CN103384608A - 用于控制机动车辆的空气调节系统的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于控制安装在机动车辆中的空气调节系统的系统，该空气调节系统包括蒸发器和由电机驱动的压缩机，该电机具有受控的转速。该控制系统包括：用于根据外部温度和蒸发器温度设定点来设计压缩机极限转速的装置（2）；用于根据压缩机极限转速来设计压缩机转速设定点的装置（5）；以及用于根据压缩机转速设定点来控制电机的转速的装置。

Description

用于控制机动车辆的空气调节系统的系统和方法

技术领域

本发明的领域涉及空气调节系统，更特别地涉及使用由电机驱动的压缩机的用于机动车辆的空气调节系统。

背景技术

空气调节系统通常包括压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器，它们由冷却回路连接在一起，冷却剂流过该冷却回路。

空气调节系统通常包括具有蒸发器的热分支和具有冷凝器的冷分支，这些分支通过压缩机和膨胀阀连接在一起。

压缩机用于增加气态冷却剂的压力并使之流向冷凝器。冷凝器用于将冷却剂内的热量与外界交换。该冷却剂继续通过控制流量的膨胀阀流入蒸发器。该冷却剂然后穿过蒸发器，该蒸发器使得外部热量与该冷却剂换热。冷却剂然后气化并继续流向压缩机。由此，外部温度在蒸发器附近降低并在冷凝器附近升高。

文献US2008088241公开了一种系统，其中电机的转速根据吹入空气温度和蒸发器输出温度的要求进行控制。压缩机根据开启/关闭模式被以最小速度驱动。该文献并未描述有关压缩机的高速度的优化。

文献FR2840261公开了一种控制空气调节设备的系统和方法，该空气调节设备包括可限制压缩机的速度的装置，以防止导致温度稍微升高的大的电消耗。该文献中公开的系统以压缩比的测量和/或吹入空气的温度的减少与压缩机转速增加之间的比例为基础。另一实施例利用动态数值，该动态数值易产生测量结果和检测阈值的筛选问题。

需要一种用于从所获得的热舒适性的收益角度评估电消耗值的装置。

需要一种用于从所获得的热舒适性的收益角度评估电消耗值的方法。

发明内容

因此，提供一种用于控制空气调节系统的系统，该空气调节系统安装在机动车辆上并且包括蒸发器以及由电机在受控转速下驱动的压缩机。该控制系统包括用于根据外部温度和蒸发器温度设定点（随其变化而变化）来设计（制作，制订，用公式确定，élaborer）压缩机转速极限的装置、用于根据压缩机转速极限（随其变化而变化）来设计压缩机转速设定点的装置、以及用于根据压缩机转速设定点（随其变化而变化）来控制电机的转速的装置。

该控制系统可包括用于根据蒸发器温度（随其变化而变化）来设计转速极限的装置以及用于根据压力（随其变化而变化）来设计转速极限的装置，这些装置经其输出端与用于设计压缩机转速设定点的装置连接。

用于设计压缩机转速极限的装置可以在输入端接收空气调节系统的输出部的空气流量。用于设计压缩机转速极限的装置可以包括作为外部温度、蒸发器温度设定点以及空气调节系统的输出部的空气流量的函数（随其变化而变化）的压缩机速度极限的第一查找表（绘制图，cartographie）。

用于设计压缩机转速极限的装置可以包括：作为外部温度的函数的性能系数的第二查找表；用于根据外部温度、蒸发器温度设定点、性能系数以及作为输入接收的空气调节系统输出端的空气流量值（随其变化而变化）来设计压缩机的电力（电功率）的装置；以及作为压缩机的电力和外部温度的函数的压缩机转速极限的第三查找表。

用于设计压缩机转速极限的装置可以包括根据压缩机的动力（功率）设定点和压缩机的电力测量值之差（随其变化而变化）的PI调节，所述动力设定点和电力测量值作为输入被接收。

用于根据蒸发器温度来设计转速极限的装置可以包括根据蒸发器温度设定点和测量的蒸发器温度之差（随其变化而变化）的PI调节，所述蒸发器温度设定点和测量的蒸发器温度作为输入被接收。PI是指比例积分。

