CN103033004B

CN103033004B - 一种汽车空调系统电子膨胀阀的控制方法

Info

Publication number: CN103033004B
Application number: CN201110292702.8A
Authority: CN
Inventors: 张荣荣; 爱德文·约翰·斯坦科; 唐立; 席卫东
Original assignee: Hangzhou Sanhua Research Institute Co Ltd
Current assignee: Zhejiang Sanhua Automotive Components Co Ltd
Priority date: 2011-09-29
Filing date: 2011-09-29
Publication date: 2016-03-30
Anticipated expiration: 2031-09-29
Also published as: CN103033004A

Abstract

本发明公开一种汽车空调系统电子膨胀阀的控制方法，根据所述压缩机的转速确定所述电子膨胀阀的开度预调节量s₀，根据蒸发器出口或者压缩机进口的制冷剂温度和压力计算实际过热度Tsh，并将所述实际过热度与预设的过热度阈值区间进行比较，获得开度调节增量Δs将所述开度预调节量与所述开度调节增量累加后输出调节开度的控制信号s至所述电子膨胀阀的控制端。本方法使得电子膨胀阀开度根据预设过热度阈值区间预先达到某一状况，可减少过热度调节阶段的调节幅度，避免电子膨胀阀过频的动作，提高电子膨胀阀的寿命；并且进一步减小系统低压压力波动，降低系统能耗，确保系统的正常、高效的运行。

Description

一种汽车空调系统电子膨胀阀的控制方法

技术领域

本发明涉及制冷控制技术，具体涉及一种汽车空调系统电子膨胀阀的控制方法。

背景技术

众所周知，在汽车系统中，汽车空调是主要的能源消耗单位，随着整车节能要求的提高，汽车空调的节能也逐步被提出。特别是在电动汽车系统中，由于电池的容量有限，汽车的续航里程受到限制。因此，电动汽车空调的节能显得尤为重要。

在汽车空调系统中，有效控制系统制冷剂流量，使得系统发挥最优的效能，是系统能否节能的关键所在。具体到电动汽车空调，由于压缩机可以变速调节，工况变化范围大，须使用电子膨胀阀精确调节制冷剂的流量，以适应压缩机的流量变化要求。显然，电子膨胀阀本身只是一个执行部件，需要一个合理的控制逻辑来准确调整膨胀阀的开度，使得系统达到性能优化、并可靠运行。

依据汽车空调系统运行的整个过程进行划分，电子膨胀阀的控制大体上包括启动、运行控制及停机等几个阶段。其中，运行控制阶段为影响能耗调节的关键阶段，直接影响空调系统的节能控制精度。

有鉴于此，亟待针对汽车空调系统电子膨胀阀的控制提出一种合理、有效的控制方法，以最大限度的满足能耗调节的技术要求。

发明内容

针对上述缺陷，本发明解决的技术问题在于提供一种汽车空调系统电子膨胀阀的控制方法，通过将压缩机转速作为电子膨胀阀开度控制的输入信号之一，并结合蒸发器出口或压缩机进口的过热度，准确控制电子膨胀阀开度，确保系统的正常、高效的运行，并有效减小系统的波动幅度，降低系统能耗。

本发明提供的汽车空调系统电子膨胀阀的控制方法，根据压缩机的转速确定所述电子膨胀阀的开度预调节量s₀，根据蒸发器出口或者压缩机进口的制冷剂温度和压力计算实际过热度Tsh，并将所述实际过热度与预设的过热度阈值区间Tsh_set进行比较，获得开度调节增量Δs；将所述开度预调节量s₀与所述开度调节增量Δs累加后输出调节开度的控制信号s至所述电子膨胀阀的控制端；

所述过热度阈值区间以基本过热度阈值曲线为基准形成一个封闭区间，正常过热度设定范围内的所述过热度阈值区间由基本过热度阈值曲线上下浮动一温度定值形成；过热度为0℃时的所述过热度阈值区间设定为0℃；过热度大于20℃时的所述过热度阈值区间设定为0℃。

