CN107116988B - 暖通空调系统及其执行器的驱动方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种暖通空调系统的执行器的驱动方法，包括以下步骤：a.确定执行指令；b.在稳速驱动电源和零速驱动电源之间改变所述执行器的驱动电源，使所述暖通空调系统的可移动元件实现加速或者减速。本发明还提供一种暖通空调系统，其执行器可以在没有或基本上没有被过驱动的情况下实现所需的加速或者减速，减少由暖通空调系统发出的噪声。

Description

暖通空调系统及其执行器的驱动方法
技术领域
本发明涉及一种暖通空调系统的执行器的驱动方法，所述驱动方法可以降低暖通空调(Heating,Ventilation,and Air Conditioning,HVAC)系统的噪音，且能避免或者减少所述执行器的过驱动，特别适用于机动车辆的暖通空调系统。本发明还涉及一种采用所述驱动方法的暖通空调系统。
背景技术
暖通空调系统广泛应用于空气调节，例如机动车辆中的空气调节。所述暖通空调系统利用多个风门去控制到达或者通过某个区域的气流，从而进行空气调节。所述风门的位置通常由一个或者多个执行器控制。
通常，每个执行器具有一用于控制齿轮传动链的电机。所述齿轮传动链直接或者间接连接到与风门相互作用的控制杆，因此执行器的驱动可以被传递，从而改变风门的位置。
所述暖通空调系统具有一系列互连的机械元件，具有机械间隙。在任何力被传递到所述风门之前，至少部分驱动是在解除系统中的间隙。特别是当所述执行器从零开始加速的时候，例如所述执行器初始化或者改变方向时。在机械间隙期间，所述执行器的负载相对较低，快速加速导致机械元件之间以相对较高的动能发生接触，从而产生噪声。
有鉴于此，本发明旨在提供一种可以克服上述问题的暖通空调系统及方法。
发明内容
本发明提供一种暖通空调系统的执行器的驱动方法，包括以下步骤：a.确定执行指令；b.在稳速驱动电源和零速驱动电源之间改变所述执行器的驱动电源，使所述暖通空调系统的可移动元件实现加速或者减速。
优选的，所述执行指令为初始化指令、最终停止指令或者方向变化指令。
优选的，在所述步骤b中，所述驱动电源从零速驱动电源开始增加，直到所述可移动元件开始移动。
优选的，所述步骤b进一步包括：计算所述执行器的加速度或者减速度，以加速或者减速所述可移动元件。
优选的，在所述步骤b中，所述执行器的加速度或者减速度基于所述暖通空调系统的至少一部分机械间隙。
优选的，在所述步骤b中，所述执行器的驱动电源根据所述暖通空调系统的机械间隙在稳速驱动电源和零速驱动电源之间变化。
优选的，所述步骤b进一步包括检测所述执行器的当前的致动方向，根据当前的致动方向确定对应的机械间隙。
优选的，所述暖通空调系统的可移动元件包括至少一风门。
本发明还提供一种暖通空调系统的执行器的驱动方法，包括以下步骤：a.确定所述暖通空调系统的可移动元件中的机械间隙；b.检测所述可移动元件和/或所述执行器的至少一可旋转元件的位置，以确定何时进入或者退出所述机械间隙；c.在所述可移动元件位于所述机械间隙期间，在稳速驱动电源和零速驱动电源之间改变所述执行器的驱动电源，以避免或者减少所述执行器的过驱动。
本发明还提供一种暖通空调系统，包括：执行器，具有相关联的位置传感器；至少一风门通过一可移动元件连接所述执行器，所述可移动元件的移动存在机械间隙；控制器，用于控制所述执行器；所述暖通空调系统进一步包括一存储电路，所述存储电路与所述控制器相关联且存储所述机械间隙的信息；当所述位置传感器检测到所述可移动元件位于所述机械间隙中时，所述控制器控制所述执行器的驱动电源在稳速驱动电源和零速驱动电源之间改变。
相较于现有技术，本发明暖通空调系统的执行器可以在没有或基本上没有被过驱动的情况下实现所需的加速或者减速，减少由暖通空调系统发出的噪声。
为了能更进一步了解本发明的特征以及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而所附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。
附图说明
图1是本发明暖通空调系统一较佳实施例的部分结构示意图。
图2是图1所示暖通空调系统的执行器的一较佳实施例的结构示意图。
图3a是提供到所述暖通空调系统的执行器的驱动电源随时间变化的波形图；上侧的虚线表示前案的驱动电源的波形，下侧的实线表示利用本发明驱动电源的波形。
