CN101628581B - 车辆hvac控制 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及车辆HVAC控制。公开了一种控制用于混合动力车辆的HVAC系统的方法，所述混合动力车辆具有由发动机驱动的制冷剂压缩机。所述方法包括步骤：确定客舱的请求空气调节操作点；估算达到所述请求操作点的时间；基于前述步骤，估算最大许可压缩机关闭时间；确定所述许可压缩机关闭时间是否大于最小发动机关闭时间；如果所述许可压缩机关闭时间大于所述发动机关闭时间，那么确定所述车辆是否进入许可发动机关闭模式；如果是，那么开始发动机关闭模式；如果预期发动机关闭，那么在开始所述关闭模式之前，调节所述HVAC系统，以使得客舱用最小的能量消耗实现最大冷却；和如果开始所述发动机关闭，那么监测所述HVAC系统，以确定何时需要发动机重新启动，以保持舒适性。

Description

车辆HVAC控制
技术领域
本发明总体上涉及车辆的加热、通风和空气调节(HVAC)系统，且更具体地涉及与混合动力车辆一起使用的HVAC系统，所述混合动力车辆具有皮带传动制冷剂压缩机。
背景技术
在采用内燃机的车辆上，一些混合型式在停止在交通信号灯处时关闭发动机，以改进燃料经济性。对于也采用皮带传动制冷剂压缩机(即，由发动机驱动皮带)的这种车辆，所述压缩机在发动机关闭时不能操作。因此，当车辆热天在停车灯处等待时，使乘客保持温度舒适的要求与增加燃料经济性直接冲突。
一些人已经通过使用电驱动压缩机解决了该问题，所述电驱动压缩机在发动机关闭时能够操作。然而，由于复杂性和动力变换的附加阶段，电压缩机在能量和材料方面以较高成本操作。该较高成本对于某些车辆可能是不可接受的。
发明内容
一个实施例设想一种控制用于混合动力车辆的HVAC系统的方法，所述混合动力车辆具有仅由发动机驱动的制冷剂压缩机，所述方法包括步骤：确定客舱的请求空气调节操作点；估算达到所述请求空气调节操作点的时间；基于前述两个步骤，估算最大许可压缩机关闭时间；确定所述最大许可压缩机关闭时间是否大于最小许可发动机关闭时间；如果所述最大许可压缩机关闭时间大于所述最小许可发动机关闭时间，那么确定所述车辆是否进入许可发动机关闭模式；如果所述车辆处于许可发动机关闭模式，那么开始发动机关闭模式；如果预期发动机关闭模式，那么在开始所述发动机关闭模式之前，调节所述HVAC系统中的至少一个部件，以使得客舱用最小的能量消耗实现最大冷却；和如果开始所述发动机关闭模式，那么监测所述HVAC系统，以确定何时需要发动机重新启动，以保持客舱中的温度舒适性。
一个实施例设想一种控制用于混合动力车辆的HVAC系统的方法，所述方法包括步骤：确定发动机温度需求；确定发动机温度参数；将所述发动机温度参数与所述发动机温度需求进行比较；如果所述发动机温度参数大于所述发动机温度需求，那么确定满足加热发动机关闭需求；如果满足所述加热关闭需求且所述车辆进入许可发动机关闭模式，那么开始发动机关闭模式；如果满足所述加热发动机关闭需求，那么在开始所述发动机关闭模式之前，调节所述HVAC系统中的至少一个部件，以使得客舱用最小的能量消耗实现最大加热；和如果开始所述发动机关闭模式，那么监测所述HVAC系统，以确定何时需要发动机重新启动，以保持客舱中的温度舒适性。
实施例的益处在于所述HVAC控制策略将满足温度舒适性要求，同时通过减少皮带驱动压缩机的压缩机操作而使得燃料节省最大化，这在混合动力车辆中车辆怠速时能够实现最大发动机关闭时间。这在使得客舱中的起雾、再次起雾、发霉气味/潮湿空气排放和过量温度摆动最小化的同时实现。而且，在提供热给客舱的同时实现最大发动机关闭时间。
附图说明
图1是包括HVAC系统的车辆的示意图。
图2A-2B是示出了用于操作图1的HVAC系统的方法的一部分的流程图。
图3A-3B是示出了用于操作图1的HVAC系统的方法的一部分的流程图。
具体实施方式
