论文部分内容阅读
摘要：本文主要对新能源汽车空调智能控制系统进行了设计，具体由系统的各检测模块向PLC反馈收集到的车内、外包括温度及空气质量在内的相关数据信息，由PLC对这些数据进行处理和逻辑判断，并据此通过驱动控制机构实现空调空气循环模式的转换及车内空气质量的改善，实现了对汽车空调循环系统的智能控制过程，在降低空调能耗的同时减轻驾驶人员的工作强度，进一步提升了驾驶过程的安全性。
关键词：空气循环模式;智能控制系统;实现路径
中图分类号：U463.85 文献标识码：A 文章编号：1674-957X（2021）16-0200-02
0 引言
作为保障汽车舒适性的有效手段空调系统是汽车发展过程中的重要构成，自诞生以来汽车空调已经历了多个发展阶段，虽然空调的整体智能化水平不断提高，但针对新能源汽车的空调智能循环控制方面的研究较少，手动控制仍然是现有车内外循环的主要切换模式。很多驾驶员在驾校学习驾驶技术时缺少对正确使用车内外循环模式的学习过程，导致日常驾驶过程时极易发生错误操作，进而造成空调制冷/热效果不佳、车内空气被污染、油耗增加等问题，为此如何设计并实现能够进行自动智能控制的空调循环系统以适应各种复杂条件研究成为领域内的一项研究重点。
1 汽车空调空气循环调节的影响
1.1 对汽车空调效能的影响
①空调处于制热状态下，在车外温度高于车内温度的情况下较佳的选择为直接在车内引入车外高温空气，从而能够在降低空调能耗的同时提高制热的效率，此时的车外循环工况的制热效果要优于车内循环工况下的制热效果;在车内温度高于车外温度的情况下则车内循环工况下的制热效果更好。②空调处于制冷状态下，车内循环工况的制冷效果在车外温度高于车内温度的情况下要优于车外循环工况的制冷效果，在车内温度高于车外温度的情况下则车外循环工况的制冷效果更佳。
1.2 对车内空气质量的影响
CO、CO2以及PM2.5的浓度是影响车内空气的主要因素，这3种物质超过一定浓度会影响到车内人员的健康甚至是生命，①CO浓度的影响，汽车尾气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对车内空气的影响情况作为一项主要控制内容。②CO2浓度的影响，除汽车尾气外，乘车人员呼出的气体中CO2的含量最大，视为车内主要污染物之一，一定浓度的CO2会刺激到人的呼吸中枢，导致胸闷气短、犯困、头痛等生理现象，本文按照相关标准设定车内空气中的二氧化碳含量最大允许含量为0.15%。③PM2.5浓度的影响，比PM10粒径更小的PM2.5含有较多的有毒有害物质、输送距离更远并且能在空气中长时间停留，对车内空气治理及人体健康产生的不利影响更大，颗粒越小对健康的危害越大，每增加10μg·m-3的PM2.5会使呼吸系统疾病概率增加1.43%，并且会增加心血管疾病死亡率。控制CO、CO2及PM2.5三种有害物质的原理基本相同，在车外有害物质浓度超过车内的情况下应通过车内循环工况的自动开启实现对车外有害物质的有效阻止，进而有效避免车内空气被污染;在车外有害物质浓度低于车内的情况下则需通过车外循环工况的自动开启实现车内有害物质的迅速排出及车外新鲜空气的引入，进而有效改善车内空气质量。在实际使用汽车过程中可能同时出现需调节控制温度及多种有害物质的情形，会导致各控制策略间产生冲突，本文在考虑各项控制策略综合制定的基础上设计了一种汽车智能空调循环控制系统。
2 新能源汽车空调智能控制系统的构建
2.1 系统的构成
随着人们对新能源汽车性能及乘坐舒适度的需求的不断提高，对新能源汽车的空调控制系统提出了更高的要求，在节能减排的大背景下，为实现对车内空气质量的有效控制过程，本文在对车内温度和空气质量受到汽车空调空气循环影响情况进行综合考虑的基础上，完成了一种智能空调循环控制系统的搭建，并建立起相应的智能控制策略。该智能空调循环控制系统主要由检测装置、处理器和执行装置构成，检测装置综合运用到了系统工作开关、车外及车内温度传感器、车内及车外的CO浓度和CO2浓度传感器，智能控制系统通过使用中央处理器實现对空调的自动控制功能，执行装置综合运用到了车内外循环控制切换开关、蜂鸣报警器、HMI显示屏、报警灯及相关指示灯。
