CN109383215A - 一种用于车辆的空调控制***及空调控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于车辆的空调控制***及控制方法，包括车辆控制模块及空气调节模块，车辆控制模块下发控制指令至空气调节模块以控制空气调节模块，车辆空调控制***还包括：压电传感模块，设于车辆的安全带上，压电传感模块与人体的前侧身体接触，接收人体呼吸时对压电传感模块的挤压力，以形成一压电信号；信号处理模块，与压电传感模块通信连接，接收压电信号，并提取压电信号中的呼吸特征信号；车辆控制模块与信号处理模块通信连接，接收呼吸特征信号，并将呼吸特征信号与预设呼吸特征比较，以形成控制空气调节模块的控制指令。采用上述技术方案后，可智能地根据车内空气质量自动开启或关闭的空气调节***。

Description

一种用于车辆的空调控制***及空调控制方法

技术领域

本发明涉及车辆设备领域，尤其涉及一种用于车辆的空调控制***及空调控制方法。

背景技术

随着中国经济的发展，车辆作为代步工具使用的越加频繁。行车过程中，车内常常充满汽车尾气的味道，由于没有正确使用车内空气循环***造成的车内空气污染对于车主而言是近来引发的新问题。

为解决车内的空气污染问题，现有技术主要从以下几方面出发解决：

1)合理控制车内空气通风***保证车厢内有良好的空气

车内有足够的新鲜空气时可防止驾驶员疲劳、头痛和恶心，因此，车主通常会打开车窗保持车内空气的流通。在道路环境空气污染非常严重的情况下，为了避免车外环境空气中的污染物大量进入车内，造成车内空气的严重污染，可以将外部空气的进口短时间关闭，由车内空气通风***来实现新风效果。对于车主而言，车内空气通风***需要手动打开，无法智能地根据车内情况开启或调节。

2)开启车内空气净化装置

为保持车内空气的清洁，必要时可以利用净化装置对车内空气进行净化。汽车车内的空气净化常用的是静电式空气净化器。同样地，对于车主而言，空气净化装置的打开需要手动操作，无法智能地根据车内情况开启或调节。

因此，需要一种可智能地，根据车内空气质量自动开启或关闭的空气调节***，通过检测车主的呼吸状态，在车内空气质量较差时，对车内空气进行净化和循环。

发明内容

为了克服上述技术缺陷，本发明的目的在于提供一种用于车辆的空调控制***及空调控制方法，利用对可净化车内空气的空调的智能控制，实现对车内空气的监测和调节。

本发明公开了一种用于车辆的空调控制***，包括车辆控制模块及空气调节模块，所述车辆控制模块下发一控制指令至所述空气调节模块以控制所述空气调节模块，所述车辆空调控制***还包括：压电传感模块，设于所述车辆的安全带上，所述压电传感模块与所述人体的前侧身体接触，接收所述人体呼吸时对压电传感模块的挤压力，以形成一压电信号；信号处理模块，与所述压电传感模块通信连接，接收所述压电信号，并提取所述压电信号中的呼吸特征信号；车辆控制模块与所述信号处理模块通信连接，接收所述呼吸特征信号，并将所述呼吸特征信号与一预设呼吸特征比较，以形成控制所述空气调节模块的控制指令。

优选地，所述压电传感模块包括压电传感器；所述压电传感器对应于所述人体的胸腔位置而设。

优选地，所述压电传感器根据所述挤压力的大小和产生所述挤压力的频率，形成包括呼吸频率信息和/或呼吸幅值信息的所述压电信号。

优选地，所述信号处理模块包括：预处理单元，对所述压电信号进行信号放大、信号滤波、模数转换的预处理，形成一处理信号；特征提取单元，接收所述处理信号，基于小波变换提取所述处理信号中的呼吸特征系数，以形成所述呼吸特征信号。

优选地，所述预处理单元去除所述压电信号中的重力加速度分量以及干扰噪声。

优选地，所述信号处理模块包括第一蓝牙模块，所述车辆控制模块包括第二蓝牙模块；所述第一蓝牙模块与所述第二蓝牙模块连接，以建立所述车辆控制模块与所述信号处理模块的通信连接。

