通過紅外傳感器技術(shù)實現(xiàn)的汽車氣候控制的進展

汽車行業(yè)典型批準此刻并不要求證明氣候控制的工作如何影響車輛運行的測試，汽車制造商也沒有義務(wù)透露任何關(guān)于這項功能對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)濟體的行業(yè)機構(gòu)已經(jīng)開始實施測試程序，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制可分為以下幾種類型：

1.手動型：車輛乘員自己設(shè)置溫度高低，并通過送風機設(shè)定氣流的強度。這需要乘員隨著情況的變化不斷調(diào)整。

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

3.全自動型：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艙氣候條件。所有這些都是基于乘員預先定義的溫度，系統(tǒng)則自動調(diào)節(jié)送風機的氣流、氣量以及氣流的溫度。

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

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

上述數(shù)據(jù)表明，當車輛在擁擠的城市環(huán)境中行駛時，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)耗電會比任何其他耗電配件都大（可能達到總電力消耗的70％）。

使用某種形式全自動氣候控制系統(tǒng)的車輛已證明比傳統(tǒng)的手動或半自動系統(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簡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)，這種策略往往對乘客的舒適度產(chǎn)生不準確的估計。

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

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

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

使用多單元遠紅外（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，可以對給定的目標區(qū)域產(chǎn)生一個實時的熱值圖，不再需要用單點傳感器掃描該區(qū)域，或者采用昂貴的微測輻射熱計設(shè)備。這種陣列可以測量從司機/乘客發(fā)出的紅外能量，用于補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誤的結(jié)果。

電動汽車中影響氣候控制效率的問題

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

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)計工程師必須面對困難的挑戰(zhàn)，以減少車艙內(nèi)能耗，同時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以降低其燃油消耗。先進的紅外技術(shù)部署可實現(xiàn)把下一代多溫區(qū)車艙內(nèi)熱成像解決方案推向市場的承諾，能夠保持司機/乘客的舒適性，同時顯著降低能耗水平，提高燃油經(jīng)濟性。