CN111852815A - 压缩机的控制装置、压缩机及空调系统 - Google Patents

Abstract

一种压缩机控制模块CCM，适于控制可变排量斜盘压缩机的输出，包括：直接计算或从如HVAC控制单元的外部源接收信号，其指示来自可变排量斜盘压缩机的期望或要求输出，即控制目标或设定值；接收值的当前/实际值；接收或计算可变排量斜盘压缩机的斜盘相对于旋转轴线的当前旋转速度和角度或当前活塞冲程长度及其往复频率；可选地接收或计算压缩机、空调系统或来自车辆的额外当前值；确定来自可变排量斜盘压缩机的期望或要求输出与可变排量斜盘压缩机的当前输出之间的差；和向阀驱动单元输出一信号，其将调整斜盘(48)的角度，以使可变排量斜盘压缩机的实际输出更接近或等于在步骤a)中获得的期望或要求输出，还考虑在c)和d)中接收或计算的额外值。

Description

压缩机的控制装置、压缩机及空调系统

技术领域

本申请涉及用于控制可变排量斜盘压缩机的操作的压缩机控制模块、包括该压缩机控制模块的可变排量斜盘压缩机以及空调系统。

背景技术

通常，用于车辆的空调系统配备有用于冷却和/或加热的制冷剂压缩循环系统。制冷剂压缩循环的核心是在制冷剂循环中压缩和流通制冷剂的压缩机。压缩机通常配置成将蒸发器中的压力保持在较低水平。蒸发器中的压力与节流到蒸发器中的饱和制冷剂的温度直接有关，因此，通过将压力保持较低，压缩机将蒸发器中的温度保持较低。

可变排量斜盘式压缩机在车辆空调系统中很受欢迎。可变排量斜盘压缩机通常由车辆发动机驱动的皮带驱动。可以通过改变斜盘的角度来调整压缩机输出(比如压缩机负载或压缩机对流体所做的功)。

可变排量斜盘压缩机配置成使得旋转斜盘的倾斜角度影响压缩活塞的往复长度。斜盘的倾斜角度通常又通过改变可变排量斜盘压缩机的曲柄室与其吸入室之间的压力差来调节。即，当通过将高压工作流体从排出室引向曲柄室而使曲柄室中的压力增加时，曲柄室与吸入室之间的压力差(Pc-Ps)增加，并且斜盘角度减小(即垂直于主轴移动)，从而活塞的冲程减小。因此，当曲柄室中的压力减小时，斜盘角度增大并且活塞的冲程增大，从而导致压缩机质量流量增大。

现有技术中的可变排量斜盘压缩机的曲柄室通过通常称为“放气口”的固定孔与吸入室恒定连通。在控制阀关闭曲柄室和排出室之间的通道的情况下，由于放气口，曲柄室中的压力降低，直到其达到吸入室中的压力。这将使斜盘的倾斜角度增加到最大，因此使活塞的冲程增加到最大，从而增加压缩机质量流量。

斜盘角度的现有技术控制是通过调节高压工作流体从排出室到曲柄室的流量来完成的。

所得曲柄箱压力与吸入压力之间的主要压差(Pc-Ps)限定斜盘角度。

现有技术的这种配置是众所周知的且很简单，但具有缺点。吸入室和曲柄室之间的放气口导致压力损失，否则其可用于冷却。

另一缺点是现有技术控制在某些条件下趋于不稳定。

由所谓的“外部控制的可变压缩机”使用的电子控制阀通常包括由电子致动器比如螺线管驱动的致动杆。致动杆根据螺线管的接通/关断来移动阀体。外部控制的可变压缩机可以调整蒸发器的出口处的温度，优选在高达12℃的范围内。通过调节蒸发器中的温度，可以优化AC系统用于冷却负载，从而提高冷却效率并降低功耗。

此外，由于在一些实施例中电动控制阀可以控制斜盘垂直于主轴，从而将压缩机的输出/负载设定为最小，因此可以省去用于打开/关闭压缩机的机构(通常是离合器)，从而简化结构并降低制造成本。

现有技术通常涉及吸入压力的开环调节。供暖通风和空调(HVAC)系统为压缩机设定期望吸入压力。将期望吸入压力转换为用于压缩机的电子控制阀的某个驱动信号，该信号设定斜盘位置，从而设定压缩机的输出/负载。通常不测量吸入压力。HVAC控制仅将车厢温度和蒸发器出风口温度用作控制值。该结构大部分是稳定的，但由于未测量吸入压力，因此没有反馈达到实际吸入压力。因此，由于摩擦，该系统易于产生静态误差和磁滞效应。

发明内容

本申请是韩国专利申请KR10-2018-0010891中公开的发明的延续，并且公开了一种压缩机控制模块(CCM)以进一步改善压缩机的调节，其中可以根据所需的冷却效果调节吸入压力。

