CN104760490B - 一种车内空气品质智能调节系统及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种车内空气品质智能调节系统及其使用方法，包括空气品质检测单元、空气品质调节单元、数据处理控制单元。空气品质检测单元包括车内外污染物的浓度检测器，空气品质调节单元包括车载空调和车载空气净化器，数据处理控制单元包括处理器和无线控制终端，处理器和无线控制终端通过物联网技术连接。控制者通过无线控制终端输入行程参数，通过联网将参数传输到处理器，处理器通过预先建立的计算模型，联合空气品质检测单元和空气品质调节单元输入的数据，计算出最优化空气品质调节单元运行参数，反馈指令并执行，实现车内空气品质的智能调节。本发明能够实时检测车内外污染物的污染水平，最优化地调整车载空调和车载空气过滤器运行参数，提高车内空气品质。本发明具备调控系统设置先进合理，实现自动化控制，功能完整，操作简易快捷等特点。
Description
技术领域
本发明属于车内空气净化领域。具体涉及一种车内空气品质智能调节系统及其使用方法。
背景技术
空气污染、环境恶化已经成为全世界共同关注的一个话题，随着生活水平的不断提高，人们对空气质量的认知和重视程度也不断增加。目前，我国已进入汽车增长和保有量的高峰时期，小汽车成为了日常出行的一种重要交通工具，但是由于汽车车厢空间狭窄，长时间处于密闭的状态下，导致车内空气污染水平往往明显高于普通室内和室外，车内空气质量亦成为人们关注的一个焦点。车内污染物的主要来源包括：（1）车厢内材料和装饰品挥发出污染物。车厢内部使用的一些材料，如皮革、橡胶、胶黏剂等，会散发出大量的有机化合物，包括甲醛、苯、甲苯等。有学者对不同4S店的93辆新车车厢内挥发性有机物的浓度水平进行了定量分析，大部分都存在甲醛和TVOC超标的现象，最高超过标准5倍[1]。（2）车外污染物。由于汽车本身的气密性和外循环模式，车外浓度较高的污染物可能进入车内，引起车内空气污染，如汽车尾气和可吸入颗粒物等。（3）人体代谢及生活活动产生的污染物。人体在新陈代谢过程中产生二氧化碳，而车厢内二氧化碳浓度过高，容易引起头痛、头晕、记忆力减退等不良症状，危害车内乘客们的健康。
汽车空调是车内空气质量保证的一个重要系统，它不仅具备调节车内温度、湿度和气流的功能，其空气净化装备可以过滤空气中的有害尘埃，一定程度上保证车内空气洁净。但由于安装位置和空间的限制，汽车空调的空气过滤网一般只有颗粒物净化功能，且效果有限。有学者[2]对汽车空调的空气过滤器检测结果表明，其对PM2.5的过滤效率仅为20.9%，对PM10的过滤效率为56.6%。近年来雾霾事件频发，导致车外空气往往处于极端恶劣状况，外循环模式仅依靠空气过滤网，难以有效解决车内颗粒物污染水平的攀升，但如果开启内循环，全封闭的狭小车内空间，又会导致二氧化碳浓度的不断增加，引发车内乘客的另一安全隐患。因此，仅仅依靠车载空调的空气质量调节作用，并不足以保证车内空气品质。
随着空气状况的恶化，车载空气净化器引起了广泛关注。车载空气净化器一般配备了高效空气过滤网和气态有机物去除单元，有效净化汽车内空气中的PM2.5、有毒有害气体(甲醛、苯系物、TVOC等）、异味、细菌病毒等。联合控制车载空调和车载空气过滤器，已经成为了降低车内空气污染的一种有效手段，但是，局限于当前技术应用层面，大众一般只依存于个体的感官感受，做出相应的联合控制方式。然而，车内空气污染物成分复杂且难以被感知，如PM2.5仅为普通头发直径的二十分之一，肉眼不可见，甲醛、苯等气态有机物，嗅阈值远高于控制标准浓度。仅依靠感官感受来调控车载空调和空气净化器，不能有效避免车内空气污染所带来的安全隐患，比如，为追求车内空气流通，空调外循环风量过高可能导致内部颗粒物浓度超标，或者，为防止车外污染物进入内部，开启空调内循环模式和车载空气净化器，但可能导致二氧化碳浓度水平过高，因此，为解决当前存在的技术问题，实现车内空气品质的科学化调控，开发相应的车载空调和车载空气净化器的控制方法，是制约当前行业技术发展亟待解决的技术问题。
[1] 邹钱秀,何羽.新乘用车内主要污染物调查分析[J].城市建设理论研究,2014,(12).
