FR3078023A1 - Systeme de gestion thermique pour un habitacle de vehicule automobile - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un de gestion thermique pour un habitacle de véhicule automobile, système comportant un dispositif de climatisation comportant au moins une sortie d'air traité thermiquement, ce dispositif de climatisation comportant notamment un HVAC, et ce système comportant en outre une unité de commande agencé pour : - acquérir une première donnée représentative du niveau d'habillement d'un passager dans l'habitacle (Clo) et/ou une deuxième donnée représentative (MET) de l'activité métabolique du passager, - acquérir un paramètre relatif à un état de confort thermique, ce paramètre pouvant prendre au moins deux valeurs extrêmes, l'une des valeurs étant associée à un état de calme et l'autre des valeurs étant associée à un état dynamique, - gérer le dispositif de climatisation pour délivrer de l'air traité avec un débit qui est fonction de ce paramètre, ce débit étant, pour un même niveau d'habillement et/ou d'activité métabolique, plus faible dans le cas où le paramètre est associé à un état calme et plus élevé dans le cas où le paramètre est associé à un état dynamique.
Description
L’invention concerne un système de gestion thermique pour véhicule automobile. L’invention concerne encore un procédé de gestion thermique mis en œuvre par un tel système de gestion thermique.
Dans un véhicule automobile, il est connu de prévoir une gestion des débits, températures et répartition de l’air soufflée par les différents aérateurs en fonction des conditions extérieures de température et d’ensoleillement. Sur certains véhicules, cela peut être combiné avec l’activation d’un volant chauffant et/ou d’un siège chauffant ou refroidissant, et parfois de surfaces chauffantes par contact tel qu’un repose coude.
La détection et/ou la prise en compte de l’état thermique des passagers est quasiment inexistante, hormis quelques exemples d’utilisation de capteurs infrarouges qui détectent la température superficielle des vêtements des passagers pour mieux tenir des conditions initiale lors de la phase transitoire d’accueil (lorsque la personne vient d’une ambiance froide ou chaude) et de l’équilibre thermique résultant des échanges radiatifs et convectifs. En général la mesure de l’état thermique de l’habitacle se limite à une mesure de températures d’air combinée avec un capteur d’ensoleillement.
Des approches plus sophistiquées de la gestion du confort ont été proposées en s’appuyant sur de nouveaux capteurs, en particulier des caméras infrarouges, et de nouveaux actionneurs, en particulier des panneaux radiants et/ou des apports d’air localisés.
De plus, la gestion du confort thermique et du bien-être du ou des passagers dans un véhicule se doit de répondre aux évolutions de la mobilité (électrification, automatisation, partage, connectivité) et au souci de rationaliser le plus possible la consommation d’énergie liée au confort, en particulier sur les véhicules électriques.
Les évolutions de la mobilité, en particulier la conduite semiautonome / autonome des véhicules, ainsi que le développement des pratiques de partage de voiture modifient les attentes des utilisateurs en terme de confort. Le véhicule n’est plus qu’un moyen de transport où les utilisateurs sont en situation d’attente et contraints par les exigences liées au trafic routier. Le véhicule devient un espace de vie ou un lieu de transition, avec des attentes croissantes en matière de confort et de bienêtre à bord.
Il est déjà connu une gestion des débits, températures et répartition de l’air soufflée par les différents aérateurs d’un dispositif de climatisation, en fonction des conditions extérieures de température et d’ensoleillement. Sur certains véhicules, cela peut être combiné avec l’activation d’un volant chauffant et/ou d’un siège chauffant ou refroidissant, et parfois de surfaces chauffantes par contact (repose coude...).
En général la mesure de l’état thermique de l’habitacle se limite à une mesure de températures d’air combinée avec un capteur d’ensoleillement.
La demande de brevet WO2017041921 décrit un système de gestion thermique pour véhicule automobile comportant un capteur apte à mesurer au moins une grandeur utilisable pour la détermination d'au moins une donnée de confort thermique et un nombre prédéfini d'actionneurs respectivement configurés pour le réglage d'au moins un paramètre d'un équipement du véhicule.
Les panneaux de contrôle connus ou “control panels” an anglais, qui définissent des interfaces, pour régler le confort thermique varient énormément en termes de style, design, ergonomie, couleurs, matériaux selon les constructeurs et véhicules mais sont tous organisés autour de 4 fonctions clés :
le réglage d’un niveau de température, exprimée en échelle qualitative (bleu / rouge) ou en degrés °C (ou F), le réglage d’un niveau de débit d’air, exprimé en général en niveaux de 0 à 4 ou 5, le réglage du mode de diffusion de l’air, en général 5 modes proposés : « Tout Aération » (air vers le haut des passagers -buste et visage-), « Tout Pieds » (air vers la cave à pieds), « Tout Dégi » (Air vers le pare-brise), « Pieds Dégi » (Air vers la cave à pieds et le pare-brise), « PiedsVentilation » (Air vers la cave à pieds et le haut des passagers), le réglage du taux de renouvellement d’air, généralement avec 2 positions possibles : Air neuf ou Air recirculé.
Il existe un besoin de doter les véhicules d’une capacité à s’adapter aux besoins de chaque utilisateur et à différents contextes d’usage.
Le demandeur a constaté que les interfaces traditionnelles du dispositif de climatisation ne sont pas directement centrées sur les besoins ou ressentis de l’utilisateur mais sur la gestion des actuateurs. Par exemple, on parle de régler une température habitacle à 21 °C alors que la température de l’air soufflé peut être chaude en hiver et froide en été et qu’on manque de repères pour savoir s’il vaut mieux demander 21 °C ou 23°C. De même beaucoup de personnes se plaignent du désagrément causé par des courants d’air sur le visage sans savoir s’il faut jouer en priorité sur le débit d’air ou le choix et orientations des aérateurs pour l’atténuer. Elle ne prend pas non plus en compte l'état de l’utilisateur au moment considéré, tel que son habillement ou son activité énergétique, par exemple s’il revient de faire un footing. Il en découle le besoin d’imaginer une nouvelle interface qui soit plus centrée sur la demande de sensations thermiques (plus doux / plus agressif) et la prise en compte de l’état de l’utilisateur dans le contexte d’usage.