本公开包括连接可变排量斜盘压缩机的吸入室和曲柄室的第一连通通道(在KR10-2018-0010891中称为“P1”)和连接可变排量斜盘压缩机的排出室和曲柄室的第二连通通道(在KR10-2018-0010891中称为“P2”)。它还公开了一种四通控制阀，用于选择性地打开和关闭第一连通通道和第二连通通道，从而可以关闭或基本关闭放气口(bleed port)。

通过允许在两个方向上调节压力，可以减小或关闭放气口，从而大大提高效率。然而，关闭放气口使系统较不稳定，控制阀开度的小变化可能会导致斜盘角度的大变化。关闭或基本关闭放气口提高效率，但会使系统控制起来很复杂。本发明描述了一种解决方案，该解决方案在放气口关闭或基本减少的情况下如何精确地控制压缩机。

该目的通过权利要求1的压缩机控制模块(CCM)、权利要求10的可变排量斜盘压缩机以及权利要求14的空调系统来解决。

特别地，该目的通过一种压缩机控制模块CCM来解决，其适于控制可变排量斜盘压缩机的输出，其中CCM适于：

a)直接计算信号或从例如HVAC控制单元这样的外部源接收信号，该信号指示来自可变排量斜盘压缩机的期望或要求输出，也称为控制目标或设定值，例如但不限于吸入压力、活塞冲程长度、蒸发器出口空气温度、制冷剂质量流量和/或对流体所做的功；

b)接收在a)中描述的值的当前/实际值；

c)分别接收或计算可变排量斜盘压缩机的斜盘的相对于旋转轴线的当前旋转速度和角度或者当前活塞冲程长度及其往复频率；

d)可选地接收或计算压缩机、空调系统的或来自车辆的额外当前值，比如排出压力、曲柄箱压力、吸入压力与曲柄箱压力之间的压力差、蒸发器出口空气温度和发动机速度；

e)确定来自可变排量斜盘压缩机的期望或要求输出与可变排量斜盘压缩机的当前输出之间的差；以及

f)向阀驱动单元输出一信号，该信号将调整斜盘的角度，以使可变排量斜盘压缩机的实际输出更接近于或等于在步骤a)中获得的期望或要求输出，还要考虑在c)和d)中接收或计算的额外值。

优点包括在放气口关闭或显著减小的情况下精确控制压缩机，。

可以在操作期间有利地调整一个或多个控制器的控制器参数。这可取决于某些系统变量(比如Ps、活塞冲程长度、RPM、Pd、蒸发器空气出口温度、湿度等)。

在一实施例中，压缩机控制模块CCM适于重复步骤a)至f)，直到可变排量斜盘压缩机的当前输出更接近于或等于来自a)的期望或要求输出；并且

其中CCM优选地适于以给定的顺序执行步骤a)至f)。

在一实施例中，CCM还适于基于在c)和/或d)中接收的一个或多个值来操纵在步骤a)中接收的可变排量斜盘压缩机的期望或要求输出。

对于步骤a)，CCM可适于接收可变排量斜盘压缩机的期望或要求输出(控制目标值)，并基于在c)和/或d)中接收的一个或多个值来操纵该值。

在一实施例中，曲柄室压力与吸入压力差(Pc-Ps)之间的上和/或下阈值差被存储，同时活塞冲程长度的导数不为零或不同于零附近的某个公差带，其中超过上阈值将导致斜盘(SWP)角度增加，并且其中低于下阈值将导致SWP角度减小；并且

其中上和/或下阈值差或者上和/或下阈值差的函数用于精确的SWP角度控制。

在一实施例中，将压缩机旋转速度和/或其导数被前馈至CCM，以便调整一个和/或一个以上控制器回路的输入和/或输出，以改善压缩机RPM变化情况下的动态性能。

在一实施例中，去往阀驱动单元的信号至少部分地由模型预测控制(MPC)、IMC、如神经网络这样的在线预测控制器和/或多输入单输出(MISO)控制器的输出产生。

在一实施例中，去往阀驱动单元的信号至少部分地由PID控制器的输出产生，其中在步骤e)中的经确定差优选为到PID控制器的输入信号。

在一实施例中，基于压缩机的一个或多个经测量或经计算值，比如吸入室压力和/或排出室压力和/或活塞冲程长度和/或活塞往复频率和/或控制阀的开度，来至少部分地调整PID控制器的至少一个增益参数

在一实施例中，与吸入室压力较高时相比，当吸入室压力低时，P参数和/或I参数和/或D参数较低；和/或

与排出室压力较低时相比，当排出室压力高时，P参数和/或I参数和/或D参数较低；和/或

与活塞冲程长度较高时相比，当活塞冲程长度低时，P参数和/或I参数和/或D参数较高。

在一实施例中，CCM是可变排量斜盘压缩机的组成部分。

在一实施例中，可变排量斜盘压缩机在任何吸入室和曲柄室之间不包括放气口或放气阀，或者不包括具有减小直径的放气口。

在一实施例中，可变排量斜盘压缩机包括至少一个速度-冲程传感器，其中速度-冲程传感器可以适于监测可变排量斜盘压缩机的一个或多个活塞的往复速度和活塞冲程长度的量并将此测量结果发送到CCM，其中，CCM适于基于一个或多个活塞的行程量来计算斜盘的当前角度和/或可变排量斜盘压缩机的活塞冲程长度，并且基于活塞的往复速度来计算斜盘和压缩机旋转速度(RPM)。

