CN202727917U

CN202727917U - 用于具有启停技术的车辆的车辆空调***

Info

Publication number: CN202727917U
Application number: CN2012202301688U
Authority: CN
Inventors: 穆克什·库马尔; 德巴斯什·达尔; 米塔利·查克拉巴特; 肯恩·J·杰克逊; 曼弗雷德·考博斯汀
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2011-06-02
Filing date: 2012-05-21
Publication date: 2013-02-13
Anticipated expiration: 2022-05-21
Also published as: US20120304670A1; DE102012208503A1; DE102012208503B4; US8745997B2

Abstract

本实用新型公开一种用于具有启停技术的车辆的空调***，其使用具有可变排量的压缩机。控制器确定用于控制变排量压缩机的可变冲程的正常气候热负荷(CTL)值。响应于车辆的速度和预定减速的发生而检测到停车事件。在停车事件期间，可变冲程增加响应于正常CTL值、车辆的速度以及车辆的减速测量值而确定的量，使得在车辆停车的同时能够降低空调***内的蒸发器温度，从而即使发动机在车辆停车的后续时间内熄火时也能够保持温度舒适。

Description

用于具有启停技术的车辆的车辆空调***

技术领域

本实用新型总的来说涉及具有变排量压缩机的车辆空调***，更具体地，本实用新型涉及在停车事件期间优化增加的冷却，使得在发动机熄火的车辆停车状况期间保持乘客的舒适感。

背景技术

汽车的燃油经济性是车辆性能的重要属性，并且通过在其设计中所采用的技术、驾驶员的行为和动作以及使用车辆的条件(例如，速度、道路设计、天气和交通)来决定。制造商一直不断地力图提供更好的燃油经济性。越来越多被使用的一种技术是启停技术，其中，当车辆将要停车时，内燃机自动地关闭，然后根据需要重新起动以减少发动机花费的怠速运转时间量(例如在等待交通信号灯时)，从而提高燃油经济性并减少排放。启停技术能够提供5％至10％的燃油经济性改进。

除车辆推进之外，发动机还驱动诸如空调压缩机之类的其他车辆***。在发动机熄火的时间内必须保持乘客舒适感。由于空调压缩机在由发动机驱动的前端附件驱动(FEAD)带上运转，所以压缩机在发动机熄火时不运转。因此，当空调***被有效使用并且发动机在车辆停车期间熄火时，冷却作用被中断并且车厢可能变热。如果温度升高了特定量，则发动机通常会重新起动以使冷却重新开始，但是损失了一些燃油经济性的改进。

为了提高效率和性能，当前很多车辆使用变排量压缩机。通过改变压缩机的排量(例如，通过调节活塞冲程)来与任何特定时刻所需的冷却相匹配，发动机负荷在冷却要求较低时减小。例如在最大冲程的0％至100％的范围内，可以经由斜盘来电气地控制冲程。通过适当地控制冲程，在发动机运转期间实现了燃油经济性的改进。

在具有启停技术的车辆中使用变排量压缩机方面，已经认识到有益于在发动机的惯性滑行期间增大冲程，使得惯性滑行发动机中本来被浪费的能量可以被再生为额外的冷却。这使得一旦发动机重新起动，压缩机便能够暂时地以较低的冲程运转。这种再生冷却的实例包括Engel的美国专利7,484,375和Fukushima等人的美国专利4,425,765。

然而，在已知***中，在惰行惯性滑行期间获得了最大的冷却效果，这存在一定的缺陷。除非在蒸发器中设置冷藏装置，否则车厢的冷却会变得不舒适。足以避免不舒适的冷藏容量会很高。另外，很多具有启停技术的车辆在车辆惯性滑行期间并不停止运转，而仅在车辆已经完全停车时才停止运转。因此，增大的压缩机冲程将实际增大惯性滑行期间的发动机负荷(和燃料消耗)。

