CN103033005A

CN103033005A - 一种汽车空调系统电子膨胀阀的控制方法

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Publication number: CN103033005A
Application number: CN2011102932882A
Authority: CN
Inventors: 张荣荣; 爱德文·约翰·斯坦科; 唐立; 席卫东
Original assignee: Hangzhou Sanhua Research Institute Co Ltd
Current assignee: Zhejiang Sanhua Automotive Components Co Ltd
Priority date: 2011-09-29
Filing date: 2011-09-29
Publication date: 2013-04-10
Anticipated expiration: 2031-09-29
Also published as: CN103033005B

Abstract

本发明公开一种汽车空调系统电子膨胀阀的控制方法，该方法在冷启动状态下，执行下述步骤后进入运行控制：调节电子膨胀阀至全闭，再调节电子膨胀阀开启至小开度。优选地，调节电子膨胀阀至全开后，调节电子膨胀阀至全开；并以所述电子膨胀阀在第一时间长度内完成的全开及的全闭为条件，调节电子膨胀阀开启至小开度。本方法的控制过程以全闭状态为调节基准，为汽车空调系统的能耗调节提供了可靠的保障；然后再调节电子膨胀阀开启至小开度，一方面能够使得高低压平衡，避免在高压差下冷启动，压缩机扭矩过大；另一方面，保持一个小开度的目的避免压缩机启动时系统产生过大的流量，冲击压缩机，造成压缩机过载。

Description

一种汽车空调系统电子膨胀阀的控制方法

技术领域

本发明涉及制冷控制技术，具体涉及一种汽车空调系统电子膨胀阀的控制方法。

背景技术

众所周知，在汽车系统中，汽车空调是主要的能源消耗单位，随着整车节能要求的提高，汽车空调的节能也逐步被提出。特别是在电动汽车系统中，由于电池的容量有限，汽车的续航里程受到限制。因此，电动汽车空调的节能显得尤为重要。

在汽车空调系统中，有效控制系统制冷剂流量，使得系统发挥最优的效能，是系统能否节能的关键所在。具体到电动汽车空调，由于压缩机可以变速调节，工况变化范围大，须使用电子膨胀阀精确调节制冷剂的流量，以适应压缩机的流量变化要求。显然，电子膨胀阀本身只是一个执行部件，需要一个合理的控制逻辑来准确调整膨胀阀的开度，使得系统达到性能优化、并可靠运行。

依据汽车空调系统运行整个过程进行划分，电子膨胀阀的控制大体上包括启动、运行控制及停机等几个阶段。对于完整的控制逻辑而言，其中启动控制精度将影响过热度控制过程中流量调节的精度，也就是说，电子膨胀阀的启动控制直接影响空调系统的节能控制精度。

有鉴于此，亟待针对汽车空调系统电子膨胀阀的控制提出一种合理、有效的控制方法，以适应能耗调节的技术要求。

发明内容

针对上述缺陷，本发明解决的技术问题在于提供一种汽车空调系统电子膨胀阀的控制方法，以为汽车空调系统的能耗调节提供良好的基础。

本发明提供的汽车空调系统电子膨胀阀的控制方法，该方法在冷启动状态下，执行下述步骤后进入运行控制阶段：调节电子膨胀阀至全闭，再调节电子膨胀阀开启至小开度。

优选地，所述小开度具体为所述电子膨胀阀全开度的2％～20％。

优选地，所述小开度具体为所述电子膨胀阀全开度的5％～15％。

优选地，调节电子膨胀阀至全开后，调节电子膨胀阀至全开；并以所述电子膨胀阀在第一时间长度内完成的全开及的全闭为条件，调节电子膨胀阀开启至小开度。

优选地，热启动状态下，该控制方法直接进入运行控制阶段。

优选地，在所述运行控制阶段中，根据所述压缩机的转速确定所述电子膨胀阀的开度预调节量s₀，根据蒸发器出口或者压缩机进口的制冷剂温度和压力计算实际过热度Tsh，并将所述实际过热度与预设的过热度阈值区间Tsh_set进行比较，获得开度调节增量Δs；将所述开度预调节量s₀与所述开度调节增量Δs累加后输出调节开度的控制信号s至所述电子膨胀阀的控制端。

优选地，所述过热度阈值区间以基本过热度阈值曲线为基准形成一个封闭区间，正常过热度设定范围内的所述过热度阈值区间由基本过热度阈值曲线上下浮动一温度定值形成，低负荷区和高负荷区的过热度阈值区间均小于等于正常负荷区的过热度阈值区间；过热度为0℃时的所述过热度阈值区间设定为0℃；过热度大于20℃时的所述过热度阈值区间设定为0℃。

