CN103303096B - 用于车辆的区域供暖、通风和空气调节系统的控制策略 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于车辆的区域供暖、通风和空气调节系统的控制策略,具体公开了一种车辆的气候控制系统和一种控制该气候控制系统的方法以使车辆能耗最小化和使乘客舒适性最大化。该气候控制系统包括用于对排入车辆的乘客舱中的流体进行调节的主HVAC系统、用于对乘客舱的至少一个HVAC区域的局部流体进行调节的辅助HVAC系统、座椅系统和HVAC控制器。HVAC控制器基于与车辆的电能消耗和乘客舒适性中的至少一者有关的至少一个参数和条件来控制主HVAC系统、辅助HVAC系统和座椅系统。

Description

用于车辆的区域供暖、通风和空气调节系统的控制策略

技术领域

[0001] 本发明涉及一种车辆的供暖、通风和空气调节(HVAC)系统,更具体地涉及一种 HVAC系统和一种控制该HVAC系统的方法以使车辆能耗最小化且使乘客舒适性最大化。背景技术

[0002] 车辆的乘客舱通常由供暖、通风和空气调节(HVAC)系统来进行供暖和制冷。HVAC 系统引导空气流通过热交换器以在流入乘客舱之前对空气进行加热或冷却。在热交换器中,例如,在空气与冷却剂(诸如水-乙二醇等)之间传递能量。通常由环境空气或者从乘客舱再循环的空气和环境空气的混合物来供应空气。

[0003] HVAC系统的一个目的是使乘客舱内的乘客感觉舒适。因此,HVAC系统通常包括由乘客建立的气候系统设定(例如,温度设定)控制的一个或多个区域。HVAC系统的控制算法根据位于区域中的乘客建立的气候系统设定来确定对流入每个区域的空气的温度、体积和速率的调节。该控制算法的缺点是先前乘客的气候系统设定支配HVAC系统可能达不到预期目标。例如,在期望对区域进行制冷时,先前乘客的设定可能需要对各个区域进行供暖。此夕卜,如果一个区域是空置的,那么该区域的气候系统设定可能影响其它区域中的乘客舒适性。

[0004] 因此,重要的是,HVAC系统的控制算法也可以确定乘客舒适性。然而,乘客舒适性是复杂反应,其涉及对外部条件的物理、生物和心理响应。由于该复杂性,故HVAC系统的控制算法必须考虑影响乘客舒适性的变量以及那些变量与实际乘客舒适性之间的关系。当前 HVAC系统使用多个传感器和控制致动器来测量和控制影响乘客舒适性的变量。典型的HVAC 系统可以包括测量乘客舱内部温度的温度传感器、测量环境空气的温度的另一温度传感器和测量太阳供热量、湿度等的其它附加传感器。HVAC系统的控制致动器可以包括变速风机、 用于改变温度和气流方向的装置、以及用于控制从乘客舱再循环的空气和从环境空气提供的空气的混合物的装置。然而,当前HVAC系统不包括将HVAC系统测量转换为乘客舒适性的算法。此外,当前HVAC系统具有相对较大的封装尺寸并且消耗大量能量。最近,对减少的车辆能耗,尤其是对混合动力和电动车辆的需求已导致努力减少HVAC系统的能量需要。

[0005] 因此,需要一种车辆气候控制系统和一种控制车辆气候控制系统的方法,从而在使乘客舒适性最大化的同时使能耗、封装尺寸和成本最小化。发明内容

[0006] 根据和依照本发明,已令人惊奇地开发出一种车辆气候控制系统和一种控制车辆气候控制系统的方法,从而在使乘客舒适性最大化的同时使能耗、封装尺寸和成本最小化。

[0007] 在一个实施例中,一种用于车辆的气候控制系统包括:主供暖、通风和空气调节系统,其用于对排入车辆的乘客舱中的第一流体进行调节,乘客舱具有至少一个供暖、通风和空气调节区域;辅助供暖、通风和空气调节系统,其用于对乘客舱的至少一个供暖、通风和空气调节区域的局部流体进行调节;以及控制器,其用于基于与车辆的电能消耗和乘客舒适性中的至少一者有关的至少一个参数和至少一个条件中的至少一者,控制主供暖、通风和空气调节系统和辅助供暖、通风和空气调节系统。

[0008]在另一实施例中,一种操作车辆气候控制系统的方法包括以下步骤:提供用于对排入车辆的乘客舱中的第一流体进行调节的主供暖、通风和空气调节系统,乘客舱具有至少一个供暖、通风和空气调节区域;提供用于对乘客舱的至少一个供暖、通风和空气调节区域的局部流体进行调节的辅助供暖、通风和空气调节系统;提供用于控制主供暖、通风和空气调节系统和辅助供暖、通风和空气调节系统的控制器;测量与车辆的电能消耗和乘客舒适性中的至少一者有关的至少一个参数和至少一个条件中的至少一者;基于所测量的至少一个参数和所测量的至少一个条件中的至少一者,确定乘客舒适性的实际水平;以及基于乘客舒适性的实际水平控制主供暖、通风和空气调节系统和辅助供暖、通风和空气调节系统,同时使电能消耗最小化。

