車載健康空調(diào)技術(shù)研究

李曉航， 齊 霽， 宋占桌， 車 強(qiáng)， 徐梓赫， 姚國寶

（一汽奔騰轎車有限公司， 吉林 長春 130000）

1 引言

車載健康空調(diào)是在汽車空調(diào)基礎(chǔ)上搭載先進(jìn)的車載傳感器、空調(diào)凈化器、香氛系統(tǒng)等裝置，并融合云端大數(shù)據(jù)和控制算法，實(shí)現(xiàn)車內(nèi)外空氣品質(zhì)的檢測與凈化，保證車內(nèi)空氣品質(zhì)和健康環(huán)境的技術(shù)方案。車載健康空調(diào)的發(fā)展來源于兩個(gè)方面：一方面汽車產(chǎn)業(yè)正朝著電氣化、新能源化的方向快速發(fā)展，越來越多的新功能應(yīng)用到車輛中，整車的智能、健康越發(fā)受到消費(fèi)者的關(guān)注；另一方面，伴隨著空氣污染問題的加劇、新冠疫情的發(fā)生，車內(nèi)空氣品質(zhì)日益成為了用戶關(guān)注的焦點(diǎn)。人們對于車內(nèi)空氣健康、清潔的需求促使著車載健康空調(diào)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。

目前，各車企紛紛在整車上應(yīng)用健康空調(diào)技術(shù)并初步建立了各自的健康品牌，例如長安的FOREST AIR、比亞迪的綠凈系統(tǒng)、吉利的G-CLEAN（IAPS智能空氣凈化系統(tǒng)）等。

本文提出一種綜合性的車載健康空調(diào)，能夠?qū)崿F(xiàn)車內(nèi)外空氣品質(zhì)檢測、離車生命檢測、空氣凈化消殺等功能，保障車內(nèi)空氣品質(zhì)。

2 車載健康空調(diào)方案構(gòu)成

該車載健康空調(diào)方案是一個(gè)能夠包含車內(nèi)外空氣檢測、過濾、凈化、消殺、智能通風(fēng)、香氛系統(tǒng)、生命監(jiān)測等功能為一體的，綜合性的，覆蓋用戶出行前、上車、駕駛、下車以及特殊天氣和場景的全方位保障方案。整體的車載健康方案如圖1所示。

圖1 車載健康空調(diào)方案

車載健康空調(diào)使用軟硬件結(jié)合的方式來實(shí)現(xiàn)。具體來講，硬件以空調(diào)控制器或包含相應(yīng)控制功能的域控制器為核心，PM2.5傳感器、AQS傳感器、CO2傳感器、內(nèi)外溫度傳感器等為信息收集端，空調(diào)濾芯和空氣凈化器為主要方法；軟件上主要實(shí)現(xiàn)空氣品質(zhì)的判定、自動(dòng)通風(fēng)換氣和提醒等功能。

3 硬件設(shè)計(jì)

3.1 空調(diào)濾芯

空調(diào)濾芯采用高效空氣過濾器（HEPA），據(jù)試驗(yàn)，汽車空調(diào)濾芯對粉塵顆粒、PM2.5等的過濾效率可達(dá)到90%以上[1]，但過濾器本身僅對顆粒物和菌類有過濾效果，不能凈化揮發(fā)性有機(jī)污染物[2]，近年來一些新型的復(fù)合空調(diào)濾芯相繼被應(yīng)用，其不僅可以對顆粒物進(jìn)行處理，也對包含甲醛在內(nèi)的揮發(fā)性污染物有一定的效果。表1為不同濾芯去除效果。

表1 不同濾芯去除效果

3.2 傳感器

檢測傳感器包括PM2.5傳感器、AQS傳感器和CO2傳感器，主要目的是實(shí)現(xiàn)對車內(nèi)外空氣中相關(guān)成分進(jìn)行檢測，為后續(xù)功能的響應(yīng)提供信號(hào)輸入。表2為傳感器的檢測原理和功能。

表2 檢測原理與功能

3.3 空氣凈化

目前，對于車內(nèi)的空氣凈化已發(fā)展了多種技術(shù)，其中主要的技術(shù)方法包括負(fù)離子技術(shù)、等離子技術(shù)、紫外線消殺等。不同凈化技術(shù)的應(yīng)用方向與車內(nèi)布置方案也不近相同。表3列出了主要凈化技術(shù)的原理與優(yōu)缺點(diǎn)。

表3 凈化技術(shù)原理及優(yōu)缺點(diǎn)

4 軟件功能設(shè)計(jì)

車載健康空調(diào)的軟件功能可分為凈化、通風(fēng)和提醒3種。

4.1 凈化功能設(shè)計(jì)[3]

