CN106705348A - 用于改进的热舒适性的基于模型的自动气候控制系统 - Google Patents

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Abstract

一种提供自动气候控制的方法。可以读取设定点温度输入设定。可以将实时计算的舱室等效均匀温度与设定点温度进行比较。可以确定控制值以使舱室等效均匀温度与设定点温度相等。

Description

用于改进的热舒适性的基于模型的自动气候控制系统
技术领域
本发明总体上涉及的领域包括气候控制系统，并且更具体地，包括加热、通风和空调系统中的自动气候控制。
背景技术
经加热、通风和/或空气调节的空间存在于各种环境中，并且可以被人们占用或用于容纳其他东西。这些空间可以存在于诸如陆地、空中和水上交通工具的移动场合中，或者存在于诸如建筑物和集装箱的固定场合中。在某些场合中，这些空间可以包括隔间或“舱室”，人们可以住在该隔间或“舱室”中或者在其中被运输。在其它场合中，“舱室”通常可以指所包含的空间。舱室可以设置有向舱室供应外部空气的通风系统、将升高温度的空气输送到舱室的加热系统和将降低温度的空气输送到舱室的空调系统。这些系统的目的是为舱室的乘客提供热舒适性。
确定需要多少加热、通风或冷却以便为所包含的所有物品(诸如乘客)提供最佳热环境或舒适性是一个挑战。热源可以包括结构或其部件、乘客或所包含的物品、外部空气温度和太阳能负载，其中每一者均可以是可变的。在这种环境内，空气分层、诸如车辆仪表板的物品中的热存储、以及来自附近HVAC通风口的排放可能降低控制可能依赖的来自舱室内温度传感器的温度测量值的精度。
发明内容
许多变型可以涉及一种提供自动气候控制的方法。可以读取设定点温度输入。可以将舱室等效均匀温度与设定点温度进行比较。可以确定控制值以使舱室等效均匀温度与设定点温度相等。
许多另外的变型可以涉及提供加热、通风和空调系统的自动气候控制的方法。可以读取设定点温度输入。可以计算舱室等效均匀温度。可以将舱室等效均匀温度与设定点温度进行比较。可以生成控制值以使舱室等效均匀温度与设定点温度相等。
许多其它变型可以涉及一种控制HVAC系统的方法。可以读取设定点温度输入。可以获得舱室等效均匀温度。可以将舱室等效均匀温度与设定点温度进行比较。可以生成基于舱室等效均匀温度和设定点温度之间的差异的控制误差。可以基于控制误差来确定控制值。可以基于控制值来调节HVAC系统。
根据本文提供的详细描述，在本发明范围内的其它说明性变型将变得显而易见。应当理解，详细描述和具体示例，虽然公开了在本发明范围内的变型，但是仅仅是为了说明的目的，并不旨在限制本发明的范围。
附图说明
根据详细描述和附图，将更充分地理解在本发明范围内的变型的选择示例，附图中：
图1示出了根据多个变型的自动气候控制系统的示意图。
图2示出了根据多个变型的自动气候控制的方法。
图3示出了根据多个变型的图示为舒适等级与EHT关系的舒适性曲线。
图4示出了根据多个变型的图示为EHT与环境温度的关系的校准曲线。
具体实施方式
以下对变型的描述本质上仅是说明性的，并且决不意图限制本发明的范围、其应用或用途。
在图1所示的多个变型中，加热、通风和空调(HVAC)系统10可以与移动或固定场合相关联，诸如空中、陆地或水上交通工具，建筑物或集装箱，或者另一种场合，并且可以是自动气候控制系统。系统10可以包括用于测量外部环境空气的温度(Ta)的环境空气温度传感器12。可以提供用于测量舱室内部的空气温度(Tc)的舱室空气温度传感器14。可以诸如在车辆仪表板中或者在适合于该场合的另一位置处提供控制装置16，以提供乘员(诸如车辆的驾驶员和前排乘客)所期望的温度设定，其可以是设定点温度(Tsp)。输入Ta、Tc和Tsp可以被提供给控制器20。
