CN115298060A - 自动座椅热舒适性控制系统和方法 - Google Patents

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Abstract

控制乘员热舒适性的方法包括以下步骤：将就座区中的温度驱动到温度设定点(54)，以预设时间保持就座区中的温度设定点(56)，以及基于与车厢条件和乘员性别相关的等效均匀温度将就座区的温度调节到校正温度设定点(58)。

Description

自动座椅热舒适性控制系统和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2019年12月20日提交的美国临时申请No.62/951,289的优先权，并且所述美国临时申请通过引用并入本文。
技术领域
本公开涉及一种乘员座椅热舒适性控制系统和方法，其自动控制座椅表面和/或乘员颈托调节的温度以实现乘员热舒适性。
背景技术
车辆通常包括加热、通风和空调(HVAC)系统以对车厢内的空气进行热调节。典型的现代车辆还包括具有热效应器的座椅，所述热效应器被控制以实现乘员热舒适性。热效应器可以包括通过座椅支撑表面进一步加热或冷却乘员的加热和/或冷却元件。
尽管已经提出了许多系统，但是很难实现商业座椅热控制系统，以有效且高效地实现使用座椅的乘员热舒适性，特别是对于存在于车厢中的众多可变条件而言。
发明内容
在一个示例性实施方式中，控制乘员热舒适性的方法包括以下步骤：将就座区中的温度驱动到温度设定点，以预设时间保持就座区中的温度设定点，以及基于与车厢条件和乘员性别相关的等效均匀温度，将就座区中的温度调节到校正温度设定点。
在任何上述示例性实施方式的进一步实施方式中，驱动步骤包括基于车辆环境温度、车厢温度和/或乘员性别确定的温度设定点。
在任何上述示例性实施方式的进一步实施方式中，所述方法包括多个就座区，所述多个就座区包括座椅坐垫和座椅靠背。座椅坐垫和座椅靠背各有彼此不同的温度设定点。
在任何上述示例性实施方式的进一步实施方式中，所述方法包括多个就座区，所述多个就座区包括座椅坐垫和座椅靠背。当所述多个就座区中的第一个达到其温度设定点时，在驱动步骤之后开始保持步骤。
在任何上述示例性实施方式的进一步实施方式中，所述方法包括多个就座区，所述多个就座区包括座椅坐垫和座椅靠背。保持步骤包括确定对于所述多个就座区中的每一个的保持时间。当所述多个就座区中的第一个达到其保持时间时，在保持步骤之后开始调节步骤。
在任何上述示例性实施方式的进一步实施方式中，校正温度设定点随着等效均匀温度而增加。
在任何上述示例性实施方式的进一步实施方式中，校正温度设定点被保持在校正温度设定点范围内。加热中的校正温度设定点范围大于冷却中的校正温度设定点范围。
在任何上述示例性实施方式的进一步实施方式中，所述方法包括多个就座区，所述多个就座区包括座椅坐垫和座椅靠背。基于与坐垫和靠背相关的乘员衣物的不同估计水平来独立调整坐垫和靠背的校正温度设定点。
在任何上述示例性实施方式的进一步实施方式中，基于车辆环境温度和性别的组合来确定乘员衣物的估计水平。
在任何上述示例性实施方式的进一步实施方式中，根据等式ΔTamb_back_i＝A-B×Tamb来确定用于坐垫的乘员衣物的估计水平，其中A和B是预设常数。
在任何上述示例性实施方式的进一步实施方式中，根据等式ΔTamb_cushion_i＝C×Tamb来确定用于靠背的乘员衣物的估计水平，其中C是预设常数。
在任何上述示例性实施方式的进一步实施方式中，所述方法包括多个就座区，所述多个就座区包括座椅坐垫和座椅靠背。基于乘员性别独立地调整坐垫和靠背的校正温度设定点。
在任何上述示例性实施方式的进一步实施方式中，对于女性的坐垫和/或靠背的校正温度设定点低于对于男性的坐垫和/或靠背的校正温度设定点。
在任何上述示例性实施方式的进一步实施方式中，对于女性而言，用于靠背的校正温度设定点低于用于坐垫的校正温度设定点。
在任何上述示例性实施方式的进一步实施方式中，校正温度设定点基于位于由乘员接触产生的高压区中的各个表面温度传感器上的控制回路反馈。
