CN115052764A - 基于热生理学的微气候控制*** - Google Patents

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CN115052764A CN202180011783.1A CN202180011783A CN115052764A CN 115052764 A CN115052764 A CN 115052764A CN 202180011783 A CN202180011783 A CN 202180011783A CN 115052764 A CN115052764 A CN 115052764A
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Abstract

一种控制乘员微气候环境的方法，包括：基于对乘员的传热效应的热模型来确定在微气候环境中对于乘员的热平衡；基于热平衡评估乘员的总体热感觉；以乘员的目标总体热感觉作为参考；计算评估的总体热感觉与目标总体热感觉之间的误差；以及控制微气候环境中至少一个区域中的至少一个热效应器，以减小总体热感觉中的误差，同时将所有效应器保持在确保乘员舒适性的温度和流率的限值内。

Description

基于热生理学的微气候控制***
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.62/970,409的优先权，且所述美国临时申请通过引用并入本文。
背景技术
在传统的汽车HVAC或气候***中，控制***使用来自安装在车厢内不同位置的传感器的温度或使用车厢热模型计算温度。近年来，与现有***相比，基于座椅的微气候***变得更受欢迎，因为这样的微气候***快速实现舒适性且具有更低的能耗。
基于汽车座椅的微气候***具有许多传导、对流和辐射装置，例如位于座椅和周围区域中的加热垫、TED、PTC、鼓风机、小型压缩***和辐射板。为局部加热/冷却装置控制器精确地计算局部有效温度和对人体的传热率对于局部热舒适性很重要，但对于当前***来说却是困难的。
用于基于汽车座椅的微气候***的当前方法基于固定的温度设定点(通常为3至5个离散水平)通过在该车辆中可用的每一个单独装置(例如，座椅加热器、中央交流鼓风机速度和温度、颈部调节器等)的离散开/关或调制功率(PWM)控制来实现。乘员手动选择这些预定义的温度设定点之一，以适应车辆和人体不断变化的条件。此外，由于水平是离散的，因此用户可能被迫更改水平以“寻找”无法获得的设置。因此，希望在车辆中加入自动化的微气候***，以实现乘员的热舒适性，而很少需要或无需来自乘员的控制输入，并且无需用户随着时间的推移手动协调对车辆中各种装置的控制和其他环境条件。
发明内容
在一个示例性实施方式中，一种控制乘员微气候环境的方法，包括：基于对乘员的传热效应的热模型来确定在微气候环境中对于乘员的热平衡；基于热平衡评估乘员的总体热感觉；以乘员的目标总体热感觉作为参考；计算评估的总体热感觉与目标总体热感觉之间的误差；以及控制微气候环境中至少一个区域中的至少一个热效应器，以减小总体热感觉中的误差，同时将所有效应器保持在确保乘员舒适性的温度和流率的限值内。
在任何上述实施方式的进一步实施方式中，热平衡是对应于乘员热损失的对于乘员的对流、传导和辐射的总和。
在任何上述实施方式的进一步实施方式中，基于车辆环境温度、车厢温度和乘员信息计算热平衡。
在任何上述实施方式的进一步实施方式中，乘员信息包括乘员体重、乘员身高、乘员性别和乘员衣物中的至少三项。
在任何上述实施方式的进一步实施方式中，热平衡包括来自所述至少一个区域中的所述至少一个热效应器的热输入。热输入被提供作为所述至少一个热效应器的传递函数。
在任何上述实施方式的进一步实施方式中，使用等效均质温度来确定对于乘员的热平衡。
在上述任何一个的进一步实施方式中，评估的总体热感觉由等式
Figure BDA0003771935800000021
代表。HeatLossBody对应于乘员在微气候环境中的热通量，并且A和B是与季节对热通量的影响相关的系数。
在任何上述实施方式的进一步实施方式中，使用预测平均投票指标来量化评估的乘员热感觉和目标乘员热感觉。
在任何上述实施方式的进一步实施方式中，目标总体热感觉由默认值提供，所述默认值由乘员经由气候控制输入的任何手动调节所调节。
在上述任何一个的进一步实施方式中，所述误差是目标乘员热感觉与评估的乘员热感觉之间的差异。正误差指示乘员感到凉爽，并且负误差指示乘员感到温暖。在正误差时，至少一个热效应器被启动以给予乘员温暖，而用于给予乘员凉爽的其他热效应器未启动。在负误差时，则至少一个热效应器被启动以给予乘员凉爽，而用于给予乘员温暖的其他热效应器未启动。
