CN105571226B - 用于运行热泵的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供用于运行热泵的系统和方法。提出用于以不同的运行模式运行热泵并且当热泵在不同的运行模式之间转换时提供可预测的热泵响应的方法和系统。在一个示例中，公开一种包括可执行指令的控制器，其中该可执行指令用于提供用于运行热泵的无扰动压缩机命令。

Description

用于运行热泵的系统和方法

技术领域

本发明涉及用于控制车辆的热泵的运行的方法和系统。该方法和系统对于被运行以加热和冷却车辆的乘客舱的热泵特别有用。

背景技术

热泵可以被配置为在低的外界温度下加热车辆的乘客舱，而在较高的外界温度下冷却车辆的乘客舱。响应于驾驶员输入，或响应于自动化控制器命令，该热泵可以从加热模式转换到制冷模式，其中自动化控制器命令基于外界和/或乘客舱环境情况。热泵可以通过改变制冷剂在该热泵内流动的路径而在加热模式和制冷模式之间转换。另外，热泵可以在不同的运行模式期间响应于不同的输入而被控制。因此，当热泵从以加热模式运行切换到以制冷模式运行时，热泵控制信号有可能明显地变化，或反之亦然。车辆乘员可能会抗拒热泵控制信号的变化，或者热泵控制信号的变化可能加快热泵组件的退化。因此，可能期望提供允许热泵以无缝方式在运行模式之间转换的系统和方法。

发明内容

发明人在此已经意识到上述缺点并且已经开发出一种热泵方法，所述方法包括：在第一热泵运行模式中，响应于蒸发器温度控制器的输出和制冷剂压力控制器的输出，命令压缩机提供期望的蒸发器温度；以及在第二热泵运行模式中，响应于加热器芯体温度控制器的输出和制冷剂压力控制器的输出，命令压缩机提供期望的加热器芯体温度。

通过在第一模式中组合两个控制器的输出并且在第二模式中组合两个不同的控制器的输出，将有可能提供在热泵模式变化期间提供热泵运行的无扰动或无缝变化的技术效果。在一个示例中，两个控制器的输出基于至少一个不同控制器的输出来调节，使得用于被进入的控制模式的控制器输出命令被调整到在热泵改变运行模式之前和之后保持压缩机命令的命令值。以此方式，提供用于新的热泵运行模式的控制器的输出的总和可以匹配或等于提供用于不同的热泵运行模式的命令的控制器的输出的总和，使得热泵压缩机速度不会在从一种热泵模式转换或变化到下一种热泵模式期间被大幅地改变。

在另一实施例中，一种热泵方法包括：基于第一比例/积分/微分(PID)控制器输出和第二PID控制器输出的总和与第三PID控制器输出和第二PID控制器输出的总和之间的差值，经由调节第一PID控制器的输出和第二PID控制器输出的总和来提供压缩机命令；以及响应于该压缩机命令运行压缩机。

在另一实施例中，该方法进一步包括响应于转换到热泵制冷模式，归零第二PID控制器和第三PID控制器的积分器，其中在热泵制冷模式中提供压缩机命令。

在另一实施例中，该方法进一步包括响应于转换到热泵制冷模式，调节第一PID控制器和第二PID控制器的积分增益。

在另一实施例中，该方法进一步包括经由基于加热前馈命令调节第三PID控制器输出与第二PID控制器输出的总和来提供压缩机命令。

在另一实施例中，该方法进一步包括经由第三PID控制器输出与第二PID控制器输出的总和乘以衰减指数项来提供压缩机命令。

在另一实施例中，提供一种车辆系统。该车辆系统包括：热泵系统；和控制器，控制器包括被储存在非暂时性存储器中的可执行指令，该可执行指令用于在两种不同的热泵运行之间的转换之间提供无扰动压缩机命令。

在另一实施例中，无扰动压缩机命令是当热泵系统在两种不同的热泵运行模式之间转换时保持相同值的命令。

在另一实施例中，车辆系统进一步包括响应于自两种不同的热泵运行模式之间的转换后的时间量调节压缩命令。

在另一实施例中，两种不同的模式中的第一模式是加热模式，而其中两种不同模式中的第二模式是制冷模式。

在另一实施例中，车辆系统进一步包括用于在两种不同的热泵运行模式之间切换热泵系统的额外可执行指令。

在另一实施例中，车辆系统进一步包括用于基于两个不同的PID控制器的输出值提供无扰动压缩机命令的额外可执行指令。

本发明可以提供许多优点。具体地，该方法可以改善热泵模式转换。另外，该方法可以提高热泵的耐久性。进一步，该方法可以降低包括热泵的车辆的令人反感的噪音。

当单独参照以下具体实施方式或结合附图参照以下具体实施方式时，本发明的上述优点和其它优点以及特征将是显而易见的。

应当理解的是，上述发明内容被提供以简化的形式介绍所选择的概念，这些概念将在下面的具体实施方式中被进一步描述。这并不意味着确立所要求保护的主题的关键或必要特征，其范围由所附权利要求唯一限定。此外，所要求保护的主题并不限于解决上述提到的或本公开中的任何部分提到的任何缺点的实施方式。

