用于车辆的多区加热、通风和空调系统的能耗管理和方法与流程

本发明涉及用于车辆的加热、通风和空调(HVAC)系统，更具体地，涉及提高具有多区HVAC系统的车辆的效率。

背景技术：

车辆中可包括多区HVAC系统，以向车辆的驾驶室或货舱内或周围的至少一个区提供加热、通风和空调。加热、通风和空调可包括其它过程，例如除湿(即，在去除水分的同时保持恒定温度)、空气过滤或用于影响车辆的气候或环境的其它过程。

操作多区HVAC系统的能量成本可以被定义为车辆效率的参数。更具体地，对于任何给定的公路旅行，车辆可具有能够达到的最大燃料效率，其可以因为与多区HVAC系统的操作相关联的能量成本而受到损害。示例性实施例可以利用低成本能量的使用，例如免费能量或过剩能量(当可用时)，以有利地操作HVAC系统，进一步地，还可以在这种能量的成本高时抑制HVAC系统对能量的消耗。

技术实现要素：

根据本发明的一个实施例，一种车辆包括：动力源，其包括传动系，该传动系被布置成从动力源接收能量并向动力源提供能量；加热、通风和空调(HVAC)系统，该加热、通风和空调系统被布置成从动力源接收能量；多个区，所述多个区被布置成以可控方式接收来自HVAC系统的加热、通风和空调中的至少一种，所述多个区包括主区和至少一个次区；以及控制器，该控制器能够操作，以确定HVAC系统何时向主区提供加热、通风和空调中的至少一种并确定传动系何时正在向动力源提供能量或者动力源何时正在向传动系提供过剩能量，并且作为响应而激活低成本能量模式，在该低成本能量模式中，HVAC系统被操作以向所述至少一个次区提供加热、通风和空调中的至少一种。

根据另一个实施例，一种操作车辆中的加热、通风和空调(HVAC)系统的方法，该车辆具有多个区，所述多个区被布置成接收来自HVAC系统的加热、通风和空调，所述多个区包括主区和至少一个次区，该车辆具有动力源和传动系，该动力源被布置成向HVAC系统提供能量，该传动系被布置成从动力源接收能量并向动力源提供能量，所述方法包括以下步骤：确定HVAC系统是否正在向主区提供加热、通风和空调中的至少一种，并确定以下条件中的至少一个：传动系正在向动力源提供能量，或者动力源正在向传动系提供过剩能量；以及作为响应，激活低成本能量模式，在该低成本能量模式中，HVAC系统被操作以向所述至少一个次区提供加热、通风和空调中的至少一种。

附图说明

通过结合附图阅读以下详细描述，将更好地理解本发明，其中：

图1是根据本发明的车辆的示意图。

图2是根据本发明的用于多区HVAC系统的管道系统的示例性实施例的示意图。

图3是根据本发明的用于多区HVAC系统的工作流体系统的示例性实施例的示意图。

图4是根据本发明的具有多区HVAC系统的主区和次区的车辆驾驶室的示图。

图5是根据本发明的示例性实施例的方法的示意图。

具体实施方式

图1中示意性地示出了根据本发明的车辆10的示例性实施例。车辆10包括动力源12，动力源12被布置成向传动系14提供动力能量26，例如机械能或电能，以用于推进车辆10等目的。如果动力源12采用内燃机的形式，则动力源12可以通过消耗诸如石油基燃料的燃料来产生动力能量26，或者作为另一示例，如果动力源12采用电池的形式，则动力源12可以通过电力的方式来产生动力能量26。车辆10还包括被布置成从动力源12接收辅助能量24的多区HVAC系统16，例如，HVAC系统16可以利用从动力源12接收的机械辅助能量或电辅助能量24而运行。

