某車型搭載智能電驅(qū)動(dòng)空調(diào)分析

朱俊峰

某車型搭載智能電驅(qū)動(dòng)空調(diào)分析

朱俊峰

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

文章主要針對(duì)某車型用戶在夏季夜晚駐車條件下開(kāi)空調(diào)的需求，提出方案。在現(xiàn)有行車空調(diào)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上并聯(lián)電動(dòng)壓縮機(jī)回路，開(kāi)發(fā)了控制策略，最后對(duì)駐車空調(diào)制冷性能及油耗進(jìn)行測(cè)試，與現(xiàn)有的行車空調(diào)相比，油耗和噪聲有了明顯的降低，有效解決了用戶夏季夜晚開(kāi)空調(diào)的舒適性需求。通過(guò)搭載智能電驅(qū)動(dòng)空調(diào)，可以有效節(jié)省夜晚開(kāi)空調(diào)的油耗成本，并降低整車開(kāi)空調(diào)的噪聲，提升客戶滿意度。

智能電驅(qū)動(dòng)空調(diào)；駐車空調(diào)；油耗；電動(dòng)壓縮機(jī)；車載空調(diào)

對(duì)某輕卡市場(chǎng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，有部分用戶在夏天夜間在車內(nèi)休息時(shí)，因?yàn)樘鞖廨^熱，需要開(kāi)空調(diào)降低駕駛室溫度。目前的車輛配置需要啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)才能實(shí)現(xiàn)制冷需求，而開(kāi)啟發(fā)動(dòng)機(jī)后噪音大，造成油耗增加。用戶為了降低成本，用小風(fēng)扇降溫，這樣降溫效果較差。如果配置了車載電驅(qū)動(dòng)空調(diào)，不啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)就可以實(shí)現(xiàn)降溫需求，客戶滿意度就會(huì)大大提升。

1 駐車空調(diào)方案

1.1 系統(tǒng)方案

在現(xiàn)有空調(diào)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上并聯(lián)電動(dòng)壓縮機(jī)回路，開(kāi)發(fā)空調(diào)控制盒對(duì)駐車模式空調(diào)開(kāi)啟進(jìn)行控制，在發(fā)動(dòng)機(jī)熄火后利用整車蓄電池的電驅(qū)動(dòng)空調(diào)，維持2 h的睡眠溫度27 ℃，具體系統(tǒng)原理圖及電氣原理圖如圖1和圖2所示。

圖1 系統(tǒng)原理圖

圖2 電氣原理圖

1.2 空調(diào)控制盒方案

通過(guò)控制空調(diào)控制盒實(shí)現(xiàn)駐車空調(diào)系統(tǒng)開(kāi)啟、模式調(diào)節(jié)、溫度調(diào)節(jié)及風(fēng)量調(diào)節(jié)等功能，其針腳定義如表1所示。

表1 插接件定義

表1 （續(xù)）

電氣端口采用20針腳的插件，插件端口信息如圖3所示。

圖3 插件端口信息

1.3 控制策略

1.3.1駐車空調(diào)和行車空調(diào)工作

（1）手動(dòng)控制器按A/C鍵時(shí)（A/C按鍵為機(jī)械按鍵，不能自動(dòng)復(fù)位），控制盒C3針腳收到A/C開(kāi)啟信號(hào)，當(dāng)滿足開(kāi)啟壓縮機(jī)條件時(shí)自行控制燃油壓縮機(jī)和電動(dòng)壓縮機(jī)工作；

（2）接收到A/C開(kāi)啟信號(hào)+發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，C16或C17輸出，控制燃油壓縮機(jī)工作；接收到A/C開(kāi)啟信號(hào)+發(fā)動(dòng)機(jī)未啟動(dòng)時(shí)，C17輸出，同時(shí)通過(guò)控制器局域網(wǎng)（Controller Area Network, CAN）發(fā)送電動(dòng)壓縮機(jī)開(kāi)啟信號(hào)+轉(zhuǎn)速信號(hào)，控制電動(dòng)壓縮機(jī)工作；發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)信號(hào)由整車發(fā)送；