[0009]在另一实施例中,一种操作车辆气候控制系统的方法包括以下步骤:提供用于对排入车辆的乘客舱中的第一流体进行调节的主供暖、通风和空气调节系统,乘客舱具有至少一个供暖、通风和空气调节区域;提供用于对乘客舱的至少一个供暖、通风和空气调节区域的局部流体进行调节的辅助供暖、通风和空气调节系统;提供用于对设置在乘客舱中的至少一个座椅的局部流体进行调节的至少一个座椅系统;提供用于控制主供暖、通风和空气调节系统、辅助供暖、通风和空气调节系统和座椅系统中的至少一者的控制器;测量与车辆的电能消耗和乘客舒适性中的至少一者有关的至少一个参数和至少一个条件中的至少一者;基于所测量的至少一个参数和所测量的至少一个条件中的至少一者,确定乘客舒适性的实际水平;确定主供暖、通风和空气调节系统、辅助供暖、通风和空气调节系统和座椅系统中的至少一者从乘客舒适性的实际水平达到乘客舒适性的期望水平所需的工作量;基于所需的工作量来计算主供暖、通风和空气调节系统、辅助供暖、通风和空气调节系统和座椅系统中的至少一者的流率和流体排出温度,同时使车辆的电能消耗最小化;以及基于针对主供暖、通风和空气调节系统、辅助供暖、通风和空气调节系统和座椅系统中的至少一者的所计算的流率和所计算的流体排出温度,来控制主供暖、通风和空气调节系统和辅助供暖、通风和空气调节系统。

附图说明

[0010]在根据附图考虑时,通过以下详细描述,本发明的上述以及其它优点对本领域技术人员来说将变得显而易见:

[0011]图1是包括根据本发明的实施例的气候控制系统的车辆的示意性俯视平面图,其中气候控制系统包括主HVAC系统和具有单个热电模块的辅助HVAC系统,该单个热电模块对界定在车辆内的四个HVAC区域的局部流体进行调节;

[0012]图2是包括根据本发明的另一实施例的气候控制系统的车辆的示意性俯视平面图,其中气候控制系统包括主HVAC系统和具有一对热电模块的辅助HVAC系统,该对热电模块中的每一个对界定在车辆内的两个HVAC区域的局部流体进行调节;

[0013]图3是包括根据本发明的另一实施例的气候控制系统的车辆的示意性俯视平面图,其中气候控制系统包括主HVAC系统和具有四个热电模块的辅助HVAC系统,每个热电模块对界定在车辆内的单个HVAC区域的局部流体进行调节;

[0014] 图4是图1至图3中所示的气候控制系统的HVAC控制器的示意图;

[0015] 图5是根据本发明的实施例的图1至图3中所示的气候控制系统的操作方法的示意性流程图;

[0016] 图6是在热环境温度期间图1至图3中所示的气候控制系统的操作方法的示意性流程图;以及[〇〇17]图7为是热环境温度期间图1至图3中所示的气候控制系统的替代操作方法的示意性流程图。具体实施方式

[0018] 以下详细描述和附图描述并说明了本发明的各种示例性实施例。描述和图式用于使本领域技术人员能够制造和使用本发明,并不意在以任何方式限制本发明的范围。就所公开的方法来说,所呈现的步骤本质上是示例性的,因此步骤的次序不是必要的或关键的。

[0019] 图1至图3示意性地示出了车辆10,其包括具有司机侧前座椅18、乘客侧前座椅20、 司机侧后座椅22和乘客侧后座椅24的乘客舱14。尽管示出的车辆10具有四个乘客的容量, 但是应理解本发明可以用于其它容量的车辆,例如,两个乘客或八个乘客的车辆。在所说明的实施例中,乘客舱14被分成供暖、通风和空气调节(HVAC)区域18&、20&、22&、24&,每个区域包括包含各自座椅18、20、22、24的区域。然而,在本发明中预期乘客舱14内的任何区域或区域的组合可以是HVAC区域。例如,包含司机侧前座椅18和乘客侧前座椅20这两者的区域可以界定前乘客HVAC区域,包含司机侧后座椅22和乘客侧后座椅24的区域可以界定后乘客 HVAC区域。

[0020] 车辆10配备有气候控制系统,其包括主HVAC系统28、辅助HVAC系统30和用于控制主HVAC系统28和辅助HVAC系统30的HVAC控制器32。还预期气候控制系统还包括设置在乘客舱14内的至少一个座椅系统(未示出)。在某些实施例中,座椅系统包括用于调节其中的流体的热电设备、用于使流体流通过座椅系统的流体栗、变速风机和用于将热转移到座椅18、 20、22、24中的至少一者的局部流体或从该局部流体转移热的热交换器。电源33(例如,电池)设置在车辆10中以向主HVAC系统28、辅助HVAC系统30、HVAC控制器32、座椅系统和需要电能操作的任何其它部件或车辆系统供电。可以根据需要使用其它供电装置。