L’invention a ainsi pour objet un système de gestion thermique pour un habitacle de véhicule automobile, système comportant un dispositif de climatisation comportant au moins une sortie d’air traité thermiquement, ce dispositif de climatisation comportant notamment un HVAC, et ce système comportant en outre une unité de commande agencé pour :
- acquérir une première donnée représentative du niveau d’habillement d’un passager dans l’habitacle (Cio) et/ou une deuxième donnée représentative (MET) de l’activité métabolique du passager,
- acquérir un paramètre relatif à un état de confort thermique ou style de confort, ce paramètre pouvant prendre au moins deux valeurs extrêmes, l’une des valeurs étant associée à un état de calme et l’autre des valeurs étant associée à un état dynamique,
- gérer le dispositif de climatisation pour délivrer de l’air traité avec un débit qui est fonction de ce paramètre, ce débit étant, pour un même niveau d’habillement et/ou d’activité métabolique, plus faible dans le cas où le paramètre est associé à un état calme et plus élevé dans le cas où le paramètre est associé à un état dynamique.
L’invention permet une utilisation à la fois plus intuitive, plus aisée et plus riche allant dans le sens :
- d’une meilleure compréhension par le véhicule des attentes et besoins des utilisateurs, que ce soit du fait de leur profil personnel, de leurs préférences ou d’un contexte spécifique d’usage,
- d’une meilleure compréhension par les utilisateurs des modes de fonctionnement, options et réglages proposés par le véhicule pour assurer leur confort
Ces deux approches sont complémentaires et vont dans le sens d’améliorer la communication et la richesse des échanges entre le véhicule et les utilisateurs pour assurer leur confort.
L’invention permet une rupture avec les panneaux de contrôle traditionnels basés sur le choix et contrôle d’une température habitacle, d’un niveau de ventilation, et d’un mode de distribution, comme décrit plus haut.
Selon un aspect de l’invention, le système est agencé pour permettre d’ajuster automatiquement le niveau de température généré par différents actuateurs du dispositif de climatisation, moyennant un apprentissage machine et/ou calibration progressive du profil et des préférences de l’utilisateur.
Selon un aspect de l’invention, le système est dépourvu de réglage direct de la part d’un passager, d’un niveau de ventilation et d’un mode de distribution d’air. L’interface est dépourvue de réglage direct d’un niveau de ventilation et d’un mode de distribution d’air)
Selon un aspect de l’invention, le système est agencé pour déterminer un type de distribution d’air et le niveau de ventilation par le dispositif de climatisation, en fonction notamment du contexte d’usage, de l’état du passager et de la température ambiante.
Selon un aspect de l’invention, le système est agencé de manière à ce que la première donnée représentative du niveau d’habillement d’un passager dans l’habitacle (Cio) et/ou la deuxième donnée représentative (MET) de l’activité métabolique du passager soient utilisées comme demande thermique en fonction de l’état courant du passager, que ce soit par exemple un stress physique ou cognitif. Ces deux données combinées au choix d’un état de confort thermique, ou style de confort, sont agencées pour permettre d’ajuster automatiquement le niveau de température généré par différents actuateurs du dispositif de climatisation, notamment du ou des panneaux radiants et/ou de l’air traité par l’HVAC, moyennant un apprentissage machine et calibration progressive du profil et des préférences de l’utilisateur.
Selon un aspect de l’invention, le système est dépourvu de réglage direct de la part d’un passager, d’une température cible lorsque le profil et préférences de l’utilisateur sont connus.
Selon un aspect de l’invention, le système est agencé pour mémoriser et/ou acquérir l’un au moins des éléments suivants :
-un profil d’utilisateur,
- au moins un élément contextuel tel que la première donnée représentative du niveau d’habillement d’un passager dans l’habitacle (Cio) et/ou la deuxième donnée représentative (MET) de l’activité métabolique du passage,
- un paramètre représentatif d’un état de confort thermique.
Selon un aspect de l’invention, le système comporte un organe de réglage de la chaleur ressenti par le passager, de type « Plus Froid / Plus Chaud >>, pour permettre à l’utilisateur, en demandant plus ou moins de chaleur ressentie par cet organe de réglage, de contribuer à l’apprentissage machine ou pour un utilisateur occasionnel, cet organe de réglage étant notamment connecté au dispositif de commande.
Selon un aspect de l’invention, le système est dépourvu de réglage direct de la part d’un passager, du taux de renouvellement d’air, lequel est géré automatiquement en fonction du contexte, notamment d’informations liées au risque de pollution, à l’humidité dans l’habitacle, le cas échéant hormis via l’activation possible à tout instant d’un mode de « désembuage et/ou dégivrage >> qui correspond à une fonction sécuritaire. L’accès à un contrôle et réglage du taux d’humidité pourra être proposé en option.
Selon un aspect de l’invention, le système est agencé pour commander des capteurs et/ou actuateurs utilisés pour assurer le confort du ou des passagers dans le véhicule, sur la base des paramètres suivants :
le paramètre lié à l’état de confort adapté au ou aux passagers,
- une première donnée représentative du niveau d’habillement d’un passager dans l’habitacle (Cio) et/ou une deuxième donnée représentative (MET) de l’activité métabolique du passager,
- au moins un paramètre représentatif du profil du passager.
Selon un aspect de l’invention, le système est agencé de sorte que les paramètres ci-dessus soit sélectionnables librement par l’utilisateur, selon ses préférences ou le contexte d’usage du véhicule, ou proposés automatiquement par le système de commande du confort, via la connaissance du profil utilisateur, de l’apprentissage de ses habitudes ou préférences, et d’un traitement d’informations issues de capteurs.
Selon un aspect de l’invention, le système est agencé pour commander automatiquement les paramètres ci-dessus tout en permettant à l’utilisateur à tout instant de modifier l’un ou plusieurs de ces paramètres, que ce soit pour signifier au système une erreur d’appréciation sur l’état thermique de la personne (par exemple l’habillement et/ou le métabolisme) et/ou une erreur d’appréciation sur sa demande de confort thermique (par exemple le style de confort, la correction éventuelle du niveau de température une fois connu l’état thermique).
Selon un aspect de l’invention, le dispositif de commande du confort est agencé pour enrichir et/ou mettre à jour une base de connaissances en fonction des modifications apportées par le passager avec une logique d’apprentissage visant à améliorer la détection ou prédiction de l’état et des attentes du passager au fil des utilisations futures du dispositif de commande.
