CN101578188B - 用于控制空气处理系统的控制系统及具有其的车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于控制空气处理系统的控制系统，该空气处理系统被布置成处理诸如车辆驾驶室的围封结构中的空气。该控制系统包括第一传感单元、第二传感单元和控制器。第一传感单元被布置成基于对包括于空气处理系统中的空气清洁单元上游侧的特定空气传播污染物的浓度的测量来产生第一输出信号。第二传感单元被布置成基于对空气清洁单元下游侧的特定空气传播污染物的浓度的测量产生第二输出信号。第一输出信号和第二输出信号用于可由控制器执行的决策过程中的特定目的。当第一输出信号超过预定阈值时，控制器被布置成将空气处理系统切换成再循环模式。而且，控制器被布置成对空气处理系统进行微调设置，诸如当空气处理系统以外部空气进入模式操作时，容许从围封结构外部进入的空气与来自围封结构的再循环空气在穿过空气处理系统传递的总空气流中的混合比例。根据本发明的控制系统具有增加的功能且可在很多种情形下维持封闭空间内可接受的空气质量。

Description

用于控制空气处理系统的控制系统及具有其的车辆
技术领域
本发明涉及用于控制空气处理系统的控制系统，该空气处理系统包括空气清洁单元，该空气清洁单元具有上游侧和下游侧，该空气清洁单元被布置成将空气流传递到位于空气清洁单元下游侧的围封结构内，该空气处理系统被布置成以再循环模式或以外部空气进入模式(outside-air-inlet mode)操作，该控制系统包括第一传感单元和控制器，该第一传感单元被布置成基于在空气清洁单元上游侧的空气中所执行的第一测量而产生第一输出信号，该控制器被布置成当第一输出信号超过预定阈值时将空气处理系统切换到再循环模式。 
本发明还涉及包括驾驶室和控制系统的车辆，其中围封结构为该驾驶室。 
背景技术
为了保障人的安全，防止吸入有害健康的空气传播污染物是重要的。危害健康的空气传播污染物的第一实例为毒气，诸如一氧化碳(CO)、氮氧化物(NxOy)、挥发性有机化合物、二氧化硫(SO2)和臭氧(O3)。危害健康的空气传播污染物的第二实例为可吸入的微粒物质。这种可吸入的微粒物质包括细微粒子(当量直径在大约2.5μm与10μm之间的粒子)和超细粒子(当量直径在大约10nm与大约2.5μm之间的粒子)。超细粒子特别会危害健康，因为它们倾向于沉积在肺组织上且最终封入到肺组织中。 
危害健康的空气传播污染物特别源自燃烧源。除了工业燃烧源和其它固定燃烧源的附近区域之外，在机动交通存在的区域或附近与燃烧相关的危害健康的空气传播污染物的浓度也较高。特别是在通风有限和/或风速有限的条件下，在隧道中，在交通路口处或附近，和/或在交通队列处或附近可能会遇到非常高的局部浓度。在诸如建筑物的房间中或家中，或者在车辆驾驶室中这样的封闭空间中也可能会遇到高浓度的危害健康的空气传播污染物。当容许被废气和/或粒子污染的外部空气进入到汽车驾驶室内时尤其是汽车驾驶员和乘客易于暴露于高 浓度的危害健康的空气传播污染物中。在汽车的空气处理系统以外部空气进入模式操作时可能会出现这种情况，在外部空气进入模式中允许空气从车辆外部进入到驾驶室内。因此需要响应于与汽车外部空气有关的条件将空气处理系统自动地从外部空气进入模式切换到再循环模式。在再循环模式，中止外部空气的引入，且仅通过空气处理系统来再循环驾驶室空气。 
从美国专利5725425已知用于控制车辆中的通风系统的传感器系统。该通风系统被布置成以再循环模式或以空气输入模式操作。传感器系统包括气体传感器元件和评估单元。气体传感器元件被布置成基于车辆外部空气中的特定毒气浓度产生输出信号。评估单元被布置成一旦气体传感器元件的输出信号的变化率超过预定限度即产生信号来将通风系统切换成再循环模式。换言之，在已知传感器系统中气体传感器元件的存在使得通风系统能响应于与车辆外部空气有关的条件从空气输入模式切换到再循环模式，从而防止危害健康的空气传播气态污染物经由通风系统从外部进入到车辆驾驶室内。 
