汽车全自动空调设计的节能技术研究

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摘要：在激烈的市场竞争中，汽车空调系统性能的好坏，已经成为评价汽车档次的重要因素。全自动汽车空调系统主要是将操纵控制系统自动化。结合一种轿车项目，在轿车全自动空调的控制逻辑中，与手动控制相比已经体现到了节能控制，例如有空调系统的自动调节控制、换气量的最适量控制以及随温度变化换气切换等都可以节省动力，从而节省燃油。随着传感器技术的发展，在国外许多轿车开始应用空调压力传感器、湿度传感器等，并在整车控制中同时标定，从而实现最优化控制和节省燃油的目的。在全自动空调系统的开发时采用了压力传感器，并同发动机ECU对冷却系统的控制进行了相关的匹配和研究，形成了发动机ECU根据空调的负荷、发动机水温、车速三个条件来确定冷却风扇的转速，从而节省了能源，达到了节油的目的。

关键词：节能技术;全自动空调;自动控制;燃油经济性

汽车是现代社会中的主要交通工具之一。空调，即空气调节，包括供暖、制冷、增减空气湿度、调节空气质量等等。在汽车上安装空调可以为乘员提供舒适的车内环境，减少疲劳感，还能预防或去除服在挡风玻璃玻璃上的雾、霜或雪，以确保驾驶员的视野清晰与行使安全。在激烈的市场竞争中，汽车空调系统性能的好坏，也成为评价汽车档次的重要因素。

车内空气参数主要是指汽车室内的温度、相汽车是现代社会中的主要交通工具之一。以我国为例，近几年轿车发生了井喷式的增长速度，目前几乎所有的轿车都安装了空调系统。空调，即空气调节，包括供暖、制冷、增减空气湿度、调节空气质量等等。在汽车上安装空调可以为乘员提供舒适的车内环境，减少疲劳感，还能预防或除去附在挡风对湿度、流动速度、空气的含尘量、噪音、CO2的含量、壁面温度等。这些参数对人体的健康、舒适性有一定的影响，因此要求将其控制在一定范围内。

我国的汽车空调起步较晚，汽车空调技术一直发展比较缓慢。近几年，国内汽车空调技术的研究和开发与国外的差距正在逐渐减小。从国内汽车空调技术水平来看，尽管我国汽车空调产品的设计开发水平有了大幅度提高，但其技术含量仍低于国际先进水平，我国汽车空调面临产品升级换代的问题，尤其是在自动空调的研究开发上进行的工作还是比较少。目前，我国轿车上最常见的几种空调有：手动调节的空调系统、电动调节空调系统、真空调节空调系统、全自动空调系统。在我国合资生产的日、美、德、韩等国家的品牌轿车，如本田、别克、奥迪 A

6、帕萨特 B

5、索纳塔等轿车，都采用了全自动空调系统。但上述全自动空调系统的关键部件主要依靠进口，全自动空调技术以及性能匹配等核心技术完全掌握在国外汽车公司里。国内目前对全自动空调系统研究相对较少，尤其是在1.6L排量的经济型轿车中基本属于空白。

空调控制单元，是系统的自动控制的核心，它不仅涉及到制冷系统的参数耦合关系以及动态响应特性，还涉及到汽车的动力、安全等性能。如何将电子技术同空调系统完美地结合?如何利用电子元件的反应迅速、控制精度高的特点，并适宜用现代控制算法完成汽车空调系统的优化控制特性，从而达到轿车空调的高舒适性、高可靠性、高节能性，是今后汽车空调控制发展的主要方向。

在轿车全自动空调的控制逻辑中，与手动控制相比已经体现到了节能控制，例如有空调系统的自动调节控制、换气量的最适量控制以及随温度变化换气切换等都可以节省动力，从而节省燃油。随着传感器技术的发展，在国外许多轿车开始应用空调压力传感器、湿度传感器等，并在整车控制中同时标定，从而实现最优化控制和节省燃油的目的。

当汽车出现在低速状态下急加速、怠速矢稳、压缩机卡死、发动机水温到一定程度现象之一时，要利用发动机管理系统控制切断压缩机。我们通常采取的失效保护方式有两种方法，即通过发动机ECU控制压缩机继电器切断压缩机离合器或利用高低压保护开关断开压缩机离合器，控制压缩机停止工作。基于上述分析，我们对传统的空调控制方式可以总结如下：

(1)传统的汽车空调系统中大都使用单态、双态或三态压力开关来进行空调系统的各种保护及风扇控制。例如在路宝、赛马、捷达、宝来等轿车上都采用了压力开关形式。其控制方式为：高压保护、低压保护及风扇动作控制。

(2)传统的空调控制系统压力开关只有有限的几个状态，只能对系统的高、低压极限状态进行保护，最多加上一级风扇控制。在传统的空调控制系统中由于压力开关只有有限状态，因此只能对系统的高、低压极限状态进行保护，最多加上一级风扇控制。无法动态的反应空调系统的负荷情况。

在系统中我们加入传感器的目的是：

a、在系统中引入空调系统压力传感器，可以动态的反应空调系统负荷情况，发动机管理系统ECU可根据空调负荷动态调整发动机输出，对精确控制发动机空燃比提供依据。从而达到优化排放和节省燃油的目的。

b、系统能实时监测空调系统状态，压力传感器对系统工作状态动态响应好，ECU 将正常怠速降得稍低(通常在 500～550rpm)也不会担心由于空调系统的接入而导致熄火。同时在空调系统工作时，也能根据其负荷决定怠速转速及功率输出增加多少，甚至不增加怠速转速也能控制。

c、空调冷凝风扇可根据空调负荷情况动态控制转速(PWM方式)，以达到节省燃油和减少噪声的目的。压力开关系统与压力传感器系统试验对比全自动空调系统在控制中采用了压力传感器。如图1

从上图中我们可以得出如下结论：

(1)由于对于系统压力的上升不能及时响应，空调系统为压力开关的发动机在空调打开(压缩机开始运转)时迅速被拉低200～250转，而后ECU得到负荷发生变化后降转速拉升至80050多转，而后逐渐的稳定在超过标准怠速50～100转的怠速转速上。

(2)使用压力传感器后由于ECU会根据空调系统压力及时平衡发动机负载，在空调压缩机开始运转时只有极小的转速波动后迅速调整为正常怠速转速。

(3)无论是空调系统是否打开，使用压力传感器都能控制发动机在较低的怠速转速下工作。

从前面的全自动空调控制模型中我们可以看到，空调压力信号首先输入了发动机 ECU，我们这样做的目的是让空调压力参与了PWM风扇的控制，即让空调系统动态负荷做为一个条件去参与发动机ECU对PWM风扇的控制，但同时控制风扇的转速也必须满足空调冷凝器的散热需求，而且这里还有受到车速的影响，它们之间匹配的好坏直接影响整车的减少油耗、降低噪音、满足车内乘客对空调系统舒适性的要求。为此我们协同ECU开发供应商一同进行了大量的环境试验和道路试验。

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