CN111486120B

CN111486120B - 一种汽车空调系统的冷凝风扇转速计算方法及装置

Info

Publication number: CN111486120B
Application number: CN201910075370.4A
Authority: CN
Inventors: 姜友爱
Original assignee: Yutong Bus Co Ltd
Current assignee: Yutong Bus Co Ltd
Priority date: 2019-01-25
Filing date: 2019-01-25
Publication date: 2022-08-12
Anticipated expiration: 2039-01-25
Also published as: CN111486120A

Abstract

本发明涉及一种汽车空调系统的冷凝风扇转速计算方法及装置，该方法包括：至少采集车内需求温度、车外环境温度、车内环境温度、压缩机频率；根据车内环境温度与车内需求温度计算温度差值，至少根据温度差值、车外环境温度和压缩机频率控制冷凝风扇的转速；冷凝风扇的转速与温度差值、车外环境温度、压缩机频率成正相关关系。本发明根据压缩机频率对冷凝风扇的转速进行调整，当压缩机频率高时，冷凝风扇转速相应增高，保证了冷凝效果；当压缩机频率低时，冷凝风扇相应降低转速，在保证冷凝效果的同时，可节省冷凝风扇运行能耗，增加冷凝风扇运行寿命；由于充分考虑了压缩机的工作情况，有效提高了冷凝效果的控制可靠性。

Description

一种汽车空调系统的冷凝风扇转速计算方法及装置

技术领域

本发明涉及一种汽车空调系统的冷凝风扇转速计算方法及装置，属于纯电动汽车技术领域。

背景技术

空调系统作为一种调节温度的装置，应用范围越来越广泛，传统的空调单循环系统主要针对单一空间进行设计，例如一个房间、一辆车等。如图1所示为现有空调系统的结构原理图，图1中的空调系统包括一台压缩机，压缩机的出口通过高压压力传感器或开关连接空调冷凝器的进口，空调冷凝器的出口通过调节阀连接空调蒸发器，空调蒸发器的出口再通过气液分离器、低压压力传感器或开关连接压缩机的进口，从而构成一个完整的空调单循环系统。

现有空调系统中的空调冷凝器设置有冷凝风扇，通过控制冷凝风扇的转速大小调整冷凝器的冷凝效果，而控制冷凝风扇的转速通常是先采集车内环境温度与车内需求温度的温度差值，同时结合外界环境温度，调整冷凝风扇的转速。现在冷凝风扇转速的设计方案一般为梯度速度和全速，根据关联因素的变化情况控制冷凝风扇按照梯度速度或者全速运行。但是现有技术只利用风扇冷却冷媒散热，对于影响因素的考虑不够全面，容易导致冷凝风扇的转速与车辆工况、空调压缩机工况不协调，造成在一部分情况下的制冷过剩问题。制冷过剩对于现有新能源车，在消耗电能方面表现隐蔽，难以发现，最终导致能源浪费。

随着实际需求的变化，出现了针对双区间，或者针对单区间中多个区域的温度调节需求，例如双车厢的客车或者公交车，单个车厢中不同区域。针对这些情况下设置的空调系统结构上变得复杂多样，其控制过程也受到多种因素的影响，因此对于空调系统的节能性、适应性以及整体工况的协调性提出了更高的要求，对于具体变化量的控制精度也要求的更为严格。

发明内容

本发明的目的是提供一种汽车空调系统的冷凝风扇转速计算方法，用于解决现有空调系统中控制冷凝风扇转速会出现制冷过剩导致能源浪费的问题，本发明还提供了一种汽车空调系统的冷凝风扇转速计算装置，用于解决现有空调系统中控制冷凝风扇转速会出现制冷过剩导致能源浪费的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种汽车空调系统的冷凝风扇转速计算方法，包括以下步骤：

至少采集车内需求温度、车外环境温度、车内环境温度、压缩机频率；

根据车内环境温度与车内需求温度计算温度差值，至少根据所述温度差值、车外环境温度和压缩机频率控制冷凝风扇的转速；所述冷凝风扇的转速与所述温度差值、车外环境温度、压缩机频率成正相关关系。

