CN116749709A - 基于人体局部热舒适特征的乘员舱降温和供暖方法及汽车 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的基于人体局部热舒适特征的乘员舱降温和供暖方法及汽车。属于汽车开发技术领域，解决当前乘员舱全局通风策略能源消耗大、且无法同时满足不同乘坐位置乘员及其不同身体部位热舒适性的问题。使用所述基于人体局部热舒适特征的乘员舱降温和供暖方法的汽车，根据降温和供暖热舒适关键部位，为每个乘坐位置设置对应的独立出风口，针对热舒适部位合理组织气流，通过顶棚和仪表板出风口实现对头部和前胸降温或供暖，通过可调控温度的智能方向盘和智能座椅实现对手部和后背降温或供暖，通过前围板和前排座椅底部或侧向布置出风口实现对脚部降温或供暖，在短时间内快速提升乘员热舒适性。

Description

基于人体局部热舒适特征的乘员舱降温和供暖方法及汽车
技术领域
本发明属于汽车开发技术领域，特别是涉及一种基于人体局部热舒适特征的乘员舱降温和供暖方法及汽车。
背景技术
在汽车行驶或停放程中，乘员舱内热环境呈现出显著的非均匀特性，且人体不同身体部位的生理热调节特性及其对环境载荷的热响应具有差异性。在偏热环境中，各局部热感觉较接近，头部和整体感觉较热；在偏冷环境中，各部位皮肤温度明显不同，机体的新陈代谢产热无法及时通过血液循环传递给远心端部位，使其皮肤温度偏低，四肢感觉较冷，然而，当前乘员舱热环境管理采用的全局通风策略能源消耗大，且部分乘坐空间内的空气温度和气流速度分布不够合理，存在无法同时满足不同乘坐位置乘员及其不同身体部位热舒适性的关键技术难题。
发明内容
为解决现有技术问题存在的问题，本发明提供一种基于人体局部热舒适特征的乘员舱降温和供暖方法及汽车，能够对不同乘坐位置空间内空气温度和气流特征进行分区域管理，根据乘员热需求分别满足不同乘坐位置乘员的热舒适性，且气候控制范围聚焦于乘员所在位置空间内，可有效减少耗能、提升能源利用率。
使用所述基于人体局部热舒适特征的乘员舱降温和供暖方法的汽车，根据降温和供暖热舒适关键部位，为每个乘坐位置设置对应的独立出风口及回风口，针对热舒适部位合理组织气流，通过顶棚和仪表板出风口实现对头部和前胸降温或供暖，通过可调控温度的智能方向盘和智能座椅实现对手部和后背降温或供暖，通过前围板和前排座椅底部或侧向布置出风口实现对脚部降温或供暖，在短时间内快速提升乘员热舒适性。
进一步地，每个座位上均布置有相应的位置传感器、温度传感器、风速传感器、湿度传感器和红外热感知模块，并包括控制模块。
位置传感器用于获取乘员(包括驾驶员和乘客)数量及乘坐位置。
温度传感器用于获取乘员(包括驾驶员和乘客)所在位置区域内的空气温度。
风速传感器用于获取乘员(包括驾驶员和乘客)所在位置区域内的气流速度。
湿度传感器用于获取乘员(包括驾驶员和乘客)所在位置区域内的空气相对湿度。
红外热感知模块监测人体皮肤温度或身体部位表面温度分布情况。
上述控制模块具有人体热舒适性评估功能和智能计算功能。
人体热舒适性评估功能，根据接收温度传感器、风速传感器、湿度传感器和车内红外热感知模块采集的信息，评估乘员(包括驾驶员和乘客)的初始热感觉指数和热舒适指数(包括整体热感觉指数、局部热感觉指数、整体热舒适指数和局部热舒适指数)，计算得到乘员所在位置对应出出风口的送风温度和送风速度、智能方向盘和智能座椅冷却或加热温度的预估值，对不同乘员所在位置区域合理分配降温或供暖能量。
智能计算功能，将乘员手动输入的热感觉指数和热舒适指数与初始热感觉指数和热舒适指数进行比较，分别计算出乘员所在位置各出风口的送风温度和送风速度、智能方向盘和座椅冷却或加热温度的优化值，实时调整各出风口的送风温度和送风速度，实现个性化局部气候控制。
