CN107139678B - 一种汽车空调压缩机控制系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽车空调压缩机控制系统及其控制方法，该系统包括检测机构、发动机、电磁离合器、电磁继电器、蓄电池、变频器、三相永磁同步电动机、空调压缩机和电子控制单元ECU，通过所述电子控制单元ECU控制所述电磁离合器、变频器、电磁继电器。当汽车低速运行时，只要求发动机带动空调压缩机转动；当汽车达到一定车速短时间内加速或高速运行时，增加蓄电池供电驱动电动机来带动空调压缩机运转，并根据加速度大小，通过变频器改变电动机转速大小。增加电动机驱动后，保证汽车在打开空调的情况下，达到一定车速短时间内加速或高速运行时不会出现动力不足的现象。当蓄电池供电时，同时减少碳排放。

Description

一种汽车空调压缩机控制系统及其控制方法

技术领域

本发明属于汽车空调系统领域，具体涉及一种小排量汽车空调压缩机控制系统及其控制方法。

背景技术

小排量车通常是指排量在1.0升左右的“微型汽车”，其油耗基本在每百公里5升以下，与排量在1.4升左右的轿车相比，每百公里要省4升油左右。目前，小排量汽车空调压缩机一般都是通过皮带与汽车发动机相连接，空调压缩机的轮是一直转动的，轮上带有电磁离合器。当空调开关打开时，电磁离合器吸合，发动机带动压缩机。因此，汽车空调压缩机运转需要消耗一部分来自发动机的能量。当小排量汽车低速运行时，发动机的能量完全可以供给汽车以及空调压缩机运行，但当小排量汽车达到一定速度加速或高速运行时，空调压缩机消耗的能量不变，而供给汽车的动能却远远不够，因此会产生“动力不足”的现象。

目前，空调压缩机大致分为三类，发动机皮带传动类型的压缩机，电机为主体传动的压缩机，以及皮带传动和电机驱动兼顾的空调压缩机，第二种压缩机一般用于纯电动汽车中，第三种压缩机一般用于混合动力汽车中。例如，2005年上市的本田“思域混合动力”车型，开发使用的是皮带传动与电机驱动兼顾的空调压缩机。这种空调压缩机能够在车内温度高、车速慢等空调负荷较高的情况下同时使用皮带传动和电机驱动，使制冷能力最大。本发明将此空调压缩机利用在传统汽车上，比较传统汽车，可以利用汽车上的蓄电池提供电源带动压缩机。小排量汽车空调的功率一般在2KW到3KW左右，其空调压缩机的功率一般在700W到900W左右，一般小排量汽车蓄电池额定电压为12V，额定容量在50AH到60AH左右，以55AH-12V蓄电池为例，大电流放电功率可以达到12KW，因为汽车在城市中加速超车或高速运行往往只需要几秒钟或极短的时间，所以此时车用蓄电池完全可以给电动机短时供电来驱动压缩机。

申请号为201610471994.4的一种空调压缩机控制系统及方法。该发明通过传感器接收汽车急加速信号，传递给ECU，并适时断开空调压缩机继电器，来短时提升发动机加速功率。但该发明在汽车急加速过程中，空调不工作。

本发明针对小排量汽车提出一种解决方案，可以实现汽车在不关闭空调情况下，在汽车低速行驶时，空调压缩机由发动机通过皮带带动。当汽车到达一定速度加速或高速行驶时，空调压缩机由发动机和电动机共同带动，使发动机减少对空调压缩机提供功率，从而使汽车不会产生“动力不足”的现象。

发明内容

本发明的目的是为了车用汽车开空调情况下，在达到一定速度下短时间内加速或高速行驶时，为了汽车动力性不会下降，而提供的一种空调压缩机控制系统及其控制方法，通过改变压缩机驱动方式，来调整发动机能量的分配。

本发明的系统的技术方案是：一种汽车空调压缩机控制系统，该系统包括检测机构、执行机构、电子控制单元ECU、空调压缩机、发动机；

所述检测机构包括加速度传感器、车速传感器、加速踏板位置传感器；所述加速度传感器设于汽车重心位置；所述车速传感器设于变速器壳内；所述加速踏板位置传感器设于加速踏板模块内；所述检测机构用于检测发动机的加速度、车速信号以及加速踏板的位置信号；