图3b是在图3a所示的驱动电源的驱动下，暖通空调系统的执行器的转子速率的波形图；上侧的虚线表示对应图3a的虚线驱动电源的转子速率的波形；下侧的实线表示对应图3a的实线驱动电源的转子速率的波形。
图4是本发明暖通空调系统的执行器的驱动方法第一实施例的流程图。
图5是本发明暖通空调系统的执行器的驱动方法第二实施例的流程图。
具体实施方式
下面结合附图，通过对本发明的具体实施方式详细描述，将使本发明的技术方案及其他有益效果显而易见。附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。附图中显示的尺寸仅仅是为了便于清晰描述，而并不限定比例关系。
请先参阅图1，示出了一种可降低噪音输出的暖通空调系统10。所述暖通空调系统10可以是机动车辆的气流控制系统的一部分，但并不限于所述应用，其可以潜在的应用于任何可以应用暖通空调系统的环境。
所述暖通空调系统10包括至少一气流方向控制执行器12。图1中示出了两个执行器12，其可以被单独控制。但是，执行器12的数量并不限于两个，数量可以根据暖通空调系统10的需求设定。每个执行器12与控制杆14连接，所述控制杆14又与可调节的风门16相关联。所述风门16可以控制穿过暖通控制系统10的气流的通道。虽然图1示出的是单个的、一体形成的控制杆14，但是控制杆14也可以是其他形式的可移动元件，例如齿轮传动链。不管怎样，从所述执行器12到对应的风门16之间的机械链路会引入一个机械间隙的区域，在此区域移动的过程中所述执行器12的负载会减小，从而导致无效的传输力。
图2所示的执行器12移除了壳体18的盖子，示出了执行器12的内部结构。所述执行器12包括一驱动机构，优选为电机20，所述电机20优选被车载的控制器22控制。
所述控制器22优选与一位置传感器24相关联，所述位置传感器24用于侦测电机20的转子的位置，并且间接计算风门16的相对位置，以便确定控制指令。可以理解，也可以在执行器12到风门16之间的任何位置设置一些其他形式的传感器，所述传感器可与执行器12到风门16之间任意的可移动元件相关联。例如，位置传感器24可以与控制杆14或者风门16接合。在本实施例中，所述位置传感器24为霍尔传感器，可以容易地侦测电机20的转子的位置。
所述控制器22包括一存储电路26，所述存储电路26用于存储有关暖通控制系统的机械间隙的信息至控制器22。所述控制器22可以在发送指令到执行器12时，考虑所述机械间隙。所述信息可以是当前转子位置和经历机械间隙后的转子位置之间的相关数据。此外，所述存储电路26可以进一步存储方向性信息，所述机械间隙的大小基于所述转子当前旋转方向的不同可能有差异。所述转子当前的两种旋转方向可以对应不同的机械间隙。
所述电机20包括一输出部28，通过所述输出部28将执行器12的驱动传递出去。在本实施例中，所述输出部28优选为正齿轮，所述正齿轮构成齿轮传动链30的一部分。本发明并不限于图2所示的齿轮传动链30，例如，可以采用蜗轮代替所述齿轮传动链30。
机械间隙是由暖通空调系统的多个机械元件之间的多个空隙导致的可移动元件的无效运动。通过获取表示机械间隙的参数，例如多个空隙的位置和长度，或者与所述机械间隙对应的所述执行器12的至少一可旋转元件的总旋转角度等，所述驱动电源的变化可以根据所述机械间隙的参数而最佳化。所述可旋转元件可为电机转子或者任一可旋转的齿轮。
优选的，利用所述位置传感器24去感测执行器12的至少一可旋转元件的位置或者暖通空调系统10的至少一可移动元件的位置，计算所述可旋转元件的速率或者所述可移动元件的速率。所述速率的突变可以用来识别所述机械间隙的起始端和末端，因此通过一系列的测试，可以获取代表所述机械间隙的所述可旋转元件的总旋转角度或者所述可移动元件的总旋转角度。所述可移动元件为与执行器12直接或者间接相互作用的任意可移动元件，例如控制杆14、风门16。
所述暖通空调系统10是可控制的，以便降低机械间隙期间元件发生碰撞产生的噪音。所述执行器12的初始化是最简单的例子。
当所述暖通空调系统10首次被激活时，所述执行器12是静止的，并且执行器12、控制杆14和风门16之间的机械间隙会产生一些影响。在现有技术中，通过全功率P1驱动执行器，所述执行器的电机将被带到全速，如图3a的上侧虚线DP所示。一旦系统中机械间隙引起的松弛被克服，驱动电源将达到稳态，即驱动电源P2。在所述暖通空调系统系统轻载期间，也就是图3a所示的时刻T0和T1之间，发出的噪音相对较高，与驱动电源成正比。转子的速度如图3b中的虚线RV所示，当负载最小时，转子快速加速到一峰值速度V1，然后达到稳态，即速度V2。