为解决上述技术问题，本发明还提供了一种汽车空调系统的冷凝风扇转速计算装置，包括处理器和存储器，所述处理器用于处理存储在所述存储器中的指令以实现如下方法：

本发明的有益效果是：根据压缩机频率对冷凝风扇的转速进行调整，当压缩机频率高时，冷凝风扇转速相应增高，保证了冷凝效果；当压缩机频率低时，冷凝风扇相应降低转速，在保证冷凝效果的同时，可节省冷凝风扇运行能耗，增加冷凝风扇运行寿命；由于充分考虑了压缩机的工作情况，有效提高了冷凝效果的控制可靠性，同时避免了能源浪费。

作为方法和装置的进一步改进，为了进一步提高冷凝效果的控制可靠性，还采集空调高压压力，并且还根据所述空调高压压力控制冷凝风扇的转速，使冷凝风扇的转速与空调高压压力成正相关关系。

作为方法和装置的进一步改进，为了协调车辆动力性与空调冷却性能，还采集车速，并且还根据所述车速控制冷凝风扇的转速，使冷凝风扇的转速与所述车速的倒数成正相关关系。

作为方法和装置的进一步改进，为了避免在压缩机未启动时，读取到的压缩机频率为零，导致冷凝风扇的转速为零，在启动冷凝风扇时，如果压缩机未启动，则压缩机频率取额定值。

作为方法和装置的进一步改进，为了使冷凝风扇的转速控制更加平稳，能够符合实际的需求，所述正相关关系为正比关系。

附图说明

图1是现有技术空调系统的结构原理图；

图2是本发明汽车空调系统的冷凝风扇转速计算方法实施例1对应的流程图；

图3是本发明汽车空调系统的冷凝风扇转速计算方法实施例2对应的流程图；

图4是本发明汽车空调系统的冷凝风扇转速计算方法实施例3对应的流程图；

图5是本发明设置有双冷凝器、电磁流量调节阀的双区域空调冷却系统的原理图；

图6是本发明设置有双冷凝器、电子膨胀阀的双区域空调冷却系统的原理图；

图7是本发明设置有单冷凝器、电磁流量调节阀的双区域空调冷却系统的原理图；

图8是本发明设置有单冷凝器、电子膨胀阀的双区域空调冷却系统的原理图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例对本发明进行进一步详细说明。

汽车空调系统的冷凝风扇转速计算方法实施例1：

如图1所示的单车厢空调系统，为了对冷凝风扇转速进行更加精确、稳定的控制，具体的，增加了对压缩机频率的考虑，在具体计算环节，可以采用的实现方式包括两种：

第一种方式：在现有空调系统冷凝风扇转速的控制方法基础上进行改进。现有控制方法通常是先采集车内环境温度与车内需求温度的温度差值，同时结合外界环境温度，求取控制量，根据该控制量控制冷凝风扇的转速。在现有技术求取的控制量的基础上，增加一个与压缩机频率f有关的控制系数，也就是说，在考虑压缩机频率f后，在现有技术中计算得到的控制量基础上乘以一个与压缩机频率f相关的控制系数，根据相乘的结果控制冷凝风扇转速。为求取该控制系数，具体的实现形式可以是：对压缩机频率f进行归一化处理，例如f/f_额，f_额表示压缩机的额定频率。这样就可以根据压缩机频率的变化调整现有技术求出的控制量，并根据调整后的控制量控制冷凝风扇的转速。例如压缩机频率增大，则说明系统工况增强，此时需要提高冷凝效果，因此需要增大冷凝风扇的转速；反之，则需要减小冷凝风扇的转速。当然，若压缩机未启动，则压缩机频率取额定频率值。

第二种方式：采用以下公式来求取冷凝风扇的转速，该公式为：

r＝k1*(Tn-Ts)*Th*f (1)

其中，r为冷凝风扇的转速，Tn为车内环境温度，Ts为车内需求温度，Th为车外环境温度，f为压缩机频率，k1是压缩机频率对应的匹配值，用于调整公式前后的量纲和修正冷凝风扇转速。

