CN111660753A - 汽车空调管内压力自动控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及汽车空调管内压力自动控制系统。汽车空调管内压力自动控制系统包括：传感器单元，其用于接收表示空调管内压力的压力信号；PWM信号生成单元，其用于控制PWM变速控制冷却风扇的转速；稳压输出单元，其用于控制电压控制冷却风扇的转速，以及为PWM信号生成单元提供工作电压；以及处理单元，其用于根据压力信号表示的空调管内压力值和预设压力阈值的比较来控制PWM信号生成单元和稳压输出单元，以使得空调管内压力值与预设压力阈值一致。

Description

汽车空调管内压力自动控制系统

技术领域

本发明涉及汽车冷却系统及空调系统测试技术领域、特别是空调管内压力的自动控制领域。具体而言，本发明涉及一种汽车空调管内压力自动控制系统。

背景技术

汽车空调系统主要由空调压缩机、冷凝器、储液干燥器、膨胀阀、蒸发器、散热风扇、管道和制冷剂等组成。制冷剂在空调压缩机的驱动下，在空调系统内不停的循环流动，流经蒸发器吸收热量，流经冷凝器散发热量，从而满足汽车的制冷要求。在这个过程中，空调管内的压力是不断变化的，该压力变化是评估空调压缩机对汽车振动噪声性能的影响的关键指标。汽车设计开发过程中，通常通过对各个稳定压力下汽车振动噪声水平的客观测量和主观评价，来评估该汽车空调系统特别是空调压缩机对整车振动噪声性能的影响。

现有的汽车空调压缩机振动噪声试验通常采用手动控制外接的稳压电源调整冷却风扇的电压输入或者控制PWM（脉宽调制）占空比输入来控制冷却风扇的转速，从而获得相对稳定的空调管内压力。该控制方法稳定性差，持续时间短，控制精度低，特别是在发动机转速不断升高同时希望保持空调管内压力稳定的情况下无法有效和精确地进行控制。这是因为发动机转速快速升高时，压缩机输出排量随发动机转速等比升高，同时前舱温度会快速上升，空调管内压力会剧烈变化，手动控制的响应速度过慢。

发明内容

因此，需要一种能够自动控制汽车空调管内压力的系统。

另外，空调管内的压力与发动机舱内的温度正相关，和冷却风扇的转速负相关。具体地，空调压缩机开启后，发动机转速不断升高时，发动机舱内温度升高，空调管内压力会不断升高；发动机转速稳定时，冷却风扇转速升高，空调管内的压力会随之降低。目前汽车常用的冷却风扇工作模式有电压控制工作模式和PWM变速控制工作模式两种方式，常用的空调压缩机工作模式主要有定排量空调压缩机工作模式和PWM控制变排量空调压缩机工作模式两种。此二者形成的设备组合主要有四种：电压控制冷却风扇和定排量空调压缩机组合、电压控制冷却风扇和PWM控制变排量空调压缩机组合、PWM变速控制冷却风扇和定排量空调压缩机组合、PWM变速控制冷却风扇和PWM控制变排量空调压缩机组合。本发明还要解决的技术问题是提供同时适用于以上四种常用的设备组合的自动控制系统。

为解决以上技术问题中的一个或多个，本发明提供以下技术方案。

按照本发明的第一方面，提供一种汽车空调管内压力自动控制系统，其包括：传感器单元，其用于接收表示空调管内压力的压力信号；PWM信号生成单元，其用于生成PWM信号来控制PWM变速控制冷却风扇的转速；稳压输出单元，其用于生成稳定电压信号来控制电压控制冷却风扇的转速，以及为PWM信号生成单元提供工作电压；以及处理单元，其用于根据压力信号表示的空调管内压力值和预设压力阈值的比较来控制PWM信号生成单元和稳压输出单元，以使得空调管内压力值与预设压力阈值一致。

根据本发明一实施例的汽车空调管内压力自动控制系统，其中，处理单元在使得空调管内压力值与预设压力阈值一致的过程中使得空调管内压力值与预设压力阈值的差处于预设差值范围内。

