FR3088258A1 - THERMAL MANAGEMENT SYSTEM FOR A MOTOR VEHICLE INTERIOR - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un système de gestion thermique pour un habitacle de véhicule automobile, système (1) comprenant une unité de traitement (2) agencée pour : - acquérir une donnée représentative d'un niveau de stress thermique (TSL) sur au moins une zone du corps d'un passager du véhicule, - déterminer, en fonction de cette donnée représentative d'un niveau de stress thermique (TSL), une consigne d'indice de confort thermique (TCIc), - commander un ou plusieurs actionneurs thermiques du véhicule en fonction de cette consigne d'indice de confort thermique (TCIc).The invention relates to a thermal management system for a passenger compartment of a motor vehicle, system (1) comprising a processing unit (2) arranged for: - acquiring data representative of a thermal stress level (TSL) on at least one body area of a vehicle passenger, - determine, as a function of this data representative of a thermal stress level (TSL), a setpoint of thermal comfort index (TCIc), - control one or more thermal actuators of the vehicle according to this setpoint of thermal comfort index (TCIc).
Description
L’invention concerne un système de gestion thermique pour véhicule automobile. L’invention concerne encore un procédé de gestion thermique mis en oeuvre par un tel système de gestion thermique.The invention relates to a thermal management system for a motor vehicle. The invention also relates to a thermal management method implemented by such a thermal management system.
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.In a motor vehicle, it is known to provide management of the flow rates, temperatures and distribution of the air blown by the various aerators as a function of the external temperature and sunshine conditions. On certain vehicles, this can be combined with the activation of a heated steering wheel and / or a heated or cooled seat, and sometimes contact heated surfaces such as an elbow rest.
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 compte 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.The detection and / or taking into account of the thermal state of the passengers is almost nonexistent, except for a few examples of the use of infrared sensors which detect the surface temperature of the passengers' clothing to better take account of the initial conditions during the transitional phase reception (when the person comes from a cold or warm atmosphere) and thermal balance resulting from radiative and convective exchanges. In general, the measurement of the thermal state of the passenger compartment is limited to a measurement of air temperatures combined with a sun sensor.
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.More sophisticated approaches to comfort management have been proposed using new sensors, in particular infrared cameras, and new actuators, in particular radiant panels and / or localized air supplies.
L’invention vise notamment à proposer une amélioration des systèmes de gestion thermiques connus.The invention aims in particular to propose an improvement of known thermal management systems.
L’invention a ainsi pour objet un système de gestion thermique pour un habitacle de véhicule automobile, système comportant une unité de traitement agencée pour :The subject of the invention is therefore a thermal management system for a passenger compartment of a motor vehicle, system comprising a processing unit arranged for:
- 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,- acquire a first data representative of the level of clothing of a passenger in the passenger compartment (Cio) and / or a second data representative (MET) of the passenger's metabolic activity,
- acquérir une troisième donnée représentative de l’environnement thermique du passager dans l’habitacle, notamment un ensemble de données permettant de caractériser l’environnement thermique,- acquire a third datum representative of the passenger's thermal environment in the passenger compartment, in particular a set of data enabling the thermal environment to be characterized,
- déterminer une valeur d’un indice de confort thermique (TCI) associé au passager dans l’habitacle sur la base des données ainsi acquises.- determine a value of a thermal comfort index (TCI) associated with the passenger in the passenger compartment on the basis of the data thus acquired.
L’invention permet de répondre à des attentes croissantes en matière de confort et de bien-être à bord d’un véhicule, et notamment en augmentant la capacité à s’adapter aux besoins de chaque passager.The invention makes it possible to meet growing expectations in terms of comfort and well-being on board a vehicle, and in particular by increasing the ability to adapt to the needs of each passenger.
Le système selon l’invention permet les aspects suivants :The system according to the invention allows the following aspects:
- la capacité de s’adapter au profil particulier de chaque passager, c'està-dire prendre en compte ses attentes ou préférences particulières, ainsi que son domaine spécifique de confort lié à son profil personnel (sexe, âge, ratio masse musculaire / graisse, etc...)- the ability to adapt to the specific profile of each passenger, i.e. to take into account their specific expectations or preferences, as well as their specific area of comfort linked to their personal profile (gender, age, muscle mass / fat ratio) , etc ...)
- la capacité de prendre en compte chaque contexte d’usage ou d’état des passagers pouvant impacter le confort thermique: habillement, métabolisme (digestion, sport, heure...), stress, fatigue...- the ability to take into account each context of use or state of passengers that can impact thermal comfort: clothing, metabolism (digestion, sport, time ...), stress, fatigue ...
- la capacité de prendre en compte une grande variété des échanges thermiques sur les passagers, que ce soit en nature (convection, rayonnement, contacts) ou localisation (tête, cou, torse, bras, mains, dos, cuisses, jambes, pieds)- the ability to take into account a wide variety of heat exchanges on passengers, whether in kind (convection, radiation, contacts) or location (head, neck, torso, arms, hands, back, thighs, legs, feet)
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 première, deuxième et troisième données.According to one aspect of the invention, the system comprises at least one sensor arranged to measure a parameter used to determine at least one of the first, second and third data.
Selon un aspect de l’invention, le capteur est choisi parmi :According to one aspect of the invention, the sensor is chosen from:
- une caméra, notamment une caméra DMS, agencée pour observer un passager dans l’habitacle,- a camera, in particular a DMS camera, arranged to observe a passenger in the passenger compartment,
- un dôme formé par au moins une caméra infrarouge placée sur un plafond de l’habitacle et qui permet de mesurer les températures des parois et vitrages de l’habitacle, ainsi que des mouvements et températures des passagers,- a dome formed by at least one infrared camera placed on a ceiling of the passenger compartment and which makes it possible to measure the temperatures of the walls and glazing of the passenger compartment, as well as the movements and temperatures of the passengers,
- un capteur d’ensoleillement,- a sun sensor,
- un capteur de température à la sortie d’un dispositif de climatisation ou d’un HVAC après les échangeurs,- a temperature sensor at the outlet of an air conditioning system or an HVAC after the exchangers,
- un capteur de température d’air régnant dans l’habitacle.- an air temperature sensor prevailing in the passenger compartment.
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.A DMS camera (Driver Monitoring System in English) is a camera operating in the near infrared and can be used to recover an image of the driver's face and / or bust, regardless of the brightness in the passenger compartment. Thanks to algorithms, in particular by physical analysis or by using big data or big data in English, we can deduce a lot of information such as: recognition of the identity of the passenger, evaluation of the level of fatigue, estimation of the heart rate, recognition of the clothes worn at the top of the body.
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.According to one aspect of the invention, the system comprises an air conditioning device, in particular an HVAC, and the system is arranged to measure a parameter used to determine the third datum representative of the passenger's thermal environment in the passenger compartment, this parameter being linked to the state of the air conditioning device, in particular the power of a blower of the air conditioning device or the distribution of air conditioning from the air conditioning device.
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.According to one aspect of the invention, the first datum (Cio) representative of the level of clothing of the passenger in the passenger compartment corresponds to a thermal resistance of the clothing worn by the passenger.
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/ou veste et/ou 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.According to one aspect of the invention, the system is arranged to process an image taken by a camera and to, from this image, determine the type of clothing (T-shirt and / or shirt and / or sweater and / or jacket and / or coat and / or scarf and / or hat) worn by the passenger, in particular by image recognition, the system being further arranged to determine the thermal resistance from the type of clothing thus measured.
