CN112506249A - 使用窗户光学属性的车辆气候控制的系统和方法 - Google Patents

使用窗户光学属性的车辆气候控制的系统和方法 Download PDF

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CN112506249A CN202010872638.XA CN202010872638A CN112506249A CN 112506249 A CN112506249 A CN 112506249A CN 202010872638 A CN202010872638 A CN 202010872638A CN 112506249 A CN112506249 A CN 112506249A
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Abstract

车辆中的气候控制系统。所述系统包括第一控制模块，所述第一控制模块配置成：i）接收与车辆的客舱有关的第一温度测量值；ii）将所述第一温度测量值与温度设定点值进行比较；以及iii）响应于所述比较，确定与第一温度测量值和温度设定点之间的差有关的第一误差值。所述系统还包括温度控制模块，所述温度控制模块配置成：接收所述第一误差值；以及作为响应，调节车辆的至少一个窗户的光透射性。

Description

使用窗户光学属性的车辆气候控制的系统和方法
背景技术
在本部分中提供的信息是为了总体上阐述本公开的上下文的目的。在本部分中描述的程度上，当前署名的发明人的工作以及在提交时可能不以其它方式作为现有技术的描述的各方面，既不明示地也不暗示地被认为是本公开的现有技术。
本公开涉及控制车辆的客舱中的气候的设备和方法。加热、通风和空调（HVAC）系统广泛地用于冷却和加热客舱。然而，HVAC系统的功率消耗显著地减少内燃发动机车辆中的燃油里程以及电动车辆的蓄电池寿命。
发明内容
本公开的目的是提供车辆中的气候控制系统。所述系统包括第一控制模块，所述第一控制模块配置成：i）接收与车辆的客舱有关的第一温度测量值；ii）将所述第一温度测量值与温度设定点值进行比较；以及iii）响应于所述比较，确定与第一温度测量值和温度设定点之间的差有关的第一误差值。所述系统还包括温度控制模块，所述温度控制模块配置成：接收所述第一误差值；以及作为响应，调节车辆的至少一个窗户的光透射性。
在一个实施例中，所述温度控制模块调节所述至少一个窗户的光透射性，以便减少第一误差值。
在另一个实施例中，所述温度控制模块增加所述至少一个窗户的光透射性，以便减少第一误差值。
在又一个实施例中，所述温度控制模块减少所述至少一个窗户的光透射性，以便减少第一误差值。
在又一个实施例中，在温度控制模块调节车辆的至少一个窗户的光透射性之后，第一控制模块还配置成：i）接收与车辆的客舱有关的第二温度测量值；ii）将所述第二温度测量值与温度设定点值进行比较；以及iii）响应于所述比较，确定与第二温度测量值和温度设定点之间的差有关的第二误差值。
在另一个实施例中，所述温度控制模块还配置成：接收所述第二误差值；以及作为响应，调节车辆的加热、通风和空调（HVAC）模块的设置。
在又一个实施例中，所述温度控制模块调节HVAC模块的设置，以便减少第二误差值。
在又一个实施例中，所述温度控制模块调节HVAC模块的鼓风机速度，以便减少第二误差值。
在一个实施例中，所述温度控制模块调节HVAC模块的模式，以便减少第二误差值。
在另一个实施例中，所述温度控制模块调节离开HVAC模块的空气的温度，以便减少第二误差值。
本公开的另一个目的是提供车辆中的气候控制的方法。控制车辆的客舱的气候的方法包括：i）接收与车辆的客舱有关的第一温度测量值；ii）将所述第一温度测量值与温度设定点值进行比较；以及iii）响应于所述比较，确定与第一温度测量值和温度设定点之间的差有关的第一误差值。所述方法还包括：响应于所述第一误差值，调节车辆的至少一个窗户的光透射性。
