用于车辆的空调控制方法与流程

文档序号:12051290
用于车辆的空调控制方法与流程

本公开总体涉及用于车辆的空调控制方法,并且更具体地涉及在车辆中控制空调的方法,其可以通过执行最佳操作量控制来提高车辆的加热性能。



背景技术:

现代的车辆通常装备有加热、通风和空调(HVAC:Heating,Ventilating and Air Conditioning)系统以控制内部温度并创造舒适的舱室大气。进一步地,许多车辆装备有全自动温度控制(FATC:Full Automatic Temperature Control)系统,其通过基于驾驶员或乘客所设定的温度自动控制内部温度从而提供舒适的环境。

在FATC系统中,当用户设定温度时,为控制车辆的内部温度,空调控制器(FATC控制器)接收来自各种传感器(例如,用于检测太阳辐射的太阳辐射传感器、用于检测外部空气的外部温度传感器和用于检测车辆的内部温度的内部温度传感器)的检测信号,基于来自传感器的检测值计算内部热负荷,并鉴于对应于内部热负荷的空调负荷确定包括排放模式、排放温度、排放方向和空气流的设置。为控制内部温度和系统的操作,空调控制器可以接收来自传感器(例如,用于检测排放温度的排放温度传感器、用于检测电热器(例如,PTC加热器,例如在带有内燃机的车辆中的辅助加热器或在电动车辆中的主加热器)温度的加热器温度传感器和用于检测蒸发器温度的蒸发器温度传感器)的检测值,并且可以控制操作部件,诸如模式致动器、温度门(temperature door)(即温度控制门)致动器、风向控制致动器、空调鼓风机、空调压缩机和电热器,以便根据确定的排放模式、排放温度、排放方向和排放量来控制用于空调的空气的供给。

同时,由于最近改进了发动机和多级变速器的效率,可用于加热车辆内部的传统热源已经不足,并且需要可以使用不足的热源有效地提高加热性能的技术。进一步地,需要可以通过在加热过程中最小化热能损失来提高加热性能,并提高与加热性能相冲突的用于发动机的预热性能的技术。

传统上,空调鼓风机以特定的量进行操作,其中可以产生最大风力以在车辆的最大加热中通过空气向车辆的内部提供来自热源的尽可能多的热量,其中空调鼓风机以所施加的最高电压固定地操作。进一步地,为防止在车辆的窗户里面形成霜冻,将空调模式控制在通风模式,但在这种情况下内部空气被排放到外面并且损失了大量的能量。

因此,传统上不考虑损失的能量的量而执行加热,并因此,用于加热的能量被低效地使用。进一步地,来自发动机的热量被用于加热,因此由于能量的损失导致发动机的预热性能降低。

在该背景节中公开的上述信息仅用于加强对本公开的背景的理解,并且因此其可以包含不构成本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。



技术实现要素:

本公开是为了解决上述问题而提出的。

本公开的目的在于提供控制车辆中空调的方法,其当在加热车辆的内部的过程中控制空调鼓风机的操作量时可以通过执行可以有效地使用车辆的不足的热源的最佳操作量控制来提高车辆的加热性能,并且该方法可以在加热车辆的内部的过程中通过最小化热能的损失来提高发动机的预热(warming-up)性能。

根据本公开的实施例,用于最佳控制车辆的空调系统的方法包括:在空调系统的最大加热条件下起动车辆的发动机并接通空调系统之后,根据当前车辆状态信息和空调信息确定加热器热量;确定在当前空调模式期间排放到车辆外面的损失热量;通过计算加热器热量和损失热量之间的差来确定有效加热能量;计算有效加热能量被最大化的空调鼓风机的最佳操作量;以及根据确定的最佳操作量控制空调鼓风机的操作。

加热器热量的确定可以包括:根据当前车辆状态信息,确定通过加热器的冷却剂流量,其为穿过冷却剂和空气彼此交换热量的加热器的冷却剂的流量;根据空调信息确定加热器进气温度;确定在当前空调模式期间的通过加热器的空气流;计算入口温度差(ITD:inlet temperature difference),其为发动机冷却剂温度和加热器进气温度之间的差;以及根据将通过加热器的冷却剂流量、通过加热器的空气流和ITD彼此映射的加热器热量排放性能映射图,基于通过加热器的冷却剂流量、通过加热器的空气流和ITD确定加热器热量。

