JP2019147508A - 車両用室内温度制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】乗員の温熱快適性を確保しつつ省動力化することができる車両用室内温度制御装置を提供する。【解決手段】着座姿勢の乗員の温熱快適性を制御可能な車両用室内温度制御装置10であって、乗員の下肢の温度を調節可能な第1領域である前側部1a、中間部1b、前側中部2c、前側下部2g、正面下部4f、シートクッション5a、右側面前側上部6bの温度制御機構層13を有する第1の内装部材と、この第1の内装部材よりも上側に配設され且つ第1領域の温度制御機構層13とは異なる第2領域であるステアリング3、正面中部4e、シートバック5bの温度制御機構層13を有する第2の内装部材と、ECU30を有し、ECU30は、第1領域の温度制御機構層13の温度が第2領域の温度制御機構層13の温度よりも高くなるように制御している。【選択図】 図2
Description
本発明は、車両用室内温度制御装置に関し、特に着座姿勢の乗員の温熱快適性を制御可能な車両用室内温度制御装置に関する。
従来より、頭寒足熱の観点から、車両用空調装置に乗員の足元に温風を供給可能な足元吹出口が設けられ、乗員下肢周りの雰囲気温度を上昇させることが行われていた。
車室内環境は、乗員の占有空間が狭く姿勢が制限され、外部環境との断熱性が低いため、乗員の温熱快適性を確保するためには、多くの消費エネルギーを必要としている。
ここで、温熱快適性とは、ASHRAE(米国暖房冷凍空調学会)において「その温熱環境に満足を示す心の状態」と定義され、乗員の心理状態や感覚を指標として表わされるものである。
車室内環境は、乗員の占有空間が狭く姿勢が制限され、外部環境との断熱性が低いため、乗員の温熱快適性を確保するためには、多くの消費エネルギーを必要としている。
ここで、温熱快適性とは、ASHRAE(米国暖房冷凍空調学会)において「その温熱環境に満足を示す心の状態」と定義され、乗員の心理状態や感覚を指標として表わされるものである。
一般に、車両用空調装置は、車室内全体を空調するように吹出口から所定の目標温度に温度調節された温風(空調風)を吹き出し、車室内の空気の流動(対流)を介して乗員を暖める(熱)伝達暖房(対流暖房ともいう)が採用されている。
この伝達暖房では、車室内壁面に伝わる熱量(壁面伝熱量)や換気用空気を昇温する換気負荷が必要であることから、空調用動力消費量が大きくなる虞がある。
そこで、空調用動力消費量を抑制する技術が提案されている。
この伝達暖房では、車室内壁面に伝わる熱量(壁面伝熱量)や換気用空気を昇温する換気負荷が必要であることから、空調用動力消費量が大きくなる虞がある。
そこで、空調用動力消費量を抑制する技術が提案されている。
特許文献1の車両用空調装置は、着座姿勢の乗員の頭部、上半身、下半身、及び足元等の局所部位に向けて空調風を吹き出す複数の吹出口をシート毎に配設し、吹き出された空調風によって車室内全体の温度を制御するものである。
特許文献1の車両用空調装置は、乗員周りに空調風を吹き出すゾーン空調を行うことにより、乗員の温熱快適性を確保しつつ省動力化を図っている。
しかし、特許文献1の技術は、依然として伝達暖房であり、壁面伝熱量や換気負荷による動力消費が発生するため、省動力化の観点で改善の余地が存在している。
特に、近年増加傾向にある電気自動車やハイブリッド車では、熱源であるエンジンからの廃熱を期待することができないことから、空調用動力消費の増加は航続距離の低下を招く虞がある。
しかし、特許文献1の技術は、依然として伝達暖房であり、壁面伝熱量や換気負荷による動力消費が発生するため、省動力化の観点で改善の余地が存在している。
特に、近年増加傾向にある電気自動車やハイブリッド車では、熱源であるエンジンからの廃熱を期待することができないことから、空調用動力消費の増加は航続距離の低下を招く虞がある。
乗員の身体を電磁波を介した放射熱(輻射熱)で暖める(熱)放射暖房を採用することにより、車室内壁面を介して外部環境に逃げる壁面伝熱量や換気用空気を昇温する換気負荷を伝達暖房に比べて抑制することが可能である。
しかし、車室内壁面にヒータパネル等の温度制御手段を大量に配設した場合、部品点数の増加に伴って生産コストの増加が懸念され、また、大量のヒータパネルを作動させるための動力消費量が大きくなり、期待される省動力化を確保することができない虞もある。
しかし、車室内壁面にヒータパネル等の温度制御手段を大量に配設した場合、部品点数の増加に伴って生産コストの増加が懸念され、また、大量のヒータパネルを作動させるための動力消費量が大きくなり、期待される省動力化を確保することができない虞もある。
本発明の目的は、乗員の温熱快適性を確保しつつ省動力化可能な車両用室内温度制御装置等を提供することである。
請求項1の車両用室内温度制御装置は、着座姿勢の乗員の温熱快適性を制御可能な車両用室内温度制御装置において、前記乗員の下肢の温度を調節可能な第1温度調節手段を有する第1内装部材と、前記第1内装部材よりも上側に配設され且つ前記第1温度調節手段とは異なる第2温度調節手段を有する第2内装部材と、前記第1,第2温度調節手段を制御可能な制御手段とを備え、前記制御手段は、前記第1温度調節手段の温度が第2温度調節手段の温度よりも高くなるように制御することを特徴としている。
この車両用室内温度制御装置では、前記乗員の下肢の温度を調節可能な第1温度調節手段を有する第1内装部材と、前記第1内装部材よりも上側に配設され且つ前記第1温度調節手段とは異なる第2温度調節手段を有する第2内装部材とを有するため、乗員の下肢と上半身を内装部材を介して独立して温度調節することができる。
制御手段は、前記第1温度調節手段の温度が第2温度調節手段の温度よりも高くなるように制御するため、乗員の局所部位を放射暖房又は放射冷房することにより乗員の温熱快適性を確保することができ、動力消費量の低減を図ることができる。
制御手段は、前記第1温度調節手段の温度が第2温度調節手段の温度よりも高くなるように制御するため、乗員の局所部位を放射暖房又は放射冷房することにより乗員の温熱快適性を確保することができ、動力消費量の低減を図ることができる。
請求項2の発明は、請求項1の発明において、前記制御手段は、車両の車室内温度又は前記第1,第2内装部材の表面温度に基づいて前記第1,第2温度調節手段を制御することを特徴としている。
