CN105383444A - 挡风玻璃除雾系统和方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种挡风玻璃除雾系统和方法。该系统包括具有电加热元件的加热的挡风玻璃，具有送风机的空气循环系统以提供挡风玻璃的表面上的空气流以及被配置为基于空气循环系统运行参数和诸如环境温度这样的环境条件选择加热元件的占空比的控制器。

Description

挡风玻璃除雾系统和方法
技术领域
本文件总体上涉及车辆气候控制系统以及，更具体地涉及一种挡风玻璃除雾系统，该挡风玻璃除雾系统自动地补偿空气循环系统运行参数以及环境状况的改变以提供优化的挡风玻璃除雾性能。
背景技术
当今很多车辆都装配有空气循环系统，其包括在车辆的乘客舱中维持规定温度的自动化的控制器。一些车辆还包括具有蓝牙连接的免提通信系统，用于操作驾驶员或乘客的手机。这些系统中的一些将降低空气循环系统送风机的运行速度以便于降低背景噪音允许使用免提系统进行更好的通信。
本文件涉及一种挡风玻璃除雾系统，其确定挡风玻璃起雾的概率并接着自动地补偿空气循环系统运行参数的变化和/或环境状况的改变以便当存在可以在其他方面促进挡风玻璃起雾的状况时提供优化的除雾性能。
发明内容
根据此处描述的目的及益处，提供用于车辆的挡风玻璃除雾系统。该系统包括挡风玻璃，其具有(a)电加热元件，(b)包括在挡风玻璃表面上提供空气流的送风机的空气循环系统，以及(c)控制器，其被配置为基于空气循环系统运行参数和诸如外部温度这样的环境状况从预设数据中选择电加热元件的占空比。在一个可行的实施例中，该控制器还被配置为计算起雾概率值以及该占空比根据起雾概率值和环境温度这样的空气循环系统运行参数由控制器选择。
在本系统的运行中有益的空气循环系统运行参数可以从由运行模式、送风机速度、空气流温度、空气流湿度及上述各项的组合所组成的群组中选择。
在一个可行的实施例中，该控制器包含计算装置，其包括主处理器、存储器、网络接口以及通信总线。进一步，该循环系统包括空调电路，其具有蒸发器，用于空气流的冷却和加湿的冷凝器和压缩机，以及用于加热空气流的加热器芯。
该除雾系统包括至少一个传感器，其从由外部环境温度传感器、雨水传感器、乘客舱湿度传感器、乘客舱温度传感器、挡风玻璃雨刷启动传感器、座椅传感器、空气循环系统风道温度传感器、空气循环系统风道湿度传感器、空气循环系统蒸发器热敏电阻、太阳负荷传感器、车辆速度传感器及上述各项的组合所组成的群组中进行选择。此外在一个可行的实施例中，该除雾系统包括起雾检测照相机。
根据另外的方面，提供了一种整合了挡风玻璃除雾系统的机动车辆。在一个可行的实施例中，机动车辆进一步包括带有计算装置的车身控制模块，该计算装置包括主处理器、存储器、网络接口、人机界面、显示装置以及通信总线。在一个可行的实施例中，车身控制模块进一步包括用于处理与挡风玻璃除雾系统相关的语音指令的语音处理器。
在一个可行的实施例中，当车辆乘客正在使用车辆中的免提电话通信时，该车身控制模块被配置为将送风机的运行速度降低到预设值并且该控制器接着根据送风机速度的降低调节占空比。
在一个可行的实施例中，该车身控制模块包括GPS/地理定位器部件以在任何指定的时间确定车辆的当前位置。此外，该车身控制模块被配置为通过无线网络获取确定的当前位置的当前的环境天气状况数据。此外，控制器被配置为使用当前环境天气状况数据计算起雾概率值，选择占空比或既计算起雾概率值也选择占空比。
