用于汽车应用的取暖、制冷和通风系统的制作方法

专利名称：用于汽车应用的取暖、制冷和通风系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于一般座椅尤其是车辆座椅的通风和空调装置。
背景技术：
汽车座椅市场面临着对于舒适度的高要求的挑战。这不仅牵涉到在座 椅上的稳定性和姿势，还涉及座椅的温度和湿度。由于对气候状况和体温 的适应，取暖/加热和制冷/冷却极大地增加了顾客的舒适度。
近年来座椅行业中的挑战增加了对于提供结合了座椅取暖/通风/制冷 的腰靠/腰部支承系统以适应顾客期望的需求。
用于提供具有柔软感的座椅支承装置的现有技术^f吏用了聚氨酯泡沫塑 料或胶毛。这些技术在汽车市场领域已存在多年并且满足了应用需求。顾 客的未来需求是在座椅中结合附加特征，例如取暖、制冷和通风。现有的 泡沫塑料技术在这些应用中具有局限性，因为它们不允许空气很好地自由 移动通过产品并且具有高程度的热质/热容量(thermal mass),这降低了 在表面上加热或冷却直至泡沫塑料达到所需温度的效果。

发明内容
上述难题的一个解决方案是使用聚酯纤维填充产品来结合或代替传统 的泡沫塑料块。纤维支承的重要优点包括可提高透气性(消除了乘员身
下的出汗和湿气)以及材料可回收、比泡沫塑料重量轻，并提供了更好的 噪声衰减效果，同时提供了与泡沫塑料相同的机械性能。
本发明是设计成用于车辆座椅、优选为带有集成式/整合式舒适性系统 的车辆座椅的取暖、制冷和通风系统。该座椅取暖、制冷和通风系统包括
以允许气流通过的方式熔合在一起的塑料纤维、优选为聚酯的网状物，该 网状物构成座垫材料的至少 一部分。在一优选实施例中网状物被封装在具 有有限数量的孔的较不透气的隔室内，从而被压入隔室的空气从座椅的有 限区域内排出，优选从乘员与座椅表面接触的地方排出。
从下面给出的详细说明中可清楚看到本发明的其它应用领域。应当理
并非限制本发明的范围。


从详细说明和附图将更充分地理解本发明，在附图中 图1为集成式舒适性座椅的透视图； 图2为集成式舒适性座椅的侧视图； 图3A为具有开放纤维构造的纤维垫的截面图； 图3B为具有不透气阻挡层或密封层构造的纤维垫的截面图； 图3C为具有半透气阻挡层的纤维垫的截面图； 图4A为集成式舒适性座椅的一个实施例的侧视图； 图4B为集成式舒适性座椅的一个实施例的后视图； 图4C为集成式舒适性座椅的另一个实施例的侧视图； 图4D为通过外模成型/包覆成型(overmold)就位的歧管/多支管 (manifold)的侧一见图4E为用泡沫塑料外模成型的垫边缘的侧视图4F为嵌入在基垫中的歧管端部的侧视图4G为附装在可透气纤维通风层上的凸缘的侧视图4H为外模成型在泡沫塑料支承垫内并通过环与装饰层连接的丝
(wire)的侧 f见图5A示出可透气纤维网垫的多层结构，其带有将垫保持就位的紧固
件，并具有热封边缘；
图5B示出可透气纤维网垫的多层结构，其带有将垫保持就位的紧固
件，并具有热封边缘，且在两个纤维层之间具有可透气加热层； 图6A示出可透气纤维网垫的多层结构，其具有缝合边缘； 图6B示出可透气纤维网垫的多层结构，其具有缝合边缘，且在两个
纤维层之间具有可透气加热层；
图7示出集成式舒适性座椅的一个实施例，示出使用可选的防护装置
和过滤器以使来自空气移动装置的空气扩散；
图8示出使用带式腰靠的集成式舒适性座椅的一个实施例； 图9A示出使用带式腰靠的集成式舒适性座椅的一个实施例； 图9B示出基于带式腰靠的舒适性模块的 一个实施例的前视图； 图9C示出基于带式腰靠的舒适性模块的一个实施例的后视图； 图9D示出基于带式腰靠的舒适性模块的一个实施例的俯视图10A示出使用丝弯垫支承(wire flex mat support)的集成式舒适性 座椅的一个实施例的前视图IOB示出使用丝弯垫支承的集成式舒适性座椅的一个实施例的后视
图11A示出使用带式腰靠的集成式舒适性座椅的一个实施例的后视
图11B示出使用带式腰靠的集成式舒适性座椅的一个实施例的前视
图12A示出使用弯垫腰靠的集成式舒适性座椅的一个实施例的前视
图12B示出使用弯垫腰靠的集成式舒适性座椅的一个实施例的后视
图13示出集成式舒适性座椅的一个实施例，其中支承垫为纤维网垫；
图14示出集成式舒适性座椅的一个实施例，其中支承垫和枕垫为纤维
网垫；
图15示出集成式舒适性座椅的一个实施例，其中通风层和第二纤维网 层或纤维网外层被一起制造成单一产品；
图16示出基于弯垫支承的舒适性模块的一个实施例；
图17A示出集成式舒适性座椅的一个实施例的侧视图17B示出集成式舒适性座椅的一个实施例的透视图18A-18D示出集成式舒适性座椅的不同实施例；
图19A示出用于将座椅装饰材料附装到丝弯垫上的锚固连接件；
图19B示出附装在丝弯垫上的座椅装饰材料；
图19C示出附装在丝弯垫上的座椅装饰材料，其中可透气纤维通风层 绕过附装点；
图20A-20C示出集成式舒适性座椅的不同实施例； 图21示出用于集成式舒适性座椅的控制模块的一个实施例； 图22示出用于集成式舒适性座椅的控制模块的另一个实施例； 图23A示出用于集成式舒适性座椅的热电模块/温差电敏模块的一个 实施例；
图23B示出用于集成式舒适性座椅的热电模块的另 一个实施例； 图23C示出用于集成式舒适性座椅的热电模块的另 一个实施例； 图23D示出用于集成式舒适性座椅的热电模块的另 一个实施例。
具体实施例方式
下面对于优选实施例的说明仅为例示性的而决非对本发明、其应用或 使用的限制。
