УСТРОЙСТВО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА, УСТРОЙСТВО И СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ СИСТЕМОЙ НАГРЕВА, ВЕНТИЛЯЦИИ И КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВОЗДУХА Российский патент 2019 года по МПК B60H1/00 F28F27/02 

ПЕРЕКРЕСТНЫЕ ССЫЛКИ НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ

Недоступно.

Заявление в отношении спонсируемых федеральным правительством исследований

Недоступно.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится, в целом, к автоматическим HVAC-системам, а более конкретно, к автоматическому регулированию регулируемых по направлению воздуховыпускных отверстий, чтобы направлять обработанный воздух, чтобы оптимизировать комфорт находящегося в транспортном средстве человека и уменьшать использование энергии.

Системы нагрева, вентиляции и кондиционирования воздуха (HVAC) управляют климатом в транспортных средствах, таких как автомобили, для того, чтобы поддерживать тепловой комфорт человека в транспортном средстве. Обычно вентилятор пропускает воздух через теплообменники и доставляет кондиционированный воздух в различные точки в пассажирском салоне. Теплый воздух может предоставляться посредством радиатора отопителя, получающего тепло от охлаждающей жидкости, протекающей в двигателе сгорания, например. Холодный воздух может быть получен с помощью компрессора, механически приводимого в действие посредством двигателя. Электрифицированные транспортные средства, такие как гибридные электрические транспортные средства (HEV) и аккумуляторные электрические транспортные средства (BEV) могут вместо этого использовать электрически питаемые устройства, такие как PTC-резистивные нагреватели и электрические компрессоры для кондиционирования воздуха.

Простейшие системы климат-контроля в моторных транспортных средствах предоставляют находящемуся в транспортном средстве человеку непосредственное управление интенсивностью нагрева или охлаждения, скоростью работы вентилятора и относительным объемом потока воздуха, идущего к различным заслонкам. Это требует того, чтобы пользователь постоянно наблюдал и регулировал настройки климат-контроля для того, чтобы поддерживать комфорт. Люди в транспортном средстве, однако, могут не понимать, как наилучшим образом управлять HVAC-системой, чтобы оптимизировать эффективность. Они могут поворачивать ручки управления на максимальную выходную мощность, в то же время нацеливая направляющие лопатки нагнетателя вверх или вниз от своих тел, отправляя вырывающийся кондиционированный воздух на менее важные поверхности и требуя больше энергии, чтобы создавать комфорт для находящихся в транспортном средстве людей. Это также приводит в результате к более значительному шуму нагнетающего вентилятора, чем реально необходимо, чтобы добиваться желаемого теплового комфорта.

Также были предложены электронные автоматические системы управления температурой (EATC), в которых система управления с обратной связью наблюдает за температурой окружающего воздуха в пассажирском салоне и автоматически регулирует скорость вентилятора и работу радиатора отопителя или системы кондиционирования воздуха, чтобы поддерживать желаемую настройку температуры. В некоторых транспортных средствах было реализовано множество зон с отдельным автоматическим управлением температурой с индивидуальными настройками целевой температуры, выполняемыми для каждой зоны.

Традиционные HVAC-системы только опосредованно управляют фактической температурой кожи находящегося в транспортном средстве человека. Поскольку температура кожи является лучшим указателем фактического комфорта находящегося в транспортном средстве человека, были исследованы системы для регулирования работы HVAC-системы с помощью инфракрасных (IR) датчиков, определяющие температуру кожи людей в транспортном средстве и затем регулирующие заданное значение температуры HVAC-системы в направлении, требуемом для достижения целевой температуры кожи. Однако, термодинамическая среда внутри транспортного средства является сложной, поскольку существуют соотношения между различными настройками управления HVAC и получающимся в результате воздействием на температуру кожи различных людей. Поэтому, предшествующие системы были относительно сложными и неэффективными с точки зрения затрат.

Для того, чтобы уменьшать потребление энергии и обеспечивать оптимальный комфорт, были также предложены различные системы, которые автоматически регулируют характер воздушного потока, доставляемого в пассажирский салон, на основе занятости места (например, выключают вентиляторы там, где место не занято). Однако, известная система не обеспечила достаточную точность или производительность, чтобы действительно оптимизировать направленное регулирование обработанного воздуха в достаточно широком диапазоне тепловых условий.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение использует обработку термографического изображения для определения поверхностей кожи находящихся в транспортном средстве людей, которые могут быть намечены для потока обработанного воздуха с помощью электронно-управляемых вентиляционных отверстий, которые имеют двухкоординатное управление направлением и необязательно имеют управление соплом для фокусировки воздушного потока. На основе обнаруженной занятости места воздушный поток из множества вентиляционных отверстий может быть нацелен на обнаруженные кожные цели согласно тому, какие места заняты. Термографические изображения могут быть получены последовательно для того, чтобы обновлять направление воздушного потока и скорость потока в изменяющихся условиях.