在任何上述实施方式的进一步实施方式中，所述至少一个区域包括多个区域。所述多个区域中的每一个都具有至少一个热效应器。
在上述任何一个的进一步实施方式中，所述多个区域包括头部区域、座椅靠背区域、座椅衬垫区域、手部/臂部区域和脚部/腿部区域中的至少三个。
在任何上述实施方式的进一步实施方式中，所述至少一个热效应器包括气候受控座椅、头枕/颈部调节器、气候受控车顶内衬、方向盘、被加热的换挡器、门板、加热垫和小型压缩***中的至少三个。
在上述任何一个的进一步实施方式中，对于所述多个区域中的每个区域执行计算步骤。使用所述多个区域中的每个区域中的热效应器执行控制步骤。
在任何上述实施方式的进一步实施方式中，使用等效均质温度来确定乘员的热平衡。评估步骤使用等效均匀温度来确定评估的总体热感觉。
在任何上述实施方式的进一步实施方式中，计算步骤确定所述多个区域中的不同误差。控制步骤导致所述多个区域中不同的加热和/或冷却。
在任何上述实施方式的进一步实施方式中，所述方法包括布置在微气候区域中的多个热效应器。基于所述多个热效应器的功率效率排名来执行控制步骤。
在任何上述实施方式的进一步实施方式中，控制器被配置为执行所述方法。
在任何上述实施方式的进一步实施方式中，座椅***包括所述控制器。
在任何上述实施方式的进一步实施方式中，车辆包括所述座椅***。
附图说明
图1示意性地示出了包括HVAC***和微气候热调节***的热调节***。
图2示出了用于所公开的热调节***的基于热生理学的软件结构。
图2A是用于图2中所示***的使用对流传热模型的暖颈器的示例控制。
图2B示出了图2A中所示的暖颈器控制的传递函数。
图2C描绘了用于图2所示结构的传导、对流和辐射负荷模型的各种能量平衡输入。
图3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4是示出如何布置图4A、图4B和图4C的示意图。
图4A-C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是示出用于确定校正的温度设定点的示例布置的示意图。
图6是示出日照负荷可能对OTS产生的示例影响的示意图。
图7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。
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。
具体实施方式
车辆制造商希望向车辆乘员自动地提供热舒适性，并且不需要乘员调节温度设置或以其他方式手动控制装置和/或装置组合以实现乘员热舒适性。用于控制乘员微气候环境的一个示例***通过使用乘员在车辆内的位置(即，前排或后排、左或右)作为用于确定每一位乘员热舒适性的一个关键因素来考虑车辆内的座椅和乘员位置。如果需要简化控制方案，驾驶员座椅可用作***确定乘员热舒适性的“主”位置，车辆内的其他就座位置依赖于驾驶员就座位置。
图1示意性地示出了热调节***10，其包括HVAC***12和微气候热调节***(MTCS)14。HVAC***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***12的操作调节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***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以为车厢24中的每一位乘员生成独特的微气候，从而提供改善的整体乘员热舒适性。
MTCS 14可以具有许多离散的乘员微气候区域或乘员个性化区(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段，每个部段可能有不同的热舒适性温度范围。图1中的五个示例区域是头部、背部、衬垫(大腿和臀部)、脚部/腿部以及手臂/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包括多个离散的微气候热效应器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和脚部/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，被加热和被冷却的表面、辐射加热板、HVAC通风口、阳光负荷等。对于显示为42A-E的每个OPZ，软件被配置为以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，来自太阳的辐射)。