CN114368259B - 一种基于人体热舒适性的空调箱自动控制方法 - Google Patents

一种基于人体热舒适性的空调箱自动控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于人体热舒适性的空调箱自动控制方法，利用车辆乘员热舒适性监测系统得到的乘员热感受作为控制目标，控制空调箱鼓风机风量、模式风门模式、温度风门开启度。避免乘员手动输入空调温度设定值，减少对驾驶的干扰，提升安全性；加快人体达到热舒适性的速度，提升空调热舒适性，减少空调能耗；与后续技术结合，能够实现空调控制的全自动化，让驾驶员完全摆脱空调相关操作，提高驾驶安全性。

Description

一种基于人体热舒适性的空调箱自动控制方法
技术领域
本发明涉及汽车空调技术领域，尤其涉及一种基于人体热舒适性的空调箱自动控制方法。
背景技术
随着汽车工业和智能化的快速发展，车辆的舒适性和驾驶性变得越来越重要，智能化程度也成为车辆性能的重要因素之一，因此汽车自动空调也变得越来越普及。汽车空调自动算法在过去的一些年里得到了迅速发展，基本的控制逻辑以及形成。
自动空调的控制对象中，与空调箱相关的主要是三个空调风门，包括模式风门、温度风门和循环风门，以及鼓风机风量。当前技术中基本上是以目标出风温度TAO作为控制依据，主要不足包括：
1.目前的所有TAO值算法中，乘员设定温度都是必不可少的组成部分。在这种情况下，首先自动空调无法实现完全自动化，乘员仍然需要进行手动操作，分散驾驶员注意力；其次乘员需对设定温度进行反复调节，才能获得一个合适的热环境，影响乘员体验，也增加达到合适热环境的时间，增大空调能耗。
2.目前的所有TAO值算法中，其仅仅与环境温度、车内温度和阳光辐射三个热环境因素相关，不能直接反应乘员的热感受和热舒适性，以此为依据控制的空调风门，很难保证人的热感受和热舒适性，特别是当环境温度和阳光辐射变化较剧烈的环境下。
因此本领域技术人员致力于开发一种自动化程度高的基于人体热舒适性的空调箱自动控制方法。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种自动化程度高的基于人体热舒适性的空调箱自动控制方法。
为实现上述目的，本发明提供的一种基于人体热舒适性的空调箱自动控制方法，包括汽车的空调箱，所述空调箱包括模式风门、温度风门、鼓风机、暖通水管和蒸发器，还包括与所述空调箱连接的车辆乘员热舒适性监测系统，所述鼓风机设置有鼓风机电压表，所述暖通水管设置有水温传感器，所述蒸发器的出风口设置有蒸发器出风温度传感器，所述汽车上还安装有车外温度传感器，所述车辆乘员热舒适性监测系统包括中央处理器和与所述中央处理器电连接的所述鼓风机电压表、所述水温传感器、所述蒸发器出风温度传感器和所述车外温度传感器；
包括以下步骤：
S1.初始化设定，所述车辆乘员热舒适性监测系统感测人体的整体热感受So，所述整体热感受So值对应若干个不同的人体热感受表面温度区间；
设定所述模式风门设置有六种模式的开启状态，每种模式的开启状态对应一个所述整体热感受So值，设这六种模式的整体热感受So值分别为依次增大的参数M1、参数M2、参数M3、参数M4、参数M5和参数M6；
设定所述鼓风机设定有八种模式的工作状态，每种工作状态时的鼓风机电压值对应一个所述整体热感受So值，设这八种模式的整体热感受So值分别为依次增大的参数T1、参数T2、参数T3、参数T4、参数B1、参数B2、参数B3和参数B4；
设定所述温度风门设置有三种模式的开启状态，每种模式的开启状态对应一个所述整体热感受So值，设这三种模式的整体热感受So值分别为依次增大的参数C1、参数C2和参数C3；
S2.获取各传感器参数，每间隔30秒，从所述车外温度传感器中读取车外温度信号Tambient，从所述水温传感器中读取暖通水温信号Tcoolant，从所述蒸发器出风温度传感器中读取蒸发器出风温度信号Texa；
S3.监测所述模式风门的当前模式，判断所述整体热感受So值与步骤S1中六种模式的设定整体热感受So值的大小关系，然后调节所述模式风门至目标模式；
S4.监测所述鼓风机的工作状态，判断所述整体热感受So值与步骤S1中八种模式的工作状态下的整体热感受So值的大小关系，然后调节所述鼓风机至目标模式；
S5.监测所述温度风门的当前模式，判断所述整体热感受So值与步骤S1中三种开启状态的设定整体热感受So值的大小关系，判断出空调温度风门开启度SW的目标值，SW范围为0%到100%，其中0%表示最热，100%表示最冷，并使空调温度风门开启度SW调节至目标值SWAIM；
