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Title:
THERMAL MANAGEMENT SYSTEM FOR A MOTOR VEHICLE PASSENGER COMPARTMENT
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2020/094981
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a thermal management system for a motor vehicle passenger compartment, which system (1) comprises a processing unit (2) arranged for: - acquiring an item of data representative of a thermal stress level (TSL) in at least one zone on the body of a passenger of the vehicle; - determining, according to this item of data representative of a thermal stress level (TSL), a thermal comfort index setpoint (TCIc); - controlling one or more thermal actuators of the vehicle according to this thermal comfort index setpoint (TCIc).

Inventors:
NEVEU DANIEL (FR)
ZOUBAIRI OMAR (FR)
Application Number:
PCT/FR2019/052632
Publication Date:
May 14, 2020
Filing Date:
November 06, 2019
Export Citation:
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Assignee:
VALEO SYSTEMES THERMIQUES (FR)
International Classes:
B60H1/00; F24F3/00
Domestic Patent References:
WO2017173222A12017-10-05
WO2016138518A12016-09-01
WO2018202984A12018-11-08
WO2017173222A12017-10-05
WO2017016784A12017-02-02
Foreign References:
US20120232715A12012-09-13
US20020053601A12002-05-09
Other References:
"Infrared thermography of human face for monitoring thermorégulation performance and estimating personal thermal comfort", CIVIL AND ENVIRONMENTAL ENGINEERING
Attorney, Agent or Firm:
METZ, Gaëlle (FR)
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Claims:
REVENDICATIONS

1. Système (1 ) de gestion thermique pour un habitacle de véhicule automobile, système (1 ) comprenant une unité de traitement (2) agencée pour :

- acquérir une donnée représentative d’un niveau de stress thermique (TSL) sur au moins une zone du corps d’un passager du véhicule,

- déterminer, en fonction de cette donnée représentative d’un niveau de stress thermique (TSL), une consigne d’indice de confort thermique (TCIc),

- commander un ou plusieurs actionneurs thermiques du véhicule en fonction de cette consigne d’indice de confort thermique (TCIc).

2. Système (1 ) de gestion thermique selon la revendication 1 , dans lequel l’unité de traitement (2) est en outre agencée pour :

- acquérir une première donnée représentative du niveau d’habillement d’un passager dans l’habitacle (Cio) et/ou une deuxième donnée représentative (MET) de l’activité métabolique du passager,

- acquérir une troisième donnée représentative de l’environnement thermique du passager dans l’habitacle, notamment un ensemble de données permettant de caractériser l’environnement thermique,

- déterminer une valeur d’un indice de confort thermique (TCI) associé au passager dans l’habitacle sur la base des données ainsi acquises.

3. Système (1 ) de gestion thermique selon la revendication 2, dans lequel :

- la consigne d’indice de confort thermique (TCIc) consiste à maintenir ou à atteindre une valeur d’indice de confort thermique égale à 0 (TCI = 0) si le niveau de stress thermique (TSL) est inférieur à une valeur seuil déterminée (TSL < Seuil), cet indice de confort thermique (TCI) étant calculé à partir d’objectifs de températures de peau correspondant à la neutralité thermique,

- la consigne d’indice de confort thermique (TCIc) consiste à atteindre une valeur d’indice de confort thermique non nulle (TCI ¹ 0) si le niveau de stress thermique (TSL) est supérieur à une valeur seuil déterminée (TSL > Seuil), cet indice de confort thermique (TCI) étant calculé à partir d’objectifs de températures de peau correspondant à la neutralité thermique.

4. Système (1 ) de gestion thermique selon la revendication 2, dans lequel la consigne d’indice de confort thermique (TCIc) consiste à atteindre une valeur d’indice de confort thermique nulle (TCI = 0) si le niveau de stress thermique (TSL) est supérieur à une valeur seuil déterminée (TSL > Seuil), cet indice de confort thermique (TCI) étant calculé à partir de nouveaux objectifs de températures de peau, différentes des températures de peau cibles à la neutralité thermique.

5. Système (1 ) de gestion thermique selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la donnée représentative du niveau de stress thermique (TSL) est déterminée à partir d’au moins un des critères suivants :

- une valeur significative d’une température superficielle de l’habillement T h, notamment supérieure à 30°C ou inférieure à 10°C, - une valeur significative d’une température faciale Tv du passager, notamment supérieure à 39°C ou inférieure à 28°C,

- un écart significatif, ou une variation significative de cet écart au cours du temps, de températures faciales DTn, entre le nez et les joues et/ou entre le nez et le front, supérieure à 3°C,

- une valeur significative du flux thermique par contact (PCont) avec notamment le siège ou le volant, inférieur à -50W/m2 (trop chaud) ou supérieur à 100 W/m2 (trop froid),

- une valeur significative de la température apparente, combinant les températures d’air et radiative autour du passager, supérieure à 30°C ou inférieure à 10°C,

- une valeur d’indice de confort thermique pouvant être soit très élevé (TCI > 2) ou soit très faible (TCI < -2), situations pouvant traduire un déséquilibre important et transitoire de l’index de confort thermique (TCI).

6. Système (1 ) de gestion thermique selon la revendication 5, le critère de détection d’un stress thermique portant sur la température superficielle de l’habillement Th étant fonction du niveau d’habillement (Cio), de la température d’air locale, de la vitesse d’air locale et de l’activité métabolique (MET).

7. Système (1 ) de gestion thermique selon la revendication 5, dans lequel la température faciale Tv du passager ou la variation DTn de température faciale appartenant à deux zones distinctes du passager sont déterminées à partir d’une caméra infrarouge, notamment une pluralité de caméras infrarouge.