优选地，所述温度定值具体为小于1.5℃。

优选地，低负荷区和高负荷区的过热度阈值区间均小于等于正常负荷区的过热度阈值区间。

优选地，低负荷区的过热度越低过热度阈值区间越小；高负荷区的过热度越高过热度阈值区间越小。

优选地，低负荷区与正常负荷区交汇处的所述过热度阈值区间呈圆弧状渐变过渡；正常负荷区与高负荷区交汇处的所述过热度阈值区间呈圆弧状渐变过渡。

优选地，所述低负荷区具体为蒸发温度小于-1℃的区域，所述高负荷区具体为蒸发温度大于15℃的区域。

优选地，将所述压缩机的转速划分多个运行区间，并根据每个运行区间的压缩机转速确定相应的所述电子膨胀阀的开度预调节量s₀。

优选地，以所述压缩机的转速满足在相应运行区间内维持第一时间长度为条件，根据所述压缩机的转速确定所述电子膨胀阀的开度预调节量s₀。

优选地，控制所述电子膨胀阀依次执行全开、全闭两个动作；并以所述电子膨胀阀在第二时间长度内完成全开及全闭为条件，将所述开度预调节量s₀与所述开度调节增量Δs累加后输出调节开度的控制信号s至所述电子膨胀阀的控制端。

本发明所述控制方法，通过实时获取的压缩机转速、蒸发器出口或者压缩机进口的制冷剂温度和压力等参数作为控制策略的判断依据，将压缩机的转速信号作为开度的预调节基础，并在该基础上根据实时过热度与预设过热度阈值区间比较获得的开度调节增量确定最终的控制信号，进而输出至电子膨胀阀的控制端，以准确控制电子膨胀阀开度，从而使系统运行相对稳定，波动幅度减小。也就是说，本方法使得电子膨胀阀开度根据预设过热度阈值区间预先达到某一状况，可减少过热度调节阶段的调节幅度，避免电子膨胀阀过频的动作，从而减小电子膨胀阀的动作幅度及频次，提高电子膨胀阀的寿命；并且进一步减小系统低压压力波动，降低系统能耗，确保系统的正常、高效的运行。

在本发明的优选方案中前置设置有优化控制条件，若压缩机的转速在相应运行区间内维持一定时间长度，再根据该相应稳定的转速确定前述开度预调节量s₀。即，以所述压缩机的转速满足在相应运行区间内维持第一时间长度为条件，根据所述压缩机的转速确定所述电子膨胀阀的开度预调节量s₀。如此设置，可避免在初始阶段导致控制切入点不准确，避免压缩机转速非正常波动影响实时控制精度，从而为后续正常控制阶段提供了良好的基础，进一步提高系统的工作稳定性。

本发明的另一优选方案增设有自检步骤，控制所述电子膨胀阀依次执行全开、全闭两个动作；并以所述电子膨胀阀在第二时间长度内完成全开及全闭为条件，将所述开度预调节量s₀与所述开度调节增量Δs累加后输出调节开度的控制信号s至所述电子膨胀阀的控制端。也就是说，在控制信号s输出之前进行电子膨胀阀的自检，若电能膨胀阀能够在确定时间长度内有序完成全开、全闭两个动作，则确定电子膨胀阀处于正常工作状态，可执行系统控制，从而确保系统控制安全可靠地进行。

本发明提供的汽车空调系统电子膨胀阀的控制方法适用于不同形式的汽车空调系统，特别适用于电动汽车空调系统。

附图说明

图1是本发明第一实施例所述汽车空调系统电子膨胀阀的控制方法的流程框图；

图2示出了第一实施例所述过热度控制方法的控制逻辑关系示意图；

图3是本发明第二实施例所述汽车空调系统电子膨胀阀的控制方法的流程框图；

图4为一种具体实施方式中所述过热度阈值区间与基本过热度阈值的关系曲线示意图；

图5示出了具体实施方式中所述压缩机运行区间的划分的一种方式的示意图及其电子膨胀阀开度预调节量s₀与压缩机运行区间之间的对应关系示意图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种汽车空调系统电子膨胀阀的控制方法，以精准控制蒸发器出口或压缩机进口的过热度，在有效控制系统能效的基础上，确保系统的正常、高效的运行。下面结合说明书附图具体说明本实施方式。

