车辆气候控制阀和操作方法与流程

本发明总体上涉及车辆的气候控制系统内的阀，并且更具体地涉及改变阀如何初始化。改变响应于预期的模式。

背景技术：

通常，电动车辆不同于常规的机动车辆，原因在于电动车辆选择性地使用一个或多个电池供电的电机来驱动。相比电动车辆，常规的机动车辆仅仅使用内燃发动机来驱动。电机可以代替内燃发动机来驱动电动车辆，或者除了内燃发动机以外使用电机来驱动电动车辆。示例电动车辆包括混合动力电动车辆(HEVs)、插电式混合动力电动车辆(PHEVs)、燃料电池车辆(FCVs)、和电池电动车辆(BEVs)。

车辆，特别是电动车辆，可包括具有阀的气候控制系统。阀控制通过系统的流体——例如制冷剂——的流动。启动气候控制系统包括初始化其阀。阀中的每一个通过将阀移动到完全打开位置和完全关闭位置来初始化。初始化阀本质上是校准阀，由此系统能够定位该阀以允许或阻止流动的所需量。

技术实现要素：

根据本发明的一个示例性方面的车辆气候控制操作方法包括，除其他外，在冷却模式中，将阀门移动到第一位置并且在未将阀移动到第二位置的情况下初始化阀。在加热模式中，该方法将阀移动到第二位置并且在未将阀移动到第一位置的情况下初始化阀。第一位置比第二位置允许更多的流量。

在上述方法的进一步的非限制性实施例中，该方法包括，在除湿模式中，将阀移动到第二位置并且在未将阀移动到第一位置的情况下初始化阀。

在任何前述方法的进一步的非限制性实施例中，该方法包括，在加热模式中，将阀在初始化后移动到节流位置。节流位置比第一位置允许更少的流量以及比第二位置允许更多的流量。

在任何前述方法的进一步非限制性实施例中，初始化是在用于车辆的气候控制系统的启动周期期间。

在任何前述方法的进一步非限制性实施例中，第一位置是完全打开阀的位置，以及第二位置是完全关闭阀的位置。

在任何前述方法的进一步非限制性实施例中，该方法包括至少部分地基于车辆的客舱内的温度的测量来选择加热模式或冷却模式。

在任何前述方法的进一步的非限制性的实施例中，该方法包括使用阀控制到热交换器的流量。

在任何前述方法的进一步的非限制性实施例中，该方法包括在流体和热交换器处的环境空气之间交换热能。

在任何前述方法的进一步的非限制性实施例中，阀是第一阀和热交换器是第一热交换器。方法还包括，在加热模式和冷却模式中，将第二阀移动到完全关闭位置并且在未将第二阀移动到完全打开位置的情况下初始化第二阀。

根据本发明的另一示例性方面的车辆气候控制系统包括，除其他外，致动以控制沿流体回路到第一热交换器的流量的第一阀、致动以控制沿流体回路到第二热交换器的流量的第二阀、以及配置为在第一阀处于流动允许位置以及第二阀处于流动限制位置的情况下在客舱冷却模式中初始化第一和第二阀的控制器。

在前述系统的进一步的非限制性实施例中，控制器配置为在第一阀未从流动允许位置移动到流动限制位置以及第二阀未从流动限制位置移动到流动允许位置的情况下在客舱冷却模式中初始化第一和第二阀。

在任何前述系统的进一步的非限制性实施例中，控制器进一步配置为在第一和第二阀处于流动限制位置的情况下在客舱加热模式中初始化第一和第二阀。

在任何前述系统的进一步的非限制性实施例中，控制器进一步配置为在第一和第二阀处于流动限制位置的情况下在客舱除湿模式中初始化第一和第二阀。

在任何前述系统的进一步的非限制性实施例中，流动允许位置是名义上的完全打开位置，以及流动限制位置是名义上的完全关闭位置。

根据本发明的又一示例性方面的气候控制系统的总成包括，除其他外，配置为在冷却模式下操作时在第一位置进行初始化并且配置为在加热模式下操作时在第二位置进行初始化的阀，第一位置比第二位置允许更多的流体流量。

