CN104571137A - 用于抵偿太阳负荷的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于抵偿太阳负荷的系统和方法。提供车辆和用于控制气候控制系统的方法。该车辆例如可以包括但不限于至少一个座位、气候控制系统和可通信地连接到气候控制系统的控制器，其中，控制器配置成为该至少一个座位的每一个计算定向太阳效应并且根据为该至少一个座位的每一个计算的定向太阳效应修正气候控制系统的气流、温度和空气分配中的至少一者。

Description

用于抵偿太阳负荷的系统和方法

技术领域

技术领域总体上涉及气候控制系统，并且更详细地涉及自动气候控制系统，其抵偿阳光暴晒。

背景技术

自动气候控制系统在车辆中变得越来越流行。 这类系统企图调节车辆内部的温度至使用者设定的温度。 通常，这些气候控制系统根据查询表确定温度和调节该温度所需的空气流量，这个查询表必须根据反复的车辆测试进行调整。 这个调整能够是主观的，因此可能不准确地控制温度。

发明内容

在本发明的一个实施例中，提供一种车辆。该车辆可以包括但不限于至少一个座位、气候控制系统和可通信地连接到气候控制系统的控制器，其中，控制器配置成为该至少一个座位的每一个计算定向太阳效应并且根据为该至少一个座位的每一个计算的定向太阳效应修正气候控制系统的气流、温度和空气分布中的至少一者。

在另一实施例中，例如，提供一种方法，用于控制包括至少一个座位的车辆中的自动气候控制系统。 该方法可以包括但不限于通过处理器为该至少一个座位的每一个计算定向太阳效应并且根据为至少一个座位的每一个计算的定向太阳效应修正由自动气候控制系统输出的气流、温度和空气分布中的至少一者。

在另一实施例中，例如，提供一种气候控制系统。 该气候控制系统可以包括但不限于加热装置、空气调节系统和可通信地连接到气候控制系统的控制器，其中该控制器配置成为该至少一个座位计算定向太阳效应并且根据为该至少一个座位的每一个计算的定向太阳效应修正来自加热装置和空气调节系统中的一者输出的气流、温度和空气分布中的至少一者。

本发明涉及下列技术方案。

技术方案1. 一种车辆，包括

至少一个座位;

气候控制系统；和

通信地连接到该气候控制系统的控制器，其中，该控制器配置成：

　为该至少一个座位中的每一个计算定向太阳效应；并且

　根据为该至少一个座位中的每一个计算的定向太阳效应修正该气候控制系统的气流、温度和空气分配中的至少一者。

技术方案2. 如技术方案1所述的车辆，其中，该控制器配置成根据计算的该至少一个座位中的每一个的暴晒面积计算该至少一个座位中的每一个的定向太阳效应。

技术方案3. 如技术方案2所述的车辆，其中，该控制器配置成通过下述计算该至少一个座位中的每一个的暴晒面积：

追踪太阳光线；

确定该太阳光线与对应于该至少一个座位中的一个的平面的交叉点；

根据确定的交叉点确定对应于直接阳光暴晒的平面；以及

根据对应于该至少一个座位中的一个的平面与对应于直接阳光暴晒的平面的重叠计算该至少一个座位中的每一个的暴晒面积。

技术方案4. 如技术方案3所述的车辆，其中，该控制器进一步地配置成根据太阳高度和方位角追踪太阳光线。

技术方案5. 如技术方案3所述的车辆，进一步地包括通信地连接到该控制器的存储器，其中，该存储器配置成存储对应于该至少一个座位中的每一个的坐标和对应于车窗的坐标，并且，该控制器进一步地配置成根据存储的坐标确定对应于该至少一个座位中的一个的平面和对应于直接阳光暴晒的平面。

