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汽車(chē)全自動(dòng)空調(diào)設(shè)計(jì)的節(jié)能技術(shù)研究
摘 要：在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中，汽車(chē)空調(diào)系統(tǒng)性能的好壞，已經(jīng)成為評(píng)價(jià)汽車(chē)檔次的重要因素。全自動(dòng)汽車(chē)空調(diào)系統(tǒng)主要是將操縱控制系統(tǒng)自動(dòng)化。結(jié)合一種轎車(chē)項(xiàng)目，在轎車(chē)全自動(dòng)空調(diào)的控制邏輯中，與手動(dòng)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(dòng)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(dòng)力，從而節(jié)省燃油。隨著傳感器技術(shù)的發(fā)展，在國(guó)外許多轎車(chē)開(kāi)始應(yīng)用空調(diào)壓力傳感器、濕度傳感器等，并在整車(chē)控制中同時(shí)標(biāo)定，從而實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化控制和節(jié)省燃油的目的。在全自動(dòng)空調(diào)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)時(shí)采用了壓力傳感器，并同發(fā)動(dòng)機(jī)ECU對(duì)冷卻系統(tǒng)的控制進(jìn)行了相關(guān)的匹配和研究，形成了發(fā)動(dòng)機(jī)ECU根據(jù)空調(diào)的負(fù)荷、發(fā)動(dòng)機(jī)水溫、車(chē)速三個(gè)條件來(lái)確定冷卻風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速，從而節(jié)省了能源，達(dá)到了節(jié)油的目的。
關(guān)鍵詞：節(jié)能技術(shù);全自動(dòng)空調(diào);自動(dòng)控制;燃油經(jīng)濟(jì)性
汽車(chē)是現(xiàn)代社會(huì)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(chē)上安裝空調(diào)可以為乘員提供舒適的車(chē)內(nèi)環(huán)境，減少疲勞感，還能預(yù)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(jìng)爭(zhēng)中，汽車(chē)空調(diào)系統(tǒng)性能的好壞，也成為評(píng)價(jià)汽車(chē)檔次的重要因素。
車(chē)內(nèi)空氣參數(shù)主要是指汽車(chē)室內(nèi)的溫度、相汽車(chē)是現(xiàn)代社會(huì)中的主要交通工具之一。以我國(guó)為例，近幾年轎車(chē)發(fā)生了井噴式的增長(zhǎng)速度，目前幾乎所有的轎車(chē)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(chē)上安裝空調(diào)可以為乘員提供舒適的車(chē)內(nèi)環(huán)境，減少疲勞感，還能預(yù)防或除去附在擋風(fēng)對(duì)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(shù)對(duì)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(guó)的汽車(chē)空調(diào)起步較晚，汽車(chē)空調(diào)技術(shù)一直發(fā)展比較緩慢。近幾年，國(guó)內(nèi)汽車(chē)空調(diào)技術(shù)的研究和開(kāi)發(fā)與國(guó)外的差距正在逐漸減小。從國(guó)內(nèi)汽車(chē)空調(diào)技術(shù)水平來(lái)看，盡管我國(guó)汽車(chē)空調(diào)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)水平有了大幅度提高，但其技術(shù)含量仍低于國(guó)際先進(jìn)水平，我國(guó)汽車(chē)空調(diào)面臨產(chǎn)品升級(jí)換代的問(wèn)題，尤其是在自動(dòng)空調(diào)的研究開(kāi)發(fā)上進(jìn)行的工作還是比較少。目前，我國(guó)轎車(chē)上最常見(jiàn)的幾種空調(diào)有：手動(dòng)調(diào)節(jié)的空調(diào)系統(tǒng)、電動(dòng)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(dòng)空調(diào)系統(tǒng)。在我國(guó)合資生產(chǎn)的日、美、德、韓等國(guó)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(diào)系統(tǒng)。但上述全自動(dòng)空調(diào)系統(tǒng)的關(guān)鍵部件主要依靠進(jìn)口，全自動(dòng)空調(diào)技術(shù)以及性能匹配等核心技術(shù)完全掌握在國(guó)外汽車(chē)公司里。國(guó)內(nèi)目前對(duì)全自動(dòng)空調(diào)系統(tǒng)研究相對(duì)較少，尤其是在1.6L排量的經(jīng)濟(jì)型轎車(chē)中基本屬于空白。
空調(diào)控制單元，是系統(tǒng)的自動(dòng)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(dòng)態(tài)響應(yīng)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(diào)系統(tǒng)完美地結(jié)合?如何利用電子元件的反應(yīng)迅速、控制精度高的特點(diǎn)，并適宜用現(xiàn)代控制算法完成汽車(chē)空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)化控制特性，從而達(dá)到轎車(chē)空調(diào)的高舒適性、高可靠性、高節(jié)能性，是今后汽車(chē)空調(diào)控制發(fā)展的主要方向。