根据本发明另一实施例或以上任一实施例的汽车空调管内压力自动控制系统，其中，PWM信号生成单元还用于控制PWM控制变排量空调压缩机的输出排量。

根据本发明另一实施例或以上任一实施例的汽车空调管内压力自动控制系统，其中，处理单元通过改变稳压单元所输出稳定电压的大小来控制电压控制冷却风扇的转速。

根据本发明另一实施例或以上任一实施例的汽车空调管内压力自动控制系统，其中，处理单元通过改变PWM信号生成单元所生成的PWM信号的占空比来控制PWM变速控制冷却风扇的转速和/或PWM控制变排量空调压缩机的输出排量。

根据本发明另一实施例或以上任一实施例的汽车空调管内压力自动控制系统，其中用于控制PWM控制变排量空调压缩机的PWM信号的占空比为25%、50%、75%和100%之一。

根据本发明另一实施例或以上任一实施例的汽车空调管内压力自动控制系统，其中，传感器单元包括：压力传感器，其用于将感测到的空调管内压力转换成模拟压力信号；增益滤波器，其用于对模拟压力信号进行增益滤波；以及模数转换器，其用于将滤波之后的模拟压力信号转换成数字压力信号。

根据本发明另一实施例或以上任一实施例的汽车空调管内压力自动控制系统，其还包括人机交互单元。所述人机交互单元用于操作者与汽车空调管内压力自动控制系统之间的交互。

根据本发明另一实施例或以上任一实施例的汽车空调管内压力自动控制系统，其中人机交互单元是触摸屏。

附图说明

本发明的上述和/或其它方面和优点将通过以下结合附图的各个方面的描述变得更加清晰和更容易理解，附图中相同或相似的单元采用相同的标号表示。附图包括：

图1为根据本发明一实施例的汽车空调管内压力自动控制系统的示意性框图；

图2为根据本发明一实施例的汽车空调管内压力自动控制系统中的传感器单元的内部结构示意性框图；

图3示出了用于根据本发明一实施例的汽车空调管内压力自动控制系统的应用程序的一种显示界面的示意图；

图4示出了根据本发明一实施例的汽车空调管内压力自动控制系统应用于电压控制冷却风扇和定排量空调压缩机设备组合的一种实施方式的示意图；

图5示出了根据本发明一实施例的汽车空调管内压力自动控制系统应用于电压控制冷却风扇和PWM控制变排量空调压缩机设备组合的一种实施方式的示意图；

图6示出了根据本发明一实施例的汽车空调管内压力自动控制系统应用于PWM变速控制冷却风扇和定排量空调压缩机设备组合的一种实施方式的示意图；以及

图7示出了根据本发明一实施例的汽车空调管内压力自动控制系统应用于PWM变速控制冷却风扇和PWM控制变排量空调压缩机设备组合的一种实施方式的示意图。

具体实施方式

在本说明书中，参照其中图示了本发明示意性实施例的附图更为全面地说明本发明。但本发明可以按不同形式来实现，而不应解读为仅限于本文给出的各实施例。给出的各实施例旨在使本文的披露全面完整，以将本发明的保护范围更为全面地传达给本领域技术人员。

诸如“包含”和“包括”之类的用语表示除了具有在说明书和权利要求书中有直接和明确表述的单元和步骤以外，本发明的技术方案也不排除具有未被直接或明确表述的其它单元和步骤的情形。诸如“第一”和“第二”之类的用语并不表示单元在时间、空间、大小等方面的顺序而仅仅是作区分各单元之用。

下文参考根据本发明实施例的方法和系统的流程图说明、框图和/或流程图来描述本发明。将理解这些流程图说明和/或框图的每个框、以及流程图说明和/或框图的组合可以由计算机程序指令来实现。可以将这些计算机程序指令提供给通用计算机、专用计算机或其它可编程数据处理设备的处理器以构成机器，以便由计算机或其它可编程数据处理设备的处理器执行的这些指令创建用于实施这些流程图和/或框和/或一个或多个流程框图中指定的功能/操作的部件。

可以将这些计算机程序指令加载到计算机或其它可编程数据处理器上以使一系列的操作步骤在计算机或其它可编程处理器上执行，以便构成计算机实现的进程，以使计算机或其它可编程数据处理器上执行的这些指令提供用于实施此流程图和/或框图的一个或多个框中指定的功能或操作的步骤。

