CN115626021A - 汽车虚拟传感器系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种汽车虚拟传感器系统，包括：所述车内温度测量系统是分析初始状态车内温度数据，得到初始状态车内温度；基于总换热量Q得到车内温度变化值，利用车内温度变化值与初始状态车内温度获得车内实际温度；所述车辆玻璃温度测量系统是通过计算单位时间内的能量交换量，利用换热公式完成单位时间内玻璃温度差的计算，由前一次温度加上温差获得当前的玻璃温度；所述仪表台和挡风玻璃构成的空间的空气温度测量系统是基于仪表台的换热能量、狭窄空间的第一热交换能量、开阔空间的第二热交换能量以及除霜出风口的输入能量和狭窄空间的空气温度计算当前计算周期内的仪表台和挡风玻璃构成的空间的空气温度。

Description

汽车虚拟传感器系统
技术领域
本发明涉及汽车智能化技术领域，具体地，涉及汽车虚拟传感器系统。
背景技术
首先，随着生活水平的提高，汽车的乘坐舒适性要求越来越高。汽车车厢内的 温度控制直接关系到乘客的乘坐体验，现有的汽车温度控制一般通过车内空调进行 调节，而反馈信息是通过车内和空调出风口的温度传感器得到的，通过简单的温度 控制，实现车内温度的实时调节。现有这种温控方式，无法精准地对车厢内各部分 的温度进行精确计算，经常出现头部温度太高腿部温度太低或者类似的情况出现， 影响乘坐体验。另外，由于车厢环境受车外天气、车速、车内仪器仪表的影响，也 会对车厢温度产生不容忽视的影响，这些因素不加考虑的话，并不能很好地对车厢 温度实现真正控制。
其次，已知的针对玻璃温度的计算的方式，利用车内空气温度和车外温度的温差，以及一个比例系数的方式推算玻璃温度的方法。这种计算方法没有考虑到日照， 车速对玻璃的温度的影响，从而影响玻璃温度计算的准确性。
最后，乘用车空间结构中，仪表台和挡风玻璃处的狭窄空间的空气温度在空调 控制或与空调相关的功能判定中起到重要作用，例如挡风玻璃的自动除雾功能。这 个位置的空气温度常用的获取方式采用布置实物传感器并进行采集的方式完成，这 样会增加车辆的制造成本。
专利文献CN111231609B公开了一种车内温度检测方法，包括：获取车内检测 温度，车内检测温度包括仪表板内部温度和仪表板外部温度；获取驻车时间；获取 门窗设备的开启状态；获取车内温度变化率；获取阳光辐射水平并根据阳光辐射水 平计算阳光辐射偏差值；使用基准模型根据仪表板内部温度、仪表板外部温度、仪 表板内部温度变化率、仪表板外部温度变化率和标定参数计算车内基准温度；使用 修正模型在基准模型计算的车内基准温度的基础上进行初始温度矫正、开启状态矫 正和阳光辐射矫正，计算车内修正温度；输出车内修正温度作为最终的车内温度。 本发明综合考虑了驻车时间、阳光照射和门窗开启等影响车内温度的实际因素，对 检测获得的车内温度进行修正。但是该方法并未解决如何准确的计算玻璃温度的技 术问题。
专利文献CN110816475A公开了一种车辆除雾装置，应用于车辆。车辆包括第 一车窗、第二车窗、及空调。车窗除雾装置包括：摄像头、第一温度传感器、第二 温度传感器、湿度传感器、处理器。摄像头用于获取第一车窗、及第二车窗的起雾 状态。第一温度传感器用于获取内表面的温度为第一温度。第二温度传感器用于获 取外表面的温度为第二温度。湿度传感器，用于获取第一车窗、及第二车窗的表面 湿度。处理器在摄像头获取到第一车窗、及第二车窗的至少一个起雾时，根据第一 温度、第二温度、及表面湿度，控制空调出风进行除雾。但是该方法中通过温度传 感器采集温度，并未解决降低车辆制造成本的技术问题。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种汽车虚拟传感器系统。
根据本发明提供的一种汽车虚拟传感器系统，包括：车内温度测量系统、车辆玻璃温度测量系统以及仪表台和挡风玻璃构成的空间的空气温度测量系统；
所述车内温度测量系统是分析初始状态车内温度数据，得到初始状态车内温度；基 于总换热量Q得到车内温度变化值，利用车内温度变化值与初始状态车内温度获得车内实际温度；
所述车辆玻璃温度测量系统是通过计算单位时间内的能量交换量，利用换热公式完 成单位时间内玻璃温度差的计算，由前一次温度加上温差获得当前的玻璃温度；
所述仪表台和挡风玻璃构成的空间的空气温度测量系统是基于仪表台的换热能量、 狭窄空间的第一热交换能量、开阔空间的第二热交换能量以及除霜出风口的输入能量和 狭窄空间的空气温度计算当前计算周期内的仪表台和挡风玻璃构成的空间的空气温度；
所述狭窄空间是仪表台和挡风玻璃构成的空间。
优选地，所述车内温度测量系统采用：
模块D1：分析初始状态车内温度数据，当环境温度大于20度时，选择车内温度变量和温度传感器读数之中数值较大数据作为初始温度；当环境温度小于0度时，则选择 车内温度变化量和温度传感去读数之中数值较小的数据作为初始温度；当环境温度在0 度和20度之间，则直接选用车内温度变量的数值作为初始温度；
模块D2：基于车辆外环境的换热量、空调引入的热量以及车内空气和内饰零件的换 热量计算总换热量Q；
模块D3：将总换热量Q换算成车内温度变化值；Q＝C×M×ΔT，其中，C表示比热容；M表示质量；△T表示车内温度变化值；
模块D4：根据车内温度变化值和初始温度计算得到车内实际温度。
优选地，所述车辆外环境的换热量包括车体换热量、车体漏风引入的能量、人体发热量以及电器零件发热量；
所述车体换热量包括：非玻璃材质车体和玻璃材质车体的换热量；
所述玻璃材质车体的换热量包括玻璃的热交换和玻璃透光的换热量；
所述非玻璃材质车体的换热量和玻璃材质车体的玻璃热交换是通过热力学能量温度 公式计算得到的；
所述玻璃材质车体的玻璃热交换是通过玻璃表面温度和室内温度的温差进行热交换， 所述玻璃表面的温度通过阳光强度、投影面积、玻璃透光率和留存率计算得到，所述留存率＝3×e-0.09×车速-0.5；
所述玻璃透光的换热量是通过确定阳光照射信息计算得到的，包括直射换热量和散 射换热量；所述直射换热量和散射换热量由实时阳光入射强度与阳光高度角通过三角函 数关系计算得到的。
优选地，所述空调引入的热量采用：基于车辆空调的等效出风温度和出风风量计算 空调引入的热量；
车辆空调的等效出风温度DAT_e＝(DAT_r-DAT_(e_prv))×((Vair*ρ_air)/(Vair_Dat)×Rate_space)+DAT_(e_prv)，其中，DAT_r为实时出风温度，DAT_(e_prv)为 上一时刻等效出风温度，Vair为每秒空调的出风风量，Vair_Dat为接受空调空间的风量， ρ_air为空气密度，Rate_space为接受空调的空间和整个车载空间的比例。
优选地，所述车内空气和内饰零件的换热量包括塑料件换热量以及金属件换热量。
优选地，所述车辆玻璃温度测量系统采用：
第一能量检测模块：根据获取的日照强度和留存率，得到所述车辆玻璃表面的第一 日照能量；
第二能量检测模块：根据车外环境温度和第一玻璃温度，得到所述车辆玻璃和车外 空气的第一热交换能量；
第三能量检测模块：根据车内环境温度和所述第一玻璃温度，得到所述车辆玻璃和 车内空气的第二热交换能量；
