CN103009959B - 用于控制车辆气候控制系统负载的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于控制车辆气候控制系统负载的方法。公开了一种控制空调压缩机的扭矩的方法。在一个示例中，空调压缩机是可变排量压缩机。该方法可以改进车辆加速响应同时为车厢提供冷却能力。

Description

用于控制车辆气候控制系统负载的方法
技术领域
本发明涉及用于操作车辆气候控制系统的方法。该方法在用于管理气候控制系统的启动和停止方面特别有用。
背景技术
车辆空气调节系统可以在温暖的和/或潮湿的外界驾驶条件期间为驾驶员提供舒适的环境。来自车厢的空气传递至蒸发器中，蒸发器冷却空气和冷凝空气中的水蒸气，因而调节车厢空气，从而改善驾驶员舒适度。可以将空气调节系统的尺寸制造为具有高冷却能力/容量(capacity)，因而驾驶员可以在特别热的天气期间感到舒适。然而，一旦实现期望的车厢温度，可能不期望总是运转空调和空调压缩机。
通过使大能力空气调节系统机械与压缩机的能量供应源耦合和去耦，可以控制车厢温度。例如，当车厢温度超过期望车厢温度预定量时，启动压缩机离合器。相反，当车厢温度降低至车厢温度以下预定量时，关闭压缩机离合器。然而，车辆的驾驶员能够明显感受到机械耦合和去耦空调压缩机和能量源，并且对此感到不舒服。
发明内容
发明人在此已经认识到以上所述的缺点，并且已经开发了用于控制车辆的空调压缩机的方法，该方法包含：在啮合和分离空调压缩机和提供旋转能量给空调压缩机的能量转换设备之前，降低空调压缩机的制冷加压能力。
通过在啮合和分离空调压缩机和能量源之前调整空调压缩机排量命令，可能能够降低车辆传动系的扭矩干扰。例如，当缩短空调压缩机活塞的冲程长度时，可以减低旋转压缩机的扭矩量。因此，当空调压缩机耦合能量源同时需要较少的扭矩旋转空调压缩机时，车辆驾驶员较不容易注意到能量源输出扭矩的变化。相似地，当空调压缩机与能量源分离同时需要较少的扭矩旋转空调压缩机时，车辆驾驶员较不容易注意到能量源输出扭矩的变化。
在另一个实施例中，用于控制车辆的空调压缩机的方法包含：在第一模式中提供等于或小于提供完全压缩机输出能力的扭矩的扭矩量至空调压缩机；和响应来自能量转换设备的可用扭矩和所述能量转换设备的负载需求之间的差，在第二模式中提供小于以完全压缩机输出能力运转所述空调压缩机的扭矩的扭矩量，同时继续向空调蒸发器提供空气调节冷却能力。
在另一个实施例中，方法进一步包含响应施加于能量转换设备的负载调整能量转换设备的扭矩输出。
在另一个实施例中，响应来自能量转换设备的可用扭矩和能量转换设备的负载需求之间的差，降低提供给空调压缩机和配件负载的能量转换设备扭矩。
在另一个实施例中，能力转换设备是发动机。
在另一个实施例中，提供给空调压缩机的能量转换设备扭矩减少量大于提供给配件负载的能量转换设备扭矩量。
在另一个实施例中，降低的提供给空调压缩机的能量转换设备扭矩量小于提供给配件负载的扭矩量。
在另一个实施例中，用于控制车辆空调压缩机的系统包含：能量转换设备；空调压缩机，其中空气压缩机包括活塞、用于调整活塞冲程的可变排量控制阀和离合器，其中通过离合器选择性地耦合空调压缩机与能量转换设备；以及控制器，其包括用于响应来自能量转换设备的可用扭矩和能量转换设备的负载需求之间的差调整活塞冲程同时继续提供空气调节冷却能力给空调压缩机蒸发器的指令。
在另一个实施例中，能量转换设备是发动机。
在另一个实施例中，系统进一步包含响应能量转换设备的负载需求调整发动机的扭矩输出。
在另一个实施例中，负载需求包括驾驶员需求扭矩和交流发电机扭矩。
在另一个实施例中，控制器包括用于响应离合器状态限制活塞冲程的额外指令。
本说明书可以提供若干优点。具体地，该方法可以改进将空调压缩机装载至车辆动力传动系统和从车辆动力传动系统卸载空调压缩机之间的过渡。此外，当空调压缩机耦合发动机时，由于可以降低发动机负载的变化，该方法可以改进燃料控制。
单独或结合附图阅读下面的具体实施方式，将容易理解本发明的以上优点和其他优点与特征。
应当理解，提供以上概要是为了以简单方式引入具体实施方式中进一步描述的概念选择。这并不意味着为了指出要求保护的主题的关键特征或本质特征，由权利要求唯一地限定其保护范围。而且，要求保护的主题并不限于解决以上或在本公开的任何部分中提到的任何缺点的实施方式。
附图说明
结合或参考附图，通过阅读实施例的示例，也被称为具体实施方式，可以更加全面地理解本文中描述的优点，在附图中：
图1是车辆空气调节系统的示意图；
图2是图1的能量转换设备的示意图，其中能量转换设备是发动机；
图3是用于操作车辆空气调节系统的控制算法或方法的方框图；
图4是空气调节系统工作期间的相关模拟信号的示例图；
图5是空气调节系统启动期间的相关模拟信号的示例图；
图6是空气调节系统停止工作期间的相关模拟信号的示例图；
图7是示出了空气调节系统控制温度与空气调节系统扭矩的示例模拟图；
图8A-8C是示出了空气调节扭矩控制示例的条形图；
图9示出了用于控制车辆空气调节系统的方法；
图10示出了用于调节空调排量需求的方法；以及
图11示出了用于提供调节车辆空调压缩机的软启动和停止的方法。
具体实施方式
本说明书涉及控制车辆的空气调节系统。在一个非限制性示例中，可以如图1中所示构造空气调节系统。进一步，可以如图2中所示将空气调节系统耦合至车辆的发动机。在一个示例中，通过如图3中所示的控制系统运转空气调节系统。图4-6示出了空气调节系统工作期间的相关信号。可以如图7中所示用空气调节扭矩交换空气调节系统温度。可以如图8C中所示控制空气调节系统扭矩，从而改进车辆工作。图9-图11的方法以快速响应和在不同工作模式之间的平稳扭矩转换来提供对空气调节系统的控制。
现在参考图1，空气调节系统100包括用于冷却车厢空气的蒸发器8。空气由风扇50传递过蒸发器8，并且围绕车厢2的周围。气候控制器26根据驾驶员设置和气候传感器运转风扇50。温度传感器4提供蒸发器8的温度指示给气候控制器26。车厢温度传感器30提供车厢温度的指示给气候控制器26。相似地，湿度传感器32提供车厢湿度的指示给气候控制器26。太阳负载传感器34提供车厢从日光加热的指示给气候控制器26。气候控制器还从驾驶员界面28接收驾驶员输入，并且提供期望蒸发器温度和实际蒸发器温度给能量转换设备控制器12。
驾驶员界面28允许驾驶员选择期望车厢温度、风扇速率、和调节的车厢空气的分布路径。驾驶员界面28可以包括刻度盘和按钮，用于选择空气调节设置。在一些示例中，驾驶员界面28可以通过触摸感应显示器接收输入。
在将制冷剂吸入冷凝器16之后，通过蒸发器阀门20将制冷剂提供给蒸发器8。压缩机18从蒸发器8接收制冷剂气体，并且加压该制冷剂。从加压的制冷剂提取热，以便于在冷凝器16液化该制冷剂。液化的制冷剂在穿过蒸发器阀门20之后开始膨胀，引起蒸发器8的温度降低。
压缩机18包括离合器24、可变排量控制阀22、活塞80和旋转斜盘82。活塞80加压空气调节系统中从空调压缩机18流向冷凝器16的制冷剂。旋转斜盘82基于流过可变排量控制阀22的油调节活塞80的冲程，从而调节将制冷剂从空调压缩机18输出的压力。离合器24可以选择性地啮合和分离从而为空调压缩机18提供来自能量转换设备10的旋转能。在一个示例中，能量转换设备10是提供旋转能给压缩机18且通过变速器70提供至车轮60的发动机。在其他示例中，能量转换设备10是提供旋转能给压缩机18且通过变速器70提供至车轮60的电动马达。旋转能可以通过传送带/带(belt)42从能量转换设备10提供给空调压缩机18。在一个示例中，传送带42通过离合器24机械地将轴40耦合到空调压缩机18。轴40可以是发动机曲轴、电枢轴、或其他轴。
用这种方式，图1的系统提供旋转能给空调压缩机，从而冷却车厢。具体地，空调压缩机提供负扭矩加载能量转换设备并压缩制冷剂，因此随后可以膨胀制冷剂，从而冷却车厢。通过离合器和致动器或调整可变排量泵的阀门可以调节空调压缩机提供给能量转换设备的负扭矩量。
参考图2，示出了能量转换设备的一个示例。特别地，能量转换设备10是包含多个汽缸的内燃机，由电子能量转换设备控制器12控制图1中所示的其中一个汽缸。发动机10包括燃烧室230和汽缸壁232，其中活塞236定位在汽缸壁236中，并且连接到是曲轴的轴40。所示燃烧室230通过对应的进气门252和排气门254连接进气歧管244和排气歧管248。通过进气凸轮251和排气凸轮253可以操作每个进气门和排气门。或者，通过机电控制的阀门线圈和电枢总成可以操作一个或更多个进气门和排气门。通过排气凸轮传感器257可以确定排气凸轮253的位置。
