一种车用智能空调控制系统、方法及车辆与流程

1.本发明涉及汽车智能空调技术领域，特别涉及一种车用智能空调控制系统、方法及车辆。


背景技术：

2.目前，市面上车用空调控制系统大部分是需要乘员手动操作空调面板，且空调出风口通常只具备自动扫风功能，甚至有时候还需要乘员手动控制出风口的出风方向；当乘员衣着变化，或者外界环境如温度、太阳辐射强度等变化导致车内的温度相应变化时，现有的车用空调控制系统无法智能调节车用空调，也不能根据人体的热生理和热心理状态自动调节出风口的出风方向，无法满足乘员对热舒适性的需求，为了保持舒适感，乘员就需多次手动操作空调面板；当只有驾驶员一人驾驶车辆时，这样非常容易分散注意力，进而可能增加交通事故的发生概率。
3.在对车内环境的监控方面，现有的车辆全部依赖单一的车内温度传感器，只能得到某一个点的温度和湿度值，无法实时监测车内部的整个环境，包括车内各部分的温度、湿度、热辐射量和风速指标等，就无法实时依据人体热舒适性的差异，对电动出风口进行相应的自动调节；乘员要么等到整个车内环境自我调节达到舒适状态才能感到舒适，等待时间长、空调能耗高；要么不断手动控制空调面板或出风口，以实现最佳的热舒适状态，影响行车安全。在当前智能化程度越来越高、物理按键越来越少的情况下，亟需一种车用智能空调控制系统、方法及车辆以解决现有技术中存在的问题，经检索，未发现与本发明相同或相似的技术方案。


技术实现要素：

4.本发明目的是：提供一种车用智能空调控制系统、方法及车辆，以解决现有技术中车辆空调需要手动控制空调面板或出风口，智能化程度低且影响行车安全的问题。
5.本发明的技术方案是：一种车用智能空调控制系统，所述智能空调控制系统与车辆热环境参数采集模块、车辆运行状态参数采集模块相通讯，所述智能空调控制系统包括人体服装热性能计算模块、人体热环境计算模块、人体热生理状态计算模块、人体热舒适性计算模块、电动出风口控制计算模块、空调箱控制计算模块、执行输出模块、存储单元；
6.车辆热环境参数采集模块，用于采集当前车内外热环境参数；所述车内外热环境参数包括车外环境温度、车外环境湿度、太阳辐射强度、车内温度、车内湿度、空调吹面出风口温度、空调蒸发器出口温度；
7.车辆运行状态参数采集模块，用于采集当前车辆运行状态参数；所述车辆运行状态参数包括车速，以及车辆所处经纬度、车头方位角、当地时间，还包括空调箱内的鼓风机电压信号、模式选择风门信息、电动出风口模式信息；
8.人体服装热性能计算模块，用于根据采集到的车外环境温度、太阳辐射强度、车辆所处经纬度、当地时间计算出人体服装热特性参数；所述人体服装热特性参数包括上衣热
阻、下衣热阻、鞋热阻；
9.人体热环境计算模块，用于根据采集到的车外环境温度、车外环境湿度、太阳辐射强度、车内温度、车内湿度、空调吹面出风口温度、空调蒸发器出口温度、车速、鼓风机电压信号、模式选择风门信息、电动出风口模式信息计算出当前时刻的人体所处热环境参数；所述人体所处热环境参数包括人体各部分表面空气温度、空气湿度、风速和太阳辐射强度；
10.人体热生理状态计算模块，用于根据人体热环境计算模块获得的当前时刻人体所处热环境参数、人体在上一时间步的人体热生理状态参数、以及人体服装热性能计算模块获得人体服装热特性参数来计算出人体热生理状态参数；所述人体热生理状态参数包括人体表面各部分温度及其随时间变化率、人体表面平均温度及其随时间变化率、人体脑部温度及其随时间变化率；
11.人体热舒适性计算模块，用于根据所述人体热生理状态计算模块获得的人体热生理状态参数计算出人体局部和总体热舒适性性参数；所述人体局部和总体热舒适性性参数包括人体各部分局部热感受、整体热感受、人体整体动态热感受、热舒适度；