仍然按照另一方面，提供一种用于车辆挡风玻璃除雾的方法，其中该车辆装配有(a)包括电加热元件的挡风玻璃，(b)包括送风机的空气循环系统以在挡风玻璃表面上提供气流以及(c)控制器。该方法可以概括地描述为包括这样的步骤：通过控制器根据空气循环系统运行参数和诸如环境温度这样的环境状况选择电加热元件的占空比。更进一步地，该方法可以包括这样的步骤：通过控制器计算起雾概率值以及通过控制器从根据空气循环系统运行参数、起雾概率值和环境温度的预设值选择电加热元件的占空比。此外该方法还可以包括在起雾概率值的计算中使用至少一个空气循环系统运行参数，其选自由运行模式、送风机速度、空气流温度和空气流湿度组成的群组。此外该方法还可以包括这样的步骤：响应于送风机速度的变化和/或被引导至挡风玻璃的表面上的空气流的流量的变化通过控制器调节占空比。更进一步，该方法可以包括(a)通过控制器确定车辆的当前位置以及当前位置的当前天气数据以及(b)使用当前天气数据计算起雾概率值，选择占空比或既计算起雾概率值也选择占空比。
在以下说明书中，示出并描述了挡风玻璃除雾系统和相关方法的多个优选的实施例。应当认识到的是，该系统和方法能够用于其他的、不同的实施例以及它们的多个细节可以在不偏离所附权利要求中提出并描述的系统和方法的前提下在多个、明显的方面进行改进。相应地，附图与说明书实质上应当视为说明性的而非限制性的。
附图说明
在此被包含并形成说明书的一部分的附图示出挡风玻璃除雾系统和方法的多个方面并与说明书一起用于解释其某些原理。在附图中：
图1为挡风玻璃除雾系统的示意框图；
图2为该系统的控制器的示意框图；
图3为挡风玻璃除雾系统的空气循环系统的示意框图；
图4为车身控制模块的示意框图；
图5a-5c为描述了挡风玻璃除雾系统的运行方法的流程图；
图6为描述了通过挡风玻璃除雾系统的控制器进行起雾概率的计算的流程图；
图7为用于表示为以100％占空比的持续时间的挡风玻璃的电加热元件的输出的简化的示例性的参考表；
图8为基于低于或等于15℃时的空气循环系统的模式和送风机设定的挡风玻璃电加热元件占空比的简化的、示例性的参考表；
图9为与图8相似的简化的、示例性的参考表，但其针对基于低于或等于30℃时以及高于或等于15℃时的空气循环系统的模式和送风机设定的挡风玻璃电加热元件占空比；
图10为基于环境温度和起雾概率的挡风玻璃电加热元件占空比的简化的、示例性的参考表；
图11为就在给定的温度时的最大运行时间而言的输出的简化的、示例性的参考表；
图12为简要的、示例性的参考表，其涉及当满足图5c中的框118的条件时，被表述为在给定的环境温度时挡风玻璃电加热元件的驾驶员侧的改进的最大运行的输出。
图13为简要的、示例性的参考表，其涉及当满足图5c中的框118的条件时，被表述为在给定的环境温度时挡风玻璃电加热元件的乘员侧的改进的最大运行的输出。
图14为用于计算起雾概率值的简要的、示例性的起雾参考表。
对于挡风玻璃除雾系统的本优选实施例的参考在此被详细地做出，其示例在所附附图中被示出。
具体实施方式
对于图1所做出的参考概要地描述了挡风玻璃除雾系统10。该系统10包括具有电加热元件14的挡风玻璃12。如图1所示该加热元件14可以包含单个的运行单元或可以包括驾驶员侧单元16以及乘客侧单元18。举例来说，加热的挡风玻璃12可以根据3,982,092号美国专利文件的教导做出，其全部内容通过引用结合于此。
