汽車全自動空調設計的節能技術研究

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　　摘 要：在激烈的市場競爭中，汽車空調系統性能的好壞，已經成為評價汽車檔次的重要因素。全自動汽車空調系統主要是將操縱控制系統自動化。結合一種轎車項目，在轎車全自動空調的控制邏輯中，與手動控制相比已經體現到了節能控制，例如有空調系統的自動調節控制、換氣量的最適量控制以及隨溫度變化換氣切換等都可以節省動力，從而節省燃油。隨著傳感器技術的發展，在國外許多轎車開始應用空調壓力傳感器、濕度傳感器等，并在整車控制中同時標定，從而實現最優化控制和節省燃油的目的。在全自動空調系統的開發時采用了壓力傳感器，并同發動機ECU對冷卻系統的控制進行了相關的匹配和研究，形成了發動機ECU根據空調的負荷、發動機水溫、車速三個條件來確定冷卻風扇的轉速，從而節省了能源，達到了節油的目的。

　　關鍵詞：節能技術;全自動空調;自動控制;燃油經濟性

　　汽車是現代社會中的主要交通工具之一。空調，即空氣調節，包括供暖、制冷、增減空氣濕度、調節空氣質量等等。在汽車上安裝空調可以為乘員提供舒適的車內環境，減少疲勞感，還能預防或去除服在擋風玻璃玻璃上的霧、霜或雪，以確保駕駛員的視野清晰與行使安全。在激烈的市場競爭中，汽車空調系統性能的好壞，也成為評價汽車檔次的重要因素。

　　車內空氣參數主要是指汽車室內的溫度、相汽車是現代社會中的主要交通工具之一。以我國為例，近幾年轎車發生了井噴式的增長速度，目前幾乎所有的轎車都安裝了空調系統。空調，即空氣調節，包括供暖、制冷、增減空氣濕度、調節空氣質量等等。在汽車上安裝空調可以為乘員提供舒適的車內環境，減少疲勞感，還能預防或除去附在擋風對濕度、流動速度、空氣的含塵量、噪音、CO2的含量、壁面溫度等。這些參數對人體的健康、舒適性有一定的影響，因此要求將其控制在一定范圍內。

　　我國的汽車空調起步較晚，汽車空調技術一直發展比較緩慢。近幾年，國內汽車空調技術的研究和開發與國外的差距正在逐漸減小。從國內汽車空調技術水平來看，盡管我國汽車空調產品的設計開發水平有了大幅度提高，但其技術含量仍低于國際先進水平，我國汽車空調面臨產品升級換代的問題，尤其是在自動空調的研究開發上進行的工作還是比較少。目前，我國轎車上最常見的幾種空調有：手動調節的空調系統、電動調節空調系統、真空調節空調系統、全自動空調系統。在我國合資生產的日、美、德、韓等國家的品牌轎車，如本田、別克、奧迪 A6、帕薩特 B5、索納塔等轎車，都采用了全自動空調系統。但上述全自動空調系統的關鍵部件主要依靠進口，全自動空調技術以及性能匹配等核心技術完全掌握在國外汽車公司里。國內目前對全自動空調系統研究相對較少，尤其是在1.6L排量的經濟型轎車中基本屬于空白。

　　空調控制單元，是系統的自動控制的核心，它不僅涉及到制冷系統的參數耦合關系以及動態響應特性，還涉及到汽車的動力、安全等性能。如何將電子技術同空調系統完美地結合?如何利用電子元件的反應迅速、控制精度高的特點，并適宜用現代控制算法完成汽車空調系統的優化控制特性，從而達到轎車空調的高舒適性、高可靠性、高節能性，是今后汽車空調控制發展的主要方向。

　　在轎車全自動空調的控制邏輯中，與手動控制相比已經體現到了節能控制，例如有空調系統的自動調節控制、換氣量的最適量控制以及隨溫度變化換氣切換等都可以節省動力，從而節省燃油。隨著傳感器技術的發展，在國外許多轎車開始應用空調壓力傳感器、濕度傳感器等，并在整車控制中同時標定，從而實現最優化控制和節省燃油的目的。

　　當汽車出現在低速狀態下急加速、怠速矢穩、壓縮機卡死、發動機水溫到一定程度現象之一時，要利用發動機管理系統控制切斷壓縮機。我們通常采取的失效保護方式有兩種方法，即通過發動機ECU控制壓縮機繼電器切斷壓縮機離合器或利用高低壓保護開關斷開壓縮機離合器，控制壓縮機停止工作。基于上述分析，我們對傳統的空調控制方式可以總結如下：

　　(1)傳統的汽車空調系統中大都使用單態、雙態或三態壓力開關來進行空調系統的各種保護及風扇控制。例如在路寶、賽馬、捷達、寶來等轎車上都采用了壓力開關形式。其控制方式為：高壓保護、低壓保護及風扇動作控制。

　　(2)傳統的空調控制系統壓力開關只有有限的幾個狀態，只能對系統的高、低壓極限狀態進行保護，最多加上一級風扇控制。在傳統的空調控制系統中由于壓力開關只有有限狀態，因此只能對系統的高、低壓極限狀態進行保護，最多加上一級風扇控制。無法動態的反應空調系統的負荷情況。

　　在系統中我們加入傳感器的目的是：

　　a、在系統中引入空調系統壓力傳感器，可以動態的反應空調系統負荷情況，發動機管理系統ECU可根據空調負荷動態調整發動機輸出，對精確 控制發動機空燃比提供依據。從而達到優化排放和節省燃油的目的。

　　b、系統能實時監測空調系統狀態，壓力傳感器對系統工作狀態動態響應好，ECU 將正常怠速降得稍低(通常在 500～550rpm)也不會擔心由于空調系統的接入而導致熄火。同時在空調系統工作時，也能根據其負荷決定怠速轉速及功率輸出增加多少，甚至不增加怠速轉速也能控制。

　　c、空調冷凝風扇可根據空調負荷情況動態控制轉速(PWM方式)，以達到節省燃油和減少噪聲的目的。壓力開關系統與壓力傳感器系統試驗對比全自動空調系統在控制中采用了壓力傳感器。如圖1

　　從上圖中我們可以得出如下結論：

　　(1)由于對于系統壓力的上升不能及時響應，空調系統為壓力開關的發動機在空調打開(壓縮機開始運轉)時迅速被拉低200～250轉，而后ECU得到負荷發生變化后降轉速拉升至800±50多轉，而后逐漸的穩定在超過標準怠速50～100轉的怠速轉速上。

　　(2)使用壓力傳感器后由于ECU會根據空調系統壓力及時平衡發動機負載，在空調壓縮機開始運轉時只有極小的轉速波動后迅速調整為正常怠速轉速。

　　(3)無論是空調系統是否打開，使用壓力傳感器都能控制發動機在較低的怠速轉速下工作。

　　從前面的全自動空調控制模型中我們可以看到，空調壓力信號首先輸入了發動機 ECU，我們這樣做的目的是讓空調壓力參與了PWM風扇的控制，即讓空調系統動態負荷做為一個條件去參與發動機ECU對PWM風扇的控制，但同時控制風扇的轉速也必須滿足空調冷凝器的散熱需求，而且這里還有受到車速的影響，它們之間匹配的好壞直接影響整車的減少油耗、降低噪音、滿足車內乘客對空調系統舒適性的要求。為此我們協同ECU開發供應商一同進行了大量的環境試驗和道路試驗。

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