12.电动出风口控制计算模块,用于根据所述人体热舒适性计算模块获得的人体各部分局部热感受、整体热感受、热舒适度参数计算出能够满足人体热舒适性需求的电动出风口模式请求；
13.空调箱控制计算模块，用于根据所述人体热舒适性计算模块获得的人体整体动态热感受参数计算出能够满足人体热舒适性需求的鼓风机电压请求、模式选择风门请求和温度风门开启度请求；
14.执行输出模块，用于根据所述电动出风口控制计算模块和空调箱控制计算模块计算到的请求结果向相应的部件输出对应的控制指令，即向相应的部件输出与所述电动出风口模式请求和鼓风机电压请求、模式选择风门请求、温度风门开启度请求相对应的控制指令；
15.存储单元，用于存储各采集模块的采集参数和各计算模块的计算数据。
16.本发明还提供了一种车用智能空调控制方法，采用上述一种车用智能空调控制系统，包括：
17.s1.车辆上电，将初始状态的人体热生理状态参数定义为中性状态，并将该中性状态的人体热生理状态参数存储于存储单元内；
18.s2.空调开启前，读取车辆热环境参数采集模块、车辆运行状态参数采集模块中采集的各个参数；
19.s3.计算人体服装热特性参数a，人体服装热性能计算模块根据车辆热环境参数采集模块、车辆运行状态参数采集模块采集到的相应参数计算出人体服装热特性参数a，并将所述人体服装热特性参数a存储于存储单元内；
20.s4.计算人体所处热环境参数a，所述人体所处热环境参数a的计算方法为：人体热环境计算模块利用步骤s2中车辆热环境参数采集模块采集的太阳辐射强度以及车辆运行状态参数采集模块采集的车辆所处经纬度、车头方位角、当地时间，根据预设算法计算出当前时刻人体各部分表面太阳辐射强度；
21.其中，人体各部分表面空气温度、空气湿度分别等于车内温度、车内湿度，且将人体各部分表面空气温度、空气湿度存储于存储单元，保存周期为当前步骤对应的两个时间
步a；人体各部分表面风速取0.05m/s；
22.s5.计算人体热生理状态参数a，读取存储单元内保存的步骤s3计算得出的所述人体服装热特性参数a、读取存储单元内保存的上一个时间步a人体热生理状态参数a、以及步骤s4计算得出的人体所处热环境参数a计算出人体热生理状态参数a，并将所述人体热生理状态参数a存储于存储单元内,保存周期为当前步骤对应的一个时间步a；其中，当第一次执行步骤s5时，所述存储单元内保存的上一个时间步a人体热生理状态参数a为存储单元内步骤s1保存的中性状态的人体热生理状态参数；且空调开启前，步骤s3、s4、s5每间隔一个时间步a执行一遍；
23.s6.空调开启后，读取车辆热环境参数采集模块、车辆运行状态参数采集模块中的各个参数，且将读取到的车外环境温度、车外环境湿度、太阳辐射强度、车内温度、车内湿度、空调吹面出风口温度、空调蒸发器出口温度、车速、车辆所处经纬度、车头方位角、当地时间、鼓风机电压信号、模式选择风门信息、电动出风口模式信息存储于存储单元内，保存周期为当前步骤对应的两个时间步b；
24.s7.计算人体所处热环境参数b，所述人体所处热环境参数b的计算方法为：利用步骤s6中车辆热环境参数采集模块采集的太阳辐射强度以及车辆运行状态参数采集模块采集的车辆所处经纬度、车头方位角、当地时间，根据预设算法计算出当前时刻人体各部分表面太阳辐射强度；
25.利用步骤s6读取的鼓风机电压信号、模式选择风门信息、电动出风口模式信息，根据预设算法计算出人体各部分表面风速；
