車輛空調系統的控制方法

2023-06-02 10:53:21

專利名稱：車輛空調系統的控制方法
技術領域：
本發明涉及一種車輛空調系統的控制方法，該方法通過對變容式壓縮機的容量進行優化以提高耗油率，並且還提供了一種令人滿意的車輛空調室內環境。
背景技術：
如圖1所示，裝配有變容式壓縮機的現有結構的車輛空調系統包括壓縮機、冷凝器(condenser)、膨脹閥、蒸發器、用於控制壓縮機輸出的控制閥以及根據各種測量值用於控制閥的閥控制模塊。該閥控制模塊測量各種數值，例如，蒸發器出口溫度、車輛的速度、室溫以及外界溫度等，由此調整控制閥的行程(displacement)。
用於車輛空調系統內的壓縮機為一種部件，它對從蒸發器排放的、處於低壓下的氣態製冷劑進行壓縮並且將被高度壓縮從而易於液化的製冷劑排放到冷凝器中。通常所採用的壓縮機的一個例子是旋轉斜盤式壓縮機。在這種旋轉斜盤式壓縮機中，在其內裝載有這樣一種活塞，它在根據旋轉斜盤的旋轉進行往復運動的同時，對壓縮腔內的冷卻劑進行壓縮。
如圖2所示，普通的旋轉斜盤式壓縮機(C)的結構包括在例如曲軸箱(21)內形成封閉空間的前後殼體(20)(30)、吸入腔(30a)和排放腔(30b)；位於前殼體(20)和後殼體(30)之間的圓筒狀缸體(70)，它包括若干位於周向上的圓筒形孔(未示出)；驅動軸(40)，該軸(40)穿過前殼體(20)的中心從而被插入到曲軸箱(21)內，同時還被可旋轉地支承在圓筒狀缸體(70)的中央；板(50)，它根據曲軸箱(21)內驅動軸(40)的旋轉被可旋轉地連接到驅動軸(40)上；安裝在驅動軸(40)周圍上的旋轉斜盤(60)，它可旋轉地與所述板(50)相連，從而根據板(50)的旋轉，在驅動軸(40)軸向上滑動以改變自身的傾角的同時發生旋轉；若干活塞(10)，它們與沿著旋轉斜盤(60)的周向上布置以根據旋轉斜盤(60)的旋轉來傳導在缸體(70)的每一孔內的往復運動的套管鞋(62)相連；閥元件(未示出)，它位於圓筒狀缸體(70)和後殼體(30)之間；用於調整活塞(10)的進給量的控制閥(90)；以及彈簧(80)，它彈性地安裝在板(50)和旋轉斜盤(60)之間，從而當板(50)未旋轉時以最小的傾角支承旋轉斜盤(60)。
控制這種旋轉斜盤式壓縮機的輸出的裝置為調整活塞(10)進給量的控制閥(90)，還根據壓縮機排放壓力和進口壓力之間的關係對該控制閥(90)進行控制，或者可根據勵磁線圈電流的佔空比來控制該控制閥(90)的行程。
至於其它用於控制控制閥(90)行程的裝置，公開號為2001-227825和2001-227826的日本未審專利公開了一種形成目標溫度(稱作冷卻劑容量)映像表的方法，其中所述目標溫度對應於蒸發器出口溫度(或者稱作冷卻劑容量)和獲得目標溫度(或者稱作冷卻劑容量)的電流的佔空比。在這些未審公開專利中，根據與映像表內所測得的蒸發器出口溫度對應的電流佔空比來驅動控制閥從而控制變容式壓縮機的出口。
作為與控制閥的控制有關的另一實施例，公開號為2001-153425的日本未審專利則公開了一種方法，該方法根據通過比較PID控制方法或者圖表控制方法確定的較低控制值來控制壓縮機的控制閥。
此外，處理測量蒸發器出口溫度或者製冷劑容量外還對室溫進行測量，從而對控制閥進行控制的方法在現有技術中也是已知的。
如上所述，圖3示出了在對控制閥進行控制的過程中，空調裝置的冷卻性能的變量機構(variable mechanism)。