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.According to one aspect of the invention, the second representative datum (MET) of the passenger's metabolic activity is dependent at least on a passenger's heart rate which is measured in particular by a system camera, in particular a DMS camera.
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.According to one aspect of the invention, this camera is arranged to observe changes in color of the passenger's face due to the movement of blood in the skin of the face, and the system measures the heart rate from these images.
Selon un aspect de l’invention, la deuxième donnée représentative (MET) de l’activité métabolique du passager est dépendante au moins d’un rythme et amplitude respiratoires du passager qui sont mesurés notamment par une caméra du système, notamment une caméra DMS.According to one aspect of the invention, the second representative datum (MET) of the passenger's metabolic activity is dependent at least on a passenger's respiratory rate and amplitude which are measured in particular by a system camera, in particular a DMS camera.
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.According to one aspect of the invention, the second representative datum (MET) of the metabolic activity of the passenger is dependent at least on a physical characteristic of the passenger which is measured in particular by a camera of the system, in particular a DMS camera.
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.According to one aspect of the invention, the camera is arranged to measure, in particular by image processing, physical characteristics of the passenger, in particular gender, age, size and volume. It is possible to deduct the weight.
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.According to one aspect of the invention, the second representative datum (MET) of the metabolic activity of the passenger is dependent both on a heart rate of the passenger and at least on a physical characteristic of the passenger.
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 et amplitude respiratoires du passager et au moins d’une caractéristique physique du passager.According to one aspect of the invention, the second representative datum (MET) of the metabolic activity of the passenger is dependent both on a respiratory rhythm and amplitude of the passenger and at least on a physical characteristic of the passenger.
Selon un aspect de l’invention, la deuxième donnée représentative (MET) de l’activité métabolique du passager correspondant à une puissance surfacique thermique produite par le passager, c’est à dire à son activité métabolique ramenée à la surface d’échange du corps avec l’extérieur.According to one aspect of the invention, the second representative data (MET) of the metabolic activity of the passenger corresponding to a thermal surface power produced by the passenger, that is to say its metabolic activity reduced to the exchange surface of the body with the outside.
Selon un aspect de l’invention, le système est agencé pour, à partir des températures des parois et/ou vitrages mesurées 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.According to one aspect of the invention, the system is arranged for, from the temperatures of the walls and / or glazings measured by a sensor, in particular by an infrared dome, calculate the radiative temperature for at least one part, in particular several parts, of the passenger body such as head, chest, back, legs, calves, feet, arms.
Selon un aspect de l’invention, le calcul est réalisé pour au moins sept parties distinctes du corps, notamment au moins dix parties distinctes du corps telles que tête, cou, torse, bras, mains, dos, fessier, cuisses, jambes, pieds.According to one aspect of the invention, the calculation is carried out for at least seven distinct parts of the body, in particular at least ten distinct parts of the body such as head, neck, torso, arms, hands, back, buttocks, thighs, legs, feet .
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, mains, 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 et/ou corrélations physiques.According to one aspect of the invention, the system is arranged to estimate the air temperature in contact with the passenger for a part of the body of the passenger, in particular several parts of the body of the passenger, in particular the head, bust, back, legs, calves , feet, arms, hands, in particular from the power of an air blower and / or the distribution of HVAC and / or the supply air temperature and the temperature of the passenger compartment and in particular based on abacuses and / or physical correlations.
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 et/ou corrélations physiques, la vitesse d’air au contact d’une partie ou plusieurs parties du corps du passager.According to one aspect of the invention, the system is arranged for, from the distribution of the HVAC and / or the power of the air blower, to estimate, in particular from abacuses and / or physical correlations, air velocity in contact with one or more parts of the passenger's body.
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.According to one aspect of the invention, the system is arranged to acquire characteristics of the HVAC, such as the position of the flaps and a characteristic of the blower, to estimate the air speed at the level of the passengers.
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.According to one aspect of the invention, these temperatures and / or speeds are used to calculate the third datum representative of the passenger's thermal environment in the passenger compartment.
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, les mains.According to one aspect of the invention, the system is arranged to estimate the total thermal power exchanged (P_tot_theoritical) by the passenger with his environment by estimating the thermal power exchanged part by part of the body, in particular the head, the bust, the back, legs, calves, feet, arms, hands.
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), de l’ensoleillement des passagers, et des échanges par la respiration et sudation des passagers.According to one aspect of the invention, the powers exchanged are a function of the local air speed, the local air temperature, the local radiant temperature, the surface of the passengers, the level of clothing of the passenger (Cio ), the sunshine of the passengers, and exchanges by breathing and sweating of the passengers.
Selon un aspect de l’invention, les puissances échangées par respiration et sudation des passagers sont fonction de la deuxième donnée représentative (MET) de l’activité métabolique du passager, de la température et de l’humidité de l’air ambiant.According to one aspect of the invention, the powers exchanged by respiration and sweating of the passengers are a function of the second representative datum (MET) of the metabolic activity of the passenger, the temperature and the humidity of the ambient air.
Selon un aspect de l’invention, le système est agencé pour comparer la puissance thermique totale pouvant être échangée avec l’environnement en maintenant la peau à une température de confort (P_tot_theoritical) avec la puissance 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 (TCI).According to one aspect of the invention, the system is arranged to compare the total thermal power that can be exchanged with the environment by maintaining the skin at a comfortable temperature (P_tot_theoritical) with the power produced by the metabolism of the passengers and, by multiplying this difference in power by a coefficient, determine a value of the thermal comfort index (TCI).
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 personnalisée du système thermique.According to one aspect of the invention, this model can then be used to estimate the instant comfort of passengers. It is also possible to define instructions for thermal actuators in order to achieve passenger comfort. There is thus a personalized regulation of the thermal system.
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.Unlike known regulations which are based exclusively on parameters external to the passengers (cabin temperature, external temperature, sunshine), the invention preferably uses both external data and characteristics of the passengers. We can thus refine the thermal need to achieve thermal comfort for passengers.
L’invention a encore pour objet un procédé de gestion du confort thermique dans un habitacle automobile utilisant un modèle estimatif des sensations thermiques et du confort thermique basé sur un calcul des échanges thermiques sur les différentes parties du corps et l’analyse des températures d’équilibre et bilans de puissance qui en résultent, caractérisé en ce que le procédé détermine simultanément, pour estimer un indice de confort:The subject of the invention is also a method of managing thermal comfort in a motor vehicle interior using an estimated model of thermal sensations and thermal comfort based on a calculation of the heat exchanges on the different parts of the body and the analysis of the temperatures of balance and power balances which result therefrom, characterized in that the method simultaneously determines, in order to estimate a comfort index:
- l’activité métabolique du ou des passagers, issue de données de mesures et/ou d’un modèle d’estimation prédéterminé,- the metabolic activity of the passenger (s), derived from measurement data and / or from a predetermined estimation model,
- le niveau d’habillement du ou des passagers, issu de données de mesures et/ou d’un modèle d’estimation prédéterminé,- the level of clothing of the passenger (s), based on measurement data and / or a predetermined estimation model,
- les échanges par convection, rayonnement et contact avec le ou les passagers, pris sur au moins six zones distinctes du corps.- exchanges by convection, radiation and contact with the passenger (s), taken from at least six distinct areas of the body.
Selon un aspect de l’invention 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.According to one aspect of the invention, the method is arranged to take into account heat exchanges by respiration, sweating and perspiration, as a function of ambient temperature and humidity and of metabolism to estimate a comfort index.
