汽車空調(diào)系統(tǒng)中溫度與氣流的調(diào)節(jié)控制技術(shù)研究

賈慧鵬

摘要：隨著現(xiàn)代科學技術(shù)的發(fā)展和經(jīng)濟水平的提高，人們的生活水平也達到了長足的提升，在這樣一種發(fā)展形勢之下，私家車的數(shù)量越來越多，尤其是最近幾年，幾乎呈現(xiàn)為爆炸式的增長。人們除了對車的質(zhì)量相當在乎以外，也非常關(guān)注汽車的駕駛舒適度，而駕駛舒適度的影響因素就以汽車內(nèi)空調(diào)系統(tǒng)中的溫度與氣流的調(diào)節(jié)控制技術(shù)為最關(guān)鍵，本文也正是針對于這樣兩個方面展開的說明和分析。

關(guān)鍵詞：汽車；空調(diào)系統(tǒng)；氣流；調(diào)節(jié)；控制；技術(shù)

1.汽車中空調(diào)系統(tǒng)與駕駛舒適度之間的關(guān)系分析

私家車帶給人們的不僅是出行上的便利，更是身份地位的象征以及對美好生活的感受，人們對車輛的要求也不僅局限于質(zhì)量和安全性上，而是希望能夠具備更好的行車享受?；谏鲜鲂枨螅嚓P(guān)方面的設(shè)計人員基于這樣一種環(huán)境額營造，結(jié)合國外在這樣一個方面上的選擇，同時綜合性考慮到車窗以及車壁等可能造成的輻射熱，最終制定出了符合我國實情的汽車內(nèi)部空調(diào)溫度，具體為夏季空調(diào)為23℃左右，冬季為20℃左右，這主要是考慮到車內(nèi)溫度不能夠與環(huán)境溫度差距太大，否則就會因為下車時過大的溫度差而造成嚴重的不適應，基于此就不難看出汽車的實際舒適程度與汽車內(nèi)部的空調(diào)系統(tǒng)以及氣流調(diào)節(jié)系統(tǒng)有著莫大的關(guān)系。

2.汽車空調(diào)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分析

在汽車當中，電子空調(diào)控制系統(tǒng)主要由九大部分組成：控制器、車內(nèi)、外溫度傳感器、蒸發(fā)器溫度傳感器、日照傳感器、濕度傳感器、水溫傳感器、鼓風機調(diào)速模塊和執(zhí)行器。

在這其中，控制器最為核心和關(guān)鍵，因為在控制器內(nèi)含有多方面的數(shù)據(jù)存儲器和中央處理器等非常重要的部件，這些部件以及其對應的重要路線的存在使得中央控制器成為了電子空調(diào)控制系統(tǒng)的心臟；

車內(nèi)、外溫度傳感器一般為熱敏電阻，是為了檢測車廂外的大氣環(huán)境溫度或車內(nèi)部的實際溫度；

蒸發(fā)器溫度傳感器會直接控制汽車空調(diào)系統(tǒng)壓縮機的開閉情況，以防止蒸發(fā)器結(jié)霜，這主要是通過蒸發(fā)器溫度傳感器對溫度進行持續(xù)測量，當達到結(jié)霜保護點前空調(diào)控制器即關(guān)閉壓縮機來實現(xiàn)的；

日照傳感器在車內(nèi)的位置一般是儀表盤上部，其作用機理是通過對太陽光強的檢測來相應的進行溫度補償，從而起到調(diào)節(jié)和控制車內(nèi)實際溫度的作用；

濕度傳感器顧名思義就能夠?qū)ζ噧?nèi)部的濕度狀況進行檢測，濕度對于人的舒適性感受影響非常明顯，因此這樣一種檢測對于車內(nèi)人的舒適也起到了非常重要的作用，同時，空調(diào)控制器也可以通過濕度傳感器做一些防止車窗起霧的控制策略，提升駕駛安全性；

水溫傳感器實際上主要是在冬季進行應用，其應用目的是希望有效避免熱值不足時冷風對車內(nèi)人員的不舒適感及傷害；

鼓風機調(diào)速模塊則主要是通過場效應管這樣一種性質(zhì)來發(fā)揮作用，從而達到調(diào)節(jié)出風風速大小的目的；

最后就是執(zhí)行器，每個空調(diào)系統(tǒng)中至少有三個執(zhí)行器：一是內(nèi)外循環(huán)執(zhí)行器起隔離或引入外界空氣的作用，二是出風模式執(zhí)行器起調(diào)節(jié)車內(nèi)空氣流動方向的作用，一般分為吹面、吹面/吹腳、吹腳、吹腳/吹窗、吹窗等幾種模式，三是溫度混合執(zhí)行器，其是通過調(diào)節(jié)溫度風門位置從而達到調(diào)節(jié)出風溫度的作用。