圖4a、4b和4c表示根據通過測量製冷劑排出量(q(t))、排出溫度(T排出(t))和室溫(T室內(t))所確定的反饋值來控制控制閥的任務值(duty(t))的方框圖。
在根據將製冷劑排出量(q(t))作為反饋值對控制閥的任務值(任務(t))進行控制的圖4a所示的模式中，需要對空調系統進行數值分析和測量製冷劑容量多個複雜的傳感器輸入，並且室溫也可能出現不穩定的情況。
此外，在如圖4b所示的將排出溫度(T排出(t))作為反饋值對控制閥的任務值(duty(t))進行控制的模式中，由於控制閥的調整與室溫的控制有關，因此控制機構複雜。這就意味著，許多獨立控制變量，例如控制閥的開度和溫度控制門等的開度都應該考慮，由此使控制變得困難。
在如圖4c所示的將室溫(T室內(t))作為反饋值對控制閥的任務值(duty(t))進行控制的模式中，由於延遲時間過長，反應屬性將顯著地下降並且溫度控制將變得不穩定。除了這些問題外，壓縮機中的操作附近也有可能出現過分地波動。
特別地，傳統所採用的機械控制閥在它的控制機構中利用壓縮機的排放壓力和進口壓力。在這種機械控制閥中，實際的蒸發器溫度僅僅只由預定的用於防止蒸發器結冰的截止閥所採用，因此它不可能在空氣調節的過程中執行良好的控制。
根據各種車輛信息，例如從車輛ECU輸入的驅動信息，來控制壓縮機的排放容量的傳統外部輸入式控制閥可提高耗油率，然而，它還會存在一些問題，例如由於要採用採集輸入信息，例如加速或者減速、發動機條件和速度等所需的電路或傳感器所導致的複雜結構，以及用於構建這些電路或傳感器所帶來的附加成本。

發明內容
本發明被設計為以解決現有技術中存在的那些上述問題。特別地，本發明的目的在於減少用於收集車輛信息所需的構件數，並且對變容式壓縮機的排放容量進行優化，同時由此提高耗油率以及提供令人滿意的空調環境。
根據本發明的空調系統的控制方法，其特徵在於包括以下步驟建立由用戶確定的目標室溫；根據安裝在車輛一定位置處的傳感器，檢測和輸入車輛的室內、室外溫度及太陽輻射；通過採用目標室溫、車輛的室內、室外溫度以及太陽輻射，計算出口的目標排出溫度(T1)；輸入最大蒸發器溫度(T2)；通過比較T1與T2建立目標蒸發器溫度；根據目標蒸發器溫度，計算溫度控制門的開度；在根據目標蒸發器溫度控制壓縮機控制排放量的同時測量實際蒸發器的溫度，並且將實際蒸發器溫度傳送至某一步驟；通過採用實際蒸發器溫度和通過目標排出溫度所確定的溫度控制門的開度計算每一操作部的輸出值；並輸出操作部所得到的輸出值。
在上面，在根據目標蒸發器溫度控制壓縮機排放量的同時測量實際蒸發器溫度並將實際蒸發器溫度傳遞至某一步驟，其特徵在於，包括以下步驟輸入目標蒸發器溫度；通過採用目標蒸發器溫度計算壓縮機排放量控制閥的目標控制值；將排放量控制閥的目標控制值輸出至排放量控制閥；採用排放量控制閥調整排放量，然後測量實際蒸發器溫度；將實際蒸發器溫度傳遞至緊接在輸入目標蒸發器溫度的步驟和計算溫度控制門的開度的步驟後的一個步驟。
另外，輸入最大蒸發器溫度(T2)的步驟的特徵在於，根據在壓縮機最小工況下流入到蒸發器內的空氣溫度，計算和輸入最大蒸發器溫度(T2)。
輸入最大蒸發器溫度(T2)的步驟的特徵在於，在就主要控制因素所進行的性能測試中已經預先繪製的映射數據用在輸入過程中。
建立目標蒸發器溫度的步驟的特徵在於，目標蒸發器溫度通過比較目標排放溫度(T1)和最大蒸發器溫度(T2)來確定當T1＜T2時，T1被確定為目標蒸發器溫度；當T1＞T2時，T2被確定為目標蒸發器溫度。
