汽车空调系统及其控制方法
【专利摘要】一种汽车空调系统及其控制方法，该控制方法包括如下步骤：S1)判断汽车是否即将停车；S2)空调控制单元执行停车控制逻辑，调整电子膨胀阀的开启度；S3)当汽车停车时，发动机及压缩机均停止转动；汽车停车后，所述电子膨胀阀具有一定的开启度以控制适合量的制冷剂流入蒸发器，所述制冷剂通过该蒸发器蒸发吸热以延迟车内出风温度的升高时间。本发明只需要在现有空调系统的基础上改变其运行方式即可，操作简单，避免了新增零部件或材料所产生的额外成本。
【专利说明】汽车空调系统及其控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种汽车空调系统及其控制方法，尤其涉及一种应用于汽车即将停车时及停车后的汽车空调系统及其控制方法。
【背景技术】
[0002]电子膨胀阀作为一种新型的节流元件已广泛应用在家用空调领域。电子膨胀阀可以根据系统的要求灵活改变空调系统的制冷剂流量，实现对过热度的有效控制，从而实现系统的效能的提高。电子膨胀阀是一种由步进电机驱动阀芯运动、通过针形阀芯开启度，调整阀口的大小，从而调整制冷剂流量的机构。电子膨胀阀有效使用的关键在于电子膨胀阀的控制逻辑，即如何根据系统要求对电子膨胀阀的开度进行控制。
[0003]在家用、商用空调中，由于系统工况比较稳定，对于空调系统的控制方法比较成熟有效。而对于汽车空调系统来讲，由于汽车复杂的使用环境，对于电子膨胀阀的控制也提出了更高的要求。特别是当前，随着汽车节能的要求越来越高，很多欧美国家出台法律法规，要求汽车在等待红绿灯的过程中发动机熄火。由于汽车空调压缩机受发动机驱动，因此发动机熄火同时带来一个问题就是空调无法制冷，这必将影响车内人员舒适度。空调系统及其零部件开发商均在努力改进设计，以维持汽车在发动机停机过程中的制冷能力。
[0004]为实现汽车在发动机停止过程中仍然能保持一定的制冷能力，各个空调系统和部件开发商在努力开发各种技术，维持系统具备一定的制冷量。而其中最为流行的一种做法是设计一种所谓“Stop-Stay蒸发器”。这种蒸发器的原理是在蒸发器表面附有一层蓄热材料，在正常制冷过程中，将冷量积蓄在蒸发器表面；当压缩机停机以后，积蓄在蒸发内的冷量释放出来，传递给空气，实现对车厢的制冷。
[0005]客观上，这种“Stop-Stay蒸发器”能够维持一段时间的制冷量，起到发动机熄火时的制冷效果。然而，不可否认，这种“Stop-Stay蒸发器”的蓄热材料需要极大的增加材料成本；另外，对于蒸发器来讲，蒸发器的温度也受制于内部制冷剂的温度，对于传统采用热力膨胀阀为节流机构的制冷系统，当压缩机停机以后，冷凝器内的高压制冷剂迅速释放到低压端，导致蒸发器内的制冷剂温度迅速升高，从而影响到停机状态下的蒸发器的冷却效果。
[0006]因此，有必要对现有的技术进行改进，以克服以上技术问题。
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于提供一种成本较低的汽车空调系统及其控制方法，当汽车停车后依然能够产生一定的制冷能力。
[0008]为解决实现上述目的，本发明采用如下技术方案:一种汽车空调系统的控制方法，其包括如下步骤:
51)判断汽车是否即将停车；
52)当汽车即将停车时，空调控制单元执行停车控制逻辑，调整电子膨胀阀的开启
度； 53)当汽车停车时，发动机及压缩机均停止转动；汽车停车后，汽车空调系统为内循环，所述电子膨胀阀具有一定的开启度以控制制冷剂流入蒸发器，所述制冷剂通过该蒸发器蒸发吸热以延迟车内出风温度的升高时间。
[0009]作为本发明进一步改进的技术方案，步骤S2)中，所述空调控制单元执行停车控制逻辑时，增大电子膨胀阀的开启度，步骤S3)中电子膨胀阀的开启度小于步骤S2)中电子膨胀阀的开启度。
