FR3086582A1 - Procede de gestion thermique pour dispositif de gestion thermique, en particulier pour un habitacle de vehicule - Google Patents

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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 (In), chaque indice de confort thermique (In) 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 (∑|In|) pour créer un environnement thermique régulé autour de l'occupant (U).

Description

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 Langer (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,
-2l'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
-3un 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
-4partie 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
-5l'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
-6confort, 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,
-7la 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 audessous, 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
-8moteurs 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 (HR pour Ear InfraRed en anglais, longueur d'onde de l'ordre d'une dizaine de micromètres).
La caméra infrarouges proches est utilisée pour prendre des prises de vue en niveaux de gris de l'intérieur de l'habitacle. La 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.
Les 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.
Les 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)
-9peuvent en particulier illumine l'habitacle pour les prises de vue.
Les 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 U, des émetteurs de lumière structurée ou des caméras tridimensionnelles à temps de vol (3D ToL 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
-10d'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 U, 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 In et un ensemble de coordonnées spatiales xyzn pour chacune des parties du corps du ou des occupants U.
-11Par 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. A 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.
A partir de ces données, l'unité de contrôle 5 établit plusieurs indice de confort thermique /n 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 In prend aussi en compte la température et
-12l'intensité du flux d'air conditionné distribué sur la partie du corps considérée.
De façon analogue au modèle thermique de Fanger, ledit indice In 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 ΣΙ^ηΙEn particulier, cette somme ΣΙ^Ι peut être comparée à un seuil S. Si ^|/n| < S aucune modification du fonctionnement du dispositif de gestion thermique n'est déclenchée. Si ^|/n| > S, l'unité de contrôle va réguler le fonctionnement du dispositif de gestion thermique pour réduire la somme ΣΙ^ηΙLes 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). A 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,
-13comporte peu de terminaisons nerveuses.
Des coefficients de pondération an sont alors associés à l'indice de confort thermique In 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 In pondérés du coefficient de pondération associé an :
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 U, 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 In 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 In 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
-14précédemment 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 In 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 ΣαηΙ/ηΙ des valeurs absolues des indices de confort thermique ln, éventuellement pondérées des coefficients de pondération morphologiques associés an est alors comparée à un seuil S.
Si ΣαηΙΙηΙ < 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 ^|/n| > 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
-15électriques).
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 In 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
-16pour 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 In est de valeur absolue importante par rapport aux autres indices In 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.
A 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 In est suffisamment proche de zéro.
En alternative, l'unité de contrôle 5 peut calculer un indice de confort moyen lo et comparer l'indice In de chaque partie du corps à cet indice moyen lo. L'unité de contrôle 5 peut alors rediriger le flux des parties du corps d'indice In de valeur absolue inférieure à celle de l'indice moyen lo vers les parties du corps d'indice In de valeur absolue supérieure à celle de l'indice moyen lo.
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 U, notamment au moyen d'une interface indiquant plusieurs niveaux de puissance.
Le procédé de gestion thermique prévoit alors la minimisation de la somme :
+ pP tôt
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.
-17L'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.
A 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 :
TfiAPh + pP tôt Ί aA ou bien, pour optimiser uniquement le bruit (sans considérations de puissance) :
+ ClA
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 In 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
-18l'indice de confort thermique In 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 (10)

  1. 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 ([/), • établissement de plusieurs indices de confort thermique (In), chaque indice de confort thermique (In) 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 (ΣΙ^ηΙ) pour créer un environnement thermique régulé autour de l'occupant (U).
  2. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que dans la somme des valeurs absolues des indices de confort (In), 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. 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 (In) indique un inconfort maximal,
    -20• 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. 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 (i/) 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. 5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la somme QjILI) des indices de confort thermique (In) 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 (U).
  6. 6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la somme (ΣΙ^ηΙ) des indices de confort thermique (In) 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. 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. 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. 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
    -22regard 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. 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 (i/), • 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 (ΣΙ^Ι) pour créer un environnement thermique régulé autour de l'occupant (i/).
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