CN102032644A

CN102032644A - 气候控制系统

Info

Publication number: CN102032644A
Application number: CN2010105024305A
Authority: CN
Inventors: 格哈德·A·达吉; 哈利姆·维贾亚; 克里斯多佛·马克·格雷纳; 韦恩·弗兰克·比舍尔
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2009-10-07
Filing date: 2010-09-29
Publication date: 2011-04-27
Also published as: US20110082594A1; DE102010037214A1; US8249749B2

Abstract

本发明公开了一种气候控制系统。所述气候控制系统包括具有较暖/较凉温度控制的控制端，用于提供相对热舒适性。基于乘客使用控制端作出的舒适度选择，确定对应于一个车厢温度范围的热舒适性评级。所述控制系统采用对应于该热舒适性评级的查值表确定电动压缩机的转速和温度控制混合风门的位置。该控制系统能够相对快速地下降至最小压缩机转速以改善燃料经济性，同时维持相对的热舒适度。

Description

气候控制系统

技术领域

本发明涉及气候控制系统，更为具体地，涉及利用车辆乘客舒适度设定来优化燃料经济性的气候控制系统。

背景技术

当今，在车辆中自动气候控制日益普遍。在一些车辆中，驾驶员仅通过气候控制端单元选择温度设定，而控制系统运转气候控制系统以达到所需的温度。气候控制系统可控制风扇功能(例如启动/关闭和风扇转速)和空调(A/C)系统。这种气候控制系统还可控制多个气门(air damper)或风门(airflow door)的位置和移动以控制穿过蒸发器芯或加热器芯的空气的移动、穿过车辆的空气再循环、新鲜空气进气、或它们的一些组合。

常见的自动温度控制允许用户设定极端温度设定点，其常常导致相当大的燃料经济性损失。例如，在温暖的环境状况中乘客可能将自动温度控制设定在极低处，同时打开车窗。这样做时，空调系统使用空调压缩机和冷凝器执行对车辆乘客厢的冷却。然而，空调压缩机的运转使用相对较大量的能量。同时，车窗打开时损失了A/C系统的一部分冷却能力。

自动温度设定越低，压缩机和加热、通风及空调(heating，venting and airconditioning，HVAC)吹风机必须越竭尽全力地工作以达到极端设定。在混合动力电动车辆(HEV)的情况下，电动压缩机的运转常常需要起动发动机以确保电池不会过度放电。HEV的一个优点在于通过使用电动马达的动力驱动车辆同时使发动机停机的时间最大化来实现节约燃料。因此，气候控制系统的低效运转会抵消驾驶HEV所获得的一些优点。

因此，需要一种能够平衡满足车辆乘客舒适性要求和最小化气候控制系统整体消耗的能量的用于车辆气候控制的系统和方法。

发明内容

根据本发明，提供了一种气候控制系统，包含：压缩机；混合风门；具有至少一个舒适度选择器的控制端；以及电连接至所述控制端的控制器，所述控制器被配置为用于：从环境温度传感器、车厢温度传感器和对应于舒适度选择的所述控制端接收输入；以及基于环境温度、车厢温度、和所述舒适度选择确定压缩机转速和混合风门位置。

根据本发明，还提供了一种运转具有压缩机、混合风门和控制端的气候控制系统的方法，所述控制端具有至少一个舒适度选择器，该方法包含：接收对应于环境温度、车厢温度、和舒适度选择的输入；至少部分基于环境温度、车厢温度和舒适度选择确定压缩机转速和混合风门位置。

根据本发明的一个实施例，上述方法还包含：至少部分基于舒适度选择确定热舒适性评级(TCR)；至少部分基于环境温度、车厢温度、和TCR确定所述压缩机转速和混合风门位置。

根据本发明的一个实施例，其中TCR还基于阳光负载和湿度。

根据本发明的一个实施例，上述方法还包含：存储多个查值表，其中各个查值表均对应于不同的TCR；以及访问多个查值表中对应于确定的TCR的那一个查值表。

根据本发明的一个实施例，其中依据访问的查值表根据环境温度和车厢温度的函数确定压缩机转速和混合风门位置。

根据本发明的一个实施例，上述方法还包含：向压缩机传递对应于确定的压缩机转速的输出，使得压缩机以接近确定的压缩机转速运转；向混合风门传递对应于确定的混合风门位置的输出，使得混合风门以接近确定的混合风门位置运转。