第四能量检测模块：根据所述第一日照能量、所述第一热交换能量、所述第二热交换能量以及所述第一玻璃温度，通过换热公式得到当前计算周期的第二玻璃温度，所述 第一玻璃温度为所述第二玻璃温度的上一个计算周期得到的玻璃温度。
优选地，所述留存率通过所述车辆的运行速度计算得到。
优选地，所述第一能量检测模块，包括：
模块S101：根据所述日照强度的水平入射强度和垂直入射强度，分别得到所述车辆 玻璃在水平方向的第二日照能量和在垂直方向的第三日照能量；
模块S102：根据所述第二日照能量和所述第三日照能量，得到留存在所述车辆玻璃 水平方向上的第四日照能量和垂直方向上的第五日照能量；
模块S103：根据所述第四日照能量、所述第五日照能量和所述留存率，得到所述第一日照能量；
所述模块S102，包括：
单元S1021：根据所述第二日照能量和所述车辆玻璃在水平方向上的折射率和透过 率，得到所述第四日照能量；
单元S1022：根据所述第三日照能量和所述车辆玻璃在垂直方向上的折射率和透过 率，得到所述第五日照能量。
优选地，所述仪表台和挡风玻璃构成的空间的空气温度计算系统包括：
换热模块：根据日照强度和换热公式，得到仪表台的换热能量；
第一热交换模块：根据玻璃温度和第一空气温度，得到挡风玻璃的第一热交换能量， 所述第一空气温度表示上一个计算周期内得到的所述狭窄空间的空气温度；
第二热交换模块：根据空调出风的风量与经验系数之间的第一映射关系和开阔区域 的第二空气温度，得到开阔空间的第二热交换能量；
能量交换模块：根据除霜出风口的质量风量与留存系数之间的第二映射关系和除霜 出风口的第三空气温度，得到除霜出风口的输入能量；
能量计算模块：根据换热能量、第一热交换能量、第二热交换能量、输入能量和第一空气温度，得到当前计算周期内的第四空气温度。
优选地，所述换热模块，包括：
模块M101：根据所述日照强度得到水平入射强度和垂直入射强度；
模块M102：根据阳光在仪表台垂直方向上的第一光斑面积和所述垂直入射强度，以 及阳光在仪表台水平方向上的第二光斑面积和所述水平入射强度，得到垂直日照能量和 水平日照能量；
模块M103：根据所述垂直日照能量、所述水平日照能量和所述换热公式，得到所述换热能量；
所述模块M103，包括：
单元M1031：根据所述垂直日照能量、所述水平日照能量和所述换热公式得到所述仪表台表面温度的温差；
单元M1032：根据所述温差和所述第一表面温度，得到所述仪表台的第二表面温度， 所述第一表面温度为上一个计算周期得到的所述仪表台的表面温度；
单元M1033：根据所述第二表面温度和所述第一空气温度，得到所述换热能量。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、从各个方位考虑汽车车厢温度影响因素，通过合理计算，得到车厢各部位的 精确温度。
2、综合考虑车内车外各热量源的特性，逐项进行分析计算。
3、通过定时实时计算，使汽车车厢内实现动态温度控制的最佳状态。
4、本发明中玻璃的温度计算与玻璃和环境的能量交换量有关，通过计算单位时间内的能量交换量，利用换热公式完成单位时间内玻璃温度差的计算，由前一次温 度加上温差获得当前的玻璃温度，达到了相对较高计算精度且实时获取温度的效果。
5、本发明通过热力学公式计算玻璃温度差，达到了简化计算的目的，可以快速 的实现对车辆玻璃温度的计算，提高了计算的速度，对于由此方法开发的软件在嵌 入式系统或运算芯片上运行时，占用较小的资源。
6、本发明通过计算玻璃接收阳光照射能量以及空气侧热交换能量的方法，将影响玻璃温度变化的因素归类，方便软件开发人员后期对软件参数的调整。
7、本发明通过经验公式计算玻璃接收阳光照射的能量，简化能量计算的过程， 进一步提高开发软件的运行速度。
8、本发明通过指数函数以及相关经验公式，计算阳光照射的能量的留存率，简 化阳光照射的能量计算过程，体现了车辆的运动速度对计算过程的影响，提供玻璃 温度的计算精确度。同时简化不同车型的适配过程。
9、本发明通过计算的方式获取狭窄空间的空气温度，替代实物传感器，直接节 约了整车开发成本。
10、本发明通过计算换热能量，从而可以获得较高精度的计算结果与数据的实 时性。
11、本发明通过计算玻璃接收阳光照射能量以及空气侧热交换能量的方法，将 影响玻璃温度变化的因素归类，方便软件开发人员后期对软件参数的调整。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为双驱阳光传感器的特性曲线图。
图2为玻璃从环境获得的能量的示意图。
图3为车辆玻璃温度测量系统示意图。
图4为仪表台和挡风玻璃构成的空间的示意图。
图5为仪表台和挡风玻璃构成的空间的空气温度测量系统示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人 员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于 本发明的保护范围。
实施例1
根据本发明提供的一种汽车虚拟传感器系统，包括：车内温度测量系统、车辆玻璃温度测量系统以及仪表台和挡风玻璃构成的空间的空气温度测量系统；
所述车内温度测量系统是分析初始状态车内温度数据，得到初始状态车内温度；基于环境与车内换热量Q1得到车内温度变化值，利用车内温度变化值与初始状态 车内温度获得车内实际温度；
从总体上来讲，本发明的汽车车内温度计算方法，是通过热传递原理进行计算的，具体包括如下步骤：
(1)分析初始状态车内温度数据，得到车内各部分实时温度，车内数据通过车 内温度传感器获得，温度传感器可以是车内各部位的温度传感器以及空调出风位置 的温度传感器。
(2)所当前温度作为此时刻的实时温度，并输出当前温度。
(3)进入下一轮温度计算后，先计算总换热量Q，总换热量包括：车辆外环境 的换热量、空调引入的热量以及车内空气和内饰零件的换热量；
(4)将总换热量Q换算成车内温度变化值，可通过热力学能量温度公式Q＝C×M ×ΔT，得到车内温度变化值，各变化值根据具体情况逐一进行分析计算。
(5)根据变化值得到车内当前温度，将车内温度变化值与当前温度的运算得到 新的当前温度，这个过程针对车厢内各部位单独进行计算。
(6)在预定的时间间隔内循环步骤(2)-(5)，实时温度实时计算，达到精 准计算温度的效果。
所述车辆外环境的换热量包括车体(非玻璃材质)换热量、玻璃引入的能量、车体漏风引入的能量、人体发热量以及电器零件发热量；
所述车体(非玻璃材质)换热量包括车顶换热量、前侧换热量、侧面换热量、后侧换热量、发动机舱面换热量以及底盘换热量；所述侧面换热量包括前左侧换热量、前右 侧换热量、后左侧换热量以及后右侧换热量；
所述玻璃引入的能量包括玻璃热交换、阳光直射引入能量以及阳光散射引入能量；
所述空调引入的热量包括空调送风引入能量以及其他区域引入能量；
所述车内空气和内饰零件的换热量包括塑料件换热量和金属件换热量。
下面具体介绍温度计算过程。考虑各种影响车内温度的因素，分别进行计算。
计算过程中的输入量：车内温度传感器测量值及有效信号、环境温度传感器测 量值及有效信号、左侧实际出风温度测量值及有效信号、右侧实际出风温度测量值 及有效信号、后排实际出风温度测量值及有效信号、车内空气湿度、车外空气湿度、 空调前排出风风量、空调后排出风风量、各个位置的座椅占用位置、内外循环风门 开度、车速、左侧阳光强度值、右侧阳光强度值、系统时间、GPS信号、各个车门 开启信号、前排左侧电子元器件发热量、前排右侧电子元器件发热量、后排电子元 器件发热量、前排空调出风模式、鼓风机工作状态反馈、阳光高度角、阳光与车辆 行驶方法的水平面夹角，等等。