[2] 潘峰. 车内可吸入颗粒物热运动分析[D]. 吉林大学, 2009。
发明内容
针对现有技术和控制手段存在的不足，实现车内空气品质的科学化调控，本发明的目的在于提供一种车内空气品质智能调节系统及其使用方法，通过各个组件之间的相互配合，能够有效实时检测车内外污染物的污染水平，最优化地运行车载空调和车载空气过滤器，保证车内空气品质。
本发明为达到以上技术要求，所采取的技术方案是：
本发明提出的一种车内空气品质智能调节系统，由空气品质检测单元、空气品质调节单元和数据处理控制单元组成，其中：空气品质检测单元包括车外污染物检测器和车内污染物检测器；所述车外污染物检测器由车外CO2检测器1、车外PM2.5检测器2、车外甲醛检测器3、车外苯检测器4和车外TVOC检测器5组成，所述车内污染物检测器由车内CO2检测器6、车内PM2.5检测器7、车内甲醛检测器8、车内苯检测器9和车内TVOC检测器10组成；空气品质调节单元包括车载空调11和车载空气净化器12；数据处理控制单元包括处理器13和无线控制终端14，所述处理器13和无线控制终端14通过物联网连接；所述车内污染物检测器、车外污染物检测器、车载空调11和空气净化器12分别与处理器13相连，并将实时工作参数发送到处理器13，经过计算，处理器13将控制参数指令反馈到车载空调11和车载空气净化器12，以调节车厢内空气品质。
本发明中，车外污染物检测器位于车内空调进气口前端，车内污染物检测器位于车厢内部，且可根据实际气态污染物类别，增加或者减少污染物浓度检测器。
本发明中，所选用车载空气净化器具有PM2.5和气态有机污染物净化单元，净化空气流量可调控，且可根据个人需要增加数量，每一车载空气净化器可单独设置为开启或关闭状态。
本发明中，无线控制终端14采用手机、平板电脑或笔记本电脑等具备无线联网功能的电子设备，相应的电子设备内装有控制软件，所述控制软件可操控空气品质调节单元运行状态、在线显示空气品质调节单元运行状态和在线显示车内外污染物浓度等。
本发明中，车内空气品质智能调节系统的使用方法具体步骤为：
(1) 首先系统运行自检模式，所述自检模式为车内无人、车窗关闭、车载空调内循环且车载空气净化器关闭的状态，该模式可检测车内气态有机污染物的挥发速率，所述自检模式得到的参数可以记录到系统，并在下次运行时选择再次运行自检模式或者直接载入已记录数据；
(2) 每次行程开始前，控制者通过无线控制终端14输入行程参数，所述行程参数为乘坐人数n、车载空调对PM2.5的净化效率ηp1、车载空气净化器对PM2.5的净化效率ηp2、车载空气净化器对气态有机物的净化效率，其中所述气态有机物包括甲醛、苯和TVOC，所述行程参数输入后可选择存储，并在下次运行时直接加载；
(3) 所述处理器13预先建立计算模型，所述预先建立的计算模型分别为车内CO2浓度计算模型、车内PM2.5浓度计算模型、车内气态有机物浓度计算模型和车内气态有机物挥发速率计算模型，分别如下：，分别如下：
(3.1) 为满足车内CO2浓度满足要求，建立车内CO2浓度计算模型:
(a)
(3.2) 为满足车内PM2.5浓度满足要求，建立车内PM2.5浓度计算模型：
(b)
(3.3) 为满足车内气态有机物浓度满足要求，建立车内气态有机物浓度计算模型，其中所述气态有机物包括苯、甲醛和TVOC：
(c)
(3.4) 自检模式下，车内建立车内气态有机物浓度计算模型，其中所述气态有机物包括苯、甲醛和TVOC：
(d)
其中：
(ppm)、( ppm )、(ppm)分别为车内CO2浓度、车外CO2浓度、人体呼出CO2浓度；
(m3)为车厢容积；
(m3/h)、(m3/h)、(m3/h)分别为空调风量、人体呼吸流量、车载空气净化器流量；
为乘车人数；
(μg/m3)、(μg/m3)分别为车内PM2.5浓度、车外PM2.5浓度；
