CN107618341B - 控制器、辅助温度调节装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种控制器、辅助温度调节装置及方法。所述辅助温度调节装置包括：包括：颜色可调的车窗玻璃，其能基于所加载控制电压的变化而调节其颜色；传感器，用于探测光照强度；控制器，获取用户期望温度，根据传感器获得的光照强度及车内外温度，确定当前车窗玻璃透光度的调节值，并据此调节车窗玻璃处的控制电压；在调节透光度后，控制器在车内温度与用户期望温度不一致时，继续调节车窗玻璃处的控制电压以调节透光度，直至车内温度与用户期望温度一致。上述方案提供了用户更多样化的温度调节选择。

Description

控制器、辅助温度调节装置及方法

技术领域

本发明涉及车内温度调节的设计，特别涉及基于车窗玻璃进行温度调节的控制器、辅助温度调节装置及辅助温度调节方法。

背景技术

汽车空调通常用于调节车内温度，以达到用户的期望。并且，随着自动空调的推出，用户也无需时时调节设定温度和风量。自动空调可以在用户设定的温度范围内进行自动运作。

但有些情况下，除了开启空调之外，用户还希望能够有其他调节车内温度的选择。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种控制器、辅助温度调节装置及方法，以提供更多调节车内温度的选择。

为了解决上述问题，本发明提供的控制器，包括：其与颜色可调的车窗玻璃相连；获取用户期望温度，根据光照强度及车内外温度，确定当前车窗玻璃透光度的调节值，并据此调节车窗玻璃处的控制电压；在调节透光度后，在车内温度与用户期望温度不一致时，继续调节车窗玻璃处的控制电压以调节透光度，直至车内温度与用户期望温度一致。

本发明提供的辅助温度调节装置，包括：颜色可调的车窗玻璃，其能基于所加载控制电压的变化而调节其颜色；传感器，用于探测光照强度；控制器，获取用户期望温度，根据传感器获得的光照强度及车内外温度，确定当前车窗玻璃透光度的调节值，并据此调节车窗玻璃处的控制电压；在调节透光度后，控制器在车内温度与用户期望温度不一致时，继续调节车窗玻璃处的控制电压以调节透光度，直至车内温度与用户期望温度一致。

本发明提供的辅助温度调节方法，包括：获取车内外温度、用户期望温度及光照强度；根据车内外温度、用户期望温度及光照强度，确定当前车窗玻璃透光度的调节值，以所获得的调节值调节车窗玻璃的透光度；获取调节透光度后的车内温度；在车内温度与用户期望温度不一致时，继续调节车窗玻璃处的控制电压以调节透光度，直至车内温度与用户期望温度一致。

与现有技术相比，上述方案具有以下优点：上述方案以车内空间作为考虑动态能量平衡的控制对象。利用这种考虑，通过调节车窗玻璃的透光度，可以使得车内空间达到用户期望温度下的动态能量平衡。因而，使得调节车内温度的手段更多样化。

附图说明

图1是本发明辅助温度调节方法的一种实现原理示意图；

图2是本发明辅助温度调节方法的一种实施例流程示意图；

图3是本发明辅助温度调节装置的一种实施例结构示意图；

图4是是本发明辅助温度调节方法用于驾驶员与副驾驶区域温度调节的实现原理示意图；

图5是本发明辅助温度调节方法用于全车各区域温度调节的实现原理示意图。

具体实施方式

在下面的描述中，阐述了许多具体细节以便使所属技术领域的技术人员更全面地了解本发明。但是，对于所属技术领域内的技术人员明显的是，本发明的实现可不具有这些具体细节中的一些。此外，应当理解的是，本发明并不限于所介绍的特定实施例。相反，可以考虑用下面的特征和要素的任意组合来实施本发明，而无论它们是否涉及不同的实施例。因此，下面的方面、特征、实施例和优点仅作说明之用而不应被看作是权利要求的要素或限定，除非在权利要求中明确提出。