3. 汽車空調(diào)系統(tǒng)溫度控制概述

通過利用汽車空調(diào)溫度控制，可以有效的提高乘車人的舒適性。空調(diào)溫度控制器主要以手動機械式和電子式為主，多會安裝在汽車儀表板中間方便乘客操作的位置，以此來實現(xiàn)對汽車內(nèi)部溫度的有效控制。 3.1 機械式溫度控制器

機械式空調(diào)控制器也可以將其稱為手動空調(diào)控制器，主要由蒸發(fā)器溫度控制系統(tǒng)、風門調(diào)節(jié)裝置和風量調(diào)節(jié)開關(guān)三部分組成。可依據(jù)蒸發(fā)器溫度來實現(xiàn)對壓縮機開閉的控制，以防止因蒸發(fā)器結(jié)霜導致的車內(nèi)不舒適問題；溫度及模式風門調(diào)節(jié)裝置僅可分為幾個固定的位置，無法實現(xiàn)無極調(diào)節(jié)，故無法達到對車內(nèi)空氣溫度進行精確控制，舒適性感受略差；風量開關(guān)則可實現(xiàn)對出風風速調(diào)節(jié)。

在工作過程中機械式空調(diào)溫度控制器具有較好的可靠性，且使用壽命較長，造價較為低廉，汽車運行過程中產(chǎn)生的振動對其帶來的影響較小。但在采用機械式空調(diào)溫度控制過程中，因無法達到對車內(nèi)空氣溫度進行精確控制，舒適性感受較差的原因也使其多會應用在一些低端的汽車空調(diào)系統(tǒng)中。

3.2 電子式空調(diào)控制器

電子式空調(diào)控制器可以通過在各空調(diào)出風口放置溫度傳感器來達到對車內(nèi)溫度進行精準控制的目的，出風口溫度傳感器是一種利用電阻感溫來對溫度測量的設(shè)備，多會采用鉑金絲、銅絲和鎢絲來作為測溫電阻的主要材料，電子式空調(diào)控制器可通過采集車內(nèi)/外溫度傳感器、蒸發(fā)器溫度傳感器、日照傳感器、濕度傳感器、水溫傳感器等的值通過內(nèi)部算法計算得到一個目標的出風口溫度值，通過對各風門執(zhí)行器、鼓風機調(diào)速模塊、壓縮機等的調(diào)節(jié)控制來實現(xiàn)出風口溫度值的變化，再通過出風口溫度傳感器采集回的數(shù)值與算法計算得到的目標出風口溫度值進行比較，在一定時間內(nèi)使實際出風口溫度值與目標出風口溫度值達到一致，從而達到對車內(nèi)溫度進行精準控制的目的。

而且電子式空調(diào)溫度控制器體積較小，在運行過程中具有較高的穩(wěn)定性，能夠有效的保證汽車空調(diào)系統(tǒng)的舒適度達到預期的效果，對提高汽車空調(diào)系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性具有非常重要的意義。故電子式空調(diào)溫度控制器在當前家用汽車市場中應用十分普遍。

4. 汽車空調(diào)蒸發(fā)器溫度傳感器位置設(shè)置及控制參數(shù)確定

汽車空調(diào)系統(tǒng)穩(wěn)定的運行可使車輛內(nèi)具有較好的舒適度，一旦空調(diào)系統(tǒng)蒸發(fā)器表面在各種原因作用下發(fā)生結(jié)霜現(xiàn)象時，首先會減少出風口的出風量，車內(nèi)溫度會上升，同時會導致空調(diào)系統(tǒng)壓力異常升高，壓縮機停止運轉(zhuǎn)，對空調(diào)系統(tǒng)制冷效果帶來較大影響。因此需要合理設(shè)置汽車空調(diào)蒸發(fā)器溫度傳感器位置，并有效的對控制參數(shù)進行確定，保證汽車空調(diào)系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和可靠性。

4.1 蒸發(fā)器溫度傳感器位置的選擇

蒸發(fā)器溫度傳感器會直接決定汽車空調(diào)系統(tǒng)中壓縮機的開閉情況，這主要是由于蒸發(fā)器溫度傳感器對蒸發(fā)器溫度進行持續(xù)測量，空調(diào)控制器依據(jù)測到的蒸發(fā)器溫度來控制壓縮機的開閉情況。在設(shè)置蒸發(fā)器溫度傳感器位置時，通常會選擇在蒸發(fā)器出風面溫度和濕度較低的位置進行安裝，這樣不僅能夠保證感應到溫度的準確性，而且有利于準確判斷蒸發(fā)器表面結(jié)霜的可能性。因此在實際工作中，需要利用熱電偶對蒸發(fā)器表面溫度分布進行測量，并從中選擇溫度較低的位置，針對現(xiàn)場實際情況對溫度傳感器進行安裝。

