EP3856554A1 - Procédé de gestion thermique pour dispositif de gestion thermique, en particulier pour un habitacle de véhicule - Google Patents

Procédé de gestion thermique pour dispositif de gestion thermique, en particulier pour un habitacle de véhicule

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EP3856554A1
EP3856554A1 EP19795270.8A EP19795270A EP3856554A1 EP 3856554 A1 EP3856554 A1 EP 3856554A1 EP 19795270 A EP19795270 A EP 19795270A EP 3856554 A1 EP3856554 A1 EP 3856554A1
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EP
European Patent Office
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occupant
thermal
parts
comfort
passenger compartment
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP19795270.8A
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German (de)
English (en)
Inventor
Georges De Pelsemaeker
Daniel Neveu
Lucas TREVALINET
Clement BASSIGNANI
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Valeo Systemes Thermiques SAS
Original Assignee
Valeo Systemes Thermiques SAS
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Publication date
Application filed by Valeo Systemes Thermiques SAS filed Critical Valeo Systemes Thermiques SAS
Publication of EP3856554A1 publication Critical patent/EP3856554A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W40/00—Estimation or calculation of non-directly measurable driving parameters for road vehicle drive control systems not related to the control of a particular sub unit, e.g. by using mathematical models
    • B60W40/08—Estimation or calculation of non-directly measurable driving parameters for road vehicle drive control systems not related to the control of a particular sub unit, e.g. by using mathematical models related to drivers or passengers
    • B60W2040/0872—Driver physiology

Definitions

  • the present invention relates to a motor vehicle thermal management method for ventilating the passenger compartment of a motor vehicle, in particular in the context of thermal management of said passenger compartment.
  • the usual vehicle thermal management modules generally comprise an air blower, coupled to a thermal management circuit comprising thermal conditioning elements such as compressors, evaporators, exchangers and heating resistors.
  • thermal conditioning elements such as compressors, evaporators, exchangers and heating resistors.
  • a plurality of aerators distributed in the passenger compartment then inject the air set in motion by the blower and cooled by the cold generator at various points in the passenger compartment (center console, feet of the occupants, overhead light, etc.).
  • thermal management modules emit a flow that the occupants of the passenger compartment manually direct towards their face or a specific part of their body.
  • Thermal management is thus uniform whatever the size, position and build of the occupant.
  • the only possible personalization is carried out by orientation of the guide strips of the aerators, with or without opening a window.
  • the vehicle interior has significant thermal inertia, and spaces in which the occupants are not must also be cooled, while hot spots such as body parts of the occupant exposed to the sun are not specifically cooled. The comfort felt is thus reduced.
  • thermal comfort remains only partial, and is not necessarily felt in the same way depending on the condition and the morphology of the occupant of the passenger compartment.
  • the subject of the invention is a thermal management method for a thermal management device, in particular for a passenger compartment of a vehicle, comprising the steps:
  • each thermal comfort index corresponding to one of the body parts of the occupant reflecting a feeling of heat or cold at the level of the associated body part, and whose absolute value is minimal in comfort
  • the thermal regulation process thus makes it possible to optimize the thermal feeling dynamically, and to optimize the distribution of air conditioning on the various parts of the body of the occupant of the vehicle.
  • the method may also have one or more of the following characteristics, taken alone or in combination.
  • the regulation of the thermal device can comprise the regulation of at least one of the following parameters: temperature, flow rate, orientation, form of at least one stream of conditioned air coming from an aerator in the passenger compartment.
  • the comfort index of each part of the body can be weighted by a morphological weighting coefficient taking into account at least one of the following parameters: the total surface of the part of the body, the total volume of the body part, the surface / volume ratio of the body part, the vascular density of the body part, the density of innervation of the body part.
  • the comfort index of each part of the body can also be weighted by a contextual weighting coefficient taking into account at least one of the parameters following: the dynamics of variation of the index over the previous instants, the distance of the index from its value 0 at equilibrium.
  • This aims to amplify the contribution of a part of the body in the overall feeling of comfort, according to the imbalance or local variations observed which can act in a non-linear way.
  • the method can also include the steps:
  • the thermal management device can comprise at least one aerator, the orientation of which over time is controlled so that a flow of air from said aerator describes oscillations passing successively over different parts of the occupant's body and in this that the movement of the aerator is slowed down around the parts of the body whose thermal comfort index is of significant absolute value compared to the other parts of the body.
  • the sum of the thermal comfort indices may also include an energy weighting term, positive and increasing with the total power consumed to create the regulated thermal environment around the occupant.
  • the sum of the thermal comfort indices may also include an acoustic weighting term, positive and increasing with the acoustic noise generated during the creation of the regulated thermal environment around the occupant.
  • the thermal or physiological parameters for the various parts of the body of the occupant and / or of the passenger compartment may include one or more of the following parameters: a surface temperature of at least one of the parts of the body of the occupant, a passenger compartment temperature, the presence or absence of clothing on a part of the occupant's body, the heat dissipated by a part of the occupant's body.
  • the different parts of the occupant's body located and delimited may include at least two of the following: head, neck and throat, neck, left and right arms, left and right forearms, hands, torso, abdomen, left and right thighs, legs and calves left and right, feet, seat and back of the occupant.
  • the face can also be cut into two zones to better manage exposure to the sun.
  • the step of estimating a thermal or physiological quantity may include the steps
  • the step of regulating the thermal conditioning device comprises a step of concentrating the stream or streams of conditioned air on the detected hot or cold spots.
  • the process can include the steps:
  • the invention also relates to the thermal management system for the passenger compartment of an associated vehicle, comprising:
  • control unit configured for:
  • each thermal comfort index corresponding to one of the occupant's body parts making account for a feeling of heat or cold in the associated part of the body, the absolute value of which is minimal in a comfortable situation
  • the camera can then be a near infrared camera, and in that the thermal or physiological magnitude sensors include a far infrared camera.
  • the thermal management device can also include:
  • thermo conditioner conditioning the air flow produced by the blower according to a set temperature controlled by the control unit
  • the device may further comprise a seat heating device and / or a vehicle steering wheel heating device, the power of which is controlled by the control unit as a function of the thermal comfort index of at least one part. of the occupier’s body.
  • FIG. 1 schematically shows a passenger compartment of a vehicle, with a thermal management module
  • FIG. 2 schematically shows the thermal management system according to a particular embodiment of the invention
  • FIG. 3 is a flowchart showing the main steps of the method according to the invention.
  • Figure 4 is a schematic illustration of an aerator for thermal management device usable for the method according to the invention.
  • the embodiments described with reference to the figures are examples. Although the description refers to one or more embodiments, this does not necessarily mean that each reference relates to the same embodiment, or that the characteristics apply only to a single embodiment. Simple features of different embodiments can also be combined to provide other embodiments.
  • FIG. 1 schematically represents a passenger compartment of a vehicle, with an occupant U (here in particular the driver) of the vehicle, seated in a seat.
  • a thermal management system 100 produces and directs an air flow in the direction of parts of the specific body of the occupant U of the vehicle, here in particular his head and his shoulders.
  • the thermal management system 100 comprises a detection module 1 and a thermal management module 3, of which only aerators 13 are represented in FIG. 1, in the central position on the dashboard P. These elements are represented diagrammatically outside the passenger compartment in Figure 2.
  • the aerators 13 emit a flow of conditioned air generated by a thermal management module 3.
  • Other aerators 13 are for example arranged at the lateral ends of the dashboard P, at the feet and legs of each occupant U , at the level of the vehicle ceiling light, on a rear portion of a central column etc.
  • the orientation of the aerators 13 is in particular controlled by actuation of electric motors.
  • Document EP 2 258 571 in the name of the applicant describes for example a thermal management module 3 provided with an evaporator for the generation of cold.
  • the detection module 1 comprises a plurality of sensors 1 directed towards positions expected from the occupants U of the vehicle, here for example the driver and / or passengers (front and / or rear) of the vehicle.
  • the detection module collects thermal and physiological quantities relating to different parts of the body of each occupant U.
  • the detection module 1 is in particular integrated in a ceiling of the passenger compartment of the vehicle, at the level of sun flaps.