集成式舒适性座椅100包括人体工程学支承装置110如腰靠120以及 具有透气通风层140的垫130(图1-2)。在一些实施例中垫130还包括如 下所述的第二纤维层220。与通风层140相连的是空气移动装置150如风 扇或鼓风机。通常，集成式舒适性座椅IOO包括一个或多个附装在座椅框
架107上的舒适性模块105，每个模块都具有一个或多个取暖、制冷和人 体工程学支承部件。垫和装饰材料可与舒适性模块105集成，与座椅框架 107成一体，或在组装好舒适性模块105后添加到座椅100上。其它组装 所公开的舒适性模块105以制造集成式舒适性座椅100的方法也是可能的 并且在本发明的范围之内。
为了座椅乘员的舒适性并允许空气流动通过座椅，人体工程学支承装 置110由一个或多个支承垫160覆盖，支承垫160又被透气通风层140覆 盖。尽管可将泡沫塑料如氨基甲酸泡沫塑料用于通风层140,但一优选实 施例采用包括无纺/非织造聚酯纤维填充物的纤维网状物170，其制造和使 用如下详细所述。与纤维网相比，当前的泡沫塑料技术在这些应用中具有 局限性，例如它们不能轻易地允许空气自由地通过产品并且具有高程度的 热质，这会降低在表面上加热或冷却直至泡沫塑料达到所需温度的效果。
此处公开的设备和组装方法一般适用于多种不同的人体工程学支承装 置，特别是例如安装在座椅靠背上的腰靠装置，包括本领域技术人员所公 知的多个可拱起的压力表面(图16)、带式腰靠(图11A)和以丝为基的 弯垫支承(图10A)。此外，所述设备和方法适用于编程设计为通过调节 机构的重复循环工作来提供按摩的腰靠装置和其它人体工程学装置。
在一个实施例中，泡沫塑料块用于结构用途，例如作为支承垫160， 而空气流动通过包括设置在泡沫塑料块上面的纤维网状物170的通风层 140。在这种情况下，在泡沫塑料块内形成有一个或多个孔180以允许气流 152通过泡沫塑料流至纤维网通风层140 (图2)。在另一个实施例中，座 椅100具有由泡沫塑料制成的侧枕垫190，所述侧枕垫在侧边上设置于座 椅靠背的两侧(图2)。此外，泡沫塑料支承垫160位于主座椅表面之下。 在另一个实施例中，位于主座椅表面之下的泡沫塑料支承垫160可替换成 附加的纤维网垫(图13)。用附加的纤维网垫替换这些泡沫塑料垫从总体 上节省了重量并减小了垫的热质，从而使座椅可更快地加热或冷却。附加 的纤维网垫可选地可供空气流通或不流通，取决于具体的应用。在又一个 实施例中，以泡沫塑料为基的侧枕垫190也可被替换成纤维网垫(图14),
同样，空气可选地流通通过以纤维为基的侧枕垫190。
在一个实施例中，纤维网通风层140被由气密材料如不透气的塑料板 片制成的不透气阻挡层148所封装/密封(图3B)。气密封装具有有限数 量的开口，例如设置成供空气在空气移动装置150的作用下进入的孔180 以及那些设置成供空气通过一个或多个孔或狭缝200排出的开口 。在网状 物的远离座椅乘员的远端或背侧，空气移动装置150如风扇或鼓风机设置 成使空气移动进入通风层140的通过封装形成的腔。在网状物的近端，即 更靠近乘员的座椅表面侧，板片或其它封装材料148具有一个或多个分布 孔或狭缝200以允许空气向外朝座椅乘员移动。封装网状物并在更靠近座 椅乘员的板片148中设置气孔具有使气流152朝特定区域集中的作用，在 一优选实施例中所述特定区域包括乘员身体与座椅表面接触的区域。
座椅装饰层210需要用本身可透气的材料或带孔的皮革制成并且在一 个实施例中与第二纤维层220沿缝合区域222 (图5A、 5B )或热封区域 222 (图6A、 6B)缝合在一起，第二层220有助于座椅100表面上的空气 分布和均一性。在一个实施例中，第二层220由厚度约6-10mm的不同密 度的聚酯纤维制成并且在座椅表面提供了柔软性和提高的透气性，以及改 善的空气扩散和分布。在另一个实施例中，第二纤维层220即更靠近表面 的那层比主通风层140更柔软，以给座椅100的表面增加舒适度并用于使 其成形。缝合或热封区域222沿纤维垫边缘的宽度取决于多个因素如纤维 的密度，在一个实施例中四周的宽度约为10mm (图5A、 5B、 6A、 6B)。
具有多个纤维层可使空气沿座椅表面更均匀地分布。在一个实施例中
(图5A)，通风层140的外座椅表面例如通过反复地施加热量将纤维熔合 在表面而局部地#1密封，从而具有有限数量的孔供空气逸出。因此，来自 空气移动装置150的空气在进入通风层140时将偏转和扩散，因为存在有 限数量的逸出点。这也具有这样的效果，即在整个通风层140上排出类似 量空气，而并非使不适量的空气在空气移动装置150附近排出通风层140。 在另一个实施例中，具有或不具有座椅装饰材料如附接皮革的多层纤 维产品226也可作为单独的产品来制造，以安装在传统的座椅泡沫塑料块
上，供单独使用或作为主动式取暖、制冷和通风系统的一部分使用(图15)。 风扇、鼓风机或其它类型的空气移动装置150使用已知的紧固装置附 装在背部支^=莫块230上。在一个实施例中，空气移动装置150将空气沿 径向向外吹入歧管240 (图4B)，风扇排气的径向布置使得系统可实现更 薄的轮廓。在一些实施例中支承垫160被至少一个水平设置的通道164分 割为一个或多个竖直相邻的部分162，以使某些部分162可独立运动，以 便适应人体工程学支承装置110的运动。分割支承垫160的一个结果是通 风层140也被分割为多个不接触的部分，其中每个部分都必须接收空气供 应。在一个实施例中，空气移动装置150附装在背部支^^莫块230的上半 部，而空气通过歧管240或其它气密的管子、软管或管道被送至下半部(图 4A、 4B)。在另一个实施例中，通风层140仅存在于背部支承的下半部， 因此不需要歧管240 (图4C)。在又一个实施例中，风扇、鼓风机或其它 空气移动装置150直接附装在腰靠装置120上(图2、 8、 IOA、 10B)。 在一些实施例中， 一个或多个风扇、鼓风机或其它空气移动装置150附装