Selon un aspect de l’invention, le dispositif de commande est capable de détecter ou prédire l’état et/ou la demande de chaque passager selon un modèle personnalisé propre à chaque passager.
Selon un aspect de l’invention, l’état de confort ou style de confort, notamment « Calme / Dynamique >>, correspond à l’importance affectée à l’utilisation de l’air pour gérer le confort thermique et créer des sensations thermiques.
Selon un aspect de l’invention, en hiver, un confort de type « Calme >> est associé à l’utilisation accrue du chauffage radiatif (Températures plus élevées des panneaux radiants) et une utilisation réduite du chauffage convectif (Température et/ou débit d’air réduits). A contrario, un confort « dynamique >> est associée à une utilisation accrue d’air chaud, aux pieds dans un premier temps et au buste et visage en mode « très dynamique >> par exemple.
Selon un aspect de l’invention, en été, un confort de type « Calme >> est associé à une utilisation réduite des vitesses d’air au voisinage du corps du passager en privilégiant les sorties d’air de type « Pieds >> et/ou « Dégivrage >>. Un confort de type « Dynamique >> est associé à une augmentation des vitesses d’air perçues sur le corps, en particulier sur le buste et visage, notamment en priorisant les aérateurs de la planche, et de préférence en mode « Dynamique élevé >>, en utilisant des buses de ventilation dans les piliers.
Selon un aspect de l’invention, la donnée du niveau d’habillement et de l’état métabolique suffit à déterminer le niveau de température à réaliser sur les différents actuateurs (Température d’air, panneaux radiants...), dès lors que le profil et les préférences de la personne sont renseignés.
Selon un aspect de l’invention, le système est agencé pour permettre au passager de choisir une préférence de température « Plus chaud / Plus Froid >> par rapport aux réglages proposés automatiquement. Ce réglage est considéré comme optionnel, du fait que ce réglage n’est utilisé qu’en mode apprentissage ou pour un utilisateur occasionnel dont le profil n’est pas connu. En particulier l’accès à ce réglage ne se substitue à la prise en compte automatique de l’état de l’utilisateur.
Notamment la préférence de température peut être exprimée en valeur: -2°C / +1°C etc.., ou de manière qualitative : «franchement plus froid >>, « plus froid >>, « légèrement plus froid >> « légèrement plus chaud >>, etc... avec un réglage limité à un jeu de valeurs réduits, typiquement -3 / +3.
Selon un aspect de l’invention, le réglage par défaut, notamment un réglage neutre, correspond aux attentes moyennes estimées pour le panel d’utilisateurs visés, en fonction des conditions climatiques, du style de confort et de l’état des utilisateurs.
Selon un aspect de l’invention, le système est agencé pour générer une information représentative du niveau de confiance attribué aux bases de connaissances et/ou modèles utilisés pour évaluer l’état et la demande thermique de l’utilisateur.
Selon un aspect de l’invention, cette information représentative du niveau de confiance est générée sous la forme de l’affichage d’un icône ou tout autre élément graphique ou texte, ou tout autre élément de communication.
Selon un aspect de l’invention, cette information représentative du niveau de confiance est agencée pour établir un dialogue entre le véhicule et le passager pour montrer à la fois :
- la capacité du système de contrôle à identifier et proposer des options de gestion du confort qui vont s’enrichir par un processus d’apprentissage au fil des usages,
- le besoin et capacité du système à apprendre et s’améliorer grâce aux retours et demandes de l’utilisateur.
Cette information représentative du niveau de confiance peut être de deux sortes, comme suit:
- le système met en avant qu’il pense avoir détecté un état ou une demande thermique spécifique et est en situation de proposer au passager une solution,
- le système manque d’informations et demande au passager de renseigner ou confirmer certains paramètres.
Selon un exemple de réalisation de l’invention, le système est agencé pour générer:
- un élément d’activation pour activer au moins un mode de gestion automatique du confort. Il est possible de prévoir deux modes de gestion automatique du confort, l’un privilégiant le confort sans compromis, l’autre privilégiant une réduction de la consommation énergétique.
Selon un exemple de réalisation de l’invention, dès que l’utilisateur modifie au moins un des paramètres, le système bascule en mode de gestion « Manuel >> jusqu’à ce que soit réenclenché l’activation d’un des modes automatiques.
Selon un exemple de réalisation de l’invention, le système est agencé pour générer:
- un élément d’actuation pour activer un mode sécuritaire de désembuage et dégivrage du pare brise,
- le cas échéant, un second élément d’activation pour gérer le taux d’humidité dans l’habitacle,
- l’affichage d’information clés renseignant sur la configuration de gestion du confort, avec, et sans que cela soit exhaustif :
o l’identité de la personne ou du profil utilisateur auquel est associé le modèle courant de gestion du confort. Cette identité pourra être reconnue automatiquement ou sélectionnée / modifiée si besoin, o la température ambiante extérieure, o la température perçue par l’utilisateur, qui est une température fictive calculée à partir de différentes températures réelles mesurées et qui caractérise la température équivalente globale d’une ambiance (air et parois) qui donnerait le même ressenti thermique moyen en air calme, o la consommation énergétique induite par la configuration de gestion du confort, qui peut être exprimée avantageusement de deux façons :
Z l’autonomie perdue en regard d’une autonomie de référence, par exemple l’autonomie sur cycle WLTC, ou l’autonomie induite sur ce cycle de référence, z un code couleur, ou tout autre élément graphique ou textuel, qui exprime si la configuration et choix des paramètres de confort sont éco-responsables, ou dit autrement s’ils permettent de minimiser la consommation énergétique sans dégrader sensiblement le confort. Par exemple, en hiver, le fait d’être habillé chaudement et favoriser le confort radiatif sera noté positivement.
En été, une tenue légère et l’utilisation du mode dynamique avec buses rapprochées sera aussi noté positivement.
Dans les deux cas, les modalités et choix d’affichage visent à sensibiliser les utilisateurs aux conséquences de leur choix sur la consommation et l’autonomie du véhicule, dans un référentiel neutre et constant qui permet de mieux apprécier les conséquences des conditions climatiques et options de confort.
L’invention a encore pour objet un dispositif d’interface entre un système de gestion thermique tel que décrit ci-dessus et un passager du véhicule, ce dispositif d’interface comportant :
- un organe de réglage, notamment une touche tactile, agencé pour mettre au passager de régler la première donnée représentative du niveau d’habillement d’un passager dans l’habitacle (Cio) et/ou une deuxième donnée représentative (MET) de l’activité métabolique du passager,
- un organe de réglage du paramètre relatif à un état de confort thermique.