期望优化在配备有变排量压缩机和启停技术的车辆的减速和停车期间获得的额外冷却量。结果，在车辆停车期间由于车厢温度升高而必须重新起动发动机之前的时间延迟得到了优化。

实用新型内容

为了解决上述技术问题中的一个或多个，本实用新型提供了一种车辆空调***，其具有能够优化减速和停车期间获得的额外冷却量的期望结构。

在本实用新型的一个方面中，提供了一种用于具有启停技术的车辆的车辆空调***。通过蒸发器温度传感器来监控蒸发器，其中蒸发器温度传感器用于根据蒸发器的温度生成蒸发器温度信号。外部温度传感器根据车辆外的温度生成外部温度信号。乘客控制元件用于设置乘客需求信号。变排量压缩机通过发动机驱动并具有可变冲程，用于响应于冲程控制信号生成蒸发器的可变冷却量。车速传感器根据车辆的瞬时速度生成速度信号。控制器接收蒸发器温度信号和速度信号。控制器响应于外部温度信号和乘客需求信号确定气候热负荷(CTL)值。控制器响应于CTL值确定蒸发器目标温度。控制器改变可变冲程以使蒸发器温度信号保持在蒸发器目标温度附近。控制器响应于速度信号小于或等于阈值速度以及减速的发生而检测到车辆的停车事件。在停车期间，控制器响应于修改的CTL值来确定蒸发器目标温度，其中，响应于CTL值、速度信号以及减速度的大小来确定修改的CTL值。

优选地，对CTL值的调节进一步响应于车辆空调***中的鼓风机速度而确定。

优选地，控制器保持估计的停车持续时间，并且对CTL值的调节进一步响应于估计的停车持续时间而确定。

优选地，控制器包括查找表，该查找表用于使速度信号和减速度的大小与相应的调节值相关联。

优选地，该***还包括车辆中的制动踏板，其中响应于车辆的制动踏板的预定动作而检测到减速的发生。

更优选地，制动踏板通过一定范围的制动角度而下压，并且预定动作是制动踏板被下压到预定制动角度。

更优选地，制动踏板可通过一定范围的制动角度而下压，并且预定动作是制动角度的预定变化率。

优选地，响应于速度信号的预定下降而检测到减速的发生。

更优选地，速度信号的预定下降包括车辆的减速度大于根据速度信号确定的阈值减速度。

优选地，该***还包括内部温度传感器，用于根据车辆内的温度生成内部温度信号，其中CTL值进一步响应于内部温度信号而确定。

优选地，该***还包括阳光照度传感器，用于根据照射在车辆上的太阳辐射水平而生成阳光照度信号，其中CTL值进一步响应于阳光照度信号而确定。

在本实用新型的另一方面中，提供了一种控制具有启停技术的车辆的空调***中的变排量压缩机的可变冲程的方法，该方法包括以下步骤：感测空调***的蒸发器的蒸发器温度；感测车辆外的外部温度；设置用于空调***的乘客需求；感测车辆的瞬时速度；响应于外部温度和乘客需求确定气候热负荷(CTL)值；响应于CTL值确定蒸发器目标温度；改变可变冲程以将蒸发器温度保持在蒸发器目标温度附近；响应于瞬时速度信号小于或等于阈值速度以及减速的发生确定车辆的停车事件；在停车事件期间，响应于对CTL值、瞬时速度和减速度的大小进行响应而确定的修改CTL值来确定蒸发器目标温度。

优选地，该方法还包括以下步骤：确定空调***内的鼓风机的鼓风机速度；其中，对CTL值的调节进一步响应于鼓风机速度而确定。

优选地，该方法还包括以下步骤：估计发动机可以熄火的停车持续时间；其中对CTL值的调节进一步响应于估计的停车持续时间而确定。

优选地，确定修改CTL值的步骤包括访问查找表，该查找表使瞬时速度和减速度的大小与相应的调节值相关联。

优选地，该方法还包括以下步骤：监控车辆中的制动踏板，其中响应于制动踏板的预定动作而检测到减速的发生。

优选地，响应于瞬时速度的预定下降而检测到减速的发生。

优选地，该方法还包括以下步骤：感测车辆内的内部温度；其中CTL值进一步响应于内部温度而确定。

优选地，该方法还包括以下步骤：根据照射在车辆上的太阳辐射水平感测阳光照度；其中CTL值进一步响应于所述阳光照度而确定。

在本实用新型的又一方面中，提供了一种启停车辆，包括：具有可变排量的压缩机；控制器，该控制器：1)确定用于控制可变排量的正常CTL值；2)响应于车辆的速度而检测到停车事件；3)在停车事件期间，使可变排量增加响应于正常CTL值、车辆的速度以及车辆的减速测量值而确定的量。

