汽車空調(diào)控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢

李志偉

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的快速進(jìn)步，汽車的空調(diào)控制系統(tǒng)有了很大發(fā)展，尤其是隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，目前汽車的空調(diào)已經(jīng)是由計(jì)算機(jī)控制，能夠?qū)ζ噧?nèi)空氣的溫度和濕度進(jìn)行自主控制，自動(dòng)調(diào)節(jié)，從而給車內(nèi)乘車人員提供一個(gè)舒適的環(huán)境。而且隨著汽車動(dòng)力的更新以及新技術(shù)的應(yīng)用，汽車空調(diào)技術(shù)也逐漸在向著電動(dòng)化、環(huán)保節(jié)能化以及個(gè)性化方向發(fā)展。

關(guān)鍵詞：汽車空調(diào)控制系統(tǒng);現(xiàn)狀;發(fā)展趨勢

1 引言

在汽車生產(chǎn)中，空調(diào)系統(tǒng)已經(jīng)成為汽車的標(biāo)配，而且衡量一輛汽車是否舒適，空調(diào)系統(tǒng)的性能是一項(xiàng)重要的指標(biāo)。而且人們出行使用頻率最高的交通工具就是汽車，所以汽車空調(diào)系統(tǒng)也越來越受到人們的重視，而且汽車空調(diào)的環(huán)保問題也逐漸引起人們的重視。隨著我國新能源技術(shù)的發(fā)展，汽車在逐漸向電動(dòng)車和混動(dòng)車方向發(fā)展，因此傳統(tǒng)的利用燃油余熱工作的空調(diào)系統(tǒng)將逐漸失去市場。因此能夠適應(yīng)新能源汽車的汽車空調(diào)將是未來的發(fā)展方向。

2 汽車空調(diào)的組成

2.1 制冷系統(tǒng)

汽車空調(diào)中的制冷系統(tǒng)，其功能就是給汽車內(nèi)部提供冷空氣，制冷系統(tǒng)主要由壓縮機(jī)、冷凝器、膨脹閥以及蒸發(fā)器組成。制冷系統(tǒng)工作時(shí)，首先是壓縮機(jī)對空氣進(jìn)行壓縮，然后使其通過蒸發(fā)器，空氣通過蒸發(fā)器時(shí)，制冷劑會(huì)揮發(fā)從而吸收大量的熱，使得吹的為冷風(fēng)，達(dá)到降低車內(nèi)溫度的作用。在制冷系統(tǒng)中，蒸發(fā)器的溫度要低于空氣露點(diǎn)溫度，可以說在制冷系統(tǒng)中，蒸發(fā)器就是整個(gè)系統(tǒng)的冷源。當(dāng)然制冷系統(tǒng)不僅僅是制冷的功能，同時(shí)還負(fù)責(zé)汽車內(nèi)部的空氣凈化以及除濕，是整個(gè)汽車空調(diào)的重要組成部分。

2.2 取暖系統(tǒng)

所謂取暖系統(tǒng)，其主要作用就是負(fù)責(zé)向車內(nèi)提供暖風(fēng)。其工作原理就是將空氣通入到暖風(fēng)水箱中，然后再由鼓風(fēng)機(jī)將水箱中的熱空氣吹進(jìn)車內(nèi)，達(dá)到取暖的目的。另外像檔風(fēng)玻璃以及車窗上的霧氣和霜都可以利用暖風(fēng)系統(tǒng)除去。

2.3 通風(fēng)系統(tǒng)

通風(fēng)系統(tǒng)就是為車內(nèi)提供混合風(fēng)的裝置，由送風(fēng)道和風(fēng)門等部件構(gòu)成。通風(fēng)系統(tǒng)主要是將車內(nèi)的空氣和車外的空氣進(jìn)行調(diào)節(jié)，經(jīng)過蒸發(fā)器冷卻除濕后，再根據(jù)風(fēng)速以及風(fēng)力的大小要求將其送入車內(nèi)。