（3）壓縮機(jī)開(kāi)啟條件：接收到鼓風(fēng)機(jī)開(kāi)啟信號(hào)，或檢測(cè)到蒸發(fā)溫度傳感器且溫度高于3.5 ℃，或檢測(cè)到二元壓力開(kāi)關(guān)導(dǎo)通信號(hào)[1]；

（4）控制盒接收到鼓風(fēng)機(jī)開(kāi)啟信號(hào)時(shí)，C9腳輸出低電平，未接收到時(shí)斷開(kāi)輸出。

1.3.2蒸發(fā)溫度設(shè)定

行車溫度范圍（燃油壓縮機(jī)）0.5 ℃～3.5 ℃；駐車溫度范圍（電動(dòng)壓縮機(jī)）0.5 ℃～3.5 ℃。

1.3.3壓力開(kāi)關(guān)控制

（1）駐車空調(diào)A/C開(kāi)啟時(shí)，當(dāng)控制器C7與C8導(dǎo)通時(shí)，電動(dòng)壓縮機(jī)正常工作；壓力開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，電動(dòng)壓縮機(jī)不工作，但C17腳有信號(hào)輸出，冷凝風(fēng)扇工作。

（2）行車空調(diào)A/C開(kāi)啟時(shí)，當(dāng)控制器C7與C8導(dǎo)通時(shí)，燃油壓縮機(jī)正常工作；壓力開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，燃油壓縮機(jī)不工作，但C17腳有信號(hào)輸出，冷凝風(fēng)扇工作，駐車空調(diào)自動(dòng)關(guān)閉系統(tǒng)。

駐車空調(diào)未工作，通過(guò)控制器C1腳采集電池電壓，當(dāng)檢測(cè)到控制盒供電電壓（鑰匙電壓）持續(xù)10 s均值低于22 V時(shí)，此時(shí)無(wú)法開(kāi)啟駐車空調(diào)（控制盒無(wú)信號(hào)輸出C9、C16 壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)），駐車空調(diào)進(jìn)入低電壓保護(hù)后，不再自動(dòng)恢復(fù)，只有當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)電壓高于23 V以后，才能手動(dòng)恢復(fù)。

駐車空調(diào)工作時(shí)，通過(guò)控制器C1腳采集電池電壓，當(dāng)檢測(cè)到控制盒供電電壓（鑰匙電壓）持續(xù)3分鐘均值低于22 V時(shí)，切斷空調(diào)系統(tǒng)工作（控制盒無(wú)信號(hào)輸出C9、C16 壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)），駐車空調(diào)進(jìn)入低電壓保護(hù)后，不再自動(dòng)恢復(fù)，只有當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)電壓高于23 V以后，才能手動(dòng)恢復(fù)。

手動(dòng)恢復(fù)操縱：操作手動(dòng)控制器使A/C開(kāi)啟信號(hào)有以下變化OFF-ON或ON-OFF-ON。

1.3.4行駐車切換

（1）駐車切換到行車：駐車工作狀態(tài)下，直接進(jìn)入到行車狀態(tài)，（關(guān)閉電動(dòng)壓縮機(jī)，5 s后開(kāi)啟燃油壓縮機(jī)）。

（2）行車切換到駐車：行車工作狀態(tài)下，直接進(jìn)入到駐車狀態(tài)，（關(guān)閉燃油壓縮機(jī)，5 s后開(kāi)啟電動(dòng)壓縮機(jī)）。

1.3.4駐車電動(dòng)壓縮機(jī)變頻調(diào)節(jié)

（1）根據(jù)采集的環(huán)境溫度（環(huán)境溫度由整車通過(guò)CAN發(fā)出），蒸發(fā)傳感器的值，進(jìn)行變頻控制。

（2）根據(jù)預(yù)設(shè)的合理最冷蒸發(fā)溫度確定初始?jí)嚎s機(jī)轉(zhuǎn)速。

（3）根據(jù)蒸發(fā)溫度所提供的反饋信號(hào)，依照自動(dòng)控制的比例、積分和微分（Proportion Integral Differential, PID）調(diào)節(jié)規(guī)則，調(diào)整壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速。使最終的實(shí)際蒸發(fā)溫度與合理最冷蒸發(fā)溫度相等。

