具有压缩机的车载功率估计器的空调

摘要

本发明涉及车用空调和空调的计算方法，空调具有冷却流体回路，冷却流体回路至少包括：压缩机构(3)，其用于将冷却流体置于循环中并用于将所述回路中的流体置于压力下；冷凝机构(4)，其允许将冷却流体从气相转变到液相；压缩机构的车载功率估计器(7)，其适合于根据经过冷凝机构(4)的空气的质量流量和冷却流体的质量流量通过在冷凝机构(4)上的高的热力学平衡来计算压缩机构(3)所消耗的功率。

权利要求

1.一种车用空调，具有冷却流体回路，所述冷却流体回路至少包括：

-压缩机构(3)，其用于将冷却流体置于循环中并用于将所述回路中的流体置于压力下；

-冷凝机构(4)，其允许将冷却流体从气相转变到液相，所述空调特征在于压缩机构(3)的车载功率估计器(7)，所述车载功率估计器(7)适合于根据经过所述冷凝机构(4)的空气的质量流量和冷却流体的质量流量通过在所述冷凝机构(4)上的高的热力学平衡来计算所述压缩机构(3)所消耗的功率，并且所述车载功率估计器(7)适合于根据离合器(10)的状态来计算两种计算模式的功率，其中该两种计算模式包括准静态模式和运转模型模式，所述离合器(10)将所述压缩机构(3)连接到车的驱动轴(9)或发动机。

2.如权利要求1所述的空调，其特征在于，如果所述离合器(10)在已接合的状态中，则在准静态模式中由所述估计器(7)基于所述冷凝机构(4)处的热力学平衡来执行该计算，或如果所述离合器(10)在接合状态中，则在运转模型模式中由所述估计器(7)根据经过所述冷凝机构(4)的外部空气的温度来执行该计算。

3.如权利要求1所述的空调，其特征在于变形装置(72)，所述变形装置(72)适用于如果所述离合器(10)的状态改变就将计算模式从一种转变成另一种。

4.如前述权利要求1-3之一所述的空调，其特征在于，当所述冷却流体回路的输入稳定时，所述估计器(7)在准静态模式中具有低于2N.m的精确度。

5.如权利要求4所述的空调，其特征在于，当所述冷却流体回路在动态阶段中被激发时，所述估计器(7)在计算模式中具有低于5N.m的精确度。

6.如前述权利要求1或2所述的空调，其特征在于，经过所述冷凝机构(4)的空气的流量由空气流量计探测。

7.如权利要求1或2所述的空调，其特征在于，所述压缩机构是压缩机(3)，所述冷凝机构是冷凝器(4)，以及所述空调还至少包括：允许减小所述回路中的冷却流体的压力的减压器(5)和使所述流体在进入所述压缩机(3)中之前从液态转变到气态的蒸发器(6)。

8.如权利要求7所述的空调，其特征在于，所述压缩机(3)构造有可变的气缸工作容积。

9.一种用于估计压缩机构(3)所消耗的功率的方法，至少包括下面的方法步骤：-探测将所述压缩机构(3)连接到车的驱动轴(9)的离合器(10)的状态；特征在于-如果所述离合器(10)在接合状态中，则根据经过冷凝机构(4)的外部空气的温度利用功率的运转模型模式来计算功率，以及-如果所述离合器(10)在已接合的状态中，则基于所述冷凝机构(4)处的高的热力学平衡利用准静态模式来计算功率。

10.如权利要求9所述的用于估计压缩机构(3)所消耗的功率的方法，其中计算所述功率是针对如下信息：-探测的经过所述冷凝机构(4)的空气的质量流量，

-探测的经过所述冷凝机构(4)的冷却流体的质量流量。

说明书

具有压缩机的车载功率估计器的空调

技术领域

[0001] 本发明涉及车的空调，空调具有冷却流体回路，冷却流体回路包括用于将冷却流体置于循环中并用于将回路中的流体置于压力下的压缩机构和允许将冷却流体从气相转变到液相的冷凝机构。

背景技术

[0002] 在现代车中，空调系统在处于运行状态中时是能量的消耗者。将车的驾驶室维持在某一温度所必需的大部分能量从车的驱动轴直接取走。为此，在驱动轴和压缩机之间允许物理连接的离合器是预定之中的事情。压缩机因此由驱动轴驱动并允许将冷却流体——空调系统的冷气产生源——置于循环中。结果之一是压缩机从驱动轴取走功率。如我们在物理上理解的，该功率相应于代表对车的发动机的阻力的转矩。

