新能源汽車空調智能控制系統設計探索

王豪

摘 要：近年來我國新能源汽車發展速度不斷加快，空調的智能化控制受到廣泛重視，合理設計空調智能化控制系統不僅能夠提升空調控制水平，還能確保整體控制系統的高效化、穩定性運行，具有重要的意義。基于此本文研究汽車空調對空氣循環調節的影響，提出幾點空調智能控制系統的設計建議，旨在為增強新能源汽車的空調控制水平提供幫助。

關鍵詞：新能源汽車 空調智能控制系統 設計

Exploration of the Design of Intelligent Control System of New Energy Vehicle Air Conditioning

Wang Hao

Abstract：In recent years， the development of new energy vehicles in China has been accelerating， and the intelligent control of air conditioners has received extensive attention. Reasonable design of intelligent control systems for air conditioners can not only improve the level of air conditioner control， but also ensure the efficient and stable operation of the overall control system， and it is of great significance. Based on this， this paper studies the influence of automobile air conditioning on air circulation regulation， and puts forward several design suggestions for the intelligent control system of air conditioning， aiming to provide help for enhancing the air conditioning control level of new energy vehicles.

Key words：new energy vehicle， air conditioning intelligent control system， design

1 引言

空調系統在新能源汽車中屬于重要的部分，對汽車的舒適度會產生直接影響，近年來雖然汽車空調系統的智能化水平有所提升，但是在新能源汽車方面的空調智能化控制方式還不夠完善，甚至依然保持在車內、車外循環的手動切換模式，多數駕駛員由于缺乏車內外循環模式的控制技巧，很容易在駕駛期間出現操作錯誤的現象，嚴重影響空調的制冷性能與制熱性能，甚至還會出現油耗量增多、車內空氣污染的問題。因此應結合新能源汽車的情況合理設計空調智能控制系統，提升空調循環控制的智能化水平，預防可能會出現的問題，為駕駛員提供高質量服務。

2 汽車空調對空氣循環調節的影響

為確保新能源汽車的空調智能化控制系統合理設計，應全面了解空調對汽車空氣循環調節所產生的影響，結合具體的影響特征和原理完善智能化控制系統。主要的影響情況為：

2.1 對車內空氣質量的影響

車內空氣質量最為主要的影響因素就是一氧化碳濃度、二氧化碳濃度、PM2.5濃度，一旦物質濃度過高將會導致車內人員的身體健康乃至于生命安全受到威脅。汽車尾氣排放物質中含有二氧化碳成分、一氧化碳成分等，而除了汽車尾氣之外車內人員所呼出的氣體中也含有大量的二氧化碳成分，屬于車內的主要污染物，如果一氧化碳與二氧化氮的濃度過高，會導致人體的呼吸中樞受到刺激，出現胸悶氣短和頭痛等現象，而我國相關規定中，車內的二氧化碳含量應該在0.15%之內。對于PM2.5而言和PM10相比粒徑更小，是一種有毒有害物質，如果在車內停留時間過長或是濃度過高，將會導致人體的身體健康受到危害，甚至會引發呼吸系統疾病，提升心腦血管疾病死亡率，而對一氧化碳物質、二氧化碳物質和PM2.5物質的濃度進行控制原理具有一定的相同之處，在車外的有害物質濃度比車內濃度高的狀況下，可利用車內的循環工況自動化進行開啟，阻止車外有害物質進入車內，預防車內空氣出現污染的問題。如果車內的有害物質濃度比車外濃度高，就需要利用外循環工況的自動化開啟方式，使得車內的有害物質快速排出，從車外引進新鮮空氣，保證車內空氣的質量。從實際情況而言，汽車在行駛期間可能會同時需要針對溫度和很多有害物質進行調節，出現控制策略相互之間的沖突問題，而智能化空氣循環控制系統就可以解決此類問題，利用空調的智能化控制保證車內空氣質量，維護人員的身體健康、生命安全。

