CN113879077B - 一种基于整车热负荷的空调冷凝器风机控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于整车热负荷的空调冷凝器风机控制方法，涉及汽车空调领域；空调冷凝器风机控制方法，包括如下步骤：S1、采集并根据车外环境温度和阳光强度计算鼓风机档位和压缩机转速；S2、计算制冷剂的稳态蒸发温度；S3、计算制冷剂的稳态蒸发压力；S4、计算制冷剂的最优冷凝压力；S5、计算制冷剂的最优冷凝温度；S6、计算稳态热负荷下制冷量；S7、计算冷凝器所需的散热总量及冷凝器风机的最优风量；S8、计算冷凝器风机的占空比，并根据占空比运行冷凝器风机；S9、预设周期后，重新计算当前的最优冷凝压力；采集并判断冷凝器实际压力与当前的最优冷凝压力差值与预设阈值的大小；本发明能够有效地提高空调冷凝器风机的控制精度。
Description
技术领域
本发明涉及汽车空调领域，尤其涉及一种基于整车热负荷的空调冷凝器风机控制方法。
背景技术
目前，市场上大多数车型空调冷凝器的风量控制是通过冷凝压力控制，或者再引入车速，来确定冷凝风扇的档位，而冷凝器风机一般两级或者无级控制。后者虽然引入车速信号和压力信号对冷凝器风机进行无级或多级调速，对空调系统的能耗和噪音都进行了提升，但其控制精度较差。
发明内容
本发明旨在解决现有的空调冷凝器风机控制精度较差的技术问题。
本发明提供一种基于整车热负荷的空调冷凝器风机控制方法，包括如下步骤：
S1、采集并根据车外环境温度和阳光强度计算鼓风机档位和压缩机转速；
S2、根据所述压缩机转速和所述鼓风机档位计算制冷剂的稳态蒸发温度；
S3、根据所述稳态蒸发温度计算所述制冷剂的稳态蒸发压力；
S4、根据所述稳态蒸发压力计算所述制冷剂的最优冷凝压力；
S5、根据所述最优冷凝压力计算所述制冷剂的最优冷凝温度；
S6、获取所述鼓风机档位对应的鼓风机风量，并根据所述鼓风机风量和压缩机转速计算稳态热负荷下制冷量；
S7、根据所述稳态热负荷下制冷量计算冷凝器所需的散热总量，并根据所述散热总量计算冷凝器风机的最优风量；
S8、根据所述最优风量和所述冷凝器风机的全速运行风量计算所述冷凝器风机的占空比，并根据所述占空比运行所述冷凝器风机；
S9、预设周期后，重新计算当前的所述最优冷凝压力；采集并判断冷凝器实际压力与当前的所述最优冷凝压力差值与预设阈值的大小；当所述差值大于所述预设阈值时，通过调大所述冷凝器风机档位，使得所述差值小于所述预设阈值。
进一步地，步骤S1中，所述鼓风机档位的计算方法如下：
其中，M为鼓风机档位；T为车外环境温度，单位℃；I为阳光强度，单位为w/㎡。
进一步地，步骤S1中，所述压缩机转速的计算方法如下：
N＝MROUND(0.0007×(T+0.028I)4-0.1084×(T+0.028I)3+5.4658×(T+0.028I)2-13.035×(T+0.028I)-674.85,100) 公式(2)
其中，N为压缩机转速，单位为rpm；T为车外环境温度，单位℃；I为阳光强度，单位为w/㎡。
进一步地，步骤S2中，所述稳态蒸发温度的计算方法如下：
te＝(1-N/(1500×M))×12-2 公式(3)
其中，te为稳态蒸发温度，单位为℃；N为压缩机转速，单位为rpm；M为鼓风机档位。
进一步地，步骤S3中，所述稳态蒸发压力的计算方法如下：
Pe＝300+10×te 公式(4)
其中，Pe为稳态蒸发压力，单位为kPa；te为稳态蒸发温度，单位为℃。
进一步地，步骤S4中，所述最优冷凝压力的计算方法如下：
Pc＝a×Pe 公式(5)
其中，Pc为所述最优冷凝压力，单位kPa；a为所述稳态蒸发压力下的最优压缩比。
进一步地，步骤S5中，所述最优冷凝温度的计算方法如下：
tc＝55+3×(Pc-1500)/100 公式(6)
其中，tc为所述最优冷凝温度，单位为℃；Pc为最优冷凝压力，单位为kPa。
进一步地，步骤S6中，所述稳态热负荷下制冷量的计算方法如下：