在任何上述示例性实施方式的进一步实施方式中，控制器被编程为执行前述实施方式中的任何一项或多项的步骤。
附图说明
当结合附图考虑时，通过参考以下详细描述可以进一步理解本公开，其中：
图1是具有氛围受控座椅和控制系统的车辆的示意图，所述氛围受控座椅和控制系统被配置为实现乘员热舒适性。
图2是调节座椅的就座区中的热效应器的示例布置。
图3是流程图，其示出操作所公开的热舒适性控制系统的方法。
图4A是描绘图3所示方法的第一阶段的流程图。
图4B是描述图3所示方法的第二阶段的流程图。
图4C是描述图3所示方法的第三阶段的流程图。
图5是示出使用图3-图4C所示方法的就座区的温度与时间的关系图。
图6是示意性地示出在三个阶段期间所公开的方法的流程图。
图7是示出所公开的方法的系统示意图。
可以独立地或以任何组合来采用前述段落、权利要求或以下说明书和附图的实施方式、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。结合一个实施方式描述的特征适用于所有实施方式，除非这些特征不兼容。
具体实施方式
本公开涉及座椅热舒适性控制系统和方法，其自动设定座椅表面和颈托调节的初始温度以实现舒适性，并且随后部分地基于乘员等效均匀温度(EHT)来自动调节温度。EHT表示对乘员的总热效应，作为乘员热损失的量度，其产生全身热感觉。EHT考虑了对乘员的组合对流、传导和辐射效应，并且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为Han,Taeyoung和Huang,Linjie、题为“A Model forRelation a Thermal Comfort Scale to EHT Comfort Index”、发表在SAE TechnicalPaper 2004-01-0919,2004中的论文找到。如全部内容通过引用并入本文的所述SAE的论文中所述，建模的热环境受“呼吸”空气温度、平均辐射温度(MRT)、空气速度、太阳负荷和相对湿度的影响。
所公开的控制通过三个不同的控制时期或阶段进行。热能经由各种热调节装置或热效应器传递给乘客，这些热调节装置或热效应器位于座椅中并且可选地位于乘客周围的区域中。
在每个阶段，控制器确定用于控制向乘员传递热能以实现热舒适性的参数。为每个热调节装置和/或每个就座区确定热控制参数。例如，热控制参数对应于所需的表面温度和经调节的空气温度和速度。控制回路反馈用于确定何时达到所需的热条件并调节所需的热条件。反馈由与热调节装置相关的传感器并且可选地由位于座椅中的附加传感器(例如，座椅装饰罩中或下方的座椅表面温度传感器)提供。
参考图1，车辆10包括具有氛围受控座椅12的车厢22。在一个示例中，座椅12包括坐垫、靠背和/或颈托热效应器14、16、18。响应于各种环境和乘员输入，控制器20与热效应器14、16、18通信，以确定和实现座椅12上任何乘员的最佳乘员热舒适性。在一个示例中，车厢空气温度传感器24(C；Tcabin)、车厢空气速度传感器26(V；Vcabin)、车辆环境(即，外部)温度传感器28(A；Tamb)、太阳能辐射负载传感器30(S；太阳能负载)和乘员识别传感器32(O；例如，性别)与控制器20通信，以提供与实现乘员热舒适性相关的输入。车厢空气速度与来自HVAC系统的车厢内的气流有关。应当理解，虽然本文公开了特定的环境输入24、26、28、30和乘员输入32，但是其他环境(例如，车辆内部辐射)和乘员输入(例如，乘员衣物、年龄、体重、身高)也是必要的或优选的，以用于确定乘员EHT可以被提供给控制器20(见图7)。
参考图2，示意性地示出了用于加热和冷却的一个示例就座区热效应器配置。坐垫、靠背和头枕中的每一个可以是独立的或离散的就座区，或者每个热效应器或一组热效应器可以对应于离散的就座区。应当理解，可以使用不同的和/或附加的热部件和传感器。所示配置仅用于说明目的。座椅12包括提供座椅支撑表面的座椅罩34。表面传感器36可以被设置在座椅罩34中。表面传感器36可以对应于温度传感器，所述温度传感器可以单独使用或与座椅中的其他温度传感器结合使用，以模拟座椅支撑表面和乘员之间的热通量。替代性地，表面传感器36可以是热通量传感器。