如图1所示，动力源12可以布置成在车辆10的特定运行时段内从传动系14接收免费能量28。免费能量28被认为是“免费的”，这是因为它不是通过消耗车载存储燃料(例如上述的石油基燃料或电力)而直接获得的。根据示例性实施例，免费能量28可以从与车辆10的惯性滑行或下坡运动相关联的动能获得。替代地或与其相组合，免费的能量可以从被结合到传动系的装置获得，该装置从车辆废热中获取能量，或者从太阳能或风能或其它来源获取能量。如从上文的讨论中可以理解的，除了由动力源12传递到传动系14的动力能量26之外或作为其替代，还可以发生从传动系14到动力源12的免费能量28的流动。

如图1中进一步示出的，车辆10可以在特定的运行时段内从动力源12向传动系14提供过剩能量29。例如，如果动力源12采用内燃机的形式，并且如果负载被施加到动力源12以便对发动机的排气后处理系统(未示出)进行加热，那么，因为该加热过程而产生的多余能量可以被认为是过剩能量29。作为另一示例，如果动力源12以第一制动燃料消耗率(BSFC)模式运行，则可以确定第二BSFC模式可能更有效，而不管该第二模式是否导致过剩能量29从动力源12输送到传动系14。作为又一示例，提供给传动系14的动力能量26可以大于以操作者要求的速率加速或推进车辆10所需的能量。这种能量可以被认为是过剩能量29。

车辆10还可包括控制器18，除了其它功能之外，控制器18可以确定何时低成本能量(例如免费能量或过剩能量)可用作辅助能量24以操作HVAC系统16。更具体地，控制器18可以确定动力源12何时正在从传动系14接收免费能量28或者传动系14何时正在从动力源12接收过剩能量29。如图1所示，控制器18能够以可操作方式连接到多区HVAC系统16、动力源12和传动系14。控制器18被示出为单个装置，但它可以包括与车辆10的运行相关联的若干个车载装置或远程装置。此外，控制器18可包括用于检测车辆10的状态或状况或用于测量车辆10的运行方面的装置、传感器和控制逻辑，以确定动力源12何时正在从传动系14接收免费能量28或者动力源12何时正在向传动系14提供过剩能量。例如，如果动力源12采用内燃机的形式且车辆10正在下坡行驶，并且如果发动机正以高于怠速速度的速度旋转但加速器踏板(未示出)没有被踩下，则控制器18可以确定动力源12正在从传动系14接收免费能量28。作为另一示例，如果动力源12采用电池的形式且车辆10设置有被布置用于再生制动的一个或多个牵引马达(未示出)，则在车辆10的制动期间，可以确定动力源12正在从传动系14接收免费能量28。作为另一示例，传动系14可以在动力源12和传动系14之间包括测量装置15，例如电流表(未示出)或测功器(未示出)，以确定传动系14何时正在向动力源12提供免费能量28或从动力源12接收过剩能量29。作为又一示例，传动系14可以设置有太阳能板(未示出)，并且在白天期间，可以确定动力源12正在从传动系14接收免费电能28。本领域普通技术人员将会知道无数种可用于确定传动系14何时正在向动力源12提供免费能量28或者动力源12何时正在向传动系14提供过剩能量29的解决方案。

当控制器18确定动力源12正在从传动系14接收免费能量28时，或者当控制器18确定动力源12正在向传动系14输送过剩能量时，可以为车辆10激活低成本能量模式。更具体地，控制器18可以包括用于确定是否可以激活基于免费能量或过剩能量的低成本能量模式的控制逻辑和/或传感器。例如，如果在多区HVAC系统16运行的同时、动力源12正在从传动系14接收免费能量28，则控制器18可以激活低成本能量模式。在确定低成本能量是否足以用于激活低成本能量模式的过程中，可以纳入车辆10及其附件的其它特性。例如，控制器18可以确定从传动系14提供给动力源12的免费能量28或由动力源12供应给传动系14的过剩能量29不符合标准，并且作为响应，控制器18禁止该低成本能量模式的激活。例如，控制器18可以确定由动力源12接收的免费能量28或由传动系14接收的过剩能量29低于特定马力或瓦数阈值(wattage threshold)，并且作为响应，控制器18禁止该低成本能量模式的激活。