Qe＝-(-6.41×10-12×qve3+5.6×10-9×qve2-1.35×10-6×qve+1.6424×10-4)×N2+(-3.5×10-8×qve3+3×10-5×qve2-0.0053×qve+0.9763)×N+(4×10-5×qve3-0.03601×qve2+8.5581×qve-357.93) 公式(7)
其中，Qe为所述稳态热负荷下制冷量，单位为W；qve为所述鼓风机档位对应的风量，单位为m3/h；N为所述压缩机转速，单位为rpm。
进一步地，步骤S7中，所述散热总量的计算方法如下：
Qc＝Qe+P 公式(8)
其中，Qc所述散热总量，单位为W；Qe为所述稳态热负荷下制冷量，单位为W；P为压缩机功率，单位W。
进一步地，步骤S7中，所述最优风量的计算方法如下：
Qc＝kA(tc-(T′-T)/2) 公式(9)
Qc＝c×ρ×qvc(T′-T) 公式(10)
其中，
Qc为所述最优风量，单位为m3/h；tc为所述最优冷凝温度，单位为℃；T′为冷凝器的出口风温度，单位℃；T为所述车外环境温度，单位为℃；qvc为所述最优风量，单位为m3/h；N为所述压缩机转速，单位为rpm；c为空气比热容，单位为J/(kg·℃)；ρ为空气密度，单位为Kg/m3。
进一步地，步骤S8中，所述占空比的计算方法如下：
n＝100×qvc/qv 公式(11)
其中，n为所述占空比，单位为％；qvc为所述最优风量，单位为m3/h；qv为所述冷凝器风机全速运行时的风量，单位为m3/h。
进一步地，步骤S9中，还包括：判断所述冷凝器的实际压力值与压力上限值和压力下限值的大小；当所述冷凝器的实际压力值大于所述压力上限值或者小于所述压力下限值时，控制空调系统停机。
本发明的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本发明实施例中基于整车热负荷的空调冷凝器风机控制方法，包括如下步骤：S1、采集并根据车外环境温度和阳光强度计算鼓风机档位和压缩机转速；S2、根据所述压缩机转速和所述鼓风机档位计算制冷剂的稳态蒸发温度；S3、根据所述稳态蒸发温度计算所述制冷剂的稳态蒸发压力；S4、根据所述稳态蒸发压力计算所述制冷剂的最优冷凝压力；S5、根据所述最优冷凝压力计算所述制冷剂的最优冷凝温度；S6、获取所述鼓风机档位对应的鼓风机风量，并根据所述鼓风机风量和压缩机转速计算稳态热负荷下制冷量；S7、根据所述稳态热负荷下制冷量计算冷凝器所需的散热总量，并根据所述散热总量计算冷凝器风机的最优风量；S8、根据所述最优风量和所述冷凝器风机的全速运行风量计算所述冷凝器风机的占空比，并根据所述占空比运行所述冷凝器风机；S9、预设周期后，重新计算当前的所述最优冷凝压力；采集并判断冷凝器实际压力与当前的所述最优冷凝压力差值与预设阈值的大小；当所述差值大于所述预设阈值时，通过调大所述冷凝器风机档位，使得所述差值小于所述预设阈值；本发明通过所述车外环境温度和所述阳光强度计算所述鼓风机档位和所述压缩机转速，进而获得空调冷凝器中制冷剂的稳态蒸发温度、稳态蒸发压力，并计算制冷剂的最优冷凝压和最优冷凝温度，再计算出所述稳态热负荷下制冷量、散热总量和最优风量，最终得到所述冷凝器风机的占空比，根据所述占空比运行所述冷凝器风机，通过上述计算能够更精准的获取冷凝器风机的占空比，使得冷凝器散热量与整车热负荷匹配更合理；同时，定期重新计算所述最优冷凝压力，采集并判断所述冷凝器实际压力与当前所述最优冷凝压力差值与预设阈值的大小，通过调整所述冷凝器风机的档位，使得所述差值小于所述预设阈值，进一步地提高冷凝器风机占空比的控制精度。
附图说明
图1为本发明某一实施例中基于政策和热负荷的空调冷凝器风机控制方法流程示意图；
图2为本发明实施例中等效车外温度与压缩机转速的关系曲线图。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。
请参考图1，本发明的实施例提供了一种基于整车热负荷的空调冷凝器风机控制方法，包括如下步骤：
S1、采集并根据车外环境温度和阳光强度计算鼓风机档位和压缩机转速；
