CN103033007A

CN103033007A - 一种汽车空调系统电子膨胀阀的控制方法

Info

Publication number: CN103033007A
Application number: CN2011102982097A
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: CN103033007B

Abstract

本发明公开一种汽车空调系统电子膨胀阀的控制方法，根据停机信号控制结束过热度控制阶段，在热停机状态下调节电子膨胀阀至全闭；当负荷调节导致压缩机停机或离合器断开时，可使得系统高低压被维持，下次启动时无需重新构建高低压，从而节约启动能耗。优选地，在冷停机状态下，调节电子膨胀阀开启至全开度。如此设计，一方面可以避免冷媒长期积聚在冷凝器，在汽车暴晒下压力过高引起管路破裂，另一方面避免电子膨胀阀和压缩机长期处于承压状态，对部件的机械性能产生影响。

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、过热度控制及停机等几个阶段。对于完整的控制逻辑而言，其中停机控制精度将影响下一个制冷周期过热度控制过程中流量调节的精度，也就是说，电子膨胀阀的停机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停机控制提出一种合理、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停机控制，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，该方法根据停机信号控制结束过热度控制阶段，在热停机状态下调节电子膨胀阀至全闭。

优选地，以LIN信号中的信息获得热停机状态的判断结果。

优选地，在冷停机状态下调节电子膨胀阀开启至小开度。

优选地，调节电子膨胀阀开启至全开度后至全闭；并以所述电子膨胀阀在预定时间长度内完成全开及全闭为条件，调节所述电子膨胀阀开启至小开度。

优选地，所述小开度为电子膨胀阀全开度的10％-40％。

优选地，以LIN信号中的信息获得冷停机的判断结果。

本发明提供的另一种汽车空调系统电子膨胀阀的控制方法，根据停机信号控制结束过热度控制阶段，并根据停机信号获得停机状态的判断结果；在热停机状态下调节电子膨胀阀至全闭；在冷停机状态下，调节电子膨胀阀开启至全开度后至全闭，并以所述电子膨胀阀在预定时间长度内完成全开及全闭为条件，调节所述电子膨胀阀开启至小开度。

优选地，以LIN信号中的信息获得冷停机或热停机的判断结果。

优选地，所述小开度为电子膨胀阀全开度的10％-40％。

优选地，在所述过热度控制阶段中，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。

本发明所述汽车空调系统电子膨胀阀的控制方法，当负荷调节(如蒸发器表面温度或出风温度过低)导致压缩机停机或离合器断开时，即空调负荷调节引起的热停机状态，此状态下，调节电子膨胀阀至全闭；如此设置，系统高低压被维持，下次启动时无需重新构建高低压，从而节约启动能耗。

在本发明的优选方案中增设有冷停机控制功能。也就是说，由于系统停机而造成的压缩机停机或离合器断开，即系统将会长时间关闭，属于冷停机，此状态下，调节电子膨胀阀开启至小开度，以将高低压泄放，并维持该开度；这种控制方式一方面可以避免冷媒长期积聚在冷凝器，在汽车暴晒下压力过高引起管路破裂，另一方面避免电子膨胀阀和压缩机长期处于承压状态，对部件的机械性能产生影响。进一步地，本方法在冷停机状态下增设有电子膨胀阀自检控制，电子膨胀阀的自检设置于停机控制阶段，以便于下次启动直接进入启动控制程序，节省启动时间，具有较好的系统响应能力。

在本发明另一优选方案中，自检过程结束后，调节电子膨胀阀的开度至全开度的10％～40％，进一步保证自然状态下高低压压力平衡。

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是本发明第三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4是本发明第三实施例中过热度控制阶段的流程框图；

图5是本发明第三实施例所述过热度控制方法的控制逻辑关系示意图；

图6是一种具体实施方式中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，汽车空调系统的停机控制分为两种：热停机工况和冷停机工况，本方案针对不同的停机工况提供了相应的停机控制方法。不失一般性，下表中分别示明了热停机和冷停机的判断方式。

	冷停机	热停机
			汽车关闭，钥匙拔出	√
空调电源被关闭后一定时间长度后未重新开启的停机	√
			空调电源被关闭后一定时间长度内重新开启的停机		√
负荷调节引起的ON/OFF循环中的停机环节		√
			空调安全保护停机	√

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，在热停机状态下，该控制方法执行下述步骤：

S1.调节电子膨胀阀至全闭。

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，当然，控制电子膨胀阀全闭的脉冲信号可以根据具体阀的参数来确定，比如，以一种500脉冲的电子膨胀阀来说，可设置500STEP的关闭脉冲实现阀全闭控制。

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前述两种热停机状态。比如，空调电源被关闭后一定时间长度(比如2分钟)内重新开启的停机工况；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循环中的停机环节为热停机工况。

如前所述，汽车空调系统还存在冷停机工况。冷停机状态下，执行下述步骤：

S2.调节电子膨胀阀开启至小开度。即，冷停机时可以将高低压泄放，并维持该开度。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。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。

