楊娟　李克誠

【摘? 要】為了凈化艙內(nèi)空氣，提升車內(nèi)空氣品質(zhì)，提高駕駛的舒適性和安全性，本研究基于高效安全的濾網(wǎng)吸附技術(shù)和離子凈化技術(shù)，并采用車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，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(guān)鍵詞】空氣凈化；遠(yuǎn)程控制；智能控制；語音控制

中圖分類號(hào)：U463.851? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? 文章編號(hào)：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(yùn)輸業(yè)的不斷發(fā)展，大量的有害物質(zhì)被排放到空氣中，對(duì)人體健康產(chǎn)生了極大危害。因?yàn)檐噧?nèi)空間狹小、密閉的原因，車內(nèi)環(huán)境污染比室內(nèi)環(huán)境污染對(duì)人體的危害更嚴(yán)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(shí)的增強(qiáng)，對(duì)車內(nèi)空氣品質(zhì)越來越關(guān)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(shè)備的開發(fā)設(shè)計(jì)成為當(dāng)今汽車行業(yè)的研究熱點(diǎn)，車載空氣凈化系統(tǒng)也就成為汽車宣傳的亮點(diǎn)和客戶選擇車型的重要判定條件。

1? 車內(nèi)污染來源和危害

汽車車內(nèi)污染物來源有3個(gè)方面：①外界環(huán)境的污染物進(jìn)入車窗或是從外循環(huán)進(jìn)氣口進(jìn)入到車內(nèi)環(huán)境造成污染，污染物主要有碳?xì)浠衔铩⒁谎趸?、二氧化硫、粉塵顆粒物；②來源于汽車零部件和車內(nèi)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?xì)浠衔?、鹵代烴等有害氣體；③汽車自身排放的污染物進(jìn)入車內(nèi)循環(huán)，包括排氣管、曲軸箱等排放的污染物，或是汽車空調(diào)長期使用后風(fēng)道內(nèi)積累的污物，蒸發(fā)器上沉積的污染物滋生的細(xì)菌等[2]。

車內(nèi)空氣污染不僅導(dǎo)致車內(nèi)空氣味道難聞，更嚴(yán)重的是，部分有害物質(zhì)可能會(huì)對(duì)駕駛?cè)藛T和乘客的身體健康產(chǎn)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(huì)導(dǎo)致駕駛員頭暈、困倦等不良反應(yīng)，進(jìn)而導(dǎo)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(nèi)空氣清新舒適，對(duì)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(nèi)空氣中的異味、細(xì)菌病毒、有毒有害氣體等的設(shè)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(fēng)險(xiǎn)，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(nèi)外雙通道PM2.5傳感器、空氣質(zhì)量傳感器、二氧化碳傳感器等，需要獨(dú)立風(fēng)扇和過濾網(wǎng)，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(yuǎn)程和語音功能等。

2）控制過程復(fù)雜，有的關(guān)聯(lián)車窗或是循環(huán)風(fēng)門，影響到整車空調(diào)舒適性。

3）空氣凈化系統(tǒng)成本高。

針對(duì)上述問題，本文基于高效安全的濾網(wǎng)吸附技術(shù)、離子凈化技術(shù)和車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，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(yuǎn)程和語音控制功能，具有快捷、方便、智能等特點(diǎn)，控制方法簡單，不關(guān)聯(lián)車窗、內(nèi)外循環(huán)風(fēng)門等狀態(tài)，進(jìn)而不會(huì)影響到空調(diào)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(zhì)量等級(jí)，相對(duì)雙通道PM2.5傳感器，具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低的優(yōu)勢。這里所指的空氣質(zhì)量等級(jí)劃分是依據(jù)GB 3095—2012《乘用車內(nèi)空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)指南》標(biāo)準(zhǔn)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(guān)鍵硬件組成包括：T-Box模塊、娛樂系統(tǒng)IVI和空調(diào)系統(tǒng)。其中，娛樂系統(tǒng)包括IVI顯示屏、IVI控制模塊；空調(diào)系統(tǒng)包括空調(diào)鼓風(fēng)機(jī)、空氣過濾器、空調(diào)控制模塊ACM、PM2.5傳感器、負(fù)離子發(fā)生器等零部件。T-Box模塊、IVI控制模塊和空調(diào)控制模塊為3大核心控制模塊，通過CAN網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信號(hào)交互；IVI控制模塊與IVI顯示屏之間通過私有網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行交互；空調(diào)控制模塊與空調(diào)系統(tǒng)的其他零部件主要通過硬線進(jìn)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(jī)APP發(fā)送的車輛遠(yuǎn)程啟動(dòng)指令，同時(shí)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(zhì)量等級(jí)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(huì)將車輛所在位置的PM2.5指數(shù)和空氣質(zhì)量等級(jí)發(fā)送到IVI顯示屏上展示給用戶，同時(shí)也會(huì)將這些信息通過CAN信號(hào)傳輸給空調(diào)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(diào)控制模塊通過車內(nèi)PM2.5傳感器實(shí)時(shí)采集車內(nèi)的PM2.5指數(shù)和空氣質(zhì)量等級(jí)信息，結(jié)合車內(nèi)外的空氣質(zhì)量等級(jí)，自動(dòng)對(duì)鼓風(fēng)機(jī)、負(fù)離子發(fā)生器等空氣凈化相關(guān)的功能部件進(jìn)行控制，并將車內(nèi)空氣質(zhì)量等級(jí)和空氣凈化功能狀態(tài)反饋給IVI控制模塊。