8. Système (1 ) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le ou les actionneurs thermiques sont configurés pour le réglage d’au moins un paramètre thermique d’un équipement prévu dans l’habitacle du véhicule, tel qu’un volant, un siège, une vitre, de manière à réguler l’état thermique du passager au niveau d’une partie de son corps.

9. Système (1 ) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le ou les actionneurs thermiques sont configurés pour le réglage d’au moins un paramètre aérothermique d’un équipement d’une installation de chauffage, ventilation et/ou climatisation du véhicule, tel que la température, le débit et la distribution d’un flux d’air à destination de l’habitacle.

10. Système (1 ) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le ou les actionneurs thermiques sont configurés pour le réglage de la température de surface d’un panneau radiant intégré à l’habitacle, ce panneau radiant pouvant être installé par exemple au niveau de la planche de bord, d’un pilier, du pavillon, d’une cave à pieds, d’une portière, d’un siège du véhicule.

11. Procédé (200) de gestion thermique pour un habitacle de véhicule automobile, procédé comprenant les étapes suivantes :

- acquérir (201 ) une donnée représentative d’un niveau de stress thermique (TSL) sur au moins une zone du corps d’un passager du véhicule,

- déterminer (202), en fonction de cette donnée représentative d’un niveau de stress thermique (TSL), une consigne d’indice de confort thermique (TCIc), soit en donnant une valeur sélectionnée à cette consigne, soit en donnant une valeur sélectionnée à un paramètre qui entre dans le calcul de cette consigne d’indice de confort thermique (TCIc), - commander (203) un ou plusieurs actionneurs thermiques du véhicule en fonction de cette consigne d’indice de confort thermique (TCIc).

Description:
SYSTÈME DE GESTION THERMIQUE POUR UN HABITACLE DE

VÉHICULE AUTOMOBILE

L’invention concerne un système de gestion thermique pour véhicule automobile. L’invention concerne encore un procédé de gestion thermique mis en oeuvre par un tel système de gestion thermique.

Dans un véhicule automobile, il est connu de prévoir une gestion des débits, températures et répartition de l’air soufflée par les différents aérateurs en fonction des conditions extérieures de température et d’ensoleillement. Sur certains véhicules, cela peut être combiné avec l’activation d’un volant chauffant et/ou d’un siège chauffant ou refroidissant, et parfois de surfaces chauffantes par contact tel qu’un repose coude.

La détection et/ou la prise en compte de l’état thermique des passagers est quasiment inexistante, hormis quelques exemples d’utilisation de capteurs infrarouges qui détectent la température superficielle des vêtements des passagers pour mieux tenir compte des conditions initiale lors de la phase transitoire d’accueil (lorsque la personne vient d’une ambiance froide ou chaude) et de l’équilibre thermique résultant des échanges radiatifs et convectifs. En général la mesure de l’état thermique de l’habitacle se limite à une mesure de températures d’air combinée avec un capteur d’ensoleillement.

Des approches plus sophistiquées de la gestion du confort ont été proposées en s’appuyant sur de nouveaux capteurs, en particulier des caméras infrarouges, et de nouveaux actionneurs, en particulier des panneaux radiants et/ou des apports d’air localisés.

L’invention vise notamment à proposer une amélioration des systèmes de gestion thermiques connus. L’invention a ainsi pour objet un système de gestion thermique pour un habitacle de véhicule automobile, système comportant une unité de traitement agencée pour :

- acquérir une première donnée représentative du niveau d’habillement d’un passager dans l’habitacle (Cio) et/ou une deuxième donnée représentative (MET) de l’activité métabolique du passager,

- acquérir une troisième donnée représentative de l’environnement thermique du passager dans l’habitacle, notamment un ensemble de données permettant de caractériser l’environnement thermique,

- déterminer une valeur d’un indice de confort thermique (TCI) associé au passager dans l’habitacle sur la base des données ainsi acquises.

L’invention permet de répondre à des attentes croissantes en matière de confort et de bien-être à bord d’un véhicule, et notamment en augmentant la capacité à s’adapter aux besoins de chaque passager.

Le système selon l’invention permet les aspects suivants :

- la capacité de s’adapter au profil particulier de chaque passager, c'est- à-dire prendre en compte ses attentes ou préférences particulières, ainsi que son domaine spécifique de confort lié à son profil personnel (sexe, âge, ratio masse musculaire / graisse, etc...)

- la capacité de prendre en compte chaque contexte d’usage ou d’état des passagers pouvant impacter le confort thermique: habillement, métabolisme (digestion, sport, heure...), stress, fatigue...

- la capacité de prendre en compte une grande variété des échanges thermiques sur les passagers, que ce soit en nature (convection, rayonnement, contacts) ou localisation (tête, cou, torse, bras, mains, dos, cuisses, jambes, pieds) Selon un aspect de l’invention, le système comporte au moins un capteur agencé pour mesurer un paramètre servant à déterminer l’une au moins des première, deuxième et troisième données.

Selon un aspect de l’invention, le capteur est choisi parmi :

- une caméra, notamment une caméra DMS, agencée pour observer un passager dans l’habitacle,

- un dôme formé par au moins une caméra infrarouge placée sur un plafond de l’habitacle et qui permet de mesurer les températures des parois et vitrages de l’habitacle, ainsi que des mouvements et températures des passagers,

- un capteur d’ensoleillement,

- un capteur de température à la sortie d’un dispositif de climatisation ou d’un HVAC après les échangeurs,

- un capteur de température d’air régnant dans l’habitacle.

