技术领域
[0001] 本公开内容总体上涉及车辆暖通
空调(HVAC)系统操作。更具体地，本公开涉及用于车窗除雾和预防车窗再冻结的节能系统和方法。
背景技术
[0002] 在
机动车辆运行期间，经常有外部和内部的
气候条件相结合，导致车窗雾化和/或再冻结。这发生在车辆运行的初始预热阶段后，在该过程期间，车辆挡
风玻璃、侧窗等通过车辆
暖通空调(HVAC)系统的局部使用来进行除雾和/或除
冰。但是，在车辆运行期间，条件可能有利于车窗雾化和/或再冻结。例如，外部环境
温度可能足够冷并且客舱的条件可能足够温暖且湿润从而促使在一个或多个车窗上发生冷凝，导致
挡风玻璃雾化和/或再冻结。
[0003] 这个问题的传统解决方法是从HVAC系统将经调节的气流的一部分连续地转移到一个或多个车窗，以防止在车辆运行期间车窗雾化/再冻结。虽然大体上有效，但从HVAC系统流出的这样的恒定气流可以具有负面后果，包括由气流导致的额外的且不希望的噪声、振动等、和增加的HVAC鼓风机负载、车辆客舱的上部的不希望地提升的温度、由于恒定空气气流导致的乘客的“干眼病”等等。
[0004] 此外，HVAC系统是现代机动车除了进行除雾/
除冰的原因之外的关键因素。对于车辆乘员的舒适和各种天气的能见度问题来说需要在所有的环境下都具有高效的HVAC性能。相应地，高效的HVAC性能是总体车辆
能源管理所日益关注的，车辆能源管理也影响着
内燃机驱动车辆和混合动
力车辆的
燃料经济性，以及
电动车辆和混合动力车辆的行程和电功率预算。车辆运行过程中不断地引导气流到车窗会造成显著和潜在的过度能源消耗，这会对车辆的整体
能量预算造成不利影响。
[0005] 为了解决这个问题以及其他问题，本公开内容涉及在较高的
水平用于车窗除雾和预防车窗再冻结的节能系统和方法。有利的是，所描述的系统和方法结合考虑了与利于车窗雾化/再冻结条件相关的各种输入。根据这些输入，足够水平的经调节空气被引到车窗。通过所描述的系统/方法，当内部/外部条件被认为有利于车窗雾化/再冻结时经调节空气转移到车窗大体上受限于车辆运行的期间，而不是简单地采用伴有上述缺点的方法将经调节空气的连续气流引向车窗以防止雾化/再冻结。
发明内容
[0006] 根据本文中所描述的目的和优点，在一方面，描述了一种防止车辆挡风玻璃雾化或再冻结的方法，其包括由一个或多个
控制器计算挡风玻璃的内表面
露点温度值和/或挡风玻璃内表面雾化和/或外表面再冻结的概率值。于是只有足够的经调节气流才被提供给挡风玻璃以防止计算的雾化和/或再冻结概率值超过预定的雾化和/或再冻结的风险
阈值。在
实施例中，这发生在客舱初始预热期之后以及车辆HVAC系统在地板模式运行期间。
[0007] 在一个实施例中，只有足够的经调节气流被提供用来使挡风玻璃内表面的温度值超过挡风玻璃内表面露点温度值或使挡风玻璃外表面的温度值超过挡风玻璃外表面冻
结温度。挡风玻璃内表面露点温度值或挡风玻璃外表面温度值可通过各种输入——包括外部和内部气候相关的输入、车辆乘员的输入、远程输入以及其他输入——来调整。
[0008] 在另一个方面，提供一种根据上述方法用于预防车辆挡风玻璃雾化或再冻结的系统，其包括一个或多个控制器和车辆暖通空调(HVAC)系统，该
暖通空调系统包括可操作地连接到一个或多个控制器并连接到与至少一个挡风玻璃除霜
导管相关联的至少一个
门上的至少一个
致动器。一个或多个控制器被配置成计算挡风玻璃内表面露点温度值和/或挡风玻璃内表面雾化和/或外表面再冻结的概率值，并且使HVAC系统仅提供足够的经调节气流到挡风玻璃以防止计算的雾化和/或再冻结概率值超过预定雾化和/或再冻结的风险阈值。一个或多个控制器进一步被配置来使门在闭合结构、完全打开结构以及至少一个中间结构之间转换，以调节到挡风玻璃的气流量。
[0009] 在实施例中，在系统中提供各种装置来提供或接收外部和内部气候相关的输入、车辆乘员输入、远程输入、以及其他输入。这些装置包括但无意限制各种
传感器，如太阳热负荷/方向传感器、
雨量传感器、客舱
相对湿度传感器、挡风玻璃相对
湿度传感器、挡风玻璃内表面温度传感器、挡风玻璃外表面温度传感器、客舱温度传感器、车辆乘员传感器、
车速传感器、风速/方向传感器、车辆相关的外部