В одном аспекте изобретения устройство транспортного средства содержит систему нагрева, вентиляции и кондиционирования воздуха (HVAC), имеющую регулируемое выпускное отверстие для направления потока обработанного воздуха в пассажирский салон транспортного средства. Блок формирования термографических изображений выполнен с возможностью захватывать термографические изображения, охватывающие фиксированную область в пассажирском салоне, в которой потенциально находится человек. Схема управления HVAC выполнена с возможностью a) сжимать термографическое изображение до карты температур, представляющей пикселы термографического изображения, попадающие в предварительно определенный температурный диапазон, соответствующий человеку, b) фильтровать карту температур согласно скользящему окну, чтобы объединять непрерывные области пикселов, в среднем, попадающих в предварительно определенный температурный диапазон, c) определять количественно площадь для каждой непрерывной области, d) определять местоположение центроида непрерывной области, имеющей наибольшую площадь, и e) нацеливать регулируемое выпускное отверстие на центроид.

Устройство транспортного средства дополнительно содержит датчик окружающей температуры, измеряющий внешнюю температуру за пределами транспортного средства; и датчик температуры в салоне, измеряющий внутреннюю температуру внутри пассажирского салона; при этом схема управления HVAC выбирает предварительно определенный температурный диапазон в ответ на внешнюю и внутреннюю температуры.

Схема управления HVAC может содержать справочную таблицу, определяющую минимальную температуру и максимальную температуру из предварительно определенного диапазона согласно измеренным внутренней и внешней температурам.

Согласно одному аспекту регулируемое выпускное отверстие имеет переменный фокус, управляемый посредством схемы управления HVAC в ответ на величину наибольшей площади.

Согласно другому аспекту регулируемое выпускное отверстие имеет переменную скорость потока, управляемую посредством схемы управления HVAC в ответ на внутреннюю температуру.

HVAC-система содержит множество регулируемых выпускных отверстий, обслуживающих человека, и при этом схема управления HVAC классифицирует множество непрерывных областей согласно их соответствующим определенным количественно площадям и нацеливает каждое соответствующее регулируемое выпускное отверстие на соответствующий центроид различной одной из классифицированных областей.

Устройство транспортного средства дополнительно содержит датчик занятости сиденья, предоставляющий указание того, занята ли одна из множества позиций для сидения в пассажирском салоне; при этом одно из регулируемых выпускных отверстий, прежде всего, предназначается первой из позиций для сидения и регулируется на вторую из позиций для сидения, когда датчик занятости сиденья указывает, что первая из позиций для сидения не занята.

Согласно одному аспекту карта температур состоит из пикселов, каждый из которых имеет либо первое значение, указывающее температуру в предварительно определенном диапазоне, либо второе значение, указывающее температуру за пределами предварительно определенного диапазона.

Согласно другому аспекту скользящее окно состоит из квадратной матрицы пикселов, последовательно сканирующей карту температур, при этом пикселу в последовательных центрах квадратной матрицы назначается значение, соответствующее значению большинства пикселов карты температур в пределах квадратной матрицы в каждой последующей позиции.

Согласно еще одному аспекту площадь для каждой непрерывной области определена количественно в ответ на суммирование числа пикселов в области.

Согласно другому аспекту местоположение центроида области определено в ответ на среднее значение ортогональных координат пикселов области.

Схема управления HVAC периодически перенацеливает регулируемое выпускное отверстие в ответ на обновленные термографические изображения.

HVAC-система содержит вентилятор с переменной скоростью, и при этом скорость работы вентилятора уменьшается во время захвата обновленного термографического изображения.

Схема управления HVAC фильтрует обновленное термографическое изображение, чтобы уменьшать формирование изображения потока обработанного воздуха.

Вторым объектом изобретения является устройство, содержащее регулируемое выпускное отверстие, доставляющее обработанный по температуре воздух в пассажирский салон; блок формирования термографических изображений, захватывающее инфракрасные изображения салона; и схему управления, регулирующую выпускное отверстие по направлению к центроиду непрерывной области в инфракрасном изображении, имеющей наибольшую площадь пикселов, попадающих, в среднем, в предварительно определенный температурный диапазон после объединения областей с помощью скользящего окна.

Еще одним объектом изобретения является способ управления системой нагрева, вентиляции и кондиционирования воздуха (HVAC), имеющей регулируемое выпускное отверстие для направления потока обработанного воздуха в пассажирский салон транспортного средства, содержащий этапы, на которых: захватывают термографические изображения, охватывающие фиксированную область в пассажирском салоне, в которой потенциально находится человек; сжимают термографическое изображение до карты температур, представляющей пикселы термографического изображения, попадающие в предварительно определенный температурный диапазон, соответствующий человеку; фильтруют карту температур согласно скользящему окну, чтобы объединять непрерывные области пикселов, в среднем попадающих в предварительно определенный температурный диапазон; определяют количественно площадь каждой непрерывной области; определяют местоположение центроида непрерывной области, имеющей наибольшую площадь; и нацеливают регулируемое выпускное отверстие на центроид.

Способ может дополнительно содержать этапы, на которых измеряют внешнюю температуру снаружи транспортного средства; измеряют внутреннюю температуру внутри салона; и выбирают предварительно определенный температурный диапазон в ответ на внешнюю и внутреннюю температуры.

Согласно одному аспекту на этапе выбора обращаются к справочной таблице, определяющей минимальную температуру и максимальную температуру из предварительно определенного диапазона согласно измеренным внутренней и внешней температурам.

Согласно другому аспекту карта температур состоит из пикселов, каждый из которых имеет либо первое значение, указывающее температуру в предварительно определенном диапазоне, либо второе значение, указывающее температуру за пределами предварительно определенного диапазона, и при этом скользящее окно этапа фильтрации состоит из квадратной матрицы пикселов, последовательно сканирующей карту температур, при этом пикселу в последующих центрах квадратной матрицы назначается значение, соответствующее значению большинства пикселов карты температур в квадратной матрице в каждой из последующих позиций.