优选地，所述车辆控制模块内设有一呼吸数据库；所述呼吸数据库存储有所述预设呼吸特征及预设空气质量；当所述呼吸特征信号内的呼吸特征匹配所述预设呼吸特征时，所述车辆控制模块判断所述车辆内的空气质量符合所述预设空气质量，形成关闭所述空气调节模块的所述控制指令；当所述呼吸特征信号内的呼吸特征不匹配所述预设呼吸特征时，所述车辆控制模块判断所述车辆内的空气质量不符合所述预设空气质量，形成开启所述空气调节模块的所述控制指令。

优选地，所述空气调节模块包括空气净化单元，所述控制指令包括启动和/或关闭所述空气净化单元、调节所述空气净化单元的出风速度。

本发明还公开了一种用于车辆的空调控制方法，包括以下步骤：设于所述车辆的安全带上的压电传感模块与系有所述安全带的人体的前侧身体接触，接收所述人体呼吸时对压电传感模块的挤压力，以形成一压电信号；一信号处理模块接收所述压电信号，并提取所述压电信号中的呼吸特征信号；车辆控制模块接收所述呼吸特征信号，并将所述呼吸特征信号与一预设呼吸特征比较，形成一控制指令；下发所述控制指令至所述车辆的空气调节模块，以控制所述空气调节模块。

采用了上述技术方案后，与现有技术相比，具有以下有益效果：

1.可自动根据车内空气质量控制净化设备的开启、关闭或送风大小；

2.集成化传感模块，针对任意种类的车辆均可适用。

附图说明

图1为符合本发明一优选实施例中空调控制***的***结构示意图；

图2为符合本发明一优选实施例中空调控制***内的压电传感模块的结构示意图；

图3为符合本发明一优选实施例中空调控制方法的流程示意图。

具体实施方式

以下结合附图与具体实施例进一步阐述本发明的优点。

参阅图1，为符合本发明一优选实施例中用于车辆的空调控制***。该空调控制***内，包括有车辆控制模块(ECU)和空气调节模块，车辆控制模块作为车辆内的集成控制单元，通过总线与车辆各模块连接，并下发控制指令至各模块，其中便包括空气调节模块，空气调节模块根据接收到的各指令执行相应的操作，例如开启空气调节、关闭空气调节、增大或减小送风风量，开启净化功能等。

为智能地对空气调节模块进行控制，空调控制***包括以下模块，以配置控制指令的行程：

-压电传感模块

为保护坐于前排的司机及乘客，车辆前排的车座旁设有安全带，当安全带正常系上时，其绑在司机及前排乘客的前半身，并与人体的前侧身体贴合。鉴于此，在车辆的安全带上，设有该压电传感模块，当人体系上安全带时，压电传感器可位于人体的前侧身体的胸腔位置处，或靠近胸腔位置处，当人体在呼吸过程中吸气时，肺部冲入气体使得胸腔向外鼓起，鼓起后挤压压电传感模块，以改变压电传感模块内的电流，形成一压电信号。而当人体在呼吸过程中呼气时，肺部释放气体使得胸腔向内缩进，不再挤压压电传感模块，压电传感模块内无电流通过。通过上述过程，压电传感器是否过电的情形可模拟该人体的呼吸，从而压电传感器可检测人体的呼吸频率、幅度等呼吸特征信息。

通常所理解的需要采集呼吸特征信息的方式为在呼吸处增加气流传感器，但车内空间较小，人体正前方不宜再额外设置器件，如此做将阻挡前方视线，易造成行车不安全的情况，而若设置在操作台处，由于距离过远，采集的气流强度精度非常不准确。因此，本发明才提出一种通过采集与呼吸直接相关的胸腔振动的数据，间接地测量人体的呼吸状况，一方面无需对车辆进行大幅度改造，任何车型均可使用，另一方面直接与人体接触，检测精度高。

