CN103448728B - 一种传统车用空调在混合动力汽车中的控制方法及其系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种对发动机采取定线控制方式从而提高发动机经济性的传统车用空调在混合动力汽车中的控制方法及其系统，其特征是，整车控制器接受到空调请求开关发出的信息后，判断当前车辆的工作工况以及故障模式，并按照发动机的控制方式进行控制，通过CAN总线向发动机管理系统发送发动机启动信号、发动机目标转速和目标扭矩信号；发动机管理系统接受到空调请求开关发出的信息后，并通过CAN总线接收到启动信号、目标转速和目标扭矩信号后，对发动机进行控制，并控制空调开关继电器实现车用空调的通断。本发明的有益效果是：可以最大限度的提高发动机的负荷进而提高发动机的工作效率，降低发动机的油耗，提高发动机经济性和整车舒适性。

Description

一种传统车用空调在混合动力汽车中的控制方法及其系统

技术领域

本发明涉及传统车用空调控制相关技术领域，尤其是指一种传统车用空调在混合动力汽车中的控制方法及其系统。

背景技术

近年来，国内混合动力汽车的研发主要基于传统汽油车的底盘和动力总成进行改型设计。一般保留原有的发动机和空调系统，再此基础上加入电机、电池和动力耦合系统，形成混合动力汽车的动力总成。传统车用空调压缩机的动力源来自发动机，只有制冷不具备制热功能，空调主要由发动机EMS进行控制。

传统车空调控制原理如下：压缩机将高温高压制冷剂排出；气态的制冷剂流入冷凝器。在冷凝器中，气态制冷剂冷凝为液态制冷剂；液态制冷剂流入储液罐，储液罐储存并过滤制冷剂；经过过滤的液态制冷剂流至膨胀阀，膨胀阀使液态制冷剂变为低温、低压的液态；这种寒冷的液态/气态制冷剂流至蒸发器。在蒸发器内的液态制冷剂蒸发的同时，流经蒸发器芯子的空气流将热量传至制冷剂；在蒸发器中，所有的液体都变成气态制冷剂，只有带有热量的气态制冷剂才能流入压缩机，然后上述过程一再重复，从而实现空调的制冷。

在串联混合动力汽车中，当前传统车用空调采用的控制策略是无论在任何情况下，只要驾驶员打开空调，控制器都会响应并启动发动机，对发动机进行定点控制，即让发动机运行在固定转速和固定扭矩的工况点上。这样控制会存在如下问题：

a）驻车工况：SOC（电池荷电量）大于一定值时，发动机维持空调运转的同时进行充电，容易导致电池过充，影响电池寿命；

b）行车工况：SOC大于一定值同时车辆行驶需求功率小于ISG额定功率时，发动机维持空调运转的同时进行充电，容易导致电池过充，影响电池寿命；

c）当发电机ISG故障时，虽然发动机可以驱动空调压缩机；但是，ISG无法给发动机加载，所以无法实现发动机的定点控制；

d）当电池故障时，发动机启动可以驱动空调压缩机，ISG无法对电池进行充电，此时ISG的发电功率无法释放，所以对行车安全会造成影响。

中国专利申请公布号：CN102328566A，申请公布日2012年1月25日，公开了一种混合动力汽车空调系统及其控制方法，它包括直流稳压电源、车用空调、汽车发动机，压缩机机械驱动端由汽车发动机通过机械联动来进行驱动，还包括有混合动力蓄电池、空调控制器、可控选择开关，混合动力蓄电池输出端与可控选择开关电连接，可控控选择开关的控制端分别通过可控开关TL1、TL2与直流稳压电源连接，可控选择开关的第一输出端与电力驱动端电连接，可控选择开关的第二输出端通过可控开关TL3与电磁离合器连接，可控开关TL1、TL2、TL3的控制端均与空调控制器电连接。该发明的不足之处在于，当前采用的控制策略仍然是对发动机采取定点控制方式，而采用该方式存在电池过充，影响电池寿命；故障处理时，无法定点控制，并会对行车安全造成影响，大大降低了发动机的经济性。

发明内容

本发明是为了克服现有技术中存在对发动机采取定点控制方式导致发动机经济性不高的不足，提供了一种对发动机采取定线控制方式从而提高发动机经济性的传统车用空调在混合动力汽车中的控制方法及其系统。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种传统车用空调在混合动力汽车中的控制方法，通过发动机采用定线控制方式，即：在固定转速的情况下，根据外界扭矩的需求，采取不同扭矩的控制方式，其具体步骤如下：

