CN1277081C

CN1277081C - 控制装置

Info

Publication number: CN1277081C
Application number: CNB031364071A
Authority: CN
Inventors: 铃木谦一; 井上敦雄; 菅原启
Original assignee: Sanden Corp
Current assignee: Sanden Corp
Priority date: 2002-05-15
Filing date: 2003-05-15
Publication date: 2006-09-27
Anticipated expiration: 2023-05-15
Also published as: EP1362725B1; MY136619A; AU2003204000A1; EP1362725A2; EP1362725A3; CN1458475A; DE60303742T2; DE60303742D1

Abstract

一种控制装置，包括：控制对象输出目标响应计算装置，其用于计算和指定在控制对象的输出值达到目标值的过渡状态中的目标响应；以及控制对象输出估计装置，用于根据由控制对象输出目标响应计算装置所指定的目标响应来估计在用于达到目标值的过渡状态中的控制对象的输出值，控制对象输出估计装置中的控制对象的输出值的估计通过包括时间为变量的方程来进行。这样就提供了一种适用于车辆空调器的简单且成本较低的控制装置，其可防止车辆内部温度的过度调节和不足调节，并通过以优化方式来估计过渡状态中的车辆内部温度而提高舒适性。

Description

控制装置

技术领域

本发明涉及一种控制装置，更具体地说是一种尤其适合于车辆空调器的自动空气调节系统的控制装置，其能保持与传统的自动空气调节相当或更佳的性能，同时显著地简化了部件和控制系统，因而可实现一种成本较低的车辆空调机。

背景技术

在具有蒸发器(冷却装置)和加热器(加热装置)的车辆空调器中，通常来说按照设定温度来控制空气混合风门以及冷却装置和加热装置的控制量，并且考虑到各种反馈信号来控制目标吹风温度以使车辆内部温度成为目标温度。例如，在自动的空气调节中，采用热负载检测值如车辆内部温度、外部空气温度、日照量和蒸发器排出空气温度等来计算目标吹风温度，并控制各个控制装置(空气混合风门、用于切换吹风模式并在内部空气和外部空气之间切换用于空气调节的吸入空气的风门等)。

然而在这种传统的自动空气调节中，由于需要许多热负载检测装置和各种温度控制装置的驱动装置，以及需使用许多复杂的控制系统和方程，因此需要耗费大量时间和成本来形成用于空气调节的控制系统。

另外，存在着这样一种情况，即尤其在改变设定温度时吹风温度的过渡响应表现为过度调节或不足调节，特别是如果发生了导致瞬间过高的吹风温度的过度调节情况，那么可能会使驾驶员感到不舒适。因此，在传统的控制中，由于未考虑用于车辆内部温度的吹风温度的响应差异，因此会产生车辆内部温度过度调节或不足调节的情况。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种适用于车辆空调器的控制装置，其可防止车辆内部温度的过度调节和不足调节，通过以优化方式来估计过渡状态中的车辆内部温度来提高舒适性，并且以简单和成本较低的控制系统来实现。

此目的通过根据本发明的控制装置来实现。根据本发明的控制装置包括：控制对象输出目标值设定装置，用于设定控制对象的输出的目标值；控制对象输出检测装置，用于检测控制对象的输出值；控制输入计算装置，用于计算将输入到控制对象中的控制输入以使控制对象的输出值成为目标值；控制对象输出目标响应计算装置，用于计算和指定在控制对象的输出值达到目标值的过渡状态中的目标响应；以及控制对象输出反馈计算装置，用于计算目标响应中的控制对象输出目标值和由控制对象输出检测装置检测到的控制对象的输出值之间的差异。控制装置的特征在于，控制装置具有控制对象输出估计装置，用于根据控制对象输出目标响应计算装置所指定的目标响应来估计用于达到目标值的过渡状态中的控制对象的输出值，控制对象输出估计装置中的控制对象的输出值估计通过包括时间为变量的方程来进行。

