CN101633302A

CN101633302A - 车辆自动气候控制

Info

Publication number: CN101633302A
Application number: CN200910160907A
Authority: CN
Inventors: T·韩; J·P·约翰逊
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2008-07-25
Filing date: 2009-07-24
Publication date: 2010-01-27
Also published as: US20100019050A1; DE102009034257A1

Abstract

本发明公开了一种操作车辆自动气候控制系统的系统及方法。该方法可包括确定车辆客舱内的呼吸高度空气温度；确定客舱内的平均辐射温度；确定客舱内的平均空气流速；确定着装水平因子，以及基于呼吸高度空气温度、平均辐射温度、平均空气流速以及着装水平因子计算当量均匀温度；对比计算出的当量均匀温度与期望当量均匀温度；基于计算出的当量均匀温度与期望当量均匀温度的对比，调整自动气候控制系统的输出。

Description

车辆自动气候控制

技术领域

[0001]本发明总体涉及车辆自动气候控制系统。

背景技术

[0002]代表性的带有自动气候控制系统的汽车使用安装在仪表盘内的车内温度传感器，结合使用环境空气温度传感器并且有时使用太阳负荷传感器，作为向自动气候控制系统的输入。自动气候控制系统于是与用户限定的期望温度一起使用这些输入，以确定适当的排放空气温度、风机速度，以及加热-通风-空调(HVAC)模式。然而，由于空气分层，热存储在仪表盘中，并从附近的HVAC通风口排放，因而车内温度传感器的温度测量精度降低。在一些车辆测试中，车内温度传感器测量的温度与在呼吸高度测量的空气温度(即，驾驶员面部附近的空气温度)有10摄氏度的差别。由于这一缺陷，新型车辆的自动气候控制系统的校准变得相对困难并且费时。

[0003]为了改善温度传感器在呼吸高度处的测量，采用了超声波温度感测。尽管这改善了在呼吸高度处的温度测量，但是车辆乘员的热舒适度不仅仅涉及温度测量。例如，辐射热交换、空气流速分布，以及乘员着装水平等均影响乘员的热舒适度。

发明内容

[0004]一个实施例涉及操作车辆自动气候控制系统的方法，该方法包括如下步骤：确定车辆客舱内的呼吸高度空气温度；确定客舱内的平均辐射温度；基于呼吸高度空气温度与平均辐射温度计算当量均匀温度；对比计算出的当量均匀温度与期望当量均匀温度；以及基于计算出的当量均匀温度与期望当量均匀温度的对比调整自动气候控制系统的输出。

[0005]一个实施例涉及操作车辆自动气候控制系统的方法，该方法包括如下步骤：确定车辆客舱内的呼吸高度空气温度；确定客舱内的平均辐射温度；确定客舱内的平均空气流速；确定着装水平因子；基于等式

T_{EHT} = 0.55 T_{a} + 0.45 T_{r} + \frac{0.24 - 0.75 \sqrt{V_{a}}}{1 + I_{clo}} (36.5 - T_{a})

计算当量均匀温度，其中T_EHT为当量均匀温度，单位为摄氏度；T_a为呼吸高度空气温度，单位为摄氏度；T_r为平均辐射温度，单位为摄氏度；V_a为平均空气流速，单位为米/秒；I_clo为着装水平因子；对比计算出的当量均匀温度与期望当量均匀温度；基于计算出的当量均匀温度与期望当量均匀温度的对比调整自动气候控制系统的输出。

[0006]一个实施例的优点是，车辆自动气候控制系统采用对自动气候控制系统来说更加完善的控制输入和热舒适度计算，导致了车辆乘员更好的热舒适度。

[0007]一个实施例的优点是，与传统的自动气候控制系统相比，采用当量均匀温度输入的车辆自动气候控制系统的校准时间和成本可减小。

附图说明

[0008]图1为根据第一实施例的车辆与乘客的示意图。

[0009]图2为根据第二实施例的车辆与乘客的示意图。

[0010]图3为自动气候控制系统的一部分的示意图。

具体实施方式

[0011]参见图1，显示了总体标记为20的车辆的一部分。车辆20包括客舱22，其具有用于支撑穿着衣服27的驾驶员26的驾驶座24，以及用于支撑乘客30的乘客座28。客舱22被车顶32、挡风玻璃34、地板36以及带有窗户的车门38部分地包围。仪表盘40位于驾驶座24前方。HVAC模块42(其为自动气候控制系统46的一部分)位于仪表盘40的后部、内部或下部。HVAC控制器44与HAVC模块42通信并且控制HVAC模块42，其可位于HVAC模块42内或与之分离。风机60可位于HVAC模块42内以使空气流经模块42。

