СПОСОБ ОЦЕНКИ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ФИЛЬТРАЦИИ ВОЗДУШНОГО ФИЛЬТРА ПАССАЖИРСКОГО САЛОНА ПРИ ОТОПЛЕНИИ, ВЕНТИЛЯЦИИ И КОНДИЦИОНИРОВАНИИ ВОЗДУХА (HVAC) ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
METHOD OF ASSESSING FILTRATION EFFICIENCY OF PASSENGER COMPARTMENT AIR FILTER DURING HEATING, VENTILATION AND AIR CONDITIONING (HVAC) OF VEHICLE

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
[0001] Это изобретение в общем относится к системам отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (HVAC) моторных транспортных средств. Конкретнее, раскрытие относится к способам и системам определения производительности фильтрации системы HVAC и обеспечения показателей качества воздуха в пассажирском салоне транспортного средства.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0002] Современные системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (HVAC) моторных транспортных средств представляют собой эффективные, действенные механизмы для удаления внешнего по отношению к транспортному средству или окружающего воздуха, кондиционирования этого воздуха при необходимости и обеспечения кондиционированного воздуха в пассажирском салоне моторного транспортного средства. Так как системы HVAC транспортного средства основываются исключительно на окружающем воздухе в качестве источника воздуха, они обычно обеспечены множеством фильтров для удаления загрязнителей из окружающего воздуха до прохождения кондиционированного воздуха в пассажирский салон.
2.5
10
[0003] Вследствие глобальных проблем с качеством окружающего воздуха, особенно в промышленно развитых и населенных областях, транспортные средства также могут быть обеспечены датчиками для обнаружения загрязнителей воздуха. Особую озабоченность в связи с этим вызывают загрязнители в виде мелких твердых частиц (PM), такие как частицы PM и частицы PM. Однако такие датчики являются очень дорогостоящими и невыгодно обеспечивают только высоко локализованные показания, т.е. измерение качества воздуха только в отдельных местах в пассажирском салоне, а не показатель качества воздуха во всем салоне. В связи с этим в дополнение к часто чрезмерно высокой стоимости таких датчиков значительные технические сложности присущи размещению их в пассажирском салоне и качеству выборки датчиков частиц.
[0004] Соответственно, в уровне техники определена потребность в системах и способах определения качества воздуха в пассажирском салоне. Такие способы и системы предпочтительно должны требовать минимальной зависимости от дорогостоящей технологии датчиков частиц и дополнительно должны позволять отображение в реальном времени качества воздуха в салоне транспортного средства для пассажиров транспортного средства и других лиц.
[0005] Для решения этой и других проблем настоящее изобретение относится к способам определения производительности фильтрации салона транспортного средства и обеспечения показателей концентраций частиц в пассажирском салоне и к системам для реализации этих способов. Предпочтительно, описанные системы и способы требуют минимальную технологию датчиков и, в частности, не основываются на дорогостоящих автомобильных датчиках твердых частиц.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0006] Заявлен способ оценки производительности фильтрации воздушного фильтра пассажирского салона при отоплении, вентиляции и кондиционировании воздуха (HVAC) транспортного средства, содержащий этапы, на которых с помощью контроллера транспортного средства, включающего в себя процессор, хранилище и память:
определяют концентрацию загрязняющих частиц в атмосфере снаружи транспортного средства;
определяют эффективность воздушного фильтра пассажирского салона;
определяют скорость воздушного потока HVAC; и
вычисляют значение концентрации загрязняющих частиц в пассажирском салоне на основе упомянутой определенной концентрации загрязняющих частиц в атмосфере снаружи транспортного средства, эффективности воздушного фильтра пассажирского салона и скорости воздушного потока HVAC.
[0007] Упомянутый способ дополнительно включает в себя этап, на котором обеспечивают значение вычисленной концентрации загрязняющих частиц в пассажирском салоне для пользователя с помощью одного или более из дисплея в транспортном средстве или дисплея, находящегося вне транспортного средства.
Причем в способе упомянутую концентрацию загрязняющих частиц в атмосфере снаружи транспортного средства извлекают из удаленного источника.