[0021] 主HVAC系统28包括具有外壳(未示出)的调节模块34,其配备有导管的布置(例如, 解冻档、司机侧正面和/或脚、乘客侧正面和/或脚、司机侧后脚、乘客侧后脚等)、选择性可定位门(未示出)和用于定位门的致动器(未示出)。导管、门和致动器用于改变第一流体(例如,空气)流通过调节模块34的方向以及控制环境空气和从乘客舱14再循环的第一流体的混合物。在某些实施例中,调节模块34的导管与位于乘客舱14内的流体通风孔36流体连通。 应当理解,流体通风孔36可以具有任何尺寸和形状,并且位于乘客舱14内的任何适合位置以优化主HVAC系统28的效率和乘客舒适性。[〇〇22]供暖元件38(例如,加热器芯)和制冷元件40(例如,蒸发器芯)设置在调节模块34 的外壳中。供暖元件38和制冷元件40用于改变通过控制模块34并进入乘客舱14的第一流体流的温度。在所说明的实施例中,供暖元件38通过管道42与流体调节系统41流体连通。流体调节系统41向供暖元件38供应加热的第二流体(例如,发动机冷却剂、水、空气等)以便增加流过控制模块34的第一流体的温度。在非限制性示例中,流体调节系统41为车辆电源43(例如,车辆发动机和/或电池组等)的制冷系统。所示的流体调节系统41包括用于向供暖元件 38供应加热的第二流体的车辆电源43、以及用于制冷来自供暖元件38的第二流体和向车辆电源43供应冷却的第二流体的散热器44。应当理解,流体调节系统41可以包括必需操作的其它部件(未示出)(例如,阀、流体贮存器等)。[〇〇23]如图所示,制冷元件40通过管道48与第二流体调节系统46流体连通。流体调节系统46向制冷元件40供应冷却的第三流体(例如,制冷剂等)以便降低流过控制模块34的第一流体的温度。在非限制性示例中,流体调节系统46是空气调节系统。所示的流体调节系统46 包括用于压缩来自制冷元件40的第三流体的压缩机50,以及用于冷却压缩的第三流体和向制冷元件40供应冷却的第三流体的冷凝器52。应当理解,流体调节系统46可以包括操作所必需的其它部件(未示出)(例如,阀、孔管、干燥器、蓄能器、膨胀设备等)。可以根据需要使用用于对通过控制模块34的流体流进行加热和冷却的其它装置。所示的调节模块34还包括变速风机54,其用于使流体流入并流过供暖元件38和制冷元件40、流过导管36并从控制模块34流入乘客舱14。[〇〇24]在本发明的某些实施例中,辅助HVAC系统30是用于对多个HVAC区域的局部流体进行调节的多区域HVAC系统。在图1中所示的非限制性示例中,辅助HVAC系统30包括位于乘客舱14的顶部区域或底部区域中心的单个热电模块58,其用于将调节的流体排入HVAC区域 18&、20&、22&、24&中。在图2中所示的另一非限制性示例中,辅助见^系统30包括一对热电模块58。一个热电模块58位于乘客舱14的顶部区域或底部区域内的司机侧前座椅18与司机侧后座椅22之间。另一个热电模块58位于乘客舱14的顶部区域或底部区域内的乘客侧前座椅20与乘客侧后座椅24之间。在图3中所示的又一非限制性示例中,辅助HVAC系统30包括多个热电模块58,每个热电模块58设置在HVAC区域18a、20a、22a、24a中的各自HVAC区域中。尽管所示的热电模块58位于乘客舱14的顶部区域或底部区域内,但是应当理解可以将热电模块58放置在车辆10内的任何适合的位置。还应当理解,可以根据需要使用比所示的更多或更少的热电模块58。可以根据需要使用用于对通过辅助HVAC系统30的局部流体流进行加热和冷却的其它装置。[〇〇25]每个热电模块58均包括与热交换器62流体连通的热电设备60。为简单起见,仅在图1中示出热电模块58的各种部件。然而,应当理解图2和图3的热电模块58包括与图1中所示相同的部件。如图1中所示,热电设备60可以由热交换器62单独地形成并且通过管道64加以流体地连接。然而,本发明也涵盖热电设备60可以与热交换器62—体形成为如本领域中通常理解的单个单元。热电设备60用于改变热电模块58内的第四流体(例如,冷却剂、水、酒精等)流的温度。第四流体在每个热电模块58内循环以从由辅助HVAC系统30调节的局部流体转移热或将热转移到该局部流体。[〇〇26] 如图所示,热电设备60与电源33电连接以向热电设备60提供电能。如果以一个极性提供电能,那么使热电设备60对通过其循环的第四流体进行加热。或者,如果以相反的极性提供电能,那么使热电设备60对第四流体进行冷却。因此,相反极性使热电设备60在制冷模式与供暖模式之间改变。

[0027]在本发明的某些实施例中,每个热电模块58均具备导管的布置(未示出)、选择性可定位门(未示出)和用于定位门的致动器(未示出)。导管、门和致动器用于改变局部流体通过热电模块58的流的方向。在某些实施例中,热电模块58的导管与位于乘客舱14内的流体通风孔66流体连通。应当理解,流体通风孔66可以具有任何尺寸和形状,并可以位于乘客舱14内的任何适合的位置以优化辅助HVAC系统30的效率和乘客舒适性。在本发明的其它实施例中,多个热电模块58可以利用相同的导管、门、致动器和流体通风孔66以控制局部流体通过这些装置的流,从而使辅助HVAC系统30的复杂性、封装空间和成本最小化。在其它实施例中,每个热电模块58可以根据需要利用主HVAC系统28的导管、门、致动器和流体通风孔36以进一步使辅助HVAC系统30的复杂性、封装空间和成本最小化。所示的热电模块58还包括变速风机67,其用于使流体流入并流过热交换器62、流过导管并从热电模块58流入乘客舱14 的相关联的 HVAC 区域 18a、20a、22a、24a。

[0028]图4示出了根据本发明的实施例的HVAC控制器32。见^(:控制器32包括与至少一个用户界面70和多个传感器72电通信的处理器68。应当理解,HVAC控制器32可以与期望一样多的用户界面70和传感器72通信。如图所示,用户界面70包括用于给用户产生可见输出的显示器74。例如,如平视显示器或中控显示器中所使用的,显示器74可以是任何类型的显示器,诸如二维显示器、三维显示器、触摸屏等。然而,应当理解可以将显示器74设置在贯穿车辆10的各种位置,例如,头靠、顶置模块等。作为非限制性示例,显示器74所产生的可视输出是包括与车辆系统80(例如,气候控制系统)相关联的多个控件76的菜单系统。然而,任何车辆系统80可以与控件76相关联。另外,每个控件76均产生输入信号并向HVAC控制器32传输该输入信号,该输入信号表示由司机手动控制的车辆系统80的期望设定(例如,温度、风机速度等)。

