CN105329069B - 基于空气质量评估的汽车乘客舱空气调节装置及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于空气质量评估的汽车乘客舱空气调节装置及其方法，该系统包括：温度传感器，气体质量检测器，湿度传感器，空气净化器，鼓风机，电动阀，微处理器(MCU)。温度传感器、湿度传感器和气体质量检测器实时监测车厢内外的空气温度、湿度和质量，并将信号变送给MCU，MCU则根据收集到的信号和内部已设定的规则控制电控三通阀、鼓风机和电动阀，从而切换空气循环模式或空气流动的通道。该系统最大可以化利用外部环境来辅助维持车厢内适宜的空气温湿度和良好的空气质量，用除湿器来有效降低车厢内空气湿度，利用空气净化器来改善恶劣环境下车厢内空气质量，并防止车厢内空气质量恶化而威胁乘客生命安全。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于空气质量评估的汽车乘客舱空气调节装置机器达到，是一种用于解决外界空气质量变化巨大(如在市区中行驶)时车辆的车厢内空气质量恶化问题的装置。
背景技术
汽车空调系统分为内循环和外循环空气循环模式。目前，人们普遍认为内循环，由于没有外部环境空气参与，有制冷(制热)快的优点和不利于车内空气更新的缺点。外循环，由于外部环境空气参与，有保持车内空气新鲜的优点和制冷(制热)速度慢的缺点。现有技术中内外循环的控制也是根据以上优缺点进行设计的。然而随着城市交通和汽车技术的发展，内外循环的优缺点不再是一尘不变，而是随车辆所处环境和使用工况变化的。例如，在交通拥堵时，车外空气质量往往是比车内的更加糟糕，如果此时开启外循环则会使得车内空气质量进一步恶化，正确的应对方法应是开启循环并添加空气净化净化装置，从而改善车内空气质量。
目前，汽车空调系统内外循环依然是手动或者是半自动切换，并不是根据车厢内外的具体空气状态进行切换，这就造成了车辆在许多具体的使用条件下错误的开启空调系统内循环或者外循环，造成车厢内空气质量恶化。例如有些汽车开启制冷或者制热循环时，为了保证车内空气新鲜，每隔一段时间会开启空调外循环模式一会儿，但如果此时为堵车路况，外界空气质量会差于车厢内，开启外循环不但不会改善车厢内空气质量反而会使之恶化。
智能化是汽车电控技术发展的重要方向，也是解决汽车空调系统上述问题的重要方法，以适应多变的车辆使用环境和满足用户的使用体验。
发明内容
本发明的目的在于克服上述传统汽车空调系统内外循环控制的缺陷，提供一种基于空气质量评估的汽车乘客舱空气调节装置及其方法，实时监测车厢内外空气温湿度和空气质量，实现汽车空调系统内外循环模式或空气循环通道的智能切换。
一种基于空气质量评估的汽车乘客舱空气调节装置包括传感器、空气质量监测器、微处理器、执行器；
传感器检测车厢内外空气温度、湿度，空气质量监测器检测空气质量，微处理器根据收集的传感器及空气质量监测器的信号，并依据设定的控制方法控制执行器。
另一种基于空气质量评估的汽车乘客舱空气调节装置包括：
一个入口电动阀，由微处理器控制，安装在空气入口管路作为外界空气进口的开关；
一个除湿器旁通电动阀，由微处理器控制，安装于除湿器旁通路作为除湿器的开关；
环境空气质量监测器，监测车厢外空气中的二氧化碳、一氧化碳、二氧化氮、一氧化氮、颗粒物浓度并将信号变送传递给微处理器处理；
车厢空气质量监测器，监测车厢内空气中的二氧化碳、二氧化硫、一氧化碳、氮氧化物、颗粒物浓度并将信号变送传递给微处理器处理；
