用于多区和高性能操作的未分区的hvac模块控制的制作方法
【专利说明】用于多区和高性能操作的未分区的HVAC模块控制 发明领域
[0001] 本发明涉及用于向车辆舱提供温度控制的HVAC单元。
【背景技术】
[0002] 在机动车辆中，在仪表板下方或前面，有限的空间被分配用于加热、通风和空气调 节（HVAC)系统。在具有被紧凑地设计成安装在所分配的空间内的单区系统的车辆中，有时 期望提供附加的温度受控制区域。具有多个温度受控制区域的系统允许驾驶员和乘客在其 相应的区域具有对温度的单独控制，藉此最大化每个个体的舒适。甚至进一步延伸区域系 统（即，对后座区域的单独控制）也可能是期望的。
[0003] 单区系统一般被设计成最佳地利用给定类型的车辆中的可用空间的量以及符合 该空间的形状。当设计双区系统时，其通常必须符合相同的尺寸和形状，藉此需要添加附加 功能而没有利用任何额外的空间。此外，当针对特定车辆线提供双区系统时，经常期望也提 供给客户较为便宜的单区系统的选项。然而，不同系统的设计和工具加工（tooling)对于 某些车辆模型而言有时是禁止的。
[0004] 针对用在车辆中而产生的HVAC模块通常向单区或向双区提供温度控制，即，整个 HVAC模块专用于一个或另一个。具有针对附加区域提供温度控制的能力的HVAC模块针对 精确数量的区域进行特定设计、工具加工和制造。多区模块的产品产量（或车辆的数量） 通常远低于单区或双区模块的产品产量（或车辆的数量）。由此，针对如此少的车辆设计这 种多区模块要昂贵许多。此外，对于制造单元和制造工艺通常被迫建立完全不同的HVAC模 块以实现附加的温度受控制区域而言将是破坏性的。
[0005] 现有技术的HVAC单元提供被馈送到多个区域的经温度调节的空气的多个、单独 的流。Kinmartin等人的美国专利号7, 832, 464B2提供包括限定冷偏差入口、热偏差入口和 第二区域入口的壳体的独立的混合阀子组件，以及将壳体附连至HVAC模块的外壳的机制， 其中混合阀子组件的冷偏差入口、热偏差入口和第二区域入口分别与HVAC模块的冷偏差 出口、热偏差出口和第二区域出口密封地接合。混合阀子组件可提供温度受控制的空气的 一个或多个流。因此，不同的混合阀子组件可被附连至一个通用的HVAC模块以提供不同数 量的温度区域。
[0006] 现有技术的HVAC单元提供被馈送到多个区域的经温度调节的空气的多个、单独 的流。Auer等人的美国专利号6, 772, 833B2提供包括安装在外壳内的蒸发器、加热器芯、鼓 风机、多个混合室以及插件的HVAC单元。该插入控制来自混合室的经调节的空气的流动由 此将经温度调节的空气的单独的流提供至多个区域。
[0007] 美国专利号6,772, 833B2和7,832, 464B2在此整体结合于此。
[0008] 尽管现有技术提供了能够产生空气的多个温度受控制的流以被馈送至多个车辆 区域的HVAC单元，然而对于每一离散数量的温度受控制的流，必须设计和工具加工不同的 HVAC单元，即，对于用于不同区域的每一数量的独立地温度受控制的流，设计和工具加工完 全不同的HVAC单元。
[0009] 传统的加热、通风和空气调节（HVAC)模块使用延伸到HVAC模块中的蒸发器的分 隔墙来提供多个流的经调节的气流。这些多个流的气流被用于在相关联的车辆乘客隔间中 实现多区气候控制。在现代客运车辆中频繁地采用基于这种类型的HVAC模块的双区或三 区气候控制系统。归因于操作能力和包装限制，在大型车辆（诸如运动型多用途车（SUV) 和微型客车）中偶尔采用两个单独的和分区的HVAC模块以实现多区操作，其中一个模块被 安装在车辆仪表盘的区域中并且另一个在后备箱的区域中。
[0010] 然而，传统的、分区的、双HVAC模块方法的实现是有问题的。例如，它们可需要主 车辆中的过度包装空间、更多的空气管道、更多的线和配件、更多的制冷剂（通常约再多2 镑）、更多的冷却剂、更多的质量、较高的操作噪声级别、较高成本以及常常转变为提高的质 量和保修问题的增加的系统复杂性。这种系统需要更多能量和较大的支撑部件，诸如压缩 机、水栗、冷凝器、交流发电机（alternator)、线组和管道。因此，双模块方法导致增加的车 辆燃料消耗以及增加的废气排放。所有这些项目显著有助于整体车辆成本和操作成本。 发明简述
[0011] 本发明涉及具有足够能力来代替目前在大型车辆气候控制系统内所采用的双模 块的高性能HVAC模块。通过利用HVAC设计（诸如无刷电机架构、低压降热交换器部件和精 制滚动设计）领域中的进步的优势，单个前模块能够提供大型SUV或微型客车的空气调节 的全部所需气流。实现本发明的一个HVAC模块在室外空气（OSA)模式中在13伏特（VDC) 下提供520立方英尺每分钟（CFM)气流。