[0029]如图1至图3中所示,传感器72位于车辆10中的各种位置。每个传感器72均为能够检测和测量与车辆10的电能耗和乘客舒适性有关的参数和条件的设备。在某些实施例中,传感器72产生并传输信号(S卩,传感器信号),该信号表示环境参数和条件(例如,环境空气温度、太阳负荷/热通量、每个HVAC区域的平均温度、平均乘客舱内部温度、环境空气湿度、乘客舱湿度、每个HVAC区域的温度分层、座椅表面温度、邻近车辆乘客的乘客舱内部温度、邻近车辆乘客的乘客舱湿度等)、车辆乘客参数和条件(例如,车辆乘客数量、车辆乘客的HVAC区域位置、皮肤温度、衣服温度、身体热通量、其它生物计量等)、电能参数和条件(例如,辅助HVAC系统功率、热电模块功率、座椅系统功率、压缩机功率、压缩机每分钟转数、风机功率、风机速度、发动机风扇功率、发动机风扇速度、电热器功率、辅助流体栗功率等)和车辆参数和条件(例如,主HVAC系统排气温度、辅助HVAC系统排气温度、主HVAC系统流率、辅助HVAC系统流率、主HVAC系统混合门位置、发动机冷却剂温度、电池温度、热电设备冷却剂温度、发动机每分钟转数、交流发电机负荷、发动机机械负荷、电池功耗、电池电荷、电池电荷的变化率等)。将来自传感器72的信号提供到HVAC控制器32的处理器68作为输入信号。

[0030]传感器72可以是利用检测参数和条件的相对简单的算法的相对较低成本的设备。在某些实施例中,传感器72中的至少一者为用于俘获温度测量和产生表示俘获的测量的传感器信号的温度传感器。适合的温度传感器包括但不限于热电偶、热敏电阻(例如,负温度系数(NTC)传感器、正温度系数(PTC)传感器等)和电阻温度检测器(RTD)。

[0031]在其它实施例中,传感器72中的至少一者为用于俘获湿度测量和产生表示俘获的测量的传感器信号的湿度传感器。例如,湿度传感器可以根据需要为任何适合的湿度传感器,诸如电容性湿度传感器、电阻式湿度传感器和导热性湿度传感器等。

[0032]在其它实施例中,传感器72中的至少一者为用于俘获车辆乘客的多个时序温度和图像的相机。例如,俘获的温度可以与车辆乘客的皮肤和衣服(例如,车辆乘客的身体的敏感区(诸如温暖区的头部和颈部、寒冷区的脚部、手部和颈部等)的皮肤温度、邻近车辆乘客的身体的敏感区的衣服温度等)相关联。例如,俘获的图像可以用于确定车辆乘客所穿的衣服的类型和车辆乘客暴露在外的皮肤区。应当理解,可以使用任何适合的相机和图像俘获设备,诸如有源像素数字图像相机、光学图像相机或热成像相机等。还应当理解,可以使用其它传感器(即,独立的或与相机传感器配成对的),诸如红外线传感器等。

[0033]在某些实施例中,设置至少一个辐射能的源82以照亮车辆乘客。作为非限制性示例,辐射能的源78可以是红外发光二极管。然而,可以使用其它辐射能的源。[〇〇34] HVAC控制器32的处理器68可以是适合于接收输入信号(例如,传感器信号)、分析输入信号以及响应于输入信号的分析而控制主HVAC系统28、辅助HVAC系统30和座椅系统的任何设备或系统。在某些实施例中,处理器68是微处理器。在所示的实施例中,处理器68从传感器72中的至少一者和控件76中的至少一者接收输入信号。[〇〇35]如图所示,处理器68基于指令集84分析输入信号。可以在任何计算机可读介质内体现的指令集84包括用于配置处理器68以执行各种任务的处理器可执行指令。例如,处理器68可以执行各种功能,诸如控制传感器72、主HVAC系统28、辅助HVAC系统30、流体调节系统41、46、座椅系统和其它车辆部件和系统(例如,导航系统、燃油系统、娱乐系统、转向系统等)的操作。

[0036]在某些实施例中,可以使用各种算法和软件来分析输入信号,以使车辆10的电能消耗最小化并使乘客舒适性最优化。作为非限制性示例,指令集84为适合于基于处理器68 所接收的信息(例如,通过传感器信号)而优化车辆10的电能消耗和乘客舒适性的学习算法。指令集84还适合于控制传感器72、主HVAC系统28、辅助HVAC系统30、流体调节系统41、46 和座椅系统的操作中的至少一者。[〇〇37]在某些实施例中,处理器68包括存储设备86。存储设备86可以是单个存储设备或可以是多个存储设备。此外,存储设备86可以是固态存储系统、磁存储系统、光存储系统或任何其它适合的存储系统或设备。应当理解,存储设备86可以适合于存储指令集84。例如, 可以将其它数据和信息存储和登记在存储设备86中,诸如由传感器72、用户界面70等所收集的数据等。[〇〇38] 处理器68还可以包括可编程部件88。应当理解,例如,可编程部件88可以与HVAC控制器32的任何其它部件(诸如传感器72和用户界面70等)通信。在某些实施例中,可编程部件88适合于管理和控制处理器68的处理功能。具体来说,可编程部件88适合于修改指令集 84和控制对处理器68所接收的输入信号和信息的分析。应当理解,可编程部件88可以适合于管理和控制传感器72、用户界面70、主HVAC系统28、辅助HVAC系统30和座椅系统。还应当理解,可编程部件88可以适合于在存储设备86上存储数据和信息,以及从存储设备86检索数据和信息。

[0039] 本发明的气候控制策略基于确定与车辆乘客的热舒适和车辆10的电能消耗相关的HVAC工作。HVAC系统30、32和座椅系统的输出被称为HVAC工作。

[0040] 现在转到图5,图5示出了与本发明的方法100相关联的步骤的一般顺序的流程图。 尽管顺序地示出了图5中所示的步骤,但是应当理解可以根据需要以任何方式实施该步骤。

