車內(nèi)自適應(yīng)降溫裝置設(shè)計(jì)

王國(guó)銳，張子龍，張禧龍，鄒常豐，陳 星，楊昌霖，湯清文

(東北林業(yè)大學(xué)交通學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150036)

隨著科技日新月異的發(fā)展，人們的出行也越來(lái)越方便快捷。汽車也逐漸成為每個(gè)家庭的必需品，越來(lái)越多的家庭擁有一輛甚至多輛汽車，我國(guó)的汽車保有量在逐年快速增長(zhǎng)。2018年，我國(guó)汽車保有量達(dá)到了3.19億輛。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2018年上半年新注冊(cè)登記機(jī)動(dòng)車達(dá)1 636萬(wàn)輛，高于2017年同期1 594萬(wàn)輛的登記量。新能源汽車保有量達(dá)199萬(wàn)輛，私家車保有量達(dá)1.8億輛，為歷史最高水平[1]。由于我國(guó)大部分停車場(chǎng)為露天停車場(chǎng)，車輛常常受到暴曬，車內(nèi)溫度常高于外界氣溫。當(dāng)外界氣溫在35 ℃時(shí)，車內(nèi)平均溫度在55 ℃左右；當(dāng)外界氣溫在39 ℃時(shí)，車內(nèi)測(cè)出的最高溫度達(dá)62 ℃。座椅更燙到讓人難以下坐。對(duì)此，各類座椅降溫產(chǎn)品也層出不窮[2]。

國(guó)內(nèi)目前具有降溫功能的車輛座椅，是通過(guò)在座椅內(nèi)部安裝電扇達(dá)到降溫效果，但由于排風(fēng)口的設(shè)置，座椅的舒適度降低，且發(fā)生故障時(shí)拆卸維修麻煩[3-5]。相比之下，本裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，拆卸方便，無(wú)需外加電力，使用成本低且保障了乘客的舒適度。

本裝置在車內(nèi)無(wú)人時(shí)，通過(guò)溫度檢測(cè)模塊對(duì)車頂溫度的分析，啟動(dòng)氣泵，對(duì)車輛內(nèi)部空氣進(jìn)行內(nèi)循環(huán)，降低溫度，當(dāng)車內(nèi)有人時(shí)，啟動(dòng)溫度檢測(cè)模塊對(duì)座位上乘坐的客人進(jìn)行溫度檢測(cè)，并且調(diào)節(jié)車輛空調(diào)溫度，便于乘客乘坐車輛時(shí)有更好的感受。通過(guò)在軟靠墊內(nèi)部設(shè)置第二氣囊，能與乘客的背部完美貼合，乘客坐下時(shí)第二氣囊內(nèi)殘留的空氣被擠壓排出，將軟坐墊頂部熱空氣吹走，使乘客周圍溫度降低，提高乘客的乘坐體驗(yàn)。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求

1.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求

1.1.1 感應(yīng)設(shè)計(jì)

若干個(gè)觸發(fā)模塊與感應(yīng)模塊一一對(duì)應(yīng)，觸發(fā)模塊與感應(yīng)模塊電性連接，卡塊外壁與卡槽內(nèi)壁光滑貼合，底座頂部固定連接有若干個(gè)彈簧裝置，對(duì)車內(nèi)是否存在人員實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)判斷。感應(yīng)模塊如圖1所示。

圖1 感應(yīng)模塊

1.1.2 預(yù)降溫設(shè)計(jì)

車內(nèi)無(wú)人時(shí)，溫度檢測(cè)模塊測(cè)量車頂溫度并啟動(dòng)氣泵，通過(guò)通風(fēng)管和第一氣囊對(duì)車輛內(nèi)部空氣進(jìn)行內(nèi)循環(huán)，達(dá)到降低車輛內(nèi)部溫度的目的。

1.1.3 自適應(yīng)設(shè)計(jì)

車內(nèi)有人時(shí)，通過(guò)感應(yīng)模塊與觸發(fā)模塊接觸，啟動(dòng)溫度檢測(cè)模塊對(duì)座位上乘客進(jìn)行溫度檢測(cè)，并且調(diào)節(jié)車輛空調(diào)溫度，便于乘客乘坐車輛時(shí)有更好的感受，無(wú)需人工調(diào)節(jié)，簡(jiǎn)便易行，使車輛內(nèi)部設(shè)備更加智能化。

1.1.4 舒適度設(shè)計(jì)

通過(guò)在軟靠墊內(nèi)部設(shè)置第二氣囊，滿足不同乘客的舒適需求。乘客坐下時(shí)，第二氣囊內(nèi)殘留的空氣被擠壓排出，將軟坐墊頂部熱空氣吹走，使乘客腰腹部由下到上感受到清涼，提高乘客的乘坐體驗(yàn)。

1.2 系統(tǒng)工作流程

系統(tǒng)工作流程框圖如2所示。

圖2 系統(tǒng)工作流程框圖

2 自適應(yīng)降溫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及工作原理

2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)的夏日車內(nèi)自適應(yīng)降溫裝置硬件主要由底座、氣泵、通風(fēng)管、氣囊、軟座墊、軟靠墊、感應(yīng)模塊和觸發(fā)模塊，溫度檢測(cè)模塊、卡槽、彈簧、單向閥等組成。