型的腰靠120向前推(图16、 17A、 18A、 18B)。
在另一个实施例中，特别是在风扇直接将空气吹入纤维垫的地方且在 轴向而非径向的方向上，可选地带有过滤器的防护装置260被设置在空气 移动装置150的输出区域上以过滤并扩散空气，从而防止被吹送的空气直 接"通读(read-through)，，座椅乘员的身体(图7)。相反地，空气更均 匀地扩散穿过泡沫垫并从而穿过座椅表面，由此提供了改善的舒适度。
在一个实施例中，本发明的支承系统被水平的槽、沟或通道164分为 上部和下部(图4A、 4B)。在特定实施例中，下部与可调节的腰靠120 相关联，而通道164将上部和下部分离成可独立移动的部分。在一些实施 例中，上部和下部的通风层140的各部分彼此分离(图4A),而在其它实 施例中通风层140在上部和下部之间连续延伸(图16、 17A、 17B)。在 通风层140在座椅支承的上部和下部之间被分开的情况下，必须例如使用 上述歧管240将空气分开送至每个部分(图4A)。在一可选实施例中，通
风层140绕过通道164弯曲(图16、 17A、 17B)，尽管弯曲形状必须是 足够渐进的以防止通风层140皱折，而铍折会限制气流。在该后一个实施 例中，单个空气移动装置150足以将空气送至整个通风层140 (图16)， 尽管仍可使用一个以上的空气移动装置。
在一些实施例中，座軍或座椅装饰层210的材料可直接固定在背部支 承结构上，特别是在通风层140与装饰层210的材料分开时(图19A-19C、 20A-20C)。在这种情况下，专用的锚固连接件270附装在座椅装饰层210 的材料和背部支承结构上，例如附装在作为丝弯垫背部支承250 —部分的 丝上(图19A)。在另一个实施例中，座椅装饰层210固定在嵌入座椅泡 沫塑料内的丝280上，丝280是例如通过将泡沫塑料外模成型在丝280上 而嵌入座椅泡沫塑料内的，丝280通过环282固定于装饰层210(图4H)。
在又一个实施例中，背部支承被分割为三个部分以容纳位于中央的可 调节腰靠120，而两个单独的水平通道164将背部支承分割为下、中、上 部分(图12A-12B)。在一个实施例中，空气通过与各部分相关的各个空 气移动装置150供给至通风层140的各个单独的部分(图12A-12B )。
在一个实施例中，通风层140通过借助于缝合或热封使边缘密封(图 5A、 5B、 6A、 6B)并通过重复地进行加热操作的循环在垫的基部使纤维 熔合而被封装。座垫的外部被可透气的座椅装饰材料如本身可透气的织物 所覆盖，或被在其中具有孔或狭缝200以允许空气通过的不透气材料如皮 革所覆盖(图17A、 18A、 18C、 18D)。所迷孔或狭缝的位置可设置成与 座椅乘员的身体和装饰材料之间相接触的可能区域一致。如同上述的塑料 板片的实施例一样，在该实施例中，在被密封的隔室内也具有有限数量的 开口，这些开口通常在基部，允许空气被送入，同时空气从可透气的座罩 逸出。
在离开塑料板片或其它封装材料内的孔之后，通风空气移动通过可选 的透气加热层290并通过座椅装饰层210。座椅装饰层210可以是本身透 气的材料如布料，或者是较不透气的材料如皮革，但通过在材料上制造孔 或狭缝而变得透气。透气加热层优选设置在通风层140与座椅装饰层210
之间。加热材料可具有传统的构造，如电阻丝、碳纤维或导电墨水或适当 的聚合物。加热器与纤维垫的连接可通过常规手段如双面胶或通过其它本 领域已知的适当手段来实现。
加热层包括如下所述的多种不同的加热技术。作为透气加热层2卯的 替换方案，可通过从其它来源如热电装置(TED) 300吹入被加热的空气 或通过在环境空气比座椅100热得多时吹入环境空气来提供热空气。
尽管篇幅和附图集中于座椅靠背作为例示性实施例，但也可应用相同 的原理制造用于座椅底座的类似系统。在将舒适性系统应用于座椅靠背和 座椅底座的那些实施例中，各个结构支承件可以是分立的部件，或者是铰 接在座椅靠背与座椅底座之间的过渡部上的单个部件。
构成通风层140的纤维网材料的基本构造如图3A-3C所示。在图3A 中，聚酯纤维142形成在一起成为垫或纤维网状物170。纤维142通过加 热过程例如使受热气体如空气通过网状物流通而在接触点处彼此粘结。结 果形成了允许空气移动通过纤维网状物170的无规则的开放通道144。同 时纤维142又足够密实和刚硬以提供支承而不会坍塌。纤维网状物170的 密度可变，纤维的方向角度也可变。制造基础纤维和使纤维粘结在一起的 技术是本领域技术人员所公知的。
纤维142可制造成具有不同密度和厚度，以^使具有复杂系统所需的空 气透气性。此外，纤维142可例如通过热成型,皮加工成不同的座椅形状以 用于身体姿势的各种型式。在一个实施例中，纤维网垫层在边缘用泡沫塑 料310进行外模成型以产生精美外观并将座椅100成型为所需形状和外观， 同时仍保持舒适度和结构(图4A、 4C、 4E、 4F)。在另一个实施例中， 通风层140的顶部也用泡沫塑料310进行外模成型，而这在一个实施例中 是允许空气流过的较薄的层。附加的泡沫塑料薄层可用于增加舒适性并进 一步塑造座椅100的形状，同时保持足够薄而不会抑制空气的流动。
