具有紅外瞄準(zhǔn)的定向氣候控制系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】具有紅外瞄準(zhǔn)的定向氣候控制系統(tǒng)
【背景技術(shù)】
[0001] 本發(fā)明大體上設(shè)及汽車暖通空調(diào)（HVAC)系統(tǒng)，并且，更具體地，設(shè)及用于引導(dǎo)已 處理的空氣的可操縱的出風(fēng)口的自動調(diào)節(jié)，W優(yōu)化乘客舒適性并減少能源使用。 陽00引暖通空調(diào)（采暖、通風(fēng)和空調(diào)，HVAC)系統(tǒng)控制運輸車輛一-例如，汽車一-中的 氣候，W便保持車輛乘員的熱舒適性。典型地，鼓風(fēng)機使空氣通過熱交換器并將已調(diào)節(jié)的空 氣遞送至乘客艙內(nèi)的各個點。例如，可通過加熱器忍體提供暖空氣，該加熱器忍體從流入內(nèi) 燃發(fā)動機的冷卻劑獲得熱量。可利用由發(fā)動機機械驅(qū)動的壓縮機獲得冷空氣。電動車輛， 例如，混合動力電動車輛（肥V)和純電動車輛度EV)，可作為替代使用電動裝置，例如，正溫 度系數(shù)（PTC)電阻加熱器和電動空調(diào)壓縮機。
[0003] 機動車輛中的最簡單的氣候控制系統(tǒng)向乘員提供加熱或冷卻的強度、鼓風(fēng)機的運 行速度、和將要到達(dá)不同的調(diào)風(fēng)器的氣流的相對量的直接控制。運要求用戶連續(xù)地監(jiān)測和 調(diào)節(jié)氣候控制設(shè)置，W便保持舒適性。然而，車輛乘員可能不理解如何最佳控制HVAC系統(tǒng) W優(yōu)化效率。他們可將控制旋鈕轉(zhuǎn)至最大輸出，同時對準(zhǔn)鼓風(fēng)機葉片向上或向下遠(yuǎn)離他們 的身體、傳送已調(diào)節(jié)的空氣掃風(fēng)到較不重要的表面上W及要求更多的能量W使乘客舒適。 與實際實現(xiàn)期望的熱舒適性所需的相比，運也導(dǎo)致更大的鼓風(fēng)機風(fēng)扇噪聲。
[0004] 也已經(jīng)引入電子自動溫度控制（EATC)系統(tǒng)，其中，反饋控制系統(tǒng)監(jiān)測乘客艙內(nèi)的 環(huán)境空氣溫度并自動調(diào)節(jié)鼓風(fēng)機速度和加熱器忍體或空調(diào)的運行，W保持期望的溫度設(shè) 置。在一些車輛中，在針對每個區(qū)域進(jìn)行單個目標(biāo)溫度設(shè)置的情況下，多個區(qū)域?qū)嵤┝藛为?的自動溫度控制。
[0005] 傳統(tǒng)的HVAC系統(tǒng)僅間接地控制乘員的實際皮膚溫度。因為皮膚溫度是實際的乘 員舒適性的較好的指標(biāo)，已經(jīng)研究出了運樣的系統(tǒng)，其利用紅外（IR)傳感器調(diào)節(jié)HVAC系統(tǒng) 運行W確定車輛乘員的皮膚溫度并在之后朝著實現(xiàn)目標(biāo)皮膚溫度所需的方向調(diào)節(jié)HVAC系 統(tǒng)的溫度設(shè)定點。然而，車輛內(nèi)部的熱力學(xué)環(huán)境是復(fù)雜的，因為各種HVAC控制設(shè)置之間的 關(guān)系W及對不同乘員的皮膚溫度產(chǎn)生的效果。因此，W前的系統(tǒng)相對復(fù)雜并且不劃算。
[0006] 為了減少能量損耗并且提供最佳的舒適性，也已經(jīng)提出了各種系統(tǒng)，其基于座椅 占用率自動調(diào)節(jié)遞送至乘客艙中的氣流的模式（例如，關(guān)閉未占用的座椅的通風(fēng)孔）。然 而，沒有已知的系統(tǒng)提供足夠的準(zhǔn)確性或性能W在熱狀態(tài)的相當(dāng)寬的范圍內(nèi)真正優(yōu)化已處 理的空氣的定向調(diào)節(jié)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明使用熱成像的圖像處理W識別乘員的皮膚表面，乘員的皮膚表面可利用電 動受控的通風(fēng)口利用已處理的氣流瞄準(zhǔn)，該通風(fēng)口具有雙軸定向控制，并且可選擇地具有 用于集中氣流的噴嘴控制。基于檢測到的座椅占用率，來自于多個通風(fēng)口的氣流可根據(jù)哪 些座椅被占用而瞄準(zhǔn)檢測到的皮膚目標(biāo)。熱成像的圖像可連續(xù)獲得，W便在變化的條件下 更新氣流方向和流率。