所示的燃料喷射器266被定位成将燃料直接喷射至汽缸230，本领域的技术人员称之为直接喷射。或者，燃料可以注入进气道，本领域的技术人员称之为进气道喷射。燃料喷射器266与来自能量转换设备控制器12的脉宽信号FPW成比例地传递液态燃料。燃料通过燃料系统(未示出)传递至燃料喷射器266，其中燃料系统包括燃料箱、燃料泵、和燃料轨(未示出)。驱动器268响应能量转换设备控制器12为燃料喷射器266提供工作电流。此外，所示进气歧管244连接可选的电子节气门262，其中电子节气门262调节节流板264的位置，从而控制气流从进气口242流向进气歧管244。在一个示例中，可以使用低压直接喷射系统，其中燃料压力/压强可以提高至大约20bar-30bar。或者，可以使用高压燃料双级系统产生更高的燃料压力。
无分电器点火系统288响应能量转换设备控制器12通过火花塞292提供点火火花给燃烧室230。所示宽域排气氧(UEGO)传感器226耦合到催化转换器270上游的排气歧管248。或者，双态排气氧传感器可以替代UEGO传感器226。
在一个示例中，转换器270可以包括多个催化砖。在另一个示例中，可以使用多个排放控制设备，每个排放控制设备有多个砖。转换器270在一个示例中可以是三元催化转换器。
图1中将能量转换设备控制器12示为传统的微型计算机，其包括：微处理器单元(CPU)202、输入/输出端口(I/O)204、只读存储器(ROM)206、随机存取存储器(RAM)208、保活存储器(KAM)210和传统的数据总线。除了先前讨论的信号之外，所示能量转换设备控制器12从耦合至能量转换设备10的传感器接收的各种信号还包括：来自耦合冷却套214的温度传感器212的发动机制冷剂温度(ECT)；耦合到加速踏板280的用于检测脚282应用的力的位置传感器284；来自耦合到进气歧管244的压力传感器222的发动机歧管压力(MAP)测量值；来自霍尔效应传感器218的用于检测轴40的位置的发动机位置传感器；从传感器220进入发动机的空气质量测量值；以及来自传感器258的节气门位置的测量值。也可以检测(未示出的传感器)大气压力，用于能量转换设备控制器12处理。在本说明书的优选方面中，发动机位置传感器218可以在曲轴每次旋转时产生预定的等距脉冲，根据该等距脉冲可以确定发动机转速(RPM)。
在一些实施例中，发动机可以耦合到混合动力车辆中的电动马达/电池系统。混合动力车辆可以具有并列结构、串行结构、或其变形或组合。进一步，在一些实施例中，可以使用其他发动机配置，例如柴油发动机。
在工作期间，发动机内的每个汽缸一般经历四冲程循环：进气冲程、压缩冲程、膨胀冲程和排气冲程。一般在进气冲程期间，排气门254关闭，进气门252打开。空气通过进气歧管244进入燃烧室230，活塞236运动至汽缸底部，从而增加燃烧室230内的体积。本领域的技术人员将活塞236在汽缸底部附近且在其冲程末端的位置(例如，燃烧室230在其最大体积时)称为下止点(BDC)。在压缩冲程期间，进气门252和排气门254均关闭。活塞236朝着汽缸盖运动，从而压缩燃烧室230内的空气。本领域的技术人员通常将活塞236在其冲程末端且最接近气缸盖的位置(例如，燃烧室230在其最小体积时)称为上止点(TDC)。在本文中称为喷射的过程中，燃料进入燃烧室。在本文中被称为点火的过程中，通过诸如火花塞292的已知装置点火喷射燃料，引起燃烧。在膨胀冲程期间，膨胀气体将活塞236推回至BDC。轴40将活塞运动转换成旋转轴的旋转扭矩。最后，在排气冲程期间，排气门254打开，将燃烧的空气燃料混合物释放至排气歧管248，活塞返回至TDC。注意以上所示仅仅是作为示例，进气门和排气门打开正时和/或关闭正时可以改变，从而提供正气门重叠或负气门重叠、进气门关闭延迟、或不同的其他示例。
图3是用于运转车辆的空气调节系统的控制器的方框图。可以通过在图1和图2描述的系统中运转的电子控制器12的指令执行控制器。控制器300包括用于调节可变排量空调压缩机(例如，图1中的压缩机18)的排量的第一部段302-332和350。控制器300包括用于调节空调压缩机离合器状态的第二部段340-344，其允许将旋转能量选择性地转移至空调压缩机。
在302中，将期望蒸发器温度输入控制器300。在一个示例中，气候控制模块可以响应驾驶员输入和空气调节系统输入请求期望蒸发器温度。进一步，当启动空调压缩机离合器时，期望蒸发器温度可以会聚/收敛于蒸发器控制温度。当未启动空调压缩机离合器时，期望蒸发器温度可以会聚于环境温度。期望蒸发器温度被导向304和350。
在350中，前馈增益施加于期望蒸发器温度。在一个示例中，根据经验确定增益，并且将增益存储在内存中。例如，如果期望蒸发器温度是20℃，可以从通过20℃期望蒸发器温度指示的表格中提取60％占空比的排量阀命令。然后60％占空比可以被导向排量阀。在一个示例中，可以通过风扇速率、期望蒸发器温度、环境温度、和太阳负载中的一个或更多个变量指示前馈增益。前馈增益从350被导向326。
在304中，控制器300响应期望蒸发器温度、检测的蒸发器温度、和空调压缩机离合器状态确定预期蒸发器温度。在一个示例中，根据空调压缩机离合器的状态确定预期蒸发器温度。
在空调压缩机离合器断开期间，通过exp_evp_tmp(K)＝filt_dsd_evp_tmp(K-n)给出预期蒸发器温度(exp_evp_tmp)。其中K是表示第K次确定exp_evp_tmp的整数，n是表示当前确定的exp_evp_tmp和filt_dsd_evp_tmp之间的延迟时间的整数，其中filt_dsd_evp_tmp是经滤波/过滤的期望蒸发器温度。通过命令空调压缩机离合器从离合器接通状态进入离合器断开状态，并记录蒸发器到达基于环境状况的最终温度之前的时间量，可以根据经验确定延迟n，并且将其存储在控制器内存中。到达环境温度的时间量是蒸发器容积、风扇速率、初始蒸发器温度、和环境状况的函数。因此，exp_evp_tmp(K)的值为控制器300进行n次循环延迟的filt_dsd_evp_tmp值。
在一个示例中，根据期望蒸发器温度和一阶滤波器确定filt_dsd_evp_tmp，表示为filt_dsd_evp_tmp(K)＝filt_dsd_evp_tmp(K-1)+(1-τoff)·(dsd_evp_tmp(K)-filt_dsd_evp_tmp(K-1))。其中dsd_evp_tmp是来自302的期望蒸发器温度，K是表示第K次确定filt_dsd_evp_tmp的整数，τoff与空调压缩机断开滤波时间常数和期望蒸发器温度的采样率相关。空调压缩机断开滤波时间常数表示期望蒸发器温度从当前蒸发器温度到最终蒸发器温度的上升速率。最终蒸发器温度可以估计为环境温度，而在308中可以检测当前蒸发器温度。可以根据经验确定空调压缩机断开滤波时间常数，并且将其存储在通过当前蒸发器温度和最终蒸发器温度索引的表格或函数中。
用这种方式，在用于确定期望蒸发器温度和实际蒸发器温度之间的误差之前滤波和延迟期望蒸发器温度。通过将期望蒸发器温度转换成预期蒸发器温度，经过允许实际蒸发器温度在采取超过在期望蒸发器温度运转的前馈增益的控制行为之前达到期望蒸发器温度，控制器300的反馈部段(例如，306-332)可以补偿图1与图2中所示实体系统的延迟时间和时间常数。进一步，图1和图2中所示的空气调节系统的观察输出不需要像史密斯预测器所做的那样通过延迟被建模和被导向来与实际蒸发器温度进行。相反，在使用控制系统输入期望蒸发器温度提供蒸发器温度误差信号或值之前，修改控制系统输入期望蒸发器温度。
在空调压缩机离合器接通状态期间，通过exp_evp_tmp(K)＝filt_dsd_evp_tmp(K-m)给出预期蒸发器温度(exp_evp_tmp)。其中K是表示exp_evp_tmp的第K次确定的整数，m是表示当前确定的和filt_dsd_evp_tmp之间延迟时间的整数，其中filt_dsd_evp_tmp是经滤波的期望蒸发器温度。通过命令空调压缩机离合器进入接通状态并记录蒸发器到达基于空调压缩机泵排量和环境状况的最终降低温度之前的时间量，可以根据经验确定延迟m，并且将其存储在存储器内存中。因此，exp_evp_tmp(K)的值为控制器300进行n次循环延迟的值。