  • the detection module 1 can in particular comprise cameras, in particular infrared cameras, which take images in the infrared domain.
  • the cameras of the detection module 1 are in particular directed towards the expected positions of the vehicle occupants: driver's seat, passenger seat, rear seat, etc.
  • one or more very wide angle cameras in particular of the "fisheye” or “fish eye” type in French) can cover several positions simultaneously.
  • NIR near infrared cameras
  • FIR far infrared cameras
  • the near infrared camera is used to take grayscale shots of the interior of the cabin.
  • the far infrared camera is used to estimate the temperature of different portions of the passenger compartment, and in particular of the passenger compartment walls and body parts of occupant U.
  • Fes images from the far infrared camera can in particular be used to isolate certain parts of the body of occupant U and / or to detect the presence or absence of a layer of clothing on one or more parts of the body of the occupying.
  • Fes images from nearby infrared cameras can in particular be used to delimit the position and dimensions of different parts of the body of an occupant U of the vehicle.
  • corresponding wavelength diodes near infrared
  • Fes images from far infrared cameras can in particular be used to identify the parts of the body of the occupant exchanging the most heat with the passenger compartment, for example here the head and the hands, hatched in figure 1, which are not covered with clothing and will appear warmer.
  • the sensors 1 of the thermal management system 100 can in particular include other sensors of the vehicle, such as sensors for the open or closed state of windows or of the window (doors, sunroof, etc.) of the vehicle, sensors of pressure at the seats, temperature or heat flow sensors at the occupant seat, a temperature or heat flow sensor at the steering wheel of the vehicle, sweating sensors detecting the presence of drops of sweat on at least one of the occupant's body parts, an occupant breathing rate sensor, an occupant heart rate sensor.
  • sensors for the open or closed state of windows or of the window (doors, sunroof, etc.) of the vehicle sensors of pressure at the seats, temperature or heat flow sensors at the occupant seat, a temperature or heat flow sensor at the steering wheel of the vehicle, sweating sensors detecting the presence of drops of sweat on at least one of the occupant's body parts, an occupant breathing rate sensor, an occupant heart rate sensor.
  • the sensors 1 may in particular comprise cameras establishing a stereoscopic image of the occupant (s) [/, structured light emitters or three-dimensional cameras in time vol ("3D ToF" for "three dimensional time of flight” in English), ultrasonic transmitters / receivers, a lidar or capacitive sensors.
  • the sensors may include thermometers placed at different points in the passenger compartment, pressure sensors integrated into the seats (used in particular in the context of detection of non-attached passengers), seat position sensors.
  • the detection module 1 is in particular placed at the level of the vehicle ceiling light, and can be concealed from the view of the occupant U by being covered by an opaque cover in the visible spectral range, but transparent to the radiation used by the sensors 1 (infrared , radio waves, etc.)
  • a part of the sensors of the detection module 1 can be shared with other functional modules of the vehicle.
  • one or more of the infrared cameras can be used for example in the context of a detector of the driver's level of attention to avoid reductions in alertness and falling asleep.
  • One or more of the three-dimensional cameras can be used as part of a gesture detection interface.
  • a simple oversizing for example of the angle of view or of the resolution, can then make a camera of another functional module suitable for use according to the invention. We can then save in cost and space by adding additional sensors.
  • a control unit 5 establishes a thermal profile for different parts of the body of the occupant (s) [/, from images taken by the camera (s). Said thermal profile notably includes all the parameters and quantities influencing the state and the thermal feeling of the occupant (s) U.
  • the control unit 5 comprises in particular a memory unit and calculation means for storing the images and parameters measured or estimated by the sensors and establishing therefrom a thermal profile.
  • This memory unit and the calculation means can in particular be shared in the context of vehicle on-board electronics controlling other components of the vehicle, or else located in a dedicated logic module.
  • the control unit 5 is connected to the thermal management module 3.
  • the thermal management module 3 comprises for example a blower 7, which generates an air flow.
  • the thermal management module 3 also includes one or more conditioning devices 9, for example a heat exchanger or an electrical resistance, through which the air flow generated by the blower 7 passes.
  • the flow of conditioned air is then directed to an air distribution device 11, comprising for example the aerators 13, and one or more flaps upstream of the aerators 13, distributing the air flow between said different aerators 13.
  • the control unit 5 controls in particular the power of the blower 7, the power and / or a set temperature of the conditioning device 9 and the air distribution device 11.
  • the control unit 5 uses in particular shape and contour recognition algorithms to create, from data from the detection module 1, a thermal profile I "and a set of spatial coordinates xyz" for each of the parts of the body. of occupant (s) U.
  • the index h can be associated with the head or the face.
  • the xyzi coordinates then contain the position in the space of the passenger compartment of various notable points of the head of the occupant U (chin, vertex, temples etc.).
  • the index h can be associated with the whole neck, throat and shoulders, and so on for the other indices.
  • the control unit 5 is in particular configured to detect, segment and position the body of each occupant U in several parts, corresponding in particular to different members of the occupant (s).
  • a schematic outline of the human body is represented in FIG. 2, or an example of cutting is represented by dotted frames framing a portion of the body represented.
  • the cut-out depicted distinguishes in particular: the head, the neck with the throat and shoulders, the torso, the abdomen, the left and right arms, the left and right hands, the left and right legs, the left and right feet.
  • Other parts of the body can be distinguished such as the nape of the neck separately, the back, one or more fingers, the face, portions of the face, etc.
  • more complex cuts can be made, for example by distinguishing the arms of the forearms, the calves and thighs, different parts of the head etc. Conversely, by grouping neighboring body parts a less complex cut is obtained, for example, we can define the trunk by grouping the torso, abdomen and the shoulders / neck assembly.
  • control unit 5 collects data from the sensors of the detection module 1 such as the surface temperature or the dissipated heat flux (from the intensity of the far infrared thermal radiation for example ), the presence or absence of clothing covering the body portion, the presence and intensity of any solar radiation incident on the body part, proximity to an open window, etc.
  • data from the sensors of the detection module 1 such as the surface temperature or the dissipated heat flux (from the intensity of the far infrared thermal radiation for example ), the presence or absence of clothing covering the body portion, the presence and intensity of any solar radiation incident on the body part, proximity to an open window, etc.
  • control unit 5 establishes several thermal comfort index 7 n each representative of the thermal comfort felt at one of the body parts of the occupant U, whose zero or low absolute value indicates a high thermal comfort, while a large absolute value indicates discomfort.
  • the thermal comfort index / also takes into account the temperature and intensity of the conditioned air flow distributed over the part of the body considered.
  • said index / possiblycan for example vary from -3 to +3, the value 0 representing a situation of thermal equilibrium (taking into account the metabolic energy to be evacuated) where a predetermined portion of a sample of users feels significant thermal comfort on the body part considered.
  • the positive values (from 0 to +3) then represent situations of feeling of heat, of increasing intensity with the deviation from the value 0.
  • the negative values representing situations of feeling of cold, increasing in intensity with the deviation from the value 0.
  • the control unit 5 will then regulate the operation of the thermal management module 3 by taking into account the thermal comfort indices of the body parts to create a thermal environment around the occupant by minimizing a sum of the absolute values of the indices of comfort ⁇ ⁇ I n ⁇ .
  • this sum ⁇ ⁇ I n ⁇ can be compared to a threshold S. If ⁇ ⁇ I n ⁇ £ S no modification of the operation of the thermal management device is triggered. If ⁇ ⁇ I n ⁇ 3 S, the control unit will regulate the operation of the thermal management device to reduce the sum ⁇ ⁇ I n ⁇ .
  • the coordinates xyz n of the body parts of the occupant U can in particular be used to directly determine or contain an estimate of the dimensions of the body part concerned (of index n). From said dimensions and from stored tables, the control unit 5 can then determine a morphological model of the occupant, and consequently estimate the surface, the volume or the mass (and therefore the surface / volume ratio) of the part of the body concerned.
  • the tables can then contain models of distribution of the density of vascularization and nerve endings in the different parts of the body.
  • the advantage of directing a flow of hot or cold air over a surface of the body covered with adipose mass is then limited, unlike for example the hands and in particular the fingers.
  • the hands and fingers have high surfaces of heat exchange with the surrounding environment while being highly vascularized and innervated.
