CN106347062A - 用于控制温度调节的空气的排放的方法 - Google Patents

Abstract

HVAC单元具有单一的鼓风机风扇、鼓风机下游的蒸发器以及蒸发器下游的加热器，其中，每个区域出口包括用于控制热和冷空气部分的温度混合门以及用于控制区域输出流量的输出阀。想出一种方法，通过以下步骤，控制从汽车HVAC系统的多个区域出口通过如此的HVAC排出的温度调节的空气：读取每个区域出口的操作者请求的区域排放鼓风机水平；将每个区域排放鼓风机水平请求转换为区域流量请求；计算总的请求输出流量为所有区域流量请求之和；以及将鼓风机电压调整到所需的最小电压以产生总的请求输出流量。

Description

用于控制温度调节的空气的排放的方法

相关申请的交互参照

本申请是2014年5月20日提交的美国专利申请No.14/282,173、题为“用于多区域的非分隔HVAC模块控制以及高性能操作(UN-PARTITIONED HVAC MODULE CONTROL FORMULTI-ZONE AND HIGH PERFORMANCE OPERATION)”的申请的部分延续申请，本文以参见方式引入其全部内容。

技术领域

本发明涉及一种用于控制从汽车的HVAC系统的多个区域出口的温度调节的空气的排放的方法。

背景技术

在汽车中，仪表盘下面或前面分配给加热、通风和空调(HVAC)系统的空间很有限。在具有紧凑设计以配合在所分配空间内的单一区域系统的车辆中，有时希望提供附加的温度控制区域。带有多个温度控制区域的系统允许驾驶员和乘客在其各自的区域内具有分开的温度控制，由此，使各个个体具有最大的舒适度。例如，甚至对后排座位区域进一步提供分开的控制的扩展区域系统，这也可以是请求的。

单一区域系统通常设计成最佳地利用给定类型汽车中的可供空间量，并符合于该空间的形状。当设计双重区域系统时，通常必须符合相同的尺寸和形状，由此需要添加附加的功能而不利用任何额外的空间。此外，当对特殊的车辆线提供双重区域系统时，通常也请求对客户提供较便宜的单一区域系统的选项。然而，对于某些车辆型号，不同系统的设计和工具使用有时是受限制的。

使用于车辆中所生产的HVAC模块，通常既对单一区域也对双重区域提供温度控制，即，全部的HVAC模块专用于一个区域或另一个区域。具有对附加区域提供温度控制能力的HVAC模块，对于准确数量的区域是进行特殊设计、使用工具和制造的。针对多区域模块的生产量(或车辆数)通常远低于针对单一或双重区域模块的生产量。这样，为如此少的车辆设计如此多区域模块是更加昂贵的。此外，通常强制制造单元和制造过程建立完全不同的HVAC模块来实现附加的温度控制区域是会造成混乱的。

现有技术的HVAC单元确保温度控制的空气的多个分开的气流被馈送到多个区域。授予Kinmartin等人的美国专利号7,832,464B2提供独立的包括壳体的混合阀子组件，壳体形成冷的偏置入口、热的偏置入口以及第二区域入口和将壳体附连到HVAC模块外壳上的机构，使冷的偏置入口、热的偏置入口和混合阀子组件的第二区域入口分别与冷的偏置出口、热的偏置出口和HVAC模块的第二区域出口密封地啮合。混合阀子组件可提供一个或多个温度控制的空气流。因此，不同的混合阀子组件可附连到一个通用的HVAC模块，以提供数量可变的温度区域。

现有技术的HVAC单元确保温度控制的空气的多个分开的气流被馈送到多个区域。授予Auer等人的美国专利号6,772,833B2提供HVAC单元，该单元包括蒸发器、加热器内芯、鼓风机、多个混合腔室以及安装在外壳内的插入件。该插入件控制来自混合腔室的受调节的空气流，因此，将多个分开的温度受调节的空气气流提供到多个区域。

这里引入美国专利号6,772,833B2和7,832,464B2的全部内容。

尽管现有技术提供能够产生馈送到多个车辆区域的多个温度受控的空气流的HVAC单元，但对各个分散数量的温度受控气流必须设计不同的HVAC单元和使用工具，即，对于不同的区域，对各个数量独立的温度受控气流设计完全不同的HVAC单元。

传统的加热、通风和空调(HVAC)模块使用延伸直到HVAC模块中蒸发器的分隔壁，以提供多个受控空气流动气流。这些多个空气流动气流被用于在相关的车辆乘客车厢内实现多区域的气候控制。基于该类型的HVAC模块的双重区域或三重区域的气候控制系统通常使用在现代客车车辆内。由于运行的能力和包装的限制，两个分开的和分隔的HVAC模块偶尔被应用在大型车辆中，诸如郊区公交车(SUV)和小型多功能厢式车，以实现多区域的操作，那里，一个模块安装在车辆仪表板的区域内，另一个模块安装在车尾的行李箱区域内。

然而，传统的分隔的双重HVAC模块方法实施起来问题颇多。例如，它们会需要在主体车辆内过多的包装空间、更多的空气导管、更多的管线好和配件、更多的制冷剂(通常约额外2lbs.)、更多的冷却剂、更多的质量、更高的运行噪音水平、更高的成本和提高的系统复杂性，这常常转变为提高质量和担保的问题。如此的系统需要更多的能量和更大的支持部件，诸如压缩机、水泵、冷凝器、交流发电机、线架和导管。其结果，双重模块方法导致车辆燃耗增加并增大废气排放。所有这些问题大大提高了总体车辆成本和运行成本。

