本發明屬于汽車空調系統領域，具體涉及一種小排量汽車空調壓縮機控制系統及其控制方法。

背景技術：

小排量車通常是指排量在1.0升左右的“微型汽車”，其油耗基本在每百公里5升以下，與排量在1.4升左右的轎車相比，每百公里要省4升油左右。目前，小排量汽車空調壓縮機一般都是通過皮帶與汽車發動機相連接，空調壓縮機的輪是一直轉動的，輪上帶有電磁離合器。當空調開關打開時，電磁離合器吸合，發動機帶動壓縮機。因此，汽車空調壓縮機運轉需要消耗一部分來自發動機的能量。當小排量汽車低速運行時，發動機的能量完全可以供給汽車以及空調壓縮機運行，但當小排量汽車達到一定速度加速或高速運行時，空調壓縮機消耗的能量不變，而供給汽車的動能卻遠遠不夠，因此會產生“動力不足”的現象。

目前，空調壓縮機大致分為三類，發動機皮帶傳動類型的壓縮機，電機為主體傳動的壓縮機，以及皮帶傳動和電機驅動兼顧的空調壓縮機，第二種壓縮機一般用于純電動汽車中，第三種壓縮機一般用于混合動力汽車中。例如，2005年上市的本田“思域混合動力”車型，開發使用的是皮帶傳動與電機驅動兼顧的空調壓縮機。這種空調壓縮機能夠在車內溫度高、車速慢等空調負荷較高的情況下同時使用皮帶傳動和電機驅動，使制冷能力最大。本發明將此空調壓縮機利用在傳統汽車上，比較傳統汽車，可以利用汽車上的蓄電池提供電源帶動壓縮機。小排量汽車空調的功率一般在2kw到3kw左右，其空調壓縮機的功率一般在700w到900w左右，一般小排量汽車蓄電池額定電壓為12v，額定容量在50ah到60ah左右，以55ah-12v蓄電池為例，大電流放電功率可以達到12kw，因為汽車在城市中加速超車或高速運行往往只需要幾秒鐘或極短的時間，所以此時車用蓄電池完全可以給電動機短時供電來驅動壓縮機。

申請號為201610471994.4的一種空調壓縮機控制系統及方法。該發明通過傳感器接收汽車急加速信號，傳遞給ecu，并適時斷開空調壓縮機繼電器，來短時提升發動機加速功率。但該發明在汽車急加速過程中，空調不工作。

本發明針對小排量汽車提出一種解決方案，可以實現汽車在不關閉空調情況下，在汽車低速行駛時，空調壓縮機由發動機通過皮帶帶動。當汽車到達一定速度加速或高速行駛時，空調壓縮機由發動機和電動機共同帶動，使發動機減少對空調壓縮機提供功率，從而使汽車不會產生“動力不足”的現象。

技術實現要素：

本發明的目的是為了車用汽車開空調情況下，在達到一定速度下短時間內加速或高速行駛時，為了汽車動力性不會下降，而提供的一種空調壓縮機控制系統及其控制方法，通過改變壓縮機驅動方式，來調整發動機能量的分配。

本發明的系統的技術方案是：一種汽車空調壓縮機控制系統，該系統包括檢測機構、執行機構、電子控制單元ecu、空調壓縮機、發動機；

所述檢測機構包括加速度傳感器、車速傳感器、加速踏板位置傳感器；所述加速度傳感器設于汽車重心位置；所述車速傳感器設于變速器殼內；所述加速踏板位置傳感器設于加速踏板模塊內；所述檢測機構用于檢測發動機的加速度、車速信號以及加速踏板的位置信號；

所述執行機構包括電磁離合器a、電磁離合器b、電磁繼電器；

所述電子控制單元ecu包括輸入模塊、運算模塊、輸出模塊；

所述輸入模塊與所述加速度傳感器、所述車速傳感器、加速踏板位置傳感器、電池管理系統電連接，所述輸入模塊用于接受所述加速度傳感器檢測到的汽車加速度信號，所述車速傳感器檢測的汽車車速信號；所述加速踏板位置傳感器檢測的加速踏板行程信號，以及所述電池管理系統檢測的蓄電池荷電狀態信號以及電動機線路上使用的電量信號，荷電狀態即蓄電池使用一段時間的剩余容量與其完全充電狀態的容量的比值；并將檢測到的加速度信號、車速信號傳送給所述運算模塊；將蓄電池荷電狀態信號也傳送給運算模塊；