如图2所示，该挡风玻璃除雾系统10还包括空气循环系统20。该空气循环系统20可以为在本领域内公知的类型。如图示，该空气循环系统20包括通过进气道24从车辆的乘客舱中吸入空气并接着通过蒸发器芯26连续地送出空气的送风机22、加热器芯28以及排气道30，经处理的空气由排气道30返回到乘客舱。虽然并未示出，但如果需要的话，该系统20还可以在加热器芯28和排气道30之间包括正温度系数装置或其他焦耳热源。随着空气通过蒸发器芯26，其通过与制冷液的热交换被冷却并除湿，该制冷液在压缩机32、冷凝器34、膨胀阀35以及蒸发器芯26之间循环。在冬天，干燥的空气接着通过与冷却液的热交换在加热器芯20中被加热，该冷却液通过发动机/散热器系统36循环。应当领会的是，没有、一部分或全部的通过送风机22向排气道30循环的空气可以被引导到挡风玻璃12的内表面上的气流中以便为挡风玻璃除雾。
进一步如图1所示，该挡风玻璃除雾系统还包括控制器40。如图3所示，在挡风玻璃除雾系统10的一个可行的实施例中，控制器40包含一个或多个处理器42，一个或多个存储器44以及一个或多个网络接口46。应当领会的是，全部这些部件42、44、46通过通信总线48相互通信。再回到图1，该控制器40通过控制线50被连接到加热的挡风玻璃电控制装置52，其通过控制线54控制车窗电加热元件14(包括单元16、18)的运行。此外，该控制器40通过总线58被连接到通信模块56。相应地，该通信模块56通过线路60被连接到各个传感器621–62n。在除雾系统10中使用的传感器可以包括一个或多个外部环境温度传感器，雨水传感器，乘客舱湿度传感器，乘客舱温度传感器，挡风玻璃雨刷启动传感器，确定车辆中乘员数量的座椅传感器，空气循环系统风道温度传感器，空气循环系统风道湿度传感器，空气循环系统蒸发器热敏电阻，太阳负荷传感器，车辆速度传感器以及上述各项的组合。为了本发明的目的，该术语传感器还可以包括起雾检测摄像机，其用于检测挡风玻璃12上任何的雾的存在。在除雾系统10的一个特定的有用的实施例中，该传感器621–62n包括乘客舱湿度，外部温度空气循环系统排气温度，HVAC(暖通空调)/空气循环系统运行点(送风机速度和模式)以及乘客舱温度。
在又一可行的实施例中，该控制器40通过通信总线64被连接到车身控制模块66。如图4所示，该车身控制模块或BCM66可以包含计算装置，其具有一个或多个处理器68，一个或多个存储器70，一个或多个网络接口72，人机界面74，GPS/地理定位器部件76，诸如具有触摸屏性能的多功能显示器的显示装置78以及通过通信总线82相互通信的语音处理器80。该BCM66实施多个内部车身以电为基础的功能，举例来说，包括内部锁定、远程钥匙进入、内部灯、外部灯、挡风玻璃雨刷控制器等。在一些实施例中，该BCM66还可以起到控制娱乐功能的作用(例如，收音机、CD播放器以及诸如电话和通过无线网络的因特网通信这样的通信系统)。在一些实施例中，该BCM66通过通信总线(未示出)被连接到其他控制模块，其提供了一个或多个其他的附加功能。
应当领会的是，该挡风玻璃除雾系统10起到优化车辆的气候控制系统的性能以及最小化挡风玻璃起雾发生任何可能性的功能。更具体地，该控制器40被配置为基于空气循环系统运行参数和诸如环境温度这样的环境状况选择电加热元件14的占空比。在另一可行的实施例中，该控制器40被配置为还计算起雾概率值以及占空比接着基于空气循环系统运行参数，起雾概率值以及环境温度通过控制器进行选择。
空气循环系统运行参数包括但并非必须限定于运行模式，送风机速度，空气流温度，空气流湿度以及上述各项的组合。为了本发明的目的，“运行模式”意为关于空气循环系统的设定，其控制当空气离开空气循环系统并被传送到车辆的乘员舱中时空气流的分布。举例来说，该空气流可以被引导穿过(a)挡风玻璃的内表面上的除霜出口，(b)仪表盘的表面上的仪表盘出口和/或(c)通向车辆的地板上的地板出口。