附图说明

当单独或参照附图阅读在本文中被称为具体实施方式的实施例的示例，将更充分地理解本文中所描述的优势，其中：

图1是车辆的示意图；

图2示出用于图1的车辆的示例车辆气候控制系统；

图3示出用于图1的车辆的示例车辆传动系；

图4示出热泵的示例控制框图；

图5示出用于根据图6的方法运行车辆热泵系统的示例模拟顺序；以及

图6示出用于运行热泵系统的方法。

具体实施方式

本发明涉及运行车辆的热泵，以及在热泵的不同运行模式之间转换热泵。车辆可以是如图1中所示的乘客车辆或商务车辆(未示出)。车辆包括气候控制系统，该气候控制系统包括如图2中所示的热泵。气候控制系统可以包括发动机，该发动机是如图3中所示的混合动力系系统的一部分。热泵可以由如图4的框图中所示的控制器来运行。热泵可以在加热模式和制冷模式之间转换，或反之亦然，如图5的运行顺序所示。热泵可以根据图6的方法来运行，以缓和在加热模式和制冷模式之间的转换。

参考图1，示出包括发动机12、电机14以及电能存储设备11的车辆10。在一个示例中，车辆可以仅经由发动机12推进、仅经由电机14推进、或由发动机12和电机14两者推进。可以经由电能存储设备11向电机14供应电力。电能存储设备11也可以经由发动机12向电机14提供电力并且电机14输出电能到电能存储设备11而被再充电。可替换地，电能存储设备可以在车辆减速或陡坡缓降(hill descent)期间通过将车辆的动能经由电机14转化为电能而被再充电。电能存储设备11也可以经由家用充电系统或远程充电系统(例如，充电站)和电导体18从固定的电力网17被再充电。在一个示例中，电能存储设备11是电池。可替换地，电能存储设备11可以是电容器或其他电能存储设备。

现在参考图2，示出车辆加热系统或气候控制系统224。设备和流体通道或管路被示为实线。电气连接被示为虚线。

车辆10可以包括如图3中所示的传动系或另一个适合的传动系，以推进车辆10和/或动力车辆组件。车辆10被示为具有内燃发动机12，并且该内燃发动机可以被选择性地耦接到电机(未示出)。内燃发动机12可以燃烧汽油、柴油、酒精、氢气或燃料的组合。

车辆10可以包括乘客室或乘客舱220、发动机室222以及气候控制系统224。乘客室220可以在车辆10内，并且乘客室可以容纳一个或多个乘员。气候控制系统224的一部分可以被定位在乘客室220内。

发动机室222可以靠近乘客室220被定位。一个或多个动力源(诸如内燃发动机12)以及气候控制系统224的一部分可以在发动机室222内。发动机室222可以经由舱壁226与乘客室220隔离。气候控制系统224可以循环空气和/或控制或更改在乘客室220内被循环的空气的温度。而且，内燃发动机12可以经由气候控制系统224被加热，以降低燃料消耗和排放。气候控制系统224可以包括冷却剂子系统230、热泵子系统232和通风子系统234。

冷却剂子系统230(其也被称为冷却剂环路)可以循环冷却剂，诸如乙二醇，以冷却内燃发动机12。例如，在发动机运转或运行时由内燃发动机12生成的废热可以被转移到冷却剂，然后冷却剂被循环到散热器231，从而冷却内燃发动机12。在至少一个示例中，冷却剂子系统230可以包括冷却剂泵240、加热器芯体244以及中间热交换器211，它们可以通过管路或通道(例如，管线、软管、管道等)被流体互连。冷却剂子系统230包括用于将热能转移到车辆10的周围的外界空气的散热器231。冷却剂泵240可以使冷却剂循环通过冷却剂子系统230。冷却剂泵240可以通过电力源或非电力源提供动力。例如，冷却剂泵240可以经由皮带被可操作地耦接到内燃发动机12，或可替换地，冷却剂泵可以由电动马达驱动。冷却剂泵240可以接收来自内燃发动机12的冷却剂，并且在封闭的回路内循环该冷却剂。具体地，当气候控制系统224处于加热模式时，在返回到内燃机12之前，冷却剂可以从冷却剂泵240被传送到阀门250和中间热交换器211，然后被传送到加热器芯体244，如由带箭头的线所表示的。当内燃发动机12输出较高水平的热能时，在经由加热器芯体244返回到内燃发动机12之前，冷却剂可以从泵240流到散热器231。加热器芯体热传感器237向控制器212提供加热器芯体温度。

加热器芯体244可以将热能从冷却剂转移到乘客室220内的空气。加热器芯体244可以被定位在乘客室220内的通风子系统234内，并且可以具有任何适合的配置。例如，在一个或多个示例中，加热器芯体244可以具有板式散热片(plate-fin)或管式散热片(tube-fin)构造。

热泵子系统232可以以各种模式运行，包括但不限于制冷模式和加热模式。而且，热泵子系统可以包括与其他制冷剂回路(circuit)隔离的多个制冷剂回路。例如，热泵子系统232包括第一制冷剂回路，该第一制冷剂回路包括阀门270、膨胀阀门274和内部热交换器276。热泵子系统包括第二制冷剂回路，该第二制冷剂回路包括阀门270和旁通通道285。在其他变型中，热泵子系统232可以包括提供额外功能的额外制冷剂回路。因此，热泵子系统232可以包括多个制冷剂回路，其中制冷剂通过该制冷剂回路传递。

在制冷模式中，热泵子系统232可以循环可以被称为制冷剂的传热流体，以将热量从乘客室220的内侧转移到乘客室220的外侧。制冷剂在制冷模式期间可以穿过内部热交换器276。在制冷模式中，第一控制阀门271处于打开状态，使得第一膨胀阀门264被绕过。第二控制阀门270将制冷剂导向到第二膨胀阀门274，由此阻止制冷剂流过旁通通道285。

