基于计算的车舱过滤性能的制作方法

本公开涉及机动车辆的暖通空调(heating,ventilation,andair-conditioning，hvac)系统。更具体地，本公开涉及用于确定hvac系统过滤性能以及用于提供车辆乘客舱空气质量度量的方法和系统。

背景技术：

现代机动车辆的暖通空调(heating,ventilation,andair-conditioning，hvac)系统是有效而高效的机构，该机构用于清除车辆外部或环境空气、根据需要调节该空气、并向机动车辆乘客舱提供调节过的空气。因为车辆的hvac系统仅依赖环境空气作为空气源，所以hvac系统通常设置有各种过滤器，该过滤器用于在调节过的空气通过乘客舱内部之前从环境空气中去除污染物。

由于全球对环境空气质量的关注，特别是在高度工业化并且人口稠密的地区，因此车辆还可以设置有用于检测空气污染物的传感器。在这方面特别关注的是细颗粒物质(particulatematter，pm)污染物如pm2.5颗粒和pm10颗粒。然而，这种传感器非常昂贵，并且不利地只能提供非常局部的读数，即仅提供在乘客舱内的几个分散位置处的空气质量度量，而非全客舱的空气质量度量。因此，除了这种传感器通常过高的成本之外，显著的工程挑战在颗粒传感器的乘客舱布置和采样质量方面是固有的。

因此，确定了在本领域用于确定乘客舱空气质量的系统和方法的需求。这种方法和系统有利地应当要求对昂贵的颗粒传感器技术的依赖最小化，并且还应当将车辆内部空气质量实时显示给车辆乘客与其他人。

为了解决这个问题以及其他问题，本公开内容涉及用于确定车辆内部车舱过滤性能和用于提供乘客舱颗粒浓度指示器的方法，以及用于实施该方法的系统。有利地，所描述的系统和方法需要最少的传感器技术，并且特别是不依赖于昂贵的汽车级颗粒传感器。

技术实现要素：

根据本文所述的目的和益处，在一个方面描述了一种用于确定车辆的暖通空调(hvac)乘客舱空气过滤器过滤性能的方法，包括通过至少一个车辆控制器(该至少一个车辆控制器包括处理器、存储器和存储装置)，确定车辆外部大气颗粒污染物浓度、确定乘客舱空气过滤器效率、并确定hvac气流速率。这些输入用于计算乘客舱颗粒污染物浓度。计算出的乘客舱颗粒污染物浓度可以通过一个或多个车内显示设备或车外显示设备提供给用户。在实施例中，车外显示设备以蜂窝电话、智能电话、移动计算设备、膝上计算设备和平板计算设备中的一个或多个的方式提供。实施例中的车辆外部大气颗粒污染物浓度从远程源检索或可以直接测量。已确定的预期的颗粒污染物包括pm2.5污染物。

确定乘客舱空气过滤器效率的步骤可以包括确定乘客舱空气过滤器颗粒污染物负荷。在实施例中，这可以包括通过气流传感器测量车舱空气过滤器气流。

在实施例中，确定hvac气流速率的步骤包括确定hvac鼓风机模式、确定hvac鼓风机电流消耗和检测hvac设置中的一个或多个。在实施例中，可以从包括hvac气流速率列表的查找表中根据多个hvac鼓风机模式、多个hvac鼓风机电流消耗和多个hvac设置中的一个或多个检索hvac气流速率，所述查找表存储于车辆控制器存储装置中。

在实施例中，预期还包括另外的输入。这可以包括确定乘客舱内部体积。这可以通过从查找表中检索乘客舱内部体积来实现，查找表包括车辆和对应的乘客舱内部体积的列表，所述查找表存储于车辆控制器存储装置中。另一个预期输入是确定的hvac运行时间。此外，乘客舱内部体积可以被设置为——即硬编码为——车辆控制主机(vehiclecontrolhead)中的数值输入。

在其他实施例中，所描述的方法包括确定乘客舱密封状态，该乘客舱密封状态由与车辆乘客舱窗、车辆乘客舱门、车辆乘客舱天窗和车辆舱背/举升式车门中的一个或多个相关联的一个或多个传感器提供。

在一个具体实施例中，处理器根据以下一般方程执行计算hvac系统的估算平均乘客舱pm浓度的步骤：浓度＝浓度i-1*-hvac流出量+hvac流入量+泄漏效应(concentration＝concentrationi-1*-hvacoutflow+hvacinflow+leakeffect)。对于特定的hvac模式，处理器所使用的代表性算法如下：