この構成によれば、車両の車室内温度又は前記第1,第2内装部材の表面温度に基づいて乗員の温熱快適性を確保することができる。
この構成によれば、車両の車室内温度又は前記第1,第2内装部材の表面温度に基づいて乗員の温熱快適性を確保することができる。
請求項3の発明は、請求項1又は2の発明において、前記制御手段は、暖房するとき、前記第1温度調節手段を第2温度調節手段よりも優先して作動させることを特徴としている。
この構成によれば、放射暖房により乗員の下半身を集中的に加温することによって早期に乗員を温熱快適状態にすることができる。
この構成によれば、放射暖房により乗員の下半身を集中的に加温することによって早期に乗員を温熱快適状態にすることができる。
請求項4の発明は、請求項1又は2の発明において、前記制御手段は、冷房するとき、前記第2温度調節手段を第1温度調節手段よりも優先して作動させることを特徴としている。
この構成によれば、放射冷房により乗員の上半身を集中的に冷却することによって早期に乗員を温熱快適状態にすることができる。
この構成によれば、放射冷房により乗員の上半身を集中的に冷却することによって早期に乗員を温熱快適状態にすることができる。
請求項5の発明は、請求項1〜4の何れか1項の発明において、前記制御手段は、前記第1,第2温度調節手段のうち優先して作動させる一方の温度調節手段の出力を他方の温度調節手段の出力の1.5倍以上にすることを特徴としている。
この構成によれば、乗員の局所部位を確実に温度管理することができる。
この構成によれば、乗員の局所部位を確実に温度管理することができる。
請求項6の発明は、請求項1〜5の何れか1項の発明において、前記第1内装部材がフロアパネル、シートクッションの少なくとも何れか1つであり、前記第2内装部材がステアリング、シートバック、インスツルメントパネルの少なくとも何れか1つであることを特徴としている。
この構成によれば、最小限の温度調節手段によって乗員の局所部位を集中的に温度管理することができる。
この構成によれば、最小限の温度調節手段によって乗員の局所部位を集中的に温度管理することができる。
本発明の車両用室内温度制御装置によれば、乗員の温熱快適性を確保しつつ省動力化することができる。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
以下の説明は、本発明を車両の室内温度制御装置に適用したものを例示したものであり、本発明、その適用物、或いは、その用途を制限するものではない。
また、図中、矢印F方向を前方向とし、矢印L方向を左方向とし、矢印U方向を上方向として説明する。
以下の説明は、本発明を車両の室内温度制御装置に適用したものを例示したものであり、本発明、その適用物、或いは、その用途を制限するものではない。
また、図中、矢印F方向を前方向とし、矢印L方向を左方向とし、矢印U方向を上方向として説明する。
以下、本発明の実施例1について図1〜図20に基づいて説明する。
図1,図2に示すように、本実施例に係る車両Vは、車室床面を構成するフロアパネル1と、左右1対のドア2と、乗員が操舵可能なステアリングホイール(以下、ステアリングと略す)3と、インスツルメントパネル(以下、インパネと略す)4と、シートクッション5aとシートバック5bを夫々有する左右1対のシート5と、左右の前側シート間に前後に延びるように配設された略直方体形状のセンターコンソール6と、目標温度に温度調節された空調風を車室内に吹き出し可能な空調装置7と、充放電可能な車両用電源8と、温度制御装置10等を備えている。
図1,図2に示すように、本実施例に係る車両Vは、車室床面を構成するフロアパネル1と、左右1対のドア2と、乗員が操舵可能なステアリングホイール(以下、ステアリングと略す)3と、インスツルメントパネル(以下、インパネと略す)4と、シートクッション5aとシートバック5bを夫々有する左右1対のシート5と、左右の前側シート間に前後に延びるように配設された略直方体形状のセンターコンソール6と、目標温度に温度調節された空調風を車室内に吹き出し可能な空調装置7と、充放電可能な車両用電源8と、温度制御装置10等を備えている。
各ドア2の車幅方向内側に、内装部材としてサイドパネルが装着され、ステアリング3に、内装部材として表面を覆う被覆材が装着されている。
インパネ4は、左右両側上部及び車幅方向中央上部に空調装置7の吹出口が形成され、左側中部にグローブボックスが形成され、乗員の正面位置にはメータパネルが形成されている。
センターコンソール6は、内装部材として表面を覆う被覆材が装着されている。
以下、特段の説明がない場合、説明の便宜上、シート5はドライバーである乗員が着座する右側シート、フロアパネル1はドライバーである乗員が着座するシート5が配置されたフロアパネルの右側前領域を指し、上面に敷かれた内装部材のフロアマットを含むものとして説明する。また、何れの部材も、車室内の内装部材として表面を覆う被覆材を含むものとする。
インパネ4は、左右両側上部及び車幅方向中央上部に空調装置7の吹出口が形成され、左側中部にグローブボックスが形成され、乗員の正面位置にはメータパネルが形成されている。
センターコンソール6は、内装部材として表面を覆う被覆材が装着されている。
以下、特段の説明がない場合、説明の便宜上、シート5はドライバーである乗員が着座する右側シート、フロアパネル1はドライバーである乗員が着座するシート5が配置されたフロアパネルの右側前領域を指し、上面に敷かれた内装部材のフロアマットを含むものとして説明する。また、何れの部材も、車室内の内装部材として表面を覆う被覆材を含むものとする。
まず、本発明の考え方について説明する。
温度制御装置10は、シート5に着座した乗員の温熱快適性に対して影響が大きい身体上の部位について温度管理を実行可能に構成されている。
温熱快適性に対して影響が大きい身体上の部位とは、生体恒常性が阻害され易い、所謂深部温度と体表温度の差が拡大し易い部位であり、人体エクセルギー損失によって判断することができる。エクセルギーとは、外界と平衡するまで状態変化するとき、系から理論上取り出せる最大の仕事量であり、換言すれば、エネルギーの廃熱性を表す概念である。
温度制御装置10は、シート5に着座した乗員の温熱快適性に対して影響が大きい身体上の部位について温度管理を実行可能に構成されている。