根據本發明的空調系統的控制方法還包括在緊接著根據安裝到車輛某一位置處的傳感器進行檢測和輸入車輛的室外、室內溫度及太陽輻射的步驟之後，計算出口的目標排放熱量的步驟。
在緊接著計算出口目標排放熱量的步驟之後，在計算出口目標排放溫度(T1)的步驟中，還計算出口的空氣體積。
假設通過比較兩者溫度後，發現目標蒸發器溫度和實際蒸發器溫度之間的溫差大於可接受值，本發明的方法的特徵在於，還包括緊接在根據目標蒸發器溫度計算溫度控制門的開度的步驟之後，重新計算溫度控制門的開度的步驟。
目標蒸發器溫度和實際蒸發器溫度之間的溫度差的可接受值優選地小於4℃。
在另一實施例中，根據本發明的車輛空調系統的控制方法的特徵還在於包括以下步驟建立由用戶確定的目標室溫；根據安裝在車輛某一位置處的傳感器檢測和輸入車輛的室內、室外溫度及太陽輻射；通過採用目標室溫、車輛的室內、室外溫度及太陽輻射計算出口的目標排出溫度(T1)；輸入最大蒸發器溫度(T2)；通過比較T1和T2建立目標蒸發器溫度；根據目標蒸發器溫度計算溫度控制門的開度；根據目標蒸發器溫度控制壓縮機排放量。


圖1為裝配由變容式壓縮機的傳統的空調系統的示意圖。
圖2為變容式壓縮機的通常結構。
圖3為在對控制閥進行控制的過程中，涉及空調系統的空氣冷卻性能中的變量機制的方框圖。
圖4為涉及根據通過測量製冷劑排出量(q(t))、排出溫度(T排出(t))和室溫(T室內(t))所確定的反饋值來控制控制閥的任務值(duty(t))的方框圖。
圖5為本發明空調系統的控制方法的流程圖。
圖6為在目標排放溫度和取決於壓縮機的最小工況下流入到蒸發器內的空氣溫度的最大蒸發器溫度之間的關係的曲線圖。
圖7為示出了當實際蒸發器溫度和目標蒸發器溫度之間的溫差超過可接受值時，校正溫度控制門開度的過程的曲線圖。
具體實施例方式
此後，將結合本發明說明書的附圖對本發明的優選實施例進行更為詳細的說明。圖5為本發明車輛空調系統的控制方法的流程圖；圖6為在目標排放溫度和取決於壓縮機的最小工況下流入到蒸發器內的空氣溫度最大蒸發器溫度之間的關係的曲線圖；圖7為示出了當實際蒸發器溫度和目標蒸發器溫度之間的溫差超過可接受值時，校正溫度控制門開度的過程的曲線圖。
正如圖5所示，根據本發明的車輛空調系統的控制方法，用戶首先建立車輛的目標室內溫度(S10)，然後輸入由安裝到車輛某一位置處的傳感器測得的車輛室內、室外溫度及太陽輻射(S20)。根據在(S20)中這些輸入的車輛室內、室外溫度以及太陽輻射，計算出口的目標排出熱量(S21)，然後根據得到的目標排放熱量，計算目標排放溫度(T1)和空氣體積(S30)。可省去計算出口目標排放熱量的步驟(S21)，在步驟(S30)中，還可將空氣體積排除在外，因此僅僅確定出口的目標排放溫度(T1)。然後，根據在壓縮機最小工況下流入到蒸發器內的空氣溫度輸入最大蒸發器溫度(T2)(S40)。接下來的步驟為，彼此比較目標排出溫度(T1)和最大蒸發器溫度(T2)以選擇較小值，該值作為目標蒸發器溫度(S50)。根據所選擇的目標蒸發器溫度，計算溫度控制門(溫度門)的開度(S60)，測量實際蒸發器溫度並且將它傳送至某一步驟，同時根據目標蒸發器溫度對壓縮機的排放容量進行控制。通過採用實際蒸發器溫度和由目標蒸發器溫度所確定的溫度控制門的開度計算每一操作部的輸出值(S80)，然後輸出操作部產生的輸出值(S90)。
當目標蒸發器溫度和實際蒸發器溫度之間的溫差超過可接受值時，優選地還包括重新計算溫度控制門的開度的步驟。
