CN113771582B - 一种车内舒适性自调整空调系统的工作方法 - Google Patents

一种车内舒适性自调整空调系统的工作方法 Download PDF

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Abstract

本发明技术方案公开了一种车内舒适性自调整空调系统的工作方法，通过将采集到的车身数据以及温度数据发送至空调控制模块，通过所述空调控制模块对数据进行处理分析并得出舒适性控制方法、出风温度修正计算方法、自动扫风计算方法和鼓风机电压修正计算方法的控制决策并生成指令，最终经所述空调控制模块向车内设备发出指令以调整空调系统的工作状态及车内的出风模式。本发明提供了一种车内温度舒适性控制系统。该空调系统不需要人工对空调控制目标进行干预，仅根据人体体表温度和车辆运行状态，即可以按照乘员舒适性需求决定汽车空调的出风温度、出风模式、出风风量、出风风向以及新风需求等空调运行方式。

Description

一种车内舒适性自调整空调系统的工作方法
技术领域
本发明涉及汽车空调系统技术领域，尤其是涉及一种车内舒适性自调整空调系统的工作方法。
背景技术
汽车空调是为汽车车内提供温度舒适性的装置。现有的汽车空调通过车内温度传感器感知车内温度并反馈给空调控制器，然后空调控制器发送信号调节空调系统中的执行机构，从而达到控制车内温度的目的。
由于不同乘员对舒适性的要求不一样，所以，需要人为对车内的温度目标或者车内不同区域的温度控制目标进行设定，汽车空调根据设定温度目标和车内外环境工况决定空调的出风温度和风量。同时需要手动调节出风口，调整空调出风吹向人体不同区域。由此可见，现有的汽车空调存在温度控制不精确、出风方向无法智能调节等缺点。
为此，本发明提出了一种可以实现车内温度自动舒适性控制的系统及其控制方法。
发明内容
本发明解决的技术问题是现有的汽车空调存在温度控制不精确、出风方向无法智能调节。
为解决上述的技术问题，本发明技术方案提供一种车内舒适性自调整空调系统的工作方法，其中，通过将采集到的车身数据以及温度数据发送至空调控制模块，通过所述空调控制模块对数据进行处理分析并得出舒适性控制方法、出风温度修正计算方法、自动扫风计算方法和鼓风机电压修正计算方法的控制决策并生成指令，最终经所述空调控制模块向车内设备发出指令以调整空调系统的工作状态及车内的出风模式。
可选地，包括：
所述空调控制模块；
通过CAN总线与所述空调控制模块连接的车身控制器；
与所述车身控制器通过硬线或LIN总线连接且用于采集乘员体型特征和车外温度的车身数据采集模块；
通过硬线或LIN总线直接与所述空调控制模块连接且用于采集乘员体表温度、车内温度、出风口温度和日照辐射强度的温度数据采集模块；以及
通过硬线或LIN总线直接与所述空调控制模块连接的所述车内设备。
可选地，所述车身数据采集模块包括用于检测车外温度的车外温度传感器和用于检测驾驶员或乘员是否到位的安全带传感器及座椅压力传感器。
可选地，温度数据采集模块包括用于检测当前日照辐射强度的阳光传感器、用于检测出风口温度的出风温度传感器、用于检测车内温度的车内温度传感器以及用于检测驾驶员或乘员体表温度的红外温度传感器。
可选地，车内设备包括空调压缩机、风门电机、鼓风机、主驾出风口电机和副驾出风口电机。
可选地，舒适性控制方法包括以下步骤：
步骤1：系统开启，读取外温传感器，内温传感器和阳光传感器信号，根据传统空调控制算法计算出风口的目标出风温度T_outlet与鼓风机电压基础值V_fan；
步骤2：读取红外温度传感器的温度矩阵信号，通过中值滤波筛选并计算车内人员的面部平均温度T_face；
步骤3：根据人员面部平均温度T_face，计算出风温度修正值T_outlet_corr，进行出风温度修正。其中T_outlet_corr的计算方法将在第 2)节中详细讲述；
步骤4：根据人员面部平均温度T_face、座椅传感器等信号，计算出风口对人吹比例Ratio_face，进行自动扫风控制。其中Ratio_face的计算方法将在第3)节中详细讲述；
步骤5：根据人员面部平均温度T_face、电动出风口信号，计算鼓风机电压修正值V_fan_corr，进行鼓风机电压修正。
可选地，出风温度修正计算方法包括以下步骤：
