CN103660852B - 车辆hvac系统的自动再循环控制 - Google Patents

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Abstract

通过车辆的HVAC系统控制车厢内的空气再循环以最大化再循环的使用而不会因大量气流流过车厢回风口附近的乘客的腿部周围而引起不适。响应于包括车窗除霜设置的第一条件来检测自动再循环条件。响应于包括湿度测量值的第二条件来确定结雾概率。检测与车厢回风口相邻的乘客座椅的占用情况。响应于结雾概率和检测到的占用情况来设置回风口的部分再循环。

Description

车辆HVAC系统的自动再循环控制
技术领域
本发明总的来说涉及在车辆的加热、通风、空调（HVAC）系统中调节进入的气流。更具体地，本发明涉及一种用于在100%新鲜空气模式和100%再循环空气模式之间提供有效选择的系统和方法，从而优化加热/制冷性能，同时在内燃（IC）车辆中提高燃油经济性、在混合动力汽车中增加IC发动机关闭时间以及在电动车辆（EV）中减小电池功率消耗。
背景技术
提高IC发动机驱动车辆的燃油经济性一直都是汽车制造商的目标。电动车辆（EV）和混合动力车辆（HEV）的出现产生了使电池能量的使用效率最大化的新目标（从而在HEV中减少IC发动机工作时间）。实现这些目标的挑战之一是需要在车厢中保持舒适的气候。
车厢的舒适性是由车辆的加热和制冷系统共同保持的。当初始引入加热和制冷系统时，加热和制冷要依赖于进入的新鲜空气。随着系统的发展，引入了再循环模式，在该模式中，车厢空气循环通过HVAC系统，这是因为其具有比外界空气更接近于期望温度的温度。除了完全再循环之外，也可以使用部分再循环模式，在该模式中，使用入口机构调节新鲜空气与经由HVAC鼓风机进入HVAC系统中的再循环空气的比例。
美国专利申请公开第2012/0009859A1号公开了一种部分进气控制方案的系统和方法，其内容结合于此作为参考。文中公开了如果进入HVAC的空气未被合理利用，则不能优化燃油经济性和电池消耗。具体而言，如果在高温下将新鲜空气模式选为HVAC系统的空气源，则这种空气模式将给压缩机增加更多的制冷负载并增加能量消耗。另一方面，如果在低温下将新鲜空气模式选为HVAC系统的空气源，则这种空气模式将减缓加热器/除霜性能。更麻烦的是，当选择完全再循环模式时，在特定的环境条件下可能会导致车窗结雾。因此，文中公开了部分再循环控制方案，其中，通过考虑制冷/加热负载和结雾概率来控制进气门逐渐移动到部分再循环位置。随着制冷/加热负载的增加，进气门向100%再循环模式移动。随着结雾概率的增加，进气门向100%新鲜空气模式移动。通过选择性地在100%再循环和100%新鲜空气之间选择位置，燃油经济性和/或电池功耗得以优化，而不影响乘客的舒适度或造成窗玻璃内表面结雾。
对于任何具体的车辆模型，根据不同的车辆条件而设定的部分再循环的目标值是由车辆制造商在车辆的设计过程中执行校准程序所决定的。任何特定的温度/湿度条件下的部分再循环的适合量都会作为HVAC鼓风机的转速和车速的函数而变化，因为这些参数会影响新鲜和再循环气流的速度（例如，在高速下，冲压空气效应可能会引起新鲜空气通过车厢回风口反向流动）。在校准部分再循环设置中需要考虑的另一个因素涉及改变的气流模式对车内乘客的任何继发的物理效应。例如，车厢回风口的位置通常靠近前排乘客座椅位置前方的地板处。当乘客坐在该位置时，再循环空气在返回回风口时会从他们的腿部周围流过。随着再循环气流的增加，乘客会注意到在他们腿部产生了令人不适的冷却效果。因此，在特定条件下，校准过程可能需要更少量的再循环空气，并且可以实现它而不出现此问题。因此，可能无法实现能量效率的一些潜在增加。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供了一种用于控制车辆的HVAC系统的再循环的方法。该方法包括：响应于包括车窗除霜设置的第一条件来检测自动再循环条件。响应于包括湿度测量值的第二条件来确定结雾概率。检测与车厢回风口相邻的乘客座椅的占用情况。响应于结雾概率和检测到的座椅占用情况来设置回风口的部分再循环。