方案1. 一种车辆中的系统，包括：
第一控制模块，所述第一控制模块配置成：
接收与车辆的客舱有关的第一温度测量值；
将所述第一温度测量值与温度设定点值进行比较；以及
响应于所述比较，确定与第一温度测量值和温度设定点之间的差有关的第一误差值；以及
温度控制模块，所述温度控制模块配置成：接收所述第一误差值；以及作为响应，调节车辆的至少一个窗户的光透射性。
方案2. 根据方案1所述的系统，其中，所述温度控制模块调节所述至少一个窗户的光透射性，以便减少第一误差值。
方案3. 根据方案2所述的系统，其中，所述温度控制模块增加所述至少一个窗户的光透射性，以便减少第一误差值。
方案4. 根据方案2所述的系统，其中，所述温度控制模块减少所述至少一个窗户的光透射性，以便减少第一误差值。
方案5. 根据方案1所述的系统，其中，在温度控制模块调节车辆的至少一个窗户的光透射性之后，第一控制模块还配置成：
接收与车辆的客舱有关的第二温度测量值；
将所述第二温度测量值与温度设定点值进行比较；以及
响应于所述比较，确定与第二温度测量值和温度设定点之间的差有关的第二误差值。
方案6. 根据方案5所述的系统，其中，所述温度控制模块还配置成：接收所述第二误差值；以及作为响应，调节车辆的加热、通风和空调（HVAC）模块的设置。
方案7. 根据方案6所述的系统，其中，所述温度控制模块调节HVAC模块的设置，以便减少第二误差值。
方案8. 根据方案6所述的系统，其中，所述温度控制模块调节HVAC模块的鼓风机速度，以便减少第二误差值。
方案9. 根据方案6所述的系统，其中，所述温度控制模块调节HVAC模块的模式，以便减少第二误差值。
方案10. 根据方案6所述的系统，其中，所述温度控制模块调节离开HVAC模块的空气的温度，以便减少第二误差值。
方案11. 一种控制车辆的客舱的气候的方法，包括：
接收与车辆的客舱有关的第一温度测量值；
将所述第一温度测量值与温度设定点值进行比较；
响应于所述比较，确定与第一温度测量值和温度设定点之间的差有关的第一误差值；以及
响应于所述第一误差值，调节车辆的至少一个窗户的光透射性。
方案12. 根据方案11所述的方法，其中，调节所述至少一个窗户的光透射性减少第一误差值。
方案13. 根据方案12所述的方法，其中，调节所述至少一个窗户的光透射性包括增加所述至少一个窗户的光透射性，以便减少第一误差值。
方案14. 根据方案12所述的方法，其中，调节所述至少一个窗户的光透射性包括减少所述至少一个窗户的光透射性，以便减少第一误差值。
方案15. 根据方案11所述的方法，在温度控制模块调节车辆的至少一个窗户的光透射性之后，还包括：
接收与车辆的客舱有关的第二温度测量值；
将所述第二温度测量值与温度设定点值进行比较；以及
响应于所述比较，确定与第二温度测量值和温度设定点之间的差有关的第二误差值。
方案16. 根据方案15所述的方法，还包括：响应于所述第二误差值，调节车辆的加热、通风和空调（HVAC）模块的设置。
方案17. 根据方案16所述的方法，其中，调节HVAC模块的设置减少第二误差值。
方案18. 根据方案16所述的方法，其中，调节HVAC模块的设置包括调节HVAC模块的鼓风机速度，以便减少第二误差值。
方案19. 根据方案16所述的方法，其中，调节HVAC模块的设置包括调节HVAC模块的模式，以便减少第二误差值。
方案20. 根据方案16所述的方法，其中，调节HVAC模块的设置包括调节离开HVAC模块的空气的温度，以便减少第二误差值。
本公开的其它应用领域将从详细描述、权利要求和附图变得显而易见。详细描述和具体示例仅旨在用于说明的目的，并且不旨在限制本公开的范围。
附图说明
本公开从详细描述和附图将得到更全面的理解，其中：
