KR101919846B1 - 차량 공기 조화 시스템의 과열도를 제어하기 위한 방법 및 차량 공기 조화 시스템 - Google Patents

차량 공기 조화 시스템의 과열도를 제어하기 위한 방법 및 차량 공기 조화 시스템 Download PDF

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Abstract

차량 공기 조화 시스템의 과열도를 제어하기 위한 방법 및 차량 공기 조화 시스템이 개시된다. 방법은 실시간으로 실제 과열도, 미리 설정된 과열도, 및 실제 과열도의 변동에 영향을 미치는 피드 포워드 정보를 획득하는 단계; 및 차량 공기 조화 시스템의 과열도를 제어하기 위해 획득된 실제 과열도, 미리 설정된 과열도 및 피드 포워드 정보에 따라 실시간으로 전자 팽창 밸브의 개도를 조정하는 단계를 포함한다.

Description

차량 공기 조화 시스템의 과열도를 제어하기 위한 방법 및 차량 공기 조화 시스템{METHOD FOR CONTROLLING DEGREE OF SUPERHEAT OF VEHICLE AIR-CONDITIONING SYSTEM, AND VEHICLE AIR-CONDITIONING SYSTEM}
본 출원은 차량 공기 조화 시스템의 과열도를 제어하기 위한 방법 및 차량 공기 조화 시스템에 관한 것으로서, 특히 차량 공기 조화 시스템의 과열도를 제어하기 위한 방법, 및 전자 팽창 밸브의 개도가 압축기 및/또는 증발기 팬의 피드 포워드 정보(feed forward information), 실제 과열도 및 미리 설정된 과열도를 통해 제어되는 차량 공기 조화 시스템에 관한 것이며, 본 출원은 차량 공기 조화의 기술 분야에 속한다.
차량 공기 조화 시스템은 주로 압축기, 응축기, 스로틀 요소(throttling element) 및 증발기를 포함한다. 압축기로부터 배출되는 고온 및 고압을 가진 가스 냉매는 응축기에 의해 응축된 후에 액체 냉매로 변화한다. 액체 냉매는 스로틀 요소에 의해 스로틀링되고 감압되고, 그 후 증발기에서 증발기 외부의 공기로 열을 교환하기 위해 증발기로 진입하고, 가스 냉매로 변화하여 압축기로 다시 흐르며, 따라서 냉동 사이클을 달성한다. 공기는 증발기에 의해 냉각된 후 차실(vehicle compartment)로 들어가고, 차실 내의 온도가 차실 내의 미리 설정된 온도보다 낮거나 높은 경우, 과열도는 스로틀 요소의 개도를 제어하고 조정함으로써 제어된다.
통상의 엔진 자동차에서, 공기 조화 시스템의 압축기는 벨트를 통해 엔진에 직접 연결되며, 따라서 압축기의 회전 속도는 제어될 수 없다. 에너지 절약과 환경 친화적 하이브리드 자동차 및 전기 자동차의 점진적인 대중화로, 더 많은 자동차가 공기 조화 냉동 사이클을 위한 원동력을 제공하기 위해 압축기를 구동하도록 통상의 풀리 구동된 압축기를 대체하기 위한 전기 압축기를 채용한다. 종래의 자동차 공기 조화 시스템은 주로 스로틀 요소로서 열 팽창 밸브를 채용하고, 열 팽창 밸브가 전기 압축기 시스템에 사용되는 경우, 다음과 같은 문제가 존재한다.
열 팽창 밸브의 밸브 니들의 동작이 밸브의 벌브에 대응하는 포화 압력과 파이프라인의 압력 사이의 압력 차에 의해 구동되고, 완전히 기계적인 힘에 의해 결정된다. 따라서, 열 팽창 밸브는 압축기 또는 증발기 팬의 작업 조건의 급격한 변화에 신속하고 정확하게 응답할 수 없다. 열 팽창 밸브는 시스템의 여러 파라미터에 따라 대응하는 개도를 결정할 수 없으며, 과열도의 제어는 안정적이지 않으며, 따라서 공기 유출(air-out) 온도의 쾌적도에 악영향을 미친다. 현재 새로운 에너지 자동차의 대부분은 격실을 냉각하는데 적용될 뿐만 아니라 배터리 및 주파수 변환기를 냉각하는데도 적용되도록 공기 조화 시스템을 필요로 하며, 열 팽창 밸브가 이러한 이중 증발기 타입의 공기 조화 시스템에 채용되는 경우에, 열 팽창 밸브는 시스템의 동작 동안에 완전히 차단될 수 없으며, 따라서 증발기 또는 열 교환기만이 작업하는 경우에 유체는 공기 조화 시스템의 다른 측으로 여전히 흐르며, 이에 의해 효율에 악영향을 미친다. 또한, 다량의 액체가 비작업 측에서 저압 파이프라인에 축적되어, 시스템의 충전량을 증가시키며, 따라서 시스템은 비교적 큰 액체 누산기를 사용할 것을 필요로 하며, 이는 비용을 증가시킨다.
공기 조화 시스템에서 스로틀 요소로서의 열 팽창 밸브를 전자 팽창 밸브로 대체하는 것은 다음과 같은 이점을 갖는다.
전자 팽창 밸브는 공기 조화 시스템에서의 다양한 파라미터에 따라 조정될 수 있고, 대응하는 제어 전략은, 다양한 작업 조건에 따라, 냉각 시스템의 효율을 향상시키고, 에너지를 절약하며 환경을 보호하는 목적을 달성하기 위해 적시에 조정될 수 있다. 전자 팽창 밸브에 의해 과열도를 제어하는 것은 열 팽창 밸브에 의해 과열도를 제어하는 것보다 더 평활하며, 따라서 공기 유출 온도가 안정할 수 있도록 하고, 쾌적도가 개선된다.
가정용 또는 상업용 공기 조화기의 작업 조건이 안정하고, 냉각 시스템의 부하가 적게 변화하며, 가정용 또는 상업용 공기 조화는 일반적으로 전자 팽창 밸브의 개도를 제어하고 냉동 능력을 제어하기 위해 과열도를 비례 적분 미분(proportion integration differentiation; PID) 입력 파라미터로서 간단히 채용하기 때문에, 현재 가정용 또는 상업용 공기 조화기는 전자 팽창 밸브를 스로틀 요소로서 채용한다. 그러나, 자동차용 공기 조화기는 가정용 또는 상업용 공기 조화기와 상이하고, 차량 공기 조화기의 작업 조건는 급속히 변화하며, 따라서 과열도를 이용하여 전자 팽창 밸브를 간단히 조정하는 것은 느린 응답 속도의 문제를 가지며, 쉽게 과잉 규제된다.
(특허 제200510021304.7호와 같은) 개시된 특허에서, 스로틀 요소로서 전자 팽창 밸브를 사용하는 전기 자동차의 공기 조화 시스템에 대한 제어 방법이 제안되며, 압축기의 회전 속도 및 전자 팽창 밸브의 개도는 제어 방법으로 객실의 온도 센서에 의해 조정되지만, 공기 조화 시스템에 대한 이러한 제어 방법은 증발기 팬의 속도와 시스템의 온도 및 압력과 같은 파라미터를 고려하지 않으며, 작업 조건이 변화하는 경우에, 시스템 효율의 저하, 압축기의 액체 해머(liquid hammer)와 같은 여러 가지 문제가 야기될 수 있다.
상술한 종래의 기술에 존재하는 문제를 해결하기 위해, 차량 공기 조화 시스템의 과열도를 제어하기 위한 방법 및 차량 공기 조화 시스템이 본 출원에 따라 제공되며, 본 출원에서 전자 팽창 밸브는 스로틀 요소로서 채용되고, 전자 팽창 밸브의 개도를 조정하기 위해 입력 파라미터로서 실제 과열도를 채용하는 것 이외에, 실제 과열도에 영향을 미치는 피드 포워드 정보는 추가로 전자 팽창 밸브의 개도를 제어하기 위해 채용되며, 따라서 응답 속도는 빠르고, 과열도의 제어는 평활하다.
본 출원에 따른 기술적 솔루션은 다음과 같다.
차량 공기 조화 시스템의 과열도를 제어하기 위한 방법은 제어 시스템에 의해 실제 과열도, 미리 설정된 과열도, 및 실시간으로 실제 과열도에 영향을 미치는 피드 포워드 정보를 획득하는 단계; 및 차량 공기 조화 시스템의 과열도를 제어하기 위해 획득된 실제 과열도, 미리 설정된 과열도 및 피드 포워드 정보에 따라 실시간으로 전자 팽창 밸브의 개도를 조정하는 단계를 포함한다.
본 명세서에서 미리 설정된 과열도는 단순히 어떤 고정된 값을 나타내지 않으며, 미리 설정된 과열도는 대응하는 구간에서의 대응하는 값, 또는 대응하는 값이 대응하는 작업 조건에 따라 조회될 수 있는 테이블, 또는 피팅(fitting)에 기초하여 획득될 수 있는 식 등일 수 있으며, 각각의 시스템에 대한 미리 설정된 과열도는 테스트, 분석, 또는 피팅의 결과에 따라 제어 장치에 내장된다. 본 명세서에서, 용어 "실시간으로 실제 과열도를 획득하는"에서 "실시간"은 획득 주파수(acquisition frequency)와, 1Hz와 같은 시스템의 고유 샘플링 주파수 이상인 제어 주파수를 나타내며, 동일한 프로그램에 대해, 획득 주파수 및 제어 주파수는 서로 동일해야 하거나, 제어 주파수는 실시간 획득 주파수의 정수배이다. 본 명세서에서, "실시간으로 전자 팽창 밸브의 개도를 조정하는"에서 "실시간"은 제어 신호가 필요한 조정량이 프로그램에 의해 설정된 최소값에 도달한(즉 최소값이 이상인) 후에 전자 팽창 밸브의 개도를 조절하기 위해 출력될 수 있음을 나타내고, 전자 팽창 밸브는 필요한 조정량이 매우 작고, 즉 프로그램에 의해 설정된 최소값보다 작은 경우에는 동작하지 않으며; 프로그램에 의해 설정된 최소값은 전자 팽창 밸브가 위치되는 개도 간격의 변화에 따라 변화할 수 있다.
피드 포워드 정보는 압축기의 회전 속도 및/또는 배기량(displacement)의 변화; 및/또는 증발기 팬의 회전 속도의 변화를 포함할 수 있다.
"차량 공기 조화 시스템의 과열도를 제어하기 위해 실제 과열도, 미리 설정된 과열도 및 피드 포워드 정보에 따라 실시간으로 전자 팽창 밸브의 개도를 조정하는" 특정 제어 방법은 과열도의 차이 값을 얻기 위해 획득된 실제 과열도와 미리 설정된 과열도를 비교하고, 과열도의 차이 값에 따라 전자 팽창 밸브의 개도의 대응하는 제 1 조정 량을 얻는 단계; 및 압축기의 회전 속도 또는 배기량의 변화 정보 및/또는 증발기 팬의 회전 속도의 변화 정보에 따라 전자 팽창 밸브의 개도의 대응하는 제 2 조정 량을 획득하는 단계; 및 전자 팽창 밸브의 개도의 제 1 조정 량 및 전자 팽창 밸브의 개도의 제 2 조정 량에 따라 전자 팽창 밸브의 개도를 조정하는 단계를 포함한다.
전자 팽창 밸브의 개도의 제 1 조정 량 Vout1은 다음의 식을 계산함으로써 획득될 수 있다:
Figure 112016014822738-pct00001
식에서, e는 실제 과열도와 미리 설정된 과열도 사이의 과열도의 차이 값이고, Kp는 비례 계수이고, Kd는 미분 계수이고, Ki는 적분 계수이며, C는 보정 계수이다.
전자 팽창 밸브의 개도의 제 2 조정 량 Vout2은 전자 팽창 밸브의 개도의 제 2 조정 량의 제 1 부분 Vout21과, 전자 팽창 밸브의 개도의 제 2 조정 량의 제 2 부분 Vout22 중 어느 하나 또는 이의 합이고, 전자 팽창 밸브의 개도의 제 2 조정 량의 제 1 부분 Vout21은 다음의 식을 계산함으로써 얻을 수 있다:
Figure 112016014822738-pct00002
또는 식
Figure 112016014822738-pct00003
또는 식
Figure 112016014822738-pct00004
전자 팽창 밸브의 개도의 제 2 조정 량의 제 2 부분 Vout22은 다음의 식을 계산함으로써 얻을 수 있다:
Figure 112016014822738-pct00005
식에서, KCS은 압축기의 회전 속도의 피드백 계수이고, CS는 압축기의 회전 속도이고, BS는 증발기 팬의 회전 속도이고, KBS는 증발기 팬의 피드백 계수이고, CD는 압축기의 배기량이며, KCD는 압축기의 배기량의 피드백 계수이다.
전자 팽창 밸브의 개도가 전자 팽창 밸브의 개도의 제 1 조정 량 Vout1과 전자 팽창 밸브의 개도의 제 2 조정 량 Vout2에 따라 조정되는 경우에, 전자 팽창 밸브의 개도의 제 1 조정 량 Vout1과 전자 팽창 밸브의 개도의 제 2 조정 량 Vout2은 합산되어, 개도를 조정하기 위한 제어 신호는 전자 팽창 밸브의 제어 단자로 출력된다.
전자 팽창 밸브의 개도가 전자 팽창 밸브의 개도의 제 1 조정 량 Vout1과 전자 팽창 밸브의 개도의 제 2 조정 량 Vout2을 합산함으로써 얻어지는 전자 팽창 밸브의 개도의 조정 량이 현재 전자 팽창 밸브가 현재 위치되는 개도 간격의 제어 시스템에 설정된 최소 동작 단계보다 작은 경우에, 전자 팽창 밸브는 움직이지 않으며; 전자 팽창 밸브의 개도의 조정 량이 현재 전자 팽창 밸브가 위치되는 개도 간격의 제어 시스템에 설정된 최소 동작 단계 이상인 경우에, 전자 팽창 밸브는 움직이며, 따라서 시스템에 대한 외란(disturbance)을 감소시킨다.
