CN103245154A - 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，在进行过热度控制的同时，根据获取的所述电子膨胀阀的当前开度、实际过热度Tsh及预设的过热度阈值Tsh_set，获得所述电子膨胀阀当前是否处于故障状态的判断结果，并根据该判断结果输出控制信号至执行机构。本发明可以实时针对电子膨胀阀进行有效的故障诊断，在过热度控制错误时输出控制信号至执行机构，从而通过控制压缩机停机停止系统工作和/或控制错误指示灯开启提醒操作人员进行故障检修等方式，进而可完全规避因错误控制造成的制冷系统设备损坏的事故发生，提高系统运行的安全可靠性。

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。现有技术中，为获得较佳的节能控制精度，诸多厂商均针对汽车空调系统的上述各控制阶段进行了有效的方法优化，例如，CN101446463A专利文献所公开的技术方案通过分析蒸发器进出口和压缩机出口制冷剂状态，将电子膨胀阀开度调整到最优开度值域，从而实现对制冷剂流量和节流的自动控制。但是，现有汽车空调系统电子膨胀阀的控制方法均未针对电子膨胀阀的运行故障提出处理方案。

众所周知，受其自身结构及应用环境的影响，电子膨胀阀存在发生故障的可能，比如，电机过热或过流等轻微故障，电机短路、开路、堵转等严重故障，其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，以克服电子膨胀阀故障对系统运行所产生的影响，确保保持系统的持续可靠运行。

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，以在过热度控制的同时对电子膨胀阀进行有效的故障诊断，从而克服电子膨胀阀故障对系统运行所产生的影响。

本发明提供的汽车空调系统电子膨胀阀的控制方法，在进行过热度控制的同时，根据获取的所述电子膨胀阀的当前开度、实际过热度Tsh及预设的过热度阈值Tsh set，获得所述电子膨胀阀当前是否处于故障状态的判断结果，并根据该判断结果输出控制信号至执行机构。

优选地，在所述电子膨胀阀处于极限工况范围内的前提下：

以第一时间长度为周期累计所述电子膨胀阀的出错次数：

当累计出错次数≥预设次数，判断所述电子膨胀阀当前处于故障状态，输出控制信号至执行机构；

当累计出错次数＜预设次数，判断所述电子膨胀阀当前处于正常状态，所述累计出错次数清零，并进入下一故障诊断周期。

优选地，以预设的过热度阈值Tsh_set-实际过热度Tsh＞第一定值，且所述电子膨胀阀的开度达到最小值为条件；或者，

以实际过热度Tsh-预设的过热度阈值Tsh_set＞第二定值，且所述电子膨胀阀的开度达到最大值为条件；

获得所述电子膨胀阀处于出错状态的判断结果。

优选地，所述电子膨胀阀的开度基于所述电子膨胀阀的阀针步数确定。

优选地，以预设的过热度阈值Tsh_set-实际过热度Tsh＞第一定值，且所述电子膨胀阀的阀针步数等于第一阀针步数为条件；或者，

以实际过热度Tsh-预设的过热度阈值Tsh_set＞第二定值，且所述电子膨胀阀的阀针步数等于第二阀针步数为条件；

获得所述电子膨胀阀处于出错状态的判断结果。

优选地，所述输出控制信号具体为控制压缩机停机的控制信号和/或控制错误指示灯开启的控制信号。

优选地，在过热度控制过程中，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，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，以所述压缩机的转速满足在相应转速运行区间内维持第二时间长度为条件，确定所述电子膨胀阀的开度预调节量s₀。

优选地，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三时间长度内完成全开及全闭为条件，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。

与现有技术相比，本发明所述控制方法在进行过热度控制的同时，根据获取的所述电子膨胀阀的当前开度、实际过热度Tsh及预设的过热度阈值Tsh_set，获得所述电子膨胀阀当前是否处于故障状态的判断结果，并根据该判断结果输出控制信号至执行机构。由此，可以实时针对电子膨胀阀进行有效的故障诊断，在过热度控制错误时输出控制信号至执行机构，从而通过控制压缩机停机停止系统工作和/或控制错误指示灯开启提醒操作人员进行故障检修等方式，进而可完全规避因错误控制造成的制冷系统设备损坏的事故发生，提高系统运行的安全可靠性。