S6. 持续监控，并循环执行步骤S2至步骤S5。
在步骤S3中，具体调节办法如下：
条件1：如果所述整体热感受So值小于所述参数M1，则将所述模式风门设置为吹脸模式(Model=1)；
条件2：如果整体热感受So值大于所述参数M6，则将所述模式风门设置为吹脚/除霜模式(Model=4)；
条件3：如果当前模式风门为吹脸模式(Model=1)，且整体热感受So值大于所述参数M2 而小于所述参数M4，则将所述模式风门切换为吹脸/吹脚模式(Model=2)；
条件4：如果当前模式风门为吹脸/吹脚模式(Model=2)，且整体热感受So值大于所述参数M4 而小于所述参数M6，则将所述模式风门切换为吹脚模式(Model=3)；
条件5：如果当前模式风门为吹脚/除霜模式(Model=4)，且整体热感受So值大于所述参数M3而小于所述设定参数M5，则将所述模式风门切换为吹脚模式(Model=3)；
条件6：如果当前模式风门为吹脚模式(Model=3)，且整体热感受So值大于所述参数M1 而小于所述设定参数 M3，则将所述模式风门切换为吹脸/吹脚模式 (Model=2)；
如果上述条件1至条件6均不满足，则执行下一步骤。
在步骤S4中，具体调节办法如下：
条件1：如果整体热感受So值小于所述参数B1，且暖通水温Tcoolant小于所述参数T1，则空调鼓风机电压Vblower取最小值Vblowermin；
条件2：如果整体热感受So值小于所述参数B1，且暖通水温Tcoolant大于所述参数T2，则空调鼓风机电压Vblower取最大值Vblowermax；
条件3：如果整体热感受So值小于所述参数B1，且暖通水温Tcoolant大于所述参数T2而小于所述参数T1，则空调鼓风机电压Vblower按照下面公式计算：Vblower=Vblowermin+(Tcoolant-T1)/(T2-T1)*(Vblowermax-Vblowermin)；
条件4：如果整体热感受So值大于所述参数B4，且蒸发器出风温度Texa大于所述参数T4，则空调鼓风机电压Vblower取最小值Vblowermin；
条件5：如果整体热感受So值大于所述参数B4，且蒸发器出风温度Texa小于所述参数T3，则空调鼓风机电压Vblower取最大值Vblowermax；
条件6：如果整体热感受So值大于所述参数B4，且蒸发器出风温度Texa大于所述参数T3而小于所述参数T4，则空调鼓风机电压Vblower按照下面公式计算：Vblower=Vblowermin+(T4-Texa)/(T4-T3)*(Vblowermax-Vblowermin)；
条件7：如果整体热感受So值小于所述参数B3而大于所述参数B2，则空调鼓风机电压Vblower取最小值Vblowermin；
条件8：如果整体热感受So值大于所述参数B1而小于所述参数B2，则空调鼓风机电压Vblower按照下面公式计算：
Vblower=Vblowermin+(B2-So)/(B2-B1)*(Vblowermax-Vblowermin)；
条件9：如果整体热感受So值大于所述参数B3而小于所述参数B4，则空调鼓风机电压Vblower按照下面公式计算：
Vblower=Vblowermin+(B4-So)/(B4-B3)*(Vblowermax-Vblowermin)。
在步骤S5中，空调温度风门开启度目标值 SWAIM按照下面公式计算：
SWAIM=min{max{[So+C1-(Texa+C2)]/(C3-(Texa+C2)),1},-1}。
本发明的有益效果是：本发明的基于人体热舒适性的空调箱自动控制方法，包括汽车的空调箱，空调箱包括模式风门、温度风门、鼓风机、暖通水管和蒸发器，还包括与空调箱连接的车辆乘员热舒适性监测系统，鼓风机设置有鼓风机电压表，暖通水管设置有水温传感器，蒸发器的出风口设置有蒸发器出风温度传感器，汽车上还安装有车外温度传感器，车辆乘员热舒适性监测系统包括中央处理器和与中央处理器电连接的鼓风机电压表、水温传感器、蒸发器出风温度传感器和车外温度传感器，利用车辆乘员热舒适性监测系统得到的乘员热感受作为控制目标，控制空调箱鼓风机风量、模式风门模式、温度风门开启度。
1.避免乘员手动输入空调温度设定值，减少对驾驶的干扰，提升安全性；加快人体达到热舒适性的速度，提升空调热舒适性，减少空调能耗；