더욱이, 전자 팽창 밸브의 개도가 전자 팽창 밸브의 개도의 제 1 조정 량 Vout1과 전자 팽창 밸브의 개도의 제 2 조정 량 Vout2을 합산함으로써 얻어지는 개도의 조정 량은 전자 팽창 밸브의 개도의 최대 변화율 이하이거나, 또는 다시 말하면, 전자 팽창 밸브가 고정된 조정 사이클에서 움직일 수 있는 전자 팽창 밸브의 개도의 변화보다 작다.
차량 공기 조화 시스템의 과열도에 대한 제어 방법은 추가로
제어 시스템에 의해, 전자 팽창 밸브의 개도를 획득하고, 전자 팽창 밸브 및 전자 팽창 밸브와의 통신이 실제 과열도, 미리 설정된 과열도 및 획득된 전자 팽창 밸브의 개도에 따라 결함 상태에 있는지를 판단하는 단계를 포함할 수 있으며; 본 명세서에서 "전자 팽창 밸브의 개도를 획득하는" 것은 전자 팽창 밸브의 이론적 개도를 획득하는 것을 의미한다.
판단 결과가 전자 팽창 밸브 및 전자 팽창 밸브와의 통신이 결함 상태에 있다면, 제어 시스템은 제어 신호를 실행 제어 메커니즘(executive control mechanism)으로 출력하고, 실행 제어 메커니즘은 차량 공기 조화 시스템의 과열도를 조정하기 위해 차량 공기 조화 시스템에서 실제 과열도의 변화에 영향을 미치는 장치의 파라미터를 조정하는 것을 제어하며, 차량 공기 조화 시스템에서 실제 과열도의 변화에 영향을 미치는 장치의 파라미터는 압축기의 회전 속도 및/또는 배기량 C1 및/또는 증발기 팬의 회전 속도 C2를 포함한다.
게다가, 판단 결과는 전자 팽창 밸브 및 전자 팽창 밸브와의 통신이 결함 상태에 있다는 것을 전제로 한다.
실제 과열도가 제 1 미리 설정된 보조 과열도보다 큰 경우에, 제어 신호는 실행 제어 메커니즘으로 출력하고, 실행 제어 메커니즘은 압축기의 회전 속도 또는 배기량 C1을 감소시키거나, 증발기 팬의 회전 속도 C2를 감소시키며, 또는 압축기를 턴오프시키는 것을 제어한다.
실제 과열도가 제 2 미리 설정된 보조 과열도보다 작은 경우에, 제어 신호는 실행 제어 메커니즘으로 출력하고, 실행 제어 메커니즘은 압축기의 회전 속도 또는 배기량 C1을 증가시키거나, 증발기 팬의 회전 속도 C2를 증가시키며, 또는 압축기를 턴오프시키는 것을 제어한다.
실제 과열도가 제 2 미리 설정된 보조 과열도 이상이고, 제 1 미리 설정된 보조 과열도 이하인 경우에, 제어 신호는 실행 제어 메커니즘으로 출력하고, 실행 제어 메커니즘은 압축기의 회전 속도 또는 배기량 C1 및 증발기 팬의 회전 속도 C2를 그대로 유지하는 것을 제어한다.
본 출원에 따라 압축기 세트 및 스로틀 요소를 포함하는 차량 공기 조화 시스템이 더 제공되며, 압축기 세트는 압축기, 응축기, 응축기 팬, 증발기 및 증발기 팬을 포함하고, 스로틀 요소는 전자 팽창 밸브를 포함하며; 차량 공기 조화 시스템은 제 2 획득 모듈, 제 2 제어기 및 실행 제어 메커니즘을 더 포함한다.
제 1 획득 모듈은 실제 과열도와 실시간으로 실제 과열도의 변화에 영향을 미치는 피드 포워드 정보를 획득하도록 구성된다.
제 1 제어기는 미리 설정된 과열도를 저장하고, 실제 과열도 및 피드 포워드 정보를 수신하며, 실제 과열도, 미리 설정된 과열도 및 피드 포워드 정보에 따라 실시간으로 전자 팽창 밸브의 개도를 조정하도록 구성된다.
피드 포워드 정보는 압축기의 회전 속도 및/또는 배기량의 변화; 및/또는 증발기 팬의 회전 속도의 변화를 포함한다.
제 1 제어기는 차량 제어기 영역 네트워크(CAN) 버스 또는 차량 로컬 상호 접속 네트워크(LIN) 버스를 통해 전자 팽창 밸브와 통신하며; 제 1 획득 모듈은 차량 CAN 버스 또는 차량 LIN 버스를 통해 제 1 제어기와 통신한다.
제 1 제어기는 비례 적분 미분(PID) 제어 모듈, 피드 포워드 제어 모듈, 및 실행 제어 모듈을 포함한다.
PID 제어 모듈은 미리 설정된 과열도를 저장하고, 과열도의 차이 값을 얻기 위해 미리 설정된 과열도와 수신되는 실제 과열도를 비교하며, 과열도 및 변화의 차이 값에 따라 전자 팽창 밸브의 개도의 대응하는 제 1 조정 량을 얻도록 구성된다.
피드 포워드 제어 모듈은 압축기의 회전 속도 및/또는 배기량의 변화, 및/또는 수신된 증발기 팬의 회전 속도의 변화의 량에 따라 전자 팽창 밸브의 개도의 대응하는 제 2 조정 량을 얻도록 구성된다.
실행 제어 모듈은 전자 팽창 밸브의 개도의 제 1 조정 량 및 전자 팽창 밸브의 개도의 제 2 조정 량에 따라 전자 팽창 밸브의 개도를 조정하기 위해 제어하도록 구성된다.
PID 제어 모듈에서, 전자 팽창 밸브의 개도의 제 1 조정 량 Vout1은 다음의 식을 계산함으로써 얻을 수 있다:
Figure 112016014822738-pct00006
식에서, e는 과열도의 차이 값이고, Kp는 비례 계수이고, Kd는 미분 계수이고, Ki는 적분 계수이며, C는 보정 계수이다.
피드 포워드 제어 모듈에서, 전자 팽창 밸브의 개도의 제 2 조정 량 Vout2은 다음과 같은 계산에 의해 얻어지고, 전자 팽창 밸브의 개도의 제 2 조정 량 Vout2은 전자 팽창 밸브의 개도의 제 2 조정 량의 제 1 부분 Vout21과, 전자 팽창 밸브의 개도의 제 2 조정 량의 제 2 부분 Vout22 중 어느 하나 또는 이의 합이며, 전자 팽창 밸브의 개도의 제 2 조정 량의 제 1 부분 Vout21은 다음의 식을 계산함으로써 얻어진다:
Figure 112016014822738-pct00007
또는 식
Figure 112016014822738-pct00008
또는 식
Figure 112016014822738-pct00009
전자 팽창 밸브의 개도의 제 2 조정 량의 제 2 부분 Vout22은 다음의 식을 계산함으로써 얻을 수 있다:
Figure 112016014822738-pct00010
식에서, KCS은 압축기의 회전 속도의 피드백 계수이고, CS는 압축기의 회전 속도이고, BS는 증발기 팬의 회전 속도이고, KBS는 증발기 팬의 피드백 계수이고, CD는 압축기의 배기량이며, KCD는 압축기의 배기량의 피드백 계수이다.
실행 제어 모듈에서, 전자 팽창 밸브의 개도의 제 1 조정 량 Vout1과 전자 팽창 밸브의 개도의 제 2 조정 량 Vout2은 합산되고, 그 후 개도를 조정하기 위한 제어 신호는 전자 팽창 밸브의 제어 단자로 출력된다.
더욱이, 차량 공기 조화 시스템은
실시간으로 전자 팽창 밸브의 개도를 획득하도록 구성된 제 2 획득 모듈;
전자 팽창 밸브 및 전자 팽창 밸브와의 통신이 실제 과열도, 미리 설정된 과열도 및 획득된 전자 팽창 밸브의 개도에 따라 결함 상태에 있는지를 판단하고, 판단 결과가 전자 팽창 밸브 및 전자 팽창 밸브와의 통신이 결함 상태에 있는 것일 때 획득되는 실제 과열도에 따라 제 1 제어 신호를 생성하도록 구성되는 제 2 제어기; 및
제 2 제어기에 의해 전송된 제 1 제어 신호를 수신하고, 차량 공기 조화 시스템에서 실제 과열도의 변화에 영향을 주는 장치의 파라미터를 조정하기 위해 제 1 제어 신호에 따라 제어하도록 구성된 실행 제어 메커니즘로서, 차량 공기 조화 시스템에서 실제 과열도의 변화에 영향을 주는 장치의 파라미터는 압축기의 회전 속도 또는 배기량 C1 및/또는 증발기 팬의 회전 속도 C2를 포함하는 실행 제어 메커니즘을 더 포함한다.
본 출원의 유리한 효과는 본 출원에 따라 차량 공기 조화 시스템의 과열도를 제어하기 위한 방법 및 차량 공기 조화 시스템이 전자 팽창 밸브를 스로틀 요소로서 채용하고; 차량 공기 조화의 작업 조건이 빠르게 변화하는 특징에 따라, 압축기의 회전 속도 및 증발기 팬의 회전 속도가 빈번히 조정되고, 전자 팽창 밸브의 개도를 조정하기 위해 입력 파라미터로서 실제 과열도를 채용하는 것 이외에, 본 출원에 따라 차량 공기 조화 시스템의 과열도를 제어하기 위한 방법 및 차량 공기 조화 시스템은 또한 전자 팽창 밸브이 개도를 제어하기 위해 압축기의 회전 속도의 변화 및/또는 증발기 팬의 회전 속도의 변화와 같은 피드 포워드 정보를 채용하며, 따라서 빠른 응답 속도, 과열도의 평활한 제어, 안정된 공기 유출 온도 및 개선된 쾌적도의 이점을 갖는다는 것이다.
도 1은 본 출원에 따른 차량 공기 조화 시스템의 과열도를 제어하기 위한 방법의 흐름 블록도이다.
도 2는 본 출원에 따른 차량 공기 조화 시스템의 과열도를 제어하기 위한 방법의 실시예를 도시한 흐름 블록도이다.
도 3은 종래 기술과 본 출원에 따른 차량 공기 조화 시스템의 과열도를 제어하기 위한 방법을 비교하여 얻어진 과열도와 제어 시간 간의 관계를 도시한 도면이다.
도 4는 본 출원에 따른 차량 공기 조화 시스템의 과열도를 제어하기 위한 방법의 제 4 실시예를 도시한 흐름 블록도이다.
도 5는 본 출원에 따른 차량 공기 조화 시스템의 과열도를 제어하기 위한 방법의 제 4 실시예에서 결함 진단 프로세스를 도시한 흐름 블록도이다.
도 6은 결함 제어 모드에서 본 출원에 따른 차량 공기 조화 시스템의 과열도를 제어하기 위한 방법의 제 4 실시예를 도시한 흐름 블록도이다.
도 7은 본 출원에 따른 차량 공기 조화 시스템의 제 1 실시예의 구조를 도시한 블록도이다.
도 8은 본 출원에 따른 차량 공기 조화 시스템의 제 2 실시예의 구조를 도시한 블록도이다.
도면에서 실선은 냉매 순환을 나타낸다.
본 출원의 원리 및 특징은 도면과 함께 이하에서 설명되며, 나열된 실시예는 단지 본 출원을 예시하기 위해 의도되며, 본 출원의 범위에 대한 제한으로 해석되지 않아야 한다.
종래의 기술에서, 스로틀 요소로서의 전자 팽창 밸브는 일반적으로 가정용 또는 상업용 공기 조화 시스템에만 사용되고, 전자 팽창 밸브의 개도는 일반적으로 비례 적분 미분(PID) 제어를 수행하기 위해 입력 파라미터로서 실제 과열도만을 취하여 제어되며, 때때로, 쉽게 과잉 조절되는 느린 응답 속도와 같은 문제가 있다. 본 출원에 따른 방법에서, 피드 포워드 제어 전략은 차량 공기 조화 시스템의 전자 팽창 밸브의 개도를 제어하기 위해 채용되며, 즉 PID 입력 파라미터로서 실제 과열도를 취하는 것 이외에, 전자 팽창 밸브의 개도는 실시간으로 획득된 피드 포워드 정보에 따라 더 제어되며, 따라서 이의 응답 속도는 빠르고, 과열도는 평활하게 제어된다.
본 명세서에서, 먼저, 피드 포워드가 다음과 같이 설명된다. 피드 포워드는 시스템의 제어 출력을 나타내며, 시스템의 제어 출력은 제어 대상의 파라미터의 변화에 관련될 뿐만 아니라 제어 대상의 파라미터의 변화에 영향을 미치는 외란 요인에도 관련되며, 예를 들어, 전자 팽창 밸브의 개도의 제어는 실제 과열도의 변화에 관련될 뿐만 아니라, 실제 과열도의 변화에 영향을 주고, 작업 조건이 변화할 때 실제 과열도가 하는 것보다 더 적시에 응답하는 차량 공기 조화 시스템에서의 다른 파라미터에도 관련된다. 따라서, 피드 포워드 제어 전략을 통해, 더 좋은 제어 품질을 달성하기 위해 작업 조건이 변화하고, 제어 대상(실제 과열도)이 영향을 받지 전에 시스템은 조정될 수 있다. 예를 들면, 압축기의 회전 속도 또는 배기량 및 증발기 팬의 회전 속도가 변화하는 것과 동시에 또는 약간 늦게와 과열도가 변화하기 전에, 전자 팽창 밸브의 개도는 사전에 적응 가능하게 조정된다.
도 1을 참조하면, 차량 공기 조화 시스템의 과열도를 제어하기 위한 방법은 다음의 단계(S1 내지 S2)를 포함한다.
단계(S1)에서, 실제 과열도 및 미리 설정된 과열도, 및 실제 과열도의 변화에 영향을 주는 피드 포워드 정보는 실시간으로 획득된다.
단계(S2)에서, 전자 팽창 밸브의 개도는 차량 공기 조화 시스템의 과열도를 제어하기 위해 실제 과열도, 미리 설정된 과열도 및 획득된 피드 포워드 정보에 따라 실시간으로 조정된다.