在本发明实施例中，所述控制器22发送一执行指令到电机20，也就是一激活指令。然而，基于所述位置传感器24测量的执行器12、控制杆14和/或风门16的位置，以及所述机械间隙的信息，所述控制器22可以计算出转子所需的加速度，以适当地移动所述风门16。所述控制器22可以控制所述转子的速度逐渐增加，优选的，提供到电机20的驱动电源从零速驱动电源P1’缓慢、平滑的增加到稳速驱动电源P2’，如图实线DP’所示。因此，所述执行器12可以在没有或基本上没有被过驱动的情况下实现所需的加速度，从而减少由暖通空调系统10发出的噪声。对应的转子速度RV’如图3b中的实线所示，从零速V1’增加到稳速V2’。
可以看出，提供的电机20的驱动电源不会过大，系统不会发生过驱动，因此除了稳态条件下产生的噪音之外，不会产生过多的噪音。
可以理解，相反的方法也可以适用于所述暖通空调系统10的执行器12的停止。当所述风门16到达目标位置时，突然停止所述执行器12会导致负载减小时过驱动，本发明实施例的控制器22可以控制驱动电源随时间缓慢地下降。如此可以缓慢的停止所述风门16，减少整体暖通空调系统的噪音输出。
图4是本发明暖通空调系统的执行器的驱动方法第一实施例的流程图。所述驱动方法包括以下步骤：步骤S101，检测可移动元件14，16和/或所述执行器12的至少一可旋转元件的位置；例如，用位置传感器24，例如霍尔传感器检测。步骤S102，确定执行指令，以实现所述执行器12的驱动；例如执行器的激活、停止或者改变方向。步骤S103，计算所述执行器12需求的加速度或者减速度，通过机械链路向风门16执行所述执行指令。步骤S104，在稳速驱动电源P2’和零速驱动电源P1’之间改变执行器的驱动电源，以在没有或基本上没有过驱动执行器12的情况下实现产生所述需求的加速度或者减速度，从而降低暖通空调系统10的噪音输出。例如，一进入机械间隙，就自动执行所述步骤S104。
上述零速驱动电源P1’指的是所述执行器12静止状态下的驱动电源。但是，很明显，所述零速驱动电源P1’不一定为零，因为一些执行器可能需要存在保持电流以便维持执行器的位置。此外，上述稳速驱动电源P2’指的是在稳定负载下驱动所述可移动元件移动所需求的驱动电源，不是指在机械间隙中减小的负载下驱动所述可移动元件移动所需求的驱动电源。
基于制造参数，例如，控制杆14的公差，可以在所述存储电路26中预先存储有关机械间隙的信息。例如，可以通过在所述暖通空调系统10的安装或第一操作之前，在学习阶段对所述暖通空调系统10进行预测试，从而允许机械间隙被扫描或测试来实现。然而，可以附加地或替代地将机器学习的形式引入到控制器22逻辑中，使得其能够在操作期间计算机械间隙的位置，可能通过相对于位置传感器24测量的位置的执行器12上的负载和/或基于任何测量的方向信息。
优选的，通过获取代表机械间隙的参数，例如多个空隙的位置和长度，或者与所述机械间隙对应的所述执行器12的至少一可旋转元件的总旋转角度，所述驱动电源的变化可以根据所述机械间隙的参数而最佳化。
优选的，利用所述位置传感器24去感测执行器12的至少一可旋转元件的位置或者暖通空调系统10的至少一可移动元件的位置，计算所述可旋转元件的速率或者所述可移动元件的速率。所述速率的突变可以用来识别所述机械间隙的起始端和末端，因此通过一系列的测试，可以获取代表所述机械间隙的所述可旋转元件的总旋转角度或者所述可移动元件的总旋转角度。
可以理解，如果有关机械间隙的信息或者基于机械间隙所需求的加速度和减速度已被存储于所述存储电路26中，则上述步骤S101和S103是不需要的，例如，直接在步骤S104中根据已存储的加速度或者减速度来改变执行器的驱动电源。
所述存储电路26在暖通空调系统的正常操作过程中是更加有用的，此过程中风门16的方向变化比激活和停止指令更加普遍。当风门16的方向发生变化时，因机械间隙引起的执行器12的过驱动通常是个问题。在这种情况下，了解机械间隙的精确信息变得更加重要，以便所述控制器22能够增加或者减小驱动电源，继而在零速驱动电源P1’和稳速驱动电源P2’之间加速或者减速所述执行器。
同样显而易见的是，可以独立地执行驱动电源的斜坡控制来实现执行器12的初始激活和最终停止，假设这两种情况下，暖通空调系统10中总会有机械间隙。在初始激活所述执行器12时，只有步骤S101和S104是必需的。在步骤S101中，检测可移动元件的位置，以确定所述可移动元件是否开始移动；在步骤S104中，从零速驱动电源开始增加驱动电源，直到所述可移动元件开始移动。因此，所述暖通空调系统10的噪音和所述执行器12的驱动电源可以最小化。