根据本发明的一个实施例，其中各个TCR均与一个范围的车厢温度相关联。

根据本发明的一个实施例，上述方法还包含：当车厢温度处于与确定的TCR相关联的范围内时维持当前压缩机转速和混合风门位置。

根据本发明，还提供了一种运转车辆中气候控制系统的方法，该气候控制系统具有压缩机、混合风门和控制端，该控制端具有至少一个舒适度选择器供车辆操作者使用，该方法包含：接收对应于环境温度和车厢温度的输入、以及对应于操作者选择的所需舒适度的舒适度选择；至少部分基于舒适度选择确定TCR，其中TCR与一定范围的车厢温度相关联；至少部分基于环境温度、车厢温度、和TCR确定压缩机转速和混合风门位置；向压缩机传递对应于确定的压缩机转速的输出使得压缩机以接近确定的压缩机转速运转；向混合风门传递对应于确定的混合风门位置的输出使得混合风门以接近确定的混合风门位置运转。

根据本发明的一个实施例，上述方法还包含：存储多个查值表，其中各个查值表均对应于不同的TCR；以及访问多个查值表中对应于确定的TCR的那一个查值表使得依据访问的查值表根据环境温度和车厢温度的函数确定压缩机转速和混合风门位置。

附图说明

图1为说明了根据本发明实施例的车辆环境管理系统的简化示例性示意图。

图2为说明了根据本发明实施例的车辆环境管理系统的简化示例性框图。

图3为根据本发明实施例的气候控制端的简化示例性主视图。

图4为根据本发明实施例的气候控制舒适性设定等级的简化示例性表格。

图5a为根据本发明实施例的简化示例性查值表。

图5b为对应于图5a中的查值表的简化示例性曲线图。

图6a为根据本发明实施例的另一简化示例性查值表。

图6b为对应于图6a中的查值表的简化示例性曲线图。

图7a为根据本发明实施例的再一简化示例性查值表。

图7b为对应于图7a中的查值表的简化示例性曲线图。

图8为说明了根据本发明实施例用于车辆环境管理系统的方法的简化示例性流程图。

具体实施方式

总体上，通过使用多个驱动器调节供应给车厢的空气的温度和流量实现了对车辆内部车厢温度以及挡风玻璃温度和除雾的控制。图1示意性显示了根据本发明实施例用于车辆环境管理的示例性气候控制系统10。车辆可包括加热、通风和空调(HVAC)系统，总体上用标号20表示。HVAC系统20可包括风门装置，其分别包括仪表板除霜器、地板及外部再循环空气驱动器或风门22、24、28。

风门可为气流分配系统的一部分，其用于将调节过的空气引导至车辆乘客厢29中多个位置，例如公知的引导至挡风玻璃、地板、或仪表板。风门22、24、28可如图1中所示以常见方式通过真空马达(vacuum motor，未显示)在其多个封闭位置、部分封闭位置、未封闭位置之间驱动；或者可由电动伺服马达驱动。还可设置温度控制混合风门26，并可由电动伺服马达(未显示)驱动。温度控制混合风门26提供了混合好的热空气以获得所需目标排气温度，其表现为空气离开HVAC系统20进入乘客厢29时的温度。

HVAC系统20还可包括变速风扇系统(在本说明书中也称为HVAC吹风机)30，其包括用于产生气流的吹风机叶轮32。HVAC系统20可进一步包括加热系统(图1中显示为加热器芯34)和空调(A/C)系统35(包括蒸发器芯36和压缩机37)。压缩机37可为电动压缩机而非由发动机机械驱动的压缩机。这可为HVAC系统20运转提供良好的控制，因为与机械压缩机不同，电动压缩机可被配置为用于变速运转，而机械压缩机的转速与发动机的转速紧密联系。空调系统35可包括本领域技术人员已知的其它多个组件。

