隨著社會快速發(fā)展，中國汽車保有量不斷增長，據統(tǒng)計，2017年中國汽車總銷量已達2887.89萬輛，人們越來越依賴汽車這種交通工具，人們在車內的時間也越來越久，車內污染物及凈化方式的研究也越來越得到重視。
車內污染物一般包含汽車內飾件散發(fā)的甲醛、二甲苯等有毒氣體，部分進入到車內的汽車尾氣，霧霾天氣進入車內的灰塵、PM2.5等有害顆粒和車內細菌等。由于污染物的種類復雜，且車內車外因素混合作用，單純的通過開窗換氣或者空調通風很難獲得健康的車內環(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，越來越多主機廠選擇配置車載空氣凈化器，通過空氣過濾、負離子、等離子等技術凈化車內空氣，提高車內環(huán)境質量。
一、車載空氣凈化器的設計原則和要求
1.1車載空氣凈化器設計原則
由于車內空間相對較小，空氣凈化器的體積受限，開發(fā)過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(wěn)定性和可靠性：穩(wěn)定和可靠是汽車零部件的前提條件，在空氣凈化器研發(fā)和實際使用中，需要優(yōu)先考慮穩(wěn)定和可靠的技術方案。（2）標準性和規(guī)范性：優(yōu)先采用國際、國家及行業(yè)標準，在設計時盡可能規(guī)范化。（3）實用性和*性：采用成熟、穩(wěn)定技術的基礎上，不斷創(chuàng)新，體現產品*性。（4）經濟性：凈化器配置合理，具備良好的性價比。
1.2車載空氣凈化器要求
GB/T 18801-2015標準中將乘用車空氣凈化器納入到范圍內，規(guī)定了空氣凈化器噪聲、污染物去除，待機功率等方面的要求，但汽車零部件要求比一般產品高，需要針對乘用車使用環(huán)境進行相應補充，如外觀，環(huán)境可靠性，電磁兼容性等。
1.2.1外觀：顧客對汽車品質的要求越來越高，主機廠對零部件外觀質量的要求也十分嚴格。按零件在車輛上操作和裝配狀態(tài)，區(qū)分A，B，C，D區(qū)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鍵的區(qū)域，空氣凈化器由于需要進行操作及，其外觀面按區(qū)域標準進行要求：（1）表面光滑平整，不能用裸眼可見的瑕疵（如毛刺、起皺、開裂、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內飾件間隙面差要求，關鍵部位應具有相關檢具進行監(jiān)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明確規(guī)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：面對車輛行駛過程中不斷變化的外界環(huán)境，需要經得起嚴苛環(huán)境的考驗，因此產品需要良好的環(huán)境可靠性。在設計凈化器時，需要考慮的環(huán)境因素包括氣候環(huán)境條件（溫度，濕度等），車輛使用條件，供電電壓，產品壽命周期（生產、裝運、操作、存儲、車輛維護和修理等），產品在車輛上的安裝位置等，環(huán)境可靠性要求如下：（1）凈化器不能對周圍的電子件及整車產生干擾；（2）凈化器應能抵抗外界電磁場干擾；（3）能抵抗周圍環(huán)境溫度、濕度、振動頻率、供電電壓等方面變化；（4）具備生產、裝運、操作、存儲、維護維修可靠性。
1.2.4特殊要求：車載空氣凈化器相對于其他電子產品，具備一定的特殊要求：（1）有機物揮發(fā)：滿足主機廠8項物質（五苯三醛）的限定條件；（2）氣味性：滿足氣味性要求；（3）禁限物質：滿足6項禁限物質（鉛、汞、六價鉻、鎘、多溴聯苯、多溴二苯醚）限值要求。
二、車載空氣凈化器設計要點
2.1車載空氣凈化器模塊劃分
對車載空氣凈化器進行模塊劃分，可以優(yōu)化開發(fā)過程，并且降低開發(fā)成本。車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，同時需要控制模塊和電源電路來保證整個系統(tǒng)運行。系統(tǒng)模塊如圖1所示。
2.2凈化方式選擇
目前常用的凈化技術有機械過濾式，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，在設計開發(fā)的時候，通常需要將幾種技術綜合起來運用，才能較好的改善車內空氣質量。
2.3人機交互方式設計