一个可与纤维产品一同产生的附加特征是一侧上的半透气阻挡层146
(图3C、 5A、 6A)。通过对纤维的一侧施加热量，聚酯可被再加热、熔 化、然后冷却以形成几乎连续的空气屏障。该特征可用于座椅的加热和冷
却。此外，为了提供舒适性和性能(加热或冷却)，纤维可为双层产品， 各层具有不同的密度和纤维类型。
在一个实施例中，纤维垫通过双面胶、自粘式粘结剂(peel and stick adhesive)或诸如钩、环紧固件的机械紧固装置或其它适当的紧固件224 连接在支承垫160上(图5A、 5B )。
在一个实施例中，通过混合具有不同密度和厚度的聚酯纤维来制造纤 维垫，以产生适当的支承水平用于舒适地就座，同时仍允许空气穿过座椅 表面。
在这种构造中，通过位于纤维垫与座罩之间的电力加热器进行加热。 加热材料可为常规构造，并使用电阻丝、碳纤维、导电墨水或适当的聚合 物。加热器与纤维垫的连接可通过常规手段如双面胶或通过由使用纤维垫 所赋予的独特手段来实现。
如果使用可透气加热层290来替代与空气循环系统对准的模块如 TED，或结合所述才莫块一起使用所述加热层，则可透气加热层2卯可位于 几个不同的高度在纤维网垫层之上、之下或之间。通常可透气加热层290 应当与送至座椅100表面的气流对准或至少邻近流动空气的路径，从而实 现从加热层到空气再到座椅乘员的有效热传递。
将加热和冷却特征直接集成到舒适性模块105中的可选方案是从另一 来源如车辆的取暖和空调系统或独立的取暖/制冷装置输入经调节的空气。
在一个实施例中，通过基于正导热系数('PTC，)的加热器320进 行加热，该加热器在空气流向通风层的路径上具有或不具有热电装置300 (图2、 7) 。 PTC加热器为陶瓷加热元件，可具有多种形状和尺寸从而获 得或保持由厂家设定的定点温度。热电装置('TED， ) 300包括热电模 块('-TEM， ) 302如珀尔帖装置(Peltier device)，加上散热器304。当 在珀尔帖装置上施加电压时，在装置上产生温度梯度，形成暖侧和冷侧。 如果TEM 302的冷侧由于室温空气吹过连接于冷侧的散热器而变热，则暖 侧将会变热。类似地，暖侧可被冷却至室温从而^f吏冷侧更冷。因此珀尔帖 装置可用于提供加热或冷却，这取决于使TEM 302的哪一侧保持接近室
温，而所得到的热或冷空气流通进入座椅。此外，通过转换施加在珀尔帖 装置上的电压的极性，还可使珀尔帖装置在加热和冷却之间切换。在又一
个实施例中，通过分层的产品进行加热，而通过上述的TED 300实现冷却。 TED装置可位于空气流向座椅的路径上的任何位置，在风扇或鼓风机的上 游或下游(图2)，只要流向座椅的空气的所有或大部分移动通过TED及 其相关联的散热器304。在另一个实施例中，TED具有多个层以改善加热 和/冷却的功能性。
在一个实施例中，使用歧管240将空气分配至通风层140中的不同隔 室。歧管240的一个开口连接在将空气压入歧管的风扇或其它空气移动装 置150上。歧管240的输出口随之导入由网状纤维形成的分开的空气隔室 内。为了简化组装，在一个实施例中由塑料制成的歧管240可在座椅底座 的泡沫塑料支承垫160内进行外模成型(图4A、 4C)。然后可将通风层 140铺在支承垫160之上。或者，用于歧管240的进入口可被模制或切削 在支承垫160中以允许随后插入歧管240。
在另一个实施例中(图4D)，歧管240在通道164的区域内置于泡沫 塑料支承垫160附近，使得歧管240的开口与相邻的通风层140连通，随 后使歧管140外模成型就位。该外模成型可与其它外模成型步骤如在通风 层140边缘处的步骤结合进行。歧管240的开口在管端部可为圆形横截面， 或者可加宽为细长狭缝，在一个实施例中具有与沟it^目当的长度。在一个 实施例中，歧管240的末端具有凸脊或螺旋式螺紋244以与泡沫塑料接合， 这有助于使歧管在泡沫塑料中保持就位(图4F)。在另一个实施例中，凸 缘242与通风层140结合，凸缘242在歧管240或其它空气传送管道370 的端部形成了连接，例如卡扣配合(图4G)。
在一个实施例中，通风层140和第二透气纤维层220被合并成单个多 层的通风产品226，其可被安装在传统的座椅上(图15)。
在一个实施例中，纤维垫由合成材料聚酯特别是聚酯纤维填充物制成。
程度的舒适性和耐用性、同时当人坐在座椅上时仍允许空气穿过垫的产品。
聚酯是可回收的，不会引起过敏，并且可阻止霉菌和霉的生长。聚酯纤维 填充物可以是发亮的、半无光泽的和全无光泽的。常用的产品是半无光泽
的和光学上明亮的。纯净的白棉絮色(white batting color)可改善使用淡 着色织物的产品的外观。
聚酯可用多种化学物质进行处理；赋予其非易燃特性，使其抗菌并改 善美感和耐用性。可使聚酯棉絮通过所有目前的垫层可燃性标准。
不像聚氨酯泡沫塑料，聚酯(PET)纤维产品在暴露于紫外线下时不 会发黄和变脆，在受热时也不会产生高程度的有毒气体。
粘结的三种方法为平紋(plain)、树脂粘结和软熔粘结(low melt bond)， 一个优选实施例使用软熔粘结方法。软熔产品通过结合熔化温度 不同的聚酯纤维而制成。它可使用光滑纤维制成，提供了美感和耐用性。 通过使用软熔粘结方法，密实棉絮增加了耐用性并且提供了更大的高度恢 复性。纤维的分层可通过合并不同丹尼尔的纤维、光滑/干燥纤维的组合、 空心和实心的纤维以及任意或所有这些的混合来进行，从而获得期望的品 质、价格和性能特性。
