FR3134349A1 - process for thermal regulation of a motor vehicle passenger compartment - Google Patents
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Abstract
L’invention concerne un procédé de régulation thermique (1) d’un système de chauffage et de climatisation dont la régulation est assurée via un modèle numérique qui modélise les échanges thermiques opérant dans l’habitacle, les occupants et le milieu extérieur à l’habitacle, en vue d’optimiser un confort thermique évalué sur la base d’un indice de non-satisfaction déterminé par le modèle numérique en fonction des paramètres fonctionnels du système de chauffage et de climatisation. L’invention permet ainsi d’optimiser à la fois le désembuage des parois vitrées du véhicule automobile et de maximiser le confort thermique des occupants. Figure à publier avec l’abrégé : Fig. 1The invention relates to a thermal regulation method (1) of a heating and air conditioning system, the regulation of which is ensured via a digital model which models the thermal exchanges operating in the passenger compartment, the occupants and the environment outside the vehicle. passenger compartment, in order to optimize thermal comfort evaluated on the basis of a non-satisfaction index determined by the digital model as a function of the functional parameters of the heating and air conditioning system. The invention thus makes it possible to optimize both the defogging of the glass walls of the motor vehicle and to maximize the thermal comfort of the occupants. Figure to be published with the abstract: Fig. 1
Description
Le contexte technique de la présente invention est celui du confort thermique des occupants d’un véhicule automobile. Plus particulièrement, l’invention a trait à un procédé de régulation thermique d’un système de chauffage et de climatisation pour véhicule automobile.The technical context of the present invention is that of the thermal comfort of the occupants of a motor vehicle. More particularly, the invention relates to a method of thermal regulation of a heating and air conditioning system for a motor vehicle.
Dans l’état de la technique, on connait des systèmes de chauffage et de climatisation qui permettent d’insuffler dans l’habitacle d’un véhicule automobile un air selon un débit donné et une température données, permettant ainsi de réchauffer l’habitacle ou de le refroidir selon les besoins et le confort thermique recherché. En outre, de tels systèmes de chauffage et de climatisation permettent aussi de supprimer une buée formée sur des parois vitrées de l’habitacle et d’assurer ainsi un confort visuel pour les occupants.In the state of the art, heating and air conditioning systems are known which make it possible to blow air into the passenger compartment of a motor vehicle at a given flow rate and a given temperature, thus making it possible to heat the passenger compartment or to cool it according to needs and the desired thermal comfort. In addition, such heating and air conditioning systems also make it possible to remove mist formed on the glass walls of the passenger compartment and thus ensure visual comfort for the occupants.
Cependant, les besoins de confort thermique et les besoins de confort visuel ne sont pas toujours convergents, dans la mesure où une régulation de tels systèmes de chauffage et de climatisation connus s’opère parfois de manière différente si on cherche à améliorer le confort visuel ou si on chercher à améliorer le confort thermique des occupants du véhicule automobile. Ainsi, à titre d’exemple, en période hivernale, il apparaît difficile de trouver un bon compromis entre le besoin de supprimer la buée formée sur le pare-brise et le confort thermique dans l’habitacle : la plupart des conducteurs préfèrent souffler de l'air chaud sur le parebrise plutôt que de privilégier leur confort thermique, pour des raisons de sécurité ou de conduite.However, the needs for thermal comfort and the needs for visual comfort are not always convergent, to the extent that regulation of such known heating and air conditioning systems sometimes operates in a different way if we seek to improve visual comfort or if we seek to improve the thermal comfort of the occupants of the motor vehicle. Thus, for example, in winter, it appears difficult to find a good compromise between the need to remove the mist formed on the windshield and thermal comfort in the passenger compartment: most drivers prefer to blow air. hot air on the windshield rather than favoring their thermal comfort, for safety or driving reasons.
La présente invention a pour objet de proposer un nouveau procédé de régulation thermique d’un système de chauffage et de climatisation afin de répondre au moins en grande partie aux problèmes précédents et de conduire en outre à d’autres avantages.The object of the present invention is to propose a new method for thermal regulation of a heating and air conditioning system in order to respond at least largely to the preceding problems and also to lead to other advantages.
Un autre but de l’invention est de proposer une régulation d’un tel système de chauffage et de climatisation afin de mieux satisfaire à la fois le désembuage des parois vitrées d’un véhicule automobile et le chauffage de l’habitacle.Another aim of the invention is to propose regulation of such a heating and air conditioning system in order to better satisfy both the demisting of the glass walls of a motor vehicle and the heating of the passenger compartment.
Un autre but de l’invention est d’améliorer les performances d’un tel système de chauffage et de climatisation.Another aim of the invention is to improve the performance of such a heating and air conditioning system.