空氣凈化功能是車載健康空調(diào)保持車內(nèi)空氣品質(zhì)的主要方法，通過車內(nèi)硬件與空調(diào)控制軟件相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)降低車內(nèi)空氣污染的目的?？刂七壿嬋鐖D2所示。

圖2 智能凈化邏輯

當(dāng)車內(nèi)空氣污染程度較高時(shí)，空調(diào)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)車內(nèi)的光水離子凈化消殺設(shè)備，對空氣進(jìn)行殺菌消毒。在這個(gè)過程中持續(xù)檢測車內(nèi)空氣品質(zhì)，當(dāng)車內(nèi)空氣品質(zhì)明顯好轉(zhuǎn)后再關(guān)閉凈化系統(tǒng)?？梢詫艋^程進(jìn)行動(dòng)畫展示，加強(qiáng)用戶的使用感和體驗(yàn)感。

4.2 通風(fēng)功能設(shè)計(jì)

4.2.1 降窗通風(fēng)

降窗通風(fēng)的應(yīng)用場景是在夏天車輛長期暴露在陽光下后，車輛內(nèi)部溫度會(huì)非常高，用戶可以在上車之前進(jìn)行通風(fēng)操作來降低車內(nèi)溫度，提高駕乘舒適性。

在整車鎖車的情況下，用戶通過長按鑰匙解鎖來喚醒空調(diào)，在符合運(yùn)行條件的情況下，空調(diào)切換外循環(huán)，開啟鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)行通風(fēng)換氣，并在用戶上車后停止。降窗通風(fēng)邏輯如圖3所示。

圖3 降窗通風(fēng)邏輯

4.2.2 通風(fēng)干燥

通風(fēng)干燥的應(yīng)用場景是在用戶下車后，空調(diào)系統(tǒng)內(nèi)部的空氣可能會(huì)因潮濕而發(fā)生霉變，繼而需要空調(diào)進(jìn)行自干燥以規(guī)避這種情況。

在用戶離開后，空調(diào)并不立即進(jìn)入睡眠狀態(tài)，在整車電量允許的條件下開啟外循環(huán)和鼓風(fēng)機(jī)，對空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)一步進(jìn)行干燥，具體流程如圖4所示。

圖4 通風(fēng)干燥邏輯

4.3 提醒功能設(shè)計(jì)

提醒功能主要包含濾芯更換提醒和車內(nèi)生命提醒兩個(gè)功能。

4.3.1 濾芯更換提醒[4]

濾芯更換提醒實(shí)現(xiàn)方法是：在空調(diào)系統(tǒng)外循環(huán)運(yùn)行時(shí)，車內(nèi)外環(huán)境PM2.5差值、空調(diào)運(yùn)行時(shí)間、鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)量、車速的綜合計(jì)算結(jié)果與空調(diào)濾芯的有效里程強(qiáng)正相關(guān)，由此當(dāng)空調(diào)濾芯壽命接近設(shè)計(jì)使用壽命時(shí)，適時(shí)提醒用戶進(jìn)行濾芯更換，保證空調(diào)濾芯功能始終有效，為駕乘人員提供良好的駕乘環(huán)境。同時(shí)避免空調(diào)濾芯長期積累導(dǎo)致過濾效果下降和二次污染。圖5為濾芯更換提醒邏輯[4]。

圖5 濾芯更換提醒邏輯

4.3.2 生命檢測提醒邏輯

生命檢測提醒是利用車內(nèi)CO2傳感器和毫米波雷達(dá)等檢測裝備，根據(jù)外溫、內(nèi)溫、陽光等信號(hào)，在用戶下車后監(jiān)測車內(nèi)是否有生命特征，當(dāng)車內(nèi)的CO2濃度達(dá)到閾值且雷達(dá)檢測車內(nèi)仍留有人員時(shí)會(huì)啟動(dòng)相應(yīng)程序來提醒用戶，避免兒童遺落在密閉車內(nèi)的情況。如果用戶未做出反饋且車內(nèi)溫度、CO2濃度等指標(biāo)超過預(yù)設(shè)值，空調(diào)控制器會(huì)驅(qū)動(dòng)空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行切換外循環(huán)和自動(dòng)換氣等動(dòng)作，避免車內(nèi)人員發(fā)生危險(xiǎn)，具體流程如圖6所示。

圖6 生命檢測提醒邏輯

5 結(jié)束語

伴隨著汽車智能化和用戶健康需求的進(jìn)一步發(fā)展，車載健康空調(diào)技術(shù)也會(huì)不斷地發(fā)展創(chuàng)新。在未來智能駕艙的建設(shè)過程中，健康空調(diào)將會(huì)成為一個(gè)重點(diǎn)的方向，有著廣闊的發(fā)展前景。