车辆所用的空气调节系统 【技术领域】
本发明涉及一种车辆所用的空气调节系统，包括一由用于驱动车辆的驱动源(例如发动机)或一电动马达或者两者的组合驱动的混合型压缩机。特别地，本发明涉及对车辆所用的空气调节系统的控制，其中考虑到混合型压缩机的功耗，混合型压缩机的驱动源可以进行变换以便更优化地使用驱动源。
背景技术
众所周知，混合型压缩机作为车辆所用的空气调节系统的部分安装于车辆中，并且能够由一车辆发动机或一电动马达，或者两者的组合来驱动。这种已知的压缩机在日本专利出版物No.JP-A-10-291415中进行了描述。此外，在日本专利出版物No.JP-A-63242中描述了一种混合型压缩机所用的控制系统，其中当选定了混合型压缩机的驱动源时，为单独驱动时的每个驱动源估算用于驱动压缩机的替代驱动源所需地功率，并且选择具有较低估算功率需求的驱动源。
【发明内容】
相应地，就需要一种包括一混合型压缩机的车辆所用的空气调节系统，其中该混合型压缩机包括一由用于驱动车辆的驱动源驱动的第一压缩机构和一由电动马达驱动的第二压缩机构，其可以根据空气调节系统或车辆的各种不同条件更好地驱动压缩机并选择驱动源。在本发明中，特别注意了通过根据对致冷循环的热负载进行检测而偏置驱动源选择，而使得混合型压缩机所用的驱动源可以根据热负载更适当地进行选择。而且，可以通过根据对由利用选定驱动源驱动压缩机所产生的致冷循环条件进行检测而偏置驱动源选择，而根据致冷循环条件对混合型压缩机所用的驱动源更适当地进行选择。此外，本发明的一个目的在于提供一种车辆所用的空气调节系统，其可实现经过改进和优化的控制作用，特别是关于混合型压缩机的功耗方面。
为了实现上述及其它目的，根据本发明的一种车辆所用的空气调节系统包括一混合型压缩机，该混合型压缩机包括一由用于驱动车辆的驱动源驱动的第一压缩机构和一由电动马达驱动的第二压缩机构；用于选择压缩机所用的驱动源并用于变换驱动源的装置，视需要而定；用于检测压缩机被驱动时的致冷循环的条件的装置；以及用于在利用用于选择驱动源的装置来选择用于驱动车辆的驱动源或电动马达作为压缩机所用的驱动源时，根据由用于检测致冷循环的条件的装置所检测到的值而估算由选定的驱动源所产生的压缩机的功耗的装置。通过这种控制系统，就可以确定当前选定的压缩机所用的驱动源是否在压缩机功耗方面得以改进或优化。
在根据本发明的空气调节系统中，混合型压缩机要么可为一种其中第一压缩机构和第二压缩机构彼此分开形成的混合型压缩机，要么可为一种其中第一压缩机构和第二压缩机构在该混合型压缩机内整体地形成的混合型压缩机。
此外，在根据本发明的空气调节系统中，优选地，当通过用于选择驱动源的装置来将用于驱动车辆的驱动源或电动马达选择为压缩机所用的驱动源时，通过用于估算功耗的装置估算出的由选定驱动源产生的压缩机功耗可以与为产生由选定驱动源产生的冷却能力基本相同的冷却能力所需的由非选定驱动源产生的压缩机功耗进行比较。
而且，在根据本发明的空气调节系统中，还优选地，空气调节系统包括用于检测致冷循环负载的装置以便检测致冷循环的热负载，并且当通过用于选择驱动源的装置来将用于驱动车辆的驱动源或电动马达选择为压缩机所用的驱动源时，根据通过用于检测致冷循环负载的装置所检测到的值来估算由非选定驱动源产生的压缩机功耗。