[0041] 在步骤102中,发生车辆10的启动。在步骤104中,传感器72检测和测量车辆10和乘客的预定参数和条件(例如,上文所述的环境、车辆乘客、电能和车辆参数和条件)。在某些实施例中,每个传感器72均与处理器68合作以提供表示所测量的参数和条件中的每一者的数值。在步骤106中,HVAC控制器32的处理器68从传感器72中的每一者接收输入信号,并且在步骤108中基于所测量的参数和条件确定乘客舒适性的实际水平或目标温度(Tactual)。作为非限制性示例,处理器68利用指令集84的使用来确定乘客舒适性的实际水平(Tactual)。作为另一非限制性示例,处理器68使用查找表、舒适图、美国供暖、制冷与空气调节工程师学会(ASHRAE)热感觉标度、ASHRAE标准55、国际标准组织(ISO)标准7730、预测均值投票指标、预测不满意百分比指标、可能的最低不满意百分比指标、Fanger热舒适方程等或上述任何组合来确定乘客舒适性的实际水平(Tactual)。应当理解,乘客舒适性的实际水平(Tactual)可以解释热空气在接近车辆10的车顶的袋状物中积累(这对于车辆乘客来说可以是不期望的)的温度分层。

[0042]在步骤110中,HVAC控制器32的处理器68基于所测量的参数和条件确定乘客舒适性的期望水平或目标温度(Ttarget)。作为非限制性示例,处理器68利用指令集84的使用来确定乘客舒适性的期望水平(Ttarget)。作为另一非限制性示例,处理器68使用查找表、舒适图、ASHRAE热感觉标度、ASHRAE标准55、IS0标准7730、预测均值投票指标、预测不满意百分比指标、可能的最低不满意百分比指标、Fanger热舒适方程等或上述任何组合来确定乘客舒适性的期望水平(Ttarget)。应当理解,可以根据需要以任何适合的水平预先设定乘客舒适性的期望水平(TTARGET )。

[0043] 在步骤112中,HVAC控制器32的处理器68确定主HVAC系统28、辅助HVAC系统30和座椅系统中的每一者从乘客舒适性的实际水平(Tactu AL)达到乘客舒适性的期望水平(Tt ARGET)所需的HVAC工作的量。作为非限制性示例,处理器68利用指令集84的使用来确定主HVAC系统28、辅助HVAC系统30和座椅系统中的每一者从乘客舒适性的实际水平(Tactual)达到乘客舒适性的期望水平(Ttarget)所需的HVAC工作的量。

[0044] 在步骤114中,处理器68基于达到乘客舒适性的期望水平(Ttarget)所需的HVAC工作来确定主HVAC系统28、辅助HVAC系统30和座椅系统中的每一者所需的流率和流体排出温度,同时使车辆10的电能消耗最小化。作为非限制性示例,处理器68利用指令集84的使用以基于达到乘客舒适性的期望水平(Ttarget)所需的HVAC工作来确定主HVAC系统28、辅助HVAC系统30和座椅系统中的每一者所需的流率和流体排出温度,同时使车辆10的电能消耗最小化。

[0045]在步骤116中,处理器68基于所需的流率和流体排出温度来控制主HVAC系统28、辅助HVAC系统30和座椅系统中的每一者,直到达到乘客舒适性的期望水平(Ttarget)。例如,处理器68通过改变供应到主HVAC系统28的HVAC调节模块34的风机54的功率来控制其速度、通过改变供应到辅助HVAC系统30的每个热电模块58的风机67的功率来控制其速度、通过改变供应到座椅系统的风机的功率来控制其速度、控制HVAC调节模块34的至少一个门(例如,温度门、体积门、模式门等)的位置,以及控制热电模块58的至少一个门(例如,温度门、体积门、模式门等)的位置。车辆10的其它部件和系统可以由处理器68控制以达到乘客舒适性的期望水平(TTARGET )。

[0046]应当理解,可以根据需要重复上文所述的方法100的步骤。

[0047]作为本发明的气候控制策略的非限制性示例,在图6中示出了方法200。在说明性示例中,主HVAC系统28包括压缩机50,辅助HVAC系统30包括司机侧HVAC区域(TED,Z1)的第一热电模块58和乘客侧HVAC区域(TED,Z2)的第二热电模块58。方法200的第一步骤202为车辆10的启动,在此期间启用气候控制策略。在图6的示例中,气候控制策略用于在相对较热的环境温度(即,制冷模式)期间的操作。[〇〇48] 在步骤204中,由处理器68将供应到主HVAC系统28的压缩机50的功率(Pc)、供应到第一热电模块58的功率(PTED,Z1)和供应到第二热电模块58的功率(PTED,Z2)设定在预定水平。 在说明性示例中,将供应到压缩机50的功率(Pc)设定在最大功率(Pmax,c)的三分之二(2/3), 将供应到第一热电模块58的功率(PTED,Z1)设定在最大功率(Pmax,z1),以及将供应到第二热电模块58的功率(PTED,Z2)设定在最大功率(Pmax,Z2)。应当理解,可以根据需要将供应到压缩机 50的功率(PC)、供应到第一热电模块58的功率(PTED,n)和供应到第二热电模块58的功率 (Pted,Z2)设定在任何预定水平。还应当理解,供应到压缩机50的最大功率(Pmax,C)、供应到第一热电模块58的最大功率(Pmax,zi)和供应到第二热电模块58的最大功率(Pmax,z2)可以根据需要是任何适合的功率量。[〇〇49] 在步骤206中,处理器68基于传感器72中的至少一者所测量的预定参数和条件来对一个传感器72所测量的乘客舱内部温度(Tm)与处理器68所确定的乘客舒适性的期望水平(Ttarget)进行比较。如果乘客舱内部温度(Tm)不小于乘客舒适性的期望水平(Ttarget),那么处理器68进入步骤208。在步骤208中,处理器68增大供应到压缩机50的功率(PC),并且分别将供应到第一热电模块58的功率(PTED, Z1)和供应到第二热电模块58的功率(PTED, Z2)保持在最大功率(P„aX,z1)、(P„aX,Z2)。然后,处理器68进入步骤240。

