СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ПАССАЖИРСКОГО САЛОНА
METHOD AND DEVICE FOR PASSENGER CAR TEMPERATURE CONTROL

Изобретение имеет отношение к способу и устройству для регулирования температуры пассажирского салона, более точно пассажирского салона транспортного средства, в особенности моторного транспортного средства.
Известны системы терморегулирования транспортных средств типа системы с замкнутым контуром. Такие системы принимают на входе заданную температуру пассажирского салона и измеренную температуру пассажирского салона, которые сравниваются, с тем чтобы корректировать положение исполнительных механизмов для уменьшения расхождения, обычно называемого ошибкой, между этими двумя значениями.
Измеренная температура получается посредством физического датчика температуры пассажирского салона, который является дорогостоящим компонентом и трудным для реализации в транспортном средстве. Более того, репрезентативность измеренного сигнала относительно уровня комфорта, который разумно представлять, часто ставит проблемы настройки терморегулирования.
Чтобы исправить эти недостатки, уже было намечено заменить физический датчик температуры пассажирского салона имитатором температурного режима пассажирского салона, который действует в качестве виртуального датчика, выдающего предполагаемое значение температуры пассажирского салона. Виртуальный датчик реализуется динамическим расчетом, который может отклоняться для разных зон пассажирского салона, в котором должен регулироваться тепловой комфорт.
Этот расчет основан на эталонном дифференциальном уравнении энергетического равновесия в пассажирском салоне типа, описанного в документе FR 2809503.
Подобно каждому динамическому расчету переменные состояния должны инициализироваться в начале расчета.
В случае теплового регулирования транспортного средства, в частности моторного транспортного средства, переменными состояния являются температуры, рассчитанные в каждой зоне виртуальным датчиком. Фактически, при запуске системы начальная точка должна быть определена для этих температур. Эффективность системы автоматического регулирования в показателях точности и теплового комфорта существенно зависит от точности, которая пущена в ход в этой начальной точке. Например, если очень жарко (температура может достигать 50°C) в транспортном средстве летним днем и вычислитель берет в качестве начальной точки ложное значение (например, 15°C), автоматическая система будет функционировать как будто бы она была 15°C в транспортном средстве и будет испытывать сильный недостаток в эффективности для охлаждения пассажирского салона.
Документ FR 2779097 предлагает оснащение системы кондиционирования воздуха датчиком, служащим для инициализации расчета. Однако выбор такого решения представляет собой недостаток потери благоприятного эффекта от виртуального датчика в показателях стоимости и реализации этого датчика.
Для исправления проблем, поставленных предшествующим уровнем техники, изобретение имеет целью способ для регулирования температуры пассажирского салона с выдачей регулируемой тепловой мощности для уменьшения расхождения между заданной температурой и предполагаемой температурой пассажирского салона, содержащий этап для инициализации при запуске предполагаемой температуры начальной температурой, предопределенной временным интервалом остановки, предшествующим запуску.
Преимущественно способ содержит этап, который активизируется, когда временной интервал является коротким, на котором начальная температура предопределяется функцией временного интервала, которая сходится к асимптотической температуре, для увеличения значений временного интервала.
В частности, асимптотическая температура связана с температурой, наружной для пассажирского салона, и/или с температурой действия солнечного вклада пассажирского салона.
Более точно, температура действия солнечного вклада зависит от солнечной энергии, принимаемой пассажирским салоном, и/или изменения температуры, наружной для пассажирского салона, во время упомянутого временного интервала.
Преимущественно способ содержит этап, который активизируется, когда временной интервал является длительным, на котором начальная температура предопределяется зависимостью, содержащей по меньшей мере одну температуру компонента управления.
В частности, зависимость содержит поправочный член, который зависит от солнечной энергии, принимаемой пассажирским салоном.
Изобретение также имеет в качестве объекта устройство для регулирования температуры пассажирского салона, содержащее первый компонент, выполненный с возможностью выдачи тепловой мощности, которая регулируется, с тем чтобы уменьшать расхождение между заданной температурой и предполагаемой температурой пассажирского салона, и второй компонент, выполненный с возможностью выполнения способа согласно изобретению.
Изобретение, в дополнение, имеет в качестве объекта транспортное средство, включающее в себя устройство согласно изобретению.