在前述总成的进一步的非限制性实施例中，阀被进一步配置为在除湿模式中在第二位置进行初始化。

在任何前述总成的进一步的非限制性实施例中，阀是针形阀。

在任何前述总成的进一步的非限制性实施例中，第一位置是完全打开位置，以及第二位置是完全关闭位置。

在任何前述总成的进一步的非限制性实施例中，流体从加热器流到阀并且从阀流到热交换器。

在任何前述总成的进一步的非限制性实施例中，热交换器配置为在流体和环境空气之间交换热能。

附图说明

通过具体实施方式，本发明示例的各种特征和优点对本领域技术人员将变得显而易见。伴随具体实施方式的附图可简要描述如下：

图1示出了用于车辆的气候控制系统的选定部分的高度示意图；

图2示出了图1的系统中处于完全打开位置的阀；

图3示出了图2的处于完全关闭位置的阀；

图4示出了图3的处于节流位置的阀；

图5示出了在加热模式下用于车辆的另一示例气候控制系统的示意图；

图6示出了在冷却模式下图5的系统；

图7示出了在除湿模式下图5的系统；

图8示出了在图5至7的系统中用于控制阀的方法的步骤。

具体实施方式

本发明总体上涉及车辆的气候控制系统的阀。具体地，本发明的目的在于基于系统的操作模式改变阀中的一个或多个如何初始化。改变阀如何初始化可以减少系统花费在初始化阀的时间，因此，系统能够更迅速地为车辆乘员输送经调节的空气。

参照图1，示例气候控制系统10为车辆16的客舱14提供经调节的空气。示例系统10包括从客舱14延伸到加热器18的第一流体回路22、和从客舱14延伸到热交换器28的第二流体回路26。系统10还包括致动以控制通过第二流体回路26的流量的阀30。控制器34可操作地连接到客舱14、加热器18、和阀30。

系统10可以在加热模式或冷却模式下操作。在一些示例中，系统10还可以在除湿模式下操作。在加热模式中，控制器34命令加热器18对第一流体回路22的一部分内的流体进行加热。泵(未示出)沿着第一流体回路22将被加热的流体循环到客舱14附近的位置。被加热的流体被用于加热客舱14。

在冷却模式中，控制器34命令阀30移动到允许流体沿着第二流体回路26流动的位置。沿着第二流体回路的流动将热能从客舱14带到热交换器28。在热交换器28中，热从第二流体回路26内的流体移动到周围环境。风扇(未示出)可用于移动空气通过热交换器28的部分以促进第二流体回路26中来自流体的热能到周围环境的移动。

控制器34可以响应于例如在车辆16的启动期间来自车辆16的驾驶员的输入而启动加热模式或冷却模式。例如，控制器34可以接收客舱14内来自用户输入36的温度请求。控制器34将温度请求与客舱14内的实际温度、车辆16外的温度、或者两者进行比较。基于上述比较，控制器34可以启动加热模式或冷却模式。实际温度可以通过可操作地连接到控制器34的传感器进行测量。

当控制器34启动加热模式并命令加热器18对第一流体回路22内的流体加热时，控制器34命令阀30移动到限流位置，例如阻止沿第二流体回路26流动的位置。这防止在加热模式期间冷却客舱14。

当控制器在冷却模式下操作时，控制器将阀30移动到完全打开位置，或者到完全打开位置和完全关闭位置之间的节流位置。冷却模式中阀30的定位取决于用于客舱14的期望的冷却量。如果期望更多的冷却，则阀30移动到允许更多流量的位置。如果期望较少的冷却，控制器命令阀30移动到允许较少流量的位置。

控制器34能够在冷却模式中关闭加热器18以使得加热器18不对第一流体回路中的流体加热，这可能加热客舱14并抑制使用冷却模式的有效性来冷却客舱14。

控制器34可以包括可操作地连接到存储器部分的处理器。处理器可以被编程以执行存储在存储器部分中的程序。上述程序可以作为软件代码被存储在存储器部分中。

存储在存储器部分中的程序可包括一个或多个附加的或单独的程序，程序中的每一个包括用于实现与加热和冷却客舱14相关的逻辑功能的可执行指令的有序列表。指令例如使得控制器34能够命令阀30调节到允许或阻止通过第二流体回路26的所需量的位置。

现在参照图2至4并继续参照图1，示例阀30是由马达38致动的针形阀。其它类型的阀可以在其他示例中使用。

在本示例中，马达38从控制器34接收命令并作为响应，可以将阀30从图2的打开位置移动到图3的关闭位置。马达38还可以将阀30从图3的关闭位置移动至图2的打开位置、以及图2的打开位置和图3的关闭位置之间的节流位置。节流位置的一个示例如图4所示。控制器34从而通过命令与阀30相关的马达38来控制沿第二流体回路的流量。在本示例中，需要初始化阀30以校准阀30。

在一些系统中，初始化阀涉及将阀移动到完全打开位置，然后到完全闭合位置。阀需要移动到完全打开和完全关闭位置以使得控制器获知这些位置在哪里并且然后将阀移动到用于系统的适当位置以加热或冷却客舱。在初始化阀时将阀移动到完全打开位置和完全闭合位置需要时间并且能延缓客舱的加热或冷却。在一些示例中，初始化时通过将阀移动到完全打开和完全关闭位置可以花费多达十二秒。