본 명세서에서 미리 설정된 과열도는 어떤 고정된 값을 나타낼 뿐만 아니라, 미리 설정된 과열도는 대응하는 구간에서의 대응하는 값, 또는 대응하는 값이 대응하는 작업 조건에 따라 조회될 수 있는 테이블, 또는 피팅에 의해 얻을 수 있는 식 등일 수 있다. 다양한 시스템은 상이한 미리 설정된 과열도를 가지며, 미리 설정된 과열도는 테스트, 분석 또는 피팅의 결과에 따라 제어 시스템에 내장될 수 있다. 특정 냉동 시스템의 경우, 전자 팽창 밸브에 대한 대응하는 제어 전략이 개발될 필요가 있다면, 시스템에 대한 많은 성능 테스트는 먼저 어느 정도로 전자 팽창 밸브가 개방되어야 하는지를 알고, 시스템이 특정 상황에 있을 때 최적의 시스템 성능을 달성하도록 수행될 필요가 있다. 데이터를 획득된 후, 다양한 작업 조건에서 성능의 최적 계수(optimum coefficient of performance; COP)에 대응하는 과열도를 획득하기 위해 피팅이 수행될 필요가 있다. 따라서, 관련된 작업 조건에서의 미리 설정된 과열도가 획득되고 제어 시스템에 내장된다.
차량 공기 조화 시스템에서 실제 과열도에 영향을 주는 피드 포워드 정보의 관점에서, 일반적으로, 차량 공기 조화 시스템은 주로 압축기, 응축기, 스로틀 요소 및 증발기를 포함한다. 차량 공기 조화 시스템이 안정된 작업 조건에 있을 때, 압축기의 회전 속도 및 배기량, 증발기 팬의 회전 속도, 차량 외부의 주위 온도, 차량 내의 온도, 및 전자 팽창 밸브의 개도는 모두 비교적 안정된 상태에 있다. 환경이 어떤 순간에 차량 공기 조화 시스템에 교란을 적용할 때, 예를 들어, 차량이 그늘 또는 터널에서 양지의 장소로 운전되어 차량의 온도를 급격히 증가시킬 수 있고, 증발기의 온도가 증가하고, 증발 압력이 증가할 때 작업 조건이 변화한다. 미리 설정된 공기 유출 온도에 도달하기 위해, 압축기의 회전 속도는 점차 증가되고, 증발기 팬의 회전 속도는 점차 증가된다. 이러한 경우에, 전자 팽창 밸브의 개도가 변화하지 않는다면, 이러한 상황은 냉동 능력이 많이 증가되지 않으면서 증발 압력이 감소된다는 것을 발생시킬 수 있고, 실제 과열도가 너무 높은 현상이 발생할 수 있다. 간단히 말해서, 작업 조건이 변화하면, 압축기의 회전 속도(배기량)는 증가되고, 증발기 팬의 회전 속도는 증가되어, 실제 과열도가 증가되도록 할 수 있고, 그 반대로도 가능하다. 그러나, 냉동 시스템이 큰 유량을 갖도록 하기 위해, 전자 팽창 밸브의 개도는 실제 과열도가 설정 값으로 복귀하도록 하기 위해 연속적으로 증가될 필요가 있다.
위의 전체 프로세스로부터 알 수 있는 바와 같이, 작업 조건이 변화하고, 증발기 팬의 회전 속도, 및 압축기의 회전 속도 및/또는 배기량이 어떤 시간 동안(일반적으로, 실제 과열도를 획득하도록 구성된 압력 센서 및 온도 센서의 감도에 따라 결정되는 5초 내지 10초) 증가된 후, 압력 센서 및 온도 센서는 작업 조건의 실제 변화를 알 수 있고, 전자 팽창 밸브의 개도를 조정하기 위해 더 시작할 수 있다.
따라서, 본 출원에 따른 피드 포워드 정보는 바람직하게는 다음과 같다: 가변 배기량 압축기의 경우해, 피드 포워드 정보는 압축기의 회전 속도 및 배기량를 포함하고, 고정된 배기량 압축기의 경우, 피드 포워드 정보는 압축기의 회전 속도; 및/또는 증발기 팬의 회전 속도의 변화 정보를 포함한다. 물론, 위의 전체 프로세스로부터 알 수 있는 바와 같이, 공기 조화 시스템의 동작 원리와 함께, 피드 포워드 정보는 응축기 팬 등의 회전 속도를 더 포함할 수 있다.
본 출원에 따라 제어하기 위한 방법의 3개의 실시예를 도시한 흐름도인 도 2에 대한 참조가 행해진다.
도 2에 도시된 바와 같이, 피드 포워드 정보가 압축기의 회전 속도의 변화인 경우에, 차량 공기 조화 시스템의 과열도를 제어하기 위한 방법은 특히 다음의 단계(S11 내지 S11)를 포함한다.
단계(S11)에서, 실제 과열도, 미리 설정된 과열도, 및 압축기의 회전 속도의 변화 정보는 실시간으로 획득된다.
단계(S21)에서, 실제 과열도, 및 획득된 미리 설정된 과열도는 과열도의 차이 값을 얻기 위해 비교되고, 전자 팽창 밸브의 개도의 대응하는 제 1 조정 량 Vout1은 과열도의 차이 값에 따라 얻어지고, 전자 팽창 밸브의 개도의 제 1 조정 량 Vout1은 다음의 식을 계산함으로써 얻어질 수 있다:
Figure 112016014822738-pct00011
식에서, e는 실제 과열도와 미리 설정된 과열도 사이의 과열도의 차이 값이고, Kp는 비례 계수이고, Kd는 미분 계수이고, Ki는 적분 계수이며, C는 보정 계수이다. 여기서, 비례 계수 Kp, 미분 계수 Kd, 보정 계수 C 및 적분 계수 Ki는 경험 또는 실험 교정 또는 피팅에 따라 얻어질 수 있다.
단계(S22)에서, 전자 팽창 밸브의 개도의 대응하는 제 2 조정 량 Vout2은 획득된 압축기의 회전 속도의 변화 정보에 따라 획득된다. 특히, 전자 팽창 밸브의 개도가 압축기의 회전 속도의 변화 정보에 따라 조정되는 경우에, 이의 제어 원리는 미분 요소와 유사하며, 시간 변화에 따른 압축기의 회전 속도의 변화는 CS(t)의 대응하는 함수를 갖고, 어떤 시간 t0에서의 미분 값은
Figure 112016014822738-pct00012
이며, 따라서 전자 팽창 밸브의 개도의 제 2 조정 량 Vout2은 다음 계산에 따라 얻어질 수 있다:
Figure 112016014822738-pct00013
식에서, KCS는 압축기의 피드백 계수이고, CS는 압축기의 회전 속도이며; 여기서, 압축기의 피드백 계수 KCS는 경험 또는 실험 교정에 따라 얻어진 계수이다.
단계(S23)에서, 제어 시스템은 전자 팽창 밸브의 개도의 제 1 조정 량 Vout1과 전자 팽창 밸브의 개도의 제 2 조정 량 Vout2을 합산하여, 개도를 조정하기 위한 제어 신호를 전자 팽창 밸브의 제어 단자로 출력하고, 전자 팽창 밸브의 개도를 제어하며, 즉 전자 팽창 밸브의 개도의 조정 량 Vout은 다음의 식을 계산함으로써 얻어질 수 있다:
Figure 112016014822738-pct00014
식에서, e는 실제 과열도와 미리 설정된 과열도 사이의 과열도의 차이 값이고, Kp는 비례 계수이고, Kd는 미분 계수이고, Ki는 적분 계수이고, KCS는 압축기의 피드백 계수이고, CS는 압축기의 회전 속도이며, C는 보정 계수이다.
압축기가 가변 배기량 압축기인 경우, 이에 따라 위의 제어 방법에서의 압축기의 회전 속도의 변화가 압축기의 회전 속도의 변화 및 배기량의 변화인 것이 주목되어야 한다.
이하 본 출원의 제 2 실시예가 설명되며, 제 1 실시예와 달리, 본 실시예에서의 피드 포워드 정보는 증발기 팬의 회전 속도의 변화 정보이며, 특정 단계(S11' 내지 S22')는 다음과 같다.
단계(S11')에서, 실제 과열도, 미리 설정된 과열도, 및 증발기 팬의 회전 속도의 변화 정보는 실시간으로 획득된다.
단계(S21')에서, 실제 과열도 및 획득된 미리 설정된 과열도는 과열도의 차이 값을 얻기 위해 비교되고, 전자 팽창 밸브의 개도의 대응하는 제 1 조정 량 Vout1은 과열도의 차이 값에 따라 얻어지며; 특히, 전자 팽창 밸브의 개도의 제 1 조정 량 Vout1은 다음의 식을 계산함으로써 얻어질 수 있다:
Figure 112016014822738-pct00015
식에서, e는 실제 과열도와 미리 설정된 과열도 사이의 과열도의 차이 값이고, Kp는 비례 계수이고, Kd는 미분 계수이고, Ki는 적분 계수이며, C는 보정 계수이며; 여기서, 비례 계수 Kp, 미분 계수 Kd, 적분 계수 Ki는 경험 또는 실험 교정 또는 피팅에 따라 얻어진다.
단계(S22')에서, 전자 팽창 밸브의 개도의 대응하는 제 2 조정 량 Vout2은 획득된 증발기 팬의 회전 속도의 변화 정보에 따라 획득되며; 특히, 전자 팽창 밸브의 개도의 제 2 조정 량 Vout2은 다음 계산에 따라 얻어질 수 있다:
Figure 112016014822738-pct00016
식에서, BS는 증발기 팬의 회전 속도이고, KBS는 증발기 팬의 피드백 계수이며; 여기서, 증발기 팬의 피드백 계수 KBS는 경험 또는 실험 교정 또는 피팅에 따라 얻어진 계수이다.
단계(S23')에서, 전자 팽창 밸브의 개도의 제 1 조정 량 Vout1과 전자 팽창 밸브의 개도의 제 2 조정 량 Vout2은 합산되고, 개도를 조정하기 위한 제어 신호는 전자 팽창 밸브의 제어 단자로 출력되어, 전자 팽창 밸브의 개도를 제어하며, 즉 전자 팽창 밸브의 개도의 조정 량 Vout은 다음의 식을 계산함으로써 얻어질 수 있다:
Figure 112016014822738-pct00017
위의 단계에서, 비례 계수 Kp, 미분 계수 Kd, 적분 계수 Ki 및 피드백 계수 KBS는 경험 또는 실험 교정 또는 시뮬레이션 및 피팅의 방법에 의해 얻어질 수 있다.
더욱이, 위의 단계(S22')에서 실험적 규정에 따라 증발기 팬의 피드백 계수KBS를 얻기 위한 방법이 다음과 같이 구체적으로 설명된다.
본 출원의 제 3 실시예가 이하에 제공되며, 제 1 실시예 및 제 2 실시예와 달리, 본 실시예에서의 피드 포워드 정보는 증발기 팬의 회전 속도의 변화 정보 및 압축기의 회전 속도의 변화 정보를 포함하며, 제어 단계(S11'' 내지 S23'')는 구체적으로 다음과 같다.
단계(S11'')에서, 실제 과열도, 미리 설정된 과열도, 증발기 팬의 회전 속도의 변화 정보 및 압축기의 회전 속도의 변화 정보는 실시간으로 획득된다.
단계(S21'')에서, 실제 과열도 및 획득된 미리 설정된 과열도는 과열도의 차이 값을 얻기 위해 비교되고, 전자 팽창 밸브의 개도의 대응하는 제 1 조정 량 Vout1은 과열도의 차이 값에 따라 얻어진다.
특히, 전자 팽창 밸브의 개도의 제 1 조정 량 Vout1은 다음의 식을 계산함으로써 얻어질 수 있다:
Figure 112016014822738-pct00018
식에서, e는 실제 과열도와 미리 설정된 과열도 사이의 과열도의 차이 값이고, Kp는 비례 계수이고, Kd는 미분 계수이고, Ki는 적분 계수이며, C는 보정 계수이며; 여기서, 비례 계수 Kp, 미분 계수 Kd, 적분 계수 Ki 및 보정 계수 C는 경험 또는 실험 교정 또는 시뮬레이션 및 피팅의 방법에 따라 얻어진 계수이다.
단계(S22'')에서, 전자 팽창 밸브의 개도의 대응하는 제 2 조정 량 Vout2은 압축기의 회전 속도의 변화 정보 및 증발기 팬의 회전 속도의 변화 정보에 따라 얻어진다.
특히, 전자 팽창 밸브의 개도의 제 2 조정 량 Vout2은 다음 식을 계산함으로써 얻어질 수 있다:
Figure 112016014822738-pct00019
식에서, KCS는 압축기의 피드백 계수이고, CS는 압축기의 회전 속도이며; 여기서, BS는 증발기 팬의 회전 속도이고, KBS는 증발기 팬의 피드백 계수이며; 압축기의 피드백 계수 KCS, 및 증발기 팬의 피드백 계수 KBS는 경험, 실험 교정 또는 피팅에 따라 얻어진다.
단계(S23'')에서, 제어 시스템은 전자 팽창 밸브의 개도의 제 1 조정 량 Vout1과 전자 팽창 밸브의 개도의 제 2 조정 량 Vout2을 합산하여, 개도를 조정하기 위한 제어 신호를 전자 팽창 밸브의 제어 단자로 출력하고, 전자 팽창 밸브의 개도를 제어하며, 즉 전자 팽창 밸브의 개도의 조정 량 Vout은 다음의 식을 계산함으로써 얻어질 수 있다:
Figure 112016014822738-pct00020