包括以下步骤：
S1、获取乘员(包括驾驶员和乘客)人数、乘坐位置信息及其所在区域的空气温度、气流速度和表面温度信息。
S2、控制模块根据接收到的乘员(包括驾驶员和乘客)人数及乘坐位置信息，自动操作模式启动，开启乘员(包括驾驶员和乘客)所在位置对应风道和出风口或冷却/加热开关，无人乘坐位置处对应的风道和出风口或冷却/加热开关保持关闭。
S3、红外热感知模块监测人体表面温度，获取不同乘坐位置乘员热不舒适或冷不舒适部位信息并输入控制模块，评估乘员(包括驾驶员和乘客)的初始热感觉指数和热舒适指数(包括整体热感觉指数、局部热感觉指数、整体热舒适指数和局部热舒适指数)，计算得到乘员所在位置对应出风口的送风温度和送风速度、智能方向盘和座椅冷却或加热温度的预估值，对不同乘员所在位置区域合理分配降温或供暖能量。
S4、乘员所在位置对应出风口的送风温度和送风速度、智能方向盘和智能座椅冷却或加热温度按预估值对人体进行降温或供暖。
S5、若乘员不满意当前环境的降温或供暖效果，则可手动操作输入热感觉指数和热舒适指数，控制模块将乘员手动输入的热感觉指数和热舒适指数与初始热感觉指数和热舒适指数进行比较，分别计算出乘员所在位置各出风口的送风温度和送风速度、智能方向盘和座椅冷却或加热温度的优化值，实时调整各出风口的送风温度和送风速度、智能方向盘和智能座椅冷却或加热温度，实现乘员舱个性化局部区域气候控制。
进一步地，每个座位上均布置有相应的位置传感器、温度传感器、风速传感器、湿度传感器和红外热感知模块，
位置传感器用于获取乘员(包括驾驶员和乘客)数量及乘坐位置。
温度传感器用于获取乘员(包括驾驶员和乘客)所在位置区域内的空气温度。
风速传感器用于获取乘员(包括驾驶员和乘客)所在位置区域内的气流速度。
湿度传感器用于获取乘员(包括驾驶员和乘客)所在位置区域内的空气相对湿度。
红外热感知模块监测人体皮肤温度或身体部位表面温度分布情况。
进一步地，控制模块具备人体热舒适性评估功能和智能计算功能，人体热舒适性评估功能根据接收温度传感器、风速传感器、湿度传感器和车内红外热感知模块采集的信息，评估乘员(包括驾驶员和乘客)的初始热感觉指数和热舒适指数(包括整体热感觉指数、局部热感觉指数、整体热舒适指数和局部热舒适指数)，智能计算功能计算得到乘员所在位置对应出风口的送风温度和送风速度、智能方向盘和座椅冷却或加热温度的预估值，对不同乘员所在位置区域合理分配降温或供暖能量。
进一步地，控制模块控制顶棚和仪表板出风口实现对头部和前胸降温或供暖，通过可调控温度的智能方向盘和智能座椅实现对手部和后背降温或供暖，通过前围板和前排座椅底部或侧向布置出风口实现对脚部降温或供暖。
本发明提供的基于人体局部热舒适特征的乘员舱降温和供暖方法及汽车，是在应用乘员舱区域化热环境管理技术的基础上，进一步地考虑了人体不同身体部位的热响应差异性、热需求和热偏好。所述乘员舱区域化热环境管理技术是指将气候控制范围聚焦于乘员所在位置空间内、对乘员舱气候进行分区域控制的热管理机制，以乘员周围微环境内的“热-流”特性(即温度分布和空气流动状态)为控制对象，对不同乘坐位置的乘员进行降温或供暖，从而可以合理组织气流来改善人体周围微环境内的温度分布和气流速度，提升人体热舒适性。该技术对不同乘坐位置空间内空气温度和气流特征进行分区域管理，根据乘员热需求分别满足不同乘坐位置乘员的热舒适性，且气候控制范围聚焦于乘员所在位置空间内，可有效减少耗能、提升能源利用率。
与现有技术相比，本发明至少能够实现以下有益效果：
1、将气候控制范围聚焦于乘员所在位置空间内、对乘员舱气候进行分区域控制，根据降温和供暖热舒适关键部位，为每个乘坐位置设置对应的独立出风口及回风口，针对热舒适部位合理组织气流，可根据乘员热需求分别满足不同乘坐位置乘员的热舒适性。