计算结果的输出量：前排左侧头部呼吸点拟合温度、前排右侧头部呼吸点拟合 温度、后排头部呼吸点拟合温度。
计算过程包括数据预处理、左侧区域温度拟合、右侧区域温度拟合、后侧温度 拟合和校准等几部分。
1、数据预处理
1.1、将对应汽车的所有参数进行初始化处理，并将数据限制在合理的数值范围内。
1.2、依据汽车前排出风风量的分配比例，计算出前排左侧出风风量和前排右侧出风风量。
1.3、出风温度等效化处理：
由于每一秒内，经过空调加热或冷却的风并不是立即和周边空气进行热交互， 所以，算法获取的实时出风温度不能代表当前和车舱内大部分空气换热时的温度。 所以需要获取一个等效的换热温度作为当前的出风温度。所以假设，被空调送出的 空气在一定的空间体积内被推送，这个空间标记为第一空间，当推送至这个空间边 界外才与其他空气或车内物体进行热交互，第一空间边界外的空间，标记为第二空 间。在第一空间内，空调提供的能量仅在空调送出的空气内部进行热交换。
第一空间的体积和空调的送风模式有关，在不同的送风模式下，第一空间在温 度拟合的第二空间的占比(Rate_space)是不同的，为经验数据。大致比例如下：
吹面模式35％；吹面吹脚50％；吹脚模式67％；吹脚除霜50％；除霜40％； 吹面除霜40％；全吹模式60％；关闭模式100％。
通过每秒空调的出风风量Vair和空间①Vair_Dat的比例关系，以及上一时刻等效出风温度DAT_(e_prv)和实时出风温度DAT_r的温度计算出，当前时刻的等效出风温 度DAT_e。计算公式如下：
DAT_e＝(DAT_r-DAT_(e_prv))×((Vair*ρ_air)/(Vair_Dat)×Rate_space) +DAT_(e_prv)
其中ρ_air为空气密度
1.4、阳光强度计算
由于早期控制器计算能力的限制，导致阳光传感器需要通过光学特性进行一定的物理模拟，模拟阳光在不同的角度下的阳光入射强度输入。但是由于现代半导体 技术的进步，处理器的运算能力已经十分充沛。软件可以在获知阳光入射角度的前 提下直接拟合出车内的阳光入射能量。所以对于阳光强度的输入，已经从阳光传感 器的输入转化为对于直接的阳光强度输入。在这个过程中，原有阳光传感器的光学 特性在本算法中成为一种额外修正情况，需要针对传感器输入的阳光长度进行逆向 修正，从而获取真正的阳光强度。
本算法中，对于阳光传感器的选择不存在双区单区的选择。但是阳光传感器一 样需要进行阳光输入数据的修正。
本示例中，参见附图1,针对双驱阳光传感器进行修正。典型的双区阳光传感器 的如图1所示。从图中可以看出双驱阳光传感器的特性曲线呈M型。传感器输入峰 值出现在单侧。因此可以通过输入的阳光传感器数值，配合阳光角度反向求解出实 际的阳光输入强度。由于左区阳光传感器和右区阳光传感器的曲线是对称的。所以 在实际使用中，对两组逆向后的阳光强度需要选择数值较大的数据作为真实的直接 阳光输入。
1.5、漏风量计算
当车辆车门关闭的时候，车辆内部几乎是密闭空间。外界空气无法直接进入车内，因此只需要考虑车辆缝隙造成的漏风量。但是如果车门打开时，车外空气可以 直接进入车内，所以需要针对车门打开时进行独立的漏风量计算。为了简化这个漏 风量的计算，一般使用一个固定标准量作为车门打开时的漏风量。
车门关闭时的漏风量可以通过整车密封性实验数据获得。
车门开启时的漏风量可以在经验数据的基础上，通过实验数据矫正后得到。
1.6、风量透过率以及透过风量计算。
由于前排空调送出的风经过本区换热后，会流经后排空间进行2次换热，从而 影响后排温度的计算。由于前后排空间并非封闭，所以从前排流经后排的空气可以 被分为两种状态。第一种，充分和前排物体换热温度基本与后排温度一致的空气。 第二种，经由空调鼓风机吹出，在本区内部分换热，流动到后排区间和后排空气充 分换热的空气。针对第一种类型的空气，由于前后排的温差较小，不做计算与考虑。 针对第二种类型的空气，则首先需要计算出空气的风量，简称透过风量。
针对透过风量的计算，需要考虑当前区域的空调出风模式以及空调出风风量。 整个计算过程可以分为三步，第一步，依据空调的出风模式查表获得空气基本透过 率，第二步，通过本区空调的出风风量查找获得风量的修正率。第三步将空气基本 透过率乘以风量修正率从而获得风量透过率。
将实时的空调出风量乘以风量透过率，就可以计算出经由前排空调送出的且在本区空间内部分换热后流至后排空间换热的风量。
空气基本透过率经验值：
吹面模式35％；吹面吹脚30％；吹脚模式25％；吹脚除霜30％；除霜32％； 吹面除霜35％；全吹模式45％；关闭模式100％。
风量修正率表格：
风量 比例
0 0.5
50 0.6
100 0.75
150 1
200 1.10
250 1.15
300 1.18
350 1.20
400 1.22
450 1.25
500 1.15
2、左侧区域温度拟合。
2.1、车内温度初始化。
在模型调用的初期，需要针对模型内部的参数进行初始化。其中，软件拟合的 车内温度其自身也需要初始化。初始化数据的选择一般采用环境温度或者车内其它 的温度传感器，其中出空温度传感器就是一个比较好的选择。帮我们空调系统自身 包含车内温度传感器时，模型调用初期这个温度值也是一个非常好的选择。
首先，需要针对车内传感器是否有效进行判断，如果车内温度传感器不存在， 则直接将环境温度的数值赋值给车内温度变量。其后需要对车内出风温度传感器进 行判断，如果传感器有效，出风温度传感器数值赋值给车内温度变量，如果传感器 无效，则保持车内温度变量不变。
需要对环境温度进行判断，如果环境温度大于20度，选择车内温度变量和出风 温度传感器读数两者之中数值较大数据作为初始温度。如果环境温度小于0度则选 择车内温度变量和出风温度传感器读数两者之中数值较小的数据作为初始化温温 度。如果环境温度在0度和20度之间，则直接选用车内温度变量的数值作为初始 化温度。
2.2、车体环境热交换能量计算。
车体环境热交换的能量可以被分为以下几个部分：车身框架热交换能量；车身 玻璃侧导入能量；车身漏风引起的热交换能量；乘客的发热量；电器零件的发热量。
综合以上能量，可以计算出整个车体环境热交换的能量数值。
车外的空气密度计算需要2个输入参数，环境温度和车外空气湿度。通过环境 温度可以查表获得干空气密度和饱和湿度下空气密度。
然后将车外空气湿度比例乘以干空气密度和饱和湿度下空气密度的差值，再加上干空气密度，即可获得当前湿度下的空气密度。
车内空气密度计算需要2个输入参数，车内温度和车内空气湿度。其中车内温 度应选用拟合车内温度。通过车内温度可以查表获得干空气密度和饱和湿度下空气 密度。
然后将车外空气湿度比例乘以干空气密度和饱和湿度下空气密度的差值，再加上干空气密度，即可获得当前湿度下的空气密度。
车外空气焓值计算，空气焓用符号i表示。湿空气焓值等于1kg干空气的焓值 与dkg水蒸气焓值之和。
湿空气焓值计算公式化：i＝(1.01+1.84d)t+2500d(kj/kg干空气)。
