一種智能控制的車載空氣凈化系統(tǒng)

楊娟　李克誠

【摘? 要】為了凈化艙內空氣，提升車內空氣品質，提高駕駛的舒適性和安全性，本研究基于高效安全的濾網吸附技術和離子凈化技術，并采用車聯(lián)網技術，配備必要的傳感器，開發(fā)出一套智能車載空氣凈化系統(tǒng)。

【關鍵詞】空氣凈化；遠程控制；智能控制；語音控制

中圖分類號：U463.851? ? 文獻標志碼：A? ? 文章編號：1003-8639（ 2023 ）08-0032-03

An Intelligent Controlled System of Vehicular Air Purification

YANG Juan，LI Ke-cheng

（Jiangling Motors Co.，Ltd.，Nanchang 330001，China）

【Abstract】In order to improve the air quality and driving safety，a set of intelligent vehicular air purification system is developed. This system equipped with necessary sensors，and adopts high efficiency filter adsorption technology and ion purification technology，also uses internet of vehicles.

【Key words】air purification；remote control；intelligent control；voice control

隨著城市工業(yè)及交通運輸業(yè)的不斷發(fā)展，大量的有害物質被排放到空氣中，對人體健康產生了極大危害。因為車內空間狹小、密閉的原因，車內環(huán)境污染比室內環(huán)境污染對人體的危害更嚴重，已成為人類健康十大威脅之一[1]。人們環(huán)保和健康意識的增強，對車內空氣品質越來越關注和重視，尤其是受近幾年疫情的影響，使得汽車車載凈化設備的開發(fā)設計成為當今汽車行業(yè)的研究熱點，車載空氣凈化系統(tǒng)也就成為汽車宣傳的亮點和客戶選擇車型的重要判定條件。

1? 車內污染來源和危害

汽車車內污染物來源有3個方面：①外界環(huán)境的污染物進入車窗或是從外循環(huán)進氣口進入到車內環(huán)境造成污染，污染物主要有碳氫化合物、一氧化碳、二氧化硫、粉塵顆粒物；②來源于汽車零部件和車內裝飾材料所采用的黏合劑、皮革、塑料、化纖、海綿等，能夠揮發(fā)出甲醛、甲苯、碳氫化合物、鹵代烴等有害氣體；③汽車自身排放的污染物進入車內循環(huán)，包括排氣管、曲軸箱等排放的污染物，或是汽車空調長期使用后風道內積累的污物，蒸發(fā)器上沉積的污染物滋生的細菌等[2]。

車內空氣污染不僅導致車內空氣味道難聞，更嚴重的是，部分有害物質可能會對駕駛人員和乘客的身體健康產生不利影響，尤其是老人、孕婦、小孩等抵抗力低下的人群，誘發(fā)疾病的概率更高；除此之外，長期在污染的環(huán)境中駕車，會導致駕駛員頭暈、困倦等不良反應，進而導致注意力無法集中，甚至可能誘發(fā)交通事故發(fā)生[3]。

因此，研究和開發(fā)車載空氣凈化系統(tǒng)，保持車內空氣清新舒適，對乘員艙的舒適性和車上人員的健康安全具有非常大的作用和意義。

2? 智能車載空氣凈化系統(tǒng)的開發(fā)

2.1? 現(xiàn)有車載空氣凈化系統(tǒng)的狀況

車載空氣凈化系統(tǒng)，又叫車用空氣凈化系統(tǒng)、汽車空氣凈化器，是用于凈化汽車內空氣中的異味、細菌病毒、有毒有害氣體等的設備[4]。近年來，市場上出現(xiàn)的車載空氣凈化系統(tǒng)多種多樣，有的功能單一且存在安全風險，如車用紫外線殺菌燈、臭氧車載空氣凈化器；有的功能多樣，但成本高，凈化效果不明顯，如外裝的扶手箱車載凈化器，包含車內外雙通道PM2.5傳感器、空氣質量傳感器、二氧化碳傳感器等，需要獨立風扇和過濾網，不僅占用原車空間，還成本高昂。綜合研究分析，現(xiàn)有車載空氣凈化系統(tǒng)需要解決以下問題。