步骤1：比较人员面部平均温度T_face与T_min和T_max的大小。其中 T_min为人体面部舒适温度的下限值，T_max为人体面部舒适温度的上限值，这两个均为标定参数，通过测试得到；
步骤2：当T_face>T_min且T_face<T_max时，表示此时的人体面部温度处于舒适范围内，不需要进行出风温度修正，跳出出风温度修正计算流程并结束；
步骤3：当T_face<T_min或T_face>T_max时，表示此时的人体面部温度处于舒适范围外，需要进行出风温度修正，跳转至步骤4继续计算；
步骤4：计算舒适温度偏差Delta_T＝T_face–T_comfort。其中 T_comfort为人体最佳舒适温度值，为标定参数，通过测试得到；
步骤5：根据Delta_T，查表插值计算出风温度补偿系数factor_T。
可选地，自动扫风计算方法包括以下步骤：
步骤1：读取安全带信号与座椅压力信号；
步骤2：根据安全带和座椅信号判断当前座位是否有人乘坐；
步骤3：当座位上没有人员乘坐时，则关闭对应的出风口，节省能耗，并退出不进行出风口对人吹比例Ratio_face的计算；
步骤4：当座位上有人员乘坐时，则进入步骤5，进行后续计算流程；
步骤5：根据人体面部平均温度T_face，查表插值计算出风口对人吹比例基础值Ratio_face_base；
步骤6：根据座椅压力信号P_seat，判断乘客的体型与舒适性要求，查表插值计算对人吹风修正系数factor_face。其中factor_face的插值曲线示意图如图7所示，图中P1和P2均为标定参数；
步骤7：根据公式Ratio_face＝factor_face*Ratio_face_base，计算自动扫风控制中的出风口对人吹比例Ratio_face，并输出结算结果，用于自动控制。
可选地，鼓风机电压修正计算方法包括以下步骤：
步骤1：读取出风口电机位置信号，判断出风口是否处于关闭状态。若出风口关闭，则进入步骤2进行下一步计算；若出风口打开，则进入步骤3 进行下一步计算；
步骤2：减小鼓风机电压，使其余打开的出风口风量维持稳定，并结束；
步骤3：判断出风口对人吹比例Ratio_face是否等于100％。若 Ratio_face等于100％，则进入步骤4进行下一步计算；若Ratio_face不等于100％，则进入步骤5进行下一步计算；
步骤4：比较人员面部平均温度T_face与T_max的大小。若T_face小于等于T_max，则不进行鼓风机电压修正，结束计算；若T_face大于T_max，则进入步骤7进行下一步计算；
步骤5：判断出风口对人吹比例Ratio_face是否等于0％。若Ratio_face 不等于0％，则不进行鼓风机电压修正，计算结束；若Ratio_face等于0％，则进入步骤6进行下一步计算；
步骤6：比较人员面部平均温度T_face与T_min的大小。若T_face大于等于T_min，则不进行鼓风机电压修正，计算结束；若T_face小于T_min，则进入步骤7进行下一步计算；
步骤7：根据舒适温度偏差Delta_T，查表计算鼓风机补偿V_offset。其中V_offset的插值曲线示意图如图9所示，图中T5，T6，V1和V2均为标定参数；
步骤8：根据公式V_fan_corr＝V_fan+V_offset，计算鼓风机电压修正值V_fan_corr，并输出结算结果，用于自动控制。
本发明技术方案的有益效果是：
本发明提供了一种车内温度舒适性控制系统。该空调系统不需要人工对空调控制目标进行干预，仅根据人体体表温度和车辆运行状态，即可以按照乘员舒适性需求决定汽车空调的出风温度、出风模式、出风风量、出风风向以及新风需求等空调运行方式。
附图说明
图1为本发明实施例中车内舒适性自调整空调系统的结构示意图；
图2为本发明实施例中出舒适性控制方法的流程图；
图3为本发明实施例中出风温度修正计算方法的流程图；
图4为图3中factor_T的插值曲线示意图；
图5为本发明实施例中自动扫风计算方法的流程图；
图6为图5中Ratio_face_base的插值曲线示意图；
图7为图5中factor_face的插值曲线示意图；
图8为本发明实施例中鼓风机电压修正计算方法的流程图；
图9为图8中V_offset的插值曲线示意图。
具体实施方式：