示例阀30可通过将阀30移动至图2的打开位置或图3的关闭位置进行初始化。初始化阀30不需要将阀移动到图2的打开位置和图3的关闭位置二者。

在这个示例中，控制器34基于系统10是否将在加热模式或冷却模式中操作而不同地初始化阀30。在冷却模式中，控制器34命令马达38在初始化时将阀30移动到图2的完全打开位置而非图3的完全关闭位置。在加热模式中，控制器34命令马达38在初始化时将阀30移动到图3的完全关闭位置而非图2的完全打开位置。在无需将阀30移动到完全打开和完全关闭位置二者的情况下初始化阀30降低初始化阀30所需的时间。

现在参照图5至7，另一示例气候控制系统50被包含到包括选择性地用于驱动车辆车轮的电池51电动车辆中。电池51是相对高的电压牵引电池。

在示例性实施例中，气候控制系统50包括热交换器52、热交换器54、加热器56、压缩机60、蓄能器62、冷却器64、加热器芯68、蒸发器70、以及泵74。系统50被认为包含热泵。系统50使用多个流体回路和例如制冷剂的流体、以及乙二醇和水的混合物。系统50可加热、冷却、以及除湿电动车辆的客舱。系统50的部件可以通过一个或多个导管——例如管、软管或类似物——而处于流体连通。

图5示出了在加热模式中的系统50，其中泵74沿着第一流体回路76移动例如冷却剂的流体以在加热器56和加热器芯68之间循环冷却剂。被加热的冷却剂沿着第一流体回路76从加热器56移动到加热器芯68。鼓风机80使空气移动通过管道82。鼓风机80将在管道82内的空气移动到加热器芯68。

加热器芯68在暖通空调(HVAC)壳体内的通风子系统的一部分中靠近车辆的客舱78而设置并且可以体现为任何合适的结构。在一个实施例中，加热器芯68配置为板翅式或管翅式热交换器。然而，其他的加热器芯结构在本发明的范围内可以设想。在另一个实施例中，加热器芯68设置在客舱78内。

加热的空气在管道82中从加热器芯68移动到车辆的客舱78以加热客舱。在加热模式中，管道82内的可致动门86被定位为引导来自鼓风机80的流体流通过加热器芯68。其它可致动门可位于HVAC壳体内的其他位置，以控制并操纵空气通过HVAC壳体的流体流。

在加热模式下，第二流体——例如制冷剂——沿第二流体回路84通过加热器56。示例加热器56是基于制冷剂的加热器。在加热器56中，来自第二流体回路84中的制冷剂的热移动到第一流体回路76的冷却剂中。制冷剂然后沿着第二流体回路84通过膨胀装置——例如电子膨胀阀88——从加热器56移动到热交换器52。阀88适于改变第二流体回路84的制冷剂的压力。在本示例中，阀88是加热电子膨胀阀(HEXV)。从加热器56接收的高压制冷剂在较低的压力以及在加热模式下作为液体和蒸汽的混合物离开阀88。

在加热模式下，膨胀阀88被保持在节流位置，这通常对应于膨胀阀88完全打开位置和膨胀阀88完全关闭位置之间的位置。节流位置在一些示例中可以是完全打开位置。马达可以通过控制器初始化以将膨胀阀88定位在节流位置。

在通过加热器56后，制冷剂在热交换器52中拾取来自周围环境的热能。当热交换器52在制冷剂和车辆外部的环境空气之间交换热能时，热交换器52是外部热交换器。制冷剂沿着第二流体回路84从热交换器52移动到将制冷剂引导到蓄能器62的旁通阀90。蓄能器62引导制冷剂通过热交换器54到压缩机60。

在本示例中，旁通阀90是可以被定位成选择性地允许第二流体回路内的制冷剂绕过热交换器54的电磁阀。在加热模式下，有效地无热能交换发生在热交换器54中。

压缩机60通过第二流体回路84对制冷剂进行增压和循环。压缩机60能够通过电的或非电的电源供电。例如，压缩机60可被可操作地连接到车辆的内燃发动机。

第二流体回路84内的制冷剂在压缩机60中被压缩并被引导回加热器56。沿着第二流体回路84进入加热器56中的制冷剂比沿着第一流体回路76进入加热器的制冷剂热。

现在参照图6，系统50被示出在冷却模式。当在冷却模式下操作时，旁路阀90缩回以允许第二流体回路84穿过热交换器54，并防止制冷剂绕过热交换器54。在冷却模式中，制冷剂从热交换器54、然后通过膨胀装置——例如电子膨胀阀92——移动到设置在管道82中的蒸发器70。阀92适于改变第二流体回路84的制冷剂的压力。在本示例中，阀92是冷却电子膨胀阀(CEXV)。