在本发明的优选方案在过热度控制过程中，通过实时获取的压缩机转速、蒸发器出口或者压缩机进口的制冷剂温度和压力等参数作为控制策略的判断依据，将压缩机的转速信号作为开度的预调节基础，并在该基础上根据实时过热度与预设过热度阈值比较获得的开度调节增量确定最终的控制信号，进而输出至电子膨胀阀的控制端，以准确控制电子膨胀阀开度，从而使系统运行相对稳定，波动幅度减小。也就是说，本方法使得电子膨胀阀开度根据预设过热度阈值预先达到某一状况，可减少过热度调节阶段的调节幅度，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，降低系统能耗，确保系统的正常、高效的运行。

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电子膨胀阀的控制方法中故障诊断过程的流程框图；

图2是本发明第二实施例所述电子膨胀阀的控制方法中故障诊断过程的流程框图；

图3是本发明第三实施例所述电子膨胀阀的控制方法中故障诊断过程的流程框图；

图4示出了第三实施例所述电子膨胀阀的控制方法的控制逻辑关系；

图5是本发明第四实施例所述电子膨胀阀的控制方法中过热度控制的流程框图；

图6示出了具体实施方式中所述压缩机运行区间的划分的一种方式的示意图及其电子膨胀阀开度预调节量s₀与压缩机运行区间之间的对应关系示意图；

图7是本发明第五实施例所述电子膨胀阀的控制方法中过热度控制的流程框图。

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，该方法可以实时针对电子膨胀阀进行有效的故障诊断，在电子膨胀阀处于故障时输出控制信号至执行机构，从而通过控制压缩机停机停止系统工作和/或控制错误指示灯开启提醒操作人员进行故障检修等方式，进而可完全规避因错误控制造成的制冷系统设备损坏的事故发生，提高系统运行的安全可靠性。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。

该汽车空调系统电子膨胀阀的控制方法在进行过热度控制的同时进行故障状态的判断处理。如图1所示，故障状态的判断处理过程如下：

S1.获取电子膨胀阀的当前开度、实际过热度Tsh及预设的过热度阈值Tsh_set。

S2.根据电子膨胀阀的当前开度、实际过热度Tsh及预设的过热度阈值Tsh_set判断电子膨胀阀当前是否处于故障状态，在过热度控制过程中实时针对电子膨胀阀进行有效的故障诊断。

S3.根据该判断结果输出控制信号至执行机构。例如，可通过控制压缩机停机停止系统工作和/或控制错误指示灯开启提醒操作人员进行故障检修等方式，以判断电子膨胀阀是否出现失步、堵转等故障，并及时采取修正措施，进而可完全规避因错误控制造成的制冷系统设备损坏的事故发生。当然，在实际应用中可在用户界面发出警报，提醒用户关闭空调。

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。

需要说明的是，电子膨胀阀的当前开度及实际过热度Tsh可以采用独立传感器进行采集或进一步计算获得；而对于采用LIN或CAN协议的汽车系统来说，当前开度及实际过热度Tsh也可以自LIN或CAN信号传给电子膨胀阀控制程序。

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，极易导致实际过热度Tsh出现波动，从而影响故障判断的精度。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，该图为第二实施例所述电子膨胀阀的控制方法中故障诊断过程的流程框图。

如图2所示，本实施例有效利用实际过热度Tsh与预设的过热度阈值Tsh set之间的关系以及电子膨胀阀的当前开度精准地进行故障诊断，并且以一定时间长度为周期累计电子膨胀阀的出错次数，以克服系统波动的影响。该方案按照如下步骤进行：