所述運算模塊用于將檢測到的車速信號、加速度信號與設定的車速v1、高車速v2、加速度a相比較，將檢測到的荷電狀態信號與設定的荷電狀態閾值c相比較、將檢測到的電動機線路上使用的電量信號與設定的電動機使用電量q相比較，將比較判斷后的結果傳送到電磁繼電器控制模塊與所述電磁離合器b控制模塊，并根據車速信號、加速度信號計算出變頻器的通電頻率、輸出電流大小，將通電頻率、輸出電流大小的結果傳送到變頻器控制模塊；

所述電磁繼電器控制模塊生成控制指令，并將控制指令傳送到輸出模塊，所述輸出模塊根據電磁繼電器控制模塊生成的指令控制電磁繼電器的控制開關；所述電磁離合器控制模塊生成控制指令，并將控制指令傳送到輸出模塊，所述輸出模塊根據電磁離合器b控制模塊生成的指令控制電磁離合器b的控制開關；變頻器控制模塊根據加速度大小的結果生成變頻指令，并傳送到所述輸出模塊，所述輸出模塊與所述三相永磁同步電動機連接，根據變頻指令控制變頻器通電頻率及輸出電流大小，從而給所述三相永磁同步電動機產生不同的轉速；

所述空調壓縮機由兩種驅動方式構成，第一種驅動方式為傳統皮帶式驅動，第二種為三相永磁同步電動機驅動，所述傳統皮帶式驅動，將空調壓縮機用皮帶與發動機相連接，壓縮機前端有所述電磁離合器a；所述三相永磁同步電動機前端連接所述電磁離合器b，所述電磁離合器b與空調壓縮機相連接。

本發明的方法的技術方案為：一種汽車空調壓縮機控制系統的控制方法，包括以下步驟：

s1、汽車空調開關打開后，所述車速傳感器檢測到車速信號，加速度傳感器檢測到汽車的加速度信號，加速踏板位置傳感器檢測到加速踏板行程信號，電池管理系統檢測到電池荷電狀態信號，所述電子控制單元的輸入模塊接收檢測的信號并傳送到運算模塊；

s2、運算模塊根據檢測蓄電池荷電狀態信號判斷汽車是否可以使用蓄電池為電動機供電；根據車速信號判斷汽車是否達到設定的車速v1或高速v2；根據加速度信號判斷汽車是否達到設定的加速度a；根據車速，加速度信號計算變頻器輸出的通電頻率及電流大小，并將運算結果傳送到變頻器控制模塊；

s3、空調開關打開，當檢測到蓄電池荷電狀態小于閾值c時，控制模塊生成控制指令，將控制指令傳送到輸出模塊，所述輸出模塊控制電磁繼電器、電磁離合器b斷開；若檢測到荷電狀態大于等于閾值c時，若車速未達到設定的車速v1時，控制模塊生成控制指令，并將控制指令傳送到輸出模塊，所述輸出模塊控制電磁繼電器、電磁離合器b斷開；當汽車車速達到設定車速v1，并且加速度達到設定加速度a時，或者當汽車車速達到設定的高速v2時，控制模塊生成控制指令，并將控制指令傳送到輸出模塊，所述輸出模塊控制電磁繼電器，電磁離合器b通電閉合，并根據變頻器控制模塊生成控制指令，將控制指令送到輸出模塊，所述輸出模塊控制變頻器通電頻率和電流大小，調節電動機的轉速；

s4、在汽車行駛過程中，若檢測到電動機的使用電量大于q時，控制模塊生成控制指令，將控制指令傳送到輸出模塊，所述輸出模塊控制電磁繼電器、電磁離合器b斷開，當重新用蓄電池給電動機供電時從s1步驟開始。

本發明的有益效果；與現有傳統汽車空調壓縮機系統相比增加了一個三相變頻永磁同步電動機，使得開空調情況下，小排量汽車達到一定速度加速或高速行駛時，增加了蓄電池供電驅動電動機帶動壓縮機，減少了發動機提供空調壓縮機運轉的功率，從而消除汽車動力不足的現象。在設定車速v1下，汽車空調壓縮機仍是用發動機通過皮帶帶動運轉。在蓄電池供電情況下，還有利于低碳環保。