但是，如在再循环模式中，不允许空气经由空气处理系统从外部进入到车辆驾驶室，例如由于乘客产生湿气、二氧化碳和/或香烟烟雾，或者有驾驶室内部的材料释放气味而致使驾驶室内的空气质量和舒适水平快速降级。为了最小化驾驶室内的污染水平同时维持安全且舒适的驾驶室空气条件，因此也需要能很快(若非立刻)将空气处理系统从再循环模式自动切换成外部空气进入模式，其中，至少在某种程度上，允许空气从外面进入驾驶室。在这种外部空气进入模式中，经由空气处理系统进入到驾驶室的空气以可调整的混合比例部分地包括再循环空气且部分地包括外部空气。在这种情形下，最优化的混合比例是驾驶室利用外部空气充分通风以从驾驶室迅速移除例如过量湿气、二氧化碳、气味、香烟烟雾等与最小化空气传播污染物经由空气处理系统从外部进入驾驶室之间的明智折衷的结果。 
在已知传感器系统中，在再循环模式与外部空气进入模式之间切换通风系统的决策是基于气体传感器元件的输出信号且受到电子神经网络或电子模糊逻辑单元的支持。 
已知的传感器系统具有有限的功能，因为其不能最优化再循环空气与经由通风系统进入到驾驶室的空气流中外部空气之间的混合比 例。因此，已知的传感器系统在很多种情况下不能维持封闭空间内可接受的空气质量。 
发明内容
本发明的目的在于提供一种在开头段落中所陈述类型的控制系统，其具有增加的功能。 
根据本发明，这个目的得以实现，因为该控制系统还包括第二传感单元，其被布置成基于在空气清洁单元的下游侧的空气中执行的第二测量来产生第二输出信号，该控制器还被布置成基于第二输出信号对空气处理系统进行微调设置。 
本发明者认识到已知传感器系统的有限的功能在很大程度上源于包括于已知传感器系统中的支持工具的有限的功能。而且，已知传感器系统仅能在进入空气处理单元的外部空气中进行测量而不能在驾驶室空气中或者经由空气处理单元进入驾驶室的空气中进行测量。为了增加该功能，向控制系统添加了第二传感单元。而且，第一传感单元和第二传感单元被布置成分别在空气清洁单元上游侧的空气中和下游侧的空气中进行测量，而每个传感单元的输出信号仅用于特定目的。在本发明的控制系统中，第一传感单元的输出信号(即，第一输出信号)用于决定将空气处理单元从外部空气进入模式切换到再循环模式，其中优选地在空气清洁单元上游侧的危害健康的空气污染水平出现后尽可能快地做出该切换。使用第二传感单元的输出信号(即，第二输出信号)来对空气处理系统进行微调设置，特别是当空气处理系统以外部空气进入模式操作时控制经由空气处理系统进入围封结构的空气流体积和空气流中再循环空气与外部空气之间的混合比例的设置。 
空气处理系统的微调设置的目的是双重的。首先，应当按所需要的总空气流为围封结构供应最大量的外部通风空气。其次，应最小化污染物自外部到围封结构内的进入。这通常对允许经由空气处理系统进入到围封结构的外部空气的量施加上限。通过前述愿望之间的明智折衷得到空气处理系统的最优化设置。 
这种传感单元的布置和任务的具体分配增加了控制系统关于将空气处理系统切换为特定操作模式的功能。因此，根据本发明的控制系统能在很多种情形下维持封闭空间内可接受的空气质量。 
在权利要求2中限定本发明控制系统的一实施例。在此实施例中，第二传感单元被布置成在空气处理系统内执行第二测量。此实施例增加了控制系统的可靠性。通过检查第一输出信号和第二输出信号的一致性和相容性，可获得早期故障诊断，导致控制器基于第一输出信号和/或第二输出信号所执行的操作的增加的可靠性。 
在权利要求3中限定本发明的控制系统的一实施例。在此实施例中，空气清洁单元被布置成至少部分地从空气流移除第二传感单元所响应的污染物。因此，第二输出信号受到空气清洁单元性能的影响。通过相对于第一输出信号来监控第二输出信号，可检查空气处理系统的空气清洁性能，从而获得控制系统可靠性的进一步增加。 
在权利要求4中限定本发明的控制系统的一实施例。在此实施例中，第二传感单元被布置成在围封结构内执行第二测量。由于采取以下措施，此实施例进一步增加了功能：即，使空气处理系统能对从外部进入到围封结构内但并非经由空气处理单元本身进入(例如，经由打开的窗户)或者源自围封结构内的污染源(诸如抽烟的人)的空气传播污染物在围封结构内的存在做出响应。期望对围封结构内的空气传播污染物做出直接测量，因为围封结构内的空气实际上将由位于围封结构内的人吸入且其可能会因此影响到他们的健康和身体状况。 