[0010]作为本发明进一步改进的技术方案，所述压缩机为变排量压缩机，其在步骤S2)中，提高压缩机的排量对制冷剂进行压缩。
[0011]作为本发明进一步改进的技术方案，所述空调控制单元包括一个判断模块，步骤Si)中，该判断模块根据车速、加速度及刹车情况来综合判断汽车是否即将停车。
[0012]作为本发明进一步改进的技术方案，步骤S2)与步骤S3)之间还包括进一步判断汽车是否的确即将停车的步骤，其中如果在预定的时间内车速仍未到达零，则所述空调控制单元放弃停车控制逻辑，重新返回到正常控制逻辑。
[0013]作为本发明进一步改进的技术方案，步骤SI)中，认为汽车即将停车的判断包括确定刹车已经被踩下；所述步骤S3)之后还包括如下步骤:
54)当车内出风温度高于某设定值以后，重新启动压缩机。
[0014]作为本发明进一步改进的技术方案，步骤S3)中，压缩机停机后，以固定某一百分比的开启度开启所述电子膨胀阀直至出风温度高于某设定值。
[0015]作为本发明进一步改进的技术方案，步骤S3)中，压缩机停机后，先以固定第一百分比的开启度开启所述电子膨胀阀并维持一定的时间，然后再以固定第二百分比的开启度开启该电子膨胀阀直至出风温度高于某设定值。
[0016]作为本发明进一步改进的技术方案，步骤S3)中，压缩机停机后，所述电子膨胀阀的开启度和出风温度成线性关系或者非线性关系，并实时调整该电子膨胀阀的开启度，直至出风温度高于某设定值。
[0017]为解决实现上述目的，本发明还可以采用如下技术方案:一种汽车空调系统，其包括:压缩机、蒸发器、电子膨胀阀、冷凝器及用以控制压缩机、电子膨胀阀及蒸发器的空调控制单元，所述空调控制单元按照上述的控制方法对所述汽车空调系统进行控制。
[0018]与现有技术相比，本发明能够在发动机停机后，所述电子膨胀阀具有一定的开启度以控制制冷剂流入蒸发器，所述制冷剂通过该蒸发器蒸发吸热以延迟车内出风温度的升高时间，满足了发动机停机状态下冷却控制所需的制冷要求；另外，本发明只需要在现有空调系统的基础上改变其运行方式即可，操作简单，避免了新增零部件或材料所产生的额外成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1是本发明汽车空调系统的原理图；
图2是本发明汽车空调系统的控制方法的示意图，其中以车速作为主要参考依据；
图3是电子膨胀阀的开启度与出风温度达到某设定值时的曲线图；
图4是本发明汽车空调系统的控制方法的步骤图。【具体实施方式】
[0020]图1显示了本发明的汽车空调系统100，其包括:电子膨胀阀1、连接于电子膨胀阀I的蒸发器2、连接于的蒸发器2且用以控制蒸发器2内压力的压缩机3、连接于压缩机3的冷凝器4、以及空调控制单元5。所述电子膨胀阀I用以节流，以控制流入蒸发器2内制冷剂的量。所述空调控制单元5分别与电子膨胀阀1、蒸发器2及压缩机3相连，以对它们起到控制作用。汽车正常行驶时，所述压缩机3能够被汽车的发动机(未图示)带动，进而使整个汽车空调系统100能够顺利运转。
[0021]请参图2及图4所示，本发明汽车空调系统的控制方法包括如下步骤:
51)判断汽车是否即将停车；
52)当汽车即将停车时，空调控制单元5发出指令并执行停车控制逻辑，调整电子膨胀阀I的开启度；
53)当汽车停车时，汽车的发动机及汽车空调系统100的压缩机3均停止转动；汽车停车后，汽车空调系统为内循环，所述电子膨胀阀I具有一定的开启度以控制制冷剂流入蒸发器2，所述制冷剂通过该蒸发器2蒸发吸热以延迟车内出风温度的升高时间。
[0022]具体地，步骤SI)中，通过空调控制单元5中的判断模块(未图示)来判断汽车是否即将停车。当然，在其他实施方式中，也可以通过车载芯片单元(未图示)先来判断汽车是否即将停车，然后再将汽车即将停车的信号传递给空调控制单元5。