现在做出对图5a-5c的参考，综合考虑图5a-5c，它们形成描述挡风玻璃除雾系统10的一个可行的实施例的运行方法100的流程图。为了说明的目的，该校准参数在表1的应用中提出(HWS＝加热的挡风玻璃)。
表1
一旦启动，该控制器40开始通过多个询问来进行，该询问包括：
(1)用户已经启动加热的挡风玻璃12的电加热元件14？(见框102)；
(2)用户已经启动最大程度的除霜？(见框104)；
(3)空气循环系统的运行模式仅处于手动除霜？(见框106)；以及
(4)加热的挡风玻璃12的电加热元件14手动可关闭？(见框108)。
如果对询问102、104以及106的任何一个的回答是“是”，则加热的挡风玻璃12的电加热元件14如其在参考表A中所反映的(见图7，其中“环境(AMBIENT)”指的是以摄氏温度为单位的环境温度以及“计时器(TIMER)”指的是分钟数)以100％的占空比运行(见框112)。此外，如果对询问102、104、106以及108的任何一个的答复是“是”，则温询问询114、116以及基于参考表B、C和D的占空比计算(见图8、9和10)都被忽略。
作为替代，该控制器将询问(见框118)该占空比是否大于或等于加热的挡风玻璃12的电加热元件14的最大程度允许的运行以及该占空比是否大于或等于按照参考表E(见图11)的电加热元件的最大程度允许运行。如果对该询问的答案为“是”则该控制器40起作用以按照参考表F(见图12)设定(见框120)驾驶员侧加热单元16的占空比并按照参考表G(见图13)设定(见框122)乘客侧的加热单元18。相比之下，如果对框118中的询问的回答是“否”则不会做出进一步的调节。
现在回到这样一种情况：对询问102、104、106和108的回答都是“否”，则控制器滞后地询问环境温度是否小于或等于15℃。如果回答为“是”，则控制器根据参考表B(见图8)设置加热元件14的占空比(见框124)。该参考表B以空气循环系统20的送风机的运行模式以及速度为基础。此外，控制器基于参考表D(见图10)增加(见框126)调节，其考虑了环境温度以及起雾概率值(该概率值的计算将在以下进行描述)。
在所导致的占空比需求超过100％的情况下，在进行询问118以及如上所述在框120和122潜在的进一步调节之前在框128被降低到100％。
现在回到框114，如果回答是“否”，则控制器40滞后地询问环境温度是否小于或等于30℃或大于或等于15℃。如果回答为“否”，则不进行进一步的调节。如果回答为“是”，则占空比通过控制器40基于参考表C(见图9)进行设定，该参考表C以送风机的运行模式和速度加上以如之前在框130和126中所述的参考表D(见图10)中的湿度为基础的增量为基础。如前所述，参考表D考虑环境温度以及起雾概率值。
该方法接着通过框128和118以及或许通过框120、122继续直到确定最终的占空比。
起雾概率值通过诸如在图6中所示的流程图中所描述的系统算法的方式由控制器40确定。应当领会的是，所提出的特定的算法仅仅是可以使用的多个可行的算法中的一个示例。举例来说，当未示出时，该起雾概率值还考虑到其他的因素，诸如挡风玻璃雨刷是否被启动和/或是否任何车辆雨水传感器正在检测雨水或其他沉降物。
为了本发明及图6的说明的目的，以下的限定适用。
a)起雾δ温度＝外部环境温度与内部乘客舱温度之间的差值的绝对值。
b)Tincar＝内部乘客舱温度。
c)起雾常数＝对控制方程的偏移常数。
d)起雾控制范围＝对控制方程的偏移常数。
e)％RH＝环境空气的相对湿度百分率。
f)起雾表＝见示例性表的图14.