发明内容

本发明属于对高性能HVAC模块的控制，其有足够的能力替换目前在大型车辆气候控制系统内使用的双重模块。通过利用HVAC设计的现有技术中的优点，诸如无刷电机结构、低压降热交换器部件以及精细的滚动设计，单一的前部模块能够对大型SUV或多功能小型车的空调提供总体请求的空气流，同时仍使能耗为最小。尽管高性能HVAC单元的风扇在最大功率下运行将会对任何操作者请求的设定向所有区域出口供应足够的空气流动，但如此的HVAC控制会消耗不够理想的大量能源。本发明提供一种方法，以可能的最小鼓风机电压向多个区域供应不同的空气流请求。

根据本发明的第一方面，提供一种方法，该方法用于控制通过具有单一鼓风机风扇、鼓风机下游的蒸发器和蒸发器下游的加热器的HVAC单元从汽车HVAC系统的多个区域出口排出的温度调节的空气其中每个区域出口具有用于控制热和冷空气的温度混合门以及用于控制区域出口流量的输出阀，该方法包括如下步骤：读取每个区域出口的操作者请求的区域排放鼓风机流量；将每个区域的排放鼓风机请求转换为区域流量请求；计算总的请求输出流量为所有区域流量请求之和；以及将鼓风机电压调整到所需的最小电压以产生总的请求输出流量。这大大地减小鼓风机任何不必要的功耗，由于在单独区域出口处过度地扼流，会导致压力损失。

例如，该方法通过执行以下步骤可优化鼓风机功率：设置初始的鼓风机运行电压；计算鼓风机压力；计算每个出口阀的单独输出阀阻力；对每个输出阀确定计算的单独输出阀阻力与单独最小输出阀阻力的单独阻力偏差，以及然后调整鼓风机电压，使至少一个单独的阻力偏差低于预定的阈值比例。

每个输出阀的最小阻力可依据预定储存的模态标定数据。

单独阻力偏差的阈值应最多为5％，例如，较佳地远小于2％，以提供与操作者请求很好匹配输出流量。可对各种应用标定单独阻力偏差的阈值比例。例如，如果阈值比例较大，则鼓风机需要较小的电压调整。

通过初始设置鼓风机电压是最初的最小运行电压，直到鼓风机电压被调整为止，由此来开始该方法。

根据鼓风机运行电压和总的请求流量计算鼓风机压力上升，由此可确定鼓风机压力。

例如，根据混合门设置可确定区域排放热的百分比；然后可从区域排放热的百分比计算区域排放冷却百分比。其后，从各个区域排放热部分和区域流量请求的相应请求乘积之和中，可计算总的排放热流请求。

对于计算沿着鼓风机排出的空气流动路径通过蒸发器和加热器的任何压力损失，该方法可执行以下步骤：计算蒸发器下游的蒸发器压力；计算加热器下游的加热器压力；以及计算温度混合门下游的多个单独混合区域压力。然后，调整鼓风机电压的步骤可考虑依赖于温度的混合区域压力。

可根据鼓风机压力上升和蒸发器压降之间的差来确定蒸发器压力，蒸发器压降可从预定储存的蒸发器标定数据中获知。

加热器压力又可根据蒸发器压力和加热器压降之间的差来确定，加热器压降也可从预定储存的蒸发器标定数据中获知。

然后可根据操作者请求的温度设置来确定单独混合区域压力，操作者请求的温度设置影响蒸发器压力、加热器压力和多个温度混合门的单独温度混合门位置。

以下的说明书连同附图详细描述了本发明优选的和替代的实施例，阅读以下的说明书，本发明上述的和其他的特征和优点将会变得清晰明白。

附图说明

现将参照附图，借助于实例来进一步描述本发明，附图中：

图1示出了高性能HVAC模块的立体图，其具有足够能力替换目前使用在大型车辆气候控制系统内的双重模块；

图2示出了图1所示高性能HVAC模块的剖视图，其经过修改后包括分开的前部模块和后部模块，显示它们的内部细节；

图3示出了使用流量感测的HVAC控制回路；

图4是流程图，示出图3所示定义的系统区域空气流平衡算子的实施方式；

图5和6示出了带有嵌入式控制器的HVAC控制回路，控制器HVAC用数学模型提供空气流的平衡；

图7是流程图，示出带有图5和6所示定义的HVAC模块数学模型的修改的控制算子的实施方式；

图8示出了HVAC模块数学模型标定传感器，举例来说，该传感器使用安装在蒸发器之前和鼓风机之后的单个空气速度传感器；

图9是流程图，示出了速度传感器管理算子的实施方式，其中，使用非显示限制数量的点火循环来实地启动传感器的读数；

图10是流程图，示出了HVAC模块纠正算子的实施方式，其中，在运行HVAC模块数学模型来估算模型区域性流量Qi之前，读取变量“V_新车”和“V_电流”；

图11是流程图，示出了采取控制步骤来实现“超模式”的运行；以及

图12A和12B构成流程图，示出了图3、5和8中一个图中定义的系统区域空气流平衡算子的实施方式。

尽管附图代表了本发明的实施例，但附图不必要是按比例的，某些特征可以放大以说明和解释本发明。这里所阐述的范例说明本发明一种形式的实施例，不能认为如此的范例以任何方式限制本发明的范围。

具体实施方式

参照图1，本发明是关于高性能HVAC模块，其具有足够能力替换目前使用在大型车辆气候控制系统内的双重模块。利用HVAC模块设计行业中的进步的成就，诸如无刷电机结构、低压降热交换器部件以及精密的滚动扇设计，单一的前部模块便能够提供用于大型SUV或小型多功能厢式车空调所需的总气流。所示的采用本发明的HVAC模块可在室外空气(OSA)中在13伏(VDC)下提供每分钟520立方英尺(CFM)的空气流。