为了获取上述公式(1)中的匹配值k1，可以根据实验来求取，实验过程包括：在某种车外环境温度下和相应的车内环境温度下，使压缩机工作在最大频率，同时使冷凝风扇运行在最大转速，检测车内实际能够达到的温度(以该温度为车内需求温度)，从而计算出匹配值k1。

在车辆(汽车)实际运行中，将温度因素、压缩机频率代入上述的公式(1)，即可求出冷凝风扇的转速。同时在启动冷凝风扇时，如果压缩机未启动，则压缩机频率取额定频率值。通过在冷凝风扇启动而压缩机未启动时，将压缩机频率设置为额定频率值，填补了压缩机和冷凝风扇实际运行过程中的参数逻辑顺序缺失，又符合实际使用过程中的客观状态。

在本实施例中，通过采集压缩机频率，根据压缩机频率对冷凝风扇转速进行调整，当压缩机频率高时，冷凝风扇转速相应增高，保证了冷凝效果；当压缩机频率低时，冷凝风扇相应降低转速，在保证冷凝效果的同时，可节省冷凝风扇运行能耗，增加了冷凝风扇运行寿命。此时，汽车空调系统的冷凝风扇转速计算方法对应的流程图如图2所示。

汽车空调系统的冷凝风扇转速计算方法实施例2：

在汽车空调系统的冷凝风扇转速计算方法实施例1的基础上，本实施例在计算冷凝风扇转速时还考虑了空调高压压力值的影响，在具体计算环节，可以采用的实现方式包括两种：

第一种方式：在汽车空调系统的冷凝风扇转速计算方法实施例1中第一种方式最终求取的控制量的基础上，将该控制量乘以一个与空调高压压力值有关的控制系数，根据相乘的结果控制冷凝风扇转速。具体实现方式是：对高压压力值进行归一化处理，例如采用P_g/P_max，其中P_g为实测空调高压压力值，P_max为空调高压压力值理论上能取的最大值。这样就可以根据空调高压压力值的变化调整汽车空调系统的冷凝风扇转速计算方法实施例1中第一种方式最终获取的控制量，并根据调整后的控制量控制冷凝风扇的转速。例如空调高压压力值增大，则增大冷凝风扇的转速；反之，则需要减小冷凝风扇的转速。

第二种方式：在汽车空调系统的冷凝风扇转速计算方法实施例1中第二种方式的基础上，即在公式(1)计算出来的冷凝风扇的转速r的基础上，再乘以空调高压压力值P_g和空调高压压力值对应的匹配值k2。此时，取冷凝风扇的转速的计算公式为：

r＝k1*(Tn-Ts)*Th*f*k2*P_g (2)

其中，与汽车空调系统的冷凝风扇转速计算方法实施例1中第二种方式计算压缩机频率对应的匹配值k1相同，在求取空调高压压力值对应的匹配值k2时，可以通过实验来求，实验过程包括：在某种车外环境温度下和相应的车内环境温度下，使压缩机工作在最大频率，同时使冷凝风扇运行在最大转速，并且使空调高压压力值上升至理论最大值，检测车内实际能够达到的温度(以该温度为车内需求温度)，从而计算出匹配值k2。

在本实施例中，通过采集空调高压压力值，根据空调高压压力值对冷凝风扇转速进行调整，当空调高压压力值高时，冷凝风扇转速相应增高，保证了冷凝效果；当空调高压压力值小时，冷凝风扇相应降低转速，在保证冷凝效果的同时，可节省冷凝风扇运行能耗，增加冷凝风扇运行寿命。此时，汽车空调系统的冷凝风扇转速计算方法对应的流程图如图3所示。

汽车空调系统的冷凝风扇转速计算方法实施例3：

在汽车空调系统的冷凝风扇转速计算方法实施例2的基础上，本实施例在计算冷凝风扇转速时还考虑了车速的影响，在具体计算环节，可以采用的实现方式包括两种：

第一种方式：在汽车空调系统的冷凝风扇转速计算方法实施例2中第一种方式最终求取的控制量的基础上，将该控制量乘以一个与车速有关的控制系数，根据相乘的结果控制冷凝风扇转速。具体实现方式是：对车速进行归一化处理，由于冷凝风扇的转速与车速成负相关，与车速的倒数成正相关，因此车速的归一化处理可以为V_max/V_车，其中V_max为车辆最大车速，V_车为车辆实际车速。其中，冷凝风扇转速之所以与车速有关，是因为能量分配的原因，例如当车速高时，车辆需要保证能量优先提供给驱动系统，因此空调系统获取的能量就相对要减少。这样就可以根据车辆实际车速的变化调整汽车空调系统的冷凝风扇转速计算方法实施例2中第一种方式最终获取的控制量，并根据调整后的控制量控制冷凝风扇的转速，例如车辆实际车速增大，则控制减小冷凝风扇的转速；反之，则需要增大冷凝风扇的转速。