当前的车辆状态信息在通过发动机功率操作水泵以泵送并循环冷却剂的系统中可以包括发动机转数(RPM)和冷却剂温度。

空调信息可以包括外部空气温度、内部温度、外部/内部空气门打开量和温度调节门打开量。

通过加热器的空气流的确定可以包括:根据当前的温度调节门打开量计算通过加热器的空气流。

损失热量的确定可以包括:通过车辆的内部空气和外部空气之间的焓差乘以排放空气量来确定,其中排放空气量是基于当前外部的/内部的空气门打开量来确定的。

该方法可以还包括:在最大加热条件下起动发动机并接通空调系统之后,根据外部空气温度和时间量确定基准温度;将车辆的内部温度与基准温度比较;以及当车辆的内部温度低于基准温度时计算空调鼓风机的最佳操作量。

该方法可以还包括:在最大加热条件下起动发动机并接通空调系统之后,根据外部空气温度和时间量确定基准温度;将车辆的内部温度与基准温度比较;当车辆的内部温度大于或等于基准温度时,基于冷却剂温度确定发动机是否已经预热;以及当基于冷却剂温度确定发动机未预热时,减小来自空调鼓风机的当前空气流以预热发动机。

该方法可以还包括:当确定发动机已经预热时计算空调鼓风机的最佳操作量。

而且,根据本公开的实施例,用于最佳控制空调系统的系统包括:具有发动机并且装备有空调系统的车辆;设置在空调系统中的空调鼓风机;以及控制空调鼓风机的操作的控制器,该控制器经配置:在空调系统的最大加热条件下起动车辆的发动机并接通空调系统之后,根据当前车辆状态信息和空调信息来确定加热器热量;确定在当前空调模式期间排放到车辆外面的损失热量;通过计算加热器热量和损失热量之间的差来确定有效加热能量;计算其中有效加热能量被最大化的空调鼓风机的最佳操作量;以及根据确定的最佳操作量控制空调鼓风机的操作。

而且,根据本公开的实施例,非暂时性计算机可读介质包含用于最佳控制车辆的空调系统的程序指令,计算机可读介质包括以下程序指令:在空调系统的最大加热条件下起动车辆的发动机并接通空调系统之后,根据当前的车辆状态信息和空调信息确定加热器热量;确定在当前空调模式期间排放到车辆外面的损失热量;通过计算加热器热量和损失热量之间的差来确定有效加热能量;计算其中有效加热能量被最大化的空调鼓风机的最佳操作量;以及根据确定的最佳操作量控制空调鼓风机的操作。

下文论述本公开的其他方面和实施例。

附图说明

现在将参考本公开的说明附图的特定实施例详细描述本公开的上述和其他特征,该特定实施例在下文中仅以示例方式给出并且因此不限制本公开,在附图中:

图1是示出用于执行本公开的空调控制方法的空调系统的配置的方框图;

图2是示出根据本公开的实施例的空调控制方法的流程图;

图3是示出在根据本公开的实施例的空调控制方法中计算鼓风机的最佳操作量的过程的图;

图4是用于示出本公开的空调控制方法的参考图;以及

图5A和图5B是比较传统空调鼓风机操作点和根据本公开的最佳操作点的图。

应该理解,附图不必按照比例绘制,只是表示本公开的基本原理的各种优选特征的稍微简化的示意。如本文所公开的本公开的特定设计特征包括例如特定的尺寸、取向、位置和形状,该特定设计特征将部分地通过具体的预期应用和使用环境来确定。在附图中贯通附图的若干图,参考标号指代本公开的相同的或等效的部分。

具体实施方式

在下文中将详细参考本公开的各种实施例,本公开的实例在附图中示出并在下面被描述。虽然本公开将结合实施例进行描述,但应该理解,本说明书并非旨在将本公开限定于那些实施例。相反,本公开旨在不仅覆盖实施例,而且覆盖可以包括在所附权利要求所限定的本公开的实质和范围内的各种替换、修改、等效和其他实施例。