该控制系统可包括第四查找表，该第四查找表能根据外部温度传送冷却剂压力的最大值。用于根据该压力来设计转速极限的装置可以包括根据冷却剂压力的最大值和测量的冷却剂压力之差（随其变化而变化）的PI调节。

设计压缩机转速设定点的装置还可在输入端接收用于设计压缩机转速极限的装置的输入信号、用于根据蒸发器温度来设计转速极限的装置的输入信号以及用于根据压力来设计转速极限的装置的输入信号之间的差值。

本发明的另一主题是一种控制安装在机动车辆上的空气调节系统的方法，该空气调节系统包括蒸发器和电机驱动的压缩机，该电机的转速是受控制的，其中，根据外部温度和蒸发器温度设定点（随其变化而变化）来设计压缩机的转速设定点，根据该压缩机的转速设定点伺服控制（使之随动）该电机。

可以从压缩机转速极限、作为蒸发器温度的函数的压缩机转速极限以及作为冷却剂压力的函数的压缩机转速极限中选择最小值以作为压缩机转速设定点。

可以根据压缩机的最大速度的查找表来设计压缩机的转速极限，该查找表具有外部温度、蒸发器温度设定点和空气调节系统的输出端的空气流量作为输入。

可以根据外部温度、蒸发器温度设定点和压缩机的输出端的空气流量（随其变化而变化）来设计压缩机的电力，并且可以根据压缩机的电力和外部温度之间的比较来设计压缩机的转速极限。

可以通过根据作为输入接收的压缩机动力设定点和压缩机动力测量值之差的PI调节来设计压缩机的转速极限，通过根据作为输入接收的蒸发器温度设定点和测量的蒸发器温度之差的PI调节来设计根据蒸发器温度（随其变化而变化）的压缩机转速极限，根据外部温度来设计最大冷却剂压力值，并且通过根据最大冷却剂压力值和测量的冷却剂压力之差的PID调节来设计根据冷却剂压力（随其变化而变化）的压缩机转速极限。

可以根据蒸发器温度设定点与测量的蒸发器温度之差、压缩机动力设定点与测量的压缩机动力之差以及最大冷却剂压力值与测量的冷却剂压力之差（随其变化而变化），从根据蒸发器温度的压缩机转速极限、根据冷却剂压力的压缩机转速极限、根据动力（随其变化而变化）的压缩机转速极限中选择压缩机转速设定点。

如果压力差为正数并且动力差也为正数，则可选择根据蒸发器温度的压缩机转速极限作为压缩机转速设定点。

如果压力差为正数并且蒸发器温度差接近零，则可选择根据冷却剂压力的压缩机转速极限作为压缩机转速设定点。

另一方面，如果动力差为负数并且蒸发器温度差接近零，则可选择根据动力的压缩机转速极限作为压缩机转速设定点。

如果动力差为负数、压力差为负数并且蒸发器温度差接近零，则可从压缩机转速极限和根据冷却剂压力的压缩机转速极限中选择最小值作为压缩机转速设定点。

如果动力差为负数、压力差为负数并且蒸发器温度差为正数，则可从根据蒸发器温度的压缩机转速极限、根据冷却剂压力的压缩机转速极限中选择最小值作为压缩机转速设定点。

如果动力差为正数并且蒸发器温度差为正数，则可从根据蒸发器温度的压缩机转速极限和压缩机转速极限中选择最小值作为压缩机转速设定点。

如果压力差为负数并且蒸发器温度差为正数，则可从根据蒸发器温度的压缩机转速极限和根据冷却剂压力的压缩机转速极限中选择最小值作为压缩机转速设定点。

附图说明

通过阅读参照附图以非限定性实施例给出的下列说明，其他目的、特征和优点将显而易见，在附图中：

-图1示出用于控制压缩机的系统；

-图2示出根据一个实施例的用于设计压缩机的转速极限的装置2；

-图3示出根据另一实施例的用于设计压缩机的转速极限的装置2；和

-图4示出根据另一实施例的用于控制压缩机的系统。

具体实施方式

图1示出用于控制空气调节系统的压缩机的系统1，该系统通过输入部7接收外部温度、通过输入部8接收空气调节系统的输出端的空气流量、通过输入部9接收蒸发器温度设定点、通过输入部10蒸发器测量温度并且通过输入部11接收测量的冷却剂压力，并且通过输出部6传送压缩机转速设定点，以便使得可限制电力消耗。冷却剂可为氟利昂。