此外，在车辆10的特定运行时段内，如果车辆效率将过度降低，则限制HVAC系统16对辅助能量24的消耗可以是有利的。因此，除了确定低成本能量是否可用于操作HVAC系统16之外，控制器18还可以确定用于操作HVAC系统16的来自动力源12的辅助能量24的成本是否大于阈值成本。可以预先建立或动态地计算该阈值成本。例如，如果向HVAC系统16提供辅助能量24将需要使动力源12在低于特定阈值的制动燃料消耗率(BSFC)水平下运行，则控制器18可以确定辅助能量24的成本超过阈值成本。作为另一示例，如果控制器18确定向HVAC系统16提供辅助能量24可能导致用于动力源冷却风扇(未示出)的恒温器13(图1)的温度升高到高于阈值温度，则控制器18可以确定HVAC系统16消耗的辅助能量的成本高于阈值成本。

HVAC系统16对辅助能量24的消耗速率也可以用于确定是否超过了阈值成本。可以通过直接测量来确定HVAC系统16对辅助能量24的消耗速率，例如，诸如电流表(未示出)或测功器(未示出)的测量装置17可以设置在动力源12和HVAC系统16之间，以提供关于HVAC系统16对辅助能量24的消耗速率的信息。替代地，可以根据经验数据来推断HVAC系统16对辅助能量24的消耗速率。例如，诸如温度、压力、质量流量和燃料消耗的、已知的车辆运行条件可用于计算HVAC系统16对辅助能量24的消耗速率。例如，如果HVAC系统16对辅助能量24的消耗速率超过将免费能量28输送到动力源12的速率，则控制器18可以确定辅助能量24的成本超过阈值成本。

一旦确定辅助能量24的成本高于阈值成本，控制器18可以抑制HVAC系统16的能量消耗。换句话说，如果控制器18确定HVAC系统16的操作将导致车辆效率过度降低，则控制器18可减少或暂停向HVAC系统16输送辅助能量24。替代地或组合地，控制器18还可以使HVAC系统16以降低的功能或性能操作。例如，如果HVAC系统16正在操作以向主区提供加热、通风或空调功能并且向车辆10的挡风玻璃或窗户提供除霜功能，则控制器18可以在维持除霜功能操作的同时关闭对主区的加热、通风或空调。控制器18可以根据例如预设的时间长度来恢复HVAC系统16的正常操作，或作为另一示例，根据高成本状况的改善来恢复HVAC系统16的正常操作。可以为操作者提供优先于(overriding)控制器18的选项，以维持HVAC系统16的正常操作而不管车辆效率的损失。

图2示出了根据本发明的示例性实施例的多区HVAC系统16的管道系统40的示例性布局。管道系统40可包括鼓风机42，例如电风扇(未示出)，以使空气经过热交换器44流向多个阀46、48、50、52和54，每个阀可以控制到车辆10的相应的区56、58、60、62和64的空气流动。热交换器44可包括若干个装置，例如加热线圈20和蒸发器22，由动力源12加热的冷却剂可以循环通过加热线圈20以加热管道空气，工作流体可以循环通过蒸发器22以冷却该管道空气。管道系统40还可包括至少一个返回部66，以允许空气从区56、58、60、62和64朝向鼓风机42流动。HVAC系统16还可包括阀68，该阀68用于允许环境空气70进入鼓风机42，以输送到HVAC系统16的区56、58、60、62和64中的一个或多个。

图3中示出了根据本发明的示例性实施例的多区HVAC系统16的工作流体系统30。系统30可包括压缩机32，用于压缩工作流体以流过冷却冷凝器34。系统30还可包括鼓风机36，例如电风扇(未示出)，用于使空气移动通过冷凝器而进一步冷却工作流体。在离开冷凝器34之后，工作流体可以流过膨胀阀38，该膨胀阀38用于在工作流体流过蒸发器22之前使工作流体膨胀并降低工作流体的温度。由此，蒸发器22可以对流过热交换器44(图2)的管道空气进行冷却。