通过这种结构，就可以应用一种用于确定当前选定的驱动源是否可以有利地变换为其它驱动源的标准。特别地，当通过用于选择驱动源的装置来将用于驱动车辆的驱动源或电动马达选择为压缩机所用的驱动源时，可以通过比较估算出的由选定驱动源产生的压缩机功耗与估算出的由非选定驱动源产生的压缩机功耗，而利用用于选择驱动源的装置来选择(或者变换)压缩机所用的其它驱动源。在变换时，通过比较估算出的由选定驱动源产生的压缩机功耗与估算出的由非选定驱动源产生的压缩机功耗，可以利用用于选择驱动源的装置来选择使得压缩机功耗更少的压缩机所用的驱动源。
此外，在根据本发明的空气调节系统中，当通过用于选择驱动源的装置来将用于驱动车辆的驱动源选择为压缩机所用的驱动源并且当估算出的由电动马达作为非选定驱动源产生的压缩机功耗大于一预定值时，则不能将电动马达选择为压缩机所用的驱动源。特别地，考虑到上述估算情况和功耗的比较情况，在变换驱动源时电动马达的选择可以根据功率要求受到限制。
在根据本发明的另外一种空气调节系统中，当每预定单位时间内的平均压缩机功耗相对于通过用于检测致冷循环条件的装置所检测到的值来计算，并且当计算出的平均功耗低于一预定值时，电动马达可在通过用于选择驱动源的装置将用于驱动车辆的驱动源选择为压缩机所用的驱动源时被选择为压缩机所用的驱动源。特别地，电动马达可在低致冷循环负载时选择为驱动源。
而且，当每预定单位时间内的平均压缩机功耗相对于通过用于检测致冷循环条件的装置所检测到的值来计算，并且当计算出的平均功耗大于或等于一预定值时，电动马达不可在通过用于选择驱动源的装置将用于驱动车辆的驱动源选择为压缩机所用的驱动源时被选择为压缩机所用的唯一驱动源。特别地，可以防止在高致冷循环负载时利用电动马达来作为压缩机所用的驱动源。
根据本发明的空气调节系统还可包括一用于接合和脱离用来驱动车辆的驱动源和压缩机的电磁离合器。在这种结构中，如果在通过用于选择驱动源的装置将用于驱动车辆的驱动源选择为压缩机所用的驱动源并且计算出在电磁离合器的激励条件下的压缩机功耗之后，计算出的功耗大于或等于一预定值，则可将电动马达选择为压缩机所用的驱动源。特别地，这种控制机构使得电动马达可在高速驱动时被选择为压缩机所用的驱动源。
另外，用于检测根据本发明的空气调节系统中的致冷循环条件的装置可以检测致冷循环的高压侧压力和低压侧压力、车辆发动机的转速、电动马达的输入电流、用于驱动电动马达的变换器的输入电流、压缩机的使用效率和用于控制压缩机的排量的信号中的至少一个。
致冷循环负载检测装置还可以或者另外可以检测外部温度、车厢中的温度、日照量、鼓风机排放的空气量、蒸发器出口处的目标空气温度和车辆驱动速度中的至少一个。
在上述根据本发明的系统中，可以通过监控混合型压缩机的功耗和通过用于检测致冷循环负载的装置或通过用于检测致冷循环条件的装置所检测到的值，特别是，通过比较估算出的由当前选定的驱动源产生的功耗与由非选定驱动源产生的功耗，来改进变换控制和对驱动源的限制。
因此，在根据本发明的空气调节系统中，对致冷循环的热负载进行检测并且可以根据所检测到的热负载选择优选的驱动源以便实现节能。此外，通过检测由选定驱动源产生的致冷循环条件，并且由于变换控制可以根据发动机的转速之类的变化来实现，因此可以进一步降低压缩机的功耗。因此，压缩机可以根据致冷循环的热负载和车辆的驱动条件得到更有效地驱动。特别地，通过选择一优选驱动源，因而可以实现对压缩机所用的驱动源进行更优选地变换。
通过阅读以下对本发明优选实施例的详细描述并参阅附图，本发明所属领域的普通技术人员将会清楚本发明的其它目的、特征和优点。
【附图说明】