所述执行机构包括电磁离合器a、电磁离合器b、电磁继电器；

所述电子控制单元ECU包括输入模块、运算模块、输出模块；

所述输入模块与所述加速度传感器、所述车速传感器、加速踏板位置传感器、电池管理系统电连接，所述输入模块用于接受所述加速度传感器检测到的汽车加速度信号，所述车速传感器检测的汽车车速信号；所述加速踏板位置传感器检测的加速踏板行程信号，以及所述电池管理系统检测的蓄电池荷电状态信号以及电动机线路上使用的电量信号，荷电状态即蓄电池使用一段时间的剩余容量与其完全充电状态的容量的比值；并将检测到的加速度信号、车速信号传送给所述运算模块；将蓄电池荷电状态信号也传送给运算模块；

所述运算模块用于将检测到的车速信号、加速度信号与设定的车速v₁、高车速v₂、加速度a相比较，将检测到的荷电状态信号与设定的荷电状态阈值c相比较、将检测到的电动机线路上使用的电量信号与设定的电动机使用电量q相比较，将比较判断后的结果传送到电磁继电器控制模块与所述电磁离合器b控制模块，并根据车速信号、加速度信号计算出变频器的通电频率、输出电流大小，将通电频率、输出电流大小的结果传送到变频器控制模块；

所述电磁继电器控制模块生成控制指令，并将控制指令传送到输出模块，所述输出模块根据电磁继电器控制模块生成的指令控制电磁继电器的控制开关；所述电磁离合器控制模块生成控制指令，并将控制指令传送到输出模块，所述输出模块根据电磁离合器b控制模块生成的指令控制电磁离合器b的控制开关；变频器控制模块根据加速度大小的结果生成变频指令，并传送到所述输出模块，所述输出模块与所述三相永磁同步电动机连接，根据变频指令控制变频器通电频率及输出电流大小，从而给所述三相永磁同步电动机产生不同的转速；

所述空调压缩机由两种驱动方式构成，第一种驱动方式为传统皮带式驱动，第二种为三相永磁同步电动机驱动，所述传统皮带式驱动，将空调压缩机用皮带与发动机相连接，压缩机前端有所述电磁离合器a；所述三相永磁同步电动机前端连接所述电磁离合器b，所述电磁离合器b与空调压缩机相连接。

本发明的方法的技术方案为：一种汽车空调压缩机控制系统的控制方法，包括以下步骤：

S1、汽车空调开关打开后，所述车速传感器检测到车速信号，加速度传感器检测到汽车的加速度信号，加速踏板位置传感器检测到加速踏板行程信号，电池管理系统检测到电池荷电状态信号，所述电子控制单元的输入模块接收检测的信号并传送到运算模块；

S2、运算模块根据检测蓄电池荷电状态信号判断汽车是否可以使用蓄电池为电动机供电；根据车速信号判断汽车是否达到设定的车速v₁或高速v₂；根据加速度信号判断汽车是否达到设定的加速度a；根据车速，加速度信号计算变频器输出的通电频率及电流大小，并将运算结果传送到变频器控制模块；

S3、空调开关打开，当检测到蓄电池荷电状态小于阈值c时，控制模块生成控制指令，将控制指令传送到输出模块，所述输出模块控制电磁继电器、电磁离合器b断开；若检测到荷电状态大于等于阈值c时，若车速未达到设定的车速v₁时，控制模块生成控制指令，并将控制指令传送到输出模块，所述输出模块控制电磁继电器、电磁离合器b断开；当汽车车速达到设定车速v₁，并且加速度达到设定加速度a时，或者当汽车车速达到设定的高速v₂时，控制模块生成控制指令，并将控制指令传送到输出模块，所述输出模块控制电磁继电器，电磁离合器b通电闭合，并根据变频器控制模块生成控制指令，将控制指令送到输出模块，所述输出模块控制变频器通电频率和电流大小，调节电动机的转速；

S4、在汽车行驶过程中，若检测到电动机的使用电量大于q时，控制模块生成控制指令，将控制指令传送到输出模块，所述输出模块控制电磁继电器、电磁离合器b断开，当重新用蓄电池给电动机供电时从S1步骤开始。

本发明的有益效果；与现有传统汽车空调压缩机系统相比增加了一个三相变频永磁同步电动机，使得开空调情况下，小排量汽车达到一定速度加速或高速行驶时，增加了蓄电池供电驱动电动机带动压缩机，减少了发动机提供空调压缩机运转的功率，从而消除汽车动力不足的现象。在设定车速v₁下，汽车空调压缩机仍是用发动机通过皮带带动运转。在蓄电池供电情况下，还有利于低碳环保。

