CN103033006B - 一种汽车空调系统电子膨胀阀的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种汽车空调系统电子膨胀阀的控制方法，在压缩机启动初始阶段，根据实时采集的压缩机转速信号，控制电子膨胀阀达到与压缩机的转速相对应的恒定开度，以与压缩机的转速相对应的恒定开度进入正常运行控制阶段，以便于电子膨胀阀的开度转入过热度控制方式；在压缩机启动初始阶段电子膨胀阀的开度不受汽车空调系统过热度的影响。与现有技术相比，在压缩机启动初始阶段，本发明所述电子膨胀阀控制方法根据压缩机的转速将电子膨胀阀的开度保持恒定开度，该恒定的开启度能保证电子膨胀阀的开度能够处于较为稳定的状态，使得初始阶段的膨胀阀处于稳定工作状态下，从而可有效避免大的扰动给膨胀阀带来的影响，确保系统的正常、高效的运行。

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的整个过程进行划分，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。其中，运行控制阶段为影响能耗调节的关键阶段，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，以最大限度的满足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，以根据压缩机转速调节电子膨胀阀的开度处于相对恒定的开启度，从而保证电子膨胀阀的开度处于相对稳定的状态，使得启动初始阶段的膨胀阀处于稳定工作状态下。

本发明提供的汽车空调系统电子膨胀阀的控制方法，在压缩机启动初始阶段，根据实时获取的压缩机转速，控制所述电子膨胀阀达到与压缩机的转速相对应的恒定开度，以与压缩机的转速相对应的所述恒定开度进入正常运行控制阶段，以便于所述电子膨胀阀的开度转入过热度控制方式；在压缩机启动初始阶段所述电子膨胀阀的开度不受汽车空调系统过热度的影响。

优选地，将所述压缩机的转速划分多个转速区间，并根据每个转速区间的压缩机转速确定相对应的所述电子膨胀阀的恒定开度。

优选地，在压缩机启动初始阶段，在启动时间段内判断所述压缩机的转速是否在一定时间区间内保持在一个转速区间内，若是，则控制所述电子膨胀阀达到与相应转速区间相对应的恒定开度；若否，则控制所述电子膨胀阀达到启动时间段结束时刻的所述压缩机转速所在转速区间相对应的恒定开度，或者控制所述电子膨胀阀达到预设的初始启动开度。

优选地，在压缩机启动初始阶段的启动时间段后，以所述压缩机的转速自第一转速区间变化至第二转速区间内，且维持第一时间长度为条件，控制所述电子膨胀阀自与所述第一转速区间所对应的恒定开度达到与所述第二转速区间所对应的恒定开度。

优选地，以所述汽车空调系统的低压侧压力满足恒定维持第二时间长度为条件，汽车空调系统进入正常运行控制阶段，电子膨胀阀的开度转入过热度控制方式。

优选地，所述恒定开度小于正常运行控制阶段的电子膨胀阀开度。

优选地，在所述正常运行控制阶段，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Tsh与预设的过热度阈值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，在所述正常运行控制阶段，将所述压缩机的转速划分多个运行区间，并根据每个运行区间的压缩机转速确定相应的所述电子膨胀阀的开度预调节量s₀。

优选地，在所述正常运行控制阶段，以所述压缩机的转速满足在相应转速运行区间内维持第三时间长度为条件，确定所述电子膨胀阀的开度预调节量s₀。

优选地，以进入停机和保护环节为条件，进入停机和保护控制阶段。

优选地，在压缩机启动初始阶段，控制所述电子膨胀阀依次执行全开、全闭两个动作，并以所述电子膨胀阀在第四时间长度内完成全开及全闭为条件，控制所述电子膨胀阀达到与压缩机的转速相对应的所述恒定开度。