2.与后续技术结合，能够实现空调控制的全自动化，让驾驶员完全摆脱空调相关操作，提高驾驶安全性。
附图说明
图1是本发明的工作流程图。
实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，需注意的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方式构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
如图1所示，一种基于人体热舒适性的空调箱自动控制方法，包括汽车的空调箱，所述空调箱包括模式风门、温度风门、鼓风机、暖通水管和蒸发器，还包括与所述空调箱连接的车辆乘员热舒适性监测系统，所述鼓风机设置有鼓风机电压表，所述暖通水管设置有水温传感器，所述蒸发器的出风口设置有蒸发器出风温度传感器，所述汽车上还安装有车外温度传感器，所述车辆乘员热舒适性监测系统包括中央处理器和与所述中央处理器电连接的所述鼓风机电压表、所述水温传感器、所述蒸发器出风温度传感器和所述车外温度传感器；
包括以下步骤：
S1.初始化设定，所述车辆乘员热舒适性监测系统感测人体的整体热感受So，所述整体热感受So值对应若干个不同的人体热感受表面温度区间；整体热感受So代表人的总体感觉，其表示热感受信号表示人体对热环境的感受，范围为-4到4，其中-4表示非常冷，-3表示冷，-2表示凉，-1表示有点凉，0表示中性，1表示有点暖，2表示暖，3表示热，4表示非常热。
设定所述模式风门设置有六种模式的开启状态，每种模式的开启状态对应一个所述整体热感受So值，设这六种模式的整体热感受So值分别为依次增大的参数M1、参数M2、参数M3、参数M4、参数M5和参数M6；
设定所述鼓风机设定有八种模式的工作状态，每种工作状态时的鼓风机电压值对应一个所述整体热感受So值，设这八种模式的整体热感受So值分别为依次增大的参数T1、参数T2、参数T3、参数T4、参数B1、参数B2、参数B3和参数B4；
设定所述温度风门设置有三种模式的开启状态，每种模式的开启状态对应一个所述整体热感受So值，设这三种模式的整体热感受So值分别为依次增大的参数C1、参数C2和参数C3；
S2.获取各传感器参数，每间隔30秒，从所述车外温度传感器中读取车外温度信号Tambient，从所述水温传感器中读取暖通水温信号Tcoolant，从所述蒸发器出风温度传感器中读取蒸发器出风温度信号Texa；
S3.监测所述模式风门的当前模式，判断所述整体热感受So值与步骤S1中六种模式的设定整体热感受So值的大小关系，然后调节所述模式风门至目标模式；
S4.监测所述鼓风机的工作状态，判断所述整体热感受So值与步骤S1中八种模式的工作状态下的整体热感受So值的大小关系，然后调节所述鼓风机至目标模式；
S5.监测所述温度风门的当前模式，判断所述整体热感受So值与步骤S1中三种开启状态的设定整体热感受So值的大小关系，判断出空调温度风门开启度SW的目标值，SW范围为0%到100%，其中0%表示最热，100%表示最冷，并使空调温度风门开启度SW调节至目标值SWAIM；
S6. 持续监控，并循环执行步骤S2至步骤S5。
在步骤S3中，具体调节办法如下：
条件1：如果所述整体热感受So值小于所述参数M1，则将所述模式风门设置为吹脸模式(Model=1)；
条件2：如果整体热感受So值大于所述参数M6，则将所述模式风门设置为吹脚/除霜模式(Model=4)；
条件3：如果当前模式风门为吹脸模式(Model=1)，且整体热感受So值大于所述参数M2 而小于所述参数M4，则将所述模式风门切换为吹脸/吹脚模式(Model=2)；
条件4：如果当前模式风门为吹脸/吹脚模式(Model=2)，且整体热感受So值大于所述参数M4 而小于所述参数M6，则将所述模式风门切换为吹脚模式(Model=3)；
条件5：如果当前模式风门为吹脚/除霜模式(Model=4)，且整体热感受So值大于所述参数M3而小于所述设定参数M5，则将所述模式风门切换为吹脚模式(Model=3)；
条件6：如果当前模式风门为吹脚模式(Model=3)，且整体热感受So值大于所述参数M1 而小于所述设定参数 M3，则将所述模式风门切换为吹脸/吹脚模式 (Model=2)；
如果上述条件1至条件6均不满足，则执行下一步骤。
在步骤S4中，具体调节办法如下：
条件1：如果整体热感受So值小于所述参数B1，且暖通水温Tcoolant小于所述参数T1，则空调鼓风机电压Vblower取最小值Vblowermin；