为更完全地理解本发明、理解由此所满足的需求、以及其目的、特征和优点，现在参照以下结合附图进行的详细描述。
图1为一种根据本发明的一个实施例的车辆所用的空气调节系统的示意图。
图2为一方块图，示出了图1的空气调节系统的操作情况的一个实例。
图3为一方块图，示出了图1的空气调节系统的操作情况的另一个实例。
图4为一曲线图，示出了图1的空气调节系统的驱动源变换控制的一个实例。
图5为一曲线图，示出了图1的空气调节系统的驱动源变换控制的另一个实例。
【具体实施方式】
图1描绘了一种根据本发明的一个实施例的车辆所用的空气调节系统。在图1中，空气调节系统100包括混合型压缩机4，混合型压缩机4具有一由作为用于驱动车辆的一驱动源提供的发动机2所驱动的第一压缩机构和一由电动马达3驱动的第二压缩机构。在这个实施例中，第一和第二压缩机构在混合型压缩机4内整体地形成，而电动马达3包含于压缩机4内。来自发动机2的驱动力通过电磁离合器5传送至压缩机4。由具有这两个驱动源的混合型压缩机4压缩过的高温高压致冷剂在冷凝器6处通过与外部空气交换热量而进行冷却，并且致冷剂发生冷凝和液化。致冷剂由接收器7分成气相部分和液相部分，并且液体致冷剂通过膨胀阀8而减低压力。减压过的液体致冷剂流入作为冷却器提供的蒸发器9中，并且与由鼓风机10送来的空气交换热量。在蒸发器9中蒸发的致冷剂被抽入混合型压缩机4中，并且再次受到压缩。
空气调节系统100还可包括空气管道11，用于对车辆内部进行空气调节的空气通过该空气管道11。外部空气入口13和内部空气入口14提供于空气管道11的进口处，并且变换风门12变换着从口13和14所抽的空气量的比率。在空气管道11中，鼓风机10、蒸发器9、空气混合风门15以及作为加热器提供的加热器芯16按照这种顺序放置。空气混合风门15的打开程度由空气混合风门致动器17来调节，并且通过这种调节作用，就可以调节与通过了蒸发器9而绕过加热器芯16的空气量相比，通过了蒸发器9并通过加热器芯16的空气量。空气调节系统100还可包括位于空气管道11的下游位置的相应空气排放口21、22和23，例如DEFROST模式、VENT模式和FOOT模式所用的空气排放口。这些空气排放口21、22和23可以进行选择，并且它们的打开和关闭可以由相应的风门24、25和26来控制。
空气调节系统100还可包括一主控制器31。一用于控制电磁离合器5的离合器控制信号从主控制器31发送至连接于电磁离合器5上的离合器控制器32。一用于控制电动马达3的马达控制信号从主控制器31发送至包括于电动马达3中的马达驱动器(未示出)。一用于控制空气混合风门15的打开程度的打开程度信号从主控制器31发送至空气混合风门致动器17。一来自电动马达3的马达转速信号和一来自发动机2的发动机转速信号(Ne)相应地输入至主控制器31。
用于控制空气调节的传感器提供于空气调节系统100中。一用于测量从蒸发器9发放出的空气的温度(Teva)的温度传感器41可置于蒸发器9与加热器芯16之间，并且温度传感器41可与主控制器31保持操作上的连接。主控制器31还可相应地接收来自用于检测车辆内部温度的温度传感器42的信号(Tin)、来自用于检测外部空气温度的温度传感器43的信号(Tamb)、以及来自用于检测日照量的日照传感器44的信号(Rsun)。在这个实施例中，除了上述信号之外，马达功耗信号(Wm)、致冷循环的高压侧的压力信号(Pd)、车辆驱动速度信号(VS)、以及目标蒸发器出口侧空气温度信号(Toff)(下文中称作“目标蒸发温度)可相应地输入至主控制器31。
