浅谈汽车空调控制器的设计

浅谈汽车空调控制器的设计

周哲

长城汽车股份有限公司 河北省保定市 071000

摘要：目前，我国的汽车行业建设的发展迅速，汽车空调控制器是汽车空调系统控制的重要组成部分。汽车空调控制器的主要功能有冷暖温度调节、出风模式调节、风机风量开关调节、内外循环切换、前后除霜等，汽车空调控制器按产品的功能实现形式可分为机械式汽车空调控制器和电子式汽车空调控制器。

关键词：汽车空调；控制器；设计

引言

随着汽车工业的高速发展，汽车电子化、智能化带来的便捷与舒适是未来汽车发展的大趋势，汽车空调系统是提高舒适度的重要部分，空调控制器作为空调系统的核心，能够实现让驾驶者和乘客达到所需的便捷与舒适。

1汽车空调的组成

1.1　制冷系统

汽车空调中的制冷系统，其功能就是给汽车内部提供冷空气，制冷系统主要由压缩机、冷凝器、膨胀阀以及蒸发器组成。制冷系统工作时，首先是压缩机对制冷剂进行压缩，然后使其流向蒸发器，制冷剂通过蒸发器时挥发从而吸收大量的热，鼓风机将空气吹过蒸发器表面形成冷风吹入车内，达到降低车内温度的作用。在制冷系统中，蒸发器的温度要低于空气露点温度，可以说在制冷系统中，蒸发器就是整个系统的冷源。当然制冷系统不仅仅是制冷的功能，同时还负责汽车内部的空气净化以及除湿，是整个汽车空调的重要组成部分。

1.2　取暖系统

所谓取暖系统，其主要作用就是负责向车内提供暖风。其工作原理就是通过冷却液循环，将发动机工作产生的热量带到暖风水箱，然后再由鼓风机将水箱表面的热空气吹进车内，达到取暖的目的。

1.3　通风系统

通风系统就是为车内提供混合风的装置，由送风道和风门等部件构成。通风系统主要是将车内的空气和车外的空气进行调节，经过蒸发器冷却除湿后，再根据风速以及风力的大小要求将其送入车内。

1.4　空气净化系统

空气净化系统的主要作用就是排除汽车内部的污染气体，净化车内环境。空气净化系统一般是由空气过滤器、电子集尘器以及阴离子发生器构成。

1.5　自动控制系统

自动控制系统主要作用是控制空调，其具体作用就是可以调节制冷或者制热的温度，此外该系统还能够测量以及控制汽车内部的温度、风量等参数。自动控制系统是由传感器、控制中枢以及执行器三部分组成，而传感器又分为温度传感器、日照强度传感器以及风门位置传感器等。控制中枢有电子放大器、电桥比较计算器、ECU3种。电磁阀、真空转换器等都属于对中心控制系统的命令进行执行的元件。

2优化措施分析

2.1硬拉丝机械式汽车空调控制器设计方案分析

内外循环、冷热、风向的调节采用拨杆钮组件和旋钮组件机械控制硬拉丝的方法。硬拉丝组件通过控制器卡扣将双层管分别固定在汽车空调控制器和HVAC（Heat⁃ingVentilationAir-conditioningandCooling空调调节系统）之间，拉丝的两端分别与控制器和HVAC的传动机构相连接，操作者通过拨动拨杆钮、旋转旋钮来控制控制器上的连杆、齿轮传动机构，通过传动机构带动硬拉丝组件的拉丝，拉丝带动HVAC上的循环风门、冷热混合风门、模式风门的开和关角度，实现控制器相对应的功能。空调的开关、风量的调节采用简单开关的控制电路控制。硬拉丝机械式汽车空调控制器主要使用在早期车型，因其大部分功能均为机械控制，具有功能稳定、价格优势等因素，广泛应用在经济节能型汽车上。但硬拉丝的材料主要采用单股的不锈钢丝，外层的拉丝套管大部分采用外层PP和内层POM的双层塑料管，导致拉丝组件刚性大，柔性不足，拉丝不易弯曲，因受拉丝布置的空间局限性而需要使拉丝弯曲，将使旋钮操作力大。旋钮操作手感重，使硬拉丝机械式汽车空调控制器在现阶段竞争激烈的汽车市场上只适合在经济车型上使用。