与现有技术相比，在压缩机启动初始阶段，本发明所述控制方法根据压缩机的转速将电子膨胀阀的开度调整至一恒定开度，并以与压缩机的转速相对应的所述恒定开度进入正常运行控制阶段。如此设置，恒定的开启度能保证电子膨胀阀的开度能够处于较为稳定的状态，使得启动初始阶段的膨胀阀处于稳定工作状态下，从而可有效避免大的扰动给膨胀阀带来的影响，确保系统的正常、高效的运行。

在本发明的优选方案中，基于转速区间的划分，压缩机启动后首先判断压缩机的转速是否在启动时间段内的一定时间区间内保持在一个转速区间内：若是，则控制电子膨胀阀达到与相应转速区间相对应的恒定开度，即最佳运行状态；若否，则可以采用两种方式控制电子膨胀阀的开度，其一是控制其达到启动时间段结束时刻的压缩机转速所在转速区间相对应的恒定开度，另外一种方式是控制其达到预设的初始启动开度。显然，针对压缩机在启动时间段内转速存在较大波动的特殊情况，本方案特别给出了相应的控制策略，使得空调系统能够在特殊情况下根据不同策略正常启动，确保系统安全运行。

在本发明的另一优选方案中，以所述汽车空调系统的低压侧压力满足恒定维持第二时间长度为条件，进入压缩机正常运行阶段控制。也就是说，自进入初始阶段开始，当其低压侧压力连续一段时间保持恒定，则初始阶段结束进入压缩机正常运行阶段，这样，可有效避免由于其他外因产生压力波动，进而影响过热度控制中频繁调节电子膨胀阀开度的现象出现，因此，进一步提高了空调系统的工作可靠性。

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示出了一种具体实施方式中在启动初始阶段所述压缩机转速区间的划分及其与电子膨胀阀开度之间的对应关系；

图4示出了一种具体实施方式中所述正常运行阶段的过热度控制逻辑关系示意图；

图5示出了一种具体实施方式中所述正常运行阶段的过热度控制流程图。

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，相对恒定的开启度能保证电子膨胀阀的开度能够处于稳定的状态，使得初始阶段的膨胀阀处于稳定工作状态下，从而可有效避免大的扰动给膨胀阀带来的影响，确保系统的正常、高效的运行有效提高系统的节能效果。下面结合说明书附图具体说明本实施方式。

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，在压缩机启动后，实时获取压缩机转速信号，并按照如下步骤进行：

S1.在压缩机启动初始阶段，控制所述电子膨胀阀达到与压缩机的转速相对应的恒定开度。

S2.压缩机启动初始阶段结束后，以与压缩机的转速相对应的所述恒定开度进入正常运行阶段控制，以便于所述电子膨胀阀的开度转入过热度控制方式。即，在压缩机启动初始阶段，该电子膨胀阀的开度仅根据压缩机的转速进行调整，而不受汽车空调系统过热度的影响；其中的压缩机转速信号的获取可以采用独立传感器进行采集或借用压缩机自身的控制信号，而对于采用LIN或CAN协议的汽车系统来说，该压缩机转速信号也可以自LIN或CAN信号传给电子膨胀阀控制程序。

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。本文中，在一定的压缩机转速内电子膨胀阀的恒定开度为一相对应的恒定值；且该恒定开度与压缩机的转速呈正向对应关系，即该恒定开度随着压缩机转速的增加呈增大的趋势变化，两者之间的关系可参见图3中所示的一种实施方式。

此外，压缩机启动初始阶段指的是压缩机启动后到低压侧压力相对稳定或程序设定的一个相对固定的时间段如30S-60S之间的任一时间段。其中，可以压缩机转速波动较大的启动初期的基准，将该固定时间段划分为启动时间段和启动时间段后的另一时间段。实际上，有的汽车空调中的压缩机启动初始阶段相对长一些如60S，有的可能略短一些如30s；具体地，该启动初始阶段可以由系统程序根据该系统情况进行设置，当系统检测到低压侧的压力满足相对稳定的条件时或者启动后的时间达到系统设定的时间段时系统就判断启动初始阶段结束。在压缩机启动初始阶段，恒定的开启度能保证电子膨胀阀的开度能够处于较为稳定的状态，使得初始阶段的膨胀阀处于稳定工作状态下，同时整个空调系统也处于相对稳定的工作状态下，从而可有效避免大的扰动给膨胀阀及系统带来的影响，并且这一恒定开度要小于正常运行阶段的电子膨胀阀的开度，这样有利于尽快建立高低压端的压力差，从而可以使系统更快地达到相对平衡。在启动初始阶段结束后，电子膨胀阀的开度控制进入正常运行阶段进行控制。