2.4 空氣凈化系統(tǒng)

空氣凈化系統(tǒng)的主要作用就是排除汽車內(nèi)部的污染氣體，凈化車內(nèi)環(huán)境?？諝鈨艋到y(tǒng)一般是由空氣過濾器、電子集塵器以及陰離子發(fā)生器構(gòu)成。

2.5 自動(dòng)控制系統(tǒng)

自動(dòng)控制系統(tǒng)主要作用是控制空調(diào)，其具體作用就是可以調(diào)節(jié)制冷或者制熱的溫度，此外該系統(tǒng)還能夠測量以及控制汽車內(nèi)部的溫度、風(fēng)量等參數(shù)。自動(dòng)控制系統(tǒng)是由傳感器、控制中樞以及執(zhí)行器三部分組成，而傳感器又分為溫度傳感器、日照強(qiáng)度傳感器以及風(fēng)門位置傳感器等?？刂浦袠杏须娮臃糯笃鳌㈦姌虮容^計(jì)算器、ECU 3種。電磁閥、真空轉(zhuǎn)換器等都屬于對中心控制系統(tǒng)的命令進(jìn)行執(zhí)行的元件。

3 汽車空調(diào)新技術(shù)研究現(xiàn)狀

伴隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，汽車空調(diào)也有了很大的進(jìn)步。和傳統(tǒng)汽車空調(diào)系統(tǒng)比較起來，新型汽車空調(diào)系統(tǒng)不論是綜合調(diào)控自動(dòng)化性能還是對汽車內(nèi)部空氣質(zhì)量的改善功能，都有了很大的提高。汽車新空調(diào)系統(tǒng)采用的傳感器技術(shù)更加先進(jìn)，而且布線技術(shù)也更加合理，節(jié)能效果高，同時(shí)新空調(diào)系統(tǒng)還可以實(shí)時(shí)收集汽車內(nèi)部空氣中的濕度、溫度以及汽車外部的空氣流速等，最終將這些參數(shù)匯總至智能中樞，從而計(jì)算出空調(diào)系統(tǒng)的出風(fēng)溫度以及風(fēng)扇轉(zhuǎn)速等，最終達(dá)到改善汽車內(nèi)部空氣質(zhì)量的目的[1]。

3.1 外部調(diào)節(jié)變排量壓縮機(jī)

在汽車空調(diào)壓縮機(jī)的發(fā)展中，其中一個(gè)主要的發(fā)展方向就是外部調(diào)節(jié)變排量壓縮機(jī)，該壓縮機(jī)目前普遍應(yīng)用在德國的大眾汽車的空調(diào)系統(tǒng)中，外部調(diào)節(jié)變排量壓縮機(jī)和傳統(tǒng)的內(nèi)部調(diào)節(jié)變排量壓縮機(jī)的運(yùn)行原理基本一樣，不同的地方在于控制閥配置一電磁單元。通過傳感器收集出風(fēng)口出的溫度、濕度以及空氣質(zhì)量等信號(hào)，然后將這些信息送往內(nèi)部相關(guān)程序進(jìn)行判斷，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)，該系統(tǒng)可以極大的減少空氣壓縮機(jī)的運(yùn)行能耗，而且外部調(diào)節(jié)變排量壓縮機(jī)采用的是無極調(diào)控，因此不會(huì)出現(xiàn)接合沖擊等問題，從而提高了空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行的效率，提高了車內(nèi)的舒適性。