参考图1，示出了总体上由10表示的机动车辆的一部分。车辆10可以具有包括内燃机22的混合动力系统。车辆10包括发动机舱12和客舱14。发动机冷却系统16和加热、通风和空气调节(HVAC)系统18在舱12、14内。
所述发动机冷却系统16包括水泵20，所述水泵20将水推动通过发动机22和发动机冷却系统16的其它部分。该水泵20可以由发动机22驱动。散热器24和风扇26用于将热从发动机制冷剂移走。恒温器28能够以常规方式使用，以在冷却剂低于期望操作温度时选择性地阻止冷却剂流通过散热器24。
动力系统控制器32控制发动机操作，包括在正常操作模式和停用(发动机关闭)模式之间切换发动机操作，例如在车辆在交通信号灯处停止时。
加热器芯出口30从发动机22引导冷却剂给加热器芯38，加热器芯38位于HVAC模块40中。任选地，电驱动辅助冷却剂泵39可以将冷却剂从发动机22选择性地泵送给加热器芯38。冷却剂管线42将冷却剂从加热器芯38引向水泵20的入口。图1所示的虚线表示发动机冷却剂流经的冷却剂管线。
HVAC系统18包括HVAC模块40，鼓风机44位于HVAC模块40中，以通过空气入口46吸入空气经过再循环门47，并将空气引导通过蒸发器48。加热器芯38在蒸发器48的下游，加热器芯38具有位于其上游侧的混合门50，所述混合门50将空气选择性地引导绕过或通过加热器芯38。HVAC模块40也可以包括除霜出口和门52、底面出口和门54、以及胸高出口和门56，它们根据特定HVAC操作模式将空气引入客舱14的不同部分。
HVAC系统18的冷却部分58可以包括经由制冷剂管线66连接在一起的蒸发器48、热力膨胀阀60、制冷剂压缩机62和冷凝器64。图1所示的虚线表示制冷剂流经的制冷剂管线。压缩机62由发动机22经由皮带和滑轮组件61驱动。可以采用离合器63，以使得压缩机62与皮带和滑轮组件61的驱动转矩选择性地连接和断开，或可选地，压缩机62可以是可变容量压缩机。
HVAC系统18也包括HVAC控制器68，HVAC控制器68与动力系统控制器32通信且控制压缩机62(或根据情况是压缩机离合器)、以及鼓风机44、混合门50和出口门52，54，56。动力系统控制器32也可以控制风扇26的速度。因此，HVAC系统18和发动机22的各个部分可以被自动控制，以优化车辆燃料经济性，同时提供充分的加热和空气调节给客舱14。图2A-3B的流程图示出了操作图1的HVAC系统18的方法，以允许客舱14中的充分温度舒适性，同时借助于使得在怠速时发动机关闭时间最大化而使得车辆燃料经济性最大化。
HVAC系统18也可以包括用于检测系统中某些点的温度或压力的各种传感器。例如，HVAC系统18可以包括用于测量车辆外部的环境空气温度的环境空气温度传感器72、用于测量客舱14中的空气温度的客舱空气温度传感器74、和用于测量客舱14上的太阳负荷的太阳负荷传感器76。可以包括湿度传感器78，以测量客舱14中的湿度水平。可以采用蒸发器空气温度传感器80，以测量流出蒸发器26的空气温度。而且，也可以采用冷却剂温度传感器82以测量流向加热器芯38的冷却剂温度，且可以采用另一温度传感器84，以获得发动机温度，所述温度传感器84可以测量发动机油温。
图2A-3B是示出了操作图1的HVAC系统18(与发动机操作协调)以提供热给客舱14的方法的流程图。当操作混合动力机动车辆时，必须在使得燃料经济性最大化和操作HVAC系统18以保持乘客的温度舒适性之间进行折衷。
图2A-2B显示了说明管理图1的HVAC系统18的加热操作的方法的流程图。在框100，读取环境温度和发动机温度。可以采用环境温度传感器72和冷却剂温度传感器82以确定这些温度读数。在框102，确定发动机温度需求。该发动机温度需求是允许足够的热从发动机冷却剂提供给加热器芯38所需要的温度。在框102，确定发动机油温和催化剂转换器温度。油温可以从发动机温度传感器84确定，而转换器温度可以基于例如发动机操作状况和运行时间以及环境温度进行估算。发动机22的当前热力状况是发动机热力参数，表示能够从发动机22移走以提供热给客舱14的热。在框106，将发动机温度参数与发动机温度需求进行比较。如果发动机温度参数不大于发动机温度需求，那么该过程再次开始。在框108，如果发动机温度参数大于发动机温度需求，那么满足加热发动机关闭需求。