Согласно еще одном аспекту в рамках способа определяют местоположение центроида в ответ на среднее значение ортогональных координат пикселов соответствующей области.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг. 1 – это перспективный вид автомобильного пассажирского салона, содержащего HVAC-систему с множеством регулируемых воздуховыпускных отверстий или вентиляционных отверстий для обеспечения управления климатом для людей в транспортном средстве.

Фиг. 2 – это блок-схема, показывающая один предпочтительный вариант осуществления устройства транспортного средства изобретения.

Фиг. 3 и 4 – это виды сбоку регулируемых воздуховыпускных отверстий.

Фиг. 5 показывает последовательность данных изображения, используемых в предпочтительном варианте осуществления для нацеливания регулируемого воздуховыпускного отверстия на человека.

Фиг. 6 – это блок-схема последовательности операций одного предпочтительного варианта осуществления для способа нацеливания регулируемого воздуховыпускного отверстия.

Фиг. 7 – это блок-схема последовательности операций одного предпочтительного варианта осуществления для определения целевых зон.

Фиг. 8 и 9 – это показательные графики, показывающие предварительно определенные температурные диапазоны для определения человека в термографическом изображении.

Фиг. 10 показывает матрицу пикселов для фрагмента термографического изображения после преобразования в битовую карту температур.

Фиг. 11 и 12 иллюстрируют скользящее окно в последовательных позициях во время фильтрации карты температур, чтобы объединять области в двухмерной карте температур.

Фиг. 13 иллюстрирует матрицу пикселов после объединения областей.

Фиг. 14 иллюстрирует один предпочтительный способ нахождения центроида в объединенной области.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Фиг. 1 показывает пассажирский салон 10 автомобиля с различными местами для сидения, такими как переднее сиденье 11 и задние сиденья 12. HVAC-система транспортного средства содержит множество воздуховыпускных отверстий или вентиляционных отверстий 13-17 для направления соответствующих потоков обработанного воздуха в пассажирский салон 10. Одно или более из вентиляционных отверстий 13-17 имеют регулируемое выпускное отверстие, так что направление и/или фокус (т.е. рассеивание) являются автоматически регулируемыми посредством HVAC-системы.

Фиг. 2 показывает HVAC-систему 20 с различными компонентами, взаимосвязанными посредством электрической системы 21, предпочтительно содержащей жгут электропроводки и мультиплексную систему связи, которая обычно используется в промышленности. Схема 22 управления HVAC может предпочтительно состоять из обычного электронного модуля, содержащего специализированные схемы и/или одного или более программируемых микроконтроллеров с подходящим программным и/или микропрограммным обеспечением, которые обычно применяются в автомобилях.

Блок формирования термографических изображений, предпочтительно выполненный в виде инфракрасной камеры 23, располагается в переднем местоположении в пассажирском салоне для того, чтобы захватывать термографические изображения, охватывающие фиксированную область в и вокруг зон 25 и 26 передних сидений. Зона 26 сиденья находящегося в транспортном средстве человека может быть предусмотрена для водителя, например. HVAC-контроллер может быть выполнен с возможностью всегда предполагать, что водитель присутствует. С другой стороны, посадочное место 25 человека может представлять пассажирское сиденье, на котором потенциально находится человек, но которое также может быть незанятым. Другая инфракрасная камера 24 может быть расположена в заднем местоположении для того, чтобы захватывать термографические изображения, охватывающие область заднего сиденья в пассажирском салоне, содержащем пассажирские зоны 27 и 28.

В зоне передних сидений для правой и левой сторон пассажирского салона могут быть предусмотрены вентиляторы 30 и 37, которые являются отдельно управляемыми с переменной скоростью, определяемой посредством HVAC-контроллера 22. Вентилятор 30 предоставляет поток обработанного воздуха управляемым вентиляционным заслонкам 31, 33 и 35. Вентиляционное отверстие 31 установлено на приборной панели на ее левой, внешней стороне рядом с пассажирским сиденьем 25 для предоставления воздушного потока 32. Вентиляционное отверстие 33 установлено на приборной панели слева, во внутреннем местоположении, чтобы подавать воздушный поток 34, а вентиляционное отверстие 35 является левым вентиляционным отверстием в полу для предоставления воздушного потока 36. По меньшей мере, одно из вентиляционных отверстий 31, 33 и 35 является автоматически регулируемым, чтобы направлять воздушный поток к желаемой цели в пассажирской зоне 25. Аналогично, вентилятор 37 с переменной скоростью соединяется с установленным на приборной панели передним, внутренним, правым вентиляционным отверстием 38, подающим воздушный поток 39, передним, внешним, правым вентиляционным отверстием 40, подающим воздушный поток 41, и правым вентиляционным отверстием 42 в полу, подающим воздушный поток 43 в пассажирскую зону 26. В настоящем изобретении любая комбинация регулируемых и фиксированных вентиляционных отверстий может быть применена. Кроме того, конкретное управляемое вентиляционное отверстие может также быть выполнено с возможностью направлять воздушный поток альтернативно в различные зоны из пассажирских зон.

