CN201457361U - 一种汽车节能控制器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种汽车节能控制器，所述控制器采用单片机控制技术设计，由至少一个单片机系统及其外围扩展电路组成，包括取样信号输入模块、键盘模块、存储模块、显示模块、节能控制输出模块、数据交换模块、主控制芯片及其必要外围电路等。通过所述节能控制器对汽车的各设备进行监测与智能化控制，判断出汽车工作运行过程中的热能及机械能过剩的时机，利用过剩的热能与机械能进行蓄热、蓄冷、蓄电，使汽车可以在各种节能模式及普通模式下工作，最终达到节能减排的目的。

Description

一种汽车节能控制器

技术领域

本实用新型涉及一种汽车节能控制器，特别是关于汽车微电脑控制系统、汽车节能减排等方面的技术，属于汽车电子控制技术领域。

背景技术

在寒冷天气，汽车在驻车时容易冻坏水箱，同时在低温下启动发动机很困难，对发动机的磨损也较大，一些驻车加热系统可以解决这些问题，但是需要燃烧燃料，不利于节能减排。

普通汽车在使用空调时，必须启动发动机，虽然有些技术方案在发动机熄火后可以使用空调，但是这些方案功能单一或没有考虑节能减排因素。如在200720010103.1号实用新型说明书公布的方案中只有蓄热功能，没有蓄冷功能，且不能在发动机水箱散热之前蓄热，当发动机运行时间较短时，蓄热效果较差；又如03111807.0号的发明专利公布的方案中，只能够蓄冷，没有蓄热功能，没有防冻、预热发动机的功能，且没有节能效果。

在汽车行驶过程中，特别是在下坡路段刹车减速时，将燃烧燃料得到的机械能变成刹车片上的热量，白白浪费掉，不利于节能减排。目前还没有较好的方法利用汽车过剩的机械能。

实用新型内容

本实用新型的目的就是为了解决上述的各种问题，对汽车的节能设备进行控制，最终达到节能减排的目的，具有如下功能：

1)自动对汽车的工作状态进行监控，判断出汽车能量过剩时机，充分利用汽车工作运行时过剩的热能和机械能进行蓄冷、蓄热、蓄电，可减少车用电器、汽车空调工作所需要消耗的燃料。

2)在熄火后汽车空调可以利用存储的冷水或热水进行制冷或制热。

3)利用存储的热水自动防止冷却水结冻以及在启动前预热发动机。

如附图3示，首先是对汽车的各系统进行改进，采取措施对汽车的控制系统、动力系统、冷却水系统、空调系统、发电机充电系统进行改进与调整，增加一个节能控制器、一个保温水箱4、一个水冷式热交换器5，还增加或更换节能模式下各系统工作时所必要的水冷式风机盘管M2、管道、四通阀6、电磁阀F1-F6、电动水泵1-2、传感器、继电器及相关配件，将空调系统的制冷剂热交换系统改进为水冷式热交换系统。

通过节能控制器对上升改进后的汽车各系统进行监测与控制，判断出汽车行驶过程中的热能及机械能过剩的时机，利用过剩的热能与机械能进行蓄热、蓄冷、蓄电，使汽车可以在各种节能模式及普通模式下工作，最终达到节能减排的目的。所述节能模式包括夏季节能模式、冬季节能模式、强制蓄能模式。

本节能控制器采用单片机控制技术设计，对改进后汽车的各设备进行智能化控制.本说明书主要针对节能控制器的工作原理、结构及其与汽车各设备的连接关系进行说明.

