乘用车双温区自动空调系统原理结构及应用

2016-12-20贺国庆周映东葛渝清

汽车电器 2016年8期

关键词：风门汽车空调冷暖

贺国庆，周映东，葛渝清

（北汽银翔汽车有限公司研发一中心电器开发所，重庆 401533）

乘用车双温区自动空调系统原理结构及应用

贺国庆，周映东，葛渝清

（北汽银翔汽车有限公司研发一中心电器开发所，重庆 401533）

1 DAAC的原理及结构

1.1 DAAC的定义

通过自动、持续地调节和控制汽车空调系统的出风温度、吹风模式、风量大小等参数，使车内的温度恒定在用户设定的2个不同的目标温度（如主驾驶区域温度tsl和副驾驶区域温度tsr）的空调系统称为双温区自动空调系统。DAAC的温度控制区域示意图如图1所示。

1.2 DAAC的组成

DAAC主要由压缩机总成、冷凝器总成、双温区HVAC（Heating Ventilating and Air Conditioning，暖通空调箱）总成、双温区自动空调控制面板总成、各类传感器总成及管路总成等六大部分组成，如图2所示。

1.3 DAAC的分类

根据能控制参数的多少，DAAC主要分为3类，第1类为初级型，第2类为中级型，第3类为高级型，其特点见表1。

1.4 DAAC的结构特点

颜色釉在窑变下色彩具有独特的魅力和随意性、以及不可复制性让人着迷，笔者在二次创作时，根据色釉的奇妙变化所产生的丰富色彩，进行山水画创作。仁者乐山、智者乐水，伯牙与子期的《高山流水》可谓千古绝唱。伯牙善鼓琴，子期善听。伯牙鼓琴，志在登高山。子期说到：“善哉！峨峨兮若泰山！志在流水，洋洋兮若江河。

图1 DAAC的温度控制区域示意图

图2 DAAC的组成示意图

为了实现2个温区的温度能独立调节和控制，DAAC的HVAC空调箱总成与单温区的相比有较大的差别。对于初级型的空调箱总成，其空气分配箱被分隔成2个独立的左右混合温区，并由2个独立的冷暖混合风门分别控制，其基本结构示意见图3。中级型的空调箱总成，在初级型的基础上，将模式风门变成左右独立，并可以分别控制。高级型的空调箱总成，又在中级型的基础上，将鼓风电机总成变成左右独立，并可以分别控制。

图3 初级型DAAC的HVAC总成结构示意图

表1 DAAC分类及特点

DAAC的压缩机总成、冷凝器总成、管路总成及空调控制面板总成等，与单温区的自动空调系统基本相同或类似，并无本质的区别，只是控制算法和标定更复杂，工作量更大［1］。

1.5 DAAC的工作原理

1.5.1 DAAC的控制原理

空调控制面板总成从各种传感器和CAN总线接收到自动控制需要的温度信号（车外温度、车内温度、吹面／吹脚出风口温度、蒸发温度、发动机水温等）、日照强度信号、车速信号、发动机转速信号、制冷剂压力信号等各种输入信号，并根据乘客设定的车内温度（tsl和tsr），通过一系列的比较、计算、逻辑判断和补偿后，输出一组控制执行机构的参数值，如：①压缩机的启停和确定压缩机排量大小（使用变排量压缩机时）；②空调箱总成的冷暖混合风门开度大小（分别确定左、右风门的开度大小，可以从全开无级变化到全闭）；③模式风门的吹风模式（如有2套独立控制的模式风门时，则分别确定左、右模式风门的模式位置，一般有2～4个模式）；④风量大小（如有2套独立控制的鼓风机时，则分别确定左、右出风口的风量大小，可以从最小风量无级变化到最大风量）；⑤循环风门位置（常用的按内循环或外循环位置控制，少数按比例控制）等，使车内的温度自动恒定在乘客设定的温度值（tsl和tsr）上。当上述输入信号或温度设定值随机变化时，系统会自动跟踪、控制和调节上述输出参数，使车内温度一直恒定在设定温度值（tsl和tsr）上［2］。

1.5.2 DAAC的电路原理框图

初级型DAAC的电路原理如图4所示。其它两型的则是在此基础上相应增加一套模式风门控制电路和风量控制电路即可。

1.5.3 DAAC的常用核心电路芯片

DAAC的常用核心电路芯片见表2。

图4 初级型DAAC的电路原理框图（幻速S6）

1.5.4 DAAC的算法简介

在HVAC总成中，从蒸发器芯体吹出的冷气流由冷暖混合风门控制，见图5（以左温区为例，右温区相同）。当冷暖风门全开时，为最大制热状态；当冷暖风门全闭时，为最大制冷状态；当冷暖风门按一定比例打开时，为自动控制和调节状态［1-2］。

将图5简化成图6。根据热力学原理，从图6中可得

式中：TO——混合温度；Tn——暖风温度；Tg——冷风温度；Gn——暖风空气质量；Gg——冷风空气质量。因此，通过控制冷暖风门的开度和位

置即可控制出风温度，从而实现控制和调节车内温度的目的。当然，为了更加精确和平滑地将车内温度控制和调节到设定温度（tsl和tsr）上，还需要根据车外温度、车内温度、日照强度、车速、发动机转速、水温等各种输入信号的变化，对冷暖风门的开度值进行修正和补偿，同时还要对模式风门和出风风量进行控制、调节和补偿，最终得出一组冷暖风门、模式风门及风量的输出值。其控制和补偿的示意见图7。

1.5.5 DAAC的主程序框图简介

图8为DAAC的主程序框图，主要包括：①程序初始化；②按键检测；③输入信号采集、接收及处理；④计算、比较、逻辑判断、插值补偿等运算处理及工况记忆、存贮处理；⑤输出控制和驱动等几大部分。

表2 DAAC常用核心电路芯片表

图5 DAAC的气流混合示意图

图6 DAAC的气流混合简图

1.6 DAAC的标定简介

在DAAC的算法中，一般未考虑整车负荷及流场的因素、各种传感器也是按理想状态处理（未考虑安装位置、气流等），更未考虑HVAC总成的温度控制特性和温度线性特性等的影响。但上述因素对整车温度自动调节和控制的影响非常巨大，因此，必须在实车状态下对算法进行补偿和修正，即进行标定工作。空调控制面板的标定有3种方式：①计算机仿真标定；②在整车环境模拟试验室中进行标定；③整车道路试验标定。

标定工作需针对夏季、春秋季和冬季3个季节不同的工况参数变化来进行，标定工作的要求及特点见表3。

图7 初级型DAAC的控制和补偿示意图

图8 DAAC的主程序框图

2 DAAC的应用

目前各主要自主品牌及合资品牌的轿车和SUV的车型，B级及以上的车型大多数均配置DAAC，详见表4。

3 DAAC的故障诊断

由于DAAC的空调控制面板总成均由MCU进行自动控制，且通过CAN总线进行通信，所以可以非常方便地实现在线程序刷新、开机自检、故障诊断及故障代码输出及查询等功能，使得DAAC的升级换代、故障检查变得非常简单、快捷和高效。幻速S6的空调系统故障代码表见表5，维修人员可以根据故障代码快速确定故障模式并进行修理。