2.5
10
Причем в способе упомянутые загрязняющие частицы в атмосфере снаружи транспортного средства представляют собой загрязнители PM и/или PM.
[0008] Причем в способе упомянутое определение эффективности воздушного фильтра пассажирского салона содержит этап, на котором определяют нагрузку загрязняющих частиц на воздушный фильтр пассажирского салона.
2.5
10
Причем в способе упомянутые загрязняющие частицы воздушного фильтра пассажирского салона представляют собой загрязнители PM и/или PM.
Причем в способе упомянутое определение загрязняющей нагрузки воздушного фильтра пассажирского салона содержит этап, на котором измеряют воздушный поток через воздушный фильтр салона с помощью датчика воздушного потока.
[0009] Причем в способе упомянутое определение скорости воздушного потока HVAC содержит один или более из этапов, на которых определяют режим нагнетателя HVAC, определяют потребление тока нагнетателем HVAC и обнаруживают настройку HVAC.
Причем в способе упомянутую скорость воздушного потока HVAC извлекают из справочной таблицы, содержащей список скоростей воздушного потока HVAC в соответствии с одним или более из множества режимов нагнетателя HVAC, множества потреблений тока нагнетателем HVAC и множества настроек HVAC, причем упомянутая справочная таблица хранится в хранилище контроллера транспортного средства.
[0010] Упомянутый способ дополнительно включает в себя этап, на котором определяют объем пассажирского салона.
Причем в способе упомянутый объем пассажирского салона извлекают из справочной таблицы, содержащей список транспортных средств и соответствующих объемов пассажирских салонов, причем указанная справочная таблица хранится в хранилище контроллера транспортного средства.
Упомянутый способ дополнительно включает в себя этап, на котором определяют время работы HVAC.
Упомянутый способ дополнительно включает в себя этап, на котором определяют состояние герметизации пассажирского салона.
Причем в способе упомянутое состояние герметизации пассажирского салона обеспечивают с помощью одного или более датчиков, ассоциированных с одним или более из окна пассажирского салона транспортного средства, двери пассажирского салона транспортного средства и люка пассажирского салона транспортного средства.
[0011] Причем в способе упомянутый этап вычисления выполняют для HVAC, помещенного в режим рециркуляции, в виде:
i
i-1
i-1
i-1
i-1
atmos
C=[(C×Vol)-(Hflow×C-Hflow×C×(1-Feff)+Leak×C-Leak×C)×dt]/Vol,
i
i-1
atmos
где C=текущая концентрация загрязняющих частиц в пассажирском салоне; C=предыдущая концентрация загрязняющих частиц в пассажирском салоне; Vol=объем пассажирского салона; Hflow=скорость воздушного потока HVAC; Feff=эффективность воздушного фильтра пассажирского салона; Leak=скорость утечки в пассажирском салоне; C=концентрация загрязняющих частиц в атмосфере; dt=временной шаг для вычисления; и tset=установка времени для инициализации системы или приведения в равновесие пассажирского салона.
[0012] Причем в способе упомянутый этап вычисления выполняют для HVAC, помещенного в режим свежего воздуха, в виде:
i
i-1
i-1
atmos
i-1
atmos
C=[(C×Vol)-(Hflow×C-Hflow×C×(1-Feff)+Leak×C-Leak×C)×dt]/Vol,
i
i-1
atmos
где C=текущая концентрация загрязняющих частиц в пассажирском салоне; C=предыдущая концентрация загрязняющих частиц в пассажирском салоне; Vol=объем пассажирского салона; Hflow=скорость воздушного потока HVAC; Feff=эффективность воздушного фильтра пассажирского салона; Leak=скорость утечки в пассажирском салоне; C=концентрация загрязняющих частиц в атмосфере; dt=временной шаг для вычисления; и tset=установка времени для инициализации системы или приведения в равновесие пассажирского салона.
[0013] Упомянутый способ дополнительно включает в себя этап, на котором определяют скорость движения транспортного средства.
Упомянутый способ дополнительно включает в себя этап, на котором определяют количество пассажиров в пассажирском салоне.