26.读取存储单元内步骤s6保存的上两个时间步b的车外环境温度、车外环境湿度、太阳辐射强度、车内温度、车内湿度、空调吹面出风口温度、空调蒸发器出口温度、车速、鼓风机电压信号、模式选择风门信息和电动出风口模式信息，以及读取存储单元内上两个时间步b的人体各部分表面空气温度、空气湿度数据，根据预设算法计算出当前时刻人体各部分表面空气温度和空气湿度b，保存周期为当前步骤对应的两个时间步b；其中，当第一次执行步骤s7时，所述存储单元内上两个时间步b的人体各部分表面空气温度、空气湿度数据为步骤s4存储于存储单元的人体各部分表面空气温度、空气湿度；
27.s8.计算人体热生理状态参数b,读取存储单元内保存的步骤s3计算得出的所述人体服装热特性参数a、读取存储单元内保存的上一个时间步b人体热生理状态参数b、以及步骤s7计算得出的人体所处热环境参数b计算出人体热生理状态参数b，并将所述人体热生理状态参数b存储于存储单元内,保存周期为当前步骤对应的一个时间步b；其中，当第一次执行步骤s8时，所述存储单元内保存的上一个时间步b人体热生理状态参数b为存储单元内步骤s5最后保存的人体热生理状态参数a；
28.s9.计算人体局部和总体热舒适性性参数，根据步骤s8计算得出的人体热生理状态参数b计算出人体局部和总体热舒适性性参数；所述人体局部和总体热舒适性性参数包括人体各部分局部热感受、整体热感受、人体整体动态热感受、热舒适度；
29.s10.计算电动出风口模式请求，根据步骤s9计算得出的所述人体局部和总体热舒适性性参数中人体各部分局部热感受、整体热感受、热舒适度参数计算出能够满足人体热舒适性需求的电动出风口模式请求；
30.s11.计算空调箱相关请求，根据步骤s9计算得出的所述人体局部和总体热舒适性
性参数中人体整体动态热感受参数计算出能够满足人体热舒适性需求的鼓风机电压请求、模式选择风门请求和温度风门开启度请求；
31.s12.根据步骤s10和s11计算到的请求结果向相应的部件输出对应的控制指令，即向相应的部件输出与所述电动出风口模式请求和鼓风机电压请求、模式选择风门请求、温度风门开启度请求相对应的控制指令；步骤s6-s12每间隔一个时间步b执行一遍。
32.优选的，所述时间步a的时间步长为一分钟，所述时间步b的时间步长为三十秒。
33.本发明还提供了一种车辆，包括空调控制系统和空调控制方法，所述空调控制系统为上述的车用智能空调控制系统；和/或，所述空调控制方法为上述车用智能空调控制方法。
34.与现有技术相比，本发明的优点是：
35.(1)本发明利用现有的车外温度传感器、车外湿度传感器、阳光辐射传感器、车内温度传感器、车内湿度传感器、空调吹面风管内部的温度传感器、空调箱内部的温度传感器获取车辆热环境参数，从整车控制器车、车载gps接收器获取车速、车辆所处经纬度、车头方位角、当地时间等车辆运行状态参数，从can盒获取鼓风机电压信号、模式选择风门信息、电动出风口模式信息，依靠预置算法实现不依赖用户手动操作自动调节车辆空调温度风门、模式风门、鼓风机风量、出风口角度等，智能化程度高。
36.(2)本发明由于不依赖用户手动操作为自动调节，从而避免手动空调控制分散驾驶员注意力，让驾驶员将注意力集中在车辆驾驶上，减少交通事故的发生概率，更加安全。
37.(3)与现有技术相比，本发明将空调系统的能耗更加精准高效的集中作用到乘员上，避免过热或过冷导致的空调能耗浪费。
38.(4)本发明的智能空调系统避免了环境温度的波动对人体生理和情绪的影响，提供了更舒适的乘车环境。
附图说明
39.下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
40.图1为本发明所述一种车用智能空调控制系统的结构框图；
41.图2为本发明所述一种车用智能空调控制方法的流程图。
具体实施方式
42.下面结合具体实施例，对本发明的内容做进一步的详细说明：
43.在发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对发明的限制。