在加热模式中，热泵子系统232可以将热能从外部热交换器266转移到中间热交换器211。中间热交换器可以是允许热量被转移到冷却剂的气液热交换器，并且该冷却剂可以经由加热器芯体244使乘客舱升温。在加热模式中，第一控制阀门271被关闭，使得第一膨胀阀门264膨胀流到外部热交换器266的制冷剂。第二控制阀门270将制冷剂导向到旁通通道285，由此阻止制冷剂流过内部热交换器276。

泵260(也可以被称为压缩机)可以压缩制冷剂，并且使制冷剂循环通过热泵子系统232。泵260可以通过电力源或非电力源提供动力。例如，泵260可以被可操作地耦接到内燃发动机12，或通过电力马达驱动。当第一控制阀门271关闭时，泵260可以提供高压制冷剂到第一膨胀阀门264和外部热交换器266。可以经由压力传感器241确定制冷剂压力。当第一控制阀门271处于打开状态时，制冷剂可以绕过膨胀阀门264。在一些示例中，油分离器可以被设置在泵260的出口处。制冷剂可以经由压缩机260的推动力沿箭头297的方向流过热泵子系统232。

第一膨胀设备264可以被定位在泵260和外部热交换器266之间，并且可以与泵260和外部热交换器266流体连通。经由温度传感器239可以感测外部热交换器266的温度，并且该温度可以被输入到控制器212。第一膨胀设备264可以被提供，以改变制冷剂的压力。例如，第一膨胀设备264可以是热膨胀阀门(TXV)，或可以被从外部控制或不可以从外部控制的固定或可变位置的阀门。第一膨胀设备264可以降低从泵260穿过第一膨胀设备264到外部热交换器266的制冷剂的压力。因此，在加热模式中，从泵266接收的高压制冷剂可以以较低的压力并且作为液体和蒸汽的混合物离开第一膨胀设备264。

外部热交换器266可以被定位在乘客室220的外侧。在制冷模式或空气调节背景下，外部热交换器266可以起到冷凝器的作用，并且可以将热量转移到周围环境中，以将制冷剂从蒸汽冷凝为液体。在加热模式中，外部热交换器266可以起到蒸发器的作用，并且可以将热量从周围环境转移到制冷剂，由此引起制冷剂蒸发。

第二控制阀门270可以被定位在外部热交换器266和第二膨胀阀门274之间。在第二控制阀门270和第二热膨胀阀门274之间的通道允许制冷剂选择性地到达内部热交换器276。在一个示例中，第二控制阀门270是三通阀门，该三通阀门选择性地允许制冷剂流到第二膨胀阀门274或旁通通道285。

蓄积器272可以作为储罐，用于储存任何剩余的液体制冷剂，以便蒸汽制冷剂而不是液体制冷剂可以被提供到泵260。蓄积器272可以包括干燥剂，该干燥剂可以吸收来自制冷剂的少量水分。

内部热交换器276可以被流体地连接到第二膨胀阀门274。内部热交换器276可以被定位在乘客室220内侧。在制冷模式或空气调节背景下，内部热交换器276可以起到蒸发器的作用，并且可以接收来自乘客室220内的空气的热量，以使制冷剂蒸发。离开内部热交换器276的制冷剂可以被传送到蓄积器272。在加热模式中，内部热交换器276被绕过。

通风子系统234可以循环车辆10的乘客室220内的空气。通风子系统234可以具有外壳290、风机292、和温度门294。

外壳290可以容纳通风子系统234的组件。在图2中，外壳290被示出使得内部组件是可见的而不是为了清楚而被隐藏。另外，通过外壳290和内部组件的气流由带箭头的线277表示。外壳290可以至少部分地定位在乘客室220内。例如，外壳290或其部分可以被定位在车辆10的仪表盘的下面。外壳290可以具有空气进气部分200，空气进气部分可以接收来自车辆10外侧的空气和/或来自乘客室220内侧的空气。例如，空气进气部分200可以经由可以位于任何适合的位置(例如，靠近护风罩(cowl)、轮舱或其他车辆主体面板)的进气通道、风道或开口接收来自车辆10外侧的空气。空气进气部分200也可以仅从乘客室220内侧接收空气或者从乘客室220内侧接收多于预定量(例如，75％)的空气，并且将此空气循环通过通风子系统234(例如，再循环模式)再循环这些空气。一个或多个门或百叶窗(louvers)的可以被提供，以允许或禁止空气再循环。

风机292可以被定位在外壳290内。风机292(也被称为风机风扇)可以被定位在空气进气部分200的附近并且被配置作为可以将空气循环通过通风子系统234的离心式风扇。

温度门294可以被定位在内部热交换器276和加热器芯体244之间。在示出的示例中，温度门294被定位在内部热交换器276的下游和加热器芯体244的上游。温度门294可以阻止或允许气流通过加热器芯体244，以帮助控制乘客室220内的空气的温度。例如，在加热模式中，温度门294可以允许气流通过加热器芯体244，使得热量可以从冷却剂被转移到穿过加热器芯体244的空气。然后，被加热的空气可以被提供到集气室，以便分配到位于乘客室220内的风道和通风孔或出口。温度门294可以在多个位置之间被移动，以提供具有期望温度的空气。在图2中，温度门294被示为位于在完全加热位置，在该位置气流被导向通过加热器芯体244。