在这样一种车辆所用的空气调节系统100中，以下信息可收集为用于控制混合型压缩机4的驱动源的变换或者用于计算混合型压缩机4的功耗所需的信息，例如，如图2和3中所示。特别地，通过用于检测致冷循环负载的装置所检测到的信息可包括至少以下信息之一：
外部空气温度(Tam)；
车辆内部温度(Tin)；
日照量(Rsun)；
鼓风机电压，当作鼓风机抽送的空气量(BLV)；
车辆行进速度(VS)；
目标蒸发器出口侧空气温度(Toff)。
通过用于检测致冷循环条件的装置所检测到的信息可包括至少以下信息之一：
低压侧的致冷剂压力(在吸入侧测量)(Ps)；
高压侧的致冷剂压力(在排放侧测量)(Pd)；
高压侧的致冷剂温度(在排放侧测量)(Td)；
低压侧的致冷剂温度(在吸入侧测量)(Ts)；
致冷剂的流率(Flow)；
压缩机的使用效率(CL)；
电动马达的输入电流(Im)；
变换器(即电动马达的驱动装置)的输入电压(Vm)；以及
发动机转速(Ne)。
以下为参考由用于检测致冷循环条件的装置检测到的值来估算压缩机的功耗的方法的一些实例。
步骤1：检测高压侧致冷剂压力(Pd)和发动机转速(Ne)。
计算压缩机转矩(Trq)：
Trq＝f(Pd)
计算压缩机功率(W)：
W＝f(Trq，Ne)
步骤2：检测高压侧致冷剂压力(Pd)、低压侧致冷剂压力(Ps)、和发动机转速(Ne)。
计算压缩机转矩(Trq)。
Trq＝f(Pd，Ps)
计算压缩机功率(W)。
W＝f(Trq，Ne)
步骤3：检测高压侧致冷剂压力(Pd)、低压侧致冷剂压力(Ps)、高压侧致冷剂温度(Td)、低压侧致冷剂温度(Ts)、和致冷剂流率(Flow)。
计算压缩机的入口与出口之间的焓差(H)。
H＝f(Pd，Ps，Td，Ts)
计算压缩机功率(W)。
W＝f(H，Flow)
步骤4：检测压缩机的使用效率(CL)。
利用上述步骤1-3中任一项来计算在压缩机运行所处的条件(例如离合器处于接通条件)下的压缩机功率(Won)。
计算离合器循环期间的平均功率(W)。
W＝Won*CL
步骤5：检测电动马达输入电流(Im)和变换器输入电压(Vm)、并计算在由电动马达驱动时的功耗(P)。
P＝Im*Vm
计算压缩机功率(W)。
W＝f(P，ηISG)
其中ηISG为车辆的发电效率。
以下为用于计算(或估算)由目前选定的驱动源驱动的压缩机的功耗和有待于由非选定驱动源驱动的压缩机的功耗的方法的一些实例。还提供了用于变换驱动源的方法的实例。用于计算由发动机驱动时的压缩机的功耗的方法如下：
如图2中所示，可检测高压侧致冷剂压力(Pd)、发动机转速(Ne)、蒸发器出口侧空气温度(Teva)和鼓风机电压(BLV)，而由发动机驱动时的压缩机的功耗(Wvs1)可通过以下方程式计算：
Wvs1＝f(Pd，Ne，Teva，BLV)(操作驱动源的功率)由电动马达作为非选定驱动源产生的压缩机的功耗(Wms1)，其为产生与由发动机作为选定驱动源产生的冷却能力基本相同的冷却能力所需的功耗，利用发动机转速(Ne)、车辆行进速度(VS)、和以上计算的由发动机驱动时的压缩机功耗(Wvs1)并通过以下方程式计算(估算)：
Wms1＝f(Wvs1，Ne，VS)(非操作驱动源的功率)然后可以比较计算出的功耗值，并且选择具有较小功耗值的驱动源。关于压缩机由电动马达驱动时的功耗的计算，要检测电动马达的功耗(Win)和车辆的功率产生效率(ηISG)。然后可以通过以下方程式计算由电动马达驱动时的压缩机的功耗(Wms2)：