在一个示例中，根据期望蒸发器温度和一阶滤波器确定filt_dsd_evp_tmp，表示为filt_dsd_evp_tmp(K)＝filt_dsd_evp_tmp(K-1)+(1-τoff)·(dsd_evp_tmp(K)-filt_dsd_evp_tmp(K-1))。其中dsd_evp_tmp是302的期望蒸发器温度，K是表示第K次确定filt_dsd_evp_tmp的整数，τoff与空调压缩机接通滤波时间常数和期望蒸发器温度的采样率相关。空调压缩机接通滤波时间常数表示期望蒸发器温度从当前蒸发器温度到期望蒸发器温度的下降速率。可以根据经验确定空调压缩机接通滤波时间常数，并且将其存储在通过当前蒸发器温度和期望蒸发器温度索引的表格或函数中。
因此，无论空调压缩机离合器是啮合还是分离，均可以确定和更新预期蒸发器温度。同样地，控制器300的反馈部段(例如，306-332)基于预期蒸发器温度而不是期望蒸发器温度和实际蒸发器温度之差工作。通过修改期望蒸发器温度提供预期蒸发器温度，控制器300可以减轻过度校正或驱动空调压缩机排量命令的可能性。
在308中，检测或估计蒸发器温度。在一个示例中，通过图1中所示的热电耦或热敏电阻检测蒸发器温度。检测的蒸发器温度传递至304、306和342。
在306中，从预期蒸发器温度减去实际蒸发器温度，从而提供蒸发器温度误差。蒸发器温度误差是反馈调节可变排量空调压缩机的排量的基础。蒸发器温度误差被导向310。
在310中，控制器300判断蒸发器温度误差是否大于阈值水平。如果蒸发器温度误差大于阈值水平，那么控制器300进行至318。如果蒸发器温度误差不大于阈值水平，那么控制器300进行至310。因此，如果蒸发器温度误差小于阈值，那么PID控制器处理蒸发器温度误差。否则，高增益无记忆(memory)增益处理蒸发器温度误差。
在替换示例中，控制器300可以在所选工况期间同时提供蒸发器温度误差给包含318、312、314和316的两条路径。例如，如果蒸发器温度误差大于3℃但小于5℃，318、312、314和316可以接收蒸发器温度误差值。然而，如果蒸发器温度误差大于5℃，那么只有318接收蒸发器温度误差值。进一步，如果蒸发器温度误差小于3℃，那么只有312、314和316接收蒸发器温度误差值。
在318中，蒸发器温度误差与高增益相乘。高增益可以是线性的、二次的、或高阶的。或者，高增益可以是负蒸发器温度误差的单个值或正蒸发器温度误差的单个值。在一个示例中，根据存储在通过蒸发器温度误差索引的存储在内存中的函数或表格确定高增益。例如，如果蒸发器温度误差是10℃，那么利用10℃索引表格并且将可变排量控制阀命令调整15％。在318的高增益不含有记忆，因此，控制器300只处理当前蒸发器温度误差而不处理蒸发器温度中过去的温度误差。从318输出的增益提供给322。
在322中，控制器300限制可变排量控制阀命令中的比率增加。进一步，在一些示例中，控制器300将低通滤波器施加于调节可变排量控制阀。例如，如果可变排量控制阀的改变大于40％，那么可变排量控制阀的变化保持在40％。进一步，可以将该变化滤波从而平稳地调节可变排量命令。受限的可变排量控制阀命令被导向求和点326。
在312中，控制器300通过使蒸发器温度误差信号与比例数相乘按比例地调节蒸发器温度误差信号，从而提供成比例的空调压缩机排量命令调节项。例如，如果蒸发器温度误差是10℃，那么其可以与0.5相乘，从而提供值5。按比例调节的蒸发器温度误差被导向求和点324。
在314中，控制器300对蒸发器温度误差求积分，然后使经积分的蒸发器温度误差与预定值相乘，从而提供积分空调压缩机排量命令调节项。在一个示例中，可以通过梯形积分方法对蒸发器温度误差求积分。因此，积分量包括蒸发器温度误差的当前值和过去值，因此，认为积分量具有过去蒸发器温度误差的记忆。积分的蒸发器温度误差被导向饱和(windup)限制器320。
在320中，控制器300限制积分蒸发器温度误差的最大值，因此，如果蒸发器温度误差改变符号，那么控制器300可以迅速反应，而无需清除蒸发器温度的较大积分值。饱和限制器320的输出被导向求和点324。
在316中，控制器300对蒸发器温度误差进行求导数，并且使其与预定值相乘，从而提供导数空调压缩机排量命令调节项。在一个示例中，根据当前介绍的蒸发器温度和最近结束的蒸发器温度误差之间的变化与采样之间的时间来确定导数。例如，导数项可以确定为evap_deriv＝(evap_tmp_error(K-1)-evap_tmp_error(K))/D，其中K是当前的采样值，D是每次采样的秒数。导数项被导向求和点324。
在324中，对比例项、导数项和积分项进行求和，从而提供输出至控制器300的PID部分。因此，当蒸发器误差低于阈值水平时，通过PID控制器处理蒸发器误差。然而，在一些示例中，如果蒸发器误差大于阈值水平，那么求和器324的输出为零。求和器324的输出被导向求和器326。
在326中，350的前馈增益的输出被增加到在324进行求和的PID控制器的输出和高增益限制器322的输出。因此，在一些状况下，控制器300在不需要利用控制输出中的记忆的状况下提供基于前馈增益和高增益的控制信号。在其他状况期间，控制器300提供基于前馈增益和利用记忆确定控制输出的PID部段的控制信号。因此，控制器300包括基于记忆的输出和无记忆的输出。控制器300将求和器326的输出被导向求和器328。
在328中，控制器300提供软启动和停止特征，软启动和停止特征可以起到降低提供旋转能量给空调压缩机的能量转换设备的扰动的作用。特别地，当控制器300判断启动空调压缩机离合器耦合空调压缩机和能量转换设备时，命令空调压缩机排量阀在空调压缩机离合器啮合之前达到减小或最小排量。在已经啮合空调压缩机离合器之后的预定时间里，命令空调压缩机排量阀达到增加值。在一个示例中，在从啮合空调压缩机离合器开始的预定时间之后，将空调压缩机排量(逐渐调节例如，通过滤波命令)或渐变(ramp)至从326的输出的占空比。
相反，当控制器300判断使空调压缩机离合器停用以断开空调压缩机和能量转换设备时，命令空调压缩机排量阀在脱离啮合空调压缩机离合器之前达到减小或最小排量。在空调压缩机排量降低至较低或最小排量之后的预定时间里，命令空调压缩机排量阀达到预定减小值并使空调压缩器离合器脱离啮合。在一个示例中，一旦决定使空调压缩器离合器脱离啮合，就逐渐改变空调压缩机排量。软启动或停止调节空调压缩机排量控制阀从328进行至330。
在330中，控制器300响应动力传动系统扭矩需求和可用的能量转换设备扭矩控制空调压缩机扭矩，参考图9-图10将更详细地进行描述。在一些车辆工况期间，可能期望，降低空调压缩机施加于能量转换设备的负扭矩或阻力扭矩，因此能量转换设备可以提供额外的扭矩推动车辆前进或增加其他车辆系统的输出。例如，在驾驶员充分压下加速踏板的状况中，可能期望降低空调压缩机消耗的能量转换设备扭矩量。在另一个示例中，交流发电机的负载可以增加至如下水平，在该水平可能期望降低提供给空调压缩机的扭矩，从而增加交流发电机输出。还是在另一个示例中，可能期望在发动机空转状况期间降低提供给空调压缩机的扭矩，其中MAP压力大于阈值，因此可以降低MAP从而增加制动助力器真空。因此，存在许多可能期望降低提供给空调压缩机的扭矩的状况。
降低提供给空调压缩机的扭矩的一个方式是打开空调压缩机离合器。以下图8B更详细地描述了当存在来自能量转换设备的对传动系扭矩的渐增请求时如何增加传动系扭矩。
在另一个示例中，如关于图8C和图10更详细地描述的，响应请求的动力系扭矩增加的量，可以降低施加于能量转换设备的空调压缩机负扭矩。通过与请求的动力系扭矩的增加量成比例地降低空调压缩机负扭矩，可以降低空气调节冷却能力，因此可以提供请求的动力系扭矩。相似地，可以响应其他能量转换设备扭矩请求调节压缩机扭矩。例如，响施加于操作液力泵的动力输出装置、和/或交流发电机负载、和/或动力方向盘扭矩需求、和/或额外的发动机真空的请求可以降低压缩机扭矩。在可以响应能量转换设备的其他扭矩需求限制空调压缩机扭矩之后，控制器300提供经调节的空调压缩机排量命令给332。
