摘要：加強(qiáng)汽車座艙空調(diào)的熱舒適性測試開發(fā)，提升乘客在汽車中的乘坐體驗，是汽車熱管理開發(fā)的重要工作之一?；诖?，闡述了熱舒適性相關(guān)概念和定義；介紹了汽車座艙開展熱舒適性測試的價值，凸顯了其重要性；分析了汽車空調(diào)系統(tǒng)的相關(guān)特性，強(qiáng)調(diào)了熱舒適性開發(fā)的重要性；對汽車行業(yè)傳統(tǒng)熱舒適性測試方法進(jìn)行了梳理介紹，并提出了優(yōu)化升級方案。

關(guān)鍵詞：汽車座艙；空調(diào)熱舒適性；測試方法

中圖分類號：U472.6 收稿日期：2024-05-27

DOI：1019999/jcnki1004-0226202407033

1 前言

隨著人們生活水平的不斷提高，人們在購買汽車時不僅會關(guān)注汽車的傳統(tǒng)動力和經(jīng)濟(jì)性，還會考慮汽車使用過程中的舒適性。因此，座艙空調(diào)熱舒適性控制水平逐步成為提升汽車產(chǎn)品市場競爭中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。空調(diào)作為汽車熱舒適性不可或缺的重要組成部分，通過溫度、濕度、空氣流動等參數(shù)控制著座艙熱環(huán)境，直接影響駕乘人員的實際感受。因此，測試與評價乘員艙的熱舒適性成為汽車開發(fā)設(shè)計和使用階段的重要環(huán)節(jié)[1]。

2 汽車座艙空調(diào)的重要性

美國采暖、制冷和空調(diào)工程師協(xié)會（ASHRAE）將人員熱舒適定義為“對周圍環(huán)境表示滿意的心理狀態(tài)[2]”，可見熱舒適評價與所處熱環(huán)境的特征緊密相關(guān)。汽車乘員艙熱環(huán)境的熱舒適評價主要有兩個特點：a.乘員艙熱環(huán)境受太陽輻射、行駛狀態(tài)、使用時間等因素的影響，具有瞬態(tài)非穩(wěn)定特征；b.乘員艙內(nèi)部空間復(fù)雜，太陽輻射場、空氣溫度場、風(fēng)速場均具有不均勻分布特征。因此有必要針對上述特點，選取合適的熱環(huán)境測試方式和熱舒適評價方法。

汽車乘員艙熱環(huán)境不僅影響駕乘人員的舒適感受，還能影響駕乘人員的體驗感和專注度，從而影響行車安全。只有在汽車行駛的過程中讓駕乘人員獲得更為優(yōu)良的體驗，才能夠加大消費者的購買欲望。因此，在低碳環(huán)保策略充分貫徹落實的時代背景下，需要加大對汽車空調(diào)系統(tǒng)的研究。根據(jù)人體的熱舒適性情況來完善空調(diào)的性能，推動空調(diào)熱管理系統(tǒng)能耗的下降，對空調(diào)系統(tǒng)功能進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，是未來汽車空調(diào)系統(tǒng)革新和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要方向。

3 汽車空調(diào)系統(tǒng)的作用分析

空調(diào)設(shè)備是由發(fā)動機(jī)帶動空調(diào)壓縮機(jī)來運行的，因此需要匹配合適的發(fā)動機(jī)。由于汽車內(nèi)部的環(huán)境較為狹小，司乘人員無法依靠自身完成熱舒適性調(diào)節(jié)，需要依靠外部的空調(diào)系統(tǒng)?；诖?，在汽車空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計過程中，需要確保其能夠控制車廂內(nèi)的氣溫，并根據(jù)車廂內(nèi)氣溫的變化情況，具有針對性地完成冷熱空氣的輸送。除此之外，還需要對車內(nèi)的空氣濕度進(jìn)行科學(xué)合理的調(diào)節(jié)，通過排除多余濕氣來營造更干爽的外部環(huán)境。同時空調(diào)系統(tǒng)需要具備過濾花粉、粉塵以及其他固態(tài)懸浮顆粒的功能[3]。

4 汽車空調(diào)系統(tǒng)的特點分析

a.為了能夠讓車內(nèi)結(jié)構(gòu)得到最大程度的利用，大部分汽車的空調(diào)系統(tǒng)所占空間較小，其通風(fēng)口都較為分散。b.汽車的工作環(huán)境溫度分布極寬，空調(diào)運行時會產(chǎn)生較大的振動，較易產(chǎn)生噪聲污染。c.傳統(tǒng)汽車空調(diào)運轉(zhuǎn)的動力來源是內(nèi)燃機(jī)，因此其空調(diào)系統(tǒng)都會有較高的運轉(zhuǎn)速度。d.一旦汽車啟動，空調(diào)系統(tǒng)就需要在短時間內(nèi)完成車內(nèi)溫度調(diào)節(jié)，故而設(shè)計人員需要不斷完善空調(diào)壓縮機(jī)的性能，爭取在控制壓縮機(jī)體積的同時，增強(qiáng)其本身的性能。