参照图1和2，HVAC模块10包括上部模式箱12和下部模式箱14。HVAC模块10具有外壳组件16、蒸发器18和加热器或加热器内芯20。外壳组件16形成用于选择性吸入外部空气的初级入口24、用于选择性吸入车厢再循环空气的第二入口26、用于传输除霜空气的第一区域出口28、用于将车厢上部空气传输到驾驶员和/或车厢前部乘客的第二区域出口30、用于将中间和/或下部车厢空气传输到左前车厢乘客(驾驶员)的第三区域出口32、用于将中间和/或下部车厢空气传输到右前车厢乘客的第四区域出口34、用于将左侧和/或右侧后车厢空气传输到后座乘客的第五区域出口36。如图2中虚线所示，纵向延伸的导管38将第五区域出口36连通道后部乘客车厢(未示出)。

上部模式箱12形成第一混合腔室42、第一区域出口28、第二区域出口30、第三区域出口32(显示在图1中)和第四区域出口34，第一区域出口28通过第一模式阀门41(显示为完全关闭)有选择性地限流或关闭，第二区域出口30通过第二模式阀门39(显示为完全打开)有选择性地限流或关闭，第三区域出口32通过第三模式阀门(未显示)有选择性地限流或关闭，第四区域出口34通过第四模式阀门43(显示为完全关闭)有选择性地限流或关闭。第一温度阀/混合门48有选择性地控制流过冷空气路径44的第一冷空气流27以及流过热空气路径46的第一热空气流35，两种气流在温度阀/混合门48处会合并流入混合腔室42内。

下部模式箱14形成第二混合腔室45和第五区域出口36，第五区域出口36通过第五模式阀门52(显示为部分打开)有选择性地限流或关闭。第二温度阀/混合门50有选择地控制第二冷空气流29和流入第二混合腔室45内的第二热空气流37。第三冷空气流31流过加热器内芯20，并被转换为第一和第二加热的空气流动35和37。入口空气流或气流25通过蒸发器18并分为三叉的所述分开的冷空气流27、29和31。

设置在外壳组件16内的风扇组件38分别将空气从初级/第二入口24、26驱动到第一至第五区域出口28、30、32、34和36。蒸发器18由外壳16支承并设置在初级入口24的下游。蒸发器18冷却从入口24、26之一进入的空气。冷的偏置出口40由外壳16形成。

加热器内芯20由外壳16支承并设置在蒸发器18的下游。加热器内芯20加热从蒸发器18递送过来的冷空气。热的偏置出口(未示出)由外壳16形成。外壳16形成第一混合腔室42和冷空气路径44。冷空气路径44将第一冷空气流27从蒸发器18传输到第一混合腔室42。此外，外壳16形成平行于冷空气路径44的加热的空气路径46。加热的空气路径46将空气从加热器内芯20传输到混合腔室42和45。第一混合腔室42接纳和混合来自蒸发器18的冷空气和来自加热器内芯20的热空气。第一温度阀门48设置在加热的空气路径46和冷空气路径44之间，用于在冷空气路径44(对流入第一混合腔室42的空气流)和加热的空气路径46(对流过加热器内芯28的空气流)之间分配来自蒸发器18的冷空气流，然后，流入第一混合腔室42。后区域或第二温度阀门50设置在加热器内芯20的下游，以将下部模式箱14内的空气流从冷空气路径29和加热的空气路径37分配到第五区域出口36。后区域阀52或第五模式阀52用于限制和/或截断通过第五区域出口36和通向后乘客车厢的导管38的下部模式箱14内所有的空气流。

高性能模块10的关键设计特征之一是，它提供通向单独区域的共同的冷和热空气流通路。在蒸发器18和加热器20的下游，没有用于形成多区域空气流的分隔壁。来自蒸发器18和加热器20的空气流通向所有区域空气流。区域空气流采用起始于加热器和蒸发器的混合区下游的它们自身的流动和温度特征，由此分隔壁用于将空气流分开到不同的区域中。

高性能模块采用本申请人的“Flexzone”结构。在这种结构中，前部区域空气流和后部区域空气流分别由图2所绘的“上部模式箱”12和“下部模式箱”14所形成。该上部箱12被设计成将空气流提供至乘客车厢中的前部两个区域，并且该下部箱14被设计成将空气流提供至车辆中的采用左/右后部区域或者第二/第三排后部区域的形式的后部两个区域。如前所述，这两个箱体12和14分享从加热器20和蒸发器18进入的共同的空气流。

今后称之为“敞开结构”的“敞开空气流通路”的益处在于，每个区域具有通过蒸发器的通向全部空气流的全通路还有通过加热器的全热空气流的全通路。因此能够提供“超HVAC模块运行模式”，其能够提供给HVAC模块全功率。然而，这也体现出了Flexzone结构的缺点：来自任何区域的空气流控制会使所有其它区域的空气流和可能的温度特征发生改变，从而出现空气流和温度控制性的问题。

本发明提供一种能够实现独立区域控制的控制方法，由此，不管其他区域内乘客如何操作，位于乘客车厢各个区域内的乘客都能够获得和保持理想的空气流动。它基本上解开由于模块结构引起的区域之间排放空气的偶联。

基于速度传感器的空气流控制系统

参照图3，本发明一个实施例包括高性能模块10的用于车辆的HVAC控制系统54，其能够对准区域乘客车厢供应空调的空气流。(所实施的原理适用于任何多区域空调系统。)嵌入式微控制器56监控使用者的输入数据，涉及来自所有四个区域的排放温度、排放流量和排放模式。此外，它还监控来自各个区域反馈的流量传感器58。微控制器56的输出调制鼓风机60的操作状态、温度混合门62的位置以及排放模式或输出或出口阀64。