、是车载空调过滤网PM2.5净化效率、车载空气净化器PM2.5净化效率；
(μg/m3)、(μg/m3)分别为车内某一气态有机物j的浓度、车外j的浓度；
是车载空气净化器对某一气态有机物j净化效率；
(μg/h)是车内某一气态污染物j的挥发速率；
(4) 操作者手动选定系统运行净化模式，无线控制终端14自动将行程参数传输到处理器13，联合空气品质检测单元和空气品质调节单元输入的数据，计算出最优化的空气品质调节单元运行的参数，反馈指令并执行，实现车内空气品质的智能调节；具体为：
(4.1) 结合无线控制终14端输入的行程参数，处理器13结合计算模型，由公式(a)可以计算在=0(=1000 ppm)对应的，选用作为车载空调气流量，当该值大于空调最大风量时，采用空调最大风量作为运行风量；
(4.2) 将(4.1)中得出的车载空调11运行风量带入公式(b)，可以计算在=0(=75 μg/m3)对应的 (颗粒物) ；
(4.3) 将(4.1)中得出的车载空调11运行风量带入公式(c)，可以计算出每一种气态有机污染物在=0时，对应的，其中，对应为国家标准(GB/T18883-2002)中污染物j的浓度限值；
(4.4) 取max[(颗粒物)，]，当该值大于车载空气净化器12最大运行风量时，选用最大运行风量作为工作流量，当该值为负值时，系统将关闭车载空气净化器12，否则，选用计算结果中最大作为车载空气净化器的工作流量。
本发明涉及的一种车内空气品质智能调节系统及其使用方法，与当前普遍存在的车内空气品质调节控制方法相比，其优势在于：
（1）本发明涉及的一种车内空气品质智能调节系统，处理器内写入了科学化的计算模型，根据每段行程的具体情况，计算出最优化的空气品质调节单元运行的参数，反馈指令并执行，实现车内空气品质的智能调节，保证车内CO2、PM2.5和有机气态污染物的浓度处于最佳水平。
（2）本发明中所涉及的一种车内空气品质智能调节系统，处理器采用物联网技术与无线控制终端相连，无线控制终端可以在一定范围内可实现车外遥控；可采用具有联网功能的手机、平板电脑、笔记本电脑等作为无线控制终端，安装的控制软件可在线显示空气品质调节单元运行状态以及车内外污染物浓度，并操控空气品质调节单元运行状态等，对于控制者来说，系统控制简单、快捷、可操作性强。
（3）本发明中所涉及的一种车内空气品质智能调节系统及其使用方法，系统具有自检模式，可以定期测定指定车辆内部气态有机污染物的挥发速率，帮助车主评估车内材料的污染挥发水平，同时，处理器可根据测定的数据，计算出该车辆对应的最佳控制参数。
附图说明
图1 车内空气品质智能调节系统示意图；
图2 车内空气品质智能调节系统流程图；
图中标号：1为车外CO2检测器、2为车外PM2.5检测器、3为车外甲醛检测器、4为车外苯检测器、5为车外TVOC检测器、6为车内CO2检测器、7为车内PM2.5检测器、8为车内甲醛检测器、9为车内苯检测器、10为车内TVOC检测器、11为车载空调、12为车载空气净化器、13为处理器、14为无线控制终端。
具体实施方式
下面通过实施例进一步说明本发明。
实施例1：应用环境：某品牌新车车内空气净化，车厢容积为3.62 m3，乘坐人数为2人。
该车配置的车内空气品质智能调节系统，包括空气品质检测单元、空气品质调节单元、数据处理控制单元。空气品质检测单元配置有车外CO2检测器1、车外PM2.5检测器2、车外甲醛检测器3、车外苯检测器4、车外TVOC检测器5、车内CO2检测器6、车内PM2.5检测器7、车内甲醛检测器8、车内苯检测器9、车内TVOC检测器10；空气品质调节单元包括车载空调11和车载空气净化器12；数据处理控制单元包括处理器13和无线控制终端14，处理器13和无线控制终端14通过物联网技术连接；车外CO2检测器1、车外PM2.5检测器2、车外甲醛检测器3、车外苯检测器4、车外TVOC检测器5、车内CO2检测器6、车内PM2.5检测器7、车内甲醛检测器8、车内苯检测器9、车内TVOC检测器10、车载空调11和车载空气净化器12分别与处理器13相连，将实时工作参数发送到处理器13。该系统配置两台车载空气净化器12，分别位于驾驶室仪表板上端和车厢后置物板上。
