摘要：本文主要對(duì)新能源汽車空調(diào)智能控制系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，具體由系統(tǒng)的各檢測(cè)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(guān)數(shù)據(jù)信息，由PLC對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和邏輯判斷，并據(jù)此通過驅(qū)動(dòng)控制機(jī)構(gòu)實(shí)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(shí)現(xiàn)了對(duì)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(shí)減輕駕駛?cè)藛T的工作強(qiáng)度，進(jìn)一步提升了駕駛過程的安全性。

關(guān)鍵詞：空氣循環(huán)模式；智能控制系統(tǒng)；實(shí)現(xiàn)路徑

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(gè)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(duì)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(dòng)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(xué)習(xí)駕駛技術(shù)時(shí)缺少對(duì)正確使用車內(nèi)外循環(huán)模式的學(xué)習(xí)過程，導(dǎo)致日常駕駛過程時(shí)極易發(fā)生錯(cuò)誤操作，進(jìn)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(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)能夠進(jìn)行自動(dòng)智能控制的空調(diào)循環(huán)系統(tǒng)以適應(yīng)各種復(fù)雜條件研究成為領(lǐng)域內(nèi)的一項(xiàng)研究重點(diǎn)。

1汽車空調(diào)空氣循環(huán)調(diào)節(jié)的影響

1.1對(duì)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(shí)提高制熱的效率，此時(shí)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(duì)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(huì)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(duì)車內(nèi)空氣的影響情況作為一項(xiàng)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(huì)刺激到人的呼吸中樞，導(dǎo)致胸悶氣短、犯困、頭痛等生理現(xiàn)象，本文按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)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(yuǎn)并且能在空氣中長(zhǎng)時(shí)間停留，對(duì)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(duì)健康的危害越大，每增加10μg·m-3的PM2.5會(huì)使呼吸系統(tǒng)疾病概率增加1.43%，并且會(huì)增加心血管疾病死亡率。控制CO、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(yīng)通過車內(nèi)循環(huán)工況的自動(dòng)開啟實(shí)現(xiàn)對(duì)車外有害物質(zhì)的有效阻止，進(jìn)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(dòng)開啟實(shí)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(jìn)而有效改善車內(nèi)空氣質(zhì)量。在實(shí)際使用汽車過程中可能同時(shí)出現(xiàn)需調(diào)節(jié)控制溫度及多種有害物質(zhì)的情形，會(huì)導(dǎo)致各控制策略間產(chǎn)生沖突，本文在考慮各項(xiàng)控制策略綜合制定的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)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(duì)新能源汽車性能及乘坐舒適度的需求的不斷提高，對(duì)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(shí)現(xiàn)對(duì)車內(nèi)空氣質(zhì)量的有效控制過程，本文在對(duì)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(jìn)行綜合考慮的基礎(chǔ)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(yīng)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(cè)裝置、處理器和執(zhí)行裝置構(gòu)成，檢測(cè)裝置綜合運(yùn)用到了系統(tǒng)工作開關(guān)、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(shí)現(xiàn)對(duì)空調(diào)的自動(dòng)控制功能，執(zhí)行裝置綜合運(yùn)用到了車內(nèi)外循環(huán)控制切換開關(guān)、蜂鳴報(bào)警器、HMI顯示屏、報(bào)警燈及相關(guān)指示燈。