[0050] 或者,当乘客舱内部温度(Tm)小于乘客舒适性的期望水平(Ttarget)时,处理器68进入步骤212。在步骤212中,处理器68确定车辆乘客的数量是否等于1。应当理解,可以基于传感器72中的至少一者所测量的预定参数和条件来确定车辆乘客的数量。如果乘客的数量不等于1,那么处理器68进入步骤214。在步骤214中,处理器68将供应到压缩机50的功率(Pc) 保持在最大功率(Pmax,c)的三分之二(2/3),并且减小供应到第一热电模块58的功率(PTED,Z1) 和供应到第二热电模块58的功率(PTED,Z2)。然后,处理器68在步骤216中确定第一热电模块 58的性能系数(C0PTED,Z1)是否大于1。如果第一热电模块58的性能系数(C0PTED,Z1)不大于1, 那么处理器68进入步骤224。另一方面,如果第一热电模块58的性能系数(C0PTED,Z1)大于1, 那么处理器68在进入步骤224之前在步骤220中减小供应到压缩机50的功率(Pc)。[〇〇511或者,当在步骤212中车辆乘客的数量被确定为等于1时,处理器68进入步骤222。 在步骤222中,处理器68将供应到压缩机50的功率(PC)保持在最大功率(Pmax,c)的三分之二 (2/3),并且将供应到第一热电模块58的功率(PTED,Z1)保持在最大功率(Pmax,Z1),并且减小供应到第二热电模块58的功率(PTED,Z2)。然后,处理器68进入步骤224。[〇〇52]在步骤224中,处理器68确定第二热电模块58的性能系数(C0PTED,Z2)是否小于第二热电模块58的最小性能系数(C0Pmin,Z2)。应当理解,可以根据需要将第二热电模块58的最小性能系数(C0PMIN,Z2)预先设定在任何适合的水平,诸如预先设定在0.4。如果第二热电模块 58的性能系数(C0PTED,Z2)小于最小性能系数(C0Pmin,Z2),那么处理器68进入步骤226。在步骤 226中,处理器68将供应到压缩机50的功率(PC)保持在先前水平、减小供应到第一热电模块 58的功率(PTED,Z1),以及中断供应到第二热电模块58的功率(PTED,Z2)。然后,处理器68在步骤 228中确定第一热电模块58的性能系数(C0PTED,Z1)是否大于1。如果第一热电模块58的性能系数(C0PTED,Z1)不大于I,那么处理器68进入步骤232。另一方面,如果第一热电模块58的性能系数(COPted,Z1)不大于I,那么处理器68在进入步骤232之前在步骤230中减小供应到压缩机50的功率(Pc)。

[0053]在步骤232中,处理器68确定第一热电模块58的性能系数(COPted,Z1)是否小于第一热电模块58的最小性能系数(COPmin,η)。应当理解,可以根据需要将第一热电模块58的最小性能系数(C0PMIN,Z1)预先设定在任何适合的水平,诸如预先设定在0.4。如果第一热电模块58的性能系数(COPted,Z1)不小于最小性能系数(COPmin,η),那么处理器68进入步骤240。另一方面,如果第一热电模块58的性能系数(COPted,Zi)小于最小性能系数(COPmin,Zi),那么处理器68在步骤234中中断供应到第一热电模块58的功率(PTED,Z1)和供应到第二热电模块58的功率(PTED,Z2),并且在进入步骤240之前减小供应到压缩机50的功率(Pc)。

[0054]或者,当在步骤224中第二热电模块58的性能系数(COPted,Z2)不小于第二热电模块58的最小性能系数(COPmin, Z2)时,处理器68进入步骤240。

[0055] 在步骤240中,处理器68确定是否已发生车辆10的熄火。如果已发生车辆10的熄火,那么在步骤242中停止气候控制策略。或者,如果尚未发生车辆10的熄火,那么重复步骤206。

[0056]作为本发明的气候控制策略的另一非限制性示例,在图7中示出了方法300。在说明性示例中,主HVAC系统28包括压缩机50,辅助HVAC系统30包括司机侧HVAC区域(TED,Zl)的第一热电模块58和乘客侧HVAC区域(TED,Z2)的第二热电模块58。方法300的第一步骤302为车辆10的启动,在此期间启用气候控制策略。在图7的示例中,气候控制策略用于相对较热的环境温度(即,制冷模式)期间的操作。

[0057]在步骤304中,由处理器68将供应到主HVAC系统28的压缩机50的功率(Pc)、供应到第一热电模块58的功率(PTED,Z1)和供应到第二热电模块58的功率(PTED,Z2)设定在预定水平。在说明性示例中,将供应到压缩机50的功率(Pc)设定在最大功率(Pmax,c)的三分之二(2/3),将供应到第一热电模块58的功率(PTED,Z1)设定在最大功率(Ρμαχ,η),并且将供应到第二热电模块58的功率(PTED,Ζ2)设定在最大功率(Ρμαχ,Ζ2)。应当理解,可以根据需要将供应到压缩机50的功率(Pc)、供应到第一热电模块58的功率(PtedjZI)和供应到第二热电模块58的功率(P™,Ζ2)设定在任何预定水平。还应当理解,供应到压缩机50的最大功率(Pmax,C)、供应到第一热电模块58的最大功率(Pmax, Zi)和供应到第二热电模块58的最大功率(Ρμαχ, Ζ2)可以根据需要是任何适合的功率量。

[0058]在步骤306中,处理器68基于传感器72中的至少一者所测量的预定参数和条件来对一个传感器72所测量的乘客舱内部温度(Tm)与处理器68所确定的乘客舒适性的期望水平(Ttarget)进行比较。如果乘客舱内部温度(Tm)不小于乘客舒适性的期望水平(Ttarget),那么处理器68进入步骤308。在步骤308中,处理器68增大供应到压缩机50的功率(Pc),并且分别将供应到第一热电模块58的功率(PTED, η)和供应到第二热电模块58的功率(PtedjZ2 )保持在最大功率(P„AX,Z1)、(P„AX,Z2)。然后,处理器68进入步骤340。

