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汽車全自動空調(diào)設(shè)計的節(jié)能技術(shù)研究
摘 要：在激烈的市場競爭中，汽車空調(diào)系統(tǒng)性能的好壞，已經(jīng)成為評價汽車檔次的重要因素。全自動汽車空調(diào)系統(tǒng)主要是將操縱控制系統(tǒng)自動化。結(jié)合一種轎車項目，在轎車全自動空調(diào)的控制邏輯中，與手動控制相比已經(jīng)體現(xiàn)到了節(jié)能控制，例如有空調(diào)系統(tǒng)的自動調(diào)節(jié)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(jié)省動力，從而節(jié)省燃油。隨著傳感器技術(shù)的發(fā)展，在國外許多轎車開始應用空調(diào)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(xiàn)最優(yōu)化控制和節(jié)省燃油的目的。在全自動空調(diào)系統(tǒng)的開發(fā)時采用了壓力傳感器，并同發(fā)動機ECU對冷卻系統(tǒng)的控制進行了相關(guān)的匹配和研究，形成了發(fā)動機ECU根據(jù)空調(diào)的負荷、發(fā)動機水溫、車速三個條件來確定冷卻風扇的轉(zhuǎn)速，從而節(jié)省了能源，達到了節(jié)油的目的。
關(guān)鍵詞：節(jié)能技術(shù);全自動空調(diào);自動控制;燃油經(jīng)濟性
汽車是現(xiàn)代社會中的主要交通工具之一。空調(diào)，即空氣調(diào)節(jié)，包括供暖、制冷、增減空氣濕度、調(diào)節(jié)空氣質(zhì)量等等。在汽車上安裝空調(diào)可以為乘員提供舒適的車內(nèi)環(huán)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(diào)系統(tǒng)性能的好壞，也成為評價汽車檔次的重要因素。
車內(nèi)空氣參數(shù)主要是指汽車室內(nèi)的溫度、相汽車是現(xiàn)代社會中的主要交通工具之一。以我國為例，近幾年轎車發(fā)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(diào)系統(tǒng)。空調(diào)，即空氣調(diào)節(jié)，包括供暖、制冷、增減空氣濕度、調(diào)節(jié)空氣質(zhì)量等等。在汽車上安裝空調(diào)可以為乘員提供舒適的車內(nèi)環(huán)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(shù)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(nèi)。
我國的汽車空調(diào)起步較晚，汽車空調(diào)技術(shù)一直發(fā)展比較緩慢。近幾年，國內(nèi)汽車空調(diào)技術(shù)的研究和開發(fā)與國外的差距正在逐漸減小。從國內(nèi)汽車空調(diào)技術(shù)水平來看，盡管我國汽車空調(diào)產(chǎn)品的設(shè)計開發(fā)水平有了大幅度提高，但其技術(shù)含量仍低于國際先進水平，我國汽車空調(diào)面臨產(chǎn)品升級換代的問題，尤其是在自動空調(diào)的研究開發(fā)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(diào)有：手動調(diào)節(jié)的空調(diào)系統(tǒng)、電動調(diào)節(jié)空調(diào)系統(tǒng)、真空調(diào)節(jié)空調(diào)系統(tǒng)、全自動空調(diào)系統(tǒng)。在我國合資生產(chǎn)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(diào)系統(tǒng)。但上述全自動空調(diào)系統(tǒng)的關(guān)鍵部件主要依靠進口，全自動空調(diào)技術(shù)以及性能匹配等核心技術(shù)完全掌握在國外汽車公司里。國內(nèi)目前對全自動空調(diào)系統(tǒng)研究相對較少，尤其是在1.6L排量的經(jīng)濟型轎車中基本屬于空白。
空調(diào)控制單元，是系統(tǒng)的自動控制的核心，它不僅涉及到制冷系統(tǒng)的參數(shù)耦合關(guān)系以及動態(tài)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(shù)同空調(diào)系統(tǒng)完美地結(jié)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(xiàn)代控制算法完成汽車空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)化控制特性，從而達到轎車空調(diào)的高舒適性、高可靠性、高節(jié)能性，是今后汽車空調(diào)控制發(fā)展的主要方向。