优选地，HVAC系统具有变速鼓风机，并且设置部分再循环的步骤包括：根据车速和鼓风机转速从基础查找表中获取基础设置，其中，基础查找表根据基于乘客座椅被占用的校准程序进行配置；以及当乘客座椅未被占用时将增量增加到基础设置。
优选地，根据车速和鼓风机转速从增量查找表中获取增量。
优选地，第一条件包括外部空气温度、发动机冷却剂温度、雨刮器设置、车速或变速器设置中的至少一个。
优选地，车窗除霜设置包括加热的车窗设置。
优选地，第二条件还包括外部空气温度和车厢内温度。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于交通车辆的装置，包括：HVAC系统，用于处理从HVAC鼓风机提供给车厢的空气，其中，HVAC系统包括新鲜空气入口、车厢回风口和用于选择部分再循环设置的再循环门，再循环门控制经由车厢回风口进入HVAC系统的进气量，并且HVAC系统具有车窗除霜设置；多个传感器，用于获取湿度测量值并检测与车厢回风口邻近的乘客座椅是否被占用；以及控制器，响应于包括车窗除霜设置的第一条件来检测自动再循环条件，响应于包括湿度测量值的第二条件来确定结雾概率，以及响应于结雾概率和检测到的占用情况来设置车厢回风口的部分再循环。
优选地，HVAC系统包括变速鼓风机，其中，控制器包括用于根据车速和鼓风机转速获得基础设置的基础查找表，其中，基础查找表根据基于乘客座椅被占用的校准程序进行配置，当乘客座椅未被占用时将增量增加到基础设置。
优选地，该装置还包括增量查找表，用于根据车速和鼓风机转速来提供增量。
优选地，传感器还提供外部空气温度、发动机冷却剂温度、雨刮器设置、车速或变速器设置，并且第一条件包括外部空气温度、发动机冷却剂温度、雨刮器设置、车速或变速器设置中的至少一个。
优选地，车窗除霜设置包括加热的车窗设置。
优选地，传感器还提供外部空气温度和车厢内温度，其中，第二条件还包括外部空气温度和车厢内温度。
附图说明
图1是能够进行部分再循环设置的HVAC空气处理系统的示意图；
图2是根据本发明的车辆装置的立体示意图；
图3是示出本发明一个优选实施例的流程图；
图4示出部分再循环基础值的查找表；以及
图5示出部分再循环增量的查找表。
具体实施方式
图1示意性地示出了加热、通风和空调（HVAC）系统10的空气处理系统。由鼓风机马达12驱动的鼓风机11接收进气，进气包括来自风道13的新鲜空气和/或来自车厢回风口14的由再循环门15决定的再循环空气。系统10还包括面板除霜门16、地板面板门17以及温度混合门18。门15用来在新鲜空气与再循环空气之间选择传送到鼓风机11的入口的空气。如本文所使用的，可将部分再循环设置表示为门15的开放百分比（即，再循环进气所占的比例）。因此，较高的百分比代表更大量的再循环空气。可以用其它已知的气流调节装置来代替所示的门结构。
在传统方法中，通过几种类型的致动器中的任意一种来驱动（包括，例如但不限于电动马达和真空控制器）各种门。门15可优选地由伺服电动机驱动以使其位置连续地改变。
系统10还包括加热元件和制冷元件，诸如加热器芯体20（接收由IC发动机或辅助热源加热的冷却剂流）和蒸发器芯体21（接收来自空调系统22的制冷剂流）。通常以常规自动模式控制蒸发器温度从而允许系统对通过其中的空气进行除湿。系统22包括压缩机、冷凝器、制冷剂罐、压力循环开关、和用于测定蒸发器芯体21中的制冷剂的膨胀装置。各种管道将经加热/冷却的气流从HVAC10传输至各种出口和通风装置（包括本领域已知的面板、除霜和除雾通风装置）。