本发明的发明人认为，在任一时刻，对于密闭的车内空间，当车内温度保持相对不变时，可以认为车内空间达到了能量平衡的状态。

基于此考虑，参照图1所示，根据本发明的一种实施方式，本发明的发明人认为，密闭的车内空间达到能量平衡受两部分因素影响：1)辐射输入的热量，其主要通过阳光摄入；虽然阴天或雨天没有明显的阳光，但光线仍被视为对输入热量产生影响；2)车内空间和车外空间交换的热量，其主要通过车身(例如车门、车顶等)进行热交换；当车内温度高于车外温度时，车内向外散热，反之，车外向内传递热量。而当用户期望调节车内温度时，所谓的能量平衡即可被理解为达到用户期望温度时的能量平衡。则，可用下述公式来描述这种能量平衡的状态

KA₁(T_ambient-T_target)+q″A₂(1-η_shade)＝0 (1)

其中，K表示热传导系数(W/m)，A₁表示实际参与热交换的有效面积(通常为车身)，T_ambient表示车外的环境温度，T_target表示用户期望温度，q”表示太阳的热通量(W/m²)，其用来表示光照强度，A₂表示实际接收辐射输入热量的有效面积(通常为车窗玻璃)，(1-η_shade)表示车窗玻璃的透光度。温度通常采用开尔文单位，但也可采用摄氏度单位。

考虑到如何更快地调节车内温度达到用户期望温度，则需要根据车内温度与用户期望温度的差距，并进行相应强度的控制，以公式表示则为

KA₁(T_ambient-T_target)+q″A₂(1-η_shade)+G(T_target-T_incar)＝0

(2)

其中，G表示调整温度控制的强度(或称为比例增益常数)，T_incar表示实际车内温度，其他参数的含义与公式(1)相同。

则依据公式(2)，通过监测车内外温度，并以用户期望温度为目标，即可获得为达到能量平衡所需调节的透光度。

参照图2所示，提供了一种根据本发明实施例的辅助温度调节方法的过程示意，具体如下：

步骤10，获取车内外温度、用户期望温度及光照强度；

步骤20，根据车内外温度、用户期望温度及光照强度，确定当前车窗玻璃透光度的调节值，以所获得的调节值调节车窗玻璃的透光度；

步骤30，获取调节透光度后的车内温度；

步骤40，判断车内温度是否达到用户期望温度；若是，则执行步骤50，若否，则执行步骤60；

步骤50，保持车窗玻璃的当前透光度；

步骤60，根据车内温度与用户期望温度的温差，调整当前车窗玻璃透光度的调节值，以所获得的调节值调节车窗玻璃的透光度，并返回步骤30。

依据公式(2)，车内空间与车外空间进行热交换的热传导系数K及实际参与热交换的有效面积A₁可通过标定的方式获得。由于不同车型的车身材料及车身大小都不同，其相应的热传导系数及实际参与热交换的有效面积也不相同。因而，不同车型都可通过标定获得上述参数。同样地，实际接收辐射输入热量的有效面积A₂也可通过标定获得。此外，温度控制的强度G也可通过标定获得。而这些标定获得的数据都可预先存储，以在配合空调进行辅助温度调节时使用。

另外，获取车内外温度及光照强度的时间间隔可以根据实际对温度调节的响应速度来定。可知的是，需要的响应速度越快，对车内外温度及光照强度的获取时间间隔也越短。

对应地，参照图3所示，提供了一种根据本发明实施例的辅助温度调节装置，其包括：颜色可调的车窗玻璃，其能基于所加载控制电压的变化而调节其颜色；传感器，用于探测光照强度；控制器，获取用户期望温度，根据传感器获得的光照强度及车内外温度，确定当前车窗玻璃透光度的调节值，并据此调节车窗玻璃处的控制电压；在调节透光度后，控制器在车内温度与用户期望温度不一致时，继续调节车窗玻璃处的控制电压以调节透光度，直至车内温度与用户期望温度一致。对于车内外温度的检测，可通过温度传感器获得。但鉴于目前大部分的车辆都能提供环境温度显示，温度传感器也并非本发明的辅助温度调节装置所必需的部件。

