Система кондиционирования воздуха транспортного средства

Изобретение относится к области кондиционирования воздуха транспортного средства. Система кондиционирования воздуха транспортного средства содержит компрессор (9) хладагента, испаритель (6), электронагреватель (10, 12), датчик температуры (21, 22), контроллер (20, 30) кондиционера воздуха. Контроллер (20, 30) кондиционера воздуха выполнен с возможностью распределения верхней предельной электрической мощности на компрессор (9) и электронагреватель (10, 12) на основании отношения перепада температур выше по потоку (Teva_in-Tof) и перепада температур ниже по потоку (Xm-Tof). Где Teva_in - температура воздуха в положении выше по потоку испарителя (6); Tof - температура воздуха между испарителем (6) и основной частью нагревателя (10); Xm - целевая температура воздуха на выпуске. Достигается экономия электроэнергии. 2 з.п. ф-лы, 8 ил.

 

Область техники

Настоящее изобретение в основном относится к системе кондиционирования воздуха транспортного средства. В частности, настоящее изобретение относится к системе кондиционирования воздуха транспортного средства, которая может эффективно распределять электрическую мощность на устройство сжатия хладагента и электрический нагреватель.

Уровень техники

Системы кондиционирования воздуха транспортного средства известны в данной области техники. Например, в публикации выложенной заявки на патент Японии № H05-85142 описана система кондиционирования воздуха, которая имеет компрессор хладагента с переменным расходом и испаритель, через который циркулирует хладагент. Система может нагревать воздух, который был охлажден испарителем, и продвигать воздух, имеющий предписанную температуру в кабину транспортного средства. Заслонка смешения воздуха регулирует коэффициент смешения объема воздуха, охлажденного испарителем, и объема воздуха, нагретого нагревателем, чтобы добиваться требуемой температуры воздуха, который вдувается в кабину транспортного средства.

Краткое описание изобретения

Однако, в системе, описанной в публикации выложенной заявки на патент Японии № H05-85142, энергия, требуемая для охлаждения и отопления, не управляется. Поэтому, происходит неэкономное потребление энергии, и расстояние, которое может проезжать транспортное средство, может сокращаться. Соответственно, задачей настоящего изобретения является создание системы кондиционирования воздуха транспортного средства, которая может снижать потребление энергии.

Ввиду известного уровня техники, система кондиционирования воздуха транспортного средства, в своей основе, содержит устройство сжатия хладагента с электрическим приводом, испаритель, электрический нагреватель, компонент определения температуры воздуха, компонент регулирования температуры внутренней части кабины, компонент установки верхней предельной электрической мощности и контроллер распределения электрической мощности. Испаритель может принимать хладагент, выпускаемый из устройства сжатия хладагента с электрическим приводом. Электрический нагреватель располагается ниже по потоку испарителя в воздушном канале. Компонент определения температуры воздуха может определять первую температуру воздуха в положении выше по потоку испарителя в воздушном канале и вторую температуру воздуха в положении между испарителем и электрическим нагревателем. Компонент регулирования температуры внутренней части кабины может устанавливать температуру воздуха на выпуске внутренней части транспортного средства в положении ниже по потоку электрического нагревателя в воздушном канале равной целевой температуре воздуха на выпуске. Компонент установки верхней предельной электрической мощности может устанавливать верхний предел для электрической мощности, которая подводится к устройству сжатия хладагента с электрическим приводом и электрическому нагревателю. Контроллер распределения электрической мощности может распределять верхнюю предельную электрическую мощность на устройство сжатия хладагента с электрическим приводом и электрический нагреватель на основании отношения перепада температур выше по потоку и перепада температур ниже по потоку, причем перепад температур выше по потоку основан на разности между первой температурой воздуха и второй температурой воздуха, а перепад температур ниже по потоку основан на разности между целевой температурой воздуха на выпуске и второй температурой воздуха.

Краткое описание чертежей

Далее настоящее изобретение будет описано со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

фиг. 1 - принципиальная схема системы, показывающая пример системы кондиционирования воздуха транспортного средства согласно раскрытому варианту осуществления изобретения;

фиг. 2 - пример операций блок-схемы последовательности операций способа, которые могут выполняться контроллером кондиционирования воздуха системы кондиционирования воздуха транспортного средства;

фиг. 3 - график, иллюстрирующий пример температурной характеристики расположенной ниже по потоку испарителя стороны системы кондиционирования воздуха транспортного средства;

фиг. 4 - блок-схема последовательности операций способа, иллюстрирующая пример операций, которые могут выполняться системой кондиционирования воздуха транспортного средства для установки верхнего предела электрической мощности;

фиг. 5 - временная диаграмма, иллюстрирующая пример состояния флажкового признака CF1, используемого системой кондиционирования воздуха транспортного средства;

фиг. 6 - временная диаграмма, иллюстрирующая пример состояния флажкового признака CF2, используемого системой кондиционирования воздуха транспортного средства;

фиг. 7 - временная диаграмма, иллюстрирующая пример состояния компрессора, используемого системой кондиционирования воздуха транспортного средства; и

фиг. 8 - временная диаграмма, иллюстрирующая пример состояния нагревателя с положительным температурным коэффициентом (PTC), используемого системой кондиционирования воздуха транспортного средства.

Подробное описание вариантов осуществления изобретения

Выбранные варианты осуществления далее будут пояснены со ссылкой на чертежи. Специалистам в данной области техники будет очевидно из этого раскрытия, что последующие описания вариантов осуществления предусмотрены только для иллюстрации, а не с целью ограничения изобретения, которое определено прилагаемой формулой изобретения и ее эквивалентами.