热电组件38可以用于向乘员提供热调节，诸如冷却。热电组件38包括用于接收车厢空气的入口管道42。风扇44或鼓风机可以任何合适的方式定位在组件38的管道内。车厢空气流过提供经调节侧和废料侧的热电装置(TED)46。在该示例中，经调节侧向空调管道50提供冷却空气，而废料侧向废气管道48提供热空气。来自空调管道50的经调节空气可以通过座椅内的各种通道以任何合适的方式流向座椅罩34。TED 46可以包括温度传感器，所述温度传感器被配置为测量主侧的温度，且由此测量由主侧调节的空气的温度。
电阻加热元件40可以用于向座椅罩34提供加热。加热元件40可以包括温度传感器，所述温度传感器被配置为测量加热元件30的温度，且由此测量对应座椅表面的温度。
控制器20包括热舒适性控制系统方法52，所述方法用于基于输入和数据集调节热效应器以实现期望的乘员热舒适性。
所述方法52包括第一阶段54(阶段1)，以将就座区(例如，坐垫、靠背和/或颈托)中的温度驱动到期望的温度设定点(Tset)。在进入第三阶段58(阶段3)之前，第二阶段56(阶段2)以预设时间将就座区中的温度保持在期望的温度设定点，在第三阶段58(阶段3)中，基于等效均匀温度(EHT)调节就座区中的温度。用于三个阶段的控制方法在图4A-图4C中并且结合图6和图7进行了更详细的说明。
参考图4A，第一阶段54通过确定用于就座区中的每一个的温度设定点开始，如框60所示。基于各种输入62确定设定点，所述输入例如为环境温度(Tamb)、车厢温度(Tcabin)和/或乘员性别(性别)。可以基于例如在6×6×2表中的温度设定点和车厢空气速度提供查找表64。温度设定点可以在开发过程中凭经验确定。用于坐垫的示例性初始设定点对于冷却为29℃、对于加热为40°；用于靠背的示例性初始设定点对于冷却为29℃、对于加热为42℃；用于颈托的示例性初始设定点对于冷却为15℃+/-1℃、对于加热为46℃+/-1℃，鼓风机体积流率为0.8CFM(见图6和图7)。
通过使用在各就座区之间可能相同或不同的所确定的设定点(例如，Tset坐垫：2个区加热每个表面，1个区冷却每个表面；Tset靠背：2个区加热每个表面，1个区冷却每个表面；Tset颈托：1个区加热，1个区冷却；Vse颈托：1个区加热，1个区冷却)，用于各个就座区的热效应器被驱动到温度设定点，如框66所示。此时，操作定时器(TIMERoperation)被启动，如框68所示，它从控制系统被启动的时间开始运行。
如框70所示，提供反馈回路以确定任何就座区是否已经达到其温度设定点。这可以基于一个或多个输入来确定，所述一个或多个输入例如为加热器NTC、TED NTC、鼓风机速度和/或电压、座椅表面NTC、颈托调节器PTC加热器NTC、颈托调节器鼓风机速度和/或电压、和/或任何其他合适的传感器。达到所需的座椅表面温度所需的响应时间比达到所需的颈托调节温度所需的响应时间长得多，因此第1阶段的操作时间取决于达到期望的座椅表面温度、而不是颈托调节温度所需的时间。如果有任何就座区已达到温度设定点，则针对所有带温度的就座区退出第一阶段并且开始第二阶段。如果没有任何就座区达到温度设定点，则基于操作计时器参考经过的预设时间，如框72所示。如果没有加热区以预设时间被驱动到它们的设定点，则第一阶段结束且第二阶段开始。
如图4B所示，第二阶段开始于基于各种输入76和查找表78确定对于每个就座区的保持时间(框74)。在一个示例中，输入76是车辆环境温度、车厢温度和性别。所述表可以被提供为6×6×2的表。每个就座区中的热效应器被保持在期望的温度，期望的温度可以对应于用于给定就座区的温度设定点，如框80所示。启动保持时间计时器82(TIMERholdtime)。