请参见图1和图2，其中，图1示出了第一实施例所述汽车空调系统电子膨胀阀的控制方法的流程框图，图2示出了第一实施例所述过热度控制方法的控制逻辑关系。

如图所示，该过热度控制方法按照下述步骤进行：

S1.根据所述压缩机的转速(RPM)确定所述电子膨胀阀的开度预调节量s₀；将压缩机的转速信号作为开度的预调节，使得开度预先达到某一状况，从而可减少电子膨胀阀在过热度调节阶段的调节幅度。

S2.根据蒸发器出口或者压缩机进口的制冷剂温度和压力计算实际过热度Tsh。

S3.将所述实际过热度Tsh与预设的过热度阈值区间Tsh_set进行比较，获得开度调节增量Δs。

S4.将所述开度预调节量s₀与所述开度调节增量Δs累加后输出调节开度的控制信号s至所述电子膨胀阀的控制端。

本方案所述控制方法中，可以如图1所示依次执行步骤S1、S2、S3；也可以先执行步骤S2、S3，然后再执行步骤S1。由于本方案能够控制电子膨胀阀开度根据预设过热度阈值区间确定开度调节增量Δs，即在区间范围内的过热度少量变化则不进行开度调节，避免电子膨胀阀过频的动作，从而减小电子膨胀阀的动作幅度及频次，提高电子膨胀阀的寿命；并且进一步减小系统低压压力波动，降低系统耗能，确保系统的正常、高效的运行。

应当理解，电子膨胀阀的开度指的是与电子膨胀阀全开时相比较所得的阀口通流面积的比例。这一比例还与该系统所匹配的电子膨胀阀的容量大小相关，如果所用的电子膨胀阀容量相对较大，则开度可以小一些；反之，开度要大一些。需要说明的是，对于LIN或CAN信号的汽车系统而言，本方法所涉及的实时参数，可有效利用LIN信号或者CAN信号获取，也可以单独进行采集。比如，蒸发器出口或压缩机进口的温度通过热电阻测得，压力信号由压力传感器测得，这两个信号通过转换电路转换成电压或者电流信号后输入控制板。然后，将温度和压力计算出实际过热度与设定过热度作对比，通过比例(P)、比例积分(PI)或者比例积分微分(PID)等控制算法来实现过热度的控制，直至系统实际过热度符合设定的过热度要求。应当理解，本领域技术人员基于现有技术完全可以实现上述参数的获得，故本文不再赘述。

系统运行过程中，由于其他外因极易导致压缩机转速出现波动。为克服相应参数波动对于系统工作稳定性的影响，本发明提供了第二种过热度控制方法的实施例，具体请参见图3所示的汽车空调系统电子膨胀阀的控制方法的流程框图。

相比于第一实施例，本方案作了两点优化。

首先，执行步骤S1之前执行步骤S02：以所述压缩机的转速满足在相应运行区间内维持第一时间长度为条件，执行步骤S1，根据所述压缩机的转速确定所述电子膨胀阀的开度预调节量s₀。

如前所述，压缩机的转速由于某种原因可能随时在变化，为避免膨胀阀过快的动作，造成控制过于频繁及系统低压压力波动太大，因此，相比于第一实施例，本方案增设的步骤S02可避免压缩机转速的波动导致电子膨胀阀频繁动作而使系统波动幅度太大，从而有效提高系统能效；也就是说，只有当压缩机转速维持在每个运行区间一定时间长度后才调整膨胀阀的开度。当然，第一时间长度可以根据汽车空调系统具体情况进行调整，比如，该第一时间长度可以设定为5s、10s或者15s。