Фиг. 1 иллюстрирует схему примера системы кондиционирования воздуха транспортного средства в соответствии с раскрытым вариантом осуществления. В этом примере, транспортное средство, которое включает в себя систему кондиционирования воздуха транспортного средства, является транспортным средством с электрическим приводом. Транспортное средство с электрическим приводом включает в себя аккумуляторную батарею 40, которая выдает электрическую мощность для приведения в действие приводного электродвигателя 32. Приводной электродвигатель 32, таким образом, приводит в движение ведущее колесо 31 для продвижения транспортного средства. К тому же, вместо того, чтобы быть транспортным средством с электрическим приводом, транспортное средство может включать в себя двигатель внутреннего сгорания или может быть транспортным средством с гибридным приводом, который использует как двигатель внутреннего сгорания, так и электрический двигатель. Более того, транспортное средство может быть легковым автомобилем, грузовиком, внедорожником (SUV) или любым другим подходящим типом транспортного средства.

Обычно, контроллер в транспортном средстве выявляет движущую силу, которая запрашивается водителем, например, посредством нажатия педали акселератора. Контроллер, таким образом, управляет подачей электрической мощности из аккумуляторной батареи 40 на приводной электродвигатель 32 в соответствии с запрошенной движущей силой. Во время торможения, может выполняться рекуперативное торможение, и электрическая мощность, вырабатываемая приводным электродвигателем 32, может подаваться на аккумуляторную батарею 40. Обычно, управление приводом и управление рекуперативным торможением выполняются главным контроллером 30. Главный контроллер 30 может выполнять управляющие операции на основании состояния заряда (SOC) аккумуляторной батареи 40 и различных условий вождения, чтобы добиваться состояния движения в соответствии с запросом водителя, наряду с повышением эффективности потребления электрической мощности транспортного средства.

Система кондиционирования воздуха транспортного средства имеет окно 1 наружного воздухозаборника для отбора воздуха снаружи кабины транспортного средства и окно 2 внутреннего воздухозаборника для отбора воздуха изнутри кабины транспортного средства. Система кондиционирования воздуха транспортного средства, кроме того, имеет впускную заслонку 3, выполненную с возможностью регулировки коэффициента Xrec смешения внутреннего воздуха. Коэффициент Xrec смешения воздуха представляет собой отношение объема воздуха, забираемого через окно 1 наружного воздухозаборника, и объема воздуха, забираемого через окно 2 внутреннего воздухозаборника. Впускная заслонка 3 управляется, например, открывается и закрывается, по необходимости на основании коэффициента Xrec смешения внутреннего воздуха, который устанавливается водителем или запрашивается автоматическим управлением кондиционированием воздуха. Воздух, забираемый через окна впуска воздуха, подается в испаритель 6, например, посредством нагнетательного вентилятора 4, приводимого в движение электродвигателем 5. Электродвигатель 5 приводит в движение нагнетательный вентилятор 4 по необходимости, на основании количества расхода воздуха, установленного водителем или запрошенного автоматическим управлением кондиционированием воздуха.

Испаритель 6 действует, чтобы охлаждать воздух, введенный в испаритель 6 посредством обмена теплом между воздухом и сжатым хладагентом, который проходит через испаритель 6. Система охлаждения включает в себя испаритель 6 для обмена теплом, компрессор 9 хладагента с переменным расходом, конденсатор 8 и расширительный клапан 7. После завершения обмена теплом в испарителе 6, хладагент сжимается компрессором 9 хладагента с переменным расходом, который также может указываться ссылкой как устройство сжатия хладагента с электрическим приводом. Компрессор 9 с переменным расходом может приводиться в движение электродвигателем и обеспечивать производительность сжатия в соответствии с подводимой электрической мощностью. Производительность охлаждения является более высокой, когда компрессор 9 с переменным расходом приводится в движение с большим расходом, так как повышается производительность сжатия. Производительность охлаждения является меньшей, когда компрессор 9 с переменным расходом приводится в движение с меньшим расходом, так как понижается производительность сжатия. Другими словами, производительность охлаждения выше, когда больше подводимая электрическая мощность, и производительность охлаждения ниже, когда подводимая электрическая мощность меньше.

Как понятно в данной области техники, хладагент, сжатый компрессором 9 с переменным расходом, превращается в жидкость в конденсаторе 8. Жидкий хладагент рассеивается в туман расширительным клапаном 7 и подается внутрь испарителя 6. Сама система охлаждения может быть обычным типом системы охлаждения, так что она более подробно описана не будет. В этом варианте осуществления, компонентом системы охлаждения, который потребляет наибольшую электрическую мощность, является компрессор 9 с переменным расходом. Таким образом, величина электрической мощности, распределяемой на систему охлаждения, в своей основе, является такой же, как величина электрической мощности, распределенной на компрессор 9 с переменным расходом.

После прохождения через испаритель 6, охлажденный воздух подается в и нагревается основной частью 10 нагревателя, который расположен ниже по потоку в воздушном канале. Система нагревателя, которая будет указываться ссылкой как электрический нагреватель, включает в себя основную часть 10 нагревателя, нагреватель 12 с PTC и насос 11, который выполнен с возможностью подавать нагретую воду снаружи нагревателя 12 с PTC в основную часть 10 нагревателя. Основная часть 10 нагревателя действует так, чтобы нагревать воздух, введенный в основную часть 10 нагревателя посредством обмена теплом между воздухом и нагретой водой, проходящей через основную часть 10 нагревателя. Насос 11 приводится в движение электродвигателем и осуществляет циркуляцию нагретой воды. Насос 11 обычно имеет низкое потребление электрической мощности, так как насос 11 обычно служит просто для циркуляции нагретой воды. Насос 11 может выполнять предписанную операцию автоматически, когда есть требование, чтобы воздух нагревался основной частью 10 нагревателя.

