電子技術(shù)的快速發(fā)展使得汽車(chē)的控制系統(tǒng)更加智能化。自動(dòng)空調(diào)在汽車(chē)上的應(yīng)用就是一個(gè)典型的例子。由于電子技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代汽車(chē)空調(diào)已經(jīng)由計(jì)算機(jī)控制。完善的汽車(chē)計(jì)算機(jī)控制的空調(diào)系統(tǒng)不僅可以對(duì)車(chē)內(nèi)空氣的溫度、濕度、清潔度、風(fēng)量和風(fēng)向等進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，給乘客提供一個(gè)良好的乘車(chē)環(huán)境，保證在各種外界氣候和條件下使乘客都處于一個(gè)舒適的空氣環(huán)境中，而且還能進(jìn)行故障檢測(cè)。

汽車(chē)自動(dòng)空調(diào)基本結(jié)構(gòu)及原理

汽車(chē)自動(dòng)空調(diào)系統(tǒng)由制冷系統(tǒng)，取暖系統(tǒng)、通風(fēng)（配氣）系統(tǒng)、自動(dòng)控制系統(tǒng)、空氣凈化系統(tǒng)五部分組成。

1、制冷系統(tǒng)

制冷系統(tǒng)由壓縮機(jī)、冷凝器、膨脹閥、蒸發(fā)器等元件組成。制冷方式采用蒸氣壓縮式，利用制冷劑蒸發(fā)時(shí)吸收的熱量來(lái)實(shí)現(xiàn)車(chē)內(nèi)溫度的降低。作為冷源的蒸發(fā)器，其溫度低于空氣的露點(diǎn)溫度（空氣中的水蒸氣變?yōu)槁吨闀r(shí)候的溫度），因此，制冷系統(tǒng)還具有除濕和空氣凈化作用，使車(chē)內(nèi)空氣變得涼爽。

2、取暖系統(tǒng)

取暖系統(tǒng)多采用冷卻液加熱式，將發(fā)動(dòng)機(jī)出水口的冷卻液通入暖風(fēng)水箱，用鼓風(fēng)機(jī)將水箱周?chē)臒峥諝獯等胲?chē)內(nèi)。暖風(fēng)還可以對(duì)前擋風(fēng)玻璃進(jìn)行除霜和除霧。

3、通風(fēng)系統(tǒng)

通風(fēng)系統(tǒng)是能吸入新鮮空氣，將冷風(fēng)、暖風(fēng)、新鮮空氣進(jìn)行混合，并把混合氣分配到車(chē)廂不同位置的裝置。主要有送風(fēng)道、風(fēng)門(mén)等部件。目前采用最多的通風(fēng)系統(tǒng)是全空調(diào)方式，即把車(chē)外空氣和車(chē)內(nèi)空氣經(jīng)風(fēng)門(mén)調(diào)節(jié)后，通過(guò)蒸發(fā)器冷卻除濕，部分進(jìn)入加熱器，出來(lái)的冷、暖風(fēng)再混合，然后按照要求送入車(chē)內(nèi)。

4、自動(dòng)控制系統(tǒng)

自動(dòng)控制系統(tǒng)一方面對(duì)制冷和加熱的溫度進(jìn)行控制，另一方面，對(duì)車(chē)內(nèi)空氣的溫度、風(fēng)量和流向進(jìn)行測(cè)量控制。由傳感器、控制中樞、執(zhí)行器三部分組成。

其中傳感器包括溫度選擇器、日照強(qiáng)度傳感器、風(fēng)門(mén)位置傳感器等。控制中樞有電子放大器、電橋比較計(jì)算器、ECU三種。電磁閥、真空轉(zhuǎn)換器、真空驅(qū)動(dòng)器、伺服電機(jī)等屬于執(zhí)行部件。

5、空氣凈化系統(tǒng)

一般由空氣過(guò)濾器、電子集塵器、陰離子發(fā)生器等組成，對(duì)流入車(chē)內(nèi)的空氣過(guò)濾、凈化，不斷排出車(chē)內(nèi)的污濁氣體。在普通轎車(chē)中空氣凈化的任務(wù)由蒸發(fā)器完成。