  • the back of an occupant although it has a large apparent surface area, has few nerve endings.
  • Weighting coefficients a n are then associated with the thermal comfort index / admirof each part of the body, the control unit 5 will then adapt the operation of the thermal management device to minimize the sum of the absolute values of the comfort indices thermal / occidentalweighted weighting coefficient associate
  • FIG. 3 is a schematic flow diagram illustrating the method 200 of associated thermal management.
  • the first step 201 is to take pictures of the expected positions of the occupant (s) of the vehicle, for example the seats possibly occupied (driver and passengers) by means, in particular of near and far infrared cameras. The images are then sent to the control unit 5.
  • the body parts of the occupant [/, in particular if they are not covered with clothing, can in particular be identified in the form of hot spots or zones by means of the cameras far infrared.
  • the data from other sensors of the detection module 1 are then also sent to the control unit 5.
  • the second step 203 is the creation of a three-dimensional and morphological model of the occupant (s), by segmenting the parts of their bodies on the visible images.
  • the third step 205 is the calculation of the thermal comfort indices / possiblyand of the possible morphological weighting coefficients a n are also calculated from data from the sensors and images from the infrared cameras.
  • thermal comfort indices / borncan For example, the calculation of thermal comfort indices / borncan be done by measuring:
  • the heat flow evacuated can also be calculated by evaluating the heat produced, supplied or absorbed in each part of the body due to metabolic activity and sunlight.
  • the calculation of the thermal comfort indices / Wennof the different parts of the body is then done by comparing the calculated heat flux and a reference value corresponding to a thermal comfort situation.
  • the control unit waits for a predetermined time interval dt and the process is repeated from the first step 201.
  • the return to the first step 201 can be done when a sudden change in continuously measured parameters is noted, for example if the occupant changes position (difference in images from the cameras) or if the vehicle leaves a tunnel on a sunny day (increase in the brightness of the images from the cameras).
  • the control unit 5 adapts in step 207 the operation of the thermal management module 3 according to predetermined methods from data from the sensors.
  • the adaptation of the operation of the thermal management module 3 may in particular include the adjustment of parameters such as the temperature, the flow rate, the orientation and the shape of one or more of the conditioned air flows emitted by the aerators 13 in the passenger compartment.
  • the method 200 is then repeated from the first step 201 after the predetermined time interval dt or when an abrupt change in the measured parameters is detected.
  • control unit 5 can in particular modify the operating power of the blower 7 and of the conditioning device 9, or else switch the conditioning device from cooling operation (evaporator) to heating operation mode (electrical resistances).
  • FIG. 4 briefly illustrates an aerator 13 of an air distribution device 11, produced in the form of a grid with movable slats or louvers.
  • the aerator 13 comprises in particular several strips 15 aligned along their width. Said strips 15 serve, during the operation of the thermal management module 3, to deliver a laminar conditioned air flow.
  • the lamellae 15 are movable in rotation along an axis of rotation A relative to a frame 17 carrying them. The rotation of the strips 15 is used for example to change the direction of the air flow along a horizontal right-left axis (relative to the usual direction of travel of the vehicle considered on a horizontal surface).
  • the frame 17 is movable in tilting along a tilting axis B perpendicular to the axis of rotation A and substantially parallel to the alignment of the slats 15.
  • the tilting of the frame 17 is used for example to change the direction of the air flow according to a vertical axis high down.
  • the control unit 5 can in particular be connected to electric motors controlling the rotation of the slats 15 and the tilting of the frame 17. To adapt the operation of the thermal management device 3, the control unit 5 can then change the direction of the air flow by actuating said electric motors, and thus concentrating the distribution of conditioned air on the body parts of the occupants having a thermal comfort index of great absolute value and therefore maximum discomfort. We are looking for the minimum of the sum of the absolute values.
  • the shape of the air flow can also be modified (converging or diverging air flow).
  • control unit 5 can isolate the body parts of the occupant U whose comfort index / statistics of maximum absolute value , and concentrate the air flows from one or more aerators 13 on said parts of the body or discomfort is maximum, in particular by degrading the amount of air directed towards the other parts of the body of occupant U.
  • control unit 5 actuates the motors to describe the oscillations in the air flow, for example circular, polygonal or ovaloid, passing successively over different parts of the body of the occupant U.
  • L ' control unit 5 can then slow down the movement of the rotation and tilting motors when the aerators 13 are directed at a part of the body whose thermal comfort index / felicitis of significant absolute value compared to the other indices / admir of the others body parts, so as to maintain the flow of conditioned air longer on said part of the body where the discomfort is significant.
  • the control unit 5 can accelerate the movement of the rotation and tilt motors when the aerators 13 are directed at a part of the body of the occupant U whose thermal comfort index / occidentalis sufficiently close from zero.
  • control unit 5 can calculate an average comfort index Io and compare the index / heardof each part of the body with this average index Io. The control unit 5 can then redirect the flow of the parts of the body of index / mecanicof absolute value lower than that of the average index Io towards the parts of the body of index / admirof absolute value greater than that of l 'average index Io.
  • control unit 5 can be configured to execute a step of estimating the power required by the operating mode of the management module.
  • thermal 3 and an additional step of minimizing said total power can be incorporated in the step of regulating the thermal management module 3.
  • a positive and increasing P tot term with the total power consumed can be added to the sum.
  • This power term P tot can in particular be weighted by a weighting factor p whose value is modified according to a setpoint modified by the occupant [/, in particular by means of an interface indicating several power levels.
  • the weighting factor p is of low value, or even zero.
  • the optimization of the operation of the thermal management device 3 by the control unit 5 is then done with little or no consideration of power.
  • the final air flow generated will have a large average flow rate, with a higher or lower temperature depending on whether the thermal management device operates as a heat extractor or heating.
  • the weighting factor p is of value important: the term pP tot then quickly becomes preponderant in the sum previously mentioned. Optimizing the operation of the thermal management device 3 by the control unit 5 then takes the total power into account in a significant manner. The final air flow generated will on average have a lower flow rate, with a temperature closer to that of the passenger compartment, in particular compared to the previous case (low p).
  • a step of reducing the noise generated by the thermal management device 3 can be implemented, in particular by adding a positive and increasing term A with the noise generated by the operating mode of the thermal management device 3 in the sum to minimize.
  • This term A can again be weighted by a coefficient a of modifiable value to favor either silent operation (a high value) or a significant thermal management power (a low value or zero).
  • the thermal management device 3 also includes a vehicle steering wheel heating device, its operating power is advantageously controlled by the control unit 5 as a function of the thermal comfort index / réelleof the hands or arms of occupant U.
  • the thermal management device also comprises a seat heating device
  • its power is controlled by the control unit 5 as a function of the thermal comfort index / nietho at least part of the body of occupant U such as the back, torso or abdomen of occupant U.
  • the method and the thermal management system 100 according to the invention make it possible to improve and individualize the thermal comfort in the passenger compartment of the vehicle.
  • the method according to the invention makes it possible to offer occupants an improved thermal feeling, while potentially improving the energy consumption with equal feeling.
  • the device according to the invention includes a large number of sensors which are already present in vehicles, and used in the context of other functional modules such as modules for detecting a decrease in alertness, gesture detection interfaces, non-attached occupant detection modules, etc.
  • the additional cost caused by the implementation of the device according to the invention is therefore limited.

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Abstract

L'invention a pour objet un procédé de gestion thermique pour dispositif de gestion thermique, en particulier pour un habitacle de véhicule, comportant les étapes : détection, délimitation et positionnement de différentes parties du corps d'un occupant (U), mesures de grandeurs thermiques ou physiologiques de différentes parties du corps de l'occupant (U) et/ou de l'habitacle autour de l'occupant (U), établissement de plusieurs indices de confort thermique (/„), chaque indice de confort thermique (/„) correspondant à une des parties du corps de l'occupant (U) rendant compte d'une sensation de chaleur ou de froid au niveau de la partie du corps associée, et dont la valeur absolue est minimale en situation de confort, régulation du fonctionnement d'un dispositif de gestion thermique (3) en minimisant une somme des valeurs absolues des indices de confort (∑|/«|) pour créer un environnement thermique régulé autour de l'occupant (U).