图1是根据本公开实施例的包括气候控制系统的电动车辆的高水平图。
图2是根据本公开实施例的图1中的气候控制模块的更详细图。
图3是图示根据本公开实施例的调节窗户透射性的流程图。
图4是图示根据本公开实施例的结合调节窗户透射性来调节HVAC设置的流程图。
在附图中，可以重复使用附图标记来标识类似和/或相同的元件。
具体实施方式
本公开描述了车辆气候控制系统，其调整车辆中的所有窗户表面的罩光（glazing）属性，用于热舒适性和/或用于减少车辆的加热、通风和空调（HVAC）系统的能量消耗。减少HVAC系统的能量消耗在基于蓄电池功率操作的电动车辆（EV）中特别有用，因为能量消耗增加有效EV车辆里程。
本公开还引入等效均匀温度（EHT）值的构思。EHT值可以定义为“在空气速度等于零的情况下假象封闭件的均匀温度，其中，人通过辐射和对流交换与在实际非均匀环境中相同的干热量”。EHT值提供将“非均匀”热环境表征为均匀热环境的单个代表值。通过示例的方式，车辆的客舱内的实际环境可能在深色表面和浅色表面之间、在车顶附近的空间和底板附近的空间之间等等展现显著的温度变化。EHT值提供单个均匀值以代表客舱内的非均匀温度。EHT值可根据车辆上的太阳负荷（太阳光的量）、环境空气温度、乘员数量等随时间变化。
图1是根据本公开实施例的包括气候控制系统的电动车辆100的高水平图。电动车辆100包括蓄电池控制模块110、蓄电池组120、功率转换器130、电动马达140、变速器150和车轮160A和160B。车辆100的气候控制系统包括气候控制模块170；加热、通风和空调（HVAC）模块175；以及传感器模块180。
蓄电池控制模块110控制蓄电池组120中的多个蓄电池单元的充电。功率转换器130接收从蓄电池组120输出的DC功率，且将DC功率转换为施加到电动马达120的AC输出电压。电动马达140的输出扭矩施加到变速器150，变速器150转动车轮160A和160B。在一个实施例中，变速器150可以是例如单齿轮变速器。车辆100的速度和加速度由来自于功率转换器130的AC输出电压的电平控制。功率转换器130的AC输出电压继而由车辆100中的加速踏板（未示出）控制。
传感器模块180包括各种传感器。这些传感器可包括例如用于感测客舱内的温度的恒温器以及用于感测客舱外的环境空气温度的恒温器。这些传感器还可包括配置成感测客舱内的热辐射的红外照相机，包括来自于一个或多个乘员的热辐射。这些传感器还可包括一个或多个太阳能电池，用于检测太阳的位置和角度以及确定车辆表面上的太阳光的量（即，太阳负荷）。
根据本公开的原理，气候控制模块170从传感器模块180接收传感器输入数据，且作为响应，调节车辆窗户中的一个或多个的罩光以及HVAC模块175的设置。调节窗户的罩光会调节每个窗户的光透射性。当前，一些类型的飞机在客舱中包含允许每个乘员使用控制按钮调节紧挨他的或她的座位的窗户的罩光的窗户。
图2是根据本公开实施例的图1中的气候控制模块170的更详细图。气候控制模块170包括等效均匀温度（EHT）设定点控制模块210、温度控制模块220、罩光控制模块230、以及HVAC控制模块240。EHT设定点控制模块210接收可以由系统设计确定的车辆客舱的EHT设定点值。如上文所提到的那样，EHT值提供将“非均匀”热环境表征为均匀热环境的单个代表值。EHT设定点控制模块210还从传感器模块180接收各种输入测量值，包括（来自于恒温器的）温度读数、（来自于照相机的）红外（IR）图像、以及（来自于太阳能传感器的）太阳负荷输入（其表示车辆上和因而进入客舱的太阳光的量）。太阳负荷输入可表示太阳的方向、俯仰角和强度等等。
EHT设定点控制模块210从来自于传感器模块180的输入中的一个或多个确定客舱中的实际EHT值。EHT设定点控制模块210于是将实际EHT值与EHT设定点值进行比较，以产生误差信号ΔEHT，其表示实际EHT值是更高还是更低且高/低多少（即，差的幅度）。
