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CN106394175A - 一种电动汽车用手动空调的压缩机控制系统 - Google Patents

一种电动汽车用手动空调的压缩机控制系统 Download PDF

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汤皓茗
冯杰
周洪
吴颉
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Abstract

本发明提供一种电动汽车用手动空调的压缩机控制系统，包括压缩机控制模块、整车控制器、压缩机驱动模块、电动压缩机。压缩机控制模块包括微处理器、CAN收发器、电源模块、接口电路；压缩机控制模块的微处理器根据风量档位信号数值、混合气体浓度数值、乘员舱温度值调节电动压缩机的实时合适转速。本发明根据乘员舱不同温度、驾驶员控制的混合气体浓度和风量大小通过公式计算得出压缩机应运行的适合转速，其控制简单有效，提高了乘客的舒适度，达到了节能效果。

Description

一种电动汽车用手动空调的压缩机控制系统
技术领域
本发明专利涉及本发明涉及电动汽车的制冷系统，特别针对电动压缩机的控制，主要用于电动汽车手动空调的制冷系统的控制。
背景技术
在电动汽车中，制冷系统的关键零部件—空调压缩机通常为电驱动式的。电动压缩机在电动汽车中算是大功率器件，在电动汽车续航里程普遍偏低的情况下，怎样使电动压缩机以最节能的方式工作成了一个重要课题。目前，车载空调的电动压缩机大多以最高转速运转，当乘员舱达到合适温度后又以最低转速运行。该方式控制下的电动压缩机耗能高，且由于压缩机转速变化突然带来的振动和声音变化，影响乘员舱的舒适性。
发明内容
本发明的目的是提供一种不影响乘员舱的舒适性、又能达到节能效果的电动汽车用手动空调的压缩机控制系统。
为达到上述目的，本发明技术方案如下：一种电动汽车用手动空调的压缩机控制系统，包括压缩机控制模块、整车控制器、压缩机驱动模块、电动压缩机。所述压缩机控制模块与所述整车控制器、压缩机驱动模块间电性连接；所述压缩机驱动模块与所述整车控制器、电动压缩机间电性连接；所述压缩机控制模块与汽车的车辆空调控制面板上的A/C开关、风量档位开关、混合气体浓度档位开关，以及汽车内部的蒸发器温度传感器、乘员舱温度传感器间电性连接。所述压缩机控制模块包括微处理器、CAN收发器、电源模块、接口电路。所述压缩机控制模块与所述整车控制器、压缩机驱动模块间电性连接方式为双通道串行接口的CAN总线；所述CAN收发器设置于所述压缩机控制模块与所述整车控制器、压缩机驱动模块间的电路上。所述接口电路连接在所述微处理器与汽车的车辆空调控制面板上的A/C开关、风量档位开关、混合气体浓度档位开关，以及汽车内部的蒸发器温度传感器、乘员舱温度传感器间；所述微处理器根据风量档位信号数值、混合气体浓度数值、乘员舱温度值调节所述电动压缩机的实时最佳转速；上述风量档位信号数值、混合气体浓度数值、乘员舱温度值与所述电动压缩机的实时最佳转速成正对应关系。
进一步的，所述微处理器自带A/D转换数据接口，将乘员舱温度信号向下取整转换为数字值；将风量档位的1、2、3、4这四个档位信号转换为1、2、3、4这四个数值；将混合气体浓度等级a、b、c、d、e五个等级信号转换为5、4、3、2、1这五个数值。
进一步的，所述微处理器采用STM32F407芯片。
进一步的，所述高速CAN收发器采用TJA1042T
进一步的，所述微处理器、CAN收发器、接口电路由所述电源模块供电。