[0023]进一步地，上述步骤SI)中，汽车即将停车的判断包括但不限于如下情形:在某一较短时间内，当发现车速从某一较高的数值(例如，
> 40km/h)迅速降低至某一较低的数值(例如，20km/h)时，认为汽车即将停车。步骤SI)
中，认为汽车即将停车的判断包括确定刹车已经被踩下，也就是说，一般情况下，踩住刹车是认为汽车即将停车的前提条件。当然，针对不同的路况，对上述步骤Si)中汽车是否停车的判断所采用的判断逻辑可以是不同的。举例来说，如果汽车在某一合理长的时间内均处于高度行驶状态(可以认为汽车在高速公路上行驶)，此时，汽车在某一较短的时间内，车速及汽车加速度迅速下降，若车速低于某一阀值时，且刹车被踩下，则可以认为汽车即将停车；如果汽车车速在某一合理长的时间内均在某一较低的数值上下波动(可以认为汽车在拥堵的状况下行驶)，此时，虽然汽车的速度本身并不快，但是，只要汽车在某一较短的时间内，车速下降至低于某一阀值时，且刹车被踩下，则可以认为汽车即将停车。相反，假如油门被踩下，即使满足速度调节也被不认为进入停车模式。如果刹车和油门都未被踩下，则判断即将停车的条件需要比刹车被踩下时候的条件更苛刻，比如刹车踩下进入停车模式的速度阀值是20km/h，而都不踩进入停车模式的阀值需要是10km/h或者是5km/h，甚至更低。
[0024]综上所述，步骤SI)中，空调控制单元5的判断模块能够根据车速、加速度及刹车情况来综合判断汽车是否即将停车。所述车速的大小及刹车信号通过LIN线传递给空调控制单元5。所述加速度是空调控制单元5通过计算车速的变化而得出的。当然，在其他实施方式中，车载芯片单元也能够根据车速、加速度及刹车情况来综合判断汽车是否即将停车，然后将汽车是否即将停车的信号传递给空调控制单元5。
[0025]需要说明的是:关于上述步骤SI)中汽车是否停车的判断并非本发明的重点，上述举例只是为了更好的理解本发明，绝非对本发明的限制。[0026]上述步骤S2)中，调整电子膨胀阀I的开启度包括两种方式，即:减小电子膨胀阀I的开启度或者增大电子膨胀阀I的开启度，其中减小电子膨胀阀I的开启度是为了减缓蒸发器2内制冷剂的饱和度、延长制冷剂进入蒸发器2内的时间，从而起到延长制冷时间的目的；增大电子膨胀阀I的开启度是为了在蒸发器2内存放更多的液态制冷剂，以延长蒸发时间，从而起到延长制冷时间的目的。虽然，上述调整电子膨胀阀I的开启度的两种方式是完全不同的，但是这两种方式的思考角度也是不同的，都是可行的。
[0027]所述压缩机3为变排量压缩机，其在步骤S2)中，提高压缩机3的排量对制冷剂进行压缩，从而能够在高压端存储更多的制冷剂。在这种情况下，当汽车停车时，开启电子膨胀阀I后，能够让更多的制冷剂流入蒸发器2从而延长制冷时间。步骤S2)中，在增大电子膨胀阀I的开启度的方式下，所述空调控制单元5控制发动机的转速维持在当前转速，并维持离合器吸合。开大电子膨胀阀I到适合的位置，当蒸发器2内的压力低于某一数值(例如，0.25 MPa)时，压缩机3的离合器断开，等待接收汽车停车指令。优选地，当蒸发器2内的压力低于某一数值(例如，0.25 MPa)，压缩机3的离合器断开时，关闭电子膨胀阀I，停止将制冷剂释放到蒸发器2。
[0028]上述步骤S3)中，汽车停车后，所述电子膨胀阀I具有一定的开启度以控制适合量的制冷剂流入蒸发器2，这里提到的“电子膨胀阀I具有一定的开启度”可以在汽车停车后立即开启或者在汽车停车后过了一段时间后再开启。步骤S3)中电子膨胀阀I的开启度小于步骤S2)中在增大电子膨胀阀I的开启度的方式下的电子膨胀阀I的开启度，以便在汽车停车后，尽可能延长制冷时间。