Selon un premier aspect de l’invention, on atteint au moins l’un des objectifs précités avec un procédé de régulation thermique d’un système de chauffage et de climatisation d’un habitacle d’un véhicule automobile, le procédé comportant une étape d’activation du système de chauffage et de climatisation, un flux d’air soufflé par le système de chauffage et de climatisation étant projeté vers des parois vitrées de l’habitacle afin de les désembuer, et une étape de régulation du système de chauffage et de climatisation à partir d’un confort thermique d’un occupant de l’habitacle, l’étape de régulation comportant :According to a first aspect of the invention, at least one of the aforementioned objectives is achieved with a method of thermal regulation of a heating and air conditioning system of a passenger compartment of a motor vehicle, the method comprising a step of activation of the heating and air conditioning system, a flow of air blown by the heating and air conditioning system being projected towards the glass walls of the passenger compartment in order to defog them, and a step of regulating the heating and air conditioning system air conditioning based on thermal comfort of an occupant of the passenger compartment, the regulation step comprising:
- une étape de calcul du confort thermique à partir de paramètres fonctionnels du système de chauffage et de climatisation et d’un modèle numérique prédéterminé des échanges thermiques dans l’habitacle ;- a step of calculating thermal comfort based on functional parameters of the heating and air conditioning system and a predetermined digital model of thermal exchanges in the passenger compartment;
- une étape de comparaison du confort thermique calculé par rapport à un point de fonctionnement ;- a step of comparing the thermal comfort calculated in relation to an operating point;
- une étape de pilotage du système de chauffage et de climatisation en fonction de la comparaison entre le confort thermique calculé et le point de fonctionnement.- a step of controlling the heating and air conditioning system based on the comparison between the calculated thermal comfort and the operating point.
Dans le contexte de la présente invention, un système de chauffage et de climatisation est configuré pour pouvoir souffler de manière sélective et directive le flux d’air dans plusieurs zones de l’habitacle, tout en permettant de contrôler plusieurs caractéristiques du flux d’air, telles que par exemple sa température, son débit et son hygrométrie.In the context of the present invention, a heating and air conditioning system is configured to be able to selectively and directively blow the air flow in several areas of the passenger compartment, while allowing several characteristics of the air flow to be controlled , such as for example its temperature, flow rate and humidity.
Ainsi, dans le contexte de la présente invention, les paramètres fonctionnels comportent notamment une température, un débit et une orientation du flux d’air en direction d’une ou plusieurs parois vitrées de l’habitacle ou en direction de l’occupant.Thus, in the context of the present invention, the functional parameters include in particular a temperature, a flow rate and an orientation of the air flow towards one or more glass walls of the passenger compartment or towards the occupant.
L’occupant s’entend ici comme le conducteur et, le cas échéant, d’un ou plusieurs autres occupants situés dans l’habitacle.The occupant here means the driver and, where applicable, one or more other occupants located in the passenger compartment.
A titre d’exemple non limitatif, le système de chauffage et de climatisation comporte un ventilateur afin de générer un flux d’air et d’en contrôler le débit, un évaporateur afin de contrôler une hygrométrie du flux d’air, un chauffage afin de contrôler la température du flux d’air, une entrée d’air permettant de prélever de l’air extérieur au véhicule automobile, des conduits permettant de faire circuler le flux d’air dans le système de chauffage et de climatisation, et des volets mobiles permettant d’orienter le flux d’air en direction de plusieurs zones de l’habitacle et/ou de son occupant.By way of non-limiting example, the heating and air conditioning system comprises a fan in order to generate an air flow and control the flow rate, an evaporator in order to control the humidity of the air flow, a heater in order to to control the temperature of the air flow, an air inlet making it possible to take air from outside the motor vehicle, ducts making it possible to circulate the air flow in the heating and air conditioning system, and shutters mobile allowing the air flow to be directed towards several areas of the passenger compartment and/or its occupant.
Dans le contexte de la présente invention, le désembuage des parois vitrées de l’habitacle comporte la génération d’un flux d’air chaud et sec en direction desdites parois vitrées.In the context of the present invention, defogging the glass walls of the passenger compartment involves the generation of a flow of hot and dry air in the direction of said glass walls.
Dans le contexte de la présente invention, le confort thermique est une variable mathématique calculée à partir des paramètres fonctionnels du système de chauffage et de climatisation et du modèle numérique des échanges thermiques s’opérant dans l’habitacle et/ou au niveau de l’occupant.In the context of the present invention, thermal comfort is a mathematical variable calculated from the functional parameters of the heating and air conditioning system and the digital model of the thermal exchanges taking place in the passenger compartment and/or at the level of the occupant.