所述节能设备包括：汽车动力系统、空调系统、冷却水系统、发电机充电系统等经改进后的的相关设备。

所述节能控制器由至少一个单片机系统及其外围扩展电路组成，包括取样信号输入模块201、键盘模块202、存储模块203、显示模块204、节能控制输出模块205、数据交换模块206、主控制芯片及其必要外围电路等。所述控制器的取样信号输入模块201与汽车相应取样电路及取样元件连接，节能控制输出模块205与继电器连接。

所述取样信号输入模块201包括：A/D电路、I/O及扩展电路；所述节能控制输出模块205包括：I/O及扩展电路、继电器驱动电路；所述取样信号输入模块201及节能控制输出模块205都预留有富余的外接端子。所述取样电路包括蓄电瓶蓄电取样电路、空调开关电路、发动机启动电路。所述的取样元件包括温度传感器、制动传感器、挡位传感器、离合器传感器、油门传感器；所述温度传感器包括发动机温度传感器R1、散热水箱温度传感器R2、换热器温度传感器R3、保温水箱温度传感器R4、风机盘管温度传感器R5。

节能控制器还包括一个数据交换模块206，所述节能控制器的数据交换模块206通过总线与汽车其它控制系统连接(比如空调控制系统)，相互交换数据信息，共享硬件或软件资源，比如共享显示器、按键、遥控、继电器、传感器等硬件及相关软件。所述数据交换模块206包括一个外部数据交换接口，包括RS-232、RS-422、RS-485、USB等各种接口方式的接口，可用于方便与PC机及其它系统联机。

所述节能控制器包括一个无线遥控接收模块及与之配套的无线遥控发射装置，以及还包括一个定时控制模块。键盘模块202的按键包括节能模式选择键、参数设置键。节能模式选择键包括冬季节能模式键、夏季节能模式键、强制节能键、普通模式键。所述显示模块204包括显示电路以及节能状态指示灯、LED显示器或LCD显示器等可以显示文字、图案、数字的电路及元器件。所述存储模块包括内部存储器或外部存储器及相关电路，用于存储相关数据与软件程序。

所述节能控制输出模块205通过继电器分别与电磁阀、水泵、充电电路、发动机启动电路、空调离合器、风机盘管、怠速提升机构相连接；如果空调系统装配有四通阀，节能控制输出模块205还通过继电器与四通阀6连接。在对大电流电路的控制时，所述继电器通过控制大电流继电器的电磁线圈达到控制目的。对于需要连续变量控制的设备，不能通过继电器进行控制时，节能控制输出模块增加D/A电路，输出连续变量控制电压，对相关设备进行控制。

节能控制器的工作模式包括夏季节能模式、冬季节能模式、强制蓄能模式以及普通模式，可以根据汽车运行情况，通过按键进行选择切换；所述冬季节能模式包括蓄热节能模式、充电节能模式、驻车模式；所述在夏季节能模式包括蓄冷节能模式、充电节能模式、驻车模式；不论冬季或夏季，汽车行驶在较长下坡时可以人工切换为强制蓄能模式；当汽车停车熄火后自动转换为驻车模式。在上述各种节能模式下，当机械能过剩期间，空调的怠速提升机构均不工作，直到机械能过剩状态解除。

当切换为普通模式时，除控制器根据发动机水温高低控制电磁阀F1开启/关闭外，汽车其它各设备工作在没有改进前的普通状态。

所述汽车是指汽油车、柴油车、混合动力汽车等各种至少具有蓄电瓶、空调、水冷式发动机的各种大小车辆.

所述空调是指常见的非独立式汽车空调系统，对于采用独立式空调系统的汽车，其冷却水系统、发电机充电系统可以采用本技术方案，但是空调系统的改进措施及工作流程有一些变化，这里不做详细说明。

所述电磁阀是指可以通过电压控制水流开启、关闭的水阀；

所述水泵为直流电动循环水泵，不工作时仍可以通过水流；

所述空调离合器是指用于控制空调压缩机是否带负荷工作的电磁控制机构，对于采用外部控制式变排量压缩机的汽车空调，该控制机构为排量控制阀。

所述蓄热是指低温天气下在保温水箱中存储高温冷却水，蓄冷是指高温天气下在保温水箱中存储低温冷却水，蓄电是指在蓄电瓶中存储电能。

本文所述的机械能过剩是指：汽车正常行驶过程中，如果汽车没有处于空挡或倒挡，或者没有踩下油门踏板或离合器踏板，且在需要制动减速的时候，则汽车处于机械能过剩状态。

当汽车处于机械能过剩状态时，一旦挡位处于空挡、倒挡，或者踩下油门踏板、离合器踏板，节能控制器获得空挡信号、倒挡信号、油门信号、离合器分离信号之一，则判断为机械能过剩状态解除。