技术参数：无线控制终端14为用户手机，手机预装配套的控制软件，车载空调11的流量可调节范围为0~50m3/h，对PM2.5的净化效率为50%，车载空气净化器可调节流量范围为0~15 m3/h， 对PM2.5的净化效率为95%，对甲醛净化效率为85%，对苯的净化效率为80%，对TVOC净化效率为75%，写入处理器的人体呼吸流量为0.48 m3/h，呼出CO2浓度为4800 ppm。
开启系统电源，通过用户手机与处理器13联网，打开车门通风一定时间后，通过手机配套安装的控制软件，车外遥控开启自检模式，自检模式结束后，处理器13内写入当前车内的甲醛、苯和TVOC的挥发速率依次为；通过手机控制软件输入此次行程参数，包括：乘坐人数2人，车载空调11对PM2.5的净化效率50%、车载空气净化器12对PM2.5的净化效率95%、车载空气净化器12对甲醛的净化效率85%，对苯的净化效率80%，对TVOC净化效率75%。手机控制系统开始净化车内空气，通过车外气态污染物浓度检测器，对处理器13输入当前车外CO2、PM2.5、甲醛、苯、TVOC浓度。
通过处理器13内置的计算模型，可运算出对应的车载空调11运行风量，该计算模型如下：
若计算所得大于50 m3/h，系统将自动选用50 m3/h作为空调工作流量，若计算所得小于50 m3/h，系统将自动调节空调出门口气流量为。
通过处理器13内置的计算模型，可运算出PM2.5、甲醛、苯和TVOC分别对应的最佳车载空气净化器12运行风量，对于PM2.5，所述计算模型如下：
对于甲醛，苯和TVOC，计算模型为：
通过计算模型可运算出PM2.5、甲醛、苯和TVOC分别对应的最佳车载空气净化器运行风量，当这几种污染物对应的最大值大于15 m3/h时，选用15 m3/h作为工作流量，当该值为负值时，系统将关闭车载空气净化器，否则，选用最大作为车载空气净化器的工作流量。
Claims (4)
1.一种车内空气品质智能调节系统的使用方法，其特征在于，所述车内空气品质智能调节系统由空气品质检测单元、空气品质调节单元和数据处理控制单元组成，其中：空气品质检测单元包括车外污染物检测器和车内污染物检测器；所述车外污染物检测器由车外CO2检测器(1)、车外PM2.5检测器(2)、车外甲醛检测器(3)、车外苯检测器(4)和车外TVOC检测器(5)组成，所述车内污染物检测器由车内CO2检测器(6)、车内PM2.5检测器(7)、车内甲醛检测器(8)、车内苯检测器(9)和车内TVOC检测器(10)组成；空气品质调节单元包括车载空调(11)和车载空气净化器(12)；数据处理控制单元包括处理器(13)和无线控制终端(14)，所述处理器(13)和无线控制终端(14)通过物联网连接；所述车内污染物检测器、车外污染物检测器、车载空调(11)和空气净化器(12)分别与处理器(13)相连，并将实时工作参数发送到处理器(13)，经过计算，处理器(13)将控制参数指令反馈到车载空调(11)和车载空气净化器(12)，以调节车厢内空气品质；具体步骤为：
(1) 首先系统运行自检模式，所述自检模式为车内无人、车窗关闭、车载空调(11)开启内循环且车载空气净化器(12)关闭的状态，该模式可检测车内气态有机污染物的挥发速率，所述自检模式得到的参数记录到车内空气品质智能调节系统，并在下次运行时选择再次运行自检模式或者直接载入已记录数据；