在此控制装置中，控制对象输出估计装置中的控制对象的输出值的估计可通过一阶滞后方程或与之近似的方程来进行。

根据本发明的车辆空调器的控制装置包括：车辆内部温度设定装置，用于设定车辆内部的温度；车辆内部温度检测装置，用于检测车辆内部的温度；目标吹风温度计算装置，用于计算吹入到车辆内部的空气的目标温度以使车辆内部的温度成为设定温度；吹风温度控制装置，用于控制吹入到车辆内部的空气；车辆内部温度目标响应计算装置，其用于计算和指定在车辆内部的温度达到设定温度的过渡状态中的目标响应；以及车辆内部温度反馈计算装置，用于计算目标响应中的目标车辆内部温度和由车辆内部温度检测装置检测到的车辆内部温度之间的差异。控制装置的特征在于，控制装置具有车辆内部温度估计装置，用于根据车辆内部温度目标响应计算装置所指定的目标响应来估计用于达到设定温度的过渡状态中的车辆内部温度，车辆内部温度估计装置中的车辆内部温度的估计通过包括时间为变量的方程来进行。

同样，在车辆空调器的这种控制装置中，车辆内部温度估计装置中的车辆内部温度的估计可通过一阶滞后方程或与之近似的方程来进行。

另外，在车辆空调器的控制装置中，车辆内部温度估计装置可具有多个一阶滞后方程或与之近似的方程，可将它们的和确定为车辆内部温度的估计值。

在车辆内部温度估计装置只具有一个一阶滞后方程或与之近似的方程的情况下，优选将估计计算中的时间常数设定在90到180秒的范围内。在车辆内部温度估计装置具有多个方程的情况下，例如在车辆内部温度估计装置具有两个一阶滞后方程或两个与之近似的方程并将它们的和确定为车辆内部温度的估计值的情况下，优选将一个方程计算中的时间常数设定在90到180秒的范围内，而将另一方程计算中的时间常数设定在500到1000秒的范围内。

在适用于车辆空调器的根据本发明的上述控制装置中，根据设定温度来计算和指定达到目标值的响应模型，即自动地计算和指定目标响应，计算用于实现此目标响应所必需的前馈量，将反馈的控制量增加到计算值中，并将其校正为更适宜的控制量。虽然这个前馈控制量通过车辆内部温度估计装置计算为用于达到设定温度的过渡状态中的车辆内部温度估计值，然而此计算通过包括时间为变量的方程、例如一阶滞后方程等或与之近似的方程来进行。通过一阶滞后计算或与之近似的计算，可计算出无过度调节和不足调节的更理想的响应特性，并且由于车辆内部温度据此来进行控制，因此可防止在实际的车辆内部温度中产生过度调节或不足调节。因此，车辆内部温度可控制在所需的目标温度，并能实现更舒适的空气调节。

另外，由于在吹风温度的过渡响应中可以防止过度调节和不足调节的发生，因此就可以防止驾驶员产生在发生这些过度调节和不足调节时存在的不舒适感觉，因此维持了舒适的空气调节。

在上述控制中，由于基本上说反馈信号只是车辆内部温度检测装置的检测信号，并且控制是根据前馈控制而整体地进行，因此不必如传统系统中的控制那样根据许多反馈信号来进行计算和控制。因此，在根据本发明的控制中，通过简单的控制系统就可以根据适当的控制信号来控制车辆内部温度。结果，在维持与传统的自动空气调节相似性能的同时，就过度调节和不足调节来说，可以保证较传统的自动空气调节更优越的性能，可以显著地简化控制系统，并能够大幅度地降低成本。

附图说明

参考附图并从本发明的优选实施例的下述详细介绍中可以理解本发明的其它特征和优点，在图中：

图1是作为根据本发明一个实施例的控制装置的车辆空调器的示意图。

图2是显示了图1所示空调器中的控制示例的框图。

图3是显示了图2所示控制进行的车辆内部温度估计的例子的图。

具体实施方式

图1显示了作为根据本发明一个实施例的控制装置的车辆空调器的示意性结构。在图1中，标号1表示车辆空调器的机械部分。在空气管道2的入口侧设有转换风门5，用于控制从内部空气引入端口3中吸入的空气量与从外部空气引入端口4中吸入的空气量之比。所引入的空气被鼓风机7吸取并传送到空气管道2中，鼓风机7由电动机6驱动。鼓风机7所传送的空气量由控制电动机6来调节。

在鼓风机7下游的某一位置处设置了蒸发器8作为冷却器，而在蒸发器8下游的某一位置处设置了热水加热器9作为加热器。由发动机(未示出)提供的发动机冷却水10在作为加热器的热源的热水加热器9中循环，所吸入的空气被热水加热器9加热。