进一步的，所述微处理器外部连接有时钟电路。
有效增益：本发明根据乘员舱不同温度、驾驶员控制的混合气体浓度和风量大小通过公式计算得出压缩机应运行的适合转速，其控制简单有效，且因为压缩机的转速变化线性而不会带来振动及声音上的突变，能达到节能效果；解决了车载空调的电动压缩机工作时以最高转速运转，当乘员舱达到合适温度后又以最低转速运行的耗能和舒适度问题。
附图说明：
图1本发明结构框图；
图2是本发明中，微处理器所用芯片的节点图；
图3是本发明中，微处理器与整车控制器及压缩机驱动模块间的CAN通信连接电路图；
具体实施方式
一种如图1所示的电动汽车用手动空调的压缩机控制系统，包括压缩机控制模块1、整车控制器2、压缩机驱动模块3、电动压缩机4。压缩机控制模块1与整车控制器2、压缩机驱动模块3间电性连接；压缩机控制模块1与整车控制器2、压缩机驱动模块3间电性连接方式为双通道串行接口的CAN总线。压缩机驱动模块3与整车控制器2、电动压缩机4间电性连接，压缩机驱动模块3将动力电池的两相直流电转换为可供电动压缩机4工作的三相交流电，在压缩机驱动模块3的驱动下对空调系统管路中的制冷介质进行压缩。压缩机控制模块1与汽车的车辆空调控制面板上的A/C开关、风量档位开关、混合气体浓度档位开关，以及汽车内部的蒸发器温度传感器、乘员舱温度传感器间电性连接。整车控制器2是控制电动汽车的整车网络系统的控制装置；压缩机驱动模块3将动力电池的两相直流电转换为可供电动压缩机4工作的三相交流电，并对空调系统管路中的制冷介质进行压缩。
压缩机控制模块1包括微处理器11、CAN收发器12、电源模块13、接口电路14。微处理器11是压缩机控制模块1的核心，微处理器11自带A/D转换数据接口，对压缩机控制模块1的各种数据进行处理。CAN收发器12设置于压缩机控制模块1与整车控制器2、压缩机驱动模块3间的电路上，对压缩机控制模块1与整车控制器2、压缩机驱动模块3间的CAN通信进行数据接收与发送。接口电路14连接在微处理器11与汽车的车辆空调控制面板上的A/C开关、风量档位开关、混合气体浓度档位开关，以及汽车内部的蒸发器温度传感器、乘员舱温度传感器间，接口电路14接收A/C开关、风量档位开关、混合气体浓度档位开关，以及汽车内部的蒸发器温度传感器、乘员舱温度传感发出的模拟信号，并对其进行放大、滤波处理，然后交由微处理器11内带的A/D转换功能，将模拟信号转换为数字信号，由微处理器11处理。微处理器11根据风量开关变量、混合气体浓度变量、乘员舱内温度情况来控制压缩机控制模块1的工作，压缩机控制模块1根据微处理器11的信号处理情况来控制电动压缩机4工作的转速，从而使乘员舱内温度达到驾乘人员舒适的温度。本发明的实施例中，风量开关共分1、2、3、4四个档位，风量的大小关系为1档＜2档＜3档＜4档。混合气体浓度单指制冷面的混合气体浓度，浓度等级分为a、b、c、d、e五个等级，混合气体浓度越大则制冷效果越弱。混合气体浓度大小关系为a＜b＜c＜d＜e，但其制冷效果为a＞b＞c＞d＞e。蒸发器温度信号是采集的车辆空调制冷系统里蒸发器的温度值。乘员舱内温度信号是通过乘员舱内的仪表台板上的温度传感器采集的。
本实施例中，微处理器11采用STM32F407芯片，芯片节点图如图2所示，其中，BKGD是单线背景调试模式引脚，用来接收和发送背景调试指令；RESET是目标机复位引脚；GND为接地引脚。供电节点VDDM1、VSSM1、VDDM2、VSSM2、VDDX1、VSSX1、VDDF、VSS1、VDDR、VSS3、VDDA、VSSA、VDD、VSS2、VDDX2、VSSX2与电源模块13连接，为微处理器内各元器件提供5v的数字电源。各组供电节点间连接有电容，让电源模块13提供的数字电源可靠稳定。接口电路14连接在A/C开关信号、风量档位信号、混合气体浓度信号、蒸发器温度信号、乘员舱温度信号与TM32F407芯片的PAD05至PAD09五个I/O口间，接口电路14由电源模块13的模拟电源供电。微处理器11的信号采集有时间周期，STM32F407芯片的节点XTAL、EXTAL外连接有时钟电路，节点XTAL、EXTAL连接的线路间并联有振荡器。