在一实施例中，可变排量斜盘压缩机包括电子控制阀(100)，其连接到所述CCM并且适于响应于在步骤f)从CCM接收到输出信号而将压力从曲柄室(21)引向一个或多个吸入室(31)或者从排出室(33)引向可变排量斜盘压缩机的曲柄室(21)，从而改变斜盘(48)的角度。

在一实施例中，可变排量斜盘压缩机是空调系统的一部分。

在一实施例中，空调系统用于汽车中，进一步其中，

CCM或空调系统适于操作为由汽车的使用者通过控制可变排量斜盘压缩机的吸入压力或冷却剂输出来确保汽车的车厢中的温度维持在期望或设定温度。

在一实施例中，可变排量斜盘压缩机的期望输出是对冷却剂所做的功的量，并且其保持恒定，而与可变排量斜盘压缩机的驱动力和旋转速度无关。

为了计算目标值，可以考虑其他外部信号，如外部空气条件(比如温度和湿度)、车辆的日照负载(sun load)以及蒸发器空气出口温度的目标值和实际值。

可变排量斜盘压缩机可在任何吸入室和曲柄室之间不包括放气口或放气阀，或者至少包括直径减小的放气口或放气阀。

通过移除放气口或放气阀或减小其直径，由于减少了内压力损失而提高了压缩机的效率，因此可以节省燃料。

在步骤f)从CCM输出的信号可能会导致可变排量斜盘压缩机改变曲柄室中的压力，以改变斜盘的角度，从而增加或减小来自可变排量斜盘压缩机的流体的输出(比如压缩机质量流量输出)。

在步骤f)从CCM输出的信号可影响阀驱动单元(其对驱动阀体的致动器进行驱动以打开连通通道之一)。第一通道打开PcPs并增加角度。第二通道打开PdPc以减小斜盘角度。

可变排量斜盘压缩机可包括至少一个速度-冲程传感器，其中速度-冲程传感器可以适于监测可变排量斜盘压缩机的一个或多个活塞的活塞冲程长度和往复速度的量并将此测量结果发送到CCM，其中CCM适于基于一个或多个活塞的行程量来计算斜盘的当前角度和/或可变排量斜盘压缩机的活塞冲程长度，并且基于活塞的往复速度来计算斜盘和压缩机旋转速度(RPM)。

可变排量斜盘压缩机可包括至少一个曲柄室压力传感器，其中CCM(可选地)适于将该信息用于步骤d)。

可变排量斜盘压缩机可包括测量吸入压力的至少一个吸入压力传感器，其中CCM可适于将该信息用于步骤b)。

可变排量斜盘压缩机可包括，测量曲柄箱压力和吸入压力之间压力差的至少一个增量压力传感器，其中CCM(可选地)适于将该信息用于步骤d)。

CCM(或CCM控制算法的一部分)可以集成到AC系统控制器(AC ECU)中。这样可以降低成本。

TXV可以通过调整质量流量来控制蒸发器过热温度。压缩机控制可能与蒸发器温度密切相关的吸入压力。

CCM的控制算法可以位于PCBA上，该PCBA包括微控制器、阀驱动单元、电源、读取传感器的输入单元和用于向AC ECU和/或发动机ECU传递信息和/或从中接收信息的通信单元。

