基于汽車艙內溫度及空氣質量的管控的研究

劉彪杰 蔡順燕 董小杏 李定明 司云飛

摘要：本文針對市場現有車輛冬夏長途行車、短時停車存在車艙空氣質量差、溫控操作復雜的問題，提出一體化設計理念，集成并優化車內外循環、車艙溫度及空氣質量控制功能模塊，滿足客戶多樣化需求，提高客戶駕乘體驗。

Abstract： Aiming at the problems of poor cabin air quality and complex temperature control operation in long-distance driving and short-term parking in winter or summer， this paper proposes an integrated design concept， integrates and optimizes the function modules of internal and external circulation， cabin temperature and air quality control， so as to meet the diversified needs of customers and improve their driving experience.

關鍵詞：車艙溫度;一體化設計;優化集成;駕乘體驗

Key words： cabin temperature;integrated design;optimization integration;driving experience

中圖分類號：F407.471? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）11-0010-03

0? 引言

隨著新時代國民經濟的快速發展，客戶對汽車舒適性的要求越來越高，車艙內溫度及空氣質量作為駕乘體驗的重要部分，對整車的舒適性、安全性有著重要影響。車艙溫度及內部空氣質量的管控顯得尤為重要，對提升高速行車車艙環境，減輕駕乘疲乏感有重要作用[1]。基于車艙內溫度及空氣質量的管控進行了有效研究，設計了冬夏長途行車、短時停車智能模塊。

1? 車艙內溫度及空氣質量管控模塊介紹

車艙內溫度及空氣質量管控模塊是基于車內外循環的基礎上，致力于解決冬夏長途行車車艙溫度不適、空氣質量較差致使駕乘人員頻繁開窗換氣的窘境，致力于解決夏季短暫停車車艙座椅溫度高、空氣悶濁等問題的模塊。此模塊以杯托、外循環模塊為載體，通過杯托內置風機吸取車艙內悶濁空氣，由外循環通道涌出，利用負壓迫使新鮮空氣勻入車艙，達到降低車艙溫度，提升客戶群駕乘體驗，滿足客戶群多層次、個性化等方面的需求。

2? 管控模塊組成

根據駕乘體驗反饋數據顯示，有必要對傳統外循環功能改造。為了更好向駕乘者提供更多個性化的服務，優化其空間布局，智能感知并改善車艙環境。管控模塊包含溫度管控模塊、空氣質量模塊及對應執行機構組成。管控模塊如圖1所示。

2.1 車艙溫度及空氣質量控制邏輯

車艙溫度及空氣質量控制可實現夏季停車臨時應酬或短時離車處理事務，且需生命體短暫留車時，改善車艙空氣質量與溫度，為車艙內生命體提供舒適空間，避免出現生命體出現暈厥，避免因暴曬而出現用車時座椅過燙而耽擱行車，同時可在一定程度排出車艙內飾所散發異味[1]。冬季可智能優化車艙空氣質量，避免密閉車艙內駕乘人員因悶濁暖風犯困而出現頻繁開窗換氣，進而增加駕駛風險。控制程序流程如圖2。

2.2 車艙溫度及空氣質量工作原理

啟動程序后，車艙天窗外置太陽能板可根據天氣智能為蓄電瓶充能，運行中智能檢測蓄電池剩余電量，當電量不足30%時，發出停止指令，此時外循環控制進出口舵機處于關閉狀態，監測有雨時系統自檢天窗是否關閉，避免因駕駛員疏忽致使車艙透水。當電量大于30%時，系統根據溫度傳感器、濕度傳感器、CO2濃度傳感器、PM2.5傳感器、雨量傳感器等智能端所采集數據，判定車艙內溫度及空氣質量是否良好，如出現CO2、PM2.5等不合格，系統將發出指令啟動內置杯托的風機，同時舵機打通外循環出入口，以側杯托為端口，將車艙悶濁空氣吸入通道，從外循環出口排除。車艙負壓將新鮮空氣經凈化、除濕后勻入車艙[2]。此終端可在高速行車不開車窗的情況下，改善車艙空氣質量，減少風噪胎噪對駕乘體驗影響。在夏季暴曬中一定程度改善車艙溫度及空氣質量，保證車艙生命體必要的空氣。在駐車時密閉車艙內小憩時改善內部溫度及空氣質量，避免出現CO2濃度過高造成缺氧出現昏厥等影響生命健康的事故。

3? 整體布局及效果

車艙頂加裝太陽能電池板，沿左側B柱布線，陽光充足時可將太陽能轉化為化學能儲存于蓄電池[3]，且蓄電池欠壓時可由發動機提供，當電量低至30%以下時，系統自檢并關閉。以車輛手扶箱內置杯托為出入風口，手扶箱后端內置車艙溫度傳感器、濕度傳感器，二氧化碳傳感器，手扶箱側面加裝壓縮風機，下端接外循環空氣流道，配合手扶箱內置杯托內置風機共同提升車艙內空氣質量和控制艙內溫度，提升駕駛體驗和乘客舒適性。布局如圖3-圖5所示。

通過系統對夏季駐車與高速行車180分鐘車艙溫度及空氣質量動態測試發現效果顯著。能夠在一定程度滿足駕乘者實際需求。數據分析如圖6、圖7所示。

通過在夏季平均氣溫36℃環境下180分鐘內對比亞迪F0車艙溫度的動態檢測不難發現，剛離車時因空調系統原因，車艙內溫度小于車艙外溫度時，車艙溫度管控模塊未介入工作。60分鐘至80分鐘時車艙溫度管控模塊開始介入工作，艙內溫度出現明顯下降趨勢，直至趨于艙外溫度。未加裝溫度管控模塊的車艙內溫度因陽光暴曬，溫度持續升高，迫近42℃。對比發現，此溫度管控模塊效果顯著，能夠解決夏季場外停車因車艙內溫度過高造成座椅發燙，有效改善車艙內寵物等生命體留存環境。

按照通用標準CO2濃度采用PPM值表征。PPM400-700之間為駕乘人員舒適區，PPM700-1000時駕乘人員會有沉悶、心悸、注意力不集中等癥狀，PPM1500-2000時會氣喘、眩暈、注意力不集中、精神疲勞等癥狀，PPM值趨于5000時，駕乘人員會喪失知覺、神志不清甚至窒息等癥狀[3]。圖7不難看出密閉車艙內如長時不開車窗透氣致使車艙內PPM值趨于疲勞駕駛甚至喪失知覺，近年來時有發生有駕駛員密閉車艙休息窒息死亡的事件發生可印證。如未加裝空氣質量監測模塊，每30分鐘開車窗換氣，分散駕駛員注意力，增加車內氣流噪音，影響駕乘體驗，尤其是有嬰幼兒及年老乘客。配有空氣質量監控時車艙會動態監測PPM值，使駕乘者始終處于PPM值處于400-700的舒適區。

4? 結束語

車艙內溫度及空氣質量的管控有助于優化操作空間，滿足后排乘客在空調、USB等方面的差異化需求，進一步提升冬夏行車停車的駕駛體驗，改善艙內空氣質量和適當降低車內溫度。對傳統外循環的改造目的是為了向車主提供更多的服務，優化其使用性能，并且此車艙溫度及空氣質量管控在一定程度上能帶給車主優越感。

參考文獻：

[1]劉彪杰.車輛手扶箱的一體化設計[J].汽車零部，2020.

[2]梁婷.淺談新風系統在環境風洞試驗室中的應用[J].中國新技術新產品，2019.

[3]史黎薇.空氣中二氧化硫濃度測定的不確定度評定[J].中國自然醫學雜志，2009（03）.