技术方案6. 如技术方案5所述的车辆，其中，该至少一个座位是可动的，并且该控制器配置成根据该至少一个座位的位置更新存储器中的对应于该至少一个座位的坐标。

技术方案7. 如技术方案2所述的车辆，其中，该控制器进一步地配置成根据太阳强度和车窗玻璃透射率计算该至少一个座位中的每一个的定向太阳效应。

技术方案8. 如技术方案7所述的车辆，进一步地包括：

可通信地连接到该控制器的太阳传感器；和

可通信地连接到该控制器的全球定位系统接收器；

其中，该控制器配置成根据来自该太阳传感器和该全球定位系统接收器的数据确定太阳强度。

技术方案9. 一种方法，用于控制包括至少一个座位的车辆中的自动气候控制系统，该方法包括：

通过处理器为该至少一个座位中的每一个计算定向太阳效应；和

根据为该至少一个座位中的每一个计算的定向太阳效应修正由自动气候控制系统输出的气流、温度和空气分配的中的至少一者。

技术方案10. 如技术方案9所述的方法，进一步地包括根据计算的该至少一个座位中的每一个的暴晒面积计算该至少一个座位中的每一个的定向太阳效应。

技术方案11. 如技术方案10所述的方法，进一步地包括通过下述计算该至少一个座位中的每一个的暴晒面积：

由处理器追踪太阳光线；

由处理器确定该太阳光线与对应于该至少一个座位的一个的平面的交叉点；

由处理器根据确定的交叉点确定对应于直接阳光暴晒的平面；以及

根据对应于该至少一个座位的平面与对应于直接阳光暴晒的平面的重叠由处理器计算该至少一个座位中的每一个的暴晒面积。

技术方案12. 如技术方案11所述的方法，进一步地包括根据太阳高度和方位角追踪太阳光线。

技术方案13. 如技术方案12所述的方法，进一步地包括根据太阳强度和车窗玻璃透射率计算该至少一个座位中的每一个的定向太阳效应。

技术方案14. 一种气候控制系统，包括：

加热系统；

空气调节系统；和

可通信地连接到该气候控制系统的控制器，其中，该控制器：

　为该至少一个座位中计算定向太阳效应；和

　根据为该至少一个座位中的每一个计算的定向太阳效应修正由加热系统和空气调节系统中的一者输出的气流、温度和空气分配中的至少一者。

技术方案15. 如技术方案14所述的气候控制系统，其中，该控制器配置成根据计算的该至少一个座位中的每一个的暴晒面积计算该至少一个座位中的每一个的定向太阳效应。

技术方案16. 如技术方案15所述的气候控制系统，其中，该控制器配置成通过下述计算该至少一个座位中的每一个的暴晒面积：

追踪太阳光线；

确定该太阳光线与对应于该至少一个座位中的每一个的平面的交叉点；

根据确定的交叉点确定对应于直接阳光暴晒的平面；以及

根据对应于相应座位的平面与对应于直接阳光暴晒的平面的重叠计算该至少一个座位中的每一个的暴晒面积。

技术方案17. 如技术方案16所述的气候控制系统，其中，该控制器进一步配置成根据太阳高度和方位角追踪太阳光线。

技术方案18. 如技术方案16所述的气候控制系统，进一步地包括可通信地连接到该控制器的存储器，其中，该存储器配置成存储对应于该至少一个座位中的每一个的坐标和对应于车窗的坐标，并且，该控制器进一步地配置成根据存储的坐标确定对应于相应座位的平面和对应于直接阳光暴晒的平面。

