CN115052765A - 基于乘员热生理学的车辆微气候个性化 - Google Patents

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Abstract

根据本公开的示例的为车辆乘员提供热调节的方法包括：确定用于多个离散OPZ中的每一个的相应的目标温度。每个OPZ与不同的乘员身体区域相关联。所述确定基于指示对于乘员的目标热通量的第一OTS和指示评估的乘员所体验的热通量的第二OTS之间的差异，其中，相应的目标温度在各OPZ之间有所不同。所述方法包括基于用于OPZ的目标温度在每个OPZ中提供热调节，这包括在OPZ中使用至少一个热效应器。所述方法还包括接收到来自乘员的用于特定一个OPZ的温度偏移值，以及基于温度偏移值来调节用于所述特定一个OPZ的目标温度。

Description

基于乘员热生理学的车辆微气候个性化
相关申请的交叉引用
本申请要求于2020年2月5日提交的美国临时申请No.62/970,430的优先权，所述美国临时申请的全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本申请涉及车辆车厢中的热调节，并且更具体地涉及在车辆车厢中的多个不同乘员个性化区域中提供个性化热调节。
背景技术
给车辆乘员提供热调节存在许多挑战。这些挑战之一是人们对热舒适性的体验因例如性别、体重和衣物的各种因素而不同。因此，同一车辆车厢中的两位乘员可能对车辆热调节系统有不同和相互矛盾的期望。
发明内容
根据本公开的示例的为车辆乘员提供热调节的方法包括确定用于多个离散乘员个性化区域(OPZ)中的每一个的相应的目标温度。每个OPZ与不同的乘员身体区域相关联，并且所述确定基于第一总体热感觉(OTS)和第二OTS之间的差异，第一OTS指示对于乘员的目标热通量，且第二OTS指示评估的乘员所体验的热通量，其中，相应的目标温度在各OPZ之间有所不同。所述方法包括基于用于OPZ的目标温度在每个OPZ中提供热调节，并且所述提供包括在OPZ中使用至少一个热效应器。所述方法包括接收到来自乘员的用于特定一个OPZ的温度偏移值，以及基于温度偏移值来调节用于所述特定一个OPZ的目标温度。
在任何前述实施方式的进一步实施方式中，所述方法包括接收到来自乘员的对于一个或多个OPZ的禁用命令，以及基于所述接收到禁用命令，基于禁用命令禁用所述一个或多个OPZ或基于禁用命令重新设定用于所述特定一个OPZ的温度偏移值。
在任何前述实施方式的进一步实施方式中，所述方法包括确定每个OPZ中的温度，并且对于每个OPZ，所述在OPZ中提供热调节包括调节OPZ中的所述至少一个热效应器的输出，以减小对于OPZ的确定温度和目标温度之间的差异。
在任何前述实施方式的进一步实施方式中，所述在每个OPZ中提供热调节包括基于用于第一OPZ的目标温度低于第一OPZ的确定温度，利用第一OPZ中的第一热效应器给乘员制热，并且基于用于第二OPZ的目标温度高于第二OPZ的确定温度，利用第二OPZ中的第二热效应器给乘员制冷，其中所述制热和制冷同时执行。
在任何前述实施方式的进一步实施方式中，所述在每个OPZ中提供热调节包括确定每个热效应器的排名，以及进一步基于OPZ中每个热效应器的相对排名来确定用于每个OPZ的温度设定点。
在任何前述实施方式的进一步实施方式中，所述确定用于每个OPZ的相应的目标温度包括确定用于每个OPZ中的每个效应器的至少一个预设热调节范围，所述预设热调节范围具有最高温度和最低温度，基于最高和最低温度，确定用于OPZ的默认温度，所述默认温度在预设热调节范围内，以及基于第一和OTS第二OTS之间的差异来调节默认温度以获得目标温度。
在任何前述实施方式的进一步实施方式中，所述至少一个预设热调节范围还包括最大气流速率和最小气流速率。
在任何前述实施方式的进一步实施方式中，所述预设热调节范围在各OPZ之间和每个OPZ中的各热效应器之间有所不同。
在任何前述实施方式的进一步实施方式中，所述基于第一OTS和第二OTS之间的差异来调节默认温度以获得目标温度包括基于第一OTS和第二OTS之间的差异、默认温度和预设热调节范围的幅度来确定标称温度设定点；基于第一OTS大于第二OTS将默认温度增加从标称温度设定点得出的值，并且基于第一OTS小于第二OTS将默认温度降低从标称温度设定点得出的值。
在任何前述实施方式的进一步实施方式中，默认温度是最高和最低温度的平均值。
在任何前述实施方式的进一步实施方式中，所述方法包括将被调节的目标温度与对于OPZ的最高可允许目标温度和对于OPZ的最低可允许目标温度中的至少一个进行比较，以及基于被调节的目标温度超过对于OPZ的最高可允许目标温度或低于对于OPZ的最低可允许目标温度来减小温度偏移值。
在任何前述实施方式的进一步实施方式中，所述多个OPZ包括头部区域、座椅靠背区域、座椅衬垫区域、手部/臂区域和脚部/腿部区域中的至少三个。
在任何前述实施方式的进一步实施方式中，用于所述多个OPZ的热效应器具有气候受控座椅、安装在头枕或上部座椅靠背中的颈部调节器、气候受控车顶内衬、被加热的方向盘、被加热的换挡器、被加热的门板、加热垫、对流热效应器和小型压缩系统。
在任何前述实施方式的进一步实施方式中，至少一个热效应器是具有风扇的对流热效应器，并且所述方法包括确定用于风扇的默认风扇速度，以及基于接收到来自乘员的风扇速度偏移量来调节默认风扇速度。