Вентилятор 44, также управляемый посредством HVAC-контроллера 22, подает обработанные воздушные потоки к задним вентиляционным отверстиям 45, 47 и 49, направляющим воздушные потоки 46, 48 и 50 в пассажирские зоны 27 и 28, как показано.

HVAC-контроллер 22 соединен с или может содержать поисковую таблицу 51 в целях, описанных подробно ниже. Кроме того, HVAC-контроллер 22 соединен с различными датчиками, содержащими датчик 52 температуры окружающего воздуха снаружи, датчик 53 температуры воздуха внутри салона и датчики 55 занятости мест. HVAC-контроллер 22 соединен с установленным в салоне человеко-машинным интерфейсом (HMI) 54, который известен из уровня техники. Управляемые вентиляционные отверстия содержат приводы, которые приводятся в действие посредством HVAC-контроллера 22 на основе сигналов от HMI 54, датчиков 52, 53 и 55 и IR-камер 23 и/или 24 для того, чтобы направлять обработанный воздух, чтобы добиваться комфорта находящегося в транспортном средстве человека при оптимизированном использовании энергии.

Фиг. 3 показывает пример регулируемого воздуховыпускного вентиляционного отверстия 60, установленного в инструментальной панели или приборной панели 61. Воздуховод 62, принимающий обработанный воздух от вентилятора, подает воздух в подвижную внешнюю оболочку 63 вентиляционного отверстия, удерживаемую на чашеобразном основании 64. Шарнирный держатель 65, который может поворачиваться по одной или более осям посредством мотора 66 под управлением HVAC-контроллера, устанавливается на оболочку 63. Манипулируя шарнирным держателем 65, воздушный поток выходит из отверстия в оболочке 63, чтобы двигаться в желаемом направлении. Внутренние заслонки или затворы, такие как заслонка 67, могут быть расположены в оболочке 63 и соединены с мотором 68 привода для того, чтобы придавать форму (т.е., регулировать подачу) краям существующего воздушного потока для того, чтобы обеспечивать желаемый фокус выпускаемого воздушного потока.

Фиг. 4 показывает альтернативный вариант осуществления для регулирования выпускаемого воздушного потока с помощью вентиляционного отверстия, имеющего управляемые лопатки 70 и 71. Хотя показаны две лопатки, большее число лопаток будет обычно применяться. Каждая лопатка 70 и 71 имеет крайние точки 72 поворота, установленные с возможностью поворота в корпусе вентиляционного отверстия (не показано). Все лопатки взаимно соединены посредством соединительной тяги 73, чтобы поддерживать параллельное расположение. Движение вверх и вниз тяги 73 поворачивает лопатки 70 и 71 совместно для того, чтобы направлять выпускаемый воздушный поток в управляемом направлении. Тяга 73 может быть соединена с мотором привода (не показан), который приводится в действие посредством HVAC-контроллера.

Фиг. 5 изображает общий процесс настоящего изобретения для использования термографического изображения для определения целевого местоположение для нацеливания выпускаемого воздушного потока. Термографическое изображение 75 захватывается с фиксированным полем зрения с помощью инфракрасной камеры, чтобы возвращать имеющее множество значений изображение с пикселами, имеющими цвет или интенсивность, представляющие соответствующие значения температуры. На основе предварительно определенного температурного диапазона, выбранного, чтобы включать в себя ожидаемую температуру незащищенных участков кожи, принимая во внимание окружающие температурные условия, имеющее множество значений термографическое изображение сжимается до имеющего два значения изображения 76, так что пикселы, попадающие в предварительно определенный диапазон, расцвечиваются, например, белыми, а все другие пикселы расцвечиваются черными. Таким образом, изображение 76 содержит карту температур, в которой области белых пикселов соответствуют незащищенным участкам кожи человека в транспортном средстве. В показанном примере, область 81 головы и области 82 и 83 рук/кистей различимы в карте 76 температур. Однако шум при формировании изображения приводит к тому, что области 81-83 содержат разбросанные черные пикселы, делающие область более трудно обнаружимой автоматически посредством контроллера.

Изображение 77 содержит дополнительно обработанное изображение, в котором области пикселов, попадающих в предварительно определенный температурный диапазон, были объединены, так что области стали практически непрерывными с хорошо определенными границами и без разброса черных пикселов в областях. Как описано ниже, объединение может быть выполнено посредством фильтрации с помощью скользящего окна, чтобы последовательно переназначать каждое пиксельное значение, чтобы соответствовать большинству соответствующих окружающих пикселов.

Поскольку число идентифицированных областей может превышать число управляемых воздуховыпускных отверстий, обнаруженные области могут быть классифицированы согласно размеру, чтобы предоставлять возможность выбора наибольшей для нацеливания, как показано в изображении 78. В изображении 79 центроид 88 для каждой выбранной непрерывной области находится для того, чтобы предоставлять точную цель для регулирования соответствующего воздуховыпускного отверстия.

