一种燃油车综合管理系统的制作方法

1.本发明属于一种汽车控制技术领域，特别涉及一种燃油车综合管理系统。


背景技术：

2.随着汽车保有量的迅速增长，燃油汽车排放的废气成为大气污染的一大元凶。现有汽车燃油发动机，通过皮带直接与空调压缩机上的离合器连接传动，带动空调压缩机运转进行制冷，汽车车厢内设有温度传感器，以决定离合器是否启动空调压缩机运转。由于燃油发动机是直接驱动制冷压缩机，在燃油发动机的运转速度处于低速时段时，发动机的燃烧效率低，带动空调压缩机制冷需要消耗更多的燃油，也会影响发动机动力，经测试燃油汽车的空调耗油量约占整车耗油量的30％以上，尤其燃油汽车发动机在低速时耗油量所占比例更高。同时，压缩机的转速跟发动机转速相关，无法根据实际温度需求调节转速，无法实现变频。当发动机停止工时，空调无法运行。
3.为了满足怠速(低速)下制冷量的需要，必须选择大排量压缩机，而当车辆运行时发动机转速提高，车厢内温度维持所需的制冷能力却变小，空调系统只能通过压缩机的开停调节车厢内温度，此过程中冷媒以相对过大的流量通过换热器，导致换热器散热效率低，同时每次启动需要重新建立系统压力造成“系统开关”损失，压缩机频繁开停导致这部分损失严重，这些都导致空调系统效率降低。


技术实现要素：

4.本发明主要解决的技术问题是，提供一种有利于大幅降低油耗，达到节能减排目的的燃油车综合管理系统。
5.为实现上述目的，本发明的技术方案是：
6.一种燃油车综合管理系统，包括燃油发动机、发电机、车载电瓶及空调系统，还包括发电机管理模块，所述发电机管理模块用于控制发电机仅在满足设定条件时向车载电瓶充电。
7.进一步，在所述燃油发动机与发电机之间安装有离合器，所述离合器与发电机管理模块连接，所述发电机管理模块控制离合器吸合或脱开实现向车载电瓶充电或停止向车载电瓶充电。
8.进一步，所述发电机管理模块包括用于检测燃油发动机转速的转速检测装置和单片机控制器，所述转速检测装置与单片机控制器连接，所述设定条件至少包括预存在所述单片机控制器中的最低设定转速，当燃油发动机的转速达到最低设定转速时控制器控制向车载电瓶充电，当燃油发动机的转速未达到最低设定转速时控制器控制停止向车载电瓶充电；
9.优选地，所述最低设定转速为1500-2000转/分钟。
10.进一步，所述设定条件还包括最高设定转速，当燃油发动机的转速达到最低设定转速且低于最高设定转速时控制器控制向车载电瓶充电，当燃油发动机的转速未达到最低
设定转速或高于最高设定转速时控制器控制停止向车载电瓶充电；
11.优选地，最高设定转速为4000-5000转/分钟。
12.进一步，所述发电机管理模块还包括用于检测车载电瓶电压的电瓶电压检测装置，电瓶电压检测装置与单片机控制器连接，单片机控制器预先存储有最低保护电压，当车载电瓶电压达到最低保护电压时强制控制向车载电瓶充电。
13.进一步，所述发电机采用直流永磁发电机。
14.进一步，所述空调系统的输入端与车载电瓶的输出端连接。
15.进一步，所述空调系统包括压缩机、冷凝器、蒸发器、冷凝风机、蒸发风机、节流元件及变频控制器，所述压缩机、冷凝风机、蒸发风机及变频控制器与车载电瓶的输出端连接，所述变频控制器控制压缩机、冷凝风机、蒸发风机的工作状态。
16.进一步，所述压缩机为电动涡旋变频压缩机，所述蒸发风机和冷凝风机采用直流无刷风机。
17.进一步，所述变频控制器具有温度控制模块和/或电瓶电压监控模块和/或车速监控模块；
18.所述温度控制模块与温度检测装置连接，用于根据车厢内温度与设定温度之间的差值所在区域范围控制压缩机及冷凝风机的工作状态；
19.所述电瓶电压监控模块与电瓶电压检测装置连接，用于根据电瓶电压所在区域范围控制压缩机的工作状态；
20.所述车速监控模块与车速检测装置连接，用于根据车速所在区域范围控制冷凝风机的工作状态，所述车速监控模块内预存有第一设定车速，当车速达到第一设定车速时控制冷凝风机停止工作；
21.优选地，第一设定车速设定为80km/h。
22.综上内容，本发明所述的一种燃油车综合管理系统，与现有技术相比，具有如下优点：