Нагреватель 12 с PTC является нагревательным элементом, имеющим характеристику саморегулирования температуры в этом примере. Нагреватель 12 с PCT нагревается в соответствии с подаваемой электрической мощностью до достижения предписанной температуры. Когда нагреватель 12 с PTC достигает предписанной температуры, значение сопротивления резко возрастает и элемент поддерживает постоянную температуру. Вода, которая проходит через нагреватель 12 с PTC, нагревается до предписанной температуры и подводится в качестве нагретой воды. Другими словами, производительность нагревания больше, когда больше подводимая электрическая мощность, и производительность охлаждения ниже, когда подводимая электрическая мощность меньше. В этом варианте осуществления, компонентом системы отопления, который обычно потребляет наибольшую электрическую мощность, является нагреватель 12 с PTC. Таким образом, величина электрической мощности, распределяемой на систему отопления, в своей основе, является такой же, как величина электрической мощности, распределенной на нагреватель 12 с PTC.

Система дополнительно включает в себя окно 14 выпуска воздуха, которое функционирует для выдувания воздуха, который был кондиционирован системой охлаждения и системой нагревателя. Система также включает в себя устройство 15 установки температуры внутренней части кабины, такое как термостат, которое позволяет водителю устанавливать температуру внутренней части кабины. Выключатель 16 кондиционера воздуха может разрешать или запрещать работу компрессора 9 с переменным расходом. Система, кроме того, включает в себя выключатель 17 обогрева, который может выдавать запрос для оттаивания и/или устранения запотевания ветрового стекла. Окно 14 выпуска воздуха может указываться ссылкой как единая сущность для целей этого примера. Однако окно 14 выпуска воздуха в действительности включает в себя множество вентиляционных отверстий кондиционирования воздуха и вентиляционных отверстий оттаивания. Положения, где выпускается воздух конфигурируются по необходимости в соответствии с режимом выпуска, выбранным водителем или запрошенным автоматическим управлением кондиционирования воздуха. Например, в первом режиме выпуска, кондиционированный воздух выпускается из вентиляционных отверстий кондиционирования воздуха. Во втором режиме выпуска, кондиционированный воздух выпускается из каналов кондиционирования воздуха и подножных каналов. В третьем режиме выпуска, кондиционированный воздух выпускается из вентиляционных отверстий кондиционирования, подножных каналов и каналов оттаивания.

Когда выбран режим, использующий большое количество выпускных окон, количество выпускаемого воздуха больше и, таким образом, больше величина расхода воздуха. Наоборот, когда выбран режим, использующий небольшое количество окон выпуска воздуха, количество выпускаемого воздуха меньше и меньше величина расхода воздуха. Следовательно, как подробнее пояснено ниже, вторая температура Tof воздуха должна быть более низкой, когда больше количество окон выпуска воздуха. То есть, при условии, что используется идентичная или по существу идентичная электрическая мощность, производительность охлаждения воздуха или производительность нагревания воздуха отличается в зависимости от режима выпуска.

Система дополнительно включает в себя контроллер 20 кондиционера воздуха, который принимает сигналы из устройства 15 установки температуры внутренней части кабины, выключателя 16 кондиционера воздуха и выключателя 17 оттаивателя. Контроллер 20 кондиционера воздуха дополнительно принимает сигнал датчика с датчика 21 температуры окружающего воздуха, который расположен вблизи окна 1 наружного воздухозаборника и измеряет температуру окружающего воздуха снаружи транспортного средства. В дополнение, контроллер 20 кондиционера воздуха принимает датчик 22 температуры внутреннего воздуха, который расположен вблизи окна 2 внутреннего воздухозаборника и измеряет температуру внутреннего воздуха внутри кабины транспортного средства. Контроллер 20 кондиционера воздуха также присоединен к главному контроллеру 30, например, через линию связи локальной сети контроллеров (CAN), из условия, чтобы контроллер 20 кондиционера воздуха принимал максимальную выдаваемую электрическую мощность INLmax, которая установлена на основании таких факторов, как SOC аккумуляторной батареи, из главного контроллера 30.

Следует отметить, что каждый из контроллера 20 кондиционера воздуха, контроллера 30 и любого другого контроллера, описанного в материалах заявки, например, может включать в себя или совместно использовать микрокомпьютер с управляющей программой, которая управляет и взаимодействует с компонентами транспортного средства, как описано в материалах настоящей заявки. Каждый из контроллера 20 кондиционера воздуха, контроллера 30 и любого другого контроллера, описанного в материалах заявки, также может включать в себя или совместно использовать другие традиционные компоненты, такие как схема входного интерфейса, схема выходного интерфейса и запоминающие устройства, такие как устройство ПЗУ (постоянного запоминающего устройства) и устройство ОЗУ (оперативного запоминающего устройства). ОЗУ и ПЗУ хранят результаты обработки и управляющие программы, которые выполняются контроллером 20 кондиционера воздуха и контроллером 30. Более того, контроллер 20 кондиционера воздуха, контроллер 30 и любой другой контроллер, описанный в материалах настоящей заявки, оперативно присоединены к компонентам транспортного средства традиционным образом. Специалистам в данной области техники будет очевидно из этого раскрытия, что точные конструкция и алгоритмы для контроллера 20 кондиционера воздуха, контроллера 30 и любого другого контроллера, описанного в материалах настоящей заявки, могут быть любой комбинацией аппаратных средств и программного обеспечения, которые будут выполнять функции согласно вариантам осуществления, описанным в материалах настоящей заявки.

Когда транспортное средство является транспортным средством с электрическим приводом, транспортное средство приводится в движение аккумуляторной батареей 40, и аккумуляторная батарея 40 является по существу единственным источником энергии. Таким образом, когда состояние заряда аккумуляторной батареи 40 является низким, величина электрической мощности, которая может подводиться к кондиционеру воздуха, ограничена более низким значением, чтобы отдавать приоритет продвижению транспортного средства. Наоборот, когда состояние заряда равно или выше предписанного значения, значительная величина электрической мощности имеется в распоряжении для подачи на кондиционер воздуха.