2、气候控制范围聚焦于乘员所在位置空间内，分配降温或供暖所需能量时只需考虑有乘员的位置，无人乘坐区域相应的出风口或冷却/加热开关保持关闭，可有效减少耗能、提升能源利用率。
3、考虑了乘员不同身体部位的热响应差异性与热偏好，应用本发明提供的基于人体局部热舒适特征的乘员舱降温和供暖方法，乘员周围的空气温度和气流速度适宜，不会使乘员感觉过冷或过热以及明显不适的吹风感，可满足乘员不同身体部位的热舒适性。
附图明
图1是本发明实施例提供的基于人体局部热舒适特征的乘员舱降温和供暖方法的流程图。
图2是基于人体局部热舒适特征的乘员舱降温与供暖方法的出风口或冷却/加热位置示意图。
图3是本发明提供的乘员舱区域化热环境管理示意图。
图4是本发明提供的汽车全局通风策略、乘员舱区域化热环境管理技术以及基于人体局部热舒适特征的乘员舱降温和供暖方法关系示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都是本发明保护的范围。
如图1所示，本发明提供的基于人体局部热舒适特征的乘员舱降温和供暖方法，包括以下步骤：
步骤S1、获取乘员(包括驾驶员和乘客)人数、乘坐位置信息及其所在区域的空气温度、气流速度和表面温度信息。
在本发明的其中一些实施例中，每个座位上均布置有相应的位置传感器、温度传感器、风速传感器、湿度传感器和红外热感知模块，位置传感器用于获取乘员(包括驾驶员和乘客)数量及乘坐位置；温度传感器用于获取乘员(包括驾驶员和乘客)所在位置区域内的空气温度；风速传感器用于获取乘员(包括驾驶员和乘客)所在位置区域内的气流速度；湿度传感器用于获取乘员(包括驾驶员和乘客)所在位置区域内的空气相对湿度；红外热感知模块用于监测人体皮肤温度或身体部位表面温度分布情况。
步骤S2、控制模块根据接收到的乘员(包括驾驶员和乘客)人数及乘坐位置信息，自动操作模式启动，开启乘员(包括驾驶员和乘客)所在位置对应风道和出风口或冷却/加热开关，无人乘坐位置处对应的风道和出风口或冷却/加热开关保持关闭。
控制模块具有人体热舒适性评估功能和智能计算功能。在本发明的其中一些实施例中，可以将人体热舒适性评估功能和智能计算功能集成到汽车本身的控制模块中。
在本发明的其中一些实施例中，人体热舒适性评估功能根据接收的温度传感器、风速传感器、湿度传感器和车内红外热感知模块采集的信息，评估乘员(包括驾驶员和乘客)的初始热感觉指数和热舒适指数(包括整体热感觉指数、局部热感觉指数、整体热舒适指数和局部热舒适指数)，计算得到乘员所在位置对应出风口的送风温度和送风速度、智能方向盘和智能座椅冷却或加热温度的预估值，对不同乘员所在位置区域合理分配降温或供暖能量。其中，人体热舒适性评估与智能计算均采用现有的计算模型，在此不对其评估及计算过程做展开赘述。
步骤S3、红外热感知模块监测人体表面温度，获取不同乘坐位置乘员的热不舒适或冷不舒适部位信息并输入控制模块，评估乘员(包括驾驶员和乘客)的初始热感觉指数和热舒适指数(包括整体热感觉指数、局部热感觉指数、整体热舒适指数和局部热舒适指数)，计算得到乘员所在位置对应出风口的送风温度和送风速度、智能方向盘和智能座椅冷却或加热温度的预估值，对不同乘员所在位置区域合理分配降温或供暖能量。
在本发明的其中一些实施例中，控制模块控制顶棚和仪表板出风口实现对头部和前胸降温或供暖，通过可调控温度的智能方向盘和座椅实现对手部和后背降温或供暖，通过前围板和前排座椅底部或侧向布置出风口实现对脚部降温或供暖。可调控温度的智能方向盘和智能座椅均为现有技术，在此不对其具体结构和工作原理做展开介绍。本发明方法通过可调控温度的智能方向盘和智能座椅将人体不同身体部位的热响应差异性纳入乘员舱热环境管理中。