图4示出了根据示例性实施例的牵引车-挂车组合车辆形式的车辆10的驾驶室72。驾驶室72包括与图2所示的区56、58、60、62和64相对应的区56、58、60、62和64。更具体地，区56与驾驶员区域相关联，区58与乘客区域相关联，区60与前挡风玻璃相关联，区62与驾驶员侧的卧铺区域相关联，并且区64与乘客侧的卧铺区域相关联。应当注意，图3所示的区布局是示例性的，并且所述区可以被限定在车辆10中或车辆10周围的任何地方。例如，所述区可以由扶手、头枕、货舱内的区域、车辆外部的区域(例如牵引车或挂车的车顶)、挡风玻璃的外表面、侧反光镜、在牵引车和挂车之间的区域等限定。

如图4进一步示出的，多区HVAC系统16可包括HVAC系统接口74，该HVAC系统接口74以可操作方式连接到多区HVAC系统16和控制器18。接口74可以允许多区HVAC系统16的一个或多个区56、58、60、62和64被选择为主区。HVAC系统接口74还可允许其余的区56、58、60、62和64中的一个或多个区(即，未被选择为主区的区)被选择为次区。替代地，未被选择为主区的每个区可以由HVAC系统16自动地选择为次区。此外，HVAC系统16可包括温度传感器(未示出)，以向接口74提供每个区56、58、60、62和64的温度信息。所述区的温度信息可以被接口74和HVAC系统16用来提供对提供给每个区56、58、60、62和64的加热、通风和空调过程的恒温控制。

HVAC系统接口74可以允许驾驶员或乘员选择要由HVAC系统16提供给所述区56、58、60、62和64中的一个或多个被选择的主区的、恒温控制的加热、通风或空调过程，而不向其余的区56、58、60、62和64提供这种加热、通风或空调过程。例如，驾驶员或乘员可以选择要提供给驾驶员区56的、恒温控制的冷却，而不将这种冷却提供给次区58、60、62和64。根据这种选择，HVAC系统16可以在对驾驶员区56的恒温控制冷却期间打开阀46(图2)并关闭阀48、50、52和54中的每一个。

燃料经济性的提高可以通过减少被选择用于从HVAC系统16接收加热、通风或空调的主区的数量来实现。然而，如图4所示，驾驶室内的主区和次区可以彼此暴露，因此，施加到一个或多个被选择的主区的加热、通风或空调过程可能因所述次区而受到拖累。例如，在所述一个或多个主区的恒温控制期间，从一个或多个次区到所述一个或多个被选择的主区的热传递可能导致HVAC系统16的操作周期之间的时间间隔减小。HVAC系统16的这种频繁的开/关循环可能导致HVAC系统16的各种部件的磨损，并且，如果这种循环是可听见的，则还可能导致驾驶员疲劳。

当区56、58、60、62和64被区分为主区和次区时，可以通过修改对HVAC系统16的控制来提供针对上述问题的一种解决方案。例如，HVAC系统16可以包括用于在驾驶室72被区分为主区和次区时提供对一个或多个主区中的参数的不成比例的控制的逻辑。例如，控制器18可以包括控制逻辑和/或传感器，以确定HVAC系统16是否正在操作以向一个或多个主区提供恒温控制的冷却，并且作为响应，控制器18降低HVAC系统16结束所述一个或多个主区的冷却循环时的温度。这种解决方案可以减少HVAC系统16的循环，然而，被恒温控制的主区中的相对较大的温度变化可能使驾驶员不舒服，并且还可能损害通过将驾驶室区分为受控的主区和非受控的次区而实现的燃料效率增益。

