JP6740368B2 - 熱流束の判断により制御される温度調節装置を備える環境制御シート - Google Patents

Description

（関連出願）
本出願は、２０１６年４月１９日に出願された米国仮出願第６２／３２４，６９２号と２０１７年１月１３日に出願された米国仮出願第６２／４４６，０９３号との優先権を主張し、それぞれ参照によりその全体が援用される。

本開示は、環境制御シートに、より詳しくは、熱流束速度と熱流束逆転点とを判断し、シートの動作パラメータを調節して熱流束を制御する方法に関連する。熱流束制御は、乗員の過冷房（または過暖房）を緩和し、これにより乗員快適性を向上させ乗員非快適性を抑制する。本開示は、この方法を実施するための自律的シート環境制御システムおよびシートにも関連している。

車両メーカーは、乗員からの連続的な入力を伴わずに車両乗員温度快適性を提供することにますます注目している。一般的に、乗員は、車両ＨＶＡＣの設定と座席暖房冷房設定とを調節しなければならない。現在温度条件に基づいて乗員温度快適性を自動的に検知して環境制御システムの様々な側面を調節し、高い乗員温度快適性を提供する自律的環境制御システムを提供することが望ましい。

一実施形態において、コンポーネントと接触している乗員に温度快適性を自律的に提供する方法は、コンポーネントと乗員との間の熱流束を判断するステップを含む。熱流束逆転は、熱流束を使用して判断される。熱流束逆転は乗員温度快適性の変化に対応する。温度調節装置は、熱流束逆転に基づいて制御されて目標熱流束を維持する。

上記のいずれかのさらなる実施形態において、制御ステップは、急速温度反応ゾーンと、続く抑制ゾーンと、続く超過ゾーンと、続く変動ゾーンとを含む。急速温度反応ゾーンは、温度調節装置を制御して熱流束逆転に急速に接近させることを含む。抑制ゾーンは、温度調節装置を制御して、急速温度反応ゾーンよりもゆっくりと熱流束逆転に接近させることを含む。超過ゾーンは、温度制御装置を制御して逆転点を通過させることを含む。変動ゾーンは、温度調節装置を制御して逆転点の周囲で変動させることを含む。

上記のいずれかのさらなる実施形態において、コンポーネントは温度調節装置で冷却されて熱流束逆転を発生させ、制御ステップは、判断された熱流束逆転に応じて温度調節装置により提供される冷房を緩和することを含む。

上記のいずれかのさらなる実施形態において、コンポーネントは温度調節装置で加熱されて熱流束逆転を発生させ、制御ステップは、判断された熱流束逆転に応じて温度調節装置により提供される暖房を緩和することを含む。

上記のいずれかのさらなる実施形態において、コンポーネントは装飾カバーを備えるシートであり、熱流束センサは、装飾カバーに支持されるか装飾カバーの下に配置されるかの少なくとも一方である。

上記のいずれかのさらなる実施形態において、熱流束測定ステップは、着席乗員とシートとの間の熱流束を推測することを含む。

上記のいずれかのさらなる実施形態において、熱流束判断ステップは、温度センサを使用して着席乗員とシートとの間の熱流束を推測することを含む。

上記のいずれかのさらなる実施形態において、熱流束逆転は乗員とコンポーネントとの間の温度平衡点に対応する。

上記のいずれかのさらなる実施形態において、制御ステップは、目標熱流束を目標熱流束範囲内に維持することを含む。

上記のいずれかのさらなる実施形態において、目標熱流束範囲は−３０Ｗ／ｍ^２から２０Ｗ／ｍ^２である。

上記のいずれかのさらなる実施形態において、目標熱流束範囲は−５Ｗ／ｍ^２から５Ｗ／ｍ^２である。

上記のいずれかのさらなる実施形態において、ユーザ入力に応じて目標熱流束範囲が多様な熱流束範囲に調節される。

上記のいずれかのさらなる実施形態において、調節ステップは、変動間隔を目標熱流束範囲内に調節することを含む。

上記のいずれかのさらなる実施形態では、シート温度調節装置が制御されて目標シート表面温度を維持する。

上記のいずれかのさらなる実施形態では、目標シート表面温度は３２．０℃から３５．５℃の範囲である。

上記のいずれかのさらなる実施形態では、シート温度調節装置が制御されてユーザ皮膚温度を３０℃から３６℃の範囲に維持する。

上記のいずれかのさらなる実施形態において、ユーザ皮膚温度維持ステップは下式に従って実施され、Ｔ_Ｓは皮膚温度であり、Ｔ_Ｂはシート表皮の背部の測定温度であり、ｑは乗員とシートバックとの間の熱流束であり、ｔはシート表皮厚さであり、ｋはシート表皮熱伝導率であり、Ｆ_ｃｌは一般的な季節の服装の衣類熱伝導率である。
Ｔ_Ｓ＝（Ｔ_Ｂ＋ｑｔ）／（ｋ＋ｑＦ_ｃｌ）

上記のいずれかのさらなる実施形態において、コンポーネントと乗員との間での熱流束の総量が判断され、制御ステップは、熱流束の総量に基づいてコンポーネント温度調節装置を調整して、乗員の過暖房と過冷房の少なくとも一方を防止することを含む。