-信号处理模块

信号处理模块与压电传感模块通信连接，自压电传感模块处接收其形成的压电信号，在原始压电信号的基础上，提取压电信号中的呼吸特征信号，例如，代表人体呼吸频率的呼吸频率信息、代表呼吸幅度的呼吸幅值信息等。

具体地，呼吸特征信号的提取可使用主成分分析法来实现，其压缩高维的呼吸特征信号，将呼吸特征信号中的呼吸特征去除其中影响因子较小的冗余信息，再利用计算协方差矩阵，特征分解之后得出影响因子最大的前几个特征值，再使用对应的特征向量组成变换向量。将高维空间上的所有行为特征值映射成低维空间上的综合指标，获得具有相同表征行为的重要数据。变换之后，主成分数据个数要少于原特征值个数，降低数据纬度的同时，也降低了压电信号的后续处理负担。

-车辆控制模块

车辆上安装有的车辆控制模块(ECU)，与信号处理模块连接，接收提取完毕的呼吸特征信号。同时在建立空调控制***时，需预先存储一预设呼吸特征，例如，包括成年的人体在平静的状态下，处于空气质量为优的空间内时，其呼吸的频率、幅度以及该呼吸的频率和幅度下胸腔起伏的频率和幅度，作为与实时采集的呼吸特征信号比较的比较对象。当呼吸特征信号符合预设呼吸特征，或处于预设呼吸特征正常区间内时，车辆控制模块判断当前车内的空气质量为优，则其向空气调节模块发送的控制指令则为无需启动空气调节模块，或是不向空气调节模块发送指令。而当呼吸特征信号与预设呼吸特征相差超过正常区间，或是两者比较的结果为符合在空气质量为良、中或差的情况下的预设呼吸特征时，车辆控制模块判断当前车内空气质量为良、中或差，则车辆控制模块向空气调节模块发送一启动的控制指令，或是在空气调节模块已启动的情况下，加大其出风风量，或是启动其空气净化功能。

通过以上配置，本发明的空调控制***可根据车内空气质量对人体呼吸的细微影响，自动地为使用者提供空气调节模块的调整与使用，无需使用者手动地调节，在使用者的无意识中，提高车内环境的空气质量，并可自动调节，节省车辆用电。

参阅图2，在一实施例中，压电传感模块包括有压电传感器，压电传感器的位置设置在人体的胸腔位置。例如，在车辆内的安全带上，当安全带处于系好的状态时，与人体胸腔接触的位置，设有该压电传感器。压电传感器的固定，可通过贴合、嵌入等方式安装在安全带上。可以理解的是，由于不同车辆的安全带长度不同，使用者人体的半身高度也不同，优选地可将压电传感器的位置设置为可调节的。具体地，在安全带上可贴合有一简易轨道(塑料或橡胶等)，压电传感器可在该简易轨道内滑动，使用者可根据自身的使用情况调节。

当一人体系有安全带时，压电传感器与该人体的胸腔接触，胸腔向压电传感器挤压产生挤压，压电传感器则根据挤压力的大小及挤压力的频率，形成包括有呼吸频率信息和/或呼吸幅值信息的压电信号。因此，安全带与人体的接触需实现与人体贴合，保证胸腔的每次起伏均可被压电传感器接收。

在压电信号形成后，信号处理模块内的各单元对压电信号进行处理，其中

预处理单元，为信号处理模块内的接收到原始压电信号的单元，其对原始压电信号进行放大、检波和模数转换。检波时，由于压电信号大多数都是低频的0～5Hz信号，为了消除传感器及回路的噪声信号，预处理单元包含低通滤波器。对采集到的原始压电信号进行下采样，然后利用Butterworth低通滤波器进行滤波处理；并将数值根据基线值进行归一化预处理。同时，考虑到压电传感器在采样过程中会受到震动及特殊气体的干扰，致使采集得到的样本漂移、抖动等一些问题，并且对于传感器不敏感的气体，***只能得到微弱的响应信号，不利于后期的数据处理。预处理单元可补偿漂移和消除样本中不相关的信息，例如，取出压电信号中的重力加速度分量及干扰噪声，实现对压电信号的预处理，最终形成一已进行预处理的处理信号。