Description

PROCEDE DE GESTION THERMIQUE POUR DISPOSITIF DE GESTION THERMIQUE, EN PARTICULIER POUR UN HABITACLE DE VEHICULE
La présente invention concerne un procédé de gestion thermique de véhicule automobile, pour ventiler l'habitacle d'un véhicule automobile, notamment dans le cadre d'une gestion thermique dudit habitacle.
Les modules de gestion thermique usuels de véhicule comportent généralement une soufflerie d'air, couplée à un circuit de gestion thermique comportant des éléments de conditionnement thermique tels que des compresseurs, évaporateurs, échangeurs et résistances chauffantes. Une pluralité d'aérateurs répartis dans l'habitacle injectent alors l'air mis en mouvement par la soufflerie et refroidi par le générateur de froid en divers points de l'habitacle (console centrale, pieds des occupants, plafonnier etc.).
Ces modules de gestion thermique émettent un flux que les occupants de l'habitacle dirigent manuellement vers leur visage ou une partie spécifique de leur corps.
La gestion thermique est ainsi uniforme quelle que soit la taille, la position et la corpulence de l'occupant. La seule personnalisation possible est effectuée par orientation des lamelles de guidage des aérateurs, avec ou sans ouverture d'une fenêtre.
L'habitacle du véhicule présente une inertie thermique importante, et des espaces dans lesquels les occupants ne se trouvent pas doivent aussi refroidis, tandis que des points chauds tels que des parties du corps de l'occupant exposés au soleil ne sont pas spécifiquement refroidis. Le confort ressenti est ainsi réduit.
Il est connu d'établir un modèle thermique d'un occupant en utilisant le modèle thermique de Fanger (aussi appelé modèle "PMV/PPD") basé sur des études statistiques de ressenti de confort, et de réguler la puissance de conditionnement selon des grandeurs thermiques ou physiologiques mesurées par des capteurs, telles que la température en différents points du visage, la température de l'habitacle etc. et de contrôler la puissance de la climatisation en conséquence.
Cependant, le confort thermique ne reste que partiel, et n'est pas forcément ressenti de la même façon selon l'état et la morphologie de l'occupant de l'habitacle.
Afin de résoudre au moins partiellement le problème précédemment mentionné, l'invention a pour objet un procédé de gestion thermique pour dispositif de gestion thermique, en particulier pour un habitacle de véhicule, comportant les étapes :
• détection, délimitation et positionnement de différentes parties du corps d'un occupant,
• mesures de grandeurs thermiques ou physiologiques de différentes parties du corps de l'occupant et/ou de l'habitacle autour de l'occupant,
• établissement de plusieurs indices de confort thermique, chaque indice de confort thermique correspondant à une des parties du corps de l'occupant rendant compte d'une sensation de chaleur ou de froid au niveau de la partie du corps associée, et dont la valeur absolue est minimale en situation de confort,
• régulation du fonctionnement d'un dispositif de gestion thermique en minimisant une somme des valeurs absolues des indices de confort pour créer un environnement thermique régulé autour de l'occupant.
Le procédé de régulation thermique permet ainsi d'optimiser le ressenti thermique de façon dynamique, et d'optimiser la distribution d'air conditionné sur les différentes parties du corps de l'occupant du véhicule.
Le procédé peut en outre présenter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises seules ou en combinaison.
La régulation du dispositif thermique peut comprendre la régulation d'au moins un des paramètres suivants : température, débit, orientation, forme d'au moins un flux d'air conditionné issu d'un aérateur dans l'habitacle.
Dans la somme des valeurs absolues des indices de confort, l'indice de confort de chaque partie du corps peut être pondéré d'un coefficient de pondération morphologique prenant en compte au moins un des paramètres suivants : la surface totale de la partie du corps, le volume total de la partie du corps, le ratio surface/volume de la partie du corps, la densité de vascularisation de la partie du corps, la densité d'innervation de la partie du corps.
L’indice de confort de chaque partie du corps peut par ailleurs être pondéré par un coefficient de pondération contextuel prenant en compte au moins un des paramètres suivants : la dynamique de variation de l’indice sur les instants précédents, l’éloignement de l’indice vis à vis de sa valeur 0 à l’équilibre.
Ceci vise à amplifier la contribution d’une partie du corps dans le ressenti global du confort, selon le déséquilibre ou les variations locales observés qui peuvent agir de manière non linéaire.
Le procédé peut comporter en outre les étapes :
• isoler les parties du corps dont l'indice de confort thermique indique un inconfort maximal,
• réguler la distribution d'air conditionné de sorte à concentrer le ou les flux d'air conditionné sur les parties du corps ou l'inconfort est maximal en diminuant la portion du ou des flux d'air dirigés vers les autres parties du corps.
Le dispositif de gestion thermique peut comporter au moins un aérateur, dont l'orientation au cours du temps est contrôlée pour qu'un flux d'air issu dudit aérateur décrive des oscillations passant successivement sur différentes parties du corps de l'occupant et en ce que le mouvement de l'aérateur est ralenti autour des parties du corps dont l'indice de confort thermique est de valeur absolue importante par rapport aux autres parties du corps.
La somme des indices de confort thermique peut comporter en outre un terme de pondération énergétique, positif et croissant avec la puissance totale consommée pour créer l'environnement thermique régulé autour de l'occupant.
La somme des indices de confort thermique peut comporter en outre un terme de pondération acoustique, positif et croissant avec le bruit acoustique généré lors de la création de l'environnement thermique régulé autour de l'occupant.
Les paramètres thermiques ou physiologiques pour les différentes parties du corps de l'occupant et/ou de l'habitacle peuvent comporter un ou plusieurs des paramètres suivants : une température de surface d'au moins une des parties du corps de l'occupant, une température de l'habitacle, la présence ou l'absence de vêtements sur une partie du corps de l'occupant, la chaleur dissipée par une partie du corps de l'occupant. Les différentes parties du corps de l'occupant localisées et délimitées peuvent comporter au moins deux des suivantes : la tête, le cou et la gorge, la nuque, les bras gauche et droite, les avant-bras gauche et droite, les mains, le torse, l'abdomen, les cuisses gauche et droite, les jambes et mollets gauche et droit, les pieds, l’assise et le dos de l'occupant. Le visage peut aussi être découpé en deux zones afin de mieux gérer l’exposition au soleil.
L'étape d'estimation d'une grandeur thermique ou physiologique peut comporter les étapes
• prise de vues de l'habitacle au niveau de positions attendues de parties du corps de l'occupant au moyen de caméras infra-rouges lointains,
• délimitation et positionnement de points chauds ou froids correspondant à des parties du corps de l'occupant dans les prises de vue,
et en ce que l'étape de régulation du dispositif de conditionnement thermique comporte une étape de concentration du ou des flux d'air conditionné sur les points chauds ou froids détectés.
Le procédé peut comporter les étapes :
• mesure ou estimation de la chaleur produite ou apportée par l’activité métabolique dans les différentes parties du corps, et qui sera échangée avec l’environnement extérieur, ainsi que de la chaleur éventuellement absorbée par rayonnement solaire,
• mesure ou estimation du taux de couverture par un habillement des différentes parties du corps et de la résistance thermique associée à cet habillement sur chaque partie du corps,
• estimation des dimensions des différentes parties du corps de l'occupant, et estimation de la surface d'échange thermique avec l'environnement de chacune des parties du corps de l'occupant à partir de corrélations, tables et des dimensions estimées,
• estimation d'une température de surface des différentes parties du corps de l'occupant, par mesure directe ou par combinaison des estimations de la chaleur produite, apportée ou absorbée sur chaque partie du corps, ainsi que du taux de couverture et de la résistance thermique de l’habillement associé,
• mesure ou estimation d'une température et vitesse d’air de l'habitacle au voisinage de chaque partie du corps,
• mesure ou estimation de l’impact radiatif des surfaces de l’habitacle en regard de chaque partie du corps,
• calcul du flux de chaleur pouvant être échangé à une température de confort sur chacune des parties du corps à partir des différents éléments précédents,
• calcul des indices de confort thermique des parties du corps à partir de l’écart entre le flux de chaleur pouvant être échangé à une température de confort de référence sur chacune desdites parties du corps et du flux de chaleur produit, apporté ou absorbé sur chaque partie du corps.