根据本发明的系统可以自动控制汽车空调管内压力。此外，根据本发明的系统的各实施例可以应用于四种车载冷却风扇和空调压缩机设备的组合：电压控制冷却风扇和定排量空调压缩机组合、电压控制冷却风扇和PWM（脉宽调制）控制变排量空调压缩机组合、PWM变速控制冷却风扇和定排量空调压缩机组合、PWM变速控制冷却风扇和PWM控制变排量空调压缩机组合。

参考图1，图1为根据本发明一实施例的汽车空调管内压力自动控制系统100的示意性框图。汽车空调管内压力自控控制系统100包括传感器单元110、PWM信号生成单元120、稳压输出单元130和处理单元140。

传感器单元110用于接收表示空调管内压力的压力信号。在一个实施例中，传感器单元如图2中所示出的那样包括压力传感器112、增益滤波器114以及模数转换器116。其中压力传感器112是能够感测压力信号，并按照一定的规则将压力信号转换成可用输出的电信号的任何器件或装置。压力传感器112通常安装在汽车空调管道内，并且可以是实时感测管道内压力信号的传感器。其将所感测到的空调管道内的压力信号转换成，例如，模拟压力信号并输出到增益滤波器114。增益滤波器114可以对来自压力传感器112的模拟压力信号进行所需的滤波和/或缩放。接下来，模数转换器116将由增益滤波器114处理过的模拟压力信号转换成数字压力信号，以供由处理单元140进一步处理。

PWM信号生成单元120用于生成PWM信号来控制PWM变速控制冷却风扇的转速。PWM信号生成单元120可以根据来自处理单元140的指令而生成频率和占空比可变的PWM信号，并且在不同的实施例中，可以生成多于一个不同的PWM信号。视情况而定，该生成的PWM信号提供给PWM控制变排量空调压缩机和/或PWM变速控制冷却风扇。通过改变所生成PWM信号的占空比，可以改变PWM控制变排量空调压缩机输出排量（即输出功率）和/或PWM变速控制冷却风扇的转速。PWM信号对PWM控制变排量空调压缩机和PWM变速控制冷却风扇的作用略有不同：用于控制PWM控制变排量空调压缩机的PWM信号占空比改变的是PWM控制变排量空调压缩机的输出排量，占空比变大，则输出排量变大，空调管内压力会上升。用于控制PWM变速控制冷却风扇的PWM信号占空比改变的PWM风扇的转速（实际上也是风扇的输出功率），风扇转速升高，加快空调管内温度的降低，空调管内压力会下降。

另外，根据不同设定，该转速可以与PWM信号的占空比正相关或负相关。通过改变所生成PWM信号的频率，可以适应不同设备的工作频率要求。例如，如果PWM风扇的设定工作频率为100Hz，则PWM信号生成单元发送给PWM风扇的PWM信号的频率就设定为100Hz。当发送该频率的占空比信号，PWM风扇才会正常工作。PWM变排量压缩机同理。

稳压输出单元130用于生成稳定电压信号来控制电压控制冷却风扇的转速，以及为所述PWM信号生成单元提供工作电压。稳压输出单元130可以根据来自处理单元140的指令而生成可变电压大小的稳定电压信号，并且在不同的实施例中，可以生成多于一个不同的稳定电压信号。视情况而定，该生成的稳定电压信号提供给电压控制冷却风扇和/或PWM信号生成单元120。通过改变所生成稳定电压信号的大小，可以改变电压控制冷却风扇的转速和/或PWM信号生成单元120所生成的PWM信号的性质。具体地，该转速通常可以与稳定电压信号的大小正相关。

处理单元140用于根据压力信号表示的空调管内压力值和预设压力阈值的比较来控制PWM信号生成单元120和稳压输出单元130，以使得空调管内压力值与预设压力阈值一致。具体地，处理单元140对来自传感器单元110的数字压力信号进行存储以及处理。处理单元140将由数字压力信号表示的压力值与一预设压力阈值进行比较，然后根据比较结果对稳压输出单元130和/或PWM信号生成单元120发出相应的指令，并继续对实时的数字压力信号表示的压力值与预设压力阈值进行比较、迭代而不断调整指令。由此，可以快速调节实时的压力值向预设压力阈值的逼近并最终使得该两个压力值之差稳定地处于一预设差值范围内，从而快速精确地实现管内压力的自动控制。

