汽車空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

鄭淳允

摘 要：隨著消費(fèi)者對(duì)汽車功能以及性能要求越來越高，空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要度也日益升高?？照{(diào)系統(tǒng)與汽車的空調(diào)舒適性密切相關(guān)，不僅決定了乘員艙內(nèi)氣體的溫度、濕度、流量等關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)，還與汽車的能耗經(jīng)濟(jì)性有一定的聯(lián)系。本文主要結(jié)合作者的經(jīng)驗(yàn)對(duì)汽車空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行論述。

關(guān)鍵詞：功能;性能;空調(diào)系統(tǒng);空調(diào)舒適性

1 空調(diào)系統(tǒng)構(gòu)成及分類

汽車空調(diào)系統(tǒng)由制冷系統(tǒng)和制熱系統(tǒng)兩大系統(tǒng)組成。制冷系統(tǒng)采用的是蒸發(fā)壓縮式制冷原理，主要是由冷凝器、壓縮機(jī)、蒸發(fā)器、干燥器、膨脹閥等部件組成;空調(diào)制熱系統(tǒng)的原理相對(duì)簡(jiǎn)單一些，主要是利用發(fā)動(dòng)機(jī)的余熱以及冷卻液循環(huán)來實(shí)現(xiàn)制熱功能?？照{(diào)制熱系統(tǒng)主要由蒸發(fā)器（加熱器芯體）、鼓風(fēng)機(jī)等構(gòu)成?？照{(diào)制冷系統(tǒng)構(gòu)成簡(jiǎn)圖如圖1所示，箭頭代表氣流方向，藍(lán)色代表低溫氣流，紅色代表高溫氣流，空調(diào)制熱系統(tǒng)的原理圖如圖2所示，同樣的紅色箭頭代表高溫冷卻液、低溫箭頭代表低溫冷卻液。

雖然汽車空調(diào)的種類繁多，但是大致可以歸納為三種：手動(dòng)空調(diào)、手動(dòng)電控空調(diào)（半自動(dòng)空調(diào)）、全自動(dòng)空調(diào)。

手動(dòng)空調(diào)：關(guān)鍵部件有HVAC總成（機(jī)械拉絲控制）、冷凝器、壓力傳感器、空調(diào)控制器（手動(dòng)機(jī)械式）、空調(diào)濾清器等。

手動(dòng)電控空調(diào)：關(guān)鍵部件有HVAC總成、空調(diào)控制器、冷凝器、空調(diào)濾清器、空調(diào)管路等。

全自動(dòng)空調(diào)：關(guān)鍵部件有HVAC總成、冷凝器、空調(diào)控制器、空調(diào)管路、傳感器等。

2 空調(diào)系統(tǒng)開發(fā)流程及參考標(biāo)準(zhǔn)

2.1 開發(fā)流程

汽車空調(diào)系統(tǒng)開發(fā)流程是汽車整車產(chǎn)品開發(fā)流程中的一部分，當(dāng)前國內(nèi)主流的汽車整車產(chǎn)品開發(fā)流程有上海通用整車產(chǎn)品開發(fā)流程、廣汽汽車產(chǎn)品開發(fā)流程、等，這些產(chǎn)品開發(fā)流程大都遵循9個(gè)閥點(diǎn)的開發(fā)程序（P0到P8閥點(diǎn)或G0到G8閥點(diǎn)）。

2.2 參考標(biāo)準(zhǔn)

當(dāng)前國內(nèi)汽車空調(diào)系統(tǒng)開發(fā)涉及到的主要標(biāo)準(zhǔn)有三大類：國家標(biāo)準(zhǔn)、國際標(biāo)準(zhǔn)（歐美標(biāo)準(zhǔn)為主）、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

國家標(biāo)準(zhǔn)主要有GB11555 汽車風(fēng)窗玻璃除霧系統(tǒng)的性能要求及試驗(yàn)方法、GB11556 汽車風(fēng)窗玻璃除霜系統(tǒng)的性能要求及試驗(yàn)方法、GB11552轎車內(nèi)部凸出物等;歐洲標(biāo)準(zhǔn)主要有No.78/317/EEC 機(jī)動(dòng)車玻璃表面的除霜和除霧系統(tǒng)、No.74/60/EEC 關(guān)于車輛內(nèi)部安裝件認(rèn)證的統(tǒng)一規(guī)定;美國標(biāo)準(zhǔn)主要有US Federal-MVSS 103擋風(fēng)玻璃除霜除霧系統(tǒng)、US Federal-MVSS 201關(guān)于整車內(nèi)部碰撞保護(hù)的統(tǒng)一規(guī)定;企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)主要有整車空調(diào)系統(tǒng)環(huán)模試驗(yàn)及其評(píng)價(jià)方法、車用空調(diào)冷凝器總成、車用空調(diào)壓縮機(jī)總成等標(biāo)準(zhǔn)，企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)號(hào)依據(jù)各企業(yè)規(guī)定執(zhí)行。

3 空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路

空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要是空調(diào)系統(tǒng)類型的選擇、空調(diào)系統(tǒng)匹配、整車制冷量匹配計(jì)算等內(nèi)容。