特征提取单元，与预处理单元连接，接收处理信号，并基于小波变换提取处理信号中的呼吸特征系数，从而形成呼吸特征信号。小波变换的应用是基于信号的双通道分解及其级联。在对信号的采样满足香农定理Shannon时，会假设其数字频率在0～+π。将此信号x[n]分别通过一个理想低通滤波器H和一个理想高通滤波器G，那么信号的频谱被分解成了的低频部分和的高频部分。低频部分可以认为是信号的平滑部分，也可以理解为信号的概貌，从函数角度看，它是对x[n]的逼近；而高频部分可以认为是信号的细节部分。此处理后的两路输出信号的频带不交叠，两路信号是正交的，即双通道分解处理。经过滤波器H或G后，由于输出信号的带宽均减为x[n]带宽的1/2，采样率降低为原信号x[n]采样率的1/2而不会丢失信息。为了减少以变换后的数据量，在滤波后需要进行下抽样。下抽样指的是将输入序列每隔一个位置取值一次，组成长度缩短1/2的新序列。

将上述双通道分解处理视为一级处理模块，那么可以将多级处理模块进行级联，将上一级分解后的低频部分作为下一级的输入经过G和H进行再分解，每一个G和H后都进行二抽取操作。

一般而言，信号的精细结构和突变部分主要有高频成分起作用，为了体现小波变换的时间局部化分析，需在高频细节部分时间细分，因而只对每一层的低频部分进行再分解，没有在高频上进行级联分解。

处理信号经小波变换多级分解后，形成了多级、即n层系数，每层系数均为低频部分和高频部分提取后的小波系数特征，即对应于呼吸特征系数。

另一优选或可选的实施例中，信号处理模块包括第一蓝牙模块，车辆控制模块包括第二蓝牙模块，通过两蓝牙模块的互联，实现车辆控制模块与信号处理模块的通信连接，压电传感模块的信号可发送至车辆控制模块。可以理解的是，信号处理模块内的第一蓝牙模块可集成于压电传感模块内，再提供有微型电源，压电传感模块本身便可将压电信号传送至车辆控制模块。

上述任一实施例中，预设呼吸特征及预设空气质量存储在车辆控制模块内预设的一呼吸数据库内，由该呼吸数据库来匹配呼吸特征信号内的呼吸特征是否与预设呼吸特征匹配，从而判断当前空气质量是否符合预设空气质量，进而形成关闭或开启空气调节模块的控制指令。

当然，上述判断过程中，呼吸数据库可利用神经网络***加快识别速度。具体地，呼吸数据库识别动作信息的动作趋势，例如，由于呼吸数据库已存有预设呼吸特征及预设空气质量，则其可根据预设呼吸特征及预设空气质量，进行模拟及学习的过程，但呼吸数据库收到的呼吸特征部分与预设呼吸特征进行匹配时，呼吸数据库收将通过学习后的预测判断该呼吸特征符合预设呼吸特征，先行下发对应的控制指令，从而替换了原收到全部呼吸特征后才进行匹配的方式，加快了匹配识别的过程。且基于神经网络的本身构架，输入的样本越多，学习的越快，预测与识别的过程也越准确，因此，在利用了神经网络后，呼吸数据库的识别速度将越发加快。

为调节空气质量，空气调节模块内自然地包括空气净化单元，控制指令内的部分指令便为对该空气净化单元的调节，以启动和/或关闭空气净化单元、调节空气净化单元的出风速度等，实现对车内空气的实时净化。

