汽车座舱内局部送风对热舒适的影响研究

【摘 要】为进一步提升汽车座舱的热舒适性水平，文章借助环境模拟试验舱与座舱热舒适性测评假人，对不同参数的局部送风对乘员局部热舒适性的影响展开了深入研究。结果显示：在夏季高温环境下，随着空调的运行，热感觉呈现出迅速下降后逐渐趋于稳定的趋势;当座舱内环境温度保持恒定的情况下，热感觉会随着风速的增大而逐渐降低，且存在一个最佳值，可使热感觉维持在热中性状态，而风速过大则会使热感觉趋向于冷;在改变相同风速时，其对热感觉的影响会随着风速的增加而减小;在保持风速不变的情形下，改变座舱温度值，热感觉与温度变化呈正相关的线性关系。该研究结果能够为优化汽车座舱内局部送风的控制策略提供指引，进而提高座舱热舒适性。

【关键词】汽车座舱;热舒适性;局部送风;座舱热舒适性测评假人

中图分类号：U463.851 文献标识码：A 文章编号：1003-8639（ 2024 ）11-0024-03

Study on the Influence of Local Ventilation on Thermal Comfort in Vehicle Cabin

【Abstract】In order to further improve the thermal comfort level of the vehicle cabin，this paper conducts indepth research on the influence of different parameters of local ventilation on the thermal comfort of occupants using environmental simulation test chamber and cabin thermal comfort evaluation mannequin. The results show that as the air conditioning runs in the summer high temperature environment，the thermal sensation shows a trend of rapidly decreasing and then gradually stabilizing;when the cabin environment temperature remains constant，the thermal sensation will gradually decrease with the increase of wind speed，and there is an optimal value that can keep the thermal sensation at the neutral thermal state，while the wind speed is too large，it will make the thermal sensation tend to cold;when the wind speed is the same，its influence on the thermal sensation will decrease as the wind speed increases;when the wind speed remains unchanged，the change of cabin temperature value is linearly related to the thermal sensation with a positive correlation. The research results can provide guidance for optimizing the control strategy of local ventilation in the vehicle cabin and improving the thermal comfort of the cabin.

【Key words】vehicle cabin;thermal comfort;local ventilation;cabin thermal comfort evaluation mannequin

智能座舱作为汽车智能化的重要组成部分，在近几年获得了广泛的关注和推动[1-2]。乘员舱空调热舒适性作为关键要素之一，已经成为研究人员和用户的关注焦点。

针对乘员舱的热舒适性研究始于对流场的分析。Komoriya[3]利用烟流的试验方式，对气流进行了可视化分析。孙学军等[4]建立了乘员舱内部的二维流场并进行稳态数值分析。张登春等[5]利用Fluent对车内空气流动速度和温度分布规律进行了三维湍流流场的分析。向立平等[6]利用CFD仿真研究并分析了汽车乘员舱速度场和温度场与人体热舒适性之间存在的关系。刘海龙[7]针对不同送风参数对乘员舱内热舒适性及节能性的结果进行分析，并对送风参数的组合进行优化。曹凡[8]通过建立数学模型，实现了优化送风参数，提高了房车内部热舒适性。

近几年，国内外学者对热舒适的影响因素研究有所发展。王勇等[9]以PMV和PPD为评价指标对乘员舱的热舒适性进行了定量分析，并分析了送风方式及温度对热舒适性的影响。苏楚奇等[10]以AEQT（整体热感觉舒适性偏差）为指标评估空调系统需提供的制冷量。通过改变空调系统的风速和温度，探究了乘员舱内的热舒适性和能耗占比。王国华等[11]基于Berkeley热舒适评价，通过搭建数学模型对高温环境下SUV车型进行送风参数优化以提高乘员热舒适性并降低空调系统热负荷;Khatoon等[12]通过三维数值模拟对乘员舱热舒适进行了分析，预测了座舱内的温度和空气流速，并与Fanger模型进行了对比。

本文通过实车试验的方式，获取初始的乘员舱环境参数在空调降温期间的变化情况，并通过改变座舱温度以及风速，探究不同的送风参数组合对热舒适的影响。

1 试验

1.1 试验装置

整个试验装置包括环境模拟试验舱、汽车以及座舱热舒适性测评假人。该环境舱可维持稳定温度范围为-15～45℃，误差不超过±2℃;湿度覆盖10%～90%RH范围，偏差不超过±10%RH;光谱类型为全光谱，辐射强度覆盖500～1000W/m2，辐射强度偏差不超过±50W/m2，基准面辐射均匀性不超过10%。试验车辆为某品牌成品车，汽车空调可设定自动模式，可定向送风。

座舱热舒适性测评假人如图1所示。该假人系统分为硬件部分和软件部分。此假人以中国男性50百分位尺寸特征进行开发，其关节部位可灵活调节，可模拟人体驾乘姿态。假人本体配置传感器包括50组温度&风速传感器、50组辐射传感器（长、短波）以及6组湿度传感器。在软件部分，通过将座舱物理参数代入热生理以及热舒适模型计算给出热舒适结果，可输出空气温度、空气流速、平均辐射温度、太阳辐射、相对湿度、PMV或PPD参数、整体/局部EHT、整体/局部热感觉及热舒适，能够预测非均匀、瞬态条件下的热舒适程度。