该输出部6通过比较器5连接至用于设计压缩机的转速极限的装置2、连接至用于根据蒸发器温度设计转速极限的装置3并且连接至用于根据冷却剂压力设计该转速极限的装置4。

用于设计压缩机的转速极限的装置2在输入端接收外部温度、空气调节系统的输出端的空气流量以及蒸发器温度设定点。

用于根据蒸发器温度设计转速极限的装置3在输入端接收蒸发器温度设定点和蒸发器温度测量值。

用于根据压力设计转速极限的装置4在输入端接收外部温度和测量的冷却剂压力。

比较器5在其输入端接收来自用于设计压缩机的转速极限的装置2的转速极限、来自用于根据蒸发器温度设计转速极限的装置3的转速极限以及来自用于根据压力设计转速极限的装置4的转速极限。比较器5在其输出端传送与所接收的转速极限中的最大极限值相应的压缩机转速设定点。

图2示出用于设计压缩机的转速极限的装置2的实施例，该装置2包括作为外部温度、空气调节系统的输出端的空气流量以及蒸发器温度设定点的函数的压缩机转速的查找表。被制作查找表的压缩机转速的特征为该转速是最大值，由此可使得在考虑到输入变量以及不过度增加压缩机电力消耗的情况下实现可接受的舒适度。这样，热性能和电力消耗之间的折衷集成到该查找表中。电力增加的极限可针对各制造商的标准而确定并且几乎都非常严格。

图3示出用于设计压缩机的转速极限的装置2的另一实施例，该装置中的第一减法器13在其输出端传送通过输入部7接收的外部温度与通过输入部9接收的蒸发器温度设定点之间的差值。可以将外部温度等同于蒸发器输入端的温度。

该减法器13进行下列计算：

$\mathrm{\ΔT}=T_{\mathrm{evapo}}^{\mathrm{in}}-T_{\mathrm{evapo}}^{\mathrm{out}}=T_{\mathrm{ext}}-T_{\mathrm{vapo}-\mathrm{stp}}$

其中，T_{vapo_stp}=蒸发器温度设定点。

第一乘法器15在其输出端传送用于设计压缩机的转速极限的装置2的输出14与通过输入部8接收的空气调节系统输出端的空气流量的乘积。

该第一乘法器15进行下列计算：

$P_{\mathrm{evapo}}^{\mathrm{temperature}}=C_p\·\mathrm{\ΔT}\·Q_{\mathrm{air}}=C_p\·(T_{\mathrm{ext}}-T_{\mathrm{vapo}\_\mathrm{stp}})\·Q_{\mathrm{air}}$

其中，C_p=恒压下的热容；Q_air=空气调节系统的输出端的空气流量。

第二乘法器17在其输出端传送第一乘法器15的输出16与通过确定、设计或存储装置18的连接部19接收的湿度因子的乘积。

第二乘法器17进行下列计算：

也就是可替换为，

P_evapo=湿度因子·C_p·(T_ext-T_{vapo_step})·Q_air

其中，湿度因子与空气湿度相关的动力（功率）校正因子。

并行地，第二查找表21经由输入部7的分支20接收外部温度。该第二查找表21在其输出端传送随外部温度变化的性能系数的值。根据外部温度，该性能系数可被认为是最小可接受系数。也就是说，该性能系数根据外部温度以不同方式表示空气调节系统的效率。40℃下的效率也许是可以接受的，同样的效率在20℃下可能就不可接受了。表示可接受效率的标准和第二查找表21通过试验确定，并且根据制造商的要求而严格或不严格。

除法器24在其输出端传送由连接部23接收的第二乘法器17的结果除以由输出部22接收的第二查找表21的结果的商。除法器24进行下列计算:

$P_{\mathrm{compressor}}^{\mathrm{selec}}=\frac{P_{\mathrm{evapo}}}{\mathrm{COP}}$

其中，COP为性能系数。

因此可以理解，第一减法器13、第一乘法器15、第二除法器17、确定/设计/存储装置18和除法器24一起形成用于设计压缩机的电力的装置。

第三查找表27在输入端经由连接部25接收来自除法器24的值并且经由输入部7的分支26接收外部温度。该第三查找表使得可以根据接收自除法器24的压缩机压力值以及外部温度匹配压缩机的转速极限。该查找表例如通过试验确定。

图4示出根据另一实施例的用于控制压缩机的系统1。此实施例使得可在同一个系统内集成与压缩机的控制相关的功能，即，蒸发器温度的调节、与冷却剂压力相关的安全性以及消耗的电力的极限。

第二减法器30在其输出端传送从输入部9接收的蒸发器温度设定点与从输入部10接收的蒸发器温度测量值之间的差。第一PI（比例，积分）调节装置36在一个输入部接收相对于蒸发器温度的微分项、在一个输入部接收相对于蒸发器温度的比例系数并且在另一个输入部接收相对于蒸发温度的积分系数。由第二减法器30作为输出传送的信号用作相对于蒸发温度的微分项。积分系数和比例系数分别接收自确定、设计或存储装置32和33。PI调节装置36作为输出传送一信号，该信号承载随蒸发器温度变化的压缩机转速极限。第二减法器36和PI调节装置36包括在用于根据蒸发器温度设计转速极限的装置3中。

第三减法器39作为输出传送接收自输入部28的压缩机动力设定点与接收自输入部29的压缩机动力测量值之差。第二PI调节装置45在一个输入部接收相对于压缩机动力的微分项、在一个输入部接收相对于压缩机动力的比例系数并且在另一个输入部接收相对于压缩机动力的积分系数。由第三减法器39作为输出传送的信号用作相对于冷却剂压力的微分项。积分系数和比例系数分别接收自确定、设计或存储装置41和43。第二PI调节装置45作为输出传送一信号，该信号承载随着压缩机的动力变化的压缩机转速极限，也称为压缩机的转速极限。第三减法器39和第二PI调节装置45包括在用于设计压缩机的转速极限的装置2中。

第三查找表57在输入端接收来自输入部7的外部温度，并作为输出传送最大冷却剂压力值。第四减法器48作为输出传送经由连接部58接收自第三查找表57的最大冷却剂压力值与从输入部11接收的测量的冷却剂压力之间的差。第三PI调节装置54在一个输入部接收相对于冷却剂压力的微分项、在一个输入部接收相对于冷却剂压力的比例系数并且在另一个输入部接收相对于冷却剂压力的积分系数。由第四减法器48作为输出传送的信号用作相对于冷却剂压力的微分项。积分系数和比例系数分别接收自确定、设计或存储装置50和52。

第三PI调节装置54作为输出传送一信号，该信号承载随冷却剂压力变化的压缩机转速极限。

第四减法器48和第三PI调节装置54包括在用于根据压力设计转速极限的装置4中。

比较器5在输入端经由连接部14接收来自用于根据压力设计转速极限的装置4的根据冷却剂压力变化的压缩机转速极限、经由连接部12接收来自用于设计压缩机的转速极限的装置2的压缩机转速极限、经由连接部13接收来自用于根据蒸发器温度设计转速极限的装置3的根据蒸发器温度变化的压缩机转速极限。该比较器5还经由分支56从第四减法器48接收最大冷却剂压力值与测量的冷却剂压力值之差、经由分支38从第二减法器30接收蒸发器温度设定点与测量的蒸发器温度之差、并且经由分支47从第三减法器39接收压缩机动力设定点与压缩机动力测量值之差。

该比较器5然后确定压缩机转速设定点并经由输出端6传输该值。根据接收自第二减法器30的蒸发器温度差、接收自第三减法器39的动力差以及接收自第四减法器48的压力差，该比较器5从接收自下列装置的速度中选择速度设定点：用于设计压缩机的转速极限的装置2、用于根据蒸发器温度设计转速极限的装置3以及用于根据压力设计转速极限的装置4。

