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车用电器

车载空气净化器设计公司


随着社会快速发展,中国汽车保有量不断增长,据统计,2017年中国汽车总销量已达2887.89万辆,人们越来越依赖汽车这种交通工具,人们在车内的时间也越来越久,车内污染物及净化方式的研究也越来越得到重视。

车内污染物一般包含汽车内饰件散发的甲醛、二甲苯等有毒气体,部分进入到车内的汽车尾气,雾霾天气进入车内的灰尘、PM2.5等有害颗粒和车内细菌等。由于污染物的种类复杂,且车内车外因素混合作用,单纯的通过开窗换气或者空调通风很难获得健康的车内环境。

空气净化器是对空气中颗粒物,气态污染物、微生物等一种或多种污染物具有一定去除能力的电器,越来越多主机厂选择配置车载空气净化器,通过空气过滤、负离子、等离子等技术净化车内空气,提高车内环境质量。

一、车载空气净化器的设计原则和要求

1.1车载空气净化器设计原则

由于车内空间相对较小,空气净化器的体积受限,开发过程中需要综合考虑结构和性能,空气净化器设计原则为:

(1)稳定性和可靠性:稳定和可靠是汽车零部件的前提条件,在空气净化器研发和实际使用中,需要优先考虑稳定和可靠的技术方案。(2)标准性和规范性:优先采用国际、国家及行业标准,在设计时尽可能规范化。(3)实用性和先进性:采用成熟、稳定技术的基础上,不断创新,体现产品先进性。(4)经济性:净化器配置合理,具备良好的性价比。

1.2车载空气净化器要求

GB/T 18801-2015标准中将乘用车空气净化器纳入到范围内,规定了空气净化器噪声、污染物去除,待机功率等方面的要求,但汽车零部件要求比一般产品高,需要针对乘用车使用环境进行相应补充,如外观,环境可靠性,电磁兼容性等。

1.2.1外观:顾客对汽车品质的要求越来越高,主机厂对零部件外观质量的要求也十分严格。按零件在车辆上操作和装配状态,区分A,B,C,D区域,在操作状态和正常姿势很明显的能看到的部位属于最关键的A级区域,空气净化器由于需要进行操作及,其外观面按A级区域标准进行要求:(1)表面光滑平整,不能用裸眼可见的瑕疵(如毛刺、起皱、开裂、变形等);(2)净化器表面的颜色和花纹应与造型定义的色板或样品一致。皮纹清晰、色泽均匀,皮纹类型,纹理方向,纹理深度及皮纹范围均与定义要求一致;(3)净化器间隙面差应符合整车内饰件间隙面差要求,关键部位应具有相关检具进行监控。

1.2.2净化功能:GB/T 18801定义空气中颗粒物,气态污染物、微生物为三种目标污染物,但对污染物的净化能力并没明确规定,根据净化功能要求如下:(1)PM2.5净化效率;(2)固体颗粒物的洁净空气量(CADR);(3)甲苯,二甲苯,苯,甲醛,乙苯去除率;(4)除菌率;(5)臭氧浓度和TVOC浓度。

1.2.3环境可靠性:面对车辆行驶过程中不断变化的外界环境,需要经得起严苛环境的考验,因此产品需要良好的环境可靠性。在设计净化器时,需要考虑的环境因素包括气候环境条件(温度,湿度等),车辆使用条件,供电电压,产品寿命周期(生产、装运、操作、存储、车辆维护和修理等),产品在车辆上的安装位置等,环境可靠性要求如下:(1)净化器不能对周围的电子件及整车产生干扰;(2)净化器应能抵抗外界电磁场干扰;(3)能抵抗周围环境温度、湿度、振动频率、供电电压等方面变化;(4)具备生产、装运、操作、存储、维护维修可靠性。

1.2.4特殊要求:车载空气净化器相对于其他电子产品,具备一定的特殊要求:(1)有机物挥发:满足主机厂8项物质(五苯三醛)的限定条件;(2)气味性:满足气味性要求;(3)禁限物质:满足6项禁限物质(铅、汞、六价铬、镉、多溴联苯、多溴二苯醚)限值要求。

二、车载空气净化器设计要点

2.1车载空气净化器模块划分

对车载空气净化器进行模块划分,可以优化开发过程,并且降低开发成本。车载空气净化器应具备空气净化功能,数据采集功能和人机交互功能,同时需要控制模块和电源电路来保证整个系统运行。系统模块如图1所示。

图 1 空气净化器系统模块图

2.2净化方式选择

目前常用的净化技术有机械过滤式,负离子式,等离子式,臭氧式和光触媒式等,各种方式的原理及优缺点如表1所示。这些空气净化方式都存在各自的优势和缺点,在设计开发的时候,通常需要将几种技术综合起来运用,才能较好的改善车内空气质量。