再循环模式：

ci＝[(ci-1×vol)-(hflow×ci-1-hflow×ci-1×(1-feff)+leak×ci-1-leak×catmos)×dt]/vol；以及

新鲜空气模式：

ci＝[(ci-1×vol)-(hflow×ci-1-hflow×catmos×(1-feff)+leak×ci-1-leak×catmos)×dt]/vol

其中，ci＝当前乘客舱颗粒污染物浓度；ci-1＝之前的乘客舱颗粒污染物浓度；vol＝乘客舱内部体积；hflow＝hvac的气流速率；feff＝乘客舱空气过滤器效率；leak＝乘客舱泄漏率；catmos＝大气颗粒污染物浓度；dt＝计算的时段步长；并且tset＝系统初始化或乘客舱平衡的时间设置。

在实施例中，还有其它预期输入，包括确定的车辆行驶速率、确定数量的乘客舱乘员以及确定的车辆乘客舱空气泄漏状态。在一个实施例中，通过从包括泄漏值列表的查找表中根据多个hvac设置和多个车速中的一个或多个检索泄漏值以确定车辆乘客舱空气泄漏状态，所述查找表被存储在车辆控制器存储器中。

在下面的描述中，示出并描述了所公开的用于确定车辆内部车舱过滤性能的系统和方法的实施例。应当理解，系统和方法能够具有其他不同的实施例，并且其各种细节能够在各种显而易见的方面进行修改，而不脱离如所附权利要求中阐述和描述的系统和方法。因此，附图和描述在本质上应当被认为是说明性的而不是限制性的。

附图说明

在此并入本文并形成说明书的一部分的附图，说明了所公开的用于确定车辆内部车舱过滤性能的系统和方法的几个方面，并且与文字描述一起用于解释相关的一些原理。在图中：

图1示出了一种代表性车辆hvac系统；

图2示出了一种用于确定车辆内部车舱过滤性能的方法的流程图表；

图3示出了一种用于执行图2所示方法的代表性系统；

图4示出了图2所示方法的替代性实施例；

图5a以图形形式示出了在高鼓风机设置下，再循环模式下的hvac与新鲜空气模式下的hvac的平均乘客舱颗粒浓度的图；

图5b以图形形式示出了在低鼓风机设置下，再循环模式下的hvac与新鲜空气模式下的hvac的平均乘客舱颗粒浓度的图；

图6示出了推送到车辆相关查看屏幕的车辆外部颗粒物浓度和计算出的车辆内部颗粒物浓度的表示；和

图7示出了推送到移动设备查看屏幕的车辆外部颗粒物浓度和计算出的车辆内部颗粒物浓度的表示。

现在将详细参考所公开的用于确定车辆内部车舱过滤性能的系统和方法的实施例，其示例在附图中示出。

具体实施方式

机动车辆的hvac和空气分配系统的基本组成是本领域中的公知常识，并且不需要在此详细描述。然而，如图1高度示意的，机动车辆的hvac和空气分配系统100(以下统称为hvac100)包括至少一个环境空气入口(也称为新鲜空气入口)102，用于从车辆外部提供环境空气给车辆乘客舱内部。环境空气入口102通常包括杂物过滤网104，并且通常还设置有车舱空气过滤器106，用于在环境空气被供应到乘客舱之前去除较小的颗粒物。

一般地，通过hvac系统100供应到乘客舱中的空气的温度和量是受控的。空气量由鼓风机控制。空气温度通过调节供应到乘客舱中的热空气(由hvac加热元件产生)和冷空气(由hvac制冷元件产生)的比例来控制。一部分这些hvac加热/制冷元件通常被描述为hvac蒸发器-鼓风机组件108。集气室110作为众所周知的空气分配装置被提供，空气分配装置用于将调节过的空气分配到各种车辆仪表板导管112。然后，调节过的空气通过仪表板管道112传递到一个或多个调风器出口114，并由此进入车辆乘客舱。

众所周知，可以提供风扇(未示出)以将来自乘客舱的空气再循环通过hvac部件以进行额外的加热或制冷，然后再传回乘客舱。另一方面，将hvac系统100置于“排气模式”或“新鲜空气模式”，能使环境空气被吸入环境空气入口102中并进入车辆乘客舱，而无论车辆hvac加热和/或制冷元件是否激活。相应地，众所周知的车辆hvac系统也可以设置为提供环境空气和再循环空气的混合物。