L’invention a encore pour objet un dispositif d’interface entre un système de gestion thermique agencé pour gérer et contrôler les interactions entre un passager et le système de gestion thermique d’un véhicule automobile, ce dispositif étant agencé pour:
permettre d’informer l’utilisateur de diverses informations décrivant la configuration, l’état et les paramètres de fonctionnement du système de gestion du confort thermique, permettre à l’utilisateur de configurer, paramétrer et activer diverses fonctions du système de gestion du confort thermique, permettre le réglage d’au moins trois paramètres déterminant la configuration et le réglage du système de gestion du confort thermique pour une personne identifiée, à savoir :
o un paramètre portant sur le choix d’un style de confort thermique, du type « plus doux >> ou « plus dynamique >>
o deux paramètres portant sur la description de l’état de l’utilisateur :
un niveau d’habillement un niveau d’activité métabolique
L’invention a encore pour objet un procédé de gestion thermique pour un habitacle de véhicule automobile, utilisant un dispositif de climatisation comportant au moins une sortie d’air traité thermiquement, ce dispositif de climatisation comportant notamment un HVAC, et ce procédé comportant les étapes suivantes :
- acquérir une première donnée représentative du niveau d’habillement d’un passager dans l’habitacle (Cio) et/ou une deuxième donnée représentative (MET) de l’activité métabolique du passager,
- acquérir un paramètre relatif à un état de confort thermique, ce paramètre pouvant prendre au moins deux valeurs extrêmes, l’une des valeurs étant associée à un état de calme et l’autre des valeurs étant associée à un état dynamique,
- gérer le dispositif de climatisation pour délivrer de l’air traité avec un débit qui est fonction de ce paramètre, ce débit étant, pour un même niveau d’habillement et/ou d’activité métabolique, plus faible dans le cas où le paramètre est associé à un état calme et plus élevé dans le cas où le paramètre est associé à un état dynamique.
Selon un aspect de l’invention, le système comporte au moins un capteur agencé pour mesurer un paramètre servant à déterminer l’une au moins des données.
Selon un aspect de l’invention, le capteur est choisi parmi :
- une caméra, notamment une caméra DMS, agencée pour observer un passager dans l’habitacle,
- un dôme infrarouge formé par une caméra infrarouge grand angle placée sur un plafond de l’habitacle et qui permet de mesurer les température des parois et fenêtres de l’habitacle,
- un capteur d’ensoleillement,
- un capteur de température à la sortie d’un dispositif de climatisation ou d’un HVAC après les échangeurs,
- un capteur de température régnant dans l’habitacle.
Une caméra DMS (Driver Monitoring System en anglais) est une caméra fonctionnant dans le proche infrarouge et peut permettre de récupérer une image du visage et/ou du buste du conducteur, peu importe la luminosité dans l’habitacle. Grâce à des algorithmes, notamment par analyse physique ou en utilisant des mégadonnées ou big data en anglais, on peut en déduire de nombreuses informations telles que : la reconnaissance de l’identité du passager, évaluation du niveau de fatigue, estimation du rythme cardiaque, reconnaissance des habits portés en haut du corps.
Selon un aspect de l’invention, le système comporte un dispositif de climatisation, notamment un HVAC, et le système est agencé pour mesurer un paramètre servant à déterminer la troisième donnée représentative de l’environnement thermique du passager dans l’habitacle, ce paramètre étant lié à l’état du dispositif de climatisation, notamment la puissance d’un pulseur du dispositif de climatisation ou la distribution d’air climatisé du dispositif de climatisation.
Selon un aspect de l’invention, la première donnée (Cio) représentative du niveau d’habillement du passager dans l’habitacle correspond à une résistance thermique des vêtements portés par le passager.
Selon un aspect de l’invention, le système est agencé pour traiter une image prise par une caméra et pour, à partir de cette image, déterminer le type de vêtements (T-shirt et/ou chemise et/ou pull et/ manteau et/ou écharpe et/ou chapeau ) portés par le passager notamment par reconnaissance d’image, le système étant agencé en outre pour déterminer la résistance thermique à partir du type de vêtements ainsi mesuré.
Selon un aspect de l’invention, la deuxième donnée représentative (MET) de l’activité métabolique du passager est dépendante au moins d’un rythme cardiaque du passager qui est mesuré notamment par une caméra du système, notamment une caméra DMS.
Selon un aspect de l’invention, cette caméra est agencée pour observer des changements de couleur du visage du passager dus au déplacement du sang au niveau de la peau du visage, et le système mesure à partir de ces images le rythme cardiaque.
Selon un aspect de l’invention, la deuxième donnée représentative (MET) de l’activité métabolique du passager est dépendante au moins d’une caractéristique physique du passager qui est mesuré notamment par une caméra du système, notamment une caméra DMS.
Selon un aspect de l’invention, la caméra est agencée pour mesurer, notamment par traitement d’images, des caractéristiques physiques du passager, notamment le sexe, l’âge, la taille et le volume. Il est possible d’en déduire le poids.
Selon un aspect de l’invention, la deuxième donnée représentative (MET) de l’activité métabolique du passager est dépendante à la fois d’un rythme cardiaque du passager et au moins d’une caractéristique physique du passager.
Selon un aspect de l’invention, la deuxième donnée représentative (MET) de l’activité métabolique du passager correspondant à une puissance surfacique thermique produit par le passager.
Selon un aspect de l’invention, le système est agencé pour, à partir des températures des parois et/ou fenêtre mesurés par un capteur, notamment par un dôme infrarouge, calculer la température radiative pour au moins une partie, notamment plusieurs parties, du corps du passager telle que la tête, le buste, le dos, les jambes, les mollets, les pieds, les bras.
Selon un aspect de l’invention, le calcul est réalisé pour au moins six parties distinctes du corps, notamment au moins dix parties distinctes du corps telles que tête, cou, torse, bras, mains, dos, fessier, cuisses, jambes, pieds.
Selon un aspect de l’invention, le système est agencé pour estimer la température d’air au contact du passager pour une partie du corps du passager, notamment plusieurs parties du corps du passager, notamment la tête, buste, dos, jambes, mollets, pieds, bras, notamment à partir de la puissance d’un pulseur d’air et/ou de la distribution de l’HVAC et/ou de la température d’air soufflée et de la température de l’habitacle et notamment sur la base d’abaques.