步骤一：整车控制器接受到空调请求开关发出的信息后，判断当前车辆的工况，并按照发动机的控制方式进行控制，通过CAN总线向发动机管理系统发送发动机启动信号、发动机目标转速和发动机目标扭矩信号；

步骤二：发动机管理系统接受到空调请求开关发出的信息后，并通过CAN总线接收到发动机启动信号、发动机目标转速和发动机目标扭矩信号后，对发动机进行控制；

步骤三：若当前车辆的工况为驻车工况，设置动力电池中电池荷电量的临界点为A，其中A的数值在0到1之间，判断动力电池中的实际电池荷电量是否小于A，若电池荷电量大于等于A时，则进入步骤六；若电池荷电量小于A时，则进入步骤七；

步骤四：若当前车辆的工况为行车工况，设置动力电池中电池荷电量的临界点为A，其中A的数值在0到1之间，判断动力电池中的实际电池荷电量是否小于A，若电池荷电量大于等于A时，则进入步骤五；若电池荷电量小于A时，则进入步骤七；

步骤五：判断车辆行驶需求功率是否小于ISG额定功率，若车辆行驶需求功率大于等于ISG额定功率，进入步骤七；若车辆行驶需求功率小于ISG额定功率，进入步骤六；

步骤六：启动发动机，发动机仅维持车用空调，根据车用空调需求功率让发动机工作在固定转速下，其输出功率为空调压缩机消耗功率；

步骤七：启动发动机，发动机发电和维持车用空调，根据车用空调需求功率让发动机工作在固定转速下，其输出功率为ISG额定功率和空调压缩机消耗功率的总和。

车用空调的驱动主要由发动机管理系统完成，整车控制器主要进行空调工作工况的判别工作，并通过CAN总线向发动机管理系统发送工况信息，即：发动机启动信号、发动机目标转速和目标扭矩信号，发动机管理系统通过接收到的工况信息，对发动机进行控制，启动发动机的同时，将发动机工作在目标转速下，根据目标扭矩信号确定发动机的输出功率，而不是将发动机直接强行工作在定点转速和定点扭矩上。即：发动机采用定线控制，发动机工作的输出功率在空调压缩机消耗功率到ISG额定功率和空调压缩机消耗功率的总和这条线上，这种控制的优点是可以最大限度的提高发动机的负荷进而提高发动机的工作效率，从而降低了发动机的油耗，提高了发动机的经济性和整车的舒适性。

作为优选，在步骤一中，整车控制器接受到空调请求开关发出的信息后，在判断当前车辆的工况时，同时判断当前车辆是否发生故障；同时在步骤二中，发动机管理系统控制空调开关继电器实现车用空调的通断；同时在步骤七之后增加步骤八，步骤八：通过发动机管理系统控制空调开关继电器实现车用空调的断开。通过对产生故障的原因进行分析，从而禁用车用空调功能，提高了发动机的使用效率。

作为优选，若判断当前车辆发生发动机故障，则进入步骤八。发动机发生故障时，发动机就无法带动车用空调内的压缩机工作，故而车用空调功能禁用。

作为优选，若判断当前车辆发生发动机ISG故障，则判断发动机是否已经启动，若发动机未启动，则进入步骤八；若发动机已启动，则进入步骤六。发生ISG电机故障时，若发动机启动之后，发动机可以驱动车用空调但是不能发电，ISG电机则无法给发动机加载，所以无法实现发动机的定点控制，而采用发动机定线控制能够有效的解决该问题，根据扭矩信号使其发动机工作在定线之上。

作为优选，若判断当前车辆发生驱动电机故障，则进入步骤七。驱动电机故障不影响车用空调的驱动，发动机的油耗比发动机定点控制下的更优。

作为优选，若判断当前车辆发生动力电池故障，则判断发动机是否已经启动，若发动机未启动，则进入步骤八；若发动机已启动，则进入步骤六。动力电池故障时，发动机若启动后，可以驱动空调压缩机，ISG电机无法对电池进行充电，此时ISG电机的发电功率无法释放，所以对行车安全会造成影响。

