CN113917954A

CN113917954A - 液冷服控制方法及装置

Info

Publication number: CN113917954A
Application number: CN202110772632.XA
Authority: CN
Inventors: 杨义勇; 姚奇; 张应帅
Original assignee: China University of Geosciences Beijing
Current assignee: China University of Geosciences Beijing
Priority date: 2021-07-08
Filing date: 2021-07-08
Publication date: 2022-01-11
Anticipated expiration: 2041-07-08
Also published as: CN113917954B

Abstract

本发明提供了一种液冷服系统的动态控制方法，该方法包括：获取穿戴者的生理参数和运动参数，并据此确定穿戴者当前时段实际温感；确定目标温感与实际温感的当前时段的温感差别；在当前时段内循环执行下述步骤：根据当前时段的温感差别与前一时段的温感差别确定冷却液当前时刻目标温度；获取冷却液实际温度；计算目标温度与实际温度的温度差error，根据温度差error生成控制指令，具体为：error＞0控制液冷系统停止制冷；error≤‑1控制液冷系统以额定功率制冷；‑1＜error≤0根据当前温度差error和与其连续的前两次的温度差控制冷却装置工作；直至超出当前时段返回获取穿戴者生理参数和运动参数步骤。

Description

液冷服控制方法及装置

技术领域

本发明涉及液冷服技术领域，具体涉及一种液冷服控制方法、计算机存储介质和液冷服系统装置。

背景技术

人体生理系统是一个精准的体温调节器，能够针对不同的工况作出相应的生理调整，如在炎热环境中，热感受器受到外界温度的刺激之后，体温调节中枢会指示血管和汗腺发生相应的动作，从而使得血流量增多并出现出汗现象，因此人体的体温在正常情况下变动不大。

然而，在高热环境中，如建筑工地、交通指挥、露天军旅训练等环境中，经常面对35℃以上的高温；再如锅炉车间、冶金车间、炼钢车间等环境中，温度更是高达50～70℃。在上述工况下，人体体温调节往往会出现失衡，从而引起体温升高，如果不采取有效措施，轻则出现眩晕、中暑现象，严重的甚至威胁生命安全。由此可见，在极端热环境中仅仅依赖人体生理系统的体温调节是不可行的，而液冷服系统则是高温条件下的极佳选择。

在液冷服系统的使用过程中，现有技术中为了实现热中性，通常以穿戴者的皮肤温度作为反馈参数，调节冷却液的温度。皮肤温度作为反馈参数，在实际操作中需要在人体不同位置的皮肤上面粘贴温度传感器，这势必会让穿戴者感到不适；更重要的是仅监测温度不能准确表征穿戴者的真实冷热感受，实际上穿戴者在静止状态和运动状态对液冷服冷量的需求是不同的，处于运动状态时对冷量的需求更高。

由此可知，仅靠监测温度参数来控制液冷服系统不能满足穿戴者在不同状态下的冷量需求，控制系统的精度不高，穿戴体验糟糕。

发明内容

基于上述现状，本发明的主要目的在于提供一种液冷服系统的动态控制方法、计算机存储介质及液冷服系统，以解决仅监测温度参数无法满足不同状态下穿戴者不同冷量需求的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

第一方面，本发明提供了一种液冷服系统的动态控制方法，该方法包括步骤：S100，获取穿戴者的生理参数和运动参数，并根据生理参数和运动参数确定穿戴者的当前时段的实际温感；S200，确定目标温感与当前时段的实际温感的当前时段的温感差别；在当前时段内循环执行S300至S500，直至超出当前时段则返回S100：S300，根据当前时段的温感差别与前一时段的温感差别确定冷却液的当前时刻的目标温度；S400，获取冷却液的实际温度；S500，计算当前时刻的目标温度与实际温度的温度差error，根据下述方式控制冷却装置工作，以调节冷却液的温度：当温度差error＞0时，控制冷却装置停止制冷；当温度差error≤-1时，控制冷却装置以额定功率进行制冷；当温度差-1＜error≤0时，根据温度差和与其连续的前两次的温度差控制冷却装置工作。

优选地，S500中，冷却装置通过脉冲调制方式控制其工作，当温度差-1＜error≤0时，根据温度差error和与其连续的前两次的温度差确定当前时刻的占空比，并根据当前时刻的占空比确定当前时刻的功率，并按照当前时刻的功率控制冷却装置工作。

优选地，S500中，当前时刻的占空比采用如下公式确定：

u(k)＝u(k-1)+Δu(k)＝u(k-1)+P(error(k)-error(k-1))+Ierror(k)+D(error(k)-2error(k-1)+error(k-2))

其中，u(k)为k时刻的占空比即当前时刻的占空比，u(k-1)为(k-1)时刻的占空比，Δu(k)为u(k)和u(k-1)之间的差值，error(k)为k时刻目标温度和实际温度之间的温度差，error(k-1)为(k-1)时刻的温度差，error(k-2)为(k-2)时刻的温度差，P、I、D分别为比例积分微分控制中的比例系数、积分系数和微分系数。