Une caméra DMS ( Driver Monitoring System en anglais) est une caméra fonctionnant dans le proche infrarouge et peut permettre de récupérer une image du visage et/ou du buste du conducteur, peu importe la luminosité dans l’habitacle. Grâce à des algorithmes, notamment par analyse physique ou en utilisant des mégadonnées ou big data en anglais, on peut en déduire de nombreuses informations telles que : la reconnaissance de l’identité du passager, évaluation du niveau de fatigue, estimation du rythme cardiaque, reconnaissance des habits portés en haut du corps.

Selon un aspect de l’invention, le système comporte un dispositif de climatisation, notamment un HVAC, et le système est agencé pour mesurer un paramètre servant à déterminer la troisième donnée représentative de l’environnement thermique du passager dans l’habitacle, ce paramètre étant lié à l’état du dispositif de climatisation, notamment la puissance d’un pulseur du dispositif de climatisation ou la distribution d’air climatisé du dispositif de climatisation.

Selon un aspect de l’invention, la première donnée (Cio) représentative du niveau d’habillement du passager dans l’habitacle correspond à une résistance thermique des vêtements portés par le passager.

Selon un aspect de l’invention, le système est agencé pour traiter une image prise par une caméra et pour, à partir de cette image, déterminer le type de vêtements (T-shirt et/ou chemise et/ou pull et/ou veste et/ou manteau et/ou écharpe et/ou chapeau) portés par le passager notamment par reconnaissance d’image, le système étant agencé en outre pour déterminer la résistance thermique à partir du type de vêtements ainsi mesuré.

Selon un aspect de l’invention, la deuxième donnée représentative (MET) de l’activité métabolique du passager est dépendante au moins d’un rythme cardiaque du passager qui est mesuré notamment par une caméra du système, notamment une caméra DMS.

Selon un aspect de l’invention, cette caméra est agencée pour observer des changements de couleur du visage du passager dus au déplacement du sang au niveau de la peau du visage, et le système mesure à partir de ces images le rythme cardiaque.

Selon un aspect de l’invention, la deuxième donnée représentative (MET) de l’activité métabolique du passager est dépendante au moins d’un rythme et amplitude respiratoires du passager qui sont mesurés notamment par une caméra du système, notamment une caméra DMS.

Selon un aspect de l’invention, la deuxième donnée représentative (MET) de l’activité métabolique du passager est dépendante au moins d’une caractéristique physique du passager qui est mesuré notamment par une caméra du système, notamment une caméra DMS. Selon un aspect de l’invention, la caméra est agencée pour mesurer, notamment par traitement d’images, des caractéristiques physiques du passager, notamment le sexe, l’âge, la taille et le volume. Il est possible d’en déduire le poids.

Selon un aspect de l’invention, la deuxième donnée représentative (MET) de l’activité métabolique du passager est dépendante à la fois d’un rythme cardiaque du passager et au moins d’une caractéristique physique du passager.

Selon un aspect de l’invention, la deuxième donnée représentative (MET) de l’activité métabolique du passager est dépendante à la fois d’un rythme et amplitude respiratoires du passager et au moins d’une caractéristique physique du passager.

Selon un aspect de l’invention, la deuxième donnée représentative (MET) de l’activité métabolique du passager correspondant à une puissance surfacique thermique produite par le passager, c’est à dire à son activité métabolique ramenée à la surface d’échange du corps avec l’extérieur.

Selon un aspect de l’invention, le système est agencé pour, à partir des températures des parois et/ou vitrages mesurées par un capteur, notamment par un dôme infrarouge, calculer la température radiative pour au moins une partie, notamment plusieurs parties, du corps du passager telle que la tête, le buste, le dos, les jambes, les mollets, les pieds, les bras.

Selon un aspect de l’invention, le calcul est réalisé pour au moins sept parties distinctes du corps, notamment au moins dix parties distinctes du corps telles que tête, cou, torse, bras, mains, dos, fessier, cuisses, jambes, pieds.

Selon un aspect de l’invention, le système est agencé pour estimer la température d’air au contact du passager pour une partie du corps du passager, notamment plusieurs parties du corps du passager, notamment la tête, buste, dos, jambes, mollets, pieds, bras, mains, notamment à partir de la puissance d’un pulseur d’air et/ou de la distribution de l’HVAC et/ou de la température d’air soufflée et de la température de l’habitacle et notamment sur la base d’abaques et/ou corrélations physiques.

Selon un aspect de l’invention, le système est agencé pour, à partir de la distribution de l’HVAC et/ou de la puissance du pulseur d’air, estimer, notamment à partir d’abaques et/ou corrélations physiques, la vitesse d’air au contact d’une partie ou plusieurs parties du corps du passager.

Selon un aspect de l’invention, le système est agencé pour acquérir des caractéristiques de l’HVAC, telles que la position des volets et une caractéristique du pulseur, pour estimer la vitesse d’air au niveau des passagers.

Selon un aspect de l’invention, ces températures et/ou vitesses sont utilisées pour calculer la troisième donnée représentative de l’environnement thermique du passager dans l’habitacle.

Selon un aspect de l’invention, le système est agencé pour estimer la puissance thermique totale échangée (P_tot_theoritical) par le passager avec son environnement en estimant la puissance thermique échangée partie par partie du corps, notamment la tête, le buste, le dos, les jambes, les mollets, les pieds, les bras, les mains.

Selon un aspect de l’invention, les puissances échangées sont fonction de la vitesse d’air locale, de la température d’air locale, de la température radiative locale, de la surface des passagers, du niveau d’habillement du passager (Cio), de l’ensoleillement des passagers, et des échanges par la respiration et sudation des passagers.

Selon un aspect de l’invention, les puissances échangées par respiration et sudation des passagers sont fonction de la deuxième donnée représentative (MET) de l’activité métabolique du passager, de la température et de l’humidité de l’air ambiant. Selon un aspect de l’invention, le système est agencé pour comparer la puissance thermique totale pouvant être échangée avec l’environnement en maintenant la peau à une température de confort (P_tot_theoritical) avec la puissance produite par le métabolisme des passagers et, en multipliant cette différence de puissance par un coefficient, déterminer une valeur de l’indice de confort thermique (TCI).