L'invention a aussi pour objet le système de gestion thermique pour habitacle de véhicule associé, comportant :
• un dispositif de gestion thermique,
• au moins une caméra, prenant des images de l'espace de l'habitacle dans lequel le corps de l'occupant est attendu,
• au moins un capteur d'une ou plusieurs grandeurs thermiques ou physiologiques d'une ou plusieurs parties du corps de l'occupant, relatives à un état de confort thermique dudit occupant,
• une unité de contrôle configurée pour :
délimiter et positionner différentes parties du corps de l'occupant dans l'habitacle du véhicule à partir des images prises par la caméra, établir plusieurs indices de confort thermique, chaque indice de confort thermique correspondant à une des parties du corps de l'occupant rendant compte d'une sensation de chaleur ou de froid au niveau de la partie du corps associée, et dont la valeur absolue est minimale en situation de confort,
régulation du fonctionnement d'un dispositif de gestion thermique en minimisant une somme des valeurs absolues des indices de confort pour créer un environnement thermique régulé autour de l'occupant.
La caméra peut alors être une caméra infrarouge proche, et en ce que les capteurs de grandeurs thermiques ou physiologiques comprennent une caméra infrarouge lointains.
Le dispositif de gestion thermique peut comporter en outre :
• une soufflerie, produisant un flux d'air de débit contrôlé par l'unité de contrôle,
• un conditionneur thermique, conditionnant le flux d'air produit par la soufflerie selon une température de consigne contrôlée par l'unité de contrôle,
• au moins un aérateur, émettant dans l'habitacle un flux d'air selon une orientation et une forme contrôlées par l'unité de contrôle.
Le dispositif peut comporter en outre un dispositif de chauffage de siège et/ou un dispositif de chauffage de volant du véhicule, dont la puissance est contrôlée par l'unité de contrôle en fonction de l'indice de confort thermique d'au moins une partie du corps de l'occupant.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante, donnée à titre d'exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés parmi lesquels :
la figure 1 montre schématiquement un habitacle de véhicule, avec un module de gestion thermique,
la figure 2 montre de façon schématique le système de gestion thermique selon un mode de réalisation particulier de l'invention,
la figure 3 est un organigramme reprenant les principales étapes du procédé selon l'invention,
la figure 4 est une illustration schématique d'un aérateur pour dispositif de gestion thermique utilisable pour le procédé selon l'invention. Les réalisations décrites en faisant référence aux figures sont des exemples. Bien que la description se réfère à un ou plusieurs modes de réalisation, ceci ne signifie pas nécessairement que chaque référence concerne le même mode de réalisation, ou que les caractéristiques s'appliquent seulement à un seul mode de réalisation. De simples caractéristiques de différents modes de réalisation peuvent également être combinées pour fournir d'autres modes de réalisation.
Les termes tels que "premier" et "deuxième" utilisés plus bas sont donnés pour un simple référencement sans indiquer de préférence ou d'ordre de montage particulier.
Un certain nombre de qualificatifs de position tels que "au-dessus" ou "au- dessous", etc. sont aussi utilisés en lien avec les figures. Ces qualificatifs sont définis à partir des figures, mais la disposition finale des éléments peut être différente vis-à-vis de la gravité.
La figure 1 représente schématiquement un habitacle de véhicule, avec un occupant U (ici en particulier le conducteur) du véhicule, assis dans un siège.
Un système de gestion thermique 100 produit et dirige un flux d'air en direction de parties du corps spécifique de l'occupant U du véhicule, ici en particulier sa tête et ses épaules.
Le système de gestion thermique 100 comporte un module de détection 1 et un module de gestion thermique 3, dont seuls des aérateurs 13 sont représentés en figure 1, en position centrale sur la planche de bord P. Ces éléments sont représentés schématiquement hors de l'habitacle en figure 2.
Les aérateurs 13 émettent un flux d'air conditionné généré par un module de gestion thermique 3. D'autres aérateurs 13 sont par exemple disposés au niveau des extrémités latérales de la planche de bord P, au niveau des pieds et jambes de chaque occupant U, au niveau du plafonnier du véhicule, sur une portion arrière d'une colonne centrale etc.
L'orientation des aérateurs 13 est notamment contrôlée par actionnement de moteurs électriques.
Le document EP 2 258 571 au nom de la demanderesse décrit par exemple un module de gestion thermique 3 pourvu d'un évaporateur pour la génération de froid. Le module de détection 1 comporte une pluralité de capteurs 1 dirigés vers des positions attendues des occupants U du véhicule, ici par exemple le conducteur et/ou les passagers (avant et/ou arrière) du véhicule. Le module de détection collecte des grandeurs thermiques et physiologiques relatives à différentes parties du corps de chaque occupant U. Le module de détection 1 est en particulier intégré dans un plafond de l'habitacle du véhicule, au niveau de rabats pare-soleil.
Le module de détection 1 peut notamment comprendre des caméras, en particulier des caméras infrarouge, qui prennent des images dans le domaine infrarouge. Les caméras du module de détection 1 sont en particulier dirigés vers les positions attendues des occupants du véhicule : siège conducteur, siège passager, banquette arrière etc. En particulier une ou plusieurs caméras très grand angle (en particulier de type "fisheye" ou "œil de poisson" en français) peuvent couvrir plusieurs positions de façon simultanée.
Ces caméras peuvent avantageusement comporter des caméras infrarouges proches ("NIR" pour "Near Infrared" en anglais, longueur d'onde de l'ordre d'un micromètre), et des caméras infrarouges lointains ("FIR" pour "Far InfraRed" en anglais, longueur d'onde de l'ordre d'une dizaine de micromètres).
Fa caméra infrarouges proches est utilisée pour prendre des prises de vue en niveaux de gris de l'intérieur de l'habitacle. Fa caméra infra-rouges lointains est utilisée pour estimer la température de différentes portions de l'habitacle, et en particulier des paroies de l’habitacle et des parties du corps de l'occupant U.
Fes images de la caméra infra-rouges lointains peuvent notamment servir à isoler certaines parties du corps de l'occupant U et/ou à détecter la présence ou l'absence d'une couche de vêtements sur une ou plusieurs parties du corps de l'occupant.
Fes images issues des caméras infrarouges proches peuvent en particulier servir à délimiter la position et les dimensions de différentes parties du corps d'un occupant U du véhicule. Des diodes de longueur d'onde correspondantes (infrarouges proches) peuvent en particulier illumine l'habitacle pour les prises de vue.
Fes images issues des caméras infrarouges lointains peuvent en particulier servir à identifier les parties du corps de l'occupant échangeant le plus de chaleur avec l'habitacle, par exemple ici la tête et les mains, hachurées en figure 1, qui ne sont pas recouvertes de vêtements et apparaîtront ainsi plus chaudes.
Les capteurs 1 du système de gestion thermique 100, peuvent notamment englober d'autres capteurs du véhicules, tels que des capteurs d'état ouvert ou fermé de fenêtres ou d'ouvrant (portières, toit ouvrant etc.) du véhicule, des capteurs de pression au niveau des sièges, des capteurs de température ou de flux de chaleur au niveau du siège de l'occupant, un capteur de température ou de flux de chaleur au niveau du volant du véhicule, des capteurs de sudation détectant la présence de gouttes de sueur sur au moins une des parties du corps de l'occupant, un capteur de la fréquence de respiration de l'occupant, un capteur de fréquence cardiaque de l'occupant.
Pour estimer une position dans l'espace de différentes parties du corps du ou des occupants U. Les capteurs 1 peuvent notamment comprendre des caméras établissant une image stéréoscopique du ou des occupants [/, des émetteurs de lumière structurée ou des caméras tridimensionnelles à temps de vol ("3D ToF" pour "three dimensional time of flight" en anglais), des émetteurs/récepteurs ultrasons, un lidar ou des capteurs capacitifs. En outre, les capteurs peuvent comporter des thermomètres placés en différents points de l'habitacle, des capteurs de pression intégrés aux sièges (utilisés notamment dans le cadre de la détection de passagers non-attachés), des capteurs de position des sièges.