附图说明

图1为本发明一实施例的结构示意图；

图2为本发明一实施例的电子控制系统及外围系统结构框图；

图3为本发明一实施例的电子控制系统结构示意图。

图4为本发明一实施例的控制流程图。

图1中，1、加速度传感器；2、车速传感器；3、加速踏板位置传感器；4、发动机；5、空调开关；6、电磁离合器a；7、空调压缩机；8、电磁离合器b；9、三相永磁同步电动机；10、变频器；11、电磁继电器；12、蓄电池；13、电池管理系统；14、电子控制单元ECU。

具体实施方式

下面结合附图具体实施方式对本发明进一步详细说明。

本发明以电子控制装置为核心，结合外围传感器、电磁离合器、电磁继电器和电路实现对压缩机驱动方式的控制，当汽车起步或低速运行时，用发动机带动皮带驱动压缩机工作，当汽车达到一定速度下加速或高速运行时，用发动机和电动机共同带动压缩机工作。

图1所示为本发明所述小排量汽车空调压缩机系统的一种控制方式，所述空调压缩机控制系统包括空调压缩机、发动机、三相永磁同步电动机、变频器、蓄电池、检测机构、执行机构和电子控制单元ECU。

所述检测机构包括加速度传感器、车速传感器、加速踏板位置传感器和电池管理系统。所述加速度传感器设于汽车重心位置，实时监测汽车的加速度大小；所述车速传感器采用磁电式车速传感器，设于变速器壳内上，实时监测汽车的车速大小；所述加速踏板位置传感器设于加速踏板模块内，实时检测加速踏板行程的大小，踏板行程越大，节气门开度也越大，负荷不变情况下，车速增加。所述电池管理系统实时监测蓄电池荷电状态；上述加速度传感器和车速传感器检测的加速度信号、车速信号输入到电子控制单元ECU,作为电动机是否切入以及计算电动机输出转速的基本信号；上述电池管理系统检测的荷电状态信号输入到电子控制单元ECU。

如图2和图3，所述电子控制单元可在现有的车身控制单元的基础上设计，包括输入模块、运算模块、控制模块和输出模块。

所述输入模块分别与所述加速度传感器、车速传感器、加速踏板位置传感器、电池管理系统电连接，所述输入模块用于接受所述加速度传感器加速度信号，所述车速传感器车速信号，所述加速踏板位置传感器踏板行程信号，所述电池管理系统测量的荷电状态，并将检测车速信号、加速度信号、荷电状态信号传送给所述运算模块。

所述运算模块用于根据车速信号、加速度信号比较设定的值之间的大小，判断出是否需要接入三相永磁同步电动机，并将结果传送到电磁继电器和电磁离合器控制模块；根据车速信号、加速度信号计算出变频器的通电频率和电流大小，并将结果传送到变频器控制模块；根据荷电状态信号比较设定的值之间大小，并判断蓄电池电量是否能提供电动机带动压缩机，并将结果传送到电磁继电器和电磁离合器控制模块。

所述控制模块根据判断结果生成控制指令，并传送到所述输出模块，所述输出模块与执行器电磁继电器、电磁离合器b电连接，所述输出模块用于根据指令控制电磁继电器、电磁离合器b的闭合和断开。所述变频器控制模块用于根据计算出的通电频率及电流的结果生成控制指令，并传送到所述输出模块，所述输出模块与变频器电连接，所述输出模块根据控制指令来控制变频器的通电频率和电流大小。

所述执行器包括电磁离合器a，电磁离合器b，电磁继电器；所述电磁离合器a设于空调压缩机体前端，同时连接发动机；所述电磁离合器b设于压缩机体后端，同时连接三相永磁同步电动机；所述电磁继电器设于变频器与蓄电池之间，与变频器、蓄电池电连接。

所述三相永磁同步电动机主要由定子与转子组成，利用通电的定子绕组产生旋转磁场，作用于永磁转子上形成磁拉力而同步旋转。所述三相永磁同步电机一端与变频器相连接，另一端与电磁离合器b相连接。

所述变频器将直流电转化为交流电，还可以控制三相永磁同步电动机定子各相绕组的通电频率及电流大小，从而可以改变电动机的输出转速。其一端通过电磁继电器与蓄电池连接，另一端与三相永磁同步电动机相连接。