在权利要求5中限定本发明的控制系统的一实施例。在此实施例中，第一传感单元包括气体传感器。此实施例进一步增加了功能，因为气体传感器具有非常短的响应时间，由此当在外部空气中高浓度的危害健康的气态空气传播污染物到达空气处理系统的空气入口时允许将空气处理系统立刻切换成再循环模式，从而在很大程度上防止了危害健康的气态空气传播污染物进入到围封结构内。 
在权利要求6中限定了本发明的控制系统的一实施例。在此实施例中，第二传感单元包括粒子传感器。此实施例进一步增加了功能，因为粒子传感器能确定穿过空气处理系统传递的空气流中和/或在围封结构内部的空气中空气传播粒子的绝对浓度。 
在权利要求7中限定了本发明的控制系统的一实施例。在此实施例中，空气清洁单元包括粒子过滤器且粒子传感器是超细粒子传感器。这个实施例进一步增加了功能，因为粒子过滤器和超细粒子传感器的组合向围封结构内提供了防止向特别危害健康的空气传播超细粒子改 进的防护。 
参看下文所述的实施例，根据本发明的控制系统和车辆的这些和其它方面将会显然并被阐明。 
附图说明
现将参看附图详细地描述根据本发明的控制系统和车辆的实例，在附图中： 
图1是根据本发明的控制系统的示意图。 
图2A至图2B分别是第一传感单元和第二传感单元的示意图。 
图3说明了第一传感单元的测量位置； 
图4A至图4B分别说明了第一实施例和第二实施例中第二传感单元的测量位置。 
应当指出的是这些图是略图且未按照比例绘制。为了清楚和方便起见，这些图的部件的相对尺寸和比例在附图中以放大或减小的大小示出。 
具体实施方式
图1的控制系统1包括第一传感单元11、第二传感单元12和控制器13。第一传感单元11基于在空气中的第一测量产生第一输出信号4。第二传感单元12基于在空气中的第二测量产生第二输出信号5。第一输出信号4和第二输出信号5由控制器13在决策过程中用于产生控制信号6，控制信号6用于控制空气处理系统2的操作和设置。 
空气处理系统2被布置成控制围封结构3内的空气质量。空气处理系统2包括空气清洁单元21，空气清洁单元21具有上游侧21a和下游侧21b。除了空气清洁单元21，空气处理系统2可包括额外的构件，诸如鼓风机单元、阻尼器单元、冷却单元、加湿单元或其组合(在图1中未示出)。空气处理系统2可为加热、通风和空气调节(HVAC)系统的一部分。 
空气清洁单元21包括用于至少部分地从空气流7移除粒子的过滤器。这种空气传播粒子的实例为灰尘粒子、烟尘粒子和无机灰烬粒子。这种过滤器可为褶皱介质过滤器，高效微粒空气(HEPA)过滤器、静电过滤器或其组合。或者，空气清洁单元21可为能从空气流7移除污 染物的任何单元。除了空气传播粒子，空气传播污染物的其它实例为毒气，诸如一氧化碳(CO)，氮氧化物(NxOy)、挥发性有机化合物、二氧化硫(SO2)和臭氧(O3)。其可通过活性炭过滤器、某种类型的催化过滤器、化学浸渍的吸收过滤器或其组合来从空气移除。 
在图1中，空气流7穿过空气清洁单元21传递到围封结构3内，围封结构3定位于空气清洁单元21的下游侧21b。通常，空气处理系统2经由管道系统(在图1中未示出)连接到围封结构3。围封结构3例如可为建筑物中的房间或者车辆驾驶室。也可通过除了空气处理系统2以外的其它方式发生空气到围封结构3内的进入。举例而言，如果围封结构是房间或驾驶室，空气也可经由打开的窗户进入到围封结构内。 
空气处理系统2被布置成以再循环模式或外部空气进入模式操作。在再循环模式中，来自围封结构3的空气通过空气处理系统2再循环且不允许外部空气经由空气处理系统2进入围封结构3。在外部空气进入模式中，在某种程度上，允许外部空气经由空气处理系统2进入围封结构3。外部空气进入模式通常为混合模式，因为其包括以可调整的混合比例供应外部空气和再循环来自围封结构3的空气，可调整的混合比例由空气处理系统2的设置来确定。 