上記のいずれかのさらなる実施形態において、コンポーネントは、少なくとも一つの温度調節装置を各々が含むシートバックとシートボトムとを有するシートであり、制御ステップは、熱流束逆転に基づいて温度調節装置を非対称的に調整することを含む。

上記のいずれかのさらなる実施形態において、少なくとも一つの熱流束センサはシートのシートバックのみに配置され、シートバックの熱流束センサに基づいてシートボトムの温度調節装置が制御される。

上記のいずれかのさらなる実施形態において、コンポーネントはステアリングホイールである。

別の実施形態において、自律的シート環境制御システムは、シートにより提供される乗員温度快適性に関連する熱流束を検出するように構成される熱流束センサを備えるシートを含む。自律的シート環境制御システムはまた、シート温度調節装置と、検出された熱流束に応じてシート温度調節装置に指令を送るように構成される制御装置とを含む。

上記のいずれかのさらなる実施形態において、制御装置は、熱流束逆転に応じて温度調節装置に指令を送るように構成され、制御装置は、熱流束逆転が検出されると温度調節装置に指令を送って目標熱流束を維持するように構成される。

上記のいずれかのさらなる実施形態において、シートは装飾カバーを有し、熱流束センサは装飾カバーに支持される。

上記のいずれかのさらなる実施形態において、熱流束センサは、装飾カバーの継ぎ目に配置される。

上記のいずれかのさらなる実施形態において、シートは装飾カバーを有し、熱流束センサは装飾カバーの下に配置される。

上記のいずれかのさらなる実施形態において、シートは通気性裏材を含み、通気性裏材と装飾カバーとの間に熱流束センサが配置される。

上記のいずれかのさらなる実施形態において、シートは流体通路を提供するクッションを含み、温度調節装置は流体通路との流体連通状態にあり、熱流束センサは流体通路の上に配列される。

上記のいずれかのさらなる実施形態において、温度調節装置は熱電装置とブロワとを含む。

添付図面に関して検討すると、以下の詳細な説明を参照することにより本開示がさらに理解されうる。

シート環境制御システムの概略図である。 熱流束センサマット実施形態の一部分である。 装飾カバーに支持される熱流束センサを備えるシートの一部分である。 装飾カバーの継ぎ目に配置される熱流束センサを備えるシートの一部分である。 装飾カバーの下に配置される熱流束センサを備えるシートの一部分である。 コンポーネントと接触している乗員に温度快適性を自律的に提供する方法を記述するフローチャートである。 熱流束逆転に基づいて温度調節装置を制御する方法を記述するフローチャートである。 シートバックおよびシートクッションまたはボトムについての乗員快適性の非対称的温度管理を記述するグラフである。 様々なゾーンに基づいて温度調節装置を制御して目標熱流束を維持する一つのアプローチ例を示すグラフである。 乗員の母集団について乗員の暖房および冷房を行うための乗員温度快適性の基準として熱流束を示すグラフである。 ユーザ入力に応じた目標熱流束範囲の調節を示すグラフである。 目標熱流束範囲内における逆転点の周囲での熱流束の変動を示すグラフである。

前出の段落、請求項、または以下の説明および図面の実施形態と例と代替例とが、その様々な態様やそれぞれの個々の特徴のいずれかを含めて、単独または何らかの組み合わせで検討される。一実施形態に関して説明される特徴は、このような特徴が適合性を持たない場合を除いてすべての実施形態に適用可能である。様々な図面における同様の参照番号および名称は同様の要素を指す。

シート環境制御システム１０の例が図１に図示されている。システム１０は、シートバック１４とシートクッション１６またはボトムとを有するシート１２を含む。この例で、システム１０はステアリングホイール１８も含む。車両内の着席乗員は、車両操作を通してシート１２およびステアリングホイール１８との係合状態にある。その結果、これらのコンポーネントは、着席乗員の快適性にかなり寄与する。例えばユーザ入力をほとんどまたは全く伴わず自律的に、シート１２および／またはステアリングホイール１８を通して乗員の効果的な暖房および／または冷房を提供することが望ましい。

この目的のため、シートバック１４とシートクッション１６とステアリングホイール１８の各々は、少なくとも一つの温度調節装置を含む。シートバック１４の例において、冷房装置２２と暖房装置２４と空気ブロワ２０とはシートの暖房および／または冷房を行うために設けられうる。同様に、シートクッション１６は、シートクッションの暖房および／冷房を行うため、冷房装置２８、暖房装置３０、および／または空気ブロワ２６を含む。シートバック１４とシートクッション１６とが異なる量または速度の暖房および／または冷房を乗員に提供して（例えば図７参照）多様な温度快適性の必要性に対応するように、シートバック１４とシートクッション１６とは制御装置３６により非対称的に制御されうる。一つの例において、胴体および脚部の異なる代謝速度に基づくか比例して、シートバック１４により提供される冷房の速度はシートクッション１６により提供される冷房の速度より高い。ステアリングホイール１８は、暖房および／または冷房を乗員の手に提供するように、冷房装置３２および／または暖房装置３４を含む。一例では、ブロワ２０および／または２６との使用時にペルチェ効果に基づいて作動する熱電装置により、一つ以上の冷房装置が設けられうる。乗員との接触状態にあるすべてのコンポーネントが温度調節されるわけではなく、記載されるものより多いか少ない温度調節装置を使用してこれらのコンポーネントが調節されうることが理解されるべきである。