1）缺乏智能控制手段，如遠程和語音功能等。

2）控制過程復雜，有的關聯(lián)車窗或是循環(huán)風門，影響到整車空調舒適性。

3）空氣凈化系統(tǒng)成本高。

針對上述問題，本文基于高效安全的濾網吸附技術、離子凈化技術和車聯(lián)網技術，配備必要的傳感器，開發(fā)出一套智能車載空氣凈化系統(tǒng)。該系統(tǒng)兼具遠程和語音控制功能，具有快捷、方便、智能等特點，控制方法簡單，不關聯(lián)車窗、內外循環(huán)風門等狀態(tài)，進而不會影響到空調舒適性，特別是采用單通道PM2.5傳感器，通過T-Box大數(shù)據(jù)下載車外PM2.5指數(shù)和空氣質量等級，相對雙通道PM2.5傳感器，具有結構簡單、成本低的優(yōu)勢。這里所指的空氣質量等級劃分是依據(jù)GB 3095—2012《乘用車內空氣質量評價標準指南》標準而來，如表1所示。

2.2? 智能車載空氣凈化系統(tǒng)的組成和原理

2.2.1? 硬件組成

智能車載空氣凈化系統(tǒng)涉及到的關鍵硬件組成包括：T-Box模塊、娛樂系統(tǒng)IVI和空調系統(tǒng)。其中，娛樂系統(tǒng)包括IVI顯示屏、IVI控制模塊；空調系統(tǒng)包括空調鼓風機、空氣過濾器、空調控制模塊ACM、PM2.5傳感器、負離子發(fā)生器等零部件。T-Box模塊、IVI控制模塊和空調控制模塊為3大核心控制模塊，通過CAN網絡進行信號交互；IVI控制模塊與IVI顯示屏之間通過私有網絡進行交互；空調控制模塊與空調系統(tǒng)的其他零部件主要通過硬線進行控制。智能車載空氣凈化系統(tǒng)框圖如圖1所示。

1）T-Box模塊的作用是用來接收用戶手機APP發(fā)送的車輛遠程啟動指令，同時通過通信基站來獲取車輛所在位置的PM2.5指數(shù)和空氣質量等級等數(shù)據(jù)，然后這些信息通過CAN總線發(fā)送至IVI控制模塊。

2）IVI控制模塊接收到以上信息后，會將車輛所在位置的PM2.5指數(shù)和空氣質量等級發(fā)送到IVI顯示屏上展示給用戶，同時也會將這些信息通過CAN信號傳輸給空調控制模塊。另外，IVI控制模塊還用于讀取用戶的空氣凈化操作和接收用戶的語音工作指令。

3）空調控制模塊通過車內PM2.5傳感器實時采集車內的PM2.5指數(shù)和空氣質量等級信息，結合車內外的空氣質量等級，自動對鼓風機、負離子發(fā)生器等空氣凈化相關的功能部件進行控制，并將車內空氣質量等級和空氣凈化功能狀態(tài)反饋給IVI控制模塊。

負離子發(fā)生器安裝在空調風道內，直接由空調控制模塊控制其開啟和關閉，并檢測工作狀態(tài)和故障模式，工作時產生負離子由空調鼓風機吹向車內。

PM2.5傳感器安裝在整車內部，可實時監(jiān)測車內空氣中0.3～2.5μm大小范圍內的顆粒濃度值，并將測量出的PM2.5濃度值傳輸至空調控制模塊，空調控制模塊計算空氣質量等級后，通過CAN通信線將PM2.5濃度值和空氣質量等級傳輸給IVI顯示屏展示給用戶。

空氣過濾器作為空調凈化的關鍵部件，是安裝在空調箱內部內外循環(huán)口附近，不論是車內空氣循環(huán)，還是車外空氣進入都需要先通過空氣過濾器的第一重凈化。

2.2.2? 空氣凈化原理

車內空氣凈化的原理是：首先，空調鼓風機吹風使車內空氣循環(huán)流動，污染的空氣通過空調箱內部的空氣過濾器后將空氣中的污染物清除或吸附，從而使車內空氣進行第一重凈化；然后，負離子發(fā)生器將空氣電離，產生大量負離子的同時會產生微量臭氧，二者與鼓風機吹出的氣流混合，進一步吸附空氣中的各種病毒、細菌，使其產生結構的改變或能量的轉移，導致其死忙或沉淀，從而達到深度凈化空氣的目的。

3? 智能車載空氣凈化系統(tǒng)控制功能實現(xiàn)

3.1? 信號交互

智能車載空氣凈化系統(tǒng)中各控制模塊之間通過CAN信號進行交互，涉及到的信號如表2所示。

3.2? 自動空氣凈化功能實現(xiàn)

