CN113490898A - 用于机动车辆的热管理系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于机动车辆的乘客室的热管理系统，该系统包括处理单元，所述处理单元被设置用于在给定时刻确定操作温度设定点TOC(t)，也称为操作舒适温度，并且用于使用该操作温度设定点来管理乘客室的热舒适性，所述给定时刻(t)的所述操作温度设定点TOC(t)是参考操作温度(TOCRef)、人在时刻(t)的体格值CORP(t)相对于参考体格值的变化DeltaCORP(t)、在时刻(t)的服装值CLO(t)相对于参考服装值的变化DeltaCLO(t)以及在时刻(t)的代谢活动值MET(t)相对于参考代谢活动值的变化DeltaMET(t)的函数。

Description

用于机动车辆的热管理系统
技术领域
本发明涉及一种用于机动车辆的热管理系统。本发明还涉及由这种热管理系统实现的热管理方法。
背景技术
在机动车辆中，已知根据外部温度和日照条件来管理由各种扩散器吹送的空气的流速、温度和分布。在某些车辆中，这可能与加热的方向盘和/或加热或冷却的座椅的启动相结合，有时与通过接触加热的表面相结合，例如肘托。
本发明旨在响应对车辆上的舒适性和幸福感的不断提高的期望，特别是通过增加适应每个乘客的需求的能力。
根据本发明的系统尤其旨在提供以下方面。
这些可能涉及适应每个乘客的特定资料的能力，也就是说考虑到他的特定期望或偏好，以及与他的个人资料(性别、年龄、肌肉质量与脂肪的比率等)相关的他的特定舒适领域。
它们还可能涉及考虑可能影响热舒适性的每个使用环境或乘客状态的能力，包括服装、新陈代谢(消化、运动、时间等)、压力、疲劳等。
最后，它们可能涉及考虑影响乘客的各种热交换的能力，就其性质(对流、辐射、接触)或位置(头、颈、躯干、手臂、手、背、大腿、腿、脚)而言。
汽车内部的热舒适性是众多热物理和热机制及其相互作用的结果。
特别是，热舒适性取决于人的代谢活动，也就是说取决于身体由于机体基本功能(基础代谢)而产生的热量、其物理和认知活动(主动代谢)以及对热环境作出反应的代谢过程，如血管收缩和颤抖(产热)。
热舒适性也取决于人的穿着水平，也就是说，取决于衣服对皮肤的覆盖比例(通常约为85％)和衣服对热传递的隔热性。
热舒适性还取决于人与环境的热交换，通过与空气的对流，通过相对壁的红外辐射，以及通过与设备的直接接触，设备特别是座椅和方向盘。这些交换特别是取决于各种温度的空气和相对壁，以及身体附近的空气速度。
热舒适性也取决于人与环境的热交换，这是由于呼吸和相关的湿度传递，以及通过皮肤的排汗和出汗。这些交换取决于代谢活动以及空气的温度和湿度。
热舒适性还取决于对人的直接和间接太阳通量，无论是直接被皮肤吸收还是被衣服吸收。应当指出，与上述对流和辐射交换不同，吸收的太阳通量不取决于身体和衣服的温度。
在传统的车辆中，内部的平均舒适温度默认被调节以满足被称为“平均”的人的热需求，也就是说，具有被称为“平均”的代谢活动和参考服装水平的平均体格(averagephysical build)。
如果一个人穿着特殊的衣服，特别是夏天穿游泳衣，冬天穿大衣，温度设定值必须修改，以保持人的舒适。
如果人有特定的代谢活动，特别是如果他在睡觉，或者特别紧张，或者在到达汽车之前刚刚跑步，温度设定值必须再次修改以保持人的舒适。
如果人的体格较小(体重和身高较低)，或者体格较大，则必须再次修改温度设定值，以使人保持舒适。
问题是提出一种简单有效的策略，根据代谢活动和/或衣服的可观察值，结合人的其他相关信息，例如他的体格，来调整设定点温度。
发明内容
本发明旨在对机动车辆上的热舒适性和幸福感提供更好的控制和管理。