优选地，低负荷区的过热度越低过热度阈值区间越小；高负荷区的过热度越高过热度阈值区间越小；低负荷区与正常负荷区交汇处的所述过热度阈值区间呈圆弧状渐变过渡；正常负荷区与高负荷区交汇处的所述过热度阈值区间呈圆弧状渐变过渡。

优选地，将所述压缩机的转速划分多个运行区间，并以所述压缩机的转速满足在相应运行区间内维持第二时间长度为条件，根据所述压缩机的转速确定所述电子膨胀阀的开度预调节量s₀。

优选地，控制输出脉冲至电子膨胀阀的控制端进行调节。

本发明所述汽车空调系统电子膨胀阀的控制方法，在汽车钥匙开启后，即冷启动状态下，首先调节电子膨胀阀至全闭，由于该控制过程以全闭状态为调节基准，可以准确计算开启脉冲数，为汽车空调系统的能耗调节提供了可靠的保障；然后再调节电子膨胀阀开启至小开度，如此设计，可以保持一个小开度的目的避免压缩机启动时系统产生过大的流量，冲击压缩机，造成压缩机过载；同时，电子膨胀阀保持一个小开度有利于汽车空调系统尽快建立高低压端的压力差，进入正常制冷、制热循环。

在本发明的优选方案中，在初始化操作之前进行电子膨胀阀的自检，具体来说是以电子膨胀阀在第一时间长度内依次执行电子膨胀阀全开、全闭动作为条件，确定其处于无故障状态。也就是说，首先通过带动电子膨胀阀动作的步进电机驱动芯片动作，检测膨胀阀是否具有过热、过流、卡死等现象，并反馈信号给控制单元；从而确保系统在电子膨胀阀无硬件及信号故障的前提下完成启动控制，进入运行控制过程，保证系统的正常、高效运行。

本发明提供的汽车空调系统电子膨胀阀的控制方法适用于不同形式的汽车空调系统，特别适用于电动汽车空调系统。

附图说明

图1是本发明第一实施例所述汽车空调系统电子膨胀阀的控制方法的流程框图；

图2是本发明第二实施例所述汽车空调系统电子膨胀阀的控制方法的流程框图；

图3示出了具体实施方式中一种运行控制阶段的流程框图；

图4示出了具体实施方式中一种运行控制阶段过热度控制方法的控制逻辑关系示意图；

图5示出了一种具体实施方式中压缩机运行区间的划分及其与开度预调节量之间的对应关系；

图6为一种所述过热度阈值区间与基本过热度阈值的关系曲线示意图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种汽车空调系统电子膨胀阀的控制方法，以便于为汽车空调系统的能耗调节提供良好的基础。下面结合说明书附图具体说明本实施方式。

应当理解，汽车空调系统的启动控制分为两种：冷启动工况和热启动工况，本方案针对不同的启动工况提供了相应的启动控制方法。不失一般性，下表中分别示明了判断冷启动和热启动的一种方式。

	冷启动	热启动
			汽车钥匙打开后首次开启空调	√
空调电源被关闭后一定时间长度后重新开启	√
			空调电源被关闭后一定时间长度内重新开启		√
负荷调节引起的ON/OFF循环中的开机环节		√
			空调安全保护停机后的重新开机	√

另外，冷启动与热启动还可以通过检测汽车空调系统的压力和或温度等信号来进行判断。

请参见图1，该图示出了第一实施例所述汽车空调系统电子膨胀阀的控制方法的流程框图。

如图1所示，当汽车钥匙开启后，该控制方法在冷启动状态下执行下述步骤后进入运行控制阶段：

S1.调节电子膨胀阀至全闭；

S2.调节电子膨胀阀开启至小开度。

应当理解，电子膨胀阀的开度指的是与电子膨胀阀全开时相比较所得的阀口通流面积的比例。这一比例还与该系统所匹配的电子膨胀阀的容量大小相关，如果所用的电子膨胀阀容量相对较大，则开度可以小一些；反之，开度要大一些。

通常，可发出脉冲信号至电子膨胀阀的控制端，控制电子膨胀阀处于全闭或者小开度工作状态。具体控制设计时，可根据实际系统配置输出相应的脉冲，比如，以一种500脉冲的电子膨胀阀来说，若设置500Step的关闭、或开启脉冲实现阀全闭或全开控制，以找到初始基准点，则可设置100Step甚至于50Step的小开度脉冲调节电子膨胀阀在冷启动完成后处于小开度工作状态。

