汽車座艙空調熱舒適性測試方法研究

摘要：加強汽車座艙空調的熱舒適性測試開發，提升乘客在汽車中的乘坐體驗，是汽車熱管理開發的重要工作之一?；诖?，闡述了熱舒適性相關概念和定義；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；分析了汽車空調系統的相關特性，強調了熱舒適性開發的重要性；對汽車行業傳統熱舒適性測試方法進行了梳理介紹，并提出了優化升級方案。

關鍵詞：汽車座艙；空調熱舒適性；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注汽車的傳統動力和經濟性，還會考慮汽車使用過程中的舒適性。因此，座艙空調熱舒適性控制水平逐步成為提升汽車產品市場競爭中的關鍵環節之一?？照{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、空氣流動等參數控制著座艙熱環境，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設計和使用階段的重要環節[1]。

2 汽車座艙空調的重要性

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

汽車乘員艙熱環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良的體驗，才能夠加大消費者的購買欲望。因此，在低碳環保策略充分貫徹落實的時代背景下，需要加大對汽車空調系統的研究。根據人體的熱舒適性情況來完善空調的性能，推動空調熱管理系統能耗的下降，對空調系統功能進行優化設計，是未來汽車空調系統革新和產業發展的重要方向。

3 汽車空調系統的作用分析

空調設備是由發動機帶動空調壓縮機來運行的，因此需要匹配合適的發動機。由于汽車內部的環境較為狹小，司乘人員無法依靠自身完成熱舒適性調節，需要依靠外部的空調系統?；诖耍谄嚳照{系統的設計過程中，需要確保其能夠控制車廂內的氣溫，并根據車廂內氣溫的變化情況，具有針對性地完成冷熱空氣的輸送。除此之外，還需要對車內的空氣濕度進行科學合理的調節，通過排除多余濕氣來營造更干爽的外部環境。同時空調系統需要具備過濾花粉、粉塵以及其他固態懸浮顆粒的功能[3]。

4 汽車空調系統的特點分析

a.為了能夠讓車內結構得到最大程度的利用，大部分汽車的空調系統所占空間較小，其通風口都較為分散。b.汽車的工作環境溫度分布極寬，空調運行時會產生較大的振動，較易產生噪聲污染。c.傳統汽車空調運轉的動力來源是內燃機，因此其空調系統都會有較高的運轉速度。d.一旦汽車啟動，空調系統就需要在短時間內完成車內溫度調節，故而設計人員需要不斷完善空調壓縮機的性能，爭取在控制壓縮機體積的同時，增強其本身的性能。

5 傳統汽車座艙空調熱舒適性測試方法

利用熱電偶（圖1）或紅外測溫儀等溫度傳感器，在座艙內預先布置多個測溫點，對座艙不同位置的溫度進行實時監測和記錄。通過分析座艙內各個區域的溫度分布及溫度下降速率情況，評估空調系統的制冷/制熱效果及均勻性，從而判斷座艙內人員所感受到的熱舒適水平。這種方法操作簡單、成本較低，但只能獲取溫度數據，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，通過建立座艙內熱傳遞和空氣流動的數值計算模型，模擬空調系統在不同工況下對座艙內部溫度場和流場的影響，如圖2所示。這種方法能夠預測座艙內溫度和氣流分布的細節，但模擬結果的準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，邀請一定數量的受試者實際體驗汽車座艙的空調環境，并通過問卷調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，傳統測試方法在熱環境測試全面性、測試評價準確度、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境特點，開發更全面、更客觀、可靠性高、易操作的測試設備和更科學規范的測試方法。

6 汽車座艙空調熱舒適性測試的優化

6.1 基于空調假人的熱舒適性測試

空調假人是用于測量汽車乘員艙內各駕乘人員身體周圍環境參數的汽車空調舒適性測試儀器， 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、小腿和大腿等數十個部位，如圖3所示。在空調假人外殼表面布置有多種傳感器元件，包括空氣溫濕度、全向風速、雙譜輻射和表面溫度等類型傳感器，傳感器類型、數量、分布位置較傳統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，可適應汽車座艙瞬態不均勻的環境特征，全面測量座艙熱環境參邊界條件，輸入熱生理調節模型和熱舒適預測模型，進一步預測人體生理反應和舒適度評價[5]。

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

6.2 座艙熱舒適性測試方法開發

為了使測試結果能夠客觀反映消費者的真實使用狀態，測試的工況設置以及試驗流程應當具有典型性和代表性。針對測試工況，應包括用車環境能夠出現的多數場景，在對全國的氣象數據進行分析后，設計了測試工況組合以覆蓋絕大多數真實用車場景。具體如下幾點：

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

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

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

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

上述工況汽車空調采用AUTO模式，出風口方向上下左右居中，空調溫度設置為22 ℃，測試工況曲線采用CLTC循環，單次試驗采用2個循環。

在汽車座艙空調熱舒適性具體的測試過程中，首先需要對樣車進行測驗和檢查，確保樣車空調系統的軟硬件設施能夠正常運作，也確?？照{冷卻系統能夠正常發揮作用。與此同時，還需要對做測試的車輛氣密性進行詳細的檢查和確認。在測驗開始之前，要確保測驗過程中冷卻風機、測功機等專業設備落實到位，并要確保其技術參數滿足具體的測試需求。然后，需要按照既定標準對汽車座椅進行調整，如果汽車座椅可進行上下、前后、左右等不同方向的調節，那么就讓汽車座椅處于居中位置，并確?？勘辰钦{整到鉛垂面向后傾斜大約25°的位置。

在使用空調假人時，也需要盡可能調整其測驗過程中的姿勢。空調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，要讓空調假人的胳膊和雙手放置在握緊方向盤。如果空調假人位于乘客位，其雙手和胳膊應輕度下垂固定于大腿上方。

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

6.3 測試結果

通過空調假人的測試數據，對試驗全過程的各類物理參數在座艙的分布以及變化速率情況進行分析匯總?？照{假人匹配的熱舒適性預測模型，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，并通過Y-T、3D云圖等直觀方式顯示出來，便于工程開發人員對試驗效果進行評估和分析，并及時開展空調開控制策略的調整工作。圖4所示為汽車座艙空調熱舒適性測試評價結果。

7 結語

對汽車座艙空調熱舒適性測試很有必要性，可以使汽車空調系統的設計優化更具有方向性。但由于汽車乘員艙的環境參數瞬態、非穩定和高度不均勻分布等，需要采用能夠體現熱舒適動態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新和突破，不斷完善和提升空調系統的性能，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：

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

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

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

[4]林虹霞，武金模，宋輿涵，等強風暴雪環境下汽車座艙非均勻環境熱舒適性實驗研究[J]汽車安全與節能學報，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重分析[J]暖通空調，2022，52（8）：131-136.

作者簡介：

張坤，男，1983年生，高級經濟師，研究方向為汽車產業管理、戰略轉型、汽車營銷。