Selon un aspect de l’invention, ce modèle peut ensuite servir à estimer le confort instantané des passagers. On peut aussi définir des consignes pour les actuateurs thermiques afin d’atteindre le confort des passagers. On a ainsi une régulation personnalisée du système thermique.

Contrairement aux régulations connues qui se basent exclusivement sur des paramètres extérieurs aux passagers (température cabine, température extérieure, ensoleillement), l’invention utilise de préférence à la fois des données extérieures et des caractéristiques des passagers. On peut ainsi affiner le besoin thermique pour arriver au confort thermique des passagers.

L’invention a encore pour objet un procédé de gestion du confort thermique dans un habitacle automobile utilisant un modèle estimatif des sensations thermiques et du confort thermique basé sur un calcul des échanges thermiques sur les différentes parties du corps et l’analyse des températures d’équilibre et bilans de puissance qui en résultent, caractérisé en ce que le procédé détermine simultanément, pour estimer un indice de confort:

- l’activité métabolique du ou des passagers, issue de données de mesures et/ou d’un modèle d’estimation prédéterminé,

- le niveau d’habillement du ou des passagers, issu de données de mesures et/ou d’un modèle d’estimation prédéterminé,

- les échanges par convection, rayonnement et contact avec le ou les passagers, pris sur au moins six zones distinctes du corps. Selon un aspect de l’invention le procédé est agencé pour prendre en compte des échanges thermiques par respiration, sudation et perspiration, comme fonction de la température et humidité ambiante et du métabolisme pour estimer un indice de confort.

Selon un aspect de l’invention, l’activité métabolique est déterminée en fonction du jour et/ou de l’heure, du sexe, de l’âge, de la taille, du poids, d’autres caractéristiques personnelles du passager, et de la donnée ou connaissance de ses activités courantes ou antérieures.

Selon un aspect de l’invention, le procédé est agencé pour prendre en compte des variations dans le temps ou entre parties du visage de la température de peau mesurées par une caméra infrarouge.

Selon un aspect de l’invention, le procédé est agencé pour prendre en compte une estimation d’une sensation thermique locale et globale basée sur la donnée de températures de peau prises comme référence du confort sur chaque partie du corps, et sur un calcul du déficit thermique résultant d’un bilan des échanges locaux et globaux obtenu avec ces températures.

Selon un aspect de l’invention, le procédé est agencé pour prendre en compte une carte des températures de peau prises comme référence du confort sous forme de valeurs tabulées et/ou modélisées et/ou obtenues par apprentissage, en fonction du profil et préférences de chaque passager, des conditions ambiantes et du contexte d’usage.

Selon un aspect de l’invention, le procédé est agencé pour prendre en compte une estimation d’un confort thermique global basée sur l’application d’une formule qui combine et pondère l’influence de l’écart sur chaque partie du corps entre la température de peau à l’équilibre et la température de référence du confort, ainsi que la variation au cours du temps de cet écart. Selon un aspect de l’invention, le procédé est agencé pour prendre en compte des coefficients de pondération de l’impact de chaque terme (écart entre températures d’équilibre et température de référence et/ou sa variation locale) sous forme de valeurs tabulées et/ou modélisées et/ou obtenues par apprentissage, en fonction du profil et préférences de chaque passager, des conditions ambiantes et du contexte d’usage.

Le document W017173222 décrit un procédé de détermination et de contrôle de l’état thermique d’un occupant à l’intérieur d’un véhicule, procédé prenant en compte des écarts de températures mesurées entre différentes parties du visage de cet occupant, notamment son nez et une zone entourant son nez. Le document W017016784 décrit quant à lui une méthode permettant d’améliorer le suivi de températures de points remarquables du visage par l’utilisation simultanée de deux caméras.

Le document intitulé « Infrared thermography of human face for monitoring thermorégulation performance and estimating personal thermal comfort » publié dans la revue Civil and Environmental Engineering, décrit une méthode d’analyse des températures du visage dans un but d’analyse du confort thermique.

La présente invention s’appuie en partie sur les trois documents de l’art antérieur précités, afin de fournir une solution innovante de gestion du confort thermique dans un habitacle. Elle constitue une amélioration des modèles existants et propose une approche plus globale et dynamique de la gestion du confort thermique au sein de l’habitacle.

La présente invention a ainsi pour objet un système de gestion thermique pour un habitacle de véhicule automobile, système comprenant une unité de traitement agencée pour : - acquérir une donnée représentative d’un niveau de stress thermique (TSL) sur au moins une zone du corps d’un passager du véhicule,

- déterminer, en fonction de cette donnée représentative d’un niveau de stress thermique (TSL), une consigne d’indice de confort thermique (TCIc),

- commander un ou plusieurs actionneurs thermiques du véhicule en fonction de cette consigne d’indice de confort thermique (TCIc).

Selon un aspect de l’invention, le stress thermique du passager est associé à une situation choisie parmi :

- un événement antérieur proche par exemple une course à pieds qui vient de se terminer, une promenade dans un environnement très froid,

- une variation subite d’environnement thermique, par exemple le passager entre dans un véhicule surchauffé en été, ou le soleil vient subitement frapper la tête du passager,

- un stress thermique résultant d’un choc psycho-physiologique, par exemple un accident évité de justesse.

Selon un aspect de l’invention, l’unité de traitement est en outre agencée pour déterminer une valeur d’un indice de confort thermique (TCI) associé au passager sur la base d’une donnée représentative de l’activité métabolique (MET) de ce passager et/ou d’une ou plusieurs données représentatives des échanges thermiques entre ce passager et l’environnement extérieur.