自動空氣凈化控制流程如圖2所示。車輛空調處于不同的工作模式時，自動空氣凈化功能的控制策略也不同。若車輛行駛過程中，空調處于關閉狀態(tài)，空調控制模塊需要驅動車內PM2.5傳感器工作，并實時將接收到的車內PM2.5實時數(shù)值發(fā)送給IVI顯示屏進行顯示，IVI控制模塊判斷車內空氣質量等級為輕度、中度或重度污染狀態(tài)時，發(fā)送語音及彈框提示用戶開啟空氣凈化功能（語音內容：車內空氣質量不佳，建議開啟空氣凈化功能）。若用戶無操作，保持空調關閉；若用戶開啟空氣凈化，則按用戶操作執(zhí)行和響應。

若車輛行駛過程中，空調處于開啟狀態(tài)，空調控制模塊需要將接收到的車內PM2.5實時數(shù)值發(fā)送給IVI顯示屏進行顯示。如車內PM2.5指數(shù)為優(yōu)良狀態(tài)，則維持空調鼓風機、負離子發(fā)生器狀態(tài)不變；如車內PM2.5指數(shù)為污染狀態(tài)包括輕度、中度、重度、嚴重級別時，空調控制模塊自動驅動負離子發(fā)生器工作，并加大風量對車內空氣進行快速凈化。

3.3? 遠程空氣凈化功能實現(xiàn)

車輛處于熄火靜止狀態(tài)，當用戶通過手機APP請求遠程空氣凈化操作時，需要先遠程啟動發(fā)動機，然后執(zhí)行空氣凈化功能，具體的流程如下。

1）T-Box接收到手機APP發(fā)送過來的遠程空氣凈化指令，喚醒整車網絡。

2）T-Box和網關認證通過后，發(fā)送遠程啟動指令到車輛啟動控制模塊（PEPS或是BCM）。

3）車輛啟動控制模塊判定指令有效后，控制整車上電啟動，并反饋狀態(tài)給T-Box。

4）T-Box接收有效啟動信號后，通過網絡傳輸遠程空氣凈化指令到空調控制模塊。

5）空調控制模塊執(zhí)行空氣凈化功能，開啟鼓風機、負離子發(fā)生器和PM2.5模塊，并反饋空氣凈化功能狀態(tài)和車內空氣質量等級到網絡，并傳輸給T-Box。

6）T-Box反饋相關信息到用戶手機APP上進行顯示。

3.4? 語音空氣凈化功能實現(xiàn)

語音空氣凈化功能主要是借助IVI娛樂系統(tǒng)的語音識別功能，可以將用戶所述的語音指令轉化為CAN信號發(fā)送給整車其他控制模塊執(zhí)行，即用語音來控制整車功能，實現(xiàn)無接觸式智享體驗。具體流程如下。

1）喚醒語音助手，如江鈴福特領裕車的喚醒口令為“你好，福特”。

2）對語音助手說出空氣凈化指令，可以說“打開空氣凈化功能”。

3）IVI識別到對應工作指令后，會將指令信號傳輸給空調控制模塊。

4）空調控制模塊接收到有效指令后，判定當前空氣凈化狀態(tài)：若已開啟，維持開啟；若是關閉狀態(tài)，則開啟空氣進化功能，并進行自動控制。

4? 總結

隨著汽車智能化的發(fā)展，車載空氣凈化器作為一種車內必要裝備，自然也是需要順應智能化發(fā)展趨勢。本文分析了現(xiàn)有車載空氣凈化系統(tǒng)的一些問題，并針對問題開發(fā)和功能實現(xiàn)設計了一套智能車載空氣凈化系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有智能控制、操作簡單、成本低等優(yōu)勢，具有良好的推廣和應用價值。

參考文獻：

[1] 蔣夢鴿. 智能汽車空調空氣凈化系統(tǒng)開發(fā)與實現(xiàn)[D]. 合肥：合肥工業(yè)大學，2016.

[2] 李凡，劉凱，王泉杰，等． 車載空氣凈化器設計研究[J]． 汽車實用技術，2018（9）：65-68．

[3] 劉凱，王添琪，吳長喜. 關于一款車載空氣凈化裝置遠程控制系統(tǒng)的開發(fā)[J]. 設計研究，2018（15）：147-148.

[4] 朱亞璟，王龍. 多種車載空氣凈化器對車內VOC凈化效果及凈化原理研究[J]. 云南化工，2021（7）：70-72.

（編輯? 凌? 波）

作者簡介

楊娟（1987—），女，工程師，碩士，主要從事汽車空調系統(tǒng)開發(fā)工作。