其它纤维包括天然材料如羊毛、丝绸和开士米的混合物可与派朗 (pyron)和高级阻燃(FR)纤维混合从而得到不同结果。派朗是高技术 的FR纤维，包括氧化的聚丙烯腈纤维。那些在高温下制成的热稳定的氧 化纤维可阻燃。纤维就地焦化并将热量从焰源传走。最终，通过使不同的 纤维分层例如使用上述的双层产品可得到不同结果。顶层如第二层220也 可包括异类纤维如羊毛和丝绸以增加舒适度。
在舒适性模块105的一个实施例中，单个的控制模块330控制此处公 开的所有座椅舒适性选项。通过将舒适性系统制造为一个模块，将舒适性 部件组装和安装成一个座椅将得以简化并因此降低成本。除了减少必须安 装的部件数量之外，才莫块化的组件还消除了制造商将来自不同供应商的不 同部件装配在一起所产生的问题。在一个实施例中，所有的座椅靠背支承 和舒适性元件被集成到单个装置上(如图1、 17B),然后该装置可轻易地 附装到座椅框架107上。此外，此处所述的以纤维为基的空气分布垫;l^
轻的、可回收的，并且可防止霉菌和霉的生长，具有多个优点。 控制模块
可使用 一个控制模块330来控制座椅100的所有选项如按摩、取暖、 制冷和通风，并且所有选项可连接至一个主体线束。在一个实施例中，控 制模块330提供了座椅的预热和预冷；在另一个实施例中，风扇或鼓风机 可在加热模式下通电数秒从而改善座椅的空气分布和加热时间。为了使温 度均匀并防止散热器304在冷却模式下积聚水分，在一个实施例中，在冷 却元件切换为关闭模式后空气移动装置150继续运行一段时间。在另一个 实施例中，控制模块330被编程设计成使空气移动装置150在较低功率从 而在较低速度/转速下(例如满负荷的30。/。)运行直至加热系统预热起来， 以避免在加热元件预热前将冷空气吹到座椅乘员身上。在另一个实施例中， 座椅IOO可根据状态指示而被预冷或预热，如果环境空气或座椅100的温 度高于预设极限值，则通过打开汽车车门就可启动预冷或预热。在一个实 施例中，当座椅100或环境空气的温度高于25"C时启动座椅的预冷。预热 或预冷的持续时间由预定的温差或预设的时间量来确定。图21示出使用选 择旋钮的控制器330的一个实施例。其它选择选项例如加热和冷却及其温 度的方法一一包括带有或不带有发光二极管的按钮，也包含在本发明中。
在一个实施例中，控制模块330使用来自座椅100的那些被加热或冷 却的部件如底座垫层或靠背层的温;1^馈来控制加在可透气加热层290和/ 或与空气移动装置150对准的热电装置300上的电流和/或电压，以在最短 时间内达到使用者选择的温度并将该温度保持恒定。在一个实施例中，使 用本领域技术人员公知的PID (比例、积分和微分)控制器作为控制模块 330的一部分来控制座椅100的温度。在座椅100的表面达到预设温度后， 在一个实施例中如果鼓风机被打开，则降低风扇速度以减少噪音，并緩解 可能由过度的空气移动引起的使用者的任何不适。
在加热模式下，在一个实施例中作为可透气加热层290的加热器将被 PID控制器打开。这种情况下，在一段迟滞时间(通常为30秒)过后，空
气移动装置150将以低速向使用者送风，短时间后以间歇方式送风。这样， 通过使用强制送风，即使在使用可透气加热层290时，热空气也从加热层 被强制送向乘员而不是仅依赖于被动转移(例如热传导或局部对流)，从 而使热量穿过通风层140和座椅装饰层210移向乘员。其优点在于缩短了 加热时间并实现了更均匀的加热。加热器如基于PTC的加热器320可以是 附装在散热器304上的位于空气管道370内的独立加热器，并且可单独4吏 用或与工作在加热模式下的TED300结合使用。这种情况下，空气移动装 置150在开始将以低速送风以使空气具有充分的被加热时间。
在冷却^=莫式下，TED 300将通电并且空气移动装置150将向座椅乘员 送冷风。可选地基于PID的控制模块330将控制加在热电装置300上的电 流和/或电压以及空气移动装置150的速度。如果车辆内的环境温度明显低 于座椅100的温度一一在一个实施例中为低10至20摄氏度的差异，则TED 300将关闭并且将通过以最大速度吹送环境空气而冷却座椅100以节能。 当车辆内的环境温度较接近座椅100的温度时一一在一个实施例中为小于 10至20摄氏度的差异，则TED 100将通电并且因此温度显著低于环境温 度的空气将被吹送至座椅表面以对座椅100进行冷却。在一个实施例中， 将温度传感器340置于空气移动装置150的入口附近以更精确地测量将4皮 送至座椅100表面的环境空气的温度，并在总体上实现更紧凑的模块化设 计。在另一个实施例中，温度传感器340直接置于座椅装饰层210之下以 测量座椅装饰层210本身的温度。在该实施例中温度传感器与气流152隔 离，以便单独检测座椅装饰层210的材料的温度(图2 )。
使用者控制界面334如按钮、旋钮和指示器如发光二极管(LED)可 安装在座椅100或车辆的仪表板上，或通过有线或无线的传输装置单独设 置。也可从车辆的加热器和空调控制设定获取控制信号，从而免除对单独 控制模块的需要。
可将可编程定时器332 (图22 )集成到控制模块330中，从而座椅100 可在确定的预设时间例如一天中的特定时刻被加热或冷却，并且当乘员进 入车辆时能立即享受到舒适性。
来自遥控进入系统的开门信号也可用于自动打开系统。在例如使用预 设定时器或开门信号自动开启座椅温度控制的情况下，模块会根据使用者 手动预设的条件或可选地根据厂家预设的条件打开系统的加热或冷却模