汽车空调系统运行过程中，由于外部因素影响较大，其他外因极易导致汽车空调工况发生变化，及压缩机转速及电子膨胀阀的低压侧压力出现波动。为克服相应参数波动对于系统工作稳定性的影响，本发明提供了第二种电子膨胀阀控制方法的实施例，具体请参见图2所示的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，增加了有关参数恒定的判断步骤。该方案按照如下步骤进行：

S0.在启动时间段内判断所述压缩机的转速是否在一定时间区间内保持在一个转速区间内。需要解释说明的是，前述压缩机启动后到低压侧压力相对稳定或程序设定的一个时间段为启动初始阶段，而启动时间段是指启动初期相应的一个固定时间段，主要是指压缩机刚启动时即启动初始阶段的前期阶段，包括压缩机刚启动时转速较大波动的时间段及启动后转速转入规律变化的另一时间段。

而本方案相比于第一实施例，所增设的步骤S0可避免压缩机转速在启动初始阶段的启动时间段内因波动导致控制切入点不准确的问题出现，也就是说，在启动时间段内只有当压缩机转速维持在每个转速区间一定时间区间后才给予电子膨胀阀相应的开度。比如，该时间区间可以设定为1s或者0.5s等等。

若步骤S0的判断结果为是，则执行步骤S1：控制所述电子膨胀阀达到与相应转速区间相对应的恒定开度。由于压缩机的转速受系统的控制，在某些因素的影响可能随时在变化。而本方案相比于第一实施例，所增设的步骤S1可避免压缩机转速在启动初始阶段因波动导致控制切入点不准确的问题出现，可有效避免膨胀阀过快的动作所造成的控制过于频繁等缺陷，为后续正常控制阶段提供了良好的基础；也就是说，只有当压缩机转速维持在每个转速区间一定时间长度后才调整电子膨胀阀相应的开度。比如，该第一时间长度可以设定为15s或者10s等等。

S2.以所述汽车空调系统的低压侧压力满足恒定维持第二时间长度为条件，执行步骤S3；

S3.汽车空调系统进入正常运行阶段控制，电子膨胀阀的开度转入过热度控制方式。同样，在其他因素影响而导致电子膨胀阀的低压侧压力不稳定的状况，本方案中增设的步骤S2可避免非正常波动对于正常过热度控制阶段工作稳定性的影响。也就是说，当低压压力连续一段时间保持为一定压力值时，视初始阶段结束，进入正常运行阶段。比如，该第二时间长度可以调定为10s。当然根据系统情况，第二时间长度也可以进行调整。

若步骤S0的判断结果为否，则执行步骤S5，控制所述电子膨胀阀达到启动时间段结束时刻的所述压缩机转速所在转速区间相对应的恒定开度，或者控制所述电子膨胀阀达到预设的初始启动开度。如此设置，启动时间段内若压缩机转速波动异常时，可以由程序控制电子膨胀阀达到与该压缩机转速对应的初始恒定开度(图中未示出)，以保证系统启动运行。显然，该初始恒定开度仅需要满足系统启动运行的需要即可。