Selon un aspect de l’invention, l’activité métabolique est déterminée en fonction du jour et/ou de l’heure, du sexe, de l’âge, de la taille, du poids, d’autres caractéristiques personnelles du passager, et de la donnée ou connaissance de ses activités courantes ou antérieures.According to one aspect of the invention, the metabolic activity is determined as a function of the day and / or the hour, of sex, of age, of height, of weight, of other personal characteristics of the passenger, and data or knowledge of current or previous activities.
Selon un aspect de l’invention, le procédé est agencé pour prendre en compte des variations dans le temps ou entre parties du visage de la température de peau mesurées par une caméra infrarouge.According to one aspect of the invention, the method is arranged to take into account variations over time or between parts of the face of the skin temperature measured by an infrared camera.
Selon un aspect de l’invention, le procédé est agencé pour prendre en compte une estimation d’une sensation thermique locale et globale basée sur la donnée de températures de peau prises comme référence du confort sur chaque partie du corps, et sur un calcul du déficit thermique résultant d’un bilan des échanges locaux et globaux obtenu avec ces températures.According to one aspect of the invention, the method is arranged to take into account an estimate of a local and global thermal sensation based on the data of skin temperatures taken as reference of comfort on each part of the body, and on a calculation of the thermal deficit resulting from a balance of local and global exchanges obtained with these temperatures.
Selon un aspect de l’invention, le procédé est agencé pour prendre en compte une carte des températures de peau prises comme référence du confort sous forme de valeurs tabulées et/ou modélisées et/ou obtenues par apprentissage, en fonction du profil et préférences de chaque passager, des conditions ambiantes et du contexte d’usage.According to one aspect of the invention, the method is arranged to take into account a map of the skin temperatures taken as a reference of comfort in the form of tabulated values and / or modeled and / or obtained by learning, according to the profile and preferences of each passenger, ambient conditions and usage context.
Selon un aspect de l’invention, le procédé est agencé pour prendre en compte une estimation d’un confort thermique global basée sur l’application d’une formule qui combine et pondère l’influence de l’écart sur chaque partie du corps entre la température de peau à l’équilibre et la température de référence du confort, ainsi que la variation au cours du temps de cet écart.According to one aspect of the invention, the method is arranged to take into account an estimate of an overall thermal comfort based on the application of a formula which combines and weights the influence of the difference on each part of the body between the equilibrium skin temperature and the reference comfort temperature, as well as the variation over time of this difference.
Selon un aspect de l’invention, le procédé est agencé pour prendre en compte des coefficients de pondération de l’impact de chaque terme (écart entre températures d’équilibre et température de référence et/ou sa variation locale) sous forme de valeurs tabulées et/ou modélisées et/ou obtenues par apprentissage, en fonction du profil et préférences de chaque passager, des conditions ambiantes et du contexte d’usage.According to one aspect of the invention, the method is arranged to take into account the weighting coefficients of the impact of each term (difference between equilibrium temperatures and reference temperature and / or its local variation) in the form of tabulated values and / or modeled and / or obtained by learning, according to the profile and preferences of each passenger, the ambient conditions and the context of use.
Le document WO17173222 décrit un procédé de détermination et de contrôle de l’état thermique d’un occupant à l’intérieur d’un véhicule, procédé prenant en compte des écarts de températures mesurées entre différentes parties du visage de cet occupant, notamment son nez et une zone entourant son nez. Le document WO17016784 décrit quant à lui une méthode permettant d’améliorer le suivi de températures de points remarquables du visage par l’utilisation simultanée de deux caméras.Document WO17173222 describes a method for determining and controlling the thermal state of an occupant inside a vehicle, method taking into account temperature differences measured between different parts of the face of this occupant, in particular his nose and an area surrounding his nose. The document WO17016784 describes a method for improving the monitoring of temperatures of remarkable points on the face by the simultaneous use of two cameras.
Le document intitulé « Infrared thermography of human face for monitoring thermoregulation performance and estimating personal thermal comfort » publié dans la revue Civil and Environmental Engineering, décrit une méthode d’analyse des températures du visage dans un but d’analyse du confort thermique.The document entitled "Infrared thermography of human face for monitoring thermoregulation performance and estimating personal thermal comfort" published in the journal Civil and Environmental Engineering, describes a method of analyzing facial temperatures for the purpose of analyzing thermal comfort.
La présente invention s’appuie en partie sur les trois documents de l’art antérieur précités, afin de fournir une solution innovante de gestion du confort thermique dans un habitacle. Elle constitue une amélioration des modèles existants et propose une approche plus globale et dynamique de la gestion du confort thermique au sein de l’habitacle.The present invention is based in part on the three aforementioned prior art documents, in order to provide an innovative solution for managing thermal comfort in a passenger compartment. It is an improvement on existing models and offers a more global and dynamic approach to managing thermal comfort within the passenger compartment.
La présente invention a ainsi pour objet un système de gestion thermique pour un habitacle de véhicule automobile, système comprenant une unité de traitement agencée pour :The present invention thus relates to a thermal management system for a passenger compartment of a motor vehicle, system comprising a processing unit arranged for:
- acquérir une donnée représentative d’un niveau de stress thermique (TSL) sur au moins une zone du corps d’un passager du véhicule,- acquire data representative of a thermal stress level (TSL) on at least one area of the body of a passenger of the vehicle,
- déterminer, en fonction de cette donnée représentative d’un niveau de stress thermique (TSL), une consigne d’indice de confort thermique (TCIc),- determine, based on this data representative of a thermal stress level (TSL), a setpoint of thermal comfort index (TCIc),
- commander un ou plusieurs actionneurs thermiques du véhicule en fonction de cette consigne d’indice de confort thermique (TCIc).- control one or more thermal actuators of the vehicle according to this setpoint of thermal comfort index (TCIc).
Selon un aspect de l’invention, le stress thermique du passager est associé à une situation choisie parmi :According to one aspect of the invention, the passenger's thermal stress is associated with a situation chosen from:
- un événement antérieur proche par exemple une course à pieds qui vient de se terminer, une promenade dans un environnement très froid,- a previous event close to, for example a run which has just ended, a walk in a very cold environment,
- une variation subite d’environnement thermique, par exemple le passager entre dans un véhicule surchauffé en été, ou le soleil vient subitement frapper la tête du passager,- a sudden change in the thermal environment, for example the passenger enters an overheated vehicle in summer, or the sun suddenly hits the head of the passenger,
- un stress thermique résultant d’un choc psycho-physiologique, par exemple un accident évité de justesse.- thermal stress resulting from a psycho-physiological shock, for example a near-miss accident.
Selon un aspect de l’invention, l’unité de traitement est en outre agencée pour déterminer une valeur d’un indice de confort thermique (TCI) associé au passager sur la base d’une donnée représentative de l’activité métabolique (MET) de ce passager et/ou d’une ou plusieurs données représentatives des échanges thermiques entre ce passager et l’environnement extérieur.According to one aspect of the invention, the processing unit is further arranged to determine a value of a thermal comfort index (TCI) associated with the passenger on the basis of data representative of metabolic activity (MET) of this passenger and / or of one or more data representative of the thermal exchanges between this passenger and the external environment.