電控自動(dòng)空調(diào)的控制邏輯框圖如圖所示。

汽車(chē)自動(dòng)空調(diào)溫度控制系統(tǒng)工作原理

汽車(chē)空調(diào)自動(dòng)溫度控制ATC(Automatic Temperature Control),俗稱(chēng)恒溫空調(diào)系統(tǒng)。一旦設(shè)定目標(biāo)溫度，ATC系統(tǒng)即自動(dòng)控制與調(diào)整，使車(chē)內(nèi)溫度保持在設(shè)定值。

全自動(dòng)溫度控制系統(tǒng)組成

全自動(dòng)溫度控制系統(tǒng)的組成包括溫度傳感器、控制系統(tǒng)ECU、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等。其中溫度傳感器有車(chē)外氣體溫度傳感器、車(chē)內(nèi)氣體溫度傳感器、日照傳感器（陽(yáng)光強(qiáng)度傳感器）和蒸發(fā)器溫度傳感器。

車(chē)內(nèi)溫度控制原理

一、車(chē)外溫度傳感器（Outside Temperature Sensor）一般以熱敏電阻制成，當(dāng)車(chē)外溫度變化時(shí)其電阻發(fā)生改變。溫度低時(shí)電阻大，溫度高時(shí)電阻小。

二、車(chē)內(nèi)溫度傳感器（In-vehicle Sensor）同樣采用熱敏電阻材料，具有負(fù)溫度系數(shù)特性。一般安裝在儀表盤(pán)下方，并以空氣管連接到空調(diào)通風(fēng)管上，當(dāng)氣流迅速通過(guò)時(shí)，產(chǎn)生的真空將空氣引經(jīng)車(chē)內(nèi)溫度傳感器。

三、日照傳感器（Sunload Sensor）以光二極管或電池制成，用以感應(yīng)陽(yáng)光照射車(chē)輛的強(qiáng)度，但并不是溫度。通常裝在儀表盤(pán)上方。

四、蒸發(fā)器溫度傳感器（Evaporator Temperature Sensor）一般安裝在蒸發(fā)器翼片上，以精確感應(yīng)蒸發(fā)器的溫度，同樣采用熱敏電阻制造，具有負(fù)溫度系數(shù)特性。

五、執(zhí)行機(jī)構(gòu)

1、鼓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制?？照{(diào)系統(tǒng)ECU根據(jù)設(shè)定的溫度、車(chē)內(nèi)現(xiàn)有溫度、車(chē)外溫度、陽(yáng)光強(qiáng)度、蒸發(fā)器皿溫度等信號(hào)，發(fā)送不同的指令給鼓風(fēng)機(jī)電機(jī)，并使之搭鐵，從而控制不同的鼓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速。對(duì)于一些恒溫空調(diào)系統(tǒng)，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)或冷卻液溫度低于預(yù)定值，空調(diào)系統(tǒng)ECU使鼓風(fēng)機(jī)不起作用。

2、混合空氣閥執(zhí)行器。混合空氣閥執(zhí)行器采用一個(gè)電控電機(jī)，根據(jù)駕駛員設(shè)定的溫度，自動(dòng)控制混合空氣閥的位置，以控制一定的車(chē)內(nèi)溫度。一些車(chē)型采用真空電機(jī)，但控制不夠精確。

當(dāng)駕駛員設(shè)定溫度為22℃時(shí)，而車(chē)廂內(nèi)溫度低于22℃時(shí)，控制系統(tǒng)ECU發(fā)送指令給電機(jī)，混合空氣閥關(guān)閉蒸發(fā)器側(cè)通道，并打開(kāi)從暖氣熱散熱器一側(cè)來(lái)的通道，使車(chē)內(nèi)溫度迅速升高到22℃，；當(dāng)駕駛員設(shè)定溫度為22℃，而車(chē)廂內(nèi)溫度高于22℃時(shí)，控制系統(tǒng)ECU發(fā)送指令給電機(jī)，混合空氣閥打開(kāi)從蒸發(fā)器一側(cè)來(lái)的通道，并關(guān)閉暖氣熱散熱器一側(cè)的通道，并使鼓風(fēng)機(jī)電機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)，使車(chē)內(nèi)溫度迅速下降到22℃。