一种传统车用空调在混合动力汽车中的控制系统，包括整车控制器、车用空调、空调开关继电器、空调请求开关、发动机、发动机管理系统、ISG电机、ISG电机控制器、动力电池、动力电池管理系统、驱动电机、驱动电机控制器、变速器和车轮，所述的整车控制器通过CAN总线连接发动机管理系统、ISG电机控制器、动力电池控制系统和驱动电机控制器，所述的整车控制器通过线束连接空调请求开关，所述的发动机管理系统分别连接空调开关继电器、空调请求开关和发动机，所述的ISG电机控制器分别连接ISG电机和动力电池，所述的ISG电机连接发动机，所述的动力电池控制系统连接动力电池，所述的驱动电机控制器分别连接驱动电机和动力电池，所述的驱动电机连接变速器，所述的变速器连接车轮，所述的车用空调分别连接发动机和空调开关继电器。本控制系统涉及到的是混合动力汽车中的车用空调控制，车用空调的动力由发动机驱动，混合动力的构型为串联式混合动力系统，发动机和ISG电机直接连接，发动机不参与直接驱动车辆行驶，作为发电机通过ISG电机及ISG电机控制器给动力电池进行充电，动力电池连接驱动电机，而驱动电机和变速器机械连接，从而驱动车辆行驶。

本发明的有益效果是：发动机采用定线控制，发动机工作的输出功率在空调压缩机消耗功率到ISG额定功率和空调压缩机消耗功率的总和这条线上，这种控制的优点是可以最大限度的提高发动机的负荷进而提高发动机的工作效率，从而降低了发动机的油耗，提高了发动机的经济性和整车的舒适性。

附图说明

图1是本发明的控制系统框图。

图中：1.整车控制器，2.车用空调，3.空调开关继电器，4.空调请求开关，5.发动机，6.发动机管理系统，7.ISG电机，8.ISG电机控制器，9.动力电池，10.动力电池管理系统，11.驱动电机，12.驱动电机控制器，13.变速器，14.车轮，15.CAN总线。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的描述。

如图1所述的实施例中，一种传统车用空调在混合动力汽车中的控制系统，包括整车控制器1、车用空调2、空调开关继电器3、空调请求开关4、发动机5、发动机管理系统6、ISG电机7、ISG电机控制器8、动力电池9、动力电池管理系统10、驱动电机11、驱动电机控制器12、变速器13和车轮14，整车控制器1通过CAN总线15连接发动机管理系统6、ISG电机控制器8、动力电池管理系统10和驱动电机控制器12，整车控制器1通过线束连接空调请求开关4，发动机管理系统6分别连接空调开关继电器3、空调请求开关4和发动机5，ISG电机控制器8分别连接ISG电机7和动力电池9，ISG电机7连接发动机5，动力电池管理系统10连接动力电池9，驱动电机控制器12分别连接驱动电机11和动力电池9，驱动电机11连接变速器13，变速器13连接车轮14，车用空调2分别连接发动机5和空调开关继电器3。车用空调2的动力由发动机5驱动，混合动力的构型为串联式混合动力系统，发动机5分别与车用空调2和ISG电机7直接机械连接，故而发动机5不参与直接驱动车辆行驶，作为发电机通过ISG电机7及ISG电机控制器8给动力电池9进行充电，动力电池9连接驱动电机11，而驱动电机11和变速器13机械连接，从而驱动车轮14使得车辆行驶。

在对车用空调2的控制中，整车控制器1和发动机管理系统6的分工如下：

车用空调2的驱动主要由发动机管理系统6完成，整车控制器1主要进行车用空调2工作工况和故障模式的判别工作，并通过CAN总线15向发动机管理系统6发送故障模式和工作工况信息。

在本发明中，发动机5采用定线控制方式（这里以发动机5的转速固定2400r/min为例,根据外界扭矩需求，采取不同扭矩控制方式），而空调压缩机功耗在2400rpm的发动机5运行点下，其功耗为4kW，而ISG额定功率取12kW，设置动力电池9中电池荷电量（SOC）的临界点A为80%。发动机5的输出功率工作在4kW到16kW这条线上，这种控制的优点是可以最大限度的提高发动机5的负荷进而提高发动机5的工作效率，从而降低了发动机5的油耗，提高了发动机5的经济性和整车的舒适性。。

本发明采用的具体控制方法如下：

步骤一：整车控制器1接受到空调请求开关4发出的信息后，判断当前车辆的工作工况以及故障模式，并按照发动机5的控制方式进行控制，通过CAN总线15向发动机管理系统6发送发动机启动信号、发动机目标转速和发动机目标扭矩信号；

步骤二：发动机管理系统6接受到空调请求开关4发出的信息后，并通过CAN总线15接收到发动机启动信号、发动机目标转速和发动机目标扭矩信号后，对发动机5进行控制，并控制空调开关继电器3实现车用空调2的通断。

1）当车辆处于正常模式时：见表1的控制方法。

表1正常模式下的空调控制方法

2）当车辆处于故障模式时：见表2的控制方法。

表2故障模式下的空调控制方法

Claims (6)