在一些实施例中，误差可以是实际测量温度和目标温度之间的差。然而，在其它实施例中，误差可以是在当前车辆条件下的计算EHT和对于那些车辆条件而言EHT应当为的值（即，EHT设定点）之间的差。
温度控制模块220接收误差信号ΔEHT，且作为响应，可调节窗户罩光或A/C设置，或两者，以便减少或消除误差信号ΔEHT。温度控制模块220通过将控制信号Yn发送给罩光控制模块230来调节窗户罩光。控制信号Yn可使得罩光控制模块230减少光透射性以便冷却客舱，或者可使得罩光控制模块230增加光透射性以便温暖客舱。温度控制模块220通过将控制信号Xn发送给HVAC控制模块230来调节HVAC设置。HVAC设置包括HVAC模式（即，加热或冷却）、出口空气温度（更温暖或更冷）、和鼓风机速度（即，风扇速度）。控制信号Xn可使得HVAC控制模块230冷却客舱，或者可使得HVAC控制模块230温暖客舱。
根据有利实施例，罩光控制模块230可执行一个或多个人工智能（AI）或机器学习（ML）算法。AI/ML算法可基于EHT设定点和一个或多个输入边界条件（例如太阳负荷、外部空气温度、HVAC排出温度等）来确定最佳罩光件成分。优选地，AI/ML算法可在数据库上预先训练，所述数据库可涵盖车辆可能遇到的任何环境条件。
根据本公开的原理，气候控制模块170将首先尝试通过调节窗户罩光来控制温度。如果调节光透射性足以维持EHT值，那么将不必打开HVAC模块175或者增加由HVAC模块175所做的加热或冷却量。如果调节光透射性不足以维持EHT值，那么仅仅此时将需要打开HVAC模块175或者增加其功率消耗。这允许显著的功率节省，因为与HVAC模块175相比，调节窗户罩光需要非常小的功率量。
图3是图示根据本公开实施例的调节窗户透射性的流程图。图4是图示根据本公开实施例的结合调节窗户透射性来调节HVAC设置的流程图。
起初，在305，EHT设定点控制模块210接收传感器输入，且计算客舱EHT值和/或根据例如IR图像确定乘员温度。在310，EHT设定点控制模块210将客舱EHT与EHT设定点进行比较，且确定ΔEHT控制误差值。在315，温度控制模块220使用ΔEHT控制误差值来确定Yn控制值。在320，罩光控制模块230使用Yn控制值来调节一个或多个车辆窗户的光透射性。取决于太阳的方向和高度，可能仅仅需要调节实际上面向太阳的那些窗户的光透射性。
在405，在已经调节窗户罩光之后，EHT设定点控制模块210再次评估客舱EHT和/或乘员温度。在410，EHT设定点控制模块210将客舱EHT与EHT设定点进行比较，且再次确定ΔEHT控制误差值。在415，温度控制模块220使用ΔEHT控制误差值来确定Xn控制值。在420，HVAC控制模块240使用Xn控制值来调节出口（排出）空气温度、鼓风机速度和HVAC模式中的一个或多个，以便增加或降低客舱温度。
之后，气候控制模块170可返回到305，以便重复地调节窗户罩光和HVAC设置中的一个或两者。由此，气候控制模块170调整车辆中的所有窗户表面的罩光属性，用于热舒适性和减少车辆的HVAC系统的能量消耗。
在上述的实施例中，车辆窗户的光透射性通过调节窗户罩光来控制。然而，这仅仅通过示例的方式且不应理解为限制本公开的范围。在本公开的可选实施例中，车辆100的窗户中的一个或多个的光透射性可通过其它类型的智能玻璃技术来控制，包括电致色、光致色、热致色等。
在本公开的一些实施例中，各个窗户的光透射性可对车辆100的各个乘员调节。在这种实施例中，EHT设定点控制模块210可例如接收用于每个乘员的各个IR图像，且可以计算用于每个乘员的各个ΔEHT控制误差值。这允许温度控制模块220产生多个Yn控制值，以独立地调节每个窗户的光透射性。