式中：t—空气温度℃；d—空气的含湿量kg/kg干空气；1.01—干空气的平均 定压比热kj/(kg.K)；1.84—水蒸气的平均定压比热kj/(kg.K)；2500—0℃时水的 汽化潜热kj/kg。
车内空气焓值计算，空气焓用符号i表示。湿空气焓值等于1kg干空气的焓值 与dkg水蒸气焓值之和。
湿空气焓值计算公式化：i＝(1.01+1.84d)t+2500d(kj/kg干空气)。
式中：t—空气温度℃；d—空气的含湿量kg/kg干空气；1.01—干空气的平均 定压比热kj/(kg.K)；1.84—水蒸气的平均定压比热kj/(kg.K)；2500—0℃时水的 汽化潜热kj/kg；
车内外空气焓差计算，将车外空气焓值减去车内空气焓值，即可获得车内外空 气焓差。
车身框架数据准备。算法中需要将整车部分参数作为算法的重要参数，用来计 算车身框架热交换能量。这些数据包含了整车中，整个温度拟合过程中所有需要参 数，在左侧的温度拟合时，需要针对左侧的请教进行相关配置。
在计算前排左侧的车内温度时，右侧为开放空间，相关的车门面积，玻璃面积 应被赋值为零。左右共有的部分，以实际使用计算空间做划分。
这些数据包括：车顶面积；车顶热交换率；前左侧车门面积；前左侧车门热交 换率；后左侧车门面积；后左侧车门热交换率；前右侧车门面积；前右侧车门热交 换率；后右侧车门面积；后右侧车门热交换率；车身防火墙面积；车身防火墙热交 换率；车身后侧面积；车身后侧热交换率；车身正前方框架面积；车身正前方框架 热交换率；车身底盘面积；车身底盘热交换率；车身颜色修正系数；车体玻璃数据 准备。
算法中需要将玻璃部分参数作为算法的重要参数，用来计算车身玻璃测导入能量。
这些数据包括：挡风玻璃水平面投影面积；玻璃热交换率；前左侧玻璃水平面 投影面积；前左侧玻璃热交换率；前右侧玻璃水平面投影面积；前右侧玻璃热交换 率；后左侧玻璃水平面投影面积；后左侧玻璃热交换率；后右侧玻璃水平面投影面 积；后右侧玻璃热交换率；后挡风玻璃水平面投影面积；后挡风玻璃热交换率；天 窗玻璃面积；天窗玻璃热交换率；挡风玻璃面积；前左侧玻璃面积；前右侧玻璃面 积；后左侧玻璃面积；后右侧玻璃面积；后挡风玻璃面积；挡风玻璃垂直面投影面 积；前左侧玻璃垂直面投影面积；前右侧玻璃垂直面投影面积；后左侧玻璃垂直面 投影面积；后右侧玻璃垂直面投影面积；玻璃折射率；仪表台面积；左侧人体模型 面积；右侧人体模型面积。
其中各个玻璃的水平投影面积或垂直投影面积，应被理解为阳光通过玻璃后， 在车身的内部水平方向或垂直方向形成的光斑面积。这些光斑面积与玻璃本身的面 积以及玻璃倾斜角度相关。同时，有和太阳高度角和阳光入射角有关。因此，算法 中也因将玻璃倾斜角度，太阳高度角和阳光入射角作为一个重要的输入。
阳光长度数据准备：
算法中需要将阳光本体特性作为算法的重要参数用来计算车身玻璃侧导入能量。
这些数据包括：水平方向上的阳光入射强度；垂直方向上的阳光强度；水平方 向上的阳光散射强度；垂直方向上的阳光散射强度；透明玻璃的阳光透射率；有色 玻璃的阳光透射率；玻璃矫正系数；前挡风玻璃水平方向阳光入射强度；后挡风玻 璃水平方向阳光入射强度；左侧玻璃水平方向阳光入射强度；右侧玻璃水平方向阳 光入射强度。
阳光在水平方向和垂直方向的入射强度与太阳高度角和阳光入射夹角有关，因此需要引入这2个参数作为重要的输入。
此时用于计算的各个方向上强度分量的阳光总强度，就是数据预处理过程中经过逆向处理后的直接阳光强度输入。
其中垂直方向上的阳光强度和水平方向上的阳光强度可以通过直接阳光入射强度与阳光高度角通过三角函数关系计算获得。
水平方向上的阳光散射强度公式如下：
Figure BDA0003696466340000131
其中，地球半径＝6371KM；大气层厚度＝1000KM；大气透射率＝0.7；
垂直方向上的阳光散射强度公式如下：
Figure BDA0003696466340000132
其中，地球半径＝6371KM；大气层厚度＝1000KM；大气透射率＝0.7。
车体热交换能量计算。
车体热交换能量包括以下几个部分：车顶热交换能量；前侧车体热交换能量； 两侧车体热交换能量；后侧车体热交换能量；防火墙热交换能量；底盘热交换能量。
车顶热交换能量：
车顶温度和车速有关同时也和日照强度有关。车顶的换热量需要通过车顶温度和车内的温差以及车顶的换热率来计算。
车顶温度的计算方式如下：
需要通过车速计算出车顶的最高温度比例系数，公式如下：
Figure BDA0003696466340000133
利用阳光强度，车体颜色吸收系数和最高温度比例系数，相乘得到当前车速下 的最高玻璃温度。
利用车顶最高温度和前一次的车顶温度的温差，乘以温升比例系数，计算出当 前的车顶温度。
前侧车体热交换能量：
利用环境温度和车内温度计算出温差，将温差乘以前侧车体面积，在乘以前侧 车体换热系数。得到前侧车体热交换能量。
两侧车体热交换能量：
两侧车体热交换能量包括以下部分：前排左侧热交换能量；前排右侧热交换能量；后排左侧热交换能量；后排右侧热交换能量；
热交换能量的主要思路：首先计算车门表面的温度，再通过车门表面温度和室 内温度的温差进行热交换的量计算。
在计算车门表面温度之前首先先要计算车门表面的阳光功率输入，车门表面的质量，然后利用换热公式计算出每1秒钟的车门表面的温升，加上上一次出门表面 温度获得当前时刻的车门表面温度。
热交换公式如下：
Q＝C×M×ΔT
其中，Q为阳光输入能量；C是车门金属的比热容；M是车门金属的总质量；△T 是车门表面的前后时刻的温差。
利用车门表面温度和车内温度计算出温差，将温差乘以单侧车体面积，在乘以 单侧车体换热系数。得到单侧车体热交换能量。
刚分别求出各测的热交换能量之后，将这些能量求和，就可以获得两侧车体热 交换能量。
后侧车体热交换能量：
后侧车体热交换能量计算方式与两侧车体热交换能量计算方式一致。
防火墙热交换能量：
防火墙热交换能量计算时需要用到发动机舱内温度。如果车辆为燃油发动机配置，发动机舱对温度可以使用发动机水温代替。如果车辆为新能源车辆，发动机舱 温度可以使用电机温度或电机排水水温。如不精确考虑，可以使用环境温度代替。
利用防火墙表面温度和车内温度计算出温差，将温差乘以防火墙面积，在防火 墙结构换热系数。得到防火墙热交换能量。
底盘热交换能量：
底盘热交换能量计算方式和前侧车体热交换能量的计算方式一致。
当计算获得各个部分的热交换能量后，将这些能量求和就可以获得车体与车内空气换热的能量。
由于车内空气受空调驱使在不断的流动，因此需要考虑不同的空调出风量情况下实际的热交换能量。在这个算法中，使用一个等效系数，控制或计算热交换能量 的数值。
等效系数的计算：
等效系数的计算方式：通过获取空调的出风总量查表获得对应的等效系数。
风量kg/m3 系数
0 1
50 1
100 1
150 1.1
200 1.7
250 1.9
300 1.9
将求和后的能量乘以等效系数就可以获得实时的车体热交换能量。
车身玻璃侧导入能量：
车身玻璃侧导入能量分3个部分：玻璃温度热传导能量；阳光直射输入能量； 阳光散射输入能量。
玻璃温度热传导能量：热交换能量的主要思路：首先计算玻璃表面的温度，再 通过玻璃表面温度和室内温度的温差进行热交换的量计算。
玻璃表面的温度和车速有关，所以先计算阳光能量在不同车速下的留存率，计 算方式如下：
留存率＝3×e-0.09×车速-0.5