反馈回路检查是否已经达到就座区保持时间，如框84所示。如果没有达到保持时间，则每个就座区中的热效应器被继续保持在期望温度，例如，用于给定就座区的温度设定点。如果已达到就座区保持时间，则执行检查，以基于在框68开始的操作计时器确定是否已达到最大热效应器操作时间(t2operation,max)。如果最大热效应器操作时间尚未达到(框86)，则热效应器被保持在期望的温度。一旦达到保持时间和操作时间，阶段2退出且阶段3开始。在一个示例中，阶段1和2在不到6分钟内完成。
图4C中所示的第三阶段58确定用于每个就座区的等效均匀温度(EHT)，如框88所示。基于输入90和一个或多个表92确定EHT。示例性EHT输入90是基于性别和车厢环境条件(车厢温度、车厢空气速度、以及太阳能负载)，这些条件可以被组织在表格中，用于加热场景和冷却场景中的每一个。下面显示了一个示例表，其中EHT X，X是用于给定环境温度(Tamb)和辐射热(Qrad)的EHT。
Figure BDA0003690212340000071
表中用于每个位置的EHT可以根据例如以下等式确定：
Figure BDA0003690212340000072
其中，
τ是透射率，
F是视野因子(因车辆而异，但不变)
T是温度(从Qsolar和Tamb测量或计算)
Qsolar是太阳能负载(来自传感器)。
从上述等式可以理解，对流源被忽略(即，EHT＝MRT)，因为效应器将作为公开的热调节方法的一部分进行控制。基于由HVAC提供的通风空气的温度和来自通风口的空气速度，可以将对流添加到上面的EHT等式中。
期望补偿衣物对乘员的影响，以便由热效应器可以施加期望量的加热或冷却。
Figure BDA0003690212340000081
因此
ΔTamb_back_i＝Q*Rclo,back
使用乘员数据集为特定性别确定Rclo,back的截距(X)和斜率(Y)，然后提供校正(Z)以考虑环境温度(例如，20℃)的影响。
Rclo,back,male＝X-Y*Tamb
Rclo,back,20C,male＝Z Rclo,back,male
Rclo,back,male＝Rclo,back-Rclo,20C
车厢环境条件对应于ΔTamb_i，且性别信息对应于ΔTgender_i(见图6)。如图6中的图表所示，对于加热和冷却两种场景，校正温度设定点(Tset_i)随着车厢环境条件中的增加而增加。校正温度设定点(Tset_i)被维持在EHT的预设范围内(即，ΔT(Tset–EHT))，其中EHT是预设温度。
在框94处基于插值计算用于每个就座区的EHT补偿因子(ΔTamb_i，ΔTgender_i)，并且在框96处计算用于每个就座区的温度设定点(见图6；Tset_i＝Tset+ΔTamb_i+ΔTgender_i)。在一个示例中，ΔTamb_i和ΔTgender_i的补偿因子对应于系数A、B、C、D和E，其中ΔTamb_back_i＝A-B×Tamb_i；ΔTamb_cushion_i＝C×Tamb_i；ΔTgender_back_i＝0(如果是男性)和-D(如果是女性)；以及ΔTgender_cushion_i＝0(如果是男性)和-E(如果是女性)。
补偿因子是在开发过程中根据经验确定的。示例校正因子包括ΔTamb_back_i＝5.37-0.27×Tamb；ΔTamb_cushion_i＝0×ΔTamb；ΔTgender_back_i＝-2，如果是女性；和ΔTgender_cushion_i＝-0.5，如果是女性(见图6)。每个就座区中的热效应器被驱动到校正温度设定点(Tset_i)，或在阶段3的剩余持续时间内维持在校正温度设定点范围内，如框98所示。这种控制循环可以在每个车辆10的整个行驶循环期间每大约30秒进行重复。校正温度设定点基于位于由乘员接触产生的高压区中的各个表面温度传感器上的控制回路反馈。
如图5所示，座椅表面温度通过三个热舒适性控制系统阶段(P1、P2、P3)随时间以图形方式显示。t1在有感觉的预期时间之后出现在操作的大约一(1)到两(2)分钟处。t1在乘员获得舒适性之前发生，且t2在保持时间结束时开始。t2出现在操作的大约五(5)到七(7)分钟处。