本文使用的术语仅用于描述特定实施例的目的,而并非旨在限制本发明。如在本文使用,单数形式“一个”、“一种”和“该”也旨在包括复数形式,除非上下文另外清楚表明。应进一步理解,当在本说明书中使用时,术语“包括”和/或“包含”规定所陈述特征、整体、步骤、操作、要素和/或部件的存在,但不排除一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、要素、部件和/或其集合的存在或添加。如在本文中使用,术语“和/或”包括相关联的所列条目中的一个或多个的任何与全部组合。

应该理解,如在本文中使用,术语“车辆”或“车辆的”或其他类似术语通常包括机动车辆,诸如包括运动型多功能车(SUV)的乘用车、公共汽车、卡车、各种商业车辆、包括各种船艇和船舶的水运工具、飞行器等等,并且包括混合动力车辆、电动车辆、插入式混合动力电动车辆、氢动力车辆,以及其他代用燃料车辆(例如,得自除石油之外的资源的燃料)。如在本文中提到,混合动力车辆是具有两个或更多个动力源的车辆,例如汽油动力和电动力的车辆。

此外,应该理解下面方法或其方面中的一个或多个可通过至少一个控制器执行。术语“控制器”可以指的是包括存储器和处理器的硬件设备。存储器经配置存储程序指令,并且处理器被特别地编程以执行编程指令从而实现下面进一步描述的一个或多个过程。而且,应该理解,如本领域的普通技术人员将意识到的那样,下面方法可以通过包括和一个或多个其他组件结合的控制器的装置执行。

而且,本公开的控制单元可以在计算机可读介质上实施为非暂时性的计算机可读介质,其包含被处理器、控制器等执行的可执行程序指令。计算机可读介质的示例包括但不限于ROM、RAM、紧凑光盘(CD)-ROM、磁带、软盘、闪存驱动器、智能卡和光数据存储设备。计算机可读记录介质也可以分散于联网计算机系统中以使得计算机可读介质以分散的形式被存储和执行,例如通过远程信息处理服务器或控制器局域网(CAN)。

在下文中,将参考附图更充分地描述本公开以使本领域的技术人员易于实施本公开。

本公开的主要特征在于借助当最大加热(即,在最大加热条件下)时有效加热能量能够被最大化的空气流,来控制空调鼓风机的操作量,其中有效加热能量Qeff被定义为加热器热量Qheat和车辆的损失热量Qout之间的差。

首先参考图4,其示出使用发动机的热能以加热车辆的内部的空调系统的加热器,加热器可以是用于加热车辆内部的热交换器,即加热器芯(heater core),在加热器芯中发动机冷却剂穿过加热器芯并且加热器芯周围的空气彼此交换热量。在空调系统的通风模式中在车辆中循环的空气和来自车辆外面的外部空气用于加热内部。进一步地,通过加热器加热内部空气和外部空气并接着将其排放到车辆的内部中。内部空气和外部空气被空调鼓风机吸入并接着被排放到车辆的内部中,其中被发送到车辆的内部的空气接收来自发动机冷却剂的热能同时穿过加热器(即,加热器芯)。

如果发动机所提供的热量是Qheat,则热量Qheat是加热器为空气排放的热量,并且当内部空气在通风模式中被排放到车辆的外面时所产生的损失热量是Qout。如果当内部空气和外部空气在穿过加热器之后被排放到车辆的内部时被排放以用于加热的空气,提供给车辆的内部的热量是Qven,则内部热能Qroom为“Qroom=Qvent-Qout”。如果由加热器提供热量Qheat且热量Qout损失到车辆的外面,则有效加热能量Qeff是“Qeff=Qheat-Qout”。

同时在本公开中,使用从在最大加热中的车辆状态信息和空调信息获得的加热器热量排放性能映射图来计算通过加热器将热量加入到提供给内部的空气的热量,即加热器热量Qheat;计算损失热量Qout,其为当前空调模式中排放到车辆的外面的损失热量;以及接着从加热器热量Qheat和损失热量Qout计算有效加热能量Qeff

进一步地,在本公开中,确定有效加热能量最大的最佳操作点,并将空调鼓风机的操作量控制在确定的最佳操作点。换言之,得到有效加热能量为最大量的操作量,并且接着控制空调鼓风机的操作以具有所得到的(即最佳的)操作量。