(2) 每次行程开始前，控制者通过无线控制终端(14)输入行程参数，所述行程参数为乘坐人数n、车载空调对PM2.5的净化效率ηp1、车载空气净化器对PM2.5的净化效率ηp2、车载空气净化器对气态有机物的净化效率，其中：所述气态有机物包括甲醛、苯和TVOC，所述行程参数输入后选择存储，并在下次运行时直接加载；
(3) 所述处理器(13)预先建立计算模型，所述预先建立的计算模型分别为车内CO2浓度计算模型、车内PM2.5浓度计算模型、车内气态有机物浓度计算模型和车内气态有机物挥发速率计算模型，分别如下：
(3.1) 为满足车内CO2浓度满足要求，建立车内CO2浓度计算模型:
(a)
(3.2) 为满足车内PM2.5浓度满足要求，建立车内PM2.5浓度计算模型：
(b)
(3.3) 为满足车内气态有机物浓度满足要求，建立车内气态有机物浓度计算模型，其中所述气态有机物包括苯、甲醛和TVOC：
(c)
(3.4) 自检模式下，车内建立车内气态有机物浓度计算模型，其中所述气态有机物包括苯、甲醛和TVOC：
(d)
其中：
(ppm)、 ( ppm )、 (ppm)分别为车内CO2浓度、车外CO2浓度、人体呼出CO2浓度；
(m3)为车厢容积；
(m3/h)、 (m3/h)、 (m3/h)分别为车载空调气流量、人体呼吸流量、车载空气净化器流量；
为乘车人数；
(μg/m3)、 (μg/m3)分别为车内PM2.5浓度、车外PM2.5浓度；
、是车载空调过滤网PM2.5净化效率、车载空气净化器PM2.5净化效率；
(μg/m3)、 (μg/m3)分别为车内某一气态有机物j的浓度、车外j的浓度；
是车载空气净化器对某一气态有机物j净化效率；
(μg/h)是车内某一气态污染物j的挥发速率；
(4) 操作者手动选定系统运行净化模式，无线控制终端(14)自动将行程参数传输到处理器(13)，联合空气品质检测单元和空气品质调节单元输入的数据，计算出最优化的空气品质调节单元运行的参数，反馈指令并执行，实现车内空气品质的智能调节；具体为：
(4.1) 结合无线控制终端(14)输入的行程参数，处理器(13)结合计算模型，由公式(a)计算在=0 (=1000 ppm)对应的车载空调气流量，选用作为车载空调气流量，当该值大于空调最大风量时，采用空调最大风量作为运行风量；
(4.2) 将(4.1)中得出的车载空调(11)运行风量带入公式(b)，计算在=0 (=75 μg/m3)对应的车载空气净化器流量 (颗粒物) ；
(4.3) 将(4.1)中得出的车载空调(11)运行风量带入公式(c)，计算出每一种气态有机污染物在=0时，对应的车载空气净化器流量，其中，车内某一气态有机物j的浓度对应为国家标准(GB/T18883-2002)中污染物j的浓度限值；
(4.4) 取max[ (颗粒物)，]，当该值大于车载空气净化器(12)最大运行风量时，选用最大运行风量作为工作流量，当该值为负值时，系统将关闭车载空气净化器(12)，否则，选用计算结果中最大车载空气净化器流量作为车载空气净化器的工作流量。
2.根据权利要求1所述的一种车内空气品质智能调节系统的使用方法，其特征在于车外污染物检测器位于车内空调进气口前端，车内污染物检测器位于车厢内部，且可根据实际气态污染物类别，增加或者减少污染物浓度检测器。
3.根据权利要求1所述的一种车内空气品质智能调节系统的使用方法，其特征在于所选用车载空气净化器具有PM2.5和气态有机污染物净化单元，净化空气流量可调控，且可根据个人需要增加数量，每一车载空气净化器可单独设置为开启或关闭状态。
4.根据权利要求1所述的一种车内空气品质智能调节系统的使用方法，其特征在于所述无线控制终端(14)采用手机、平板电脑或笔记本电脑中任一种电子设备，相应的电子设备内装有控制软件，所述控制软件可操控空气品质调节单元运行状态、在线显示空气品质调节单元运行状态和在线显示车内外污染物浓度等。
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