在制冷回路11中循环的制冷剂被提供给蒸发器8。在此实施例中，制冷剂被固定排量压缩机12压缩，压缩机的排量可由离合器控制器16所控制的离合器(未示出)来改变。所压缩的制冷剂被冷凝器13冷凝，通过贮槽14和膨胀阀15传送给蒸发器8，并从蒸发器8吸入到压缩机12中。在此实施例的压缩机12的操作中，在空气调节的操作过程中，压缩机12总是通过离合器控制器16的控制而进行操作。

在紧接于热水加热器9下游的某一位置处设置了空气混合风门17。通过调节由空气混合风门致动器18所操作的空气混合风门17的开度，可以控制通过热水加热器9的空气量与绕过热水加热器9的空气量之比。

已进行了温度调节的空气通过各个排气端口19，20和21(例如DEF模式的排气端口19，VENT模式的排气端口20和FOOT模式的排气端口21)传送到车辆内部。还分别设置了用于各排气端口19，20和21的开启/关闭操作控制的风门22，23和24。

根据由主控制器25发出的信号来控制上述压缩机12的离合器控制器和空气混合风门致动器18。在主控制器25中输入来自车辆内部温度设定装置26的设定温度信号和来自内部空气温度传感器27的检测信号。另外，在此实施例中，在蒸发器8的离开侧设置了蒸发器离开侧空气温度传感器28，并将其检测温度输入到主控制器25中。

采用上述系统，在主控制器25中进行根据本发明的控制，其例如如图2所示。

根据由车辆内部温度设定装置26所设定的设定温度Tset(车辆内部温度的目标值)，通过车辆内部温度目标响应计算装置来计算出从预设的初始值(例如25℃的室温)到达到设定温度的目标值的目标响应模型Tf，在此实施例中，考虑到车辆内部温度的响应差异，通过两个车辆内部温度估计模型Tf1和Tf2并将其计算值相加，可以计算出车辆内部温度目标响应Tf来作为车辆内部温度的估计值，如下所述。

Tf＝Tf1+Tf2

Tf1＝(TL×Tset+Tc1×Tf1(先前值))/(Tc1+TL)

Tf2＝(TL×Tset+Tc2×Tf2(先前值))/(Tc2+TL)

其中TL为控制周期，Tc1和Tc2为车辆内部温度响应指定参数。Tf1和Tf2为一阶滞后方程。

也就是说，如图3所示，作为车辆内部温度目标响应的车辆内部温度估计值Tf确定为Tf1与Tf2之和，各个车辆内部温度估计值分量Tf1和Tf2确定为由一阶滞后方程或与之近似的方程所计算出的值。在这两个一阶滞后方程中，优选将一个方程计算中的时间常数设定在90到180秒的范围内，而将另一方程计算中的时间常数设定在500到1000秒的范围内。在图3所示的示例中，一个一阶滞后计算(Tf1的计算)中的时间常数设定为150秒，而另一一阶滞后计算(Tf2的计算)中的时间常数设定为700秒。在这里，“时间常数”指达到63.2％响应的时间。

因此，通过计算出时间常数彼此不同的多个(在上述示例中为2个)车辆内部温度估计值分量Tf1与Tf2之和来作为车辆内部温度的估计值Tf，可以得到更理想的响应特性，在下述吹风温度及最终的车辆内部温度的控制中，可以更好地防止过度调节和不足调节的发生。

这里，在车辆内部温度估计装置只具有一个一阶滞后方程的情况下，优选将计算中的时间常数设定在90到180秒的范围内。

再次参考图2，在目标吹风温度Toc的计算中，相对于上述车辆内部温度响应目标值Tf来确定目标吹风温度的前馈计算值Toc1。然后，从车辆内部温度响应目标值Tf中确定目标吹风温度的反馈计算值Toc2，这样就真实地检测出了车辆内部温度TR。

通过下述方程来从目标吹风温度的前馈计算值Toc1与反馈计算值Toc2之和中计算出目标吹风温度Toc：

Toc＝Toc1+Toc2。

根据目标吹风温度Toc的这个计算结果，通过下述方程来计算空气混合风门的开度AMD：

AMD＝f(Toc)。

在此实施例中，对于此计算来说，还采用了加热器进入侧热水温度TW(通常来说此温度检测为发动机冷却水温度)和蒸发器离开侧的空气温度Te，并通过下述方程来计算AMD：

AMD＝f(Toc，TW，Te)。

所计算出的空气混合风门开度信号(空气混合风门位置信号)AMD输出给空气混合风门致动器18，这样就可真实地控制空气混合风门的开度。

在这种控制中，符合设定温度的目标响应模型基本上作为前馈信号来计算，采用来自车辆内部温度传感器(内部空气温度传感器27)的检测信号的反馈控制与之独立地进行。因此，可通过反馈信号适当地校正前馈信号，所校正的信号确定为控制信号，用于控制具有足够高可靠性的吹风温度。而且，由于基本上只有一个反馈信号为在此时实际检测到的车辆内部温度的信号，同时控制系统非常简单，因此可以良好的稳定性和良好的响应特性来实现舒适的空气调节控制。

