CN110126585A - 一种汽车空调系统参数测控系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种汽车空调系统参数测控系统，采用主机、信号检测装置、控制终端、被控设备的结构，解决现有技术中车载空调系统运行参数测控难度很大,数据不方便使用的问题和现有设备不满足振动噪声试验需要，测控效率低，人工调节误差大，成本高的技术问题，实现减少试验工作人员，提高效率，实时记录空调系统参数，可实现一机多能，多用途扩展，成本低的技术效果。

Description

一种汽车空调系统参数测控系统

技术领域

本发明涉及汽车检测领域，具体而言，涉及一种汽车空调系统参数测控系统。

背景技术

现有一种设备和方法是通过车载ECU对车辆空调系统参数进行测控，该方法和设备只检测空调系统高压压力、蒸发器温度、冷却系统温度等参数，对电子扇的转速控制也是发动机ECU根据空调AC开关信号、发动机冷却水温、蒸发器温度、及空调系统高压压力(1档或2档开关信号或者模拟信号)来控制压缩机和电子扇运行状态，但这些数据难以读取和脱离发动机ECU进行控制，只能按标定的程序来运行，传感器信号和ECU输出控制信号不方便数据采集设备采集，不能满足振动噪声试验需要，某车载ECU对空调系统参数测控原理图如图1所示， A_A2,A_D1,B_G1,A_D3脚为输入控制信号,B_J3,B_L3,B_N2脚为输出控制信号。

现有另一种方法是通过人工来调节电子扇供电电压来实现空调制冷系统高压压力的调节与稳定，此方法自动化程度低，需要专门人员调节且靠目视压力表读数来反向调节，难控制，且无法获得系统运行参数。

空调制冷系统的振动噪声与压缩机、制冷剂、膨胀阀等系统零部件运行状态参数有很大关系，需要检测这些系统零部件参数，如压缩机吸排气压力、吸排气口温度，膨胀阀、冷凝器进出气温度、电子控制阀电流等参数来判读系统运行状态。

发明内容

本发明提供一种汽车空调系统参数测控系统，采用主机、想好检测装置、控制终端、被控设备的结构，解决现有技术车载空调系统运行参数测控难度很大, 数据不方便使用的问题和现有设备不满足振动噪声试验需要，测控效率低，人工调节误差大，成本高的技术问题。

本发明为解决上述技术问题而提供的这种汽车空调系统参数测控系统，包括主机，可以在出现意外时将系统重新启动，输入、输出单元与控制单元之间采用光电隔离，对输入信号采取滤波措施，采用带隔离的通信接口，并具有ESD、过压、过流保护；

信号检测装置，包括高压压力检测装置、低压压力检测装置、热敏电阻温度传感器，K型热电耦温度传感器、以AD8495为主的信号变送器、电流传感器，对数据进行采集、调理、A/D转化、D/A转化；

控制终端，包括测量和控制系统、便携式计算机，实现数据的采集、显示、保存、处理和控制输出；

被控设备，包括驱动器、直流电源、继电器，接受主机输出信号，对空调系统高压压力的闭环控制通过控制可编程可调直流电源输出电压来控制电子扇转速和冷却风量，从而间接实现对压力的闭环控制；对不同车辆和不同环境条件下，采用调整测控系统PID参数和可控电源输入与输出比例来实现。

进一步，所述主机以USB与控制终端连接供电和通信，当信号检测装置或被控设备需要5V以上控制信号时，可接9vdc～24vdc外部直流电源供电；

进一步，所述主机包括电源、隔离电路、A/D转换电路、数字量输入电路、隔离通讯接口以及MCU；所述主机带12路模拟信号输入、4路数字信号输入、2 路数字信号输出、2路模拟信号输出以及2路PWM信号输出，模拟输入通道采用 12位模数转换分辨率，量程10V，最小分辨率2mV，采用连续循环采样时，采样率可达每通道1kHz；

进一步，所述测量和控制系统采用labview编程，当只需要采集空调系统参数而不需要控制空调系统运行时，只运行数据采集模块，同时不需要连接被控设备，只需要连接主机和信号检测装置；当需要对车辆空调系统进行干预，需要控制电子扇或者压缩机运行时，软件运行测量与控制模块。对空调系统的高压压力闭环控制输入被控对象无确定的数学模型的情况，采用labview的自整定PID 控制方法实现；

进一步，所述被控设备模拟信号输出DC0V～10V，所述被控设备PWM方波信号输出：电压峰值5vdc，频率0Hz～64kHz，精度1Hz,占空比0％～100％,所述被控设备数字信号输出高电平的最低电压：Vcc-0.7V，低电平的最高电压0.5V。

本发明所具有的有益效果：减少试验工作人员，提高效率，不需要人工调节电子扇转速，可减少1名试验人员；可以实时记录空调系统参数，并与其他试验数据如振动噪声试验数据对比分析；采样速率高，12通道模拟输入循环采样每通道最高采样率可以达到1000hz,可以记录空调系统瞬间参数变化；采用虚拟仪器设计理念，通过上位机软件编程并配置不同检测设备实现不同的功能，可实现一机多能，多用途扩展，用于其他各种参数的数字化测量与控制，效率高，误差小，成本低。