[0059] 或者,当乘客舱内部温度(Tm)小于乘客舒适性的期望水平(Ttarget)时,处理器68进入步骤312。在步骤312中,处理器68确定车辆乘客的数量是否等于I。应当理解,可以基于传感器72中的至少一者所测量的预定参数和条件来确定车辆乘客的数量。如果乘客的数量不等于I,那么处理器68进入步骤314。在步骤314中,处理器68将供应到压缩机50的功率(Pc)保持在最大功率(Pmax,c)的三分之二(2/3),并且减小供应到第一热电模块58的功率(PTED,Z1) 和供应到第二热电模块58的功率(PTED,Z2)。然后,处理器68进入步骤324。

[0060]或者,当在步骤312中车辆乘客的数量被确定为等于1时,处理器68进入步骤322。 在步骤322中,处理器68将供应到压缩机50的功率(PC)保持在最大功率(Pmax,c)的三分之二 (2/3),并且将供应到第一热电模块58的功率(PTED,Z1)保持在最大功率(Pmax,Z1),并且减小供应到第二热电模块58的功率(PTED,Z2)。然后,处理器68进入步骤324。[〇〇611在步骤324中,处理器68确定第二热电模块58的性能系数(C0PTED,Z2)是否小于第二热电模块58的最小性能系数(C0Pmin,Z2)。应当理解,可以根据需要将第二热电模块58的最小性能系数(C0PMIN,Z2)预先设定在任何适合的水平,诸如预先设定在0.4。如果第二热电模块 58的性能系数(C0PTED,Z2)小于最小性能系数(C0Pmin,Z2),那么处理器68进入步骤326。在步骤 326中,处理器68将供应到压缩机50的功率(PC)保持在最大功率(Pmax,c)的三分之二(2/3)、 减小供应到第一热电模块5 8的功率(P T E D, z i )、并且中断供应到第二热电模块5 8的功率 (PTED,Z2)。然后,处理器68在步骤328中确定第一热电模块58的性能系数(C0PTED,Z1)是否小于第一热电模块58的最小性能系数(C0Pmin,Z1)。应当理解,可以根据需要将第一热电模块58的最小性能系数(C0PMIN,Z1)预先设定在任何适合的水平,诸如预先设定在0.4。如果第一热电模块58的性能系数(C0PTED,Z1)不小于最小性能系数(C0Pmin,zi),那么处理器68进入步骤340。 另一方面,如果第一热电模块58的性能系数(C0Pted,zi)小于最小性能系数(C0Pmin,zi),那么处理器68在步骤334中中断供应到第一热电模块58的功率(PTED,Z1)和供应到第二热电模块 58的功率(PTED,Z2),并且在进入步骤340之前减小供应到压缩机50的功率(Pc)。[〇〇62]或者,当在步骤324中第二热电模块58的性能系数(C0PTED,Z2)不小于第二热电模块 58的最小性能系数(C0Pmin,Z2)时,处理器68进入步骤340。[〇〇63] 在步骤340中,处理器68确定是否已发生车辆10的熄火。如果已发生车辆10的熄火,那么在步骤342中停止气候控制策略。或者,如果尚未发生车辆10的熄火,那么重复步骤 306 〇[〇〇64]尽管上文所述的方法200、300对乘客舱内部温度(Tm)与乘客舒适性的期望水平 (Ttarget)进行比较以控制供应到主HVAC系统28的压缩机50和辅助HVAC系统30的热电模块58 的功率,但是应当理解,可以根据需要使用对车辆内的每个HVAC区域的温度与在各自HVAC 区域内就座的乘客舒适性的期望水平的比较。还应当理解,例如,可以使用其它适合的方法来执行本发明的气候控制策略,例如,在寒冷环境温度下操作的方法、控制车辆的更少或更多部件和系统(例如,更少或更多的热电模块58、座椅系统)所需的方法等。[〇〇65]有利地,车辆10包括具有本公开内容的主HVAC系统28和辅助HVAC系统30的气候控制系统。辅助HVAC系统30的使用使主HVAC系统28的容量需求最小化,由此也通过允许使用分别较小的供暖元件38和制冷元件40、较小的压缩机50、较小的冷凝器52和较小的风机54 来使主HVAC系统28的封装尺寸最小化。另外,气候控制系统有益地允许HVAC控制器68直接监控和测量车辆10的各种部件和系统的影响电能消耗和乘客舒适性的参数和条件。基于所测量的参数和条件来控制主HVAC系统28和辅助HVAC系统30的能力允许气候控制系统使整体电能消耗、整体车辆燃油经济性和整体乘客舒适性最优化。

[0066]根据上述描述,本领域普通技术人员可以容易地查明本发明的必要特征,并且在不脱离本发明的精神和范围的情况下可以对本发明做出各种变化和修改以使本发明适应于各种用途和条件。

Claims (19)