위의 단계에서, 비례 계수 Kp, 미분 계수 Kd, 적분 계수 Ki 뿐만 아니라 압축기의 피드백 계수 KCS 및 증발기 팬의 피드백 계수 KBS는 또한 경험, 실험 교정 또는 시뮬레이션 및 피팅의 방법에 의해 얻어질 수 있다. 게다가, 피드 포워드 정보는 또한 증발기 팬의 회전 속도의 변화 정보, 및 압축기의 회전 속도 및 배기량의 변화 정보를 포함할 수 있다. 더욱이, 피드 포워드 정보는 응축기 팬의 변화 정보를 더 포함할 수 있다. 어떤 종류의 정보는 피드 포워드 정보가 특정 시스템에 따라 실험 등의 방법에 의해 얻어질 수 있다.
특정 예는 이하에서 본 출원에 따른 제어 방법의 동작 프로세스를 예시하기 위해 설명된다.
차량이 진행 과정 중에 터널에서 양지에 노출된 장소로 운전되면, 차량의 온도는 급격히 증가될 수 있고, 더욱이 증발기의 온도가 증가되고, 증발 압력이 증가된다. 설정된 공기 유출 온도에 따르면, 압축기의 회전 속도는 증가되고, 제어기는 압축기의 회전 속도의 변화 정보를 즉시 획득하고, 전자 팽창 밸브의 개도에 대한 사전 조정을 즉시 수행한다. 압축기의 회전 속도의 증가는 실제 과열도가 증가되도록 할 수 있고, 제어기는 과열도를 획득하고, 과열도의 차이 값 e는 변화할 수 있으며, 따라서, 전자 팽창 밸브의 개도는 조정될 수 있다. 따라서, 전자 팽창 밸브의 개도는 증가하고, 큰 냉매 유량이 시스템으로 가져오게 되고, 냉동 능력이 점차 증가되어, 차실 내의 온도가 점차 감소되고, 미리 설정된 과열도로 거의 반환한다. 따라서 외란은 제거되고, 압축기의 회전 속도는 더 이상 증가하지 않고, 어떤 회전 속도로 되는 경향이 있고, 전자 팽창 밸브의 개도는 더 이상 증가하지 않고, 점차 어떤 개도로 되는 경향이 있다.
즉, 시스템은 압축기의 회전 속도 또는 배기량이 변화한 직후에 전자 팽창 밸브의 개도를 조정하는 것을 제어하며, 따라서 전자 팽창 밸브의 개도가 실제 과열도의 신호를 획득한 후에 조정되는 시스템에 비해 매우 빠른 응답 속도 및 적은 시스템 변동을 갖는다.
유사하게, 증발기 팬의 회전 속도가 증가하면, 증발기의 열 교환의 효율은 증가되고, 냉매의 온도가 증가되고, 또한 실제 과열도가 이에 따라 증가된다. 증발기 팬의 회전 속도가 변화한 직후에 전자 팽창 밸브의 개도를 조정하는 것은 압력 센서 및 온도 센서가 실제 과열도의 신호를 획득한 후에 전자 팽창 밸브의 개도를 조정하는 것에 비해 훨씬 빠른 응답 속도 및 적은 시스템 변동을 가질 수 있다.
도 3은 시스템의 과열도와 제어 시간 간의 관계를 도시한 도면이며, 전자 팽창 밸브의 개도를 제어하기 위해 실제 과열도만을 채용하여 과열도를 제어하기 위한 방법은 콘트라스트 방법(contrast method)으로 취해지고, 본 출원에 따른 방법과 비교된다. 도면에서, 곡선 a는 본 출원에 따른 방법의 과열도와 제어 시간 간의 관계 곡선이고; 곡선 b는 콘트라스트 방법의 과열도와 제어 시간 간의 관계 곡선이다.
도 3에서 곡선 a 및 곡선 b로부터 알 수 있는 바와 같이, 과열도가 본 출원에 따른 방법을 통해 제어되는 경우, 실제 과열도의 변동폭은 작고, 이의 제어 시간은 짧지만, 과열도가 콘트라스트 방법을 통해 제어되는 경우, 실제 과열도의 변동폭은 크고, 제어 시간은 길다. 말하자면, 피드 포워드 전략이 본 출원에 따른 방법에서 과열도를 제어하도록 채용되기 때문에, 외란 크기 및 변화 방향은 시스템의 압축기 또는 팬의 회전 속도가 변화한 직후에 얻어질 수 있으며, 따라서 과열도의 변화는 미리 추정되고, 대응하는 제어가 시스템의 실제 과열도가 변화한 후에만 수행되는 종래의 제어 방법에 비해, 시스템은 더 작은 변동을 갖고, 미리 설정된 과열도로 반환하기 위해 실제 과열도가 필요로 하는 시간은 더욱 짧다.
게다가, 전자 팽창 밸브의 밸브 니들이 열 팽창 밸브이 밸브 니들과 상이한 방식으로 움직인다는 것이 주목되어야 한다. 스테퍼 모터는 나사산을 따라 회전하도록 전자 팽창 밸브의 밸브 니들을 구동하도록 구성되고, 스테퍼 모터의 각 라운드는 밸브 니들이 하나의 나사 피치에 의해 올려지거나 내려지고, 전자 팽창 밸브의 개도를 제어하기 위해 밸브 니들을 움직이는 대상을 실현하도록 한다. 스테퍼 모터의 회전 속도는 코일 및 제어기의 성능에 의해 제한되고, 따라서 일반적으로 열 팽창 밸브의 이동 속도에 도달할 수 없다. 스테퍼 모터의 회전 속도가 80 초당 맥박수(pps)이고, 밸브의 코일의 전체 이동(entire travel)은 480 단계라고 가정하면, 전자 팽창 밸브가 완전 폐쇄 상태에서 완전 개방 상태로 전환하는데 6초가 걸린다. 따라서, 시스템의 과열도의 제어를 최적화하기 위해, 압축기 및 증발기 팬의 회전 속도의 변화율은 너무 크지 않을 수 있으며, 따라서 전자 팽창 밸브의 개도의 변화율이 유지할 수 없고, 차량 공기 조화 시스템의 과열도가 부적응되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 전자 팽창 밸브의 개도의 조정 량은 전자 팽창 밸브의 개도의 최대 변화율을 초과하지 않아야 하며, 말하자면, 압축기의 회전 속도 또는 증발기 팬의 회전 속도가 변화하는 경우, 이의 변화율에 대응하는 피드백 값은 전자 팽창 밸브의 동작 속도를 초과하지 않는다.
게다가, 전자 팽창 밸브의 완전 개도에서의 전자 팽창 밸브의 개도에 따라 복수의 간격이 배열되고, 각각의 간격은 대응하는 최소 동작 단계를 갖는다. 각각의 간격에 대응하는 최소 동작 단계는 상이할 수 있고, 전류 계산 결과가 필요로 하는 전자 팽창 밸브의 동작 단계가 전자 팽창 밸브가 위치되는 간격에 대응하는 최소 동작 단계 미만인 경우, 필요한 동작 단계의 값이 최소 동작 단계의 값보다 클 때까지 전자 팽창 밸브는 여전히 유지한다. 일반적으로, 전자 팽창 밸브의 개도가 작을수록, 대응하는 간격이 갖는 최소 동작 단계가 적어지며, 따라서, 시스템에 대한 외란이 감소될 수 있다.
더욱이, 본 출원에 따른 방법에서, 압력 센서는 압축기의 회전 속도 또는 증발기 팬의 회전 속도를 획득하도록 채용될 수 있다는 것이 주목되어야 한다. 차량 공기 조화 시스템이 오랜 시간 동안 동작을 정지한 후, 시스템은 처음으로 시작의 시초에 안정된 작업 조건에서 아직 동작되지 않고, 압력 센서의 응답 속도가 온도 센서보다 더 크기 때문에, 압력은 온도보다 더 빠르게 감소하고, 표시된 과열도는 동작의 시초에 급격하게 증가할 수 있고, 계산에 의해 얻어진 전자 팽창 밸브의 개도는 실제로 필요한 개도보다 더 클 수 있고, 너무 클 시스템에서의 냉매의 유량 및 너무 클 압축기의 전류가 과부하를 발생시킬 수 있다. 따라서, 차량 공기 조화 시스템이 막 시작되는 경우, 또는 압축기가 5분과 같은 어떤 시간에 걸쳐 동작을 정지한 경우에, 재시작 속도는 최대 회전 속도의 50%와 같은 고정비보다 크지 않도록 구성되고, 재시작 속도는 어떤 시간 동안, 예를 들어 15초 동안 유지한 후, 보통의 제어가 복원된다. 즉, 본 출원에 따른 제어 방법은 일반적으로 특히 제어 프로그램에 의해 설정될 수 있는 정상 동작 조건에서 차량 공기 조화 시스템을 제어하도록 구성된다. 압축기 및 증발기 팬의 회전 속도의 변화율에 대한 제한, 및 시스템이 시작할 때 압축기에 대한 제한은 차량 공기 조화 시스템을 더 잘 보호하고, 과열도의 제어 정밀도를 향상시킬 수 있다.
게다가, 종래 기술에서, 전자 팽창 밸브가 스톨링 결함(stalling fault)을 가지며, 어딘가에 로크(lock)되어 동작이 실패할 때, 또는 결함이 전자 팽창 밸브 또는 전자 팽창 밸브와의 통신에 대한 결함이 발생하여 전자 팽창 밸브가 어떤 간격으로 개방될 수 없을 때, 현재 차량 공기 조화 시스템은 결함에 대한 대응 대책을 취할 수 없어 공기 조화 시스템을 손상시킬 수 있다. 위의 결점의 관점에서, 본 출원에 따라 차량 공기 조화 시스템의 과열도를 제어하기 위한 방법은 상술한 여러 실시예에 기초하여 더 최적화된다. 도 4를 참조하면, 피드 포워드 제어 전략에 의해 과열도를 제어하면서, 본 실시예에서의 본 출원의 제어 방법은 전자 팽창 밸브의 결함 진단 처리를 더 수행하고, 전자 팽창 밸브의 결함 진단 처리는 특히 다음의 단계(S01 내지 S04)를 포함한다.
단계(S01)에서, 전자 팽창 밸브의 개도, 실제 과열도 및 미리 설정된 과열도가 실시간으로 획득된다.
단계(S02)에서, 전자 팽창 밸브가 결함 상태에 있는지는 실제 과열도, 미리 설정된 과열도 및 전자 팽창 밸브의 개도에 따라 판단되고, 과열도를 제어하는 동안 전자 팽창 밸브 및 전자 팽창 밸브와의 통신에 대한 결함 진단은 효과적으로 실시간으로 수행된다.
단계(S03)에서, 판단 결과가 전자 팽창 밸브 및 전자 팽창 밸브와의 통신이 결함 상태에 있다고 할 때 제어 신호는 실행 제어 메커니즘으로 출력된다.
단계(S04)에서, 실행 제어 메커니즘은 차량 공기 조화 시스템의 과열도를 조정하기 위해 차량 공기 조화 시스템에서의 실제 과열도의 변화에 영향을 주는 장치의 파라미터를 조정하는 것을 제어한다.
본 명세서에서 획득된 전자 팽창 밸브의 개도는 일반적으로 이론적 개도를 나타낸다. 예를 들면, 제어 시스템의 소프트웨어 부분이 차량 탑재 제어기에 있고, 전자 팽창 밸브와의 통신이 수행되고, 전자 팽창 밸브가 위치 정보를 피드백하는 제어기 영역 네트워크 또는 차량 로컬 상호 접속 네트워크(CAN/LIN)와 같은 통신 수단이 존재하는 경우에, 전자 팽창 밸브의 개도는 전자 팽창 밸브에 의해 피드백되는 개도를 나타내고, 이러한 경우에, 결함 진단의 범위만이 전자 팽창 밸브를 커버한다. 전자 팽창 밸브가 정보를 피드백할 수 없는 경우에, 전자 팽창 밸브의 개도는 전자 팽창 밸브가 동작하기 위해 제어 시스템의 소프트웨어 프로그램에 의해 출력된 명령어가 필요로 하는 개도를 나타내며, 이러한 경우에, 결함 진단의 범위는 전자 팽창 밸브 및 통신 프로그램을 커버한다. 제어 시스템의 소프트웨어 부분이 전자 팽창 밸브에 위치되고, 전자 팽창 밸브의 동작을 직접 제어하는 경우에, 전자 팽창 밸브의 개도는 프로그램에 의해 출력된 명령어의 위치를 나타내며, 이러한 경우에, 결함 진단의 범위는 전자 팽창 밸브만을 커버한다. 게다가, 위의 진단 및 처리 절차는 과열도의 제어로 동시에 수행될 수 있고, 또한 과열도의 제어 절차에서 제공된 부분일 수 있다.
차량 공기 조화 시스템의 실제 과열도의 변화에 영향을 주는 장치의 파라미터는 압축기의 회전 속도 또는 배기량 C1 및/또는 증발기 팬의 회전 속도 C2를 포함한다.
본 실시예에서, 도 5에 도시된 바와 같이, 단계(S02)는 실제 과열도 및 미리 설정된 과열도와 전자 팽창 밸브의 개도 사이의 관계에 따라 수행된 결함 진단의 프로세스이다. 결함 상태를 판단하고 처리하는 프로세스는 다음의 단계(S01 내지 S05 )를 포함한다.
단계(S01)에서, 전자 팽창 밸브의 개도, 실제 과열도 및 미리 설정된 과열도가 획득된다.
단계(S021)에서, 미리 설정된 과열도 마이너스 실제 과열도가 제 1 고정된 값(w1)보다 큰지가 판단되고, 단계(S022)는 미리 설정된 과열도 마이너스 실제 과열도가 제 1 고정된 값(w1)보다 클 경우에 수행되고, 단계(S025)는 미리 설정된 과열도 마이너스 실제 과열도가 제 1 고정된 값(w1)보다 크지 않을 경우에 수행된다.
단계(S022)에서, 전자 팽창 밸브의 개도가 최소 값에 도달하는지가 판단되고; 단계(S023)는 전자 팽창 밸브가 최소 값에 도달할 경우에 수행되고, 단계(S025)는 전자 팽창 밸브가 최소 값에 도달하지 않을 경우에 수행된다.
단계(S023)에서, 밸브의 에러 횟수(n)는 1씩 합산된다.
단계(S024)에서, 제 1 기간(time span)(t1)에서 누산된 에러 횟수(n)가 미리 설정된 에러 횟수(N) 이상인지가 판단되며; 누산된 에러 횟수(n)가 미리 설정된 에러 횟수(N) 이상이면, 전자 팽창 밸브 또는 전자 팽창 밸브와의 통신이 현재 결함 상태에 있다고 결정되고, 단계(S03)가 수행되고, 단계(S05)가 동시에 수행되고, 밸브의 누산된 에러 횟수(n)가 재설정되며; 게다가, 본 명세서에서 누산된 에러 횟수(n)가 정상 상태가 결정될 때까지 또한 재설정되지 않을 수 있다.