具体地，控制器与车辆总线(可以为CAN或LIN)相连。而光照强度传感器也与车辆总线相连，传感器所探测的光照强度数据也会被发送至车辆总线。则控制器就能从车辆总线上获得光照强度的数据。当然，有关车内外温度的数据，当温度传感器连接于车辆总线时，可以从车辆总线上获得；或者，也可以从其他连接于车辆总线的汽车子系统获得(鉴于目前大多数仪表都提供温度显示，可从例如仪表处获得)；或者，也可将控制器与温度传感器直接通过线束连接，以直接获得温度数据。当然，光照强度传感器也可直接通过线束与控制器连接，以传送光照强度数据。

而对于用户期望温度，既可以在控制器上设置输入装置(例如控制面板)来获取，也可以让控制器通过外部的输入装置来获取。例如，用户可以在车载信息娱乐系统的控制面板或仪表的控制面板上输入期望温度，控制器通过车辆总线来获得用户期望温度的数据。

而例如上述举例的可标定数据都可存储于控制器中。在实际应用中，控制器可以是一个单独的模块，或者也可以集成于已有的汽车子系统，例如车窗控制器或车身控制器中。

至于车窗玻璃，可以采用目前市面上已有的可通过电压调节颜色深浅的玻璃(或称为电致变色玻璃)。这种玻璃通常包含导电层及位于导电层之间、含有电致变色材料的材料层。通过在导电层施加相应的电压，材料层中的电致变色材料的颜色深浅就会发生变化。从而，玻璃的透光率也发生相应变化。鉴于这种玻璃为已知的产品，此处对其实际的构成不再赘述。

本发明的上述实施例中，将车内空间作为一个整体考虑，而当需要对例如驾驶员区域、乘客区域的温度调节做更精细的控制时，还需要考虑因为空气交换而对车内空间的流量平衡带来的影响。并且，单独考虑每个区域的能量平衡状态。

参照图4所示，基于上述分析而对公式(2)进行调整，得到描述驾驶员区域的能量平衡状态的公式

KA₁(T_{driver.ambient}-T_{driver.target})+q″A₂(1-η_driver.shade）+mC(T_driver.incar-T_{passenger.incar})+G(T_{driver.target}-T_driver.incar)＝0

(3)

其中，A₁表示驾驶员区域中实际参与热交换的有效面积(通常为驾驶员区域车身)，T_{driver.ambient}表示驾驶员区域处车外的环境温度，T_{driver.target}表示用户期望的驾驶员区域温度，A₂表示驾驶员区域中实际接收辐射输入热量的有效面积(通常为驾驶员区域车窗玻璃)，(1-η_shade)表示驾驶员区域车窗玻璃的透光度，m表示空气质量流量(Kg/s)，可通过专用设备例如空气流量计测得，C表示空气的比热容(kj/Kg·K)，为常数，T_driver.incar和T_{passenger.incar}分别表示实际驾驶员区域温度和与之空气交换的副驾驶区域温度，其他参数与公式(2)中的相同。

则，当需要对驾驶员区域的温度调节进行精细控制时，可以应用公式(3)，根据驾驶员区域处车外的环境温度、驾驶员区域的温度、用户期望的驾驶员区域温度及光照强度，来确定及调整驾驶员区域的车窗玻璃的透光度。温度调节的过程可基本参考图2所示流程。此外，调节驾驶员区域的车窗玻璃的透光度可以是调节驾驶员侧车窗玻璃的透光度；或者，也可以是调节驾驶员区域的部分前挡风玻璃的透光度；或者，还可以是对驾驶员侧车窗玻璃以及驾驶员区域的部分前挡风玻璃均进行透光度调节。

类似地，还可对公式(3)进行调整，得到描述副驾驶区域的能量平衡状态的公式

KA₁(T_{passenger.ambient}-T_{passenger.target})+q″A₂(1-η_{passenger.shade})+mC(T_{passenger.incar}-T_driver.incar)+G(T_{passenger.target}-T_{passenger.incar})＝0 (4)

