為推動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)關(guān)鍵共性技術(shù)發(fā)展，服務(wù)于成員單位技術(shù)研發(fā)需求，自成立以來(lái)，聯(lián)盟一直持續(xù)開(kāi)展整車(chē)及關(guān)鍵零部件前沿、共性技術(shù)研究工作，形成了大批研究成果，推動(dòng)了電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新和進(jìn)步。2023聯(lián)盟共立項(xiàng)共性技術(shù)課題22項(xiàng)，為推動(dòng)課題交流和成果共享，聯(lián)盟將持續(xù)發(fā)布在研課題研究進(jìn)展和成果，最大化發(fā)揮課題研究?jī)r(jià)值。

乘員艙人體熱舒適性瞬態(tài)仿真方法

01、研究目的

隨著汽車(chē)在我國(guó)的普及，車(chē)內(nèi)時(shí)間的增加使得乘坐空間的熱環(huán)境逐漸成為消費(fèi)者、研究人員和汽車(chē)廠家的關(guān)注焦點(diǎn)。車(chē)內(nèi)熱環(huán)境不僅直接影響乘客的熱舒適性，還影響到他們對(duì)車(chē)型整體舒適度的評(píng)價(jià)。如何提升乘客在車(chē)內(nèi)的乘坐體驗(yàn)，已成為研究人員重點(diǎn)攻克的方向之一。當(dāng)前的研究主要集中在兩個(gè)方面：一是車(chē)內(nèi)熱環(huán)境的優(yōu)化，二是人體對(duì)冷熱刺激的反應(yīng)和感知。乘員艙人體熱舒適性瞬態(tài)仿真方法研究課題由中國(guó)汽車(chē)工程研究院股份有限公司承擔(dān)，課題基于以上研究方向，提出了一種用于模擬乘員艙內(nèi)人體熱舒適性的瞬態(tài)仿真方法。

02、研究進(jìn)展與階段性成果

要開(kāi)展人體熱舒適性研究，首先需要對(duì)車(chē)內(nèi)熱環(huán)境進(jìn)行深入分析，尤其是車(chē)體的換熱路徑。乘員艙的主要換熱路徑包括以下幾方面：透明外殼內(nèi)外表面的對(duì)流和輻射換熱，以及其內(nèi)部的輻射穿透；不透明外殼內(nèi)外表面的對(duì)流和輻射換熱；不透明內(nèi)部部件外表面的對(duì)流和輻射換熱；以及空調(diào)進(jìn)出口與外界之間的熱量傳遞。這些換熱路徑共同影響車(chē)內(nèi)熱環(huán)境，對(duì)乘客的熱舒適性產(chǎn)生直接影響。

圖1 汽車(chē)乘員艙換熱路徑

2. 車(chē)體幾何結(jié)構(gòu)及熱物理屬性簡(jiǎn)化方法研究

基于上述對(duì)車(chē)體換熱路徑的分析，結(jié)合實(shí)際情況，對(duì)車(chē)體的幾何結(jié)構(gòu)和熱物理屬性進(jìn)行了簡(jiǎn)化，具體分為以下幾類：

① 透明外殼：玻璃部分

② 與外部環(huán)境接觸的非透明部件：車(chē)身、車(chē)門(mén)、地板

③ 與內(nèi)部環(huán)境接觸的部件：座椅、前控板、后行李箱蓋、扶手箱、方向盤(pán)

上述材料的初始物理屬性根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行了賦值，以確保簡(jiǎn)化模型能夠合理反映實(shí)際情況。

3.  車(chē)內(nèi)熱環(huán)境測(cè)試及仿真對(duì)比研究

在表1所示工況下進(jìn)行試驗(yàn)與仿真對(duì)比，通過(guò)對(duì)標(biāo)修正乘員艙熱環(huán)境仿真模型，以提高其準(zhǔn)確性。在烤車(chē)工況下，調(diào)整各表面的發(fā)射率、透射率等熱學(xué)參數(shù)，同時(shí)，通過(guò)外流場(chǎng)仿真，計(jì)算出不同車(chē)速下車(chē)輛外表面的對(duì)流換熱系數(shù)，為精確模擬車(chē)外環(huán)境的熱交換提供數(shù)據(jù)支持。在降溫工況下，對(duì)流體進(jìn)出口參數(shù)進(jìn)行修正，以確保仿真模型能夠準(zhǔn)確反映空調(diào)系統(tǒng)對(duì)車(chē)內(nèi)熱環(huán)境的影響。

表1 仿真與試驗(yàn)對(duì)標(biāo)工況

下圖為仿真得到的流場(chǎng)與溫度場(chǎng)圖

通過(guò)對(duì)比仿真結(jié)果和試驗(yàn)結(jié)果后，對(duì)物性進(jìn)行修正，最終得到如下對(duì)標(biāo)結(jié)果，說(shuō)明仿真已經(jīng)達(dá)到較高精度。

圖4 降溫工況乘員艙仿真與試驗(yàn)平均溫度對(duì)比

在熱環(huán)境模型搭建完成后，下一步將搭建人體熱舒適性模型。在研究人體熱舒適性時(shí)，建立人體生理組織的精確模型至關(guān)重要。課題采用Fiala熱生理模型，該模型廣泛用于模擬人體的熱調(diào)節(jié)和熱傳導(dǎo)過(guò)程，能夠全面反映人體在不同環(huán)境條件下的熱舒適狀態(tài)。為了描述人體組織內(nèi)部的熱量傳遞機(jī)制，課題使用了以下生物熱傳導(dǎo)方程，該方程適用于均勻、體積不限的生物組織，體現(xiàn)了組織內(nèi)的熱傳遞機(jī)制及相關(guān)的物理過(guò)程：

上述公式中，公式的左邊表示人體組織內(nèi)部的熱傳導(dǎo)和換熱過(guò)程，右邊表示人體組織能量變化，式中：

k是人體組織熱傳導(dǎo)率(W/