具有红外瞄准的定向气候控制系统的制作方法
【专利说明】具有红外瞄准的定向气候控制系统
【背景技术】
[0001] 本发明大体上设及汽车暖通空调（HVAC)系统，并且，更具体地，设及用于引导已 处理的空气的可操纵的出风口的自动调节，W优化乘客舒适性并减少能源使用。 阳00引暖通空调（采暖、通风和空调，HVAC)系统控制运输车辆一-例如，汽车一-中的 气候，W便保持车辆乘员的热舒适性。典型地，鼓风机使空气通过热交换器并将已调节的空 气递送至乘客舱内的各个点。例如，可通过加热器忍体提供暖空气，该加热器忍体从流入内 燃发动机的冷却剂获得热量。可利用由发动机机械驱动的压缩机获得冷空气。电动车辆， 例如，混合动力电动车辆（肥V)和纯电动车辆度EV)，可作为替代使用电动装置，例如，正溫 度系数（PTC)电阻加热器和电动空调压缩机。
[0003] 机动车辆中的最简单的气候控制系统向乘员提供加热或冷却的强度、鼓风机的运 行速度、和将要到达不同的调风器的气流的相对量的直接控制。运要求用户连续地监测和 调节气候控制设置，W便保持舒适性。然而，车辆乘员可能不理解如何最佳控制HVAC系统 W优化效率。他们可将控制旋钮转至最大输出，同时对准鼓风机叶片向上或向下远离他们 的身体、传送已调节的空气扫风到较不重要的表面上W及要求更多的能量W使乘客舒适。 与实际实现期望的热舒适性所需的相比，运也导致更大的鼓风机风扇噪声。
[0004] 也已经引入电子自动溫度控制（EATC)系统，其中，反馈控制系统监测乘客舱内的 环境空气溫度并自动调节鼓风机速度和加热器忍体或空调的运行，W保持期望的溫度设 置。在一些车辆中，在针对每个区域进行单个目标溫度设置的情况下，多个区域实施了单独 的自动溫度控制。
[0005] 传统的HVAC系统仅间接地控制乘员的实际皮肤溫度。因为皮肤溫度是实际的乘 员舒适性的较好的指标，已经研究出了运样的系统，其利用红外（IR)传感器调节HVAC系统 运行W确定车辆乘员的皮肤溫度并在之后朝着实现目标皮肤溫度所需的方向调节HVAC系 统的溫度设定点。然而，车辆内部的热力学环境是复杂的，因为各种HVAC控制设置之间的 关系W及对不同乘员的皮肤溫度产生的效果。因此，W前的系统相对复杂并且不划算。
[0006] 为了减少能量损耗并且提供最佳的舒适性，也已经提出了各种系统，其基于座椅 占用率自动调节递送至乘客舱中的气流的模式（例如，关闭未占用的座椅的通风孔）。然 而，没有已知的系统提供足够的准确性或性能W在热状态的相当宽的范围内真正优化已处 理的空气的定向调节。
【发明内容】
[0007] 本发明使用热成像的图像处理W识别乘员的皮肤表面，乘员的皮肤表面可利用电 动受控的通风口利用已处理的气流瞄准，该通风口具有双轴定向控制，并且可选择地具有 用于集中气流的喷嘴控制。基于检测到的座椅占用率，来自于多个通风口的气流可根据哪 些座椅被占用而瞄准检测到的皮肤目标。热成像的图像可连续获得，W便在变化的条件下 更新气流方向和流率。
[0008] 在本发明的一个方面中，车辆装置包括暖通空调（HVAC)系统，其具有用于将已处 理的气流引导至车辆的乘客舱中的可操纵的出风口。热成像仪配置为捕捉覆盖乘客舱内 的乘员所潜在的固定区域的热成像的图像。HVAC控制电路配置为a)将热成像的图像压缩 成溫度图，溫度图表示落在预定溫度范围内的对应于乘员的热成像的图像的像素，b)根据 滑动窗口过滤溫度图W合并平均落在预定溫度范围内的像素的连续区域，C)量化每个连续 区域的面积，d)定位具有最大面积的连续区域的形屯、，和e)将可操纵的出风口向着形屯、对 准。
【附图说明】
[0009] 图1是包括HVAC系统的汽车乘客舱的透视图，该HVAC系统具有多个可操纵的出 风口或通风孔，用于为车辆的乘员提供气候控制；
[0010] 图2是表示本发明的车辆装置的一个优选的实施例的框图； W11] 图3和4是可操纵的出风口的侧视图；
[0012] 图5示出了用在优选实施例中用于向着乘员对准可操纵的出风口的图像数据的 序列；
[0013] 图6是用于对准可操纵的出风口的方法的一个优选实施例的流程图；
[0014] 图7是用于确定目标区域的一个优选实施例的流程图；
[0015] 图8和9是表示用于W热成像的图像识别乘员的预定的溫度范围的典型的曲线；
[0016]图10表示热成像的图像的一部分在转换为二值溫度图后的像素的阵列；
[0017] 图11和12举例说明了在过滤溫度图W使二值溫度图内的区域合并期间连续位置 的滑动窗口；
