[发明专利]空气系统中的流量计算

说明书

技术领域

本发明涉及空气系统（air system）。尤其，本发明涉及一种确定用于车辆的空气系统中的空气流量的方法。

背景技术

随着对车辆通风系统控制程度的要求逐渐增加，车辆通风系统也逐渐复杂。供热、通风和空气调节（Heating,ventilation and air conditioning，简称HVAC）系统通常用来控制车辆中的环境，以使得由操作者设置的期望内部状况得以维持，而不管外部环境。

另外，经常期望分开地控制车辆中的不同环境区，以使得每个乘客可各自地控制局部环境状况。这使得车辆中形成例如2区和4区HVAC系统。

然而，系统复杂度增大引起的问题是，这种系统更加难以设计和控制。尤其，期望各自地控制来自每个出口的空气流量。传统上，系统已经使用通过在系统的物理模型（比如样机）中测量风门位置和空气流量的组合而开发的传输函数而模型化。

随着出口和风门数量的增大，可能组合的数量也增大至所有相关组合的测量变得非常耗时的程度。一种替代方法是使用计算流体动力学（CFD）计算来构建系统的模型。然而，CFD计算既是耗时的，又是计算机密集的。

上述建议方法的又一缺点在于，该系统的每个变型或改变都需要新的测量，因为该系统的一个部件的特性依赖于整个系统。

另外，期望减少车辆中用于控制该系统所需的计算资源。于是，就需要一种就系统设计和简化系统控制而言都更容易的HVAC系统的模型。

发明内容

考虑到HVAC系统的上述期望性质，以及现有技术的上述和其它缺点，本发明的一个目标是提供一种HVAC系统的简化模型，其能用于这种系统的设计和控制。

根据本发明的第一个方面，因此提供了一种用于确定车辆空气调节系统中的空气流量的方法，该系统包括：至少一个进口；多个出口；用于将空气从所述至少一个进口引导至所述多个出口的至少一个空气管道，每个空气管道用预定流动阻力系数（predetermined flow resistance coefficient）为特征；至少一个风门，其以基于风门打开程度的流动阻力为特征；以及用于形成从所述至少一个进口至所述多个出口中的至少一个出口的空气流量的鼓风机；该方法包括步骤：确定系统中的预定位置和车辆的内部之间的总等效流动阻力k_tot；其中串联布置的流动阻力彼此相加和并且其中代表并行布置的第一流动阻力k₁和第一流动阻力k₂的等效流动阻力k₀确定为：

确定系统中的预定位置和车辆的内部之间的压力差P；以及将进入车辆内部的总空气流量F确定为

风门在此指的是能完全打开、完全闭合或采取其间任何打开程度的可控制空气风门。流动阻力和风门打开程度之间的关系假定已知，例如通过模拟或测量。

进口可布置为从车辆外部或者从车辆内部引入空气。替代地，若干个进口可用来从不同位置引入空气。

本发明基于如下认识：通过将空气调节系统中的部件处理为电路中的部件，其中流动阻力等同于电阻，并且压力降等同于电压降，能提供空气调节系统的简化模型。已知系统的流动阻力和系统上的压力降，能计算来自系统的空气流量。压力P、阻力R和流量F之间的关系能描述为P=R×F²。流动阻力R也将由流动阻力系数k表示。因此，该系统能仅由少量的参数表征。尤其，每个导管由预定流动阻力表征并且风门的流动阻力取决于风门的打开程度。应当注意，导管可包括另外的部件，比如热交换器，并且，使用包括任何另外部件的管道所具有的流动阻力。

于是，已知管道和风门的流动阻力，能应用简单的代数来确定该系统的总流动阻力。另外，由于风门打开程度和流动阻力之间的关系已知，该系统在不同的风门设置情况下的总流动阻力容易计算。从而，能基于已知压力差以及通过控制风门位置和鼓风机速度在操作中将空气流量控制入车辆内部。

另外，这种方法使得空气调节的建模和设计更简化，因为无需执行耗时且计算机集中的表征不同设置的整个系统的模拟。尤其，对于多区HVAC系统，该系统的复杂性迅速增大至使用比如CFD方法的详细模拟变得太耗时的程度。而在本发明建议的方法中，CFD计算能用来确定各个部件的流动阻力，比如具有特定形状的空气管道。可选地，各个部件的流动阻力能通过流量测量来确定。这样，系统的重新设计和变型就简化了，因为部件的改变或增加不会导致需要对整个系统重做计算。而在描述系统的公式组中增加或替换相关参数就已足够。那么由参数化模型表征的系统可通过对系统整体执行流量测量来校验。