环境温度传感器以及其他传感器。其他预期装置包括HVAC系统控制面板、
电子自动
温度控制(EATC)模
块、远程温度
数据接收器、远程湿度数据接收器、众包数据接收器和其他装置。
[0010] 在以下描述中，示出和描述了用于车窗除雾和预防车窗再冻结的节能系统和方法的实施例。如应当认识到的，系统/方法能够以其他不同的实施例体现，并且在不脱离前述装置和方法以及下述
权利要求范围的
基础上，系统/方法的若干细节能够在各个明显的方面加以
修改。因此，
附图和
说明书应被视为本质上是说明性而不是限制性的。
附图说明
[0011] 并入本文并形成说明书的一部分的附图示出了所公开的车辆车窗除雾和预防车窗再冻结的节能系统和方法的若干方面，并与说明书一起用于解释他们的原理。在附图中：
[0012] 图1示意性地描绘了用于车辆的现有HVAC系统；
[0013] 图2描绘了根据本公开用于车窗除雾和预防车窗再冻结的系统；
[0014] 图3以
流程图的形式描绘了根据本发明用于车窗除雾的方法；以及
[0015] 图4以流程图的形式描绘了根据本公开用于预防车窗再冻结的方法。
[0016] 现在将详细地参考所公开的用于车窗除雾和预防车窗再冻结的系统和方法的实施例，其示例在附图中示出，其中相同的附图标号代表相同的特征。
具体实施方式
[0017] 现在参考图1示意性地示出车辆的HVAC系统100。如将要理解的，HVAC系统的具体设计可以变化，所以示出的系统仅是代表，而不是将其视为限制。如图所示，再循环风门102确定空气是否从由车辆客舱外部引导的导管104导出或客舱空气是否通过HVAC系统再循环。外部空气通常必须通过客舱空气
过滤器106以确保只有干净的空气进入HVAC系统100和车辆乘员的
肺部。鼓风机
马达108提供空气流动通过HVAC系统100。一些鼓风机108的设计是已知的，包括使用脉冲宽度调制(PWM)的电子鼓风机马达。如已知的，这样的电子鼓风机马达可提供几乎无限大小的风扇速度来调节通过系统100的气流速度。
[0018] 如果车辆空调系统开启，则通过HVAC系统100的空气也通常通过用来冷却/除湿的
蒸发器芯110。即使空气被随后加热，特定HVAC系统开启空调系统以对通过该系统的空气进行除湿。
蒸发器排水管112可以包括允许在对通过HVAC系统的空气进行除湿的过程中产生的冷凝水的排放。如果车辆加热系统被开启，则提供加热器芯114来提升通过HVAC系统100的空气的温度，并且如已知的，车辆加热系统是大体上在设计和效果上都较小的
散热器。
[0019] HVAC系统100通常还至少包括导管116a、116b、116c，其分别通向一个或多个除霜
通风口(未示出)、一个或多个客舱主上部通风口(未示出)、和一个或多个客舱地板通风口(未示出)。可致动模式门118a、118b控制气流通过HVAC系统100的方向，即经调节空气是否被引向除霜通风口(除霜模式)、引向地板通风口(地板模式)、引向主上部通风口或它们的组合。混合门120控制经过加热器芯114的气流量。如已知的，这又相应地决定了空气到达各个车辆通风口的温度。致动器122控
制模式门118a、118b和混合门120从打开结构转换到闭合结构。各种致动器设计是本领域中已知的，包括
电缆式致动器、
真空驱动致动器、电子步进马达及其他。
[0020] 由模式门118a，118b和混合门120提供的代表性设置包括满加热(混合门120转移所有空气流经过加热器芯114)、经济模式(混合门120转移所有气流经过加热器芯114，但车辆空调系统不被开启)、和最大空气调节(混合门120转移所有气流经过加热器芯114并且车辆空调系统被开启)。
[0021] 其它装置可并入到或可操作地连接到HVAC系统100中，包括客舱空气温度传感器(未示出)和通风口/出口温度传感器(未示出)，用于提供准确的客舱和空气温度值，从而允许对上述用于精确客舱温度/湿度控制的HVAC元件进行微调控制。相应地，已知的是提供包括分开的模式门和独立充气室的双区/四区HVAC系统，以允许对车辆客舱内的不同部分提供不同的温度设置。
[0022] 根据上述的背景，总结上述公开内容得出用于防止车窗如挡风玻璃或其它
