汽车主动通风系统设计与应用

彭勇

摘 要：基于单片机和控制电路技术，阐述了一种汽车主动通风系统的工作原理，并绘制出电路图。经过实际检验，该系统有利于汽车降温通风，提高驾乘舒适性，起到环保节能、减少汽车排放的作用。

关键词：主动通风;无级调速;温度控制

中图分类号：G469.7;U463.85 文献标识码：A 收稿日期：2019-03-10 文章编号：1674-120X（2019）17-0109-02

随着经济的快速发展，汽车作为现代生活标志之一，也逐渐进入了千家万户，成为日常代步工具。然而，很多城市因早期规划问题和没有考虑到汽车的增长速度导致相关配套地下停车场不齐全，炎炎夏日，人们出外办事、从事社交等商务活动时一般将汽车停在路边或露天停车场，汽车在烈日的暴晒下驾驶室内热量逐步聚集，车厢内温度越来越高，而相对湿度越来越低。当驾驶员回来打开车门，车厢内聚集的热气立刻迎面而来，让人无法忍受。根据相关研究与我们实测，在室外温度约为35℃时，汽车在烈日下停车1小时后，车厢内温度可达到60℃左右。

车厢内高温带来的影响有多方面：一是影响驾乘人员身体健康;二是降低车厢内设备部件的使用寿命;三是对环境的排放污染加大，驾驶员在发动机低速运转下采取空调外循环（高速挡）来强制换气与降低车厢内温度，发动机怠速转速增加，增大了燃油消耗，同时也增加了一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化合物、二氧化硫、烟尘微粒（某些重金属化合物、铅化合物、黑烟及油雾）、臭气（甲醛等）等污染物的排放。

一、设计意义

本文以此为契机，研制汽车主动通风系统，该泄压窗除了满足被动泄压之外，还能主动释放车厢内的高温高压有毒气体，可以在夏季高温环境，通过温度控制、固定定时控制或者手机远程控制，将车内热空气排出，防止车内高温，解决夏季车内高温问题，缩短汽车长时间停放后使用空调降温的时间，减少发动机的作无用功的时间，从而间接减少汽车排放物对空气的污染。

为防止泄压窗长时间工作带来的蓄电池馈电，本文采用太阳能电池板供电，利用外界能源将车内的有毒高温气体排出车外，有效利用新能源的同时对提高汽车的节能环保起到重要作用。后期准备加大太阳能在传统汽车上应用的研究，拟将汽车发电机在太阳能供电充足的情况下和发动机进行断开，减少发动机的能源损耗。

为减少泄压窗工作时的能耗，离心风扇工作时采用无级温控，根据汽车内外温度比较进行无级调速。有效降低了风扇工作时的能耗，延长太阳能电池板和备用电池的供电时间，保障降温的有效性。

二、设计思路

汽车车厢一般都装有两个通风孔（被动），对称安装在车身的尾部或后保险杠靠近后轮罩处，是整个车厢通过后行李箱和外界空气相通的“窗口”，主要作用是：在开关门的时候、行驶过程中开关窗、空调运行产生压强差等情况下调节车厢内压力，保证乘坐舒适性。

通过改进现有的泄压窗，实现汽车车厢自然环境通风预冷降温具有现实意义和很大的市场潜力。在国家大力倡导节能环保、人们更加注重舒适的背景下，该系统会有很大的发展空间。

三、系统设计与工作原理

汽车主动通风系统由主控制器（GSM控制、315MHz无线控制、温度检测、无级调速控制）、太阳能电池板（50W）、离心风扇（风压120Pa）和备用电池组（12V4AH，无太阳能发电时供电约3小时）组成，如图1所示。

系统控制单元由STC单片机、DS18B20温度控制、GSM控制、315MHz无线控制、无级调速控制等组成，如图2所示。

本文研发的系统是在现有的泄压窗的基础上增加了离心风机和控制单元，离心风机出风口与泄压窗无缝连接，控制单元由控制器、50W汽车专用太阳能电池板和12V4AH电瓶等组成。工作过程是离心风机接受控制单元（温控、时间控制、遥控以及手机远程控制）的控制指令，进行强制排风工作，风机的风压、风量的选择是依据吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室的王永珍教授等人的《汽车自然环境通风预冷降温特性研究》研究成果，经过反复实验证明有效。离心风机工作时的转速自动根据车内外温差来调节，智能化处理控制单元指令，更加节能。备用电池在汽车行驶过程中也会将汽车发电机的多余能量进行存储，保障在无太阳光或阳光不充足的情况下供系统工作。

本文研发的装置的降温原理是：将汽车尾部的被动通风窗换成主动通风窗，当汽车停驶车内温度升高，本装置接收到工作指令后，开启强制通风，室外的空气经由汽车空调外进风口进入车内，离心风机带动热空气经由泄压窗排除车外（如图3所示），实现通风预冷降温。

四、制作与安装

（一）系统装配

系统装备时将原车的通风窗取下，直接按车型选用合适的离心风扇泄压窗进行安装，2013款捷达汽车安装如图4所示。

（二）系统使用说明

（1）系统在加装完成以后一直处于开机状态，随时根据工作模式等待指令。

（2）项目系统配备的315MHz遥器上开锁键为控制风扇工作，解锁键为控制风扇停止工作。

（3）定时模式。以手机远程短信设置打开和关闭时间，如发送短信：ST1630EN1710D。此时控制单元在每天的16点30分打开风扇，17点10分风扇停止工作，适于固定上下班停车。

（4）温控模式。此模式下控制单元根据车内温差超过20度时自动启动风扇，工作10分钟后停止，等待10分钟后再次检测温差判断是否工作，连接工作不超过5次，适用于1小时以内停车。

（5）自由模式。此模式下，控制单元只响应手机远程和遥控器控制指令。

（6）模式设定。不需要用户设置，控制单元自动调节，用户停车1小时内，启用温控模式，1小时以后自动启用自由模式。定时模式同时存在于另两种模式上。

五、技术水平

本系统具有以下技术水平：

（1）对离心风扇进行温控磁力驱动无级变速。

（2）控制单元自主检测车辆状态和停放时间，进行多模式自动切换。

（3）备用电源和汽车电源系统、备用电源与太阳能电池板之间无缝连接与功能转换。合理利用能源，有效减少汽车油耗与尾气排放。

六、系統优点

（1）本系统将原车被动泄压窗改变为主动泄压和具有通风预冷降温功能的窗。

（2）本系统控制方式多元化，满足不同用车情况，短时外出办事情况下启用温控，固定上下班的情况启用时间控制;周末休息等情况启用手机远程控制。

（3）本系统能对汽车进行预冷降温，有效节约燃油，减少汽车污染排放，提高驾乘人员的舒适性。

（4）本系统在市场中独一无二，无竞争系统，市场空间巨大。

参考文献：

[1]刘玉梅.汽车节能技术与原理[M].北京：机械工业出版社，2010.

[2]潘惠丰，邱洪亮.传统汽车发电机的智能化控制及改造研究[J].中国高新技术企业，2016（1）：33-34.

[3]李 伟，张振刚.对国产汽车蓄电池电源控制线路的改进设计[J].客车技术与研究，1999（4）：46-47.

[4]范 韬.基于汽车尾气温差发电和太阳能发电的新型车载电源系统[D].武汉：武汉理工大学，2010.

[5]周庆伟，冯 奇.太阳能驻车通风技术应用综述[J].上海汽车，2013（1）：45-49.

[6]王永珍，高 青，王国华.汽车自然环境通风预冷降温特性研究[J].建筑科学，2010（10）：168-171.