[0029]可以理解的是:上述步骤S2)与步骤S3)之间还包括进一步判断汽车是否的确即将停车的步骤。请参图2中的曲线A所示，如果进一步检测车速后，发现车速为零(即停车)，则启动步骤S3);请参图2中的曲线C所示，如果进一步检测车速后，发现车速在预定的时间内(例如20秒)仍未到达零(可认为汽车处于低速运行的堵车状态，并非需要停车)，则放弃停车控制逻辑，重新返回到正常控制逻辑；当然，即使汽车空调系统100已经重新返回到正常控制逻辑，车速的检测依然存在，一旦车速为零，则完全关闭电子膨胀阀I ;请参图2中的曲线B所示，如果进一步检测车速后，发现车速一直在第二数值(20km/h)附近上下波动(可认为汽车处于低速运行的堵车状态，并非需要停车)，此时进一步检测车速，一旦车速为零，则完全关闭电子膨胀阀I。在曲线B和曲线C所示的情形下，当车速为零时，完全关闭电子膨胀阀I的目的是为了回位，进而使接下来的步骤S3)中能够更准确的控制电子膨胀阀I的开启度。
[0030]步骤S3)中，按照一定的规则开启电子膨胀阀I的开启度，控制适合的流入蒸发器2的制冷剂，避免蒸发器2内压力过高，同时根据换热需求，足够的制冷剂，通过蒸发吸热，尽可能延迟车内出风温度的升高时间。步骤S3)中开启所述电子膨胀阀I的规则是固定的或者可变的，例如可以按照如下规则进行:
规则一:压缩机3停机后，以固定某一百分比(例如10%)的开启度开启所述电子膨胀阀I直至出风温度高于某设定值。图3是经过测试的电子膨胀阀的开启度与出风温度达到某设定值时的曲线图，从图中能够看出，存在一个最佳的开启度百分比，使出风温度到达设定值的时间最长，但这个最佳的开启度百分比与换热器容量、所达到的设定温度等多种因素有关。优选地，以设定值为18°C作为实验值，采用规则一的方法进行控制所得到的电子膨胀阀I于不同开度下，空气温度达到18°c时所需的时间，从图3中可以看出，最优的开度为50步(即控制电子膨胀阀I的步进电机走了 50步)，达到18°C的时间最长，为45秒。需要说明的是，规则一中所述的“固定某一百分比”是一个相对的概念，指的是在一种工况下开启电子膨胀阀I的百分比是固定的，也就是说，在不同的工况下(例如汽车外部的温度不同)开启电子膨胀阀I的百分比还是不同的。
[0031]规则二:压缩机3停机后，先以固定第一百分比(例如10%)的开启度开启所述电子膨胀阀I并维持一定的时间，然后再以第二百分比(例如30%)的开启度开启该电子膨胀阀I直至出风温度高于某设定值。需要说明的是，规则二中所述的“固定第一百分比”及“固定第二百分比”也是一个相对的概念，指的是在一种工况下开启电子膨胀阀I的第一、第二百分比是固定的，也就是说，在不同的工况下(例如汽车外部的温度不同)开启电子膨胀阀I的第一、第二百分比还是不同的。
[0032]规则三:压缩机3停机后，所述电子膨胀阀I的开度和出风温度成线性关系或者非线性关系，并实时调整该电子膨胀阀I的开启度，直至出风温度高于某设定值。
[0033]步骤S3)中电子膨胀阀的开启度小于步骤S2)中电子膨胀阀的开启度。理由在于:步骤S2)中，增大电子膨胀阀的开启度是为了在较短的时间内存储更多的制冷剂。步骤S3)中电子膨胀阀的开启度小于步骤S2)中电子膨胀阀的开启度，相对缓慢的释放制冷剂才能保证延长制冷时间。
[0034]所述步骤S3)之后还包括如下步骤:S4)当车内出风温度高于某设定值以后，重新启动压缩机，以启动正常模式下的空调系统。
[0035]综上所述，本发明当汽车停车时，虽然发动机及压缩机均停止转动，但是由于所述电子膨胀阀I具有一定的开启度，还是有制冷剂流入蒸发器2，所述制冷剂通过该蒸发器2蒸发吸热以延迟车内出风温度的升高时间。也就是说，在步骤S3)中，即使汽车的发动机不运转(例如汽车处于等待红绿灯的停止状态)，汽车空调系统100依然能够实现制冷。另外，在步骤S2)中增大电子膨胀阀I的开启度是为了在蒸发器2内存放更多的液态制冷剂，以延长蒸发时间，从而起到延长制冷时间的目的。综上所述，本发明控制方法只需要建立在现有的汽车空调系统上，控制方法简单，不需要额外增加零组件或材料，极大地降低了成本。