Контроллер 20 кондиционера воздуха выполняет регулирование температуры внутренней части кабины на основании упомянутых сигналов датчиков и сигналов выключателей, чтобы добиваться комфортной среды внутри кабины транспортного средства наряду со снижением потребления электрической мощности. Более точно, когда целевая температура внутренней части кабины установлена устройством установки температуры внутренней части кабины, целевая температура XM воздуха на выходе, например, устанавливается на основании разности между целевой температурой внутренней части кабины и реальной температурой воздуха внутренней части. Например, если температура воздуха внутренней части ниже, чем целевая температура внутренней части кабины, то более высокое значение температуры устанавливается для целевой температуры XM воздуха на выпуске. Наоборот, если температура воздуха внутренней части выше, чем целевая температура внутренней части кабины, то более низкое значение температуры устанавливается для целевой температуры XM воздуха на выпуске. Система охлаждения и система нагревателя приводятся в действие для достижения целевой температуры XM воздуха на выпуске и подачи комфортного, надлежащим образом осушенного воздуха в кабину.

Как понятно в данной области техники, традиционная система кондиционирования воздуха, используемая в транспортном средстве, оборудованном двигателем внутреннего сгорания или другими двигателями, может осушать воздух, подаваемый во внутреннюю часть кабины, как необходимо, охлаждая воздух, например, приблизительно до 4°C около выпуска испарителя с использованием компрессора, приводимого в движение двигателем. Охлажденный воздух затем нагревается основной частью нагревателя, через который хладагент двигателя протекает и служит в качестве нагретой воды. Воздух нагревается до требуемой температуры и вдувается в кабину. Однако, хотя традиционная система кондиционирования воздуха может работать надлежащим образом, в то время как двигатель является нормально работающим, работа не происходит, когда двигатель заглушен. Более того, даже когда охлаждение не нужно, компрессор прикладывает нагрузку к двигателю, и двигатель продолжает вырабатывать тепло. Следовательно, эффективность использования энергии снижается.

В транспортном средстве с электрическим приводом, которое не оборудовано двигателем, система нагревателя использует электрическую мощность в качестве источника тепла. В таком транспортном средстве, если электрическая мощность, подведенная к системе охлаждения и системе нагревателя, не оптимизирована, то воздух может необязательно охлаждаться и нагреваться. Таким образом, неэкономичное использование мощности аккумуляторной батареи будет увеличиваться, что может иметь неблагоприятное влияние на расстояние, которое транспортное средство может проезжать без подзарядки аккумуляторной батареи. Как будет описано далее, может выполняться последовательность операций управления кондиционированием воздуха транспортного средства согласно раскрытому варианту осуществления, которая может распределять электрическую мощность на систему охлаждения и систему нагревателя требуемым или оптимальным образом.

Фиг. 2 является блок-схемой последовательности операций способа, иллюстрирующей примерные операции управления кондиционированием воздуха, которые могут выполняться системой. Эта блок-схема последовательности операций способа, таким образом, может использоваться для пояснения операций обработки, относящихся к распределению электрической мощности. Предполагается, что впускная заслонка 3, работа нагнетательного вентилятора 4 и заслонки 13 смешения воздуха, и так далее, управляются согласно отдельным управляющим последовательностям. Кроме того, хотя контроллер 20 кондиционера воздуха описан в качестве выполняющего эти операции, любой пригодный контроллер или множество контроллеров в системе могут выполнять операции.

На этапе S1, контроллер 20 кондиционера воздуха определяет, включен ли выключатель 17 оттаивателя. Если выключатель 17 включен, то обработка контроллера 20 кондиционера воздуха продолжается на этапе S2. Однако, если выключатель 17 выключен, то контроллер 20 кондиционера воздуха определяет, что водитель удовлетворен влажностью, и обработка переходит на этап S10, как описано ниже.

На этапе S2, контроллер 20 кондиционера воздуха определяет, включен ли выключатель 16 кондиционера воздуха. Если выключатель 16 включен, то обработка контроллера 20 кондиционера воздуха продолжается на этапе S3. Однако, если выключатель 16 выключен, то контроллер 20 кондиционера воздуха определяет, что водитель не желает охлаждать воздух, и обработка переходит на этап S14.

На этапе S3, контроллер 20 кондиционера воздуха вычисляет первую температуру Teva_in воздуха в положении выше по потоку испарителя 6 в канале воздушного потока с использованием примерного уравнения, показанного ниже. Эта операция может указываться ссылкой как операция выявления температуры воздуха. Контроллер 20 кондиционера воздуха, таким образом, функционирует в этом отношении в качестве компонента определения температуры воздуха.

Teva_in={(Tamb+∆Teva_in)×(1-Xrec)+Tinc×Xrec}

В этом уравнении, Tamb представляет температуру окружающего воздуха, выявленную датчиком 21 температуры окружающего воздуха, Tinc представляет температуру внутреннего воздуха, выявленную датчиком 22 внутреннего воздуха, и Xrec представляет коэффициент смешения внутреннего воздуха. Хотя первая температура Teva_in воздуха оценивается с помощью вычисления в этом примере, датчик может быть предусмотрен для выявления первой температуры Teva_in воздуха.

На этапе S15, контроллер 20 кондиционера воздуха выполняет последовательность операций определения режима в отношении флажкового признака CF_comp режима, который выражает, должна или нет электрическая мощность подаваться в систему охлаждения. Прежде всего, контроллер 20 кондиционера воздуха оценивает вторую температуру Tof воздуха между испарителем 6 и основной частью 10 нагревателя. Фиг. 3 является графиком, иллюстрирующим пример оцененных значений второй температуры Tof воздуха. Контроллер 20 кондиционера воздуха выбирает характеристическую кривую на основании режима выпуска и оценивает вторую температуру Tof воздуха на основании целевой температуры XM воздуха на выпуске. Эта операция также может указываться ссылкой как операция выявления температуры воздуха. Кроме того, может использоваться датчик определения второй температуры Tof воздуха.