附图说明

图1是现有技术某车载ECU对空调系统参数测控原理图。

图2是本发明所述汽车空调系统参数测控系统构成示意图。

图3是本发明所述汽车空调系统参数测控系统连接示意图。

图4是本发明所述主机内部电路原理图。

图5是本发明所述主机外部接口电路原理图。

图6是本发明所述测控设备测得某车型压缩机电磁阀电流与吸气压力曲线图。

图7是本发明所述汽车空调系统参数测控系统各测点温度及排气压力测试结果图。

具体实施方式

结合上述附图说明本发明的具体实施例。

如图2和图3所示，本发明提供一种汽车空调系统参数测控系统，包括主机，可以在出现意外时将系统重新启动，输入、输出单元与控制单元之间采用光电隔离，对输入信号采取滤波措施，采用带隔离的通信接口，并具有ESD、过压、过流保护；

信号检测装置，包括高压压力检测装置、低压压力检测装置、热敏电阻温度传感器，K型热电耦温度传感器、以AD8495为主的信号变送器、电流传感器，对数据进行采集、调理、A/D转化、D/A转化；

控制终端，包括测量和控制系统、便携式计算机，实现数据的采集、显示、保存、处理和控制输出，可以采集各测点温度数据，判断制冷系统工作状态，能够实时采集空调系统数据并显示和反馈输出信号驱动控制电子扇调速，实现设定空调系统排气压力稳定在某数值范围内进行振动噪声试验的功能；

被控设备，包括驱动器、直流电源、继电器，接受主机输出信号，对空调系统高压压力的闭环控制通过控制可编程可调直流电源输出电压来控制电子扇转速和冷却风量，从而间接实现对压力的闭环控制；对不同车辆和不同环境条件下，采用调整测控系统PID参数和可控电源输入与输出比例来实现。

进一步，所述主机以USB与控制终端连接供电和通信，当信号检测装置或被控设备需要5V以上控制信号时，可接9vdc～24vdc外部直流电源供电；

进一步，如图4和图5所示，所述主机包括电源、隔离电路、A/D转换电路、数字量输入电路、隔离通讯接口以及MCU；所述主机带12路模拟信号输入、4 路数字信号输入、2路数字信号输出、2路模拟信号输出以及2路PWM信号输出，模拟输入通道采用12位模数转换分辨率，量程10V，最小分辨率2mV，采用连续循环采样时，采样率可达每通道1kHz；采样速率高，12通道模拟输入循环采样每通道最高采样率可以达到1000hz,可以记录空调系统瞬间参数变化，如外控变排量压缩机控制电流与吸气压力之间快速变化曲线。

进一步，所述测量和控制系统采用labview编程，当只需要采集空调系统参数而不需要控制空调系统运行时，只运行数据采集模块，同时不需要连接被控设备，只需要连接主机和信号检测装置；当需要对车辆空调系统进行干预，需要控制电子扇或者压缩机运行时，软件运行测量与控制模块。对空调系统的高压压力闭环控制输入被控对象无确定的数学模型的情况，采用labview的自整定PID 控制方法实现；可以设定开关条件，控制压缩机启停，保护空调系统，防止系统压力过大或蒸发器温度过低结冰，可以根据检测到的实时压缩机吸排气压力、电子控制阀电流等参数来判断压缩机运行排量，并设定提示和输出控制功能，调节变排量压缩机排量。

进一步，所述被控设备模拟信号输出DC0V～10V，所述被控设备PWM方波信号输出：电压峰值5vdc，频率0Hz～64kHz，精度1Hz,占空比0％～100％,所述被控设备数字信号输出高电平的最低电压：Vcc-0.7V，低电平的最高电压0.5V。

