隨著(zhù)社會(huì )快速發(fā)展，中國汽車(chē)保有量不斷增長(cháng)，據統計，2017年中國汽車(chē)總銷(xiāo)量已達2887.89萬(wàn)輛，人們越來(lái)越依賴(lài)汽車(chē)這種交通工具，人們在車(chē)內的時(shí)間也越來(lái)越久，車(chē)內污染物及凈化方式的研究也越來(lái)越得到重視。
車(chē)內污染物一般包含汽車(chē)內飾件散發(fā)的甲醛、二甲苯等有毒氣體，部分進(jìn)入到車(chē)內的汽車(chē)尾氣，霧霾天氣進(jìn)入車(chē)內的灰塵、PM2.5等有害顆粒和車(chē)內細菌等。由于污染物的種類(lèi)復雜，且車(chē)內車(chē)外因素混合作用，單純的通過(guò)開(kāi)窗換氣或者空調通風(fēng)很難獲得健康的車(chē)內環(huán)境。
空氣凈化器是對空氣中顆粒物，氣態(tài)污染物、微生物等一種或多種污染物具有一定去除能力的電器，越來(lái)越多主機廠(chǎng)選擇配置車(chē)載空氣凈化器，通過(guò)空氣過(guò)濾、負離子、等離子等技術(shù)凈化車(chē)內空氣，提高車(chē)內環(huán)境質(zhì)量。
一、車(chē)載空氣凈化器的設計原則和要求
1.1車(chē)載空氣凈化器設計原則
由于車(chē)內空間相對較小，空氣凈化器的體積受限，開(kāi)發(fā)過(guò)程中需要綜合考慮結構和性能，空氣凈化器設計原則為：
（1）穩定性和可靠性：穩定和可靠是汽車(chē)零部件的前提條件，在空氣凈化器研發(fā)和實(shí)際使用中，需要優(yōu)先考慮穩定和可靠的技術(shù)方案。（2）標準性和規范性：優(yōu)先采用國際、國家及行業(yè)標準，在設計時(shí)盡可能規范化。（3）實(shí)用性和*性：采用成熟、穩定技術(shù)的基礎上，不斷創(chuàng )新，體現產(chǎn)品*性。（4）經(jīng)濟性：凈化器配置合理，具備良好的性?xún)r(jià)比。
1.2車(chē)載空氣凈化器要求
GB/T 18801-2015標準中將乘用車(chē)空氣凈化器納入到范圍內，規定了空氣凈化器噪聲、污染物去除，待機功率等方面的要求，但汽車(chē)零部件要求比一般產(chǎn)品高，需要針對乘用車(chē)使用環(huán)境進(jìn)行相應補充，如外觀(guān)，環(huán)境可靠性，電磁兼容性等。
1.2.1外觀(guān)：顧客對汽車(chē)品質(zhì)的要求越來(lái)越高，主機廠(chǎng)對零部件外觀(guān)質(zhì)量的要求也十分嚴格。按零件在車(chē)輛上操作和裝配狀態(tài)，區分A，B，C，D區域，在操作狀態(tài)和正常姿勢很明顯的能看到的部位屬于最關(guān)鍵的區域，空氣凈化器由于需要進(jìn)行操作及，其外觀(guān)面按區域標準進(jìn)行要求：（1）表面光滑平整，不能用裸眼可見(jiàn)的瑕疵（如毛刺、起皺、開(kāi)裂、變形等）；（2）凈化器表面的顏色和花紋應與造型定義的色板或樣品一致。皮紋清晰、色澤均勻，皮紋類(lèi)型，紋理方向，紋理深度及皮紋范圍均與定義要求一致；（3）凈化器間隙面差應符合整車(chē)內飾件間隙面差要求，關(guān)鍵部位應具有相關(guān)檢具進(jìn)行監控。
1.2.2凈化功能：GB/T 18801定義空氣中顆粒物，氣態(tài)污染物、微生物為三種目標污染物，但對污染物的凈化能力并沒(méi)明確規定，根據凈化功能要求如下：（1）PM2.5凈化效率；（2）固體顆粒物的潔凈空氣量（CADR）；（3）甲苯，二甲苯，苯，甲醛，乙苯去除率；（4）除菌率；（5）臭氧濃度和TVOC濃度。
1.2.3環(huán)境可靠性：面對車(chē)輛行駛過(guò)程中不斷變化的外界環(huán)境，需要經(jīng)得起嚴苛環(huán)境的考驗，因此產(chǎn)品需要良好的環(huán)境可靠性。在設計凈化器時(shí)，需要考慮的環(huán)境因素包括氣候環(huán)境條件（溫度，濕度等），車(chē)輛使用條件，供電電壓，產(chǎn)品壽命周期（生產(chǎn)、裝運、操作、存儲、車(chē)輛維護和修理等），產(chǎn)品在車(chē)輛上的安裝位置等，環(huán)境可靠性要求如下：（1）凈化器不能對周?chē)碾娮蛹罢?chē)產(chǎn)生干擾；（2）凈化器應能抵抗外界電磁場(chǎng)干擾；（3）能抵抗周?chē)h(huán)境溫度、濕度、振動(dòng)頻率、供電電壓等方面變化；（4）具備生產(chǎn)、裝運、操作、存儲、維護維修可靠性。
