第六章 汽车空调自动控制系统分析

第六章汽车空调自动控制系统第六章汽车空调自动控制系统第一节电控气动的自动空调系统第二节微机控制的自动空调系统第三节汽车空调自动控制系统的输入元件第四节汽车空调自动控制系统的执行元件实训项目帕萨特B5轿车自动空调控制系统检测第六章汽车空调自动控制系统汽车空调控制系统按控制功能的不同可分为手动控制空调和自动控制空调。手动控制空调是按照人工设定的温度、鼓风机转速和工作模式运行的，它不能依据车内、外温度的变化对鼓风机转速、压缩机的通与断、各个风门位置作出任何修正动作。手动控制空调的手动调节麻烦，驾驶员的负担大，汽车舒适性差。自动控制空调能根据驾驶员所设定的温度不断检测车内、外温度，太阳辐射等车内、外环境的变化，自动调节鼓风机转速、进气模式、工作模式和压缩机的运行等，保持车内温度和湿度在设定范围内，获得最佳的舒适性。第六章汽车空调自动控制系统自动控制空调按控制精度的不同可以分为半自动控制空调和全自动控制空调两种，按执行元件不同可以分为电控气动空调和微机控制空调。半自动控制空调无自我诊断功能，没有提供故障码存储器，传感器数量少，控制精度差；全自动微机控制空调具有自我诊断功能，监控系统的随机存储器(RAM)存储诊断码，传感器数量多，控制精度高，控制范围广。第六章汽车空调自动控制系统第一节电控气动的自动空调系统一、电控气动半自动空调系统电控气动半自动空调系统的工作原理如图6-1所示，其控制系统主要由真空控制系统和放大器控制系统两部分组成。其基本工作过程是：当人工设定功能选择键和温度后，放大器8根据设定温度、车外温度、车内温度等信号计算并输出一个控制信号，送到真空换能器4，真空换能器将此信号转换为真空度信号，并送到真空伺服驱动器7上。真空伺服驱动器根据真空度信号大小使控制杆14伸长或缩短，带动与其相连接的温度门控制曲柄10、鼓风机调速板11和反馈电位计9达到一对应位置，控制温度门控制曲柄10位置和鼓风机转速，从而输送一定温度和一定流速的空气。第六章汽车空调自动控制系统图6-1电控气动半自动空调系统的工作原理1—温度选择电阻2—车内温度传感器3—车外温度传感器4—真空换能器5—真空保持器6—真空选择器7—主控真空伺服驱动器8—放大器9—反馈电位计10—温度门控制曲柄11—鼓风机调速板12—加热器13—功能选择键14—控制杆第六章汽车空调自动控制系统1.真空控制系统如图6-1所示，电控气动半自动空调的真空控制系统主要由真空换能器、真空保持器、真空伺服驱动器等组成。半自动空调与手动空调的不同是增加了真空换能器、真空保持器和真空伺服驱动器。真空换能器是一种将电能转换为真空控制信号的装置，其结构如图6-2所示。在换能器的支架上，有一个双通针阀5，其一端控制真空源的通路，另一端控制铁芯7上的大气阀门6。铁芯的下端通大气，外部有一个电磁线圈10，电流大小由空调控制器控制。第六章汽车空调自动控制系统由于橡胶膜片8的密封作用，外面的大气只能通过大气阀门和真空系统相通。其工作原理是：当流过电磁线圈的电流越大，其磁场强度就越强，克服弹簧力使铁芯向下位移量也就越大，针阀和铁芯上的双通针阀口开度随之增大，外部空气泄入量增多，真空伺服驱动器的真空度就减小，收缩量也就越小；反之，当放大器输出信号电流减小，电磁线圈磁场就减弱，弹簧推动铁芯向上，双通针阀口开度减小，直至关闭大气与真空系统的通路，此时，系统的真空度增大，真空伺服驱动器收缩量相应增大。由此可见，换能器将空调控制器的电信号变化转变成了真空伺服驱动器控制杆的收缩量变化。第六章汽车空调自动控制系统图6-2真空换能器1—大气孔2—接真空保持器3—接真空源4—外壳5—双通针阀6—大气阀门7—铁芯8—橡胶膜片9、11—接放大器10—电磁线圈12—弹簧第六章汽车空调自动控制系统1—去真空伺服驱动器2—来自真空换能器3—来自发动机真空4—去真空选择器图6-3真空保持器(a)在正常发动机真空下；(b)发动机真空下降时第六章汽车空调自动控制系统真空保持器的结构如图6-3所示。