控制器12包括图6中的方法的可执行指令，以操作图2中所示的系统的阀门、风扇和泵或压缩机。控制器212包括输入端201和输出端202，以与图2的系统内的设备接合。控制器212也包括用于执行图6的方法的中央处理单元205和非暂时性存储器206。

应当注意，在一些示例系统中，可以不存在发动机12和加热器芯体244。在这种系统中，内部热交换器276在加热模式中可以作为冷凝器运行，并且外部热交换器266可以作为蒸发器运行。因此，在图6的方法和图4的框图中，内部热交换器276可以被加热器芯体244代替。

现在参考图3，示出车辆10中的车辆传动系300的框图。传动系300可以通过发动机12提供动力。发动机12可以通过包括起动机301的发动机起动系统或者经由电机或传动系集成起动机发生器(DISG)14来起动。而且，发动机12可经由扭矩执行器309(例如，燃料喷射器、气门、凸轮轴等)生成或调节扭矩。

发动机输出扭矩可以被传输到传动系分离式离合器304。传动系分离式离合器选择性地耦接和分离传动系300。传动系分离式离合器304可以被电动地或液压地执行。传动系分离式离合器304的下游侧被示为被机械地耦接到DISG输入轴303。

DISG 14可以被运行，以提供扭矩到传动系300，或将传动系扭矩转换为被储存在电能存储设备11中的电能。DISG 14具有大于起动机301的功率输出。而且，DISG 14直接驱动传动系300或被传动系300直接驱动。不存在皮带、齿轮或链条来将DISG 14耦接到传动系300。相反地，DISG 14以与传动系300相同的速度旋转，并且可以经由轴336被机械耦接到变速器308。电能存储设备11可以是电池、电容器或电感器。DISG 14的下游侧被机械地耦接到变速器308。

自动变速器308包括用于调节变速器齿轮比的齿轮离合器333(例如，齿轮1-6)。齿轮离合器333可以被选择性地接合以推进车辆10。来自自动变速器308的扭矩输出可以进而被转接到车轮316，以经由输出轴334推进车辆。输出轴334将来自变速器308的扭矩传送到车轮316。自动变速器308可以将输入驱动扭矩转移到车轮316。

而且，通过接合车轮摩擦制动器318，可以将摩擦力施加到车轮316。在一个示例中，响应于驾驶员在制动踏板(未示出)上压下他的脚，车轮摩擦制动器318可以被接合。在其他示例中，控制器212或被连接到控制器212的控制器可以接合车轮摩擦制动器。以相同的方式中，通过响应于驾驶员从制动踏板释放他的脚而脱离车轮摩擦制动器，到车轮316的摩擦力可以被减小。而且，车辆制动器可以经由控制器212来施加摩擦力到车轮316，作为自动发动机停止程序的一部分。

控制器212可以被编程，以接收来自发动机12的输入，并且相应地控制发动机的扭矩输出和/或扭矩转换器、变速器、DISG、离合器和/或制动器的操作。作为一个示例，发动机扭矩输出可以通过调节火花正时、燃料脉冲宽度、燃料脉冲正时和/或空气充气的组合、通过控制节气门开口和/或气门正时、气门升程和涡轮增压发动机或机械增压发动机的增压而被控制。在所有情况中，可以逐缸地执行发动机控制以控制发动机扭矩输出。如本领域所知的，控制器212也可以通过调节流到DISG线圈和从DISG线圈流出的电流来控制扭矩输出和来自DISG电能产生。控制器也可以包括用于储存图6中描述的方法的可执行指令的非暂时性存储器。

因此，图1-3的系统提供一种车辆系统，该车辆系统包括：热泵系统和控制器，该控制器包括储存在非暂时性存储器内的可执行指令，该可执行指令用于在两种不同的热泵运行模式之间的转换之间提供无扰动(例如，命令无变化)的压缩机命令。该车辆系统包括其中无扰动压缩机命令是当热泵系统在两种不同的热泵运行模式之间转换时保持相同值的命令。该车辆系统进一步包括响应于自两种不同的热泵运行模式之间转换之后的时间量来调节压缩机命令。该车辆系统包括其中两种不同的模式中的第一模式是加热模式，而其中两种不同的模式中的第二模式制冷模式。该车辆系统进一步包括用于在两种不同的热泵运行模式之间切换热泵系统的额外可执行指令。在一些示例中，该车辆系统进一步包括用于基于两个不同的PID控制器的输出值提供无扰动压缩机命令的额外可执行指令。

现在参考图4，示出示例热泵控制器的框图。用于如在图4中描述的控制器的指令可以作为被储存在非暂时性存储器内的可执行指令被包括在图1-3的系统内。而且，在图4中说明的控制器连同图6的方法可以提供图5中示出的顺序。

在402处，用于如图2内示出的示例热泵的制冷模式的期望的蒸发器温度输入到控制器400内。基于使用者(乘客)或控制器输入，期望的蒸发器温度可以被储存在存储器内。在404处，实际的蒸发器温度输入控制器400。该实际的蒸发器温度可以是如图2中所示的蒸发器276的散热片的温度。实际的蒸发器温度可以经由温度传感器来确定。在求和结点414处从期望的蒸发器温度中减去实际的蒸发器温度，该求和结点414输出蒸发器温度误差。蒸发器温度误差被输入到比例/积分/微分(PID)控制器420中，该PID控制器420作为蒸发器温度控制器运行。该蒸发器温度误差通过比例、积分和微分增益起作用。PID控制器对比例项(term)、积分相和微分项进行求和，并且把结果提供到求和结点430。