熱流束センサ３８，４０，４２は、シートバック１４、シートクッション１６、および／または任意でステアリングホイール１８に設けられ、乗員とシートバック１４、シートクッション１６、および／またはステアリングホイール１８との間の単位時間および単位面積あたりの熱エネルギー伝達の速度をそれぞれ測定する。乗員とシート１２との間の熱流束を測定することにより、熱流束センサ３８，４０，４２は乗員の温度快適性の推定を提供するのに使用されうる。熱流束センサ３８，４０，４２は、制御装置３６に設けられる熱流束モジュール４４との連通状態にある。熱流束測定値を様々な乗員または乗員タイプ（男性または女性の乗員など）の快適性と相関させるように収集された経験的データが、熱流束モジュール４４による検索のためメモリに記憶されて、環境条件と多数の入力４６〜５４とに基づいて環境制御システムを正確にモデリングする。

制御装置３６は、プロセッサと、動作を制御するためのコンピュータ可読コードが記憶される非一時的メモリとを含みうる。一例では、制御装置３６はシート１２内に一体化されるが、制御装置３６またはその部分が遠隔位置に設けられてもよい。

ハードウェアアーキテクチャの観点から見ると、このような制御装置は、プロセッサ、メモリ、そしてローカルインタフェースを介して通信結合される一つ以上の入力および／または出力（Ｉ／Ｏ）装置インタフェースを含みうる。ローカルインタフェースは、例えば、限定ではないが、一つ以上のバスおよび／または他の有線か無線の回線を含みうる。ローカルインタフェースは、制御装置、バッファ（キャッシュ）、ドライバ、リピータ、そして通信を可能にする受信器のような、簡略化のため省かれている追加要素を有しうる。さらに、ローカルインタフェースは、上述のコンポーネントの間での適切な通信を可能にするアドレス、制御部、および／またはデータ回線を含みうる。

制御装置は、ソフトウェア、特にメモリに記憶されるソフトウェアを実行するためのハードウェア装置でありうる。プロセッサは、特注または市販のプロセッサ、中央処理ユニット（ＣＰＵ）、制御装置と関連する幾つかのプロセッサのうちの補助プロセッサ、半導体ベースのマイクロプロセッサ（マイクロチップまたはチップセットの形）、あるいは概してソフトウェア命令を実行するための何らかの装置でありうる。

メモリは、揮発性メモリ要素（例えばランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ、ＳＲＡＭ、ＳＤＲＡＭ、ＶＲＡＭ等のようなＲＡＭ）、および／または不揮発性メモリ要素（例えばＲＯＭ等）のうちいずれか一つまたはその組み合わせを含みうる。また、メモリは、電子、磁気、光学、および／または他のタイプの記憶媒体を内含しうる。メモリは、様々なコンポーネントが互いから遠隔の位置にあるが制御装置３６によるアクセスが可能である分散型アーキテクチャも有しうる。

メモリのソフトウェアは一つ以上の別々のプログラムを含み、その各々が論理的機能を実現するための実行可能命令の順序付きリストを含む。ソフトウェアとして具現されるシステムコンポーネントは、ソースプログラム、実行可能プログラム（オブジェクトコード）、スクリプト、または実施される命令の集合を包含する他のエンティティとしても解釈されうる。ソースプログラムとして解釈される時に、プログラムは、コンパイラ、アセンブラ、インタープリタ、その他を介して翻訳され、これらはメモリに含まれても含まれなくてもよい。

システムＩ／Ｏインタフェースに結合されうる入力／出力装置は、入力装置、例えば限定ではないが、スキャナ、マイクロフォン、カメラ、近接装置等を含みうる。さらに、入力／出力装置は、出力装置、例えば限定ではないがディスプレイ等を含みうる。入力／出力装置はさらに入力と出力の両方と通信する装置、限定ではないが例として挙げると、（別の装置、システム、またはネットワークにアクセスするための）モジュレータ／デモジュレータ、無線周波数（ＲＦ）または他の送受信器、ブリッジ、ルータ等を含みうる。

制御装置３６が作動している時に、プロセッサは、メモリ内に記憶されているソフトウェアを実行し、メモリへ、またメモリからデータを通信し、概してソフトウェアに従ってコンピューティング装置の動作を制御するように構成されうる。メモリのソフトウェアは、全体的または部分的に、プロセッサにより読み取られ、おそらくプロセッサ内でバッファリングされ、それから実行される。

制御装置３６は様々な入力４６〜５４との通信状態にあり、これらの入力は、周囲温度、周囲湿度、シート形状、調節ゾーン、乗員湿度、コンポーネント温度、乗員温度、並びに／または、乗員の個人的選好、性別、体型、身長、体重、および／または代謝速度のようなユーザ構成入力に関連する情報を提供しうる。

制御装置３６は、車両のＨＶＡＣユニット５６と、冷房および／または暖房フロアマット、シフトノブ、ドアパネル、アームレスト、ヘッドライナ等の他の装置５８のような、車両の他の温度調節装置にも指令を与えうる。

