CN201688502U - 供暖、通风和空调系统的可变气流控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种控制进入机动车辆乘客厢的气流的可变气流控制系统。在车辆空气管道系统中的阀门或门的位置在完全新鲜空气位置和完全再循环空气位置之间变化，从而在车辆乘客选择的风扇速度和所需进入乘客厢的空气流速之间在较宽车辆速度范围内产生可控的关系。本实用新型通过在相对高车速和相对低风扇速度时使进入乘客厢高于所需的空气流速消除或最小化来为乘客提供舒适。

Description

供暖、通风和空调系统的可变气流控制系统 

技术领域

本实用新型涉及机动车辆的气候控制系统，也称之为供暖、通风和空调(HVAC)系统。更为具体地，本实用新型涉及控制供应给机动车辆乘客厢的周围空气/循环空气的系统。 

背景技术

机动车辆气候控制系统通常包括风机或通风扇(通常由电动马达驱动)，其运转使得空气通过管道进入车辆乘客厢，也称之为车舱。供给乘客厢的空气可为来自车辆外部的环境空气(新鲜空气)，或者为在乘客厢内再循环的空气(再循环空气)。 

通常，车辆乘客可通过两位置开关在新鲜空气和再循环空气之间选择。一些气候控制系统也包括在新鲜空气和再循环空气之间自动选择而无需乘客驱动开关的一种或多种模式。一种此类自动设置的已知例子是当选择空调的“HIGH”或“MAX”设置时系统可从新鲜空气切换至再循环空气以便于加快乘客厢的冷却。 

对风扇转速的控制从而对通过管道进入乘客厢的空气流速(其可为速度或者为容积流速)控制也可以为手动的或自动的。在手动模式下，车辆乘客驱动开关在数个(通常为3-5个)分立的风扇速度之间选择。如果车辆乘客选择了自动模式，控制器单元运用已编程的逻辑存储来根据各种因素改变风扇速度以提供最大程度的乘客舒适度，这些因素包括所需温度、实际温度、环境阳光等。 

气候控制系统目前尚未解决的问题是在选定的具体风扇速度(无论该速度是手动还是自动选择的)和来自通风口并进入乘客厢的实际空气流速之间未能提供对应关系。穿过车辆通风系统的冲压空气效应可导致当车辆在相对高速行驶且选定新鲜空气(相对于再循环空气)时进入乘客厢的空气流速较选定的更高。已知可使用“冲压空气补偿”技术，其在车辆以高速驾驶时要求减少风扇速度。然而，该技术并未解决选定低风扇速度时冲压空气效应导 致较所需空气流速更多的空气进入乘客厢的问题。 

实用新型内容

本实用新型的发明目的是提供一种控制进入车辆乘客厢的气流的可变气流控制系统。 

在公开的第一个实施例中，一种控制进入车辆乘客厢气流的可变气流控制系统包含控制允许进入乘客厢的新鲜空气量以及允许进入乘客厢的再循环空气量的阀门。该阀门可在最小再循环空气位置(这里相比于新鲜空气的量再循环空气的量相对最小)和最大再循环空气位置(这里相比于新鲜空气的量再循环空气的量相对最高)之间变化。可变速通风扇控制乘客厢的空气供给。控制模块运转用以至少部分根据车辆速度输入和通风扇转速输入控制阀门在最小再循环空气位置和最大再循环空气位置之间的移动。本实用新型该实施例通过在相对高车速和相对低风扇速度时使进入乘客厢高于所需的空气流速消除或最小化来为乘客提供舒适。 

附图说明

图1为机动车辆气候控制系统的示意图。 

图2示意性显示了图1中气候控制系统的组成部分框图。 

图3为表2的数据的图表。 

具体实施方式

图1示意性显示了机动车辆气候控制系统的总体配置。该系统包含总体上示为20的管道系统，用于将空气传送至车辆乘客厢各部分中的出口或通风孔。风扇或风机24位于管道内且由可变速电动马达26驱动。风扇具有至少一个自动速度控制设定或者具有至少一个手动速度控制设定。加热和冷却单元例如加热器芯28和空调蒸发器芯30位于风扇24的下游且可驱动用于根据需要对供应给乘客厢的空气加热和/或冷却/除湿。温度混合门38可移动以获得所需的加热和冷却/除湿的空气混合。 