附图说明

从以下结合附图的详细描述中，本公开的上述及其他方面、特征和优点将变得更加明显，其中：

图1是表示包括第一连通通道P1、第二连通通道P2以及控制阀100的可变排量斜盘压缩机的内部结构的剖视图；

图2是表示第一和第二连通通道的开度随着阀体的运动而变化的曲线图；

图3示出了根据本发明实施例的闭环控制的示意图；

图4是表示在增大图1所示实施例中的斜盘的倾斜角度的过程中吸入压力和阀开度的变化的曲线图；

图5是表示在减小图1所示实施例中的斜盘的倾斜角度的过程中吸入压力和阀开度的变化的曲线图；

图6示出了可用于CCM中以控制可变排量斜盘压缩机的电流输出的方法的流程图；

图7示出了根据本发明实施例的控制；

图8示出了根据本发明实施例的控制；

图9示出了根据本发明实施例的控制；

图10示出了根据本发明实施例的控制。

具体实施方式

为了提高可控制性，可能需要前馈功能，这意味着将压缩机RPM值用作控制器的输入，以便改善压缩机RPM变化时的动态性能。

在一实施例中，压缩机RPM和/或其导数用作用于前馈功能的输入，以便调整目标活塞冲程长度值，例如通过增加或减少某些值。

在一实施例中，调整也可发生在控制电路的不同位置处，例如在控制器输出值处。

还可以针对图7、图8和图9使用前馈功能，以进一步改善动态性能。可使用额外Ps信息来防止蒸发器结冰。

在某些实施例中，取决于某些系统变量(比如Ps、活塞冲程长度、RPM、Pd、蒸发器空气出口温度、湿度等)，在操作期间调整一个或多个控制器的控制器参数可能是有利的。

例如，取决于当前Ps和/或Pd和/或活塞冲程长度和/或控制阀的开度(openlevel)，可以调整PID参数(比例、积分和微分参数)。如果Ps较低，则与Ps压力较高的情况相比，P参数和/或I参数和/或D参数可以不同，因为对于较高Ps，从曲柄室吸出的控制气体较少。如果Pd较高，则与Pd压力较低的情况相比，P参数和/或I参数和/或D参数可以较低，因为对于较高Pd，会向曲柄室输送更多的控制气体。

如果活塞冲程长度短，则与较大冲程情况相比，P参数和/或I参数和/或D参数可以较高。

取决于外控制回路的控制偏差，调整I参数以增加控制器的响应可以是有利的。例如，如果控制偏差大于预定义极限，则与较小控制偏差相比，可将I参数设定为更大的值。

此外，为了改善可控制性，对于本文描述的任何实施例，前馈功能可以是有利的。

这是因为快速RPM变化导致Ps增大或减小。在不将这些RPM变化用作控制器的输入值的情况下，由于吸入压力响应非常慢(与系统相关)，因此控制器对此类RPM变化的响应非常慢。在这种情况下，Ps压力在逻辑上变化，这会由于Ps水平/质量流量的意外斜变(ramp)而导致能耗增加。

压缩机RPM值用作用于控制器的输入，以改善压缩机RPM变化时的动态性能。

例如，压缩机RPM和/或其导数可以用作前馈功能的输入，以便调整一个和/或一个以上控制器回路的输入和/或输出。

尽管上面描述了示例性实施例，但本公开的范围不限于特定实施例，并且本公开可以在权利要求书所述的范围内适当地改变。例如，吸入压力传感器401可以设置在压缩机的吸入室、蒸发器的出口端以及蒸发器与压缩机之间的工作流体管之一处。

尽管在示例中提到了级联控制、PI、PID，但本领域技术人员可以视情况使用任何其他类型或构造的控制机制，比如模型预测控制(MPC)、IMC、如神经网络这样的在线预测控制器、多输入单输出(MISO)控制器。

以下，参照附图，详细描述根据本公开的压缩机控制模块(CCM)的实施例、具有该CCM的可变排量斜盘压缩机以及包括该CCM的空调系统以及该空调系统。

图1中示出了可变排量斜盘压缩机的示例。该示例可变排量斜盘压缩机可包括：中心孔11，其形成为穿过气缸壳体10的中心；以及多个气缸孔13，其形成为围绕中心孔11穿过气缸。活塞15可以可移动地设置在气缸孔13中，并在气缸孔13中压缩工作流体。

前壳体20可联接至气缸壳体10的端部。前壳体20可与气缸壳体10一起在其中形成曲柄室21。在后壳体30中可以形成选择性地与气缸孔13连通的吸入室31。吸入室31可将待压缩的工作流体传输到气缸孔13中。

排出室33可以形成在后壳体30中。四通控制阀100可以设置在后壳体30的一侧。控制阀100通过交替地调整曲柄室21与吸入室31之间的流动路径(P1)的开度以及排出室33与曲柄室21之间的流动路径(P2)的开度来调整斜盘48的角度。

旋转轴40可旋转地设置为穿过气缸壳体10的中心孔11和前壳体20的轴孔23。旋转轴40可通过来自发动机(未示出)的动力旋转。旋转轴40可通过轴承42可旋转地设置在气缸壳体10和前壳体20中。

在曲柄室21中设置有转子44，其具有穿过其中心的旋转轴40，以与旋转轴40一体地旋转。转子44形成为大致圆盘状并固定在旋转轴40上，且突出铰链臂(未示出)可形成在转子44的一侧。

斜盘48可以铰接到旋转轴40上的转子44以一起旋转。斜盘48可以设置为使得角度根据压缩机的排出容量(discharge capacity)而相对于旋转轴40可变。即，斜盘48可以在垂直于旋转轴40的轴线的位置和以相对于旋转轴40倾斜预定角度的位置之间移动。斜盘48可以在边缘处通过滑靴(未示出)连接至活塞15。即，斜盘48的边缘通过滑靴连接到活塞15的连接部分17，从而通过斜盘48的旋转而使活塞15在缸孔13中往复。

