远程遥控汽车驾驶室空气品质监控以及调节系统设计说明书.doc

远程遥控汽车驾驶室空气品质监控以及调节系统设计说明书一、设计背景随着我国经济的快速发展,人民生活水平的逐步提高,汽车已经越来越多地进入到人们的生活当中,我国的大城市已进入汽车增长的高峰时期,有车族在自己的车内度过的时间越来越多,车内污染造成的事故频发.随着用户对乘车舒适性要求的逐步提高,车内空气污染逐渐成为有车一族关注的焦点.(一)汽车内部空间环境污染以及由此带来的安全隐患近年来,汽车使用量增加,由此引发的交通安全问题严重制约了人民生活水平的提高,成为影响我国乃至全球经济社会发展的严重问题.从2002年2月开始,中科国环环境技术研究中心广州分中心对2000辆车进行了为期7个月的车内空气品质检测,发现92.15%的车辆都存在车内空气质量问题.由于汽车暴晒而产生的高温环境会让人感觉非常不舒适,据调查统计,室内空气品质恶劣会导致大约65%的驾驶员在驾车时会出现头晕、困倦、咳嗽的现象,致使驾驶员感到压抑、烦躁、注意力无法集中,对交通状况的判断反应速度变慢,甚至发生交通事故.2004年3月,上海市环保产业协会室内环境治理分会与市室内装饰质量监督检验站,联手对本市一些3年内购买的中小型机动车进行了空气质量检测(依据国家标准民用建筑工程室内环境污染控制规范GB503252001),检测指标主要有甲醛、苯、TVOC等三项,车辆只要有一项指标超标即被定为不合格,结果仅有53.6%的车辆合格.为什么汽车内部空间环境的污染问题如此严重而没有得到经济有效的控制呢?究其根本原因在于汽车乘客舱室内空间狭小,结构复杂,同时汽车室内空间也没有建筑室内空间规则,车内的污染物会对人体健康产生很大的危害,室内空气品质对驾驶员及乘客的影响很大.虽然大部分小轿车和客车都加装了空调装置,但车用空调中的净化功能没有得到应有的重视.车辆空调开启后,由于车厢门窗紧闭使车辆得不到必要的通风换气,而错误的用车习惯亦使车内空气产生二次污染,导致空气品质急剧下降.长期在较差的汽车室内环境下停留,可引起慢性呼吸道疾病、月经紊乱、妊娠综合症,甚至引起鼻炎癌,同时极易使人产生头晕、胸闷等症状.对人的皮肤和神经系统产生危害,特别容易导致驾驶员精神恍惚,注意力不集中,容易发生交通事故.在这类交通事故中,多数人都不会想到车内空气污染才是罪魁祸首.越来越多的调研和实践表明,汽车内部空间环境污染对驾驶者健康造成的危害已不再是个别现象,它给广大有车族带来的危害不容忽视.因此,汽车内部空间的环境污染问题在最近几年也备受人们的普遍关注.目前,解决汽车内部空间环境污染问题还没有经济有效的措施,更不用说在各种级别的车辆上普及类似的装置.通常汽车上配备的空气品质调节装置是车载空调,但车用空调中的净化功能没有得到应有的重视,车辆空调开启后,由于车厢门窗紧闭使车辆得不到必要的通风换气.即使通过开窗或者空调外循环系统,也只能保证室内外有害物质浓度近似相同,并且还是在牺牲诸如温度等指标的代价上.所有这一切都必须是在驾驶员的觉察下,通过手动操作来实现的.要求的使用条件很被动,不够智能且没有考虑到驻车等驾驶员离开驾驶室的特殊工况.(二)空气品质传统改善方法存在的不足1、使用香水等气体弥散剂掩盖室内异味.此方法只是在表面上缓解了驾驶员的疲劳,并未在根本上改善驾驶室的空气品质.当一氧化碳等无色无味气体污染物含量增加时,驾驶员并不能及时发觉,甚至有可能酿成悲剧.2、加装车载空气净化器.这种装置对空气品质的改善速度慢,并且属于被动处理,不能保证处理的效果.虽然是持续工作,但是驾驶室内某些空气品质指标超标时,不能以明确的形式告知用户,也即当乘驾人员身处恶劣空气环境时,还过分依赖净化器的处理能力(有些指标超标是不能被嗅觉识别的),也容易导致事故的发生.3、使用空调系统兼作空气净化装置.车用空调中的净化功能没有得到应有的重视,车辆空调开启后,由于车厢门窗紧闭使车辆得不到必要的通风换气.