穿过导通至乘客厢的不同部分的管道的气流由在管道内的一个或多个可移动的空气分配门40、42调节。例如，面板/除霜门42可在中间和/或侧仪表 板通风口(未显示)和前/侧车窗除霜通风口(未显示)之间移动来分配气流，而面板/地板门40可移动以在仪表板通风口和地板通风口(未显示)之间分配气流。门38、40和42优选地由电动马达(未显示)驱动但也可由任何适合的动力装置驱动，例如真空系统。 

新鲜空气管道44从乘客厢外部通向至风扇24，再循环空气管道46从位于乘客厢内部的收集器通风口(未显示)通向至风扇24。新鲜/再循环(F/R)门48可移动以控制来自车辆外部的新鲜空气和来自车厢内部的再循环空气的量或比例。F/R门48在最大再循环位置处以实线显示，这里提供给车厢的气流实质上全部为在车厢内部再循环的空气，且新鲜空气管道44实质上完全阻隔。该最大再循环位置优选地提供接近100％的再循环空气，且在本文中应参照此处，但应理解的是可能提供一些数量的新鲜空气。 

以点划线显示的F/R门48最低位置表示最小再循环位置，也称之为“新鲜”位置，这里提供给车厢的全部空气基本上均为新鲜空气，再循环空气被彻底或几乎完全阻隔。该最小再循环位置优选地供应接近于0％的再循环空气。然而，新鲜或0％再循环位置并不排除提供一些最小量再循环空气的情况。 

以点划线显示的F/R门48的中间位置代表在最大再循环位置和最小再循环位置之间的中间位置。在F/R门48的中间位置所需的新鲜空气和再循环空气混合得以进入车厢。优选地，F/R门48可位于最小和最大再循环位置之间的中间位置范围内任何一处。 

因此，F/R门48用作控制允许通过管道系统20进入乘客厢的新鲜空气量与再循环空气量之比的阀门。 

现在参考图2，气候控制系统进一步包含总体上标示为50的可编程控制模块(ECM)。ECM 50从一个或多个传感器(包括但不限于车速传感器52、环境(车辆外部)温度传感器54、乘客厢温度传感器56和日光负荷量传感器58)接收输入。即，控制模块ECM从至少一个车轮速度传感器接收车速输入，或从至少一个空气速度传感器接收车速输入。控制总成60包括旋钮或选择器例如风扇控制60a(标为FAN)，温度控制60b(TEMP)和模式控制60c(MODE)。控制总成60也向ECM50提供输入。 

控制选择器60a-c、62供车辆操作者用于选择所需的气候/舒适设定并向ECM50提供输入指令。虽然控制总成60在图2中描绘成包括机械可旋转旋钮，其也可包括按钮、触摸屏控制、声音驱动控制系统或使得操作者能够选 择不同控制设定的任何装置的任意组合。 

如本领域技术人员所熟知的，控制总成60可包含新鲜/再循环选择开关53，其使得乘客可以在100％新鲜空气(最小再循环)、100％再循环空气(最大再循环)之间手动选择，以及自动设定。 

风扇控制60a使得车辆乘客能够通过将风扇速度设为例如关、低、中、高或自动来选择或指令所需空气流速。 

模式选择器60c使得车辆乘客能够选择使风扇24提供的空气导向的通风口位置。面板、地板、地板/面板、除霜、地板/除霜以及自动设定是通常用于汽车领域的设定模式，也存在其他的可能和组合。 

如同本领域所熟知的，ECM50优选地为基于微处理器的单元，其基于各种传感器和控制输入并依据所编程的逻辑存储控制气候控制系统的各种马达和驱动器。 

ECM50控制新鲜/再循环驱动器64、混合门驱动器66、面板/除霜驱动器68和面板/地板驱动器70，这些驱动器分别移动再循环门48、温度混合门38、面板/除霜门42和面板/地板门40。驱动器64、66、68以及70优选为电动马达，但也可以任何适合的动力装置替代，例如真空系统。 

ECM 50也提供控制信号给加热控制器72和空调控制器74，加热控制器72和空调控制器74分别控制由加热芯28和空调芯提供的加热量和冷却量。 

ECM 50响应于操作者使用风扇控制60a将风扇设定为关、低、中、高或自动，通过风扇马达驱动模块80控制风扇马达26。在关模式下ECM 50可指令新鲜/再循环驱动器62将F/R门48移动至100％再循环位置使得令人不悦的气味进入车辆最小化并彻底关闭所有气候控制系统。当乘客使用风扇控制器60a选择了空气流速(风扇速度)，ECM 50向模块80发送信号以控制风扇马达26的速度。所使用的风扇速度范围或设置可取决于所选择的运转模式并可包含在ECM 50存储器的查找表中。 

