汽车自动空调控制系统的研究现状_汽车自动空调控制系统

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汽车自动空调系统控制原理

汽车自动空调控制系统的控制原理

KIMI KANG（南京农业大学工学院，车辆工程）

摘要：由于电子技术的发展，现代汽车空调已经由计算机控制。完善的汽车计算机控制的空调系统不仅可以对车内空气的温度、湿度、清洁度、风量和风向等进行自动调节，给乘客提供一个良好的乘车环境，保证在各种外界气候和条件下使乘客都处于一个舒适的空气环境中，而且还能进行故障检测。

关键词：汽车空调；自动空调；电子控制

0引言

电子技术的快速发展使得汽车的控制系统更加智能化。自动空调在汽车上的应用就是一个简单的例子。自动空调同手动空调一样，也是由五大系统组成。其中制冷系统、取暖系统、通风系统、空气净化系统与手动空调基本相同，它们的差异就在于控制系统。此论文主要讲述电控自动空调的控制系统，尤其是电控自动空调，对其他四种系统并未详细叙述。电控自动空调控制的内容主要有温度控制、风量控制、出风口控制、吸入口控制、压缩机控制和自诊断功能。这些控制是从改变各风门位置（内外循环风门、空气混合风门、出风口风门）、热水阀开度、风机转速、压缩机状况来实现。电控自动空调操作简便，控制精细，舒适节能。采用CAN总线控制是汽车自动空调发展的趋势。

1自动空调的组成汽车自动空调系统由制冷系统，取暖系统、通风（配气）系统、自动控制系统、空气净化系统五部分组成。1）制冷系统

制冷系统由压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器等元件组成。制冷方式采用蒸气压缩式，利用制冷剂蒸发时吸收的热量来实现车内温度的降低。作为冷源的蒸发器，其温度低于空气的露点温度（空气中的水蒸气变为露珠时候的温度），因此，制冷系统还具有除湿和空气净化作用，使车内空气变得凉爽。2）取暖系统

取暖系统多采用冷却液加热式，将发动机出水口的冷却液通入暖风水箱，用鼓风机将水箱周围的热空气吹入车内。暖风还可以对前挡风玻璃进行除霜和除雾。3）通风系统

通风系统是能吸入新鲜空气，将冷风、暖风、新鲜空气进行混合，并把混合气分配到车厢不同位置的装置。主要有送风道、风门等部件。目前采用最多的通风系统是全空调方式，即把车外空气和车内空气经风门调节后，通过蒸发器冷却除湿，部分进入加热器，出来的冷、暖风再混合，然后按照要求送入车内。

汽车自动空调系统控制原理

4）自动控制系统

自动控制系统一方面对制冷和加热的温度进行控制，另一方面，对车内空气的温度、风量和流向进行测量控制。由传感器、控制中枢、执行器三部分组成。其中传感器包括温度选择器、日照强度传感器、风门位置传感器等。控制中枢有电子放大器、电桥比较计算器、ECU三种。电磁阀、真空转换器、真空驱动器、伺服电机等属于执行部件。5）空气净化系统一般由空气过滤器、电子集尘器、阴离子发生器等组成，对流入车内的空气过滤、净化，不断排出车内的污浊气体。在普通轿车中空气净化的任务由蒸发器完成。

2电控自动空调控制原理

电控自动空调的控制功能包括温度控制、鼓风机转速控制、进气控制、气流方式控制和压缩机控制。电控自动空调的控制逻辑框图如图1所示。

图1电控自动空调的控制逻辑框

1）计算所需送风温度

空调ECU根据驾驶员设定温度及车内温度、车外环境温度、光照传感器输送数据等传感器输送的数据，按下式计算所需送风温度TAO：

TAOaTSbTRcTAdTBe（1）

式中：TAO——所需送风温度；

TS——驾驶员设定温度； TR——车内温度； TA——车外温度；

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TB——光照传感器输送数据； a、b、c、d、e——系数。

空调ECU根据TAO值，向伺服电机等执行元件发出控制信号，实现各种控制功能。但是当驾驶员将温度设置在最冷或最热时，空调ECU将用固定值取代上述计算值进行控制，以加快响应速度。2）车内温度控制

