汽車空調熱舒適性試驗評價方法研究

張寶元，姜 西，劉 杰，沈 南，張忠輝 Zhang Baoyuan，Jiang Xi，Liu Jie，Shen Nan，Zhang Zhonghui

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汽車空調熱舒適性試驗評價方法研究

張寶元，姜 西，劉 杰，沈 南，張忠輝 Zhang Baoyuan，Jiang Xi，Liu Jie，Shen Nan，Zhang Zhonghui

（北京汽車研究總院有限公司，北京 101300）

乘坐舒適性是汽車性能評價的重要指標，而熱舒適性是乘坐舒適性的重要部分；因此，建立一套客觀、全面的熱舒適性試驗評價方法意義重大。以寒區試驗中某越野車型進行的空調采暖制熱性能試驗評價為例，分析其采用的評價標準存在的問題以及為完善熱舒適性評價進行的測試，最后對建立熱舒適性評價方法提出一些建議。

熱舒適性；空調采暖制熱性能；試驗評價方法

0 引 言

汽車作為重要的交通工具，消費能力的上升帶來消費理念的變化，當前消費者對汽車性能的評價不再局限于外觀造型、動力經濟性和駕駛性等內容，乘坐舒適性已成為重要的評價指標。

空調系統是汽車實現熱舒適性的重要部件，反映熱舒適性的指標包括空氣的溫度、濕度、運動狀態（速度和氣流分布）、潔凈度、氣味以及空氣流動的噪聲振動等。在寒冷氣候環境中，車內空氣溫度對熱舒適性的影響最為明顯，車內空氣溫度過高或過低都會給人不舒服的感覺。

1 汽車空調采暖制熱系統

汽車空調采暖制熱系統按使用的熱源可分為余熱式和獨立式，余熱式采暖系統分為水暖式和氣暖式。水暖式采暖系統是利用發動機冷卻液的熱量來加熱車內空氣，因其采暖熱源獲取便捷，供給可靠，而且不需要附加燃料，成本經濟，在國內外生產的轎車、大型貨車以及采暖要求不高的大客車上應用廣泛。

水暖式采暖系統一般以水冷式發動機冷卻系統中的冷卻液作為熱源，將冷卻液引入空調箱熱交換器中，使鼓風機送來的車廂內空氣（內循環進氣模式）或外部空氣（外循環進氣模式）與熱交換器中的冷卻液進行熱交換，鼓風機再將加熱后的空氣送入車廂內，供乘客取暖、車窗玻璃除霜及車內空氣調節，以達到舒適性和安全性的要求。

水暖式采暖系統的進、排風裝置是由進風道、出風道、出風口和控制風門組成，如圖1所示。暖風機本體由直流電機、鼓風機、本體進風口、機箱和本體出風口以及螺旋室等組成。

圖1 水暖式采暖系統結構及原理示意圖

2 空調采暖熱舒適性試驗評價方法

我國尚未規定汽車空調采暖熱舒適性試驗評價的國家標準，汽車企業多采用企業標準進行評價，例如表1所述的試驗方法，環境溫度為（-20±1）℃，操作要求見表1。

通過采集車內足部溫度來評價空調采暖制熱效果，足部溫度布點如圖2、圖3所示。

表1 空調采暖制熱性能測試方法

圖2 前排足部溫度布點示意圖

圖3 后排足部溫度布點示意圖

3 評價方法存在的問題

空調采暖制熱性能是通過測量車內足部的平均溫度是否滿足溫度限值要求進行評價。采暖制熱性能試驗評價結果見表2，從指標符合性判定角度看，車輛滿足技術指標要求，但是評價人員的腰部等敏感部位體感較涼，主觀感受較冷，乘坐舒適性差，而且前排和后排溫度差異大。由此可見，所采用的試驗評價方法及技術指標設定無法保證車輛具有良好的熱舒適性，需要改進。

表2 空調采暖制熱性能試驗評價結果

4 改進測試方案

為了更全面地評價空調采暖制熱性能，進行了專項測試，除監測車內足部溫度外，還增加了頭部呼吸點溫度（如圖4所示）、座椅表面溫度（如圖5所示）、車內空氣溫度（見表3），從人機工程學角度對人體乘坐敏感部位進行溫度測試，進一步掌握車內溫度分布及升溫趨勢。