温熱快適性に対して影響が大きい身体上の部位とは、生体恒常性が阻害され易い、所謂深部温度と体表温度の差が拡大し易い部位であり、人体エクセルギー損失によって判断することができる。エクセルギーとは、外界と平衡するまで状態変化するとき、系から理論上取り出せる最大の仕事量であり、換言すれば、エネルギーの廃熱性を表す概念である。
人体エクセルギー損失は、コア損失と、スキン損失と、着衣熱伝導損失と、着衣放射損失の4つの要素の和から構成されていると定義付けすることができる。
そこで、本発明者は、シート5に着座した乗員の温熱快適性に対して影響が大きい身体上の部位を特定するため、エクセルギー損失解析モデルを作成した。
エクセルギー損失解析モデルは、人体分割モデルM1と、空気分割モデルM2と、内装分割モデルM3と、放射モデルの4つのモデルから構成されている。
そこで、本発明者は、シート5に着座した乗員の温熱快適性に対して影響が大きい身体上の部位を特定するため、エクセルギー損失解析モデルを作成した。
エクセルギー損失解析モデルは、人体分割モデルM1と、空気分割モデルM2と、内装分割モデルM3と、放射モデルの4つのモデルから構成されている。
図3に示すように、人体形状を模擬した人体分割モデルM1は、頭部、上躯幹部、左上腕部、左前腕部、右上腕部、右前腕部、下躯幹部、左大腿部、左下腿部、右大腿部、右下腿部の11の部位に分割され、各々の部位には対応した表面積と重量が割り振られている。そして、各部位には、コア層と、スキン層と、着衣熱伝導層と、着衣放射層とが夫々組み込まれ、血流の動き、熱伝導及び熱放射によって各層間で熱輸送が行われるように構成されている。
以上により、人体分割モデルM1の各々の部位について、熱平衡式を用いて上記4要素のエクセルギー損失を演算し、乗員の温熱感を求めている。
以上により、人体分割モデルM1の各々の部位について、熱平衡式を用いて上記4要素のエクセルギー損失を演算し、乗員の温熱感を求めている。
図4に示すように、空気分割モデルM2は、車室の三次元CAD(Computer Aided Design)データに基づき計算された三次元CFD(Computational Fluid Dynamics)モデルを縮退、具体的には、車両Vの車室内空間が28の領域に分割されている。
以上により、例えば、有限要素法、有限体積法又は差分法等によるNavier-Stokes方程式の数値解析を用いて室内気流の流れ(流速)及び気流温度分布等を演算している。
以上により、例えば、有限要素法、有限体積法又は差分法等によるNavier-Stokes方程式の数値解析を用いて室内気流の流れ(流速)及び気流温度分布等を演算している。
着衣放射損失は、入力エクセルギーが車室内壁面からの放射熱、出力エクセルギーが着衣からの放射熱であることから、内装部材のパネル温度を考慮する必要がある。
そこで、図5に示すように、内装分割モデルM3は、車室内壁面を構成する内装部材を25の領域(非網掛け部分)に分割している。
内装分割モデルM3は、乗員に対する放射熱の影響を求めるため、網掛け部分であるリヤピラー、リヤシートバック等のパネル温度は考慮しない。
以上により、インパネ4やセンターコンソール6等のパネル温度を演算している。
そこで、図5に示すように、内装分割モデルM3は、車室内壁面を構成する内装部材を25の領域(非網掛け部分)に分割している。
内装分割モデルM3は、乗員に対する放射熱の影響を求めるため、網掛け部分であるリヤピラー、リヤシートバック等のパネル温度は考慮しない。
以上により、インパネ4やセンターコンソール6等のパネル温度を演算している。
また、着衣放射損失は、2者間の相互放射の関係にあるため、乗員の各部位に関連する放射熱量を形態係数を用いて求めている。
形態係数とは、2つの伝熱面間の幾何学的位置関係を表す指標であり、換言すれば、一方の面から放出されたエネルギーが他方の面に到達する割合を示している。実際には、幾何学的関係から数学的に形態係数を求めるのは困難であるため、本実施例では、180度魚眼レンズ映像における各伝熱面の面積率(%)又は面積比を用いて演算している。
以上により、乗員の各部位に関連する放射熱量を演算している。
形態係数とは、2つの伝熱面間の幾何学的位置関係を表す指標であり、換言すれば、一方の面から放出されたエネルギーが他方の面に到達する割合を示している。実際には、幾何学的関係から数学的に形態係数を求めるのは困難であるため、本実施例では、180度魚眼レンズ映像における各伝熱面の面積率(%)又は面積比を用いて演算している。
以上により、乗員の各部位に関連する放射熱量を演算している。
以上を踏まえ、本発明者は、人体分割モデルM1に空気分割モデルM2と内装分割モデルM3と放射モデルを連携してエクセルギー損失を暖房解析した。
乗員の各部位のエクセルギー損失が暖房開始から5分程度で平均化することから、暖房開始から5分後のエクセルギー損失を基準として各部位のエクセルギー損失をシミュレーションする第1の解析を行った。
更に、エクセルギー損失解析モデルの妥当性を検証するため、実際の乗員による各部位の要求温度差を求める検証実験を行った。
尚、外気温−18℃、車速50km/h、時間経過に伴い空調風温度が上昇することを解析条件とする。
乗員の各部位のエクセルギー損失が暖房開始から5分程度で平均化することから、暖房開始から5分後のエクセルギー損失を基準として各部位のエクセルギー損失をシミュレーションする第1の解析を行った。
更に、エクセルギー損失解析モデルの妥当性を検証するため、実際の乗員による各部位の要求温度差を求める検証実験を行った。
尚、外気温−18℃、車速50km/h、時間経過に伴い空調風温度が上昇することを解析条件とする。
図6に、シミュレーションによる第1解析結果を示し、図7に、検証実験結果を示す。
図6,図7に示すように、シミュレーションによる解析結果と実験結果は乗員の各部位において同じ傾向を示すため、エクセルギー損失解析モデルは暖房解析に適用することが妥当であることが確認された。
しかも、図6に示すように、暖房初期には、上半身よりも下半身、特に、乗員の左右下腿部により多くの熱入力が要求されていることが判明した。
図6,図7に示すように、シミュレーションによる解析結果と実験結果は乗員の各部位において同じ傾向を示すため、エクセルギー損失解析モデルは暖房解析に適用することが妥当であることが確認された。