并且不能实时监控驾驶室空气品质,其控制还依赖于驾驶员的主观判断,控制精度低,效果差.另外,当上述空气净化装置的净化功能失效时,不能及时通知用户(本设计可以检测空气质量,通知用户是否需要处理净化空气,当净化不能达到效果时,持续报警,提示用户更换滤芯).鉴于传统净化方法的这些缺点以及空气净化装置可操作性、易移植性、制造成本、使用性能等影响因素,结合汽车使用的各种工况很有必要在现有车辆上普及类似远程遥控汽车驾驶室空气品质监控以及调节装置.提高人们驾乘舒适性、安全性,降低交通事故发生率.二、作品简介和设计思路(一)作品简介作品名称:远程遥控汽车驾驶室空气品质监控以及调节系统作品功能:在线检测驾驶室空气品质;汽车全工况空气品质实时监控;驾驶室外远程遥控室内温度和空气品质以及室内自动空气品质调节;单进气道双进气模式,提高进气效率,快速改善空气品质;空气净化器失效报警;作品特点:各项空气品质指标自动检测;传感器信号通过无线网络输出,实现远程遥控;智能化处理各项指标,操作模式具有可选择性;遥控装置与防盗系统集成,操作简单,使用方便;空调系统在原有系统基础上改装,容易实现、可操作性强;空气净化器占用空间小,易安装;系统功耗低,抗干扰能力强,性能稳定可靠;成本低、使用方便;(二)设计总体思路在远程遥控汽车驾驶室空气品质监控以及调节系统中,以用户与车辆的相对位置关系,将本系统分为室内控制和室外控制两个模块.当驾驶员离开驾驶室并将防盗系统启动时,进入室外模式.此时,用户可以根据信号灯提示,手动选择控制调节.当驾驶员进入驾驶室或者开启发动机,系统进入室内模式.此时,系统自动检测空气品质指标,智能化的对室内空气品质进行调节.1、在本设计中,将防盗系统控制装置和本设计的显示以及控制装置集成到一起.以遥控技术为载体,将空气品质动态检测(几个主要指标的控制)实时显示到手持控制装置.在室外模式下,把驾驶室空气温度这一主要空气品质指标信号以及空气品质指标显示到手持控制装置,并以简单易懂的红黄蓝绿四色识别信号灯代替复杂的数字指标提示用户驾驶室的空气品质,采取相应操作.在室内模式下,把驾驶室空气温度等信号直接传递给信号处理器,并自动采取相应控制措施,时刻保证室内的空气品质.远程遥控汽车驾驶室空气品质监控以及调节系统组成如图1所示图1 远程遥控汽车驾驶室空气品质监控以及调节系统组成示意图2、远程遥控技术为制冷和空气品质调节赢得了时间,可以摆脱驾驶室高温情况下快速冷却的约束,无需额外开和装配发快速制冷装置.避免了因快速制冷带来的驾驶室内饰材料过早老化的问题.在用户的交互式控制之下实现驾驶室空气品质的快速调节,解决了长期以来空气品质调节的被动局面.驾驶员远程控制驾驶室空气品质,随时为用户乘驾出行提供优质的空气环境.3、在传统车载空调系统的基础上,经过简单改装而成.在空调系统的进气通道中并联一个可以净化通道,内置强力空气净化装置.通过检测驾驶室内空气温度和相关空气品质指标以及他们的组合情况做出判断.当检测到驾驶室空气温度较高而空气品质较好时,空气通过通道一进入空气压缩机.此时,室内空气不需要净化,直接进入空气压缩机,同时还能减少进气阻力,提高充气效率.进气通道选择详见表1.表1 通道选择对照表空气品质空气温度 红灯 黄灯 蓝灯 绿灯红灯 通道1 通道2 通道2 通道2黄灯 通道1 通道1 通道2 通道2蓝灯 通道1 通道1 通道1 通道2绿灯 通道1 通道1 通道1 通道2图2 单管路双通道进气设计示意图该管道改装依据空气动力学原理进行设计(示意图如图2),通过两个电磁阀实现通道之间的切换.电磁阀接收遥控器发出的控制信号,完成开关动作.将空气净化装置内嵌在通道1的内部,并且这一部分管道是可以拆卸便于安装的.使用时间较长时,空气品质净化效果减弱,空气品质恶化、持续警报,说明净化装置需要更换.此时,只要将管道1拆卸,并更换内嵌空气净化装置即可.