Brevet FR3088258A1 — publié le 20200515

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 s 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) 15 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 20 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 25 un habitacle de véhicule automobile, système comportant une unité de traitement agencée pour : 2 acquérir une première donnée représentative du niveau d'habillement d'un passager dans l'habitacle (Clo) 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- 15 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, 20 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) 25 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. 3 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 s 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 so 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 15 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, 20 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 25 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. 4 Selon un aspect de l'invention, la première donnée (Clo) 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 s 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. 113 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 15 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 20 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 25 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 5 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 s 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. 113 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 15 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 20 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, 25 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 6 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, s 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. 1.13 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 15 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 20 radiative locale, de la surface des passagers, du niveau d'habillement du passager (Clo), 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 25 représentative (MET) de l'activité métabolique du passager, de la température et de l'humidité de l'air ambiant. 7 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 5 différence de puissance par un coefficient, déterminer une valeur de l'indice de confort thermique (TOI). 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 1.0 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 15 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 20 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 25 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. 8 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. s 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 15 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 20 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 25 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. 9 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 5 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 113 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. 15 Le document intitulé « lnfrared thermography of human face for monitoring thermoregulation 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. 20 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. 25 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 5 (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 10 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. 11 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 5 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 10 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, 15 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 (TCI) consiste à maintenir 20 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. 5 Selon un aspect de l'invention, la consigne d'indice de confort thermique (TC1c) 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 15 l'habillement Th, notamment supérieure à 30°C ou inférieure à 20°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 20 cours du temps, de températures faciales ATv, , 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/m2 (trop chaud), ou supérieur à 100 W/m2 (trop froid), 25 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. 13 - une valeur d'indice de confort thermique pouvant être soit très élevé (TCI > 2) ou soit très faible (TCI 2) si la 10 personne a très chaud, ou très faible ( Seuil. La consigne d'indice de confort thermique (TC1c) consiste alors à atteindre une valeur d'indice de confort thermique non nulle (TCI # 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 ICI > 0 15 transitoirement (les actionneurs thermiques appliquent un réchauffement global ou local). Au contraire, s'il a très chaud, on cherche à atteindre ICI Seuil La consigne d'indice de confort thermique (TC1c) consiste à atteindre 25 une valeur d'indice de confort thermique nulle (TCI = 0). Cet indice de confort thermique (ICI) est calculé cette fois à partir de nouvelles températures de peau 25 cibles, REVENDICATIONS1. 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 (TC1c). 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 (Clo) 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. 27 3. Système (1) de gestion thermique selon la revendication 2, dans lequel : - la consigne d'indice de confort thermique (TC1c) 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 5 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. 15 4. Système (1) de gestion thermique selon la revendication 2, dans lequel la consigne d'indice de confort thermique (TC1c) 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 20 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 25 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 10°C, 28 - 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 ATv, entre le nez et les joues et/ou s 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 10 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 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 (Clo), de la 20 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 ATv de température faciale appartenant à deux zones distinctes du passager sont déterminées 25 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 29 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. 5 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 so 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 15 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 20 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 25 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 (TC1c). 5 10