Изобретение будет лучше понятно, и другие его цели, характеристики, детали и преимущества станут яснее очевидны в ходе пояснительного описания, которое следует, которое сделано со ссылкой на прилагаемые схематические чертежи, которые даны исключительно в качестве примера, иллюстрирующего
предпочтительный вариант осуществления, и на которых:
фиг. 1 - схематическое представление устройства регулирования согласно изобретению;
фиг. 2 показывает характеристическую кривую температуры пассажирского салона;
фиг. 3 - блок-схема последовательности операций способа согласно изобретению.
hab
hab
init
reg
hab
^
*
Способ и устройство, описанные далее, позволяют регулировать температуру T пассажирского салона посредством инициализации на запуске предполагаемой температуры T  пассажирского салона начальной температурой T, предопределенной временным интервалом остановки, предшествующей запуску, с тем чтобы выдавать регулируемую тепловую мощность P, которая уменьшает расхождение между заданной температурой T  и предполагаемой температурой
^
hab
T .
ext
hab
^
Расчет начальной температуры пассажирского салона достигает уровня точности, находящейся в интервале допуска менее чем 5°C. В частности, оценивается влияние воздействия солнца во время остановки, с тем чтобы улучшать точность расчета. Входные данные, которые используются для расчета, содержат измерения, полученные детекторами, которые традиционно используются автоматическими системами кондиционирования воздуха, такие как относящиеся к наружной температуре, к воздействию солнца или к температуре испарителя, дополненные значениями, которые сохраняются неудаляемым образом в течение остановки транспортного средства, и которые восстанавливаются в последующий момент за запуском. Как увидим в примерном варианте осуществления, описанном ниже, сохраненные значения, по существу, содержат наружную температуру T и температуру пассажирского салона T . В заключение, длительность остановки транспортного средства также используется.
reg
hab
reg
sol
ext
В устройстве, представленном на фиг.1, компонент 1 вырабатывает традиционным образом регулируемую тепловую мощность P, которая передается в пассажирском салоне. Эффективная температура T пассажирского салона или внутренней зоны для пассажирского салона получается из передаточной функции 2 пассажирского салона, принимающего на входе регулируемую тепловую мощность P, и подвергается различным факторам окружающей среды, в частности содержащим мощность P, привнесенную солнцем в пассажирский салон, и обменами посредством проводимости или тепловой конвекции с наружной частью транспортного средства при температуре T.
reg
hab
hab
reg
reg
*
Способом, известным самим по себе, компонент 1 приводит в действие различные исполнительные механизмы (не представлены), такие как нагревательные компоненты, охлаждающие компоненты и заслонки управления потоком, с тем чтобы выдавать регулируемую тепловую мощность P для уменьшения расхождения между заданной температурой T  и характерным значением эффективной температуры T пассажирского салона. Положительное расхождение указывает эффективную температуру большую, чем заданное значение, а потому иногда регулируемая тепловая мощность P выражается во фригори. Отрицательное расхождение указывает эффективную температуру меньшую, чем заданное значение, а потому иногда регулируемая тепловая мощность P выражается в термиях. Компонент 1 имеет свои собственные детекторы, чтобы действовать во внутреннем замкнутом контуре на свои исполнительные механизмы. Например, температурный детектор 7 предоставляет компоненту 1 возможность контролировать температуру испарителя.
hab
hab
В традиционном устройстве с замкнутым контуром для регулирования температуры пассажирского салона характерное значение эффективной температуры T пассажирского салона получается посредством детектора, измеряющего эффективную температуру T пассажирского салона.
hab
hab
reg
sol
ext
^
В устройстве согласно изобретению характерное значение эффективной температуры T пассажирского салона получается посредством компонента 3, который вычисляет предполагаемую температуру T  пассажирского салона. Для моделирования передаточной функции компонент 3 принимает на входе оцифрованное значение регулируемой тепловой мощности P, выдаваемой компонентом 1, и различные измерения физических величин, которые имеют влияние на передаточную функцию пассажирского салона, в частности измерение солнечной энергии P, выдаваемое детектором 4 мощности, и измерение наружной температуры T, выдаваемое температурным детектором 5.
Устройство, содержащее компоненты 1 и 3, вообще не питается, когда транспортное средство останавливается с выключением контакта, и запускается, когда запускается транспортное средство. Только часы 6 остаются постоянно питаемыми независимо от остановок и запусков транспортного средства. Компонент 3 присоединен к часам 6, чтобы выполнять этапы способа, поясненные далее со ссылкой на фиг.3.
Когда устройство, содержащее компоненты 1 и 3, работает, каждая элементарная длительность dt, которая увеличивает время t, измеренное часами 6, подтверждает переход 106. Каждое подтверждение перехода 106 активизирует и деактивизирует этап 107.