三、技术实现(一)汽车驾驶室内空气污染源分析及净化原理介绍1、污染源分析1) 车内装饰装修材料释放的有害气体车辆内饰材料选用的真皮、人造革、纺织品、工程塑料等都会挥发出苯、甲醛、甲苯、二甲苯等有害物质.另外在汽车制造生产中大量使用了合成粘合剂.这一方面是因为粘合剂本身是一种非常好的密封材料,另外一方面胶接工艺也可大大缩短汽车装配的时间.合成粘合剂会挥发出大量的有机污染物,主要种类有:酚、甲酚、甲醛、乙醛、苯乙烯、甲苯、乙苯、丙酮、二异氰酸盐、乙烯醋酸酯等.这些物质会对皮肤、呼吸道以及眼粘膜有所刺激,使人出现头痛、乏力等症状,对司乘人员伤害很大,长时间置身于此类挥发性有机物气体含量较高的空气中甚至有致癌的危险.2) 发动机燃烧产生的有害气体汽车废气大致可通过以下途径排出:排气管排出,约占总排放量的65%;曲轴箱泄漏,约占20%;油箱、汽化器系统泄漏,分别为6%和9%.各种不同型号汽车所排放的废气数量不一样,所排放出的废气经化学分析约有150200种,其中对人体危害较大的有一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化物、碳等颗粒物、铅的化合物等.另外,以柴油为燃料的重型载重汽车的废气中,还检测出硝基苯,二硝基芘(强致癌物)等,这些污染物随着细小的颗粒物经呼吸道进入人体造成危害.车辆在行驶过程中产生的这些废气,虽然大部分可以排至车外,但仍有一部分进入车厢,造成车内空气新鲜度下降.3) 由于使用空调而进入车内的有害气体为了节能,在空调使用期间汽车车窗紧闭,车辆经常得不到有效的换气;而且空调系统本身容易产生胺、烟碱、细菌等有害物质.尤其是在多雨季节,黑暗、潮湿、温暖,是霉菌生长所需的三大条件,而空调系统恰好具备这些条件:空调制冷会产生冷凝水,这些冷凝水与空气中的灰尘一起附着在蒸发器表面,成为霉菌大量繁殖的温床,使用一个夏季后,至少会生成三种有害人体健康的霉菌:曲霉菌、阴霉菌和青霉菌,这些霉菌将在七个方面对人体产生危害产生头痛、发热、突发性喉咙痛、扁桃体感染、哮喘、流感症状、皮炎以及伤口难愈合等不良反应;同时又产生难闻的酸腐气味,让人难以忍受.4) 其它有害气体车内驾乘人员在呼吸过程中产生大量二氧化碳,夏季人员出汗也会带来不良气味.部分汽车驾驶室污染物及其危害见表2.另外,车厢内还存在其他异味的产生源,比如发霉的脚垫、座套、衣物、烟灰缸的焦油味、新车车座椅、方向盘等的塑料包装.这些杂物的味道混杂在车厢和蒸发器内,长期使用并在车内循环之后,使空气品质变得很差.表2 部分汽车驾驶室污染物对健康的危害VOC 对健康的危害苯 致癌、刺激呼吸系统二甲苯 麻醉、刺激、影响心脏、肝脏、神经系统甲苯 麻醉、贫血苯乙烯 麻醉、致癌甲苯二异氰酸酯 过敏、导致人体癌症三氯乙烯 动物致癌、影响中枢神经有资料证实:汽车在太阳照射下,车内温度会迅速上升.国外的一项研究成果是这样表述的当环境温度达到35以上时,封闭的轿车内部温度可以在15分钟内达到65!即使是环境温度在较为宜人的25左右时,暴露在阳光下的汽车其内部温度在一个小时以内也可以上升到50左右.最新研究表明当温度高于30时,甲醛、苯等多数有害物质释放量随之加大,这就使得夏天日晒后车内空气品质恶化;当空气中二氧化碳的浓度达到0.5%时,人就会出现头痛、头晕等不适;一氧化碳在低浓度情况下便有毒性,浓度只要达到1/10000,就会使很多人产生轻微的头痛.通常,来自前方的污浊气体经风口进入车内,同时车内的空气缓慢地经车尾风口溢出,其中的微粒会滞留在车内,并在车内环流.据科学统计,车内乘客吸入的微粒是街上行人的10倍.目前的大部分汽车空调系统没有洁净功能,且缺少清洁保养.所有这些研究的结果都使得我们正在进行的工作更具实际意义.2、净化原理介绍安装在汽车上的净化器一般应包括以下部分:电离器和集尘器、活性炭过滤层、紫外杀菌灯和负离子发生器.空气从进风口吸人,其中较大颗粒灰尘被预过滤器吸附;接着空气通过风机,受到紫外线灭菌器的直接照射(波长控制在253.61