단계(S03)에서, 제어 신호는 판단 결과에 따라 제어 실행 메커니즘으로 출력된다.
특히, 단계(S024)에서, 사이클로서 제 1 기간(t1)을 취하는 전자 팽창 밸브의 누산된 에러 횟수(n)가 미리 설정된 에러 횟수(N)보다 작으면, 어떤 동작도 수행되지 않고, 다음 결함 진단 사이클로 들어간다.
말하자면, 미리 설정된 과열도가 실제 과열도보다 큰 경우에, 밸브는 미리 설정된 과열도에 도달하기 위해 실제 과열도를 증가시키도록 개도를 감소시키는 동작을 수행한다. 명백하게, 위의 단계(S021 및 S022)에서, 과열도의 제어에 대한 에러가 발생하고, 미리 설정된 과열도가 제 1 고정된 값(w1)만큼 실제 과열도보다 큰 경우에 밸브는 결함 제어 모드에 진입하고, 전자 팽창 밸브의 개도는 이 순간에 최소값에 도달하며, 이러한 경우는 N 번 동안 연속적으로 유지하는 것으로 결정된다.
반대로, 실제 과열도가 미리 설정된 과열도보다 큰 경우에, 밸브는 미리 설정된 과열도에 도달하기 위해 실제 과열도를 감소시키도록 개도를 증가시키는 동작을 수행한다. 유사하게, 미리 설정된 과열도가 제 2 고정된 값(w2)만큼 실제 과열도보다 크고, 전자 팽창 밸브의 개도가 이 순간에 최대값에 도달하고, 이러한 경우가 N 번 동안 연속적으로 유지하는 경우에, 과열도의 제어에 대한 에러는 발생하고, 밸브는 결함 제어 모드에 진입하는 것으로 결정된다. 이러한 프로세스는 특히 다음의 단계(S025 내지 S026)에 따라 수행된다.
단계(S025)에서, 실제 과열도 마이너스 미리 설정된 과열도가 제 2 고정된 값(w2)보다 큰지가 판단되고, 단계(S026)는 실제 과열도 마이너스 미리 설정된 과열도가 제 2 고정된 값(w2)보다 클 경우에 수행되고, 단계(S05)는 실제 과열도 마이너스 미리 설정된 과열도가 제 2 고정된 값(w2)보다 크지 않을 경우에 수행되며, 즉, 대응하는 에러 보고는 외부 요인의 영향 또는 간섭에 의해 발생되며, 프로세스에서 파라미터의 누산된 에러 횟수(n)는 재설정되고, 다음 결함 진단 사이클에 진입한다.
단계(S026)에서, 전자 팽창 밸브의 개도가 최대 값에 도달하면, 전자 팽창 밸브의 개도가 최대 값에 도달하는지가 판단되고, 단계(S023)가 수행되고, 밸브의 에러 횟수(n)는 1씩 합산되며; 제 1 기간(t1)에서 누산된 두 에러 횟수(n)가 미리 설정된 에러 횟수(N) 이상이면, 단계(S03)가 수행되고, 제어 신호는 판단 결과에 따라 실행 메커니즘으로 출력되며, 단계(S05)는 동시에 수행되며, 누산된 에러 횟수(n)는 재설정된다. 전자 팽창 밸브의 개도가 최대 값에 도달하지 않으면, 단계(S05)가 수행되며, 즉, 대응하는 에러 보고는 외부 요인의 영향 또는 간섭에 의해 발생되며, 누산된 에러 횟수(n)는 재설정되고, 다음 결함 진단 사이클에 진입한다.
게다가, 차량은 냉동 시스템에 의해 설계된 제한 작업 조건 범위 내에서 작업하는데 필요하며, 예를 들어, 차량은 차실 외부의 온도가 차량의 냉동 시스템에 의해 설계된 제한 온도를 초과하는 조건과 같은 특정 작업 조건에서 작업한다. 위의 특정 작업 조건에 의해 영향을 받을 경우, 냉동 시스템의 동작 파라미터는 일반적으로 위의 에러 보고 현상을 생성할 수 있다. 명백하게, 제한 작업 조건 범위를 벗어난 다양한 외부 요인의 간섭은 이러한 솔루션에 따라 제어 방법에서의 결함 진단의 정확성에 직접 영향을 미칠 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 도 5에 구체적으로 도시된 바와 같이, 차량 공기 조화 시스템이 제한 작업 조건 범위 내에 있는지를 판단하는 단계(S0)는 단계(S01) 전에 추가될 수 있다.
단계(S0)에서, 전자 팽창 밸브는 제한 작업 조건 범위 내에 있는지가 판단된다. 전자 팽창 밸브가 제한 작업 조건 범위 내에 있지 않으면, 결함 진단을 실행하기 위해 단계(S01)가 수행되고; 공기 조화 시스템이 제한 작업 조건 범위 내에 있으면, 다음 결함 진단 사이클에 진입하고, 즉, 비정상적인 조건에서 에러 보고의 문제를 피하기 위해 후속 결함 진단 단계를 수행하는 것을 정지한다.
제 4 실시예에서의 단계(S03 및 S04)에서, 도 6에 도시된 바와 같이, 판단 결과가 전자 팽창 밸브 및 전자 팽창 밸브와의 통신이 결함 상태에 있다고 할 때, 특정 제어 단계(S031 내지 S043)는 다음과 같다.
단계(S031)에서, 실제 과열도가 제 2 미리 설정된 보조 과열도보다 작은 지가 판단되며; 실제 과열도가 제 2 미리 설정된 보조 과열도보다 작은 경우에는 단계(S041)가 수행되고, 실제 과열도가 제 2 미리 설정된 보조 과열도보다 작지 않은 경우에는 단계(S032)가 수행된다.
단계(S032)에서, 실제 과열도가 제 1 미리 설정된 보조 과열도보다 큰 지가 판단되며; 실제 과열도가 제 1 미리 설정된 보조 과열도보다 큰 경우에는 단계(S042)가 수행되고, 실제 과열도가 제 1 미리 설정된 보조 과열도보다 크지 않은 경우에는 단계(S043)가 수행된다.
단계(S041)에서, 압축기의 회전 속도 또는 배기량 C1은 증가되고, 또는 증발기 팬의 회전 속도 C2는 증가되며, 또는 압축기는 턴 오프된다.
단계(S042)에서, 압축기의 회전 속도 또는 배기량 C1은 감소되고, 또는 증발기 팬의 회전 속도 C2는 증가되며, 또는 압축기는 턴 오프된다.
단계(S043)에서, 압축기의 회전 속도 또는 배기량 C1과 증발기 팬의 회전 속도 C2는 조정되지 않는다.
위의 단계에서, 제 1 미리 설정된 보조 과열도 및 제 2 미리 설정된 보조 과열도는 실제 상황에 따라 설정될 수 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 위의 단계(S031)에서, 실제 과열도가 제 2 미리 설정된 보조 과열도보다 작은 경우에, 특정 제어 단계(S0310 내지 S0413)는 다음과 같다.
단계(S0310)에서, 실제 과열도는 제 2 미리 설정된 보조 과열도보다 작은 지가 판단되며; 실제 과열도가 제 2 미리 설정된 보조 과열도보다 작은 경우에는 단계(S0311)가 수행되고, 실제 과열도가 제 2 미리 설정된 보조 과열도보다 작지 않은 경우에는 단계(S0320)가 수행된다.
단계(S0311)에서, 낮은 압력이 저압 알람 값 미만인지가 판단되며; 낮은 압력이 저압 알람 값보다 낮은 경우에는 단계(S0314)가 수행되고, 낮은 압력이 저압 알람 값보다 낮지 않은 경우에는 단계(S0312)가 수행된다.
단계(S0312)에서, 높은 압력이 고압 알람 값보다 높은지가 판단되며; 높은 압력은 고압 알람 값보다 높은 경우에는 단계(S0314)가 수행되고, 높은 압력이 고압 알람 값보다 높지 않은 경우에는 단계(S0313)가 수행된다.
단계(S0313)에서, 압축기의 회전 속도 또는 배기량 C1이 최대 값 C1max-Δ3인지가 판단되며, 압축기의 회전 속도 또는 배기량 C1이 최대 값 C1max-Δ3인 경우에는 단계(S0314)가 수행되고, 압축기의 회전 속도 또는 배기량 C1이 최대 값 C1max-Δ3이 아닌 경우에는 단계(S0411)가 수행된다.
단계(S0314)에서, 증발기 팬의 회전 속도 C2가 최대 값 C2max-Δ4인지가 판단되며, 증발기 팬의 회전 속도 C2가 최대 값 C1max-Δ4인 경우에는 단계(S0413)가 수행되고, 증발기 팬의 회전 속도 C2가 최대 값 C1max-Δ4이 아닌 경우에는 단계(S0412)가 수행된다.
단계(S0411)에서, 압축기의 회전 속도 또는 배기량 C1은 증가된다.
단계(S0412)에서, 증발기 팬의 회전 속도 C2는 증가된다.
단계(S0413)에서, 압축기는 턴오프된다.
위의 단계에서, Δ3≥0 및 Δ4≥0, 및 Δ3 및 Δ4의 값은 압축기 및 증발기 팬의 안전한 동작을 보장하기 위해 실제 상황에 따라 설정될 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 위의 단계(S032)에서, 실제 과열도가 제 1 미리 설정된 보조 과열도보다 큰 경우에, 특정 제어 단계(S0320 내지 S0423)는 다음과 같다.
단계(S0320)에서, 실제 과열도는 제 1 미리 설정된 보조 과열도보다 큰 지가 판단되며; 실제 과열도가 제 1 미리 설정된 보조 과열도보다 큰 경우에는 단계(S0321)가 수행되고, 실제 과열도가 제 1 미리 설정된 보조 과열도보다 크지 않은 경우에는 단계(S043)가 수행된다.
단계(S0321)에서, 압축기의 회전 속도 또는 배기량 C1이 최소 값 C1min+Δ1인지가 판단되며, 압축기의 회전 속도 또는 배기량 C1이 최소 값 C1min+Δ1인 경우에는 단계(S0322)가 수행되고, 압축기의 회전 속도 또는 배기량 C1이 최소 값 C1min+Δ1이 아닌 경우에는 단계(S0421)가 수행된다.
단계(S0322)에서, 증발기 팬의 회전 속도 C2가 최소 값 C2min+Δ2인지가 판단되며, 증발기 팬의 회전 속도 C2가 최소 값 C2min+Δ2에 있는 경우에는 단계(S0423)가 수행되고, 증발기 팬의 회전 속도 C2가 최소 값 C2min+Δ2이 아닌 경우에는 단계(S0422)가 수행된다.
단계(S0421)에서, 압축기의 회전 속도 또는 배기량 C1은 감소된다.
단계(S0422)에서, 증발기 팬의 회전 속도 C2는 감소된다.
단계(S0423)에서, 압축기는 턴오프된다.
위의 단계에서, Δ1≥0 및 Δ2≥0, 및 Δ1 및 Δ2의 값은 압축기 및 증발기 팬의 안전한 동작을 보장하기 위해 실제 상황에 따라 설정될 수 있다.
위의 제어 프로세스는 일례를 통해 아래에 설명된다. 전자 팽창 밸브의 개도가 50%인 경우에 스톨링 상황이 발생하는 것으로 가정하면, 이 순간에 시스템이 필요로 하는 유량은 이러한 개도가 전자 팽창 밸브에 의해 제공되는 유량보다 작으며, 따라서 실제 과열도가 미리 설정된 과열도보다 작은 상황이 발생한다. 따라서, 우선, 시스템의 낮은 압력이 저압 알람 값보다 낮은 지, 및 시스템의 높은 압력이 고압 알람 값보다 높은 지가 판단되고, 이러한 두 경우가 발생할 경우, 압축기의 회전 속도(또는 배기량)를 증가시키는 것이 낮은 압력을 감소시키고 높은 압력을 증가시키므로, 압축기의 회전 속도를 조정하고, 예를 들어, 압축기의 회전 속도(또는 배기량)를 증가시킴으로써 과열도는 제어될 수 없으며, 과열도는 증발기 팬의 회전 속도를 증가시킴으로써만 증가될 수 있으며; 이러한 두 상황이 발생하지 않는 경우, 증발기 팬의 회전 속도의 변화가 차실 내의 쾌적도에 악영향을 미칠 수 있기 때문에 과열도는 압축기의 회전 속도(또는 배기량)를 증가시킴으로써 바람직하게 증가될 수 있다.
더욱이, 제어 프로세스에서, 스톨링 상황의 전자 팽창 밸브의 현재 개도가 실제로 필요한 개도보다 큰 경우, 차량 공기 조화 시스템에 의해 생성된 냉동 능력은 실제로 필요한 냉동 능력 이상이고, 과다한 냉동 능력은 가열 코어의 열에 의해 중화될 수 있으며; 스톨링 상황의 전자 팽창 밸브의 개도가 실제로 필요한 개도보다 작은 경우, 차량 공기 조화 시스템에 의해 생성된 냉동 능력은 실제로 필요한 냉동 능력 미만이고, 시스템은 결함 처리의 프로세스를 계속할 수 있다.