应该指出的是，作为模式控制的部分，模式阀64必须满足两个请求：(1)预计响应于来自微控制器56的指令(诸如指示除霜、除雾的指数、加热器、双水平、通风等)，模式控制阀56能够向除霜、加热器和通风出口提供空气流比例；(2)预计它必须具有改变总有效流动面积的能力，同时保证如(1)中所阐述的比例请求。当有效的流动面积从零变化到预定的最大面积时，路径的流动阻力改变而促进车辆总的空气流平衡。

图4示出了图3中系统的控制算子的流程图。图4的算子被纳入在以诸如每隔0.1、0.5或1.0秒的预定频率执行的迭代回路中，这根据微控制器能力和控制相应请求而定。一旦在步骤68处进入子程序，从各个人机接口(HMI)单元读入控制目标值，人机接口(HMI)单元通常被称作用于步骤70处乘客车厢各个控制区域的面板。对于图3中所定义的系统的控制，关键输入是区域性鼓风机设置请求(或流量请求)以及模式设置请求。由于流量传感器提供的反馈，除了空气流平移到混合门位置内之外(这些位置直接由微控制器执行)，用于排放温度的输入对于空气流的有效平衡不是关键的。

鼓风机设置请求其后被转换为用于步骤72处的不同区域的流量请求。某些区域可具有比其他区域高的空气流请求，而其他区域可能需要完全关闭空气流。这些不同的请求由针对对应区域转换的空气流目标值来实施。在步骤74处准备实际鼓风机控制过程中，由区域性空气流目标值的总和产生附加的总的空气流目标值。

其后，在步骤76处读取空气流量传感器。这些传感器提供各个控制区域内空气流的实况反馈。预计流量传感器可依赖任何通常采用的空气速度传感器，诸如电热调节器的热丝风速计。不管怎样，来自传感器的信号都被转换为空气流量。

鼓风机的控制是根据来自HMI的总的空气流请求和通过步骤78处转换的流量传感器读数总和而实际递送的空气流量来执行的。对鼓风机控制的调整，诸如鼓风机直流(DC)电动机的电压和无刷电动机工作循环的脉宽调制(PWM)，通过在步骤80处使用比例-积分-求导(PID)控制或其较简单形式的比例控制，来实施对鼓风机控制的调整。PID控制输入是总的空气流目标值和递送的总的空气流之间的误差。该调整是根据步骤82处每个输入到控制子程序内的输入而作出的。

在鼓风机控制调整之后，执行区域性空气流平衡指示。在该控制部分内，来自HMI的单独区域性空气流控制值与来自步骤84处其空气流传感器转换的实际空气流量比较，以形成对第二层PID控制的输入。受控制的过程变量是通过打开模式阀门联合形成的针对该区域的总有效流动面积。总有效流动面积也可由与模式阀门串联的专用扼流阀修正，这根据HVAC模块结构而定。

在该在步骤86、88、90、92、94、96、98和100中描述的两步过程中，每次执行子程序，鼓风机操作水平改变且空气流在四个区域中重新平衡。如果一个区域具有鼓风机设置的改动，则子程序其后的执行将对过程控制变量作出调整，以确保新的目标值满足改变的区域，并对未改变的区域保持空气流动。

基于HVAC模块数学模型的空气流控制系统

如以上描述的实施例1依据空气流传感器来提供来自各个区域的空气流反馈。在本发明的实施例2中，我们使用HVAC的数学模型来替换空气流传感器并提供反馈给控制算子。如图5和6中所示，传感器硬件已经从HVAC模块102中移去，而纳入HVAC模块数学模型作为微控制器子程序104的一部分。

微控制器104在排放温度、排放流量和来自所有四个区域的排放模式方面监控使用者的输入。嵌入式的微控制器104包括HVAC过程模块106和HVAC数学模块108。HVAC数学模块108包括由加热器模块112馈送的HVAC模块空气流模块110、蒸发器模块114和鼓风机模块116。HVAC数学模块108包括各种区域流量向HVAC过程模块106的馈送118，HVAC过程模块106又包括温度门位置、模式门位置和鼓风机电压向HVAC模块空气流模块110的馈送120。

可以看到，微控制器104执行子程序的至少两个功能块，使两个功能块彼此作用和交换信息。HVAC控制过程算子，基本上定义在图4中，带有主要的修改(图7)，该算子处理HMI使用者输入，将信息推进到HVAC模块数学模型110上，从数学模型中接受用于乘客车厢各个区域的计算的HVAC空气流量，并通过以操作参数指令HVAC鼓风机和模式阀有效面积来采取控制行动。

另一方面，HVAC模块数学模型110在任何给定的鼓风机电压下(或PWM工作循环)、模式阀位置和混合门(亦称温度门)位置提供区域性空气流估计。HVAC模型的主要元件应包括加热器模型112、蒸发器模型114、鼓风机模型116和HVAC模块空气流模型110，它们包括混合门定位和模式门定位。来自HVAC模块数学模型108的输出至少包括用于各个气候控制区域的空气流量。它可进一步提供用于每个排放区域的排放温度。将计算量送回到“HVAC控制过程”106。

参照图7，替代的控制算子122含有步骤124-158，其基本上类似于图4中所示算子66的对应步骤68-100，例外的仅是步骤134。在算子122的步骤134中，使用HVAC数学模型来计算区域性流量Qi，与算子66的步骤76作对比，其中，读取区域“i”的速度传感器并转换为流量Qi。