熱流束センサ３８，４０，４２は、一つ以上の従来方式で熱流束を測定できる。一例において、熱流束センサは、周知の熱伝導率と厚さとを持つ材料の二つの両面での温度を測定し、こうして熱流束の基準を提供する。

熱流束センサは、Ｍａｈｏｅｌｅ Ｍｅｓｓｔｅｃｈｎｉｋ ＧｍｂＨ、Ｏｍｅｇａ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ、Ｇｒｅｅｎｔｅｇ ＡＧのような様々な供給業者から市販されている。熱流束センサ３８，４０，４２は、増幅を必要とするμＶ出力を持つ一般的な受動的装置である。

適当な構成の熱流束センサは、乗員と、シート１２およびステアリングホイール１８のようなコンポーネントとの間での熱伝達を直接的に測定するか少なくとも推測するのに使用されうる。乗員にできる限り近接して熱流束センサの位置を決めることが望ましい。熱流束センサは、乗員の脚部および／または背部の直下でシート１２に配置されうる。熱流束センサが乗員から離れて配置されるほど、乗員とコンポーネント表面との間の熱流束を正確に数量化することが困難になる。

単一の熱流束センサが一つ以上の目標表面に使用されてもよい。多数の熱センサが乗員に対して様々な位置で個別的な測定を行うのに使用されてもよく、調節エリア全体での熱流束の推定を行うようにセンサがアレイとして配置されてもよい。図２に示された一例で、マット６０は、格子６４により支持される熱流束センサ６２のアレイを備える。

乗員の胴体は、特定の乗員の生理、代謝速度、快適性の必要性を最もよく表す。ゆえに、乗員とシートバック１４との間の熱流束を測定するのに好ましくは少なくとも一つの熱流束センサが使用される。一例では、単一の熱流束センサ３８がシートバック１４に配置されて、シートバック１４とシートクッション１６の両方について乗員関連の熱流束情報を提供しうる。この構成で、シートバック１４およびシートクッション１６の温度調節装置がシートバック１４の熱流束センサ３８に基づいて制御される。任意であるが、一つ以上の熱流束センサ４０がシートバック１４に加えてシートクッション１６に使用されて、シートバック１４およびシートクッション１６により提供される条件の独立的な監視および調節を可能にする。より多いか少ない熱流束センサが使用されうることが理解されるべきである。例えば、シートバック１４とシートクッション１６の各々に熱流束センサが一つのみ設けられてもよい。

図３に示された例を参照すると、シート１２は、例えばクッション６８に支持される通気性裏材の下に配置される軟質裏材層７０を備える装飾カバー６６を含む。熱流束センサ６９は装飾カバー６６に支持され、装飾的なエンブレムまたはロゴのようなスタイリング要素により設けられる。熱流束センサ６９は、一つ以上のワイヤ７２により制御装置３６に接続される。

別の構成例が図４に示されている。熱流束センサ７６は装飾カバー６６の継ぎ目７４に配置される。

熱流束センサ７８が装飾カバー６６の下に配置されるまた別の構成例が、図５に示されている。熱流束センサ７８は通気性裏材層７０の下に、およびシート１２と乗員との間で目標熱伝達を実施するように流体（例えば空気）が流れる流体通路７１との流体連通状態に配置されうる。

様々な実施形態において、本開示によるシート環境制御システムは、シート１２と乗員との間での熱流束を能動的に測定し、測定された熱流束を使用して温度調節装置、例えば暖房装置、冷房装置、および／または空気ブロワの出力を制御して、温度快適状態に乗員を維持する。任意の特徴において、シート環境制御システム１０は代替的に、温度調節装置の出力を増加または減少させて、所定の速度および／または所定の範囲内で熱流束を周期的に変化させ、これにより乗員の温度受容器を能動的に刺激するかその刺激を阻止し、これは乗員快適性を高めるために行われる。このような構成において、熱流束は、調節モードと関連する温度受容器（例えば冷房モードと関連する低温受容器）を刺激する一方で、反対のモードと関連する温度受容器（例えば暖房モードと関連する高温受容器）の刺激を阻止するように制御されうる。本開示のシート環境制御システムの利点の例は冷房（例えば図８）に集中しているが、本開示による暖房アルゴリズムが使用されてもよく、冷房の例と性質上は類似しているべきであることが理解されるだろう。

様々な例において、一つ以上の熱流束センサが「熱流束逆転」点を検出するのに使用され、これは、シートの支持表面が乗員の隣接表面ほど低温または高温ではなくなる時点を表しており、乗員とシート１２との間の熱伝達は方向を切り替える（つまり逆転する）。過度の温度差と熱流束とは乗員非快適性を招くことが分かっている。