在332中，控制器300通过排量命令调节空调压缩机活塞的冲程，从而改变空调压缩机的压力输出。在一个示例中，通过改变控制调节液体流动的阀门(例如，图1的20)的波形的占空比调节空调压缩机排量命令，从而控制空调压缩机活塞冲程。在其他示例中，可以为电动马达或螺线管提供变化电压，从而控制空调压缩机压力能力。
用这种方式，控制器300调节可变排量空调压缩机，从而提供不同水平的蒸发器冷却能力，同时控制空调压缩机施加于能量转换设备的扭矩。特别地，通过增加空调压缩机活塞的冲程可以提高蒸发器冷却能力，因而增加空调压缩机的压力输出。
在340中，控制器300接收用于控制空调压缩机的离合器的驾驶员输入和系统输入，其选择性地允许将来自能量转换设备的旋转能提供给空调压缩机。在一个示例中，驾驶员输入和系统输入包括但不限于太阳负载、风扇速率命令、车厢温度需求、蒸发器温度、湿度传感器、气候控制模式(例如，冷；热；除霜)。驾驶员输入和系统输入从340传递至342。
在342中，控制器300应用逻辑以确定是否启动空调压缩机离合器，因此空调压缩机可以加压制冷剂，从而降低蒸发器(例如，图1的蒸发器8)的温度。例如，如果期望的车厢温度大于实际车厢温度，可以启动空调压缩机离合器，允许将旋转能量从能量转换设备传输至空调压缩机，因此，可以降低蒸发器温度，因而降低车厢温度。进一步，当车厢温度冷却至低于期望的车厢温度水平时，可以使空调压缩机离合器断开，从而停止将旋转能量从能量转换设备传输至空调压缩机。控制器300通过使信号被导向344调节空调压缩机离合器状态。
在344中，控制器300调节空调压缩机离合器的状态。在一个示例中，机电地启动空调压缩机离合器。在另一个示例中，可以液压地启动空调压缩机离合器。因此，电流或液压流体可以用于启动或停用空调压缩机离合器。进一步，在344可以从342确定的期望的空调压缩机离合器状态延迟空调压缩机离合器命令状态输出，从而促进空气调节系统和空调压缩机的软启动/停止。如关于图5和图6中所述，延迟时间量可以是常数或可以随着空气调节系统工况改变。
现在参考图4，示出了在空气调节系统工作期间的相关模拟信号的示例图。通过图1和图2的控制器12执行图3中所述控制器的指令可以提供图4的信号。
图4包括两幅图。从图4顶部观看的第一幅图是蒸发器温度与时间的图。X轴表示时间，时间从左向右增加。Y轴表示蒸发器温度，蒸发器温度朝着Y轴箭头增加。曲线402表示期望的空调压缩机蒸发器温度(例如，图3的302)。曲线404表示预期空调压缩机蒸发器温度(例如，图3的304)。直线410表示空调压缩机蒸发器控制温度水平(例如，当启动空调压缩机离合器时所控制空调蒸发器的温度)。
从图4顶部观看的第二幅图是空调压缩机离合器状态图。X轴表示时间，时间从左向右增加。Y轴表示空调压缩机离合器状态，接近X轴(例如，低水平)空调压缩机离合器状态为打开，接近Y轴箭头(例如较高水平)空调压缩机离合器状态为关闭。
在时间T0，启动空调压缩机离合器，如气候控制器(例如，图1的26)提供的期望蒸发器温度402(例如，图3的302)和预期蒸发器温度404(例如，图3的304)均接近空调压缩机蒸发器控制温度水平410。
在时间T1，空调压缩机离合器循环至断开，以便来自能量转换设备的旋转能量并不传输至空调压缩机。空调压缩机离合器可以循环至断开，从而响应来自车辆驾驶员的请求或响应其他空气调节系统输入保存能量。
在时间T2，由于使空调压缩机离合器脱离啮合，所以期望的空调压缩机蒸发器温度402开始远离空调压缩机蒸发器控制温度410运动。
在时间T3，预期空调压缩机蒸发器温度404开始增加。预期空调压缩机蒸发器温度增加速率可以小于或等于期望的空调压缩机蒸发器温度增加速率，具体取决于图3的304所选的滤波时间常数。相似地，预期空调压缩机蒸发器温度降低速率可以小于或等于期望的空调压缩机蒸发器温度降低速率，具体取决于图3的304所选的滤波时间常数。T1和T2之间的时间表示在图3的304所选的时间延迟。
在时间T4，重新启动空调压缩机离合器，以便将来自能量转换设备的旋转能量传输至空调压缩机。此后不久，期望蒸发器温度402和预期蒸发器温度404开始降低。
因此，预期蒸发器温度404从期望蒸发器温度延迟，以便蒸发器温度误差(例如，图3的306)与实际的蒸发器温度更密切相关。因此，可以降低控制器输出和实际温度的振荡，即使存在从期望蒸发器温度和实际的蒸发器温度的明显相位延迟。进一步，期望蒸发器温度的大小在动态工况期间可以降低，从而降低在动态工况期间过度驱动空调压缩机排量命令(例如，图3的332)的可能性。
现在参考图5，示出了空调压缩机驱动期间的相关模拟信号的示例图。特别地，示出了空气调节系统的示例软启动。通过图1和图2的控制器12执行图3中所述的控制器指令可以提供图5的信号。
图5包括三幅图。从图5的顶部看的第一幅图是空调压缩机活塞排量或冲程控制信号(例如，图3的328)与时间的图。空调压缩机的泵送压力能力随着活塞排量命令增加而增加。X轴表示时间，时间从左向右增加。Y轴表示空调压缩机排量命令，朝着Y轴箭头方向空调压缩机排量命令增加。
从图5顶部观看的第二幅图是期望的空调压缩机离合器状态图。X轴表示时间，时间从左向右增加。Y轴表示空调压缩机离合器状态，接近X轴(例如，低水平)空调压缩机离合器状态为打开，接近Y轴箭头(例如，高水平)空调压缩机离合器状态为关闭。根据图3的342中描述的空调输入可以确定期望的空调压缩机离合器状态。
从图5顶部观看的第三幅图是期望的空调压缩机离合器命令状态图。X轴表示时间，时间从左向右增加。Y轴表示空调压缩机离合器命令状态，接近X轴(例如，低水平)压缩机离合器命令状态为打开空调压缩机离合器，接近Y轴箭头(例如，高水平)压缩机离合器命令状态为闭合空调压缩机离合器。根据图3的342中描述的空调压缩机输入可以确定期望的空调压缩机离合器状态。
在时间T0，期望的空调压缩机离合器状态处于表明将不启动空调压缩机离合器的低水平。空调压缩机离合器命令状态还处于表明未启动空调压缩机离合器的低水平。进一步，空调压缩机排量命令信号也处于低水平，从而降低空调压缩机压力能力和施加于能量转换设备的扭矩量。
在时间T1，期望的空调压缩机离合器状态被循环打开(cycled on)，以便可以将来自能量转换设备的旋转能量传输至空调压缩机。可以循环打开空调压缩机离合器从而启动空气调节降低车厢温度，或是在已经循环关闭空调压缩机之后基于空气调节系统输入启动空气调节降低车厢温度。空调压缩机离合器命令状态保持在表明当期望的空调压缩机离合器状态改变时未立即启动空调离合器的低水平。进一步，空调压缩机排量命令保持在低水平或最小水平，因此压缩机压力能力处于低水平或最小水平。
在时间T2，期望的空调压缩机离合器状态保持在啮合空调压缩机离合器的状态。空调压缩机离合器命令状态转变至表明命令空气调节离合器达到起作用的啮合状态的高水平，在该状态来自能量转换设备的旋转能量传输至空调压缩机。然而，空调压缩机排量控制信号保持在较低水平或最小水平，因此当啮合空调压缩机离合器时，低水平扭矩施加于能量转换设备。因此，在空调压缩机离合器啮合期间，只有小部分来自空调压缩机的负载施加于能量转换设备。
在时间T3，期望的空调压缩机离合器状态和空调压缩机离合器状态保持在较高的水平。进一步，空调压缩机排量命令信号开始从低水平或最小水平渐变至提供期望蒸发器温度的水平。
在时间T2和T3之间的时间可以是常数，或可以响应空气调节系统或能量转换设备工况调节。例如，当发动机转速是第一发动机转速时，从T2到T3的时间可以是第一时间量，当发动机转速是第二发动机转速时，从T2到T3的时间可以是第二时间量，其中第二时间量小于第一时间量，第二发动机转速大于第一发动机转速。进一步，时间随着初始蒸发器温度和最终蒸发器温度之差增加而增加。换句话说，可以根据能量转换设备状况、空气调节系统状况、和车辆状况调节初始蒸发器温度和最终蒸发器温度之间的渐变率。
例如，当耦合空调压缩机的能量转换设备是发动机时，空调压缩机排量命令信号在以发动机空转转速和负载(例如，800RPM和0.12负载)启动空调压缩机时可以以第一速率逐渐升高。另一方面，当发动机在更高转速和负载(例如，2000RPM和0.3负载)工作时，空调压缩机排量控制信号可以以第二速率逐渐升高，其中第二速率大于第一速率。在驾驶员不太可能注意到更快的渐变速率的状况期间，空调压缩机排量控制信号可以以更高速率逐渐升高。进一步，在能量转换设备可以更快地抵消额外的压缩机扭矩的状况期间，可以提高逐渐升高的速率。例如，如上所述，由于更高的发动机转速提供额外燃烧的事件，所以当发动机在高于空转转速的速率工作时，压缩机排量命令可以更快地逐渐增加，从而增加压缩机压力能力，因而降低其所需的时间和发动机控制调整与扭矩，从而抵消空调压缩机扭矩。