鼓风机80引导空气通过蒸发器70。当空气通过蒸发器70时，空气在管道82内被冷却。被冷却的空气然后从管道82移动到客舱以冷却客舱。门86被移动至阻止流体流通过加热器芯68的位置。

流体沿着第二流体回路84从蒸发器70移动回蓄能器62，并通过热交换器54，其中热能从将进入蒸发器70的流体流移动到已经离开蓄能器62的流体流。已在热交换器54中加热的流体流然后移动通过压缩机60、通过加热器56、通过膨胀阀88、通过热交换器52。在冷却模式中，热交换器52操作为冷凝器并为热交换器54提供流体流。

在冷却模式中，膨胀阀88被保持在完全打开或名义上完全打开位置，以允许最大的流体流到热交换器52。在冷却模式下，膨胀阀92被定位在节流位置，以允许期望的流体流沿着第二流体回路84至蒸发器70。调节膨胀阀92以调节至蒸发器70的流体流，并且由此调节蒸发器70对移动通过管道82的空气流动的冷却效果。

在冷却模式下，沿第二流体回路84移动的某些流体通过膨胀装置——例如膨胀阀98——移动到冷却器64。阀98可以是具有切断位置的被动热膨胀阀。在其他示例中，阀98是电子膨胀装置。

此外，泵100沿着第三流体回路104循环流体，例如冷却剂。沿着第三流体回路104移动的冷却剂在冷却器64和电池51之间循环。冷却器64对沿着第三流体回路104移动的冷却剂进行冷却。冷却后的冷却剂从冷却器64循环至电池51以对电池51进行冷却。来自已经通过阀98和冷却器64的热交换器54的制冷剂在蓄能器62上游的位置108被重新引入到来自蒸发器70的流体。

在其它示例中，第三流体回路104冷却其他部件而不是电池51，或除了冷却电池51之外还冷却其他部件。第三流体回路104可以用于，例如，冷却电机、逆变器系统控制器、DC/DC转换器等。

现在参照图7，系统50被示出在除湿模式。冷却剂在除湿模式中以结合图5描述的方式沿着第一流体回路76移动。制冷剂以结合图2描述的方式沿第二流体回路84移动。冷却剂在除湿模式中以结合图6描述的方式沿着第三流体回路104移动。

在除湿模式中，阀88和92被保持在各自的节流位置，以沿着第二流体回路84为热交换器52和蒸发器70提供期望的流体流。穿过蒸发器70和加热器芯68的空气移动通过管道82以对车辆的客舱进行除湿。对阀88和92的节流位置的调整可以控制流量以为客舱提供所需的加湿。在除湿模式中，一些蒸发发生在蒸发器70中以及额外的蒸发发生在热交换器52中。门86可被移动到中间位置以选择性地允许流体流通过或围绕加热器芯68。

现在参照图8并继续参照图5至7，结合系统50使用的车辆气候控制操作方法200开始于步骤202。方法200可以在结合系统50使用的可编程控制器上执行。在本示例中，当车辆在行驶周期期间操作时，方法200连续地运行。

从步骤202，方法移动到步骤204。在步骤204，方法200评估控制头是否开启。在一些示例中，来自与车辆的中控面板上的气候控制输入屏交互的操作者的输入打开控制头。如果控制头未打开，则方法移动到步骤208，其评估先前控制头状态是否是已知的。例如，如果在先前的行驶周期期间，车辆设置有对应于将客舱保持在68华氏度的操作者输入并且该信息被保存，则先前控制头的状态将是已知的。

如果先前控制状态在步骤208不是已知的，则该方法移动到步骤212，其将环境温度T_AMB——其在本示例中是车辆外部的温度——与阈值温度T₁进行比较。阈值温度T₁是可校准的，并且可以表示一环境温度——操作者在低于该环境温度时将通常选择加热模式。如果环境温度T_AMB不低于温度T₁，则方法移动到步骤216，其评估环境温度T_AMB是否大于阈值温度T₂。阈值温度T₂是可校准的，并且可以表示一环境温度——操作者在高于该环境温度时将通常选择冷却模式。如果环境温度T_AMB未超过温度上限T₂，则方法移动到步骤220，其中客舱78的环境温度T_AMB是在可接受的下限温度T₁和可接受的上限温度T₂之间考虑。