在计算玻璃表面温度之前，首先要计算玻璃表面的阳光功率(水平方向上的阳 光强度)输入，阳光能量等于水平方向上的阳光强度乘以玻璃水平投影面积加上垂 直方向上的阳光强度乘以玻璃垂直投影面积的和，再乘以玻璃的整体的光透过率 ((100％-折射率)*透过率)与留存率的乘积。
计算玻璃的质量(玻璃面积*玻璃厚度*玻璃密度)，
利用换热公式计算出每1秒钟的玻璃表面的温升，加上一次出玻璃面温度获得 当前时刻的玻璃表面温度。
热交换公式如下：
Q＝C×M×ΔT
其中，Q为阳光输入能量；C是车门玻璃的比热容；M是车门玻璃的总质量；△T 是玻璃表面的前后时刻的温差。
利用玻璃表面温度和车内温度计算出温差，将温差乘以单侧玻璃面积，在乘以 单侧玻璃换热系数。得到单侧玻璃热交换能量。
刚分别求出各测的热交换能量之后，将这些能量求和，就可以获得整个车体中 玻璃的热交换能量。
阳光直射输入能量：
阳光直射输入的能量通过内饰发热，热传递给车内空气。而这种热传递的途径 依据车辆结构不同而有所不同。其中可以归类为2种：仪表板上层和挡风玻璃之间 的窄空间中低风速的对流换热，以及开阔空间较高风速的强制换热。
针对对流换热的能量计算，需要通过仪表板和前挡风玻璃之间的空气为计算载体，计算狭窄空间和开阔空间之间的空气热交换。
对于狭窄空间的空气，主要热交换能量有：
仪表板发热量；
通过挡风玻璃和外交的热交换能量；
与开阔空间的空气热交换能量。
仪表板发热量的计算方式：
仪表板发热量
＝垂直方向的阳光强度×挡风玻璃透过率×玻璃校准系数 ×仪表水平面积×仪表台的阳光能量留存系数
通过仪表板发热量减去前一次挡风玻璃和外交的热交换能量，可以反向求解出仪表表面的温度：
公式如下：
Q＝C×M×ΔT
其中，Q为热量差；C是仪表板发热部分的比热容；M是仪表板发热部分的质量； ΔT是仪表表面温度前后时刻的温差。
将温差加上前一时刻的仪表表面的温度就可以获得当前时刻的仪表表面的温度。
通过挡风玻璃和外交的热交换能量计算方式：
挡风玻璃和外交的热交换能量
＝(环境温度-前一时刻窄空间空气温度)×仪表面积 ÷cos(挡风玻璃倾斜角度)×挡风玻璃热交换率
由于与开阔空间的空气热交换能量等于仪表板发热量减去挡风玻璃和外交的热交换能量，且利用公式：Q＝C×M×ΔT，可以反向求解出当前时刻窄空间空气温度。 其中C是空气的比热容，M是空气质量。Q是能量差。△T是窄空间空气温度前后时 刻的温差。将前一时刻窄空间空气温度加上温差就是当前时刻窄空间空气温度。
当当前时刻窄空间空气温度计算完毕，可以实现对于狭窄空间的空气种主要热交换能量的迭代计算。
从计算过程中，获取传递给开阔空间的能量作为真正传递给车内空气的能量， 用于阳光直射输入能量的计算。
开阔空间较高风速的强制换热：
需要考虑前左侧，前后侧，后左侧，后右侧，车顶玻璃侧，后侧挡风玻璃的换 热。
换热方式可以采用阳光直射后发热的简单模式完成计算。采用公式：
阳光入射的能量
＝水平面上光斑面积×水平面上阳光强度×玻璃的透过率 ×玻璃校准系数
将开阔空间换热能量和狭窄空间换热能量相加后就是：阳光直射输入能量。
阳光散射输入能量：
需要考虑挡风玻璃侧，前左侧，前后侧，后左侧，后右侧，车顶玻璃侧，后侧 挡风玻璃的散射输入。
换热方式可以采用阳光直射后发热的简单模式完成计算。采用公式：
阳光入射的能量
＝玻璃垂直平面投影面积×阳光散射强度×玻璃的透过率 ×玻璃校准系数
这些能量相加就可以获得阳光散射输入能量。
将玻璃温度热传导能量，阳光直射输入能量，阳光散射输入能量相加，就可以 获得车身玻璃侧导入能量。
车身漏风引起的热交换能量：
车身漏风引起的热量交换计算方式如下：
车身漏风引起的热交换能量＝车身漏风风量×空气密度×车内外空气焓差
乘客的发热量：
在计算车内乘客的发热量时，需要考虑乘客的数量，以及乘客的位置。如果是 驾驶员则选用驾驶员的发热量，如果是普通乘客则使用普通乘客的发热量。
车内乘客在进入或退出车辆时，对于车辆内部空气的热交换并非是直接影响。 所以需要针对乘客进出车辆时的热力交换来进行热传递过程的拟合。一般情况下， 车辆空调使用过程中空调的出风口是避免对着乘客吹的，虽然出现了强制对流换热， 但是整个热交换过程从实验结果来看，基本属于线性过程。因此在算法中使用了一 个线性的过渡过程模拟热量逐步传递至车内的过程。
首先，将乘客在单位时间内的发热量处以一定的步长(上升步长)，计算出单 步递增发热量。上升步长可以通过实验获得。
接着，将乘客在单位时间内的发热量除以一定的步长(下降步长)，计算出但 不下降发热量。下降步长可以通过实验获得。
设置一个变量，用来计算乘客发热量的输出。将这个变量在前一时刻的数值和 当前时刻的乘客发热的输入数值进行比较。如果判定输入的乘客能量在增加，则在 变量上累加单步递增发热量。如果判定输入的乘客能量在下降，则在变量上累加单 步下降发热量。将累加后的发热量赋值给变量本身，并输出作为当前的乘客发热量。
电器零件的发热量：
电器零件的发热量是由上级程序直接给出，所以可以直接被利用，不需要做相 关的处理。
将车身框架热交换能量，车身玻璃侧导入能量，车身漏风引起的热交换能量， 乘客的发热量，电器零件的发热量求和后，就获得了车体环境热交换能量。
2.3、空调提供的能量。
在计算空调提供的能量时，并非计算空调本身消耗的能量。可以通过计算空调 出风口送出的空气与车内空气进行热交换的能量即可。
数据预处理：
空调箱送出空气的密度；
通过环境温度查出干空气的密度和饱和湿空气的密度。
用饱和湿空气的密度减去干空气的密度乘以湿度，再加上干空气密度即可获得当前湿度下的空气密度。
透风温度计算：
在计算后排的温度时，要考虑前排送入的能量。所以需要知道前排温度拟合区 域像后排透过的空气总量(风量)以及透过空气的温度。
首先通过空调出风的模式计算出从空调箱直接送入后排的能量比例。这个比例是一个经验值。
模式比例：吹面：25％；吹面吹脚：30％；吹脚模式：25％；吹脚除霜：30％；除 霜：32％；吹面除霜：35％；全吹模式：45％；
利用上一次的空调出风口的能量，乘以系数，除以漏风量除以空气比热容，在 加上上一次的透风温度。既可以获得当前情况下的透风温度。
空调出风口送出的能量：
空调送出总能量：
将车内拟合温度减去出风口温度，差值乘以出风口风量，乘以空气比热容，就 是空调送出的从能量。
通过漏风送往后排的能量：
将透风温度减去出风口温度，差值乘以漏风风量，乘以空气比热容，就是通过 漏风送往后排的能量。
将空调送出总能量减去漏风送往后排的能量，就是空调出风口送出的能量。
2.4、内饰换热的能量
内饰换热分2个部分，塑料件换热和金属件换热。
塑料件换热热量：
由于车内空气流动将直接影响车内的空气换热速度。所以需要通过风量信息确定温度拟合区域的塑料零件的换热率比例。这种比率是以稳定换热情况下的换热率 为基准的比率。比率的数据可以通过试验获取或标定。
用车内的拟合温度减去前一次的内饰温度，并将差值乘以内饰面积，再乘以基 础换热率，再乘以换热比率。及获得内饰和车内空气进行热交换的热量。
用内饰和空气的热交换热量除以内饰塑料件的比热容，除以材料密度，除以材 料评价厚度，除以评价面积，并加上上一次的内饰温度即可获得当前时刻的内饰温 度。
由于内饰温度计算属于迭代计算。当前时刻的内饰温度将在下一时刻，成为前 一时刻的内饰温度。