由于再循环空气不止一次经过空气清洁单元21传递，在再循环空气中空气传播粒子(和可能的其它污染物)的量将小于仅经过空气清洁单元21传递一次的外部空气，至少在空气清洁单元21具有从空气流7移除空气传播粒子的特定能力时，和当围封结构3内不存在粒子污染源时。因此，进入围封结构3的空气传播粒子的量变成空气流7中外部空气与再循环空气之间的混合比例的函数且因此可经由空气处理系统2的设置来调节。空气流7中相对增加的再循环空气的量减小了空气流7中空气传播粒子的浓度，特别是源自围封结构3外部的空气传播粒子的浓度。同时，在围封结构3内部产生的空气传播污染物(诸如二氧化碳、湿气、挥发性有机化合物和气味)的浓度增加，至少在这些空气传播污染物不通过空气清洁单元21从空气流7移除时。通过稀释，在空气流7中相对增加的外部空气的量减小了源自围封结构3内部的空气传播污染物的在空气流7中的浓度。对空气处理系统2的设置的明智控制可最小化空气传播污染物从外部进入到围封结构3 内和在围封结构3内产生的空气传播污染物的累积，同时保持围封结构3内舒适的周围环境，空气处理系统2的设置的明智控制决定空气流7的总体积和空气流7的再循环空气与外部空气之间的混合比例。 
第一输出信号4和第二输出信号5用作控制器13所执行的决策过程中的互补参数。第二输出信号5用于对处于外部空气进入模式的空气处理系统进行微调设置。这种设置的实例是空气再循环与外部空气供应之间的比例。这种设置的另一实例是每单位时间经由空气处理系统2进入围封结构3的空气流7的体积，诸如风扇速度。 
第一输出信号4在其超过预定阈值时在决策过程中使用，在此情况下，决策过程的结果为将空气处理系统立即切换到再循环模式。换言之，容许外部空气进入到围封结构3内的决策主要基于响应于内部空气污染水平的第二输出信号5，而第一输出信号4基本上用作响应于突然增加的外部空气污染水平将空气处理系统2切换到再循环模式的切换信号。通过第一输出信号4和第二输出信号5的这种选择性使用，使得控制器13能迅速调整空气处理系统2的设置，诸如最小化围封结构3内的人向空气传播污染物的暴露，同时向围封结构3供应至少很少量的外部通风空气并维持围封结构3内诸如温度、湿度和二氧化碳水平等舒适且安全的周围环境。 
控制器13视情况可包括支承决策过程的工具，诸如电子神经网络和/或电子模糊逻辑单元。而且，控制器13也可视情况自其它传感器单元接收输出信号，例如，自温度传感单元和/或自湿度传感单元和/或自二氧化碳传感单元接收输出信号。 
图2A的第一传感单元11包括第一传感器111和第一数据评估单元112。第一传感器111是气体传感器，其被布置成基于空气中特定气体的浓度变化率来产生输出信号4′。或者，第一传感器111可为被布置成基于特定空气传播污染物浓度产生输出信号的任何传感器。输出信号4′由第一数据评估单元112处理，其随后产生基于输出信号4′的第一输出信号4。气体传感器被布置成对外部空气的气态污染水平的变化做出迅速响应。因此，空气处理系统2可经由控制器13响应于外部空气质量的快速降级而立即切换到再循环模式，从而在很大程度上防止了外部空气污染物进入围封结构3。 
图2B的第二传感单元12包括第二传感器121和第二数据评估单 元122。第二传感器121是粒子传感器，其被布置成基于特定空气传播粒子的绝对浓度产生输出信号5′。或者，第二传感器121可为基于特定空气传播污染物的浓度产生输出信号的任何传感器。输出信号5′由第二数据评估单元122处理，其随后基于输出信号5′产生第二输出信号5。 
在特定实施例中，第二传感器121是超细粒子传感器。超细粒子传感器适合于估定空气中超细粒子的绝对浓度。在本发明的情形下，超细粒子是当量直径在大约10nm与大约2.5μm之间的粒子。超细粒子传感器的实例描述于WO 2006/016346A1和WO 2006/016345A1中。 
如图3所示，第一传感单元11被布置成在空气清洁单元21的上游侧21a的空气中执行第一测量。虽然在图3中示出整个第一传感单元11存在于空气处理系统2内部，也可仅使第一传感器111存在于空气处理系统2内部，或者使整个第一传感单元11在空气处理系统2外部，例如在空气处理系统2外部空气入口处或附近，只要由第一传感单元11测量的空气存在于空气清洁单元21的上游侧21a。 