Le module de détection 1 est notamment disposé au niveau du plafonnier du véhicule, et peut être dissimulé à la vue de l'occupant U en étant recouvert par un cache opaque au domaine spectral visible, mais transparent au rayonnement utilisé par les capteurs 1 (infrarouges, ondes radio, etc.)
Une partie des capteurs du module de détection 1 peut être partagée avec d'autres modules fonctionnels du véhicule. Par exemple une ou plusieurs des caméras infrarouges peuvent être utilisées par exemple dans le cadre d'un détecteur du niveau d'attention du conducteur pour éviter les baisses de vigilance et les endormissements. Une ou plusieurs des caméras tridimensionnelles peuvent être utilisées dans le cadre d'une interface à détection de geste.
Un simple surdimensionnement, par exemple de l'angle de vue ou de la résolution, peut alors rendre une caméra d'un autre module fonctionnel adaptée à l'usage selon l'invention. On peut alors économiser en coût et en espace l'ajout de capteurs supplémentaires. Une unité de contrôle 5 établit un profil thermique pour différentes parties du corps du ou des occupants [/, à partir des images prises par la ou les caméras. Ledit profil thermique comprend notamment tous les paramètres et grandeurs influant sur l'état et le ressenti thermique du ou des occupants U.
L'unité de contrôle 5 comporte en particulier une unité de mémoire et des moyens de calcul pour stocker les images et paramètres mesurés ou estimés par les capteurs et établir à partir de ceux-ci un profil thermique. Cette unité de mémoire et les moyens de calcul peuvent notamment être partagés dans le cadre d'une électronique de bord du véhicule contrôlant d'autres organes du véhicule, ou bien situés dans un module logique dédié.
L'unité de contrôle 5 est reliée au module de gestion thermique 3. Le module de gestion thermique 3 comporte par exemple une soufflerie 7, qui génère un flux d'air. Le module de gestion thermique 3 comporte aussi un ou plusieurs dispositifs de conditionnement 9, par exemple un échangeur de chaleur ou une résistance électrique, par lesquels passe le flux d'air généré par la soufflerie 7.
Le flux d'air conditionné est alors dirigé vers un dispositif de distribution d'air 11, comportant par exemple les aérateurs 13, et un ou plusieurs volets en amont des aérateurs 13, répartissant le flux d'air entre lesdits différents aérateurs 13.
L'unité de contrôle 5 contrôle en particulier la puissance de la soufflerie 7, la puissance et/ou une température de consigne du dispositif de conditionnement 9 et le dispositif de distribution d'air 11.
L'unité de contrôle 5 utilise en particulier des algorithmes de reconnaissance de forme et de contours pour créer, à partir des données issues du module de détection 1 un profil thermique I„ et un ensemble de coordonnées spatiales xyz„ pour chacune des parties du corps du ou des occupants U.
Par exemple l'indice h peut être associé à la tête ou le visage. Les coordonnées xyzi contiennent alors la position dans l'espace de l'habitacle de différents points notables de la tête de l'occupant U (menton, sommet, tempes etc.). L'indice h peut être associé à l'ensemble cou, gorge et épaules, et ainsi de suite pour les autres indices.
L'unité de contrôle 5 est en particulier configurée pour détecter, segmenter et positionner le corps de chaque occupant U en plusieurs parties, correspondant en particulier à différents membres du ou des occupants. Un contour schématique de corps humain est représenté en figure 2, ou un exemple de découpage est figuré par des cadres pointillés encadrant une portion du corps représenté. Le découpage représenté distingue en particulier : la tête, le cou avec la gorge et les épaules, le torse, l'abdomen, les bras gauche et droite, les mains gauche et droite, les jambes gauche et droite, les pieds gauche et droite.
D'autres parties du corps peuvent être distinguées telles que la nuque séparément du cou, le dos, un ou plusieurs doigts, le visage, des portions du visage etc.
D'autres découpages, plus complexes peuvent être réalisés, par exemple en distinguant les bras des avant-bras, les mollets et les cuisses, différentes parties de la tête etc. À l'inverse, en groupant des parties du corps voisines un découpage moins complexe est obtenu, par exemple, on peut définir le tronc en groupant le torse, l'abdomen et l'ensemble épaules/cou.
Pour chacune des parties du corps, l'unité de contrôle 5 relève des données issues des capteurs du module de détection 1 telles que la température de surface ou le flux de chaleur dissipé (à partir de l'intensité du rayonnement thermique infrarouge lointain par exemple), la présence ou l'absence de vêtements recouvrant la portion du corps, la présence et l'intensité d'un éventuel rayonnement solaire incident sur la partie du corps, la proximité à un ouvrant ouvert etc.
À partir de ces données, l'unité de contrôle 5 établit plusieurs indice de confort thermique 7n représentatifs chacun du confort thermique ressenti au niveau d'une des parties du corps de l'occupant U, dont une valeur absolue nulle ou faible indique un confort thermique important, tandis qu'une valeur absolue grande indique un inconfort.
L'indice de confort thermique /„ prend aussi en compte la température et l'intensité du flux d'air conditionné distribué sur la partie du corps considérée.
De façon analogue au modèle thermique de Fanger, ledit indice /„ peut par exemple varier de -3 à +3, la valeur 0 représentant une situation d'équilibre thermique (en prenant compte de l'énergie métabolique à évacuer) où une portion prédéterminée d'un échantillon d'utilisateurs ressent un confort thermique important sur la partie du corps considérée. Les valeurs positives (de 0 à +3) représentent alors des situations de sensation de chaleur, d'intensité croissante avec l'écart à la valeur 0. Les valeurs négatives (de 0 à - 3) représentant des situations de sensation de froid, d'intensité croissante avec l'écart à la valeur 0.
L'unité de contrôle 5 va alors réguler le fonctionnement du module de gestion thermique 3 en prenant en compte les indices de confort thermique des parties du corps pour créer un environnement thermique autour de l'occupant en minimisant une somme des valeurs absolues des indices de confort å\In\.
En particulier, cette somme å\In\ peut être comparée à un seuil S. Si å\In\ £ S aucune modification du fonctionnement du dispositif de gestion thermique n'est déclenchée. Si å\In\ ³ S, l'unité de contrôle va réguler le fonctionnement du dispositif de gestion thermique pour réduire la somme å\In\.
Les coordonnées xyzn des parties du corps de l'occupant U, peuvent en particulier servir à déterminer ou contenir directement une estimation des dimensions de la partie du corps concernée (d'indice n). À partir desdites dimensions et de tables mémorisées, l'unité de contrôle 5 peut alors déterminer un modèle morphologique de l'occupant, et estimer en conséquence la surface, le volume ou la masse (et donc le ratio surface/volume) de la partie du corps concernée.
Les tables peuvent alors contenir des modèles de répartition de la densité de vascularisation et de terminaisons nerveuses dans les différentes parties du corps. Par exemple, on sait que la masse adipeuse sous-cutanée est peu vascularisée et peu innervée. L'intérêt de diriger un flux d'air chaud ou froid sur une surface du corps recouverte de masse adipeuse est alors limité, à la différence par exemple des mains et en particulier des doigts. Les mains et les doigts présentent des surfaces élevées d'échange thermique avec le milieu environnant tout en étant fortement vascularisés et innervés. De même, le dos d'un occupant, bien que de surface apparente importante, comporte peu de terminaisons nerveuses.
Des coefficients de pondération an sont alors associés à l'indice de confort thermique /„ de chaque partie du corps, l'unité de contrôle 5 adaptera alors le fonctionnement du dispositif de gestion thermique pour minimiser la somme des valeurs absolues des indices de confort thermique /„ pondérés du coefficient de pondération associé
La figure 3 est un organigramme schématique illustrant le procédé 200 de gestion thermique associé.
La première étape 201 est une prise de vues des positions attendues du ou des occupants U du véhicule, par exemple les sièges possiblement occupés (conducteur et passagers) au moyen, notamment des caméras infra-rouges proches et lointains. Les images sont alors envoyées à l'unité de contrôle 5. Les parties du corps de l'occupant [/, en particulier si elles ne sont pas recouvertes de vêtements, peuvent notamment être repérées sous forme de points ou zones chaudes au moyen des caméras infrarouges lointains.