当风扇选择器60a设置为自动设定时，ECM 50根据传感器和操作者输入，应用预编程的逻辑存储来确定并指导使车厢获得最大舒适度所需的正确温度、模式和风扇速度。在自动控制期间，风扇马达驱动模块80通过在零伏(风扇关闭)和最大系统电压(风扇全速)之间调节向风扇马达26提供的电压可使风扇速度连续变化。典型的乘用车辆在本文撰写时使用14伏(14V)的电气系统，因此对于本实用新型14V可视为等同于风扇全速。 

当F/R门48处于新鲜位置，进入并通过管道系统20的空气流速(其可以速度或者容积流速测量并表示)至少部分取决于车辆穿过车辆外部的空气质量的速度。可以假定车辆空气速度等于车辆车速表所用的车轮速度传感器52a所检测的车辆地面速度。然而，如果车辆装配有适合的空气速度传感器60b则可以测量更为精确的空气速度。空气速度传感器52b也可位于气候控制系统管道内能够给出进入或将要进入车厢的空气速度的指示的一点处。 

在相对低的风扇速度设定时，外部空气通过新鲜空气管道44的冲压效应可导致进入车厢的空气流大于ECM50所要求的。在具体的车辆气候控制系统中具有较低车速界限，低于此界限冲压空气效应不会显著影响车厢气流，但超过该界限所传送的空气流速将大于所需。较低车速界限主要取决于管道的内部构造和该构造造成的气流阻力的大小。决定因素可包含管道内的弯曲和/或构造以及尺寸、类型、空调蒸发器芯2的构造。车辆具体模式的临界速度可由道路测试和/风洞测试精确测定。 

ECM 50执行程序指导F/R门48从完全新鲜(最小再循环)位置移开并朝向完全(或最大)再循环移动以便于减少或消除不受欢迎的冲压效应。优选地，ECM 50可指导F/R门48在新鲜和再循环之间的中间位置范围移动。 

控制模块使用至少一个查找表来确定新鲜/再循环阀门位置。表1为ECM50在实施本实用新型的一个实施例中可使用的用于控制F/R门48位置的一种查找表。在表1中，竖轴为车辆速度(或空气速度)，单位为英里每小时(MPH)，覆盖了从0MPH到90MPH的正常运行范围。横轴为所选择的通风扇速度，显示了可能的风扇速度设定范围，以提供给风扇马达的电压表示，范围为在自动模式下ECM50可能指示的从0V(风扇关)到14V(风扇全速)。风扇速度范围也可以所需空气流速来表示。 

表1 

表1中各格所填写的值为ECM 50所指令的能够在各个给定速度值或范围下获得所需空气流速的F/R门48位置。F/R门位置以再循环空气百分比％表示，0％对应于允许全部或最大新鲜空气的门位置(图1中以点划线显示的最低F/R门48)，100％对应于允许全部或最大再循环空气的门位置(图1中以实线显示的F/R门48)。表1中的空格表示0％的再循环空气。 

例如，在70MPH的速度下，风扇速度设置为2V，ECM 50指令F/R门48位于对应于70％再循环空气的中间位置。在70％再循环空气的中间位置，如果F/R门48为0％再循环情况下F/R门48阻隔了将通过新鲜空气管道44进入乘客厢的大量空气。因此，70％再循环设定减少了车辆以70MPH行驶时所引起的冲压空气效应，从而获得了所需的空气流速。 

如果风扇速度设定增加至6V，意味着更多所需的空气流速将进入乘客厢，ECM 50指令F/R门位于48对应于15％再循环空气的中间位置，由此增加所容纳的新鲜空气量从而增加进入车厢的空气流量。 

从表1中可见，在低于30MPH的较低速度界限的速度下，无论风扇速度设定如何，无需使F/R门48处于0％再循环(全部新鲜空气)位置之外的位置，因为在该速度之下冲压空气效应并不明显。在速度范围的另一端，可有指令F/R门4在所有风扇速度设定下处于100％再循环位置的较高速度界限。该较高速度界限在表1中未反映出。 

表2为显示了车速40MPH下风扇速度设定和空气流速之间关系的表格。最左边一栏显示了可能的风扇速度设定，以提供给风扇马达的电压表示。下一栏(左边第二栏)显示了F/R门48在每个风扇速度设定下的相应位置，以％再循环空气表示。表2的再下一栏(左边第三栏)显示了每个风扇速度 设定下的相应的/所需的气流输出，以立方英尺每分钟(CFM)表示。在该表中可见，调节了F/R门48的位置从而在指令的风扇速度和气流输出之间获得了平稳增加的、优选为基本上线性的关系。词语“基本上线性”应理解为允许在数学上的线性关系上偏差不超过20％。 