技术方案19. 如技术方案15所述的气候控制系统，其中，该控制器进一步地配置成根据太阳强度和车窗玻璃透射率计算该至少一个座位中的每一个的定向太阳效应。

技术方案20. 如技术方案19所述的气候控制系统，进一步地包括：

通信地连接到该控制器的太阳传感器；和

通信地连接到该控制器的全球定位系统接收器；

其中，该控制器配置成根据来自该太阳传感器和该全球定位系统接收器的数据确定太阳强度。

附图说明

下文将结合下面的图形一起描述示范性实施例，其中，相同的数字代表相同的元件，并且其中：

图1是根据实施例的示范性车辆的框图；

图2是根据实施例的车辆的局部立体图；

图3是根据实施例的车辆内部的局部立体图；

图4是流程图，说明根据实施例的用于控制气候控制系统的方法；

图5-8示出根据实施例确定暴露于太阳光线的座位的面积所涉及的计算；

图9示出根据实施例的示范性气流、温度和空气分布。

具体实施方式

下列详细说明本质上仅仅是示范性的并且不意图限制应用和使用。 此外，不意图受到前述技术领域、背景技术、发明内容或之后的详细说明中出现的任何明确或暗示理论的限制。

正如上面论述的，根据反复的主观测试调整传统的自动气候控制系统。 因此，传统的自动气候控制系统没有精确地抵偿车辆乘客身上的实际太阳负荷。 换句话说，当太阳直接照在乘客身上时，车辆乘客可以不必经受设定温度，因为传统的系统没有精确地考虑太阳通过车辆不同的窗户照射的情况以及这会对乘客经受的温度造成如何影响。 因此，如下文更详细论述的，车辆具备气候控制系统，其计算作用于车辆内部的实际太阳负荷并且修正由气候控制系统输出的温度、气流和空气分布以抵偿车辆中的太阳负荷。

图1是根据实施例的示范性车辆100的框图。 车辆100可以是汽车、飞机、宇宙飞船、船舶或利用加热和/或冷却系统的任何其它类型的车辆。 车辆包括气候控制系统110。 气候控制系统110包括空气调节系统120以提供冷空气给车辆100的内部和加热装置130以提供热空气给车辆100的内部。 气候控制系统110的空气调节系统120和加热系统130可以包括但是不限于，至少一个空气输送用电机、至少一个鼓风机用马达、至少一个换热器、压缩机、至少一个热膨胀阀和至少一个冷却剂泵以及各种配管和排气口以提供冷空气给车辆100的内部。

气候控制系统110进一步地包括控制器140，用于控制该气候控制系统110，下文进行更详细的描述。 控制器140可以包括微处理器、微控制器、专用集成电路、现场可编程门阵列、物理处理单元、图形处理单元或任何其他类型的逻辑装置或它们的组合。 控制器140可以与车辆100中的其它系统共用或者可以专用于气候控制系统110。

控制器140从用户接口150接收输入。 用户接口150可以安装在机动车的仪表板（未示出）上或设在使用者的智能手机或其它智能装置（未示出）上并且为使用者提供对气候控制系统110的控制。 在一个实施例中，例如，气候控制系统110可以是自动气候控制系统，其中，使用者通过用户接口150设定车辆100的温度，然后控制器140控制该气候控制系统110以维持该选定温度。 用户接口150例如可以允许使用者为车辆的不同区域设定不同的温度。 一些气候控制系统110例如可以允许在驾驶员与乘客之间有不同的温度设定。 在其它实施例中，例如，气候控制系统110还可以为车辆的左侧、车辆的右侧、车辆的每个独立排或它们的任何组合具有不同的区域。

控制器140可以从单节电池太阳传感器160接收输入，该传感器也称作单区太阳传感器。 单节电池太阳传感器160包括一个光电二极管，其输出与来自碰撞单节电池太阳传感器160的太阳的太阳光线强度对应的电压。 在一个实施例中，从单节电池太阳传感器160输出的电压可以对应于太阳辐射强度，单位为瓦每平方米。 当太阳传感器没有直接暴露于太阳光线时，用预定时段内的采样传感器数据的累积移动平均值补偿传感器。当太阳传感器没有直接暴露于太阳光线一段延长的时段时，太阳传感器电压的累积移动平均值最终等于当前传感器电压。

在另一实施例中，例如，控制器140可以从多节电池太阳传感器170接收输入，该传感器也称作多区太阳传感器。 多节电池太阳传感器170包括多个光电二极管，每个都输出与来自碰撞多节电池太阳传感器170中的相应光电二极管的太阳的太阳光线强度对应的电压。 每个光电二极管的输出之间的比较能够用于确定太阳高度（或称作天顶）和方位角。