一个除湿器，用于降低空气湿度；
一个空气净化器，用于降低一氧化碳、二氧化硫、氮氧化物和颗粒物的浓度；
车厢温度传感器和环境温度传感器，分别安装在车厢内外，监测空气温度并将信号变送传递给微处理器处理；
一个湿度传感器，检测空气湿度并将信号变送传递给微处理器处理；
一个电控三通阀，由微处理器控制；
一个鼓风机，由微处理器控制，为空气循环流动提供动力，并且在其关机时空气可以自由通过；
一个微处理器，用于收集各传感器和监测器信号，处理信号，控制入口电动阀、除湿器旁通电动阀、电控三通阀和鼓风机。
所述的入口电动阀、车厢外温度传感器、环境空气质量监测器通过管路顺次相连，环境空气质量监测器分别与除湿器旁通电动阀的一端、除湿器的入口和第一单向阀的出口相连，鼓风机入口分别与除湿器旁通电动阀的另一端、除湿器的出口相连，鼓风机出口与电控三通阀入口相连，电控三通阀一个出口通过支路1与车厢相连，另一个出口通过支路2、空气净化器后与车厢相连，车厢与第一单向阀的入口相连，车厢内安装有车厢空气质量监测器、车厢内温度传感器、湿度传感器，车厢通过第二单向阀与外界环境相连，微处理器分别与入口电动阀、除湿器旁通电动阀、环境空气质量监测器、车厢空气质量监测器、车厢外温度传感器、车厢内温度传感器、湿度传感器、空气净化器、除湿器、电控三通阀、鼓风机相连。
所述汽车乘客舱空气调节装置的控制方法是：
1)打开除湿器旁通电动阀；
2)如果车厢内空气二氧化碳浓度大于5％或一氧化碳浓度大于0.05％或空气污染指数大于300，则开启入口电动阀，调整电控三通阀使其关闭支路1打开支路2，开启鼓风机后重复步骤2)，否则进行步骤3)；
3)如果Tatm＞Tcarriage＞To或To＞Tcarriage＞Tatm，其中Tatm为环境温度、Tcarriage为车厢温度、To为设定温度，则进行步骤4)，否则进行步骤5)；
4)如果车厢内空气一氧化碳浓度大于0.01％或污染指数大于200，则关闭入口电动阀，调整电控三通阀使其关闭支路1打开支路2，并开启鼓风机后进行步骤7)，否则关闭入口电动阀，调整电控三通阀使其关闭支路2打开支路1，开启鼓风机后进行步骤7)；
5)如果车外空气污染指数和一氧化碳浓度均小于车内空气，则开启入口电动阀，调整电控三通阀使其关闭支路2打开支路1，并进行步骤6)，否则开启入口电动阀，调整电控三通阀使其关闭支路1打开支路2，并进行步骤6)；
6)如果车速大于40km/h，则关闭鼓风机进行步骤7)，否则开启鼓风机后进行步骤7)；
7)如果相对湿度大于70％，则关闭除湿器旁通电动阀，开启除湿器重复步骤2)，否则开启除湿器旁通电动阀，开启除湿器后重复步骤2)。
本发明的空气流动分为以下四个通道：
第一通道：“车外环境”→“车厢”→“车外环境”；
第二通道：“车外环境”→“空气净化器”→“车厢”→“车外环境”；
第三通道：“车厢”→“内循环管路”→“车厢”；
第四通道：“车厢”→“内循环管路”→“空气净化器”→“车厢”；
其中第一、二通道为外循环模式，第三、四通道为内循环模式。
本发明的控制原则如下：
原则1，如果车厢内空气二氧化碳浓度大于5％或一氧化碳浓度大于0.05％或空气污染指数大于300，为保证乘客的生命安全则强制开启第二通道并开启鼓风机。
原则2，设环境温度为Tatm、车厢温度为Tcarriage和设定温度为To，判断三者的大小关系。如果Tatm＞Tcarriage＞To或To＞Tcarriage＞Tatm，此时引入外界空气不利于车厢内空气的制冷或制热，应开启内循环模式，否则开启外循环模式；不得违反原则1。