然后根据该区域中的实际气候状态与该区域中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可以被包括在特定OPZ 42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***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上的颈部调节器(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，加热受控的方向盘(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)、配置为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***(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。
参考图1，HVAC***用于调节空气并且控制车厢内空气的主体温度(图2，Tcabin)。典型的HVAC***具有管道，该管道使用鼓风机将空气通过热交换器输送到车厢。传感器监测被调节车厢空气的温度，并且控制器将HVAC***的操作调节到通常由乘员手动调节的速度(图2，Vset)和温度设定点(图2，Tset)。在许多情况下，中央HVAC***不足以或无法为每一个特定乘员和位置实现优化热舒适性，因此使用微气候装置或热效应器为车厢内的每一位乘员生成独特的微气候，从而提供改善的整体乘员热舒适性。作为提供有效气候控制***的进一步挑战，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，本公开通过协调控制车辆中的中央HVAC***或任何其他热控制***以及各种微气候热效应器，以为每一位乘员提供手动调节气候控制***(图2；dVsetZone、dVsetZone)的能力。
车辆内有许多影响乘员热舒适性的加热和冷却源。在一个示例中，各种加热和冷却源的累积效应可以由车厢内的等效均质温度(EHT)表示。EHT代表周围环境对乘员的总热效应，作为产生全身热感觉的乘员干热损失的量度。EHT考虑了对于乘员的对流和辐射传热效应，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 EHTComfort Index”中找到。如全部内容通过引用并入本文中的本篇SAE论文中所述，被建模的热环境受“呼吸水平”空气温度、平均辐射温度(MRT)、车厢内的空气速度、日照负荷和相对湿度的影响。然而，在本篇论文中，EHT计算没有考虑传导性传热。在当前的热生理算法中，EHT计算方案已被修改，以考虑来自座椅和其他接触表面的传导性传热。
车辆的HVAC***调节车厢内的大量空气以实现整体车厢温度(图2，Tcabin)。对微气候环境的其他环境影响包括车辆环境温度(图2，Tambient)和车辆上的日照负荷(图2，日照负荷)。在所公开的***10中考虑了这些影响(参见图4A，214)。在2019年12月20日提交的题为“AUTOMATIC SEAT 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。
如图2所示，使用用于确定每个热效应器的输入和HVAC输入的传递函数199将来自车辆的输入参数以及来自热效应器的“气候感知”***数据转换到用于传热平衡等式的物理模型201中。如适用的话，对于每个传递函数，功耗199a、功率输送199b和质量流率199c被考虑。
通过车辆的通信总线通信的输入参数包括例如车辆配置(对于各种部件的几何形状和位置的调节)、车辆状态(日照负荷变量(参见例如图2C中的辐射负荷模型)；车厢温度Tcabin；外部车辆温度Tambient)，用户配置文件(乘员身高，体重，性别)，用户偏好(用户更改区域的温度设定点dTsetZone；用户更改区域的鼓风机设定点dTsetZone)，和当前HVAC操作模式(用于区域的温度设定点Tset；用于区域的鼓风机设定点Vset)。微气候参数包括座椅参数(座椅靠背表面的温度Tseat；座椅衬垫表面的温度Tcushion；座椅靠背鼓风机速度Vseat；座椅衬垫鼓风机速度Vcushion)，暖颈器参数(暖颈器空气的温度Tneck；暖颈器空气的速度Vneck)，和暖手器参数(例如，方向盘；表面温度Tsurface；传递函数Fn)。这些和其他参数被提供给馈入传热模型201a、201b、201c中的传递函数。