본 출원에 따른 차량 공기 조화 시스템을 제어하기 위한 방법에서, 전자 팽창 밸브에 대한 결함이 발생하는 경우에, 압축기 및 증발기 팬의 회전 속도는 시스템이 정상 성능 또는 저하된 성능으로 계속 동작하도록 하기 위해 조정될 수 있지만, 시스템에 대한 손상을 발생시키지 않기 위해 시스템은 차실이 여전히 냉동 효과를 갖도록 하고, 배터리가 냉각되도록 하기 위해 적절한 과열도를 유지한다. 게다가, 처리 절차는 단계(S0423)에서와 같은 요구 사항에 따라 조정될 수 있고, 압축기는 턴 오프될 수 있거나, 압축기는 계속 동작할 수 있으며, 그 사이에 대응하는 알람이 선택되고, 압축기를 턴오프할 지는 사람이 만든 선택(man-made selection)이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 차량 공기 조화 시스템은 압축기 세트 및 스로틀 요소를 포함하는 본 출원에 따라 추가로 제공된다. 압축기 세트는 압축기, 응축기, 응축기 팬, 증발기 및 증발기 팬을 포함한다. 스로틀 요소는 전자 팽창 밸브로서 구현된다. 도면에서 실선은 냉매 순환을 나타낸다. 차량 공기 조화 시스템은 제 1 획득 모듈(1) 및 제 1 제어기(2)를 더 포함한다.
제 1 획득 모듈(1)은 실제 과열도와 실시간으로 실제 과열도의 변화에 영향을 주는 피드 포워드 정보를 획득하도록 구성된다.
제 1 제어기(2)는 미리 설정된 과열도를 저장하고, 실제 과열도 및 피드 포워드 정보를 수신하며, 실제 과열도, 미리 설정된 과열도 및 피드 포워드 정보에 따라 실시간으로 전자 팽창 밸브의 개도를 조정하도록 구성된다.
본 출원에 따른 차량 공기 조화 시스템에서, 전자 팽창 밸브의 개도는 실제 과열도 및 피드 포워드 정보를 통해 제어된다. 종래 기술과 비교하여, 진폭 및 외란의 변화 방향은 시스템에 대한 외란이 발생한 직후에 획득될 수 있으며, 따라서 과열도의 변화는 미리 예측될 수 있고, 시스템의 변동이 작고, 제어 포인트로 반환하기 위해 과열도가 필요로 하는 시간은 시스템의 과열도가 변화하는 후에만 대응하는 제어를 수행하는 종래의 공기 조화 시스템에 비해 짧다.
바람직하게는, 제 1 획득 모듈(1)에 의해 획득된 피드 포워드 정보는 압축기의 회전 속도 및/또는 배기량의 변화; 및/또는 증발기 팬의 회전 속도의 변화를 포함한다.
제 1 획득 모듈(1)은 압축기의 회전 속도(또는 배기량)의 변화 정보 및/또는 증발기 팬의 회전 속도의 변화 정보를 획득하도록 구성된 수집 모듈, 및 각각 증발기의 출구 및 입구에서 온도를 획득하도록 구성된 온도 센서를 포함하며, 수집 모듈은 회전 속도 센서 또는 압력 센서로서 구현될 수 있다.
실시예에서, 바람직하게는, 제 1 제어기(2)는 차량 CAN 버스 또는 차량 LIN 버스를 통해 전자 팽창 밸브와 통신하며; 제 1 획득 모듈(1)은 차량 CAN 버스 또는 차량 LIN 버스를 통해 제 1 제어기(2)와 통신한다.
도 7에 도시된 바와 같이, 제 1 제어기(2)는 PID 제어 모듈(21), 피드 포워드 제어 모듈(22) 및 실행 제어 모듈(23)을 포함한다.
PID 제어 모듈(21)은 미리 설정된 과열도를 저장하고, 수신된 실제 과열도를 미리 설정된 과열도와 비교하고, 과열도의 차이 값을 획득하며, 과열도의 차이 값에 따라 전자 팽창 밸브의 개도의 대응하는 제 1 조정 량을 획득하도록 구성된다.
피드 포워드 제어 모듈(22)은 압축기의 회전 속도 및/또는 배기량의 변화, 및/또는 증발기 팬의 회전 속도의 변화에 따라 전자 팽창 밸브의 개도의 대응하는 제 2 조정 량을 획득하도록 구성된다.
실행 제어 모듈(23)은 전자 팽창 밸브의 개도의 제 1 조정 량 및 전자 팽창 밸브의 개도의 제 2 조정 량에 따라 전자 팽창 밸브의 개도를 조정하는 것을 제어하도록 구성된다.
PID 제어 모듈(21)에서, 전자 팽창 밸브의 개도의 제 1 조정 량 Vout1은 다음의 식을 계산함으로써 획득된다:
Figure 112016014822738-pct00021
식에서, e는 과열도의 차이 값이고, Kp는 비례 계수이고, Kd는 미분 계수이고, Ki는 적분 계수이며, C는 보정 계수이다.
피드 포워드 제어 모듈(22)에서, 전자 팽창 밸브의 개도의 제 2 조정 량 Vout2은 다음과 같은 계산에 의해 획득된다: 전자 팽창 밸브의 개도의 제 2 조정 량 Vout2은 전자 팽창 밸브의 개도의 제 2 조정 량의 제 1 부분 Vout21과 전자 팽창 밸브의 개도의 제 2 조정 량의 제 2 부분 Vout22 중 어느 하나 또는 이의 합이다. 전자 팽창 밸브의 개도의 제 2 조정 량의 제 1 부분 Vout21은 다음의 식을 계산함으로써 획득된다:
Figure 112016014822738-pct00022
또는 식:
Figure 112016014822738-pct00023
또는 식:
Figure 112016014822738-pct00024
전자 팽창 밸브의 개도의 제 2 조정 량의 제 2 부분 Vout22은 다음의 식을 계산함으로써 획득된다:
Figure 112016014822738-pct00025
식에서, KCS은 압축기의 회전 속도의 피드백 계수이고, CS는 압축기의 회전 속도이고, BS는 증발기 팬의 회전 속도이고, KBS는 증발기 팬의 피드백 계수이고, CD는 압축기의 배기량이며, KCD는 압축기의 배기량의 피드백 계수이며; 실행 제어 모듈(23)에서, 전자 팽창 밸브의 개도의 제 2 조정 량의 제 1 부분 Vout21과 전자 팽창 밸브의 개도의 제 2 조정 량의 제 2 부분 Vout22은 합산되어, 개도를 조정하기 위한 제어 신호는 전자 팽창 밸브로 출력된다.
본 실시예에서, 도 8에 도시된 바와 같이, 차량 공기 조화 시스템은 제 2 획득 모듈(3), 제 2 제어기(4) 및 실행 제어 메커니즘(5)을 더 포함한다.
제 2 획득 모듈(3)은 실시간으로 전자 팽창 밸브의 개도를 획득하도록 구성된다.
제 2 제어기(4)는 전자 팽창 밸브가 실제 과열도, 미리 설정된 과열도 및 획득된 전자 팽창 밸브의 개도에 따라 결함 상태인지를 판단하고, 판단 결과가 전자 팽창 밸브가 결함 상태에 있다고 할 경우에 획득된 실제 과열도에 따라 제 1 제어 신호를 생성하도록 구성된다.
실행 제어 메커니즘(5)은 제 2 제어기(4)에 의해 전송된 제 1 제어 신호를 수신하고, 차량 공기 조화 시스템의 실제 과열도의 변화에 영향을 미치고 제 1 제어 신호에 따라 압축기의 회전 속도 및/또는 배기량 C1, 및/또는 증발기 팬의 회전 속도 C2를 포함하는 장치의 파라미터를 조정하는 것을 제어하도록 구성된다.
본 실시예에서, 제 2 획득 모듈(3)은 차량 제어기 영역 네트워크(CAN) 버스 또는 차량 로컬 상호 접속 네트워크(LIN) 버스를 통해 제 1 제어기(2)와 통신하고; 제 2 제어기(4)는 차량 CAN 버스 또는 차량 LIN 버스를 통해 전자 팽창 밸브와 통신한다.
본 실시예에서, 바람직하게는, 실행 제어 메커니즘(5)은 차량 탑재 제어기 전자 제어 유닛(ECU)이다.
제 2 제어기(4)는 결정 모듈(41), 제 1 제어 모듈(42), 제 2 제어 모듈(43), 및 제 3 제어 모듈(44)을 포함한다.
결정 모듈(41)은 전자 팽창 밸브가 실제 과열도, 미리 설정된 과열도 및 전자 팽창 밸브의 개도에 따라 결함 상태에 있는지를 판단하고, 판단 결과가 전자 팽창 밸브가 결함 상태에 있다고 할 경우에 획득된 제 1 제어 신호를 생성하도록 구성된다.
제 1 제어 모듈(42)은 결정 모듈(41)에 의해 전송되는 제 1 제어 명령을 수신하고, 실제 과열도가 제 1 미리 설정된 보조 과열도보다 큰 경우에 압축기의 회전 속도 또는 배기량 C1을 감소시키거나, 증발기 팬의 회전 속도 C2를 감소시키며, 또는 압축기를 턴오프시키는 명령을 실행하기 위해 실행 제어 메커니즘(5)을 제어하도록 구성된다.
제 2 제어 모듈(43)은 결정 모듈(41)에 의해 전송되는 제 1 제어 명령을 수신하고, 실제 과열도가 제 2 미리 설정된 보조 과열도보다 작은 경우에 압축기의 회전 속도 또는 배기량 C1을 감소시키거나, 증발기 팬의 회전 속도 C2를 감소시키며, 또는 압축기를 턴오프시키는 명령을 실행하기 위해 실행 제어 메커니즘(5)을 제어하도록 구성된다.
제 3 제어 모듈(44)은 결정 모듈(41)에 의해 전송되는 제 1 제어 명령을 수신하고, 압축기의 회전 속도 또는 배기량 C1을 변화시키지 않거나, 증발기 팬의 회전 속도 C2를 변화시키지 않는 명령, 또는 실제 과열도가 제 2 미리 설정된 보조 과열도 이상이고, 제 1 미리 설정된 보조 과열도 이하인 경우에 압축기의 회전 속도 또는 배기량 C1 또는 증발기 팬의 회전 속도 C2가 적절한 조정 상태에 들어가도록 하는 명령을 실행하기 위해 실행 제어 메커니즘(5)을 제어하도록 구성된다.
제 1 제어 모듈(42)은 제 1 명령 모듈(421), 제 2 명령 모듈(422) 및 제 3 명령 모듈(423)을 포함한다.
제 1 명령 모듈(421)은 압축기의 회전 속도 또는 배기량 C1이 최소 값 C1min+Δ1보다 큰 경우에 압축기의 회전 속도 또는 배기량 C1을 감소시키는 명령을 실행하기 위해 실행 제어 메커니즘(5)을 제어하도록 구성된다.
제 2 명령 모듈(422)은 압축기의 회전 속도 또는 배기량 C1이 최소 값 C1min+Δ1에 도달하고, 증발기 팬의 회전 속도 C2가 최소 값 C2min+Δ2보다 큰 경우에 증발기 팬의 회전 속도 C2를 감소시키는 명령을 실행하기 위해 실행 제어 메커니즘(5)을 제어하도록 구성된다.
제 3 명령 모듈(423)은 압축기의 회전 속도 또는 배기량 C1이 최소 값 C1min+Δ1에 도달하고, 증발기 팬의 회전 속도 C2가 최소 값 C2min+Δ2에 도달하는 경우에 압축기를 턴오프시키는 명령을 실행하기 위해 실행 제어 메커니즘(5)을 제어하도록 구성된다.
제 2 제어 모듈(43)은 제 4 명령 모듈(431), 제 5 명령 모듈(432) 및 제 6 명령 모듈(433)을 포함한다.
제 4 명령 모듈(431)은 차량 공기 조화 시스템의 낮은 압력이 저압 알람 값보다 높고, 차량 공기 조화 시스템의 높은 압력이 고압 알람 값보다 낮으며, 압축기의 회전 속도 또는 배기량 C1이 최대 값 C1max+Δ3보다 작은 경우에 압축기의 회전 속도 또는 배기량 C1을 증가시키는 명령을 실행하기 위해 실행 제어 메커니즘(5)을 제어하도록 구성된다.
제 5 명령 모듈(432)은 차량 공기 조화 시스템의 낮은 압력이 저압 알람 값보다 낮고, 차량 공기 조화 시스템의 높은 압력이 고압 알람 값보다 높으며, 증발기 팬의 회전 속도 C2가 최대 값 C2max+Δ4보다 작은 경우에 증발기 팬의 회전 속도 C2를 증가시키는 명령을 실행하기 위해 실행 제어 메커니즘(5)을 제어하도록 구성된다.
제 6 명령 모듈(433)은 차량 공기 조화 시스템의 낮은 압력이 저압 알람 값보다 낮거나, 차량 공기 조화 시스템의 높은 압력이 고압 알람 값보다 높으며, 증발기 팬의 회전 속도 C2가 최대 값 C2max+Δ4에 도달하는 경우에 압축기를 턴오프시키는 명령을 실행하기 위해 실행 제어 메커니즘(5)을 제어하도록 구성된다.
본 실시예에서, 제 1 획득 모듈(1), 제 2 획득 모듈(3), 제 2 제어기(4) 및 제 1 제어기(2)는 하나의 칩에 집적될 수 있고, 예를 들어 마이크로프로그래밍된 제어 유닛(MCU)에 균일하게 내장될 수 있으며, 게다가 또한 여러 칩에 조립될 수 있다. 더욱이, 전자 팽창 밸브의 개도의 제 1 조정 량 Vout1과 전자 팽창 밸브의 개도의 제 2 조정 량 Vout2을 합산하는 단계는 실행 제어 모듈 또는 실행 제어 메커니즘에 의해 수행될 수 있거나, 또한 제어 시스템의 다른 모듈에 의해 수행될 수 있다. 더욱이, 제 2 제어기(4)는 또한 이 내에 개방 회로, 단락 회로 및 아웃 오브 스텝(out of step)과 같은 결함 정보를 획득하기 위해 구동 전류 및 구동 전압을 검출하도록 구성된 하드웨어 결함 진단을 위한 하드웨어 진단 모듈을 더 포함할 수 있다는 것이 주목되어야 한다.
상술한 실시예는 본 출원의 바람직한 실시예이며, 당업자에게는 본 출원의 원리로부터 벗어나지 않고 약간의 개량 및 수정이 더 행해질 수 있다는 것이 주목되어야 하며, 이러한 개량 및 수정은 또한 본 출원의 보호 범위에 속하는 것으로 간주된다.