选择内饰和车内空气进行热交换的热量输出。
金属件换热热量：
金属零件的能量计算方式和内饰换热的方式一致，只是内部的材料特性参数有变化。
输出塑料件换热热量与金属件换热热量。
2.5、车内温度的拟合计算。
首先计算系统空气测的总换热量。
将车体环境热交换的能量，空调提供的能量，内饰换热的能量求和。
将总能量除以空气比热容，除以拟合空间内的空气体积，除以空气密度，加上 前一次拟合的车内温度。即得到当前时刻的车内拟合温度。
由于温度计算属于迭代计算。当前时刻的车内拟合温度将在下一时刻，成为前 一时刻的车内拟合温度。
输出车内拟合温度。
2.6、由于实际使用过程中左侧和右侧的温度偏差不大。所有不针对左侧右侧的空气热量交换进行计算。如果一定需要增加计算，可以在计算换热总能量的过程中， 增加一个左右侧热交换能量。
这个能量计算的方式为：左侧车内拟合温度减去右侧车内拟合温度，差值乘以 左右空间相接的垂直面积，乘以空气换热系数。
2、右侧车内温度拟合。
拟合方式同左侧拟合方式。
需要将车辆的车体参数，玻璃参数等物理特性参数从左侧的设定调整为右侧设定。
由于实际使用过程中左侧和右侧的温度偏差不大。所有不针对左侧右侧的空气热量交换进行计算。如果一定需要增加计算，可以在计算换热总能量的过程中，增 加一个左右侧热交换能量。
这个能量计算的方式为：右侧车内拟合温度减去左侧车内拟合温度，差值乘以 左右空间相接的垂直面积，乘以空气换热系数。
3、后侧温度拟合。
后侧温度拟合方式基本与左侧的拟合方式一致，仅在计算空调输出能量的方式有不同。
后区空调输出能量：
后区空调输出的能量需要考虑一下几个部分：前排左侧透风带来的能量；前排 右侧透风带来的能量；空调后排出风口送出的能量；前排左侧透风带来的能量。
前左侧漏风温度减去后排车内拟合温度，差值乘以空气比热容，乘以左侧漏风 风量，即为前排左侧透风带来的能量。
前排右侧透风带来的能量：
前右侧漏风温度减去后排车内拟合温度，差值乘以空气比热容，乘以右侧漏风 风量，即为前排右侧透风带来的能量。
空调后排出风口送出的能量：
后排空调出风口的出风温度减去后排车内拟合温度，差值乘以空气比热容，乘 以后排出风风量，即为空调后排出风口送出的能量。
将前排左侧透风带来的能量，前排右侧透风带来的能量，后排出风口送出的能 量求和，获得后区空调输出能量。
当完成后侧温度拟合后，整车的主要位置的温度拟合均完成。
所述车辆玻璃温度测量系统是通过计算单位时间内的能量交换量，利用换热公式完 成单位时间内玻璃温度差的计算，由前一次温度加上温差获得当前的玻璃温度；
具体地，所述车辆玻璃温度测量系统，包括：通过计算单位计算周期内从环境中获得的能量总和，利用能量平衡公式计算出玻璃的温度变化的温差并利用温度差计 算玻璃温度；
具体地，如图3所示，包括：
第一能量检测模块：根据获取的日照强度和留存率，得到车辆玻璃表面的第一 日照能量。
所述留存率通过车辆的运行速度计算得到。具体地，
Figure BDA0003696466340000211
其中，v表示车辆的运行速度。
其中，第一能量检测模块，包括：模块S101：根据日照强度的水平入射强度和 垂直入射强度，分别得到车辆玻璃在水平方向的第二日照能量和在垂直方向的第三 日照能量；模块S102：根据第二日照能量和第三日照能量，得到留存在车辆玻璃水 平方向上的第四日照能量和垂直方向上的第五日照能量；模块S103：根据第四日照 能量、第五日照能量和留存率，得到第一日照能量。
在一种可选的是实施方式中，模块S102，包括：单元S1021：根据第二日照能 量和车辆玻璃在水平方向上的折射率和透过率，得到第四日照能量；单元S1022： 根据第三日照能量和车辆玻璃在垂直方向上的折射率和透过率，得到第五日照能量。
本发明中对于车辆玻璃的不做限制，示例性的，可以为挡风玻璃。
下面以挡风玻璃为例进行详细的说明。
首先获取实时的日照强度(Is)，并将Is沿着水平方法和垂直方法分解为水平 入射强度(Ish)和垂直入射强度(Isv)。Ish乘以挡风玻璃水平投影面积(Sh0) 即获得玻璃在水平方向上的第二日照能量(Qsh’)，Qsh’＝Ish×Sh0，Isv乘以挡风 玻璃垂直投影面积(Sv0)即获得玻璃在垂直方向上的第三日照能量(Qsv’)， Qsv’＝Isv×Sv0，Qsv’和Qsh’部分被反射，部分透过玻璃进入车内。所以留存在玻 璃内的水平方向上的第四日照能量(Qsh0)和留存在玻璃内的垂直方向上的第五日 照能量(Qsv0)分别通过公式(1)和公式(2)得到。
Qsh0＝Qsh’*((100％-水平折射率)*水平透过率)； (1)
Qsc0＝Qsv’*((100％-垂直折射率)*垂直透过率)； (2)
由于玻璃表面留存的阳光能量会随车速的变化和空气发生热交换，所以需要考虑阳光能量在车辆的不同行驶速速下的留存率，
Figure BDA0003696466340000221
留存率的取 值介于0与1之间。
则留存在车辆玻璃表面上的第一日照能量Qs可以表示为公式(3)：
Qs＝(Qsh0+Qsv0)×留存率；(3)
可知的是，当车辆的行驶速度变化或者阳光的强度发生变化时，通过以上的计 算方法，可以实时获得车辆玻璃表面在这个计算周期内获得的第一日照能量。
为了计算便利化，将这个周期定义为1秒。其后所提及的计算周期均可设定为 1秒，也可以根据具体情况进行设置，在发明中不做限制。
第二能量检测模块：根据车外环境温度和第一玻璃温度，得到车辆玻璃和车外 空气的第一热交换能量。
具体地，首先计算玻璃的质量M，M＝玻璃面积*玻璃厚度*玻璃密度。
由于玻璃和车外空气存在热交换，利用热交换公式计算玻璃和车外空气热交换的第一热交换能量Q2。Q2＝(Tamb–Tw’)×Sw×玻璃换热系数，其中，Tamb 表示车外环境温度，Tw’表示上一次计算周期中计算出的第一玻璃温度，Sw表示 玻璃的面积；计算后即可获得当前计算周期内玻璃和车外空气的第一热交换能量Q2。
第三能量检测模块：根据车内环境温度和第一玻璃温度，得到车辆玻璃和车内 空气的第二热交换能量。
具体地，由于玻璃和车内空气存在热交换，利用热交换公式计算玻璃和车内空 气的第二热交换能量Q1，Q1＝(Tin–Tw’)×Sw×玻璃换热系数，其中，Tin表 示车内环境温度，Tw’表示上一次计算周期中计算出的第一玻璃温度，Sw表示玻 璃的面积，计算后即可获得当前计算周期内车辆玻璃和车内空气的第二热交换能量。
在一种可选的实施方式中，如果需要更加准确的计算结果，可以使用玻璃和仪 表盘构成的三角空间的空气温度代替车内环境温度Tin。
第四能量检测模块：根据第一日照能量、第一热交换能量、第二热交换能量以 及第一玻璃温度，通过换热公式得到当前计算周期的第二玻璃温度，第一玻璃温度 为第二玻璃温度的上一个计算周期得到的玻璃温度。
图2为本发明的玻璃从环境获得的能量的示意图，如图2所示，玻璃与环境交 换能量Q由阳光输送给玻璃的第一日照能量Qs、玻璃和车内空气的第二热交换能 量Q1和玻璃和车外空气的第一热交换能量Q2组成，即Q＝Qs+Q1+Q2。
进一步地，利用换热公式计算出当前计算周期中玻璃表面的温升(ΔT)，加 前一个计算周期中计算出的第一玻璃温度Tw’，获得当前时刻的第二玻璃温度(Tw)。
具体地，热交换公式如公式(4)所示：
ΔT＝(Qs+Q1+Q2)/(C×M)；(4)