图2A和图2B中示出了这种传递函数及其来自传热模型之一的输出的示例，所述输出涉及暖颈器。对于包含正温度系数加热器(PTC)的颈暖器，鼓风机将空气吹过PTC。参考图2A，作为传递函数199'的输入，提供到PTC的入口空气Tcabin(图2B：Tin,air)以及被调节的出口空气的速度VBLR。暖颈器的性能受提供给热效应器的电压％DCPTC的影响。因此，与电源电压SV相关的无量纲因子用于确定温度偏移量Toffset,SV(图2B)，该温度偏移量归因于从车辆电源提供给热效应器的特定电压。对于到热效应器的电压大于13.5伏特而言，该无量纲因子SV为1，而对于到热效应器的电压低于13.5伏特而言，该无量纲因子SV为-1。该温度偏移量可以通过在不同电压和温度的温度受控室中测试热效应器来凭经验确定。
对暖颈器的传递函数进行建模以提供图2B中所示的等式，该等式提供例如偏移量和增益J、K、L、M、N。传递函数建模了传热hNW和鼓风机速度VBLR之间的关系。
参考图2，物理模型201捕捉环境、热效应器和乘员之间的相互作用，以便捕捉人类水平的整体能量平衡。物理模型201是传导模型201a、对流模型201b和辐射模型201c的总和。这些物理模型的示例输入，其中一些可能是传递函数的输出，如图2C所示。例如，出口空气温度203a(图2A和图2B：Texit,air；图2C：NTC Temp，暖颈器)和传热203b(图2A和图2B：hNW；图2C：对流HTC，暖颈器)是暖颈器传递函数199'的输出和对流模型201b的输入。辐射负荷模型201c在很大程度上依赖于通过车辆玻璃对车辆的日照负荷以及例如仪表板(IP)的大型部件产生的热辐射。
EHT与温度设定点之间的温差与乘员与其周围环境之间的热通量有关。乘员身上的热通量可以从这个温差推断出来。热通量可以转换为乘员的热舒适性，例如总体热感觉。总体热感觉是基于到特定乘员的身体的传热率而由特定乘员所体验的热感觉的量度。乘员的热状况可以使用PMV(Predicted Mean Vote：预测平均投票)指标来表示，例如在作者P.O.Fanger在杂志McGraw Hill 1970,225-240,ISBN:0070199159中发表的论文“Thermalcomfort:analysis and applications in environmental engineering”中描述的。PMV指标数值表示热感觉为：-3冷，-2凉，-1微凉，0中性，1微温，2温，3热。另一个例子是伯克利感觉和舒适性指标(Berkeley Sensation and Comfort Scale)(“伯克利指标(Berkeleyscale)”)，例如在作者Arens E.A.,Zhang H.&Huizenga C.在杂志(2006)Journal ofThermal Biology,31,53-59中发表的论文Partial-and whole-body thermal sensationand comfort,Part I:Uniform environmental 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)是基于从环境到其身体的总传热率对特定乘员所体验的热感觉的量度。
示例性微气候***可以具有许多离散的乘员微气候区域，以便适当地评估个体乘员的舒适性。根据ISO 145045-2:2006(E)，人体可分为手部、头部或胸部等17个以上不同的身体部段，每个部段都有不同的热舒适温度范围。然而，希望个性化他们的微气候的人可能更喜欢使用较少数量的区域来指示他们的温度或热量偏好。因此，有必要将确定乘员舒适性期望的复杂人体区域热力学模型转换为低阶，所述低阶可以使得整个被协调的舒适性控制***接受和适配这些特定用户偏好。图1中的五个示例区域是：头部(图5、202)、背部(图5、204)、衬垫(大腿部和臀部)(图4A、208)、脚部/腿部(图4A、210))和手臂/手部(图4A、206)。如果需要，可以使用更少、更多和/或不同的区域。
图1中示意性地示出了一些示例性微气候热效应器。其他热效应器包括但不限于例如气候受控座椅(例如，美国专利No.5,524,439和No.6,857,697)、头枕/颈部调节器(例如，美国临时申请No.62/039,125)、气候受控车顶内衬(例如，美国临时申请No.61/900,334)、气候受控门板和/或仪表板、方向盘(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(例如美国公开No.2013/0061603等)、加热垫和/或小型压缩***，以实现个性化的微气候。微气候***以自动方式提供期望的乘员个人舒适性，而乘员很少或没有输入。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唯一且任何位置的座椅的单个乘员周围的热环境。此外，这些部件可用于根据用户偏好或装置的有效性或基于控制的持续时间，分别调节乘员身体各个部段的热舒适性。
