一种汽车空调压缩机控制系统

技术领域

本发明涉及压缩机控制技术领域，具体为一种汽车空调压缩机控制系统。

背景技术

汽车空调系统是汽车不可或缺的重要部件。作为汽车空调系统的核心组件，汽车空调压缩机负责制冷剂的循环和压缩，其性能直接影响到汽车空调系统的制冷效果和能耗；

汽车空调压缩机在工作时，由于缺乏精细化的运行参数监测和反馈预警，所以压缩机的故障反馈存在严重的滞后性，且在发生异常时无法主动调整运行状态从而缓解异常情况的发生，延长使用寿命；另一方面，现有技术缺乏对压缩机运行状态的精确控制，致使能耗较高，不利于节能环保。为此，我们提供一种汽车空调压缩机控制系统。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种汽车空调压缩机控制系统。

本发明所解决的技术问题为：

(1)如何对运行参数进行相关性分析，进而筛选关键运行参数；

(2)如何利用参数分析模块将采集的运行参数整合，对动力传动效率、压缩机的压缩效率和吸排气温度进行分析，从而对压缩机的运行状态进行全方位监控；

(3)如何利用优化控制模块构建双层优化模型，获取最优压缩机控制方案，提高压缩机的能效比和稳定性。

本发明可以通过以下技术方案实现：一种汽车空调压缩机控制系统，该系统包括：

参数采集模块，利用皮尔逊积矩相关性系数对压缩机的运行参数进行相关性分析，将相关性系数进入设定的相关性阈值范围的运行参数作为关联参数进行实时采集；

参数分析模块，用于对实施采集的运行参数进行监控分析，包括对动力传动的传动效率、压缩机的压缩效率和压缩机的吸气温度、排气温度进行分析和阈值比对，并生成相关的异常信号传输至预警处置模块，传输至预警处置模块的数据或异常信号包括剩余工作周期数、二级传动异常信号、压缩异常信号和温度异常信号；

预警处置模块，对接收到的异常信号进行自发的故障确认或处置，并将确认的异常信号发送至显示模块进行显示提醒；

优化控制模块，用于对正常运行的压缩机进行优化和干预，以压缩机的能效比最大为上层优化目标，以压缩机连续稳定工作为下层优化目标，车内乘员的舒适性、调温时间、电磁阀开度为约束条件，构建双层优化模型，并求解到最优方案，将此最优方案的参数值作为优化控制压缩机的指导值。

本发明的进一步技术改进在于：参数采集模块的采集参数包括环境温度、目标温度、吸气压力、排气压力、压缩机主轴转速、压缩机功率、电磁阀开度、吸气温度和排气温度。

本发明的进一步技术改进在于：优化控制模块与预警处置模块为互斥模块，当预警处置模块介入时，优化控制模块的优化控制策略不执行，当压缩机正常运行无异常信号产生时，激活优化控制模块，对压缩机的运行状态进行优化。

本发明的进一步技术改进在于：参数分析模块对动力传动模块进行传动效率分析，具体包括：

定义发动机转速与皮带轮转速的比值、皮带轮转速与压缩机主轴转速的比值分别为一级转速比和二级转速比；

将一级转速比与发送机和皮带轮的设定传动比进行差值计算得到传动差值；且以压缩机的工作周期为横轴、工作周期内的平均传动差值为纵轴构建坐标系并绘制压缩机连续工作周期内的传动差值变化曲线；

参数分析模块中还设有传动折损阈值，在上述坐标系中将传动折损阈值的对应基线划定，定期对传动差值变化曲线进行函数拟合，并求得传动差值变化曲线与基线相交时的剩余工作周期数；

当二级转速比小于1时，直接生成二级传动异常信号；

参数分析模块将剩余工作周期数和二级传动异常信号传输至预警处置模块。

本发明的进一步技术改进在于：参数分析模块对压缩机压缩效率进行分析的具体步骤包括：

基于压缩机在工作稳态情况下，根据理想状态气体方程pV＝nRT变形得到

将实际压缩比

在压缩机转速稳定时，取该段时间内的压缩比损失系数的平均值，当该平均值超过10％且该状态时间超出设定警告时间时，则认为压缩机出现漏气情况，生成压缩异常信号并发送至预警处置模块。

本发明的进一步技术改进在于：参数分析模块对压缩机的吸气温度、排气温度进行分析的具体步骤包括：在连续工作周期的吸气温度或排气温度数据集内，设置固定长度的滑移区间，且该滑移区间以随机步长进行移动；

