车载空气净化器设计研究

2018-05-28李凡刘凯王泉杰孙启林

汽车实用技术 2018年9期

李凡，刘凯，王泉杰，孙启林

（安徽江淮汽车集团股份有限公司技术中心，安徽合肥 230601）

引言

随着社会快速发展，中国汽车保有量不断增长，据统计，2017年中国汽车总销量已达2887.89万辆，人们越来越依赖汽车这种交通工具，人们在车内的时间也越来越久，车内污染物及净化方式的研究也越来越得到重视。

车内污染物一般包含汽车内饰件散发的甲醛、二甲苯等有毒气体，部分进入到车内的汽车尾气，雾霾天气进入车内的灰尘、PM2.5等有害颗粒和车内细菌等。由于污染物的种类复杂，且车内车外因素混合作用，单纯的通过开窗换气或者空调通风很难获得健康的车内环境。

空气净化器是对空气中颗粒物，气态污染物、微生物等一种或多种污染物具有一定去除能力的电器[1]，越来越多主机厂选择配置车载空气净化器，通过空气过滤、负离子、等离子等技术净化车内空气，提高车内环境质量。

1 车载空气净化器的设计原则和要求

1.1 车载空气净化器设计原则

由于车内空间相对较小，空气净化器的体积受限，开发过程中需要综合考虑结构和性能，空气净化器设计原则为：

（1）稳定性和可靠性：稳定和可靠是汽车零部件的前提条件，在空气净化器研发和实际使用中，需要优先考虑稳定和可靠的技术方案。

（2）标准性和规范性：优先采用国际、国家及行业标准，在设计时尽可能规范化。

（3）实用性和先进性：采用成熟、稳定技术的基础上，不断创新，体现产品先进性。

（4）经济性：净化器配置合理，具备良好的性价比。

1.2 车载空气净化器要求

GB/T 18801-2015标准中将乘用车空气净化器纳入到范围内，规定了空气净化器噪声、污染物去除，待机功率等方面的要求，但汽车零部件要求比一般产品高，需要针对乘用车使用环境进行相应补充，如外观，环境可靠性，电磁兼容性等。

1.2.1 外观

顾客对汽车品质的要求越来越高，主机厂对零部件外观质量的要求也十分严格。按零件在车辆上操作和装配状态，区分A，B，C，D区域，在操作状态和正常姿势很明显的能看到的部位属于最关键的A级区域，空气净化器由于需要进行操作及，其外观面按A级区域标准进行要求：

（1）表面光滑平整，不能用裸眼可见的瑕疵（如毛刺、起皱、开裂、变形等）；（2）净化器表面的颜色和花纹应与造型定义的色板或样品一致。皮纹清晰、色泽均匀，皮纹类型，纹理方向，纹理深度及皮纹范围均与定义要求一致；（3）净化器间隙面差应符合整车内饰件间隙面差要求，关键部位应具有相关检具进行监控。

1.2.2 净化功能

GB/T 18801定义空气中颗粒物，气态污染物、微生物为三种目标污染物，但对污染物的净化能力并没明确规定，根据净化功能要求如下：

（1）PM2.5净化效率；（2）固体颗粒物的洁净空气量（CADR）；（3）甲苯，二甲苯，苯，甲醛，乙苯去除率；（4）除菌率；（5）臭氧浓度和TVOC浓度。

1.2.3 环境可靠性

面对车辆行驶过程中不断变化的外界环境，需要经得起严苛环境的考验，因此产品需要良好的环境可靠性。在设计净化器时，需要考虑的环境因素包括气候环境条件（温度，湿度等），车辆使用条件，供电电压，产品寿命周期（生产、装运、操作、存储、车辆维护和修理等），产品在车辆上的安装位置等，环境可靠性要求如下：

（1）净化器不能对周围的电子件及整车产生干扰；（2）净化器应能抵抗外界电磁场干扰；（3）能抵抗周围环境温度、湿度、振动频率、供电电压等方面变化；（4）具备生产、装运、操作、存储、维护维修可靠性。

