汽車主動通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用

彭勇

摘 要：基于單片機(jī)和控制電路技術(shù)，闡述了一種汽車主動通風(fēng)系統(tǒng)的工作原理，并繪制出電路圖。經(jīng)過實際檢驗，該系統(tǒng)有利于汽車降溫通風(fēng)，提高駕乘舒適性，起到環(huán)保節(jié)能、減少汽車排放的作用。

關(guān)鍵詞：主動通風(fēng);無級調(diào)速;溫度控制

中圖分類號：G469.7;U463.85 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 收稿日期：2019-03-10 文章編號：1674-120X（2019）17-0109-02

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，汽車作為現(xiàn)代生活標(biāo)志之一，也逐漸進(jìn)入了千家萬戶，成為日常代步工具。然而，很多城市因早期規(guī)劃問題和沒有考慮到汽車的增長速度導(dǎo)致相關(guān)配套地下停車場不齊全，炎炎夏日，人們出外辦事、從事社交等商務(wù)活動時一般將汽車停在路邊或露天停車場，汽車在烈日的暴曬下駕駛室內(nèi)熱量逐步聚集，車廂內(nèi)溫度越來越高，而相對濕度越來越低。當(dāng)駕駛員回來打開車門，車廂內(nèi)聚集的熱氣立刻迎面而來，讓人無法忍受。根據(jù)相關(guān)研究與我們實測，在室外溫度約為35℃時，汽車在烈日下停車1小時后，車廂內(nèi)溫度可達(dá)到60℃左右。

車廂內(nèi)高溫帶來的影響有多方面：一是影響駕乘人員身體健康;二是降低車廂內(nèi)設(shè)備部件的使用壽命;三是對環(huán)境的排放污染加大，駕駛員在發(fā)動機(jī)低速運轉(zhuǎn)下采取空調(diào)外循環(huán)（高速擋）來強(qiáng)制換氣與降低車廂內(nèi)溫度，發(fā)動機(jī)怠速轉(zhuǎn)速增加，增大了燃油消耗，同時也增加了一氧化碳、碳?xì)浠衔?、氮氧化合物、二氧化硫、煙塵微粒（某些重金屬化合物、鉛化合物、黑煙及油霧）、臭氣（甲醛等）等污染物的排放。

一、設(shè)計意義

本文以此為契機(jī)，研制汽車主動通風(fēng)系統(tǒng)，該泄壓窗除了滿足被動泄壓之外，還能主動釋放車廂內(nèi)的高溫高壓有毒氣體，可以在夏季高溫環(huán)境，通過溫度控制、固定定時控制或者手機(jī)遠(yuǎn)程控制，將車內(nèi)熱空氣排出，防止車內(nèi)高溫，解決夏季車內(nèi)高溫問題，縮短汽車長時間停放后使用空調(diào)降溫的時間，減少發(fā)動機(jī)的作無用功的時間，從而間接減少汽車排放物對空氣的污染。

為防止泄壓窗長時間工作帶來的蓄電池饋電，本文采用太陽能電池板供電，利用外界能源將車內(nèi)的有毒高溫氣體排出車外，有效利用新能源的同時對提高汽車的節(jié)能環(huán)保起到重要作用。后期準(zhǔn)備加大太陽能在傳統(tǒng)汽車上應(yīng)用的研究，擬將汽車發(fā)電機(jī)在太陽能供電充足的情況下和發(fā)動機(jī)進(jìn)行斷開，減少發(fā)動機(jī)的能源損耗。

為減少泄壓窗工作時的能耗，離心風(fēng)扇工作時采用無級溫控，根據(jù)汽車內(nèi)外溫度比較進(jìn)行無級調(diào)速。有效降低了風(fēng)扇工作時的能耗，延長太陽能電池板和備用電池的供電時間，保障降溫的有效性。

二、設(shè)計思路

汽車車廂一般都裝有兩個通風(fēng)孔（被動），對稱安裝在車身的尾部或后保險杠靠近后輪罩處，是整個車廂通過后行李箱和外界空氣相通的“窗口”，主要作用是：在開關(guān)門的時候、行駛過程中開關(guān)窗、空調(diào)運行產(chǎn)生壓強(qiáng)差等情況下調(diào)節(jié)車廂內(nèi)壓力，保證乘坐舒適性。

通過改進(jìn)現(xiàn)有的泄壓窗，實現(xiàn)汽車車廂自然環(huán)境通風(fēng)預(yù)冷降溫具有現(xiàn)實意義和很大的市場潛力。在國家大力倡導(dǎo)節(jié)能環(huán)保、人們更加注重舒適的背景下，該系統(tǒng)會有很大的發(fā)展空間。

三、系統(tǒng)設(shè)計與工作原理

汽車主動通風(fēng)系統(tǒng)由主控制器（GSM控制、315MHz無線控制、溫度檢測、無級調(diào)速控制）、太陽能電池板（50W）、離心風(fēng)扇（風(fēng)壓120Pa）和備用電池組（12V4AH，無太陽能發(fā)電時供電約3小時）組成，如圖1所示。