3、模擬閥執(zhí)行器。模擬閥執(zhí)行器以電子電子電機(jī)控制空氣閥的位置，從而改變空調(diào)出風(fēng)口。

4、空調(diào)壓縮機(jī)離合器。當(dāng)駕駛員選擇A/C模式時(shí)，空調(diào)系統(tǒng)ECU使壓縮機(jī)離合器的線(xiàn)圈搭鐵，觸點(diǎn)閉合，電流通過(guò)離合器線(xiàn)圈，使離合器結(jié)合，帶盤(pán)帶動(dòng)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。

當(dāng)車(chē)外溫度傳改期顯示溫度低于設(shè)定值時(shí)，ECU使壓縮機(jī)離合器不起作用；同樣，當(dāng)傳感器顯示節(jié)氣門(mén)全開(kāi)或發(fā)動(dòng)機(jī)處于高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，ECU使壓縮機(jī)離合器不起作用。

六、當(dāng)溫度由25℃調(diào)到20℃時(shí)，可變電阻的阻值發(fā)生變化為-ΔR，電橋出于不平衡狀態(tài)且VA < VB，此時(shí)比較器OP1開(kāi)始工作，雙閥中的降溫閥DCV開(kāi)啟，在真空泵的作用下，連桿向下運(yùn)動(dòng)。反饋可變電阻阻值上升，由于風(fēng)門(mén)向冷風(fēng)增加方向開(kāi)張，所以車(chē)內(nèi)溫度下降。當(dāng)車(chē)內(nèi)溫度下降到設(shè)定目標(biāo)為20℃時(shí)，反饋電阻的阻值變化為+ΔR，總電阻變化為零，電橋平衡，當(dāng)環(huán)境溫度不變時(shí)，室內(nèi)溫度即可保持20℃。

當(dāng)車(chē)外溫空氣溫度下降時(shí)，車(chē)內(nèi)溫度也要隨之降低-ΔT，假設(shè)這個(gè)下降量引起車(chē)外溫度傳感器阻值的增加幅度為+ΔR，電橋處于不平衡狀態(tài)且VA > VB；比較OP2導(dǎo)通，雙法中的DVH起動(dòng)，真空泵推動(dòng)連桿向上運(yùn)動(dòng)，可變電阻阻值也向減少的方向變化，風(fēng)門(mén)向暖風(fēng)增加的方向轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)車(chē)內(nèi)溫度回升+ΔT，即室溫變化為零時(shí)，系統(tǒng)達(dá)到平衡。車(chē)內(nèi)空氣溫度和日照發(fā)生變化時(shí)，即空調(diào)的熱負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)，其工作原理相同。

鼓風(fēng)機(jī)控制原理

電腦溫度控制的汽車(chē)空調(diào)系統(tǒng)，不僅能按照成員的需要吹出最適宜溫度的風(fēng)，而且可以根據(jù)需要調(diào)節(jié)風(fēng)速和風(fēng)量；改變壓縮機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，甚至有故障自診斷功能。

一、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制

AUTO開(kāi)關(guān)位于暖風(fēng)裝置控制板上，按下AUTO開(kāi)關(guān)，空調(diào)ECU根據(jù)送風(fēng)溫度TAO值與鼓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系如圖所示。

二、進(jìn)風(fēng)方式控制

當(dāng)按下進(jìn)風(fēng)方式鍵時(shí)，空調(diào)ECU控制進(jìn)風(fēng)控制伺服電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，將進(jìn)風(fēng)風(fēng)門(mén)固定在“車(chē)外新鮮空氣導(dǎo)入”或“車(chē)內(nèi)空氣循環(huán)”位置上。當(dāng)按下“AUTO”鍵時(shí)，空調(diào)ECU根據(jù)計(jì)算值，在上述兩種方式之間交替自動(dòng)改變進(jìn)風(fēng)方式。