例えば、熱のこもった車両に乗員が乗り込む時に、シート１２は乗員の温度よりかなり高い温度であり、熱は最初に高温のシートから低温の乗員へ流れて乗員に対する温度非快適性を生み出すか高める。環境制御システムは、始動後の初期期間にシート１２を最大冷房設定に自動的に制御してシート１２の温度を急速に低下させて最短時間で熱流束逆転点に達することにより、この問題に対処しうる。しかし、熱流束逆転点の後にこの設定で動作を継続すると、ある時間の後に過冷房状況となり、そのケースでは乗員が設定を手動で変更してシート冷房を緩和する。代わりに熱流束を測定して熱流束逆転を判断することにより、シート温度調節装置出力は、所定時間に熱流束逆転点に対して減少する。様々な例では、熱流束逆転点の前に、同時に、または後で出力は減少する。このような構成では、出力は、シート１２と乗員との間での熱の流動方向に基づいて調節され、熱の流動は実質的に減少して、乗員との平衡点に接近または到達する。

既に不必要に温度の高いシートにいる乗員に冷房を行うための方法またはアルゴリズムの一例を以下に提示する。
Ｔ＿ｓｕｒｆａｃｅ＞Ｔ＿ｏｃｃｕｐａｎｔかつＴ＿ａｍｂｉｅｎｔ＞Ｔ＿ｌｉｍｉｔの場合＝＞最大冷房モードを開始
Ｔ＿ｓｕｒｆａｃｅ〜Ｔ＿ｏｃｃｕｐａｎｔかつｈｅａｔ ｆｌｕｘ ｒａｔｅ〜０の時＝＞監視維持モード
冷房モード設定を調節して、Ｈｅａｔ＿Ｆｌｕｘ＿Ｍａｘに達するまでＴ＿ｏｃｃｕｐａｎｔ＞Ｔ＿ｓｕｒｆａｃｅを維持し、Ｈｅａｔ＿Ｆｌｕｘ＿Ｍａｘは、負の熱流束が快適性／非快適性のリミットになる点に等しい
Ｈｅａｔ＿Ｆｌｕｘ＿Ｍａｘに達した後に、冷房出力と気流を制限して−ＨＦＤ＿ｍｉｎ と−ＨＦＤ＿ｍａｘとの間に維持する
変形：Ｈｅａｔ＿Ｆｌｕｘ＿Ｍａｘに達した後に、設定時間サイクルにわたって冷房出力をパルシングさせて−ＨＦＤ＿ｍｉｎと−ＨＦＤ＿ｍａｘの間に維持する（つまり実時間戦略；変形では熱流束の監視およびフィードバックに基づく反復的な温度シミュレーションを検討する。例えば図８および１１に示された変動）
変形：熱流束速度〜０に達した後に、時間ＤＴ＿ｃｏｏｌｉｎｇにわたって同じか異なる冷房出力での冷房を継続する。この後に、時間ＤＴ＿ｉｄｌｅにわたって能動的な冷房を停止させる。一定または可変の時間ＤＴ＿ｃｏｏｌｉｎｇおよびＤＴ＿ｉｄｌｅでの周期的動作を継続する。

最初に車両シート１２が低温すぎる時に過暖房を防止するのには、同じ原理が使用されうる。

ゆえに、例えばバークレイ快適性モデルに表現されているように、一つ以上の温度調節装置の自律的調節を行って目標温度快適性および感覚を提供するのに、開示のシステムが使用される。

図６Ａは、シート１２およびステアリングホイール１８のようなコンポーネントと接触している乗員に温度快適性を自律的に提供する制御方法８０の一例を示す。ブロック８２に記されているように、コンポーネントと乗員との間での熱流束が判断される。ブロック８４では、熱流束を使用して熱流束逆転が判断される。熱流束逆転は乗員温度快適性の変化に対応し、例えば熱流束が０Ｗ／ｍ^２またはその付近である時には乗員とコンポーネントとの間の温度平衡点に対応する。ブロック８６に記されているように、暖房装置（例えば２４，３０，３４）、冷房装置（例えば２２，２８，３２）、および／または空気ブロワ（例えば２０，２６）のようなコンポーネント温度調節装置が、測定または推測による熱流束と熱流束逆転とに基づいて制御されて目標熱流束が得られる。熱流束が調節モードでの目標と反対の方向である期間には、温度調節コンポーネントが最大設定で作動する。熱流束逆転、その近く、またはその後の期間に、温度調節コンポーネントは緩和設定で作動しうる。過暖房または過冷房を伴わずに目標温度快適性を乗員に提供するように、熱流束が調整されうる。様々な例では、熱流束逆転の前および／または後でのコンポーネントと乗員との間での熱伝達の総量は、経時的な熱流束に基づいて判断される。温度調節装置は、乗員への、また乗員からの熱の総量に基づいて乗員過暖房または過冷房を防止するように調整される。概して乗員温度快適性には熱伝達リミットがあるので、熱伝達の総量または正味量に基づく制御は有利である。また、逆転点より前に実質的な熱伝達が反対方向に発生する状況では、乗員が快適性に達するには、逆転点の後に長い時間を要する。そのため、長時間にわたって温度調節コンポーネントの動作を最大設定で継続することが望ましい。言い換えると、最大設定での動作の持続時間は、逆転点の前の熱伝達の量に比例しうる。熱伝達の総量を超えると、乗員の身体から出る（冷房時）または身体に入る（暖房時）の熱が多すぎると予測され、これが温度非快適性を生む。