方法、算法或其部分可以在控制器20的计算机程序产品中实现，包括计算机可读介质上携带的指令或计算，以供一个或多个处理器使用来实现方法步骤或指令中的一个或多个。计算机程序产品可以包括由源代码、目标代码、可执行代码或其他格式的程序指令组成的一个或多个软件程序；一个或多个固件程序；或硬件描述语言(HDL)文件；以及任何程序相关数据。数据可以包括数据结构、查找表或任何其它合适格式的数据。程序指令可以包括程序模块、例程、程序、对象、组成和/或类似物。计算机程序可以在一个处理器或彼此通信的多个处理器上执行。
在多个变型中，程序可以体现在计算机可读介质上，计算机可读介质可以包括一个或多个存储装置、制品或类似物。说明性的计算机可读介质可以包括计算机系统存储器，例如RAM(随机存取存储器)、ROM(只读存储器)；半导体存储器，例如EPROM(可擦除可编程ROM)、EEPROM(电可擦除可编程ROM)、闪存；磁盘或光盘或磁带；和/或类似物。计算机可读介质还可以包括计算机与计算机的连接，例如当数据可通过网络或另一通信连接(有线、无线或其组合)来传送或提供时。上述示例的任何组合也包括在计算机可读介质的范围内。因此，应当理解，方法可以至少部分地由能够执行与所公开的方法的一个或多个步骤相对应的指令的任何电子制品和/或装置来实施。
在多个变型中，控制器20可以产生信号，该信号可被传送到HVAC鼓风机22并且可以设定其操作状态和/或速度。控制器20可以产生信号以设定诸如在鼓风机22的排气口处的目标排气温度24，并且可以向控制器20提供闭环反馈。控制器20可以产生可被传送以设定HVAC系统的操作模式26(诸如通过加热器系统的加热，或通过空调系统的冷却，或通风以向舱室提供外部空气)的信号。
在如图2所示的多个变型中，方法30可以基于舱室等效均匀温度(EHT)提供自动气候控制。方法30可以提供简化的校准并缩短实施校准所需的时间，并且可以在步骤32开始。已经发现，诸如空气分层、诸如仪表板等部件中的热存储和通风排气等因素可能影响与呼吸空气温度(即，乘员面部附近的空气温度)相比的所测量的舱室内温度的精度。因此，自动气候控制系统的校准可能相对具有挑战性且耗时。
在诸如车辆舱室的封闭空间中，乘员热舒适性可能受影响身体热损失的环境参数(诸如周围空气温度、平均辐射温度、空气速度、直接太阳能负载、以及湿度)的影响。一个这样的参数是呼吸空气温度，其可以被定义为乘员面部附近的空气的干球温度。另一个参数，平均辐射温度可以被定义为虚拟界限的平均表面温度，在虚拟界限内乘员将交换与实际非均匀空间中同量的辐射热。影响热舒适性的因素是影响身体热损失的那些因素。EHT是可以用于表征高度非均匀热环境的、来自人体的总热损失的公认度量。由于辐射和对流热通量的复杂相互作用，其对于诸如车辆乘客隔间的有限空间而言是特别有用的。EHT的优点是它在关于乘员热舒适性容易理解和解释的单个变量中表达了组合热影响的作用。EHT可以根据已知的方法来确定，并且可以在步骤32处用作输入。在2008年7月25日提交的题为“用于车辆的自动气候控制(Automatic Climate Control for a Vehicle)”的、序列号为12/179,608的公开的美国专利申请中描述了一种这样的方法，该专利申请被转让给本申请的受让人，并且通过引用具体地并入本文。对于校准，EHT可以简单地从诸如图3所示的舒适范围内选择，图3描绘了在竖直轴35上的以1-9级别表示的舒适等级与在水平轴37上以摄氏度为单位的EHT的关系。在示例性舒适级别上，1可以分类为冷，2可以分类为非常冷，3可以分类为凉，4可以分类为微凉，5可以分类为舒适，6可以分类为微暖，7可以分类为暖，8可以被分类为太暖，并且9可以分类为热。第一曲线39表示在凉爽环境条件期间的舱室变暖，而第二曲线45表示在暖环境条件期间的舱室变凉。舒适等级为5时的不连续性是由于当环境温度凉时乘客穿着更多的衣服，因此在稍微更凉的温度下是舒适的。在曲线39、45上，可以根据季节和穿衣水平在20-24摄氏度的区域中设为“舒适”。因此，EHT可以提供将非均匀热环境表征为与乘员热感觉相关的均匀热环境的单个代表值。