Контроллер 20 кондиционера воздуха затем рассчитывает разницу ΔT между целевой температурой XM воздуха на выпуске и второй температурой Tof воздуха и устанавливает флажковый признак CF1 на основании разности ΔT. Фиг. 5 является примерной временной диаграммой определения режима для флажкового признака CF1. Если разность ΔT является большей, чем предписанное значение ΔT2 (или ΔT1), то флажковый признак CF1 устанавливается в 1, так как есть крайняя необходимость, чтобы воздух нагревался основной частью 10 нагревателя. Наоборот, если разность ΔT является меньшей, чем предписанное значение ΔT1 (или ΔT2), то флажковый признак CF1 устанавливается в 2, так как есть небольшая необходимость, чтобы воздух нагревался основной частью 10 нагревателя. Флажковый признак CF1, например, может устанавливаться в соответствии с гистерезисной характеристикой для устранения автоколебаний управления, как понятно в данной области техники.

На этапе S5, контроллер 20 кондиционера воздуха определяет, установлен ли флажковый признак CF1 в 1. Обработка контроллера 20 кондиционера воздуха продолжается на этапе S6, если флажковый признак CF1 установлен в 1, и продолжается на этапе S13, если флажковый признак CF1 установлен в 2. Если флажковый признак CF1 равен 2, то нет необходимости в нагреве воздуха основной частью 10 нагревателя. Поэтому, контроллер кондиционера воздуха устанавливает электрическую мощность INL_PTC, которая должна распределяться на систему нагревателя, в ноль (0), и устанавливает электрическую мощность INL_comp, которая должна быть распределена на систему охлаждения, в верхний предел AC_INL электрической мощности. Верхний предел AC_INL электрической мощности будет пояснен подробнее далее.

На этапе S6, контроллер 20 кондиционера воздуха считывает верхний предел AC_INL электрической мощности и вычисляет электрическую мощность INL_comp, которая должна распределяться на систему охлаждения. Далее будут пояснены верхний предел AC_INL электрической мощности и обработка, выполняемая для вычисления электрической мощности INL_comp.

фиг. 4 является блок-схемой последовательности операций способа, иллюстрирующая пример операций, которые могут выполняться для установки верхнего предела AC_INL электрической мощности. На этапе S31, контроллер 20 кондиционера воздуха считывает максимальную выдаваемую электрическую мощность INLmax, принятую из главного контроллера 30. На этапе S32, контроллер 20 кондиционера воздуха считывает температуру Tamb окружающей среды и установленную пассажиром температуру T*, которая, например, была установлена посредством устройства 15 установки температуры внутренней части транспортного средства. Контроллер 20 кондиционера воздуха использует значения температуры Tamb окружающего воздуха и установленной пассажиром температуры T* для считывания электрической мощности INLorg самоограничения кондиционера воздуха из многомерной регулировочной характеристики, которая была сохранена заблаговременно. На этапе S33, контроллер 20 кондиционера воздуха определяет, является ли INLmax>INLorg. Если INLmax>INLorg, то контроллер 20 кондиционера воздуха устанавливает значение INLorg в качестве верхнего предела электрической мощности на этапе S34. В этом случае, контроллер 20 кондиционера воздуха функционирует в качестве компонента установки верхней предельной электрической мощности. Если INLmax не является большей, чем INLorg, то контроллер 20 кондиционера воздуха устанавливает значение INLmax в качестве верхнего предела электрической мощности на этапе S35. Эта операция может указываться ссылкой как операция установки верхнего предела электрической мощности. Таким образом, электрическая мощность сберегается посредством выбора более низкого значения между значением, ограниченным главным контроллером 30, и значением, ограниченным на основании возложенного на саму себя ограничения, выполненного системой кондиционирования воздуха.

Величина электрической мощности INL_comp, которая распределена на систему охлаждения, то есть, на компрессор 9 с переменным расходом, рассчитывается согласно следующему уравнению:

INL_comp=AC_INL×{(Teva_in-Tof)×η1}/

{(XM-Tof)×η2+(Teva_in-Tof)×η1}

В уравнении, η1 представляет собой эффективность преобразования температуры испарителя 6, а η2 представляет собой эффективность преобразования температуры основной части 10 нагревателя. Поэтому, электрическая мощность, которая должна быть распределена на систему охлаждения, и электрическая мощность, которая должна быть распределена на систему нагревателя, рассчитываются на основании верхнего предела AC_INL электрической мощности и отношения перепада (Teva_in-Tof) температур выше по потоку между второй температурой Tof воздуха и первой температурой Teva_in воздуха в положении в воздушном канале, которое расположено выше по потоку от испарителя 6, и перепада (XM-Tof) температур ниже по потоку между целевой температурой XM воздуха на выпуске и второй температурой Tof воздуха. Другими словами, верхний предел AC_INL электрической мощности распределяется на основании отношения убывания температуры (перепада температуры выше по потоку), которое должно достигаться охлаждающим действием системы охлаждения, и подъема температуры (перепада температуры ниже по потоку), который должен достигаться нагревающим действием системы нагревателя. В результате, может предотвращаться необязательное охлаждение и нагревание соответственными системами, и система кондиционирования воздуха может эксплуатироваться более эффективно. Кроме того, высушивание может достигаться без превышения верхнего предела AC_INL электрической мощности, и эффект устранения запотевания может достигаться по отношению к ветровому стеклу.

Возвращаясь к фиг.7, контроллер 20 кондиционера воздуха определяет, на этапе S7, является электрическая мощность INL_comp большей, чем верхняя предельная электрическая мощность AC_INL. Если так, то контроллер 20 кондиционера воздуха определяет, что охлаждение является приоритетом, и обработка переходит на этап S13. На этапе S13, контроллер 20 кондиционера воздуха устанавливает электрическую мощность INL_PTC, которая должна распределяться на систему нагревателя, в ноль (0), и устанавливает электрическую мощность INL_comp, которая должна быть распределена на систему охлаждения, в верхний предел AC_INL электрической мощности. Наоборот, если INL_comp равна верхнему пределу AC_INL электрической мощности, то обработка контроллера 20 кондиционера воздуха переходит на этап S8.