在轎車(chē)全自動(dòng)空調(diào)的控制邏輯中，與手動(dòng)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(dòng)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(dòng)力，從而節(jié)省燃油。隨著傳感器技術(shù)的發(fā)展，在國(guó)外許多轎車(chē)開(kāi)始應(yīng)用空調(diào)壓力傳感器、濕度傳感器等，并在整車(chē)控制中同時(shí)標(biāo)定，從而實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化控制和節(jié)省燃油的目的。
當(dāng)汽車(chē)出現(xiàn)在低速狀態(tài)下急加速、怠速矢穩(wěn)、壓縮機(jī)卡死、發(fā)動(dòng)機(jī)水溫到一定程度現(xiàn)象之一時(shí)，要利用發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)控制切斷壓縮機(jī)。我們通常采取的失效保護(hù)方式有兩種方法，即通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)ECU控制壓縮機(jī)繼電器切斷壓縮機(jī)離合器或利用高低壓保護(hù)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)壓縮機(jī)離合器，控制壓縮機(jī)停止工作。基于上述分析，我們對(duì)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(chē)空調(diào)系統(tǒng)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(diào)系統(tǒng)的各種保護(hù)及風(fēng)扇控制。例如在路寶、賽馬、捷達(dá)、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(hù)、低壓保護(hù)及風(fēng)扇動(dòng)作控制。
(2)傳統(tǒng)的空調(diào)控制系統(tǒng)壓力開(kāi)關(guān)只有有限的幾個(gè)狀態(tài)，只能對(duì)系統(tǒng)的高、低壓極限狀態(tài)進(jìn)行保護(hù)，最多加上一級(jí)風(fēng)扇控制。在傳統(tǒng)的空調(diào)控制系統(tǒng)中由于壓力開(kāi)關(guān)只有有限狀態(tài)，因此只能對(duì)系統(tǒng)的高、低壓極限狀態(tài)進(jìn)行保護(hù)，最多加上一級(jí)風(fēng)扇控制。無(wú)法動(dòng)態(tài)的反應(yīng)空調(diào)系統(tǒng)的負(fù)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(dòng)態(tài)的反應(yīng)空調(diào)系統(tǒng)負(fù)荷情況，發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)ECU可根據(jù)空調(diào)負(fù)荷動(dòng)態(tài)調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)輸出，對(duì)精確 控制發(fā)動(dòng)機(jī)空燃比提供依據(jù)。從而達(dá)到優(yōu)化排放和節(jié)省燃油的目的。
b、系統(tǒng)能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)空調(diào)系統(tǒng)狀態(tài)，壓力傳感器對(duì)系統(tǒng)工作狀態(tài)動(dòng)態(tài)響應(yīng)好，ECU 將正常怠速降得稍低(通常在 500～550rpm)也不會(huì)擔(dān)心由于空調(diào)系統(tǒng)的接入而導(dǎo)致熄火。同時(shí)在空調(diào)系統(tǒng)工作時(shí)，也能根據(jù)其負(fù)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(fēng)扇可根據(jù)空調(diào)負(fù)荷情況動(dòng)態(tài)控制轉(zhuǎn)速(PWM方式)，以達(dá)到節(jié)省燃油和減少噪聲的目的。壓力開(kāi)關(guān)系統(tǒng)與壓力傳感器系統(tǒng)試驗(yàn)對(duì)比全自動(dòng)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(duì)于系統(tǒng)壓力的上升不能及時(shí)響應(yīng)，空調(diào)系統(tǒng)為壓力開(kāi)關(guān)的發(fā)動(dòng)機(jī)在空調(diào)打開(kāi)(壓縮機(jī)開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn))時(shí)迅速被拉低200～250轉(zhuǎn)，而后ECU得到負(fù)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(guò)標(biāo)準(zhǔn)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(huì)根據(jù)空調(diào)系統(tǒng)壓力及時(shí)平衡發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載，在空調(diào)壓縮機(jī)開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)只有極小的轉(zhuǎn)速波動(dòng)后迅速調(diào)整為正常怠速轉(zhuǎn)速。
(3)無(wú)論是空調(diào)系統(tǒng)是否打開(kāi)，使用壓力傳感器都能控制發(fā)動(dòng)機(jī)在較低的怠速轉(zhuǎn)速下工作。
從前面的全自動(dòng)空調(diào)控制模型中我們可以看到，空調(diào)壓力信號(hào)首先輸入了發(fā)動(dòng)機(jī) ECU，我們這樣做的目的是讓空調(diào)壓力參與了PWM風(fēng)扇的控制，即讓空調(diào)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)負(fù)荷做為一個(gè)條件去參與發(fā)動(dòng)機(jī)ECU對(duì)PWM風(fēng)扇的控制，但同時(shí)控制風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速也必須滿(mǎn)足空調(diào)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(nèi)乘客對(duì)空調(diào)系統(tǒng)舒適性的要求。為此我們協(xié)同ECU開(kāi)發(fā)供應(yīng)商一同進(jìn)行了大量的環(huán)境試驗(yàn)和道路試驗(yàn)。
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