通过红外传感器技术实现的汽车气候控制的进展

        随着石油资源被耗尽、汽油价格上升和更低碳排放量压力等问题越来越尖锐，控制车辆的功率预算任务对于汽车设计工程团队变得更加重要。气候控制系统从车辆的电池中吸走了相当多的电流，因此，它们的使用将影响车辆整体的燃油经济性。最近在欧洲进行的研究检查了各种气候控制系统的功率消耗，结果发现在某些情况下，它可能占高达燃油总消耗量的15％。
汽车行业典型批准此刻并不要求证明气候控制的工作如何影响车辆运行的测试，汽车制造商也没有义务透露任何关于这项功能对于总体燃油消耗影响的数字。但是这一切都即将改变，西方主要经济体的行业机构已经开始实施测试程序，将考虑气候控制系统所增加的能量消耗。
汽车气候控制系统
目前车内所能见到的车辆气候控制机制可分为以下几种类型：

1.手动型：车辆乘员自己设置温度高低，并通过送风机设定气流的强度。这需要乘员随着情况的变化不断调整。
2.半自动型：车内的温度可以保持在乘员设定的水平，但仍必须手动调节的空气流的强度。
3.全自动型：车内安装有各种不同的传感器，可以始终保持使乘员舒适的最佳机舱气候条件。所有这些都是基于乘员预先定义的温度，系统则自动调节送风机的气流、气量以及气流的温度。

行业研究发现，正确使用时，全自动气候控制系统与不太先进的手动系统相比将消耗少得多的燃料。这就是说，如果自动系统采用手动方式工作，不可能实现燃油经济性的改善。


图1：在汽车怠速时空调对于燃油消耗的影响（%）（来源：ADAC）。

上述数据表明，当车辆在拥挤的城市环境中行驶时，车辆气候控制系统消耗的燃料比例将是最高。如果车辆缓慢行驶，空调耗电会比任何其他耗电配件都大（可能达到总电力消耗的70％）。
使用某种形式全自动气候控制系统的车辆已证明比传统的手动或半自动系统有更高的燃油效率。在许多汽车中安装的传感器功能是使用一个简单的热敏电阻确定车内的空气温度，从而来调节车内部的气候。然而，由于照射进车内的太阳光辐射所产生的热量没有考虑在内，这种策略往往对乘客的舒适度产生不准确的估计。
如果在这些系统中采用红外（IR）传感机制，而不是被动的半导体技术，则可以提升系统的燃油效率水平。红外传感机制比以往的传感器技术能够更快速地做出反应，同时能够把乘员感受到的太阳光对温度影响考虑在内，并做出相应的调整。
在未来，多温区气候控制机制将变得更加普遍。这些将能够处理整个车内太阳光的不均匀分布，使得每个乘员都有可能实现设置的最佳条件。在豪华型和中档车型中，这种方案的实现将需要多单元的红外传感器阵列，以便能够实时地生成车舱内准确的温度分布。通过这些传感器阵列，可以更有效地应对不断变化的热负荷，从而提高车舱内温度的稳定性和驾乘人员的舒适度，同时降低能耗，使系统材料清单成本得到控制，并且帮助加快实施的进程。


图2：MLX90620具有内置EEPROM存储的校准数据和I2C数字接口的16x4像素FIR阵列。

使用多单元远红外（FIR）温差电堆（热电堆）传感器阵列，工作温度在-20℃至300℃的温度范围，可以对给定的目标区域产生一个实时的热值图，不再需要用单点传感器扫描该区域，或者采用昂贵的微测辐射热计设备。这种阵列可以测量从司机/乘客发出的红外能量，用于补偿其感知的温度水平，而不受太阳光加热条件下的影响，否则可能得到非常错误的结果。

电动汽车中影响气候控制效率的问题
虽然气候控制系统的效率在所有新车型都必须考虑，但在混合动力/电动车领域，更高效的空调则显得尤为重要。例如，电动汽车与内燃机汽车相比，在提供有效的车内温度控制时难度更大。原因是，电动汽车不能利用从发动机冷却系统产生的余热，在冬季用来为车内取暖。此外，电动汽车中任何电池耗电都将敏感地缩短其行驶里程，导致更频繁的充电周期，并且会影响其性能。
汽车制造商需要最大限度地提高燃油效率，这种压力在不断增大。他们的设计工程师必须面对困难的挑战，以减少车舱内能耗，同时仍然能够提供客户所期望的舒适程度。从汽车的燃油效率角度看，气候控制系统有着深刻的影响，汽车厂家需要立即采取行动以降低其燃油消耗。先进的红外技术部署可实现把下一代多温区车舱内热成像解决方案推向市场的承诺，能够保持司机/乘客的舒适性，同时显著降低能耗水平，提高燃油经济性。