汽車自動空調(diào)基本結(jié)構(gòu)及原理

電子技術(shù)的快速發(fā)展使得汽車的控制系統(tǒng)更加智能化。自動空調(diào)在汽車上的應(yīng)用就是一個典型的例子。由于電子技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代汽車空調(diào)已經(jīng)由計算機控制。完善的汽車計算機控制的空調(diào)系統(tǒng)不僅可以對車內(nèi)空氣的溫度、濕度、清潔度、風(fēng)量和風(fēng)向等進行自動調(diào)節(jié)，給乘客提供一個良好的乘車環(huán)境，保證在各種外界氣候和條件下使乘客都處于一個舒適的空氣環(huán)境中，而且還能進行故障檢測。

汽車自動空調(diào)基本結(jié)構(gòu)及原理

汽車自動空調(diào)系統(tǒng)由制冷系統(tǒng)，取暖系統(tǒng)、通風(fēng)（配氣）系統(tǒng)、自動控制系統(tǒng)、空氣凈化系統(tǒng)五部分組成。

1、制冷系統(tǒng)

制冷系統(tǒng)由壓縮機、冷凝器、膨脹閥、蒸發(fā)器等元件組成。制冷方式采用蒸氣壓縮式，利用制冷劑蒸發(fā)時吸收的熱量來實現(xiàn)車內(nèi)溫度的降低。作為冷源的蒸發(fā)器，其溫度低于空氣的露點溫度（空氣中的水蒸氣變?yōu)槁吨闀r候的溫度），因此，制冷系統(tǒng)還具有除濕和空氣凈化作用，使車內(nèi)空氣變得涼爽。

2、取暖系統(tǒng)

取暖系統(tǒng)多采用冷卻液加熱式，將發(fā)動機出水口的冷卻液通入暖風(fēng)水箱，用鼓風(fēng)機將水箱周圍的熱空氣吹入車內(nèi)。暖風(fēng)還可以對前擋風(fēng)玻璃進行除霜和除霧。

3、通風(fēng)系統(tǒng)

通風(fēng)系統(tǒng)是能吸入新鮮空氣，將冷風(fēng)、暖風(fēng)、新鮮空氣進行混合，并把混合氣分配到車廂不同位置的裝置。主要有送風(fēng)道、風(fēng)門等部件。目前采用最多的通風(fēng)系統(tǒng)是全空調(diào)方式，即把車外空氣和車內(nèi)空氣經(jīng)風(fēng)門調(diào)節(jié)后，通過蒸發(fā)器冷卻除濕，部分進入加熱器，出來的冷、暖風(fēng)再混合，然后按照要求送入車內(nèi)。

4、自動控制系統(tǒng)

自動控制系統(tǒng)一方面對制冷和加熱的溫度進行控制，另一方面，對車內(nèi)空氣的溫度、風(fēng)量和流向進行測量控制。由傳感器、控制中樞、執(zhí)行器三部分組成。

其中傳感器包括溫度選擇器、日照強度傳感器、風(fēng)門位置傳感器等?？刂浦袠杏须娮臃糯笃鳌㈦姌虮容^計算器、ECU三種。電磁閥、真空轉(zhuǎn)換器、真空驅(qū)動器、伺服電機等屬于執(zhí)行部件。

5、空氣凈化系統(tǒng)

一般由空氣過濾器、電子集塵器、陰離子發(fā)生器等組成，對流入車內(nèi)的空氣過濾、凈化，不斷排出車內(nèi)的污濁氣體。在普通轎車中空氣凈化的任務(wù)由蒸發(fā)器完成。

電控自動空調(diào)的控制邏輯框圖如圖所示。

汽車自動空調(diào)溫度控制系統(tǒng)工作原理

汽車空調(diào)自動溫度控制ATC(Automatic Temperature Control),俗稱恒溫空調(diào)系統(tǒng)。一旦設(shè)定目標溫度，ATC系統(tǒng)即自動控制與調(diào)整，使車內(nèi)溫度保持在設(shè)定值。

全自動溫度控制系統(tǒng)組成

全自動溫度控制系統(tǒng)的組成包括溫度傳感器、控制系統(tǒng)ECU、執(zhí)行機構(gòu)等。其中溫度傳感器有車外氣體溫度傳感器、車內(nèi)氣體溫度傳感器、日照傳感器（陽光強度傳感器）和蒸發(fā)器溫度傳感器。

車內(nèi)溫度控制原理

一、車外溫度傳感器（Outside Temperature Sensor）一般以熱敏電阻制成，當車外溫度變化時其電阻發(fā)生改變。溫度低時電阻大，溫度高時電阻小。