如果压力差为正数并且动力差也为正数，则比较器5选择根据蒸发器温度的压缩机转速极限作为压缩机转速设定点。

当压力差为负数并且蒸发器温度差接近零时，比较器5选择根据冷却剂压力的压缩机转速极限作为压缩机转速设定点。

如果动力差为负数并且蒸发器温度差接近零，则比较器5选择根据动力的压缩机转速极限作为压缩机转速设定点。

如果动力差为负数、压力差为负数并且蒸发器温度差接近零，在比较器5选择压缩机转速极限和根据冷却剂压力的压缩机转速极限中的最小值作为压缩机转速设定点。

另一方面，如果动力差为负数、压力差为负数并且蒸发器温度差为正数，则比较器5选择根据蒸发器温度的压缩机转速极限、根据动力的压缩机转速极限以及根据冷却剂压力的压缩机转速极限中的最小值作为压缩机转速设定点。

如果动力差为负数并且蒸发器温度差为正数，则比较器5选择根据蒸发器温度的压缩机转速极限和根据动力的压缩机转速极限中的最小值作为压缩机转速设定点。

最后，如果压力差为负数并且蒸发器温度差为正数，则比较器5选择根据蒸发器温度的压缩机转速极限和根据冷却剂压力的压缩机转速极限中的最小值作为压缩机转速设定点。

用于控制空气调节系统的系统可估算压缩机的电力消耗值以增加热舒适性。各种实施例使得可根据空气调节系统的运行所涉及的各物理参数的几乎先进的配置来产生该系统。

Claims (21)

1.一种控制系统，用于控制安装在机动车辆上并且包括蒸发器和压缩机的空气调节系统，该压缩机由电机在受控的转速下驱动，其特征在于，该控制系统包括：

用于根据外部温度和蒸发器温度设定点来设计压缩机的转速极限的装置（2）；

用于根据该压缩机的转速极限来设计压缩机的转速设定点的装置（5）；以及

用于根据该压缩机的转速设定点来控制电机的转速的装置。

2.根据权利要求2所述的控制系统，包括用于根据蒸发器温度来设计该转速极限的装置（3）以及用于根据压力来设计该转速极限的装置（4），这些装置经它们的输出端与用于设计压缩机的转速设定点的装置（5）连接。

3.根据权利要求2所述的控制系统，其特征在于，用于设计压缩机的转速极限的装置（2）在输入端接收所述空气调节系统输出端的空气流量，所述用于设计压缩机的转速极限的装置（2）包括作为外部温度、蒸发器温度设定点以及空气调节系统的输出端的空气流量的函数的、压缩机的速度极限的第一查找表。

4.根据权利要求2所述的控制系统，其特征在于，用于设计压缩机的转速极限的装置（2）包括作为外部温度的函数的、性能系数的第二查找表（21），用于根据外部温度、蒸发器温度设定点、性能系数以及作为输入接收的空气调节系统输出端的空气流量的值来设计压缩机的电力的装置（13，15，17，18，24），以及作为压缩机的电力和外部温度的函数的、压缩机的转速极限的第三查找表（27）。

5.根据权利要求2所述的控制系统，其特征在于，用于设计压缩机的转速极限的装置（2）包括根据压缩机的动力设定点和压缩机的动力测量值之差的PI调节，所述压缩机的动力设定点和压缩机的动力测量值作为输入被接收。

6.根据权利要求5所述的控制系统，其特征在于，用于根据蒸发器温度来设计转速极限的装置（3）包括根据蒸发器温度设定点和测量的蒸发器温度之差的PI调节，所述蒸发器温度设定点和测量的蒸发器温度作为输入被接收。

7.根据权利要求5或6所述的控制系统，包括第四查找表（57），该第四查找表能根据外部温度传送冷却剂压力的最大值，用于根据压力来设计转速极限的装置（4）包括根据冷却剂压力的最大值与测量的冷却剂压力之差的PI调节。