在任何前述实施方式的进一步实施方式中，所述方法包括确定用于乘员的热平衡，以及基于热平衡来确定第一OTS。
在任何前述实施方式的进一步实施方式中，所述方法包括以多次迭代的方式迭代地重复所述确定、所述提供、以及所述调节，同时在所述多次迭代的每一次期间使用相同的温度偏移值。
根据本公开的示例的热调节系统包括多个热效应器，所述多个热效应器布置在分别与乘员身体区域的不同部分相关联的多个离散乘员个性化区域(OPZ)中，使得每个OPZ包括至少一个热效应器。控制器配置成基于第一总体热感觉(OTS)和第二OTS之间的差来确定用于每个OPZ的相应的目标温，第一OTS指示对于乘员的目标热通量，且第二OTS指示评估的乘员当前所体验的热通量，其中，相应的目标温度在各OPZ之间有所不同。控制器配置成基于OPZ的目标温度控制每个OPZ中的至少一个热效应器，接收到来自乘员的用于特定一个OPZ的温度偏移值，以及基于温度偏移值来调节用于所述特定一个OPZ的目标温度。
在任何前述实施方式的进一步实施方式中，控制器配置成基于乘员禁用所述特定一个OPZ中的所述至少一个热效应器来重新设定用于所述特定一个OPZ的温度偏移值。
在任何前述实施方式的进一步实施方式中，为了确定用于每个OPZ的相应的目标温度，控制器配置成确定用于OPZ的预设热调节范围，所述预设热调节范围包括最高温度和最低温度，其中，所述预设热调节范围在各OPZ之间有所不同。控制器配置成基于最高温度和最低温度，确定用于OPZ的默认温度，所述默认温度在所述预设热调节范围内，以及基于第一和第二OTS之间的差异来调节默认温度以获得目标温度。
在任何前述实施方式的进一步实施方式中，为了基于第一和第二OTS之间的差异来调节默认温度以获得目标温度，控制器配置成基于第一OTS和第二OTS之间的差异、默认温度和预设热调节范围的幅度来确定标称温度设定点。控制器配置成基于第一OTS大于第二OTS将默认温度增加从标称温度设定点得出的值，并且基于第一OTS小于第二OTS将默认温度降低从标称温度设定点得出的值。
在任何前述实施方式的进一步实施方式中，控制器配置成确定每个OPZ中的温度，并且基于用于OPZ的目标温度来控制每个OPZ中的所述至少一个热效应器，控制器配置成调整OPZ中的所述至少一个热效应器的输出，以减小OPZ的确定温度和目标温度之间的差异。
前述段落、权利要求或以下描述和附图的实施方式、示例和替代方案，包括它们的各个方面或各自的单独特征中的任何一个，可以独立地或以任何组合来采用。结合一个实施方式描述的特征适用于所有实施方式，除非这些特征是不兼容的。
附图说明
图1示意性地示出了包括HVAC系统和微气候热调节系统的热调节系统。
图2是描绘用于控制多个微气候热效应器的示例方法的流程图。
图3是描绘车辆乘员所体验的总体热感觉(OTS)如何在季节之间变化的示例的图表。
图4是说明如何布置图4A、图4B和图4C的示意图。
图4A-图4C是示出用于确定车辆乘员的OTS的示例布置的组合示意图的各部分。
图5是示出日照负荷可能对OTS产生的示例影响的示意图。
图6描绘了用于基于OTS调节热效应器设定点温度的方法的流程图。
图7是示出用于确定校正的温度设定点的示例布置的示意图。
图8示出了用于热效应器的多个热调节范围。
图9示出了用于为特定乘员个性化区域定制温度设定点的示例图形用户界面。
图10是描绘为车辆的乘员提供热调节的示例方法的流程图。
具体实施方式
本公开描述了用于车辆车厢的热调节系统，其包括HVAC系统和微气候热调节系统(MTCS)。MTCS包括多个微气候热效应器，所述多个微气候热效应器可操作以在车辆车厢中的多个离散乘员个性化区域(OPZ)(例如，头部、座椅靠背、座椅衬垫、手部/手臂和脚部/腿部)中提供热调节。基于为车辆乘员确定的总体热感觉(OTS)、以及温度范围的乘员配置文件来确定对于微气候热效应器的温度设定点，车辆乘员最喜欢并为每个身体部段限定所述温度范围。OTS基于从环境传递给车辆乘员的热通量、以及对车辆乘员代谢状态的计算。OTS指示车辆乘员所体验的总体热感觉。为MTCS提供了一个默认乘员配置文件，其指示了为典型车辆乘员提供最大热舒适性的可能温度和热通量场景。在一些实施方式中，车辆乘员配置文件是可定制的，例如，以指示特定乘员的细节，例如体重、性别和衣物，因为这些细节中的每一个都会影响乘员体验热舒适性的程度。热调节系统10使车辆乘员能够为各种OPZ输入温度和流率偏移量，以提高OPZ的热舒适性。
图1示意性地示出了热调节系统10，其包括HVAC系统12和微气候热调节系统(MTCS)14。HVAC系统12包括驱动风扇18的马达16，风扇使空气通过热交换器20以在车辆车厢24内提供热调节空气22。车厢温度传感器26向HVAC控制器28提供温度信息，HVAC控制器28可操作以基于来自车厢温度传感器26的温度读数来调节马达16的操作。HVAC控制器28可以例如还接收来自外部空气温度传感器30和一个或多个附加传感器32的信息。
HVAC控制器28将HVAC系统12的操作调整到通常由车辆乘员手动调节的温度设定点。在许多情况下，中央HVAC系统12不足以实现每一位特定乘员和位置的热舒适性，因此提供MTCS 14以为车辆车厢24中的每一位乘员创造独特的微气候，从而提供改善的总体乘员热舒适性。
车辆的每一位乘员通常具有独特的个人舒适偏好。即，特定乘员与另一乘员察觉到的热能水平是不同的。结果，车辆内完全相同的热环境可能被一位乘员认为是舒适的，但被另一位乘员认为是不舒适的。为此，本公开为乘员提供了手动调节，以优化和协调的方式控制中央HVAC12系统和MTCS 14两者。