提供弹性的半倾斜弹簧(未示出)可以设置在转子44和斜盘48之间。半倾斜弹簧可以围绕旋转轴40的外侧设置并且提供弹性以使得斜盘48的倾斜角度减小。

在图1中，将连接曲柄室21和吸入室31的路径定义为第一连通通道P1，将连接到排出室33和曲柄室21的路径定义为第二连通通道P2。这些通道在图1中用箭头表示，并且由于吸入室、曲柄室和排出室之间的压力差，工作流体沿箭头指示的方向流动。

当第一连通通道P1打开时，曲柄室和吸入室彼此连通，使得曲柄室中的压力降低。因此，斜盘的倾斜角度增加，从而活塞的冲程增加。此外，当第二连通通道P2打开时，曲柄室和排出室彼此连通，使得曲柄室中的压力增加。因此，斜盘的倾斜角度减小并且活塞的冲程减小。

参考图2，横轴表示四通控制阀的阀体的运动距离，纵轴表示第一连通通道(P1)和第二连通通道(P2)的开度。

在左侧区域中示出了，当阀体向下移动时，第二连通通道P2逐渐关闭，直到其完全关闭。在右侧区域中示出了，当阀体向下移动时，第一连通通道P1逐渐打开。第一和第二连通通道的打开和关闭相反的部分出现在原点周围的区域中，并且应当注意，优选地，不存在两个连通通道都打开的部分，因为这将导致制冷流体经由曲柄室的大量泄漏。为了便于控制，也会不完全关闭放气口。这将导致两个通道同时稍微打开。这增加了可控性。

在该实施例中，控制阀不使用图2所示的整个部分，而是在“控制部分”指示的区域中操作。取决于从排出室到活塞上方的曲柄室的泄漏，大多数控制部分位于这样的部分中：调整第一连通通道P1的打开/关闭。这与现有技术相反，在现有技术中，通过打开排出室和曲柄室之间的通道来进行控制。

控制阀的控制的目标可以是实现HVAC系统要求的某个吸入室压力。为了在放气口关闭的情况下提高所实现的吸入压力的精度，可以在制冷循环的蒸发器侧(优选在压缩机的吸入室中)包括压力传感器。传感器测量吸入压力。可以进一步包括具有控制器(比如PI/PID控制器)的控制单元，并且控制单元配置为调整控制阀，以关闭目标与实际吸入压力之间的间隙。闭环中吸入压力的反馈提高了吸入压力控制的稳定性和准确性。然而，制冷循环中相当长的延迟可能会导致可控性问题，并使控制变得复杂。

如图3所示，压缩机控制模块(CCM)可以是车辆供暖通风和空调(HVAC)系统的一部分。

HVAC控制模块可以接收乘客冷却需求。HVAC控制模块进而为CCM提供目标值，其控制压缩机的控制阀。传感器值反馈回CCM，以改善压缩机的控制。

压缩机会影响蒸发器中的压力和蒸发器空气出口温度，可以对其进行测量并将其提供给HVAC控制模块。

来自斜盘角度测量的反馈可以比来自吸入压力传感器的反馈更快。通常，来自斜盘角度的反馈可以比响应于压缩机负载变化而来自吸入压力传感器的反馈快得多。

使用传感器来提供用于计算当前斜盘位置和/或压缩机质量流量的信息解决了与制冷循环延迟有关的问题。另外，通过测量斜盘角度，显著减少由比如因斜盘摩擦造成的滞后引起的问题。这样可以更快、更准确地控制压缩机。

图4是表示根据本发明一实施例的对增加的冷却需求作出响应的吸入压力调整和阀开度变化的曲线图。由于用户的选择或其他原因，需要增强的冷却效果。CCM(和/或HVAC系统)确定用于实现相应冷却效果的吸入压力，并相应地设置目标吸入压力。目标吸入压力被输入到控制单元。吸入压力设定值在图4中用虚线表示。

然后，控制单元通过将电流施加到电磁致动器来将控制输入施加到电动控制阀，使得第一连通通道P1的开度增加。当第一连通通道P1增加时，曲柄室和吸入室彼此连通，使得曲柄室中的压力降低。斜盘的倾斜角度增加，因此活塞的冲程增加。这增加了压缩机的负载(假设斜盘的旋转速度恒定)，并且导致制冷循环的蒸发侧的压力降低。降低了被测量的吸入压力，并且使用控制器的控制算法，控制单元配置为调整对控制阀的输入，以便保持目标吸入压力。

图5是表示根据本发明一实施例的在减小活塞冲程过程中的吸入压力变化和阀开度变化的曲线图。由于用户的选择或其他原因，减少了所需的冷却。为了减少冷却，可以减小活塞的冲程长度，如上所述。为此，控制单元(比如AC ECU)确定可获得相应冲程时的吸入压力，并将吸入压力设定为目标吸入压力。吸入压力设定值在图5中用虚线表示。当目标吸入压力值变为较高值(即较低冷却)时，根据控制单元的指令来减小或阻止施加到电磁致动器的电流，因此第一连通通道关闭且第二连通通道打开。当第二连通通道P2打开时，曲柄室和排出室彼此连通，使得曲柄室中的压力增加。因此，斜盘的倾斜角度减小并且活塞的冲程减小。压缩机的输出降低，从而导致蒸发器温度降低。