8.根据权利要求5至7中任一项所述的控制系统，其特征在于，用于设计压缩机的转速设定点的装置（5）还在输入端接收用于设计压缩机的转速极限的装置（2）、用于根据蒸发器温度来设计转速极限的装置（3）以及用于根据压力来设计转速极限的装置（4）的输入信号之差。

9.一种控制方法，用于控制安装在机动车辆上并且包括蒸发器和由电机驱动的压缩机的空气调节系统，该电机的转速是受控的，其中，根据外部温度和蒸发器温度设定点来设计该压缩机的转速设定点，并且根据该压缩机的转速设定点来伺服控制该电机。

10.根据权利要求9所述的控制方法，其特征在于，从压缩机的转速极限、作为蒸发器温度的函数的压缩机的转速极限以及作为冷却剂压力的函数的压缩机的转速极限中选择最小值以作为压缩机的转速设定点。

11.根据权利要求10所述的控制方法，其特征在于，以外部温度、蒸发器温度设定点和空气调节系统输出端的空气流量为输入来设计作为压缩机最大速度的查找表的函数的、压缩机的转速极限。

12.根据权利要求10所述的控制方法，其特征在于，根据外部温度、蒸发器温度设定点和压缩机输出端的空气流量来设计压缩机的电力，以及根据压缩机的电力与外部温度的比较来设计压缩机的转速极限。

13.根据权利要求9所述的控制方法，其特征在于，通过根据作为输入被接收的压缩机的动力设定点和压缩机的动力测量值之差进行的PI调节来设计压缩机的转速极限；

通过根据作为输入被接收的蒸发器温度设定点和测量的蒸发器温度之差进行的PI调节来设计根据蒸发器温度的压缩机的转速极限；

根据外部温度确定最大冷却剂压力值；以及

通过根据最大冷却剂压力值和测量的冷却剂压力之差进行的PID调节来设计根据冷却剂压力的压缩机的转速极限。

14.根据权利要求13所述的控制方法，其特征在于，根据蒸发器温度设定点和测量的蒸发器温度之差、压缩机的动力设定点和测量的压缩机动力之差以及最大冷却剂压力值和测量的冷却剂压力之差，从根据蒸发器温度的压缩机的转速极限、根据冷却剂压力的压缩机的转速极限以及根据动力的压缩机的转速极限中选择压缩机的转速设定点。

15.根据权利要求14所述的控制方法，其特征在于，如果压力差为正数并且如果动力差为正数，则选择根据蒸发器温度的压缩机的转速极限为压缩机的转速设定点。

16.根据权利要求14或15所述的控制方法，其特征在于，如果压力差为负数并且如果蒸发器温度差接近零，则选择根据冷却剂压力的压缩机的转速极限为压缩机的转速设定点。

17.根据权利要求14至16中任一项所述的控制方法，其特征在于，如果动力差为负数并且如果蒸发器温度差接近零，则选择根据动力的压缩机的转速极限为压缩机的转速设定点。

18.根据权利要求14至17中任一项所述的控制方法，其特征在于，如果动力差为负数、如果压力差为负数并且如果蒸发器温度差接近零，则从压缩机的转速极限和根据冷却剂压力的压缩机的转速极限中选择最小值作为压缩机的转速设定点。

19.根据权利要求14至18中任一项所述的控制方法，其特征在于，如果动力差为负数、如果压力差为负数并且如果蒸发器温度差为正数，则从根据蒸发器温度的压缩机的转速极限、压缩机的转速极限以及根据冷却剂压力的压缩机的转速极限中选择最小值作为压缩机的转速设定点。

20.根据权利要求14至19中任一项所述的控制方法，其特征在于，如果动力差为正数并且如果蒸发器温度差为正数，则从根据蒸发器温度的压缩机的转速极限、以及压缩机的转速极限中选择最小值作为压缩机转速设定点。

21.根据权利要求14至20中任一项所述的控制方法，其特征在于，如果压力差为负数并且如果蒸发器温度差为正数，则从根据蒸发器温度的压缩机的转速极限以及根据冷却剂压力的压缩机的转速极限中选择最小值作为压缩机的转速设定点。

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