压缩机控制模块1与整车控制器2及压缩机驱动模块3的连接电路如图3所示，STM32F407芯片引脚KWR3、KWS2、KWS3分别与CAN收发器12的STB、RXD、TXD节点连接，CAN收发器12的CAN_H、CAN_L节点分别与整车控制器2和压缩机驱动模块3连接。本实施例中，CAN收发器12采用的芯片为TJA1042T。
当车辆处于ON档状态，微处理器11需要采集A/C开关信号、风量档位信号、混合气体浓度信号、蒸发器温度值信号、乘员舱的温度信号以及整车控制器2发出的电动压缩机4是否可工作信号。本实施例中，微处理器11采集信号周期为2秒，在信号采集周期内，当微处理器11检测到A/C开关的开信号、风量档位1、2、3、4档中的任一档位信号、制冷区混合气体浓度a、b、c、d、e中任一档位信号、蒸发器温度值大于1.5℃以及整车控制器2发出的电动压缩机4可工作信号后，再根据所检测到的风量档位、混合气体浓度档位和当前乘员舱温度值三个相位值按照下列公式进行计算得出电动压缩机4的最佳转速值。转速计算公式为：
Rx＝C1*Rmax*X+C2*Rmax*Y+C3*Rmax*Z+A
试中，Rx为计算后得出的电动压缩机4当前需运转的转速值；Rmax为电动压缩机4的最大运行转速值，其取值由电动压缩机4的性能决定，不同的电动压缩机4最大运转速度取值范围有所不同；X为风量档位值，1档数值为1,2档数值为2,3档数值为3,4档数值为4；Y为混合气体浓度数值，a档数值为5，b档数值为4，c档数值为3，d档数值为2，e档数值为1；Z为乘员舱温度值，读取传感器实测值并向下取整，如18.23取值为18，18.95取值也为18；A为一个常数；C1为风量档位值的权重系数；C2为混合气体浓度数值的权重系数；C3为乘员舱温度值的权重系数。由于风量档位值、混合气体浓度数值、乘员舱温度值与电动压缩机4的实时最佳转速成正对应关系，以风量档位值不变，测量混合气体浓度数值取值在1至5、不同乘员舱温度值的情况下的适合电动压缩机4的转速，来推得C1、C2、C3、常数A的取值。
以下表格为本发明实施例测量在不同风量档位值、混合气体浓度数值、乘员舱温度值情况下的电动压缩机4适合转速值：
通过上表实验数据，估测C1、C2取值为0.02，C3取值为0.03，A取值为-0.21Rmax。
本发明实施例中，电动压缩机4的实时转速除根据上述公式及表格匹配外，也必须满足下列条件：
(1)当压缩机控制模块1的微处理器11在一个周期内读取到的舱内温度值相差大于或等于3℃时，则压缩机驱动模块3不执行新的转速命令，维持原转速工作，如果连续3次读取到的舱内温度值前后相差大于或等于3℃时，则电动压缩机4以50r/s的速率降低至最低转速运行。
(2)当压缩机控制模块1发送的转速值前后相差720r/min时，则电动压缩机4不立即执行新的转速命令，而是以50r/s的速率运行至目标转速。
(3)当压缩机控制模块1的微处理器11测到的蒸发器温度值小于1.5℃时，控制电动压缩机4停止工作，此后检测到蒸发器温度值大于或等于2.5℃时，又重新启动电动压缩机4工作。
(4)当压缩机控制模块1接收到整车控制器2发出的电动压缩机4降功率运行，则控制电动压缩机4按降低要求功率运行。