前述描述本质上仅是说明性的，并且决不旨在限制本公开、其应用或用途。本公开的宽泛教导可以以各种形式实施。因此，虽然本公开包括特定示例，但是本公开的真实范围不应如此限制，因为在研究附图、说明书和所附权利要求书后，其它修改将变得显而易见。应当理解，在不改变本公开的原理的情况下，方法内的一个或多个步骤可以以不同的顺序（或同时）执行。此外，尽管上文将实施例中的每一个描述为具有某些特征，但参考本公开的任何实施例描述的那些特征中的任何一个或多个可在其它实施例中的任一个的特征中实施及和/或与其它实施例中的任一个的特征组合，即使未明确地描述所述组合也是如此。换句话说，所描述的实施例不是相互排斥的，并且一个或多个实施例彼此的置换仍然在本公开的范围内。
使用各种术语描述元件之间（例如，模块、电路元件、半导体层等之间）的空间和功能关系，包括“连接”、“接合”、“联接”、“相邻”、“紧挨着”、“在顶部上”、“上方”、“下方”和“设置”。除非明确地描述为“直接的”，否则当在以上公开中描述第一和第二元件之间的关系时，该关系可以是在第一和第二元件之间不存在其它中间元件的直接关系，但是也可以是在第一和第二元件之间（在空间上或功能上）存在一个或多个中间元件的间接关系。如本文使用的，短语A、B和C中的至少一个应当被解释为意指使用非排他性逻辑“或”的逻辑（A或B或C），并且不应当被解释为意指“A中的至少一个、B中的至少一个和C中的至少一个”。
在图中，如箭头所指示的箭头的方向通常表示图示感兴趣的信息流（例如数据或指令）。例如，当元件A和元件B交换各种信息，但是从元件A传输到元件B的信息与图示相关时，箭头可从元件A指向元件B。该单向箭头并非暗示没有其它信息从元件B传输到元件A。此外，对于从元件A发送到元件B的信息，元件B可向元件A发送对信息的请求或对信息的接收确认。
在本申请中，包括下面的定义，术语“模块”或术语“控制器”可用术语“电路”代替。术语“模块”可指代以下各项、作为以下各项的一部分或者包括以下各项：专用集成电路（ASIC）；数字、模拟或混合模拟/数字分立电路；数字、模拟或混合模拟/数字集成电路；组合逻辑电路；现场可编程门阵列（FPGA）；执行代码的处理器电路（共享、专用或组）；存储由处理器电路执行的代码的存储器电路（共享、专用或组）；提供所述功能的其它合适的硬件部件；或者以上的一些或全部的组合，诸如在芯片上系统中。
模块可以包括一个或多个接口电路。在一些示例中，接口电路可包括连接到局域网（LAN）、因特网、广域网（WAN）或其组合的有线或无线接口。本公开的任何给定模块的功能可以分布在经由接口电路连接的多个模块中。例如，多个模块可允许负荷平衡。在另外的示例中，服务器（也称为远程或云）模块可代表客户端模块完成一些功能。
如上文所使用的术语“代码”可包括软件、固件和/或微代码，并且可指代程序、例程、函数、类、数据结构和/或对象。术语“共享处理器电路”涵盖执行来自多个模块的一些或所有代码的单个处理器电路。术语“组处理器电路”涵盖与附加处理器电路组合执行来自一个或多个模块的一些或所有代码的处理器电路。对多个处理器电路的引用涵盖分立管芯上的多处理器电路、单个管芯上的多个处理器电路、单个处理器电路的多个核、单个处理器电路的多个线程、或以上的组合。术语“共享存储器电路”涵盖存储来自多个模块的一些或所有代码的单个存储器电路。术语“组存储器电路”涵盖与附加存储器组合存储来自一个或多个模块的一些或所有代码的存储器电路。
术语“存储器电路”是术语“计算机可读介质”的子集。如本文所使用的术语“计算机可读介质”不涵盖通过介质（诸如在载波上）传播的暂态性电信号或电磁信号；术语“计算机可读介质”因此可被认为是有形的和非暂态性的。非暂态性有形计算机可读介质的非限制性示例是非易失性存储器电路（诸如闪存存储器电路、可擦除可编程只读存储器电路或掩膜只读存储器电路）、易失性存储器电路（诸如静态随机存取存储器电路或动态随机存取存储器电路）、磁存储介质（诸如模拟或数字磁带或硬盘驱动器）和光存储介质（诸如CD、DVD或蓝光光盘）。