二、車內(nèi)溫度傳感器（In-vehicle Sensor）同樣采用熱敏電阻材料，具有負溫度系數(shù)特性。一般安裝在儀表盤下方，并以空氣管連接到空調(diào)通風(fēng)管上，當氣流迅速通過時，產(chǎn)生的真空將空氣引經(jīng)車內(nèi)溫度傳感器。

三、日照傳感器（Sunload Sensor）以光二極管或電池制成，用以感應(yīng)陽光照射車輛的強度，但并不是溫度。通常裝在儀表盤上方。

四、蒸發(fā)器溫度傳感器（Evaporator Temperature Sensor）一般安裝在蒸發(fā)器翼片上，以精確感應(yīng)蒸發(fā)器的溫度，同樣采用熱敏電阻制造，具有負溫度系數(shù)特性。

五、執(zhí)行機構(gòu)

1、鼓風(fēng)機轉(zhuǎn)速控制。空調(diào)系統(tǒng)ECU根據(jù)設(shè)定的溫度、車內(nèi)現(xiàn)有溫度、車外溫度、陽光強度、蒸發(fā)器皿溫度等信號，發(fā)送不同的指令給鼓風(fēng)機電機，并使之搭鐵，從而控制不同的鼓風(fēng)機轉(zhuǎn)速。對于一些恒溫空調(diào)系統(tǒng)，當發(fā)動機啟動時或冷卻液溫度低于預(yù)定值，空調(diào)系統(tǒng)ECU使鼓風(fēng)機不起作用。

2、混合空氣閥執(zhí)行器?；旌峡諝忾y執(zhí)行器采用一個電控電機，根據(jù)駕駛員設(shè)定的溫度，自動控制混合空氣閥的位置，以控制一定的車內(nèi)溫度。一些車型采用真空電機，但控制不夠精確。

當駕駛員設(shè)定溫度為22℃時，而車廂內(nèi)溫度低于22℃時，控制系統(tǒng)ECU發(fā)送指令給電機，混合空氣閥關(guān)閉蒸發(fā)器側(cè)通道，并打開從暖氣熱散熱器一側(cè)來的通道，使車內(nèi)溫度迅速升高到22℃，；當駕駛員設(shè)定溫度為22℃，而車廂內(nèi)溫度高于22℃時，控制系統(tǒng)ECU發(fā)送指令給電機，混合空氣閥打開從蒸發(fā)器一側(cè)來的通道，并關(guān)閉暖氣熱散熱器一側(cè)的通道，并使鼓風(fēng)機電機高速運轉(zhuǎn)，使車內(nèi)溫度迅速下降到22℃。

3、模擬閥執(zhí)行器。模擬閥執(zhí)行器以電子電子電機控制空氣閥的位置，從而改變空調(diào)出風(fēng)口。

4、空調(diào)壓縮機離合器。當駕駛員選擇A/C模式時，空調(diào)系統(tǒng)ECU使壓縮機離合器的線圈搭鐵，觸點閉合，電流通過離合器線圈，使離合器結(jié)合，帶盤帶動壓縮機轉(zhuǎn)動。

當車外溫度傳改期顯示溫度低于設(shè)定值時，ECU使壓縮機離合器不起作用；同樣，當傳感器顯示節(jié)氣門全開或發(fā)動機處于高速運轉(zhuǎn)時，ECU使壓縮機離合器不起作用。

六、當溫度由25℃調(diào)到20℃時，可變電阻的阻值發(fā)生變化為-ΔR，電橋出于不平衡狀態(tài)且VA < VB，此時比較器OP1開始工作，雙閥中的降溫閥DCV開啟，在真空泵的作用下，連桿向下運動。反饋可變電阻阻值上升，由于風(fēng)門向冷風(fēng)增加方向開張，所以車內(nèi)溫度下降。當車內(nèi)溫度下降到設(shè)定目標為20℃時，反饋電阻的阻值變化為+ΔR，總電阻變化為零，電橋平衡，當環(huán)境溫度不變時，室內(nèi)溫度即可保持20℃。

當車外溫空氣溫度下降時，車內(nèi)溫度也要隨之降低-ΔT，假設(shè)這個下降量引起車外溫度傳感器阻值的增加幅度為+ΔR，電橋處于不平衡狀態(tài)且VA > VB；比較OP2導(dǎo)通，雙法中的DVH起動，真空泵推動連桿向上運動，可變電阻阻值也向減少的方向變化，風(fēng)門向暖風(fēng)增加的方向轉(zhuǎn)動。當車內(nèi)溫度回升+ΔT，即室溫變化為零時，系統(tǒng)達到平衡。車內(nèi)空氣溫度和日照發(fā)生變化時，即空調(diào)的熱負荷發(fā)生變化時，其工作原理相同。