车辆内有许多影响车辆乘员热舒适性的加热和冷却源。在一个示例中，各种加热和冷却源可以由车厢内的等效均质温度(EHT)表示。EHT代表对乘员的总热效应，作为产生全身热感觉的车辆乘员热损失的量度。EHT考虑了对车辆乘员的组合对流、传导和辐射效应，并将这些效应组合成单一值，这对于模拟非均匀热环境特别有用。EHT的一个示例计算可以在作者Han,Taeyoung和Huang,Linjie在杂志SAE Technical Paper 2004-01-0919,2004中发表的论文“A Model for Relation a Thermal Comfort Scale to EHT ComfortIndex”中找到。如全部内容通过引用并入本文中的本篇SAE论文中所解释的，被建模的热环境受“呼吸水平”空气温度、平均辐射温度(MRT)、空气速度、日照负荷和相对湿度的影响。
车辆的HVAC系统调节车厢内的大量空气以实现车厢温度。对微气候环境的其他环境影响包括车辆环境温度和车辆上的日照负荷。在2019年12月20日提交的题为“AUTOMATICSEAT THERMAL COMFORT CONTROL SYSTEM AND METHOD”的美国临时申请No.62/951,289中描述了使用EHT来实现乘员热舒适性的一个示例，所述美国临时申请的全部内容通过引用并入本文。
乘员的热状况可以使用伯克利感觉和舒适性指标(Berkeley Sensation andComfort Scale)(“伯克利指标(Berkeley scale)”)来表达，例如在作者Arens E.A.、ZhangH.&Huizenga C.在杂志Journal of Thermal Biology,31,53-59中发表的论文(2006)Partial-and whole-body thermal sensation and comfort,Part I:Uniformenvironmental conditions中描述的。伯克利指标在数字上将热感觉表示为：-4非常冷、-3冷、-2凉、-1微凉、0中性、1微暖、2暖、3热、4非常热。应该理解，可以使用其他方法来量化乘员的热状况。总体热感觉(OTS)是基于到特定乘员的身体的传热速率而由特定乘员所体验到的热感觉的量度。伯克利指标的每一级指示用户的当前热通量和用户的期望热通量之间的差异。
MTCS 14可以具有许多离散乘员微气候区或乘员个性化区(OPZ)。根据ISO145045-2:2006(E)，人体可分为手部、头部或胸部等不同的身体部分，每个部分可能有不同的热舒适温度范围。图1中的五个示例区域是头部、背部、衬垫(大腿和臀部)、脚部/腿部和手臂/手部。如果需要，可以使用更少、更多和/或不同的区域。
仍然参考图1，MTCS 14包括多个离散微气候热效应器40A-E，每个热效应器设置在相应的OPZ 42A-E中。在图1的示例中，OPZ 42包括头部区域42A、背部区域42B、手部/手臂区域42C、衬垫区域42D、以及脚部/腿部区域42E。各种OPZ 42A-E可用于不同的车辆。在一个示例中，提供了头部区域42A、背部区域42B、手部/手臂区域42C、座椅衬垫区域42D、以及脚部/腿部区域42E中的至少三个。
每个OPZ 42为与特定车辆乘员接触的特定区域提供微气候。图1中所示的示例车辆乘员50是可以使用方向盘的驾驶员。其他车辆乘员可能没有方向盘，但仍可能有其他影响该区域气候的装置，例如，被加热和冷却的表面、辐射加热板、HVAC通风口、日照负荷等。对于显示为42A-E的每个OPZ，软件配置成在热力学方式考虑影响该区域的所有传热方法，包括HVAC在内的受控效应器和不受控制的负荷(例如，来自日照的辐射)。然后根据该区域的实际气候状态与该区域的期望气候状态相比较来控制该区域中的气候。尽管在每个OPZ42中仅显示了单个微气候热效应器40，但可以理解，多个热效应器40可以包括在特定的OPZ42中。
可以在每个OPZ中使用各种热效应器40，例如电阻式电加热器、使用珀尔帖效应(Peltier effect)提供加热或冷却的热电装置、提供空气流动(例如，从车辆座椅内到OPZ42的空气流动)的对流热调节装置等。可以在系统10中使用的一些示例热效应器包括但不限于例如气候受控座椅(参见例如美国专利No.5,524,439和No.6,857,697)、安装在头枕或上部座椅靠背中的颈部调节器(参见例如美国临时申请No.62/039,125)、气候受控车顶内衬(参见例如美国临时申请No.61/900334)、气候受控(例如，被加热的)门板和/或仪表板、被加热的受控方向盘(参见例如美国专利No.6,727,467和美国公开No.2014/0090513)、被加热的换挡器(例如参见美国公开No.2013/0061603等)、智能微热模块或“iMTM”(参见例如国际申请No.WO202011290)、加热垫(其可以安装在座椅和其他围绕或接触车辆乘员50的表面中)、配置成通过来自被冷却和被调节空气的对流传热向车辆乘员50传递热效应的小型压缩系统(参见例如国际申请No.WO2018049159A1)、和/或位于座椅靠背或衬垫中的能够加热或冷却以实现个性化微气候的对流热效应器。