23.(1)本发明通过设置发电管理模块，仅在当燃油发动机处于高速、高效率时段时，发电机才发电给车载电瓶充电，为电驱动压缩机提供经济电能，发动机在低速低效率时段不向车载电瓶充电，可以大幅降低油耗，使汽车空调的运行能降低油耗，提高燃油利用效率，节能减排效果显著，具有较好的经济效益和社会效益。
24.(2)本发明利用车载电瓶作为空调各设备的动力源，并对压缩机和风机进行变频调节，改变原有传统汽车中空调系统利用燃油作为动力来实现制冷的目的，不但可以简化系统结构，同时使得空调系统效率提高，使空调系统的油耗降低至15％以下，大幅提升了汽车节能环保的效果。
25.(3)本发明可以实现燃油动力汽车在发动机不启动时，即发动机处于熄火停车状态时仍可以使用空调器。
26.(4)本发明的电驱动压缩机和空调系统脱离了皮带轮的转速制约，具有高效率的特点，能效比可以达到传统空调系统的两倍以上，结合变频控制技术，使空调系统能够智能化调节压缩机的输出能力，避免了空调的起停功耗，同时改善车辆的动力性能。
27.(5)本发明控制当车速达到设定车速时，将冷凝风机关闭，利用自然风为冷凝器散热，达到冷凝器的换热效果，有利于进一步降低油耗。
28.(6)本发明中的发电机采用直流永磁发电机，可以提高发电效率30％，以目前大多数车辆用电负荷1200w推断，这将为发动机节省近800w的轴功率。
附图说明
29.图1是本发明空调系统结构图。
30.如图1所示，压缩机1，冷凝器2，冷凝风机3，蒸发器4，蒸发风机5，节流元件6，变频控制器7，车载电瓶8，燃油发动机9，发电机10，单片机控制器11，离合器12，转速检测装置13，电瓶电压检测装置14，温度检测装置15、车速检测装置16。
具体实施方式
31.下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：
32.如图1所示，本实施例提供一种燃油车综合管理系统，包括燃油发动机9、发电机10、车载电瓶8及空调系统，还包括发电机管理模块(图中未示出)，发电机管理模块用于控制发电机10仅在满足设定条件时向车载电瓶8充电。
33.在燃油发动机9与发电机10之间安装有离合器12，发电机10的驱动轴上设有皮带轮驱动的离合器12，转轴通过传动皮带与离合器12的皮带轮连接传动，离合器12为电子式离合器，发电机10的输出端与车载电瓶8的输入端连接，离合器12由发电机管理模块控制吸合或脱开实现向车载电瓶8充电或停止充电。
34.如图1所示，发电机管理模块包括用于检测燃油发动机9转速的转速检测装置13和单片机控制器11，转速检测装置13可以单独安装在燃油发动机9上的转速传感器，也可以直接从车辆获取发动机转速信号。转速检测装置13通过导线与单片机控制器11连接。转速检测装置13将检测的实时转速值传送给单片机控制器11，单片机控制器11通过导线与离合器12的接线端子电连接，单片机控制器11的发电控制模块根据接收来的燃油发动机9转速电信号，决定离合器12是吸合还是脱开，实现向车载电瓶8充电或停止充电。
35.发电控制模块预先存储有最低设定转速ss，当发动机转速s等于或大于最低设定转速ss时，发电控制模块控制离合器12吸合向车载电瓶8充电，当发动机转速s小于最低设定转速ss时控制离合器12脱开停止向车载电瓶8充电。
36.具体地，燃油发动机9正常启动工作，转速检测装置13实时检测燃油发动机9的转速，并将检测的实时数据反馈到单片机控制器11，单片机控制器11根据接受的转速信号，控制发电机10的离合器12，初始状态时，离合器12处于初始的脱开状态，燃油发动机9带动离合器12的皮带轮空转，发电机10不工作。
37.当燃油发动机9的转速达到最低设定转速ss时，最低设定转速ss根据不同的燃油发动机9设定，优选最低设定转速ss在1500-2000转/分钟之间，单片机控制器11的发电控制模块给离合器12发送信号，控制离合器12吸合，燃油发动机9通过离合器12的皮带轮带动发电机10转动，发电机10工作为车载电瓶8充电。当燃油发动机9的转速小于最低设定转速ss时，单片机控制器11的发电控制模块给离合器12发送停止信号，控制离合器12脱开，燃油发动机9带动离合器12的皮带轮空转，发电机10停止工作，不再为车载电瓶8充电。