2.2空調(diào)智能控制過程的工作原理

本文所設(shè)計(jì)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(guān)及空調(diào)風(fēng)量調(diào)節(jié)旋鈕控制器完成對(duì)打開信號(hào)和風(fēng)量調(diào)節(jié)旋鈕信號(hào)的接收，并據(jù)此對(duì)空調(diào)智能循環(huán)控制系統(tǒng)的開啟狀態(tài)進(jìn)行判定，然后系統(tǒng)據(jù)此執(zhí)行相關(guān)工作指令，通過空調(diào)壓縮機(jī)對(duì)開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行控制，通過溫度調(diào)節(jié)旋鈕確定系統(tǒng)控制的目標(biāo)值，在汽車中控臺(tái)附近分別安裝負(fù)責(zé)檢測(cè)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(huì)實(shí)時(shí)向空調(diào)循環(huán)控制系統(tǒng)的中央處理器實(shí)時(shí)傳輸檢測(cè)到的車內(nèi)溫度信號(hào)、CO、CO2、PM2.5濃度信息；安裝在汽車空調(diào)進(jìn)氣口處的傳感器負(fù)責(zé)收集車外CO、CO2、PM2.5濃度信息及溫度信號(hào)，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(jī)控制開關(guān)打開，進(jìn)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(jìn)風(fēng)狀態(tài)下，通過空調(diào)壓縮機(jī)控制開關(guān)關(guān)閉，進(jìn)入相應(yīng)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(shí)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(shí)現(xiàn)，對(duì)車內(nèi)外信號(hào)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(guān)控制開關(guān)則借助其按鈕和旋鈕完成模擬，PLC能夠簡(jiǎn)便高效連接傳感器，再將PLC安裝在實(shí)車上完成功能測(cè)試。包括汽車的點(diǎn)火、空調(diào)A/C及空調(diào)內(nèi)外循環(huán)在內(nèi)的開關(guān)通過模擬實(shí)驗(yàn)箱上的按鈕對(duì)具體工作過程進(jìn)行模擬，各傳感器的工作狀態(tài)則通過旋鈕進(jìn)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(guān)數(shù)據(jù)為依據(jù)按照預(yù)設(shè)程序完成分析和控制過程，實(shí)現(xiàn)對(duì)空調(diào)內(nèi)外循環(huán)及車窗開關(guān)、報(bào)警裝置的有效控制。該智能控制系統(tǒng)在工作時(shí)使用的是汽車電瓶的12V直流電源，針對(duì)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STEP7-MicroWINS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(fù)責(zé)完成系統(tǒng)的初始化，主要對(duì)系統(tǒng)開關(guān)、傳感器信號(hào)進(jìn)行檢查，在滿足要求的情況下方可啟動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)；多種信號(hào)優(yōu)先級(jí)由主程序2完成判斷，并據(jù)此對(duì)空調(diào)內(nèi)外循環(huán)開關(guān)動(dòng)作進(jìn)行自動(dòng)控制，在CO濃度超過預(yù)設(shè)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)通過警報(bào)器發(fā)出報(bào)警提示并自動(dòng)打開車窗。

3.3合并調(diào)試及可擴(kuò)展功能

在PLC上下載程序后在測(cè)試平臺(tái)上完成測(cè)試過程，模擬夏季其余參數(shù)均處于正常范圍時(shí)，車外溫度及車內(nèi)溫度分別為29.1℃和46.6℃，此時(shí)控制系統(tǒng)能夠自動(dòng)開啟空調(diào)并自動(dòng)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(shí)，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(jìn)入車內(nèi)的CO濃度過高，此時(shí)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(dòng)轉(zhuǎn)換以及強(qiáng)制開窗操作，并控制警報(bào)器發(fā)出鳴響提示車內(nèi)成員。在實(shí)車上安裝系統(tǒng)并測(cè)試，可同發(fā)動(dòng)機(jī)ECU聯(lián)網(wǎng)，控制系統(tǒng)在車內(nèi)空氣CO濃度過高時(shí)通過同ECU共享信號(hào)，通過ECU關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉從而停止排出尾氣；在CO濃度達(dá)到800×106影響車內(nèi)人作出報(bào)警求生動(dòng)作時(shí)聯(lián)接報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)行求助，并發(fā)送GPS信號(hào)。

4結(jié)束語

本文針對(duì)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(shè)計(jì)，由溫度及空氣質(zhì)量檢測(cè)模塊完成車內(nèi)外相關(guān)數(shù)據(jù)檢測(cè)后向PLC傳送，再由PLC完成對(duì)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(dòng)相應(yīng)控制機(jī)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(huì)進(jìn)行強(qiáng)制開窗及報(bào)警操作，能夠?qū)�質(zhì)量不佳的車內(nèi)空氣進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，并在車內(nèi)外溫度差距較大時(shí)對(duì)車內(nèi)外循環(huán)過程進(jìn)行智能控制，減輕駕駛?cè)藛T的工作強(qiáng)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(jiān)實(shí)支撐，具有一定的市場(chǎng)應(yīng)用前景。

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