車載健康空調技術研究

李曉航， 齊 霽， 宋占桌， 車 強， 徐梓赫， 姚國寶

（一汽奔騰轎車有限公司， 吉林 長春 130000）

1 引言

車載健康空調是在汽車空調基礎上搭載先進的車載傳感器、空調凈化器、香氛系統(tǒng)等裝置，并融合云端大數(shù)據和控制算法，實現(xiàn)車內外空氣品質的檢測與凈化，保證車內空氣品質和健康環(huán)境的技術方案。車載健康空調的發(fā)展來源于兩個方面：一方面汽車產業(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用到車輛中，整車的智能、健康越發(fā)受到消費者的關注；另一方面，伴隨著空氣污染問題的加劇、新冠疫情的發(fā)生，車內空氣品質日益成為了用戶關注的焦點。人們對于車內空氣健康、清潔的需求促使著車載健康空調技術的進一步發(fā)展。

目前，各車企紛紛在整車上應用健康空調技術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，能夠實現(xiàn)車內外空氣品質檢測、離車生命檢測、空氣凈化消殺等功能，保障車內空氣品質。

2 車載健康空調方案構成

該車載健康空調方案是一個能夠包含車內外空氣檢測、過濾、凈化、消殺、智能通風、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 車載健康空調方案

車載健康空調使用軟硬件結合的方式來實現(xiàn)。具體來講，硬件以空調控制器或包含相應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、內外溫度傳感器等為信息收集端，空調濾芯和空氣凈化器為主要方法；軟件上主要實現(xiàn)空氣品質的判定、自動通風換氣和提醒等功能。

3 硬件設計

3.1 空調濾芯

空調濾芯采用高效空氣過濾器（HEPA），據試驗，汽車空調濾芯對粉塵顆粒、PM2.5等的過濾效率可達到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)性有機污染物[2]，近年來一些新型的復合空調濾芯相繼被應用，其不僅可以對顆粒物進行處理，也對包含甲醛在內的揮發(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，主要目的是實現(xiàn)對車內外空氣中相關成分進行檢測，為后續(xù)功能的響應提供信號輸入。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，對于車內的空氣凈化已發(fā)展了多種技術，其中主要的技術方法包括負離子技術、等離子技術、紫外線消殺等。不同凈化技術的應用方向與車內布置方案也不近相同。表3列出了主要凈化技術的原理與優(yōu)缺點。

表3 凈化技術原理及優(yōu)缺點

4 軟件功能設計

車載健康空調的軟件功能可分為凈化、通風和提醒3種。

4.1 凈化功能設計[3]

空氣凈化功能是車載健康空調保持車內空氣品質的主要方法，通過車內硬件與空調控制軟件相結合，實現(xiàn)降低車內空氣污染的目的。控制邏輯如圖2所示。

圖2 智能凈化邏輯

當車內空氣污染程度較高時，空調系統(tǒng)會自動啟動車內的光水離子凈化消殺設備，對空氣進行殺菌消毒。在這個過程中持續(xù)檢測車內空氣品質，當車內空氣品質明顯好轉后再關閉凈化系統(tǒng)。可以將凈化過程進行動畫展示，加強用戶的使用感和體驗感。

4.2 通風功能設計

4.2.1 降窗通風

降窗通風的應用場景是在夏天車輛長期暴露在陽光下后，車輛內部溫度會非常高，用戶可以在上車之前進行通風操作來降低車內溫度，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，在符合運行條件的情況下，空調切換外循環(huán)，開啟鼓風機進行通風換氣，并在用戶上車后停止。降窗通風邏輯如圖3所示。

圖3 降窗通風邏輯

4.2.2 通風干燥

通風干燥的應用場景是在用戶下車后，空調系統(tǒng)內部的空氣可能會因潮濕而發(fā)生霉變，繼而需要空調進行自干燥以規(guī)避這種情況。

在用戶離開后，空調并不立即進入睡眠狀態(tài)，在整車電量允許的條件下開啟外循環(huán)和鼓風機，對空調系統(tǒng)進一步進行干燥，具體流程如圖4所示。

圖4 通風干燥邏輯

4.3 提醒功能設計

提醒功能主要包含濾芯更換提醒和車內生命提醒兩個功能。

4.3.1 濾芯更換提醒[4]

濾芯更換提醒實現(xiàn)方法是：在空調系統(tǒng)外循環(huán)運行時，車內外環(huán)境PM2.5差值、空調運行時間、鼓風機風量、車速的綜合計算結果與空調濾芯的有效里程強正相關，由此當空調濾芯壽命接近設計使用壽命時，適時提醒用戶進行濾芯更換，保證空調濾芯功能始終有效，為駕乘人員提供良好的駕乘環(huán)境。同時避免空調濾芯長期積累導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CO2傳感器和毫米波雷達等檢測裝備，根據外溫、內溫、陽光等信號，在用戶下車后監(jiān)測車內是否有生命特征，當車內的CO2濃度達到閾值且雷達檢測車內仍留有人員時會啟動相應程序來提醒用戶，避免兒童遺落在密閉車內的情況。如果用戶未做出反饋且車內溫度、CO2濃度等指標超過預設值，空調控制器會驅動空調系統(tǒng)進行切換外循環(huán)和自動換氣等動作，避免車內人員發(fā)生危險，具體流程如圖6所示。

圖6 生命檢測提醒邏輯

5 結束語

伴隨著汽車智能化和用戶健康需求的進一步發(fā)展，車載健康空調技術也會不斷地發(fā)展創(chuàng)新。在未來智能駕艙的建設過程中，健康空調將會成為一個重點的方向，有著廣闊的發(fā)展前景。