Предпочтительный способ изобретения показан на фиг. 6, в котором окружающая температура снаружи и температура внутри салона измеряются на этапе 90. Предпочтительно, выполнение способа может быть инициировано посредством разблокировки или открывания двери, чтобы указывать, что цикл управления транспортным средством вскоре должен начаться. На этапе 91 захватывается первоначальное термографическое изображение, например, перед тем, как какой-либо человек садится внутрь пассажирского салона. Первоначальное изображение предоставляет возможность записи и определения каких-либо особенно заметных инфракрасных "горячих точек". На этапе 92 HVAC-система активируется в ответ на первоначальные условия, которые определены посредством измерений температуры на этапе 90 и первоначального IR-изображения с этапа 91. Кроме того, первоначальная активация HVAC-системы может быть основана на предшествующих HVAC-настройках для заданного значения температуры и скорости вентилятора, которые были заданы водителем для аналогичных условий в предыдущих поездках, или согласно управляющим значениям по умолчанию, назначенных производителем. Время для активации HVAC может быть определено традиционным образом, таким как, например, когда двигатель транспортного средства дистанционно запускается через беспроводной контроллер, или когда водитель садится в транспортное средство и запускает двигатель или другую силовую установку с помощью ключа зажигания.

В ответ на включение термографическое изображение с водителем, сидящим в соответствующей позиции, захватывается на этапе 93. Изображение на этапе 93 может потенциально содержать дополнительных людей, которые будут присутствовать в течение предстоящего цикла движения. С помощью захваченного термографического изображения целевые зоны определяются на этапе 94. Направление и/или фокус различных выпускных отверстий HVAC для воздушного потока регулируются на этапе 95. Необязательно, выходная температура HVAC-системы и скорость вентилятора или интенсивность могут также быть отрегулированы. После предварительно определенного периода времени Δt новое термографическое изображение может быть захвачено на этапе 96. Поскольку HVAC-система активно влияет на температурное окружение, когда последующие термографические изображения захватываются, желаемые признаки кожи могут быть замаскированы в изображении за счет появления воздушного потока. Этот эффект, в частности, присутствует, когда вентилятор работает на более высоких скоростях. Для того, чтобы уменьшать присутствие температурной аномалии обработанного воздуха в изображении, проверка выполняется на этапе 97, чтобы определять, выше ли порогового значения скорость нагнетательного вентилятора. Если нет, тогда целевые зоны определяются в последующем изображении на этапе 94, и затем выходные параметры HVAC регулируются на этапе 95. Если скорость вентилятора выше порогового значения, тогда последующее термографическое изображение может быть отфильтровано на этапе 98, чтобы устранять воздействия потока обработанного воздуха в изображении. Фильтрация может быть выполнена на основе турбулентной природы воздушного потока, как видно в обычном термографическом изображении (например, области изображения с некоторой текстурой могут быть удалены из изображения). Альтернативно, скорость вентилятора может быть временно уменьшена или выключена полностью во время захвата термографического изображения.

Фиг. 7 показывает предпочтительный способ определения целевых зон более подробно. На этапе 100 измеренные внутренняя и внешняя окружающие температуры используются, чтобы выбирать предварительно определенный температурный диапазон для определения областей в изображении, показывающих кожу человека. Внешняя температура указывает, повышается или понижается температура кожи человека от нормальной температуры тела посредством внешних условий. Температура внутри салона помогает определить ожидаемые температуры внутренних поверхностей в транспортном средстве (например, подголовников). Предварительно определенный температурный диапазон определяется эмпирически для того, чтобы включать в себя ожидаемые температуры кожи, в то же время исключая настолько много внутренних поверхностей транспортного средства, насколько возможно. Предпочтительно, значения для предварительно определенных диапазонов хранятся в справочной таблице содержащейся внутри или доступной для схемы управления HVAC.

Справочная таблица может быть организована согласно заданным значениям для внутренних и внешних температур. Фиг. 8 показывает один пример для указания температурного диапазона, соответствующего одной конкретной внешней температуре и показывающего диапазон изменения для изменяющейся внутренней температуры. Предварительно определенный диапазон имеет максимальное значение, определенное посредством кривой 107, и минимальное значение, определенное посредством кривой 108. Для внутренней температуры 112 на нижнем конце кривых 107 и 108 предварительно определенный диапазон 110 определяется посредством соответствующих значений кривых 107 и 108. Для других значений внутренней температуры (при той же внешней температуре), другой предварительно определенный диапазон может быть получен, такой как диапазон 111 с более высокой внутренней температурой, указанной по ссылке 113. Фиг. 8 представляет кривые, которые получены для высоких внешних окружающих температур (т.е., в ситуациях, требующих HVAC-охлаждения). Во время горячих внешних условий интерьер транспортного средства обычно значительно нагревается, тем самым, делая более легким различение температур кожи. Поэтому, предварительно определенный диапазон может быть шире в диапазоне 111, чем в диапазоне 110. При более умеренных температурах может быть более трудно различать температуру кожи от структур тела, поэтому, требуется более узкий диапазон в диапазоне 110.

Фиг. 9 представляет более холодные внешние температуры (т.е., ситуацию, требующую нагрева пассажирского салона) с кривыми 114 и 115, определяющими максимальную и минимальную температуры из предварительно определенного температурного диапазона, соответственно. Еще раз, при более экстремальных (более холодных) температурах может быть более легко различать кожу человека в изображении, таким образом, более широкий предварительно определенный диапазон указывается. При более умеренных температурах снова становится более трудным различать кожу человека, и предварительно определенный диапазон является более узким.

