新能源汽車空調(diào)智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)探索

王豪

摘 要：近年來我國新能源汽車發(fā)展速度不斷加快，空調(diào)的智能化控制受到廣泛重視，合理設(shè)計(jì)空調(diào)智能化控制系統(tǒng)不僅能夠提升空調(diào)控制水平，還能確保整體控制系統(tǒng)的高效化、穩(wěn)定性運(yùn)行，具有重要的意義。基于此本文研究汽車空調(diào)對(duì)空氣循環(huán)調(diào)節(jié)的影響，提出幾點(diǎn)空調(diào)智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)建議，旨在為增強(qiáng)新能源汽車的空調(diào)控制水平提供幫助。

關(guān)鍵詞：新能源汽車 空調(diào)智能控制系統(tǒng) 設(shè)計(jì)

Exploration of the Design of Intelligent Control System of New Energy Vehicle Air Conditioning

Wang Hao

Abstract：In recent years， the development of new energy vehicles in China has been accelerating， and the intelligent control of air conditioners has received extensive attention. Reasonable design of intelligent control systems for air conditioners can not only improve the level of air conditioner control， but also ensure the efficient and stable operation of the overall control system， and it is of great significance. Based on this， this paper studies the influence of automobile air conditioning on air circulation regulation， and puts forward several design suggestions for the intelligent control system of air conditioning， aiming to provide help for enhancing the air conditioning control level of new energy vehicles.

Key words：new energy vehicle， air conditioning intelligent control system， design

1 引言

空調(diào)系統(tǒng)在新能源汽車中屬于重要的部分，對(duì)汽車的舒適度會(huì)產(chǎn)生直接影響，近年來雖然汽車空調(diào)系統(tǒng)的智能化水平有所提升，但是在新能源汽車方面的空調(diào)智能化控制方式還不夠完善，甚至依然保持在車內(nèi)、車外循環(huán)的手動(dòng)切換模式，多數(shù)駕駛員由于缺乏車內(nèi)外循環(huán)模式的控制技巧，很容易在駕駛期間出現(xiàn)操作錯(cuò)誤的現(xiàn)象，嚴(yán)重影響空調(diào)的制冷性能與制熱性能，甚至還會(huì)出現(xiàn)油耗量增多、車內(nèi)空氣污染的問題。因此應(yīng)結(jié)合新能源汽車的情況合理設(shè)計(jì)空調(diào)智能控制系統(tǒng)，提升空調(diào)循環(huán)控制的智能化水平，預(yù)防可能會(huì)出現(xiàn)的問題，為駕駛員提供高質(zhì)量服務(wù)。

2 汽車空調(diào)對(duì)空氣循環(huán)調(diào)節(jié)的影響

為確保新能源汽車的空調(diào)智能化控制系統(tǒng)合理設(shè)計(jì)，應(yīng)全面了解空調(diào)對(duì)汽車空氣循環(huán)調(diào)節(jié)所產(chǎn)生的影響，結(jié)合具體的影響特征和原理完善智能化控制系統(tǒng)。主要的影響情況為：