Ainsi, le procédé de régulation thermique conforme au premier aspect de l’invention permet d’optimiser le fonctionnement du système de chauffage et de climatisation en conciliant à la fois le désembuage des parois vitrées et le confort thermique de l’occupant. Contrairement aux systèmes connus antérieurement pour lesquels le désembuage se faisait à l’exclusion du confort thermique de l’occupant, le procédé de régulation thermique conforme au premier aspect de l’invention priorise le désembuage mais, au fur et à mesure que ce dernier progresse, le confort thermique de l’occupant est pris en compte dans la régulation thermique du système de chauffage et de climatisation.Thus, the thermal regulation process in accordance with the first aspect of the invention makes it possible to optimize the operation of the heating and air conditioning system by reconciling both the demisting of the glass walls and the thermal comfort of the occupant. Unlike previously known systems for which defogging was done to the exclusion of the thermal comfort of the occupant, the thermal regulation process in accordance with the first aspect of the invention prioritizes defogging but, as the latter progresses, , the thermal comfort of the occupant is taken into account in the thermal regulation of the heating and air conditioning system.
Le procédé de régulation thermique conforme au premier aspect de l’invention comprend avantageusement au moins un des perfectionnements ci-dessous, les caractéristiques techniques formant ces perfectionnements pouvant être prises seules ou en combinaison :The thermal regulation method in accordance with the first aspect of the invention advantageously comprises at least one of the improvements below, the technical characteristics forming these improvements being able to be taken alone or in combination:
- le modèle numérique comporte une étape de couplage entre un modèle thermo-physiologique de Gagge modélisant les transferts thermique de l’occupant, un modèle de l’habitacle modélisant les échanges thermiques de l’habitacle et un modèle PMV modélisant un niveau de confort thermique. Le couplage permet ainsi d’interfacer et de synchroniser les différents modèles évoqués précédemment afin de proposer une régulation complexe du système de chauffage et de climatisation qui prend en compte tous ces modèles et aboutit, in fine, à une régulation thermique optimale permettant à la fois de concilier un désembuage optimal des parois vitrées et un confort thermique suffisant de l’occupant ;- the digital model includes a coupling step between a Gagge thermo-physiological model modeling the thermal transfers of the occupant, a model of the passenger compartment modeling the thermal exchanges of the passenger compartment and a PMV model modeling a level of thermal comfort . The coupling thus makes it possible to interface and synchronize the different models mentioned previously in order to offer complex regulation of the heating and air conditioning system which takes into account all these models and ultimately results in optimal thermal regulation allowing both to reconcile optimal demisting of the glass walls and sufficient thermal comfort for the occupant;
- l’étape de couplage comporte (i) une première étape de calcul du modèle de l’habitacle à partir des paramètres fonctionnels du système de chauffage et de climatisation et de données environnementales mesurées dans l’habitacle, (ii) une deuxième étape de calcul du modèle thermo-physiologique à partir de données de sortie du modèle de l’habitacle, (iii) une troisième étape de calcul du modèle PMV à partir de données de sortie du modèle thermo-physiologique. En d’autres termes, les modèles numériques sont exploités en série les uns des autres, une sortie d’un modèle précédent formant une entrée d’un modèle suivant ;- the coupling step comprises (i) a first step of calculating the model of the passenger compartment from the functional parameters of the heating and air conditioning system and environmental data measured in the passenger compartment, (ii) a second step of calculation of the thermo-physiological model from output data of the passenger compartment model, (iii) a third step of calculation of the PMV model from output data of the thermo-physiological model. In other words, the digital models are operated in series with each other, an output from a previous model forming an input from a following model;
- le modèle de l’habitacle est un modèle numérique qui calcule l'évolution des paramètres thermodynamiques à l'intérieur de l’habitacle. Ce modèle est basé sur des équations d’un bilan énergétique décrit ci-après. Le modèle d’habitacle prend en compte la forme et les matériaux utilisés dans l’habitacle. Le modèle d’habitacle utilise comme variables d’entrée des valeurs de température et d'humidité relative à l'intérieur de l’habitacle, une humidité relative à l'extérieur de l’habitacle, une intensité solaire, une vitesse du véhicule automobile, une vitesse de l'air entourant le véhicule automobile, un nombre d’occupants. Ces variables sont déterminées soit pas paramétrage initial du modèle, soit par mesure. En sortie, le modèle d’habitacle détermine une température et un humidité relative de l’habitacle en temps réel ;- the passenger compartment model is a digital model which calculates the evolution of the thermodynamic parameters inside the passenger compartment. This model is based on energy balance equations described below. The cabin model takes into account the shape and materials used in the cabin. The cabin model uses as input variables temperature and relative humidity values inside the cabin, relative humidity outside the cabin, solar intensity, speed of the motor vehicle , a speed of the air surrounding the motor vehicle, a number of occupants. These variables are determined either by initial parameterization of the model, or by measurement. At the output, the cabin model determines a temperature and relative humidity of the cabin in real time;