在步骤212，如果环境温度T_AMB小于温度下限T₁，则在步骤224方法200将此解释为加热模式请求。如果没有，则方法200移动到步骤216。

在步骤216，如果环境温度T_AMB大于可接受的上限温度T₂时，则在步骤228方法200将此解释为冷却模式请求。如果没有，则该方法200移动到步骤220。

在步骤220，客舱的环境温度T_AMB位于温度的可接受范围内。在步骤232方法200因此将此解释为除湿模式请求。

返回到步骤208，如果先前控制头状态是已知的，则方法200移动到步骤236，其评估先前的设定超驰是否是允许的。如果超驰被允许，则方法移动到步骤212。如果超驰是不允许的，则方法200从步骤236移动到步骤240，其评估加热模式是否已被请求。

在步骤240，如果加热请求不是来自步骤204中的控制头或步骤224中的加热模式请求的解释，则方法200移动到步骤244，其评估冷却模式是否已经被请求。冷却模式请求可以来自步骤204中的控制头或步骤228中冷却模式请求的解释。如果冷却模式未被请求，则方法200移动到步骤248，其评估除湿模式已经被请求。

在步骤240中，如果加热模式已经从步骤204中的控制头或者步骤224中的加热模式请求的解释被请求，则方法200在步骤252中评估阀的初始化是否是必要的。在本示例中，因为方法200在行驶周期期间连续运行，所以阀初始化在步骤252中可能不是必需的，原因在于阀88和92在车辆的启动时已经被初始化。如果阀初始化在步骤252中不是必要的，则方法移动到步骤256，其将膨胀阀88保持在节流位置并且将膨胀阀92放置在关闭位置。如果阀初始化在步骤252中不是必要的，则阀88和92将不需要重新定位。如果步骤252到达行驶周期的中途，则阀初始化可以不需要，原因在于阀是在行驶周期的开始已经被初始化。再次，示例方法200在整个行驶周期中持续运行。

在步骤252，如果阀的初始化是必要的，则方法200移动到步骤260，其通过将膨胀阀88移动到完全关闭位置并且不将膨胀阀88移动到完全打开位置来初始化膨胀阀88。在步骤260，方法200通过将膨胀阀92移动到完全关闭位置并且不将膨胀阀92移动到完全打开位置来初始化膨胀阀92。在步骤260初始化后，方法200移动到步骤256以将膨胀阀88放置在节流位置并将膨胀阀92保持在关闭位置。

在步骤244，如果冷却模式已经被请求，则方法200移动到步骤262，其确定阀初始化是否是必要的。如果不是，则方法200从步骤262移动到步骤266，其将膨胀阀88保持在打开位置并将膨胀阀92保持在节流位置。

在步骤262，如果阀初始化是必要的，则方法200移动到步骤270。在步骤270，方法200通过将阀移动到完全打开位置并且不将阀移动到完全关闭位置来初始化膨胀阀88。在步骤270，方法200通过将膨胀阀92移动到完全关闭位置并且不将膨胀阀92移动到完全打开位置来初始化膨胀阀92。方法200然后从步骤270前进到步骤266，其将膨胀阀88保持在打开位置并将膨胀阀92定位在节流位置。

如果在步骤240加热模式未被请求，并且在步骤244冷却模式未被请求，则方法200在步骤248评估除湿模式已经请求。方法200从步骤248移动到步骤272，其评估阀初始化是否是必要的。如果不是，则方法200移动到步骤276，其将膨胀阀88保持在节流位置并将膨胀阀92保持在节流位置。

在步骤272，如果阀的初始化是必要的，则方法200移动到步骤280，其通过将膨胀阀88移动到完全关闭位置以及不将膨胀阀88移动到完全打开位置来初始化膨胀阀88，并且进一步通过将膨胀阀92移动到完全关闭位置以及不将膨胀阀92移动到完全打开位置来初始化膨胀阀92。在步骤280中初始化阀后，方法200移动到步骤276，其将膨胀阀88定位在节流位置以及将膨胀阀92定位在节流位置。

步骤256、266和276后，方法返回到开始202。

一些本发明示例的特征包括用于控制车辆的客舱内的气候的系统。系统不同地根据所要求的模式初始化系统的阀。这减少了花费在初始化的时间以及理想地减少加热客舱、冷却客舱或二者所需的时间。

前面的描述是示例性的，而非在本质上具有限制性。在不一定脱离本发明的本质的情况下，所公开的示例的变型和修改对本领域技术人员是显而易见的。因此，给予本发明的法律保护的范围只能通过学习以下权利要求来确定。