汽车座舱空调热舒适性测试方法研究

汽车座舱空调热舒适性测试方法研究

梅铮 ,王超 ,杨佳兴

1.身份证号码：1201021987****0933；2.身份证号码：1301251997****6516；3.身份证号码：1202241996****1110

摘要：随着经济与社会的快速发展，人们对于生活质量的苛刻度越来越高。对于汽车的关注已不再局限于传统的动力、经济性，特别是新能源汽车飞速发展的今天，其座舱空调热舒适性能逐渐成为人们关注的焦点，也成为影响用户购车的主要因素之一。近年，对汽车座舱空调系统的加热和降温，已有较为成熟的汽车采暖和空调降温性能测试方法。空调系统是汽车实现热舒适性的重要部件，反映热舒适性的指标包括空气的温度、湿度、运动状态、洁净度、气味以及空气流动的噪声振动等。在寒冷气候环境中，车内空气温度对热舒适性的影响最为明显，车内空气温度过高或过低都会给人不舒服的感觉。

关键词：汽车座舱 ；空调系统 ；热舒适性

随着汽车产业的飞速发展及经济水平不断提高，汽车需求量的不断增加，人们对汽车的要求也越来越高，不仅仅能享受到汽车良好的便捷性、安全性、高效性以及舒适性，还要能在行驶的过程中享受幽雅的环境，享受更高的热舒适性。目前在倡导节约能源、降低能耗、环保出行的号召下，汽车是当代社会的出行的主要工具，研究汽车空调的作用特点，内热舒适性和人体的热舒适性状况也能保持良好舒适环境，可以让乘客们更好的、更有效的利用汽车空调的功效，发挥调节汽车热舒适性的功能，进一步提高汽车空调作用，不仅仅能够降低能耗，节约资源，安全出行，而且为以后汽车空调开发指明了方向，为汽车产业的发展奠定基础。

一、热舒适性概念

热舒适性是人类基于自身舒适程度对周围环境“热度”进行的主观评价。一般来说，人们从 3 个层面判断环境的热舒适度。第一，物理层面。人体活动会产生热量，经过所穿衣物的“阻隔”后，与外界环境的热度产生作用来影响热平衡。第二，生理层面。人体对冷热应力会产生生理反应，不同的人皮肤温度、湿度、排汗率、体温以及血压等数值存在差异，热舒适度的范围也会有所不同。第三，心理层面。一定程度上可以用“精神超越肉体”形容，即人在亢奋的状态下虽然处于寒冷的环境下，但神经系统并未感应到“寒冷”，能够在短期内维持身体的热平衡。当人们进行激烈运动时，身体表面会产生大量热量，此时置身于较低的温度环境也不会感到寒冷。

二、汽车空调的特点

空调已成为现代汽车不可缺少的装置。汽车空调的最大优势是无论什么样的气候和行驶条件，都能提供舒适的乘车环境，也是满足热舒适性的最重要装置。汽车空调设备运转是由发动机带动空调压缩机发挥功效的，带动汽车空调压缩机运行的是另一个相匹配的发动机，汽车空调具有调节车内温度、湿度、调节车内空气流速和净化车内空气等功效。人们处于汽车内相对狭小的环境时，可以进行的活动较少，此时无法依靠自身调整热舒适性，需要通过空调实现这一目的，因此必须研究空调的特点。汽车空调的主要作用体现在以下方面。第一，能够控制车厢内气温，根据需要输送冷热空气，使车内环境达到理想状态；第二，调节车内空气湿度，排出多余湿气，营造“干爽”环境；第三，将过滤了粉尘、花粉等固态悬浮颗粒的新鲜空气传入车内，保持氧气含量充足。汽车空调的主要特点体现在以下方面。第一，空调系统只占车内很小的一部分空间，为了最大化利用车内结构，通风口较为分散。第二，汽车空调的工作环境温度较高，且发动时振动频率较大，很容易产生噪声。但是，随着技术的不断提升，汽车空调噪声屏蔽系统等降噪功能已经逐渐完善。第三，汽车空调运转的动力来源由汽车发动机驱动提供，即发动机驱动空调压缩机，运转速度变化范围较大。第四，车辆启动后必须尽快调节车内温度，因此对压缩机的要求较高，必须具备体积小、性能强的特点。