在406处，图2中示出的热泵的期望的制冷剂压力输入到控制器400内。该期望的制冷剂压力可以按经验确定并且被储存在存储器内。实际制冷剂压力在408处输入到控制400内。实际的制冷剂压力可以经由图2中所述的压力传感器来确定。在求和结点416处，从期望的制冷剂压力中减去实际的制冷剂压力，其中该求和结点416输出制冷剂压力误差。制冷剂压力误差被输入到比例/积分/微分(PID)控制器422，该PID控制器422作为制冷剂压力控制器运行。制冷剂压力误差通过比例、积分和微分增益起作用。PID控制器对比例项、积分项和微分项进行求和，并且把结果提供到求和结点430和求和结点432。

在410处，在图2中示出的热泵的期望的加热器芯体温度输入到控制器400内。该期望的加热器芯体温度可以按经验确定并且被储存在存储器内。实际的加热器芯体温度在412处输入到控制400内。实际的加热器芯体温度可以经由图2中所述的温度传感器来确定。在求和结点418处，从期望的加热器芯体温度中减去实际的加热器芯体温度，其中该求和结点418输出加热器芯体温度误差。加热器芯体温度误差被输入到比例/积分/微分(PID)控制器424，该PID控制器424作为加热器芯体温度控制器运行。加热器芯体温度误差通过比例、积分和微分增益起作用(例如，乘以比例、积分和微分增益)。PID控制器对比例项、积分项和微分项进行求和，并且把结果提供到求和结点432。

求和结点430的输出被导向到求和结点434和无扰动转移算法444。无扰动转移算法444也提供输入到求和结点434，并且求和结点434的输出被提供到转换器(switch)450。同样地，求和结点432的输出被导向到求和结点436和无扰动转移算法444。无扰动转移算法444提供输出到求和结点436，并且求和结点436的输出被提供到转换器450。

模式切换系统440包括用于确定何时在诸如加热模式和制冷模式的热泵运行模式之间切换的逻辑。响应于驾驶员的请求、外界和乘客舱状况，或响应于自动气候控制请求，模式切换系统440可以选择从加热模式切换到制冷模式，或反之亦然。例如，如果驾驶员希望将乘客舱温度增加到比外界温度更高的温度，则模式切换系统440可以将热泵从制冷模式转换到加热模式。而且，响应于驾驶员经由气候控制系统界面具体地要求从制冷模式变化到加热模式，模式切换系统440可以将热泵从制冷模式转换到加热模式。

如图6中进一步详细描述的，无扰动转移算法444调节用于蒸发器温度PID控制器、制冷剂压力PID控制器和加热器芯体温度PID控制器的积分增益。无扰动转移算法也基于蒸发器温度PID控制器和加热器芯体温度PID控制器的差值输出确定前馈项。前馈蒸发器温度的命令被输出到求和结点434。前馈加热器芯体温度命令被输出到求和结点436。求和结点434提供蒸发器温度命令到转换器450，而求和结点436提供加热器芯体温度命令到转换器450。

转换器450提供蒸发器温度命令或加热器芯体温度命令中的任一者到压缩机，两者中的另一者不被用于控制压缩机。压缩机的速度由转换器450的输出控制。转换器450由来自模式切换系统440的输出操作。如果模式切换系统440选择制冷模式，则蒸发器温度的命令由转换器450提供到压缩机452。如果模式切换系统440选择加热模式，则加热器芯体温度命令由转换器450提供到压缩机452。

因此，在制冷模式中，控制器400基于期望的蒸发器温度和期望的制冷剂压力将控制命令提供到压缩机452。在加热模式中，控制器400也基于期望的加热器芯体温度和期望的制冷剂压力提供控制命令到压缩机452。加热模式和制冷模式内的前馈项或控制命令基于蒸发器PID控制器输出和加热器芯体PID控制器输出的差值。自如图5的顺序中所示的模式切换之后，前馈项随着时间的增加指数地衰减。命令被提供到压缩机以提供期望的蒸发器温度或期望的加热器芯体温度。

现在参考图5，示出用于根据图6方法运行车辆热泵的模拟顺序。该顺序可以由图1-3所示的系统执行。

从图5的顶部起第一条曲线是热泵模式与时间的曲线。Y轴代表热泵模式，并且当迹线接近Y轴箭头时热泵处于加热模式。当迹线接近X轴时热泵处于制冷模式。X轴代表时间，并且时间从图5的左侧到图5的右侧增加。

从图5的顶部起第二条曲线是加热模式和制冷模式压缩机命令与时间的曲线。实线502代表制冷压缩机命令(例如，图4的求和结点434的输出)。虚线504代表加热压缩机命令(例如，图4的求和结点436的输出)。Y轴代表加热或制冷压缩机命令，并且加热命令和制冷命令在幅值上沿Y轴箭头的方向增加。X轴代表时间，并且时间从图5的左侧到图5的右侧增加。

从图5的顶部起第三条曲线是前馈制冷命令(例如，输入到求和结点434的无扰动转移算法444的输出)与时间的曲线。X轴代表时间，并且时间从图5的左侧到图5的右侧增加。