Возвращаясь к фиг. 7, с помощью предварительно определенного диапазона термографическое изображение сжимается (т.е., преобразуется) в карту температур, которая назначает первое пиксельное значение (например, бинарную "1" для белого) каждому пикселу, попадающему в предварительно определенный температурный диапазон, и назначающую второе пиксельное значение (например, бинарный "0" для черного), если он соответствует температуре за пределами предварительно определенного диапазона. Фрагмент, имеющей два значения карты температур, показан на фиг. 10. Заштрихованные квадраты 120 соответствуют черным пикселам в карте температур за пределами предварительно определенного температурного диапазона, а незаштрихованные квадраты 121 соответствуют белым пикселам в термографическом изображении, попадающим в предварительно определенный диапазон, которые указывают потенциальную цель.

Следующий код, написанный для Matlab, демонстрирует сжатие термографического изображения в черно-белую карту температур и отображает результирующее изображение.

%Find target areas:

tol=90;

div=30;

r=252;

g=243;

b=102;

img2a=img(:,:,1);

img2b=img(:,:,2);

img2c=img(:,:,3);

idx1=find(img2a>max(0,r-tol) & img2a<min(255,r+tol));

idx2=find(img2b>max(0,g-tol) & img2b<min(255,g+tol));

idx3=find(img2c>max(0,b-tol) & img2c<min(255,b+tol));

idx=intersect(idx1,intersect(idx2,idx3));

img2a=zeros(size(img2a));

img2b=zeros(size(img2b));

img2c=zeros(size(img2c));

img2a(idx)=255;

img2b(idx)=255;

img2c(idx)=255;

img2=(img2a*0,2989+img2b*0,5870+img2c*0,1140);

ax(2)=subplot(1,5,2);

imshow(img2/255)

%-------------

На этапе 102 на фиг. 7 потенциальные целевые области объединяются посредством фильтрации со скользящим окном. Как показано на фиг. 11, скользящее окно предпочтительно состоит из матрицы 122 пикселов, центрированной на пикселе 123. Во время процесса фильтрации окно 122 перемещается по термографическому изображению с каждым потенциальным центральным пикселом, при этом значение для каждого центрального пиксела переназначается на новое значение в объединенном изображении, так что его новое значение соответствует значению большинства пикселов карты температур в пределах скользящего окна в этой позиции. В позиции, показанной на фиг. 11, например, центральному пикселу 123 будет назначено бинарное значение 0, поскольку большинство пикселов в окне 122 являются черными. Выражаясь эквивалентным образом, среднее значение для всех пикселов в окне 122 определяется (например, подсчитываются белые пикселы и делятся на число пикселов, охваченных окном), при этом результирующее среднее округляется до 0 или 1, чтобы определять значение, которое должно быть назначено центральному пикселу 123. Фиг. 13 показывает объединенное изображение с пикселом 123, остающимся черным.

Фиг. 12 показывает последующую позицию для скользящего окна 122, центрированного на следующем пикселе 124 в той же строке. Поскольку большинство пикселов, ограниченных этой новой позицией скользящего окна 122, являются черными, пиксел 124 остается черным в объединенном изображении на фиг. 13. Когда скользящее окно 122 перемещается в следующую позицию в той же строке, пиксел 125 оценивается, и в показанном примере значение большинства продолжает быть черным. Поэтому пиксел 125 переключается в значение 0 (т.е., черный) на фиг. 13. Таким образом, фильтрация заканчивается в результате некоторой минимальной корректировкой фактических границ потенциальной целевой области. С другой стороны, когда это касается изолированных черных пикселов в целевой области, таких как пикселы 126 и 127, фильтрация посредством скользящего окна 122 переназначает их в значение 1 на основе большинства пикселов в карте температур вокруг них, являющихся белыми. Таким образом, фиг. 13 показывает объединенное изображение, в котором более непрерывная целевая область основана на использования скользящего окна, чтобы устанавливать все пикселы белыми всякий раз, когда значение пикселов в окне попадает, в среднем, в предварительно определенный температурный диапазон.

Последующий код Matlab продолжает пример, чтобы демонстрировать фильтрацию со скользящим окном, чтобы объединять целевые области.

%Coalesce patches to simplify:

sq=20; %pad img2 w/ zeros around border

img3=img2;

img3=[zeros(sq,size(img3,2)); img3; zeros(sq,size(img3,2))];

img3=[zeros(size(img3,1),sq) img3 zeros(size(img3,1),sq)];

for i=sq+1 : size(img3,1)-sq

for j=sq+1 : size(img3,2)-sq

img3(i,j) = mean(mean(img3(i-sq:i+sq,j-sq:j+sq)));

% img3(i,j)=200;

end

disp(i)

end

img3=img3(sq:end-sq-1,sq:end-sq-1); %remove padding

img3(img3>100)=255;

img3(img3<=100)=0;

ax(3)=subplot(1,5,3);

imshow(img3/255)

%-------------

Скользящее окно состоит из квадратной матрицы пикселов, имеющей размер, приспособленный для того, чтобы обеспечивать наилучшую характеристику для устранения внешнего шума, в то же время сохраняя границы целевых областей. Матрица размером 20х20 пикселов была найдена эффективной. Поскольку скользящее окно не может быть центрировано на диапазоне пикселов вдоль внешних краев термографического изображения, соответствующие пикселы могут быть проигнорированы в формировании карты температур (или лишние пикселы с нулевым значением могут быть присоединены вокруг оригинального изображения, чтобы обеспечивать размещение скользящего окна).