在一种实施方式中，当使用电压控制冷却风扇时，处理单元140配置成通过改变稳压单元130所输出稳定电压的大小来控制电压控制冷却风扇的转速。例如，当由传感器单元110感测的空调管内压力值大于预设压力阈值时，处理单元140控制增大稳压输出单元130输出到电压控制冷却风扇的稳定电压的大小，从而增大电压控制冷却风扇的转速，提高冷却效率。

在另一种实施方式中，当使用PWM变速控制冷却风扇时，处理单元140配置成通过改变PWM信号生成单元120所生成的PWM信号的占空比来控制PWM变速控制冷却风扇的转速。例如，当由传感器单元110感测的空调管内压力值大于预设压力阈值时，处理单元140控制增大PWM信号生成单元120输出到PWM变速控制冷却风扇的PWM信号的占空比，从而增大/减小PWM变速控制冷却风扇的转速，提高/降低冷却效率。

在又一种实施方式中，当使用PWM控制变排量空调压缩机时，处理单元140配置成通过为PWM信号生成单元120所生成的PWM信号设定不同的固定占空比来控制PWM变速控制冷却风扇的转速，即输出功率。典型地，该固定占空比可以是25%、50%、75%或100%，从而使空调压缩机工作在相应的1/4功率、半功率、3/4功率或全功率输出模式。在进一步的改进实施例中，还可以根据需要以与上文类似的方式来实时变化用于控制PWM变速控制冷却风扇的转速的PWM信号的占空比。

在根据本发明的汽车空调管内压力自动控制系统的另一实施例中，该汽车空调管内压力自动控制系统100还包括人机交互单元150。人机交互单元150用于操作者与汽车空调管内压力自动控制系统100之间的交互。在一个实施例中，人机交互单元150是触摸屏，其可以包括平面的、弯曲的、刚性的或者柔性的等各种类型的触摸屏。通过安装在汽车空调管内压力自动控制系统100上的用于人机交互的应用程序，可以以例如图3所示出的界面在显示屏上向操作者显示当前汽车空调管内压力自动控制系统100的各种参数，以及允许操作者修改这些参数来实现最佳的控制效果。

参考图3，其示出了用于根据本发明的汽车空调管内压力自动控制系统100的应用程序的一种显示界面的示意图。在该显示界面上主要有参数整定部分（左下）、压力值显示部分（右上）、风扇调节部分（左上）和空调压缩机调节部分（右下）四部分功能。视情况而定，可以在应用程序中编写入更多的功能而不仅仅是以上四个部分的功能。其中参数整定部分采用PID（比例、积分、微分）调节模式，用于调节系统自身的响应速度和精度。压力值显示部分可以显示当前压力值并且可以设定预设压力阈值。其还可以将预设压力阈值与当前压力值随时间的变化实时显示在数据显示窗口（右上的黑色部分）上，同时可以在存储器中实时记录预设压力阈值和当前压力值。风扇调节部分具有电压控制和PWM控制两种控制方式可供选择，相应地可以使处理单元改变到电压控制冷却风扇的输出电压或者到PWM变速控制冷却风扇的PWM信号的频率和占空比，从而调节冷却风扇的转速。空调压缩机调节部分可以使处理单元改变到PWM控制变排量空调压缩机的PWM信号的频率和占空比，从而调节空调压缩机的输出功率。

参考图4，其示出了根据本发明的汽车空调管内压力自动控制系统100应用于电压控制冷却风扇和定排量空调压缩机设备组合的一种实施方式的示意图。对于此类组合方式的汽车，电压控制冷却风扇的转速通常与其工作电压线性正相关。对于定排量空调压缩机而言，空调系统工作时始终满负荷输出。在汽车空调管内压力控制过程中，处理单元140控制稳压输出单元130的输出电压以调节电压控制冷却风扇的输出功率，其与转速正相关。当通过传感器单元110实时测得的汽车空调管内压力大于预设压力阈值时，稳压输出单元130输出的稳定电压增大。这时电压控制冷却风扇的转速会随之升高，冷却能力增强，前舱温度降低，当前压力值随之降低。当前压力值不断趋近于预设压力阈值，直到当前压力值与预设压力阈值的误差在可接受的范围内达到动态平衡，反之亦然。这样，稳定电压信号与当前压力信号在系统内形成闭环，实现有效的自动控制。

