汽车空调控制技术的研究概况

汽车空调控制技术的研究概况

[摘 要]本文介绍了汽车空调控制技术的发展历史、国内外研究现状以及未来发展趋势。

0 前言

汽车工业在我国面临高速稳定发展时期，汽车技术的更新围绕安全性、舒适性和节能环保性方面发展。汽车空调作为汽车舒适性的重要部件，其工作过程的控制是系统的关键。本文就汽车空调控制技术的发展和技术现状作简要论述。

1 汽车空调控制器的发展历史

1954年通用公司首先在纳什(Nash)牌轿车上安装了冷暖一体化空调器，汽车空调才基本具有调节控制车内温度、湿度的功能。随着汽车空调技术的改进，冷暖一体空调基本上具有降温、除湿、通风、过滤、除霜等功能。这种方式曾在大量的经济汽车上使用。冷暖一体汽车空调需要人工操纵，这显然增加了驾驶人员的工作量，同时控制质量也不大理想。自从冷暖一体化出现后，通用公司就着手研究自动控制的汽车空调，并于1964年首先安装在凯迪莱克(Cadillac)牌轿车上，紧接着通用、福特、克莱斯勒三大汽车公司竟相在各自的高级轿车上安装自动空调。日本、欧洲直到1972年才在高级轿车上装上自动空调。例如当时的高级皇冠、世纪、总统、德国的奔弛、奥迪等，这种自动空调装置，只要预先调好温度，机器就能自动地在调定的温度范围内工作。机器根据传感器检测到车内、车外环境的温度信息，自动地指挥空调器各部件工作，达到控制车内温度和其它功能的目的。

微机的出现为汽车空调控制器的发展开辟了广阔的前景，采用通过电脑控制的相应部件上的伺服电机，即通过输入到电脑的各种信息，让电脑来完成计算、分析、比较后，发出指令，随即接通所需的电路和发出指令驱动伺服电动机转动。按照功能选择键的输入指令，打开所需的出风口风门来调配送风的温度；并按照输入的设定温度，控制温度风门的位置；按照送人外来空气口的空气来源，控制外来空气口伺服电动机工作，以及控制压缩机的运行等。这些控制均通过伺服电动机来完成，这比真空驱动器控制的可靠性和准确度均有提高，而且控制机构更简单，所占位置也更少。

2 汽车空调控制器的难点

相比家用空调而言汽车空调有其特殊性。首先，汽车是个移动物体，外界气候条件变化大，车外热负荷变化大，以至于难以确定标准的车外设计参数。其次，由于汽车车室内乘员密度大，人体热量大，要求的制冷能力大；而汽车车身(包括座椅等)在开空调之前的蓄热量(或蓄冷量)是很大的。这几种因素导致汽车空调所要求的负荷大，要求降温(或升温)迅速，因此，汽车空调机组的制冷(或采暖)能力应该比房间空调大的多。另外，汽车是高速移动的物体，与外界对流热交换量大，而且车身隔热困难，玻璃门窗所占面积又大，车室内得热量(或失热量)大。如果汽车长时间直接暴露在太阳下(或风雪下)，进入车室的热负荷(或冷负荷)比一般房间要大得多。汽车的使用环境非常严酷，这些环境因素往往造成汽车电子装置的性能恶化。甚至不能完成规定的功能或损坏，出现可靠性故障。因此与一般控制系统相比，汽车空调控制系统也有其特殊要求。首先，要满足温度、湿度环境的要求。汽车外部的环境温度最高为50℃，最低为一40％，但汽车内的工作环境却因部件的位置不同而相差极大，湿度对电气零部件的额定工作电流影响很大，它是造成电子器件绝缘损坏、机件腐蚀的主要原因之一其次，要满足振动冲击环境要求，还有。要满足电气环境要求，汽车电源波动和瞬时过电压等将形成较坏的电气环境等。

3 汽车空调控制器的发展方向

把模糊控制理论运用在汽车空调控制器上将大大提高系统的准确性和稳定性。上海交通大学的仲华等人应用状态反馈模糊控制方法对轿车空调系统中的电子膨胀阀和温度混合风门进行控制来调节车室内温度，在车速变化和热负荷变化的扰动下实现了刘轿车空调平均温度的自动控制。Kuang C．Wei和Gary ADage通过在车内安装人体红外传感器对不同季节车内成员的热舒适性进行测量，运用智能控制的方法进行检测和控制，使车内温度和舒适性能够适应不同季节保持在成员感觉舒适的范围内。这种新型系统不但提高了控制系统的鲁棒性，而且可以使汽车空调能够在各种季节进行全自动调节。Vadim I．Vtldn．Hao-chi Cheng和Ali Keyhani等人运用滑动控制模式通过控制蒸发器出口温度，针对系统大延迟、非线性的特点实现了系统的自适应控制，控制系统得到了简化。

在各类汽车空调的控制方式中。对于送风系统的各类风门(包括新风、回风风门；空气混合风门；出口空气分配风门；以及除霜旁通风门)和风机的控制方式有多种，对于风门的角度一般分为3档，即全关、半开、全开三种状态。这样的控制方式简单易行，但缺点是控制方式粗糙，对车室内的温度容易造成波动。

大多数风机的控制同样也是分为3到5档，即关闭、低速、中速、高速等几种速度状态，这样的控制方法对于手动控制的汽车空调来说，操作简单灵活，但是也容易产生室内温度的波动。表1总结了各类汽车空调对于风门和风机的控制方式。

4 结论

汽车空调的控制技术，作为提高汽车空调工作性能的重要技术手段，受到研究者和厂商的重视。从传统的机械式到电子式到全自动空调控制器的不断进步，提高了汽车空调的综合性能。目前和今后一段时间，汽车空调控制将朝着网络化和功能集成化方向发展。