以上涉及螺线管致动器。技术人员可容易地调整本发明，以使用步进致动器或任何其他合适的致动器。

如果P2通道打开的时间足够长，则曲柄室中的压力将与排出压力相同，使得斜盘的倾斜角度减小到其最小值。在压缩机不将吸入压力保持较低的情况下，蒸发器中的压力会由于加热以及经由热膨胀阀进入的额外制冷剂而升高。当吸入压力达到目标值时，将再次向致动器施加电流，以增加冲程长度来维持适当的吸入压力。

如图4和5所示，在固定吸入压力(stationary suction pressure)下会需要恒定水平的P1开度，以补偿在气缸内部向曲柄室中的泄露。

提供可用于计算当前压缩机质量流率的信息的示例传感器包括提供关于斜盘旋转速度和角度的信息的传感器。

提供可用于计算当前斜盘角度和/或压缩机质量流率的信息的传感器的另一示例包括，提供关于活塞往复频率和冲程长度的信息的传感器。当前斜盘角度和/或压缩机质量流率可以其他方式被测量和/或计算。

斜盘旋转速度可以与活塞往复频率相同。斜盘角度可以从活塞冲程长度导出，该活塞冲程长度来自关于包括斜盘和活塞结构的压缩机构造的预设数据。

图6描绘了可由CCM通过以下步骤来用于控制可变排量斜盘压缩机的输出(例如当前的压缩机功)的方法的流程图：

a)直接计算信号或从外部源(例如HVAC控制单元)接收(610)信号，该信号表示来自可变排量斜盘压缩机的期望或要求输出，例如但不限于吸入压力、活塞冲程长度、蒸发器出口空气温度、制冷剂质量流量和/或对流体所做的功；

b)接收(620)在a)中描述的值的当前值/实际值；

c)分别接收或计算(630)可变排量斜盘压缩机的斜盘的相对于旋转轴线的当前旋转速度和角度或者当前活塞冲程长度及其往复频率；

d)可选地接收或计算(640)压缩机、空调系统或来自车辆的额外当前值，如排出压力、曲柄箱压力、吸入压力与曲柄箱压力之间的压力差、蒸发器出口空气温度、发动机速度，但不限于此；

e)确定(650)来自可变排量斜盘压缩机的期望输出或要求输出与可变排量斜盘压缩机的当前输出之间的差；以及

f)向阀驱动单元输出(660)信号，该信号将调整斜盘的角度，以使可变排量斜盘压缩机的实际输出更接近于或等于在步骤a)中获得的期望输出或要求输出，还要考虑在c)和d)中接收或计算的额外值。

在可包括使用来自额外传感器的输入信号的闭环控制中，本CCM可以驱动控制阀，以调整Pc和Ps之间的压力比，以调节斜盘角度和压缩机的输出。

在一示例中，CCM包含自动控制算法，其包括内回路，该内回路调节控制阀致动器，以实现由外控制回路以级联方式设定的某个斜盘角度和/或压缩机排出速率。内回路可通过来自传感器的输入而关闭，该输入提供测量，以用于确定斜盘角度或当前压缩机排出速率。与来自吸入压力传感器的延迟相比，该延迟可以相对较小，例如远远低于一秒的延迟。

图7中示出了利用调节斜盘角度的内回路来调节吸入压力的一实施例。内回路可以包括调节活塞冲程长度的PID控制器。内控制回路反馈延迟时间通常远低于一秒。

外回路可包括制冷循环和对相对于来自HVAC控制系统的目标Ps设定点来调节Ps的PID控制器。内回路可包括活塞冲程长度反馈。外回路可包括来自制冷循环的吸入侧(优选在压缩机的吸入室中)的压力传感器的Ps传感器反馈。

外回路中的延迟比内回路中更长，取决于A/C系统。活塞冲程长度反馈比仅使用吸入压力测量反馈快得多。测量活塞冲程长度可以显著改善控制系统的稳定性和响应时间。直接的活塞冲程长度反馈还克服了由摩擦引起的对斜盘运动的可控性困难。可测量斜盘的错误位置，并相应地调整控制阀开度，直到实现正确的斜盘角度。

另外，可以在操作之前和/或操作过程中监测斜盘位置，并且如果斜盘没有如预期那样对控制阀变化的变化作出想赢，则可以检测到某个故障。

示例CCM还可以包括活塞往复速度传感器。来自活塞往复速度传感器的测量可以以前馈方式将有关活塞往复频率的信息提供给内和/或外控制器，以预先制止发动机rpm变化，从而允许调整控制阀，使得冲程长度补偿增加的活塞往复频率，以使置于流体上的工作负载保持恒定。如果发动机速度突然增加，则增加的压缩机速度将前馈到例如内回路，并且冲程长度减小，从而防止压缩机输出的峰值。否则，峰值会导致扭矩峰值和不必要的冷却，并浪费能量。