[0012] 根据本发明的一个方面，客运车辆的HVAC系统包括：单个外壳组件，封装 (encase)空气调节蒸发器和加热器芯；上部模式箱，配置成通过一个或多个区域出口将第 一经温度调节的空气流排放到前乘客区域中；以及下部模式箱，配置成通过一个或多个区 域出口将第二经温度调节的空气流排放到后乘客区域中。外壳组件引导系统入口空气通过 蒸发器并且其后将该入口空气三叉分成被引导至置于所述上部模式箱中的第一混合室中 的第一冷空气流、被引导至置于所述下部模式箱中的第二混合室中的第二冷空气流、以及 被引导通过所述加热器芯的第三气流。上部温度混合门可操作以控制离开所述加热器芯的 第一热空气流与第一冷空气流在它们进入第一混合室时的混合，并且下部温度混合门可操 作以控制离开所述加热器芯的第二热空气流与第二冷空气流在它们进入所述第二混合室 时的混合。
[0013] 根据本发明的另一方面，HVAC控制系统包括驱动器电路，可用于选择性地独立地 定位每一个温度混合门和每一个区域模式阀。该控制系统进一步包括基于微处理器的HVAC 模块数学模型软件，可操作用于接收针对每一个出口的操作者选择的排放温度、排放流速 和排放模式输入并且针对每一个出口根据这些输入来生成单独的驱动控制信号。该布置提 供了经温度调节的空气到前乘客区域和到后乘客区域的自主递送，其中前乘客不受由后乘 客所实现的控制设置变化的影响，并且反之亦然。
[0014] 根据本发明的又一方面，控制经温度调节的空气到前和后汽车乘客区域中的排放 的方法包括下列步骤：读取每一个汽车加热、通风和空气调节系统区域出口的操作者请求 的排放温度、排放鼓风机速率和排放模式输入；将每一个排放鼓风机请求转换至请求的分 区流速；计算作为所有分区流速请求的总和的总的请求的流速；采用预定的数学模型计算 分区流速；计算作为所有分区流速的总和的总的流速；计算作为所述总的鼓风机请求和所 述总的经计算的流速之间的差异的函数的总的鼓风机控制误差；计算作为所述总的鼓风机 请求和所述分区流速之间的差异的函数的区域鼓风机控制误差；修改所述模式阀的有效流 动面积；将所述模式阀的有效流动面积分配到除霜、加热器和通风开口中；以及根据所述 修改和分配来重新设置所述模式阀。该布置提供了经温度调节的空气到前乘客区域和到后 乘客区域的自主递送，其中前乘客不受由后乘客所实现的控制设置变化的影响，并且反之 亦然。
[0015] 本发明的这些和其它特征和优势在阅读下面说明书时将变得显而易见，下面说明 书连同附图一起详细地描述了本发明的优选和替代性实施例。
【附图说明】
[0016] 将参照附图通过示例来进一步描述本发明，其中：
[0017]图1示出了具有足够能力来代替目前在大型车辆气候控制系统内所采用的双模 块的高性能HVAC模块的透视图；
[0018] 图2示出了被修改成包括单独的前模式和后模式箱的图1的高性能HVAC模块的 截面图，描绘了其内部细节；
[0019] 图3示出了采用流速感测的HVAC控制电路；
[0020] 图4是示出了图3中所定义的系统的分区气流平衡算法的实现的流程图；
[0021] 图5和6示出了具有利用HVAC数学模型提供气流平衡的嵌入式控制器的HVAC控 制电路；
[0022] 图7是示出了利用图5和6中所定义的HVAC模块数学模型的改进的控制算法的 实现的流程图；
[0023] 图8示出了以示例的方式采用安装在蒸发器之前且在鼓风机之后的单个空气速 度传感器的HVAC模块数学模型校准传感器；
[0024] 图9是示出了其中非限制性数量的点火循环被用于发起实际应用中的传感器的 读取的速度传感器管理算法的实现的流程图；
[0025] 图10是示出了其中在运行HVAC模块数学模型以估计模块分区流速Qi之前读取 变量"V_新车"和"V_当前"的HVAC模块纠正算法的实现的流程图；
[0026] 图11是示出了要被采取以实现"超级模式"操作的控制步骤的流程图。
[0027] 尽管这些附图表示本发明的实施例，然而这些附图不一定按比例绘制并且某些特 征可能被夸大以说明和解释本发明。本文中所阐述的范例以一种形式示出了本发明的实施 例，且这样的范例不应被解释为以任何方式限制本发明的范围。
【具体实施方式】
[0028] 参见图1，本发明涉及具有足够能力来代替目前在大型车辆气候控制系统内所采 用的双模块的高性能HVAC模块。通过利用HVAC模块设计（诸如无刷电机架构、低压降热 交换器部件和精制滚动风扇设计）领域中的进展，单个前模块能够提供大型SUV或微型客 车的空气调节的全部所需气流。实现本发明的所描绘的HVAC模块可在外部空气（OSA)中 在13伏特（VDC)下提供520立方英尺每分钟（CFM)气流。
[0029] 参见图1和2, HVAC模块10包括上部模式箱12和下部模式箱14。HVAC模块10 具有外壳组件16、蒸发器18和加热器芯20。外壳组件16限定用于