在一个示例中，提供以下热效应器40中的至少三个：气候受控座椅、安装在头枕或上部座椅靠背中的颈部调节器、气候受控车顶内衬、被加热的方向盘、被加热的换挡器、气候受控门板、加热垫、小型压缩系统和对流热效应器。
微气候系统以自动方式提供期望的乘员个人舒适性，而很少需要或不需要来自车辆乘员的输入。所有这些装置或其中一些装置可以被布置成优化地控制位于乘用车内任何地方的座椅的乘员周围的热环境。此外，这些部件可用于单独调整用于车辆乘员身体的各个部段或个性化区域的热舒适性。
控制器44控制每个热效应器40。控制器44通过通信总线46与HVAC系统控制器28通信，例如，通信总线46可以包括控制区域网络(CAN)总线和/或本地互连网络(LIN)总线。控制器44还与布置在一个或多个OPZ 42中的多个分布式车厢温度传感器48A-D通信。虽然图1中示出了五个局部温度传感器48A-E，但是应当理解，可以使用其他数量的OPZ温度传感器48(例如，少于或多于五个OPZ温度传感器)。将身体划分为多个区域有两个目的。首先，可以对人体及其局部环境进行建模，以便确定到身体的总体传热率。这用于评估车辆中每一位乘员的当前热舒适状态。部段越多，热模型就越精确。使热力学模型精度的理想区域数量可能会受到当前车厢中可用传感器数量的限制。其次，车辆乘员可能更喜欢根据特定区域(例如，头部、脚部等)来区分其身体周围的热环境。即使有感应限制，热力学区域的优化数量也可能超过由车辆乘员个性化和控制的优选数量。事实上，乘员在考虑偏好时通常更喜欢数量有限的区域。因此，控制软件将用于评估的精确热力学多区域模型分解为较少数量的乘员个性化区域，以便同时提供自动控制和个性化。
图2是流程图100，它显示了控制器44如何控制多个微气候热效应器40。控制器能够通过以与直接控制下的装置(例如，座椅加热器等)相同的方式包括不受微气候系统直接控制的装置的数学模型，来确定不受微气候系统直接控制的装置(例如，HVAC或其他效应器)的优化设定点。替换性地，控制器可以通过在特定功率预算内分割和单独控制区域来与其他气候控制系统合作。在任何这些场景中，控制器44确定车厢24中对于车辆乘员50的热平衡(步骤102)，热平衡表示对车辆乘员50的总热效应，作为产生全身热感觉的车辆乘员热损失的量度。在一个示例中，热平衡被确定为“等效均质温度”，如共同未决申请No 62/951,289中所述，所述申请的全部内容通过引用并入本文。
在确定了热平衡之后，控制器44评估车辆乘员50所体验的OTS(“OTS_est”)(步骤104)。OTS_est指示评估的车辆乘员50所体验的热通量(例如，跨越一些或所有OPZ 42)。控制器44还确定用于车辆乘员50的目标OTS(“OTS_target”)(步骤106)。类似地，OTS_target是使用与评估相同的热生理模型的反演来计算的，但具有传热率和乘员配置文件的标称条件。这种传热模型的反演允许用户输入“设定温度”，控制软件能够将其转换为等效的目标OTS。车辆乘员配置文件可以是默认配置文件，其假设或推断关于车辆乘员的体重、性别和衣物的细节，或者可以由车辆乘员定制以提供这些细节。OTS_target指示用于车辆乘员50的期望热通量(例如，跨越一些或所有OPZ 42)。OTS_target还基于用于车辆乘员跨越所有OPZ 42的全局温度设定点来计算，全局温度设定点可以基于默认温度值或基于特定乘员提供的温度值来提供。
控制器44将两个OTS标度之间的误差计算为OTS_target-OTS_est(步骤108)，其指示两个OTS标度之间的差异。正误差指示OTS_est低于OTS_target，并相应地指示车辆乘员50应在一些或所有OPZ 42中被给予热量。相反，负误差表示OTS_est大于OTS_target，并且相应地指示车辆乘员50应该在一些或所有OPZ 42中被给予凉爽。控制器44控制多个热效应器40以减小步骤108的误差(步骤110)。
在一个示例中，OTS是使用sigmoid函数形式的等式确定的，所述等式具有与特定乘员热特性相关的项并且结合计算出的到乘员身体的热损失，例如以下等式：
Figure BDA0003781280650000101
其中HeatLossBody对应于车辆乘员跨越多个OPZ 42的热通量，并且A和B是与许多环境和乘员因素有关的系数，例如季节对热通量的影响。
在一个示例中，步骤110的控制是基于每个热效应器40的相对排名(例如，在0-1.5的指标内)，其指示效应器40和/或OPZ 42对于给定乘员的偏好顺序。作为示例，给定乘员可能更偏好于主要通过效应器40A进行热调节，因此可以将比其他效应器更高的排名分配给效应器40A。相反，另一位乘员可能希望不强调效应器40A，而是更偏好于通过效应器40D更显着地进行热调节。所述乘员可以为效应器40D分配比效应器40A更高的排名。所述排名允许乘员50指示他们期望的优先级。
在“自动舒适”模式中，排名可以乘以OTS误差(例如，使用下面的等式2)，以确定OPZ特定的OTS值。
OTSerrEffector＝OTSerrNormalized*EffectorRanking(等式2)
在一个示例中，如果车辆乘员请求改变该效应器的设定点(例如，在加热期间增加或在冷却期间减小)，则用于热效应器的该排名增加第一量。如果车辆乘员关闭效应器，则该排名减小第二量，第二量大于第一量。
在“自动优化”模式下，排名乘以具有相同范围的有效性值，以反映由每个热效应器传递的功率/消耗的功率。目标是仅根据偏好(在“自动舒适”中)、以及偏好和有效性(在“自动优化”中)“加权”应用于每个装置的设定点的校正。