当空调压缩机耦合到电动马达时，可以提供不同的压缩机排量逐渐升高策略。例如，空调压缩机排量命令逐渐升高速率可以以马达转速小于基本转速(在该马达速度可获得全马达扭矩而高于该转速获得小于全电动马达扭矩的马达速度)时的第一速率增加。然而，如果电动马达所处的转速大于基本转速，那么与第一速率相比较，可以降低空调压缩机排量命令逐渐升高速率，从而解决在更高的马达转速可用马达扭矩更少。
此外，可以取决于空气调节系统工况调节空调压缩机排量逐渐升高速率。例如，当初始蒸发器温度和最终或期望蒸发器温度之差小于第一阈值(例如，10℃)时，可以增加逐渐升高速率。当初始蒸发器温度和期望蒸发器温度之差大于第二阈值(例如，15℃)时，可以降低逐渐升高速率。
T2和T3之间的时间允许在调节空调压缩机排量之前稳定从发动机传输至空调压缩机扭矩量。可以针对空气调节系统工况、车辆工况、和能量转换设备状况调节T2和T3之间的时间。例如，如果能量转换设备已经工作小于预定时间量，则可以增加T2和T3之间的时间。在替换示例中，当能量转换设备是以比其总汽缸数少的汽缸工作的发动机时，可以增加T2和T3之间的时间。特别地，当具有停用汽缸的发动机工作时，与当以更多或所有发动机汽缸的发动机工作时相比较，可以增加T2和T3之间的时间。
用这种方式，可以降低能量转换设备和空调压缩机之间扭矩大量增加的可能性。因此，驾驶员可能较不容易观察到空气调节系统的启动。
现在参考图6，示出了空调压缩机停用期间的相关模拟信号的示例图。特别地，示出了空气调节系统的示例软停止。通过图1和图2的控制器12执行图3中所述的控制器指令可以提供图6的信号。
图6包括三幅图。图6的顶部看的第一幅图是压缩机活塞排量或冲程控制信号(例如，图3的328)与时间的图。空调压缩机的泵送压力能力随着活塞排量命令增加而增加。X轴表示时间，时间从左向右增加。Y轴表示空调压缩机排量命令，朝着Y轴箭头方向空调压缩机排量命令增加，由此提高压缩机压力能力。
从图6顶部观看的第二幅图是期望的空调压缩机离合器状态图。X轴表示时间，时间从左向右增加。Y轴表示空调压缩机离合器状态，接近X轴(例如，低水平)空调压缩机离合器状态为打开，接近Y轴箭头(例如，高水平)空调压缩机离合器状态为关闭。根据图3的342中描述的空调压缩机输入可以确定期望的空调压缩机离合器状态。
从图6顶部观看的第三幅图是空调压缩机离合器命令状态图。X轴表示时间，时间从左向右增加。Y轴表示空调压缩机离合器命令状态，接近X轴(例如，低水平)压缩机离合器命令状态为打开空调压缩机离合器，接近Y轴箭头(例如较高水平)压缩机离合器命令状态为闭合空调压缩机离合器。根据图3的342中描述的空调压缩机输入可以确定期望的空调压缩机离合器状态。
在时间T0，期望的空调压缩机离合器状态处于表明启动空调压缩机离合器的较高水平。空调压缩机离合器命令状态还处于表明启动空调压缩机离合器的较高水平。进一步，空调压缩机排量命令信号也处于较高水平，因而提高空调压缩机压力能力和施加于能量转换设备的扭矩量。
在时间T1，期望的空调压缩机离合器状态为断开，因此来自能量转换设备的旋转能量不传输至空调压缩机，但是空调压缩机离合器在T1保持啮合。可以断开空调压缩机离合器，从而停止空气调节，因此可以增加车厢温度或降低能量消耗。空调压缩机离合器命令状态保持在表明当期望的空调压缩机离合器状态改变时未立即使空调离合器停用的较高水平。进一步，空调压缩机排量命令保持在较高水平，因此压缩机压力能力保持较高。
在时间T2，期望的空调压缩机离合器状态保持在较低水平。然而，空调压缩机离合器命令状态保持在较高水平，因此空调压缩机离合器保持啮合，从而允许将来自能量转换设备的电能传输至空调压缩机。此外，空调压缩机排量命令信号开始从较高水平渐变至较低水平或最小水平，在较低水平或最小水平提供降低的压缩器输出压力和较少压缩器扭矩。
在时间T1和T2之间的时间可以是常数，或可以响应空气调节系统或能量转换设备工况调节以上时间。例如，当发动机转速是第一发动机转速时，从T1到T2的时间可以是第一时间量，当发动机转速是第二发动机转速时，从T1到T2的时间可以是第二时间量，其中第二时间量小于第一时间量，第二发动机转速大于第一发动机转速。进一步，时间随着初始蒸发器温度和最终蒸发器温度之差增加而增加。换句话说，可以根据能量转换设备状况、空气调节系统状况、和车辆状况调节初始蒸发器温度和最终蒸发器温度之间的渐变速率。
例如，当耦合空调压缩机的能量转换设备是发动机时，空调压缩机排量命令信号在以发动机空转转速和负载(例如，RPM 800和负载0.12)使得空调压缩机停用时可以以第一速率逐渐降低。另一方面，当发动机在较高转速和负载(例如，RPM 2000和负载0.3)工作时，空调压缩机排量控制信号可以以第二速率逐渐降低，其中第二速率大于第一速率。此外，在能量转换设备可以更快地起作用以抵消额外的压缩机扭矩的状况期间，可以提高空调压缩机排量命令逐渐降低的速率。例如，如上所述，由于更高的发动机转速提供额外的燃烧事件，当发动机在高于空转转速的转速工作时，空调压缩机排量命令可以更快地逐渐降低，从而降低空调压缩机压力能力，因而减少发动机控制调整与扭矩所需的时间，从而抵消空调压缩机扭矩。
当空调压缩机耦合到电动马达时，可以提供不同的压缩机排量逐渐降低策略。例如，空调压缩机排量命令逐渐降低速率可以以当马达转速小于基本转速(在该马达速度可获得全马达扭矩可用而高于该转速获得小于全电动马达扭矩的马达转速)的第一速率增加。然而，如果电动马达所处的转速大于基本转速，那么与第一速率相比较，可以降低空调压缩机排量命令逐渐降低速率，从而解决在较高的马达转速可用的马达扭矩较少。
此外，可以取决于空气调节系统工况调节空调压缩机排量逐渐降低速率。例如，当初始蒸发器温度和最终或期望蒸发器温度之差小于第一阈值(例如，10℃)时，可以增加逐渐降低速率。当初始蒸发器温度和期望蒸发器温度之差大于第二阈值(例如，15℃)时，可以降低逐渐变化速率。
在时间T3，期望的空调压缩机离合器状态保持在脱离啮合空调压缩机离合器的状态。进一步，空调压缩机排量控制信号转变至较低水平，因此当脱离啮合空调压缩机离合器时，低水平扭矩与能量转换设备解耦。空调压缩机离合器命令状态在时间T3也转变至表明命令空气调节离合器达到来自能量转换设备的旋转能量未传输至空调压缩机的脱离啮合状态的较低水平。因此，在空调压缩机离合器脱离啮合期间，只有一小部分负载与能量转换设备分离。
T2和T3之间的时间允许将来自能量转换设备的扭矩传输至空调压缩机，从而在空调压缩机与能量转换设备解耦之前变得稳定。可以关于空气调节系统工况、车辆工况、和能量转换设备状况调节T2和T3之间的时间。例如，如果能量转换设备已经工作小于预定时间量，可以增加T2和T3之间的时间。在替换示例中，当能量转换设备以比其总汽缸数少的汽缸工作的发动机时，那么可以增加T2和T3之间的时间。特别地，当具有停用汽缸的发动机工作时，与当发动机以更多或所有发动机汽缸工作时相比较，可以增加T2和T3之间的时间。
用这种方式，可以降低能量转换设备和空调压缩机之间扭矩大量减少的可能性。因此，驾驶员可能较不容易观察到空气调节系统的启动。
现在参考图7，示出了空气调节系统控制温度与空气调节系统扭矩的模拟图。Y轴表示蒸发器温度。X轴表示允许的空气调节系统扭矩消耗(例如，当啮合空调压缩机离合器和将空调压缩机命令提供给空调压缩机时，能量转换设备消耗的扭矩)。
标记708表示当未啮合空调压缩机时施加于能量转换设备的空调压缩机的扭矩量。少量扭矩是旋转传送带和离合器轮毂的扭矩。标记710表示当啮合空调压缩机且当空调压缩机排量命令处于最小水平时施加于能量转换设备的空调压缩机的扭矩量。由于当啮合空调压缩机离合器时存在旋转的额外质量，并且由于当空调压缩机排量命令处于最小水平时空调压缩机具有一定程度的泵送能力(尽管很小)，所以施加于能量转换设备的扭矩量增加。
标记714表示水的冻结温度。标记712表示环境温度。当然，环境温度可以改变，因此随着环境温度降低，温度曲线702变平。进一步，当环境温度增加时，曲线702在中间部分更陡峭。最后，环境温度可以影响当空调压缩机在全能力工作时可以达到的最低温度。