[0012]自动气候控制系统46还包括有：安装到车顶32的红外传感器48，其用于在车辆驾驶员26前方进行红外测量；以及超声波温度传感器50、52，其中第一传感器50安装到车顶32，第二传感器52安装在仪表盘40上。相比于安装到仪表盘上的传统温度传感器，超声波温度传感器50、52协同工作从而更精确地确定在车辆驾驶员26前方读出的温度。太阳负荷传感器54可安装在仪表盘40上从而测量太阳负荷的强度和角度。环境空气温度传感器56可用于检测车辆20周围的环境空气温度。而且，可采用任选的湿度传感器58。所有的传感器均与HVAC控制器44通信。

[0013]图2示出了第二实施例。由于此实施例与第一实施例类似，所以附图中相同的附图标记表示相应的元件，并且为了避免不必要的重复省略了对这些元件的详细描述。有改动的元件将用上撇号(′)标示。在此实施例中，超声波温度传感器50′、52′都安装到车顶32。如果需要的话，自动气候控制系统46′的其他方面可保持不变。

[0014]图3示出了图1和图2的自动气候控制系统46、46′的一部分。自动气候控制系统46的该部分将参照图1讨论，但是其同样可应用于图2。HVAC控制器44包括由大箭头标示的输入：太阳负荷传感器输入62、期望热舒适度输入64以及当量均匀温度(T_EHT)输入66。这些输入为了说明性目的与HVAC控制器44分开示出，实际上其可与控制器结合为一体，所述输入可采用硬件和软件的各种形式，其可为集成的或离散的部件，这对本领域的技术人员是已知的。

[0015]任选的输入可为从任选湿度传感器58接收的湿度输入68。当客舱22内的相对湿度值低于50％时，其对乘员的热舒适度通常仅产生很小的影响，因此，可根据具体的车辆应用而采用或不采用湿度输入。

[0016]向HVAC控制器44的太阳负荷传感器输入62表示了对驾驶员26和乘客30的太阳负荷。乘员的太阳负荷与玻璃特性、太阳入射角和入射太阳光谱相关，这些由太阳负荷传感器54给出。太阳负荷传感器54与HVAC控制器44通信以产生太阳负荷传感器输入62。

[0017]期望热舒适度输入64基于乘员要求温度输入70，其可为驾驶员26在HVAC控制面板72(其通常位于车辆仪表盘上)所做的温度设定。也可使用由环境温度传感器56确定的外部环境温度输入74。查询表76可用于确定期望当量均匀温度(T_EHTD)，其然后作为期望热舒适度输入64传送至HVAC控制器44。

[0018]当量均匀温度是产生整体热感的体热损失的测量值，其表征了车辆客舱22具有高度不均匀的热环境。当量均匀温度是综合了呼吸高度空气温度、空气流速和平均辐射的效果的量，其反映了乘员的体热损失，并因此以单个变量精确地表达了对于乘员的组合热效果，该单个变量精确地反映了乘员的热舒适度。

[0019]查询表76显示了采用经验数据来确定期望T_EHTD的示例性图。舒适度等级78用在纵轴上并基于与乘客热舒适度相关的经验数据而定，舒适度等级1意味着车辆乘员感觉冷，5意味着乘员感觉热度舒适，达到9为乘员感觉热。图中第一条线80表示车辆客舱在冷的环境条件下升温，第二条线82表示车辆客舱在热的环境条件下降温。在热舒适度等级5处的不连续性是因为人们在环境温度冷时穿着更多的衣服，所以在客舱22内稍微冷的温度下感到热度舒适。采用的具体舒适度等级78仅为示例性的，并且如果需要的话，查询表中可使用其他经验类型的舒适度等级作为替代。

[0020]为了说明性目的，T_EHT输入66示出为与HVAC控制器44分开，但是用于确定T_EHT的计算实际上可在控制器44内部进行。T_EHT输入66作为反馈以允许HVAC控制器44对自动气候控制系统的运行做出调整，从而可达到驾驶员26和乘客30的期望热舒适度。采用以下等式来确定T_EHT的值：

[0021]当V_a≤0.1m/s时，T_EHT＝0.5(T_a+T_r)