Selon un aspect de l’invention, la donnée représentative de l’activité métabolique (MET) est la contribution de plusieurs termes : le métabolisme basal, le métabolisme d’activité et la thermogénèse.According to one aspect of the invention, the data representative of metabolic activity (MET) is the contribution of several terms: basal metabolism, activity metabolism and thermogenesis.
Le métabolisme basal permet d’assurer le fonctionnement de l’organisme et il est notamment fonction du genre, de l’âge, de la taille et du poids de la personne. Le métabolisme d’activité résulte d’une activité physique ou cognitive consommatrice de calories. La thermogénèse représente un métabolisme en réaction à un état thermique hors équilibre.Basal metabolism ensures the functioning of the organism and is notably a function of the person's gender, age, height and weight. Activity metabolism is the result of physical or cognitive activity that consumes calories. Thermogenesis represents a metabolism in reaction to an out of equilibrium thermal state.
Selon un aspect de l’invention, les échanges thermiques pris en compte entre ce passager et l’environnement extérieur sont :According to one aspect of the invention, the heat exchanges taken into account between this passenger and the external environment are:
- les échanges thermiques par convection avec l’air,- heat exchange by convection with air,
- les échanges par conduction et contact entre un ou plusieurs équipements de l’habitacle, par exemple un siège ou le volant, et certaines parties du corps du passager pouvant être habillées ou non,- exchanges by conduction and contact between one or more items of equipment in the passenger compartment, for example a seat or the steering wheel, and certain parts of the passenger's body which may or may not be dressed,
- les échanges radiatifs dans le domaine infrarouge avec des surfaces chaudes ou froides de l’habitacle en regard de certaines parties du corps du passager,- radiative exchanges in the infrared domain with hot or cold surfaces of the passenger compartment facing certain parts of the passenger's body,
- les échanges par respiration, perspiration et sudation,- exchanges by breathing, perspiration and sweating,
- les échanges par l’ensoleillement direct ou indirect des passagers.- exchanges by direct or indirect sunshine for passengers.
Selon un aspect de l’invention,According to one aspect of the invention,
- la consigne d’indice de confort thermique (TCIc) consiste à maintenir ou à atteindre une valeur d’indice de confort thermique égale à 0 (TCI = 0) si le niveau de stress thermique (TSL) est inférieur à une valeur seuil déterminée (TSL < Seuil), cet indice de confort thermique (TCI) étant calculé à partir d’objectifs de températures de peau correspondant à la neutralité thermique,- the thermal comfort index setpoint (TCIc) consists in maintaining or reaching a thermal comfort index value equal to 0 (TCI = 0) if the thermal stress level (TSL) is less than a determined threshold value (TSL <Threshold), this thermal comfort index (TCI) being calculated on the basis of skin temperature objectives corresponding to thermal neutrality,
- la consigne d’indice de confort thermique (TCIc) consiste à atteindre une valeur d’indice de confort thermique non nulle (TCI * 0) si le niveau de stress thermique (TSL) est supérieur à une valeur seuil déterminée (TSL > Seuil), cet indice de confort thermique (TCI) étant calculé à partir d’objectifs de températures de peau correspondant à la neutralité thermique.- the thermal comfort index setpoint (TCIc) consists in reaching a non-zero thermal comfort index value (TCI * 0) if the thermal stress level (TSL) is greater than a determined threshold value (TSL> Threshold ), this thermal comfort index (TCI) being calculated on the basis of skin temperature objectives corresponding to thermal neutrality.
Selon un aspect de l’invention, la consigne d’indice de confort thermique (TCIc) consiste à atteindre une valeur d’indice de confort thermique nulle (TCI = 0) si le niveau de stress thermique (TSL) est supérieur à une valeur seuil déterminée (TSL > Seuil), cet indice de confort thermique (TCI) étant calculé à partir de nouvelles températures de peau cibles, différentes des températures de peau cibles à la neutralité thermique.According to one aspect of the invention, the setpoint of thermal comfort index (TCIc) consists in reaching a value of zero thermal comfort index (TCI = 0) if the thermal stress level (TSL) is greater than a value determined threshold (TSL> Threshold), this thermal comfort index (TCI) being calculated from new target skin temperatures, different from the target skin temperatures at thermal neutrality.
Selon un aspect de l’invention, la donnée représentative du niveau de stress thermique (TSL) est déterminée à partir d’au moins un des critères suivants :According to one aspect of the invention, the data representative of the thermal stress level (TSL) is determined on the basis of at least one of the following criteria:
- une valeur significative d’une température superficielle de l’habillement Th, notamment supérieure à 30°C ou inférieure à 20°C,- a significant value of a surface temperature of the clothing Th, in particular greater than 30 ° C or less than 20 ° C,
- une valeur significative d’une température faciale Tv du passager, notamment supérieure à 39°C ou inférieure à 28°C,- a significant value of a passenger's facial temperature T v , in particular greater than 39 ° C or less than 28 ° C,
- un écart significatif, ou une variation significative de cet écart au cours du temps, de températures faciales ΔΤν, en particulier entre le nez et les joues et/ou le front, en particulier supérieur à 3°C,- a significant difference, or a significant variation of this difference over time, in facial temperatures ΔΤ ν , in particular between the nose and the cheeks and / or the forehead, in particular greater than 3 ° C,
- une valeur significative d’un flux thermique par contact (PCont) avec notamment le siège ou le volant, en particulier inférieur à 50W/m2 (trop chaud), ou supérieur à 100 W/m2 (trop froid),- a significant value of a contact heat flow (PCont) with in particular the seat or the steering wheel, in particular less than 50W / m 2 (too hot), or more than 100 W / m 2 (too cold),
- une valeur significative de la température apparente, combinant la température d’air et la température radiative autour du passager, en particulier supérieure à 30 °C, ou inférieure à 10 °C.- a significant value of the apparent temperature, combining the air temperature and the radiative temperature around the passenger, in particular higher than 30 ° C, or lower than 10 ° C.
- une valeur d’indice de confort thermique pouvant être soit très élevé (TCI > 2) ou soit très faible (TCI < -2), situations pouvant traduire un déséquilibre important et transitoire de l’index de confort thermique (TCI).- a thermal comfort index value which can be either very high (TCI> 2) or very low (TCI <-2), situations which may reflect a significant and transient imbalance in the thermal comfort index (TCI).
Ces critères sont jugés significatifs s’ils dépassent une valeur seuil prédéterminée, valeur seuil pouvant varier selon l’environnement thermique, le profil et l’état du passager, la précision et sensibilité des capteurs utilisés pour mesurer les paramètres servant à caractériser le niveau de stress thermique (TSL) du passager.These criteria are considered significant if they exceed a predetermined threshold value, a threshold value that can vary depending on the thermal environment, the profile and condition of the passenger, the precision and sensitivity of the sensors used to measure the parameters used to characterize the level of passenger thermal stress (TSL).
Selon un aspect de l’invention, la température superficielle de l’habillement Th est déterminée à partir d’un capteur choisi parmi :According to one aspect of the invention, the surface temperature of the clothing Th is determined from a sensor chosen from:
- une caméra thermique infrarouge disposée face au passager, en particulier intégrée au DMS,- an infrared thermal camera placed facing the passenger, in particular integrated into the DMS,
- une caméra thermique infrarouge disposée dans un dôme sur le plafond de l’habitacle,- an infrared thermal camera placed in a dome on the passenger compartment ceiling,
- une caméra thermique infrarouge disposée sur un des piliers avant ou milieu de l’habitacle, ou sur la console centrale pour observer les passagers sur les places arrière.- an infrared thermal camera located on one of the front or middle pillars of the passenger compartment, or on the center console to observe passengers in the rear seats.