原则3，如果吹入车厢内空气一氧化碳浓度大于0.01％或污染指数大于200，则其必须流经空气净化器，净化后再吹入车厢；不得违反原则1。
原则4，如果打开第一、二通道时车速小于40km/h，此时车厢内空气无法充分流动起来，则开启鼓风机，增大空气流量；不得违反原则1。
原则5，如果车厢内空气湿度大于70％，则其必须流经除湿器，降低湿度后在吹入车厢；不得违反原则1。
以上所述系统利用分别安装在车厢内外的温度传感器、湿度传感器和气体质量检测器实时监测车厢内外的空气温度、湿度和质量，并将信号变送给MCU，MCU则根据收集到的信号和内部已设定的规则控制电控三通阀、鼓风机和电动阀，从而切换空气循环模式或空气流动的通道，最大化利用外部环境来辅助维持车厢内适宜的空气温湿度和良好的空气质量，用除湿器来有效降低车厢内空气湿度，利用空气净化器来改善恶劣环境下车厢内空气质量，并防止车厢内空气质量恶化而威胁乘客生命安全。
附图说明
图1是基于空气质量评估的汽车乘客舱空气调节装置的硬件布置示意图；
图2是基于空气质量评估的汽车乘客舱空气调节装置控制逻辑框图；
图中，1.入口电动阀，2.环境温度传感器，3.环境空气质量检测器，4.除湿器旁通电动阀，5.MCU，6.车厢空气质量检测器，7.车厢温度传感器，8.湿度传感器，10.空气净化器，9.第二单向阀，11.第一单向阀，12.电控三通阀，13.鼓风机，14.除湿器。
具体实施方式
如图1所示，一种基于空气质量评估的汽车乘客舱空气调节装置包括传感器、空气质量监测器、微处理器、执行器；
传感器检测车厢内外空气温度、湿度，空气质量监测器检测空气质量，微处理器根据收集的传感器及空气质量监测器的信号，并依据设定的控制方法控制执行器。
根据本发明的一个实施例，基于空气质量评估的汽车乘客舱空气调节装置包括：
一个入口电动阀1，由微处理器(MCU)5控制，安装在空气入口管路作为外界空气进口的开关；
一个除湿器旁通电动阀4，由微处理器5控制，安装于除湿器旁通路作为除湿器14的开关；
环境空气质量监测器3，监测车厢外空气中的二氧化碳、一氧化碳、二氧化氮、一氧化氮、颗粒物浓度并将信号变送传递给微处理器处理；
车厢空气质量监测器6，监测车厢内空气中的二氧化碳、二氧化硫、一氧化碳、氮氧化物、颗粒物浓度并将信号变送传递给微处理器处理；
一个除湿器14，用于降低空气湿度；
一个空气净化器10，用于降低一氧化碳、二氧化硫、氮氧化物和颗粒物的浓度；
车厢温度传感器7和环境温度传感器2，分别安装在车厢内外，监测空气温度并将信号变送传递给微处理器处理；
一个湿度传感器8，检测空气湿度并将信号变送传递给微处理器处理；
一个电控三通阀12，由微处理器控制；
一个鼓风机13，由微处理器控制，为空气循环流动提供动力，并且在其关机时空气可以自由通过；
一个微处理器5，用于收集各传感器和监测器信号，处理信号，控制入口电动阀、除湿器旁通电动阀、电控三通阀和鼓风机。
所述的入口电动阀、车厢外温度传感器、环境空气质量监测器通过管路顺次相连，环境空气质量监测器分别与除湿器旁通电动阀的一端、除湿器的入口和第一单向阀的出口相连，鼓风机入口分别与除湿器旁通电动阀的另一端、除湿器的出口相连，鼓风机出口与电控三通阀入口相连，电控三通阀一个出口通过支路1与车厢相连，另一个出口通过支路2、空气净化器后与车厢相连，车厢与第一单向阀的入口相连，车厢内安装有车厢空气质量监测器、车厢内温度传感器、湿度传感器，车厢通过第二单向阀与外界环境相连，微处理器分别与入口电动阀、除湿器旁通电动阀、环境空气质量监测器、车厢空气质量监测器、车厢外温度传感器、车厢内温度传感器、湿度传感器、空气净化器、除湿器、电控三通阀、鼓风机相连。