当空调开关打开，电磁离合器a中电磁线圈通电，产生磁场，使皮带轮与发动机压盘结合，从而使发动机通过皮带轮带动空调压缩机转动。加速度传感器、车速传感器、加速踏板位置传感器、电池管理系统将检测到的信号传输给电子控制单元ECU，经过ECU计算分析来进行下一步。因为本发明是希望在蓄电池电量较充足的情况下，才可以提供电能给电动机来辅助驱动压缩机，所以当空调开关打开，电子控制单元检测到荷电状态值如果小于设定阈值c时，ECU发出指令使电磁继电器与电磁离合器b断开，此指令优先考虑。也就是发动机单独驱动空调压缩机运转。荷电状态阈值c设置应较高一点，避免汽车频繁加速时导致蓄电池一直维持较低电量，也可以使电池维持较富裕的电量时才开始工作。

当检测到荷电状态值大于阈值c，而汽车车速未达到设定值v₁时，发出指令使电磁继电器、电磁离合器b断开，蓄电池不提供能量，同时变频器不工作，即三相永磁同步电动机不工作，仍由发动机单独驱动空调压缩机工作。

当检测到的车速信号达到设定车速v₁，并且加速度信号达到设定加速度a时，或者当检测的速度信号达到设定高速v₂时，即汽车高速行驶时，电子控制单元ECU发出指令使电磁继电器闭合，即在电动机电路上。蓄电池开始提供电能；同时，ECU发出指令使变频器开始工作，从蓄电池中流出的电流经过变频器，使直流电变为交流电；变频器同时也能根据汽车加速度的大小，通过ECU计算出的通电频率和电流大小，给变频器发出控制指令来改变通电频率和电流的大小，从而给予三相永磁同步电动机不同的转速大小，当加速度较大时，变频器使通电频率增高、电流增加，则电动机转速增大；当加速度较小时，变频器使通电频率降低、电流减小，则电动机转速减小；与此同时，ECU控制电磁离合器b中电磁线圈通电，使得电动机与空调压缩机相结合，将电动机转矩传给空调压缩机，从而减少了发动机给压缩机的转矩，使发动机将更多的能量供给汽车行驶，消除动力不足的现象。

在行驶过程中，当控制单元检测到电动机的使用电量大于q时(设定的电动机使用电量q是足够电动机短时间内工作的，并且设定的使用电量q即使用完，也保证蓄电池有剩余的电量给其他用电器工作。这就需要阈值c设定较高，这样能保证蓄电池用的电量是蓄电池原先储存的能量，而不是由发动机经发电机再给蓄电池的能量，保证效率没有降低)，ECU发出指令使电磁继电器与电磁离合器b断开，避免蓄电池使用电量过大，也是为了蓄电池对电动机供电有足够的效率。当重新使用蓄电池给电动机供电时，首先重新判断荷电状态是否大于阈值c。

本发明很好解决了，开空调情况下，小排量汽车在低速的情况下，汽车只利用发动机带动空调压缩机工作，当汽车在达到一定车速下加速或高速运行的情况下，空调压缩机不仅仅由发动机带动，同时还由蓄电池供电给电动机，电动机带动空调压缩机工作，并且能根据加速度大小来调节电动机输出的转速和转矩，从而减少发动机给空调压缩机的转矩，将更多能量供给汽车动力行驶，消除动力不足现象。在增加蓄电池供电的情况下，还具有环保低碳的优点。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (2)

1.一种小排量汽车空调压缩机控制系统，其特征在于，该系统包括检测机构、执行机构、电子控制单元ECU、空调压缩机、发动机、三相永磁同步电动机和汽车蓄电池，所述蓄电池额定电压为12V，额定容量在50AH到60AH之间；

所述检测机构包括加速度传感器、车速传感器、加速踏板位置传感器；所述加速度传感器设于汽车重心位置；所述车速传感器设于变速器壳内；所述加速踏板位置传感器设于加速踏板模块内；所述检测机构用于检测汽车加速度、车速信号以及加速踏板的位置信号；

所述执行机构包括电磁离合器a、电磁离合器b、电磁继电器；所述电磁继电器设于变频器与所述蓄电池之间，与变频器、所述蓄电池电连接；所述电磁离合器a设于空调压缩机前端，同时连接发动机；

所述电子控制单元ECU包括输入模块、运算模块、输出模块；

所述输入模块与所述加速度传感器、所述车速传感器、加速踏板位置传感器、电池管理系统电连接，所述输入模块用于接受所述加速度传感器检测到的汽车加速度信号、所述车速传感器检测的汽车车速信号、所述加速踏板位置传感器检测的加速踏板位置信号、以及所述电池管理系统检测的蓄电池荷电状态信号以及电动机线路上使用的电量信号，荷电状态即蓄电池使用一段时间的剩余容量与其完全充电状态的容量的比值，并将检测到的加速度信号、车速信号传送给所述运算模块，将蓄电池荷电状态信号也传送给运算模块；