2.1 對(duì)車內(nèi)空氣質(zhì)量的影響

車內(nèi)空氣質(zhì)量最為主要的影響因素就是一氧化碳濃度、二氧化碳濃度、PM2.5濃度，一旦物質(zhì)濃度過高將會(huì)導(dǎo)致車內(nèi)人員的身體健康乃至于生命安全受到威脅。汽車尾氣排放物質(zhì)中含有二氧化碳成分、一氧化碳成分等，而除了汽車尾氣之外車內(nèi)人員所呼出的氣體中也含有大量的二氧化碳成分，屬于車內(nèi)的主要污染物，如果一氧化碳與二氧化氮的濃度過高，會(huì)導(dǎo)致人體的呼吸中樞受到刺激，出現(xiàn)胸悶氣短和頭痛等現(xiàn)象，而我國相關(guān)規(guī)定中，車內(nèi)的二氧化碳含量應(yīng)該在0.15%之內(nèi)。對(duì)于PM2.5而言和PM10相比粒徑更小，是一種有毒有害物質(zhì)，如果在車內(nèi)停留時(shí)間過長(zhǎng)或是濃度過高，將會(huì)導(dǎo)致人體的身體健康受到危害，甚至?xí)l(fā)呼吸系統(tǒng)疾病，提升心腦血管疾病死亡率，而對(duì)一氧化碳物質(zhì)、二氧化碳物質(zhì)和PM2.5物質(zhì)的濃度進(jìn)行控制原理具有一定的相同之處，在車外的有害物質(zhì)濃度比車內(nèi)濃度高的狀況下，可利用車內(nèi)的循環(huán)工況自動(dòng)化進(jìn)行開啟，阻止車外有害物質(zhì)進(jìn)入車內(nèi)，預(yù)防車內(nèi)空氣出現(xiàn)污染的問題。如果車內(nèi)的有害物質(zhì)濃度比車外濃度高，就需要利用外循環(huán)工況的自動(dòng)化開啟方式，使得車內(nèi)的有害物質(zhì)快速排出，從車外引進(jìn)新鮮空氣，保證車內(nèi)空氣的質(zhì)量。從實(shí)際情況而言，汽車在行駛期間可能會(huì)同時(shí)需要針對(duì)溫度和很多有害物質(zhì)進(jìn)行調(diào)節(jié)，出現(xiàn)控制策略相互之間的沖突問題，而智能化空氣循環(huán)控制系統(tǒng)就可以解決此類問題，利用空調(diào)的智能化控制保證車內(nèi)空氣質(zhì)量，維護(hù)人員的身體健康、生命安全。

2.2 對(duì)汽車空調(diào)效能的影響

空調(diào)在制熱的狀態(tài)下，如果車外的溫度比車內(nèi)的溫度高，最佳的控制就是將車外的高溫空氣引入車內(nèi)，這樣不僅能夠減少空調(diào)能耗量，還能提升制熱的效果，此情況下車外循環(huán)工況比車內(nèi)循環(huán)工況的制熱效果高很多。而在車內(nèi)溫度比車外溫度高的狀況下，則需要確保車內(nèi)循環(huán)工況符合標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)一步增強(qiáng)制熱的有效性。其次，在空調(diào)為制冷狀態(tài)的情況下如果車外的溫度比車內(nèi)的溫度高，車內(nèi)的循環(huán)工況就要比車外的循環(huán)工況制冷效果高，如果車內(nèi)溫度比車外的溫度高，那么車外循環(huán)工況的制冷效果最佳。

3 新能源汽車空調(diào)智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

為確保新能源汽車駕駛的舒適度、安全性，應(yīng)合理進(jìn)行空調(diào)智能化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，明確主要的構(gòu)成部分與運(yùn)行原理，科學(xué)設(shè)計(jì)硬件部分和軟件部分，做好軟件的編程和開發(fā)，完成所有工作之后對(duì)系統(tǒng)功能進(jìn)行測(cè)試分析，完善系統(tǒng)的運(yùn)行模式，同時(shí)對(duì)功能適當(dāng)擴(kuò)展，滿足安全、舒適駕駛的需求。主要的設(shè)計(jì)措施為以下幾點(diǎn)：