38.燃油发动机9均具有高效率转速区间，低于或高于该转速区间，发动机的燃烧效率均下降，因此，除了上述的最低设定转速ss处，还可以设置一个最高设定转速ssg，最低设定
转速ss和最高设定转速ssg形成该转速区间，最高设定转速ssg可以在4000-5000转/分钟之间。发电控制模块控制燃油发动机9的转速在进入转速区间内时，才向车载电瓶8充电，离开转速区域即停止向车载电瓶8充电。
39.燃油发动机9只有处于高速、高效率时段时，才控制离合器12吸合，通过发电机10向车载电瓶8充电，燃油发动机9处于低速、低效率时段，离合器12脱开，发电机10停止向车载电瓶8充电。燃油发动机9仅在效率最高阶段充电，从而达到最大节能效果，避免在低速低效率时段充电，造成油耗增大，浪费能源，污染环境。
40.本实施例中发电控制模块还具有电瓶电压检测装置14，与车载电瓶8直接连接，实时检测车载电瓶8的电压值，并反馈给单片机控制器11。单片机控制器11与电瓶电压检测装置14连接，电压监控模块预先存储有最低保护电压。当车载电瓶8低于最低保护电压时，不论燃油发动机9转速多少，控制离合器12强制吸合，发电机10全时段向车载电瓶8充电，保证车载电瓶8的安全电量，确保车辆使用安全。
41.当车载电瓶8的额定电压为12v时，最低保护电压可以设定为10.5v，即当车载电瓶8的电压小于10.5v时，不论燃油发动机9转速此时是多少，此时单片机控制器11都给离合器12发送吸合信号，发电机10开始发电，这样可以保证电瓶的电量充足，保证在车辆停车后，电瓶内的电量足够车辆启动。
42.由于室外温度不同时，电瓶保证启动车辆的最低电压值不同，因此，该电压值，还可以根据室外温度设置，当室外温度大于等于20℃时，该设定电压vs设置为10v，当室外温度小于20℃时，该设定电压vs设置为10.5v。当车载电瓶8的额定电压为24v或48v时，最低保护电压根据实测结果设置。
43.本实施例中，发电机10优选采用直流永磁发电机，可以提高发电效率30％，以目前大多数车辆用电负荷1200w推断，这将为发动机节省近800w的轴功率。
44.本实施例中，空调系统的输入端与车载电瓶8的输出端连接。空调系统包括压缩机1、冷凝器2、冷凝风机3、蒸发器4、蒸发风机5、节流元件6及变频控制器7。其中，压缩机1、冷凝风机3、蒸发风机5及变频控制器7与车载电瓶8的输出端连接，变频控制器7控制压缩机1、冷凝风机3、蒸发风机5的工作状态。车载电瓶8的输入端与燃油动力模块的输出端连接。
45.本实施例中，变频控制器7具有温度控制模块、车速监控模块、电瓶电压监控模块(图中未示出)，分别与温度检测装置15、车速检测装置16、电瓶电压检测装置14连接。
46.其中，温度控制模块用于根据车厢内温度t与设定温度ts之间的差值所在区域范围控制压缩机1及冷凝风机3的工作状态。车速监控模块用于根据车速所在区域范围控制冷凝风机3的工作状态。电瓶电压监控模块用于根据车载电瓶8的电压所在区域范围控制压缩机1的工作状态。压缩机1采用电驱动压缩机，并优选采用电动涡旋变频压缩机，冷凝风机3和蒸发风机5优选采用直流无刷风机。
47.车厢内温度t由安装在车厢内的温度检测装置15获取，温度检测装置15为温度传感器，可以安装在车厢的回风口处。
48.变频控制器7内的温度控制模块实时获取温度传感器的检测数据，并与预先设定的设定温度ts进行比较，设定温度ts由乘客自己通过操作控制面板进行设定，温度控制模块根据比较结果控制压缩机1和冷凝风机3的工作状态。
49.空调系统的控制方法具体包括如下步骤：
50.s1、检测车厢内温度t，检测车厢内温度t，当车厢内温度t与设定温度ts的差值
△
t大于或等于第一设定温差
△
ts1时，即
△
t≥
△
ts1，控制压缩机1及冷凝风机3按快速降温模式工作。