（4）對(duì)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)由該控制器以CAN通訊方式傳送給壓縮機(jī)電機(jī)控制器，以最終調(diào)節(jié)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速[2]。

具體的工作流程圖如圖4所示。

依據(jù)駕駛艙實(shí)際蒸發(fā)器溫度與目標(biāo)蒸發(fā)器溫度差值確定壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速，表2中，△1=實(shí)際蒸發(fā)溫度-目標(biāo)蒸發(fā)溫度，△2=上一次采集的實(shí)際蒸發(fā)溫度（10 s前）-當(dāng)前實(shí)際蒸發(fā)溫度，△1/△2分正負(fù)NS為初始轉(zhuǎn)速，當(dāng)△1＜0時(shí)，NS為1 500 r/min，具體的轉(zhuǎn)速變化如表2所示。

圖4 電動(dòng)壓縮機(jī)變頻控制工作流程圖

表2 電動(dòng)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速變化圖

蒸發(fā)溫度控制策略：

當(dāng)環(huán)境溫度amb≤5 ℃，目標(biāo)蒸發(fā)溫度evap= 2 ℃；

當(dāng)環(huán)境溫度5＜amb≤15 ℃，目標(biāo)蒸發(fā)溫度evap=0.8amb-2；

當(dāng)環(huán)境溫度15＜amb≤20 ℃，目標(biāo)蒸發(fā)溫度evap=10 ℃；

當(dāng)環(huán)境溫度20＜amb≤30 ℃，目標(biāo)蒸發(fā)溫度evap=-0.8(amb-20)+10；

當(dāng)環(huán)境溫度amb＞30 ℃，目標(biāo)蒸發(fā)溫度evap= 2 ℃；

蒸發(fā)溫度變化曲線如圖5所示。

圖5 蒸發(fā)溫度變化曲線

為避免壓縮機(jī)頻繁調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)數(shù)，實(shí)際蒸發(fā)溫度實(shí)時(shí)采集，10 s處理一次，參與計(jì)算（電動(dòng)壓縮機(jī)變頻計(jì)算開(kāi)始時(shí)間為控制盒需要開(kāi)啟電動(dòng)壓縮機(jī)時(shí)，電動(dòng)壓縮機(jī)關(guān)閉后，下次開(kāi)啟需重新開(kāi)始計(jì)算）。

備注：蒸發(fā)溫度傳感器失效替代值為-2 ℃。室外溫度傳感器失效替代值為20 ℃，失效模式為斷路、短路。

2 性能試驗(yàn)

2.1 噪音試驗(yàn)

1.場(chǎng)地要求

場(chǎng)地或路面周邊 20 m 之內(nèi)不得有建筑物、墻壁或其他大型物體。測(cè)量場(chǎng)地周圍不得有其他噪聲源存在。

2.氣象條件

汽車外面的環(huán)境溫度在-5 ℃～35 ℃之間。在測(cè)量地點(diǎn)或沿測(cè)量路線的位置高約1.2 m處風(fēng)速不得大于5 m/s，大于5 m/s 時(shí)測(cè)試結(jié)果無(wú)效。必須注意陣風(fēng)的影響。試驗(yàn)時(shí)應(yīng)是無(wú)雨雪無(wú)霧天氣，相對(duì)濕度小于95%。

3.背景噪聲

測(cè)量過(guò)程中，傳聲器位置處的背景噪聲（包括風(fēng)聲影響）應(yīng)比被測(cè)噪聲低 10 dB(A)以上。

如果背景噪聲比被測(cè)量噪聲低（6～10）dB(A)，測(cè)量結(jié)果應(yīng)減去表3中的修正值，若差值小于6 dB(A)，測(cè)量結(jié)果無(wú)效。

表3 噪音測(cè)試修正表

4.試驗(yàn)設(shè)備及方法

振動(dòng)噪聲測(cè)試儀、測(cè)試用筆記本電腦一臺(tái)、噪聲傳感器若干個(gè)，噪聲傳感器線若干條、噪聲校準(zhǔn)器一只，蓄電池或其他電源等，傳感器布置在駕駛員右耳處及副駕駛員左耳處。