因此，在一个示例中，控制器44确定每个热效应器40的排名并且进一步基于OPZ42中的每个热效应器40的相对排名来确定用于每个OPZ 42的温度设定点。
图3是显示OTS在夏季和冬季之间如何变化的图表。Y轴代表OTS，X轴代表以Watts(瓦特)(焦耳/秒)为单位测量的传热率“q”。如图3所示，车辆乘员50根据季节以相同的传热率体验不同的OTS，冬季天气通常导致车辆乘员50以比夏季天气低的传热率体验给定OTS。
图4是示出用于确定OTS_est和OTS_target的示例布置的示意图，其包括图4A、图4B和图4C。现在参考图4A、图4B和图4C，每个OPZ 42的相应评估器60A-E计算其相应OPZ 42的总传热率(Q)。可选地，一些评估器60可以在HVAC系统12和/或日照负荷对OPZ 42有显着影响时考虑来自HVAC系统12和/或由车辆所体验的日照负荷的热调节。特别地，评估器60B可以从这种考虑中受益，因为车辆乘员50很可能受到这些因素的影响。各个评估器60输出其特定于OPZ的传热率，所述传热率由求和装置62求和以确定总传热率64。求和装置62组合用于每个OPZ区域的传热以了解到往或来自车辆乘员50的总传热。然后可以使用到往车辆乘员50的总传热来计算其他标度，以量化车辆乘员的热舒适性(例如，OTS、EHT、预测平均投票(PMV)和预测不满意百分比(PPD)等)，然后相应地控制系统。
第一OTS计算器66A从求和装置62获取总传热并且计算OTS_est，并且提供OTS_est作为输出68A。第二OTS评估器66B确定车辆乘员50的OTS_target，并且提供OTS_target作为输出68B。评估器66A基于用户偏好(例如，来自图形用户界面)和/或用于各种微气候热效应器40的功率预算来进行确定。
求和装置70确定OTS_target和OTS_est之间的差异以确定OTS误差72，控制器44使用该误差72来确定各种热效应器40的设定点。OTS模式模块74基于OTS误差72并进一步基于任何乘员提供的温度偏移量(例如，OPZ特定的温度偏移量)来确定每个热效应器40是否将提供加热或冷却。下面将更详细地讨论偏移量。
图5是示出了日照负荷可以对OTS产生的示例影响的示意图。如图5的示例所示，当对于特定外部温度没有日照负荷时，OTS_est小于OTS_target，但是当有日照负荷时，OTS_est可能大于OTS_target。因此，日照负荷可能导致车辆乘员50感觉更温暖，且因此热舒适性低于车辆乘员在没有日照负荷的情况下会感到的舒适性。日照负荷对OTS_est的影响是控制软件如何使用基于热生理学的模型通过补偿热干扰来控制每一位乘员周围的微气候的一个示例。
图6示出了图2的步骤110的示例实现方案的流程图200。在一个示例中，控制器44配置成执行流程图200的各个步骤。对于与车辆乘员50的给定座椅位置相关联的每个热效应器40，控制器44确定包括最高和最低舒适性温度{t_max_comfort，t_min_comfort}的热调节范围且如果适用的话确定流率设定点范围{v_min_comfort，v_max_comfort}(步骤210)。预设热调节范围在各OPZ 42之间以及在每个OPZ 42中的各热效应器40之间可能是不同的。
基于热生理模型和/或经验数据确定最高值和最低值，所述热生理模型和/或经验数据通常指示用于给定身体区域的期望热调节温度。例如，车辆乘员50会发现让他们的头部和脚部比他们的背部和大腿更温暖是更舒适的。请注意，此控制机制可应用于车辆中的任何热效应器，包括HVAC或其他辅助加热和冷却装置。以这种方式，控制软件能够协调在不同应用中可能不同但可以以相同控制方案被操作的装置网络。
在步骤210中确定了最高和最低舒适性温度设定点范围后，控制器44确定用于OPZ中每个热效应器40的标称温度设定点(tSetNom)(步骤212)。例如，用于OPZ的标称温度设定点可以用作用于OPZ的默认温度。在图6的示例中，这包括确定：用于OPZ的最高和最低舒适性温度设定点范围的平均值加上或减去步骤208的OTS误差。
图7是示出了用于基于图4C中所示的OTS误差72来确定校正的温度设定点的示例布置的示意图。例如，图7中的示意图可用于执行图6中的步骤212。OTS误差72被提供给比例-积分-微分(PID)控制器74，所述控制器配置成分析OTS误差72，并使用已知的PID控制技术提供基于比例项、积分项和微分项的OTS误差输出76。在一个示例中，这些术语中的每一个对于每个效应器都是唯一的。积分项(图7中未显示，其特征在于OTS误差72的累积)和微分项(图7中未显示，其特征在于OTS误差72随时间的变化率)。下面讨论的示例假定积分项和微分项为0，但可以理解，非零值可用于使用已知PID控制技术的那些项。
提供了包括最高温度(t_max_comfort)和最低温度(t_min_comfort)的热调节范围77。例如，假设用于特定OPZ 42的t_max_comfort为10℃，而用于特定OPZ 42的t_min_comfort为0℃。方框78确定平均值(在该示例中为5℃)，并且方框80确定范围的幅度82(在该示例中为10℃)。方框84基于这些输入确定校正的设定点(tsetNom)86。在一个示例中，方框84使用下面的等式3。
