汽車空調系統中溫度與氣流的調節控制技術研究

賈慧鵬

摘要：隨著現代科學技術的發展和經濟水平的提高，人們的生活水平也達到了長足的提升，在這樣一種發展形勢之下，私家車的數量越來越多，尤其是最近幾年，幾乎呈現為爆炸式的增長。人們除了對車的質量相當在乎以外，也非常關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空調系統中的溫度與氣流的調節控制技術為最關鍵，本文也正是針對于這樣兩個方面展開的說明和分析。

關鍵詞：汽車；空調系統；氣流；調節；控制；技術

1.汽車中空調系統與駕駛舒適度之間的關系分析

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量和安全性上，而是希望能夠具備更好的行車享受。基于上述需求，相關方面的設計人員基于這樣一種環境額營造，結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部空調溫度，具體為夏季空調為23℃左右，冬季為20℃左右，這主要是考慮到車內溫度不能夠與環境溫度差距太大，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部的空調系統以及氣流調節系統有著莫大的關系。

2.汽車空調控制系統的結構分析

在汽車當中，電子空調控制系統主要由九大部分組成：控制器、車內、外溫度傳感器、蒸發器溫度傳感器、日照傳感器、濕度傳感器、水溫傳感器、鼓風機調速模塊和執行器。

在這其中，控制器最為核心和關鍵，因為在控制器內含有多方面的數據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控制系統的心臟；

車內、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境溫度或車內部的實際溫度；

蒸發器溫度傳感器會直接控制汽車空調系統壓縮機的開閉情況，以防止蒸發器結霜，這主要是通過蒸發器溫度傳感器對溫度進行持續測量，當達到結霜保護點前空調控制器即關閉壓縮機來實現的；

日照傳感器在車內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，從而起到調節和控制車內實際溫度的作用；

濕度傳感器顧名思義就能夠對汽車內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人的舒適也起到了非常重要的作用，同時，空調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人員的不舒適感及傷害；

鼓風機調速模塊則主要是通過場效應管這樣一種性質來發揮作用，從而達到調節出風風速大小的目的；

最后就是執行器，每個空調系統中至少有三個執行器：一是內外循環執行器起隔離或引入外界空氣的作用，二是出風模式執行器起調節車內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，三是溫度混合執行器，其是通過調節溫度風門位置從而達到調節出風溫度的作用。

3. 汽車空調系統溫度控制概述

通過利用汽車空調溫度控制，可以有效的提高乘車人的舒適性。空調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，以此來實現對汽車內部溫度的有效控制。 3.1 機械式溫度控制器

機械式空調控制器也可以將其稱為手動空調控制器，主要由蒸發器溫度控制系統、風門調節裝置和風量調節開關三部分組成。可依據蒸發器溫度來實現對壓縮機開閉的控制，以防止因蒸發器結霜導致的車內不舒適問題；溫度及模式風門調節裝置僅可分為幾個固定的位置，無法實現無極調節，故無法達到對車內空氣溫度進行精確控制，舒適性感受略差；風量開關則可實現對出風風速調節。

在工作過程中機械式空調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，汽車運行過程中產生的振動對其帶來的影響較小。但在采用機械式空調溫度控制過程中，因無法達到對車內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系統中。

3.2 電子式空調控制器

電子式空調控制器可以通過在各空調出風口放置溫度傳感器來達到對車內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，電子式空調控制器可通過采集車內/外溫度傳感器、蒸發器溫度傳感器、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，通過對各風門執行器、鼓風機調速模塊、壓縮機等的調節控制來實現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，從而達到對車內溫度進行精準控制的目的。

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

4. 汽車空調蒸發器溫度傳感器位置設置及控制參數確定

汽車空調系統穩定的運行可使車輛內具有較好的舒適度，一旦空調系統蒸發器表面在各種原因作用下發生結霜現象時，首先會減少出風口的出風量，車內溫度會上升，同時會導致空調系統壓力異常升高，壓縮機停止運轉，對空調系統制冷效果帶來較大影響。因此需要合理設置汽車空調蒸發器溫度傳感器位置，并有效的對控制參數進行確定，保證汽車空調系統運行的穩定性和可靠性。

4.1 蒸發器溫度傳感器位置的選擇

蒸發器溫度傳感器會直接決定汽車空調系統中壓縮機的開閉情況，這主要是由于蒸發器溫度傳感器對蒸發器溫度進行持續測量，空調控制器依據測到的蒸發器溫度來控制壓縮機的開閉情況。在設置蒸發器溫度傳感器位置時，通常會選擇在蒸發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器表面結霜的可能性。因此在實際工作中，需要利用熱電偶對蒸發器表面溫度分布進行測量，并從中選擇溫度較低的位置，針對現場實際情況對溫度傳感器進行安裝。

4.2 溫度控制參數的確定

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

5.汽車空調系統中溫度與氣流的調節控制技術分析

汽車空調系統中溫度與氣流的調節控制主要包括兩方面：鼓風機的控制和溫度混合風門執行器的控制。

在上面汽車電子空調的主要結構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行機構，其工作原理是將周期固定、占空比變化的脈寬調制信號轉換過來的直流電壓信號輸入鼓風機的驅動元件，從而改變鼓風機兩端的電壓值而調節風量的，然后再將鼓風機轉速的電壓反饋信號輸入控制權相應端口，最終就實現了給定和反饋實時采樣的鼓風機閉環速度控制系統。通過相關系統的速度給定值計算簡約方法的驗證，我們得出的結論是：當設定的目標溫度值與檢測實際溫度值偏離越大，則鼓風機的轉速就越大。

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

參考文獻

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（作者單位：長城汽車股份有限公司；

河北省汽車工程技術研究中心）