曲线702表示蒸发器温度，当空调压缩机施加于能量转换设备的扭矩增加时，蒸发器温度降低。当空调压缩机扭矩处于其最高水平时，曲线702达到最小值。因此，可以观察到，当空调压缩机排量命令处于较低水平时，空调压缩机可以提供较少的负载给能量转换设备。或者，当空调压缩机排量命令处于较高水平时，空调压缩机可以提供增加的负载给能量转换设备。因此，可能期望，首先将空调压缩机负载施加于能量转换设备，同时空调压缩机排量命令处于较低水平，因此驾驶员不容易察觉扭矩变化。
垂直标记704表示当能量转换设备满足动力传动系统扭矩需求(例如，驾驶员需求扭矩和发动机配件扭矩)时允许的空调扭矩量。例如，当啮合空调压缩机离合器且当空调压缩机排量命令处于最大或较高水平时，能量转换设备在特定的发动机转速在其曲轴可以具有400N-M的可用制动扭矩，并且空调压缩机可以将30N-M的扭矩施加于能量转换设备。如果驾驶员扭矩(例如，由驾驶员经过加速踏板请求时，输出至车轮的动力系扭矩)和发动机配件扭矩(例如，除了空调之外的所有配件负载，包括但不限于交流发电机扭矩、动力方向盘扭矩、和真空泵扭矩)是380N-M，那么可允许20N-M的空调扭矩，而仍满足驾驶员要求扭矩和发动机配件扭矩。因此，空调压缩机可以在67％的能力工作，同时在全水平仍提供驾驶员要求扭矩和发动机配件扭矩。垂直标记704的左边区域是可以满足动力传动系统扭矩需求但是小于全空调压缩机和空气调节冷却能力可用的区域。垂直标记704的右边区域是如果空调压缩机在更高的扭矩水平工作时无法满足动力传动系统扭矩需求的区域。
水平标记706表示当空调压缩机处于提供动力传动系统需求的水平时可以达到的蒸发器温度。标记706上方区域表示当空调压缩机扭矩处于如下水平时可用的蒸发器温度范围：在空调处于或低于满足动力传动系统需求的空调扭矩下工作的情况下可以满足动力传动系统扭矩需求。标记706下方区域是当空调压缩机扭矩处于满足动力传动系统扭矩需求的水平时不可用的蒸发器温度范围。
因此，图7示出了可以调整空调冷却能力以满足动力传动系统需求。在图10中描述的一个示例中，全空调压缩机冷却能力是可用的，直到动力传动系统扭矩需求满足阈值水平为止。如果动力传动系统需求超过阈值水平，那么调节空调压缩机排量命令，以便于空调压缩机扭矩与超过阈值水平的动力传动系统扭矩需求成比例地减少。
现在参考图8A，示出了条形图，条形图示出了动力传动系统扭矩需求和空调压缩机扭矩超过可用的能量转换设备制动扭矩(例如，发动机制动扭矩)的状况。具体地，条形802表示能量转换设备制动扭矩的可用量。条形804表示动力传动系统请求的扭矩量，并且条形806表示施加于能量转换设备的空调压缩机扭矩量。
根据图8A可以理解，能量转换设备的所有扭矩需求超过能量转换设备的扭矩输出能力。因此，能量转换设备的一个或更多个扭矩消耗装置使用的扭矩小于期望值。因此，车辆驾驶员可以注意到，车辆动力传动系统能使用更少的扭矩来推动车辆。因此，车辆驾驶员可能对车辆性能感到失望。
现在参考图8B，示出了条形，该条形图示出脱离啮合空调压缩机的状况，因此当空调压缩机扭矩和动力传动系统需求超过可用的能量转换设备制动扭矩时可以满足动力传动系统需求。特别地，条形802表示能量转换设备制动扭矩的可用量。条形804表示动力传动系统请求的扭矩量。由于空调压缩机与能量转换设备解耦/分离，所以空调压缩机扭矩无条形。尽管满足了期望的动力传动系统扭矩需求，但是驾驶员可以感受到空气调节系统冷却能力被停用导致的不舒服或不满意。
现在参考图8C，条形图示出了图10的方法。具体地，降低或调节空气调节系统消耗的扭矩量，因此能量转换设备可以提供动力传动系统请求的扭矩和空调压缩机扭矩。
条形802表示能量转换设备制动扭矩的可用量。条形804表示动力传动系统请求的扭矩量，并且条形806表示施加于能量转换设备的空调压缩机扭矩量。
可以观察到，与图8A相比较，降低空调扭矩，以便于动力传动系统请求的扭矩和空调扭矩的总和匹配来自能量转换设备的可用扭矩量，而不降低动力传动系统扭矩。用这种方式，可以提供驾驶员需求扭矩加速车辆，同时空气调节系统保持冷却能力。或者，可以调节空调扭矩，以便于降低空调扭矩比例，从而降低动力传动系统扭矩和空调扭矩期望的水平。
现在参考图9，示出了用于控制空气调节系统的方法。通过图1和图2中所述系统中图1和图2的控制器12执行的指令可以提供图9的方法。
在902中，方法900确定工况。工况可以包括空气调节系统工况、能量转换设备工况和车辆工况。工况包括但不限于蒸发器温度、太阳负载、车厢湿度、车厢温度、发动机转速、发动机负载、马达电流和马达转速。在确定工况之后，方法900进行至904。
在904中，方法900选择空调压缩机离合器状态。在一个示例中，方法900选择如图3的340-344中所述的空调压缩机离合器状态。特别地，方法900接收驾驶员输入和空气调节系统输入。通过逻辑处理输入，并且选择期望的空调压缩机离合器状态。在选择期望的空调压缩机离合器状态之后，方法900进行至906。
在906中，方法900确定如图3的302中描述的期望蒸发器温度。在一个示例中，将期望蒸发器温度连续地提供给运转能量转换设备和空调压缩机的控制器。如果空气调节系统停用，那么可以将期望蒸发器温度设置为环境温度。如果空气调节系统起作用，那么可以允许期望蒸发器温度关于如图4中所示的空调蒸发器控制温度改变。在确定期望蒸发器温度之后，方法900进行至908。
在908中，方法900确定前馈空调压缩机排量命令。如图3的350中所述可以确定前馈空调压缩机排量命令。例如，期望蒸发器温度可以索引函数或表格，该函数或表格输出占空比、命令电压、命令电流、计数器的变量值，当变量输出至空调压缩机排量致动器(例如，图1的控制阀20)时，其在标称工况期间提供期望蒸发器温度。在确定前馈空调压缩机排量命令之后，方法900进行至910。
在910中，方法900确定预期蒸发器温度。在一个示例中，如关于图3和图4的304所描述的，确定预期蒸发器温度。具体地，延迟和滤波时间常数施加于期望蒸发器温度。在其他示例中，延迟和温度上升的预定速率限制或温度衰减的预定速率限制可以施加于期望蒸发器温度。在确定预期蒸发器温度之后，方法900进行至912。
在912中，方法900确定蒸发器温度误差。通过从来自910的预期蒸发器温度中减去实际蒸发器温度可以确定蒸发器温度误差。在确定蒸发器温度误差之后，方法900进行至914。
在914中，方法900判断蒸发器温度阈值是否大于预定阈值。如果蒸发器温度阈值大于预定阈值，那么方法900进行至918。否则，方法900进行至916。
在918中，方法根据比例项、积分项和导数(PID)项确定空调压缩机排量命令调节(例如，对空调活塞冲程的调节)。在一个示例中，如图312-316、320和324中描述的那样来确定来自PID项的空调压缩机命令调节。特别地，通过比例项、积分项和导数项修改蒸发器误差。积分项限制在预定水平，因此当蒸发器温度误差接近零时控制器不由于积分项的值继续进行调节。PID空调压缩机排量命令调节加在一起，方法900进行至920。
在916中，方法900通过没有记忆的高增益操作确定空调压缩机排量调节。在一个示例中，方法900根据图3的318-322确定空调压缩机调节。例如，蒸发器温度误差可以与抛物线函数相乘，该函数随着蒸发器温度误差增加，抛物线函数成指数地增加空调压缩机排量调节。方法900进行至920。
在920中，方法900通过对PID、无记忆高增益和前馈空调压缩机排量命令求和确定空调压缩机排量命令。在确定空调压缩机排量命令之后，方法900进行至922。
在922中，当停止或启动空调压缩机时，方法900提供空调压缩机的软启动和停止启动。在一个示例中，方法900如图3、图5-6、和图11的328中描述的提供空调压缩机的软启动。当启动空调压缩机离合器和使空调压缩机离合器停用时，软启动/停止允许进行平稳扭矩转换。在调节空调压缩机离合器命令和空调压缩机排量信号从而提供软的空调压缩机停止和启动之后，方法900进行至924。
在924中，当空调压缩机停止或启动时，方法900为空调压缩机的软启动和停止启动提供限制和/或调节空调压缩机排量命令。在一个示例中，方法900提供如图3、图5-6、和图11的328中描述的空调压缩机的软启动和停止启动。当启动空调压缩机离合器和使空调压缩机离合器停用时，软启动/停止允许进行平稳扭矩转换。在调节空调压缩机离合器命令和空调压缩机排量信号从而提供软的空调压缩机停止和启动之后，方法900进行至924。