[0036]需要说明的是:以上实施例仅用于说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案，尽管本说明书参照上述的实施例对本发明已进行了详细的说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，所属【技术领域】的技术人员仍然可以对本发明进行修改或者等同替换，而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，均应涵盖在本发明的权利要求范围内。
【权利要求】
1.一种汽车空调系统的控制方法，其特征在于，该控制方法包括如下步骤: 51)判断汽车是否即将停车； 52)当汽车即将停车时，空调控制单元执行停车控制逻辑，调整电子膨胀阀的开启度； 53)当汽车停车时，发动机及压缩机均停止转动；汽车停车后，汽车空调系统为内循环，所述电子膨胀阀具有一定的开启度以控制制冷剂流入蒸发器，所述制冷剂通过该蒸发器蒸发吸热以延迟车内出风温度的升高时间。
2.如权利要求1所述的汽车空调系统的控制方法，其特征在于:步骤S2)中，所述空调控制单元执行停车控制逻辑时，增大电子膨胀阀的开启度，步骤S3)中电子膨胀阀的开启度小于步骤S2)中电子膨胀阀的开启度。
3.如权利要求2所述的汽车空调系统的控制方法，其特征在于:所述压缩机为变排量压缩机，其在步骤S2)中，提高压缩机的排量对制冷剂进行压缩。
4.如权利要求1所述的汽车空调系统的控制方法，其特征在于:所述空调控制单元包括一个判断模块，步骤SI)中，该判断模块根据车速、加速度及刹车情况来综合判断汽车是否即将停车。
5.如权利要求1、2、3或4所述的汽车空调系统的控制方法，其特征在于:步骤S2)与步骤S3)之间还包括进一步判断汽车是否的确即将停车的步骤，其中如果在预定的时间内车速仍未到达零，则所述空调控制单元放弃停车控制逻辑，重新返回到正常控制逻辑。
6.如权利要求1、2、3或4所述的汽车空调系统的控制方法，其特征在于:步骤SI)中，认为汽车即将停车的判断包括确定刹车已经被踩下；所述步骤S3)之后还包括如下步骤: 54)当车内出风温度高于某设定值以后，重新启动压缩机。
7.如权利要求1、2、3或4所述的汽车空调系统的控制方法，其特征在于:步骤S3)中，压缩机停机后，以固定某一百分比的开启度开启所述电子膨胀阀直至出风温度高于某设定值。
8.如权利要求1、2、3或4所述的汽车空调系统的控制方法，其特征在于:步骤S3)中，压缩机停机后，先以固定第一百分比的开启度开启所述电子膨胀阀并维持一定的时间，然后再以固定第二百分比的开启度开启该电子膨胀阀直至出风温度高于某设定值。
9.如权利要求1、2、3或4所述的汽车空调系统的控制方法，其特征在于:步骤S3)中，压缩机停机后，所述电子膨胀阀的开启度和出风温度成线性关系或者非线性关系，并实时调整该电子膨胀阀的开启度，直至出风温度高于某设定值。
10.一种汽车空调系统，其特征在于，所述汽车空调系统包括:压缩机、蒸发器、电子膨胀阀、冷凝器及用以控制压缩机、电子膨胀阀及蒸发器的空调控制单元，所述空调控制单元按照权利要求1至9项中任意一项所述的控制方法对所述汽车空调系统进行控制。
【文档编号】B60H1/00GK103568776SQ201210276586
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2012年8月6日 优先权日:2012年8月6日
【发明者】张荣荣, 爱德温·斯坦科, 唐立 申请人:杭州三花研究院有限公司