本实用新型通过优化停车事件期间增加的冷却，使得在发动机熄火的车辆停车期间保持乘客的舒适感。

附图说明

图1是示出使用本实用新型的一个实施例的车辆的框图。

图2是示出气候热负荷(climate thermal load)与目标蒸发器温度之间的关系的示图。

图3至图6是示出当车辆停车、保持静止然后加速时相应变量随时间变化的示图。

图7是示出修改的气候热负荷的时间变化的示图。

图8是示出用于在停车事件期间修改压缩机运转的一个实施例的框图。

图9是示出用于在停车事件期间修改压缩机运转的另一个实施例的框图。

图10是示出用于获得调节因子Y的优选实施例的框图。

具体实施方式

本实用新型特别适用于具有配备启停技术的内燃机和外部控制变排量压缩机(EVDC)的车辆。当以小于阈值速度(例如，35mph)的速度行驶且检测到预定减速度时(例如，驾驶员施加预定量的制动或者车速降低预定量)，通过车辆控制器检测到停车事件。可以根据制动踏板的特定角度位置或踏板的特定移动速率来限定预定量的制动。如本文所使用的，“停车事件”是指车辆减速并将要停车的时间。优选地，发动机在停车事件期间继续运转，但是还优选在达到零速之前关闭发动机。优选实施例的目标是优化蒸发器温度，使得在发动机熄火车辆保持零速的时间内，在停车事件期间实现保持舒适车厢温度的刚好合适量的附加冷却。因此，通过将压缩机移动到最佳冲程而不是全冲程来控制压缩机。这将在发动机熄火之前使蒸发器温度降低到最佳值而不是最低蒸发器温度。该策略通过在必须重新启动压缩机之前增加发动机熄火时间以及通过减小停车事件期间的压缩机功耗来改进燃油经济性，这是因为压缩机冲程被优化而不是最大化。

现在参照图1，车辆10包括配备有启停特征的发动机11，其中发动机可以在车辆不移动的时间内自动地熄火，然后在车辆再次开始重新移动或者需要进行操作使发动机的附件关闭时根据需要自动重新起动。发动机控制器12连接于发动机11，用于执行启停功能。发动机11驱动外部控制的变排量压缩机13，其中变排量压缩机13与发动机11和控制器12一起位于发动机舱14内。

车辆10包括车厢15，其中车厢15包括汽车HVAC***的蒸发器16和鼓风机17。控制器20连接于鼓风机17，用于命令特定的鼓风机速度，并且控制器20连接于压缩机13，用于命令压缩机的期望冲程。控制器20连接于各种传感器和用于确定压缩机冲程的适当值的其他输入。车速传感器21向控制器20和发动机控制器12提供瞬时速度信号。外部温度传感器22(其可以位于发动机舱14中)根据车辆外的温度生成外部温度信号来提供给控制器20。类似地，内部温度传感器23生成内部温度信号并将其提供给控制器20。与蒸发器16相关联的蒸发器温度传感器24根据蒸发器内的实际温度生成蒸发器温度信号并将其提供给控制器20。

驾驶员或其他车辆乘客使用乘客控制元件或控制头25设置用于冷却车厢15的期望温度和/或鼓风机速度。元件25以常规方式生成发送给控制器20的乘客需求信号。

可以部分地响应于减速的发生来检测停车事件(即，车辆减速到停车)。在一个实施例中，可以通过利用角度/位置传感器27监控制动踏板26的位置来检测减速，其中，角度/位置传感器27向控制器20提供表示瞬时制动踏板角度的角度信号。

在本实用新型的一些实施例中，可以响应于车辆上的阳光照度来确定期望的压缩机冲程。因此，诸如光强度传感器的阳光照度传感器28向控制器20提供阳光照度信号。控制器20可以使用前述输入信号来如下所述地确定目标蒸发器温度和/或压缩机冲程。