Selon un aspect de l’invention, la donnée représentative de l’activité métabolique (MET) est la contribution de plusieurs termes : le métabolisme basal, le métabolisme d’activité et la thermogénèse. Le métabolisme basal permet d’assurer le fonctionnement de l’organisme et il est notamment fonction du genre, de l’âge, de la taille et du poids de la personne. Le métabolisme d’activité résulte d’une activité physique ou cognitive consommatrice de calories. La thermogénèse représente un métabolisme en réaction à un état thermique hors équilibre.

Selon un aspect de l’invention, les échanges thermiques pris en compte entre ce passager et l’environnement extérieur sont :

- les échanges thermiques par convection avec l’air,

- les échanges par conduction et contact entre un ou plusieurs équipements de l’habitacle, par exemple un siège ou le volant, et certaines parties du corps du passager pouvant être habillées ou non,

- les échanges radiatifs dans le domaine infrarouge avec des surfaces chaudes ou froides de l’habitacle en regard de certaines parties du corps du passager,

- les échanges par respiration, perspiration et sudation,

- les échanges par l’ensoleillement direct ou indirect des passagers.

Selon un aspect de l’invention,

- la consigne d’indice de confort thermique (TCIc) consiste à maintenir ou à atteindre une valeur d’indice de confort thermique égale à 0 (TCI = 0) si le niveau de stress thermique (TSL) est inférieur à une valeur seuil déterminée (TSL < Seuil), cet indice de confort thermique (TCI) étant calculé à partir d’objectifs de températures de peau correspondant à la neutralité thermique,

- la consigne d’indice de confort thermique (TCIc) consiste à atteindre une valeur d’indice de confort thermique non nulle (TCI ¹ 0) si le niveau de stress thermique (TSL) est supérieur à une valeur seuil déterminée (TSL > Seuil), cet indice de confort thermique (TCI) étant calculé à partir d’objectifs de températures de peau correspondant à la neutralité thermique.

Selon un aspect de l’invention, la consigne d’indice de confort thermique (TCIc) consiste à atteindre une valeur d’indice de confort thermique nulle (TCI = 0) si le niveau de stress thermique (TSL) est supérieur à une valeur seuil déterminée (TSL > Seuil), cet indice de confort thermique (TCI) étant calculé à partir de nouvelles températures de peau cibles, différentes des températures de peau cibles à la neutralité thermique.

Selon un aspect de l’invention, la donnée représentative du niveau de stress thermique (TSL) est déterminée à partir d’au moins un des critères suivants :

- une valeur significative d’une température superficielle de l’habillement Th, notamment supérieure à 30°C ou inférieure à 20°C,

- une valeur significative d’une température faciale T v du passager, notamment supérieure à 39°C ou inférieure à 28°C,

- un écart significatif, ou une variation significative de cet écart au cours du temps, de températures faciales DT n , en particulier entre le nez et les joues et/ou le front, en particulier supérieur à 3°C,

- une valeur significative d’un flux thermique par contact (PCont) avec notamment le siège ou le volant, en particulier inférieur à - 50W/m 2 (trop chaud), ou supérieur à 100 W/m 2 (trop froid),

- une valeur significative de la température apparente, combinant la température d’air et la température radiative autour du passager, en particulier supérieure à 30 °C, ou inférieure à 10 °C. - une valeur d’indice de confort thermique pouvant être soit très élevé (TCI > 2) ou soit très faible (TCI < -2), situations pouvant traduire un déséquilibre important et transitoire de l’index de confort thermique (TCI).

Ces critères sont jugés significatifs s’ils dépassent une valeur seuil prédéterminée, valeur seuil pouvant varier selon l’environnement thermique, le profil et l’état du passager, la précision et sensibilité des capteurs utilisés pour mesurer les paramètres servant à caractériser le niveau de stress thermique (TSL) du passager.

Selon un aspect de l’invention, la température superficielle de l’habillement Th est déterminée à partir d’un capteur choisi parmi :

- une caméra thermique infrarouge disposée face au passager, en particulier intégrée au DMS,

- une caméra thermique infrarouge disposée dans un dôme sur le plafond de l’habitacle,

- une caméra thermique infrarouge disposée sur un des piliers avant ou milieu de l’habitacle, ou sur la console centrale pour observer les passagers sur les places arrière.

Selon un aspect de l’invention, le critère de détection d’un stress thermique portant sur la température superficielle de l’habillement Th est fonction du niveau d’habillement (Cio), de la température d’air locale, de la vitesse d’air locale et de l’activité métabolique (MET).

Selon un aspect de l’invention, la température faciale T v du passager, ou la variation DT n de température faciale appartenant à deux zones distinctes du passager, sont déterminées à partir d’une caméra infrarouge, notamment une pluralité de caméras infrarouge.

Selon un aspect de l’invention, la caméra est une caméra fonctionnant dans le lointain infrarouge (Fl R ou Far Infra Red caméra, en anglais) et pouvant générer une cartographie thermique à basse ou moyenne résolution.

Selon un aspect de l’invention, la caméra est une caméra fonctionnant dans le proche infrarouge (N IR ou Near Infra Red caméra, en anglais) et pouvant générer des images à moyenne ou à haute résolution pour une longueur d’onde donnée.

Selon un aspect de l’invention, les actionneurs thermiques sont configurés pour le réglage d’au moins un paramètre thermique d’un équipement prévu dans l’habitacle du véhicule, tel qu’un volant, un siège, une vitre, de manière à réguler l’état thermique du passager au niveau d’une partie de son corps.