熱流束逆転は０Ｗ／ｍ^２つまり逆転点で発生するが、制御は逆転点で温度調節装置を制御することに限定されない。すなわち、逆転点は基準点として使用することができる。例えば、熱流束が逆転点に接近すると、温度調節装置は上記とは異なる方式で制御されうる。

図６Ｂを参照すると、一例において、図８に示された急速温度反応ゾーン１では、ブロック８８に記されているように熱流束逆転に急速に接近することにより目標熱流束が得られる。例えば冷房（または乗員を暖める時には暖房）を弱めることにより、ブロック９０に記されて図８の抑制ゾーン２に示されているように、さらにゆっくりと熱流束逆転に近づく。制御戦略の一例では、−３０ｗ／ｍ^２に達すると、冷房出力が抑制されて（例えば抑制ゾーン２）、熱流束逆転点（０Ｗ／ｍ^２）に向けて熱流束が再び上昇し始める。

幾つかのケースでは、正味熱伝達が正である（身体の熱発生が除去される冷房ワットより多い）場合と、シート１２と周囲環境との残留熱がそれでも充分である時には、逆転点を通過して正の熱流束に逆戻りするように熱流束が変化する。例えば、測定された熱流束が−３０Ｗ／ｍ^２に達すると、快適であると考えられる速度で、冷房されるシート表面が乗員から熱を除去していることを表している。この瞬間に、周囲温度と調節されていないシートコンポーネントの温度とは、解離時にシート表面の冷房システム温度が皮膚温度よりも上昇して熱流束が流れを逆転させて逆転点を再び通過するようなものとなることが可能である。逆転点を通過すると、冷房システムを再び作動させ、乗員が不快感を覚えるのを防止する。同様に、低温車両と低温シートの暖房のケースでは、熱流束センサ（例えば３８，４０，４２）からのフィードバックを使用することにより、シート１２の低温の熱質量が暖房装置により管理されるので、乗員がそれでも寒いという感覚を覚えるのを防止するのに装置が使用されうる。

ブロック９２に記されているように熱流束逆転点を通過すると、コンポーネントの暖房または冷房を減速、停止、または逆転させることにより熱流束逆転点に再び接近する前に、熱流束が超過ゾーン３（図８）を通過する。乗員温度快適性が達成されても、長期間の定常状態の熱流束は、乗員非快適性を生む結果となる。そのため再び逆転点に達すると、ブロック９４に記され図８の変動ゾーン４に示されているように、温度調節装置が使用されて熱流束逆転の周囲で変動させる。様々な例では、乗員の温度受容器（図１１も参照）を選択的に刺激するおよび／または刺激を阻止するように、熱流束の変動が制御される。暖房または冷房を一定の熱流束値で制御すると、乗員とシートとの間の境界面での長期間の温度ドリフトが結果的に生じて非快適性を招く結果となる。熱流束を変動させると、過暖房または過冷房の制御を行う温度センサの必要性が回避されうる。制御装置３６は、熱流束方向変化を生じるような手法で冷房または暖房能力を調節して長期間の非快適性を防止するのに使用されうる。

従来のシート環境制御システムは、シート温度または調節装置の温度のみを使用して動作を制御する。温度データのみを使用すると最適な温度快適性管理手段は得られず、そのため、開示の熱流束測定は有利で望ましい。しかし、幾つかの温度測定は、暖房および冷房リミットに対する点検として望ましい。熱流束が一定に保たれている間に温度は経時的に変化しうる。この目的のため、調節装置温度、シート表面温度、および／または乗員皮膚温度は、例えばブロック９６に記されているように目標温度範囲にコンポーネントを維持するのに、そして熱流束センサドリフトに対する点検として使用される。

一例において、シート温度調節装置は、目標シート表面温度を例えば３２．０℃から３５．５℃の範囲に維持するように制御される。別の例では、ユーザ皮膚温度を３０℃から３６℃の範囲に維持するようにシート温度調節装置が制御される。ユーザ皮膚温度は下式
に基づいて推定または推測され、Ｔ_Ｓは皮膚温度であり、Ｔ_Ｂはシート表皮の背部１４での測定温度であり、ｑは乗員とシートバック１４との間の熱流束であり、ｔはシート表皮厚さであり、ｋはシート表皮熱伝導率であり、Ｆ_ｃｌは一般的な季節の服装の衣類熱伝導率である。
Ｔ_Ｓ＝ｑ／（（ｋ／ｔ）＋Ｆ_ｃｌ）＋Ｔ_Ｂ
この例で制御パラメータはＴ_Ｓであり、二つの測定値つまり熱流束ｑと温度Ｔ_Ｂから推測される。Ｆ_ｃｌ推定値を向上させるのに乗員認知システム（例えばＩＲカメラ）と地域天気予報情報とが使用されうる。

図９に示されているように、暖房および冷房のシナリオのための一般的な目標熱流束は互いに異なっている。また乗員により選好される目標熱流束は人々の間で異なる。ゆえに、冷房用途では、最初に大部分の人々をカバーする目標熱流束は、−３０Ｗ／ｍ^２から２０Ｗ／ｍ^２の範囲である。一例として、良好な冷房のため一定の−３０Ｗ／ｍ^２、または良好な暖房のためには正の２０Ｗ／ｍ^２の熱流束を当面は達成することが望ましく、これは５０％の人々が快適である母集団である。一例では、図８に図示されているように、目標熱流束は−５Ｗ／ｍ^２から５Ｗ／ｍ^２の狭いウィンドウ内に維持される。別の例では、一定の０Ｗ／ｍ^２を維持することが望ましい。

