汽车自动空调控制技术方案分析

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典型的例子。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。

汽车自动空调基本结构及原理

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。

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。

电控自动空调的控制逻辑框图如图所示。

汽车自动空调温度控制系统工作原理

汽车空调自动温度控制ATC(Automatic Temperature Control),俗称恒温空调系统。一旦设定目标温度，ATC系统即自动控制与调整，使车内温度保持在设定值。

全自动温度控制系统组成

全自动温度控制系统的组成包括温度传感器、控制系统ECU、执行机构等。其中温度传感器有车外气体温度传感器、车内气体温度传感器、日照传感器（阳光强度传感器）和蒸发器温度传感器。

车内温度控制原理

一、车外温度传感器（Outside Temperature Sensor）一般以热敏电阻制成，当车外温度变化时其电阻发生改变。温度低时电阻大，温度高时电阻小。

二、车内温度传感器（In-vehicle Sensor）同样采用热敏电阻材料，具有负温度系数特性。一般安装在仪表盘下方，并以空气管连接到空调通风管上，当气流迅速通过时，产生的真空将空气引经车内温度传感器。

三、日照传感器（Sunload Sensor）以光二极管或电池制成，用以感应阳光照射车辆的强度，但并不是温度。通常装在仪表盘上方。

四、蒸发器温度传感器（Evaporator Temperature Sensor）一般安装在蒸发器翼片上，以精确感应蒸发器的温度，同样采用热敏电阻制造，具有负温度系数特性。

五、执行机构

1、鼓风机转速控制。空调系统ECU根据设定的温度、车内现有温度、车外温度、阳光强度、蒸发器皿温度等信号，发送不同的指令给鼓风机电机，并使之搭铁，从而控制不同的鼓风机转速。对于一些恒温空调系统，当发动机启动时或冷却液温度低于预定值，空调系统ECU使鼓风机不起作用。

2、混合空气阀执行器。混合空气阀执行器采用一个电控电机，根据驾驶员设定的温度，自动控制混合空气阀的位置，以控制一定的车内温度。一些车型采用真空电机，但控制不够精确。

当驾驶员设定温度为22℃时，而车厢内温度低于22℃时，控制系统ECU发送指令给电机，混合空气阀关闭蒸发器侧通道，并打开从暖气热散热器一侧来的通道，使车内温度迅速升高到22℃，；当驾驶员设定温度为22℃，而车厢内温度高于22℃时，控制系统ECU发送指令给电机，混合空气阀打开从蒸发器一侧来的通道，并关闭暖气热散热器一侧的通道，并使鼓风机电机高速运转，使车内温度迅速下降到22℃。

3、模拟阀执行器。模拟阀执行器以电子电子电机控制空气阀的位置，从而改变空调出风口。

4、空调压缩机离合器。当驾驶员选择A/C模式时，空调系统ECU使压缩机离合器的线圈搭铁，触点闭合，电流通过离合器线圈，使离合器结合，带盘带动压缩机转动。

当车外温度传改期显示温度低于设定值时，ECU使压缩机离合器不起作用；同样，当传感器显示节气门全开或发动机处于高速运转时，ECU使压缩机离合器不起作用。

六、当温度由25℃调到20℃时，可变电阻的阻值发生变化为-ΔR，电桥出于不平衡状态且VA < VB，此时比较器OP1开始工作，双阀中的降温阀DCV开启，在真空泵的作用下，连杆向下运动。反馈可变电阻阻值上升，由于风门向冷风增加方向开张，所以车内温度下降。当车内温度下降到设定目标为20℃时，反馈电阻的阻值变化为+ΔR，总电阻变化为零，电桥平衡，当环境温度不变时，室内温度即可保持20℃。

当车外温空气温度下降时，车内温度也要随之降低-ΔT，假设这个下降量引起车外温度传感器阻值的增加幅度为+ΔR，电桥处于不平衡状态且VA > VB；比较OP2导通，双法中的DVH起动，真空泵推动连杆向上运动，可变电阻阻值也向减少的方向变化，风门向暖风增加的方向转动。当车内温度回升+ΔT，即室温变化为零时，系统达到平衡。车内空气温度和日照发生变化时，即空调的热负荷发生变化时，其工作原理相同。

鼓风机控制原理

电脑温度控制的汽车空调系统，不仅能按照成员的需要吹出最适宜温度的风，而且可以根据需要调节风速和风量；改变压缩机运行状态，甚至有故障自诊断功能。

一、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所示。

二、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，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。

三、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。

四、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。

五、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。

汽车自动空调技术的发展

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。