本发明的空气流动分为以下四个通道：
第一通道：“车外环境”→“车厢”→“车外环境”；
第二通道：“车外环境”→“空气净化器”→“车厢”→“车外环境”；
第三通道：“车厢”→“内循环管路”→“车厢”；
第四通道：“车厢”→“内循环管路”→“空气净化器”→“车厢”；
其中第一、二通道为外循环模式，第三、四通道为内循环模式。
基于空气质量评估的汽车乘客舱空气调节装置各通道开启方法：
MCU控制入口电动阀1开启并且电控三通阀12开启支路1的出口，此时空气依次流经“车外环境”、“电动阀”、“电控三通阀”、“支路1”、“车厢”、“车外环境”，第一通道开启；
MCU控制入口电动阀1开启并且电控三通阀12开启支路2的出口，此时空气依次流经“车外环境”、“电动阀”、“电控三通阀”、“支路2”、“空气净化器”、“车厢”、“车外环境”，第二通道开启；
MCU控制入口电动阀1关闭并且电控三通阀12开启支路1的出口，此时空气依次流经“车厢”、“鼓风机”、“电控三通阀”、“支路1”、“车厢”，第三通道开启；
MCU控制入口电动阀1关闭并且电控三通阀12开启支路2的出口，此时空气依次流经“车厢”、“鼓风机”、“电控三通阀”、“支路2”、“空气净化器”、“车厢”，第四通道开启；
环境温度传感器2，环境空气质量检测器3，车厢空气质量检测器6，车厢温度传感器7，湿度传感器8将车厢内外的环境条件转化为微处理器4可以处理的信号；
微处理器5接收环境温度传感器2，车厢温度传感器7变送来的信号；
微处理器5接收环境空气质量检测器3，车厢空气质量检测器6变送来的信号，得到车厢内外空气的二氧化碳、一氧化碳、二氧化硫、氮氧化物、颗粒物浓度，并计算得出空气污染指数(API)，空气污染指数计算公式参考百度百科。
微处理器5接收车辆ECU获得车速信号；
微处理器5接收湿度传感器8传递来的湿度信号。
如图2所示系统控制逻辑如下：
所述汽车乘客舱空气调节装置的控制方法是：
1)打开除湿器旁通电动阀4；
2)如果车厢内空气二氧化碳浓度大于5％或一氧化碳浓度大于0.05％或空气污染指数大于300，则开启入口电动阀1，调整电控三通阀12使其关闭支路1打开支路2，开启鼓风机13后重复步骤2)，否则进行步骤3)；
3)如果Tatm＞Tcarriage＞To或To＞Tcarriage＞Tatm，其中Tatm为环境温度、Tcarriage为车厢温度、To为设定温度，则进行步骤4)，否则进行步骤5)；
4)如果车厢内空气一氧化碳浓度大于0.01％或污染指数大于200，则关闭入口电动阀1，调整电控三通阀12使其关闭支路1打开支路2，并开启鼓风机13后进行步骤7)，否则关闭入口电动阀1，调整电控三通阀12使其关闭支路2打开支路1，开启鼓风机13后进行步骤7)；
5)如果车外空气污染指数和一氧化碳浓度均小于车内空气，则开启入口电动阀1，调整电控三通阀12使其关闭支路2打开支路1，并进行步骤6)，否则开启入口电动阀1，调整电控三通阀12使其关闭支路1打开支路2，并进行步骤6)；
6)如果车速大于40km/h，则关闭鼓风机13进行步骤7)，否则开启鼓风机13后进行步骤7)；