しかも、図6に示すように、暖房初期には、上半身よりも下半身、特に、乗員の左右下腿部により多くの熱入力が要求されていることが判明した。
また、均一条件の下、人体分割モデルM1を用いたシミュレーションにより、車室内壁面が低温(14℃)の場合と高温(24℃)の場合の人体エクセルギー損失を夫々演算する第2の解析を行った。解析条件は、外部環境温度5℃、放射率一定(ε=0.95)、伝達暖房(温風)温度一定である。
図8(a)に、低温壁の解析結果を示し、図8(b)に高温壁の解析結果を示す。
図8(a),(b)に示すように、低温壁におけるエクセルギー損失の最低値(3.3)が高温壁におけるエクセルギー損失の最低値(2.6)よりも高く、しかも、低温壁のエクセルギー損失が最低値になるまでの時間が高温壁のエクセルギー損失が最低値になるまでの時間よりも長くなることが確認された。
図8(a)に、低温壁の解析結果を示し、図8(b)に高温壁の解析結果を示す。
図8(a),(b)に示すように、低温壁におけるエクセルギー損失の最低値(3.3)が高温壁におけるエクセルギー損失の最低値(2.6)よりも高く、しかも、低温壁のエクセルギー損失が最低値になるまでの時間が高温壁のエクセルギー損失が最低値になるまでの時間よりも長くなることが確認された。
上記第1,第2の解析により、暖房初期において乗員の左右下腿部により多くの熱入力が要求されていること、乗員の温熱感向上には車室内壁からの放射熱が有効であること、が知見された。
即ち、乗員の温熱快適性を向上するためには、伝達暖房(対流暖房)よりも乗員の下腿部周りの内装部材を昇温する下腿部放射暖房が最も効果的であることが判明した。
第1解析と同様の解析条件の下、各部位の平均値であるトータルのエクセルギー損失が同じ値になるように伝達暖房を作動させた場合、図9に示すように、放射暖房(実線)と伝達暖房(破線)の暖房効果はトータルにおいては同等にも拘らず、図10に示すように、温度制御開始から5分後の動力消費量は、放射暖房(実線)の動力消費量(1.6kW)が伝達暖房(破線)の動力消費量(4.2kW)よりも約62%低下されている。
即ち、乗員の温熱快適性を向上するためには、伝達暖房(対流暖房)よりも乗員の下腿部周りの内装部材を昇温する下腿部放射暖房が最も効果的であることが判明した。
第1解析と同様の解析条件の下、各部位の平均値であるトータルのエクセルギー損失が同じ値になるように伝達暖房を作動させた場合、図9に示すように、放射暖房(実線)と伝達暖房(破線)の暖房効果はトータルにおいては同等にも拘らず、図10に示すように、温度制御開始から5分後の動力消費量は、放射暖房(実線)の動力消費量(1.6kW)が伝達暖房(破線)の動力消費量(4.2kW)よりも約62%低下されている。
次に、シート5に着座した乗員の温熱快適性に対して影響が大きい身体上の部位、所謂下腿部に対して放射熱量が大きい車室内壁部分を判定する。
そこで、着座した乗員の左右下腿部の周囲に位置する内装分割モデルM3のうちフロアパネル1とインパネ4と前側右ドア2のサイドパネルとセンターコンソール6について、各々を構成する壁部を複数領域に分割し、領域分割された各々の分割壁面について左右下腿部に対する形態係数を夫々演算した。
そこで、着座した乗員の左右下腿部の周囲に位置する内装分割モデルM3のうちフロアパネル1とインパネ4と前側右ドア2のサイドパネルとセンターコンソール6について、各々を構成する壁部を複数領域に分割し、領域分割された各々の分割壁面について左右下腿部に対する形態係数を夫々演算した。
ここで、各内装部材の領域分割について説明する。
図11に示すように、フロアパネル1は、前側傾斜部分に相当する前側部1aと、この前側部1aの後側で乗員の脹脛の下方に相当する中間部1bと、この中間部1bの後側でシート5に隠れる部分に相当する後側部1cに分割している。
図12に示すように、インパネ4は、上面を構成し且つ右側吹出口周辺に相当する右側上部4aと、この右側上部4aの下側部分に相当する右側中部4bと、この右側中部4bの下側でフロアパネル1に対向した部分に相当する右側下部4cと、乗員の正面部分でメータパネル部分に相当する正面上部4dと、この正面上部4dの下側でステアリングコラム周辺部分に相当する正面中部4eと、この正面中部4eの下側でフロアパネル1に対向した部分に相当する正面下部4fと、上面を構成し且つダッシュボードからメータパネルまでの部分に相当する左側上部4gと、この左側上部4gの下側でグローブボックスから機器操作ボタン周辺部分に相当する左側中部4hと、この左側中部4hの下側でフロアパネル1に対向した部分に相当する左側下部4iに分割している。
図11に示すように、フロアパネル1は、前側傾斜部分に相当する前側部1aと、この前側部1aの後側で乗員の脹脛の下方に相当する中間部1bと、この中間部1bの後側でシート5に隠れる部分に相当する後側部1cに分割している。
図12に示すように、インパネ4は、上面を構成し且つ右側吹出口周辺に相当する右側上部4aと、この右側上部4aの下側部分に相当する右側中部4bと、この右側中部4bの下側でフロアパネル1に対向した部分に相当する右側下部4cと、乗員の正面部分でメータパネル部分に相当する正面上部4dと、この正面上部4dの下側でステアリングコラム周辺部分に相当する正面中部4eと、この正面中部4eの下側でフロアパネル1に対向した部分に相当する正面下部4fと、上面を構成し且つダッシュボードからメータパネルまでの部分に相当する左側上部4gと、この左側上部4gの下側でグローブボックスから機器操作ボタン周辺部分に相当する左側中部4hと、この左側中部4hの下側でフロアパネル1に対向した部分に相当する左側下部4iに分割している。
図13に示すように、前側右ドア2のサイドパネルは、ドア2の前側開口縁部分を形成する前側上部2aと、この前側上部2aの後側で乗員の肩近傍部分に相当する後側上部2bと、前側上部2aの下側でスピーカ周辺に相当する前側中部2cと、前側中部2cの後側で乗員の脇腹近傍部分に相当する後側中部2dと、前側中部2cの後側で後側中部2dの下側部分に相当する後側中部2eと、前側中部2cよりも前側でドア2の下端部に相当する前端下部2fと、この前端下部2fの後側でドア2の下端部分に相当する前側下部2gと、この前側下部2fよりも後側でドア2の下端部分に相当する後側下部2hに分割している。