Figure BDA0003781280650000131
其中，u(1)代表标称设定点；
u(2)代表范围幅度；和
u(3)代表OTS误差输出76。
使用上面讨论的示例值，u(1)将等于5℃，u(2)将等于10℃。为了便于讨论，假设对应于u(3)的OTS误差输出76是20％的误差(指示OTS_target比OTS_est高20％)。使用这些值，tsetNom将等于(5+(10*20)/(100)、或7℃。
再次参考图6，控制器44确定车辆乘员50是否已经通过用户界面为任何OPZ 42提供了温度设定点偏移量(OPZ_TSoffset)(步骤214)。如果未提供偏移量，则用于该OPZ的OPZ_TSoffset为零。对于与具有非零OPZ_TSoffset的每个OPZ 42相关联的每个热效应器40，控制器44通过将标称温度设定点(例如，默认温度设定点)偏移该偏移量来计算个性化温度设定点(tSetPersonalized)(步骤216)。如果对于特定OPZ 42没有偏移量，则tSetPersonalized与tSetNom相同。
如果车辆乘员50具有+1℃的偏移量，则使用上面的示例tsetNom，sSetPersonalized可以被计算为7+1＝8℃。相反，如果车辆乘员50具有-1℃的偏移量，则tSetPersonalized可以被计算为7-1＝6℃。在该示例中，默认温度5℃是最高和最低温度的平均值，并且基于OTS_target和OTS_est之间的差异调节默认温度以获得目标温度8℃或6℃。
对于每个热效应器40，控制器44将个性化温度设定点(tSetPersonlized)与对于OPZ的允许热调节范围进行比较(步骤218)。这可能对应于用于OPZ的OEM特定热调节范围，用于OPZ的OEM特定热调节范围可能不同于在步骤210中确定的最大和最小舒适性水平。例如，OEM可能不希望提供对于给定热效应器40和/或OPZ 42可能的全范围热调节。如果个性化温度设定点超过可允许的限度(即，大于最高温度或低于最低温度)，则将个性化温度设定点相应地调节为tSetPersonalizedLimited(步骤218)(例如，通过减小)。如果tSetPersonalized在对于OPZ的允许热调节范围内，则tSetPersonalizedLimited与用于OPZ 42的tSetPersonalized相同。
控制器44将tSetPersonalizedLimited与对于给定OPZ 42的实际温度(tActual)进行比较(步骤220)，并且如果它们不同，则调节OPZ 42中每个热效应器的输出温度，以减小tActual和tSetPersonalizedLimited之间的差异和/或实现目标值(步骤222)。如上所述，tActual可以是OPZ内的直接测量值，或也可以是从OPZ 42外的温度推断出来的。
在一个示例中，基于增益表执行步骤222，所述增益表指示应该以何种程度积极地达到热设定点的目标。例如，当乘员第一次从相对冷的温度进入车厢24时，他们可能希望手部和/或颈部的温度高于他们在车内20分钟后的手部和/或颈部的温度。此外，步骤222的调节可以进一步基于应该以何种程度积极地达到热设定点的OEM特定指示。例如，给定OEM可能希望更积极地接近热设定点，而另一个OEM可能希望更保守地达到热设定点(例如，避免过冲热设定点)。
通过使用OPZ_TSoffset作为来自车辆乘员50的反馈，热调节系统10用作闭环系统。在一个示例中，尽管车辆乘员50能够个性化特定区域(OPZ)中的热效应，但控制器44仍然保持总体OTS，因为它测量/计算到身体的总体传热。这允许对于每个区域和装置设定个人偏好，同时使用按照车辆乘员50偏好布置的所有装置的组合来保持正确的OTS。随着时间的推移，可以学习这些偏好，同时仍然允许车辆乘员50使用输入到热调节系统10的OTSset来调整总体OTS。
在一个示例中，可以执行图6的方法以通过以下方式同时给车辆乘员50制热和制冷，即：基于用于第一OPZ的目标温度低于第一OPZ的确定温度，利用在第一OPZ中的第一热效应器40(例如，在OPZ 42A中的热效应器40A)给车辆乘员50制热，以及基于用于第二OPZ的目标温度高于第二OPZ的确定温度，通过第二OPZ中的第二热效应器40(例如，在OPZ 42E中的热效应器40E)给车辆乘员50制冷。
图8示出了步骤210的最大和最小舒适热调节范围的示例。如图8所示，每个OPZ42A-E具有相关联的热调节范围180A-E，并且不同的OPZ具有不同的热调节范围。例如，用于OPZ的头部热调节范围180A的最高和最低温度高于躯干上部和手部热调节范围180B、180C的最高和最低温度，这指示车辆乘员50被认为通常更偏好于在OPZ 42A中比在OPZ 42B和42C中更高的温度。还提供了全局热调节范围182，从所述全局热调节范围可以确定以上讨论的全局温度设定点。这可以用在“自动”模式中，由此车辆乘员50不希望专门提供对于每个OPZ 42的精细控制，而是希望控制器44基于全局温度设定点自动控制每个OPZ 42。
图9示出了示例图形用户界面(GUI)90，以提供对于每个OPZ 42中的热温度设定点的定制。GUI 190对车辆乘员50模糊了每个热调节设定点182A-E的精确温度，而是提供在每个范围的图形化描绘192A-E内的设定点182的图形化描绘。GUI 190的范围192A被规格化，以使得看起来每个范围具有相同的上限和下限，而实际上范围可能如图8所示地不同。通过增加热调节设定点182A-E中的特定一个，车辆乘员50能够引入步骤214的温度偏移量，从而使得控制器44如何在每个OPZ 42中提供热调节个性化。