在924中，方法900限制和/或调节空调压缩机排量命令，从而在给定能量转换设备可用的制动扭矩和动力传动系统扭矩需求将空调压缩机扭矩控制期望水平。在一个示例中，如图3的330、图8C、和图10中描述，调节和/或限制空调压缩机排量命令。具体地，可以调节空调压缩机排量命令，因此满足动力传动系统扭矩需求。如果通过减少空调压缩机排量命令无法满足动力传动系统扭矩需求，那么可以打开空调压缩机离合器，从而与能量转换设备解耦/分离。在将空调压缩机排量命令设置为最小水平之后可以使空调压缩机离合器停用。在基于动力传动系统扭矩需求和能量转换设备可用的制动扭矩调节空调压缩机排量命令之后，方法900进行至926。
在926中，方法900输出空调压缩机排量命令和空调压缩机离合器命令。命令可以通过占空比、控制器区域网络(CAN)、数据总线、模拟信道、或其他已知的输出类型输出。在输出空调压缩机命令之后，方法900进行至928。
在928中，方法900调节从能量转换设备输出的扭矩，从而补偿动力传动系统扭矩需求和空调压缩机扭矩中的改变。在一个示例中，其中能量转换设备是发动机，通过进一步打开发动机和增加喷射进发动机的燃料可以增加发动机输出。还可以调节发动机点火正时，从而调节发动机扭矩。相反，如果降低动力传动系统扭矩需求和/或空调压缩机扭矩需求，可以通过关闭发动机节流阀和减少喷射的燃料量减低发动机扭矩。可以根据达到WOT发动机扭矩极限的动力传动系统扭矩需求和空调压缩机扭矩的总和调节发动机扭矩需求。
在能量转换设备时电动马达的另一个示例中，通过调节施加于马达场得电流可以调节马达扭矩。例如，如果请求额外的马达扭矩，那么可以增加励磁电流。另一方面，可以降低励磁电流，从而降低马达输出扭矩。
因此，图9的方法包括如图3中描述的控制器，从而调节图1和图2的空调压缩机离合器和空调压缩机。进一步，如图5和图6中所示，图9的方法协调离合器命令和空调压缩机排量命令。
现在参考图10，示出了用于限制和/或调节空调排量需求的方法。通过图1和2中所述系统中图1和图2的控制器12执行的指令可以提供图10的方法。
在1002中，方法900确定可用的能量转换设备制动扭矩。在能量转换设备是发动机的一个示例中，通过以所选发动机转速在节气门全开(WOT)或全负载时运转可以通过经验确定可用的发动机制动扭矩。所选发动机转速的WOT发动机制动扭矩可以保持在存储在内存的表格或函数中。利用当前的发动机转速可以索引表格或函数，表格或函数输出解释为可用的发动机制动扭矩的WOT发动机制动扭矩。
如果能量转换设备是马达，那么可以通过经验确定可用的马达扭矩，并且基于当前的马达转速和电场强度或当前马达转速的可用电流(例如，最大励磁电流)将可用的马达扭矩存储在表格或函数中。通过利用当前的马达转速索引表格或函数可以确定可用的制动扭矩。在确定能量转换设备制动扭矩之后，方法1000进行至1004。
在1004中，方法1000确定动力传动系统扭矩需求。动力传动系统扭矩需求可以包括除了空调扭矩之外的驾驶员请求的传动系扭矩和发动机配件扭矩。通过读取耦合到加速踏板的传感器或通过另一个类型的驾驶员输入可以确定驾驶员请求的传动系扭矩。在一些示例中，通过混合控制器或另一个控制器可以提供请求的传动系扭矩。通过配件建模或根据工况索引的查询表格经验确定可以确定发动机配件扭矩。例如，基于方向盘转角、车辆速度、和能量转换设备速度可以确定动力操纵负载。基于交流发电机励磁电流和交流发电机速度可以确定交流发电机负载。动力传动系统扭矩需求是驾驶员请求的传动系扭矩和发动机配件扭矩的总和。在确定动力传动系统扭矩之后，方法1000进行至1006。
在1006中，方法1000确定可用的空调压缩机扭矩量。在一个示例中，通过从可用的能量转换设备制动扭矩中减去动力传动系统扭矩需求可以确定可用的空调压缩机扭矩。剩余扭矩可以用于空调压缩机。例如，如果可用的能量转换设备制动扭矩是400N-M和动力传动系统扭矩需求是380N-M，那么20N-M扭矩可用于空调压缩机。
通过对空调压缩机摩擦力扭矩、空调压缩机惯性扭矩、空调压缩机泵送扭矩(例如，基于空调压缩机头压力、空调压缩机离合器速度、和空调压缩机排量的压缩机扭矩)、和空调压缩机动态泵送扭矩(例如，空调压缩机头压力的变化)求和的模型可以估计空调压缩机扭矩。还可以反转模型确定对能量转换设备的扭矩输出的调节。
在其他示例中，可以提供用于确定可用的空调压缩机扭矩的更成熟的方法。例如，动力传动系扭矩需求可以与以期望的冷却能力运转空调压缩机的扭矩量，从而确定消耗的扭矩(例如，驾驶员、空调压缩机、助力转向系统、交流发电机等需要的能量转换设备扭矩)。然后，从能量转换制动扭矩中减去消耗扭矩。如果剩余扭矩是正的，那么可以以期望的冷却能力运转空调压缩机(例如，可以以空调压缩机输出压力能力满足期望的冷却能力的冲程运转空调压缩机)。可以根据经验确定以期望的冷却能力运转的空调压缩机扭矩量，并且存储在内存用于随后的检索。另一方面，如果剩余扭矩是负的，那么余数可以与常数或函数相乘，从而确定施加于能量转换设备的空调压缩机扭矩中减少的扭矩。因此，可以减少空调压缩机扭矩，从而使除了空调压缩机之外的传动系扭矩或配件扭矩与空气调节冷却能力交换。
在一个示例中，其中可用的能量转换设备制动扭矩是390N-M，动力传动系统扭矩需求扭矩是370N-M，以及以全能力运转空调压缩机的扭矩是40N-M，能量转换设备制动扭矩能力是20N-M，其小于消耗扭矩(390N-M-(370N-M+40N-M)＝-20N-M)。因此，从空调压缩机扭矩和/或动力传动系统扭矩需求中至少移除20N-M扭矩，从而保持消耗扭矩低于可用的能量转换设备扭矩。然而，在一些示例中，可以移除额外的扭矩。例如，从空调压缩机扭矩和/或动力传动系统扭矩需求中可以移除可用的能量转换设备制动扭矩和消耗扭矩之差的105％，从而提供过量的扭矩缓冲。在这个示例中，可以使空调压缩机扭矩减少10N-M，因此，动力传动系统扭矩可以减少10N-M。因此，空调压缩机和动力传动系统扭矩需求请求的能量转换设备扭矩小于或等于可用的能量转换设备制动扭矩。用这种方式，空调压缩机请求的扭矩减少了超过可用的能量转换设备制动扭矩的所请求扭矩量的50％，从而提供30N-M的可用空调压缩机扭矩。动力传动系统请求的扭矩减少了超过可用的能量转换设备制动扭矩的所请求扭矩的50％，但是扭矩减少仅仅是动力传动系统需求扭矩的3％。当然，通过改变在动力传动系统请求的扭矩和空调压缩机扭矩之间分配扭矩的函数或常数可以提供其他百分率的扭矩减少。
在其他示例中，其中空调压缩机请求的扭矩小于当动力传动系统扭矩和空气调节扭矩超过可用的能量转换设备扭矩时用于全空调压缩机冷却能力的扭矩，可以根据常数或函数减少此时的空调压缩机冷却能力。例如，可用的能量转换设备制动扭矩是390N-M，动力传动系统扭矩需求扭矩是380N-M，以及以全能力运转空调压缩机扭矩的80％是35N-M，那么能量转换设备制动扭矩能力是25N-M，其小于消耗扭矩(390N-M-(380N-M+35N-M)＝25N-M)。因此，从空调压缩机扭矩和/或动力传动系统扭矩需求中移除25N-M扭矩。空调压缩机扭矩可以减少15N-M，以便动力传动系统统扭矩可以只减少10N-M从而将请求的消耗扭矩减少至390N-M。因此，空调请求的扭矩减少了超过可用的能量转换设备制动扭矩的所请求的消耗扭矩的60％，从而提供20N-M的可用空调压缩机扭矩。动力传动系统请求的扭矩减少了超过可用的能量转换设备制动扭矩的所请求消耗扭矩的40％，或仅仅是动力传动系统扭矩需求的3％。在这个示例中，根据常数或函数当前减少的空调压缩机冷却能力占空调压缩机扭矩减少的60％。
基于期望的驾驶员请求的传动系扭矩的改变率可以索引调节所请求的空调压缩机扭矩从而提供可用的空调压缩机扭矩的常数或函数。例如，如果期望的驾驶员请求的传动系扭矩以大于预定比率改变，那么消耗扭矩的减少的80％或更多可以是可用的空调压缩机扭矩中减少的扭矩。然而，如果期望的驾驶员请求的传动系扭矩以小于预定比率改变，那么小于消耗扭矩的减少的80％可以是可用的空调压缩机扭矩中减少的扭矩。因此，如果期望的驾驶员请求的传动系扭矩的改变率小于第一量，那么可用的空调压缩机扭矩的减少量被减去第一量。如果期望的驾驶员请求的传动系扭矩改变率大于第一量，那么可用的空调压缩机扭矩的减少量减小至第二量，其中第二量大于第一量。用这种方式，可用的空调压缩机扭矩的减少可以基于期望的驾驶员请求的传动系扭矩的改变率。在确定可用的空调压缩机扭矩之后，方法1000进行至1008。
