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智能座舱:人员感知与按需送风(露营/休息模式)
车里只坐了司机一个人,为什么还在给整个座舱降温?本课把控制对象从「空间温度」换成「人」:感知谁在哪、只服务有人的区域;并把露营/休息这类长时驻车场景的低负荷振荡、SOC 保底与夜间起雾一并算清楚。
C6-04 · 乘员舱空调与 HVAC / 多区/后排/新场景座舱
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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
- 设计从人员感知到送风决策的信号链,并给出各信号失效时的降级与 fail-safe 方向
- 用局部 EHT 而非单点内温做按需送风的评价量,算出关区带来的负荷收益上限
- 为露营/休息模式定出低负荷防振荡、SOC 保底、强制新风三条底线
- 识别夜间长时驻车的起雾与空气质量风险,给出主动除湿与换气策略
- 为 CPD 置信、车上无人的场景定出分级处置阶梯与各级的进入/退出条件,并说清它与感知环节 fail-safe 方向相反的原因
内容大纲
- 从控空间到控人:被控量重新定义
- 单点内温代表不了人:辐射、吹风感、局部不均都没进去,人感受到的是 EHT(承接 A4-03)
- 分区颗粒度:从 2 区、4 区到每个座位一个微气候(承接 A4-08)
- 按需送风的收益上限 = 空置区负荷占比——但这是个松弛上界,只能用来判量级,不能当成拿得到的节能率:空置区的太阳透射与围护得热不会因为不送风就消失,只是以更高的区温存在,再经掺混与浮升迁移到有人区,最终仍由蒸发器付账;实际收益来自三处——关掉那一路的新风负荷与鼓风机功耗、空置区温度上浮后与环境温差变小带来的围护得热下降、瞬态下风量集中让有人区更快达标;区间串扰越强,实际值离这个上界越远(A4-08 用风量份额估同一件事,两者都是上界,只是分母不同)
- 边界:除霜除雾与空气质量是全舱底线,不参与按需关闭
- 感知:谁在哪、什么状态
- 信号源分级:座椅占位/安全带(最可靠最粗)→ DMS/OMS 摄像头(能分人、有隐私边界)→ 热电堆阵列/热成像(能测体表温度)→ 毫米波/UWB(能测呼吸心率、可隔物)
- 多源融合与置信度:fail-safe 方向是偏向「有人」,宁可多送风
- 感知失效链:遮挡、盖毯、戴帽口罩、后排睡姿,都要有降级路径
- 数据合规:车内影像的采集/存储/出车边界,方案定义阶段就要把法务拉进来
- 决策:按需送风怎么下发
- 执行能力边界:电动风口与风门分区能关到什么程度,关闭后的漏风与再生噪声。这张能力表本课只负责用、不负责生成:关断泄漏量与风量再分配的实测口径见 C2-07(逐口关断扫描,按剩余 n−1 口重列风量守恒账),执行器力矩与失电落位约束见 C2-03,关闭后的哨音工况权重见 C2-11
- 关区不是简单关一半:邻座吹风感与温度均匀性可能反而变差,要留过渡带并重分配风向
- 与 C6-01 的 TAO 链路怎么合流:占位只改变各区的需求权重,不能变成第二个控制器跟 TAO 打架
- 收益折算:Q_demand 下降 → 压缩机负荷下降 → 能耗与续航收益
- 露营/休息模式:长时驻车的底线与整车模式定义
- 低负荷振荡:压缩机最低排量已大于实际需求 → 整夜频繁启停;本课走的是路线一——温度死区 + 最小运行/停机时间约束循环频次。另两条路线(贴最低转速连续运行、容忍温度波动;热气旁通/假负荷卸载)以及三条路线在能耗—温差—NVH—寿命四本账上的对比见 K3-02,容量下限本身的成因见 G1-02
- 能量账与保底:ΔSOC 定退出阈值,还要管 12V 亏电保护与 PTC/热泵的功率取舍;12V 这一侧要按并发负载列成可算的电流账——座椅加热×N + 方向盘加热 + 后风窗加热丝 + 加热后视镜同时投入时的总电流、DCDC 的持续输出能力、以及线束压降带来的末端电压跌落,三者共同决定「能同时开几件、开多久」,而不是各件单独校核过就算完