当滑移区间内出现连续N个工作周期的吸气温度或排气温度高于设定温度阈值范围，则认为压缩机的吸气温度异常或排气温度异常，生成温度异常信号并发送至预警处置模块。

本发明的进一步技术改进在于：所述预警处置模块将接收到的剩余工作周期与一定值比较，当低于该定值时发出一级传动异常警报提示；

当接收到二级转速比异常时，通过对电池电量检测和对励磁线圈通断电测试确定异常点的发生位置，并发出电量不足提示或励磁线圈异常报警；

当接收到压缩异常信号时，主动降低压缩活塞的行程或通过人为降低发动机转速从而降低压缩机主轴转速；

当收到温度异常信号时，主动发出压缩机超温警报并调整目标温度降低负载，或降低发动机转速从而降低压缩机主轴转速，缓解温度异常现象。本发明的进一步技术改进在于：双层优化模型的构建方式包括：

设定目标函数：针对上层目标，压缩机的能效比最大，即

M为压缩机主轴的扭矩，n

制冷量Q

针对下层目标，压缩机连续稳定工作，拆分为压缩机的启停次数最小且启停间隔短，即

设定约束条件：

(1)车内乘员舒适性

W→W

(2)调温时间

K

其中,W

(3)电磁阀开度

约束电磁阀开度范围区间为(0.18，100)。

与现有技术相比，本发明具备以下有益效果：

1、本发明通过参数采集模块对压缩机的运行参数进行筛选，选取与能效比关联性强的运行参数作为采集数据，一方面降低了数据采集成本和维护成本，另一方面采集的数据更具有针对性和关联性，使得后续结果更加真实可靠。

2、通过设置参数分析模块，对动力传动效率、压缩机的压缩效率和吸排气温度进行分析，并在分析异常数据时生成异常信号传输至预警处置模块，预警处理模块对异常信号进行主动验证并对压缩机工况进行适应性调整，以缓解异常情况，在进行预警提示的同时维持压缩机工作的稳定性和效果，提升乘员的体验感；

3、通过设置优化控制模块并构建双层优化模型，以最大化压缩机的能效比和提高压缩机连续工作稳定性两方面为优化目标，获取压缩机在一定工况下的最优控制方案，根据该最优控制方案的参数值对压缩机的工作运行状态进行指导，为优化提供了数据支撑，更有说服力；同时，降低了压缩机的能量消耗，延长了压缩机的使用寿命，降低了使用成本，也符合绿色环保的要求。

附图说明

为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明的系统框图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为实现预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下。

请参阅图1所示，一种汽车空调压缩机控制系统，包括参数采集模块、参数分析模块，预警处置模块和控制优化模块；

参数采集模块，压缩机的运行参数众多，我们定义某一微小时间区间内的能耗和对应制冷量的比值为目标参数，即瞬时能效比为目标参数，将其他关联参数与该目标参数进行相关性分析，具体地，采用皮尔逊积矩相关性系数计算关联参数与瞬时能效比的相关性大小，皮尔逊积矩相关性系数的取值范围为[-1,1],当皮尔逊积矩相关性系数的值接近1时，表示两个参数之间存在强烈的正相关关系；当值接近-1时，表示两个变量之间存在强烈的负相关关系；而当值接近0时，则表示两个变量之间的相关关系几乎不存在；

设定相关性阈值范围，取皮尔逊积矩相关性系数的大小落入相关性阈值范围的参数作为实时采集的工作参数，包括环境温度、目标温度、吸气压力、排气压力、压缩机主轴转速、压缩机功率、电磁阀开度、吸气温度和排气温度；

另外，监测电磁离合器中的电流电压实时情况；上述参数以汽车空调压缩机的一个工作周期进行记录，工作周期即压缩周期；

参数分析模块用于对上述参数进行分析，进而对压缩机的工作状态进行监控，对可能发生的运行故障提前检测预警；对参数进行分析的具体步骤如下：

S1：针对动力传动模块，包括皮带轮和电磁离合器，获取车辆的发动机转速、皮带轮转速和压缩机主轴转速，分别计算发动机转速与皮带轮转速的比值、皮带轮转速与压缩机主轴转速的比值，分别定义为一级转速比和二级转速比，并将一级转速比与发送机和皮带轮的设定传动比进行差值计算得到传动差值；

参数分析模块中还设有传动折损阈值，传动折损阈值基于皮带的材质、张力、带轮直径、负载情况进行确定；参数分析模块以工作周期为横坐标，工作周期内的平均传动差值为纵坐标，构建压缩机连续工作周期内的传动差值变化曲线，并在坐标系内划定传动折损阈值限制线；

每间隔一定时间对传动差值变化曲线进行函数拟合，并根据拟合的函数预测当传动差值达到传动折损阈值时的剩余工作周期数，一旦传动差值变化曲线超出传动折损阈值限制，就意味着皮带传动存在打滑现象，面临传动失效风险；

针对二级转速比，当二级转速比小于1，即电磁离合器的电磁力不足以使皮带轮的动力与压缩机主轴保持稳定的传动连接，此时主要是电池供电不稳定或励磁线圈出现故障导致，生成二级传动异常信号；