[0022]当V_a＞0.1m/s时，

T_{EHT} = 0.55 T_{a} + 0.45 T_{r} + \frac{0.24 - 0.75 \sqrt{V_{a}}}{1 + I_{clo}} (36.5 - T_{a})

[0023]其中，T_a为呼吸高度空气温度，单位为摄氏度；T_r为平均辐射温度，单位为摄氏度；I_clo为着装水平因子，V_a为乘员周围平均空气流速，单位为米/秒(m/s)。当空气流速值大于大约0.1m/s时，着装水平和空气流速值的热效果趋于显现，这也是当空气流速(V_a)小于等于约0.1m/s时可对用于计算T_EHT的等式进行简化的原因。

[0024]为了从这些等式计算出T_EHT值，确定乘员周围的热环境因子，即：呼吸高度空气温度(T_a)、平均辐射温度(T_r)、乘员周围空气流速(V_a)和乘员着装水平因子(I_clo)。

[0025]呼吸高度空气温度(T_a)为乘员面部附近空气的干球温度的近似。精确的呼吸高度空气温度(T_a)可基于采用来自超声波传感器50、52的输出的超声波感测而估算。

[0026]平均辐射温度(T_r)为其中乘员在实际不均匀的空间中交换相同量的辐射热的假想壳体的均匀表面温度。来自红外传感器48的输出提供在传感器48视野内的内表面平均辐射温度。因此，优选视野宽广的红外传感器以覆盖乘员前方的大部分表面。

[0027]乘员周围的空气流速(V_a)影响对流传热。乘员周围的空气流速(V_a)与总自动气候控制系统空气流率相关，其基于采用的风机60的速度和具体HVAC模式(例如除霜、地板或车厢通风口)。风机速度与HVAC模式与乘员周围的空气流速(V_a)的具体相关性凭经验而定，并且取决于具体车辆客舱几何形状与通风口位置。

[0028]在热的环境条件下，典型着装水平因子(I_clo)为大约0.5，在冷的环境条件下，着装水平因子(I_clo)为大约1.0。这些产生相对精确的结果以满足乘员的热舒适度要求。如果需要的话，可将更具体的着装水平因子(I_clo)作为校准参数引入到自动气候控制系统46。

[0029]当HVAC控制器44接收到各种输入62、64、66、68之后，其确定需要的输出以达到乘员的期望热舒适度。然后HVAC控制器44可输出期望排放空气温度、期望HVAC风机速度和达到乘员热舒适度所需的HVAC模式。

[0030]尽管详细描述了本发明的某些实施例，但是本发明涉及领域的技术人员将认识到用于实现由所附权利要求限定的本发明的各种可替换设计和实施例。

Claims

1.一种操作车辆自动气候控制系统的方法，所述方法包括以下步骤：

(a)确定所述车辆的客舱内的呼吸高度空气温度；

(b)确定所述客舱内的平均辐射温度；

(c)基于所述呼吸高度空气温度和所述平均辐射温度计算当量均匀温度；

(d)对比计算出的当量均匀温度和期望当量均匀温度；以及

(e)基于计算出的当量均匀温度与所述期望当量均匀温度的对比，调整自动气候控制系统的输出。

2.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(c)由基于等式T_EHT＝0.5(T_a+T_r)计算出的所述当量均匀温度进一步限定，其中T_EHT为单位是摄氏度的所述当量均匀温度，T_a为单位是摄氏度的所述呼吸高度空气温度，T_r为单位是摄氏度的所述平均辐射温度。

3.根据权利要求1所述的方法，进一步包括以下步骤：

(f)确定所述客舱内的平均空气流速；以及

(g)确定着装水平因子；以及

其中步骤(c)通过基于所述呼吸高度空气温度、所述平均辐射温度、所述平均空气流速和所述着装水平因子计算所述当量均匀温度进一步限定。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，当所述平均空气流速小于或等于约0.1米/秒时，步骤(c)由基于等式T_EHT＝0.5(T_a+T_r)计算所述当量均匀温度进一步限定，其中T_EHT为单位是摄氏度的所述当量均匀温度，T_a为单位是摄氏度的所述呼吸高度空气温度，T_r为单位是摄氏度的所述平均辐射温度；当所述平均空气流速大于约0.1米/秒时，步骤(c)由基于等式

