空氣質量監測系統在汽車上的應用

翟羽 王昕燦 鄧小燕

摘要：隨著汽車使用量的逐漸增多，空氣污染變得越來越嚴重，因汽車內部空氣污染而引起的安全問題曾多次出現過，這就為人們做出了警示。由此，在分析汽車空氣污染現狀基礎上，進一步研究空氣質量監測系統在汽車上的應用，并提出了有效控制汽車空氣質量的注意事項。

關鍵詞：汽車；空氣質量；監測；應用；注意事項

中圖分類號：U469 ?收稿日期：2023-04-03

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2023.07.020

1 前言

隨著汽車的不斷發展，汽車空氣質量安全問題也愈加突出。普通車輛用戶會對車輛內部進行消毒和殺菌，使用一些內部的清潔用品，也會使用一些香水來遮蓋車輛內部的各類氣味，但遮蓋方式并不能降低密閉空間中的危險氣體，甚至還會造成更嚴重的空氣污染問題。車內空氣品質的優劣，不但對車輛的乘坐舒適性有直接影響，而且對人體的身體健康也有一定關系。所以，必須從生產開始進行嚴格控制，加大對空氣質量監測系統在汽車上應用的分析，全面控制汽車空氣質量。

2 汽車空氣污染現狀

2.1 汽車車外空氣污染

在汽車外部環境不佳情況下，汽車內部的空氣品質必然會受外部環境的影響。由于車輛并并非完全密封，有可能會有一些空氣污染物從排氣孔等地方進入到車輛內部。在此種情況下，如果沒有可視化的空氣質量監測系統，則無法了解具體情況。此外，如果戶外的空氣品質極佳，當遇到交通堵塞時，也有可能處于被污染的環境中。特別是在道路的交叉路口，紅燈或遇到堵車，這些空氣集中排放區都有較大隱患。

2.2 汽車車內空氣污染

汽車內部也可以成為空氣污染源，如汽車內部的地毯、座椅、材料、裝飾物等，都有可能成為空氣污染源。此種情況在汽車上尤其嚴重，購入一輛新車后，往往會聞到一種獨特氣味，而這氣味往往令汽車愛好者著迷。但是，這可能是一種由汽車零件和裝飾品散發出來的化學混合物，至于氣味會不會引起大氣污染，還有待于利用空氣品質監控感應器進行檢驗。同時，當汽車逐漸被應用時，汽車中的空氣調節過濾器很有可能在毫無察覺的情況下出現問題，此時排放量的二次再流通的危險就會悄悄地顯現出來。此外，車載空氣品質檢測器與檢測器運用，將會為車載人員呼吸安全提供有效之保障。通過這些可視化的數據，可以清楚地看到汽車內部的空氣質量，如果汽車內部的空氣質量真的很差，便不可再繼續使用車輛，需要進行治理、通風、凈化等措施，使車內空氣質量得到改善。如今，一般中高端車型都會配備空氣質量傳感器及監測聯動系統，而沒有配備這些設備的車型在使用車輛時，可能會面臨車內空氣污染的問題，影響整體的空氣質量檢測效果，加劇汽車空氣質量污染風險[1]。

3 空氣質量監測系統在汽車上的應用

3.1 空氣質量狀態監測

從空氣質量監測系統中可以看到，汽車空氣質量雖有周期起伏，但總體上呈現出深度干燥傾向，這表明空氣質量監測系統使用雙塔吸收型后加工烘干設備，取樣時的狀況較好。在此基礎上，選擇與使用者密切相關的部分，對其進行數據放大分析，以更清晰地了解后處理設備在不同階段的“吸吸附——脫吸附”過程?？梢姡谄嚳諝赓|量監測半個周期中，其吸收過程呈現出一條“浴盆”曲線，在每個自動轉換瞬間之前和之后，其輸出的露點從低到高。

3.2 空氣質量狀態預警

在實際運行過程中，汽車排氣過程中，排氣過程中的相對濕度逐步提升，已超出列車運行條件，無法達到列車運行的要求。出口相對濕度不斷升高，直到達到飽和狀態，這表明車廂內的空氣濕度過高。在監測過程中，如果發現汽車質量不佳，便會及時做出預警，便于相關人員制定更為有效的汽車質量監測和處理方案。

3.3 空氣質量在線監測

由空氣質量監測終端、云平臺和客戶端（用戶PC或者手機）構成的車輛空氣質量在線監測系統?？諝赓|量監測系統是一種針對大氣環境中的大氣顆粒物，如PM2.5、TVOC、CO2、溫濕度等的實時檢測技術。其中，利用激光灰塵傳感器來探測PM2.5，利用固體電化學類型的傳感器來探測CO2，利用氣味傳感器來探測TVOC，通過半導體溫度傳感器來探測溫濕度。空氣質量監測系統系統由云服務器、數據存儲、數據分析、數據發送、污染預警等模塊組成。