在此步骤中，分别通过温度传感器和阳光强度传感器采集所述车外环境温度和所述阳光强度；
S2、空调控制器根据所述压缩机转速和所述鼓风机档位计算制冷剂的稳态蒸发温度；
S3、空调控制器根据所述稳态蒸发温度计算所述制冷剂的稳态蒸发压力；
S4、空调控制器根据所述稳态蒸发压力计算所述制冷剂的最优冷凝压力；
S5、空调控制器根据所述最优冷凝压力计算所述制冷剂的最优冷凝温度；
S6、空调控制器获取所述鼓风机档位对应的鼓风机风量，并根据所述鼓风机风量和压缩机转速计算稳态热负荷下制冷量；
S7、空调控制器根据所述稳态热负荷下制冷量计算冷凝器所需的散热总量，并根据所述散热总量计算冷凝器风机的最优风量；
S8、空调控制器根据所述最优风量和所述冷凝器风机的全速运行风量计算所述冷凝器风机的占空比，并根据所述占空比运行所述冷凝器风机；
S9、预设周期后，空调控制器重新计算当前的所述最优冷凝压力；采集并判断冷凝器实际压力与当前的所述最优冷凝压力差值与预设阈值的大小；当所述差值大于所述预设阈值时，通过调大所述冷凝器风机档位，使得所述差值小于所述预设阈值。
在此步骤中，通过压力传感器采集冷凝器的实际压力；通过所述空调控制器判断所述冷凝器实际压力与当前的所述最优冷凝压力差值与预审阈值的大小；当所述差值大于所述预设阈值时，空调控制器控制调大所述冷凝器风机档位，使得所述差值小于所述预设阈值。
进一步地，所述预设周期为80～120s；所述预设阈值为135～165kPa。
示例性地，在本实施例中，所述预设周期为90s；所述预设阈值为150kPa。
具体地，步骤S1中，所述鼓风机档位的计算方法如下：
其中，M为鼓风机档位；T为车外环境温度，单位℃；I为阳光强度，单位为w/㎡。
通过将所述车外环境温度和所述阳光强度代入公式(1)中可以得到所述鼓风机档位M的值。
具体地，步骤S1中，所述压缩机转速的计算方法如下：
N＝MROUND(0.0007×(T+0.028I)4-0.1084×(T+0.028I)3+5.4658×(T+0.028I)2-13.035×(T+0.028I)-674.85,100) 公式(2)
其中，N为压缩机转速，单位为rpm；T为车外环境温度，单位℃；I为阳光强度，单位为w/㎡。
通过将所述车外环境温度和所述阳光强度代入公式(2)中可以得到所述压缩机转速N。
图2为等效车外温度与压缩机转速的关系曲线图，其关系式如下：
y＝0.0007x4-0.1084x3+5.4658x213.035x-674.85
其中，y为所述压缩机转速N；x为所述等效车外温度，且x＝T+0.028I。
将x代入上述公式即可得到公式(2)；由于压缩机只能以100的整数倍转速进行控制，故进行了取整，且所述压缩机转速在1000～6000rpm之间。
示例性地，在本实施例中，如果手动对汽车空调的温度档位进行调节，所述压缩机转速的修正系数为(1-0.07b)；其中，b为所述空调的实际温度档位与中间档位的差值；如果手动对所述鼓风机档位进行调节，对应的压缩机转速的修正系数为(1+0.1d)；其中，d为所述鼓风机的实际档位与前述鼓风机的计算档位的差值；则该空调实时压缩机转速的回归表达式为：
N＝MROUND((1+0.1d)×(1-0.07b)×(0.0007×(T+0.028I)^4-0.1084×(T+0.028I)^3+5.4658×(T+0.028I)^2-13.035×(T+0.028I)-674.85),100)
具体地，步骤S2中，所述稳态蒸发温度的计算方法如下：
te＝(1-N/(1500×M))×12-2 公式(3)
其中，te为稳态蒸发温度，单位为℃；N为压缩机转速，单位为rpm；M为鼓风机档位。
通过将所述鼓风机档位和所述压缩机转速代入公式(3)可以得到所述稳态蒸发温度。
具体地，步骤S3中，所述稳态蒸发压力的计算方法如下：
Pe＝300+10×te 公式(4)
其中，Pe为稳态蒸发压力，单位为kPa；te为稳态蒸发温度，单位为℃。通过将所述稳态蒸发温度代入公式(4)中可以得到所述稳态蒸发压力。
