车载健康空调技术研究_李晓航.pdf

Auto electric parts No.02，2023车载健康空调技术研究李晓航，齐霁，宋占桌，车强，徐梓赫，姚国宝（一汽奔腾轿车有限公司，吉林 长春130000）【摘要】随着空气污染的加剧，城市道路的拥堵，疫情的反复及人民自身健康意识的不断提高，人们对车内外污染物的关注度不断提高，车载健康空调技术应运而生。本文提出一种车载健康空调方案，并对其主要的功能设计进行论述。【关键词】空气净化；汽车空调；健康空调中图分类号：U463.851文献标志码：A文章编号：1003-8639（2023）02-0026-03Research on Vehicle Health Air Conditioning TechnologyLI Xiao-hang，QI Ji，SONG Zhan-zhuo，CHE Qiang，XU Zi-he，YAO Guo-bao（FAW Car Co.，Ltd.，Changchun 130000，China）【Abstract】With the intensification of air pollution，urban road congestion，repeated epidemics and thecontinuous improvement of peoples health awareness，peoples concern about pollutants inside and outside the vehiclehas been increasing，and vehicle mounted health air-conditioning technology has emerged as the times require.Thispaper discusses and puts forward a scheme of vehicle health air conditioning，and discusses its main function design.【Key words】air purification；automobile air conditioner；healthy air conditioner收稿日期：2022-11-03作者简介李晓航（1997），男，工程师，主要从事空调控制系统开发与设计、自动空调标定等工作；齐霁（1985），男，工程师，硕士，主要从事空调控制系统开发与设计、自动空调标定等工作；宋占桌（1986），男，工程师，主要工作从事空调控制系统开发与设计、自动空调标定等工作；车强（1985），男，工程师，主要从事空调控制系统开发与设计、自动空调标定等工作；徐梓赫（2000），男，空调试验工，主要从事空调系统试验、整车空调功能验证等工作；姚国宝（1984），男，工程师，主要从事整车空调功能测试、整车道路试验工作。1引言车载健康空调是在汽车空调基础上搭载先进的车载传感器、空调净化器、香氛系统等装置，并融合云端大数据和控制算法，实现车内外空气品质的检测与净化，保证车内空气品质和健康环境的技术方案。车载健康空调的发展来源于两个方面：一方面汽车产业正朝着电气化、新能源化的方向快速发展，越来越多的新功能应用到车辆中，整车的智能、健康越发受到消费者的关注；另一方面，伴随着空气污染问题的加剧、新冠疫情的发生，车内空气品质日益成为了用户关注的焦点。人们对于车内空气健康、清洁的需求促使着车载健康空调技术的进一步发展。目前，各车企纷纷在整车上应用健康空调技术并初步建立了各自的健康品牌，例如长安的FOREST AIR、比亚迪的绿净系统、吉利的G-CLEAN（IAPS智能空气净化系统）等。本文提出一种综合性的车载健康空调，能够实现车内外空气品质检测、离车生命检测、空气净化消杀等功能，保障车内空气品质。2车载健康空调方案构成该车载健康空调方案是一个能够包含车内外空气检测、过滤、净化、消杀、智能通风、香氛系统、生命监测等功能为一体的，综合性的，覆盖用户出行前、上车、驾驶、下车以及特殊天气和场景的全方位保障方案。整体的车载健康方案如图1所示。车载健康空调使用软硬件结合的方式来实现。具体来讲，硬件以空调控制器或包含相应控制功能的域控制器为核心，PM2.5传感器、AQS传感器、CO2传感器、内外温度传感器等为信息收集端，空调滤芯和空气净化器为主要方法；图1车载健康空调方案设计研究/Design research26DOI:10.13273/ki.qcdq.2023.02.008汽车电器2023年第2期软件上主要实现空气品质的判定、自动通风换气和提醒等功能。3硬件设计3.1空调滤芯空调滤芯采用高效空气过滤器（HEPA），据试验，汽车空调滤芯对粉尘颗粒、PM2.5等的过滤效率可达到90%以上1，但过滤器本身仅对颗粒物和菌类有过滤效果，不能净化挥发性有机污染物2，近年来一些新型的复合空调滤芯相继被应用，其不仅可以对颗粒物进行处理，也对包含甲醛在内的挥发性污染物有一定的效果。