优选地，S100中生理参数包括心率，运动参数包括单位时间行进步数和单位时间卡路里消耗量。

优选地，S100中实际温感、生理参数和运动参数均以分值形式计量；根据生理参数和运动参数确定穿戴者的当前时段的实际温感，具体包括：对生理参数和运动参数进行打分，并根据各参数的权重计算各参数的加权平均得分，加权平均得分即为当前时刻的实际温感；其中，生理参数的权重和大于或等于各运动参数的权重之和。

优选地，S300中确定冷却液的当前时刻的目标温度，采用如下函数关系实现：

g(Δx)＝a(Δx_now-Δx_now-1)·(1-e^-t/τ)+aΔx_now-1+b

式中，g(Δx)代表当前时刻的目标温度，a和b为常数，Δx_now代表当前时段的温感差别，Δx_now-1代表前一个时段的温感差别，t为当前时刻,τ代表时间常数。

第二方面，本发明还提供了一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被执行时，能够实现上述第一方面公开的任一项方法。

第三方面，本发明还提供了一种液冷服系统，包括：参数采集装置、液冷服、冷却装置和控制装置；其中，采集装置，为便携式手环，与控制装置无线连接，用于采集穿戴者的生理参数和运动参数，并将其发送给控制装置；液冷服，设置有供冷却液流通的管路；冷却装置，与管路连接，用于对冷却液进行温度调整，并在泵送条件下使冷却液在管路中循环；控制装置，与冷却装置电连接，采用上述第一方面公开的任一项方法控制冷却装置。

优选地，液冷服包括由外向内层叠设置的防晒层、隔热层、透气层、管路层以及吸热层，管路层分布有管路，且管路包括硅胶软管。

优选地，液冷服包括液冷衣，液冷衣具有相互连接的前部分和后部分，前部分和后部分分布的硅胶软管相贯通，且后部分包括穴位分布密集区，当液冷衣被穿上时，穴位分布密集区与人体大椎穴、风门穴和肺俞穴相对，穴位分布密集区较其他区域的硅胶软管的分布密度大。

与现有技术相比，本发明提供的液冷服系统的动态控制方法、计算机存储介质及液冷服系统，一方面，通过采集穿戴者的生理参数和运动参数，能够有效考虑穿戴者是处于静止状态还是运动状态，并根据不同状态下人体产热量的不同，确定穿戴者对应的当前时段的实际温感，较仅监测人体温度，本申请能够更为精确的判断穿戴者的真实感受，进而更准确的确定穿戴者在各种状态下需要提供的冷量，以满足穿戴者在不同状态下对冷量的需求，提高穿戴者的舒适性。

更重要的是，根据实际温感与冷却液温度的相关性，根据目标温感与当前时段的实际温感的差别，并结合前一时段的温感差别确定出冷却液的当前时刻的目标温度，即本申请中冷却液的目标温度是随着实际温感的变化而变化的，并非一个固定值，并根据冷却液当前时刻的目标温度与实际温度的温度差的不同，采用不同的控制策略，尤其是当温度差位于0到1之间时，不仅考虑当前时刻的温度差，同时还会考虑之前连续的两次的温度差来控制冷却装置，从而更精确地确定出冷却液当前时刻希望达到的理想温度，进而使冷却液的实际温度尽可能达到目标温度时，使穿戴者更为舒适；且本申请在对冷却液的温度进行控制时以冷却液的实际温度为反馈，对液冷服系统进行闭环控制，控制过程中根据冷却液的目标温度与实际温度的温度差的大小，分别生成对应不同制冷功率的控制指令，提高了液冷服系统的控制精度，延长了穿戴者处于热中性的时间，避免在液冷服穿戴过程中出现的“过冷”或“过热”现象，改善穿戴者的舒适度和穿戴体验。

本发明的其他有益效果，将在具体实施方式中通过具体技术特征和技术方案的介绍来阐述，本领域技术人员通过这些技术特征和技术方案的介绍，应能理解所述技术特征和技术方案带来的有益技术效果。

附图说明

以下将参照附图对根据本发明的液冷服系统的动态控制方法及液冷服系统的优选实施方式进行描述。图中：

图1为根据本发明的一种液冷服系统的动态控制方法的优选实施方式的流程示意图；

图2为根据本发明的一种液冷服系统的示意图；

图3为根据本发明的一种液冷服系统中液冷服的叠层结构的示意图；

图4为根据本发明的一种液冷衣后部分硅胶软管的优选分布方式示意图。

具体实施方式

针对现有液冷服系统仅靠监测温度参数来控制液冷服系统，不能满足穿戴者不同状态下的冷量需求，控制系统精度不高、穿戴体验糟糕。本发明提供了一种液冷服系统的动态控制方法、计算机存储介质和液冷服系统。