在根據目標蒸發器溫度控制壓縮機排放量的同時測量實際蒸發器溫度，並將實際蒸發器溫度傳送至某一步驟的步驟(S70)中，通過採用所確定的目標蒸發器溫度計算壓縮機排放量控制閥的目標控制值(S72)並將此值輸出(S73)由此測量實際蒸發器溫度(S74)。這樣則將所測得的實際的蒸發器溫度傳遞至緊接著計算溫度控制門的開度的步驟(S60)以及輸入目標蒸發器溫度的步驟(S71)之後的步驟。當實際的蒸發器溫度和目標蒸發器溫度之間的溫差低於可接受值時，立即計算操作輸出值，但是當它們之間的溫差超過可接受值時，在計算完操作部的輸出值後，則重新計算溫度控制門的開度。溫差的可接受值優選地是不超過4℃。
此後將參照圖6對目標排放溫度和最大蒸發器溫度之間的關係進行說明。在圖6中，X軸代表目標排放溫度，Y軸代表溫度，實線代表取決於在壓縮機最小工況下流入到蒸發器內的空氣溫度的最大蒸發器溫度，虛線表示取決於室外溫度的傳統的目標蒸發器溫度。
當為室內模式時，流入到蒸發器內的空氣溫度為車輛的室溫，或者可替換地，當為室外模式時，流入到蒸發器內的空氣溫度為車輛的室外溫度。
當用戶建立車輛目標室溫時，通過採用這些輸入的室內、室外溫度以及太陽輻射計算出口的目標排放溫度(T1)，然後比較出口的目標排放溫度(T1)和取決於在壓縮機最小工況下流入到蒸發器內的空氣溫度的最大蒸發器溫度(T2)，以通過選擇較小的值確定目標蒸發器溫度。
參照圖6，在現有技術中(虛線)，當目標蒸發器溫度被確定為「a」，即3℃，它小於目標排放溫度，即10℃，因此，將溫度控制門打開從而將空氣送入到加熱器中心以升高溫度。
然而，在本發明中，當目標排放溫度被確定為10℃時，流入到蒸發器內的空氣溫度為在位置「b」處的溫度40℃，那麼則將目標蒸發器的溫度設置為10℃，並且將溫度控制門完全關閉。
同時，當將目標排放溫度設置為25℃並且流入到蒸發器內的空氣溫度為在位置「d」處的溫度40℃，那麼取決於在壓縮機最小工況下流入到蒸發器內的空氣溫度的最大蒸發器溫度將為位置「c」處的溫度23℃，然後將最大蒸發器溫度設置為目標蒸發器溫度，並且溫度控制門打開以將空氣送入加熱器中心從而使溫度升高。
這意味著，通過比較二者的溫度，當目標排放溫度高於在壓縮機最小工況下的最大蒸發器溫度時，最大蒸發器溫度被確定為目標蒸發器溫度，當在壓縮機最小工況下的最大蒸發器溫度較高時，將出口的目標排放溫度確定為目標蒸發器溫度。
因此，與現有技術不同，可減少由於蒸發器溫度的不必要減小而產生的能量損耗。
在上面，當出口的目標排放溫度被確定為目標蒸發器溫度時，將鼓風機的溫度控制門關閉以堵塞流入加熱器中心的空氣，由此降低溫度，當在壓縮機最小工況下的最大蒸發器溫度被確定為目標蒸發器溫度時，將鼓風機的溫度控制門打開以將空氣導入至加熱器中心，由此將溫度升高。
圖7為當實際蒸發器溫度和目標蒸發器溫度之間的溫差超過可接受值時，校正溫度控制門開的過程曲線圖。
當通過比較出口的目標排放溫度(T1)和取決於在壓縮機最小工況下流入到蒸發器內的空氣溫度的最大蒸發器溫度(T2)來確定目標蒸發器溫度(S50)時，在進行了計算溫度控制門的開度的步驟(S60)後，計算確定的目標蒸發器溫度並且將其作為每一操作部的輸出值輸出。在這個階段，通過比較二者的溫度，當發現目標蒸發器溫度和實際蒸發器溫度之間的溫差超過可接受值時，重新計算溫度控制門的開度，計算每一操作部的輸出值(S80)並將此值輸出(S90)。目標蒸發器溫度和實際蒸發器溫差之間的溫度優選地是低於4℃。
在此，將描述根據本發明的車輛的空調系統的控制方法的另一實施例。