其中，A₁表示副驾驶区域中实际参与热交换的有效面积(通常为副驾驶区域车身)，T_{passenger.ambient}表示副驾驶区域处车外的环境温度，T_{passenger.target}表示用户期望的副驾驶区域温度，A₂表示副驾驶区域中实际接收辐射输入热量的有效面积(通常为副驾驶区域车窗玻璃)，(1-η_shade)表示副驾驶区域车窗玻璃的透光度，其他参数与公式(3)中的相同。参考上面的说明，应用公式(4)就可以对副驾驶区域的温度调节进行精细控制，即通过调节副驾驶区域车窗玻璃的透光度。类似地，调节副驾驶区域的车窗玻璃的透光度可以是调节副驾驶侧车窗玻璃的透光度；或者，也可以是调节副驾驶区域的部分前挡风玻璃的透光度；或者，还可以是对副驾驶侧车窗玻璃以及副驾驶区域的部分前挡风玻璃均进行透光度调节。

继续参照图5所示，当将后排乘客区域也考虑进来时，影响能量平衡的除了驾驶员区域与副驾驶区域的空气交换之外，还包括驾驶员区域与后排乘客区域的空气交换，以及副驾驶区域与后排乘客区域的空气交换。

以后排乘客区域为例，描述该区域能量平衡状态的公式为

其中，A₁表示后排乘客区域中实际参与热交换的有效面积(通常为后排乘客区域车身)，T_{passenger.rear.ambient}表示后排乘客区域处车外的环境温度，T_{passenger.rear.target}表示用户期望的后排乘客区域温度，A₂表示后排乘客区域中实际接收辐射输入热量的有效面积(通常为后排乘客区域车窗玻璃)，(1-η_shade)表示后排乘客区域车窗玻璃的透光度，T_{passenger.rear.incar}表示后排乘客区域的实际温度，T_{passenger.front.incar}表示副驾驶区域的实际温度，其他参数与公式(3)中的相同。

则，应用公式(5)就可对后排乘客区域进行温度调节的精细控制，即通过调节后排乘客区域车窗玻璃的透光度。

同理，还可获得考虑后排乘客空气交换的情况下，分别描述驾驶员区域、副驾驶区域的能量平衡状态的公式，并应用这些公式进行精细的温度调节控制。

虽然本发明已以较佳实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内所作的各种更动与修改，均应纳入本发明的保护范围内，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (15)

1.一种辅助温度调节装置，其特征在于，包括：颜色可调的车窗玻璃，其能基于所加载控制电压的变化而调节其颜色；传感器，用于探测光照强度；控制器，获取用户期望温度，根据传感器获得的光照强度及车外温度，确定当前车窗玻璃透光度的调节值，并据此调节车窗玻璃处的控制电压；在调节透光度后，控制器监测车内温度，在车内温度与用户期望温度不一致时，继续调节车窗玻璃处的控制电压以调节透光度，直至车内温度与用户期望温度一致；所述控制器依据车内密闭空间的能量平衡，基于下述公式进行上述透光度调节：

KA₁(T_ambient-T_target)+q"A₂(1-η_shade)+G(T_target-T_incar)＝0，

其中，K表示车身的热传导系数，A₁表示温度调节区域处实际参与热交换的车身有效面积，T_ambient表示温度调节区域处车外的环境温度，T_target表示用户期望的温度调节区域处温度，q”表示光照强度，A₂表示温度调节区域处实际接收辐射输入热量的车窗玻璃有效面积，G表示调整温度控制的强度，(1-η_shade)表示温度调节区域处车窗玻璃的透光度，T_incar表示实际车内温度。

2.如权利要求1所述的辅助温度调节装置，其特征在于，所述控制器与车辆总线相连，以获得车外温度、车内温度以及光照强度。

3.权利要求1所述的辅助温度调节装置，其特征在于，所述控制器提供输入装置以获取用户期望温度，或者，通过外部输入装置获取用户期望温度。

4.如权利要求2所述的辅助温度调节装置，其特征在于，所述车辆总线为CAN总线或LIN总线。

5.如权利要求1所述的辅助温度调节装置，其特征在于，在调节透光度后，控制器在驾驶员处温度与用户期望温度不一致时，继续调节驾驶员处车窗玻璃处的控制电压以调节透光度，直至驾驶员处温度与用户期望温度一致。