参阅图3，本发明还公开了一种车辆的空调控制方法，包括以下步骤：

S1：设于所述车辆的安全带上的压电传感模块与系有所述安全带的人体的前侧身体接触，接收所述人体呼吸时对压电传感模块的挤压力，以形成一压电信号；

S2：一信号处理模块接收所述压电信号，并提取所述压电信号中的呼吸特征信号；

S3：车辆控制模块接收所述呼吸特征信号，并将所述呼吸特征信号与一预设呼吸特征比较，形成一控制指令；

S4：下发所述控制指令至所述车辆的空气调节模块，以控制所述空气调节模块。

通过上述控制方法，无需人体对空气调节模块进行操作，车内的净化单元将根据控制指令自行开启或关闭。

应当注意的是，本发明的实施例有较佳的实施性，且并非对本发明作任何形式的限制，任何熟悉该领域的技术人员可能利用上述揭示的技术内容变更或修饰为等同的有效实施例，但凡未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改或等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (9)

1.一种用于车辆的空调控制***，包括车辆控制模块及空气调节模块，所述车辆控制模块下发一控制指令至所述空气调节模块以控制所述空气调节模块，其特征在于，

所述空调控制***还包括：

压电传感模块，设于所述车辆的安全带上，所述压电传感模块与所述人体的前侧身体接触，接收所述人体呼吸时对压电传感模块的挤压力，以形成一压电信号；

信号处理模块，与所述压电传感模块通信连接，接收所述压电信号，并提取所述压电信号中的呼吸特征信号；

车辆控制模块与所述信号处理模块通信连接，接收所述呼吸特征信号，并将所述呼吸特征信号与一预设呼吸特征比较，以形成控制所述空气调节模块的控制指令。

2.如权利要求1所述的空调控制***，其特征在于，

所述压电传感模块包括压电传感器；

所述压电传感器对应于所述人体的胸腔位置而设。

3.如权利要求2所述的空调控制***，其特征在于，

所述压电传感器根据所述挤压力的大小和产生所述挤压力的频率，形成包括呼吸频率信息和/或呼吸幅值信息的所述压电信号。

4.如权利要求1所述的空调控制***，其特征在于，

所述信号处理模块包括：

预处理单元，对所述压电信号进行信号放大、信号滤波、模数转换的预处理，形成一处理信号；

特征提取单元，接收所述处理信号，基于小波变换提取所述处理信号中的呼吸特征系数，以形成所述呼吸特征信号。

5.如权利要求4所述的空调控制***，其特征在于，

所述预处理单元去除所述压电信号中的重力加速度分量以及干扰噪声。

6.如权利要求1所述的空调控制***，其特征在于，

所述信号处理模块包括第一蓝牙模块，所述车辆控制模块包括第二蓝牙模块；

所述第一蓝牙模块与所述第二蓝牙模块连接，以建立所述车辆控制模块与所述信号处理模块的通信连接。

7.如权利要求1所述的空调控制***，其特征在于，

所述车辆控制模块内设有一呼吸数据库；

所述呼吸数据库存储有所述预设呼吸特征及预设空气质量；

当所述呼吸特征信号内的呼吸特征匹配所述预设呼吸特征时，所述车辆控制模块判断所述车辆内的空气质量符合所述预设空气质量，形成关闭所述空气调节模块的所述控制指令；

当所述呼吸特征信号内的呼吸特征不匹配所述预设呼吸特征时，所述车辆控制模块判断所述车辆内的空气质量不符合所述预设空气质量，形成开启所述空气调节模块的所述控制指令。

8.如权利要求1所述的空调控制***，其特征在于，

所述空气调节模块包括空气净化单元，所述控制指令包括启动和/或关闭所述空气净化单元、调节所述空气净化单元的出风速度。

9.一种用于车辆的空调控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

设于所述车辆的安全带上的压电传感模块与系有所述安全带的人体的前侧身体接触，接收所述人体呼吸时对压电传感模块的挤压力，以形成一压电信号；

一信号处理模块接收所述压电信号，并提取所述压电信号中的呼吸特征信号；

车辆控制模块接收所述呼吸特征信号，并将所述呼吸特征信号与一预设呼吸特征比较，形成一控制指令；

下发所述控制指令至所述车辆的空气调节模块，以控制所述空气调节模块。