为此，本发明涉及一种用于机动车辆内部的热管理系统，该系统包括处理单元，该处理单元被设置用于在给定时刻确定操作温度设定点TOC(t)，也称为操作舒适温度，并且用于使用该操作温度设定点来管理内部的热舒适性，给定时刻(t)的该操作温度设定点TOC(t)是参考操作温度(TOCRef)、人在时刻(t)的体格值CORP(t)相对于参考体格值的变化DeltaCORP(t)、在时刻(t)的服装值CLO(t)相对于参考服装值的变化DeltaCLO(t)以及在时刻(t)的代谢活动值MET(t)相对于参考代谢活动值的变化DeltaMET(t)的函数。
因此，本发明提出了一种用于机动车辆内部热舒适控制的策略，该策略能够根据乘客的体格、服装水平和新陈代谢活动来容易、快速和有效地调节设定点温度(或操作舒适温度)。
本发明从这样一种情况开始，其中控制系统已经针对与乘客的体格CORPRef、服装CLORef和新陈代谢METRef相关的某一组参考值被设定或校准到参考操作舒适温度TOCRef。
本发明能够使舒适温度适应用户的资料。
以非常有利的方式，本发明能够省去舒适指数的使用。
根据本发明的一个方面，给定时刻(t)的操作温度设定点TOC(t)由以下关系式定义:TOC(t)＝TOCRef+A(CORP，CLO，MET)x DeltaCORP(t)+B(CORP，CLO，MET)x DeltaCLO(t)+C(CORP，CLO，MET)x DeltaMET(t)，在该关系式中，系数A(CORP，CLO，MET)、B(CORP，CLO，MET)和C(CORP，CLO，MET)分别表征了设定点温度对体格CORP(t)、服装CLO(t)和新陈代谢MET(t)的变化的敏感性，这些系数尤其取决于乘客的体格CORP和CLO和MET变化的范围。
根据本发明的一个方面，体格CORP由形式为CORP＝(P)x1/(H)x2的函数来描述，其中P是重量，H是乘客的高度，其中，例如x1＝1，x2＝1。
根据本发明的一个方面，系数A、B和C被选择为在CL0和MET的不同变化范围内是恒定的。
根据本发明的一个方面，对CLO变化的敏感性系数B从一个表格中选择，该表格采用N个离散值，N优选等于9。
根据本发明的一个方面，对MET变化的敏感性系数C从一个表格中选择，该表格采用N个离散值，N优选等于9。
附图说明
通过阅读下面的描述，本发明的其它特征和优点将变得更加清楚，下面的描述是通过非限制性的说明性例子以及附图给出的，在附图中：
图1示出了根据本发明示例的系统的示意图；
图2示出了根据本发明作为不同参数的函数的操作温度设定点的变化图。
具体实施方式
图1示出了用于机动车辆内部的热管理系统1，该系统包括处理单元2，该处理单元2被设置用于以下操作。操作之一是获取代表内部中的乘客服装水平的第一数据(CLO)。其他操作之一是获取代表乘客代谢活动的第二数据(MET)。最后一个操作是获取代表乘客体格的第三数据(CORP)。
系统1包括多个传感器，这些传感器被布置成测量用于确定第一、第二和第三数据的多个参数。
这些传感器特别包括：DMS摄像机3，被设置用于观察内部中的乘客；圆顶4，由放置在内部的天花板上的、用于观察乘客和测量内部的壁及乘客身体的某些部分的温度的至少一个可见光或红外摄像机形成；太阳探测器5；至少一个空气温度传感器6，位于空调单元或HVAC 10的出口处；用于检测空调单元或HVAC 10的出口处的空气流速及其分布的传感器；内部中的至少一个当前空气温度传感器7，优选是位于内部的某些壁中的湿度传感器和温度传感器，并且优选是与乘客接触的区域中的热流传感器。
代表内部中的乘客的服装水平的第一数据(CLO)对应于乘客所穿服装的得量隔热性。
为此，系统1被设置成处理由摄像机3或圆顶4拍摄的图像，并根据该图像，特别是通过图像识别，确定乘客所穿的服装的类型(T恤和/或衬衫和/或套头衫和/或大衣和/或围巾和/或帽子)，系统1还被设置成根据这样测量的服装的类型，并且如果合适，根据对乘客的服装和环境的温度测量来确定隔热性。
人的服装水平通常用被称为CLO的测量单位来表示。
例如，一个CLO单位对应于提供0.155m2.℃/W的表观整体隔热RClog的服装，其被选择为使得，使用这种服装，坐着休息的“普通”人在21℃的环境中，在平均湿度为50％的静止空气中是舒适的。