式。例如，在一个实施例中，如果环境温度高于25t:(使用者设定的)， 则控制模块330将启动冷却模式，而如果环境温度低于20匸(使用者设定 的)，则它将启动加热模式。在一个实施例中，如果乘员在系统自动开启 后IO分钟内没有坐在座椅上(通过可选的乘员传感器)，或者发动机在该 时间段内没有启动，则系统会关闭以节约能源。
附装在TED 300或其散热器304上的温度传感器340将用于防止热电 才莫块或TEM 302过热。
空气移动装置150在完全关闭前将保持开启一定时间(通常为30秒) 以使TED 300的散热器304更接近环境温度，从而特别是在炎热潮湿的夏 天防止水分在冷却的TED 300上的任何可能的积聚。
可添加记忆特征以存储针对每个座椅乘员的优选的温度设定值。
在一个实施例中，座椅温度控制模块330在没有使用者可调的控制模 块的情况下工作，即进行自我调节。在该实施例中，使用者的输入被限制 为选择是加热还是冷却座椅，而其它方面由系统进行自我调节。通过使用 基于PTC (正温度系数热敏电阻器)的加热器320——其中定点热敏电阻 器被集成到加热装置中以维持厂家设定的温度，通过空气提供热量或直接 将热量传递至乘员，系统将维持在一定温度而不会过热。在一个可选实施 例中，甚至在使用TED300加热时，PTC热敏电阻器350被用于限制供给 至TED 300的能量/电能以提供过热保护。
至于冷却，当靠近乘员的空气管道380内的温度或环境空气的温度达 到特定点时，负温度系数热敏电阻器(NTC) 360 (图22)将限制供给至 TED 300的电流。当NTC 360周围的温度降至特定点时，NTC 360的电阻 增大，从而减少供给至TED300的能量并防止过冷。或者，PTC热敏电阻 器350将被置于TED300的"热"侧以限制供给至TED 300的能量。
可添加可选的定时器以在预定的时间量过后关闭系统。
可改变布线，这样在加热^t式下，可打开两个或三个基于PTC的加热 器320以实现高温设定，可打开两个或仅一个加热器进行中温设定，而只 打开一个加热器或某个组合可进行低温设定(图22)。此外，由于基于 PTC的加热器维持在其预设温度，这就免除了对控制器或/和温度传感器的 需要。在一个可选实施例中，每个PTC加热器320可具有不同的能量水平， 使得打开第一加热器则将系统置于低档加热模式；打开第二加热器并关闭 第一加热器则将系统置于中档加热模式；而打开第三加热器同时关闭第一 和第二加热器则将系统置于高档加热模式(图22)。
NTC热敏电阻器被置于空气管道370内以检测冷却模式下的冷空气 (图22)。在一个可选实施例中，PTC热敏电阻器350可置于TED 300 的热侧，靠近或接触散热器304 (图23A)，或置于排气管道370内。
PTC或NTC热敏电阻器的布线可构造成并联或串联或本领域技术人 员公知的任意组合。
安全性特征
正温度系数热敏电阻器(PTC) 350也可用于过热保护，即使是在采 用使用者可操作的控制系统的实施例中。在一个实施例中，PTC热敏电阻 器350可用于在控制模块出故障、鼓风机出故障或空气管道370被堵塞等 各种情况下防止TED 300过热。当TED 300工作时(在这种情况下PTC 不处于自我调节才莫式)，空气移动装置150也必须工作以冷却TED 300的 "热"侧。如果由于任何原因空气移动装置150将停止工作而TED300仍 然通电，则TED300会过热，这将导致系统乃至座椅100受损并产生安全 性问题。可将两个PTC350置于TED300表面附近的任意位置，两侧上每 侧一个，并使TED 300与PTC 350串联(图23A)。这样，不论TED 300 处于加热还是冷却模式，只要TED 300的任一侧过热，PTC热敏电阻器 350就会关闭电源。当过热条件消除时PTC热敏电阻器350自身将重置。
提供过热保护而无需用于TEM的温度传感器
此处所用的热电^=莫块具有塞贝克效应(Seebeck effect)，该效应会由 于热电模块(TEM)两侧的温差而产生电压。当TEM 302通电时，电流 在其两侧之间产生温差。如果出于任何原因例如由于鼓风机出故障、空气 管道被堵塞等使得附装在TEM 302上的散热器304没有被冷却，则两侧之 间的温差将会增大，从而由于塞贝克效应导致电压增大。结果，通过TEM 302的电流减小。 一电流传感器将监测流向TEM302的电流，并且如果电 流小于正常工作电流(K5A (通常该值取决于模块的特定类型)，则模块将 会关闭或减少供给至TEM302的电能。也就是说，由于通过TEM302两 侧的电流与温度成比例，可通过监测电流而间接地检测TEM302的温度。 当通过TEM302的电流减到特定水平以下，这就表明在TEM302的两侧 之间存在过大的温差并且应按需要减小或关断供给至TEM 302的电能。这 样，通过去除温度传感器和这些传感器的布线，可降低控制系统的生产成 本。
对鼓风机、TED/PTC组件的电能进给
TED 300和空气移动装置150可构造成共用同一根电源线372,从而 简化制造并降低成本，这特别是由于TED 300和空气移动装置150通常位 于单个壳体376内(图23C)。但是这种构型要克服的一个问题是，送至 TED 300的电压的极性可能颠倒以^更在加热和冷却之间切换，而空气移动 装置150却需要极性一致的电压。在一个实施例中，可使用本领域技术人 员已知的桥式整流器或其它类似电路374来提供极性一致的电压以向空气 移动装置150供电而不管^的DC电流的极性如何(图23C)。在另一 个实施例中，使用来自控制模块330的控制信号来控制通过TEM 302的 DC电流的方向(图23C)。另一方面，如果TEM302仅用于冷却而加热 由单独的加热器提供，则无需进行极性切换并且鼓风机和TED可并联以共 用同一电源供给。