在轎車全自動空調(diào)的控制邏輯中，與手動控制相比已經(jīng)體現(xiàn)到了節(jié)能控制，例如有空調(diào)系統(tǒng)的自動調(diào)節(jié)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(jié)省動力，從而節(jié)省燃油。隨著傳感器技術(shù)的發(fā)展，在國外許多轎車開始應用空調(diào)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(xiàn)最優(yōu)化控制和節(jié)省燃油的目的。
當汽車出現(xiàn)在低速狀態(tài)下急加速、怠速矢穩(wěn)、壓縮機卡死、發(fā)動機水溫到一定程度現(xiàn)象之一時，要利用發(fā)動機管理系統(tǒng)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(fā)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(guān)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(tǒng)的空調(diào)控制方式可以總結(jié)如下：
(1)傳統(tǒng)的汽車空調(diào)系統(tǒng)中大都使用單態(tài)、雙態(tài)或三態(tài)壓力開關(guān)來進行空調(diào)系統(tǒng)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(guān)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(tǒng)的空調(diào)控制系統(tǒng)壓力開關(guān)只有有限的幾個狀態(tài)，只能對系統(tǒng)的高、低壓極限狀態(tài)進行保護，最多加上一級風扇控制。在傳統(tǒng)的空調(diào)控制系統(tǒng)中由于壓力開關(guān)只有有限狀態(tài)，因此只能對系統(tǒng)的高、低壓極限狀態(tài)進行保護，最多加上一級風扇控制。無法動態(tài)的反應空調(diào)系統(tǒng)的負荷情況。
在系統(tǒng)中我們加入傳感器的目的是：
a、在系統(tǒng)中引入空調(diào)系統(tǒng)壓力傳感器，可以動態(tài)的反應空調(diào)系統(tǒng)負荷情況，發(fā)動機管理系統(tǒng)ECU可根據(jù)空調(diào)負荷動態(tài)調(diào)整發(fā)動機輸出，對精確 控制發(fā)動機空燃比提供依據(jù)。從而達到優(yōu)化排放和節(jié)省燃油的目的。
b、系統(tǒng)能實時監(jiān)測空調(diào)系統(tǒng)狀態(tài)，壓力傳感器對系統(tǒng)工作狀態(tài)動態(tài)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(diào)系統(tǒng)的接入而導致熄火。同時在空調(diào)系統(tǒng)工作時，也能根據(jù)其負荷決定怠速轉(zhuǎn)速及功率輸出增加多少，甚至不增加怠速轉(zhuǎn)速也能控制。
c、空調(diào)冷凝風扇可根據(jù)空調(diào)負荷情況動態(tài)控制轉(zhuǎn)速(PWM方式)，以達到節(jié)省燃油和減少噪聲的目的。壓力開關(guān)系統(tǒng)與壓力傳感器系統(tǒng)試驗對比全自動空調(diào)系統(tǒng)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(jié)論：
(1)由于對于系統(tǒng)壓力的上升不能及時響應，空調(diào)系統(tǒng)為壓力開關(guān)的發(fā)動機在空調(diào)打開(壓縮機開始運轉(zhuǎn))時迅速被拉低200～250轉(zhuǎn)，而后ECU得到負荷發(fā)生變化后降轉(zhuǎn)速拉升至800±50多轉(zhuǎn)，而后逐漸的穩(wěn)定在超過標準怠速50～100轉(zhuǎn)的怠速轉(zhuǎn)速上。
(2)使用壓力傳感器后由于ECU會根據(jù)空調(diào)系統(tǒng)壓力及時平衡發(fā)動機負載，在空調(diào)壓縮機開始運轉(zhuǎn)時只有極小的轉(zhuǎn)速波動后迅速調(diào)整為正常怠速轉(zhuǎn)速。
(3)無論是空調(diào)系統(tǒng)是否打開，使用壓力傳感器都能控制發(fā)動機在較低的怠速轉(zhuǎn)速下工作。
從前面的全自動空調(diào)控制模型中我們可以看到，空調(diào)壓力信號首先輸入了發(fā)動機 ECU，我們這樣做的目的是讓空調(diào)壓力參與了PWM風扇的控制，即讓空調(diào)系統(tǒng)動態(tài)負荷做為一個條件去參與發(fā)動機ECU對PWM風扇的控制，但同時控制風扇的轉(zhuǎn)速也必須滿足空調(diào)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(nèi)乘客對空調(diào)系統(tǒng)舒適性的要求。為此我們協(xié)同ECU開發(fā)供應商一同進行了大量的環(huán)境試驗和道路試驗。
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