2.2 空调智能控制过程的工作原理
本文所设计否汽车空调循环智能控制系统结构示意图如图1所示，控制原理为：系统在接通系统电源后开启，通过空调循环智能控制系统的开关及空调风量调节旋钮控制器完成对打开信号和风量调节旋钮信号的接收，并据此对空调智能循环控制系统的开启状态进行判定，然后系统据此执行相关工作指令，通过空调压缩机对开关状态进行控制，通过温度调节旋钮确定系统控制的目标值，在汽车中控台附近分别安装负责检测车内CO浓度、CO2浓度、PM2.5浓度以及温度的传感器，这些传感器会实时向空调循环控制系统的中央处理器实时传输检测到的车内温度信号、CO、CO2、PM2.5浓度信息;安装在汽车空调进气口处的传感器负责收集车外CO、CO2、PM2.5浓度信息及温度信号，然后传输至空调循环控制系统中央处理器，控制系统在空调处于制冷状态下通过空调压缩机控制开关打开，进入到该态下的控制模式;控制系统在空调处于制热或自然进风状态下，通过空调压缩机控制开关关闭，进入相应状态下的控制模式。 3 新能源汽车空调智能控制系统的实现
3.1 硬件组装
智能控制系统的功能通过使用PLC控制器实现，对车内外信号的采集与显示的模拟过程通过使用MCGS嵌入版触摸屏完成，汽车空调相关控制开关则借助其按钮和旋钮完成模拟，PLC能够简便高效连接传感器，再将PLC安装在实车上完成功能测试。包括汽车的点火、空调A/C及空调内外循环在内的开关通过模拟实验箱上的按钮对具体工作过程进行模拟，各传感器的工作状态则通过旋钮进行模拟，按钮、旋钮连接MCGS触摸显示屏，在显示屏上显示模拟的各种工况以便下一步调试，PLC以接收到的相关数据为依据按照预设程序完成分析和控制过程，实现对空调内外循环及车窗开关、报警装置的有效控制。该智能控制系统在工作时使用的是汽车电瓶的12V直流电源，针对220V交流电可通过使用DC-AC逆变电源完成到满足控制器单元供电需求的转换。
3.2 软件编程
通过STEP 7-MicroWIN S软件的使用完成控制系统的编程操作，具体工作流程如图2所示，由主程序1负责完成系统的初始化，主要对系统开关、传感器信号进行检查，在满足要求的情况下方可启动系统进入运行状态;多种信号优先级由主程序2完成判断，并据此对空调内外循环开关动作进行自动控制，在CO浓度超过预设标准时通过警报器发出报警提示并自动打开车窗。
3.3 合并调试及可扩展功能
在PLC上下载程序后在测试平台上完成测试过程，模拟夏季其余参数均处于正常范围时，车外温度及车内温度分别为29.1℃和46.6℃，此时控制系统能够自动开启空调并自动选择车外循环模式;模拟车辆在冬季的取暖状态其余环境参数处于正常范围时，车外温度为-2℃，车外CO浓度为4.1×106，随着车内温度逐渐升，车内CO浓度逐渐升至31.8×106，进入车内的CO浓度过高，此时控制系统能够完成空调内循环到外循环的自动转换以及强制开窗操作，并控制警报器发出鸣响提示车内成员。在实车上安装系统并测试，可同发动机ECU联网，控制系统在车内空气CO浓度过高时通过同ECU共享信号，通过ECU关闭发动机关闭从而停止排出尾气;在CO浓度达到800×106影响车内人作出报警求生动作时联接报警系统进行求助，并发送GPS信号。
4 结束语
本文针对新能源汽车主要通过使用PLC控制器完成了一种智能的空调循环控制系统的设计，由温度及空气质量检测模块完成车内外相关数据检测后向PLC传送，再由PLC完成对这些数据的包括逻辑判断在内的处理过程，并据此改变空调的空气循环模式，具体驱动相应控制机构完成，该控制系统在车内CO浓度超过安全阈值的情况下会进行强制开窗及报警操作，能够对质量不佳的车内空气进行自动调节，并在车内外温度差距较大时对车内外循环过程进行智能控制，减轻驾驶人员的工作强度，保障车内成员的身体健康，提升驾驶安全性能，从而有效降低新能源汽车的空调能耗，为节能减排及增加车辆续航里程提供堅实支撑，具有一定的市场应用前景。
参考文献：
[1]张秀乔，邱士哲，郝晓华，刘军.纯电动汽车空调系统控制电路与工作原理分析[J].汽车与驾驶维修（维修版），2019（01）：91-92.