Claims (13)

  1. 차량 공기 조화 시스템의 과열도를 제어하기 위한 방법에 있어서,
    실시간 방식으로 제어 시스템에 의해 실제 과열도, 미리 설정된 과열도, 및 상기 실제 과열도에 영향을 미치는 피드 포워드 정보를 획득하는 단계; 및
    상기 차량 공기 조화 시스템의 과열도를 제어하기 위해 획득된 상기 실제 과열도, 상기 미리 설정된 과열도 및 상기 피드 포워드 정보에 따라 실시간으로 전자 팽창 밸브의 개도를 조정하는 단계를 포함하고,
    상기 피드 포워드 정보는
    증발기 팬의 회전 속도의 변화; 또는, 증발기 팬의 회전 속도의 변화와 압축기의 배기량의 변화를 포함하는,
    차량 공기 조화 시스템의 과열도를 제어하기 위한 방법.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 차량 공기 조화 시스템의 과열도를 제어하기 위해 상기 실제 과열도, 상기 미리 설정된 과열도 및 상기 피드 포워드 정보에 따라 실시간으로 상기 전자 팽창 밸브의 개도를 조정하는 단계는
    획득된 상기 실제 과열도를 상기 상기 과열도의 차이 값을 얻기 위해 획득된 상기 미리 설정된 과열도와 비교하고, 상기 과열도의 차이 값에 따라 상기 전자 팽창 밸브의 개도의 대응하는 제 1 조정 량을 획득하는 단계;
    상기 압축기의 회전 속도 또는 배기량의 변화 정보 및 상기 증발기 팬의 회전 속도의 변화 정보 중 적어도 하나에 따라 상기 전자 팽창 밸브의 개도의 대응하는 제 2 조정 량을 획득하는 단계; 및
    상기 전자 팽창 밸브의 개도의 상기 제 1 조정 량 및 상기 전자 팽창 밸브의 개도의 상기 제 2 조정 량에 따라 상기 전자 팽창 밸브의 개도를 조정하는 단계를 포함하는, 차량 공기 조화 시스템의 과열도를 제어하기 위한 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 전자 팽창 밸브의 개도의 제 1 조정 량 Vout1은 다음의 식에 의해 계산되며:
    Figure 112016014822738-pct00026