Selon un aspect de l’invention, le ou les actionneurs thermiques sont configurés pour le réglage d’au moins un paramètre aérothermique d’un équipement d’une installation de chauffage, ventilation et/ou climatisation du véhicule, tel que la température, le débit et la distribution d’un flux d’air à destination de l’habitacle.

Selon un aspect de l’invention, les actionneurs thermiques sont configurés pour le réglage de la température de surface d’un panneau radiant intégré à l’habitacle, ce panneau radiant pouvant être installé par exemple au niveau de la planche de bord, d’un pilier, du pavillon, d’une cave à pieds, d’une portière, d’un siège du véhicule.

Selon un aspect de l’invention, la partie du corps du passager est : au moins une zone du visage, la nuque, au moins une épaule, le torse, le dos, au moins une main, au moins un bras, au moins une jambe, au moins un pied et/ou une cheville.

La présente invention concerne encore un procédé de gestion thermique pour un habitacle de véhicule automobile, procédé comprenant les étapes suivantes :

- acquérir une donnée représentative d’un niveau de stress thermique (TSL) sur au moins une zone du corps d’un passager du véhicule,

- déterminer, en fonction de cette donnée représentative d’un niveau de stress thermique (TSL), une consigne d’indice de confort thermique (TCIc), soit en donnant une valeur sélectionnée à cette consigne, soit en donnant une valeur sélectionnée à un paramètre qui entre dans le calcul de cette consigne d’indice de confort thermique (TCIc),

- commander un ou plusieurs actionneurs thermiques du véhicule en fonction de cette consigne d’indice de confort thermique (TCIc).

L’invention sera mieux comprise et d’autres détails, caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description suivante faite à titre d’exemple non limitatif en référence au dessin annexé dans lequel :

- la figure 1 illustre schématiquement et partiellement, un système de gestion thermique selon l’invention,

- la figure 2 illustre des étapes du procédé de détermination de l’indice de confort thermique (TCI) dans le système de la figure 1 ,

- la figure 3 représente les différentes zones du passager impliquées dans les procédés des figures 2 et 4,

- la figure 4 illustre des étapes du procédé de gestion du confort thermique dans le système de la figure 1 ,

- la figure 5 est un organigramme illustrant les possibilités de gestion du confort thermique suite à la détection d’un niveau de stress thermique. On a représenté sur la figure 1 un système de gestion thermique 1 pour un habitacle de véhicule automobile, système comportant une unité de traitement 2 agencé pour :

- acquérir une première donnée (Cio) représentative du niveau d’habillement d’un passager dans l’habitacle,

- acquérir une deuxième donnée représentative (MET) de l’activité métabolique du passager,

- acquérir une troisième donnée représentative de l’environnement thermique du passager dans l’habitacle,

- déterminer une valeur d’un indice de confort thermique (TCI) associé au passager dans l’habitacle sur la base des trois données ainsi acquises.

Le système 1 comporte plusieurs capteurs agencés pour mesurer plusieurs paramètres servant à déterminer les première, deuxième et troisième données.

Ces capteurs comportent :

- une caméra DMS 3 agencée pour observer un passager dans l’habitacle, comportant au moins une caméra infrarouge,

- un dôme 4 formé par au moins une caméra infrarouge placée sur un plafond de l’habitacle et qui permet de mesurer les température des parois et vitrages de l’habitacle, ainsi que les mouvement et températures des passagers,

- un capteur d’ensoleillement 5,

- un capteur de température 6 à la sortie d’un dispositif de climatisation ou de l’HVAC 10,

- un capteur de température 7 régnant dans l’habitacle. Le système 1 est agencé pour mesurer un paramètre servant à déterminer la troisième donnée représentative de l’environnement thermique du passager dans l’habitacle, ce paramètre étant lié à l’état du dispositif de climatisation, notamment la puissance d’un pulseur du dispositif de climatisation ou la distribution d’air climatisé du dispositif de climatisation.

La première donnée (Cio) représentative du niveau d’habillement du passager dans l’habitacle correspond à une résistance thermique mesurée des vêtements portés par le passager.

A cet effet, le système 1 est agencé pour traiter une image prise par la caméra 3 et/ou 4 et pour, à partir de cette image, déterminer le type de vêtements (T-shirt et/ou chemise et/ou pull et/ou veste et/ou manteau et/ou écharpe et/ou chapeau) portés par le passager notamment par reconnaissance d’image, le système 1 étant agencé en outre pour déterminer la résistance thermique à partir du type de vêtements ainsi mesuré.

La deuxième donnée représentative (MET) de l’activité métabolique du passager est dépendante d’un rythme cardiaque HR du passager qui est mesuré notamment par la caméra 3, comme on peut le voir sur la figure 3.

Cette caméra 3 est agencée pour observer des changements de couleur du visage du passager dus au déplacement du sang au niveau de la peau du visage, et le système mesure à partir de ces images le rythme cardiaque.

La deuxième donnée représentative (MET) de l’activité métabolique du passager est dépendante d’une caractéristique physique du passager qui est mesuré par la caméra 3 et/ou 4 pour déterminer, par traitement d’images, des caractéristiques physiques PC du passager, notamment le sexe, l’âge, la taille et le volume, et indirectement le poids. La deuxième donnée représentative MET de l’activité métabolique du passager correspond à une puissance surfacique thermique PS produit par le passager déduit à l’aide de la donnée PC.

Plusieurs données représentatives de l’activité métabolique du passager (MET) sont utilisées.

Le système 1 est agencé pour, à partir des températures des parois et/ou vitrages mesurées par le dôme infrarouge 4, calculer la température radiative pour plusieurs parties du corps du passager telle que la tête Z1 , le buste Z2, le dos Z3, les jambes Z4, les pieds Z5, les bras Z6 et les mains Z7, comme on peut le voir sur la figure 3.