^
^
hab
hab
reg
reg
fuite
p
hab
На этапе 107 компонент 3 добавляет приращение dT  температуры к ранее рассчитанному значению T  температуры. Приращение температуры вычисляется в реальном времени, с тем чтобы имитировать накопление различных тепловых энергий, обмениваемых в течение элементарной длительности dt с пассажирским салоном. В уравнении по этапу 107 P определено в качестве тепловой мощности, введенной в пассажирский салон, с учетом тепловой мощности, которая выходит из пассажирского салона. При определении P тепловая мощность, которая выходит из пассажирского салона, вычитается из вклада потока воздуха, вдуваемого в пассажирский салон, например, вычитанием из этого потока значения P, и которая равна (поток воздуха, вдуваемого в пассажирский салон)*(C воздуха)*(предполагаемая T).
Предполагаемая температура постоянно вычисляется из предыдущего значения
^
^
hab
hab
init
T  температуры. Что касается первой активизации этапа 107, который сопровождает запуск устройства, этап 105 инициализирует предполагаемую температуру T  начальной температурой T.
Запуск устройства подтверждает инициирование 99, которое активизирует этап 100 для выполнения способа.
С этапа 100 расчет инициализации разбивается на два отдельных расчета, которые зависят от длительности остановки транспортного средства.
Первый расчет имеет отношение к остановкам короткой длительности, вообще, остановкам меньшим, чем пять часов. Во время этого периода остановки транспортное средство находится в режиме ожидания, и детектор не используется. Поэтому задача состоит в том, чтобы имитировать тепловой режим пассажирского салона транспортного средства, с тем чтобы представлять изменение температуры в ходе остановки. Изменение температуры во время остановки транспортного средства, по существу, связано с двумя типами обменов: конвекцией с наружной частью и воздействием солнца:
Уравнение (1)
hab
T(t) является температурой пассажирского салона в качестве функции времени t, в течение остановки, выраженной в °C;
ext
T является наружной температурой, выраженной в °C;
ext
H является коэффициентом полного обмена с наружной частью, выраженным в Вт/°C;
sol
P является средней солнечной энергией, вносимой в течение остановки, выраженной в Вт;
hab
MCP является теплоемкостью пассажирского салона, выраженной в Дж/°C.
sol
Принимая во внимание, что во время остановки солнечная энергия P и наружная температура являются постоянными значениями, равными своим соответственным средним значениям, решение дифференциального уравнения 1-го порядка, изложенного выше, является простым:
Уравнение (2)
asymp
T является температурой, асимптотически достигаемой в пассажирском салоне;
0
T является начальной температурой в пассажирском салоне в начале остановки в момент t=0;
τ является постоянной времени тепловой системы, образованной пассажирским салоном.
0
asymp
Модель поведения предпочтительна для модели знаний, чтобы представлять это явление. Фактически, достаточно измерять температуру в пассажирском салоне в течение фазы удерживания тепла для оценки его постоянной времени τ. Постоянная времени дает динамический профиль температуры пассажирского салона со временем, с начальной температурой T пассажирского салона в качестве стартовой точки в начале остановки, и заключительной температуры в пассажирском салоне в качестве конечной точки, названной асимптотической температурой T.
Кривая, связанная с уравнением (2), проиллюстрирована в примере по фиг.2.
0
asymp
В этом примере начальная температура T в пассажирском салоне поэтому имеет значение 20°C, асимптотическая температура T имеет значение 35°C, а постоянная времени τ тепловой системы, образованной пассажирским салоном, имеет значение 10 минут (600 с).
asymp
Изобретение, в частности, основано на режиме расчета температуры T.
asymp
hab
asymp
Принимая во внимание в уравнении (1), что температура пассажирского салона достигла асимптотической температуры T, отмечается, что , и T = T, из которых вытекает следующая формула:
Уравнение (3)
ex
sol
asymp
sol
Отмечено, что если нет солнца в течение фазы остановки транспортного средства, конечная асимптотическая температура равна наружной температуре Tt. Будет отмечено также, что отношение  является однородным в отношении температуры и оно названо T, выраженной в °C, для обозначения вклада солнца в температуру. Этот член оказывает значительное влияние на расчет асимптотической температуры T. Фактически, солнечный вклад T может достигать 30°C.
Заметная трудность заключается в устойчивой оценке этого солнечного вклада в течение фазы остановки, тогда как никакого сбора данных с детекторов не возможно, так как транспортное средство находится в дежурном режиме.
Решение согласно изобретению состоит в том, чтобы использовать измерение воздействия солнца при запуске транспортного средства и использовать подъем измерения наружной температуры в течение фазы остановки между началом остановки и запуском транспортного средства снова.