2.2 對汽車空調效能的影響

空調在制熱的狀態下，如果車外的溫度比車內的溫度高，最佳的控制就是將車外的高溫空氣引入車內，這樣不僅能夠減少空調能耗量，還能提升制熱的效果，此情況下車外循環工況比車內循環工況的制熱效果高很多。而在車內溫度比車外溫度高的狀況下，則需要確保車內循環工況符合標準，進一步增強制熱的有效性。其次，在空調為制冷狀態的情況下如果車外的溫度比車內的溫度高，車內的循環工況就要比車外的循環工況制冷效果高，如果車內溫度比車外的溫度高，那么車外循環工況的制冷效果最佳。

3 新能源汽車空調智能控制系統設計

為確保新能源汽車駕駛的舒適度、安全性，應合理進行空調智能化系統的設計，明確主要的構成部分與運行原理，科學設計硬件部分和軟件部分，做好軟件的編程和開發，完成所有工作之后對系統功能進行測試分析，完善系統的運行模式，同時對功能適當擴展，滿足安全、舒適駕駛的需求。主要的設計措施為以下幾點：

3.1 明確系統構成與工作原理

近年來在人們生活水平有所提升的背景下對新能源汽車性能方面和駕駛的舒適度方面提出很高要求，在空調控制系統方面的需求呈現出多元化的特點，尤其是在節能減排的大環境中為保證車內空氣質量的高效化控制，應重點根據人們的需求和節能減排的要求等合理設計空調循環控制的智能化系統，結合車內溫度與空氣質量受到空調影響的綜合因素，創建完善的自動化控制模式，①完善智能化系統的架構，設計以檢測設備處理器設備與執行設備組合而成的智能化控制系統，對于檢測設備而言應該綜合使用系統工作開關部件、車內外溫度傳感器部件與車內外二氧化碳濃度和一氧化碳濃度傳感器部件，智能化控制系統利用中央處理器自動化進行空調的控制，同時還需在執行設備中設置車內與車外循環控制切換的開關部件、顯示屏部件、報警燈和指示燈部件等，保證系統架構的完善性和優化性;②完成系統架構的設計之后還需明確系統整體的運行原理，首先，系統接通并且開啟電源之后利用智能化控制系統的開關與相應的風量調節旋鈕控制器設備，將信號打開接收相應的風量調節旋鈕信號信息，以此為依據判定系統的開啟狀態。其次，系統按照具體的指令運行，利用空調壓縮機設備控制開關的狀態，借助溫度調節旋鈕明確整體控制的目標數據值，在汽車中控臺的周圍設置能夠對車內一氧化碳物質、二氧化碳物質PM2.5物質濃度和溫度進行檢測的傳感器設備，此類傳感器可以動態化為系統的中央處理器傳輸所檢測的溫度信號與有害物質濃度信息。最后，在空調進氣口位置所安裝的傳感器設備，能夠采集車外一氧化碳物質、二氧化碳物質、PM2.5物質的濃度和溫度數據值，之后傳輸到系統的中央處理器設備，如果是制冷狀態則利用空調壓縮機針對開關進行開啟，進入系統化的控制模式，如果處于制熱狀態或是自然通風的狀態，則需要借助空調壓縮機設備針對開關進行關閉，確保控制模式的全方位調節和處理。從實際情況來講，相關系統在運行的過程中車內與車外有害物質濃度與溫度檢測的傳感器設備、風量調節旋鈕部件、空調開關部件、溫度調節旋鈕部件、系統控制開關部件，會和PLC控制的單元相互聯系，PLC控制單元按照實際的信息和指令進行空調內部和外部循環控制開關的處理，一旦遇到緊急或是異常現象就可以按照實際情況啟動蜂鳴器或者是危險警告燈，同時控制單元還能和嵌入式的觸摸屏之間雙向操作，便于駕駛員合理進行智能化控制[1]。