请参考图1，图1示出了本实施例公开的一种液冷服系统的动态控制方法的流程，该方法包括步骤：S100、S200、S300、S400和S500，其中：

步骤S100，获取穿戴者的生理参数和运动参数，并根据生理参数和运动参数确定穿戴者的当前时段的实际温感。

在具体的实施方式中，温感是人体对冷和热的主观感受，可以预先设定为多个等级，当前时段的实际温感即为液冷服穿戴者当前时段内对冷热的主观感受，当前时段的时间长度即为获取穿戴者生理参数和运动参数的周期，为一预设值，如可以预先在系统内设置为30秒，1分钟，或其他适合的时间长度，也可以在穿戴者使用时进行设定，本发明对此不做限定。温感可以采用分值形式计量或采用能够表示冷热程度的文字或其他形式，如采用分值0-4代表温感从冷到热的不同程度，或采用冷，微凉，舒适，微暖，热等文字形式，或采用表格等形式，如可以采用类似于PH试纸的形式从左到右将温感从冷至热划分为多个格，表格中间位置的格代表温感为舒适，从中间向左逐渐变冷，从中间向右逐渐变暖。本发明对于温感等级的划分不做限定，对表征温感的形式也不做限定，可以根据需求或经验进行设定。

本发明选择生理参数和运动参数来确定实际温感，同时考虑到了穿戴者所处状态不同，各参数对实际温感的影响也不同，穿戴者的冷量需求也不同，两个种类的参数共同对实际温感进行表征，克服了单一参数无法准确确定人体实际冷热感受的技术问题。

本实施例中对于获取穿戴者生理参数和运动参数的方式不做限定，其既可以采用现有的智能手环等便携式装置进行采集，通过无线传输方式获取，也可以直接在液冷服系统中安装专门的装置进行生理参数和运动参数的采集和获取。其中，生理参数和运动参数的采样周期可以设置为相同，以方便后续应用；当然也可以设置为不同，在两参数采样周期不同时，则可以将各参数分别进行存储以便后续能够进行获取。例如，在两参数的采样周期相同时，当前时段的时长可以大于、小于或等于采集设备的采样周期，在当前时段的时长等于生理参数和运动参数的采样周期时，则直接获取当次的生理参数和运动参数；在当前时段的时长大于或小于生理参数和运动参数的采样周期时，则获取与当前时段最近一次的采样数据。

S200，确定目标温感与当前时段的实际温感的差别，即当前时段的温感差别。

在具体的实施方式中，当前时段的实际温感由步骤S100中穿戴者的生理参数和运动参数确定，目标温感则是液冷服系统确定的穿戴者希望的理想温感。比如，目标温感可以预先设定为穿戴者在系统设定中处于舒适状态的温感，当然在特定环境下也可以设定为在系统设定中处于其他状态的温感，如将系统设定的微暖状态的温感确定为目标温感，本实施例对此不做限定。需要说明的是，由于每个人对冷热的感知是有差别的，因此，目标温感可以在温感划分的等级中任意选择，目标温感并不一定选定为舒适，也有可能为微暖或者微凉，这可以在使用时穿戴者根据需要进行设定，也可以在程序中事先设定好。

目标温感与当前时段的实际温感的差别，即当前时段的温感差别，当温感以分值形式表示时是二者分值的差值，当温感以等级形式表示时是二者相差的等级数，当温感以前述PH试纸的表格形式表示时是二者在表格上所对应的两个格之间的格数，将穿戴者的当前时段的温感差别作为液冷服系统是否进行调节的依据，用于调节液冷服系统中冷却液的温度，以实现目标温感。

在当前时段内循环执行步骤S300至步骤S500，在具体的实施方式中，即在当前时段内进行步骤S300至S500的小循环。

S300，根据当前时段的温感差别与前一时段的温感差别确定冷却液的当前时刻的目标温度。

在具体的实施方式中，冷却液的当前时刻的目标温度为当前时段液冷服系统能够实现目标温感的温度。由于液冷服系统中冷却液的温度变化会影响到穿戴者的温感，冷却液的温度越低，穿戴者对应的温感也就越冷，反过来也就是，穿戴者的温感为热时，则需要降低冷却液的温度以带走更多人体产热。因此，可以根据不同的温感差别和冷却液目标温度的对应关系，具体地，结合当前时段的温感差别和前一时段的温感差别确定出冷却液的当前时刻的目标温度。温感和冷却液温度的对应关系可以为函数形式、表格对应形式或者其他对应形式，本实施例对此不做限定。

S400，获取冷却液的实际温度。

在具体的实施方式中，冷却液的实际温度可以通过温度传感器获取，冷却液的实际温度的获取周期为一个预设值，冷却液实际温度的获取周期要小于当前时段的时长，比如可以为当前时段的时长的0.1倍或其他合适的时长。具体地，温度传感器可以安装于冷却装置，也可以安装于液冷服，如液冷服的硅胶软管(下文详细描述)的管壁，并将获取的实际温度作为对液冷系统进行闭环控制的反馈，来进行校正冷却液的温度。

S500，计算当前时刻的目标温度与实际温度的温度差error，根据下述方式控制冷却装置工作，以调节冷却液的温度：当温度差error＞0时，控制冷却装置停止制冷；当温度差error≤-1时，控制冷却装置以额定功率进行制冷；当温度差-1＜error≤0时，根据温度差和与其连续的前两次的温度差控制冷却装置工作。

在具体的实施方式中，温度差为当前时刻的目标温度与实际温度的差值，即error＝T_目标-T_实际，其中error为温度差，T_目标为目标温度，T_实际为实际温度。温度差error的正负和大小能够代表液冷服系统需要调节的冷量大小，进而可以根据温度差error分别制定相应的控制指令，不同控制指令对应不同的制冷功率，以保证穿戴者的舒适性，同时兼顾续航时间。