具体地，步骤S4中，所述最优冷凝压力的计算方法如下：
Pc＝a×Pe 公式(5)
其中，Pc为所述最优冷凝压力，单位kPa；a为所述稳态蒸发压力下的最优压缩比。
通过将所述稳态蒸发压力乘以最优压缩比a可以得到所述最优冷凝压力。
具体地，步骤S5中，所述最优冷凝温度的计算方法如下：
tc＝55+3×(Pc-1500)/100 公式(6)
其中，tc为所述最优冷凝温度，单位为℃；Pc为最优冷凝压力，单位为kPa。
通过将所述最优冷凝压力代入公式(6)可以得到所述最优冷凝温度。
具体地，步骤S6中，所述稳态热负荷下制冷量的计算方法如下：
Qe＝-(-6.41×10-12×qve3+5.6×10-9×qve2-1.35×10-6×qve+1.6424×10-4)×N2+(-3.5×10-8×qve3+3×10-5×qve2-0.0053×qve+0.9763)×N+(4×10-5×qve3-0.03601×qve2+8.5581×qve-357.93) 公式(7)
其中，Qe为所述稳态热负荷下制冷量，单位为W；qve为所述鼓风机档位对应的风量，单位为m3/h；N为所述压缩机转速，单位为rpm。
通过将所述鼓风机档位对应的风量和所述压缩机转速代入公式(7)可以得到所述稳态热负荷下制冷量。
示例性地，本实施例中，空调的制冷量与所述压缩机转速和所述鼓风机档位的关系如下表所示：
其中，上述表格中，一挡风的风量为160m3/h；二挡风的风量为260m3/h；三挡风的风量为320m3/h；四挡风的风量为400m3/h。
具体地，步骤S7中，所述散热总量的计算方法如下：
Qc＝Qe+P 公式(8)
其中，Qc所述散热总量，单位为W；Qe为所述稳态热负荷下制冷量，单位为W；P为压缩机功率，单位W。
通过将所述稳态热负荷下制冷量和所述压缩机功率代入公式(8)可以得到所述散热总量。
具体地，步骤S7中，所述最优风量的计算方法如下：
Qc＝kA(tc-(T′-T)/2) 公式(9)
Qc＝c×ρ×qvc(T′-T) 公式(10)
其中，
Qc为所述最优风量，单位为m3/h；tc为所述最优冷凝温度，单位为℃；T′为冷凝器的出口风温度，单位℃；T为所述车外环境温度，单位为℃；qvc为所述最优风量，单位为m3/h；N为所述压缩机转速，单位为rpm；c为空气比热容，单位为J/(kg·℃)；ρ为空气密度，单位为Kg/m3。
通过公式(9)和公式(10)可以计算得到所述最优风量和所述冷凝器的出口风温度。
具体地，步骤S8中，所述占空比的计算方法如下：
n＝100×qvc/qv 公式(11)
其中，n为所述占空比，单位为％；qvc为所述最优风量，单位为m3/h；qv为所述冷凝器风机全速运行时的风量，单位为m3/h。
具体地，步骤S9中，还包括：判断所述冷凝器的实际压力值与压力上限值和压力下限值的大小；当所述冷凝器的实际压力值大于所述压力上限值或者小于所述压力下限值时，控制空调系统停机。
示例性地，在本实施例中，所述压力上线值为3.2MPa；所述压力下限值为0.2MPa。
以上未涉及之处，适用于现有技术。
在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。
在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于整车热负荷的空调冷凝器风机控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、采集并根据车外环境温度和阳光强度计算鼓风机档位和压缩机转速；
S2、根据所述压缩机转速和所述鼓风机档位计算制冷剂的稳态蒸发温度；
S3、根据所述稳态蒸发温度计算所述制冷剂的稳态蒸发压力；
S4、根据所述稳态蒸发压力计算所述制冷剂的最优冷凝压力；
S5、根据所述最优冷凝压力计算所述制冷剂的最优冷凝温度；
S6、获取所述鼓风机档位对应的鼓风机风量，并根据所述鼓风机风量和压缩机转速计算稳态热负荷下制冷量；
S7、根据所述稳态热负荷下制冷量计算冷凝器所需的散热总量，并根据所述散热总量计算冷凝器风机的最优风量；