- 空气质量:密闭 + 内循环 + 人呼吸 → CO₂ 累积,必须周期性强制新风(AQS/CO₂ 传感,见 C4-01);触发阈值不能拍脑袋——用稳态式 C_CO₂ = C_out + G/Q_fresh(见 A4-07)按在舱人数反算 Q_fresh 下限,作为关小风量、其余分区降到最小换气时不可突破的安全底线,与夜间起雾的露点底线并列为两条硬约束;另外平均浓度合格不等于呼吸区合格,局部浓度场的证据见 J4-01
- 夜间起雾:人呼出水分抬高露点,玻璃温度跌破露点即结露,天亮时视野直接不合规(承接 C5-03、C4-04)
- NVH:夜里能听见的是压缩机启停与鼓风机,声品质门槛比白天高一个档;夜间的 NVH 风量地板与 CO₂ 强制换气的风量下限常常同时逼近——降风量保安静与提风量保空气质量正面冲突,必须在策略里显式仲裁,而不是留给两个团队各自标定(多条风量下限取严的合成见 C6-01,风量—噪声曲线怎么读见 C2-04)
- 露营/休息模式是整车模式而不是座舱模式:进入前置条件(SOC 保底阈、12V 亏电门槛、CPD 状态、门锁与车窗状态)要成表写进模式定义,与 D3-04 的远控/预约前置条件是同一张表,只是触发方式不同(车内人触发 vs 车外指令触发),保持一处定义、多处引用;每个门槛还要给出定义方法、迟滞带、退出后的恢复条件与超时强制退出,只写「要管」等于没定义
- 与对外放电(V2L)的接口:车内开空调、车外接设备在真实露营场景里常常同时发生,驻车能耗预算、12V 防亏电门槛与风扇/鼓风机噪声上限三者必须与 E3-03 用同一套口径,谁先降功率、谁先退出要事先约定;部件热学不在本课展开
- 车上无人:CPD 置信后的分级处置阶梯
- CPD 置信后的 fail-safe 方向与感知那一节相反:那里误判「无人」的代价只是少吹点风,所以宁可判有人;这里误判「有人」的代价是空车自行唤醒高压、整夜耗电甚至误报警,两侧代价函数不同,置信门限本就不该取同一个值——两种非对称要各自写清楚(信号源分级不在本条重复)
- 分级处置阶梯:车外声光/APP 报警 → 降窗或开天窗通风 → 鼓风机外循环 → 整车唤醒、高压上电开压缩机;逐级给降温能力量级与适用条件。通风级只换空气不换蓄热(承接 C6-05),最好也就把舱温拉到接近环境温度,内饰与座椅的蓄热要靠时间放,指望它顶替制冷是错的
- 每一级的可持续时长与退出条件直接复用本课的 ΔSOC = ∫ P_HVAC dt / E_batt 与 SOC 保底/12V 亏电门槛,只换退出判据——从「舒适与续航」换成「人的生存时限」;SOC 或 12V 触底时必须写明向下降到哪一级,而不是一停了之
- 与整车报警链、云端外呼的先后与责任边界:本课只定义热管理侧的接口——谁触发、谁能否决、状态怎么上报、外部指令到达时谁让路;外呼与云端实现不在范围内
- CPD 是法规/评级强制项,依据不是「规定如此」:儿童热耐受时间显著短于成人,叠加密闭车厢的温升时间账,才是这条强制项的人体学出处(见 A4-09);也正因为门槛来自生存时限而不是舒适度,CPD 触发下的远程通风/预空调判据与 C6-05 的驻车能耗门槛不是同一套,具体条款与生效时间按项目所在市场的现行版本确认
- 验证与标定
- 环境舱长时驻车工况(整夜量级):温度、湿度、CO₂、SOC、玻璃表面温度同步记录;记录项还要加舱压或等效渗透 ACH,否则渗透白送的那一份换气量在账上体现不出来,强制换气周期只能往保守里定
- 虚拟热假人 + 局部 EHT 仿真做方案筛选,实车热假人做验收(J4-02、L6-02)
- 感知误判场景库:宠物、行李、儿童、睡姿、后排毯子;「场景库多大算够」「儿童遗留这类高严重度误判的验收目标怎么定」不由本课回答——判据来自 SOTIF 的场景覆盖论证与残余风险收敛,见 K2-05
- 儿童存在检测(CPD)与休息模式的交互:不能因为进了休息模式就把 CPD 关掉——这里只验策略互锁不被模式切换绕过;置信之后热管理能自主做什么,见本课「露营/休息模式与无人在车」一节的分级处置阶梯
关键公式
EHT = f(T_air, T̄_r, v_air)
等效温度:把空气温度、平均辐射温度与风速合成为单一舒适量;按需送风必须用它而不是单点内温做评价(承接 A4-03)
Q_demand = Σ_i s_i·Q_zone,i, s_i ∈ {0,1}