4.2 溫度控制參數(shù)的確定

汽車空調(diào)系統(tǒng)壓縮機控制參數(shù)需要以蒸發(fā)器傳感器溫度為標準進行設(shè)置，以此來滿足壓縮機的運行操作，且所選擇的參數(shù)會直接影響到車內(nèi)的舒適度。對于汽車空調(diào)系統(tǒng)來講，當出風口平均溫度在10℃左右時，可以有效的滿足車內(nèi)舒適度的要求，這種情況下蒸發(fā)器溫度通常為4.5℃左右，而壓縮機關(guān)斷點的設(shè)置可較此溫度略低1-2℃，因此在實際設(shè)置參數(shù)時可將壓縮機關(guān)斷溫度設(shè)置為3℃左右，當然此溫度點設(shè)置與空調(diào)系統(tǒng)制冷能力息息相關(guān)，實際工作中需依據(jù)實際測試數(shù)量進行確定。

5.汽車空調(diào)系統(tǒng)中溫度與氣流的調(diào)節(jié)控制技術(shù)分析

汽車空調(diào)系統(tǒng)中溫度與氣流的調(diào)節(jié)控制主要包括兩方面：鼓風機的控制和溫度混合風門執(zhí)行器的控制。

在上面汽車電子空調(diào)的主要結(jié)構(gòu)中我們對鼓風機的作用有了一定的了解，它是使得空氣迅速流動的重要執(zhí)行機構(gòu)，其工作原理是將周期固定、占空比變化的脈寬調(diào)制信號轉(zhuǎn)換過來的直流電壓信號輸入鼓風機的驅(qū)動元件，從而改變鼓風機兩端的電壓值而調(diào)節(jié)風量的，然后再將鼓風機轉(zhuǎn)速的電壓反饋信號輸入控制權(quán)相應端口，最終就實現(xiàn)了給定和反饋實時采樣的鼓風機閉環(huán)速度控制系統(tǒng)。通過相關(guān)系統(tǒng)的速度給定值計算簡約方法的驗證，我們得出的結(jié)論是：當設(shè)定的目標溫度值與檢測實際溫度值偏離越大，則鼓風機的轉(zhuǎn)速就越大。

汽車空調(diào)的溫度調(diào)節(jié)，是依靠來自壓縮機等環(huán)節(jié)形成的冷媒以及用于冷卻發(fā)動機的循環(huán)水所產(chǎn)生的熱源，ECU通過控制溫度混合執(zhí)行器不同開度，來調(diào)節(jié)冷和熱的比例。其具體原理為從ECU輸出電壓信號到執(zhí)行器電機驅(qū)動芯片，然后通過對該芯片功率的放大以及電壓的轉(zhuǎn)換來控制混合風門執(zhí)行器，然后執(zhí)行器電機會向具體端口反饋執(zhí)行器位置，最終就會形成給定和反饋實時采樣的閉環(huán)執(zhí)行器位置控制系統(tǒng)。在這過程中芯片也起到警惕與保護的作用，例如在芯片出現(xiàn)負載過電流保護這種故障時，就會對相關(guān)端口發(fā)出警報。同樣的我們也通過對混合風門執(zhí)行器位置目標值計算的簡約方法，得出當設(shè)定的目標溫度值大于檢測的實際溫度值時，混合風門執(zhí)行器往熱的方向調(diào)節(jié)，否則就要向冷的方向調(diào)節(jié)。

參考文獻

[1]王文濤，賈志成，張艷.基于PIC的汽車空調(diào)控制器的設(shè)計[J].電子設(shè)計工程，2011，（24）.

[2]鄭震璇.基于PIC單片機的汽車空調(diào)控制器設(shè)計[J].機電技術(shù)，2009，（02）.

[3]周翼翔.基于P87C522單片機的汽車空調(diào)控制系統(tǒng)[J].制造業(yè)自動化，2009，（08）.

[4]林火生，陽明霞.微型汽車空調(diào)自動控制系統(tǒng)開發(fā)[J].柳州職業(yè)技術(shù)學院學報，2012，（02）.

（作者單位：長城汽車股份有限公司；

河北省汽車工程技術(shù)研究中心）