1.一种用于车辆的气候控制系统,包括: 主供暖、通风和空气调节系统,其用于对排入所述车辆的乘客舱中的第一流体进行调节,所述乘客舱具有至少一个供暖、通风和空气调节区域; 辅助供暖、通风和空气调节系统,其用于对所述乘客舱的所述至少一个供暖、通风和空气调节区域的局部流体进行调节; 控制器,其用于基于与所述车辆的电能消耗和乘客舒适性中的至少一者有关的至少一个参数和至少一个条件中的至少一者,来控制所述主供暖、通风和空气调节系统和所述辅助供暖、通风和空气调节系统;以及 至少一个传感器,所述至少一个传感器用于检测和测量与所述车辆的电能消耗和所述乘客舒适性中的所述至少一者有关的所述至少一个参数和所述至少一个条件中的至少一者。
2.根据权利要求1所述的系统,其中:所述主供暖、通风和空气调节系统包括调节模块,所述调节模块具有设置在其中以用于改变所述第一流体的温度的制冷元件和供暖元件。
3.根据权利要求1所述的系统,其中:所述辅助供暖、通风和空气调节系统包括至少一个热电模块,所述至少一个热电模块具有设置在其中以用于改变所述至少一个供暖、通风和空气调节区域的所述局部流体的温度的热电设备和热交换器。
4.根据权利要求1所述的系统,还包括:座椅系统,其用于对设置在所述乘客舱中的座椅的局部流体进行调节。
5.根据权利要求4所述的系统,其中:所述座椅系统包括设置在其中以用于改变所述座椅的所述局部流体的温度的热电设备和热交换器。
6.根据权利要求4所述的系统,其中:所述控制器基于与所述车辆的电能消耗和所述乘客舒适性中的所述至少一者有关的所述至少一个参数和所述至少一个条件中的至少一者,来控制所述座椅系统。
7.—种操作车辆气候控制系统的方法,所述方法包括以下步骤: 提供用于对排入车辆的乘客舱中的第一流体进行调节的主供暖、通风和空气调节系统,所述乘客舱具有至少一个供暖、通风和空气调节区域; 提供用于对所述乘客舱的所述至少一个供暖、通风和空气调节区域的局部流体进行调节的辅助供暖、通风和空气调节系统; 提供用于控制所述主供暖、通风和空气调节系统和所述辅助供暖、通风和空气调节系统的控制器; 测量与所述车辆的电能消耗和乘客舒适性有关的至少一个参数和至少一个条件中的至少一者; 基于所测量的所述至少一个参数和所测量的所述至少一个条件中的至少一者,确定乘客舒适性的实际水平;以及 基于所述乘客舒适性的实际水平来控制所述主供暖、通风和空气调节系统和所述辅助供暖、通风和空气调节系统,同时使电能消耗最小化。
8.根据权利要求7所述的方法,其中:所述主供暖、通风和空气调节系统包括调节模块,所述调节模块具有设置在其中以用于改变所述第一流体的温度的制冷元件和供暖元件。
9.根据权利要求7所述的方法,其中所述辅助供暖、通风和空气调节系统包括至少一个热电模块,所述至少一个热电模块具有设置在其中以用于改变所述至少一个供暖、通风和 空气调节区域的所述局部流体的温度的热电设备和热交换器。
10.根据权利要求7所述的方法,还包括以下步骤:提供用于对设置在所述乘客舱中的 座椅的局部流体进行调节的座椅系统。
11.根据权利要求10所述的方法,其中:所述座椅系统包括设置在其中以用于改变所述 座椅的所述局部流体的温度的热电设备和热交换器。
12.根据权利要求10所述的方法,还包括以下步骤:基于与所述车辆的电能消耗和所述 乘客舒适性中的所述至少一者有关的所测量的所述至少一个参数和所测量的所述至少一 个条件中的至少一者来控制所述座椅系统。
13.根据权利要求10所述的方法,还包括以下步骤:确定所述主供暖、通风和空气调节 系统、所述辅助供暖、通风和空气调节系统和所述座椅系统中的至少一者从所述乘客舒适 性的实际水平达到乘客舒适性的期望水平所需的工作量。
14.根据权利要求13所述的方法,还包括以下步骤:基于所需的所述工作量确定所述主 供暖、通风和空气调节系统、所述辅助供暖、通风和空气调节系统和所述座椅系统中的至少 一者的流率和流体排出温度,同时使所述车辆的所述电能消耗最小化。
15.—种操作车辆气候控制系统的方法,所述方法包括以下步骤:提供用于对排入所述车辆的乘客舱中的第一流体进行调节的主供暖、通风和空气调节 系统,所述乘客舱具有至少一个供暖、通风和空气调节区域;提供用于对所述乘客舱的所述至少一个供暖、通风和空气调节区域的局部流体进行调 节的辅助供暖、通风和空气调节系统;提供用于对设置在所述乘客舱中的至少一个座椅的局部流体进行调节的至少一个座 椅系统;提供用于控制所述主供暖、通风和空气调节系统、所述辅助供暖、通风和空气调节系统 和所述座椅系统中的至少一者的控制器;测量与所述车辆的电能消耗和乘客舒适性有关的至少一个参数和至少一个条件中的 至少一者;基于所测量的所述至少一个参数和所测量的所述至少一个条件中的至少一者,确定乘 客舒适性的实际水平;确定所述主供暖、通风和空气调节系统、所述辅助供暖、通风和空气调节系统和所述座 椅系统中的至少一者从所述乘客舒适性的实际水平达到乘客舒适性的期望水平所需的工 作量;基于所需的所述工作量来计算所述主供暖、通风和空气调节系统、所述辅助供暖、通风 和空气调节系统和所述座椅系统中的至少一者的流率和流体排出温度,同时使所述车辆的 所述电能消耗最小化;以及基于针对所述主供暖、通风和空气调节系统、所述辅助供暖、通风和空气调节系统和所 述座椅系统中的至少一者的所计算的流率和所计算的流体排出温度,来控制所述主供暖、 通风和空气调节系统和所述辅助供暖、通风和空气调节系统。
16.根据权利要求15所述的方法,其中:所述主供暖、通风和空气调节系统包括调节模 块,所述调节模块具有设置在其中以用于改变所述第一流体的温度的制冷元件和供暖元件。
17.根据权利要求15所述的方法,其中:所述辅助供暖、通风和空气调节系统包括至少一个热电模块,所述至少一个热电模块具有设置在其中以用于改变所述至少一个供暖、通风和空气调节区域的所述局部流体的温度的热电设备和热交换器。
18.根据权利要求15所述的方法,其中:所述座椅系统包括设置在其中以用于改变所述座椅的所述局部流体的温度的热电设备和热交换器。
19.根据权利要求15所述的方法,还包括以下步骤:基于所测量的所述至少一个参数和所测量的所述至少一个条件中的至少一者确定所述乘客舒适性的期望水平。
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