本发明公开了一种跨临界CO2空调热泵系统及其优化控制方法，针对如何在不同的汽车驾驶环境工况下，快速精确地自适应性调节空调系统的性能，首先提出了采用多参数极值搜索控制算法与自学习神经网络相结合的控制方法，对空调系统的四个优化参数即系统运行高压(Ph)，车外换热器风量(Vgasc)、蒸发温度(Te)以及有效过热度(Tsup)进行寻优，然后进一步提出了四个优化参数的具体控制策略。保证了在各种多变复杂的驾驶环境工况下，新能源汽车空调始终可以迅速的进行自我调节，在最低的能耗下、最短的时间内满足乘客对车厢的舒适度要求，缓解未来的能源危机。