Причем в способе скорость утечки воздуха в пассажирском салоне определяют путем извлечения значения утечки из справочной таблицы, содержащей список значений утечек в соответствии с одним или более из множества настроек HVAC и множества скоростей транспортного средства, причем упомянутая справочная таблица хранится в хранилище контроллера транспортного средства.
[0014] Причем в способе скорость утечки воздуха в пассажирском салоне определяют путем извлечения значения утечки из справочной таблицы, содержащей список значений утечек в соответствии с одним или более из множества настроек HVAC и множества скоростей транспортного средства, причем упомянутая справочная таблица хранится в хранилище контроллера транспортного средства.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0015] Сопровождающие фигуры чертежей, включенные в данный документ и образующие часть описания, иллюстрируют несколько аспектов раскрытых систем и способов определения производительности фильтрации салона транспортного средства и вместе с описанием служат для объяснения их определенных принципов. На чертежах:
[0016] Фигура 1 изображает типичную систему HVAC транспортного средства;
[0017] Фигура 2 изображает в виде блок-схемы последовательности операций способ определения производительности фильтрации салона транспортного средства;
[0018] Фигура 3 изображает типичную систему для выполнения способа на Фигуре 2;
[0019] Фигура 4 изображает альтернативный вариант выполнения способа на Фигуре 2;
[0020] Фигура 5А изображает в графическом виде график средних концентраций частиц в пассажирском салоне для HVAC в режиме рециркуляции в сравнении с HVAC в режиме свежего воздуха при настройке нагнетателя с высоким объемным расходом;
[0021] Фигура 5B изображает в графическом виде график средних концентраций частиц в пассажирском салоне для HVAC в режиме рециркуляции в сравнении с HVAC в режиме свежего воздуха при настройке нагнетателя с низким объемным расходом;
[0022] Фигура 6 изображает представление концентрации частиц снаружи транспортного средства и вычисленной концентрации частиц внутри транспортного средства, доведенное до экрана просмотра, связанного с транспортным средством; и
[0023] Фигура 7 изображает представление концентрации частиц снаружи транспортного средства и вычисленной концентрации частиц внутри транспортного средства, доведенное до экрана просмотра мобильного устройства.
[0024] Далее будет сделана подробная ссылка на варианты выполнения раскрытых систем и способов определения производительности фильтрации салона транспортного средства, примеры которых проиллюстрированы на сопровождающих фигурах чертежей.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
[0025] Основные компоненты системы HVAC и распределения воздуха моторного транспортного средства хорошо известны в уровне техники и не требуют подробного описания в данном документе. Однако в общем со ссылкой на Фигуру 1 система 100 HVAC и распределения воздуха моторного транспортного средства (в совокупности HVAC 100) включает в себя по меньшей мере один впуск окружающего воздуха (также называемый впуском свежего воздуха) 102 для обеспечения окружающего воздуха с внешней стороны транспортного средства в пассажирский салон транспортного средства. Впуск 102 окружающего воздуха обычно включает в себя экран 104 для мусора, а также обычно обеспечен воздушным фильтром 106 салона для удаления более мелких частиц из окружающего воздуха до подачи в пассажирский салон.
[0026] Обычно температура и объем воздуха, подаваемого в пассажирский салон с помощью системы 100 HVAC, являются управляемыми. Объем воздуха регулируется с помощью нагнетателя. Температура воздуха управляется путем регулирования соотношения горячего воздуха (генерируемого нагревательными элементами HVAC) и холодного воздуха (генерируемого охлаждающими элементами HVAC), подаваемых в пассажирский салон. Часть этих нагревающих/охлаждающих элементов HVAC изображена в общем в виде узла 108 испарителя-нагнетателя HVAC. Обеспечена камера 110, которая, как известно, представляет собой устройство распределения воздуха для распределения кондиционированного воздуха к различным воздуховодам 112 приборной панели транспортного средства. Далее кондиционированный воздух проходит через воздуховоды 112 панели к одному или более выпускам 114 дефлекторов и из них в пассажирский салон транспортного средства.