三、汽车座舱空调热舒适性测试方法

通过考察在温湿度、阳光和车速等外界环境条件变化的情况下，汽车座舱空调系统能够快速达到并维持驾乘人员热舒适的性能，提出一套适用于汽车座舱空调热舒适性能的测试方法体系。由于低中高温度环境在全国绝大部分范围内都存在，因此驾驶工况使用典型的中国工况 CLTC-P。该工况中包含城市、城郊和高速部分，可以达到开发和验证车速动态变化对汽车座舱空调热舒适性能影响的目的。在汽车座舱空调热舒适性测试试验中，需要使用空调假人作为关键测试仪器。空调假人是基于人体塑形与身体各部位 3D 建模设计形成，通过在人体模型外壳表面镶嵌的多种传感器元器件，对其所处环境进行数据采集，用于评价汽车座舱空调热舒适性能。空调假人的测试参数主要包括温度、风速、热辐射和湿度等与人体热舒适度相关的参数。

1、冬季寒冷环境下汽车座舱空调热舒适性测试方法。（1）测试样车在环境仓试验室内，环境温度降至 -7℃ ；（2）开启车门窗、天窗和前后舱盖等 ；空调空气循环开关置于外循环位置，风量调节开关置于中间位置，此过程中发动机和压缩机应始终处于关闭状态；迎面定风速30km/h ；测试样车预冷阶段，时间 30min ；（3）关闭车门窗、天窗和前后舱盖等 ；关闭所有空调设置 ；关闭迎面风 ；低温浸车阶段，不低于 4h ；（4）空调为 Auto，按照图 3 工况进行行驶，空调假人开始测试数据记录 ；正式测试阶段，时间 60min ；（5）测试结束，停止测试数据记录。

2、夏季炎热环境下汽车座舱空调热舒适性测试方法。（1）环境条件 35℃、50%RH 和 850W/m2 ；（2）空调模式 Auto ；（3）测试工况 CLTC-P*2，如图 5 所示。

3、实车验证测试

（1）测试样车准备和检查。对测试样车的空调系统软硬件状态、冷却系统、舱室气密性等进行检查和确认。汽车座舱空调热舒适性测试需要使用测功机、环境仓、阳光、冷却风机等设施设备，其技术参数需满足测试要求。空调假人，用于测量汽车座舱内各驾乘人员周围环境参数的汽车空调舒适性测量仪，其中温度、风速、热辐射和湿度等传感器的技术参数要求，汽车座椅调整要求，对于前后、左右、上下方向可调节的座椅，均居中位置 ；座椅靠背角应调整至铅垂面向后倾斜约 15°的位置 。空调假人的姿势调整要求，头部紧靠头枕，呈竖直状态 ；背部紧靠座椅的靠背 ；脚部应大致放于歇脚板及两踏板中间位置。其中，驾驶员位置空调假人的双手和胳膊调整至手握方向盘姿势 ；乘客位置空调假人的双手和胳膊调整至放于大腿上方。

（2）测试载荷。按车辆半载进行参数拟合和加载，迎面风机风速跟随模式。测功机加载质量（单位 ：kg）为整备质量 +75×1/2满载人数，整备质量包括备胎、工具等部件和燃料、冷却液和机油等充分补给在内的质量。

4、测试结果分析。按照相关准备工作，选用某乘用车依次进行冬季寒冷和夏季炎热环境下的汽车座舱空调热舒适性实车测试，空调模式统一设置为 Auto23℃。实车空调热舒适性测试。

（1）冬季寒冷环境下汽车座舱空调热舒适性测试结果实车测试的部分结果。冬季采暖热舒适性测试温度结果，如图所示。

（2）夏季炎热环境下汽车座舱空调热舒适性测试结果夏季热舒适性测试温度结果，如图所示。

通过对于汽车座舱空调热舒适性测试和评价的局限性，结合车企研发端对汽车座舱空调热舒适性能开发和验证测试的需求，提出了一套涵盖冬季寒冷及夏季炎热环境工况下的汽车座舱空调热舒适性测试方法体系。经实车测试验证，可以较好地满足车企研发端对汽车座舱在夏冬季复杂环境条件和典型中国驾驶工况下驾乘人员热舒适性能的开发、优化、验证的测试评价要求，证明此测试方法有效。             

参考文献：

[1] 李宁，王锡琴 . 汽车空调的特点与汽车热舒适性的研究 [J]. 技术研发，2018,12，（17）

[2] 张文阁，田凯 . 汽车空调系统对乘员舱热舒适性的分析与研究 [J]. 华南理工大学 ,2019，12，(12).

[3] 黎炯 , 廖抒华 , 陆润明 . 某乘用车的乘员舱热舒适性分析与研究 [J]. 汽车零部件 , 2019(1): 1-5.

[4] 何志敏 . 汽车空调的特点与汽车热舒适性的分析 [J]. 现代制造技术与装备, 2018(5): 144-145.

[5] 张宝元 , 姜西 , 刘杰. 汽车空调热舒适性试验评价方法研究 [J]. 北京汽车 , 2019(1): 16-19.