如图2高度示意的，本公开提供了一种用于确定车辆内部车舱过滤性能的方法200，包括检测车舱空气过滤器106的存在(步骤202)、确定车辆是否密封(步骤204)、确定车舱空气过滤器106的污染物负荷(步骤206)、确定hvac的气流速率(步骤208)、并提供来自外部的污染物数据(步骤210)。正如将领会的，这些步骤可以按顺序执行或同时执行。最后，这些输入用于确定启动时潜在的车辆乘客舱污染物负荷(步骤212)，以及乘客舱过滤后的车辆乘客舱污染负荷(步骤214)。

图3提供了用于执行图2所示方法的代表性系统300。如图所示，包括系统300的车辆302可以包括一个或多个车舱空气过滤器寿命传感器303，过滤器寿命传感器303检测车舱空气过滤器106的存在和过滤器寿命(污染物负荷)。过滤器寿命传感器303的一个非限制性示例是气流传感器，该气流传感器推算过滤器污染物负荷，并且由此减少通过车舱空气过滤器106本体的气流以保持过滤器寿命。基于估算过滤器气流阻力，用于确定过滤器寿命的其他基于传感器的方法是已知的，包括但不限于确定过滤膜两端的压降、确定hvac鼓风机的电流消耗、以及用于确定hvac鼓风机的运行作用的扭矩传感器。

该系统还包括用于确定车辆处于密封状态(或未处于密封状态)的一个或多个车舱传感器。这些可以包括用于确定乘客舱窗306位置(打开或关闭)的传感器304、用于确定车辆天窗310位置的传感器308、和用于确定车辆乘客舱门314位置的传感器312。传感器304、308、312可以是简单的压力开关，或者可以是更复杂类型的传感器，如连续性传感器或位置传感器。

如上所述，所描述的方法还包括确定hvac100气流速率的步骤208。这可以通过例如由控制模块316检查hvac100的设置来确定，或者通过由控制模块316检测选定的hvac蒸发器/鼓风机108的模式(再循环，新鲜空气等等)来确定。可替换地或者额外地，传感器318可被设置或配置为用于确定鼓风机108的电流消耗。控制模块316可以连接到传感器318，并且可以被配置为根据传感器检测到的电流消耗来确定当前的蒸发器/鼓风机108的模式，例如通过访问存储的已知hvac模式对(vs.)蒸发器/鼓风机108电流消耗的查找表。控制模块316可以是具有处理器、存储器和存储装置的专用控制器，存储装置包括用于执行所描述的计算的嵌入式逻辑。可替换地或者额外地，一些或全部所描述的功能可以由较高级别的车辆控制器317提供，例如与车辆相关的电子控制单元(ecu)控制模块，比如车辆通用电子模块(gem)、车身控制模块(bcm)、中央控制模块(ccm)等。在另一可替代实施例中，控制器317经由车辆控制器局域网(can)总线(例如局域互联网(lin)总线)通过第二或第三控制模块间接地与控制模块316和/或系统300的其他元件通信。

如上所述，该方法还包括用于确定车辆外部污染物负荷的步骤210。虽然这可以由与车辆相关联的专用车载颗粒传感器确定，但是在一个实施例中，外部污染物负荷(即环境污染或大气颗粒物污染物浓度)的测量的输入由外部或远程源320提供，例如由商业来源提供的、并由车辆302上的接收器322(例如调制解调器或其他接收器)接收的、来自云端的污染物数据输入提供，接收器322包括但不限于无线电接收器、蓝牙接收器和蜂窝信号接收器。

预期还存在其他输入或用于提供这种输入的设备。作为非限制性示例，车辆行驶速度或速率输入可以由例如车速表324提供。车辆占用可以例如通过与车辆的每个座椅(未示出)相关联的乘员传感器(未示出)纳入考虑。这些可能是简单的压力开关，或者可能是更复杂的传感器。可以设置车辆空气泄漏输入来应对机动车辆乘客舱很少具有完全密闭环境这样的事实。这可以被直接计算出，或者可以通过查找表比较hvac100设置和如上所述确定的车速的方式来确定。此外，预期还存在运行输入时间，例如车辆302运行的时间、hvac鼓风机108运行的时间、车辆密封的时间(关闭窗306、关闭门314、关闭天窗310等)。车舱体积可以被纳入考虑，其将从车辆302的说明书中得知，并且可以作为查找表的一部分来提供，查找表可被控制模块316和/或控制器317访问。其他预期的输入包括通过各种装置确定的车辆乘员数量，各种装置包括座椅安全带监视器开关、车载摄像机(可见光或红外线)等。