さて図１０を参照すると、これら目標熱流束範囲は、乗員の代謝速度を考慮するように構成されるデフォルト最大値および最小値を有するデフォルトウィンドウ９８として制御装置３６で用意される。例えば、熱流束は、乗員により発生される熱量（つまり代謝速度）に基づいて、例えば比例的に、そして代謝速度に対して、また任意でこれを包含する範囲内で変化する。図１０に示されているように、ユーザはデフォルトウィンドウ９８から低温ウィンドウ１００または高温ウィンドウ１０２へ目標熱流束範囲を調節して、カスタマイズされた多様な目標熱流束範囲を設ける。制御装置３６は、ユーザ入力に応じてこれらのウィンドウを調節するばかりでなく、乗員の性別、体型、身長、体重、および／または代謝速度に基づいて多様な目標熱流束を予測しうる。最大および最小熱流束設定点をシフトすることにより熱流束ウィンドウを調節することに加えて、図１１に図示されているように、変動間隔も変化しうる。

熱流束の変化速度、そのため温度変化の速度は、最初の湿気または乗員の発汗量に相関して調節されうる。湿気または発汗は、乗員／シート境界面での湿度を測定することにより、または乗員／シート境界面から吸引される空気の湿度を測定することにより検出されうる。高速での温度変化（急速冷房）は、ある乗員には湿気の不快感を与える結果となる。この感覚を回避するため、システムは長時間にわたっていくらか正の熱流束値を維持し、発汗している乗員をシステムが検出すると、ゆっくりと冷房を強める（長い時間をかけて負の熱流束を得る）。

図示の実施形態では特定のコンポーネント構成が開示されているが、他の構成も有益であることが理解されるべきである。特定のステップ順序が図示、説明、請求されているが、ステップは、他の指示がない限りいかなる順番で実施されるか分離されるか組み合わされてもよく、本発明では有益であることが理解されるべきである。

多様な例は図に示された固有のコンポーネントを有するが、本発明の実施形態はこれらの特定組み合わせに限定されない。一つの例によるコンポーネントまたは特徴の幾つかを別の例による特徴またはコンポーネントとの組み合わせで使用することが可能である。

実施形態の例が開示されているが、ある種の変形が請求項の範囲に含まれることを当業者は認識するだろう。その理由から、真の範囲および内容を判断するには以下の請求項が検討されるべきである。

１０ シート環境制御システム
１２ シート
１４ シートバック
１６ シートクッション
１８ ステアリングホイール
２０ 空気ブロワ
２２ 冷房装置
２４ 暖房装置
２６ 空気ブロワ
２８ 冷房装置
３０ 暖房装置
３２ 冷房装置
３４ 暖房装置
３６ 制御装置
３８ 熱流束センサ
４０，４２ 熱流束センサ
４４ 熱流束モジュール
４６，４８，５０，５２，５４ 入力
５６ ＨＶＡＣユニット
６０ マット
６２ 熱流束センサ
６４ 格子
６６ 装飾カバー
６８ クッション
６９ 熱流束センサ
７０ 裏材層
７１ 流体通路
７２ ワイヤ
７４ 継ぎ目
７６，７８ 熱流束センサ

Claims (28)

