新能源汽車空調(diào)智能控制系統(tǒng)設計

李蚩行

摘要：本文主要對新能源汽車空調(diào)智能控制系統(tǒng)進行了設計，具體由系統(tǒng)的各檢測模塊向PLC反饋收集到的車內(nèi)、外包括溫度及空氣質(zhì)量在內(nèi)的相關數(shù)據(jù)信息，由PLC對這些數(shù)據(jù)進行處理和邏輯判斷，并據(jù)此通過驅(qū)動控制機構(gòu)實現(xiàn)空調(diào)空氣循環(huán)模式的轉(zhuǎn)換及車內(nèi)空氣質(zhì)量的改善，實現(xiàn)了對汽車空調(diào)循環(huán)系統(tǒng)的智能控制過程，在降低空調(diào)能耗的同時減輕駕駛?cè)藛T的工作強度，進一步提升了駕駛過程的安全性。

關鍵詞：空氣循環(huán)模式;智能控制系統(tǒng);實現(xiàn)路徑

中圖分類號：U463.85? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）16-0200-02

0? 引言

作為保障汽車舒適性的有效手段空調(diào)系統(tǒng)是汽車發(fā)展過程中的重要構(gòu)成，自誕生以來汽車空調(diào)已經(jīng)歷了多個發(fā)展階段，雖然空調(diào)的整體智能化水平不斷提高，但針對新能源汽車的空調(diào)智能循環(huán)控制方面的研究較少，手動控制仍然是現(xiàn)有車內(nèi)外循環(huán)的主要切換模式。很多駕駛員在駕校學習駕駛技術時缺少對正確使用車內(nèi)外循環(huán)模式的學習過程，導致日常駕駛過程時極易發(fā)生錯誤操作，進而造成空調(diào)制冷/熱效果不佳、車內(nèi)空氣被污染、油耗增加等問題，為此如何設計并實現(xiàn)能夠進行自動智能控制的空調(diào)循環(huán)系統(tǒng)以適應各種復雜條件研究成為領域內(nèi)的一項研究重點。

1? 汽車空調(diào)空氣循環(huán)調(diào)節(jié)的影響

1.1 對汽車空調(diào)效能的影響

①空調(diào)處于制熱狀態(tài)下，在車外溫度高于車內(nèi)溫度的情況下較佳的選擇為直接在車內(nèi)引入車外高溫空氣，從而能夠在降低空調(diào)能耗的同時提高制熱的效率，此時的車外循環(huán)工況的制熱效果要優(yōu)于車內(nèi)循環(huán)工況下的制熱效果;在車內(nèi)溫度高于車外溫度的情況下則車內(nèi)循環(huán)工況下的制熱效果更好。②空調(diào)處于制冷狀態(tài)下，車內(nèi)循環(huán)工況的制冷效果在車外溫度高于車內(nèi)溫度的情況下要優(yōu)于車外循環(huán)工況的制冷效果，在車內(nèi)溫度高于車外溫度的情況下則車外循環(huán)工況的制冷效果更佳。

1.2 對車內(nèi)空氣質(zhì)量的影響

CO、CO2以及PM2.5的濃度是影響車內(nèi)空氣的主要因素，這3種物質(zhì)超過一定濃度會影響到車內(nèi)人員的健康甚至是生命，①CO濃度的影響，汽車尾氣排放物中的污染物主要包括CO2、CO、水蒸汽、SOX、NOX、PM和HC等，本文以CO對車內(nèi)空氣的影響情況作為一項主要控制內(nèi)容。②CO2濃度的影響，除汽車尾氣外，乘車人員呼出的氣體中CO2的含量最大，視為車內(nèi)主要污染物之一，一定濃度的CO2會刺激到人的呼吸中樞，導致胸悶氣短、犯困、頭痛等生理現(xiàn)象，本文按照相關標準設定車內(nèi)空氣中的二氧化碳含量最大允許含量為0.15%。③PM2.5濃度的影響，比PM10粒徑更小的PM2.5含有較多的有毒有害物質(zhì)、輸送距離更遠并且能在空氣中長時間停留，對車內(nèi)空氣治理及人體健康產(chǎn)生的不利影響更大，顆粒越小對健康的危害越大，每增加10μg·m-3的PM2.5會使呼吸系統(tǒng)疾病概率增加1.43%，并且會增加心血管疾病死亡率?？刂艭O、CO2及PM2.5三種有害物質(zhì)的原理基本相同，在車外有害物質(zhì)濃度超過車內(nèi)的情況下應通過車內(nèi)循環(huán)工況的自動開啟實現(xiàn)對車外有害物質(zhì)的有效阻止，進而有效避免車內(nèi)空氣被污染;在車外有害物質(zhì)濃度低于車內(nèi)的情況下則需通過車外循環(huán)工況的自動開啟實現(xiàn)車內(nèi)有害物質(zhì)的迅速排出及車外新鮮空氣的引入，進而有效改善車內(nèi)空氣質(zhì)量。在實際使用汽車過程中可能同時出現(xiàn)需調(diào)節(jié)控制溫度及多種有害物質(zhì)的情形，會導致各控制策略間產(chǎn)生沖突，本文在考慮各項控制策略綜合制定的基礎上設計了一種汽車智能空調(diào)循環(huán)控制系統(tǒng)。