T_{EHT} = 0.55 T_{a} + 0.45 T_{r} + \frac{0.24 - 0.75 \sqrt{V_{a}}}{1 + I_{clo}} (36.5 - T_{a})

计算所述当量均匀温度进一步限定，其中V_a为单位是米/秒的所述平均空气流速，I_clo为所述着装水平因子。

5.根据权利要求4所述的方法，其中步骤(g)通过以下步骤进一步限定：测量环境空气温度，当测量到的环境空气温度低于预定空气温度时设定所述着装水平因子为1.0，当测量到的环境空气温度等于或高于所述预定空气温度时设定所述着装水平因子为0.5。

6.根据权利要求3所述的方法，其中步骤(f)由基于风机速度与所述自动气候控制系统在其中操作的操作模式确定所述平均空气流速进一步限定。

7.根据权利要求1所述的方法，进一步包括以下步骤：

(f)确定所述客舱内的太阳负荷；以及

其中步骤(e)通过基于计算出的当量均匀温度与所述期望当量均匀温度的对比及所述太阳负荷调整所述自动气候控制系统的输出而被进一步限定。

8.根据权利要求1所述的方法，进一步包括以下步骤：

(f)确定所述客舱内的湿度水平；以及

其中步骤(e)通过基于计算出的当量均匀温度与所述期望当量均匀温度的对比及所述湿度水平调整所述自动气候控制系统的输出而被进一步限定。

9.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(a)由基于位于所述客舱内的超声波传感器的输出而确定所述呼吸高度空气温度进一步限定。

10.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(b)由基于红外传感器的输出而确定所述平均辐射温度进一步限定。

11.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(d)由从查询表获取所述期望当量均匀温度进一步限定，所述查询表使所述期望当量均匀温度与热舒适度等级相关。

12.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(e)由使排放空气温度、风机速度和自动气候控制系统模式的至少一个作为所述输出而被进一步限定。

13.一种操作车辆自动气候控制系统的方法，所述方法包括以下步骤：

(a)确定所述车辆的客舱内的呼吸高度空气温度；

(b)确定所述客舱内的平均辐射温度；

(c)确定所述客舱内的平均空气流速；

(d)确定着装水平因子；

(e)基于等式

T_{EHT} = 0.55 T_{a} + 0.45 T_{r} + \frac{0.24 - 0.75 \sqrt{V_{a}}}{1 + I_{clo}} (36.5 - T_{a})

计算当量均匀温度，其中T_EHT为单位是摄氏度的所述当量均匀温度，T_a为单位是摄氏度的所述呼吸高度空气温度，T_r为单位是摄氏度的所述平均辐射温度，V_a为单位是米/秒的所述平均空气流速，I_clo为所述着装水平因子；

(f)将计算出的当量均匀温度与期望当量均匀温度进行对比；以及

(g)基于计算出的当量均匀温度与所述期望当量均匀温度的对比，调整所述自动气候控制系统的输出。

14.根据权利要求13所述的方法，其中步骤(d)通过以下步骤进一步限定：测量环境空气温度，当测量到的环境空气温度低于预定的空气温度时，设定所述着装水平因子为1.0；当测量到的环境空气温度等于或高于预定的空气温度时，设定所述着装水平因子为0.5。

15.根据权利要求13所述的方法，其中步骤(c)由基于风机速度与所述自动气候控制系统在其中操作的操作模式确定所述平均空气流速进一步限定。

16.根据权利要求13所述的方法，进一步包括以下步骤：

(h)确定所述客舱内的太阳负荷；以及

其中步骤(g)通过基于计算出的当量均匀温度与所述期望当量均匀温度的对比及所述太阳负荷调整所述自动气候控制系统的输出而被进一步限定。

17.根据权利要求1所述的方法，进一步包括以下步骤：

(h)确定所述客舱内的湿度水平；以及

其中步骤(g)通过基于计算出的当量均匀温度与所述期望当量均匀温度的对比及所述湿度水平调整所述自动气候控制系统的输出而被进一步限定。

18.根据权利要求13所述的方法，其中步骤(a)由基于位于所述客舱内的超声波传感器的输出而确定所述呼吸高度空气温度进一步限定。

19.根据权利要求13所述的方法，其中步骤(b)由基于红外传感器的输出而确定所述平均辐射温度进一步限定。

20.根据权利要求13所述的方法，其中步骤(f)由从查询表获取所述期望当量均匀温度进一步限定，所述查询表使所述期望当量均匀温度与热舒适度等级相关。