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汽车空调热舒适性试验评价方法研究
2022-03-02 23:58:03· 来源：汽车热管理之家
摘要：乘坐舒适性是汽车性能评价的重要指标，而热舒适性是乘坐舒适性的重要部分；因此，建立一套客观、全面的热舒适性试验评价方法意义重大。以寒区试验中某越野
摘要：乘坐舒适性是汽车性能评价的重要指标，而热舒适性是乘坐舒适性的重要部分；因此，建立一套客观、全面的热舒适性试验评价方法意义重大。以寒区试验中某越野车型进行的空调采暖制热性能试验评价为例，分析其采用的评价标准存在的问题以及为完善热舒适性评价进行的测试，最后对建立热舒适性评价方法提出一些建议。
引言
汽车作为重要的交通工具，消费能力的上升带来消费理念的变化，当前消费者对汽车性能的评价不再局限于外观造型、动力经济性和驾驶性等内容，乘坐舒适性已成为重要的评价指标。
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（速度和气流分布）、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。
1 汽车空调采暖制热系统
水暖式采暖系统一般以水冷式发动机冷却系统中的冷却液作为热源，将冷却液引入空调箱热交换器中，使鼓风机送来的车厢内空气（内循环进气模式）或外部空气（外循环进气模式）与汽车空调采暖制热系统按使用的热源可分为余热式和独立式，余热式采暖系统分为水暖式和气暖式。水暖式采暖系统是利用发动机冷却液的热量来加热车内空气，因其采暖热源获取便捷，供给可靠，而且不需要附加燃料，成本经济，在国内外生产的轿车、大型货车以及采暖要求不高的大客车上应用广泛。
热交换器中的冷却液进行热交换，鼓风机再将加热后的空气送入车厢内，供乘客取暖、车窗玻璃除霜及车内空气调节，以达到舒适性和安全性的要求。
水暖式采暖系统的进、排风装置是由进风道、出风道、出风口和控制风门组成，如图 1 所示。暖风机本体由直流电机、鼓风机、本体进风口、机箱和本体出风口以及螺旋室等组成。
图 1 水暖式采暖系统结构及原理示意图
2 空调采暖热舒适性试验评价方法
我国尚未规定汽车空调采暖热舒适性试验评价的国家标准，汽车企业多采用企业标准进行评价，例如表 1 所述的试验方法，环境温度为
（-20±1）℃，操作要求见表 1。
通过采集车内足部温度来评价空调采暖制热效果，足部温度布点如图 2、图 3 所示。
表 1 空调采暖制热性能测试方法
（a）
图 2 前排足部温度布点示意图
（b）
图 3 后排足部温度布点示意图
3 评价方法存在的问题
表 2 空调采暖制热性能试验评价结果空调采暖制热性能是通过测量车内足部的平均温度是否满足温度限值要求进行评价。采暖制热性能试验评价结果见表 2，从指标符合性判定角度看，车辆满足技术指标要求，但是评价人员的腰部等敏感部位体感较凉，主观感受较冷，乘坐舒适性差，而且前排和后排温度差异大。由此可见，所采用的试验评价方法及技术指标设定无法保证车辆具有良好的热舒适性，需要改进。
4 改进测试方案
为了更全面地评价空调采暖制热性能，进行了专项测试，除监测车内足部温度外，还增加了头部呼吸点温度（如图 4 所示）、座椅表面温度（如图 5 所示）、车内空气温度（见表 3），从人机工程学角度对人体乘坐敏感部位进行温度测试，进一步掌握车内温度分布及升温趋势。
（a）侧视图
（b）前视图
注：1. 前风窗；2. 后视窗；3. 热电偶测温点；4. 热电偶测温点；
5. 热电偶测温点；6. 热电偶测温点；x为座椅宽度的 1/2。
图 4 头部呼吸点温度布点示意图
（a）温度布点 （b）实物测试
图 5 座椅表面温度布点示意图与实物对照表 3 车内空气（乘员肩部和膝盖位置）温度布点
注：尺寸标注以尾门上方中点为坐标原点。
5 数据分析
5.1 热源和足部出风温升趋势
车内热源及足部出风温升趋势如图 6 所示。
图 6 热源和足部出风温升曲线
5.2 足部温度和头部呼吸点温度车内足部及头部呼吸点温度数据见表 4、表 5。表 4 足部温度数据由图 6 可知，因足部出风温度主要受暖风进水温度的影响，暖风进水温升较快，使足部出风温度能够快速上升，主驾足部出风温度明显高于其他座位的足部出风温度，这符合人机工程中保护驾驶员的要求；副驾足部出风温度、后排左乘员足部出风温度和后排右乘员足部出风温度基本一致。
由表 4、表 5 可知，受风道长度及走向影响，前排足部温度高于后排足部温度，因驾驶员腿部影响主驾出风落点导致主驾足部温度低于副驾；因车厢内空气流动，前、后排头部呼吸点的温度差别不大，但后排右乘员头部呼吸点温度高于足部温度，乘坐感较差。
5.3 后排右乘员座椅表面温度
车内座椅靠背、座垫表面温度数据见表 6、表 7。
表 6 座椅靠背表面温度数据
由表 6、表 7 可知，因靠背和座垫带加热功能，背部和腰部温度明显高于肩部温度，座垫中部温度明显高于座垫其他位置温度，座椅加热效果显著；不带加热功能的座垫后部和锁扣温度明显低于其他区域温度，人体接触会体感较冷，舒适性变差。
5.4 后排右乘员座位空间温升趋势
车内后排右乘员座位空间的温升趋势如图 7 所示。
图 7 后排右乘员座位空间温升曲线
由图 7 可知，空间内头部呼吸点温度最高，明显高于足部温度；靠近门缝的轮腔表面、不带加热的座垫后部及安全带锁扣表面温度最低，基本在 0℃以下，人体腰部、臀部等敏感部位接触会体感较差，而且头部温度高于足部温度不符合人机工程要求，对乘坐舒适性有影响。
5.5 车内空间温度分布
车内空间温度分布数据见表 8、表 9 和表 10。
表 8 车内四周（肩部位置）空气温度
表 10 车顶部空气温度
由表 8、表 9 可知，前排肩部和膝盖位置温度要高于后排，后排在 20 min 时肩部温度要高于膝盖温度，随着时间延长，温度差不断减小；由表 10 可知，顶部空气温度从前向后逐渐降低，后排车顶空气温度高于肩部温度，可见后排采暖不仅依靠脚部出风，更依赖车内空气流动。
6 总结
通过数据分析发现，空调采暖制热性能的评价不能只通过满足标准温度限值来评判，车内足部平均温度满足标准要求不表示全部座位都满足要求。在车辆开发验证中，应充分监测车内空间温度数据，并辅以评价人员的主观舒适性，才能更好地评价车辆空调采暖制热性能，以满足用户热舒适性的要求。
为更好地进行空调热舒适性评价，建议完善工作研究。
-
培养合格的评价人员。
人体对热舒适性感知因生理调节能力与主观感受不同而有所区别，因此人体对温度的舒适界限是一个模糊的范围而不是某个特定的值，是系统工程，需要多方研究。
2. 应用先进的计算机仿真技术。
应用先进的计算机仿真技术，即利用计算流体动力学技术对车内驾乘人员热舒适性进行数值模拟，结合人体热生理模型，将模拟仿真结果与试验结果进行比较、修正，经过大量的数据积累最终在车辆前期的设计开发阶段及时完善空调热性能系统设计。
作者：张宝元，姜西，刘杰，沈南，张忠辉
单位：北京汽车研究总院有限公司
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