另外，还包括自检步骤S01，控制所述电子膨胀阀依次执行全开、全闭两个动作；并以所述电子膨胀阀在第二时间长度内完成全开及全闭为条件，将所述开度预调节量s₀与所述开度调节增量Δs累加后输出调节开度的控制信号s至所述电子膨胀阀的控制端。也就是说，在控制信号s输出之前进行电子膨胀阀的自检，若电子膨胀阀能够在确定时间长度内有序完成全开、全闭两个动作，则确定电子膨胀阀处于正常工作状态，可执行系统控制；若否则发出报警信号或者进入停机保护状态。显然，自检步骤的设置能够使得系统控制在更加安全可靠地的状态下进行。同样需要明确的是，本实施例所述方法中，可以如图3所示依次执行步骤S01、S02；也可以先执行步骤S02，然后再执行步骤S01。

特别强调的是，对于电子膨胀阀自检功能的实现，理论上只要其能够在预定时间范围内自全闭至全开或者自全开至全闭，即视为该电子膨胀阀处于无故障状态。应当理解，本方案中完成全开、全闭进行自检判断为优选方案，另外，还可以采用其他信号进行辅助判断，如以电子膨胀阀在第一时间长度内有序完成全开、全闭两个动作且没有异常信号反馈来进行判断等等。显然地，基于本申请的核心设计构思应用前述两种单行程自检动作均属于本申请请求保护的范围。

进一步地，前述两个实施例中所述过热度阈值区间可以基本过热度阈值曲线为基准，如图4所示，该图为一种所述过热度阈值区间与基本过热度阈值的关系曲线示意图，图中实线表示基本过热度阈值曲线，虚线表示过热度阈值区间的边界。

如图4所示，该实施方式中，正常过热度设定范围(正常负荷区)内的所述过热度阈值区间设定为±1℃；过热度(SHset)为0℃时的所述过热度阈值区间设定为0℃；过热度(SHset)大于20℃时的所述过热度阈值区间设定为0℃，整体形成一个封闭区间。需要说明的是，为清楚示出过热度区域区间基于基本过热度阈值曲线形成的关系，图中过热度(SHset)大于20℃的虚线与实线之间存在微小间隙，显然，未完全封闭的图示状态并不影响该过热度阈值区间为一封闭区间的理解。另外，正常过热度设定范围内的过热度阈值区间也可以根据系统配置作相应的调整，即由正常过热度设定范围内的基本过热度阈值曲线上下浮动一温度定值形成，而非局限于±1℃；比如，若汽车空调系统温度控制精度要求较高，其正常过热度设定范围内的过热度阈值区间可设置为±0.5℃；再比如，若汽车空调系统温度控制要求相对较低，其正常过热度设定范围内的过热度阈值区间可设置为±2℃等等。显然，该温度定值的大小并不构成对本申请保护范围的限制，只要应用本方法的核心设计构思均在本申请请求保护的范围内。

此外，低负荷区和高负荷区的过热度阈值区间均小于等于正常负荷区的过热度阈值区间，这样，在过热度由正常负荷区经低负荷区至过热度(SHset)为0℃点的区间内，以及过热度由正常负荷区经高负荷区至过热度(SHset)大于20℃的区间内，电子膨胀阀开度调整限制相应变小，以避免电子膨胀阀在接近极限点处的开度调整精度。具体地，如图4所示，蒸发温度(Tevap)小于-1℃(低负荷区)时，所述过热度阈值区间呈线性变化；且蒸发温度(Tevap)为-1℃的位置处(低负荷区与正常负荷区交汇处)，所述过热度阈值区间呈圆弧状渐变过渡。蒸发温度(Tevap)大于15℃(高负荷区)时，所述过热度阈值区间呈线性变化；且蒸发温度(Tevap)为15℃的位置处(正常负荷区与高负荷区交汇处)，所述过热度阈值区间呈圆弧状渐变过渡。显然，优化方案中的低负荷区、正常负荷区及高负荷区三个区段均整体呈渐变的趋势变化，使得控制过程较为平稳可靠；同时，相邻两个区段交汇处均呈圆弧状渐变过渡，即低负荷区和高负荷区的边界变化曲线均大致呈半抛物线状，进一步提高控制过程的平稳可靠性。同样需要说明的是，图4中所示低负荷区、正常负荷区及高负荷区的划分仅为一示例性描述，以清楚说明本发明的核心设计，上述三个负荷区的划分也可以根据系统的具体情况进行界定，在此不再赘述。