空调***的操作常规地使用已知为气候热负荷(CTL)的测量。CTL例如基于外部温度、乘客需求设置、实际内部温度和阳光照度量化空调***的所需冷却量。在确定CTL时也可以使用其他变量。如图2所示，CTL用来确定蒸发器的目标温度t_target。CTL越高，蒸发器必须进行的冷却工作就越多，并且蒸发器目标温度就设置得越低。当实际蒸发器温度高于t_target时，空调控制器增大压缩机冲程以获得更多的冷却并达到期望的蒸发器温度。当CTL具有较低值时，控制压缩机冲程以获得较高的蒸发器t_target。因此，通过降低蒸发器温度t_target，压缩机冲程将相应地增大直至实现较低的目标。另外，通过迫使用于CTL的值增大，t_target相应地降低。因此，可以通过直接地修改压缩机冲程或者通过修改CTL而间接地改变压缩机冲程来进行本实用新型。

将参照图3至图6更详细地描述本实用新型的操作。在图3中，示出了停车事件之前、期间和之后的瞬时车速。车速的第一示例由实线30示出。最初，车辆以高于阈值速度31的速度行驶。在点32处，驾驶员开始制动，使得线30显示最终在时间33处达到速度阈值31的减速。减速持续直到在时间34处获得零车速。从时间33到时间34的减速度的大小足够大，以满足本实用新型的预定条件，即，速度随时间的降低大于阈值或者致动踏板的移动大于阈值。因此，一旦车速降到阈值31，这两个条件便都满足。因此，检测时间33与时间34之间的停车事件35，并且本实用新型对应地调节压缩机冲程以获得停车事件35期间优化的蒸发器额外冷却。

在图3中用虚线36示出了车速曲线的另一个示例，其甚至在时间33之前就处于速度阈值31以下。然而，减速度的大小在用于在事件33之前检测停车事件的阈值以下。然而，在时间33处，减速增大，从而导致停车事件37的检测。由于停车事件37比停车事件35更快地结束(由起始速度和减速度来确定)，所以停车事件37期间压缩机冲程的增加通常大于停车事件35中采用的增加。

一旦车辆停车(即，瞬时速度变为零)，则车辆在停车时间38期间保持停车。优化的额外冷却允许发动机更长时间地保持熄火。当在时间40处继续行驶时，车速在41处增加，并且压缩机的运转能够在其需要时立即继续。

图4示出了作为时间函数的蒸发器温度。最初，根据常规的CTL值在基本恒定的温度下沿着线段45控制蒸发器温度。一旦检测到停车事件，使再生冷却最大化的现有***将进行最大冷却并提供如线段46所示的下降蒸发器温度。使用通常小于最大冷却的优化额外冷却的本实用新型提供沿线段47的下降蒸发器温度，线段47在停车事件结束时达到优化温度48。当发动机在停车事件38期间熄火时，如分别用于本实用新型和现有技术的线段50和51所示，蒸发器温度逐渐增加。由于过冷却，现有技术的线段51显示出蒸发器温度甚至在发动机重新起动之后继续升高，反映出在停车事件期间施加于发动机的不必要负荷。相反，当利用本实用新型的实施例重新起动发动机时，没有获得过冷却，并且在发动机重新起动时需要附加冷却，使得如线段52所示需要进一步恢复蒸发器温度。

在图5中示出了在全冲程的0％至100％之间测量的示例性压缩机冲程。作为示例，如线段55所示，在行驶时冲程可以以大约50％来运转。在现有技术中，如线段56所示，一旦检测到停车事件，冲程就提高到100％。在本实用新型中，如线段57所示，冲程提高到中间值。可以通过下述各种方法来确定该实际增加量。一旦发动机在时间34处熄火，压缩机便停止运转，并且如线段58和59所示，最后命令的冲程值由于压力损失而开始减小。一旦发动机重新起动，压力便恢复，并且如线段60和61所示，压缩机冲程可以往回移动到其新命令的值。