3.1 明確系統(tǒng)構(gòu)成與工作原理

近年來在人們生活水平有所提升的背景下對(duì)新能源汽車性能方面和駕駛的舒適度方面提出很高要求，在空調(diào)控制系統(tǒng)方面的需求呈現(xiàn)出多元化的特點(diǎn)，尤其是在節(jié)能減排的大環(huán)境中為保證車內(nèi)空氣質(zhì)量的高效化控制，應(yīng)重點(diǎn)根據(jù)人們的需求和節(jié)能減排的要求等合理設(shè)計(jì)空調(diào)循環(huán)控制的智能化系統(tǒng)，結(jié)合車內(nèi)溫度與空氣質(zhì)量受到空調(diào)影響的綜合因素，創(chuàng)建完善的自動(dòng)化控制模式，①完善智能化系統(tǒng)的架構(gòu)，設(shè)計(jì)以檢測(cè)設(shè)備處理器設(shè)備與執(zhí)行設(shè)備組合而成的智能化控制系統(tǒng)，對(duì)于檢測(cè)設(shè)備而言應(yīng)該綜合使用系統(tǒng)工作開關(guān)部件、車內(nèi)外溫度傳感器部件與車內(nèi)外二氧化碳濃度和一氧化碳濃度傳感器部件，智能化控制系統(tǒng)利用中央處理器自動(dòng)化進(jìn)行空調(diào)的控制，同時(shí)還需在執(zhí)行設(shè)備中設(shè)置車內(nèi)與車外循環(huán)控制切換的開關(guān)部件、顯示屏部件、報(bào)警燈和指示燈部件等，保證系統(tǒng)架構(gòu)的完善性和優(yōu)化性;②完成系統(tǒng)架構(gòu)的設(shè)計(jì)之后還需明確系統(tǒng)整體的運(yùn)行原理，首先，系統(tǒng)接通并且開啟電源之后利用智能化控制系統(tǒng)的開關(guān)與相應(yīng)的風(fēng)量調(diào)節(jié)旋鈕控制器設(shè)備，將信號(hào)打開接收相應(yīng)的風(fēng)量調(diào)節(jié)旋鈕信號(hào)信息，以此為依據(jù)判定系統(tǒng)的開啟狀態(tài)。其次，系統(tǒng)按照具體的指令運(yùn)行，利用空調(diào)壓縮機(jī)設(shè)備控制開關(guān)的狀態(tài)，借助溫度調(diào)節(jié)旋鈕明確整體控制的目標(biāo)數(shù)據(jù)值，在汽車中控臺(tái)的周圍設(shè)置能夠?qū)噧?nèi)一氧化碳物質(zhì)、二氧化碳物質(zhì)PM2.5物質(zhì)濃度和溫度進(jìn)行檢測(cè)的傳感器設(shè)備，此類傳感器可以動(dòng)態(tài)化為系統(tǒng)的中央處理器傳輸所檢測(cè)的溫度信號(hào)與有害物質(zhì)濃度信息。最后，在空調(diào)進(jìn)氣口位置所安裝的傳感器設(shè)備，能夠采集車外一氧化碳物質(zhì)、二氧化碳物質(zhì)、PM2.5物質(zhì)的濃度和溫度數(shù)據(jù)值，之后傳輸?shù)较到y(tǒng)的中央處理器設(shè)備，如果是制冷狀態(tài)則利用空調(diào)壓縮機(jī)針對(duì)開關(guān)進(jìn)行開啟，進(jìn)入系統(tǒng)化的控制模式，如果處于制熱狀態(tài)或是自然通風(fēng)的狀態(tài)，則需要借助空調(diào)壓縮機(jī)設(shè)備針對(duì)開關(guān)進(jìn)行關(guān)閉，確保控制模式的全方位調(diào)節(jié)和處理。從實(shí)際情況來講，相關(guān)系統(tǒng)在運(yùn)行的過程中車內(nèi)與車外有害物質(zhì)濃度與溫度檢測(cè)的傳感器設(shè)備、風(fēng)量調(diào)節(jié)旋鈕部件、空調(diào)開關(guān)部件、溫度調(diào)節(jié)旋鈕部件、系統(tǒng)控制開關(guān)部件，會(huì)和PLC控制的單元相互聯(lián)系，PLC控制單元按照實(shí)際的信息和指令進(jìn)行空調(diào)內(nèi)部和外部循環(huán)控制開關(guān)的處理，一旦遇到緊急或是異常現(xiàn)象就可以按照實(shí)際情況啟動(dòng)蜂鳴器或者是危險(xiǎn)警告燈，同時(shí)控制單元還能和嵌入式的觸摸屏之間雙向操作，便于駕駛員合理進(jìn)行智能化控制[1]。