図14,図15に示すように、センターコンソール6は、センターコンソール6の右側壁面上部の前後方向中央部分に相当する右側面中央上部6aと、この右側面中央上部6a(シート5の前端位置)の前側で左下腿部近傍部分に相当する右側面前側上部6bと、シート5で隠れる部分に相当する右側面後側中部6cと、センターコンソール6の上面に相当する上面部6dと、センターコンソール6の左側壁面に相当する左側面部6eと、右側面後側中部6cの下側部分に相当する右側面後側下部6fと、この右側面後側下部6fの前側で右側面前側上部6bの下側部分に相当する右側面前側下部6gに分割している。
図16の表に、各々の分割壁面について左右下腿部の形態係数(%)を示す。
図16に示すように、フロアパネル1では、中間部1bは両方共10%以上、前側部1aは両方共3%以上、後側部1cは両方共1%以上である。
インパネ4では、正面中部4eと正面下部4fは両方共3%以上、右側中部4bと左側中部4hは一方が1%以上、その他は何れも1%未満である。
前側右ドア2のサイドパネルでは、前側中部2c、前側下部2gは一方が2%以上、前側上部2a、後側中部2d、前端下部2fは一方が1%以上、その他は何れも1%未満である。
センターコンソール6では、右側面前側上部6bは一方が10%以上、右側面前側下部6gは一方が1%以上、その他は何れも1%未満である。
図16に示すように、フロアパネル1では、中間部1bは両方共10%以上、前側部1aは両方共3%以上、後側部1cは両方共1%以上である。
インパネ4では、正面中部4eと正面下部4fは両方共3%以上、右側中部4bと左側中部4hは一方が1%以上、その他は何れも1%未満である。
前側右ドア2のサイドパネルでは、前側中部2c、前側下部2gは一方が2%以上、前側上部2a、後側中部2d、前端下部2fは一方が1%以上、その他は何れも1%未満である。
センターコンソール6では、右側面前側上部6bは一方が10%以上、右側面前側下部6gは一方が1%以上、その他は何れも1%未満である。
以上を踏まえ、少なくとも左右両下腿部のうち一方の下腿部の形態係数が2%以上で且つシート5の座面より下側の領域(下半身対応領域)から第1領域を選定し、シート5の座面より上側の領域(上半身対応領域)から乗員に対する冷却効率が高い第2領域を選定し、少なくとも左右両下腿部のうち一方の下腿部の形態係数が1%以上で且つシート5の座面より下側の領域から第3領域を選定している。
本実施例では、フロアパネル1の前側部1aと中間部1b、ドア2のサイドパネルの前側中部2cと前側下部2g、インパネ4の正面下部4f、シートクッション5a、センターコンソール6の右側面前側上部6bを第1領域とし、頭寒足熱の観点の下、ステアリング3、インパネ4の正面中部4e、シートバック5bを第2領域とし、ドア2のサイドパネルの前端下部2f、インパネ4の右側中部4bと左側中部4h、センターコンソール6の右側面前側下部6gを第3領域とした。
尚、説明の便宜上、内装部材である各壁面部分について、以下、上記内装分割モデルM3に用いた符号と同様の符号を用いて説明している。
本実施例では、フロアパネル1の前側部1aと中間部1b、ドア2のサイドパネルの前側中部2cと前側下部2g、インパネ4の正面下部4f、シートクッション5a、センターコンソール6の右側面前側上部6bを第1領域とし、頭寒足熱の観点の下、ステアリング3、インパネ4の正面中部4e、シートバック5bを第2領域とし、ドア2のサイドパネルの前端下部2f、インパネ4の右側中部4bと左側中部4h、センターコンソール6の右側面前側下部6gを第3領域とした。
尚、説明の便宜上、内装部材である各壁面部分について、以下、上記内装分割モデルM3に用いた符号と同様の符号を用いて説明している。
図17に示すように、内装部材のうち第1,第2領域に形成された温度制御機構は、構造母体層11と、この構造母体層11の表面に配設された断熱材層12と、この断熱材層12の表面に配設された温度制御機構層13と、この温度制御機構層13の表面に配設された表面層14とからなる層構造によって形成されている。
構造母体層11は、例えば、合成樹脂材により構成され、断熱材層12は、例えば、繊維系断熱材、発泡プラスチック系断熱材、或いはエアロゲル系断熱材により構成されている。温度制御機構層13は、加温及び冷却制御可能に形成され、例えば、一方向通電により放熱し、他方向通電により吸熱可能なペルチェ素子により構成されている。
尚、温度制御機構層13は、ペルチェ素子に代えて、パネルヒータと冷却水管の併用機構により構成しても良い。
構造母体層11は、例えば、合成樹脂材により構成され、断熱材層12は、例えば、繊維系断熱材、発泡プラスチック系断熱材、或いはエアロゲル系断熱材により構成されている。温度制御機構層13は、加温及び冷却制御可能に形成され、例えば、一方向通電により放熱し、他方向通電により吸熱可能なペルチェ素子により構成されている。
尚、温度制御機構層13は、ペルチェ素子に代えて、パネルヒータと冷却水管の併用機構により構成しても良い。
表面層14は、温度制御機構層13による作動用動力消費を抑制するため、熱容量が小さくなるように構成されている。
図18に示すように、同一材料の場合、厚さが大きい表面層(実線)は、これよりも厚さが小さい表面層(破線)よりも昇温速度が小さい。即ち、厚さが大きい表面層は、厚さが小さい表面層よりも表面層自体を昇温するための動力が大きくなる。
本実施例では、自己昇温動力を抑制するため、表面層14の昇温速度が8℃/minよりも大きくなるように表面層14の厚さを1.5mm以下に設定し、内装部材の強度に係る信頼性確保のため、表面層14の厚さを0.5mm以上に設定している。
図18に示すように、同一材料の場合、厚さが大きい表面層(実線)は、これよりも厚さが小さい表面層(破線)よりも昇温速度が小さい。即ち、厚さが大きい表面層は、厚さが小さい表面層よりも表面層自体を昇温するための動力が大きくなる。
本実施例では、自己昇温動力を抑制するため、表面層14の昇温速度が8℃/minよりも大きくなるように表面層14の厚さを1.5mm以下に設定し、内装部材の強度に係る信頼性確保のため、表面層14の厚さを0.5mm以上に設定している。