可以计算EHT，或者为了方法30中的校准目的，可以在步骤34选择EHT。对于中等热感觉的EHT取决于乘员的代谢率和穿衣水平。在多个变型中，可以基于关于乘员热舒适性的这些和可替代的其他输入参数为EHT设定点提供查找表。出于示例的目的，EHT可以被确定或选择为25摄氏度的值，其可以对应于微暖的大约6的舒适等级。方法30然后可以进行到步骤36。步骤36可以从步骤38接收代表舱室温度设定点的输入。参考图4，关于EHT设定点的校准曲线44被示出为在竖直轴46上以摄氏度为单位的EHT与在水平轴48上以摄氏度为单位的环境温度的关系。环境温度Ta可以被描述为在步骤40处由温度传感器12提供的外部环境中的测量温度。校准曲线可以是22摄氏度的恒定值，而与环境温度无关。从步骤38到步骤36可以提供22度的值。步骤36可以从由步骤34提供的25度的EHT中减去从步骤38提供的22度的设定点，并且可以提供控制误差或ΔEHT。在该示例中，25-22＝3的控制误差从步骤36被提供至步骤42，并且该控制误差指示HVAC系统必须将舱室温度调低三度。在41处，可以将3的控制误差作为信号提供。在步骤42，舱室EHT控制可以确定控制值Yn＝10·Ta+Ypi(ΔTc)，其可以是稳态(10·Ta)和瞬态(Ypi(ΔTc))的基于温度的分量的组合。Ta可以是所测量的环境温度，ΔTc可以是所测量的舱室温度的变化，并且Ypi可以是比例加积分控制值。控制值Ypi可以由K(Tsp–Tc)+K/Ti∫(Tsp–Tc)dτ确定，其中K是比例增益常数，并且K/Ti是积分增益。在多个变型中，控制值可以由控制器20从查找表读取，其中控制值的列表由控制误差值列出。所确定的控制值Yn可以从步骤42被提供至步骤43，其中信号可以被发送到HVAC系统以设定排气温度24、HVAC鼓风机速度22和HVAC模式26。由传感器提供的反馈可被用于在舱室温度接近设定点温度时调整控制值。
各变型的以下描述仅仅是被视为落在本发明范围内的部件、元件、动作、产品和方法的说明，并且不旨在以任何方式通过具体公开或未明确阐述的内容来限制这种范围。除了本文中明确描述的之外，本文所描述的部件、元件、动作、产品和方法可以组合和重新排列，并且仍被认为在本发明的范围内。
变型1可以涉及提供自动气候控制的方法。可以读取设定点温度输入设定。可以将舱室等效均匀温度与设定点温度进行比较。可以确定控制值以使舱室等效均匀温度与设定点温度相等。
变型2可以包括根据变型1的方法，并且可以包括利用固定的设定点温度而不考虑环境温度进行校准。
变型3可以包括根据变型2的方法，并且可以包括基于舒适等级选择固定的设定点温度。
变型4可以包括根据变型1的方法，并且可以包括提供鼓风机和模式控制器，以及利用控制值来控制鼓风机和模式控制器。
变型5可以包括根据变型1的方法，并且可以包括确定稳态控制值分量、确定瞬态控制值分量以及组合稳态控制值分量和瞬态控制值分量。
变型6可以包括根据变型1的方法，并且可以包括感测环境温度、感测舱室温度以及利用环境温度和舱室温度来生成控制值。
变型7可以包括根据变型1的方法，并且可以包括设定鼓风机速度、设定排气温度和设定HVAC模式，所有这些均基于舱室等效均匀温度和设定点温度。
变型8可以包括根据变型1的方法，并且可以包括基于舱室等效均匀温度和设定点温度之间的差异来确定控制误差。