总之，许多益处由除雾系统10以及车辆挡风玻璃的除雾的相关方法提供。该系统和方法有效地补充了具有加热的挡风玻璃12的空气循环系统20的运行，该加热的挡风玻璃12装配有电加热元件14，其由控制器40自动地控制以当起雾可能存在时一直提供优化的除雾性能。更具体地，该控制器基于各种空气循环系统运行参数、由控制器计算的起雾概率值以及诸如环境温度这样的环境状况从预设数据(如又名查找表的图7-13的参考表中所示)中选择电加热元件14的占空比。可以提供各种传感器621–62n以收集有效运行的数据点。
有利地，该控制器40调节电加热元件14的占空比至变化的条件。举例来说，由于通过操作模式方面的变化或送风机速度的降低的空气流的重新分布，空气流湿度的增加、空气流温度的降低、到达挡风玻璃表面的空气流量的减少都降低了空气循环系统20在挡风玻璃12除雾方面的有效性。该控制器40有效地监测这些变化并增加了加热元件14的占空比以进行补偿。进一步，该控制器40可以在适当的情况下在相反方向调节占空比，诸如当操作者手动改变运行模式或送风机速度以使空气循环系统20倚靠车窗的表面引导更大的空气流量时。该系统10的两个特定的运行示例在以下提出。
示例1
1.客户在以下条件下开始他们的驾驶
A.外部环境温度＝10℃(50°F)。
B.车舱内的相对湿度＝20％(通过传感器测量)。
C.自动的气候控制器将空气分布模式设定为足部(或地板)。
D.该HVAC风扇(或HVAC送风机)被设定为速度5。
2.结果，该自动的气候系统将把加热的挡风玻璃占空比设定为50％(根据表B)。
3.不久以后(在给定软件速度的数毫秒之后)，该控制器将占空比增加25％(基于表D)。
4.该气候控制器将把受控加热的挡风玻璃运行占空比设定到75％(50％+25％)。
示例2
1.客户在以下条件下开始他们的驾驶
A.外部环境温度＝20℃(68°F)。
B.车舱内的相对湿度＝50％(通过传感器测量)。
C.气候控制器将空气分布模式设定为面部/足部(或仪表板/地板)。
D.该HVAC风扇(或HVAC送风机)被设定为速度3。
2.结果，自动的气候系统将首先把加热的挡风玻璃占空比设定为0％(根据表C)。
3.不久之后(在给定软件速度的数毫秒之后)，该控制器将占空比增加50％(基于表D)。
4.该气候控制器将把受控加热的挡风玻璃运行占空比设定到50％(0％+50％)。
示例3
1.客户在以下条件下开始他们的驾驶
A.外部环境温度＝20℃(68°F)。
B.车舱内的相对湿度＝50％(通过传感器测量)。
C.气候控制器将空气分布模式设定为面部/足部(或仪表板/地板)。
D.该HVAC风扇(或HVAC送风机)被设定为速度3。
2.结果，自动的气候系统将首先把加热的挡风玻璃占空比设定为0％(根据表C)
3.不久之后(在给定软件速度的数毫秒之后)，该控制器将占空比增加50％(基于表D)。
4.该气候控制器将把受控加热的挡风玻璃运行占空比设定到50％(0％+50％)。
5.该用户接着按下加热的挡风玻璃按钮。
6.按钮上的指示器将打开。该控制器接着将加热的挡风玻璃占空比设定为100％持续8分钟(根据表A)。
7.在8分钟之后，按钮上的该指示器将关闭。(用户请求将按照表A暂停)
8.假设条件现在为：
A.外部环境温度＝20℃(68°F)。
B.车舱内相对湿度＝100％(通过传感器测量)。
C.气候控制器将空气分布模式设定为足部/除霜(或地板/挡风玻璃)。
D.该HVAC风扇(或HVAC送风机)被设定为速度7。
9.结果，自动的气候系统接着将加热的挡风玻璃占空比设定为50％(根据表C)。
10.不久之后(在给定软件速度的数毫秒之后)，该控制器将占空比增加50％(根据表D)。
11.该气候控制器将受控加热的挡风玻璃运行占空比设定为100％(50％+50％)。
以上所提及的内容用于阐述及说明的目的。其并非意在详尽无遗的或将实施例限定为所公开的精确的形式。明显的改进和变形根据上述的教导是可行的。举例来说，在图7-13中所展示的参考图是说明性的，其用于说明由控制器40使用来设定电加热元件14的占空比的一组可能的预设数据。其他组的数据也可以使用。相似地，图6中的起雾概率值的算法是说明性的，其用于说明一个可行的算法以及其他不同的可以使用的算法。进一步地，当说明书和附图1将加热元件14划分为驾驶员侧元件16和乘客侧元件18时，该加热元件可以以其他方式划分，诸如水平地划分为顶部、中部及底部区域。当按照公平的、合法的以及公证的范围进行解释时，所有这样的改进和变形都处于所附权利要求的保护范围内。