6.如权利要求5所述的辅助温度调节装置，其特征在于，控制器基于下述公式调节驾驶员处车窗玻璃的透光度：

KA₁(T_{driver.ambient}-T_{driver.target})+q"A₂(1-η_driver.shade)+mC(T_driver.incar-T_{passenger.incar})+G(T_{driver.target}-T_driver.incar)＝0

其中，K表示车身的热传导系数，A₁表示驾驶员处的车身有效面积，T_{driver.ambient}表示驾驶员处车外的环境温度，T_{driver.target}表示用户期望的驾驶员处温度，q”表示光照强度，A₂表示驾驶员处车窗玻璃有效面积，(1-η_driver.shade)表示驾驶员处车窗玻璃的透光度，m表示空气质量流量，C表示空气的比热容，G表示调整温度控制的强度，T_driver.incar和T_{passenger.incar}分别表示实际驾驶员处温度和副驾驶处温度。

7.如权利要求1所述的辅助温度调节装置，其特征在于，在调节透光度后，控制器在乘客处温度与用户期望温度不一致时，继续调节乘客处车窗玻璃处的控制电压以调节透光度，直至乘客处温度与用户期望温度一致。

8.如权利要求7所述的辅助温度调节装置，其特征在于，乘客处为副驾驶区域，控制器基于下述公式调节副驾驶处车窗玻璃的透光度：

KA₁(T_{passenger.ambient}-T_{passenger.target})+q"A₂(1-η_{passenger.shade})+mC(T_{passenger.incar}-T_driver.incar)+G(T_{passenger.target}-T_{passenger.incar})＝0

其中，K表示车身的热传导系数，A₁表示副驾驶处的车身有效面积，T_{passenger.ambient}表示副驾驶处车外的环境温度，T_{passenger.target}表示用户期望的副驾驶处温度，q”表示光照强度，A₂表示副驾驶处车窗玻璃的有效面积，(1-η_{passenger.shade})表示副驾驶处车窗玻璃的透光度，m表示空气质量流量，C表示空气的比热容，G表示调整温度控制的强度，T_driver.incar和T_{passenger.incar}分别表示实际驾驶员处温度和副驾驶处温度。

9.如权利要求7所述的辅助温度调节装置，其特征在于，乘客处为后排乘客区域，控制器基于下述公式调节后排乘客处车窗玻璃的透光度：

KA₁(T_{passenger.rear.ambient}-T_{passenger.rear.target})+q"A₂(1-η_{passenger.rear.shade})+mC(T_{passenger.rear.incar}-T_{passenger.front.incar})+mC(T_{passenger.rear.incar}-T_driver.incar)+G(T_{passenger.rear.target}-T_{passenger.rear.incar})＝0

其中，K表示车身的热传导系数，A₁表示后排乘客处的车身有效面积，T_{passenger.rear.ambient}表示后排乘客处车外的环境温度，T_{passenger.rear.target}表示用户期望的后排乘客处温度，q”表示光照强度，A₂表示后排乘客处车窗玻璃的有效面积，(1-η_{passenger.rear.shade})表示后排乘客处车窗玻璃的透光度，m表示空气质量流量，C表示空气的比热容，T_{passenger.rear.incar}表示后排乘客处的实际温度，G表示调整温度控制的强度，T_driver.incar和T_{passenger.front.incar}分别表示实际驾驶员处温度和副驾驶处温度。

10.一种辅助温度调节方法，其特征在于，包括：

获取车外温度、用户期望温度及光照强度；

根据车外温度、用户期望温度及光照强度，确定当前车窗玻璃透光度的调节值，以所获得的调节值调节车窗玻璃的透光度；

获取调节透光度后的车内温度；

在车内温度与用户期望温度不一致时，继续调节车窗玻璃处的控制电压以调节透光度，直至车内温度与用户期望温度一致；

依据车内密闭空间的能量平衡，基于下述公式进行上述透光度调节：

KA₁(T_ambient-T_target)+q"A₂(1-η_shade)+G(T_target-T_incar)＝0

其中，K表示车身的热传导系数，A₁表示温度调节区域处实际参与热交换的车身有效面积，T_ambient表示温度调节区域处车外的环境温度，T_target表示用户期望的温度调节区域处温度，q”表示光照强度，A₂表示温度调节区域处实际接收辐射输入热量的车窗玻璃有效面积，G表示调整温度控制的强度，(1-η_shade)表示温度调节区域处车窗玻璃的透光度，T_incar表示实际车内温度。

