無論在酷暑還是寒冬，乘客始終可以通過汽車的加熱和制冷系統(tǒng)享受到舒適的車內(nèi)環(huán)境。在不同類別的車輛中，這些暖通空調(diào)（HVAC）系統(tǒng)的復(fù)雜性和自動(dòng)化程度也各不相同。經(jīng)濟(jì)型汽車可能需要駕駛員手動(dòng)旋轉(zhuǎn)旋鈕來控制溫度，而在高端車輛中，則可以通過傳感器同時(shí)自動(dòng)控制車內(nèi)的溫度以及空氣的濕度和質(zhì)量。

空氣流動(dòng)

無論何種類別的車輛，汽車HVAC系統(tǒng)都需要交換空氣，并在此過程中改變其溫度、濕度和質(zhì)量。

讓我們來看一下空氣流動(dòng)的原理。空氣可以從車廂外部或內(nèi)部吸入系統(tǒng)。也可以通過蒸發(fā)器或換熱器進(jìn)入HVAC系統(tǒng)以進(jìn)行調(diào)節(jié)；經(jīng)過調(diào)節(jié)的空氣分布在整個(gè)車廂內(nèi)，讓乘客腳部保暖，或者防止擋風(fēng)玻璃起霧。

空氣流動(dòng)的途徑有很多種：從外部到蒸發(fā)器再到擋風(fēng)玻璃，或從內(nèi)部到熱交換器再到車廂底部的通風(fēng)口。那么HVAC系統(tǒng)是如何控制空氣流動(dòng)的方式呢？

圖1所示為HVAC系統(tǒng)的側(cè)視圖。關(guān)鍵組件用數(shù)字標(biāo)記，箭頭指示空氣流動(dòng)的方向。圖1中的部件4至8所示為風(fēng)門執(zhí)行器。橙色虛線表示風(fēng)門移動(dòng)的區(qū)域，而橙色實(shí)線代表風(fēng)門。HVAC系統(tǒng)中的風(fēng)門執(zhí)行器的數(shù)量取決于系統(tǒng)的整體復(fù)雜性——屬于單區(qū)域還是多區(qū)域HVAC。

風(fēng)門執(zhí)行器

空氣通過管道在HVAC系統(tǒng)中流動(dòng)；風(fēng)門通過全部或部分打開或關(guān)閉管道的分段，控制空氣的流動(dòng)方式。風(fēng)門執(zhí)行器（也稱為阻尼器）是移動(dòng)風(fēng)門的電氣設(shè)備。

汽車HVAC系統(tǒng)中有三類風(fēng)門執(zhí)行器：

進(jìn)氣風(fēng)門執(zhí)行器（圖1中的部件4）：該風(fēng)門執(zhí)行器控制調(diào)節(jié)空氣源——車外空氣或車內(nèi)的再循環(huán)空氣。該風(fēng)門執(zhí)行器位置可由駕駛員使用再循環(huán)按鈕或由HVAC系統(tǒng)根據(jù)車內(nèi)空氣質(zhì)量傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行控制。

空氣混合風(fēng)門執(zhí)行器（圖1中的部件8）：該風(fēng)門執(zhí)行器將暖氣（熱交換器）和冷風(fēng)（蒸發(fā)器）混合，以達(dá)到設(shè)定的空氣溫度。

空氣分配風(fēng)門執(zhí)行器（圖1中的部件5、6和7）：該類風(fēng)門執(zhí)行器的數(shù)量根據(jù)車輛類別而不同，用于分配車廂內(nèi)的空氣。

直流電機(jī)

哪些電氣設(shè)備負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)風(fēng)門？正如空氣流動(dòng)的控制方式有多種一樣，汽車制造商在驅(qū)動(dòng)風(fēng)門的電氣設(shè)備上也有多種選擇。包括帶有電位器的有刷直流電機(jī)用于感測(cè)風(fēng)門的位置；使用反電動(dòng)勢(shì)（反EMF）測(cè)量位置或通過計(jì)算步數(shù)測(cè)量位置的步進(jìn)電機(jī)的三相無刷直流（BLDC）電機(jī)。這些直流電機(jī)通過不同尺寸的齒輪驅(qū)動(dòng)風(fēng)門。

更多選擇

選擇電機(jī)后，HVAC系統(tǒng)工程師還可以選擇驅(qū)動(dòng)電機(jī)的架構(gòu)。如前所述，風(fēng)門執(zhí)行器可以在本地或遠(yuǎn)程控制。在本地控制中，控制電機(jī)的電子設(shè)備位于電機(jī)附近，即電機(jī)控制IC集成在電機(jī)所在的相同殼體中（見圖2中的風(fēng)門執(zhí)行器控制）。諸如局域互連網(wǎng)絡(luò)（LIN）之類的通信協(xié)議控制電機(jī)，將風(fēng)門驅(qū)動(dòng)到特定位置。在遠(yuǎn)程控制中，控制電機(jī)的電子設(shè)備位于遠(yuǎn)離風(fēng)門執(zhí)行器的HVAC控制單元（見圖3）。HVAC控制單元上的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和微控制器之間的通信可以通過串行外設(shè)接口（SPI）實(shí)現(xiàn)，甚至可以通過并行數(shù)字控制接口實(shí)現(xiàn)。德州儀器（TI）公司的DRV8912-Q1是一個(gè)通過SPI與微控制器連接的設(shè)備示例，用于遠(yuǎn)程驅(qū)動(dòng)風(fēng)門執(zhí)行器。

圖2和圖3說明了兩種可能的架構(gòu)。圖2中的架構(gòu)比圖3中的架構(gòu)更復(fù)雜；然而，圖2中的架構(gòu)提供了更大的設(shè)計(jì)可擴(kuò)展性和靈活性。

圖2：風(fēng)門執(zhí)行器電機(jī)的遠(yuǎn)程控制

圖3：風(fēng)門執(zhí)行器的集成電機(jī)驅(qū)動(dòng)器

更多選擇

我們來看一下微控制器和電機(jī)驅(qū)動(dòng)器控制集成電路之間的連接。HVAC系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員在該連接上也有多種選擇。微控制器可以使用數(shù)字通信接口（如SPI）連接到電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，也可以使用控制線直接連接到電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。圖4和圖5說明了這些選擇。

圖4：使用SPI與電機(jī)驅(qū)動(dòng)器通信的微控制器

圖5：直接控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的微控制器

簡(jiǎn)化元件

用于BLDC和步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器電子元件比驅(qū)動(dòng)有刷直流電機(jī)所需的電子元件更為復(fù)雜。若您選擇使用有刷直流電機(jī)來移動(dòng)風(fēng)門，則使用直接驅(qū)動(dòng)風(fēng)門電機(jī)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器具有明顯的優(yōu)勢(shì)——在硬件和軟件方面都更簡(jiǎn)單。

審核編輯：何安