注：1. 前風窗；2. 后視窗；3. 熱電偶測溫點；4. 熱電偶測溫點； 5. 熱電偶測溫點；6. 熱電偶測溫點；x為座椅寬度的1/2。

圖5 座椅表面溫度布點示意圖與實物對照

表3 車內空氣（乘員肩部和膝蓋位置）溫度布點 mm

注：尺寸標注以尾門上方中點為坐標原點。

5 數據分析

5.1 熱源和足部出風溫升趨勢

車內熱源及足部出風溫升趨勢如圖6所示。

圖6 熱源和足部出風溫升曲線

由圖6可知，因足部出風溫度主要受暖風進水溫度的影響，暖風進水溫升較快，使足部出風溫度能夠快速上升，主駕足部出風溫度明顯高于其他座位的足部出風溫度，這符合人機工程中保護駕駛員的要求；副駕足部出風溫度、后排左乘員足部出風溫度和后排右乘員足部出風溫度基本一致。

5.2 足部溫度和頭部呼吸點溫度

車內足部及頭部呼吸點溫度數據見表4、表5。

表5 頭部呼吸點溫度數據

由表4、表5可知，受風道長度及走向影響，前排足部溫度高于后排足部溫度，因駕駛員腿部影響主駕出風落點導致主駕足部溫度低于副駕；因車廂內空氣流動，前、后排頭部呼吸點的溫度差別不大，但后排右乘員頭部呼吸點溫度高于足部溫度，乘坐感較差。

5.3 后排右乘員座椅表面溫度

車內座椅靠背、座墊表面溫度數據見表6、表7。

表6 座椅靠背表面溫度數據

注：以乘員入座時來區分左、右側。

表7 座椅座墊表面溫度數據

注：以乘員入座時來區分左、右側。

由表6、表7可知，因靠背和座墊帶加熱功能，背部和腰部溫度明顯高于肩部溫度，座墊中部溫度明顯高于座墊其他位置溫度，座椅加熱效果顯著；不帶加熱功能的座墊后部和鎖扣溫度明顯低于其他區域溫度，人體接觸會體感較冷，舒適性變差。

5.4 后排右乘員座位空間溫升趨勢

車內后排右乘員座位空間的溫升趨勢如圖7所示。

圖7 后排右乘員座位空間溫升曲線

由圖7可知，空間內頭部呼吸點溫度最高，明顯高于足部溫度；靠近門縫的輪腔表面、不帶加熱的座墊后部及安全帶鎖扣表面溫度最低，基本在0℃以下，人體腰部、臀部等敏感部位接觸會體感較差，而且頭部溫度高于足部溫度不符合人機工程要求，對乘坐舒適性有影響。

5.5 車內空間溫度分布

車內空間溫度分布數據見表8、表9和表10。

表8 車內四周（肩部位置）空氣溫度

表9 車內四周（膝蓋位置）空氣溫度

表10 車頂部空氣溫度

由表8、表9可知，前排肩部和膝蓋位置溫度要高于后排，后排在20 min時肩部溫度要高于膝蓋溫度，隨著時間延長，溫度差不斷減小；由表10可知，頂部空氣溫度從前向后逐漸降低，后排車頂空氣溫度高于肩部溫度，可見后排采暖不僅依靠腳部出風，更依賴車內空氣流動。

6 總 結

通過數據分析發現，空調采暖制熱性能的評價不能只通過滿足標準溫度限值來評判，車內足部平均溫度滿足標準要求不表示全部座位都滿足要求。在車輛開發驗證中，應充分監測車內空間溫度數據，并輔以評價人員的主觀舒適性，才能更好地評價車輛空調采暖制熱性能，以滿足用戶熱舒適性的要求。

為更好地進行空調熱舒適性評價，建議完善工作研究。

1）培養合格的評價人員。

人體對熱舒適性感知因生理調節能力與主觀感受不同而有所區別，因此人體對溫度的舒適界限是一個模糊的范圍而不是某個特定的值，是系統工程，需要多方研究[1]。

2）應用先進的計算機仿真技術。

應用先進的計算機仿真技術，即利用計算流體動力學技術對車內駕乘人員熱舒適性進行數值模擬，結合人體熱生理模型，將模擬仿真結果與試驗結果進行比較、修正，經過大量的數據積累最終在車輛前期的設計開發階段及時完善空調熱性能系統設計[2]。

[1]王囝. 轎車內熱舒適環境的評價方法研究[D]. 上海：同濟大學，2005.

[2]于福義. 現代汽車空調系統數值模擬仿真[D]. 重慶：重慶大學， 2005.

2018?10?23

1002-4581（2019）01-0016-04

U463.85+1

A

10.14175/j.issn.1002-4581.2019.01.005