图1中所示的***10在图2和图4中示意性地描绘，其展示了环境和乘员之间的总体热(例如，能量)平衡或传递。图2概念性地示出了该***，而图4描绘了控制***。图3示出了控制***的方法100。热平衡(图3，102)可以利用来自至少一个区域中的至少一个热效应器的输入。来自至少一个区域(图4A，202-214)中的热效应器的示例输入可包括微气候局部设定点(座椅表面的温度Tseat surface，衬垫表面的温度Tcushion surface；在座椅表面处的速度Vseat surface，在座椅衬垫处的速度Vseat cushion；空气撞击乘员颈部的温度Tair impinging occupant’s neck；在颈部处的速度Vneck；Fij)和大气候设定点(TsetHVAC：T,v,set)。对于每个区域，软件被配置为考虑特定的效应器及其传热机制(图4A，212)。热平衡的其他输入可能包括乘员信息(身高、体重、性别、衣物)以及环境和车厢条件(几何形状、Fij日照、负荷、位置等)。热平衡优选地是对应于乘员热损失(或增益)的对乘员的对流、传导和辐射源的总和，其可以通过对于每个区域的传热速率求和来计算(图4A，216)。在一个示例中，在一个区域中可能存在正传热，而在另一区域中可能存在负传热。热平衡可以包括利用一个或多个输入的对流、传导和辐射源中的每一个的模型。
该传递到乘员的总热量(图3，102)可以用区域EHT来描述，其中，构成人体的区域组合的等效均匀温度可以在数学上组合以充分描述传递到身体的总热量。可以为每一位乘员确定一个EHT，在这种情况下，这个等效温度简化了模型，避免了逐个区域计算单个温度。此外，乘员的热平衡可以至少部分地通过使用用作OTS指标的预测平均投票来确定。
结合图3参考图2，采用控制乘员微气候环境的方法来实现用于乘员热舒适性的平衡点，如果需要，所述方法使用舒适性评估来自动到达微气候热效应器的新局部温度设定点。依赖于与车辆的集成程度，所公开的方法还可以调节车辆的主体加热和冷却(TsetHVAC)。
参考图3和图4，基于对乘员的传热效应的热模型，为微气候环境中的乘员确定热平衡(图3，102)。图4是说明用于确定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对于其相应的OPZ 42计算总传热率(Q)。可选地，一些评估器60可以考虑来自HVAC***12的热调节、和/或当HVAC***12和/或日照负荷对OPZ 42具有显着影响时车辆所经历的日照负荷。具体而言，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，这些传热率由求和装置62求和以确定总传热率64。求和装置62组合每个OPZ区域的传热以了解到或来自车辆乘员50的总传热。该乘员位置218的传热率总和(q)结合了几个区域中的每一个的传热，以了解传入或传出乘员的总传热。然后可以使用该传递给乘员的总热量来计算其他标度以量化乘员的热舒适性(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***。
根据该热平衡，评估乘员的总体热感觉(OTSest；图3，104)。OTS是本实施方式的优选方法(如图4B所示，“评估此乘员位置的当前OTS”，220)。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a。第二OTS评估器66B确定对于车辆乘员50的OTS_target并且提供OTS_target作为输出b。评估器66A基于用户偏好(例如，来自图形用户界面)和/或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OTS误差72来确定各种热效应器40的设定点。OTS模式模块74确定每个热效应器40是否将基于OTS误差72以及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)提供加热或冷却。因此，来自乘员的所有区域的传热被组合以获得到乘员或来自乘员的总传热。该评估可以依赖于EHT来确定可以推断出热通量(HeatLossBody)的温差，热通量指示评估的总体热感觉。在一个示例中，评估的总体热感觉由等式