空氣質量監測系統云平臺使用linux服務器，其代碼是C++，具有高并發特征，可以很容易地對不同的系統進行集成和被集成[2]。利用5G通信模塊將數據傳送到云服務器，并以用戶端的網絡注冊和移動應用程序注冊兩種形式，實現對用戶終端的實時監控，并實現對設備歷史數據、異常數據的預警反饋，以及多級體系結構的管理、數據統計查詢。此外，利用CO2、臭氣、灰塵及溫濕度等傳感器，對所設地點的空氣環境進行檢測，并通過監控終端中的主控制單元對其進行預處理，生成數據隊列。

當上述的資料排隊數目達到某一數值后，由主機控制該資料。在資料預備完畢后，開始進行傳送，資料傳送模塊經由營運基站，將資料傳送到云端平臺。在接收到數據之后，云平臺會對其進行加密檢查。在檢查通過之后，會對數據進行解碼，并對其是否為有效的數據做出判斷，如果接收到的數據與事先設定的協議和規范一致，服務器則會進行數據存儲，并會通知程序對其進行數據分析和顯示。云計算平臺對存儲的數據按照約定的方式對其進行分析，然后按照約定的規則將其顯示給客戶。

3.4 常見氣體傳感器

通常情況下，一臺汽車要配備3～4個與空氣品質有關的感應器，如溫度、濕度、PM2.5、CO2等。此外，氫能源、鋰電等新能源汽車的安全性也是亟待解決的問題。其中，鋰電池汽車的安全性問題以及氫能源汽車的安全性問題，都是影響汽車安全性的重要因素。因此，使用鋰電動力的汽車，都需要一種可彎曲的感應器，這種感應器可以連接到各種蓄電池上，用來檢測蓄電池的溫度，以及蓄電池對蓄電池的壓強[3]。

3.5 加強車內空氣監測

汽車中的VOC和異味主要來自于各種零件，要想更好地提高汽車中的空氣質量，就必須對汽車中的空氣質量進行全方位的檢查，并根據汽車中各個零件的結構特征，來選用合適的檢測儀器。在對零部件進行檢測的時候，檢測人員要對車型平臺有全面的認識，其中包含著開發的車型項目，并掌握著各種基礎數據，通過對其進行全面的分析和比較，從而確定車內零部件的控制目標，確保車內空氣品質達到標準。同一種類的材料，在不同溫度條件下，其揮發VOC量有很大的差別。所以，檢測人員必須與材料的特點相聯系，按照有關規范和標準要求，在不同溫度條件下，對各個零件的VOC揮發性進行精確檢測。在對物質揮發性有機物進行測定時，應以測定物質的質量為主要內容，合理地選擇測定物質的體積和面積。

3.6 強化生產監測

在經過汽車產品的設計確認后，將會進入到量產的過程中。所以，檢測人員需要對各種產品的穩定性和一致性展開全方位的監測，監測的重點是：a.加大巡查力度。安排人員到倉庫和流水線進行徹底的檢查，如有問題，及時處理。b.做好實時監控。對于各生產環節，采用現場監控的方式，通過監控方式綜合監控結果，來判定每一種產品的穩定程度是否達到標準。c.加強倉庫監控。以倉庫為中心，對一系列的關鍵區域，包含各種重要零件的儲存區域，要采用實時監控的方式，對這些零件進行監控，并與倉庫的監控數據相結合，確保零件的一致性和穩定性與有關的規定相一致，如果出現不正常的情況，要及時處理掉。d.做好抽樣調查。針對各種材料與零部件，包括整車在內，需根據有關技術標準的要求，采用抽樣檢測的方式展開測試。如果出現不合格的情況，要嚴格遵守有關規定的要求，并將其進行相應的整改工作。通過對產品的監督，可以確保車輛的空氣品質管理的成效。e.對車輛內部空氣質量檢測人員來說，要利用先進的檢測手段，并與在車輛內部空氣質量檢測中可能出現的問題相聯系，事先制訂出行之有效的應對措施，確保車輛內部空氣質量的檢測結果更為精確，防止誤檢測數據，從而達到提升車輛內部空氣質量控制水平的目的[4]。