步骤S4、乘员所在位置对应出风口的送风温度和送风速度、可调控温度的智能方向盘和座椅按预估值冷却或加热温度对人体进行降温或供暖。
步骤S5、若乘员不满意当前环境的降温或供暖效果，则可手动操作输入热感觉指数和热舒适指数，控制模块将乘员手动输入的热感觉指数和热舒适指数与初始热感觉指数和热舒适指数进行比较，分别计算出乘员所在位置各出风口的送风温度和送风速度、智能方向盘和座椅冷却或加热温度的优化值(采用现有技术中已有的优化迭代算法得到优化值，在此不对具体的计算过程进行赘述)，实时调整各出风口的送风温度和送风速度、智能方向盘和座椅冷却或加热温度，实现个性化局部区域气候控制。
本发明考虑了人体不同身体部位的热响应差异性、热需求和热偏好，目标降温热舒适关键部位为头部、手部、前胸和后背，目标供暖热舒适关键部位为头部、手部、脚部、前胸和后背。其中，在本发明的其中一些实施例中，头部偏好温度稍凉的空气，将气流温度为24℃～28℃、气流速度为0.6m/s～1.4m/s范围时，头部降温作用对人体整体热感觉影响明显，人体热舒适改善效果较优。
在本发明的其中一些实施例中，图2所示为基于人体局部热舒适特征的乘员舱降温与供暖方法的出风口或冷却/加热位置示意图，围绕以上人体降温和供暖热舒适部位目标降温热舒适关键部位(头部、手部、前胸和后背)和目标供暖热舒适关键部位(头部、手部、脚部、前胸和后背)，为每个乘坐位置设置对应独立的出风口和回风口，组织气流绕人体周围流动，在顶棚设置出风口实现对头部和前胸降温或供暖，通过可调控温度的智能方向盘和智能座椅实现对手部和后背降温或供暖，在前围板和前排座椅底部或侧向布置出风口实现对脚部降温或供暖。且可对不同乘坐位置设计独立回风口，组织气流绕人体周围流动。
在本发明的其中一些实施例中，还提供一种汽车，所述汽车搭载了前述实施例提供的方法，在汽车内，通过所述方法能够根据乘员热需求分别满足不同乘坐位置乘员的热舒适性。
汽车全局通风策略以整个乘员舱气候为控制对象，对整个乘员舱进行降温或供暖，部分乘坐空间内的空气温度和气流速度分布不合理，且未考虑乘员对空气温度和气流速度的需求，乘员某些局部身体部位往往感觉过冷或过热，难以实现同时满足不同乘坐位置乘员及其不同身体部位的热舒适性。此外，为使乘员舱热环境在短时间内满足乘员的热舒适性，汽车空调***夏季送风温度低、冬季送风温度高，且送风速度大，需要消耗大量能源以达到使乘员舱整体温度降低或升高的目的，而对于只有驾驶员或乘员较少的非满载情况，部分气流送往无人乘坐区域，减缓了驾乘人员附近空间的降温或升温速度，实质上导致部分能源未得到有效利用。针对上述问题，本发明前述提出乘员舱区域化热环境管理技术的概念，该技术是实现节约能源和满足乘员热舒适性的有效平衡方法。如图3所示，乘员舱区域化热环境管理技术是指将气候控制范围聚焦于乘员所在位置空间内、对乘员舱气候进行分区域控制的热管理机制，以乘员周围微环境内的“热-流”特性(即温度分布和空气流动状态)为控制对象，对不同乘坐位置的乘员进行降温或供暖，通过合理组织气流来改善人体周围微环境内的温度分布和气流速度，从而提升人体热舒适性。该技术对不同乘坐位置空间内空气温度和气流特征进行分区域管理，根据乘员热需求分别满足不同乘坐位置乘员的热舒适性，且气候控制范围聚焦于乘员所在位置空间内，可有效减少耗能、提升能源利用率。若仅运用乘员舱区域化热环境管理技术，对乘员舱气候进行分区域控制，通风目标范围聚焦于乘员所在空间，而非着眼于人体各身体部位的热需求，虽然可一定程度上改善乘员周围的空气流动状态，但仍然可能出现乘员某些局部身体部位感觉过冷或过热的现象，无法同时满足乘员不同身体部位的热舒适性。因此，考虑汽车乘员不同身体部位热响应差异对其热舒适性的影响具有重要意义，在提出乘员舱区域化热环境管理技术的基础上，进一步提出基于人体局部热舒适特征的乘员舱降温和供暖方法，该技术与前文叙述提及的汽车全局通风策略、乘员舱区域化热环境管理技术之间的关系概括如图4所示。