为了车厢内的温度和气流的自动控制，通过传感器监测车厢内部和外部的特定条件，图2中示出了其中的一些。安装了HVAC控制面板25的仪表板生成传输至HVAC控制器26的用户需求信号，HVAC控制器26发送合适的命令信号以控制车内的各种致动器，包括HVAC门、空调系统、鼓风机马达以及电动窗加热器等。控制器26与传感器连接（直接或通过多路通信总线连接），包括车内温度和湿度传感器27（其通常位于仪表板中，但可以位于车辆内部的其它位置）。应当理解，温度和湿度（或露点）的感测可在单个传感器27中完成，或者可以通过本领域已知的单独的温度传感器和湿度传感器来完成。其它传感器包括挡风玻璃温度传感器28、环境（外界）空气温度（OAT）传感器30（通常位于车辆前部的通气栅板前面或其它位置，诸如与车辆的反射镜、保险杆或车顶相关的位置）和发动机冷却剂温度（ECT）传感器31（与IC发动机32相关）。与发动机32相关的动力系统控制模块33向控制器26提供诸如车速（速度）的其它数据信号。此外，表示期望温度的温度需求信号（TSET）和鼓风机转速设置由用户通过控制面板25手动设置，并且这些设置被发送至控制器26。其它的用户控制操作，诸如使用手柄开关34来打开雨刮器或使用控制面板25开启电动车窗加热器，也被传送至控制器26，其使用所有这些数据来调节HVAC系统的运行。
座椅占用传感器36与乘客座椅37相关。坐在座椅37中的乘客将腿放在靠近车厢回风口（未示出）的腿部区域38。例如，传感器36可包括重量传感器或诸如安全带传感器的乘客约束系统组件。变速器齿轮选择器35包括用于向控制器26提供变速器齿轮设置的电动开关。
图3示出了本发明的优选方法，其中，HVAC系统在初始步骤40以常规方式运行。在车辆随后的运行中，在步骤41收集第一组变量条件以确定是否存在自动再循环条件。不适合自动控制部分再循环设置的条件包括：1）当用户手动输入命令请求除霜模式时；2）车辆变速器齿轮在停放状态或车速低于低阈值速度并且外界环境温度低于预定温度，因为这些可能表明车辆刚刚启动且结雾概率可能很高；或3）发动机冷却剂温度低于预定温度或驾驶员已经发起玻璃控制行动，诸如打开加热的挡风玻璃或打开雨刮器，这些可表明车辆处于低温状态或者试图清洗挡风玻璃。因此，第一组变量条件中的一个包括车窗除霜设置。步骤42检查自动再循环控制行动是否适合（例如，未开启车窗除霜设置），如果“否”，则HVAC操作程序继续执行步骤43。
如果存在适合自动再循环控制的条件，则在步骤44中收集第二组条件并且基于这些条件确定结雾概率。具体而言，第二组条件优选地包括湿度测量值、外界空气温度测量值和车厢内温度测量值。由于已确定适合部分再循环的自动控制，部分再循环设置可根据结雾概率潜在地增加。根据已知关系，结雾概率取决于相对湿度及内部和外部的温度测量值。如美国专利申请公开第2012/0009859A1号中所描述的，可以通过查找表或进行计算来提供结雾概率值。
在步骤45中，基于结雾概率和其它条件从查找表中获得部分再循环设置。如图4所示，还如美国专利申请公开第2012/0009859A1号所描述的，根据不同的车速范围、不同鼓风机转速范围来组织多个查找表50。在每一个表中，结雾概率的范围与各个再循环门设置Sa,b相关，在每一个车辆模型的设计期间，由校准程序来确定Sa,b的数值。通常，Sa,b的数值是确定的以确保在任何特定温度条件（连同与当前鼓风机马达设置和车速对应的气流速度）下都不会导致在乘客腿部周围产生腿部不期望的冷却效应的过多气流。
根据本发明，当乘客没有位于与车厢回风口相邻的座椅中时，由于在这些条件下无需避免乘客不适，因此对图4所示表中的校准值进行适当修改。返回至图3，在步骤45查找部分再循环设置之后，在步骤46中作出检测以确定乘客座椅是否被占用。如果被占用，则在步骤47中使用基础校准值来调整部分再循环设置。如果乘客座椅未被占用，则在步骤47调整部分再循环设置之前，在步骤48中查找部分再循环增量并将其增加到基础值中。