三、送風(fēng)方式控制

當(dāng)按下送風(fēng)方式控制鍵時(shí)，空調(diào)ECU控制送風(fēng)方式伺服電機(jī)動(dòng)作，將送風(fēng)方式固定在相應(yīng)狀態(tài)上。當(dāng)進(jìn)行自動(dòng)控制時(shí)，空調(diào)ECU根據(jù)求得的TAO值，自動(dòng)調(diào)節(jié)送風(fēng)方式。當(dāng)TAO值非常小時(shí)，最冷控制擋風(fēng)板完全開(kāi)啟，增加送風(fēng)風(fēng)力。

四、壓縮機(jī)控制

同時(shí)按下空調(diào)“A/C”鍵和“鼓風(fēng)機(jī)”鍵，或按下“自動(dòng)控制”鍵，空調(diào)ECU使電磁離合器接合，壓縮機(jī)開(kāi)始工作。壓縮機(jī)控制電路如圖12-5所示，空調(diào)ECU的MGC端首先向發(fā)動(dòng)機(jī)ECU發(fā)出壓縮機(jī)工作信號(hào)，發(fā)動(dòng)機(jī)ECU的A/C MG端隨即搭鐵，使磁吸繼電器吸合，電流流入磁吸，使壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。與此同時(shí)，電流也加到空調(diào)ECU的A/C一端，向空調(diào)ECU反饋磁吸工作信號(hào)。

進(jìn)行自動(dòng)控制時(shí)，若環(huán)境溫度或蒸發(fā)器溫度降到一定值以下，空調(diào)ECU將控制壓縮機(jī)間歇工作，即磁吸交替導(dǎo)通與斷開(kāi)，以節(jié)省能源。

空調(diào)裝置工作時(shí)，空調(diào)ECU同時(shí)從發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火器及壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器采集發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)，并進(jìn)行比較。若兩種轉(zhuǎn)速信號(hào)的偏差率連續(xù) 3s 超過(guò)80％，ECU則判定壓縮機(jī)鎖死，同時(shí)與電磁離合器脫開(kāi)，防止空調(diào)裝置進(jìn)一步損壞；并使操縱面板上的A/C指示燈閃爍，以提示駕駛員。

五、故障自診斷功能

當(dāng)空調(diào)ECU檢測(cè)到某些傳感器或執(zhí)行元件控制電路故障時(shí)，其故障自診斷系統(tǒng)將故障以代碼的形式存儲(chǔ)起來(lái)，檢修時(shí)只要按下操縱面板上的指定鍵，即可讀取故障代碼。

汽車(chē)自動(dòng)空調(diào)技術(shù)的發(fā)展

目前電控自動(dòng)空調(diào)的控制逐漸趨于成熟化，但關(guān)鍵的信號(hào)處理仍存在很大的提高空間，需要進(jìn)一步的加快控制的效率，第一時(shí)間感知環(huán)境，以更快的速度去調(diào)節(jié)車(chē)內(nèi)空間溫度，來(lái)進(jìn)一步加強(qiáng)汽車(chē)的舒適性。

在 CAN 總線(xiàn)技術(shù)基礎(chǔ)上構(gòu)建了基于 CAN 總線(xiàn)的汽車(chē)空調(diào)控制系統(tǒng)，并制定了空調(diào)系統(tǒng)的CAN 通訊協(xié)議，最后引入 PID 控制算法完成了汽車(chē)空調(diào)系統(tǒng)的自動(dòng)控制。將汽車(chē)空調(diào)控制系統(tǒng)CAN 網(wǎng)絡(luò)化，使得分散在不同位置的空調(diào)系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)可以共享信息，更好的配合?；?CAN 總線(xiàn)的汽車(chē)空調(diào)控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)不僅提高了汽車(chē)空調(diào)的舒適性，而且還使得汽車(chē)空調(diào)能與其它車(chē)載CAN 網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行互連，從而加速了車(chē)身一體化的進(jìn)程。

編輯：黃飛

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