5 傳統(tǒng)汽車座艙空調(diào)熱舒適性測試方法

利用熱電偶（圖1）或紅外測溫儀等溫度傳感器，在座艙內(nèi)預(yù)先布置多個測溫點，對座艙不同位置的溫度進(jìn)行實時監(jiān)測和記錄。通過分析座艙內(nèi)各個區(qū)域的溫度分布及溫度下降速率情況，評估空調(diào)系統(tǒng)的制冷/制熱效果及均勻性，從而判斷座艙內(nèi)人員所感受到的熱舒適水平。這種方法操作簡單、成本較低，但只能獲取溫度數(shù)據(jù)，難以直觀反映乘客的主觀感受[4]。

采用流場仿真模擬的方式，通過建立座艙內(nèi)熱傳遞和空氣流動的數(shù)值計算模型，模擬空調(diào)系統(tǒng)在不同工況下對座艙內(nèi)部溫度場和流場的影響，如圖2所示。這種方法能夠預(yù)測座艙內(nèi)溫度和氣流分布的細(xì)節(jié)，但模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性受到計算模型簡化程度的影響，且與實際情況可能存在一定差異。

組織真人主觀評價試驗，邀請一定數(shù)量的受試者實際體驗汽車座艙的空調(diào)環(huán)境，并通過問卷調(diào)查或其他方式收集他們對熱舒適感受的主觀評價。這種方法能夠直接獲取乘客的體驗反饋，是最直接的評價手段，但受試者的年齡、性別、體型等因素的影響較大，測試成本也相對較高。

如上所述，傳統(tǒng)測試方法在熱環(huán)境測試全面性、測試評價準(zhǔn)確度、測試成本方面都存在較大的局限性，必須針對汽車座艙的熱環(huán)境特點，開發(fā)更全面、更客觀、可靠性高、易操作的測試設(shè)備和更科學(xué)規(guī)范的測試方法。

6 汽車座艙空調(diào)熱舒適性測試的優(yōu)化

6.1 基于空調(diào)假人的熱舒適性測試

空調(diào)假人是用于測量汽車乘員艙內(nèi)各駕乘人員身體周圍環(huán)境參數(shù)的汽車空調(diào)舒適性測試儀器， 其外殼基于典型人體幾何尺寸和特征，通常分為頭 部、軀干、骨盆、手部、小臂、大臂、腳部、小腿和大腿等數(shù)十個部位，如圖3所示。在空調(diào)假人外殼表面布置有多種傳感器元件，包括空氣溫濕度、全向風(fēng)速、雙譜輻射和表面溫度等類型傳感器，傳感器類型、數(shù)量、分布位置較傳統(tǒng)布點法有了很大的提升。傳感器具有高精度、高靈敏度等特征，可適應(yīng)汽車座艙瞬態(tài)不均勻的環(huán)境特征，全面測量座艙熱環(huán)境參邊界條件，輸入熱生理調(diào)節(jié)模型和熱舒適預(yù)測模型，進(jìn)一步預(yù)測人體生理反應(yīng)和舒適度評價[5]。

空調(diào)假人可用于汽車乘員艙空調(diào)的冬季供暖、夏季降溫等典型工況及自動空調(diào)標(biāo)定階段性能試驗等測試，能夠測量駕乘人員局部熱環(huán)境參數(shù)的分布和實時變化，配合熱舒適數(shù)值模型可以高效、便捷、客觀地測試和評價駕乘人員熱感覺和熱舒適的狀態(tài)。

6.2 座艙熱舒適性測試方法開發(fā)

為了使測試結(jié)果能夠客觀反映消費者的真實使用狀態(tài)，測試的工況設(shè)置以及試驗流程應(yīng)當(dāng)具有典型性和代表性。針對測試工況，應(yīng)包括用車環(huán)境能夠出現(xiàn)的多數(shù)場景，在對全國的氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后，設(shè)計了測試工況組合以覆蓋絕大多數(shù)真實用車場景。具體如下幾點：

a.寒冷環(huán)境下的汽車乘員艙空調(diào)舒適性試驗工況，環(huán)境倉溫度設(shè)定為（-7±2）℃。

b.極寒環(huán)境下的汽車乘員艙空調(diào)舒適性試驗工況，環(huán)境倉溫度設(shè)定為（-15±2）℃。

c.炎熱環(huán)境下的汽車乘員艙空調(diào)舒適性試驗工況，環(huán)境倉溫度設(shè)定為（35±2）℃、（50±5）%RH和（850±50）W/㎡。

d.極熱環(huán)境下的汽車乘員艙空調(diào)舒適性試驗工況，環(huán)境倉溫度設(shè)定為（43±2）℃、（50±5）%RH和（1 000±50）W/㎡。