Le système 1 est agencé pour estimer la température d’air au contact du passager pour une partie du corps du passager, notamment plusieurs parties du corps du passager, notamment la tête, buste, dos, jambes, mollets, pieds, bras, mains, notamment à partir de la puissance d’un pulseur d’air et/ou de la distribution de l’HVAC et/ou de la température d’air soufflée et de la température de l’habitacle et notamment sur la base d’abaques.

Le système 1 est agencé pour, à partir de la distribution de l’HVAC et/ou de la puissance du pulseur d’air, estimer, notamment à partir d’abaques, la vitesse d’air au contact d’une partie ou plusieurs parties du corps du passager.

Ces températures et/ou vitesses TV sont utilisées pour calculer la troisième donnée représentative de l’environnement thermique du passager dans l’habitacle.

Le système 1 est agencé pour estimer la puissance thermique totale pouvant être échangée (P_tot_theoritical) par le passager avec son environnement en maintenant la peau à température de confort. Cette puissance est obtenue en estimant la puissance thermique pouvant être échangée partie par partie du corps, notamment la tête, le buste, le dos, les jambes, les mollets, les pieds, les bras et les mains. Cette puissance thermique totale échangée (P_tot_theoritical) est fonction des données Cio, Met et PS.

En effet les puissances échangées sont fonction de la vitesse d’air locale, de la température d’air locale, de la température radiative locale, de la surface des passagers, du niveau d’habillement du passager (Cio) et de la deuxième donnée représentative (MET) de l’activité métabolique du passager.

Les puissances échangées sont aussi fonction de l’ensoleillement direct ou indirect des passagers, ainsi que des échanges par respiration, perspiration et sudation.

Le système 1 est agencé pour comparer la puissance thermique totale pouvant être échangée avec l’environnement en maintenant la peau à une température de confort (P_tot_theoritical) avec la puissance produite par le métabolisme des passagers et, en multipliant cette différence de puissance par un coefficient, déterminer une valeur de l’indice de confort thermique (TCI).

Ce modèle peut ensuite servir à estimer le confort instantané des passagers. On peut aussi définir des consignes pour les actuateurs thermiques afin d’atteindre le confort des passagers. On a ainsi une régulation personnalisée du système thermique.

Le procédé est agencé pour prendre en compte des échanges thermiques par respiration, sudation et perspiration, comme fonction de la température et humidité ambiante et du métabolisme pour estimer un indice de confort.

L’activité métabolique est déterminée en fonction du jour et/ou de l’heure, du sexe, de l’âge, de la taille, du poids, d’autres caractéristiques personnelles du passager, et de la donnée ou connaissance de ses activités courantes ou antérieures. La présente invention vise à proposer un système de gestion du confort thermique prenant en compte le niveau de stress thermique (TSL) du passager dans l’habitacle. Pour atteindre cet objectif, le système 1 comporte en outre plusieurs capteurs agencés pour mesurer des paramètres servant à déterminer la valeur du niveau de stress thermique (TSL) du passager. Certains de ces capteurs peuvent être communs avec des capteurs servant à la détermination de la valeur d’indice de confort thermique (TCI).

Ces capteurs comportent :

- une caméra infrarouge 1 1 , notamment une pluralité de caméras infrarouge, afin de mesurer la température faciale T v du passager ou la variation DT n de température faciale appartenant à deux zones distinctes du passager,

- un capteur de flux thermique par contact 12, pour la détermination du flux thermique par contact (PCont) par exemple au niveau d’un siège du véhicule,

- une caméra infrarouge 13 de température superficielle de l’habillement Th.

La caméra 1 1 est par exemple une caméra fonctionnant dans le lointain infrarouge (Fl R ou Far Infra Red caméra, en anglais) et pouvant générer une cartographie thermique à basse ou moyenne résolution. La caméra 1 1 peut être aussi une caméra fonctionnant dans le proche infrarouge (N IR ou Near Infra Red caméra, en anglais) et pouvant générer des images à moyenne ou à haute résolution pour une longueur d’onde donnée.

La stratégie de gestion du confort thermique proposée par l’invention consiste à, selon les mesures des différentes familles de capteurs et selon le contexte, agir sur un ou plusieurs actionneurs thermiques de manière différente, pour selon les cas : atteindre et maintenir une valeur d’indice de confort thermique TCI = 0. Cela revient à assurer le maintien de la neutralité thermique en régime stationnaire (la personne n’a ni chaud ni froid), c’est-à-dire sur une longue durée. maintenir pendant un temps limité TCI ¹ 0.

Cela revient à susciter le confort thermique en appliquant des stimuli thermiques globaux ou locaux qui ne correspondent pas à la neutralité thermique (TCI>0 si chauffage, ou TCI <0 si refroidissement), et ce de manière transitoire. On cherche alors à compenser un stress thermique de la personne en appliquant sur une ou plusieurs zones du corps de la chaleur ou du froid. La réalisation de ces stimuli thermiques agréables revient à viser une température de peau différente de la température de référence à la neutralité thermique, proche de 34°C. Dans le cas d’un refroidissement du passager par les actionneurs thermiques, la température de peau visée à l’équilibre est inférieure à la température de référence à la neutralité thermique. Au contraire, dans le cas d’un réchauffement, la température de peau visée à l’équilibre est supérieure à la température de référence à la neutralité thermique.

La principale raison qui justifie la stratégie de confort précitée est la prise en compte de l’inertie thermique du corps humain qui est de l’ordre de plusieurs dizaines de minutes. Si le corps est en déséquilibre thermique et que l’on cherche à le ramener rapidement à l’équilibre, voire à compenser un déséquilibre qui persiste sur certaines zones du corps, il est avantageux de provoquer un nouveau déséquilibre global ou local pour accélérer le retour global à l’équilibre thermique (TCI = 0). Dans un autre contexte, citons le bénéfice thermique d’une rapide douche froide prise en été juste après un effort sous la chaleur.