充分考虑乘员舱非均匀“热-流”特性与乘员本身的生理热特性对其热舒适性的综合影响，针对人体热舒适关键部位组织气流进行局部降温或局部供暖，在短时间内快速提升乘员热舒适性。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.基于人体局部热舒适特征的乘员舱降温和供暖方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取乘员的人数、乘坐位置信息及其所在区域的空气温度、气流速度和表面温度信息；
当控制模块接收到乘员的人数及乘坐位置信息时，控制开启相应于乘员所在位置设置的风道、出风口或温度控制开关；
实时监测乘员的人体表面温度，获取不同乘坐位置处乘员的热不舒适或冷不舒适部位信息并传输给控制模块，控制模块评估各乘员的初始热感觉指数和热舒适指数，计算得到乘员所在位置对应出风口的送风温度和送风速度、智能方向盘和智能座椅冷却或加热温度的预估值；
控制模块根据预估值控制乘员所在位置对应出风口的送风温度和送风速度、智能方向盘和座椅进行冷却或加热温度以对人体进行降温或供暖。
2.根据权利要求1所述的基于人体局部热舒适特征的乘员舱降温和供暖方法，其特征在于，每个座位上均布置有相应的位置传感器、温度传感器、风速传感器、湿度传感器和红外热感知模块，位置传感器用于获取乘员数量及乘坐位置；温度传感器用于获取乘员所在位置区域内的空气温度；风速传感器用于获取乘员所在位置区域内的气流速度；湿度传感器用于获取乘员所在位置区域内的空气相对湿度；红外热感知模块用于监测人体皮肤温度或身体部位表面温度分布情况。
3.根据权利要求1所述的基于人体局部热舒适特征的乘员舱降温和供暖方法，其特征在于，所述乘员包括驾驶员和乘客。
4.根据权利要求1所述的基于人体局部热舒适特征的乘员舱降温和供暖方法，其特征在于，每个乘坐位置上设置有独立出风口及回风口，来为每个乘坐位置上的每个乘员的目标供暖热舒适关键部位或目标降温热舒适关键部位供暖或降温。
5.根据权利要求4所述的基于人体局部热舒适特征的乘员舱降温和供暖方法，其特征在于，目标供暖热舒适关键部位或目标降温热舒适关键部位包括头部、手部、脚部、前胸和后背。
6.根据权利要求5所述的基于人体局部热舒适特征的乘员舱降温和供暖方法，其特征在于，通过顶棚和仪表板出风口实现对头部和前胸降温或供暖，通过前围板和前排座椅底部或侧向布置出风口实现对脚部降温或供暖，通过可调控温度的智能座椅乘员的后背进行降温或供暖。
7.根据权利要求6所述的基于人体局部热舒适特征的乘员舱降温和供暖方法，其特征在于，对于驾驶员，还能通过可调控温度的智能方向盘对其手部进行降温或供暖。
8.根据权利要求1所述的基于人体局部热舒适特征的乘员舱降温和供暖方法，其特征在于，所述热感觉指数和热舒适指数包括整体热感觉指数、局部热感觉指数、整体热舒适指数和局部热舒适指数。
9.根据权利要求1-8任一所述的基于人体局部热舒适特征的乘员舱降温和供暖方法，其特征在于，若乘员不满意当前环境的降温或供暖效果，则可手动操作输入热感觉指数和热舒适指数，控制模块将乘员手动输入的热感觉指数和热舒适指数与初始热感觉指数和热舒适指数进行比较，分别计算出乘员所在位置各出风口的送风温度和送风速度、智能方向盘和智能座椅冷却或加热温度的优化值，实时调整各出风口的送风温度和送风速度、智能方向盘和智能座椅冷却或加热温度。
10.一种汽车，其特征在于，该汽车配置有权利要求1-9任一所述的方法。
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