加热器芯34和蒸发器芯36分别加热并冷却风扇系统30所产生的气流。可通过气流分配系统和相关管道38分配所产生的气流。HVAC系统20可控制温度、气流方向、以及新鲜空气与再循环空气的比例。HVAC系统20可进一步包括与压缩机37连通的低压循环开关39。可操作低压开关39，以在某些工况下停用压缩机37。另外，当蒸发器芯36的温度下降至低于预定值时停用压缩机37，这有助于防止蒸发器芯36结冰。

可通过电子控制器40控制HVAC系统20的运转。控制器40可以根据多个输入产生信号来控制HVAC系统20。另外，控制器40可从多个气候控制装置(例如传感器、其它控制模块等)接收输入。除了从多个气候控制装置接收输入之外，控制器40还可通过输入装置(其可为图3中所示的气候控制端42)从车辆乘客接收输入。

图2描述了包括控制器40的气候控制系统10的简化示例性框图。如上所述，控制器40可从多个气候控制装置以及其它装置或模块接收输入。例如，控制器40可从乘客厢温度传感器44、环境温度传感器46、蒸发器温度传感器48、湿度传感器50、阳光负载传感器52、及排气温度传感器54接收输入。传感器44-54可提供分别代表内部车厢温度、环境(外部)空气温度、蒸发器温度、乘客厢相对湿度、太阳能(包括进入车辆的阳光的方向和角度)、以及排气温度(即从HVAC系统20排入车厢的空气温度)的信号。

控制器40还可从控制端42接收对应于乘客选择的各种关于乘客厢29气候的输入。如下文更为完整地解释的，控制端42可允许车辆乘客设定相对舒适度，且HVAC系统20可自动运转以达到并维持乘客设定的舒适度。此外，控制端42可允许车辆乘客手动控制HVAC功能，且在一些情况下取代自动HVAC系统20的自动运转。控制器40可控制压缩机37和风扇系统30以及风门22-28的运转以调节空气的温度和流量，并最终维持车辆中驾驶员和乘客舒适。另外，控制器40可编程有实施对车辆挡风玻璃自动除雾的算法。

图3更为详细地说明了示例性气候控制端42。控制端42可作用为车辆乘客的输入装置，允许手动选择多种气候控制功能。模式选择开关56可允许乘客手动选择将气流引导至何处。模式选择开关56还可允许乘客选择自动模式，其允许气候控制系统10基于环境状况和/或车辆运转特性自动调整乘客舒适性并控制多个气候控制功能。控制端42可进一步包括用于提供打开-关闭、手动、及自动风扇转速控制的风扇选择开关58。再循环开关60可允许车厢空气全部再循环、全部新鲜空气、或它们的一些组合。

气候控制端42还可包括A/C开关62，其允许乘客手动选择空调。另外，还可设有自动除雾开关64。一些自动气候控制系统监测车厢的温度和湿度程度以确定是否需要运转挡风玻璃除雾。当确定需要自动运转除雾时，通常运转空调系统以向挡风玻璃提供相对干燥的空气源以便迅速实施除雾运转。

包括上述特征的控制端42仅为根据本发明实施例可采用的气候控制端的一个示例。也可使用其它控制端(包括其它模拟或数字控制端)，并可包括本说明书中所描述的特征之外的替代或额外特征而不脱离本发明的范围。

根据本发明的特定实施例，气候控制端42可包括一个或多个乘客舒适度选择器66，其可以手动和自动模式提供乘客厢29的相对舒适性控制。可设有舒适度选择器66替代自动温度控制(ATC)开关。乘客可选择相对舒适度设定而非具体温度设定点。例如，乘客可选择较温暖/较凉爽气候控制而不必指定所需车厢温度。这样，可提供舒适度设定的范围从而提供更为有效的气候控制，其将在图4中更为详细地描述。