11.如权利要求10所述的辅助温度调节方法，其特征在于，在调节透光度后，控制器在驾驶员处温度与用户期望温度不一致时，继续调节驾驶员处车窗玻璃处的控制电压以调节透光度，直至驾驶员处温度与用户期望温度一致。

12.如权利要求11所述的辅助温度调节方法，其特征在于，控制器基于下述公式调节驾驶员处车窗玻璃的透光度：

KA₁(T_{driver.ambient}-T_{driver.target})+q"A₂(1-η_driver.shade)+mC(T_driver.incar-T_{passenger.incar})+G(T_{driver.target}-T_driver.incar)＝0

其中，K表示车身的热传导系数，A₁表示驾驶员处的车身有效面积，T_{driver.ambient}表示驾驶员处车外的环境温度，T_{driver.target}表示用户期望的驾驶员处温度，q”表示光照强度，A₂表示驾驶员处车窗玻璃有效面积，(1-η_driver.shade)表示驾驶员处车窗玻璃的透光度，m表示空气质量流量，C表示空气的比热容，G表示调整温度控制的强度，T_driver.incar和T_{passenger.incar}分别表示实际驾驶员处温度和副驾驶处温度。

13.如权利要求10所述的辅助温度调节方法，其特征在于，在调节透光度后，控制器在乘客处温度与用户期望温度不一致时，继续调节乘客处车窗玻璃处的控制电压以调节透光度，直至乘客处温度与用户期望温度一致。

14.如权利要求13所述的辅助温度调节方法，其特征在于，乘客处为副驾驶区域，控制器基于下述公式调节副驾驶处车窗玻璃的透光度：

KA₁(T_{passenger.ambient}-T_{passenger.target})+q"A₂(1-η_{passenger.shade})+mC(T_{passenger.incar}-T_driver.incar)+G(T_{passenger.target}-T_{passenger.incar})＝0

其中，K表示车身的热传导系数，A₁表示副驾驶处的车身有效面积，T_{passenger.ambient}表示副驾驶处车外的环境温度，T_{passenger.target}表示用户期望的副驾驶处温度，q”表示光照强度，A₂表示副驾驶处车窗玻璃的有效面积，(1-η_{passenger.shade})表示副驾驶处车窗玻璃的透光度，m表示空气质量流量，C表示空气的比热容，G表示调整温度控制的强度，T_driver.incar和T_{passenger.incar}分别表示实际驾驶员处温度和副驾驶处温度。

15.如权利要求13所述的辅助温度调节方法，其特征在于，乘客处为后排乘客区域，控制器基于下述公式调节后排乘客处车窗玻璃的透光度：

KA₁(T_{passenger.rear.ambient}-T_{passenger.rear.target})+q"A₂(1-η_{passenger.rear.shade})+mC(T_{passenger.rear.incar}-T_{passenger.front.incar})+mC(T_{passenger.rear.incar}-T_driver.incar)+G(T_{passenger.rear.target}-T_{passenger.rear.incar})＝0

其中，K表示车身的热传导系数，A₁表示后排乘客处的车身有效面积，T_{passenger.rear.ambient}表示后排乘客处车外的环境温度，T_{passenger.rear.target}表示用户期望的后排乘客处温度，q”表示光照强度，A₂表示后排乘客处车窗玻璃的有效面积，(1-η_{passenger.rear.shade})表示后排乘客处车窗玻璃的透光度，m表示空气质量流量，C表示空气的比热容，T_{passenger.rear.incar}表示后排乘客处的实际温度，G表示调整温度控制的强度，T_driver.incar和T_{passenger.front.incar}分别表示实际驾驶员处温度和副驾驶处温度。

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