表 1 各种净化方式优缺点

2.3人机交互方式设计

随着汽车智能化发展,汽车已不单纯是交通运输工具,也是一种生活方式,这也要求汽车零部件更加智能化,车载净化器的人机交互也逐渐从简单的开关控制,指示灯显示演变为通过中控屏和手机APP交互。车载净化器与中控通过CAN网络互联,可以实现显示、操作等功能。车载净化器通过CAN线将信号传输给TBOX,用户可通过手机APP远程控制空气净化器,同时手机APP上实时显示车内空气质量等。表2为车载净化器主要的交互方式:

表 2 车载净化器的交互方式

在交互方式设计时,界面的设计至关重要,需要通过布局、色彩和细节整体规划。在车型开发中,中控屏、手机APP和空气净化器通常由不同部门分别开发,需要在整车项目开发过程整体规划,将各个界面的风格形成一致性。

结合净化器的特点,界面中蓝、绿等清新的色调表达优良的空气质量,黄、红和紫等冲击性强的色调则表达较差的空气质量,明亮和纯度高的颜色在视觉层次中靠前,而明度和纯度低的颜色则在视觉层次中靠后。

2.4取电方式设计

车载空气净化器分为活动式和固定式,固定式的取电方式较简单,线束设计在内饰件内部即可,活动式一般为中央扶手式净化器,主要有三种取电方式:

(1)直接在净化器上预留线束孔,线束走明线,同时用伸缩管保护电源线,如图3所示。该方式电源线要随伸缩管一起拉出,优势是可靠性好,结构简单,只需要在净化器和扶手箱上开线束孔,数据改动小,劣势是需要净化器开关时,伸缩管可被明显发现,影响外观。该方案设计时,需要考虑到伸缩管的压缩比,在扶手箱内预留足够的空间。

图 3 伸缩管式取电方式

(2)沿铰链位置走线取电,同时在金属铰链外增加塑料护套,如图4所示。该方式优势是隐秘性强,整体造型美观,是应用最多的方式。劣势是沿铰链位置走线,并在铰链外增加塑料件包覆,结构较复杂,无法通过较大的线束,需要在设计初期就预留足够的空间,且扶手多次开合时,电源线容易磨损,在设计的时候,需要对线束进行约束,减少磨损,并且对线束进行运动校核,线束周围零件需进行避让。

图 4 沿铰链走线取电

(3)触点式取电。如图5所示,该方式优势是更具隐蔽性,整体造型美观时尚,科技感强,电源线不用随扶手开合,减少线束折断的风险,将触点开关开发成标准件,可在其他车型进行应用,降低成本,触点开关将保护开关和取电结合,方便装配及取电。劣势是触点式取电是旋转对碰,触点接触时候有微量的位移,并且此方式只能取电,如果需要与外部进行数据传递则需要重新走线。该方案设计时需要在离铰链近位置进行安装,这样净化器活动幅度小,触点错位小。

图 5 触点式取电

三、扶手式空气净化器设计

3.1空气净化器方案

某车型计划开发一款扶手式车载空气净化器,根据开发指令、造型定义和用户需求识别等输入,综合考虑可靠性和经济性,对净化器各模块采用以下设计方案,图6为净化器的结构示意图。

图 6 车载空气净化器结构示意图

(1)核心控制模块采用主PCB板,控制空气净化器的各零件,通过CAN将工作状态传送给中控屏和TBOX;(2)空气净化功能选用HAF+活性炭的多层复合滤网,配合负离子功能进行净化,对粉尘、气体污染物和病菌都有良好的处理效果;(3)用户交互功能采用带指示灯的按键对净化器进行控制,并且通过中控屏和手机APP输出空气质量。(4)数据采集模块采用PM2.5传感器检测车辆室内的PM2.5,发送数据给Main PCB。

3.2结构设计与优化

为保证空气净化器需要有良好的环境可靠性和性能,在开发中通过CAE和试验方法对结构进行验证,并对有问题的部位进行相应的增强。车载空气净化器的结构设计时进行了以下几点:

(1)滤网盖,扣手处,铰链处等活动部位且与其他边界接触部位的强度,增加适当的加强筋或增加壁厚。在跌落试验CAE分析中,铰链颈部强度偏弱,通过增加颈部厚度解决此问题,颈厚由16.5mm增加至23.5mm。

(2)滤网、风扇、传感器等部件与其他边界接触部位应增加适当的减震垫或防护垫,减少由于车辆运动过程中部件间碰撞产生的异响。

(3)滤芯为经常更换件,设计物理式防错结构,若安装不当,滤芯将无法安装到底,两侧设计耳朵结构,便于滤芯取出。

(4)采用沿铰链位置走线取电方式,设计电源线固定结构,避免电源线经常运动导致磨损。

3.3风扇选择

空气净化器必须具备足够的风量才能达到合格的净化能力,如何在有限的空间内,设计合适的风扇,通常需要用到CFD技术对风扇进行优化。

随着车内环境问题日益得到公众关注,通过开发车载空气净化器,去除车内气态污染物与固态污染物,给车内带来洁净空气,在人们享受乘车乐趣的同时,解决了人们长期在车内受污染空气的困扰。

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