设定的温度值，计算出必须移除的热负载量。热负载量的计算方式有许多种，在此是举出其中一种最常见到的方式为例，如下列公式所示：

Q_load=UA_cabin×（T_amb-T_set）＋UA_deep×（T_deep-T_set）+Q_solar

Q_load：热负载量

UA_cabin：外界对车厢的热传系数

T_amb：外界温度

T_set：设定温度

UA_deep：车厢内的热传系数

T_deep：车内温度

Q_solar：日照辐射热量

在上式中，当改变不同的设定温度（T_set）时，是可计算出欲移除的不同热负载量。而在本发明中，所述的设定温度（T_set）具有一允许误差值F，因此以设定温度（T_set）为基准可定义出介于温度上限值（T_set+F）以及温度下限值（T_set-F）的温度区间。如图4所示，根据设定温度（T_set）可计算出需移除的目标热负载量（P_TS），又根据温度上限值（T_set+F）与温度下限值（T_set-F）可计算出一上限热负载量（P_TS+F）以及一下限热负载量（P_TS-F）；

在判断压缩机的操作区域103步骤中，即根据欲移除的目标热负载量（P_TS）与冷房功率操作点进行比较，以决定压缩机的操作区域，其中：

a.若目标热负载量落在P_min~P_maxCOP之间，令压缩机运转在P_maxCOP；

b.若目标热负载量落在P_maxCOP~P_mtreff之间，令压缩机运转在P_mtreff；

c.若目标热负载量落在P_mtreff～P_max之间，令压缩机运转在P_max；

d.若车厢温度达到设定的温度区间（T_set+F~T_set-F），压缩机依据车厢温度操作在：

d1：当车厢温度低于T_set-F，令压缩机运转在P_TS+F；

d2：当车厢温度高于T_set+F，令压缩机运转在P_TS-F。

前述说明是解释本发明的控制逻辑，基于所述的控制逻辑可利用软件而设计出合适的判断流程，图5所示仅是其中一种可行实施例，但是并不限定须根据所列步骤依序执行。

首先，是执行参数设定与计算目标热负载量401，即取得车厢初始温度、车外温度以及设定温度，依据前述参数比较车厢温度以及设定温度，同时计算出目标热负载量，以及温度上限值（T_set+F）以及温度下限值（T_set-F）所对应的热负载量（P_TS+F，P_TS-F）；

在执行参数设定与计算目标热负载量401步骤后，是判断车厢温度是否高于温度下限值（T_set-F），若未高于温度下限值（T_set-F），将令压缩机运转冷房功率=P_TS+F，即控制压缩机运转在冷房功率为上限热负载量（P_TS+F）的情况；

当车厢温度高于温度下限值（T_set-F）后，是判断车厢温度是否高于温度上限值（T_set+F）403，若未高于温度上限值（T_set+F），即表示车厢温度介于设定温度与温度上限值之间，令压缩机运转冷房功率=P_TS-F，即控制压缩机运转在冷房功率为下限热负载量（P_TS-F）的情况；

当车厢温度高于温度上限值，是判断目标热负载量（P_TS）是否大于马达区域最佳效率点的冷房功率（P_mtreff）404，若是大于，令压缩机冷房功率=P_max，即控制压缩机运转在最大冷房功率（P_max）的情况；

当目标热负载量（P_TS）未大于马达区域最佳效率点的冷房功率（P_mtreff），是判断目标热负载量（P_TS）是否大于压缩机最大COP点的冷房功率（P_maxCOP）405，若判断结果为大于，令压缩机冷房功率=P_mtreff，即控制压缩机运转在马达区域最佳效率点的冷房功率（P_mtreff）；

当目标热负载量（P_TS）未大于压缩机最大COP点的冷房功率（P_maxCOP），令压缩机冷房功率=P_maxCOP，即控制压缩机运转在最大COP点的冷房功率（P_maxCOP）；

在确定压缩机在各个状态下的运转条件后，可经由查表得到对应的马达需求功率406。

本发明利用电动式驱动马达可任意调变转速的优点，是提出一种车辆电动空调压缩机的控制方法，依据压缩机的冷房效率曲线以及电动马达输出效率曲线定义出复数个操作点，划分出复数操作区域，各操作区域有各自的压缩机控制条件，而根据使用者所设定的车厢空调温度，可计算出需要移除的目标热负载量，以所述的目标热负载量为基础进行比较判断，能确定压缩机所对应的操作区域及其控制条件，从而决定驱动马达应输出多少功率。

以上说明对本发明而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人员理解，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可作出许多修改、变化或等效，但都将落入本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种车辆电动空调压缩机的控制方法，其特征在于，包含：

依据一压缩机冷房功率曲线、一压缩机COP曲线以及一马达输出效率曲线，定义复数个压缩机操作点，其中复数个压缩机操作点包含一压缩机最小冷房功率P_min、一压缩机最大COP点的冷房功率P_maxCOP、一马达区域最佳效率点的冷房功率P_mtreff以及一压缩机最大冷房功率P_max；

其中：

在所述的压缩机最小冷房功率P_min以及压缩机最大COP点的冷房功率P_maxCOP之间是定义为第一操作区域，当目标热负载量落在第一操作区域，是令压缩机操作在最大COP点的冷房功率P_maxCOP；

在所述的压缩机最大COP点的冷房功率P_maxCOP以及马达区域最佳效率点的冷房功率P_mtreff之间是定义为第二操作区域，当目标热负载量落在第二操作区域，是令压缩机操作在马达区域最佳效率点的冷房功率P_mtreff；

在马达区域最佳效率点的冷房功率P_mtreff以及压缩机最大冷房功率P_max之间是定义为第三操作区域，当目标热负载量落在第三操作区域，是令压缩机操作在最大冷房功率P_max。

2.根据权利要求1所述车辆电动空调压缩机的控制方法，其特征在于：所述的设定温度具有一允许误差值，以定义出介于一温度上限值以及一温度下限值的温度区间；

依据所述的温度上限值以及温度下限值是分别计算出一上限热负载量P_TS+F以及一下限热负载量P_TS-F；

3.根据权利要求1所述车辆电动空调压缩机的控制方法，其特征在于：当依据确定的压缩机控制条件控制马达的输出功率时，是以查表法求出马达应输出的功率值。