[0018] 图13举例说明了在合并区域之后的像素的阵列；
[0019] 图14举例说明了用于在合并的区域内定位形屯、的一个优选的技术。
【具体实施方式】
[0020] 图1示出了机动车辆的乘客舱10,其具有不同的座椅位置，例如，前排座椅11和后 排座椅12。车辆HVAC系统包括多个出风口或通风孔13-17,用于将已处理的空气的各个气 流引导至乘客舱10。一个或多个通风孔13-17具有可操纵的出口，W致由HVAC系统自动可 调节方向和/或聚集点（即，传播）。
[0021] 图2示出了具有各种部件的HVAC系统20,各种部件通过电气系统21相互连接，电 气系统21优选包括电线束和多路复用通信系统，如行业中通常使用的。HVAC控制电路22 可优选地由典型的电子模块组成，电子模块包括定制的电路和/或一个或多个可编程的微 控制器，其具有适当的软件和/或固件，如机动车辆中通常部署的。
[0022] 热成像仪，优选W红外摄像机23的形式，W向前位置设置在乘客舱中，W便捕捉 覆盖前排座椅区域25和26中和它们周围的固定区域的热成像的图像。可W为例如驾驶员 设置乘员座椅区域26。HVAC控制器可配置为始终假设驾驶员是存在的。另一方面，乘员座 椅25可代表潜在地存在乘员但也可能未被占用的乘客座椅。另一红外摄像机24可WW向 后位置设置，W便捕捉覆盖包括乘客区域27和28的乘客舱中的后排座椅区域的热成像的 图像。
[0023] 在前排座椅区域中，可设置针对乘客舱的右侧和左侧的鼓风机30和37,其是可单 独控制的，具有由HVAC控制器22确定的可变速度。鼓风机30将已处理的气流提供至受控 的调风器通风孔31、33、和35。通风孔31在乘员座椅25附近的仪表板的左外侧上设置在 仪表板上，用于提供气流32。通风孔33在左内侧位置设置在仪表板上，W提供气流34,并 且通风孔35是左侧的地板通风孔，用于提供气流36。通风孔31、33、和35中的至少一个是 自动地可操纵的，W将气流导向乘员区域25内的期望的目标。同样地，可变速鼓风机37连 接至设置在仪表板上的为乘员区域26提供气流39的前内侧右通风孔38、提供气流41的前 外侧右通风孔40、和提供气流43的右地板通风孔42。在本发明中，可使用可操纵的和固定 的通风孔的任意组合。而且，特定的受控的通风孔也可配置为将气流交替地指向乘员区域 的不同的人。
[0024] 如所示的，同样由HVAC控制器22控制的鼓风机44将已处理的气流提供至后通风 孔45、47、和49,后通风孔45、47、和49将气流46、48、和50引导至乘员区域27和28。
[0025] 为了在W下详细描述的目的，HVAC控制器22连接至或可包括查找表51。此外， HVAC控制器22连接至各种传感器，包括外部环境空气溫度传感器52、客舱内部空气溫度传 感器53、和座椅占用率传感器55。HVAC控制器22连接至本领域公知的安装在客舱的人机 界面（歷1)54。受控的通风孔包括驱动器，基于来自于歷I54、传感器52、53、和55、W及IR 摄像机23和/或24的信号，由HVAC控制器22激活该驱动器，W便引导已处理的空气W最 佳的能量使用获得乘客舒适性。
[00%] 图3示出了安装在仪表板或仪表盘61中的可操纵的出风口 60的一个示例。从鼓 风机接收已处理的空气的风道62将空气提供至保持在杯状的基部64上的可移动的外部通 风孔壳体63。可在HVAC控制器的控制下通过马达66沿着一个或多个轴旋转的万向架65 连接至壳体63。通过操纵万向架65,气流离开壳体63中的开口在期望的方向上移动。内部 的活口或口，例如，活口 67,可设置在壳体63内并且与驱动器马达68连接，W便形成（即， 节流）离开的气流的边缘，W便提供出风口气流的期望的聚集点。
[0027] 图4示出了通过具有可控的叶片70和71的通风孔控制出风口气流的可选择的实 施例。虽然示出了两个叶片，但是通常会使用更多数量的叶片。每个叶片70和71具有端 部枢轴点72,其可旋转地安装至通风孔壳体（未示出）。叶片全部通过连杆73相互连接， W保持平行的间隔。杆73的上下运动使叶片70和71同时旋转，W便沿着可控的方向引导 出风口气流。杆73可连接至驱动器马达（未示出），驱动器马达由HVAC控制器驱动。
[0028] 图5表示本发明的总体程序，该程序用于利用热成像的图像识别用于对准出风口 气流的目标位置。根据固定视