舒适度选择器66可包括驾驶员舒适度选择器和乘客舒适度选择器，用于双区域气候控制。各个舒适度选择器66均可由乘客用来增量选择车厢29的相对舒适度，该增量可由对应的舒适度指示器68利用显示面板70来显示。气候控制系统10可随后运转以达到并自动维持乘客设定的舒适度。舒适度指示器68可显示多个相对舒适度范围(例如从凉至暖或者从冷至热)。显示面板70可显示其它内容，例如当前车厢温度、当前外部环境温度等。

现在参考图4，显示了简化示例性表格72，其描述了根据本发明实施例的系统10可采用的热舒适性等级表74。如表格所示，出于说明目的，提供了从一端的“冷”至另一端的“热”的相对热舒适性范围的幅度。使用舒适度选择器66调节所需相对热舒适度会影响舒适度选择处于热舒适性等级表74的何处。例如，将舒适度选择器66调节为更凉爽车厢气候会使得舒适度选择移动至等级表74的左侧。

如图4所示，舒适性等级表74可分为数个舒适级别76，每个级别均分配有其自己的热舒适性评级(thermal comfort rating，TCR)78。应了解，可设置更多或更少的TCR而不脱离本发明的范围。例如，等级表74中设置的热舒适性的适用幅度的末端可为“凉”和“暖”而非“冷”和“热”。另外，乘客对舒适度选择进行的增量改变无需对应于TCR的相同增量改变。此外，除了乘客使用舒适度选择器66进行的舒适度选择之外，在确定TCR时可考虑到其它工况。例如，环境状况(例如阳光负载和湿度)可能影响确定TCR的方式。尽管图4显示了与其各自的TCR相关联的具体舒适度(例如“凉”、“舒适”、“暖”)，其仅用于说明舒适度选择的增量改变可能如何影响TCR。总体上，在控制端42上选择更为温暖的舒适度设定可能倾向于增加TCR。

由于气候控制端42提供了对相对热舒适性而非具体温度值的选择，应了解，特定的TCR可对应于温度范围。例如，TCR为5(描述为“舒服-没有热不舒适感”)可能对应于68°F至73°F的温度范围。从这一方面而言，TCR为4可对应于低于TCR5的温度范围，而TCR为6可对应于高于TCR5的温度范围。可基于各种设计需要、偏好、和/或其它系统参数改变具体的TCR温度范围而不脱离本发明的范围。

如图所示，TCR5可位于相对热舒适性幅度的中间附近。这是因为其可能对应于包括冷温度极限和热温度极限的一定范围内的最佳热舒适度。如上所述，热舒适性评级总体上对应于乘客厢29内部的相对热舒适性。因此，应了解，尽管等级表74中舒适性标度的端部参照不舒适性进行描述，其也可维持一定程度的总体舒适。

在较温暖的环境温度中，可采用A/C系统以冷却车厢29并从而增加热舒适性。环境空气越温暖，A/C系统必须越更尽力地工作以达到并维持所需程度的热舒适性。同样，乘客选择的舒适度越冷，A/C系统必须工作得更尽力。因此，在一般意义上来讲，在A/C降温期间，对于极端环境和乘客厢温度、以及极端乘客设定点调节，控制端42可提供一定程度的自动温度控制。即使可维持一定程度的总体舒适性，控制端42上的设定可能无法像常见自动温度控制那样数字化。因此，无法从控制端42推断出气候控制系统10自动维持具体温度。通过提供相对热舒适度作为替代，可增加燃料经济性能而不会与低效的自动温度控制冲突。

由于各个TCR均可对应于一个温度范围，一旦乘客厢温度达到对应的舒适性范围，则多个气候控制系统装置(例如HVAC吹风机30、电动压缩机27、加热器芯34等)不大可能倾向于消耗额外的能量。最终，当空调系统35运转时，系统10可能不得不增加压缩机转速以便恢复舒适性，其可有助于改善或维持燃料经济性。例如，如果阳光负载增加，乘客可能失去一些舒适性，但将总体上维持燃料经济性。如果车厢29变得过于温暖且乘客希望更加舒适，乘客可将舒适度选择器66手动调节为较凉的相对舒适度，有意识地牺牲了燃料经济性。