通常,在车辆的空调系统中来自空调鼓风机的空气流与空调鼓风机的操作量相关,并且当控制空调鼓风机的操作量时可以控制来自空调鼓风机的空气流。进一步地,在通常的车辆的空调系统中,控制施加到空调鼓风机的电压以控制空调鼓风机的操作量,并且因此对空调鼓风机的操作量的控制可以是对施加到空调鼓风机的电压的控制。

特别地,在本公开中,对空调鼓风机的操作量的控制不限于对施加到空调鼓风机的电压的控制,并且可以使用用于控制空调鼓风机的操作的其他方法。例如,在电流控制类型中,为控制空调鼓风机的操作量,控制施加到空调鼓风机的电流,但在脉宽调制(PWM)控制类型中,执行用于操作空调鼓风机的鼓风机电动机的逆变器的PWM控制。

参考图1描述了用于执行本公开的空调控制方法的空调系统的配置。如图所示,空调系统包括检测发动机RPM的发动机每分钟转数(RPM)传感器11、检测冷却剂温度的水温传感器12、检测外部空气温度的外部空气温度传感器13和检测车辆的内部温度的内部温度传感器14。

进一步地,控制器20(空调控制器,换言之FATC控制器)基于来自传感器的信号计算有效加热能量Qeff,计算有效加热能量Qeff被最大化的最佳鼓风机操作量,并且接着控制空调鼓风机30的操作以取得所计算的最佳鼓风机操作量。换言之,空调鼓风机30的操作量被控制在有效加热能量Qeff处于最大值的操作点以满足加热性能。

进一步地,如下所述,当满足加热性能时,控制空调鼓风机30的操作量,以便通过发动机冷却剂减小加热器热量以预热发动机,其中通过减少空调鼓风机30的操作量(例如,通过减小施加到鼓风机的电压来减小空气流)来确保发动机预热性能并提高燃料效率。

如图2和图3所示,本公开的空调控制方法包括计算用于空调鼓风机的最佳控制的最佳鼓风机操作量的过程。如图2和图3所示,控制器20执行本文所描述的控制过程。换言之,控制器20根据考虑了有效加热能量的最佳操作量,通过图2和图3所示的过程控制空调30的操作。

如图2所示,在起动发动机和接通空调系统之后(S1),确定空调鼓风机的最大加热条件(S2)并当满足空调鼓风机的最大加热条件时执行空调鼓风机的最佳控制。

如果未满足最大加热条件,可以使用现有的鼓风机操作映射图来控制空调鼓风机的操作(S3和S10),与现有技术中相同。

进一步地,当用户通过操作开关将来自空调鼓风机的空气流设置为预定的水平时,首先遵循用户的意图将来自鼓风机的空气流控制为由用户设置的水平(S4、S5和S10)。

相反,包括计算最佳鼓风机操作量的过程的鼓风机的最佳控制只在以自动方式设置来自鼓风机的空气流的控制时执行,并且控制空调鼓风机以具有通过计算最佳鼓风机操作量的过程计算出的操作量,即对应于来自鼓风机的最佳空气流的操作量。

如上所述,通过控制施加到空调鼓风机的电压可以实现对空调鼓风机的操作量的控制。而且当来自鼓风机的空气流以自动方式设置且未满足加热性能,换言之,车辆的内部温度(例如,通过内部温度传感器检测到的温度)低于在起动发动机之后经过预定量的时间时所确定的基准温度时,该控制发起计算鼓风机的最佳操作量的过程(S6和S9)。因此根据计算出的最佳操作量来控制空调鼓风机的操作(S9和S10)。