[0027] Как также известно, вентиляторы (не показаны) могут быть обеспечены для рециркуляции воздуха из пассажирского салона обратно через компоненты HVAC для дополнительного нагрева или охлаждения, а затем проходить обратно в пассажирский салон. С другой стороны, помещение системы 100 HVAC в «режим вентиляции» или «режим свежего воздуха» позволяет окружающему воздуху втягиваться во впуск 102 окружающего воздуха и проходить в пассажирский салон транспортного средства с или без приведения в действие нагревающих и/или охлаждающих элементов HVAC транспортного средства. В свою очередь, как также известно, системы HVAC транспортного средства также могут быть настроены для обеспечения смеси окружающего воздуха и рециркулируемого воздуха.
[0028] В общем, со ссылкой на Фигуру 2 настоящее изобретение обеспечивает способ 200 определения производительности фильтрации салона транспортного средства, содержащий этапы, на которых обнаруживают присутствие воздушного фильтра 106 салона (этап 202), определяют, герметично ли транспортное средство (этап 204), определяют загрязняющую нагрузку воздушного фильтра 106 салона (этап 206), определяют скорость воздушного потока HVAC (этап 208) и обеспечивают данные о загрязнителях из внешних источников (этап 210). Как будет понятно, эти этапы могут быть выполнены последовательно или одновременно. Наконец, эти входные данные используют для определения потенциальной загрязняющей нагрузки пассажирского салона транспортного средства при запуске (этап 212), а также загрязняющей нагрузки пассажирского салона транспортного средства после фильтрации салона (этап 214).
[0029] Типичная система 300 для выполнения способа, показанного на Фигуре 2, обеспечена на Фигуре 3. Как показано на ней, транспортное средство 302, включающее в себя систему 300, может включать в себя один или более датчиков 303 срока службы воздушного фильтра салона, которые обнаруживают присутствие и срок службы фильтра (загрязняющую нагрузку) воздушного фильтра 106 салона. Неограничивающим примером датчика 303 срока службы фильтра является датчик воздушного потока, который осуществляет экстраполяцию загрязняющей нагрузки фильтра, и, таким образом, оставшегося срока службы фильтра из уменьшения воздушного потока через корпус воздушного фильтра 106 салона. Известны другие основанные на датчиках способы определения срока службы фильтров на основе оценки сопротивления воздушному потоку фильтра, включая без ограничения определение перепада давления через мембрану фильтра, определение потребления тока нагнетателем HVAC и определение усилия работы нагнетателя HVAC с помощью датчиков крутящего момента.
[0030] Система также включает в себя один или более датчиков салона для определения герметичного состояния (или нет) транспортного средства. Они могут включать в себя датчики 304 для определения положения (открытого или закрытого) окон 306 пассажирского салона, датчики 308 для определения положения люка 310 транспортного средства и датчики 312 для определения положения дверей 314 пассажирского салона транспортного средства. Датчики 304, 308, 312 могут быть простыми реле давления или могут относиться к более сложным типам датчиков, таким как датчики непрерывности или положения.
[0031] Как отмечено выше, описанный способ также включает в себя этап 208, на котором определяют скорость воздушного потока HVAC 100. Это может быть определено путем обнаружения настройки HVAC 100, например, с помощью модуля 316 управления, или путем обнаружения выбранного режима испарителя/нагнетателя 108 HVAC (режим рециркуляции, режим свежего воздуха и т.д.) с помощью модуля 316 управления. Альтернативно или дополнительно, может быть обеспечен датчик 318, выполненный с возможностью определения потребления тока нагнетателем 108. Модуль 316 управления может быть соединен с датчиком 318 и может быть выполнен с возможностью определения на основе обнаруживаемого датчиком потребления тока текущего режима испарителя/нагнетателя 108, например, путем обращения к сохраненной справочной таблице известных режимов HVAC в зависимости от потреблений тока испарителем/нагнетателем 108. Модуль 316 управления может быть специализированным контроллером, имеющим процессор, память и хранилище, включающее в себя встроенную логику для выполнения описанных вычислений. Альтернативно или дополнительно, некоторые или все описанные функции могут быть обеспечены контроллерами 317 транспортного средства более высокого уровня, например, модулем управления электронного блока управления (ECU), ассоциированным с транспортным средством, таким как общий электронный модуль (GEM) транспортного средства, модуль управления кузовным оборудованием (BCM), центральный модуль управления (CCM) или другие. В еще одном альтернативном варианте выполнения контроллер 317 может опосредованно связываться с модулем 316 управления и/или другими элементами системы 300 через второй или третий модуль управления, осуществляющий связь через локальную сеть контроллеров (CAN) транспортного средства, например, шину LIN.