在另一个实施例中，来自控制模块330的控制信号可改变空气移动装 置150的速度(图23C、 23D)。
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空气移动装置150和TED 300使用同一电源线的优点在于，只要TED 300工作，TED 300就始终会被空气移动装置150冷却，并且如果空气移 动装置150在控制模块330出故障的情况下关闭，则TED300也会关闭。
增强的加热性能
PTC加热器320可置于TED 300的空气^皮吹向座椅表面以补充由 TED 300产生的热量的一侧(图23B )。或者，基于PTC的加热器320可 置于空气管道370内，位于TED300的下游(图23C )或上游(图23D)。 在加热模式下，PTC加热器320首先通电。TED 300将随着来自PTC加 热器320的电流消耗(current draw)的减小而逐渐加电，从而将总电流 消耗保持在极限值以内。其优点在于可实现更快的加热时间和能量效率。 从用PTC加热器320到用TED300进行加热的转换可作为时间的函数(在 一个实施例中为启动后15秒)或在另一个实施例中作为最大电流的函数来 确定。PTC加热器通常在最初启动时消耗较多的电流。随着其达到稳态， 其消耗较少的电流。对电流进行监测，从而可切换至TED 300，使得总电 流消耗处在特定的预定极限值以内。该选项也可用于TED的水分去除1. 将TED 300切换至冷却模式并送风；2.关闭TED300并打开PTC320以 将热空气吹过散热器304 (图23B) ; 3.关闭系统。
在加热模式下，位于TED 300 "热"侧的PTC加热器320将与或不与 TEM 302 —同工作地产生热量，该热量经由强制送风传送至乘员。如果 TEM 302也通电提供热量，则可控制其在较低功率下工作以保证不会过 热。通过使用两个热源，加热时间将会缩短。
控制模块330将使用可选的温度传感器或上述方法来提供过热保护。 如果检测到过热，则供给至TEM302的电能将被切断。
由于可对上面参照相应图示所述的例示性实施例作出各种修改而不会
脱离本发明的范围，因而包含在上述说明中和示出在附图中的所有内容应 当解释为例述性而非限制性的。因此，本发明的广度和范围不应受限于上
述任一例示性实施例，而是仅应根据所附权利要求及其等效物来加以限定。
权利要求
1、一种用于车辆座椅的通风、温度调节和人体工程学舒适性系统，包括垫，该垫包括通风层，该通风层包括以允许气流通过的方式熔合在一起的无纺塑料纤维，所述通风层具有座椅表面侧和反向侧，其中所述通风层设置在基本气密的隔室内，所述隔室在所述通风层的反向侧上具有用于输入空气的进入孔，并在所述座椅表面侧上具有多个输出孔；可调的人体工程学支承装置，其中该人体工程学支承装置设置在所述通风层的反向侧上并与所述垫一起移动；温度调节系统，该温度调节系统包括空气移动装置，该空气移动装置可操作地连接到所述通风层的反向侧上的进入孔，从而所述空气移动装置使空气移动进入所述通风层并通过所述多个输出孔排出；以及控制模块，该控制模块包括用于控制所述温度调节系统和人体工程学支承装置的工作的控制器件，其中所述座椅的座椅表面被维持在预定温度。
2、 如权利要求l所述的通风、温度调节和人体工程学舒适性系统，其 特征在于，所述座椅表面被维持在由热敏电阻器所确定的温度下。
3、 如权利要求2所述的通风、温度调节和人体工程学舒适性系统，其 特征在于，所述温度调节系统还包括空气温度调节系统，该空气温度调节
4、 如权利要求3所述的通风、温度调节和人体工程学舒适性系统，其 特征在于，所述热敏电阻器包括基于正温度系数热敏电阻的加热装置。
5、 如权利要求4所述的通风、温度调节和人体工程学舒适性系统，其 特征在于，所述空气温度调节系统还包括可操作地连接至所述空气移动装 置的热电装置。
6、 如权利要求5所述的通风、温度调节和人体工程学舒适性系统，其 特征在于，所述温度调节系统还包括位于座椅表面材料之下的温度传感器以检测所述座椅表面材料的温度，并且所述温度传感器与周围的气流隔离。
7、 如权利要求6所述的通风、温度调节和人体工程学舒适性系统，其 特征在于，所述温度调节系统还包括比例、积分和微分控制器。
8、 如权利要求5所述的通风、温度调节和人体工程学舒适性系统，其 特征在于，所述温度调节系统还包括空气管道内的基于正温度系数热敏电 阻的加热器。
9、 如权利要求7所述的通风、温度调节和人体工程学舒适性系统，其 特征在于，所述控制模块设置在所述车辆座椅内。
10、 如权利要求5所述的通风、温度调节和人体工程学舒适性系统， 其特征在于，所述空气移动装置和热电装置共用单对电源线。
11、 如权利要求3所述的通风、温度调节和人体工程学舒适性系统， 其特征在于，所述通风层还包括靠近所述通风层的座椅表面侧的由无纺塑 料纤维构成的第二层，并且所述由无纺塑料纤维构成的第二层被熔合在一 起以允许气流通过，但比所述通风层更可压缩。
12、 如权利要求7所述的通风、温度调节和人体工程学舒适性系统， 其特征在于，所述人体工程学支承装置为腰靠装置。
13、 如权利要求12所述的通风、温度调节和人体工程学舒适性系统， 其特征在于，所述腰靠装置为带式腰靠装置。
14、 如权利要求l所述的通风、温度调节和人体工程学舒适性系统， 其特征在于，所述垫还包括设置在所述人体工程学支承装置和所述通风层 的反向侧之间的基垫，该基垫具有从其贯通以允许气流进入所述通风层的 孔。