在A/C模式下，系统10通过控制压缩机转速和温度混合风门位置来调节气候。混合风门位置可确定HVAC系统中出现的热空气混合量。如果混合风门完全打开，则热空气在排入乘客厢时发生最大量的热空气混合。另外，压缩机运转得越快，产生越多的冷却能量。系统10可提供至少基于环境温度、车厢温度、及TCR的总体上线性的气候控制策略。如上所述，可至少部分基于乘客选择的舒适度确定TCR。气候控制系统在执行该策略时可利用多个查值表(1ook-up table，LUT)。在这一点上，控制器可为每个TCR存储LUT。可通过适用LUT根据环境温度和车厢温度的函数确定压缩机转速和混合风门位置输出。

图5a、6a、7a描述了分别等于5、6、7的TCR的简化示例性LUT80、80’和80”。最左列显示了与乘客厢温度输入相关联的值，而顶部提供了与环境温度相关联的值。图5a、6a、7a中显示的LUT仅出于说明目的，因而仅代表了其中所含信息的类型而无需代表这种信息的数量或结论。例如，可将许多更高的车厢温度值和环境温度值编排在典型的LUT中用于确定压缩机转速和混合风门位置输出。如图所示，压缩机转速可设置为转/分(RPM)，而混合风门位置可设置为百分比，其中100％对应于混合风门打开至最大。

编排至这些LUT中的具体值也是示例性的，且可取决于多个设计考虑和限制而改变。例如，图5a、6a、7a均显示了当环境温度为30°F时可打开压缩机。尽管这不大可能发生甚至是被禁止的，这么做是为了更为清楚地分别显示图5b、6b、7b中的线94、94’和94”，其在下文将更为详细地描述。类似地，当环境温度为30°F时乘客厢温度不大可能达到110°F的值，但这些LUT中存在这种值是用于说明可能存于其中的信息的类型和量。

图5b、6b、7b为分别对应于图5a、6a、7a中LUT80、80’和80”的图表82、82’和82”。其均对于给定TCR根据车厢温度和环境温度的函数说明了压缩机转速和混合风门位置输出。

对应于TCR等于5的图5b可代表理想乘客舒适性。线84根据车厢温度的函数描述了环境温度大约90°F时的混合风门位置。线86描述了根据车厢温度的函数描述了环境温度大约75°F时的混合风门位置。线88描述了根据车厢温度的函数描述了环境温度大约30°F时的混合风门位置。相应地，线90根据车厢温度的函数描述了环境温度大约90°F时的压缩机转速。线92根据车厢温度的函数描述了环境温度大约75°F时的压缩机转速。线94根据车厢温度的函数描述了环境温度大约30°F时的压缩机转速。对应于90°F环境温度的线84、90在点96处相交。对应于75°F环境温度的线86、92在点98处相交。对应于30°F环境温度的线88、94在点100处相交。分别位于交叉点96、98、100下方的区域102、104、106可指示在气候控制系统工作在优化舒适性时有些低能效。

图6对应于TCR等于6，其中乘客可能牺牲一点舒适性来改善燃料经济性。应注意，TCR6对许多驾驶员可能仍然非常舒适，只是比TCR5略微热一点。如图所示，分别处于交叉点96’、98’、100’下方的区域102’、104’、106’比TCR等于5时小得多。这指示了系统更有效率地运转，使得燃料经济性改善。

图7b对应于TCR等于7，其中乘客可能经历一些适度的不舒适。此外，尽管描述为适中的不舒适，可维持一些总体程度的舒适。分别处于交叉点96”、98”、100”下方的区域102”、104”、106”甚至比TCR等于6时小得多。因此，可看出当相对舒适度下降时，气候控制系统可运转得更有效。

一旦乘客厢温度下降至对应于确定的TCR的温度范围内，系统10可维持压缩机37处于其当前转速并维持混合风门26处于其当前位置。如上所述，系统10随后可能不得不增加压缩机转速和车厢温度。这是因为本发明气候控制系统10所采用的策略设计用于改善燃料经济性同时维持乘客舒适性，而非试图维持具体设定温度。为此，本发明的气候控制策略可采用相对较快的速度下降至最小压缩机转速。一旦处于目标舒适性范围，压缩机37几乎不会比试图确保稳定控制设定温度的系统消耗额外的能量。