空调ECU根据计算出的送风温度及蒸发器温度信号，确定是否向空气混合伺服电动机通电，控制空气混合风门的位置，实现车内温度控制。空调ECU根据下式计算空气混合挡风板开度值SW：

SWTAOf(TEg)100%（2）

h(TEg)式中：TE——蒸发器温度；f、g、h——系数。

当SW值近似为零时，表示TAO与TE接近，空调ECU即截止输入空气混合伺服电机的控制电流，空气混合挡风板居于原位置。若SW值小于零，表示TAO小于TE，空调ECU控制空气混合挡风板向冷的方向转动，降低出风温度。与此同时，电机内的电位计将挡风板的转动位置信息反馈给，当温度降低使SW近似为零时，ECU切断电流，伺服电机停止转动。若SW大于零，表示TAO大于TE，于是空调ECU控制空气混合挡风板向热的方向转动，提高出风温度，直至SW重新接近于零。

3）风机转速控制

AUTO开关位于暖风装置控制板上，按下AUTO开关，空调ECU根据送风温度TAO值与鼓风机转速之间的关系如图2所示。

图2 TAO值与鼓风机转速之间的关系

4）进风方式控制

当按下进风方式键时，空调ECU控制进风控制伺服电动机转动，将进风风门固定在“车外新鲜空气导入”或“车内空气循环”位置上。当按下“AUTO”键时，-3-

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空调ECU根据计算值，在上述两种方式之间交替自动改变进风方式。5）送风方式控制

当按下送风方式控制键时，空调ECU控制送风方式伺服电机动作，将送风方式固定在相应状态上。当进行自动控制时，空调ECU根据求得的TAO值，自动调节送风方式。当TAO值非常小时，最冷控制挡风板完全开启，增加送风风力（图3）。

图3 送风方式与送风温度关系曲线

6）压缩机控制

同时按下空调“A/C”键和“鼓风机”键，或按下“自动控制”键，空调ECU使电磁离合器接合，压缩机开始工作。压缩机控制电路如图12-5所示，空调ECU的MGC端首先向发动机ECU发出压缩机工作信号，发动机ECU的A/C MG端随即搭铁，使磁吸继电器吸合，电流流入磁吸，使压缩机运转。与此同时，电流也加到空调ECU的A/C一端，向空调ECU反馈磁吸工作信号。

进行自动控制时，若环境温度或蒸发器温度降到一定值以下，空调ECU将控制压缩机间歇工作，即磁吸交替导通与断开，以节省能源。

空调装置工作时，空调ECU同时从发动机点火器及压缩机转速传感器采集发动机转速与压缩机转速信号，并进行比较。若两种转速信号的偏差率连续 3s 超过80％，ECU则判定压缩机锁死，同时与电磁离合器脱开，防止空调装置进一步损坏；并使操纵面板上的A/C指示灯闪烁，以提示驾驶员。

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7）故障自诊断功能

当空调ECU检测到某些传感器或执行元件控制电路故障时，其故障自诊断系统将故障以代码的形式存储起来，检修时只要按下操纵面板上的指定键，即可读取故障代码。

图4压缩机控制电路

3自动空调技术发展

目前电控自动空调的控制逐渐趋于成熟化，但关键的信号处理仍存在很大的提高空间，需要进一步的加快控制的效率，第一时间感知环境，以更快的速度去调节车内空间温度，来进一步加强汽车的舒适性。在 CAN 总线技术基础上构建了基于 CAN 总线的汽车空调控制系统，并制定了空调系统的CAN 通讯协议，最后引入 PID 控制算法完成了汽车空调系统的自动控制。将汽车空调控制系统CAN 网络化，使得分散在不同位置的空调系统各节点可以共享信息，更好的配合。基于 CAN 总线的汽车空调控制系统的开发不仅提高了汽车空调的舒适性，而且还使得汽车空调能与其它车载CAN 网络进行互连，从而加速了车身一体化的进程。

参考文献

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