Возвращаясь к фиг. 7, необязательное определение занятости сиденья выполняется на этапе 103 в случае, когда существуют воздуховыпускные отверстия, которые могут быть распределены между различными местами для сидения и в зависимости от присутствия или отсутствия людей на соответствующих местах. Этап 103 может быть пропущен, если регулируемое выпускное(ые) отверстие(я) способны лишь нацеливаться на одно конкретное место для сидения. Определение занятости сиденья может помогать в определении того, сколько воздуховыпускных отверстий будет нацелено на каждое конкретное место для сидения, но такое определение может альтернативно быть фиксированным соотношением или может быть определено посредством других мер, таких как ручное конфигурирование с помощью HVAC HMI.

На этапе 104 объединенные области классифицируются по площади. Если существует только одно регулируемое воздуховыпускное отверстие, тогда для классификации просто необходимо определить наибольшую объединенную область. Когда существует множество регулируемых выпускных отверстий, которые продолжают использоваться, чтобы предоставлять воздушный поток для конкретного человека, тогда классификация определяет соответствующее число наибольших объединенных областей для того, чтобы назначать каждое соответствующее регулируемое выпускное отверстие выбранной площади. Например, в транспортном средстве с двумя регулируемыми воздуховыпускными отверстиями для обслуживания людей на передних сиденьях и только с двумя передними позициями для сидения (т.е., водитель и пассажир), тогда если пассажир не присутствует, две наибольшие объединенные области на месте сидения водителя будут определены и выбраны целью. С другой стороны, если пассажир присутствует, тогда наибольшая объединенная область для каждого из мест для сидения определяется, и соответствующие регулируемые выпускные отверстия нацеливаются соответствующим образом.

Классификация областей по площади подразумевает суммирование числа белых пикселов в области. Демонстрация Matlab использует функцию, называемую bwboundary в суммировании площадей следующим образом.

%Rank area by size:

[B,L]=bwboundaries(img3,'noholes');

for k=1:length(B)

area(k,1)=polyarea(B{k}(:,1),B{k}(:,2));

end

area_sort=flipud(sortrows([area [1:length(B)]'],1));

ax(4)=subplot(1,5,4);

which_areas=[1 ]; %specify ranks 1-to-N to target

for i=which_areas

L_temp=L;

L_temp(L_temp~=int16(area_sort(i,2)))=0;

L_ranked(:,:,i)=L_temp;

end

img4=label2rgb(sum(L_ranked,3), @spring, [0.0 0.0 0.0]);

imshow(img4)

%-------------

На этапе 105 определяются центроиды для наибольшей классифицированной области(ей), которые должны быть намечены. Затем выпускные отверстия нацеливаются на центроиды на этапе 106. Предпочтительный способ для определения местоположения центроидов иллюстрируется на фиг. 14. В объединенном изображении 130 объединенная область 131 была классифицирована и определена как целевая зона (т.е., она соответствует поверхности кожи человека). Центроид 132 области 131 может предпочтительно быть определен посредством вычисления среднего значения ортогональных координат пикселов в области 131. Таким образом, ортогональные координаты x и y соответствуют столбцам и строкам изображения 130. Координаты для двух включенных пикселов показаны как (x₁,y₁) и (x₂,y₂). Значения x и y для всех пикселов в области 131 усредняются для того, чтобы определять среднюю координату для центроида 132 (с округляемым средним значением).

Продолжая пример Matlab, определение местоположения центроида демонстрируется следующим образом.

%Find centroids of target area(s):

for i=which_areas

[row,col]=find(L_ranked(:,:,i)>0);

L_ranked_cent(i,:)=[round(mean(col)) round(mean(row))];

end

ax(5)=subplot(1,5,5);

imshow(img4)

hold on

plot(L_ranked_cent(:,1),L_ranked_cent(:,2),'w.','markersize',40)

plot(L_ranked_cent(:,1),L_ranked_cent(:,2),'r.','markersize',35)

plot(L_ranked_cent(:,1),L_ranked_cent(:,2),'w+','markersize',10)

linkaxes(ax,'x')

% hold on

% for k=1:length(B)

% boundary=B{k};

% plot(boundary(:,2), boundary(:,1), 'w', 'LineWidth', 2)

% end.

Изобретение относится к HVAC-системам. Устройство управления климатом в салоне транспортного средства содержит систему нагрева, вентиляции и кондиционирования воздуха, с регулируемым выпускным отверстием и блок формирования термографических изображений, охватывающих фиксированную область в салоне, в которой потенциально находится человек. Схема управления нагрева, вентиляции и кондиционирования воздуха сжимает термографическое изображение до карты температур, представляющей пикселы термографического изображения, попадающие в заданный температурный диапазон, соответствующий человеку. Затем схема фильтрует карту температур, согласно скользящему окну, объединяя непрерывные области пикселов, попадающих в заданный температурный диапазон. Далее определяется площадь каждой непрерывной области, местоположение центроида непрерывной области, имеющей наибольшую площадь и нацеливание регулируемого выпускного отверстия на центроид. Повышается точность и оптимизация регулирования воздуха. 3 н. и 11 з.п. ф-лы, 13 ил.