作为示例，可以通过从至少一个速度-冲程传感器(比如在欧洲专利申请19159899.4中描述的速度-冲程传感器)接收的信号来计算活塞的活塞往复循环频率和活塞冲程长度。

在不使用关于斜盘的旋转速度的信息(比如前馈斜盘旋转速度)的情况下，只有在吸入压力发生变化后控制器才能识别出压缩机速度的变化。在这种情况下，如果压缩机的速度由于发动机rpm的变化而增加，则空调系统的冷却效果将太高，直到吸入压力稳定在较高的期望水平/值附近，导致乘客不适感和能量浪费。通过感测并响应压缩机旋转速度的变化(比如通过前馈)，CCM可以更早地对速度变化做出反应。

活塞定位传感器和活塞速度传感器的示例包括涡电流传感器、气缸压力传感器、霍尔传感器、磁阻传感器、基于电容的传感器和基于电感的传感器。

通过在级联控制器的内控制电路中使用与斜盘角度相对应的活塞冲程长度信息，可以直接控制活塞冲程长度。这大大提高了控制质量。

也可以使用曲柄室压力和吸入室压力值之间的差(Pc-Ps)代替第二控制回路的活塞长度信息。

图8描绘了根据本发明实施例的控制。包括了附加传感器以测量曲柄室压力。根据图8计算出曲柄箱压力与吸入压力之间的压力差(Pc-Ps)，并将其用作第三控制器的实际值。

为了改变斜盘(SWP)角度，Pc和Ps之间的压力差(Pc-Ps)必须低于或高于某些阈值。较低的Pc-Ps压力值会增加SWP角度，较高的Pc-Ps压力值会减小SWP角度。

如果Pc-Ps在上下阈值之间，则SWP由于静摩擦而根本不运动。

使用Pc-Ps进一步改善响应时间和控制质量方面的控制行为，因为Pc-Ps直接负责斜盘运动。

图8中的第一控制器的输入是吸入室目标压力值与测量的吸入室压力值之间的差(以“barA”计)。

第一控制器的输出信号表示与测量值比较的目标活塞冲程长度。其差值用作第二控制器的输入(以“mm”计)。第二控制器使用该差值来输出曲柄室和吸入室之间的目标压力差(Pc-Ps)。

将第二控制器的此输出信号与测量的Pc-Ps值进行比较，并将差值用作对第三控制器的输入，其调节电动控制阀，以达到该值。

第二控制器的输出值(其是Pc-Ps值)没有上限或下限，并且取决于第二控制器的控制偏差(输入)及其控制参数。

图9描绘了根据本发明实施例的控制。由于用于增大和减小SWP角度的Pc-Ps阈值取决于不同的参数(RPM、冲程、摩擦、温度等)，因此了解准确的阈值是一个优势。

例如，在某些条件下，控制器调节压缩机以减小SWP角度(通过打开PdPc通道，而PsPc通道保持关闭状态)。如果Pd很高，或者如果在这种情况下PID参数具有相当大的增益，则通过PdPc通道的控制气体量会相当巨大，从而导致高Pc压力增加，因此Pc-Ps压力也会迅速增加，并且将会远远超过当前的Pc-Ps阈值(其可能不适合这种情况下的操作条件)。SWP角度减小得太快，结果是控制器需要校正SWP角度。在某些情况下，此行为可能会导致斜盘角度的振荡。通过在操作期间(在线/实时)准确确定Pc-Ps阈值，可以克服此问题。

通过测量活塞冲程长度(与SWP角度有关)以及Pc和Ps压力，可以确定当前操作状态下的实际Pc-Ps阈值。

在SWP角度变化时(即其导数不为零或不同于零附近的某个公差带)，相应的Pc-Ps值在逻辑上为当前下Pc-Ps阈值或当前上Pc-Ps阈值，并被存储在“下阈值变量”或“上阈值变量”中。

这可以永久完成，意味着Pc-Ps阈值被不断更新。“第二控制器”使用这些阈值来精确控制SWP角度运动。

图10描绘了根据本发明实施例的控制。HVAC控制单元将活塞冲程长度作为目标值提供给CCM。在这种情况下，单个控制器就足以控制活塞冲程长度。

Claims (16)

1.一种压缩机控制模块CCM，其适于控制可变排量斜盘压缩机的输出，其中，所述CCM适于：

a)直接计算或从例如HVAC控制单元这样的外部源接收一信号，该信号指示来自可变排量斜盘压缩机(30)的期望或要求输出，例如但不限于吸入压力、活塞冲程长度、蒸发器出口空气温度、制冷剂质量流量和/或对流体所做的功；

b)接收在a)中描述的值的当前/实际值；

c)分别接收或计算可变排量斜盘压缩机的斜盘(48)的相对于旋转轴线的当前旋转速度和角度或者当前活塞冲程长度及其往复频率；

d)可选地接收或计算压缩机、空调系统的或来自车辆的额外当前值，比如排出压力、曲柄箱压力、吸入压力与曲柄箱压力之间的压力差、蒸发器出口空气温度和/或发动机速度；

e)确定来自可变排量斜盘压缩机的期望或要求输出与可变排量斜盘压缩机的当前输出之间的差；以及

f)向阀驱动单元输出一信号，该信号将调整斜盘(48)的角度，以使可变排量斜盘压缩机的实际输出更接近于或等于在步骤a)中获得的期望或要求输出，还要考虑在c)和d)中接收或计算的额外值。

