车内自适应降温装置设计

王国锐，张子龙，张禧龙，邹常丰，陈 星，杨昌霖，汤清文

(东北林业大学交通学院，黑龙江 哈尔滨 150036)

随着科技日新月异的发展，人们的出行也越来越方便快捷。汽车也逐渐成为每个家庭的必需品，越来越多的家庭拥有一辆甚至多辆汽车，我国的汽车保有量在逐年快速增长。2018年，我国汽车保有量达到了3.19亿辆。据统计，2018年上半年新注册登记机动车达1 636万辆，高于2017年同期1 594万辆的登记量。新能源汽车保有量达199万辆，私家车保有量达1.8亿辆，为历史最高水平[1]。由于我国大部分停车场为露天停车场，车辆常常受到暴晒，车内温度常高于外界气温。当外界气温在35 ℃时，车内平均温度在55 ℃左右；当外界气温在39 ℃时，车内测出的最高温度达62 ℃。座椅更烫到让人难以下坐。对此，各类座椅降温产品也层出不穷[2]。

国内目前具有降温功能的车辆座椅，是通过在座椅内部安装电扇达到降温效果，但由于排风口的设置，座椅的舒适度降低，且发生故障时拆卸维修麻烦[3-5]。相比之下，本装置结构简单，拆卸方便，无需外加电力，使用成本低且保障了乘客的舒适度。

本装置在车内无人时，通过温度检测模块对车顶温度的分析，启动气泵，对车辆内部空气进行内循环，降低温度，当车内有人时，启动温度检测模块对座位上乘坐的客人进行温度检测，并且调节车辆空调温度，便于乘客乘坐车辆时有更好的感受。通过在软靠垫内部设置第二气囊，能与乘客的背部完美贴合，乘客坐下时第二气囊内残留的空气被挤压排出，将软坐垫顶部热空气吹走，使乘客周围温度降低，提高乘客的乘坐体验。

1 系统设计要求

1.1 系统设计要求

1.1.1 感应设计

若干个触发模块与感应模块一一对应，触发模块与感应模块电性连接，卡块外壁与卡槽内壁光滑贴合，底座顶部固定连接有若干个弹簧装置，对车内是否存在人员实现精准判断。感应模块如图1所示。

图1 感应模块

1.1.2 预降温设计

车内无人时，温度检测模块测量车顶温度并启动气泵，通过通风管和第一气囊对车辆内部空气进行内循环，达到降低车辆内部温度的目的。

1.1.3 自适应设计

车内有人时，通过感应模块与触发模块接触，启动温度检测模块对座位上乘客进行温度检测，并且调节车辆空调温度，便于乘客乘坐车辆时有更好的感受，无需人工调节，简便易行，使车辆内部设备更加智能化。

1.1.4 舒适度设计

通过在软靠垫内部设置第二气囊，满足不同乘客的舒适需求。乘客坐下时，第二气囊内残留的空气被挤压排出，将软坐垫顶部热空气吹走，使乘客腰腹部由下到上感受到清凉，提高乘客的乘坐体验。

1.2 系统工作流程

系统工作流程框图如2所示。

图2 系统工作流程框图

2 自适应降温系统的结构及工作原理

2.1 结构设计

设计的夏日车内自适应降温装置硬件主要由底座、气泵、通风管、气囊、软座垫、软靠垫、感应模块和触发模块，温度检测模块、卡槽、弹簧、单向阀等组成。

在底座的顶部设置有若干个卡槽，卡槽的底部固定有温度感应模块，在两相邻卡槽间设置有若干个弹簧，弹簧顶部共同固定连接底板。底板的顶部是固定的软坐垫，其底部连接有若干个卡块，卡块中嵌有触发模块，当触发模块与感应模块契合时，即可完成对装置的人为控制。此外，第一气囊被设置在底座的内部，其一端固定连接有连接管，用于连接汽车的空调系统，最大限度地满足乘客的需求。在远离连接管底座的一侧设置有气泵，在底座内部靠近连接管一侧设置有通风管，使第一气囊内部的空气实现循环。与软坐垫类似的还有软靠垫，以提高乘客的舒适性，软靠垫的内部设置有第二气囊，第一气囊与第二气囊通过单向阀实现气体的交换；软靠垫顶部设置有温度检测模块，用于检测车内温度，完成部分控制；软靠垫靠近坐垫的一侧底部设有若干个透气管，用于吹散乘客周围的热空气，降低乘客周围温度。在单向阀的外部设置有密封块，以提高装置的密闭性能。

2.2 工作原理

装置工作时主要依托各模块的紧密配合，卡块外壁与卡槽内壁光滑贴合，内嵌有触发模块与感应模块。若干个触发模块与感应模块一一对应，触发模块与感应模块电性连接。

当车内有乘客入座时，软坐垫受到乘客重力，使得底板下降，感应模块与触发模块接触，启动温度检测模块，对车辆内部进行检测，连接管远离第一气囊的一端与外部汽车空调管接通，气泵抽气端贯穿第二气囊并向内延伸，第一气囊与第二气囊之间通过单向阀阻隔，温度检测模块与感应模块电性连接，实现对温度的控制。

透气管贯穿第二气囊并向内延伸，通过在软靠垫内部设置第二气囊，能适应不同乘客背部轮廓，并与乘客的背部完美贴合，给予均匀支撑力，非常舒适。乘客坐下时，第二气囊内残留的空气被挤压排出，将软坐垫顶部热空气吹走，使乘客腰腹部由下到上感受到清凉，提高乘客的乘坐体验。

通风管一端贯穿底座顶部并向外延伸，另一端与第一气囊固定连接，温度检测模块顶部与外部汽车车顶固定连接。

车内无人时，弹簧将底板支撑起来，使软坐垫表面变得蓬松，温度检测模块通过对车顶温度的分析启动气泵，通过通风管和第一气囊对车辆内部空气进行内循环，增加车辆内部空气流通速度，进而降低车辆内部温度。自适应降温装置结构简图如图3所示，卡槽结构简图如图4所示。

图3 自适应降温装置结构简图

图4 卡槽结构简图

3 小结

(1)内置式座椅空调系统不需在座椅外另设装置，结构简单，无需外设电源，使用成本低。

(2)本装置可自动调节空调温度，无需人工调节，避免分散司机注意力。

(3)乘客入座时，在重力作用下感应模块与触发模块接触，触发装置；当乘客对背部第二气囊挤压时，冷空气从透气管释放，达到对周围快速降温的目的。

(4)本装置也可实现冬季温度过低时的车内自适应升温功能，提高了适用性。