根据温度差error分情况制定不同的控制指令，具体包括：

S510：当error>0时，说明目标温度高于实际温度，此时冷却液不需要降温，可以控制冷却装置停止制冷。例如，液冷服系统中冷却驱动装置包括半导体制冷片(具体在下文详细描述)，则控制关闭半导体制冷片。

S520：当error≤-1时，即目标温度低于实际温度，且温度差在1℃以上，说明此时的冷却液温度过高，无法带走穿戴者身上的足够热量，为了使穿戴者尽快达到目标温感，因此控制冷却装置以额定功率进行制冷，以便尽快带走更多的热量。例如，液冷服系统中冷却驱动装置为半导体制冷片，则控制冷却装置中的半导体制冷片按照额定功率(满功率)运行制冷。

S530：当-1＜error≤0时，即目标温度低于实际温度，但温度差在1℃以内，表明温度差不大，冷却液温度稍高，但是此时还需要带走穿戴者身上热平衡外的热量，使穿戴者达到目标温感，此时本发明根据当前时刻的温度差error和与其连续的前两次的温度差控制冷却装置工作，如可以按照预先设定调整规律进行调整。

当超出当前时段则返回步骤S100。在具体的实施方式中，在超出当前时段时，则代表本次循环结束，开始执行下一循环，即重新获取穿戴者的生理参数和运动参数。

本实施例通过采集液冷服系统穿戴者的生理参数和运动参数，能够有效考虑穿戴者的不同状态，如穿戴者是处于静止状态，还是处于运动状态，并根据不同状态下人体产热量的不同，确定穿戴者的当前时段的实际温感，较仅监测人体皮肤温度，本实施例能够更为准确的判断穿戴者的真实感受，进而更准确的确定穿戴者在各种状态下需要提供的冷量，以满足穿戴者在不同状态下的冷量的需求，提高穿戴者的舒适性。

更重要的是，根据实际温感与冷却液的相关性，根据目标温感与当前时段的实际温感的差别，并结合前一时段的温感差别确定出冷却液的当前时刻的目标温度，即本申请中冷却液的目标温度是随着实际温感的变化而变化的，并非一个固定值，并根据冷却液当前时刻的目标温度与实际温度的温度差的不同，采用不同的控制策略，尤其是当温度差位于0到1之间时，不仅考虑当前时刻的温度差，同时还会考虑之前连续的两个次的温度差来控制冷却装置，从而更精确地确定出冷却液当前时刻希望达到的理想温度，进而使冷却液的实际温度尽可能达到目标温度时，使穿戴者更为舒适；且本申请在对冷却液的温度进行控制是以冷却液的实际温度为反馈，对液冷服系统进行闭环控制，控制过程中根据冷却液的目标温度与实际温度的温度差的大小，分别生成对应不同制冷功率的控制指令，提高了液冷服系统的控制精度，延长了穿戴者处于热中性的时间，避免在液冷服穿戴过程中出现的“过冷”或“过热”现象，改善穿戴者的舒适度和穿戴体验。

作为一个可选的实施方式，S500中冷却装置通过脉冲调制方式控制其工作，当温度差-1＜error≤0时，根据当前温度差和与其连续的前两次的温度差确定当前占空比，并根据当前占空比确定当前功率，并按照当前功率控制所述冷却装置工作。在具体实施时，在确定当前占空比后，可以通过调整电压或者电流或工作时间的方式控制冷却装置工作，使其运行在该占空比对应的功率。

在具体的实施方式中，占空比的确定可以通过现有技术中的闭环控制等算法得到，本实施例对此不做限定。闭环控制可采用比例积分微分控制算法(PID)、自抗扰(ADRC)或带反馈的模糊控制等控制方法。在计算得出占空比后，根据占空比与功率之间的对应关系即可得到相应的功率。

随着温度差不断调整占空比以确定功率，是同时考虑了温度变化的快慢和冷却装置的续航时间，以实现避免温度变化过快导致人体冷刺激，适当延长了续航时间的效果。通过占空比控制冷却装置工作，对应关系简单且现有技术中存在诸多成熟的技术，实现方便，计算准确。

作为一个可选的实施方式，占空比的确定可以通过增量式离散PID计算得到。

离散PID是一种采样控制，当采样周期足够短时，用求和代替积分，用差商代替微分，就可以使连续的PID离散化。而增量式离散PID是在进行PID运算后，输出控制量的增量。因此，在S500目标温度低于实际温度，但温度差在1℃以内，表明温度差不大，优选按照采用增量式离散PID的控制算法实现，即采用如下公式实现：

当前时刻的占空比通过在前一时刻的占空比增加或减去当前时刻输出的调整量得到，通过增量式离散PID控制算法确定调整量，不需要累加，增量的确定仅与最近3次的采样值有关，容易获得比较好的控制效果；且增量式离散PID输出的控制增量，即对应冷却装置的变化量，即便是误操作所引起的影响也较小，不会严重影响穿戴者工作；同时，这种调整方式切换时冲击小。