窗户雾化和/或再冻结的方法，和用于实施该方法的系统。在较高的水平，该方法包括，在车辆客舱初始预热后，确定挡风玻璃雾化/再冻结的风险是否需要提供足够的经调节气流到挡风玻璃以防止/减少这种雾化/再冻结风险。如将要理解的是，这里使用的“经调节”指的是根据环境和/或客舱温度、湿度等根据需要调节通过车辆HVAC系统的空气的温度和/或湿度。也将需要理解的是，如本文所用的术语“足够的”是指可以排除确定的雾化/再冻结风险的必要的气流速度、空气温度、空气湿度、或它们的组合。在一个实施例中，一旦确定挡风玻璃雾化/再冻结的风险，根据所描述的方法，就做出是否需要全部气体排放-即全部的气流-到挡风玻璃、减少的空气排放是否令人满意、或是否需要不向挡风玻璃排放空气的决定。
[0023] 在确定雾化/再冻结的风险时，根据所描述的方法，可以考虑各种可能影响或增加挡风玻璃雾化/再冻结的风险的输入。不打算任何限制，这些输入可以包括太阳热负载/方向、雨量、客舱相对湿度、挡风玻璃内部或外部相对湿度、挡风玻璃内表面温度、挡风玻璃外表面温度、客舱温度、车辆乘员数量、车速/行驶速率、风速/方向、外部环境温度、车辆乘员提供的数据/输入、远程生成的温度信息、远程生成的相对湿度信息和众包数据。通过这些和其它输入，可以确定挡风玻璃雾化/再冻结的风险，允许做出明智的决定是否经调节气流应提供到车辆挡风玻璃上，如果是的话提供多久，并且甚至提供可能的具体经调节空气的参数(温度、相对湿度等)。通过这种手段，相比于与降低挡风玻璃雾化/再冻结风险的常规方法一样的简单提供恒定的经调节气流到挡风玻璃上，可以保存能量使用量
[0024] 更详细地说，所描述的方法包括将上述概括的各种输入用于计算挡风玻璃雾化概率、挡风玻璃直接露点、和挡风玻璃和/或挡风玻璃刮水器冻结风险值或概率值中的一个或多个。该概率值之后与合适的基准或阈值进行比较，并从该比较做出决定是否需要从HVAC气流全排气、部分排气或不排来将所确定的雾化/再冻结的风险值减少到可接受的水平。
[0025] 图2以示意图形式示出了用于实现上述方法的代表性系统200。车辆202限定了至少一个客舱204并且包括挡风玻璃206和仪表板208。仪表板208包括至少一个除霜导管/通风口210，经调节空气通过除霜导管/通风口210可以被(参见箭头)从所描绘的附图标记为212(参见图1中的上述讨论)的HVAC系统引向挡风玻璃的内表面206。一个或多个地板出口
214被提供用于将经调节空气(见箭头)从HVAC系统212引到客舱204的地板部。提供一个或多个仪表板导管/通风口216，经调节空气通过仪表板导管/通风口被引入客舱204。一个或多个驾驶员/乘客座椅217也包括在内。
[0026] 除霜气流控制门218(参照上述图1和模式门118的讨论)在致动器220的控制下被设置。如上所述，这可以是任何合适的致动器，包括但不限于电缆式致动器、真空驱动致动器、电子步进
电机及其他。各种传感器，一般表示为传感器222a...222n被提供以获取各种输入。如已知的，这种传感器可以是直接的(
接触)或间接传感器。相应地，一个或多个控制器224被提供用于通过无线或有线方式从传感器222a...222n接收和处理输入、以及用于控制HVAC系统212、致动器220和其他各个方面。
[0027] 在没有任何限制的情况下，预期包含在本系统200中传感器222的示例包括太阳热负载/方向传感器、雨量传感器、客舱相对湿度传感器、挡风玻璃相对湿度传感器、挡风玻璃内表面温度传感器、挡风玻璃外表面温度传感器、客舱温度传感器、车辆乘员传感器、车速传感器、风速/方向传感器、车辆相关的外部环境温度传感器以及其他。应当理解的是，每个上述传感器的一些设计在本领域中是已知的，并且包括任何这样的合适的传感器都在本文预期中。作为非限制性示例，基于红外光束的全内反射的原理来检测降雨的雨量传感器是公知的，并通常结合控制器224使用，以自动地致动车辆202
雨刮器。同样地，各种温度和相对湿度传感器在本领域中是公知的。此外，各种乘客或车辆乘员传感器是已知的，包括与乘客座椅217关联的
压力传感器、与车辆座椅安全带卡扣、连接到包括用于检测车辆乘员等逻辑的控制器的摄像系统相关联的传感器。