(5)当压缩机控制模块1的微处理器11检测到A/C开关关信号、风量档位位于Off档、混合气体浓度档位位于制冷区、蒸发器温度值小于1.5℃、整车控制器2发出电动压缩机4不可工作信号、压缩机驱动模块3发出故障信号、CAN总线故障中任一情形时、电动压缩机4停止工作。
微处理器11在采集到风量档位信号、混合气体浓度信号、乘员舱的温度信号、蒸发器温度值信号、A/C开关信号、整车控制器2发出的信号、压缩机驱动模块3发出的信号后，对所有信号进行判断，若不满住上述限制条件，则在压缩机控制模块1的控制下，根据公式Rx＝C1*Rmax*X+C2*Rmax*Y+C3*Rmax*Z+A推得电动压缩机4的合适转速；然后，每隔2秒时间，对所有信号进行重新采集，重复上述步骤，使得电动压缩机4在时间周期内处于合适的转速。
以上对发明实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本发明实施例的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种电动汽车用手动空调的压缩机控制系统，包括压缩机控制模块(1)、整车控制器(2)、压缩机驱动模块(3)、电动压缩机(4)，所述压缩机控制模块(1)与所述整车控制器(2)、压缩机驱动模块(3)间电性连接，所述压缩机驱动模块(3)与所述整车控制器(2)、电动压缩机(4)间电性连接，所述压缩机控制模块(1)与汽车的车辆空调控制面板上的A/C开关、风量档位开关、混合气体浓度档位开关，以及汽车内部的蒸发器温度传感器、乘员舱温度传感器间电性连接，其特征在于：所述压缩机控制模块(1)包括微处理器(11)、CAN收发器(12)、电源模块(13)、接口电路(14)；所述压缩机控制模块(1)与所述整车控制器(2)、压缩机驱动模块(3)间电性连接方式为双通道串行接口的CAN总线，所述CAN收发器(12)设置于所述压缩机控制模块(1)与所述整车控制器(2)、压缩机驱动模块(3)间的电路上；所述接口电路(14)连接在所述微处理器(11)与汽车的车辆空调控制面板上的A/C开关、风量档位开关、混合气体浓度档位开关，以及汽车内部的蒸发器温度传感器、乘员舱温度传感器间；所述微处理器(11)根据风量档位信号数值、混合气体浓度数值、乘员舱温度值调节所述电动压缩机(4)的实时最佳转速，上述风量档位信号数值、混合气体浓度数值、乘员舱温度值与所述电动压缩机(4)的实时最佳转速成正对应关系。
2.根据权利要求1所述的一种电动汽车用手动空调的压缩机控制系统，其特征在于：所述微处理器(11)自带A/D转换数据接口，将乘员舱温度信号向下取整转换为数字值，将风量档位的1、2、3、4这四个档位信号转换为1、2、3、4这四个数值，将混合气体浓度等级a、b、c、d、e五个等级信号转换为5、4、3、2、1这五个数值。
3.根据权利要求1所述的一种电动汽车用手动空调的压缩机控制系统，其特征在于：所述微处理器(11)采用STM32F407芯片。
4.根据权利要求1所述的一种电动汽车用手动空调的压缩机控制系统，其特征在于：所述CAN收发器(12)采用TJA1042T。
5.根据权利要求1所述的一种电动汽车用手动空调的压缩机控制系统，其特征在于：所述微处理器(11)、CAN收发器(12)、接口电路(14)由所述电源模块(13)供电。
6.根据权利要求3所述的一种电动汽车用手动空调的压缩机控制系统，其特征在于：所述微处理器(11)外部连接有时钟电路。
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