1.一种传统车用空调在混合动力汽车中的控制方法，其特征是，包括整车控制器(1)、车用空调(2)、空调开关继电器(3)、空调请求开关(4)、发动机(5)、发动机管理系统(6)、ISG电机(7)、ISG电机控制器(8)、动力电池(9)、动力电池管理系统(10)、驱动电机(11)、驱动电机控制器(12)、变速器(13)和车轮(14)，所述的整车控制器(1)通过CAN总线(15)连接发动机管理系统(6)、ISG电机控制器(8)、动力电池管理系统(10)和驱动电机控制器(12)，所述的整车控制器(1)通过线束连接空调请求开关(4)，所述的发动机管理系统(6)分别连接空调开关继电器(3)、空调请求开关(4)和发动机(5)，所述的ISG电机控制器(8)分别连接ISG电机(7)和动力电池(9)，所述的ISG电机(7)连接发动机(5)，所述的动力电池管理系统(10)连接动力电池(9)，所述的驱动电机控制器(12)分别连接驱动电机(11)和动力电池(9)，所述的驱动电机(11)连接变速器(13)，所述的变速器(13)连接车轮(14)，所述的车用空调(2)分别连接发动机(5)和空调开关继电器(3)，通过发动机(5)采用定线控制方式，即：在固定转速的情况下，根据外界扭矩的需求，采取不同扭矩的控制方式，其具体步骤如下：

步骤一：整车控制器(1)接受到空调请求开关(4)发出的信息后，判断当前车辆的工况，并按照发动机(5)的控制方式进行控制，通过CAN总线(15)向发动机管理系统(6)发送发动机启动信号、发动机目标转速和发动机目标扭矩信号；

步骤二：发动机管理系统(6)接受到空调请求开关(4)发出的信息后，并通过CAN总线(15)接收到发动机启动信号、发动机目标转速和发动机目标扭矩信号后，对发动机(5)进行控制；

步骤三：若当前车辆的工况为驻车工况，设置动力电池(9)中电池荷电量的临界点为A，其中A的数值在0到1之间，判断动力电池(9)中的实际电池荷电量是否小于A，若电池荷电量大于等于A时，则进入步骤六；若电池荷电量小于A时，则进入步骤七；

步骤四：若当前车辆的工况为行车工况，设置动力电池(9)中电池荷电量的临界点为A，其中A的数值在0到1之间，判断动力电池(9)中的实际电池荷电量是否小于A，若电池荷电量大于等于A时，则进入步骤五；若电池荷电量小于A时，则进入步骤七；

步骤五：判断车辆行驶需求功率是否小于ISG额定功率，若车辆行驶需求功率大于等于ISG额定功率，进入步骤七；若车辆行驶需求功率小于ISG额定功率，进入步骤六；

步骤六：启动发动机(5)，发动机(5)仅维持车用空调(2)，根据车用空调需求功率让发动机(5)工作在固定转速下，其输出功率为空调压缩机消耗功率；

步骤七：启动发动机(5)，发动机(5)发电和维持车用空调(2)，根据车用空调需求功率让发动机(5)工作在固定转速下，其输出功率为ISG额定功率和空调压缩机消耗功率的总和。

2.根据权利要求1所述的一种传统车用空调在混合动力汽车中的控制方法，其特征是，在步骤一中，整车控制器(1)接受到空调请求开关(4)发出的信息后，在判断当前车辆的工况时，同时判断当前车辆是否发生故障；同时在步骤二中，发动机管理系统(6)控制空调开关继电器(3)实现车用空调(2)的通断；同时在步骤七之后增加步骤八，步骤八：通过发动机管理系统(6)控制空调开关继电器(3)实现车用空调(2)的断开，从而禁用车用空调功能。

3.根据权利要求2所述的一种传统车用空调在混合动力汽车中的控制方法，其特征是，若判断当前车辆发生发动机(5)故障，则进入步骤八。

4.根据权利要求2所述的一种传统车用空调在混合动力汽车中的控制方法，其特征是，若判断当前车辆发生ISG电机(7)故障，则判断发动机(5)是否已经启动，若发动机(5)未启动，则进入步骤八；若发动机(5)已启动，则进入步骤六。

5.根据权利要求2所述的一种传统车用空调在混合动力汽车中的控制方法，其特征是，若判断当前车辆发生驱动电机(11)故障，则进入步骤七。

6.根据权利要求2所述的一种传统车用空调在混合动力汽车中的控制方法，其特征是，若判断当前车辆发生动力电池(9)故障，则判断发动机(5)是否已经启动，若发动机(5)未启动，则进入步骤八；若发动机(5)已启动，则进入步骤六。