需要说明的是，对于LIN或CAN信号的汽车系统而言，本方法可有效利用LIN信号或者CAN信号确定空调系统是否处于上述三种冷启动状态；比如，空调电源被关闭后一定时间长度(比如2分钟)后重新开启，即确定处于冷启动状态；再比如，可以结合LIN或CAN信号中的高压保护、排气温度过高保护及低压过低保护信息，确定空调系统处于由空调安全停机后的重新开机。当然，实际上根据不同车型配置也可以通过专用的信号采集装置获取参数信号进行逻辑判断。

前述小开度具体为所述电子膨胀阀全开度的2％～20％。优选地，所述小开度具体为电子膨胀阀全开度的5％～15％，如此设置，有利于系统尽快建立高低压端压力差，有效控制低压压力小范围波动，使得压缩机的负载稳定及系统尽快稳定；同时，启动时对压缩机不会产生液击，控制过程更加稳定。

另外，空调系统使用一段时间后，构成该系统的元器件难免会出现各类故障，对于电子膨胀阀而言，由于汽车空调系统的使用环境相对恶劣，工况变化大，有时环境温度会较高甚至达到70～80℃，此状态下的电子膨胀阀自身有可能会出现个别情况下的过热、过流或者卡死等现象。为了确保空调系统启动后，能够在正常过热度控制过程中确保系统安全、可靠地运行，本方法可在第一实施例的基础上增加自检步骤。

请参见图2，该图是第二实施例所述汽车空调系统电子膨胀阀的控制方法的流程框图。

如图2所示，本实施例与第一实施例的区别在于：在步骤S1前执行步骤S0：S0.调节电子膨胀阀至全开，并控制电子膨胀阀进行自检，以电子膨胀阀在第一时间长度内完成全开及全闭为条件，调节电子膨胀阀开启至小开度。也就是说，步骤S3(实施例一步骤S2)前，若控制该电子膨胀阀能够在第一时间长度内有序完成全开、全闭两个动作，则可确定该电子膨胀阀处于无故障状态，可安全进行步骤S3调节电子膨胀阀开启至小开度；若否则发出报警信号或者进入停机保护状态。需要说明的是，该第一时间长度为确定的预设时间，基于不同型号的电子膨胀阀略有不同，此处为避免与本方案中其他时间长度混淆，将自检过程的预设时间表述为“第一时间长度”，显然，该表述并不构成对本申请保护范围的限制。

特别强调的是，对于电子膨胀阀自检功能的实现，理论上只要其能够在预定时间范围内自全闭至全开或者自全开至全闭，即视为该电子膨胀阀处于无故障状态。应当理解，本方案中完成全开、全闭进行自检判断为优选方案，另外，还可以采用其他信号进行辅助判断，如以电子膨胀阀在第一时间长度内有序完成全开、全闭两个动作且没有异常信号反馈来进行判断等等。显然地，基于本申请的核心设计构思应用前述两种单行程自检动作均属于本申请请求保护的范围。

在工作过程中，若该小开度设置太小，则自检后高低压端压力差会相对较高；而若该小开度太大，则系统高低压端建立压力的过程相对要长一些，系统进入平稳运行的过程相对要长一些即系统响应较慢。优选地，小开度为电子膨胀阀全开度的2％-20％。更加优选的，小开度为电子膨胀阀全开度的5％-15％。

同样，该自检步骤同样可以有效利用LIN总线或者CAN总线传输的参数信号。

如前所述，汽车空调系统还存在热启动工况。汽车处于运行状态下，且空调系统开关按钮处于关停状态，此时，若将该开关按钮切换至打开状态启动空调系统，则为热启动工况。

热启动状态下，该控制方法直接进入运行控制阶段。同样，对于LIN或CAN信号的汽车系统而言，本方法可有效利用LIN信号或者CAN信号确定空调系统是否处于热启动状态；比如，空调电源被关闭后一定时间长度(比如2分钟)内重新开启工况。或者结合LIN或CAN信号与采集到蒸发器的蒸发温度或者压力进行逻辑判断，确定空调系统处于因负荷调节引起的ON/OFF循环中的开机为热启动工况。应当理解，本领域技术人员基于现有技术完全可以实现上述启动状态的判断，故本文不再赘述。

进一步，本实施方式针对前述两个实施例的运行控制阶段进行了优化，具体请参见图3和图4，其中，图3示出了本实施方式中一种运行控制阶段的流程框图，图4示出了本实施方式中一种运行控制阶段过热度控制方法的控制逻辑关系示意图。