- le modèle thermo-physiologique est par exemple du type d’un modèle de Gagge, comportant au moins un segment et deux nœuds. Ce modèle prend comme variables d’entrée la température et l'humidité relative dans l’habitacle, un taux métabolique, une vitesse de l'air dans l’habitacle, un indice d'isolation des vêtements. Ces variables sont déterminées soit pas paramétrage initial du modèle, soit par mesure. En sortie, le modèle thermo-physiologique détermine une température de cœur et une température de peau ;- the thermo-physiological model is for example of the type of a Gagge model, comprising at least one segment and two nodes. This model takes as input variables the temperature and relative humidity in the passenger compartment, a metabolic rate, an air speed in the passenger compartment, and a clothing insulation index. These variables are determined either by initial parameterization of the model, or by measurement. As an output, the thermo-physiological model determines a heart temperature and a skin temperature;
- le modèle PMV est un modèle qui vise à prédire une valeur moyenne des votes d'un groupe d'occupants sur une échelle de sensation thermique en sept points. Le premier point, correspond à la note la plus basse et correspond à une sensation très froide, le deuxième point correspond à une sensation froide, le troisième point correspond à une sensation légèrement froide, le quatrième point correspond à une sensation neutre, le cinquième point correspond à une sensation légèrement chaude, le sixième point correspond à une sensation chaude, et le septième point correspond à une sensation très chaude ;- the PMV model is a model which aims to predict an average value of the votes of a group of occupants on a seven-point thermal sensation scale. The first point corresponds to the lowest note and corresponds to a very cold sensation, the second point corresponds to a cold sensation, the third point corresponds to a slightly cold sensation, the fourth point corresponds to a neutral sensation, the fifth point corresponds to a slightly warm feeling, the sixth point corresponds to a hot feeling, and the seventh point corresponds to a very hot feeling;
- le confort thermique est déterminé à partir d’un indice de non-satisfaction ;- thermal comfort is determined from a dissatisfaction index;
- les données environnementales mesurées dans l’habitacle comportent notamment une température, une hygrométrie et une pression. Ces données environnementales sont mesurées à l’aide de capteurs placés dans l’habitacle, tels que par exemple un capteur de température, un capteur d’hygrométrie et un capteur de pression ;- the environmental data measured in the passenger compartment includes temperature, humidity and pressure. This environmental data is measured using sensors placed in the passenger compartment, such as for example a temperature sensor, a hygrometry sensor and a pressure sensor;
- l’étape de couplage est réalisée de manière itérative en fonction d’un temps de boucle prédéterminé. Cette configuration permet ainsi de réactualiser le modèle et plus particulièrement le confort thermique calculé par ledit modèle selon une fréquence de rafraichissement donnée. De manière préférée, le temps de boucle est égal à 1 seconde, de sorte que la fréquence de rafraichissement est égale à 1 Hz ;- the coupling step is carried out iteratively according to a predetermined loop time. This configuration thus makes it possible to update the model and more particularly the thermal comfort calculated by said model according to a given refresh frequency. Preferably, the loop time is equal to 1 second, so that the refresh frequency is equal to 1 Hz;
- le point de fonctionnement est défini par un point de confort thermique neutre pour l’occupant, déterminé à partir du modèle PMV. Il correspond à la valeur centrale de l’échelle de sensation thermique à sept points ;- the operating point is defined by a neutral thermal comfort point for the occupant, determined from the PMV model. It corresponds to the central value of the seven-point thermal sensation scale;
- durant l’étape d’activation du système de chauffage et de climatisation, un débit du flux d’air soufflé dans l’habitacle est d’abord maximal afin d’initier efficacement un désembuage des parois vitrées ;- during the activation stage of the heating and air conditioning system, a flow rate of the air flow blown into the passenger compartment is first maximum in order to effectively initiate defogging of the glass walls;
- durant l’étape de pilotage du système de chauffage et de climatisation, si le confort thermique calculé est égal au point de fonctionnement, alors un débit du flux d’air soufflé par le système de chauffage et de climatisation est réduit en dessous d’un seuil acoustique de débit. Le seuil acoustique correspond à un débit du flux d’air soufflé dans l’habitacle de sorte qu’il produise un bruit inférieur à un seuil prédéterminé, par exemple un seuil acceptable par l’occupant, voire audible par l’occupant. A titre d’exemple non limitatif, le seuil acoustique est inférieur ou égal à 50 dB ;- during the heating and air conditioning system control step, if the calculated thermal comfort is equal to the operating point, then a flow rate of the air flow blown by the heating and air conditioning system is reduced below an acoustic flow threshold. The acoustic threshold corresponds to a flow rate of the air flow blown into the passenger compartment so that it produces a noise lower than a predetermined threshold, for example a threshold acceptable to the occupant, or even audible to the occupant. As a non-limiting example, the acoustic threshold is less than or equal to 50 dB;
- durant l’étape de pilotage du système de chauffage et de climatisation, si le confort thermique calculé est différent du point de fonctionnement, alors au moins un des paramètres fonctionnels du système de chauffage et de climatisation est modifié afin de faire converger le confort thermique calculé en direction du point de fonctionnement.- during the heating and air conditioning system control step, if the calculated thermal comfort is different from the operating point, then at least one of the functional parameters of the heating and air conditioning system is modified in order to make the thermal comfort converge calculated towards the operating point.