Selon un aspect de l’invention, le critère de détection d’un stress thermique portant sur la température superficielle de l’habillement Th est fonction du niveau d’habillement (Cio), de la température d’air locale, de la vitesse d’air locale et de l’activité métabolique (MET).According to one aspect of the invention, the criterion for detecting a thermal stress relating to the surface temperature of the clothing Th is a function of the level of clothing (Cio), the local air temperature, the speed d air and metabolic activity (MET).
Selon un aspect de l’invention, la température faciale Tv du passager, ou la variation ΔΤν de température faciale appartenant à deux zones distinctes du passager, sont déterminées à partir d’une caméra infrarouge, notamment une pluralité de caméras infrarouge.According to one aspect of the invention, the facial temperature T v of the passenger, or the variation ΔΤ ν of facial temperature belonging to two distinct zones of the passenger, are determined from an infrared camera, in particular a plurality of infrared cameras.
Selon un aspect de l’invention, la caméra est une caméra fonctionnant dans le lointain infrarouge (FIR ou Far Infra Red camera, en anglais) et pouvant générer une cartographie thermique à basse ou moyenne résolution.According to one aspect of the invention, the camera is a far infrared camera (FIR or Far Infra Red camera, in English) and can generate thermal mapping at low or medium resolution.
Selon un aspect de l’invention, la caméra est une caméra fonctionnant dans le proche infrarouge (NIR ou Near Infra Red camera, en anglais) et pouvant générer des images à moyenne ou à haute résolution pour une longueur d’onde donnée.According to one aspect of the invention, the camera is a camera operating in the near infrared (NIR or Near Infra Red camera) and can generate images at medium or high resolution for a given wavelength.
Selon un aspect de l’invention, les actionneurs thermiques sont configurés pour le réglage d’au moins un paramètre thermique d’un équipement prévu dans l’habitacle du véhicule, tel qu’un volant, un siège, une vitre, de manière à réguler l’état thermique du passager au niveau d’une partie de son corps.According to one aspect of the invention, the thermal actuators are configured for the adjustment of at least one thermal parameter of an item of equipment provided in the passenger compartment of the vehicle, such as a steering wheel, a seat, a window, so as to regulate the passenger's thermal state in a part of their body.
Selon un aspect de l’invention, le ou les actionneurs thermiques sont configurés pour le réglage d’au moins un paramètre aérothermique d’un équipement d’une installation de chauffage, ventilation et/ou climatisation du véhicule, tel que la température, le débit et la distribution d’un flux d’air à destination de l’habitacle.According to one aspect of the invention, the thermal actuator or actuators are configured for the adjustment of at least one aerothermal parameter of an item of equipment of a heating, ventilation and / or air conditioning installation of the vehicle, such as the temperature, the flow and distribution of an air flow to the passenger compartment.
Selon un aspect de l’invention, les actionneurs thermiques sont configurés pour le réglage de la température de surface d’un panneau radiant intégré à l’habitacle, ce panneau radiant pouvant être installé par exemple au niveau de la planche de bord, d’un pilier, du pavillon, d’une cave à pieds, d’une portière, d’un siège du véhicule.According to one aspect of the invention, the thermal actuators are configured for adjusting the surface temperature of a radiant panel integrated into the passenger compartment, this radiant panel being able to be installed for example at the dashboard, a pillar, the pavilion, a cellar, a door, a vehicle seat.
Selon un aspect de l’invention, la partie du corps du passager est : au moins une zone du visage, la nuque, au moins une épaule, le torse, le dos, au moins une main, au moins un bras, au moins une jambe, au moins un pied et/ou une cheville.According to one aspect of the invention, the part of the passenger's body is: at least one area of the face, the nape of the neck, at least one shoulder, the torso, the back, at least one hand, at least one arm, at least one leg, at least one foot and / or ankle.
La présente invention concerne encore un procédé de gestion thermique pour un habitacle de véhicule automobile, procédé comprenant les étapes suivantes :The present invention also relates to a thermal management method for a passenger compartment of a motor vehicle, method comprising the following steps:
- acquérir une donnée représentative d’un niveau de stress thermique (TSL) sur au moins une zone du corps d’un passager du véhicule,- acquire data representative of a thermal stress level (TSL) on at least one area of the body of a passenger of the vehicle,
- déterminer, en fonction de cette donnée représentative d’un niveau de stress thermique (TSL), une consigne d’indice de confort thermique (TCIc), soit en donnant une valeur sélectionnée à cette consigne, soit en donnant une valeur sélectionnée à un paramètre qui entre dans le calcul de cette consigne d’indice de confort thermique (TCIc),- determine, as a function of this data representative of a thermal stress level (TSL), a setpoint of thermal comfort index (TCIc), either by giving a selected value to this setpoint, or by giving a selected value to a parameter which is used to calculate this thermal comfort index (TCIc) setpoint,
- commander un ou plusieurs actionneurs thermiques du véhicule en fonction de cette consigne d’indice de confort thermique (TCIc).- control one or more thermal actuators of the vehicle according to this setpoint of thermal comfort index (TCIc).
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 :The invention will be better understood and other details, characteristics and advantages of the invention will appear on reading the following description given by way of nonlimiting example with reference to the appended drawing in which:
- la figure 1 illustre schématiquement et partiellement, un système de gestion thermique selon l’invention,- Figure 1 schematically and partially illustrates, a thermal management system according to the invention,
- la figure 2 illustre des étapes du procédé de détermination de l’indice de confort thermique (TCI) dans le système de la figure 1,FIG. 2 illustrates steps of the method for determining the thermal comfort index (TCI) in the system of FIG. 1,
- la figure 3 représente les différentes zones du passager impliquées dans les procédés des figures 2 et 4,FIG. 3 represents the different areas of the passenger involved in the methods of FIGS. 2 and 4,
- la figure 4 illustre des étapes du procédé de gestion du confort thermique dans le système de la figure 1,FIG. 4 illustrates steps of the method of managing thermal comfort in the system of FIG. 1,
- la figure 5 est un organigramme illustrant les possibilités de gestion du confort thermique suite à la détection d’un niveau de stress thermique.- Figure 5 is a flowchart illustrating the possibilities of managing thermal comfort following the detection of a level of thermal stress.
On a représenté sur la figure 1 un système de gestion thermique 1 pour un habitacle de véhicule automobile, système comportant une unité de traitement 2 agencé pour :FIG. 1 shows a thermal management system 1 for a passenger compartment of a motor vehicle, system comprising a processing unit 2 arranged for:
- acquérir une première donnée (Cio) représentative du niveau d’habillement d’un passager dans l’habitacle,- acquire a first datum (Cio) representative of the level of clothing of a passenger in the passenger compartment,
- acquérir une deuxième donnée représentative (MET) de l’activité métabolique du passager,- acquire a second representative data (MET) of the passenger's metabolic activity,
- acquérir une troisième donnée représentative de l’environnement thermique du passager dans l’habitacle,- acquire a third data representative of the passenger's thermal environment in the passenger compartment,
- déterminer une valeur d’un indice de confort thermique (TCI) associé au passager dans l’habitacle sur la base des trois données ainsi acquises.- determine a value of a thermal comfort index (TCI) associated with the passenger in the passenger compartment on the basis of the three data thus acquired.
