基于汽车舱内温度及空气质量的管控的研究

刘彪杰 蔡顺燕 董小杏 李定明 司云飞

摘要：本文针对市场现有车辆冬夏长途行车、短时停车存在车舱空气质量差、温控操作复杂的问题，提出一体化设计理念，集成并优化车内外循环、车舱温度及空气质量控制功能模块，满足客户多样化需求，提高客户驾乘体验。

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.

关键词：车舱温度;一体化设计;优化集成;驾乘体验

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

中图分类号：F407.471                                  文献标识码：A                                  文章编号：1674-957X（2021）11-0010-03

0  引言

随着新时代国民经济的快速发展，客户对汽车舒适性的要求越来越高，车舱内温度及空气质量作为驾乘体验的重要部分，对整车的舒适性、安全性有着重要影响。车舱温度及内部空气质量的管控显得尤为重要，对提升高速行车车舱环境，减轻驾乘疲乏感有重要作用[1]。基于车舱内温度及空气质量的管控进行了有效研究，设计了冬夏长途行车、短时停车智能模块。

1  车舱内温度及空气质量管控模块介绍

车舱内温度及空气质量管控模块是基于车内外循环的基础上，致力于解决冬夏长途行车车舱温度不适、空气质量较差致使驾乘人员频繁开窗换气的窘境，致力于解决夏季短暂停车车舱座椅温度高、空气闷浊等问题的模块。此模块以杯托、外循环模块为载体，通过杯托内置风机吸取车舱内闷浊空气，由外循环通道涌出，利用负压迫使新鲜空气匀入车舱，达到降低车舱温度，提升客户群驾乘体验，满足客户群多层次、个性化等方面的需求。

2  管控模块组成

根据驾乘体验反馈数据显示，有必要对传统外循环功能改造。为了更好向驾乘者提供更多个性化的服务，优化其空间布局，智能感知并改善车舱环境。管控模块包含温度管控模块、空气质量模块及对应执行机构组成。管控模块如图1所示。

2.1 车舱温度及空气质量控制逻辑

车舱温度及空气质量控制可实现夏季停车临时应酬或短时离车处理事务，且需生命体短暂留车时，改善车舱空气质量与温度，为车舱内生命体提供舒适空间，避免出现生命体出现晕厥，避免因暴晒而出现用车时座椅过烫而耽搁行车，同时可在一定程度排出车舱内饰所散发异味[1]。冬季可智能优化车舱空气质量，避免密闭车舱内驾乘人员因闷浊暖风犯困而出现频繁开窗换气，进而增加驾驶风险。控制程序流程如图2。

2.2 车舱溫度及空气质量工作原理

启动程序后，车舱天窗外置太阳能板可根据天气智能为蓄电瓶充能，运行中智能检测蓄电池剩余电量，当电量不足30%时，发出停止指令，此时外循环控制进出口舵机处于关闭状态，监测有雨时系统自检天窗是否关闭，避免因驾驶员疏忽致使车舱透水。当电量大于30%时，系统根据温度传感器、湿度传感器、CO2浓度传感器、PM2.5传感器、雨量传感器等智能端所采集数据，判定车舱内温度及空气质量是否良好，如出现CO2、PM2.5等不合格，系统将发出指令启动内置杯托的风机，同时舵机打通外循环出入口，以侧杯托为端口，将车舱闷浊空气吸入通道，从外循环出口排除。车舱负压将新鲜空气经净化、除湿后匀入车舱[2]。此终端可在高速行车不开车窗的情况下，改善车舱空气质量，减少风噪胎噪对驾乘体验影响。在夏季暴晒中一定程度改善车舱温度及空气质量，保证车舱生命体必要的空气。在驻车时密闭车舱内小憩时改善内部温度及空气质量，避免出现CO2浓度过高造成缺氧出现昏厥等影响生命健康的事故。

3  整体布局及效果

车舱顶加装太阳能电池板，沿左侧B柱布线，阳光充足时可将太阳能转化为化学能储存于蓄电池[3]，且蓄电池欠压时可由发动机提供，当电量低至30%以下时，系统自检并关闭。以车辆手扶箱内置杯托为出入风口，手扶箱后端内置车舱温度传感器、湿度传感器，二氧化碳传感器，手扶箱侧面加装压缩风机，下端接外循环空气流道，配合手扶箱内置杯托内置风机共同提升车舱内空气质量和控制舱内温度，提升驾驶体验和乘客舒适性。布局如图3-图5所示。

通过系统对夏季驻车与高速行车180分钟车舱温度及空气质量动态测试发现效果显著。能够在一定程度满足驾乘者实际需求。数据分析如图6、图7所示。

通过在夏季平均气温36℃环境下180分钟内对比亚迪F0车舱温度的动态检测不难发现，刚离车时因空调系统原因，车舱内温度小于车舱外温度时，车舱温度管控模块未介入工作。60分钟至80分钟时车舱温度管控模块开始介入工作，舱内温度出现明显下降趋势，直至趋于舱外温度。未加装温度管控模块的车舱内温度因阳光暴晒，温度持续升高，迫近42℃。对比发现，此温度管控模块效果显著，能够解决夏季场外停车因车舱内温度过高造成座椅发烫，有效改善车舱内宠物等生命体留存环境。

按照通用标准CO2浓度采用PPM值表征。PPM400-700之间为驾乘人员舒适区，PPM700-1000时驾乘人员会有沉闷、心悸、注意力不集中等症状，PPM1500-2000时会气喘、眩晕、注意力不集中、精神疲劳等症状，PPM值趋于5000时，驾乘人员会丧失知觉、神志不清甚至窒息等症状[3]。图7不难看出密闭车舱内如长时不开车窗透气致使车舱内PPM值趋于疲劳驾驶甚至丧失知觉，近年来时有发生有驾驶员密闭车舱休息窒息死亡的事件发生可印证。如未加装空气质量监测模块，每30分钟开车窗换气，分散驾驶员注意力，增加车内气流噪音，影响驾乘体验，尤其是有婴幼儿及年老乘客。配有空气质量监控时车舱会动态监测PPM值，使驾乘者始终处于PPM值处于400-700的舒适区。

4  结束语

车舱内温度及空气质量的管控有助于优化操作空间，满足后排乘客在空调、USB等方面的差异化需求，进一步提升冬夏行车停车的驾驶体验，改善舱内空气质量和适当降低车内温度。对传统外循环的改造目的是为了向车主提供更多的服务，优化其使用性能，并且此车舱温度及空气质量管控在一定程度上能带给车主优越感。

参考文献：

[1]刘彪杰.车辆手扶箱的一体化设计[J].汽车零部，2020.

[2]梁婷.浅谈新风系统在环境风洞试验室中的应用[J].中国新技术新产品，2019.

[3]史黎薇.空气中二氧化硫浓度测定的不确定度评定[J].中国自然医学杂志，2009（03）.