如图所示，在运行控制阶段中，按照下述步骤进行：

S31.根据所述压缩机的转速(RPM)确定所述电子膨胀阀的开度预调节量s₀；将压缩机的转速信号作为开度的预调节，使得开度预先达到某一状况，从而可减少电子膨胀阀在过热度调节阶段的调节幅度。具体地，可以将所述压缩机的转速划分多个运行区间，并以所述压缩机的转速满足在相应运行区间内维持第二时间长度为条件，根据所述压缩机的转速确定所述电子膨胀阀的开度预调节量s₀。本步骤中压缩机转速运行区间划分及其与电子膨胀阀的开度预调节量s₀之间的对应关系，也可以压缩机选配及系统设计要求来确定，具体可以参考图5所示，该图示出了压缩机运行区间的划分及其与开度预调节量之间的对应关系。

当然，以额定转速为5000RPM的压缩机为例，可将其转速范围划分为四个运行区间：压缩机转速处于大于0RPM小于等于1000RPM区间，压缩机转速处于大于1000RPM小于等于3000RPM区间，压缩机转速处于大于3000RPM小于等于5000RPM区间，压缩机转速处于大于5000RPM。实际上，压缩机运行区间的划分并非局限于图5中所示，它可以根据压缩机选配及系统设计要求来确定。

S32.根据蒸发器出口或者压缩机进口的制冷剂温度和压力计算实际过热度Tsh。

S33.将所述实际过热度Tsh与预设的过热度阈值区间Tsh_set进行比较，获得开度调节增量Δs。

S34.将所述开度预调节量s₀与所述开度调节增量Δs累加后输出调节开度的控制信号s至所述电子膨胀阀的控制端。

本方案所述控制方法中，可以如图3所示依次执行步骤S31、S32、S33；也可以先执行步骤S32、S33，然后再执行步骤S31。由于本方案将压缩机的转速作电子膨胀阀开度控制的输入信号之一，使电子膨胀阀的开度与压缩机更加匹配，并且减小因过热度波动带来对电子膨胀阀的调节幅度，减小了汽车空调中环境变化大所带来的影响，且相对恒定的开度能保证电子膨胀阀处于相对稳定的状态，从而可有效避免大的环境扰动给膨胀阀或系统带来的影响，确保系统的正常、高效的运行。

为了进一步保证系统稳定运行，减小电子膨胀阀的动作幅度及频次，提高电子膨胀阀的寿命，本发明中还提供了另外一种实施方式，作为对上述实施方式的进一步改进，如图所示。具体地，是在运行控制中控制电子膨胀阀开度根据预设过热度阈值区间确定开度调节增量Δs，即在区间范围内的过热度少量变化则不进行开度调节，避免电子膨胀阀过频的动作，从而减小电子膨胀阀的动作幅度及频次，提高电子膨胀阀的寿命；并且进一步减小系统低压压力波动，降低系统耗能，确保系统的正常、高效的运行。

其中，前述过热度阈值区间可以基本过热度阈值曲线为基准，如图6所示，该图为一种所述过热度阈值区间与基本过热度阈值的关系曲线示意图，图中实线表示基本过热度阈值曲线，虚线表示过热度阈值区间的边界。

如图6所示，该实施方式中，正常过热度设定范围(正常负荷区)内的所述过热度阈值区间设定为±1℃；过热度(SHset)为0℃时的所述过热度阈值区间设定为0℃；过热度(SHset)大于20℃时的所述过热度阈值区间设定为0℃，整体形成一个封闭区间。需要说明的是，为清楚示出过热度区域区间基于基本过热度阈值曲线形成的关系，图中过热度(SHset)大于20℃的虚线与实线之间存在微小间隙，显然，未完全封闭的图示状态并不影响该过热度阈值区间为一封闭区间的理解。另外，正常过热度设定范围内的过热度阈值区间也可以根据系统配置作相应的调整，即由正常过热度设定范围内的基本过热度阈值曲线上下浮动一温度定值形成，而非局限于±1℃；比如，若汽车空调系统温度控制精度要求较高，其正常过热度设定范围内的过热度阈值区间可设置为±0.5℃；再比如，若汽车空调系统温度控制要求相对较低，其正常过热度设定范围内的过热度阈值区间可设置为±2℃等等。显然，该温度定值的大小并不构成对本申请保护范围的限制，只要应用本方法的核心设计构思均在本申请请求保护的范围内。