控制器140进一步地从全球定位系统（GPS）接收器180接收输入。 GPS是基于空间的卫星导航系统，其提供全天候条件下的位置和时间信息，在地球上或附近的任何地方，只要这个地方存在至四个或更多GPS卫星的不受阻视线。 GPS接收器180根据来自GPS卫星的信号能够计算车辆的精确位置。使用车辆的位置、车辆行驶方向信息和时间信息，能够确定太阳高度角和太阳方位角。

控制器140可以进一步地从存储器190接收输入。 存储器190可以是任何非易失性存储器，包括但不限于硬磁盘驱动器、闪速存储器、只读存储器或光驱。 在一个实施例中，例如，存储器190可以是云基存储器，其远离车辆并且可以被通信系统访问（未示出）。 存储器190储存车辆几何形状数据。 车辆几何形状数据包括车辆挡风玻璃、侧窗、后窗、顶蓬、敞篷车篷、车辆座位和太阳传感器的大小和相对位置，太阳传感器是单区太阳传感器160或多区太阳传感器170。另外，车座能够是可动的，并且，车座可以具有可变的多维坐标点。 在一个实施例中，例如，可以提前例如在工厂测量车辆几何形状数据并储存在存储器190中。

如下文更详细描述的，控制器140根据来自用户接口150、单节电池太阳传感器160和GPS接收器180或多区太阳传感器170以及存储器190中的一者或多者的数据确定车辆100的哪个座位直接暴露于太阳光线并且计算作用于车辆内部的太阳负荷，以控制气候控制系统110输出的温度、气流和空气分布从而维持根据使用者输入确定的选定温度。

图2是根据实施例的车辆100的局部立体图。 车辆包括挡风玻璃200和至少一个侧窗210。 太阳传感器160/170位于车辆100的仪表板220上。 如下文论述的，存储器190如图1所示储存车辆几何形状数据。 在一个实施例中，例如，存储器190可以储存一系列多维坐标点230。 在一个实施例中，例如，可以相对于太阳传感器170的位置测量每个多维坐标点230。 换句话说，太阳传感器的位置可以是（0、0、0），相对于该位置测量每另一个多维坐标点230。

图3是根据实施例的车辆100的内部的局部立体图。 车辆100的内部包括多个座位300。 与挡风玻璃及车辆100的其它窗户一样，相对于太阳传感器170的位置，确定与座位300的位置相对应的多维坐标点310。 在一个实施例中，例如，车座300的多维坐标点310可以是可变的。 车辆的座位300可以是在多维中可动的。 换句话说，座位能够被提前或后退，升高或下降。 椅背相对于椅座的角度也可以是可变的。 这些座位能够是可手动或通过自动调节座位系统（未示出）可电动调节的。 在一个实施例中，例如，座位的各个部件的位置可以由自动调节座位系统追踪。 在其它实施例中，例如，位置传感器或照相机能够追踪车座的位置。 座位的位置能够直接地被报告给控制器140或者储存在存储器190中。

图4是流程图，示出根据实施例的用于控制气候控制系统的方法400。 控制器，例如图1所示的控制器140，首先根据太阳相对于车辆的位置追踪穿过车辆的挡风玻璃和侧窗的太阳光线。（步骤410）。 换句话说，控制器确定引导太阳光线前进通过车辆的挡风玻璃和侧窗的路径。 该相对位置信息是基于高度角ϴ和指定方位角Ф，它们可以基于来自多节电池太阳传感器的数据或来自GPS接收器的GPS信息。太阳光线高度角ϴ对应于追踪的太阳光线相对于水平面（地面）和天顶的角度。太阳光线方位角Ф对应于太阳光线相对于基准矢量例如与车辆行驶方向对应的矢量的角度。

控制器然后把太阳光线高度角ϴ和太阳光线方位角Ф从球坐标系转换成笛卡尔坐标系，用太阳传感器170的位置作为原点（步骤420）。球坐标系中的点P的笛卡尔坐标系（x，y，z）能够通过下列方程式获得： , , ,式中，r对应矢量OP的大小，式中O是对应于图2所示太阳传感器的原点。太阳光线的强度例如可以通过图1所示的单节电池太阳传感器例如传感器160或多节电池太阳传感器例如传感器170确定。