Figure BDA0003771935800000111
代表，其中，HeatLossBody对应于每一位乘员在微气候环境中的热通量，并且A和B是与季节对热通量的影响有关的系数。该等式采用sigmoid函数的形式，其中包含与特定乘员热特性相关的项以及计算出的乘员身体热损失。该等式的结果值是在PMV指标上的数字。
图7示出了对与总体热感觉相关的热通量的季节性影响。这些季节性影响(基于系数A和B)受到乘员和微气候环境之间的衣物阻力的影响。
以乘员的目标总体热感觉(OTStarget；图3，106)作为参考。然后利用传入或传出乘员的总热量来控制每个区域中的效应器。参见步骤“评估期望的OTS”(图4B，224)，其中基于偏好(来自GUI或其他用户输入装置)或功率预算或基于可用加热和冷却装置的相对有效性的排名，计算每个区域的期望的OTS(或EHT)。该目标总体热感觉可以由默认值提供，该默认值可以是接近中性的值，例如1。虽然需要全自动操作，但可以由单个乘员使用手动调节气候控制输入来调节默认值，例如HVAC或热效应器之一的温度设置(图4B、222和226)。
图5是示出用于基于图4C中所示的OTS误差72确定校正的温度设定点的示例布置的图。例如，图5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，其被配置为分析OTS误差72，并且使用已知的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5中未显示，其特征在于OTS误差72的累积)和微分项(图5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。
tsetNom＝u(1)+(u(2)*u(3))/100
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℃并且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℃。
计算评估的当前OTS和期望的OTS之间的差异(图3，108)，并且***确定如何操作效应器(加热和冷却)和参数。在评估的热感觉(OTSest)和目标总体热感觉(OTStarget)之间计算误差(图4C，228)。图6示出了日照负荷对总体热感觉误差的影响。在至少一个区域中，微气候***中的至少一个热效应器被控制，以减少误差。尽管可以为多个区域中的每个区域计算OTS误差，但计算整个微气候***的单一OTS误差更为简单。然后可以逐个区域地应用该单一OTS误差，以调节每个区域中的一个或多个热效应器(图3，110)。替换性地，可以分别计算每个区域的误差，从而产生在所述多个区域中不同的误差。这可能导致贯穿所述多个区域不同的加热和/或冷却。用户输入偏好是有限的，并且作为对通用全局控制器的小型局部干扰，该通用全局控制器调节总热通量以实现OTS目标。偏好只是根据特定用户偏好调节各个装置的相对贡献作用。
一种可能的软件实施方案导致正OTS误差指示乘员的当前状态比他们偏好的更凉，而负误差指示乘员的当前状态比他们偏好的更暖。因此，当出现正误差时，该区域中的至少一个热效应器被启动，以给予乘员温暖，而用于给予乘员凉爽的其他热效应器未启动。相反，当出现负误差时，所述至少一个热效应器被启动以给予乘员凉爽，而用于给予乘员温暖的其他热效应器未启动。
热效应器控制步骤(图3，110)可以基于多个热效应器的功率效率排名以及所述多个热效应器基于每个部件在提供热舒适性方面的有效性的排名来执行(图4C，230)。也就是说，考虑了对于微气候***的总功率预算，并且基于热效应器约束(例如，温度设定点限值和产生的功耗)，可用热效应器的某些热效应器可用于减小区域中的误差。在一个示例中，效率较低的装置被关闭，并且只有少数效率更高的装置在全功率或高功率下使用。使用的另一种方法是对在OTS中确定的误差进行加权，以便更有效的装置比效率更低的装置被优选并且具有更高的设定点。这意味着所有加热装置都可以例如用于加热，但最好/优选的装置占主导地位，而效率低下的优选装置则被减少使用(节省电力或烦恼)。控制步骤可以包括选择要操作的热效应器、用于气流的设定点(在适用于对流热效应器的情况下)和温度设定点。具体来说，控制步骤的操作可实现效率(降低电力消耗—对于电动车辆的续航里程尤其重要，而且对于任何车辆的能源消耗也很重要)或最大舒适性(尽快将OTS误差最小化)。此外，热效应器控制步骤可以平衡效率和最大舒适性目的(功率预算内的最大舒适性)。