[0008] 在本發(fā)明的一個方面中，車輛裝置包括暖通空調(diào)（HVAC)系統(tǒng)，其具有用于將已處 理的氣流引導(dǎo)至車輛的乘客艙中的可操縱的出風(fēng)口。熱成像儀配置為捕捉覆蓋乘客艙內(nèi) 的乘員所潛在的固定區(qū)域的熱成像的圖像。HVAC控制電路配置為a)將熱成像的圖像壓縮 成溫度圖，溫度圖表示落在預(yù)定溫度范圍內(nèi)的對應(yīng)于乘員的熱成像的圖像的像素，b)根據(jù) 滑動窗口過濾溫度圖W合并平均落在預(yù)定溫度范圍內(nèi)的像素的連續(xù)區(qū)域，C)量化每個連續(xù) 區(qū)域的面積，d)定位具有最大面積的連續(xù)區(qū)域的形屯、，和e)將可操縱的出風(fēng)口向著形屯、對 準(zhǔn)。
【附圖說明】
[0009] 圖1是包括HVAC系統(tǒng)的汽車乘客艙的透視圖，該HVAC系統(tǒng)具有多個可操縱的出 風(fēng)口或通風(fēng)孔，用于為車輛的乘員提供氣候控制；
[0010] 圖2是表示本發(fā)明的車輛裝置的一個優(yōu)選的實施例的框圖； W11] 圖3和4是可操縱的出風(fēng)口的側(cè)視圖；
[0012] 圖5示出了用在優(yōu)選實施例中用于向著乘員對準(zhǔn)可操縱的出風(fēng)口的圖像數(shù)據(jù)的 序列；
[0013] 圖6是用于對準(zhǔn)可操縱的出風(fēng)口的方法的一個優(yōu)選實施例的流程圖；
[0014] 圖7是用于確定目標(biāo)區(qū)域的一個優(yōu)選實施例的流程圖；
[0015] 圖8和9是表示用于W熱成像的圖像識別乘員的預(yù)定的溫度范圍的典型的曲線；
[0016]圖10表示熱成像的圖像的一部分在轉(zhuǎn)換為二值溫度圖后的像素的陣列；
[0017] 圖11和12舉例說明了在過濾溫度圖W使二值溫度圖內(nèi)的區(qū)域合并期間連續(xù)位置 的滑動窗口；
[0018] 圖13舉例說明了在合并區(qū)域之后的像素的陣列；
[0019] 圖14舉例說明了用于在合并的區(qū)域內(nèi)定位形屯、的一個優(yōu)選的技術(shù)。
【具體實施方式】
[0020] 圖1示出了機動車輛的乘客艙10,其具有不同的座椅位置，例如，前排座椅11和后 排座椅12。車輛HVAC系統(tǒng)包括多個出風(fēng)口或通風(fēng)孔13-17,用于將已處理的空氣的各個氣 流引導(dǎo)至乘客艙10。一個或多個通風(fēng)孔13-17具有可操縱的出口，W致由HVAC系統(tǒng)自動可 調(diào)節(jié)方向和/或聚集點（即，傳播）。
[0021] 圖2示出了具有各種部件的HVAC系統(tǒng)20,各種部件通過電氣系統(tǒng)21相互連接，電 氣系統(tǒng)21優(yōu)選包括電線束和多路復(fù)用通信系統(tǒng)，如行業(yè)中通常使用的。HVAC控制電路22 可優(yōu)選地由典型的電子模塊組成，電子模塊包括定制的電路和/或一個或多個可編程的微 控制器，其具有適當(dāng)?shù)能浖?或固件，如機動車輛中通常部署的。
[0022] 熱成像儀，優(yōu)選W紅外攝像機23的形式，W向前位置設(shè)置在乘客艙中，W便捕捉 覆蓋前排座椅區(qū)域25和26中和它們周圍的固定區(qū)域的熱成像的圖像?？蒞為例如駕駛員 設(shè)置乘員座椅區(qū)域26。HVAC控制器可配置為始終假設(shè)駕駛員是存在的。另一方面，乘員座 椅25可代表潛在地存在乘員但也可能未被占用的乘客座椅。另一紅外攝像機24可WW向 后位置設(shè)置，W便捕捉覆蓋包括乘客區(qū)域27和28的乘客艙中的后排座椅區(qū)域的熱成像的 圖像。