现有技术的冲程最大化的性能可能具有很多缺点。例如，如果目标蒸发器温度被设置为获得压缩机中的最大排量，则截止到车辆实际要停车的时间可能还没有达到目标蒸发器温度。由于正在发生的冷却要求，这可能使发动机的熄火延迟。通过在车辆停车的情况下运转发动机，损害了通过具有启停技术而努力寻求的燃油经济性改进。即使发动机立即熄火，在发动机熄火之前压缩机也进行了附加的不必要做功，从而增加了燃料消耗。另外，过度的冷却可能引起乘客的不舒适。

为了实现压缩机冲程和蒸发器温度的优化变化，根据一个实施例，量Y被确定为调节因子。图6示出了Y具有线段62处的停车事件之前所示的零值以及线段64处的停车事件之后的零值。在停车事件期间，Y具有线段63所示的非零值。由于在停车事件期间车辆的减速度可能不保持恒定，所以线段63期间的Y值可以相应增大或减小。根据直至停车的时间(即，停车事件的持续时间)和其他条件，Y可以具有使当前大约50％的压缩机冲程增大到70％至90％之间的压缩机冲程的值。较短的停车事件计划持续时间将导致压缩机冲程的较大增加。对于任何特定的车辆设计，不同情况下Y的量值例如可以在车辆的设计和测试期间根据经验来确定。

基于Y的值，可以如图8所示修改压缩机冲程。因此，从空调控制器获得的冲程命令被提供给加法器70的一个输入端。值Y被提供给加法器70的另一个输入端，并且修改的冲程命令被输出给压缩机71。可以采取多个步骤(未示出)以确保修改的冲程命令不超过100％或者不达到导致蒸发器结冰的水平。

在更优选的实施例中，用来控制空调***运转的CTL值可以如图7所示进行修改。以常规方式获得的未修改的CTL值被指定为具有值X。利用由X+Y构成的修改CTL值来执行控制***运转。如图7所示，在停车事件之前和之后，总和X+Y具有常规值，这是因为Y的值在这些时间为零。然而，在停车事件期间，图7的曲线在线段72处示出修改的CTL。增大的CTL值导致压缩机做附加功，从而将额外的冷却提供到蒸发器中。在停车时间38期间，线段73(在Y返回到零之后)处示出的CTL值可以响应于逐渐增加蒸发器温度和内部温度而逐渐地增大。在发动机重新起动之后，CTL值可以继续暂时地升高，直至空调运转朝平衡状态恢复。

在图9中更加详细地示出了使用修改CTL的实施例。常规的CTL值X被提供给加法器75的一个输入端，而调节因子Y被提供给另一个输入端。加法器70的输出端连接至框76，其用于将修改CTL值转变为目标蒸发器温度。在诸如比例-积分-微分(PID)控制器的控制器77中将实际蒸发器温度与目标温度进行比较。所得到的冲程命令被提供给压缩机78。当Y值为零时，空调控制循环以常规方式进行。当在停车事件期间Y值不为零时，蒸发器目标温度和冲程命令被优化以实现附加冷却，从而延长了车辆停车期间的发动机熄火时间。

图10示出了对Y值的优选推导。计算框80接收瞬时速度信号和减速度的大小，它们一起表示直至车辆停车为止的预期时间(期望发动机熄火的时间)。可以仅利用这两个变量来确定Y值。在可选实施例中，鼓风机速率和/或估计的停车持续时间也可以用来确定Y值。计算框80可以基于具有在设计过程中根据经验确定的值的查找表，或者计算框80可以包括涉及以下函数的计算。特别地，根据下面的公式，Y可以是常规的CTL值X、车速和减速速率的函数：

Y = C_{1} X + C_{2} \frac{d}{v}

其中，d是减速度的大小，v是瞬时速度信号，C₁和C₂是针对特定***设计而确定的常数。

鼓风机速度是乘客希望冷却的指示，并且还反映了随时间在蒸发器中进行冷藏的能力。因此，较高的鼓风机速度将趋于增大Y的期望值。优选地，鼓风机速度可以表示为作为最大鼓风机速度的百分比的鼓风机速率。

Y值可以根据查找表来确定或者可以根据在典型的行驶条件下经验选择的平均发动机熄火时间通过适当的函数计算来确定。可选地，例如响应于最近的车辆使用历史，可以由车辆保持动态估计的停车持续时间。然后，动态估计的持续时间可用于确定期望的额外冷却量，以在整个预期的停车持续时间内保持发动机熄火条件。用于响应于所有这四个变量计算Y值的函数的实施例如下：