参考图5，其示出了根据本发明一实施例的汽车空调管内压力自动控制系统应用于电压控制冷却风扇和PWM控制变排量空调压缩机设备组合的一种实施方式的示意图。对于此类组合方式的汽车，电压控制冷却风扇的转速与其工作电压线性正相关。对于PWM控制变排量空调压缩机而言，空调系统工作时，空调压缩机的功率输出与到其的PWM信号占空比呈正相关或者负相关关系。在汽车空调管内压力控制过程中，一方面，处理单元140控制稳压输出单元130到电压控制冷却风扇的输出电压以调节电压控制冷却风扇的输出功率，其与转速正相关。另一方面，处理单元140控制稳压输出单元130输出稳定电压信号给PWM信号生成单元120，使其通电工作。同时，处理单元140直接控制PWM信号生成单元120，使其输出（所设定的PWM信号工作频率和占空比）PWM信号给PWM控制变排量空调压缩机，使空调压缩机在某个稳定的或者实时可变的PWM信号（通常是任意的PWM工作频率，固定的PWM占空比，例如25%、50%、75%或100%，以实现空调压缩机1/4功率、半功率、3/4功率或者满功率输出）下工作。当通过传感器单元110实时测得的汽车空调管内压力大于预设压力阈值时，稳压输出单元130输出的稳定电压增大。这时电压控制冷却风扇的转速会随之升高，冷却能力增强，前舱温度降低，当前压力值随之降低。当前压力值不断趋近于预设压力阈值，直到当前压力值与预设压力阈值的误差在可接受的范围内达到动态平衡，反之亦然。这样，稳定电压信号与当前压力信号在系统内形成闭环，实现有效的自动控制。

参考图6，其示出了根据本发明一实施例的汽车空调管内压力自动控制系统应用于PWM变速控制冷却风扇和定排量空调压缩机设备组合的一种实施方式的示意图。对于此类组合方式的汽车，PWM变速控制冷却风扇的工作电压固定，其转速与从PWM信号生成单元120输入给PWM变速控制冷却风扇的PWM信号占空比正相关或者负相关。对于定排量空调压缩机而言，空调系统工作时始终满负荷输出。在汽车空调管内压力控制过程中，处理单元140控制稳压输出单元130，输出电压给PWM变速控制冷却风扇和PWM信号生成单元120以使其通电工作。同时，处理单元140直接控制PWM信号生成单元120，使其输出（所设定的PWM信号工作频率和占空比）稳定的或者实时可变的PWM信号给PWM变速控制冷却风扇，从而调节PWM变速控制冷却风扇的输出功率，其与转速正相关。当通过传感器单元110实时测得的汽车空调管内压力大于预设压力阈值时，PWM信号生成单元120输出的PWM信号占空比增大（当占空比与风扇转速正相关时）或者降低（当占空比与风扇转速负相关时）。这时电压控制冷却风扇的转速会随之升高，冷却能力增强，前舱温度降低，当前压力值随之降低。当前压力值不断趋近于预设压力阈值，直到当前压力值与预设压力阈值的误差在可接受的范围内达到动态平衡，反之亦然。这样，稳定电压信号与当前压力信号在系统内形成闭环，实现有效的自动控制。

参考图7，其示出了根据本发明一实施例的汽车空调管内压力自动控制系统应用于PWM变速控制冷却风扇和PWM控制变排量空调压缩机设备组合的一种实施方式的示意图。对于此类组合方式的汽车，PWM变速控制冷却风扇的工作电压固定，其转速与从PWM信号生成单元120输入给PWM变速控制冷却风扇的PWM信号占空比正相关或者负相关。对于PWM控制变排量空调压缩机而言，空调系统工作时，空调压缩机的功率输出与到其的PWM信号占空比呈正相关或者负相关关系。在汽车空调管内压力控制过程中，处理单元140控制稳压输出单元130，输出电压给PWM变速控制冷却风扇和PWM信号生成单元120以使其通电工作。同时，处理单元140直接控制PWM信号生成单元120，使其输出（所设定的PWM信号工作频率和占空比）稳定的或者实时可变的PWM信号给PWM变速控制冷却风扇，从而调节PWM变速控制冷却风扇的输出功率，其与转速正相关。同时，处理单元140直接控制PWM信号生成单元120，使其输出（所设定的PWM信号工作频率和占空比）PWM信号给PWM控制变排量空调压缩机，使空调压缩机在某个稳定的或者实时可变的PWM信号（通常是任意的PWM工作频率，固定的PWM占空比，例如25%、50%、75%或100%，以实现空调压缩机1/4功率、半功率、3/4功率或者满功率输出）下工作。当通过传感器单元110实时测得的汽车空调管内压力大于预设压力阈值时，PWM信号生成单元120输出的PWM信号占空比增大（当占空比与风扇转速正相关时）或者降低（当占空比与风扇转速负相关时）。这时电压控制冷却风扇的转速会随之升高，冷却能力增强，前舱温度降低，当前压力值随之降低。当前压力值不断趋近于预设压力阈值，直到当前压力值与预设压力阈值的误差在可接受的范围内达到动态平衡，反之亦然。这样，稳定电压信号与当前压力信号在系统内形成闭环，实现有效的自动控制。