S1.获取电子膨胀阀的当前开度、实际过热度Tsh及预设的过热度阈值Tsh_set。

S21.判断预设的过热度阈值Tsh_set-实际过热度Tsh是否大于第一定值w1，若是，则执行步骤S22；若否，则执行步骤S25；

S22.判断电子膨胀阀的开度L是否达到最小值Lmix，若是，则执行步骤S23；若否，则执行步骤S25；

S23.阀出错次数n加1；

S24.判断第一时间长度t1内累计出错次数n是否大于或等于预设次数N；若是，则确定当前电子膨胀阀处于故障状态；

S3.根据该判断结果输出控制信号至执行机构。

其中，步骤S24中，若以第一时间长度t1为周期累计电子膨胀阀的出错次数n小于预设次数N，则判断所述电子膨胀阀当前处于正常状态，执行步骤S4，即相应报错属于外部因素影响，过程参数累计出错次数n清零，并进入下一故障诊断周期。

也就是说，当预设的过热度阈值Tsh_set大于实际过热度Tsh时，阀执行开度减小趋势的动作以提高实际过热度Tsh达到预设的过热度阈值Tsh_set。显然，上述步骤S21、S22可在预设的过热度阈值Tsh_set大于实际过热度Tsh第一定值w1，而此时阀的开度L已经达到最小值Lmix，则判定过热度控制出错。

反之，当实际过热度Tsh大于预设的过热度阈值Tsh_set时，阀执行开度增大趋势的动作以降低实际过热度Tsh从而达到预设的过热度阈值Tsh_set。同样，当预设的过热度阈值Tsh_set大于实际过热度Tsh第二定值w2，而此时阀的开度L已经达到最大值Lmax时，则判定过热度控制出错。如图2所示，具体按照以下步骤进行：

S25.判断实际过热度Tsh-预设的过热度阈值Tsh_set是否大于第二定值w2，若是，则执行步骤S26；若否，执行步骤S4，即相应报错属于外部因素影响，过程参数累计出错次数n清零，并进入下一故障诊断周期。

S26.判断电子膨胀阀的开度L是否达到最大值Lmax，若是，则执行步骤S23，阀出错次数n加1；两种出错次数n在第一时间长度t1内累计次数大于或等于预设次数N，则执行步骤S3，根据该判断结果输出控制信号至执行机构。若否，执行步骤S4。

此外，汽车需要在制冷系统设计的极限工况范围内工作，例如，工作在车室外温度超出该车制冷系统设计的极限温度等特殊工况。受上述特殊工况的影响，制冷系统的工作参数往往会出现前述报错现象，显然，各种极限工况范围外的外界因素干扰，将直接影响本方案所述控制方法当中故障诊断的精准度。为此，可以在步骤S1之前增加关于是否处理极限工况范围内的判断步骤S0。具体如图2所示。

S0.判断电子膨胀阀是否处于极限工况范围。若否，则执行步骤S1进行故障诊断；若是，则进入下一故障诊断周期，即停止执行后续故障诊断步骤，以避免非常态下报错的问题出现。

由于极限工况涉及多种因素，例如，以车室外温度判断其是否处于极限工况范围时，则进行车室外温度检测并判断该温度值是否超出设定的温度值，以获得是否处于极限工况范围的判断结果。实际处理过程中，可根据不同厂家不同车型制冷系统关于极限工况的具体设计执行步骤S0，本文不再赘述。

由于电子膨胀阀的阀针步数能够精准反映电子膨胀阀的开度大小，因此，优选根据电子膨胀阀的阀针步数确定其开度大小。基于此，本发明提供了电子膨胀阀控制方法的第三个实施例，请参见图3和图4，其中，图3为第三实施例所述电子膨胀阀的控制方法中故障诊断过程的流程框图，图4示出了第三实施例所述电子膨胀阀的控制方法的控制逻辑关系。

相比于第二实施例，本实施例仅针对其步骤S22、步骤S26进行了改进。

结合图3所示，步骤S22′.判断电子膨胀阀的阀针步数是否等于第一阀针步数m1，若是，则执行步骤S23；若否，则执行步骤S25。步骤S26′.判断阀针步数是否等于第二阀针步数m2，若是，则执行步骤S23，阀出错次数n加1；若否，执行步骤S4。本文中，第一阀针步数m1与电子膨胀阀开度的最小值Lmix相对应，第二阀针步数m2与电子膨胀阀开度的最大值Lmax相对应，该对应关系与系统所匹配的不同电子膨胀阀而各不相同。