La figure 4 illustre les étapes du procédé 200 de gestion du confort thermique dans le système de la figure 1 , dans la situation où le passager se retrouve dans un contexte de stress thermique. Au cours de l’étape 201 , l’unité de traitement 2 acquiert une donnée représentative d’un niveau de stress thermique (TSL) sur au moins une zone du corps d’un passager du véhicule, zones étant illustrées sur la figure 3.

A titre d’exemples illustratifs, mais non limitatifs, le niveau de stress thermique (TSL) peut se manifester par l’une des situations suivantes, enregistrées en continu par l’un des capteurs dédiés :

- une ou plusieurs températures superficielles de l’habillement Th dépassent un seuil prédéterminé, par exemple plus de 30°C ou moins de 20°C, ajustable en fonction de la température et vitesse d’air locale, ainsi que du niveau d’habillement (Cio),

- une ou plusieurs températures faciales T v du passager dépassent un seuil prédéterminé, par exemple plus de 39°C ou moins de 28°C, ajustable en fonction du profil du passager,

- un ou plusieurs écarts DT n entre des températures faciales T v dépassent un seuil prédéterminé, par exemple plus de 3°C entre le nez et les joues, ajustable en fonction du profil du passager,

- le flux thermique par contact (PCont) au niveau par exemple du buste, des mains et/ou des jambes du passager dépasse un seuil prédéterminé, par exemple inférieur à -50W/m 2 (trop chaud) ou supérieur à 100 W/m 2 (trop froid).

Au cours de l’étape 202, l’unité de traitement 2 détermine, en fonction de la donnée représentative du niveau de stress thermique (TSL), une consigne d’indice de confort thermique (TCIc). Les critères d’applications de cette consigne sont visibles sur l’organigramme de la figure 5.

Au cours de l’étape 203, l’unité de traitement 2 commande un ou plusieurs actionneurs thermiques du véhicule en fonction de cette consigne d’indice de confort thermique (TCIc). La figure 5 est un organigramme illustrant la façon de commander les actionneurs thermiques en fonction de la consigne d’indice de confort thermique (TCIc).

Tout en haut de l’organigramme, certaines données représentatives du niveau de stress thermique (TSL) du passager ont été rappelées, notamment la température superficielle de l’habillement Th, la température faciale T v du passager, un écart de températures faciales DT n , le flux thermique par contact (PCont), une valeur d’indice de confort thermique TCI, très élevée (>2) si la personne a très chaud, ou très faible (<-2 ) si au contraire elle a très froid.

Rappelons que le système de gestion du confort thermique est configuré pour mesurer en continu, à l’aide de capteurs dédiés, la valeur de l’indice de confort thermique (TCI) du passager, sur la base de critères thermophysiologiques (notamment le MET) et environnementaux (par exemple le flux solaire, le taux d’humidité au sein de l’habitacle).

L’unité de commande 2 détermine alors une donnée représentative du niveau de stress thermique (TSL) sur l’ensemble du corps du passager, ou au contraire au niveau local, c’est-à-dire sur une des zones illustrées sur la figure 3. Le passager subit un niveau de stress thermique significatif si au moins une des données précédemment citées (Th, T v , PCont) dépasse une valeur seuil prédéterminée, telles que celles décrites précédemment.

L’unité de commande 2 détermine en fonction de la donnée représentative d’un niveau de stress thermique (TSL) précédemment calculée, une consigne d’indice de confort thermique (TCIc). L’organigramme de la figure 5 illustre trois consignes possibles.

1 ère consigne (TCIc) :

L’unité de commande 2 a détecté : TSL < Seuil. La consigne d’indice de confort thermique (TCIc) consiste alors à maintenir ou à atteindre une valeur d’indice de confort thermique égale à 0 (TCI = 0). Il est important de noter que cet indice de confort thermique (TCI) est calculé à partir de températures de peau cibles à la neutralité thermique. Cela revient à assurer, par l’intermédiaire des actionneurs thermiques, le maintien de la neutralité thermique en régime stationnaire (la personne n’a ni chaud, ni froid).

2 ème consigne (TCIc):

L’unité de commande 2 a détecté : TSL > Seuil.

La consigne d’indice de confort thermique (TCIc) consiste alors à atteindre une valeur d'indice de confort thermique non nulle (TCI ¹ 0) par application de stimuli thermiques agréables globaux {ie. sur l’ensemble du corps) ou locaux (sur certaines zones du corps où le stress thermique aura été détecté).

Si le passager a très froid, on cherche à atteindre TCI > 0 transitoirement (les actionneurs thermiques appliquent un réchauffement global ou local). Au contraire, s’il a très chaud, on cherche à atteindre TCI < 0 transitoirement (les actionneurs thermiques appliquent un refroidissement global ou local). A l’image de la 1 ère consigne, cet indice de confort thermique (TCI) est calculé à partir de températures de peau cibles à la neutralité thermique. La consigne transitoire TCIc pourra être choisie dans une plage de -4 à +4.

3 ème consigne (TCIc): ou variante de la 2 ème consigne :

L’unité de commande 2 a détecté : TSL > Seuil

La consigne d’indice de confort thermique (TCIc) consiste à atteindre une valeur d’indice de confort thermique nulle (TCI = 0). Cet indice de confort thermique (TCI) est calculé cette fois à partir de nouvelles températures de peau cibles, différentes des températures de peau cibles à la neutralité thermique. Les nouvelles températures de peau cible seront comprises entre 26 et 40°C.