Les données issues d'autres capteurs du module de détection 1 sont alors aussi envoyées à l'unité de contrôle 5.
La deuxième étape 203 est la création d'un modèle tridimensionnel et morphologique du ou des occupants, en segmentant les parties de leurs corps sur les images visibles.
La troisième étape 205 est le calcul des indices de confort thermique /„ et des éventuels coefficients de pondération morphologiques an sont également calculés à partir des données issues des capteurs et des images des caméras infra-rouges.
Par exemple, le calcul des indices de confort thermiques /„ peut se faire en mesurant :
une température de surface des différentes parties du corps,
une ou des températures de l'habitacle dans la zone entourant lesdites parties du corps,
puis en calculant le flux de chaleur évacué par chacune des parties du corps de l'occupant à partir des dimensions estimées (éventuellement avec les tables précédemment mentionnées) et des températures précédemment mentionnées.
Le flux de chaleur évacué peut aussi être calculé en évaluant la chaleur produite, apportée ou absorbée dans chaque partie du corps du fait de l’activité métabolique et de l’ensoleillement
Le calcul des indices de confort thermique /„ des différentes parties du corps se fait alors en comparant le flux de chaleur calculé et une valeur de référence correspondant à une situation de confort thermique.
La somme åa«|/«| des valeurs absolues des indices de confort thermique /„, éventuellement pondérées des coefficients de pondération morphologiques associés an est alors comparée à un seuil S.
Si Yfln\ln\ £ S, l'unité de contrôle attend un intervalle de temps prédéterminé dt et le procédé est répété à partir de la première étape 201. En alternative, le retour à la première étape 201 peut se faire lorsqu'un changement brusque de paramètres mesurés en continu est constaté, par exemple si l'occupant change de position (différence d'images issues des caméras) ou si le véhicule sort d'un tunnel un jour ensoleillé (augmentation de la luminosité des images issues des caméras).
Si Y In\ ³ S, l'unité de contrôle 5 adapte à l'étape 207 le fonctionnement du module de gestion thermique 3 selon des modalités prédéterminées à partir des données issues des capteurs. L'adaptation du fonctionnement du module de gestion thermique 3 peut notamment comporter l'ajustement de paramètres tels que la température, le débit, l'orientation et la forme d'un ou plusieurs des flux d'air conditionnés émis par les aérateurs 13 dans l'habitacle.
Le procédé 200 est alors réitéré à partir de la première étape 201 après l'intervalle de temps prédéterminé dt ou lorsqu'un changement brusque de paramètres mesurés est détecté.
Pour réguler le fonctionnement du module de gestion thermique 3 et adapter la température ou le débit du flux d'air, l'unité de contrôle 5 peut en particulier modifier la puissance de fonctionnement de la soufflerie 7 et du dispositif de conditionnement 9, ou encore basculer le dispositif de conditionnement d'un fonctionnement en refroidissement (évaporateur) à un mode de fonctionnement en chauffage (résistances électriques).
La figure 4 illustre sommairement un aérateur 13 de dispositif de distribution d'air 11, réalisé sous forme de grille à lamelles ou persiennes mobiles.
L'aérateur 13 comporte en particulier plusieurs lamelles 15 alignées selon leur largeur. Lesdites lamelles 15 servent, lors du fonctionnement du module de gestion thermique 3, à délivrer un flux d'air conditionné laminaire. Les lamelles 15 sont mobiles en rotation selon un axe de rotation A par rapport à un cadre 17 les portant. La rotation des lamelles 15 sert par exemple à changer la direction du flux d'air selon un axe horizontal gauche droite (par rapport au sens de marche usuel du véhicule considéré sur une surface horizontale).
Le cadre 17 est mobile en basculement selon un axe de basculement B perpendiculaire à l'axe de rotation A et sensiblement parallèle à l'alignement des lamelles 15. Le basculement du cadre 17 sert par exemple à changer la direction du flux d'air selon un axe vertical haut bas.
L'unité de contrôle 5 peut en particulier être reliée à des moteurs électriques contrôlant la rotation des lamelles 15 et le basculement du cadre 17. Pour adapter le fonctionnement du dispositif de gestion thermique 3, l'unité de contrôle 5 peut alors modifier la direction du flux d'air en actionnant lesdits moteurs électriques, et ainsi concentrer la distribution d'air conditionné sur les parties du corps des occupants présentant un indice de confort thermique de grande valeur absolue et donc un inconfort maximum. On cherche le minimum de la somme des valeurs absolues.
En changeant l'alignement des lamelles 15 (convergent ou divergent), la forme du flux d'air peut en outre être modifiée (flux d'air convergent ou divergent).
Dans le cas d'un module de gestion thermique 3 ayant un nombre important d'aérateurs 13, l'unité de contrôle 5 peut isoler les parties du corps de l'occupant U dont l'indice de confort /„ est de valeur absolue maximale, et concentrer les flux d'air d'un ou plusieurs aérateurs 13 sur lesdites parties du corps ou l'inconfort est maximal, notamment en dégradant la quantité d'air dirigée vers les autres parties du corps de l'occupant U.
Selon un autre mode de réalisation, l'unité de contrôle 5 actionne les moteurs pour faire décrire des oscillations au flux d'air, par exemple circulaires, polygonales ou ovaloïdes en passant successivement sur différentes parties du corps de l'occupant U. L'unité de contrôle 5 peut alors ralentir le mouvement des moteurs de rotation et de basculement lorsque les aérateurs 13 sont dirigés sur une partie du corps dont l'indice de confort thermique /„ est de valeur absolue importante par rapport aux autres indices /„ des autres parties du corps, de sorte à maintenir le flux d'air conditionné plus longtemps sur ladite partie du corps où l'inconfort est important. À l'inverse, l'unité de contrôle 5 peut accélérer le mouvement des moteurs de rotation et de basculement lorsque les aérateurs 13 sont dirigés sur une partie du corps de l'occupant U dont l'indice de confort thermique /„ est suffisamment proche de zéro.
En alternative, l'unité de contrôle 5 peut calculer un indice de confort moyen Io et comparer l'indice /„ de chaque partie du corps à cet indice moyen Io. L'unité de contrôle 5 peut alors rediriger le flux des parties du corps d'indice /„ de valeur absolue inférieure à celle de l'indice moyen Io vers les parties du corps d'indice /„ de valeur absolue supérieure à celle de l'indice moyen Io.
Dans un souci d'économie d'énergie, particulièrement important dans le cas d'un véhicule électrique, l'unité de contrôle 5 peut être configurée pour exécuter une étape d'estimation de la puissance requise par le mode de fonctionnement du module de gestion thermique 3, et une étape supplémentaire de minimisation de ladite puissance totale peut être incorporée dans l'étape de régulation du module de gestion thermique 3.
Par exemple, un terme Ptot positif et croissant avec la puissance totale consommée peut être ajouté à la somme. Ce terme Ptot de puissance peut en particulier être pondéré d'un facteur de pondération p dont la valeur est modifiée selon une consigne modifiée par l'occupant [/, notamment au moyen d'une interface indiquant plusieurs niveaux de puissance.
Le procédé de gestion thermique prévoit alors la minimisation de la somme :
TflnVnl pP t t
Si l'occupant sélectionne une puissance de consigne importante, par exemple en sélectionnant une valeur 3 sur une interface échelonnée de 0 à 3, (0 correspondant à un système 100 éteint), le facteur de pondération p est de faible valeur, voire nul. L'optimisation du fonctionnement du dispositif de gestion thermique 3 par l'unité de contrôle 5 se fait alors avec peu voire aucune considération de puissance. Le flux d'air final généré sera en moyenne de débit important, avec une température plus élevée ou basse selon si le dispositif de gestion thermique fonctionne en extracteur de chaleur ou en chauffage.
À l'inverse, si l'occupant sélectionne une puissance de consigne basse, par exemple en sélectionnant une valeur 1, le facteur de pondération p est de valeur importante : le terme pPtot devient alors rapidement prépondérant dans la somme précédemment mentionnée. L'optimisation du fonctionnement du dispositif de gestion thermique 3 par l'unité de contrôle 5 prend alors en compte la puissance totale de façon importante. Le flux d'air final généré sera en moyenne de débit plus faible, avec une température plus proche de celle de l'habitacle, notamment par rapport au cas précédent ( p faible).