第3領域は、第1領域よりも下腿部に対する形態係数は小さいものの、周壁温放射による乗員のエクセルギー損失が懸念されるため、車室内と外部環境との熱交換を断熱材層12によって遮断することにより、乗員のエクセルギー損失を抑えている。
図19に示すように、内装部材のうち第3領域に形成された断熱機構は、構造母体層11と、この構造母体層11の表面に配設された断熱材層12と、この断熱材層12の表面に配設された表面層14とからなる層構造によって形成されている。これら構造母体層11と断熱材層12と表面層14は、温度制御機構と同様の構成であるため、詳細な説明を省略する。
第3領域は、暖房時、第1領域に次いで乗員の下腿部に対する熱影響が高い領域である。
図19に示すように、内装部材のうち第3領域に形成された断熱機構は、構造母体層11と、この構造母体層11の表面に配設された断熱材層12と、この断熱材層12の表面に配設された表面層14とからなる層構造によって形成されている。これら構造母体層11と断熱材層12と表面層14は、温度制御機構と同様の構成であるため、詳細な説明を省略する。
第3領域は、暖房時、第1領域に次いで乗員の下腿部に対する熱影響が高い領域である。
次に、温度制御装置10について説明する。
温度制御装置10は、シート5に着座した乗員の下半身の温度を調節する第1領域の温度制御機構層13の温度が乗員の上半身の温度を調節する第2領域の温度制御機構層13の温度よりも高くなるように制御している。
図2に示すように、温度制御装置10は、電源8と、イグニッションのオンオフ操作を検出可能なイグニッションスイッチ21と、空調装置7を起動すると共に目標温度設定可能な空調装置スイッチ22と、車両Vの室内温度を検出可能な室温センサ23と、ECU(Electronic Control Unit)30等を備えている。
室温センサ23は、インパネ4の表面側部分に配設され、検出信号をECU30に出力可能に構成されている。尚、室温センサ23を内装部材である第1,第2領域の表面毎に複数設定しても良い。
温度制御装置10は、シート5に着座した乗員の下半身の温度を調節する第1領域の温度制御機構層13の温度が乗員の上半身の温度を調節する第2領域の温度制御機構層13の温度よりも高くなるように制御している。
図2に示すように、温度制御装置10は、電源8と、イグニッションのオンオフ操作を検出可能なイグニッションスイッチ21と、空調装置7を起動すると共に目標温度設定可能な空調装置スイッチ22と、車両Vの室内温度を検出可能な室温センサ23と、ECU(Electronic Control Unit)30等を備えている。
室温センサ23は、インパネ4の表面側部分に配設され、検出信号をECU30に出力可能に構成されている。尚、室温センサ23を内装部材である第1,第2領域の表面毎に複数設定しても良い。
ECU30は、CPU(Central Processing Unit)と、ROMと、RAMと、イン側インタフェースと、アウト側インタフェース等によって構成されている。
ROMには、各種制御するためのプログラムやデータが格納され、RAMには、CPUが一連の処理を行う際に使用される処理領域が設けられている。
ROMには、各種制御するためのプログラムやデータが格納され、RAMには、CPUが一連の処理を行う際に使用される処理領域が設けられている。
ECU30は、フロアパネル1(前側部1a、中間部1b)と、ドア2のサイドパネル(前側中部2c、前側下部2g)、ステアリング3と、インパネ4(正面中部4e、正面下部4f)と、シート5(クッション5a、バック5b)と、センターコンソール6(右側面前側上部6b)とに配設された温度制御機構層13に電気的に夫々接続されている。そして、このECU30は、第1,第2領域のうち優先領域の温度制御機構層13を第1,第2領域のうち非優先領域の温度制御機構層13よりも優先的に作動させている。優先的作動には、出力量、作動開始タイミング、作動時間等が含まれている。
図2に示すように、ECU30は、記憶部31と、出力設定部32等を備えている。
記憶部31には、内装部材毎に目標温度と検出された室内温度との差に応じた目標出力(電力)が設定された目標出力マップ(図示略)が記憶されている。この目標出力マップは予め実験等により設定されている。
出力設定部32は、空調装置スイッチ22によるモード設定(暖房又は冷房の目標温度設定)に基づき第1,第2領域の一方を優先領域、他方を非優先領域に設定している。
また、非優先領域(の温度制御機構層13)には、目標出力マップに基づく電力を供給し、優先領域(の温度制御機構層13)には、目標出力マップに基づく電力(非優先領域に供給される電力)の1.5倍以上の電力を供給している。
具体的には、暖房中、第1領域の温度制御機構層13の出力を第2領域の温度制御機構層13の出力の1.5倍に制御し、冷房中、第2領域の温度制御機構層13の出力を第1領域の温度制御機構層13の出力の1.5倍に制御している。
記憶部31には、内装部材毎に目標温度と検出された室内温度との差に応じた目標出力(電力)が設定された目標出力マップ(図示略)が記憶されている。この目標出力マップは予め実験等により設定されている。
出力設定部32は、空調装置スイッチ22によるモード設定(暖房又は冷房の目標温度設定)に基づき第1,第2領域の一方を優先領域、他方を非優先領域に設定している。
また、非優先領域(の温度制御機構層13)には、目標出力マップに基づく電力を供給し、優先領域(の温度制御機構層13)には、目標出力マップに基づく電力(非優先領域に供給される電力)の1.5倍以上の電力を供給している。
具体的には、暖房中、第1領域の温度制御機構層13の出力を第2領域の温度制御機構層13の出力の1.5倍に制御し、冷房中、第2領域の温度制御機構層13の出力を第1領域の温度制御機構層13の出力の1.5倍に制御している。
次に、図20のフローチャートに基づいて、温度制御処理手順について説明する。
尚、Si(i=1,2…)は、各処理のためのステップを示している。
また、この温度制御装置10による温度制御は、空調装置7による温度制御と並行して処理されている。
尚、Si(i=1,2…)は、各処理のためのステップを示している。
また、この温度制御装置10による温度制御は、空調装置7による温度制御と並行して処理されている。
図20に示すように、S1にて、イグニッションスイッチ21がオン操作されたか否か判定する。
