A4-08 · 基础理论与共性技术 / 热舒适性科学
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一课题可并存多讲师版本
课程大纲
学完能做什么
- 能估算按需送风相对全舱送风的节能量级
- 能设计一套基于人员感知的分区送风策略，并给出感知失效的降级路径
- 能把控制目标从 t_a 改写成分区 t_eq / 局部舒适，并给出可实现的反馈量
- 能评估个体化通风（PV）在车内的可行边界与吹风感风险
- 能测出分区串扰并判断实际可独立控制的分区数
内容大纲
- 微气候的思路
- 人只与身边一层空气换热，舱内其余空气都是“运费”
- 按需送风到底省在哪：稳态负荷被 B1-01 的四项得热钉死，砍总送风量不按比例减负荷；真正的省能是①鼓风机功率 P ∝ n³ ②非占用区允许温度上浮→净得热下降（**制冷侧主项**）③pull-down 期有效冷却质量减少 ④按乘员数下调新风量 ṁ_fresh（**唯一真正线性的一项**）（承接 C1-05 的能效路径）
- 车与建筑的差别：舱容小、串扰强、乘员离出风口只有几十厘米
- 与 C6-01 的分工：那里讲控制逻辑实现，这里讲舒适目标与策略取舍
- 人员感知：策略的输入
- 座椅占位/安全带扣：最便宜最鲁棒，但只能给“有没有人”
- 摄像头（DMS/OMS）：能给人数、姿态、位置，受隐私与法规约束
- 红外/热像：能直接给皮肤温趋势，最贴近舒适量，成本与视野是障碍
- 降级路径：感知失效时必须能安全回退到全舱模式，这一条不能省
- 分区送风的物理约束
- 串扰：一个区的送风会跑到隔壁区，分区越多串扰越强、独立性越差
- 分区能力上限由风道与风门结构决定（对接 C2-07/C2-08）
- 分层与浮升：冷风下沉、热风上浮，分区边界不等于几何边界
- 个体化通风 PV：头枕/门板/座椅送风的形态，以及随之而来的 DR 风险（A4-04）
- PV 在空气品质侧比在舒适侧更划算：新鲜风直送呼吸区时 ε_c 的收益通常大于 ε_v；但 DR 约束不变，仍要在「到达倍数」与吹风感之间平衡
- 控制目标改写
- 用分区 t_eq 或局部舒适做目标，而不是舱内某一点的 t_a
- 现实约束：车上没有假人，只有若干温度点与少量间接量
- 用 ROM/软传感器由可测量估计 t_eq（降阶建模对接 J7-02；估计器整定、残差带、置信度与退出条件对接 K3-10）
- 前馈项：太阳方位与强度、车速、乘员数（对接 K7-01 预测性控制）
- 场景与验证
- 单人驾驶：只服务驾驶员区，其余降到最小换气量
- 满员 / 后排优先 / 露营休息模式（对接 C6-04）
- 预空调：充电或远程启动时用电网的电，不吃续航
- 验证按分区给指标，不给“整舱平均”（沿用 A4-04 的验收方法）
关键公式
Q_送风 = ṁ·c_p·(t_out − t_in)
送风侧换热量。⚠ **稳态下它被 B1-01 的四项得热钉死**，ṁ 与 (t_out − t_in) 是此消彼长的两个自由度——**砍 ṁ 不会按比例减负荷**，只会抬舱温或压低送风温度。按需送风真正的省能来自四项：①鼓风机功率 P ∝ n³（风机相似定律，见 C2-04）；②非占用区允许温度上浮 → 舱内平均温度上移 → 与环境温差和净得热下降，**这才是制冷侧的主要节省**；③瞬态 pull-down 期需冷却的有效空气与内饰质量减少；④按乘员数下调**新风量**（ṁ_fresh 那一部分确实按比例砍掉新风负荷，判据见 C6-04 与 A4-07）
P_按需/P_全舱 ≈ Σ(有人区有效风量)/(全舱总风量)
按需送风节能的一阶估算；单人驾驶是最常见工况，理论上限相当可观