2.根据权利要求1所述的CCM，其还适于重复步骤a)至f)，直到所述可变排量斜盘压缩机的当前输出更接近于或等于来自a)的期望或要求输出；并且

其中，所述CCM优选地适于以给定的顺序执行步骤a)至f)。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的CCM，其中，所述CCM还适于基于在c)和/或d)中接收的一个或多个值来操纵在步骤a)中接收的所述可变排量斜盘压缩机的期望或要求输出。

4.根据前述权利要求中任一项所述的压缩机控制模块CCM，其中，曲柄室压力与吸入压力差(Pc-Ps)之间的上和/或下阈值差被存储，同时活塞冲程长度的导数不为零或不同于零附近的某个公差带，其中超过上阈值将导致斜盘(SWP)角度增加，并且其中低于下阈值将导致SWP角度减小；和

其中，所述上和/或下阈值差或者所述上和/或下阈值差的函数用于精确的SWP角度控制。

5.根据前述权利要求中任一项所述的压缩机控制模块CCM，其中，将压缩机旋转速度和/或其导数被前馈至所述CCM，以便调整一个和/或一个以上控制器回路的输入和/或输出，以改善压缩机RPM变化情况下的动态性能。

6.根据前述权利要求中任一项所述的压缩机控制模块CCM，

其中，去往阀驱动单元的信号至少部分地由模型预测控制(MPC)、IMC、如神经网络这样的在线预测控制器和/或多输入单输出(MISO)控制器的输出产生。

7.根据前述权利要求中任一项所述的压缩机控制模块CCM，

其中，去往阀驱动单元的信号至少部分地由PID控制器的输出产生，其中，在步骤e)中的经确定差优选为到PID控制器的输入信号。

8.根据权利要求7所述的压缩机控制模块CCM，

其中，基于压缩机的一个或多个经测量或经计算值，比如吸入室压力和/或排出室压力和/或活塞冲程长度和/或活塞往复频率和/或控制阀的开度，来至少部分地调整PID控制器的至少一个增益参数。

9.根据权利要求8所述的压缩机控制模块CCM，

其中，与吸入室压力较高时相比，当吸入室压力低时，P参数和/或I参数和/或D参数较低；和/或

与排出室压力较低时相比，当排出室压力高时，P参数和/或I参数和/或D参数较低；和/或

与活塞冲程长度较大时相比，当活塞冲程长度小时，P参数和/或I参数和/或D参数较高。

10.一种可变排量斜盘压缩机，其中，前述权利要求中任一项的CCM是所述可变排量斜盘压缩机的组成部分。

11.根据权利要求10所述的可变排量斜盘压缩机，其中，所述可变排量斜盘压缩机在任何吸入室(31)和曲柄室(21)之间不包括放气口或放气阀，或者不包括具有减小直径的放气口。

12.根据权利要求10或11所述的可变排量斜盘压缩机，其中，所述可变排量斜盘压缩机包括至少一个速度-冲程传感器，其中，所述速度-冲程传感器可以适于监测可变排量斜盘压缩机的一个或多个活塞的往复速度和活塞冲程长度的量并将此测量结果发送到CCM，其中，CCM适于基于一个或多个活塞的行程量来计算斜盘的当前角度和/或可变排量斜盘压缩机的活塞冲程长度，并且基于活塞的往复速度来计算斜盘和压缩机旋转速度(RPM)。

13.根据权利要求10至12中任一项所述的可变排量斜盘压缩机，其中，所述可变排量斜盘压缩机包括电子控制阀(100)，其连接到所述CCM并且适于响应于在步骤f)从CCM接收到输出信号而将压力从曲柄室(21)引向一个或多个吸入室(31)或者从排出室(33)引向可变排量斜盘压缩机的曲柄室(21)，从而改变斜盘(48)的角度。

14.一种空调系统，包括根据权利要求10至13中任一项所述的可变排量斜盘压缩机。

15.根据权利要求14所述的空调系统，其中，所述空调系统用于汽车中，进一步其中，

所述CCM或空调系统适于操作为由汽车的使用者通过控制可变排量斜盘压缩机的吸入压力或冷却剂输出来确保汽车的车厢中的温度维持在期望或设定温度。

16.根据权利要求14或15所述的空调系统，其中，

所述可变排量斜盘压缩机的期望输出是对冷却剂所做的功的量，并且其保持恒定，而与可变排量斜盘压缩机的驱动力和旋转速度无关。

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