S1の判定の結果、イグニッションスイッチ21がオン操作された場合、乗員がシート5に着座しているため、S2に移行する。
S2では、空調装置スイッチ22や室温センサ23からの検出信号及び目標出力マップ等の情報を読み込み、S3に移行する。
S1の判定の結果、イグニッションスイッチ21がオン操作された場合、乗員がシート5に着座しているため、S2に移行する。
S2では、空調装置スイッチ22や室温センサ23からの検出信号及び目標出力マップ等の情報を読み込み、S3に移行する。
S3では、空調装置スイッチ22がオン操作されているか否か判定する。
S3の判定の結果、空調装置スイッチ22がオン操作されている場合、車室内の温度制御要求が存在するため、S4に移行する。
S4では、タイマTが判定閾値N(例えば、300sec)未満か否か判定する。
エクセルギー損失の観点から、人体の各部位は5分程度で略平均化されるため、空調初期に限定して空調装置7の作動に加えて温度制御装置10を作動させている。
S4の判定の結果、タイマTが判定閾値N未満の場合、S5に移行する。
S3の判定の結果、空調装置スイッチ22がオン操作されている場合、車室内の温度制御要求が存在するため、S4に移行する。
S4では、タイマTが判定閾値N(例えば、300sec)未満か否か判定する。
エクセルギー損失の観点から、人体の各部位は5分程度で略平均化されるため、空調初期に限定して空調装置7の作動に加えて温度制御装置10を作動させている。
S4の判定の結果、タイマTが判定閾値N未満の場合、S5に移行する。
S5では、空調装置7が暖房中か否か判定する。
S5の判定の結果、空調装置7が暖房中の場合、第1領域を優先領域に設定し、第2領域を非優先領域に設定して(S6)、S8に移行する。
乗員の下腿部に対する形態係数が高い第1領域に配設された温度制御機構層13を第2領域に配設された温度制御機構層13よりも優先的に作動させるためである。
S5の判定の結果、空調装置7が暖房中ではない場合、第2領域を優先領域に設定し、第1領域を非優先領域に設定して(S7)、S8に移行する。
乗員の上半身に対する冷却寄与度が高い第2領域に配設された温度制御機構層13を第1領域に配設された温度制御機構層13よりも優先的に作動させるためである。
S8では、優先領域及び非優先領域の温度制御機構層13に夫々設定された電力を供給して各領域の温度制御を開始して、S9に移行する。
非優先領域の温度制御機構層13に目標出力マップに基づく電力が供給され、優先領域の温度制御機構層13に非優先領域の温度制御機構層13に供給された電力の1.5倍の電力が供給される。
S9では、タイマTに1を追加して、リターンする。
S5の判定の結果、空調装置7が暖房中の場合、第1領域を優先領域に設定し、第2領域を非優先領域に設定して(S6)、S8に移行する。
乗員の下腿部に対する形態係数が高い第1領域に配設された温度制御機構層13を第2領域に配設された温度制御機構層13よりも優先的に作動させるためである。
S5の判定の結果、空調装置7が暖房中ではない場合、第2領域を優先領域に設定し、第1領域を非優先領域に設定して(S7)、S8に移行する。
乗員の上半身に対する冷却寄与度が高い第2領域に配設された温度制御機構層13を第1領域に配設された温度制御機構層13よりも優先的に作動させるためである。
S8では、優先領域及び非優先領域の温度制御機構層13に夫々設定された電力を供給して各領域の温度制御を開始して、S9に移行する。
非優先領域の温度制御機構層13に目標出力マップに基づく電力が供給され、優先領域の温度制御機構層13に非優先領域の温度制御機構層13に供給された電力の1.5倍の電力が供給される。
S9では、タイマTに1を追加して、リターンする。
S4の判定の結果、タイマTが判定閾値N以上の場合、人体の各部位のエクセルギー損失が略平均化されるため、S10に移行する。
S3の判定の結果、空調装置スイッチ22がオフ操作されている場合、車室内の温度制御要求が存在しないため、S10に移行する。
S1の判定の結果、イグニッションスイッチ21がオフ操作された場合、乗員が運転中ではないため、S10に移行する。
S10では、電力供給を停止して第1,第2領域の温度制御を停止し、S11に移行する。
S11では、タイマTをリセットにより0に設定し、リターンする。
S3の判定の結果、空調装置スイッチ22がオフ操作されている場合、車室内の温度制御要求が存在しないため、S10に移行する。
S1の判定の結果、イグニッションスイッチ21がオフ操作された場合、乗員が運転中ではないため、S10に移行する。
S10では、電力供給を停止して第1,第2領域の温度制御を停止し、S11に移行する。
S11では、タイマTをリセットにより0に設定し、リターンする。
次に、上記温度制御装置10の作用、効果について説明する。
実施例1に係る温度制御装置10によれば、乗員の下肢の温度を調節可能な第1領域(前側部1a、中間部1b、前側中部2c、前側下部2g、正面下部4f、シートクッション5a、右側面前側上部6b)の温度制御機構層13を有する第1の内装部材(層構造)と、第1の内装部材よりも上側に配設され且つ第1領域の温度制御機構層13とは異なる第2領域(ステアリング3、正面中部4e、シートバック5b)の温度制御機構層13を有する第2の内装部材とを有するため、乗員の下肢と上半身を内装部材を介して独立して温度調節することができる。
ECU30は、第1領域の温度制御機構層13の温度が第2領域の温度制御機構層13の温度よりも高くなるように制御するため、乗員の局所部位を放射暖房又は放射冷房することにより乗員の温熱快適性を確保することができ、動力消費量の低減を図ることができる。
実施例1に係る温度制御装置10によれば、乗員の下肢の温度を調節可能な第1領域(前側部1a、中間部1b、前側中部2c、前側下部2g、正面下部4f、シートクッション5a、右側面前側上部6b)の温度制御機構層13を有する第1の内装部材(層構造)と、第1の内装部材よりも上側に配設され且つ第1領域の温度制御機構層13とは異なる第2領域(ステアリング3、正面中部4e、シートバック5b)の温度制御機構層13を有する第2の内装部材とを有するため、乗員の下肢と上半身を内装部材を介して独立して温度調節することができる。
ECU30は、第1領域の温度制御機構層13の温度が第2領域の温度制御機構層13の温度よりも高くなるように制御するため、乗員の局所部位を放射暖房又は放射冷房することにより乗員の温熱快適性を確保することができ、動力消費量の低減を図ることができる。