51.优选快速降温模式控制压缩机1及冷凝风机3以最高转速工作，此时压缩机1输出最大冷量，用以在车辆启动初期车厢内温度较高时能够快速降温，提高乘客在车厢内的舒适度。
52.本实施例中，优选第一设定温差
△
ts1设定为10℃。
53.s2、当车厢内温度t及设定温度ts的差值
△
t小于第一设定温差
△
ts1，且大于或等于第二设定温差
△
ts2时，控制压缩机1及冷凝风机3按匀速降温模式工作。
54.优选匀速降温模式控制压缩机1降低转速工作，冷凝风机3仍以最高转速工作，此时车厢内的温度进入维持平衡的状态，采用匀速降温的模式有利于冷媒以小流量在连续状态下通过蒸发器4和冷凝器2，使蒸发器4和冷凝器2的换热能力得到充分发挥，进而使空调系统处于最佳效率工作状态。同时，采用匀速持续的降温至设定温度，更有利于提升车厢内的舒适性。
55.s3、当车厢内温度t及设定温度ts的差值
△
t小于第二设定温差
△
ts2时，控制压缩机1及冷凝风机3按按保温模式工作。
56.优选保温模式，控制压缩机1以最低转速运转，如压缩机1的最低转速为1000rpm，同时控制冷凝风机3降低转速工作，用以通过最小的消耗达到保温的效果。
57.本实施例中优选，第二设定温差
△
ts2设定为0℃或1℃，即当车厢内温度t达到设定温度ts或高于设定温度1℃时即控制压缩机1以最低转速运转，此时压缩机1输出最低冷量。
58.在上述步骤s2中，控制压缩机1降低转速工作，具体包括：
59.将第一设定温差
△
ts1和第二设定温差
△
ts2之间的差值分成多个温度区域，控制各温度区域内压缩机1的转速按最高转速的设定比例递减。各温度区域的温度差值相等或逐段递减，各温度区域压缩机转速降低的比例相等或逐段递减。
60.为了简化控制逻辑，本实施例中优选，将第一设定温差
△
ts1和第二设定温差
△
ts2之间的差值分成两个温度区域，两个温度区域之间的中间值为5℃，第一温度区域为10℃至5℃之间，第二温度区域为5℃至0℃或1℃之间，第一温度区域内控制压缩机1的转速为最高转速的60％，第二温度区域内控制压缩机1的转速为最高转速的30％。
61.在上述步骤s3中，控制冷凝风机3降低转速工作，具体为控制冷凝风机3按最高转速的设定比例降低转速，优选该设定比例为50％，此步骤中控制冷凝风机只按最高转速的50％进行工作。
62.本实施例中，将车速引入控制逻辑中，增加获取车速的步骤，在变频控制器7中设置的车速监控模块，与车速检测装置16连接，车速监控模块采集车速检测装置16的数据，并根据车速控制冷凝风机3的工作状态，车速的采集可以实时采集，也可以周期性采集，每隔固定时间采集一次，具体包括：
63.当车速s大于或等于第一设定车速ss1时，控制冷凝风机3停止运转。优选第一设定车速ss1设定为80km/h。当车速达到一定速度时，利用车辆高速行进时的自然风即可满足冷凝器的换热需求，将冷凝风机3停机可以大幅减少车载电瓶8的耗电量，进而有利于降低燃
油消耗。
64.为了避免冷凝风机3频繁启停，车速监控模块中还包括时间控制单元，当车速s大于或等于第一设定车速ss1一设定时间后再控制冷凝风机3停机，当车速s小于第一设定车速ss1一设定时间后再控制冷凝风机3启动。该设定时间可以设定为10秒-30秒。
65.当车速s小于第一设定车速ss1且大于或等于第二设定车速ss2时，控制上述步骤s1和s2中的冷凝风机3的转速分别降低设定比例工作，控制上述步骤s3中的冷凝风机3的转速降低设定比例工作，或直接停机。
66.优选第二设定车速ss2设定为30km/h，设定比例为最高转速的50％，此过程中，冷凝风机3按最高转速的50％进行工作，即可以满足冷凝器2的换热需求，又可以减少车载电瓶8的耗电量。
67.本实施例中，还将电瓶电压引入控制逻辑中，还包括获取电瓶电压的步骤，根据车载电瓶8的电压控制压缩机1的转速。在变频控制器7中设置的电瓶电压监控模块，与电瓶电压检测装置14连接，电瓶电压监控模块采集电瓶电压检测装置14的数据，并根据电瓶电压控制压缩机1的工作状态，电瓶电压的采集可以实时采集，也可以周期性采集，每隔固定时间采集一次，具体包括，