此外，冷却装置的控制，还可以通过直接建立温度差与功率或工作时间的函数关系式，或者将温感差与功率或工作时间对应划分成相应的表格等形式实现。

前述的生理参数包括皮肤温度、心率变化、新陈代谢率、脑电波、肌电、排汗率中的一个或几个；运动参数则可以选择行进的步数、进行的距离、消耗的卡路里量、运动类型等中的一个或几个。

可以理解地，人体能够针对不同的冷热程度作出相应的生理调整，比如，人体感觉热时，可以通过出汗等增大散热的方式进行调节，从而使体温基本维持在较小的范围内，导致监测到的人体感觉冷或者热时，体温可能并未发生明显变动，因此，选用皮肤温度作为生理参数来体现人体的实际温感，准确度不够高。综合考虑穿戴者的舒适性、测量的便利性、生理参数的灵敏性和可靠性，生理参数中心率受运动状态的影响较大，在静止状态下心率能够在一定程度上反映人体的温感，实验证明在体温较高的时候人体的心率往往偏高，反之偏低，也就是心率参数能同时反映静止状态下和运动状态下穿戴者的温感，因此，本发明优选生理参数包括心率。

进一步优选地，运动参数包括单位时间行进步数和单位时间卡路里消耗量。在运动过程中，单位时间行进步数和单位时间卡路里消耗量均能反映人体的运动状态，通过行进步数和卡路里消耗量等运动参数来映射人体的运动状态，提高了运动状态的监测或识别精度，可以知道，由于单位时间内行进的步数越多或单位时间内消耗的卡路里量越多，代表穿戴者的运动速度越快，运动量越大，此时穿戴者的热感就越强烈，人体的实际温感就越热。

上述实施例中，通过采集心率、单位时间行进步数和单位时间卡路里消耗量，能够同时反映出静止状态下和运动状态下穿戴者的温感状态，且心率能随液冷服穿戴者的温感变化做出敏锐的改变，当由运动状态转变为静止状态时，心率参数能够弥补运动参数的突变，避免温感的误判，且三种参数均比较容易采集，采集成本低，比如，可通过手环采集后无线传输装置获取，避免杂乱的线路影响穿戴人员的舒适性。

作为一个可选的实施方式，S100中实际温感、生理参数、运动参数均以分值形式计量；根据生理参数和运动参数确定穿戴者当前时段的实际温感，具体包括：对生理参数和运动参数进行打分，并根据各生理参数和运动参数的权重计算各参数的加权平均得分，加权平均得分即为当前实际温感；其中，生理参数的权重和大于或等于各运动参数的权重之和。

在一种具体的实施方式中，例如，可以将温感划分为7个等级，分别为冷、凉爽、轻微凉爽、热中性、轻微暖和、暖和、热，等级的划分也可以根据控制精度的要求进行调整，等级数越多，控制相对也越精准；对应的温度分值可以设置为，如0分代表温感适中，即舒适(热中性)；当温感大于0分时，穿戴者的主观感受和对应温感分值可以包括有轻微暖和(1分)、暖和(2分)、热(3分)；当温感小于0分时，穿戴者的主观感受和对应温感分值包括有轻微凉爽(-1分)、凉爽(-2分)、冷(-3分)。

参数的权重确定需要考虑其对温感的影响大小，如心率受运动状态的影响较大，且能够兼顾运动和静止状态，即更够更好地对温感进行表征，也即对温感的影响较大，因此生理参数的权重可以设置大于各运动参数的权重，权重的设置还需要保证各参数加权平均得分值与温感的分值对应。

当温感以分值表示时，各生理参数和运动参数也可以划分为多个等级并以分值表示，在生理参数选择心率时，具体地，人在静止状态时心率的正常范围在(60～100)，考虑运动情况和不同温感情况，将心率范围划分成不同的区间，确定区间的长度和对应的分值，例如，可参照下表1：

表1心率分值示例

同理，当运动参数包括单位时间行进步数和单位时间卡路里消耗量时，同样可以按照划分区间的方式确定分值，单位时间行进步数即穿戴者的运动速度例如，可参照下表2：

表2单位时间行进步数分值示例

针对运动状态下单位时间卡路里消耗量的情况，可参照下表3：

表3单位时间卡路里消耗量分值示例

本实施例各参数的区间划分及分值不做限定。即表1至表3中各区间的划分均可以调整，区间的长度的设定可以改变控制精度，区间长度的设定可综合控制精度和冷却液温随目标温度变化而设置，如果要提升控制精度可以缩小区间长度，并增加区间，如果为了保证冷却液温度变化能有效追随所确定的目标温度，则可以适当增大区间长度；并且分值的标准也可以根据温感等级的划分进行适当调整。需要说明的是，心率的打分范围需要与温感分值设定对应一致，因为心率的变化与温感的变化趋势一致；运动参数的打分范围也同样与温感分值设定有关，当运动参数表示穿戴者处于静止状态时，分值应对应于温感为舒适的分值，当运动参数表示穿戴者处于运动状态时，分值应该大于表征静止时的分值，运动量越大、运动强度越大分值也越大，以表征运动产热。