- durant l’étape de pilotage du système de chauffage et de climatisation, une première partie du flux d’air est orientée en direction des parois vitrées de l’habitacle, et une deuxième partie du flux d’air est orientée en direction de l’occupant.- during the stage of controlling the heating and air conditioning system, a first part of the air flow is oriented towards the glass walls of the passenger compartment, and a second part of the air flow is oriented towards the 'occupant.
Selon un deuxième aspect de l’invention, il est proposé un système de chauffage et de climatisation d’un véhicule automobile, l’ensemble comportant un système de chauffage et de climatisation piloté par une unité de commande configurée pour mettre en œuvre le procédé de régulation thermique conforme au premier aspect de l’invention ou selon l’un quelconque de ses perfectionnements.According to a second aspect of the invention, a heating and air conditioning system of a motor vehicle is proposed, the assembly comprising a heating and air conditioning system controlled by a control unit configured to implement the method of thermal regulation in accordance with the first aspect of the invention or according to any of its improvements.
Selon un troisième aspect de l’invention, il est proposé un véhicule automobile comportant un système de chauffage et de climatisation conforme au deuxième aspect de l’invention.According to a third aspect of the invention, there is proposed a motor vehicle comprising a heating and air conditioning system conforming to the second aspect of the invention.
Des modes de réalisation variés de l’invention sont prévus, intégrant selon l’ensemble de leurs combinaisons possibles les différentes caractéristiques optionnelles exposées ici.Various embodiments of the invention are planned, integrating according to all of their possible combinations the different optional characteristics exposed here.
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront encore au travers de la description qui suit d’une part, et de plusieurs exemples de réalisation donnés à titre indicatif et non limitatif en référence aux dessins schématiques annexés d’autre part, sur lesquels :Other characteristics and advantages of the invention will appear further through the description which follows on the one hand, and several examples of embodiment given for informational and non-limiting purposes with reference to the appended schematic drawings on the other hand, in which :
Bien entendu, les caractéristiques, les variantes et les différentes formes de réalisation de l'invention peuvent être associées les unes avec les autres, selon diverses combinaisons, dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres. On pourra notamment imaginer des variantes de l’invention ne comprenant qu’une sélection de caractéristiques décrites par la suite de manière isolées des autres caractéristiques décrites, si cette sélection de caractéristiques est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l’invention par rapport à l’état de la technique antérieur.Of course, the characteristics, variants and different embodiments of the invention can be associated with each other, in various combinations, to the extent that they are not incompatible or exclusive of each other. It will be possible in particular to imagine variants of the invention comprising only a selection of characteristics described subsequently in isolation from the other characteristics described, if this selection of characteristics is sufficient to confer a technical advantage or to differentiate the invention from to the prior art.
En particulier toutes les variantes et tous les modes de réalisation décrits sont combinables entre eux si rien ne s’oppose à cette combinaison sur le plan technique.In particular, all the variants and all the embodiments described can be combined with each other if nothing opposes this combination on a technical level.
Sur les FIGURES, les éléments communs à plusieurs FIGURES conservent la même référence.On the FIGURES, elements common to several FIGURES retain the same reference.
En référence à la
- une étape de calcul 12 du confort thermique à partir de paramètres fonctionnels du système de chauffage et de climatisation 2 et d’un modèle numérique prédéterminé des échanges thermiques dans l’habitacle ;- a step 12 of calculating thermal comfort based on functional parameters of the heating and air conditioning system 2 and a predetermined digital model of heat exchanges in the passenger compartment;
- une étape de comparaison 13 du confort thermique calculé par rapport à un point de fonctionnement ;- a step 13 of comparing the thermal comfort calculated in relation to an operating point;
- une étape de pilotage 14 du système de chauffage et de climatisation 2 en fonction de la comparaison entre le confort thermique calculé et le point de fonctionnement.- a step 14 of controlling the heating and air conditioning system 2 based on the comparison between the calculated thermal comfort and the operating point.