对于汽车空调系统领域内的技术人员来说，可以实现HVAC模型建模的各种方法。

HVAC模块数学模型的车辆内改适性纠正

已经知道，由于空气过滤器内灰尘颗粒的积聚，HVAC模块的特性回随车辆的寿命而改变，以及随着诸如热交换器、鼓风机叶片、塑料空气流导管等的空气流路径中的其他部件的寿命而改变，或由于鼓风机马达特性降低而改变。另一方面，HVAC模块数学模型并不知道HVAC模块中发生的物理变化。HVAC数学模型的预见能力随时间推移而变差。直接的结果是，将会实现乘客请求的空气流。

本发明借助于HVAC模块10中选定位置中的专用速度传感器来提供纠正HVAC模块数学模型的方法160。图8借助于实例示出单一的安装在蒸发器18之前和鼓风机60之后的空气速度传感器162。传感器的安装位置可由本技术领域内技术人员容易地修正到HVAC模块和导管的空气流路径中的各种其他位置。速度传感器数量可以是一个或多个，速度传感器如图3那样安装。

在第一点火循环期间(最好在车辆组装厂内的质量检查期间)读取速度传感器162，以在车辆打新商标时建立起基准线空气流速度。图9示出了在速度基准线接近期间，HVAC模块由选择模式中的算子164、鼓风机速度和温度门位置进行操作。该初始选定的操作条件将在以后野外使用，这样，可保持一致的比较基础。来自速度传感器的数值被储存在控制器的非易失部分内，保存为变量“V_新车(V-newcar)”以便在将来用于数学模型的修正。算子164通过在步骤166处进入子程序而启动。

在初始逻辑步骤168中，如果小车是新的，则在步骤170处对选定的鼓风机电压发出指令，其后在步骤172处对选定的排放模式发出指令，并在步骤174处对温度门位置发出指令。接下来，在步骤176处读取速度传感器，在步骤178处将数值V_新车储存在非易失的存储器内。最后，在退出步骤180处终止子程序164。如果小车不是新的，则点火计数器数值lgCounter++在步骤182处递增，以保持点火循环的轨迹。接下来，在逻辑步骤184处，如果MOD(lgCounter，100)不等于零，则子程序立即在退出步骤180处终止。然而，如果MOD(lgCounter，100)等于零(即，每100次点火循环的情形)，则子程序前进到步骤186，其中，发出选定的鼓风机电压指令，其后在步骤188处对选定的排放模式发出指令，在步骤190处对温度门位置发出指令。接下来，在步骤192处读取速度传感器，在步骤194处将数值V_新车储存在非易失存储器内。最后，在退出步骤180处终止子程序164。

当在野外操作时，使用计数器来保持点火循环数的轨迹。即使速度传感器可以连续地读取，但最好只在周期性的基础上这样做，以对HVAC系统的操作以及微控制器的时钟循环资源的破坏减到最小。在图9中，点火循环100的非限制性数量用于启动野外传感器的读取。一旦达到规定的点火循环，便读取传感器并作为变量“V_电流(V-current)”储存在非易失存储器内。“V_电流”连同变量“V_新车”一起用于纠正HVAC模块预示区域性的流量。

如图10所示，在HVAC模块数学模型运行之前，读取变量“V_新车”和“V_电流”，以便估计模块区域性流量Qi。一旦将控制头请求的设置Ti、Mi和Qi读取到微控制器内，HVAC数学模型便运行来估计乘客车厢的每个区域的空气流量。可以相信HVAC模块数学模型预示打新牌号的模块的流量。预示的流量然后以比例“V_电流/V_新车”按比例减小，以达到更反映物理模块中实际空气流的流量。

参照图10，在步骤198处，启动算子196，其中，进入子程序，其后是读取“V_新车”的步骤200和读取“V_电流”的步骤201。接下来，在步骤202处，读取区域“l”控制输入Ti、Mi和Bi，并用于使用HVAC数学模型计算区域性流量Qi。其后，在步骤206处，计算总的流量为Qi,corr＝Qi V电流/V新车。最后，算子196在退出步骤208处终止。

超模式控制

如较早所指出的，高性能模块采用本申请人的“Flexzone”结构。空气流递送的每个区域具有通向热流动的“敞开空气流通路”，热流动流过“放大的”加热器和“放大的”蒸发器。“敞开空气流通路”的益处在于，每个区域具有通过蒸发器的通向全部空气流的全通路还有通过加热器的全热空气流的全通路。因此能够提供“超HVAC模块运行模式”，其能够提供给HVAC模块全功率。

第二使能器(enabler)是位于高性能模块中的相当大的加热器和蒸发器。高性能模块的设计规格书请求蒸发器和加热器在传热能力方面足够大，以对大型SUV或带有多个舒适区域的小型多功能厢式车提供加热或冷却的舒适性。对于小型多功能厢式车来说，多个区域可包括前左、前右、2排座椅和3排座椅的舒适区域。对于SUV来说，多个区域可包括前左、前右、后左和后右。这两种系统可被认为准区域系统。

“敞开的空气流通路”和大型蒸发器一起允许“超模式”对于车辆前部区域而定义。在某些车辆的情形之下，诸如挡风玻璃的除霜、挡风玻璃的去雾、点火之后的瞬时加热或瞬时冷却，本申请人提出“超除霜”、“超通风”和“超加热器”的运行模式来提高HVAC性能。

首先关闭车辆内所有后部气候控制区域，并以最大容量操作制冷和/或加热系统，便可实现操作的“超模式”。这消除了由后部消耗的加热量或冷却量，并使它们供应给前面的乘客。在鼓风机高的设置中，由于高性能模块设计成对全部车厢提供舒适度，该向前部乘客“集中地”施加加热或冷却能使车辆前部区域发挥“超”性能。可以认识到，大部时间中车辆内只有前部有乘客。因此，操作的“超通风”和“超加热器”模式应经常地和显著地提高前部乘客舒适度，主要是在吸收和冷却或吸收和升温的期间。其时，操作的“超除霜”模式应很大地提高除霜和去雾的性能，允许车辆产生改进的乘客安全性。