[0028] 由传感器222a...222n收集的输入，以及提供给控制器224的潜在的其它输入——包括车辆乘员输入，诸如HVAC系统212的手动致动或编程、手动或自动雨刮器致动、远程温度数据、远程相对湿度数据等——被提供给控制器224，控制器224相应地利用这些输入来实现本公开的方法。
[0029] 在根据本公开的方法的实施例中，合适的挡风玻璃雾化基准或阈值是挡风玻璃露点温度(TDEWPOINT)，即温度和/或相对湿度开始冷凝在车辆挡风玻璃上的温度。然后，判断提高挡风玻璃的内部温度(TGLASSint)到阈值(TDEWPOINT)以上所需要的(如果有的话)经调节空气量。
[0030] 更详细地参考图3，在所描述的实施例中，预防挡风玻璃内部雾化的方法包括，在客舱预热和HVAC系统地板模式任选地开启后[其可通过车辆乘员手动、自动地如由电子自动温度
控制模块(EATC)模块等来完成](步骤300)，确定TGLASSint(步骤302)例如通过如上所述的合适的温度传感器222a。如已知的，这种传感器可以是直接的(接触)传感器、间接传感器例如红外线温度传感器及其它传感器。接下来，对TGLASSint>TDEWPOINT与否做出确定(步骤304)。如果不是，则在步骤306除霜功能是增加的，包括通过除霜气流控制门218/致动器220的方式(参照图2)使来自HVAC地板导管116c(参照图1)的气流转移。增加除霜功能的步骤可以进一步包括增加HVAC鼓风机108的速度以及增加加热器芯110输出中的一个或多个。在预定的时间间隔(tlag；步骤308)之后，重复步骤304和306。
[0031] 如果TGLASSint>TDEWPOINT，则在步骤310预定的时间周期后确定TGLASSint是否TDEWPOINT，则这表明雾化的风险被降低并且除霜气流可以安全地减少(步骤314)，如(参考图
2)通过调节HVAC 212鼓风机速度、通过调节除霜气流控制门218以降低通向挡风玻璃206的气流、通过降低HVAC 212加热器芯输出等中的一个或多个。以这种方式，除霜气流保持仅足以维持TGLASSint>TDEWPOINT，从而避免了上面总结的需要不断增加除霜气流和随之带来的能源成本以及其他缺点。
[0032] 可以理解并如下面将要进一步讨论的，雾化阈值TDEWPOINT可以根据影响TDEWPOINT的其他输入在必要时进行调节，在非限制性示例中包括太阳热负载/方向、雨量、客舱相对湿度、挡风玻璃内部或外部相对湿度、挡风玻璃内表面温度、挡风玻璃外表面温度、客舱温度，车辆乘员数量、车速/行驶速率、风速/方向、外部环境温度以及其他。
[0033] 在TDEWPOINT被确立为雾化基准或阈值的实施例中，所描述的方法预期根据测得的车辆速度(VSPEED)、测得的外部环境温度(TEXT)、和除霜流动速率(DEF FLOW)、和除霜温度(TDEF)按照公式调整该阈值：
[0034] TGLASSint＝[(VSPEED)·(TEXT)]+[(DEF FLOW)·(TDEF)]/(VSPEED)+(DEF FLOW) (1)[0035] 如将意识到的，这应对了这样的事实，即，随车速的增加，内部玻璃温度开始接近外部环境温度，由此TEXT可能潜在地下降到低于TDEWPOINT。为了对此进行调整，根据该方法，本系统可以确实实现提高的除霜气流速度和增加的除霜器温度中的一个或两个。TGLASSint可以被解析地估算、例如通过红外摄像机或其它合适的方法直接地测量、或采用有限数量的位于玻璃上的传感器读数和通过计算或校准数据插入TGLASSint来估算。
[0036] 当然，如果温度和湿度可在车辆客舱204的每一个点被精确地确定，则TDEWPOINT可以被完整地计算得出。然而，实际上，车辆通常包括数量有限传感器，例如，通过集群的一个温度和一个湿度传感器。因此，通常TDEWPOINT是估算得出的。在一个实施例中，TDEWPOINT可以根据下式中的一个或多个来估算：
[0037] TDEWPOINT＝TDEWPOINT(温度，相对湿度百分比)interior+C1(车辆乘员的数量 (2)；或[0038] TDEWPOINT＝TDEWPOINT(温度，相对湿度百分比)interior+C1(车辆乘员的数量+C2(VSPEED) (3)；或[0039] (2)或(3)+C3(雨量传感器