De façon analogue, une étape de réduction du bruit généré par le dispositif de gestion thermique 3 peut être implémentée, notamment en ajoutant un terme A positif et croissant avec le bruit généré par le mode de fonctionnement du dispositif de gestion thermique 3 dans la somme à minimiser. Ce terme A peut à nouveau être pondéré d'un coefficient a de valeur modifiable pour privilégier soit un fonctionnement silencieux ( a de forte valeur) soit une puissance de gestion thermique importante ( a de faible valeur ou nul).
Le procédé de gestion thermique prévoit alors la minimisation de la somme :
åan\In\ + pPtot + aA
ou bien, pour optimiser uniquement le bruit (sans considérations de puissance) :
^ in\ï n\ ci A
Si le dispositif de gestion thermique 3 comporte en outre un dispositif de chauffage de volant du véhicule, sa puissance de fonctionnement est avantageusement contrôlée par l'unité de contrôle 5 en fonction de l'indice de confort thermique /„ des mains ou des bras de l'occupant U.
De même, si le dispositif de gestion thermique comporte en outre un dispositif de chauffage de siège, sa puissance est contrôlée par l'unité de contrôle 5 en fonction de l'indice de confort thermique /„ d'au moins une partie du corps de l'occupant U telle que le dos, le torse ou l'abdomen de l'occupant U.
Le procédé et le système 100 de gestion thermique selon l'invention permettent d'améliorer et d'individualiser le confort thermique dans l'habitacle du véhicule. En particulier, en permettant une distribution optimale des flux d'air dans l'habitacle, à une puissance de régulation thermique donnée, le procédé selon l'invention permet d'offrir aux occupants un ressenti thermique amélioré, tout en améliorant potentiellement la consommation énergétique à ressenti égal.
Le dispositif selon l'invention, et en particulier le module de détection, englobe un nombre important de capteurs qui sont déjà présents dans les véhicules, et utilisés dans le cadre d'autres modules fonctionnels tels que des modules de détection de baisse de vigilance, des interfaces à détection de geste, des modules de détection d'occupants non attachés etc. Le surcoût occasionné par l'implémentation du dispositif selon l'invention est donc limité.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de gestion thermique pour dispositif de gestion thermique, en particulier pour un habitacle de véhicule, comportant les étapes :
• détection, délimitation et positionnement de différentes parties du corps d'un occupant (U),
• mesures de grandeurs thermiques ou physiologiques de différentes parties du corps de l'occupant (U) et/ou de l'habitacle autour de l'occupant (U),
• établissement de plusieurs indices de confort thermique (/„), chaque indice de confort thermique (/„) correspondant à une des parties du corps de l'occupant (U) rendant compte d'une sensation de chaleur ou de froid au niveau de la partie du corps associée, et dont la valeur absolue est minimale en situation de confort,
• régulation du fonctionnement d'un dispositif de gestion thermique (3) en minimisant une somme des valeurs absolues des indices de confort (å|/«|) pour créer un environnement thermique régulé autour de l'occupant (U).
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que dans la somme des valeurs absolues des indices de confort (/„), l'indice de confort de chaque partie du corps est pondéré d'un coefficient de pondération morphologique ( an ) prenant en compte au moins un des paramètres suivants : la surface totale de la partie du corps, le volume total de la partie du corps, le ratio surface/volume de la partie du corps, la densité de vascularisation de la partie du corps, la densité d'innervation de la partie du corps.
3. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes :
• isoler les parties du corps dont l'indice de confort thermique (/„) indique un inconfort maximal, • réguler la distribution d'air conditionné de sorte à concentrer le ou les flux d'air conditionné sur les parties du corps ou l'inconfort est maximal en diminuant la portion du ou des flux d'air dirigés vers les autres parties du corps.
4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif de gestion thermique (3) comporte au moins un aérateur (13), dont l'orientation au cours du temps est contrôlée pour qu'un flux d'air issu dudit aérateur (13) décrive des oscillations passant successivement sur différentes parties du corps de l'occupant (U) et en ce que le mouvement de l'aérateur (13) est ralenti autour des parties du corps dont l'indice de confort thermique (/„) est de valeur absolue importante par rapport aux autres parties du corps.
5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la somme (å|/«|) des indices de confort thermique (/„) comporte en outre un terme de pondération énergétique (Ptot), positif et croissant avec la puissance totale consommée pour créer l'environnement thermique régulé autour de l'occupant m
6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la somme (å|/«|) des indices de confort thermique (/„) comporte en outre un terme de pondération acoustique (A), positif et croissant avec le bruit acoustique généré lors de la création de l'environnement thermique régulé autour de l'occupant (U).
7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les paramètres thermiques ou physiologiques pour les différentes parties du corps de l'occupant (U) et/ou de l'habitacle comportent un ou plusieurs des paramètres suivants : une température de surface d'au moins une des parties du corps de l'occupant, une température de l'habitacle, la présence ou l'absence de vêtements sur une partie du corps de l'occupant, la chaleur dissipée par une partie du corps de l'occupant.
8. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'étape d'estimation d'une grandeur thermique ou physiologique comporte les étapes
• prise de vues de l'habitacle au niveau de positions attendues de parties du corps de l'occupant au moyen de caméras infrarouges lointains,
• délimitation et positionnement de points chauds correspondant à des parties du corps de l'occupant dans les prises de vue,
et en ce que l'étape de régulation du dispositif de conditionnement thermique comporte une étape de concentration du ou des flux d'air conditionné sur les points chauds détectés.
9. Procédé de gestion thermique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes :
• mesure ou estimation de la chaleur produite ou apportée par l’activité métabolique dans les différentes parties du corps, et qui sera échangée avec l’environnement extérieur, ainsi que de la chaleur éventuellement absorbée par rayonnement solaire
• mesure ou estimation du taux de couverture par un habillement des différentes parties du corps et de la résistance thermique associée à cet habillement sur chaque partie du corps
• estimation des dimensions des différentes parties du corps de l'occupant, et estimation de la surface d'échange thermique avec l'environnement de chacune des parties du corps de l'occupant à partir de corrélations, tables et des dimensions estimées,
• estimation d'une température de surface des différentes parties du corps de l'occupant, par mesure directe ou par combinaison des estimations de la chaleur produite, apportée ou absorbée sur chaque partie du corps, ainsi que du taux de couverture et de la résistance thermique de l’habillement associé
• mesure ou estimation d'une température et vitesse d’air de l'habitacle au voisinage de chaque partie du corps,
• mesure ou estimation de l’impact radiatif des surfaces de l’habitacle en regard de chaque partie du corps,
• calcul du flux de chaleur pouvant être échangé à une température de confort sur chacune des parties du corps à partir des différents éléments précédents
• calcul des indices de confort thermique des parties du corps à partir de l’écart entre le flux de chaleur pouvant être échangé à une température de confort de référence sur chacune desdites parties du corps et du flux de chaleur produit, apporté ou absorbé sur chaque partie du corps.
10. Système de gestion thermique pour habitacle de véhicule, comportant :
• un dispositif de gestion thermique (3),
• au moins une caméra, prenant des images de l'espace de l'habitacle dans lequel le corps de l'occupant (U) est attendu,
• au moins un capteur d'une ou plusieurs grandeurs thermiques ou physiologiques d'une ou plusieurs parties du corps de l'occupant (U) , relatives à un état de confort thermique dudit occupant (U),
• une unité de contrôle (5) configurée pour :
délimiter et positionner différentes parties du corps de l'occupant (U) dans l'habitacle du véhicule à partir des images prises par la caméra, établir plusieurs indices de confort thermique (/„), chaque indice de confort thermique (/„) correspondant à une des parties du corps de l'occupant (U) rendant compte d'une sensation de chaleur ou de froid au niveau de la partie du corps associée, et dont la valeur absolue est minimale en situation de confort,
régulation du fonctionnement d'un dispositif de gestion thermique (3) en minimisant une somme des valeurs absolues des indices de confort (å|/«|) pour créer un environnement thermique régulé autour de l'occupant (U).
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