3.1 空調(diào)類型選擇

產(chǎn)品開發(fā)立項(xiàng)初期通常要進(jìn)行市場(chǎng)調(diào)研確定對(duì)標(biāo)車型、目標(biāo)銷售群體、車型市場(chǎng)定位等相關(guān)信息作為空調(diào)類型選擇的依據(jù)（手動(dòng)空調(diào)、半自動(dòng)空調(diào)、全自動(dòng)空調(diào)等）;確定是否需要開發(fā)室內(nèi)空氣凈化裝置、開發(fā)多蒸發(fā)系統(tǒng);確定是否需要開發(fā)多區(qū)域空調(diào)、冷暖一體型空調(diào)等。

3.2 整車制冷量需求計(jì)算

收集與之相關(guān)的整車參數(shù)（空調(diào)系統(tǒng)尺寸、乘坐人數(shù)、門護(hù)板、前圍板隔熱參數(shù)等），進(jìn)行空調(diào)系統(tǒng)冷負(fù)荷計(jì)算、濕負(fù)荷計(jì)算、整車空調(diào)熱濕負(fù)荷計(jì)算。

3.3 關(guān)鍵零部件詳細(xì)設(shè)計(jì)

HVAC總成是空調(diào)系統(tǒng)的關(guān)鍵零部件之一?？照{(diào)系統(tǒng)的工作過程共有壓縮、冷卻、膨脹、蒸發(fā)四個(gè)環(huán)節(jié)。同時(shí)蒸發(fā)器又是HVAC總成的核心，涵蓋了膨脹和蒸發(fā)兩個(gè)環(huán)節(jié)。蒸發(fā)器芯和加熱器芯的結(jié)構(gòu)形式有管片式、管帶式、承疊式三種，以蒸發(fā)器芯為例，對(duì)三種結(jié)構(gòu)形式的蒸發(fā)器芯優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比說明，見表1。

3.4 HVAC總成布置方案

a）首先確定HVAC總成的外廓尺寸，同步考慮整車總體設(shè)計(jì)部門給出的最大布置空間。

b）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。依據(jù)上一條的內(nèi)容確定HVAC的固定結(jié)構(gòu)形式以及安裝的具體方式。

c）依據(jù)空調(diào)出風(fēng)口的布置要求以及空調(diào)舒適性要求，確定空調(diào)除霜除霧出風(fēng)口的具體位置及尺寸規(guī)格。

d）預(yù)留除霜除霧風(fēng)道的布置空間，依據(jù)模流分析CAE報(bào)告，進(jìn)行多輪分析驗(yàn)證。

e）設(shè)定左、右吹腳出風(fēng)口的溫差為3攝氏度，右側(cè)溫度偏高。

3.5 HVAC總成布置校核

通常要求HVAC總成與周邊固定零部件的間隙不低于5mm，與運(yùn)動(dòng)部件的間隙不低于10mm;風(fēng)口與風(fēng)道之間需要海綿或者其他填充物來保持密封且風(fēng)口與風(fēng)道所在的平面必須平行且留有2-6mm的配合間隙。

在3D數(shù)據(jù)驗(yàn)證環(huán)節(jié)，需要整理收集HVAC總成數(shù)據(jù)與周邊部件的數(shù)據(jù)進(jìn)行DMU校核分析，具體結(jié)果以圖3、圖4為例進(jìn)行說明。

4 結(jié)束語

汽車空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)是汽車產(chǎn)品開發(fā)當(dāng)中的最重要的環(huán)節(jié)之一?？照{(diào)系統(tǒng)的開發(fā)流程時(shí)間跨度較長，而且包含的開發(fā)設(shè)計(jì)內(nèi)容較多，本文作者是結(jié)合自身的工作經(jīng)歷對(duì)其開發(fā)過程就其中的重點(diǎn)部分（HVAC總成）進(jìn)行了部分說明，事實(shí)上空調(diào)系統(tǒng)數(shù)據(jù)階段設(shè)計(jì)完成后還要進(jìn)行單體驗(yàn)證、整車環(huán)模試驗(yàn)、除霜除霧公告試驗(yàn)等一系列試驗(yàn)驗(yàn)證工作?？傊?，空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)非常重要，與整車空調(diào)舒適性以及乘員艙駕乘主觀感受有密切關(guān)聯(lián)，在汽車產(chǎn)品開發(fā)過程中對(duì)空調(diào)系統(tǒng)開發(fā)必須給予高度重視。

參考文獻(xiàn)：

[1]GB11555，汽車風(fēng)窗玻璃除霧系統(tǒng)的性能要求及試驗(yàn)方法，2009.

[2]GB11556，汽車風(fēng)窗玻璃除霜系統(tǒng)的性能要求及試驗(yàn)方法，2009.

[3]GB11552，轎車內(nèi)部凸出物，2009.

[4]No.78/317/EEC 機(jī)動(dòng)車玻璃表面的除霜和除霧系統(tǒng).

[5]No.74/60/EEC 關(guān)于車輛內(nèi)部安裝件認(rèn)證的統(tǒng)一規(guī)定.

[6]US Federal-MVSS 103擋風(fēng)玻璃除霜除霧系統(tǒng).

[7]US Federal-MVSS 201關(guān)于整車內(nèi)部碰撞保護(hù)的統(tǒng)一規(guī)定.