本发明提供的这种汽车空调系统参数测控系统，采用虚拟仪器设计思想，将汽车空调系统参数测控设备从车辆中分离出来，从车辆空调系统采集参数并控制空调系统运行，主要由4部分组成：主机、信号检测装置、控制终端、被控设备；压力检测装置实时监测采集车辆空调系统高低端压力并通过控制终端显示，同时输出信号驱动电子扇电机运行，当车辆空调高压管内排气压力升高时，高压压力检测装置输出电压升高，控制设备输出电压同步升高，电子扇转速升高，冷凝器散热量增大，则空调高压管内排气压力降低；当车辆空调高压管内排气压力降低时，高压压力检测装置输出电压降低，控制设备输出电压同步降低，电子扇转速降低，冷凝器散热量减小，则空调高压管内排气压力升高，依此循环控制，从而稳定系统高压压力在某设定的数值公差范围内。当需要控制空调系统排气压力保持较高值时，则控制器在某输入高压压力检测装置电压下输出较低的电压，反之输出高电压。系统在不同环境条件下，通过控制不同形式的冷凝器电子扇转速，能将排气压力稳定在10bar G～25bar G中某个数值下±2％范围内；信号检测装置及控制终端主机即相当于车载ECU功能，实现实时数据采集与处理分析和控制输出功能；增加空调低压压力检测装置和制冷系统各主要部件输入输出界面温度检测装置；用计算机及软件作为处理和显示数据的人机界面和控制中心，软件与数据采集及控制设备主机分离，为虚拟仪器设计；用驱动器或电源作为被控设备，接受控制主机输出信号，驱动电子扇运行；用控制器输出高低电平信号驱动压缩机离合器结合与分离；在不同环境条件下，设定排气压力在10barG～25barG中某数值后，设备自动调节输出电压控制电子扇转速，能在较短时间内将排气压力稳定在10barG～25barG中任意压力数值下±2％范围内；当设定的目标排气压力与当前初始排气压力相差较大时，设备能大幅度自动提高或降低输出的电压，接近目标压力时，设备能小幅度的调节输出变化，稳定压力；当环境温度变化时，如同一台车分别在10摄氏度和35摄氏度环境温度下，设备均能控制空调系统高压稳定在10barG～25barG中某数值，此两种条件下，即使空调初始高压压力相同，如都为20barG，设定目标压力都为15barG，设备输出的电压是不同的。低温下空调系统需要散热低，需要较低的电压，高温下空调系统需要较高的电压；当设备应用于不同的车时，即电子扇输入电压与输出风量变化，系统热负荷也不同，设备也能在不同环境温度下控制空调系统高压稳定在10barG～25barG中某数值。

目前已采用本发明完成了多个车型的空调制冷系统参数测控分析及同步振动噪声参数采集分析，只需1名试验人员操作便携式计算机同时运行本发明的软件程序和振动噪声信号采集程序，即可完成试验。如通过该设备检测了某车型变排量活塞压缩机在压缩机电磁阀控制电流剧烈波动时，吸气低压也剧烈波动，斜盘角度变化很快，导致“咯咯”异响问题，通过优化压缩机控制阀电流解决了该问题，测控设备测得某车型压缩机电磁阀电流与吸气压力曲线如图6所示，某车型空调系统各测点温度及排气压力测试结果如图7所示。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明具体实施只局限于这些说明，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种汽车空调系统参数测控系统，其特征在于：包括

主机，可以在出现意外时将系统重新启动，输入、输出单元与控制单元之间采用光电隔离，对输入信号采取滤波措施，采用带隔离的通信接口，并具有ESD、过压、过流保护；

信号检测装置，包括高压压力检测装置、低压压力检测装置、热敏电阻温度传感器，K型热电耦温度传感器、以AD8495为主的信号变送器、电流传感器，对数据进行采集、调理、A/D转化、D/A转化；

控制终端，包括测量和控制系统、便携式计算机，实现数据的采集、显示、保存、处理和控制输出；

被控设备，包括驱动器、直流电源、继电器，接受主机输出信号，对空调系统高压压力的闭环控制通过控制可编程可调直流电源输出电压来控制电子扇转速和冷却风量，从而间接实现对压力的闭环控制；对不同车辆和不同环境条件下，采用调整测控系统PID参数和可控电源输入与输出比例来实现。

2.根据权利要求1所述的汽车空调系统参数测控系统，其特征在于：所述主机以USB与控制终端连接供电和通信，当信号检测装置或被控设备需要5V以上控制信号时，可接9vdc～24vdc外部直流电源供电。

3.根据权利要求2所述的汽车空调系统参数测控系统，其特征在于：所述主机包括电源、隔离电路、A/D 转换电路、数字量输入电路、隔离通讯接口以及MCU；所述主机带12路模拟信号输入、4路数字信号输入、2路数字信号输出、2路模拟信号输出以及2路PWM信号输出，模拟输入通道采用12位模数转换分辨率，量程10V，最小分辨率2mV，采用连续循环采样时，采样率可达每通道1kHz。

4.根据权利要求1所述的汽车空调系统参数测控系统，其特征在于：所述测量和控制系统采用labview编程，当只需要采集空调系统参数而不需要控制空调系统运行时，只运行数据采集模块，同时不需要连接被控设备，只需要连接主机和信号检测装置；当需要对车辆空调系统进行干预，需要控制电子扇或者压缩机运行时，软件运行测量与控制模块。

5.对空调系统的高压压力闭环控制输入被控对象无确定的数学模型的情况，采用labview的自整定PID控制方法实现。

6.根据权利要求1所述的汽车空调系统参数测控系统，其特征在于：所述被控设备模拟信号输出DC0V～10V ，所述被控设备PWM方波信号输出：电压峰值5vdc，频率0Hz～64kHz，精度1Hz,占空比0%～100%,所述被控设备数字信号输出高电平的最低电压：Vcc-0.7V，低电平的最高电压0.5V。