在采用上述分值确定策略时，当前时段的实际温感计算：

根据心率所处的范围、单位时间行进步数、单位时间卡路里消耗量的分值，同时为上述参数分配不同的权重，当前实际温感是三种参数的加权平均得分。实际温感计算公式为：

其中，c₁、c₂、c₃分别为穿戴人员心率得分权重、步数得分权重、卡路里得分权重，F₁、F₂、F₃分别是根据穿戴者的心率、单位时间行进步数、单位时间卡路里消耗量按照上述三种参数的打分方式确定的分值。

由于心率受运动状态的影响较大，且能够兼顾运动和静止状态，因此心率数据最能表征穿戴者的运动状态和温感，单位时间进行步数和单位时间卡路里消耗量在运动状态时表征比较明显，因此，生理参数的权重和应大于或等于各运动参数的权重之和。例如，可以设置c₁：c₂：c₃＝6:2:2或5:3:2或7:1:2等。

通过对生理参数和运动参数进行分值的确定和配置权重，计算各参数的加权平均得分确定当前时段的实际温感，能够将穿戴者的主观温感通过客观参数进行表征，同时也能够满足控制精度的需求，便于作为调整液冷服目标温度的依据，以实现穿戴的舒适性，提高穿戴体验。

作为一个可选的实施方式，在采用上述打分策略的实施方式中，S300中确定冷却液的目标温度，可以采用如下函数关系实现：

g(Δx)＝a(Δx_now-Δx_now-1)·(1-e^-t/τ)+aΔx_now-1+b

g(Δx)代表当前时刻的目标温度，a和b为常数，Δx_now代表当前时段的温感差别，Δx_now-1代表前一时段的温感差别，t为当前时刻,τ代表时间常数。在具体的实施方式中，在假定目标温感为常数M的前提下，温感差别Δx＝M-m，M为目标温感，m为实际温感，即温感差别Δx与当前时段的实际温感呈负相关，在当前时段的实际温感比较大的情况下，当前时段的温感差较小，此时需要调节的冷却液的温度变化量较小，因此，目标温度应设定一个较小的值以维持穿戴者的热中性；相反，在当前时段的实际温感比较小的情况下，冷却液的目标温度应设定一个较大的值，由此可以判定在目标温感为常数的情况下，当前时段的实际温感与冷却液的目标温度呈负相关，进而得出冷却液的目标温度和温感差值Δx呈正相关的结论，即当Δx取最大值时，冷却液的目标温度取最大值；当Δx取最小值时，冷却液的目标温度取最小值。进而，可以建立函数关系，用于确定冷却液的当前时刻的目标温度。

例如，可以使用线性公式计算得出的当前时刻的目标温度，但由于线性关系会使得冷却液温度过快达到目标温度，导致穿戴者体验糟糕，因此，本实施例引入了时间常数，建立目标温度与当前时段的温感差、前一时段温感差和时间常数的函数关系式，用以确定目标温度，即通过如下公式实现：

g(Δx)＝(T_now-T_now-1)·(1-e^-t/τ)+T_now-1

＝[(aΔx_now+b)-(aΔx_now-1+b)]·(1-e^-t/τ)+aΔx_now-1+b

＝a(Δx_now-Δx_now-1)·(1-e^-t/τ)+aΔx_now-1+b

式中，T_now为当前时刻的线性目标温度，T_now-1为前一时刻的线性目标温度。由于线性公式计算的目标温度是瞬态改变的，而g(Δx)计算的目标温度则是大约延时了一段时间，通过τ的设定，使在当前时段内，前部分的目标温度能够比较缓和，后部分能够呈线性变化，如在时间5τ设定为小于0.5个当前时段的时长时，经过5个时间常数τ后e^-t/τ基本接近0，即目标温度基本更新为线性温度T_now＝aΔx_now+b，如此保证了在下个时段到来之前目标温度已达到线性公式计算给出的线性目标温度并且以该目标温度作用了至少一半时段的时长。

通过建立目标温度与温感差、时间常数的函数关系，能够控制液冷服系统在一定时间(几秒)的延时后达到目标温度值，从而起到一定的缓冲作用，有利于保护穿戴者的身体健康，克服了直接采用线性函数关系时在识别好人体的温感后，过快设定较高或者较低的目标水温，造成人体的冷热刺激的问题。

本发明还提供了一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被执行实现上述实施例公开的方法。

本发明还提供了一种液冷服系统，请参考图2，液冷服系统包括：参数采集装置10、液冷服13、冷却装置12和控制装置11；其中，采集装置10为便携式手环，与控制装置11无线连接；液冷服13设置有供冷却液流通的管路；冷却装置12与管路连接，用于对冷却液进行温度调整，并在泵送条件下使冷却液在管路中循环；控制装置11与冷却装置12电连接，与采集装置10无线连接，该液冷服系统采用上述任一实施例公开的方法控制冷却装置12。

在具体的实施方式中，实际的液冷服系统使用过程中，穿戴者可以佩带手环，用来采集其心率、行进步数、卡路里消耗量等数据，手环和控制装置建立蓝牙通信进行数据的传输，实现控制装置的参数获取。