На этапе S8, контроллер 20 кондиционера воздуха определяет, является ли электрическая мощность INL_comp отрицательной. Если INL_comp отрицательна, то нет необходимости в подаче электрической мощности в систему охлаждения, и контроллер 20 кондиционера воздуха переходит на этап S14. На этапе S14, контроллер 20 кондиционера воздуха устанавливает электрическую мощность INL_comp, которая распределяется на систему охлаждения, в ноль (0), и устанавливает электрическую мощность INL_PTC, которая распределяется на систему нагревателя, в верхний предел AC_INL электрической мощности. Наоборот, если INL_comp равна или больше чем ноль (0), то обработка контроллера 20 кондиционера воздуха переходит на этап S9.

На этапе S9, контроллер 20 кондиционера воздуха вычисляет электрическую мощность INL_PTC, которая должна быть распределена на систему нагревателя, как указано в следующем уравнении:

INL_PTC=AC_INL-INL_comp

Эта операция может указываться ссылкой как операция управления распределением электрической мощности, с контроллером 20 кондиционера воздуха, функционирующим в качестве контроллера распределения электрической мощности. Другими словами, электрическая мощность, которая подводится к системе охлаждения, и электрическая мощность, которая подводится к системе нагревателя, устанавливаются в соответствии с перепадом температур выше по потоку и перепадом температур ниже по потоку.

На этапе S10, контроллер 20 кондиционера воздуха выполняет последовательность операций определения режима для флажкового признака CF2 режима, который выражает, нужно или нет задействовать как систему охлаждения, так и систему нагревателя, или задействовать только одну или другую. Эта операция может указываться ссылкой как операция управления распределением электрической мощности. Фиг. 6 является временной диаграммой для флажкового признака CF2. Если целевая температура XM воздуха на выпуске ниже, чем значение XM1 (или XM2), таким образом, указывая низкую температуру, то есть небольшая необходимость нагревать воздух основной частью 10 нагревателя, и флажковый признак CF2 устанавливается в 3. Кроме того, значения XM1 и XM2 сконфигурированы имеющими гистерезисную характеристику. Если целевая температура XM воздуха на выпуске выше, чем значение XM4 (или XM3), таким образом, указывая высокую температуру, то есть небольшая необходимость охлаждать воздух системой охлаждения, и флажковый признак CF2 устанавливается в 1. Значения XM3 и XM4 также сконфигурированы имеющими гистерезисную характеристику.

Если не возникает ни одного из условий, упомянутых выше, то должны использоваться как система охлаждения, так и система нагревателя, и флажковый признак CF2 устанавливается в 2. Таким образом, в зависимости от целевой температуры XM воздуха на выпуске, электрическая мощность может концентрироваться в одной системе посредством выдачи электрической мощности в такую одну из систем. Как результат, потребление электрической мощности может уменьшаться, и может улучшаться расстояние объезда. К тому же, обработка, поясненная выше, выполняется, когда выключатель 17 оттаивателя выключен. Другими словами, когда необходимость управления влажностью мала, потребление электрической мощности подавляется посредством эксплуатации системы кондиционирования воздуха, из условия, чтобы учитывалась только температура.

Возвращаясь к фиг.2, контроллер 20 кондиционера воздуха определяет, на этапе S11, является ли 1 значением флажкового признака CF2. Если значением является 1, то контроллер 20 кондиционера воздуха определяет, что не нужно задействовать систему охлаждения, и переходит на этап S14, где INL_comp устанавливается в (0), а INL_PTC устанавливается в AC_INL. На этапе S12, контроллер 20 кондиционера воздуха определяет, является ли 2 значением флажкового признака CF2. Если значением является 2, то контроллер 20 кондиционера воздуха определяет, что обе, система отопления и охлаждения должны быть задействованы, и обработка переходит на этап S2. С другой стороны, если значением флажкового признака CF2 является не 2, а 3, то нет необходимости в приведении в действие системы нагревателя. Обработка контроллера 20 кондиционера воздуха, таким образом, переходит на этап S13, где INL_PTC устанавливается в AC_INL, а INL_PTC устанавливается в ноль (0).

На этапе S15, контроллер 20 кондиционера воздуха выполняет последовательность операций определения режима в отношении флажкового признака CF_comp режима, который выражает, должна или нет электрическая мощность подаваться в систему охлаждения. Фиг. 7 является примерной временной диаграммой для флажкового признака CF_comp. Если электрическая мощность INL_comp больше предписанного значения x2 (или x1), то флажковый признак CF_comp устанавливается в 1, и установленная на данный момент электрическая мощность INL_comp подается как есть или по существу как есть. Если электрическая мощность INL_comp меньше предписанного значения x1 (или x2), то, даже если система охлаждения эксплуатируется с электрической мощностью INL_comp, пассажир большей частью не будет ощущать улучшения в отношении атмосферы внутренней части кабины вследствие действия системы кондиционирования воздуха, и эффективность будет недостаточной. Поэтому, в таком случае, флажковый признак CF_comp устанавливается в 2. Кроме того, значения x1 и x2 выражают гистерезисные характеристики, как это делают другие значения, обсужденные выше.

На этапе S16, контроллер 20 кондиционера воздуха определяет, является ли 1 значением флажкового признака CF_comp. Если значением является 1, то обработка контроллера 20 кондиционера воздуха переходит на этап S17. Если значением является 2, то контроллер 20 кондиционера воздуха переходит на этап S18 и устанавливает электрическую мощность INL_comp в ноль (0). Другими словами, если ожидается, что атмосфера внутри кабины транспортного средства не будет улучшаться посредством эксплуатации системы кондиционирования воздуха, то электрическая мощность, подаваемая на систему кондиционирования воздуха, устанавливается в ноль (0). Это уменьшает потребление электрической мощности и улучшает расстояние, которое транспортное средство может проехать без подзарядки аккумуляторной батареи. Эта операция также может указываться ссылкой как операция управления распределением электрической мощности.