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
请参见图1所示，示出了一种实施例的车内舒适性自调整空调系统的工作方法，其中，通过将采集到的车身数据以及温度数据发送至空调控制模块，通过空调控制模块对数据进行处理分析并得出舒适性控制方法、出风温度修正计算方法、自动扫风计算方法和鼓风机电压修正计算方法的控制决策并生成指令，最终经空调控制模块向车内设备发出指令以调整空调系统的工作状态及车内的出风模式。
本实施例中，包括空调控制模块；通过CAN总线与空调控制模块连接的车身控制器；与车身控制器通过硬线或LIN总线连接且用于采集乘员体型特征和车外温度的车身数据采集模块；通过硬线或LIN总线直接与空调控制模块连接且用于采集乘员体表温度、车内温度、出风口温度和日照辐射强度的温度数据采集模块；以及通过硬线或LIN总线直接与空调控制模块连接的车内设备。
本实施例中，车身数据采集模块包括用于检测车外温度的车外温度传感器和用于检测驾驶员或乘员是否到位以及乘员的体型胖瘦的安全带传感器及座椅压力传感器。
本实施例中，温度数据采集模块包括用于检测当前日照辐射强度的阳光传感器、用于检测出风口温度的出风温度传感器、用于检测车内温度的车内温度传感器以及用于检测驾驶员或乘员体表温度的红外温度传感器。
本实施例中，车内设备包括空调压缩机、风门电机、鼓风机、主驾出风口电机和副驾出风口电机。风门设置在空调箱内部，通常有多个风门，用来控制进风模式、出风温度和出风模式。风门电机控制这些风门。出风口是仪表板上出风的风口，用来控制出风方向。
本实施例中，如图2所示，舒适性控制方法包括以下步骤：
步骤1：系统开启，读取外温传感器，内温传感器和阳光传感器信号，根据传统空调控制算法计算出风口的目标出风温度T_outlet与鼓风机电压基础值V_fan；
步骤2：读取红外温度传感器的温度矩阵信号，通过中值滤波筛选并计算车内人员的面部平均温度T_face；
步骤3：根据人员面部平均温度T_face，计算出风温度修正值T_outlet_corr，进行出风温度修正。其中T_outlet_corr的计算方法将在第 2)节中详细讲述；
步骤4：根据人员面部平均温度T_face、座椅传感器等信号，计算出风口对人吹比例Ratio_face，进行自动扫风控制。其中Ratio_face的计算方法将在第3)节中详细讲述；
步骤5：根据人员面部平均温度T_face、电动出风口信号，计算鼓风机电压修正值V_fan_corr，进行鼓风机电压修正。
本实施例中，如图3和图4所示，出风温度修正计算方法包括以下步骤：
步骤1：比较人员面部平均温度T_face与T_min和T_max的大小。其中 T_min为人体面部舒适温度的下限值，T_max为人体面部舒适温度的上限值，这两个均为标定参数，通过测试得到；
步骤2：当T_face>T_min且T_face<T_max时，表示此时的人体面部温度处于舒适范围内，不需要进行出风温度修正，跳出出风温度修正计算流程并结束；
步骤3：当T_face<T_min或T_face>T_max时，表示此时的人体面部温度处于舒适范围外，需要进行出风温度修正，跳转至步骤4继续计算；
步骤4：计算舒适温度偏差Delta_T＝T_face–T_comfort。其中 T_comfort为人体最佳舒适温度值，为标定参数，通过测试得到；
步骤5：根据Delta_T，查表插值计算出风温度补偿系数factor_T。
本实施例中，如图5、图6和图7所示，自动扫风计算方法包括以下步骤：
步骤1：读取安全带信号与座椅压力信号；
步骤2：根据安全带和座椅信号判断当前座位是否有人乘坐；
步骤3：当座位上没有人员乘坐时，则关闭对应的出风口，节省能耗，并退出不进行出风口对人吹比例Ratio_face的计算；
步骤4：当座位上有人员乘坐时，则进入步骤5，进行后续计算流程；
步骤5：根据人体面部平均温度T_face，查表插值计算出风口对人吹比例基础值Ratio_face_base；
步骤6：根据座椅压力信号P_seat，判断乘客的体型与舒适性要求，查表插值计算对人吹风修正系数factor_face。其中factor_face的插值曲线示意图如图7所示，图中P1和P2均为标定参数；