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前述三种冷停机状态；比如，空调电源被关闭后一定时间长度(比如2分钟)后重新开启的停机，即确定处于冷停机状态；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保护停机为冷停机状态。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。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停机状态的判断，故本文不再赘述。

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，其自身同样可能由于过热、过流或者卡死等现象。为了确保空调系统停机后，能够在正常过热度控制过程中确保系统能够再次安全、可靠地运行，本方法可在第一实施例的基础上增加控制电子膨胀阀自检的功能。

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：冷停机状态下，调节电子膨胀阀开启至小开度后执行以下步骤：

S3.控制电子膨胀阀进行自检。所述电子膨胀阀自检具体为：基于LIN信号，调节电子膨胀阀开启至全开度后全闭；并以所述电子膨胀阀在预定时间长度内完成全开及全闭为条件，调节所述电子膨胀阀开启至小开度；即，完成电子膨胀阀的自检后，调节电子膨胀阀至小开度动作。也就是说，若控制该电子膨胀阀能够在确定的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，可安全进行后续控制程序的启动，为下次启动响应提供了可靠保障；若否则发出报警信号或者进入停机保护状态。进一步来说，本方法将电子膨胀阀的自检设置于停机控制阶段，以便于下次启动直接进入启动控制程序，相比于在启动控制阶段设置自检控制的方案而言，本方案可节省启动时间，具有较好的系统响应能力。

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。

工作过程中，若该小开度太小，则自检后高低压端压力平衡过慢；而若该小开度太大，则自检后阀至全闭行程过长，系统响应较慢。优选地，该小开度为电子膨胀阀全开度的10％-40％。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。

基于在停机控制阶段控制电子膨胀阀进行自检的构思，本方法在冷停机状态下，可以如图2所示依次执行步骤S2、S3，也可以先执行步骤S3后再执行步骤S2，当然，该执行顺序应当略去步骤S3中调节所述电子膨胀阀开启至小开度这一动作。当然，也可以略去步骤S2而仅执行步骤S3。同样可以满足冷停机后调节电子膨胀阀开度至小开度，并在停机控制阶段完成电子膨胀阀的自检的功能需要。

请参见图3，该图示出了第三实施例所述汽车空调系统电子膨胀阀的控制方法的流程图。

如图所示，该控制方法按照下述步骤进行：

S1.根据停机信号控制结束过热度控制阶段，并根据停机信号获得停机状态的判断结果。具体可基于LIN协议完成，以LIN信号中的信息获得冷停机或热停机的判断结果。

S2.在热停机状态下调节电子膨胀阀至全闭。

S3.在冷停机状态下，调节电子膨胀阀开启至全开度后至全闭；

S4.以所述电子膨胀阀在预定时间长度内完成全开及全闭为条件执行步骤S5；即控制电子膨胀阀完成自检。

S5.调节所述电子膨胀阀开启至小开度。同样，本实施例中，该小开度优选为电子膨胀阀全开度的10％-40％。

本实施例中的自检步骤S3与第二实施例中的自检步骤原理相同，且均可有效利用LIN信号或者CAN信号完成，故本实施例不再赘述。

进一步，本实施例针对过热度控制阶段进行了优化，具体请参见图4和图5，其中，图4示出了第三实施例中过热度控制阶段的流程框图，图5示出了第三实施例所述过热度控制方法的控制逻辑关系示意图。

如图所示，在过热度控制阶段中，按照下述步骤进行：

S41.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。

S42.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。

S43.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。

S44.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4所示依次执行步骤S41、S42、S43；也可以先执行步骤S42、S43，然后再执行步骤S41。由于本方案能够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，根据停机信号控制结束过热度控制阶段，在热停机状态下调节电子膨胀阀至全闭。

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，以LIN信号中的信息获得热停机状态的判断结果。

3.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，在冷停机状态下调节电子膨胀阀开启至小开度。

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，调节电子膨胀阀开启至全开度后至全闭；并以所述电子膨胀阀在预定时间长度内完成全开及全闭为条件，调节所述电子膨胀阀开启至小开度。

5.根据权利要求3或4所述的汽车空调系统电子膨胀阀的控制方法，其特征在于，所述小开度为电子膨胀阀全开度的10％-40％。

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，以LIN信号中的信息获得冷停机的判断结果。

7.一种汽车空调系统电子膨胀阀的控制方法，根据停机信号控制结束过热度控制阶段，并根据停机信号获得停机状态的判断结果；在热停机状态下调节电子膨胀阀至全闭；在冷停机状态下，调节电子膨胀阀开启至全开度后至全闭，并以所述电子膨胀阀在预定时间长度内完成全开及全闭为条件，调节所述电子膨胀阀开启至小开度。

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，以LIN信号中的信息获得冷停机或热停机的判断结果。

9.根据权利要求7或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，所述小开度为电子膨胀阀全开度的10％-40％。

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，在所述过热度控制阶段中，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。