1.2.4 特殊要求

车载空气净化器相对于其他电子产品，具备一定的特殊要求：

（1）有机物挥发：满足主机厂8项物质（五苯三醛）的限定条件；（2）气味性：满足气味性要求；（3）禁限物质[2]：满足6项禁限物质（铅、汞、六价铬、镉、多溴联苯、多溴二苯醚）限值要求。

2 车载空气净化器设计要点

2.1 车载空气净化器模块划分

对车载空气净化器进行模块划分，可以优化开发过程，并且降低开发成本。车载空气净化器应具备空气净化功能，数据采集功能和人机交互功能，同时需要控制模块和电源电路来保证整个系统运行。系统模块如图1所示。

图1 空气净化器系统模块图

2.2 净化方式选择

目前常用的净化技术有机械过滤式，负离子式，等离子式，臭氧式和光触媒式等，各种方式的原理及优缺点如表 1所示。这些空气净化方式都存在各自的优势和缺点，在设计开发的时候，通常需要将几种技术综合起来运用，才能较好的改善车内空气质量。

表1 各种净化方式优缺点

2.3 人机交互方式设计

随着汽车智能化发展，汽车已不单纯是交通运输工具，也是一种生活方式，这也要求汽车零部件更加智能化，车载净化器的人机交互也逐渐从简单的开关控制，指示灯显示演变为通过中控屏和手机 APP交互。车载净化器与中控通过CAN网络互联，可以实现显示、操作等功能。车载净化器通过CAN线将信号传输给TBOX，用户可通过手机APP远程控制空气净化器，同时手机 APP上实时显示车内空气质量等。表2为车载净化器主要的交互方式：

表2 车载净化器的交互方式

在交互方式设计时，界面的设计至关重要，需要通过布局、色彩和细节整体规划。在车型开发中，中控屏、手机APP和空气净化器通常由不同部门分别开发，需要在整车项目开发过程整体规划，将各个界面的风格形成一致性。

结合净化器的特点，界面中蓝、绿等清新的色调表达优良的空气质量，黄、红和紫等冲击性强的色调则表达较差的空气质量，明亮和纯度高的颜色在视觉层次中靠前，而明度和纯度低的颜色则在视觉层次中靠后[3]。

在流体运动场中，选取六面体流体微元进行力学平衡分析，采用牛顿运动定律，获得了惯性系黏性流体运动的动量方程。对于柱坐标系中，沿r轴的方程如下：

2.4 取电方式设计

车载空气净化器分为活动式和固定式，固定式的取电方式较简单，线束设计在内饰件内部即可，活动式一般为中央扶手式净化器，主要有三种取电方式：

（1）直接在净化器上预留线束孔，线束走明线，同时用伸缩管保护电源线，如图3所示。该方式电源线要随伸缩管一起拉出，优势是可靠性好，结构简单，只需要在净化器和扶手箱上开线束孔，数据改动小，劣势是需要净化器开关时，伸缩管可被明显发现，影响外观。该方案设计时，需要考虑到伸缩管的压缩比，在扶手箱内预留足够的空间。

图3 伸缩管式取电方式

（2）沿铰链位置走线取电，同时在金属铰链外增加塑料护套，如图4所示。该方式优势是隐秘性强，整体造型美观，是应用最多的方式。劣势是沿铰链位置走线，并在铰链外增加塑料件包覆，结构较复杂，无法通过较大的线束，需要在设计初期就预留足够的空间，且扶手多次开合时，电源线容易磨损，在设计的时候，需要对线束进行约束，减少磨损，并且对线束进行运动校核，线束周围零件需进行避让。

图4 沿铰链走线取电

（3）触点式取电。如图5所示，该方式优势是更具隐蔽性，整体造型美观时尚，科技感强，电源线不用随扶手开合，减少线束折断的风险，将触点开关开发成标准件，可在其他车型进行应用，降低成本，触点开关将保护开关和取电结合，方便装配及取电。劣势是触点式取电是旋转对碰，触点接触时候有微量的位移，并且此方式只能取电，如果需要与外部进行数据传递则需要重新走线。该方案设计时需要在离铰链近位置进行安装，这样净化器活动幅度小，触点错位小。