2.2软拉丝机械式汽车空调控制器设计方案分析

软拉丝机械式汽车空调控制器主要由面板、支架、旋钮组件、按钮组件、齿轮传动机构、软拉丝等机械构件和线路板组件构成。冷热、风向的调节采用旋钮组件机械控制软拉丝的方法，拉丝组件上的转轴和拉丝输出转盘分别与空调控制器和HVAC的传动机构相连，拉丝组件的轴套与转盘支架分别固定在空调控制器与HVAC之间，操作者通过旋转控制器旋钮来带动控制器上齿轮等传动机构，通过传动机构带动软拉丝组件的转轴，转轴带动多股拉丝，多股拉丝带动拉丝输出盘，拉丝输出盘带动HVAC上的传动机构控制空调模式风门、冷热风门开和关的角度，实现控制器的相对应的功能。空调的开关、风量的调节、内外循环功能的切换可采用简单开关的控制电路，也可采用带单片机的控制电路控制HVAC上的执行机构。相比硬拉丝机械式汽车空调控制器，软拉丝机械式汽车空调控制器拉丝主要材料采用多股不锈钢丝，拉丝柔性好，布置空间比较灵活，旋钮手感较好，按钮控制方式灵活，可根据车厂要求采用简单开关控制或单片机控制，广泛应用于中低档车型。但软拉丝机械式汽车空调控制器受其拉丝结构的局限性，相关配合的零件多，使用寿命比硬拉丝机械式汽车空调控制器低，旋钮操作手感也不如电子式汽车空调控制器，在现阶段竞争激烈汽车市场上较少在中高档车型上使用。

2.3HMI介绍

操作界面是用户与空调系统之间交流信息的纽带，用户界面使用的便捷性直接影响到用户使用时的认可程度，因此，系统界面的设计要做到简洁明了，要具备友好的人机界面、简单的操作步骤、严密的保护措施等优点。另外，用于汽车的人机界面正在以不同的外形尺寸出现，使得用户能够安全地操作复杂的最新型信息系统，从而提高车辆舒适性和便利性。这套操作系统能通过控制面板轻松进行一系列简单高效的信息操作，实现了人与车之间的对话功能，通过该系统，轻松把握车辆状态信息（车速、里程、当前位置、车辆保养信息等），使空调的设置更加便捷。

3新能源汽车空调系统发展趋势

一般来说，传统汽车空调系统都是采用的ECU电控系统同时搭配“变排量控制”。但是在新能源电动汽车中，由于没有燃油发动机，所以在电动汽车中采用的是电动压缩机，为了节约电能，在电动汽车上的空调系统可以借鉴家用空调中的“变频控制”来达到节能的目的。变频技术相对成熟，因此很多汽车空调厂家已经逐步研究交流变频电动压缩机。当然除了变频技术还可以利用热泵技术，汽车空调在制冷时，会出现大量的热能损失，而如果可以利用热交换技术将这部分热能利用起来，不仅可以提高空调的工作效率，还可以有效的降低电动车的续航压力。虽然电动汽车的空调系统比传统汽车空调系统要有优势，但是需要注意的是在电动车上安装的空调要和整个汽车的性能相匹配，空调功率既不能过大也不能过小，而且由于电动汽车上采用的是电动压缩机，为了更加节能，可以从以下几点考虑：（1）研究出更加高效的直流涡旋压缩机；（2）研究控制更加精准，也更加节能的电子膨胀阀；（3）利用更加高效的过冷式平行流冷凝器；（4）改善微通道蒸发器结构，使制冷剂蒸发更均匀。

结语

现阶段我国社会经济快速发展，汽车行业的发展迅速，汽车空调系统也随之快速发展。作为汽车空调的组成部分，机械式汽车空调控制器和电子式汽车空调控制器凭借各自的优势占领着汽车市场，机械式汽车空调控制器主要使用在经济节能车型上，电子式汽车空调控制器虽然价格比机械式汽车空调控制器高，但因其功能更强大，广泛应用于各种车型。

参考文献

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[2]李建民.浅析汽车空调自动控制系统[J].汽车实用技术，2016（09）：263-265.

[3]马海涛.某车型空调系统降温性能试验分析[J].汽车电器，2016（09）：63-66.