3.2 合理設計硬件部分

為提升整體硬件的完善性和優化性應重點設計硬件的部分，合理設置溫度檢測模塊、整體的控制模塊、微處理器模塊與數據傳輸模塊，設置嵌入式的單片機當作是系統控制的核心部分，此類單片機有著充足的存儲器與很多I/O口，能夠滿足各類需求，為后續產品的轉型升級提供便利。在此過程中可使用數字化的溫度傳感器設備針對車內外的溫度實時進行檢測，利用通信網絡系統使得微處理器和手機之間可以遠程傳輸數據信息，提高智能控制系統運行水平與效果。①完善溫度檢測模塊和整體控制模塊。在模塊中設計數字化的溫度傳感器，能夠直接將溫度轉變成為數字信號，通過數字輸出端反饋相應的溫度數據值，測溫的范圍在零下50攝氏度到零上125攝氏度之間，測量的誤差在0.5攝氏度之內，能夠滿足新能源汽車空調智能化控制的基本需求。同時還需結合溫度檢測傳感器設備的應用要求設計供電模式，將外部電源和內部寄生類型的電源有機整合，增強供電的可靠性。整體控制模塊的設計過程中，應設置繼電器開關控制電路完成相應的控制操作，其中主要是由光耦部分驅動放大器部分和繼電器部分所組合而成，運行的過程中信號會經過光耦隔離，利用驅動放大器進行放大之后驅動繼電器，使得空調的電源開關被接通，最終針對車內和車外的溫度進行檢測，智能化開啟加熱功能或是制冷的功能。②微處理器模塊和數據傳輸模塊設計期間應選擇集成度很高的GSM技術，保證數據傳輸過程中具有支持語音功能、支持數據功能、支持短信息功能和支持傳真功能，能夠選擇很多種傳輸速率，靈活性設定空閑模式、省電模式和工作模式，盡可能減少功能的消耗量。與此同時在模塊中還需設置電瓶串口連接的部分、設置能夠與計算機系統相互連接的模塊，便于開展系統的調試操作。整個模塊中手機移動終端可以利用發送信息的方式遠程控制汽車空調，通過密碼和指令的形式發送相應的控制指令，空調智能化控制系統接收信息之后會準確判別和處理，如果密碼正確就可以完成控制功能的操作，例如：手機移動終端發送密碼與空調開啟的指令之后信號會經過繼電氣設備接通空調電源，使得空調能夠正常運行，手機移動終端發送密碼與關閉空調的指令，系統就會發出信號，將空調電源切斷。在此期間還應設置定時向手機移動終端，發送車內外溫度數據值和有害物質數據及信息的功能，使得駕駛員對新能源汽車內外的情況有所了解。另外還需按照空調智能化控制系統的運行需求與功能特點等設計PLC控制的模塊，借助PLC實現自動化、智能化控制的目的。③硬件組裝的過程中按照智能化控制系統的硬件部分和模塊部分等合理組裝，將各類硬件和模塊組裝完成之后開展模擬實驗活動，明確所安裝的智能化控制系統應用功能情況，主要就是執行汽車點火實驗、空調AC實驗、空調內外循環的開關模擬實驗等，模擬真實的工作狀態及時發現智能化控制系統的不足和缺陷，確保空調智能化控制系統更加完善、更為良好[2]。

3.3 做好軟件的編程

在軟件編程的過程中，使用計算機系統完成編程操作任務，設置兩個主程序，其中一個主程序進行系統初始化處理，檢查系統的開關情況和傳感器信號情況，符合標準之后才能啟動系統。另外一個主程序則負責判斷多種信號的優先級，以此為基礎自動化進行空調內外循環開關的控制，一旦有害物質的濃度超出預先設定的指標就要利用報警器將報警信號發出，自動化打開車窗釋放有害物質。在系統編程的過程中還需完善主程序部分、溫度檢測控制子程序部分、LED顯示與無線傳輸的子程序部分，系統在啟動以后進入到初始化的狀態，檢測車內外的溫度數據值和有害物質數據值，同時，還能按照所接收的短信信息指令內容操作，主要的控制流程為：系統開始運行之后，初始化處理，明確是否需要中斷，讀取已經接收的指令信息，將空調開啟讀取車內外的溫度和有害物質數據值，如果溫度數值超出預先設定的最高數值指標就應自動化開啟制冷功能，溫度低于預先設定數據值最低指標就要開啟制熱的功能或者是將空調關閉;如果所檢測的有害物質濃度數值超出了規定標準就要自動化打開車窗通風，維護車內人員的身體健康、生命安全，完成具體的操作指令任務最終將信息發送到手機移動終端[3]。