根据本发明的示例性实施例可以提供对上述问题的解决方案。更具体地，如果HVAC系统16运行以向至少一个主区56、58、60、62和64提供加热、通风或空调，并且如果确定传动系14正在向动力源12提供免费能量28或者动力源12正在向传动系14提供过剩能量，则可以激活低成本能量模式，并且HVAC系统16可以运行以向其余的次区56、58、60、62和64中的至少一个次区提供加热、通风或空调。当这种低成本能量可用时，向一个或多个次区提供加热、通风或空调是特别有利的，这是因为可以提供用于操作HVAC系统16的辅助能量24(图1)而不会显著损失车辆效率。例如，如前文所述，在低成本能量模式期间，HVAC系统16可以由从惯性滑行或下坡行驶期间的车辆动能、再生制动或其它来源中获得的能量提供动力。此外，如下文将进一步描述的，由于低成本能量模式允许次区以与主区相同或不同的方式被控制，因此可以实现车辆效率的增益，而不会损害车辆10的驾驶员或乘员的舒适性或便利性。

再次考虑上文描述的示例，其中驾驶员已经操作了接口74，以选择要提供给驾驶员区56的恒温控制冷却，而不将这种冷却提供给次区58、60、62和64。鉴于该示例，将参照图5来描述根据本发明的示例性实施例的方法100。在步骤102中，可以确定HVAC系统16是否正在操作。在步骤104中，可以确定辅助能量24的成本是否高于阈值，如前所述。如果辅助能量24的成本是可接受的，则该方法可以跳到步骤112。

在步骤106中，控制器18可以确定是否抑制HVAC系统16对辅助能量24的消耗。辅助能量24的消耗被抑制的程度可以与这种能量的使用将降低车辆10的效率的程度成比例。因此，如果辅助能量24的成本大大超过阈值，则根据步骤106，控制器18可以完全暂停向HVAC系统16输送辅助能量24。例如，在需要动力源12产生全部能量以向传动系14提供动力能量26而爬上特别陡峭的陡坡的情况下，可能出现这种情形。在其它情形中，辅助能量24对车辆效率来说可能成本较低，因此，可以确定仅根据步骤108减少HVAC系统16的功能或性能就可能足以维持所期望的车辆效率水平。因此，例如，可以减小压缩机32(图3)的占空比或者可以限制鼓风机42(图2)的速度，以保存辅助能量24。如前所述，提供给HVAC系统16的辅助能量24可以用于提供关键功能，例如车辆10的前挡风玻璃的除霜功能，或者，操作者可以推翻抑制对辅助能量24的消耗的决定。因此，在这种情形中，辅助能量24可以继续被提供给HVAC系统16，而不管这种能量对车辆效率而言的较高成本，并且，该方法可以跳到步骤112。

在步骤112中，可以确定HVAC系统是否包括至少一个主区和至少一个次区并且HVAC系统是否正在操作以仅向至少一个被选择的主区提供加热、通风或空调。由于在本示例中该HVAC系统仅向驾驶员区56提供恒温冷却，该方法可以前进到步骤114和116，在步骤114和116中，分别如前文所述地确定传动系14是否正在向动力源12提供免费能量，或者动力源12是否正在向传动系14提供过剩能量29。

在步骤118中，确定是否激活低成本能量模式。步骤118可以基于步骤112中的肯定确定并结合步骤114或步骤116来确定。替代地，在确定是激活低成本能量模式还是禁止激活低成本能量模式的过程中，可以纳入车辆10及其附件的运行的其它方面。例如，控制器18可包括诸如路线信息的控制逻辑和数据、以及诸如GPS传感器(未示出)的传感器，用于预测或预计低成本能量可用于HVAC系统16的持续时间或距离，并且基于这种预测或预计来控制低成本能量模式的激活。在示例性实施例中，车辆路线信息可以与车辆速度信息及GPS传感器信息相关联，以控制低成本能量模式的激活。因此，例如，控制器18可以确定车辆10正在接近下坡路坡道且坡道延伸超过阈值距离，并且作为响应，控制器18激活低成本能量模式。