表1示出了空气流对准区域气候控制系统的分布的示范的标准定义。在标准的操作模式中，即使后部区域被关闭，分配到前部区域的最大空气流将不超过表中所分配的数量。“标准”模式设计符合如今可接受的气候控制设计规格书。

表1：“标准模式”操作的空气流定义

表2示出了示范的“超模式”空气流的定义。由于放大的加热器和蒸发器对准区域系统额外地提供加热或冷却，所以有足够的HVAC调节功率来处理增加的空气流量，但不损害排放温度。因此，对于每个操作的“超模式”模式，空气流增加大约25-30％。有了增加的空气流分配，在“超通风”和“超加热器”模式中实现了达到舒适性的时间缩短，达到更快除霜或去雾特性以提高乘客安全性。

表2：“超模式”操作的空气流定义

应该指出的是，“超模式”空气流不必要是高性能模块可在车辆全功率总线电压(例如，13VDC)时可提供的最大空气流。小心地选择“超模式”的空气流量以优化车辆中乘客总体热舒适性的经验。优化的准则包括空气在前部乘客表面处的冲击速度、与空气流增大相关的噪音增大、“超除霜模式”中干眼的减轻等。

图11示出了为达到“超模式”操作采取的控制步骤。第一步骤是读取控制头输入，识别是否请求“超模式”操作。如果是的话，则通过关闭通向后部气候控制区域的空气流路径中的任何截止阀来关闭后部区域。其时，压缩机在最高可能的水平下运行，不冻结蒸发器。例如，将压缩机的电子可变位移控制器设定到以全行程运行。对于冬天的操作，诸如“超加热器”或“超除霜”模式，如果装备有PTC加热器的话，则将PTC加热器供电到全容量。最后，HVAC鼓风机被设置在合适电压水平下运行，以对特殊的’“超模式”提供规定的空气流量。

图11示出了用于实现HVAC模块10的超模式运行的控制算子210。控制算子210通过在步骤212处进入子程序而被启动，其后是在步骤214处读取HVAC模式输入的步骤。其后是逻辑步骤216，其中，如果选择了超模式，则在步骤218处关闭所有后部区域。接下来，在步骤220处以最大功率运行压缩机(或PTC头)。然后，根据步骤222处的存储器中的表格，指令鼓风机在超模式设置下运行。最后，在步骤224处退出子程序。如果超模式在步骤216处不被选定，则在步骤226处执行标准的HVAC系统运行，而子程序在退出步骤224处终止。

标准模式

图12A和12B示出了在标准模式中运行图3、5和8中之一的HVAC系统的方法，所述标准模式，即，当不需要超模式时，在初始设置起来之后，车辆的标准运行期间。图12B在继续图12A的底部的点A和B处继续。

通常，根据所提出的控制方法，该系统首先从各个区域读取空气流和请求的温度输入(空气流和热对冷空气比例目标)。例如，对预先特征化的鼓风机图、对热交换器的预定的空气流阻力图以及对控制阀的阻力位置图，可计算每个关键系统部件上游和下游的压力值。因此，在给定压力下，对于递送请求的空气流到各个区域来说，可计算所需阀阻力的对应阀位置。该控制方法从初始值开始迭代鼓风机运行电压，直到空气流控制阀中的至少一个达到其100％的敞开位置，公差范围大约在2％之内。根据总的空气流，该数字可变化。例如，2％的变化可感觉处在非常高的空气流，但不是处在较低的空气流，其中，2％可以是非常小的绝对值。然后，控制方法在该规定电压下运行鼓风机，它是最低的可能供应所有需要的空气流，因此，优化了系统的能量利用。

在本文中，预先特征化的图具有不需要在流动路径中额外的压力传感器之优点。预先特征化图可以是查表法或描述相互关系的功能性模型，预先特征化的图可以通过在安装HVAC系统之前对试样的HVAC系统进行标准的经验试验来建立。它们降低了对附加的实时计算的需要。业已发现，该种设置在2-3秒量级的简短时间内调整了阀位置和鼓风机功率。

在多区域HVAC系统中，不同区域出口可具有不同结构和调节每个区域出口处空气的输出的机构。如上所述，前面的区域出口可具有功能起作流动控制阀的模式阀，而车辆后部的区域出口可具有专用的流动控制阀。在以下的描述中，不管用于控制各个区域处输出所使用的阀或机构如何，所有这些机构毫无限制地统称为“输出阀”。

详细来说，控制方法可包括以下步骤，用于协调和优化使用单一鼓风机扇从多个区域出口排放温度控制的空气。

一旦在步骤301处进入标准模式子程序，HVAC系统首先在步骤302处读取操作者对车辆各个区域出口i的设置。这些设置包括区域排放流动中所需的热空气百分比，其代表了来自每个区域加热器所需空气的部分；每个区域i的模式请求M_i，例如，用于加热、通风或除霜；以及鼓风机请求B_i，其代表用于第i区域可能的最大空气流的空气流百分比。模式请求可在进入用于标准模式的给定子程序之前的较早时间建立。

在步骤303，单独的鼓风机请求B_i转换为区域流量请求其基于HVAC单元的物理结构和其中安装HVAC系统的车辆的物理结构。

在步骤304，通过添加所有区域流量请求来形成总的鼓风机请求将多个区域的鼓风机请求B_i转换为总的目标鼓风机流量。

在步骤305处，从单独请求的热空气百分比计算相应的冷空气百分比，作为100％和热空气百分比之间的差。

从先前计算的区域流量请求和相应的单独请求的热空气百分比可在步骤306处，通过将和所有单独的积添加到总的热空气流便可确定总的热空气请求。

在步骤307处，鼓风机以初始鼓风机电压启动，该初始鼓风机电压对应于预设的最小鼓风机电压V_b,min。在其后带有计数器k的典型的控制回路中，鼓风机电压将为优化特性和效率而被调整，这将在下文中详细解释。