ECU30は、車両Vの車室内温度に基づいて第1,第2領域の温度制御機構層13を制御するため、車両Vの車室内温度に基づいて乗員の温熱快適性を確保することができる。
ECU30は、暖房するとき、第1領域の温度制御機構層13を第2領域の温度制御機構層13よりも優先して作動させるため、放射暖房により乗員の下半身を集中的に加温することによって早期に乗員を温熱快適状態にすることができる。
ECU30は、冷房するとき、第2領域の温度制御機構層13を第1領域の温度制御機構層13よりも優先して作動させるため、放射冷房により乗員の上半身を集中的に冷却することによって早期に乗員を温熱快適状態にすることができる。
ECU30は、第1,第2領域の温度制御機構層13のうち優先して作動させる優先領域の温度制御機構層13の出力を優先領域の非温度制御機構層13の出力の1.5倍以上にするため、乗員の局所部位を確実に温度管理することができる。
第1領域の温度制御機構層13が組み込まれた第1の内装部材が、前側部1a、中間部1b、前側中部2c、前側下部2g、正面下部4f、シートクッション5a、右側面前側上部6bであり、第2領域の温度制御機構層13が組み込まれた第2の内装部材が、ステアリング3、正面中部4e、シートバック5bであるため、最小限の温度調節手段によって乗員の局所部位を集中的に温度管理することができる。
次に、前記実施形態を部分的に変更した変形例について説明する。
1〕前記実施形態においては、第1領域が、前側部1a、中間部1b、前側中部2c、前側下部2g、正面下部4f、シートクッション5a、右側面前側上部6bに設定され、第2領域が、ステアリング3、正面中部4e、シートバック5bに設定された例を説明したが、少なくとも、第1領域は、フロアパネル1、ドア2のサイドパネル、シートクッション5aの少なくとも何れか1つに設定されれば良く、また、第2領域は、ステアリング3、インパネ4、シートバック5bの少なくとも何れか1つに設定されれば良い。
1〕前記実施形態においては、第1領域が、前側部1a、中間部1b、前側中部2c、前側下部2g、正面下部4f、シートクッション5a、右側面前側上部6bに設定され、第2領域が、ステアリング3、正面中部4e、シートバック5bに設定された例を説明したが、少なくとも、第1領域は、フロアパネル1、ドア2のサイドパネル、シートクッション5aの少なくとも何れか1つに設定されれば良く、また、第2領域は、ステアリング3、インパネ4、シートバック5bの少なくとも何れか1つに設定されれば良い。
2〕前記実施形態においては、温度制御機構層13を、ペルチェ素子、又はパネルヒータと冷却水管の併用機構により構成した例を説明したが、暖房に効果的な第1領域にパネルヒータ、冷房に効果的な第2領域に冷却水管を夫々配設しても良い。
3〕前記実施形態においては、乗員がドライバーである例を説明したが、助手席の乗員でも良く、この場合、ステアリングを除き、ドライバーの場合と左右対称の仕様に構成される。
4〕前記実施形態においては、車両の車室内温度に基づいて第1,第2領域の温度制御機構層13を制御する例を説明したが、第1,第2領域に対応した内装部材の表面温度に基づいて第1,第2領域の温度制御機構層を制御しても良い。
これにより、乗員の温熱快適性を一層向上するすることができる。
これにより、乗員の温熱快適性を一層向上するすることができる。
5〕その他、当業者であれば、本発明の趣旨を逸脱することなく、前記実施形態に種々の変更を付加した形態や各実施形態を組み合わせた形態で実施可能であり、本発明はそのような変更形態も包含するものである。
1 フロアパネル
1a (フロアパネル)前側部
1b (フロアパネル)中間部
2 (前側右)ドア
2c 前側中部
2g 前側下部
3 ステアリング
4 インパネ
4e (インパネ)正面中部
4f (インパネ)正面下部
5a シートクッション
5b シートバック
6b (センターコンソール)右側面前側上部
13 温度制御機構層
30 ECU
V 車両
1a (フロアパネル)前側部
1b (フロアパネル)中間部
2 (前側右)ドア
2c 前側中部
2g 前側下部
3 ステアリング
4 インパネ
4e (インパネ)正面中部
4f (インパネ)正面下部
5a シートクッション
5b シートバック
6b (センターコンソール)右側面前側上部
13 温度制御機構層
30 ECU
V 車両
Claims (6)
- 着座姿勢の乗員の温熱快適性を制御可能な車両用室内温度制御装置において、
前記乗員の下肢の温度を調節可能な第1温度調節手段を有する第1内装部材と、
前記第1内装部材よりも上側に配設され且つ前記第1温度調節手段とは異なる第2温度調節手段を有する第2内装部材と、
前記第1,第2温度調節手段を制御可能な制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記第1温度調節手段の温度が第2温度調節手段の温度よりも高くなるように制御することを特徴とする車両用室内温度制御装置。 - 前記制御手段は、車両の車室内温度又は前記第1,第2内装部材の表面温度に基づいて前記第1,第2温度調節手段を制御することを特徴とする請求項1に記載の車両用室内温度制御装置。
- 前記制御手段は、暖房するとき、前記第1温度調節手段を第2温度調節手段よりも優先して作動させることを特徴とする請求項1又は2に記載の車両用室内温度制御装置。
- 前記制御手段は、冷房するとき、前記第2温度調節手段を第1温度調節手段よりも優先して作動させることを特徴とする請求項1又は2に記載の車両用室内温度制御装置。
- 前記制御手段は、前記第1,第2温度調節手段のうち優先して作動させる一方の温度調節手段の出力を他方の温度調節手段の出力の1.5倍以上にすることを特徴とする請求項1〜4の何れか1項に記載の車両用室内温度制御装置。
- 前記第1内装部材がフロアパネル、シートクッションの少なくとも何れか1つであり、前記第2内装部材がステアリング、シートバック、インスツルメントパネルの少なくとも何れか1つであることを特徴とする請求項1〜5の何れか1項に記載の車両用室内温度制御装置。
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