3.4 功能的調試和擴展

在新能源汽車空調智能化控制系統設計和組建完成之后，應開展功能的調試與拓展工作，保證整體系統功能的完善性和優化性。①在plc系統中下載程序之后，將其設定在測試平臺中開展測試工作，模擬夏季階段正常范圍內的狀態參數，車外溫度設定成為29攝氏度，車內溫度設置成為46攝氏度，測試智能化系統是否可以自動化進行空調的開啟，并且合理選擇車外循環的相關模式。設定冬季取暖階段的工作環境，車外的溫度控制為零下2攝氏度，一氧化碳的濃度控制為，在車內溫度逐漸提升的情況下一氧化碳的濃度升高到，此情景中車內的一氧化碳濃度很高，測定智能化控制系統是否可以自動化進行空調循環的轉換，使得車內循環轉換成為車外循環，能否強制性進行開窗發出報警器的警報信息提醒車內乘員。同時，還需在車輛中安裝系統開展測試工作，將發動機聯網，模擬車內空氣中一氧化碳濃度很高的情景，測試系統是否可以利用發動機聯網進行信號的共享、明確是否能夠自動化關閉發動機使得尾氣排放停止[4]。測定一氧化碳濃度在范圍，對車內人員造成危害的情況下，系統是否可以進行報警求生的動作、和接警系統之間相互連接進行求助，明確是否可以將GPS信號正常發出。在實際測試的過程中，應及時發現智能化控制系統的問題和不足，及時做好調試工作和完善工作，使得相關的自動化控制系統效果能夠達到最高程度，不會出現溫度控制或是有害物質濃度控制方面的問題，保證新能源汽車車內舒適度的同時，預防出現有害物質濃度過高的現象。②為增強新能源汽車空調智能化控制系統的應用效果，不僅需要重點進行功能的調試還需對功能進行擴展，結合駕駛員和車內成員的具體需求擴展功能，例如：嘗試拓展語音識別的功能，車內駕駛人員按照自身的溫度感受發出語音指令，系統自動化識別語音完成相應的控制，這樣可以使得駕駛人員按照需求合理進行空調系統的控制，增強整體系統運行的智能化程度。再如：擴展性設計指令自動化糾錯的功能，在駕駛人員和車內成員利用移動終端發送密碼和指令之后，如果所發送的指令不利于車內舒適度的改善，溫度調節的幅度過高或是沒有結合有害物質檢測的結果進行通風換氣等控制，系統就可以發出糾錯的信息，駕駛員和車內成員可按照系統的糾錯提醒，選擇合理的控制指令，這樣不僅能夠提升智能化控制系統的人性化程度，還能幫助駕駛員科學控制車內的溫度，快速通風換氣釋放有害物質，保證駕駛舒適度的同時增強安全性[5]。

4 結語

綜上所述，汽車空調對車內溫度和空調的效能會產生直接影響，在此情況下為確保新能源汽車空調能夠改善駕駛和乘坐人員的舒適度、提升車內的安全性，應合理設計系統的架構和原理，完善硬件部分，提升軟件編程的水平，做好功能測試和擴展的相關工作，保證智能化控制系統運行功能具有人性化、準確性的優勢。

參考文獻：

[1] 李蚩行. 新能源汽車空調智能控制系統設計[J]. 內燃機與配件，2021，22（16）：200-201.

[2] 陳帥，杜碧雪. 新能源汽車空調控制系統研究[J]. 汽車與駕駛維修（維修版），2017，34（11）：109-113.

[3] 張棟杰，汪震隆. 新能源汽車空調智能控制系統設計[J]. 汽車博覽，2021，16（19）：123-124.

[4] 李明哲，陳玉華，李夢薇. 新能源汽車空調系統環境溫度多點溫變實時比較記錄儀應用設計[J]. 商丘職業技術學院學報，2020，19（3）：78-81.

[5]熊秀.基于PMV純電動客車雙環變頻空調控制系統的研究[D].湖北：武漢理工大學，2018.