在1008中，方法1000限制空调压缩机排量命令。在一个示例中，空调压缩机排量命令限制为可用的空调压缩机扭矩。例如，如果可用的空调压缩机扭矩是20N-M，那么空调压缩机排量命令限制为通过空调压缩机提供能量转换设备上的20N-M或更少的负载的值。因此，组合的可用空调压缩机扭矩和请求的动力传动系统需求扭矩小于或等于可用的能量转换制动扭矩。用这种方式，随着请求的动力传动系统扭矩改变，可以减少或增加可用的空调压缩机扭矩。在限制空调压缩机排量命令之后，方法1000退出程序。
现在参考图11，示出了用于提供车辆空调压缩机的软启动和软停止的方法。通过图1和图2中所述系统中图1和2的控制器12执行的指令可以提供图11的方法。方法1100可以提供如图5和图6中所示的示例顺序。
在1102中，方法1100判断是否存在空调压缩机状态改变的请求。响应驾驶员请求启动空气调节系统或使空气调节系统停用的请求，可以请求空调压缩机离合器状态改变。例如，当请求额外的车厢冷却时，空调压缩机离合器状态可以从打开状态改变至闭合状态。进一步，响应车厢温度增加或减少可以启动空调压缩机离合器状态改变的请求。如果方法1100判断存在改变空调压缩机离合器状态的请求，那么方法1100进行至1104。否则，方法1100退出程序。
在1104中，方法1100判断改变空调压缩机离合器状态的请求是否是闭合空调压缩机离合器的请求。如果改变空调压缩机离合器状态的请求是闭合空调压缩机离合器的请求，方法1100进行至1106。否则，方法1100进行至1112。因此，方法1100提供两种不同的顺序以闭合(例如，启动空气调节系统)和打开(例如，停止空气调节系统)空调压缩机离合器。
在1106中，方法1100闭合空调压缩机离合器。在一个示例中，通过引导电流或电压至空调离合器可以闭合空调离合器，以便机电地闭合空调压缩机离合器。在其他示例中，可以液压地闭合空调压缩机离合器。如果空调压缩机离合器排量命令最初未处于低水平，那么空调压缩机离合器排量命令在1106之前也减少至低水平(例如，最小水平)。在空调压缩机离合器闭合之后，方法1100进行至1108。
在1108中，方法1100在进行进一步空调压缩机调节之前延迟预定的时间。例如，延迟可以如关于图5所述取决于工况是常数或变量。在延迟时间已经到期之后，方法1100进行至1110。
在1110中，方法1100逐渐升高空调压缩机排量命令。当空调压缩机排量命令逐渐升高时，空调压缩机排量命令提高空调压缩机加压制冷剂和冷却蒸发器的能力。在一个示例中，逐渐升高空调压缩机排量命令增加空调压缩机活塞的冲程。空调压缩机排量的渐变可以如图5中所示在恒定速率或是取决于预定函数(例如，抛物线渐变率)。当空调压缩机排量命令达到等同于关于图3和图9的920所述的前馈增益、PID输出、和高增益的总和的水平时，空调压缩机排量命令完成渐变。在空调压缩机排量命令实现渐变之后，方法1100退出程序。
在1112中，方法1100逐渐降低空调压缩机排量命令。当空调压缩机排量命令逐渐降低时，空调压缩机排量命令降低空调压缩机加压制冷剂和冷却蒸发器的能力。在一个示例中，逐渐降低空调压缩机排量命令减少空调压缩机活塞的冲程。空调压缩机排量的渐变可以如图6中所示在恒定速率或是取决于预定函数(例如，抛物线渐变率)。当空调压缩机排量命令达到低水平或最小水平时，空调压缩机排量命令完成渐变。在空调压缩机排量命令完成逐渐降低之后，方法1100进行至1114。
在1114中，方法1100在打开空调压缩机离合器之前延迟预定的时间量。例如，延迟可以如关于图6所述取决于工况是常数或变量。在延迟时间已经到期之后，方法1100进行至1116。
在1116中，方法1100打开空调压缩机离合器。在一个示例中，通过停止向空调压缩机离合器提供电流或电压可以打开空调压缩机离合器，因此机电地打开空调压缩机离合器。在其他示例中，可以液压地打开空调压缩机离合器。在打开空调压缩机离合器之后，方法1100退出程序。
用这种方式，在空调压缩机耦合到能量转换设备或与能量转换设备解耦/分离之前，减少空调压缩机的扭矩负载。进一步，调节将扭矩施加于能量转换设备或从空气调节压缩机移除扭矩的进程，以适应能量转换设备的工况，从而降低打扰车辆驾驶员的可能性。更进一步，允许能量转换设备的运行稳定如下工况：在压缩机与能量转换设备解耦/分离之前或在额外的扭矩通过空调压缩机施加于能量转换设备之前空调压缩机负载较低。
本领域的普通技术人员将理解，图3和图9-11中所述的程序可以表示许多诸如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程的处理策略中的一个或更多个。因此，可以按照所示顺序、并行地、或在一些状况中省略地执行所示的不同步骤或功能。同样，处理顺序不是实现本文中所描述的目标、特征和优点所必须的，而仅仅为了方便示出和描述而提供。尽管未明确地示出，但是本领域的普通技术人员将认识到，取决于所使用的特定策略可以重复执行一个或更多个所示步骤或功能。
在此结束本说明书。本领域的技术人员通过阅读该说明书会想到，在不偏离本发明的精神和保护范围的状况下可以做出的替换和改变。例如，为了获得优点，以天然气、汽油、柴油、或替换燃料配置运行的I3、I4、I5、V6、V8、V10和V12发动机可以使用本说明。

Claims (10)

1.一种用于控制车辆的空调压缩机的方法，所述方法包含：
响应能量转换设备在当前能量转换设备速度下在全负载下产生的扭矩和所述能量转换设备的负载需求之间的差，调节空调压缩机施加于所述能量转换设备的请求的负载，其中所述车辆空调压缩机施加到所述能量转换设备的所述请求的负载减少所述差的第一预定非零百分比，其中请求的动力传动系统扭矩响应于所述差减少所述差的第二预定非零百分比，且其中所述车辆空调压缩机施加到所述能量转换设备的所述请求的负载被调节，同时继续向空调蒸发器提供空气调节冷却能力。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述能量转换设备的负载需求包括驾驶员需求扭矩、配件负载和所述空调压缩机施加于所述能量转换设备的所述请求的负载，且进一步包含响应于能量转换设备工况，调节启动空调离合器和增加空调压缩机排量命令之间的时间。
3.根据权利要求1所述的方法，其中与来自所述能量转换设备的可用扭矩和所述能量转换设备的负载需求之差成比例地调节所述空调压缩机施加于所述能量转换设备的所述请求的负载。
4.根据权利要求1所述的方法，其中作为来自所述能量转换设备的可用扭矩和所述能量转换设备的负载需求之差的函数调节所述空调压缩机施加于所述能量转换设备的所述请求的负载。
5.根据权利要求1所述的方法，其中通过空调排量命令调节所述空调压缩机施加于所述能量转换设备的所述请求的负载。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述空调压缩机施加于所述能量转换设备的所述请求的负载是当与所述能量转换设备的负载需求组合时，不同于所述空调压缩机施加于所述能量转换设备的负载，等于所述能量转换设备在全负载下产生的扭矩。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述能量转换设备是发动机。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述能量转换设备是电动马达。
9.根据权利要求1所述的方法，其中通过被加压的制冷剂提供所述空气调节冷却能力。
10.一种用于控制车辆的空调压缩机的方法，所述方法包含：
在第一模式中提供等于或小于提供完全压缩机输出能力的扭矩的扭矩量至空调压缩机；
响应能量转换设备在当前能量转换设备速度下在全负载下产生的扭矩和所述能量转换设备的负载需求之间的差，在第二模式中将空调压缩机扭矩调节为以完全压缩机输出能力运转所述空调压缩机的扭矩量的一部分；以及
在关闭空调离合器和在所述第二模式中增加空调压缩机负载至以完全压缩机输出能力运转所述空调压缩机需要的所述扭矩量的一部分之间提供可调节的延迟时间。
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