Le système 1 comporte plusieurs capteurs agencés pour mesurer plusieurs paramètres servant à déterminer les première, deuxième et troisième données.The system 1 comprises several sensors arranged to measure several parameters used to determine the first, second and third data.
Ces capteurs comportent :These sensors include:
- une caméra DMS 3 agencée pour observer un passager dans l’habitacle, comportant au moins une caméra infrarouge,- a DMS 3 camera arranged to observe a passenger in the passenger compartment, comprising at least one infrared camera,
- un dôme 4 formé par au moins une caméra infrarouge placée sur un plafond de l’habitacle et qui permet de mesurer les température des parois et vitrages de l’habitacle, ainsi que les mouvement et températures des passagers,- a dome 4 formed by at least one infrared camera placed on a ceiling of the passenger compartment and which makes it possible to measure the temperature of the walls and glazing of the passenger compartment, as well as the movement and temperatures of the passengers,
- un capteur d’ensoleillement 5,- a sun sensor 5,
- un capteur de température 6 à la sortie d’un dispositif de climatisation ou de l’HVAC 10,- a temperature sensor 6 at the outlet of an air conditioning device or the HVAC 10,
- un capteur de température 7 régnant dans l’habitacle.- a temperature sensor 7 prevailing in the passenger compartment.
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.The system 1 is arranged to measure a parameter used to determine the third datum representative of the passenger's thermal environment in the passenger compartment, this parameter being linked to the state of the air conditioning device, in particular the power of a blower of the device or the distribution of air conditioning from the air conditioning system.
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.The first datum (Cio) representative of the level of clothing of the passenger in the passenger compartment corresponds to a measured thermal resistance of the clothing worn by the passenger.
A cet effet, le système 1 est agencé pour traiter une image prise par la caméra 3 et/ou 4 et pour, à partir de cette image, déterminer le type de vêtements (T-shirt et/ou chemise et/ou pull et/ou veste et/ou 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.To this end, the system 1 is arranged to process an image taken by the camera 3 and / or 4 and to, from this image, determine the type of clothing (T-shirt and / or shirt and / or sweater and / or jacket and / or coat and / or scarf and / or hat) worn by the passenger, in particular by image recognition, the system 1 being further arranged to determine the thermal resistance from the type of clothing thus measured.
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.The second representative data (MET) of the passenger's metabolic activity is dependent on a passenger's heart rate HR which is measured in particular by camera 3, as can be seen in FIG. 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.This camera 3 is arranged to observe changes in color of the passenger's face due to the movement of blood at the level of the skin of the face, and the system measures from these images the heart rate.
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 3 et/ou 4 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.The second representative data (MET) of the metabolic activity of the passenger is dependent on a physical characteristic of the passenger which is measured by the camera 3 and / or 4 to determine, by image processing, of the physical characteristics PC of the passenger, including gender, age, size and volume, and indirectly weight.
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.The second data representative MET of the metabolic activity of the passenger corresponds to a thermal surface power PS produced by the passenger deduced using the data PC.
Plusieurs données représentatives de l’activité métabolique du passager (MET) sont utilisées.Several data representative of the metabolic activity of the passenger (MET) are used.
Le système 1 est agencé pour, à partir des températures des parois et/ou vitrages mesurées 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.The system 1 is arranged for, from the temperatures of the walls and / or glazings measured by the infrared dome 4, calculate the radiative temperature for several parts of the passenger's body such as the head Z1, the bust Z2, the back Z3, the legs Z4, feet Z5, arms Z6 and hands Z7, as can be seen in 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, mains, 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.System 1 is designed to estimate the air temperature in contact with the passenger for a part of the passenger's body, in particular several parts of the passenger's body, in particular the head, bust, back, legs, calves, feet, arms, hands, in particular from the power of an air blower and / or from the distribution of HVAC and / or from the supply air temperature and from the temperature of the passenger compartment and in particular on the basis of charts.
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.System 1 is designed to, from the distribution of HVAC and / or the power of the air blower, estimate, in particular from abacuses, the air speed in contact with a part or more passenger body parts.
Ces températures et/ou vitesses TV sont utilisées pour calculer la troisième donnée représentative de l’environnement thermique du passager dans l’habitacle.These temperatures and / or speeds TV are used to calculate the third datum representative of the passenger’s thermal environment in the passenger compartment.
Le système 1 est agencé pour estimer la puissance thermique totale pouvant être échangée (P_tot_theoritical) par le passager avec son environnement en maintenant la peau à température de confort. Cette puissance est obtenue en estimant la puissance thermique pouvant être échangée partie par partie du corps, notamment la tête, le buste, le dos, les jambes, les mollets, les pieds, les bras et les mains. Cette puissance thermique totale échangée (P_tot_theoritical) est fonction des données Cio, Met et PS.System 1 is arranged to estimate the total thermal power that can be exchanged (P_tot_theoritical) by the passenger with his environment while maintaining the skin at comfort temperature. This power is obtained by estimating the thermal power that can be exchanged part by part of the body, in particular the head, the bust, the back, the legs, the calves, the feet, the arms and the hands. This total thermal power exchanged (P_tot_theoritical) is a function of the Cio, Met and PS data.
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.In fact, the powers exchanged are a function of the local air speed, the local air temperature, the local radiant temperature, the surface of the passengers, the level of clothing of the passenger (Cio) and the second datum representative (MET) of the metabolic activity of the passenger.
Les puissances échangées sont aussi fonction de l’ensoleillement direct ou indirect des passagers, ainsi que des échanges par respiration, perspiration et sudation.The powers exchanged are also a function of the direct or indirect sunshine of the passengers, as well as exchanges by breathing, perspiration and sweating.
Le système 1 est agencé pour comparer la puissance thermique totale pouvant être échangée avec l’environnement en maintenant la peau à une température de confort (P_tot_theoritical) avec la puissance 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 (TCI).System 1 is designed to compare the total thermal power that can be exchanged with the environment by keeping the skin at a comfortable temperature (P_tot_theoritical) with the power produced by the metabolism of the passengers and, by multiplying this difference in power by a coefficient , determine a value of the thermal comfort index (TCI).
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 personnalisée du système thermique.This model can then be used to estimate the instant comfort of passengers. It is also possible to define instructions for thermal actuators in order to achieve passenger comfort. There is thus a personalized regulation of the thermal system.
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.The method is arranged to take into account heat exchanges by respiration, sweating and perspiration, as a function of the ambient temperature and humidity and of the metabolism to estimate a comfort index.
L’activité métabolique est déterminée en fonction du jour et/ou de l’heure, du sexe, de l’âge, de la taille, du poids, d’autres caractéristiques personnelles du passager, et de la donnée ou connaissance de ses activités courantes ou antérieures.Metabolic activity is determined based on the day and / or time, gender, age, height, weight, other personal characteristics of the passenger, and data or knowledge of his activities current or previous.
La présente invention vise à proposer un système de gestion du confort thermique prenant en compte le niveau de stress thermique (TSL) du passager dans l’habitacle. Pour atteindre cet objectif, le système 1 comporte en outre plusieurs capteurs agencés pour mesurer des paramètres servant à déterminer la valeur du niveau de stress thermique (TSL) du passager. Certains de ces capteurs peuvent être communs avec des capteurs servant à la détermination de la valeur d’indice de confort thermique (TCI).The present invention aims to provide a thermal comfort management system taking into account the level of thermal stress (TSL) of the passenger in the passenger compartment. To achieve this objective, the system 1 also comprises several sensors arranged to measure parameters used to determine the value of the passenger's thermal stress level (TSL). Some of these sensors may be common with sensors used to determine the value of thermal comfort index (TCI).
