汽车乘坐空间热环境动态特性及其对乘员热舒适性的影响研究

The vehicle cabin means a small inner room with complex thermal environment. The occupant thermal comfort in vehicle cabin is essential for an advanced vehicle performance, which will benefit for occupant's health, comfort and driving safety, reducing energy consumption and improving the competitiveness of automotive products. The investigation of the core scientific issue is to accurately identify the dynamic characteristics of the vehicular thermal environment and get further knowledge of the influence of the thermal environment variables to the occupant's thermal comfort. The proposed project is planned, by using a combination method of theoretical calculation, experimental research and numerical analysis, to establish the heat transfer model of vehicle cabin thermal environment, the human thermal regulation model and the occupant's thermal comfort evaluation method. Then the further investigation is carried out to identify and investigate the influence of meteorological conditions, car body properties, HVAC settings, etc. on the thermal condition inside vehicle cabin, and the influence law of the air temperature, flow velocity, humidity and mean radiation temperature on the inner environment occupant's thermal comfort. The study will provide a theoretical fundamental principles for car transient and non-uniform thermal features analysis, vehicular thermal management system design and occupant thermal comfort investigation, so that will benefit for ensuring the occupant thermal comfort, reducing the fuel consumption and improving the competitiveness of the automotive products.

汽车乘坐空间热环境与乘员热舒适性研究是保障乘员健康、舒适和行车安全，降低能耗提高汽车产品竞争力的迫切需要，由于车内热环境不仅受到乘员及本身动态特性的影响，而且处于多变的大自然外部环境下，内外环境的耦合作用使问题更加复杂。其核心的科学问题是准确识别车内热环境的动态特性，得到各热环境变量对乘员热舒适性的影响规律。本项目拟采用理论分析、试验研究和数值分析相结合的方法，通过建立汽车乘坐空间热环境传热模型、人体热调节模型与乘员热舒适性客观评价方法，分析识别与汽车乘坐空间热环境及乘员热舒适性密切相关的环境、车身材料、空调设置等参数，研究这些参数对车内热环境动态特性的影响规律，以及车内温度、气流速度、湿度、平均辐射温度等环境变量对乘员热舒适性的影响规律，为车内瞬态非均匀热环境分析、汽车热管理系统设计与乘员热舒适研究提供理论基础，从而在设计中保障乘员热舒适性，并且有效降低燃油消耗量，提高汽车产品竞争力。

汽车乘员舱热环境与乘员热舒适性研究是保障乘员舒适健康、行车安全，降低能耗提高汽车产品竞争力的迫切需要。随着新能源汽车的发展和普及，其乘员环境问题又发生了新的变化，例如电动汽车的乘员环境必须考虑动力电池的热问题以及与整车自然环境的集成控制。本项目采用理论分析、试验研究和数值分析相结合的方法，分析识别了与汽车乘员热环境及乘员热舒适性密切相关的环境、材料、空调设置等参数，研究这些参数对车内热环境动态特性的影响规律；研究问题从传统汽车扩展到电动汽车，从整车热管理角度进行了车用锂离子动力电池温度场分布的计算及试验，探索电动汽车热环境问题的规律。.主要成果包括：（1）建立了汽车乘员舱热环境传热模型和乘员热舒适性客观评价方法；（2）开展了乘员舱热环境下的人体热舒适性试验研究，分析车内瞬态非均匀热环境下人体皮肤表面温度动态变化趋势，研究乘员热感觉及热舒适变化的一般规律；（3）建立了人体坐姿实际形状的人体热调节模型与胸腹部、腿部、心脏、血管等多部位的人体生物力学模型；（4）开展了太阳辐射下汽车固定壁面传热特性试验研究，并仿真分析外部环境因素对汽车内外饰件温度场以及汽车固定壁面传热特性的影响；（5）对自然暴露下车窗玻璃特性对汽车内饰件热负荷的影响进行了分析与研究；（6）对车内热环境稳态和动态特性及其影响因素进行研究，并总结车内热环境的流体流动和温度动态分布规律；（7）在汽车动力电池热管理方面，基于电池内阻温升特性，建立生热速率的时变内热源模型，获得更加精确的电池温度场分布及其动态变化规律；（8）提出了采用相变热管对动力电池散热的方法，并对车用锂离子动力电池散热特性进行深入研究。项目在前沿方向的相关研究成果包括：学术论文23篇，其中SCI收录4篇，EI收录14篇，中文核心1篇，会议论文4篇。.上述研究成果系统地阐述了汽车乘员舱热环境的影响因素及其动态变化规律，研究和改善了乘员舒适性的评价模型和方法，研究工作既考虑传统燃油汽车也顾及到动力电池发热散热问题以及对整车的影响。对于整车节能减排，改善乘员的舒适性和安全性，提高汽车研发水平和产品竞争力具有重要意义。