附圖說明

圖1為本發明一實施例的結構示意圖；

圖2為本發明一實施例的電子控制系統及外圍系統結構框圖；

圖3為本發明一實施例的電子控制系統結構示意圖。

圖4為本發明一實施例的控制流程圖。

圖1中，1、加速度傳感器；2、車速傳感器；3、加速踏板位置傳感器；4、發動機；5、空調開關；6、電磁離合器a；7、空調壓縮機；8、電磁離合器b；9、三相永磁同步電動機；10、變頻器；11、電磁繼電器；12、蓄電池；13、電池管理系統；14、電子控制單元ecu。

具體實施方式

下面結合附圖具體實施方式對本發明進一步詳細說明。

本發明以電子控制裝置為核心，結合外圍傳感器、電磁離合器、電磁繼電器和電路實現對壓縮機驅動方式的控制，當汽車起步或低速運行時，用發動機帶動皮帶驅動壓縮機工作，當汽車達到一定速度下加速或高速運行時，用發動機和電動機共同帶動壓縮機工作。

圖1所示為本發明所述小排量汽車空調壓縮機系統的一種控制方式，所述空調壓縮機控制系統包括空調壓縮機、發動機、三相永磁同步電動機、變頻器、蓄電池、檢測機構、執行機構和電子控制單元ecu。

所述檢測機構包括加速度傳感器、車速傳感器、加速踏板位置傳感器和電池管理系統。所述加速度傳感器設于汽車重心位置，實時監測汽車的加速度大小；所述車速傳感器采用磁電式車速傳感器，設于變速器殼內上，實時監測汽車的車速大小；所述加速踏板位置傳感器設于加速踏板模塊內，實時檢測加速踏板行程的大小，踏板行程越大，節氣門開度也越大，負荷不變情況下，車速增加。所述電池管理系統實時監測蓄電池荷電狀態；上述加速度傳感器和車速傳感器檢測的加速度信號、車速信號輸入到電子控制單元ecu,作為電動機是否切入以及計算電動機輸出轉速的基本信號；上述電池管理系統檢測的荷電狀態信號輸入到電子控制單元ecu。

如圖2和圖3，所述電子控制單元可在現有的車身控制單元的基礎上設計，包括輸入模塊、運算模塊、控制模塊和輸出模塊。

所述輸入模塊分別與所述加速度傳感器、車速傳感器、加速踏板位置傳感器、電池管理系統電連接，所述輸入模塊用于接受所述加速度傳感器加速度信號，所述車速傳感器車速信號，所述加速踏板位置傳感器踏板行程信號，所述電池管理系統測量的荷電狀態，并將檢測車速信號、加速度信號、荷電狀態信號傳送給所述運算模塊。

所述運算模塊用于根據車速信號、加速度信號比較設定的值之間的大小，判斷出是否需要接入三相永磁同步電動機，并將結果傳送到電磁繼電器和電磁離合器控制模塊；根據車速信號、加速度信號計算出變頻器的通電頻率和電流大小，并將結果傳送到變頻器控制模塊；根據荷電狀態信號比較設定的值之間大小，并判斷蓄電池電量是否能提供電動機帶動壓縮機，并將結果傳送到電磁繼電器和電磁離合器控制模塊。

所述控制模塊根據判斷結果生成控制指令，并傳送到所述輸出模塊，所述輸出模塊與執行器電磁繼電器、電磁離合器b電連接，所述輸出模塊用于根據指令控制電磁繼電器、電磁離合器b的閉合和斷開。所述變頻器控制模塊用于根據計算出的通電頻率及電流的結果生成控制指令，并傳送到所述輸出模塊，所述輸出模塊與變頻器電連接，所述輸出模塊根據控制指令來控制變頻器的通電頻率和電流大小。

所述執行器包括電磁離合器a，電磁離合器b，電磁繼電器；所述電磁離合器a設于空調壓縮機體前端，同時連接發動機；所述電磁離合器b設于壓縮機體后端，同時連接三相永磁同步電動機；所述電磁繼電器設于變頻器與蓄電池之間，與變頻器、蓄電池電連接。

所述三相永磁同步電動機主要由定子與轉子組成，利用通電的定子繞組產生旋轉磁場，作用于永磁轉子上形成磁拉力而同步旋轉。所述三相永磁同步電機一端與變頻器相連接，另一端與電磁離合器b相連接。