在执行器12正常操作的过程中，所述机械间隙的位置是重要的，特别是方向改变的过程中。所述电机20的转子可能停在任何一点，再次启动时只有一定比率的机械间隙需要考虑。执行器12的软启动可以忽略机械间隙的参数，所述转子不会达到速度RV’直到所述齿轮传动链30完全接合。
图5是本发明暖通空调系统的执行器的驱动方法第二实施例的流程图。所述方法包括：步骤S201，确定暖通空调系统10的机械间隙。所述机械间隙可以被预编程在所述控制器22中，或者在使用暖通空调系统10的过程中利用机械学习的方式确定。步骤S202，检测所述可移动元件14、16或者所述执行器12的至少一可旋转元件的位置，以确定何时进入或者退出所述机械间隙。步骤S203，在所述可移动元件位于机械间隙期间，在稳速驱动电源P2’和零速驱动电源P1’之间改变执行器12的驱动电源，以避免或者减小所述执行器12的过驱动。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种暖通空调系统的执行器的驱动方法，所述执行器包括一用于驱动所述暖通空调系统的风门的电机和一用于侦测所述电机的转子的位置的位置传感器，所述暖通空调系统具有机械间隙，所述机械间隙是由所述暖通空调系统的多个机械元件之间的多个空隙导致的可移动元件的无效运动，所述驱动方法包括以下步骤：
a.确定执行指令；
b.在稳速驱动电源和零速驱动电源之间改变所述执行器的驱动电源，使所述暖通空调系统的执行器的转子实现加速或者减速；
其中，所述驱动电源从零速驱动电源开始增加，直到所述风门开始移动，所述风门是否开始移动通过侦测所述转子的位置确定，
所述执行器的两种致动方向对应不同的机械间隙，所述驱动方法进一步包括根据当前的致动方向确定对应的机械间隙，所述转子的加速度或者减速度基于所述机械间隙而确定。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述执行指令为初始化指令、最终停止指令或者方向变化指令。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤a中，通过获取代表所述暖通空调系统的机械间隙的所述执行器的转子的总旋转角度，确定所述机械间隙，所述转子的加速度或者减速度基于所述机械间隙而确定。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，利用所述位置传感器感测转子的位置，计算所述转子的速率，所述速率的突变用来识别所述暖通空调系统的机械间隙的起始端和末端，从而得到所述机械间隙，所述转子的加速度或者减速度基于所述机械间隙而确定。
5.一种暖通空调系统的执行器的驱动方法，所述执行器包括一用于驱动所述暖通空调系统的风门的电机和一用于侦测所述电机的转子的位置的位置传感器，所述驱动方法包括以下步骤：
a.确定所述暖通空调系统的可移动元件中的机械间隙，所述机械间隙是由所述暖通空调系统的多个机械元件之间的多个空隙导致的可移动元件的无效运动；
b.检测所述执行器的电机的转子的位置，以确定何时进入或者退出所述机械间隙；
c.在所述电机的转子位于所述机械间隙期间，在稳速驱动电源和零速驱动电源之间改变所述执行器的驱动电源，以避免或者减少所述执行器的过驱动；
其中，所述驱动电源从零速驱动电源开始增加，直到所述风门开始移动，所述风门是否开始移动通过侦测所述转子的位置确定。
6.一种暖通空调系统，包括：
执行器，具有电机，所述电机包括一转子和一相关联的位置传感器，用于侦测所述转子的位置；
至少一风门通过一可移动元件连接所述执行器，所述可移动元件的移动存在机械间隙，所述机械间隙是由所述暖通空调系统的多个机械元件之间的多个空隙导致的可移动元件的无效运动；
控制器，用于控制所述执行器；
其特征在于：所述暖通空调系统进一步包括一存储电路，所述存储电路与所述控制器相关联且存储所述机械间隙的信息；当所述位置传感器检测到所述转子位于所述机械间隙中时，所述控制器控制所述执行器的驱动电源在稳速驱动电源和零速驱动电源之间改变，所述驱动电源从零速驱动电源开始增加，直到所述风门开始移动，所述风门是否开始移动通过侦测所述转子的位置确定。
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