然后，控制器确定座位直接暴露于太阳光线的面积（步骤430）。控制器首先确定太阳光线与对应于车辆的座位靠背和座垫的平面的交叉点。图5解释这个确定所涉及的原理。太阳光线用线L表示，从点P0至P1，根据下述与带有法向矢量n并且具有点V0的平面交叉：根据：确定线L。线与平面的交叉点出现在线L上的点PI，其中，是根据方程式1确定：

（方程式1）

此处，a.b是矢量a与矢量b的点乘。使用交叉条件，控制器根据下列：确定交叉点PI。当方程式1中的分母为零时，线L平行于平面或在平面中。

然后，控制器把从车辆的各个窗户进来的太阳光线的平面投射到对应于车辆的座位靠背和座垫的平面上。图6是这个确定所涉及原理的说明。控制器追踪从各个窗户的格点开始的光线/线在车辆部件的相应平面上的交叉点，该相应平面此时在太阳光线的方向上横穿。在一个实施例中，例如，用于定义光线平面的参量平面方程式能够由下式确定：。这个方程式能够简化成，式中，，在图6中示出。求出，能够通过下列方程式确定和：

式中，交叉点PI在平面中，如果. If ，交叉点PI在由（V0,V1,V2）限定的矩形平面之外。这里， 和 分别是由（）限定的线和由（V0,V2）限定的线上的交叉点的相对权。 和 的数值在范围（0,1）中，表明交叉点由线（）和线（V0,V2）分别限定。

然后，控制器确定座位或由于太阳光线被监控的其它车辆部件的暴晒面积。图7示出了确定座位或由于太阳光线被监控的其它车辆部件的暴晒面积所涉及的原理。从车窗的格点到座位平面上的光线的相邻交叉点用线连接。然后由控制器确定这些线与连接座位格点的矢量/线的交叉点。在图7中，对应于投射的太阳平面的边界线的交叉点用表示，并且，座位的格点用表示。投射的太阳平面的线与对应于座位或由于太阳光线被监控的其它车辆部件的平面的交叉点能够由下列方程式确定：

式中，使用一个交叉点，如果。 如果两根线是平行的，和是不确定的（零除以零）。

一旦确定了交叉点，控制器就能够计算座位或暴露于太阳光线的其它车辆部件的面积。在一个实施例中，例如，控制器能够把座位暴露于太阳光线的面积划分成若干三角形以计算对于指定方位角和指定高度角的总暴晒面积。把座位或其它车辆部件暴露于太阳光线的多边形面积分裂成三角形易于计算总暴晒面积并且也是精确的。这个原理在图8中说明。计算每个三角形的面积，计算三角形面积之和以确定每个座位暴露于太阳光线的总面积。

然后，控制器根据确定的暴露于太阳光线的面积修正来自气候控制系统的气流、温度和空气分布（步骤440）。在一个实施例中，例如，使用太阳强度（从太阳传感器获得）、玻璃透射率（玻璃的特性能够例如从玻璃制造商获得）和座位的暴晒面积按照下述计算对每位乘客的百分比定向太阳效应。

式中，和分别是座位或由于太阳光线被监控的其它车辆部件的暴晒面积和总面积，是车玻璃的透射率， and 是测得的太阳强度和最大预计的太阳强度。暴晒面积比和座位总面积 之比用于计算座位/乘客的百分比暴露。由太阳强度、玻璃透射率和座位/乘客的百分比暴露确定的定向太阳效应用于改变管道出口温度、空气流量和客舱空间内的空气分布以抵偿来自太阳辐射的热负荷，如图9所示。在一个实施例中，例如，当座位或与管道对应的受监控的车辆其它区域具有较大的定向太阳效应时，控制器降低管道温度，增大气流并且引导空气到通风管道出口。如图9所示，第一个曲线图910示出X轴线上的管道空气温度（单位为摄氏温度），Y轴线上的外部空气温度（单位为摄氏温度）和Z轴线上的气流（单位为升/秒）。标有920的线对应于示例性管道温度输出，当存在100％定向太阳效应时。标有930的线对应于示例性管道温度输出，当存在0％定向太阳效应时。标有940的线对应于示例性气流，当存在0％定向太阳效应。标有950的线对应于示例性气流，当存在100％定向太阳效应时。在标有960的曲线图中，X轴线对应于空气分布的百分比，Y轴线对应于单位为摄氏温度的管道温度。线970对应于百分比空气分布，当存在100％定向太阳效应时。线980对应于百分比空气分布，当存在0％定向太阳效应时。