如图5所示，可响应于存储在各个增量表51中的数值来确定增量值。增量值的大小可取决于当前的结雾概率以及车速和鼓风机转速。因此，在表A中，鼓风机转速小于预定设置X且车速小于车速阈值V1。对于从零至P1的第一结雾概率范围，增量具有校准值I1，并且在P2至P3的第二结雾概率范围中，增量的校准值为I2。对于某些特定的条件，特别是具有高结雾概率时，可以将增量设置为零。对于更高的鼓风机转速和更高的车速或它们的组合，增加至基础部分再循环设置的增量可以具有从I3至I13的其它校准值。虽然没有示出，但用于选择结雾概率范围的值优选地包括滞后值，从而一旦选定某一特定的概率范围，边界值改变以使控制器不在相邻表值之间振荡。

Claims (12)

1.一种控制车辆的HVAC系统的再循环的方法，包括步骤：
响应于包括车窗除霜设置的第一条件来检测自动再循环条件；
响应于包括湿度测量值的第二条件来确定结雾概率；
检测与车厢回风口相邻的乘客座椅的占用情况；以及
响应于所述结雾概率和检测到的仅所述与车厢回风口相邻的乘客座椅的占用情况来设置所述回风口的部分再循环。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述HVAC系统具有变速鼓风机，并且设置所述部分再循环的步骤包括：
根据车速和鼓风机转速从基础查找表中获取基础设置，其中，所述基础查找表根据基于乘客座椅被占用的校准程序进行配置；以及
当所述乘客座椅未被占用时将增量增加到所述基础设置。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，根据所述车速和所述鼓风机转速从增量查找表中获取所述增量。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一条件包括外部空气温度、发动机冷却剂温度、雨刮器设置、车速或变速器设置中的至少一个。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述车窗除霜设置包括加热的车窗设置。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二条件还包括外部空气温度和车厢内温度。
7.一种用于交通车辆的装置，包括：
HVAC系统，用于处理从HVAC鼓风机提供给车厢的空气，其中，所述HVAC系统包括新鲜空气入口、车厢回风口和用于选择部分再循环设置的再循环门，所述再循环门控制经由所述车厢回风口进入所述HVAC系统的进气量，并且所述HVAC系统具有车窗除霜设置；
多个传感器，用于获取湿度测量值并检测与所述车厢回风口邻近的乘客座椅是否被占用；以及
控制器，响应于包括所述车窗除霜设置的第一条件来检测自动再循环条件，响应于包括所述湿度测量值的第二条件来确定结雾概率，以及响应于所述结雾概率和检测到的仅所述与车厢回风口邻近的乘客座椅的占用情况来设置所述车厢回风口的部分再循环。
8.根据权利要求7所述的装置，其中，所述HVAC系统包括变速鼓风机，其中，所述控制器包括用于根据车速和鼓风机转速获得基础设置的基础查找表，其中，所述基础查找表根据基于乘客座椅被占用的校准程序进行配置，当所述乘客座椅未被占用时所述控制器将增量增加到所述基础设置。
9.根据权利要求8所述的装置，还包括：增量查找表，用于根据所述车速和所述鼓风机转速来提供所述增量。
10.根据权利要求7所述的装置，其中，所述传感器还提供外部空气温度、发动机冷却剂温度、雨刮器设置、车速或变速器设置，并且所述第一条件包括所述外部空气温度、所述发动机冷却剂温度、所述雨刮器设置、所述车速或所述变速器设置中的至少一个。
11.根据权利要求7所述的装置，其中，所述车窗除霜设置包括加热车窗设置。
12.根据权利要求7所述的装置，其中，所述传感器还提供外部空气温度和车厢内温度，其中，所述第二条件还包括所述外部空气温度和所述车厢内温度。
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