其工作原理是当发动机进气歧管处真空度下降时，真空保持器能切断发动机的真空源，同时，膜片亦将真空换能器和伺服真空驱动器之间的真空气路切断，保持系统原来的工作状态。真空伺服驱动器可根据真空换能器输出的真空度大小，使连杆位于全伸长和全收缩之间的任何位置。该系统的主控真空伺服驱动器根据真空度信号控制温度门控制曲柄位置和鼓风机转速，自动调节送风温度和送风速度。除此之外还有下风门真空伺服驱动器、上风门真空伺服驱动器、除霜风门真空伺服驱动器和热水开关真空伺服驱动器，根据真空度信号分别控制下风门、上风门、除霜风门和热水开关的位置，自动调节送风模式。第六章汽车空调自动控制系统2.放大器控制系统放大器控制系统如图6-4所示，该系统主要由传感器、真空换能器3和放大器4等组成。车外温度传感器6、车内温度传感器7、蒸发器温度传感器8都采用负温度系数的热敏电阻。当温度升高时，温度传感器电阻减小，使换能器电磁线圈电流增大；反之，当温度下降时，温度传感器电阻增大，使换能器电磁线圈电流减小。真空换能器根据电磁线圈电流的变化产生不同的真空度，控制真空伺服驱动器产生相应动作，控制送风温度和送气速度，保持温度恒定。第六章汽车空调自动控制系统图6-4放大器控制系统1—接真空源2—接真空保持器3—真空换能器4—放大器5—阳光辐射传感器6—车外温度传感器7—车内温度传感器8—蒸发器温度传感器9—设定温度电阻第六章汽车空调自动控制系统二、电控气动全自动空调系统电控气动全自动空调系统的工作原理如图6-5所示。该系统用电桥1、比较计算器2和电磁阀8及9取代了电控气动半自动空调系统的放大器和真空换能器。电桥由车外温度传感器7、车内温度传感器5、阳光辐射传感器6和调温键电阻4等组成，它和计算比较器OP1、OP2组成一个控制系统，分别控制升温真空电磁阀8和降温真空电磁阀9，将电信号转变成真空信号，调节真空伺服驱动器13，带动控制杆对温度门开度、鼓风机转速和热水阀开闭进行综合控制，达到控制温度恒定的目的。第六章汽车空调自动控制系统1—电桥2—比较计算器3—真空控制器4—调温键电阻5—车内温度传感器6—阳光辐射传感器7—车外温度传感器8—升温真空电磁阀9—降温真空电磁阀10—反馈电位器11—控制杆12—鼓风机调速开关13—真空伺服驱动器14—接发动机进气歧管15—真空罐16—热水阀开关17—温度门18—风道温度传感器图6-5电控气动全自动空调系统的工作原理第六章汽车空调自动控制系统当车内温度高于设定温度时，传感器总电阻小于调温键电阻，降温真空电磁阀DVC通电工作，使管路与大气相通；升温真空电磁阀DVH截止，切断管路与真空罐的通路，从而使真空伺服驱动器的真空度减少；膜片在大气压作用下，使控制杆向上移动，控制温度门使经过加热器的空气通道减小，同时使风机转速上升，空调混合气温度下降。车内温度与设定温度相差越大，温度门在控制杆的作用下使经过加热器的空气通道开度越小，风机转速越大，加快车内降温。第六章汽车空调自动控制系统随着车内温度的下降，车内温度传感器电阻增大，传感器总电阻与调温键电阻差值减小，当车内温度等于设定温度时，DVC断电，关闭大气通道，温度门开度不变，鼓风机保持中、低速运行，使车内温度恒定。当车内温度继续下降，车内温度低于设定温度时，传感器总电阻大于调温键电阻，降温真空电磁阀DVC断电，关闭大气通路；升温真空电磁阀DVH通电，打开真空管路，从而使真空伺服驱动器的真空度增大；膜片带动控制杆向下移动，控制温度门使经过加热器的空气通道开大，空调混合气温度上升。直至车内温度等于设定温度时，温度门开度不变。当车外温度、太阳辐射和其他因素变化使车内温度变化时，两个真空电磁阀就不断工作，使真空伺服驱动器不断调节温度门的位置，保证车内温度在设定温度范围内。第六章汽车空调自动控制系统第二节微机控制的自动空调系统一、微机控制自动空调系统的功能微机控制的自动空调系统能按照乘员的需要自动调节送风温度、送风速度和送风方向等，送出温度和湿度最适宜的空气，不仅提高了汽车的舒适性，还极大地简化了司机的操作，主要用在高级轿车。