[0032] Как описано выше, способ также включает в себя этап 210, на котором определяют загрязняющую нагрузку снаружи транспортного средства. Хотя это может быть определено с помощью специализированных бортовых датчиков частиц, связанных с транспортным средством, в варианте выполнения ввод измерения внешней загрязняющей нагрузки, т.е. загрязнения окружающей среды или концентрации загрязняющих частиц в атмосфере, обеспечиваются внешним или удаленным источником 320, например, путем ввода облачных данных о загрязнителях, обеспечиваемого коммерческим источником и принимаемого приемником 322 на борту транспортного средства 302, таким как модем или другой приемник, включая без ограничения радиоприемники, приемники Bluetooth и приемники сотовой связи.
[0033] Предполагаются и другие входные данные и устройства для обеспечения таких входных данных. В качестве неограничивающих примеров может быть обеспечен ввод скорости транспортного средства или скорости движения, например, с помощью спидометра 324 транспортного средства. Может быть учтена заполненность транспортного средства, например, с помощью датчиков пассажиров (не показаны), ассоциированных с каждым сиденьем (не показано) транспортного средства. Они могут быть простыми реле давления или могут быть более сложными датчиками. Ввод утечки воздуха в транспортном средстве может быть обеспечен с учетом того, что пассажирский салон моторного транспортного средства редко бывает полностью герметичной средой. Это может быть непосредственно вычислено или может быть определено посредством справочной таблицы, сравнивающей настройки HVAC 100 и скорость транспортного средства, определяемую, как описано выше. В дополнение, предполагается ввод времени работы, например, времени работы транспортного средства 302, времени работы нагнетателя HVAC 108, времени герметизации транспортного средства (закрывания окон 306, закрывания дверей 314, закрывания люка 310 и т.д.). Может быть учтен объем салона, который будет известен из технических характеристик транспортного средства 302 и может быть обеспечен как часть справочной таблицы, доступной посредством модуля 316 управления и/или контроллера 317. Другие предполагаемые входные данные включают в себя число пассажиров транспортного средства, определяемое различными средствами, включая контрольные переключатели ремней безопасности, бортовые камеры (видимого или инфракрасного спектра) и другие.
[0034] Вариант выполнения способа 400 определения производительности фильтрации салона транспортного средства с использованием системы 300 показан на Фигуре 4. Первым является этап 402 сбора различных входных данных, как описано выше, включая по меньшей мере определение срока службы воздушного фильтра 106 салона, определение настройки HVAC 100 и загрязняющей нагрузки снаружи транспортного средства. Далее на этапе 400 выполняют определения перед запуском транспортного средства 302 для обеспечения базового считывания состояния загрязнения пассажирского салона.
[0035] На этапе 404a выполняют определение эффективности воздушного фильтра 106 салона, которое может быть выполнено на основе считывания датчика 303 фильтра и вычисления на основе срока службы фильтра и показания датчика, или она может быть просто определена с помощью сохраненной справочной таблицы эффективности в зависимости от срока службы фильтра в зависимости от загрязняющей нагрузки. На этапе 404b выполняют определение скорости потока HVAC 100, определяемой, как описано выше, путем обнаружения одного или более из режима HVAC, настройки, потребления тока нагнетателем и других.
[0036] На этапе 406 выполняют определение того, герметично ли транспортное средство 302, например, путем определения положения люка 310 транспортного средства, окон 306, дверей 314 и т.д. с помощью датчиков, описанных выше. Если транспортное средство определено как негерметичное, система 300 может выводить сообщение, указывающее, что фильтрация отключена, поскольку один из вышеперечисленных элементов находится в открытой конфигурации (этап 408).