虽然在前面的详细说明中已经给出了至少一个示范性实施例，但应当意识到存在大量的变形。还应当意识到，示范性实施例仅仅是例子，并且不意图以任何方式限制本发明的范围、适用性或构型。相反地，前面的详细说明将给本领域技术人员提供实施示范性实施例的便利途径。应当理解，在不脱离附上的权利要求及其法定等同物所阐述的揭发范围的情况下，可以对功能和元件布置做出多种变化。

Claims (10)

1.一种车辆，包括

至少一个座位;

气候控制系统；和

通信地连接到该气候控制系统的控制器，其中，该控制器配置成：

　为该至少一个座位中的每一个计算定向太阳效应；并且

　根据为该至少一个座位中的每一个计算的定向太阳效应修正该气候控制系统的气流、温度和空气分配中的至少一者。

2.如权利要求1所述的车辆，其中，该控制器配置成根据计算的该至少一个座位中的每一个的暴晒面积计算该至少一个座位中的每一个的定向太阳效应。

3.如权利要求2所述的车辆，其中，该控制器配置成通过下述计算该至少一个座位中的每一个的暴晒面积：

追踪太阳光线；

确定该太阳光线与对应于该至少一个座位中的一个的平面的交叉点；

根据确定的交叉点确定对应于直接阳光暴晒的平面；以及

根据对应于该至少一个座位中的一个的平面与对应于直接阳光暴晒的平面的重叠计算该至少一个座位中的每一个的暴晒面积。

4.如权利要求3所述的车辆，其中，该控制器进一步地配置成根据太阳高度和方位角追踪太阳光线。

5.如权利要求3所述的车辆，进一步地包括通信地连接到该控制器的存储器，其中，该存储器配置成存储对应于该至少一个座位中的每一个的坐标和对应于车窗的坐标，并且，该控制器进一步地配置成根据存储的坐标确定对应于该至少一个座位中的一个的平面和对应于直接阳光暴晒的平面。

6.如权利要求5所述的车辆，其中，该至少一个座位是可动的，并且该控制器配置成根据该至少一个座位的位置更新存储器中的对应于该至少一个座位的坐标。

7.如权利要求2所述的车辆，其中，该控制器进一步地配置成根据太阳强度和车窗玻璃透射率计算该至少一个座位中的每一个的定向太阳效应。

8.如权利要求7所述的车辆，进一步地包括：

可通信地连接到该控制器的太阳传感器；和

可通信地连接到该控制器的全球定位系统接收器；

其中，该控制器配置成根据来自该太阳传感器和该全球定位系统接收器的数据确定太阳强度。

9.一种方法，用于控制包括至少一个座位的车辆中的自动气候控制系统，该方法包括：

通过处理器为该至少一个座位中的每一个计算定向太阳效应；和

根据为该至少一个座位中的每一个计算的定向太阳效应修正由自动气候控制系统输出的气流、温度和空气分配的中的至少一者。

10.一种气候控制系统，包括：

加热系统；

空气调节系统；和

可通信地连接到该气候控制系统的控制器，其中，该控制器：

　为该至少一个座位中计算定向太阳效应；和

　根据为该至少一个座位中的每一个计算的定向太阳效应修正由加热系统和空气调节系统中的一者输出的气流、温度和空气分配中的至少一者。