本申请中描述的设备和方法可部分或全部由通过配置通用计算机以执行计算机程序中实施的一个或多个特定功能而创建的专用计算机来实施。上述功能框、流程图部件和其它元件用作软件规范，其可以由熟练技术人员或程序员的例行工作转换成计算机程序。
计算机程序包括存储在至少一个非暂态性有形计算机可读介质上的处理器可执行指令。计算机程序还可包括或依赖于所存储的数据。计算机程序可涵盖与专用计算机的硬件交互的基本输入/输出系统（BIOS）、与专用计算机的特定装置交互的装置驱动器、一个或多个操作系统、用户应用、后台服务、后台应用等。
计算机程序可包括：（i）要解析的描述性文本，诸如HTML（超文本标记语言）、XML（可扩展标记语言）或JSON（JavaScript对象符号化）（ii）汇编代码，（iii）由编译器从源代码生成的目标代码，（iv）由解释器执行的源代码，（v）由即时编译器编译和执行的源代码，等等。仅作为示例，可以使用来自包括C、C++、C#、Objective-C、Swift、Haskell、Go、SQL、R、Lisp、Java®、Fortran、Perl、Pascal、Curl、OCaml、Javascript®、HTML5（超文本标记语言第5次修订）、Ada、ASP（活动服务器页面）、PHP（PHP：超文本预处理器）、Scala、Eiffel、Smalltalk、Erlang、Ruby、Flash®、Visual Basic®、Lua、MATLAB、SIMULINK和Python®的语言的语法来编写源代码。

Claims (10)

1.一种车辆中的系统，包括：
第一控制模块，所述第一控制模块配置成：
接收与车辆的客舱有关的第一温度测量值；
将所述第一温度测量值与温度设定点值进行比较；以及
响应于所述比较，确定与第一温度测量值和温度设定点之间的差有关的第一误差值；以及
温度控制模块，所述温度控制模块配置成：接收所述第一误差值；以及作为响应，调节车辆的至少一个窗户的光透射性。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述温度控制模块调节所述至少一个窗户的光透射性，以便减少第一误差值。
3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述温度控制模块增加所述至少一个窗户的光透射性，以便减少第一误差值。
4.根据权利要求2所述的系统，其中，所述温度控制模块减少所述至少一个窗户的光透射性，以便减少第一误差值。
5.根据权利要求1所述的系统，其中，在温度控制模块调节车辆的至少一个窗户的光透射性之后，第一控制模块还配置成：
接收与车辆的客舱有关的第二温度测量值；
将所述第二温度测量值与温度设定点值进行比较；以及
响应于所述比较，确定与第二温度测量值和温度设定点之间的差有关的第二误差值。
6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述温度控制模块还配置成：接收所述第二误差值；以及作为响应，调节车辆的加热、通风和空调（HVAC）模块的设置。
7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述温度控制模块调节HVAC模块的设置，以便减少第二误差值。
8.根据权利要求6所述的系统，其中，所述温度控制模块调节HVAC模块的鼓风机速度，以便减少第二误差值。
9.根据权利要求6所述的系统，其中，所述温度控制模块调节HVAC模块的模式，以便减少第二误差值。
10.根据权利要求6所述的系统，其中，所述温度控制模块调节离开HVAC模块的空气的温度，以便减少第二误差值。
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