[0023] 在前排座椅區(qū)域中，可設(shè)置針對乘客艙的右側(cè)和左側(cè)的鼓風(fēng)機30和37,其是可單 獨控制的，具有由HVAC控制器22確定的可變速度。鼓風(fēng)機30將已處理的氣流提供至受控 的調(diào)風(fēng)器通風(fēng)孔31、33、和35。通風(fēng)孔31在乘員座椅25附近的儀表板的左外側(cè)上設(shè)置在 儀表板上，用于提供氣流32。通風(fēng)孔33在左內(nèi)側(cè)位置設(shè)置在儀表板上，W提供氣流34,并 且通風(fēng)孔35是左側(cè)的地板通風(fēng)孔，用于提供氣流36。通風(fēng)孔31、33、和35中的至少一個是 自動地可操縱的，W將氣流導(dǎo)向乘員區(qū)域25內(nèi)的期望的目標(biāo)。同樣地，可變速鼓風(fēng)機37連 接至設(shè)置在儀表板上的為乘員區(qū)域26提供氣流39的前內(nèi)側(cè)右通風(fēng)孔38、提供氣流41的前 外側(cè)右通風(fēng)孔40、和提供氣流43的右地板通風(fēng)孔42。在本發(fā)明中，可使用可操縱的和固定 的通風(fēng)孔的任意組合。而且，特定的受控的通風(fēng)孔也可配置為將氣流交替地指向乘員區(qū)域 的不同的人。
[0024] 如所示的，同樣由HVAC控制器22控制的鼓風(fēng)機44將已處理的氣流提供至后通風(fēng) 孔45、47、和49,后通風(fēng)孔45、47、和49將氣流46、48、和50引導(dǎo)至乘員區(qū)域27和28。
[0025] 為了在W下詳細(xì)描述的目的，HVAC控制器22連接至或可包括查找表51。此外， HVAC控制器22連接至各種傳感器，包括外部環(huán)境空氣溫度傳感器52、客艙內(nèi)部空氣溫度傳 感器53、和座椅占用率傳感器55。HVAC控制器22連接至本領(lǐng)域公知的安裝在客艙的人機 界面（歷1)54。受控的通風(fēng)孔包括驅(qū)動器，基于來自于歷I54、傳感器52、53、和55、W及IR 攝像機23和/或24的信號，由HVAC控制器22激活該驅(qū)動器，W便引導(dǎo)已處理的空氣W最 佳的能量使用獲得乘客舒適性。
[00%] 圖3示出了安裝在儀表板或儀表盤61中的可操縱的出風(fēng)口 60的一個示例。從鼓 風(fēng)機接收已處理的空氣的風(fēng)道62將空氣提供至保持在杯狀的基部64上的可移動的外部通 風(fēng)孔殼體63。可在HVAC控制器的控制下通過馬達(dá)66沿著一個或多個軸旋轉(zhuǎn)的萬向架65 連接至殼體63。通過操縱萬向架65,氣流離開殼體63中的開口在期望的方向上移動。內(nèi)部 的活口或口，例如，活口 67,可設(shè)置在殼體63內(nèi)并且與驅(qū)動器馬達(dá)68連接，W便形成（即， 節(jié)流）離開的氣流的邊緣，W便提供出風(fēng)口氣流的期望的聚集點。
[0027] 圖4示出了通過具有可控的葉片70和71的通風(fēng)孔控制出風(fēng)口氣流的可選擇的實 施例。雖然示出了兩個葉片，但是通常會使用更多數(shù)量的葉片。每個葉片70和71具有端 部樞軸點72,其可旋轉(zhuǎn)地安裝至通風(fēng)孔殼體（未示出）。葉片全部通過連桿73相互連接， W保持平行的間隔。桿73的上下運動使葉片70和71同時旋轉(zhuǎn)，W便沿著可控的方向引導(dǎo) 出風(fēng)口氣流。桿73可連接至驅(qū)動器馬達(dá)（未示出），驅(qū)動器馬達(dá)由HVAC控制器驅(qū)動。
[0028] 圖5表示本發(fā)明的總體程序，該程序用于利用熱成像的圖像識別用于對準(zhǔn)出風(fēng)口 氣流的目標(biāo)位置。根據(jù)固定視