信号) (4)。
[0040] 当然，其他因素也可以如上述一样被考虑，包括但不打算任何限制CX(太阳热负载
传感器数据)、CX1(总驾驶时间)、CX2[外部提供的(例如来自
云端的)天气数据]以及其他因素。
[0041] 在其他实施例中，合适的挡风玻璃再冻结基准或阈值是由很可能再冻结时的预定挡风玻璃的温度(TREFREEZE)来提供，并确定提高挡风玻璃的外部温度(TGLASSint)到TREFREEZE以上所需要的(如果有的话)经调节空气量。TREFREEZE可以被设定在挡风玻璃可能或很可能再冻结的预定环境温度阈值或基准，如0°F。
[0042] 参考图4，在根据本公开用于降低挡风玻璃再冻结风险的方法的实施例中，如上所述客舱预热并进入地面模式(步骤400)之后，确定外部挡风玻璃温度(TGLASSext；步骤402)，例如如上所述通过适当的温度传感器222a。接下来，对TGLASSext是否>TREFREEZE做出确定(步骤404)。如果不是，则在步骤406如上所述大体上增加除霜功能。预定的时间间隔(tlag；步骤
408)之后，重复步骤404和406。
[0043] 如果TGLASSext>TREFREEZE，则在步骤410预定的时间段之后，随后确定TGLASSext是否TREFREEZE，则这表明再冻结的风险得以避免，而且除霜气流可以安全地减少(步骤414)，如(参考图2)通过调节HVAC212鼓风机速度、通过调节除霜气流控制门218以减小通向挡风玻璃206的气流、通过降低HVAC 212加热器芯输出等中的一个或多个。在这种方式下，除霜流保持仅足以维持TGLASSext>TREFREEZE，从而避免了上面总结的需要不断增加除霜气流和随之带来的能源成本以及其他缺点。
[0044] 如上所述所讨论的雾化阈值，如将要进行讨论的，必要时再冻结阈值可以根据影响TREFREEZE的其它输入来调节。如将理解的，TREFREEZE在TGLASSext≤0℃时发生。在使用中，所描述的系统控制TGLASSext以保持该值比TREFREEZE加上安全系数更高。在实施例中，TREFREEZE可以被表示为的各种相关输入——包括外部/环境温度、车速、除霜气流速度和除霜气流温度——的函数F。与TREFREEZE相关的其他潜在输入包括太阳热负载/方向、雨量、雨刮设置等等。
[0045] 理想的是，TGLASSext可以准确地在整个车辆挡风玻璃的所有点上进行测量，例如通过红外摄像技术。然而，在实践中，车辆制造商可包括测定对(TGLASSint、TEXT等)有贡献的因素的有限数量的传感器，并且不确定性被引入计算。在TREFREEZE用作挡风玻璃再冻结基准或阈值的实施例中，所描述的方法预期根据测得的车辆速度(VSPEED)、测得的外部环境温度(TEXT)、和除霜流动速率(DEF FLOW)、和除霜器温度(TDEF)按照公式调整该阈值：
[0046] TGLASSext≈[(DEF FLOW)·(TDEF)]-[(VSPEED)·(TDEF)]/(TEXT)]/(DEF FLOW)+(VSPEED) (6)[0047] 在实施例中，估算TREFREEZE(对于TGLASSext的最小目标)：
[0048] TREFREEZE＝TEXT+C2(VSPEED)+C4[(DEF FLOW)·(TDEF)] (7)；或者
[0049] TREFREEZE＝TEXT+C2(VSPEED)+C4[(DEF FLOW)·(TDEF)+C3(雨量传感器信号) (8)。
[0050] 当然，其他因素也可以如上述一样被考虑并且被包括，包括CX(太阳热负载传感器数据)、CX1(总驾驶时间)、CX2[外部提供的(例如来自云端的)天气数据]以及其他因素。
[0051] 因此，可以理解，通过上述教导，提供了相对于传统系统/方法有利地提供节省能源的用于防止车辆挡风玻璃除雾/再冻结的系统/方法。所描述的系统和方法允许在车辆运行期间预防车窗除雾/再冻结，但避免了任何持续、一直地增加除霜气流的需要和随之而来的能源成本和其他缺点。根据上述教导做出的明显的修改和变化是可能的。所有这些修改和变化都在所附权利要求的范围内按照它们的广度被公平、合法和公正地解释。