3.2 合理設(shè)計(jì)硬件部分

為提升整體硬件的完善性和優(yōu)化性應(yīng)重點(diǎn)設(shè)計(jì)硬件的部分，合理設(shè)置溫度檢測(cè)模塊、整體的控制模塊、微處理器模塊與數(shù)據(jù)傳輸模塊，設(shè)置嵌入式的單片機(jī)當(dāng)作是系統(tǒng)控制的核心部分，此類單片機(jī)有著充足的存儲(chǔ)器與很多I/O口，能夠滿足各類需求，為后續(xù)產(chǎn)品的轉(zhuǎn)型升級(jí)提供便利。在此過程中可使用數(shù)字化的溫度傳感器設(shè)備針對(duì)車內(nèi)外的溫度實(shí)時(shí)進(jìn)行檢測(cè)，利用通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)使得微處理器和手機(jī)之間可以遠(yuǎn)程傳輸數(shù)據(jù)信息，提高智能控制系統(tǒng)運(yùn)行水平與效果。①完善溫度檢測(cè)模塊和整體控制模塊。在模塊中設(shè)計(jì)數(shù)字化的溫度傳感器，能夠直接將溫度轉(zhuǎn)變成為數(shù)字信號(hào)，通過數(shù)字輸出端反饋相應(yīng)的溫度數(shù)據(jù)值，測(cè)溫的范圍在零下50攝氏度到零上125攝氏度之間，測(cè)量的誤差在0.5攝氏度之內(nèi)，能夠滿足新能源汽車空調(diào)智能化控制的基本需求。同時(shí)還需結(jié)合溫度檢測(cè)傳感器設(shè)備的應(yīng)用要求設(shè)計(jì)供電模式，將外部電源和內(nèi)部寄生類型的電源有機(jī)整合，增強(qiáng)供電的可靠性。整體控制模塊的設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)設(shè)置繼電器開關(guān)控制電路完成相應(yīng)的控制操作，其中主要是由光耦部分驅(qū)動(dòng)放大器部分和繼電器部分所組合而成，運(yùn)行的過程中信號(hào)會(huì)經(jīng)過光耦隔離，利用驅(qū)動(dòng)放大器進(jìn)行放大之后驅(qū)動(dòng)繼電器，使得空調(diào)的電源開關(guān)被接通，最終針對(duì)車內(nèi)和車外的溫度進(jìn)行檢測(cè)，智能化開啟加熱功能或是制冷的功能。②微處理器模塊和數(shù)據(jù)傳輸模塊設(shè)計(jì)期間應(yīng)選擇集成度很高的GSM技術(shù)，保證數(shù)據(jù)傳輸過程中具有支持語音功能、支持?jǐn)?shù)據(jù)功能、支持短信息功能和支持傳真功能，能夠選擇很多種傳輸速率，靈活性設(shè)定空閑模式、省電模式和工作模式，盡可能減少功能的消耗量。與此同時(shí)在模塊中還需設(shè)置電瓶串口連接的部分、設(shè)置能夠與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相互連接的模塊，便于開展系統(tǒng)的調(diào)試操作。整個(gè)模塊中手機(jī)移動(dòng)終端可以利用發(fā)送信息的方式遠(yuǎn)程控制汽車空調(diào)，通過密碼和指令的形式發(fā)送相應(yīng)的控制指令，空調(diào)智能化控制系統(tǒng)接收信息之后會(huì)準(zhǔn)確判別和處理，如果密碼正確就可以完成控制功能的操作，例如：手機(jī)移動(dòng)終端發(fā)送密碼與空調(diào)開啟的指令之后信號(hào)會(huì)經(jīng)過繼電氣設(shè)備接通空調(diào)電源，使得空調(diào)能夠正常運(yùn)行，手機(jī)移動(dòng)終端發(fā)送密碼與關(guān)閉空調(diào)的指令，系統(tǒng)就會(huì)發(fā)出信號(hào)，將空調(diào)電源切斷。在此期間還應(yīng)設(shè)置定時(shí)向手機(jī)移動(dòng)終端，發(fā)送車內(nèi)外溫度數(shù)據(jù)值和有害物質(zhì)數(shù)據(jù)及信息的功能，使得駕駛員對(duì)新能源汽車內(nèi)外的情況有所了解。另外還需按照空調(diào)智能化控制系統(tǒng)的運(yùn)行需求與功能特點(diǎn)等設(shè)計(jì)PLC控制的模塊，借助PLC實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、智能化控制的目的。③硬件組裝的過程中按照智能化控制系統(tǒng)的硬件部分和模塊部分等合理組裝，將各類硬件和模塊組裝完成之后開展模擬實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，明確所安裝的智能化控制系統(tǒng)應(yīng)用功能情況，主要就是執(zhí)行汽車點(diǎn)火實(shí)驗(yàn)、空調(diào)AC實(shí)驗(yàn)、空調(diào)內(nèi)外循環(huán)的開關(guān)模擬實(shí)驗(yàn)等，模擬真實(shí)的工作狀態(tài)及時(shí)發(fā)現(xiàn)智能化控制系統(tǒng)的不足和缺陷，確保空調(diào)智能化控制系統(tǒng)更加完善、更為良好[2]。