首先，用戶建立車輛目標室溫(S10)，然後輸入由安裝到車輛一定位置處的傳感器檢測到的車輛的室內、室外溫度以及太陽輻射(S20)。根據那些輸入的室內、室外溫度及太陽輻射(S20)，計算並輸入(S30)出口的目標排放溫度(T1)。另一方面，根據已經通過對主要控制因素進行的性能測試所預先繪製的映射數據將最大蒸發器溫度(T2)輸入(S40)。然後比較出口的目標排出溫度(T1)和最大蒸發器溫度(T2)以選擇較小值，該值被確定為目標蒸發器溫度(S50)。根據目標蒸發器溫度，計算溫度控制門(溫度門)的開度(S60)，計算每一操作部的輸出值(S80)，然後將得到的操作部的輸出值輸出(S90)，或者可替換地採用目標蒸發器溫度計算壓縮機的排放容量控制閥的目標控制值(S72)，然後輸出此控制值(S73)，並且測量實際蒸發器溫度(S74)，將測得的值傳送到某一步驟中。通過實際蒸發器溫度計算由目標蒸發器溫度所確定的開度以及每一操作部的輸出值(S80)，然後輸出每一操作部所計算得到的輸出值(S90)。
在上面的車輛空調系統的控制方法中，可省去計算出口的目標排放熱量(S21)以及出口的空氣體積的目標排放(S30)。
即使通過比較它們二者，發現目標蒸發器溫度和已經通過排出熱量控制模塊測得的實際蒸發器溫度之間的溫差超過大致小於4℃的可接受值時，可緊接在計算由所確定的目標蒸發器溫度確定的溫度控制門的開度的步驟(S60)後執行計算每一操作元件輸出值的步驟(S80)，同時省去重複計算溫度控制門開度的步驟(S61)，從而輸出每一操作部的輸出值。
目前已對本發明的優選實施例進行了說明，然而，本領域技術人員將理解的是，在不偏離由附於本說明書後的權利要求書所描述的本發明的範圍內，可對其作各種修改或變化。
工業實用性車輛空調系統的控制方法提供了能夠抵抗外界幹擾的優異的控制穩定性以及溫度控制性能，並且由於不再需要任何用於輸入車輛信息的輸入裝置(例如，電路或者傳感器)，因此減少了結構部件的數目。
此外，本發明根據「目標排放溫度」對變容式壓縮機進行容量控制，因而優化了排放容量控制，由此提高了耗油率。另外，本發明根據目標蒸發器溫度和實際蒸發器溫度通過重新計算的溫度門的開度，因而提供了更令人滿意的空調環境。
權利要求
1.一種車輛空調系統的控制方法，其特徵在於包括以下步驟建立由用戶確定的車輛目標室溫(S10)；根據安裝在車輛一定位置處的傳感器，檢測和輸入車輛的室內和室外溫度和太陽輻射(S20)；通過採用目標室溫、車輛的室內、室外溫度以及太陽輻射，計算出口的目標排出溫度(T1)(S30)；輸入最大蒸發器溫度(T2)(S40)；通過比較T1與T2建立目標蒸發器溫度(S50)；根據目標蒸發器溫度，計算溫度控制門的開度(S60)；在根據目標蒸發器溫度控制壓縮機控制排放量的同時，測量實際蒸發器溫度，並且將實際蒸發器溫度傳送至某一步驟(S70)；通過採用實際蒸發器溫度和由目標排出溫度所確定的溫度控制門的開度計算每一操作部的輸出值(S80)；並且輸出操作部所得到的輸出值(S90)。
2.如權利要求1所述的車輛空調系統的控制方法，其特徵在於在根據目標蒸發器溫度控制壓縮機排放量的同時，測量實際蒸發器溫度，並將實際蒸發器溫度傳遞至某一步驟的步驟(S70)，它包括以下步驟輸入目標蒸發器溫度(S71)；通過採用目標蒸發器溫度計算壓縮機排放量控制閥的目標控制值(S72)；將排放量控制閥的目標控制值輸出至排放量控制閥(S73)；採用排放量控制閥調整排放量，然後測量實際蒸發器溫度(S74)；緊接在輸入目標蒸發器溫度的步驟(S71)和計算溫度控制門的開度的步驟(S60)後，將實際蒸發器溫度傳遞至某一步驟。