44.如图1所示，一种车用智能空调控制系统，智能空调控制系统与车辆热环境参数采集模块、车辆运行状态参数采集模块相通讯，智能空调控制系统包括人体服装热性能计算模块、人体热环境计算模块、人体热生理状态计算模块、人体热舒适性计算模块、电动出风口控制计算模块、空调箱控制计算模块、执行输出模块、存储单元。
45.具体的，车辆热环境参数采集模块，用于采集当前车内外热环境参数；车内外热环境参数包括车外环境温度、车外环境湿度、太阳辐射强度、车内温度、车内湿度、空调吹面出风口温度、空调蒸发器出口温度；其中，由设置于车外的温度传感器采集车外环境温度、由设置于车外的湿度传感器采集车外环境湿度、由设置于仪表台上方的阳光辐射传感器采集太阳辐射强度、由设置于车内的温度传感器采集车内温度、由设置于车内的湿度传感器采集车内湿度、由设置于空调吹面风管内部的温度传感器采集空调吹面出风口温度、由设置于空调箱内部的温度传感器采集空调蒸发器出口温度。
46.车辆运行状态参数采集模块，用于采集当前车辆运行状态参数；车辆运行状态参数包括车速，以及车辆所处经纬度、车头方位角、当地时间，还包括空调箱内的鼓风机电压信号、模式选择风门信息、电动出风口模式信息；其中，车速从整车控制器获取，车辆所处经纬度、车头方位角、当地时间从车载gps接收器获取，鼓风机电压信号、模式选择风门信息、电动出风口模式信息从can盒获取；本实施中车辆的前排出风口均为电动出风口。
47.人体服装热性能计算模块，用于根据采集到的车外环境温度、太阳辐射强度、车辆所处经纬度、当地时间计算出人体服装热特性参数；人体服装热特性参数包括上衣热阻、下衣热阻、鞋热阻；
48.人体热环境计算模块，用于根据采集到的车外环境温度、车外环境湿度、太阳辐射强度、车内温度、车内湿度、空调吹面出风口温度、空调蒸发器出口温度、车速、鼓风机电压信号、模式选择风门信息、电动出风口模式信息计算出当前时刻的人体所处热环境参数；人体所处热环境参数包括人体各部分表面空气温度、空气湿度、风速和太阳辐射强度；
49.人体热生理状态计算模块，用于根据人体热环境计算模块获得的当前时刻人体所处热环境参数、人体服装热性能计算模块获得人体服装热特性参数来计算出人体热生理状态参数；人体热生理状态参数包括人体表面各部分温度及其随时间变化率、人体表面平均温度及其随时间变化率、人体脑部温度及其随时间变化率；
50.人体热舒适性计算模块，用于根据人体热生理状态计算模块获得的人体热生理状态参数计算出人体局部和总体热舒适性性参数；人体局部和总体热舒适性性参数包括人体各部分局部热感受、整体热感受、人体整体动态热感受、热舒适度；
51.电动出风口控制计算模块,用于根据人体热舒适性计算模块获得的人体各部分局部热感受、整体热感受、热舒适度参数计算出能够满足人体热舒适性需求的电动出风口模式请求；
52.空调箱控制计算模块，用于根据人体热舒适性计算模块获得的人体整体动态热感受参数计算出能够满足人体热舒适性需求的鼓风机电压请求、模式选择风门请求和温度风门开启度请求；
53.执行输出模块，用于根据电动出风口控制计算模块和空调箱控制计算模块计算到的请求结果向相应的部件输出对应的控制指令，即向相应的部件输出与电动出风口模式请求和鼓风机电压请求、模式选择风门请求、温度风门开启度请求相对应的控制指令；
54.存储单元，用于存储各采集模块的采集参数和各计算模块的计算数据，本实施例中，存储单元可以为rom、ram、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
55.如图2所示，本实施例还提供了一种车用智能空调控制方法，采用上述车用智能空调控制系统，包括：