3.3 做好軟件的編程

在軟件編程的過程中，使用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)完成編程操作任務(wù)，設(shè)置兩個(gè)主程序，其中一個(gè)主程序進(jìn)行系統(tǒng)初始化處理，檢查系統(tǒng)的開關(guān)情況和傳感器信號(hào)情況，符合標(biāo)準(zhǔn)之后才能啟動(dòng)系統(tǒng)。另外一個(gè)主程序則負(fù)責(zé)判斷多種信號(hào)的優(yōu)先級(jí)，以此為基礎(chǔ)自動(dòng)化進(jìn)行空調(diào)內(nèi)外循環(huán)開關(guān)的控制，一旦有害物質(zhì)的濃度超出預(yù)先設(shè)定的指標(biāo)就要利用報(bào)警器將報(bào)警信號(hào)發(fā)出，自動(dòng)化打開車窗釋放有害物質(zhì)。在系統(tǒng)編程的過程中還需完善主程序部分、溫度檢測(cè)控制子程序部分、LED顯示與無線傳輸?shù)淖映绦虿糠郑到y(tǒng)在啟動(dòng)以后進(jìn)入到初始化的狀態(tài)，檢測(cè)車內(nèi)外的溫度數(shù)據(jù)值和有害物質(zhì)數(shù)據(jù)值，同時(shí)，還能按照所接收的短信信息指令內(nèi)容操作，主要的控制流程為：系統(tǒng)開始運(yùn)行之后，初始化處理，明確是否需要中斷，讀取已經(jīng)接收的指令信息，將空調(diào)開啟讀取車內(nèi)外的溫度和有害物質(zhì)數(shù)據(jù)值，如果溫度數(shù)值超出預(yù)先設(shè)定的最高數(shù)值指標(biāo)就應(yīng)自動(dòng)化開啟制冷功能，溫度低于預(yù)先設(shè)定數(shù)據(jù)值最低指標(biāo)就要開啟制熱的功能或者是將空調(diào)關(guān)閉;如果所檢測(cè)的有害物質(zhì)濃度數(shù)值超出了規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)就要自動(dòng)化打開車窗通風(fēng)，維護(hù)車內(nèi)人員的身體健康、生命安全，完成具體的操作指令任務(wù)最終將信息發(fā)送到手機(jī)移動(dòng)終端[3]。