其中，上述公式中F₁、F₂、F₃在有的采集装置10中可以直接获得，在有的采集装置10中，实际可能直接获取的是心率、总步数和总卡路里消耗量，此时可以采用下述公式计算：

式中，s_n表示当前时刻的总步数，s_l表示前一采样时刻的总步数，T_s为两次生理参数采样的时间差，v_s为单位时间行进步数，单位为步/秒；c_n表示当前时刻的总卡路里消耗量，c_l表示前一采样时刻的总卡路里消耗量，v_c为单位时间卡路里消耗量，单位为卡/分钟。

液冷服13可以包括全身性和局部性液冷服，如液冷头盔、液冷背心、液冷衣等，液冷服内设置有供冷却液流通的管路，提供穿戴者与冷却液的热交换载体，实现降温功能。

冷却装置12作用是对冷却液进行降温或为液冷服13提供冷量输出。主要由散热片、隔热垫、导冷片、腔体、密封圈、散热风扇、半导体制冷片、硅胶软管接头、水箱和盖板等组成。冷却装置12在泵送条件中能够保证冷却液在硅胶软管中循环，以带走人体产热，然后通过与半导体制冷片进行热交换，使冷却液尽量达到目标温度。

控制装置11，可以包括如相互连接的计算模块、通信模块等，通过通信模块与冷却装置12和采集装置10进行通信，通过计算模块实现采用上述第一方面实施例所公开的控制方法。

本实施例通过采集液冷服系统穿戴者的生理参数和运动参数，能够准确识别出穿戴者的不同状态，包括静止状态和运动状态，并根据不同状态下人体产热量的不同，确定穿戴者的当前时段的实际温感，较仅监测温度等生理参数，人体温度，本申请能够更为无法准确精确的判断穿戴者的真实感受识别运动状态，导致无法，进而更准确的确定穿戴者在各种状态下需要提供的冷量，以满足穿戴者在不同状态下的对冷量需求的技术问题，提高穿戴者的舒适性。

更重要的是，根据实际温感与冷却液的相关性，根据目标温感与当前时段的实际温感的差别，并结合前一时段的温感差别确定出冷却液的当前时刻的目标温度，即本申请中冷却液的目标温度是随着实际温感的变化而变化的，并非一个固定值，并根据冷却液当前时刻的目标温度与实际温度的温度差的不同，采用不同的控制策略，尤其是当温度差位于0到1之间时，不仅考虑当前时刻的温度差，同时还会考虑之前连续的两个次的温度差来控制冷却装置，即不同时刻冷却液的目标温度是不同的，从而更精确地确定出冷却液当前时刻希望达到的理想温度，进而使冷却液的实际温度尽可能达到目标温度时，使穿戴者更为舒适；且本申请在对冷却液的温度进行控制时以冷却液的实际温度为反馈，对液冷服系统进行闭环控制，且控制过程中根据冷却液的当前目标温度与实际温度的温度差的大小，分别生成对应不同制冷功率的控制指令，提高了液冷服系统的控制精度，延长了穿戴者处于热中性的时间，避免在液冷服穿戴过程中出现的“过冷”或“过热”现象，同时，对应不同功率的控制信号，能够起到一定的缓冲作用，避免了过快达到目标水温，造成人体的冷刺激，有利于保护穿戴者的身体健康，改善穿戴者的舒适度和穿戴体验。

作为一个可选的实施方式，液冷服13包括由外向内层叠设置的防晒层、隔热层、透气层、管路层以及吸热层，管路层分布管路，且管路包括硅胶软管，参考图3。其中防晒层31的作用是通过对光的反射来削弱日光造成的穿戴人员热量上升；隔热层32的热阻较高，作用是减弱穿戴人员与热空气的热交换，从而建立一个服装包裹下的微环境；透气层33的作用是增加透气，防止由于密封过严造成的穿戴舒适性降低；管路层分布有硅胶软管01，硅胶软管01的作用是提供冷却液的流通通道，为穿戴者与液冷服的热交换创造条件；吸热层34的热阻较低，目的是为了增加穿戴人员与液冷服的换热量，同时起到固定硅胶软管01的作用。

通过液冷服13的叠层结构，既保证了穿戴者与冷却液的热交换，同时削弱日光造成的穿戴者热量上升，减弱穿戴者与热空气的热交换，从而建立一个服装包裹下的微环境，且透气性好，提高穿戴者的穿戴体验。

此外，层叠结构的设置还可以根据实际需要进行增减，管路也可以使用其他柔软性的管路。

作为一个可选的实施方式，液冷服13包括液冷衣，液冷衣具有相互连接的前部分和后部分，前部分和后部分分布的硅胶软管相贯通，且后部分包括穴位分布密集区，当液冷衣被穿上时，穴位分布密集区37与人体大椎穴、风门穴和肺俞穴相对，穴位分布密集区37较其他区域的硅胶软管01的分布密度大。

在具体的实施方式中，请参考图4，图4示出了液冷衣后部分的硅胶软管分布示意图，穴位分布密集区37对应着人体穴位分布密集处，第一区域371对应人体的大椎穴部位，第二区域372对应人体的风门穴部位，第二区域373对应人体的肺俞穴部位，01为硅胶软管，07为液冷衣，38为出水口，39为入水口。