另外，在此实施例中，通过下述方程来从上述目标吹风温度Toc中计算出冷却器离开侧的空气温度TVI：

TVI＝f(Toc)，

并通过下述方程来从上述设定温度Tset中计算出冷却器离开侧的空气温度TVII：

TVII＝f(Tset，RH)，

其中，RH为目标车辆内部相对湿度，其为一个固定的设定值。将这样计算出的TVI和TVII中的一个较小值确定为冷却器离开侧的空气温度的目标值TV，根据此TV将离合器控制信号输出给离合器控制器16。在离合器控制器16中，进行控制以使冷却器离开侧的空气温度的检测值Te成为上述目标值TV。

因此，通过根据TV来控制离合器控制器16，从而控制压缩机12的操作，就可以进行最少的必要操作，可提高节约能源的性能。另外，由于制冷剂的蒸发温度也得到优化，因此可进一步提高空气调节中的舒适性。

Claims

1.一种控制装置，包括：控制对象输出目标值设定装置，用于设定控制对象的输出的目标值；控制对象输出检测装置，用于检测所述控制对象的输出值；控制输入计算装置，用于计算将输入到所述控制对象中的控制输入以使所述控制对象的所述输出值成为所述目标值；控制对象输出目标响应计算装置，用于计算和指定在所述控制对象的所述输出值达到所述目标值的过渡状态中的目标响应；以及控制对象输出反馈计算装置，用于计算所述目标响应中的控制对象输出目标值和由所述控制对象输出检测装置所检测到的所述控制对象的所述输出值之间的差异，其特征在于，所述控制装置具有控制对象输出估计装置，用于根据由所述控制对象输出目标响应计算装置所指定的所述目标响应来估计用于达到所述目标值的所述过渡状态中的所述控制对象的输出值，所述控制对象输出估计装置中的所述控制对象的所述输出值的估计通过包括时间为变量的方程来进行。

2.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，所述控制对象输出估计装置中的所述控制对象的所述输出值的估计通过一阶滞后方程来进行。

3.一种车辆空调器中的控制装置，包括：车辆内部温度设定装置，用于设定车辆内部温度；车辆内部温度检测装置，用于检测所述车辆内部温度；目标吹风温度计算装置，用于计算吹入到所述车辆内部的空气的目标温度以使所述车辆内部温度成为设定温度；吹风温度控制装置，用于控制吹入到所述车辆内部的所述空气；车辆内部温度目标响应计算装置，其用于计算和指定在所述车辆内部温度达到所述设定温度的过渡状态中的目标响应；以及车辆内部温度反馈计算装置，用于计算所述目标响应中的目标车辆内部温度和由所述车辆内部温度检测装置检测到的所述车辆内部温度之间的差异，其特征在于，所述控制装置具有车辆内部温度估计装置，用于根据所述车辆内部温度目标响应计算装置所指定的所述目标响应来估计用于达到所述设定温度的所述过渡状态中的车辆内部温度，所述车辆内部温度估计装置中的所述车辆内部温度的估计通过包括时间为变量的方程来进行。

4.根据权利要求3所述的车辆空调器中的控制装置，其特征在于，所述车辆内部温度估计装置中的所述车辆内部温度的所述估计通过一阶滞后方程来进行。

5.根据权利要求3所述的车辆空调器中的控制装置，其特征在于，所述车辆内部温度估计装置具有多个一阶滞后方程，将它们的和确定为车辆内部温度的估计值。

6.根据权利要求3所述的车辆空调器中的控制装置，其特征在于，所述车辆内部温度估计装置具有一个一阶滞后方程，用于估计的计算中的时间常数设定在90到180秒的范围内。

7.根据权利要求3所述的车辆空调器中的控制装置，其特征在于，所述车辆内部温度估计装置具有两个一阶滞后方程，它们的和确定为车辆内部温度的估计值，其中一个方程的计算中的时间常数设定在90到180秒的范围内，而另一方程的计算中的时间常数设定在500到1000秒的范围内。