从图5的顶部起第四条曲线是前馈加热命令(例如，输入到求和结点436的无扰动转移算法444的输出)与时间的曲线。X轴代表时间，并且时间从图5的左侧到图5的右侧增加。

从图5的顶部起第五条曲线是压缩机命令与时间的曲线。压缩机命令的幅值沿Y轴箭头的方向增加。X轴代表时间，并且时间从图5的左侧到图5的右侧增加。该压缩机命令基于制冷命令和加热命令。

在时间T0处，热泵处于加热模式，并且加热命令处于中下水平。基于压缩机速度，制冷命令处于较高水平，以将实际的蒸发器温度驱动到期望的蒸发器温度。自从模式变化为加热模式后大量的时间过去之后，前馈制冷和加热命令为零。由于压缩机命令基于加热命令，所以压缩机命令处于中下水平。

在时间T1处，热泵运行模式从加热模式变化为制冷模式，如由模式迹线所指示的。该模式可以响应于驾驶员输入或响应于外界和乘客舱环境状况而改变。制冷命令是指数前馈项和蒸发器温度PID控制项的组合，因此，制冷命令下降到与加热命令相同的水平，并且开始呈指数地增加到较高水平。加热命令输出响应于加热器芯体温度下降。前馈制冷命令(制冷命令基于该前馈制冷命令)增加到基于加热命令和制冷命令之间的差值的水平。然后，响应于自模式改变后时间的增加，前馈制冷命令呈指数地降低。通过降低前馈命令，压缩机命令开始于等于在模式变化之前的压缩机命令的命令。因此，该压缩机命令提供在加热模式和制冷模式之间的控制的无扰动变化。该压缩机命令是指数前馈项和加热器芯体温度PID控制项的组合，因此，在预定量的时间期满之后，压缩机命令呈指数地增加到新的恒定值。前馈加热命令保持在零值。

在时间T2处，热泵运行模式从制冷模式变回到加热模式，如模式迹线所描述的。该模式可以响应于驾驶员输入或响应于外界和乘客舱环境状况而改变。制冷命令呈指数地降低很小的量，并且在恒定的较低值处呈平稳状态；然而，制冷命令可以不呈指数地降低或降低很小的量。加热命令输出以类似方式的步骤增加，并且然后开始呈指数地降低，因为加热命令由指数的前馈项和PID控制输出形成。加热命令被增加到在模式转换时的制冷命令的水平，以便压缩机速度不响应于模式变化而逐步地变化。前馈制冷命令保持在零值，并且前馈加热命令增加然后呈指数地降低。压缩机命令被保持在模式转换时的恒定值，然后压缩机命令在从加热模式到制冷模式的模式变化之后指数地衰减或降低。

以此方式，两种不同模式的命令可以作为压缩机命令的基础，该压缩机命令不响应于从加热模式到制冷模式或者从制冷模式到加热模式的热泵转换以脉冲或逐步方式改变。相反地，压缩机命令被保持在热泵模式变化期间的水平，然后压缩机命令呈指数地增加或降低，以提供期望的热泵输出。

现在参考图6，用于运行热泵的方法被示出。图6的方法可以被应用于图1-3的系统。而且，图6的方法可以提供图5的运行顺序。另外，图6的方法可以作为可执行指令被储存在控制器的非暂时性存储器内。

在602处，方法600确定热泵运行模式。可以响应于到气候控制系统的驾驶员或乘客输入来确定热泵运行模式。例如，驾驶员可以通过选择气候控制面板上的加热来请求加热模式。可替换地，方法600可以基于外界环境状况和乘客舱状况来选择热泵运行模式。例如，当外界温度低于期望的舱室温度时，方法600可以将热泵从制冷模式变化到加热模式。在热泵运行模式被选择后，方法600前进到604。

在604处，方法600判断是否请求热泵模式变化。响应于存储器内的比特(bit)改变状态，方法600可以判断热泵模式变化被请求，并且该比特可以将状态从加热模式的1值变化为制冷模式的0值。如果方法600判断模式变化被请求，则回答为是，并且方法600前进到606。否则，回答为否，并且方法600前进到612。

在606处，方法600重置定时器，该定时器累加自第一热泵运行模式转换到第二热泵运行模式后的时间。例如，定时器累加自热泵从加热模式变化到制冷模式之后的时间，或反之亦然。在步骤606到610，方法600开始执行操作以提供加热模式和制冷模式之间的无扰动命令转移，或反之亦然。无扰动转移是在热泵模式变化之后提供与热泵模式变化之前相同的压缩机命令的操作。压缩机命令可以自模式变化后随时间的增加而变化，但其在实际的热泵模式变化期间保持恒定。通过在热泵模式变化期间保持压缩机命令，有可能在不引起压缩机命令的明显变化的情况下(即使系统从加热模式变化到制冷模式)，改变热泵运行模式。在定时器被重置后，方法600前进到608。

在608处，方法600重置适当的PID积分器，并且其确定PID控制器命令之间的差值。例如，如果热泵模式变化是从加热模式到制冷模式，则方法600将制冷剂压力控制PID控制器(例如，图4的PID控制器2)和加热器芯体温度PID控制器(例如，图4的PID控制器3)的积分器重置为零。方法600也确定基于期望的加热器芯体温度加热命令的输出(例如，图4的求和结点430的输出)和基于期望的蒸发器温度的制冷命令的输出(例如，图4的求和结点432的输出)的差值。特别地，方法600从加热命令值中减去制冷命令值，以确定PID控制器输出差值。