表1为不同滤芯去除效果。3.2传感器检测传感器包括PM2.5传感器、AQS传感器和CO2传感器，主要目的是实现对车内外空气中相关成分进行检测，为后续功能的响应提供信号输入。表2为传感器的检测原理和功能。3.3空气净化目前，对于车内的空气净化已发展了多种技术，其中主要的技术方法包括负离子技术、等离子技术、紫外线消杀等。不同净化技术的应用方向与车内布置方案也不近相同。表3列出了主要净化技术的原理与优缺点。4软件功能设计车载健康空调的软件功能可分为净化、通风和提醒3种。4.1净化功能设计3空气净化功能是车载健康空调保持车内空气品质的主要方法，通过车内硬件与空调控制软件相结合，实现降低车内空气污染的目的。控制逻辑如图2所示。当车内空气污染程度较高时，空调系统会自动启动车内的光水离子净化消杀设备，对空气进行杀菌消毒。在这个过程中持续检测车内空气品质，当车内空气品质明显好转后再关闭净化系统。可以将净化过程进行动画展示，加强用户的使用感和体验感。4.2通风功能设计4.2.1降窗通风降窗通风的应用场景是在夏天车辆长期暴露在阳光下后，车辆内部温度会非常高，用户可以在上车之前进行通风操作来降低车内温度，提高驾乘舒适性。在整车锁车的情况下，用户通过长按钥匙解锁来唤醒表1不同滤芯去除效果类型去除效果PM2.5甲醛VOCPM2.5滤芯84%29%29%CN95滤芯95%29%29%超级滤芯90%85%90%表2检测原理与功能检测类别PM2.5传感器AQS传感器CO2传感器检测原理红外反射/激光散射催化氧化还原反应红外吸收/固体电解质功能检测车内外PM2.5浓度监测空气品质监测车内CO2浓度，防止疲劳驾驶表3净化技术原理及优缺点类型负离子等离子紫外线光水离子原理利用静电释放负离 子，空气中的细菌起到吸附作用电离空气中的氧 气和 水 分 子，形成大量的氧原子和羟基，可迅速 破 坏 细 菌、病毒等微生物的内部结构破坏微生物的DNA或RNA产 生 过 氧 化氢离子、羟基离子、超氧离子和纯 态 负 离 子 在内的净化因子优点技术成熟、布置方便技术成熟、布置方便杀菌效率高对粉尘、细菌、异味等均有效果缺点有效范围 小、仅对颗粒物进行沉降产生臭氧、效果一般紫外线对人体有害有过氧化氢味道图2智能净化逻辑Design research/设计研究27Auto electric parts No.02，2023空调，在符合运行条件的情况下，空调切换外循环，开启鼓风机进行通风换气，并在用户上车后停止。降窗通风逻辑如图3所示。4.2.2通风干燥通风干燥的应用场景是在用户下车后，空调系统内部的空气可能会因潮湿而发生霉变，继而需要空调进行自干燥以规避这种情况。在用户离开后，空调并不立即进入睡眠状态，在整车电量允许的条件下开启外循环和鼓风机，对空调系统进一步进行干燥，具体流程如图4所示。4.3提醒功能设计提醒功能主要包含滤芯更换提醒和车内生命提醒两个功能。4.3.1滤芯更换提醒4滤芯更换提醒实现方法是：在空调系统外循环运行时，车内外环境PM2.5差值、空调运行时间、鼓风机风量、车速的综合计算结果与空调滤芯的有效里程强正相关，由此当空调滤芯寿命接近设计使用寿命时，适时提醒用户进行滤芯更换，保证空调滤芯功能始终有效，为驾乘人员提供良好的驾乘环境。同时避免空调滤芯长期积累导致过滤效果下降和二次污染。图5为滤芯更换提醒逻辑4。4.3.2生命检测提醒逻辑生命检测提醒是利用车内CO2传感器和毫米波雷达等检测装备，根据外温、内温、阳光等信号，在用户下车后监测车内是否有生命特征，当车内的CO2浓度达到阈值且雷达检测车内仍留有人员时会启动相应程序来提醒用户，避免儿童遗落在密闭车内的情况。如果用户未做出反馈且车内温度、CO2浓度等指标超过预设值，空调控制器会驱动空调系统进行切换外循环和自动换气等动作，避免车内人员发生危险，具体流程如图6所示。5结束语伴随着汽车智能化和用户健康需求的进一步发展，车载健康空调技术也会不断地发展创新。在未来智能驾舱的建设过程中，健康空调将会成为一个重点的方向，有着广阔的发展前景。参考文献：1孔维文，张春秋，罗玉林.乘用车内空气净化技术研究现状及进展 J.制冷技术，2022，42（2）：78-86.2牛茜，虞接华，聂险峰，等.整车车内空气品质净化技术浅析J.汽车实用技术，2020（1）：192-195.3车强，董向力，齐霁，等.一种基于大数据的汽车内部智能空气过滤方法：中国，CN114211941A P.2022-03-22.4徐明.一种基于环境 PM2.5 的汽车空调滤芯的更换提醒方法及系统：中国，CN113415129AP.2021-09-21.（编辑杨景）图3降窗通风逻辑图4通风干燥逻辑图5滤芯更换提醒逻辑图6生命检测提醒逻辑设计研究/Design research28