Selon un aspect de l’invention, le système est agencé pour, à partir de la distribution de l’HVAC et/ou de la puissance du pulseur d’air, estimer, notamment à partir d’abaques, la vitesse d’air au contact d’une partie ou plusieurs parties du corps du passager.
Selon un aspect de l’invention, le système est agencé pour acquérir des caractéristiques de l’HVAC, telles que la position des volets et une caractéristique du pulseur, pour estimer la vitesse d’air au niveau des passagers.
Selon un aspect de l’invention, ces températures et/ou vitesses sont utilisées pour calculer la troisième donnée représentative de l’environnement thermique du passager dans l’habitacle.
Selon un aspect de l’invention, le système est agencé pour estimer la puissance thermique totale échangée (P_tot_theoritical) par le passager avec son environnement en estimant la puissance thermique échangée partie par partie du corps, notamment la tête, le buste, le dos, les jambes, les mollets, les pieds, les bras.
Selon un aspect de l’invention, les puissances échangées sont fonction de la vitesse d’air locale, de la température d’air locale, de la température radiative locale, de la surface des passagers, du niveau d’habillement du passager (Cio) et de la deuxième donnée représentative (MET) de l’activité métabolique du passager.
Selon un aspect de l’invention, le système est agencé pour comparer la puissance thermique totale échangée avec l’environnement (P_tot_theoritical) à la puissance théorique produite par le métabolisme des passagers et, en multipliant cette différence de puissance par un coefficient, déterminer une valeur de l’indice de confort thermique (PMV).
Selon un aspect de l’invention, ce modèle peut ensuite servir à estimer le confort instantané des passagers. On peut aussi définir des consignes pour les actuateurs thermiques afin d’atteindre le confort des passagers. On a ainsi une régulation personnalisé du système thermique.
Contrairement aux régulations connues qui se basent exclusivement sur des paramètres extérieurs aux passagers (température cabine, température extérieure, ensoleillement), l’invention utilise de préférence à la fois des données extérieures et des caractéristiques des passagers. On peut ainsi affiner le besoin thermique pour arriver au confort thermique des passagers.
L’invention sera mieux comprise et d’autres détails, caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description suivante faite à titre d’exemple non limitatif en référence au dessin annexé dans lequel :
- la figure 1 illustre, schématiquement et partiellement, un système thermique selon l’invention,
- la figure 2 illustre des étapes du procédé de gestion du confort thermique dans le système de la figure 1,
- la figure 3 représente les différentes zones du passager impliquées dans le procédé de la figure 2,
- la figure 4 représente, schématiquement et partiellement, un dispositif d’interface selon l’invention.
On a représenté sur la figure 1 un système de gestion thermique pour un habitacle de véhicule automobile, système comportant une unité de commande 2 agencé pour :
- acquérir une première donnée (Cio) représentative du niveau d’habillement d’un passager dans l’habitacle,
- acquérir une deuxième donnée représentative (MET) de l’activité métabolique du passager,
- acquérir une troisième donnée représentative de l’environnement thermique du passager dans l’habitacle,
- déterminer une valeur d’un indice de confort thermique (PMV) associé au passager dans l’habitacle sur la base des trois données ainsi acquises.
Le système comporte plusieurs capteurs agencés pour mesurer plusieurs paramètres servant à déterminer les première, deuxième et troisième données.
Ces capteurs comportent :
- une caméra DMS 3 agencée pour observer un passager dans l’habitacle,
- un dôme infrarouge 4 formé par une caméra infrarouge grand angle placée sur un plafond de l’habitacle et qui permet de mesurer les température des parois et fenêtres de l’habitacle,
- un capteur d’ensoleillement 5,
- un capteur de température 6 à la sortie d’un dispositif de climatisation ou de l’HVAC 10,
- un capteur de température 7 régnant dans l’habitacle.
Le système 1 est agencé pour mesurer un paramètre servant à déterminer la troisième donnée représentative de l’environnement thermique du passager dans l’habitacle, ce paramètre étant lié à l’état du dispositif de climatisation, notamment la puissance d’un pulseur du dispositif de climatisation ou la distribution d’air climatisé du dispositif de climatisation.
La première donnée (Cio) représentative du niveau d’habillement du passager dans l’habitacle correspond à une résistance thermique mesurée des vêtements portés par le passager.
A cet effet, le système 1 est agencé pour traiter une image prise par la caméra 3 et pour, à partir de cette image, déterminer le type de vêtements (T-shirt et/ou chemise et/ou pull et/ manteau et/ou écharpe et/ou chapeau ) portés par le passager notamment par reconnaissance d’image, le système 1 étant agencé en outre pour déterminer la résistance thermique à partir du type de vêtements ainsi mesuré.
La deuxième donnée représentative (MET) de l’activité métabolique du passager est dépendante d’un rythme cardiaque HR du passager qui est mesuré notamment par la caméra 3, comme on peut le voir sur la figure 3.
Cette caméra 3 est agencée pour observer des changements de couleur du visage du passager dus au déplacement du sang au niveau de la peau du visage, et le système mesure à partir de ces images le rythme cardiaque.
La deuxième donnée représentative (MET) de l’activité métabolique du passager est dépendante d’une caractéristique physique du passager qui est mesuré par la caméra 6 pour déterminer, par traitement d’images, des caractéristiques physiques PC du passager, notamment le sexe, l’âge, la taille et le volume, et indirectement le poids.
La deuxième donnée représentative MET de l’activité métabolique du passager correspond à une puissance surfacique thermique PS produit par le passager déduit à l’aide de la donnée PC.
Plusieurs données représentatives de l’activité métabolique du passager (MET) sont utilisées.
Le système 1 est agencé pour, à partir des températures des parois et/ou fenêtre mesurés par le dôme infrarouge 4, calculer la température radiative pour plusieurs parties du corps du passager telle que la tête Z1, le buste Z2, le dos Z3, les jambes Z4, les pieds Z5, les bras Z6 et les mains Z7, comme on peut le voir sur la figure 3.
Le système 1 est agencé pour estimer la température d’air au contact du passager pour une partie du corps du passager, notamment plusieurs parties du corps du passager, notamment la tête, buste, dos, jambes, mollets, pieds, bras, notamment à partir de la puissance d’un pulseur d’air et/ou de la distribution de l’HVAC et/ou de la température d’air soufflée et de la température de l’habitacle et notamment sur la base d’abaques.