В этом случае детектор наружной температуры используется в качестве монитора предыстории воздействия солнца в течение стоянки транспортного средства. Фактически, когда есть достаточно солнца, измерение наружной температуры значительно возрастает, тогда как она возрастает немного или даже снижается, когда солнца нет. Следовательно, измерение воздействия солнца, произведенное в момент запуска, корректируется, например, детектором воздействия солнца традиционного типа, который не является представляющим среднее воздействие солнца в течение фазы остановки транспортного средства, которая предшествует, посредством добавления члена, который зависит от расхождения наружной температуры.
d
Например, если было 25°C снаружи транспортного средства в момент остановки, и если 30°C были измерены при последующем запуске, считается, что солнце было в течение остановки, и от 20 до 30% добавляется к фактическому измерению воздействия солнца в момент t запуска:
sol
sol
ext
T = f(P; DeltaT)
sol
ext
m
ext
m
hab
0
hab
^
В тех случаях, когда P является солнечной энергией на запуске, а DeltaTявляется расхождением температуры в течение остановки между наружной температурой T в момент остановки и наружной температурой T в момент нового запуска. Функция характеризуется картографией двух измерений, оцененной экспериментально. Температура T, например, является последней температурой Text, сохраненной непосредственно перед остановкой на этапе 108, постоянно активизируемом вслед за этапом 107. На этапе 108 T  сохраняется в переменной T, которая повторно вводится на этапе 105 в качестве значения T^ и на этапе 107.
Таким образом, приходят к расчету асимптотической температуры с точностью ±5°C.
Tinit_tpscourt
Теперь известны все переменные, которые необходимы для расчета  при запуске транспортного средства для остановок короткой длительности, в частности, меньшей, чем пять часов:
Уравнение (4)
0
T является предполагаемой температурой пассажирского салона в качестве сохраненной непосредственно перед остановкой, например, на этапе 108, и восстановленной в момент запуска;
asymp
ext
ext;
T является конечной температурой, вычисленной по воздействию солнца, измеренному на запуске, наружной температуре T и подогреву, обнаруженному согласно подъему наружной температуры T
pslmmo
m
T является длительностью обездвиживания транспортного средства на остановке между значением времени t в момент перезапуска и значением t времени, сохраненным при последнем выполнении этапа 108 в момент предыдущей остановки;
τ является постоянной времени тепловой системы, образованной пассажирским салоном, оцененной экспериментально.
init
init
tpscourt,
m
Таким образом, первый расчет начальной температуры T, заданной посредством T_ выполняется на этапе 104, активизируемом переходом 103, который проверяет достаточно низкое значение длительности t-t.
Второй расчет имеет отношение к остановкам большой длительности, отсюда остановкам большим, чем пять часов. Он осуществляется на этапе 102, который активизируется переходом 101.
asymp
При этих условиях считается, что точность предыдущего расчета T начинает снижаться.
ext
ext
Фактически, «контроль воздействия солнца», который является дельтой T во время остановки, теряет свою эффективность, так как чем больше длительность остановки, тем больше наружная температура T естественно меняется значительно и независимо от воздействия солнца.
init
tpslong
Однако при этих условиях будет установлено, что температура в пассажирском салоне сходится и что можно быть уверенным в детекторах, присутствующих в системе кондиционирования воздуха. В частности, детектор температуры испарителя, расположенный в блоке кондиционирования воздуха, будет служить в качестве эталона при оценке температуры инициализации через длительные промежутки времени остановки (T_).
soi
Поправочный член, основанный на измерении воздействия солнца на запуске, может быть введен, с тем чтобы адаптировать расчет инициализации к длительным промежуткам времени остановки. В варианте осуществления солнечная энергия, принятая во время остановки транспортного средства, измеряется детектором, способным сохранять солнечную энергию и/или сохранять принятую энергию, например, интегрирующими фотоэлектрическими элементами. Данные этого детектора используются для поправочного члена и/или в качестве параметра вклада солнца в температуре T.
Этот способ расчета не может использоваться через короткие промежутки времени остановки, так как температура, наблюдаемая детектором испарителя, остается смещенной относительно температуры в пассажирском салоне.
pslmmo
Переключение между двумя расчетами может осуществляться линейным образом в качестве функции длительности остановки (T).
ext
Будет отмечена польза, которая представлена оценкой воздействия солнца согласно изобретению во время фазы остановки транспортного средства на основании изменения наружной температуры, измеренной детектором 5. Через короткие промежутки времени считается, что наружная температура T изменяется немного, и что если измерение детектора увеличивается, означает, что было солнце во время остановки.
Также может быть отмечена польза в том, что изобретение позволяет обходиться без покупки специального детектора для инициализации расчета температуры пассажирского салона. Детектор, который было бы необходимо установить в зоне пассажирского салона, где стиль позволил бы это и где было бы трудно гарантировать его репрезентативность. Больше нет необходимости адаптировать установку внутреннего детектора специально под каждый тип транспортного средства.
Что касается внедрения в производство, программный компонент изобретения позволяет стандартизировать техническое решение для всех транспортных средств. Эта стандартизация позволяет экономить время на разработку и придание окончательной формы.