为了精准控制蒸发器出口或压缩机进口的过热度，在前述三个实施例的基础上，确保系统的正常、高效的运行，本发明进一步优化了过热度控制方法。请参见图5，该图示出了第四实施例所述过热度控制方法的流程框图。

如图5所示，该过热度控制方法按照下述步骤进行：

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5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。具体逻辑关系请一并参见图4所示。

另外，在初始阶段(步骤S41)，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。如图6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6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，比如，当汽车空调系统所匹配的电子膨胀阀容量相对要大时，则电子膨胀阀的开度预调节量s₀要相对小一些；而当汽车空调系统所匹配的电子膨胀阀容量相对要小时，则电子膨胀阀的开度预调节量s₀要相对大一些，只要满足使用需要均在本申请请求保护的范围内

系统运行过程中，由于其他外因极易导致压缩机转速出现波动。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过热度控制方法的实施例，具体请参见图7所示的第五实施例所述过热度控制方法的流程框图。

相比于第四实施例，本方案作了两点优化。

首先，执行步骤S41之前执行步骤S02：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，执行步骤S41，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。

如前所述，压缩机的转速由于某种原因可能随时在变化，为避免膨胀阀过快的动作，造成控制过于频繁及系统低压压力波动太大，因此，相比于第一实施例，本方案增设的步骤S02可避免压缩机转速的波动导致电子膨胀阀频繁动作而使系统波动幅度太大，从而有效提高系统能效；也就是说，只有当压缩机转速维持在每个运行区间一定时间长度后才调整膨胀阀的开度。当然，第二时间长度可以根据汽车空调系统具体情况进行调整，比如，该第二时间长度可以设定为5s、10s或者15s。

另外，还包括自检步骤S01，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三时间长度内完成全开及全闭为条件，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。也就是说，在控制信号s输出之前进行电子膨胀阀的自检，若电子膨胀阀能够在确定时间长度内有序完成全开、全闭两个动作，则确定电子膨胀阀处于正常工作状态，可执行系统控制；若否则发出报警信号或者进入停机保护状态。显然，自检步骤的设置能够使得系统控制在更加安全可靠地的状态下进行。同样需要明确的是，本实施例所述方法中，可以如图7所示依次执行步骤S01、S02；也可以先执行步骤S02，然后再执行步骤S01。

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 (10)

1.一种汽车空调系统电子膨胀阀的控制方法，在进行过热度控制的同时，根据获取的所述电子膨胀阀的当前开度、实际过热度Tsh及预设的过热度阈值Tsh_set，获得所述电子膨胀阀当前是否处于故障状态的判断结果，并根据该判断结果输出控制信号至执行机构。

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，在所述电子膨胀阀处于极限工况范围内的前提下：

以第一时间长度为周期累计所述电子膨胀阀的出错次数：

当累计出错次数≥预设次数，判断所述电子膨胀阀当前处于故障状态，输出控制信号至执行机构；

当累计出错次数＜预设次数，判断所述电子膨胀阀当前处于正常状态，所述累计出错次数清零，并进入下一故障诊断周期。

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，以预设的过热度阈值Tsh_set-实际过热度Tsh＞第一定值，且所述电子膨胀阀的开度达到最小值为条件；或者，

以实际过热度Tsh-预设的过热度阈值Tsh_set＞第二定值，且所述电子膨胀阀的开度达到最大值为条件；

获得所述电子膨胀阀处于出错状态的判断结果。

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，所述电子膨胀阀的开度基于所述电子膨胀阀的阀针步数确定。

5.根据权利要求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，以预设的过热度阈值Tsh_set-实际过热度Tsh＞第一定值，且所述电子膨胀阀的阀针步数等于第一阀针步数为条件；或者，

以实际过热度Tsh-预设的过热度阈值Tsh_set＞第二定值，且所述电子膨胀阀的阀针步数等于第二阀针步数为条件；

获得所述电子膨胀阀处于出错状态的判断结果。

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，所述输出控制信号具体为控制压缩机停机的控制信号和/或控制错误指示灯开启的控制信号。

7.根据权利要求1至5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，在过热度控制过程中，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，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，以所述压缩机的转速满足在相应转速运行区间内维持第二时间长度为条件，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，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三时间长度内完成全开及全闭为条件，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。

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