Y = (C_{1} X + C_{2} \frac{d}{v} + C_{3} B_{rate}) \frac{D_{est}}{D_{nom}}

其中，B_rate是鼓风机速率，D_est是估计的停车持续时间，并且D_nom是额定或默认停车持续时间。

如前所述，可响应于绝对制动踏板角度或踏板角度的变化率来确定减速度的大小，其中踏板角度的变化率特别地用于检测停车事件的开始。可选地，可以通过将两个瞬时速度测量值之间的差除以这两个测量值之间的时间差来获得减速度。通过基于最佳蒸发器温度使用最佳压缩机冲程，在车辆停车之前，压缩机所做的功较少并且使用的能量较少。因此，本实用新型实现了减速期间以及车辆停车之后的延长熄火时间期间的燃料节省。

本文使用的气候热负荷可以包括任何已知的用于控制空调冷却水平的因素，包括：内部温度和外部温度、阳光照度以及对温度和/或鼓风机速度的运算设置。用于修改停车事件期间的CTL的调节因素优选包括速度和减速度，并且可选地，如果适用的话，可以包括鼓风机速率和估计的停车持续时间。

Claims

1.一种用于具有启停技术的车辆的车辆空调***，包括：

蒸发器；

蒸发器温度传感器，用于根据所述蒸发器的温度生成蒸发器温度信号；

外部温度传感器，用于根据所述车辆外的温度生成外部温度信号；

乘客控制元件，用于设置乘客需求信号；

变排量压缩机，由发动机驱动并具有可变冲程，用于响应于冲程控制信号产生所述蒸发器的可变冷却量；

车速传感器，根据所述车辆的瞬时速度生成速度信号；以及

控制器，接收所述蒸发器温度信号和所述速度信号，所述控制器：1)响应于所述外部温度信号和所述乘客需求信号确定气候热负荷值；2)响应于所述气候热负荷值确定蒸发器目标温度；3)改变所述可变冲程以将所述蒸发器温度信号保持在所述蒸发器目标温度附近；4)响应于所述速度信号小于或等于阈值速度以及减速的发生来确定所述车辆的停车事件；5)在所述停车事件期间，响应于对所述气候热负荷值、所述速度信号和减速度的大小进行响应而确定的修改气候热负荷值来确定所述蒸发器目标温度。

2.根据权利要求1所述的***，其中，对所述气候热负荷值的调节进一步响应于所述车辆空调***中的鼓风机速度而确定。

3.根据权利要求1所述的***，其中，所述控制器保持估计的停车持续时间，并且对所述气候热负荷值的调节进一步响应于所述估计的停车持续时间而确定。

4.根据权利要求1所述的***，其中，所述控制器包括查找表，所述查找表用于使所述速度信号和所述减速度的大小与相应的调节值相关联。

5.根据权利要求1所述的***，还包括所述车辆中的制动踏板，其中响应于所述车辆的所述制动踏板的预定动作而检测到减速的发生。

6.根据权利要求5所述的***，其中，所述制动踏板通过一定范围的制动角度而下压，并且所述预定动作是所述制动踏板被下压到预定制动角度。

7.根据权利要求5所述的***，其中，所述制动踏板可通过一定范围的制动角度而下压，并且所述预定动作是所述制动角度的预定变化率。

8.根据权利要求1所述的***，其中，响应于所述速度信号的预定下降而检测到减速的发生。

9.根据权利要求8所述的***，其中，所述速度信号的预定下降包括所述车辆的减速度大于根据所述速度信号确定的阈值减速度。

10.根据权利要求1所述的***，还包括内部温度传感器，用于根据所述车辆内的温度生成内部温度信号，其中所述气候热负荷值进一步响应于所述内部温度信号而确定。

11.根据权利要求1所述的***，还包括阳光照度传感器，用于根据照射在所述车辆上的太阳辐射水平而生成阳光照度信号，其中所述气候热负荷值进一步响应于所述阳光照度信号而确定。