第二种方式：在汽车空调系统的冷凝风扇转速计算方法实施例2中第二种方式的基础上，即在公式(2)计算出来的冷凝风扇的转速r的基础上，再乘以车辆实际车速V_车的倒数和车辆实际车速V_车对应的匹配值k3。此时，取冷凝风扇的转速的计算公式为：

r＝k1*(Tn-Ts)*Th*f*k2*P_g*k3/V_车 (3)

其中，与汽车空调系统的冷凝风扇转速计算方法实施例1中第二种方式计算压缩机频率对应的匹配值k1相同，在求取车辆实际车速对应的匹配值k3时，可以通过实验来求取，实验过程包括：在某种车外环境温度下和相应的车内环境温度下，使压缩机工作在最大频率，同时使冷凝风扇运行在最大转速，并且使空调高压压力值上升至理论最大值，使车速达到车辆最大车速，检测车内实际能够达到的温度(以该温度为车内需求温度)，从而计算出匹配值k3。

在本实施例中，通过采集车辆的车速信息，根据车辆实际车速对冷凝风扇转速进行调整，当车辆实际车速小时，冷凝风扇转速相应增高，保证了冷凝效果；当空调高压压力值高时，冷凝风扇相应降低转速，在保证冷凝效果的同时，可节省冷凝风扇运行能耗，增加冷凝风扇运行寿命。此时，汽车空调系统的冷凝风扇转速计算方法对应的流程图如图4所示。

以上实施例适用于现有单车厢中的空调系统，同时也适用于多车厢或者单车厢中分不同区域的空调系统，以单车厢中两个不同区域的温度控制为例，对于单车厢双区域的空调系统中设置双冷凝器的情况，如图5给出的设置有双冷凝器、电磁流量调节阀的双区域空调冷却系统，或者图6给出的设置有双冷凝器、电子膨胀阀的双区域空调冷却系统，冷凝风扇的转速计算方式与上述汽车空调系统的冷凝风扇转速计算方法实施例3类似，作为其他实施方式，也可以采用汽车空调系统的冷凝风扇转速计算方法实施例1或2中的方式。

对于单车厢双区域的空调系统中设置单冷凝器的情况，如图7给出的设置有单冷凝器、电磁流量调节阀的双区域空调冷却系统，或者图8给出的设置有单冷凝器、电子膨胀阀的双区域空调冷却系统，需要引入负荷占比，负荷占比的取值根据分区情况确定，例如如果一个车厢分为前区域和后区域，并且前区域与后区域空间大小一样，那么当只针对前区域或者只针对后区域开启空调时，对应的负荷占比大小相等，两者之和为1。而如果前区域与后区域空间大小不一样，则空间大的区域对应的负荷占比要大于另外一个区域。在其他实施例中，两个区域也可以上下设置。通过引入负荷占比，当只针对一个区域开启空调时，冷凝风扇采用相应低转速，在保证冷凝效果的同时，可节省冷凝风扇运行能耗，增加冷凝风扇运行寿命；而当针对两个区域开启空调时，冷凝风扇采用相应转速，保证了冷凝效果。

在以上实施例中，冷凝风扇的转速与温度差值、压缩机频率、空调高压压力值等影响因素成正比关系，而与车速成反比关系，即与车速的倒数成正比关系。而在实际中，作为其他的实施方式，冷凝风扇的转速也可以与温度差值、压缩机频率、空调高压压力值、车速的倒数等影响因素成正相关关系，以压缩机频率为例，在计算控制量时，可以取压缩机频率的平方。