3.如權利要求1所述的車輛空調系統的控制方法，其特徵在於輸入最大蒸發器溫度(T2)的步驟(S40)，其中根據在壓縮機最小工況下流入到蒸發器內的空氣溫度，計算並輸入最大蒸發器溫度(T2)。
4.如權利要求1所述的車輛空調系統的控制方法，其特徵在於輸入最大蒸發器溫度(T2)的步驟(S40)，其中在輸入過程中採用就主要控制因素所進行的性能測試中已經預先繪製的映射數據。
5.如權利要求1所述的車輛空調系統的控制方法，其特徵在於建立目標蒸發器溫度的步驟(S50)，其中目標蒸發器溫度通過比較目標排放溫度(T1)和最大蒸發器溫度(T2)來確定當T1＜T2時，T1被確定為目標蒸發器溫度；當T1＞T2時，T2被確定為目標蒸發器溫度。
6.如權利要求1所述的車輛空調系統的控制方法，其特徵在於還包括在緊接著根據安裝到車輛某一位置處的傳感器進行檢測和輸入車輛的室外、室內溫度及太陽輻射的步驟(S20)之後，計算出口的目標排放熱量的步驟(S21)。
7.如權利要求6所述的車輛空調系統的控制方法，其特徵在於還包括在緊接著計算出口的目標排放熱量的步驟(S21)之後，在計算出口的目標排放溫度(T1)的步驟(S30)中還計算出口的空氣體積。
8.如權利要求1所述的車輛空調系統的控制方法，其特徵在於當目標蒸發器溫度和蒸發器的實際溫度之間的溫差大於可接受值，還包括緊接在根據目標蒸發器溫度計算溫度控制門的開度的步驟(S60)之後，重新計算溫度控制門的開度的步驟(S61)。
9.如權利要求2所述的車輛空調系統的控制方法，其特徵在於當目標蒸發器溫度和蒸發器的實際溫度之間的溫差大於可接受值，還包括緊接在根據目標蒸發器溫度計算溫度控制門的開度的步驟(S60)之後，重新計算溫度控制門的開度的步驟(S61)。
10.如權利要求8所述的車輛空調系統的控制方法，其特徵在於目標蒸發器溫度和實際蒸發器溫度之間的溫度差的可接受值優選地小於4℃。
11.如權利要求9所述的車輛空調系統的控制方法，其特徵在於目標蒸發器溫度和實際蒸發器溫度之間的溫度差的可接受值優選地小於4℃。
12.一種車輛空調系統的控制方法，其特徵在於包括以下步驟建立由用戶確定的車輛目標室溫(S10)；根據安裝在車輛某一位置處的傳感器檢測和輸入車輛的室內、室外溫度及太陽輻射(S20)；通過採用目標室溫、車輛的室內、室外溫度及太陽輻射計算出口的目標排出溫度(T1)(S30)；輸入最大蒸發器溫度(T2)(S40)；通過比較T1和T2建立目標蒸發器溫度(S50)；根據目標蒸發器溫度計算溫度控制門的開度(S60)；以及根據目標蒸發器溫度控制壓縮機排放量(S70)。
全文摘要
本發明涉及一種車輛空調系統的控制方法。本發明的方法包括以下步驟建立由用戶確定的車輛目標室溫；根據安裝在車輛一定位置處的傳感器，輸入車輛的室內、室外溫度及太陽輻射；計算出口的目標排出溫度(T1)；輸入最大蒸發器溫度(T2)；通過比較T1與T2建立目標蒸發器溫度；計算溫度控制門開度；在控制壓縮機排放量的同時測量實際蒸發器的溫度；通過採用實際蒸發器溫度和由目標排出溫度所確定的溫度控制門的開度計算每一操作部的輸出值；並輸出操作部所得到的輸出值。
文檔編號B60H1/32GK1871140SQ200480025288
公開日2006年11月29日 申請日期2004年9月3日 優先權日2003年9月3日
發明者李亭勳 申請人:漢拿空調株式會社