3.4 功能的調(diào)試和擴(kuò)展

在新能源汽車空調(diào)智能化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和組建完成之后，應(yīng)開展功能的調(diào)試與拓展工作，保證整體系統(tǒng)功能的完善性和優(yōu)化性。①在plc系統(tǒng)中下載程序之后，將其設(shè)定在測(cè)試平臺(tái)中開展測(cè)試工作，模擬夏季階段正常范圍內(nèi)的狀態(tài)參數(shù)，車外溫度設(shè)定成為29攝氏度，車內(nèi)溫度設(shè)置成為46攝氏度，測(cè)試智能化系統(tǒng)是否可以自動(dòng)化進(jìn)行空調(diào)的開啟，并且合理選擇車外循環(huán)的相關(guān)模式。設(shè)定冬季取暖階段的工作環(huán)境，車外的溫度控制為零下2攝氏度，一氧化碳的濃度控制為，在車內(nèi)溫度逐漸提升的情況下一氧化碳的濃度升高到，此情景中車內(nèi)的一氧化碳濃度很高，測(cè)定智能化控制系統(tǒng)是否可以自動(dòng)化進(jìn)行空調(diào)循環(huán)的轉(zhuǎn)換，使得車內(nèi)循環(huán)轉(zhuǎn)換成為車外循環(huán)，能否強(qiáng)制性進(jìn)行開窗發(fā)出報(bào)警器的警報(bào)信息提醒車內(nèi)乘員。同時(shí)，還需在車輛中安裝系統(tǒng)開展測(cè)試工作，將發(fā)動(dòng)機(jī)聯(lián)網(wǎng)，模擬車內(nèi)空氣中一氧化碳濃度很高的情景，測(cè)試系統(tǒng)是否可以利用發(fā)動(dòng)機(jī)聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行信號(hào)的共享、明確是否能夠自動(dòng)化關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)使得尾氣排放停止[4]。測(cè)定一氧化碳濃度在范圍，對(duì)車內(nèi)人員造成危害的情況下，系統(tǒng)是否可以進(jìn)行報(bào)警求生的動(dòng)作、和接警系統(tǒng)之間相互連接進(jìn)行求助，明確是否可以將GPS信號(hào)正常發(fā)出。在實(shí)際測(cè)試的過程中，應(yīng)及時(shí)發(fā)現(xiàn)智能化控制系統(tǒng)的問題和不足，及時(shí)做好調(diào)試工作和完善工作，使得相關(guān)的自動(dòng)化控制系統(tǒng)效果能夠達(dá)到最高程度，不會(huì)出現(xiàn)溫度控制或是有害物質(zhì)濃度控制方面的問題，保證新能源汽車車內(nèi)舒適度的同時(shí)，預(yù)防出現(xiàn)有害物質(zhì)濃度過高的現(xiàn)象。②為增強(qiáng)新能源汽車空調(diào)智能化控制系統(tǒng)的應(yīng)用效果，不僅需要重點(diǎn)進(jìn)行功能的調(diào)試還需對(duì)功能進(jìn)行擴(kuò)展，結(jié)合駕駛員和車內(nèi)成員的具體需求擴(kuò)展功能，例如：嘗試拓展語音識(shí)別的功能，車內(nèi)駕駛?cè)藛T按照自身的溫度感受發(fā)出語音指令，系統(tǒng)自動(dòng)化識(shí)別語音完成相應(yīng)的控制，這樣可以使得駕駛?cè)藛T按照需求合理進(jìn)行空調(diào)系統(tǒng)的控制，增強(qiáng)整體系統(tǒng)運(yùn)行的智能化程度。再如：擴(kuò)展性設(shè)計(jì)指令自動(dòng)化糾錯(cuò)的功能，在駕駛?cè)藛T和車內(nèi)成員利用移動(dòng)終端發(fā)送密碼和指令之后，如果所發(fā)送的指令不利于車內(nèi)舒適度的改善，溫度調(diào)節(jié)的幅度過高或是沒有結(jié)合有害物質(zhì)檢測(cè)的結(jié)果進(jìn)行通風(fēng)換氣等控制，系統(tǒng)就可以發(fā)出糾錯(cuò)的信息，駕駛員和車內(nèi)成員可按照系統(tǒng)的糾錯(cuò)提醒，選擇合理的控制指令，這樣不僅能夠提升智能化控制系統(tǒng)的人性化程度，還能幫助駕駛員科學(xué)控制車內(nèi)的溫度，快速通風(fēng)換氣釋放有害物質(zhì)，保證駕駛舒適度的同時(shí)增強(qiáng)安全性[5]。

4 結(jié)語

綜上所述，汽車空調(diào)對(duì)車內(nèi)溫度和空調(diào)的效能會(huì)產(chǎn)生直接影響，在此情況下為確保新能源汽車空調(diào)能夠改善駕駛和乘坐人員的舒適度、提升車內(nèi)的安全性，應(yīng)合理設(shè)計(jì)系統(tǒng)的架構(gòu)和原理，完善硬件部分，提升軟件編程的水平，做好功能測(cè)試和擴(kuò)展的相關(guān)工作，保證智能化控制系統(tǒng)運(yùn)行功能具有人性化、準(zhǔn)確性的優(yōu)勢(shì)。

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