1. Устройство управления климатом в салоне транспортного средства, содержащее:

систему нагрева, вентиляции и кондиционирования воздуха (HVAC), имеющую регулируемое выпускное отверстие для направления потока обработанного воздуха в пассажирский салон транспортного средства;

блок формирования термографических изображений, выполненный с возможностью захватывать термографические изображения, охватывающие фиксированную область в пассажирском салоне, в которой потенциально находится человек; и

схему управления HVAC, выполненную с возможностью: a) сжимать термографическое изображение до карты температур, представляющей пикселы термографического изображения, попадающие в заданный температурный диапазон, соответствующий человеку, b) фильтровать карту температур согласно скользящему окну, чтобы объединять непрерывные области пикселов, в среднем попадающих в заданный температурный диапазон, c) определять количественно площадь каждой непрерывной области, d) определять местоположение центроида непрерывной области, имеющей наибольшую площадь, и e) нацеливать регулируемое выпускное отверстие на центроид.

2. Устройство по п. 1, дополнительно содержащее:

датчик окружающей температуры, измеряющий внешнюю температуру за пределами транспортного средства; и

датчик температуры в салоне, измеряющий внутреннюю температуру внутри пассажирского салона;

при этом схема управления HVAC выбирает заданный температурный диапазон в ответ на внешнюю и внутреннюю температуры.

3. Устройство по п. 2, при этом схема управления HVAC содержит справочную таблицу, определяющую минимальную температуру и максимальную температуру из заданного диапазона согласно измеренным внутренней и внешней температурам.

4. Устройство по п. 1, в котором регулируемое выпускное отверстие имеет переменный фокус, управляемый посредством схемы управления HVAC в ответ на величину наибольшей площади.

5. Устройство по п. 1, в котором регулируемое выпускное отверстие имеет переменную скорость потока, управляемую посредством схемы управления HVAC в ответ на внутреннюю температуру.

6. Устройство по п. 1, в котором карта температур состоит из пикселов, каждый из которых имеет либо первое значение, указывающее температуру в заданном диапазоне, либо второе значение, указывающее температуру за пределами заданного диапазона.

7. Устройство по п. 6, при этом скользящее окно состоит из квадратной матрицы пикселов, последовательно сканирующей карту температур, при этом пикселу в последовательных центрах квадратной матрицы назначается значение, соответствующее значению большинства пикселов карты температур в пределах квадратной матрицы в каждой последующей позиции.

8. Устройство по п. 1, при этом площадь каждой непрерывной области количественно определяется в ответ на суммирование числа пикселов в этой области.

9. Устройство по п. 1, при этом местоположение центроида области определяется в ответ на среднее значение ортогональных координат пикселов области.

10. Устройство управления климатом в салоне транспортного средства, содержащее:

систему нагрева, вентиляции и кондиционирования воздуха (HVAC), имеющую регулируемое выпускное отверстие для направления потока обработанного воздуха в пассажирский салон транспортного средства;

блок формирования термографических изображений, выполненный с возможностью захватывать термографические изображения, охватывающие фиксированную область в пассажирском салоне, в которой потенциально находится человек; и

схему управления HVAC, выполненную с возможностью a) сжимать термографическое изображение до карты температур, представляющей пикселы термографического изображения, попадающие в заданный температурный диапазон, соответствующий человеку, b) фильтровать карту температур согласно скользящему окну, чтобы объединять непрерывные области пикселов, в среднем попадающих в заданный температурный диапазон, c) определять количественно площадь каждой непрерывной области, d) определять местоположение центроида непрерывной области, имеющей наибольшую площадь, и e) нацеливать регулируемое выпускное отверстие на центроид,

при этом система HVAC содержит множество регулируемых выпускных отверстий, обслуживающих человека, и при этом схема управления HVAC классифицирует множество непрерывных областей согласно их соответствующим определенным количественно площадям и нацеливает каждое соответствующее регулируемое выпускное отверстие на соответствующий центроид различной из классифицированных областей.

11. Устройство управления климатом в салоне транспортного средства, содержащее:

систему нагрева, вентиляции и кондиционирования воздуха (HVAC), имеющую регулируемое выпускное отверстие для направления потока обработанного воздуха в пассажирский салон транспортного средства;

блок формирования термографических изображений, выполненный с возможностью захватывать термографические изображения, охватывающие фиксированную область в пассажирском салоне, в которой потенциально находится человек; и

схему управления HVAC, выполненную с возможностью: a) сжимать термографическое изображение до карты температур, представляющей пикселы термографического изображения, попадающие в заданный температурный диапазон, соответствующий человеку, b) фильтровать карту температур согласно скользящему окну, чтобы объединять непрерывные области пикселов, в среднем попадающих в заданный температурный диапазон, c) определять количественно площадь каждой непрерывной области, d) определять местоположение центроида непрерывной области, имеющей наибольшую площадь, и e) нацеливать регулируемое выпускное отверстие на центроид,

при этом схема управления HVAC периодически перенацеливает регулируемое выпускное отверстие в ответ на обновленные термографические изображения.

12. Устройство по п. 10, дополнительно содержащее:

датчик занятости сиденья, выдающий показание, занята ли каждая из множества позиций для сидения в пассажирском салоне;

при этом одно из регулируемых выпускных отверстий, прежде всего, предназначается первой из позиций для сидения и регулируется на вторую из позиций для сидения, когда датчик занятости сиденья указывает, что первая из позиций для сидения не занята.

13. Устройство по п. 11, при этом система HVAC содержит вентилятор с переменной скоростью, и при этом скорость работы вентилятора уменьшается во время захвата обновленного термографического изображения.

14. Устройство по п. 11, при этом схема управления HVAC фильтрует обновленное термографическое изображение, чтобы уменьшать формирование изображения потока обработанного воздуха.