5.試驗(yàn)結(jié)果

駐車空調(diào)開(kāi)啟時(shí)車內(nèi)噪聲最大噪聲為67.4dB(A)（行車空調(diào)開(kāi)啟最大噪聲為70.2dB(A)）。如表4所示。

表4 噪音測(cè)試結(jié)果 單位：dB(A)

2.2 油耗試驗(yàn)

按照J(rèn)T/T 719—2016 營(yíng)運(yùn)貨車燃油消耗量限值及測(cè)量方法，對(duì)怠速燃料消耗量進(jìn)行測(cè)試，試驗(yàn)結(jié)果如表5所示。

輕卡車載電驅(qū)動(dòng)空調(diào)油耗為0.24 L/h（怠速開(kāi)行車空調(diào)油耗為1.5 L/h）。

備注：油耗=虧電油耗-滿電油耗。虧電狀態(tài)指蓄電池經(jīng)過(guò)車載電驅(qū)動(dòng)空調(diào)工作后因?yàn)樘濍娫斐煽照{(diào)切斷后的狀態(tài)，滿電狀態(tài)指蓄電池未經(jīng)過(guò)車載電驅(qū)動(dòng)空調(diào)工作消耗電量的狀態(tài)，滿電與虧電狀態(tài)油耗對(duì)比如圖6所示。

表5 油耗測(cè)試結(jié)果

圖6 油耗差值對(duì)比圖

試驗(yàn)結(jié)論，與怠速開(kāi)啟行車空調(diào)相比，搭載駐車空調(diào)后，車內(nèi)噪聲最大噪聲由70.2 dB降低至67.4 dB，油耗由1.5 L/h降低至0.24 L/h。

3 結(jié)束語(yǔ)

卡車配置了駐車空調(diào)，使用電動(dòng)壓縮機(jī)取代傳統(tǒng)壓縮機(jī)，壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)無(wú)需與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速掛鉤，使用蓄電池的電能來(lái)驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，可以實(shí)現(xiàn)停車狀態(tài)下的制冷需求[3]，滿足了用戶夏季夜晚開(kāi)空調(diào)的舒適性需求，噪音和油耗相對(duì)傳統(tǒng)空調(diào)有了明顯的提升，客戶滿意度會(huì)大大提升。

[1] 陳孟湘.汽車空調(diào)[M].2版.上海:上海交通大學(xué)出版社,2001.

[2] 陳芝久,袁曉梅.汽車空調(diào)壓縮機(jī)變排量控制閥的研究現(xiàn)狀[J].上海交通大學(xué)學(xué)報(bào),2001(8):1264-1267.

[3] 王如竹.制冷原理與技術(shù)[M].北京:科學(xué)出版社,2003.

Analysis of a Vehicle Equipped with Intelligent Electric Drive Air Conditioner

ZHU Junfeng

( Anhui Jianghuai Automobile Group Company Limited, Hefei 230601, China )

This article mainly puts forward a scheme for the needs of a certain model user to turn on the air conditioner under the parking condition of summer night. On the basis of the existing service air conditioning system, the parallel electric compressor circuit is developed, the control strategy is developed, and finally the refrigeration performance and fuel consumption of the parking air conditioner are tested, and compared with the existing driving air conditioner, the fuel consumption and noise have been significantly reduced, which effectively solves the user's comfort needs for turning on the air conditioner at summer night. By equipping the intelligent electric drive air conditioner, it can effectively save the fuel consumption cost of turning on the air conditioner at night, reduce the noise of the vehicle air conditioner, and improve customer satisfaction.

Intelligent electric drive air conditioner; Parking air conditioner; Oil consumption; Electric compressor;Vehicle air conditioner

U463

B

1671-7988(2022)23-135-05

U463

B

1671-7988(2022)23-135-05

10.16638/j.cnki.1671-7988.2022.023.025

朱俊峰（1987—），男，工程師，研究方向?yàn)殡娖?，E-mail:zjf02@jac.com.cn。