7)如果相对湿度大于70％，则关闭除湿器旁通电动阀，开启除湿器重复步骤2)，否则开启除湿器旁通电动阀，开启除湿器后重复步骤2)。
Claims (2)
1.一种基于空气质量评估的汽车乘客舱空气调节装置，其特征在于包括：
一个入口电动阀，由微处理器控制，安装在空气入口管路作为外界空气进口的开关；
一个除湿器旁通电动阀，由微处理器控制，安装于除湿器旁通路作为除湿器的开关；
环境空气质量监测器，监测车厢外空气中的二氧化碳、一氧化碳、二氧化氮、一氧化氮、颗粒物浓度并将信号变送传递给微处理器处理；
车厢空气质量监测器，监测车厢内空气中的二氧化碳、二氧化硫、一氧化碳、氮氧化物、颗粒物浓度并将信号变送传递给微处理器处理；
一个除湿器，用于降低空气湿度；
一个空气净化器，用于降低一氧化碳、二氧化硫、氮氧化物和颗粒物的浓度；
车厢温度传感器和环境温度传感器，分别安装在车厢内外，监测空气温度并将信号变送传递给微处理器处理；
一个湿度传感器，检测空气湿度并将信号变送传递给微处理器处理；
一个电控三通阀，由微处理器控制；
一个鼓风机，由微处理器控制，为空气循环流动提供动力，并且在其关机时空气可以自由通过；
一个微处理器，用于收集各传感器和监测器信号，处理信号，控制入口电动阀、除湿器旁通电动阀、电控三通阀和鼓风机;
所述的入口电动阀、环境温度传感器、环境空气质量监测器通过管路顺次相连，环境空气质量监测器分别与除湿器旁通电动阀的一端、除湿器的入口和第一单向阀的出口相连，鼓风机入口分别与除湿器旁通电动阀的另一端、除湿器的出口相连，鼓风机出口与电控三通阀入口相连，电控三通阀一个出口通过支路1与车厢相连，另一个出口通过支路2、空气净化器后与车厢相连，车厢与第一单向阀的入口相连，车厢内安装有车厢空气质量监测器、车厢温度传感器、湿度传感器，车厢通过第二单向阀与外界环境相连，微处理器分别与入口电动阀、除湿器旁通电动阀、环境空气质量监测器、车厢空气质量监测器、环境温度传感器、车厢温度传感器、湿度传感器、空气净化器、除湿器、电控三通阀、鼓风机相连。
2.一种如权利要求1所述汽车乘客舱空气调节装置的控制方法，其特征在于：
1）打开除湿器旁通电动阀；
2）如果车厢内空气二氧化碳浓度大于5%或一氧化碳浓度大于0.05%或空气污染指数大于300，则开启入口电动阀，调整电控三通阀使其关闭支路1打开支路2，开启鼓风机后重复步骤2），否则进行步骤3）；
3）如果T atm＞T carriage＞T o或T o＞T carriage＞T atm，其中T atm为环境温度、T carriage为车厢温度、T o为设定温度，则进行步骤4），否则进行步骤5）；
4）如果车厢内空气一氧化碳浓度大于0.01%或污染指数大于200，则关闭入口电动阀，调整电控三通阀使其关闭支路1打开支路2，并开启鼓风机后进行步骤7），否则关闭入口电动阀，调整电控三通阀使其关闭支路2打开支路1，开启鼓风机后进行步骤7）；
5）如果车外空气污染指数和一氧化碳浓度均小于车内空气，则开启入口电动阀，调整电控三通阀使其关闭支路2打开支路1，并进行步骤6），否则开启入口电动阀，调整电控三通阀使其关闭支路1打开支路2，并进行步骤6）；
6）如果车速大于40km/h，则关闭鼓风机进行步骤7），否则开启鼓风机后进行步骤7）；
7）如果相对湿度大于70%，则关闭除湿器旁通电动阀，打开除湿器重复步骤2），否则开启除湿器旁通电动阀，关闭除湿器后重复步骤2）。
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