4 空氣質量監測系統在汽車上的應用注意事項

a.必須要有足夠大的實驗室，實驗室采用的是一種特殊的材質，這種材質必須要有較大的發展空間，才能保證實驗室的溫度和濕度，促使實驗室的正常運轉[5]。在應用初期，被檢測的汽車被放置到取樣環境倉中，將內部部件的表層除去，如在工廠中用于保護座位、地毯等的塑膠膜，并將其從取樣環境中搬出。同時，將被檢測的汽車能打開的窗戶和門全部打開，并至少保持不低于6 h的靜止狀態。在整個預備階段，取樣室的環境狀況，至少在最近4 h，必須滿足根據本標準所述取樣技術狀況的要求，并且根據本標準所述的取樣狀況，對所述取樣室所述的環境狀況進行監控。

b.把被測試的車輛置于測試環境的測試倉內，進行測試前的檢驗。除去內件的表層，并將其從取樣測試箱中取出。同時，將被測車輛能開啟的窗、門全部打開，并保持靜止的時間不低于6 h，在整個準備階段，在后續4 h里，檢測艙的環境條件要滿足技術條件的要求，并對其進行相應的質量保證措施。

c.進到封閉階段。在籌備期結束后，開始進入封閉階段，將取樣設備按照規范和規范的要求安裝在被檢測車輛上，并將被檢測車輛的所有窗戶和車門全部封閉，以保證整個車輛的密封。在啟動樣本收集時，將被測試車輛維持在密閉狀態16 h。在閉合過程中，被檢測車輛所處的取樣環境室的環境狀況必須滿足標準該標準中取樣技術狀況的要求，并且該環境狀況必須根據標準規定的取樣技術狀況進行監控。封閉階段主要將取樣設備安裝在被檢測車輛上，并將被檢測車輛的車窗和車門全部封閉。測試車必須處于密閉狀態16 h，在密閉過程中，確保測試車的環境狀況必須滿足規范規定，如必須達到車內空氣有機物濃度要求（如表1）。在對整車空氣質量進行控制過程中，通常情況下，整車企業會與質量管理部門合作，制定整車抽檢計劃，對不合格的整車進行及時的排查，并對其進行整改，直至達到標準要求后才放行。汽車制造企業根據各供貨商的零件狀況，收集供貨商零件的資料。汽車內部空氣品質工程師根據零部件供應商所用的原材料和零部件的資料，確定零部件的檢測和測試需求，并追蹤和催促供應商提供符合標準的零部件。

d.采集汽車空氣樣本。采用方法所規定的儀器與消耗材料，根據對應的流速與時間，對車輛中的空氣進行取樣，并對檢測艙中的空氣進行取樣。收集完畢后，在密閉的溫度下，將樣本送往實驗室，在計算機上進行氣體含量測定。其中，對座艙的空氣質量進行監測，目的在于對車內的舒適和健康進行管理，相關傳感器不僅僅在新能源汽車中使用，在傳統的車輛中也可以使用，而且隨著人們對生活中的空氣品質越來越關注，與之相關的傳感器產品的市場需求將會越來越大。

在樣品采集過程中，取樣環境必須符合本規范的各項要求。揮發性有機成分采用填充柱樣取樣，而甲醛和酮類成分采用填充柱樣取樣。采用固定電流的氣體采樣器，在兩個不同的柱子上分別裝有不同的吸收管。當采用充填的柱子取樣管來收集揮發性有機物時，取樣流速為100～200 mL/min，取樣時間為30 min。當采用充填的柱子取樣管來收集醛酮成分時，取樣流速為100～500 mL/min，取樣時間為30 min。取樣量的精確記錄。收集到的煤氣總量不得超過汽車總裝量5%。在收集車輛內部的空氣樣本時，也要收集周圍的空氣樣本，取樣點位于被檢測機動車外表面上0.5 m以內，其高度與機動車內部取樣點相同［5］。

5 結語

空氣質量監測系統在汽車上的應用意義重大。通過對車內空氣質量控制要素展開科學、合理的分析，如制定合理的車內空氣質量控制目標、禁限用材料與工藝清單分析、模擬驗證與材料庫的有效運用、氣味檢測及加強生產監控力度等，可以確保車內空氣質量控制的效果，為駕駛員與乘客提供更加舒適、健康的車內環境。

參考文獻：

[1]蔣媛.客車內空氣質量提升方法研究及應用[J].內燃機與配件，2022（21）：32-34.

[2]張吉光，李不凡，王健，等.汽車空調系統出風空氣質量提升[J].汽車工藝與材料，2022（10）：48-52.

[3]黃欽炎，林慶豐，黃欣龍.基于移動物聯的空氣質量監測大數據分析應用[J].價值工程，2022，41（21）：146-148.

[4]徐平，陶云亮，王士龍，等.車內空氣質量監測系統的設計與開發[J].石河子科技，2019（6）：17-21.

[5]王海燕.汽車車內空氣質量智能控制系統開發[J].電子元器件與信息技術，2019，3（10）：49-52.

作者簡介：

翟羽，女，1990年生，講師，研究方向為新能源汽車技術、智能網聯汽車技術。