Le système 1 est agencé pour, à partir de la distribution de l’HVAC et/ou de la puissance du pulseur d’air, estimer, notamment à partir d’abaques, la vitesse d’air au contact d’une partie ou plusieurs parties du corps du passager.
Ces températures et/ou vitesses TV sont utilisées pour calculer la troisième donnée représentative de l’environnement thermique du passager dans l’habitacle.
Le système 1 est agencé pour estimer la puissance thermique totale échangée (P_tot_theoritical) par le passager avec son environnement en estimant la puissance thermique échangée partie par partie du corps, notamment la tête, le buste, le dos, les jambes, les mollets, les pieds, les bras. Cette puissance thermique totale échangée (P_tot_theoritical) est fonction des données Cio, Met et PS.
En effet les puissances échangées sont fonction de la vitesse d’air locale, de la température d’air locale, de la température radiative locale, de la surface des passagers, du niveau d’habillement du passager (Cio) et de la deuxième donnée représentative (MET) de l’activité métabolique du passager.
Le système 1 est agencé pour comparer la puissance thermique totale échangée avec l’environnement (P_tot_theoritical) à la puissance théorique produite par le métabolisme des passagers et, en multipliant cette différence de puissance par un coefficient, déterminer une valeur de l’indice de confort thermique (PMV).
Selon un aspect de l’invention, ce modèle peut ensuite servir à estimer le confort instantané des passagers. On peut aussi définir des consignes pour les actuateurs thermiques afin d’atteindre le confort des passagers. On a ainsi une régulation personnalisé du système thermique.
Le procédé est agencé pour prendre en compte des échanges thermiques par respiration, sudation et perspiration, comme fonction de la température et humidité ambiante et du métabolisme pour estimer un indice de confort.
L’activité métabolique est déterminée en fonction du jour et/ou de l’heure, du sexe, de l’âge, d’autres caractéristiques personnelles du passager, et de la donnée ou connaissance de ses activités courantes ou antérieures.
L’unité de commande 2 est en outre agencé pour :
- acquérir la première donnée représentative du niveau d’habillement d’un passager dans l’habitacle (Cio) et/ou la deuxième donnée représentative (MET) de l’activité métabolique du passager,
- acquérir un paramètre relatif à un état de confort thermique ou style de confort, ce paramètre pouvant prendre au moins deux valeurs extrêmes, l’une des valeurs étant associée à un état de calme et l’autre des valeurs étant associée à un état dynamique,
- gérer le dispositif de climatisation 10 pour délivrer de l’air traité avec un débit qui est fonction de ce paramètre, ce débit étant, pour un même niveau d’habillement et/ou d’activité métabolique, plus faible dans le cas où le paramètre est associé à un état calme et plus élevé dans le cas où le paramètre est associé à un état dynamique.
Le système 1 est agencé pour permettre d’ajuster automatiquement le niveau de température généré par différents actuateurs du dispositif de climatisation, moyennant un apprentissage machine et/ou calibration progressive du profil et des préférences de l’utilisateur.
Le système 1 est agencé pour déterminer un type de distribution d’air et le niveau de ventilation par le dispositif de climatisation, en fonction notamment du contexte d’usage, de l’état du passager et de la température ambiante.
Le système 1 est agencé de manière à ce que la première donnée représentative du niveau d’habillement d’un passager dans l’habitacle (Cio) et/ou la deuxième donnée représentative (MET) de l’activité métabolique du passager soient utilisées comme demande thermique en fonction de l’état courant du passager, que ce soit par exemple un stress physique ou cognitif.
Le système est agencé pour mémoriser et/ou acquérir l’un au moins des éléments suivants :
-un profil d’utilisateur,
- au moins un élément contextuel tel que la première donnée représentative du niveau d’habillement d’un passager dans l’habitacle (Cio) et/ou la deuxième donnée représentative (MET) de l’activité métabolique du passage,
- un paramètre représentatif d’un état de confort thermique.
Comme illustré sur la figure 4, le système comporte un organe de réglage 40 de la chaleur ressenti par le passager, de type « Plus Froid /
Plus Chaud », pour permettre à l’utilisateur, en demandant plus ou moins de chaleur ressentie par cet organe de réglage, de contribuer à l’apprentissage machine ou pour un utilisateur occasionnel, cet organe de réglage étant notamment connecté au dispositif de commande.
Le système 1 est agencé pour commander des capteurs et/ou actuateurs utilisés pour assurer le confort du ou des passagers dans le véhicule, sur la base des paramètres suivants :
- le paramètre lié à l’état de confort adapté au ou aux passagers,
- une première donnée représentative du niveau d’habillement d’un passager dans l’habitacle (Cio) et/ou une deuxième donnée représentative (MET) de l’activité métabolique du passager,
- au moins un paramètre représentatif du profil du passager.
Comme illustré sur la figure 4, le système 1 comporte un dispositif d’interface 40 entre un système de gestion thermique tel que décrit ci-dessus et un passager du véhicule, ce dispositif d’interface comportant :
- un organe de réglage 51, notamment une touche tactile, agencé pour mettre au passager de régler la première donnée représentative du niveau d’habillement d’un passager dans l’habitacle (Cio)
- un organe de réglage 52, notamment une touche tactile, agencé pour mettre au passager de régler la deuxième donnée représentative (MET) de l’activité métabolique du passager,
- un organe de réglage 53 du paramètre relatif à un état de confort thermique.
Selon un aspect de l’invention, le système 1 est agencé de sorte que les paramètres ci-dessus soit sélectionnables librement par l’utilisateur, selon ses préférences ou le contexte d’usage du véhicule, ou proposés automatiquement par le système de commande du confort, via la connaissance du profil utilisateur, de l’apprentissage de ses habitudes ou préférences, et d’un traitement d’informations issues de capteurs.
Le système 1 est agencé pour commander automatiquement les paramètres ci-dessus tout en permettant à l’utilisateur à tout instant de modifier l’un ou plusieurs de ces paramètres, que ce soit pour signifier au système une erreur d’appréciation sur l’état thermique de la personne (par exemple l’habillement et/ou le métabolisme) et/ou une erreur d’appréciation sur sa demande de confort thermique (par exemple le style de confort, la correction éventuelle du niveau de température une fois connu l’état thermique).