所述變頻器將直流電轉化為交流電，還可以控制三相永磁同步電動機定子各相繞組的通電頻率及電流大小，從而可以改變電動機的輸出轉速。其一端通過電磁繼電器與蓄電池連接，另一端與三相永磁同步電動機相連接。

當空調開關打開，電磁離合器a中電磁線圈通電，產生磁場，使皮帶輪與發動機壓盤結合，從而使發動機通過皮帶輪帶動空調壓縮機轉動。加速度傳感器、車速傳感器、加速踏板位置傳感器、電池管理系統將檢測到的信號傳輸給電子控制單元ecu，經過ecu計算分析來進行下一步。因為本發明是希望在蓄電池電量較充足的情況下，才可以提供電能給電動機來輔助驅動壓縮機，所以當空調開關打開，電子控制單元檢測到荷電狀態值如果小于設定閾值c時，ecu發出指令使電磁繼電器與電磁離合器b斷開，此指令優先考慮。也就是發動機單獨驅動空調壓縮機運轉。荷電狀態閾值c設置應較高一點，避免汽車頻繁加速時導致蓄電池一直維持較低電量，也可以使電池維持較富裕的電量時才開始工作。

當檢測到荷電狀態值大于閾值c，而汽車車速未達到設定值v1時，發出指令使電磁繼電器、電磁離合器b斷開，蓄電池不提供能量，同時變頻器不工作，即三相永磁同步電動機不工作，仍由發動機單獨驅動空調壓縮機工作。

當檢測到的車速信號達到設定車速v1，并且加速度信號達到設定加速度a時，或者當檢測的速度信號達到設定高速v2時，即汽車高速行駛時，電子控制單元ecu發出指令使電磁繼電器閉合，即在電動機電路上。蓄電池開始提供電能；同時，ecu發出指令使變頻器開始工作，從蓄電池中流出的電流經過變頻器，使直流電變為交流電；變頻器同時也能根據汽車加速度的大小，通過ecu計算出的通電頻率和電流大小，給變頻器發出控制指令來改變通電頻率和電流的大小，從而給予三相永磁同步電動機不同的轉速大小，當加速度較大時，變頻器使通電頻率增高、電流增加，則電動機轉速增大；當加速度較小時，變頻器使通電頻率降低、電流減小，則電動機轉速減小；與此同時，ecu控制電磁離合器b中電磁線圈通電，使得電動機與空調壓縮機相結合，將電動機轉矩傳給空調壓縮機，從而減少了發動機給壓縮機的轉矩，使發動機將更多的能量供給汽車行駛，消除動力不足的現象。

在行駛過程中，當控制單元檢測到電動機的使用電量大于q時(設定的電動機使用電量q是足夠電動機短時間內工作的，并且設定的使用電量q即使用完，也保證蓄電池有剩余的電量給其他用電器工作。這就需要閾值c設定較高，這樣能保證蓄電池用的電量是蓄電池原先儲存的能量，而不是由發動機經發電機再給蓄電池的能量，保證效率沒有降低)，ecu發出指令使電磁繼電器與電磁離合器b斷開，避免蓄電池使用電量過大，也是為了蓄電池對電動機供電有足夠的效率。當重新使用蓄電池給電動機供電時，首先重新判斷荷電狀態是否大于閾值c。

本發明很好解決了，開空調情況下，小排量汽車在低速的情況下，汽車只利用發動機帶動空調壓縮機工作，當汽車在達到一定車速下加速或高速運行的情況下，空調壓縮機不僅僅由發動機帶動，同時還由蓄電池供電給電動機，電動機帶動空調壓縮機工作，并且能根據加速度大小來調節電動機輸出的轉速和轉矩，從而減少發動機給空調壓縮機的轉矩，將更多能量供給汽車動力行駛，消除動力不足現象。在增加蓄電池供電的情況下，還具有環保低碳的優點。

在本說明書的描述中，參考術語“一個實施例”、“一些實施例”、“示意性實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特征、結構、材料或者特點包含于本發明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結構、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。

盡管已經示出和描述了本發明的實施例，本領域的普通技術人員可以理解：在不脫離本發明的原理和宗旨的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本發明的范圍由權利要求及其等同物限定。