此外，低负荷区和高负荷区的过热度阈值区间均小于等于正常负荷区的过热度阈值区间，这样，在过热度由正常负荷区经低负荷区至过热度(SHset)为0℃点的区间内，以及过热度由正常负荷区经高负荷区至过热度(SHset)大于20℃的区间内，电子膨胀阀开度调整限制相应变小，以避免电子膨胀阀在接近极限点处的开度调整精度。具体地，如图6所示，蒸发温度(Tevap)小于-1℃(低负荷区)时，所述过热度阈值区间呈线性变化；且蒸发温度(Tevap)为-1℃的位置处(低负荷区与正常负荷区交汇处)，所述过热度阈值区间呈圆弧状渐变过渡。蒸发温度(Tevap)大于15℃(高负荷区)时，所述过热度阈值区间呈线性变化；且蒸发温度(Tevap)为15℃的位置处(正常负荷区与高负荷区交汇处)，所述过热度阈值区间呈圆弧状渐变过渡。显然，优化方案中的低负荷区、正常负荷区及高负荷区三个区段均整体呈渐变的趋势变化，使得控制过程较为平稳可靠；同时，相邻两个区段交汇处均呈圆弧状渐变过渡，即低负荷区和高负荷区的边界变化曲线均大致呈半抛物线状，进一步提高控制过程的平稳可靠性。同样需要说明的是，图6中所示低负荷区、正常负荷区及高负荷区的划分仅为一示例性描述，以清楚说明本发明的核心设计，上述三个负荷区的划分也可以根据系统的具体情况进行界定，在此不再赘述。

特别说明的是，本方案所述的汽车空调系统电子膨胀阀的控制方法适用于传统汽车空调系统，特别适用于变排量压缩机系统。对于电动汽车空调系统来说，本方法特别适用于变转速压缩机系统。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种汽车空调系统电子膨胀阀的控制方法，冷启动状态下，执行下述步骤后进入运行控制阶段：调节电子膨胀阀至全闭，再调节电子膨胀阀开启至小开度。

2.根据权利要求1所述的汽车空调系统电子膨胀阀的控制方法，其特征在于，所述小开度具体为所述电子膨胀阀全开度的2％～20％。

3.根据权利要求2所述的汽车空调系统电子膨胀阀的控制方法，其特征在于，所述小开度具体为所述电子膨胀阀全开度的5％～15％。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的汽车空调系统电子膨胀阀的控制方法，其特征在于，调节电子膨胀阀至全开后，调节电子膨胀阀至全闭；并以所述电子膨胀阀在第一时间长度内完成全开及全闭为条件，调节电子膨胀阀开启至小开度。

5.根据权利要求1所述的汽车空调系统电子膨胀阀的控制方法，其特征在于，热启动状态下，该控制方法直接进入运行控制阶段。

6.根据权利要求1-5其中任一项所述的汽车空调系统电子膨胀阀的控制方法，其特征在于，在所述运行控制阶段中，根据所述压缩机的转速确定所述电子膨胀阀的开度预调节量s₀，根据蒸发器出口或者压缩机进口的制冷剂温度和压力计算实际过热度Tsh，并将所述实际过热度与预设的过热度阈值区间Tsh_set进行比较，获得开度调节增量Δs；将所述开度预调节量s₀与所述开度调节增量Δs累加后输出调节开度的控制信号s至所述电子膨胀阀的控制端。

7.根据权利要求6所述的汽车空调系统电子膨胀阀的控制方法，其特征在于，所述过热度阈值区间以基本过热度阈值曲线为基准形成一个封闭区间，正常过热度设定范围内的所述过热度阈值区间由基本过热度阈值曲线上下浮动一温度定值形成，低负荷区和高负荷区的过热度阈值区间均小于等于正常负荷区的过热度阈值区间；过热度为0℃时的所述过热度阈值区间设定为0℃；过热度大于20℃时的所述过热度阈值区间设定为0℃。

8.根据权利要求7所述的汽车空调系统电子膨胀阀的控制方法，其特征在于，低负荷区的过热度越低过热度阈值区间越小；高负荷区的过热度越高过热度阈值区间越小；低负荷区与正常负荷区交汇处的所述过热度阈值区间呈圆弧状渐变过渡；正常负荷区与高负荷区交汇处的所述过热度阈值区间呈圆弧状渐变过渡。

9.根据权利要求8所述的汽车空调系统电子膨胀阀的控制方法，其特征在于，将所述压缩机的转速划分多个运行区间，并以所述压缩机的转速满足在相应运行区间内维持第二时间长度为条件，根据所述压缩机的转速确定所述电子膨胀阀的开度预调节量s₀。

10.根据上述任一权利要求所述的汽车空调系统电子膨胀阀的控制方法，其特征在于，控制输出脉冲至电子膨胀阀的控制端进行调节。