Le modèle numérique comporte une étape de couplage d’un modèle thermo-physiologique de Gagge modélisant les transferts thermique de l’occupant, un modèle de l’habitacle modélisant les échanges thermiques de l’habitacle et un modèle PMV modélisant un niveau de confort thermique. L’étape de couplage permet ainsi de synchroniser les différents modèles.The digital model includes a coupling step of a Gagge thermo-physiological model modeling the thermal transfers of the occupant, a model of the passenger compartment modeling the thermal exchanges of the passenger compartment and a PMV model modeling a level of thermal comfort . The coupling step thus makes it possible to synchronize the different models.
L’étape de couplage comporte (i) une première étape de calcul 12 du modèle de l’habitacle à partir des paramètres fonctionnels du système de chauffage et de climatisation 2 et de données environnementales mesurées dans l’habitacle, (ii) une deuxième étape de calcul 12 du modèle thermo-physiologique à partir de données de sortie du modèle de l’habitacle, (iii) une troisième étape de calcul 12 du modèle PMV à partir de données de sortie du modèle thermo-physiologique.The coupling step comprises (i) a first step 12 of calculating the model of the passenger compartment from the functional parameters of the heating and air conditioning system 2 and environmental data measured in the passenger compartment, (ii) a second step calculation 12 of the thermo-physiological model from output data of the passenger compartment model, (iii) a third step of calculation 12 of the PMV model from output data of the thermo-physiological model.
Le modèle de l’habitacle est un modèle numérique qui calcule l'évolution des paramètres thermodynamiques à l'intérieur de l’habitacle. Ce modèle est basé sur des équations d’un bilan énergétique décrit ci-après. Le modèle d’habitacle prend en compte la forme et les matériaux utilisés dans l’habitacle.The passenger compartment model is a digital model which calculates the evolution of thermodynamic parameters inside the passenger compartment. This model is based on energy balance equations described below. The cabin model takes into account the shape and materials used in the cabin.
Le modèle d’habitacle comporte plus particulièrement un premier modèle thermique modélisant le comportement thermique d’un pavillon de l’habitacle et un deuxième modèle thermique modélisant l’intérieur de l’habitacle.The passenger compartment model more particularly comprises a first thermal model modeling the thermal behavior of a roof of the passenger compartment and a second thermal model modeling the interior of the passenger compartment.
Le modèle d’habitacle permet ainsi de déterminer une capacité thermique des parois extérieures de l’habitacle :The passenger compartment model thus makes it possible to determine the thermal capacity of the exterior walls of the passenger compartment:
Où
Le modèle d’habitacle permet aussi de déterminer une capacité thermique des parois intérieures de l’habitacle :The passenger compartment model also makes it possible to determine the thermal capacity of the interior walls of the passenger compartment:
Où
Par suite, le modèle d’habitacle permet de déterminer :Subsequently, the passenger compartment model makes it possible to determine:
Où
Le modèle d’habitacle utilise comme variables d’entrée des valeurs de température et d'humidité relative à l'intérieur de l’habitacle, une humidité relative à l'extérieur de l’habitacle, une intensité solaire, une vitesse du véhicule automobile 3, une vitesse de l'air entourant le véhicule automobile 3, un nombre d’occupants. Ces variables sont déterminées soit pas paramétrage initial du modèle, soit par mesure. En sortie, le modèle d’habitacle détermine en temps réel une température et un humidité relative de l’habitacle.The cabin model uses as input variables temperature and relative humidity values inside the cabin, relative humidity outside the cabin, solar intensity, speed of the motor vehicle 3, a speed of the air surrounding the motor vehicle 3, a number of occupants. These variables are determined either by initial parameterization of the model, or by measurement. At the output, the cabin model determines the temperature and relative humidity of the cabin in real time.
Le modèle thermo-physiologique est par exemple du type d’un modèle de Gagge, comportant au moins un segment et deux nœuds. Ce modèle prend comme variables d’entrée la température et l'humidité relative dans l’habitacle, un taux métabolique, une vitesse de l'air dans l’habitacle, un indice d'isolation des vêtements. Ces variables sont déterminées soit pas paramétrage initial du modèle, soit par mesure. En sortie, le modèle thermo-physiologique détermine une température de cœur et une température de peau.The thermo-physiological model is for example of the type of a Gagge model, comprising at least one segment and two nodes. This model takes as input variables the temperature and relative humidity in the passenger compartment, a metabolic rate, an air speed in the passenger compartment, and a clothing insulation index. These variables are determined either by initial parameterization of the model, or by measurement. As an output, the thermo-physiological model determines a heart temperature and a skin temperature.