Wms2＝f(Win，ηISG)(操作侧的功率)由发动机作为非选定驱动源产生的压缩机的功耗(Wvs2)，其为产生与由电动马达作为选定驱动源提供的冷却能力基本相同的冷却能力所需的功耗，利用发动机转速(Ne)、车辆行进速度(VS)、和以上计算的由电动马达驱动时的压缩机功耗(Wms2)并通过以下方程式计算(估算)：
Wvs2＝f(Wms2，Ne，VS)(非操作驱动源的功率)然后可以比较计算出的功耗值，并且可选择具有较小功耗值的驱动源。
例如，如图3中所示，在由非选定驱动源驱动时的压缩机的功耗根据热负载来估算的情况下，在目前由发动机驱动时有待于由电动马达驱动的压缩机的功耗(Wms1)通过以下方程式来估算，其为目标蒸发温度(Toff)、鼓风机电压(BLV)、车辆速度(VS)、和外部空气温度(Tamb)的函数：
Wms1＝f(Toff，BLV，VS，Tamb)在目前由电动马达驱动时有待于由发动机驱动的压缩机的功耗(Wvs2)通过以下方程式来估算，其同样为目标蒸发温度(Toff)、鼓风机电压(BLV)、车辆速度(VS)、和外部空气温度(Tamb)的函数：
Wvs2＝f(Toff，BLV，VS，Tamb)
举例来说，对驱动源的选择的控制可按照以下步骤来进行。可通过由致冷循环负载检测装置检测到的值来选择驱动源。接着，可由选定的驱动源来驱动压缩机。由选定的驱动源产生的功耗可以进行计算，并且可以选择或变换驱动源。如图4中所示，如果压缩机起初由发动机驱动，则当压缩机功耗的平均值降低至一预定值(例如，用于变换驱动源的预定值)以下时，就将驱动源变换至电动马达。特别地，驱动源可以在低致冷循环负载时变换至电动马达。然而，当功耗的平均值大于预定值时，发动机继续作为压缩机的驱动源。特别地，在高致冷循环负载时，可以禁止电动马达变为驱动源。
另外，如图5中所示，当压缩机功耗在离合器开通时到达或者超过一预定值时，驱动源可以变换至电动马达。特别地，驱动源可以在高驱动速度时变换至电动马达。压缩机功耗可以通过上述方法计算，并且可以选择具有较低功耗的驱动源。
例如，在驱动车辆时，如果电动马达的功耗大于或等于功率限定值，则驱动源从电动马达变换至发动机。另外，在驱动车辆时，如果蒸发器出口侧空气温度未到达目标蒸发温度(Toff)，则驱动源从电动马达变换至发动机。压缩机功耗可以通过上述方法计算，并且可以选择具有较低功耗的驱动源。这样，当车辆处于空载停止条件时，压缩机可由电动马达驱动。因此，在本发明中，在各种不同情况下都可以根据对压缩机功耗的估算来选择驱动源并变换驱动源。
尽管上文将上述实施例描述为一种具有一混合型压缩机的车辆所用的空气调节系统，其中由一用于驱动车辆的驱动源驱动的第一压缩机构和一由电动马达驱动的第二压缩机构在压缩机内整体地形成，但本发明同样可以应用于具有一其中第一压缩机构和第二压缩机构彼此分开提供的混合型压缩机的车辆所用的空气调节系统。
尽管上文中关于优选实施例对本发明进行了描述，但是本发明所属领域的普通技术人员应当理解，在不背离本发明的范围的情况下，可以对上述优选实施例进行变型和改动。通过对本说明书进行考虑或者通过对这里所公开的本发明进行实践，本发明所述领域的普通技术人员将会清楚了解其它实施例。想要解释的是，本说明书及所述实例仅供示例，本发明的实际范围由以下权利要求来说明。