[2]房友田.汽车空调系统的温度控制优化措施探析[J].科技创新与应用，2017（03）：108-109.
[3]丁鹏，王忠，葛如海，王莹，李庆莲.新能源汽车暖风分段制热控制系统[J].汽车安全与节能学报，2017（03）：303-309.
关键词：空气循环模式;智能控制系统;实现路径
中图分类号：U463.85 文献标识码：A 文章编号：1674-957X（2021）16-0200-02
0 引言
作为保障汽车舒适性的有效手段空调系统是汽车发展过程中的重要构成，自诞生以来汽车空调已经历了多个发展阶段，虽然空调的整体智能化水平不断提高，但针对新能源汽车的空调智能循环控制方面的研究较少，手动控制仍然是现有车内外循环的主要切换模式。很多驾驶员在驾校学习驾驶技术时缺少对正确使用车内外循环模式的学习过程，导致日常驾驶过程时极易发生错误操作，进而造成空调制冷/热效果不佳、车内空气被污染、油耗增加等问题，为此如何设计并实现能够进行自动智能控制的空调循环系统以适应各种复杂条件研究成为领域内的一项研究重点。
1 汽车空调空气循环调节的影响
1.1 对汽车空调效能的影响
①空调处于制热状态下，在车外温度高于车内温度的情况下较佳的选择为直接在车内引入车外高温空气，从而能够在降低空调能耗的同时提高制热的效率，此时的车外循环工况的制热效果要优于车内循环工况下的制热效果;在车内温度高于车外温度的情况下则车内循环工况下的制热效果更好。②空调处于制冷状态下，车内循环工况的制冷效果在车外温度高于车内温度的情况下要优于车外循环工况的制冷效果，在车内温度高于车外温度的情况下则车外循环工况的制冷效果更佳。
1.2 对车内空气质量的影响
CO、CO2以及PM2.5的浓度是影响车内空气的主要因素，这3种物质超过一定浓度会影响到车内人员的健康甚至是生命，①CO浓度的影响，汽车尾气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对车内空气的影响情况作为一项主要控制内容。②CO2浓度的影响，除汽车尾气外，乘车人员呼出的气体中CO2的含量最大，视为车内主要污染物之一，一定浓度的CO2会刺激到人的呼吸中枢，导致胸闷气短、犯困、头痛等生理现象，本文按照相关标准设定车内空气中的二氧化碳含量最大允许含量为0.15%。③PM2.5浓度的影响，比PM10粒径更小的PM2.5含有较多的有毒有害物质、输送距离更远并且能在空气中长时间停留，对车内空气治理及人体健康产生的不利影响更大，颗粒越小对健康的危害越大，每增加10μg·m-3的PM2.5会使呼吸系统疾病概率增加1.43%，并且会增加心血管疾病死亡率。控制CO、CO2及PM2.5三种有害物质的原理基本相同，在车外有害物质浓度超过车内的情况下应通过车内循环工况的自动开启实现对车外有害物质的有效阻止，进而有效避免车内空气被污染;在车外有害物质浓度低于车内的情况下则需通过车外循环工况的自动开启实现车内有害物质的迅速排出及车外新鲜空气的引入，进而有效改善车内空气质量。在实际使用汽车过程中可能同时出现需调节控制温度及多种有害物质的情形，会导致各控制策略间产生冲突，本文在考虑各项控制策略综合制定的基础上设计了一种汽车智能空调循环控制系统。
2 新能源汽车空调智能控制系统的构建
2.1 系统的构成
随着人们对新能源汽车性能及乘坐舒适度的需求的不断提高，对新能源汽车的空调控制系统提出了更高的要求，在节能减排的大背景下，为实现对车内空气质量的有效控制过程，本文在对车内温度和空气质量受到汽车空调空气循环影响情况进行综合考虑的基础上，完成了一种智能空调循环控制系统的搭建，并建立起相应的智能控制策略。该智能空调循环控制系统主要由检测装置、处理器和执行装置构成，检测装置综合运用到了系统工作开关、车外及车内温度传感器、车内及车外的CO浓度和CO2浓度传感器，智能控制系统通过使用中央处理器實现对空调的自动控制功能，执行装置综合运用到了车内外循环控制切换开关、蜂鸣报警器、HMI显示屏、报警灯及相关指示灯。
2.2 空调智能控制过程的工作原理