[0003] 该阻力转矩可能干扰驱动转矩在车的牵引链上的布置，并引起驾驶舒适度的丧失，或甚至在最坏的情况下使发动机停止不动。

[0004] 为了避免这些问题，进行了用于计算由压缩机在驱动轴上建立的转矩以便估计发动机上的补充阻力的试验。例如，美国专利申请5,285,649提出了从冷凝器处的冷却剂的温度的测量来计算压缩机所吸收的功率以计算冷却剂的流量。该方法用于从压缩机的旋转速度和外部空气温度与冷凝器中的冷却剂的温度之间的差计算冷却剂流量。该方法的缺点是它不大准确且没有考虑经过冷凝器的空气的速度。具有低精确度的这个近似不适合于在离合器的接合阶段期间使用。在压缩机与车的发动机的连接阶段中，波动传输到车的驾驶室中，使得导致舒适性降低。与车的吸引力相关的性能的改善因为该估计器的精确度大而更加明显。

发明内容

[0005] 本发明的目的是提出了车的空调，该空调允许在舒适度方面的更好的结果，尤其是通过优化空调的压缩机所消耗的功率或所产生的转矩的估计的计算。

[0006] 本发明为此提出了车的空调，空调具有冷却流体回路，冷却流体回路至少包括用于将冷却流体置于循环中并用于将回路中的流体置于压力下的压缩机构和允许将冷却流体从气相转变到液相的冷凝机构，空调包括压缩机构的车载功率估计器，其适合于根据经过冷凝机构的空气的质量流量和冷却流体的质量流量通过在冷凝机构上的高的热力学平衡来计算压缩机构所消耗的功率。

[0007] 根据本发明，估计器适合于根据离合器的状态来计算两种模式的功率，离合器将压缩机构连接到车的驱动轴或发动机。

[0008] 根据本发明的这个实施方式，如果离合器在已接合的状态中，则在准静态模式中由估计器基于冷凝机构处的热力学平衡来执行该计算，或如果离合器在接合状态中，则在运转模型模式中由估计器根据经过冷凝机构的外部空气的温度来执行该计算。

[0009] 有利地，本发明包括至少一个变形装置，其适用于如果离合器的状态改变就将计算模式从一种转变成另一种。

[0010] 根据本发明，当系统的输入稳定时，估计器在准静态计算模式中具有低于2N.m的精确度。此外，当系统在动态阶段中被激发时，估计器在计算模式中具有5N.m的精确度。

[0011] 有利地，根据本发明，经过冷凝机构的空气的流量由空气流量计探测。流量计可以是质量流量计的类型或热式流量计的类型。

[0012] 在一个特定的实施方式中，压缩机构是压缩机，冷凝机构是冷凝器，而空调还至少包括允许减小回路中的冷却流体的压力的减压器和/或使流体在进入压缩机中之前从液态转变到气态或从半液态半气态转变到气态的蒸发器。

[0013] 根据第二实施方式，压缩机构造有可变的气缸工作容积。

[0014] 本发明还提出了用于估计压缩机构所消耗的功率的方法，其至少包括下面的方法步骤：探测将压缩机构连接到车的发动机的离合器的状态，该方法包括如果离合器在接合状态中则根据经过冷凝机构的外部空气的温度利用功率的运转模型模式计算功率和/或如果离合器在已接合的状态中则基于冷凝机构处的高的热力学平衡利用准静态模式计算功率的方法步骤。

[0015] 根据本发明，用于估计压缩机构所消耗的功率的方法至少包括探测经过冷凝机构的空气的质量流量和/或探测经过冷凝机构的冷却流体的质量流量的步骤。

[0016] 前面列举的特征可全部或部分地组合，而不偏离本发明的核心。

[0017] 根据本发明的空调提供了与转矩计算系统相比具有高的计算精确度的系统的优点，转矩计算系统仅仅是在计算机中编码的简单图解。

[0018] 使用根据本发明的系统，可增加车的驾驶舒适度。本发明的另一优点存在于该计算变为当代车的等周技术的事实，也就是说，该计算唯一地利用在车上已经可用的数据。车对本发明的系统的适应不是必须的。通过完成在冷凝器处的热力学平衡来计算冷却流体的质量流量还允许通过减小安装复杂度以及价格来节约在外部或在蒸发器处的空气的湿度传感器。该计算此外更易作出反应，允许在迅速性方面的更好控制。