步骤7：根据公式Ratio_face＝factor_face*Ratio_face_base，计算自动扫风控制中的出风口对人吹比例Ratio_face，并输出结算结果，用于自动控制。
本实施例中，如图8和图9所示，鼓风机电压修正计算方法包括以下步骤：
步骤1：读取出风口电机位置信号，判断出风口是否处于关闭状态。若出风口关闭，则进入步骤2进行下一步计算；若出风口打开，则进入步骤3 进行下一步计算；
步骤2：减小鼓风机电压，使其余打开的出风口风量维持稳定，并结束；
步骤3：判断出风口对人吹比例Ratio_face是否等于100％。若 Ratio_face等于100％，则进入步骤4进行下一步计算；若Ratio_face不等于100％，则进入步骤5进行下一步计算；
步骤4：比较人员面部平均温度T_face与T_max的大小。若T_face小于等于T_max，则不进行鼓风机电压修正，结束计算；若T_face大于T_max，则进入步骤7进行下一步计算；
步骤5：判断出风口对人吹比例Ratio_face是否等于0％。若Ratio_face 不等于0％，则不进行鼓风机电压修正，计算结束；若Ratio_face等于0％，则进入步骤6进行下一步计算；
步骤6：比较人员面部平均温度T_face与T_min的大小。若T_face大于等于T_min，则不进行鼓风机电压修正，计算结束；若T_face小于T_min，则进入步骤7进行下一步计算；
步骤7：根据舒适温度偏差Delta_T，查表计算鼓风机补偿V_offset。其中V_offset的插值曲线示意图如图9所示，图中T5，T6，V1和V2均为标定参数；
步骤8：根据公式V_fan_corr＝V_fan+V_offset，计算鼓风机电压修正值V_fan_corr，并输出结算结果，用于自动控制。
本发明的车内温度舒适性控制系统可实现空调运行模式和温度舒适性的自适应控制。使用红外温度传感器，进行自动扫风控制，自动出风温度补偿、自动鼓风机风量补偿。通过安全带与座椅相关信号判断人员乘坐情况，在无人情况下自动识别和关闭该温区的出风，并减小鼓风机风量，进行节能控制。根据座椅压力信号，判断乘客的体型特征，并根据相应人群的特殊舒适性需求，进行自动调节和控制。
综上所述，本发明提供了一种车内温度舒适性控制系统。该空调系统不需要人工对空调控制目标进行干预，仅根据人体体表温度和车辆运行状态，即可以按照乘员舒适性需求决定汽车空调的出风温度、出风模式、出风风量、出风风向以及新风需求等空调运行方式。
以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种车内舒适性自调整空调系统的工作方法，其特征在于，通过将采集到的车身数据以及温度数据发送至空调控制模块，通过所述空调控制模块对数据进行处理分析并得出舒适性控制方法、出风温度修正计算方法、自动扫风计算方法和鼓风机电压修正计算方法的控制决策并生成指令，最终经所述空调控制模块向车内设备发出指令以调整空调系统的工作状态及车内的出风模式，所述舒适性控制方法包括以下步骤：
步骤1：系统开启，读取外温传感器，内温传感器和阳光传感器信号，根据传统空调控制算法计算出风口的目标出风温度T_outlet与鼓风机电压基础值V_fan；
步骤2：读取红外温度传感器的温度矩阵信号，通过中值滤波筛选并计算车内人员的面部平均温度T_face；
步骤3：根据人员面部平均温度T_face，计算出风温度修正值T_outlet_corr，进行出风温度修正；
步骤4：根据人员面部平均温度T_face、座椅传感器信号，计算出风口对人吹比例Ratio_face，进行自动扫风控制；
步骤5：根据人员面部平均温度T_face、电动出风口信号，计算鼓风机电压修正值V_fan_corr，进行鼓风机电压修正。
2.根据权利要求1所述的车内舒适性自调整空调系统的工作方法，其特征在于，包括：
所述空调控制模块；
通过CAN总线与所述空调控制模块连接的车身控制器；
与所述车身控制器通过硬线或LIN总线连接且用于采集乘员体型特征和车外温度的车身数据采集模块；
通过硬线或LIN总线直接与所述空调控制模块连接且用于采集乘员体表温度、车内温度、出风口温度和日照辐射强度的温度数据采集模块；以及
通过硬线或LIN总线直接与所述空调控制模块连接的所述车内设备。