其中，C表示玻璃的比热容；M表示玻璃的总质量；ΔT表示玻璃表面的前后 时刻的温差。
同时，利用Tw＝Tw’+ΔT，即获得了这个计算周期内的第二玻璃温度。
所述仪表台和挡风玻璃构成的空间的空气温度测量系统是基于仪表台的换热能量、 狭窄空间的第一热交换能量、开阔空间的第二热交换能量以及除霜出风口的输入能量和 狭窄空间的空气温度计算当前计算周期内的仪表台和挡风玻璃构成的空间的空气温度； 所述狭窄空间是仪表台和挡风玻璃构成的空间。为了可以降低车辆制造成本，本发明采用计算狭窄空间中空气与周边环境的热交换能量，最终计算获得狭窄空间内空气 的温度的方式，降低车辆的制造成本，并提高温度计算的效率和精度。
具体地，如图5所示，包括：
换热模块：根据日照强度和换热公式，得到仪表台的换热能量。
其中，换热模块，包括：模块M101：根据日照强度得到水平入射强度和垂直入 射强度；模块M102：根据阳光在仪表台垂直方向上的第一光斑面积和垂直入射强 度，以及阳光在仪表台水平方向上的第二光斑面积和水平入射强度，得到垂直日照 能量和水平日照能量；模块M103：根据垂直日照能量、水平日照能量和换热公式， 得到换热能量。
具体地，模块M103，包括：单元M1031：根据垂直日照能量、水平日照能量 和换热公式得到仪表台表面温度的温差；单元M1032：根据温差和第一表面温度， 得到仪表台的第二表面温度，第一表面温度为上一个计算周期得到的仪表台的表面 温度；单元M1033：根据第二表面温度和第一表面温度，得到换热能量。
在一种可选的实施方式中，获取实时的日照强度(Is)，并将Is沿着水平方向 和垂直方向分解为水平入射强度(Ish)和垂直入射强度(Isv)；通过整车结构参数， 计算出阳光在仪表台垂直方向上的光斑面积(Sh1)和在水平方向上的光斑面积 (Sv1)；通过公式(5)计算获得仪表台在水平向上的水平日照能量(Qsh1)，通 过公式(6)计算获得仪表台在垂直方向上的垂直日照能量(Qsv1)。
Qsh1＝Ish×挡风玻璃透过率×玻璃水平方向折射率×Sh1；(5)
Qsv1＝Isv×挡风玻璃透过率×玻璃垂直方向折射率×Sv1；(6)
进一步地，利用换热公式计算仪表台表面温度的温差(ΔTy)，这里的换热公式 可以通过公式(7)表示。
ΔTy＝(Qsv1+Qsh1)÷(Cy×My)；(7)
其中，Cy表示仪表台表面材料的比热容；My表示仪表台表面层的质量。
同时，利用公式Ty＝Ty’+ΔTy求出仪表台的第二表面温度(Ty)。其中，Ty’ 表示上一个计算周期计算出的仪表台的表面温度，即第一表面温度。
进一步地，利用换热公式，得到仪表台和狭窄空间内空气的换热能量(Q3)， Q3＝(T’-Ty)×仪表台总面积×仪表台换热系数，其中，T’表示在上一个计算周 期内计算获得的狭窄空间的空气温度，即第一空气温度。
第一热交换模块：根据玻璃温度和第一空气温度，得到挡风玻璃的第一热交换 能量，第一空气温度表示上一个计算周期内得到的狭窄空间的空气温度。
具体地，挡风玻璃和外界的热交换主要通过狭窄空间内空气和挡风玻璃的热交换完成，所以只要计算和挡风玻璃的热交换能量即获得第一热交换能量(Q4)。Q4＝ (玻璃温度–T’)×玻璃面积×挡风玻璃换热系数，其中，T’表示上一个计算周 期内计算获得的狭窄空间空气温度，即第一空气温度。
第二热交换模块：根据空调出风的风量与经验系数之间的第一映射关系和开阔区域的第二空气温度，得到开阔空间的第二热交换能量。
其中，经验系数的取值为1到1.7。
具体地，由于狭窄空间的空气和车内开阔空间的能量交换可以归结为热交换和对流。为了便于工程应用，将对流的能量交换合并到热交换的能量中，并利用与空 调出风风量有关的一个工程经验系数A作为修正。表格1为空调出风的风量与工程 的经验系数(A)之间的第一映射关系，如表格1所示，A的取值范围在1至1.7 之间。
表格1
风量(kg/h) 0 50 100 200 300
系数A 0 1.2 1.3 1.4 1.7
进一步地，完成狭窄空间的空气与开阔空间的空气热交换能量Q5的计算，Q5＝(开阔区域空气温度–T’)×区域相邻面积×空气换热系数×A，其中，区域相邻 面积为狭窄空间和开阔区间向邻界面的面积，与车辆内部结构相关。
能量交换模块：根据除霜出风口的质量风量与留存系数之间的第二映射关系和除霜出风口的第三空气温度，得到除霜出风口的输入能量。
其中，留存系数表示狭窄空间内不充分换热情况下的能量与充分换热情况下的能量的比例。
具体地，由于一般车辆设计时，会将空调除霜出风口布置在仪表台上靠近玻璃侧，所以当除霜风口出风时，会对狭窄空间内的空气温度产生一定影响。所以，需 要考虑出风口送出风量对此区域温度影响。由于除霜风口送出的能量不是完全和狭 窄空间内空气进行热交换，其中的一部分直接传递到开阔空间。所以利用一个和除 霜出风口在一个计算周期内的质量风量(Maf)相关的留存系数(B)，B代表狭窄 空间内的不充分换热情况下的能量与充分换热情况下的能量的比例。表格2为本发 明的除霜出风口的质量风量与留存系数之间的第二映射关系。根据表格2可以获取 除霜出风口的在一个计算周期内的质量风量(Maf)。
表格2
风量(kg/h) 0 50 100 200 300
B 1 0.97 0.91 0.89 0.85
进一步地，利用公式(4)得到空调除霜风口的输入能量(Q6)。
Q6＝(Taf–T’)×Maf×Caf×B；(8)
其中，Taf表示除霜出风口送出的空气温度；Caf表示除霜出风口送出的空气 的比热容。
能量计算模块：根据换热能量、第一热交换能量、第二热交换能量、输入能量 和第一空气温度，得到当前计算周期内的第四空气温度。
图4为本发明的仪表台和挡风玻璃构成的空间的示意图，如图2所示，仪表台 和挡风玻璃构成的空间为狭窄空间，狭窄空间的空气温度与仪表台和狭窄空间内空 气的换热能量Q3、狭窄空间内的空气和挡风玻璃及外界的第一热交换能量Q4、狭 窄空间的空气与开阔空间的第二热交换能量，以及，空调除霜出风口的输入能量Q6 有关，狭窄空间内空气在当前计算周期内的能量总和(Q总)为Q3、Q4、Q5和 Q6的总和，即Q总＝Q3+Q4+Q5+Q6。可以利用整车的结构特性计算出狭窄空间的 体积，并计算出狭窄空间中的空气质量M1，利用换热公式：ΔT1＝Q总÷(C1×M1)， 其中，C1表示空气比热容，计算出当前计算周期内的狭窄空间内的空气温升(ΔT1)， 然后利用公式T＝T’+ΔT1计算出当前计算周期中狭窄空间内的第四空气温度(T)。
在本发明中当前计算周期完成后，等待进入下一个计算周期，并通过计算获得 下一计算周期的狭窄空间内的空气温度。由此，获得实时的狭窄空间内的空气温度。