附图说明

[0019] 在研究了下面详述的描述和附图时，本发明的其它特征和优点将呈现，其中：

[0020] 图1a示出根据本发明的空调设备的概貌，

[0021] 图1b示出解释热力学关系的图，

[0022] 图2示出说明在根据本发明的第一实施方式的估计器中的计算的第一程序方框图，以及

[0023] 图3示出说明在根据本发明的第二实施方式的估计器中的计算的第二程序方框图。

具体实施方式

[0024] 首先参考图1a，其示出根据本发明的空调的示意图。为了很好地理解在也与压缩机3的转矩相关的功率的计算中涉及到的热力学现象，图1b解释了冷却环路系统2。冷却环路2实际上由四个主要装置组成，即，将冷却流体置于循环中并在回路中产生压力的增加的压缩机构3、允许将冷却流体从气相转变到液相的冷凝机构4、允许降低回路中的压力的降压机构5、以及允许蒸发冷却流体的液体和气体混合物以转变成气相的蒸发机构6。压缩机构3可以是已知的压缩机或涡轮机。冷凝机构4可以是冷凝器，例如具有一体化的瓶的、构成为位于已知的现代车的前围的交换器的冷凝器。蒸发机构6可以是设计为交换器的蒸发器。压缩机构3连接到离合器10，离合器10也连接到驱动轴9。使用离合器10，驱动轴9的转矩朝着压缩机构3的传递可以被建立或切断。

[0025] 估计器7从冷凝器4、压缩器3、离合器10和位于空气流中的空气流量计11接收数据。横穿冷凝器4的空气流在图1中由白箭头示出。估计器7可被设计为计算器，例如计算机或仅仅处理器。

[0026] 冷却流体在冷却环路2中的循环在图1a中由黑箭头示出，且冷却环路2的功能在下文中被解释。为了使空调开始运行，压缩机3产生对冷却流体的压力，冷却流体然后转移到冷凝器4。在冷凝器4中，流体从其气相转变成液相。冷凝器4被冷却流体并同时被外部空气横穿。在从压缩机4出来之后，流体在大约20巴的压力和大约80℃的温度。从冷凝器4出来的流体具有大约19巴的第二压力和大约50℃的第二温度。在冷凝器4之后，冷却流体被泵送到减压器5。在经过减压器5时，流体的压力下降到大约3巴，且流体的温度下降到大约0℃。

[0027] 在减压器5的出口处，流体进入蒸发器6中，在蒸发器6中，冷却流体转变成气相，且在蒸发器6之后，流体第二次由减压器5传递。在减压器5的出口处且在压缩机3的入口前，冷却流体具有大约1.5巴的第四压力和大约0℃的第四温度。

[0028] 通过参考图1b示出的曲线，压缩机所消耗的功率大约等于冷却剂的质量流量和实际压缩焓△的乘积△hre。

[0029]

[0030] 从压缩机的等熵效率计算压缩焓△，其本身是低压BP和高压HP以及压缩机的转速ncom的函数。在压缩机3在内部控制下的情况下测量高压HP并利用该高压估计低压BP，或者在压缩机3在外部控制下的情况下从活门测量高压HP并利用该高压来估计低压BP。

[0031] 为了在冷凝器4上实现热力学平衡，关键在于准确地知道冷凝器4的工作效率，以及外部空气(经过冷凝器4的空气)的温度Text、横穿冷凝器4的空气的流量 、横穿冷凝器4的冷却流体的流量 和在冷凝器4中的冷却流体的温度Tfl的输入数据。

[0032] 冷凝器的工作效率是作为空气的流量和冷却流体的流量的函数的、交换器的特征。外部空气的温度被理解为在冷凝器4的入口处的空气的温度。空气的流量是车的速度和车的GMV(机动通风机组)的控制命令的组合。

[0033] 在图2中，示出了估计器7的示意图。除压缩机的转速之外，估计器7接受输入数据例如高压HP、外部温度Text、压缩机的转速ncom、车的速度Vveh、GMV的状态EGMV、离合器的状态Cemb以及活门控制命令Cvan。在该图2中还出现流体的温度(Tfl)作为输入数据。然而当从高压HP计算Tfl时，这个输入数据可以可选地被删除。