15、 如权利要求14所述的通风、温度调节和人体工程学舒适性系统， 其特征在于，所述基垫被至少一个水平设置的通道分割为多个竖直相邻的 部分。
16、 如权利要求15所述的通风、温度调节和人体工程学舒适性系统， 其特征在于，所述通风层被至少一个水平设置的通道分割为多个竖直相邻 的部分，且使所述通风层的所述多个部分彼此分开。
17、 如权利要求16所述的通风、温度调节和人体工程学舒适性系统， 其特征在于，所述空气移动装置通过歧管可操作地连接至所述通风层的多 个竖直相邻的部分。
18、 如权利要求16所述的通风、温度调节和人体工程学舒适性系统， 其特征在于，还包括多个空气移动装置，其中歧管的多个竖直相邻的部分 中的每一个都具有与其自身可操作地连接的空气移动装置。
19、 如权利要求15所述的通风、温度调节和人体工程学舒适性系统， 其特征在于，所述人体工程学支承装置与单个部分相互作用。
20、 如权利要求15所述的通风、温度调节和人体工程学舒适性系统， 其特征在于，所述通风层围绕所述至少一个水平设置的通道弯曲。
21、 如权利要求l所述的通风、温度调节和人体工程学舒适性系统， 其特征在于，还包括与所述通风层的座椅表面侧邻近的装饰层，其中装饰材料为可透气的。
22、 如权利要求l所述的通风、温度调节和人体工程学舒适性系统， 其特征在于，还包括泡沫塑料在所述通风层的边缘上的外模成型。
23、 如权利要求17所述的通风、温度调节和人体工程学舒适性系统， 其特征在于，还包括用泡沫塑料在所述垫上对歧管进行的外模成型。
24、 如权利要求l所述的通风、温度调节和人体工程学舒适性系统， 其特征在于，还包括侧枕垫，其中该侧枕垫包括以允许气流通过的方式熔 合在一起的无纺塑料纤维。
25、 如权利要求5所述的通风、温度调节和人体工程学舒适性系统， 其特征在于，所述温度调节系统还包括与所迷热电装置的加热侧邻近的基 于正温度系数热敏电阻的加热器。
26、 如权利要求5所述的通风、温度调节和人体工程学舒适性系统， 其特征在于，所述温度调节系统还包括正温度系数热敏电阻器以检测所述 车辆座椅和热电装置中的至少一个的温度。
27、 一种用于车辆座椅用的通风、温度调节和人体工程学舒适性系统 的控制系统，包括控制模块；热电装置，该热电装置包括热电模块和附装在该热电模块上的散热器； 座椅温度传感器，该座椅温度传感器附装在车辆座椅的装饰材料上，使得该座椅温度传感器仅测量所述车辆座椅装饰材料的温度；空气移动装置，该空气移动装置构造成使空气移动穿过所述热电装置的散热器并朝所述车辆座椅的座椅表面移动；附装在所述车辆座椅上的可调的人体工程学装置； 其中所述控制^=莫块可操作地连接至所述热电装置、座椅温度传感器、空气移动装置和可调的人体工程学装置，以控制加热、冷却、通风和座椅乘员的人体工程学舒适感。
28、 如权利要求27所述的用于通风、温度调节和人体工程学舒适性系 统的温度控制系统，其特征在于，还包括基于正温度系数热敏电阻的加热 器，其中该加热器位于所述空气移动装置的气流路径内。
29、 如权利要求27所述的用于通风、温度调节和人体工程学舒适性系 统的温度控制系统，其特征在于，还包括位于所述散热器表面的正温度系 数热敏电阻器，其中该热敏电阻器构造成检测所述散热器的过热情况。
30、 如权利要求27所述的用于通风、温度调节和人体工程学舒适性系 统的温度控制系统，其特征在于，所述控制模块还包括使用者控制界面。
31、 如权利要求27所述的用于通风、温度调节和人体工程学舒适性系 统的温度控制系统，其特征在于，所述热电装置和空气移动装置共用单组 电源线。
32、 如权利要求28所述的用于通风、温度调节和人体工程学舒适性系 统的温度控制系统，其特征在于，所述正温度系数加热器仅在所述热电装 置加热期间才通电。
33、 如权利要求27所述的用于通风、温度调节和人体工程学舒适性系 统的温度控制系统，其特征在于，所述控制模块包括比例、积分和孩i:分控 制器。
34、 如权利要求27所述的用于通风、温度调节和人体工程学舒适性系统的温度控制系统，其特征在于，还包括可操作地连接至所述空气移动装 置的空气管道和设置在该空气管道内的基于正温度系数热敏电阻的加热器。
35、如权利要求27所述的用于通风、温度调节和人体工程学舒适性系 统的温度控制系统，其特征在于，所述控制模块设置在所述车辆座椅内。
全文摘要
一种用于车辆座椅的通风、温度调节和人体工程学舒适性系统，包括垫，该垫包括通风层，该通风层包括以允许气流通过的方式熔合在一起的无纺塑料纤维，所述通风层具有座椅表面侧和反向侧，其中所述通风层设置在基本气密的隔室内，所述隔室在所述通风层的反向侧上具有用于输入空气的进入孔，并在所述座椅表面侧上具有多个输出孔；可调的人体工程学支承装置，其中该人体工程学支承装置设置在所述通风层的反向侧上并与所述垫一起移动；温度调节系统，该温度调节系统包括空气移动装置，该空气移动装置可操作地连接到所述通风层的反向侧上的进入孔，从而所述空气移动装置使经调节的空气移动进入所述通风层并通过所述多个输出孔排出；以及控制模块，该控制模块包括用于控制所述温度调节系统和人体工程学支承装置的工作的控制器件，其中所述座椅表面被维持在一温度下。
文档编号B60N2/00GK101115642SQ200680004311
公开日2008年1月30日 申请日期2006年2月7日 优先权日2005年2月7日
发明者C·阿里昂特, I·米提亚, J·刘, J·张, R·麦克米伦 申请人:L&P产权管理公司