例如，服装RClog的表观整体绝缘允许身体的一部分(％Clot)没有被覆盖，但是假设整个身体被均匀厚度的服装覆盖。
因此，表观整体隔热RClog是在身体的覆盖部分(％Cloth)上的服装的实际局部隔热(RCloe)和未覆盖部分(％Skin＝1-％Cloth)上的零隔热相结合的结果。例如，有以下关系式。
RCloe＝RClog/(％Cloth-％Skin x RClog x Hext)
其中Hext是身体外表面、衣服和外部环境之间通过对流和辐射的表观总交换系数，以其操作温度TOpt为特征。
可以看出，如果人被完全覆盖(％Clo＝1)，那么RCloe＝RClog。
作为参考和默认值的平均绝缘为RClog＝1CLO。
覆盖率％Cloth表示身体被服装覆盖的部分，用表面的百分比表示。通常默认值是％Cloth～89％，其中头部和手不被覆盖。这个对应室内服装，具有“裤子+衬衫+薄套衫”。
一个分类系统被提出覆盖9个典型的可以被视频传感器识别的服装水平。
代表乘客代谢活动的第二数据(MET)取决于乘客的资料(性别、年龄和体格)、呼吸活动和心率HR，这些数据尤其是由摄像机3测量的。如果不能测量呼吸活动或心率HR，则可以基于由摄像机3或圆顶4检测到的人的姿势和活动来估计代表代谢活动的第二数据(MET)。特别地，它将根据乘客是在睡觉、休息、从事认知活动、驾驶还是非常激动而变化。
生理学家以kCal/小时/体重(kg)来衡量人的新陈代谢活动，其等于能量除以体重。新陈代谢的测量单位，被称为MET，已经被创造，使得：1kCal/Hr/kg＝1MET。该单位可转换为W/kg：1Met＝1kCal/Hr/kg＝4180焦耳/3600s./Kg＝1.162W/kg。该单位是指“平均”人坐着休息时消耗1Met。
代谢活动与体重相关的事实意味着不同体重的人对于相同的活动具有相似的单位质量代谢活动METp(指数“p”表示与体重相关)。因此，对于休息的人，单位体重新陈代谢：METp＝1Met。他的总代谢活性METt将取决于他的体重(METt＝METp x体重)。对于一个体重60kg的人:休息时METt＝60 x METp＝60x1.16＝70W。对于一个体重90kg的人:休息时METt＝100x1.16＝116W。
在舒适的热平衡中，交换与身体的表面积有关。
然后使用单位表面积的代谢活动METs(指数“s”表示与身体表面积相关)。
发现METs＝METp x(体重/身体与外部交换的表面积)＝METp x P/Se。
表面积Se不是身体的总表面积St，只是参与与环境交换的表面积，也就是说占总表面积的百分比％Surf：Se＝％Surf x St。
身体总表面积St可由Dubois公式近似得出:St＝0.20247*身高0.725*体重0.425，高度以米为单位，体重以千克为单位。
“平均”人的Dubois表面积为1.8m2(体重70公斤，身高1.7米)。
作为参考并作为车辆默认值的平均代谢活性为1.2Met。其等于处于休息状态的人(1Met)和一个正在开车(也就是说具有温和水平的认知和体力活动)的人(1.4Met)之间的中间值。
提出了一种分类系统，覆盖9个典型的代谢活动水平，其可以通过视频传感器和生理传感器的组合来识别。
图2中所示的图表显示了操作温度TOC(竖直轴)的变化，该变化为以下的函数：在0.05至2的范围内变化的CLO；在0.7至2范围内变化的MET；重量W，身高H，有三个典型组合:W&Hlow＝55×1.6，W&Hmedium＝70×1.7，W&Hhigh＝100×1.9；湿度Hr，这里取50％的中值；和在0.15m/s(静止空气)至0.6m/s(高通风)的范围内变化的平均空气速度Va。
前两个图显示了当Met和Clo的相关值接近平均参考值时，即Met＝1.2和Clo＝1时，CLO和MET的效果。
第三和第四个图显示了当Met和Clo的相关值处于低范围时，即Met＝0.85和Clo＝0.35时，CLO和MET的效果。