3.根据权利要求2所述的车内舒适性自调整空调系统的工作方法，其特征在于，所述车身数据采集模块包括用于检测车外温度的车外温度传感器和用于检测驾驶员或乘员是否到位的安全带传感器及座椅压力传感器。
4.根据权利要求1所述的车内舒适性自调整空调系统的工作方法，其特征在于，温度数据采集模块包括用于检测当前日照辐射强度的阳光传感器、用于检测出风口温度的出风温度传感器、用于检测车内温度的车内温度传感器以及用于检测驾驶员或乘员体表温度的红外温度传感器。
5.根据权利要求1所述的车内舒适性自调整空调系统的工作方法，其特征在于，车内设备包括空调压缩机、风门电机、鼓风机、主驾出风口电机和副驾出风口电机。
6.根据权利要求1所述的车内舒适性自调整空调系统的工作方法，其特征在于，出风温度修正计算方法包括以下步骤：
步骤1：比较人员面部平均温度T_face与T_min和T_max的大小，其中T_min为人体面部舒适温度的下限值，T_max为人体面部舒适温度的上限值，这两个均为标定参数，通过测试得到；
步骤2：当T_face>T_min且T_face<T_max时，表示此时的人体面部温度处于舒适范围内，不需要进行出风温度修正，跳出出风温度修正计算流程并结束；
步骤3：当T_face<T_min或T_face>T_max时，表示此时的人体面部温度处于舒适范围外，需要进行出风温度修正，跳转至步骤4继续计算；
步骤4：计算舒适温度偏差Delta_T＝T_face–T_comfort，其中T_comfort为人体最佳舒适温度值，为标定参数，通过测试得到；
步骤5：根据Delta_T，查表插值计算出风温度补偿系数factor_T。
7.根据权利要求1所述的车内舒适性自调整空调系统的工作方法，其特征在于，自动扫风计算方法包括以下步骤：
步骤1：读取安全带信号与座椅压力信号；
步骤2：根据安全带和座椅信号判断当前座位是否有人乘坐；
步骤3：当座位上没有人员乘坐时，则关闭对应的出风口，节省能耗，并退出不进行出风口对人吹比例Ratio_face的计算；
步骤4：当座位上有人员乘坐时，则进入步骤5，进行后续计算流程；
步骤5：根据人体面部平均温度T_face，查表插值计算出风口对人吹比例基础值Ratio_face_base；
步骤6：根据座椅压力信号P_seat，判断乘客的体型与舒适性要求，查表插值计算对人吹风修正系数factor_face；
步骤7：根据公式Ratio_face＝factor_face*Ratio_face_base，计算自动扫风控制中的出风口对人吹比例Ratio_face，并输出结算结果，用于自动控制。
8.根据权利要求1所述的车内舒适性自调整空调系统的工作方法，其特征在于，鼓风机电压修正计算方法包括以下步骤：
步骤1：读取出风口电机位置信号，判断出风口是否处于关闭状态，若出风口关闭，则进入步骤2进行下一步计算；若出风口打开，则进入步骤3进行下一步计算；
步骤2：减小鼓风机电压，使其余打开的出风口风量维持稳定，并结束；
步骤3：判断出风口对人吹比例Ratio_face是否等于100％，若Ratio_face等于100％，则进入步骤4进行下一步计算；若Ratio_face不等于100％，则进入步骤5进行下一步计算；
步骤4：比较人员面部平均温度T_face与T_max的大小，若T_face小于等于T_max，则不进行鼓风机电压修正，结束计算；若T_face大于T_max，则进入步骤7进行下一步计算；
步骤5：判断出风口对人吹比例Ratio_face是否等于0％，若Ratio_face不等于0％，则不进行鼓风机电压修正，计算结束；若Ratio_face等于0％，则进入步骤6进行下一步计算；
步骤6：比较人员面部平均温度T_face与T_min的大小，若T_face大于等于T_min，则不进行鼓风机电压修正，计算结束；若T_face小于T_min，则进入步骤7进行下一步计算；
步骤7：根据舒适温度偏差Delta_T，查表计算鼓风机补偿V_offset；
步骤8：根据公式V_fan_corr＝V_fan+V_offset，计算鼓风机电压修正值V_fan_corr，并输出结算结果，用于自动控制。
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