上述工況汽車空調(diào)采用AUTO模式，出風(fēng)口方向上下左右居中，空調(diào)溫度設(shè)置為22 ℃，測試工況曲線采用CLTC循環(huán)，單次試驗采用2個循環(huán)。

在汽車座艙空調(diào)熱舒適性具體的測試過程中，首先需要對樣車進(jìn)行測驗和檢查，確保樣車空調(diào)系統(tǒng)的軟硬件設(shè)施能夠正常運作，也確?？照{(diào)冷卻系統(tǒng)能夠正常發(fā)揮作用。與此同時，還需要對做測試的車輛氣密性進(jìn)行詳細(xì)的檢查和確認(rèn)。在測驗開始之前，要確保測驗過程中冷卻風(fēng)機(jī)、測功機(jī)等專業(yè)設(shè)備落實到位，并要確保其技術(shù)參數(shù)滿足具體的測試需求。然后，需要按照既定標(biāo)準(zhǔn)對汽車座椅進(jìn)行調(diào)整，如果汽車座椅可進(jìn)行上下、前后、左右等不同方向的調(diào)節(jié)，那么就讓汽車座椅處于居中位置，并確保靠背角調(diào)整到鉛垂面向后傾斜大約25°的位置。

在使用空調(diào)假人時，也需要盡可能調(diào)整其測驗過程中的姿勢?？照{(diào)假人的頭部需要緊靠頭枕，背部還需要靠近座椅的靠背，腳部需要放在兩踏板中間或直接放在歇腳板上。同時，要讓空調(diào)假人的胳膊和雙手放置在握緊方向盤。如果空調(diào)假人位于乘客位，其雙手和胳膊應(yīng)輕度下垂固定于大腿上方。

在完成上述工作之后，可以進(jìn)行空調(diào)熱舒適性測試，并讓空調(diào)模式恒定在AUTO 22 ℃左右。

6.3 測試結(jié)果

通過空調(diào)假人的測試數(shù)據(jù)，對試驗全過程的各類物理參數(shù)在座艙的分布以及變化速率情況進(jìn)行分析匯總。空調(diào)假人匹配的熱舒適性預(yù)測模型，可以給出試驗過程實時的人體局部以及整體熱感覺/熱舒適性評價指標(biāo)，并通過Y-T、3D云圖等直觀方式顯示出來，便于工程開發(fā)人員對試驗效果進(jìn)行評估和分析，并及時開展空調(diào)開控制策略的調(diào)整工作。圖4所示為汽車座艙空調(diào)熱舒適性測試評價結(jié)果。

7 結(jié)語

對汽車座艙空調(diào)熱舒適性測試很有必要性，可以使汽車空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計優(yōu)化更具有方向性。但由于汽車乘員艙的環(huán)境參數(shù)瞬態(tài)、非穩(wěn)定和高度不均勻分布等，需要采用能夠體現(xiàn)熱舒適動態(tài)變化過程和局部差異的評價與測試方法，因此對于座艙熱舒適性的測試和評價方法需要不斷的創(chuàng)新和突破，不斷完善和提升空調(diào)系統(tǒng)的性能，才能滿足消費者在行車舒適度方面的需求和期待。

參考文獻(xiàn)：

[1]李利內(nèi)燃機(jī)車司機(jī)室空調(diào)熱舒適性CFD研究[J]輕工科技，2024，40（3）：65-67.

[2]金康，朱赤暉，辛軍哲，等蒸發(fā)冷卻空調(diào)的熱舒適評價方法綜述及展望[J]制冷與空調(diào)，2024，24（3）：1-9.

[3]曾映祺，夏海峰，翟永超，等汽車乘員艙空調(diào)熱舒適測試與評價方法[J]暖通空調(diào)，2024，54（5）：33-41.

[4]林虹霞，武金模，宋輿涵，等強(qiáng)風(fēng)暴雪環(huán)境下汽車座艙非均勻環(huán)境熱舒適性實驗研究[J]汽車安全與節(jié)能學(xué)報，2022，13（4）：625-633.

[5]趙敬德，樊杰，范華玉電動汽車駕乘人員供暖局部熱感覺權(quán)重分析[J]暖通空調(diào)，2022，52（8）：131-136.

作者簡介：

張坤，男，1983年生，高級經(jīng)濟(jì)師，研究方向為汽車產(chǎn)業(yè)管理、戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型、汽車營銷。