所述运算模块用于将检测到的车速信号、加速度信号与设定的车速v₁、高车速v₂、加速度a相比较，将检测到的荷电状态信号与设定的荷电状态阈值c相比较、将检测到的电动机线路上使用的电量信号与设定的电动机使用电量q相比较，将比较判断后的结果传送到电磁继电器控制模块与电磁离合器b控制模块，并根据车速信号、加速度信号计算出变频器的通电频率、输出电流大小，将通电频率、输出电流大小的结果传送到变频器控制模块；

所述电磁继电器控制模块生成控制指令，并将控制指令传送到输出模块，所述输出模块根据电磁继电器控制模块生成的指令控制电磁继电器的控制开关；所述电磁离合器b控制模块生成控制指令，并将控制指令传送到输出模块，所述输出模块根据电磁离合器b控制模块生成的指令控制电磁离合器b的控制开关；变频器控制模块根据加速度大小的结果生成变频指令，并传送到所述输出模块，所述输出模块通过变频器与三相永磁同步电动机连接，根据变频指令控制变频器通电频率及输出电流大小，从而给所述三相永磁同步电动机产生不同的转速，当加速度较大时，变频器使通电频率增高、电流增加，则电动机转速增大，当加速度较小时，变频器使通电频率降低、电流减小，则电动机转速减小；

所述空调压缩机由两种驱动方式构成，第一种驱动方式为皮带式驱动，第二种为三相永磁同步电动机驱动，所述皮带式驱动，将空调压缩机用皮带与发动机相连接，压缩机前端有所述电磁离合器a；所述三相永磁同步电动机前端连接所述电磁离合器b，所述电磁离合器b与空调压缩机相连接；当检测到荷电状态大于等于阈值c时，若车速未达到设定的车速v₁时，电磁继电器控制模块和电磁离合器b控制模块生成控制指令，并将控制指令传送到输出模块，所述输出模块控制电磁继电器、电磁离合器b断开；当汽车车速达到设定车速v₁，并且加速度达到设定加速度a时，或者当汽车车速达到设定的高车速v₂时，电磁继电器控制模块和电磁离合器b控制模块生成控制指令，并将控制指令传送到输出模块，所述输出模块控制电磁继电器，电磁离合器b通电闭合，实现空调压缩机由发动机和电动机共同带动。

2.根据权利要求1所述的一种汽车空调压缩机控制系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、汽车空调开关打开后，所述车速传感器检测到车速信号，加速度传感器检测到汽车的加速度信号，加速踏板位置传感器检测到加速踏板位置信号，电池管理系统检测到蓄电池荷电状态信号，所述电子控制单元ECU的输入模块接收检测的信号并传送到运算模块；

S2、运算模块根据检测到的蓄电池荷电状态信号判断汽车是否可以使用蓄电池为电动机供电；根据车速信号判断汽车是否达到设定的车速v₁或高车速v₂；根据加速度信号判断汽车是否达到设定的加速度a；根据车速，加速度信号计算变频器输出的通电频率及电流大小，并将运算结果传送到变频器控制模块；

S3、空调开关打开，当检测到蓄电池荷电状态小于阈值c时，电磁继电器控制模块和电磁离合器b控制模块生成控制指令，将控制指令传送到输出模块，所述输出模块控制电磁继电器、电磁离合器b断开；若检测到荷电状态大于等于阈值c时，若车速未达到设定的车速v₁时，电磁继电器控制模块和电磁离合器b控制模块生成控制指令，并将控制指令传送到输出模块，所述输出模块控制电磁继电器、电磁离合器b断开；当汽车车速达到设定车速v₁，并且加速度达到设定加速度a时，或者当汽车车速达到设定的高车速v₂时，电磁继电器控制模块和电磁离合器b控制模块生成控制指令，并将控制指令传送到输出模块，所述输出模块控制电磁继电器，电磁离合器b通电闭合，并根据变频器控制模块生成控制指令，将控制指令送到输出模块，所述输出模块控制变频器通电频率和电流大小，调节电动机的转速；

S4、在汽车行驶过程中，若检测到电动机的使用电量大于q时，电磁继电器控制模块和电磁离合器b控制模块生成控制指令，将控制指令传送到输出模块，所述输出模块控制电磁继电器、电磁离合器b断开，当重新用蓄电池给电动机供电时从S1步骤开始。