另外，前述两个实施例中，在初始阶段(步骤S1)，可以将所述压缩机的转速划分多个运行区间，并根据每个运行区间的压缩机转速确定相应的所述电子膨胀阀的开度预调节量s₀。如图5所示，以额定转速为5000RPM的压缩机为例，可将其转速范围划分为四个运行区间：压缩机转速处于大于0RPM小于等于1000RPM区间，压缩机转速处于大于1000RPM小于等于3000RPM区间，压缩机转速处于大于3000RPM小于等于5000RPM区间，压缩机转速处于大于5000RPM。

实际上，压缩机运行区间的划分并非局限于图5中所示，它可以根据压缩机选配及系统设计要求来确定，也可以通过如下方法来确定：通过其他手段控制膨胀阀的开度，使得不同工况、不同转速下的系统处于合适的过热度下，拟合转速和开度的关系，得到不同压缩机转速下电子膨胀阀开度预设定值；当然，上述实施方式中区间的划分、电子膨胀阀的开度范围并不是对本发明的限制，而只是提供一种思路，实际上，上述区间还可以是非等分的多个区间。另外，电子膨胀阀开度也取决于该系统与电子膨胀阀容量的关系，比如，当汽车空调系统所匹配的电子膨胀阀容量相对要大时，则电子膨胀阀的开度预调节量s₀要相对小一些；而当汽车空调系统所匹配的电子膨胀阀容量相对要小时，则电子膨胀阀的开度预调节量s₀要相对大一些，只要满足使用需要均在本申请请求保护的范围内。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种汽车空调系统电子膨胀阀的控制方法，根据压缩机的转速确定所述电子膨胀阀的开度预调节量s₀，根据蒸发器出口或者压缩机进口的制冷剂温度和压力计算实际过热度Tsh，并将所述实际过热度与预设的过热度阈值区间Tsh_set进行比较，获得开度调节增量Δs；将所述开度预调节量s₀与所述开度调节增量Δs累加后输出调节开度的控制信号s至所述电子膨胀阀的控制端；

2.根据权利要求1所述的汽车空调系统电子膨胀阀的控制方法，其特征在于，所述温度定值具体为小于1.5℃。

3.根据权利要求1所述的汽车空调系统电子膨胀阀的控制方法，其特征在于，低负荷区和高负荷区的过热度阈值区间均小于等于正常负荷区的过热度阈值区间。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的汽车空调系统电子膨胀阀的控制方法，其特征在于，低负荷区的过热度越低过热度阈值区间越小；高负荷区的过热度越高过热度阈值区间越小。

5.根据权利要求4所述的汽车空调系统电子膨胀阀的控制方法，其特征在于，低负荷区与正常负荷区交汇处的所述过热度阈值区间呈圆弧状渐变过渡；正常负荷区与高负荷区交汇处的所述过热度阈值区间呈圆弧状渐变过渡。

6.根据权利要求5所述的汽车空调系统电子膨胀阀的控制方法，其特征在于，所述低负荷区具体为蒸发温度小于-1℃的区域，所述高负荷区具体为蒸发温度大于15℃的区域。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的汽车空调系统电子膨胀阀的控制方法，其特征在于，将所述压缩机的转速划分多个运行区间，并根据每个运行区间的压缩机转速确定相应的所述电子膨胀阀的开度预调节量s₀。

8.根据权利要求7所述的汽车空调系统电子膨胀阀的控制方法，其特征在于，以所述压缩机的转速满足在相应运行区间内维持第一时间长度为条件，根据所述压缩机的转速确定所述电子膨胀阀的开度预调节量s₀。

9.根据权利要求8所述的汽车空调系统电子膨胀阀的控制方法，其特征在于，控制所述电子膨胀阀依次执行全开、全闭两个动作；并以所述电子膨胀阀在第二时间长度内完成全开及全闭为条件，将所述开度预调节量s₀与所述开度调节增量Δs累加后输出调节开度的控制信号s至所述电子膨胀阀的控制端。