2? 新能源汽車空調(diào)智能控制系統(tǒng)的構(gòu)建

2.1 系統(tǒng)的構(gòu)成

隨著人們對新能源汽車性能及乘坐舒適度的需求的不斷提高，對新能源汽車的空調(diào)控制系統(tǒng)提出了更高的要求，在節(jié)能減排的大背景下，為實現(xiàn)對車內(nèi)空氣質(zhì)量的有效控制過程，本文在對車內(nèi)溫度和空氣質(zhì)量受到汽車空調(diào)空氣循環(huán)影響情況進行綜合考慮的基礎上，完成了一種智能空調(diào)循環(huán)控制系統(tǒng)的搭建，并建立起相應的智能控制策略。該智能空調(diào)循環(huán)控制系統(tǒng)主要由檢測裝置、處理器和執(zhí)行裝置構(gòu)成，檢測裝置綜合運用到了系統(tǒng)工作開關、車外及車內(nèi)溫度傳感器、車內(nèi)及車外的CO濃度和CO2濃度傳感器，智能控制系統(tǒng)通過使用中央處理器實現(xiàn)對空調(diào)的自動控制功能，執(zhí)行裝置綜合運用到了車內(nèi)外循環(huán)控制切換開關、蜂鳴報警器、HMI顯示屏、報警燈及相關指示燈。

2.2 空調(diào)智能控制過程的工作原理

本文所設計否汽車空調(diào)循環(huán)智能控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，控制原理為：系統(tǒng)在接通系統(tǒng)電源后開啟，通過空調(diào)循環(huán)智能控制系統(tǒng)的開關及空調(diào)風量調(diào)節(jié)旋鈕控制器完成對打開信號和風量調(diào)節(jié)旋鈕信號的接收，并據(jù)此對空調(diào)智能循環(huán)控制系統(tǒng)的開啟狀態(tài)進行判定，然后系統(tǒng)據(jù)此執(zhí)行相關工作指令，通過空調(diào)壓縮機對開關狀態(tài)進行控制，通過溫度調(diào)節(jié)旋鈕確定系統(tǒng)控制的目標值，在汽車中控臺附近分別安裝負責檢測車內(nèi)CO濃度、CO2濃度、PM2.5濃度以及溫度的傳感器，這些傳感器會實時向空調(diào)循環(huán)控制系統(tǒng)的中央處理器實時傳輸檢測到的車內(nèi)溫度信號、CO、CO2、PM2.5濃度信息;安裝在汽車空調(diào)進氣口處的傳感器負責收集車外CO、CO2、PM2.5濃度信息及溫度信號，然后傳輸至空調(diào)循環(huán)控制系統(tǒng)中央處理器，控制系統(tǒng)在空調(diào)處于制冷狀態(tài)下通過空調(diào)壓縮機控制開關打開，進入到該態(tài)下的控制模式;控制系統(tǒng)在空調(diào)處于制熱或自然進風狀態(tài)下，通過空調(diào)壓縮機控制開關關閉，進入相應狀態(tài)下的控制模式。

3? 新能源汽車空調(diào)智能控制系統(tǒng)的實現(xiàn)