表2最右端一栏显示了根据现有技术的气候控制(其中F/R门48在所有风扇速度设定下均保持在最大新鲜(0％再循环)空气位置)可能获得的气流例子作比较。以超过40MPH的速度行驶的车辆的冲压空气效应导致了在所有风扇速度低于6V情况下气流大于所需。在该风扇速度设定之上，冲压空气效应可以忽略不计。 

表2 

图3以图表显示了表2中的关系。折线/点划线的曲线表示了表2中F/R门48的位置(在竖轴上以％再循环表示)相对于风扇速度(在横轴上以电压表示)的对应关系。当风扇关时，无需气流，F/R门48彻底关闭新鲜空气流，因此处于100％再循环位置。随着风扇速度增加，要求所需气流增加，F/R门48逐渐朝向减少再循环(增加新鲜空气)移动。虚线显示了调节了F/R门48位置而导致的车厢气流，清楚地表明了所需的线性风扇速度/空气流速曲线。 

图3中的实线曲线显示了现有技术(表2中的最右边一栏)所产生的气 流。显然在低风扇速度处的关系明显并非线性。 

如前所述，表2和图3有关于本实用新型的一个实施例，其车速为40MPH，且气候控制模式为自动从而风扇速度为连续变化的。然而本实用新型可用于任何所选定的车辆速度和/或车辆乘客以手动方式选择风扇速度的气候控制模式。 

例如，如果手动风扇速度控制具有三个选项(低、中、高)，应用于该系统的本实用新型可要求F/R门48位置调节仅在低选项下不为0％。类似地，如果车辆乘客可以有超过三个的手动风扇速度选项供选择，F/R门48位置可在两个或更多较低风扇速度下处于最大再循环或中间位置。 

这里公开的本实用新型实施例使用了一个F/R门48。然而本实用新型的范围包括可用作控制或选择进入车厢的新鲜和/或再循环空气量或比例的阀门的其他类型的机构和管道。 

虽然已经详细描述了实施本实用新型的最佳模式，本实用新型涉及领域的技术人员将认识到各种替代设计和实施例来实施由权利要求限定的本实用新型。 

Claims (10)

1.一种控制进入车辆乘客厢的气流的可变气流控制系统，其特征在于，包含：

控制允许进入乘客厢的新鲜空气量和再循环空气量的阀门，所述阀门可在最小再循环位置和最大再循环位置之间移动；

可变速度通风扇；和

至少部分基于车辆速度输入和通风扇速度输入来控制所述阀门在所述最小再循环位置和所述最大再循环位置之间移动的控制模块。

2.根据权利要求1所述的可变气流控制系统，其特征在于所述阀门包含可运转为在处于所述最小再循环位置时可充分阻隔再循环空气通道和在处于所述最大再循环位置时可充分阻隔新鲜空气通道的新鲜/再循环门，该新鲜/再循环门可移动至所述最小再循环位置和所述最大再循环位置之间的至少一个中间位置。

3.根据权利要求1所述的可变气流控制系统，其特征在于所述控制模块从至少一个车轮速度传感器接收车速输入。

4.根据权利要求1所述的可变气流控制系统，其特征在于所述控制模块从至少一个空气速度传感器接收车速输入。

5.根据权利要求1所述的可变气流控制系统，其特征在于所述通风扇具有至少一个自动速度控制设定。

6.根据权利要求1所述的可变气流控制系统，其特征在于所述通风扇具有至少一个手动速度控制设定。

7.根据权利要求1所述的可变气流控制系统，其特征在于所述控制模块在所述车辆速度输入指示实际车辆速度低于较低车辆速度界限时指导所述阀门至所述最小再循环位置。

8.根据权利要求1所述的可变气流控制系统，其特征在于所述控制模块是为总体控制用于所述乘客厢的气候控制系统的可编程控制模块。

9.根据权利要求1所述的可变气流控制系统，其特征在于所述控制模块使用至少一个查找表来确定新鲜/再循环阀门位置。

10.根据权利要求1所述的可变气流控制系统，其特征在于所述控制模块决定所述阀门的位置以在所述风扇速度输入和进入所述乘客厢的实际空气 流速之间获得实质上线性的关系。 

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