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汽车空气质量检测与改善方案 |
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作者：派睿格恩汽车科技有限公司 沈顺伟 |
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本文主要介绍如何通过空气质量传感器来检测可能流入驾驶室内的空气，并在检测到受污染的空气即将流入时通过关闭空调系统的进风口来防止驾驶室内空气受污染的原理和控制过程以及相关的产品。此外，还将介绍一些目前通用的改善驾驶室内空气质量方法及相关产品。
随着中国成为世界最大的汽车市场，汽车消费者的购车观念也在不断发生改变，对汽车的关注点从外观，内饰，动力，安全，油耗发展到了目前的健康，与之相关的一个重要的因素就是车内空气质量问题。车内空气质量的影响因素主要来自两个方面：一是内饰材料所采用的化工原料引起的空气污染；二是由车外或发动机舱流入驾驶室的有毒气体，比如前车尾气。本文要讨论的是第二种情况，即空气质量传感器如何通过关闭空调系统的进风口来防止驾驶室内空气受污染的情况。
有害气体的由来和构成
由驾驶室外进入的有害气体一般有一下两个来源：
1、周围环境中存在污染源，比如跟在一辆大卡车后面行驶，遇到红灯或堵车时，在较长的隧道中行驶时汽车都会处于较高浓度的废气中，此时的废气如果直接流入驾驶室内，就会对驾乘人员的健康产生伤害；
2、发动机故障导致本车发动机废气进入发动机舱而流入驾驶室；
此类的废气一般都含有一氧化碳和氮氧化合物。其中，一氧化碳因易与血红蛋白结合成碳氧血红蛋白，降低血液载氧能力，导致人体组织缺氧而引起头痛甚至死亡；氮氧化合物计入肺泡后，能形成亚硝酸和硝酸，可造成肺气肿甚至引发癌症。所以在实践中对于废气的检测也是围绕着这两种典型化合物来进行的。
有害气体的检测原理
以上有害气体可以通过金属氧化物传感器来检测。其原理是若气体接触到加热的金属氧化物（如SnO2，ZnO，TiO2等），在催化剂如钯（Pd），铂（Pt）等作用下其氧化还原反应会引起其电阻值会增大或减小。空气质量传感器就是通过测量这种电阻的变化并经过复杂的算法来计算评估空气质量的。为了达到大批量制造的可行性，一般采用厚膜技术生产传感器的气敏元件并要求产品达到以下性能：
对被测气体具有较高的灵敏度
对被测气体以外的共存气体或物质不敏感
性能稳定，重复性好
动态特性好，对检测信号响应迅速
制造成本低，使用寿命长等
空气质量传感器的构成及工作原理
空气质量传感器可以用来探测浓度非常低的有害气体。目前的车用空气质量传感器是一个高度集成的产品，一般由气敏单元（含加热和测量电路）、信号处理单元和接口组成。信号处理单元内含微控制器，其接收气敏单元的信号，根据预设算法计算出有害气体的含量并作出是否需要关闭空调系统进风口的决定，并将此信号通过PWM或者LIN信号发送给空调系统，空调系统在作出相应的动作。所以，当汽车处于空气高污染区域，如位于一辆大卡车后面，处于隧道或遭遇红灯停车时，空气质量传感器便会要求空调系统关闭进风口，使空调系统处于内循环状态，为驾乘人员提供健康、安全和舒适的环境并可以极大地延长车内空气过滤器的寿命。而当车外空气质量达到较好水平或者进风口关闭达到一定时间同时车外空气污染相对较低时，进风口将被打开，新鲜空气就会重新车内以防止车内缺氧。
空气质量传感器通常安装空调气进气口四周的通风罩或气室里，如挡风玻璃下的落水槽盖板下。当进气口打开时，它将探测要吹到汽车里的空气质量。该系统能自动判断并地适应各种驾驶环境，如城市、乡村、交通阻塞路口或隧道等。另外，该系统还有自学习和自我检测功能以适应不同的污染水平并具备在故障中恢复的能力。
空气质量传感器的效用
由于空气质量传感器需要对空调系统的进风口进行自动操作，所以必须配备在装有自动空调系统的汽车上。目前市场上绝大部分的中高端车都装备了自动空调并且许多车型已经配备了空气质量传感器。由于空气质量传感器的作用，车辆在经过空气受污染区域时，车内的空气质量得到了显著的改善。下面的测试曲线表明了空气质量传感器所起到的明显作用：途中蓝色曲线表示车外空气中氮氧化物的含量，红色曲线表示车内空气中氮氧化物的含量。通过对比可以发现由于空气质量传感器的作用，车内氮氧化物的水平受到了严格的控制，从而保护了驾乘人员的健康。
图1：空气质量传感器的效用（横坐标是时间，纵坐标是浓度）
空气质量传感器产品
由于空气质量传感器集合了化学、物理，精密加工等多种学科的知识，对产品的生产制作的要求极高，故目前市场上只有有限的几家厂商能够提供。德国paragon AG是全球最大的空气质量传感器供应商，其产品在所有的德系车厂及其他品牌汽车上得到了大量的应用并得到了消费者的认可。AQS®是空气质量传感器的缩写，Paragon AG是该商标的注册者，它不仅能提供基础类型的AQS产品（如图2所示），还提供各种带辅助功能的，如图3中带有温度和湿度传感器以计算露点多功能AQS。
图2：基础类型AQS
图3：多功能AQS
除此之外，paragon AG还提供其他的改善车内空气质量的产品，如图4中的空气质量改进器，其主要的作用是将进入车内的空气电离，提高车内空气的负离子含量，以提高驾乘人员吸入空气的质量并有益于他们的健康。图5是一个空气质量调节器，它主要用于检测空调滤网中的微生物和病菌含量，当微生物和病菌含量超标时，启用臭氧或过氧化氢来杀菌。
图4：空气质量改进器
图5：空气质量调节器
结束语
当前，汽车驾乘人员的健康越来越被关注，本文介绍的空气质量传感器将有效地改善汽车车内空气的质量，因而将被运用到越来越多的汽车中去。一款高效可靠地产品不但会带给消费者身心健康，而且也有助于整车厂的产品市场推广，使消费者更容易地接受其产品，更舒适更健康地驾乘汽车。(end)
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(2/11/2014) |
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