加热发动机关闭需求仅仅是为了允许在车辆怠速时发动机关闭需要满足的一个要求。其它条件将在下文参考图3A和3B进行讨论。当然，需要满足允许在怠速时发动机关闭的总体车辆和电池组条件。例如，在下一关闭允许之前可以有最小发动机运行时间，且电池可以需要最小电荷以允许发动机关闭。
在框109，确定是否请求客舱加热。如果否，该过程再次开始。在框110，如果请求客舱加热，那么确定是否预期发动机关闭。如果否，该过程再次开始。如果预期发动机关闭，那么对HVAC系统18进行调节，以考虑在发动机22关闭时将提供客舱加热的因素。在框112，这可以包括：致动辅助冷却剂泵39以将热的冷却剂从发动机22泵送通过加热器芯38；调节混合门以将所有空气流引导通过加热器芯38；调节鼓风机速度；和/或调节模式门47以使得空气流再循环。这些变化针对在发动机关闭的车辆操作期间使得可用于客舱加热的热最大化。然后，在框113，开始发动机关闭模式。
在发动机关闭状况期间提供热给客舱14时，所述方法确保足够的热能够持续提供给客舱14。在框114，读取HVAC传感器。要读取的HVAC传感器是表示在发动机22保持关闭时能够持续提供足够的热给客舱14的传感器。在框116，确定请求加热点和当前加热点之间的差，以确定客舱温度距期望温度范围多远。在框118，计算直到发动机温度参数小于发动机温度需求的估算时间。在框120，将所述估算时间与时间极限值进行比较。所述时间极限值是在重新启动以提供加热器芯38所需的热之后发动机22需要操作的时间量。因而，监测所述估算值，且如果将超过温度舒适性极限值，那么及时发送发动机重新启动的请求，以在达到该阈值之前允许发动机22重新启动且系统恢复至正常操作。
如果估算时间不小于所述时间极限值，那么该过程返回到框114。如果估算时间小于所述时间极限值，那么不再满足加热发动机关闭需求，框122。一旦不满足该发动机关闭需求，就请求发动机重新启动，框124。发动机22此时工作，辅助泵39可以被停用，且混合门50、鼓风机速度和/或模式门47可以被调节至发动机关闭前状况，框126。
与图2A-2B所示的方法同时，可以操作控制空气调节操作的方法。图3A-3B示出了说明管理图1的车辆的空气调节(A/C)操作的方法的流程图，可以包括客舱冷却以及除雾/除霜操作。
在框200，读取HVAC传感器。在框202，读取请求A/C性能和请求A/C操作点。所述请求A/C性能可以包括最大A/C、高燃料经济性A/C性能、除雾防止和/或除霜操作。所述请求A/C操作点是车辆占用者所请求的温度舒适性范围。在框204，估算达到所述请求A/C点的时间。而且，在框206，估算最大许可制冷剂压缩机关闭时间。这是发动机可以关闭同时使得客舱14内的温度舒适性仍接近或保持在所述请求A/C点周围的可接受范围内的时间。在一些操作条件下，压缩机关闭时间可以是0。
然后，在框208，将许可压缩机关闭时间与最小许可发动机关闭时间进行比较。最小许可发动机关闭时间是利于关闭发动机的最小时间量。如果许可压缩机关闭时间不大于最小许可发动机关闭时间，那么该过程返回至框200。如果许可压缩机关闭时间大于最小许可发动机关闭时间，那么确定车辆是否处于许可发动机关闭模式，框210。即，需要满足允许在怠速时发动机关闭以及与图2A-2B的方法有关的条件的总体车辆和电池组条件。如果未处于许可发动机关闭模式，那么该过程返回至框200。如果处于许可发动机关闭模式，那么满足A/C发动机关闭需求，框212。在框214，如果不预期发动机关闭，由于其它操作状况禁止发动机关闭模式，那么该过程返回至框200。如果预期发动机关闭，那么调节混合门50、鼓风机44速度和/或模式门47，框216。这些调节可以包括移动混合门50以便将所有空气流分流以旁通加热器芯38，和移动模式门47以再循环空气而不是吸入新鲜空气。然后，开始发动机关闭模式，框217。