ε_v = (t_exhaust − t_supply)/(t_br − t_supply)
通风效率：**相对完全混合的送风到达倍数**，不是「份额」。符号：t_supply 送风、t_exhaust 排风、t_br 呼吸区。**三档判读**：ε_v>1 说明新鲜风优先到达呼吸区——**这正是个体化通风做成功的标志**；=1 为完全混合；<1 说明短路或回流。把它当 0~1 的效率去卡上限，反而会把 PV 的收益抹掉
目标函数：min Σ|t_eq,i − t_eq,target,i|（而非 min |t_a − t_set|）
分区舒适控制的目标改写；控的是人身边的等效温度，不是仪表台附近那支传感器
串扰矩阵：t_i = Σ_j K_ij·u_j
分区间耦合；K 的非对角元越大，分区独立性越差，多区控制器越容易互相打架
ε_c = (C_exhaust − C_supply)/(C_br − C_supply)
污染物去除效率：与温度型 ε_v **同构**，同一套三档判读（>1 优先到达呼吸区、=1 完全混合、<1 短路或回流），区别只在标量由温度换成浓度（换成空气龄即换气效率 ε_a）。⚠ **ε_v ≠ ε_c**：舱内存在内部污染源（乘员呼出 CO₂、内饰释放 VOC），当污染源与热源分布不重合时二者不等价，温度型效率高不代表空气品质好；ε_c 是分布量，须由座舱 CFD 的污染物标量场求（转 J4-01），不能由 ε_v 外推
关键概念
微气候按需送风个体化通风 PV人员感知座椅占位DMS/OMS通风效率 ε_v分区串扰软传感器ROM 降阶模型预空调降级策略污染物去除效率 ε_c
推荐工具与标准
Fluent / STAR-CCM+（分区送风流场与串扰矩阵评估） GT-SUITE / Simulink（分区座舱模型 + 控制在环） TAITherm（分区 t_eq / 局部舒适作为控制目标） 热假人 + 分区测点（策略验证，方法见 A4-05） 整车能耗模型（节能收益折算）
ISO 14505 系列（分区等效温度评价） ISO 7730（局部不满意率：任何分区策略的安全网） GB 11555-2025《汽车风窗玻璃除霜和除雾系统技术规范》（2026-01-01 实施，全部代替 2009 版）——节能策略的法规底线 GB/T 12782（汽车采暖性能要求和试验方法）
工程案例
某纯电轿车最常见是单人驾驶，原策略不论几人都按全舱四区送风。改为占位感知 + 驾驶员区优先后，关后排送风、副驾降至最小换气，风量与压缩机负荷都降，驾驶员区 t_eq 反而更快达标——风量集中了。代价是后排上人的滞后，靠开门信号提前预冷兜底。
动手做
交付物 · 设计按需分区送风策略：① 用 CFD 或试验测串扰矩阵，判断可独立控制的分区数；② 针对单人驾驶/满员/后排休息各写送风分配与目标 t_eq，估算相对全舱的节能；③ 写出感知失效降级路径与除霜底线。交付：串扰矩阵 + 策略表 + 安全页。
常见误区
- 认为分区数越多越好：串扰随分区数上升，风道与风门成本也上去，实际独立性可能反而下降；先测串扰矩阵再定分区数
- 用舱内某一点的 t_a 当分区反馈：那个点通常在仪表台附近，代表不了呼吸区，更代表不了 t_eq
- 感知失效没有降级路径：摄像头被遮或占位误判时若不回退，会出现“有人却没风”的严重投诉
- 按需送风砍到除霜/除雾底线以下：这是法规安全项（GB 11555），任何节能策略都不能碰
- PV 出风口贴到脖子/面部：通风效率上去了，吹风率 DR 也上去了，一类投诉换成另一类
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