系統(tǒng)控制單元由STC單片機(jī)、DS18B20溫度控制、GSM控制、315MHz無線控制、無級調(diào)速控制等組成，如圖2所示。

本文研發(fā)的系統(tǒng)是在現(xiàn)有的泄壓窗的基礎(chǔ)上增加了離心風(fēng)機(jī)和控制單元，離心風(fēng)機(jī)出風(fēng)口與泄壓窗無縫連接，控制單元由控制器、50W汽車專用太陽能電池板和12V4AH電瓶等組成。工作過程是離心風(fēng)機(jī)接受控制單元（溫控、時間控制、遙控以及手機(jī)遠(yuǎn)程控制）的控制指令，進(jìn)行強(qiáng)制排風(fēng)工作，風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓、風(fēng)量的選擇是依據(jù)吉林大學(xué)汽車動態(tài)模擬國家重點實驗室的王永珍教授等人的《汽車自然環(huán)境通風(fēng)預(yù)冷降溫特性研究》研究成果，經(jīng)過反復(fù)實驗證明有效。離心風(fēng)機(jī)工作時的轉(zhuǎn)速自動根據(jù)車內(nèi)外溫差來調(diào)節(jié)，智能化處理控制單元指令，更加節(jié)能。備用電池在汽車行駛過程中也會將汽車發(fā)電機(jī)的多余能量進(jìn)行存儲，保障在無太陽光或陽光不充足的情況下供系統(tǒng)工作。

本文研發(fā)的裝置的降溫原理是：將汽車尾部的被動通風(fēng)窗換成主動通風(fēng)窗，當(dāng)汽車停駛車內(nèi)溫度升高，本裝置接收到工作指令后，開啟強(qiáng)制通風(fēng)，室外的空氣經(jīng)由汽車空調(diào)外進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入車內(nèi)，離心風(fēng)機(jī)帶動熱空氣經(jīng)由泄壓窗排除車外（如圖3所示），實現(xiàn)通風(fēng)預(yù)冷降溫。

四、制作與安裝

（一）系統(tǒng)裝配

系統(tǒng)裝備時將原車的通風(fēng)窗取下，直接按車型選用合適的離心風(fēng)扇泄壓窗進(jìn)行安裝，2013款捷達(dá)汽車安裝如圖4所示。

（二）系統(tǒng)使用說明

（1）系統(tǒng)在加裝完成以后一直處于開機(jī)狀態(tài)，隨時根據(jù)工作模式等待指令。

（2）項目系統(tǒng)配備的315MHz遙器上開鎖鍵為控制風(fēng)扇工作，解鎖鍵為控制風(fēng)扇停止工作。

（3）定時模式。以手機(jī)遠(yuǎn)程短信設(shè)置打開和關(guān)閉時間，如發(fā)送短信：ST1630EN1710D。此時控制單元在每天的16點30分打開風(fēng)扇，17點10分風(fēng)扇停止工作，適于固定上下班停車。

（4）溫控模式。此模式下控制單元根據(jù)車內(nèi)溫差超過20度時自動啟動風(fēng)扇，工作10分鐘后停止，等待10分鐘后再次檢測溫差判斷是否工作，連接工作不超過5次，適用于1小時以內(nèi)停車。

（5）自由模式。此模式下，控制單元只響應(yīng)手機(jī)遠(yuǎn)程和遙控器控制指令。

（6）模式設(shè)定。不需要用戶設(shè)置，控制單元自動調(diào)節(jié)，用戶停車1小時內(nèi)，啟用溫控模式，1小時以后自動啟用自由模式。定時模式同時存在于另兩種模式上。

五、技術(shù)水平

本系統(tǒng)具有以下技術(shù)水平：

（1）對離心風(fēng)扇進(jìn)行溫控磁力驅(qū)動無級變速。

（2）控制單元自主檢測車輛狀態(tài)和停放時間，進(jìn)行多模式自動切換。

（3）備用電源和汽車電源系統(tǒng)、備用電源與太陽能電池板之間無縫連接與功能轉(zhuǎn)換。合理利用能源，有效減少汽車油耗與尾氣排放。

六、系統(tǒng)優(yōu)點

（1）本系統(tǒng)將原車被動泄壓窗改變?yōu)橹鲃有箟汉途哂型L(fēng)預(yù)冷降溫功能的窗。

（2）本系統(tǒng)控制方式多元化，滿足不同用車情況，短時外出辦事情況下啟用溫控，固定上下班的情況啟用時間控制;周末休息等情況啟用手機(jī)遠(yuǎn)程控制。

（3）本系統(tǒng)能對汽車進(jìn)行預(yù)冷降溫，有效節(jié)約燃油，減少汽車污染排放，提高駕乘人員的舒適性。

（4）本系統(tǒng)在市場中獨一無二，無競爭系統(tǒng)，市場空間巨大。

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