3.2 CFD優(yōu)化及集成系統(tǒng)

設(shè)計(jì)人員為了了解風(fēng)道內(nèi)部結(jié)構(gòu)對風(fēng)量分配以及送風(fēng)量的影響，一般都是采用CFD軟件對風(fēng)道內(nèi)部的壓力場進(jìn)行模擬仿真試驗(yàn)，而且為了準(zhǔn)確的獲得人體在汽車內(nèi)部空間各類信息，在仿真試驗(yàn)時(shí)還會(huì)在車內(nèi)加入等比例的人體仿真模型，通過采集人體仿真模型中的各項(xiàng)參數(shù)來獲得汽車內(nèi)部環(huán)境中的通風(fēng)性能，進(jìn)而進(jìn)一步修正汽車空調(diào)系統(tǒng)中的某些特定的參數(shù)，這樣不僅可以縮小研究人員的研究范圍，減少研發(fā)時(shí)間，而且可以有效提高汽車空調(diào)技術(shù)的更新速度[2]。另外，汽車經(jīng)過CFD軟件優(yōu)化后，還可以為HVAC和汽車儀表板的集成提供數(shù)據(jù)支持，不僅提高了性能，同時(shí)還節(jié)省了汽車內(nèi)部空間。

3.3 自動(dòng)化空氣質(zhì)量調(diào)控

在新型的汽車空調(diào)智能調(diào)控系統(tǒng)中，主要是采用的內(nèi)循環(huán)智能動(dòng)態(tài)調(diào)控方式，通過空調(diào)系統(tǒng)中的空氣質(zhì)量污染傳感器搜集外界空氣樣品，當(dāng)傳感器在運(yùn)行時(shí)檢測到外部環(huán)境中有CO、NO2等污染氣體時(shí)，汽車的空調(diào)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)的切換到內(nèi)循環(huán)模式，不與外界空氣進(jìn)行對流，從而實(shí)現(xiàn)了隔離有毒氣體的目的，以保證駕駛員和乘車人員的安全。而且自動(dòng)智能內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)中，還有香味傳播器，駕駛?cè)藛T可以選擇自己喜歡的香味劑，不僅保證了汽車內(nèi)部空氣的清新，還使得駕駛?cè)藛T身心愉悅。此外，在此空調(diào)系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)人員還在蒸發(fā)器和暖風(fēng)機(jī)箱的殼體內(nèi)部添加了光催化劑（TiO2），使得空氣經(jīng)過光催化作用，有效的去除了車內(nèi)空氣中的有毒有害氣體，同時(shí)還能起到消毒殺菌的功能。根據(jù)實(shí)驗(yàn)表明，該系統(tǒng)具有很強(qiáng)的空氣凈化作用，其運(yùn)行6分鐘后，就可以去除車內(nèi)空氣中70%以上的甲苯，自動(dòng)化空氣質(zhì)量調(diào)控系統(tǒng)的進(jìn)一步研究發(fā)展和應(yīng)用，將使得汽車內(nèi)部更加個(gè)性化和舒適化[3]。

4 汽車空調(diào)系統(tǒng)發(fā)展趨勢

4.1 空調(diào)壓縮機(jī)的發(fā)展趨勢

隨著人們對于環(huán)境要求的提高，汽車空氣壓縮機(jī)要逐漸向著節(jié)能降耗方向發(fā)展，而渦旋式壓縮機(jī)的氣流脈動(dòng)較小、壓力損失也相對較低，且具有氣動(dòng)性能好，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)等特點(diǎn)，因此是很好的選擇。另外隨著汽車行業(yè)的發(fā)展，尤其是高轉(zhuǎn)速功耗控制、排量動(dòng)態(tài)可變也將成為壓縮機(jī)的重點(diǎn)研究方向。

4.2 熱交換器發(fā)展方向

在未來熱交換器發(fā)展過程中，主要是向著提高換熱比、降低熱阻以及減少體積和重量等方向發(fā)展，當(dāng)然提高單位體積傳熱面積也是重點(diǎn)研究內(nèi)容之一。除此之外，提高冷凝器和蒸發(fā)器的熱換效率也是未來的發(fā)展方向之一，如何尋找出一種制冷系數(shù)高而且溫室效應(yīng)影響小、對臭氧層無害的新型制冷劑也將是汽車空調(diào)系統(tǒng)的主要研究內(nèi)容[4]。