在后部分的穴位分布密集区37硅胶软管01的分布较为密集，而在后部分的其他地方硅胶软管01分布较为疏松，从而使密集区能够带着更多人体的热量，从而使穿戴者对应于穴位分布密集处37的温感低于后背其他部分的温感。

通过对在后背的穴位分布密集处的局部，设置密集的硅胶软管，冷刺激后背的穴位可有助于疏风解表，缓解发热、防止中暑的作用。

此外，液冷衣的硅胶软管01分布也可以均匀分布在前、后部分，或结合人体的血管分布、局部产热等情况进行分布。

需要说明的是，本发明中采用步骤编号(字母或数字编号)来指代某些具体的方法步骤，仅仅是出于描述方便和简洁的目的，而绝不是用字母或数字来限制这些方法步骤的顺序。本领域的技术人员能够明了，相关方法步骤的顺序，应由技术本身决定，不应因步骤编号的存在而被不适当地限制。

本领域的技术人员能够理解的是，在不冲突的前提下，上述各优选方案可以自由地组合、叠加。

应当理解，上述的实施方式仅是示例性的，而非限制性的，在不偏离本发明的基本原理的情况下，本领域的技术人员可以针对上述细节做出的各种明显的或等同的修改或替换，都将包含于本发明的权利要求范围内。

Claims

1.一种液冷服系统的动态控制方法，其特征在于，所述方法包括步骤：

S100，获取穿戴者的生理参数和运动参数，并根据所述生理参数和所述运动参数确定穿戴者的当前时段的实际温感；

S200，确定目标温感与所述当前时段的实际温感的差别，即当前时段的温感差别；

在当前时段内循环执行S300至S500，直至超出当前时段则返回S100：

S300，根据所述当前时段的温感差别与前一时段的温感差别确定冷却液的当前时刻的目标温度；

S400，获取冷却液的实际温度；

S500，计算所述当前时刻的目标温度与所述实际温度的温度差error，根据下述方式控制冷却装置工作，以调节冷却液的温度：

当所述温度差error＞0时，控制所述冷却装置停止制冷；

当所述温度差error≤-1时，控制所述冷却装置以额定功率进行制冷；

当所述温度差-1＜error≤0时，根据所述温度差error和与其连续的前两次的温度差控制所述冷却装置工作。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S500中，所述冷却装置通过脉冲调制方式控制其工作，当所述温度差-1＜error≤0时，根据所述温度差error和与其连续的前两次的温度差确定当前时刻的占空比，并根据所述当前时刻的占空比确定当前时刻的功率，按照所述当前时刻的功率控制所述冷却装置工作。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述S500中，所述当前时刻的占空比采用如下公式确定：

4.根据权利要求1-3任一所述方法，其特征在于，所述S100中所述生理参数包括心率，所述运动参数包括单位时间行进步数和单位时间卡路里消耗量。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述S100中所述实际温感、所述生理参数和所述运动参数均以分值形式计量；

所述根据所述生理参数和所述运动参数确定穿戴者的当前时段的实际温感，具体包括：

对所述生理参数和所述运动参数进行打分，并根据各参数的权重计算各参数的加权平均得分，所述加权平均得分即为所述当前时段的实际温感；其中，所述生理参数的权重和大于或等于各所述运动参数的权重之和。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述S300中确定冷却液的当前时刻的目标温度，采用如下函数关系实现：

g(Δx)＝a(Δx_now-Δx_now-1)·(1-e^-t/τ)+aΔx_now-1+b

式中，g(Δx)代表所述当前时刻的目标温度，a和b为常数，Δx_now代表当前时段的温感差别，Δx_now-1代表前一时段的温感差别，t为当前时刻,τ代表时间常数。

7.一种计算机存储介质，其特征在于，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被计算机执行时，实现如权利要求1至6中任一项所述的方法。

8.一种液冷服系统装置，其特征在于，所述液冷服系统装置包括：参数采集装置、液冷服、冷却装置和控制装置；其中，

所述采集装置，为便携式手环，与所述控制装置无线连接，用于采集穿戴者的生理参数和运动参数，并将其发送给所述控制装置；

所述液冷服，设置有供冷却液流通的管路；

所述冷却装置，与所述管路连接，用于对冷却液进行温度调整，并在泵送条件下使冷却液在所述管路中循环；

所述控制装置，与所述冷却装置电连接，采用如权利要求1至6中任一项所述的方法控制所述冷却装置。

9.根据权利要求8所述的液冷服系统装置，其特征在于，所述液冷服包括由外向内层叠设置的防晒层、隔热层、透气层、管路层以及吸热层，所述管路层分布有所述管路，且所述管路包括硅胶软管。

10.根据权利要求9所述的液冷服系统装置，其特征在于，所述液冷服包括液冷衣，所述液冷衣具有相互连接的前部分和后部分，所述前部分和所述后部分分布的所述硅胶软管相贯通，且所述后部分包括穴位分布密集区，当所述液冷衣被穿上时，所述穴位分布密集区与人体大椎穴、风门穴和肺俞穴相对，所述穴位分布密集区较其他区域的硅胶软管的分布密度大。