汽車空調系統設計

鄭淳允

摘 要：隨著消費者對汽車功能以及性能要求越來越高，空調系統設計的重要度也日益升高?？照{系統與汽車的空調舒適性密切相關，不僅決定了乘員艙內氣體的溫度、濕度、流量等關鍵技術參數，還與汽車的能耗經濟性有一定的聯系。本文主要結合作者的經驗對汽車空調系統設計進行論述。

關鍵詞：功能;性能;空調系統;空調舒適性

1 空調系統構成及分類

汽車空調系統由制冷系統和制熱系統兩大系統組成。制冷系統采用的是蒸發壓縮式制冷原理，主要是由冷凝器、壓縮機、蒸發器、干燥器、膨脹閥等部件組成;空調制熱系統的原理相對簡單一些，主要是利用發動機的余熱以及冷卻液循環來實現制熱功能。空調制熱系統主要由蒸發器（加熱器芯體）、鼓風機等構成?？照{制冷系統構成簡圖如圖1所示，箭頭代表氣流方向，藍色代表低溫氣流，紅色代表高溫氣流，空調制熱系統的原理圖如圖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。

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

手動空調：關鍵部件有HVAC總成（機械拉絲控制）、冷凝器、壓力傳感器、空調控制器（手動機械式）、空調濾清器等。

手動電控空調：關鍵部件有HVAC總成、空調控制器、冷凝器、空調濾清器、空調管路等。

全自動空調：關鍵部件有HVAC總成、冷凝器、空調控制器、空調管路、傳感器等。

2 空調系統開發流程及參考標準

2.1 開發流程

汽車空調系統開發流程是汽車整車產品開發流程中的一部分，當前國內主流的汽車整車產品開發流程有上海通用整車產品開發流程、廣汽汽車產品開發流程、等，這些產品開發流程大都遵循9個閥點的開發程序（P0到P8閥點或G0到G8閥點）。

2.2 參考標準

當前國內汽車空調系統開發涉及到的主要標準有三大類：國家標準、國際標準（歐美標準為主）、企業標準。

國家標準主要有GB11555 汽車風窗玻璃除霧系統的性能要求及試驗方法、GB11556 汽車風窗玻璃除霜系統的性能要求及試驗方法、GB11552轎車內部凸出物等;歐洲標準主要有No.78/317/EEC 機動車玻璃表面的除霜和除霧系統、No.74/60/EEC 關于車輛內部安裝件認證的統一規定;美國標準主要有US Federal-MVSS 103擋風玻璃除霜除霧系統、US Federal-MVSS 201關于整車內部碰撞保護的統一規定;企業標準主要有整車空調系統環模試驗及其評價方法、車用空調冷凝器總成、車用空調壓縮機總成等標準，企業標準號依據各企業規定執行。

3 空調系統設計思路

空調系統的設計主要是空調系統類型的選擇、空調系統匹配、整車制冷量匹配計算等內容。

3.1 空調類型選擇

產品開發立項初期通常要進行市場調研確定對標車型、目標銷售群體、車型市場定位等相關信息作為空調類型選擇的依據（手動空調、半自動空調、全自動空調等）;確定是否需要開發室內空氣凈化裝置、開發多蒸發系統;確定是否需要開發多區域空調、冷暖一體型空調等。

3.2 整車制冷量需求計算

收集與之相關的整車參數（空調系統尺寸、乘坐人數、門護板、前圍板隔熱參數等），進行空調系統冷負荷計算、濕負荷計算、整車空調熱濕負荷計算。

3.3 關鍵零部件詳細設計

HVAC總成是空調系統的關鍵零部件之一。空調系統的工作過程共有壓縮、冷卻、膨脹、蒸發四個環節。同時蒸發器又是HVAC總成的核心，涵蓋了膨脹和蒸發兩個環節。蒸發器芯和加熱器芯的結構形式有管片式、管帶式、承疊式三種，以蒸發器芯為例，對三種結構形式的蒸發器芯優缺點進行對比說明，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計部門給出的最大布置空間。

b）結構設計。依據上一條的內容確定HVAC的固定結構形式以及安裝的具體方式。

c）依據空調出風口的布置要求以及空調舒適性要求，確定空調除霜除霧出風口的具體位置及尺寸規格。

d）預留除霜除霧風道的布置空間，依據模流分析CAE報告，進行多輪分析驗證。

e）設定左、右吹腳出風口的溫差為3攝氏度，右側溫度偏高。

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，與運動部件的間隙不低于10mm;風口與風道之間需要海綿或者其他填充物來保持密封且風口與風道所在的平面必須平行且留有2-6mm的配合間隙。

在3D數據驗證環節，需要整理收集HVAC總成數據與周邊部件的數據進行DMU校核分析，具體結果以圖3、圖4為例進行說明。

4 結束語

汽車空調系統設計是汽車產品開發當中的最重要的環節之一?？照{系統的開發流程時間跨度較長，而且包含的開發設計內容較多，本文作者是結合自身的工作經歷對其開發過程就其中的重點部分（HVAC總成）進行了部分說明，事實上空調系統數據階段設計完成后還要進行單體驗證、整車環模試驗、除霜除霧公告試驗等一系列試驗驗證工作?？傊照{系統設計非常重要，與整車空調舒適性以及乘員艙駕乘主觀感受有密切關聯，在汽車產品開發過程中對空調系統開發必須給予高度重視。

參考文獻：

[1]GB11555，汽車風窗玻璃除霧系統的性能要求及試驗方法，2009.

[2]GB11556，汽車風窗玻璃除霜系統的性能要求及試驗方法，2009.

[3]GB11552，轎車內部凸出物，2009.

[4]No.78/317/EEC 機動車玻璃表面的除霜和除霧系統.

[5]No.74/60/EEC 關于車輛內部安裝件認證的統一規定.

[6]US Federal-MVSS 103擋風玻璃除霜除霧系統.

[7]US Federal-MVSS 201關于整車內部碰撞保護的統一規定.