按需送风的负荷模型:s_i 为第 i 区占位状态;关区收益的上限就是空置区负荷占比,先算这个数再谈感知硬件值不值
ΔSOC = ∫ P_HVAC dt / E_batt
露营/休息模式的能量账:定退出阈值与保底策略的依据;PTC 与热泵的功率差会被时长放大成整晚的里程差
f_cycle ≈ 1/(t_on + t_off) ∝ 1/(C_cabin·ΔT_db)
低负荷启停频次:座舱热容与温度死区共同决定;死区太窄就是整夜的启停噪声,必须配最小运行/停机时间
结露判据:T_glass ≤ T_dew(d_cabin)
夜间起雾机理:人呼出水分抬高舱内含湿量 d,露点随之上升;长时驻车必须靠周期除湿或换气把 d 压住
ṁ_fresh ≥ N·q̇_CO₂/(C_limit − C_amb)
维持舱内 CO₂ 不超限所需的最小新风量:人数越多、限值越严,强制换气周期就要越短
I_12V,总 = Σ_i P_i/U_12V ≤ min(I_DCDC 持续, I_线束压降允许)
露营/休息模式下低压加热件的并发电流账:座椅/方向盘/后风窗加热丝/加热后视镜同时投入时按总电流校核,约束取 DCDC 持续输出能力与线束压降允许值中的严者;不满足就得分时投入或按优先级限功率,而不是靠单件额定值互不干涉地各自过关
关键概念
等效温度 EHT座椅占位传感DMS/OMS 座舱感知热电堆阵列毫米波生命体征按需送风电动风口温度死区 ΔT_db最小运行时间SOC 保底CO₂ 累积与强制新风儿童存在检测 CPD12V 亏电门槛与 DCDC 容量校核车身渗透与等效换气 ACHCPD 置信后的分级处置阶梯
推荐工具与标准
MATLAB/Simulink + Stateflow(占位—送风决策与启停约束) STAR-CCM+ / Fluent + 虚拟热假人(局部 EHT 方案筛选) 热成像仪 / 热电堆阵列(人体表面温度实测) 环境舱长时驻车工况 + CO₂/湿度记录仪 整车能耗与 SOC 模型
GB/T 18049(中等热环境 PMV-PPD 测定与热舒适条件评价,等同 ISO 7730) ISO 14505-2(车辆热环境评价:等效温度 EHT) 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) Euro NCAP 儿童存在检测(CPD)评价体系(人体学依据——儿童热耐受时间与密闭舱温升的时间账——见 A4-09;具体版本、评分条款与生效时间按项目所在市场的现行版本确认)
工程案例
某纯电轿车上线露营模式后收到两类投诉:夜里被空调启停声吵醒,早上前风窗一层雾。复盘发现压缩机已到最低排量、温度死区又窄,整夜频繁循环;密闭内循环让含湿量一路爬升,天亮时玻璃跌破露点。对策是加宽死区、加最小运行/停机时间、周期强制引新风除湿。
动手做
交付物 · 为一台纯电轿车写露营/休息模式定义:① 画出占位感知到送风决策的信号链,标出失效模式与 fail-safe 方向;② 算关闭空置区的收益上限与整夜 ΔSOC,给出退出阈值;③ 交付模式定义卡:死区、最小运行/停机时间、CPD 常开;④ 给出 CPD 置信后分级处置阶梯的进入/退出条件表,标明 SOC 与 12V 触底时各级的降级去向。
常见误区
- 用单点内温给「人」打分:辐射与吹风感全没算,按需送风关掉的区可能恰恰是舒适度最差的区,评价量必须换成局部 EHT
- 感知的 fail-safe 方向搞反:占位或摄像头误判成「无人」就关风口,安全的方向永远是偏向「有人」
- 关区只关风口不管流场:邻座吹风感与温度均匀性反而恶化,要留过渡带并重新分配风向
- 露营模式只做座舱不做整车:SOC 保底、12V 亏电、CPD 与门锁状态都在这个模式的定义域内,漏一个就是安全事件
- 把温度死区当舒适参数往窄了调:低负荷 + 最低排量 + 窄死区 = 整夜启停,NVH 与压缩机寿命一起赔进去
- 把空置区负荷占比当成能兑现的节能率:那只是个松弛上界,连通舱里被关掉的那一区照样在得热、照样往有人区迁移;拿这个数去做感知硬件的成本决策,收益一定过度承诺
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