一种智能控制的车载空气净化系统

2023-08-27杨娟李克诚

汽车电器 2023年8期

关键词：远程控制智能控制空气净化

杨娟　李克诚

【摘要】为了净化舱内空气，提升车内空气品质，提高驾驶的舒适性和安全性，本研究基于高效安全的滤网吸附技术和离子净化技术，并采用车联网技术，配备必要的传感器，开发出一套智能车载空气净化系统。

【关键词】空气净化；远程控制；智能控制；语音控制

中图分类号：U463.851 文献标志码：A 文章编号：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

隨着城市工业及交通运输业的不断发展，大量的有害物质被排放到空气中，对人体健康产生了极大危害。因为车内空间狭小、密闭的原因，车内环境污染比室内环境污染对人体的危害更严重，已成为人类健康十大威胁之一[1]。人们环保和健康意识的增强，对车内空气品质越来越关注和重视，尤其是受近几年疫情的影响，使得汽车车载净化设备的开发设计成为当今汽车行业的研究热点，车载空气净化系统也就成为汽车宣传的亮点和客户选择车型的重要判定条件。

1 车内污染来源和危害

汽车车内污染物来源有3个方面：①外界环境的污染物进入车窗或是从外循环进气口进入到车内环境造成污染，污染物主要有碳氢化合物、一氧化碳、二氧化硫、粉尘颗粒物；②来源于汽车零部件和车内装饰材料所采用的黏合剂、皮革、塑料、化纤、海绵等，能够挥发出甲醛、甲苯、碳氢化合物、卤代烃等有害气体；③汽车自身排放的污染物进入车内循环，包括排气管、曲轴箱等排放的污染物，或是汽车空调长期使用后风道内积累的污物，蒸发器上沉积的污染物滋生的细菌等[2]。

车内空气污染不仅导致车内空气味道难闻，更严重的是，部分有害物质可能会对驾驶人员和乘客的身体健康产生不利影响，尤其是老人、孕妇、小孩等抵抗力低下的人群，诱发疾病的概率更高；除此之外，长期在污染的环境中驾车，会导致驾驶员头晕、困倦等不良反应，进而导致注意力无法集中，甚至可能诱发交通事故发生[3]。

因此，研究和开发车载空气净化系统，保持车内空气清新舒适，对乘员舱的舒适性和车上人员的健康安全具有非常大的作用和意义。

2 智能车载空气净化系统的开发

2.1 现有车载空气净化系统的状况

车载空气净化系统，又叫车用空气净化系统、汽车空气净化器，是用于净化汽车内空气中的异味、细菌病毒、有毒有害气体等的设备[4]。近年来，市场上出现的车载空气净化系统多种多样，有的功能单一且存在安全风险，如车用紫外线杀菌灯、臭氧车载空气净化器；有的功能多样，但成本高，净化效果不明显，如外装的扶手箱车载净化器，包含车内外双通道PM2.5传感器、空气质量传感器、二氧化碳传感器等，需要独立风扇和过滤网，不仅占用原车空间，还成本高昂。综合研究分析，现有车载空气净化系统需要解决以下问题。

1）缺乏智能控制手段，如远程和语音功能等。

2）控制过程复杂，有的关联车窗或是循环风门，影响到整车空调舒适性。

3）空气净化系统成本高。

针对上述问题，本文基于高效安全的滤网吸附技术、离子净化技术和车联网技术，配备必要的传感器，开发出一套智能车载空气净化系统。该系统兼具远程和语音控制功能，具有快捷、方便、智能等特点，控制方法简单，不关联车窗、内外循环风门等状态，进而不会影响到空调舒适性，特别是采用单通道PM2.5传感器，通过T-Box大数据下载车外PM2.5指数和空气质量等级，相对双通道PM2.5传感器，具有结构简单、成本低的优势。这里所指的空气质量等级划分是依据GB 3095—2012《乘用车内空气质量评价标准指南》标准而来，如表1所示。

2.2 智能车载空气净化系统的组成和原理

2.2.1 硬件组成

智能车载空气净化系统涉及到的关键硬件组成包括：T-Box模块、娱乐系统IVI和空调系统。其中，娱乐系统包括IVI显示屏、IVI控制模块；空调系统包括空调鼓风机、空气过滤器、空调控制模块ACM、PM2.5传感器、负离子发生器等零部件。T-Box模块、IVI控制模块和空调控制模块为3大核心控制模块，通过CAN网络进行信号交互；IVI控制模块与IVI显示屏之间通过私有网络进行交互；空调控制模块与空调系统的其他零部件主要通过硬线进行控制。智能车载空气净化系统框图如图1所示。