Selon un aspect de l’invention, le dispositif de commande du confort est agencé pour enrichir et/ou mettre à jour une base de connaissances en fonction des modifications apportées par le passager avec une logique d’apprentissage visant à améliorer la détection ou prédiction de l’état et des attentes du passager au fil des utilisations futures du dispositif de commande.
Selon un aspect de l’invention, en hiver, un confort de type « Calme » est associé à l’utilisation accrue du chauffage radiatif (Températures plus élevées des panneaux radiants) et une utilisation réduite du chauffage convectif (Température et/ou débit d’air réduits). A contrario, un confort « dynamique » est associée à une utilisation accrue d’air chaud, aux pieds dans un premier temps et au buste et visage en mode « très dynamique » par exemple.
Selon un aspect de l’invention, en été, un confort de type « Calme » est associé à une utilisation réduite des vitesses d’air au voisinage du corps du passager en privilégiant les sorties d’air de type « Pieds » et/ou « Dégivrage ». Un confort de type « Dynamique » est associé à une augmentation des vitesses d’air perçues sur le corps, en particulier sur le buste et visage, notamment en priorisant les aérateurs de la planche, et de préférence en mode « Dynamique élevé », en utilisant des buses de ventilation dans les piliers.
Selon un aspect de l’invention, la donnée du niveau d’habillement et de l’état métabolique suffit à déterminer le niveau de température à réaliser sur les différents actuateurs (Température d’air, panneaux radiants...), dès lors que le profil et les préférences de la personne sont renseignés.
Selon un aspect de l’invention, le système est agencé pour permettre au passager de choisir une préférence de température « Plus chaud / Plus Froid >> par rapport aux réglages proposés automatiquement. Ce réglage est considéré comme optionnel, du fait que ce réglage n’est utilisé qu’en mode apprentissage ou pour un utilisateur occasionnel dont le profil n’est pas connu. En particulier l’accès à ce réglage ne se substitue à la prise en compte automatique de l’état de l’utilisateur.
Notamment la préférence de température peut être exprimée en valeur: -2°C / +1°C etc.., ou de manière qualitative : «franchement plus froid », « plus froid >>, « légèrement plus froid >> « légèrement plus chaud >>, etc... avec un réglage limité à un jeu de valeurs réduits, typiquement -3 / +3.
Selon un aspect de l’invention, le réglage par défaut, notamment un réglage neutre, correspond aux attentes moyennes estimées pour le panel d’utilisateurs visés, en fonction des conditions climatiques, du style de confort et de l’état des utilisateurs.
Selon un aspect de l’invention, le système est agencé pour générer une information représentative du niveau de confiance attribué aux bases de connaissances et/ou modèles utilisés pour évaluer l’état et la demande thermique de l’utilisateur.
Selon un aspect de l’invention, cette information représentative du niveau de confiance est générée sous la forme de l’affichage d’un icône ou tout autre élément graphique ou texte, ou tout autre élément de communication.
Selon un aspect de l’invention, cette information représentative du niveau de confiance est agencée pour établir un dialogue entre le véhicule et le passager pour montrer à la fois :
- la capacité du système de contrôle à identifier et proposer des options de gestion du confort qui vont s’enrichir par un processus d’apprentissage au fil des usages,
- le besoin et capacité du système à apprendre et s’améliorer grâce aux retours et demandes de l’utilisateur.
Cette information représentative du niveau de confiance peut être de deux sortes, comme suit:
- le système met en avant qu’il pense avoir détecté un état ou une demande thermique spécifique et est en situation de proposer au passager une solution,
- le système manque d’informations et demande au passager de renseigner ou confirmer certains paramètres.
Selon un exemple de réalisation de l’invention, le système est agencé pour générer:
- un élément d’activation pour activer au moins un mode de gestion automatique du confort. Il est possible de prévoir deux modes de gestion automatique du confort, l’un privilégiant le confort sans compromis, l’autre privilégiant une réduction de la consommation énergétique.
Selon un exemple de réalisation de l’invention, dès que l’utilisateur modifie au moins un des paramètres, le système bascule en mode de gestion « Manuel >> jusqu’à ce que soit réenclenché l’activation d’un des modes automatiques.
Selon un exemple de réalisation de l’invention, le système est agencé pour générer:
- un élément d’actuation pour activer un mode sécuritaire de désembuage et dégivrage du pare brise,
- le cas échéant, un second élément d’activation pour gérer le taux d’humidité dans l’habitacle,
- l’affichage d’information clés renseignant sur la configuration de gestion du confort, avec, et sans que cela soit exhaustif :
o l’identité de la personne ou du profil utilisateur auquel est associé le modèle courant de gestion du confort. Cette identité pourra être reconnue automatiquement ou sélectionnée / modifiée si besoin, o la température ambiante extérieure, o la température perçue par l’utilisateur, qui est une température fictive calculée à partir de différentes températures réelles mesurées et qui caractérise la température équivalente globale d’une ambiance (air et parois) qui donnerait le même ressenti thermique moyen en air calme, o la consommation énergétique induite par la configuration de gestion du confort, qui peut être exprimée avantageusement de deux façons :
J l’autonomie perdue en regard d’une autonomie de référence, par exemple l’autonomie sur cycle WLTC, ou l’autonomie induite sur ce cycle de référence,
J un code couleur, ou tout autre élément graphique ou textuel, qui exprime si la configuration et choix des paramètres de confort sont éco-responsables, ou dit autrement s’ils permettent de minimiser la consommation énergétique sans dégrader sensiblement le confort. Par exemple, en hiver, le fait d’être habillé chaudement et favoriser le confort radiatif sera noté positivement. En été, une tenue légère et l’utilisation du mode dynamique avec buses rapprochées sera aussi noté positivement.
Dans les deux cas, les modalités et choix d’affichage visent à sensibiliser les utilisateurs aux conséquences de leur choix sur la consommation et l’autonomie du véhicule, dans un référentiel neutre et constant qui permet de mieux apprécier les conséquences des conditions climatiques et options de confort.