56.s1.车辆上电，将初始状态的人体热生理状态参数定义为中性状态，并将该中性状态的人体热生理状态参数存储于存储单元内；
57.s2.空调开启前，读取车辆热环境参数采集模块、车辆运行状态参数采集模块中采集的各个参数；本实施例中，空调开启前的时间步a的时间步长为一分钟；
58.s3.计算人体服装热特性参数a，人体服装热性能计算模块根据车辆热环境参数采集模块、车辆运行状态参数采集模块采集到的相应参数计算出人体服装热特性参数a，并将人体服装热特性参数a存储于存储单元内；
59.s4.计算人体所处热环境参数a，人体所处热环境参数a的计算方法为：人体热环境计算模块利用步骤s2中车辆热环境参数采集模块采集的太阳辐射强度以及车辆运行状态参数采集模块采集的车辆所处经纬度、车头方位角、当地时间，根据预设算法计算出当前时刻人体各部分表面太阳辐射强度；
60.其中，人体各部分表面空气温度、空气湿度分别等于车内温度、车内湿度，且将人体各部分表面空气温度、空气湿度存储于存储单元，保存周期为当前步骤对应的两个时间步a；人体各部分表面风速取0.05m/s；
61.s5.计算人体热生理状态参数a，读取存储单元内保存的步骤s3计算得出的人体服装热特性参数a、读取存储单元内保存的上一个时间步a人体热生理状态参数a、以及步骤s4计算得出的人体所处热环境参数a计算出人体热生理状态参数a，并将人体热生理状态参数a存储于存储单元内,保存周期为当前步骤对应的一个时间步a；其中，当第一次执行步骤s5时，存储单元内保存的上一个时间步a人体热生理状态参数a为存储单元内步骤s1保存的中性状态的人体热生理状态参数；即当第一次执行步骤s5时，人体热生理状态参数a的计算通过读取存储单元内保存的步骤s3计算得出的人体服装热特性参数a、读取存储单元内步骤s1保存的中性状态的人体热生理状态参数、以及步骤s4计算得出的人体所处热环境参数a计算出人体热生理状态参数a，并将第一次执行步骤s5时计算得出的人体热生理状态参数a存储于存储单元内,保存周期为当前步骤对应的一个时间步a，以供第二次执行步骤s5时使用，第三次至第n次执行步骤s5时以此类推；且空调开启前，步骤s3、s4、s5每间隔一个时间步a执行一遍，即步骤s3、s4、s5每间隔1分钟执行一遍；由于人体热生理状态与人的前一时刻状态相关，所以空调开启前的相关数据计算为空调开启后计算人体热生理状态参数的初始数据提供计算支持；
62.s6.空调开启后，读取车辆热环境参数采集模块、车辆运行状态参数采集模块中的各个参数，且将读取到的车外环境温度、车外环境湿度、太阳辐射强度、车内温度、车内湿度、空调吹面出风口温度、空调蒸发器出口温度、车速、车辆所处经纬度、车头方位角、当地时间、鼓风机电压信号、模式选择风门信息、电动出风口模式信息存储于存储单元内，保存周期为当前步骤对应的两个时间步b；本实施例中，空调开启后的时间步b的时间步长为三十秒；
63.s7.计算人体所处热环境参数b，人体所处热环境参数b的计算方法为：利用步骤s6中车辆热环境参数采集模块采集的太阳辐射强度以及车辆运行状态参数采集模块采集的车辆所处经纬度、车头方位角、当地时间，根据预设算法计算出当前时刻人体各部分表面太阳辐射强度；
64.利用步骤s6读取的鼓风机电压信号、模式选择风门信息、电动出风口模式信息，根
据预设算法计算出人体各部分表面风速；