在底座的頂部設(shè)置有若干個(gè)卡槽，卡槽的底部固定有溫度感應(yīng)模塊，在兩相鄰卡槽間設(shè)置有若干個(gè)彈簧，彈簧頂部共同固定連接底板。底板的頂部是固定的軟坐墊，其底部連接有若干個(gè)卡塊，卡塊中嵌有觸發(fā)模塊，當(dāng)觸發(fā)模塊與感應(yīng)模塊契合時(shí)，即可完成對(duì)裝置的人為控制。此外，第一氣囊被設(shè)置在底座的內(nèi)部，其一端固定連接有連接管，用于連接汽車的空調(diào)系統(tǒng)，最大限度地滿足乘客的需求。在遠(yuǎn)離連接管底座的一側(cè)設(shè)置有氣泵，在底座內(nèi)部靠近連接管一側(cè)設(shè)置有通風(fēng)管，使第一氣囊內(nèi)部的空氣實(shí)現(xiàn)循環(huán)。與軟坐墊類似的還有軟靠墊，以提高乘客的舒適性，軟靠墊的內(nèi)部設(shè)置有第二氣囊，第一氣囊與第二氣囊通過(guò)單向閥實(shí)現(xiàn)氣體的交換；軟靠墊頂部設(shè)置有溫度檢測(cè)模塊，用于檢測(cè)車內(nèi)溫度，完成部分控制；軟靠墊靠近坐墊的一側(cè)底部設(shè)有若干個(gè)透氣管，用于吹散乘客周圍的熱空氣，降低乘客周圍溫度。在單向閥的外部設(shè)置有密封塊，以提高裝置的密閉性能。

2.2 工作原理

裝置工作時(shí)主要依托各模塊的緊密配合，卡塊外壁與卡槽內(nèi)壁光滑貼合，內(nèi)嵌有觸發(fā)模塊與感應(yīng)模塊。若干個(gè)觸發(fā)模塊與感應(yīng)模塊一一對(duì)應(yīng)，觸發(fā)模塊與感應(yīng)模塊電性連接。

當(dāng)車內(nèi)有乘客入座時(shí)，軟坐墊受到乘客重力，使得底板下降，感應(yīng)模塊與觸發(fā)模塊接觸，啟動(dòng)溫度檢測(cè)模塊，對(duì)車輛內(nèi)部進(jìn)行檢測(cè)，連接管遠(yuǎn)離第一氣囊的一端與外部汽車空調(diào)管接通，氣泵抽氣端貫穿第二氣囊并向內(nèi)延伸，第一氣囊與第二氣囊之間通過(guò)單向閥阻隔，溫度檢測(cè)模塊與感應(yīng)模塊電性連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的控制。

透氣管貫穿第二氣囊并向內(nèi)延伸，通過(guò)在軟靠墊內(nèi)部設(shè)置第二氣囊，能適應(yīng)不同乘客背部輪廓，并與乘客的背部完美貼合，給予均勻支撐力，非常舒適。乘客坐下時(shí)，第二氣囊內(nèi)殘留的空氣被擠壓排出，將軟坐墊頂部熱空氣吹走，使乘客腰腹部由下到上感受到清涼，提高乘客的乘坐體驗(yàn)。

通風(fēng)管一端貫穿底座頂部并向外延伸，另一端與第一氣囊固定連接，溫度檢測(cè)模塊頂部與外部汽車車頂固定連接。

車內(nèi)無(wú)人時(shí)，彈簧將底板支撐起來(lái)，使軟坐墊表面變得蓬松，溫度檢測(cè)模塊通過(guò)對(duì)車頂溫度的分析啟動(dòng)氣泵，通過(guò)通風(fēng)管和第一氣囊對(duì)車輛內(nèi)部空氣進(jìn)行內(nèi)循環(huán)，增加車輛內(nèi)部空氣流通速度，進(jìn)而降低車輛內(nèi)部溫度。自適應(yīng)降溫裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖3所示，卡槽結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖4所示。

圖3 自適應(yīng)降溫裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

圖4 卡槽結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

3 小結(jié)

(1)內(nèi)置式座椅空調(diào)系統(tǒng)不需在座椅外另設(shè)裝置，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無(wú)需外設(shè)電源，使用成本低。

(2)本裝置可自動(dòng)調(diào)節(jié)空調(diào)溫度，無(wú)需人工調(diào)節(jié)，避免分散司機(jī)注意力。

(3)乘客入座時(shí)，在重力作用下感應(yīng)模塊與觸發(fā)模塊接觸，觸發(fā)裝置；當(dāng)乘客對(duì)背部第二氣囊擠壓時(shí)，冷空氣從透氣管釋放，達(dá)到對(duì)周圍快速降溫的目的。

(4)本裝置也可實(shí)現(xiàn)冬季溫度過(guò)低時(shí)的車內(nèi)自適應(yīng)升溫功能，提高了適用性。