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汽車(chē)全自動(dòng)空調設計的節能技術(shù)研究
摘 要：在激烈的市場(chǎng)競爭中，汽車(chē)空調系統性能的好壞，已經(jīng)成為評價(jià)汽車(chē)檔次的重要因素。全自動(dòng)汽車(chē)空調系統主要是將操縱控制系統自動(dòng)化。結合一種轎車(chē)項目，在轎車(chē)全自動(dòng)空調的控制邏輯中，與手動(dòng)控制相比已經(jīng)體現到了節能控制，例如有空調系統的自動(dòng)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(dòng)力，從而節省燃油。隨著(zhù)傳感器技術(shù)的發(fā)展，在國外許多轎車(chē)開(kāi)始應用空調壓力傳感器、濕度傳感器等，并在整車(chē)控制中同時(shí)標定，從而實(shí)現最優(yōu)化控制和節省燃油的目的。在全自動(dòng)空調系統的開(kāi)發(fā)時(shí)采用了壓力傳感器，并同發(fā)動(dòng)機ECU對冷卻系統的控制進(jìn)行了相關(guān)的匹配和研究，形成了發(fā)動(dòng)機ECU根據空調的負荷、發(fā)動(dòng)機水溫、車(chē)速三個(gè)條件來(lái)確定冷卻風(fēng)扇的轉速，從而節省了能源，達到了節油的目的。
關(guān)鍵詞：節能技術(shù);全自動(dòng)空調;自動(dòng)控制;燃油經(jīng)濟性
汽車(chē)是現代社會(huì )中的主要交通工具之一�？照{，即空氣調節，包括供暖、制冷、增減空氣濕度、調節空氣質(zhì)量等等。在汽車(chē)上安裝空調可以為乘員提供舒適的車(chē)內環(huán)境，減少疲勞感，還能預防或去除服在擋風(fēng)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(chǎng)競爭中，汽車(chē)空調系統性能的好壞，也成為評價(jià)汽車(chē)檔次的重要因素。
車(chē)內空氣參數主要是指汽車(chē)室內的溫度、相汽車(chē)是現代社會(huì )中的主要交通工具之一。以我國為例，近幾年轎車(chē)發(fā)生了井噴式的增長(cháng)速度，目前幾乎所有的轎車(chē)都安裝了空調系統�？照{，即空氣調節，包括供暖、制冷、增減空氣濕度、調節空氣質(zhì)量等等。在汽車(chē)上安裝空調可以為乘員提供舒適的車(chē)內環(huán)境，減少疲勞感，還能預防或除去附在擋風(fēng)對濕度、流動(dòng)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(chē)空調起步較晚，汽車(chē)空調技術(shù)一直發(fā)展比較緩慢。近幾年，國內汽車(chē)空調技術(shù)的研究和開(kāi)發(fā)與國外的差距正在逐漸減小。從國內汽車(chē)空調技術(shù)水平來(lái)看，盡管我國汽車(chē)空調產(chǎn)品的設計開(kāi)發(fā)水平有了大幅度提高，但其技術(shù)含量仍低于國際先進(jìn)水平，我國汽車(chē)空調面臨產(chǎn)品升級換代的問(wèn)題，尤其是在自動(dòng)空調的研究開(kāi)發(fā)上進(jìn)行的工作還是比較少。目前，我國轎車(chē)上最常見(jiàn)的幾種空調有：手動(dòng)調節的空調系統、電動(dòng)調節空調系統、真空調節空調系統、全自動(dòng)空調系統。在我國合資生產(chǎn)的日、美、德、韓等國家的品牌轎車(chē)，如本田、別克、奧迪 A6、帕薩特 B5、索納塔等轎車(chē)，都采用了全自動(dòng)空調系統。但上述全自動(dòng)空調系統的關(guān)鍵部件主要依靠進(jìn)口，全自動(dòng)空調技術(shù)以及性能匹配等核心技術(shù)完全掌握在國外汽車(chē)公司里。國內目前對全自動(dòng)空調系統研究相對較少，尤其是在1.6L排量的經(jīng)濟型轎車(chē)中基本屬于空白。
空調控制單元，是系統的自動(dòng)控制的核心，它不僅涉及到制冷系統的參數耦合關(guān)系以及動(dòng)態(tài)響應特性，還涉及到汽車(chē)的動(dòng)力、安全等性能。如何將電子技術(shù)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(diǎn)，并適宜用現代控制算法完成汽車(chē)空調系統的優(yōu)化控制特性，從而達到轎車(chē)空調的高舒適性、高可靠性、高節能性，是今后汽車(chē)空調控制發(fā)展的主要方向。