本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统、 装置及其各个模块以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系 统、装置及其各个模块以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同程序。所以，本发明提供的系统、装置及其各个模块可以 被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种程序的模块也可以视为硬件部件 内的结构；也可以将用于实现各种功能的模块视为既可以是实现方法的软件程序又可以 是硬件部件内的结构。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上 述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改， 这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的 特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种汽车虚拟传感器系统，其特征在于，包括：车内温度测量系统、车辆玻璃温度测量系统以及仪表台和挡风玻璃构成的空间的空气温度测量系统；
所述车内温度测量系统是分析初始状态车内温度数据，得到初始状态车内温度；基于总换热量Q得到车内温度变化值，利用车内温度变化值与初始状态车内温度获得车内实际温度；
所述车辆玻璃温度测量系统是通过计算单位时间内的能量交换量，利用换热公式完成单位时间内玻璃温度差的计算，由前一次温度加上温差获得当前的玻璃温度；
所述仪表台和挡风玻璃构成的空间的空气温度测量系统是基于仪表台的换热能量、狭窄空间的第一热交换能量、开阔空间的第二热交换能量以及除霜出风口的输入能量和狭窄空间的空气温度计算当前计算周期内的仪表台和挡风玻璃构成的空间的空气温度；
所述狭窄空间是仪表台和挡风玻璃构成的空间。
2.根据权利要求1所述的汽车虚拟传感器系统，其特征在于，所述车内温度测量系统采用：
模块D1：分析初始状态车内温度数据，当环境温度大于预设温度T1时，选择车内温度变量和温度传感器读数之中数值较大数据作为初始温度；当环境温度小于预设温度T2时，则选择车内温度变化量和温度传感去读数之中数值较小的数据作为初始温度；当环境温度在预设温度T2和预设温度T1之间，则直接选用车内温度变量的数值作为初始温度；
模块D2：基于车辆外环境的换热量、空调引入的热量以及车内空气和内饰零件的换热量计算总换热量Q；
模块D3：将总换热量Q换算成车内温度变化值；Q＝C×M×ΔT，其中，C表示比热容；M表示质量；△T表示车内温度变化值；
模块D4：根据车内温度变化值和初始温度计算得到车内实际温度。
3.根据权利要求2所述的汽车虚拟传感器系统，其特征在于，所述车辆外环境的换热量包括车体换热量、车体漏风引入的能量、人体发热量以及电器零件发热量；
所述车体换热量包括：非玻璃材质车体和玻璃材质车体的换热量；
所述玻璃材质车体的换热量包括玻璃的热交换和玻璃透光的换热量；
所述非玻璃材质车体的换热量和玻璃材质车体的玻璃热交换是通过热力学能量温度公式计算得到的；
所述玻璃材质车体的玻璃热交换是通过玻璃表面温度和室内温度的温差进行热交换，所述玻璃表面的温度通过阳光强度、投影面积、玻璃透光率和留存率计算得到，所述留存率＝3×e-0.09×车速-0.5；
所述玻璃透光的换热量是通过确定阳光照射信息计算得到的，包括直射换热量和散射换热量；所述直射换热量和散射换热量由实时阳光入射强度与阳光高度角通过三角函数关系计算得到的。
4.根据权利要求2所述的汽车虚拟传感器系统，其特征在于，所述空调引入的热量采用：基于车辆空调的等效出风温度和出风风量计算空调引入的热量；
车辆空调的等效出风温度DAT_e＝(DAT_r-DAT_(e_prv))×((Vair*ρ_air)/(Vair_Dat)×Rate_space)+DAT_(e_prv)，其中，DAT_r为实时出风温度，DAT_(e_prv)为上一时刻等效出风温度，Vair为每秒空调的出风风量，Vair_Dat为接受空调空间的风量，ρ_air为空气密度，Rate_space为接受空调的空间和整个车载空间的比例。
5.根据权利要求2所述的汽车虚拟传感器系统，其特征在于，所述车内空气和内饰零件的换热量包括塑料件换热量以及金属件换热量。
6.根据权利要求1所述的汽车虚拟传感器系统，其特征在于，所述车辆玻璃温度测量系统采用：
第一能量检测模块：根据获取的日照强度和留存率，得到所述车辆玻璃表面的第一日照能量；
第二能量检测模块：根据车外环境温度和第一玻璃温度，得到所述车辆玻璃和车外空气的第一热交换能量；
第三能量检测模块：根据车内环境温度和所述第一玻璃温度，得到所述车辆玻璃和车内空气的第二热交换能量；
第四能量检测模块：根据所述第一日照能量、所述第一热交换能量、所述第二热交换能量以及所述第一玻璃温度，通过换热公式得到当前计算周期的第二玻璃温度，所述第一玻璃温度为所述第二玻璃温度的上一个计算周期得到的玻璃温度。
7.根据权利要求6所述的汽车虚拟传感器系统，其特征在于，所述留存率通过所述车辆的运行速度计算得到。
8.根据权利要求6所述的汽车虚拟传感器系统，其特征在于，所述第一能量检测模块，包括：
模块S101：根据所述日照强度的水平入射强度和垂直入射强度，分别得到所述车辆玻璃在水平方向的第二日照能量和在垂直方向的第三日照能量；
模块S102：根据所述第二日照能量和所述第三日照能量，得到留存在所述车辆玻璃水平方向上的第四日照能量和垂直方向上的第五日照能量；
模块S103：根据所述第四日照能量、所述第五日照能量和所述留存率，得到所述第一日照能量；
所述模块S102，包括：
单元S1021：根据所述第二日照能量和所述车辆玻璃在水平方向上的折射率和透过率，得到所述第四日照能量；
单元S1022：根据所述第三日照能量和所述车辆玻璃在垂直方向上的折射率和透过率，得到所述第五日照能量。
9.根据权利要求1所述的汽车虚拟传感器系统，其特征在于，所述仪表台和挡风玻璃构成的空间的空气温度计算系统包括：
换热模块：根据日照强度和换热公式，得到仪表台的换热能量；
第一热交换模块：根据玻璃温度和第一空气温度，得到挡风玻璃的第一热交换能量，所述第一空气温度表示上一个计算周期内得到的所述狭窄空间的空气温度；
第二热交换模块：根据空调出风的风量与经验系数之间的第一映射关系和开阔区域的第二空气温度，得到开阔空间的第二热交换能量；
能量交换模块：根据除霜出风口的质量风量与留存系数之间的第二映射关系和除霜出风口的第三空气温度，得到除霜出风口的输入能量；
能量计算模块：根据换热能量、第一热交换能量、第二热交换能量、输入能量和第一空气温度，得到当前计算周期内的第四空气温度。
10.根据权利要求9所述的汽车虚拟传感器系统，其特征在于，所述换热模块，包括：
模块M101：根据所述日照强度得到水平入射强度和垂直入射强度；
模块M102：根据阳光在仪表台垂直方向上的第一光斑面积和所述垂直入射强度，以及阳光在仪表台水平方向上的第二光斑面积和所述水平入射强度，得到垂直日照能量和水平日照能量；
模块M103：根据所述垂直日照能量、所述水平日照能量和所述换热公式，得到所述换热能量；
所述模块M103，包括：
单元M1031：根据所述垂直日照能量、所述水平日照能量和所述换热公式得到所述仪表台表面温度的温差；
单元M1032：根据所述温差和所述第一表面温度，得到所述仪表台的第二表面温度，所述第一表面温度为上一个计算周期得到的所述仪表台的表面温度；
单元M1033：根据所述第二表面温度和所述第一空气温度，得到所述换热能量。
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