条件2：如果整体热感受So值小于所述参数B1，且暖通水温Tcoolant大于所述参数T2，则空调鼓风机电压Vblower取最大值Vblowermax；
条件3：如果整体热感受So值小于所述参数B1，且暖通水温Tcoolant大于所述参数T2而小于所述参数T1，则空调鼓风机电压Vblower按照下面公式计算：Vblower=Vblowermin+(Tcoolant-T1)/(T2-T1)*(Vblowermax-Vblowermin)；
条件4：如果整体热感受So值大于所述参数B4，且蒸发器出风温度Texa大于所述参数T4，则空调鼓风机电压Vblower取最小值Vblowermin；
条件5：如果整体热感受So值大于所述参数B4，且蒸发器出风温度Texa小于所述参数T3，则空调鼓风机电压Vblower取最大值Vblowermax；
条件6：如果整体热感受So值大于所述参数B4，且蒸发器出风温度Texa大于所述参数T3而小于所述参数T4，则空调鼓风机电压Vblower按照下面公式计算：Vblower=Vblowermin+(T4-Texa)/(T4-T3)*(Vblowermax-Vblowermin)；
条件7：如果整体热感受So值小于所述参数B3而大于所述参数B2，则空调鼓风机电压Vblower取最小值Vblowermin；
条件8：如果整体热感受So值大于所述参数B1而小于所述参数B2，则空调鼓风机电压Vblower按照下面公式计算：
Vblower=Vblowermin+(B2-So)/(B2-B1)*(Vblowermax-Vblowermin)；
条件9：如果整体热感受So值大于所述参数B3而小于所述参数B4，则空调鼓风机电压Vblower按照下面公式计算：
Vblower=Vblowermin+(B4-So)/(B4-B3)*(Vblowermax-Vblowermin)。
在步骤S5中，空调温度风门开启度目标值 SWAIM按照下面公式计算：
SWAIM=min{max{[So+C1-(Texa+C2)]/(C3-(Texa+C2)),1},-1}。
与现有技术相比，本发明利用车辆乘员热舒适性监测系统得到的乘员热感受和热舒适度作为控制目标，控制空调箱鼓风机风量、模式风门模式、温度风门开启度。本发明具有的优势包括：
1.避免乘员手动输入空调温度设定值，减少对驾驶的干扰，提升安全性；加快人体达到热舒适性的速度，提升空调热舒适性，减少空调能耗；
2.与后续技术结合，能够实现空调控制的全自动化，让驾驶员完全摆脱空调相关操作，提高驾驶安全性。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (4)

1.一种基于人体热舒适性的空调箱自动控制方法，包括汽车的空调箱，所述空调箱包括模式风门、温度风门、鼓风机、暖通水管和蒸发器，其特征在于：还包括与所述空调箱连接的车辆乘员热舒适性监测系统，所述鼓风机设置有鼓风机电压表，所述暖通水管设置有水温传感器，所述蒸发器的出风口设置有蒸发器出风温度传感器，所述汽车上还安装有车外温度传感器，所述车辆乘员热舒适性监测系统包括中央处理器和与所述中央处理器电连接的所述鼓风机电压表、所述水温传感器、所述蒸发器出风温度传感器和所述车外温度传感器；
包括以下步骤：
S1.初始化设定，所述车辆乘员热舒适性监测系统感测人体的整体热感受So，所述整体热感受So值对应若干个不同的人体热感受表面温度区间；
设定所述模式风门设置有六种模式的开启状态，每种模式的开启状态对应一个所述整体热感受So值，设这六种模式的整体热感受So值分别为依次增大的参数M1、参数M2、参数M3、参数M4、参数M5和参数M6；
设定所述鼓风机设定有八种模式的工作状态，每种工作状态时的鼓风机电压值对应一个所述整体热感受So值，设这八种模式的整体热感受So值分别为依次增大的参数T1、参数T2、参数T3、参数T4、参数B1、参数B2、参数B3和参数B4；
设定所述温度风门设置有三种模式的开启状态，每种模式的开启状态对应一个所述整体热感受So值，设这三种模式的整体热感受So值分别为依次增大的参数C1、参数C2和参数C3；
S2.获取各传感器参数，每间隔30秒，从所述车外温度传感器中读取车外温度信号Tambient，从所述水温传感器中读取暖通水温信号Tcoolant，从所述蒸发器出风温度传感器中读取蒸发器出风温度信号Texa；