1.2 试验方法

测试系统利用环境模拟舱搭建稳态测试环境，设定环境温度（35±2）℃，具体试验条件及过程如下所述。

1）进舱阶段：试验样车固定在汽车环模试验室内，环境温湿度快速调节至（35±2）℃和（50±5）%RH。

2）吹车阶段：开启车门、车窗、天窗和前后舱盖等;汽车空调空气循环开关置于外循环位置，开启空调吹风，风量调节开关置于中间位置（向高挡位取整），温度置于最低且此过程中压缩机始终处于关闭状态，吹风时间30min。

3）晒车阶段：关闭车门、车窗、天窗和前后舱盖等，关闭所有空调设置，开启全光谱阳光模拟系统，光照强度为（850±50）W/m2，晒车时间60min。

4）降温阶段：进入车内并快速关闭全部车门、车窗，启动车辆，空调设置AUTO 24℃，试验时间持续60min。

2 试验结果分析

2.1 原数据分析

在夏季工况下，汽车空调的吹风模式默认为吹头模式，而在对空调控制策略上，往往以空调的出风温度以及风速为控制目标。因此，本文着重对60min的降温时间段内座舱乘员头部位置的温度、风速以及热感觉数据进行分析。

座舱内头部温度、风速及热感觉对比如图2所示。从图2中可以看出，在经历过35℃环境下30min的浸车以及光照强度为850W/m2的60min的晒车之后，座舱内温度可达57℃左右。在空调开启后的前10min，头部温度从57℃降至31℃，风速在此期间先增加至0.7m/s，而后降至0.4m/s，但由于温度仍处于较高的数值，热感觉值为+3（热）的状态。在17min时，热感觉进入+2（暖）的区间，此时座舱内头部温度28℃，风速0.35m/s左右。在33min左右时，风速出现小幅度的上升（蓝色区域），约0.1m/s，温度较为稳定约24℃，而此时热感觉则出现了较为明显的下降趋势，约0.3，表明在温度达到一定值时，即使出现较小的风速波动，也会对热感觉产生明显影响。最终经过60min的降温，座舱头部温度为24℃，风速为0.3m/s，热感觉约为+1（稍暖），未达到热中性（0）状态。

2.2 风速对比

从上文分析可以看出，风速对热感觉可能存在较大的影响，因此，接下来在原有试验数据的基础上，仅改变风速的大小，观察分析局部热感觉的变化趋势。为了更加容易观察风速变化对热感觉的影响规律，将风速值设置为常量进行分析。不同风速下头部热感觉对比如图3所示。

从图3中可以看出，在前期降温阶段，由于座舱内的空气温度仍处于较高的值，即使不断增加风速，热感觉值也仍在+4（非常热）附近，并没有明显下降的趋势。随着空调的运行，座舱温度逐渐降低，此时随着风速值的增加，热感觉值呈下降的趋势，且风速越大，热感觉下降值越大，呈正相关的关系。在相同的时间段内，后期因风速不同造成的热感觉差值要大于前期阶段，即温度越低，风速的变化对热感觉的影响越大。同时还发现，改变相同的风速变化量（Δv=0.4m/s），热感觉值的变化为非均匀变化，随着风速的增加，热感觉的变化值ΔTSV呈逐渐减小的趋势，说明在汽车座舱内温度一定的情况下，仅改变风速对热感觉的影响存在最大值。

2.3 温度对比

在同一风速下，不同温度下头部热感觉对比如图4所示。从图4中可以看出，在空调开启的降温初期的前5min，由于座舱内空气仍处于高温状态，小幅度的温度增减对热感觉的影响可以忽略不计，热感觉值一直处在最大值+4非常热的状态。随着空调的运行，座舱内温度逐渐降低，热感觉值呈快速下降的趋势，而后达到稳定状态。通过对比不同温度下，热感觉的变化值发现，热感觉的变化值与温度的变化值呈固定的线性关系，增加或减小一定温度值，热感觉也同样增加或减小一定值。

在本次试验中，空调设置温度为AUTO 24℃，在空调开启60min后，座舱状态达到一定程度的稳定状态时，热感觉仍未达到热中性，而是处于+1（稍暖）的状态。这也说明对于本次试验车辆而言，将空调温度设定值调整至20℃时，头部位置在车辆到达稳定状态时，才会处于热中性状态。

3 结论

1）在夏季工况下，随着空调的开启，头部热感觉值呈先快速下降后逐渐稳定的趋势。

2）在座舱环境温度不变的情况下，随着风速的增加，热感觉值呈下降趋势;在改变相同的风速变化量情况下，热感觉变化值随风速的增加而减小;在固定的某一座舱温度下，存在最佳风速使得热感觉达到中性状态。

3）在座舱环境风速不变的情况下，热感觉与温度变化呈正相关的关系，且与温度的变化值呈线性关系。

参考文献：

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