負(fù)離子發(fā)生器安裝在空調(diào)風(fēng)道內(nèi)，直接由空調(diào)控制模塊控制其開啟和關(guān)閉，并檢測工作狀態(tài)和故障模式，工作時(shí)產(chǎn)生負(fù)離子由空調(diào)鼓風(fēng)機(jī)吹向車內(nèi)。

PM2.5傳感器安裝在整車內(nèi)部，可實(shí)時(shí)監(jiān)測車內(nèi)空氣中0.3～2.5μm大小范圍內(nèi)的顆粒濃度值，并將測量出的PM2.5濃度值傳輸至空調(diào)控制模塊，空調(diào)控制模塊計(jì)算空氣質(zhì)量等級(jí)后，通過CAN通信線將PM2.5濃度值和空氣質(zhì)量等級(jí)傳輸給IVI顯示屏展示給用戶。

空氣過濾器作為空調(diào)凈化的關(guān)鍵部件，是安裝在空調(diào)箱內(nèi)部內(nèi)外循環(huán)口附近，不論是車內(nèi)空氣循環(huán)，還是車外空氣進(jìn)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(nèi)空氣凈化的原理是：首先，空調(diào)鼓風(fēng)機(jī)吹風(fēng)使車內(nèi)空氣循環(huán)流動(dòng)，污染的空氣通過空調(diào)箱內(nèi)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(nèi)空氣進(jìn)行第一重凈化；然后，負(fù)離子發(fā)生器將空氣電離，產(chǎn)生大量負(fù)離子的同時(shí)會(huì)產(chǎn)生微量臭氧，二者與鼓風(fēng)機(jī)吹出的氣流混合，進(jìn)一步吸附空氣中的各種病毒、細(xì)菌，使其產(chǎn)生結(jié)構(gòu)的改變或能量的轉(zhuǎn)移，導(dǎo)致其死忙或沉淀，從而達(dá)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(shí)現(xiàn)

3.1? 信號(hào)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(hào)進(jìn)行交互，涉及到的信號(hào)如表2所示。

3.2? 自動(dòng)空氣凈化功能實(shí)現(xiàn)

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

若車輛行駛過程中，空調(diào)處于開啟狀態(tài)，空調(diào)控制模塊需要將接收到的車內(nèi)PM2.5實(shí)時(shí)數(shù)值發(fā)送給IVI顯示屏進(jìn)行顯示。如車內(nèi)PM2.5指數(shù)為優(yōu)良狀態(tài)，則維持空調(diào)鼓風(fēng)機(jī)、負(fù)離子發(fā)生器狀態(tài)不變；如車內(nèi)PM2.5指數(shù)為污染狀態(tài)包括輕度、中度、重度、嚴(yán)重級(jí)別時(shí)，空調(diào)控制模塊自動(dòng)驅(qū)動(dòng)負(fù)離子發(fā)生器工作，并加大風(fēng)量對(duì)車內(nèi)空氣進(jìn)行快速凈化。

3.3? 遠(yuǎn)程空氣凈化功能實(shí)現(xiàn)

車輛處于熄火靜止?fàn)顟B(tài)，當(dāng)用戶通過手機(jī)APP請求遠(yuǎn)程空氣凈化操作時(shí)，需要先遠(yuǎn)程啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，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(jī)APP發(fā)送過來的遠(yuǎn)程空氣凈化指令，喚醒整車網(wǎng)絡(luò)。

2）T-Box和網(wǎng)關(guān)認(rèn)證通過后，發(fā)送遠(yuǎn)程啟動(dòng)指令到車輛啟動(dòng)控制模塊（PEPS或是BCM）。

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

4）T-Box接收有效啟動(dòng)信號(hào)后，通過網(wǎng)絡(luò)傳輸遠(yuǎn)程空氣凈化指令到空調(diào)控制模塊。

5）空調(diào)控制模塊執(zhí)行空氣凈化功能，開啟鼓風(fēng)機(jī)、負(fù)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(nèi)空氣質(zhì)量等級(jí)到網(wǎng)絡(luò)，并傳輸給T-Box。

6）T-Box反饋相關(guān)信息到用戶手機(jī)APP上進(jìn)行顯示。

3.4? 語音空氣凈化功能實(shí)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(shí)別功能，可以將用戶所述的語音指令轉(zhuǎn)化為CAN信號(hào)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(shí)現(xiàn)無接觸式智享體驗(yàn)。具體流程如下。

1）喚醒語音助手，如江鈴福特領(lǐng)裕車的喚醒口令為“你好，福特”。

2）對(duì)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(shí)別到對(duì)應(yīng)工作指令后，會(huì)將指令信號(hào)傳輸給空調(diào)控制模塊。

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

4? 總結(jié)

隨著汽車智能化的發(fā)展，車載空氣凈化器作為一種車內(nèi)必要裝備，自然也是需要順應(yīng)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(duì)問題開發(fā)和功能實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)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(yīng)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

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[4] 朱亞璟，王龍. 多種車載空氣凈化器對(duì)車內(nèi)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(diào)系統(tǒng)開發(fā)工作。