在另一方面，如果方法600将热泵运行模式从制冷模式变化到加热模式，则方法600将制冷剂PID控制器(例如，图4的PID控制器2)的和蒸发器温度PID控制器(例如，图4的PID控制器1)的积分器重置为零。方法600也确定基于期望的加热器芯体温度的加热命令的输出(例如，图4的求和结点430的输出)和基于期望的蒸发器温度的制冷命令的输出(例如，图4的求和结点432的输出)的差值。特别地，方法600从制冷命令值中减去加热命令值，以确定PID控制器输出差值。在适当的积分器被重置后且加热和制冷命令之间的差值被确定后，方法600前进到610。

在610处，响应于热泵模式变化请求，方法600确定新的前馈制冷或加热模式项或命令值和积分器增益值。如果热泵模式从加热变化为制冷，则方法600确定制冷前馈命令，其中该制冷前馈命令是e的预定常量-kel乘以时间次幂并且该结果乘以制冷命令值减去加热命令值的值(例如，Cooling_FF＝(PID_EVAP-PID_HCT)*exp(-Ke1*time)，其中制冷_FF是前馈制冷命令，PID_EVAP是求和结点430的输出，PID_HCT是求和结点432的输出，time是自热泵模式变换后的时间量，exp代表常数e(例如，2.718)，而Ke1是预定增益)。蒸发器PID控制器积分器增益是Integral_Gain1＝Ki1*(1-exp(-Ke1*time))，其中Integral_Gain1是蒸发器积分器增益，Ki1是预定积分器增益，exp是常数e，time是自热泵模式变换后的时间量。通过Integral_Gain2＝Ki2*(1-exp(-Ke1*time))给出制冷剂积分器增益，其中Ki2是预定增益，并且余下的项如之前所描述。

如果热泵模式从制冷变化为加热，则方法600确定加热前馈命令，其中该加热前馈命令是e的预定常数-Ke2乘以时间次幂乘以加热命令值减去制冷命令值的值(例如，Heating_FF＝(PID_HCT-PID_EVAP)*exp(-Ke2*time)其中Heating_FF是前馈加热命令，PID_EVAP是求和结点430的输出，PID_HCT是求和结点432的输出，time是自热泵模式变换后的时间量，而Ke2是预定增益)。加热器芯体温度PID控制器积分器增益为Integral_Gain3＝Ki3*(1-exp(-Ke2*time))，其中Integral_Gain3是加热器芯体温度积分器增益，Ki3是预定增益，Ki2是预定积分器增益，exp是值e，time是自热泵模式变换后的时间量。通过Integral_Gain2＝Ki2*(1-exp(-Ke2*time))给出制冷剂积分器增益，其中所述项如之前所描述。在积分器增益和前馈值被确定之后，方法600前进到612。

在612处，方法600判断方法600是否处于加热模式。在一个示例中，方法600基于储存在存储器中的比特的值判断热泵处于加热模式。例如，如果比特具有1值，则回答为是，并且方法600前进到618。否则，回答为否，并且方法600前进到614。

在618处，方法600将加热器芯体温度误差提供到加热器芯体温度PID控制器(例如，图4的424)。方法600将制冷剂压力误差提供到制冷剂压力PID控制器(例如，图4的422)。方法600也将加热器芯体温度PID控制器的输出和制冷剂压力PID控制器的输出相加，如在图4的432处所示。在PID控制器的输出被相加在一起之后，方法600前进到620。

在620处，方法600将制冷剂压力PID控制器和加热器芯体温度PID控制器的总和相加到加热模式前馈命令，其中加热模式前馈命令在610处被确定，如图4的436处所示。加热模式前馈命令是从如在606处到610处描述的无扰动转移算法的输出。

在622处，方法600输出压缩机命令。如果热泵模式处于加热模式，则压缩机命令可以是制冷剂压力PID控制器输出、加热器芯体温度PID控制器输出以及在610处确定的加热模式前馈命令的总和。可替换地，如果热泵模式处于制冷模式，则压缩机命令可以是制冷剂压力PID控制器输出、蒸发器温度PID控制器输出和在610处确定的制冷模式前馈命令的总和。压缩机命令通过压缩机起作用，以增加、降低、或保持压缩机速度。

在614处，方法600将蒸发器温度误差提供到蒸发器温度PID控制器(例如，图4的420)。方法600将制冷剂压力误差提供到制冷剂压力PID控制器(例如，图4的422)。方法600也将蒸发器温度PID控制器的输出和制冷剂压力PID控制器的输出相加，如在图4的430处所示。在PID控制器输出同时被相加到一起之后，方法600前进到616。

在616处，方法600将制冷剂压力PID控制器和蒸发器温度PID控制器的总和相加到在610处确定的制冷模式前馈命令，如在图4的434处所示。制冷模式前馈命令是如在606处到610处所描述的无扰动转移算法的输出。

因此，在热泵模式变化期间，热泵压缩机命令可被保持在恒定值，以便热泵压缩机速度在热泵模式变化期间的控制值之间不必移动。热泵压缩机命令可以从模式变化的时间开始随着时间的增加而变化，以便压缩机命令收敛到提供期望的蒸发器温度或期望的加热器芯体温度的命令。通过在热泵模式变化期间消除或减小热泵压缩机命令的变化，有可能延长压缩机寿命，并且降低热泵退化的可能性。