На этапе S17, контроллер 20 кондиционера воздуха выполняет последовательность операций определения режима для флажкового признака CF_PTC режима, который выражает, должна или нет электрическая мощность подаваться в систему нагревателя. Фиг. 8 является примерной временной диаграммой для флажкового признака CF_PTC. Если электрическая мощность INL_PTC больше предписанного значения y2 (или y1), то флажковый признак CF_PTC устанавливается в 1, и установленная на данный момент электрическая мощность INL_PTC подается как есть или по существу как есть. Если электрическая мощность INL_PTC меньше предписанного значения y1 (или y2), то, даже если система нагревателя эксплуатируется с электрической мощностью INL_PTC, пассажир не будет ощущать улучшения в отношении атмосферы внутренней части кабины вследствие действия кондиционирования воздуха, и эффективность будет недостаточной. Поэтому, в таком случае, флажковый признак CF_PTC устанавливается в 2. Значения y1 и y2 выражают гистерезисные характеристики, как это делают другие значения, обсужденные выше.

На этапе S19, обработка контроллера 20 кондиционера воздуха определяет, является ли 1 значением флажкового признака CF_PTC. Если значением является 1, то обработка контроллера 20 кондиционера воздуха переходит на этап S21. Если значением является 2, то обработка контроллера 20 кондиционера воздуха переходит на этап S20 и устанавливает электрическую мощность INL_PTC в ноль (0). Другими словами, если ожидается, что атмосфера внутри кабины транспортного средства не будет улучшаться посредством эксплуатации системы кондиционирования воздуха, то электрическая мощность, подаваемая на систему кондиционирования воздуха, устанавливается в ноль (0). Это уменьшает потребление электрической мощности и улучшает расстояние, которое транспортное средство может проехать без подзарядки аккумуляторной батареи. Эта операция также может указываться ссылкой как операция распределения электрической мощности. Затем, на этапе S21, электрические мощности INL_comp и INL_PTC, установленные в итоге на основании операций, обсужденных выше, выдаются в соответственные системы.

Как может быть принято во внимание из вышеприведенного, система включает в себя компрессор 9 с переменным расходом (например, устройство сжатия хладагента с электрически приводом), который приводится в движение электрическим двигателем. Система дополнительно включает в себя испаритель 6, в который выпускается хладагент из компрессора 9 с переменным расходом, и основная часть 10 нагревателя (электрический нагреватель), которая нагревается нагревателем 12 с PTC, расположенным ниже по потоку испарителя 6 в воздушном канале. Операции, выполняемые на вышеописанных этапах S3 и S4, выявляют или оценивают первую температуру Teva_in воздуха в положении выше по потоку испарителя 6 в воздушном канале и вторую температуру Tof в положении между испарителем 6 и основной частью 10 нагревателя. Контроллер 20 кондиционера воздуха, таким образом, может управлять системой, из условия, чтобы воздух на выпуске внутренней части транспортного средства в положении ниже по потоку основной части 10 нагревателя в воздушном канале, соответствовала целевой температуре воздуха на выпуске. В операциях, выполняемых на вышеописанном этапе S31, устанавливается верхний предел AC_INL электрической мощности, который может подаваться на систему охлаждения, включающую в себя компрессор 9 с переменным расходом, и систему нагревателя, включающую в себя основную часть 10 нагревателя. В операциях, выполняемых на вышеописанных этапах S6 и S9, верхняя предельная электрическая мощность AC_INL выдается на систему охлаждения и систему нагревателя на основании отношения перепада температур выше по потоку (Teva_in-Tof) и перепада температур ниже по потоку (XM-Tof). Перепад температур выше по потоку является разностью между первой температурой Teva_in воздуха и второй температурой Tof воздуха, а перепад температур ниже по потоку является разностью между целевой температурой XM воздуха на выпуске и второй температурой Tof воздуха.

Таким образом, производительность сжатия хладагента для системы охлаждения и производительность нагревания холодного воздуха для системы нагревателя могут достигаться рационально, не превышая установленный верхний предельный электрический ток AC_INL. Соответственно, расстояние, которое транспортное средство может проезжать без подзарядки аккумуляторной батареи, может улучшаться со снижением неэкономного потребления энергии.

В дополнение, при обработке, выполняемой на этапах S15-S20, подача электрической мощности на систему охлаждения прекращается, когда электрическая мощность, которая должна распределяться на систему охлаждения, равно или ниже значения x1 или значения x2. Кроме того, подача электрической мощности в систему нагревателя прекращается, когда электрическая мощность, которая должна распределяться на систему нагревателя, равна или ниже значения y1 или значения y2. Таким образом, потребление электрической мощности может снижаться, и расстояние, которое может проезжать транспортное средство без подзарядки аккумуляторной батареи, может увеличиваться посредством установки электрической мощности, подаваемой в систему кондиционирования воздуха, в ноль (0), когда ожидается, что атмосфера внутри кабины транспортного средства не будет улучшаться приведением в действие системы кондиционирования воздуха. В качестве альтернативы, вместо прекращения подачи электрической мощности, подача электрической мощности может ограничиваться на основании предписанного соотношения, как описано выше.

Более того, при обработке, выполняемой на этапах S10-S14, как описано выше, электрическая мощность подается в систему охлаждения (а не систему отопления), когда целевая температура XM воздуха на выпуске ниже температуры XM1 или температуры XM2 (первая предписанная температура). Кроме того, электрическая мощность подается на систему нагревателя (а не систему охлаждения), когда целевая температура XM воздуха на выпуске равна или выше температуры XM4 или XM3 (вторая предписанная температура), которая выше, чем первая предписанная температура. Таким образом, в зависимости от целевой температуры XM воздуха на выпуске, электрическая мощность может концентрироваться в одной системе посредством выдачи электрической мощности только в одну из систем. Как результат, потребление электрической мощности может уменьшаться, и может улучшаться расстояние, которое транспортное средство может проезжать без подзарядки аккумуляторных батарей.