Claims (20)

1.一种车辆的挡风玻璃除雾系统，包含：
包括电加热元件的挡风玻璃；
包括送风机的空气循环系统以提供在所述挡风玻璃表面上的空气流；以及
控制器，其被配置为从基于空气循环系统运行参数和环境状况的预设的数据中选择所述电加热元件的占空比。
2.如权利要求1所述的除雾系统，其中所述控制器也被配置为计算起雾概率值以及所述占空比基于空气循环系统运行参数、所述起雾概率值以及环境温度通过所述控制器进行选择。
3.如权利要求2所述的除雾系统，其中所述空气循环系统运行参数从由运行模式、送风机速度、空气流温度、空气流湿度及上述各项的组合组成的群组中选择。
4.如权利要求2所述的除雾系统，其中所述控制器包含计算装置，所述计算装置包括主处理器、存储器、网络接口及通信总线。
5.如权利要求2所述的除雾系统，其中所述循环系统包括空调线路，所述空调电路包括蒸发器、用于将空气流冷却并除湿的冷凝器以及压缩机、以及加热所述空气流的加热器芯。
6.如权利要求5所述的除雾系统，进一步包括至少一个传感器，所述传感器选自由外部环境温度传感器、雨水传感器、乘客舱湿度传感器、乘客舱温度传感器、挡风玻璃雨刷启动传感器、座椅传感器、空气循环系统风道温度传感器、空气循环系统风道湿度传感器、空气循环系统蒸发器热敏电阻、太阳负荷传感器、车辆速度传感器以及上述各项的组合所组成的群组。
7.如权利要求6所述的除雾系统，进一步包括除雾检测摄像机。
8.如权利要求5所述的除雾系统，进一步包括多个传感器，所述传感器用于检测外部环境温度，乘客舱湿度，外部温度空气循环系统排气温度，HVAC/空气循环系统运行点(送风机速度及模式)以及乘客舱温度。
9.一种机动车辆，其包含权利要求1所述的所述挡风玻璃除雾系统。
10.一种机动车辆，其包含权利要求2所述的所述挡风玻璃除雾系统。
11.如权利要求10所述的机动车辆，进一步包括带有计算装置的车身控制模块，所述计算装置包括主处理器、存储器、网络接口、人机界面、显示装置以及通信总线。
12.如权利要求11所述的机动车辆，其中所述车身控制模块进一步包括处理与所述挡风玻璃除雾系统相关的声音指令的语音处理器。
13.如权利要求11所述的机动车辆，其中所述车身控制模块被配置为当车辆乘员正在使用所述车辆中的免提电话通信时，将所述送风机的运行速度降低到预设的值以及所述控制器然后基于所述的送风机速度的降低调节所述占空比。
14.如权利要求13所述的机动车辆，其中(a)所述车身控制模块包括GPS/地理定位器部件以确定在任何给定时间的所述车辆的当前位置，(b)所述车身控制模块被配置为通过无线网络获取所述当前位置的当前环境天气状况数据以及(c)所述控制器被配置为使用所述当前环境天气状况数据计算所述起雾概率值、选择所述占空比或既计算所述起雾概率值又选择所述占空比。
15.一种对车辆的挡风玻璃进行除雾的方法，所述车辆装配有(a)包括电加热元件的挡风玻璃，(b)包括送风机的空气循环系统以在所述挡风玻璃的表面上提供空气流以及(c)控制器，所述方法包含：
通过所述控制器，基于空气循环系统运行参数以及环境温度从预设数据中选择所述电加热元件的占空比。
16.如权利要求15所述的方法，进一步包括，通过所述控制器计算起雾概率值以及通过所述控制器基于空气循环系统运行参数、所述起雾概率值以及环境温度从预设数据中选择所述电加热元件的占空比。
17.如权利要求16所述的方法，进一步包括当选择所述占空比时，在所述起雾概率值的计算中使用至少一个空气循环系统参数，所述空气循环系统参数选自由运行模式、送风机速度、空气流温度以及空气流湿度组成的群组。
18.如权利要求16所述的方法，进一步包括响应于送风机速度的变化通过所述控制器调节所述占空比。
19.如权利要求16所述的方法，进一步包括(a)通过所述控制器确定所述车辆的当前位置以及所述当前位置的当前天气数据以及(b)使用所述当前天气数据计算所述起雾概率值、选择占空比或既计算所述起雾概率值也选择占空比。
20.如权利要求16所述的方法，进一步包括响应于在所述挡风玻璃的所述表面上引发的所述空气流的分布的变化通过所述控制器调节所述占空比。
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