根据示例性实施例，施加到一个或多个次区的加热、通风或空调过程以及在低成本能量模式的激活期间控制该过程的方式可以由驾驶员或乘员向HVAC系统接口74的输入来确定，或者替代地，可以由HVAC系统16或控制器18自动确定。例如，如下文将进一步描述的，HVAC系统16可以包括可选择设置，例如自动、最大和恒温。该自动设置可以是默认设置，即，在驾驶员或乘员未进行选择的情况下由HVAC系统16选择。替代地，在车辆10的驾驶员或乘员未进行设置选择的情况下，HVAC系统16可以禁止低成本能量模式的激活。

如果选择了该自动设置，则图5的方法100可以前进到步骤120。在步骤120中，HVAC系统16可以自动地将施加到主区56的过程和控制提供给次区58、60、62和64。因此，关于上述示例，HVAC系统16可以在低成本能量模式的激活期间打开阀48、50、52和54(图2)中的每一个，以向每一个次区58、60、62和64提供冷却。请注意，在该自动设置期间，提供给每一个次区58、60、62和64的冷却将根据主区56的恒温控制而循环开启和停止。根据本示例性实施例，由于对主区56的恒温控制保持不变，特别是鼓风机42的开/关循环保持不变，所以，对于主区中的驾驶员或乘员来说，低成本能量模式的激活可以有利地是察觉不到的。

替代地，如图5中进一步示出的，如果选择了最大设置，则方法100前进到步骤122。在该最大设置中，类似于自动设置，HVAC系统16可以打开阀48、50、52和54(图2)中的每一个，以将提供给每个主区的加热、通风或空调提供给每个次区58、60、62和64中。然而，在该最大设置中，HVAC系统16可以被操作成使得加热、通风或空调被持续地而不是恒温地提供给主区和次区。因此，关于上述示例，在低成本能量模式的激活期间，每个区56、58、60、62和64可以被冷却到低于为主区56的恒温控制而设置的温度。请注意，有利地，在通过根据在HVAC系统接口74处设置的温度调节所述阀46而在最大设置中激活低成本能量模式期间，主区56的冷却可以继续由HVAC系统16恒温地控制。在低成本能量模式的激活期间、在维持对主区56的恒温控制的同时向次区58、60、62和64提供额外的冷却可以进一步提高车辆效率，并且同时改善驾驶室舒适性并减少驾驶员疲劳。

在最大设置中长时间激活低成本能量模式期间，HVAC系统16的持续操作可能导致主区和/或次区中的不可接受的温度变化。因此，HVAC系统16可包括如图5的步骤124中所示的“恒温”设置。HVAC系统接口74可以允许驾驶员或乘员选择恒温设置，另外，可以设置温度，在低成本能量模式的激活期间，由HVAC系统16提供给被选择的次区的加热、通风或空调过程在该温度下被恒温地控制。例如，如果根据第一温度向驾驶员区56提供恒温冷却，则可以在低成本能量模式的激活期间根据恒温控制的第二温度向每个次区58、60、62和64提供冷却。该第二温度可以低于第一温度。有利地，HVAC系统16可以调节阀46、48、50、52和54中的每一个，以适应在恒温设置中、在低成本能量模式的激活期间所述主区和次区之间的恒温控制的差异。

在上述自动设置、最大设置和恒温设置中的每一个中，阀68(图2)可以在低成本能量模式的激活期间由HVAC系统16调节，以便除了对主区和次区的冷却或加热之外还提供环境空气70(图2)的通风。此外，车辆10可包括以可操作方式连接在区56、68、62和64中的每一个区与HVAC系统16之间的占用传感器(未示出)。因此，关于上述示例，如果一个或多个次区(例如与驾驶室睡眠区域相关联的区62和区64)被占用，则HVAC系统16可以调节阀52和54(图2)，以防止HVAC系统16向这种被占用的区提供额外的冷却或加热。HVAC系统16和/或控制器18还可包括在低成本能量模式的激活期间提供鼓风机36(图3)的持续运行的逻辑，以在低成本能量模式的激活期间使冷凝器34保持尽可能接近环境温度。

已经结合其优选原理、实施例和部件描述了本发明；然而，本领域技术人员将会理解，在不脱离由所附权利要求书限定的本发明的范围的情况下，可以进行一些替换。