通過紅外傳感器技術(shù)實(shí)現(xiàn)的汽車氣候控制進(jìn)展一覽

　　隨著石油資源被耗盡、汽油價(jià)格上升和更低碳排放量壓力等問題越來越尖銳，控制車輛的功率預(yù)算任務(wù)對(duì)于汽車設(shè)計(jì)工程團(tuán)隊(duì)變得更加重要。氣候控制系統(tǒng)從車輛的電池中吸走了相當(dāng)多的電流，因此，它們的使用將影響車輛整體的燃油經(jīng)濟(jì)性。最近在歐洲進(jìn)行的研究檢查了各種氣候控制系統(tǒng)的功率消耗，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在某些情況下，它可能占高達(dá)燃油總消耗量的15％。

　　汽車行業(yè)典型批準(zhǔn)此刻并不要求證明氣候控制的工作如何影響車輛運(yùn)行的測(cè)試，汽車制造商也沒有義務(wù)透露任何關(guān)于這項(xiàng)功能對(duì)于總體燃油消耗影響的數(shù)字。但是這一切都即將改變，西方主要經(jīng)濟(jì)體的行業(yè)機(jī)構(gòu)已經(jīng)開始實(shí)施測(cè)試程序，將考慮氣候控制系統(tǒng)所增加的能量消耗。

　　汽車氣候控制系統(tǒng)

　　目前車內(nèi)所能見到的車輛氣候控制機(jī)制可分為以下幾種類型：

　　1.手動(dòng)型：車輛乘員自己設(shè)置溫度高低，并通過送風(fēng)機(jī)設(shè)定氣流的強(qiáng)度。這需要乘員隨著情況的變化不斷調(diào)整。

　　2.半自動(dòng)型：車內(nèi)的溫度可以保持在乘員設(shè)定的水平，但仍必須手動(dòng)調(diào)節(jié)的空氣流的強(qiáng)度。

　　3.全自動(dòng)型：車內(nèi)安裝有各種不同的傳感器，可以始終保持使乘員舒適的最佳機(jī)艙氣候條件。所有這些都是基于乘員預(yù)先定義的溫度，系統(tǒng)則自動(dòng)調(diào)節(jié)送風(fēng)機(jī)的氣流、氣量以及氣流的溫度。

　　行業(yè)研究發(fā)現(xiàn)，正確使用時(shí)，全自動(dòng)氣候控制系統(tǒng)與不太先進(jìn)的手動(dòng)系統(tǒng)相比將消耗少得多的燃料。這就是說，如果自動(dòng)系統(tǒng)采用手動(dòng)方式工作，不可能實(shí)現(xiàn)燃油經(jīng)濟(jì)性的改善。

　　圖1：在汽車怠速時(shí)空調(diào)對(duì)于燃油消耗的影響（%）（來源：ADAC）。

　　上述數(shù)據(jù)表明，當(dāng)車輛在擁擠的城市環(huán)境中行駛時(shí)，車輛氣候控制系統(tǒng)消耗的燃料比例將是最高。如果車輛緩慢行駛，空調(diào)耗電會(huì)比任何其他耗電配件都大（可能達(dá)到總電力消耗的70％）。

　　使用某種形式全自動(dòng)氣候控制系統(tǒng)的車輛已證明比傳統(tǒng)的手動(dòng)或半自動(dòng)系統(tǒng)有更高的燃油效率。在許多汽車中安裝的傳感器功能是使用一個(gè)簡(jiǎn)單的熱敏電阻確定車內(nèi)的空氣溫度，從而來調(diào)節(jié)車內(nèi)部的氣候。然而，由于照射進(jìn)車內(nèi)的太陽光輻射所產(chǎn)生的熱量沒有考慮在內(nèi)，這種策略往往對(duì)乘客的舒適度產(chǎn)生不準(zhǔn)確的估計(jì)。

　　如果在這些系統(tǒng)中采用紅外（IR）傳感機(jī)制，而不是被動(dòng)的半導(dǎo)體技術(shù)，則可以提升系統(tǒng)的燃油效率水平。紅外傳感機(jī)制比以往的傳感器技術(shù)能夠更快速地做出反應(yīng)，同時(shí)能夠把乘員感受到的太陽光對(duì)溫度影響考慮在內(nèi)，并做出相應(yīng)的調(diào)整。

　　在未來，多溫區(qū)氣候控制機(jī)制將變得更加普遍。這些將能夠處理整個(gè)車內(nèi)太陽光的不均勻分布，使得每個(gè)乘員都有可能實(shí)現(xiàn)設(shè)置的最佳條件。在豪華型和中檔車型中，這種方案的實(shí)現(xiàn)將需要多單元的紅外傳感器陣列，以便能夠?qū)崟r(shí)地生成車艙內(nèi)準(zhǔn)確的溫度分布。通過這些傳感器陣列，可以更有效地應(yīng)對(duì)不斷變化的熱負(fù)荷，從而提高車艙內(nèi)溫度的穩(wěn)定性和駕乘人員的舒適度，同時(shí)降低能耗，使系統(tǒng)材料清單成本得到控制，并且?guī)椭涌鞂?shí)施的進(jìn)程。

　　圖2：MLX90620具有內(nèi)置EEPROM存儲(chǔ)的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)和I2C數(shù)字接口的16x4像素FIR陣列。

　　使用多單元遠(yuǎn)紅外（FIR）溫差電堆（熱電堆）傳感器陣列，工作溫度在-20℃至300℃的溫度范圍，可以對(duì)給定的目標(biāo)區(qū)域產(chǎn)生一個(gè)實(shí)時(shí)的熱值圖，不再需要用單點(diǎn)傳感器掃描該區(qū)域，或者采用昂貴的微測(cè)輻射熱計(jì)設(shè)備。這種陣列可以測(cè)量從司機(jī)/乘客發(fā)出的紅外能量，用于補(bǔ)償其感知的溫度水平，而不受太陽光加熱條件下的影響，否則可能得到非常錯(cuò)誤的結(jié)果。

　　雖然氣候控制系統(tǒng)的效率在所有新車型都必須考慮，但在混合動(dòng)力/電動(dòng)車領(lǐng)域，更高效的空調(diào)則顯得尤為重要。例如，電動(dòng)汽車與內(nèi)燃機(jī)汽車相比，在提供有效的車內(nèi)溫度控制時(shí)難度更大。原因是，電動(dòng)汽車不能利用從發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)產(chǎn)生的余熱，在冬季用來為車內(nèi)取暖。此外，電動(dòng)汽車中任何電池耗電都將敏感地縮短其行駛里程，導(dǎo)致更頻繁的充電周期，并且會(huì)影響其性能。

　　汽車制造商需要最大限度地提高燃油效率，這種壓力在不斷增大。他們的設(shè)計(jì)工程師必須面對(duì)困難的挑戰(zhàn)，以減少車艙內(nèi)能耗，同時(shí)仍然能夠提供客戶所期望的舒適程度。從汽車的燃油效率角度看，氣候控制系統(tǒng)有著深刻的影響，汽車廠家需要立即采取行動(dòng)以降低其燃油消耗。先進(jìn)的紅外技術(shù)部署可實(shí)現(xiàn)把下一代多溫區(qū)車艙內(nèi)熱成像解決方案推向市場(chǎng)的承諾，能夠保持司機(jī)/乘客的舒適性，同時(shí)顯著降低能耗水平，提高燃油經(jīng)濟(jì)性。