Ces capteurs comportent :These sensors include:
- une caméra infrarouge 11, notamment une pluralité de caméras infrarouge, afin de mesurer la température faciale Tv du passager ou la variation ΔΤν de température faciale appartenant à deux zones distinctes du passager,an infrared camera 11, in particular a plurality of infrared cameras, in order to measure the facial temperature T v of the passenger or the variation ΔΤ ν of facial temperature belonging to two distinct zones of the passenger,
- un capteur de flux thermique par contact 12, pour la détermination du flux thermique par contact (PCont) par exemple au niveau d’un siège du véhicule,- a contact heat flow sensor 12, for determining the contact heat flow (PCont) for example at a vehicle seat,
- une caméra infrarouge 13 de température superficielle de l’habillement Th.- an infrared camera 13 for the surface temperature of clothing Th.
La caméra 11 est par exemple une caméra fonctionnant dans le lointain infrarouge (FIR ou Far Infra Red camera, en anglais) et pouvant générer une cartographie thermique à basse ou moyenne résolution. La caméra 11 peut être aussi une caméra fonctionnant dans le proche infrarouge (NIR ou Near Infra Red camera, en anglais) et pouvant générer des images à moyenne ou à haute résolution pour une longueur d’onde donnée.The camera 11 is for example a camera operating in the far infrared (FIR or Far Infra Red camera, in English) and capable of generating a thermal mapping at low or medium resolution. The camera 11 can also be a camera operating in the near infrared (NIR or Near Infra Red camera) and capable of generating images at medium or high resolution for a given wavelength.
La stratégie de gestion du confort thermique proposée par l’invention consiste à, selon les mesures des différentes familles de capteurs et selon le contexte, agir sur un ou plusieurs actionneurs thermiques de manière différente, pour selon les cas :The thermal comfort management strategy proposed by the invention consists in, according to the measurements of the various families of sensors and according to the context, acting on one or more thermal actuators in a different manner, depending on the case:
atteindre et maintenir une valeur d’indice de confort thermique TCI = 0. Cela revient à assurer le maintien de la neutralité thermique en régime stationnaire (la personne n’a ni chaud ni froid), c’est-à-dire sur une longue durée.reach and maintain a value of thermal comfort index TCI = 0. This amounts to ensuring that thermal neutrality is maintained in steady state (the person is neither hot nor cold), that is to say over a long period duration.
maintenir pendant un temps limité TCI * 0.maintain for a limited time TCI * 0.
Cela revient à susciter le confort thermique en appliquant des stimuli thermiques globaux ou locaux qui ne correspondent pas à la neutralité thermique (TCI>0 si chauffage, ou TCI <0 si refroidissement), et ce de manière transitoire. On cherche alors à compenser un stress thermique de la personne en appliquant sur une ou plusieurs zones du corps de la chaleur ou du froid. La réalisation de ces stimuli thermiques agréables revient à viser une température de peau différente de la température de référence à la neutralité thermique, proche de 34°C. Dans le cas d’un refroidissement du passager par les actionneurs thermiques, la température de peau visée à l’équilibre est inférieure à la température de référence à la neutralité thermique. Au contraire, dans le cas d’un réchauffement, la température de peau visée à l’équilibre est supérieure à la température de référence à la neutralité thermique.This amounts to creating thermal comfort by applying global or local thermal stimuli which do not correspond to thermal neutrality (TCI> 0 if heating, or TCI <0 if cooling), and this in a transient manner. We then seek to compensate for a person's thermal stress by applying heat or cold to one or more areas of the body. The achievement of these pleasant thermal stimuli amounts to targeting a skin temperature different from the reference temperature for thermal neutrality, close to 34 ° C. In the case of passenger cooling by thermal actuators, the skin temperature aimed at equilibrium is lower than the reference temperature for thermal neutrality. On the contrary, in the case of warming, the skin temperature aimed at equilibrium is higher than the reference temperature for thermal neutrality.
La principale raison qui justifie la stratégie de confort précitée est la prise en compte de l’inertie thermique du corps humain qui est de l’ordre de plusieurs dizaines de minutes. Si le corps est en déséquilibre thermique et que l’on cherche à le ramener rapidement à l’équilibre, voire à compenser un déséquilibre qui persiste sur certaines zones du corps, il est avantageux de provoquer un nouveau déséquilibre global ou local pour accélérer le retour global à l’équilibre thermique (TCI = 0). Dans un autre contexte, citons le bénéfice thermique d’une rapide douche froide prise en été juste après un effort sous la chaleur.The main reason for the above comfort strategy is to take into account the thermal inertia of the human body which is of the order of several tens of minutes. If the body is in thermal imbalance and one seeks to quickly bring it back to equilibrium, or even to compensate for an imbalance which persists on certain areas of the body, it is advantageous to cause a new global or local imbalance to accelerate the return overall at thermal equilibrium (TCI = 0). In another context, let us cite the thermal benefit of a quick cold shower taken in summer just after an effort in the heat.
La figure 4 illustre les étapes du procédé 200 de gestion du confort thermique dans le système de la figure 1, dans la situation où le passager se retrouve dans un contexte de stress thermique.FIG. 4 illustrates the steps of the method 200 for managing thermal comfort in the system of FIG. 1, in the situation where the passenger finds himself in a context of thermal stress.
Au cours de l’étape 201, l’unité de traitement 2 acquiert une donnée représentative d’un niveau de stress thermique (TSL) sur au moins une zone du corps d’un passager du véhicule, zones étant illustrées sur la figure 3.During step 201, the processing unit 2 acquires data representative of a thermal stress level (TSL) on at least one zone of the body of a passenger of the vehicle, zones being illustrated in FIG. 3.
A titre d’exemples illustratifs, mais non limitatifs, le niveau de stress thermique (TSL) peut se manifester par l’une des situations suivantes, enregistrées en continu par l’un des capteurs dédiés :As illustrative, but not limiting, examples, the level of thermal stress (TSL) can manifest itself in one of the following situations, recorded continuously by one of the dedicated sensors:
- une ou plusieurs températures superficielles de l’habillement Th dépassent un seuil prédéterminé, par exemple plus de 30°C ou moins de 20°C, ajustable en fonction de la température et vitesse d’air locale, ainsi que du niveau d’habillement (Cio),one or more surface temperatures of the clothing Th exceed a predetermined threshold, for example more than 30 ° C or less than 20 ° C, adjustable as a function of the local air temperature and speed, as well as the level of clothing (Cio),
- une ou plusieurs températures faciales Tv du passager dépassent un seuil prédéterminé, par exemple plus de 39°C ou moins de 28°C, ajustable en fonction du profil du passager,one or more facial temperatures T v of the passenger exceed a predetermined threshold, for example more than 39 ° C or less than 28 ° C, adjustable according to the profile of the passenger,
- un ou plusieurs écarts ΔΤν entre des températures faciales Tv dépassent un seuil prédéterminé, par exemple plus de 3°C entre le nez et les joues, ajustable en fonction du profil du passager,one or more deviations ΔΤν between facial temperatures T v exceed a predetermined threshold, for example more than 3 ° C between the nose and the cheeks, adjustable according to the profile of the passenger,
- le flux thermique par contact (PCont) au niveau par exemple du buste, des mains et/ou des jambes du passager dépasse un seuil prédéterminé, par exemple inférieur à -50W/m2 (trop chaud) ou supérieur à 100 W/m2 (trop froid).- the contact heat flow (PCont) at, for example, the bust, the hands and / or the legs of the passenger exceeds a predetermined threshold, for example less than -50W / m 2 (too hot) or more than 100 W / m 2 (too cold).