1）T-Box模块的作用是用来接收用户手机APP发送的车辆远程启动指令，同时通过通信基站来获取车辆所在位置的PM2.5指数和空气质量等级等数据，然后这些信息通过CAN总线发送至IVI控制模块。

2）IVI控制模块接收到以上信息后，会将车辆所在位置的PM2.5指数和空气质量等级发送到IVI显示屏上展示给用户，同时也会将这些信息通过CAN信号传输给空调控制模块。另外，IVI控制模块还用于读取用户的空气净化操作和接收用户的语音工作指令。

3）空调控制模块通过车内PM2.5传感器实时采集车内的PM2.5指数和空气质量等级信息，结合车内外的空气质量等级，自动对鼓风机、负离子发生器等空气净化相关的功能部件进行控制，并将车内空气质量等级和空气净化功能状态反馈给IVI控制模块。

负离子发生器安装在空调风道内，直接由空调控制模块控制其开启和关闭，并检测工作状态和故障模式，工作时产生负离子由空调鼓风机吹向车内。

PM2.5传感器安装在整车内部，可实时监测车内空气中0.3～2.5μm大小范围内的颗粒浓度值，并将测量出的PM2.5浓度值传输至空調控制模块，空调控制模块计算空气质量等级后，通过CAN通信线将PM2.5浓度值和空气质量等级传输给IVI显示屏展示给用户。

空气过滤器作为空调净化的关键部件，是安装在空调箱内部内外循环口附近，不论是车内空气循环，还是车外空气进入都需要先通过空气过滤器的第一重净化。

2.2.2 空气净化原理

车内空气净化的原理是：首先，空调鼓风机吹风使车内空气循环流动，污染的空气通过空调箱内部的空气过滤器后将空气中的污染物清除或吸附，从而使车内空气进行第一重净化；然后，负离子发生器将空气电离，产生大量负离子的同时会产生微量臭氧，二者与鼓风机吹出的气流混合，进一步吸附空气中的各种病毒、细菌，使其产生结构的改变或能量的转移，导致其死忙或沉淀，从而达到深度净化空气的目的。

3 智能车载空气净化系统控制功能实现

3.1 信号交互

智能车载空气净化系统中各控制模块之间通过CAN信号进行交互，涉及到的信号如表2所示。

3.2 自动空气净化功能实现

自动空气净化控制流程如图2所示。车辆空调处于不同的工作模式时，自动空气净化功能的控制策略也不同。若车辆行驶过程中，空调处于关闭状态，空调控制模块需要驱动车内PM2.5传感器工作，并实时将接收到的车内PM2.5实时数值发送给IVI显示屏进行显示，IVI控制模块判断车内空气质量等级为轻度、中度或重度污染状态时，发送语音及弹框提示用户开启空气净化功能（语音内容：车内空气质量不佳，建议开启空气净化功能）。若用户无操作，保持空调关闭；若用户开启空气净化，则按用户操作执行和响应。

若车辆行驶过程中，空调处于开启状态，空调控制模块需要将接收到的车内PM2.5实时数值发送给IVI显示屏进行显示。如车内PM2.5指数为优良状态，则维持空调鼓风机、负离子发生器状态不变；如车内PM2.5指数为污染状态包括轻度、中度、重度、严重级别时，空调控制模块自动驱动负离子发生器工作，并加大风量对车内空气进行快速净化。

3.3 远程空气净化功能实现

车辆处于熄火静止状态，当用户通过手机APP请求远程空气净化操作时，需要先远程启动发动机，然后执行空气净化功能，具体的流程如下。

1）T-Box接收到手机APP发送过来的远程空气净化指令，唤醒整车网络。

2）T-Box和网关认证通过后，发送远程启动指令到车辆启动控制模块（PEPS或是BCM）。

3）车辆启动控制模块判定指令有效后，控制整车上电启动，并反馈状态给T-Box。

4）T-Box接收有效启动信号后，通过网络传输远程空气净化指令到空调控制模块。

5）空调控制模块执行空气净化功能，开启鼓风机、负离子发生器和PM2.5模块，并反馈空气净化功能状态和车内空气质量等级到网络，并传输给T-Box。

6）T-Box反馈相关信息到用户手机APP上进行显示。

3.4 语音空气净化功能实现

语音空气净化功能主要是借助IVI娱乐系统的语音识别功能，可以将用户所述的语音指令转化为CAN信号发送给整车其他控制模块执行，即用语音来控制整车功能，实现无接触式智享体验。具体流程如下。

1）唤醒语音助手，如江铃福特领裕车的唤醒口令为“你好，福特”。

2）对语音助手说出空气净化指令，可以说“打开空气净化功能”。