В дополнение, вышеприведенный пример также относится к системе кондиционирования воздуха транспортного средства, которая установлена в автомобиле с электрическим приводом, и признаки и операции, описанные выше, также могут быть применены к системе кондиционирования воздуха, установленной в транспортном средстве, приводимом в движение двигателем внутреннего сгорания, или в транспортном средстве с гибридным приводом. Кроме того, хотя первая температура Teva_in оценивается посредством компьютерного расчета в вышеприведенном примере, отдельный датчик температуры или т.п. может использоваться для измерения первой температуры Teva_in воздуха непосредственно. Кроме того, в вышеприведенном примере, вторая температура Tof воздуха рассчитывается на основании целевой температуры XM на выпуске с использованием готовой многомерной регулировочной характеристики. Этот подход может использоваться ввиду характеристики сходимости целевой температуры XM воздуха на выпуске. Однако отдельный датчик температуры может быть предусмотрен для измерения целевой температуры XM воздуха непосредственно на выпуске.

Более того, в вышеприведенном примере, компрессор 9 с переменным расходом является основным потребителем электрической мощности в системе охлаждения. Кроме того, нагреватель 12 с PTC является основным потребителем электрической мощности в системе нагревателя. Поэтому, подача электрической мощности распределяется соответствующим образом, на основании специфичных требований этих двух основных потребителей мощности. Однако также приемлемо устанавливать коэффициент распределения электрической мощности для системы охлаждения по отношению к системе нагревателя некоторым образом, который учитывает потребление электрической мощности исполнительных механизмов с электрическим приводом, включенных в соответственные системы.

Признаки и операции, описанные выше, также могут быть применены в любой другой системе, которая включает в себя систему охлаждения и систему отопления и действует с использование электрической мощности. Кроме того, хотя нагреватель 12 с PTC используется в системе нагревателя согласно примеру, описанному выше, может использоваться другой тип нагревательного элемента. То есть, вышеописанные признаки и операции могут применяться для того, чтобы распределять электрическую мощность оптимальным образом на каждую из систем наряду с пребыванием в пределах ограниченного диапазона потребления электрической мощности.

Несмотря на то что для иллюстрации настоящего изобретения были выбраны некоторые варианты его осуществления, специалистам в данной области техники будет очевидно из этого описания, что в материалах настоящей заявки могут быть выполнены различные изменения и модификации, не выходя из объема изобретения, который определен прилагаемой формулой изобретения. Например, размер, форма, местоположение или ориентация различных компонентов могут быть изменены в зависимости от необходимости и/или требований.

Кроме того, компоненты, которые показаны непосредственно присоединенными или контактирующими друг с другом, могут иметь промежуточные конструкции, расположенные между ними. Функции одного элемента могут выполняться двумя элементами, и наоборот. Конструкции и функции одного элемента могут быть переняты в другом варианте осуществления. Необязательно, чтобы все преимущества одновременно присутствовали в конкретном варианте осуществления. Каждый признак, который неповторим по предшествующему уровню техники, в одиночку или в комбинации с другими признаками, также должен рассматриваться в качестве отдельного описания дополнительных изобретений, включая конструктивные и/или функциональные концепции, воплощенные таким признаком (признаками). Таким образом, вышеприведенное описание вариантов осуществления согласно настоящему изобретению предоставлено только для иллюстрации, а не для ограничения изобретения, объем которого определяется прилагаемой формулой изобретения и ее эквивалентами.

1. Система кондиционирования воздуха транспортного средства, содержащая:
устройство сжатия хладагента с электрическим приводом;
испаритель, выполненный с возможностью принятия хладагента, выпускаемого из устройства сжатия хладагента с электрическим приводом;
электрический нагреватель, расположенный ниже по потоку испарителя в воздушном канале;
датчик температуры воздуха, выполненный с возможностью измерения первой температуры воздуха в положении выше по потоку испарителя в воздушном канале и второй температуры воздуха в положении между испарителем и электрическим нагревателем;
компонент регулирования температуры внутренней части кабины, выполненный с возможностью установки температуры воздуха на выпуске внутренней части транспортного средства в положении ниже по потоку электрического нагревателя в воздушном канале равной целевой температуре воздуха на выпуске;
компонент установки верхней предельной электрической мощности, выполненный с возможностью установки верхнего предела для электрической мощности, которая может подаваться на устройство сжатия хладагента с электрическим приводом и электрический нагреватель; и
контроллер распределения электрической мощности, выполненный с возможностью распределения верхней предельной электрической мощности на устройство сжатия хладагента с электрическим приводом и электрический нагреватель на основании отношения перепада температур выше по потоку и перепада температур ниже по потоку, причем перепад температур выше по потоку основан на разности между первой температурой воздуха и второй температурой воздуха, а перепад температур ниже по потоку основан на разности между целевой температурой воздуха на выпуске и второй температурой воздуха.

2. Система по п.1, в которой контроллер распределения электрической мощности дополнительно выполнен с возможностью ограничения подачи электрической мощности на устройство сжатия хладагента с электрическим приводом, когда электрическая мощность, распределяемая на устройство сжатия хладагента с электрическим приводом, равна или ниже первого предписанного значения, и ограничения подачи электрической мощности на электрический нагреватель, когда электрическая мощность, распределяемая на электрический нагреватель, равна или ниже второго предписанного значения.

3. Система по п.1 или 2, в которой контроллер распределения электрической мощности выполнен с возможностью подачи электрической мощности на устройство сжатия хладагента с электрическим приводом, без подачи электрической мощности на электрический нагреватель, когда целевая температура воздуха на выпуске ниже первой предписанной температуры, и подачи электрической мощности на электрический нагреватель, без подачи электрической мощности на устройство сжатия хладагента с электрическим приводом, когда целевая температура воздуха на выпуске равна или выше второй предписанной температуры, которая выше первой предписанной температуры.