4.3 全自動(dòng)智能化空調(diào)系統(tǒng)

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，汽車工業(yè)也有了長足的進(jìn)步，因此汽車空調(diào)中常用的像傳感器技術(shù)、綜合布線技術(shù)以及自動(dòng)化技術(shù)等到也獲得了飛躍式的發(fā)展，而這些技術(shù)也帶動(dòng)汽車空調(diào)系統(tǒng)逐步走向個(gè)性化、舒適化以及多功能化方向。隨著人們對于乘車舒適性要求的提高，汽車空調(diào)的重要性也在不斷提高，為了不斷提高汽車內(nèi)空氣質(zhì)量，就需要為汽車空調(diào)系統(tǒng)增配，例如增加輔助加熱系統(tǒng)、負(fù)離子發(fā)生器甚至車載冷藏箱等功能[5]。而且為了解決汽車內(nèi)部儀表布置不足等問題，可以利用集約化技術(shù)將汽車的多項(xiàng)功能集約在一起，例如可以將汽車的空調(diào)系統(tǒng)、音響以及倒車?yán)走_(dá)等功能集中在一個(gè)屏幕上，大大節(jié)約了汽車的內(nèi)部空間。

4.4 新能源汽車空調(diào)系統(tǒng)發(fā)展趨勢

一般來說，傳統(tǒng)汽車空調(diào)系統(tǒng)都是采用的ECU電控系統(tǒng)同時(shí)搭配“變排量控制”。但是在新能源電動(dòng)汽車中，由于沒有燃油發(fā)動(dòng)機(jī)，所以在電動(dòng)汽車中采用的是電動(dòng)壓縮機(jī)，為了節(jié)約電能，在電動(dòng)汽車上的空調(diào)系統(tǒng)可以借鑒家用空調(diào)中的“變頻控制”來達(dá)到節(jié)能的目的。變頻技術(shù)相對成熟，因此很多汽車空調(diào)廠家已經(jīng)逐步研究交流變頻電動(dòng)壓縮機(jī)。當(dāng)然除了變頻技術(shù)還可以利用熱泵技術(shù)，汽車空調(diào)在制冷時(shí)，會(huì)出現(xiàn)大量的熱能損失，而如果可以利用熱交換技術(shù)將這部分熱能利用起來，不僅可以提高空調(diào)的工作效率，還可以有效的降低電動(dòng)車的續(xù)航壓力。雖然電動(dòng)汽車的空調(diào)系統(tǒng)比傳統(tǒng)汽車空調(diào)系統(tǒng)要有優(yōu)勢，但是需要注意的是在電動(dòng)車上安裝的空調(diào)要和整個(gè)汽車的性能相匹配，空調(diào)功率既不能過大也不能過小，而且由于電動(dòng)汽車上采用的是電動(dòng)壓縮機(jī)，為了更加節(jié)能，可以從以下幾點(diǎn)考慮：（1）研究出更加高效的直流渦旋壓縮機(jī);（2）研究控制更加精準(zhǔn)，也更加節(jié)能的電子膨脹閥;（3）利用更加高效的過冷式平行流冷凝器;（4）改善微通道蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)，使制冷劑蒸發(fā)更均勻[6]。

5 結(jié)束語

汽車空調(diào)系統(tǒng)直接關(guān)系到了駕乘人員乘坐汽車的舒適性，因此越來越受到人們的重視，我國的汽車空調(diào)從傳統(tǒng)的機(jī)械式到電子式再到全自動(dòng)空調(diào)控制器，一直在不斷進(jìn)步，而且隨著人們對于生活質(zhì)量要求的提高，在今后的發(fā)展中，汽車空調(diào)也將逐漸朝著網(wǎng)絡(luò)化以及集成化方向發(fā)展。

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