如图4所示，第二传感单元12被布置成在空气清洁单元21的下游侧21a的空气中执行第二测量。在图4A所示的第一实施例中，第二传感单元12被布置成在空气处理系统2内部执行第二测量。虽然在图4A中示出整个第二传感单元12存在于空气处理系统2内，这个实施例并不限于这种布置。也可仅第二传感器121存在于空气处理系统2内，或者可使整个第二传感单元12在空气处理系统2外部且使用工具来将在空气清洁单元21下游侧21b的空气处理系统2的部分的空气用管道输送到第二传感单元12。在此实施例中，可检查第一输出信号4和第二输出信号5的相互一致性和相容性，从而获得早期故障诊断且增加决策过程的可靠性。此实施例特别适用于围封结构3内不存在空气污染源的情况。在空气清洁单元21能够至少部分地从空气移除这些还引起第二传感单元12响应的污染物种类的情况下，此实施例也适用于检查空气清洁单元21的功能。 
在图4B所示的第二实施例中，第二传感单元12被布置成在围封结构3内执行第二测量。此实施例特别适用于在围封结构3内存在空气污染源的情况。在此情况下，第二输出信号5未必与第一输出信号4相关，且当第二传感单元12发出信号表示存在尚未经由空气处理系统 2进入围封结构3的高浓度的特定空气传播污染物时，空气处理系统3可被切换到外部空气进入模式。 
虽然在附图和前文的描述中详细地说明和描述了本发明，但这些说明和描述被认为是说明性的或示范性的，而非限制性的；本发明并不限于所公开的实施例。本领域技术人员在实践所要求保护的本发明中可通过学习附图、公开内容和所附权利要求书来理解和实行对所公开的实施例的变型。在权利要求书中，词语“包括”并不排除其它元件，且不定冠词“一”并不排除为多个。在相互不同的附属权利要求中引用特定措施的简单事实并不表示不可组合这些措施以取得特定优点。在权利要求书中的附图标记不应被认为限制本发明的范畴。 

Claims (8)

1.一种用于控制空气处理系统(2)的控制系统(1)，所述空气处理系统(2)包括空气清洁单元(21)，所述空气清洁单元(21)具有上游侧(21a)和下游侧(21b)，所述空气清洁单元(21)被布置成将空气流(7)传递到定位于所述空气清洁单元(21)的下游侧(21b)的围封结构(3)内，所述空气处理系统(2)被布置成以再循环模式或以外部空气进入模式操作，所述控制系统(1)包括第一传感单元(11)和控制器(13)，所述第一传感单元(11)被布置成基于在所述空气清洁单元(21)的所述上游侧(21a)的空气中执行的第一测量产生第一输出信号(4)，所述控制器(13)被布置成当所述第一输出信号(4)超过预定阈值时将所述空气处理系统(2)切换成再循环模式，其特征在于，所述控制系统(1)还包括第二传感单元(12)，所述第二传感单元(12)被布置成基于在所述空气清洁单元(21)的所述下游侧(21b)的空气中执行的第二测量产生第二输出信号(5)，所述控制器(13)还被布置成基于所述第二输出信号对所述空气处理系统(2)进行微调设置。
2.根据权利要求1所述的控制系统(1)，其特征在于，所述第二传感单元(12)被布置成在所述空气处理系统(2)内执行所述第二测量。
3.根据权利要求2所述的控制系统(1)，其特征在于，所述空气清洁单元(21)被布置成从所述空气流(7)至少部分地移除所述第二传感单元(12)所响应的污染物。
4.根据权利要求1所述的控制系统(1)，其特征在于，所述第二传感单元(12)被布置成在所述围封结构(3)内执行所述第二测量。
5.根据权利要求1所述的控制系统(1)，其特征在于，所述第一传感单元(11)包括气体传感器(111)。
6.根据权利要求1所述的控制系统(1)，其特征在于，所述第二传感器单元(12)包括粒子传感器(121)。
7.根据权利要求6所述的控制系统(1)，其特征在于，所述空气清洁单元(21)包括粒子过滤器且所述粒子传感器(121)为超细粒子传感器。
8.一种包括驾驶室和根据权利要求1所述的控制系统(1)的车辆， 其中，所述围封结构(3)是驾驶室。 
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