在轎車(chē)全自動(dòng)空調的控制邏輯中，與手動(dòng)控制相比已經(jīng)體現到了節能控制，例如有空調系統的自動(dòng)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(dòng)力，從而節省燃油。隨著(zhù)傳感器技術(shù)的發(fā)展，在國外許多轎車(chē)開(kāi)始應用空調壓力傳感器、濕度傳感器等，并在整車(chē)控制中同時(shí)標定，從而實(shí)現最優(yōu)化控制和節省燃油的目的。
當汽車(chē)出現在低速狀態(tài)下急加速、怠速矢穩、壓縮機卡死、發(fā)動(dòng)機水溫到一定程度現象之一時(shí)，要利用發(fā)動(dòng)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(guò)發(fā)動(dòng)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(kāi)關(guān)斷開(kāi)壓縮機離合器，控制壓縮機停止工作�；谏鲜龇治�，我們對傳統的空調控制方式可以總結如下：
(1)傳統的汽車(chē)空調系統中大都使用單態(tài)、雙態(tài)或三態(tài)壓力開(kāi)關(guān)來(lái)進(jìn)行空調系統的各種保護及風(fēng)扇控制。例如在路寶、賽馬、捷達、寶來(lái)等轎車(chē)上都采用了壓力開(kāi)關(guān)形式。其控制方式為：高壓保護、低壓保護及風(fēng)扇動(dòng)作控制。
(2)傳統的空調控制系統壓力開(kāi)關(guān)只有有限的幾個(gè)狀態(tài)，只能對系統的高、低壓極限狀態(tài)進(jìn)行保護，最多加上一級風(fēng)扇控制。在傳統的空調控制系統中由于壓力開(kāi)關(guān)只有有限狀態(tài)，因此只能對系統的高、低壓極限狀態(tài)進(jìn)行保護，最多加上一級風(fēng)扇控制。無(wú)法動(dòng)態(tài)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(dòng)態(tài)的反應空調系統負荷情況，發(fā)動(dòng)機管理系統ECU可根據空調負荷動(dòng)態(tài)調整發(fā)動(dòng)機輸出，對精確 控制發(fā)動(dòng)機空燃比提供依據。從而達到優(yōu)化排放和節省燃油的目的。
b、系統能實(shí)時(shí)監測空調系統狀態(tài)，壓力傳感器對系統工作狀態(tài)動(dòng)態(tài)響應好，ECU 將正常怠速降得稍低(通常在 500～550rpm)也不會(huì )擔心由于空調系統的接入而導致熄火。同時(shí)在空調系統工作時(shí)，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(fēng)扇可根據空調負荷情況動(dòng)態(tài)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(kāi)關(guān)系統與壓力傳感器系統試驗對比全自動(dòng)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(shí)響應，空調系統為壓力開(kāi)關(guān)的發(fā)動(dòng)機在空調打開(kāi)(壓縮機開(kāi)始運轉)時(shí)迅速被拉低200～250轉，而后ECU得到負荷發(fā)生變化后降轉速拉升至800±50多轉，而后逐漸的穩定在超過(guò)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(huì )根據空調系統壓力及時(shí)平衡發(fā)動(dòng)機負載，在空調壓縮機開(kāi)始運轉時(shí)只有極小的轉速波動(dòng)后迅速調整為正常怠速轉速。
(3)無(wú)論是空調系統是否打開(kāi)，使用壓力傳感器都能控制發(fā)動(dòng)機在較低的怠速轉速下工作。
從前面的全自動(dòng)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(fā)動(dòng)機 ECU，我們這樣做的目的是讓空調壓力參與了PWM風(fēng)扇的控制，即讓空調系統動(dòng)態(tài)負荷做為一個(gè)條件去參與發(fā)動(dòng)機ECU對PWM風(fēng)扇的控制，但同時(shí)控制風(fēng)扇的轉速也必須滿(mǎn)足空調冷凝器的散熱需求，而且這里還有受到車(chē)速的影響，它們之間匹配的好壞直接影響整車(chē)的減少油耗、降低噪音、滿(mǎn)足車(chē)內乘客對空調系統舒適性的要求。為此我們協(xié)同ECU開(kāi)發(fā)供應商一同進(jìn)行了大量的環(huán)境試驗和道路試驗。
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