现在参考图8，说明了用于运转气候控制系统的方法200的简化示例性流程图。该方法开始于步骤205。在步骤210处，系统可接收关于当前环境状况的输入。例如，控制器40可接收来自环境温度传感器的关于外部环境温度的输入以及来自车厢温度传感器44的关于乘客厢温度的输入。另外，控制器可接收数个其它输入，例如湿度和阳光负载。下一步，系统可接收乘客通过气候控制端42的输入。具体地，乘客可使用舒适度选择器66选择所需的相对热舒适度。对应地，在步骤215控制器40可从控制端42接收舒适度选择。一旦得到舒适度选择，系统如步骤220所示可确定热舒适性评级(TCR)。如上所述，TCR可指示舒适性等级表74中所确定的目标舒适度。TCR可主要基于舒适度选择。另外，TCR可进一步基于湿度和阳光负载。

一旦首先确定TCR，在步骤225系统可持续检测舒适度选择的变化。如果乘客调节舒适度，则程序可返回215，这样控制器40可接收新的舒适度选择。然而，如果舒适性设定并未调节，方法继续至步骤230。在步骤230，系统可确定当前车厢温度是否处于与确定的TCR相关联的温度范围内。如果当前车厢温度未处于舒适范围内，该方法可前进至步骤235，其中系统访问多个查值表中的一个。这些多个查值表可存储在控制器40内部或外部的存储器中。每个TCR均可设有查值表。在步骤235处，系统访问对应于步骤220处确定的TCR的查值表。在步骤240处，系统可基于步骤210处获得的车厢温度和环境温度利用所访问的查值表确定压缩机转速(或目标蒸发器温度)和混合风门位置。一旦确定压缩机转速和混合风门位置，则在步骤245向压缩机37和混合风门26传递代表电信号。方法可随后循环返回步骤210。

返回步骤230，另一方面如果当前车厢温度处于舒适范围内，则方法可前进至步骤250。在步骤250，系统可维持压缩机转速和混合风门位置处于其当前值。只要车厢温度处于舒适范围内，压缩机转速和混合风门位置可维持不变。在这种情况下，方法可再次前进至步骤245，其中继续向压缩机37和混合风门26分别传递代表当前压缩机转速和混合风门位置的信号从而以相同程度运转。

尽管已经详细描述了执行本发明的最佳模式，本发明涉及领域的技术人员将认识到多种替代设计和实施例用于实施由权利要求所限定的本发明。

Claims

1.一种气候控制系统，包含：

压缩机；

混合风门；

具有至少一个舒适度选择器的控制端；以及

电连接至所述控制端的控制器，所述控制器被配置为用于：

从环境温度传感器、车厢温度传感器和对应于舒适度选择的所述控制端接收输入；以及

基于环境温度、车厢温度和所述舒适度选择确定压缩机转速和混合风门位置。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制器进一步被配置为用于至少部分基于所述舒适度选择确定热舒适性评级。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述控制器根据所述环境温度、所述车厢温度和所述热舒适性评级确定所述压缩机转速和混合风门位置。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述控制器进一步被配置为用于存储多个查值表并访问所述多个查值表中对应于所述确定的热舒适性评级的一个查值表，其中每个所述查值表均对应于不同的热舒适性评级。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述控制器依据所述访问的查值表根据所述环境温度和所述车厢温度的函数确定所述压缩机转速和混合风门位置。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述控制器进一步被配置为用于分别向所述压缩机和所述混合风门传递对应于所述确定的压缩机转速和混合风门位置的输出使得所述压缩机和所述混合风门依照所述多个查值表运转。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，每个所述热舒适性评级均与一定车厢温度范围相关联。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，当所述车厢温度处于与所述确定的热舒适性评级相关联的范围内时维持当前压缩机转速和混合风门位置。

9.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述热舒适性评级进一步基于阳光负载和湿度。