隨著汽車智能化發(fā)展，汽車已不單純是交通運輸工具，也是一種生活方式，這也要求汽車零部件更加智能化，車載凈化器的人機交互也逐漸從簡單的開關控制，指示燈顯示演變?yōu)橥ㄟ^中控屏和手機APP交互。車載凈化器與中控通過CAN網絡互聯，可以實現顯示、操作等功能。車載凈化器通過CAN線將信號傳輸給TBOX，用戶可通過手機APP遠程控制空氣凈化器，同時手機APP上實時顯示車內空氣質量等。表2為車載凈化器主要的交互方式：
在交互方式設計時，界面的設計至關重要，需要通過布局、色彩和細節(jié)整體規(guī)劃。在車型開發(fā)中，中控屏、手機APP和空氣凈化器通常由不同部門分別開發(fā)，需要在整車項目開發(fā)過程整體規(guī)劃，將各個界面的風格形成一致性。
結合凈化器的特點，界面中藍、綠等清新的色調表達優(yōu)良的空氣質量，黃、紅和紫等沖擊性強的色調則表達較差的空氣質量，明亮和純度高的顏色在視覺層次中靠前，而明度和純度低的顏色則在視覺層次中靠后。
2.4取電方式設計
車載空氣凈化器分為活動式和固定式，固定式的取電方式較簡單，線束設計在內飾件內部即可，活動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束孔，線束走明線，同時用伸縮管保護電源線，如圖3所示。該方式電源線要隨伸縮管一起拉出，優(yōu)勢是可靠性好，結構簡單，只需要在凈化器和扶手箱上開線束孔，數據改動小，劣勢是需要凈化器開關時，伸縮管可被明顯發(fā)現，影響外觀。該方案設計時，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）沿鉸鏈位置走線取電，同時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，是應用最多的方式。劣勢是沿鉸鏈位置走線，并在鉸鏈外增加塑料件包覆，結構較復雜，無法通過較大的線束，需要在設計初期就預留足夠的空間，且扶手多次開合時，電源線容易磨損，在設計的時候，需要對線束進行約束，減少磨損，并且對線束進行運動校核，線束周圍零件需進行避讓。
（3）觸點式取電。如圖5所示，該方式優(yōu)勢是更具隱蔽性，整體造型美觀時尚，科技感強，電源線不用隨扶手開合，減少線束折斷的風險，將觸點開關開發(fā)成標準件，可在其他車型進行應用，降低成本，觸點開關將保護開關和取電結合，方便裝配及取電。劣勢是觸點式取電是旋轉對碰，觸點接觸時候有微量的位移，并且此方式只能取電，如果需要與外部進行數據傳遞則需要重新走線。該方案設計時需要在離鉸鏈近位置進行安裝，這樣凈化器活動幅度小，觸點錯位小。
三、扶手式空氣凈化器設計
3.1空氣凈化器方案
某車型計劃開發(fā)一款扶手式車載空氣凈化器，根據開發(fā)指令、造型定義和用戶需求識別等輸入，綜合考慮可靠性和經濟性，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，配合負離子功能進行凈化，對粉塵、氣體污染物和病菌都有良好的處理效果；（3）用戶交互功能采用帶指示燈的按鍵對凈化器進行控制，并且通過中控屏和手機APP輸出空氣質量。（4）數據采集模塊采用PM2.5傳感器檢測車輛室內的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，在開發(fā)中通過CAE和試驗方法對結構進行驗證，并對有問題的部位進行相應的增強。車載空氣凈化器的結構設計時進行了以下幾點：
（1）濾網蓋，扣手處，鉸鏈處等活動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，通過增加頸部厚度解決此問題，頸厚由16.5mm增加至23.5mm。
（2）濾網、風扇、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，減少由于車輛運動過程中部件間碰撞產生的異響。
（3）濾芯為經常更換件，設計物理式防錯結構，若安裝不當，濾芯將無法安裝到底，兩側設計耳朵結構，便于濾芯取出。
（4）采用沿鉸鏈位置走線取電方式，設計電源線固定結構，避免電源線經常運動導致磨損。
3.3風扇選擇
空氣凈化器必須具備足夠的風量才能達到合格的凈化能力，如何在有限的空間內，設計合適的風扇，通常需要用到CFD技術對風扇進行優(yōu)化。
隨著車內環(huán)境問題日益得到公眾關注，通過開發(fā)車載空氣凈化器，去除車內氣態(tài)污染物與固態(tài)污染物，給車內帶來潔凈空氣，在人們享受乘車樂趣的同時，解決了人們長期在車內受污染空氣的困擾。
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