另外，针对变排量压缩机或可变转速压缩机，控制所述电子膨胀阀达到与压缩机的转速相对应的恒定开度，且汽车空调系统尚未进入正常运行控制阶段之前，即，在压缩机启动初始阶段的启动时间段后，压缩机转速可能自第一转速区间变化至第二转速区间。若在第二转速区间内维持第一时间长度，则控制所述电子膨胀阀自与所述第一转速区间所对应的恒定开度达到与所述第二转速区间所对应的恒定开度，并保持调整后的恒定开度进入正常运行控制阶段。需要说明的是，本文中“第一转速区间”及“第二转速区间”描述仅用于区别该工况下压缩机转速的变化，应当理解“第一”“第二”的使用并不限制本申请的保护范围。同时，本方案中所述“恒定开度”为调控过程中相对确定的概念，在实际控制过程中根据压缩机转速变化的状况，该“恒定开度”存在调整的可能。

优选地，还包括步骤S4：

S4.判断是否进入停机和保护环节，若否，则执行步骤S3；若是，则停机和保护。该停机保护信号可来自于系统控制模块发出信号，比如，对于采用LIN或CAN协议的汽车系统来说，该停机保护信号自LIN或CAN信号传给电子膨胀阀控制程序。

前述两个实施例中，在初始阶段(步骤S1)，可以将所述压缩机的转速划分多个区间，并根据每个区间的压缩机转速确定相应的所述电子膨胀阀的恒定开度。如图3所示，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转速区间：当压缩机转速处于大于0RPM小于等于1000RPM区间时，控制电子膨胀阀处于全开度的10％；当压缩机转速处于大于1000RPM小于等于3000RPM区间时，控制电子膨胀阀处于全开度的15％；当压缩机转速处于大于3000RPM小于等于5000RPM区间时，控制电子膨胀阀处于全开度的20％；当压缩机转速处于大于5000RPM时，控制电子膨胀阀处于全开度的25％。

实际上，压缩机转速区间的划分并非局限于图3中所示，它可以根据压缩机选配及系统设计要求来确定，也可以通过如下方法来确定：通过其他手段控制膨胀阀的开度，使得不同工况、不同转速下的系统处于合适的过热度下，拟合转速和开度的关系，得到不同压缩机转速下电子膨胀阀开度的的预设定值；当然，上述实施方式中区间的划分、电子膨胀阀的开度范围并不是对本发明的限制，而只是提供一种思路，实际上，上述区间还可以是非等分的多个区间，另外电子膨胀阀开度也取决于该系统与电子膨胀阀容量的关系，如果所用的电子膨胀阀容量相对系统容量较大，则开度可以小一些；反之，开度要大一些。需要说明的是，只要满足使用需要均在本申请请求保护的范围内。

此外，前两个实施例(第一实施例的步骤S2，第二实施例的步骤S3)中的电子膨胀阀进入正常运行阶段控制，可以依据下述步骤进行，请一并参见图4和图5，其中，图4示出了正常运行阶段的过热度控制逻辑关系，图5为正常运行阶段的过热度控制流程图。

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；具体地，可以将所述压缩机的转速划分多个运行区间，并根据每个运行区间的压缩机转速确定相应的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3的类型，故此处不再赘述。另外，本实施例中的压缩机转速运行区间区别于前面第一、二两个实施例中压缩机转速区间，两者可以有不同的划分方式；另外也可以相同划分。

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Tsh_set进行比较，并根据实际过热度Tsh获得开度调节增量Δs；

S34.将所述开度预调节量S01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4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。

显然，本方法实际上是将压缩机的转速信号作为开度的预调节的一种输入信号，使得开度预先达到某一状况，从而可减少过热度调节阶段的调节幅度的波动。具体来说，需要说明的是，对于LIN或CAN信号的汽车系统而言，本方法所涉及的实时参数，可有效利用LIN信号或者CAN信号获取，也可以单独进行采集。比如，蒸发器出口或压缩机进口的温度通过热电阻测得，压力信号由压力传感器测得，这两个信号通过转换电路转换成电压或者电流信号后输入控制板。然后，将温度和压力计算出实际过热度与设定过热度作对比，通过比例(P)、比例积分(PI)或者比例积分微分(PID)等控制算法来实现过热度的计算及控制，直至系统实际过热度符合设定的过热度要求。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参数的获得，故本文不再赘述。