Le modèle thermo-physiologique décrit le bilan énergétique suivant :The thermo-physiological model describes the following energy balance:
Où S est un taux de chauffage ou de rafraichissement du corps représentatif de l’occupant de l’habitacle, M est un taux net de chaleur produit par le métabolisme, E est une chaleur perdue par évaporation, R est une chaleur gagnée ou perdue par rayonnement, C est une chaleur gagnée ou perdue par convection et W est le travail effectué par le corps.Where S is a rate of heating or cooling of the body representative of the occupant of the passenger compartment, M is a net rate of heat produced by metabolism, E is heat lost by evaporation, R is heat gained or lost by radiation, C is heat gained or lost by convection and W is the work done by the body.
Le modèle PMV est un modèle qui vise à prédire une valeur moyenne des votes d'un groupe d'occupants sur une échelle de sensation thermique en sept points. L'équilibre thermique est atteint lorsque la production de chaleur interne d'un occupant du véhicule automobile 3 est égale à sa perte de chaleur. Le bilan thermique d'un individu peut ainsi être influencé par les niveaux d'activité physique, l'isolation des vêtements, ainsi que les paramètres de l'environnement thermique de l’habitacle. Par exemple, la sensation thermique est généralement perçue comme meilleure lorsque les occupants d'un espace ont le contrôle de la température intérieure.The PMV model is a model that aims to predict an average value of the votes of a group of occupants on a seven-point thermal sensation scale. Thermal equilibrium is reached when the internal heat production of an occupant of the motor vehicle 3 is equal to his heat loss. An individual's thermal balance can thus be influenced by levels of physical activity, the insulation of clothing, as well as the parameters of the thermal environment of the passenger compartment. For example, thermal sensation is generally perceived to be better when the occupants of a space have control of the interior temperature.
Le modèle PMV repose ainsi sur une équation de bilan thermique déterminée en fonction d’un débit d'air dans l’habitacle, de l'isolation des vêtements des occupants, de la température de l’air dans l’habitacle, la température de globe noir, la température humide de l’air dans l’habitacle, et la vitesse de l’air dans l’habitacle.The PMV model is thus based on a heat balance equation determined as a function of an air flow in the passenger compartment, the insulation of the occupants' clothing, the temperature of the air in the passenger compartment, the temperature of black globe, the wet temperature of the air in the passenger compartment, and the air speed in the passenger compartment.
Consécutivement, il est possible de déterminer un indice de non-satisfaction PPD qui établit une prédiction quantitative du pourcentage d'insatisfaits thermiques déterminé à partir du PMV et selon la formule suivante :Consecutively, it is possible to determine a PPD dissatisfaction index which establishes a quantitative prediction of the percentage of thermal dissatisfiers determined from the PMV and according to the following formula:
Ainsi, selon l’invention, le modèle de cabine est utilisé pour alimenter le modèle thermo-physiologiste qui alimente ensuite à son tour le modèle PMV pour mettre à jour en temps réel l’indice de non-satisfaction PPD. Le système de chauffage et de climatisation 2 est alors asservi, par exemple via une régulation de type proportionnel, intégral, dérivé, afin de faire converger l’indice de non-satisfaction vers 0, représentatif d’un confort thermique neutre, c’est-à-dire optimal, ni trop chaud ni trop froid.Thus, according to the invention, the cabin model is used to feed the thermo-physiologist model which then in turn feeds the PMV model to update the PPD non-satisfaction index in real time. The heating and air conditioning system 2 is then controlled, for example via proportional, integral, derivative type regulation, in order to make the non-satisfaction index converge towards 0, representative of neutral thermal comfort, this is that is to say optimal, neither too hot nor too cold.
Ainsi, durant l’étape d’activation 10 du système de chauffage et de climatisation 2, un débit du flux d’air soufflé dans l’habitacle est d’abord maximal afin d’initier efficacement un désembuage des parois vitrées. Par la suite, si le confort thermique calculé est égal au point de fonctionnement, alors un débit du flux d’air soufflé par le système de chauffage et de climatisation 2 est réduit en dessous d’un seuil acoustique de débit. A contrario, si le confort thermique calculé est différent du point de fonctionnement, alors au moins un des paramètres fonctionnels du système de chauffage et de climatisation 2 est modifié afin de faire converger le confort thermique calculé en direction du point de fonctionnement. A cet effet, une première partie du flux d’air généré par le système de chauffage et de climatisation 2 est orientée en direction des parois vitrées de l’habitacle, et une deuxième partie du flux d’air est orientée en direction de l’occupant.Thus, during activation step 10 of the heating and air conditioning system 2, a flow rate of the air flow blown into the passenger compartment is first maximum in order to effectively initiate defogging of the glass walls. Subsequently, if the calculated thermal comfort is equal to the operating point, then a flow rate of the air flow blown by the heating and air conditioning system 2 is reduced below an acoustic flow threshold. Conversely, if the calculated thermal comfort is different from the operating point, then at least one of the functional parameters of the heating and air conditioning system 2 is modified in order to make the calculated thermal comfort converge towards the operating point. For this purpose, a first part of the air flow generated by the heating and air conditioning system 2 is oriented towards the glass walls of the passenger compartment, and a second part of the air flow is oriented towards the occupant.