1.2.4特殊要求：車(chē)載空氣凈化器相對于其他電子產(chǎn)品，具備一定的特殊要求：（1）有機物揮發(fā)：滿(mǎn)足主機廠(chǎng)8項物質(zhì)（五苯三醛）的限定條件；（2）氣味性：滿(mǎn)足氣味性要求；（3）禁限物質(zhì)：滿(mǎn)足6項禁限物質(zhì)（鉛、汞、六價(jià)鉻、鎘、多溴聯(lián)苯、多溴二苯醚）限值要求。
二、車(chē)載空氣凈化器設計要點(diǎn)
2.1車(chē)載空氣凈化器模塊劃分
對車(chē)載空氣凈化器進(jìn)行模塊劃分，可以?xún)?yōu)化開(kāi)發(fā)過(guò)程，并且降低開(kāi)發(fā)成本。車(chē)載空氣凈化器應具備空氣凈化功能，數據采集功能和人機交互功能，同時(shí)需要控制模塊和電源電路來(lái)保證整個(gè)系統運行。系統模塊如圖1所示。
2.2凈化方式選擇
目前常用的凈化技術(shù)有機械過(guò)濾式，負離子式，等離子式，臭氧式和光觸媒式等，各種方式的原理及優(yōu)缺點(diǎn)如表1所示。這些空氣凈化方式都存在各自的優(yōu)勢和缺點(diǎn)，在設計開(kāi)發(fā)的時(shí)候，通常需要將幾種技術(shù)綜合起來(lái)運用，才能較好的改善車(chē)內空氣質(zhì)量。
2.3人機交互方式設計
隨著(zhù)汽車(chē)智能化發(fā)展，汽車(chē)已不單純是交通運輸工具，也是一種生活方式，這也要求汽車(chē)零部件更加智能化，車(chē)載凈化器的人機交互也逐漸從簡(jiǎn)單的開(kāi)關(guān)控制，指示燈顯示演變?yōu)橥ㄟ^(guò)中控屏和手機APP交互。車(chē)載凈化器與中控通過(guò)CAN網(wǎng)絡(luò )互聯(lián)，可以實(shí)現顯示、操作等功能。車(chē)載凈化器通過(guò)CAN線(xiàn)將信號傳輸給TBOX，用戶(hù)可通過(guò)手機APP遠程控制空氣凈化器，同時(shí)手機APP上實(shí)時(shí)顯示車(chē)內空氣質(zhì)量等。表2為車(chē)載凈化器主要的交互方式：
在交互方式設計時(shí)，界面的設計至關(guān)重要，需要通過(guò)布局、色彩和細節整體規劃。在車(chē)型開(kāi)發(fā)中，中控屏、手機APP和空氣凈化器通常由不同部門(mén)分別開(kāi)發(fā)，需要在整車(chē)項目開(kāi)發(fā)過(guò)程整體規劃，將各個(gè)界面的風(fēng)格形成一致性。
結合凈化器的特點(diǎn)，界面中藍、綠等清新的色調表達優(yōu)良的空氣質(zhì)量，黃、紅和紫等沖擊性強的色調則表達較差的空氣質(zhì)量，明亮和純度高的顏色在視覺(jué)層次中靠前，而明度和純度低的顏色則在視覺(jué)層次中靠后。
2.4取電方式設計
車(chē)載空氣凈化器分為活動(dòng)式和固定式，固定式的取電方式較簡(jiǎn)單，線(xiàn)束設計在內飾件內部即可，活動(dòng)式一般為扶手式凈化器，主要有三種取電方式：
（1）直接在凈化器上預留線(xiàn)束孔，線(xiàn)束走明線(xiàn)，同時(shí)用伸縮管保護電源線(xiàn)，如圖3所示。該方式電源線(xiàn)要隨伸縮管一起拉出，優(yōu)勢是可靠性好，結構簡(jiǎn)單，只需要在凈化器和扶手箱上開(kāi)線(xiàn)束孔，數據改動(dòng)小，劣勢是需要凈化器開(kāi)關(guān)時(shí)，伸縮管可被明顯發(fā)現，影響外觀(guān)。該方案設計時(shí)，需要考慮到伸縮管的壓縮比，在扶手箱內預留足夠的空間。