从目前设置的鼓风机电压和先前计算的总鼓风机请求在步骤308处，根据从鼓风机扇的HVAC单元结构用经验方法导出的已知关系计算鼓风机压力上升

在步骤309处，总的鼓风机压力然后可供选择地计算为周围大气压力和鼓风机压力上升之和。为了避免对大气压力传感器的需求，可跳过该步骤，在其后的步骤中，用鼓风机压力上升替换总的鼓风机压力便可执行对HVAC系统的控制。替代地，对于计算总的鼓风机压力可假定大气压力为恒定。对于以非常高精度运行的系统来说，通过HVAC单元的空气流动密度对该系统来说可具有不可忽略的对模型计算的影响，可考虑鼓风机入口处的主要压力来替代大气压力。由于冲压力效应，或例如当HVAC系统处于再循环模式中时，鼓风机入口压力可能偏离大气压力。该种偏离可通过用经验方式对入口压力建模来予以考虑，例如，其为车辆速度和再循环门位置的函数。

在步骤310处，一旦鼓风机压力上升或鼓风机下游总的鼓风机压力为已知，便可根据总的鼓风机请求和蒸发器图中的已知关系，计算蒸发器下游的蒸发器压力所述蒸发器图可以是表格或执行代表蒸发器特征的数学方程的虚拟模型。例如，蒸发器图可以考虑由已知HVAC单元结构和混合门和输出阀位置的可供选择的当前设置引起的压力状况。根据如此已知的标定数据，可计算蒸发器压降其后，从鼓风机压力中减去该压降来获得蒸发器压力

在步骤311处，可以与蒸发器压力相同的方式来确定加热器压力因为仅是通过蒸发器的空气才可达到加热器，所以，加热器压力依赖于蒸发器压力依赖于所请求的总热空气流以及已知的储存在加热器图中的互相关系，加热器图同样可以是表格或执行代表加热器特征的数学方程的虚拟模型。例如，加热器图可考虑由变化的输出阀位置引起的压力状况。根据如此已知的标定数据，可计算加热器压降并其后从蒸发器压力中减去该压降来获得加热器压力

在步骤312处，对于每个区域出口的热和冷空气路径，可用蒸发器压力加热器压力的已知量来计算单独的区域流量请求热和冷空气单独的百分比和单独的空气阻力值和

例如，可通过以下方程来执行对于混合门的热路径阻力和冷路径阻力

可使用标准的数字方法来求解和的方程I和II，所述方法是HVAC控制技术领域内技术人员众所周知的方法。

这些计算结果可对每个混合门储存在表格中，该表格再现在以下的表3中。

表3：单独混合门的试样位置-阻力图

在步骤313处，从已知量中计算混合区域压力如果请求的热空气百分比大于50％，则可根据加热器压力进行计算。如果请求的热空气百分比等于或小于50％，则可根据蒸发器压力进行计算。替代地，加热器压力和蒸发器压力两者可流入计算中，这样，不管混合门的位置如何，都可使用一个单一公式进行计算。

在步骤314处，混合区域压力和每个区域请求的区域流量用于计算每个区域输出阀的请求的单独输出阀的阻力如果在步骤309处，计算了总的鼓风机压力则从计算的混合区域压力减去车辆车厢的大气压力P_cabin以确定相对于大气压力的压力上升。如果仅用鼓风机压力上升来进行计算，则可省去对车厢压力P_cabin的减法，因为已经代表了相对于大气压力的压力上升。

替代地，平均的混合区域压力独立于混合门位置，且只依赖于可变的鼓风机压力在步骤314处可呈现平均的混合区域压力。在该情形中，相应输出阀位置请求的阻力可独立于混合区域压力的任何依赖于温度的变化而予以确定。因此，可避免对确定依赖于热-冷混合的混合区域压力所需步骤306、312和313的需求。

每个输出阀在其全打开的位置中具有某种可达到的最小流动阻力R_Mi，min，其确定混合区域压力和车厢压力P_cabin之间的最大空气流量给定的压差。这些对于每个输出阀的最小阻力可储存为查询表格图。在步骤315处，对每个输出阀，重新得到最小可达到的阻力R_Mi，min。

在步骤316和318处，每个输出阀相应的最小阻力与计算的步骤314所需的输出阀阻力作比较。

步骤316确定最小可达到阻力R_Mi，min是否大于超过代表允许偏差的几个百分点的小阈值比例的所需的阻力。该阈值比例是标准化阻力偏差，即，除以所述最小阀阻力的偏差。用于允许的单独阻力偏差的阈值比列可以标定，标定值有待在人工气候室或路上的车辆行进中进行优化。然而，该阈值比例最好保持低于5％，诸如是2％。

如果任何输出阀请求的输出阀阻力小于给定压力条件下的最小可达到阻力R_Mi，min，而大于阈值偏差，则与相应输出阀相关的请求的区域目标流量Q_i ^targ不能达到当前的鼓风机电压因此，鼓风机电压需要如步骤318中所示那样提升。用于提升鼓风机电压的增量步骤可以正比于所请求输出阀阻力的偏差，所请求的输出阀阻力来自于最小可达到阻力R_Mi，min。