微机控制空调系统一般具有如下几种功能。(1)空调控制：可进行温度、风量、运转方式等的自动控制，满足车内乘员对空调舒适性的要求。第六章汽车空调自动控制系统(2)节能控制：即通过控制压缩机运转工况实现节能的控制。(3)故障储存：空调系统发生故障，ECU将故障部位用代码的形式存储起来，在需要修理时能指示故障的部位。(4)故障、安全报警：包括制冷剂不足报警、制冷剂压力高压报警和低压报警、离合器打滑报警、各种控制器件的故障报警等。(5)显示：包括显示设定温度、控制方式、运转方式等。第六章汽车空调自动控制系统二、微机控制自动空调系统的组成如图6-6所示，微机控制自动空调系统由控制面板、配气系统和电子控制系统三部分组成。其中电子控制系统主要由传感器、ECU和执行器三部分组成。ECU接收和计算各种传感器输入的信号，根据环境的变化输出控制信号，控制各执行器的动作。传感器信号主要有三种：一是驾驶员控制面板设定的温度信号和功能选择信号；二是车内温度传感器、车外环境温度传感器、阳光辐射传感器等各种传感器输入的信号；三是各风门的位置反馈信号。第六章汽车空调自动控制系统执行器信号有三种：一是控制风门位置的各种风门驱动信号；二是控制鼓风机转速的鼓风机转速信号；三是控制压缩机开停的压缩机信号。现代微机控制空调系统的执行器已不再使用真空电磁阀和真空马达操纵各个风门，而是采用伺服电机控制风门的位置。伺服电机比真空阀和真空马达的工作可靠性高，控制机构简单。如图6-7所示，控制面板由温度控制开关和各功能选择键组成，当按下AUTO(自动设置)开关时，微机控制空调系统就根据设定温度自动选择运行方式，以达到所需要的温度。当然，根据汽车使用中的复杂情况，可用手动控制键取代自动调节。第六章汽车空调自动控制系统图6-6微机控制空调系统第六章汽车空调自动控制系统图6-7微机控制空调系统的控制面板第六章汽车空调自动控制系统三、微机控制自动空调系统的工作原理微机控制自动空调系统的控制功能主要包括送风温度控制、鼓风机转速控制、工作模式控制、进气模式控制、压缩机控制等项目。1.送风温度控制温度控制的目的是为了使车内空气温度达到车内人员设定温度的要求，并保持稳定。如图6-8所示，微机控制的自动空调系统的温度控制系统的基本组成包括车内温度传感器、车外温度传感器、太阳能传感器、蒸发器温度传感器、水温传感器、设定温度电阻器、自动空调控制ECU和空气混合伺服马达等。第六章汽车空调自动控制系统图6-8微机控制空调的温度控制系统第六章汽车空调自动控制系统ECU根据设定温度和车内温度传感器、车外温度传感器和太阳能传感器等信号，自动调节混合门的位置。一般来说，车内温度越高、车外温度越高、阳光越强，混合门就越接近“全冷”位置。ECU根据车内温度和车外温度控制空气混合门的位置，如图6-9所示，若车内温度35℃，则混合门处于最冷位置；若车内温度25℃，则混合门处于50%的位置。第六章汽车空调自动控制系统图6-9温度控制的控制规律第六章汽车空调自动控制系统温度控制系统的工作过程是：(1) ECU根据传感器(即车内温度传感器、车外温度传感器、太阳能传感器和设定温度)信号按下列公式计算出鼓风机的空气温度TAO值：TAO＝A×TSET－B×TR－C×TAN－D×TS＋E式中，TSET为设定温度，TR为车内温度，TAN为车外温度，TS为太阳辐射强度，A、B、C、D、E为常数。特殊的是，当温度控制开关或控制杆置于MAXCOOL(最大冷风)或MAXWARM(最大暖风)位置时，ECU采用某一固定值，不按上述公式计算。第六章汽车空调自动控制系统(2) ECU再将计算所得的TAO值与蒸发器温度信号TE进行比较，通过空气混合风门伺服电机控制空气混合风门位置。当TAO和TE近似相等时，ECU控制断开VT1和VT2。伺服电机断电停止，空气混合风门保持在当时的位置。当TAO小于TE时，ECU控制接通VT1，断开VT2。伺服电机转