变型9可以涉及提供加热、通风和空调系统的自动气候控制的方法。可以读取设定点温度输入。可以计算舱室等效均匀温度。可以将舱室等效均匀温度与设定点温度进行比较。可以生成控制值以使舱室等效均匀温度与设定点温度相等。
变型10可以包括根据变型9的方法，并且可以包括利用固定的设定点温度而不考虑环境温度进行校准。
变型11可以包括根据变型10的方法，其中固定的设定点温度可以是22摄氏度。
变型12可以包括根据变型9的方法，并且可以包括提供鼓风机和模式控制器，以及利用控制值来控制鼓风机和模式控制器。
变型13可以包括根据变型9的方法，并且可以包括确定稳态控制值分量、确定瞬态控制值分量以及组合稳态控制值分量和瞬态控制值分量。
变型14可以包括根据变型9的方法，并且可以包括感测环境温度、感测舱室温度以及利用环境温度和舱室温度来生成控制值。
变型15可以包括根据变型9的方法，并且可以包括设定鼓风机速度、设定排气温度和设定HVAC模式，所有这些均基于舱室等效均匀温度和设定点温度。
变型16可以包括根据变型9的方法，并且可以包括基于舱室等效均匀温度和设定点温度之间的差异来确定控制误差。
变型17可以涉及控制HVAC系统的方法。可以读取设定点温度输入。可以获得舱室等效均匀温度。可以将舱室等效均匀温度与设定点温度进行比较。可以生成基于舱室等效均匀温度和设定点温度之间的差异的控制误差。可以基于控制误差来确定控制值。可以基于控制值来调节HVAC系统。
变型18可以包括根据变型17的方法，并且可以包括确定稳态控制值分量、确定瞬态控制值分量以及组合稳态控制值分量和瞬态控制值分量以获得控制值。
变型19可以包括根据变型17的方法，并且可以包括感测环境温度、感测舱室温度以及利用环境温度和舱室温度来确定稳态控制值分量和瞬态控制值分量。
变型20可以包括根据变型17的方法，并且可以包括设定鼓风机速度、设定排气温度和设定HVAC模式，所有这些均基于舱室等效均匀温度和设定点温度。
在本发明范围内的选择变型的上述描述本质上仅是说明性的，并且因此，其变型或变体不被认为偏离本发明的精神和范围。

Claims (10)

1.一种提供自动气候控制的方法，其包括读取设定点温度输入、将舱室等效均匀温度与所述设定点温度进行比较、以及生成控制值以使所述舱室等效均匀温度与所述设定点温度相等。
2.根据权利要求1所述的方法，其还包括利用固定的设定点温度而不考虑环境温度地进行校准。
3.根据权利要求2所述的方法，其还包括基于舒适等级来选择所述固定的设定点温度。
4.根据权利要求1所述的方法，其还包括提供鼓风机和模式控制器，以及利用所述控制值来控制所述鼓风机和所述模式控制器。
5.根据权利要求1所述的方法，其还包括确定稳态控制值分量、确定瞬态控制值分量以及组合所述稳态控制值分量和所述瞬态控制值分量。
6.根据权利要求1所述的方法，其还包括感测环境温度、感测舱室温度以及利用所述环境温度和所述舱室温度来生成所述控制值。
7.根据权利要求1所述的方法，其还包括设定鼓风机速度、设定排气温度和设定HVAC模式，所有这些均基于所述舱室等效均匀温度和所述设定点温度。
8.根据权利要求1所述的方法，其还包括基于所述舱室等效均匀温度和所述设定点温度之间的差异来确定控制误差。
9.一种提供加热、通风和空调系统的自动气候控制的方法，其包括读取设定点温度输入、计算舱室等效均匀温度、将所述舱室等效均匀温度与所述设定点温度进行比较、以及生成控制值以使所述舱室等效均匀温度与所述设定点温度相等。
10.根据权利要求9所述的方法，其还包括利用固定的设定点温度而不考虑环境温度地进行校准。
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