还应该理解，尽管在所示实施方式中公开了特定的部件布置，但其他布置将从这里受益。尽管显示、描述和要求保护特定的步骤顺序，但应理解，除非另有说明，否则步骤可以以任何顺序、分开或组合执行，并且仍将受益于本发明。
尽管不同示例具有图示中所示的特定部件，但本发明的实施方式不限于这些特定组合。可以将来自示例之一的一些部件或特征与来自另一示例的特征或部件结合使用。
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权利要求的范围内。因此，应研究以下权利要求以确定其真实范围和内容。

Claims (16)

1.一种控制乘员热舒适性的方法，包括以下步骤：
将就座区中的温度驱动到温度设定点；
以预设时间保持就座区中的温度设定点；以及
基于与车厢条件和乘员性别相关的等效均匀温度，将就座区中的温度调节到校正温度设定点。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，驱动步骤包括基于车辆环境温度、车厢温度和/或乘员性别来确定温度设定点。
3.根据权利要求1所述的方法，包括多个就座区，所述多个就座区包括座椅坐垫和座椅靠背，座椅坐垫和座椅靠背各自具有彼此不同的温度设定点。
4.根据权利要求1所述的方法，包括多个就座区，所述多个就座区包括座椅坐垫和座椅靠背，其中，当所述多个就座区中的第一个达到其温度设定点时，在驱动步骤之后开始保持步骤。
5.根据权利要求1所述的方法，包括多个就座区，所述多个就座区包括座椅坐垫和座椅靠背，其中，保持步骤包括确定对于所述多个就座区中的每一个的保持时间，其中，当所述多个就座区中的第一个达到其保持时间时，在保持步骤之后开始调节步骤。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，校正温度设定点随着等效均匀温度而增加。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，校正温度设定点被维持在校正温度设定点范围内，加热中的校正温度设定点范围大于冷却中的校正温度设定点范围。
8.根据权利要求1所述的方法，包括多个就座区，所述多个就座区包括座椅坐垫和座椅靠背，其中，坐垫和靠背的校正温度设定点基于与坐垫和靠背相关的乘员衣物的不同估计水平被独立地调整。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，基于车辆环境温度和性别的组合来确定乘员衣物的估计水平。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，根据等式ΔTamb_back_i＝A-B×Tamb来确定用于坐垫的乘员衣物的估计水平，其中A和B是预设常数。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，根据等式ΔTamb_cushion_i＝C×Tamb来确定用于靠背的乘员衣物的估计水平，其中C是预设常数。
12.根据权利要求1所述的方法，包括多个就座区，所述多个就座区包括座椅坐垫和座椅靠背，其中，坐垫和靠背的校正温度设定点基于乘员性别被独立地调整。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，对于女性的坐垫和/或靠背的校正温度设定点低于对于男性的坐垫和/或靠背的校正温度设定点。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，对于女性而言，用于靠背的校正温度设定点低于用于坐垫的校正温度设定点。
15.根据权利要求1所述的方法，其中，校正温度设定点基于位于由乘员接触产生的高压区中的各个表面温度传感器上的控制回路反馈。
16.一种控制器，其被编程为执行前述权利要求中任一项或多项所述的步骤。
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