L’invention a encore pour objet un dispositif d’interface entre un système de gestion thermique agencé pour gérer et contrôler les interactions entre un passager et le système de gestion thermique d’un véhicule automobile, ce dispositif étant agencé pour:
permettre d’informer l’utilisateur de diverses informations décrivant la configuration, l’état et les paramètres de fonctionnement du système de gestion du confort thermique, permettre à l’utilisateur de configurer, paramétrer et activer diverses fonctions du système de gestion du confort thermique, permettre le réglage d’au moins trois paramètres déterminant la configuration et le réglage du système de gestion du confort thermique pour une personne identifiée, à savoir :
o un paramètre portant sur le choix d’un style de confort thermique, du type « plus doux >> ou « plus dynamique >>
o deux paramètres portant sur la description de l’état de l’utilisateur :
un niveau d’habillement un niveau d’activité métabolique
Claims (11)
1. Système de gestion thermique (1) pour un habitacle de véhicule automobile, système comportant un dispositif de climatisation comportant au moins une sortie d’air traité thermiquement, ce dispositif de climatisation comportant notamment un HVAC (10), et ce système comportant en outre une unité de commande agencé pour :
- acquérir une première donnée représentative du niveau d’habillement d’un passager dans l’habitacle (Cio) et/ou une deuxième donnée représentative (MET) de l’activité métabolique du passager,
- acquérir un paramètre relatif à un état de confort thermique, ce paramètre pouvant prendre au moins deux valeurs extrêmes, l’une des valeurs étant associée à un état de calme et l’autre des valeurs étant associée à un état dynamique,
- gérer le dispositif de climatisation pour délivrer de l’air traité avec un débit qui est fonction de ce paramètre, ce débit étant, pour un même niveau d’habillement et/ou d’activité métabolique, plus faible dans le cas où le paramètre est associé à un état calme et plus élevé dans le cas où le paramètre est associé à un état dynamique.
2. Système selon la revendication précédente, étant agencé pour permettre d’ajuster automatiquement le niveau de température généré par différents actuateurs du dispositif de climatisation, moyennant un apprentissage machine et/ou calibration progressive du profil et des préférences de l’utilisateur.
3. Système selon l’une des revendications précédentes, étant agencé pour mémoriser et/ou acquérir l’un au moins des éléments suivants :
-un profil d’utilisateur,
- au moins un élément contextuel tel que la première donnée représentative du niveau d’habillement d’un passager dans l’habitacle (Cio) et/ou la deuxième donnée représentative (MET) de l’activité métabolique du passage,
- un paramètre représentatif d’un état de confort thermique.
4. Système selon l’une des revendications précédentes, le système comportant un organe de réglage (50) de la chaleur ressenti par le passager, notamment de type « Plus Froid / Plus Chaud >>, pour permettre à l’utilisateur, en demandant plus ou moins de chaleur ressentie par cet organe de réglage, de contribuer à l’apprentissage machine ou pour un utilisateur occasionnel, cet organe de réglage étant notamment connecté au dispositif de commande.
5. Système selon l’une des revendications précédentes, le système étant agencé de sorte que les paramètres ci-dessus soit sélectionnables librement par l’utilisateur, selon ses préférences ou le contexte d’usage du véhicule, ou proposés automatiquement par le système de commande du confort, via la connaissance du profil utilisateur, de l’apprentissage de ses habitudes ou préférences, et d’un traitement d’informations issues de capteurs.
6. Système selon l’une des revendications précédentes, le système étant agencé pour commander automatiquement les paramètres ci-dessus tout en permettant à l’utilisateur à tout instant de modifier l’un ou plusieurs de ces paramètres, que ce soit pour signifier au système une erreur d’appréciation sur l’état thermique de la personne et/ou une erreur d’appréciation sur sa demande de confort thermique.
7. Système selon l’une des revendications précédentes, le dispositif de commande du confort étant agencé pour enrichir et/ou mettre à jour une base de connaissances en fonction des modifications apportées par le passager avec une logique d’apprentissage visant à améliorer la détection ou prédiction de l’état et des attentes du passager au fil des utilisations futures du dispositif de commande.
8. Système selon l’une des revendications précédentes, le système étant agencé pour générer une information représentative du niveau de confiance attribué aux bases de connaissances et/ou modèles utilisés pour évaluer l’état et la demande thermique de l’utilisateur.
9. Dispositif d’interface entre un système de gestion thermique selon l’une des revendications précédentes et un passager du véhicule, ce dispositif d’interface comportant :
- un organe de réglage, notamment une touche tactile, agencé pour mettre au passager de régler la première donnée représentative du niveau d’habillement d’un passager dans l’habitacle (Cio) et/ou une deuxième donnée représentative (MET) de l’activité métabolique du passager,
- un organe de réglage du paramètre relatif à un état de confort thermique.
10. Dispositif d’interface entre un système de gestion thermique agencé pour gérer et contrôler les interactions entre un passager et un système de gestion thermique d’un véhicule automobile, ce dispositif étant agencé pour:
permettre d’informer l’utilisateur de diverses informations décrivant la configuration, l’état et les paramètres de fonctionnement du système de gestion du confort thermique, permettre à l’utilisateur de configurer, paramétrer et activer diverses fonctions du système de gestion du confort thermique, permettre le réglage d’au moins trois paramètres déterminant la configuration et le réglage du système de gestion du confort thermique pour une personne identifiée, à savoir :
o un paramètre portant sur le choix d’un style de confort thermique, du type « plus doux >> ou « plus dynamique >>
o deux paramètres portant sur la description de l’état de l’utilisateur :
un niveau d’habillement un niveau d’activité métabolique
11. Procédé de gestion thermique pour un habitacle de véhicule automobile, utilisant un dispositif de climatisation comportant au moins une sortie d’air traité thermiquement, ce dispositif de climatisation comportant notamment un HVAC, et ce procédé comportant les étapes suivantes :
- acquérir une première donnée représentative du niveau d’habillement d’un passager dans l’habitacle (Cio) et/ou une deuxième donnée représentative (MET) de l’activité métabolique du passager,
- acquérir un paramètre relatif à un état de confort thermique, ce paramètre pouvant prendre au moins deux valeurs extrêmes, l’une des valeurs étant associée à un état de calme et l’autre des valeurs étant associée à un état dynamique,
- gérer le dispositif de climatisation pour délivrer de l’air traité avec un débit qui est fonction de ce paramètre, ce débit étant, pour un même niveau d’habillement et/ou d’activité métabolique, plus faible dans le cas où le paramètre est associé à un état calme et plus élevé dans le cas où le paramètre est associé à un état dynamique.
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