68.当车载电瓶8的电压v大于或等于第一设定电压vs1时，控制压缩机1按上述步骤s1、s2、s3中设定的模式工作；当车载电瓶8的电压v小于第一设定电压vs1且大于或等于第二设定电压vs2时，控制上述步骤s1、s2、s3中压缩机1的转速分别降低设定比例工作；当车载电瓶8的电压v小于第二设定电压vs2时，控制压缩机1停机。第二设定电压vs2可以为车载电瓶8的最低保护电压，也可以略高于最低保护电压。
69.本实施例中，优选，车载电瓶8的额定电压为48v时，第一设定电压vs1设定为44v，第二设定电压vs2设定为38v。当车载电瓶8的电压v小于44v且大于或等于38v时，压缩机1的转速降低的设定比例为最高转速的70％。当48v电瓶电压低于38v时，启动电池保护，压缩机1无法启动，空调无法使用。车载电瓶8的额定电压为12v时，第一设定电压vs1设定为v，第二设定电压vs2设定为10.5v。
70.空调系统的蒸发风机5上安装有风门执行器(图中未示出)，该风门执行器与变频控制器7连接，利用变频控制器7控制风门的开度，使其可以在不同角度打开，用以调节进风量。优选将外循环风门采用该风门执行器，通过调节风门打开的开度，可以同时打开内循环和外循环，进而控制新风的进风量，这样既可以保证空气的新鲜度，又可以较好的保持车内的温度。
71.本发明提供的燃油车综合管理系统，具有如下优点：
72.(1)本发明通过设置发电管理模块，仅在当燃油发动机处于高速、高效率时段时，发电机才发电给车载电瓶充电，为电驱动压缩机提供经济电能，发动机在低速低效率时段不向车载电瓶充电，可以大幅降低油耗，使汽车空调的运行能降低油耗，提高燃油利用效率，节能减排效果显著，具有较好的经济效益和社会效益。
73.(2)本发明利用车载电瓶作为空调各设备的动力源，并对压缩机和风机进行变频调节，改变原有传统汽车中空调系统利用燃油作为动力来实现制冷的目的，不但可以简化系统结构，同时使得空调系统效率提高，使空调系统的油耗降低至15％以下，大幅提升了汽车节能环保的效果。
74.(3)本发明优化了空调系统的控制逻辑，通过合理控制压缩机和冷凝风机转速，在车辆启动初期室内温度高的时候，控制器将提高输出频率使压缩机和冷凝风机的转速提高，压缩机输出大制冷功率实现车内快速降温，当室内温度进入维持平衡状态时，变频控制器根据车内温度，自动下调压缩机的转速，使冷媒以小流量，在连续状态下通过换热器。不但可以有效提升空调舒适性，同时还有利于保证空调系统始终以最佳效率状态工作，大幅提升汽车节能环保的效果。
75.(4)本发明可以实现燃油动力汽车在发动机不启动时，即发动机处于熄火停车状态时仍可以使用空调器。
76.(5)本发明的电驱动压缩机和空调系统脱离了皮带轮的转速制约，具有高效率的特点，能效比可以达到传统空调系统的两倍以上，结合变频控制技术，使空调系统能够智能化调节压缩机的输出能力，避免了空调的起停功耗，同时改善车辆的动力性能。
77.(6)本发明控制当车速达到设定车速时，将冷凝风机关闭，利用自然风为冷凝器散热，达到冷凝器的换热效果，有利于进一步降低油耗。
78.(7)本发明中的空调蒸发风机和冷凝风机均采用直流无刷风机，可比现有技术中的两个风机共节能30％以上。
79.(8)本发明中的发电机采用直流永磁发电机，可以提高发电效率30％，以目前大多数车辆用电负荷1200w推断，这将为发动机节省近800w的轴功率。根据测试，高效率空调系统维持车厢内温度时的用电约600w，因发电效率提高所节省下的这部分轴功率，通过高效率发电机可以输出近700w的电量，将可以满足高效率空调系统运转所需的用电，从而使得车辆开空调却不增加发动机额外的负载。
80.(9)方便对现有的燃油汽车进行改造。
81.如上所述，结合附图所给出的方案内容，可以衍生出类似的技术方案。但凡是未脱离本发明技术方案的内容，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。