另一方面，如果任何输出阀所请求的输出阀阻力不小于最小可达到阻力R_Mi，min，而大于阈值偏差，则步骤318问询请求的输出阀阻力R_Mi ^k是否超过最小可达到阻力R_Mi，min，而大于阈值偏差。阈值偏差可以等同于或不同于步骤316的阈值偏差，最小可达到阻力R_Mi，min。相同的考虑适用于如步骤316那样在步骤318中选定的偏差百分比。如果请求的输出阀阻力超过最小可达到阻力R_Mi，min，而大于阈值偏差，则鼓风机不在其最佳效率下运行，因为产生的鼓风机压力其以后不必要地被输出阀扼流。

因此，通过在步骤319中降低鼓风机电压便可减小总的鼓风机流量请求降低鼓风机电压采取的增量步骤可再次正比于所请求输出阀阻力的偏差，所请求的输出阀阻力来自于最小可达到阻力R_Mi，min。用于降低鼓风机电压的比例因子β可等同于提升鼓风机电压的比例因子α，但也可使用不同的因子。

从步骤307重复该方法，直到至少一个区域具有请求的输出阀阻力其紧密地匹配于如步骤316和318中定义的相应输出阀的最小可达到阻力R_Mi，min。

一旦所请求的输出阀阻力中的至少一个偏离于相应的最小可达到阻力R_Mi，min，而小于阈值比例，则该方法在步骤320处完成。如果任何手动设置的区域控制输入变化，则在步骤301处重新开始该方法。

总而言之，本申请描述了具有不同空气流和温度设置的各种区域输出如何可单独地达到有单一鼓风机的HVAC单元，同时在所有时间仍然达到高能效率。鼓风机电压进行优化而达到必要的最小水平，这样，通过完全地打开任何区域出口处的至少一个输出阀，使得系统在能耗方面以最有效的方式运行，同时，对各个单独区域出口达到和保持提供的空气流和温度。

应该理解到，本发明已经参照具体的实施例和变体进行了描述，以提供先前描述的特征和优点，正如本技术领域内技术人员将会认识到的，所述实施例易于作出修改。

Claims (19)

1.一种方法，所述方法用于控制通过具有单一鼓风机风扇、鼓风机下游的蒸发器和蒸发器下游的加热器的敞开结构多区域HVAC单元从汽车HVAC系统的多个区域出口排出的温度调节的空气，其中模块中每个区域具有用于比例控制热和冷空气的温度混合门和用于控制区域出口流量的输出阀，所述方法包括如下步骤：

读取每个区域出口的鼓风机水平请求；

将每个区域的鼓风机水平请求转换为区域流量请求；

计算总的请求输出流量为所有区域流量请求之和；以及

将鼓风机电压调整到所需的最小电压以产生总的请求输出流量。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括如下步骤：

设置初始鼓风机运行电压；

计算鼓风机压力；

计算每个出口阀的单独输出阀阻力；

对每个输出阀确定计算的单独输出阀阻力与单独最小可达到的输出阀阻力的单独标准化阻力偏差；

其中，调整鼓风机电压的步骤使至少一个单独的标准化阻力偏差低于预定的阈值比例。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，每个输出阀的最小可达到的阻力是依据预定储存的输出阀标定数据。

4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述单独标准化阻力偏差的阈值最多为10％

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，阈值是总请求的输出流量函数或是鼓风机电压函数。

6.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述单独阻力偏差的阈值是可标定的。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述鼓风机电压最初设定为最小运行电压直到鼓风机被调整为止。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述鼓风机电压由以下步骤确定：

根据鼓风机运行电压和总的请求流量计算鼓风机压力上升。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括如下步骤：

读取每个区域的温度水平请求；

将区域的温度水平请求转换为每个区域的总空气流量的热空气流量百分比；以及

通过从100％中减去区域排放热空气流量百分比计算出区域排放冷空气流量百分比。

10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括如下步骤：从各个区域排放热空气流量百分比和区域流量请求的相应请求之一的乘积之和中计算总的加热器空气流量请求。

11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括如下步骤：

计算蒸发器下游的蒸发器压力；

计算加热器下游的加热器压力；

计算温度混合门下游的多个单独混合区域压力；

其中，调整鼓风机电压的步骤考虑混合区域压力。

12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述蒸发器压力确定为鼓风机压力和蒸发器压降之差，其由预定储存的蒸发器标定数据确定。

13.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述加热器压力确定为蒸发器压力和加热器压降之差，其由预定储存的加热器标定数据确定。

14.如权利要求11所述的方法，其特征在于，根据蒸发器压力、加热器压力和多个温度混合门的单独温度混合门位置确定单独混合区域压力。

15.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括确定模式请求是否对应于标准模式的前述步骤。

16.如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过用于输出阀的标定查询表利用计算的请求阻力确定各个输出阀的位置。

17.如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过首先求解用于混合门阻力的以下方程确定各个温度混合门的位置

$R_{mix,i}^{cold}{\left({\mathrm{PC}}_i^{cold}{Q}_i^{t\arg }\right)}^2-R_{mix,i}^{hot}{\left({\mathrm{PC}}_i^{hot}{Q}_i^{t\arg }\right)}^2=R_{htr}^k\[\mathrm{\Σ}\left({\mathrm{PC}}_i^{hot}{Q}_i^{t\arg }\right)\]$

$R_{mix,i}^{hot}=Function\left(R_{mix,i}^{cold}\right)$

其中，代表单独一个混合门的冷路径阻力，

代表单独一个混合门的热路径阻力，

代表单独一个混合门的冷空气百分比，

代表单独一个混合门的热空气百分比，

代表区域流量请求，

代表加热器空气流阻力；以及

然后，执行标定表的查询。

18.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述输出阀包括多个平行模式阀。

19.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述输出阀包括至少一个专用流动控制阀。