S8、根据所述最优风量和所述冷凝器风机的全速运行风量计算所述冷凝器风机的占空比，并根据所述占空比运行所述冷凝器风机；
S9、预设周期后，重新计算当前的所述最优冷凝压力；采集并判断冷凝器实际压力与当前的所述最优冷凝压力差值与预设阈值的大小；当所述差值大于所述预设阈值时，通过调大所述冷凝器风机档位，使得所述差值小于所述预设阈值。
2.根据权利要求1所述的基于整车热负荷的空调冷凝器风机控制方法，其特征在于，步骤S1中，所述鼓风机档位的计算方法如下：
其中，M为鼓风机档位；T为车外环境温度，单位℃；I为阳光强度，单位为w/㎡。
3.根据权利要求1所述的基于整车热负荷的空调冷凝器风机控制方法，其特征在于，步骤S1中，所述压缩机转速的计算方法如下：
N＝MROUND(0.0007×(T+0.028I)4-0.1084×(T+0.028I)3+5.4658×(T+0.028I)2-13.035×(T+0.028I)-674.85,100) 公式(2)
其中，N为压缩机转速，单位为rpm；T为车外环境温度，单位℃；I为阳光强度，单位为w/㎡。
4.根据权利要求1所述的基于整车热负荷的空调冷凝器风机控制方法，其特征在于，步骤S2中，所述稳态蒸发温度的计算方法如下：
te＝(1-N/(1500×M))×12-2 公式(3)
其中，te为稳态蒸发温度，单位为℃；N为压缩机转速，单位为rpm；M为鼓风机档位。
5.根据权利要求1所述的基于整车热负荷的空调冷凝器风机控制方法，其特征在于，步骤S3中，所述稳态蒸发压力的计算方法如下：
Pe＝300+10×te 公式(4)
其中，Pe为稳态蒸发压力，单位为kPa；te为稳态蒸发温度，单位为℃。
6.根据权利要求5所述的基于整车热负荷的空调冷凝器风机控制方法，其特征在于，步骤S4中，所述最优冷凝压力的计算方法如下：
Pc＝a×Pe 公式(5)
其中，Pc为所述最优冷凝压力，单位kPa；a为所述稳态蒸发压力下的最优压缩比。
7.根据权利要求1所述的基于整车热负荷的空调冷凝器风机控制方法，其特征在于，步骤S5中，所述最优冷凝温度的计算方法如下：
tc＝55+3×(Pc-1500)/100 公式(6)
其中，tc为所述最优冷凝温度，单位为℃；Pc为最优冷凝压力，单位为kPa。
8.根据权利要求1所述的基于整车热负荷的空调冷凝器风机控制方法，其特征在于，步骤S6中，所述稳态热负荷下制冷量的计算方法如下：
Qe＝-(-6.41×10-12×qve3+5.6×10-9×qve2-1.35×10-6×qve+1.6424×10-4)×N2+(-3.5×10-8×qve3+3×10-5×qve2-0.0053×qve+0.9763)×N+(4×10-5×qve3-0.03601×qve2+8.5581×qve-357.93) 公式(7)
其中，Qe为所述稳态热负荷下制冷量，单位为W；qve为所述鼓风机档位对应的风量，单位为m3/h；N为所述压缩机转速，单位为rpm。
9.根据权利要求1所述的基于整车热负荷的空调冷凝器风机控制方法，其特征在于，步骤S7中，所述散热总量的计算方法如下：
Qc＝Qe+P 公式(8)
其中，Qc所述散热总量，单位为W；Qe为所述稳态热负荷下制冷量，单位为W；P为压缩机功率，单位W。
10.根据权利要求1所述的基于整车热负荷的空调冷凝器风机控制方法，其特征在于，步骤S7中，所述最优风量的计算方法如下：
Qc＝kA(tc-(T′-T)/2) 公式(9)
Qc＝c×ρ×qvc(T′-T) 公式(10)
其中，
Qc为所述最优风量，单位为m3/h；tc为所述最优冷凝温度，单位为℃；T′为冷凝器的出口风温度，单位℃；T为所述车外环境温度，单位为℃；qvc为所述最优风量，单位为m3/h；N为所述压缩机转速，单位为rpm；c为空气比热容，单位为J/(kg·℃)；ρ为空气密度，单位为Kg/m3。
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