还应该理解，尽管在所示实施方式中公开了特定部件布置，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，但是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 (20)

1.一种控制乘员微气候环境的方法，包括：
基于对乘员的传热效应的热模型来确定在微气候环境中对于乘员的热平衡；
基于热平衡评估乘员的总体热感觉；
以乘员的目标总体热感觉作为参考；
计算评估的总体热感觉与目标总体热感觉之间的误差；以及
控制微气候环境中至少一个区域中的至少一个热效应器，以减小总体热感觉中的误差，同时将所有效应器保持在确保乘员舒适性的温度和流率的限值内。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，热平衡是对应于乘员热损失的对于乘员的对流、传导和辐射的总和。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，基于车辆环境温度、车厢温度和乘员信息计算热平衡。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，乘员信息包括乘员体重、乘员身高、乘员性别和乘员衣物中的至少三项。
5.根据权利要求3所述的方法，其中，热平衡包括来自所述至少一个区域中的所述至少一个热效应器的热输入，其中，热输入被提供作为所述至少一个热效应器的传递函数。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，使用等效均质温度来确定对于乘员的热平衡。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，评估的总体热感觉由等式
Figure FDA0003771935790000011
代表，其中，HeatLossBody对应于乘员在微气候环境中的热通量，并且A和B是与季节对热通量的影响相关的系数。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，使用预测平均投票指标来量化评估的乘员热感觉和目标乘员热感觉。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，目标总体热感觉由默认值提供，所述默认值由乘员经由气候控制输入进行的任何手动调节所调节。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述误差是目标乘员热感觉与评估的乘员热感觉之间的差异，其中，正误差指示乘员感到凉爽并且负误差指示乘员感到温暖，其中，在正误差时，至少一个热效应器被启动以给予乘员温暖，而用于给予乘员凉爽的其他热效应器未启动，并且在负误差时，至少一个热效应器被启动以给予乘员凉爽，而用于给予乘员温暖的其他热效应器未启动。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述至少一个区域包括多个区域，所述多个区域中的每一个具有至少一个热效应器。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述多个区域包括头部区域、座椅靠背区域、座椅衬垫区域、手部/臂部区域和脚部/腿部区域中的至少三个。
13.根据权利要求11所述的方法，其中，所述至少一个热效应器包括气候受控座椅、头枕/颈部调节器、气候受控车顶内衬、方向盘、被加热的换挡器、门板、加热垫和小型压缩***中的至少三个。
14.根据权利要求11所述的方法，其中，对于所述多个区域中的每个区域执行计算步骤，并且使用所述多个区域中的每个区域中的热效应器执行控制步骤。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，使用等效均质温度来确定对于乘员的热平衡，并且评估步骤使用等效均质温度来确定评估的总体热感觉。
16.根据权利要求14所述的方法，其中，计算步骤确定所述多个区域中的不同误差，并且控制步骤导致在所述多个区域中不同的加热和/或冷却。
17.根据权利要求1所述的方法，包括布置在微气候区域中的多个热效应器，其中，基于所述多个热效应器的功率效率排名来执行控制步骤。
18.一种控制器，其被配置为执行根据权利要求1所述的方法。
19.一种座椅***，其包括根据权利要求18所述的控制器。
20.一种车辆，其包括根据权利要求19所述的座椅***。
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