65.读取存储单元内步骤s6保存的上两个时间步b的车外环境温度、车外环境湿度、太阳辐射强度、车内温度、车内湿度、空调吹面出风口温度、空调蒸发器出口温度、车速、鼓风机电压信号、模式选择风门信息和电动出风口模式信息，以及读取存储单元内上两个时间步b的人体各部分表面空气温度、空气湿度数据，根据预设算法计算出当前时刻人体各部分表面空气温度和空气湿度b，保存周期为当前步骤对应的两个时间步b；其中，当第一次执行步骤s7时，存储单元内上两个时间步b的人体各部分表面空气温度、空气湿度数据为步骤s4中存储于存储单元的人体各部分表面空气温度、空气湿度；具体的，即当第一次执行步骤s7时，读取存储单元内步骤s6保存的上两个时间步b的车外环境温度、车外环境湿度、太阳辐射强度、车内温度、车内湿度、空调吹面出风口温度、空调蒸发器出口温度、车速、鼓风机电压信号、模式选择风门信息和电动出风口模式信息，以及读取步骤s4中储于存储单元的的人体各部分表面空气温度、空气湿度，根据预设算法计算出当前时刻人体各部分表面空气温度和空气湿度，并将第一次执行步骤s7计算到的当前人体各部分表面空气温度、空气湿度数据存储于存储单元内，保存周期为当前步骤对应的两个时间步，以供第二次执行步骤s7时使用；第三次至第n次执行步骤s7时以此类推；
66.s8.计算人体热生理状态参数b,读取存储单元内保存的步骤s3计算得出的人体服装热特性参数a、读取存储单元内保存的上一个时间步b人体热生理状态参数b、以及步骤s7计算得出的人体所处热环境参数b计算出人体热生理状态参数b，并将人体热生理状态参数b存储于存储单元内,保存周期为当前步骤对应的一个时间步b；其中，当第一次执行步骤s8时，存储单元内保存的上一个时间步b人体热生理状态参数b为存储单元内步骤s5最后保存的人体热生理状态参数a，即当第一次执行步骤s8时，读取存储单元内保存的步骤s3计算得出的人体服装热特性参数a、读取存储单元内步骤s5最后保存的人体热生理状态参数a、以及步骤s7计算得出的人体所处热环境参数b计算出人体热生理状态参数b，并将第一次执行步骤s8到的人体热生理状态参数b存储于存储单元内,保存周期为当前步骤对应的一个时间步b，以供第二次执行步骤s8时使用；第三次至第n次执行步骤s8时以此类推；
67.s9.计算人体局部和总体热舒适性性参数，根据步骤s8计算得出的人体热生理状态参数b计算出人体局部和总体热舒适性性参数；人体局部和总体热舒适性性参数包括人体各部分局部热感受、整体热感受、人体整体动态热感受、热舒适度；
68.s10.计算电动出风口模式请求，根据步骤s9计算得出的人体局部和总体热舒适性性参数中人体各部分局部热感受、整体热感受、热舒适度参数计算出能够满足人体热舒适性需求的电动出风口模式请求；
69.s11.计算空调箱相关请求，根据步骤s9计算得出的人体局部和总体热舒适性性参数中人体整体动态热感受参数计算出能够满足人体热舒适性需求的鼓风机电压请求、模式选择风门请求和温度风门开启度请求；
70.s12.根据步骤s10和s11计算到的请求结果向相应的部件输出对应的控制指令，即向相应的部件输出与电动出风口模式请求和鼓风机电压请求、模式选择风门请求、温度风门开启度请求相对应的控制指令，具体的通过can盒输出控制信号来控制出风口电机、空调鼓风机、空调箱模式风门电机、空调箱温度风门电机，从而通过本实施例的车用智能空调控制系统以及方法实现车辆内的温度自动调节；步骤s6-s12每间隔一个时间步b执行一遍，即
步骤s6-s12每间隔三十秒执行一遍，空调开启后加大了对各个数据的计算频率，可以更好的实时控制相应部件以实现乘员满意的热舒适性感受。
71.本实施例还提供了一种车辆，包括空调控制系统和空调控制方法，空调控制系统为上述的车用智能空调控制系统；和/或，空调控制方法为上述车用智能空调控制方法。
72.上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明，因此无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。