[0034] 根据在图2中示出的本发明的一种变形，估计器7具有通过利用输入数据来计算空气的流量 和冷却流体的流量 的第一元件71。

[0035] 该第一计算元件71向变形装置72提供数据，变形装置72在离合控制的基础上探测离合器是否在已接合的状态中、在分离状态中或在接合状态中。如果变形装置72探测到离合器在分离状态中，则后面的计算没有一个被执行。如果变形装置72探测到离合器在已接合的状态中，则变形装置72允许第二计算元件73计算压缩机3所消耗的功率，该计算相应于例如上面参考图1b描述的认识模型。也就是说，在离合器10被接合的阶段中，压缩机3的功率的计算以准静态的方式执行。

[0036] 返回到变形装置72。如果该装置探测到离合器10在接合状态中，变形装置72允许第三计算元件74计算压缩机3所消耗的功率。离合器10的这个接合阶段总是发生在车的驾驶室中的乘客将空调系统置于运行中时。相应于压缩机3的瞬时操作模式的准静态计算基于在冷凝器4处的本质上依赖于高压的热力学平衡。这个高压相对于转矩和压缩机3实际消耗的功率具有延迟的动态。这个效果主要与高压是转矩的结果的事实相关。事实上，转矩或压缩机3取走的功率的增加导致高压的变化。因此，转矩或功率基于高压的计算相对于转矩或压缩机3实际消耗的功率将落后。在冷却环路2的瞬时阶段中，即，在压缩机具有还算恒定的转速的阶段中，由于离合器10的已接合的状态，这个落后对转矩或功率的估计的影响很弱。

[0037] 相反在动态阶段中，即，当离合器10在接合状态中且压缩机3的转速增加时，由此导致的流体的循环很快，不再可能以足够的近似从高压估计压缩机3的转矩或功率。由于这个原因，在接合阶段中，在运转模型的基础上根据外部空气温度来分开地估计压缩机的转矩或功率。

[0038] 变形装置72被应用，以便这两种计算以适应空调所处于的情况的方式一种转变到另一种，该情况相应于已接合的或在接合过程中的离合器10的状态。

[0039] 根据图3示出的本发明的估计器7的第二种变形，变形装置72可布置在计算元件73、74之后。因此，根据第二计算元件73和第三计算元件74的计算一直被执行，且变形装置只允许将相应于离合器的情况的计算的信号传输到估计器的外部，例如到发动机控制器。

[0040] 在附图中未示出的本发明的第三种变形中，空气的质量流量未被计算，因为它直接由质量流量计测量并作为输入数据被提供到估计器7。

[0041] 总之，根据本发明，计算分解成至少三个部分，即，第二计算元件73(计算瞬时功率)、第三计算元件74(计算接合时的功率)和计算功率的变形装置72。这三个计算的安排允许估计器7在压缩机的动态阶段如接合或断开或还有旋转速度的快速变化中达到低于5N.m的精确度。该精确度是由于下列事实：该计算基于HP的测量，HP的这个值从动态阶段中的转矩的变化产生，在转矩的计算和实际转矩之间出现延迟。

[0042] 作为抵偿，在稳定的准静态阶段中，冷凝器4的模型的利用允许达到低于2N.m的精确度。

[0043] 根据本发明，由空调的冷凝器4取走的功率的计算也可在服务箱中实现。所估计的这个功率然后被发送到发送机控制器，以便后者在制造中考虑转矩的定值。

[0044] 总之，根据本发明，建立了具有高的操作精确度并具有高的驾驶舒适度的估计器。

[0045] 本发明的优点存在于下列事实中：它经过冷却环路中的冷却剂的质量流量 和空气的质量流量 的计算，这使压缩机功率和压缩机转矩的计算更加精确，因为我们容易知道使质量流量与环路的运行点相关。通过区分离合器的接合阶段与离合器的已接合的工作阶段，对发动机吸引力有大的影响的在估计器中展示的计算模式增加了估计器7的精确度。

[0046] 对本领域技术人员应明显，本发明允许在很多其它特定形式下的实施方式，而不偏离所要求的本发明的申请范围。因此，当前的实施方式应作为例子被考虑，但可在由所附权利要求的范围限定的领域中被修改，且本发明不应限于上面给出的细节。