第五图和第六图显示了当Met和Clo的相关值处于高范围时，即Met＝1.7和Clo＝1.75时，CLO和MET的效果。
可以看出，斜率总体上是线性的，并且仅在CLO和MET的大范围变化上有较小程度的变化。敏感性斜率可通过仅取决于9个CLO和MET范围内的体格CORP(即，W和H)的值来近似。
在一个中心范围内，与发生率最高的条件相关联，也就是说，Met在1到4之间，CLO在0.7到1.5之间，发现敏感性随体格增加，胖人和瘦人之间的差异超过20％。
在此范围内，对Met的敏感性也接近10，这意味着0.1Met的变化将被操作温度的约1℃的变化所补偿。具体来说，静止不动的人和开车的人之间的操作舒适温度可能相差0.4Met，因此相差4°。
在该范围内，还发现对CLO的敏感性接近8，这意味着0.2CLO的变化将被操作温度的约1.5℃的变化所补偿。因此，穿“休闲”辅助、穿裤子和衬衫的人(Clo～0.7)和穿三件套西装的人(Clo～1.25)之间的操作舒适温度可能相差0.6Clo，因此相差4°到5°。
还发现，在整个图中，如果CLO高，对MET的敏感性强烈增加，如果MET高，对CLO的敏感性强烈增加，并且相比于MET>1的情况，对于MET<1的情况对MET的敏感性更高，主要是由于呼吸和出汗的贡献在低代谢时降低。因此，可以注意到，睡着的人(Met＝0.7至0.9)可能需要比休息的人高3℃至4℃的温度。

Claims (6)

1.一种用于机动车辆内部的热管理系统，该系统包括处理单元，所述处理单元被设置用于在给定时刻确定操作温度设定点TOC(t)，也称为操作舒适温度，并且用于使用该操作温度设定点来管理内部的热舒适性，所述给定时刻(t)的该操作温度设定点TOC(t)是参考操作温度(TOCRef)、人在时刻(t)的体格值CORP(t)相对于参考体格值的变化DeltaCORP(t)、在时刻(t)的服装值CLO(t)相对于参考服装值的变化DeltaCLO(t)以及在时刻(t)的代谢活动值MET(t)相对于参考代谢活动值的变化DeltaMET(t)的函数。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，
所述给定时刻(t)的操作温度设定点TOC(t)由以下关系式定义:TOC(t)＝TOCRef+A(CORP，CLO，MET)x DeltaCORP(t)+B(CORP，CLO，MET)xDeltaCLO(t)+C(CORP，CLO，MET)xDeltaMET(t)，在该关系式中，系数A(CORP，CLO，MET)、B(CORP，CLO，MET)和C(CORP，CLO，MET)分别表征了设定点温度对体格CORP(t)、服装CLO(t)和新陈代谢MET(t)的变化的敏感性，这些系数尤其取决于乘客的体格CORP和CLO和MET变化的范围。
3.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，
体格CORP由形式为CORP＝(P)x1/(H)x2的函数来描述，其中P是乘客的重量，H是乘客的高度，其中，例如x1＝1，x2＝1。
4.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，
系数A、B和C被选择为在CL0和MET的不同变化范围内是恒定的。
5.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，
对CLO变化的敏感性系数B从表格中选择，该表格采用N个离散值，N优选等于9。
6.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，
对MET变化的敏感性系数C从表格中选择，该表格采用N个离散值，N优选等于9。
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