然而,当车辆的内部温度高于基准温度且满足加热性能时,在车辆中基于冷却剂温度(例如,通过水温传感器来检测)确定发动机是否已经预热(S7)。

当冷却剂温度未满足发动机预热条件(即车辆没有预热)时,鼓风机的当前操作量减小到预定值或以预定值减小来预热发动机,并且因此冷却剂热量(即加热器热量)减小(S8)。

另一方面,如果确定发动机在S7中已经预热,则该控制开始计算鼓风机的最佳操作量的过程(S9),且空调鼓风机的操作被控制在计算出的最佳操作量(S10)。

结果,通过控制空调鼓风机的操作以实现计算出的最佳操作量,可以迅速实现提供舒适环境的内部温度。如上所述,在实现用于舒适环境的温度之后最大加热条件被消除,并且与现有技术相同,可以使用现有的鼓风机操作映射图控制空调鼓风机的操作(S3)。因此,根据包括计算鼓风机的最佳操作量的过程的本公开的控制方法,能够提高加热性能例如迅速实现用于舒适环境的内部温度,并且也能够提高发动机预热性能。进一步地,由于改善发动机的预热,因此能够通过减小摩擦阻力来减少热能并提高燃料效率。

现在参考图5A和图5B,图5A中左侧图中的曲线图“C”示出用于空调鼓风机的操作量的加热器热量(按空调鼓风机的操作量的加热器热量)Qheat的曲线(虚线),以及用于空调鼓风机的操作量的损失热量(按空调鼓风机的操作量的损失热量)Qout的曲线(实线)。

如图5A和图5B所示,在计算鼓风机的最佳操作量的过程中,获得示出根据空调鼓风机操作量的加热器热量Qheat的按鼓风机操作量的排放热量Qheat的曲线(图5A中左侧图中的虚线),并获得示出根据空调鼓风机操作量的损失热量Qout的按鼓风机操作量的损失热量的曲线(图5A中左侧图中的实线)。

如上所述,当获得两条曲线时,可以获得根据加热器热量Qheat和损失热量Qout之间的差来确定的有效加热能量Qeff,其中有效加热能量是图5A中的区域C。

进一步地,示出根据空调鼓风机的操作量的有效加热能量Qeff(替代性地,在图5A中称为“有效热能Qeff”)的操作量的曲线可类似于图5A中右侧图中的曲线D被确定,并且在曲线D中,有效加热能量Qeff被最大化的最佳操作点被选择,且空调鼓风机被控制以具有对应于最佳操作点的操作量。

参考图5A中的曲线D,可以看到,在最大加热中选择与现有技术的操作点相比有效加热能量Qeff可以增大的最佳操作点(即,鼓风机的最佳操作量)。

图5B示出示出通过加热器的根据空调鼓风机的操作量的加热器热量Qheat的曲线,即操作量的排放热量曲线,其中在最大加热中与现有技术的操作点相比,在本公开的最佳操作点处的鼓风机的操作量为更小。因此可以看出,加热器热量Qheat可以减小,并且可以通过减小加热器热量来提高发动机的预热性能。

接下来,参考图3描述计算鼓风机的最佳操作量的过程。

首先,控制器20接收车辆状态信息和空调信息。车辆状态信息可以包括例如通过发动机RPM传感器11检测到的发动机RPM和通过水温传感器12检测到的冷却剂温度,并且空调信息可以包括例如通过外部空气温度传感器13检测到的外部空气温度、通过内部温度传感器14检测到的内部温度、外部/内部空气门打开量和在当前空调模式中的温度调节门打开量。

在通过发动机功率操作水泵以泵送并循环冷却剂的系统中,控制器20基于作为车辆状态信息的发动机RPM和冷却剂温度计算通过加热器的冷却剂的流量,即通过加热器的冷却剂流量(S11)。

进一步地,控制器20基于作为空调信息的外部空气温度、内部温度和外部/内部空气门打开量计算加热器进气温度(S12),并且计算作为冷却剂温度和加热器进气温度之间的差的进气温度差(ITD)(S13)。

在本公开中,通过加热器的冷却剂流量和加热器进气温度是用于现有空调控制过程的变量,并且计算来自车辆状态信息或空调信息或者车辆状态信息和空调信息的变量的过程,对于本领域的技术人员而言是众所周知的。因此将不提供其详细描述。

用于计算通过加热器的冷却剂流量和加热器进气温度的车辆状态信息和空调信息不限于此,并且可以用众所周知的各种方式和各种计算过程进行修改,因此在本文中未对其进行规定。

控制器20通过按空调鼓风机的操作量计算通过加热器的空气流来获得按空调鼓风机的操作量的通过加热器的空气流,其中通过加热器的空气流对应于当前温度调节门打开量(S14)。