优选地，执行步骤S31之前执行步骤S30：

S30.以所述压缩机的转速满足在相应运行区间内维持第三时间长度为条件，执行步骤S31。同样，本方案增设的步骤S30也可避免压缩机转速非正常波动影响实时控制精度。也就是说，只有当压缩机转速进入该区间一定时间后才作出相应的调整，而不是时时刻刻在调整，以保证系统的稳定性。

另外作为优先实施方式，在前面第一、第二实施例的步骤S1：电子膨胀阀的开度根据压缩机的转速保持恒定开度，还可以作进一步改进，即：控制电子膨胀阀依次进行全开、全闭两个动作，并以所述电子膨胀阀在第四时间长度内完成全开及全闭为条件，再控制电子膨胀阀达到与压缩机的转速相对应的恒定开度。这样，一方面可以对电子膨胀阀进行自检，确保系统安全、可靠地运行；另一方面可保证电子膨胀阀的开度的一致性、准确性。

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。

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 (11)

1.一种汽车空调系统电子膨胀阀的控制方法，在压缩机启动初始阶段，根据实时获取的压缩机转速信号，控制所述电子膨胀阀达到与压缩机的转速相对应的恒定开度，以与压缩机的转速相对应的所述恒定开度进入正常运行控制阶段，以便于所述电子膨胀阀的开度转入过热度控制方式；在压缩机启动初始阶段所述电子膨胀阀的开度不受汽车空调系统过热度的影响。

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，将所述压缩机的转速划分多个转速区间，并根据每个转速区间的压缩机转速确定相对应的所述电子膨胀阀的恒定开度。

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，在压缩机启动初始阶段，在启动时间段内判断所述压缩机的转速是否在一定时间区间内保持在一个转速区间内，若是，则控制所述电子膨胀阀达到与相应转速区间相对应的恒定开度；若否，则控制所述电子膨胀阀达到启动时间段结束时刻的所述压缩机转速所在转速区间相对应的恒定开度，或者控制所述电子膨胀阀达到预设的初始启动开度。

4.根据权利要求3所述的汽车空调系统电子膨胀阀的控制方法，其特征在于，在压缩机启动初始阶段的启动时间段后，以所述压缩机的转速自第一转速区间变化至第二转速区间内，且维持第一时间长度为条件，控制所述电子膨胀阀自与所述第一转速区间所对应的恒定开度达到与所述第二转速区间所对应的恒定开度。

5.根据权利要求1至4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，以所述汽车空调系统的低压侧压力满足恒定维持第二时间长度为条件，汽车空调系统进入正常运行控制阶段，电子膨胀阀的开度转入过热度控制方式。

6.根据权利要求5所述的汽车空调系统电子膨胀阀的控制方法，其特征在于，所述恒定开度小于正常运行控制阶段的电子膨胀阀开度。

7.根据权利要求1至4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，在所述正常运行控制阶段，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Tsh与预设的过热度阈值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。

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，在所述正常运行控制阶段，将所述压缩机的转速划分多个运行区间，并根据每个运行区间的压缩机转速确定相应的所述电子膨胀阀的开度预调节量s₀。

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，在所述正常运行控制阶段，以所述压缩机的转速满足在相应转速运行区间内维持第三时间长度为条件，确定所述电子膨胀阀的开度预调节量s₀。

10.根据权利要求9所述的汽车空调系统电子膨胀阀的控制方法，其特征在于，以进入停机和保护环节为条件，进入停机和保护控制阶段。

11.根据权利要求1-4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，在压缩机启动初始阶段，控制所述电子膨胀阀依次执行全开、全闭两个动作，并以所述电子膨胀阀在第四时间长度内完成全开及全闭为条件，控制所述电子膨胀阀达到与压缩机的转速相对应的所述恒定开度。