    상기 식에서, e는 상기 실제 과열도와 상기 미리 설정된 과열도 사이의 과열도의 차이 값이고, Kp는 비례 계수이고, Kd는 미분 계수이고, Ki는 적분 계수이고, C는 보정 계수이며;
    상기 전자 팽창 밸브의 개도의 제 2 조정 량 Vout2은 상기 전자 팽창 밸브의 개도의 제 2 조정 량의 제 1 부분 Vout21과, 상기 전자 팽창 밸브의 개도의 제 2 조정 량의 제 2 부분 Vout22 중 어느 하나 또는 합이고; 상기 전자 팽창 밸브의 개도의 제 2 조정 량의 제 1 부분 Vout21은 다음의 식에 의해 계산되고:
    Figure 112016014822738-pct00027

    또는 식
    Figure 112016014822738-pct00028

    또는 식
    Figure 112016014822738-pct00029

    상기 전자 팽창 밸브의 개도의 제 2 조정 량의 제 2 부분 Vout22은 다음의 식에 의해 계산되고:
    Figure 112016014822738-pct00030

    상기 식에서, KCS은 상기 압축기의 회전 속도의 피드백 계수이고, CS는 상기 압축기의 회전 속도이고, BS는 상기 증발기 팬의 회전 속도이고, KBS는 상기 증발기 팬의 피드백 계수이고, CD는 상기 압축기의 배기량이고, KCD는 상기 압축기의 배기량의 피드백 계수이며;
    상기 전자 팽창 밸브의 개도의 제 1 조정 량 Vout1과 상기 전자 팽창 밸브의 개도의 제 2 조정 량 Vout2은 합산되고,
    상기 전자 팽창 밸브의 개도가 상기 전자 팽창 밸브의 개도의 제 1 조정 량 Vout1과 상기 전자 팽창 밸브의 개도의 제 2 조정 량 Vout2에 따라 조정되는 경우에 상기 개도를 조정하기 위한 제어 신호는 상기 전자 팽창 밸브의 제어 단자로 출력되는, 차량 공기 조화 시스템의 과열도를 제어하기 위한 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 전자 팽창 밸브의 개도의 상기 제 1 조정 량 Vout1과 상기 전자 팽창 밸브의 개도의 상기 제 2 조정 량 Vout2을 합산함으로써 얻어지는 상기 개도의 조정 량은 상기 전자 팽창 밸브의 개도의 최대 변화율 이하인, 차량 공기 조화 시스템의 과열도를 제어하기 위한 방법.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 전자 팽창 밸브의 개도의 제 1 조정 량 Vout1과 상기 전자 팽창 밸브의 개도의 제 2 조정 량 Vout2을 합산함으로써 얻어지는 상기 전자 팽창 밸브의 개도의 조정 량이 상기 전자 팽창 밸브가 상기 제어 시스템에 현재 위치되고 설정되는 개도 간격에서 다수의 최소 동작 단계보다 작은 경우에는 상기 전자 팽창 밸브는 동작하지 않으며; 상기 전자 팽창 밸브의 개도의 조정 량이 상기 전자 팽창 밸브가 상기 제어 시스템에 현재 위치되고 설정되는 개도 간격에서 다수의 최소 동작 단계 이상인 경우에는 상기 전자 팽창 밸브는 상기 시스템에 대한 외란을 감소시키도록 동작하는, 차량 공기 조화 시스템의 과열도를 제어하기 위한 방법.
  7. 제 1 항, 제3항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 시스템에 의해, 상기 전자 팽창 밸브의 개도를 획득하고, 상기 전자 팽창 밸브 및 상기 전자 팽창 밸브와의 통신이 상기 실제 과열도, 상기 미리 설정된 과열도 및 획득된 상기 전자 팽창 밸브의 개도에 따라 결함 상태에 있는지를 판단하는 단계; 및
    판단 결과가 상기 전자 팽창 밸브 및 상기 전자 팽창 밸브와의 통신이 결함 상태에 있다는 것일 경우에 상기 차량 공기 조화 시스템의 과열도를 조정하기 위해, 상기 제어 시스템에 의해, 제어 신호를 실행 제어 메커니즘으로 출력하고, 상기 실행 제어 메커니즘에 의해, 상기 차량 공기 조화 시스템에서 상기 실제 과열도의 변화에 영향을 미치는 장치의 파라미터를 조정하는 것을 제어하는 단계를 포함하는데, 상기 차량 공기 조화 시스템에서 상기 실제 과열도의 변화에 영향을 미치는 장치의 파라미터는 상기 압축기의 회전 속도와 배기량 C1 중의 적어도 하나, 및 상기 증발기 팬의 회전 속도 C2 중 적어도 하나를 포함하는, 차량 공기 조화 시스템의 과열도를 제어하기 위한 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 판단 결과는 상기 전자 팽창 밸브 및 상기 전자 팽창 밸브와의 통신이 결함 상태에 있다는 것을 전제로 하여,
    상기 제어 시스템에 의해, 제어 신호를 상기 실행 제어 메커니즘으로 출력하고, 상기 실행 제어 메커니즘에 의해, 상기 압축기의 회전 속도 또는 배기량 C1을 감소시키거나, 상기 증발기 팬의 회전 속도 C2를 감소시키며, 또는 상기 실제 과열도가 제 1 미리 설정된 보조 과열도보다 큰 경우에 상기 압축기를 턴오프시키는 것을 제어하는 단계;
    상기 제어 시스템에 의해, 제어 신호를 상기 실행 제어 메커니즘으로 출력하고, 상기 실행 제어 메커니즘에 의해, 상기 압축기의 회전 속도 또는 배기량 C1을 증가시키거나, 상기 증발기 팬의 회전 속도 C2를 증가시키며, 또는 상기 실제 과열도가 제 2 미리 설정된 보조 과열도보다 작은 경우에 상기 압축기를 턴오프시키는 것을 제어하는 단계; 및
    상기 제어 시스템에 의해, 제어 신호를 상기 실행 제어 메커니즘으로 출력하고, 상기 실행 제어 메커니즘에 의해, 상기 실제 과열도가 상기 제 2 미리 설정된 보조 과열도 이상이고, 상기 제 1 미리 설정된 보조 과열도 이하인 경우에, 상기 압축기의 회전 속도 또는 배기량 C1 및 상기 증발기 팬의 회전 속도 C2를 그대로 유지하는 것을 제어하는 단계를 포함하는, 차량 공기 조화 시스템의 과열도를 제어하기 위한 방법.
  9. 압축기, 응축기, 응축기 팬, 증발기 및 증발기 팬을 포함하는 압축기 세트와 전자 팽창 밸브를 포함하는 스로틀 요소를 포함하는 차량 공기 조화 시스템에 있어서,
    상기 차량 공기 조화 시스템은
    실제 과열도와 실시간으로 상기 실제 과열도의 변화에 영향을 미치는 피드 포워드 정보를 획득하도록 구성된 제 1 획득 모듈; 및
    미리 설정된 과열도를 저장하고, 상기 실제 과열도 및 상기 피드 포워드 정보를 수신하며, 상기 실제 과열도, 상기 미리 설정된 과열도 및 상기 피드 포워드 정보에 따라 실시간으로 상기 전자 팽창 밸브의 개도를 조정하도록 구성된 제 1 제어기를 포함하는데; 상기 피드 포워드 정보는 증발기 팬의 회전 속도의 변화; 또는, 증발기 팬의 회전 속도의 변화와 압축기의 배기량의 변화를 포함하는, 차량 공기 조화 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 제어기는 차량 제어기 영역 네트워크(CAN) 버스 또는 차량 로컬 상호 접속 네트워크(LIN) 버스를 통해 상기 전자 팽창 밸브와 통신하며; 상기 제 1 획득 모듈은 차량 CAN 버스 또는 차량 LIN 버스를 통해 상기 제 1 제어기와 통신하는 차량 공기 조화 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 제어기는 PID 제어 모듈, 피드 포워드 제어 모듈 및 실행 제어 모듈을 포함하는데;
    상기 PID 제어 모듈은 미리 설정된 과열도를 저장하고, 과열도의 차이 값을 얻기 위해 상기 미리 설정된 과열도와 수신된 상기 실제 과열도를 비교하고, 과열도의 차이 값에 따라 상기 전자 팽창 밸브의 개도의 대응하는 제 1 조정 량을 얻도록 구성되고;
    상기 피드 포워드 제어 모듈은 상기 압축기의 회전 속도 또는 배기량의 변화 및 수신된 상기 증발기 팬의 회전 속도의 변화 중 적어도 하나에 따라 상기 전자 팽창 밸브의 개도의 대응하는 제 2 조정 량을 얻도록 구성되며;
    상기 실행 제어 모듈은 상기 전자 팽창 밸브의 개도의 상기 제 1 조정 량 및 상기 전자 팽창 밸브의 개도의 상기 제 2 조정 량에 따라 상기 전자 팽창 밸브의 개도를 조정하는 것을 제어하도록 구성되는 차량 공기 조화 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 PID 제어 모듈은 다음의 식에 의해 상기 전자 팽창 밸브의 개도의 제 1 조정 량 Vout1을 획득하며:
    Figure 112016014822738-pct00031

    상기 식에서, e는 과열도의 차이 값이고, Kp는 비례 계수이고, Kd는 미분 계수이고, Ki는 적분 계수이고, C는 보정 계수이며;
    상기 피드 포워드 제어 모듈은 상기 전자 팽창 밸브의 개도의 제 2 조정 량 Vout2이 상기 전자 팽창 밸브의 개도의 제 2 조정 량의 제 1 부분 Vout21과 상기 전자 팽창 밸브의 개도의 제 2 조정 량의 제 2 부분 Vout22 중 어느 하나 또는 합이라는 계산에 의해 상기 전자 팽창 밸브의 개도의 제 2 조정 량 Vout2을 획득하고, 상기 전자 팽창 밸브의 개도의 제 2 조정 량의 제 1 부분 Vout21은 다음의 식에 의해 계산되고:
    Figure 112016014822738-pct00032

    또는 식:
    Figure 112016014822738-pct00033

    또는 식:
    Figure 112016014822738-pct00034

    상기 전자 팽창 밸브의 개도의 제 2 조정 량의 제 2 부분 Vout22은 다음의 식을 계산함으로써 획득되고:
    Figure 112016014822738-pct00035

    상기 식에서, KCS은 상기 압축기의 회전 속도의 피드백 계수이고, CS는 상기 압축기의 회전 속도이고, BS는 상기 증발기 팬의 회전 속도이고, KBS는 상기 증발기 팬의 피드백 계수이고, CD는 상기 압축기의 배기량이고, KCD는 상기 압축기의 배기량의 피드백 계수이며;
    상기 실행 제어 모듈은 상기 전자 팽창 밸브의 개도의 제 2 조정 량의 제 1 부분 Vout21과 상기 전자 팽창 밸브의 개도의 제 2 조정 량의 제 2 부분 Vout22을 합산하여 상기 개도를 조정하기 위한 제어 신호를 상기 전자 팽창 밸브의 제어 단자로 출력하는 차량 공기 조화 시스템.
  13. 제 9 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제 2 획득 모듈, 제 2 제어기 및 실행 제어 메커니즘을 더 포함하는데,
    상기 제 2 획득 모듈은 실시간으로 상기 전자 팽창 밸브의 개도를 획득하도록 구성되고;
    상기 제 2 제어기는 상기 전자 팽창 밸브 및 상기 전자 팽창 밸브와의 통신이 상기 실제 과열도, 상기 미리 설정된 과열도 및 획득된 상기 전자 팽창 밸브의 개도에 따라 결함 상태에 있는지를 판단하고, 판단 결과가 상기 전자 팽창 밸브가 결함 상태에 있는 것일 때 획득되는 상기 실제 과열도에 따라 제 1 제어 신호를 생성하도록 구성되고;
    상기 실행 제어 메커니즘은 상기 제 2 제어기에 의해 전송된 상기 제 1 제어 신호를 수신하고, 상기 차량 공기 조화 시스템에서 상기 실제 과열도의 변화에 영향을 주는 장치의 파라미터를 조정하는 것을 상기 제 1 제어 신호에 따라 제어하도록 구성되는데, 상기 차량 공기 조화 시스템에서 상기 실제 과열도의 변화에 영향을 주는 장치의 파라미터는 상기 압축기의 회전 속도와 배기량 C1 중의 적어도 하나, 및 상기 증발기 팬의 회전 속도 C2 중 적어도 하나를 포함하는 차량 공기 조화 시스템.
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