参数分析模块将定期更新的剩余工作周期数以及二级传动异常信号传输至预警处置模块；

S2：针对压缩机的实际压缩比

在压缩机稳定工作时，虽然其内部的压力与温度较之标准气压环境不尽相同，气体分子间的相互作用力可能会发生相应变化，但是可以近似看做理想状态，基于此，理想状态气体方程的具体形式为：

pV＝nRT；

其中，p表示压强，V表示气体体积，T表示气体温度，n表示气体的物质的量，R表示摩尔气体常数；

当发动机稳定在一个确定的转速时，且压缩机工作状态稳定时，压缩机的进出口气体达到动态平衡状态，认为此时压缩机内部的气体的量是确定的，从而在理想状态下，在压缩机的进气端和出气端可生成如下等式：

将吸气压力p

其中，V

由于实际压缩比还受到工作条件的变化、工质性质的差异会出现波动，所以压缩比损失系数也在一定正常范围内进行波动，在每一次压缩机启停工作区间内且压缩机主轴转速稳定在某一值时，取该段时间区间内的压缩比损失系数集合，并求取其均值得到平均压缩比损失系数；

当该平均压缩比损失系数超过10％且该状态时间超出设定警告时间时，则认为压缩机出现漏气情况，生成压缩异常信号并发送至预警处置模块；

S3、针对吸气温度和排气温度：

当吸气温度过高时，会导致气缸压缩后气体温度变高，从而增加了压缩机的功耗，且会降低压缩机的排气量；

当排气温度过高时，会使压缩机发生过热，还可能使润滑油炭化、结焦，增加气缸、活塞和活塞环的磨损以及密封性能的破坏；

针对连续压缩周期的吸气温度或排气温度，设置一定长度的滑移区间，并借助设定范围限制的随机数生成器生成随机步长，滑移区间以该随机步长在采集的数据集合中进行移动，当滑移区间内出现连续N个工作周期的吸气温度或排气温度高于设定温度阈值范围，则认为压缩机的吸气温度异常或排气温度异常，生成温度异常信号并发送至预警处置模块。

预警处置模块针对接收到的异常信号进行故障自主确认或处置，并对确认的异常信号发送至显示模块如车辆的显示表盘，具体地：

预警处置模块接收到定期更新的剩余工作周期数，并在剩余工作周期数低于某一定值时发出一级传动异常警报提示；

在接收到二级传动异常信号后，确定电池剩余电量值，若电量充足，连续多次对励磁线圈进行通断电测试，当能够复现二级转速比异常时，则判定励磁线圈线路出现问题，发出励磁线圈异常报警；若电量不充足，则提示电量不足；

预警处置模块接收到压缩异常信号时，此时压缩机的阀片出现密封性能失效或部分失效，此时主动降低压缩活塞的行程或通过人为降低发动机转速从而降低压缩机主轴转速，从而降低气体对阀片的冲击，缓解漏气情况；

预警处置模块在接收到温度异常信号时，主动发出压缩机超温警报并调整目标温度以降低负载，或降低发动机转速从而降低压缩机主轴转速，缓解温度异常现象；

优化控制模块与预警处置模块为互斥模块，即当预警处置模块发挥作用时，优化控制模块功能关闭，换句话说，当压缩机正常运行无异常信号产生时，激活优化控制模块，对压缩机的运行状态进行优化；

优化控制模块以压缩机的能效比最大为上层优化目标，以压缩机连续稳定工作为下层优化目标，车内乘员的舒适性、从环境温度达到目标温度的时间、电磁阀开度为约束条件，构建双层优化模型，从而使压缩机能在最优的运行状态工作；

具体地，双层优化模型如下：

设定目标函数：针对上层目标，压缩机的能效比最大，即

ERR

根据M＝9550P/n等式变换得到

针对下层目标，可以分拆为压缩机的启停次数最小且启停间隔短，即

设定约束条件：

(1)车内乘员舒适性

根据环境温度和历史数据中该条件下的日常使用习惯自动初始化目标温度W

(2)从环境温度达到目标温度的时间

车厢内的空间从环境温度达到目标温度需要一定时间，将该时间定义为调温时间，调温时间与压缩机的制冷量Q大小以及环境温度与目标温度的差值相关，过短的调温时间会导致压缩机功耗急剧增大，过长的调温时间则会影响车内乘员的体验感；

调温时间t

将调温时间约束在合理范围内，即K

(3)电磁阀开度

电磁阀的开度过小易导致制冷剂流量受限，制冷效果变小以及调温时间变长，且容易导致蒸发器发生结霜现象，一旦结霜，压缩机即停止工作，从而影响启停次数；电磁阀开度过大，则会降低压缩机的能效比；根据经验值，约束电磁阀开度范围区间为(0.18，100)；

利用遗传算法、蚁群算法、粒子群算法等进行结合求解上述是双层优化模型的最优解，并将获得最优解的参数取值作为优化控制策略的压缩机工况的目标值，从而优化压缩机的工况，增加能效比和运行的稳定性。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。