在发动机关闭状况期间提供A/C(或除霜/除雾)给客舱14时，所述方法确保足够的A/C能够持续提供给客舱14。在框218，读取HVAC传感器。要读取的HVAC传感器是表示在发动机22保持关闭时能够持续提供足够的A/C给客舱14的传感器。这可以包括例如环境温度、相对湿度、和太阳负荷和方向。在框220，确定使用者舒适性请求是否变化。在占用者改变HVAC系统18的温度或操作模式时可能发生变化。而且，在框222，基于所述操作模式确定舒适性操作带宽。所述舒适性操作带宽是提供给客舱14中的占用者的温度舒适性的可接受范围。在框224，估算到温度舒适性在所述舒适性操作带宽之外时的时间。
在框226，在所述估算时间与时间极限值之间进行比较。所述时间极限值是在重新启动以提供蒸发器48所需的冷制冷剂之后发动机22需要操作的时间量。因而，监测所述估算值，且如果将超过温度舒适性操作带宽，那么及时发送发动机重新启动的请求，以在达到该阈值之前允许发动机22重新启动且系统恢复至正常操作。如果估算时间不小于所述时间极限值，那么该过程返回到框218。如果估算时间小于所述时间极限值，那么不再满足A/C发动机关闭需求，框228。在框230，请求发动机重新启动。此外，混合门50、鼓风机速度、再循环门47和模式门52，54，56恢复至发动机关闭状况之前的操作状态。
虽然已经详细描述本发明的某些实施例，但是本发明所属领域技术人员将认识到用于实践由所附权利要求书限定的本发明的各种可选设计和实施例。

Claims (16)

1.一种控制用于混合动力车辆的HVAC系统的方法，所述混合动力车辆具有仅由发动机驱动的制冷剂压缩机，所述方法包括步骤：
(a)确定客舱的请求空气调节操作点；
(b)估算达到所述请求空气调节操作点的时间；
(c)基于步骤(a)和(b)，估算最大许可压缩机关闭时间；
(d)确定所述最大许可压缩机关闭时间是否大于最小许可发动机关闭时间；
(e)如果所述最大许可压缩机关闭时间大于所述最小许可发动机关闭时间，那么确定所述车辆是否进入许可发动机关闭模式；
(f)如果所述车辆处于所述许可发动机关闭模式，那么开始发动机关闭模式；
(g)如果预期所述发动机关闭模式，那么在开始所述发动机关闭模式之前，调节所述HVAC系统中的至少一个部件，以使得所述客舱用最小的能量消耗实现最大冷却，所述至少一个部件包括将冷却剂从发动机选择性地泵送给加热器芯的辅助冷却剂泵、加热器芯上游的混合门、HVAC鼓风机、再循环门或模式门；和
(h)如果开始所述发动机关闭模式，那么监测所述HVAC系统，以确定何时需要发动机重新启动，以保持所述客舱中的温度舒适性。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤(a)和(b)还限定为：检测所述车辆周围的环境温度，检测所述客舱中的相对湿度和检测所述客舱中的太阳光辐射量。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤(h)还限定为：
基于HVAC操作模式确定舒适性操作温度带宽；
估算客舱温度舒适性处于所述温度带宽之外的时间段；
将所述估算时间段与保持温度舒适性的时间极限值进行比较；和
如果所述估算时间段小于所述时间极限值，那么请求所述发动机重新启动。
4.根据权利要求3所述的方法，还包括步骤(i)：如果发生发动机重新启动，那么将所述HVAC系统的所述至少一个部件再次调节至在开始所述发动机关闭模式之前的操作状态。
5.根据权利要求1所述的方法，还包括步骤：
(i)确定发动机温度需求，该发动机温度需求是允许足够的热从发动机冷却剂提供给加热器芯所需要的温度；
(j)确定发动机温度参数，该发动机温度参数表示能够从发动机移走以提供热给客舱的热；
(k)将所述发动机温度参数与所述发动机温度需求进行比较；
(i)如果所述发动机温度参数大于所述发动机温度需求，那么确定满足加热发动机关闭需求；和