本文所述的“油”泛指各种燃料，所述油门踏板是指用于人工控制发动机燃料供给的装置，踩下即增加燃料供给，同时产生油门信号。

本实用新型具有结构简单、控制准确、操作方便的特点，能够做到对汽车智能化节能控制，与汽车的节能设备相结合，使汽车具有节能减排的功能，可以用于节能汽车的设计、生产或改装。

附图说明

附图1为案例1中的节能控制器的结构方框图；附图2为所述节能控制器与外部输入/输出设备连接关系示意图；附图3为汽车的部分节能设备装配结构示意图；附图4为节能控制器软件的主程序流程图；附图5为节能控制器的冬季节能模式程序流程图；附图6为节能控制器的夏季节能模式程序流程图；附图7为节能控制器的充电节能模式程序流程图；附图8为节能控制器的驻车模式程序流程图；上述各附图非标准图。

具体实施方式

本说明书主要针对本实用新型的特征技术，通过3个实施案例，对本实用新型的原理及结构及连接关系进行必要的说明，对于特征技术中可以理解的部分细节以及已知技术不作具体说明。

案例1

如附图1所示，节能控制器采用M68HC系列单片机结构，由取样信号输入模块201、键盘模块202、存储模块203、显示模块204、控制信号输出模块205、数据交换模块206、M68HC16芯片及其必要的外围电路等组成。

所述显示模块204采用LED数码管显示器及相关显示电路，还包括节能状态指示灯。

所述键盘模块的按键采用轻触键，包括节能模式选择键、参数设置键，其中节能模式选择键包括冬季节能模式键、夏季节能模式键、强制节能键、普通模式键。参数设置键用于预设各种模式下的各参数设定值。

如附图2所示，节能控制器的取样信号输入模块201通过信号输入端连接温度传感器R1-R5、制动传感器D1、挡位传感器D2、离合传感器D3、发动机启动电路D4、空调开关电路D5、油门传感器D6、蓄电瓶正负极等；节能控制器的节能控制输出模块205连接继电器，所述继电器置于控制器内部，通过输出控制端分别连接并控制发动机启动开关Q1、电磁阀F1-F6、水泵1-2、充电开关K1、压缩机离合器7、四通阀6、风机盘管M2、怠速提升机构Q2等设备；因部分电磁阀或水泵必须同时工作，故可以连接在一起进行控制，以减少继电器数量。所述取样信号输入模块201或节能控制输出模块205均预留有富余的外接端子，以方便以后功能扩展需要。

所述温度传感器包括发动机温度传感器R1、散热水箱温度传感器R2、换热器温度传感器R3、保温水箱温度传感器R4、风机盘管温度传感器R5。

本节能控制器有一个数据交换接口RS-232，用于与外部交换数据；

所述节能控制器适用于对附图3中所示的汽车节能设备进行控制；

节能控制器软件主程序流程如附图4所示；

系统初始化及设定值检测后，进入汽车工作状态检测；通过温度传感器、制动传感器D1、挡位传感器D2、离合传感器D3、发动机启动电路D4、空调开关电路D5、油门传感器D6及取样电路对汽车的行驶状态、发动机冷却系统、空调系统、发电机充电系统、传动系统的工作状态进行实时监测；

通过按键选择不同的节能工作模式，可以在冬季节能模式、夏季节能模式、强制蓄能模式、普通模式之间选择切换，节能控制器根据不同的工作状态输出各种控制信号，通过继电器控制各系统相应设备的开启与关闭，达到保护汽车与节能减排的目的。

在冬季节能模式下的程序流程如附图5所示。

发动机启动前为驻车模式，汽车启动后，即进入蓄热节能模式；

当发动机M1温度低于节能控制器的设定值a时，电磁阀F1、F2、F3、F4关闭，发动机冷却水在内部小循环；

当发动机M1温度高于设定值a时，电磁阀F2、F3、F4打开，将热水存储在保温水箱4中。

当发动机温度进一步升高至设定值b时，电磁阀F1打开，发动机冷却水在散热器3中散热，这时，F2、F3、F4间歇地工作，保温水箱4蓄热。

在汽车行驶过程中，当汽车的机械能过剩时，压缩机M3、四通阀6、电磁阀F4、F6、水泵2工作，空调系统通过水冷式换热器5对保温水箱4中的冷却水加热，保温水箱4蓄热，直到机械能过剩状态解除。