（2）沿鉸鏈位置走線(xiàn)取電，同時(shí)在金屬鉸鏈外增加塑料護套，如圖4所示。該方式優(yōu)勢是隱秘性強，整體造型美觀(guān)，是應用最多的方式。劣勢是沿鉸鏈位置走線(xiàn)，并在鉸鏈外增加塑料件包覆，結構較復雜，無(wú)法通過(guò)較大的線(xiàn)束，需要在設計初期就預留足夠的空間，且扶手多次開(kāi)合時(shí)，電源線(xiàn)容易磨損，在設計的時(shí)候，需要對線(xiàn)束進(jìn)行約束，減少磨損，并且對線(xiàn)束進(jìn)行運動(dòng)校核，線(xiàn)束周?chē)慵柽M(jìn)行避讓。
（3）觸點(diǎn)式取電。如圖5所示，該方式優(yōu)勢是更具隱蔽性，整體造型美觀(guān)時(shí)尚，科技感強，電源線(xiàn)不用隨扶手開(kāi)合，減少線(xiàn)束折斷的風(fēng)險，將觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)開(kāi)發(fā)成標準件，可在其他車(chē)型進(jìn)行應用，降低成本，觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)將保護開(kāi)關(guān)和取電結合，方便裝配及取電。劣勢是觸點(diǎn)式取電是旋轉對碰，觸點(diǎn)接觸時(shí)候有微量的位移，并且此方式只能取電，如果需要與外部進(jìn)行數據傳遞則需要重新走線(xiàn)。該方案設計時(shí)需要在離鉸鏈近位置進(jìn)行安裝，這樣凈化器活動(dòng)幅度小，觸點(diǎn)錯位小。
三、扶手式空氣凈化器設計
3.1空氣凈化器方案
某車(chē)型計劃開(kāi)發(fā)一款扶手式車(chē)載空氣凈化器，根據開(kāi)發(fā)指令、造型定義和用戶(hù)需求識別等輸入，綜合考慮可靠性和經(jīng)濟性，對凈化器各模塊采用以下設計方案，圖6為凈化器的結構示意圖。
（1）核心控制模塊采用主PCB板，控制空氣凈化器的各零件，通過(guò)CAN將工作狀態(tài)傳送給中控屏和TBOX；（2）空氣凈化功能選用HAF+活性炭的多層復合濾網(wǎng)，配合負離子功能進(jìn)行凈化，對粉塵、氣體污染物和病菌都有良好的處理效果；（3）用戶(hù)交互功能采用帶指示燈的按鍵對凈化器進(jìn)行控制，并且通過(guò)中控屏和手機APP輸出空氣質(zhì)量。（4）數據采集模塊采用PM2.5傳感器檢測車(chē)輛室內的PM2.5，發(fā)送數據給Main PCB。
3.2結構設計與優(yōu)化
為保證空氣凈化器需要有良好的環(huán)境可靠性和性能，在開(kāi)發(fā)中通過(guò)CAE和試驗方法對結構進(jìn)行驗證，并對有問(wèn)題的部位進(jìn)行相應的增強。車(chē)載空氣凈化器的結構設計時(shí)進(jìn)行了以下幾點(diǎn)：
（1）濾網(wǎng)蓋，扣手處，鉸鏈處等活動(dòng)部位且與其他邊界接觸部位的強度，增加適當的加強筋或增加壁厚。在跌落試驗CAE分析中，鉸鏈頸部強度偏弱，通過(guò)增加頸部厚度解決此問(wèn)題，頸厚由16.5mm增加至23.5mm。
（2）濾網(wǎng)、風(fēng)扇、傳感器等部件與其他邊界接觸部位應增加適當的減震墊或防護墊，減少由于車(chē)輛運動(dòng)過(guò)程中部件間碰撞產(chǎn)生的異響。
（3）濾芯為經(jīng)常更換件，設計物理式防錯結構，若安裝不當，濾芯將無(wú)法安裝到底，兩側設計耳朵結構，便于濾芯取出。
（4）采用沿鉸鏈位置走線(xiàn)取電方式，設計電源線(xiàn)固定結構，避免電源線(xiàn)經(jīng)常運動(dòng)導致磨損。
3.3風(fēng)扇選擇
空氣凈化器必須具備足夠的風(fēng)量才能達到合格的凈化能力，如何在有限的空間內，設計合適的風(fēng)扇，通常需要用到CFD技術(shù)對風(fēng)扇進(jìn)行優(yōu)化。
隨著(zhù)車(chē)內環(huán)境問(wèn)題日益得到公眾關(guān)注，通過(guò)開(kāi)發(fā)車(chē)載空氣凈化器，去除車(chē)內氣態(tài)污染物與固態(tài)污染物，給車(chē)內帶來(lái)潔凈空氣，在人們享受乘車(chē)樂(lè )趣的同時(shí)，解決了人們長(cháng)期在車(chē)內受污染空氣的困擾。
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