鼓風(fēng)機控制原理

電腦溫度控制的汽車空調(diào)系統(tǒng)，不僅能按照成員的需要吹出最適宜溫度的風(fēng)，而且可以根據(jù)需要調(diào)節(jié)風(fēng)速和風(fēng)量；改變壓縮機運行狀態(tài)，甚至有故障自診斷功能。

一、風(fēng)機轉(zhuǎn)速控制

AUTO開關(guān)位于暖風(fēng)裝置控制板上，按下AUTO開關(guān)，空調(diào)ECU根據(jù)送風(fēng)溫度TAO值與鼓風(fēng)機轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系如圖所示。

二、進風(fēng)方式控制

當按下進風(fēng)方式鍵時，空調(diào)ECU控制進風(fēng)控制伺服電動機轉(zhuǎn)動，將進風(fēng)風(fēng)門固定在“車外新鮮空氣導(dǎo)入”或“車內(nèi)空氣循環(huán)”位置上。當按下“AUTO”鍵時，空調(diào)ECU根據(jù)計算值，在上述兩種方式之間交替自動改變進風(fēng)方式。

三、送風(fēng)方式控制

當按下送風(fēng)方式控制鍵時，空調(diào)ECU控制送風(fēng)方式伺服電機動作，將送風(fēng)方式固定在相應(yīng)狀態(tài)上。當進行自動控制時，空調(diào)ECU根據(jù)求得的TAO值，自動調(diào)節(jié)送風(fēng)方式。當TAO值非常小時，最冷控制擋風(fēng)板完全開啟，增加送風(fēng)風(fēng)力。

四、壓縮機控制

同時按下空調(diào)“A/C”鍵和“鼓風(fēng)機”鍵，或按下“自動控制”鍵，空調(diào)ECU使電磁離合器接合，壓縮機開始工作。壓縮機控制電路如圖12-5所示，空調(diào)ECU的MGC端首先向發(fā)動機ECU發(fā)出壓縮機工作信號，發(fā)動機ECU的A/C MG端隨即搭鐵，使磁吸繼電器吸合，電流流入磁吸，使壓縮機運轉(zhuǎn)。與此同時，電流也加到空調(diào)ECU的A/C一端，向空調(diào)ECU反饋磁吸工作信號。

進行自動控制時，若環(huán)境溫度或蒸發(fā)器溫度降到一定值以下，空調(diào)ECU將控制壓縮機間歇工作，即磁吸交替導(dǎo)通與斷開，以節(jié)省能源。

空調(diào)裝置工作時，空調(diào)ECU同時從發(fā)動機點火器及壓縮機轉(zhuǎn)速傳感器采集發(fā)動機轉(zhuǎn)速與壓縮機轉(zhuǎn)速信號，并進行比較。若兩種轉(zhuǎn)速信號的偏差率連續(xù) 3s 超過80％，ECU則判定壓縮機鎖死，同時與電磁離合器脫開，防止空調(diào)裝置進一步損壞；并使操縱面板上的A/C指示燈閃爍，以提示駕駛員。

五、故障自診斷功能

當空調(diào)ECU檢測到某些傳感器或執(zhí)行元件控制電路故障時，其故障自診斷系統(tǒng)將故障以代碼的形式存儲起來，檢修時只要按下操縱面板上的指定鍵，即可讀取故障代碼。

汽車自動空調(diào)技術(shù)的發(fā)展

目前電控自動空調(diào)的控制逐漸趨于成熟化，但關(guān)鍵的信號處理仍存在很大的提高空間，需要進一步的加快控制的效率，第一時間感知環(huán)境，以更快的速度去調(diào)節(jié)車內(nèi)空間溫度，來進一步加強汽車的舒適性。

在 CAN 總線技術(shù)基礎(chǔ)上構(gòu)建了基于 CAN 總線的汽車空調(diào)控制系統(tǒng)，并制定了空調(diào)系統(tǒng)的CAN 通訊協(xié)議，最后引入 PID 控制算法完成了汽車空調(diào)系統(tǒng)的自動控制。將汽車空調(diào)控制系統(tǒng)CAN 網(wǎng)絡(luò)化，使得分散在不同位置的空調(diào)系統(tǒng)各節(jié)點可以共享信息，更好的配合?；?CAN 總線的汽車空調(diào)控制系統(tǒng)的開發(fā)不僅提高了汽車空調(diào)的舒適性，而且還使得汽車空調(diào)能與其它車載CAN 網(wǎng)絡(luò)進行互連，從而加速了車身一體化的進程。

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