在冬季节能模式下使用空调制热，如果保温水箱4中水温高于设定值h，则电磁阀F4、F5、水泵1及风机盘管M2工作；如果保温水箱4中水温低于设定值h，则电磁阀F2、F3、F5、风机盘管M2工作，其它电磁阀及水泵关闭，使空调能够在发动机启动不久即可快速地输出暖风。

所述设定值h可以在30-100℃之间设定。

夏季节能模式的程序流程如附图6所示。

发动机启动前为驻车模式，发动机启动后，即进入蓄冷节能模式；

汽车行使过程中，如果汽车处于机械能过剩状态，不论是否已开启空调，空调离合器7通电，空调压缩机工作，怠速提升机构Q2关闭，电磁阀F4、F6打开，水泵2工作，空调系统利用汽车行驶中过剩的机械能，通过制冷系统的热交换器5对冷却水进行冷却，把冷却水存储在保温水箱4中，直到汽车机械能过剩状态解除。

在夏季节能模式下使用空调，如果保温水箱4的水温低于设定值c时，电磁阀F4、F5打开，水泵1工作，空调利用保温水箱的低温水制冷。当保温水箱4的水温高于设定值c时，不论是否刹车，空调制冷系统均工作，怠速提升机构Q2启动，电磁阀F5、F6打开，风机盘管M2及水泵2工作，经过制冷后的冷却水直接供给风机盘管M2，空调快速输出凉风。

驻车模式的程序流程如附图8所示。

冬季驻车时间较长后，冷却水系统中有一个温度传感器温度下降至设定值d时，电磁阀F1-F6及水泵1自动开启，利用保温水箱4的热水对发动机M1、散热水箱3、水冷式换热器5、风机盘管M2加热，直到冷却水系统各点温度上升至设定值f，防止冷却水结冰。

如果驻车时间过长，保温水箱4中的水温低于设定值f时，发动机启动开关Q1工作，自动启动发动机工作，直到保温水箱4中的水温上升至设定值a时停机。

在汽车启动前，需要对发动机M1进行预热，如果发动机3的水温低于保温水箱4的水温，电磁阀F2、F3、F4及水泵1开启，直到发动机M1与保温水箱4的温度接近或者发动机已启动为止。

所述设定值a在80-90℃之间设定；设定值b在90-120℃之间设定；设定值c在0-30℃之间设定；设定值d稍高于冷却水结冰温度，在-35℃-0℃之间设定；设定值f高于设定值d，在-35℃-0℃之间设定。

在所述充电节能模式下，如附图3所示，在充电电路中增加一个继电器开关K1，在冬季或夏季节能模式下都可以执行充电节能模式。

其程序流程如附图7所示。

汽车正常行驶中，如蓄电瓶A内电量大于设定值e以上时，继电器K1断开，发电机无负荷；当蓄电瓶A内电量低于设定值e时，不论是否刹车，继电器K1均接通，对电瓶充电，以保证蓄电瓶的基本电量储备；在减速刹车时，如果蓄电瓶A的蓄电量没有充至最大值时，继电器K1接通，发电机对蓄电瓶A充电，直到蓄电瓶A充满或者松开刹车。

所述设定值e为蓄电瓶能够保证启动发动机以及其它用电设备正常工作的基本电量，一般小于电瓶额定值，所述额定值为蓄电瓶的最大蓄电量。

强制蓄能模式的程序流程见图4所示，在冬季或夏季节能模式下，如果汽车行驶在较长下坡路段时，可按下强制蓄能按键，使汽车工作在强制蓄能模式，汽车立即进行蓄电、蓄热或蓄冷，不受是否刹车的影响，直到汽车的机械能过剩状态解除或者人为解除强制蓄能模式。

本案例中使用的单片机控制技术，其中各模块的硬件及软件的相关细节为已有技术，所属技术领域的人员可以理解，本文不再具体说明。

案例2

如附图1或2所示，本实例的特征是采用PIC系列单片机结构，由取样信号输入模块201、存储模块203、显示模块204、控制信号输出模块205、键盘202、PIC18F4320芯片及其必要的外围电路等组成.