En référence à la
En synthèse, l’invention concerne un procédé de régulation thermique 1 d’un système de chauffage et de climatisation 2 dont la régulation est assurée via un modèle numérique qui modélise les échanges thermiques opérant dans l’habitacle, les occupants et le milieu extérieur à l’habitacle, en vue d’optimiser un confort thermique évalué sur la base d’un indice de non-satisfaction déterminé par le modèle numérique en fonction des paramètres fonctionnels du système de chauffage et de climatisation 2. L’invention permet ainsi d’optimiser à la fois le désembuage des parois vitrées du véhicule automobile 3 et de maximiser le confort thermique des occupants.In summary, the invention relates to a thermal regulation method 1 of a heating and air conditioning system 2 whose regulation is ensured via a digital model which models the thermal exchanges operating in the passenger compartment, the occupants and the external environment inside. the passenger compartment, with a view to optimizing thermal comfort evaluated on the basis of a non-satisfaction index determined by the digital model as a function of the functional parameters of the heating and air conditioning system 2. The invention thus makes it possible to optimize both the demisting of the glass walls of the motor vehicle 3 and maximize the thermal comfort of the occupants.
Bien sûr, l’invention n’est pas limitée aux exemples qui viennent d’être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l’invention. Notamment, les différentes caractéristiques, formes, variantes et modes de réalisation de l’invention peuvent être associées les unes avec les autres selon diverses combinaisons dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres. En particulier toutes les variantes et modes de réalisation décrits précédemment sont combinables entre eux.Of course, the invention is not limited to the examples which have just been described and numerous adjustments can be made to these examples without departing from the scope of the invention. In particular, the different characteristics, shapes, variants and embodiments of the invention can be associated with each other in various combinations to the extent that they are not incompatible or exclusive of each other. In particular, all the variants and embodiments described above can be combined with each other.
Claims (10)
- une étape de calcul (12) du confort thermique à partir de paramètres fonctionnels du système de chauffage et de climatisation (2) et d’un modèle numérique prédéterminé des échanges thermiques dans l’habitacle ;
- une étape de comparaison (13) du confort thermique calculé par rapport à un point de fonctionnement ;
- une étape de pilotage (14) du système de chauffage et de climatisation (2) en fonction de la comparaison entre le confort thermique calculé et le point de fonctionnement.Method for thermal regulation (1) of a heating and air conditioning system (2) of a passenger compartment of a motor vehicle (3), the method comprising a step (10) of activating the heating and air conditioning system (2), a flow of air blown by the heating and air conditioning system (2) being projected towards the glass walls of the passenger compartment in order to defog them, and a step of regulation (11) of the heating and air conditioning system air conditioning (2) based on thermal comfort of an occupant of the passenger compartment, characterized in that the regulation step (11) comprises:
- a step of calculating (12) thermal comfort based on functional parameters of the heating and air conditioning system (2) and a predetermined digital model of thermal exchanges in the passenger compartment;
- a step of comparing (13) the thermal comfort calculated in relation to an operating point;
- a step of controlling (14) the heating and air conditioning system (2) based on the comparison between the calculated thermal comfort and the operating point.
- une première étape de calcul (12) du modèle de l’habitacle à partir des paramètres fonctionnels du système de chauffage et de climatisation (2) et de données environnementales mesurées dans l’habitacle ;
- une deuxième étape de calcul (12) du modèle thermo-physiologique à partir de données de sortie du modèle de l’habitacle ;
- une troisième étape de calcul (12) du modèle PMV à partir de données de sortie du modèle thermo-physiologique.Thermal regulation method (1) according to the preceding claim, in which the coupling step comprises:
- a first step of calculating (12) the model of the passenger compartment from the functional parameters of the heating and air conditioning system (2) and environmental data measured in the passenger compartment;
- a second step of calculating (12) the thermo-physiological model from output data from the passenger compartment model;
- a third step of calculating (12) the PMV model from output data of the thermo-physiological model.
Motor vehicle (3) comprising a heating and air conditioning system (2) according to the preceding claim.
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