3.1 硬件組裝

智能控制系統(tǒng)的功能通過使用PLC控制器實現(xiàn)，對車內(nèi)外信號的采集與顯示的模擬過程通過使用MCGS嵌入版觸摸屏完成，汽車空調(diào)相關控制開關則借助其按鈕和旋鈕完成模擬，PLC能夠簡便高效連接傳感器，再將PLC安裝在實車上完成功能測試。包括汽車的點火、空調(diào)A/C及空調(diào)內(nèi)外循環(huán)在內(nèi)的開關通過模擬實驗箱上的按鈕對具體工作過程進行模擬，各傳感器的工作狀態(tài)則通過旋鈕進行模擬，按鈕、旋鈕連接MCGS觸摸顯示屏，在顯示屏上顯示模擬的各種工況以便下一步調(diào)試，PLC以接收到的相關數(shù)據(jù)為依據(jù)按照預設程序完成分析和控制過程，實現(xiàn)對空調(diào)內(nèi)外循環(huán)及車窗開關、報警裝置的有效控制。該智能控制系統(tǒng)在工作時使用的是汽車電瓶的12V直流電源，針對220V交流電可通過使用DC-AC逆變電源完成到滿足控制器單元供電需求的轉(zhuǎn)換。

3.2 軟件編程

通過STEP 7-MicroWIN S軟件的使用完成控制系統(tǒng)的編程操作，具體工作流程如圖2所示，由主程序1負責完成系統(tǒng)的初始化，主要對系統(tǒng)開關、傳感器信號進行檢查，在滿足要求的情況下方可啟動系統(tǒng)進入運行狀態(tài);多種信號優(yōu)先級由主程序2完成判斷，并據(jù)此對空調(diào)內(nèi)外循環(huán)開關動作進行自動控制，在CO濃度超過預設標準時通過警報器發(fā)出報警提示并自動打開車窗。

3.3 合并調(diào)試及可擴展功能

在PLC上下載程序后在測試平臺上完成測試過程，模擬夏季其余參數(shù)均處于正常范圍時，車外溫度及車內(nèi)溫度分別為29.1℃和46.6℃，此時控制系統(tǒng)能夠自動開啟空調(diào)并自動選擇車外循環(huán)模式;模擬車輛在冬季的取暖狀態(tài)其余環(huán)境參數(shù)處于正常范圍時，車外溫度為-2℃，車外CO濃度為4.1×106，隨著車內(nèi)溫度逐漸升，車內(nèi)CO濃度逐漸升至31.8×106，進入車內(nèi)的CO濃度過高，此時控制系統(tǒng)能夠完成空調(diào)內(nèi)循環(huán)到外循環(huán)的自動轉(zhuǎn)換以及強制開窗操作，并控制警報器發(fā)出鳴響提示車內(nèi)成員。在實車上安裝系統(tǒng)并測試，可同發(fā)動機ECU聯(lián)網(wǎng)，控制系統(tǒng)在車內(nèi)空氣CO濃度過高時通過同ECU共享信號，通過ECU關閉發(fā)動機關閉從而停止排出尾氣;在CO濃度達到800×106影響車內(nèi)人作出報警求生動作時聯(lián)接報警系統(tǒng)進行求助，并發(fā)送GPS信號。

4? 結(jié)束語

本文針對新能源汽車主要通過使用PLC控制器完成了一種智能的空調(diào)循環(huán)控制系統(tǒng)的設計，由溫度及空氣質(zhì)量檢測模塊完成車內(nèi)外相關數(shù)據(jù)檢測后向PLC傳送，再由PLC完成對這些數(shù)據(jù)的包括邏輯判斷在內(nèi)的處理過程，并據(jù)此改變空調(diào)的空氣循環(huán)模式，具體驅(qū)動相應控制機構(gòu)完成，該控制系統(tǒng)在車內(nèi)CO濃度超過安全閾值的情況下會進行強制開窗及報警操作，能夠?qū)|(zhì)量不佳的車內(nèi)空氣進行自動調(diào)節(jié)，并在車內(nèi)外溫度差距較大時對車內(nèi)外循環(huán)過程進行智能控制，減輕駕駛?cè)藛T的工作強度，保障車內(nèi)成員的身體健康，提升駕駛安全性能，從而有效降低新能源汽車的空調(diào)能耗，為節(jié)能減排及增加車輛續(xù)航里程提供堅實支撐，具有一定的市場應用前景。

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