图4中示出了使用系统300确定车辆内部车舱过滤性能的方法400的实施例。首先是收集上述各种输入的步骤402，至少包括确定车舱空气过滤器106寿命、确定hvac100设置以及车辆外部污染物负荷。接下来，在步骤400中，进行车辆302启动前确定，以提供乘客舱污染物状况的基准读数。

在步骤404a中，确定车舱空气过滤器106的效率，这基于过滤器传感器303的读数和计算结果而执行，该计算结果基于过滤器寿命和传感器读数；或者可以简单地通过存储效率对(vs.)过滤器寿命对(vs.)污染物负荷查找表来确定。在步骤404b中，通过检测hvac模式、设置、鼓风机电流消耗等等中的一个或多个来确定如上所述的hvac100流量。

在步骤406中，例如通过由上述传感器确定车辆天窗310、窗306、门314等等的位置来确定车辆302是否被密封。如果车辆被确定为未密封，则系统300可以输出表明因为上述元件之一处于打开配置，因此过滤系统不工作的消息(步骤408)。

如果车辆302被确定为密封，则在步骤410中进行车辆302启动后确定。在步骤410a中，确定车舱空气过滤器106的效率，这基于过滤器传感器303的读数和计算结果而执行，该计算结果基于过滤器寿命和传感器读数；或者可以简单地通过存储效率对(vs.)过滤器寿命对(vs.)污染物负荷查找表来确定。在步骤410b中，通过检测hvac模式、设置、鼓风机电流消耗等等中的一个或多个来确定如上所述的hvac100流量。然后，在步骤412使用在步骤400和410作出的确定的值来计算车辆302中乘客舱平均污染物浓度。

可以对处于再循环模式和新鲜空气模式的hvac鼓风机108执行步骤412的计算。hvac系统100的估算平均乘客舱pm浓度的计算可以归纳为：浓度＝浓度i-1*-hvac流出量+hvac流入量+泄漏效应(concentration＝concentrationi-1*-hvacoutflow+hvacinflow+leakeffect)。对于特定的hvac模式，代表性算法如下：

再循环模式：

ci＝[(ci-1×vol)-(hflow×ci-1-hflow×ci-1×(1-feff)+leak×ci-1-leak×catmos)×dt]/vol

新鲜空气模式：

ci＝[(ci-1×vol)-(hflow×ci-1-hflow×catmos×(1-feff)+leak×ci-1-leak×catmos)×dt]/vol

其中，ci＝当前乘客舱颗粒污染物浓度；ci-1＝之前的乘客舱颗粒污染物浓度；vol＝乘客舱内部体积；hflow＝hvac的气流速率；feff＝乘客舱空气过滤器效率；leak＝乘客舱泄漏率；catmos＝大气颗粒污染物浓度；dt＝计算的时段补偿；并且tset＝系统初始化或乘客舱平衡的时间设置。这些计算中的每一个都可以由编程到上述的控制模块316和/或控制器317中的逻辑来执行。

可以预期的是，作为可选步骤(步骤414)提供计时器416，如果车舱空气过滤器106的操作时间小于系统400初始化或乘客舱平衡的预定时间(tset)，则计时器416将信号发送到例如控制模块316和/或控制器317以关闭系统400。图5a和5b示出了hvac100运行时间内的估算平均乘客舱pm2.5浓度的代表性计算曲线，绘制了再循环模式下的hvac与新鲜空气模式下的hvac的浓度，并比较了hvac鼓风机108的高设置(140l/s，参见图5a)和hvac鼓风机低设置(50l/s，参见图5b)。

回到图4，作为最后的步骤418，预期的是，将估算乘客舱pm浓度对(vs.)外部pm浓度提供为用户可视的显示。这可以由控制模块316和/或控制器317将信息推送到用户可视屏幕来实现，例如推送到仪表板600的屏幕602上作为图形604(图6)显示，或通过应用程序推送到远程智能手机或其他移动设备700，以作为图形704显示在屏幕702上。

根据上述教导，其他修改和变体是可能的。所有这种修改和变体在根据它们公平地、合法地以及公证地享有的宽度来解释时均在所附权利要求的范围内。