(m)如果满足所述加热关闭需求且所述车辆处于所述许可发动机关闭模式，那么开始发动机关闭操作模式。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，步骤(h)还限定为：
估算直到所述发动机温度参数小于所述发动机温度需求的时间段；
将所述估算时间段与保持温度舒适性的时间极限值进行比较；和
如果所述估算时间段小于所述时间极限值，那么请求所述发动机重新启动。
7.根据权利要求6所述的方法，还包括步骤(o)：如果发生发动机重新启动，那么将所述HVAC系统的所述至少一个部件再次调节至在开始所述发动机关闭模式之前的操作状态。
8.一种控制用于混合动力车辆的HVAC系统的方法，所述方法包括步骤：
(a)确定发动机温度需求，该发动机温度需求是允许足够的热从发动机冷却剂提供给加热器芯所需要的温度；
(b)确定发动机温度参数，该发动机温度参数表示能够从发动机移走以提供热给客舱的热；
(c)将所述发动机温度参数与所述发动机温度需求进行比较；
(d)如果所述发动机温度参数大于所述发动机温度需求，那么确定满足加热发动机关闭需求；
(e)如果满足所述加热关闭需求且所述车辆处于许可发动机关闭模式，那么开始发动机关闭操作模式；
(f)如果满足所述加热发动机关闭需求，那么在开始所述发动机关闭模式之前，调节所述HVAC系统中的至少一个部件，以使得客舱用最小的能量消耗实现最大加热，所述至少一个部件包括将冷却剂从发动机选择性地泵送给加热器芯的辅助冷却剂泵、加热器芯上游的混合门、HVAC鼓风机、再循环门或模式门；和
(g)如果开始所述发动机关闭模式，那么监测所述HVAC系统，以确定何时需要发动机重新启动，以保持所述客舱中的温度舒适性。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，步骤(g)还限定为：
估算直到所述发动机温度参数小于所述发动机温度需求的时间段；
将所述估算时间段与保持温度舒适性的时间极限值进行比较；和
如果所述估算时间段小于所述时间极限值，那么请求所述发动机重新启动。
10.根据权利要求9所述的方法，还包括步骤(h)：如果发生发动机重新启动，那么将所述HVAC系统的所述至少一个部件再次调节至在开始所述发动机关闭模式之前的操作状态。
11.根据权利要求8所述的方法，其中，步骤(a)还限定为：在确定所述发动机温度需求时，检测所述车辆周围的环境温度和检测所述发动机中的冷却剂的冷却剂温度。
12.根据权利要求8所述的方法，其中，步骤(b)还限定为：在确定所述发动机温度参数时，检测发动机油温。
13.根据权利要求8所述的方法，还包括步骤：
(h)确定所述客舱的请求空气调节操作点；
(i)估算达到所述请求空气调节操作点的时间；
(j)基于步骤(h)和(i)，估算最大许可压缩机关闭时间；
(k)确定所述最大许可压缩机关闭时间是否大于最小许可发动机关闭时间；
(l)如果所述最大许可压缩机关闭时间大于所述最小许可发动机关闭时间，那么确定所述车辆是否进入所述许可发动机关闭模式；和
(m)如果所述车辆处于所述许可发动机关闭模式，那么开始发动机关闭模式。
14.根据权利要求13所述的方法，还包括：
(n)如果所述车辆处于所述许可发动机关闭模式，那么在开始所述发动机关闭模式之前，调节所述HVAC系统中的至少一个部件，以使得所述客舱用最小的能量消耗实现最大冷却。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，步骤(n)还限定为：调节加热器芯上游的混合门、HVAC鼓风机速度、再循环门和模式门中的至少一个。
16.根据权利要求13所述的方法，还包括：
(n)如果开始所述发动机关闭模式，那么：
基于HVAC操作模式确定舒适性操作温度带宽；
估算客舱温度舒适性处于所述温度带宽之外的时间段；
将所述估算时间段与保持温度舒适性的时间极限值进行比较；和
如果所述估算时间段小于所述时间极限值，那么请求所述发动机重新启动。
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