[0037] Если транспортное средство 302 определено как герметичное, на этапе 410 выполняют определения после запуска транспортного средства 302. На этапе 410a выполняют определение эффективности воздушного фильтра 106 салона, которое может быть выполнено на основе считывания датчика 302 фильтра и вычисления на основе срока службы фильтра и считывания датчика, или она может быть просто определена с помощью сохраненной справочной таблицы эффективности в зависимости от срока службы фильтра в зависимости от загрязняющей нагрузки. На этапе 410b выполняют определение скорости потока HVAC 100, определяемой, как описано выше, путем обнаружения одного или более из режима HVAC, настройки, потребления тока нагнетателем и других. Затем определения, выполненные на этапах 400 и 410, используются для вычисления средней концентрации загрязнителей в пассажирском салоне транспортного средства 302 на этапе 412.
i-1
[0038] Вычисления на этапе 412 могут быть выполнены для нагнетателя 108 HVAC в режиме рециркуляции и в режиме свежего воздуха. Вычисление расчетной средней концентрации PM пассажирского салона для системы 100 HVAC может быть обобщено как: Концентрация=Концентрация×-выходящий поток HVAC+входящий поток HVAC+эффект утечки. Для определенных режимов HVAC типичные алгоритмы представляют собой:
Режим рециркуляции:
i
i-1
i-1
i-1
i-1
atmos
C=[(C×Vol)-(Hflow×C-Hflow×C×(1-Feff)+Leak×C-Leak×C)×dt]/Vol; и
режим свежего воздуха:
i
i-1
i-1
atmos
i-1
atmos
C=[(C×Vol)-(Hflow×C-Hflow×C×(1-Feff)+Leak×C-Leak×C)×dt]/Vol,
i
i-1
atmos
где C=текущая концентрация загрязняющих частиц в пассажирском салоне; C=предыдущая концентрация загрязняющих частиц в пассажирском салоне; Vol=объем пассажирского салона; Hflow=скорость воздушного потока HVAC; Feff=эффективность воздушного фильтра пассажирского салона; Leak=скорость утечки в пассажирском салоне; C=концентрация загрязняющих частиц в атмосфере; dt=временной шаг для вычисления; и tset=установка времени для инициализации системы или приведения в равновесие пассажирского салона. Каждое из этих вычислений может быть выполнено с помощью логики, запрограммированной в модуле 316 управления и/или контроллере 317, как описано выше.
2.5
[0039] Предполагается в качестве возможного этап (этап 414) обеспечения таймера 416, который выдает сигнал, например, модулю 316 управления и/или контроллеру 317, чтобы отключать систему 400, если время работы воздушного фильтра 106 салона меньше заданного времени для инициализации системы 400 или для приведения в равновесие пассажирского салона (tset). Фигуры 5А и 5B показывают графики типичных вычислений расчетной средней концентрации PM в пассажирском салонес течением времени работы HVAC 100, изображающие концентрации для HVAC в режиме рециркуляции и в режиме свежего воздуха и сравнивающие настройки нагнетателя 108 HVAC с высоким объемным расходом (140 л/с, см. Фигуру 5А) и настройки нагнетателя HVAC с низким объемным расходом (50 л/с, см. Фигуру 5B).
[0040] На Фигуре 4 в качестве заключительного этапа 418 предполагается обеспечение сравнения расчетных концентраций PM в пассажирском салоне с концентрациями PM снаружи в виде просматриваемого пользователем дисплея. Это может быть выполнено модулем 316 управления и/или контроллером 317, выдающим информацию на просматриваемый пользователем экран, например, на экран 602 приборной панели 600, в виде графики 604 (Фигура 6) или на удаленно расположенный смартфон или другое мобильное устройство 700 через приложение для отображения на экране 702 в виде графики 704.
[0041] Очевидные модификации и изменения возможны в свете вышеописанных замыслов. Все такие модификации и изменения находятся в пределах объема охраны приложенной формулы изобретения при интерпретации, соответствующей широте трактовки, которой они объективно, законно и справедливо наделены.