1. コンポーネントと接触している乗員に温度快適性を自律的に提供する方法であって、
   制御装置が、
   前記コンポーネントと前記乗員との間の熱流束を判断するステップと、
   前記熱流束を使用して熱流束逆転を判断するステップであって、前記熱流束逆転が乗員温度快適性の変化に対応するステップと、
   前記熱流束逆転に基づいて温度調節装置を制御して目標熱流束を維持する制御ステップと、
   を実行し、前記制御ステップが、急速温度反応ゾーンと、続く超過ゾーンと、続く変動ゾーンとを含み、前記急速温度反応ゾーンが、前記温度調節装置を制御して熱流束逆転に急速に接近させることを含み、前記超過ゾーンが、前記温度調節装置を制御して逆転点を通過させることを含み、前記変動ゾーンが、前記温度調節装置を制御して前記逆転点の周囲で変動させることを含む方法。
2. 前記制御ステップが、前記急速温度反応ゾーンと前記超過ゾーンとの間に抑制ゾーンを含み、前記抑制ゾーンが、前記温度調節装置を制御して前記急速温度反応ゾーンよりゆっくりと前記熱流束逆転に接近させることを含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記温度調節装置で前記コンポーネントを冷却して前記熱流束逆転を発生させるステップを包含し、前記制御ステップが、判断された前記熱流束逆転に応じて前記温度調節装置により提供される前記冷却を緩和することを含む、請求項２に記載の方法。
4. 前記温度調節装置で前記コンポーネントを加熱して前記熱流束逆転を発生させるステップを包含し、前記制御ステップが、判断された前記熱流束逆転に応じて前記温度調節装置により提供される前記加熱を緩和することを含む、請求項２に記載の方法。
5. 前記コンポーネントが、装飾カバーを備えるシートであり、熱流束センサが、前記装飾カバーに支持されるか前記装飾カバーの下に配置されるかの少なくとも一方である、請求項１に記載の方法。
6. 前記熱流束を判断するステップが、着席乗員と前記シートとの間での熱流束を推測することを含む、請求項５に記載の方法。
7. 前記熱流束を判断するステップが、温度センサを使用して前記着席乗員と前記シートとの間の熱流束を推測することを含む、請求項６に記載の方法。
8. 前記熱流束逆転が、前記乗員と前記コンポーネントとの間の温度平衡点に対応する、請求項１に記載の方法。
9. 前記制御ステップが、前記目標熱流束を目標熱流束範囲内に維持することを含む、請求項１に記載の方法。
10. 前記目標熱流束範囲が−３０Ｗ／ｍ^２から２０Ｗ／ｍ^２である、請求項９に記載の方法。
11. 前記目標熱流束範囲が−５Ｗ／ｍ^２から５Ｗ／ｍ^２である、請求項１０に記載の方法。
12. ユーザ入力に応じて前記目標熱流束範囲を多様な目標熱流束範囲に調節する調節ステップを包含する、請求項１０に記載の方法。
13. 前記調節ステップが、変動間隔を前記目標熱流束範囲内に調節することを含む、請求項１２に記載の方法。
14. シート温度調節装置を制御して目標シート表面温度を維持するステップを包含する、請求項１に記載の方法。
15. 前記目標シート表面温度が３２．０℃から３５．５℃の範囲である、請求項１４に記載の方法。
16. シート温度調節装置を制御してユーザ皮膚温度を３０℃から３６℃の範囲に維持するステップを包含する、請求項１に記載の方法。
17. 前記ユーザ皮膚温度を維持するステップが、
    Ｔ_Ｓ＝ｑ／（（ｋ／ｔ）＋Ｆ_ｃｌ）＋Ｔ_Ｂ
    に従って実施され、Ｔ_Ｓが皮膚温度であり、Ｔ_Ｂがシート表皮の背部での測定温度であり、ｑが乗員とシートバックとの間の熱流束であり、ｔがシート表皮厚さであり、ｋがシート表皮熱伝導率であり、Ｆ_ｃｌが一般的な季節の服装の衣類熱伝導率である、請求項１６に記載の方法。
18. 前記コンポーネントと前記乗員との間の、経時的な熱流束に基づいて判断される熱伝達の総量を判断するステップを包含し、前記制御ステップが、前記熱流束の総量に基づいて前記温度調節装置を調整して、前記乗員の過暖房および過冷房の少なくとも一方を防止することを含む、請求項１に記載の方法。
19. 前記コンポーネントが、前記温度調節装置の少なくとも一つを各々が含む、シートバックと、シートクッション又はボトムと、を有するシートであり、前記制御ステップが、前記熱流束逆転に基づいて、前記シートバックと、前記シートクッション又はボトムと、のそれぞれの暖房又は冷房がそれぞれ異なる量または速度となるように前記温度調節装置を不均等に調整することを含む、請求項１に記載の方法。
20. 少なくとも一つの熱流束センサが前記シートの前記シートバックのみに配置され、前記シートクッション又はボトムの前記温度調節装置が、前記シートバックの前記熱流束センサに基づいて制御される、請求項１９に記載の方法。
21. 前記コンポーネントがステアリングホイールである、請求項１に記載の方法。
22. 自律的シート環境制御システムであって、
    シートにより提供される乗員温度快適性に関連して熱流束を検出するように構成される熱流束センサを備えるシートと、
    シート温度調節装置と、
    検出された前記熱流束に応じて前記シート温度調節装置に指令を送るように構成される制御装置と、
    を包含し、
    前記制御装置が、急速温度反応ゾーンと、続く超過ゾーンと、続く変動ゾーンとを含む制御ステップを実行し、前記急速温度反応ゾーンが、前記シート温度調節装置を制御して熱流束逆転に急速に接近させることを含み、前記超過ゾーンが、前記シート温度調節装置を制御して逆転点を通過させることを含み、前記変動ゾーンが、前記シート温度調節装置を制御して前記逆転点の周囲で変動させることを含む自律的シート環境制御システム。
23. 前記制御装置が、熱流束逆転に応じて前記シート温度調節装置に指令を送るように構成され、前記熱流束逆転が検出されると前記シート温度調節装置に指令を送って目標熱流束を維持するように前記制御装置が構成される、請求項２２に記載のシステム。
24. 前記シートが装飾カバーを有し、前記熱流束センサが前記装飾カバーに支持される、請求項２２に記載のシステム。
25. 前記熱流束センサが前記装飾カバーの継ぎ目に配置される、請求項２４に記載のシステム。
26. 前記シートが装飾カバーを有し、前記熱流束センサが前記装飾カバーの下に配置される、請求項２２に記載のシステム。
27. 流体通路を提供するクッションを前記シートが含み、前記シート温度調節装置が前記流体通路との流体連通状態にあり、前記熱流束センサが前記流体通路より上に配列される、請求項２２に記載のシステム。
28. 前記シート温度調節装置が熱電装置とブロワとを含む、請求項２７に記載のシステム。

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