本文所设计否汽车空调循环智能控制系统结构示意图如图1所示，控制原理为：系统在接通系统电源后开启，通过空调循环智能控制系统的开关及空调风量调节旋钮控制器完成对打开信号和风量调节旋钮信号的接收，并据此对空调智能循环控制系统的开启状态进行判定，然后系统据此执行相关工作指令，通过空调压缩机对开关状态进行控制，通过温度调节旋钮确定系统控制的目标值，在汽车中控台附近分别安装负责检测车内CO浓度、CO2浓度、PM2.5浓度以及温度的传感器，这些传感器会实时向空调循环控制系统的中央处理器实时传输检测到的车内温度信号、CO、CO2、PM2.5浓度信息;安装在汽车空调进气口处的传感器负责收集车外CO、CO2、PM2.5浓度信息及温度信号，然后传输至空调循环控制系统中央处理器，控制系统在空调处于制冷状态下通过空调压缩机控制开关打开，进入到该态下的控制模式;控制系统在空调处于制热或自然进风状态下，通过空调压缩机控制开关关闭，进入相应状态下的控制模式。 3 新能源汽车空调智能控制系统的实现
3.1 硬件组装
智能控制系统的功能通过使用PLC控制器实现，对车内外信号的采集与显示的模拟过程通过使用MCGS嵌入版触摸屏完成，汽车空调相关控制开关则借助其按钮和旋钮完成模拟，PLC能够简便高效连接传感器，再将PLC安装在实车上完成功能测试。包括汽车的点火、空调A/C及空调内外循环在内的开关通过模拟实验箱上的按钮对具体工作过程进行模拟，各传感器的工作状态则通过旋钮进行模拟，按钮、旋钮连接MCGS触摸显示屏，在显示屏上显示模拟的各种工况以便下一步调试，PLC以接收到的相关数据为依据按照预设程序完成分析和控制过程，实现对空调内外循环及车窗开关、报警装置的有效控制。该智能控制系统在工作时使用的是汽车电瓶的12V直流电源，针对220V交流电可通过使用DC-AC逆变电源完成到满足控制器单元供电需求的转换。
3.2 软件编程
通过STEP 7-MicroWIN S软件的使用完成控制系统的编程操作，具体工作流程如图2所示，由主程序1负责完成系统的初始化，主要对系统开关、传感器信号进行检查，在满足要求的情况下方可启动系统进入运行状态;多种信号优先级由主程序2完成判断，并据此对空调内外循环开关动作进行自动控制，在CO浓度超过预设标准时通过警报器发出报警提示并自动打开车窗。
3.3 合并调试及可扩展功能
在PLC上下载程序后在测试平台上完成测试过程，模拟夏季其余参数均处于正常范围时，车外温度及车内温度分别为29.1℃和46.6℃，此时控制系统能够自动开启空调并自动选择车外循环模式;模拟车辆在冬季的取暖状态其余环境参数处于正常范围时，车外温度为-2℃，车外CO浓度为4.1×106，随着车内温度逐渐升，车内CO浓度逐渐升至31.8×106，进入车内的CO浓度过高，此时控制系统能够完成空调内循环到外循环的自动转换以及强制开窗操作，并控制警报器发出鸣响提示车内成员。在实车上安装系统并测试，可同发动机ECU联网，控制系统在车内空气CO浓度过高时通过同ECU共享信号，通过ECU关闭发动机关闭从而停止排出尾气;在CO浓度达到800×106影响车内人作出报警求生动作时联接报警系统进行求助，并发送GPS信号。
4 结束语
本文针对新能源汽车主要通过使用PLC控制器完成了一种智能的空调循环控制系统的设计，由温度及空气质量检测模块完成车内外相关数据检测后向PLC传送，再由PLC完成对这些数据的包括逻辑判断在内的处理过程，并据此改变空调的空气循环模式，具体驱动相应控制机构完成，该控制系统在车内CO浓度超过安全阈值的情况下会进行强制开窗及报警操作，能够对质量不佳的车内空气进行自动调节，并在车内外温度差距较大时对车内外循环过程进行智能控制，减轻驾驶人员的工作强度，保障车内成员的身体健康，提升驾驶安全性能，从而有效降低新能源汽车的空调能耗，为节能减排及增加车辆续航里程提供堅实支撑，具有一定的市场应用前景。
参考文献：
[1]张秀乔，邱士哲，郝晓华，刘军.纯电动汽车空调系统控制电路与工作原理分析[J].汽车与驾驶维修（维修版），2019（01）：91-92.
[2]房友田.汽车空调系统的温度控制优化措施探析[J].科技创新与应用，2017（03）：108-109.
[3]丁鹏，王忠，葛如海，王莹，李庆莲.新能源汽车暖风分段制热控制系统[J].汽车安全与节能学报，2017（03）：303-309.