S3.监测所述模式风门的当前模式，判断所述整体热感受So值与步骤S1中六种模式的设定整体热感受So值的大小关系，然后调节所述模式风门至目标模式；
S4.监测所述鼓风机的工作状态，判断所述整体热感受So值与步骤S1中八种模式的工作状态下的整体热感受So值的大小关系，然后调节所述鼓风机至目标模式；
S5.监测所述温度风门的当前模式，判断所述整体热感受So值与步骤S1中三种开启状态的设定整体热感受So值的大小关系，判断出空调温度风门开启度SW的目标值，SW范围为0%到100%，其中0%表示最热，100%表示最冷，并使空调温度风门开启度SW调节至目标值SWAIM；
S6. 持续监控，并循环执行步骤S2至步骤S5。
2.如权利要求1所述的基于人体热舒适性的空调箱自动控制方法，其特征在于：在步骤S3中，具体调节办法如下：
条件1：如果所述整体热感受So值小于所述参数M1，则将所述模式风门设置为吹脸模式(Model=1)；
条件2：如果整体热感受So值大于所述参数M6，则将所述模式风门设置为吹脚/除霜模式(Model=4)；
条件3：如果当前模式风门为吹脸模式(Model=1)，且整体热感受So值大于所述参数M2而小于所述参数M4，则将所述模式风门切换为吹脸/吹脚模式(Model=2)；
条件4：如果当前模式风门为吹脸/吹脚模式(Model=2)，且整体热感受So值大于所述参数M4 而小于所述参数M6，则将所述模式风门切换为吹脚模式(Model=3)；
条件5：如果当前模式风门为吹脚/除霜模式(Model=4)，且整体热感受So值大于所述参数M3而小于所述参数M5，则将所述模式风门切换为吹脚模式(Model=3)；
条件6：如果当前模式风门为吹脚模式(Model=3)，且整体热感受So值大于所述参数M1而小于所述参数M3，则将所述模式风门切换为吹脸/吹脚模式 (Model=2)；
如果上述条件1至条件6均不满足，则执行下一步骤。
3.如权利要求1所述的基于人体热舒适性的空调箱自动控制方法，其特征在于：在步骤S4中，具体调节办法如下：
条件1：如果整体热感受So值小于所述参数B1，且暖通水温Tcoolant小于所述参数T1，则空调鼓风机电压Vblower取最小值Vblowermin；
条件2：如果整体热感受So值小于所述参数B1，且暖通水温Tcoolant大于所述参数T2，则空调鼓风机电压Vblower取最大值Vblowermax；
条件3：如果整体热感受So值小于所述参数B1，且暖通水温Tcoolant大于所述参数T2而小于所述参数T1，则空调鼓风机电压Vblower按照下面公式计算：Vblower=Vblowermin+(Tcoolant-T1)/(T2-T1)*(Vblowermax-Vblowermin)；
条件4：如果整体热感受So值大于所述参数B4，且蒸发器出风温度Texa大于所述参数T4，则空调鼓风机电压Vblower取最小值Vblowermin；
条件5：如果整体热感受So值大于所述参数B4，且蒸发器出风温度Texa小于所述参数T3，则空调鼓风机电压Vblower取最大值Vblowermax；
条件6：如果整体热感受So值大于所述参数B4，且蒸发器出风温度Texa大于所述参数T3而小于所述参数T4，则空调鼓风机电压Vblower按照下面公式计算：Vblower=Vblowermin+(T4-Texa)/(T4-T3)*(Vblowermax-Vblowermin)；
条件7：如果整体热感受So值小于所述参数B3而大于所述参数B2，则空调鼓风机电压Vblower取最小值Vblowermin；
条件8：如果整体热感受So值大于所述参数B1而小于所述参数B2，则空调鼓风机电压Vblower按照下面公式计算：
Vblower=Vblowermin+(B2-So)/(B2-B1)*(Vblowermax-Vblowermin)；
条件9：如果整体热感受So值大于所述参数B3而小于所述参数B4，则空调鼓风机电压Vblower按照下面公式计算：
Vblower=Vblowermin+(B4-So)/(B4-B3)*(Vblowermax-Vblowermin)。
4.如权利要求1所述的基于人体热舒适性的空调箱自动控制方法，其特征在于：在步骤S5中，空调温度风门开启度目标值 SWAIM按照下面公式计算：
SWAIM=min{max{[So+C1-(Texa+C2)]/(C3-(Texa+C2)),1},-1}。
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