按空调鼓风机的操作量的通过加热器的空气流数据可以在控制器中通过从映射图或方程组计算或获得按空调鼓风机的操作量的对应于当前温度调节门打开量的通过加热器的空气流而获得。例如,使用定义了“温度调节门打开量对通过加热器的空气流对空调鼓风机的操作量”的值的三维(3D)映射图,可以获得按空调鼓风机的操作量的通过加热器的空气流数据,并且可以从3D映射图中获得在确定为规定值的温度调节门打开量处的“通过加热器的空气流对空调鼓风机的操作量”的数据。

现在参考图3,从3D映射图中获得的“通过加热器的空气流对空调鼓风机的操作量”的2D曲线在S14中被例示。

接下来,控制器20使用加热器热量排放性能映射图从计算值中获得示出根据空调鼓风机的操作量的加热器热量Qheat的示出空调鼓风机的操作量的热量排出曲线“A”(S15和S17)。

加热器热量排放性能映射图是3D映射图,其中通过加热器的冷却剂流量、通过加热器的空气流和加热器热量Qheat/ITD的值彼此映射(即通过加热器的冷却剂流量对通过加热器的空气流对加热器热量Qheat/ITD)。规定了通过加热器的冷却剂流量和ITD,并且在先前的计算过程中获得按空调鼓风机的操作量的通过加热器的空气流,所以可以从加热器热量排放性能映射图中获得“鼓风机的空气流对加热器热量Qheat”的二维(2D)曲线。

进一步地,控制器20获得在当前空调模式中用于空调鼓风机的操作量的排放到车辆外面的损失热量Qout(S18)。通过内部空气和外部空气之间的焓差与排放的空气量相乘可以获得损失热量Qout,其中排放的空气量意味着在最大加热和通风模式中在当前外部/内部门打开量下排放到车辆外面的空气量。

获得对应于当前外部/内部门打开量的按空调鼓风机的操作量的排放的空气量,以获得按空调鼓风机的操作量的损失热量Qout(S16),并且接着可以通过将内部空气和外部空气之间的焓差与对应于空调鼓风机的操作量的排放空气量相乘,从而获得按鼓风机的操作量的损失热量的数据(S18)。

再次参考图3,损失热量曲线B被例示,其中损失热量曲线B将通过内部空气和外部空气之间的焓差与按空调鼓风机的操作量的排放空气量相乘而获得的损失热量Qout显示为根据空调鼓风机的操作量的值。

结果,按空调鼓风机的操作量,获得曲线A中的加热器热量Qheat和曲线B中的损失热量Qout之间的差时,可以获得有效加热能量Qeff,其中示出有效加热能量Qeff的曲线是曲线C和曲线D(S19)。有效加热能量Qeff是加热器热量Qheat和损失热量Qout之间的差,并且可以被显示为图3中在空调鼓风机的操作量的区域C’。进一步地,示出根据空调鼓风机的操作量的有效加热能量Qeff的按操作量的曲线可以类似于图3中的曲线D被获得,并且在曲线D中,选择其中有效加热能量被最大化的最佳操作点(S20)。因此空调鼓风机的操作被控制以具有对应于操作点的最佳操作量。

虽然例示了曲线和映射图被用于计算鼓风机的最佳操作量,其只是实例并且本公开不限于此。进一步地,计算过程可以不通过曲线和映射图而是通过预先输入到控制器20中的方程式做出,并且可以通过曲线、映射图和方程式来做出。

根据用于本公开的车辆的空调控制方法,当在加热车辆的内部的过程中控制空调鼓风机的操作量时,通过执行可最有效地使用不足的热源的最佳操作量控制,可以提高加热性能和发动机的预热性能,减少热能(和副电力加热器能量(sub-electric heater energy)),借助用于发动机的预热性能的提高来减小摩擦阻力并提高燃料效率。

虽然上面详细描述了本公开的实施例,本公开的范围并不限于实施例,并且由本领域技术人员做出的来自在所附权利要求书中限定的本公开的实质的各种改变和修改也包括在本公开的范围内。

再多了解一些
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