需要说明是，以上实施例是基于一个稳压输出单元和一个PWM信号生成单元120来描述的。本领域技术人员将理解，在其它实施例中，根据以上实施例的教导，能够预期或预测需要作出的相应的适应性的改变或替换。例如，采用一个以上的稳压输出单元和/或一个以上的PWM信号生成单元来分别生成多个稳定电压信号和/或多个PWM信号。并且，由稳压输出单元130生成的稳定电压的数量和性质以及由PWM信号生成单元生成的PWM信号的数量和性质可以根据需要控制的设备数量和参数而变化。

提供本文中提出的实施例和示例，以便最好地说明按照本技术及其特定应用的实施例，并且由此使本领域的技术人员能够实施和使用本发明。但是，本领域的技术人员将会知道，仅为了便于说明和举例而提供以上描述和示例。所提出的描述不是意在涵盖本发明的各个方面或者将本发明局限于所公开的精确形式。

Claims (9)

1.一种汽车空调管内压力自动控制系统，其特征在于，包括：

传感器单元，其用于接收表示空调管内压力的压力信号；

PWM信号生成单元，其用于生成PWM信号来控制PWM变速控制冷却风扇的转速；

稳压输出单元，其用于生成稳定电压信号来控制电压控制冷却风扇的转速，以及为所述PWM信号生成单元提供工作电压；以及

处理单元，其用于根据所述压力信号表示的空调管内压力值和预设压力阈值的比较来控制所述PWM信号生成单元和所述稳压输出单元，以使得所述空调管内压力值与所述预设压力阈值一致。

2.根据权利要求1所述的汽车空调管内压力自动控制系统，其中，所述处理单元在使得所述空调管内压力值与所述预设压力阈值一致的过程中使得所述空调管内压力值与所述预设压力阈值的差处于预设差值范围内。

3.根据权利要求1或2所述的汽车空调管内压力自动控制系统，其中，所述PWM信号生成单元还用于控制PWM控制变排量空调压缩机的输出排量。

4.根据权利要求3所述的汽车空调管内压力自动控制系统，其中，所述处理单元通过改变所述稳压单元所输出稳定电压的大小来控制所述电压控制冷却风扇的转速。

5.根据权利要求3所述的汽车空调管内压力自动控制系统，其中，所述处理单元通过改变所述PWM信号生成单元所生成的PWM信号的占空比来控制所述PWM变速控制冷却风扇的转速和/或所述PWM控制变排量空调压缩机的输出排量。

6.根据权利要求5所述的汽车空调管内压力自动控制系统，其中用于控制所述PWM控制变排量空调压缩机的PWM信号的占空比为25%、50%、75%和100%之一。

7.根据权利要求4或5所述的汽车空调管内压力自动控制系统，其中，所述传感器单元包括：

压力传感器，其用于将感测到的所述空调管内压力转换成模拟压力信号；

增益滤波器，其用于对所述模拟压力信号进行增益滤波；以及

模数转换器，其用于将滤波之后的模拟压力信号转换成数字压力信号。

8.根据权利要求4或5所述的汽车空调管内压力自动控制系统，其还包括人机交互单元，所述人机交互单元用于操作者与所述汽车空调管内压力自动控制系统之间的交互。

9.根据权利要求8所述的汽车空调管内压力自动控制系统，其中所述人机交互单元是触摸屏。

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