车辆乘员50可以通过以下方式选择禁用用于给定OPZ 42的所有热效应器40，即：通过GUI 190提供禁用命令。基于该禁用命令，控制器44将禁用用于OPZ 42的热效应器40。在一个示例中，控制器44还基于接收到用于OPZ 42的禁用命令来重新设定用于给定OPZ 42的任何用户乘员偏移量。在一个示例中，如上所述，控制器44通过对每个热效应器40进行排名来适应用户的偏好。这可以包括在效应器40被关闭的情况下降低给定效应器的排名。
在一个示例中，如果控制器44确定偏移量误差地产生(例如，当确定偏移量时系统有故障)，则控制器44重新设定用于给定效应器的偏移量。在一个示例中，如果用户在每个OPZ 42中引入相同的偏移量，则控制器44将此视为改变用于车辆车厢24的全局温度设定点的请求并将所有偏移量重新设定为零。
尽管图9中未示出，但是应当理解，还可以通过相同或另一个GUI 190为使用风扇的微气候热效应器提供风扇速度定制。在一个示例中，风扇速度偏移量用于偏移由控制器44确定的默认风扇速度，作为图6中步骤222的一部分。如果tActual和tSetPersonalizedLimited之间的差异大于第一阈值，则默认风扇速度可能更高，并且如果差异小于阈值(表明tActual更接近于tSetPersonalized)，则默认风扇速度可能会更低。可以提供风扇速度偏移量，以让车辆乘员50根据他们的喜好定制风扇速度。
车辆乘员50的偏好(例如，作为OPZ_TSoffset提供的+/-delta温度)可以被解释为热调节的减小或增加。然而，在一个示例中，如果所述偏好足够大(例如，它们超过预设温度阈值)，则热调节系统50的控制器44会将这些偏好解释为对于具有制热和制冷两种功能的特定OPZ从制热切换到制冷的期望，反之亦然。因为热调节系统10是闭环系统，所以仍然可以维持总体OTS。从制热切换到制冷或反之切换的决定是基于偏好(OPZ delta温度)与用于该特定区域的tSet(例如，tSetNom和/或tSetPersonalized)的比较作出的。
图10是流程图300，其描绘了为车辆乘员50提供热调节的示例方法。在一个示例中，控制器44配置成执行流程图300中的各个步骤。参考图10，确定(步骤302)用于多个离散OPZ 42中的每一个的相应的目标温度，其中每个OPZ 42与不同的乘员身体区域相关联。步骤302的所述确定基于第一OTS和第二OTS之间的差异，第一OTS指示对于车辆乘员50的目标热通量，且第二OTS指示评估的车辆乘员50所体验的热通量，其中相应的目标温度在各OPZ42之间有所不同。步骤302的示例在图6中示出为步骤210-218。
基于用于OPZ 42的目标温度在每个OPZ 42中提供热调节(步骤304)。在步骤304中提供热调节包括利用OPZ 42中的至少一个热效应器40。
从车辆乘员50接收到用于特定一个OPZ 42中的温度偏移值(步骤306)。步骤306的示例在图6中被示出为步骤214。例如，可以使用图9的GUI 190来接收温度偏移值。基于温度偏移值调节用于特定一个OPZ 42的目标温度(步骤308)。例如，步骤302的所述确定、步骤304的所述提供和步骤308的所述调节可以以多次迭代的方式迭代地重复，同时在所述多次迭代的每一次期间使用相同的温度偏移量。
尽管上文讨论了单个车辆乘员50，但是应当理解，可以为多个额外的车辆乘员(例如，前排乘客、一位或多位后排乘客等)执行方法100。每一位乘员都有自己的OPZ，可以根据以下一项或多项单独控制所述OPZ：用于额外乘员的配置文件、额外乘员在车辆中的位置(例如，后排乘客不太可能受到日照负荷)、额外乘员可用的特定热效应器、以及额外乘员为他们各自的OPZ引入的热偏移量。
尽管已经公开了示例实施方式，但是本领域普通技术人员将认识到某些修改将落入本公开的范围内。为此，应研究以下权利要求以确定本公开的范围和内容。

Claims (20)

1.一种为车辆的乘员提供热调节的方法，包括：
确定用于多个离散乘员个性化区域(OPZ)中的每一个的相应的目标温度，每个OPZ与不同的乘员身体区域相关联，所述确定基于第一总体热感觉(OTS)和第二OTS之间的差异，第一OTS指示对于乘员的目标热通量，且第二OTS指示评估的乘员所体验的热通量，其中，相应的目标温度在各OPZ之间有所不同；
基于用于OPZ的目标温度在每个OPZ中提供热调节，所述提供包括在OPZ中使用至少一个热效应器；
接收到来自乘员的用于特定一个OPZ的温度偏移值；以及
基于温度偏移值来调节用于所述特定一个OPZ的目标温度。
2.根据权利要求1所述的方法，包括：
接收到来自乘员的对于一个或多个OPZ的禁用命令；以及
基于所述接收到禁用命令：
基于禁用命令禁用所述一个或多个OPZ；或
基于禁用命令重新设定用于所述特定一个OPZ的温度偏移值。
3.根据权利要求1所述的方法，包括：
确定每个OPZ中的温度；
其中，对于每个OPZ，所述在OPZ中提供热调节包括调节OPZ中的所述至少一个热效应器的输出，以减小对于OPZ的确定温度和目标温度之间的差异。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述在每个OPZ中提供热调节包括：