可以理解，根据需要，所述主控芯片还可以采用其它抗干扰性强、能在恶劣环境下工作的高性能的单片机芯片，比如PIC、MDT20XX、AVR、EM78、M68HC、MCS 96、51等各系列芯片。节能控制器可以采用一个主控芯片，当单只芯片不满足使用要求时，可采用多芯片组合结构。

本案例的程序流程与案例1基本相同，所属技术领域的技术人员对此可以理解，不作具体阐述。

案例3

如附图1或2所示，节能控制器采用案例1或者案例2相同或类似的单片机基本结构，包括由取样信号输入模块201、键盘模块202、存储模块203、显示模块204、节能控制输出模块205、数据交换模块206、主控制芯片及其必要的外围电路等组成。其特征在于，还包括一个定时控制模块、一个无线遥控接收模块及与之配套的无线遥控发射装置。

所述节能控制器增加了遥控与定时模块，包括增加相关程序软件，可通过遥控或定时控制发动机的预热或启动。通过键盘202可以设定控制器的定时时间，通过显示模块204显示设定的定时参数。

单片机遥控或定时技术为所属技术领域的人员可以理解的已知技术，这里不作详细说明。

Claims (10)

1.一种汽车节能控制器，由至少一个单片机系统及其扩展电路组成，其特征在于，包括取样信号输入模块(201)、键盘模块(202)、存储模块(203)、显示模块(204)、节能控制输出模块(205)、数据交换模块(206)、主控制芯片及其必要外围电路，所述取样信号输入模块(201)与汽车相应取样电路及取样元件连接，节能控制输出模块(205)与继电器连接。

2.根据权利要求1所述的节能控制器，其特征在于，所述取样信号输入模块(201)包括：A/D电路、I/O及扩展电路；所述节能控制输出模块(205)包括：I/O及扩展电路、继电器驱动电路；所述取样信号输入模块(201)及节能控制输出模块(205)都预留有富余的外接端子。

3.根据权利要求1所述的节能控制器，其特征在于，所述节能控制器的数据交换模块(206)通过总线与汽车其它控制系统连接，相互交换数据信息，共享硬件或软件资源。

4.根据权利要求1所述的节能控制器，其特征在于，所述的取样元件包括温度传感器、制动传感器、挡位传感器、离合器传感器、油门传感器；所述取样电路包括蓄电瓶蓄电取样电路、空调开关电路、发动机启动电路；所述节能控制输出模块(205)通过继电器分别与电磁阀、水泵、充电电路、发动机启动电路、空调离合器、风机盘管、怠速提升机构相连接；如果空调系统装配有四通阀，节能控制输出模块(205)还通过继电器与四通阀(6)连接。

5.根据权利要求4所述的温度传感器，其特征在于，所述温度传感器包括发动机温度传感器(R1)、散热水箱温度传感器(R2)、换热器温度传感器(R3)、保温水箱温度传感器(R4)、风机盘管温度传感器(R5)。

6.根据权利要求1所述的节能控制器，其特征在于，所述节能控制器包括一个无线遥控接收模块及与之配套的无线遥控发射装置，以及还包括一个定时控制模块。

7.根据权利要求1所述的数据交换模块(206)，其特征在于，所述数据交换模块(206)包括一个外部数据交换接口。

8.根据权利要求1所述的键盘模块(202)，包括键盘电路、触摸键或轻触键，其特征在于，其中的按键包括节能模式选择键、参数设置键。

9.根据权利要求8所述的节能模式选择键，其特征在于，包括冬季节能模式键、夏季节能模式键、强制节能键、普通模式键。

10.根据权利要求1所述的显示模块(204)，其特征在于，包括显示电路以及节能状态指示灯、LED显示器或LCD显示器。

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