Au cours de l’étape 202, l’unité de traitement 2 détermine, en fonction de la donnée représentative du niveau de stress thermique (TSL), une consigne d’indice de confort thermique (TCIc). Les critères d’applications de cette consigne sont visibles sur l’organigramme de la figure 5.During step 202, the processing unit 2 determines, as a function of the data representative of the thermal stress level (TSL), a setpoint of thermal comfort index (TCIc). The criteria for applying this instruction are visible on the flowchart in Figure 5.
Au cours de l’étape 203, l’unité de traitement 2 commande un ou plusieurs actionneurs thermiques du véhicule en fonction de cette consigne d’indice de confort thermique (TCIc).During step 203, the processing unit 2 controls one or more thermal actuators of the vehicle as a function of this setpoint of thermal comfort index (TCIc).
La figure 5 est un organigramme illustrant la façon de commander les actionneurs thermiques en fonction de la consigne d’indice de confort thermique (TCIc).FIG. 5 is a flowchart illustrating the way of controlling the thermal actuators as a function of the setpoint of thermal comfort index (TCIc).
Tout en haut de l’organigramme, certaines données représentatives du niveau de stress thermique (TSL) du passager ont été rappelées, notamment la température superficielle de l’habillement Th, la température faciale Tv du passager, un écart de températures faciales ΔΤν, le flux thermique par contact (PCont), une valeur d’indice de confort thermique TCI, très élevée (>2) si la personne a très chaud, ou très faible (<-2 ) si au contraire elle a très froid.At the top of the flowchart, certain data representative of the passenger's thermal stress level (TSL) have been recalled, in particular the surface temperature of the clothing Th, the facial temperature T v of the passenger, a difference in facial temperatures ΔΤ ν , contact heat flow (PCont), a value for thermal comfort index TCI, very high (> 2) if the person is very hot, or very low (<-2) if, on the contrary, he is very cold.
Rappelons que le système de gestion du confort thermique est configuré pour mesurer en continu, à l’aide de capteurs dédiés, la valeur de l’indice de confort thermique (TCI) du passager, sur la base de critères thermophysiologiques (notamment le MET) et environnementaux (par exemple le flux solaire, le taux d’humidité au sein de l’habitacle).Remember that the thermal comfort management system is configured to continuously measure, using dedicated sensors, the value of the passenger's thermal comfort index (TCI), based on thermophysiological criteria (notably the MET) and environmental (e.g. solar flux, humidity in the passenger compartment).
L’unité de commande 2 détermine alors une donnée représentative du niveau de stress thermique (TSL) sur l’ensemble du corps du passager, ou au contraire au niveau local, c’est-à-dire sur une des zones illustrées sur la figure 3. Le passager subit un niveau de stress thermique significatif si au moins une des données précédemment citées (Th, Tv, PCont) dépasse une valeur seuil prédéterminée, telles que celles décrites précédemment.The control unit 2 then determines a datum representative of the thermal stress level (TSL) on the whole body of the passenger, or on the contrary at the local level, that is to say on one of the zones illustrated in the figure. 3. The passenger undergoes a significant level of thermal stress if at least one of the previously cited data (Th, Tv, PCont) exceeds a predetermined threshold value, such as that described above.
L’unité de commande 2 détermine en fonction de la donnée représentative d’un niveau de stress thermique (TSL) précédemment calculée, une consigne d’indice de confort thermique (TCIc). L’organigramme de la figure 5 illustre trois consignes possibles.The control unit 2 determines, as a function of the data representative of a previously calculated thermal stress level (TSL), a thermal comfort index setpoint (TCIc). The flowchart in Figure 5 illustrates three possible guidelines.
1ère consigne (TCIc):1 st set (tcic)
L’unité de commande 2 a détecté : TSL < Seuil.Control unit 2 has detected: TSL <Threshold.
La consigne d’indice de confort thermique (TCIc) consiste alors à maintenir ou à atteindre une valeur d’indice de confort thermique égale à 0 (TCI = 0). Il est important de noter que cet indice de confort thermique (TCI) est calculé à partir de températures de peau cibles à la neutralité thermique. Cela revient à assurer, par l’intermédiaire des actionneurs thermiques, le maintien de la neutralité thermique en régime stationnaire (la personne n’a ni chaud, ni froid).The thermal comfort index setpoint (TCI c ) then consists in maintaining or reaching a thermal comfort index value equal to 0 (TCI = 0). It is important to note that this thermal comfort index (TCI) is calculated from target skin temperatures with thermal neutrality. This amounts to ensuring, through thermal actuators, maintaining thermal neutrality in steady state (the person is neither hot nor cold).
2ème consigne (TCIc): 2nd setpoint (TCI c ):
L’unité de commande 2 a détecté : TSL > Seuil.Control unit 2 has detected: TSL> Threshold.
La consigne d’indice de confort thermique (TCIc) consiste alors à atteindre une valeur d’indice de confort thermique non nulle (TCI + 0) par application de stimuli thermiques agréables globaux (/e. sur l’ensemble du corps) ou locaux (sur certaines zones du corps où le stress thermique aura été détecté).The thermal comfort index setpoint (TCIc) then consists in reaching a non-zero thermal comfort index value (TCI + 0) by applying pleasant global (/ e. Body-wide) or local thermal stimuli. (on certain areas of the body where heat stress has been detected).
Si le passager a très froid, on cherche à atteindre TCI > 0 transitoirement (les actionneurs thermiques appliquent un réchauffement global ou local). Au contraire, s’il a très chaud, on cherche à atteindre TCI < 0 transitoirement (les actionneurs thermiques appliquent un refroidissement global ou local). A l’image de la 1ère consigne, cet indice de confort thermique (TCI) est calculé à partir de températures de peau cibles à la neutralité thermique. La consigne transitoire TCIc pourra être choisie dans une plage de -4 à +4.If the passenger is very cold, we seek to reach TCI> 0 transiently (the thermal actuators apply global or local heating). On the contrary, if it is very hot, we seek to reach TCI <0 transiently (the thermal actuators apply global or local cooling). Just like the 1 st set, this thermal comfort index (TCI) is calculated from target skin temperature thermal neutrality. The TCIc transient setpoint can be chosen within a range of -4 to +4.
3ème consigne (TCIc): ou variante de la 2ème consigne : 3rd setpoint (tcic) or variant of the 2 nd set:
L’unité de commande 2 a détecté : TSL > SeuilControl unit 2 has detected: TSL> Threshold
La consigne d’indice de confort thermique (TCIc) consiste à atteindre une valeur d’indice de confort thermique nulle (TCI = 0). Cet indice de confort thermique (TCI) est calculé cette fois à partir de nouvelles températures de peau cibles, différentes des températures de peau cibles à la neutralité thermique. Les nouvelles températures de peau cible seront comprises entre 26 et 40°C.The thermal comfort index setpoint (TCIc) consists in reaching a zero thermal comfort index value (TCI = 0). This thermal comfort index (TCI) is calculated this time from new target skin temperatures, different from the target skin temperatures with thermal neutrality. The new target skin temperatures will be between 26 and 40 ° C.
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