基于用于第一OPZ的目标温度低于第一OPZ的确定温度，利用第一OPZ中的第一热效应器给乘员制热；以及
基于用于第二OPZ的目标温度高于第二OPZ的确定温度，利用第二OPZ中的第二热效应器给乘员制冷；
其中，所述制热和制冷同时执行。
5.根据权利要求3所述的方法，其中，所述在每个OPZ中提供热调节包括：
确定每个热效应器的排名；以及
进一步基于OPZ中每个热效应器的相对排名来确定用于每个OPZ的温度设定点。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述确定用于每个OPZ的相应的目标温度包括：
确定用于每个OPZ中的每个效应器的至少一个预设热调节范围，所述预设热调节范围包括最高温度和最低温度；
基于最高温度和最低温度，确定用于OPZ的默认温度，所述默认温度在预设热调节范围内；以及
基于第一OTS和第二OTS之间的差异来调节默认温度以获得目标温度。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述至少一个预设热调节范围还包括最大气流速率和最小气流速率。
8.根据权利要求6所述的方法，其中，所述预设热调节范围在各OPZ之间和每个OPZ中的各热效应器之间有所不同。
9.根据权利要求6所述的方法，其中，所述基于第一和第二OTS之间的差异来调节默认温度以获得目标温度包括：
基于第一OTS和第二OTS之间的差异、默认温度和预设热调节范围的幅度来确定标称温度设定点；
基于第一OTS大于第二OTS将默认温度增加从标称温度设定点得出的值；以及
基于第一OTS小于第二OTS将默认温度降低从标称温度设定点得出的值。
10.根据权利要求1所述的方法，包括：
将被调节的目标温度与对于OPZ的最高可允许目标温度和对于OPZ的最低可允许目标温度中的至少一个进行比较；以及
基于被调节的目标温度超过对于OPZ的最高可允许目标温度或低于对于OPZ的最低可允许目标温度来减小温度偏移值。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述多个OPZ包括头部区域、座椅靠背区域、座椅衬垫区域、手部/手臂区域、以及脚部/腿部区域中的至少三个。
12.根据权利要求1所述的方法，其中，用于所述多个OPZ的热效应器包括气候受控座椅、安装在头枕或上部座椅靠背中的颈部调节器、气候受控车顶内衬、被加热的方向盘、被加热的换挡器、被加热的门板、加热垫、位于座椅靠背或衬垫中的能够制热或制冷的对流热效应器、以及小型压缩系统中的至少三个。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述热效应器中的至少一个是包括风扇的对流热效应器，所述方法包括：
确定用于风扇的默认风扇速度；以及
基于接收到来自乘员的风扇速度偏移量来调节默认风扇速度。
14.根据权利要求1所述的方法，包括：
确定用于乘员的热平衡；以及
基于热平衡来确定第一OTS。
15.根据权利要求1所述的方法，包括以多次迭代的方式迭代地重复所述确定、所述提供、以及所述调节，同时在所述多次迭代的每一次期间使用相同的温度偏移值。
16.一种热调节系统，包括：
多个热效应器，所述多个热效应器布置在分别与乘员身体区域的不同部分相关联的多个离散乘员个性化区域(OPZ)中，使得每个OPZ包括至少一个热效应器；和
控制器，其配置成：
基于第一总体热感觉(OTS)和第二OTS之间的差异来确定用于每个OPZ的相应的目标温度，第一OTS指示对于乘员的目标热通量，且第二OTS指示评估的乘员当前所体验的热通量，其中，相应的目标温度在各OPZ之间有所不同；
基于用于OPZ的目标温度控制在每个OPZ中的至少一个热效应器；
接收到来自乘员的用于特定一个OPZ的温度偏移值；以及
基于温度偏移值来调节用于所述特定一个OPZ的目标温度。
17.根据权利要求16所述的热调节系统，其中，控制器配置成：
基于乘员禁用所述特定一个OPZ中的所述至少一个热效应器来重新设定用于所述特定一个OPZ的温度偏移值。
18.根据权利要求16所述的热调节系统，其中，为了确定用于每个OPZ的相应的目标温度，控制器配置成：
确定用于OPZ的预设热调节范围，所述预设热调节范围包括最高温度和最低温度，其中，所述预设热调节范围在各OPZ之间有所不同；
基于最高温度和最低温度，确定用于OPZ的默认温度，所述默认温度在所述预设热调节范围内；以及
基于第一OTS和第二OTS之间的差异来调节默认温度以获得目标温度。
19.根据权利要求18所述的热调节系统，其中，为了基于第一OTS和第二OTS之间的差来调节默认温度以获得目标温度，控制器配置成：
基于第一OTS和第二OTS之间的差异、默认温度和预设热调节范围的幅度来确定标称温度设定点；
基于第一OTS大于第二OTS将默认温度增加从标称温度设定点得出的值；以及
基于第一OTS小于第二OTS将默认温度降低从标称温度设定点得出的值。
20.根据权利要求16所述的热调节系统：
其中，控制器配置成确定每个OPZ中的温度；以及
其中，为了基于用于OPZ的目标温度来控制每个OPZ中的所述至少一个热效应器，控制器配置成调节OPZ中的所述至少一个热效应器的输出，以减小对于OPZ的确定温度和目标温度之间的差异。
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