汽车空调系统的冷凝风扇转速计算装置实施例：

本实施例提供了一种汽车空调系统的冷凝风扇转速计算装置，包括处理器和存储器，该处理器用于处理存储在存储器中的指令，以实现上述的汽车空调系统的冷凝风扇转速计算方法。对于本领域的技术人员来讲，可以根据该汽车空调系统的冷凝风扇转速计算方法生成相应的计算机指令，以得到汽车空调系统的冷凝风扇转速计算装置，此处不再赘述。

最后应当说明的是，以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对其保护范围的限制，尽管参照上述实施例对本申请进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解，本领域技术人员阅读本申请后依然可对申请的具体实施方式进行种种变更、修改或者等同替换，但这些变更、修改或者等同替换，均在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims

1.一种汽车空调系统的冷凝风扇转速计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

根据车内环境温度与车内需求温度计算温度差值，至少根据所述温度差值、车外环境温度和压缩机频率控制冷凝风扇的转速；所述冷凝风扇的转速与所述温度差值、车外环境温度、压缩机频率成正相关关系；采用方式一或方式二来根据所述温度差值、车外环境温度和压缩机频率控制冷凝风扇的转速；

方式一：获取车内环境温度与车内需求温度的温度差值，结合车外环境温度，求取控制量，在求取的控制量上乘以一个与压缩机频率相关的控制系数，根据相乘的结果控制冷凝风扇的转速；所述控制系数通过对压缩机频率进行归一化处理得到，所述归一化处理过程为f/f_额，f_额表示压缩机的额定频率；

方式二：采用以下公式来求取冷凝风扇的转速，该公式为：

r＝k1*(Tn-Ts)*Th*f

其中，r为冷凝风扇的转速，Tn为车内环境温度，Ts为车内需求温度，Th为车外环境温度，f为压缩机频率，k1是压缩机频率对应的匹配值，用于调整公式前后的量纲和修正冷凝风扇转速；

匹配值k1根据实验来求取，实验过程包括：在某种车外环境温度下和相应的车内环境温度下，使压缩机工作在最大频率，同时使冷凝风扇运行在最大转速，检测车内实际能够达到的温度，以该车内实际能够达到的温度为车内需求温度，从而计算出匹配值k1。

2.根据权利要求1所述的汽车空调系统的冷凝风扇转速计算方法，其特征在于，还采集空调高压压力，并且还根据所述空调高压压力控制冷凝风扇的转速，使冷凝风扇的转速与空调高压压力成正相关关系。

3.根据权利要求2所述的汽车空调系统的冷凝风扇转速计算方法，其特征在于，还采集车速，并且还根据所述车速控制冷凝风扇的转速，使冷凝风扇的转速与所述车速的倒数成正相关关系。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的汽车空调系统的冷凝风扇转速计算方法，其特征在于，在启动冷凝风扇时，如果压缩机未启动，则压缩机频率取额定值。

5.根据权利要求1-3中任一项所述的汽车空调系统的冷凝风扇转速计算方法，其特征在于，所述正相关关系为正比关系。

6.一种汽车空调系统的冷凝风扇转速计算装置，其特征在于，包括处理器和存储器，所述处理器用于处理存储在所述存储器中的指令以实现如下方法：

方式二：采用以下公式来求取冷凝风扇的转速，该公式为：

r＝k1*(Tn-Ts)*Th*f

7.根据权利要求6所述的汽车空调系统的冷凝风扇转速计算装置，其特征在于，还采集空调高压压力，并且还根据所述空调高压压力控制冷凝风扇的转速，使冷凝风扇的转速与空调高压压力成正相关关系。

8.根据权利要求7所述的汽车空调系统的冷凝风扇转速计算装置，其特征在于，还采集车速，并且还根据所述车速控制冷凝风扇的转速，使冷凝风扇的转速与所述车速的倒数成正相关关系。

9.根据权利要求6-8中任一项所述的汽车空调系统的冷凝风扇转速计算装置，其特征在于，在启动冷凝风扇时，如果压缩机未启动，则压缩机频率取额定值。

10.根据权利要求6-8中任一项所述的汽车空调系统的冷凝风扇转速计算装置，其特征在于，所述正相关关系为正比关系。