图6的方法可以提供一种热泵方法，该方法包括：在第一热泵运行模式中，响应于蒸发器温度控制器的输出和制冷剂压力控制器的输出命令压缩机提供期望的蒸发器温度；而在第二热泵运行模式中，响应于加热器芯体温度控制器的输出和制冷剂压力控制器的输出命令压缩机提供期望的加热器芯体温度。该方法包括其中第一热泵运行模式为制冷模式，而其中第二热泵模式为加热模式。该方法进一步包括在第一热泵运行模式中，将制冷前馈命令添加到蒸发器温度控制器的输出。该方法进一步包括在第二热泵运行模式中，将加热前馈命令添加到加热器芯体温度控制器的输出。

在一些示例中，该方法进一步包括响应于从第一热泵运行模式转换到第二热泵运行模式，调节积分器增益。该方法进一步包括响应于从第一热泵运行模式转换到第二热泵运行模式，将积分器输出重置为零。该方法进一步包括，响应于变化热泵运行模式的请求，将命令压缩机提供期望的蒸发器温度切换到命令压缩机提供期望的加热器芯体温度。

图6的方法还提供一种热泵方法，包括：基于第一比例/积分/微分(PID)控制器输出和第二PID控制器输出的总和与第三PID控制器输出和第二PID控制器的输出的总和之间的差值，经由调节第一PID控制器的输出和第二PID控制器输出的总和来提供压缩机命令；并且响应于该压缩机命令运行压缩机。该方法包括其中第一PID控制器基于蒸发器温度输出命令，其中第二PID控制器基于制冷剂压力输出命令，并且其中第三PID控制器基于加热器芯体温度输出命令。

在一些示例中，该方法进一步包括基于以衰减指数时间为基础的项，调节第一PID控制器和第二PID控制器的总和。该方法进一步包括响应于转换到热泵制冷模式归零第二PID控制器和第三PID控制器的积分器，其中在热泵制冷模式中压缩机命令被提供。该方法进一步包括响应于转换到热泵制冷模式，调节第一PID控制器和第二PID控制器的积分增益。该方法还进一步包括基于加热前馈命令，经由调节第三PID控制器输出和第二PID控制器输出的总和来提供压缩机命令。该方法进一步包括经由将第三PID控制器输出和第二PID控制器输出的总和乘以衰减指数项来提供压缩机命令。

要注意到的是，此处所包括的示例控制和估计例程可以与各种发动机和/或车辆系统配置一起使用。此处公开的控制方法和例程可以作为可执行指令存储在非暂时性存储器中，并且可以被控制系统执行，所述控制系统包括结合各种传感器、执行器和其他发动机硬件的控制器。此处所描述的具体例程可以表示任意数量的处理策略中的一种或多种，例如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等。因此，所示的各种动作、运行或功能可以按照所示的顺序执行，并行执行，或在某些情况下被省略。同样地，处理顺序并非是实现本文描述的示例实施例的特征和优点所必须的，而是被提供以便于说明和描述。根据所使用的具体策略，所示的动作或功能中的一个或多个可以被反复地执行。而且，所描述的动作、运行和/或功能可以以图形方式表示将被编程到发动机控制系统中的计算机中的非暂时性存储器内的代码。其中通过执行系统内的指令实施被描述的动作，所述系统包括结合电子控制器的各种发动机硬件组件。

本说明书在此结束。本领域技术人员阅读本说明书后将会想到不脱离本说明书的精神和范围的许多改变和修改。

Claims (9)

1.一种热泵方法，包括：

在第一热泵运行模式中，响应于蒸发器温度控制器的输出和制冷剂压力控制器的输出，命令压缩机提供期望的蒸发器温度；

在第二热泵运行模式中，响应于加热器芯体温度控制器的输出和所述制冷剂压力控制器的输出，命令所述压缩机提供期望的加热器芯体温度；以及

响应于从所述第一热泵运行模式转换到所述第二热泵运行模式，调节积分器增益。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一热泵运行模式是制冷模式，而其中所述第二热泵运行模式是加热模式。

3.根据权利要求1所述的方法，进一步包括在所述第一热泵运行模式中，将制冷前馈命令添加到所述蒸发器温度控制器的所述输出。

4.根据权利要求1所述的方法，进一步包括在所述第二热泵运行模式中，将加热前馈命令添加到所述加热器芯体温度控制器的所述输出。

5.根据权利要求1所述的方法，进一步包括响应于从所述第一热泵运行模式转换到所述第二热泵运行模式，将积分器输出重置为零。

6.根据权利要求1所述的方法，进一步包括响应于改变热泵运行模式的请求，将命令所述压缩机提供所述期望的蒸发器温度切换到命令所述压缩机提供所述期望的加热器芯体温度。

7.一种热泵方法，包括：

基于第一比例/积分/微分控制器输出即第一PID控制器输出和第二PID控制器输出的总和与第三PID控制器输出和所述第二PID控制器输出的总和之间的差值，经由调节所述第一PID控制器输出和所述第二PID控制器输出的总和来提供压缩机命令；以及

响应于所述压缩机命令运行压缩机。

8.根据权利要求7所述的方法，其中所述第一PID控制器基于蒸发器温度输出命令，其中所述第二PID控制器基于制冷剂压力输出命令，并且其中所述第三PID控制器基于加热器芯体温度输出命令。

9.根据权利要求7所述的方法，进一步包括基于以衰减指数时间为基础的项调节所述第一PID控制器和所述第二PID控制器的所述总和。

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